JP2008111881A - 光学デバイス、光スキャナおよび画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光学デバイス1は、光反射部211を備える可動板21と、支持部22と、1対の連結部23、24と、可動板21をX軸まわりに回動させる第1の駆動手段5と、可動板21をY軸まわりに回動させる第2の駆動手段6とを有し、第2の駆動手段6は、支持部22を可動板21とともにY軸まわりに回動させる圧電素子61〜68を備え、圧電素子61〜68のそれぞれは、Y軸から離間した位置で、かつ、可動板21の厚さ方向へ伸縮するように設けられている。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、光をX軸まわりに回動させるガルバノ偏向器と、それに支持され、光をY軸まわりに回動させる共振型MEMS偏向器とを備えた光スキャナが開示されている。このような光スキャナは、共振型MEMS偏向器が備える反射面をY軸まわりに回動させつつ、ガルバノ偏向器により共振型MEMS偏向器自体をX軸まわりに揺動(回転)させることで、反射面で反射した光を2次元的に走査するように構成されている。
しかし、このような光スキャナでは、ガルバノ偏向器を用いて共振型MEMS偏向器自体をX軸まわりに揺動させるように構成されているため、装置全体の大型化を招き、小型化を図ることが難しいという問題がある
本発明の光学デバイスは、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する1対の連結部と、
前記1対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記1対の連結部に沿ったX軸まわりに回動させる第1の駆動手段と、
前記可動板を前記X軸に対して直交するY軸まわりに回動させる第2の駆動手段とを有し、
前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を2次元的に走査するように構成された光学デバイスであって、
前記第2の駆動手段は、前記Y軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも1つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Y軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、光を2次元的に走査することのできる光学デバイスを提供することができる。
これにより、前記支持基板を前記Y軸まわりに大きく回動させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記圧電素子は、前記X軸を介して互いに対向するように少なくとも1対設けられていることが好ましい。
これにより、前記Y軸を一定に保ちつつ前記支持部を前記Y軸まわりに回動させることができる。
前記圧電素子は、前記支持部の厚さ方向で、前記支持部を狭持するように少なくとも1対設けられていることが好ましい。
これにより、前記支持部を狭持する1対の圧電素子のうちの一方の圧電素子を収縮状態とし、他方の圧電素子を伸張状態とすることで、大きい駆動力を発揮することができるため、応答性を向上させることができる。
これにより、前記圧電素子を伸縮させて前記支持部をY軸まわりに回動させる際に、前記支持部の前記圧電素子との接触部付近が撓んでしまうことを防止することができる。その結果、前記支持部を円滑に前記Y軸まわりに回動させることができる。
これにより、前記支持部をその厚さ方向で狭持する前記1対の圧電素子の駆動力を効率的に前記支持部へ伝達することができる。
これにより、前記光反射部などへの浮遊物の付着などを防止することができ、長時間にわたり、優れた光走査特性を維持することができる。
これにより、駆動電圧を低減しつつ、前記圧電素子の変位量を大きくすることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記第1の駆動手段は、圧電素子を駆動源として前記可動板を前記X軸まわりに回動させるように構成されていることが好ましい。
これにより、前記可動板を前記X軸まわりに高速で回動させることができる。
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する1対の連結部と、
前記1対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記1対の連結部に沿ったX軸まわりに回動させる第1の駆動手段と、
前記可動板を前記X軸に対して直交するY軸まわりに回動させる第2の駆動手段とを有し、
前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を2次元的に走査するように構成された光スキャナであって、
前記第2の駆動手段は、前記Y軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも1つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Y軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、光を2次元的に走査することのできる光スキャナを提供することができる。
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する1対の連結部と、
前記1対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記1対の連結部に沿ったX軸まわりに回動させる第1の駆動手段と、
前記可動板を前記X軸に対して直交するY軸まわりに回動させる第2の駆動手段とを有し、
前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を2次元的に走査するように構成された光スキャナを備える画像形成装置であって、
前記第2の駆動手段は、前記Y軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも1つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Y軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、すぐれた描画特性を発揮することができる画像形成装置を提供することができる。
<第1実施形態>
まず、本発明の光学デバイスの第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の光学デバイスの第1実施形態を示す斜視図、図2は、図1中のA−A線断面図、図3は、図1中のB−B線断面図、図4は、図1に示す光学デバイスの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図5は、図1に示す光学デバイスの駆動を説明するための図、図6は、圧電素子の部分断面斜視図、図7は、図1に示す光学デバイスの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図8は、図1に示す光学デバイスの駆動を説明するための図である。
このような光学デバイス1は、第1の駆動手段5を作動させることで後述する光反射部211(可動板21)を図1中X軸まわりに回動させ、これと同時に、第2の駆動手段6を作動させることで光反射部211を図1中X軸に対して直交するY軸まわりに回動させ、光反射部211で反射した光を2次元的に走査するように構成されている。
基体2は、図1に示すように、可動板21と、支持部22と、1対の連結部23、24とを備えている。
可動板21は、その上面(支持基板3と反対側の面)に光反射性を有する光反射部211を備えている。これにより光学デバイス1は、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどに適用することができる。
1対の連結部23、24は、可動板21を両持ち支持するように形成されている。このような連結部23は、弾性部231と、1対の駆動部232、233とを備えており、同様に、連結部24は、弾性部241と、1対の駆動部242、243とを備えている。
同様に、弾性部241は、可動板21を支持部22に対して回動可能とするように、可動板21と支持部22とを連結している。この弾性部241は、X軸方向を長手とする長手形状をなし、かつ、可動板21の平面視にて、X軸上に延在するように設けられている。
すなわち、弾性部231と弾性部241とは、同軸的に設けられており、光学デバイス1の駆動時にて、1対の弾性部231、241を軸(X軸)として可動板21が支持部22に対して回動する。
同様に、1対の駆動部242、243は、それぞれY軸方向を長手とする長手形状をなし、可動板21の平面視にて、X軸に対して対称となるように形成されている。このような駆動部242、243は、それぞれ、弾性部241の長手方向での中央部と支持部22とを連結するように形成されている。
第1の駆動手段5は、圧電素子51〜54を備えており、圧電素子51〜54のそれぞれを伸縮させることにより、1対の弾性部231、241を捩れ変形させつつ、可動板21をX軸まわりに回動させるように構成されている。
圧電素子51は、駆動部232の上面に接合されY軸方向に伸縮する。同様に、圧電素子52は、駆動部233の上面に接合されY軸方向に伸縮し、圧電素子53は、駆動部242の上面に接合されY軸方向に伸縮し、圧電素子54は、駆動部243の上面に接合されY軸方向に伸縮する。また、各圧電素子51〜54は、その圧電素子が接合されている駆動部の上面の全域を覆うように形成されている。
圧電素子51は、図3に示すように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層511と、この圧電体層511を挟持する1対の電極512、513とを有している。
電極512と電極513との間に電圧を印加すると、圧電体層511は、その圧電効果により、Y軸方向に伸縮する。
以上のような第1の駆動手段5は、駆動源として圧電素子を用いているため、低電圧駆動であっても比較的大きな駆動力で駆動することができる。そのため、低電圧駆動であっても、弾性部231、241のバネ定数を高めて、高周波で駆動することができる。
圧電素子61〜68のそれぞれは、Z軸方向(非駆動時での支持基板3の厚さ方向)へ伸縮するように設けられており、その伸縮方向での一端が支持基板3に接合されている。
また、圧電素子61〜64は、支持基板3の上面に接合するように設けられており、圧電素子65〜68は、支持基板3の下面に接合するように設けられている。このような圧電素子61〜64と圧電素子65〜68とは、支持基板3に対して対称となるように設けられている。
圧電素子61と圧電素子63とは、Y軸から離間して、かつ、Y軸に対して対称に設けられており、同様に、圧電素子62と圧電素子64とは、Y軸から離間して、かつ、Y軸に対して対称に設けられている。このようにY軸を介して設けられた1対の圧電素子を設けることにより、支持基板3をY軸まわりに大きく回動させることができる。
4つの圧電素子61〜64が上述のように配設されることにより、Y軸を一定に保ちつつ、支持基板3を大きく回動させることができる。また、各圧電素子51〜54の大きさを小さくすることができるため、光学デバイス1の小型化を図ることができる。
圧電素子61は、図6に示すように、圧電性を有する複数の圧電体層611と、各圧電体層611に電圧を印加するための複数の電極層612とがZ軸方向に交互に積層されている。すなわち、圧電素子61は、図6にて上下方向に伸縮する積層型の圧電素子である。このような積層型の圧電素子である圧電素子61は、駆動電圧を低減しつつ、変位量を大きくすることができる。
このような第1の駆動手段5は、例えば、次のようにして可動板21をX軸まわりに回動させる。
まず、第1の状態では、図8(a)に示すように、圧電素子61を収縮状態、圧電素子65を伸張状態としているため、支持基板3のY軸に対して左側の部分が上側(基体2側)へ向けて変位する。
また、圧電素子67を収縮状態、圧電素子63を伸張状態としているため、支持基板3のY軸に対して右側の部分が下側(基体2と反対側)へ向けて変位する。
このように、支持基板3のY軸に対して左側の部分が上側へ変位しつつ、支持基板3のY軸に対して右側の部分が下側へ変位することにより、支持基板3がY軸まわりに図8にて時計回りに傾斜する。そして、これに伴って、支持基板3に支持された基体2が可動板21とともに傾斜することとなる。
また、圧電素子67を伸張状態、圧電素子63を収縮状態としているため、支持基板3のY軸に対して右側の部分が上側に向かって変位する。
以上のような、第1の状態と第2の状態とを繰り返すことにより、基体2を可動板21とともにY軸まわりに回動させることができる。
光学デバイス1は、前述した第1の駆動手段5と第2の駆動手段6とを同時に作動させることにより、可動板21をX軸およびY軸のそれぞれの軸まわりに回動させ、光反射部211で反射した光を2次元的に走査することができる。
また、第1の駆動手段5の駆動源と第2の駆動手段6の駆動源とをそれぞれ圧電素子とすることにより駆動源の種類を統一することができ、例えば、第1の駆動手段5を作動させるための回路、および、第2の駆動手段6を作動させるための回路のそれぞれの構成を簡略化することができる(例えば、電源を共有することができる等)。
また、空間73のZ軸方向での長さは、光学デバイス1の非駆動時にて、圧電素子61の上端と圧電素子65の下端との離間距離にほぼ等しい。
ただし、蓋体71の構成としては、光反射部211で反射した光を走査することができれば、これに限定されず、例えば、光透過性を有しない材料で構成され、光反射部に対応(対向)する部分に開口部が設けられているものなどであってもよい。
また、第2の駆動手段6は、Y軸を介して互いに対向するように設けられた1対の圧電素子を1組備えるものであってもよい(すなわち2つの圧電素子)。この場合には、可動板21の平面視にて、各圧電素子をX軸上に設けることが好ましい。
また、本実施形態では、圧電素子61〜64および圧電素子65〜68のそれぞれは、X軸およびY軸のそれぞれに対して対称的に設けられていたが、支持基板3を回動させることができれば、X軸およびY軸のそれぞれに対して非対称であってもよい。
また、本実施形態では、第1の駆動手段5の駆動源として圧電素子51〜54を用いたものについて説明したが、可動板21をX軸まわりに回動させることができれば、特に限定されず、例えば、第1の駆動手段5の駆動源として静電力を用いてもよく、電磁力を用いてもよい。
次に、本発明の光学デバイスの第2実施形態について説明する。
図9は、本発明の光学デバイスの第2実施形態を示す斜視図である。
以下、第2実施形態の光学デバイス1Aについて、前述した第1実施形態の光学デバイス1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
このような圧電素子61A〜68Aは、支持基板3と線接触している。
支持基板3Aの上面であって、圧電素子62Aに対向する位置には、図9に示すように、Y軸方向へ延在するように設けられた突出部32Aが設けられている。この突出部32Aは、Y軸方向での圧電素子62Aの幅とほぼ等しい長さとなるように延在しており、その先端がX軸方向へ丸み付けされている。そして、圧電素子62Aは、このような突出部32Aの先端と線接触するように設けられている。このように、支持基板3Aと圧電素子62Aとを線接触させることにより、圧電素子61A〜68Aを伸縮させて支持基板3AをY軸まわりに回動させる際に、支持基板3Aの圧電素子61A〜68Aとの接触部付近が撓んでしまうことを防止することができる。これにより、支持基板3Aを円滑にY軸まわりに回動させることができる。
なお、本実施形態では、圧電素子61A〜68Aと支持基板3Aとが線接触するものについて説明したが、圧電素子61A〜68Aのそれぞれと支持基板3Aとが点接触しているものであってもよい。このような構成であっても、線接触している場合と同様の効果を奏することができる。
このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の光学デバイスについて説明した。
このような光スキャナは、例えば、プロジェクタ、レーザープリンタ、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。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。
プロジェクタ9は、レーザーなどの光を照出する光源装置91と、クロスダイクロイックプリズム92と、本発明の光スキャナ93と、固定ミラー95とを有している。
クロスダイクロイックプリズム92は、4つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、赤色光源装置911、青色光源装置912、緑色光源装置913のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
ここで、プロジェクタなどの画像形成装置は、従来、1次元走査の可能な光スキャナを1対配置するものが知られている。このような画像形成装置では、1対の光スキャナの配設位置を極めて正確に調整しなければ、鮮明な画像を形成することができない。
また、前述した実施形態では、光学デバイスは、Y軸およびX軸のそれぞれに対しほぼ対称な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
Claims (11)
- 光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する1対の連結部と、
前記1対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記1対の連結部に沿ったX軸まわりに回動させる第1の駆動手段と、
前記可動板を前記X軸に対して直交するY軸まわりに回動させる第2の駆動手段とを有し、
前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を2次元的に走査するように構成された光学デバイスであって、
前記第2の駆動手段は、前記Y軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも1つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Y軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする光学デバイス。 - 前記圧電素子は、前記Y軸を介して互いに対向するように少なくとも1対設けられている請求項1に記載の光学デバイス。
- 前記圧電素子は、前記X軸を介して互いに対向するように少なくとも1対設けられている請求項1または2に記載の光学デバイス。
- 前記支持部は、板状をなし、
前記圧電素子は、前記支持部の厚さ方向で、前記支持部を狭持するように少なくとも1対設けられている請求項1ないし3のいずれかに記載の光学デバイス。 - 前記圧電素子と前記支持部とは、点接触、または、前記Y軸方向へ延在するように線接触している請求項4に記載の光学デバイス。
- 前記支持部を狭持する前記1対の圧電素子のそれぞれの伸縮方向での前記支持部とは反対側の端部同士の離間距離を一定に保つための固定部材を有する請求項4または5に記載の光学デバイス。
- 前記固定部材は、前記支持部を狭持する前記1対の圧電素子を該圧電素子の伸縮方向で狭持するとともに、前記可動板、前記支持部および前記1対の連結部を収容し、前記光反射部での光走査を許容するための光透過部を備えるケーシングである請求項6に記載の光学デバイス。
- 前記圧電素子は、複数の圧電体層と複数の電極層とを交互に積層してなるものである請求項1ないし7のいずれかに記載の光学デバイス。
- 前記第1の駆動手段は、圧電素子を駆動源として前記可動板を前記X軸まわりに回動させるように構成されている請求項1ないし8のいずれかに記載の光学デバイス。
- 光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する1対の連結部と、
前記1対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記1対の連結部に沿ったX軸まわりに回動させる第1の駆動手段と、
前記可動板を前記X軸に対して直交するY軸まわりに回動させる第2の駆動手段とを有し、
前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を2次元的に走査するように構成された光スキャナであって、
前記第2の駆動手段は、前記Y軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも1つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Y軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする光スキャナ。 - 光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する1対の連結部と、
前記1対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記1対の連結部に沿ったX軸まわりに回動させる第1の駆動手段と、
前記可動板を前記X軸に対して直交するY軸まわりに回動させる第2の駆動手段とを有し、
前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を2次元的に走査するように構成された光スキャナを備える画像形成装置であって、
前記第2の駆動手段は、前記Y軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも1つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Y軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
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