JP5045611B2 - アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載のアクチュエータは、半導体基板に、枠状の外側可動板と該外側可動板の内側に配置される内側可動板とからなる可動部と、前記外側可動板を揺動可能に軸支する第1トーションバーと該第1トーションバーと軸方向が直交し前記内側可動板を揺動可能に軸支する第2トーションバーとからなる軸支部とを一体に形成し、前記外側可動板と内側可動板の各周縁部に設けた駆動コイルと、該駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する磁気力により前記可動部を駆動する構成であり、一対の前記静磁界発生手段が、前記可動部の1つの対角線方向に当該可動部を挟んで配置されたものである。
これにより、可動板自身に永久磁石を設けなくても、可動板を第2の軸周りに効率よく回動させることができる。
これにより、永久磁石の両極が第1の軸を挟んで配置されるので、枠状部材及び可動板を第1の軸周りに効率よく回動させることができる。
これにより、極めて円滑に、可動板を第1の軸及び第2の軸の周りに回動させることができる。
これにより、より確実かつ円滑に、可動板を第1の軸まわりに第1の電圧の周波数で回動させつつ、第2の軸まわりに第2の電圧の周波数で回動させることができる。
これにより、装置の小型化及び低コスト化を図りつつ、可動板を第1の軸および第1の軸に直交する第2の軸の周りに回動させることにより光を2次元走査して、画像を形成することができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による、光スキャナ(アクチュエータ)10の構成を示す平面図、図2は、図1のA−A線断面図、図3は、図1のB−B線断面図、図4は、図1に示す光スキャナ10が備える駆動手段を示すブロック図、図5は、図4に示す第1の電圧発生部および第2の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1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2の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
第1の電圧V1は、鋸波のような波形をなしている。そのため、光スキャナ10は効果的に光を垂直走査(副走査)することができる。なお、第1の電圧V1の波形は、これに限定されない。ここで、第1の電圧V1の周波数(1/T1)は、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、30〜80Hz(60Hz程度)であるのが好ましい。
本実施形態では、第1の電圧V1の周波数は、可動板11(光反射部12)と、軸部材13a,13bと、枠状部材14と、軸部材15a,15bとで構成された、軸部材15a,15bを回転軸とする第1の振動系のねじり共振周波数と異なる周波数となるように調整されている。
第2の電圧V2は、正弦波のような波形をなしている。そのため、光スキャナ10は効果的に光を主走査することができる。なお、第2の電圧V2の波形は、これに限定されない。
また、第2の電圧V2の周波数は、第1の電圧V1の周波数と異なり、かつ、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、10〜40kHzであるのが好ましい。このように、第2の電圧V2の周波数を10〜40kHzとし、前述したように第1の電圧V1の周波数を60Hz程度とすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動板11を互いに直交する2軸(X軸およびY軸)のそれぞれの軸まわりに回動させることができる。ただし、可動板11をX軸およびY軸のそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、第1の電圧V1の周波数と第2の電圧V2の周波数との組み合わせは、特に限定されない。
電圧重畳部43は、コイル30に電圧を印加するための加算器43aを備えている。加算器43aは、第1の電圧発生部41から第1の電圧V1を受けるとともに、第2の電圧発生部42から第2の電圧V2を受け、これらの電圧を重畳しコイル30に印加するようになっている。
すると、第1の電圧V1によって、枠状部材14と永久磁石20a,20bのN極との接着部付近をコイル30に引き付けようとするとともに枠状部材14と永久磁石20a,20bのS極との接着部付近をコイル30から離間させようとする磁界(この磁界を「磁界A1」という)と、枠状部材14と永久磁石20a,20bのN極との接着部付近をコイル30から離間させようとするとともに枠状部材14と永久磁石20a,20bのS極との接着部付近をコイル30に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A2」という)とが交互に切り換わる。
なお、第2の電圧V2の周波数は、第2の振動系のねじり共振周波数と等しい。そのため、第2の電圧V2によって可動板11をY軸まわりに回動させることができる。つまり、第1の電圧V1によって、可動板11がY軸まわりに回動してしまうことを防止することができる。つまり、第2の振動系のねじり共振周波数を第2の電圧V2の周波数にあわせるように設計することで、機械的なフィルタを構成し、重畳された磁界に対して、正確に回動することができる。
また、光スキャナ10は、枠状部材14に永久磁石20a,20bを設け、永久磁石20a,20bに対向するようにホルダ17上にコイル30を設けている。つまり、第1の振動系及び第2の振動系上には発熱体であるコイル30が設けられていない。そのため、通電によってコイル30から発生する熱による振動系の撓みや共振周波数の変化を抑制することができる。その結果、光スキャナ10は、長時間の連続使用であっても所望の振動特性を発揮することができる。
図6は、本発明によるに画像形成装置の一例として、光スキャナ10をイメージング用ディスプレイの光スキャナとして用いた場合を説明する。なお、スクリーンSの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、回動中心軸XがスクリーンSの横方向と平行であり、回動中心軸YがスクリーンSの縦方向と平行である。
光源装置91は、赤色光を照出する赤色光源装置911と、青色光を照出する青色光源装置912と、緑色光を照出する緑色光源装置913とを備えている。
各ダイクロイックミラー92は、赤色光源装置911、青色光源装置912、緑色光源装置913のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
なお、図5中では、ダイクロイックミラー92で合成された光を光スキャナ10によって2次元的に走査した後、その光を固定ミラーKで反射させてからスクリーンSに画像を形成するように構成されているが、固定ミラーKを省略し、光スキャナ10によって2次元的に走査された光を直接スクリーンSに照射してもよい。
Claims (7)
- 枠状部材と、
前記枠状部材を第1の軸周りに回動可能とするように、前記枠状部材の両端に設けられた1対の第1の軸部材と、
前記枠状部材の内側に設けられた可動板と、
前記可動板を前記第1の軸に直交する第2の軸周りに回動可能とするように、前記可動板の両端に設けられ、前記可動板を前記枠状部材に支持する1対の第2の軸部材と、
前記枠状部材に設けられ、両極が前記第1の軸を挟んで配置された少なくとも2つ以上の永久磁石と、
前記枠状部材に対向するように配置され、電圧の印加により前記永久磁石に作用する磁力を発生するコイルと、
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
各々の前記永久磁石は、前記第1の軸に対してθの角度を有するように、かつ各々の前記永久磁石の磁極の方向が同じになるように配置され、30度<θ<60度であり、
前記電圧印加手段は、周波数の異なる第1の電圧と第2の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第1の電圧の周波数で前記第1の軸周りに回動させるとともに、前記第2の電圧の周波数で前記第2の軸周りに回動させることを特徴とするアクチュエータ。 - 各々の前記永久磁石は、一端が前記第2の軸部材と、前記枠状部材との接続部に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記永久磁石の磁極方向の長さをL、前記枠状部材の前記第1の軸に垂直な方向の長さをdとすると、Lsinθ>0.5dであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアクチュエータ。
- 前記第2の電圧の周波数は、前記可動板と前記1対の第2の軸部材とで構成される前記第2の軸部材を回動軸とする振動系の共振周波数と略等しく、前記第1の電圧の周波数は、前記可動板と、前記1対の第2の軸部材と、前記永久磁石と、前記枠状部材と前記1対の第1の軸部材とで構成される前記第1の軸部材を回動軸とする振動系の共振周波数と異なっていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記第2の電圧の周波数は、前記第1の電圧の周波数よりも大きいことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 枠状部材と、
前記枠状部材を第1の軸周りに回動可能とするように、前記枠状部材の両端に設けられた1対の第1の軸部材と、
前記枠状部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を前記第1の軸に直交する第2の軸周りに回動可能とするように、前記可動板の両端に設けられ、前記可動板を前記枠状部材に支持する1対の第2の軸部材と、
前記枠状部材に設けられ、両極が前記第1の軸を挟んで配置された少なくとも2つ以上の永久磁石と、
前記枠状部材に対向するように配置され、電圧の印加により前記永久磁石に作用する磁力を発生するコイルと、
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
各々の前記永久磁石は、前記第1の軸に対してθの角度を有するように、かつ各々の前記永久磁石の磁極の方向が同じになるように配置され、30度<θ<60度であり、
前記電圧印加手段は、周波数の異なる第1の電圧と第2の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第1の電圧の周波数で前記第1の軸周りに回動させるとともに、前記第2の電圧の周波数で前記第2の軸周りに回動させることを特徴とする光スキャナ。 - 請求項6に記載の光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記可動部を回動させることにより、前記光反射部で反射した光を2次元走査して、対象物上に画像を形成する画像形成装置。
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