JP2013195479A - 光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光を反射する反射手段の位置を検出することができる光偏向器を提供すること。
【解決手段】反射手段を用いて光を反射する光偏向器であって、前記反射手段を回転させる偏向手段と、前記反射手段の位置を検出する検出手段と、前記偏向手段と前記検出手段の位置を固定する固定手段とを有し、前記検出手段は、一端は前記固定手段に固定され、他端は前記反射手段に連結されている連結部材と、前記連結部材の表面に配置され、該反射手段の回転位置を検出する位置検出部材と、を含み、前記連結部材は、前記反射手段の回転に伴い変形し、前記位置検出部材は、前記連結部材の変形に伴って変形することにより、前記反射手段の前記回転位置を検出する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光偏向器に関する。

光（光ビーム）の進行方向を偏向する装置には、圧電素子（ピエゾ素子）を用いて光を反射するミラー（反射手段）を移動（回転）する光偏向器がある。

圧電素子を用いた光偏向器は、小型化が容易である。また、印加する電圧を制御することにより高応答性を実現することができる。

特許文献１では、ミラー部（反射手段）の駆動状態を検出して制御するために、一端がトーションバー（支持部材）に連結され、他端が支持部（固定部材）に連結された第１の圧電アクチュエータと、一端がトーションバーに連結され、他端がミラー部に連結された第２の圧電アクチュエータとを備える光偏向器に関する技術を開示している。

しかしながら、特許文献１の技術では、第１の圧電アクチュエータ及び第２の圧電アクチュエータがトーションバーに連結されているため、第１の圧電アクチュエータの圧電駆動の影響を受けて、第２の圧電アクチュエータがミラー部の回転角度を検出できない場合があった。

本発明は、光を反射する反射手段の位置を検出することができる光偏向器を提供することを課題とする。

本発明の一の態様によれば、反射手段を用いて光を反射する光偏向器であって、前記反射手段を回転させる偏向手段と、前記反射手段の位置を検出する検出手段と、前記偏向手段と前記検出手段の位置を固定する固定手段とを有し、前記検出手段は、一端は前記固定手段に固定され、他端は前記反射手段に連結されている連結部材と、前記連結部材の表面に配置され、該反射手段の回転位置を検出する位置検出部材と、を含み、前記連結部材は、前記反射手段の回転に伴い変形し、前記位置検出部材は、前記連結部材の変形に伴って変形することにより、前記反射手段の前記回転位置を検出する、ことを特徴とする光偏向器が提供される。

本発明の光偏向器によれば、光を反射する反射手段の位置を検出することができる。

本発明の実施形態に係る光偏向器の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る光偏向器の一例を示す概略平面図である。 本発明の実施形態に係る光偏向器の動作の一例を説明する説明図である。図（ａ）は、光偏向器の動作の一例を説明する概略斜視図である。図（ｂ）は、光偏向器の動作の一例を説明する概略側面図である。 本発明の実施形態に係る光偏向器の要部の一例を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る光偏向器の検出手段の一例を説明する斜視図である。図（ａ）は、検出手段の連結部材の厚さが偏向手段の支持部材の厚さと同じ大きさの場合である。図（ｂ）は、検出手段の連結部材の厚さが偏向手段の支持部材の厚さより小さい場合である。 本発明の実施例１に係る光偏向器の電極の一例を説明する説明図である。図（ａ）は、光偏向器の電極の一例を示す概略平面図である。図（ｂ）は、光偏向器の電極の一例を示す側面断面図である。図（ｃ）は、光偏向器の電極の一例を示す平面断面図である。 本発明の実施例２に係る光偏向器の一例を示す概略平面図である。 本発明の実施例２に係る光偏向器の要部の一例を説明する平面図である。 本発明の実施例３に係る光偏向器の一例を示す概略平面図である。 本発明の実施例３に係る光偏向器の要部の一例を示す説明図である。図（ａ）は、光偏向器の検出手段の一例を説明する平面図である。図（ｂ）は、光偏向器の検出手段の一例を説明する斜視図である。 本発明の実施例４に係る光走査装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施例４に係る光走査装置の駆動手段の一例を説明する概略斜視図である。 本発明の実施例５に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施例６に係る画像投影装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施例６に係る画像投影装置の要部の一例を示す概略斜視図である。

添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について、光ビーム（光）の進行方向を偏向する光偏向器を用いて、説明する。本発明は、光偏向器以外でも、偏向ミラー、光走査装置、光書込ユニット、画像形成装置、画像投影装置、被写機、プリンタ、スキャナ、ファックス、バーコードスキャナ、車載用レーザレーダ、波長可変レーザ及びメディカル用レーザ、並びに、その他圧電効果を用いて光の進行方向を変更するものであれば、いずれのものにも用いることができる。

なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。

（光偏向器の構成）
図１を用いて、本発明の実施形態に係る光偏向器１００の概略構成を説明する。

図１に示すように、光偏向器１００は、光偏向器１００の動作を制御する制御手段１１と、光ビームを反射する反射手段１２と、反射手段１２を回転する偏向手段１３と、回転した反射手段１２の位置を検出する検出手段１４と、偏向手段１３と検出手段１４の位置を固定する固定手段１５とを有する。

光偏向器１００は、本実施形態では、光ビームを反射する反射手段１２を回転することによって、光ビームの進行方向を変更（以下、「偏向」という）する。また、光偏向器１００は、偏向手段１３を用いて、反射手段１２を回転する。更に、光偏向器１００は、制御手段１１を用いて、偏向手段１３（後述する駆動部材１３Ｍ）に印加する電圧を制御する。このとき、偏向手段１３は、圧電効果を用いて、印加された電界強度に対応して、偏向手段１３（後述する支持部材１３Ｓ）を弾性変形する。これにより、光偏向器１００は、支持部材１３Ｓに連結された反射手段１２を回転することができる。

なお、圧電効果（ｐｉｅｚｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）とは、物質に力（圧力）を負荷すると負荷した力に対応した分極が現れ、電圧を印加すると物質自体が電界強度に対応して変形する効果をいう。

制御手段１１は、光偏向器１００の各構成に動作を指示し、各構成の動作を制御する手段である。制御手段１１は、本実施形態では、偏向手段１３（駆動部材１３Ｍ）に印加する電圧を制御する。これにより、制御手段１１は、反射手段１２の回転を制御することができる。

反射手段１２は、光ビームを反射することによって、光ビームの方向を変更する手段である。反射手段１２は、本実施形態では、光ビームを反射するミラー部（例えば図２の１２Ｍ）を有する。ここで、ミラー部のミラーは、シリコン基板の表面に金属（アルミニウムなど）の薄膜を形成することによって製造してもよい。

なお、反射手段１２のミラー部は、光ビームを反射するものをミラーに限定するものではない。すなわち、本発明に用いる反射手段１２は、ミラー以外の光ビームを反射することができるものを用いることができる。

偏向手段１３は、反射手段１２を回転する手段である。偏向手段１３は、本実施形態では、反射手段１２を支持する支持部材１３Ｓと、支持部材１３Ｓを弾性変形する駆動部材１３Ｍとを有する。

支持部材１３Ｓは、一端は固定手段１５に固定され、他端は反射手段１２を支持する部材である。支持部材１３Ｓは、本実施形態では、複数の梁部１３Ｓａと複数の折返し部１３Ｓｂとからなる蛇行形状（例えば図２の１３Ｓ）を有する。

ここで、梁部１３Ｓａ及び折返し部１３Ｓｂは、６個以上であることが好ましい。また、梁部１３Ｓａ及び折返し部１３Ｓｂは、１０個であることが更に好ましい。更に、梁部１３Ｓａ及び折返し部１３Ｓｂは、梁部１３Ｓａの両端の振幅量を同じにするために、偶数個であることが好ましい。

駆動部材１３Ｍは、支持部材１３Ｓを弾性変形する部材である。駆動部材１３Ｍは、支持部材１３Ｓを弾性変形することによって、支持部材１３Ｓで支持された反射手段１２を回転することができる。駆動部材１３Ｍは、本実施形態では、第２の圧電部材１３Ｍｅを用いる。

第２の圧電部材１３Ｍｅは、複数の梁部１３Ｓａ（支持部材１３Ｓ）の長手方向に直交する方向の表面に夫々配置されている。ここで、第２の圧電部材１３Ｍｅは、モノモルフ構造又はバイモルフ構造とすることができる。これにより、第２の圧電部材１３Ｍｅは、圧電効果による駆動力を維持しつつ、圧電効果による圧電部材の変形を用いて、支持部材１３Ｓの弾性変形の変形量を増加することができる。

支持部材１３Ｓ及び駆動部材１３Ｍの動作の詳細は、後述する（光偏向器の偏向する動作）で説明する。

なお、モノモルフ（ユニモルフ）構造とは、薄手の圧電部材（第２の圧電部材１３Ｍｅ）を被変形部材（支持部材１３Ｓ）の表面に配置した構造である。モノモルフ構造は、圧電部材が伸縮することによって、被変形部材に反りを発生させることができる。バイモルフ構造とは、２枚以上の圧電素子（第２の圧電部材１３Ｍｅ）を被変形部材（支持部材１３Ｓ）の表面に積層して配置した構造である。バイモルフ構造は、圧電素子の夫々に異なる電界を印加することで、圧電素子自体に反りを発生させることができる。このため、バイモルフ構造は、モノモルフ構造と比較して、大きな変位を得ることができる。

検出手段１４は、反射手段１２の位置を検出する手段である。検出手段１４は、本実施形態では、反射手段１２に連結された連結部材１４Ｓ（例えば図４）と、反射手段１２の回転位置を検出する位置検出部材１４Ｐとを有する。

連結部材１４Ｓは、本実施形態では、反射手段１２に連結される片持梁形状の部材を用いる。ここで、連結部材１４Ｓは、一端を固定手段１５に固定され、他端を反射手段１２に連結されている。

ここで、支持部材１４Ｓの他端の位置は、本実施形態では、反射手段１２の副走査回転軸Ｒ２から、支持部材１４Ｓの一端から離間する方向に、所定の距離（例えば図４のＯＳ）を離間した位置である。

位置検出部材１４Ｐは、偏向手段１３によって回転された反射手段１２の位置を検出する部材である。位置検出手段１４Ｐは、本実施形態では、圧電部材（例えば図４の圧電部材１４Ｐｅ）を用いることができる。位置検出部材１４Ｐは、回転した反射手段１２の回転位置に対応する圧電部材の変形（弾性変形）に基づいて、反射手段１２の位置を検出することができる。

連結部材１４Ｓ及び位置検出部材１４Ｐの動作の詳細は、後述する（光偏向器の偏向を検出する動作）で説明する。

なお、本発明に係る光偏向器１００では、反射手段１２の位置を検出するものは、圧電部材（圧電部材１４Ｐｅ）に限定されるものではない。すなわち、本発明に係る光偏向器１００は、ピエゾ抵抗素子、歪みゲージ又はその他圧電部材（圧電素子）以外の被変形部材（連結部材１４Ｓ）の変形量を検出することができるセンサを用いることができる。

固定手段１５は、偏向手段１３と検出手段１４の位置（相対的な位置関係）を固定する手段である。固定手段１５は、本実施形態では、偏向手段１３及び検出手段１４を囲繞する枠部（例えば図２の１５）を用いることができる。また、固定手段１５は、本実施形態では、偏向手段１３の支持部材１３Ｓの一端及び検出手段１４の連結部材１４Ｓの一端を保持（固定）する。

なお、上記の光偏向器１００の各構成は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）製造プロセス又は半導体製造プロセスなどを用いて、反射手段１２、偏向手段１３、検出手段１４及び固定手段１５を一体で成形（加工）してもよい。

（光偏向器の偏向する動作）
図２及び図３を用いて、本発明の実施形態に係る光偏向器１００が光ビームを偏向する動作を説明する。

なお、以下の説明においては、偏向手段１３の駆動部材１３Ｍを用いて、光偏向器１００が１軸方向（例えば副走査方向、図２の副走査回転軸Ｒ２の回転方向）に回転する実施形態を説明する。しかしながら、本発明に係る光偏向器の光の偏向方向は、１軸方向に限定されるものではない。すなわち、本発明を用いることができる光偏向器は、以後に示す反射手段１２の回転方向と異なる方向（例えば主走査方向、図２の主走査回転軸Ｒ１の回転方向）に反射手段１２を回転することができる第２の駆動部材を更に含んでもよい。

また、本実施形態では、光偏向器１００の２軸走査の構成における副走査（低速）側に本発明を適用した実施の形態を説明する。このため、反射手段１２と主走査（高速側）の構造部分を便宜的に一つの可動部Ｍ１（図２、図３（ａ））として説明する。

図２に示すように、光偏向器１００は、光ビームを反射する反射手段１２として、本実施形態では、ミラー部１２Ｍを備える。ここで、ミラー部１２Ｍの両端（図中のミラー部１２Ｍの重心を通る主走査回転軸Ｒ１方向の両端部）は、支持バネ（トーションバースプリング）Ｓで支持されている。また、光偏向器１００は、ミラー部１２Ｍを支持している端部に対して反対側の支持バネＳの端部を、（主走査用）駆動梁部Ｍを介して、可動部Ｍ１に連結している。更に、光偏向器１００は、蛇行形状の支持部材１３Ｓ（図３（ａ））を介して、可動部Ｍ１を固定手段１５（固定ベース）に連結している。

光偏向器１００は、副走査方向に対応する偏向動作として、副走査回転軸Ｒ２を回転軸にミラー部１２Ｍを回転する。具体的には、光偏向器１００は、第２の圧電部材１３Ｍｅに電圧を印加して変形することによって、複数の梁部１３Ｓａ（支持部材１３Ｓ）を交互に反対方向に反り変形する。このとき、光偏向器１００は、蛇行形状の支持部材１３Ｓを弾性変形する。これにより、光偏向器１００は、副走査回転軸Ｒ２を回転軸に（副走査回転軸Ｒ２に垂直方向の変位を相殺しながら）、ミラー部１２Ｍを回転することができる。

図３（ａ）及び（ｂ）に、光偏向器１００がミラー部１２Ｍを回転した一例を示す。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、光偏向器１００は、複数の梁部１３Ｓａを夫々変形して、可動部Ｍ１（ミラー部１２Ｍ）を回転方向Ｍｒで回転する。すなわち、光偏向器１００は、１個の梁部を変形して可動部Ｍ１（反射手段１２）を回転する場合と比較して、回転できる角度Ｍｒを増加することができる。

光偏向器１００は、本実施形態では、反射手段１２（ミラー部１２Ｍ）を非共振動作で回転する。具体的には、光偏向器１００は、光偏向器１００の固有の共振周波数より低い領域の周波数で、ミラー部１２Ｍの回転（偏向）動作を行う。これにより、光偏向器１００は、光偏向器１００の固有の共振周波数に限定されることなく、偏向方向及び動作（例えば制御手段１１が第２の圧電部材１３Ｍｅに入力する駆動信号）に対応した回転動作を行うことができる。

なお、光偏向器１００は、共振動作で、反射手段１２（ミラー部１２Ｍ）を回転してもよい。

ここで、共振動作とは、デバイス（光偏向器１００）の固有の共振周波数を利用することによって、大きな振幅（振幅角）を得る動作である。共振動作では、正弦波の波形で動作をすることができる。

非共振動作（ラスタスキャン）とは、デバイス（光偏向器１００）の固有の共振周波数より低い領域の周波数で、所望の振幅（振幅角）を得る動作である。非共振動作は、共振動作と比較して、大きな振幅を得にくい。また、非共振動作は、駆動周波数及び波形に限定されない。すなわち、非共振動作は、任意の周波数及び波形で偏向動作をすることができる。

（光偏向器の偏向を検出する動作）
図４及び図５を用いて、本発明の実施形態に係る光偏向器１００が偏向（反射手段１２の回転位置）を検出する動作を説明する。

図４に示すように、光偏向器１００は、検出手段１４として、圧電部材１４Ｐｅ（位置検出部材１４Ｐ）を用いる。光偏向器１００は、回転されたミラー部１２Ｍ（反射手段１２）の回転位置に対応する連結部材１４Ｓの変形（弾性変形）を圧電部材１４Ｐｅで検出することによって、ミラー部１２Ｍの回転位置を検出する。

具体的には、光偏向器１００は、反射手段１２を支持する片持梁形状の連結部材１４Ｓの長手方向に直交する方向の表面に配置された圧電部材１４Ｐｅ（図５（ａ））の変形量を検出する。

より具体的には、光偏向器１００は、圧電部材１４Ｐｅの変形に伴って発生する起電力（圧電起電力）を検出する。これにより、光偏向器１００は、検出した起電力に基づいて、連結部材１４Ｓの変形量を検出（算出）することができる。次いで、光偏向器１００は、検出した連結部材１４Ｓの変形量に基づいて、ミラー部１２Ｍの位置（回転位置）を検出（算出）することができる。

ここで、連結部材１４Ｓの他端（可動部Ｍ１（反射手段１２）と連結している端面）の位置は、反射手段１２の副走査回転軸Ｒ２から、連結部材１４Ｓの一端（固定手段１５と連結している端面）から離間する方向に、所定の距離ＯＳを離間した位置である。このため、光偏向器１００は、他端の位置を副走査回転軸Ｒ２上とした場合と比較して、連結部材１４Ｓの変形量を増加することができる。これにより、光偏向器１００は、検出手段１４の圧電部材１４Ｐｅの変形量を増加することができ、検出手段１４の検出感度（検出精度）を高めることができる。

また、光偏向器１００は、連結部材１４Ｓを長手方向に拡張することで、連結部材１４Ｓのバネ定数を小さくすることができる。これにより、光偏向器１００は、偏向手段１３の偏向動作（駆動）に影響する連結部材１４Ｓの反力を低減することができる。

ここで、所定の距離ＯＳとは、連結部材１４Ｓ、圧電部材１４Ｐｅ及び光偏向器１００の仕様、並びに、光偏向器１００の動作状態及び使用状態に対応した距離とすることができる。また、所定の距離ＯＳを、実験又は数値計算等で予め定められる値とすることができる。

なお、本発明に係る光偏向器１００は、予め記憶してある連結部材１４Ｓの変形量と反射手段１２の回転位置との相関図（又は、表、数式など）を用いて、反射手段１２の回転位置を算出してもよい。

図５（ｂ）に示すように、光偏向器１００は、連結部材１４Ｓ（検出手段１４）の長手方向に直交する方向の大きさ（以下、「厚さ」という。）Ｄ２を、支持部材１３Ｓ（偏向手段１３）の長手方向に直交する方向の厚さＤより小さくしてもよい。

これにより、光偏向器１００は、連結部材１４Ｓの厚さＤ１を支持部材１３Ｓの厚さＤと同じ大きさにした場合（図５（ａ））と比較して、連結部材１４Ｓの変形（反力）が偏向手段１２の駆動に与える影響を低減することができる。また、光偏向器１００は、連結部材１４Ｓの変形（反力）の影響を低減することができるので、圧電部材１４Ｐｅ（検出手段１４）の検出精度（検出感度）を向上することができる。更に、光偏向器１００は、連結部材１４Ｓを経由せずに、支持部材１３Ｓを用いて反射手段１２を支持しているので、連結部材１４Ｓの厚さを小さくしても、反射手段１２を支持することができる。すなわち、光偏向器１００は、連結部材１４Ｓの厚さを小さくしても、支持部材１３Ｓを用いて反射手段１２の平面精度を確保することができる。

以上により、本発明の実施形態に係る光偏向器１００は、一端が固定手段１５に固定され、他端が反射手段１２に連結された検出手段１４を用いて、反射手段１２の位置を検出することができるので、光ビームを偏向した方向を検出することができる。また、光偏向器１００は、連結部材１４Ｓ（検出手段１４）の厚さを小さくすることができるので、圧電部材１４Ｐｅ（検出手段１４）の検出精度を向上することができる。更に、光偏向器１００は、支持部材１３Ｓを用いて反射手段１２を支持することができるので、支持される反射手段１２の平面精度を向上することができる。

また、本発明の実施形態に係る光偏向器１００は、複数の梁部１３Ｓａを夫々変形して反射手段１２を回転することができるので、複数の梁部１３Ｓａの夫々の変形を累積して回転することができ、反射手段１２を回転できる角度Ｍｒを増加することができる。すなわち、光偏向器１００は、偏向することができる角度を増加することができる。また、光偏向器１００は、偏向することができる角度を増加することができるので、光偏向器１００の小型化及び応答性の向上を実現することができる。

更に、本発明の実施形態に係る光偏向器１００は、連結部材１４Ｓの他端の位置を副走査回転軸Ｒ２から離間した位置とすることで、他端の位置を副走査回転軸Ｒ２上とした場合と比較して、連結部材１４Ｓの変形量を増加することができる。これにより、光偏向器１００は、検出手段１４（圧電部材１４Ｐｅ）の検出感度（検出精度）を高めることができる。また、光偏向器１００は、反射手段１２等を一体で成形することができるので、製造が容易であり、生産性の向上及びコストの低減について、従来技術と比較して有利な効果を有する。

本発明に係る光偏向器を有する実施例を用いて、本発明を説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１に係る光偏向器１００Ｅを用いて、本発明を説明する。

（光偏向器の構成）
図１に、本実施例に係る光偏向器１００Ｅの概略構成を示す。本実施例に係る光偏向器１００Ｅの構成は、実施形態に係る光偏向器１００の構成と基本的に同様のため、異なる部分のみを説明する。

図１に示すように、本実施例に係る光偏向器１００Ｅは、反射手段１２を回転する駆動部材１３Ｍ（偏向手段１３）の第２の圧電部材１３Ｍｅと、回転した反射手段１２の回転位置を検出する位置検出部材１４Ｐ（検出手段１４）の圧電部材１４Ｐｅと、を含む。

ここで、第２の圧電部材１３Ｍｅの構造及び製造方法を、図６を用いて説明する。なお、圧電部材１４Ｐｅの構造及び製造方法は、第２の圧電部材１３Ｍｅの構造及び製造方法と基本的に同様のため、説明を省略する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、本実施例に係る光偏向器１００Ｅは、支持梁（支持部材１３Ｓ）の片面に、平板形状のユニモルフ構造（又はバイモルフ構造）の圧電材料（第２の圧電部材１３Ｍｅ）を積層している。以下に、具体的に説明する。

本実施例に係る光偏向器１００Ｅの第２の圧電部材１３Ｍｅ（偏向手段１３）は、支持部材１３Ｓ（例えばシリコン部材）の長手方向に直交する方向の表面に配置される。更に具体的には、第２の圧電部材１３Ｍｅは、接着層１３Ｐ及び下部電極１３Ｅｄと上部電極１３Ｅｕとの間隙に配置される。

なお、接着層１３Ｐの材料は、チタン（Ｔｉ）を用いることができる。上部電極１３Ｅｕ及び下部電極１３Ｅｄの材料は、白金（Ｐｔ）を用いることができる。第２の圧電部材１３Ｍｅの圧電材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いることができる。ここで、接着層１３Ｐ等の材料は、上記材料に限定されるものではない。

光偏向器１００Ｅの第２の圧電部材１３Ｍｅ等は、スパッタにより接着層１３Ｐ等を成膜して積層し、必要な部分だけが残るようにエッチング加工することができる。

図６（ａ）及び図６（ｃ）に示すように、ランド部１３Ｌｄ、１３Ｌｕから配線を引き出し、上部電極１３Ｅｕと下部電極１３Ｅｄとの間隙に電圧を印加することができる。これにより、光偏向器１００Ｅは、上部電極１３Ｅｕと下部電極１３Ｅｄとの間隙に配置された第２の圧電部材１３Ｍｅに電界を印加することができる。

第２の圧電部材１３Ｍｅは、圧電効果（圧電特性）によって、印加された電界強度に対応して伸縮する。このとき、第２の圧電部材１３Ｍｅは、固定している支持梁（支持部材１３Ｓ）を伸縮（反り変形）する。このため、光偏向器１００Ｅは、支持梁の反り変形に対応して、反射手段１２を移動（回転）することができる。

（光偏向器の偏向する動作）及び（光偏向器の偏向を検出する動作）
本発明の実施例１に係る光偏向器１００Ｅが光ビームを偏向する動作及び偏向（反射手段１２の回転位置）を検出する動作は、実施形態に係る光偏向器１００の動作と同様のため、説明を省略する。

以上により、本発明の実施例１に係る光偏向器１００Ｅは、実施形態に係る光偏向器１００と同様の効果を得ることができる。

（実施例２）
本発明の実施例２に係る光偏向器２００を用いて、本発明を説明する。

（光偏向器の構成）
図１に、本実施例に係る光偏向器２００の概略構成を示す。本実施例に係る光偏向器２００の構成は、実施形態に係る光偏向器１００の構成と基本的に同様のため、異なる部分のみを説明する。

図１に示すように、本実施例に係る光偏向器２００は、回転した反射手段１２の位置を検出する検出手段１４として、位置検出部材１４Ｐを含む。位置検出部材１４Ｐは、本実施例では、ピエゾ抵抗素子を用いる。

ここで、ピエゾ抵抗素子とは、ピエゾ抵抗効果（機械的応力によって金属や半導体の抵抗値が変化する効果）を用いて、物体に作用する応力を抵抗値の変化から測定する素子である。

（光偏向器の偏向する動作）
本発明の実施例２に係る光偏向器２００が光ビームを偏向する動作は、実施形態に係る光偏向器１００の動作と同様のため、説明を省略する。

（光偏向器の偏向を検出する動作）
図７及び図８を用いて、本発明の実施例２に係る光偏向器２００が偏向（反射手段１２の回転位置）を検出する動作を説明する。

図７及び図８に示すように、本実施例に係る光偏向器２００は、回転されたミラー部１２Ｍ（反射手段１２）の回転位置に対応するピエゾ抵抗素子１４Ｐｒ（検出手段１４）の変形（作用する応力）に基づいて、偏向方向（ミラー部１２Ｍの回転位置）を検出する。

具体的には、光偏向器２００（検出手段１４）は、反射手段１２に連結された片持梁形状の連結部材１４Ｓの他端の変形量を検出する。次いで、光偏向器２００は、検出した連結部材１４Ｓの他端の変形量に基づいて、ミラー部１２Ｍの回転位置（偏向方向）を検出する。

より具体的には、光偏向器２００は、ピエゾ抵抗素子１４Ｐｒの曲げ変形に対応して変化するピエゾ抵抗素子１４Ｐｒの抵抗値の変化量を検出する。これにより、光偏向器２００は、検出した抵抗値（変化量）に基づいて、連結部材１４Ｓの変形量を検出することができる。次いで、光偏向器２００は、検出した連結部材１４Ｓの変形量に基づいて、ミラー部１２Ｍの回転位置（偏向方向）を検出（算出）することができる。

なお、光偏向器２００は、ホイーストン・ブリッジ（Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ Ｂｒｉｄｇｅ）回路などを用いて、ピエゾ抵抗素子１４Ｐｒの抵抗値の変化量を出力電気信号から算出することができる。また、光偏向器２００は、ブリッジ回路などに流れる電流値の変化を検出することで、ピエゾ抵抗素子１４Ｐｒの抵抗値の変化量を検出することができる。更に、光偏向器２００は、予め記憶してあるピエゾ抵抗素子１４Ｐｒの抵抗値の変化量（連結部材１４Ｓの変形量）と反射手段１２の回転位置との相関図（又は、表、数式など）を用いて、反射手段１２の回転位置を算出してもよい。

以上により、本発明の実施例２に係る光偏向器２００は、実施形態に係る光偏向器１００と同様の効果を得ることができる。

（実施例３）
本発明の実施例３に係る光偏向器３００を用いて、本発明を説明する。

（光偏向器の構成）
図１に、本実施例に係る光偏向器３００の概略構成を示す。本実施例に係る光偏向器３００の構成は、実施例２に係る光偏向器２００の構成と基本的に同様のため、異なる部分のみを説明する。

図１に示すように、本実施例に係る光偏向器３００は、回転した反射手段１２の位置を検出する検出手段１４として、位置検出部材１４Ｐを含む。位置検出部材１４Ｐは、本実施例では、ピエゾ抵抗素子を用いる。

本実施例に用いるピエゾ抵抗素子１４Ｐｒの配置を、図９及び図１０を用いて説明する。

図９及び図１０に示すように、本実施例に係る光偏向器３００は、ピエゾ抵抗素子１４Ｐｒ（位置検出部材１４Ｐ）を、反射手段１２に連結された片持梁形状の連結部材１４Ｓの長手方向に直交する方向の表面で、回転する反射手段１２の副走査回転軸Ｒ２上（以下、本実施例において「連結部材１４Ｓの他端」という。）に配置する。

（光偏向器の偏向する動作）
本発明の実施例３に係る光偏向器３００が光ビームを偏向する動作は、実施例２に係る光偏向器２００の動作と同様のため、説明を省略する。

（光偏向器の偏向を検出する動作）
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を用いて、本発明の実施例３に係る光偏向器３００が偏向（反射手段１２の回転位置）を検出する動作を説明する。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、本実施例に係る光偏向器３００は、回転されたミラー部１２Ｍ（反射手段１２）の回転位置に対応するピエゾ抵抗素子１４Ｐｒ（検出手段１４）の変形（作用する応力）に基づいて、偏向方向（ミラー部１２Ｍの回転位置）を検出する。

具体的には、光偏向器３００（検出手段１４）は、反射手段１２に連結された片持梁形状の連結部材１４Ｓの他端の変形量を検出する。次いで、光偏向器３００は、検出した連結部材１４Ｓの他端の変形量に基づいて、ミラー部１２Ｍの回転位置を検出する。

より具体的には、光偏向器３００は、ピエゾ抵抗素子１４Ｐｒの捻り変形に対応して変化する抵抗値（変化量）を検出する。これにより、光偏向器３００は、検出した抵抗値（変化量）に基づいて、連結部材１４Ｓの変形量を検出する。次いで、光偏向器３００は、検出した連結部材１４Ｓの変形量に基づいて、ミラー部１２Ｍの回転位置（偏向方向）を検出（算出）することができる。

以上により、本発明の実施例３に係る光偏向器３００は、実施形態に係る光偏向器１００と同様の効果を得ることができる。

（実施例４）
実施形態に係る光偏向器１００、実施例１に係る光偏向器１００Ｅ、実施例２に係る光偏向器２００又は実施例３に係る光偏向器３００を備える光走査装置４００（光書込ユニット）の実施例を用いて、本発明を説明する。

ここで、光走査装置とは、光源から発せられた光ビームの進行方向を偏向し、偏向後の光ビームを走査光として出射（以下、「光走査」という。）する装置である。

なお、本発明の実施例４に係る光走査装置４００は、画像形成装置、画像投影装置、被写機、プリンタ、スキャナ、ファックス、バーコードスキャナ、車載用レーザレーダ、波長可変レーザ及びメディカル用レーザ、並びに、その他圧電効果を用いて光の進行方向を変更し、進行方向を変更した光を用いて光を走査するものであれば、いずれのものにも用いることができる。

（光走査装置の構成）
図１１を用いて、本発明の実施例４に係る光走査装置４００の概略構成を説明する。なお、本実施例に係る光走査装置４００の構成は、実施形態に係る光偏向器１００等の構成を含む。このため、以下の光走査装置４００の構成の説明では、実施形態に係る光偏向器１００等の構成と異なる部分のみを説明する。

図１１に示すように、本実施例に係る光走査装置４００は、実施形態に係る光偏向器１００、実施例１に係る光偏向器１００Ｅ、実施例２に係る光偏向器２００又は実施例３に係る光偏向器３００（以下、本実施例では「光偏向器４０１」という。）を備える。また、光走査装置４００は、光を発する光源４１０と、偏向した光を被照射物（感光ドラム４３０のビーム走査面など）に照射する走査レンズ系４２０とを更に備える。

（光を走査する動作）
本発明の実施例４に係る光走査装置４００が光ビームを走査する動作を、図１１及び図１２を用いて、説明する。

図１１に示すように、先ず、光走査装置４００は、光源４１０が発するレーザ光を、コリメータレンズ系４１１を介して、光偏向器４０１に入射する。

次に、光走査装置４００は、光偏向器４０１を用いて、入射されたレーザ光を所望の方向に偏向する。

次いで、光走査装置４００は、第１レンズ４２１及び第２レンズ４２２等（走査レンズ系４２０）を介して、光偏向器４０１によって偏向された光を被照射物４３０に照射する。

ここで、本実施例に係る光走査装置４００は、制御手段１１（不図示）を用いて、光走査する走査光の方向を制御する。

具体的には、図１２に示すように、本実施例に係る光走査装置４００は、制御手段１１を用いて、光偏向器４０１の偏向手段１３（不図示）を用いて、光偏向器４０１の偏向方向（偏向角）を制御する。また、光走査装置４００は、光偏向器４０１の検出手段１４（不図示）を用いて、光偏向器４０１の偏向方向を検出する。これにより、光走査装置４００は、光走査する光の方向を制御することができる。

ここで、光偏向器４０１が光ビームを偏向する動作は、実施形態に係る光偏向器１００等の動作と同様のため、説明を省略する。

（実施例５）
実施例４に係る光走査装置４００を備える画像形成装置５００の実施例を用いて、本発明を説明する。

ここで、画像形成装置とは、本実施例では、感光体ドラムの表面上にトナー像を現像し、現像したトナー像を記録媒体の表面に転写することによって、記録媒体上に画像を形成する装置である。

なお、本発明に係る画像形成装置５００は、被写機、プリンタ、スキャナ、ファックス、及び、その他圧電効果を用いて光を走査し、走査した光を用いて画像を形成するものであれば、いずれのものにも用いることができる。

（画像形成装置の構成）
図１３を用いて、本発明の実施例５に係る画像形成装置５００の概略構成を説明する。なお、本実施例に係る画像形成装置５００の構成は、実施例４に係る光走査装置４００の構成を含む。このため、以下の画像形成装置５００の構成の説明では、実施例４に係る光走査装置４００の構成と異なる部分のみを説明する。

図１３に示すように、本実施例に係る画像形成装置５００は、実施例４に係る光走査装置４００（以下、本実施例では「光書込ユニット４００」という。）を備える。ここで、光偏向器５２１は、その駆動のための集積回路５２４とともに回路基板５２５に実装した状態で成形してもよい。

また、画像形成装置５００は、画像形成手段５０１として、光を走査される被走査面を有する感光体ドラム（像担持体）５０２と、感光体ドラム５０２の表面を帯電する帯電手段５０４と、感光体ドラム５０２の表面上にトナー像を現像する現像手段５０５と、感光体ドラム５０２表面上の現像されたトナー像を記録媒体５０７上に転写する転写手段５０６と、記録媒体５０７上の転写されたトナー像を定着する定着手段５０８と、転写後の感光体ドラム５０２の表面の残留トナーを除去するクリーニング手段５０９などを更に備える。

なお、本実施例に係る画像形成装置５００は、感光体ドラム５０２に代えて、ベルト状の感光体を用いることができる。また、画像形成装置５００は、トナー像を記録媒体以外の転写媒体に一旦転写し、この転写媒体を用いて、トナー像を記録媒体上に転写してもよい。

（画像を形成する動作）
本発明の実施例５に係る画像形成装置５００が画像を形成する動作を、図１３を用いて、説明する。

図１３に示すように、先ず、画像形成装置５００は、光源駆動手段５２６を用いて、制御手段１１（不図示）から入力された記録信号に基づいて、光源５２０が発するレーザ光を変調する。次いで、画像形成装置５００は、光源５２０を用いて、変調された１本又は複数本のレーザ光を結像光学系５２２に照射する。

次に、画像形成装置５００は、結像光学系５２２を用いて、光偏向器５２１（ミラー基板のミラー面）に変調されたレーザ光を結像する。このとき、画像形成装置５００は、光偏向器５２１を用いて、結像されたレーザ光を偏向する。ここで、光偏向器５２１が光ビームを偏向する動作は、実施形態に係る光偏向器１００等の動作と同様のため、説明を省略する。

次いで、画像形成装置５００は、走査レンズ系５２３を用いて、偏向したレーザ光を感光体ドラム５０２の軸方向に走査し、その表面に偏向したレーザ光を結像する。このとき、感光体ドラム５０２は（図中のＲ５方向に）回転され、帯電手段５０４によってその表面を帯電される。このため、感光体ドラム５０２は、その表面上にレーザ光を走査されることによって、静電潜像を形成することができる。

その後、画像形成装置５００は、現像手段５０５を用いて、形成された静電潜像をトナー像に顕像化（現像）する。次いで、画像形成装置５００は、転写手段５０６を用いて、このトナー像を記録媒体５０７上に転写する。また、画像形成装置５００は、定着手段５０８を用いて、記録媒体５０７上に転写されたトナー像を定着（固定）する。

更にその後、画像形成装置５００は、クリーニング手段５０９を用いて、転写手段５０６の対向部を通過した感光体ドラムの表面上の残留トナーを除去する。

以上により、本発明の実施例５に係る画像形成装置５００は、光偏向器５２１を用いて光走査することができるので、回転多面鏡を用いて光走査する場合と比較して、画像形成に要する消費電力を低減することができる。このため、画像形成装置５００は、省電力化、小型化に有利な効果を有する。また、画像形成装置５００は、光偏向器５２１を用いて光走査することができるので、回転多面鏡を用いて光走査する場合と比較して、ミラー基板の振動時の風切り音を小さくすることができる。このため、画像形成装置５００は、静粛性の改善に有利な効果を有する。更に、画像形成装置５００は、光偏向器５２１を用いて光走査することができるので、回転多面鏡を用いて光走査する場合と比較して、発熱量を低減することができる。このため、画像形成装置５００は、小型化に有利な効果を有する。

（実施例６）
実施例４に係る光走査装置４００を備える画像投影装置６００の実施例を用いて、本発明を説明する。

ここで、画像投影装置とは、本実施例では、投影対象物に画像（映像を含む）を投影する装置である。

なお、本発明に係る画像投影装置６００は、投影装置、投射装置、プロジェクタ、及び、その他圧電効果を用いて光を走査し、走査した光を用いて画像を投影対象物に投影するものであれば、いずれのものにも用いることができる。

（画像投影装置の構成）
図１４を用いて、本発明の実施例６に係る画像投影装置６００の概略構成を説明する。なお、本実施例に係る画像投影装置６００の構成は、実施例４に係る光走査装置４００の構成を含む。このため、以下の画像投影装置６００の構成の説明では、実施例４に係る光走査装置４００の構成と異なる部分のみを説明する。

図１４に示すように、本実施例に係る画像投影装置６００は、実施例４に係る光走査装置４００を備える。また、画像投影装置６００は、投影する画像に関するデータを生成する画像生成手段６０１と、３つの波長のレーザ光を夫々照射する３つの光源６０２と、３つの波長のレーザ光を合成する合成手段６０３を更に備える。ここで、画像投影装置６００は、本実施例では、合成手段６０３として、合成プリズム６０３ｐを用いる。

画像投影装置６００は、本実施例では、３つの光源６０２から発したレーザ光を合成し、合成した光ビーム（以下、「合成光」という。）を光走査装置４００に照射する。また、画像投影装置６００は、合成光を光走査装置４００で光走査しながら投影対象物６１０に照射することで、投影対象物上に画像を投影する。

（画像を投影する動作）
本発明の実施例６に係る画像投影装置６００が画像を投影する動作を、図１５を用いて、説明する。

図１５に示すように、先ず、画像投影装置６００は、画像生成手段６０１（図１４）を用いて、投影する画像に関するデータを生成する。具体的には、画像生成手段６０１は、異なる３つの波長のレーザ光に関するデータを生成する。

次に、画像投影装置６００は、光源６０２を用いて、画像生成手段６０１が生成した３つの画像に関するデータに基づいて、３つの波長のレーザ光を夫々出射する。このとき、画像生成手段６０１は、異なる３つ波長のレーザ光を夫々出射する光源の出射端近傍に配置された集光レンズ６０１Ｌを用いて、レーザ光源からの発散光を略平行光にする集光する。また、画像投影装置６００は、合成プリズム６０３を用いて、出射した３つの波長のレーザ光（平行光）を合成し、合成光を光走査装置４００に照射する。

次いで、画像投影装置６００は、光走査装置４００を用いて、合成光を偏向する。また、画像投影装置６００は、光走査装置４００を用いて、偏向した合成光を投影対象物６１０（投影面）に照射（投影）する。ここで、光走査装置４００の光偏向器が光ビームを偏向する動作は、実施形態に係る光偏向器１００等の動作と同様のため、説明を省略する。

なお、画像投影装置６００は、二次元の偏向方向に合成光を偏向する構成としてもよい。また、画像投影装置６００は、直交した２つの方向に所定の角度（例えば１０度）の振幅で共振振動して、画像を投影してもよい。更に、画像投影装置６００は、一次元の光走査装置を二つ組み合わせて、二次元の光走査を行ってもよい。

また、画像投影装置６００は、３つ波長のレーザ光の光源をそれぞれ反射角度可変ミラーによって走査し、任意のタイミングで強度変調し、投影面に二次元の画像情報を投影してもよい。また、画像投影装置６００は、パルス幅若しくは振幅を変調して、強度変調してもよい。

以上により、本発明の実施例６に係る画像投影装置６００は、光偏向器を用いて光走査することができるので、回転多面鏡を用いて光走査する場合と比較して、画像投影に要する消費電力を低減することができる。このため、画像投影装置６００は、省電力化、小型化に有利な効果を有する。また、画像投影装置６００は、光偏向器を用いて光走査することができるので、回転多面鏡を用いて光走査する場合と比較して、ミラー基板の振動時の風切り音を小さくすることができる。このため、画像投影装置６００は、静粛性の改善に有利な効果を有する。更に、画像投影装置６００は、光偏向器を用いて光走査することができるので、回転多面鏡を用いて光走査する場合と比較して、発熱量を低減することができる。このため、画像投影装置６００は、小型化に有利な効果を有する。

以上により、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されるものではない。また、本発明は、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更することが可能である。

１００，１００Ｅ，２００，３００：光偏向器
４００ ： 光走査装置（光書込ユニット）
５００ ： 画像形成装置
６００ ： 画像投影装置
１１ ： 制御手段
１２ ： 反射手段
１３ ： 偏向手段
１３Ｓ： 支持部材
１３Ｓａ：梁部， １３Ｓｂ： 折返し部
１３Ｍ： 駆動部材
１４ ： 検出手段
１４Ｓ： 連結部材
１４Ｐ： 位置検出部材
１４Ｐｅ：圧電部材， １４Ｐｒ：ピエゾ抵抗素子
１５ ： 固定手段（固定ベース）
１６、１６ｍ：光源
１７ ： 照射手段
１８ ： 画像形成手段
１９ ： 合成手段
ＯＳ ： オフセット

特開２００９−１６９３２５号公報

Claims (10)

1. 反射手段を用いて光を反射する光偏向器であって、
   前記反射手段を回転させる偏向手段と、
   前記反射手段の位置を検出する検出手段と、
   前記偏向手段と前記検出手段の位置を固定する固定手段と
   を有し、
   前記検出手段は、一端は前記固定手段に固定され、他端は前記反射手段に連結されている連結部材と、前記連結部材の表面に配置され、該反射手段の回転位置を検出する位置検出部材と、を含み、
   前記連結部材は、前記反射手段の回転に伴い変形し、
   前記位置検出部材は、前記連結部材の変形に伴って変形することにより、前記反射手段の前記回転位置を検出する、
   ことを特徴とする光偏向器。
2. 前記偏向手段は、一端は前記固定手段に固定され、他端は前記反射手段を支持する支持部材と、前記支持部材を弾性変形する駆動部材と、を含み、
   前記支持部材は、複数の梁部と複数の折返し部とからなる蛇行形状を有し、
   前記駆動部材は、前記蛇行形状を弾性変形することによって、前記反射手段を回転する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光偏向器。
3. 前記連結部材の長手方向に直交する方向の大きさは、前記支持部材の長手方向に直交する方向の大きさより小さい、ことを特徴とする、請求項２に記載の光偏向器。
4. 前記位置検出部材は、圧電部材又はピエゾ抵抗素子を含み、前記圧電部材の変形量又は前記ピエゾ抵抗素子の抵抗値を検出することによって、前記回転位置を検出する、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光偏向器。
5. 前記連結部材の前記他端の位置は、回転する前記反射手段の回転軸上に位置し、
   前記圧電部材又は前記ピエゾ抵抗素子は、前記他端に配置され、
   前記位置検出部材は、前記反射手段の回転によって変形する前記圧電部材の捻り変形又は前記ピエゾ抵抗素子の捻り変形に対応する前記変形量又は前記抵抗値を検出する、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の光偏向器。
6. 前記連結部材の前記他端の位置は、該連結部材の前記一端から離間する方向に、前記反射手段の回転軸から所定の距離を離間した位置であり、
   前記圧電部材又は前記ピエゾ抵抗素子は、該連結部材の前記他端に配置され、
   前記位置検出部材は、前記反射手段の回転によって変形する前記圧電部材の曲げ変形又は前記ピエゾ抵抗素子の曲げ変形に対応する前記変形量又は前記抵抗値を検出する、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の光偏向器。
7. 前記偏向手段は、前記駆動部材が回転する前記反射手段の回転方向と異なる方向に該反射手段を回転する第２の駆動部材を更に含む、
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光偏向器。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光偏向器を有する光走査装置であって、
   前記光を発する光源と、
   前記光偏向器で偏向された前記光を所定の方向に照射する照射手段と
   を更に備える、
   ことを特徴とする光走査装置。
9. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光偏向器を有する画像形成装置であって、
   前記光を発する光源と、
   前記光偏向器で偏向された前記光を用いて、画像を形成する画像形成手段と
   を更に備える、
   ことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光偏向器を有する画像投影装置であって、
    複数の光を発する複数の光源と、
    前記複数の光源から発した前記複数の光を合成する合成手段と
    を更に備え、
    前記光偏向器は、合成された前記複数の光を偏向して投影する、
    ことを特徴とする画像投影装置。

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