JP2017083677A - Optical scanning element and projection device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照射対象領域に照射される光スポットを移動させて前記光スポットで前記対象領域を走査する光走査素子に関し、前記光走査素子を用いた投射装置に関するものである。 The present invention relates to an optical scanning element that moves a light spot irradiated to an irradiation target area and scans the target area with the light spot, and relates to a projection apparatus that uses the optical scanning element.
投射装置は、光源からの光ビームを照射対処領域に反射する反射面を揺動させて光ビームで前記照射対象領域を走査する光デバイスを備えている。前記光デバイスとしては、例えば、特開2010−102157号公報に記載の光学デバイスがある。 The projection apparatus includes an optical device that scans the irradiation target area with the light beam by swinging a reflection surface that reflects the light beam from the light source to the irradiation handling area. Examples of the optical device include an optical device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-102157.
特開2010−102157号公報に記載の光学デバイスは、光源からの光を反射する反射膜(反射面)を有する可動板が一対の弾性支持部(トーションバー)を介して支持枠に連結されている。これにより、可動板が回動軸周りに回動可能に支持される。そして、可動板の反射面と反対側の面に回動軸を挟んで極性がことなる一対の磁極を有するように磁石が取り付けられている。この磁石と対面するようにコイルが設けられており、コイルに交流電流を印加することで、前記弾性支持部をねじれ変形させながら、前記可動板が回動軸周りに揺動する。また、前記光学デバイスでは、動力源(アクチュエータ)として、電磁式としているが、これ以外にも、圧電式、静電式を用いる場合もある。 In the optical device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-102157, a movable plate having a reflective film (reflective surface) that reflects light from a light source is connected to a support frame via a pair of elastic support portions (torsion bars). Yes. Accordingly, the movable plate is supported so as to be rotatable around the rotation axis. And the magnet is attached so that it may have a pair of magnetic poles in which the polarity is different from the surface opposite to the reflecting surface of the movable plate with the rotation shaft in between. A coil is provided so as to face the magnet. By applying an alternating current to the coil, the movable plate swings around the rotation shaft while twisting and deforming the elastic support portion. In the optical device, the power source (actuator) is an electromagnetic type, but a piezoelectric type or an electrostatic type may be used in addition to this.
このような、光学デバイスの小型化、高機能化を図るため、前記可動板を高速、大偏向角で駆動するようになっている。前記可動板を高速、大偏向角することで、前記可動板周りに発生する気流によって、埃、塵、水分、油分等の異物が反射面に吸い寄せられて付着しやすくなる。特開2010−102157号公報に記載の光学デバイスでは、前記可動板の側面が、反射面の外縁より前記回動軸と反対側に突出した形状とされている。このように側面が突出した形状とすることで、可動板の揺動によって気流が発生したとしても、異物が側面に付着するため、反射面の反射率の低下を抑制することができる。また、特開2010−102157号公報に記載の光学デバイスは、可動板が1軸周りに回動する構成であるが、これに限定されるものではなく、交差(直交)する2軸のそれぞれを中心として回動する構成の光学デバイスもある。 In order to reduce the size and increase the functionality of the optical device, the movable plate is driven at a high speed and a large deflection angle. By making the movable plate at a high speed and a large deflection angle, foreign matters such as dust, dust, moisture, and oil are attracted to and attached to the reflecting surface by the airflow generated around the movable plate. In the optical device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-102157, the side surface of the movable plate has a shape protruding from the outer edge of the reflecting surface to the opposite side of the rotation shaft. By adopting the shape in which the side surface protrudes in this way, even if an air flow is generated by the swinging of the movable plate, the foreign matter adheres to the side surface, so that a decrease in the reflectance of the reflecting surface can be suppressed. In addition, the optical device described in JP 2010-102157 A has a configuration in which the movable plate rotates around one axis, but is not limited thereto, and each of the two axes that intersect (orthogonal) intersect. Some optical devices are configured to rotate about the center.
しかしながら、前記可動板を高速、大偏向角で駆動した場合、前記可動板の反射面側と反対面側との気圧差が大きくなり、気圧差によって駆動信号に対する前記可動板の駆動(角度)の応答が悪化する、すなわち、応答の遅れが発生してしまう。気圧差によって揺動の速度、周波数、偏向角度の精度が低下する恐れもある。さらに、多湿環境下において、気圧差によって反射面側の気圧が下がると、反射面に結露が発生し、応答の遅れが大きくなったり、反射率の低下につながる恐れがある。 However, when the movable plate is driven at a high speed and a large deflection angle, the pressure difference between the reflecting surface side and the opposite surface side of the movable plate becomes large, and the drive (angle) of the movable plate relative to the drive signal is caused by the pressure difference. Response deteriorates, that is, a response delay occurs. There is a risk that the accuracy of the oscillation speed, frequency, and deflection angle may be reduced due to the pressure difference. Furthermore, in a humid environment, if the atmospheric pressure on the reflective surface side decreases due to a difference in atmospheric pressure, condensation occurs on the reflective surface, which may cause a delay in response or lead to a decrease in reflectance.
そこで、本発明は、反射面の揺動精度の低下を抑制するとともに反射面の結露の発生を抑制することができる光走査素子を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an optical scanning element capable of suppressing a decrease in swing accuracy of a reflecting surface and suppressing the occurrence of condensation on the reflecting surface.
上記目的を達成するために本発明は、光源からの光を反射する反射面と反対面とを含む平板状の揺動部を有し、前記揺動部は厚み方向の中央から前記反射面側にずらした揺動中心線周りに揺動され、前記揺動部は厚み方向に見たときに前記反対面が前記反射面に隠れるように形成されているとともに、外周面部の少なくとも一部に前記反射面が前記反対面よりも前記厚み方向と直交する方向の外側に突出する気圧差調整部を備えている光走査素子を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention has a flat plate-like rocking portion including a reflecting surface that reflects light from a light source and an opposite surface, and the rocking portion is located on the reflecting surface side from the center in the thickness direction. And the swinging portion is formed such that the opposite surface is hidden by the reflecting surface when viewed in the thickness direction, and at least part of the outer peripheral surface portion There is provided an optical scanning element including a pressure difference adjusting unit having a reflecting surface protruding outward in a direction perpendicular to the thickness direction from the opposite surface.
この構成によると、前記気圧差調整部において、前記揺動中心線から前記反射面の端部までの距離と前記揺動中心線から前記反対面の端部までの距離の差を小さくしている。これにより、揺動時の前記反射面と前記反対面との線速度の差を小さく抑え、前記反射面の表面と前記反対面の表面との気圧差を低く抑えることができる。これにより、前記揺動部の揺動精度(応答、揺動角度、周波数等)を高くすることができる。また、前記反射面と前記反対面との気圧差を小さく抑えることで、前記揺動部を高湿度環境で駆動した場合であっても、結露の発生を抑えることができる。結露によって揺動部の重量バランスが崩れて揺動精度が低下したり、反射面に結露することによる光ビームを正確に反射できなくなったりする不具合を抑制することができる。 According to this configuration, in the pressure difference adjustment unit, the difference between the distance from the swing center line to the end of the reflecting surface and the distance from the swing center line to the end of the opposite surface is reduced. . As a result, the difference in linear velocity between the reflecting surface and the opposite surface at the time of swinging can be kept small, and the pressure difference between the surface of the reflecting surface and the surface of the opposite surface can be kept low. Thereby, the rocking accuracy (response, rocking angle, frequency, etc.) of the rocking part can be increased. In addition, by suppressing the difference in atmospheric pressure between the reflecting surface and the opposite surface to be small, it is possible to suppress the occurrence of condensation even when the swinging unit is driven in a high humidity environment. It is possible to suppress problems that the weight balance of the oscillating portion is lost due to dew condensation and the oscillating accuracy is lowered or that the light beam cannot be accurately reflected due to dew condensation on the reflecting surface.
上記構成において、前記揺動部の前記気圧差調整部は、前記揺動中心線から前記反射面の外周縁部までの距離と前記反対面の外周縁部までの距離が同じであってもよい。このように構成することで、このような揺動部とすることで、前記揺動部が揺動するときに前記揺動中心線より最も離れた部分である端部までの距離が前記反射面側と前記反対面側で同じとすることができるため、前記反射面と前記反対面との気圧差をより小さく抑えることができる。 In the above configuration, the pressure difference adjusting unit of the swinging unit may have the same distance from the swinging center line to the outer peripheral edge of the reflecting surface and the outer peripheral edge of the opposite surface. . With such a configuration, such a oscillating portion allows the distance from the end portion that is the farthest part from the oscillating center line when the oscillating portion oscillates to the reflecting surface. Since it can be made the same on the side and the opposite surface side, the pressure difference between the reflecting surface and the opposite surface can be further reduced.
上記構成において、前記揺動部の前記気圧差調整部は、前記揺動部を厚み方向に見たときに少なくとも前記揺動部の前記揺動中心線から最も離れた部分を含んでいてもよい。このように構成することで、前記揺動部の気圧変動が最も大きい部分である揺動中心線から最も離れた部分を含む部分を前記端面形状とするため、前記気圧変動による前記反射面と前記反対面の気圧差を低く抑えることができる。 In the above-described configuration, the pressure difference adjusting unit of the swing unit may include at least a portion farthest from the swing center line of the swing unit when the swing unit is viewed in the thickness direction. . By configuring in this way, the portion including the portion farthest from the rocking center line, which is the portion where the atmospheric pressure fluctuation of the rocking portion is the largest, is the end face shape. The pressure difference on the opposite surface can be kept low.
上記構成において、前記揺動部の前記気圧差調整部において、前記反射面及び前記反対面と隣り合う面の前記揺動中心線と直交する面で切断した形状が、前記揺動中心線を中心とした円弧であってもよい。このように構成することで、揺動時の前記揺動部の端面が前記単一の円弧上を移動するため、気圧変動が発生しにくい。 In the above configuration, in the pressure difference adjustment unit of the swing unit, a shape cut by a plane perpendicular to the swing center line of a surface adjacent to the reflection surface and the opposite surface is centered on the swing center line. It may be a circular arc. With this configuration, the end face of the swinging portion at the time of swinging moves on the single circular arc, so that atmospheric pressure fluctuation is unlikely to occur.
上記構成において、前記揺動部は、前記揺動中心線と前記反射面とが重なる形状であってもよい。このように構成することで、前記揺動中心線周りに前記揺動部が揺動したときに、前記反射面自体も前記揺動中心線周りに揺動するため、光ビームの照射方向(揺動部の厚み方向)に見て、反射面のずれが抑制される。これにより、光ビームを照射可能な前記反射面の有効面積を広くすることができ、すなわち、光ビームのスポット形状(スポット径)を大きくすることができる。また、揺動中心線が反射面上に形成される構成であるため、揺動中心線から端面までの長さの調整が容易であり、簡単な構成で、反射面と反対面の気圧差が小さい揺動部を形成することができる。 The said structure WHEREIN: The shape where the said rocking | swiveling center line and the said reflective surface overlap may be sufficient as the said rocking | swiveling part. With this configuration, when the oscillating portion oscillates around the oscillation center line, the reflection surface itself also oscillates around the oscillation center line. When viewed in the thickness direction of the moving part), the deviation of the reflecting surface is suppressed. As a result, the effective area of the reflecting surface that can be irradiated with the light beam can be increased, that is, the spot shape (spot diameter) of the light beam can be increased. In addition, since the oscillation center line is formed on the reflection surface, the length from the oscillation center line to the end surface can be easily adjusted, and the pressure difference between the reflection surface and the opposite surface can be easily achieved with a simple configuration. A small rocking part can be formed.
上記構成において、前記揺動部の側面の前記気圧差調整部に対応する部分は、複数個の凹部を備えた形状であってもよい。この構成によると、揺動部回りの気流は前記凹部によって乱流になりやすく、乱流になることで気流が剥離しにくくなる。これにより、揺動時の前記揺動部が気流の剥離によって反対側に引っ張られるのを抑制することができ、揺動精度を高めることが可能である。 The said structure WHEREIN: The shape provided with several recessed part may be sufficient as the part corresponding to the said atmospheric | air pressure difference adjustment part of the side surface of the said rocking | swiveling part. According to this configuration, the airflow around the oscillating portion is likely to be turbulent due to the concave portion, and the airflow is difficult to be separated due to the turbulent flow. Thereby, it can suppress that the said rocking | swiveling part at the time of rocking | pulling is pulled to the other side by peeling of an airflow, and can raise rocking | fluctuation precision.
上記構成において、前記揺動部は厚み方向に見たときに円であってもよい。 In the above configuration, the swinging portion may be a circle when viewed in the thickness direction.
本発明によると、揺動部の揺動精度の低下を抑制するとともに反射面の結露の発生を抑制することができる光走査素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical scanning element capable of suppressing a decrease in the swing accuracy of the swing unit and suppressing the occurrence of condensation on the reflecting surface.
本発明にかかる実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は本発明にかかる投射装置を利用した画像形成装置の概略図である。図1に示す投射装置は、画像形成装置に用いられ、像担持体である感光体を露光する露光装置の一部として用いられる。図1に示すように画像形成装置Ptでは、感光体Pcを中心として、帯電部Ef、露光装置Lt、現像部Dp、転写ローラTr、クリーニング部CL及び除電部Reがこの順番に並んで配置されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic view of an image forming apparatus using a projection apparatus according to the present invention. The projection apparatus shown in FIG. 1 is used in an image forming apparatus, and is used as part of an exposure apparatus that exposes a photoconductor as an image carrier. As shown in FIG. 1, in the image forming apparatus Pt, the charging unit Ef, the exposure device Lt, the developing unit Dp, the transfer roller Tr, the cleaning unit CL, and the charge eliminating unit Re are arranged in this order with the photoreceptor Pc as the center. ing.
感光体Pcは円柱状であり、軸周りに回動する。帯電部Efは感光体Pcの表面に一定の電荷をもたせる(帯電させる)。なお、帯電部Efとしては、コロトロン型、スコトロン型といった非接触式のものや、帯電ローラや帯電ブラシを利用する接触式のものを挙げることができるが、これに限定されない。 The photoreceptor Pc has a cylindrical shape and rotates around the axis. The charging unit Ef gives (charges) a constant charge on the surface of the photoreceptor Pc. Examples of the charging unit Ef include a non-contact type such as a corotron type and a scotron type, and a contact type using a charging roller or a charging brush, but are not limited thereto.
感光体Pcは、暗い場所(暗所)では絶縁体であり、光を照射すると(露光すると)、光が照射された部分が導体になる性質を有している。露光装置Ltはこの性質を利用して、感光体Pcの表面に静電潜像を生成する。つまり、露光装置Ltは回転している感光体Pcの表面に対し、感光体Pcの長さ方向に光ビーム(レーザ光)を走査して1ラインずつ露光し、感光体Pcの表面に静電潜像を生成する。露光装置Ltは、光源部100と、光走査部200とを備えた投射装置Aを含む構成を有している。
The photoconductor Pc is an insulator in a dark place (dark place), and has a property that when irradiated with light (when exposed), a portion irradiated with the light becomes a conductor. The exposure apparatus Lt uses this property to generate an electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor Pc. In other words, the exposure apparatus Lt scans the surface of the rotating photosensitive member Pc with a light beam (laser light) in the length direction of the photosensitive member Pc and exposes the surface of the photosensitive member Pc electrostatically. Generate a latent image. The exposure apparatus Lt includes a projection apparatus A that includes a
現像部Dpは、静電潜像が形成された感光体Pcに対して電荷を有するトナーを供給することで、感光体Pcの表面にトナーを吸着させて、トナー像を生成する(現像する)。なお、トナー像の生成は、感光体Pcが帯電している電荷と逆の電荷のトナーを露光によって電荷が失われなかった部分に吸着させるものや電荷が失われた部分へ感光体Pcと同極性のトナーを押し込むものを挙げることができる。 The developing unit Dp supplies (charges) toner having a charge to the photoreceptor Pc on which the electrostatic latent image is formed, thereby attracting the toner to the surface of the photoreceptor Pc and generating (developing) a toner image. . The toner image is generated in the same manner as the photosensitive member Pc by adsorbing the toner having a charge opposite to that charged on the photosensitive member Pc to the portion where the charge is not lost by the exposure or the portion where the charge is lost. Examples thereof include those that push in polar toner.
転写ローラTrは、中心軸が感光体Pcの軸と平行になるように感光体Pcと隣接して配置される。転写ローラTrは、感光体Pcとの間のニップ部に供給される被転写体である記録紙Ppにトナー像を転写するためのローラである。転写ローラTrはトナーと逆の電荷(転写バイアス)を印加することで、トナーを感光体Pcから吸引し、記録紙Ppに転写する。 The transfer roller Tr is disposed adjacent to the photoreceptor Pc so that the central axis is parallel to the axis of the photoreceptor Pc. The transfer roller Tr is a roller for transferring a toner image to a recording paper Pp that is a transfer target supplied to a nip portion between the transfer roller Tr and the photosensitive member Pc. The transfer roller Tr applies a charge (transfer bias) opposite to that of the toner, so that the toner is sucked from the photoreceptor Pc and transferred to the recording paper Pp.
クリーニング部CLは、感光体Pcに残っているトナーを除去する。感光体Pcに残ったトナーの除去方法としては、荷電ブラシで吸着するものやゴム等で形成されたブレードで掻き取るものを挙げることができるがこれに限定されない。そして、クリーニング部CLでトナーの残りが除去された感光体Pcは次の印刷に備えて、除電部Reによって表面の電荷が取り除かれる。また、トナー像が転写された記録紙Ppを定着ローラ(不図示)にて加熱及び加圧して記録紙Ppにトナー像(画像)が定着される。 The cleaning unit CL removes the toner remaining on the photoconductor Pc. Examples of a method for removing the toner remaining on the photosensitive member Pc include, but are not limited to, a method of adsorbing with a charging brush and a method of scraping with a blade formed of rubber or the like. The surface of the photosensitive member Pc from which the remaining toner has been removed by the cleaning unit CL is removed by the charge removal unit Re in preparation for the next printing. Further, the recording paper Pp to which the toner image is transferred is heated and pressed by a fixing roller (not shown), and the toner image (image) is fixed on the recording paper Pp.
次に、本発明にかかる投射装置及び投射装置に備えられる光学走査素子の詳細について図面を参照して説明する。図2は投射装置の概略配置を示す図であり、図3は図2に示す投射装置のブロック図である。 Next, details of the projection apparatus according to the present invention and the optical scanning element provided in the projection apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing a schematic arrangement of the projection apparatus, and FIG. 3 is a block diagram of the projection apparatus shown in FIG.
図2、図3に示すように、投射装置Aは、光源部100と、光走査部200と、処理部300とを備えている。光源部100は、光源11と、ドライバ111と、レンズ12と、ビームスプリッタ13と、モニタ用受光素子14とを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the projection apparatus A includes a
光源11は予め決められた波長の光(光ビーム)を出射できるものであり、例えば、半導体発光素子を挙げることができる。また、放電を用いるもの等であってもよい。光源としては安定した光を出射することができるものを広く採用することができる。なお、本実施形態では、レーザ光を発光するレーザ発光素子(LD:Laser Diode)を採用している。 The light source 11 can emit light (light beam) having a predetermined wavelength, and examples thereof include a semiconductor light emitting element. Moreover, what uses discharge etc. may be used. A light source that can emit stable light can be widely used. In this embodiment, a laser light emitting element (LD: Laser Diode) that emits laser light is employed.
光源11は処理部300によって出射制御されている。光源11は、ドライバ111からの駆動信号(電力)で発光駆動されており、ドライバ111は処理部300の後述する光源制御部311からの制御信号(発光信号)に基づいて、光源11を駆動するための駆動信号を生成する。これにより、光源11から出射される光ビームの発光タイミング、強度等が調整される。
The light source 11 is controlled to be emitted by the
光源11は点光源であり出射された光ビームは発散光である。そのため、光源部100は、光源11から出射された光ビームをレンズ12に透過させて平行光又は略平行光に変換している。なお、レンズ12は、ここでは、コリメータレンズであるが、これに限定されず、発散光を平行光に変換する光学素子を広く採用することができる。
The light source 11 is a point light source, and the emitted light beam is divergent light. Therefore, the
レンズ12から出射された光ビームは、ビームスプリッタ13に入射する。ビームスプリッタ13は光源11から出射される光ビームに最適化されたものであり、入射した光のうち一部を反射して、残りを透過させる。ビームスプリッタ13で反射された光は、モニタ用受光素子14に入射する。モニタ用受光素子14は入射した光に基づいたモニタ信号を光源制御部311に送信する。
The light beam emitted from the
ビームスプリッタ13を透過した光ビームは、光走査部200に入射する。光走査部200は、図2、図3に示すように、光走査素子2と、ドライバ201と、信号処理部202とを備えている。以下に光走査素子2について図面を参照して説明する。図4は圧電型のアクチュエータを備えた光走査素子の概略平面図である。
The light beam that has passed through the
光走査素子2は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーと呼ばれる微小な構成のものである。以下の説明において、光走査素子2のことを、MEMSミラー2と称する場合もある。MEMSミラー2は、反射面211を備えた鏡体21を揺動させることで、光源部100からの光ビームの反射方向を移動させて、光ビームを所定領域(照射対象領域)で走査する。
The
図4に示すように、光走査素子2は、鏡体21(揺動部)と、一対の弾性支持部22と、外枠23と、アクチュエータ24(駆動部)とを備えている。なお、光走査素子2は、1枚の基板に対して表面処理を施すことで成型されることが多く、その場合、鏡体21、弾性支持部22及び外枠23は一体的に形成される。
As shown in FIG. 4, the
外枠23は中央に貫通窓231を有する長方形枠形状を有している。外枠23は光走査素子2を投射装置Aのケース(不図示)のような光ビームの照射対象領域に対して移動が規制された部材に固定される。外枠23の貫通窓231の内壁より突出する一対の弾性支持部22を介して鏡体21が回動(揺動)可能に支持されている。
The
一対の弾性支持部22は同じ長さを有する長尺状の部材(平面視長方形状の板状の部材)である。弾性支持部22は、一方の端部が外枠23の貫通窓231の内面に接続し、他方の端部が鏡体21に接続している。光走査素子2は、平面視において、外枠23、一対の弾性支持部22及び鏡体21の中心軸C1が一致するように配列されている。一対の弾性支持部22は中心軸C1周りに弾性的にねじれることができ、一対の弾性支持部22が弾性的にねじれることで、鏡体21が中心軸C1周りに回動(揺動する)。中心軸C1は揺動中心線C1でもある。そのため、以下の説明では中心軸C1に替えて揺動中心線C1として説明する。
The pair of
鏡体21は、正方形状の平板部材であり、2つの主面のうち一方の面が光源部100からの光ビームを反射する反射面211となっている。反射面211は、鏡体21の表面に反射膜を成膜したものであってもよいし、鏡体21自体が光を反射する材料であれば、表面を鏡面処理したものであってもよい。
The
光走査素子2では、鏡体21を揺動させるためアクチュエータ24を備えている。アクチュエータ24としては、PZTやPLZT等の圧電素子を用いた圧電型アクチュエータ、静電気力を利用する静電型アクチュエータ、磁石とコイルとを用いた磁気型アクチュエータ等がある。ここでは、アクチュエータ24として圧電型アクチュエータを採用している。アクチュエータ24は圧電素子に電圧(駆動信号)を印加することで曲げが発生する構成であり、曲げが発生するときの力を利用する。
The
このようなアクチュエータ24で鏡体21を揺動中心線C1周りに回転させるため、アクチュエータ24は、外枠23の揺動中心線C1方向の両方の端部232に、揺動中心線C1を挟んで対称となるように配置されている。すなわち、アクチュエータ24は、外枠23の端部232のそれぞれに揺動中心線C1を挟んで対称となるように、2個ずつ、合計4個配置されている。アクチュエータ24は外枠23の端部232の表面に配置されており、アクチュエータ24が駆動されて曲がることで、端部232に力が作用する。そして、4個のアクチュエータ24の動作の大きさ(強さ)及び(又は)タイミングを調整することで、端部232から弾性支持部22に揺動中心線C1を中心とした回動方向に往復動、すなわち、揺動するような力を付与する。この力によって弾性支持部22を弾性的にねじるとともに、その反力を利用して、鏡体21を揺動中心線C1周りに揺動する。
In order to rotate the
なお、光走査素子2には、アクチュエータ24の圧電素子に電圧(駆動信号)を供給するための配線(不図示)が設けられており、配線はドライバ201に接続されている。ドライバ201は、後述する走査制御部312からの制御信号(走査信号)に基づいて、アクチュエータ24を駆動するための駆動信号を生成し、各アクチュエータ24に駆動信号を供給する。また、信号処理部202は光走査素子2から出力されたセンサ信号に基づいて、反射面211の変位(角度)の情報を含む変位信号を生成し、変位信号を走査制御部312に送信する。
Note that the
次に処理部300について説明する。処理部300は光源部100及び光走査部200の制御を行っている。
Next, the
処理部300は、CPU、MPU等の演算処理回路を含む構成であり、図3に示すように、走査光源制御部31、演算処理部32、駆動信号生成部33及び外部接続部34を備えている。
The
走査光源制御部31は、光源部100からの光ビームの出射制御及び光走査部200による光ビームの走査速度、走査角度(走査範囲)等を制御する制御部である。走査光源制御部31は、光源制御部311と、走査制御部312とを備えている。
The scanning light
光源制御部311は、光源部100の駆動を制御する制御回路である。光源制御部311はモニタ用受光素子14からモニタ信号を受信している。光源制御部311はモニタ信号と後述する出光情報に基づいて、光源部100の光源11の出力、出光タイミング、出光時間等を制御する制御信号を生成してドライバ111に送信している。
The light
走査制御部312は、光走査部200の駆動を制御する制御回路である。走査制御部312は光走査部200の信号処理部202からの変位信号を受信する。そして、変位信号と後述する操作情報に基づいて鏡体21を適切に揺動するための制御信号を生成してドライバ201に送信する。
The
光源制御部311と走査制御部312とは同期して動作する。これにより、一定の強度の光ビームで走査することも可能であるし、走査を行いつつ光ビームをON/OFFすることで、光ビームのスポットで線図(1ラインの図)を照射対象領域に生成することも可能である。
The light
投射装置Aは、上述のように画像形成装置Ptの露光装置Ltのように用いられることが多い。外部機器から入力信号を受けて光ビームを照射する制御を行うため、外部接続部34を介して外部機器から走査を行う情報(例えば、露光装置に用いる場合、印刷する画像の1ラインの画像データ)を取得する。外部機器から取得した情報は演算処理部32に送られる。演算処理部32は取得した情報に基づいて1ラインのONとOFFのマッピングデータを生成し、マッピングデータを駆動信号生成部33に供給する。駆動信号生成部33は光源部100の出光強度、タイミングの情報を含む出光情報と光走査部200の鏡体21の揺動角度及び速度を含む走査情報とを生成し、走査光源制御部31に送る。
As described above, the projection apparatus A is often used like the exposure apparatus Lt of the image forming apparatus Pt. Information for scanning from the external device via the external connection unit 34 in order to perform control to receive an input signal from the external device and irradiate the light beam (for example, image data of one line of an image to be printed when used in an exposure apparatus) ) To get. Information acquired from the external device is sent to the arithmetic processing unit 32. The arithmetic processing unit 32 generates ON / OFF mapping data for one line based on the acquired information, and supplies the mapping data to the drive
また、光源制御部311は出光情報に基づいて光源部100の駆動を制御する制御信号を生成する。光走査制御部312は走査情報に基づいて光走査部200の駆動を制御する制御信号を生成する。
Further, the light
次に本発明にかかる光走査素子の詳細について図面を参照して説明する。図5は図4に示す鏡体の側面図である。なお、図5では鏡体21と弾性支持部22の一部を図示している。
Next, details of the optical scanning element according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a side view of the mirror shown in FIG. In FIG. 5, a part of the
光走査素子2は、アクチュエータ24の力が弾性支持部22に加えられ、弾性支持部22が揺動中心線C1周りにねじれる。そして、弾性支持部22のねじれの弾性復元力が鏡体21に作用して、鏡体21が揺動する。このとき、弾性支持部22のねじれの軸が揺動中心線C1になるため、揺動中心線C1は弾性支持部22の中心軸と一致する。また、鏡体21は弾性支持部22のねじれの弾性復元力で揺動するものであるため、鏡体21の重量、揺動周波数、偏角によって弾性支持部22の大きさは決まる。さらに、鏡体21は反射面211に反りが発生しないような厚さを有している。
In the
そのため、一般的な光走査素子2では、図5に示すように、鏡体21と弾性支持部22との厚みが異なる場合も多い。そして、光走査素子2では鏡体21を揺動させ、鏡体21の反射面211で光を反射する構成であり、揺動中心線C1は鏡体21の中心軸d1よりも反射面211に近くなるように、弾性支持部22が設けられている。このことについて、新たな図面について説明する。
Therefore, in the general
また、図6Aは図5に示す鏡体の揺動状態を示す断面図であり、図6Bは図5に示す鏡体の断面形状を示す断面図である。また、図6A、図6Bは断面図であるが、ハッチングを省略している。 6A is a cross-sectional view showing a swinging state of the mirror shown in FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of the mirror shown in FIG. 6A and 6B are cross-sectional views, but hatching is omitted.
図6Aでは鏡体21の中心軸d1(図5参照)を中心に揺動したときの鏡体21を破線で示し、揺動中心線C1を中心に揺動したときの鏡体21を実線で示している。なお、図6Aでは、中心軸d1周りに揺動したときの揺動角度と、揺動中心線C1周りに揺動したときの揺動角度を同じ角度としている。また、鏡体21は反射面211と反対面212とが異なる大きさであるが、反射面211と反対面212の大きさの差の詳細については後述する。
In FIG. 6A, the
図6Aにおいて、反射面211の右端部をm1、左端部をm2とし、本発明の形状の反対面212の右端部をn11、左端部をn21とする。図6Aに示すように、揺動中心線C1及び鏡体21の中心軸d1のそれぞれと交差する反射面211の法線(図6A中線法線H1又は法線H2で示す)は、揺動の中心の厚み方向の位置によって異なる。図6Aに示すように、揺動中心線C1を中心に揺動したときの揺動中心線C1を通る法線H1の反射面211との交点は、中心軸d1を通る法線H2の反射面211との交点よりも、中心からのずれ量が小さい。すなわち、光ビームの照射方向に見たとき、反射面211に近い揺動中心線C1での揺動時は、中心軸d1での揺動時に比べて、反射面211のずれ量が小さい。
6A, the right end portion of the reflecting
揺動時に反射面211からずれないような光ビームが照射される範囲を、有効光ビーム照射範囲とすると、光ビームの照射方向から見て反射面211のずれが小さいほど、有効光ビーム照射範囲を大きくすることが可能である。すなわち、揺動中心線C1を鏡体21の中心軸d1よりも反射面211側にずらすことで、光ビームのスポット形状(スポット径)を大きくすることが可能である。
Assuming that an effective light beam irradiation range is a range irradiated with a light beam that does not deviate from the reflecting
例えば、図6Aにおいて、鏡体21を時計回りS1方向に最大角度で揺動したとき、反射面211は光ビームの照射方向から見て、端部m1側にずれる。このとき、光ビームの断面形状を端部m2側からはみ出さない形に(はみ出さない径)することで、反対側に揺動したときには、反射面211が端部m2側にずれるので、光ビームが反射面211の端部m2側からはみ出さない。同様に、反時計回りS2方向に最大角度で揺動したとき、光ビームの断面形状を端部m1側からはみ出さない形(径)にする。このようにすることで、同様に、反対側に揺動したときに光ビームが反射面211の端部m1側からはみ出しにくい。
For example, in FIG. 6A, when the
以上のことから、鏡体21の揺動中心線C1が反射面211に近い方が光ビームのスポット形状(スポット径)を大きくできる。そのため、揺動中心線C1を鏡体21の中心軸d1よりも反射面211側にずらすように、弾性支持部22が形成されている。
From the above, the spot shape (spot diameter) of the light beam can be increased when the oscillation center line C1 of the
また、鏡体21は揺動中心線C1を中心に揺動するとき、鏡体21の反射面211とその反対面212とで気圧差が発生し、その気圧差が鏡体21の揺動に影響する。鏡体21では、この気圧差を小さく抑えるため、光照射方向(鏡体21の厚み方向)からみて、反射面211が反対面212よりも外側に突出するように形成した気圧差調整部を設けている。この気圧差調整部について、以下に説明する。
Further, when the
図6Bに示すように、時計回りS1方向に鏡体21が揺動したとすると、反射面211においてm2側の空気が圧縮されるとともにm1側の空気が減圧される。そのため、端部m2側の気圧が高くなり、端部m1側の気圧が低くなる。同様に、反対面212では端部n21側の気圧が低くなり、端部n11側の気圧が高くなる。また、逆方向(反時計回りS2)に揺動するときには、圧縮と減圧とが逆になる。すなわち、反射面211の端部m1側の気圧が高くなり、端部m2側の気圧が低くなる。同様に、反対面212では端部n21側の気圧が高くなり、端部n11側の気圧が低くなる。このように、鏡体21が揺動すると、反射面211及び反対面212の表面で気圧の変動が発生する。
As shown in FIG. 6B, when the
つまり、反射面211の端部m1側の気圧が高く(低く)なると反対面212の端部n11側の気圧が低く(高く)なる。また、端部m2側の気圧が高く(低く)なると反対面212の端部n21側の気圧が低く(高く)なる。つまり、反射面211と反対面212の揺動中心線C1に対して同じ側では、一面の気圧が高いとき他面は気圧が低くなる。そのため、鏡体21では揺動により表面(反射面211と反対面212)に気圧差(気圧差)が発生する。
That is, when the atmospheric pressure on the end m1 side of the reflecting
図6Bでは本発明の形状を実線で、一般的な形状を二点鎖線で示している。図6Bにおいて、図6Aと同じ部分には同じ符号を付している。また、一般的な形状における反対面212の右端部をn12、左端部をn22としている。ここで、一般的な形状の鏡体21とは、隣り合う面が直角となる直方体形状である。
In FIG. 6B, the shape of the present invention is indicated by a solid line, and the general shape is indicated by a two-dot chain line. In FIG. 6B, the same parts as those in FIG. 6A are denoted by the same reference numerals. Moreover, the right end part of the
上述のとおり、この鏡体21は揺動時に反射面211と反対面212によって空気を押すことで表面の空気が圧縮されるとともに、反対側の空気が減圧されて、表面の気圧変動し、その気圧の変動によって気圧差が発生している。反射面211及び反対面212の揺動の接線方向の速度(線速度)が速いほど、短時間で多くの空気が圧縮/減圧される。すなわち、鏡体21の揺動時の反射面211及び反対面212の線速度が速いほど表面の気圧の変動が大きく(高く又は低く)なる。
As described above, when the
図6Bに示すように、一般的な断面形状(長方形断面形状)を有する光走査素子の場合、揺動中心線C1から反射面211の端部m1又はm2までの距離をr1とすると、反対面212の端部n12又はn22までの距離r2はr1よりも長くなる。このような一般的な形状の鏡体を揺動させると、反射面の端部(m1及びm2)までの長さと反対面の端部(n12又はn22)とが異なるため、反射面211の端部及び反対面212の端部の揺動時の線速度が異なる。
As shown in FIG. 6B, in the case of an optical scanning element having a general cross-sectional shape (rectangular cross-sectional shape), assuming that the distance from the oscillation center line C1 to the end m1 or m2 of the reflecting
そして、一般的な形状の鏡体を有する光走査素子では、端部の揺動時の半径が異なるので、反射面の表面と反対面の表面の端部近傍で気圧差が大きくなる。反射面と反対面の気圧差が大きくなると、その気圧差(圧力差)による力が弾性支持部のねじれによる弾性復元力を強めたり、弱めたりしてしまう。そのため、鏡体の揺動角度、周波数がずれてしまったり、動作の切り替わりのタイミングがずれてしまったりして、光走査素子の応答遅れが発生する。また、反射面の表面と反対面の表面の気圧差が大きいと、気圧の変動が大きくなり、周囲の環境の湿度が高いと鏡体の表面に結露しやすくなる。反射面又は反対面に結露すると揺動が不安定になったり、光の反射率が低下したりすることがある。 In the optical scanning element having a general-shaped mirror, the radius at the time of swinging of the end is different, so that the atmospheric pressure difference is increased in the vicinity of the end of the surface opposite to the surface of the reflecting surface. When the pressure difference between the reflecting surface and the opposite surface increases, the force due to the pressure difference (pressure difference) increases or decreases the elastic restoring force due to the torsion of the elastic support portion. For this reason, the swing angle and frequency of the mirror body are deviated and the timing of switching the operation is deviated, resulting in a response delay of the optical scanning element. Moreover, if the pressure difference between the surface of the reflecting surface and the surface opposite to the surface is large, the variation of the air pressure becomes large, and if the surrounding environment has high humidity, condensation tends to occur on the surface of the mirror. If condensation occurs on the reflecting surface or the opposite surface, the oscillation may become unstable or the light reflectance may be reduced.
そこで本発明にかかる光走査素子2では、鏡体21の側面の揺動中心線C1から最も離れた部分(図4の楕円Arで囲んだ部分)を気圧差調整部としている。そして、気圧差調整部では、図6Aに示すように、鏡体21の揺動中心線C1と直交する切断面における揺動中心線C1から反対面212の端部n11、n21までの長さを反射面211の端部m1、m2までの長さと同じr1としている。すなわち、鏡体21が、揺動中心線C1と直交する面で切断した断面において揺動中心線C1を中心とし、半径r1の円(円弧)と反射面211の端部m1、m2及び反対面212の端部n11、n21が重なる。
Therefore, in the
鏡体21(揺動部)の揺動中心線に対する端面を上述のような形状とすることで、揺動部の表面と裏面との気圧差を小さく抑えることが可能である。また、高湿度環境下で使用したときの鏡体21への気圧差による結露を抑制し、反射率の変化や結露によって揺動部の重量バランスの変化による揺動精度の低下を抑制することができる。これにより、表面と裏面との気圧差の揺動部の揺動に対する影響を減らすことで、揺動部の揺動の精度(揺動角度、速度、切り替わりのタイミング)の低下し、投射装置Aによる走査光の応答遅れを抑制することができる。
By making the end surface of the mirror body 21 (swinging part) with respect to the swinging center line as described above, the pressure difference between the front and back surfaces of the swinging part can be kept small. Further, it is possible to suppress dew condensation due to a pressure difference to the
また、本実施形態において、鏡体21の気圧差調整部の揺動中心線C1から反射面211の端部m1(m2)までの距離r1と、反対面の端部n11、n21までの距離r1を同じ長さとしている。このようにすることで気圧差を抑える効果を高めることができるが必ずしも同じ距離でなくてもよい。少なくとも、鏡体21の厚み方向に見て、鏡体21の外周面部は、反対面212が反射面211に隠れる大きさを有しており気圧差調整部が反射面が反対面よりも厚み方向と直交する方向に外側に突出した構成であれば、気圧差及び結露を抑制することができる。
In the present embodiment, the distance r1 from the oscillation center line C1 of the pressure difference adjustment unit of the
また、鏡体21の気圧差調整部において、側面は反射面211側から反対面212側に向かって狭まるように傾斜している。これにより、鏡体21が揺動しても光源部100からの光ビームが入射するときに、鏡体21の側面に光ビームが照射されにくくなる。これにより、反射面211以外の面で反射(散乱)され照射対象領域に照射される不要な光である迷光の発生を抑えることもできる。
Further, in the atmospheric pressure difference adjusting portion of the
なお、本実施形態では、鏡体21として平面視正方形状の平板部材としているがこれに限定されるものではなく、平面視長方形状であってもよい。
In the present embodiment, the
<第2実施形態>
本発明にかかる光走査素子の他の例について図面を参照して説明する。図7は本発明にかかる光走査素子の鏡体の側面図である。本実施形態の光走査素子2aは、鏡体21aの端面の形状が異なる以外、第1実施形態の光走査素子2と同じ構成を有している。そのため、実質上同じ部分には、同じ符号を付すと共に、詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
Another example of the optical scanning element according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a side view of a mirror body of the optical scanning element according to the present invention. The
図7に示すように、鏡体21aは鏡体21と同様、中心軸C1と直交し、中心軸C1と反射面211及び反対面212の端部とを結ぶ線の長さはr1である。そして、図7の断面における鏡体21aの気圧差調整部は、長さr1を曲率半径とした円弧213となる。鏡体21aは揺動中心線C1方向に延びる平板部材であるため、鏡体21aの気圧差調整部は半径をr1とする円柱形状となる。
As shown in FIG. 7, the
このように、鏡体21aの気圧差調整部を円柱形状とすることで、揺動時に端面で周囲の空気が乱されにくくなる。また、反射面211と反対面212との気圧差を小さくすることが可能であり、鏡体21aを精度よく揺動させると共に、結露を抑制することで、照射対象領域への光ビームの走査精度の低下を抑制できる。
Thus, by making the atmospheric pressure difference adjustment part of the
これ以外の特徴は、第1実施形態と同じである。 Other features are the same as in the first embodiment.
<第3実施形態>
本発明にかかる光走査素子の他の例について図面を参照して説明する。図8は本発明にかかる光走査素子の鏡体を拡大した図であり、図9は図8に示す鏡体をIX−IX線で切断した断面図であり、図10は図8に示す鏡体をX−X線で切断した断面図である。なお、図9及び図10は断面図であるが、ハッチングを省略している。
<Third Embodiment>
Another example of the optical scanning element according to the present invention will be described with reference to the drawings. 8 is an enlarged view of a mirror body of the optical scanning element according to the present invention, FIG. 9 is a cross-sectional view of the mirror body shown in FIG. 8 cut along line IX-IX, and FIG. 10 is a mirror shown in FIG. It is sectional drawing which cut | disconnected the body by the XX line. 9 and 10 are cross-sectional views, but hatching is omitted.
図8に示すように、鏡体21bが平面視において円形状である。鏡体21bの側部の全体が気圧差調整部となっている。すなわち、鏡体21bの側部は、全ての位置で揺動中心線C1に直交する面で切断した断面の反射面211の端部と反対面212の端部が揺動中心線C1を中心とした同径の円弧上に配置される形状を有している。そして、本実施形態の鏡体21bの側面は、揺動中心線C1に直交する面で切断した断面形状が揺動中心線C1を中心とした円弧をなすように形成されている。
As shown in FIG. 8, the
例えば、図9は鏡体21bの端部が揺動中心線C1から最も離れた位置の揺動中心線C1と直交する面で切断した断面図であり、揺動中心線C1から反射面211の端部までの長さと揺動中心線C1から反対面212の端部までの長さがいずれもr11となっている。そして、その位置において、鏡体21bの端面は、半径r11の円周形状214となっている。
For example, FIG. 9 is a cross-sectional view in which the end portion of the
また、図10に示すように、端部が揺動中心線C1から最も離れた位置からずれた位置では、その位置における揺動中心線C1と直交する面で切断した断面の揺動中心線C1から反射面211の端部までの長さと反対面212の端部までの長さがいずれもr12となっている。そして、その位置において、鏡体21bの端面は、半径r12の円周形状215となっている。
Further, as shown in FIG. 10, at the position where the end portion is displaced from the position farthest from the swing center line C1, the swing center line C1 of a cross section cut by a plane orthogonal to the swing center line C1 at that position. The length from the
すなわち、鏡体21bのように、端部の位置によって揺動中心線C1から端部までの距離が異なる形状の場合、揺動中心線C1と交差する面で反射面211及び反対面212のそれぞれの端部までの距離が、揺動中心線C1に沿って変化する。また、鏡体21bの端面は、揺動中心線C1と直交し反射面211及び反対面212の端部と交差する点までの長さを曲率半径とする円周形状を有している。
That is, when the distance from the swinging center line C1 to the end is different depending on the position of the end portion as in the
揺動中心線C1から反射面211と反対面212の両方の端部までの長さを同じとすることで、鏡体21bの揺動による反射面211と反対面212との気圧差を小さくすることができる。また、鏡体21bの端面が揺動中心線C1から反射面211と反対面212の両方の端部までの長さの曲率半径を有する曲面となっているので、揺動時に周囲の空気がかき乱されにくく、鏡体21bを精度よく揺動させることが可能である。
By making the length from the swing center line C1 to both ends of the reflecting
なお、本実施形態において、鏡体21bは平面視円の平板状(円板形状)を有しているが、これに限定されるものではない。例えば、揺動中心線に対して線対称となるような形状で側部の少なくとも一部が平面視で揺動中心線に対して傾いているような形状(例えば、三角形、菱形、六角形等の多角形や楕円等)であってもよい。
In this embodiment, the
これ以外の特徴は、第1実施形態と同じである。 Other features are the same as in the first embodiment.
なお、本実施形態では、鏡体21bの側面の全体を、気圧差調整部としているが、少なくとも一部を、気圧差調整部としてもよい。このとき、気圧差調整部は、揺動中心線C1に対して対称の位置に形成されていることが好ましい。なお、鏡体21bの揺動時の端部の線速度が大きいほど、気圧差が大きくなる。そのため、気圧差調整部を鏡体21bの平面視において、揺動中心線C1から最も遠い端部を含む(すなわち、反射面211の中心を通り、揺動中心線C1と直交する線と反射面211の外周縁部との交差部分を含む)ようにすることが好ましい。
In the present embodiment, the entire side surface of the
しかしながら、製造上の制約、取り付け位置の制約等で、平面視において鏡体21bの揺動中心線C1から最も遠い端部が気圧差調整部に含まれない場合もあり得る。この場合でも、最も遠い端部を除く部分に設けられた気圧差調整部によって、気圧差が抑制され、結露を抑制する効果を得ることができる。
However, there may be a case where an end portion farthest from the swing center line C1 of the
<第4実施形態>
本発明にかかる光走査素子の他の例について図面を参照して説明する。図11は本発明にかかる光走査素子の鏡体の側面図であり、図12は図11に示す鏡体を揺動中心線と直交する平面で切断した断面図である。光走査素子2cは、鏡体21cと弾性支持部22cの位置が異なる以外、光走査素子2と同じ構成を有している。実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。なお、鏡体21c及び弾性支持部22cは相対的な取り付け位置が異なるがそれ自体の形状は鏡体21及び弾性支持部22と同じである。
<Fourth embodiment>
Another example of the optical scanning element according to the present invention will be described with reference to the drawings. 11 is a side view of a mirror body of the optical scanning element according to the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view of the mirror body shown in FIG. 11 cut along a plane orthogonal to the oscillation center line. The
図11に示すように、光走査素子2cでは、弾性支持部22cの中心が反射面211と重なるように、弾性支持部22cの一部(ここでは、半分)を反射面211よりも上側にずらした形状を有している。揺動中心線C11が反射面211と重なるように、弾性支持部22cを設けている。すなわち、揺動中心線C11から反射面211の端部及び反対面212の端部までの長さが、揺動中心線C11と直交する方向の長さの半分の長さr12となる。
As shown in FIG. 11, in the
このような構成では、揺動中心線C11と反射面211と同一面に配置されているため、反射面211を揺動中心線C11周りに揺動させることが可能となる。上述のとおり(図6A等参照)、揺動中心線C11を反射面211に近づけるほど、光ビームの照射方向から見た、反射面211のずれを小さくすることができる。そして、揺動中心線C11と反射面211とが同一面となることで、揺動時の反射面211ずれをなくすことができ、有効光ビーム照射範囲を大きくする(最大とする)ことが可能である。つまり、反射面211の形状に合わせた光ビーム形状(径)を最大とすることができる。
In such a configuration, since the swing center line C11 and the
これ以外の特徴は、第1実施形態と同じである。 Other features are the same as in the first embodiment.
<第5実施形態>
本発明にかかる光走査素子の他の例について図面を参照して説明する。図13は本発明にかかる光走査素子の鏡体の断面図である。図13に示す鏡体21dは、揺動時に揺動中心線C11から離れた位置に形成される端面の形状が異なる以外、第4実施形態と同じ構成を有しており、実質上、同じ部分には同じ符号を付すと共に同じ部分の詳細な説明は省略する。
<Fifth Embodiment>
Another example of the optical scanning element according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a sectional view of a mirror body of the optical scanning element according to the present invention. The
図13に示すように鏡体21dには、切頭球形の凹部216が複数個(ここでは、2個であるが、これに限定されない)が形成されている。凹部216が形成されていることで、揺動時に鏡体21dの側面を流れる気流を乱流にし、物体表面からの剥離を抑制する。これにより、鏡体21dが気流の流れから揺動時の動作方向と反対方向に引っ張られるのを抑制することができ、精度よく揺動させることが可能である。
As shown in FIG. 13, the
なお、これ以外の特徴は、第4実施形態と同じである。 Other features are the same as in the fourth embodiment.
以上示した光走査素子は、図1の露光装置Ltのように、光ビームを1ライン(1次元)走査させる構成を有していた。光走査素子としては、この1次元に走査する構成を組み合わせることで光ビームを2次元走査させることができる。以下に、2次元走査を行う光ビームを用いた投射装置について図面を参照して説明する。図14は本発明にかかる投射装置を用いたプロジェクタの概略図である。 The optical scanning element described above has a configuration in which the light beam is scanned one line (one-dimensional) like the exposure apparatus Lt of FIG. As an optical scanning element, a light beam can be scanned two-dimensionally by combining these one-dimensional scanning configurations. Hereinafter, a projection apparatus using a light beam for performing two-dimensional scanning will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a schematic view of a projector using the projection apparatus according to the present invention.
図14に示すようにプロジェクタPjに用いられる投射装置Bは、光源部100と、光走査部400とを備えている。投射装置Bは光源部100から出射された光を、光走査部400に設けられた後述する鏡体41の反射面411で反射して、光ビームのスポットSptで照射対象領域であるスクリーンScを走査する。
As shown in FIG. 14, the projection apparatus B used for the projector Pj includes a
光源部100は、例えば、RGBの3色(3波長)の光を出射することができる構成を有しており、光源部100からRGBの各波長の光を適度に合わせて光走査部400に入射する。光走査部400は交差(ここでは、直交)する2軸周りに揺動する反射面を有しており、揺動している反射面が光源部100からの光をタイミングよく入射させることで、スクリーンSc上に画像を形成する。
For example, the
このような異なる2軸方向に光ビームを走査させることができる光走査素子について図面を参照して説明する。図15は本発明にかかる光走査素子の平面図である。 An optical scanning element capable of scanning a light beam in two different axial directions will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a plan view of an optical scanning element according to the present invention.
図15に示すように、光走査素子4は、反射面411を備えた鏡体41を第1揺動中心線C21周りと第2揺動中心線C22周りに揺動することで、光ビームを走査している。光走査素子4は、鏡体41、第1弾性支持部42、揺動支持部43、第1アクチュエータ44、第2弾性支持部45、第2アクチュエータ46及び枠体47を備えている。また、図15において縦軸を第1揺動中心線C21、横軸を第2揺動中心線C22として説明する。
As shown in FIG. 15, the
鏡体41は、鏡体21と同じ構成を有している、すなわち、反射面411が形成された、円板状の部材である。鏡体41には、第1揺動中心線C21の先端部分の両方と第1弾性支持部42が連結されている。つまり、第1弾性支持部42の中心部分に鏡体41が連結されている。第1弾性部材42は、弾性的にねじることができる構成であり、鏡体41は第1揺動中心線C21周りに揺動可能となっている。また、平面視において、第1揺動中心線C21と直交する第2揺動中心線C22は鏡体41の中心と重なっている。鏡体41及び第1弾性支持部42は第1揺動中心線C21及び第2揺動中心線C2のそれぞれに線対称になるように構成されている。
The
揺動支持部43は第1揺動中心線C21に延びる板状の部材であり、鏡体41を挟んで対をなすとともに第1揺動中心線C21及び第2揺動中心線C22に対して対称となるように設けられる。揺動支持部43の両端部と第1弾性支持部42と連結している部分には、第1アクチュエータ44が設けられている。第1アクチュエータ44も、第1揺動中心線C21及び第2揺動中心線C22に対して対称となるように、4個設けられている。
The
第1アクチュエータ44は圧電素材を備えたものであり、電力が供給されることで、変形する(曲がる)。4個の第1アクチュエータ44を適切に駆動させることで、第1弾性支持部42に第1揺動中心線C21を中心としたねじれ方向の力を付与する。この力で第1弾性支持部42がねじられるとともにその弾性復元力で鏡体41が第1揺動中心線C21周りに揺動される。
The
揺動支持部43の中心部分には、外側に第2揺動中心線C22に沿って延びる第2弾性支持部45が連結している。枠体47は中央部に矩形の開口窓が設けられており、第2弾性支持部45の先端部分が枠体47の開口窓の内面と連結している。そして、第2弾性支持部45の中間部分には、第1揺動中心線C22に沿って延びる第2アクチュエータ46が設けられている。第2アクチュエータ46は第2弾性支持部45を挟んで、反対側に延びている。第2アクチュエータ46は第2弾性支持部45と枠体47とに連結されている。第2アクチュエータ46は4個備えられているとともに、第1揺動中心線C21及び第2揺動中心線C22に対して対称となるように設けられている。
A second
第2アクチュエータ46も第1アクチュエータ44と同じ圧電素材を利用したものであり、電力が供給されることで変形する(曲がる)。4個の第2アクチュエータ46を適切に駆動させることで、第2弾性支持部45に第2揺動中心線C22を中心としたねじれ方向の力を付与する。この力によって第2弾性支持部45がねじられるとともにその弾性復元力で揺動支持部43が第2揺動中心線C22周りに揺動する。第2揺動中心線C22周りに揺動する場合、鏡体41、第1弾性支持部42、揺動支持部43及び第1アクチュエータ44は一体的に回動する。つまり、第2揺動中心線C22周りに揺動する場合において、鏡体41、第1弾性支持部42、揺動支持部43及び第1アクチュエータ44が揺動部である。
The
光走査素子4は以上のような構成を有しており、鏡体41の反射面411を第1揺動中心線C21及び第2揺動中心線C22に揺動させることができる。そして、光走査素子4において、鏡体41の端部(図15において領域Ar1)及び(又は)揺動支持部43の第1揺動中心線C21に沿う方向の端部(図15において領域Ar2)の部分の端部について上述のような端面形状を形成する。なお、上述のような端面形状とは、揺動する部分の反射面側及び反対面側の端部から揺動中心線までの長さが等しくなるような形状である。
The
このように、各部の端面を上述のように形成することで、光走査素子4は交差(直交)する2つの揺動中心線周りに精度よく揺動することができる。これにより、光ビームの走査を正確に行うことができる。また、領域Ar1は第1アクチュエータ44の近傍部分である。そして、領域Ar1を上述のように形成することで、結露を抑制することができる。圧電素子は水分に弱い半導体素子であり、結露を抑制することで、光走査素子4の寿命を延ばすことが可能である。
In this way, by forming the end faces of the respective portions as described above, the
本発明にかかる光走査素子のさらに他の例について図面を参照して説明する。図16は本発明にかかる光走査素子のさらに他の例の平面図である。 Still another example of the optical scanning element according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a plan view of still another example of the optical scanning element according to the present invention.
図16に示すように、光走査素子5は、反射面511を備えた鏡体51を第1揺動中心線C21周りと第2揺動中心線C22周りに揺動することで、光ビームを走査している。光走査素子5は、鏡体51、第1弾性支持部52、揺動支持部53、第1アクチュエータ54、第2弾性支持部55、第2アクチュエータ56及び枠体57を備えている。
As shown in FIG. 16, the
なお、光走査素子5において、第1アクチュエータ54及び第2アクチュエータ56以外の部分は、光走査素子4の対応部位と実質上同じ構成を有している。そのため、以下の説明では第1アクチュエータ54及び第2アクチュエータ56について説明する。
In the
第1アクチュエータ54及び第2アクチュエータ56はいずれも静電式の駆動部である。図16に示すように、第1アクチュエータ54は第1弾性支持部52に第1揺動中心線C21と直交する方向に延びる静電電極541が複数本、一定の間隔で並んでいる。一方、揺動支持部53の開口窓の内面から内側に向かって静電電極542が複数本設けられている。そして、静電電極541と静電電極542とが交互に配置されている。静電電極541と静電電極542との間に電圧を印加することで静電気力により第1弾性支持部52に対し第1揺動中心線C21周りにねじる力が付与される。これにより、第1弾性支持部52はねじられ、その弾性復元力で鏡体51が第1揺動中心線C21周りに揺動される。
Both the
そして、第1弾性支持部52に設けられる静電電極541の先端を、反射面側の端部と反対面側の端部との第1揺動中心線C21からの長さを一定とする。これにより、鏡体51が第1揺動中心線C21周りに揺動したときの静電電極541の気圧差を小さくし、結露を抑制する。
The length of the tip of the
また、同様に揺動支持部53に設けられる静電電極561の先端を、反射面側の端部と反対面側の端部との第2揺動中心線C22からの長さを一定とする。これにより、揺動支持部53が第2揺動中心線C22周りに揺動したときの静電電極561の気圧差を小さくし、結露を抑制する。
Similarly, the length of the tip of the
上述した各実施形態において、本発明にかかる光走査素子及び投射装置を利用した装置として、画像形成装置の露光装置、プロジェクタを挙げているが、これに限定されない。一次元に光ビームを走査するものとしては例えばバーコードリーダや測距センサ等の光スキャナとして利用できる。また、二次元に光ビームを走査するものとしては、例えば、空中像で機器の操作入力を行うような操作入力装置の指示体検出用の光スキャナとして利用することが可能である。また、これら以外にも一次元又は二次元に光ビームを走査する装置に広く採用することが可能である。 In each of the embodiments described above, the exposure apparatus of the image forming apparatus and the projector are exemplified as the apparatus using the optical scanning element and the projection apparatus according to the present invention. However, the present invention is not limited to this. The one-dimensionally scanning light beam can be used as an optical scanner such as a barcode reader or a distance measuring sensor. In addition, as a device that scans a light beam in two dimensions, it can be used as an optical scanner for detecting an indicator of an operation input device that performs an operation input of an apparatus with an aerial image, for example. In addition to these, it can be widely applied to apparatuses that scan a light beam in one or two dimensions.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。また、上記各実施形態は適宜組み合わせて実施することも可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this content. The embodiments of the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the invention. Further, the above embodiments can be implemented in combination as appropriate.
A、B 投射装置
100 光源部
11 光源(LD)
111 ドライバ
12 レンズ
13 ビームスプリッタ
14 モニタ用受光素子
200 光走査部
2 光走査素子
21 鏡体
211 反射面
212 反対面
22 弾性支持部
23 外枠
231 開口窓
24 アクチュエータ
201 ドライバ
202 信号処理部
300 処理部
31 走査光源制御部
311 光源制御部
312 走査制御部
32 演算処理部
33 駆動信号生成部
34 外部接続部
400 光走査部
41 鏡体
411 反射面
42 第1弾性支持部
43 揺動支持部
44 第1アクチュエータ
45 第2弾性支持部
46 第2アクチュエータ
47 枠体
500 光走査部
51 鏡体
511 反射面
52 第1弾性支持部
53 揺動支持部
54 第1アクチュエータ
541 静電電極
542 静電電極
55 第2弾性支持部
56 第2アクチュエータ
561 静電電極
562 静電電極
57 枠体
Pt 画像形成装置
Pc 感光体
Ef 帯電部
Lt 露光装置
Dp 現像部
Tr 転写ローラ
CL クリーニング部
Re 除電部
A,
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記揺動部は厚み方向の中央から前記反射面側にずらした揺動中心線周りに揺動され、
前記揺動部は厚み方向に見たときに前記反対面が前記反射面に隠れるように形成されているとともに、外周面部の少なくとも一部に前記反射面が前記反対面よりも前記厚み方向と直交する方向の外側に突出する気圧差調整部を備えている光走査素子。 A flat rocking portion including a reflection surface that reflects light from the light source and an opposite surface;
The oscillating portion is oscillated around an oscillation center line shifted from the center in the thickness direction to the reflecting surface side,
The swinging portion is formed so that the opposite surface is hidden by the reflection surface when viewed in the thickness direction, and the reflection surface is orthogonal to the thickness direction at least in part of the outer peripheral surface portion than the opposite surface. An optical scanning element provided with an atmospheric pressure difference adjustment unit that protrudes outward in the direction in which it is performed.
請求項1から請求項7のいずれかに記載の光走査素子と、
前記光走査素子に設けられて前記揺動部を駆動する駆動部と、
前記駆動部を駆動する駆動信号を生成する処理部とを有する投射装置。 A light source;
An optical scanning element according to any one of claims 1 to 7,
A drive unit provided in the optical scanning element to drive the swing unit;
And a processing unit that generates a driving signal for driving the driving unit.
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