JP2017116917A - アクチュエータ装置、光偏向器、画像投影装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した駆動を行いながらも、省スペースなアクチュエータ装置の提供。【解決手段】所定の回転軸Ｏに対して回転運動可能な可動部１２と、可動部１２に形成され、入射した光束Ｌを反射する反射部１３と、可動部１２を支持部１１に対して支持する弾性部１４と、弾性部１４に設けられ、当該弾性部１４を変形させる複数の駆動部１５と、弾性部１４の上に形成された通電路２０と、通電路２０が破断したことを条件として、光束Ｌの入射および出射の少なくともいずれかを抑制する遮光部３０と、を備えるアクチュエータ装置１０。【選択図】図２

Description

本発明は、アクチュエータ装置、光偏向器、当該光偏向器を用いた画像投影装置及び画像形成装置に関する。

マイクロマシン技術を用いた圧電アクチュエータ等のアクチュエータ装置は、高速で可動範囲も大きいために、大きな衝撃が加わった場合などに微細な構造部分が欠損・破損してしまう危険性が高い。
特に光走査にアクチュエータ装置を用いている場合には、このような構造部分の破断が生じて駆動ができなくなると、光走査を行えなくなるばかりか、反射した光束が１点に集中してしまい他の機器などの破損につながるおそれもある。

かかる問題を解決するために、例えば微細構造部分の破損を検出するための判別をソフトウェア・ファームウェアを用いた制御で行う方法が提案されている。（例えば特許文献１〜５等参照）
しかしながら、故障の判定基準を厳しくするとノイズ等の影響で実使用に問題がなくとも故障として検出してしまう問題があり、また、判定基準を緩くすると、故障時に正しく故障を検出できない等の問題が生じかねない。さらに、ソフトウェア・ファームウェア自体が正常に作動しない場合に故障検知が動作しない問題もある。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、微細構造部分の破損検知の精度を向上するアクチュエータ装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明におけるアクチュエータ装置は、所定の回転軸に対して回転運動可能な可動部と、前記可動部に形成され、入射した光束を反射する反射部と、前記可動部を支持部に対して支持する弾性部と、前記弾性部に設けられ、当該弾性部を変形させる複数の駆動部と、前記弾性部および前記駆動部の少なくとも何れかの一部に形成された通電路と、前記通電路が破断したことを条件として、前記光束の入射および出射の少なくともいずれかを抑制する遮光部と、を備える。

本発明のアクチュエータ装置によれば、微細構造部分の破損検知の精度を向上する。

本発明の実施形態におけるアクチュエータ装置の構成の一例を示す平面図である。 図１に示したアクチュエータ装置の動作時の変形の一例を示す図である。 図１に示したアクチュエータ装置の弾性部の構成の一例を示す側断面図である。 本発明の弾性部の第１の変形例を示す平面図である。 本発明の弾性部の第２の変形例を示す平面図である。 本発明の弾性部の第３の変形例を示す平面図である。 図２に示した遮光駆動部の各変形例を示す図である。 アクチュエータ装置の第２の実施形態の一部の一例を示す図である。 図８に示した液晶パネルの動作の一例を示す図である。 本発明の実施形態における光走査装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態として、図１０に示す光走査装置を用いた画像形成装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態として、図１０に示す光走査装置を用いた画像投影装置の構成の一例を示す図である。 図１２に示した実施形態における光走査装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態として、図１０に示す光走査装置を用いたレーダー装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第６の実施形態として、図１に示したアクチュエータ装置の変形例を示す図である。

図１に、第１の実施形態におけるアクチュエータ装置である振動ミラー１０の概略を示す。なお、振動ミラー１０の仮想的な回転軸Ｏとして、回転軸Ｏと平行な方向をＸ方向、回転軸Ｏ及びX方向と直交する方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。

振動ミラー１０は、基部である筐体部分に固定された支持部１１と、支持部１１に対して回転軸Oを中心に回転運動可能に支持された可動部１２と、可動部１２の＋Z方向側の面すなわち光束Lの入射側の面に形成された反射部１３と、を有している。
振動ミラー１０は、可動部１２を支持部１１に対して支持する一対の弾性部１４と、弾性部１４のそれぞれに設けられ、弾性部１４を変形させる複数の駆動部１５と、弾性部１４の少なくとも一部に、弾性部１４に沿って形成された通電路２０と、を有している。

反射部１３は、光束Ｌが照射される領域に形成された反射率の高い部分である反射面である。可動部１２の回転軸Ｏの軸上であって反射部１３の形状中心Ｃの位置を定めると、反射部１３の形状中心Ｃと光束Ｌの中心（すなわち光束Ｌの光強度がピークを示す位置）とは、可動部１２の重心と一致するように設けられている。なお、可動部１２の回転中心と、光束Ｌの中心とを一致させても良い。
可動部１２は、略円形の形状をした板状の部材であり、板状部分の表面には反射部１３が形成されると共に、板状部分の端部、すなわち可動部１２の回転軸Ｏに沿った端部には、後述するＸ軸と平行な２つの支持弾性部１６が接続されている。可動部１２は、かかる支持弾性部１６によって弾性部１４と連結されている。
なお、例えば弾性部１４がトーションバー方式等のねじれ方向に力を伝えられる構造であれば、弾性部１４と可動部１２とを直接連結しても良い。

振動ミラー１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、通電路２０が接続された電源２２と、通電路２０と連続して回路を形成する遮光駆動部２３と、遮光駆動部２３によって±Ｘ方向に動作可能な遮光部３０と、を有している。
電源２２は、定電圧源であり、通電路２０に一定の電流Ｉ_１を流している。
遮光駆動部２３は、ソレノイドアクチュエータであり、電流Ｉ_１が流れ続けることで、後述する磁石Ｓを−Ｘ方向に付勢している。

遮光部３０は、光束Ｌを遮蔽するための遮光部材３１と、遮光部材３１の−Ｘ方向側の端部に取り付けられた磁石Ｓと、遮光部材３１の＋Ｘ方向側の端部に取り付けられた付勢部材たるバネ３３と、を有している。
遮光部３０は、磁石Ｓが遮光駆動部２３によって−Ｘ方向に付勢され続けているとともに、バネ３３によって＋Ｘ方向に付勢されている。

すなわち、遮光部３０は、図２（ａ）に示すように、通電路２０が通常状態、すなわち通電路２０に破断が無く電流Ｉ_１が流れ続けている状態では、遮光部材３１が光束Ｌを妨げない位置に保持されている。
遮光部３０はまた、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、通電路２０の一部Ｑが破断した状態たる破断状態では、電流Ｉ_１が流れなくなる。したがって、遮光部材３１を−Ｘ方向へ付勢する付勢力がなくなり、遮光部材３１はバネ３３による＋Ｘ方向への付勢力によって＋Ｘ方向へ移動する。

遮光部３０は、遮光部材３１の可動範囲の＋Ｘ方向端、すなわち遮光部材３１の可動限界となる位置に、ストッパー３４を有している。
かかるストッパー３４により、電流Ｉ_１が流れなくなってバネ３３によって＋Ｘ方向へ付勢された遮光部材３１は、予め決められた可動限界位置において、バネ３３の＋Ｘ方向への付勢力と、ストッパー３４からの反力がつりあって停止する。

遮光駆動部２３は、通電路２０に流れる電流Ｉ_１を検知して通電路２０の破断を検知する破断検知部としての機能を有している。
遮光部材３１は、破断検知部たる遮光駆動部２３が、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、通電路２０の光束Ｌの反射部１３への入射を妨げる位置、言い換えると光束Ｌの光路上を塞ぐように配置される。つまり、破断検知部が通電路２０の破断を検知したことを条件として、光束Ｌの反射部１３への入射が抑止ないし防止される。

通電路２０は、本実施形態では弾性部１４の−Ｙ方向側の端部を始点、終点として、一対のうち＋Ｘ方向側の弾性部１４と、可動部１２と、一対のうち他方の、すなわち−Ｘ方向側の弾性部１４と、を連結された経路として形成されている電流Ｉ_１の流路である。
通電路２０はまた、かかる経路において交差せず、かつ同一の経路を複数回通らない、言い換えると一筆書きでパターニング可能なように配置される。
通電路２０は、一筆書きでパターニングされることで、経路中の何れかの地点で破損が生じたときには、かかる破損によって生じる電流Ｉ_１の遮断により破断を検知する。
遮光駆動部２３は、電流Ｉ_１の遮断を検知したことに基づいて入射する光束Ｌを抑制ないし防止する。
なお、通電路２０は、一筆書きで形成されたとしたが、同一経路を通って折り返すような形状でも良い。その場合には、可動部１２で折り返す複数の通電路２０を設けることが望ましい。

弾性部１４は、それぞれ可動部１２の−Ｘ方向側と、＋Ｘ方向側とに、それぞれが互いに中心Ｃと対称になるように配置され、Ｙ方向に平行に延びた一対の梁状部材と、X方向に平行に延びた一対の梁状部材とで構成される。
弾性部１４は、一方の端部、すなわち−Ｙ方向側の端部を支持部１１と連結して支持されて、他方側すなわち＋Y方向側の端部に形成されたX方向に平行に延びた支持弾性部１６と、を有している。
弾性部１４の上面すなわち＋Ｚ方向側の最表層には、既に述べたように通電部２０が設けられている。

弾性部１４は、その一方の端部すなわち±Ｘ方向側の端部が、支持弾性部１６を介して可動部１２と連結されることで、可動部１２を支持する梁状の支持部材である。
駆動部１５は、弾性部１４の＋Ｚ方向側の面に形成され、弾性部１４を可動部１２が回転軸Ｏを中心に回動変形させるための圧電素子である。
なお、本実施形態では駆動部１５を圧電素子とし、圧電駆動方式について述べるが、その他、電磁気によって弾性部１４を変形させる電磁駆動方法を用いても良いし、弾性部１４に溜めた電荷を用いて駆動する静電駆動方式であっても良い。
また、駆動部１５の駆動方式によっては、以下の説明における「電圧を印加する」旨の表現は、かかる駆動方式に合わせて適宜「外力を加える」、「駆動させる」等の表現に読み替えてよい。

弾性部１４は、図３に示すように、シリコン基板１４１上に形成された下部電極１４２と、下部電極１４２に対向して設けられた上部電極１４４と、下部電極１４２と上部電極１４４とに挟持された圧電膜たる駆動部１５と、を有している。なお、シリコン基板１４１は表面に熱処理を行うことで酸化シリコン層が形成されている。
弾性部１４はまた、上部電極１４４の＋Ｚ方向側の面の一部を覆うように形成された絶縁膜１４５と、絶縁膜１４５の形成されない部分たるスルーホール１４６を含む位置に形成された、配線パターン１４７と、を有している。
弾性部１４はまた、絶縁膜１４５の＋Ｚ方向側の面に、配線パターン１４７とは一定の空隙１４８を空けた位置に形成される導電線パターンたる通電部２０を有している。

弾性部１４を変形させるには、まず、配線パターン１４７を介して電圧が印加される。
このとき、駆動部１５は、上部電極１４４と下部電極１４２との間に生じる電位差に応じて伸縮する。
駆動部１５と弾性部１４とは図３からも明らかなように一体に形成されているから、駆動部１５の伸縮によりそれぞれの弾性部１４に＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に凸の反りを生じさせる。
このように弾性部１４が反り変形するので、かかる変形がトーションバー構造の支持弾性部１６を介して可動部１２に伝わることで、可動部１２は回転軸Ｏを中心軸として回動する。

反射部１３は、かかる可動部１２の回動と同期して回転するので、入射する光束Ｌを偏向して反射する。すなわち、振動ミラー１０は、かかる圧電アクチュエータ装置を用いた光偏向器としても動作する。

ところで、圧電アクチュエータ装置においては、弾性部１４や可動部１２と支持部１１との間の間隔など、大変に精度を要求される複雑な微細構造が多い。
しかしながら、かかる微細構造部分の破損・非破損の判断は難しい。例えば制御部９に設けたソフトウェア上で駆動時の特性値や速度などをプロットし、予め取得しておいた駆動時の特性値や速度などと比較する方法が考えられる。
しかしながら、かかる判別条件を厳しくすると、正常動作中でもノイズ等の影響で異常と判定するおそれがある一方で、判別条件を緩くしたのでは実際にトラブルが生じた場合にも動作が止まらないという懸念がある。

また、かかる破損を放置すると、ミラーに反射したレーザー光などの光束が、特定の位置に照射され続けることとなり、機器の破損の原因にもなりかねない、

そこで、本実施形態では、図３に既に示したように、一対の弾性部１４と、弾性部１４に挟まれて支持された可動部１２と、を通るように通電路２０を形成している。

すなわち、本実施形態では、振動ミラー１０は、弾性部１４に設けられ弾性部１４を変形させる複数の駆動部１５と、弾性部１４に形成された通電路２０と、通電路２０に流れる電流により通電路２０の破断を検知する遮光駆動部２３と、を有している。また、通電路２０が破断したことを条件として、光束Ｌの入射及び出射の少なくとも何れか１方を抑制するための遮光部３０と、を有している。

かかる通電路２０が破断することで、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件に、弾性部１４等の微細構造部分の破損が正しく判定されて、検知の精度が向上する。

また、本実施形態では、通電路２０は、弾性部１４のうち一方の弾性部１４の支持部１１側の端部から、可動部１２を通って弾性部１４のうち他方の弾性部の支持部１１側の端部までを経路として、弾性部１４に沿って連続して形成されている。
言い換えると、当該経路において交差せず、かつ同一の経路を複数回通らない一筆書きの態様で通電路２０が形成されている。

本実施形態では、通電路２０は、弾性部１４の最もＺ方向側の上部、言い換えると光束Ｌの入射側の面に形成されている。
かかる構成により、配線パターン１４７と混線することなく、また、通電路２０からのリークによって駆動部１５が動作してしまうなどの不具合が抑止される。

また、第１の実施形態では、弾性部１４は単に矩形の梁状部材として説明したが、図４に変形例として示すように、Ｙ軸に平行な弾性部とＸ軸に平行な両端支持部とが１対となって連結し、蛇行した態様で接続された蛇行状弾性部１４ａであっても良い。
なお、以降に示す変形例においては、第１の実施形態で説明したものについては同一の符号を付して説明を適宜省略する。

かかる蛇行状弾性部１４ａとしたときには、通電路２０も、かかる形状に合わせて蛇行するように設けられることが望ましい。

また、例えば図５に第２の変形例として示すように、図４に既に示した第１の変形例と第１の実施形態とを組み合わせて、第１回転軸Ｏ_１と、第２回転軸Ｏ_２の２軸について回転可能な態様で支持された振動ミラー１０ｃであっても良い。

かかる第２の変形例においては、振動ミラー１０ｃは、Ｙ軸方向に長手方向がくるように設けられた１対の蛇行状弾性部１４ｂと、蛇行状弾性部１４ｂによって支持された枠部たる第１可動部１２ｂと、第１可動部１２ｂ内に設けられた弾性部１４ｃと、を有している。
振動ミラー１０ｃは、第１可動部１２ｂに設けられて弾性部１４ｃに支持された第２可動部１２ｃと、蛇行状弾性部１４ｂと、第１可動部１２ｂと、弾性部１４ｃと、第２可動部１２ｃと、を順に経由して、当該部分の破断を検知する通電路２０ｃと、を有している。

第２の変形例において、光偏向器としての振動ミラー１０は、第１回転軸Ｏ_１を中心として回動する第１可動部１２ｂと、第１可動部１２ｂに設けられて回転軸Ｏ_１と直交する回転軸Ｏ_２を中心に回動する第２可動部１２ｃと、を有している。

第１可動部１２ｂは、蛇行状弾性部１４ｂによって第１回転軸Ｏ_１を中心に回転する。
第２可動部１２ｃは、第１可動部１２ｂの回転とは独立して、弾性部１４ｃを駆動したときの伸縮の量に応じて変形することによって、第２回転軸Ｏ_２を中心に回転する。
第２可動部１２ｃは、第１の実施形態と同様に、反射率の高い部材を用いた反射部１３としての機能を有しており、入射した光束Ｌが反射される。
振動ミラー１０は、第１回転軸Ｏ_１を中心に回転するときに反射光が移動する方向である副走査方向たるＹ方向と、第２回転軸Ｏ_２を中心に回転するときに反射光が移動する方向である主走査方向Ｘ方向と、を備えた光走査装置たる光偏向器としての機能を有する。

かかる構成により、振動ミラー１０は、駆動手段を入れ子状に配置して２軸回転可能な圧電アクチュエータ装置であるとともに、第２可動部１２ｃによって反射光を偏向させて２次元的に描画する光偏向器である。

また、既に述べたように、第１回転軸Ｏ_１を中心とする回転と、第２回転軸Ｏ_２を中心とする回転とは独立して動かすことが可能である。すなわち、副走査方向については蛇行状弾性部１４ｂによって駆動感度の高い、言い換えると低速で精度の高い走査を行うとともに、主走査方向については弾性部１４ｃにより共振を利用した高速走査を行うとしても良い。なお、走査光の最大反射角たる走査角すなわち振れ角は、一般には主走査方向に大きくすることが望ましい。
かかる構成により、振動ミラー１０は、Ｘ方向とＹ方向で大きな速度差を得ることができて、高画質で２次元に投影可能な光偏向器である。
なお、走査を行う方向を逆転し、Ｘ方向を副走査方向、Ｙ方向を主走査方向としても良い。

通電路２０ｃの端部には、第１の実施形態で述べたように、電源２２と、遮光駆動部２３とが接続されて、通電路２０ｃには電流Ｉ_１が流れている。
第２の変形例においても同様に、通電路２０ｃに破断が生じ、電流Ｉ_１が流れなくなると、遮光駆動部２３が動作して、遮光部３０が光束Ｌの入射を妨げる位置へと移動する。
かかる構成により、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件に、弾性部１４ｃや蛇行状弾性部１４ｂ等の微細構造部分の破損が正しく判定される。

また、本変形例においても、通電路２０ｃは、蛇行状弾性部１４ｂと、第１可動部１２ｂと、弾性部１４ｃと、第２可動部１２ｃと、を順に経由する経路として、かかる経路に沿って連続して形成されている。
言い換えると、通電路２０ｃは、当該経路において交差せず、かつ同一の経路を複数回通らない一筆書きの態様で形成されている。
かかる構成により、経路上の何れの場所で破断が生じたときにも、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として当該経路の弾性部１４ｃや蛇行状弾性部１４ｂ等の微細構造部分の破損が正しく判定される。

その他、第３の変形例として、図６に示すように、弾性部１４ｄが支持弾性部１６を±Ｙ方向の両側から支持する所謂両持ち梁構造であっても良い。
かかる構成において、弾性部１４ｄは、支持部１１の±Ｙ方向の両側から延びて支持弾性部１６の両端に接続され、合計４つの駆動部１５を有している。
また、かかる構成においては、振動ミラー１０は、弾性部１４ｄと、支持弾性部１６と、可動部１２と、を通る経路について、図６に示すように上下対称に２対の通電部２０を有していることが望ましい。
通電路２０はまた、かかる経路において交差せず、かつ同一の経路を複数回通らない、言い換えると一筆書きでパターニング可能なように配置されることが望ましい。
なお、第３の変形例と第１、第２の変形例を組み合わせて、ＸＹ平面に２次元的に動作させる構成としても良い。

また、遮光部３０の変形例についても図７（ａ）〜（ｈ）に示す。
なお、図７（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）は電流Ｉ_１が通電している通常状態を示し、図７（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）は電流Ｉ_１が流れていない破断状態を示している。

図７（ａ）において、遮光部材たる遮光板３１ｂは、電流Ｉ_１が流れている状態において、遮光駆動部２３に当接して保持されている。
遮光板３１ｂは、筐体等の不動の枠部に、固定軸３３ｂにおいて固定され、かかる固定軸３３ｂを中心に回転可能に支持されている。
固定軸３３ｂは、遮光板３１ｂの重心の下方であって、重心を通り鉛直方向から遮光駆動部２３側に逸れた位置に配置されている。
当該位置にすることで、遮光板３１ｂにはたらく重力が、遮光板３１ｂをＢ方向に回転させる駆動力としてはたらくため、バネ等の付勢部材が不要となって構成が簡易になる。
このように使用機器の姿勢、軸部の摩擦、振動などを利用することにより、付勢部材なしにＢ方向に付勢し、遮光動作を行わせる構成とすることで、部品点数を減らすことができる。

遮光板３１ｂは、通常状態において、遮光駆動部２３が遮光板３１ｂを引き付ける力が、遮光板３１ｂを下方に付勢する重力よりも大きい。
ここで電流Ｉ_１が通電しない破断状態となると、図７（ｂ）に示すように、鉛直下方たる−Ｙ方向にはたらく重力が遮光駆動部２３が遮光板３１ｂを引き付ける力よりも大きくなるので、遮光板３１ｂがＢ方向に回動して、光束Ｌの入射を妨げる位置に移動する。
かかる構成により、通電路２０の破断すなわち電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、光束Ｌの反射部１３への入射が抑止ないし防止される。

図７（ｃ）において、遮光板３１ｃは、電流Ｉ_１が流れている状態において、遮光駆動部２３に当接して保持されている。
遮光板３１ｃは、筐体等の不動の枠部に、固定軸３３ｃにおいて固定され、かかる固定軸３３ｃを中心に回転可能に支持されている。
本変形例においては、遮光部３０は、通電路２０に第１の電流Ｉ_１を供給する電源２２と、電流Ｉ_１の量に比例して遮光部３０を動作させるための第２の電流たる駆動電流Ｉ_２を供給する電流増幅部３５と、を有している。
電流増幅部３５は、内部にＮＯＴ回路３６を含んでおり、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、駆動電流Ｉ_２を供給する。

すなわち遮光駆動部２３は、電流Ｉ_１が通電しなくなったことを条件として、駆動電流Ｉ_２が生じるように、ＮＯＴ回路３６を介して通電路２０と接続されている。
すなわち、図７（ｃ）に示す変形例では、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として駆動電流Ｉ_２が流れて遮光駆動部２３が遮光板３１ｃをＣ方向に回動させるように押し上げる反発力を与える。
なお、かかる構成における反発力は、本変形例では磁力としたが、バネなどの付勢手段を用いても良い。その場合には、ＮＯＴ回路を外し、駆動電流Ｉ_１が流れている間には遮光駆動部２３が遮光板３１ｃを引き付けて保持すればよい。

遮光板３１ｃは、通常状態において、重力によって下方たる−Ｙ方向に付勢されており、遮光駆動部２３が遮光板３１ｃを支持している態様で光束Ｌの光路外の位置に配置される。

遮光板３１ｃは、通常状態において、鉛直下方たる−Ｙ方向にはたらく重力が遮光駆動部２３が遮光板３１ｃを押し上げる力よりも大きくなるので、光束Ｌの光路外の位置に配置される。
ここで電流Ｉ_１が通電しない破断状態となると、図７（ｄ）に示すように、鉛直下方たる−Ｙ方向にはたらく重力よりも遮光駆動部２３が遮光板３１ｃを押し上げる力が大きくなるので、遮光板３１ｃがＣ方向に回動して、光束Ｌの入射を妨げる位置に移動する。
かかる構成により、通電路２０の破断すなわち電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、光束Ｌの反射部１３への入射が抑止ないし防止される。

一般に、こうした機械的な動作を行う駆動装置を動かすために要求される電力は、圧電アクチュエータ装置を駆動させるのに必要な電力よりも大きく、通電路２０に流す電流Ｉ_１の大きさでは足りない場合が考えられる。
そこで、本変形例では、遮光部３０が電流増幅部３５を有している。
かかる構成により、電流Ｉ_１の大小によらず、駆動電流Ｉ_２を確保できるので、電流Ｉ_１を小さくすることができて、省電力化に寄与する。
また、ＮＯＴ回路３６を有することで、電力が供給されなくなることを条件として、電力供給を要する駆動部を用いることができるから、遮光駆動部の構成を自由にすることができる。
なお、かかる電流増幅部３５やＮＯＴ回路３６を用いた構成は、他の実施形態と併せても良く、本変形例に限定されるものではない。

図７（ｅ）において、遮光部３０は、直線偏光以外の光を遮蔽する遮光板たる偏光板３１ｄを有している。
偏光板３１ｄは、Ｅ方向に回転させる方向に、ここでは＋Ｘ方向に付勢する付勢部材たるバネ３２と、遮光駆動部２３の押圧力を受けるための回転支持部３１ｅと、バネ３２の付勢力を受けるための第２回転支持部３１ｆと、を有している。
偏光板３１ｄは、通常状態において、光束Ｌの光路上に配置されている。通常状態において、偏光板３１ｄは、偏光板３１ｄが透過可能な直線偏光の方向と、レーザー光である光束Ｌの偏向方向たるＤ方向と、が等しくなるように配置されている。
偏光板３１ｄは、筐体等の不動の枠部に、Ｅ方向に回転可能に支持されており、回転支持部３１ｅが遮光駆動部２３と当接した状態で配置されている。
通常状態において、回転支持部３１ｅは、遮光駆動部２３に＋Ｘ方向に引き付けられており、偏光方向がＹ方向に平行な状態で支持されている。

破断状態において、図７（ｆ）に示すように、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、遮光駆動部２３が回転支持部３１ｅを＋Ｘ方向に引き付ける力がなくなると、バネ３２の＋Ｘ方向への付勢力によって偏光板３１ｄがＥ方向へと回動する。
ストッパー３４と第２回転支持部３１ｆとが当接する、言い換えるとＥ方向に９０度回動すると、Ｅ方向への回動が止まり、偏光板３１ｄの通過可能な偏光方向がＸ方向に平行な方向に変化する。
このとき、光束Ｌの偏光方向たるＤ方向と、偏光板３１ｄの通過可能な偏光方向とが直交するために、光束Ｌは遮蔽される。

かかる構成により、通電路２０の破断すなわち電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、光束Ｌの反射部１３への入射が抑止ないし防止される。

なお、図７（ｅ）、（ｆ）においては、光束Ｌはレーザー光であり、直線偏光方向がＹ方向と平行である。しかしながら、かかる構成に限定されるものではなく、偏光板３１ｄを２枚、光束Ｌの光路上に、通常状態において一対の偏光板３１ｄの偏光方向が一致するように配置しても良い。
かかる構成によれば破断状態において、一対の偏光板３１ｄの偏光方向が互いに直交するように、一対の偏光板３１ｄのうち一方を回動させることで、上記図７（ｅ）、（ｆ）に示したような遮光部３０の動作を、レーザー光以外の光源でも利用することができる。
かかる構成により、通電路２０の破断すなわち電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、光束Ｌの反射部１３への入射が抑止ないし防止される。

また、図７（ｇ）、（ｈ）に示すように、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、係止部材たるストッパー３４を移動させる構成であっても良い。
なお電流増幅部３５は、図７（ｃ）において説明したのと同様に、内部にＮＯＴ回路３６を含んでおり、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、駆動電流Ｉ_２を供給する。
図７（ｇ）に示すように、通常状態においては、遮光板３１ｇがＢ方向に付勢されており、ストッパー３４に当接あるいは係り合うことで静止した状態に止められている。破断時に駆動電流Ｉ_２によってストッパー３４が＋Ｙ方向に引き寄せられると、遮光板３１ｇの押さえがなくなるため、遮光板３１ｇはＢ方向の付勢力に従って回動し、図７（ｈ）に示すように光束Ｌの入射あるいは出射を抑制する。

本発明の第２の実施形態として、遮光部３０は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように光束Ｌの光路上に配置された液晶素子たる液晶パネル３７を有している。
液晶パネル３７は、電流Ｉ_１が流れる通常状態において、図９（ａ）に拡大して示すように、各液晶の配向方向が揃った状態であり、光束Ｌを透過する透過状態である。
かかる液晶パネル３７は、電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、すなわち破断状態となったことを条件として、図９（ｂ）に示すように各液晶の配向方向が乱れることで、光束Ｌを透過しない遮蔽状態へと変化する。

かかる構成により、機械的駆動手段によらず、光束Ｌの透過を選択できるので、振動ミラー１０の外部の振動等の影響を受け難く、通電路２０の破断すなわち電流Ｉ_１が流れなくなったことを条件として、光束Ｌの反射部１３への入射が抑止ないし防止される。なお、遮光部３０は電気的な制御により透過率あるいは波長に対する透過特性を変更可能な光学素子であっても良い。具体的には電圧印加によって色が変化する色素を用いたエレクトロクロミック素子等を用いても良い。

図１０、１１を用いて第１、第２の実施形態で説明した振動ミラー１０の第３の実施形態の一例として、かかる振動ミラー１０を用いた光偏向器１０２２を用いた光走査装置１００、および光走査装置１００を用いた画像形成装置３００について説明する。
まず、光走査装置１００について説明する。本実施形態の光走査装置１００は、第１の実施形態の振動ミラー１０をユニットとして一体化した反射ユニットたる光偏向器１０２２を用いて、１軸方向に被走査面を光走査する装置である。図１０は、本実施形態の光走査装置の一例を表す全体構成図である。

図１０に示すように、光走査装置１００において、レーザ素子などの光源部１０２０からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系１０２１を経た後、光偏向器１０２２により偏向される。この光偏向器１０２２として、第１、２の実施形態のいずれかの構成の光偏向器が用いられる。そして、光偏向器１０２２で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ１０２３ａと第二レンズ１０２３ｂ、反射ミラー部１０２３ｃからなる走査光学系１０２３を経て、被走査面である感光体ドラム１０２のビーム走査面に照射される。走査光学系１０２３は、被走査面であるビーム走査面にスポット状に光ビームを結像する。

光偏向器１０２２の圧電部材の各電極は、それぞれ外部電源等のミラー駆動手段に電気的に接続されており、ミラー駆動手段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、光偏向器１０２２を駆動する。これにより、光偏向器１０２２のミラー部が往復回動してレーザ光が偏向され、被走査面である感光体ドラム１０２のビーム走査面上が光走査される。

このように本実施形態の光走査装置１００は、感光体を用いたプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込みユニットの構成部材として使用することができる。また、走査光学系を異ならせて１軸方向だけでなく２軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して照射し、加熱することで印字するレーザラベル装置の光走査ユニットの構成部材として使用することができる。

次に、上記の光走査装置１００を構成部材とした光書込みユニット３０１を使用した画像形成装置の一例について、図１１を参照して説明する。
図１１に示す画像形成装置３００において、光書込みユニット３０１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１０２は光書込みユニット３０１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３０１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あり、被走査面である感光体ドラム１０２の表面を同ドラムの軸方向に走査する。
感光体ドラム１０２はＦ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３０１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３０４でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段３０５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３０６によって記録紙Ｐに定着される。転写手段３０５を通過した感光体ドラム１０２の表面部分はクリーニング部３０７で残留トナーを除去される。感光体ドラム１０２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３０１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１０２０と、光源部１０２０を変調する光源駆動手段３０９と、上記第３の実施形態の光偏向器１０２２と、を有している。
光書込みユニット３０１は、光偏向器１０２２の反射面たるミラー面としての振動ミラー１０に、光源部１０２０からの、記録信号によって変調された光束Ｌを結像させるための結像光学系３１１を有している。
光書込みユニット３０１は、振動ミラー１０で反射された１本又は複数本の光束Ｌを被走査面である感光体ドラム１０２の表面に結像させるための手段である走査光学系１０２３を有している。
光偏向器１０２２は、光偏向器１０２２の駆動のための集積回路とともに回路基板に実装された形で光書込みユニット３０１に組み込まれている。

本実施形態による光偏向器１０２２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３００の省電力化に有利である。光偏向器１０２２の振動ミラー１０の振動時における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。光書込みユニット３０１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、また光偏向器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３００の小型化に有利である。

次に、第４の実施形態として、第１，第２の実施形態の光偏向器を用いた画像投影装置について説明する。
まず、画像投影装置について説明する。図１２は、本実施形態の画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ５００を搭載した自動車などの車両６００の構成を模式的に表した模式図である。また、図１３は本実施形態におけるヘッドアップディスプレイ５００の内部構成を模式的に表した模式図である。
本実施形態におけるヘッドアップディスプレイ５００は、例えば、車両６００のダッシュボード内に設置される。ダッシュボード内のヘッドアップディスプレイ５００から発せられる画像光である投射光としての光束Ｌがウインドシールド６０２で反射され、ユーザーである観察者（運転者６０１）に向かう。これにより、運転者６０１は、ヘッドアップディスプレイ５００によって投影された画像を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールド６０２の内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する光束Ｌによって運転者６０１に虚像を視認させる構成にしてもよい。

ヘッドアップディスプレイ５００は、赤色、緑色、青色のレーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂと、各レーザ光源に対して設けられるコリメータレンズ２０２，２０３，２０４と、２つのダイクロイックミラー２０５，２０６と、を有している。
ヘッドアップディスプレイ５００は、光量調整部２０７と、光偏向器２０８と、自由曲面ミラー２０９と、スクリーン２１０と、投射ミラー２１１とを有している。
レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４、ダイクロイックミラー２０５，２０６が、光学ハウジングによってユニット化されて本実施形態における光源装置としての光源ユニット２３０を構成する。

本実施形態のヘッドアップディスプレイ５００は、スクリーン２１０に表示される中間像を車両６００のフロントガラスたるウインドシールド６０２に投射することで、その中間像を運転者６０１に虚像として視認させる。
レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４で略平行光とされ、２つのダイクロイックミラー２０５，２０６により合成される。
合成されたレーザ光は、光量調整部２０７で光量が調整された後、光偏向器２０８によって二次元走査される。光偏向器２０８で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー２０９で反射されて歪みを補正された後、スクリーン２１０に集光され、中間像を表示する。スクリーン２１０は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、スクリーン２１０に入射してくる光束Ｌをマイクロレンズ単位で拡大する。レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ、光量調整部２０７、光偏向器２０８は、制御装置２１２により制御されている。

光偏向器１０２２は、第１、第２の実施形態で記載した光偏向器であり、ミラーを主走査方向及び副走査方向に往復回動動作させ、ミラーに入射する投射光Ｌを二次元走査（ラスタスキャン）する。この光偏向器の駆動制御は、レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。
ヘッドアップディスプレイ装置は、車両だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載される画像投影装置としても適用できる。

また、上述した第４の実施形態では、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイの説明をしたが、第１，第２の実施形態の光偏向器を用いて光走査を行うことで画像を投影する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着した装着部材が有する反射透過部材等のスクリーンに画像を投影するヘッドマウントディスプレイなどにも、同様に適用することができる。
また、２次元的に走査する光偏向器のほか、主走査方向または副走査方向の一方のみに走査するものであっても良い。

次に、第５の実施形態として、第１、第２の実施形態の光偏向器を用いた物体認識装置について説明する。
本実施形態の物体認識装置は、光偏向器を用いて対象方向を光走査し、対象方向に存在する被対象物からの反射光を受光することで被対象物を認識する装置である。
図１４は、本実施形態の物体認識装置の一例であるレーザレーダの構成を模式的に表した模式図である。
図１４に示すように、レーザ光源７０１から出射されたレーザ光たる光束Ｌは、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ７０２を経て、光偏向器１０２２で１軸もしくは２軸方向に走査され、車両前方の被対象物６５０に照射される。
光検出器７０５は、被対象物６５０で反射され、集光レンズ７０６を経た反射光たる光束Ｌ’を受光して、検出信号を出力する。なお、光源駆動部であるレーザドライバ７０３は、レーザ光源７０１を駆動するものであり、光偏向器駆動部である偏向器ドライバ７０７は、光偏向器１０２２を駆動するものである。

コントローラ７０４は、レーザドライバ７０３および偏向器ドライバ７０７を制御し、光検出器７０５から出力された検出信号を処理する。すなわち、コントローラ７０４は、光束Ｌを発光したタイミングと、光検出器７０５でレーザ光を受光したタイミングとのズレによって、被対象物６５０との距離を算出する。
すなわち、光偏向器１０２２でレーザ光を走査することで１次元、もしくは２次元の範囲における被対象物６５０に対する距離が得られる。
このように、破損しにくい光偏向器を用いて、レーダ装置を提供することができる。このようなレーダ装置７００は、例えば車両の前方側に取り付けられ、車両の前方を監視して前方方向の障害物の有無を認識することができる。

上述した第４の実施形態では、物体認識装置の一例としてのレーザレーダの説明をしたが、第１，第２の実施形態の光偏向器を用いて対象方向の光走査を行い、反射光を受光することで被対象物を認識する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、手や顔を光走査することで得た情報を、記録と参照することで対象物を認識する生体認証や、対象方向への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、光走査により得た距離情報から物体の形状を認識して３次元データとして出力する３次元スキャナの構成部材などにも同様に適用することができる。また、受光部が受光した反射光の光強度や反射による波長の変化等から、被対象物の有無や形状を認識する構成であってもよい。

次に、第６の実施形態として、第１、第２の実施形態で説明した通電路の変形例について説明する。なお、通電路以外の構成については第１、第２の実施形態と同様の構成であるため説明は適宜省略する。
図１５に示す振動ミラー１０は、可動部１２上に形成された反射部１３ａを有している。
反射部１３ａは、本実施形態では、導電性を有する金属薄膜である。なお、金属薄膜に限定されるものではなく、反射部１３ａは、導電性を備えた部材であれば良い。
本実施形態における通電路２０は、図１５に示すように、反射部１３ａの−Ｘ方向側に配置された第１通電路２０ａと、反射部１３ａの＋Ｘ方向側に配置された第２通電路２０ｂと、を有している。第１通電路２０ａと第２通電路２０ｂとは、それぞれ接点２１ａ、２１ｂにおいて反射部１３ａに接続されている。言い換えると、本実施形態では、反射部１３ａが通電路２０の一部を形成している。
かかる構成により、可動部１２上の反射部１３ａが形成されていない部分に通電路を設ける必要がなくなり、通電路２０の形成がさらに容易になるとともに、反射部１３ａの占める面積をより大きく確保できる。
かかる反射部１３ａは、シリコン基板１４１上に形成された金属薄膜を形状加工することによって形成することが望ましい。
かかる反射部１３ａの形成工程において、第１通電路２０ａ及び第２通電路２０ｂも同じ金属薄膜を加工して形成することとすれば、反射部１３ａと通電路２０との形成工程を同時に行うことができて、製造工程が簡略化される。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、圧電アクチュエータ装置は、圧電素子を用いたもの以外にも、弾性部を駆動して反射面を回転駆動させるものであれば、例えば静電駆動方式や、共振方式などのアクチュエータ装置であっても良い。
また、上述した実施形態では、主走査方向に可動部を往復回転運動させる駆動部、副走査方向に可動部を往復回転運動させる駆動部が、いずれも同じ駆動方式を採用するものであるが、互いに異なる駆動方式を採用してもよい。また、駆動方式も本実施形態で適用している圧電部材を用いた圧電駆動方式に限らず、例えば、複数の電極に電圧をかけることにより生じる静電力を利用して駆動する静電駆動方式や、磁石と電流により生じる電磁力を利用して駆動する電磁駆動方式を採用してもよい。

例えば、反射ミラーを１つだけ用いた構成について述べているが、主走査方向あるいは副走査方向の回動角が足りないなどの場合には、同様の構成の反射ミラーを複数並べて配置することで、走査領域を向上させても良い。
かかる構成により、振れ角による走査幅に制限があっても、走査領域を拡大可能である。

また、第１、第２の実施形態では、弾性部は回転軸に対して直交する方向に設けられるとしたが、回転軸に交差するようであれば直交ではなくとも良い。
また、通電路は、最表面にあることとしたが、かかる構成に限定されるものではなく、弾性部の内部に配線されるものであっても良い。また、通電路は弾性部の側方や下方にあるとしても良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０ 圧電アクチュエータ装置（振動ミラー）
１１ 支持部
１３ 反射部
１４、１４ｃ 弾性部
１４ｂ 弾性部（蛇行状弾性部）
１５ 駆動部
２０、２０ｃ 通電路
２２ 電源
２３ 破断検知部（遮光駆動部）
３０ 遮光部
３７ 液晶素子（液晶パネル）
１００ 光走査装置
１０２ 感光体（感光体ドラム）
３００ 画像形成装置
５００ 画像投影装置（ヘッドアップディスプレイ）
６００ 車両
６０１ 運転者
６０２ 投影面（ウインドシールド）
Ｉ_１ 第１の電流（電流）
Ｉ_２ 第２の電流（駆動電流）
Ｌ、Ｌ’ 光束
Ｏ 回転軸

特許第４９７３７４０号公報 特許第４４８３７０３号公報 特許第４０８８１８８号公報 特開２０１４−００２３９４号公報 特開２００４−３３３６９８号公報

Claims (11)

1. 所定の回転軸に対して回転運動可能な可動部と、
   前記可動部に形成され、入射した光束を反射する反射部と、
   前記可動部を支持部に対して支持する弾性部と、
   前記弾性部に設けられ、当該弾性部を変形させる複数の駆動部と、
   前記弾性部の上に形成された通電路と、
   前記通電路が破断したことを条件として、前記光束の入射および出射の少なくともいずれかを抑制する遮光部と、を備えるアクチュエータ装置。
2. 少なくとも１対の前記弾性部を有し、
   前記通電路は、前記弾性部のうち一方の弾性部の前記支持部側の端部から、前記可動部を通って前記弾性部のうち他方の弾性部の前記支持部側の端部までを経路として、前記弾性部に沿って連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
3. 前記通電路は、前記弾性部の最表層に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ装置。
4. 前記通電路に第１の電流を供給する電源部と、
   前記第１の電流の量に比例して前記遮光部を動作させるための第２の電流を供給する電流増幅部と、を有し、
   前記電流増幅部は、前記第１の電流が流れなくなったことを条件として前記遮光部を動作させて前記光束の入射及び／または出射を抑制することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載のアクチュエータ装置。
5. 前記遮光部は、前記光束が最も収束された点に配置されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載のアクチュエータ装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
   前記遮光部は、前記光束の光路上と、当該光束の光路外と、に移動可能な遮光板と、
   前記遮光板を移動させるための遮光駆動部と、を有し、
   前記遮光駆動部は、前記通電路が破断したことを条件として前記遮光板を前記光路上へと移動させることを特徴とするアクチュエータ装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
   前記遮光部は電気的制御により透過率を変化させる光学素子であることを特徴とするアクチュエータ装置。
8. 請求項１に記載のアクチュエータ装置であって、
   前記反射部は、導電性を有し、
   前記弾性部は、前記反射部を挟んで一対に形成され、
   前記通電路は、前記一対の弾性部の上にそれぞれ形成されるとともに、前記反射部にそれぞれ接続されることを特徴とするアクチュエータ装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１つに記載のアクチュエータ装置と、
   前記アクチュエータ装置に光束を出射する光源と、
   を有し、
   前記遮光部は前記光源と前記反射部との間に配置され、
   前記アクチュエータ装置に入射する光束を、前記反射部で反射することで走査させる光偏向器。
10. 請求項９に記載の光偏向器を有し、前記反射部で反射された前記光束を投影面に結像させることで画像を表示する画像投影装置。
11. 請求項９に記載の光偏向器を用いた光走査装置と、前記光走査装置によって潜像を形成される感光体と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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