JP2010197994A - 偏向ミラー、光走査装置、画像形成装置、および画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを提供する。
【解決手段】固定ベース４０と、反射面を有するミラー部１０と、ミラー部を揺動可能に支持する支持部材２０と、固定ベースに対して支持部材の一部をその両側から支持する梁状部材３０と、梁状部材３０に固着された圧電部材３２とからなり、梁状部材と圧電部材により圧電ユニモルフ構造もしくはバイモルフ構造を形成し、支持部材２０を挟んで両側の梁状部材３０を、同時に同一方向に駆動して、または互いに反対方向に駆動して、支持部材に前記ミラー部と垂直方向の振動、または回転方向の振動を加えることで、ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材３２が梁状部材３０の長さの略三分の一以上の領域に配置されている構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、バーコードスキャナ、レーザレーダなどに応用され、レーザ光等の光線を偏向・走査する偏向ミラーに関するものであり、さらには、その偏向ミラーを備えた光走査装置、その光走査装置を光書き込み装置として備えた画像形成装置、前記偏向ミラーを備えた画像投影装置に関するものである。

光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、バーコードスキャナ、レーザレーダなどに応用される偏向ミラーでは、ミラーの駆動に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。
静電力を用いた偏向ミラーは、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。駆動電圧を大きくするためには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。

電磁力を用いた偏向ミラーは、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、生産性が悪いと共に小型化が困難である。また、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。

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は大きいものの、変形量は微小であるため、これを拡大するために、圧電材料を他の梁状弾性部材に張り合わせてユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造とすることにより、圧電力による面内方向の僅かな歪みを反りに変えることで大きな変形を得られるようにしている。

ここで、圧電力を用いた従来技術として、特許文献１（特許第３２１９１２３号公報）や、特許文献２（特開２００８−８３６０３号公報）には、圧電ユニモルフ構造を利用して偏向ミラーを構成したものが開示されている。
特許文献２に記載の従来技術では、圧電材料の長さを規定しているが、駆動梁（カンチレバー）部の固定部側端部にのみ圧電材料が配置されている。また、弾性支持部材との接続部の両側の駆動梁は互いに対向する方向に駆動し（逆相駆動）、モーメントを与える構成となっている。すなわち、弾性支持部材との接続部の両側の駆動梁が反対方向に駆動されているため両者の動きが互いに阻害され駆動効率が悪化してしまう。
また、特許文献２に記載の従来技術では、逆相駆動において駆動梁の固定部側の一部に圧電材料を配置した構成となっているが、圧電材料を配置する位置や駆動方法を工夫することによって、少ない駆動電圧でより大きな角度振幅が得られるよう、さらなる効率の向上が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、駆動効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを提供することを目的としている。
より詳しく述べると、本発明は、
（１）低消費電力かつ、大きな振幅が得られるようにした偏向ミラーを提供すること、
（２）低消費電力かつ、大きな振幅が得られるようにし、かつ、配線構造を簡易化することができる偏向ミラーを提供すること、
（３）圧電材料を広い領域に配置し、より大振幅で効率の良い偏向ミラーを提供すること、
（４）圧電材料を効率良く駆動できるように配置（配線）し、最大限の振幅が得られるようにした偏向ミラーを提供すること、
（５）分極方向を統一し生産工程を簡易化することができる偏向ミラーを提供すること、、
（６）同一駆動信号で駆動できるようにして、制御システムを簡易化することができる偏向ミラーを提供すること、
（７）圧電材料の一部を駆動に利用し、もう一部を検出に利用し、実際の変形に応じた検出信号を得ることができる偏向ミラーを提供すること、
（８）駆動効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを用いて、特性の良い光走査装置（光書き込み装置）を提供すること、
（９）駆動効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを用いた、光走査装置（光書き込み装置）を用いて、性能の良い画像形成装置を提供すること、
（１０）効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを用いて、消費電力が小さく、広画角が得られる画像投影装置を提供すること、
を課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の手段は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を、同時に同一方向に駆動して、または互いに反対方向に駆動して、前記支持部材に前記ミラー部と垂直方向の振動、または回転方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材が前記梁状部材の長さの略三分の一以上の領域に配置されていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の第２の手段は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を同時に同一方向に駆動して、前記支持部材の一部に前記ミラー部と垂直方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材が前記梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されていることを特徴とする（請求項２）。

本発明の第３の手段は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を同時に同一方向に駆動して、前記支持部材の一部に前記ミラー部と垂直方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材が前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されていることを特徴とする（請求項３）。

本発明の第４の手段は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を同時に同一方向に駆動して、前記支持部材の一部に前記ミラー部と垂直方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材は前記梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されている第一の圧電部材と、前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されている第二の圧電部材とからなっていることを特徴とする（請求項４）。

本発明の第５の手段は、第４の手段の偏向ミラーにおいて、前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材には、逆の電圧、もしくは、それぞれ位相が逆の周期的な電圧が印加されることを特徴とする（請求項５）。
また、本発明の第６の手段は、第４の手段の偏向ミラーにおいて、前記第一の圧電部材または前記第二の圧電部材のどちらか一方に駆動用電圧を印加することで前記ミラー部を揺動し、他方の圧電部材の変形によって発生した電圧を検知することで、前記ミラー部の動きを検出することを特徴とする（請求項６）。

本発明の第７の手段は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を互いに反対方向に駆動して前記支持部材にモーメントを加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材が前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の一の位置を中心として配置されていることを特徴とする（請求項７）。

本発明の第８の手段は、第７の手段の偏向ミラーにおいて、前記圧電部材が前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の二の領域まで配置されていることを特徴とする（請求項８）。

本発明の第９の手段は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を互いに反対方向に駆動して前記支持部材にモーメントを加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材は前記梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の一または略三分の二の領域に配置されている第一の圧電部材と、前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の二または略三分の一の領域に配置されている第二の圧電部材とからなっていることを特徴とする（請求項９）。

本発明の第１０の手段は、第９の手段の偏向ミラーにおいて、前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材には、逆の電圧、もしくは、それぞれ位相が逆の周期的な電圧が印加されることを特徴とする（請求項１０）。
また、本発明の第１１の手段は、第９の手段の偏向ミラーにおいて、前記第一の圧電部材または前記第二の圧電部材のどちらか一方に駆動電圧を印加することで前記ミラー部を揺動し、他方の圧電部材の変形によって発生した電圧を検知することで、前記ミラー部の動きを検出することを特徴とする（請求項１１）。

本発明の第１２の手段は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を同一方向に駆動して、前記支持部材の一部に前記ミラー部の反射面と垂直方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材は前記梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されている第一の圧電部材と、前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されている第二の圧電部材とからなり、前記第一の圧電部材と、前記第二の圧電部材はそれぞれ独立に配線されていることを特徴とする（請求項１２）。

本発明の第１３の手段は、第１２の手段の偏向ミラーにおいて、前記圧電部材はすべて同一方向に分極されており、前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材は位相が反転した駆動信号（駆動用電圧）で駆動されることを特徴とする（請求項１３）。
また、本発明の第１４の手段は、第１２の手段の偏向ミラーにおいて、前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材はそれぞれ反対方向に分極されており、同一の駆動信号（駆動用電圧）で駆動されることを特徴とする（請求項１４）。
さらに本発明の第１５の手段は、第１２から第１４のいずれか一つの手段の偏向ミラーにおいて、前記第一の圧電部材または前記第二の圧電部材のどちらか一方に駆動用電圧を印加することで前記ミラー部を揺動し、他方の圧電部材の変形によって発生した電圧を検知することで、前記ミラー部の動きを検出していることを特徴とする（請求項１５）。

本発明の第１６の手段は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を互いに反対方向に駆動して前記支持部材に回転方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記圧電部材は前記各梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の一または略三分の二の領域に配置されている第一の圧電部材と、前記各梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の二または略三分の一の領域に配置されている第二の圧電部材とからなり、前記第一の圧電部材と、前記第二の圧電部材はそれぞれ独立に配線されていることを特徴とする（請求項１６）。

本発明の第１７の手段は、第１６の手段の偏向ミラーにおいて、前記圧電部材はすべて同一方向に分極されており、前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材は位相が反転した駆動信号（駆動用電圧）で駆動され、さらに前記支持部材を挟んで両側の圧電部材もそれぞれ位相が反転した駆動信号（駆動用電圧）で駆動されていることを特徴とする（請求項１７）。
また、本発明の第１８の手段は、第１６の手段の偏向ミラーにおいて、前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材はそれぞれ反対方向に分極され、さらに前記支持部材を挟んだ両側でもそれぞれ反対方向になるように分極されており、同一の駆動信号（駆動用電圧）で駆動されることを特徴とする（請求項１８）。
さらに本発明の第１９の手段は、第１６から第１８のいずれか一つの手段の偏向ミラーにおいて、前記第一の圧電部材または前記第二の圧電部材のどちらか一方に駆動用電圧を印加することで前記ミラー部を揺動し、他方の圧電部材の変形によって発生した電圧を検知することで、前記ミラー部の動きを検出していることを特徴とする（請求項１９）。

本発明の第２０の手段は、光走査装置であって、光源と、前記光源からの光ビームを往復偏向させる第１から第１９の手段のいずれか１つの手段の偏向ミラーと、前記偏向ミラーにより偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする（請求項２０）。

本発明の第２１の手段は、画像形成装置であって、第１１の手段の光走査装置と、前記光走査装置による光ビームの走査により潜像を形成する像担持体と、前記像担持体上の潜像をトナーで顕像化する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を直接または中間転写体を介して記録材に転写する転写手段とを有することを特徴とする（請求項２１）。

本発明の第２２の手段は、画像投影装置であって、光源と、前記光源からの発散光を略平行光とするコリメート光学系と、前記光源からの光出力を画像信号に応じて変調する変調器と、第１から第１９の手段のいずれか１つの手段の偏向ミラーとを有することを特徴とする（請求項２２）。

本発明によれば、前述の解決手段の構成を採ることにより、駆動効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを提供することができる。
すなわち、第１、第２の手段の偏向ミラーでは、圧電部材の領域を少なくし、低消費電力かつ、大きな振幅が得られるようにすることができる。
第３の手段の偏向ミラーでは、圧電部材の領域を少なくし、低消費電力かつ、大きな振幅が得られるようにすることができる。配線構造を簡易化することができる。
第４の手段の偏向ミラーでは、圧電材料を広い領域に配置し、より効果的なデバイスを提供することができる。
第５の手段の偏向ミラーでは、圧電材料を効率良く駆動できるように配置（配線）し、最大限の振幅が得られるようにすることができる。
第６の手段の偏向ミラーでは、圧電材料の一部を駆動に利用し、もう一部を検出に利用し、実際の変形に応じた検出信号を得ることができる。
第７の手段の偏向ミラーでは、圧電部材の領域を少なくし、低消費電力かつ、大きな振幅が得られるようにすることができる。
第８の手段の偏向ミラーでは、圧電部材の領域を少なくし、低消費電力かつ、大きな振幅が得られるようにすることができる。
第９の手段の偏向ミラーでは、圧電材料を広い領域に配置し、より効果的なデバイスを提供することができる。
第１０の手段の偏向ミラーでは、圧電材料を効率良く駆動できるように配置（配線）し、最大限の振幅が得られるようにすることができる。
第１１の手段の偏向ミラーでは、圧電材料の一部を駆動に利用し、もう一部を検出に利用し、実際の変形に応じた検出信号を得ることができる。

第１２の手段の偏向ミラーでは、圧電材料を広い領域に配置し、より大振幅で効率の良い偏向ミラーを提供することができる。
第１３の手段の偏向ミラーでは、分極方向を統一し生産工程を簡易化することができる。
第１４の手段の偏向ミラーでは、同一駆動信号で駆動できるようにして、制御システムを簡易化することができる。
第１５の手段の偏向ミラーでは、圧電材料の一部を駆動に利用し、もう一部を検出に利用し、実際の変形に応じた検出信号を得ることができる。
第１６の手段の偏向ミラーでは、圧電材料を広い領域に配置し、より大振幅で効率の良い走査ミラーを提供することができる。
第１７の手段の偏向ミラーでは、分極方向を統一し生産工程を簡易化することができる。
第１８の手段の偏向ミラーでは、同一駆動信号で駆動できるようにして、制御システムを簡易化することができる。
第１９の手段の偏向ミラーでは、圧電材料の一部を駆動に利用し、もう一部を検出に利用し、実際の変形に応じた検出信号を得ることができる。

第２０の手段の光走査装置では、駆動効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを用いているので、特性の良い光走査装置（光書き込み装置）を提供することができる。
第２１の手段の画像形成装置では、駆動効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを用いた光走査装置（光書き込み装置）を用いているので、性能の良い画像形成装置を提供することができる。
第２２の手段の画像投影装置では、効率が良く、大振幅が得られる偏向ミラーを用いているので、消費電力が小さく、広画角が得られる画像投影装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図１に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図２に示す駆動梁の構造説明図であり、（ａ）は支持梁上に下部電極、圧電部材（圧電材料）、上部電極の順に形成した状態を示す要部平面図、（ｂ）は（ａ）の構成に加えてさらに絶縁層を設けた状態を示す要部平面図、（ｃ）は（ｂ）の一点鎖線Ｉ−Ｉ部分の断面図である。 図１の偏向ミラー駆動時の２対の駆動梁の撓み形状をシミュレーションした結果の一例を示す図である。 図２の駆動梁の最大撓みをシミュレーションした結果を示す図である。 図２の駆動梁の拘束時の反力をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第２の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図７に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図８の駆動梁の最大撓みをシミュレーションした結果を示す図である。 図８の駆動梁の拘束時の反力をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第３の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図１１に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図１２に示す駆動梁の逆相配線部の構造説明図であり、（ａ）は支持梁上に下部電極、圧電部材（圧電材料）、上部電極の順に形成した状態を示す逆相配線部の要部平面図、（ｂ）は（ａ）の構成に加えてさらに絶縁層を設けた状態を示す逆相配線部の要部平面図、（ｃ）は（ｂ）の構成に加えてランド部に配線を施した状態を示す逆相配線部の要部平面図、（ｄ）は（ｃ）の一点鎖線部分の断面図である。 図１２の駆動梁の最大撓みをシミュレーションした結果を示す図である。 図１２の駆動梁の拘束時の反力をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第４の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図１６に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図１６に示す偏向ミラーの駆動梁の別の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 本発明の第５の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図１９に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図２０に示す駆動梁のトーションバースプリング接続部の回転角をシミュレーションした結果を示す図である。 図２０に示す駆動梁の変形の様子をシミュレーションした結果を示す図である。 図２０に示す駆動梁の拘束時に発生するモーメントをシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第６の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図２４に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 本発明の第７の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図２６に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図２７に示す駆動梁のトーションバースプリング接続部の回転角をシミュレーションした結果を示す図である。 図２７に示す駆動梁の拘束時に発生するモーメントをシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第８の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図２６に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図３１に示す駆動梁の逆相配線部の構造説明図であり、（ａ）は支持梁上に下部電極、圧電部材（圧電材料）、上部電極の順に形成した状態を示す逆相配線部の要部平面図、（ｂ）は（ａ）の構成に加えてさらに絶縁層を設けた状態を示す逆相配線部の要部平面図、（ｃ）は（ｂ）の構成に加えてランド部に配線を施した状態を示す逆相配線部の要部平面図、（ｄ）は（ｃ）の一点鎖線部分の断面図である。 図３１に示す駆動梁のトーションバースプリング接続部の回転角をシミュレーションした結果を示す図である。 図３１に示す駆動梁の拘束時に発生するモーメントをシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第９の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図３５に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図３５に示す偏向ミラーの駆動梁の別の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 本発明の第１６の実施例を示す光走査装置（光書き込み装置）の概略斜視図である。 図３８の光走査装置に用いる偏向ミラーと駆動手段の一例を示す斜視図である。 本発明の第１６の実施例の画像形成装置の一構成例を示す概略構成図である。 本発明の第１７の実施例の２軸偏向ミラーの一構成例を示す斜視図である。 図４１または図６４に示す２軸偏向ミラーを用いた画像投影装置の一例を示す構成説明図である。 図４２に示す画像投影装置の構成例を示す斜視図である。 本発明の第１０の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図４４に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図４４、４５に示す偏向ミラーの駆動信号の一例を示す図である。 図４４、４５に示す偏向ミラーの駆動梁の駆動信号に応じた撓みの状態を模式的に示す図である。 本発明の第１１の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図４８に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図４８、４９に示す偏向ミラーの駆動信号の一例を示す図である。 図４８、４９に示す偏向ミラーの駆動梁の駆動信号に応じた撓みの状態を模式的に示す図である。 本発明の第１２の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図５２に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 本発明の第１３の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図５４に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図５４、５５に示す偏向ミラーの駆動信号の一例を示す図である。 図５４、５５に示す偏向ミラーの駆動梁の駆動信号に応じた撓みの状態を模式的に示す図である。 本発明の第１４の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図５８に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 図５８、５９に示す偏向ミラーの駆動信号の一例を示す図である。 図５８、５９に示す偏向ミラーの駆動梁の駆動信号に応じた撓みの状態を模式的に示す図である。 本発明の第１５の実施例を示す偏向ミラーの斜視図である。 図６２に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。 本発明の第１７の実施例の２軸偏向ミラーの別の構成例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
圧電駆動による微小振動源を用いてトーションバースプリングで支持されたミラー部を偏向させる方法として、ミラーの重心に対してトーションバースプリングの軸をずらした構成としておき、トーションバースプリングの端部を並進方向（ミラーの法線方向）に駆動して、ミラーの慣性力を利用してトルクを発生させる方法と、トーションバースプリングに接続した駆動梁を、トーションバースプリングの回転軸の両側で反対方向に駆動して、トルクを与える方法とが考えられる。
以下に示す実施例１〜実施例４では前者の方法を用いた構成例を説明し、実施例５〜実施例９では後者の方法を用いた構成例を説明する。また、実施例１０〜１５では、駆動方法を改善した偏向ミラーの構成例を説明する。

［実施例１］（１軸同相駆動。固定ベース側から２分の１の領域に圧電部材を配置した構成。）
本発明の偏向ミラーの第１の実施例として、１方向に光を偏向する偏向ミラーを図１〜６を用いて説明する。

図１が偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図２は図１に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。
この偏向ミラーは、光を反射させる反射面を有するミラー部１０を有し、このミラー部１０の両側はミラー部の重心からΔＳだけオフセットされた点を通る線を軸として、弾性支持部材であるトーションバースプリング２０が接続されている。
トーションバースプリング２０のミラー部１０と反対側の端部は、他端が固定ベース４０に接続されている駆動梁３０が接続されている。駆動梁３０はその長手方向がトーションバースプリング２０の軸と略直交する向きに、トーションバースプリング２０の両側に配置されている。

本実施例ではＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、ミラー部１０、トーションバースプリング２０、駆動梁３０を一体で形成している。ミラー部１０はシリコン（Ｓｉ）基板の表面にアルミニウムなどの金属の薄膜を形成することによって反射面を形成している。駆動梁３０は平板状のユニモルフ構造となっており、支持梁３１の片面に圧電材料からなる圧電部材３２が積層されている。

ユニモルフ構造の部分の支持梁３１の厚さは薄いほうが変形し易いが、ミラー部１０は薄いと反射面が変形し光学的な波面が劣化してしまう、そこで、ＳＯＩ基板を用いて支持梁は活性層部分のみを残して薄く形成し、ミラー部分はＳＯＩ基板の活性層と支持基板両方の厚さになるように構成されている。本実施例では活性層の厚さは０．０５ｍｍ、支持基板の厚さは０．３ｍｍとしている。トーションバースプリング２０の部分の厚さは、ＳＯＩ基板の活性層の厚さになるように構成してあるが、必要な共振周波数やレイアウト上の設計次第で、支持基板部分のみの厚さ、もしくは両方の厚さにしても良い。

ここで駆動梁３０の詳細な構成を説明する。図３は図２に示す駆動梁の構造説明図であり、（ａ）は支持梁上に下部電極、圧電部材（圧電材料）、上部電極の順に形成した状態を示す要部平面図、（ｂ）は（ａ）の構成に加えてさらに絶縁層を設けた状態を示す要部平面図、（ｃ）は（ｂ）の一点鎖線Ｉ−Ｉ部分の断面図である。
図３に示すように、支持梁３１の上に、接着層３６、下部電極３４、圧電部材（圧電材料）３２、上部電極３３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されている。接着層３６の材料はチタン（Ｔｉ）、上部電極３３、下部電極３４は白金（Ｐｔ）、圧電材料３２はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を使用している。上部電極３３と下部電極３４のランド部３３ａ，３４ａから配線を引き出し、上部電極３３と下部電極３４の間に電圧を印加すると、圧電部材（圧電材料）３２が圧電特性により、支持梁表面の面内方向に伸縮することで駆動梁全体が反り変形するようになっている。図２のようにトーションバースプリング接続部の両側の駆動梁の圧電部材（圧電材料）３２に同一方向に電圧を印加し、同相駆動することで、トーションバースプリング２０と駆動梁３０の接続部分は上下に駆動される。

本実施例の偏向ミラーにはトーションバースプリング２０の軸と平行な回転軸を中心としてミラー部１０が回転する振動モードが存在し、その共振周波数はトーションバースプリング２０の剛性とミラー部１０の慣性モーメントで定まる（厳密にはミラー部の回転モードの共振周波数には駆動梁の剛性等も影響している）。
この回転モードの共振周波数に近い周波数の正弦波、もしくはパルス波で駆動梁３０を駆動することで、トーションバースプリング２０と駆動梁３０の接続部分は上下に振動する。ミラー部１０の重心とトーションバースプリング２０の軸がオフセットされているため、接続部分の上下振動によりミラーの回転モードが励起され、小さな駆動電力で大きなミラーの回転振幅を得ることができる。

ここで、圧電部材（圧電材料）３２は図２に示すように、駆動梁の固定ベースとの接続部側の端部（固定端）から２分の１の領域にのみ積層されている。こうすることによって全体に圧電材料を配置するよりも少ない電力で大きな駆動力を発生することが可能である。
これは、駆動しているモードにおいて、駆動梁の撓み形状を見た時、図４のようになっており、中央部まで圧電材料を配置すると逆方向に反ってしまうため、動きを阻害してしまうためであると考えられる。

上記トーションバースプリング２０を駆動する一対の駆動梁３０の部分を、両端固定梁のユニモルフ構造としてモデル化し、シミュレーションを行った結果を図５に示す。図５は梁の中心を自由にして変位させた場合で、駆動梁の長さＬに対する圧電材料（ＰＺＴ）３２の固定端からの長さＬｐの割合を変化させた結果である。圧電材料の割合（Ｌｐ／２Ｌ）が０．５で最大となっていることが分かる。図５は両端固定梁の中心を自由にして変位させた場合であるが、実際にはミラー部１０やトーションバースプリング２０が一対の駆動梁３０の中央に接続されているので、駆動時には慣性力が加わるため、中央部の変位を拘束したときの反力を求めたものが図６である。やはり、圧電材料の割合（Ｌｐ／Ｌ）が０．５で最大となっていることが分かる。

本実施例では下部電極３４、上部電極３３と共に、スパッタにより圧電材料３２を成膜した構成を示したが、圧電材料はバルク材料を所定のサイズに切断したものを接着剤により貼り付けても良いし、またエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）で形成しても良い。
また、本実施例の駆動梁３０は支持梁３１の片面に圧電部材（圧電材料）３２が配置されたユニモルフ構造で説明しているが、支持梁３１の両面に圧電材料を配置したバイモルフ構造としてもよい。
また、本実施例では駆動梁３０はトーションバースプリング２０の端部の両側に１本ずつ、合計４本で説明したが、駆動梁を平行に並べて駆動力をさらに大きくすることも可能である。

［実施例２］（１軸同相駆動。弾性支持部材側の２分の１の領域に圧電部材を配置した構成。）
本発明の偏向ミラーの第２の実施例を図７〜１０を用いて説明する。
図７は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図８は図７に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

実施例２では実施例１の変形例として、ＰＺＴからなる圧電部材（圧電材料）３２が、図７、図８に示すように、駆動梁３０の弾性支持部材（トーションバースプリング）２０との接続部側の端部から２分の１の領域にのみ積層されている。こうすることによって全体に圧電材料を配置するよりも少ない電力で大きな駆動力を発生することが可能である。また、実施例１では分割されていた圧電部材（圧電材料）３２が中央部で一体で形成できるようになり、配線が減り、より簡単な構成とすることが出来る。特にバルク材の圧電部材（圧電材料）３２を貼り付けて使用する場合には部品点数が減るので組付性が向上する。

実施例１と同様に、両端固定梁のユニモルフ構造をモデルとしたシミュレーションを行った結果を図９に示す。図９は梁の中心に負荷を与えず自由に変形させた場合で、駆動梁３０の長さＬに対する圧電材料（ＰＺＴ）３２の両端固定梁の中央部からの距離Ｌｐ（トーションバースプリングの接続部）の割合を変化させた結果である。圧電材料の割合（Ｌｐ／Ｌ）が０．５で最大となっていることが分かる。図９は両端固定梁の中心を自由にして変位させた場合であるが、中央部を拘束したときの反力は図１０である、やはり圧電材料の割合が０．５で最大になっていることが分かる。変位量、反力ともに実施例１と実施例２は同程度であることが分かる。
なお、本実施例の駆動梁３０は支持梁３１の片面に圧電材料３２が配置されたユニモルフ構造で説明しているが、支持梁３１の両面に圧電材料３２を配置したバイモルフ構造としてもよい。

［実施例３］（１軸同相駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、半分の領域で逆相とする構成。）
本発明の偏向ミラーの第３の実施例を図１１〜１５を用いて説明する。
図１１は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図１２は図１１に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

実施例３では、実施例１と実施例２の変形例として、双方の効果を足し合わせた例を示す。図１１、図１２に示すように、圧電部材を構成する圧電材料（ＰＺＴ）３２は、駆動梁３０のほぼ全領域に配置されており、弾性支持部材であるトーションバースプリング２０との接続部側の端部から２分の１の領域で第一の圧電部材と第二の圧電部材に分割されている。ここで分割された部分（逆相配線部）において、図１３に示すように、圧電部材（圧電材料）３２の駆動電圧が逆になるように、上部電極３３のランド部３３ａから下部電極３４のランド部３４ａへ、下部電極３４のランド部３４ａから上部電極３３のランド部３３ａに配線３７が設けられている。こうすることによって、実施例１での駆動力と、実施例２での駆動力が足し合わされる形となり、より大きな駆動力を発生することが可能である。

実施例１、２と同様に、両端固定梁のユニモルフ構造をモデルとしたシミュレーションを行った結果を図１４に示す。図１４は駆動梁の中心に負荷を与えず自由に変形させた場合で、駆動梁の長さＬに対する圧電材料の分割部の両端固定梁の中央部からの距離Ｌｐ（トーションバースプリングの接続部）の割合を変化させた結果である。圧電材料の割合（Ｌｐ／Ｌ）が０．５で最大となっていることが分かる。図１４は両端固定梁の中心を自由にして変位させた場合であるが、中央部を拘束したときの反力は図１５である。やはり圧電材料の割合が０．５で最大になっていることが分かる。また、変位量、反力ともに実施例１、実施例２の倍程度となっていることが分かる。
なお、本実施例の駆動梁は支持梁の片面に圧電材料が配置されたユニモルフ構造で説明しているが、支持梁の両面に圧電材料を配置したバイモルフ構造としてもよい。

［実施例４］（１軸同相駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、半分の領域で駆動と検出に分ける構成。）
実使用環境においては、トーションバースプリング２０の剛性や、ミラー部１０の質量、駆動力の製造誤差や温度特性などにより偏向ミラーの共振周波数や振幅がばらつくことが課題となっており、実際のミラー部の動きを検出して制御をかけることが望まれる。
そこで本発明の偏向ミラーの第４の実施例として、偏向ミラーの動作状況を検出できる構成を示す。
図１６は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図１７は図１６に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

偏向ミラー全体の構成は実施例１〜３と同様で、駆動梁３０の部分の圧電材料の構成が異なっている。図１６に示すように、圧電材料３２は、駆動梁３０のほぼ全領域に配置されており、トーションバースプリング２０との接続部側の端部から略２分の１の領域で第一の圧電部材３２Ａと第二の圧電部材３２Ｂに分割されている。ここで、分割されている中央側の圧電部材３２Ｂからは、分割されている固定ベース側の圧電部材３２Ａの横を通って固定ベース４０から配線が通っている。ここで分割されている固定ベース側の圧電部材３２Ａには外部から駆動用の電圧を印加し、偏向ミラーを振動させる。圧電材料は電圧を印加することで変形するが、反対に圧電材料を変形させることで電圧を発生させることが可能である。従って、この時、中央側の圧電部材３２Ｂでは駆動梁３０の変形によって、上部電極３３と下部電極３４の間に電圧が発生する。そこで、これを検出することで、駆動梁３０がどのように変形しているかを知ることができる。

本実施例では、同一の駆動梁３０の変形を検出することができるため、実際の変形に応じた信号を得ることが可能である。この検出信号はミラーの動き（すなわち走査光）に対応するため、画像形成装置や画像投影装置で同期信号に利用することができる。走査光のタイミングを検出するためには、受光素子などを走査範囲の一部に別途配置する構成が考えられているが、受光素子を配置する必要が無くなることで装置の小型化、低コスト化につながる。また、受光素子を配置する場合には走査範囲の一部を受光用に利用するため、利用できる光走査範囲が少なくなってしまうが、本実施例のような構成では走査範囲を犠牲にすることなく、検出を行うことが可能である。

また、大きな振幅が必要な場合には図１８の例のように圧電材料の一箇所のみを検出用圧電部材３２Ｂとして検出に利用してもよい。検出信号は駆動（変形）の大きさに比例して増大するので、このようにすると、検出信号自体も大きくすることができる。

［実施例５］（１軸逆相駆動。固定ベース側から３分の１の領域に圧電部材を配置した構成。）
本発明の偏向ミラーの第５の実施例を図１９〜２３を用いて説明する。
図１９は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図２０は図１９に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

この実施例５は弾性支持部材であるトーションバースプリング２０の回転軸の両側で反対方向に駆動して、トルクを与えることで偏向ミラーを駆動するものである。
図１９に示す偏向ミラーは、光を反射させる反射面を有するミラー部１０を有し、このミラー部１０の両側はミラー部の重心を通る軸を回転軸とするトーションバースプリング２０が接続されている。トーションバースプリング２０のミラーと反対側の端部には、他端が固定ベース４０に接続されている駆動梁３０が接続されている。駆動梁３０はその長手方向がトーションバースプリング２０の軸と略直交する向きに、トーションバースプリング２０の両側に配置されている。

駆動梁３０は平板状のユニモルフ構造となっており、一側面に圧電部材を構成する圧電材料３２が積層されている。また、実施例１と同様に支持梁３１の上に下部電極３４、圧電材料（ＰＺＴ）３２、上部電極３３の順でスパッタにより成膜して積層し、必要な部分だけ残すようにエッチングにより加工されている。上部電極と下部電極の間に電圧を印加すると、圧電材料３２が圧電特性により、梁の表面の面内方向に伸縮することで梁が反り変形する。
ここで、圧電材料は図２０に示すように、駆動梁３０の固定ベースとの接続部側の端部（固定端）から三分の一の領域までの領域に積層されている。こうすることによって全体に圧電材料３２を配置するよりも少ない電力で大きなモーメントを発生することが可能である。実施例５は実施例１〜４と異なり、図２０のようにトーションバースプリング２０の回転軸の両側の圧電材料３２に逆方向の駆動電圧を印加することで駆動梁を対向する方向に駆動してトルクを与えるようになっている。

上記トーションバースプリング２０を駆動する一対の駆動梁３０の部分を、両端固定梁のユニモルフ構造としてモデル化し、シミュレーションを行った結果を図２１、図２２に示す。図２１は駆動梁の中心を自由にして変位させた場合で、駆動梁の長さＬに対する圧電材料の固定ベース端からの長さＬｐの割合を変化させた結果である。Ｌｐ／Ｌが０．３
付近でマイナス側で最大となり、０．６６付近で回転角０、１．０に近づくとプラス側に増えていくことが分かる。これより、絶対値で最大の回転角が得られるのは１．０であるが、消費電力に対する回転角が最大となるのはマイナス側に最大となる０．３付近であることが分かる。また、実際の撓みの様子を見たものが図２２である。これらは両端固定梁の中心を自由にして変位させた場合であるが、実際にはミラー部１０やトーションバースプリング２０が中央に接続されているので、駆動時には慣性力が加わる。そこで、中央部の変位を拘束したときの反力を求めたものが図２３である。やはり、Ｌｐ／Ｌが０．３付近で最大となっていることが分かる。

なお、実施例５ではトーションバースプリング２０のミラーと反対側の端部は駆動梁３０の端部に接続されているが、トーションバースプリング２０のミラーと反対側の端部を固定ベース４０に直接接続し、トーションバースプリング２０の途中に駆動梁３０を接続するようにしても良い。こうすることによって、より拘束されるため、変位量は小さくなるが、ミラー部１０が反射面の法線方向に変位するなどのクロスアクションを低減することができる。

［実施例６］（１軸逆相駆動。弾性支持部材側の端部から３分の１の位置を中心に圧電部材を配置した構成。）
本発明の偏向ミラーの第６の実施例を図２４、図２５を用いて説明する。
図２４は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図２５は図２４に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

実施例６では実施例５の変形例として、圧電材料（ＰＺＴ）３２を図２４、図２５に示すように、駆動梁３０のトーションバースプリング２０との接続部側の端部から３分の１の位置を中心とした領域に積層されている。
こうすることによって全体に圧電材料３２を配置するよりも少ない電力で大きな変形、駆動力を得ることができる。また、実施例５よりも圧電材料３２の面積は増加するため駆動電力は増加するが、より大きな力、または変位を得ることができる。

［実施例７］（１軸逆相駆動。弾性支持部材側の端部から３分の２の領域に圧電部材を配置した構成。）
本発明の偏向ミラーの第７の実施例を図２６〜２９を用いて説明する。
図２６は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図２７は図２６に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

前述の実施例６において、圧電材料３２の中心を駆動梁３０とトーションバースプリング２０との接続部側の端部から３分の１の位置を中心としたまま、圧電材料３２の領域を増加させていくと図２６、図２７のようになり、この状態が最も大きな駆動力が得られる状態である。
モデル上では両側の圧電材料３２が接触し、電極がショートしてしまうように見えるが、実際にはトーションバースプリング２０の幅があるため電気的には接触しないようになっている。

ここで、実施例５と同様に、両端固定梁のユニモルフ構造をモデルとしたシミュレーションを行った結果を図２８、図２９に示す。図２８は駆動梁に負荷を与えず自由に変形させた場合で、駆動梁３０の長さＬに対する圧電材料３２の両端固定梁の中央部からの距離Ｌｐ（トーションバースプリングの接続部）の割合を変化させた。これより圧電材料３２の割合（Ｌｐ／Ｌ）が０．６６で最大となっていることが分かる。図２９は中央部を拘束したときに発生するモーメントである。やはり、Ｌｐ／Ｌが０．６６で最大になっていることが分かる。

［実施例８］（逆相回転駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、梁の１／３の領域で逆相の電圧を印加する構成。）
本発明の偏向ミラーの第８の実施例を図３０〜３４を用いて説明する。
図３０は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図３１は図３０に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

この実施例８では、実施例５〜実施例７の応用例として、双方の効果を足し合わせた例を示す。
図３１に示すように、圧電材料３２は、駆動梁３０のほぼ全領域に配置されており、トーションバースプリング２０との接続部側の端部から略３分の２の領域で分割されている。すなわち、駆動梁３０の圧電部材（圧電材料）３２は、駆動梁３０の固定ベース側の端部（固定端）から、駆動梁の長さの３分の１の領域に配置されている第一の圧電部材と、駆動梁のトーションバースプリング２０との接続部側の端部から、駆動梁の長さの３分の２の領域に配置されている第二の圧電部材とからなっている。

ここで、図３２は図３１に示す駆動梁の逆相配線部の構造説明図であり、（ａ）は支持梁３１上に下部電極３４、圧電部材（圧電材料）３２、上部電極３３の順に形成した状態を示す逆相配線部の要部平面図、（ｂ）は（ａ）の構成に加えてさらに絶縁層３５を設けた状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）の構成に加えてランド部３３ａ，３４ａに配線３７を施した状態を示す図、（ｄ）は（ｃ）の一点鎖線部分の断面図である。
図３２に示すように、分割された部分において圧電材料３２の駆動電圧が逆になるように、上部電極３３のランド部３３ａから下部電極３４のランド部３４ａへ、下部電極３４のランド部３４ａから上部電極３３のランド部３３ａに配線３７が施されている。こうすることによって、実施例５での駆動力と、実施例６、実施例７での駆動力が足し合わされる形となり、より大きな駆動力を発生することが可能である。

実施例５〜実施例７と同様に、両端固定梁のユニモルフ構造をモデルとしたシミュレーションを行った結果を図３３に示す。図３３は駆動梁の中心に負荷を与えず自由に変形させた場合で、駆動梁の長さＬに対する圧電材料３２の分割部の両端固定梁の中央部からの距離Ｌｐ（トーションバースプリングの接続部）の割合を変化させた結果である。圧電材料の割合（Ｌｐ／Ｌ）が０．６６で最大となっていることが分かる。図３４は中央部を拘束したときに発生するモーメントである。やはり圧電材料の割合が０．６６で最大になっている。変位量、反力ともに実施例５〜実施例７で得られる値よりも大きくなっていることが分かる

［実施例９］（逆相回転駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、梁の１／３の領域で分割して駆動と検出に分ける構成。）
実使用環境においては、トーションバースプリング２０の剛性や、ミラー部１０の質量、駆動力の製造誤差や温度特性などにより偏向ミラーの共振周波数や振幅がばらつくことが課題となっており、実際のミラー部の動きを検出して制御をかけることが望まれる。
そこで本発明の偏向ミラーの第９の実施例として、偏向ミラーの動作状況を検出できる構成を示す。
図３５は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図３６は図３５に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

偏向ミラー全体の構成は実施例１〜８と同様で、駆動梁３０の部分の圧電材料３２の構成が異なっている。図３５、図３６に示すように、圧電材料は、駆動梁のほぼ全領域に配置されており、トーションバースプリング２０との接続部側の端部から略３分の２の位置で分割されている。ここで、分割されている中央側（トーションバースプリング２０との接続部側）の圧電部材３２Ａからは、分割されている固定ベース（固定端）側の圧電部材３２Ｂの横を通って固定ベース４０から配線が通っている。ここで分割されている中央側の圧電部材（駆動用圧電材料）３２Ａには外部から駆動用の電圧を印加し、偏向ミラーを振動させる。圧電材料は電圧を印加することで変形するが、反対に圧電材料を変形させることで電圧を発生させることが可能である。従って、この時、固定ベース側の圧電部材（検出用圧電材料）３２Ｂでは駆動梁の変形によって、上部電極と下部電極の間に電圧が発生する。これを検出することで、駆動梁３０がどのように変形しているかを知ることができる。

本実施例の構成では、同一の駆動梁３０の変形を検出することができるため、実際の変形に応じた信号を得ることが可能である。この検出信号はミラーの動き（すなわち走査光）に対応するため、画像形成装置や画像投影装置で同期信号に利用することができる。
走査光のタイミングを検出するためには、受光素子などを走査範囲の一部に別途配置する構成が考えられているが、受光素子を配置する必要が無くなることで装置の小型化、低コスト化につながる。また、受光素子を配置する場合には走査範囲の一部を受光用に利用するため、利用できる光走査範囲が少なくなってしまうが、本実施例のような構成では走査範囲を犠牲にすることなく、検出を行うことが可能である。

また、大きな振幅が必要な場合には、図３７に示す例のように、圧電材料３２の一箇所のみを検出用圧電材料３２Ｂとして検出に利用し、他は駆動用圧電材料３２Ａとしてもよい。検出信号は駆動（変形）の大きさに比例して増大するので、このようにすると、検出信号自体も大きくすることができる。

なお、以上に説明した実施例１〜実施例９の偏向ミラーにおいては、ミラー部１０を支持する弾性支持部材にはトーションバースプリング２０を用いているが、捻りではなく撓み構造による弾性支持部材を用いることもできる。

［実施例１０］（１軸同相駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、梁の略１／２の領域で分割した圧電部材（ＰＺＴ）を逆位相で駆動する構成。）
本発明の偏向ミラーの第１０の実施例として、１方向に光を偏向する偏向ミラーを図４４〜４７を用いて説明する。
図４４は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図４５は図４４に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

この実施例１０では、図４４に示すように、光を反射させる反射面を有するミラー部１０を有し、このミラー部１０の両側はミラー部の重心からΔＳだけオフセットされた点を通る線を軸として、支持部材であるトーションバースプリング２０が接続されている。
トーションバースプリング２０のミラー部１０と反対側の端部は、他端が固定ベース４０に接続されている駆動梁３０が接続されている。駆動梁３０はその長手方向がトーションバースプリング２０の軸と略直交する向きに、トーションバースプリング２０の両側に配置されている。

本実施例ではＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、ミラー部１０、トーションバースプリング２０、駆動梁３０を一体で形成している。ミラー部１０はシリコン基板の表面にアルミニウムなどの金属の薄膜を形成することによって反射面を形成している。駆動梁３０は平板状のユニモルフ構造となっており、支持梁３１の片面に圧電材料からなる圧電部材（第一の圧電部材３２−１、第二の圧電部材３２−２）が積層されている。

ユニモルフ構造の部分の支持梁３１の厚さは薄いほうが変形し易いが、ミラー部１０は薄いと反射面が変形し光学的な波面が劣化してしまう、そこで、ＳＯＩ基板を用いて支持梁３１は活性層部分のみを残して薄く形成し、ミラー部分はＳＯＩ基板の活性層と支持基板の両方の厚さになるように構成されている。本実施例では活性層の厚さは０．０５ｍｍ、支持基板の厚さは０．３ｍｍとしている。トーションバースプリング２０の部分の厚さは、ＳＯＩ基板の活性層の厚さになるように構成してあるが、必要な共振周波数やレイアウト上の設計次第で、支持基板部分のみの厚さ、もしくは両方の厚さにしても良い。

ここで駆動梁３０の詳細な構成を説明する。駆動梁３０の基本的な構成は実施例１の図３と同様であり、支持梁３１の上に、接着層３６、下部電極３４、圧電部材（圧電材料）３２、上部電極３３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されている。接着層の材料はチタン（Ｔｉ）、上部、下部電極は白金（Ｐｔ）、圧電材料はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を使用している。ランド部から配線を引き出し、上部電極と下部電極の間に電圧を印加すると、圧電材料が圧電特性により、支持梁表面の面内方向に伸縮することで駆動梁全体が反り変形するようになっている。図４５（ｂ）のように、トーションバースプリングの両側の駆動梁に同一方向の駆動用電圧を印加し、同相駆動することで、トーションバースプリングと駆動梁の接続部分はミラー部の反射面と垂直方向に駆動される。

本実施例の偏向ミラーにはトーションバースプリング２０の軸と平行な回転軸を中心としてミラー部１０が回転する振動モードが存在し、その共振周波数はトーションバースプリング２０の剛性とミラー部１０の慣性モーメントで定まる（厳密にはミラーの回転モードの共振周波数には駆動梁の剛性等も影響している）。
この回転モードの共振周波数に近い周波数の正弦波（例えば図４６に示す駆動信号）、もしくはパルス波で駆動梁を駆動することで、トーションバースプリング２０と駆動梁の接続部分は図４７に示すように上下に振動する。ミラー部１０の重心とトーションバースプリング２０の軸がオフセットされているため、接続部分の上下振動によりミラー部の回転モードが励起され小さな駆動電力で大きなミラー部の回転振幅を得ることができる。

ここで図４５に示すように、圧電材料は、駆動梁のほぼ全領域に配置されており、トーションバースプリングとの接続部側の端部から略２分の１の領域で分割されていて固定ベース側の第一の圧電部材３２−１とトーションバースプリング側の第二の圧電部材３２−２で形成されている。さらにこれら第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２は別々に配線されており、偏向ミラーの外部からの駆動信号（駆動用電圧）をそれぞれ独立して供給することができるようになっている。また、分割されている中央側の第二の圧電部材３２−２からの配線は、図示のように分割されている固定ベース側の第一の圧電部材３２−１の横を通しても良いし、あるいは固定ベース側の圧電部材の上を通しても良い。

実際にミラー部１０を駆動する前に図４５（ｂ）に示すように第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２を同一方向に分極しておく。そして、図４６に示すように、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２で位相の反転した駆動信号（駆動用電圧）を与えることで、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２は時間的に交互に変形し、駆動梁は変形モードとして図４７のように屈曲するため、効率良くミラー部１０を走査することができる。

［実施例１１］（１軸同相駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、梁の略１／２の領域で分割した圧電部材（ＰＺＴ）を同位相で駆動する構成。）
本発明の偏向ミラーの第１１の実施例を図４８〜５１用いて説明する。
図４８は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図４９は図４８に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。
この実施例１１は実施例１０の変形例として、分割された圧電部材を同位相の信号で駆動する場合の例である。
図４８に示す偏向ミラーの全体の構成は実施例１０と同様であるが、圧電材料の分極方法とミラー偏向時の駆動方法が実施例１０と異なる。

この実施例１１では実際にミラーを駆動する前に、図４９の（ｂ）に示すように、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２を反対方向に分極しておく。そして、図５０に示すように、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２で同じ駆動信号（駆動用電圧）を与えることで、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２は反対方向に変形する。この場合、駆動信号は正負の電圧でＴ１、Ｔ２で逆方向に印加されることで逆方向に変形するようになっている。駆動梁は変形モードとして図５１のように屈曲するため、効率良くミラー部１０を走査することができる。

［実施例１２］（１軸同相駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、梁の略１／２の領域で分割して駆動と検出に分ける構成。）
実使用環境においては、支持部材であるトーションバースプリング２０の剛性や、ミラー部１０の質量、駆動力の製造誤差や温度特性などにより偏向ミラーの共振周波数や振幅がばらつくことが課題となっており、実際のミラー部の動きを検出して制御をかけることが望まれる。
そこで本発明の偏向ミラーの第１２の実施例として、偏向ミラーの動作状況を検出できる構成を示す。
図５２は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図５３は図５２に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

図５２に示す偏向ミラー全体の構成は実施例１０と同様であり、駆動梁３０の部分の圧電材料の構成が異なっている。図５３に示すように圧電材料は、駆動梁のほぼ全領域に配置されており、トーションバースプリング２０との接続部側の端部から略２分の１の領域で分割されている。ここで、分割されている中央側の第二の圧電部材３２−２からの配線は、分割されている固定ベース側の第一の圧電部材３２−１の横を通しても良いし、固定ベース側の第一の圧電部材３２−１の上を通しても良い。ここで分割されている固定ベース側の第一の圧電部材３２−１には外部から駆動用の電圧を印加し、偏向ミラーを振動させる。圧電材料（ＰＺＴ）は電圧を印加することで変形するが、反対に圧電材料を変形させることで電圧を発生させることが可能である。従って、この時、中央側の第二の圧電部材３２−２では駆動梁の変形によって、上部電極と下部電極の間に電圧が発生する。これを検出することで、駆動梁がどのように変形しているかを知ることができる。なお、図５３に示す例では、固定ベース側の第一の圧電部材３２−１を駆動部、中央側の第二の圧電部材３２−２を検出部としたが、これとは逆に、固定ベース側の第一の圧電部材３２−１を検出部、中央側の第二の圧電部材３２−２を駆動部としてもよい。

本実施例の構成では、同一の駆動梁の変形を検出することができるため、実際の変形に応じた信号を得ることが可能である。この検出信号はミラー部１０の動き（すなわち走査光）に対応するため、後述する画像形成装置や画像投影装置で同期信号に利用することができる。走査光のタイミングを検出するためには、受光素子などを走査範囲の一部に別途配置する構成が考えられているが、受光素子を配置する必要が無くなることで装置の小型化、低コスト化につながる。また、受光素子を配置する場合には走査範囲の一部を受光用に利用するため、利用できる光走査範囲が少なくなってしまうが、本実施例のような構成では走査範囲を犠牲にすることなく、検出を行うことが可能である。

［実施例１３］（１軸逆相駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、梁の１／３の領域で分割した圧電素子（ＰＺＴ）を逆位相で駆動する構成。）
本発明の偏向ミラーの第１３の実施例を図５４〜５７を用いて説明する。
図５４は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図５５は図５４に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

この実施例１３は、支持部材であるトーションバースプリング２０の回転軸の両側で反対方向に駆動して、トルクを与えることで偏向ミラーを駆動するものである。
図５４に示す偏向ミラーでは、光を反射させる反射面を有するミラー部１０を有し、このミラー部１０の両側にはミラー部の重心を通る軸を回転軸とするトーションバースプリング２０が接続されている。トーションバースプリング２０のミラー部１０と反対側の端部には、他端が固定ベース４０に接続されている駆動梁３０が接続されている。駆動梁３０はその長手方向がトーションバースプリング２０の軸と略直交する向きに、トーションバースプリング２０の両側に配置されている。

駆動梁は平板状のユニモルフ構造となっており、一側面に圧電材料が積層されている。実施例１０と同様に支持梁３１の上に下部電極、圧電材料、上部電極の順でスパッタにより成膜して積層し、必要な部分だけ残すようにエッチングにより加工されている。上部電極と下部電極の間に電圧を印加すると、圧電材料が圧電特性により、梁の表面の面内方向に伸縮することで梁が反り変形する。

ここで図５５に示すように、圧電材料は、駆動梁３０のほぼ全領域に配置されており、トーションバースプリング２０との接続部側の端部から略３分の１の領域で分割されていて固定ベース側の第一の圧電部材３２−１とトーションバースプリング側の第二の圧電部材３２−２で形成されている。さらにこれら第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２は別々に配線されており、偏向ミラーの外部からの駆動信号をそれぞれ独立して供給することができるようになっている。分割されている中央側の第二の圧電部材３２−２からの配線は、図示のように分割されている固定ベース側の第一の圧電部材３２−１の横を通しても良いし、固定ベース側の圧電部材の上を通しても良い。

実際にミラーを駆動する前に図５５（ｂ）に示すように、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２を同一方向に分極しておく。そして、図５６に示すように、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２で位相の反転した駆動信号（駆動用電圧）を与え、さらに支持部材であるトーションバースプリング２０を挟んで両側の圧電部材もそれぞれ位相が反転した駆動信号を与えるこことで、それぞれの圧電部材は時間的に交互に変形し、駆動梁は変形モードとして図５７のように屈曲するため、効率良くミラー部１０を走査することができる。

［実施例１４］（１軸逆相駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、梁の１／３の領域で分割した圧電素子（ＰＺＴ）を同位相で駆動。）
本発明の偏向ミラーの第１４の実施例を図５８〜６１を用いて説明する。
図５８は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図５９は図５８に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。
この実施例１４では、実施例１３の変形例として、分割された圧電部材を同位相の信号で駆動する場合の実施例を説明する。
図５８に示す偏向ミラーの全体の構成は実施例１３と同様であるが、圧電材料の分極方法とミラー偏向時の駆動方法が実施例１３とは異なる。

この実施例１４では、実際にミラーを駆動する前に図５９（ｂ）に示すように第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２を反対方向に分極しておく。さらに、支持部材であるトーションバースプリング２０を挟んだ両側でもそれぞれ反対方向になるように分極されており、図６０に示すように、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２で同じ位相の駆動信号（駆動用電圧）を与えることで、第一の圧電部材３２−１と第二の圧電部材３２−２は反対方向に変形し、駆動梁は変形モードとして図６１のように屈曲するため、効率良くミラー部１０を走査することができる。

［実施例１５］（逆相回転駆動。駆動梁に第一の圧電部材と第二の圧電部材を配置し、梁の略１／３の領域で分割して駆動と検出に分ける構成。）
実使用環境においては、トーションバースプリング２０の剛性や、ミラー部１０の質量、駆動力の製造誤差や温度特性などにより偏向ミラーの共振周波数や振幅がばらつくことが課題となっており、実際のミラー部の動きを検出して制御をかけることが望まれる。
そこで本発明の偏向ミラーの第１５の実施例として、偏向ミラーの動作状況を検出できる構成を示す。
図６２は偏向ミラーの全体を示す斜視図である。図６３は図６２に示す偏向ミラーの駆動梁の模式図であり、（ａ）は上方から見た駆動梁の平面図、（ｂ）は駆動梁の電圧印加例を示す側面図である。

図６２に示す偏向ミラー全体の構成は実施例１３と同様であるが、駆動梁３０の部分の圧電材料の構成が異なっている。図６３に示すように圧電材料は、駆動梁のほぼ全領域に配置されており、支持部材であるトーションバースプリング２０との接続部側の端部から略３分の２の位置で分割されている。ここで、図示のように、分割されている中央側の第二の圧電部材３２−２からの配線は、分割されている固定ベース側の第一の圧電部材３２−１の横を通通しても良いし、あるいは固定ベース側の第一の圧電部材３２−１の上を通しても良い。ここで分割されている中央側の第二の圧電部材３２−２には外部から駆動用の電圧を印加し、偏向ミラーを振動させる。圧電材料は電圧を印加することで変形するが、反対に圧電材料を変形させることで電圧を発生させることが可能である。従って、この時固定ベース側の第一の圧電部材３２−１では駆動梁の変形によって、上部電極と下部電極の間に電圧が発生する。これを検出することで、駆動梁がどのように変形しているかを知ることができる。

本実施例の構成では、同一の駆動梁の変形を検出することができるため、実際の変形に応じた信号を得ることが可能である。この検出信号はミラー部１０の動き（すなわち走査光）に対応するため、後述する画像形成装置や画像投影装置で同期信号に利用することができる。走査光のタイミングを検出するためには、受光素子などを走査範囲の一部に別途配置する構成が考えられているが、受光素子を配置する必要が無くなることで装置の小型化、低コスト化につながる。また、受光素子を配置する場合には走査範囲の一部を受光用に利用するため、利用できる光走査範囲が少なくなってしまうが、本実施例のような構成では走査範囲を犠牲にすることなく、検出を行うことが可能である。

以上の実施例１０〜実施例１５においては、ミラー部１０を支持する弾性支持部材はトーションバースプリングを用いているが、捻りではなく撓み構造による弾性支持部材を用いることもできる。

［実施例１６］（光走査装置及び画像形成装置の構成例。）
実施例１〜１５では１方向に光を偏向する偏向ミラーを説明したが、これらの偏向ミラーを用いて、光走査装置（光書き込みユニット）、画像形成装置を構成した実施例を図３８〜図４０を用いて以下に示す。

図３８は実施例１から実施例１５のいずれかの構成の偏向ミラーを利用した光走査装置からなる光書き込みユニットであり、レーザ素子１０２０からのレーザ光をコリメータレンズ系１０２２を経た後、偏向ミラーからなる光偏向器１０２５によりレーザが偏向される。その後、第一レンズ１０２３ａと第二レンズ１０２３ｂからなる走査レンズ系で感光ドラム等のビーム走査面１００２にレーザ光を供給する。

図３９は、偏向ミラーの駆動手段の一例を示す図であり、偏向ミラー９０１には、ミラー駆動手段９５０が配置されていて、偏向ミラー９０１の図１〜３に示した如き駆動梁３０の圧電部材３２の上部電極３３及び下部電極３４は、それぞれミラー駆動手段９５０と電気的に連結されている。そして、ミラー駆動手段９５０は圧電部材３２の上部電極３３と下部電極３４間に駆動電圧を印加して、偏向ミラーを駆動する。

このように本発明の偏向ミラー（実施例１〜１５）を利用した光書き込みユニットは電子写真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き込み装置の構成部材として最適である。次にそのような画像形成装置の一例について図４０を参照して説明する。

図４０において、光書き込みユニット１００１はレーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。
符号１００２は光書き込みユニット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としての感光体ドラムを示す。光書き込みユニット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ビームで感光体ドラム１００２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査するものである。

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光走査装置１００１により光走査されることによって静電潜像を形成される。この静電潜像は現像手段１００５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段１００６で記録紙１００７に転写される。転写されたトナー像は定着手段１００８によって記録紙１００７に定着される。感光体ドラム１００２の転写手段１００６対向部を通過した感光体ドラムの表面部分はクリーニング部１００９で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム１００２に代えてべ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（例えばベルト状又はドラム状の中間転写体）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。

光書き込みユニット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ビームを発する光源部１０２０と、光源を変調する光源駆動手段１５００と、これまで説明した実施例１〜９のいずれかの構成の偏向ミラー１０２１と、この偏向ミラー１０２１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ビーム（光ビーム）を結像させるための結像光学系１０２２と、ミラー面で反射された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム１００２の表面（被走査面）に結像させるための手段である走査光学系１０２３などから構成される。偏向ミラー１０２１は、その駆動のための集積回路１０２４とともに光偏向器１０２５の回路基板に実装された形で光書き込みユニット１００１に組み込まれている。

本発明による偏向ミラー１０２１は、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。また、偏向ミラー１０２１のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べて小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。さらに偏向ミラー１０２１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、偏向ミラー１０２１の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の小型化に有利である。
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よいため図中省略されている。

［実施例１７］（２軸偏向ミラーと、画像投影装置の構成例。）
実施例１〜１５では１方向に光を偏向する偏向ミラーを説明した。同様な駆動梁の構成を応用して２方向に光を偏向する２軸の偏向ミラーを構成し、画像投影装置に用いた構成の実施例を図４１〜４３、図６４を用いて以下に説明する。

（実施例１７−１）
図４１は２軸の偏向ミラーの構成例を示す全体斜視図であり、実施例１に示した偏向ミラーを２軸の偏向ミラーに応用した例である。
この偏向ミラーは、光を反射させる反射面を有するミラー部１０を有し、このミラー部１０の両側はミラー部の重心からΔＳだけオフセットされた点を通る線を軸として、支持部材である第１のトーションバースプリング２０１が接続されている。
第１のトーションバースプリング２０１のミラーと反対側の端部は、他端が可動枠４０１に接続されている第１の駆動梁３０１の第１の支持梁３１１が接続されている。第１の駆動梁３０１はその長手方向が第１のトーションバースプリング２０１の軸と略直交する向きに、第１のトーションバースプリング２０１の両側に配置されている。さらに可動枠４０１の外周側には、第１のトーションバースプリング２０１と直交する方向に第２のトーションバースプリング２０２が接続されている。

第２のトーションバースプリング２０２の可動枠４０１と反対側の端部は、他端が固定ベース４０２に接続されている第２の駆動梁３０２の支持梁３１２接続されている。本実施例でも実施例１〜実施例９の１軸の偏向ミラーと同様に、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、ミラー部１０、トーションバースプリング２０１，２０２、駆動梁３０１，３０２の支持梁３１１，３１２、可動枠４０１、固定ベース４０２を一体で形成している。具体的にはＳＯＩ基板を用いて駆動梁３０１，３０２は活性層部分のみを残して薄く形成し、ミラー部分はＳＯＩ基板の活性層と支持基板の両方の厚さになるように構成されている。本実施例では剛性を必要とする固定ベース４０２と可動枠４０１もＳＯＩ基板の活性層と支持基板の両方の厚さで構成されている。トーションバースプリング２０１，２０２の部分の厚さは本実施例では、ＳＯＩ基板の活性層の厚さになるように構成してあるが、設計次第で、活性層部分と固定ベース部分の厚さにしても良い。

ミラー部１０はシリコン（Ｓｉ）基板の表面にアルミニウムなどの金属の薄膜を形成することによって反射面を形成している。駆動梁３０１，３０２は平板状のユニモルフ構造となっており、支持梁３１１，３１２の片面に圧電材料３２１，３２２が積層されている。

このような偏向ミラーの構成により、第１のトーションバースプリング２０１の剛性とミラー部１０の慣性モーメントにより定まる第１の共振周波数で、第１の駆動梁３０１上の第１の圧電材料３２１を駆動し、第２のトーションバースプリング２０２の剛性と、ミラー部１０、第１のトーションバースプリング２０１、第１の駆動梁３０１、可動枠４０１の合計の慣性モーメントにより定まる第２の共振周波数で、第２の駆動梁３０２上の第２の圧電材料３２２を駆動することでミラー部１０を２軸方向に振動させることができる。

（実施例１７−２）
次に図６４は２軸の偏向ミラーの別の構成例を示す全体斜視図であり、実施例１０等に示した偏向ミラーを２軸の偏向ミラーに応用した例である。
この偏向ミラーは、光を反射させる反射面を有するミラー部１０を有し、このミラー部１０の両側はミラー部１０の重心からΔＳだけオフセットされた点を通る線を軸として、支持部材である第１のトーションバースプリング２０１が接続されている。

第１のトーションバースプリング２０１のミラー部１０と反対側の端部は、他端が可動枠４０１に接続されている第１の駆動梁３０１が接続されている。第１の駆動梁３０１はその長手方向が第１のトーションバースプリング２０１の軸と略直交する向きに、第１のトーションバースプリング２０１の両側に配置されている。さらに可動枠４０１は第１のトーションバースプリング２０１と直交する方向に第２のトーションバースプリング２０２が接続されている。

第２のトーションバースプリング２０２の可動枠４０１と反対側の端部は、他端が固定ベース４０２に接続されている第２の駆動梁３０２が接続されている。本実施例でも実施例１〜実施例１５の１軸の偏向ミラーと同様に、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、ミラー部、トーションバースプリング、駆動梁、可動枠、固定ベースを一体で形成している。具体的にはＳＯＩ基板を用いて駆動梁は活性層部分のみを残して薄く形成し、ミラー部分はＳＯＩ基板の活性層と支持基板の両方の厚さになるように構成されている。本実施例では剛性を必要とする固定ベース４０２と可動枠４０１もＳＯＩ基板の活性層と支持基板の両方の厚さで構成されている。トーションバースプリングの部分の厚さは本実施例では、ＳＯＩ基板の活性層の厚さになるように構成してあるが設計次第で、活性層部分と固定ベース部分の厚さにしても良い。

ミラー部１０はシリコン基板の表面にアルミニウムなどの金属の薄膜を形成することによって反射面を形成している。駆動梁３０１，３０２は平板状のユニモルフ構造となっており、支持梁の片面に圧電材料が積層されている。
このような構成により、第１のトーションバースプリング２０１の剛性とミラー部１０の慣性モーメントにより定まる第１の共振周波数で、第１の駆動梁上の第１の圧電材料を駆動し、第２のトーションバースプリング２０２の剛性と、ミラー部１０、第１のトーションバースプリング２０１、第１の駆動梁３０１、可動枠４０１の合計の慣性モーメントにより定まる第２の共振周波数で、第２の駆動梁上の第２の圧電材料（図示せず）を駆動することでミラー部１０を２軸方向に振動させることができる。

（実施例１７−３）
次に上記２軸の偏向ミラーを用いた画像投影装置の構成例を図４２、図４３を用いて説明する。図４２は本発明の画像投影装置の概念図、図４３は全体斜視図である。
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と、それぞれの光源の出射端近傍にはレーザ光源からの発散光を略平行光にする集光レンズ２００２が配置されている。略平行になったＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は、ミラー２００３やハーフミラー２００４などを介して合成プリズム２００５に入射し、合成プリズム２００５によって合成され、偏向ミラー（ＭＥＭＳで作製された図４１の二次元反射角度可変ミラー）２００６に入射される。なお、図４２では３波長のレーザや合成プリズム、ミラー等は省略して記してある。

なお、本実施例の偏向ミラー（二次元反射角度可変ミラー）２００６は、図４１や図６４に示すように、直交した２つの方向に所定角度（例えば１０deg程度）の振幅で共振振動をするが、この偏向ミラー（二次元反射角度可変ミラー）２００６は一個で二次元のものではなくてもよく、実施例１〜１５で説明したような一次元走査のものを二つ組合わせても良い。

また、偏向手段には、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が、本発明の偏向ミラーは、回転走査ミラーに比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像投影装置の省電力化に有利である。また、偏向ミラーのミラー基板の振動時の風切り音は回転走査ミラーに比べて小さいため、画像投影装置の静粛性の改善に有利である。さらに偏向ミラーは、回転走査ミラーに比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、偏向ミラーの発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって画像投影装置の小型化に有利である。

図４２、図４３に示す構成の画像投影装置では、画像情報に応じて画像生成部で画像信号を生成し、この画像信号が変調器を介して光源駆動回路とスキャナ駆動回路に送られる。３波長のレーザ光源２００１は、光源駆動回路によりそれぞれ偏向ミラー（反射角度可変ミラー）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。この変調された信号を光源駆動回路によりレーザを駆動できる電流に変換してレーザ光源２００１を駆動している。
レーザ光源２００１から出射されたＲ、Ｇ、Ｂの３波長のレーザ光は集光レンズ２００２により略平行光になり、ミラー２００３やハーフミラー２００４などを介して合成プリズム２００５に入射し、合成プリズム２００５によって合成され、偏向ミラー２００６により偏向走査されて投影面２００７に投射され、画像を投影する。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の偏向ミラーは、実施例１６や実施例１７で述べたように、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置に好適に利用できるが、その他、バーコードスキャナ、レーザレーダなどにも利用することができる。

１０：ミラー部
２０：トーションバースプリング（弾性支持部材）
３０：駆動梁
３１：支持梁
３２：圧電材料（圧電部材）
３２Ａ，３２Ｂ：圧電部材
３２−１：第一の圧電部材
３２−２：第二の圧電部材
３３：上部電極
３４：下部電極
３５：絶縁層
３６：接着層
３７：配線
４０：固定ベース
２０１：第１のトーションバースプリング（弾性支持部材）
２０２：第２のトーションバースプリング（弾性支持部材）
３０１：第１の駆動梁
３０２：第２の駆動梁
３１１：第１の支持梁
３１２：第２の支持梁
３２１：第１の圧電材料（圧電部材）
３２２：第２の圧電材料（圧電部材）
４０１：可動枠
４０２：固定ベース

特許第３２１９１２３号公報 特開２００８−８３６０３号公報

Claims (22)

1. 固定ベースと、
   反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、
   前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、
   前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、
   前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を、同時に同一方向に駆動して、または互いに反対方向に駆動して、前記支持部材に前記ミラー部と垂直方向の振動、または回転方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、
   前記圧電部材が前記梁状部材の長さの略三分の一以上の領域に配置されていることを特徴とする偏向ミラー。
2. 固定ベースと、
   反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、
   前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、
   前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、
   前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を同時に同一方向に駆動して、前記支持部材の一部に前記ミラー部と垂直方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、
   前記圧電部材が前記梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されていることを特徴とする偏向ミラー。
3. 固定ベースと、
   反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、
   前記ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、
   前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、
   前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を同時に同一方向に駆動して、前記支持部材の一部に前記ミラー部と垂直方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、
   前記圧電部材が前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されていることを特徴とする偏向ミラー。
4. 固定ベースと、
   反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、
   前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、
   前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、
   前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を同時に同一方向に駆動して、前記支持部材の一部に前記ミラー部と垂直方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、
   前記圧電部材は前記梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されている第一の圧電部材と、前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されている第二の圧電部材とからなっていることを特徴とする偏向ミラー。
5. 請求項４記載の偏向ミラーにおいて、
   前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材には、逆の電圧、もしくは、それぞれ位相が逆の周期的な電圧が印加されることを特徴とする偏向ミラー。
6. 請求項４記載の偏向ミラーにおいて、
   前記第一の圧電部材または前記第二の圧電部材のどちらか一方に駆動用電圧を印加することで前記ミラー部を揺動し、他方の圧電部材の変形によって発生した電圧を検知することで、前記ミラー部の動きを検出することを特徴とする偏向ミラー。
7. 固定ベースと、
   反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、
   前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、
   前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、
   前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を互いに反対方向に駆動して前記支持部材にモーメントを加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、
   前記圧電部材が前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の一の位置を中心として配置されていることを特徴とする偏向ミラー。
8. 請求項７記載の偏向ミラーにおいて、
   前記圧電部材が前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の二の領域まで配置されていることを特徴とする偏向ミラー。
9. 固定ベースと、
   反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、
   前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、
   前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、
   前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を互いに反対方向に駆動して前記支持部材にモーメントを加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、
   前記圧電部材は前記梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の一または略三分の二の領域に配置されている第一の圧電部材と、前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の二または略三分の一の領域に配置されている第二の圧電部材とからなっていることを特徴とする偏向ミラー。
10. 請求項９記載の偏向ミラーにおいて、
    前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材には、逆の電圧、もしくは、それぞれ位相が逆の周期的な電圧が印加されることを特徴とする偏向ミラー。
11. 請求項９記載の偏向ミラーにおいて、
    前記第一の圧電部材または前記第二の圧電部材のどちらか一方に駆動用電圧を印加することで前記ミラー部を揺動し、他方の圧電部材の変形によって発生した電圧を検知することで、前記ミラー部の動きを検出することを特徴とする偏向ミラー。
12. 固定ベースと、
    反射面を有するミラー部と、
    前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、
    前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、
    前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、
    前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を同一方向に駆動して、前記支持部材の一部に前記ミラー部の反射面と垂直方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、
    前記圧電部材は前記梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されている第一の圧電部材と、
    前記梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略半分までの領域に配置されている第二の圧電部材とからなり、前記第一の圧電部材と、前記第二の圧電部材はそれぞれ独立に配線されていることを特徴とする偏向ミラー。
13. 請求項１２記載の偏向ミラーにおいて、
    前記圧電部材はすべて同一方向に分極されており、前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材は位相が反転した駆動信号で駆動されることを特徴とする偏向ミラー。
14. 請求項１２記載の偏向ミラーにおいて、
    前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材はそれぞれ反対方向に分極されており、同一の駆動信号で駆動されることを特徴とする偏向ミラー。
15. 請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の偏向ミラーにおいて、
    前記第一の圧電部材または前記第二の圧電部材のどちらか一方に駆動用電圧を印加することで前記ミラー部を揺動し、他方の圧電部材の変形によって発生した電圧を検知することで、前記ミラー部の動きを検出していることを特徴とする偏向ミラー。
16. 固定ベースと、
    反射面を有するミラー部と、
    前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、
    前記固定ベースに対して前記支持部材の一部を、その両側から支持する梁状部材と、
    前記梁状部材に固着された圧電部材とからなり、
    前記梁状部材と前記圧電部材により、圧電ユニモルフ構造、もしくはバイモルフ構造を形成し、前記支持部材を挟んで両側の梁状部材を互いに反対方向に駆動して前記支持部材に回転方向の振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、
    前記圧電部材は前記各梁状部材の前記固定ベース側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の一または略三分の二の領域に配置されている第一の圧電部材と、
    前記各梁状部材の前記支持部材側の端部から、前記梁状部材の長さの略三分の二または略三分の一の領域に配置されている第二の圧電部材とからなり、前記第一の圧電部材と、前記第二の圧電部材はそれぞれ独立に配線されていることを特徴とする偏向ミラー。
17. 請求項１６記載の偏向ミラーにおいて、
    前記圧電部材はすべて同一方向に分極されており、前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材は位相が反転した駆動信号で駆動され、さらに前記支持部材を挟んで両側の圧電部材もそれぞれ位相が反転した駆動信号で駆動されていることを特徴とする偏向ミラー。
18. 請求項１６記載の偏向ミラーにおいて、
    前記第一の圧電部材と前記第二の圧電部材はそれぞれ反対方向に分極され、さらに前記支持部材を挟んだ両側でもそれぞれ反対方向になるように分極されており、同一の駆動信号で駆動されることを特徴とする偏向ミラー。
19. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の偏向ミラーにおいて、
    前記第一の圧電部材または前記第二の圧電部材のどちらか一方に駆動用電圧を印加することで前記ミラー部を揺動し、他方の圧電部材の変形によって発生した電圧を検知することで、前記ミラー部の動きを検出していることを特徴とする偏向ミラー。
20. 光源と、
    前記光源からの光ビームを往復偏向させる請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の偏向ミラーと、
    前記偏向ミラーにより偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする光走査装置。
21. 請求項２０記載の光走査装置と、
    前記光走査装置による光ビームの走査により潜像を形成する像担持体と、
    前記像担持体上の潜像をトナーで顕像化する現像手段と、
    前記像担持体上のトナー像を直接または中間転写体を介して記録材に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
22. 光源と、
    前記光源からの発散光を略平行光とするコリメート光学系と、
    前記光源からの光出力を画像信号に応じて変調する変調器と、
    請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の偏向ミラーとを有することを特徴とする画像投影装置。

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