JP2011232589A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カンチレバーの配置効率を高めて、より一層小型化、低コスト化を図ることができる光走査装置を提供する。
【解決手段】光走査装置は、入射光を反射する反射面５５ａを有する可動板５５と、可動板を回動可能に支持しかつ可動板から互いに反対方向に延びるトーション梁５６，５７と、一端が固定端とされかつ他端が可動端とされて可動端にトーション梁の終端がそれぞれ連結されしかも曲げ振動により可動板を往復回転させるカンチレバー５１，５２と、このカンチレバーの固定端が接続されかつ内側に前記カンチレバーとトーション梁と可動板とが配設されて、カンチレバーとトーション梁と可動板とを支持する支持枠５０とを備え、カンチレバーの少なくとも一部がトーション梁の延びる方向を長手方向としてこの長手方向に対して略平行でかつトーション梁に隣接して配置された長手方向部とされている。
【選択図】図８

Description

本発明は、小型ガルバノミラーを用いた光走査装置及びこの光走査装置を組み込んだ画像形成装置及び投影装置に関する。

従来から、小型ガルバノミラーを用いた光走査装置には、図１に示す構造のものが知られている。この光走査装置は、一対の音叉形振動子１を有する。その音叉形振動子１はカンチレバーとしての第１アーム２と第２アーム３とこの両アーム２、３を連結する連結部４からなっている。

その一対の音叉形振動子１、１の間に反射面を有する可動板５が配置され、この可動板５は一対のトーション梁６、６を介してかつこのトーション梁６、６の延びる方向を回転軸７として連結部４に接続されている。

その第１アーム２と第２アーム３とは、その回転軸７に対して線対称に配置され、この両アーム２、３には、図示を略す圧電アクチュエータが設けられている。この圧電アクチュエータにより、両アーム２、３が互いに逆方向に撓まされ得る。

その第１アーム２と第２アーム３とを、位相が１８０度異なる方向（矢印１Ａ、１Ｂ方向）に撓み振動させ、その振動エネルギーを一対の音叉形振動子１、１の連結部４、４へ伝搬させると、一対の音叉形振動子１、１がその振動中心８である回転軸７を中心に所定の周波数で反復回転振動（捩れ振動）し、これにより、可動板５が回転軸７を中心として往復振動される（例えば、特許文献１参照。）。

また、光走査装置には、図２に示すように、矩形状の支持枠１０の内側に矩形状の可動板１１を配設し、この可動板１１を互いに反対方向に延びる一対のトーション梁１２、１３の終端にこのトーション梁１２、１３の延びる方向を長手方向としてこの長手方向に直交する連結部１４、１４を形成し、この連結部１４、１４をトーション梁１２、１３の長手方向と同方向に延びる一対の平行なカンチレバーとしての曲がり梁１５、１６に接続し、この曲がり梁１５、１６の終端を支持枠１０の短辺部に連結固定したものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。その曲がり梁１５、１６には圧電アクチュエータ１７、１８が設けられている。

また、光走査装置には、図３に示すように、矩形状の支持枠２０の内側に走査ミラーとしての可動板２１を配設し、この可動板２１を一対のトーション梁２２と連結部材２３、２４とを介して支持枠２０に支持させる構造のものも知られている。

このものでは、環境温度等の変化によりトーション梁２２の張力が変化すると、周波数特性等が変化するため、環境温度の変化によるトーション梁２２の張力変化が小さくなるように、連結部材２４はその長手方向がトーション梁２２の長手方向と平行にかつトーション梁２２に隣接して配設されている。なお、その連結部材２４はカンチレバーとしての機能を有していない（例えば、特許文献３参照。）。

ところで、マイクロマシン技術を用いた光走査装置は、従来のポリゴンミラー型の光走査装置や、従来のガルバノミラー型の光走査装置に較べて省電力化、小型化、高速化の可能性があり、駆動部の形成に関して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安価で大量に形成できる可能性があるため実用化が期待されている。

そのシリコンウエハーを除去加工して、可動板の反射面の角度を変えられるようにするには、高速の振動の繰り返し捩りによって、トーション梁が破壊されないようにするために、断面を細くするか、トーション梁の長さ自体を長くする必要がある。

可動板の駆動手段には、静電駆動、電磁駆動等の方式がある。静電式駆動手段により駆動力を得るには、可動板が変位しても対向電極の面積を確保する必要があるために、可動板の角度変位を大きくすることができない。そのために、光走査装置の駆動手段として静電式駆動手段を用いる場合、走査光の出射角を大きくすることは期待できないことになる。

一方、電磁式駆動手段は、可動板の変位を大きく確保することが可能であるが、小型化を図ろうとすると、コイル配線部の断面積を小さくしなければならず、その断面積を小さくするとコイルの配線抵抗が増加するためジュール損失が大きくなり、かつ、電流駆動であるため、消費電力も大きくなる不都合がある。

また、磁性体を搭載することになるので、磁気を嫌う周辺部品、周辺装置を走査ミラー装置の近傍に設けなければならない場合、磁気シールドが必要になるために、大型化する可能性がある。

これに対して、図４に示す走査ミラー装置は、長方形状の支持枠３０の内側に可動板３１を配設し、この可動板３１を互いに反対方向に延びるトーション梁３２、３３により支持し、このトーション梁３２、３３を４個のカンチレバー３４ないし３７の可動端としての他端部に接続し、カンチレバー３４ないし３７の一端部を支持枠３０に固定端部として固定する構成とし、そのカンチレバー３４ないし３７にバイモルフやモノモルフ、バイメタル、形状記憶合金等の曲げ力を発生することが可能な材料を用いれば、このカンチレバー３４ないし３７に発生した曲げ力がトーション梁３２、３３に伝達されるため、図５ないし図７に示すように、可動板３１が回転振動される。

この図４に示す走査ミラー装置によれば、電磁式駆動手段による欠点を解消することはできる。しかしながら、カンチレバー３４ないし３７の長さが短いと変位量（曲げ量）が小さいため、変位量を大きく確保しようとすると、支持枠３０の内側にカンチレバー３４ないし３７を配置するスペースを大きく確保することが必要になる。

その図４に示す走査ミラー装置では、トーション梁３２、３３の長手方向とカンチレバー３４ないし３７の長手方向とが略直交する配置構造となっているために、可動板３１の振幅角度を大きく確保しようとすると、カンチレバー３４ないし３７の長さを長くしなければならず、これに伴って、支持枠３０が大きくなり、光走査装置を小型化できないことになる。

また、１個１個の光走査部が大きいと、１枚のシリコンウエハーからの光走査部の取り出し個数が少なくなるために、１個当たりの光走査装置のコストが上昇する。すなわち、光走査装置の駆動に関係しないデッドスペースをできるだけ小さくすることが求められる。

本発明の目的は、カンチレバーの配置効率を高めて、より一層小型化、低コスト化を図ることができる光走査装置及びこの光走査を組み込んだ画像形成装置及び投影装置を提供することにある。

請求項１に記載の光走査装置は、入射光を反射する反射面を有する可動板と、該可動板を回動可能に支持しかつ可動板から互いに反対方向に延びる一対のトーション梁と、一端が固定端とされかつ他端が可動端とされて該可動端に前記一対のトーション梁の終端がそれぞれ連結されしかも曲げ振動により前記可動板を往復回転させる一対のカンチレバーと、前記一対のカンチレバーの固定端が接続されかつ内側に前記カンチレバーと前記トーション梁と前記可動板とが配設されて、前記一対のカンチレバーと前記一対のトーション梁と前記可動板とを支持する支持枠とを備えた光走査装置において、
前記一対のカンチレバーの少なくとも一部が前記一対のトーション梁の延びる方向を長手方向として該長手方向に対して略平行でかつ当該一対のトーション梁に隣接して配置された長手方向部とされていることを特徴とする。

請求項２に記載の光走査装置は、前記一対のカンチレバーはその長手方向部に対して屈曲されて前記支持枠に支持される屈曲部を有し、前記可動板と前記一対のトーション梁とが前記屈曲部を介して前記支持枠に支持されていることを特徴とする。
請求項３に記載の光走査装置は、前記一対のトーション梁の終端が前記支持枠に接続部を介して接続されていることを特徴とする。

請求項４に記載の光走査装置は、前記一対のカンチレバーは共に、前記一対のトーション梁の長手方向の軸線によって画成された支持枠の一方の枠内に配置され、前記一対のカンチレバーに同一方向の駆動波形を加えることにより、前記一対のトーション梁の軸線を偏心軸として、前記可動板を回転振動させることを特徴とする。

請求項５に記載の光走査装置は、前記一対のカンチレバーは、その一方が前記一対のトーション梁の長手方向の軸線によって画成された支持枠の一方の枠内に配置され、その他方が一対のトーション梁の長手方向の軸線によって画成された支持枠の他方の枠内に配置され、前記一対のカンチレバーに逆方向の駆動波形を加えることにより、前記一対のトーション梁の軸線を偏心軸として、前記可動板を回転振動させることを特徴とする。

請求項６に記載の光走査装置は、前記一対のカンチレバーのうちの一方の枠内に配置された一方のカンチレバーの可動端が前記可動板を挟んで一方のトーション梁の延びる方向と反対方向に延びる他方のトーション梁の終端に連結され、前記一対のカンチレバーのうちの他方の枠内に配置された他方のカンチレバーの可動端が前記可動板を挟んで他方のトーション梁の延びる方向と反対方向に延びる一方のトーション梁の終端に連結され、前記軸線に直交する線分であって前記可動板の中心を通る線分によって前記支持枠を画成したときに、前記一方の枠内に配置された一方のカンチレバーの固定端が前記一方のトーション梁の存在する側に配設され、前記他方の枠内に配置された他方のカンチレバーの固定端が前記他方のトーション梁の存在する側に配設され、各カンチレバーはその固定端からその可動端までの長手方向部の長さが前記トーション梁の長さと前記可動板の直径との和よりも長くなっていることを特徴とする。

請求項７に記載の光走査装置は、前記支持枠に給電用パッドが形成され、該給電用パッドの少なくとも一部が、前記一対のトーション梁の各終端を結んだ長手方向直線に平行でかつ前記可動板に接する接線と、前記長手方向直線に直交しかつ前記一対のトーション梁の終端を通る一対の直線とによって画成された領域に存在することを特徴とする。
請求項８に記載の光走査装置は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置が入れ子状に配置されて、前記可動板を二方向に回転振動可能としたことを特徴とする。

請求項９に記載の光走査装置は、入射光を反射する反射面を有する可動板と、該可動板を回動可能に支持しかつ可動板から互いに反対方向に延びる一対のトーション梁と、一端が固定端とされかつ他端が可動端とされて該可動端に前記一対のトーション梁の終端がそれぞれ連結されしかも曲げ振動により前記可動板を往復回転させる一対のカンチレバーと、前記一対のカンチレバーの固定端が接続されかつ内側に前記カンチレバーと前記トーション梁と前記可動板とが配設されて、前記一対のカンチレバーと前記一対のトーション梁と前記可動板とを支持する内側の支持枠とからなる可動部を可動板とみなして、該可動板が外側の支持枠に入れ子状に配置されて、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の構造が採用されていることを特徴とする。

請求項１０に記載の画像形成装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置を有し、該光走査装置により感光体ドラムの表面に静電潜像を形成することを特徴とする。
請求項１１に記載の画像形成装置は、請求項８又は請求項９に記載の光走査装置を有し、投影面を走査光により走査し、該投影面に画像を投影することを特徴とする。

本発明の請求項１に係る走査ミラー装置によれば、走査ミラーを回転振動させる力を発生させるカンチレバーを効率的に配置することができるので、光走査装置を小型化することができる。
その結果、同じ大きさのウエハーからより多くの光走査装置を作成できるので、その製造コストを低減することができる。

本発明の請求項２に係る走査ミラー装置によれば、カンチレバーの長手方向に対して屈曲した屈曲部を有する構成としたので、トーション梁とカンチレバーの配置効率をより一層向上させることができる。
カンチレバーをトーション梁に平行に配置しようとすると、支持枠の内側で、可動板を避けた位置に、カンチレバーの一端を支持するスペースが必要となり、支持枠の大きさが制約されている場合には、カンチレバーの長さを十分に確保できないことになるが、この請求項２に記載の光走査装置によれば、屈曲した屈曲部の長さの分だけ、カンチレバーの長さを確保できることになり、トーション梁とカンチレバーの配置効率をより一層向上させて、可動板の振幅角度を確保できることになる。

請求項３に記載の光走査装置によれば、トーション梁とカンチレバーを略平行に配置して可動板やトーション梁を片持ちで支持する場合であっても、支持枠とトーション梁の終端とを接続部を介して接続する構成としたので、可動板の振動特性の変化を防止することができる。
すなわち、カンチレバーに反りが生じると、カンチレバーの投影面上での幾何学的長さが短くなるので、トーション梁に圧縮方向の力が加わり、トーション梁の周波数特性の変化や、トーション梁に加わる曲げ方向の力に起因して、可動板の振動特性に変化が生じ、可動板の往復回動が安定しなくなる可能性があるが、この請求項３に記載の光走査装置によれば、支持枠とトーション梁の終端とが接続部を介して接続されているので、圧縮方向の力と反対方向の力がトーション梁の長手方向に加わり、可動板の振動特性の変化を防止できる。

請求項４に記載の光走査装置によれば、トーション梁とカンチレバーを略平行に配置して可動板やトーション梁を片持ちで支持する場合、可動板の中心に対して偏心支持する構造とすると、カンチレバーを効率よく配置できるので、かつ、より一層可動板の振幅角度を大きくしたうえで、光走査装置を更に小型化することが可能となる。

請求項５に記載の光走査装置によれば、トーション梁に加わる圧縮力を回転力に変換する作用を生じさせることができるので、可動板の振動特性の変化を抑制しつつ可動板を往復振動させることができる。

請求項６に記載の光走査装置によれば、カンチレバーの固定端から自由端までの長手方向の長さをより一層長くできる。

請求項７に記載の光走査装置によれば、給電用パッドを支持枠そのものに設ける場合であっても、給電用パッドの配置効率の向上を図ることができるので、光走査装置を大型化することなく、給電用パッドを支持枠に設けることができる。

請求項８又は請求項９に記載の光走査装置によれば、二軸方向に可動板を往復振動させる場合でも、小型の二軸方向往復振動型の光走査装置を提供できる。また、小型化した分だけ、エネルギーの節約を図ることができる。

請求項１０に記載の画像形成装置によれば、画像形成装置内に組み込まれた一軸方向の光走査装置が小型化できるので、その分、画像形成装置を小型化でき、ひいては、設計自由度が増大し、画像形成装置全体のコストダウンに通じる。

請求項１１に記載の画像投影装置によれば、投影装置に組み込まれた二軸方向の光走査装置が小型化できるので、その分、画像投影装置を小型化でき、ひいては、設計自由度が増大し、画像投影装置全体のコストダウンに通じる。

図１は従来の光走査装置の第一の例を示す斜視図である。 図２は従来の光走査装置の第二の例を示す平面図である。 図３は従来の光走査装置の第三の例を示す斜視図である。 図４はカンチレバーの長手方向とトーーション梁の長手方向とを直交する配置とした場合の光走査装置の不具合を説明する平面図である。 図５は図４に示す光走査装置の斜視図である。 図６は図５に示す可動板の一方向への回動状態を示す斜視図である。 図７は図５に示す可動板の他方向への回動状態を示す斜視図である。 図８は本発明の実施例１に係る光走査装置の平面図である。 図９は本発明の実施例２に係る光走査装置の平面図である。 図１０は図９に示すカンチレバーの寸法関係を説明するための平面図である。 図１１は本発明の実施例３に係る光走査装置の平面図である。 図１２は本発明の実施例４に係る光走査装置に対する比較例を示す平面図である。 図１３は本発明の実施例４に係る光走査装置の一例を示す平面図であって、可動板の中心に対してトーション梁の偏心状態を示す図である。 図１４は本発明の実施例４に係る光走査装置の他の例を示す平面図であって、可動板の中心に対してトーション梁の偏心状態を示す図である。 図１５は本発明の実施例５に係る光走査装置に対する比較例を示す平面図であって、図１３に示す光走査装置に相当する平面図である。 図１６は本発明の実施例５に係る光走査装置の一例を示す平面図である。 図１７は図１６に示す光走査装置の変形例を示す平面図である。 図１８は図１６に示す光走査装置の更に他の変形例を示す平面図である。 図１９は本発明の実施例６に係る光走査装置の一例を示す平面図である。 図２０は図１９に示す光走査装置の他の例を示す平面図である。 図２１は図１９に示す光走査装置の第１変形例を示す平面図である。 図２２は図１９に示す光走査装置の第２変形例を示す平面図である。 図２３は本発明の実施例７に係る光走査装置の一例を示す平面図である。 図２４は本発明の実施例８に係る２軸型の光走査装置の一例を示す平面図である。 図２５は本発明の実施例９に係る２軸型の光走査装置の一例を示す平面図である。 図２６は本発明の実施例９に係る２軸型の光走査装置の他の例を示す平面図である。 図２７は本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す説明図である。 図２８は本発明に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。 図２９は本発明に係る画像投影装置の他の構成を示す説明図である。

（実施例１）
図８は本発明の実施例１に係る光走査装置の平面図を示し、この図８において、５０は長方形状の支持枠である。支持枠５０は長辺部５０’と短辺部５０”とを有する。この支持枠５０の内側には、４個のカンチレバー５１〜５４が配置されている。ここでは、このカンチレバー５１〜５４には、バイモルフやモノモルフ、バイメタル、形状記憶合金が用いられる。

支持枠５０には、その長辺部５０’にカンチレバー支持部５０ａ、５０ｂが形成され、このカンチレバー支持部５０ａ、５０ｂの可動空間５０ｃに反射面５５ａを有する円盤状の可動板５５が配置されている。
カンチレバー５１ないし５４は、ここでは、同一の大きさの長方形状の板状構造とされている。そのカンチレバー５１ないし５４の長手方向は、支持枠５０の長手方向に対応している。

カンチレバー５１、５２は、その長手方向の一端部５１ａ、５２ａがカンチレバー支持部５０ａへの固定端とされ、その長手方向の他端部５１ｂ、５２ｂが可動端とされている。
カンチレバー５３、５４は、その長手方向の一端部５３ａ、５４ａがカンチレバー支持部５０ｂへの固定端とされ、その長手方向の他端部５３ｂ、５４ｂが可動端とされている。

可動板５５は、この可動板５５を起点にして互いに反対方向（直径方向）に延びる一対のトーション梁５６、５７を有する。このトーション梁５６、５７の延びる方向は支持枠５０の長手方向に対応しており、その延びる方向終端には、このトーション梁５６、５７と直交する方向に延びる終端としての終端部５８、５９がそのトーション梁５６、５７と一体に形成されている。

その終端部５８はカンチレバー５１、５３に跨るようにしてその他端部５１ｂ、５３ｂに連結されている。その終端部５９はカンチレバー５２、５４に跨るようにしてその他端部５２ｂ、５４ｂに連結されている。

このように、この実施例１では、反射面５５ａを有する可動板５５を回動可能に支持する一対のトーション梁５６、５７と、このトーション梁５６、５７の終端に連結されてこの可動板５５を駆動するカンチレバー５１ないし５４の長手方向部の全部とが略平行にかつ隣接して互いに配置されている。

この走査ミラー装置によれば、トーション梁５６、５７を挟んで一対のカンチレバー５１、５２と一対のカンチレバー５３、５４とに互いに半位相ずれた駆動波形を入力することによって、一対のトーション梁５６、５７に交互に反対方向の捩れ力を発生させると、可動板５５が振動される。これにより、反射面５５ａによる光走査が行われる。

従来、図４に示すようにトーション梁３２、３３の長手方向に対して、カンチレバー３４ないし３７の長手方向を略垂直に配置する構成となっていたために、支持枠３０のそれ自体を大きくしなければならず、走査ミラー装置の全体が大きくなってしまっていたが、この実施例１では、カンチレバー３４ないし３７の長手方向部とトーション梁３２、３３の長手方向を平行にかつ隣接して配置することにしたので、デッドスペースが少なくなり、効率よい配置ができる。
その結果、より一層小型化、低コスト化を図ることができる光走査装置を提供できる。

（実施例２）
図９は本発明の実施例２に係る光走査装置の平面図を示している。この実施例２に係る光走査装置では、支持枠５０の長辺部５０’の長手方向中間部がカンチレバー支持部５０ａ、５０ｂとなっている。

カンチレバー５１、５２は、互いに直交する方向に屈曲されて、カンチレバー支持部５０ａに固定される屈曲部５１’、５２’と、長手方向部５１”、５２”とからなっている。カンチレバー５３、５４は、互いに直交する方向に屈曲されて、カンチレバー支持部５０ｂに固定される屈曲部５３’、５４’と、長手方向部５３”、５４”とからなっている。

その屈曲部５１’ないし５４’はトーション梁５６、５７の長手方向に直交する方向に延びており、ここでは、カンチレバー５１ないし５４の少なくとも一部を構成する長手方向部５１”ないし５４”がトーション梁５６、５７の長手方向に隣接してかつ平行な方向に延びている。

このように、この走査ミラー装置では、カンチレバー５１ないし５４はその長手方向部５１”ないし５４”に対して屈曲されて支持枠５０に支持される屈曲部５１’ないし５４’を有し、可動板５５とトーション梁５６、５７とがカンチレバー５１ないし５４を介して支持枠５０に接続されている。

カンチレバー５１ないし５４としてバイモフルやモノモルフのような梁材を用いて、この梁材に反り力を発生させる場合に、梁材が屈曲したとしても、固定端と可動端とにはその厚さ方向への変位が生じる。従って可動板５５の直径、支持枠５０の大きさ、トーション梁５６、５７の長さに応じて、カンチレバー５１ないし５４の形状を適宜選択できる。

例えば、図９に示すように、可動板５５の直径がトーション梁５７の長手方向の長さに対して直交する方向に大きい場合には、この図９に示すように、カンチレバー５１ないし５４を屈曲形状とする。

このように、カンチレバー５１ないし５４を屈曲形状の構成としたとしても、実質的には、図１０に示す長手方向部５１”ないし５４”の長さＡと屈曲部５１’ないし５４’の長さＢとの和の長さのカンチレバーにより、可動板５５を駆動していることと等価であるので、支持枠５０内の限られたスペースに、効率よくカンチレバー５１ないし５４を配置可能である。

（実施例３）
図９に示す走査ミラー装置によれば、カンチレバー５１ないし５４の長手方向部５１”ないし５４”の反りによって、僅かながら、トーション梁５６、５７に矢印方向の圧縮力が発生し、可動板５５の走査に不具合が生じる可能性がある。

そこで、この実施例３では、図１１に示すように、支持枠５０の短辺部５０”と終端部５８、５９との間に短辺部５０”とトーション梁５６、５７の終端部５８、５９を接続する接続部６０、６０が形成されている。

この接続部６０、６０はトーション梁５６、５７の延びる方向延長線上に存在しており、この接続部６０、６０はカンチレバー５１ないし５４の長手方向部５１”ないし５４”の反りに起因するトーション梁５６、５７の矢印方向の圧縮力に対する抗力をトーション梁５６、５７に付与する機能を果たす。
この接続部６０、６０は、一対のトーション梁５６、５７を間に挟んで、反対側に設けられて、互いに反対方向の抗力を発生させるので、トーション梁５６、５７への捩り方向の力の発生には支障が生じない。

（実施例４）
図１２に示すように、カンチレバー５１、５２の長手方向を短辺部５０”、５０”に平行に配置し、その一端部５１ａ、５２ａを長辺部５０’、５０’に固定端として固定し、その他端部５１ｂ、５２ｂを可動端として、可動板５５の中心Ｏに対して偏心させて形成されたトーション梁５６、５７の終端部５８、５９をそのカンチレバー５１、５２の長手方向部に対して直交させてそのカンチレバー５１の他端部５１ｂ、５２ｂに接続し、カンチレバー５１、５２に同方向に反りを与えると、可動板５５が中心Ｏに対して偏心したトーション梁５６、５７の長手方向の軸線Ｘを中心にして往復回動する。

従って、可動板５５の中心Ｏに対して偏心させた位置にある軸線Ｘを回動中心にして、可動板５５やトーション梁５６、５７を振動させる構造であれば、各カンチレバー５１、５２の長手方向とトーション梁５６、５７の長手方向とを垂直にする必要はない。

すなわち、図１２に示すように、可動板５５に対してトーション梁５６、５７を偏心させ、トーション梁５６、５７の一端をカンチレバー５１、５２で片持ち支持して、振動を発生させると可動板５５はその厚さ方向に多少の動きが生じるが、図８、図９に示すような形状よりも大きな振幅を得やすい。

従って、可動板５５の中心Ｏに対してトーション梁５６、５７を偏心させることは有利であるが、トーション梁５６、５７とカンチレバー５１、５２を垂直に配置すると、デッドスペースが大きくなるので、スペース効率が悪くなる。

そこで、図１３、図１４に示すように、カンチレバー５１、５２の長手方向部とトーション梁５６、５７の長手方向が略平行でかつ隣接する構成とし、各カンチレバー５１、５２の他端部５１ｂ、５２ｂに終端部５８、５９を接続する構成とすれば、各カンチレバー５１、５２に同一方向の駆動波形を入力することにより、トーション梁５６、５７と可動板５５とに、軸線Ｘを中心にして可動板５５の厚さ方向の振動を与えることができ、これにより、トーション梁５６、５７に対して偏心支持された可動板５５に回転振動が発生する。

すなわち、一対のカンチレバー５１、５２を共に、一対のトーション梁５６、５７の長手方向の軸線Ｘによって画成された支持枠５０の一方の枠内に配置し、この一対のカンチレバー５１、５２に同一方向の駆動波形を加えることにより、一対のトーション梁５６、５７の軸線Ｘを偏心軸として、可動板５５を回転振動させることができる。

なお、図１３は、各カンチレバー５１、５２を長方形状の板状構造とした例を示し、図１４は各カンチレバー５１、５２を屈曲部５１’、５２’と、この屈曲部５１’、５２’に対して直交する方向に屈曲された長手方向部５１”、５２”とから構成した例を示している。

（実施例５）
図１５に示すように、各カンチレバー５１、５２に同一方向の駆動波形を与えて同方向に反らせると、各カンチレバー５１、５２の幾何学的投影長さが短くなるために、実施例３と同様に、僅かながら、トーション梁５６、５７に矢印方向の圧縮力が発生し、可動板５５の走査に不具合が生じる可能性がある。

そこで、図１６に示すように、トーション梁５６、５７の終端部５８、５９を支持するカンチレバー５１、５２を、トーション梁５６、５７の長手方向の軸線Ｘによって画成された支持枠５０の異なる枠内に配置する構成とする。

すなわち、一対のカンチレバー５１、５２の一方のカンチレバー５１を一対のトーション梁５６、５７の長手方向の軸線Ｘによって画成された支持枠５０の一方の枠内に配置し、その他方のカンチレバー５２をその軸線Ｘによって画成された支持枠５０の他方の枠内に配置する。

この一対のカンチレバー５１、５２に逆方向の駆動波形を加えることにより、一対のトーション梁の軸線Ｘを偏心軸として、各カンチレバー５１、５２が厚さ方向に同一方向に反るように駆動すると、トーション梁５６、５７の対角方向の捩れの作用により、矢印Ｚ方向にごく僅かなローテンション力が生じる。その結果、トーション梁５６、５７に発生する圧縮力や曲げ力が緩和される。

図１７は図１６に示す走査ミラー装置の変形例を示す説明図であって、トーション梁５６、５７の軸線Ｘが可動板５５の中心Ｏを通る構造であっても、可動板５５の裏面にリブ６１を形成することによりトーション梁５６、５７の軸線Ｘに対して、可動板５５の重心を非対称に構成したものである。

この駆動部としてのカンチレバー５１、５２を襷がけ又は対角に配置することにより、一見すると、走査ミラー装置が大型化するように見受けられるが、図１８に示すように、支持枠５０の中央部を円弧状の形状とし、可動板５５の中心に対して対角上にカンチレバー５１、５２を配置する構成とすると、小型化が可能である。

カンチレバー５１、５２を後述する入れ子状に配置して、２次元的に光を走査する構成とした場合、内枠を軽くでき、この内枠を駆動する動力部を小さくすることが可能となり、走査ミラー装置の全体を小型化できる。

（実施例６）
図１９は走査ミラー装置のトーション梁５６、５７の長手方向の長さよりも、カンチレバー５１、５２の長手方向の長さを長くする構成としたものである。この実施例６では、実施例５と同様に、トーション梁５６、５７の終端部５８、５９を支持するカンチレバー５１、５２は、トーション梁５６、５７の長手方向の軸線Ｘによって画成された支持枠５０の異なる枠内に配置されている。

ここでは、このカンチレバー５１、５２は屈曲部５１’、５２’と長手方向部５１”、５２”と屈曲部５１’、５２’と長手方向部５１”、５２”とを連結する湾曲連結部５１ｃ、５２ｃとから構成されている。

一対のカンチレバーのうちの一方の枠内に配置された一方のカンチレバー５１の可動端は可動板５５を挟んで一方のトーション梁５６の延びる方向と反対方向に延びる他方のトーション梁５７の終端部５９に連結されている。
一対のカンチレバーのうちの他方の枠内に配置された他方のカンチレバー５２の可動端は可動板５５を挟んで他方のトーション梁５７の延びる方向と反対方向に延びる一方のトーション梁５６の終端部５８に連結されている。

一方のカンチレバー５１の固定端は、軸線Ｘに直交する線分であって可動板５５の中心Ｏを通る線分Ｙによって支持枠５０を画成したときに、一方のトーション梁５６の存在する側に配設されている。
他方のカンチレバー５２の固定端は、軸線Ｘに直交する線分であって可動板５５の中心Ｏを通る線分Ｙによって支持枠５０を画成したときに、他方の枠内に配置された他方のトーション梁５７の存在する側に配設されている。

これにより、各カンチレバー５１、５２はその固定端からその可動端までの長手方向部の長さがトーション梁の長さと可動板の直径との和よりも長くされている。

すなわち、カンチレバー５１、５２をこのように構成すると、カンチレバー５１、５２を長くすることができるので、カンチレバー５１、５２の終端でより一層大きな変位を発生させることができることになり、反射面５５ａの振幅角度を大きくすることができる。

図１９に示す走査ミラー装置では、可動板５５の中心Ｏに対して、トーション梁５６、５７の位置が偏心されているが、実施例５で説明したように、可動板５５にリブ６１を形成して、可動板５５の重心を中心Ｏに対して偏心させることにより、図２０に示すように、走査ミラー装置を対称形状に形成することができる。

このように走査ミラー装置のトーション梁５６、５７、カンチレバー５１、５２を対称形状として、可動板５５とトーション梁５６、５７とカンチレバー５１、５２との間に可動空間５０ｃを形成することにすれば、可動空間５０ｃの隙間幅を一定にすることができ、エッチング処理が容易となる。

図２１は図１９に示す走査ミラー装置の第１変形例を示すもので、カンチレバー５１、５２を長方形の板状構造とし、カンチレバー５１、５２を支持枠５０の長辺部５０’、５０’に沿って平行に延びる構造とすると共に、カンチレバー５１、５２の一端部５１ａ、５２ａを短辺部５０”に固定し、カンチレバー５１の他端部５１ｂをトーション梁５７の終端部５９に接続し、カンチレバー５２の他端部５２ｂをトーション梁５６の終端部５８に接続する構成とすることにより、カンチレバー５１、５２の長手方向全長を各トーション梁５６、５７の長さよりも長くする構成としたものである。

図２２は図１９に示す走査ミラー装置の第２変形例を示すもので、トーション梁５６、５７の終端を巡るようにして、カンチレバー５１、５２を屈曲部５１’、５２’とこの屈曲部５１’、５２’と互いに直交する長手方向部５１”、５２”とから構成することにより、カンチレバー５１、５２の長手方向全長を各トーション梁５６、５７の長さよりも長くする構成としたものである。

図２１、図２２に示す変形例の走査ミラー装置も、図１９に示す構成の走査ミラー装置と同様に、カンチレバー５１、５２の終端でより一層大きな変位を発生させることができることになり、反射面５５ａの振幅角度を大きくすることができる。

（実施例７）
従来は、図４に示すように、カンチレバー３４ないし３７を可動板３１から離れた位置で、カンチレバー３４ないし３７の長手方向をトーション梁３２、３３の長手方向に対して垂直にして、カンチレバー３４ないし３７を支持枠３０に配置していたので、支持枠３０の表面に給電用パッド（図示を略す）を設けることができなかった。

これに対し、この走査ミラー装置では、図２３に示すように、一対のカンチレバー５１、５２を駆動するための給電用パッド６２が支持枠５０に設けられている。この給電用パッド６２の一部は、図２３に示すように、トーション梁５６、５７の長手方向では、トーション梁５６の終端部５８とトーション梁５７の終端部５９とを結んだ長手方向直線に平行でかつ可動板５５の外円に接する接線Ａ”と、この接線Ａ”に直交しかつその一対のトーション梁５６、５７の終端部を通る一対の直線Ａ’、Ａ’と軸線Ｘとによって画成された支持枠５０の領域ｂに存在している。

従来、カンチレバー５１、５２の配置位置に給電用パッド６２を設けるためには、支持枠５０を大きくしなければならなかったが、この実施例７では、カンチレバー５１、５２をトーション梁５６、５７に対して平行に配置したので、支持枠５０を大きくしなくとも給電用パッド６２を設けることができる。

（実施例８）
図２４は、図４に示す入射光を反射する反射面を有する可動板３１と、この可動板３１を回動可能に支持しかつ可動板３１から互いに反対方向に延びる一対のトーション梁３２、３３と、一端が固定端とされかつ他端が可動端とされてこの可動端に一対のトーション梁３２、３３の終端がそれぞれ連結されしかも曲げ振動により可動板３１を往復回転させるカンチレバー３４ないし３７と、カンチレバー３４ないし３７の固定端が接続されかつ内側にカンチレバー３４ないし３７とトーション梁３２、３３と可動板３１とが配設されて、カンチレバー３４ないし３７と一対のトーション梁３２、３３と可動板３１とを支持する内側の支持枠３０とからなる可動部を可動板５５とみなして、この可動板５５が図９に示す外側の支持枠５０に入れ子状に配置支持されている構造としたものである。
なお、この図２４では、図９に示すカンチレバー５１ないし５４、トーション梁５６、５７に相当するカンチレバー５１ないし５４、トーション梁５６、５７は線対称構造とされている。

走査ミラー装置をこの入れ子状の構造に形成すると、Ｘ軸回りには外側のカンチレバー５１ないし５４により可動板３１を回動させ、Ｙ軸回りには内側のカンチレバー３４ないし３７を用いて回動させることが可能で、この実施例によれば、外側の駆動部を小さくすることが可能となるので、２軸駆動の光走査装置を小型化することが可能である。

（実施例９）
図２５は、図８に示す入射光を反射する反射面５５ａを有する可動板５５と、この可動板５５を回動可能に支持しかつ可動板５５から互いに反対方向に延びる一対のトーション梁５６、５７と、一端が固定端とされかつ他端が可動端とされてこの可動端に一対のトーション梁５６、５７の終端がそれぞれ連結されしかも曲げ振動により可動板５５を往復回転させるカンチレバー５１ないし５４と、カンチレバー５１ないし５４の固定端が接続されかつ内側にカンチレバー５１ないし５４とトーション梁５６、５７と可動板５５とが配設されて、カンチレバー５１ないし５４と一対のトーション梁５６、５７と可動板５５とを支持する内側の支持枠５０とからなる可動部を可動板３１とみなして、この可動板３１が図４に示す外側の支持枠３０に入れ子状に配置支持されている構造としたものである。

この実施例によれば、Ｙ軸周りには、トーション梁５６、５７と平行なカンチレバー５１ないし５４により可動板５５を回動させ、Ｘ軸周りにはカンチレバー３４ないし３７により駆動させることができ、内側の支持枠５０を小さくできるので、より小さいエネルギーでＸ軸周りの駆動を行うことができる。

図２６は、図８に示す入射光を反射する反射面５５ａを有する可動板５５と、この可動板５５を回動可能に支持しかつ可動板５５から互いに反対方向に延びる一対のトーション梁５６、５７と、一端が固定端とされかつ他端が可動端とされてこの可動端に一対のトーション梁５６、５７の終端がそれぞれ連結されしかも曲げ振動により可動板５５を往復回転させるカンチレバー５１ないし５４と、カンチレバー５１ないし５４の固定端が接続されかつ内側にカンチレバー５１ないし５４とトーション梁５６、５７と可動板５５とが配設されて、カンチレバー５１ないし５４と一対のトーション梁５６、５７と可動板５５とを支持する内側の支持枠５０とからなる可動部を可動板５５とみなして、この可動板５５が図９に示す外側の支持枠５０に入れ子状に配置支持されている構造としたものである。

この実施例よれば、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り共に、トーション梁５６、５７と平行なカンチレバー５１ないし５４により、可動板５５を回動させる構造である。このため、内側の支持枠５０の小型化と小エネルギーにより内側の支持枠５０を回転振動させることができる。また、外側の支持枠５０を小さくできるので、２軸駆動の光走査装置をより一層小型化することができる。

（実施例１０）
これらの実施例に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の概略構成を以下に図２７を参照しつつ説明する。
この図２７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。

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、本発明の実施例に係る構造の光走査装置からなる振動ミラー821と、この振動ミラー821のミラー基板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。振動ミラー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。

このような構成の光書込装置801は、次のような利点を有する。本発明による振動ミラー821は、前述のようにミラー基板の変形が少なくビーム形状が安定しているため、安定したビームスポット径での書き込みが可能であるほか、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の高画質化、省電力化に有利である。振動ミラー821のミラー基板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。振動ミラー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、振動ミラー821の発熱量もわずかであるため、光書込装置801の小型化が容易である。

したがって画像形成装置の小型化に有利である。また、振動ミラーは高速の往復走査が可能であるため、画像記録速度の高速化が可能である。
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、図中では省略されている（必要であれば、特許第4151959号参照）。

（実施例１１）
図２８は実施例８又は実施例９に係る光走査装置を組み込んだものである。二次元的に走査可能な構造であれば、実施例１ないし実施例７に係る構造の光走査装置を入れ子状に構成した光走査装置であっても良い。

画像投影装置は、図２８に示すように、赤色のレーザー光を射出する赤色光源１Ｒと、緑色のレーザー光を射出する緑色光源１Ｇと、青色のレーザー光を射出する青色光源１Ｂと、クロスダイクロイックプリズム２Ｑと、クロスダイクロイックプリズム２Ｑから射出されたレーザー光を走査する光走査装置３Ｑとを備え、投射面（スクリーン）４Ｑに投影する。投影装置は投射面４Ｑを一体とする構成であっても良い。

赤色光源装置１Ｒは、中心波長が６３０ｎｍである半導体レーザー（ＬＤ）であり、青色光源装置１Ｂは、中心波長が４３０ｎｍである半導体レーザー（ＬＤ）である。緑色光源装置１Ｇは、中心波長が５４０ｎｍである緑色のレーザー光を出射する。

また、光走査装置３Ｑは、２軸周りに回動できる構造であり、入射したレーザー光を投射面（スクリーン）４Ｑに反射させる。
これらにより、光走査装置３Ｑのミラー部投影面内で２方向に振動運動が可能となっており、投射面４Ｑの水平方向及び垂直方向にレーザー光を走査することが可能となり、投影位置に応じて、各色の光源の発光量を調整することで、所望の画像を表示することができる。

画像投影装置は、図２９に示すように、赤色光源１Ｒと、緑色光源１Ｇと、青色光源１Ｂとは光路合成を行わない構成であってもよい。この実施例では、カラー画像を投影する例について述べているが、白黒画像を投影する場合にも本発明に係る光走査装置を適用可能である。

５０…支持枠
５１〜５４…カンチレバー
５１”〜５４”…長手方向部
５５…可動板
５６、５７…トーション梁

特開２００９−２２３１１５号公報 特開２００９−２１０９４６号公報 特開２００８-１７０６５４号公報

Claims (11)

1. 入射光を反射する反射面を有する可動板と、該可動板を回動可能に支持しかつ可動板から互いに反対方向に延びる一対のトーション梁と、一端が固定端とされかつ他端が可動端とされて該可動端に前記一対のトーション梁の終端がそれぞれ連結されしかも曲げ振動により前記可動板を往復回転させる一対のカンチレバーと、
   前記一対のカンチレバーの固定端が接続されかつ内側に前記カンチレバーと前記トーション梁と前記可動板とが配設されて、前記一対のカンチレバーと前記一対のトーション梁と前記可動板とを支持する支持枠とを備えた光走査装置において、
   前記一対のカンチレバーの少なくとも一部が前記一対のトーション梁の延びる方向を長手方向として該長手方向に対して略平行でかつ当該一対のトーション梁に隣接して配置された長手方向部とされていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記一対のカンチレバーはその長手方向部に対して屈曲されて前記支持枠に支持される屈曲部を有し、前記可動板と前記一対のトーション梁とが前記屈曲部を介して前記支持枠に支持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。
3. 前記一対のトーション梁の終端が前記支持枠に接続部を介して接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記一対のカンチレバーは共に、前記一対のトーション梁の長手方向の軸線によって画成された支持枠の一方の枠内に配置され、前記一対のカンチレバーに同一方向の駆動波形を加えることにより、前記一対のトーション梁の軸線を偏心軸として、前記可動板を回転振動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
5. 前記一対のカンチレバーは、その一方が前記一対のトーション梁の長手方向の軸線によって画成された支持枠の一方の枠内に配置され、その他方が一対のトーション梁の長手方向の軸線によって画成された支持枠の他方の枠内に配置され、前記一対のカンチレバーに逆方向の駆動波形を加えることにより、前記一対のトーション梁の軸線を偏心軸として、前記可動板を回転振動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
6. 前記一対のカンチレバーのうちの一方の枠内に配置された一方のカンチレバーの可動端が前記可動板を挟んで一方のトーション梁の延びる方向と反対方向に延びる他方のトーション梁の終端に連結され、前記一対のカンチレバーのうちの他方の枠内に配置された他方のカンチレバーの可動端が前記可動板を挟んで他方のトーション梁の延びる方向と反対方向に延びる一方のトーション梁の終端に連結され、前記軸線に直交する線分であって前記可動板の中心を通る線分によって前記支持枠を画成したときに、前記一方の枠内に配置された一方のカンチレバーの固定端が前記一方のトーション梁の存在する側に配設され、前記他方の枠内に配置された他方のカンチレバーの固定端が前記他方のトーション梁の存在する側に配設され、各カンチレバーはその固定端からその可動端までの長手方向部の長さが前記トーション梁の長さと前記可動板の直径との和よりも長くなっていることを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
7. 前記支持枠に給電用パッドが形成され、該給電用パッドの少なくとも一部が、前記一対のトーション梁の各終端を結んだ長手方向直線に平行でかつ前記可動板に接する接線と、前記長手方向直線に直交しかつ前記一対のトーション梁の終端を通る一対の直線とによって画成された領域に存在することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置が入れ子状に配置されて、前記可動板を二方向に回転振動可能としたことを特徴とする光走査装置。
9. 入射光を反射する反射面を有する可動板と、該可動板を回動可能に支持しかつ可動板から互いに反対方向に延びる一対のトーション梁と、一端が固定端とされかつ他端が可動端とされて該可動端に前記一対のトーション梁の終端がそれぞれ連結されしかも曲げ振動により前記可動板を往復回転させる一対のカンチレバーと、前記一対のカンチレバーの固定端が接続されかつ内側に前記カンチレバーと前記トーション梁と前記可動板とが配設されて、前記一対のカンチレバーと前記一対のトーション梁と前記可動板とを支持する内側の支持枠とからなる可動部を可動板とみなして、該可動板が外側の支持枠に入れ子状に配置されて、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の構造が採用されていることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置を有し、該光走査装置により感光体ドラムの表面に静電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又は請求項９に記載の光走査装置を有し、投影面を走査光により走査し、該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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