JPH0520026U - ミラーアクチユエーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、ミラーを高精度に、しかも応
答性良く駆動することができるミラーアクチュエーター
を提供する。 【構成】 印加電圧に応じて中心軸７１１ａ回りにねじ
れるセラミック部材７１１を備えたピエゾ素子７１０が
設けられる。そして、ミラー２７の揺動軸２７ａがセラ
ミック部材７１１の中心軸７１１ａと一致しながら、セ
ラミック部材７１１の先端部にそのミラー２７が固定さ
れる。したがって、ピエゾ素子７１０に電圧を印加する
と、その電圧値に応じてセラミック部材７１１がねじ
れ、その結果、ミラー２７が高精度で、しかも応答性良
く揺動する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、揺動軸回りにミラーを揺動させて、光ビームを微小角度だけ正確 に偏向するためのミラーアクチュエーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種のミラーアクチュエーターを利用した装置として，例えば特開昭５９− ２２９９７０号公報に記載されたものがある。この装置では、光源からのレーザ ービームを、ミラーアクチュエーターによって微小角度だけ回転位置決めされた ミラーによって副走査方向に偏向した後、さらにポリゴンミラーによって主走査 方向に走査するようにしている。そしてミラーを適宜に回転制御することにより 、レーザービームをポリゴンミラーの面倒れを補正する様に副走査方向に偏向す ることができ、その結果走査ムラ等が防止される。

【０００３】 図９は、ミラーアクチュエーターの従来例を示す斜視図である。このミラーア クチュエーター９００は、同図に示すように、一体の金属ブロック板などの弾性 体を加工することによって形成された仲介機構部９１０と、ミラー２７の駆動源 として機能する積層型ピエゾ素子９２０とで構成されている。

【０００４】 仲介機構部９１０では、同図に示すように、アームメンバ９１１から上方向に アームメンバ９１２が伸びている。さらに、ヒンジ部９１３を介してアームメン バ９１２に略Ｔ字状のアームメンバ９１４が連結されている。そして、アームメ ンバ９１１とアームメンバ９１４との間に積層型ピエゾ素子９２０が設けられて いる。このため、ピエゾ素子９２０に印加される電圧が変化すると、それに応じ てピエゾ素子９２０が伸縮して、アームメンバ９１４がヒンジ部９１３回りに回 転し、その結果、アームメンバ９１４の上面に搭載された面倒れ補正用のミラー ２７が回転位置決めされる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

従来のミラーアクチュエーター９００は以上のように構成されているために、 ミラー２７の回転中心はヒンジ部９１３となり、回転中心と反射面（ミラー面） とが一致しない。そのために、ミラー２７による光ビームの偏向角度制御が難し いという問題がある。

【０００６】 また、ピエゾ素子９２０からの応力をアームメンバ９１４の一点に作用させ、 ミラー２７を回転させるようにしているので、この応力印加によってアームメン バ９１４が変形し、その結果アームメンバ９１４に搭載されたミラー２７の面精 度が低下することがある。特に、アームメンバ９１４の厚みが薄い場合には、ピ エゾ素子９２０からの応力の影響を強く受け、面精度の低下が顕著となる。逆に その厚みが増すと、それによって面精度の低下を防止することができるものの、 慣性モーメントが増大し、応答性が低下するという問題が生じる。

【０００７】 さらに、上記ミラーアクチュエーター９００では、ピエゾ素子９２０の直線運 動をアームメンバ９１１，９１２，９１４およびヒンジ部９１３からなる仲介機 構部９１０によって回転運動に変換し、ミラー２７を回転させるようにしている ため、ミラーアクチュエーター９００の構成が複雑なものとなっている。また、 同様の理由から、高速応答性が望めないといった問題があった。

【０００８】 この考案は、上記課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で、ミラ ーを高精度に、しかも応答性良く駆動することができるミラーアクチュエーター を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

請求項１記載の考案は、揺動軸回りにミラーを揺動させて光源からの光ビーム を偏向するミラーアクチュエーターであって、上記目的を達成するために、略円 筒状のセラミック部材と、それぞれが一定間隔だけ離隔されながら前記セラミッ ク部材の外周部にらせん状に設けられた第１及び第２電極とからなり、前記第１ 及び第２電極に印加される電圧に応じて前記セラミック部材が中心軸回りにねじ れるピエゾ素子を備え、前記揺動軸と前記中心軸とを一致させながら、前記セラ ミック部材の先端部に前記ミラーを固定している。

【００１０】 請求項２記載の考案は、前記請求項１記載の考案に加え、前記セラミック部材 が先端部に溝部を設け、その溝部に前記ミラーの側面部を嵌合している。

【００１１】 請求項３記載の考案は、前記請求項１記載の考案に加え、前記ピエゾ素子を前 記中心軸回りに揺動自在に支持する支持部材をさらに設けている。

【００１２】

【作用】

この考案におけるミラーアクチュエータでは、印加電圧に応じて中心軸回りに ねじれるセラミック部材を備えたピエゾ素子が設けられる。そして、ミラーの揺 動軸が前記セラミック部材の中心軸と一致しながら、前記セラミック部材の先端 部にそのミラーが固定される。したがって、前記ピエゾ素子に電圧を印加すると 、その電圧値に応じて前記セラミック部材がねじれ、その結果、前記ミラーが揺 動する。

【００１３】

【実施例】

Ａ．ミラーアクチュエーターを備えた装置の全体構成と概略動作 図２は、この考案の一実施例を適用する製版用スキャナの概略ブロック図であ る。同図において、原画１００の画像は走査読取装置２００によって画素ごとに 読取られ、その原画１００に対応した画像信号が画像処理装置３００に転送され る。画像処理装置３００では、入力された画像信号に対して階調変換、倍率変換 、輪郭強調等の処理が行なわれた後、画像信号が網点信号に変換されて走査記録 装置４００に与えられる。この走査記録装置４００は走査修正装置５００を備え ており、走査位置を修正しつつ入力された網点信号に基づいて、感光フィルム（ 被走査面）６００上に網点画像を露光記録する。なお、図２において、Ｘ，Ｙは それぞれ主走査方向および副走査方向を示す。

【００１４】 図３はこの考案にかかるミラーアクチュエーターを含む走査修正装置５００の 全体ブロック図であり、図４はその光学系の一部を示す図である。レーザー等の 光源２１から出力された光ビーム２２は、ハーフミラー２３によって分割される 。ハーフミラー２３で反射された光ビームはミラー３０で反射され、音響光学変 調器（以下、ＡＯＭとする）２４を通過する露光用ビーム２５となる。一方ハー フミラー２３を透過した光ビームはグレーティングビーム２６となる。

【００１５】 画像処理装置３００で形成された網点信号に応じて、露光用ビーム２５はＡＯ Ｍ２４において変調される。さらに、ミラー３０ａ，３０ｂを介して補助偏向器 としてのミラー２７に入射された露光用ビーム２５およびグレーティングビーム ２６は、後述する手順に従って投射位置偏差の修正のために副走査方向に微小角 度だけ偏向される。なお、このミラー２７は後で詳説するミラーアクチュエータ によって正確に回転制御される。

【００１６】 こうしてミラー２７によって偏向された露光用ビーム２５およびグレーティン グビーム２６は、回転軸２８ａ回りに回転するポリゴンミラー２８に入射され、 その回転運動に伴い露光記録および走査修正のため主走査方向に走査される。そ して、ポリゴンミラー２８によって主走査方向に偏向された露光用ビーム２５は 、図４に示すようにｆθレンズ等の走査レンズ２９を経て、感光フィルム６００ 上に投射され、露光のための走査を行う。一方、グレーティングビーム２６は、 走査レンズ２９を通過した後、ミラー３０ｃで反射され、格子状パターン（以下 、グレーティングという。）３１上に投射される。

【００１７】 グレーティング３１と感光フィルム６００などの被走査面とは光学的に等価な 位置にあり、グレーティング３１を走査するグレーティングビーム２６は、被走 査面上の露光用ビーム２５の位置を参照的に与える。グレーティング３１は、透 光部Ｔｐおよび遮光部Ｓｄを組み合わせた基本構成単位ＵＮから構成されており 、その軸方向（主走査方向）に基本構成単位ＵＮを繰り返す構成・配置となって いる。

【００１８】 グレーティング３１を透過したグレーティングビーム２６は導光ロッド３２に 入射される。導光ロッド３２の端面にはフォトダイオード３３が配置されており 、透過光はそこで光電変換される。さらにフォトダイード３３からの電気信号が 後段のＩ／Ｖ変換器３４で電流／電圧変換され出力電圧Ｖ_O となる。

【００１９】 グレーティング３１の構造は周期的であり、そこから得られる透過光による信 号も周期性を有する。なお、導光ロッド３２の端面から出射される透過光の光量 が、グレーティングビーム２６の走査位置に応じて変化するため、それに伴って Ｉ／Ｖ変換器３４から出力される出力電圧Ｖ_O においてはレベルシフトが生じる 。出力電圧Ｖ_O は、このレベルシフトの補正のため、シェーディング補正回路３ ５に入力され正規化される。

【００２０】 シェーディング補正された出力電圧Ｖ_O は、ピーク値のそろった相対振幅Ｖ_R となり制御装置としてのサーボユニット３６に入力される。サーボユニット３６ は、入力された相対振幅Ｖ_R からグレーティングビーム２６のグレーティング３ １上での副走査方向の偏差を求め、ピエゾドライバ７１０Ａに偏向制御信号ＩＳ を送る。さらに、このピエゾドライバ７１０Ａでこの信号が増幅されて、ミラー ２７が回転制御される。こうして、グレーティングビーム２６が基準位置を走査 するように副走査方向の偏向がミラー２７で加えられ、ポリゴンミラー２８の面 倒れ補正が行なわれる。

【００２１】 シェーディング補正された相対振幅Ｖ_R は、コンパレータ（以下、ＣＯＭとす る）３７にも入力される。ＣＯＭ３７は相対振幅Ｖ_R と、所定の値を有する基準 レベル信号ＴＨ１との比較を行い、パルス信号ＳＰを発生する。このパルス信号 ＳＰの立ち上りエッジは、グレーティング３１上の各基本構成単位ＵＮの主走査 方向の両端位置を示す。フェーズ・ロックド・ループ３８に入力されたパルス信 号ＳＰは、逓倍され画像記録走査のための主走査方向の位置制御用クロックＣＬ Ｋとして出力される。クロックＣＬＫはサーボユニット３６や画像処理装置３０ ０に供給される。

【００２２】 以上のようなフィードバック動作により、副走査方向の位置偏差を修正する。

【００２３】 Ｂ．ミラーアクチュエーターの構成および動作説明 図１は、この考案にかかるミラーアクチュエーターの一例を示す斜視図である 。このミラーアクチュエーター７００は、同図に示すように、台座７０１と、そ の台座７０１上に固定されたピエゾ素子７１０と、ミラー２７とで構成されてい る。このピエゾ素子７１０では、それぞれ一定間隔離隔されながら、円筒状のセ ラミック部材７１１の外周部にらせん状に、しかもクシ型状に第１及び第２電極 ７１２，７１３が交互に形成されている。なお、同図においては、第１電極７１ ２を実線で示す一方、第２電極７１３を２点鎖線で示している。

【００２４】 このように構成されたピエゾ素子７１０では、第１及び第２電極７１２，７１ ３にピエゾドライバ７１０Ａ（図３）から所定の電圧が印加されると、その電圧 値に応じた角度だけセラミック部材７１１がその中心軸７１１ａ回りにねじれる 。ここで、ピエゾ素子７１０を、上述した積層型ピエゾ素子９２０と区別するた めに、以下において「ねじり型ピエゾ素子」と称する。

【００２５】 このねじり型ピエゾ素子７１０の上端部には、溝部７１４が設けられ、さらに ミラー２７の揺動軸２７ａとねじり型ピエゾ素子７１０の中心軸７１１ａとを一 致させながら、その溝部７１４にミラー２７の側面部が嵌合されるとともに、接 着剤で固定されている。ミラー２７の揺動軸２７ａは、ミラー２７の反射面に対 して平行であり、かつミラー２７本体を通る、好ましくは重心を通る軸である。 このため、第１及び第２電極７１２，７１３に正弦波状に変化する入力電圧Ｖ_IN を印加すると、その周期でねじり型ピエゾ素子７１０がねじれ、その結果ミラー ２７が揺動する。

【００２６】 図５および図６は、図１０に示す測定系を用いて計測したミラーアクチュエー ター７００の周波数特性を示すグラフである。すなわち、ねじれ型ピエゾ素子７ １０にある周波数の入力電圧Ｖ_INをドライバ４０によって印加してミラー２７を 揺動するとともに、光源４２からのレーザビームをそのミラー２７によって偏向 し、ＰＳＤ（=Photo Sensitive Detector ）４４に照射する。そして、ＰＳＤ４ ４から出力される信号をＩ／Ｖ変換器４６，４８によって電流／電圧変換すると 共に、オペアンプ５０によって両電圧の差である出力電圧Ｖ_OUT を求め、さらに ダイナミックシグナルアナライザ５２によって次式に基づいて値ＤＢを算出する 。

【００２７】 ＤＢ＝２０・log ₁₀（Ｖ_OUT ／Ｖ_IN） また、入力電圧Ｖ_INに対する出力電圧Ｖ_OUT の位相遅れをダイナミックシグナル アナライザ５２により求め、それら値ＤＢおよび位相遅れを片対数グラフ上にそ れぞれプロットする。こうした処理をドライバ４０から出力される入力電圧Ｖ_IN の周波数をダイナミックシグナルアナライザ５２からの指示信号ＣＳによって連 続的に変化させながら（例えば、10〜20KHz ）行うことによって、図５および図 ６が得られる。

【００２８】 両図からわかるように、入力電圧Ｖ_INの周波数が約1.2KHzで曲げ共振（図中、 矢印Ａで示す）が生じ、また約4.5KHzでねじれ共振（図中、矢印Ｂで示す）が生 じている。なお、図中には、丸印で曲げ共振位置を示している。

【００２９】 以上のように、この実施例では、ねじり型ピエゾ素子７１０のねじり運動を直 接ミラー２７の揺動運動としているので、構造が簡単で、しかも応答性に優れて いる。また、ミラー２７の側面部をねじり型ピエゾ素子７１０に固定しているの で、ミラー２７の面精度の低下を防止することができる。なお、ねじり型ピエゾ 素子７１０へのミラー２７の固定方法は、接着剤に限定されるものではなく、例 えばねじり型ピエゾ素子７１０に連結されたハウジング部材を介して固定するよ うにしてもよい。

【００３０】 また、ミラー２７の揺動軸２７ａがねじり型ピエゾ素子７１０の中心軸７１１ ａと一致しているので、ミラー２７の回転制御が容易で、しかも精度よく行うこ とができる。

【００３１】 さらに、駆動源としてねじり型ピエゾ素子７１０を採用したことによって、次 のような効果が得られる。すなわち、従来において使用していた積層型ピエゾ素 子９２０に比べてねじり型ピエゾ素子７１０は、ヒステリシスが小さいために、 熱発生量が少ない。そのため、熱変形によるミラー２７の面精度低下を防ぐこと ができる。また、同様の理由から、ミラー２７の位置決めの再現性が優れている 。

【００３２】 ところで、ミラー２７を高速駆動するためには、ミラーアクチュエーターを上 記のように構成して応答性を高めるだけでなく、共振周波数を高くする必要があ る。そこで、考案者は上記ミラーアクチュエーターを改良しその共振周波数を高 める技術を考案した。すなわち、曲げ共振が生じる周波数を高くすることである 。以下、ミラーアクチュエーターの改良例について説明する。

【００３３】 図７は、ミラーアクチュエーターの改良例を示す斜視図である。このミラーア クチュエーター８００では、同図に示すように、台座８０１上に固定されたねじ り型ピエゾ素子８１０を取り囲むようにして、台座８０１上にホルダ８２０が設 けられている。なお、ねじり型ピエゾ素子８１０の構成は、先に説明したねじり 型ピエゾ素子７１０と同一であるため、ここではその説明を省略する。

【００３４】 ねじり型ピエゾ素子８１０の上端部には、ミラーベース８３０が取り付けられ 、さらにそのミラーベース８３０にミラー２７が固定されている。また、このミ ラーベース８３０の外周部とホルダ８２０の内周部との間に抜きバネ８４０が架 設されてミラー２７が揺動軸２７ａ（ピエゾ素子８１０の中心軸）回りに揺動自 在に支持されている。そのため、ねじり型ピエゾ素子８１０の曲げ剛性が上昇し 、ねじり型ピエゾ素子８１０の曲げ共振周波数が高くなる。

【００３５】 以上のように、この改良例によれば、応答性を悪化させることなく、ミラーア クチュエーターの共振周波数、特に曲げ共振周波数を高めることができ、ミラー ２７の高速駆動が可能となる。

【００３６】 なお、抜きバネ８４０の代わりに、図８に示すように、ラジアル方向に与圧を 与え、がたつきをなくしたベアリング８５０をミラーベース８３０の外周部とホ ルダ８２０の内周部との間に設け、ねじり型ピエゾ素子８１０の曲げ剛性を上昇 させるようにしてもよい。

【００３７】

【考案の効果】

以上説明したように、請求項１及び２記載の考案によれば、セラミック部材の 先端部にミラーを固定するように構成しているので、ピエゾ素子のねじり運動が 直接ミラーの揺動運動に変換される。そのため、ミラーアクチュエータの構造は 簡単となり、しかもミラーを高応答性で揺動することができ、またミラーの面精 度の低下を防止することができる。さらに、前記ミラーの揺動軸と前記セラミッ ク部材の中心軸とが一致するようにしているので、前記ミラーの揺動角度を正確 に、かつ容易に制御することができる。

【００３８】 また、請求項３記載の考案によれば、上記請求項１記載の考案に加え、前記ピ エゾ素子を前記中心軸回りに揺動自在に支持する支持部材を設けているので、前 記ピエゾ素子の曲げ剛性が高くなり、高速駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案にかかるミラーアクチュエーターの一
例を示す斜視図である。

【図２】この考案の一実施例を適用する製版用スキャナ
の概略ブロック図である。

【図３】この考案にかかるミラーアクチュエーターを含
む走査修正装置の全体ブロック図である。

【図４】図３の走査修正装置の光学系の一部を示す図で
ある。

【図５】ミラーアクチュエーターの周波数特性を示すグ
ラフである。

【図６】ミラーアクチュエーターの周波数特性を示すグ
ラフである。

【図７】ミラーアクチュエーターの改良例を示す斜視図
である。

【図８】ミラーアクチュエーターの改良例を示す斜視図
である。

【図９】従来のミラーアクチュエーターを示す斜視図で
ある。

【図１０】ミラーアクチュエーターの周波数特性の計測
に用いた測定系を示す概略ブロック図である。

【符号の説明】

２７ ミラー ２７ａ 揺動軸 ７１０，８１０ ねじり型ピエゾ素子 ７１１ セラミック部材 ７１１ａ 中心軸 ７１２，７１３ 電極 ７１４ 溝部 ８４０ 抜きバネ ８５０ ベアリング

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 揺動軸回りにミラーを揺動させて光源か
   らの光ビームを偏向するミラーアクチュエーターであっ
   て、 略円筒状のセラミック部材と、それぞれが一定間隔だけ
   離隔されながら前記セラミック部材の外周部にらせん状
   に設けられた第１及び第２電極とからなり、前記第１及
   び第２電極に印加される電圧に応じて前記セラミック部
   材が中心軸回りにねじれるピエゾ素子を備え、 前記揺動軸と前記中心軸とを一致させながら、前記セラ
   ミック部材の先端部に前記ミラーを固定したことを特徴
   とするミラーアクチュエーター。
2. 【請求項２】 前記セラミック部材の先端部に溝部が設
   けられ、その溝部に前記ミラーの側面部が嵌合された請
   求項１記載のミラーアクチュエーター。
3. 【請求項３】 前記ピエゾ素子を前記中心軸回りに揺動
   自在に支持する支持部材をさらに設けた請求項１記載の
   ミラーアクチュエーター。