JP7028271B2 - 光偏向器、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ装置、およびレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ装置、およびレーダ装置に関する。

レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器は、複写機等の画像形成装置、画像投影装置、さらには、ヘッドディスプレイ装置、レーダ装置などに広く用いられている。従来、この種の光偏向器として、静電力を用いたもの、電磁力を用いたもの、圧電力を用いたものなどがある。

静電力を用いた光偏向器は、平行平板型と櫛歯型の電極があり、櫛歯型の電極では近年の微細加工技術の向上によって比較的大きな力を発生できるようにはなったが、十分な光の偏向角が得られないため、駆動電圧を大きくして補うしかない。しかし、駆動電圧を大きくすると、電源系の部品が大きくなり全体として大型化したり、コスト増加につながってしまう。

電磁力を用いた光偏向器は、外部に永久磁石を配置する必要があるため、デバイスの構成が複雑になり、生産性が悪くなるとともに小型化が困難である。磁歪膜などを用いたものも検討されているが、磁性体としての特性が劣るため十分な特性を得ることができていない。また、コイルに電流を流すと余分な熱が発生しやすく、消費電力が大きくなってしまう。

一方、圧電力を用いた場合は、比較的大きな駆動電圧が必要ではあるが、小さな電力で大きな力を発生することが可能である。圧電デバイスは、発生力が大きいものの変形量は微小であるため、これを拡大するために、圧電部材を他の梁状弾性部材に張り合わせてユニモルフ構造、バイモルフ構造とする。これにより、圧電力による面内方向のわずかな歪みを反りに変えて大きな変形を得ることも可能である。

ここで、例えば、小型で駆動効率がよく、大きな角度振幅が得られる光偏向器が開示されている（特許文献１参照）。この光偏向器は、駆動梁の微小な曲げ振動により弾性支持部材に大きな捻り変形を発生させることで、効率よくミラーが回転し、大きな回転振幅を得ることができる。

しかしながら、上述した光偏向器では、光を偏向するミラーの径を大きくしたり、ミラーの振幅角を大きくしたり、共振周波数を増加させる等により高性能化していくと、駆動梁にかかる負担が大きくなり、駆動梁の根元部で破損しやすくなるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、駆動梁の根元部で発生する応力を分散させて駆動梁の根元部で生じる破損を防止する光偏向器、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ装置、およびレーダ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光偏向器は、固定ベースと、光を反射させる反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を支持する一対の弾性支持部材と、前記一対の弾性支持部材に一対一で対応し、一方の端部が前記弾性支持部材に接続され、他方の端部が前記固定ベースに接続され、圧電部材が固着された一対の駆動梁と、を備え、前記駆動梁は、前記ミラー部と前記弾性支持部材とを前記固定ベースに片持ちで支持させて前記ミラー部を回転振動させ、前記固定ベースは、前記駆動梁に接続された第１層部と、前記第１層部に隣接して前記駆動梁の厚さ方向に形成された第２層部とを有し、前記第２層部は、前記第１層部に対し、前記駆動梁が接続されている根元部において前記ミラー部から離れる方向に後退し、前記駆動梁側の端部から前記根元部へ向かう方向に前記駆動梁の幅より狭い幅で突出した突起部を有し、前記第１層部に接続されている前記駆動梁の前記他方の端部の隅部は、円弧形状の丸みを帯びたフィレット形状になっており、該隅部の応力を分散する。

本発明によれば、駆動梁の根元部で発生する応力を分散させて駆動梁の根元部で生じる破損を防止できるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態にかかる光偏向器の全体を示す上面図である。 図２は、図１におけるＡ－Ａ断面から見た側面図である。 図３は、図２における矢印Ｂから見た裏面図である。 図４は、駆動梁における固定ベースと接続されている根元部付近の配線パターンを示す図である。 図５は、図４におけるＣ－Ｃ断面から見た断面図である。 図６は、図４におけるＤ－Ｄ断面から見た断面図である。 図７は、突起部の突出量と駆動梁の根元部の応力との関係を示す図である。 図８は、突起部の他の形状を示す図である。 図９は、駆動梁の他の形状を示す図である。 図１０は、駆動梁の他の形状を示す図である。 図１１は、第２の実施形態にかかる光偏向器の全体を示す上面図である。 図１２は、図１１におけるＥ－Ｅ断面から見た側面図である。 図１３は、図１２における矢印Ｆから見た裏面図である。 図１４は、図１２における矢印Ｆから見た裏面図である。 図１５は、第３の実施形態の光走査装置の全体構成図である。 図１６は、図１５の光走査装置に用いる光偏向器と駆動手段の接続を示す図である。 図１７は、画像形成装置の全体構成図である。 図１８は、第４の実施形態の画像投影装置の全体構成図である。 図１９は、第４の実施形態の画像投影装置の構成図である。 図２０は、第５の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の全体概念図である。 図２１は、フロントガラスに照射した像が虚像として認識された場合を示す図である。 図２２は、第５の実施形態の画像形成部の詳細を示す図である。 図２３は、第６の実施形態のレーダ装置の全体構成図である。 図２４は、第６の実施形態のレーダ装置の構成図である。

以下に添付図面を参照して、光偏向器、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ装置、およびレーダ装置の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
まず、光偏向器について説明する。図１は、第１の実施形態にかかる光偏向器の全体を示す上面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ断面から見た側面図である。図３は、図２における矢印Ｂから見た裏面図である。

図１～３に示すように、本実施形態の光偏向器は、ミラー部１０と、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂと、駆動梁３０ａ、３０ｂと、固定ベース４０と、を備えている。

ミラー部１０は、光を反射させる反射面１２と、反射面１２を支持するリブ１１とを有している。このミラー部１０が有する反射面１２は、シリコン基板の表面にアルミニウムや銀などの金属の薄膜が形成されている。図１の上面図は、ミラー部１０の反射面１２の法線方向から見た図となっている。

トーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、金属棒を捻る時の反発力を利用したばねの一種であり、一対の弾性指示部材に相当する。図１に示すように、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、一端がミラー部１０の両側に接続されており、ミラー部１０を揺動可能に支持している。

駆動梁３０ａ、３０ｂは、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂに一対一で対応し、一方の端部がトーションバースプリング２０ａ、２０ｂに接続され、他方の端部が固定ベース４０に接続された一対の駆動梁に相当する。すなわち、図１に示すように、駆動梁３０ａ、３０ｂは、一方の端部が、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの他端（ミラー部１０に接続されている側の端部と反対側の端部）に接続され、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの軸方向においてミラー部１０を挟むように配置されている。

ここで、駆動梁３０ｂの構成について説明する。駆動梁３０ｂは、梁状部材３１ｂに圧電部材３２ｂが固着されている。具体的には、例えば、図１、２に示すように、駆動梁３０ｂは、梁状部材３１ｂの表面に圧電部材３２ｂが積層され、平板短冊状のユニモルフ構造によって形成されている。なお、駆動梁３０ａも駆動梁３０ｂと同様の構成となっており、梁状部材３１ａに圧電部材３２ａが固着されている。

梁状部材３１ａ、３１ｂは、固定ベース４０から同一方向に突出するように配置されており、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの中心軸に対して片側のみに配置されている。従って、光偏向器は、駆動梁３０ａ、３０ｂの梁状部材３１ａ、３１ｂにより、ミラー部１０とトーションバースプリング２０ａ、２０ｂとを固定ベース４０に片持ちで支持させた構成となっている。このような構成により、梁状部材３１ａ、３１ｂは、曲げ振動することでトーションバースプリング２０ａ、２０ｂに捻り変形を発生させてミラー部１０を回転振動させる。なお、回転振動とは、軸心回りに所定角度の範囲で一方向の回転と逆方向の回転（戻り）とを繰り返す動作を意味する。

ここで、圧電部材３２ａ、３２ｂに電界を与えるための電気的な構成について説明する。以下では、図を参照して圧電部材３２ａについて説明するが、圧電部材３２ｂも同様である。

図４は、駆動梁における固定ベースと接続されている根元部付近の配線パターンを示す図である。図５は、図４におけるＣ－Ｃ断面から見た断面図である。図６は、図４におけるＤ－Ｄ断面から見た断面図である。図５、図６では、圧電部材３２ａの上部電極３３ａおよび下部電極３４ａへの配線部の断面を示している。

駆動梁３０ａは、梁状部材３１ａの上に、下部電極３４ａ、圧電部材３２ａ、上部電極３３ａの順でスパッタにより成膜して積層し、必要な部分だけが残るようにエッチング加工がされている。接着層の材料は、チタン（Ｔｉ）、上部電極３３ａおよび下部電極３４ａは白金（Ｐｔ）、圧電部材３２ａはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを使用することができる。

コンタクトホール５１、５２から配線５０を引き出し、上部電極３３ａと下部電極３４ａとの間に電圧を印加すると、圧電部材３２ａの電歪特性により体積が変化し、梁状部材３１ａの表面の面内方向に伸縮する。これにより、駆動梁３０ａ全体が反って、曲げ変形するようになっている。なお、説明のため図４では、絶縁層６０を省略している。

本実施形態では、成膜プロセスによって製作した例を説明したが、圧電部材３２ａはバルクの材料を貼り付ける方法で製作してもよい。構造体としては前述のシリコン基板は積層されたＳＯＩ（Silicon on Insulator：シリコン オン インシュレータ）基板を利用しており、デバイス層と支持層の２種類の厚みのシリコン基板で形成されている。上記ミラー部１０、トーションバースプリング２０、梁状部材３１ａはデバイス層で形成されており、固定ベース４０はデバイス層と支持層両方で構成されている。

本実施形態の光偏向器は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスによって加工することにより、ミラー部１０、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂ、および駆動梁３０ａ、３０ｂが一体で形成されている。

また、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの長手方向と駆動梁３０ａ、３０ｂの長手方向とは、略直交して配置されている。このため、駆動梁３０ａ、３０ｂの曲げで発生する回転力を効率よくトーションバースプリング２０ａ、２０ｂの捻り方向の変形に伝えることができる。

また、駆動梁３０ａ、３０ｂは、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂとミラー部１０とを片持ちで支持する構造となっている。このため、駆動梁３０ａ、３０ｂは、先端が自由端になっており、大きな振幅で振動することができる。

また、図１に示すように、ミラー部１０の重心Ｇは、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの中心軸ｘに対して、駆動梁３０ａ、３０ｂと固定ベース４０との接続部側に近接する方向にオフセットされている。このようにすることで、駆動梁３０ａ、３０ｂの振動によってモーメントを発生させ、ミラー部１０を大きく回転振幅させることができる。

固定ベース４０は、光偏向器のベース基板であり、図２に示すように、支持層部４１と、デバイス層部４２とから形成されている。そして、固定ベース４０は、駆動梁３０ａ、３０ｂが接続されている根元部に、駆動梁３０ａ、３０ｂの一方の端部（トーションバースプリング２０ａ、２０ｂと接続されている側の端部）へ向かう方向に突出し、駆動梁３０ａ、３０ｂを支持する突起部４３ａ、４３ｂを有している。この突起部４３ａ、４３ｂの幅である突起部幅Ｗ１は、駆動梁３０ａ、３０ｂの幅である駆動梁幅Ｗ２より狭い幅で形成されている（図３参照）。ここで、固定ベースは、長方形形状に形成され、長手方向から突起部が突出した構成となっている。しかし、固定ベースの形状は、これに限定されるものではなく、駆動梁やトーションバースプリング等を介してミラー部を固定できる形状であればどのような形状でもよく、長方形形状以外の他の形状に形成されていてもよい。例えば、固定ベースの形状は、ミラー部の周囲を囲むような形状でもよい。

ミラー部１０が大振幅かつ高速に回転振動する場合、駆動梁３０ａ、３０ｂが大きく曲がるため、駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部の応力が増大しやすい。従って、本実施形態では、図３に示すように、固定ベース４０の支持層部４１に突起部４３ａ、４３ｂを形成することで、駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部で発生する応力集中を緩和することができる。

ここで、ＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）シミュレーション解析で計算した突起部４３ａ、４３ｂの突出量（図３における突起部４３ａ、４３ｂの長さＰＬ）と、駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部の応力との関係について説明する。図７は、突起部の突出量と駆動梁の根元部の応力との関係を示す図である。

図７に示すように、応力値はミラー部１０の回転角度１ｄｅｇあたりの応力に換算している。突起部４３ａ、４３ｂの突出量が大きいと、本来の駆動梁３０ａ、３０ｂの動作を妨げてしまうため、可能な限り小さい方がよい。また、本実施形態では、駆動梁３０ａ、３０ｂの厚さＴ１は４０ｕｍである。従って、図７を参照すると、突起部４３ａ、４３ｂの突出量ＰＬと、駆動梁３０ａ、３０ｂの厚さＴ１とが略等しい（ＰＬ≒Ｔ１）場合、応力値が低くなり適切であることがわかる。

図８は、突起部の他の形状を示す図である。固定ベース４０に設けられた突起部の角部では、応力が集中してしまう。従って、これを防ぐために、図８に示すように、突起部４４ａ、４４ｂの角部および隅部は、丸みを帯びるようにフィレット形状することが望ましい。つまり、図８では、突起部４４ａの角部ｆ１、ｆ２と隅部ｆ３、ｆ４、および突起部４４ｂの角部ｆ５、ｆ６と隅部ｆ７、ｆ８を、フィレット形状にして丸みを帯びるようにしている。

図９は、駆動梁の他の形状を示す図である。図１を参照すると、上述したトーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、駆動梁３０ａ、３０ｂの一方の端部（自由端側）の内側端部（ミラー部１０側端部）３０ａ－１、３０ｂ－１に繋がっている。これに対して、図９に示すように、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、駆動梁７０ａ、７０ｂの外側端部７０ａ－１、７０ｂ－１に繋がっている。これによって、駆動梁７０ａ、７０ｂの軸方向のサイズを小型化することが可能である。

図１０は、駆動梁の他の形状を示す図である。ミラー部１０のサイズが大きくなるなどの要因によって駆動梁の剛性を高めたい場合は、図１０に示すように、ミラー部１０の両側に配置されている２つの駆動梁を結合して１枚にした駆動梁８０とする構成にしてもよい。また、図１０の駆動梁８０では、２つの突起部４４ａ、４４ｂを有する構成となっているが、駆動梁８０の幅が広くなるため、突起部を３つ以上有する構成としてもよい。

このように、第１の実施形態の光偏向器では、固定ベース４０における駆動梁３０ａ、３０ｂが接続されている根元部に、固定ベース４０から駆動梁３０ａ、３０ｂの自由端へ向かう方向に駆動梁３０ａ、３０ｂの幅より狭い幅で突出し、駆動梁３０ａ、３０ｂを支持する突起部４３ａ、４３ｂが形成されている。これにより、駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部で発生する応力集中を分散させて駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部で生じる破損を防止することができる。

また、固定ベース４０に設けられた突起部４３ａ、４３ｂの突出量を駆動梁３０ａ、３０ｂの厚さと略等しくすることで、駆動梁３０ａ、３０ｂが本来の長さを保つとともに駆動梁３０ａ、３０ｂに発生する応力を低減して、駆動梁３０ａ、３０ｂの破損を防止することができる。

また、突起部４４ａ、４４ｂのように、角部および隅部をフィレット形成にすることで、応力集中を緩和し、駆動梁３０ａ、３０ｂの破損を防止することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態の光偏向器では、固定ベース４０に駆動梁３０ａ、３０ｂの自由端へ向かう方向に突出した突起部４３ａ、４３ｂが形成されたものであった。これに対し、本実施形態の光偏向器は、固定部ベースの支持層部をミラーから離れる方向に後退させるものである。

図１１は、第２の実施形態にかかる光偏向器の全体を示す上面図である。図１２は、図１１におけるＥ－Ｅ断面から見た側面図である。図１３、図１４は、図１２における矢印Ｆから見た裏面図である。

図１１～１３に示すように、本実施形態の光偏向器は、ミラー部１０と、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂと、駆動梁７０ａ、７０ｂと、固定ベース４０と、を備えている。ここで、ミラー部１０、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂ、および固定ベース４０の構成は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

駆動梁７０ａ、７０ｂは、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂに一対一で対応し、一方の端部がトーションバースプリング２０ａ、２０ｂに接続され、他方の端部が固定ベース４０に接続された一対の駆動梁に相当する。すなわち、図１１に示すように、駆動梁７０ａ、７０ｂは、一方の端部が、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの他端（ミラー部１０に接続されている側の端部と反対側の端部）に接続され、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの軸方向においてミラー部１０を挟むように配置されている。駆動梁７０ａ、７０ｂの形状は図９と同様である。

駆動梁７０ａ、７０ｂは、第１の実施形態の光偏向器と同様に、梁状部材７１ｂおよび圧電部材７２ｂから構成されているため、構成についての説明を省略する。また、駆動梁７０ａ、７０ｂの電気的な構成についても第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

また、第１の実施形態と同様に、本実施形態の光偏向器は、ＭＥＭＳプロセスによって加工することにより、ミラー部１０、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂ、および駆動梁７０ａ、７０ｂが一体で形成されている。

固定ベース４０は、光偏向器のベース基板であり、図１２に示すように、駆動梁７０ａ、７０ｂが接続された支持層部４１と、支持層部４１の下面に形成されたデバイス層部４２とを有している。そして、図１３に示すように、固定ベース４０の支持層部４１は、デバイス層部４２に対し、駆動梁７０ａ、７０ｂが接続されている根元端部７３ａ、７３ｂにおいてミラー部１０から離れる方向に向かって距離Ｌ分だけ後退している。なお、図１３では、駆動梁７０ａ、７０ｂが接続されていた根元端部７３ａ、７３ｂを点線で示している。ここで、デバイス層部４２が第１層部、支持層部４１が第２層部に相当する。

また、図１３に示すように、固定ベース４０は、図８で示した突起部４４ａ、４４ｂを併用して配置してもよい。すなわち、固定ベース４０は、駆動梁７０ａ、７０ｂが接続されている根元部に、駆動梁７０ａ、７０ｂの一方の端部（トーションバースプリング２０ａ、２０ｂと接続されている側の端部）へ向かう方向に駆動梁７０ａ、７０ｂの幅より狭い幅で突出し、駆動梁７０ａ、７０ｂを支持する突起部４４ａ、４４ｂを有している。そして、突起部４４ａの角部ｆ１、ｆ２と隅部ｆ３、ｆ４、および突起部４４ｂの角部ｆ５、ｆ６と隅部ｆ７、ｆ８を、フィレット形状にして丸みを帯びるようにしている。

このように、第２の実施形態の光偏向器では、固定ベース４０の支持層部４１が、デバイス層部４２に対して、ミラー部１０から離れる方向に距離Ｌ分だけ後退している。このように構成することで、駆動梁７０ａ、７０ｂの根元部で発生していた応力が後退した支持層部４１の角部に移動し、駆動梁７０ａ、７０ｂ以外の部分にも応力を分散して応力集中を緩和することができる。

さらに、図１４に示すように、固定ベース４０に接続された駆動梁９０ａ、９０ｂの根元部の隅部ｆ１１～ｆ１４を、フィレット形状にして丸みを帯びるようにすることで、応力集中による破壊を防止することができる。

（第３の実施形態）
第１、２の実施形態では、光偏向器について説明したが、本実施形態では、第１、２の実施形態の光偏向器を用いた光走査装置（光書込みユニット）、および光走査装置を用いた画像形成装置について説明する。

まず、光走査装置１００について説明する。図１５は、第３の実施形態の光走査装置の全体構成図である。図１６は、図１５の光走査装置に用いる光偏向器と駆動手段の接続を示す図である。

図１５に示すように、本実施形態の光走査装置１００において、レーザ素子などの光源部１０２０からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系１０２１を経た後、光偏向器１０２２により偏向される。この光偏向器１０２２として、第１、２の実施形態のいずれかの構成の光偏向器が用いられる。そして、光偏向器１０２２で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ１０２３ａと第二レンズ１０２３ｂ、反射ミラー部１０２３ｃからなる走査光学系１０２３を経て、感光体ドラム１００２のビーム走査面（被走査面）に照射される。走査光学系１０２３は、被走査面であるビーム走査面にスポット状に光ビームを結像する。

図１６に示すように、光偏向器１０２２は駆動手段１０２４と電気的に連結されている。この駆動手段１０２４が、光偏向器１０２２の下部電極と上部電極間に駆動電圧を印加する。これにより、光偏向器１０２２のミラー部が回転してレーザ光が偏向され、感光体ドラム１００２のビーム走査面上が光走査される。

このように、第１、２の実施形態の光偏向器を利用した光走査装置１００は写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込みユニットの構成部材として最適である。

次に、光走査装置１００を光書込みユニットの構成部材として実装した画像形成装置１０００について説明する。図１７は、画像形成装置の全体構成図である。図１７に示すように、本実施形態の画像形成装置１０００では、光走査装置としての光書込みユニット１００１を備え、レーザ光を被走査面に出射して画像を書き込む。感光体ドラム１００２は、光書込みユニット１００１による走査対象としての被走査面を提供する像担持体である。

光書込みユニット１００１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザ光で感光体ドラム１００２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査する。感光体ドラム１００２は、矢印１００３方向に回転駆動され、帯電手段１００４により帯電された表面に対して光書込みユニット１００１により光走査されることによって、静電潜像が形成される。

現像手段１００５は、形成された静電潜像をトナー像に顕像化し、転写手段１００６は、顕像化されたトナー像を記録紙１００７（記録媒体）に転写する。定着手段１００８は、転写されたトナー像を記録紙１００７に定着させる。そして、クリーニング部１００９は、感光体ドラム１００２の転写手段１００６の対向部を通過した感光体ドラム１００２の表面部分の残留トナーを除去する。

なお、感光体ドラム１００２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、この転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成とすることも可能である。

図１７に示すように、光書込みユニット１００１は、光源部１０２０と、光源駆動手段１５００と、光偏向器１０２２と、結像光学系１０２１と、走査光学系１０２３と、集積回路１０２４と、回路基板１０２５と、から構成されている。

光源部１０２０は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザ光を発するレーザ素子であり、光源駆動手段１５００は、レーザ光を変調する。光偏向器１０２２は、第１、２の実施形態の光偏向器であって、レーザ光を偏向する。結像光学系１０２１は、光偏向器１０２２のミラー基板のミラー面に光源部１０２０からの記録信号によって変調されたレーザ光を結像させる。走査光学系１０２３は、ミラー面で反射・偏向された１本又は複数本のレーザ光を感光体ドラム１００２の表面（被走査面）に結像させる。光偏向器１０２２は、その駆動のための集積回路（駆動手段）１０２４とともに回路基板１０２５に実装された形で光書込みユニット１００１に組み込まれている。

光偏向器１０２２は、従来の回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置１０００の省電力化に有利である。また、光偏向器１０２２のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置１０００の静粛性の改善に有利である。さらに、光偏向器１０２２は、回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって画像形成装置１０００の小型化に有利である。このように、破損しにくい光偏向器を用いて、光走査装置や画像形成装置を提供することができる。

なお、記録紙１００７の搬送機構、感光体ドラム１００２の駆動機構、現像手段１００５、転写手段１００６などの制御手段、光源部１０２０の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様であるため図１７では省略されている。

（第４の実施形態）
第１、２の実施形態では、光偏向器について説明したが、本実施形態では、第１、２の実施形態の光偏向器を用いた画像投影装置について説明する。

図１８は、第４の実施形態の画像投影装置の全体構成図である。図１９は、第４の実施形態の画像投影装置の構成図である。

図１９に示すように、本実施形態の画像投影装置２０００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる３波長のレーザ光を出射するレーザ光源２００１（２００１－Ｒ、２００１－Ｇ、２００１－Ｂ）が取り付けられている。そして、それぞれのレーザ光源２００１－Ｒ、２００１－Ｇ、２００１－Ｂの出射端近傍にはレーザ光源２００１－Ｒ、２００１－Ｇ、２００１－Ｂから出射された発散光を略平行光にする集光レンズ２００２（２００２－Ｒ、２００２－Ｇ、２００２－Ｂ）が配置されている。

集光レンズ２００２－Ｒ，２００２－Ｇ、２００２－Ｂで略平行になったＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光は、合成プリズム２００５によって合成され、光偏向器２００６（ＭＥＭＳの二次元反射角度可変ミラー）に入射される。そして、光偏向器２００６のミラー部に入射した合成レーザ光は、光偏向器２００６によって二次元偏向走査されて投影面２００７に投射され、画像を投影する。

図１８に示すように、本実施形態の画像投影装置２０００は、画像生成部２０１１が画像情報に応じて画像信号を生成する。この画像信号が変調器２０１２を介して光源駆動回路２０１３に送られると共に、スキャナ駆動回路２０１４に画像同期信号が送られる。スキャナ駆動回路２０１４は、画像同期信号に応じて駆動信号を光偏向器２００６に与える。なお、図１８では、３波長のレーザや合成プリズムは省略している。

この駆動信号によって、光偏向器２００６のミラー部１０は、直交した２つの方向に所定角度（例えば１０ｄｅｇ程度）の振幅で振動する。光偏向器２００６は一個で二次元のものではなく、一次元走査のものを二つ組み合わせてもよい。また、片方の走査はポリゴンミラーなどの回転走査ミラーを使用することもできる。

３波長のレーザ光源２００１は、それぞれ光偏向器２００６によって走査されるタイミングに合わせて強度変調されており、投影面２００７に二次元の画像情報を投影するようになっている。強度変調はパルス幅を変調してもよいし、振幅を変調してもよい。変調器２０１２は、画像信号をパルス幅変調あるいは振幅変調し、この変調された信号を光源駆動回路２０１３によりレーザ光源２００１を駆動できる電流に変調してレーザ光源２００１を駆動する。このように、破損しにくい光偏向器を用いて、画像投影装置を提供することができる。

（第５の実施形態）
第１、２の実施形態では、光偏向器について説明したが、本実施形態では、第４の画像投影装置を用いたヘッドアップディスプレイ装置について説明する。

図２０は、第５の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の全体概念図である。本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置３００は、車両のフロントガラス３５０を投射面の一部として使用したウィンドウシールド方式である。

本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置３００は、出射窓部３０６を備えた筐体３０１に、ベース３０３が載置され、その上に防振材３０２、画像形成部３０４を備えている。画像形成部３０４で形成された画像は、画像形成部３０４の出射部から出射され、投射ミラー３０５で反射された後、フロントガラス３５０（画像投射部）に投影される。そして、この投影された画像の反射光が観測者（例えば運転者）に投射されることで、観測者の目に届くようになっている。このとき、観測者から見ると、図２１に示すように、フロントガラス３５０の数ｍ先に、フロントガラス３５０に照射した像が虚像Ｐとして認識される。

図２２は、第５の実施形態の画像形成部の詳細を示す図である。図２２における点線枠は、例えば、第４の実施形態の画像投影装置２０００（図１８、１９参照）である。図２２に示すように、ここではレーザ光源４０１は１個しか図示しないが、第４の実施形態と同様に３色のレーザ光を利用してカラー表示を行うことが可能となっている。

レーザ光源４０１から出射されたレーザ光は、カップリングレンズ４０２で略平行光のビームになり、光偏向器４０３に照射される。入射光は光偏向器４０３で２軸に走査され、走査ミラー４０４を介してスクリーン部４０５に照射される。なお、レーザ変調手段にてレーザ光源４０１を変調することで所望の画像を形成することができる。表示部に相当するスクリーン部４０５は、拡散板やマイクロレンズなどで形成されており、ここで形成された中間像を投射ミラー３０５、フロントガラス３５０を介して観測者が虚像Ｐとして視認することになる。このように、破損しにくい光偏向器を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。ヘッドアップディスプレイは、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等の移動体に搭載される。そこで、ヘッドアップディスプレイと、該ヘッドアップディスプレイが搭載される移動体と、を備える移動体装置を提供することができる。

（第６の実施形態）
第１、２の実施形態では、光偏向器について説明したが、本実施形態では、第１、２の実施形態の光偏向器を用いたレーダ装置について説明する。

図２３は、第６の実施形態のレーダ装置の全体構成図である。図２４は、第６の実施形態のレーダ装置の構成図である。図２３に示すように、本実施形態のレーダ装置６００は、車両の前方側に取り付けられており、車両の前方を監視する。

図２３、２４に示すように、レーザ光源６０１から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ６０２を経て、光偏向器６１０で１軸もしくは２軸方向に走査され、車両前方の被対象物６５０に照射される。光検出器６０５は、被対象物６５０で反射され、集光レンズ６０６を経たレーザ光を受光して、検出信号を出力する。なお、光源駆動部であるレーザドライバ６０３は、レーザ光源６０１を駆動するものであり、光偏向器駆動部である偏向器ドライバ６０７は、光偏向器６１０を駆動するものである。

コントローラ６０４は、レーザドライバ６０３および偏向器ドライバ６０７を制御し、光検出器６０５から出力された検出信号を処理する。すなわち、コントローラ６０４は、レーザ光を発光したタイミングと、光検出器６０５でレーザ光を受光したタイミングとのズレによって、被対象物６５０との距離を算出する。光偏向器６１０でレーザ光を走査することで１次元、もしくは２次元の範囲における被対象物６５０に対する距離が得られる。このように、破損しにくい光偏向器を用いて、レーダ装置を提供することができる。

１０ ミラー部
１１ リブ
１２ 反射面
２０ａ、２０ｂ トーションバースプリング
３０ａ、３０ｂ、７０ａ、７０ｂ、８０、９０ａ、９０ｂ 駆動梁
３１ａ、３１ｂ、７１ｂ 梁状部材
３２ａ、３２ｂ、７２ｂ 圧電部材
３３ａ 上部電極
３４ａ 下部電極
４０ 固定ベース
４１ 支持層部
４２ デバイス層部
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ 突起部
５０ 配線
５１、５２ コンタクトホール
６０ 絶縁層
１００ 光走査装置
３００ ヘッドアップディスプレイ装置
６００ レーダ装置
１０００ 画像形成装置
２０００ 画像投影装置

特開２０１１－０１８０２６号公報

Claims (6)

1. 固定ベースと、
   光を反射させる反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部を支持する一対の弾性支持部材と、
   前記一対の弾性支持部材に一対一で対応し、一方の端部が前記弾性支持部材に接続され、他方の端部が前記固定ベースに接続され、圧電部材が固着された一対の駆動梁と、を備え、
   前記駆動梁は、前記ミラー部と前記弾性支持部材とを前記固定ベースに片持ちで支持させて前記ミラー部を回転振動させ、
   前記固定ベースは、前記駆動梁に接続された第１層部と、前記第１層部に隣接して前記駆動梁の厚さ方向に形成された第２層部とを有し、
   前記第２層部は、
   前記第１層部に対し、前記駆動梁が接続されている根元部において前記ミラー部から離れる方向に後退し、
   前記駆動梁側の端部から前記根元部へ向かう方向に前記駆動梁の幅より狭い幅で突出した突起部を有し、
   前記第１層部に接続されている前記駆動梁の前記他方の端部の隅部は、円弧形状の丸みを帯びたフィレット形状になっており、該隅部の応力を分散する、光偏向器。
2. 光源と、
   前記光源からの光を偏向させる請求項１に記載の光偏向器と、
   偏向された光を被走査面にスポット状に結像する光学系と、を備える光走査装置。
3. 請求項２に記載の光走査装置と、
   光の走査により潜像が形成される感光体と、
   前記潜像をトナー像に顕像化する現像部と、
   前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、を備える画像形成装置。
4. 光源と、
   前記光源からの発散光を略平行光にする光学系と、
   前記光源から出力された光を画像信号に応じて変調する変調器と、
   請求項１に記載の光偏向器と、を備える画像投影装置。
5. 請求項４に記載の画像投影装置と、
   前記画像投影装置から画像が投影される表示部と、
   前記表示部に投影された画像をユーザに投射する画像投射部と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
6. 請求項１に記載の光偏向器と、
   レーザ光を出射する光源と、
   前記光源からの発散光を略平行光とする光学系と、
   前記光源を駆動する光源駆動部と、
   前記光偏向器を駆動する光偏向器駆動部と、
   前記光偏向器から出射されたレーザ光の反射光を受光して、検出信号を出力する光検出器と、
   前記光源駆動部および前記光偏向器駆動部を制御し、前記光検出器から出力された前記検出信号を処理する制御部と、を備えるレーダ装置。

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