JP4720725B2 - Optical device, optical scanner, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an optical device, an optical scanner, and an image forming apparatus.
レーザープリンタ等に用いられ、光走査により描画を行う光スキャナとして、小型化を図ることなどの目的から、ねじり振動子を用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
例えば、特許文献1に記載の光スキャナは、板状の反射ミラー(可動板)を弾性変形部材により回動可能に支持するとともに、弾性変形部材上に積層型電気機械変換素子を接合してなる。かかる光スキャナでは、積層型電気機械変換素子が反射ミラーの板厚方向に伸縮するように設けられている。そして、圧電素子の駆動により、弾性変形部材を捩れ変形させて、反射ミラーを回動(振動)させる。
しかしながら、かかる光学デバイスにあっては、積層型電気機械変換素子の取り付け位置が回転軸から離れているため、反射ミラーの回動角度を大きくするには、伸縮幅の大きい積層型電気機械変換素子を用いなければならない。このため、反射ミラーの板厚方向に寸法が大きい積層型電気機械変換素子を用いることになり、光学デバイスの大型化を招いてしまう。
2. Description of the Related Art An optical scanner that is used in a laser printer or the like and performs drawing by optical scanning is known that uses a torsional vibrator for the purpose of downsizing (for example, see Patent Document 1).
For example, the optical scanner described in Patent Document 1 is configured such that a plate-like reflection mirror (movable plate) is rotatably supported by an elastic deformation member, and a laminated electromechanical transducer is joined on the elastic deformation member. . In such an optical scanner, the laminated electromechanical transducer is provided so as to expand and contract in the thickness direction of the reflecting mirror. Then, the elastic deformation member is twisted and deformed by driving the piezoelectric element, and the reflection mirror is rotated (vibrated).
However, in such an optical device, since the attachment position of the laminated electromechanical transducer is away from the rotation axis, the laminated electromechanical transducer having a large expansion and contraction width is required to increase the rotation angle of the reflecting mirror. Must be used. For this reason, a laminated electromechanical transducer having a large dimension in the thickness direction of the reflecting mirror is used, resulting in an increase in the size of the optical device.
本発明の目的は、小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical device, an optical scanner, and an image forming apparatus capable of increasing the deflection angle of a movable plate while reducing the size.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学デバイスは、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する1対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記1対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査または偏向し得るように構成された光学デバイスであって、
前記各軸部材は、前記可動板と離間して設けられた板状の駆動部材と、前記駆動部材を回動可能に支持する第1の連結部材と、前記駆動部材と前記可動板とを連結する第2の連結部材とを備え、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、平面視における前記軸線上で前記各駆動部材の一方の面に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記各駆動部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を前記圧電素子の伸縮方向に変位させて、前記各駆動部材に前記軸線まわりのトルクを与え、これにより、前記各第1の連結部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させ、これに伴って、前記各第2の連結部材を捩れ変形させながら前記可動板を回動させるように構成され、
前記伝達部材は、スペーサを介して前記各駆動部材上に接合され、
前記伝達部材は、SOI基板の一方のSi層を加工することにより形成され、前記スペーサは、前記SOI基板のSiO 2 層を加工することにより形成されたものであり、前記可動板および前記軸部材は、前記SOI基板の前記一方のSi層と反対側のSi層を加工することにより形成されたものであることを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The optical device of the present invention includes a movable plate provided with a light reflecting portion having light reflectivity,
A pair of shaft members that rotatably support the movable plate;
Drive means for rotating the movable plate around an axis along the pair of shaft members while twisting and deforming the shaft members;
An optical device configured to scan or deflect the light reflected by the light reflecting section,
Each shaft member connects a plate-like driving member provided apart from the movable plate, a first connecting member that rotatably supports the driving member, and the driving member and the movable plate. A second connecting member
Said drive means includes a piezoelectric element wherein provided as to expand and contract in a direction perpendicular to the plate surface parallel to and the axis line of the movable plate of the non-driven state, one of the respective driving member on said axis in a plan view And a transmission member that transmits the driving force of the piezoelectric element to each of the driving members. The piezoelectric element is expanded and contracted by energization to displace the transmission member in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element. Te, the given torque around the axis to the driving member, thereby, the rotated each of said drive member while deforming torsionally each first connecting member, along with this, the respective second connection The movable plate is configured to rotate while twisting and deforming the member ,
The transmission member is bonded onto each driving member via a spacer,
The transmission member is formed by processing one Si layer of the SOI substrate, and the spacer is formed by processing the SiO 2 layer of the SOI substrate , and the movable plate and the shaft member Is formed by processing a Si layer opposite to the one Si layer of the SOI substrate .
これにより、小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる。
特に、かかる光学デバイスは、圧電素子の伸縮方向が可動板の厚さ方向に直角な方向であるため、可動板の厚さ方向における光学デバイスの寸法を抑えつつ、圧電素子の伸縮方向での長さを大きくして、圧電素子の変位量を大きくすることができる。また、光学デバイス内の空間を有効利用して、圧電素子を設けることができる。これらのようなことから、光学デバイスの小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる。
しかも、可動板の回動中心軸近傍で可動板や軸部材にその軸線まわりのトルクを与えることができる。そのため、圧電素子の変位量に対する可動板の回動角を大きくすることができる。
Thereby, the deflection angle of the movable plate can be increased while downsizing.
In particular, in such an optical device, since the expansion / contraction direction of the piezoelectric element is a direction perpendicular to the thickness direction of the movable plate, the length of the piezoelectric element in the expansion / contraction direction is suppressed while suppressing the dimension of the optical device in the thickness direction of the movable plate. The displacement can be increased by increasing the thickness. In addition, the piezoelectric element can be provided by effectively using the space in the optical device. For these reasons, the deflection angle of the movable plate can be increased while reducing the size of the optical device.
In addition, torque around the axis can be applied to the movable plate and the shaft member in the vicinity of the rotation center axis of the movable plate. Therefore, the rotation angle of the movable plate with respect to the displacement amount of the piezoelectric element can be increased.
圧電素子の変位量に対する可動板の回動角は、可動板の厚さ方向おける可動板の回動中心軸と圧電素子(力点)との距離に大凡応じたものとなり、当該距離や力点は、圧電素子の取り付け位置や形状などによって適宜設定される。また、圧電素子の取り付け位置は、伝達部材の厚さや形状などによって任意に設計することができる。そのため、光学デバイスの設計自由度を向上させることができる。
また、圧電素子の変位量に対する可動板の回動角を大きくすることができるため、可動板を非共振で振動させても、可動板の回動角を大きくすることができる。この点でも、光学デバイスの設計自由度を向上させることができる。
The rotation angle of the movable plate with respect to the displacement amount of the piezoelectric element roughly corresponds to the distance between the rotation center axis of the movable plate and the piezoelectric element (power point) in the thickness direction of the movable plate. It is set appropriately depending on the mounting position and shape of the piezoelectric element. The attachment position of the piezoelectric element can be arbitrarily designed according to the thickness and shape of the transmission member. Therefore, the degree of freedom in designing the optical device can be improved.
Further, since the rotation angle of the movable plate with respect to the displacement amount of the piezoelectric element can be increased, the rotation angle of the movable plate can be increased even if the movable plate is vibrated non-resonantly. In this respect as well, the degree of freedom in designing the optical device can be improved.
本発明の光学デバイスでは、前記伝達部材が前記可動板の厚さ方向における前記各軸部材の一方の端に接合されているので、伝達部材が可動板や軸部材に効果的にその軸線まわりのトルクを与えることができる。そのため、可動板の回動中心軸のブレを防止して、可動板を円滑に回動させることができる。 In the optical device of the present invention, since the transmission member is joined to one end of each shaft member in the thickness direction of the movable plate, transmission member around effectively its axis to the movable plate and the shaft member Torque can be applied. Therefore, the movable plate can be smoothly rotated by preventing the rotation of the rotation center axis of the movable plate.
本発明の光学デバイスでは、前記伝達部材がスペーサを介して前記各軸部材上に接合されているので、伝達部材と可動板や軸部材との不本意な接触を防止しつつ、伝達部材が可動板や軸部材に圧電素子の駆動力を伝達することができる。その結果、可動板をより円滑に回動させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記伝達部材がSOI基板の一方のSi層を加工することにより形成され、前記スペーサが前記SOI基板のSiO2層を加工することにより形成されたものであるので、比較的簡単かつ高精度に、スペーサや伝達部材を形成することができる。
In the optical device of the present invention, since the transmission member is bonded on each shaft member through a spacer, while preventing unintentional contact between the transmission member and the movable plate and the shaft member, movable transmission member The driving force of the piezoelectric element can be transmitted to the plate or the shaft member. As a result, the movable plate can be rotated more smoothly.
In the optical device of the present invention, the transmission member is formed by processing one of the Si layer of the SOI substrate, since the spacer is one formed by processing a SiO 2 layer of the SOI substrate, compared The spacer and the transmission member can be formed easily and with high accuracy.
本発明の光学デバイスでは、前記可動板および前記軸部材が前記SOI基板の前記一方のSi層と反対側のSi層を加工することにより形成されたものであるので、比較的簡単かつ高精度に、可動板および軸部材を形成することができる。また、可動板と軸部材とが一体的に形成され、かつ、これらがシリコンで構成されているため、優れた振動特性を発揮することができる。 In the optical device of the present invention, the movable plate and the shaft member are formed by processing a Si layer opposite to the one Si layer of the SOI substrate, so that it is relatively simple and highly accurate. A movable plate and a shaft member can be formed. Further, since the movable plate and the shaft member are integrally formed and are made of silicon, excellent vibration characteristics can be exhibited.
本発明の光学デバイスでは、可動板と1対の第1の連結部材とからなる振動系と、駆動部材と1対の第2の連結部材とからなる振動系とで2自由度振動系を構成することができる。そして、伝達部材が圧電素子の駆動力を各駆動部材に伝達するように構成されているため、各駆動部材の回動角を抑えつつ、可動板の回動角を大きくすることができる。 In the optical device of the present invention, a two-degree-of-freedom vibration system is configured by a vibration system composed of a movable plate and a pair of first coupling members, and a vibration system composed of a drive member and a pair of second coupling members. can do. And since the transmission member is comprised so that the drive force of a piezoelectric element may be transmitted to each drive member, the rotation angle of a movable plate can be enlarged, suppressing the rotation angle of each drive member.
本発明の光学デバイスでは、前記伝達部材が前記軸線の近傍で前記各軸部材上に接合されているので、伝達部材が圧電素子の駆動力を可動板や軸部材に効率的に伝達することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記圧電素子は、圧電体層と電極層とが交互に複数積層されてなることが好ましい。
これにより、圧電素子の伸縮方向の寸法と圧電素子に印加する電圧(駆動電圧)とを抑えつつ、圧電素子の変位量を大きくすることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記各軸部材は、その幅が厚さよりも大きい部分を有することが好ましい。
これにより、可動板の回動中心軸のブレを防止しつつ、伝達部材が圧電素子の駆動力を可動板や軸部材に伝達することができる。
In the optical device of the present invention, since the transmission member is bonded on each shaft member in the vicinity of the axis, that the transmission member to efficiently transmit the driving force of the piezoelectric element to the movable plate and the shaft member it can.
In the optical device of the present invention, it is preferable that the piezoelectric element is formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric layers and electrode layers.
Thereby, the displacement amount of the piezoelectric element can be increased while suppressing the dimension in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element and the voltage (drive voltage) applied to the piezoelectric element.
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the shaft members has a portion whose width is larger than the thickness.
Accordingly, the transmission member can transmit the driving force of the piezoelectric element to the movable plate and the shaft member while preventing the rotation of the rotation center axis of the movable plate.
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する1対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記1対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査し得るように構成された光スキャナであって、
前記各軸部材は、前記可動板と離間して設けられた板状の駆動部材と、前記駆動部材を回動可能に支持する第1の連結部材と、前記駆動部材と前記可動板とを連結する第2の連結部材とを備え、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、平面視における前記軸線上で前記各駆動部材の一方の面に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記各駆動部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を前記圧電素子の伸縮方向に変位させて、前記各駆動部材に前記軸線まわりのトルクを与え、これにより、前記各第1の連結部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させ、これに伴って、前記各第2の連結部材を捩れ変形させながら前記可動板を回動させるように構成され、
前記伝達部材は、スペーサを介して前記各駆動部材上に接合され、
前記伝達部材は、SOI基板の一方のSi層を加工することにより形成され、前記スペーサは、前記SOI基板のSiO 2 層を加工することにより形成されたものであり、前記可動板および前記軸部材は、前記SOI基板の前記一方のSi層と反対側のSi層を加工することにより形成されたものであることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる光スキャナを提供することができる。
The optical scanner of the present invention includes a movable plate having a light reflecting portion having light reflectivity,
A pair of shaft members that rotatably support the movable plate;
Drive means for rotating the movable plate around an axis along the pair of shaft members while twisting and deforming the shaft members;
An optical scanner configured to scan the light reflected by the light reflecting section,
Each shaft member connects a plate-like driving member provided apart from the movable plate, a first connecting member that rotatably supports the driving member, and the driving member and the movable plate. A second connecting member
Said drive means includes a piezoelectric element wherein provided as to expand and contract in a direction perpendicular to the plate surface parallel to and the axis line of the movable plate of the non-driven state, one of the respective driving member on said axis in a plan view And a transmission member that transmits the driving force of the piezoelectric element to each of the driving members. The piezoelectric element is expanded and contracted by energization to displace the transmission member in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element. Te, the given torque around the axis to the driving member, thereby, the rotated each of said drive member while deforming torsionally each first connecting member, along with this, the respective second connection The movable plate is configured to rotate while twisting and deforming the member ,
The transmission member is bonded onto each driving member via a spacer,
The transmission member is formed by processing one Si layer of the SOI substrate, and the spacer is formed by processing the SiO 2 layer of the SOI substrate , and the movable plate and the shaft member Is formed by processing a Si layer opposite to the one Si layer of the SOI substrate .
Thereby, it is possible to provide an optical scanner capable of increasing the deflection angle of the movable plate while reducing the size.
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する1対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記1対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査または偏向し、対象物上に画像を形成するように構成された画像形成装置であって、
前記各軸部材は、前記可動板と離間して設けられた板状の駆動部材と、前記駆動部材を回動可能に支持する第1の連結部材と、前記駆動部材と前記可動板とを連結する第2の連結部材とを備え、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、平面視における前記軸線上で前記各駆動部材の一方の面に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記各駆動部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を前記圧電素子の伸縮方向に変位させて、前記各駆動部材に前記軸線まわりのトルクを与え、これにより、前記各第1の連結部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させ、これに伴って、前記各第2の連結部材を捩れ変形させながら前記可動板を回動させるように構成され、
前記伝達部材は、スペーサを介して前記各駆動部材上に接合され、
前記伝達部材は、SOI基板の一方のSi層を加工することにより形成され、前記スペーサは、前記SOI基板のSiO 2 層を加工することにより形成されたものであり、前記可動板および前記軸部材は、前記SOI基板の前記一方のSi層と反対側のSi層を加工することにより形成されたものであることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる画像形成装置を提供することができる。
An image forming apparatus of the present invention includes a movable plate having a light reflecting portion having light reflectivity,
A pair of shaft members that rotatably support the movable plate;
Drive means for rotating the movable plate around an axis along the pair of shaft members while twisting and deforming the shaft members;
An image forming apparatus configured to scan or deflect light reflected by the light reflecting unit and form an image on an object,
Each shaft member connects a plate-like driving member provided apart from the movable plate, a first connecting member that rotatably supports the driving member, and the driving member and the movable plate. A second connecting member
Said drive means includes a piezoelectric element wherein provided as to expand and contract in a direction perpendicular to the plate surface parallel to and the axis line of the movable plate of the non-driven state, one of the respective driving member on said axis in a plan view And a transmission member that transmits the driving force of the piezoelectric element to each of the driving members. The piezoelectric element is expanded and contracted by energization to displace the transmission member in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element. Te, the given torque around the axis to the driving member, thereby, the rotated each of said drive member while deforming torsionally each first connecting member, along with this, the respective second connection The movable plate is configured to rotate while twisting and deforming the member ,
The transmission member is bonded onto each driving member via a spacer,
The transmission member is formed by processing one Si layer of the SOI substrate, and the spacer is formed by processing the SiO 2 layer of the SOI substrate , and the movable plate and the shaft member Is formed by processing a Si layer opposite to the one Si layer of the SOI substrate .
Accordingly, it is possible to provide an image forming apparatus capable of increasing the deflection angle of the movable plate while reducing the size.
以下、本発明の光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明の光学デバイスの第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の光学デバイスの第1実施形態を示す斜視図、図2は、図1に示す光学デバイスの平面図、図3は、図2中のA−A線断面図、図4は、図2中のB−B線断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図2中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図3中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「奥」、左側を「手前」と言い、図4中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical device, an optical scanner, and an image forming apparatus of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the optical device of the present invention will be described.
1 is a perspective view showing a first embodiment of the optical device of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the optical device shown in FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. These are the BB sectional drawing of FIG.
In the following, for convenience of explanation, the front side of the paper in FIG. 2 is referred to as “up”, the back side of the paper is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”. The upper side in FIG. 4 is called “upper”, the lower side is “lower”, the right side is “right”, and the left side is “right”. “Left”.
図1および図2に示す光学デバイス1は、振動系を有する基体2と、この基体2を支持する支持体3と、基体2の振動系を駆動するための駆動手段5とを有している。
かかる光学デバイス1にあっては、駆動手段5を作動させることにより、基体2の振動系に軸線Xまわりの振動を生じさせる。なお、図1では、互いに直交する3軸のそれぞれの方向を「x方向」、「y方向」、「z方向」とし、これらを図示している。ここで、x方向は軸線Xに平行な方向である。
An optical device 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a
In such an optical device 1, the drive means 5 is operated to generate vibration around the axis X in the vibration system of the
以下、光学デバイス1を構成する各部を順次説明する。
基体2は、図1および図2に示すように、枠状をなす支持部材21と、支持部材21の内側に設けられた可動板22と、支持部材21に対し可動板22を回動可能に支持する1対の軸部材23、24とを有している。
本実施形態では、基体2は、平面視したときに、左右対称な形状となるように形成されている。
Hereinafter, each part which comprises the optical device 1 is demonstrated sequentially.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
In the present embodiment, the
支持部材21は、枠状(より具体的には四角環状)をなしている。
このような支持部材21の内側には、支持部材21に対し離間した状態で、可動板22が設けられている。
可動板22は、板状をなし、その板面(上面)に光反射部221が設けられている。これにより、光学デバイス1を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。
The
A
The
本実施形態では、可動板22の平面視形状が円形である。すなわち、可動板22は、円板状をなしている。そのため、可動板22の慣性モーメントを抑えつつ、光反射部221の光反射に利用可能な面積を大きくすることができる。なお、可動板22の平面視形状は、光学デバイスの設計などに応じて決定されるものであり、前述したような円板状に限定されず、例えば、4角形、5角形などの多角形状や、楕円形状、長円形状などであってもよい。
このような可動板22は、1対の軸部材23、24を介して支持部材21に支持されている。
In this embodiment, the planar view shape of the
Such a
軸部材23は、可動板22に離間して設けられた駆動部材231と、駆動部材231と可動板22とを連結する第1の連結部材232と、駆動部材231と支持部材21とを連結する第2の連結部材233とを有している。これと同様に、軸部材24は、可動板22に離間して設けられた駆動部材241と、駆動部材241と可動板22とを連結する第1の連結部材242と、駆動部材241と支持部材21とを連結する第2の連結部材243とを有している。
言い換えると、可動板22は、1対の第1の連結部材232、242、1対の駆動部材231、241、および1対の第2の連結部材233、243を介して支持部材21に支持されている。
The
In other words, the
1対の駆動部材231、241は、それぞれ板状をなし、可動板22を介して互いに間隔を隔てて設けられている。そして、1対の駆動部材231、241の下面には、駆動部材231、241を軸線Xまわりに回動させる駆動手段5の伝達部材51が接合されている。なお、駆動手段5については、後に詳述する。
1対の第1の連結部材232、242および1対の第2の連結部材233、243は、それぞれ、弾性変形可能に構成されている。
そして、第1の連結部材232は、可動板22を駆動部材231に対して回動可能とするように連結し、第1の連結部材242は、可動板22を駆動部材241に対して回動可能とするように連結している。
一方、第2の連結部材233は、駆動部材231を支持部材21に対して回動可能とするように連結し、第2の連結部材243は、駆動部材241を支持部材21に対して回動可能とするように連結している。
The pair of
The pair of first connecting
The first connecting
On the other hand, the second connecting
1対の第1の連結部材232、242および1対の第2の連結部材233、243は、軸線Xに沿って同軸的に設けられており、これらを回動中心軸(回転軸)として、各駆動部材231、241が支持部材21に対して、また、可動板22が各駆動部材231、241に対して回動可能となっている。
このように、可動板22および1対の第1の連結部材232、242からなる第1の振動系と、1対の駆動部材231、241および1対の第2の連結部材233、243からなる第2の振動系とで2自由度振動系を構成している。
The pair of
As described above, the first vibration system including the
以上説明したような基体2は、例えば、シリコンを主材料として構成されている。また、基体2は、支持部材21と可動板22と1対の軸部材23、24とが一体的に形成されている。
特に、本実施形態では、SOI基板の一方のSi層を加工することにより、基体2が形成されている。また、当該SOI基板の他方のSi層(前記一方のSi層とは反対側のSi層)を加工することにより、後述するスペーサ32の第2の層322と伝達部材51とが形成されている。さらに、当該SOI基板のSiO2層を加工することにより、後述するスペーサ32の第1の層321と伝達部材51のためのスペーサ53、54とが形成されている。
The
In particular, in the present embodiment, the
前述したように支持部材21と可動板22と1対の軸部材23、24とがSOI基板のSi層を加工することにより形成されたものであると、比較的簡単かつ高精度に、支持部材21と可動板22と1対の軸部材23、24とを形成することができる。また、支持部材21と可動板22と1対の軸部材23、24とが一体的に形成され、かつ、これらがシリコンで構成されているため、優れた振動特性を発揮することができる。
このようにSOI基板を用いて基体2等を製造すると、簡単かつ高精度に、基体2等の構造体を形成することができる。そのため、優れた特性を有する光学デバイス1を安価に製造することができる。なお、基体2等の製造に用いる基板や基材は、前述したSOI基板に限定されない。
As described above, when the
When the
以上説明したような基体2の支持部材21の下面には、支持体3が接合されている。
支持体3は、基板31と、この基板31の上面に接合された1対のスペーサ32とを備えている。
基板31、例えば、ガラスやシリコンなどを主材料として構成されている。
このような基板31の上面に接合されたスペーサ32は、環状をなし、支持部材21の下面に接合されており、基体2の振動系が振動する際、すなわち可動板22が回動(振動)する際に、基板31に接触するのを防止する逃げ部(空間)を形成する。
The
The
A
The
スペーサ32は、支持部27の下面に接合された第1の層321と、第1の層321の下面に接合された第2の層322とで構成されている。
前述したように、第1の層321は、SiO2を主材料として構成され、第2の層322は、シリコンを主材料として構成されている。
また、スペーサ32の内壁面には、後述する第1の駆動手段5の圧電素子52が接合・支持されている。
The
As described above, the
Further, a
ここで、駆動手段5について詳述する。
前述した可動板22を軸線Xまわりに回動させる駆動手段5は、前述したスペーサ32に接合・支持された圧電素子52と、圧電素子52と前述した駆動部材231、241とを連結してなる伝達部材51とを有している。
圧電素子52は、可動板22の板面に平行でかつ軸線Xに直角な方向(すなわち図1に示すy方向)に伸縮するように配置されている。このような圧電素子52は、その伸縮方向での一端がスペーサ32に接合・支持され、他端が伝達部材51に接合されている。
Here, the drive means 5 will be described in detail.
The driving means 5 for rotating the
The
このような圧電素子52としては、特に限定されないが、圧電体層と電極層とが交互に複数積層されてなるものが好ましい。これにより、圧電素子52の伸縮方向の寸法と圧電素子52への印加電圧(駆動電圧)とを抑えつつ、圧電素子52の変位量を大きくすることができる。
このような圧電素子52は、図示しない電源回路に接続されていて、周期的に変化する電圧が印加されるようになっている。これにより、圧電素子52を伸縮させることができる。
The
Such a
伝達部材51は、前述した圧電素子52の駆動力を受けて、y方向に変位することにより、1対の駆動部材231、241を軸線Xまわりに回動させる機能を有する。
このような伝達部材51は、軸線Xに対し可動板22の厚さ方向(図1に示すz方向)に偏心した位置で各軸部材23、24に接合され、圧電素子52の駆動力を各軸部材23、24に伝達するように構成されている。
The
Such a
より具体的に説明すると、伝達部材51は、前述した圧電素子52に支持・固定され、基板31と基体2との間でこれらに沿って設けられている。そして、伝達部材51は、その途中で分岐し、駆動部材231、241のそれぞれの下面に接合されている。本実施形態では、伝達部材51は、スペーサ53を介して駆動部材231に接合され、スペーサ54を介して駆動部材241に接合されている。
More specifically, the
このような駆動手段5は、通電により圧電素子52を伸縮させることにより、伝達部材51が各軸部材23、24に軸線Xまわりのトルクを与え、可動板22を回動させる。
このような駆動手段5は、圧電素子52の伸縮方向が可動板22の厚さ方向(図1に示すz方向)に直角な方向であるため、可動板22の厚さ方向における光学デバイス1の寸法を抑えつつ、圧電素子52の伸縮方向での長さを大きくして、圧電素子52の変位量を大きくすることができる。また、光学デバイス1内の空間(本実施形態では平面視にて支持部材21の内側の空間)を有効利用して、圧電素子52を設けることができる。これらのようなことから、光学デバイス1の小型化を図りつつ、可動板22の振れ角を大きくすることができる。
In such a driving means 5, the
In such a driving means 5, the expansion / contraction direction of the
しかも、可動板22の回動中心軸である軸線X近傍で各軸部材23、24に軸線Xまわりのトルクを与えることができる。そのため、圧電素子52の変位量に対する可動板22の回動角を大きくすることができる。その結果、圧電素子52の伸縮方向での長さを抑えることができ、光学デバイス1は、前述したように光学デバイス1内の空間を有効利用して圧電素子52を配置することが容易なものとなっている。
In addition, the torque around the axis X can be applied to the
さらに、本実施形態においては、前述したように可動板22および1対の軸部材23、24が2自由度振動系を構成しているため、可動板22が共振するような振動数にて1対の駆動部材231、241を駆動することで、1対の駆動部材231、241の第1の軸線Xまわりの回転角が小さくても、可動板22の第1の軸線Xまわりの回転角を大きくすることができる。つまり、圧電素子52の変位量が小さくても、可動板22を第1の軸線Xまわりに大きく角変位させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, since the
圧電素子52の変位量に対する可動板22の回動角は、可動板22の厚さ方向(すなわちz方向)における軸線Xと圧電素子52(力点)との距離に大凡応じたものとなり、当該距離や力点は、圧電素子52の取り付け位置や形状などによって適宜設定される。また、圧電素子52の取り付け位置は、伝達部材51の厚さや形状などによって任意に設計することができる。そのため、光学デバイス1の設計自由度を向上させることができる。
さらに、伝達部材51が可動板22の厚さ方向における各軸部材23、24の一方の端(本実施形態では、下面)に接合されているため、伝達部材51が各軸部材23、24に効果的に軸線Xまわりのトルクを与えることができる。そのため、可動板22の回動中心軸である軸線Xのブレを防止して、可動板22を円滑に回動させることができる。
The rotation angle of the
Furthermore, since the
また、伝達部材51がスペーサ53を介して軸部材23(駆動部材231)に接合されるとともにスペーサ54を介して軸部材24(駆動部材241)に接合されているため、伝達部材51と各軸部材23、24との不本意な接触を防止しつつ、伝達部材51が各軸部材23、24に圧電素子52の駆動力を伝達することができる。その結果、可動板22をより円滑に回動させることができる。
ここで、伝達部材51がSOI基板の一方のSi層を加工することにより形成され、スペーサ53、54が前記SOI基板のSiO2層を加工することにより形成されたものであるため、比較的簡単かつ高精度に、スペーサ53、54や伝達部材51を形成することができる。
Further, since the
Here, the
また、伝達部材51が圧電素子52の駆動力を各駆動部材231、241に伝達するように構成されているため、各駆動部材231、241の回動角を抑えつつ、可動板22の回動角を大きくすることができる。
また、伝達部材51が軸線Xの近傍で各軸部材23、24(具体的には駆動部材231、241)に接合されているため、伝達部材51が圧電素子52の駆動力を各軸部材23、24に効率的に伝達することができる。
さらに、平面視にて伝達部材51および圧電素子52がx方向に対称となるように設けられているため、より確実に、伝達部材51が圧電素子52の駆動力を均等に各軸部材23、24に伝達することができる。そのため、軸線Xのブレを防止して、可動板22をより安定的に回動させることができる。
Further, since the
Further, since the
Furthermore, since the
以上説明したように構成された光学デバイス1は、次のようにして作動する。
圧電素子52に周期的に変化する電圧が印加される。かかる電圧は、例えば、交流であってもよいし、間欠的な直流であってもよい。
このような電圧が印加された圧電素子52は、印加された電圧の周波数で、図1に示すy方向に伸縮する。このような圧電素子52の駆動力を受けて、伝達部材51が、図1に示すy方向に振動(変位)する。その結果、圧電素子52の駆動力が伝達部材51を介して駆動部材231、241の下面の軸線X付近に伝達される。すなわち、駆動部材231、241に軸線Xまわりのトルクを与え、1対の第2の連結部材233、243を捩れ変形させながら駆動部材231、241を回動させる。
これに伴い、1対の第1の連結部材232、242を捩れ変形させながら可動板22を第1の軸線Xまわりに回動させる。
The optical device 1 configured as described above operates as follows.
A voltage that periodically changes is applied to the
The
Accordingly, the
また、圧電素子52に印加する電圧の周波数(駆動電圧)は、可動板22および1対の第1の連結部材232、242からなる振動子(前述した第1の振動系)のねじり共振周波数と等しくなるように設定されているのが好ましい。これにより、1対の駆動部材231、241の軸線Xまわりの回動角を抑えつつ、可動板22の軸線Xまわりの回動角を大きくすることができる。そのため、圧電素子52に印加する電圧を抑えることができる。なお、このような駆動電圧の周波数と第1の振動系の振動の周波数との関係は、電源回路の設計や、可動板22および1対の第1の連結部材232、242の設計により設定することができる。
The frequency (drive voltage) of the voltage applied to the
<第2実施形態>
次に、本発明の光学デバイスの第2実施形態を説明する。
図5は、本発明の光学デバイスの第2実施形態を示す平面図、図6は、図5中のA−A線断面図、図7は、図5中のC−C線断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図5中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図6中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「奥」、左側を「手前」と言い、図7中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the optical device of the present invention will be described.
5 is a plan view showing a second embodiment of the optical device of the present invention, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. . In the following, for convenience of explanation, the front side in FIG. 5 is referred to as “up”, the back side in FIG. 5 is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”. In FIG. 7, the upper side is “up”, the lower side is “lower”, the right side is “right”, and the left side is “right”. “Left”.
以下、第2実施形態の光学デバイスについて、前述した第1実施形態の光学デバイスとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の光学デバイス1Aは、図5ないし図7に示すように、振動系および駆動手段の構成が異なる以外は、第1実施形態の光学デバイス1とほぼ同様である。
第2実施形態の光学デバイス1Aは、図5ないし図7に示すように、支持体3に支持され、1自由度振動系を有する基体2Aと、この基体2Aの振動系を駆動するための駆動手段5Aとを有している。
Hereinafter, the optical device of the second embodiment will be described focusing on the differences from the optical device of the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
As shown in FIGS. 5 to 7, the optical device 1 </ b> A of the second embodiment is substantially the same as the optical device 1 of the first embodiment except that the configurations of the vibration system and the driving unit are different.
As shown in FIGS. 5 to 7, the
基体2Aは、枠状をなす支持部材21Aと、支持部材21Aの内側に設けられた可動板22と、支持部材21Aに対し可動板22を軸線Xまわりに回動可能に支持する1対の軸部材23A、24Aとを有している。
軸部材23A、24Aは、それぞれ、軸線Xに沿って延在する長手形状をなしている。すなわち、軸部材23A、24Aは、それぞれ、軸線Xに沿って設けられた棒状部材として構成されている。
このように1対の軸部材23A、24Aは、軸線Xに沿って同軸的に設けられており、これらを回動中心軸(回転軸)として、可動板22が支持部材21Aに対して回動可能となっている。
The
Each of the
In this way, the pair of
可動板22を軸線Xまわりに回動させる駆動手段5は、圧電素子52と可動板22とを連結してなる伝達部材51Aを有している。
伝達部材51Aは、圧電素子52の駆動力を受けて、y方向に変位することにより、可動板22を軸線Xまわりに回動させる機能を有する。
このような伝達部材51Aは、軸線Xに対し可動板22の厚さ方向(図1に示すz方向)に偏心した位置で可動板22に接合され、圧電素子52の駆動力を可動板22に伝達するように構成されている。
The driving means 5 for rotating the
The
Such a
より具体的に説明すると、伝達部材51Aは、前述した圧電素子52に支持・固定され、基板31と基体2Aとの間でこれらに沿って設けられている。そして、伝達部材51Aは、その途中で分岐し、可動板22の軸線X方向での両側から可動板22の下面へ延び、可動板22の下面に接合されている。本実施形態では、伝達部材51Aは、スペーサ53Aを介して可動板22に接合されている。
このような駆動手段5Aは、通電により圧電素子52を伸縮させることにより、伝達部材51Aが可動板22に軸線Xまわりのトルクを与え、可動板22を回動させる。
以上のような本実施形態の光学デバイス1Aにおいても、前述した第1の実施形態の光学デバイス1と同様の効果の効果を発揮することができる。特に、可動板22を非共振で振動させても、可動板22の回動角を大きくすることができ、この点でも、光学デバイス1Aの設計自由度を向上させることができる。
More specifically, the
Such a drive means 5 </ b> A expands and contracts the
Also in the
以上説明したような光学デバイス1、1Aは、例えば、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどに適用することができる。
光学デバイス1を光スキャナとして用いた場合、光学デバイス1(本発明にかかる光スキャナ)は、光反射部221で反射した光を走査する。このような本発明にかかる光スキャナは、可動板22の回動角を大きくすることができるため、対象物と光学デバイス1(光スキャナ)との間の距離を小さくすることができる。
このような光スキャナは、例えば、レーザープリンタ、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。
The
When the optical device 1 is used as an optical scanner, the optical device 1 (the optical scanner according to the present invention) scans the light reflected by the
Such an optical scanner can be suitably applied to an image forming apparatus such as a laser printer, an imaging display, a barcode reader, or a scanning confocal microscope.
光スキャナとして用いた光学デバイス1を備えた画像形成装置(本発明にかかる画像形成装置)は、可動板22の回動角を大きくすることができるため、対象物(例えば、後述する感光体11やスクリーン197)と光学デバイス1(光スキャナ)との間の距離を小さくしつつ、対象物に対し光を広範囲で主走査および/または副走査することができる。その結果、画像形成装置の小型化を図ることができる。また、本発明の画像形成装置をイメージングディスプレイのような表示装置に適用した場合には、対象物(後述するスクリーン197)と光学デバイス1(光スキャナ)との間の距離を小さくして、画像形成装置の大型化を抑制しつつ、表示領域であるスクリーン(対象物)の大きさを大きくすることができる。
An image forming apparatus (an image forming apparatus according to the present invention) provided with the optical device 1 used as an optical scanner can increase the rotation angle of the
以下、本発明の光スキャナを備えた画像形成装置の具体例を説明する。
まず、電子写真方式を採用するプリンタに本発明を適用した例を説明する。
図8は、本発明の光スキャナを備える画像形成装置(プリンタ)の一例を示す全体構成の模式的断面図、図9は、図8に示す画像形成装置に備えられた露光ユニットの概略構成を示す図である。
Hereinafter, a specific example of an image forming apparatus provided with the optical scanner of the present invention will be described.
First, an example in which the present invention is applied to a printer that employs an electrophotographic system will be described.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an overall configuration showing an example of an image forming apparatus (printer) including the optical scanner of the present invention, and FIG. 9 is a schematic configuration of an exposure unit provided in the image forming apparatus shown in FIG. FIG.
図8に示す画像形成装置10(プリンタ)は、露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスによって、トナーからなる画像を紙やOHPシートなどの記録媒体に記録するものである。このような画像形成装置10は、図8に示すように、図示矢印方向に回転する感光体11を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット12、露光ユニット13、現像ユニット14、転写ユニット15、クリーニングユニット16が配設されている。また、画像形成装置10は、図8にて、下部に、紙などの記録媒体Pを収容する給紙トレイ17が設けられ、上部に、定着装置18が設けられている。
An image forming apparatus 10 (printer) shown in FIG. 8 records an image made of toner on a recording medium such as paper or an OHP sheet by a series of image forming processes including exposure, development, transfer, and fixing. As shown in FIG. 8, such an
感光体11は、例えば、円筒状の導電性基材(図示せず)の外周面に感光層(図示せず)を形成してなり、その軸線まわりに回転可能となっている。
帯電ユニット12は、コロナ帯電などにより感光体11の表面を一様に帯電するための装置である。
露光ユニット13は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受けこれに応じて、一様に帯電された感光体11上に、レーザーを選択的に照射することによって、静電的な潜像を形成する装置である。
The
The charging
The
より具体的に説明すると、露光ユニット13は、図9に示すように、光スキャナである光学デバイス1と、レーザー光源131と、コリメータレンズ132と、fθレンズ133とを有している。
このような露光ユニット13にあっては、レーザー光源131からコリメータレンズ132を介して光学デバイス1(光反射部221)にレーザー光Lが照射される。そして、光反射部221で反射したレーザー光Lがfθレンズを介して感光体11上に照射される。
More specifically, as shown in FIG. 9, the
In such an
その際、光学デバイス1の駆動(可動板22の回動中心軸Xまわりの回動)により、光反射部221で反射した光(レーザーL)は、感光体11の軸線方向に走査(主走査)される。一方、感光体11の回転により、光反射部221で反射した光(レーザーL)は、感光体11の周方向に走査(副走査)される。また、レーザー光源131から出力されるレーザー光Lの強度は、図示しないホストコンピュータから受けた画像情報に応じて変化する。
このようにして露光ユニット13は、感光体11上を選択的に露光して画像形成(描画)を行う。
At that time, the light (laser L) reflected by the
In this manner, the
現像ユニット14は、4つの現像装置141、142、143、144と、これらの現像装置を保持する保持体145を有し、保持体145を軸146まわりに回転させることにより、各現像装置を感光体11に選択的に対向させるようになっている。ここで、現像装置141はブラック(K)トナー用の現像装置、現像装置142はマゼンタ(M)トナー用の現像装置、現像装置143はシアン(C)トナー用の現像装置、現像装置144はイエロー(Y)トナー用の現像装置である。
The developing
転写ユニット15は、エンドレスベルト状の中間転写ベルト151と、この中間転写ベルト151を張架する3つのローラ(一次転写ローラ152、従動ローラ153、駆動ローラ154)と、中間転写ベルト151を介して駆動ローラ154に対向する二次転写ローラ155とを有している。
中間転写ベルト151は、駆動ローラ154の回転により、一次転写ローラ152および従動ローラ153を従動回転させながら、図8に示す矢印方向に、感光体11とほぼ同じ周速度にて回転駆動されるようになっている。
The
The
一次転写ローラ152は、感光体11に形成された単色のトナー像を中間転写ベルト151に転写するための装置である。
二次転写ローラ155は、中間転写ベルト151上に形成された単色やフルカラーなどのトナー像を、紙、フィルム、布等の記録媒体Pに転写するための装置である。
定着装置18は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体Pを加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体Pに融着させて永久像として定着させるための装置である。
The
The
The fixing
クリーニングユニット16は、一次転写ローラ152と帯電ユニット12との間で感光体11の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード161を有し、一次転写ローラ152によって中間転写ベルト151上にトナー像が転写された後に、感光体11上に残存するトナーをクリーニングブレード161により掻き落として除去するための装置である。
The
このような画像形成装置10にあっては、まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体11、現像ユニット14に設けられた現像ローラ(図示せず)、および中間転写ベルト151が回転を開始する。そして、感光体11は、回転しながら、帯電ユニット12により順次帯電される。
感光体11の帯電された領域は、感光体11の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット13によって、第1色目、例えばイエローYの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
感光体11上に形成された潜像は、感光体11の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像のための現像装置144によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体11上にイエロートナー像が形成される。このとき、現像ユニット14は、現像装置144が、前記現像位置にて感光体11と対向している。
In such an
The charged area of the
The latent image formed on the
感光体11上に形成されたイエロートナー像は、感光体11の回転に伴って一次転写位置(すなわち、感光体11と一次転写ローラ152との対向部)に至り、一次転写ローラ152によって、中間転写ベルト151に転写(一次転写)される。このとき、一次転写ローラ152には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧(一次転写バイアス)が印加される。なお、この間、二次転写ローラ155は、中間転写ベルト151から離間している。
前述の処理と同様の処理が、第2色目、第3色目および第4色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写ベルト151に重なり合って転写される。これにより、中間転写ベルト151上にはフルカラートナー像が形成される。
The yellow toner image formed on the
The same processing as described above is repeatedly executed for the second color, the third color, and the fourth color, so that the toner images of the respective colors corresponding to the respective image signals are transferred onto the
一方、記録媒体Pは、給紙トレイ17から、給紙ローラ171、レジローラ172によって二次転写位置(すなわち、二次転写ローラ155と駆動ローラ154との対向部)へ搬送される。
中間転写ベルト151上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写ベルト151の回転に伴って二次転写位置に至り、二次転写ローラ155によって記録媒体Pに転写(二次転写)される。このとき、二次転写ローラ155は中間転写ベルト151に押圧されるとともに二次転写電圧(二次転写バイアス)が印加される。
On the other hand, the recording medium P is conveyed from the
The full color toner image formed on the
記録媒体Pに転写されたフルカラートナー像は、定着装置18によって加熱および加圧されて記録媒体Pに融着される。その後、片面プリントの場合には、記録媒体Pは、排紙ローラ対173によって画像形成装置10の外部へ排出される。
一方、感光体11は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット16のクリーニングブレード161によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット16内の残存トナー回収部に回収される。
The full color toner image transferred to the recording medium P is heated and pressurized by the fixing
On the other hand, after the primary transfer position has elapsed, the toner adhering to the surface of the
両面プリントの場合には、定着装置18によって一方の面に定着処理された記録媒体Pを一旦排紙ローラ対173により挟持した後に、排紙ローラ対173を反転駆動するとともに、搬送ローラ対174、176を駆動して、当該記録媒体Pを搬送路175を通じて表裏反転して二次転写位置へ帰還させ、前述と同様の動作により、記録媒体Pの他方の面に画像を形成する。
In the case of double-sided printing, after the recording medium P fixed on one surface by the fixing
次に、イメージングディスプレイ(表示装置)に本発明を適用した例を説明する。
図10は、本発明の画像形成装置(イメージングディスプレイ)の一例を示す概略図である。
図10に示す画像形成装置19は、光スキャナである光学デバイス1と、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の光源191、192、193と、クロスダイクロイックプリズム(Xプリズム)194と、ガルバノミラー195と、固定ミラー196と、スクリーン197とを備えている。
Next, an example in which the present invention is applied to an imaging display (display device) will be described.
FIG. 10 is a schematic view showing an example of an image forming apparatus (imaging display) of the present invention.
An
このような画像形成装置19にあっては、光源191、192、193からクロスダイクロイックプリズム194を介して光学デバイス1(光反射部221)に各色の光が照射される。このとき、光源191からの赤色の光と、光源192からの緑色の光と、光源193からの青色の光とが、クロスダイクロイックプリズム194にて合成される。
そして、光反射部221で反射した光(3色の合成光)は、ガルバノミラー195で反射した後に、固定ミラー196で反射し、スクリーン197上に照射される。
In such an
Then, the light (three colors of combined light) reflected by the
その際、光学デバイス1の駆動(可動板22の回動中心軸Xまわりの回動)により、光反射部221で反射した光は、スクリーン197の横方向に走査(主走査)される。一方、ガルバノミラー195の軸線Yまわりの回転により、光反射部221で反射した光は、スクリーン197の縦方向に走査(副走査)される。また、各色の光源191、192、193から出力される光の強度は、図示しないホストコンピュータから受けた画像情報に応じて変化する。
このようにして画像形成装置19は、スクリーン197上を画像形成(描画)を行う。
At this time, the light reflected by the
In this way, the
以上、本発明の光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の光学デバイス等では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、駆動手段が1つの圧電素子を有するものを説明したが、駆動手段は2個以上の圧電素子を有するものであってもよい。この場合、伝達部材は、1つであってもよいし、各圧電素子に対応して複数設けられていてもよい。
While the optical device, the optical scanner, and the image forming apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this.
For example, in the optical device of the present invention, the configuration of each part can be replaced with an arbitrary configuration that exhibits the same function, and an arbitrary configuration can be added.
In the above-described embodiment, the drive unit has one piezoelectric element, but the drive unit may have two or more piezoelectric elements. In this case, the number of transmission members may be one, or a plurality of transmission members may be provided corresponding to each piezoelectric element.
また、前述した実施形態では、可動板および1対の軸部材が1自由度または2自由度の振動系を構成するように軸部材が形成されているものを説明したが、可動板および1対の軸部材は、3自由度以上の振動系を構成するものであってもよい。
また、前述した実施形態では、光反射部が可動板の上面(支持体とは逆側の面)に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆に設けられている構成であってもよい。この場合、基板31に透明基板を採用したり、基板31に開口部を形成する。
In the above-described embodiment, the description has been given of the case where the shaft member is formed so that the movable plate and the pair of shaft members constitute a vibration system with one or two degrees of freedom. The shaft member may constitute a vibration system having three or more degrees of freedom.
In the above-described embodiment, the configuration in which the light reflecting portion is provided on the upper surface of the movable plate (the surface on the side opposite to the support) has been described. Also good. In this case, a transparent substrate is adopted as the
1、1A……光学デバイス(光スキャナ) 10、19……画像形成装置 11……感光体 12……帯電ユニット 13……露光ユニット 131……レーザー光源 132……コリメータレンズ 133……fθレンズ 14……現像ユニット 141〜144……現像装置 145……保持体 146……軸 15……転写ユニット 151……中間転写ベルト 152……一次転写ローラ 153……従動ローラ 154……駆動ローラ 155……二次転写ローラ 16……クリーニングユニット 161……クリーニングブレード 17……給紙トレイ 171……給紙ローラ 172……レジローラ 173……排紙ローラ対 174、176……搬送ローラ対 175……搬送路 18……定着装置 191〜193……光源 194……クロスダイクロイックプリズム 195……ガルバノミラー 196……固定ミラー 197……スクリーン 2、2A……基体 21、21A……支持部材 22……可動板 221……光反射部 23、23A、24、24A……軸部材 231、241……駆動部材 232、242……第1の連結部材 233、243……第2の連結部材 3……支持体 31……基板 32、53、53A、54……スペーサ 5、5A……駆動手段 51、51A……伝達部材 52……圧電素子 P……記録媒体 X、Y……軸線
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記可動板を回動可能に支持する1対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記1対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査または偏向し得るように構成された光学デバイスであって、
前記各軸部材は、前記可動板と離間して設けられた板状の駆動部材と、前記駆動部材を回動可能に支持する第1の連結部材と、前記駆動部材と前記可動板とを連結する第2の連結部材とを備え、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、平面視における前記軸線上で前記各駆動部材の一方の面に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記各駆動部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を前記圧電素子の伸縮方向に変位させて、前記各駆動部材に前記軸線まわりのトルクを与え、これにより、前記各第1の連結部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させ、これに伴って、前記各第2の連結部材を捩れ変形させながら前記可動板を回動させるように構成され、
前記伝達部材は、スペーサを介して前記各駆動部材上に接合され、
前記伝達部材は、SOI基板の一方のSi層を加工することにより形成され、前記スペーサは、前記SOI基板のSiO 2 層を加工することにより形成されたものであり、前記可動板および前記軸部材は、前記SOI基板の前記一方のSi層と反対側のSi層を加工することにより形成されたものであることを特徴とする光学デバイス。 A movable plate provided with a light reflecting portion having light reflectivity;
A pair of shaft members that rotatably support the movable plate;
Drive means for rotating the movable plate around an axis along the pair of shaft members while twisting and deforming the shaft members;
An optical device configured to scan or deflect the light reflected by the light reflecting section,
Each shaft member connects a plate-like driving member provided apart from the movable plate, a first connecting member that rotatably supports the driving member, and the driving member and the movable plate. A second connecting member
Said drive means includes a piezoelectric element wherein provided as to expand and contract in a direction perpendicular to the plate surface parallel to and the axis line of the movable plate of the non-driven state, one of the respective driving member on said axis in a plan view And a transmission member that transmits the driving force of the piezoelectric element to each of the driving members. The piezoelectric element is expanded and contracted by energization to displace the transmission member in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element. Te, the given torque around the axis to the driving member, thereby, the rotated each of said drive member while deforming torsionally each first connecting member, along with this, the respective second connection The movable plate is configured to rotate while twisting and deforming the member ,
The transmission member is bonded onto each driving member via a spacer,
The transmission member is formed by processing one Si layer of the SOI substrate, and the spacer is formed by processing the SiO 2 layer of the SOI substrate , and the movable plate and the shaft member Is an optical device formed by processing a Si layer opposite to the one Si layer of the SOI substrate .
前記可動板を回動可能に支持する1対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記1対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査し得るように構成された光スキャナであって、
前記各軸部材は、前記可動板と離間して設けられた板状の駆動部材と、前記駆動部材を回動可能に支持する第1の連結部材と、前記駆動部材と前記可動板とを連結する第2の連結部材とを備え、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、平面視における前記軸線上で前記各駆動部材の一方の面に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記各駆動部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を前記圧電素子の伸縮方向に変位させて、前記各駆動部材に前記軸線まわりのトルクを与え、これにより、前記各第1の連結部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させ、これに伴って、前記各第2の連結部材を捩れ変形させながら前記可動板を回動させるように構成され、
前記伝達部材は、スペーサを介して前記各駆動部材上に接合され、
前記伝達部材は、SOI基板の一方のSi層を加工することにより形成され、前記スペーサは、前記SOI基板のSiO 2 層を加工することにより形成されたものであり、前記可動板および前記軸部材は、前記SOI基板の前記一方のSi層と反対側のSi層を加工することにより形成されたものであることを特徴とする光スキャナ。 A movable plate provided with a light reflecting portion having light reflectivity;
A pair of shaft members that rotatably support the movable plate;
Drive means for rotating the movable plate around an axis along the pair of shaft members while twisting and deforming the shaft members;
An optical scanner configured to scan the light reflected by the light reflecting section,
Each shaft member connects a plate-like driving member provided apart from the movable plate, a first connecting member that rotatably supports the driving member, and the driving member and the movable plate. A second connecting member
Said drive means includes a piezoelectric element wherein provided as to expand and contract in a direction perpendicular to the plate surface parallel to and the axis line of the movable plate of the non-driven state, one of the respective driving member on said axis in a plan view And a transmission member that transmits the driving force of the piezoelectric element to each of the driving members. The piezoelectric element is expanded and contracted by energization to displace the transmission member in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element. Te, the given torque around the axis to the driving member, thereby, the rotated each of said drive member while deforming torsionally each first connecting member, along with this, the respective second connection The movable plate is configured to rotate while twisting and deforming the member ,
The transmission member is bonded onto each driving member via a spacer,
The transmission member is formed by processing one Si layer of the SOI substrate, and the spacer is formed by processing the SiO 2 layer of the SOI substrate , and the movable plate and the shaft member Is an optical scanner formed by processing a Si layer opposite to the one Si layer of the SOI substrate .
前記可動板を回動可能に支持する1対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記1対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査または偏向し、対象物上に画像を形成するように構成された画像形成装置であって、
前記各軸部材は、前記可動板と離間して設けられた板状の駆動部材と、前記駆動部材を回動可能に支持する第1の連結部材と、前記駆動部材と前記可動板とを連結する第2の連結部材とを備え、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、平面視における前記軸線上で前記各駆動部材の一方の面に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記各駆動部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を前記圧電素子の伸縮方向に変位させて、前記各駆動部材に前記軸線まわりのトルクを与え、これにより、前記各第1の連結部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させ、これに伴って、前記各第2の連結部材を捩れ変形させながら前記可動板を回動させるように構成され、
前記伝達部材は、スペーサを介して前記各駆動部材上に接合され、
前記伝達部材は、SOI基板の一方のSi層を加工することにより形成され、前記スペーサは、前記SOI基板のSiO 2 層を加工することにより形成されたものであり、前記可動板および前記軸部材は、前記SOI基板の前記一方のSi層と反対側のSi層を加工することにより形成されたものであることを特徴とする画像形成装置。 A movable plate provided with a light reflecting portion having light reflectivity;
A pair of shaft members that rotatably support the movable plate;
Drive means for rotating the movable plate around an axis along the pair of shaft members while twisting and deforming the shaft members;
An image forming apparatus configured to scan or deflect light reflected by the light reflecting unit and form an image on an object,
Each shaft member connects a plate-like driving member provided apart from the movable plate, a first connecting member that rotatably supports the driving member, and the driving member and the movable plate. A second connecting member
Said drive means includes a piezoelectric element wherein provided as to expand and contract in a direction perpendicular to the plate surface parallel to and the axis line of the movable plate of the non-driven state, one of the respective driving member on said axis in a plan view And a transmission member that transmits the driving force of the piezoelectric element to each of the driving members. The piezoelectric element is expanded and contracted by energization to displace the transmission member in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element. Te, the given torque around the axis to the driving member, thereby, the rotated each of said drive member while deforming torsionally each first connecting member, along with this, the respective second connection The movable plate is configured to rotate while twisting and deforming the member ,
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