JP2005148340A - 光偏向装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光偏向装置において、磁石を固定する接着剤の収縮などによる反射面の変形を小さく抑えることである。
【解決手段】光偏向装置は、反射面121と永久磁石101を備えた可動部112と、可動部112を回転軸151の回りに回転支持するための支持部113a、113bとを有する。永久磁石101は回転軸151に対して角度をなして磁化され、反射面121の変形を抑えるように永久磁石101と可動部112の接触面に部分的に配した接着剤131で両者は固定されている。
【選択図】図1
【解決手段】光偏向装置は、反射面121と永久磁石101を備えた可動部112と、可動部112を回転軸151の回りに回転支持するための支持部113a、113bとを有する。永久磁石101は回転軸151に対して角度をなして磁化され、反射面121の変形を抑えるように永久磁石101と可動部112の接触面に部分的に配した接着剤131で両者は固定されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、電磁力を用いる電磁アクチュエータによって駆動する光偏向装置に関するものである。
近年、マイクロマシニング技術を利用して作製する光偏向装置のアクチュエータとして、磁性体材料を利用した電磁アクチュエータが開発されるようになってきている。こうした状況において、走査ミラーに永久磁石を備え電磁力によって駆動する光偏向装置として、図5に示すような構成のものが提案されている(特許文献1参照)。図5の光偏向装置の走査ミラーでは、長方形の平板状をなすガラス板412の一方面にアルミ等を蒸着して光を反射できる鏡面部421が形成され、そして他方面にSmCo(サマリウムコバルト)等の希土類系の永久磁石401がスパッタリング等により薄膜状に形成されている。そして、走査ミラーを支持する支持部材413a,bは、ステンレスやベリリウム銅等の金属製の薄板により短冊状に形成されている。走査ミラーは、両支持部材413a,bがねじられることによって角変位可能になっており、永久磁石401は回転軸451の両側が異極になるように磁化されている。
また、磁場発生部441は、コイルが巻回され、走査ミラーの回転軸451に直交する方向をコイルの巻回軸461とするとともに、薄膜状の永久磁石401が形成された走査ミラーの他方面側に、所定の距離を隔てて配設されている。
こうした光偏向装置では、磁場発生部441のコイルに通電して発生する磁場によって、永久磁石401との間に吸引力および反発力が働き、永久磁石401にトルクが発生して支持部材413a,bがねじれることによって、走査ミラーが回転軸451を中心として角変位させられる。
特開平6−82711号公報
しかしながら、走査ミラーを広角度変位させるためには永久磁石にかかるトルクを大きくする必要がある。すなわち、コイルで発生する磁場により永久磁石にかかるトルクTは数式(1)で与えられる。
T=H×M (1)
ただし、Tは発生トルク、Hはコイルが発生する磁場、Mは永久磁石の磁気モーメントである。したがって、トルクを大きくするためには、(1)式より分かるように、コイルに通電させる電流を増大させて発生磁場を増大させるか、或いはバルク状の永久磁石を使用することにより磁気モーメントを増大させる必要がある。
T=H×M (1)
ただし、Tは発生トルク、Hはコイルが発生する磁場、Mは永久磁石の磁気モーメントである。したがって、トルクを大きくするためには、(1)式より分かるように、コイルに通電させる電流を増大させて発生磁場を増大させるか、或いはバルク状の永久磁石を使用することにより磁気モーメントを増大させる必要がある。
上記従来例では、精々数十ミクロン程度までの厚みの薄膜状の永久磁石を使用しているため、トルクを大きくするためには、コイルに通電する電流を増大させて発生磁場を大きくする必要がある。しかしながら、コイルに通電する電流を増大させて発生磁場を増大させる場合、コイルに通電させる電流を増大させるため消費電力が増大する。
よって、低消費電力で広角度変位する光偏向装置を構成するためには、薄膜状の永久磁石ではなく磁気モーメントの大きな充分な厚さ(典型的には、数十ミクロン以上)を持つバルク状の永久磁石を走査ミラーに接着固定する必要がある。ところが、図6の走査ミラー側面図に示すように、バルク状の永久磁石1001を光偏向装置に使用する場合、平板状の走査ミラー1011に永久磁石1001を固定するために塗布される接着剤1021の温度変化、経時変化或いは硬化時等の収縮などにより走査ミラー1011の反射面1012が変形するという問題がある。
上記課題に鑑み、本発明の光偏向装置は、反射面と永久磁石を備えた可動部と、可動部を回転軸の回りに回転支持するための支持部(基板に対して可動部を揺動可能に支持する弾性支持部など)と、可動部を駆動するための磁場発生部(コイルなど)とを有する光偏向装置であって、永久磁石を回転軸に対して角度をなして(典型的には垂直方向に)磁化し、反射面の変形を抑えるように永久磁石と可動部の接触面に部分的に配した接着剤で両者を固定していることを特徴とする。
上記基本構成に基づいて、以下のような態様が可能である。
前記可動部と前記永久磁石は、ドット状に配した接着剤、または少なくとも2箇所以上に配した接着剤、または少なくとも永久磁石の両側磁極の部分に配した接着剤などで固定することができる。
前記可動部と前記永久磁石は、ドット状に配した接着剤、または少なくとも2箇所以上に配した接着剤、または少なくとも永久磁石の両側磁極の部分に配した接着剤などで固定することができる。
また、前記可動部が凹部を有し、凹部に永久磁石が接着固定されるようにもできる。前記接着剤としては、エポキシ樹脂などが使用できて、エポキシ樹脂は接着剤硬化時の収縮率が小さいので、硬化時や経時変化、温度変化時等の接着剤の収縮による反射面の変形を更に小さく抑えることができる。
更に、上記課題に鑑み、本発明の光学機器は、光を偏向する偏向手段として上記の光偏向装置を用いたことを特徴とする。本発明の光偏向装置を垂直、平行方向のスキャニングに用いた画像形成装置などの光学機器では、経時変化、温度変化等による反射面の変形が小さく抑えられるので、画質などを安定させることができる。
本発明の光偏向装置では、可動部に磁気モーメントの大きなバルク状の永久磁石を接着固定することにより、磁気発生部にかかる消費電力を低減することができる。さらに、部分的に配したドット状などの接着剤でバルク状の永久磁石と可動部を特定の箇所で接着固定することによって、接着剤の量を低減して可動部が回転可能な接着強度を有しつつ、接着剤の硬化時や経時変化、温度変化時等の接着剤の収縮による反射面の変形を小さく抑えることができる。また、環境変化時などに、膨張係数が異なる永久磁石と可動部本体の変形程度の違いで生じる恐れのある反射面の変形を、該変形程度の違いを比較的少量の接着剤の変形で吸収したり、接着剤の配置の仕方(例えば、接触面の中央部のみに接着剤を塗布するような場合)で反射面の変形に至るのを抑制することで、小さく抑えることができる。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
一実施形態の光偏向装置の構成では、基板に可動部と該可動部を回転可能に支持する弾性支持部を設け、可動部に磁気モーメントの大きなバルク状の永久磁石を接着固定する(例えば、図1参照)。これによって、反射面を持つ可動部を駆動させるためのコイル(磁場発生部)に流す電流を低減できて、消費電力を低減することができる。さらに、永久磁石を可動部に固定する際、可動部との接触面全面に接着剤を塗布せずに、ドット状に塗布し、接着剤の量を低減して可動部とバルク状の永久磁石を固定する(例えば、図1参照)。このことによって、温度変化、経時変化或いは硬化時等の接着剤の収縮などによる反射面の変形を小さく抑えられる。また、環境変化時などに、膨張係数が異なる永久磁石と可動部本体の変形程度の違いで生じる恐れのある反射面の変形も、該変形程度の違いを少ない量の接着剤の変形で吸収したり、接着剤の配置の仕方で反射面の変形に至るのを抑制することで、小さく抑えることができる。
一実施形態の光偏向装置の構成では、基板に可動部と該可動部を回転可能に支持する弾性支持部を設け、可動部に磁気モーメントの大きなバルク状の永久磁石を接着固定する(例えば、図1参照)。これによって、反射面を持つ可動部を駆動させるためのコイル(磁場発生部)に流す電流を低減できて、消費電力を低減することができる。さらに、永久磁石を可動部に固定する際、可動部との接触面全面に接着剤を塗布せずに、ドット状に塗布し、接着剤の量を低減して可動部とバルク状の永久磁石を固定する(例えば、図1参照)。このことによって、温度変化、経時変化或いは硬化時等の接着剤の収縮などによる反射面の変形を小さく抑えられる。また、環境変化時などに、膨張係数が異なる永久磁石と可動部本体の変形程度の違いで生じる恐れのある反射面の変形も、該変形程度の違いを少ない量の接着剤の変形で吸収したり、接着剤の配置の仕方で反射面の変形に至るのを抑制することで、小さく抑えることができる。
また、永久磁石の磁極は両端に集中しているため、可動部を駆動させるための磁場発生部から発生する磁場によって永久磁石に生じるトルクは、永久磁石の両側磁極部に集中する。これに対して、永久磁石の両側磁極部を接着剤で固定することにより(例えば、図2参照)、可動部を回転可能にする接着強度を最小限の接着剤で保つことができ、さらに、硬化時や温度変化、経時変化時等の接着剤の収縮などによる可動部の変形を小さく抑えることができる。
また、可動部に凹部を形成して凹部に永久磁石を固定する場合、可動部の凹部は剛性が弱くなっているため、永久磁石と可動部との接触面全面に接着剤を塗布して固定すると反射面の変形の恐れが大きくなる。これに対しては、永久磁石の両側磁極部を可動部と接着剤で接着固定する(図3参照)。これによって、最小限の接着剤で接着強度を保つことができて、コイルが発生する磁場から受ける永久磁石のトルクを可動部に確実に伝達することができ、さらに、反射面の変形を小さく抑えることができる。
また、接着剤としては、アクリル樹脂、光硬化性樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。特にエポキシ樹脂は硬化時の収縮率が小さいので、反射面の変形をより小さく抑えるのに好適である。
また、画像形成装置などに用いる光偏向装置では、描画するビームスポット形状が反射面の精度で決まる。したがって、温度変化或いは経時変化等による反射面の変形は、スクリーンなどに形成される画像に悪影響を与える。これに対して、上記の光偏向装置を用いた画像形成装置では(図4参照)、経時変化や温度変化等による反射面の変形を小さく抑えられるので、経時変化や温度変化等による画像の乱れを防ぐことができる。
以下に、さらに具体的な実施例について説明する。
<実施例1>
図1は、本発明の実施例1の光偏向装置を説明する斜視図(a)および断面図(b)である。本実施例では、マイクロマシン技術を用いてSi基板111に可動部112と該可動部112を回転支持するための弾性支持部113a,bを設け、可動部112の一方面側に、蒸着或いはスパッタ等でAl膜や誘電体膜等を形成して反射面121とし、他方面側に、可動部112を駆動させるための永久磁石101を固定する。永久磁石101の可動部112への固定は、ディスペンサ等を用いて接着剤131をドット状に塗布することにより行う。ここでは、図1(a)に示すように、永久磁石101の両側磁極部とそれらに挟まれた中央部に沿ってドット状に塗布した。また、磁場発生部であるコイル141は、可動部112の永久磁石101を配置した面側に対向する位置に配置されている。
図1は、本発明の実施例1の光偏向装置を説明する斜視図(a)および断面図(b)である。本実施例では、マイクロマシン技術を用いてSi基板111に可動部112と該可動部112を回転支持するための弾性支持部113a,bを設け、可動部112の一方面側に、蒸着或いはスパッタ等でAl膜や誘電体膜等を形成して反射面121とし、他方面側に、可動部112を駆動させるための永久磁石101を固定する。永久磁石101の可動部112への固定は、ディスペンサ等を用いて接着剤131をドット状に塗布することにより行う。ここでは、図1(a)に示すように、永久磁石101の両側磁極部とそれらに挟まれた中央部に沿ってドット状に塗布した。また、磁場発生部であるコイル141は、可動部112の永久磁石101を配置した面側に対向する位置に配置されている。
図1(b)を用いて、本実施例の光偏向装置の動作を説明する。図1(b)は、回転軸151に垂直な断面における図1(a)の断面図である。ここにおいて、永久磁石101は回転軸151に対して垂直方向に着磁されていて、コイル141に通電することによりその電流の向きに応じて磁場が発生する(図1(b)に示した電流の向きでは上方向に磁場が発生する)。こうして、永久磁石101の磁極には、この磁場に関係した方向に吸引力および反発力が発生し、回転軸151を中心に弾性支持された可動部112にトルクが働く(図1(b)に示した状態では、N極に上方向の吸引力が発生しS極に下方向の反発力が発生するので、回転軸151の回りに時計方向のトルクが働く)。コイル141に流す電流の向きを反対方向にすると、反対向きにトルクが働くので、コイル141に通電する電流に応じて、任意の角度に可動部112を駆動することができる。
以上のように構成された本実施例の光偏向装置は、可動部112を駆動する磁石として磁気モーメントの大きなバルク状の永久磁石101を用いるため、コイル141に流す電流を低減することができて消費電力を抑えることができる。さらに、永久磁石101と可動部112の接触面全面に接着剤を塗布せずに、適当な箇所にドット状に塗布しているので、硬化時や経時変化、温度変化時等の接着剤131の収縮などによる反射面121の変形を小さく抑えることができる。
<実施例2>
図2は、本発明の実施例2の光偏向装置を説明する概略図である。図2は、見やすくするために、可動部112と弾性支持部113a,bのみを図示している。本実施例では、可動部112と永久磁石101との接着は、永久磁石101の両側磁極部にのみ接着剤131をドット状に塗布することによって行っている。コイルに通電することで発生する磁場により、永久磁石101にかかるトルクは両側磁極部に大きく働くので、トルクが大きくかかる永久磁石101の両側磁極部を接着剤131で固定することによって、最小限の接着剤131で可動部112が回転可能な接着強度を保つことができる。
図2は、本発明の実施例2の光偏向装置を説明する概略図である。図2は、見やすくするために、可動部112と弾性支持部113a,bのみを図示している。本実施例では、可動部112と永久磁石101との接着は、永久磁石101の両側磁極部にのみ接着剤131をドット状に塗布することによって行っている。コイルに通電することで発生する磁場により、永久磁石101にかかるトルクは両側磁極部に大きく働くので、トルクが大きくかかる永久磁石101の両側磁極部を接着剤131で固定することによって、最小限の接着剤131で可動部112が回転可能な接着強度を保つことができる。
以上のように可動部112と永久磁石101を接着固定した本実施例の光偏向装置では、最小限の接着剤で可動部112が回転可能な接着強度を保つことができ、接着剤131の硬化時の収縮或いは経時変化、温度変化時等の接着剤131の収縮などによる反射面121の変形を更に小さく抑えることができる。
<実施例3>
図3(a)は、本発明の実施例3の光偏向装置を説明するための斜視図である。図3(a)は、見やすくするために、可動部212と弾性支持部213a,bのみを図示している。本実施例では、可動部212の反射面221の反対面に、断面がV字型の凹部251を2つ形成している。凹部251は、マイクロマシニング技術の異方性ウェットエッチングにより作製できる。可動部212に作製したV字型の凹部251に円筒形状などの棒状の永久磁石201を接着剤231で固定する場合、可動部212に作製したV字型の凹部251の部分の剛性は弱くなっているので、接着剤231の収縮などにより反射面221がより変形しやすい。そこで、可動部212の凹部251に永久磁石201を配置して永久磁石201の両側磁極部でのみ接着剤231で接着することによって、永久磁石201と可動部212を固定する。こうした接着剤231の塗布は、ディスペンサ等によって行うことができる。
図3(a)は、本発明の実施例3の光偏向装置を説明するための斜視図である。図3(a)は、見やすくするために、可動部212と弾性支持部213a,bのみを図示している。本実施例では、可動部212の反射面221の反対面に、断面がV字型の凹部251を2つ形成している。凹部251は、マイクロマシニング技術の異方性ウェットエッチングにより作製できる。可動部212に作製したV字型の凹部251に円筒形状などの棒状の永久磁石201を接着剤231で固定する場合、可動部212に作製したV字型の凹部251の部分の剛性は弱くなっているので、接着剤231の収縮などにより反射面221がより変形しやすい。そこで、可動部212の凹部251に永久磁石201を配置して永久磁石201の両側磁極部でのみ接着剤231で接着することによって、永久磁石201と可動部212を固定する。こうした接着剤231の塗布は、ディスペンサ等によって行うことができる。
以上のように可動部212と棒状の永久磁石201を接着固定した本実施例の光偏向装置でも、最小限の接着剤231で可動部212が回転可能な接着強度を有しており、コイルが発生する磁場によって永久磁石201に働くトルクを可動部212に伝えることができる。また、剛性の弱くなっている凹部251に永久磁石201を配置しても、接着剤231の硬化時の収縮或いは経時変化、温度変化時等の接着剤231の収縮などによる反射面221の変形を小さく抑えることができる。さらに、本実施例では、永久磁石201の重量を小さくできるので、可動部212全体が軽くできて、消費電力の増大を抑えた広角度回転駆動、高速駆動が容易となる。
本実施例の変形例として、図3(b)のように凹部251の断面を長方形状にすることもできる。長方形状の凹部251は高密度プラズマドライエッチングで作製できる。この変形例では、作製した凹部251に直方体状の磁石201を両側磁極部で接着剤231により接着固定することにより、可動部212が回転可能な接着強度を有し、反射面221の変形を小さく抑えることができる。その他の点は実施例3と同じである。本実施例とその変形例において、凹部251を形成することなく、可動部212の平面上に棒状の永久磁石201を接着固定してもよい。また、接着剤231の配し方については、実施例1、2の様に配してもよい。
<実施例4>
図4は、本発明の実施例4の画像形成装置を説明するための概略図である。本実施例では、上記実施例による2つの光偏向装置501、502を光偏向方向が互いに直交するように配置することにより、入射光541を垂直、水平方向にスキャンすることができる。すなわち、レーザ光源511から入射したレーザ光541は、光強度変調器521により適当に強度変調を受けて、光偏向装置501、502により2次元的に走査される。この走査されたレーザ光541はレンズ531により投影面551上に画像を形成することができる。
図4は、本発明の実施例4の画像形成装置を説明するための概略図である。本実施例では、上記実施例による2つの光偏向装置501、502を光偏向方向が互いに直交するように配置することにより、入射光541を垂直、水平方向にスキャンすることができる。すなわち、レーザ光源511から入射したレーザ光541は、光強度変調器521により適当に強度変調を受けて、光偏向装置501、502により2次元的に走査される。この走査されたレーザ光541はレンズ531により投影面551上に画像を形成することができる。
このような画像形成装置の場合、描画するビームスポット形状が光偏向装置の反射面の精度で決まるので、本実施例のように、反射面の変形が小さい本発明の光偏向装置を画像形成装置に用いることにより、画像の乱れを防ぐことができる。本発明の光偏向装置は、同様の効果を期して、光を偏向する偏向手段を必要とするその他の光学機器に用いることもできる。
101,201,1001 永久磁石
111 基板
112,212,412 可動部
113a,113b,213a,213b,413a,413b 弾性支持部
121,221,421,1012 反射面
131,231,1021 接着剤
141,441 磁場発生部(コイル)
151,451 回転軸
251 凹部
401 薄膜磁石
461 巻回軸
501,502 光偏向装置
511 レーザ光源
521 光強度変調器
531 レンズ
541 レーザ光
551 投影面
1011 走査ミラー
111 基板
112,212,412 可動部
113a,113b,213a,213b,413a,413b 弾性支持部
121,221,421,1012 反射面
131,231,1021 接着剤
141,441 磁場発生部(コイル)
151,451 回転軸
251 凹部
401 薄膜磁石
461 巻回軸
501,502 光偏向装置
511 レーザ光源
521 光強度変調器
531 レンズ
541 レーザ光
551 投影面
1011 走査ミラー
Claims (7)
- 反射面と永久磁石を備えた可動部と、前記可動部を回転軸の回りに回転支持するための支持部と、前記可動部を駆動するための磁場発生部とを有する光偏向装置であって、前記永久磁石を回転軸に対して角度をなして磁化し、前記反射面の変形を抑えるように前記永久磁石と前記可動部の接触面に部分的に配した接着剤で両者を固定していることを特徴とする光偏向装置。
- 前記可動部と前記永久磁石をドット状に配した接着剤で固定することを特徴とする請求項1に記載の光偏向装置。
- 前記可動部と前記永久磁石を少なくとも2箇所以上に配した接着剤で固定することを特徴とする請求項1または2に記載の光偏向装置。
- 前記可動部と前記永久磁石を少なくとも前記永久磁石の両側磁極の部分に配した接着剤で固定することを特徴とする請求項1、2または3に記載の光偏向装置。
- 前記可動部が凹部を有し、前記凹部に前記永久磁石が接着固定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光偏向装置。
- 前記接着剤がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光偏向装置。
- 光を偏向する偏向手段として請求項1乃至6のいずれかに記載の光偏向装置を用いたことを特徴とする光学機器。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003384611A JP2005148340A (ja) | 2003-11-14 | 2003-11-14 | 光偏向装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009175463A (ja) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Brother Ind Ltd | 光スキャナ製造方法および光スキャナ |
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2003
- 2003-11-14 JP JP2003384611A patent/JP2005148340A/ja active Pending
Cited By (1)
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JP2009175463A (ja) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Brother Ind Ltd | 光スキャナ製造方法および光スキャナ |
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