JP2005181784A - 光偏向器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ほこりから反射面を守る。
【解決手段】 反射面近傍に流入気流を遮断する送風経路を設けた光偏向器を提供する。
【選択図】 図1
【解決手段】 反射面近傍に流入気流を遮断する送風経路を設けた光偏向器を提供する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、マイクロメカニクス技術により作製される光偏向器に関するものである。
近年、半導体デバイスの高集積化に代表されるように、マイクロエレクトロニクスの発展に伴い、様々な機器が高機能化と共に小型化されてきている。シリコンプロセスを用いたマイクロメカニクス技術によるマイクロマシンデバイス(例えば、ねじり軸中心にねじり振動する部材をマイクロ光偏向器、マイクロ力学量センサ、マイクロアクチュエータ等)を利用した装置も同様で、例えば、光偏向器を用いて光走査を行うレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置、バーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等においても高機能化、小型化がなされ、更に、より一層の小型化によって、例えば持ち運びに容易な形態とした製品への応用が望まれている。
ねじり振動する光偏向器の一例として、図5(a)に示すような構成のものが存在している(特許文献1)。図5(b)は、その内部構造を説明するために、上記光偏向器を分解して表示した図である。
上記光偏向器において、絶縁性材料からなる基板1010には、凹み部1011が形成されている。凹み部1011の底部には、一対の駆動電極1012、1013及び可動部1023を支持する支持部1014が配置されている。シリコン基板1020には、弾性支持部1021、1022と可動部1023が一体に形成されている。可動部1023は、表面に光の反射率の高い物質がコーティングされており、弾性支持部1021、1022にねじり振動自在に支持されている。そして、絶縁性基板1010に対向配置されている。
ここで、シリコン基板1020は、電気的に接地されている。従って、駆動電極1012、1013に交互に電圧を印加することで、可動部1023に静電引力を作用させて、可動部1023を弾性支持部1021、1022の長軸の回りにねじり振動させることができる。
米国特許第4317611号公報
上記のようなマイクロマシンデバイスを用いて光走査を行うレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置、バーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等の高機能化・小型化のために高速・大偏向角で可動部を駆動する必要がある。しかしながら、高速・大偏向角で可動部を駆動する場合、可動部周辺に気流が生じ、可動部がポンプのような役割を果たすため、ほこりやちり等の浮遊物が多い大気中などでは、流入気流によって大気中の浮遊物を可動部上の反射面に吸い寄せ、付着させてしまう。そのため、反射率の低下を引き起こす。反射率の低下は、光偏向器を用いて光走査を行うレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置、バーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等において、画像を劣化させ、画質が安定しないという問題を引き起こす。
本発明は上記観点に鑑みなされたものであり、その目的は、ほこりやちりなどの浮遊物が存在する大気中で、可動部を高速・大偏向角で駆動しても、流入気体によって浮遊物が反射面に流入し付着することを防止し、反射率の低下、画質の劣化を防止することにある。
本発明は上記目的を達成するため、以下の(1)〜(6)に記載の光偏向器を提供するものである。
(1)支持基板と前記支持基板に弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持される可動部と、前記可動部に形成される反射面とを有し、前記可動部を駆動することによって、前記支持基板に対して相対的に駆動させ、前記反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器において、前記反射面と光路を横断する風を送風する送風経路を備え、前記送風経路の送風口を前記反射面近傍に有することにより、反射面への流入気流を遮断することを特徴とした光偏向器。
(2)前記送風口より送風される風によりエアカーテンを形成することを特徴とする上記記載の光偏向器。
(3)前記送風経路に送風する送風手段を有することを特徴とする上記記載の光偏向器。
(4)前記送風口が前記反射面に対して水平あるいはななめ上方を向いていることを特徴とする上記記載の光偏向器。
(5)前記送風口の対向する位置に吸気口を備えた吸気経路を有することを特徴とする上記記載の光偏向器。
(6)上記記載の光偏向器を用いることを特徴とする画像形成装置。
以上が本発明の構成要素であり、その詳細及び作用については以下に説明する。
本発明の光偏向器により、浮遊物を含む大気中などで可動部を高速・大偏向角で駆動しても、エアカーテンにより流入気流が遮断されており、反射面にほこりやちりなどの浮遊物が流れ込むことができなくなるため、ごみ等の反射面への付着を防ぐことができ、反射率の低下、画質の劣化を防止することができる。
また、エアカーテンを形成する風を送風する送風口を反射面に対して水平あるいは上方に向けることにより、エアカーテンを形成する風は反射面上方に流れるため、エアカーテンの風が反射面方向に進入することを防止することができる。さらに、送風口をより反射面近傍に設置することができるので、小型化が可能になる。
また、送風口の対向する位置に吸気口を設けることにより、エアカーテンの風の乱流を防止することができる。
また、本発明の光偏向器を垂直・平行方向のスキャニングに用いた画像形成装置は、反射面へのごみ等の付着を防止することができるので、画像の劣化を防ぎ、画質を安定させることができる。
本発明の実施の形態について説明する。
上記(1)、(2)、(3)の構成の光偏向器は、支持基板に可動部が弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持されており、可動部の一方面側にアルミニウム、誘電体多層膜など反射率の高い膜を成膜して反射面を形成する。そして、可動部を外部から加振することによって支持基板に対して可動部を相対的に駆動させて、反射面に入射する入射光を偏向することができる。この可動部を高速・大偏向角で駆動すると、可動部周辺に気流が生じるため、ほこりやちりなどの浮遊物が存在する大気中などでは、流入気流によって反射面にほこりやちりなどの浮遊物が進入し、付着する。そこで、本発明の特徴は、流入気流を遮断するために、反射面と入射光・反射光の光路を横断する風を送風する送風経路の送風口を反射面近傍に設けることである。反射面近傍の送風口からの風によりエアカーテンを形成することによって、可動部の高速・大偏向角駆動により引き起こされる流入気流による大気中の浮遊物の反射面への付着を防止することができる。
また、上記(4)の構成は、エアカーテンを形成するための送風口が、反射面に対して水平あるいはななめ上方を向いている。従って、エアカーテンを形成する風は反射面上方に流れるため、エアカーテンの風が反射面方向に進入することを防止することができる。さらに、送風口をより反射面近傍に設置することができ、小型化が可能になる。
また、上記(5)の構成は、送風口の対向する位置に吸気口を設ける。この構成により、送風口より送風された風は、吸気口へ向かうためエアカーテンが乱流を起こすことを防止することができる。
また、画像形成装置に用いる光偏向器では、反射面にごみなどが付着して反射率が低下すると、画質の劣化を起こす。上記(6)の構成のように、上記(1)〜(5)の光偏向器を用いることによって、反射面の汚れを防止することができるので、反射率を低下させることなく安定した画像を形成することができる。
以下実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1の光偏向器を説明する図である。図1(a)は、実施例1の上面図であり、図1(b)はその断面図である。実施例1の光偏向器において、ガラス基板110には、凹み部111が形成されている。凹み部111の底部には、一対の駆動電極112、113が配置されている。シリコン単結晶の支持基板120には、バルクマイクロマシニング技術により、弾性支持部121、122と可動部130が、一体に形成されている。可動部130の一方面側には、表面に光の反射率の高いアルミニウムや誘電体多層膜などの物質がコーティングされて反射面131を形成している。
可動部130は、弾性支持部121、122によりねじり軸140の回りにねじり振動自在に支持されている。そして、シリコン単結晶の支持基板120は、可動部130が駆動電極112、113と所定の間隔を保つようにガラス基板110上に対向配置されている。
シリコン単結晶の支持基板120は、電気的に接地されている。従って、駆動電極112、113に交互に電圧を印加することで、可動部130に静電引力を作用させてねじり軸140の回りに可動部130をねじり振動させることができる。可動部130のねじり振動の固有モードと同じ周波数で共振駆動させることによって、大きな偏向角を得ることができる。駆動力は静電引力に限らず、電磁力などを使うこともできる。この場合は、駆動電極の代わりに電磁石を設置して可動部130の下面に硬磁性材料の永久磁石などを固定する構成をとることになる。
可動部130を高速・大偏向角で駆動すると、可動部130周辺に気流が生じるため、ほこりやちりなどの浮遊物が存在する大気中などでは、流入気流によって反射面131に浮遊物が進入し、付着する。そこで、本発明の特徴は、反射面130と光路を横断する風を送風する送風経路160を備え、送風経路160の送風口161を反射面131近傍にすることによって、送風によるエアカーテン150によって反射面131への流入気流を遮断することである。ほこりやちりなどの浮遊物が存在する大気中などで可動部130を高速・大偏向角で駆動しても、エアカーテン150によって流入気流は遮断されるため、反射面131への浮遊物の進入を防ぐことができる。
以上のように構成された本実施例の光偏向器により、駆動周波数20kHz、光偏向角±10°以上の高速・大偏向角で可動部130を駆動しても、流入気流が遮断されており浮遊物を含む空気が反射面131に流れ込むことができなくなるため、ごみ等の反射面131への付着を防ぐことができ、反射率の低下、画質の劣化を防ぐことができた。
図2は、本発明の実施例2の光偏向器を説明するための図である。図2(a)は、実施例2の上面図であり、図2(b)はその断面図である。実施例2の光偏向器の構成は、実施例1と略同様である。本実施例2が実施例1と異なる点は、駆動を電磁アクチュエータで行い、送風口271が反射面231に対して上方を向いていることである。
実施例2の光偏向器において、コイル基板210には、マイクロマシニング技術により、平面コイル240が形成されている。平面コイルは単層または多層である。一方、シリコン単結晶の支持基板220には、弾性支持部221、222と可動部230が、一体に形成されている。可動部230の寸法は1500μm×1300μm、厚さ200μmである。可動部230の一方面側には、アルミニウムや誘電体多層膜など光の反射率の高い物質がコーティングされて反射面231を形成し、反対面側に可動コア232として硬磁性体を配置する。可動コア232はねじり軸250に対して垂直方向に着磁されている。そして、可動部230は弾性支持部221、222によりねじり軸250の回りにねじり振動自在に支持されている。支持基板220は、可動部230がコイル240と所定の間隔を保つようにコイル基板210上に対向配置されている。
コイル240(磁場発生部)から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。Fe、Cr、Co、を含有する合金磁石は加工が容易、かつ磁気モーメントの大きなバルク状の永久磁石であり、この永久磁石を可動コア232とすることによって、数式(1)のMを大きくすることができた。磁気モーメントMが大きいため、コイル240が発生する磁場が小さくても発生トルクTは大きい。つまり、コイル240に通電する電流を小さくして発生トルクを大きくすることができる。
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。Fe、Cr、Co、を含有する合金磁石は加工が容易、かつ磁気モーメントの大きなバルク状の永久磁石であり、この永久磁石を可動コア232とすることによって、数式(1)のMを大きくすることができた。磁気モーメントMが大きいため、コイル240が発生する磁場が小さくても発生トルクTは大きい。つまり、コイル240に通電する電流を小さくして発生トルクを大きくすることができる。
また、送風口271がななめ上方を向いていることによって、エアカーテン260を形成する風は反射面231上方に流れるため、エアカーテン260の風が反射面231方向に進入することを防止することができる。さらに、送風口271をより反射面231近傍に設置することができ、小型化が可能になる。
以上のように構成された本実施例の光偏向器により、駆動周波数20kHz、光偏向角±20°以上の高速・大偏向角で可動部230を駆動しても、エアカーテン260により流入気流が遮断されており浮遊物を含む空気が反射面231に流れ込むことができなくなるため、ごみ等の反射面231への付着を防ぐことができ、反射率の低下、画質の劣化を防ぐことができた。
以上のように構成された本実施例の光偏向器により、駆動周波数20kHz、光偏向角±20°以上の高速・大偏向角で可動部230を駆動しても、エアカーテン260により流入気流が遮断されており浮遊物を含む空気が反射面231に流れ込むことができなくなるため、ごみ等の反射面231への付着を防ぐことができ、反射率の低下、画質の劣化を防ぐことができた。
図3は、本発明の実施例3の光偏向器を説明するための断面図である。実施例3の光偏向器の構成は、実施例1あるいは2と略同様である。
本実施例3が実施例1あるいは実施例2と異なる点は、送風口371に対向する位置に吸気のための吸気口372を設けたことである。吸気口372があることによって、エアカーテン360の乱流を防止することができる。エアカーテン360の送風および吸気はコイル基板340の下側に設置されたファン373によって行う。
以上のように構成された本実施例の光偏向器によって、駆動周波数20kHz、光偏向角±20°以上の高速・大偏向角で可動部330を駆動しても、反射面331近傍に設置された送風口から吸気口へ向かうエアカーテン360により流入気流を遮断し、大気中の浮遊物などが反射面331に付着することを防止することができた。
本実施例は本発明による光偏向器を用いた画像形成装置の例である。図4は、本実施例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1〜3の光偏向器401と402を偏向方向が互いに直交するように配置することにより、入射光を垂直・水平方向にスキャンすることができる。レーザ光源411から入射したレーザ光441は光強度変調器421により強度変調を受けて、光偏向器401,402により2次元的に走査される。レーザ光源411は赤色、青色、緑色の光源を用い、これらを混色光源系にて混色して用いてもよい。この走査されたレーザ光441はレンズ431により投影面451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、反射面の反射率が低下することにより投影面の光強度が低下する。本実施例のように、反射面へのごみ等の付着を防止することができるので本発明の光偏向器を画像形成装置に用いることにより、画像の劣化を防ぐことができた。
110 ガラス基板
111 凹み部
112、113 駆動電極
120 支持基板
121、122 弾性支持部
130 可動部
131 反射面
140 ねじり軸
150 エアカーテン
160 送風経路
161 送風口
210 コイル基板
220 支持基板
221、222 弾性支持部
230 可動部
231 反射面
232 固定コア
240 コイル
250 ねじり軸
260 エアカーテン
270 送風経路
271 送風口
310 コイル基板
320 支持基板
321、322 弾性支持部
330 可動部
331 反射面
332 固定コア
340 コイル
350 ねじり軸
360 エアカーテン
370 送風経路
371 送風口
372 吸気口
373 ファン
401、402 光偏向器
411 レーザ光源
421 光強度変調器
431 レンズ
441 レーザ光
451 投影面
1010 絶縁性基板
1011 凹み部
1012、1013 駆動電極
1014 支持部
1020 シリコン基板
1021、1022 弾性支持部
1023 可動部
111 凹み部
112、113 駆動電極
120 支持基板
121、122 弾性支持部
130 可動部
131 反射面
140 ねじり軸
150 エアカーテン
160 送風経路
161 送風口
210 コイル基板
220 支持基板
221、222 弾性支持部
230 可動部
231 反射面
232 固定コア
240 コイル
250 ねじり軸
260 エアカーテン
270 送風経路
271 送風口
310 コイル基板
320 支持基板
321、322 弾性支持部
330 可動部
331 反射面
332 固定コア
340 コイル
350 ねじり軸
360 エアカーテン
370 送風経路
371 送風口
372 吸気口
373 ファン
401、402 光偏向器
411 レーザ光源
421 光強度変調器
431 レンズ
441 レーザ光
451 投影面
1010 絶縁性基板
1011 凹み部
1012、1013 駆動電極
1014 支持部
1020 シリコン基板
1021、1022 弾性支持部
1023 可動部
Claims (6)
- 支持基板と
前記支持基板に弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持される可動部と、
前記可動部に形成される反射面とを有し、
前記可動部を駆動することによって、
前記支持基板に対して相対的に駆動させ、
前記反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器において、
前記反射面と光路を横断する風を送風する送風経路を備え、
前記送風経路の送風口を前記反射面近傍に有することにより、反射面への流入気流を遮断することを特徴とする光偏向器。 - 前記送風口より送風される風によりエアカーテンを形成することを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。
- 前記送風経路に送風する送風手段を有することを特徴とする請求項1〜2に記載の光偏向器。
- 前記送風口が
前記反射面に対して水平あるいはななめ上方を向いていることを特徴とする請求項1〜3に記載の光偏向器。 - 前記送風口の対向する位置に吸気口を備えた吸気経路を有することを特徴とする請求項1〜4に記載の光偏向器。
- 請求項1〜5に記載の光偏向器を用いることを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003424070A JP2005181784A (ja) | 2003-12-22 | 2003-12-22 | 光偏向器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003424070A JP2005181784A (ja) | 2003-12-22 | 2003-12-22 | 光偏向器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005181784A true JP2005181784A (ja) | 2005-07-07 |
Family
ID=34784354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003424070A Withdrawn JP2005181784A (ja) | 2003-12-22 | 2003-12-22 | 光偏向器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005181784A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007264325A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Brother Ind Ltd | 光走査装置、これを備えた画像形成装置及びこれらを備えた画像表示装置 |
WO2024116821A1 (ja) * | 2022-11-28 | 2024-06-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光学反射素子および光学反射素子の製造方法 |
-
2003
- 2003-12-22 JP JP2003424070A patent/JP2005181784A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007264325A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Brother Ind Ltd | 光走査装置、これを備えた画像形成装置及びこれらを備えた画像表示装置 |
JP4687532B2 (ja) * | 2006-03-28 | 2011-05-25 | ブラザー工業株式会社 | 光走査装置、これを備えた画像形成装置及びこれらを備えた画像表示装置 |
WO2024116821A1 (ja) * | 2022-11-28 | 2024-06-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光学反射素子および光学反射素子の製造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070306 |