JP4910668B2 - Optical device, optical scanner, and image forming apparatus - Google Patents
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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.
光反射性を有する光反射部で反射した光を偏向・走査する光学デバイスとしては、例えばレーザープリンタ等に用いられる光スキャナが知られている。このような光スキャナとしては、マイクロマシニング技術によりSi基板を加工して製造した、捩り振動子を有する構造体を用いたものが提案されている。このような構造体を用いた光スキャナは、ポリゴンミラーに比し高速で光走査を行うことができるという利点がある。 As an optical device that deflects and scans light reflected by a light reflecting portion having light reflectivity, for example, an optical scanner used in a laser printer or the like is known. As such an optical scanner, a scanner using a structure having a torsional vibrator manufactured by processing a Si substrate by a micromachining technique has been proposed. An optical scanner using such a structure has an advantage that optical scanning can be performed at a higher speed than a polygon mirror.
例えば、特許文献1にかかる光スキャナは、板状の反射ミラーを1対のバネ部で両持ち支持しており、各バネ部はその途中で2つに分岐し、その各分岐部上に駆動源たる圧電体が設けられている。このようなアクチュエータは、各圧電体に電圧を印加することにより、各バネ部にて1対の分岐部を互いに反対方向に曲げ変形させて各バネ部全体を捩れ変形させながら、反射ミラーを回動させる。
このような光スキャナにあっては、各圧電体の伸縮方向が反射ミラーの面に平行な方向であるため、反射ミラーの厚さ方向に光スキャナの寸法が大きくなるのを防止しつつ、圧電体の変位量を大きくすることができる。その結果、光スキャナの小型化を図りつつ、反射ミラーの回動角を大きくすることができる。
For example, the optical scanner according to Patent Document 1 supports both ends of a plate-like reflection mirror with a pair of spring portions, and each spring portion branches into two in the middle and is driven on each branch portion. A source piezoelectric body is provided. In such an actuator, by applying a voltage to each piezoelectric body, the pair of branch portions are bent and deformed in opposite directions by each spring portion, and the reflection mirror is rotated while the entire spring portion is twisted. Move.
In such an optical scanner, since the expansion and contraction direction of each piezoelectric body is parallel to the surface of the reflection mirror, the size of the optical scanner is prevented from increasing in the thickness direction of the reflection mirror, and The amount of body displacement can be increased. As a result, it is possible to increase the rotation angle of the reflection mirror while reducing the size of the optical scanner.
しかしながら、特許文献1にかかる光スキャナは、各バネ部の各分岐部に圧電体を設けているため、合計4つの圧電体が必要となり、高コスト化を招いてしまう。しかも、このように圧電体の数が多いと、各圧電体の取り付け位置のズレや寸法誤差などによる影響を受けやすく、反射ミラーを円滑に回動させるのが難しくなるという問題がある。この問題を回避するために、圧電体の取り付け精度や寸法精度を高精度化すると、さらに高コスト化を招いてしまう。 However, since the optical scanner according to Patent Document 1 is provided with a piezoelectric body at each branch portion of each spring portion, a total of four piezoelectric bodies are required, resulting in an increase in cost. In addition, when the number of piezoelectric bodies is large as described above, there is a problem that it is difficult to smoothly rotate the reflecting mirror because it is easily affected by a displacement of the mounting positions of each piezoelectric body or a dimensional error. In order to avoid this problem, if the mounting accuracy and dimensional accuracy of the piezoelectric body are increased, the cost is further increased.
本発明の目的は、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板を大きな振れ角でかつ円滑に回動させ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 smoothly rotating a movable plate with a large swing angle while reducing cost and 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、支持部材と、
光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記支持部材に対し前記可動板を回動可能に支持する1対の軸部材と、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を偏向または走査するように構成された光学デバイスであって、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に平行でかつ前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材を支持する1対の駆動部材と、前記回動中心軸に平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端が前記支持部材に固定され、他端が前記駆動部材の前記一端部に連結された弾性変形可能な1対の第1の変形部材と、長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記駆動部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な1対の第2の変形部材と、前記各第2の変形部材上に接合され、前記各第2の変形部材の長手方向に伸縮する1対の圧電素子とを備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第2の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第1の変形部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されてい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 support member,
A movable plate provided with a light reflecting portion having light reflectivity;
A pair of shaft members rotatably supporting the movable plate with respect to the support member;
Drive means for applying a torsional moment to each shaft member;
An optical device configured to deflect or scan the light reflected by the light reflecting portion by rotating the movable plate while twisting and deforming each shaft member by the operation of the driving means,
The drive means has a longitudinal shape that is parallel to the plate surface of the movable plate and extends in a direction substantially perpendicular to the rotation center axis of the movable plate, and the rotation center axis is positioned in the vicinity of one end thereof. A pair of drive members that support the shaft members, and a longitudinal shape extending in a direction parallel to the rotation center axis, one end of which is fixed to the support member and the other end of the drive A pair of elastically deformable first deformable members connected to the one end of the member and a longitudinal shape, one end of which is fixed to the support member, and the other end is the one end of the drive member A pair of elastically deformable second deformable members connected to the other end opposite to each other, and joined on the second deformable members, and extend and contract in the longitudinal direction of the second deformable members A pair of piezoelectric elements, and by expanding and contracting each piezoelectric element by energization, The second deformable member is bent and deformed, and the drive member is rotated while twisting and deforming each first deformable member to give a torsional moment to each shaft member, and the movable plate It is comprised so that may be rotated.
これにより、可動板の回動中心軸のブレを抑えつつ、各軸部材に1つの圧電素子で捩りモーメントを与えて、可動板を回動させることができる。
特に、捩れ変形する各駆動部材の一端部近傍に可動板の回動中心軸が位置しているため、可動板の回動中心軸に対し駆動部材の片側(他端部)だけに駆動力を作用させても、可動板の回動中心軸のブレを防止することができる。そのため、圧電素子の可動板の回動に必要な圧電素子の数が少なくて済むため、光学デバイスの低コスト化を図ることができる。しかも、このように圧電素子の数が少ないと、各圧電素子の取り付け位置のズレや寸法誤差などによる影響を受けにくく、可動板を円滑に回動させるのが簡単になる。
Accordingly, it is possible to turn the movable plate by applying a torsional moment to each shaft member with one piezoelectric element while suppressing the shake of the rotation central axis of the movable plate.
In particular, since the rotation center axis of the movable plate is located in the vicinity of one end portion of each drive member that is torsionally deformed, the drive force is applied only to one side (the other end portion) of the drive member with respect to the rotation center axis of the movable plate. Even if this is applied, it is possible to prevent blurring of the rotation center axis of the movable plate. Therefore, the number of piezoelectric elements required for rotating the movable plate of the piezoelectric element can be reduced, so that the cost of the optical device can be reduced. In addition, when the number of piezoelectric elements is small as described above, it is difficult to be affected by a displacement of a mounting position of each piezoelectric element or a dimensional error, and it is easy to smoothly rotate the movable plate.
また、各駆動部材の回動に際し、各第1の変形部材が捩れ変形し(捩れ変形を主とし)、各第2の駆動部材が曲げ変形する(曲げ変形を主とする)ため、この点でも、可動板の回動中心軸のブレを防止することができる。
また、圧電素子の伸縮方向が前記可動板の板面に平行な方向であるため、可動板の厚さ方向に光学デバイスの寸法が大きくなるのを防止しつつ、圧電素子の変位量を大きくすることができる。その結果、光学デバイスの小型化を図りつつ、可動板の回動角を大きくすることができる。
Further, when each drive member is rotated, each first deformation member is torsionally deformed (mainly torsional deformation) and each second drive member is bent to deform (mainly bending deformation). However, it is possible to prevent blurring of the rotation center axis of the movable plate.
Further, since the expansion / contraction direction of the piezoelectric element is parallel to the plate surface of the movable plate, the displacement of the piezoelectric element is increased while preventing the size of the optical device from increasing in the thickness direction of the movable plate. be able to. As a result, the rotation angle of the movable plate can be increased while reducing the size of the optical device.
本発明の光学デバイスでは、前記各第1の変形部材は、前記回動中心軸近傍に設けられていることが好ましい。
これにより、1対の軸部材の形状を簡単なものとしつつ、可動板の回動中心軸のブレを抑えることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記各第1の変形部材は、前記回動中心軸上に設けられていることが好ましい。
これにより、1対の軸部材の形状を簡単なものとしつつ、可動板の回動中心軸のブレをより抑えることができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the first deformation members is provided in the vicinity of the rotation center axis.
Thereby, it is possible to suppress the shake of the rotation center axis of the movable plate while simplifying the shape of the pair of shaft members.
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the first deformable members is provided on the rotation center axis.
Accordingly, it is possible to further suppress the blurring of the rotation center axis of the movable plate while simplifying the shape of the pair of shaft members.
本発明の光学デバイスでは、前記可動板を平面視したときに、前記1対の駆動部材と前記1対の第1の変形部材と前記1対の第2の変形部材と前記1対の圧電素子とは、その配置が、前記回動中心軸に対し直角な方向で前記可動板の中心を通る線分に対し実質的に対称となるように設けられていることが好ましい。
これにより、圧電素子の取り付け位置や駆動を簡単なものとしつつ、可動板の回動中心軸のブレをより抑えることができる。
In the optical device of the present invention, when the movable plate is viewed in plan, the pair of drive members, the pair of first deformable members, the pair of second deformable members, and the pair of piezoelectric elements Is preferably provided so that the arrangement thereof is substantially symmetric with respect to a line segment passing through the center of the movable plate in a direction perpendicular to the rotation center axis.
As a result, it is possible to further suppress blurring of the rotation center axis of the movable plate while simplifying the mounting position and driving of the piezoelectric element.
本発明の光学デバイスでは、前記各第2の変形部材は、前記回動中心軸に対し略直角な方向に延在していることが好ましい。
これにより、駆動部材の回動をより円滑なものとするとともに、可動板の回動中心軸のブレを防止することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記各第2の変形部材は、前記回動中心軸に対し略平行な方向に延在し、かつ、前記各第2の変形部材は、それぞれ対応する前記駆動部材に対し前記可動板とは反対側に位置していることが好ましい。
これにより、1対の軸部材に張力を与えながら第2の変形部材が変形するため、可動板の回動中心軸のブレをより抑えることができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the second deformable members extends in a direction substantially perpendicular to the rotation center axis.
Thereby, the rotation of the drive member can be made smoother, and blurring of the rotation center axis of the movable plate can be prevented.
In the optical device according to the aspect of the invention, each of the second deformable members extends in a direction substantially parallel to the rotation center axis, and each of the second deformable members corresponds to the corresponding drive member. On the other hand, it is preferably located on the side opposite to the movable plate.
As a result, the second deforming member is deformed while tension is applied to the pair of shaft members, so that it is possible to further suppress the blurring of the rotation center axis of the movable plate.
本発明の光学デバイスでは、前記各第2の変形部材は、前記回動中心軸に対し略平行な方向に延在し、かつ、前記各第1の変形部材および前記各第2の変形部材は、それぞれ対応する前記駆動部材に対し前記可動板側に位置していることが好ましい。
これにより、可動板の回動中心軸方向における光学デバイスの寸法を抑えることができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, each of the second deformable members extends in a direction substantially parallel to the rotation center axis, and each of the first deformable members and each of the second deformable members is It is preferable that each of the corresponding driving members is located on the movable plate side.
Thereby, the dimension of the optical device in the rotation center axis direction of the movable plate can be suppressed.
本発明の光学デバイスでは、前記駆動手段は、前記可動板および前記1対の軸部材で構成された捩り振動子の捩り共振周波数に等しい周波数で周期的に変化する電圧を前記各圧電素子に印加するように構成されていることが好ましい。
これにより、各第1の変形部材および各第2の変形部材の変形量や各圧電素子の変位量を抑えつつ、可動板の回動角を大きくすることができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, the driving unit applies a voltage that periodically changes at a frequency equal to a torsional resonance frequency of a torsional vibrator formed of the movable plate and the pair of shaft members to each piezoelectric element. It is preferable that it is comprised.
Thereby, the rotation angle of the movable plate can be increased while suppressing the deformation amount of each first deformation member and each second deformation member and the displacement amount of each piezoelectric element.
本発明の光学デバイスでは、前記1対の圧電素子は、ともに前記回動中心軸に対しその片側に偏在するように配置され、前記駆動手段は、前記1対の圧電素子の伸張/収縮のタイミングが互いに同じになるように、前記圧電素子に電圧を印加するように構成されていることが好ましい。
これにより、圧電素子を駆動する駆動回路の構成を簡単なものとすることができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, the pair of piezoelectric elements are both arranged so as to be eccentrically located on one side with respect to the rotation center axis, and the driving means is a timing of expansion / contraction of the pair of piezoelectric elements. It is preferable that a voltage is applied to the piezoelectric element so that the two are the same.
Thereby, the structure of the drive circuit which drives a piezoelectric element can be simplified.
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、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に平行でかつ前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材を支持する1対の駆動部材と、前記回動中心軸に平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端が前記支持部材に固定され、他端が前記駆動部材の前記一端部に連結された弾性変形可能な1対の第1の変形部材と、長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記駆動部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な1対の第2の変形部材と、前記各第2の変形部材上に接合され、前記各第2の変形部材の長手方向に伸縮する1対の圧電素子とを備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第2の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第1の変形部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板を大きな振れ角でかつ円滑に回動させ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 applying a torsional moment to each shaft member;
An optical scanner configured to scan the light reflected by the light reflecting portion by rotating the movable plate while twisting and deforming each shaft member by the operation of the driving means;
The drive means has a longitudinal shape that is parallel to the plate surface of the movable plate and extends in a direction substantially perpendicular to the rotation center axis of the movable plate, and the rotation center axis is positioned in the vicinity of one end thereof. A pair of drive members that support the shaft members, and a longitudinal shape extending in a direction parallel to the rotation center axis, one end of which is fixed to the support member and the other end of the drive A pair of elastically deformable first deformable members connected to the one end of the member and a longitudinal shape, one end of which is fixed to the support member, and the other end is the one end of the drive member A pair of elastically deformable second deformable members connected to the other end opposite to each other, and joined on the second deformable members, and extend and contract in the longitudinal direction of the second deformable members A pair of piezoelectric elements, and by expanding and contracting each piezoelectric element by energization, The second deformable member is bent and deformed, and the drive member is rotated while twisting and deforming each first deformable member to give a torsional moment to each shaft member, and the movable plate It is comprised so that may be rotated.
Accordingly, it is possible to provide an optical scanner capable of smoothly rotating the movable plate with a large swing angle while achieving cost reduction and downsizing.
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、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を主走査および/または副走査して、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、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に平行でかつ前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材を支持する1対の駆動部材と、前記回動中心軸に平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端が前記支持部材に固定され、他端が前記駆動部材の前記一端部に連結された弾性変形可能な1対の第1の変形部材と、長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記駆動部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な1対の第2の変形部材と、前記各第2の変形部材上に接合され、前記各第2の変形部材の長手方向に伸縮する1対の圧電素子とを備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第2の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第1の変形部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板を大きな振れ角でかつ円滑に駆動させることができる。そのため、本発明の画像形成装置は、小型化および低コスト化を図りつつ、優れた画像を得ることができる。
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 applying a torsional moment to each shaft member;
With the operation of the driving means, the movable plate is rotated while twisting and deforming each shaft member, and the light reflected by the light reflecting portion is subjected to main scanning and / or sub scanning, and an image is formed on the object. An image forming apparatus configured to form
The drive means has a longitudinal shape that is parallel to the plate surface of the movable plate and extends in a direction substantially perpendicular to the rotation center axis of the movable plate, and the rotation center axis is positioned in the vicinity of one end thereof. A pair of drive members that support the shaft members, and a longitudinal shape extending in a direction parallel to the rotation center axis, one end of which is fixed to the support member and the other end of the drive A pair of elastically deformable first deformable members connected to the one end of the member and a longitudinal shape, one end of which is fixed to the support member, and the other end is the one end of the drive member A pair of elastically deformable second deformable members connected to the other end opposite to each other, and joined on the second deformable members, and extend and contract in the longitudinal direction of the second deformable members A pair of piezoelectric elements, and by expanding and contracting each piezoelectric element by energization, The second deformable member is bent and deformed, and the drive member is rotated while twisting and deforming each first deformable member to give a torsional moment to each shaft member, and the movable plate It is comprised so that may be rotated.
As a result, the movable plate can be smoothly driven with a large deflection angle while reducing costs and downsizing. Therefore, the image forming apparatus of the present invention can obtain an excellent image while reducing the size and cost.
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1に示す光学デバイスの動作を説明するための図である。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中および図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 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. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the optical device shown in FIG. 1. In the following, for convenience of explanation, the front side of the page in FIG. 2 is referred to as “up”, the back side of the page 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 is called “upper”, the lower side is called “lower”, the right side is called “right”, and the left side is called “left”.
光学デバイス1は、図1ないし図3に示すように、振動系を有する基体2と、この基体2の振動系を駆動するための圧電素子31、32と、基体2を支持する支持体4とを有している。なお、基体2と支持体4とが一体的に形成されていてもよいし、支持体4を省略することも可能である。
かかる光学デバイス1にあっては、通電により圧電素子31、32を伸縮させることにより、基体2の振動系に回動中心軸Xまわりの振動(回動)を生じさせる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the optical device 1 includes a base 2 having a vibration system,
In the optical device 1, the
以下、光学デバイス1を構成する各部を順次説明する。
振動系を有する基体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、この支持部材21の内側に設けられた可動板22と、可動板22を回動中心軸Xまわりに回動可能に支持する1対の軸部材23、24と、1対の軸部材23、24にそれぞれ対応して連結された1対の駆動部材25、26と、1対の駆動部材25、26にそれぞれ対応して連結された1対の第1の変形部材27、28および1対の第2の変形部材29、30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 FIG. 1 and FIG. 2, the base body 2 having the vibration system includes a frame-shaped
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、回動中心軸Xに沿って設けられた1対の軸部材23、24に支持されている。
In this embodiment, the planar view shape of the
Such a
各軸部材23、24は、回動中心軸Xに沿って長手形状をなし、回動中心軸Xまわりに捩れ変形可能となっている。
このような軸部材23は、その長手方向での一端(右側の端)が可動板22に接続され、他端(左側の端)が駆動部材25に接続されている。これと同様に、軸部材24は、その長手方向での一端(左側の端)が可動板22に接続され、他端が駆動部材26に接続されている。
Each of the
Such a
言い換えすれば、可動板22は、軸部材23を介して駆動部材25に支持されているとともに、軸部材24を介して駆動部材26に支持されている。
各駆動部材25、26は、可動板22の板面に平行でかつ回動中心軸Xに対し直角な方向に延在する長手形状をなしている。
また、駆動部材25は、その一端251(固定部)側の部分(以下、一端部251と言う。)で、前述した軸部材23を支持している。これと同様に、駆動部材26は、その一端(固定部)261側の部分(以下、一端部261と言う。)で、軸部材24を支持している。すなわち、駆動部材25の前記一端部251と駆動部材26の前記一端部261とが、それぞれ、可動板22の回動中心軸X上に位置している。
このように、駆動部材25は、その一端部251近傍に回動中心軸Xを位置させるように軸部材23に連結されている。これと同様に、駆動部材26は、その一端部261近傍に回動中心軸Xを位置させるように軸部材24に連結されている。
In other words, the
Each of the
The
Thus, the
各第1の変形部材27、28は、主として捩れ変形するように構成されたものであり、回動中心軸Xに略平行な方向に延在する長手形状をなしている。
そして、第1の変形部材27は、その一端271が支持部材21に固定され、他端272側の部分(以下、他端部272と言う。)が駆動部材25の一端部251に連結され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第1の変形部材28は、その一端281が支持部材21に固定され、他端282側の部分(以下、他端部282と言う。)が駆動部材26の一端部261に連結され、弾性変形可能に構成されている。
特に、本実施形態では、各第1の変形部材27、28は、それぞれ対応する駆動部材25、26に対し可動板22とは反対側(すなわち外側)に位置している。
Each of the first
The
In particular, in the present embodiment, the
一方、各第2の変形部材29、30は、主として曲げ変形するように構成されたものであり、回動中心軸Xに略平行な方向に延在する長手形状をなしている。
そして、第2の変形部材29は、その一端291が支持部材21に固定され、他端292側の部分(以下、他端部292と言う。)が駆動部材25の一端部251とは反対側の他端部252に連結され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第2の変形部材30は、その一端301が支持部材21に固定され、他端302側の部分(以下、他端部302と言う。)が駆動部材26の一端部261とは反対側の他端部262に連結され、弾性変形可能に構成されている。
特に、本実施形態では、各第1の変形部材27、28は、それぞれ対応する駆動部材25、26に対し可動板22とは反対側(すなわち外側)に位置している。これにより、1対の軸部材23、24に張力を与えながら第2の変形部材29、30が変形するため、可動板22の回動中心軸Xのブレをより抑えることができる。
On the other hand, each of the second
The second
In particular, in the present embodiment, the
このような第2の変形部材29上にはその長手方向(延在方向)に伸縮する圧電素子31が接合され、第2の変形部材30上にはその長手方向(延在方向)に伸縮する圧電素子32が接合されている。これにより、各第2の変形部材29、30を曲げ変形させ、これに伴って、各第1の変形部材27、28を捩れ変形させながら各駆動部材25、26を回動させる。このような各駆動部材25、26の回動により、各軸部材23、24に捩りモーメントを与えて、各軸部材23、24を捩れ変形させながら、可動板22を回動させることができる。なお、圧電素子31、32については、後に詳述する。
A
また、可動板22および1対の軸部材23、24が第1の振動系を構成し、1対の駆動部材25、26と1対の第1の変形部材27、28と1対の第2の変形部材29、30と1対の圧電素子31、32とが第2の振動系を構成し、これらの振動系は2自由度振動系を構成している。したがって、第2の振動系の振幅が小さくても、第1の振動系の振幅を大きくすることができる。すなわち、各駆動部材25、26および各圧電素子31、32の変位量や各変形部材27、28、29、30の曲げ変形量が小さくても、可動板22の回動角を大きくすることができる。
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1対の駆動部材25、26と1対の第1の変形部材27、28と1対の第2の変形部材29、30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、後述する支持体4の第1の層41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、後述する支持体4の第2の層42が形成されている。
The base 2 as described above is made of, for example, silicon as a main material. The base body 2 includes a
In particular, in the present embodiment, the substrate 2 is formed by processing one Si layer of the SOI substrate. Further, 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1対の駆動部材25、26と1対の第1の変形部材27、28と1対の第2の変形部材29、30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、これら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1対の駆動部材25、26と1対の変形部材27、28と1対の第2の変形部材29、30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, the
When the base 2 and the like are manufactured using the SOI substrate in this way, a structure such as the base 2 can be formed easily and with high accuracy. Therefore, the optical device 1 having excellent characteristics can be manufactured at low cost. In addition, the board | substrate and base material used for manufacture of the base | substrate 2 grade | etc., Are not limited to the SOI substrate mentioned above.
以上説明したような基体2の上面には、1対の圧電素子31、32が接合されている。
圧電素子31は、第2の変形部材29上に接合され、その長手方向に伸縮するように配置されている。一方、圧電素子32は、第2の変形部材30上に接合され、その長手方向に伸縮するように配置されている。
特に、圧電素子31は、その伸縮方向での一端が駆動部材25の他端部252付近に位置するとともに、他端が支持部材21上に位置している。これと同様に、圧電素子32は、その伸縮方向での一端が駆動部材26の他端部262付近に位置するとともに、他端が支持部材21上に位置している。このように圧電素子31、32が広範囲にわたって設けられているため、第2の変形部材29、30を大きく曲げ変形させることができる。
A pair of
The
In particular, the
このような圧電素子31、32は、それぞれ、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電材料を主材料として構成された圧電体層と、この圧電体層を挟持する1対の電極とで構成されている。そして、この1対の電極のうちの一方の電極が第2の変形部材29や第2の変形部材30の上面に接合されている。
このような圧電素子31、32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31、32を伸縮させることができる。
Each of the
Such
一方、基体2の支持部材21の下面には、支持体4が接合されている。
支持体4は、支持部材21の下面に接合され、環状をなしており、その内側の空間が、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、支持体4に接触するのを防止する逃げ部(空間)を形成する。
支持体4は、第1の層41と、第1の層41の上面に接合された第2の層42とで構成され、第1の層41の上面が支持部材21の下面に接合されている。なお、支持体4は、単層または3層以上から構成されていてもよい。
前述したように、第1の層41は、シリコンを主材料として構成され、第2の層42は、SiO2を主材料として構成されている。
On the other hand, the
The
The
As described above, 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。なお、光学デバイス1は前述したように左右対称となるように構成されているため、以下の説明では、光学デバイス1の右側部分を代表して説明する。
光学デバイス1の作動にあっては、圧電素子32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。
The optical device 1 configured as described above operates as follows. Since the optical device 1 is configured to be bilaterally symmetric as described above, in the following description, the right side portion of the optical device 1 will be described as a representative.
In the operation of the optical device 1, a periodically changing voltage is applied to the
前述したように1対の圧電素子31、32がともに回動中心軸Xに対しその片側に偏在するようにして配置されているため、1対の圧電素子31、32の伸張/収縮のタイミングが互いに同じになるように、各圧電素子31、32に電圧を印加する。これにより、圧電素子31、32を駆動する駆動回路や電源回路(図示せず)の構成を簡単なものとすることができる。
As described above, since the pair of
また、各圧電素子31、32に印加する電圧は、可動板22および1対の軸部材23、24で構成された捩り振動子の捩り共振周波数に等しい周波数で周期的に変化する電圧であるのが好ましい。これにより、第1の変形部材27、28および第2の変形部材29、30の変形量や駆動部材25、26および圧電素子31、32の変位量を抑えつつ、可動板22の回動角を大きくすることができる。すなわち、低電圧駆動を可能としつつ、可動板22の回動角を大きくすることができる。
The voltage applied to each
このような電圧が印加された圧電素子32は、その長手方向に伸縮する。すなわち、圧電素子32は、伸張状態と収縮状態とを前記電圧の周期で交互に繰り返す。
より具体的には、圧電素子32は、電圧が印加されていないとき、図4(a)に示すように収縮状態であり、第2の変形部材30はそれぞれ曲げ変形して(下方に撓んで)おらず、第1の変形部材28も捩れ変形していない。一方、圧電素子32は、電圧が印加されているとき、図4(b)に示すように、伸張状態であり、第2の変形部材30は下方に撓むようにして曲げ変形される。このような第2の変形部材30の変形により、駆動部材26の端部262は下方へ変位する。その際、駆動部材26の一端部261が第1の変形部材28により支持されているため、図4(b)に示すように、一端部261の位置はほとんど変化せず、駆動部材26の姿勢は傾斜するように変化(変位)する。なお、所定周期で圧電素子32の伸張状態と収縮状態とを交互に繰り返すと、圧電素子32に電圧が印加されていないときに、捩り変形された第1の変形部材28や、曲げ変形された第2の変形部材30の反力により、第1の変形部材28が図示の状態とは逆方向に捩れるとともに、第2の変形部材30が上方に撓むように曲げ変形される。
The
More specifically, when no voltage is applied, the
このように駆動部材26の姿勢が変化すると、その変化に伴って軸部材24の横断面での姿勢が傾くように変化して、軸部材24に捻りトルクが与えられる。
このような捻りトルクにより、軸部材24が捩れ変形しながら、可動板22が回動する。
このように駆動部材26と第1の変形部材28と第2の変形部材30と圧電素子32とが軸部材24に捩りモーメントを与える。また、同様に、駆動部材25と第1の変形部材27と第2の変形部材29と圧電素子31とが軸部材23に捩りモーメントを与える。このようにして、1対の駆動部材25、26と1対の第1の変形部材27、28と1対の第2の変形部材29、30と圧電素子31、32とが、各軸部材23、24に捩りモーメントを与える駆動手段を構成している。
このような駆動手段の作動により、各軸部材23、24を捩れ変形させながら、可動板22を回動させて、光反射部221で反射した光を偏向または走査する。
When the attitude of the
With such a twisting torque, the
As described above, the
By operating the driving means, the
このような光学デバイス1によれば、可動板22の回動中心軸Xのブレを抑えつつ、各軸部材23、24に1つの圧電素子で捩りモーメントを与えて、可動板22を回動させることができる。
特に、捩れ変形する各駆動部材25、26の一端部(251、261)近傍に可動板22の回動中心軸Xが位置しているため、可動板22の回動中心軸Xに対し駆動部材25、26の片側(前記固定部とは反対側の部分)だけに駆動力を作用させても、可動板22の回動中心軸Xのブレを防止することができる。そのため、圧電素子31、32の可動板22の回動に必要な圧電素子の数が少なくて済む(本実施形態では2つである)ため、光学デバイス1の低コスト化を図ることができる。しかも、このように圧電素子の数が少ないと、各圧電素子の取り付け位置のズレや寸法誤差などによる影響を受けにくく、可動板22を円滑に回動させるのが簡単になる。
According to such an optical device 1, the
In particular, since the rotation center axis X of the
また、各駆動部材25、26の回動に際し、各第1の変形部材27、28が捩れ変形し(捩れ変形を主とし)、各第2の変形部材29、30が曲げ変形する(曲げ変形を主とする)ため、この点でも、可動板22の回動中心軸Xのブレを防止することができる。
さらに、各第1の変形部材27、28が回動中心軸X近傍に設けられているため、1対の軸部材23、24の形状を簡単なものとしつつ、可動板22の回動中心軸Xのブレを抑えることができる。
Further, when the
Further, since the
また、圧電素子31、32の伸縮方向が可動板22の板面に平行な方向であるため、可動板22の厚さ方向に光学デバイス1の寸法が大きくなるのを防止しつつ、圧電素子31、32の変位量を大きくすることができる。その結果、光学デバイス1の小型化を図りつつ、可動板22の回動角を大きくすることができる。その上、圧電素子31、32の伸縮方向が可動板22の回動中心軸Xに平行な方向であるため、回動中心軸Xに対し直角な方向における光学デバイス1の寸法も抑えることができる。
Further, since the expansion / contraction direction of the
さらに、可動板22を平面視したときに、1対の駆動部材25、26と1対の第1の変形部材27、28と1対の第2の変形部材29、30と圧電素子31、32とは、その配置が、回動中心軸Xに対し直角な方向で可動板22の中心を通る線分に対し実質的に対称となるように設けられているため、圧電素子31、32の取り付け位置や駆動を簡単なものとしつつ、可動板22の回動中心軸Xのブレをより抑えることができる。
以上説明したように、光学デバイス1によれば、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板22を大きな振れ角でかつ円滑に回動させることができる。
Further, when the
As described above, according to the optical device 1, the
<第2実施形態>
次に、本発明の光学デバイスの第2実施形態について説明する。
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である。なお、以下では、説明の便宜上、図5中の紙面に対し手前側を「上」、紙面に対し奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
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、駆動部材の長さや第1の変形部材の配置が異なる以外は、第1実施形態の光学デバイス1とほぼ同様である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the optical device of the present invention will be described.
FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the optical device of the present invention. In the following, for convenience of explanation, the front side with respect to the paper surface in FIG. 5 is referred to as “up”, the back side with respect to the paper surface is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”.
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.
The
図5に示す光学デバイス1Aは、振動系を有する基体2Aを有しており、図示しないが、基体2Aの下面には、枠状の支持体が接合され、この支持体は基体2Aの振動系の振動を許容しつつ基体2Aをその下方から支持している。
この基体2Aは、各軸部材23、24に対応して連結された1対の駆動部材25A、26Aと、1対の駆動部材25A、26Aにそれぞれ対応して連結された1対の第1の変形部材27A、28Aとを有している。
このような光学デバイス1Aにあっては、各第2の変形部材29、30の曲げ変形により、各第1の変形部材27A、28Aが捩れ変形しながら駆動部材25A、26Aを回動させる。このような駆動部材25A、26Aの回動により、各軸部材23、24は、捩りモーメントを与えられる。
An
The
In such an
各駆動部材25A、26Aは、可動板22の板面に平行でかつ回動中心軸Xに対し直角な方向に延在する長手形状をなしている。
そして、駆動部材25Aは、その一端251A(固定部)側の部分(以下、一端部251Aと言う。)で、前述した軸部材23を支持し、他端252A側の端部に第2の変形部材29が連結されている。これと同様に、駆動部材26Aは、その一端(固定部)261A側の部分(以下、一端部261Aと言う。)で、軸部材24を支持し、他端262A側の端部に第2の変形部材30が連結されている。
Each
The
各第1の変形部材27A、28Aは、主として捩れ変形するように構成されたものであり、回動中心軸Xに略平行な方向に延在する長手形状をなしている。
そして、第1の変形部材27Aは、その一端271Aが支持部材21に固定され、他端272A側の部分(以下、他端部272Aと言う。)が駆動部材25Aの一端部251Aに連結され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第1の変形部材28Aは、その一端281Aが支持部材21に固定され、他端282A側の部分(以下、他端部282Aと言う。)が駆動部材26Aの一端部261Aに連結され、弾性変形可能に構成されている。
Each of the first
The
特に、本実施形態では、各第1の変形部材27A、28Aは、回動中心軸X上に設けられている。これにより、1対の軸部材23、24の形状を簡単なものとしつつ、可動板22の回動中心軸Xのブレをより抑えることができる。
以上説明したような光学デバイス1Aによれば、前述した第1実施形態の光学デバイス1と同様の効果に加え、可動板22の回動をより円滑なものとすることができる。
In particular, in the present embodiment, the
According to the
<第3実施形態>
次に、本発明の光学デバイスの第3実施形態について説明する。
図6は、本発明の光学デバイスの第3実施形態を示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図6中の紙面に対し手前側を「上」、紙面に対し奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
以下、第3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3実施形態の光学デバイス1Bは、第2の変形部材や圧電素子の配置が異なる以外は、第1実施形態の光学デバイス1とほぼ同様である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the optical device of the present invention will be described.
FIG. 6 is a plan view showing a third embodiment of the optical device of the present invention. In the following, for convenience of explanation, the front side with respect to the paper surface in FIG. 6 is referred to as “upper”, the rear side with respect to the paper surface is referred to as “lower”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”.
Hereinafter, the optical device of the third 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.
The
図6に示す光学デバイス1Bは、振動系を有する基体2Bを有しており、図示しないが、基体2Bの下面には、枠状の支持体が接合され、この支持体は基体2Bの振動系の振動を許容しつつ基体2Bをその下方から支持している。
この基体2Bは、1対の駆動部材25、26にそれぞれ対応して設けられた1対の第2の変形部材29B、30Bと、これらに対応して設けられた1対の圧電素子31B、32Bとを有している。
このような光学デバイス1Bにあっては、各第2の変形部材29B、30Bの曲げ変形により、各第1の変形部材27、28が捩れ変形しながら駆動部材25、26を回動させる。このような駆動部材25、26の回動により、各軸部材23、24は、捩りモーメントを与えられる。
An
The
In such an
各第2の変形部材29B、30Bは、回動中心軸Xに略直角な方向に延在する長手形状をなしている。
そして、第2の変形部材29Bは、その一端291Bが支持部材21に固定され、他端292Bが駆動部材25の他端部252に連結され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第2の変形部材30Bは、その一端301Bが支持部材21に固定され、他端302Bが駆動部材26の他端部262に連結され、弾性変形可能に構成されている。
Each of the second
The
特に、本実施形態では、各第2の変形部材29B、30Bは、回動中心軸Xに対し略直角な方向に延在している。これにより、各駆動部材25、26の回動をより円滑なものとするとともに、可動板22の回動中心軸Xのブレを防止することができる。
以上説明したような光学デバイス1Aによれば、前述した第1実施形態の光学デバイス1と同様の効果に加え、各駆動部材25、26の回動をより円滑なものとするとともに、可動板22の回動中心軸Xのブレを防止することができる。
In particular, in the present embodiment, each of the
According to the
<第4実施形態>
次に、本発明の光学デバイスの第4実施形態について説明する。
図7は、本発明の光学デバイスの第4実施形態を示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図7中の紙面に対し手前側を「上」、紙面に対し奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
以下、第4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4実施形態の光学デバイス1Cは、第1の変形部材と第2の変形部材と圧電素子とのそれぞれの配置が異なる以外は、第1実施形態の光学デバイス1とほぼ同様である。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the optical device of the present invention will be described.
FIG. 7 is a plan view showing a fourth embodiment of the optical device of the present invention. In the following, for convenience of explanation, the front side with respect to the paper surface in FIG. 7 is referred to as “up”, the back side with respect to the paper surface is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”.
Hereinafter, the optical device according to the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the optical device according to the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
The optical device 1C according to the fourth embodiment is substantially the same as the optical device 1 according to the first embodiment, except that the first deformation member, the second deformation member, and the piezoelectric element are different in arrangement.
図7に示す光学デバイス1Cは、振動系を有する基体2Cを有しており、図示しないが、基体2Cの下面には、枠状の支持体が接合され、この支持体は基体2Cの振動系の振動を許容しつつ基体2Cをその下方から支持している。
この基体2Cは、1対の駆動部材25、26にそれぞれ対応して設けられた1対の第1の変形部材27C、28Cおよび1対の第2の変形部材29C、30Cと、第2の変形部材29C、30Cにそれぞれ対応して設けられた1対の圧電素子31C、32Cとを有している。
このような光学デバイス1Cにあっては、圧電素子31C、32Cの駆動により各第2の変形部材29C、30Cを曲げ変形させ、これに伴って、各第1の変形部材27C、28Cが捩れ変形しながら駆動部材25、26を回動させる。このような駆動部材25、26の回動により、各軸部材23、24は、捩りモーメントを与えられる。
An optical device 1C shown in FIG. 7 includes a base 2C having a vibration system. Although not shown, a frame-like support is bonded to the lower surface of the base 2C, and the support is a vibration system of the base 2C. The base 2C is supported from the lower side while allowing vibrations of the above.
The base body 2C includes a pair of
In such an optical device 1C, the second
各第1の変形部材27C、28Cは、主として捩れ変形するように構成されたものであり、回動中心軸Xに略平行な方向に延在する長手形状をなしている。
そして、第1の変形部材27Cは、その一端271Cが支持部材21Cに固定され、他端272C側の部分(以下、他端部272Cと言う。)が駆動部材25の一端部251に連結され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第1の変形部材28Cは、その一端281Cが支持部材21に固定され、他端282C側の部分(以下、他端部282Cと言う。)が駆動部材26の一端部261に連結され、弾性変形可能に構成されている。
Each of the
The first deformation member 27C has one
一方、各第2の変形部材29C、30Cは、主として捩れ変形するように構成されたものであり、回動中心軸Xに略平行な方向に延在する長手形状をなしている。
そして、第2の変形部材29Cは、その一端291Cが支持部材21Cに固定され、他端292C側の部分(以下、他端部292Cと言う。)が駆動部材25の他端部252に連結され、弾性変形可能に構成されている。これと同様に、第2の変形部材30Cは、その一端301Cが支持部材21Cに固定され、他端302C側の部分(以下、他端部302Cと言う。)が駆動部材26の他端部262に連結され、弾性変形可能に構成されている。
このような各第1の変形部材27C、28Cおよび各第2の変形部材29C、30Cは、それぞれ対応する駆動部材25、26に対し可動板22側(すなわち内側)に位置している。これにより、可動板22の回動中心軸方向Xにおける光学デバイス1の寸法を抑えることができる。
On the other hand, each of the second
The
The
圧電素子31Cは、第2の変形部材29C上に接合され、その長手方向に伸縮するように配置されている。一方、圧電素子32Cは、第2の変形部材30C上に接合され、その長手方向に伸縮するように配置されている。
以上説明したような光学デバイス1Aによれば、前述した第1実施形態の光学デバイス1と同様の効果に加え、可動板22の回動中心軸方向Xにおける光学デバイス1の寸法を抑えることができる。
The
According to the
以上説明したような光学デバイス1〜1C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。この場合、光反射部221で反射した光を主走査および/または副走査して、対象物上に画像を形成する。本発明の光スキャナを備えた画像形成装置、すなわち、本発明の画像形成装置は、小型化および低コスト化を図りつつ、優れた画像を得ることができる。
The optical devices 1 to 1C as described above can be applied to, for example, an optical scanner, an optical switch, an optical attenuator, and the like.
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. In this case, the light reflected by 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110(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110は、図8に示すように、図示矢印方向に回転する感光体111を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット112、露光ユニット113、現像ユニット114、転写ユニット115、クリーニングユニット116が配設されている。また、画像形成装置110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117が設けられ、上部に、定着装置118が設けられている。
An image forming apparatus 110 (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
このような画像形成装置110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111、現像ユニット114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111は、回転しながら、帯電ユニット112により順次帯電される。
感光体111の帯電された領域は、感光体111の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット113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。
In such an
The charged region of the
感光体111上に形成された潜像は、感光体111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111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114は、現像装置144が選択的に前記現像位置にて感光体111と対向している。なお、この選択は、保持体145の軸146まわりの回転により、現像装置141〜144の相対位置関係を維持しつつそれぞれの位置を変えることで行う。
The latent image formed on the
感光体111上に形成されたイエロートナー像は、感光体111の回転に伴って一次転写位置(すなわち、感光体111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。
The yellow toner image formed on the
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。
一方、記録媒体Pは、給紙トレイ117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。
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
On the other hand, the recording medium P is conveyed from the
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。また、中間転写ベルト151は、駆動ローラ154を回転させることで一次転写ローラ152および従動ローラ153を従動回転させながら回転する。
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118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110の外部へ排出される。
一方、感光体111は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット116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116内の残存トナー回収部に回収される。
The full color toner image formed on the
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118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
このような画像形成装置に備えられた露光ユニット113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111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。
より具体的に説明すると、露光ユニット113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。
The
More specifically, as shown in FIG. 9, the
露光ユニット113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111上に照射される。
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111の軸線方向に走査(主走査)される。一方、感光体111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111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113は、感光体111上を選択的に露光して画像形成(描画)を行う。
In the
At that time, the light (laser L) reflected by the
In this way, the
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119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119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119は、スクリーン197上に画像形成(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、軸部材が直線状をなしていたが、軸部材の形状は、可動板を回動可能に支持できるものであれば任意である。例えば、軸部材は、その途中に分岐している部分を有していてもよいし、幅広な部分や幅狭な部分を有してもよし、折れ曲がったような形状をなす部分を有していてもよい。
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 any configuration that exhibits the same function, and any configuration can be added.
In the above-described embodiment, the shaft member is linear. However, the shape of the shaft member is arbitrary as long as the movable plate can be rotatably supported. For example, the shaft member may have a portion branched in the middle thereof, a wide portion or a narrow portion, or a portion that is bent. May be.
また、前述した実施形態では、圧電素子が基体の上面のみに接合されていたが、基体の下面に圧電素子を接合してもよい。
また、前述した実施形態では、光学デバイスが左右対称な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
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、その逆の面に設けられている構成であってもよいし、両方の面に設けられている構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the piezoelectric element is bonded only to the upper surface of the substrate. However, the piezoelectric element may be bonded to the lower surface of the substrate.
In the above-described embodiment, the structure in which the optical device has a symmetrical shape has been described.
Further, 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, but for example, the configuration provided on the opposite surface. There may be a configuration provided on both sides.
1〜1C……光学デバイス 2〜2C……基体 21、21C……支持部材 22……可動板 23、24……軸部材 25、25A、26、26A……駆動部材 27、27A、27C、28、28A、28C……第1の変形部材 29、29B、29C、30、30B、30C……第2の変形部材 31、31B、31C、32、32B、32C……圧電素子 4……支持体 41……第1の層 42……第2の層 110……画像形成装置 111……感光体 112……帯電ユニット 113……露光ユニット 114……現像ユニット 115……転写ユニット 116……クリーニングユニット 117……給紙トレイ 118……定着装置 119……画像形成装置 131……レーザー光源 132……コリメータレンズ 133……fθレンズ 141〜144……現像装置 145……保持体 146……軸 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 161……クリーニングブレード 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 191、192、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 221……光反射部 251、261……一端部 252、262、272、272A、272C、282、282A、282C、292、292C、302、302C……他端部 251A、261A、271、271A、271C、281、281A、281C、291、291B、291C、301、301B、301C……一端 252A、262A、292B、302B……他端 P……記録媒体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-1C ... Optical device 2-2C ... Base |
Claims (11)
光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記支持部材に対し前記可動板を回動可能に支持する1対の軸部材と、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を偏向または走査するように構成された光学デバイスであって、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に平行でかつ前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材を支持する1対の駆動部材と、前記回動中心軸に平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端が前記支持部材に固定され、他端が前記駆動部材の前記一端部に連結された弾性変形可能な1対の第1の変形部材と、長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記駆動部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な1対の第2の変形部材と、前記各第2の変形部材上に接合され、前記各第2の変形部材の長手方向に伸縮する1対の圧電素子とを備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第2の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第1の変形部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする光学デバイス。 A support member;
A movable plate provided with a light reflecting portion having light reflectivity;
A pair of shaft members rotatably supporting the movable plate with respect to the support member;
Drive means for applying a torsional moment to each shaft member;
An optical device configured to deflect or scan the light reflected by the light reflecting portion by rotating the movable plate while twisting and deforming each shaft member by the operation of the driving means,
The drive means has a longitudinal shape that is parallel to the plate surface of the movable plate and extends in a direction substantially perpendicular to the rotation center axis of the movable plate, and the rotation center axis is positioned in the vicinity of one end thereof. A pair of drive members that support the shaft members, and a longitudinal shape extending in a direction parallel to the rotation center axis, one end of which is fixed to the support member and the other end of the drive A pair of elastically deformable first deformable members connected to the one end of the member and a longitudinal shape, one end of which is fixed to the support member, and the other end is the one end of the drive member A pair of elastically deformable second deformable members connected to the other end opposite to each other, and joined on the second deformable members, and extend and contract in the longitudinal direction of the second deformable members A pair of piezoelectric elements, and by expanding and contracting each piezoelectric element by energization, The second deformable member is bent and deformed, and the drive member is rotated while twisting and deforming each first deformable member to give a torsional moment to each shaft member, and the movable plate An optical device characterized in that the optical device is configured to rotate.
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、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に平行でかつ前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材を支持する1対の駆動部材と、前記回動中心軸に平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端が前記支持部材に固定され、他端が前記駆動部材の前記一端部に連結された弾性変形可能な1対の第1の変形部材と、長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記駆動部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な1対の第2の変形部材と、前記各第2の変形部材上に接合され、前記各第2の変形部材の長手方向に伸縮する1対の圧電素子とを備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第2の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第1の変形部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする光スキャナ。 A support member;
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 applying a torsional moment to each shaft member;
An optical scanner configured to scan the light reflected by the light reflecting portion by rotating the movable plate while twisting and deforming each shaft member by the operation of the driving means;
The drive means has a longitudinal shape that is parallel to the plate surface of the movable plate and extends in a direction substantially perpendicular to the rotation center axis of the movable plate, and the rotation center axis is positioned in the vicinity of one end thereof. A pair of drive members that support the shaft members, and a longitudinal shape extending in a direction parallel to the rotation center axis, one end of which is fixed to the support member and the other end of the drive A pair of elastically deformable first deformable members connected to the one end of the member and a longitudinal shape, one end of which is fixed to the support member, and the other end is the one end of the drive member A pair of elastically deformable second deformable members connected to the other end opposite to each other, and joined on the second deformable members, and extend and contract in the longitudinal direction of the second deformable members A pair of piezoelectric elements, and by expanding and contracting each piezoelectric element by energization, The second deformable member is bent and deformed, and the drive member is rotated while twisting and deforming each first deformable member to give a torsional moment to each shaft member, and the movable plate An optical scanner characterized by being configured to rotate.
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、
前記各軸部材に捩りモーメントを与える駆動手段とを有し、
前記駆動手段の作動により、前記各軸部材を捩れ変形させながら、前記可動板を回動させて、前記光反射部で反射した光を主走査および/または副走査して、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、
前記駆動手段は、前記可動板の板面に平行でかつ前記可動板の回動中心軸に対し略直角な方向に延在する長手形状をなし、その一端部近傍に前記回動中心軸を位置させるように前記各軸部材を支持する1対の駆動部材と、前記回動中心軸に平行な方向に延在する長手形状をなし、その一端が前記支持部材に固定され、他端が前記駆動部材の前記一端部に連結された弾性変形可能な1対の第1の変形部材と、長手形状をなし、その一端部が前記支持部材に固定され、他端部が前記駆動部材の前記一端部とは反対側の他端部に連結された弾性変形可能な1対の第2の変形部材と、前記各第2の変形部材上に接合され、前記各第2の変形部材の長手方向に伸縮する1対の圧電素子とを備え、通電により前記各圧電素子を伸縮させることにより、前記各第2の変形部材を曲げ変形させ、これに伴って、前記各第1の変形部材を捩れ変形させながら前記各駆動部材を回動させて、前記各軸部材に捩りモーメントを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする画像形成装置。 A support member;
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 applying a torsional moment to each shaft member;
With the operation of the driving means, the movable plate is rotated while twisting and deforming each shaft member, and the light reflected by the light reflecting portion is subjected to main scanning and / or sub scanning, and an image is formed on the object. An image forming apparatus configured to form
The drive means has a longitudinal shape that is parallel to the plate surface of the movable plate and extends in a direction substantially perpendicular to the rotation center axis of the movable plate, and the rotation center axis is positioned in the vicinity of one end thereof. A pair of drive members that support the shaft members, and a longitudinal shape extending in a direction parallel to the rotation center axis, one end of which is fixed to the support member and the other end of the drive A pair of elastically deformable first deformable members connected to the one end of the member and a longitudinal shape, one end of which is fixed to the support member, and the other end is the one end of the drive member A pair of elastically deformable second deformable members connected to the other end opposite to each other, and joined on the second deformable members, and extend and contract in the longitudinal direction of the second deformable members A pair of piezoelectric elements, and by expanding and contracting each piezoelectric element by energization, The second deformable member is bent and deformed, and the drive member is rotated while twisting and deforming each first deformable member to give a torsional moment to each shaft member, and the movable plate An image forming apparatus configured to rotate the image forming apparatus.
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