JP2009069676A

JP2009069676A - 光走査装置

Info

Publication number: JP2009069676A
Application number: JP2007239940A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Saito; 哲郎齋藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】共振振動数の温度変動が少なく、低電圧駆動が可能な光走査装置を提供する。
【解決手段】ミラー振動子１０のミラー部材１に永久磁石４が固定される。ミラー振動子１０及び永久磁石４は上下カバー２１，２２により包囲され、外部から熱的に隔離される。上下カバー２１，２２の外側に駆動用の電磁石３０が配置される。電磁石３０の熱、その他の熱源の熱は、ミラー振動子１０及び永久磁石４に伝わりにくいため、ミラー振動子の共振周波数の温度変動が生じにくい。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光を偏向して光走査する光走査装置に係り、特に、トーションバーを捻り回転軸としてミラー部材を往復振動させるタイプの光走査装置に関する。なお、このような光走査装置は、レーザ光等の光ビームを偏向走査する各種光学機器、電子写真方式の複写機やレーザビームプリンタ、バーコードリーダ、レーザ光をスキャニングして映像を投影する表示装置、ヘッドアップディスプレイ（自動車及び民生機器用）、携帯機器用ラスタスキャンディスプレイ、測距センサ、形状測定センサ、光空間通信ユニット等、広範な用途に用いられる。

フレーム部材と、ミラー部材と、該ミラー部材を該フレーム部材に支持するトーションバーとを単結晶シリコン等で一体的に形成したミラー振動子を有し、ミラー部材に静電トルクを作用させることにより、トーションバーを捻り回転軸としてミラー部材を往復振動させる構成の光走査装置がある（例えば特許文献１，２参照）。

このような光走査装置は、ミラー部材の慣性モーメントとトーションバーのバネ定数から決まる共振周波数でミラー部材を振動させる、いわゆるレゾナント型のスキャナとして利用されるのが普通であるが、バネ定数は温度により変化するため、温度が変化すると共振周波数も変化する。

特開２００４−１０９６５１号公報特開２００５−４３６１２号公報

特許文献１，２に開示されているような静電トルク駆動の光走査装置は、ミラー部材を大きな振れ角で振動させるためには、ミラー部材側の電極と固定電極との間に高い駆動電圧を印加する必要があり、一般的に低電圧駆動が難しい。また、ミラー部材が振動する空間から外部へ駆動用の配線を引き出す必要があるため、駆動配線関連の構造が複雑化しやすい。また、上述したように共振周波数が周囲の温度の影響を受けやすい。

以上の点に鑑み、本発明は、低電圧駆動が容易であり、ミラー部材の振動空間から外部へ駆動用配線を引き出す必要がなく、かつ、共振周波数が安定した新規な構成の光走査装置を提供することを目的するものである。

請求項１に記載の発明は、
フレーム部材、ミラー部材、及び、該ミラー部材を前記フレーム部材に支持するトーションバーが一体的に形成されてなるミラー振動子と、
前記ミラー部材に固定された永久磁石と、
前記ミラー振動子及び前記永久磁石を包囲し、前記ミラー振動子及び前記永久磁石を外部と熱的に隔離するカバー部材と、
前記トーションバーをねじり回転軸として前記ミラー部材を往復振動させるための駆動トルクを前記永久磁石との間の相互作用により発生させる、前記カバー部材の外側に設けられた電磁石と、
を有することを特徴とする光走査装置。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記ミラー振動子が単結晶シリコンから形成され、前記フレーム部材が前記カバー部材に直接保持され、前記カバー部材がパイレックスガラスからなることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記ミラー振動子及び前記永久磁石の収容空間が前記カバー部材により密閉され、該密閉された収容空間が減圧又は真空状態に保たれることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）請求項１，２，３の光走査装置は、電磁石に交番電流を流し交番磁界を発生させることによってミラー部材の駆動トルクを生じさせる電磁トルク駆動型であるため、静電トルク駆動型の光走査装置に比べ低電圧駆動が容易である。永久磁石と電磁石とは磁気的に結合するのみであり、カバー部材を通じて配線を引き出す必要がなく、静電トルク駆動型の光走査装置に比べ駆動配線関連の構造が単純になる。ミラー振動子及び永久磁石はカバー部材により外部と熱的に隔離されるため、外部の電磁石やその他の熱源の熱の影響はミラー振動子及び永久磁石に及びにくく、したがってミラー振動子の共振周波数の変動が抑えられる。
（２）請求項２記載の光走査装置においては、カバー部材はパイレックスガラスからなるが、パイレックスガラスは比較的低い熱伝導率１．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するため、良好な熱隔離効果を得られる。また、パイレックスガラスは熱膨張率がシリコンに近いため、シリコン単結晶から形成されたフレーム部材がカバー部材に保持される部分において、熱膨張率の差による破損が生じにくい。
（３）請求項３記載の光走査装置においては、ミラー振動子及び永久磁石の収容空間が密閉され、その密閉空間が減圧又は真空状態に保たれるため、カバー部材からミラー振動子及び永久磁石への空間を通じての熱伝導が抑制又は遮断される。したがって、ミラー振動子及び永久磁石の熱隔離効果を高めることができる。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る光走査装置の説明図である。図１において、１０はミラー振動子である。このミラー振動子１０は、図２に斜視図として示すように、一面にミラー面が形成された矩形板状のミラー部材１を同一直線上に並ぶ一対のトーションバー２によりフレーム部材３に支持した構造であり、シリコン単結晶基板から半導体プロセスにより一体的に形成される。

図１において、ミラー振動子１０のミラー部材１のミラー面と反対側の面に永久磁石が接着固定されている。２１はパイレックスガラスからなる上カバー、２２はパイレックスガラスからなる下カバーである。上下のカバー２１，２２は、ミラー振動子１０のフレーム部材３の上下面に接合されミラー振動子１０及び永久磁石を外側から包囲し、ミラー振動子１０及び永久磁石４の収容空間を密閉する。

この光走査装置を使用する場合、上カバー２１を通じてミラー部材１のミラー面に光が入射し、その反射光は上カバーを通じて出射する（図４参照）。上下カバー部材２１，２２により密閉された空間は、減圧又は真空状態に保たれる。

３０は電磁石であり、永久磁石４に近い位置にギャップを有するヨーク３１と、このヨーク３２に巻き付けられたコイル３２とからなる。コイル３２に交番電流を流すと、ヨーク３１のギャップ近傍に交番磁界が発生し、これと永久磁石４の磁界との相互作用によって、トーションバー２を捻り回転軸としてミラー部材１を往復振動させる駆動トルクが発生する。

上下カバー２１，２２はミラー振動子１０を保持し、ミラー振動子１０及び永久磁石４の収容空間を密閉する役割を持つが、さらにミラー振動子１０及び永久磁石４を外部から熱的に隔離するカバー部材として機能する。

熱隔離の機能のみに着目するならば、上下カバー２１，２２の材料は熱伝導率が小さいものほど好ましいが、上カバー２１は光を通す窓としての役割があるため光学的特性が安定である必要がある。また、上下カバー２１，２２は単結晶シリコンからなるフレーム部３と接合されるため、上下カバー２１，２２の材質としては単結晶シリコンと熱膨張係数の差があまり大きいものは好ましくない（熱膨張率の差が大きいと接合工程時等に破損する恐れがある）。かかる観点から、本実施形態では、上下カバー２１，２２の材料として、光学的特性が安定であり、比較的低い熱伝導率（１．１）を有し、熱膨張率もシリコンに近いパイレックスガラスが用いられている。

本実施形態に係る光走査装置は、駆動時に電磁石３０が発熱する。この熱がミラー振動子１０に伝わると、その共振周波数が大きく変動する。しかし、上下カバー２１，２２によりミラー振動子１０及び永久磁石は熱的に隔離されているため、ミラー振動子１０の温度変動は生じにくく、したがって共振周波数の変動が起きにくい。電磁石以外の外部の熱源からの熱についても同様である。

なお、ミラー振動子１０及び永久磁石４の収容空間を減圧又は真空状態に保つと、上下カバー２１，２２から空間を通じての熱伝導を抑制又は遮断し、熱隔離効果を高めることができる。

本実施形態においては、図１に見られるように、ミラー振動子１０のミラー部材３の端面が上下カバー２１，２２から露出している。図３に示すように、フレーム部材３の端面を上カバー２１（又は下カバー２２）で包囲するようにすると、熱隔離効果がさらに向上する。かかる態様も本発明に包含される。

また、図４に示すように、ミラー振動子１０のフレーム部材３を、保持部材２３を介して下カバー２２に保持するようにしてもよい。保持部材２３はフレーム部材３の全面と接着されるのではなく、その一部でのみ接着されるため、保持部材２３とフレーム部材３との熱膨張率がある程度異なっても、組立時に破損は起きにくい。このため、保持部材２３の材質として、例えば、パイレックスガラスより低い熱伝導率（０．６）を有するソーダガラスを用いることにより、熱隔離効果を向上させることができる。かかる態様も本発明に包含される。

なお、本発明は以上説明した実施形態のみに限定されるものではなく、部材の材質や形状等について様々な変更もしくは修正が可能であり、そのような変形態様も本発明に包含される。

本発明の一実施形態に係る光走査装置の説明図である。ミラー振動子の斜視図である。ミラー振動子の保持及び熱隔離に関連した変形例を示す断面図である。ミラー振動子の保持及び熱隔離に関連した変形例を示す断面図である。

符号の説明

１ミラー部材
２トーションバー
３フレーム部材
４永久磁石
１０ミラー振動子
２１上カバー
２２下カバー
２３保持部材
３０電磁石
３１ヨーク
３２コイル

Claims

フレーム部材、ミラー部材、及び、該ミラー部材を前記フレーム部材に支持するトーションバーが一体的に形成されてなるミラー振動子と、
前記ミラー部材に固定された永久磁石と、
前記ミラー振動子及び前記永久磁石を包囲し、前記ミラー振動子及び前記永久磁石を外部と熱的に隔離するカバー部材と、
前記トーションバーをねじり回転軸として前記ミラー部材を往復振動させるための駆動トルクを前記永久磁石との間の相互作用により発生させる、前記カバー部材の外側に設けられた電磁石と、
を有することを特徴する光走査装置。
前記ミラー振動子は単結晶シリコンから形成され、前記フレーム部材は前記カバー部材に直接保持され、前記カバー部材はパイレックスガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記ミラー振動子及び前記永久磁石の収容空間は前記カバー部材により密閉され、該密閉された収容空間は減圧又は真空状態に保たれることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。