JP2011099890A - Light scanning device and image forming device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light scanning device and an image forming device that can display an image having uniform resolution in a whole screen in close projection. <P>SOLUTION: The light scanning device includes: a light source 3 outputting a laser beam; a first light deflecting unit which scans the laser beam along a first direction by reflecting the laser beam with a first reflecting unit being adapted to be rotatable about a first axis; a second light deflecting unit which scans the laser beam deflected by the first light deflecting unit along a second direction by reflecting the laser beam with a second light reflecting unit being adapted to be rotatable about a second axis; a driving controlling unit 7 controlling a rotational angle variation of the second light reflecting unit 1b per unit time so that an interval between scanning lines in the second direction is constant when the scanning lines along the first direction line up with the second direction; and a driving unit 2b rotationally driving the second light reflecting unit in accordance with the rotational angle determined by the driving controlling unit 7 utilizing the expansion and contraction of a piezoelectric element 31. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関するものである。   The present invention relates to an optical scanning device and an image forming apparatus.

レーザー光を用いるディスプレイ、プリンター等に応用することを目的とした光偏向器においては、さらなる高速スキャンが要求されている。しかし、現状で用いられているポリゴンミラーやガルバノミラーの性能の向上には限界がある。これらに代わる光偏向器としてMEMS(Micro Electro Mechanical System)によってシリコン基板を加工することにより製作するミラーデバイスが期待されている。MEMSミラーはより高い共振周波数で駆動させることができるため、より解像度の高い画像形成が可能となる。このようなMEMSミラーを用いた近距離からの投影(近接投影)を行うプロジェクターは、少人数の打ち合わせなどで用いるのに便利である。   In an optical deflector intended to be applied to a display, a printer, or the like using laser light, further high-speed scanning is required. However, there is a limit to improving the performance of polygon mirrors and galvanometer mirrors currently used. As an optical deflector that replaces these, a mirror device manufactured by processing a silicon substrate by MEMS (Micro Electro Mechanical System) is expected. Since the MEMS mirror can be driven at a higher resonance frequency, an image with higher resolution can be formed. A projector that performs projection from a short distance (proximity projection) using such a MEMS mirror is convenient for use in a meeting with a small number of people.

特許文献1には、往復走査される光ビームを走査線上の特定位置で通過時刻を計測し、計測された往復2つの通過時刻の値から、偏向器の駆動信号に対する偏向器の往復走査の時間的遅れに対応する遅延時間データを算出し、さらに、1走査周期内における光ビームの変調開始時刻または終了時刻に対応するタイミングデータを算出することにより、画像の変動を防ぐ光偏向装置について記載されている。
また、特許文献2には、少人数の打ち合わせを狭い場所で行う際に使い易い投影表示装置について記載されている。
In Patent Document 1, the passage time of a reciprocatingly scanned light beam is measured at a specific position on a scanning line, and the time of reciprocating scanning of the deflector with respect to the driving signal of the deflector is determined from the measured two reciprocating passage time values. An optical deflecting device is described that prevents variation in an image by calculating delay time data corresponding to the target delay and further calculating timing data corresponding to the modulation start time or end time of the light beam within one scanning period. ing.
Further, Patent Document 2 describes a projection display device that is easy to use when a small number of people meet in a small place.

特開2003−131151号公報JP 2003-131151 A 特開2003−280091号公報JP 2003-280091 A

しかし、近接投影の場合、垂直方向の走査ライン同士の間隔が、ミラーから遠くなるにつれて広がっていくため、画像の解像度が画面全体で均等ではなくなり、特許文献1や2に記載された従来の装置では、この点を解決することができなかった。   However, in the case of proximity projection, the distance between the scanning lines in the vertical direction increases as the distance from the mirror increases, so that the resolution of the image is not uniform over the entire screen, and the conventional apparatus described in Patent Documents 1 and 2 Then, this point could not be solved.

そこで、本発明は、近接投影を行う場合に、投影面全体で解像度を一定にすることができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an optical scanning device and an image forming apparatus that can make the resolution constant over the entire projection surface when performing proximity projection.

本発明に係る光走査装置は、レーザービームを出射する光源と、前記レーザービームを第1の軸を中心に回動する第1光反射部により反射して第1方向に沿って走査する第1光偏向部と、前記第1光偏向部によって偏向されたレーザービームを第2の軸を中心に回動する第2光反射部により反射して第2方向に沿って走査する第2光偏向部と、第1方向に沿う走査軌跡ラインが第2方向に並ぶときの第2方向のライン間隔が一定になるように、前記第2光反射部の単位時間あたりの回動角変化量を制御する駆動制御部と、前記駆動制御部によって決定された回動角度に従って前記第2光反射部を圧電素子の伸縮を利用して回動駆動させる駆動部と、を備える。   The optical scanning device according to the present invention includes a light source that emits a laser beam, and a first light reflecting unit that rotates the laser beam about a first axis to scan along a first direction. And a second light deflecting unit that reflects the laser beam deflected by the first light deflecting unit by a second light reflecting unit that rotates about a second axis and scans the laser beam along the second direction. And the rotation angle change amount per unit time of the second light reflecting portion is controlled so that the line interval in the second direction when the scanning trajectory lines along the first direction are arranged in the second direction is constant. A drive control unit; and a drive unit that drives the second light reflecting unit to rotate using the expansion and contraction of the piezoelectric element according to the rotation angle determined by the drive control unit.

本発明によれば、第2方向の走査ラインの間隔が一定になるように、第2光偏向部の単位時間あたりの偏向角変化量を制御するようにしたので、投影面全体で解像度を一定にすることができる。   According to the present invention, the amount of change in the deflection angle per unit time of the second light deflection unit is controlled so that the interval between the scanning lines in the second direction is constant, so that the resolution is constant over the entire projection surface. Can be.

また、圧電素子は数ナノメートル単位でのステップ駆動が可能なため、微妙な偏向角の制御が行いやすくなる。   In addition, since the piezoelectric element can be step-driven in units of several nanometers, it becomes easy to control a fine deflection angle.

また、前記駆動部は、前記第2光反射部にスペーサーを挟んで固定された伝達部を備え、前記圧電素子は、その伸縮方向における一端が前記伝達部と接触しており、前記伝達部が前記圧電素子の伸縮による駆動力を前記光反射部に伝達することにより、前記第2光反射部が前記第2の軸を中心にして回動することが望ましい。
これにより、圧電素子の変位が直接光反射部に伝わるため、ダンピングなどを考慮する必要がない。
Further, the drive unit includes a transmission unit fixed to the second light reflection unit with a spacer interposed therebetween, and the piezoelectric element has one end in an expansion / contraction direction in contact with the transmission unit, and the transmission unit It is preferable that the second light reflecting portion rotate about the second axis by transmitting a driving force generated by expansion and contraction of the piezoelectric element to the light reflecting portion.
Thereby, since the displacement of the piezoelectric element is directly transmitted to the light reflecting portion, it is not necessary to consider damping or the like.

本発明に係る画像形成装置は、上記の光走査装置を備えたものである。
本発明によれば、第2方向の走査ラインの間隔が一定になるように、第2光偏向部の単位時間あたりの偏向角変化量を制御するようにしたので、近接投影を行う場合に、投影面全体で解像度を一定にすることができる。
An image forming apparatus according to the present invention includes the above optical scanning device.
According to the present invention, the amount of change in the deflection angle per unit time of the second light deflection unit is controlled so that the interval between the scanning lines in the second direction is constant. The resolution can be made constant over the entire projection surface.

本実施形態による、光走査装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical scanning device by this embodiment. 本実施形態による、水平走査光偏向器の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the horizontal scanning light deflector by this embodiment. 図2のII−II線における断面図である。It is sectional drawing in the II-II line of FIG. 本実施形態による、垂直走査光偏向器の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the vertical scanning light deflector by this embodiment. 図4のII−II線における断面図である。It is sectional drawing in the II-II line of FIG. 本実施形態の光走査装置を備えたプロジェクターと投影面を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the projector provided with the optical scanning device of this embodiment, and a projection surface. プロジェクターと投影面Sを横から見た図である。It is the figure which looked at the projector and the projection surface S from the side. (A)は、比較例による光走査装置の垂直方向の偏向角の制御方法を示す図、(B)は、本実施形態による光走査装置の垂直方向の偏向角の制御方法を示す図である。(A) is a diagram showing a method for controlling the vertical deflection angle of the optical scanning device according to the comparative example, and (B) is a diagram showing a method for controlling the vertical deflection angle of the optical scanning device according to the present embodiment. .

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお以下の説明では、第1方向を水平方向、第2方向を垂直方向とする場合を例として説明する。
図1は、本実施形態による、光走査装置10の構成を示すブロック図である。図に示すように、光走査装置10は、光偏向器(光偏向部)1、駆動部2、光源3、ダイクロイックミラー4、レーザー駆動部5、画像情報記憶部6、駆動制御部7、ミラー位置検出部40を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the case where the first direction is the horizontal direction and the second direction is the vertical direction will be described as an example.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical scanning device 10 according to the present embodiment. As shown in the figure, an optical scanning device 10 includes an optical deflector (light deflector) 1, a drive unit 2, a light source 3, a dichroic mirror 4, a laser drive unit 5, an image information storage unit 6, a drive control unit 7, and a mirror. A position detection unit 40 is provided.

光偏向器1は、ダイクロイックミラー4から送られたレーザー光を水平方向に走査する第1光反射部である水平走査ミラー1aと水平走査ミラー1aにより反射されたレーザー光を垂直方向に走査する第2光反射部である垂直走査ミラー1bとを含む。また、駆動部2は、水平走査ミラー1aを駆動する水平走査ミラー駆動部2aと垂直走査ミラー1bを駆動する垂直走査ミラー駆動部2bとからなる。図2は、水平走査ミラー1aと水平走査ミラー駆動部2aの構成を示す平面図である。また、図3は図2のII−II線における断面図である。   The optical deflector 1 scans the laser beam transmitted from the dichroic mirror 4 in the vertical direction and the horizontal scanning mirror 1a that is a first light reflecting unit that scans the laser beam in the horizontal direction and the laser beam reflected by the horizontal scanning mirror 1a in the vertical direction. And a vertical scanning mirror 1b which is a two-light reflecting portion. The driving unit 2 includes a horizontal scanning mirror driving unit 2a that drives the horizontal scanning mirror 1a and a vertical scanning mirror driving unit 2b that drives the vertical scanning mirror 1b. FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the horizontal scanning mirror 1a and the horizontal scanning mirror driving unit 2a. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

水平走査ミラー1aは、表面側に反射膜21が形成された可動板11、支持枠12、可動板11を支持枠12に対してねじり回転可能に支持する一対の弾性支持部13を有する。可動板11、支持枠12、及び弾性支持部13は、例えば、シリコン基板をエッチング加工することにより一体形成される。   The horizontal scanning mirror 1 a includes a movable plate 11 having a reflective film 21 formed on the surface side, a support frame 12, and a pair of elastic support portions 13 that support the movable plate 11 in a torsionally rotatable manner with respect to the support frame 12. The movable plate 11, the support frame 12, and the elastic support portion 13 are integrally formed, for example, by etching a silicon substrate.

また、本実施形態における水平走査ミラー駆動部2aは、永久磁石22とコイル23と交流電流信号生成回路24からなる。永久磁石22は、可動板11の反射膜21と反対側に接合されている。永久磁石22は、可動板11を平面視したときに、可動板11の回転中心軸である軸線Aに直交する方向に磁化されている。すなわち、永久磁石22は、軸線Aを介して対向する互いに極性の異なる一対の磁極を有している。支持枠12は、ホルダー20に接合されており、ホルダー20上には、可動板11を駆動させるためのコイル23が配置されている。   Further, the horizontal scanning mirror driving unit 2 a in the present embodiment includes a permanent magnet 22, a coil 23, and an alternating current signal generation circuit 24. The permanent magnet 22 is bonded to the side of the movable plate 11 opposite to the reflective film 21. The permanent magnet 22 is magnetized in a direction orthogonal to the axis A that is the rotation center axis of the movable plate 11 when the movable plate 11 is viewed in plan. That is, the permanent magnet 22 has a pair of magnetic poles that are opposed to each other via the axis A and have different polarities. The support frame 12 is joined to the holder 20, and a coil 23 for driving the movable plate 11 is disposed on the holder 20.

交流電流信号生成回路24によって周期的に変化する電流(交流)がコイル23に供給される。これにより、コイル23は上方(可動板11側)に向く磁界と、下方に向く磁界とを交互に発生させる。これにより、コイル23に対し永久磁石22の一対の磁極のうち一方の磁極が接近し他方の磁極が離間するようにして、弾性支持部13を捩れ変形させながら、可動板11がA軸回りに回動させられる。この時、交流電流信号生成回路で生成する電流の周波数は、可動板11と弾性支持部13と永久磁石22とで形成される振動系のねじり共振周波数と略一致するように設定されている。   A current (alternating current) that periodically changes is supplied to the coil 23 by the alternating current signal generation circuit 24. As a result, the coil 23 alternately generates a magnetic field directed upward (movable plate 11 side) and a magnetic field directed downward. As a result, the movable plate 11 moves around the A axis while twisting and deforming the elastic support portion 13 such that one of the pair of magnetic poles of the permanent magnet 22 approaches the coil 23 and the other magnetic pole is separated. It can be rotated. At this time, the frequency of the current generated by the alternating current signal generation circuit is set so as to substantially match the torsional resonance frequency of the vibration system formed by the movable plate 11, the elastic support portion 13, and the permanent magnet 22.

図2では、永久磁石22とコイル23間の電磁力を利用した駆動方式の振動ミラーを示している。しかしながら、本発明は、静電引力を利用した方式や、圧電素子を利用した方式を採用してもよい。例えば、静電引力を利用した方式の場合には、永久磁石22は不要であり、コイル23の代わりに可動板11に対向する1つ又は複数の電極が設置される。そして、可動板11と電極との間に周期的に変化する交流電圧を印加することにより、可動板11と電極との間に静電引力を作用させて、弾性支持部13を捩れ変形させながら、可動板11をA軸回りに回動させる。この場合、可動板11と弾性支持部13とで形成される振動系のねじり共振周波数と交流電圧の周波数は略一致するように設定されている。   FIG. 2 shows a drive-type vibrating mirror that uses electromagnetic force between the permanent magnet 22 and the coil 23. However, the present invention may adopt a method using electrostatic attraction or a method using piezoelectric elements. For example, in the case of a system using electrostatic attraction, the permanent magnet 22 is not necessary, and one or a plurality of electrodes facing the movable plate 11 are installed instead of the coil 23. Then, by applying an alternating voltage that periodically changes between the movable plate 11 and the electrode, an electrostatic attractive force is applied between the movable plate 11 and the electrode, and the elastic support portion 13 is twisted and deformed. Then, the movable plate 11 is rotated around the A axis. In this case, the torsional resonance frequency of the vibration system formed by the movable plate 11 and the elastic support portion 13 and the frequency of the AC voltage are set to substantially coincide.

光源3は、レーザービームを出射する光源である。
光源3は、赤色レーザー光を出射する赤色レーザー光源3Rと、青色レーザー光を出射する青色レーザー光源3Bと、緑色レーザー光を出射する緑色レーザー光源3Gとを有する。ただし、2色以下又は4色以上のレーザー光源を用いてもよい。
The light source 3 is a light source that emits a laser beam.
The light source 3 includes a red laser light source 3R that emits red laser light, a blue laser light source 3B that emits blue laser light, and a green laser light source 3G that emits green laser light. However, a laser light source of 2 colors or less or 4 colors or more may be used.

ダイクロイックミラー4は、赤色レーザー光源3Rからの赤色レーザー光を反射するダイクロイックミラー4Rと、青色レーザー光を反射し赤色レーザー光を透過させるダイクロイックミラー4Bと、緑色レーザー光を反射し青色レーザー光及び赤色レーザー光を透過させるダイクロイックミラー4Gとを有する。この3種のダイクロイックミラー4により、赤色レーザー光、青色レーザー光、及び緑色レーザー光の合成光が水平走査ミラー1aに入射する。   The dichroic mirror 4 includes a dichroic mirror 4R that reflects red laser light from the red laser light source 3R, a dichroic mirror 4B that reflects blue laser light and transmits red laser light, and reflects green laser light and blue laser light and red. And a dichroic mirror 4G that transmits laser light. By these three types of dichroic mirrors 4, the combined light of red laser light, blue laser light, and green laser light is incident on the horizontal scanning mirror 1 a.

レーザー駆動部5は、赤色レーザー光源3R、青色レーザー光源3B、及び緑色レーザー光源3Gに供給する電流量を制御することにより、各々の光源から出射されるレーザー光の強度及び発光時間を制御する。   The laser driver 5 controls the intensity and emission time of the laser light emitted from each light source by controlling the amount of current supplied to the red laser light source 3R, the blue laser light source 3B, and the green laser light source 3G.

画像情報記憶部6には、光走査装置10によって走査されるレーザー光によって投影面に形成される画像の情報が記憶されている。   The image information storage unit 6 stores information on an image formed on the projection surface by the laser light scanned by the optical scanning device 10.

駆動制御部7は、画像情報記憶部6から供給される画像情報と、ミラー位置検出部40から供給される水平走査ミラー1a及び垂直走査ミラー1bの偏向角度情報に基づいて、これらの画像を表示すべく、駆動部2の動作を制御する。また、駆動制御部7は投影する画像の情報をレーザー駆動部5に供給する。特に本実施形態では、駆動制御部7は、垂直方向の走査ラインの間隔が一定になるように、垂直走査ミラー1bの単位時間あたりの偏向角変化量を制御する。偏向角情報は水平及び垂直に走査された光を光センサー(不図示)で検出して生成してもよい。   The drive control unit 7 displays these images based on the image information supplied from the image information storage unit 6 and the deflection angle information of the horizontal scanning mirror 1a and the vertical scanning mirror 1b supplied from the mirror position detection unit 40. Therefore, the operation of the drive unit 2 is controlled. Further, the drive control unit 7 supplies information on the image to be projected to the laser drive unit 5. In particular, in the present embodiment, the drive control unit 7 controls the deflection angle change amount per unit time of the vertical scanning mirror 1b so that the interval between the scanning lines in the vertical direction is constant. The deflection angle information may be generated by detecting light scanned horizontally and vertically by an optical sensor (not shown).

図4は、本実施形態による垂直走査ミラー1b及び垂直走査ミラー駆動部2bの構成を示す平面図である。また、図5は図4のII−II線における断面図である。本実施形態では光走査装置10の垂直走査ミラー駆動部2bは、通電による圧電素子の伸縮を利用して、垂直走査ミラー1bを回動駆動させる。   FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the vertical scanning mirror 1b and the vertical scanning mirror driving unit 2b according to the present embodiment. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. In the present embodiment, the vertical scanning mirror drive unit 2b of the optical scanning device 10 drives the vertical scanning mirror 1b to rotate using the expansion and contraction of the piezoelectric element caused by energization.

図4、5に示すように、光走査装置10の垂直走査ミラー1bは、表面に反射膜21を形成した可動板(光反射部)11、可動板11を支持枠12に対して回動可能に支持する1対の弾性支持部13、支持枠12を接続層44を挟んで支えるように配置されるホルダー25、可動板にスペーサー33を挟んで固定される伝達部材(伝達部)32からなる。
また、図4、5に示すように、垂直走査ミラー駆動部2bは、1対の圧電素子31と圧電素子31に交流電圧信号を印加する交流電圧生成回路(不図示)を備えている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the vertical scanning mirror 1 b of the optical scanning device 10 has a movable plate (light reflecting portion) 11 having a reflective film 21 formed on the surface, and the movable plate 11 can be rotated with respect to the support frame 12. A pair of elastic support portions 13 supported on the holder, a holder 25 arranged to support the support frame 12 with the connection layer 44 interposed therebetween, and a transmission member (transmission portion) 32 fixed to the movable plate with the spacer 33 interposed therebetween. .
As shown in FIGS. 4 and 5, the vertical scanning mirror driving unit 2 b includes a pair of piezoelectric elements 31 and an AC voltage generation circuit (not shown) that applies an AC voltage signal to the piezoelectric elements 31.

圧電素子31は、軸線Aに垂直な方向に伸縮するように配置されている。圧電素子31は、その伸縮方向における一端がホルダー25に接合・支持され、他端が伝達部材32に接合又は接触するように配置されている。この時、圧電素子にはオフセット電圧が印加された状態(伸びを生じた状態)で配置されていてもよい。   The piezoelectric element 31 is disposed so as to expand and contract in a direction perpendicular to the axis A. The piezoelectric element 31 is disposed so that one end in the expansion / contraction direction is bonded and supported by the holder 25 and the other end is bonded or contacted to the transmission member 32. At this time, the piezoelectric element may be arranged in a state where an offset voltage is applied (a state in which elongation occurs).

圧電素子31は特に限定されないが、圧電体層と電極層とが交互に複数積層されてなるものが好ましい。これにより、圧電素子31の伸縮方向の寸法と圧電素子31への印加電圧(駆動電圧)とを抑えつつ、圧電素子31の変位量を大きくすることができる。圧電素子31は、交流電源(図示せず)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を伸縮させることができる。   The piezoelectric element 31 is not particularly limited, but is preferably one in which a plurality of piezoelectric layers and electrode layers are alternately stacked. Thereby, the amount of displacement of the piezoelectric element 31 can be increased while suppressing the dimension of the piezoelectric element 31 in the expansion / contraction direction and the voltage (drive voltage) applied to the piezoelectric element 31. The piezoelectric element 31 is connected to an AC power source (not shown), and a voltage that changes periodically is applied thereto. Thereby, the piezoelectric element 31 can be expanded and contracted.

伝達部材32は、圧電素子31の駆動力を受けて、軸線Aに垂直な方向に変位することにより、可動板11を軸線Aまわりに回動させる機能を有する。
伝達部材32は、軸線Aに対し可動板11の厚さ方向に偏心した位置で可動板11に接合され、圧電素子31の駆動力を可動板11に伝達するように構成されている。より具体的に説明すると、伝達部材32は、圧電素子31に接触または、接合され、弾性支持部13近傍でスペーサー33を介して可動板11に接合されている。
本実施形態の垂直走査ミラー1bにおいて、可動板11、弾性支持部13、スペーサー33、伝達部材32、支持枠12、接続層44、ホルダー25は第一のシリコン層と第二のシリコン層の間に酸化膜層を有する基板(所謂、SOI基板)を除去加工することで一体形成してもよい。具体的には、第一のシリコン層に可動板11、と弾性支持部13と支持枠12とを形成、酸化膜層にスペーサー33と接続層44を形成、第二のシリコン層に伝達部材32とホルダー25とを形成する。
The transmission member 32 has a function of rotating the movable plate 11 around the axis A by receiving a driving force of the piezoelectric element 31 and displacing in a direction perpendicular to the axis A.
The transmission member 32 is joined to the movable plate 11 at a position eccentric to the axis A in the thickness direction of the movable plate 11, and is configured to transmit the driving force of the piezoelectric element 31 to the movable plate 11. More specifically, the transmission member 32 contacts or is joined to the piezoelectric element 31 and is joined to the movable plate 11 via the spacer 33 in the vicinity of the elastic support portion 13.
In the vertical scanning mirror 1b of this embodiment, the movable plate 11, the elastic support portion 13, the spacer 33, the transmission member 32, the support frame 12, the connection layer 44, and the holder 25 are between the first silicon layer and the second silicon layer. Alternatively, a substrate having an oxide film layer (so-called SOI substrate) may be removed and formed integrally. Specifically, the movable plate 11, the elastic support portion 13, and the support frame 12 are formed on the first silicon layer, the spacer 33 and the connection layer 44 are formed on the oxide film layer, and the transmission member 32 is formed on the second silicon layer. And a holder 25 are formed.

垂直走査ミラー駆動部2bは、通電により圧電素子31を伸縮させることにより、伝達部材32が可動板11に軸線Aまわりのトルクを与え、可動板11を回動させる。圧電素子31の伸縮方向は可動板11の厚さ方向に直角な方向であるため、可動板11の厚さ方向における光走査装置10の寸法を抑えつつ、圧電素子31の伸縮方向での長さを大きくして、圧電素子31の変位量を大きくすることができる。   In the vertical scanning mirror driving unit 2b, the piezoelectric element 31 is expanded and contracted by energization, so that the transmission member 32 applies a torque around the axis A to the movable plate 11 to rotate the movable plate 11. Since the expansion / contraction direction of the piezoelectric element 31 is a direction perpendicular to the thickness direction of the movable plate 11, the length of the piezoelectric element 31 in the expansion / contraction direction is suppressed while suppressing the size of the optical scanning device 10 in the thickness direction of the movable plate 11. To increase the amount of displacement of the piezoelectric element 31.

圧電素子31の変位量に対する可動板11の回動角は、可動板11の厚さ方向における軸線Aと圧電素子31(力点)との距離に大凡応じたものとなり、当該距離や力点は、圧電素子31の取り付け位置や形状などによって適宜設定される。また、圧電素子31の取り付け位置は、伝達部材32の厚さや形状などによって任意に設計することができる。そのため、光走査装置10の設計自由度を向上させることができる。さらに、伝達部材32が可動板11の厚さ方向における可動板11の一方の端(本実施形態では、下面)に接合されているため、伝達部材32が可動板11に効果的に軸線Aまわりのトルクを与えることができる。そのため、可動板11の回転中心軸である軸線Aのブレを防止して、可動板11を円滑に回動させることができる。また、SOI基板を用いて垂直走査ミラー1bを一体形成した場合には、各要素の位置精度が高く、また生産性も高い。   The rotation angle of the movable plate 11 with respect to the amount of displacement of the piezoelectric element 31 roughly corresponds to the distance between the axis A in the thickness direction of the movable plate 11 and the piezoelectric element 31 (power point). It is set as appropriate depending on the mounting position and shape of the element 31. The attachment position of the piezoelectric element 31 can be arbitrarily designed according to the thickness and shape of the transmission member 32. Therefore, the design freedom of the optical scanning device 10 can be improved. Further, since the transmission member 32 is joined to one end (in this embodiment, the lower surface) of the movable plate 11 in the thickness direction of the movable plate 11, the transmission member 32 is effectively attached to the movable plate 11 around the axis A. Torque can be given. Therefore, the movable plate 11 can be smoothly rotated while preventing the axis A that is the rotation center axis of the movable plate 11 from being shaken. Further, when the vertical scanning mirror 1b is integrally formed using the SOI substrate, the positional accuracy of each element is high and the productivity is also high.

以上のように、圧電素子31の伸縮を利用して垂直走査ミラー1bの可動板11を駆動させることにより、圧電素子は数ナノメートル単位でのステップ駆動が可能なため、微妙な偏向角の制御が行いやすくなる。また、圧電素子31の変位が伝達部材32を介して直接可動板11に伝わるため、ダンピングなどを考慮する必要がない。すなわち、電磁駆動や静電駆動の場合、可動板11が自由に動くことができるので、ダンピングなどを考慮する必要があるが、本実施形態では、圧電素子31が伝達部材32を介して可動板11に直に接しているので、可動板11を圧電素子31の動きと連動させることができる。よって、本発明による光走査装置10のように、単位時間あたりの垂直方向の偏向角変化量を変化させるように制御する場合には、光偏向器1の垂直方向の駆動手段として本実施形態のように圧電素子の伸縮を利用することが望ましい。   As described above, by driving the movable plate 11 of the vertical scanning mirror 1b using the expansion and contraction of the piezoelectric element 31, the piezoelectric element can be step-driven in units of several nanometers. Is easier to do. Further, since the displacement of the piezoelectric element 31 is directly transmitted to the movable plate 11 via the transmission member 32, it is not necessary to consider damping or the like. That is, in the case of electromagnetic driving or electrostatic driving, the movable plate 11 can move freely, so it is necessary to consider damping or the like. In this embodiment, the piezoelectric element 31 is moved via the transmission member 32. 11, the movable plate 11 can be interlocked with the movement of the piezoelectric element 31. Therefore, in the case of controlling the amount of change in the deflection angle in the vertical direction per unit time as in the optical scanning device 10 according to the present invention, the vertical driving means of the optical deflector 1 is used as the vertical driving means. Thus, it is desirable to use the expansion and contraction of the piezoelectric element.

次に、図6,7を用いて光走査装置10の動作について説明する。図6は、本実施形態の光走査装置10を備えたプロジェクター(画像形成装置)90と投影面Sを示す斜視図、図7は、プロジェクター90と投影面Sを横から見た図である。   Next, the operation of the optical scanning device 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a perspective view showing a projector (image forming apparatus) 90 provided with the optical scanning device 10 of the present embodiment and the projection surface S, and FIG. 7 is a view of the projector 90 and the projection surface S viewed from the side.

図6に示すように、プロジェクター90は底面が投影面Sに接している。図6において一点鎖線で囲まれた領域は、プロジェクター90による描画領域を示している。走査方向1が水平走査方向で走査方向2が垂直走査方向である。   As shown in FIG. 6, the projector 90 has a bottom surface in contact with the projection surface S. In FIG. 6, a region surrounded by a one-dot chain line indicates a drawing region by the projector 90. The scanning direction 1 is the horizontal scanning direction, and the scanning direction 2 is the vertical scanning direction.

図7において、θ0、θ1、θ2・・・は、垂直走査ミラー1bによる垂直方向の偏向角を表しており、偏向角θ0で第0ラインを描画し、偏向角θ1で第1ラインを描画する。
図に示すように、垂直方向の走査ラインの間隔は一定になっており、垂直方向の走査ライン数をmとすると、光走査装置10に近い方からn(nは0以上m−1以下の整数)番目の走査ラインを描画する際の偏向角θnは、下記の式(1)のように表せる。
θn=tan-1(b+n・d/m−1)・1/a−tan-1(b+(n−1)・d/m−1)・1/a …(1)
ただし、aは投影面Sから光偏向器1までの高さ、bは光偏向器1から第0ラインまでの水平距離である。
In FIG. 7, θ 0 , θ 1 , θ 2 ... Represent the vertical deflection angles by the vertical scanning mirror 1b, draw the 0th line at the deflection angle θ 0 , and the first at the deflection angle θ 1 . Draw one line.
As shown in the figure, the interval between the scanning lines in the vertical direction is constant, and when the number of scanning lines in the vertical direction is m, n (n is from 0 to m−1) from the side closer to the optical scanning device 10. The deflection angle θ n when the (integer) th scanning line is drawn can be expressed by the following equation (1).
θ n = tan −1 (b + n · d / m−1) · 1 / a−tan −1 (b + (n−1) · d / m−1) · 1 / a (1)
However, a is the height from the projection surface S to the optical deflector 1, and b is the horizontal distance from the optical deflector 1 to the 0th line.

図8(A)は、比較例による光走査装置の垂直方向の偏向角の制御方法を示す図である。図8(A)に示す例では、単位時間あたりの偏向角θの変化量を一定にしているが、このように制御すると、垂直方向の走査ラインの間隔が光走査装置から遠くなるにつれて広くなる。このため画像の解像度が画面全体で均等にならなくなってしまう。   FIG. 8A is a diagram illustrating a method of controlling the vertical deflection angle of the optical scanning device according to the comparative example. In the example shown in FIG. 8A, the amount of change in the deflection angle θ per unit time is constant, but when controlled in this way, the interval between the scanning lines in the vertical direction becomes wider as the distance from the optical scanning device increases. . For this reason, the resolution of the image does not become uniform over the entire screen.

一方、本実施形態では、駆動制御部7によって、垂直方向の走査ラインの間隔が一定になるように垂直走査ミラー1bの偏向角を制御するため、図8(B)に示すように単位時間あたりの偏向角θの変化量は一定にならない。   On the other hand, in the present embodiment, since the deflection angle of the vertical scanning mirror 1b is controlled by the drive control unit 7 so that the interval between the vertical scanning lines is constant, as shown in FIG. The amount of change in the deflection angle θ is not constant.

以上のように、本実施形態によれば、垂直方向の走査ラインの間隔が一定になるように、垂直走査ミラー1bの単位時間あたりの偏向角変化量を制御するようにしたので、投影面全体で解像度を一定にすることができる。   As described above, according to this embodiment, the deflection angle change amount per unit time of the vertical scanning mirror 1b is controlled so that the interval between the scanning lines in the vertical direction is constant. Can keep the resolution constant.

なお、本発明の光走査装置10の各部の構成は、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、本実施形態の光走査装置10は水平走査ミラー1aと垂直走査ミラー1bを備える構成であるが、2軸の周りでの回動が可能な1つのミラーを備え、1つのミラーで水平方向と垂直方向の走査を行う構成であってもよい。
In addition, the structure of each part of the optical scanning device 10 of the present invention can be replaced with an arbitrary structure that exhibits the same function, and an arbitrary structure can be added.
The optical scanning device 10 according to the present embodiment includes the horizontal scanning mirror 1a and the vertical scanning mirror 1b. The optical scanning device 10 includes one mirror that can rotate around two axes, and the horizontal direction is achieved by one mirror. Alternatively, the scanning may be performed in the vertical direction.

1 光偏向器、1a 水平走査ミラー、1b 垂直走査ミラー、2 駆動部、2a 水平走査ミラー駆動部、2b 垂直走査ミラー駆動部、3 光源、3R 赤色レーザー光源、3B 青色レーザー光源、3G 緑色レーザー光源、4 ダイクロイックミラー、5 レーザー駆動部、6 画像情報記憶部、7 駆動制御部、10 光走査装置、11 可動板、12 支持枠、13 弾性支持部、20,25 ホルダー、21 反射膜、22 永久磁石、23 コイル、24 交流電流信号生成回路、31 圧電素子、32 伝達部材、33 スペーサー、90 プロジェクター。   1 optical deflector, 1a horizontal scanning mirror, 1b vertical scanning mirror, 2 drive unit, 2a horizontal scanning mirror drive unit, 2b vertical scanning mirror drive unit, 3 light source, 3R red laser light source, 3B blue laser light source, 3G green laser light source 4, dichroic mirror, 5 laser drive unit, 6 image information storage unit, 7 drive control unit, 10 optical scanning device, 11 movable plate, 12 support frame, 13 elastic support unit, 20, 25 holder, 21 reflective film, 22 permanent Magnet, 23 coil, 24 AC current signal generation circuit, 31 piezoelectric element, 32 transmission member, 33 spacer, 90 projector.

Claims (3)

レーザービームを出射する光源と、
前記レーザービームを第1の軸を中心に回動する第1光反射部により反射して第1方向に沿って走査する第1光偏向部と、
前記第1光偏向部によって偏向されたレーザービームを第2の軸を中心に回動する第2光反射部により反射して第2方向に沿って走査する第2光偏向部と、
第1方向に沿う走査軌跡ラインが第2方向に並ぶときの第2方向のライン間隔が一定になるように、前記第2光反射部の単位時間あたりの回動角変化量を制御する駆動制御部と、
前記駆動制御部によって決定された回動角度に従って前記第2光反射部を圧電素子の伸縮を利用して回動駆動させる駆動部と、を備えた光走査装置。
A light source that emits a laser beam;
A first light deflecting unit that reflects the laser beam by a first light reflecting unit that rotates about a first axis and scans the laser beam along a first direction;
A second light deflecting unit that reflects the laser beam deflected by the first light deflecting unit by a second light reflecting unit that rotates about a second axis and scans the laser beam along a second direction;
Drive control for controlling the amount of change in the rotation angle per unit time of the second light reflecting portion so that the line spacing in the second direction is constant when the scanning trajectory lines along the first direction are aligned in the second direction. And
An optical scanning device comprising: a drive unit that drives the second light reflecting unit to rotate using the expansion and contraction of the piezoelectric element according to the rotation angle determined by the drive control unit.
前記駆動部は、前記第2光反射部に対してスペーサーを挟んで固定された伝達部を備え、
前記圧電素子は、その伸縮方向における一端が前記伝達部と接触しており、
前記伝達部が前記圧電素子の伸縮による駆動力を前記光反射部に伝達することにより、前記第2光反射部が前記第2の軸を中心にして回動することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
The drive unit includes a transmission unit fixed to the second light reflection unit with a spacer interposed therebetween,
One end of the piezoelectric element in the expansion / contraction direction is in contact with the transmission unit,
2. The second light reflecting portion rotates about the second axis when the transmitting portion transmits a driving force generated by expansion and contraction of the piezoelectric element to the light reflecting portion. The optical scanning device according to 1.
請求項1または請求項2に記載の光走査装置を備えた画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 1.
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