JP5447283B2 - 光スキャナーおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査により描画等を行うための光スキャナー、およびこの光スキャナーを備えた画像形成装置に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、光スキャナーとしての機能を有する電磁アクチュエーターが知られている。この電磁アクチュエーターは、一対の永久磁石が設けられた絶縁基板と、一対の永久磁石の間に位置し絶縁基板に支持されたスキャナー本体と、を備えていて、スキャナー本体は、枠状の支持部と、支持部の内側に設けられた枠状の外側可動板と、外側可動板の内側に設けられ全反射ミラーを有する内側可動板と、を有した、いわゆるジンバル構造となっている。また、外側可動板は、一対の第１トーションバーを介して支持部に連結されており、内側可動板は、第１トーションバーと直交する、一対の第２トーションバーを介して外側可動板に連結している。そして、外側可動板および内側可動板には、それぞれ平面コイルが設けられている。

このような構成の電磁アクチュエーターでは、通電により各平面コイルから発生する磁界と、一対の永久磁石の間における磁界と、を作用させることにより、外側可動板が内側可動板とともに第１トーションバーを中心軸として回動し、内側可動板が第２トーションバーを中心軸として回動することになる。これにより、電磁アクチュエーターは、全反射ミラーに入射する光の反射方向を制御することが可能であり、光スキャナーとして機能する。

特開平８−３２２２２７号公報

しかし、従来の技術において、電磁アクチュエーターは、第１トーションバーの回動に連動して、第２トーションバーの中心軸の延在方向も回動して移動する。そのため、第１トーションバーと第２トーションバーとをそれぞれ回動させて、全反射ミラーを所定方向へ向けるための制御が煩雑なものになっていた。また、電磁アクチュエーターの外側可動板に設けられた平面コイルから発生する磁場と、内側可動板に設けられた平面コイルから発生する磁場と、が干渉しやすく、その場合、全反射ミラーは、第１トーションバーまたは第２トーションバーの中心軸まわりにおける回動が意図する回動と異なってしまうことがある。従って、従来の電磁アクチュエーターのような構成の光スキャナーでは、内側可動板の全反射ミラーを安定して自在に回動させることが難しく、容易には行えない、という課題があった。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る光スキャナーは、光反射面を有する光反射部材と、前記光反射部材を支持する支持部材と、前記支持部材を介して前記光反射部材を保持する可動部と、前記可動部から前記光反射面と平行にそれぞれ延出し、中間部分に屈曲部を有する一対の可動梁と、前記可動梁に直結し前記可動梁を介して前記可動部へ変位を付与する変位部を有し、前記可動梁の延出方向の端部にそれぞれ設けられた第１駆動装置と、前記変位部から延出し、前記光反射面と平行し且つ前記可動梁の延出方向と直交している一対の駆動梁と、前記駆動梁を固定するための支持枠と、前記可動部へ、前記第１駆動装置とは異なる変位を、直接付与する第２駆動装置と、を備えていることを特徴とする。

この光スキャナーによれば、光反射面は、可動部と連動して変位し、入射した光を任意の方向へ反射する。可動部は、第１駆動装置の変位部に駆動される可動梁の作動に追随して変位する。ここで、可動梁は、非駆動状態では、光反射面と平行な面上において、変位部と共に１つの軸である第１の軸に沿って延出した形態をなしていて、変位部は、光反射面と平行な面上で可動梁に対して直交方向へ延出する駆動梁に支持されている。つまり、駆動梁を中心にして変位部が回動することによって、可動部を挟む一対の可動梁がそれぞれ回動し、可動部を変位させている。そして、可動部に設けられている屈曲部は、可動梁のそれぞれの回動に応じて柔軟に屈曲し、可動部を該第１の軸に沿って確実に変位させる機能を有している。さらに、光スキャナーは、第２駆動装置を備えていて、この第２駆動装置は、第１駆動装置の変位部の機能を、可動部自体に持たせた構成により、該第１の軸とは異なる方向の第２の軸に沿って可動部を変位させている。即ち、第２駆動装置では、可動梁および駆動梁を介することなく、可動部を直接的に変位させることが可能である。この時、可動梁および屈曲部は、第２駆動部よって可動部へ付与される変位の影響が、第１駆動装置の変位部へ及ぶことを回避する、機能を果たす。同様に、可動梁および屈曲部は、第１駆動部による変位の影響が、第２駆動装置へ及ぶことを回避する、機能を果たす。これにより、光スキャナーは、第１駆動装置または第２駆動装置の個々の変位付与に対し、可動部が第１の軸または第２の軸に沿ってそれぞれ個別に且つ確実に対応でき、安定して自在に変位することが可能である。また、第２駆動装置が可動梁および駆動梁を有しない構成であるため、光スキャナーを小型化することも可能である。

［適用例２］上記適用例に係る光スキャナーにおいて、前記第１駆動装置は、前記変位部に設けられた第１永久磁石と、前記第１永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルを有する第１駆動部と、を有し、前記第２駆動装置は、前記可動部に設けられた第２永久磁石と、前記第２永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルを有する第２駆動部と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、第１駆動装置は、変位部に設けられた第１永久磁石に対し、第１駆動部のコイルから磁界を発生させて、第１永久磁石のいずれかの極側をコイルに引きつけることにより、変位部を回動させる構成となっている。変位部の回動により可動梁も回動し、可動部が第１の軸方向に沿って変位する。一方、第２駆動装置は、可動部に設けられた第２永久磁石に対し、第２駆動部のコイルから磁界を発生させて、第２永久磁石のいずれかの極側をコイルに引きつけることにより、可動部を、梁等を介さずに、直接変位させる構成となっている。このように、光スキャナーは、コイルの極性を変化させる簡便な構成により、可動部を自在に変位させることが可能である。

［適用例３］上記適用例に係る光スキャナーにおいて、前記第１永久磁石は、前記光反射面と直交する方向に両極が対向するように前記変位部へ設けられ、前記光反射面の側に位置するそれぞれの極が互いに異なる極性となっていることが好ましい。

この構成によれば、第１永久磁石は、非駆動状態の光反射面に対して直交方向に延在し、延在する端部側の極がＮ極またはＳ極である。この場合、可動梁の両端の各変位部において、一方の側の変位部に設けられた第１永久磁石は、光反射面の向いている方向と同じ側に位置する端部側の極がＮ極であれば、他方の側の変位部に設けられた第１永久磁石は、光反射面の向いている方向と同じ側に位置する端部側の極がＳ極となるように配置されている。即ち、光反射面の側に位置するそれぞれの極が互いに異なる極性となっている。ここで、光スキャナーにおける可動部を傾ける変位は、可動部を挟む一対の可動梁がそれぞれ同じ方向へ回動することにより、可能となる。このように可動梁を回動させるには、各第１永久磁石に対向するコイル側をＳ極として、第１永久磁石のＮ極側端部をコイルへ引きつければ良い。あるいは、各第１永久磁石に対向するコイル側をＮ極として、第１永久磁石のＳ極側端部をコイルへ引きつければ良い。つまり、変位部を同じ方向へ回動させている。この場合、可動梁の両端に位置する第１駆動装置のコイルは、可動部に向いた側が同じ極性となって、互いに反発する状態であり、第１駆動装置のコイルによる磁界は、第２駆動装置のコイルに対してほとんど影響を与えることがない。従って、第２駆動装置は、第１駆動装置の磁界の影響を受けずに、可動部を、個別に、変位させることが可能である。

［適用例４］上記適用例に係る光スキャナーにおいて、前記第２永久磁石は、両極間の長さが前記可動部の外形長さと近似し、前記光反射面に沿い且つ前記可動梁の延出方向と直交する方向に両極が対向するように前記可動部へ設けられていることが好ましい。

この構成によれば、光反射面と平行な面上において可動梁の延出方向と直角に交叉する方向に、第２永久磁石の両極が対向するように配置することにより、第２駆動装置は、第１駆動装置が付与する変位と直交する方向の変位を、可動部へ付与することが可能である。このように、第１駆動装置および第２駆動装置が付与する変位が互いに直交していれば、可動部の変位を容易に特定でき、可動部が反射する光の方向を容易に制御することが可能である。また、第２永久磁石の長さが、可動部の外形長さと同等程度に近似しており、可動部を回動させるモーメントが確保しやすく、可動部を確実に変位させることが可能である。

［適用例５］上記適用例に係る光スキャナーにおいて、前記第２永久磁石は、前記光反射部材を支持した状態で前記可動部に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、第２永久磁石は、第２駆動装置としての機能に加え、光反射面を有する光反射部材を支持する支持部材としての機能も合わせて有している。第２永久磁石が支持部材として光反射部材を支持することにより、光反射部材を支持するだけの支持部材を削減することができ、可動部の重量軽減による変位に要する磁界強度の低減、および部品点数削減等が図れる。

［適用例６］上記適用例に係る光スキャナーにおいて、前記光反射面は、前記可動部より大きな面積を有していることが好ましい。

この構成によれば、光反射面は、可動部より大きく設定することができ、例えば、可動部位置から可動梁の屈曲部を越える位置にまで広げることも可能であり、より多くの光束を反射することが可能である。これが可能な理由は、支持部材によって、光反射面を有する光反射部材と可動部との間に隙を有する構成であることにより、光反射部材は、可動部が傾いた場合でも、この隙の分だけ可動梁と接触することを回避可能であることによる。

［適用例７］本適用例に係る画像形成装置は、光反射面を有する光反射部材と、前記光反射部材を支持する支持部材と、前記支持部材を介して前記光反射部材を保持する可動部と、前記可動部から前記光反射面と平行にそれぞれ延出し、中間部分に屈曲部を有する一対の可動梁と、前記可動梁に直結し前記可動梁を介して前記可動部へ変位を付与する変位部を有し、前記可動梁の延出方向の端部にそれぞれ設けられた第１駆動装置と、前記変位部から延出し、前記光反射面と平行し且つ前記可動梁の延出方向と直交している一対の駆動梁と、前記駆動梁を固定するための支持枠と、前記可動部へ、前記第１駆動装置とは異なる変位を、直接付与する第２駆動装置と、を有する光スキャナーを備えていることを特徴とする。

この画像形成装置によれば、光スキャナーを備えていて、この光スキャナーによれば、光反射面は、可動部と連動して変位し、入射した光を任意の方向へ反射する。可動部は、第１駆動装置の変位部に駆動される可動梁の作動に追随して変位する。ここで、可動梁は、非駆動状態では、光反射面と平行な面上において変位部と共に第１の軸に沿って延出した形態をなしていて、変位部は、光反射面と平行な面上で可動梁に対して直交方向へ延出する駆動梁に支持されている。つまり、駆動梁を中心にして変位部が回動することによって、可動部を挟む一対の可動梁がそれぞれ回動し、可動部を変位させている。そして、可動部に設けられている屈曲部は、可動梁のそれぞれの回動に応じて柔軟に屈曲し、可動部を該第１の軸に沿って確実に変位させる機能を有している。さらに、光スキャナーは、第２駆動装置を備えていて、この第２駆動装置は、第１駆動装置の変位部の機能を可動部に持たせる等の構成により、該第１の軸とは異なる方向の第２の軸に沿って可動部を変位させている。即ち、第２駆動装置では、可動梁および駆動梁を介することなく、可動部を変位させることが可能である。この時、可動梁および屈曲部は、第１駆動部または第２駆動装置の変位の影響が他駆動部へ及ぶことを回避する、機能を果たす。これにより、光スキャナーは、第１駆動装置または第２駆動装置の個々の変位付与に対し、可動部が第１の軸または第２の軸に沿って確実に対応でき、安定して自在に変位することが可能である。また、第２駆動装置が可動梁および駆動梁を有しない構成であるため、光スキャナーを小型化することが可能である。このような光スキャナーを備えた画像形成装置は、自在な画像を安定して形成でき、小型化を図ることも可能である。

本発明に係る光スキャナーの構成を示す平面図。 光スキャナーの構成を示す断面図。 反射板を変位させるための可動梁および駆動装置を示す斜視図。 （ａ）光スキャナーの第１駆動装置の駆動を示す断面図、（ｂ）第１駆動装置の駆動を示す断面図。 （ａ）光スキャナーの第２駆動装置の駆動を示す断面図、（ｂ）第２駆動装置の駆動を示す断面図。 本発明の画像形成装置の概要を示す模式図。 （ａ）光スキャナーの変形例を示す断面図、（ｂ）変形例における第１駆動装置の駆動を示す断面図。 光スキャナーの変形例を示す断面図。

以下、本発明の光スキャナーおよび画像形成装置の好適な実施形態の一例について、添付図面を参照して説明する。
（実施形態）

図１は、本発明に係る光スキャナーの構成を示す平面図である。また、図２は、光スキャナーの構成を示す断面図であり、図１に示す光スキャナーのＡ−Ａ’断面を示している。そして、図３は、反射板を変位させるための可動梁および駆動装置を示す斜視図である。図１および図２に示すように、光スキャナー１は、可動部２と、可動部２と連結する２つの連結部１１，１２と、連結部１１，１２の可動部２と反対側端部に設けられ、連結部１１，１２を介して可動部２を変位させるための第１駆動装置２０，３０と、第１駆動装置２０，３０を支持している支持枠１５と、支持枠１５を支持している基台１６と、第１駆動装置２０，３０とは異なる変位を可動部２へ直接付与するための第２駆動装置４０と、を有している。これら可動部２、連結部１１，１２、第１駆動装置２０，３０および支持枠１５は、振動基板４を構成している。また、可動部２は、光反射面３ａを有する反射板（光反射部材）３を支持部材４１を介して支持している。なお、以下では、光スキャナー１を平面視した図１に示すように、連結部１１，１２の延出する振動基板４の長手方向をＸ軸（課題を解決するための手段における第１の軸）とし、Ｘ軸およびＹ軸（課題を解決するための手段における第２の軸）で形成される平面は、非駆動状態の光反射面３ａと平行であり、該平面と直交するＺ軸は、光反射面３ａを有する反射板３の厚さ方向と一致する。

最初に、振動基板４について説明する。振動基板４の支持枠１５は、可動部２を支持するために、枠状をなしており、可動部２の周囲を囲むように設けられている。支持枠１５の内側に連結部１１，１２で連結されている可動部２は、円形の平板状をなし、可動部２が支持している反射板３は、可動部２の直径（外形長さ）とほぼ同じ大きさ（近似）の直径Ｄ１の円形であって、光反射面３ａが基台１６と反対方向に向いて設けられている。光反射面３ａは、例えば、金、銀、アルミニウム等の金属膜などを蒸着等により形成することにより得られ、この場合、アルミニウムで形成されている。

また、連結部１１，１２は、可動部２に対し、Ｘ軸方向に沿って対称的に形成されており、連結部１１は、変位部２１と、変位部２１と支持枠１５とを連結する一対の駆動梁９と、変位部２１と可動部２とを連結し中間部分に屈曲部７を有する可動梁５と、を有している。また、連結部１２は、変位部３１と、変位部３１と支持枠１５とを連結する一対の駆動梁１０と、変位部３１と可動部２とを連結し中間部分に屈曲部８を有する可動梁６と、を有している。

ここで、連結部１１，１２の詳細な構成について、連結部１１を例にし、図３を参照して説明する。連結部１２も、連結部１１と同様な構成である。図３に示すように、一対の駆動梁９は、変位部２１を介してＹ軸（図１）方向に対向配置されており、変位部２１を両持ち支持している。また、駆動梁９は、それぞれ、Ｙ軸方向に延在する棒状をなしていて、Ｙ軸方向を軸として捩じり変形が可能な形態になっている。このような駆動梁９は、同軸的に設けられており、この軸を中心として、それぞれが捩じり変形することにより、変位部２１が回動（変位）する。

この変位部２１は、可動部２に対してＸ軸方向（図１）に離間して設けられていて、変位部２１の変位体２１１が一対の駆動梁９によって両持ち支持されている。また、変位体２１１には、貫通孔２１２が形成されており、この貫通孔２１２に第１永久磁石２１３が挿通され、嵌合（圧入）あるいは接着剤によって固定されている。さらに、変位部２１の平面視形状は、Ｙ軸方向を長手とする長方形であり、第１永久磁石２１３を固定するスペースを確保しつつ、変位体２１１の幅（Ｘ軸方向の長さ）を抑えることができる。変位体２１１の幅を抑えることにより、変位体２１１がＹ軸方向を軸として回動する際に発生する慣性モーメントを抑えることができ、変位部２１の反応性が高まり、より高速な回動が可能となる。また、変位部２１の反応性が高まると、変位部２１の回動によって、不本意な振動が発生するのを抑えることができ、特に回動方向が切り替わる切り返しの時に効果的である。そのため、光スキャナー１を安定して駆動することができる。

そして、変位部２１は、可動梁５によって可動部２と連結している。可動梁５は、Ｘ軸方向に延出するように設けられていて、既述した屈曲部７と、屈曲部７と可動部２とを連結する可動部側梁５ａと、屈曲部７と変位部２１の変位体２１１とを連結する変位部側梁５ｂと、を有している。可動部側梁５ａおよび変位部側梁５ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に延出する棒状をなしていて、同軸的に設けられている。

可動梁５のうちの変位部側梁５ｂは、光スキャナー１の駆動時に大きな変形が起こらない硬さに設定されているのが好ましく、実質的に変形しない硬さに設定されているのがより好ましい。これに対して可動部側梁５ａは、Ｘ軸方向に延出する梁を軸とする軸まわりに、捩じり変形が可能な形態となっている。このように、可動梁５が実質的に変形しない硬い部位である変位部側梁５ｂ、および捩じり変形可能な部位である可動部側梁５ａを有することにより、可動部２をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸まわりに安定して回動させることができる。ここで、「変形しない」とは、Ｚ軸方向への屈曲または湾曲および梁を軸とする軸まわりの捩じり変形が実質的に起きないことを言う。このような可動部側梁５ａおよび変位部側梁５ｂは、屈曲部７を介して連結していて、屈曲部７は、可動梁５が屈曲変形する際の節となる機能と、可動部側梁５ａの捩じり変形により発生するトルクを緩和（吸収）し、該トルクが変位部側梁５ｂに伝わるのを防止または抑制する機能と、を果たしている。

屈曲部７は、非変形部７１と、応力緩和部７２と、を有している。応力緩和部７２は、非変形部７１の可動部側梁５ａの側および変位部側梁５ｂの側のそれぞれに設けられた一対の変形部７２１と、変形部７２１のそれぞれを非変形部７１に接続するための接続部７２２と、を有している。そして、非変形部７１は、Ｙ軸方向に延在する棒状をなしていて、光スキャナー１の駆動時に実質的に変形しない硬さに設定されている。この構成により、非変形部７１を中心にして可動梁５を屈曲させることができる。即ち、応力緩和部７２に節としての機能を確実に発揮させて、光スキャナー１を安定駆動させることができる。

また、一対の変形部７２１は、非変形部７１に対して対称的にそれぞれ配置され、Ｙ軸方向に延在する棒状をなして、互いにＸ軸方向に離間して並設されている。これら変形部７２１は、それぞれの中心軸まわりに捩じり変形が可能な形態となっている。そして、可動部２の側に位置する変形部７２１は、その長手方向のほぼ中央にて可動部側梁５ａの一端と連結していると共に、その両端部にて一対の接続部７２２を介して非変形部７１に連結している。同様に、変位部２１の側に位置する変形部７２１は、その長手方向のほぼ中央にて変位部側梁５ｂの一端と連結していると共に、その両端部にて一対の接続部７２２を介して非変形部７１に連結している。これら接続部７２２は、Ｘ軸方向に延在する棒状をなしていて、Ｚ軸方向に湾曲が可能であって、且つその中心軸まわりに捩じり変形も可能な形態となっている。このような構成の連結部１１により、可動部２は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向を中心軸として、よりスムーズに回動することが可能である。

一方、連結部１２も、連結部１１と同様な機能を有していて、可動梁６（可動部側梁６ａおよび変位部側梁６ｂ）と、屈曲部８と、変位部３１（変位体３１１、貫通孔３１２、第１永久磁石３１３）と、駆動梁１０と、から構成されている。

このような構成の光スキャナー１において、振動基板４は、ＳＯＩ基板をエッチング等することにより一体的に形成されている。ＳＯＩ基板は、第１のＳｉ層と、ＳｉＯ₂層と、第２のＳｉ層とがこの順に積層した基板である。振動基板４には、積極的に変形させる部位と、変形させない（変形させたくない）部位とが混在している。そこで、変形させない部位を前記３つの層の全てで構成するとともに、積極的に変形させる部位を第２のＳｉ層のみ、あるいは、第２のＳｉ層とＳｉＯ₂層の２層で構成する。つまり、ＳＯＩ基板の厚さを異ならせることにより、変形させる部位と変形させない部位が混在する振動基板４を簡単に形成することができる。

光スキャナー１における振動基板４は、図２に示すように、基台１６により支持されている。基台１６は、箱状（枡状）をなしていて、平板状の基部１６１と、基部１６１の縁部に沿って立設された枠部１６２と、Ｘ軸方向の両端部に設けられ後述するコイル部（第１駆動部）２２，３２を載置する載置部１６３と、を有している。このような基台１６は、枠部１６２が振動基板４の支持枠１５と接合されて、振動基板４を支持する。基台１６は、ガラスやシリコンを主材料として構成され、この場合、シリコンで形成されている。基台１６と支持枠１５との接合は、接着剤を用いて接合しているが、これに限定されることなく、陽極接合等の各種接合方法を用いることも可能である。

次に、変位部２１，３１の変位により可動部２および反射板３を変位させる構成と、変位部２１，３１による変位とは異なる変位を可動部２および反射板３に付与する構成と、について説明する。まず、変位部２１，３１の変位について説明する。

図１および図２に示すように、変位部２１を有する第１駆動装置２０は、変位部２１に対し可動部２と反対側に対向して設けられているコイル部（第１駆動部）２２を有し、変位部３１を有する第１駆動装置３０は、変位部３１に対し可動部２と反対側に対向して設けられているコイル部（第１駆動部）３２を有している。第１駆動装置２０は、連結部１１に連結して設けられており、第１駆動装置３０は、連結部１２に連結して設けられている。第１駆動装置２０，３０は、共に同構成、同機能を有しているため、第１駆動装置２０の場合について説明する。

第１駆動装置２０において、変位部２１の第１永久磁石２１３は、棒状をなしており、その長手方向に磁化している。つまり、第１永久磁石２１３は、その長手方向の一端側がＳ極となっており、他端側がＮ極となっていて、この場合、光反射面３ａの向く方向と同方向側がＳ極である。そして、第１永久磁石２１３は、変位体２１１の貫通孔２１２へＺ軸方向に挿通され、その長手方向のほぼ中央位置で変位体２１１に接着固定されている。この第１永久磁石２１３しては、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石などの、硬磁性体を着磁したもの等を用いることができ、この場合、ネオジウム磁石を用いている。

コイル部２２は、基台１６の載置部１６３へ載置されたコイル固定部２２２と、コイル固定部２２２のＸ軸方向に突出した部位に巻き付けられたコイル２２１と、からなっている。突出した部位は、鉄等の軟磁性体を磁心として構成することにより、磁界をより効率的に発生させることができるようになっている。また、コイル２２１は、第１永久磁石２１３に作用するＸ軸方向の磁界を発生させ、コイル部２２の第１永久磁石２１３側がＮ極となりその反対側がＳ極となる状態と、コイル部２２の第１永久磁石２１３側がＳ極となりその反対側がＮ極となる状態と、を発生させることができる。

磁界の発生は、図示していない電源がコイル２２１と電気的に接続されていて、この電源からコイル２２１に電圧を印加することにより、可能である。ここでは、電源として、交番電圧および直流電圧を選択して印加できるようになっており、交番電圧を印加する際には、その強さ、周波数を変更できるようになっている。さらに、オフセット電圧（直流電圧）を重畳させることもできるようになっている。

そして、第１駆動装置３０においても、変位部３１の第１永久磁石３１３と、コイル部（第１駆動部）３２のコイル３２１およびコイル固定部３２２と、が第１駆動装置２０と同様な作用効果を有している。この場合、第１永久磁石３１３は、光反射面３ａの向く方向と同方向側がＮ極である配置となっていて、第１駆動装置２０の第１永久磁石２１３とは、異なる極性配置になっている。即ち、第１永久磁石２１３と第１永久磁石３１３とは、光反射面３ａの側に位置するそれぞれの極が互いに異なる極性、である。

変位部２１，３１の変位に続いて、第１駆動装置２０，３０による可動部２の回動について説明する。この場合、可動部２は、Ｙ軸方向を軸とした軸まわりに回動する。図４（ａ）は、光スキャナーの第１駆動装置の駆動を示す断面図である。図４（ｂ）は、第１駆動装置の駆動を示す断面図であって、図４（ａ）とは異なる方向への駆動を示している。図４は、図１におけるＡ−Ａ’断面に対応する断面図である。まず、コイル部２２の第１永久磁石２１３側がＳ極、コイル部３２の第１永久磁石３１３側が同じくＳ極となる第１の状態と、コイル部２２の第１永久磁石２１３側がＮ極、コイル部３２の第１永久磁石３１３側が同じくＮ極となる第２の状態と、が交互にかつ周期的に切り替わるように、電源からコイル部２２，３２のコイル２２１，３２１（図２）へ交番電圧を印加する。光スキャナー１では、この交番電圧が、互いに同じ波形、つまり強さおよび周波数が同じであることが好ましい。

図４（ａ）に示す第１の状態では、第１永久磁石２１３のＮ極がコイル部２２に引き付けられると共にＳ極がコイル部２２から遠ざかるため、変位体２１１は、一対の駆動梁９を捩じり変形させつつ、第１永久磁石２１３のＳ極側の面を可動部２の側に向けるように回動して傾斜する。これと同時に、第１永久磁石３１３のＮ極がコイル部３２に引き付けられると共にＳ極がコイル部３２から遠ざかるため、変位体３１１は、一対の駆動梁１０を捩じり変形させつつ、第１永久磁石３１３のＳ極側の面を可動部２の側に向けるように回動して傾斜する。つまり、変位部２１，３１が共に、図４（ａ）において、時計回りに回動する。

この変位部２１，３１の回動と共に、変位部側梁５ｂが可動部２側の端を基台１６側に向けるように傾斜し、変位部側梁６ｂが可動部２側の端を基台１６と反対側に向けるように傾斜し、変位部２１，３１の可動部２側の端同士がＺ軸方向にずれた状態となる。これにより、屈曲部７の変形部７２１は、その中心軸まわりに捩じり変形するとともに、接続部７２２は、湾曲変形する。屈曲部８も同様に捩じり変形および湾曲変形し、可動部側梁５ａ，６ａおよび可動部２が、図４（ａ）において、一体的に反時計回りに回動する。

一方、図４（ｂ）に示す第２の状態では、前述した第１の状態と逆の変形が起こる。すなわち、第１永久磁石２１３のＳ極がＮ極となっているコイル部２２に引き付けられると共に、第１永久磁石３１３のＳ極がＮ極になっているコイル部３２に引き付けられることになり、可動部２は、図４（ｂ）において、時計回りに回動する。このようにして、第１の状態と、第２の状態とを交互にかつ周期的に切り替えることによって、可動部２をＹ軸方向を軸とした軸まわりに、自在に回動させることができる。

次に、変位部２１，３１による変位とは異なる変位を可動部２および反射板３に付与する構成について説明する。図５（ａ）は、光スキャナーの第２駆動装置の駆動を示す断面図である。図５（ｂ）は、第２駆動装置の駆動を示す断面図であって、図５（ａ）とは異なる方向への駆動を示している。図５は、図１におけるＢ−Ｂ’断面に対応する断面図であり、以下では、図５に加え、図１、図２および図３も参照して説明する。この場合、可動部２および反射板３は、Ｘ軸方向を軸とした軸まわりに回動し、可動部２のこの回動は、第２駆動装置４０によってなされる。

第２駆動装置４０は、可動部２に設けられ反射板３を支持する第２永久磁石である支持部材４１と、可動部２と対向して基台１６の基部１６１に設けられているコイル部（第２駆動部）４２と、を有している。第２永久磁石である支持部材４１は、可動部２の直径とほぼ同等長さの棒状であって、非駆動状態において、反射板３のＹ軸方向に沿って配置されている。可動部２には、支持部材４１を正確な位置に配置するための溝であるアライメントガイド２ａが設けられていて、支持部材４１の実装を容易に行えるようになっている。

コイル部４２は、基部１６１へ載置されたコイル固定部４２２と、コイル固定部４２２のＺ軸方向に突出した部位に巻き付けられたコイル４２１と、からなっている。突出した部位は、鉄等の軟磁性体を磁心にしており、磁界をより効率的に発生させることができる。また、コイル４２１は、図示していない電源に電気的に接続されていて、第２永久磁石である支持部材４１に作用するＺ軸方向の磁界を発生させ、コイル部４２において、支持部材４１の側がＮ極となりその反対側がＳ極となる状態と、その反対の極性配置になる状態と、を交互にかつ周期的に切り替えことができるようになっている。

図５（ａ）に示すように、コイル部４２において、第２永久磁石である支持部材４１の側がＮ極である場合、支持部材４１のＳ極がコイル部４２に引き付けられると共にＮ極がコイル部４２から遠ざかるため、可動部２は、可動部側梁５ａ，６ａを捩じり変形させつつ、反時計回りに回動して傾斜する。これに対し、図５（ｂ）に示すように、コイル部４２において、第２永久磁石である支持部材４１の側がＳ極である場合、支持部材４１のＮ極がコイル部４２に引き付けられると共にＳ極がコイル部４２から遠ざかるため、可動部２は、可動部側梁５ａ，６ａを捩じり変形させつつ、時計回りに回動して傾斜する。そして、可動部２の反時計回りの回動あるいは時計回りの回動は、可動部側梁５ａ，６ａの捩れにより吸収されることになり、第１駆動装置２０，３０による可動部２の回動に影響を与えることがない。

さらに、第１駆動装置２０，３０においては、第１永久磁石２１３，３１３の光反射面３ａ側の極が互いに異なった極性であることにより、コイル部２２とコイル部３２とは、可動部２に対向する側の極が互いに同じ極性となった状態である。つまり、コイル部２２とコイル部３２とは、常に反発しあう状態になっている。これにより、可動部２に近接して基部１６１に設けられている第２駆動装置４０のコイル部４２は、コイル部２２およびコイル部３２からの磁界がキャンセルされ、これら磁界の影響をほとんど受けないことになる。

従って、光スキャナー１では、可動部２のＹ軸方向の軸まわりの回動と、可動部２のＸ軸方向の軸まわりの回動と、をそれぞれ個別に独立して行うことができる。即ち、第１駆動装置２０，３０による可動部２の回動は、第２駆動装置４０による可動部２の回動による影響を受けず、逆に、第２駆動装置４０による可動部２の回動は、第１駆動装置２０，３０による可動部２の回動による影響を受けない。そのため、光スキャナー１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向のそれぞれの軸まわりに可動部２を安定して回動させることができる。

以上説明したような光スキャナー１は、例えば、プロジェクター、レーザープリンター、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。図６は、本発明の画像形成装置の概要を示す模式図である。図６には、画像形成装置としてのプロジェクター１００が示されている。ここでは、スクリーン１８０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。プロジェクター１００は、レーザーなどの光を射出する光源装置１１０と、複数のダイクロイックミラー１２０と、光スキャナー１とを有している。

光源装置１１０は、赤色光を射出する赤色光源装置１１１と、青色光を射出する青色光源装置１１２と、緑色光を射出する緑色光源装置１１３とを備えている。各ダイクロイックミラー１２０は、赤色光源装置１１１、青色光源装置１１２、緑色光源装置１１３のそれぞれから射出された光を合成する光学素子である。このようなプロジェクター１００は、図示しないホストコンピューターからの画像情報に基づいて、光源装置１１０から射出された光をダイクロイックミラー１２０で合成し、この合成された光が光スキャナー１によって２次元走査され、固定ミラー１５０を介してスクリーン１８０上にカラー画像を形成するよう構成されている。

２次元走査の際、光スキャナー１の可動部２が、Ｙ軸方向の軸まわりに回動し、反射板３の光反射面３ａで反射した光がスクリーン１８０の横方向に走査（主走査）される。一方、光スキャナー１の可動部２が、Ｘ軸方向の軸まわりに回動し、光反射面３ａで反射した光がスクリーン１８０の縦方向に走査（副走査）される。光スキャナー１による光の走査は、いわゆるラスタースキャンによって行ってもよしい、いわゆるベクタースキャンによって行ってもよい。特に、光スキャナー１においては、その構成上、ベクタースキャンに適しているため、ベクタースキャンによって光を走査するのが好ましい。

光スキャナー１にとって好ましいベクタースキャンとは、光源装置１１０から射出された光を、スクリーン１８０に対し、該スクリーン１８０上の異なる２点を結ぶ線分を順次形成するように走査する手法である。すなわち、微少な直線を集合させることにより、スクリーン１８０に所望の画像を形成する手法である。光スキャナー１では、可動部２を、Ｙ軸方向の軸まわりおよびＸ軸方向の軸まわりに、不規則に且つ連続的に変位させることが可能であるため、ベクタースキャンに特に適している。

具体的に説明すれば、図６に示すような文字（ａおよびｂ）をベクタースキャンにて描画する場合には、光源装置１１０から射出された光をそれぞれの文字を書くように走査する。この際、光スキャナー１が有する可動部２のＸ軸方向の軸まわりの姿勢（回動）とＹ軸方向の軸まわりの姿勢（回動）とをそれぞれ制御して、走査軌跡１３０に沿って不規則に光を走査することができ、ａおよびｂの文字を一筆書きのように描画することができる。このようなベクタースキャンによれば、ラスタースキャンのように、スクリーン１８０の全面に光を走査させなくてよいため、効率的に画像を描画することができる。なお、図６では、ダイクロイックミラー１２０で合成された光を光スキャナー１によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラー１５０で反射させてからスクリーン１８０に画像を形成するように構成されているが、固定ミラー１５０を省略し、光スキャナー１によって２次元的に走査された光を直接スクリーン１８０に照射してもよい。

以上説明した実施形態における光スキャナー１の主要な効果を記載する。

（１）光スキャナー１は、第１駆動装置２０，３０および第２駆動装置４０が互いの影響を受けることなく可動部２へ変位を付与する機能を有する。これにより、光スキャナー１は、可動部２がＸ軸方向またはＹ軸方向の軸を中心にして、個別に安定して回動することができ、任意の方向へ光を反射することができる。さらに、第２駆動装置４０が可動梁および駆動梁を有しない構成であるため、光スキャナー１をより小型化することも可能である。

（２）光スキャナー１の第１駆動装置２０，３０は、第１永久磁石２１３，３１３とコイル２２１，３２１とを有し、第２駆動装置４０は、第２永久磁石である支持部材４１とコイル４２１とを有している。そして、第１永久磁石２１３，３１３または支持部材４１に対し、コイル２２１，３２１またはコイル４２１から磁界を発生させて、第１永久磁石２１３，３１３または支持部材４１のいずれかの極側をコイルに引きつけることにより、可動部２を回動させている。このように、光スキャナー１は、電圧の印加によりコイル２２１，３２１，４２１の極性を簡便に変化させる構成により、可動部２を自在に変位させることが容易にできる。

（３）光スキャナー１において、第１永久磁石２１３，３１３は、光反射面３ａの側に位置するそれぞれの極が互いに異なる極性となっており、可動梁５，６の両端にそれぞれ位置する第１駆動装置２０，３０のコイル２２１，３２１は、第１永久磁石２１３，３１３と対向する側のそれぞれの極が同じ極性となるように電圧が印加されるようになっている。つまり、コイル２２１，３２１は、互いに反発する状態となっている。従って、コイル２２１，３２１による磁界は、第２駆動装置４０のコイル４２１に対してほとんど影響を与えることがない。これにより、第２駆動装置４０は、第１駆動装置２０，３０の磁界の影響をほとんど受けずに、可動部２を、Ｘ軸方向を中心軸として、個別に回動することができる。

（４）光スキャナー１は、支持部材４１が反射板３を支持することに加え、第２永久磁石としても機能している。これにより、光スキャナー１は、反射板３を支持するだけの支持部材を削減することができ、可動部２の重量軽減が可能となり変位に要する磁界強度の低減や、部品点数削減等が図れる。

また、光スキャナー１および画像形成装置としてのプロジェクター１００は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。

（変形例１）光スキャナー１の反射板３は、可動部２と近似の大きさの直径Ｄ１の円形をなしているが、この構成に限定されるものではなく、可動梁５，６が機能する範囲であれば、可動部２より大きな直径Ｄ２の円形であっても良い。図７（ａ）は、光スキャナーの変形例を示す断面図であり、図７（ｂ）は、変形例における第１駆動装置の駆動を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、可動部２に支持部材４１によって支持されている反射板（光反射部材）５０は、可動部２に対して反対方向に光反射面５０ａを有し、その円周端部が屈曲部７，８を超えて変位部側梁５ｂ，６ｂにまで達する大きさである。このような大きさの反射板５０であっても、光反射面５０ａが支持部材４１によって可動部２から離間しているため、図７（ｂ）に示すように、第１駆動装置２０，３０が駆動して反射板５０が回動して傾斜した状態でも、可動梁５，６および屈曲部７，８に当接しない。つまり、反射板５０は、反射板３と同様な回動ができることに加え、さらに、より多くの光束を一度に反射することができる。なお、これとは逆に、反射板は、可動部２より小さな円形であっても良い。

（変形例２）支持部材４１は、反射板３を可動部２へ支持する機能と、第２駆動装置４０の第２永久磁石として可動部２を変位させる機能と、を有しているが、これら機能を別々に有していても良い。図８は、光スキャナーの変形例を示す断面図である。図８に示すように、反射板３は、円柱状のシリコン等で形成した支持部材３ｂで可動部２へ支持され、第２永久磁石である支持部材４１は、可動部２のコイル部４２側の面に形成したアライメントガイド２ｂの溝に取り付けられ、磁石として可動部２を変位させる構成であっても良い。即ち、支持部材４１は、第２永久磁石としての機能に特化している。これにより、第２駆動装置４０は、永久磁石である支持部材４１とコイル部４２とが直接対峙し、より確実、迅速に変位を生じさせることができる。

（変形例３）光スキャナー１において、可動部２および反射板３の平面視形状は、円形であるが、これに限定されず、例えば長方形、正方形等の多角形、円形、楕円形等であっても良い。また、可動部２と反射板３とが同形状でなくても良い。

（変形例４）変位部２１，３１の変位体２１１，３１１ の平面視形状は、特に限定されるものではなく、例えば、正方形や五角形以上の多角形であっても良く、円形等であっても良い。

（変形例５）変位部２１，３１における第１永久磁石２１３，３１３は、棒状をなしているが、これに限定されず、例えば、板状等をなしていても良い。板状の場合には、これら永久磁石を面方向に磁化して変位体２１１，３１１に固定する。これにより、該永久磁石のＸ軸方向長さを短くすることができ、変位体２１１，３１１の回動に伴って発生する慣性モーメントを抑えることができる。

（変形例６）光スキャナー１は、第１永久磁石２１３と第１永久磁石３１３とが光反射面３ａの側に位置するそれぞれの極の極性を互いに異ならせた状態で、可動部２をＸ軸方向あるいはＹ軸方向の軸まわりに回動させる構成であるが、磁石の配置や電圧の印加方法を変えて回動以外の変位を付与しても良い。例えば、可動部２を傾斜させずにＺ軸方向へ振動あるいは静止させたりすることも可能であり、より多彩な光の反射を行うことができる。

（変形例７）第１駆動装置２０，３０および第２駆動装置４０は、第１永久磁石２１３，３１３または第２永久磁石である支持部材４１と、コイル部２２，３２またはコイル部４２と、を有する構成であるが、例えば、コイル部２２，３２，４２に替えて、回転可能に設置された永久磁石を有する構成等であっても良い。該永久磁石をすばやく回転させることにより、コイル部２２，３２，４２のように、第１永久磁石２１３，３１３または第２永久磁石である支持部材４１に対向する側の極性を変化させることができる。

（変形例８）光スキャナー１では、振動基板４における振動形態について特に規定していないが、例えば、第１駆動装置２０，３０により連結部１１，１２を介して可動部２を回動させる場合には、それぞれが共振して駆動することが好ましく、共振駆動では、可動部２を正弦波駆動させるため同じ回動を繰り返して行う駆動となるが、大きな回動でも低消費電力で駆動することが可能である。一方、梁等を介さず、第２駆動装置４０により、可動部２を直接回動させる場合には、第２駆動装置４０と可動部２の回動を支持する可動部側梁５ａ，６ａとが非共振で駆動することが好ましく、非共振駆動では、消費電力が増えるが、可動部２を小さな回動で自在に駆動することが可能である。共振駆動と非共振駆動とを選択することにより、光スキャナー１を最適に駆動することができ、プロジェクター１００をはじめ、各種の画像形成装置に搭載可能である。

１…光スキャナー、２…可動部、３…光反射部材としての反射板、４…振動基板、５，６…可動梁、７，８…屈曲部、９，１０…駆動梁、１１，１２…連結部、２０…第１駆動装置、２１…変位部、２２…第１駆動部としてのコイル部、３０…第１駆動装置、３１…変位部、３２…第１駆動部としてのコイル部、４０…第２駆動装置、４１…第２永久磁石としての支持部材、４２…第２駆動部としてのコイル部、１００…画像形成装置としてのプロジェクター、２１３…第１永久磁石、３１３…第１永久磁石。

Claims (7)

1. 光反射面を有する光反射部材と、
   前記光反射部材を支持する支持部材と、
   前記支持部材を介して前記光反射部材を保持する可動部と、
   前記可動部から前記光反射面と平行にそれぞれ延出し、中間部分に屈曲部を有する一対の可動梁と、
   前記可動梁に接続し前記可動梁を介して前記可動部へ変位を付与する変位部と、
   前記変位部を駆動する第１駆動部と、
   前記変位部から延出し、前記光反射面と平行し且つ前記可動梁の延出方向と直交している一対の駆動梁と、
   前記駆動梁によって前記変位部と連結された支持枠と、
   前記可動部へ、前記第１駆動部によって駆動される前記変位部が付与する変位とは異なる変位を付与する第２駆動部と、を備えていることを特徴とする光スキャナー。
2. 請求項１に記載の光スキャナーにおいて、
   前記変位部は、第１永久磁石を有し、
   前記第１駆動部は、前記第１永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルを有し、
   前記可動部は、第２永久磁石を有し、
   前記第２駆動部は、前記第２永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルを有することを特徴とする光スキャナー。
3. 請求項２に記載の光スキャナーにおいて、
   前記第１永久磁石は、前記光反射面と直交する方向に両極が対向するように前記変位部へ設けられ、前記光反射面の側に位置するそれぞれの極が互いに異なる極性となっていることを特徴とする光スキャナー。
4. 請求項２または３に記載の光スキャナーにおいて、
   前記第２永久磁石は、両極間の長さが前記可動部の外形長さと近似し、前記光反射面に沿い且つ前記可動梁の延出方向と直交する方向に両極が対向するように前記可動部へ設けられていることを特徴とする光スキャナー。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載の光スキャナーにおいて、
   前記第２永久磁石は、前記光反射部材を支持した状態で前記可動部に設けられていることを特徴とする光スキャナー。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の光スキャナーにおいて、
   前記光反射面は、前記可動部より大きな面積を有していることを特徴とする光スキャナー。
7. 光反射面を有する光反射部材と、
   前記光反射部材を支持する支持部材と、
   前記支持部材を介して前記光反射部材を保持する可動部と、
   前記可動部から前記光反射面と平行にそれぞれ延出し、中間部分に屈曲部を有する一対の可動梁と、
   前記可動梁に接続し前記可動梁を介して前記可動部へ変位を付与する変位部と、
   前記変位部を駆動する第１駆動部と、
   前記変位部から延出し、前記光反射面と平行し且つ前記可動梁の延出方向と直交している一対の駆動梁と、
   前記駆動梁によって前記変位部と連結された支持枠と、
   前記可動部へ、前記第１駆動部によって駆動される前記変位部が付与する変位とは異なる変位を付与する第２駆動部と、を有する光スキャナーを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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