JP2009020367A - 揺動体装置、及びそれを用いた光偏向器 - Google Patents

Abstract

【課題】ジッタを相対的に大きく低減することで可動子の揺動運動を安定させることができる揺動体装置を提供することである。
【解決手段】揺動体装置は、回転軸114の回りに揺動可能に支持された少なくとも1つの可動子101、102と、可動子の揺動運動に対してダンピング作用を及ぼすダンパー部材107を備える。ダンパー部材107は、揺動時に可動子101の縁部とこれに対向するダンパー部材の部分との間に存する流体の粘性により可動子101の揺動運動に対してダンピング作用を及ぼす。その為に、ダンパー部材107は、揺動時に可動子101の縁部が形成する軌跡面の少なくとも一部に沿って設けられる。
【選択図】図1

Description

本発明は、揺動可能に支持された少なくとも1つの可動子を有する揺動体装置、それを用いた光偏向器、それを用いた光学機器などに関する。揺動体装置は、光偏向器、アクチュエータ、センサなどとして応用可能である。また、光偏向器は、光の偏向走査によって画像を投影するプロジェクションディスプレイや、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置に好適に用いられる。

従来、正弦振動を行う可動子を含む光偏向器を使用した光走査系ないし光走査装置が提案されている。正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査系は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査系に比べて、光偏向器を大幅に小型化できる。また、消費電力が少ないこと、半導体プロセスによって製造されるＳｉ単結晶からなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐久性にも優れていること、等の特徴がある。

共振現象を利用した光偏向器において、ねじり振動方向の2つ以上の固有振動モードを同時に励起させて、正弦波状の光走査以外の光走査を行う技術がある（特許文献1参照）。図12は、この光偏向器を説明するための上面図である。平板状の可動部（第1可動子）1001は、図中の上下を2本のねじりバネ1011a、1011bで支持され、永久磁石1041を有している。枠形状の可動部（第2可動子）1002は、その内側にねじりバネ1011a、1011bを支持しており、図中の上下を2本のねじりバネ1012a、1012bで支持されている。枠形状の支持枠1021は、その内側でねじりバネ1012a、1012bを支持している。支持枠1021はプレート部材1000に接着されている。可動部1001、1002及びねじりバネ1011、1012は、2つの固有振動モードを有し、それらの周波数比はほぼ1：2の関係にある。これらの2つのモードを同時に励起することにより、鋸波状の振動で光偏向器を駆動して、角速度の変動が少ない光走査を行うことができる。しかし、図12の光偏向器は、可動部を大きな振れ角で揺動するときに可動部付近に生じる気流の乱れ、外部から進入する振動などによる可動子の揺動運動の乱れ（ジッタともいう）を特に考慮したものではない。

一方、可動子の変位角及び揺動運動を安定させる光偏向器として、分解図である図13に示す様な光偏向器が存在している（特許文献2参照）。図13において、光偏向器1は、振動体5とベース台2と蓋体20とからなる。振動体5は、反射ミラー（可動子）8と、これに連結されるねじりバネ9、10と、ねじりバネ9、10が連結される固定枠部7とからなる。ベース台2は、支持部3、4と、支持部3、4の間の上面に形成された凹部2a、2bと、ねじりバネ10を振動させるための凹部2a上の電極11、12とからなる。振動体5を挟持する蓋体20は、偏向する光ビーム（不図示）が透過する材質で形成されている。

この様な光偏向器では、反射ミラー8が振動してねじれ変位した場合、ねじりバネ9、10と固定枠部7との連結点に発生する応力を分散させることができる。それと共に、ねじりバネ9のみに応力が集中することなく、ねじりバネ10にも応力を分散させることができる。従って、ねじりバネ9、10をあまり太くしたり長くしたりしなくてもよく、コンパクトな設計で、反射ミラー8の共振周波数を確保しながら比較的大きな変位角（振れ角）が得られる。また、蓋体20で密封した上で、その中の減圧又は不活性ガスの充填によって、気流の乱れを低減することができる。こうして、振動体の揺動運動を安定させることができる。
特開2005−208578号公報 特開2003−057586号公報

例えば、レーザービームプリンタ等の電子写真においては、レーザー光を感光体上で走査することによって画像を形成する。こうした装置中の光偏向器として、図12に示す様な光偏向器を用いて大きな変位角で走査する場合、気流の乱れ等による可動子の揺動運動のジッタを低減して可動子の揺動運動を安定させることは考慮されていない。

一方、図13に示す光偏向器の場合、減圧又は不活性ガスの充填によって気流の乱れを低減し、変位角及び揺動運動を安定させることができるとされている。しかし、減圧又は不活性ガスの充填のためのパッケージングにより製造コストが増加しやすい。また、反射ミラー面で偏向走査される光ビームが透過する材質によって蓋体を形成しているため、光ビームの光量が或る程度低下することは避けられない。

上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は、回転軸の回りに揺動可能に支持された少なくとも1つの可動子を含む揺動体装置であって、次の特徴を有する。すなわち、前記可動子の揺動運動に対してダンピング作用を及ぼすダンパー部材を備える。ダンパー部材は、揺動時に可動子の縁部とこれに対向するダンパー部材の部分との間に存する流体の粘性により可動子の揺動運動に対してダンピング作用を及ぼす様に、揺動時に可動子の縁部が形成する軌跡面の少なくとも一部に沿って設けられる。

また、上記課題に鑑み、本発明の光学機器は、光源と、反射面が設けられた可動子と少なくとも1つの可動子にトルクを印加して可動子を揺動させる駆動手段を含む上記揺動体装置により構成された光偏向器と、光入射目標体とを有すること特徴とする。光偏向器は、前記光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を前記光入射目標体上に入射させる。

本発明によれば、上記の如きダンパー部材が設けられているので、ジッタが低減されて、可動子の変位角が比較的大きい場合でも、可動子の揺動運動が安定する。従って、本発明の揺動体装置を、例えば、光偏向器として用いる場合、走査する光ビームの光量を低下させることなく安定した光走査を行うことができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態を明らかにすべく、実施例を説明する。

（第1の実施例）
図1乃至図5を用いて、本発明の揺動体装置の第1の実施例に係る光偏向器を説明する。図1（a）は本実施例の光偏向器の正面図である。図1（b）は、図1（a）の領域113の平面図である。図1に示す如く、本実施例の光偏向器は、第1可動子101と、第2可動子102と、2つの可動子101、102を直列に連結する一直線（ねじり軸114）上に配置された2種類のねじりバネ103、104を有する。第1可動子101は第1ねじりバネ103で支持されている。第2可動子102は第1ねじりバネ103を支持しており、第2ねじりバネ104で支持されている。支持体105は第2ねじりバネ104を支持している。こうして、平板状の第1可動子と第2可動子は、ねじりバネにより、支持体105に対して、回転軸である同一ねじり軸の回りにねじり振動可能に支持される。図1（b）中のθmaxは可動子の振動の最大振れ角を表す（このことは、後述する図7-2、図7-3、図10でも同様である）。また、支持基板116は、支持体105及び後述するダンパー部材107を支持している。前記ダンパー部材は、前記可動子と前記ねじりバネの連結部の反対側において、前記軌跡面の少なくとも一部に沿って設けられている。こうした位置に設けるダンパー部材には、ねじりバネなどを通す貫通孔などを設ける必要が無いので、作製が容易となる。

第1可動子101は、反射面110とシリコン部109で構成されている。反射面110の材料は、例えば、アルミニウムであり、真空蒸着により形成することができる。反射面110の最表面には保護膜を形成してもよい。第2可動子102は、シリコン部112と2つの硬磁性体111を有している。シリコン部112の上下両面と2つの硬磁性体111は、夫々、接着剤で接着されている。硬磁性体111は、例えば、永久磁石である。

ダンパー部材107は支持基板116と接着剤で接着されている。本実施例では、ダンパー部材107の連続的なダンパー面118の領域は、図1（b）に示す様に、ねじり軸114方向から見てねじり振動時の第1可動子101の振動領域より大きくなっている。すなわち、ダンパー部材107は、可動子101とねじりバネ103の連結部の反対側において、揺動時に可動子101の縁部が形成する軌跡面の全部を含む領域より大きい領域に沿って設けられている。ただし、ダンピング効果は多少異なってくるが、ダンパー部材は、可動子の縁部が形成する軌跡面の少なくとも一部に沿って設けられればよい。また、ダンパー部材は、第1可動子101の他の縁部が形成する軌跡面に沿って設けてもよく、第2可動子102の縁部が形成する軌跡面に沿って設けてもよい。

ギャップ117は、第1可動子101の揺動時にダンパー部材107のダンパー面118と第1可動子101の縁部とが直接対向する際の隔たりの最短距離を示す。ここでは、ギャップ117は0.1mmである。第1可動子101の揺動時に生じるダンピング効果（揺動を抑制する効果）により不要な振動が相対的に大きく低減され、第1可動子101の振動が安定する。すなわち、揺動時に第1可動子101の縁部とこれに対向するダンパー部材107の部分であるダンパー面118との間に存する流体の粘性により第1可動子101の揺動運動に対してダンピング作用が及ぶ。この際、第1可動子101の揺動運動は種々の運動成分を有しているが、全成分に対してほぼ等しい抑制力すなわちダンピング作用が働く。従って、相対的に小さいジッタなどの不要成分が主要な成分に対して相対的に大幅に低減されて、所望の必要揺動運動のみが実質的に残って揺動運動が安定化される。本発明は、可動子に対してその揺動を妨げるような抵抗を敢えて加えることにより揺動運動を安定化させるものである。

ダンパー部材107の材料は、例えば、樹脂である。ここでは、ダンパー部材107は連続的なダンパー面108を有するように形成されているが、揺動時に可動子の縁部と直接対向するダンパー部材107の部分は、メッシュ面、すのこ状面などの、微視的に見れば不連続な面であってもよい。

第1可動子101のシリコン部110は、ねじり軸114に垂直方向の長さが、例えば、3ｍｍ、ねじり軸114に平行方向の長さが、例えば、1ｍｍである。第2可動子102のシリコン部112は、ねじり軸114に垂直方向の長さが、例えば、3．0ｍｍ、平行方向の長さが、例えば、1．5ｍｍである。支持体105と第2ねじりバネ104と第2可動子102のシリコン部112と第1ねじりバネ103と第1可動子101のシリコン部109とは、一体形成することができる。例えば、単結晶シリコン基板から、半導体製造方法のフォトリソグラフィとドライエッチングにより一体形成することができる。こうすれば、加工精度が高く、小型の光偏向器を形成することが可能となる。

また、第2可動子102の両面に夫々1つずつ接着された硬磁性体111である永久磁石の下部には、コイル108が配置されている。コイル108は、スペーサ（不図示）を介して支持体105を支持する支持基板116上に設けられている。ここで、コイル108の中央の空隙部に、透磁率の高い材料で作成されたコア（図示しない）が配置されてもよい。基板116とコイル108は接着されている。硬磁性体111である永久磁石とコイル108は駆動手段を構成し、コイル108に電流を流すと第2可動子102上の硬磁性体111にトルクが作用し、複数の可動子を含む振動系全体が駆動される。

本実施例の駆動原理を説明する。本実施例の光偏向器は、ねじり軸114を中心としたねじり振動に関し、基準周波数となる周波数ｆ₀の1次の固有振動モードと基準周波数の2倍の周波数の2次の固有振動モードを有する2自由度振動系として扱うことができる。駆動手段のコイル108は、この1次の固有振動モードの周波数と、これに対して同位相で2倍の周波数との2つの周波数で本実施例の光偏向器を駆動する。

図2（a）は、横軸を時間ｔとして、第1可動子101の周波数ｆ₀のねじり振動の変位角を説明する図である。図2（a）は、特に第1可動子101のねじり振動の1周期Ｔ₀に相当する部分を示している（−Ｔ₀／2＜ｔ＜Ｔ₀／2）。

曲線61は、コイル108に印加する駆動信号による振動のうち、基準周波数ｆ₀の成分を示しており、最大振幅±φ₁の範囲で往復振動し、時間ｔ、角周波数ｗ₀＝2πｆ₀として、次の式1で表される正弦振動である。
θ₁＝φ₁sin[ｗ₀ｔ] （式1）

一方、曲線62は、基準周波数ｆ₀の2倍の周波数成分を示しており、最大振幅±φ₂の範囲で振動し、次の式2で表される正弦振動である。
θ₂＝φ₂sin[2ｗ₀ｔ] （式2）

曲線63は、この様な駆動の結果生じる第1可動子101のねじり振動の変位角を示している。可動子を含む振動系は、前述の様にねじり振動について2自由度振動系として扱うことができ、基準周波数ｆ₀の固有振動モードと周波数2ｆ₀の2次の固有振動モードをねじり軸114中心のねじり振動について有している。そのため、本実施例の光偏向器には、駆動信号に励起された上記θ₁、θ₂の共振が夫々生じる。つまり、曲線63の第1可動子101の変位角は、2つの正弦振動の重ね合わせの振動となり、次の式3で表される鋸波状の振動となる。
θ＝θ₁＋θ₂＝φ₁sin[ｗ₀ｔ]＋φ₂sin[2ｗ₀ｔ] （式3）

図2（b）は、図2（a）の曲線61、63、直線64を微分した曲線61a、63a、直線64aを示しており、これらの曲線の角速度を説明している。基準周波数ｆ₀の正弦振動の角速度である曲線61aと比べ、可動子の鋸波状の往復振動の角速度を示す曲線63aは、次の様になっている。すなわち、区間Ｎ−Ｎ’において、極大点の角速度Ｖ₁、極小点の角速度Ｖ₂を最大・最小とする範囲に角速度が収まっている。従って、本実施例の光偏向器による光の偏向走査を利用する応用において、等角速度走査である直線64aからの角速度の許容誤差以内にＶ₁、Ｖ₂が存在するならば、区間Ｎ−Ｎ’は実質的な等角度走査とみなすことができる。この様に、鋸波状の往復振動によって、偏向走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、実質的な等角速度となる領域を広く設定することができるため、偏向走査の全域に対する利用可能な領域を大きくすることができる。

上記説明では、特に2つの固有振動モードの周波数が略2倍の関係を説明したが、これを略3倍にした場合は、重ね合わせの振動の形状は略三角波となる。この場合、偏向走査の往復で略等角速度の領域が現れるため、往復で等角速度を利用する応用に特に好適となる。

上記の様な駆動を行う場合、複数の固有振動モードを所望の関係に調整して、かつ、変位角及び揺動運動を安定させなければならない。本実施例の光偏向器では、ねじり軸114に対して、第2可動子102の慣性モーメントI₂を第1可動子101の慣性モーメントI₁より大きくすることによって、2つの固有振動数を所望の関係に調整することが容易となる。

例えば、第1可動子と第2可動子の慣性モーメントがI₁＞I₂の関係である場合、慣性モーメントI₁を変化させると、2つの固有振動数の両方が大きく変化してしまう。また、慣性モーメントI₂を変化させても、2つの固有振動数の両方が大きく変化してしまう。従って、2つのねじりの固有振動数を個別に調整することはできない。一方、第1可動子と第2可動子の慣性モーメントがI₁＜I₂の関係である場合、慣性モーメントI₁或いはI₂を変化させると、一次の固有振動モードと2次の固有振動モードのどちらかを主に変化させることができる。望ましくは、I₂がI₁の4倍以上であるのがよい。

従って、光偏向器を作製した際の形状ばらつきなどにより、2つの固有振動モードが所望の関係にない場合、慣性モーメントI₁或いはI₂を調整することにより、2つのねじりの固有振動モードを所望の周波数の関係にできる。

また、慣性モーメントI₂を大きくすることによって、固有振動モードの振幅増幅率（共振の鋭さQ値）を向上させることができる。慣性モーメントを大きくして、振幅増幅率を大きくし、振動エネルギーの分散を抑制することによって、変位角及び揺動運動の安定性を向上させることができる。

ダンパー部材107のダンピング効果について、更に説明する。図3は、図1に示す光偏向器にダンパー部材107が設置されていない場合の光偏向器である。図1と図3の光偏向器において、第1可動子101の変位角の安定性を実際に測定した結果を次に示す。

図5は第1可動子101の変位角の安定性を測定する実験系である。波成器805によって生成された正弦波を増幅器806で増幅し、図示しないコイルに交流電流を流すことで第1可動子101を振動させる（最大変位角38deg）。光源803から出射した光線802を振動している第1可動子101で反射させて、2つのビームディテクタ（BD）804で受光させる。2つのBD804は夫々変位角±30degの位置に設置されており、走査毎に、BD804間の受光時間間隔を図示しないタイムインターバルアナライザで測定する。このように測定された走査毎のBD間の受光時間間隔から得られた走査ムラにより、第1可動子101の変位角の安定性を評価する。走査ムラは、受光時間間隔のpeak-to-peak値の平均で表す。

図4は、図5の実験系によって、図1におけるギャップ117を変えたときの走査ムラとそのときの駆動電流値を測定して得た増加率の結果を示すグラフである。図4において、図1の光偏向器のギャップ117が0．1ｍｍになると走査ムラは図3の光偏向器よりも約35％低減している。また、そのときの図1の光偏向器の駆動電流値は、図3の光偏向器と比べて、約18％増加している。つまり、ダンパー部材107のダンパー面を第1可動子101の揺動軌跡面にこの程度近づけることによって、ダンピング効果を増加させる。そして、第1可動子101の全体の揺動運動に抑制力が加わり、第1可動子101の不要な振動を低減させていると言える。図4から分かる様に、第1可動子101の不要な振動を低減させる好ましいダンピング効果を得るためには、ギャップ117は0．5ｍｍ以下程度に設定されるのが良い。ギャップ117が1ｍｍ程度以上になると走査ムラはむしろ大きくなる。これは、可動子の縁部とダンパー部材との間に乱流が発生してジッタが悪化すると考えられる。ただし、これらの値は、ダンパー部材の表面状態、設置箇所や数、面積などにも依る。このように、実験によっても上記ダンピング効果による走査ムラの低減が確認されている。

ここで、第2可動子102のねじり軸114に垂直方向の長さを第1可動子101のねじり軸114に垂直方向の長さより長くしても変位角の安定性は向上する。また、第2可動子102のねじり軸114に平行方向の長さを第1可動子101のねじり軸114に平行方向の長さより長くしても変位角の安定性は向上する。よって、第2可動子102を長くする方向に関係なく、変位角の安定性を向上させることができ、このとき、慣性モーメントI₂を慣性モーメントI₁よりも大きくすることも容易である。

また、本実施例の光偏向器では、第1可動子101が片持ち梁形態で支持されていて、支持体105と1つの第1ねじりバネ103と1つの第2ねじりバネ104とが連結されている。従って、固定した際の応力或いは熱応力等により支持体105に不要な力が働いて支持体105との固定箇所がたとえ変形しても、第1可動子101及び第2可動子102には応力が殆ど作用しない。従って、第1可動子101の反射面の平面度（面精度）の低下を防止することができる。

また、本実施例の光偏向器では、第2可動子102が複数の部材（シリコン部112と硬磁性体111）で構成される一方、反射面110を有する第1可動子101は単一の部材で形成されている。従って、シリコン部112に硬磁性体111を接着・固定した際に、第2可動子102が変形しても、第1可動子101上の反射面110は変形しない。よって、走査スポットの劣化を確実に防止できる。

上記構成は図6に示す様に変形することもできる。図6の変形例の光偏向器では、第1可動子201を枠形状の第2可動子202で囲み、第2可動子202は2本の第2ねじりバネ204によって支持体205で支持されている。この場合、第2可動子202は両端において両持ち梁形態で支持されている。従って、振動時に生じる静止時位置の第1可動子201の垂線方向への倒れ量（軸倒れ量）が低減される。また、硬磁性体211の量を増加させても重力による軸倒れ量は増加しない。さらに、第2可動子202は第1可動子201を囲んでおり、慣性モーメントI₂を慣性モーメントI₁よりも大きくすることが容易である。その他の点は上記実施例と同じである。

尚、図6において、203は第1ねじりバネ、207はダンパー部材、208はコイル、209は第1可動子201のシリコン部、210は第1可動子201の反射面である。また、212は第2可動子202のシリコン部、216は支持基板、217はギャップ、218はダンパー部材207のダンパー面である。更に、図6の変形例において、第1ねじりバネ203と第1可動子201とダンパー部材207の配置をほぼ90度回転させた様な構成も可能である。すなわち、第1ねじりバネ203を第2可動子202の図6上下に伸びる部分から左右方向に伸ばし、その先に第1可動子201を接続して、第1可動子201の回転軸方向と第2可動子202の回転軸方向が交差する様にする。こうした構成にも、上記ダンピング効果を奏する様にダンパー部材を設けることが可能である。

本実施例によれば、上記の如き板状のダンパー部材が可動子の縁部の揺動軌跡面に対して適切なギャップを隔てて設けられているので、ジッタなどの不要な振動成分が大幅に低減される。よって、可動子の変位角が比較的大きい場合でも、可動子の揺動運動が安定する。従って、本実施例の光偏向器を用いる場合、走査する光ビームの光量を低下させることなく安定した光走査を行うことができる。

（第2の実施例）
本発明の揺動体装置の第2の実施例に係る光偏向器を説明する。図7-1は本実施例の光偏向器の正面図である。図7-2は、図7-1の領域613の平面図である。図7-3は、図7-1の領域619の平面図である。図7-1に示す様に、本実施例では、1つの可動子601が1つのねじりバネ603で支持され、支持体605がねじりバネ603を支持している。支持基板616は、支持体605と2つのダンパー部材607を支持している。

可動子601は、反射面610とシリコン部609と硬磁性体611で構成されている。シリコン部609の上面に設けられた反射面610の材料は、例えば、アルミニウムであり、真空蒸着により形成されている。反射面610の最表面に保護膜を形成してもよい。硬磁性体611は、例えば、永久磁石であり、シリコン部609の下面と接着剤で接着されている。2つのダンパー部材607は、支持基板616に接着剤で接着されている。ダンパー部材607の材料は、例えば、樹脂である。

本実施例では、ねじり軸614と垂直に2ヶ所で、可動子601に対してダンパー部材607を設置している。2つのダンパー部材607のダンパー面618は、夫々、ギャップ617を隔てて、ねじり軸614と垂直方向に伸びる可動子601の2つの縁部が形成する軌跡面と対向している。これにより、ダンピング効果を増大させることができ、可動子601の振動をより安定させることができる。

ここで、本実施例の光偏向器は反射面610を有する可動子601のみが振動しており、可動子の振動による気流の乱れを最小限に抑え、可動子601の揺動運動を安定させることができる。コイル608と硬磁性体611からなる駆動手段及びその他の点は第1の実施例と同様である。尚、図7-2と図7-3において、620と630は、夫々、ダンパー部材607に形成されたコイル608通過用の開口部であり、635は、ダンパー部材607に形成されたねじりバネ603通過用の円形の貫通孔である。

本実施例の変形例を説明する。図8は変形例の光偏向器の正面図である。本例では、2つの第2可動子702で第1可動子701を挟んでいる。図8において、第1可動子701は、2本の第1ねじりバネ703によって2つの第2可動子702で支持されている。また、2つの第2可動子702は、2本の第2ねじりバネ704によって夫々支持体705に支持されている。第1可動子701を2つの第2可動子702で挟んで支持しており、第2可動子702の面積を小さくすることができる。それにより、図8における光偏向器の振動による気流の乱れを低減し、光偏向器の振動を安定させることができる。さらに、第1可動子701は両端で支持されており、前述した軸倒れ量が低減される。ここでも、光偏向器の駆動原理、ダンピング効果などについては、第1の実施例と同様である。

尚、図8において、707はダンパー部材、708はコイル、709は第1可動子701のシリコン部、710は第1可動子701の反射面である。また、711は第2可動子702の硬磁性体、712は第2可動子702のシリコン部、714は共通のねじり軸、716は支持基板、717はギャップ、718はダンパー部材707のダンパー面である。

（第3の実施例）
本発明の揺動体装置の第3の実施例に係る光偏向器を説明する。正面図である図9に示す様に、本実施例の光偏向器では、第1可動子1201の形状がひし形であり、ひし形の2辺が形成する円錐形状の軌跡面に沿って、ダンパー面1218を有するダンパー部材1207が設置されている。ダンパー部材1207は、ねじり軸1214の回りに対称的に形成されている。図9は、第1可動子1201の周囲を説明するための正面図であり、その他の点は、図1の光偏向器と同様である。本実施例によれば、ねじり軸1214から離れた反射面1210の部分が減少し、ねじり振動時に第1可動子1201が受ける空気抵抗は低減され、第1可動子1201の振動が更に安定する。

尚、図9において、1203は第1ねじりバネ、1209は第1可動子1201のシリコン部、1216は支持基板、1217はギャップである。本実施例ではひし形の可動子を用いたが、場合に応じて、形状は三角形、円形などにして、円錐形状、球面形状などの軌跡面に沿ってダンパー部材を設けることも可能である。

（第4の実施例）
本発明の揺動体装置の第4の実施例に係る光偏向器を説明する。ねじり軸1314の方向から見た図10に示す様に、本実施例の光偏向器では、振動時の第1可動子1301の回転軸であるねじり軸1314に平行な縁部が描く軌跡曲面に沿って、ダンパー面1318を有するダンパー部材1307が設置されている。この点、上記実施例では、可動子の回転軸と、可動子の縁部と対向するダンパー部材の部分とが垂直であった。

ダンパー部材1307は支持基板1316に固定されている。図10は、第1可動子1301の回転軸であるねじり軸1314と垂直な平面における断面図であり、本実施例のその他の構成は図1の光偏向器と同様である。このように、ねじり軸1314から最も離れた第1可動子1301の速度の速い部分である縁部に対して、ギャップを隔てて、ダンパー面1318を設置することで、ダンピング効果がより増加する。

図10の例では、第1可動子1301の縁部が描く軌跡曲面の途中までしかダンパー面1318が伸びていないが、ダンパー面を更に延長して全軌跡曲面をカバーする様にしてもよい。また、ねじり軸1314の周りに360度延長して、ダンパー面を円筒形にしてもよい。これにより、ダンピング効果が更により増加する。どの程度まで延長するかといった構成は、場合に応じて、適宜設計すればよい。

（第5の実施例）
図11は、本発明の揺動体装置を用いた光偏向器を使用した光学機器の実施例を示す図である。ここでは、光学機器として画像形成装置を示している。図11において、503は本発明の光偏向器であり、本実施例では入射光を1次元に走査する。501はレーザ光源である。502はレンズ或いはレンズ群であり、504は書き込みレンズ或いはレンズ群、505は光入射目標体である感光体、506は走査軌跡である。

レーザ光源501から射出されたレーザ光は、光の偏向走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器503により1次元的に走査される。この走査されたレーザ光は、書き込みレンズ504により、回転中心の回りで等速回転している感光体505上へ画像を形成する。感光体505は図示しない帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することによりその部分に静電潜像が形成される。次に、図示しない現像器により静電潜像の画像部分にトナー像が形成され、これを例えば図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に画像が形成される。本発明の光偏向器により、光の偏向走査の角速度を仕様範囲内で略等角速度とすることができる。更に、本発明の光偏向器を用いることにより、安定な画像形成を行う画像形成装置とできる。

反射面が設けられた可動子と少なくとも1つの可動子にトルクを印加して可動子を揺動させる駆動手段とダンパー部材を含む本発明の揺動体装置により構成された光偏向器は、画像表示装置に用いることもできる。ここでは、光偏向器は、光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を光入射目標体である画像表示体上に入射させる。

本発明の揺動体装置は、光偏向器の他に、電位センサ、加速度センサなどとして用いることもできる。電位センサの場合、例えば、可動子の一方の面上に、絶縁層を挟んで、電位測定対象に対向して設置される2つの検知電極を設け、他方の面上に永久磁石を設ける。そして、可動子の付近に上記の如くダンパー部材を設ける。こうした構成により、回転軸の回りに可動子を安定して振動させることで機械的に測定対象と検知電極間の容量を変化させ、静電誘導で検知電極に誘導される微小な電荷の変化を電流信号を介して検出して電位を測定する。ここでは、検知電極からの信号は逆位相で変化するので、これらを差動処理することで、同相ノイズの除去比が高い電位センサとできる。

揺動体装置を加速度センサとする場合、例えば、可動子の付近に上記の如くダンパー部材を設け、ねじりバネの部分にピエゾ素子を形成する。外力の作用で可動子が回転軸の回りに回転するとき、その大きさをピエゾ素子で検知して外力の大きさを測定する。この場合も、ダンパー部材を設けることで可動子の揺動運動の安定性及び精度が良くなり、精度の良いセンサとできる。

（a）は本発明の第1の実施例の光偏向器を説明するための正面図であり、（b）は本発明の第1の実施例の光偏向器を説明するための平面図である。 （ａ）は本発明の実施例の光偏向器の可動子の変位角を示す図であり、（b）は本発明の実施例の光偏向器の可動子の角速度を示す図である。 比較例の光偏向器を説明するための正面図である。 本発明の実施例の光偏向器によるダンピング効果を説明するための実験結果を示すグラフである。 本発明の実施例の光偏向器の効果を見るために用いた実験系の図である。 本発明の第1の実施例の光偏向器の変形例を説明するための正面図である。 本発明の第2の実施例の光偏向器を説明するための正面図である。 本発明の第2の実施例の光偏向器を説明するための平面図である。 本発明の第2の実施例の光偏向器を説明するための別の平面図である。 本発明の第2の実施例の光偏向器の変形例を説明するための正面図である。 本発明の第3の実施例の光偏向器を説明するための正面図である。 本発明の第4の実施例の光偏向器を説明するための平面図である。 本発明の第5の実施例の光学機器を説明するための図である。 従来技術の光偏向器を説明する上面図である。 従来技術の光偏向器を説明する斜視図である。

符号の説明

101、201、301、701、801、1201、1301 可動子（第1可動子）
102、202、302、702 可動子（第2可動子）
601 可動子
103、203、303、703、1203 ねじりバネ（第1ねじりバネ）
104、204、304、704 ねじりバネ（第2ねじりバネ）
603 ねじりバネ
107、207、607、707、1207、1307 ダンパー部材
108、208、308、608、708 駆動手段（コイル）
110、210、310、610、710、1210 反射面
111、211、311、611、711 駆動手段（硬磁性体）
114、214、314、614、714、1214、1314 回転軸（ねじり軸）
117、217、617、717、1217 ギャップ
118、218、618、718、1218、1318 ダンパー面
501 光源（レーザ光源）
503 光偏向器（光走査系）
505 光入射目標体（感光体）

Claims (9)

1. 回転軸の回りに揺動可能に支持された少なくとも1つの可動子を含む揺動体装置であって、
   前記可動子の揺動運動に対してダンピング作用を及ぼすダンパー部材を備え、
   前記ダンパー部材は、揺動時に前記可動子の縁部とこれに対向する当該ダンパー部材の部分との間に存する流体の粘性により前記可動子の揺動運動に対してダンピング作用を及ぼす様に、揺動時に前記可動子の縁部が形成する軌跡面の少なくとも一部に沿って設けられている、
   ことを特徴とする揺動体装置。
2. 1つの可動子に反射面が設けられ、
   少なくとも1つの可動子にトルクを印加して可動子を揺動させる駆動手段を備える、
   ことを特徴とする請求項1記載の揺動体装置。
3. 支持体と、反射面を有する第1可動子と、少なくとも1つの第2可動子と、を含み、
   前記第1可動子と前記第2可動子は、ねじりバネにより、前記支持体に対して、前記回転軸であるねじり軸の回りにねじり振動可能に支持される、
   ことを特徴とする請求項2記載の揺動体装置。
4. 少なくとも1つの可動子が、1つのねじりバネで前記回転軸の回りに揺動可能に支持され、
   前記ダンパー部材は、前記可動子と前記ねじりバネとの連結部の反対側において、前記軌跡面の少なくとも一部に沿って設けられている、
   を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の揺動体装置。
5. 前記回転軸と前記ダンパー部材の前記対向する部分とが垂直である、
   ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の揺動体装置。
6. 前記回転軸と前記ダンパー部材の前記対向する部分とが平行である、
   ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の揺動体装置。
7. 前記ダンパー部材は、前記可動子の縁部が形成する軌跡面の全部を含む領域に沿って設けられている、
   ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の光偏向器。
8. 前記ダンパー部材の前記対向する部分と前記可動子の縁部との最短距離が0．5ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の光偏向器。
9. 光源と、請求項2乃至8のいずれか1つに記載の揺動体装置により構成された光偏向器と、光入射目標体とを有し、
   前記光偏向器は、前記光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を前記光入射目標体に入射させる、
   ことを特徴とする光学機器。

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