JP2011095331A - 光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラー部の振動角の増大が容易で、かつ、トーション梁等の破損を生じにくくした光走査装置を提供する。
【解決手段】ミラー部１１を回転振動可能に支持するトーション梁１３，１４をそれぞれ略平行な複数の分割トーション梁１３ａ，１３ｂと略平行な複数の分割トーション梁１４ａ，１４ｂとに分割する。分割トーション梁１３ａ，１３ｂをカンチレバー１５の非拘束の自由端に接続し、分割トーション梁１４ａ，１４ｂをカンチレバー１６の非拘束の自由端に接続する。カンチレバー１５，１６の自由端を容易に大きく変位させることができるので、ミラー部のより大きな振動角を容易に得ることができる。トーション梁の分割により、トーション梁とカンチレバーとの連結箇所が増加するため、連結箇所での応力集中が緩和され、その部分の破損が生じにくい。
【選択図】図３

Description

本発明は、小さなミラーを回転振動させることによりレーザ光等の光ビームを偏向・走査する光走査装置に係り、さらに、この光走査装置を利用した画像形成装置及び画像投影装置に関する。

マイクロマシン技術を用いた光走査装置は、ポリゴンミラーや従来型のガルバノミラーに較べて省電力化、小型化や高速化の可能性があり、駆動部分の形成もシリコンウエハーを素材として、半導体微細加工技術を用いて大量で安価に形成できる可能性があるため、その実用化が期待されている。

従来、図２４に示すような、マイクロマシン技術を用いた光走査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この光走査装置は、ミラー面２が設けられたミラー部１の対向した２辺に、一対のトーション梁３，４が一直線をなす位置関係で、それぞれの一端で接続されている。トーション梁３に対応して、その軸方向に直交した方向に延びる一対のカンチレバー５ａ，５ｂが設けられ、これらカンチレバー５ａ，５ｂの一方の端は枠部９に固定され、枠部９に固定されていない他の端（自由端）は相互に結合され、この自由端にトーション梁３の他端が接続されている。同様に、トーション梁４に対応して、その軸方向に直交した方向に延びる一対のカンチレバー６ａ，６ｂが設けられ、これらカンチレバー６ａ，６ｂの一方の端は枠部９に固定され、枠部９に固定されていない他の端（自由端）は相互に結合され、この自由端にトーション梁４の他端が接続されている。カンチレバー５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの一面に、それらカンチレバーの反り変形を生じさせる手段として圧電部材７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが設けられている。これら圧電部材は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料の層と電極とからなり、電極間に電圧を印加することにより圧電材料層がカンチレバーの長さ方向に伸縮して、カンチレバーの厚み方向の反りを生じさせる。

動作は次の通りである。圧電部材７ａ，８ａと圧電部材７ｂ，８ｂとを逆位相の交流電圧やパルス電圧で駆動する。そうすると、カンチレバー５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂが曲げ振動することによりトーション梁３，４に捩れ変形が発生し、ミラー部１がトーション梁周りに回転振動する。圧電部材に印加する交流電圧等の周波数をミラー部１１を含む振動系の固有振動数と一致させることにより、効率的な駆動が可能である。

しかし、このような光走査装置では、各トーション梁に接続された一対のカンチレバーの自由端が相互に接続されていて動きが拘束されるので、その自由端で大きな変位を得にくいため、ミラー部の大きな振幅角を得にくいという問題がある。

本発明の主たる目的は、ミラー部に接続されたトーション梁にカンチレバーの自由端を直接接続し、カンチレバーの曲げ振動によりトーション梁の捩り変形を発生させてミラー部を回転振動させるタイプの光走査装置において、ミラー部のより大きな振幅角を得られるようにし、また、ミラー部の回転振動に伴うトーション梁等の部材の破損を生じにくくすることにある。本発明の他の目的は、そのような改良された光走査装置を用いた画像形成装置及び画像投影装置を提供することにある。

請求項１の発明の光走査装置は、
ミラー面を有するミラー部と、
それぞれが略平行な複数の第１の分割トーション梁と、
それぞれが略平行な複数の第２のトーション梁と、
一方の端が固定され、他方の端が非拘束の自由端である一つの第１のカンチレバーと、
一方の端が固定され、他方の端が非拘束の自由端である一つの第２のカンチレバーと、
前記第１及び第２のカンチレバーに反り変形を生じさせる反り発生手段とを有し、
前記複数の第１の分割トーション梁と前記複数の第２の分割トーション梁とが前記ミラー部を介して略直線上に並ぶように、前記複数の第１の分割トーション梁の一方の端及び前記複数の第２の分割トーション梁の一方の端がそれぞれ前記ミラー部に接続され、
前記第１のカンチレバーの長手方向と前記複数の第１の分割トーション梁の長手方向とが略直交して配置され、前記複数の第１の分割トーション梁の他方の端が前記第１のカンチレバーの自由端に接続され、
前記第２のカンチレバーの長手方向と前記複数の第２の分割トーション梁の長手方向とが略直交して配置され、前記複数の第２の分割トーション梁の他方の端が前記第２のカンチレバーの自由端に接続されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記複数の第１の分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁はそれぞれ、少なくとも一つの分割トーション梁の長さが他の分割トーション梁の長さと異なることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記複数の第１の分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁はそれぞれ、少なくとも一つの分割トーション梁の幅が他の分割トーション梁の幅と異なることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記複数の第１の分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁はそれぞれ、少なくとも一つの隅部のフィレット形状が他の隅部のフィレット形状と異なることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記複数の第１の分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁の歪みを検出するための歪み検出手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記複数の第１の分割トーション梁のうちの少なくとも一つの分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁のうちの少なくとも一つの分割トーション梁に反りを発生させるための反り発生手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の光走査装置において、前記カンチレバーに反りを発生させるための前記反り発生手段と前記分割トーション梁に反りを発生させるための前記反り発生手段とを一体の圧電部材としたことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記第１と第２の分割トーション梁の長手方向と略直交する方向に長い一対のトーション梁をさらに備え、該一対のトーション梁により、前記第１と第２のカンチレバーの一方の端が固定された支持部材を回転振動可能に支持するとともに、前記一対のトーション梁に捩り変形を生じさせる手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１に記載の光走査装置に、
それぞれが略平行な複数の第３の分割トーション梁と、
それぞれが略平行な複数の第４の分割トーション梁と、
一方の端が固定され、他方の端が非拘束の自由端である一つの第３のカンチレバーと、
一方の端が固定され、他方の端が非拘束の自由端である一つの第４のカンチレバーと、
前記第３及び第４のカンチレバーに反り変形を生じさせる反り発生手段とを備え、
前記複数の第３の分割トーション梁と前記複数の第４の分割トーション梁とが、前記第１と第２のカンチレバーの一方の端が固定された支持部材を介して、前記第１と第２の分割トーション梁と略直交する略直線上に並ぶように、前記複数の第３の分割トーション梁の一方の端及び前記複数の第４の分割トーション梁の一方の端がそれぞれ前記支持部材に接続され、
前記第３のカンチレバーの長手方向と前記複数の第３の分割トーション梁の長手方向とが略直交して配置され、前記複数の第３分割トーション梁の他方の端が前記第３のカンチレバーの自由端に接続され、
前記第４のカンチレバーの長手方向と前記複数の第４の分割トーション梁の長手方向とが略直交して配置され、前記複数の第４の分割トーション梁の他方の端が前記第４のカンチレバーの自由端に接続されていることを特徴とする。

請求項１０の発明の画像形成装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置を用いて、光源からの光ビームによって感光体の表面を走査することにより該感光体上に画像の潜像を形成することを特徴とする
請求項１１の発明の画像投影装置は、請求項８又は９に記載の光走査装置を用いて、光源からの光ビームを二次元的に走査することにより投影面に画像を投影することを特徴とする。

本発明の光走査装置においては、ミラー部を回転振動可能に支持するための一対のトーション梁をそれぞれ略平行な複数の第１と第２の分割トーション梁に分割し、また、第１と第２の分割トーション梁をそれぞれ対応した一つのカンチレバーの非拘束の自由端に接続する。カンチレバーの非拘束の自由端は容易に大きく変位させることができるため、ミラー部の振幅角を容易に増大させることができる。ミラー部を大きな振幅角で回転振動させる場合、カンチレバーとトーション梁の連結箇所に大きな応力が生じるが、トーション梁は複数の分割トーション梁に分割され、カンチレバーとの連結箇所が増えるため、連結箇所の応力集中が緩和され、その部分の破損が生じにくくなる。

複数の分割トーション梁中の一部の分割トーション梁にのみ過大な応力がかかると、その部分の破損が生じやすくなるため、分割トーション梁にかかる応力を均一化することが望まれる。本発明によれば、複数本の分割トーション梁のうちの少なくとも一つの分割トーション梁の長さを他の分割トーション梁の長さと異ならせることにより（請求項２）、あるいは、複数の分割トーション梁のうちの少なくとも一つの分割トーション梁の幅を他の分割トーション梁の幅と異ならせることにより（請求項３）、分割トーション梁のバネ剛性を調整して複数の分割トーション梁にかかる応力の均等化を図って、その破損を生じにくくすることができる。

また、複数の分割トーション梁の隅部にかかる応力は隅部ごとに異なるため、全ての隅部のフィレット形状を均一にすると特定の隅部で破損が生じやすい。本発明によれば、複数の分割トーション梁の少なくとも一つの隅部のフィレット形状を他の隅部のフィレット形状と異ならせることにより（請求項４）、応力の集中する特定の隅部の破損を減らすことができる。

また、分割トーション梁の歪みを検出するための歪み検出手段を設けることにより（請求項５）、検出した歪み量に基づき光走査装置の動作確認等を容易に行うことができる。分割トーション梁は１本あたりの幅が細いので駆動時の変形が大きくなるため、高精度な歪み量検出が可能になる。また、複数の分割トーション梁のうちの一つの分割トーション梁に歪み検出センサとしての歪ゲージなどを設ける場合、その配線引き出しは、他の分割トーション梁を利用できるため容易である。

また、本発明によれば、複数の分割トーション梁のうち、例えばミラー部の回転中心から遠い分割トーション梁に反り発生手段を設けるならば（請求項６）、その分割トーション梁に曲げを発生させることで、より大きな振幅角を得ることができる。

また、本発明によれば、カンチレバーの反り発生手段と分割トーション梁の反り発生手段とを一体の圧電部材とすることにより（請求項７）、それぞれの反り発生手段が独立している場合に比べ、反り発生手段の駆動のための配線等が簡易になる。

本発明によれば、ミラー部を２軸周りに大きな振動角で回転振動させて二次元的な光走査が可能であって、ミラー部の回転振動に関連した部材の破損が生じにくい光走査装置を実現できる（請求項８，９）。

本発明によれば、本発明の光走査装置を用い、小型で性能の良い画像形成装置及び画像投影装置を実現できる（請求項１０，１１）。

本発明の作用・効果については、以下において、実施形態に関連して、より具体的に説明する。

本発明に係る光走査装置の基本構成を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の基本構成を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例１を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例２を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例３を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例４を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例５を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例６を示す概略平面図である。 図８のＡ部の拡大図である。 本発明に係る光走査装置の実施例７を示す概略平面図である。 図１０のＢ部の拡大図である。 本発明に係る光走査装置の実施例７の変形例を説明するための部分斜視図である。 ミラー部の挙動の説明図である。 ミラー部の挙動に説明図である。 本発明に係る光走査装置の実施例８を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例９を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例１０を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例１１を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例１２を示す概略平面図である。 本発明に係る光走査装置の実施例１３を示す概略平面図である。 本発明に係る画像形成装置の一実施例の構成説明図である。 本発明に係る画像投影装置の一実施例の構成説明図である。 本発明に係る画像投影装置の他の実施例の構成説明図である。 光走査装置の従来例の概略平明図である。

本発明に係る光走査装置の基本構成を図１及び図２に示す。図１及び図２において、１１はミラー部、１２はミラー部１１の一面に形成されたミラー面、１３，１４はトーション梁、１５，１６はカンチレバー、１７，１８はカンチレバー１５，１６に反り変形を生じさせる反り発生手段としての圧電部材、１９は枠部材である。カンチレバー１５，１６の一方の端（図中で下端）は枠部材１９に固定され、他方の端は非拘束の自由端とされ、この自由端にトーション梁１３，１４のミラー部１１と接続していない側の一端が接続されている。このように各トーション梁は、その長手方向と略直角をなす方向に延びる一つのカンチレバーにより、片側からのみ支持される。圧電部材１７，１８は、図２４に示した圧電部材と同様のものでよい。そして、圧電部材１７，１８の電極間に同相の交流電圧やパルス電圧を印加してカンチレバー１５，１６を曲げ振動させることにより、トーション梁１３，１４に捩り変形が発生してミラー部１１がトーション梁周りに回転振動する。

このような基本構成では、カンチレバー１５，１６の自由端の動きが拘束されないので、図２４に示すように対をなすカンチレバーの自由端を相互に接続し、その接続部にカンチレバーを接続したたような構成に比べ、カンチレバー１５，１６の自由端を容易に大きく変位させることが可能であり、したがってミラー部１１の大きな振幅角を得やすい。さらに、この基本構成では、トーション梁１３，１４をミラー部１１の重心よりオフセットさせており、このようにすると、より大きなミラー部１１の振幅角を得やすい。ただし、このようにオフセットさせることは本発明において必須ではない。

さて、図１及び図２に示すように各トーション梁をそれぞれ一つのレバー部材で片持ち支持する構成では、図２４に示したような各トーション梁を自由端が相互に接続されたカンチレバーのペアで両側から支持する構成の場合に比較し、トーション梁のミラー面の奥行き方向への大きな曲げ力が発生するため、トーション梁等の破損を防止するための手段を講じることが望まれる。

この課題を解決するための手段として、図３乃至図１７により説明する本発明の光走査装置の実施例においては、基本構成における各トーション梁１３，１４をそれぞれ略平行な複数のトーション梁（分割トーション梁）に分割する構成とする。この点について、図３乃至図１７に示されている本発明に係る光走査装置の各実施例を説明する。なお、これら実施例は、いずれも光ビームを一次元的に走査する構成のものである。

図３は本発明に係る光走査装置の実施例１を示す概略平面図である。この実施例では、トーション梁１３は長孔２０により２本の分割トーション梁１３ａ，１３ｂに分割され、トーション梁１４は長孔２１により２本の分割トーション梁１４ａ，１４ｂに分割されている。

図４は本発明に係る光走査装置の実施例２を示す概略平面図である。この実施例では、トーション梁１３は長孔２０，２２により３本の分割トーション梁１３ａ，１３ｂ，１３ｃに分割され、トーション梁１４は長孔２１，２３により３本の分割トーション梁１４ａ，１４ｂ，１４ｃに分割されている。

図５は本発明に係る光走査装置の実施例３を示す概略平面図である。この実施例でも実施例１と同様に、トーション梁１３は２本の分割トーション梁１３ａ，１３ｂに分割され，トーション梁１４は２本の分割トーション梁１４ａ，１４ｂに分割されている。

図６は本発明に係る光走査装置の実施例４を示す概略平面図である。この実施例でも実施例１と同様に、各トーション梁はそれぞれ２本の分割トーション梁に分割されている。なお、本実施例では、ミラー部１１の平面形状は円形とされている。

図７は本発明に係る光走査装置の実施例５を示す概略平面図である。この実施例でも実施例１と同様に、各トーション梁はそれぞれ２本の分割トーション梁に分割されている。

図８は本発明に係る光走査装置の実施例６を示す概略平面図である。この実施例でも実施例１と同様に、各トーション梁はそれぞれ２本の分割トーション梁に分割されている。

図１０は本発明に係る光走査装置の実施例７を示す概略平面図である。この実施例でも実施例１と同様、各トーション梁はそれぞれ２本の分割トーション梁に分割されている。

この実施例７の変形例では、ミラー部１１の平面形状が円形とされる。図１２は、この変形例におけるミラー部１１を裏側より観察した部分斜視図である。各トーション梁はそれぞれ２本の分割トーション梁に分割されている。なお、ミラー部１１の裏面側にリム部３０が設けられているが、他の実施例のミラー部においても、その裏面側に同様のリム部を設けてもよく、かかる態様も本発明に含まれる。

図１３と図１４は、ミラー部１１の挙動を説明するための図である。両図では、図１２に示した実施例７の変形例が例として用いられている。

図１５は本発明に係る光走査装置の実施例８を示す概略平面図である。この実施例でも実施例１と同様、各トーション梁はそれぞれ２本の分割トーション梁に分割されている。

図１６は本発明に係る光走査装置の実施例９を示す概略平面図である。この実施例でも実施例１と同様、各トーション梁はそれぞれ２本の分割トーション梁に分割されている。

図１７は本発明に係る光走査装置の実施例１０を示す概略平面図である。この実施例においても実施例１と同様に、各トーション梁はそれぞれ２本の分割トーション梁に分割されている。

なお、各トーション梁を４本以上の分割トーション梁に分割することも可能であり、かかる態様も本発明に含まれることは当然である。

ミラー部の回転振動時にトーション梁とカンチレバーとの連結箇所（トーション梁の隅部）に応力が集中する。前記各実施例のように、各トーション梁を２本以上の分割トーション梁に分割すると、トーション梁とカンチレバーとの連結箇所が増加して応力が分散されるため、ミラー部を大きな振幅で回転振動させても応力集中による破損が生じにくい。さらに、前記各実施例では、各分割トーション梁の隅部のフィレット形状を円弧としている（例えば、図９、図１１を参照）。こうすることにより、分割トーション梁の隅部での応力集中が緩和され、特に、応力が集中しやすいカンチレバーとの連結する部分の隅部での応力集中による破損が生じにくくなり、ミラー部１１の振幅角の拡大が可能になる。

図１３に示すようにミラー部１１をトーション梁の軸周りで回転振動させるように駆動するのではなく、図１４に示すようにミラー部１１の中心に近い位置を中心に回転振動させるように駆動する場合、各トーション梁１３，１４を構成する複数の分割トーション梁のうち、図１４で上側の分割トーション梁の変形のほうが下側の分割トーション梁の変形より大きいので、上側の分割トーション梁のバネ剛性を下側の分割トーション梁のバネ剛性より小さくしたほうが、上側の分割トーション梁と下側の分割トーション梁にかかる応力の差を小さくすることができる。分割トーション梁を長くすると、曲げに関しても捩りに関してもバネ剛性は下がり、逆に短くするとバネ剛性は上がる。

そこで、例えば図５に示す実施例３と図６に示す実施例４では、上側の分割トーション梁１３ａ，１４ａの長さａを、下側の分割トーション梁１３ｂ，１４ｂの長さｂより大きくしている。こうすることにより、図１４に示すような駆動を行う場合において、上側の分割トーション梁と下側の分割トーション梁にかかる応力、及び、それらのカンチレバー等との接続部にかかる応力が平均化され、破損しずらくなる。上側の分割トーション梁と下側の分割トーション梁の最適な長さ比は、それぞれの分割トーション梁の長さや可動部の形状、重量分布などによって決まる。

なお、図５の実施例３においては、上側の分割トーション梁１３ａ，１４ａと下側の分割トーション梁１３ｂ，１４ｂとで、カンチレバー１５，１６との接続位置（分割トーション梁の長さ方向における位置）が異なっている。これに対し、図６の実施例においては、上側の分割トーション梁１３ａ，１４ａと下側の分割トーション梁１３ｂ，１４ｂとで円形のミラー部１１との接続位置が異なっているため、それら分割トーション梁とカンチレバー１５，１６との接続位置は同一でも、上側の分割トーション梁の長さａを下側の分割トーション梁の長さｂより大きくとることができる。

分割トーション梁の幅を違えることによっても、分割トーション梁のバネ剛性を変えて、捩り剛性や曲げ剛性を調整することもできる。すなわち、分割トーション梁の厚みが同じならば、幅を小さくすると、曲げにも捩れにもバネ剛性が小さくなり、逆に幅を大きくするとバネ剛性が大きくなる。

図７に示す実施例５においては、上側の分割トーション梁１３ａ，１４ａの幅ｃを、下側の分割値トーション梁１３ｂ，１４ｂの幅ｄより小さくすることにより、上側の分割トーション梁１３ａ，１４ａのバネ剛性を下側の分割トーション梁１３ｂ，１４ｂのバネ剛性より小さくしている。こうすることにより、上側の分割トーション梁１３ａ，１４ａと下側の分割トーション梁１３ｂ，１４ｂにかかる応力及びそれらのカンチレバー１５，１６との接続部等にかかる応力が平均化され、破損しずらくなる。

なお、上側の分割トーション梁と下側の分割トーション梁の長さと幅の両方の寸法を異ならせることにより、それらトーション梁のバネ剛性を調整することも可能である。例えば、長さのみを異ならせることでバネ剛性を調整しようとすると、実施例３（図５）のように上側と下側の分割トーション梁のカンチレバーとの接続位置が離れるが、その接続位置の違いが大きすぎるのは一般に好ましくない。そこで、長さと幅の両方を異ならせることでバネ剛性を調整すれば、上側と下側の分割トーション梁のカンチレバーとの接続位置を近づけることができる。

実施例６においては、図９（図８のＡ部の拡大図）に示されているように、上側の分割トーション梁１４ａ（１３ａ）のカンチレバー１６（１５）との連結部分の長孔２１（２０）に臨む隅部のフィレット半径Ｒａを、下側の分割トーション梁１４ｂ（１３ｂ）のカンチレバー１６（１５）との連結部分の長孔２１に臨む隅部のフィレット半径Ｒｂより大きくしている。ミラー部１１を回転振動させる場合に、前者の隅部のほうに後者の隅部よりも大きな力が働くので、上記のようにフィレット半径Ｒａ，ＲｂをＲａ＞Ｒｂとすると、応力集中が緩和されて破損が起きにくくなる。

実施例６では、分割トーション梁間の長孔２１（２０）に臨む隅部のフィレットのみが対象であった。分割トーション梁のカンチレバーとの接続位置がカンチレバーの内側に来る場合、分割トーション梁とカンチレバーとの間に出来る間隙に臨む隅部のフィレットについても、同様のフィレット形状とするのが好ましい。

例えば実施例７においては、図１１（図１０のＢ部の拡大図）に示されているように、分割トーション梁１４ｂ（１３ｂ）とカンチレバー１６（１５）の隙間に臨む隅部についても、そのフィレット半径Ｒａ，ＲｂをＲａ＞Ｒｂに設定することにより、当該隅部における応力集中を緩和できる。

図１５に示す実施例８においては、分割トーション梁１３ａ，１４ａに、その歪みを検出するための歪み検出手段３２，３３が設けられる。この歪み検出手段としては、電気抵抗の変化によって歪み量を検出する歪みゲージや、発生電圧の変化によって歪み量を検出する圧電素子（ピエゾ素子）等を用いることができる。歪み検出手段３２，３３の検出出力に基づいてミラー部の変位量や振動周期を検出し、光走査装置が所望の動きをしているか否かを確認可能となる。

本発明ではトーション梁１３，１４は複数本の分割トーション梁に分割されるが、各分割トーション梁は分割前のトーション梁１３，１４より当然に細いため、駆動における各分割トーション梁の歪み量はトーション梁１３，１４より大きい。このように検出されるべき歪み量が大きいと、歪み検出手段３２，３３による歪み量検出精度が上がる。

また、歪み検出手段３２（３３）は複数本の分割トーション梁１３ａ，１３ｂ（１４ａ，１４ｂ）のうちの１本に設けられているため、歪み検出手段３２（３３）として歪みゲージを用いる場合に、その配線引き出しが容易である。すなわち、図１５において、歪み検出手段３２の左側の電極の配線をカンチレバー１５を経由して枠部１９上に設けた電極パッドに引き出し、歪み検出手段３２の右側の電極の配線を分割トーション梁１３ｂを経由してカンチレバー１５に引き出し、さらにカンチレバー１５を経由して枠部１９に設けた電極パッドまで引き出す、というような配線引き出しが可能である。歪み検出手段３３についても同様の配線引き出しが可能である。

なお、実施例４のようにトーション梁が３本の分割トーション梁に分割される場合や、トーション梁が４本以上の分割トーション梁に分割される場合にも、同様に分割トーション梁に歪み検出手段を設けることができ、かかる態様も本発明に含まれる。

図1３のようにトーション梁の軸周りにミラー部１１を回転振動させるのではなく、図１４のようにトーション梁の位置よりずれた位置を回転中心としてミラー部１１を回転振動させるには、カンチレバー１５，１６の曲がり分とトーション梁の曲がり分で、回転中心がずれるようにしなければならない。

より大きな振幅角を得たり、回転中心の位置をずらしたりするために、トーション梁の曲げ量を制御することが考えられる。トーション梁が２本以上の分割トーション梁に分割されている場合、回転中心からより遠い側の分割トーション梁がより大きく撓む方が大きな振幅角を得ることができる。

そこで、図１６に示す実施例９においては、ミラー部１１の中心から遠い側の分割トーション梁１３ａ，１４ａに、その反りを発生させる反り発生手段として例えば圧電部材３４，３５が設けられる。

実施例９（図１６）では、分割トーション梁１３ａ，１４ａの反りを発生させるための圧電部材３４，３５と、カンチレバー１５，１６の反りを発生させるための圧電部材１７，１８とを独立させて設けている。図１７に示す実施例１０では、圧電部材３４，１７は一つの圧電部材として一体化され、また圧電部材３５，１８も一つの圧電部材として一体化される。

図１４に示すように、ミラー面側から見て、カンチレバー１５，１６が手前側に反ったときに上側の分割トーション梁も手前側に反っている。したがって、実施例１０のようにカンチレバーの圧電部材と分割トーション梁の圧電部材とを一体化するならば、カンチレバーが手前側に反ったときに分割トーション梁にもミラー部を前に押し出そうとする曲げ力が生じるので、より大きな振幅角でミラー部を振動させることが可能となる。また、圧電部材の一体化により、その配線も容易になる。

以上説明した実施例は、いずれも一次元的走査を行うものであった。次に説明する実施例１１，１２，１３は、いずれも二次元的走査を行うものである。

図１８は本発明に係る光走査装置の実施例１１を示す概略平面図である。この実施例１１では、ミラー部１１をＸ軸周りに回転振動させる部分の構成は実施例１と同様であるが、この部分の構成は実施例２乃至１０のいずれの構成と同様であってもよい。したがって、Ｘ軸周りに大きな振幅転角を得やすく、また、この部分の破損も生じにくい。

本実施例では、カンチレバー１５，１６の支持部材である枠部１９は、別の枠部１１１にＹ軸周りに回転振動可能に支持される。すなわち、枠部１９にトーション梁１０１，１０２の一方の端が接続される。１０３，１０４はトーション梁１０１に対応した一対のカンチレバーであり、その一方の端は枠部１１１に固定され、他方の端すなわち自由端は相互に接続されている。トーション梁１０１の枠部１９に接続されていない端は、カンチレバー１０３，１０４の結合された自由端に接続されている。１０５，１０６はトーション梁１０２に対応した一対のカンチレバーであり、その一方の端は枠部１１１に固定され、他方の端すなわち自由端は相互に接続されている。トーション梁１０２の枠部１９に接続されていない端は、カンチレバー１０５，１０６の結合された自由端に接続されている。カンチレバー１０３，１０４，１０５，１０６には、それを反り変形させる手段としての例えば圧電部材１０７，１０８，１０９，１１０が設けられている。このように、Ｙ軸周りに枠部１９を回転振動させる部分は図２４に示した従来例と同様の構成である。

以上の構成において、圧電部材１７，１８に例えば同相の交流電圧を印加することによってミラー部１１をＸ軸周りに回転振動させ、圧電部材１０７，１０９と圧電部材１０８，１１０とに例えば逆相の交流電圧を印加することによって枠部１９をＹ軸周りに回転振動させることにより、ミラー部１１をＸ，Ｙ軸周りに回転振動させ、ミラー部１１のミラー面１１に入射される光ビームの二次元走査（偏向）を行うことができる。

図１９は、本発明に係る光走査装置の実施例１２を示す概略平面図である。この実施例１２と前記実施例１１との相違点は次の通りである。

本実施例１２では、Ｙ軸方向のトーション梁１０１は２本の分割トーション梁１０１ａ，１０１ｂに、トーション梁１０２は２本の分割トーション梁１０２ａ，１０２ｂに、それぞれ分割されている。そして、分割トーション梁１０１ａ，１０１ｂは一つのカンチレバー１０４の非拘束の自由端に接続され、分割とへーション梁１０２ａ，１０２ｂは一つのカンチレバー１０６の非拘束の自由端に接続されている。すなわち、枠部１９をＹ軸周りに回転振動させる部分は前記実施例１乃至１０におけるミラー部を回転振動させる部分と同様の構成であり、破損を生じにくく、また、大きなＹ軸周りの振幅角を得やすい。

他方、ミラー部１１を支持するＸ軸方向のトーション梁１３，１４のミラー部１１に接続されない側の端は、カンチレバー１５ａ，１５ｂの相互接続された自由端とカンチレバー１６ａ，１６ｂの相互接続された自由端にそれぞれ接続されている。１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂはカンチレバー１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂを反り変形させるための圧電部材である。このように、ミラー部１１をＸ軸周りに回転振動させる部分は図２４に示した従来例と同様である。

図２０は、本発明に係る光走査装置の実施例１３を示す概略平面図である。この実施例１３において、ミラー部１１をＸ軸周りに回転振動させる部分の構成は前記実施例１１の場合と同様である。枠部１９をＹ軸周りに回転振動させる部分の構成は前記実施例１２の場合と同様である。したがって、Ｘ軸周りについてもＹ軸周りについても大きな振幅角を得ることができ、また、それら部分の破損も生じにくい。

図２１は本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図２１において、８０１は光書込装置、８０２は光書込装置８０１の被走査面を提供する感光体ドラム（像担持体）である。光書込装置８０１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで感光体ドラム８０２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査するものである。感光体ドラム８０２は、矢印８０３方向に回転駆動され、帯電部８０４で帯電された表面に光書込装置８０１により光走査されることによって静電潜像を形成される。この静電潜像は現像部８０５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写部８０６で記録紙８０８に転写される。転写されたトナー像は定着部８０７によって記録紙８０８に定着される。感光体ドラム８０２の転写部８０６を通過した表面部分はクリーニング部８０９で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム８０２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能であることは明らかである。また、トナー像を転写媒体に一旦転写し、この転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成とすることも可能である。

光書込装置８０１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームを発する光源部８２０と、本発明に係る一次元走査の光走査装置８２１と、この光走査装置８２１のミラー面に光源部８２０からのレーザビームを結像させるための結像光学系８２２と、ミラー面で反射された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム８０２の表面（被走査面）に結像させるための走査光学系８２３から構成される。光走査装置８２１は、その駆動のための集積回路８２４とともに回路基板８２５に実装された形で光書込装置８０１に組み込まれる。

光書込装置８２１に用いられる本発明による光走査装置は、従来の回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。光走査装置振動８２１のミラー部の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。さらに、光走査装置８２１は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって画像形成装置の小型化に有利である。また、光走査装置８２１は高速の往復走査が可能であるため、画像記録の高速化が可能である。また、本発明の光走査装置は大きな振幅角で走査しても破損が生じにくいため、光走査装置に関連した画像形成装置の故障を減らすことができる。

なお、記録紙８０８の搬送機構、感光体ドラム８０２の駆動機構、現像部８０５、転写部８０６などの制御手段、光源部８２０の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図２１では省略されている。

図２２は、本発明に係る二次元走査の光走査装置を用いた画像投影装置の一例を示す概略構成図である。この画像投影装置は、赤色（Ｒ）のレーザ光を射出する赤色光源１００１Ｒと、緑色（Ｇ）のレーザ光を射出する緑色光源１００１Ｇと、青色（Ｂ）のレーザ光を射出する青色光源１００１Ｂと、各光源１００１Ｒ，１００１Ｇ，１００１Ｂから出射されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光を入射し、合成レーザ光として出射するクロスダイクロイックプリズム（合成プリズム）１００２と、クロスダイクロイックプリズム１００２から射出された合成レーザ光を二次元的に走査して投射面（スクリーン）１００４に投影する本発明に係る光走査装置（例えば前記実施例１３の光走査装置）１００３などで構成される。画像投影装置は投射面（スクリーン）を一体とする構成であってもよい。

赤色光源１００１Ｒは中心波長が６３０ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）であり、青色光源１００１Ｂは中心波長が４３０ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）である。緑色光源１００１Ｇは、中心波長が５４０ｎｍである緑色のレーザ光を出射する。

光走査装置１００３は、ミラー部をＸ，Ｙ２軸周りに回転振動させる構造を備えており、入射したレーザ光の反射ビームによって投影面（スクリーン）１００４を二次元的に走査することができる。

図２２には示されていないが、光源１００１Ｒ，１００１Ｇ，１００１Ｂから出射されるレーザ光は、画像の水平／垂直同期信号に同期し、画像情報の各画素のＲＧＢ成分の画素値に応じて発光量が制御される。このようなＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光がクロスダイクロイックプリズム１００２により合成されて光走査装置１００３の入射される。光走査装置１００３では、画像の水平／垂直同期信号に同期してミラー部を２軸周りに回転振動させるため、光走査装置１００３から出射されるレーザ光により投影面（スクリーン）１００４は二次元的に走査されて画像が投影される。本発明の光走査装置１００３は、ミラー部の回転振動に関連する部材の破損が生じにくいため、画像投影装置の光走査装置に関連した故障を減らすことができる。

なお、クロスダイクロイックプリズム１００２を設けず、図２２に示すように、光源１００１Ｒ，１００１Ｇ，１００１Ｂから出射されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光を光走査装置１００３に直接入射させる構成とすることもできる。

図２２、図２３ではカラー画像を投影する画像投影装置の構成を示したが、白黒画像を投影する場合は、白色光源だけを用いる構成とすればよい。

１１ ミラー部
１２ ミラー面
１３，１４ トーション梁
１５，１６ カンチレバー
１７，１８ 圧電部材
１９ 枠部材
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ トーション梁１３の分割トーション梁
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ トーション梁１４の分割トーション梁
３２，３３ 歪み検出手段
３４，３５ 反り発生手段
１０１，１０２ トーション梁
１０３，１０４，１０５，１０６ カンチレバー
１０７，１０８，１０９，１１０ 圧電部材
１１１ 外枠部材
１０１ａ，１０１ｂ トーション梁１０１の分割トーション梁
１０２ａ，１０２ｂ トーション梁１０２の分割トーション梁

特開２００８−８３６０３号公報 特表２００３−５１８６５０号公報 特許第４０９２２８３号公報

Claims (11)

1. ミラー面を有するミラー部と、
   それぞれが略平行な複数の第１の分割トーション梁と、
   それぞれが略平行な複数の第２のトーション梁と、
   一方の端が固定され、他方の端が非拘束の自由端である一つの第１のカンチレバーと、
   一方の端が固定され、他方の端が非拘束の自由端である一つの第２のカンチレバーと、
   前記第１及び第２のカンチレバーに反り変形を生じさせる反り発生手段とを有し、
   前記複数の第１の分割トーション梁と前記複数の第２の分割トーション梁とが前記ミラー部を介して略直線上に並ぶように、前記複数の第１の分割トーション梁の一方の端及び前記複数の第２の分割トーション梁の一方の端がそれぞれ前記ミラー部に接続され、
   前記第１のカンチレバーの長手方向と前記複数の第１の分割トーション梁の長手方向とが略直交して配置され、前記複数の第１の分割トーション梁の他方の端が前記第１のカンチレバーの自由端に接続され、
   前記第２のカンチレバーの長手方向と前記複数の第２の分割トーション梁の長手方向とが略直交して配置され、前記複数の第２の分割トーション梁の他方の端が前記第２のカンチレバーの自由端に接続されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記複数の第１の分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁はそれぞれ、少なくとも一つの分割トーション梁の長さが他の分割トーション梁の長さと異なることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記複数の第１の分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁はそれぞれ、少なくとも一つの分割トーション梁の幅が他の分割トーション梁の幅と異なることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記複数の第１の分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁はそれぞれ、少なくとも一つの隅部のフィレット形状が他の隅部のフィレット形状と異なることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
5. 前記複数の第１の分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁の歪みを検出するための歪み検出手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
6. 前記複数の第１の分割トーション梁のうちの少なくとも一つの分割トーション梁及び前記複数の第２の分割トーション梁のうちの少なくとも一つの分割トーション梁に反りを発生させるための反り発生手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
7. 前記カンチレバーに反りを発生させるための前記反り発生手段と前記分割トーション梁に反りを発生させるための前記反り発生手段とを一体の圧電部材としたことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記第１と第２の分割トーション梁の長手方向と略直交する方向に長い一対のトーション梁を有し、該一対のトーション梁により、前記第１と第２のカンチレバーの一方の端が固定された支持部材を回転振動可能に支持するとともに、前記一対のトーション梁に捩り変形を生じさせる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
9. それぞれが略平行な複数の第３の分割トーション梁と、
   それぞれが略平行な複数の第４の分割トーション梁と、
   一方の端が固定され、他方の端が非拘束の自由端である一つの第３のカンチレバーと、
   一方の端が固定され、他方の端が非拘束の自由端である一つの第４のカンチレバーと、
   前記第３及び第４のカンチレバーに反り変形を生じさせる反り発生手段とを有し、
   前記複数の第３の分割トーション梁と前記複数の第４の分割トーション梁とが、前記第１と第２のカンチレバーの一方の端が固定された支持部材を介して、前記第１と第２の分割トーション梁と略直交する略直線上に並ぶように、前記複数の第３の分割トーション梁の一方の端及び前記複数の第４の分割トーション梁の一方の端がそれぞれ前記支持部材に接続され、
   前記第３のカンチレバーの長手方向と前記複数の第３の分割トーション梁の長手方向とが略直交して配置され、前記複数の第３分割トーション梁の他方の端が前記第３のカンチレバーの自由端に接続され、
   前記第４のカンチレバーの長手方向と前記複数の第４の分割トーション梁の長手方向とが略直交して配置され、前記複数の第４の分割トーション梁の他方の端が前記第４のカンチレバーの自由端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
10. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置を用いて、光源からの光ビームによって感光体の表面を走査することにより該感光体上に画像の潜像を形成することを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項８又は９に記載の光走査装置を用いて、光源からの光ビームを二次元的に走査することにより投影面に画像を投影することを特徴とする画像投影装置。

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