JP2013020124A

JP2013020124A - 光偏向装置、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置

Info

Publication number: JP2013020124A
Application number: JP2011153851A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kato; 静一加藤; Goichi Akanuma; 悟一赤沼; Tomofumi Kitazawa; 智文北澤; Mitsuyoshi Fujii; 光美藤井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】大きな光偏向角が得られる光偏向装置、広範囲な範囲を走査できる光走査装置、大きさサイズの記録媒体への画像形成が可能となる画像形成装置及び大型スクリーンへの投影が可能となる画像投影装置を提供できる。
【解決手段】一対のトーションバースプリング１２、１３の一端がミラーの回動軸の仮想線から所定値オフセットしてミラー１１の両端縁に接続されている。一対のトーションバースプリング１２、１３の他端には一対のカンチレバー１４、１５の可動端がそれぞれ接続され、各カンチレバー１４、１５には圧電材料が積層されユニモルフまたはバイモルフ構造が形成されている。カンチレバー１４、１５の固定端は保持枠１６に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光を反射するミラーを支持する弾性支持部材を捻り変形させてミラーを回動させる光偏向装置、これを備えた光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置に関するものである。

光偏向装置としては、弾性支持部材であるトーションバースプリングに支持されたミラーと、トーションバースプリングを捻り変形させてミラーを揺動させるための圧電体などを有する駆動手段であるカンチレバーとで構成されたものが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載の光偏向装置では、ミラーの回動の中心軸に対して平行な方向を長手方向とする一対のトーションバースプリングの一端が、ミラーの中心位置を通る回動軸の仮想線上におけるミラーの両端縁にそれぞれ接続されている。そして、各トーションバースプリングの他端はミラーを取り囲むように設けられている支持枠に接続されている。更に、トーションバースプリングの他端には、ミラーの回動の中心軸に対して直交する方向が長手方向とする、トーションバースプリングを捻るためのカンチレバーの一端が接続されている。カンチレバーの他端は支持枠に接続されている。このカンチレバーを駆動させてトーションバースプリングを捻り変形させることにより、ミラーが回動し、光源からミラーへ入射した光を偏向走査することができる。そして、上記特許文献１の光偏向装置では、ミラーの中心位置を通る回動軸と一対のトーションバースプリングの捻り変形の軸とが略同一直線となっていることで、ミラーの回動は安定している。

しかしながら、上記特許文献１の光偏向装置では、カンチレバーの長手方向の長さはミラーの回動軸の仮想線上におけるミラーの両端縁の接続位置から、カンチレバーと支持枠とが接続されている接続位置までの長さに規定される。このため、カンチレバーによる捻り変形時のモーメントの大きさは限定され、より大きな光偏向角を得ることは難しい。また、光偏向装置を用いて読取対象の原稿を光学的に読み取る光走査装置では、原稿の大きさに適応できるように光の走査する範囲を広くする必要がある。光偏向装置を用いた画像形成装置でも、出力対象となる記録用紙が大きくなればその大きさに適用できるよう、画像データを感光体ドラムに広範囲に書き込まなければならない。そして、光偏向装置を用いて画像をスクリーンに投影する画像投影装置でもスクリーンが大型になれば投影する画像も広範囲にかつ２次元に投影走査することが要求される。しかし、上記特許文献１の光偏向装置では、光偏向角を大きくすることができないため、これらの必要さや要求に応えることができない。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、光偏向角を大きくすることができる光偏向装置、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光源からの光を反射するミラーと、該ミラーを回動可能に支持する一対の弾性支持部材と、該各弾性支持部材を捻り変形させて前記ミラーを回動させる一対の駆動部材とを備え、前記ミラーの回動の中心軸に対して平行方向が長手方向である前記各弾性支持部材の一端は前記ミラーの両端縁にそれぞれ接続され、前記各弾性支持部材の他端は前記ミラーの回動の中心軸に対して直交する方向が長手方向である前記駆動部材の一端にそれぞれ接続され、前記各駆動部材の他端は前記ミラーを取り囲むように設けられた支持枠にそれぞれ接続されている光偏向装置において、前記弾性支持部材の一端と前記ミラーとは前記ミラーの回動軸の仮想線と前記ミラーの両端縁との交点から所定値それぞれオフセットした位置に接続され、当該各接続点は前記ミラーの回転中心位置に対して点対称となる位置であり、前記各弾性支持部材の一端と前記ミラーとの接続位置は前記ミラーの回動軸を挟んで前記各支持部材と前記支持枠との接続位置側と反対側にあることを特徴とするものである。

本発明においては、ミラーと弾性支持部材の一端との接続位置は、ミラーの回動軸を挟んで、かつ、ミラーの回動軸の仮想線とミラーの両端縁との交点から所定値オフセットした位置である。このため、弾性支持部材の他端と接続する駆動部材の一端から、支持枠と接続する駆動部材の他端までの長さを大きくとることで、駆動部材の捻り変形に伴うミラーの回転モーメントを大きくできる。これにより、駆動部材に接続する回動可能な弾性支持部材を介してミラーの回動を大きくすることができ、ミラーに反射する光の偏向角を大きくできる。

本発明によれば、光偏向角を大きくすることができるという効果が得られる。

本実施形態の光偏向装置の構成を示す平面図である。本実施形態の光偏向装置の変形例１を示す平面図である。従来例の光偏向装置の構成を示す平面図である。従来例の光偏向装置におけるミラーとトーションバースプリングの接合部とカンチレバーの可動端の動きを示す概略図である。本実施形態の光偏向装置におけるミラーとトーションバースプリングの接合部とカンチレバーの可動端の動きを示す概略図である。本実施形態の光偏向装置の製造工程を示す工程断面図である。本実施形態の光偏向装置の別の製造工程を示す工程断面図である。実施形態の光偏向装置を利用した光走査装置を有する光書込みユニットを示す概略斜視図である。光偏向装置の駆動手段を示す斜視図である。実施形態の光偏向装置を利用した画像形成装置を示す概略図である。本実施形態の光偏向装置の変形例２を示す平面図である。画像投影装置の構成を示す概略図である。画像投影装置の全体斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態の光偏向装置の構成を示す平面図である。同図に示す本実施形態の光偏向装置１０は、表面に光反射層を有するミラー１１を回動軸に対し傾斜変位することで反射光の方向を偏向する装置である。ミラー１１は弾性支持部材である第１のトーションバースプリング１２及び第２のトーションバースプリング１３の一対のトーションバースプリングにより吊られ回動軸（図中二点鎖線で示す）に対し回動することができる。アクチュエータにより回転のモーメントが発生し、回動とトーションバースプリングの復元力による戻りの回動を行うことができる。そして、圧電材料が積層されたユニモルフまたはバイモルフ構造を持つ第１のカンチレバー１４が第１のトーションバースプリング１２に接続され、かつ第２のカンチレバー１５が第２のトーションバースプリング１３に接続され、回転のモーメントが発生できる。第１のカンチレバー１４及び第２のカンチレバー１５にそれぞれ設けられた圧電材料の捻り変形によりミラー１１が回動する光偏向装置である。圧電材料による各カンチレバーの捻り変形を大きくするためには、各カンチレバーの長手方向の長さが長い方がよい。本実施形態の光偏向装置は各カンチレバーの捻り変形をミラーに伝達することにより、より大きな偏向角を得る構造である。

図１に示す構成の一例は、ミラー１１の回動の中心位置に対し線対称な形状である場合を例とする。回動に対する重心が回転中心と一致していることが望ましい。回動の中心位置を回動軸と称することとする。第１のトーションバースプリング１２の一端が回動軸とオフセットしてミラー１１に接続されている。また、第２のトーションバースプリング１３の一端がミラー１１の反対の辺に、第１のトーションバースプリング１２のオフセットとは逆の方向に回動軸に対しオフセットして接続されている。第１のトーションバースプリング１２の他端には第１のカンチレバー１４の可動端が接続され、第１のカンチレバー１４には圧電材料が積層されユニモルフまたはバイモルフ構造が形成されている。第１のカンチレバー１４の固定端は保持枠１６に接続されている。更に、第２のトーションバースプリング１３の他端には第２のカンチレバー１５の可動端が接続され、第２のカンチレバー１５には同様に圧電材料が積層されユニモルフまたはバイモルフ構造が形成されている。ミラー１１に動的面変形を抑制するため、光反射層と反対側にリブ状の補強部材１７を設けることがある。補強部材１７を付加することで慣性モーメントを増加し、回転中心での回転を安定させることができる。

第１のカンチレバー１４の圧電層と第２のカンチレバー１５の圧電層には１８０°位相の異なる駆動信号が加えられる。第１のカンチレバー１４と第２のカンチレバー１５の捻り変形によりミラー１１にはそれぞれ逆のモーメントが与えられ、ミラー１１は回動することができる。

本実施形態によれば、ミラーの回転中心を通る回動軸の仮想線上にトーションバースプリングを設けず、各トーションバースプリングが回動軸の仮想線からオフセットすることで各カンチレバーにより発生するモーメントがより大きくなる。これにより、各トーションバースプリングのより大きな回動角を得ることができる。また、各カンチレバーの固定端側と反対側の方向に、各トーションバースプリングが回動軸の仮想線からオフセットすることで、カンチレバーの長手方向の長さが長くなり、各カンチレバーに発生するモーメントがより一層大きくなる。

また、ミラーの反射面に垂直な面内での回転中心と重心について、回動軸の仮想線周りの回動は、第１のトーションバースプリング１２と第１のカンチレバー１４とで発生するモーメントと、第２のトーションバースプリング１３と第２のカンチレバー１５とで発生するモーメントとにより生じる。この場合、回動中心と重心は必ずしも一致しないときがあり、偏心した回動をすることになる。そこで、ミラーの回動中心と重心がおおむね一致することが好ましい。

更に、回動軸の仮想線とオフセットしたトーションバースプリングの接続位置が、回転半径とカンチレバーの長さを近づけることにより回転によるずれを低減することは可能であるが、カンチレバーの長さが制限され十分な捻り変形が得にくい。カンチレバーを長くすると、回動軸の仮想線とオフセットしたトーションバースプリングの接続位置を半径とした円弧とカンチレバー長さを半径とした円弧およびカンチレバーの撓みによる軌跡がずれている。このため、ミラーの回動軸が回動方向と垂直に傾こうとするが、この動きを緩和するため、トーションバースプリングを用いている。

第１のトーションバースプリング１２と第２のトーションバースプリング１３の幅や長さを互いに同じにする。第１のカンチレバー１４と第２のカンチレバー１５の幅や長さを互いにおおむね同じにする。第１のトーションバースプリング１２とミラー１１の接続位置と回動軸の仮想線からのオフセット量と、第２のトーションバースプリング１３とミラー１１の接続位置と回動軸の仮想線からのオフセット量とを互いにおおむね同じにする。第１のトーションバースプリング１２と第１のカンチレバー１４の形状と、第２のトーションバースプリング１３と第２のカンチレバー１５の形状とを、ミラー１１に対して点対称にすることで、回動軸の仮想線に対して逆のモーメントを与えることができ、回動をより安定にできる。

次に、トーションバースプリングとミラーの接続部について、図１に示すように、第１のトーションバースプリング１２とミラー１１との接合部と、第２のトーションバースプリング１３とミラー１１との接合部とを結ぶ線を回動軸とした捻れが生じる場合がある。ミラー１１による光の偏向方向に傾きが生じる。図２に示すように各トーションバースプリングとミラーの各接合部にトーションバースプリングの幅より幅広いの斜め捻れ抑制部材１８を設けることで、ミラーの回動軸がトーションバースプリングの辺に平行になり、回動軸の傾きを防止し光の偏向方向の傾きを抑制できる。

図３に示すように、回動軸に対する各梁を接続するオフセット位置を各カンチレバーの固定端側に設けると、図４に示すようにミラーの回転による回転中心とトーションバースプリングの接続位置を半径にする円弧の軌跡に対し、カンチレバーの長さを半径にするカンチレバー先端の動きの軌跡が逆向きに引き合う運動となり、ミラーの回動軸ぶれの原因となりうる。

一方、本実施形態の光偏向装置では、図５に示すように、ミラーと梁の接続部とカンチレバー先端の動きの方向が同じになる。そして、いのでずれを吸収することができる。このようにミラーに接続する梁の位置はカンチレバーの固定端と反対側にオフセットすることが好ましい。

次に、本実施形態の光偏向装置の製造工程について製造工程を示す図６に従って説明する。同図は、図１のＡ−Ａ’線断面である。
先ず、図６の（ａ）に示すように、基板は単結晶シリコン活性層１０１、シリコン熱酸化膜１０２、単結晶シリコン支持層１０３の三層からなるＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯＮＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いる。次に、圧電ユニモルフを形成する。図６の（ｂ）に示すように、単結晶シリコン活性層１０１に有機レジストのフォトリソグラフィと蒸着法により下部電極１０４を形成し、スパッタ法で圧電材料であるＰＺＴ１０５を成膜する。更に、蒸着法で上部電極１０６を形成する。有機レジストのフォトリソグラフィとＲＩＥなどのドライエッチングでパターンニングを行う。上部電極１０６と下部電極１０４には白金を使用した。白金は逆スパッタでエッチングし、ＰＺＴはＣＦ４あるいはＣＨＦ３の混合ガスを使用した。逆スパッタとはアルゴンイオンを薄膜に当てることで、物理的にエッチングする方法である。

そして、図６の（ｃ）に示すように、アルミニウム薄膜の反射膜１０７をスパッタ法で成膜し、フォトリソグラフィとドライエッチングでパターンニングする。図６の（ｄ）に示すように、有機レジスト１０８のフォトリソグラフィでパターンを形成し、ドライエッチングで単結晶シリコン活性層１０１をパターンニングする。これにより、ミラーの形状、捻り梁、カンチレバーの形状が形成される。熱酸化膜はシリコンとエッチングの選択比が大きく、熱酸化膜でエッチングをストップすることができ、捻り梁やカンチレバーの厚さを精度よく作ることができる。

次に、図６の（ｅ）に示すように、加工面を反転して、有機レジストのフォトリソグラフィでパターンニングし、シリコンのドライエッチングでミラーの補強部材１０９を形成する。図６の（ｆ）に示すように、不要な熱酸化膜をエッチングで除去する。

このような製造工程により、ユニモルフのカンチレバーを用いた光偏向装置を製造する。具体的には、梁の長さが１［ｍｍ］、梁の幅が０．１［ｍｍ］、カンチレバーの幅が０．５［ｍｍ］、カンチレバーの長さが１．６［ｍｍ］、ミラーは幅が１［ｍｍ］及び長さが２［ｍｍ］とした。この場合の回転モードの共振周波数は５．９［ｋＨｚ］であった。

カンチレバーのユニモルフを複数にする。カンチレバーを縮めることができる。例えばカンチレバーに長手方向に２つのユニモルフを配置した場合、一方に伸びでもう一方を縮む。

また、カンチレバーの両面に圧電素子を形成するバイモルフ構造がある。このバイモルフ構造の光偏向装置の製造工程について製造工程を示す図７に従って説明する。同図は、図１のＡ−Ａ’線断面である。図６と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。

先ず、図７の（ａ）に示すように、基板は単結晶シリコン活性層１０１、シリコン熱酸化膜１０２、単結晶シリコン支持層１０３の三層からなるＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯＮＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いる。次に、圧電ユニモルフを形成する。図７の（ｂ）に示すように、単結晶シリコン活性層１０１に有機レジストのフォトリソグラフィと蒸着法により下部電極１０４を形成し、スパッタ法で圧電材料であるＰＺＴ１０５を成膜する。更に、蒸着法で上部電極１０６を形成する。有機レジストのフォトリソグラフィとＲＩＥなどのドライエッチングでパターンニングを行う。上部電極１０６と下部電極１０４には白金を使用した。白金は逆スパッタでエッチングし、ＰＺＴはＣＦ４あるいはＣＨＦ３の混合ガスを使用した。逆スパッタとはアルゴンイオンを薄膜に当てることで、物理的にエッチングする方法である。

そして、図７の（ｃ）に示すように、アルミニウム薄膜の反射膜１０７をスパッタ法で成膜し、フォトリソグラフィとドライエッチングでパターンニングする。図７の（ｄ）に示すように、有機レジスト１０８のフォトリソグラフィでパターンを形成し、ドライエッチングで単結晶シリコン活性層１０１をパターンニングする。これにより、ミラーの形状、捻り梁、カンチレバーの形状が形成される。熱酸化膜はシリコンとエッチングの選択比が大きく、熱酸化膜でエッチングをストップすることができ、捻り梁やカンチレバーの厚さを精度よく作ることができる。

次に、図７の（ｅ）に示すように、加工面を反転して、有機レジストのフォトリソグラフィでパターンニングし、シリコンのドライエッチングでミラーの補強部材１０９を形成する。図７の（ｆ）に示すように、不要な熱酸化膜をエッチングで除去する。

そして、図７の（ｇ）に示すように、メタルマスク１１０を用い、蒸着法で下部電極１１１となる白金薄膜を成膜し、ＰＺＴ１１２をスパッタ法で成膜し、蒸着法で上部電極１１３となる白金薄膜を成膜する。図６の（ｈ）に示すように、メタルマスク１１０を取り去り、スプレイ法で有機レジスト１１４を塗布し、白金薄膜の逆スパッタとＣＨ４あるいはＣＨＦ３の混合ガスでドライエッチングを行い、ＰＺＴ１１２をパターンニングする。下部電極１１１は逆スパッタで取り除く。

このような製造工程により、バイモルフを用いたカンチレバーの光偏向装置を製造する。バイモルフでは両面の片方の圧電素子で伸び、もう一方の面の圧電素子で縮むように電圧を加えることで、同じ電圧ではより大きな変位を得ることができる。

次に、上記実施形態で１方向に光を偏向する光偏向装置を説明したが、この光偏向装置を用いて光書込みユニット、画像形成装置及び画像投影装置を構成した例を図８〜図１３に示す。
図８は実施形態の光偏向装置を利用した光走査装置を有する光書込みユニットを示す概略斜視図である。同図に示す光書込みユニット２００において、レーザ素子２０１からのレーザ光をコリメータレンズ系２０２を介した後、光偏向装置２０３によりレーザ光が偏向される。その後、偏向されたレーザ光は、第一レンズ２０４と第二レンズ２０５からなる走査レンズ系で感光ドラム等のビーム走査面２０７にミラー２０６を介して供給される。

図９は光偏向装置の駆動手段を示す斜視図である。同図において、光偏向装置３０１には、ミラー駆動手段３０２が配置されている。光偏向装置３０１のトーションバースプリングの圧電部材の上部電極及び下部電極は、それぞれミラー駆動手段３０２と電気的に接続されている。そして、ミラー駆動手段３０２は圧電部材の上部電極と下部電極との間に駆動電圧を印加し、光偏向装置３０１を駆動する。このように本実施形態の光偏向装置を利用した光書込みユニットは写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込装置の構成部材として最適である。

次に、そのような画像形成装置の一例について図１０を参照して説明する。
図１０に示す画像形成装置４００において、光書込みユニット４０１はレーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。感光体ドラム４０２は光書込みユニット４０１による走査対象としての被走査面を提供する像担持体である。光書込みユニット４０１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４０２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４０２は矢印方向に回転駆動され、帯電手段３０３により帯電された表面に光書込みユニット４０１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手段４０４でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段４０５で記録紙Ｐに転写される。転写されたトナー像は定着手段４０６によって記録紙Ｐに定着される。転写手段４０５を通過した感光体ドラム４０２の表面部分はクリーニング部４０７で残留トナーを除去される。感光体ドラム４０２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を記録紙以外の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。

光書込みユニット４０１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４０８と、光源４０８を変調する光源駆動手段４０９と、上記実施形態の光偏向装置４１０と、この光偏向装置４１０のミラー基板のミラー面に光源４０８からの、記録信号によって変調されたレーザビーム（光ビーム）を結像させるための結像光学系４１１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４０２の表面（被走査面）に結像させるための手段である走査光学系４１２などから構成される。光偏向装置４１０は、その駆動のための集積回路４１３とともに回路基板４１４に実装された形で光書込みユニット４０１に組み込まれている。

本実施形態による光偏向装置は、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。光偏向装置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。光走査装置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、また光偏向装置の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。記録紙の搬送機構、感光体ドラムの駆動機構、現像手段、転写手段などの制御手段、光源部の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図中省略されている。

次に、２方向に光を偏向する２次元光偏向装置で画像投影装置を構成した例について説明する。はじめに、２次元光偏向装置の構成について概説すると、ミラー部の両側は支持部材である第１のトーションバースプリングが接続されている。第１のトーションバースプリングのミラーと反対側の端部は、他端が可動枠に接続されている第１の駆動梁の第１の支持梁が接続されている。第１の駆動梁はその長手方向が第１のトーションバースプリングの軸と略直交する向きに、第１のトーションバースプリングの両側に配置されている。更に、可動枠の外周側には、第１のトーションバースプリングと直交する方向に第２のトーションバースプリングが接続されている。第２のトーションバースプリングの可動枠と反対側の端部は、他端が固定ベースに接続されている第２の駆動梁の支持梁が接続されている。

図１１は２次元光偏向装置の構成を示す平面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。ミラー１１には第１のトーションバースプリング１２と第２のトーションバースプリング１３とが接続されている。そして、第１のトーションバースプリング１２には第１のカンチレバー１４が接続され、第２のトーションバースプリング１３には第２のカンチレバー１５が接続されている。第１のカンチレバー１４と第２のカンチレバー１５が第一軸用の保持枠１６に接続されている。これらにより第一軸用の光偏向部が構成される。次に、第一軸用の保持枠１６は２つの第二軸用のトーションバースプリング５０１により第二軸の保持枠５０２に接続され、第二軸用のカンチレバー５０３は第二軸用のトーションバースプリング５０１に接続されている。第一軸用の第１のカンチレバー１４と第２のカンチレバー１５は圧電材料と電極を積層してモノモルフを構成する。また、第二軸用のカンチレバー５０３も圧電材料と電極を積層して、モノモルフを構成する。第一軸用の第１のカンチレバー１４と第２のカンチレバー１５と第二軸のカンチレバー５０３をそれぞれ駆動することで、ミラー１１へ入射した光を２次元に偏向することができる。

図１２は画像投影装置の全体構成の概念図であり、図１３は全体斜視図である。両図に示す構成の画像投影装置６００、７００では、上位装置からの画像情報に応じて画像生成部６０１で画像信号を生成し、この画像信号が変調器６０２を介して光源駆動回路６０３とスキャナ駆動回路６０４に送られる。３波長のレーザ光源６０５は、光源駆動回路６０３によりそれぞれ本実施形態の光偏向装置６０６によって走査されるタイミングに合わせて強度変調されており、投影面６０７に２次元の画像情報を投影する。強度変調はパルス幅を変調してもよいし、振幅を変調してもよい。この変調された信号を光源駆動回路６０３によりレーザ光を駆動できる電流に変換してレーザ光源６０５を駆動している。図１３に示すように、レーザ光源７０１から出射されたＲ、Ｇ、Ｂの３波長のレーザ光は集光レンズ７０２により略平行光になり、ミラー７０３やハーフミラー７０４などを介して合成プリズム７０５に入射し、合成プリズム７０５によって合成され、本実施形態の光偏向装置７０６により偏向走査されて投影面７０７に投射され、画像を投影する。略平行になったレーザ光はプリズムによって合成され、MEMSの２次元偏光ミラーに入射される。２次元偏光ミラーは直交した２つの方向に所定角度（例えば１０［deg］程度）の振幅で共振振動をする。２次元偏光ミラーは一個で２次元のものではなく１次元走査のものを二つ組み合わせても良い。また、ポリゴンミラーなどの回転走査ミラーを組み合わせて使用することもできる。本実施形態によれば、駆動のための消費電力が小さくでき、画像投影装置の省電力化を図ることができる。また、回転走査ミラーを使用する場合に比べて、ミラー基板の振動時の風切り音が低減でき、画像投影装置の静粛性の改善を図ることができる。更に、本発明の光偏向装置を用いることで、画像投影装置の小型化を図ることができる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
弾性支持部材の一端とミラーとはミラーの回動軸の仮想線とミラーの両端縁との交点から所定値それぞれオフセットした位置に接続されている。そして、その各接続点はミラーの回転中心位置に対して点対称となる位置である。また、各弾性支持部材とミラーとの接続位置はミラーの回動軸を挟んで、各支持部材と支持枠との接続位置と反対側にある。これによれば、上記第１の実施形態について説明したように、各支持部材の捻り変形に伴うミラーへの回転モーメントを大きくすることができるため、ミラーは大きく回動する。これにより、ミラーの回動による光偏向角を大きくすることができる。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、ミラーの回動中心位置とミラーの重心位置が略同じである。これによれば、上記第１の実施形態について説明したように、偏心した回動を抑制することができる。
（態様Ｃ）
（態様Ａ）又は（態様Ｂ）において、弾性支持部材の一端とミラーとの接続点近傍における弾性支持部材の幅を接続点近傍以外における弾性支持部材の幅より広くする。これによれば、上記第１の実施形態の変形例について説明したように、弾性支持部材の幅広にして捻りにくくすることで、ミラーの回動時の回動軸が傾く方向への回動を抑制できる。
（態様Ｄ）
（態様Ａ）又は（態様Ｂ）において、一対の弾性支持部材の長さ及び幅が互いに略同じであり、一対の駆動部材の長さ及び幅が互いに略同じである。これによれば、上記第１の実施形態について説明したように、ミラーを挟んで配置された一対の弾性支持部材及び一対の駆動部材の捻り変形を略同じとなるので回動が安定する。
（態様Ｅ）
（態様Ａ）において、一対の駆動部材を駆動させる各信号の位相は互いに１８０°異なる。これによれば、上記第１の実施形態について説明したように、一対の駆動部材の捻り変形によりミラーにはそれぞれ逆のモーメントが与えられ、ミラーは安定して回動することができる。
（態様Ｆ）
（態様Ａ）〜（態様Ｅ）のいずれかにおいて、駆動手段を支持し、ミラーの反射面と平行、かつ、ミラーの回動の中心軸に対して直交する方向に回動可能に固定枠に支持された可動枠と、該可動枠を回動させる可動枠駆動手段とを備えた。これによれば、上記第２の実施形態について説明したように、２軸方向に光を偏向することができる。
（態様Ｇ）
（態様Ｆ）において、可動枠の一方側に接続された第１の可動枠弾性支持部材と、可動枠の他方側に接続された第２の可動枠弾性支持部材とを備えている。そして、可動枠駆動手段は、第１の可動枠駆動部と第２の可動枠駆動部とを備えている。第１の可動枠駆動部は、固定枠に片持ち支持され、自由端部に第１の可動枠弾性支持部材が接続された第１の可動枠駆動部材と、該第１の可動枠駆動部材を可動枠の回動の中心軸回りに撓み振動させる第１の可動枠振動部材とを備えている。第２の可動枠駆動部は、固定枠に片持ち支持され、自由端部に第２の可動枠弾性支持部材が接続された第２の可動枠駆動部材と、該第２の可動枠駆動部材を可動枠の回動の中心軸回りに撓み振動させる第２の可動枠振動部材とを備えている。
（態様Ｈ）
（態様Ａ）〜（態様Ｅ）のいずれかの光偏向装置を用いて光源からの光を偏向走査する光偏向手段を備えている。これによれば、上記第３の実施形態について説明したように、広範囲に、かつ高速で感光体ドラム上に光書込を行うことができる。また、光偏向器として、ポリゴンスキャナを用いた場合に比べて、省電力化、静粛性、小型化を図ることができる。
（態様Ｉ）
（態様Ｈ）の光走査装置を用いて、潜像を担持する潜像担持体の表面に潜像を形成し、潜像担持体に担持された潜像を現像する現像手段とを備えている。これによれば、上記第４の実施形態について説明したように、大きなサイズの画像出力が可能となる。また、高速で潜像画像の書込みを行うことができるので、装置の生産性を高めることができる。
（態様Ｊ）
（態様Ｆ）又は（態様Ｇ）の光偏向装置を用いて、画像信号に応じて光出力を変調する変調器からの光を偏向走査する。これによれば、上記第５の実施形態について説明したように、広範囲に２次元で投影できるので、大型スクリーンに投影することができる。また、ミラーを高速駆動させることができるので、投影画像のちらつきを抑制することができる。更に、ポリゴンスキャナを用いた場合に比べて、省電力化、静粛性、小型化を図ることができる。

１０光偏向装置
１１ミラー
１２第１のトーションバースプリング
１３第２のトーションバースプリング
１４第１のカンチレバー
１５第２のカンチレバー
１６保持枠
１７補強部材
１８斜め捻れ抑制部材
２０光偏向装置
２００光書込みユニット
２０１レーザ素子
２０２コリメータレンズ系
２０３光偏向装置
２０４第一レンズ
２０５第二レンズ
２０６ミラー
２０７ビーム走査面
３０１偏向ミラー
３０２ミラー駆動手段
４００画像形成装置
４０１光書込みユニット
４０２感光体ドラム
４０３帯電手段
４０４現像手段
４０５転写手段
４０６定着手段
４０７クリーニング部
４０８光源
４０９光源駆動手段
４１０光偏向装置
４１１結像光学系
４１２走査光学系
４１３集積回路
４１４回路基板
５０１第二軸用のトーションバースプリング
５０２第二軸の保持枠
５０３第二軸用のカンチレバー
６００画像投影装置
６０１画像生成部
６０２変調器
６０３光源駆動回路
６０４スキャナ駆動回路
６０５レーザ光源
６０６光偏向装置
６０７投影面
７００画像投影装置
７０１レーザ光源
７０２集光レンズ
７０３ミラー５０３
７０４ハーフミラー
７０５合成プリズム
７０６光偏向装置
７０７投影面

特開２００９−１６９３２５号公報

Claims

光源からの光を反射するミラーと、該ミラーを回動可能に支持する一対の弾性支持部材と、該各弾性支持部材を捻り変形させて前記ミラーを回動させる一対の駆動部材とを備え、前記ミラーの回動の中心軸に対して平行方向が長手方向である前記各弾性支持部材の一端は前記ミラーの両端縁にそれぞれ接続され、前記各弾性支持部材の他端は前記ミラーの回動の中心軸に対して直交する方向が長手方向である前記駆動部材の一端にそれぞれ接続され、前記各駆動部材の他端は前記ミラーを取り囲むように設けられた支持枠にそれぞれ接続されている光偏向装置において、
前記弾性支持部材の一端と前記ミラーとは前記ミラーの回動軸の仮想線と前記ミラーの両端縁との交点から所定値それぞれオフセットした位置に接続され、当該各接続点は前記ミラーの回転中心位置に対して点対称となる位置であり、前記各弾性支持部材と前記ミラーとの接続位置は前記ミラーの回動軸を挟んで、前記各支持部材と前記支持枠との接続位置と反対側にあることを特徴とする光偏向装置。
請求項１記載の光偏向装置において、
前記ミラーの回動中心位置と前記ミラーの重心位置が略同じであることを特徴とする光偏向装置。
請求項１又は２に記載の光偏向装置において、
前記弾性支持部材の一端と前記ミラーとの接続点近傍における前記弾性支持部材の幅を前記接続点近傍以外における前記弾性支持部材の幅より広くすることを特徴とすることを特徴とする光偏向装置。
請求項１又は２に記載の光偏向装置において、
一対の前記弾性支持部材の長さ及び幅が互いに略同じであり、一対の前記駆動部材の長さ及び幅が互いに略同じであることを特徴とする光偏向装置。
請求項１記載の光偏向装置において、
一対の前記駆動部材を駆動させる各信号の位相は互いに１８０°異なることを特徴とする光偏向装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の光走査装置において、
前記駆動手段を支持し、前記ミラーの反射面と平行、かつ、前記ミラーの回動の中心軸に対して直交する方向に回動可能に固定枠に支持された可動枠と、該可動枠を回動させる可動枠駆動手段とを備えたことを特徴とする光偏向装置。
請求項６記載の光偏向装置において、
前記可動枠の一方側に接続された第１の可動枠弾性支持部材と、前記可動枠の他方側に接続された第２の可動枠弾性支持部材とを備え、
前記可動枠駆動手段は、
前記固定枠に片持ち支持され、自由端部に前記第１の可動枠弾性支持部材が接続された第１の可動枠駆動部材と、該第１の可動枠駆動部材を前記可動枠の回動の中心軸回りに撓み振動させる第１の可動枠振動部材とを備えた第１の可動枠駆動部と、
前記固定枠に片持ち支持され、自由端部に前記第２の可動枠弾性支持部材が接続された第２の可動枠駆動部材と、該第２の可動枠駆動部材を前記可動枠の回動の中心軸回りに撓み振動させる第２の可動枠振動部材とを備えた第２の可動枠駆動部とを備えたことを特徴とする光偏向装置。
光源と、光源からの光を偏向走査する光偏向手段とを備えた光走査装置において、
上記光偏向手段として、請求項１〜５のいずれかの光偏向装置を用いたことを特徴とする光走査装置。
潜像を担持する潜像担持体と、光走査によって該潜像担持体の表面に潜像を形成する光走査手段と、該潜像担持体に担持された潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置において、
上記光走査手段として、請求項８の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
光源と、画像信号に応じて光出力を変調する変調器と、変調器からの光を偏向走査する光偏向手段とを備えた画像投影装置において、
上記光偏向手段として、請求項６又は７の光偏向装置を用いたことを特徴とする画像投影装置。