JP2008145544A - 光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化および小型化を図りつつ、可動板を大きな振れ角でかつ円滑に回動させることができる光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】本発明の光学デバイス１は、可動板２２の板面に略平行で可動板２２の回動中心軸Ｘに対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が支持部材２１に固定され、その固定部近傍に回動中心軸Ｘを位置させるように各軸部材２３、２４に連結された弾性変形可能な１対の第１の変形部材２５、２６と、回動中心軸Ｘに略平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が支持部材２１に固定され、他端部が各第１の変形部材２５、２６の他端部に連結された弾性変形可能な１対の第２の変形部材２７、２８と、各第２の変形部材２７、２８上に接合され、各第２の変形部材２７、２８の長手方向に略平行な方向に伸縮する１対の圧電素子３１、３２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置に関するものである。

光反射性を有する光反射部で反射した光を偏向・走査する光学デバイスとしては、例えばレーザープリンタ等に用いられる光スキャナが知られている。このような光スキャナとしては、マイクロマシニング技術によりＳｉ基板を加工して製造した、捩り振動子を有する構造体を用いたものが提案されている。このような構造体を用いた光スキャナは、ポリゴンミラーに比し高速で光走査を行うことができるという利点がある。

例えば、特許文献１にかかる光スキャナは、板状の反射ミラーを１対のバネ部で両持ち支持しており、各バネ部はその途中で２つに分岐し、その各分岐部上に駆動源たる圧電体が設けられている。このようなアクチュエータは、各圧電体に電圧を印加することにより、各バネ部にて１対の分岐部を互いに反対方向に曲げ変形させて各バネ部全体を捩れ変形させながら、反射ミラーを回動させる。
このような光スキャナにあっては、各圧電体の伸縮方向が反射ミラーの面に平行な方向であるため、反射ミラーの厚さ方向に光スキャナの寸法が大きくなるのを防止しつつ、圧電体の変位量を大きくすることができる。その結果、光スキャナの小型化を図りつつ、反射ミラーの回動角を大きくすることができる。

しかしながら、特許文献１にかかる光スキャナは、各バネ部の各分岐部に圧電体を設けているため、合計４つの圧電体が必要となり、高コスト化を招いてしまう。しかも、このように圧電体の数が多いと、各圧電体の取り付け位置のズレや寸法誤差などによる影響を受けやすく、反射ミラーを円滑に回動させるのが難しくなるという問題がある。この問題を回避するために、圧電体の取り付け精度や寸法精度を高精度化すると、さらに高コスト化を招いてしまう。

特開２００４−１９１９５３号公報

本発明の目的は、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板を大きな振れ角でかつ円滑に回動させることができる光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学デバイスは、支持部材と、
光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記支持部材に対し前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を偏向または走査するように構成された光学デバイスであって、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に略平行で前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、その固定部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材に連結された弾性変形可能な１対の第１の変形部材と、前記回動中心軸に略平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記各第１の変形部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な１対の第２の変形部材と、前記各第２の変形部材上に接合され、前記各第２の変形部材の長手方向に略平行な方向に伸縮する１対の圧電素子を備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第２の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第１の変形部材を曲げ変形させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする。

これにより、可動板の回動中心軸のブレを抑えつつ、各軸部材に１つの圧電素子で捩りモーメントを与えて、可動板を回動させることができる。
特に、固定部近傍に可動板の回動中心軸が位置しているため、可動板の回動中心軸に対し第１の変形部材の片側（前記固定部とは反対側の部分）だけに駆動力を作用させても、可動板の回動中心軸のブレを防止することができる。そのため、圧電素子の可動板の回動に必要な圧電素子の数が少なくて済むため、光学デバイスの低コスト化を図ることができる。しかも、このように圧電素子の数が少ないと、各圧電素子の取り付け位置のズレや寸法誤差などによる影響を受けにくく、可動板を円滑に回動させるのが簡単になる。

また、圧電素子の伸縮方向が前記可動板の板面に平行な方向であるため、可動板の厚さ方向に光学デバイスの寸法が大きくなるのを防止しつつ、圧電素子の変位量を大きくすることができる。その結果、光学デバイスの小型化を図りつつ、可動板の回動角を大きくすることができる。その上、圧電素子の伸縮方向が可動板の回動中心軸に平行な方向であるため、回動中心軸に対し直角な方向における光学デバイスの寸法も抑えることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記可動板を平面視したときに、前記各第１の変形部材の前記一端部が前記回動中心軸上に位置していることが好ましい。
これにより、１対の軸部材の形状を簡単なものとしつつ、可動板の回動中心軸のブレを抑えることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記可動板を平面視したときに、前記１対の第１の変形部材と前記１対の第２の変形部材と前記１対の圧電素子とは、その配置が、前記回動中心軸に対し直角な方向で前記可動板の中心を通る線分に対し実質的に対称となるように設けられていることが好ましい。
これにより、圧電素子の取り付け位置や駆動を簡単なものとしつつ、可動板の回動中心軸のブレをより抑えることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記各第２の変形部材は、それぞれ対応する前記第１の変形部材に対し前記可動板側に位置していることが好ましい。
これにより、可動板の回動中心軸方向における光学デバイスの寸法を抑えることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記各第２の変形部材は、それぞれ対応する前記第１の変形部材に対し前記可動板とは反対側に位置していることが好ましい。
これにより、１対の軸部材に張力を与えながら第１の変形部材および第２の変形部材が変形するため、可動板の回動中心軸のブレをより抑えることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記駆動手段は、前記可動板および前記１対の軸部材で構成された捩り振動子の捩り共振周波数に等しい周波数で周期的に変化する電圧を前記各圧電素子に印加するように構成されていることが好ましい。
これにより、各第１の変形部材および各第２の変形部材の変形量や各圧電素子の変位量を抑えつつ、可動板の回動角を大きくすることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記１対の圧電素子は、ともに前記回動中心軸に対しその片側に偏在するように配置され、前記駆動手段は、前記１対の圧電素子の伸張／収縮のタイミングが互いに同じになるように、前記圧電素子に電圧を印加するように構成されていることが好ましい。
これにより、１対の圧電素子を駆動する駆動回路の構成を簡単なものとすることができる。

本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に略平行で前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、その固定部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材に連結された弾性変形可能な１対の第１の変形部材と、前記回動中心軸に略平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記各第１の変形部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な１対の第２の変形部材と、前記各第２の変形部材上に接合され、前記各第２の変形部材の長手方向に略平行な方向に伸縮する１対の圧電素子を備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第２の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第１の変形部材を曲げ変形させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板を大きな振れ角でかつ円滑に回動させることができる光スキャナを提供することができる。

本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を主走査および／または副走査し、対象物上に画像を形成するように構成された画像形成装置であって、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に略平行で前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、その固定部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材に連結された弾性変形可能な１対の第１の変形部材と、前記回動中心軸に略平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記各第１の変形部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な１対の第２の変形部材と、前記各第２の変形部材上に接合され、前記各第２の変形部材の長手方向に略平行な方向に伸縮する１対の圧電素子を備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第２の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第１の変形部材を曲げ変形させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板を大きな振れ角でかつ円滑に駆動させることができる。そのため、本発明の画像形成装置は、小型化および低コスト化を図りつつ、優れた画像を得ることができる。

以下、本発明の光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す光学デバイスの平面図、図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図、図４は、図１に示す光学デバイスの動作を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図３中および図４中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

光学デバイス１は、図１ないし図３に示すように、振動系を有する基体２と、この基体２の振動系を駆動するための圧電素子３１、３２と、基体２を支持する支持体４とを有している。なお、基体２と支持体４とが一体的に形成されていてもよいし、支持体４を省略することも可能である。
かかる光学デバイス１にあっては、通電により圧電素子３１、３２を伸縮させることにより、基体２の振動系に回動中心軸Ｘまわりの振動（回動）を生じさせる。

以下、光学デバイス１を構成する各部を順次説明する。
振動系を有する基体２は、図１および図２に示すように、枠状をなす支持部材２１と、この支持部材２１の内側に設けられた可動板２２と、可動板２２を回動中心軸Ｘまわりに回動可能に支持する１対の軸部材２３、２４と、各軸部材２３、２４に回動中心軸Ｘまわりのトルクを与えるように設けられた第１の変形部材２５、２６および第２の変形部材２７、２８とを有している。本実施形態では、基体２は、平面視したときに、左右対称な形状となるように形成されている。

支持部材２１は、枠状（より具体的には四角環状）をなしている。
このような支持部材２１の内側には、支持部材２１に対し離間した状態で、可動板２２が設けられている。
可動板２２は、板状をなし、その板面（上面）に光反射部２２１が設けられている。これにより、光学デバイス１を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。

本実施形態では、可動板２２の平面視形状が円形である。すなわち、可動板２２は、円板状をなしている。そのため、可動板２２の慣性モーメントを抑えつつ、光反射部２２１の光反射に利用可能な面積を大きくすることができる。なお、可動板２２の平面視形状は、光学デバイスの設計などに応じて決定されるものであり、前述したような円板状に限定されず、例えば、４角形、５角形などの多角形状や、楕円形状、長円形状などであってもよい。
このような可動板２２は、回動中心軸Ｘに沿って設けられた１対の軸部材２３、２４に支持されている。

各軸部材２３、２４は、回動中心軸Ｘに沿って長手形状をなし、回動中心軸Ｘまわりに捩れ変形可能となっている。
このような軸部材２３は、その長手方向での一端（右側の端）が可動板２２に接続され、他端（左側の端）が第１の変形部材２５に接続されている。これと同様に、軸部材２４は、その長手方向での一端（左側の端）が可動板２２に接続され、他端が第２の変形部材２６に接続されている。
言い換えすれば、可動板２２は、軸部材２３を介して第１の変形部材２５に支持されているとともに、軸部材２４を介して第１の変形部材２６に支持されている。

第１の変形部材２５は、可動板２２の板面に平行でかつ回動中心軸Ｘに対し直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端２５１が支持部材２１に固定され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第１の変形部材２６は、可動板２２の板面に平行でかつ回動中心軸Ｘに対し直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端２６１が支持部材２１に固定され、弾性変形可能に構成されている。

また、第１の変形部材２５は、その一端２５１（固定部）側の部分（以下、一端部２５１と言う。）で、前述した軸部材２３を支持している。これと同様に、第１の変形部材２６は、その一端（固定部）２６１側の部分（以下、一端部２６１と言う。）で、軸部材２４を支持している。すなわち、第１の変形部材２５の前記一端部２５１と第１の変形部材２６の前記一端部２６１とが、それぞれ、可動板２２の回動中心軸Ｘ上に位置している。
このように、第１の変形部材２５は、その固定部近傍に回動中心軸Ｘを位置させるように軸部材２３に連結されている。これと同様に、第１の変形部材２６は、その固定部近傍に回動中心軸Ｘを位置させるように軸部材２４に連結されている。

各第２の変形部材２７、２８は、回動中心軸Ｘに略平行な方向に延在する長手形状をなしている。
そして、第２の変形部材２７は、その一端２７１が支持部材２１に固定され、他端２７２側の部分（以下、他端部２７２と言う。）が第１の変形部材２５の一端部２５１とは反対側の他端部２５２に連結され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第２の変形部材２８は、その一端２８１が支持部材２１に固定され、他端２８２側の部分（以下、他端部２８２と言う。）が第１の変形部材２６の一端部２６１とは反対側の他端部２６２に連結され、弾性変形可能に構成されている。
また、各第２の変形部材２７、２８は、それぞれ対応する第１の変形部材２５、２６に対し可動板２２側（すなわち内側）に位置している。これにより、可動板２２の回動中心軸方向Ｘにおける光学デバイス１の寸法を抑えることができる。

このような第２の変形部材２７上にはその長手方向（延在方向）に伸縮する圧電素子３１が接合され、第２の変形部材２８上にはその長手方向（延在方向）に伸縮する圧電素子３２が接合されている。これにより、各第２の変形部材２７、２８を曲げ変形させ、これに伴って、各第１の変形部材２５、２６を曲げ変形させて、各軸部材２３、２４に捩りモーメントを与えて、各軸部材２３、２４を捩れ変形させながら、可動板２２を回動させることができる。なお、圧電素子３１、３２については、後に詳述する。

また、可動板２２および１対の軸部材２３、２４が第１の振動系を構成し、１対の第１の変形部材２５、２６と１対の第２の変形部材２７、２８と１対の圧電素子３１、３２とが第２の振動系を構成し、これらの振動系は２自由度振動系を構成している。したがって、第２の振動系の振幅が小さくても、第１の振動系の振幅を大きくすることができる。すなわち、各圧電素子３１、３２の変位量や各変形部材２５、２６、２７、２８の曲げ変形量が小さくても、可動板２２の回動角を大きくすることができる。

以上説明したような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されている。また、基体２は、支持部材２１と可動板２２と１対の軸部材２３、２４と１対の第１の変形部材２５、２６と１対の第２の変形部材２７、２８が一体的に形成されている。
特に、本実施形態では、ＳＯＩ基板の一方のＳｉ層を加工することにより、基体２が形成されている。また、当該ＳＯＩ基板の他方のＳｉ層（前記一方のＳｉ層とは反対側のＳｉ層）を加工することにより、後述する支持体４の第１の層４１が形成されている。さらに、当該ＳＯＩ基板のＳｉＯ_２層を加工することにより、後述する支持体４の第２の層４２が形成されている。

前述したように支持部材２１と可動板２２と１対の軸部材２３、２４と１対の第１の変形部材２５、２６と１対の第２の変形部材２７、２８がＳＯＩ基板のＳｉ層を加工することにより形成されたものであると、比較的簡単かつ高精度に、これらを形成することができる。また、支持部材２１と可動板２２と１対の軸部材２３、２４と１対の変形部材２５、２６と１対の第２の変形部材２７、２８が一体的に形成され、かつ、これらがシリコンで構成されているため、優れた振動特性を発揮することができる。

このようにＳＯＩ基板を用いて基体２等を製造すると、簡単かつ高精度に、基体２等の構造体を形成することができる。そのため、優れた特性を有する光学デバイス１を安価に製造することができる。なお、基体２等の製造に用いる基板や基材は、前述したＳＯＩ基板に限定されない。
以上説明したような基体２の上面には、１対の圧電素子３１、３２が接合されている。

圧電素子３１は、第２の変形部材２７上に接合され、その長手方向に伸縮するように配置されている。一方、圧電素子３２は、第２の変形部材２８上に接合され、その長手方向に伸縮するように配置されている。
特に、圧電素子３１は、その伸縮方向での一端が第１の変形部材２５の他端部２５２付近に位置するとともに、他端が支持部材２１上に位置している。これと同様に、圧電素子３２は、その伸縮方向での一端が第１の変形部材２６の他端部２６２付近に位置するとともに、他端が支持部材２１上に位置している。このように圧電素子３１、３２が広範囲にわたって設けられているため、第２の変形部材２７、２８を大きく曲げ変形させることができる。

このような圧電素子３１、３２は、それぞれ、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）などの圧電材料を主材料として構成された圧電体層と、この圧電体層を挟持する１対の電極とで構成されている。そして、この１対の電極のうちの一方の電極が第２の変形部材２７や第２の変形部材２８の上面に接合されている。
このような圧電素子３１、３２は、図示しない電源回路に接続されていて、周期的に変化する電圧が印加されるようになっている。これにより、圧電素子３１、３２を伸縮させることができる。

一方、基体２の支持部材２１の下面には、支持体４が接合されている。
支持体４は、支持部材２１の下面に接合され、環状をなしており、その内側の空間が、基体２の振動系が振動する際、すなわち可動板２２が回動（振動）する際に、支持体４に接触するのを防止する逃げ部（空間）を形成する。
支持体４は、第１の層４１と、第１の層４１の上面に接合された第２の層４２とで構成され、第１の層４１の上面が支持部材２１の下面に接合されている。なお、支持体４は、単層または３層以上から構成されていてもよい。
前述したように、第１の層４１は、シリコンを主材料として構成され、第２の層４２は、ＳｉＯ_２を主材料として構成されている。

以上説明したように構成された光学デバイス１は、次のようにして作動する。なお、光学デバイス１は前述したように左右対称となるように構成されているため、以下の説明では、光学デバイス１の右側部分を代表して説明する。
光学デバイス１の作動にあっては、圧電素子３２に周期的に変化する電圧が印加される。かかる電圧は、例えば、交流であってもよいし、間欠的な直流であってもよい。

前述したように１対の圧電素子３１、３２がともに回動中心軸Ｘに対しその片側に偏在するようにして配置されているため、１対の圧電素子３１、３２の伸張／収縮のタイミングが互いに同じになるように、各圧電素子３１、３２に電圧を印加する。これにより、圧電素子３１、３２を駆動する駆動回路や電源回路（図示せず）の構成を簡単なものとすることができる。

また、各圧電素子３１、３２に印加する電圧は、可動板２２および１対の軸部材２３、２４で構成された捩り振動子の捩り共振周波数に等しい周波数で周期的に変化する電圧であるのが好ましい。これにより、第１の変形部材２５、２６および第２の変形部材２７、２８の変形量や圧電素子３１、３２の変位量を抑えつつ、可動板２２の回動角を大きくすることができる。すなわち、低電圧駆動を可能としつつ、可動板２２の回動角を大きくすることができる。

このような電圧が印加された圧電素子３２は、その長手方向に伸縮する。すなわち、圧電素子３２は、伸張状態と収縮状態とを前記電圧の周期で交互に繰り返す。
より具体的には、圧電素子３２は、電圧が印加されていないとき、図４（ａ）に示すように収縮状態であり、第１の変形部材２６および第２の変形部材２８はそれぞれ曲げ変形していない（下方に撓んでいない）。一方、圧電素子３２は、電圧が印加されているとき、図４（ｂ）に示すように、伸張状態であり、第２の変形部材２８は下方に撓むようにして曲げ変形される。このような第２の変形部材２８の変形に伴って、第１の変形部材２６も下方に撓むように曲げ変形される。なお、所定周期で圧電素子３２の伸張状態と収縮状態とを交互に繰り返すと、圧電素子３２に電圧が印加されていないときに、曲げ変形された第１の変形部材２６および第２の変形部材２８のそれぞれの反力により、第１の変形部材２６および第２の変形部材２８が上方に撓むように曲げ変形される。
このように第１の変形部材２６が曲げ変形されたとき、その変形に伴って軸部材２４の横断面での姿勢が傾くように変化して、軸部材２４に捻りトルクが与えられる。
このような捻りトルクにより、軸部材２４が捩れ変形しながら、可動板２２が回動する。

このように第１の変形部材２６と第２の変形部材２８と圧電素子３２とが軸部材２４に捩りモーメントを与える。また、同様に、第１の変形部材２５と第２の変形部材２７と圧電素子３１とが軸部材２３に捩りモーメントを与える。このようにして、１対の第１の変形部材２５、２６と１対の第２の変形部材２７、２８と圧電素子３１、３２とが、各軸部材２３、２４に捩りモーメントを与える駆動手段を構成している。
このような駆動手段の作動により、各軸部材２３、２４を捩れ変形させながら、可動板２２を回動させて、光反射部２２１で反射した光を偏向または走査する。

このような光学デバイス１によれば、可動板２２の回動中心軸のブレを抑えつつ、各軸部材２３、２４に１つの圧電素子で捩りモーメントを与えて、可動板２２を回動させることができる。
特に、回動中心軸Ｘの近傍に第１の変形部材２５、２６の支持部材２１との固定部が位置しているため、可動板２２の回動中心軸Ｘに対し第１の変形部材２５、２６の片側（前記固定部とは反対側の部分）だけに駆動力を作用させても、可動板２２の回動中心軸Ｘのブレを防止することができる。そのため、圧電素子３１、３２の可動板２２の回動に必要な圧電素子の数が少なくて済む（本実施形態では２つである）ため、光学デバイス１の低コスト化を図ることができる。しかも、このように圧電素子の数が少ないと、各圧電素子の取り付け位置のズレや寸法誤差などによる影響を受けにくく、可動板２２を円滑に回動させるのが簡単になる。

また、圧電素子３１、３２の伸縮方向が可動板２２の板面に平行な方向であるため、可動板２２の厚さ方向に光学デバイス１の寸法が大きくなるのを防止しつつ、圧電素子３１、３２の変位量を大きくすることができる。その結果、光学デバイス１の小型化を図りつつ、可動板２２の回動角を大きくすることができる。その上、圧電素子３１、３２の伸縮方向が可動板２２の回動中心軸Ｘに平行な方向であるため、回動中心軸Ｘに対し直角な方向における光学デバイス１の寸法も抑えることができる。しかも、圧電素子３１、３２を１対の第１の変形部材２５、２６間に配するようにしているため、回動中心軸Ｘ方向における光学デバイス１の寸法を極めて小さくすることができる。

また、可動板２２を平面視したときに、各第１の変形部材２５、２６の一端部（２５１、２６１）が回動中心軸Ｘ上に位置しているため、１対の軸部材２３、２４の形状を簡単なものとしつつ、可動板２２の回動中心軸Ｘのブレを抑えることができる。
さらに、可動板２２を平面視したときに、１対の第１の変形部材２５、２６と１対の第２の変形部材２７、２８と圧電素子３１、３２とは、その配置が、回動中心軸Ｘに対し直角な方向で可動板２２の中心を通る線分に対し実質的に対称となるように設けられているため、圧電素子３１、３２の取り付け位置や駆動を簡単なものとしつつ、可動板２２の回動中心軸Ｘのブレをより抑えることができる。
以上説明したように、光学デバイス１によれば、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板２２を大きな振れ角でかつ円滑に回動させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の光学デバイスの第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図５中の紙面に対し手前側を「上」、紙面に対し奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
以下、第２実施形態の光学デバイスについて、前述した第１実施形態の光学デバイスとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の光学デバイス１Ａは、第２の変形部材や圧電素子の配置が異なる以外は、第１実施形態の光学デバイス１とほぼ同様である。

図５に示す光学デバイス１Ａは、振動系を有する基体２Ａを有しており、図示しないが、基体２Ａの下面には、枠状の支持体が接合され、この支持体は基体２Ａの振動系の振動を許容しつつ基体２Ａをその下方から支持している。
この基体２Ａでは、回動中心軸Ｘに略平行な方向に延在する長手形状をなす１対の第２の変形部材２７Ａ、２８Ａと、これらに対応して設けられた１対の圧電素子３１Ａ、３２ａとを有している。

そして、第２の変形部材２７Ａは、その一端２７１Ａが支持部材２１Ａに固定され、他端２７２Ａ側の部分（以下、他端部２７２Ａと言う。）が第１の変形部材２５の一端部２５１とは反対側の他端部２５２に連結され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第２の変形部材２８Ａは、その一端２８１Ａが支持部材２１Ａに固定され、他端２８２Ａ側の部分（以下、他端部２８２Ａと言う。）が第１の変形部材２６の一端部２６１とは反対側の他端部２６２に連結され、弾性変形可能に構成されている。

特に、本実施形態では、各第２の変形部材２７Ａ、２８Ａは、それぞれ対応する第１の変形部材２５、２６に対し可動板２２とは反対側（すなわち外側）に位置している。これにより、１対の軸部材２３、２４に張力を与えながら第１の変形部材２５、２６および第２の変形部材２７Ａ、２８Ａが変形するため、可動板２２の回動中心軸Ｘのブレをより抑えることができる。

圧電素子３１Ａは、第２の変形部材２７Ａ上に接合され、その長手方向に伸縮するように配置されている。一方、圧電素子３２Ａは、第２の変形部材２８Ａ上に接合され、その長手方向に伸縮するように配置されている。
このような圧電素子３１Ａと第２の変形部材２７Ａとの関係や圧電素子３２Ａと第２の変形部材２８Ａとの関係は、前述した第１実施形態の圧電素子３１と第２の変形部材２７との関係や圧電素子３２と第２の変形部材２８との関係と同様である。すなわち、通電により圧電素子３１Ａが第２の変形部材２７Ａを曲げ変形させ、圧電素子３２Ａが第２の変形部材２８Ａを曲げ変形させる。

以上説明したような光学デバイス１Ａによれば、前述した第１実施形態の光学デバイス１と同様の効果に加え、さらに圧電素子の数を少なくして、各圧電素子の取り付け位置のズレや寸法誤差などによる影響をより受けにくくすることができる。
以上説明したような光学デバイス１、１Ａは、例えば、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどに適用することができる。

光学デバイス１を光スキャナとして用いた場合、光学デバイス１（本発明にかかる光スキャナ）は、光反射部２２１で反射した光を走査する。
このような光スキャナは、例えば、レーザープリンタ、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。この場合、光反射部２２１で反射した光を主走査および／または副走査して、対象物上に画像を形成する。本発明の光スキャナを備えた画像形成装置、すなわち、本発明の画像形成装置は、小型化および低コスト化を図りつつ、優れた画像を得ることができる。

以下、本発明の光スキャナを備えた画像形成装置の具体例を説明する。
まず、電子写真方式を採用するプリンタに本発明を適用した例を説明する。
図６は、本発明の光スキャナを備える画像形成装置（プリンタ）の一例を示す全体構成の模式的断面図、図７は、図６に示す画像形成装置に備えられた露光ユニットの概略構成を示す図である。

図６に示す画像形成装置１１０（プリンタ）は、露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスによって、トナーからなる画像を紙やＯＨＰシートなどの記録媒体に記録するものである。このような画像形成装置１１０は、図６に示すように、図示矢印方向に回転する感光体１１１を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット１１２、露光ユニット１１３、現像ユニット１１４、転写ユニット１１５、クリーニングユニット１１６が配設されている。また、画像形成装置１１０は、図６にて、下部に、紙などの記録媒体Ｐを収容する給紙トレイ１１７が設けられ、上部に、定着装置１１８が設けられている。
このような画像形成装置１１０にあっては、まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体１１１、現像ユニット１１４に設けられた現像ローラ（図示せず）、および中間転写ベルト１５１が回転を開始する。そして、感光体１１１は、回転しながら、帯電ユニット１１２により順次帯電される。

感光体１１１の帯電された領域は、感光体１１１の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット１１３によって、第１色目、例えばイエローＹの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
感光体１１１上に形成された潜像は、感光体１１１の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像のための現像装置１４４によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体１１１上にイエロートナー像が形成される。このとき、現像ユニット１１４は、現像装置１４４が選択的に前記現像位置にて感光体１１１と対向している。なお、この選択は、保持体１４５の軸１４６まわりの回転により、現像装置１４１〜１４４の相対位置関係を維持しつつそれぞれの位置を変えることで行う。

感光体１１１上に形成されたイエロートナー像は、感光体１１１の回転に伴って一次転写位置（すなわち、感光体１１１と一次転写ローラ１５２との対向部）に至り、一次転写ローラ１５２によって、中間転写ベルト１５１に転写（一次転写）される。このとき、一次転写ローラ１５２には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧（一次転写バイアス）が印加される。なお、この間、二次転写ローラ１５５は、中間転写ベルト１５１から離間している。

前述の処理と同様の処理が、第２色目、第３色目および第４色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写ベルト１５１に重なり合って転写される。これにより、中間転写ベルト１５１上にはフルカラートナー像が形成される。
一方、記録媒体Ｐは、給紙トレイ１１７から、給紙ローラ１７１、レジローラ１７２によって二次転写位置（すなわち、二次転写ローラ１５５と駆動ローラ１５４との対向部）へ搬送される。

中間転写ベルト１５１上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写ベルト１５１の回転に伴って二次転写位置に至り、二次転写ローラ１５５によって記録媒体Ｐに転写（二次転写）される。このとき、二次転写ローラ１５５は中間転写ベルト１５１に押圧されるとともに二次転写電圧（二次転写バイアス）が印加される。また、中間転写ベルト１５１は、駆動ローラ１５４を回転させることで一次転写ローラ１５２および従動ローラ１５３を従動回転させながら回転する。
記録媒体Ｐに転写されたフルカラートナー像は、定着装置１１８によって加熱および加圧されて記録媒体Ｐに融着される。その後、片面プリントの場合には、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対１７３によって画像形成装置１１０の外部へ排出される。
一方、感光体１１１は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット１１６のクリーニングブレード１６１によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット１１６内の残存トナー回収部に回収される。

両面プリントの場合には、定着装置１１８によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを一旦排紙ローラ対１７３により挟持した後に、排紙ローラ対１７３を反転駆動するとともに、搬送ローラ対１７４、１７６を駆動して、当該記録媒体Ｐを搬送路１７５を通じて表裏反転して二次転写位置へ帰還させ、前述と同様の動作により、記録媒体Ｐの他方の面に画像を形成する。

このような画像形成装置に備えられた露光ユニット１１３は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受けこれに応じて、一様に帯電された感光体１１１上に、レーザーを選択的に照射することによって、静電的な潜像を形成する装置である。
より具体的に説明すると、露光ユニット１１３は、図７に示すように、光スキャナである光学デバイス１と、レーザー光源１３１と、コリメータレンズ１３２と、ｆθレンズ１３３とを有している。

露光ユニット１１３にあっては、レーザー光源１３１からコリメータレンズ１３２を介して光学デバイス１（光反射部２２１）にレーザー光Ｌが照射される。そして、光反射部２２１で反射したレーザー光Ｌがｆθレンズを介して感光体１１１上に照射される。
その際、光学デバイス１の駆動（可動板２２の回動中心軸Ｘまわりの回動）により、光反射部２２１で反射した光（レーザーＬ）は、感光体１１１の軸線方向に走査（主走査）される。一方、感光体１１１の回転により、光反射部２２１で反射した光（レーザーＬ）は、感光体１１１の周方向に走査（副走査）される。また、レーザー光源１３１から出力されるレーザー光Ｌの強度は、図示しないホストコンピュータから受けた画像情報に応じて変化する。
このようにして露光ユニット１１３は、感光体１１１上を選択的に露光して画像形成（描画）を行う。

次に、イメージングディスプレイ（表示装置）に本発明を適用した例を説明する。
図８は、本発明の画像形成装置（イメージングディスプレイ）の一例を示す概略図である。
図８に示す画像形成装置１１９は、光スキャナである光学デバイス１と、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光源１９１、１９２、１９３と、クロスダイクロイックプリズム（Ｘプリズム）１９４と、ガルバノミラー１９５と、固定ミラー１９６と、スクリーン１９７とを備えている。

このような画像形成装置１１９にあっては、光源１９１、１９２、１９３からクロスダイクロイックプリズム１９４を介して光学デバイス１（光反射部２２１）に各色の光が照射される。このとき、光源１９１からの赤色の光と、光源１９２からの緑色の光と、光源１９３からの青色の光とが、クロスダイクロイックプリズム１９４にて合成される。
そして、光反射部２２１で反射した光（３色の合成光）は、ガルバノミラー１９５で反射した後に、固定ミラー１９６で反射し、スクリーン１９７上に照射される。

その際、光学デバイス１の駆動（可動板２２の回動中心軸Ｘまわりの回動）により、光反射部２２１で反射した光は、スクリーン１９７の横方向に走査（主走査）される。一方、ガルバノミラー１９５の軸線Ｙまわりの回転により、光反射部２２１で反射した光は、スクリーン１９７の縦方向に走査（副走査）される。また、各色の光源１９１、１９２、１９３から出力される光の強度は、図示しないホストコンピュータから受けた画像情報に応じて変化する。
このようにして画像形成装置１１９は、スクリーン１９７上に画像形成（描画）を行う。

以上、本発明の光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光学デバイスでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、軸部材が直線状をなしていたが、軸部材の形状は、可動板を回動可能に支持できるものであれば任意である。例えば、軸部材は、その途中に分岐している部分を有していてもよいし、幅広な部分や幅狭な部分を有してもよし、折れ曲がったような形状をなす部分を有していてもよい。

また、前述した実施形態では、圧電素子が基体の上面のみに接合されていたが、基体の下面に圧電素子を接合してもよい。
また、前述した実施形態では、光学デバイスが左右対称な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
また、前述した実施形態では、光反射部が可動板の上面（支持体とは逆側の面）に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆の面に設けられている構成であってもよいし、両方の面に設けられている構成であってもよい。

本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図である。 図１に示す光学デバイスの平面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す光学デバイスの動作を説明するための図である。 本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す平面図である。 本発明の画像形成装置（プリンタ）の一例を示す全体構成の模式的断面図である。 図６に示す画像形成装置に備えられた露光ユニットの概略構成を示す図である。 本発明の画像形成装置（イメージングディスプレイ）の一例を示す概略図である。

符号の説明

１、１Ａ……光学デバイス ２、２Ａ……基体 ２１、２１Ａ……支持部材 ２２……可動板 ２３、２４……軸部材 ２５、２６……第１の変形部材 ２７、２８、２７Ａ、２８Ａ……第２の変形部材 ３１、３１Ａ、３２、３２Ａ……圧電素子 ４……支持体 ４１……第１の層 ４２……第２の層 １１０……画像形成装置 １１１……感光体 １１２……帯電ユニット １１３……露光ユニット １１４……現像ユニット １１５……転写ユニット １１６……クリーニングユニット １１７……給紙トレイ １１８……定着装置 １１９……画像形成装置 １３１……レーザー光源 １３２……コリメータレンズ １３３……ｆθレンズ １４１〜１４４……現像装置 １４５……保持体 １４６……軸 １５１……中間転写ベルト １５２……一次転写ローラ １５３……従動ローラ １５４……駆動ローラ １５５……二次転写ローラ １６１……クリーニングブレード １７１……給紙ローラ １７２……レジローラ １７３……排紙ローラ対 １７４、１７６……搬送ローラ対 １７５……搬送路 １９１、１９２、１９３……光源 １９４……クロスダイクロイックプリズム １９５……ガルバノミラー １９６……固定ミラー １９７……スクリーン ２２１……光反射部 ２５１、２６１……一端部 ２５２、２６２、２７２、２７２Ａ、２８２、２８２Ａ……他端部 ２７１、２７１Ａ、２８１、２８１Ａ……一端 Ｐ……記録媒体

Claims (9)

1. 支持部材と、
   光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
   前記支持部材に対し前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
   前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
   前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を偏向または走査するように構成された光学デバイスであって、
   前記駆動手段は、前記可動板の板面に略平行で前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、その固定部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材に連結された弾性変形可能な１対の第１の変形部材と、前記回動中心軸に略平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記各第１の変形部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な１対の第２の変形部材と、前記各第２の変形部材上に接合され、前記各第２の変形部材の長手方向に略平行な方向に伸縮する１対の圧電素子を備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第２の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第１の変形部材を曲げ変形させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする光学デバイス。
2. 前記可動板を平面視したときに、前記各第１の変形部材の前記一端部が前記回動中心軸上に位置している請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記可動板を平面視したときに、前記１対の第１の変形部材と前記１対の第２の変形部材と前記１対の圧電素子とは、その配置が、前記回動中心軸に対し直角な方向で前記可動板の中心を通る線分に対し実質的に対称となるように設けられている請求項１または２に記載の光学デバイス。
4. 前記各第２の変形部材は、それぞれ対応する前記第１の変形部材に対し前記可動板側に位置している請求項１ないし３のいずれかに記載の光学デバイス。
5. 前記各第２の変形部材は、それぞれ対応する前記第１の変形部材に対し前記可動板とは反対側に位置している請求項１ないし３のいずれかに記載の光学デバイス。
6. 前記駆動手段は、前記可動板および前記１対の軸部材で構成された捩り振動子の捩り共振周波数に等しい周波数で周期的に変化する電圧を前記各圧電素子に印加するように構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の光学デバイス。
7. 前記１対の圧電素子は、ともに前記回動中心軸に対しその片側に偏在するように配置され、前記駆動手段は、前記１対の圧電素子の伸張／収縮のタイミングが互いに同じになるように、前記圧電素子に電圧を印加するように構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の光学デバイス。
8. 光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
   前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
   前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
   前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
   前記駆動手段は、前記可動板の板面に略平行で前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、その固定部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材に連結された弾性変形可能な１対の第１の変形部材と、前記回動中心軸に略平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記各第１の変形部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な１対の第２の変形部材と、前記各第２の変形部材上に接合され、前記各第２の変形部材の長手方向に略平行な方向に伸縮する１対の圧電素子を備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第２の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第１の変形部材を曲げ変形させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする光スキャナ。
9. 光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
   前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
   前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
   前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を主走査および／または副走査し、対象物上に画像を形成するように構成された画像形成装置であって、
   前記駆動手段は、前記可動板の板面に略平行で前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、その固定部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材に連結された弾性変形可能な１対の第１の変形部材と、前記回動中心軸に略平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記各第１の変形部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な１対の第２の変形部材と、前記各第２の変形部材上に接合され、前記各第２の変形部材の長手方向に略平行な方向に伸縮する１対の圧電素子を備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第２の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第１の変形部材を曲げ変形させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする画像形成装置。

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