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
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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)。
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)。
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)。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (22)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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