JP2011253210A - Actuator, optical scanner and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータ、光スキャナ、および画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an actuator, an optical scanner, and an image forming apparatus.
レーザープリンタ等に用いられる光スキャナとしては、マイクロマシニング技術によりSi基板を加工して製造した、捩り振動子を有する構造体を用いたものが知られている。このような構造体を用いた光スキャナは、ポリゴンミラーに比し高速で光走査を行うことができるという利点がある。
例えば、特許文献1にかかるアクチュエータは、板状の反射ミラーを1対のバネ部により両持ち支持しており、各バネ部はその途中で分岐し、その分岐部に圧電体が設けられている。このようなアクチュエータは、各圧電体に電圧を印加することにより、分岐部を曲げ変形させて1対のバネ部全体を捩れ変形させながら、反射ミラーを回動させる。
As an optical scanner used in a laser printer or the like, an optical scanner using a structure having a torsional vibrator manufactured by processing a Si substrate by a micromachining technique is known. An optical scanner using such a structure has an advantage that optical scanning can be performed at a higher speed than a polygon mirror.
For example, the actuator according to Patent Document 1 supports a plate-like reflection mirror by a pair of spring portions, each spring portion branches in the middle, and a piezoelectric body is provided at the branch portion. . Such an actuator rotates the reflection mirror while applying a voltage to each piezoelectric body to bend and deform the branch portion and torsionally deform the entire pair of spring portions.
しかしながら、このようなアクチュエータにあっては、1対のバネ部に沿った1軸のみを回動中心軸とし反射ミラーを回動させるものである。そのため、このようなアクチュエータを光スキャナとして用いた場合、主走査または副走査のいずれか一方向にしか光を走査することができない。したがって、主走査および副走査を行うためには、2つのアクチュエータが必要となり、高コスト化および大型化を招いてしまう。 However, in such an actuator, the reflection mirror is rotated with only one axis along the pair of spring portions as the rotation center axis. Therefore, when such an actuator is used as an optical scanner, light can be scanned only in one direction of main scanning or sub scanning. Therefore, two actuators are required to perform the main scanning and the sub-scanning, resulting in an increase in cost and size.
本発明の目的は、低コスト化および小型化を図りつつ、質量部を互いに直交する2軸のそれぞれの軸まわりに回動させることができるアクチュエータ、光スキャナ、および画像形成装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an actuator, an optical scanner, and an image forming apparatus that can rotate a mass portion around two axes orthogonal to each other while reducing cost and size. is there.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、質量部と、前記質量部を支持する1対の弾性部とを備えた振動部と、
前記振動部を支持する少なくとも1対の梁部と、
前記各梁部上に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段が前記各圧電素子に電圧を印加することにより、前記各梁部を曲げ変形させ、これに伴い、前記振動部を駆動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記電圧印加手段は、第1の周波数で周期的に変化する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、前記第1の周波数と異なる第2の周波数で周期的に変化する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部を前記1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動させつつ前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに前記第2の周波数で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、低コスト化および小型化を図りつつ、質量部を互いに直交する2軸のそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
An actuator according to the present invention includes a vibrating portion including a mass portion and a pair of elastic portions that support the mass portion;
At least one pair of beam portions supporting the vibrating portion;
A piezoelectric element joined on each beam part;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements,
The voltage applying means applies a voltage to each piezoelectric element to bend and deform each beam part, and in accordance with this, the actuator is configured to drive the vibration part,
The voltage applying means includes a first voltage generator that generates a first voltage that periodically changes at a first frequency, and a second that periodically changes at a second frequency different from the first frequency. And a voltage superimposing unit that superimposes the first voltage and the second voltage, and the voltage superimposed by the voltage superimposing unit is applied to each piezoelectric element. By applying, the mass portion is rotated around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency while the second portion is orthogonal to the first axis. It is configured to rotate at a frequency of 2.
Thereby, the mass part can be rotated around the two axes orthogonal to each other while reducing the cost and the size.
本発明のアクチュエータでは、前記電圧印加手段は、前記第1の電圧発生部が互いに180°位相のずれた2種の前記第1の電圧を発生し、前記電圧重畳部が前記各第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳し、前記電圧重畳部で重畳された2つの電圧を1対の前記圧電素子に対応して印加するように構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, the voltage applying unit may generate the two types of the first voltages that are 180 degrees out of phase with each other, and the voltage superimposing unit may generate the first voltage. And the second voltage are preferably superimposed, and the two voltages superimposed by the voltage superimposing unit are preferably applied corresponding to the pair of piezoelectric elements.
Accordingly, the mass portion is rotated at the second frequency around the second axis while being rotated at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions with a relatively simple configuration. be able to.
本発明のアクチュエータでは、前記振動部は、前記少なくとも1対の梁部に支持されているとともに、前記1対の弾性部を介して前記質量部を支持し、前記質量部の外周を囲むように枠状をなす枠体を有することが好ましい。
これにより、より低電力でかつより円滑に、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, the vibration portion is supported by the at least one pair of beam portions, supports the mass portion via the pair of elastic portions, and surrounds an outer periphery of the mass portion. It is preferable to have a frame having a frame shape.
Accordingly, the mass portion is rotated at the second frequency around the second axis while rotating the mass portion at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions at lower power and more smoothly. Can be moved.
本発明のアクチュエータでは、前記梁部は、前記振動部を介してその両側にそれぞれ1対設けられていることが好ましい。
これにより、より円滑に、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記質量部は、板状をなしており、前記質量部を平面視したときに、前記2対の梁部は、前記質量部の中心に対して点対称となるように設けられていることが好ましい。
これにより、より簡単な構成でかつより円滑に、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that a pair of the beam portions is provided on both sides of the beam portion via the vibration portion.
Thereby, it is possible to smoothly rotate the mass portion at the second frequency around the second axis while rotating the mass portion around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency. .
In the actuator of the present invention, the mass portion has a plate shape, and when the mass portion is viewed in plan, the two pairs of beam portions are point-symmetric with respect to the center of the mass portion. It is preferable to be provided.
Thereby, the mass portion is rotated at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions at the second frequency around the second axis with a simpler configuration and more smoothly. It can be rotated.
本発明のアクチュエータでは、前記各梁部は、長手形状をなし、前記各圧電素子は、対応する前記梁部の長手方向に沿って延在し、その延在方向に伸縮することにより、前記梁部を曲げ変形させることが好ましい。
これにより、より低電圧でかつより大きな回動角で、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
In the actuator of the present invention, each beam portion has a longitudinal shape, and each piezoelectric element extends along the longitudinal direction of the corresponding beam portion, and expands and contracts in the extending direction. It is preferable to bend and deform the part.
Accordingly, the mass portion is rotated at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency with the lower voltage and the larger rotation angle, and the second axis around the second axis. It can be rotated at a frequency.
本発明のアクチュエータでは、前記各梁部は、前記第1の軸線に平行に延在していることが好ましい。
これにより、アクチュエータの小型化を図りつつ、質量部の回動角を大きくすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記各圧電素子は、対応する前記梁部の長手方向でのほぼ全域に亘って設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータの小型化を図りつつ、質量部の回動角を大きくすることができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the beam portions extends in parallel with the first axis.
Thereby, the rotation angle of the mass portion can be increased while reducing the size of the actuator.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the piezoelectric elements is provided over almost the entire region in the longitudinal direction of the corresponding beam portion.
Thereby, the rotation angle of the mass portion can be increased while reducing the size of the actuator.
本発明のアクチュエータでは、前記第1の周波数は、前記第2の周波数よりも大きいことが好ましい。
これにより、より確実かつより円滑に、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記第1の周波数が、前記質量部と前記振動部とで構成される振動系のねじり共振周波数と一致していることが好ましい。
これにより、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに共振駆動させることができるため、質量部を低電力で大きく回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記質量部は、光反射性を有する光反射部を備えていることが好ましい。
これにより、本発明のアクチュエータを光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに適用することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the first frequency is higher than the second frequency.
Accordingly, the mass portion is rotated at the second frequency around the second axis while being rotated at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions, more reliably and smoothly. be able to.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the first frequency matches a torsional resonance frequency of a vibration system including the mass portion and the vibration portion.
Thereby, since the mass part can be resonantly driven around the first axis along the pair of elastic parts, the mass part can be largely rotated with low power.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the mass portion includes a light reflecting portion having light reflectivity.
Thereby, the actuator of this invention is applicable to optical devices, such as an optical scanner, an optical switch, and an optical attenuator.
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、前記質量部を支持する1対の弾性部とを備えた振動部と、
前記振動部を支持する曲げ変形可能な少なくとも1対の梁部と、
前記各梁部上に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段が前記各圧電素子に電圧を印加することにより、前記各梁部を曲げ変形させ、これに伴い、前記振動部を駆動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記電圧印加手段は、第1の周波数で周期的に変化する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、前記第1の周波数と異なる第2の周波数で周期的に変化する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部を前記1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動させつつ前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに前記第2の周波数で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、1つの光スキャナで主走査および副走査を行うことができ、その結果、低コスト化および小型化を図ることができる。
An optical scanner according to the present invention includes a mass part including a light reflecting part having light reflectivity, and a vibration part including a pair of elastic parts supporting the mass part,
At least one pair of bending-deformable beam portions supporting the vibrating portion;
A piezoelectric element joined on each beam part;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements,
The voltage application means applies a voltage to each piezoelectric element to bend and deform each beam part, and accordingly, drive the vibration part and scan the light reflected by the light reflection part. A configured optical scanner comprising:
The voltage applying means includes a first voltage generator that generates a first voltage that periodically changes at a first frequency, and a second that periodically changes at a second frequency different from the first frequency. And a voltage superimposing unit that superimposes the first voltage and the second voltage, and the voltage superimposed by the voltage superimposing unit is applied to each piezoelectric element. By applying, the mass portion is rotated around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency while the second portion is orthogonal to the first axis. It is configured to rotate at a frequency of 2.
Thereby, main scanning and sub-scanning can be performed with one optical scanner, and as a result, cost reduction and size reduction can be achieved.
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、前記質量部を支持する1対の弾性部とを備えた振動部と、
前記振動部を支持する曲げ変形可能な少なくとも1対の梁部と、
前記各梁部上に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記光反射部に光を照射する光照射手段とを有し、
前記電圧印加手段が前記各圧電素子に電圧を印加することにより、前記各梁部を曲げ変形させ、これに伴い、前記振動部を駆動させ、前記光反射部で反射した光を走査して、対象物上に画像を形成するように構成された画像形成装置であって、
前記電圧印加手段は、第1の周波数で周期的に変化する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、前記第1の周波数と異なる第2の周波数で周期的に変化する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部を前記1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動させつつ前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに前記第2の周波数で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、1つの光スキャナで主走査および副走査を行うことができ、その結果、低コスト化および小型化を図ることができる。
An image forming apparatus of the present invention includes a mass unit including a light reflecting unit having light reflectivity, and a vibration unit including a pair of elastic units that support the mass unit,
At least one pair of bending-deformable beam portions supporting the vibrating portion;
A piezoelectric element joined on each beam part;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements;
Light irradiating means for irradiating light to the light reflecting portion,
The voltage application means applies a voltage to each piezoelectric element to bend and deform each beam part, and accordingly, drive the vibration part and scan the light reflected by the light reflection part, An image forming apparatus configured to form an image on an object,
The voltage applying means includes a first voltage generator that generates a first voltage that periodically changes at a first frequency, and a second that periodically changes at a second frequency different from the first frequency. And a voltage superimposing unit that superimposes the first voltage and the second voltage, and the voltage superimposed by the voltage superimposing unit is applied to each piezoelectric element. By applying, the mass portion is rotated around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency while the second portion is orthogonal to the first axis. It is configured to rotate at a frequency of 2.
Thereby, main scanning and sub-scanning can be performed with one optical scanner, and as a result, cost reduction and size reduction can be achieved.
以下、本発明のアクチュエータの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかるアクチュエータを示す平面図、図2は、図1中のA−A線断面図およびB−B線断面図、図3は、図1中のC−C線断面図、図4は、図1に示すアクチュエータの制御系の構成を示すブロック図、図5は、図4に示す第1の電圧発生部および第2の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図、図6は、図1に示すアクチュエータの各圧電素子に印加する電圧の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図2および図3中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an actuator of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 is a plan view showing an actuator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA and BB in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control system of the actuator shown in FIG. 1, and FIG. 5 is an example of the voltage generated in the first voltage generator and the second voltage generator shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing an example of a voltage applied to each piezoelectric element of the actuator shown in FIG. In the following, for convenience of explanation, the front side of the page in FIG. 1 is referred to as “up”, the back side of the page is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”. The upper side is called “upper”, the lower side is called “lower”, the right side is called “right”, and the left side is called “left”.
アクチュエータ1は、図1ないし図3に示すように、1自由度振動系を含む振動部21を有する基体2と、基体2を支持する支持基板3とを有している。基体2の振動部21を駆動するための圧電素子41、42、43、44とを有している。
基体2は、1自由度振動系を含む振動部21と、この振動部21を支持する2対の梁部22、23、24、25と、これら梁部22、23、24、25を介して振動部21を支持する支持部26とを有している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the actuator 1 includes a
The
振動部21は、質量部211と、この質量部211を両持ち支持する1対の弾性部212、213と、1対の弾性部212、213を支持する枠体214とを有している。
質量部211は、板状(本実施形態では円板状)をなし、その上面(支持基板3とは反対側の面)付近に、光反射性を有する光反射部(ミラー部)215を備えている。これにより、アクチュエータ1を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。
The
The
このような質量部211は、1対の弾性部212、213を介して枠体214に支持されている。
枠体214は、質量部211の外周を囲むように枠状(本実施形態では略四角環状)をなしている。すなわち、枠体214は、枠状をなし、その内側には、質量部211に対し離間した状態で、質量部211が設けられている。
Such a
The
1対の弾性部212、213は、それぞれ、質量部211を枠体214に対し回動可能とするように連結している。より具体的には、1対の弾性部212、213は、弾性変形可能であり、それぞれ長手形状をなすとともに互いに同軸的に設けられており、質量部211を両持ち支持している。このような1対の弾性部212、213は、これらを回動中心軸として第1の軸線Xまわりに捩れ変形することにより、質量部211を枠体214に対して回動させることができる。すなわち、振動部21は、質量部211および1対の弾性部212、213で構成された1自由度振動系を有している。
The pair of
このような振動部21の枠体214は、2対の梁部22、23、24、25を介して支持部26に支持されている。すなわち、枠体214および2対の梁部22、23、24、25は、振動系を構成している。
2対の梁部22、23、24、25は、振動部21を介して、一方の側に1対の梁部22、23が設けられ、他方の側に1対の梁部24、25が設けられている。
Such a
The two pairs of
そして、これらの梁部22、23、24、25は、振動部21の質量部211の平面視にて、質量部211の中心に対し点対称となるように設けられている。
支持部26は、前述した振動部21の外周を囲むように形成されている。
そして、1対の梁部22、23は、それぞれ、振動部21(より具体的には枠体214)と支持部26とを連結している。これと同様に、1対の梁部24、25は、それぞれ、振動部21(より具体的には枠体214)と支持部26とを連結している。
These
The
The pair of
各梁部22、23、24、25は、弾性変形可能であり、長手形状をなすとともに、質量部211の回動中心軸Xに平行に延在している。このような2対の梁部22、23、24、25にあっては、梁部22、25と梁部23、24とを互いに反対方向に曲げ変形させることにより、枠体214を第2の軸線(回動中心軸)Yまわりに回動させることができ、また、梁部22、23と梁部24、25とを互いに反対方向に曲げ変形させることにより、枠体214を第1の軸線Xまわりに回動させることができる。
Each
このような振動部21を有する基体2は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、振動部21と梁部22、23、24、25と支持部26とが一体的に形成されている。
そして、このような振動部21を駆動するために、梁部22上には圧電素子41、梁部23上には圧電素子42、梁部24上には圧電素子43、梁部25上には圧電素子44が設けられている。
The
And in order to drive such a
ここで、圧電素子41、42と圧電素子42、43とは、前述した1対の梁部22、23と1対の梁部24、25との関係と同様に、振動部21の質量部211の平面視にて、質量部211の中心に対し点対称となるように設けられている。以下、圧電素子41、42について代表的に詳述するが、圧電素子43、44については圧電素子41、42と同様である。
Here, the
圧電素子41は、梁部22の上面に接合され、梁部22の長手方向に伸縮するように構成されている。これにより、圧電素子41は、その伸縮により、梁部22を上下方向に曲げ変形させることができる。また、圧電素子42は、梁部23の上面に接合され、梁部23の長手方向に伸縮するように構成されている。これにより、圧電素子42は、その伸縮により、梁部23を上下方向に曲げ変形させる。
The
言い換えすれば、圧電素子41は、梁部22の長手方向に沿って延在し、その延在方向に伸縮することにより、梁部22を曲げ変形させる。これにより、比較的簡単な構成で、より確実に、圧電素子41により梁部22を曲げ変形させることができる。これと同様に、圧電素子42は、梁部23の長手方向に沿って延在し、その延在方向に伸縮することにより、梁部23を曲げ変形させる。これにより、比較的簡単な構成で、より確実に、圧電素子42により梁部23を曲げ変形させることができる。
In other words, the
このような圧電素子41、42は、それぞれ、例えば、いずれも図示しないが、圧電材料を主材料として構成された圧電体層と、この圧電体層を挟持する1対の電極とを有している。
この圧電材料としては、例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも1種を主とするものが好ましい。このような材料で圧電素子41の圧電体層を構成することにより、より高い周波数でアクチュエータ1を駆動することができる。
Each of such
Examples of the piezoelectric material include zinc oxide, aluminum nitride, lithium tantalate, lithium niobate, potassium niobate, lead zirconate titanate (PZT), barium titanate, and various other materials. One or more of them can be used in combination, but at least one of zinc oxide, aluminum nitride, lithium tantalate, lithium niobate, potassium niobate and lead zirconate titanate is mainly used. Are preferred. By configuring the piezoelectric layer of the
また、圧電素子41は、梁部22の上面のほぼ全体を覆うように設けられている。したがって、圧電素子41は、梁部22の長手方向でのほぼ全域に亘って設けられている。これにより、圧電素子41の作動により、梁部22をより大きく曲げ変形させることができる。これと同様に、圧電素子42は、梁部23の上面のほぼ全体を覆うように設けられている。したがって、圧電素子42は、梁部23の長手方向でのほぼ全域に亘って設けられている。これにより、圧電素子42の作動により、梁部23をより大きく曲げ変形させることができる。
The
このような圧電素子41、42は、ともに基体2の上面に設けられているので、互いに伸縮動を交互に行う(一方を伸張させ他方を収縮させる)ように動作させると、1対の梁部22、23を互いに逆方向に曲げ変形させることができる。
前述した圧電素子41、42と同様に、圧電素子43、44は構成されている。このような圧電素子43、44は、前述した圧電素子41、42と同様に、ともに基体2の上面に設けられているので、互いに伸縮動を交互に行う(一方を伸張させ他方を収縮させる)ように動作させると、1対の梁部24、25を互いに逆方向に曲げ変形させることができる。
Since such
Similarly to the
このような圧電素子41、42、43、44は、図示しない配線を介して、後述する電源回路5に接続されていて(図5参照)、電力の供給を受けるようになっている。なお、電源回路5については、後に詳述する。
前述したような基体2を支持するための支持基板3は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されており、基体2に接合されている。なお、支持基板3と基体2とは、例えば、ガラス、シリコン、またはSiO2を主材料として構成された接合層を介して接合されていてもよい。
Such
The
支持基板3には、図2および図3に示すように、振動部21に対応する部分に開口部31が形成されている。
この開口部31は、振動部21が振動する際に、支持基板3に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部(逃げ部)31を設けることにより、アクチュエータ1全体の大型化を防止しつつ、振動部21(質量部211や枠体214)の振れ角(振幅)をより大きく設定することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板3の下面(振動部21と反対側の面)で開放(開口)していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板3の上面に形成された凹部で構成することもできる。
ここで、圧電素子41、42、43、44に電圧を印加する電圧印加手段である電源回路5について、図4および図5に基づいて説明する。
Note that the relief portion as described above does not necessarily have to be opened (opened) on the lower surface (the surface opposite to the vibration portion 21) of the
Here, the power supply circuit 5 which is a voltage applying means for applying a voltage to the
電源回路5は、図4に示すように、質量部211を第1の軸線Xまわりに回動させるための第1の電圧を発生させる第1の電圧発生部51と、質量部211を第2の軸線Yまわりに回動させるための第2の電圧を発生させる第2の電圧発生部52と、第1の電圧と第2の電圧を重畳して圧電素子41、42、43、44に印加する電圧重畳部53とを備えている。
As shown in FIG. 4, the power supply circuit 5 includes a first
第1の電圧発生部51は、図5(a)〜(d)の右側に示すように、周期T1で周期的に変化する電圧(水平走査用電圧)を発生させるものである。すなわち、第1の電圧発生部51は、第1の周波数(1/T1)で周期的に変化する2種の第1の電圧V11、V12を発生するものである。
より具体的に説明すると、第1の電圧発生部51は、圧電素子41、42にそれぞれ印加する水平走査用電圧(水平走査駆動信号)として、図5(a)、(b)の右側に示すように、周期T1で周期的に変化する第1の電圧V11を発生する。
First
More specifically, the
第1の電圧V11は、正弦波のような波形をなしている。そのため、アクチュエータ1は効果的に光を主走査することができる。なお、第1の電圧V11の波形は、これに限定されない。
ここで、第1の周波数(1/T1)は、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、10〜40kHzであるのが好ましい。また、第1の周波数は質量部211と弾性部212、213とで構成される振動系のねじり共振周波数と略一致させるように設定することが好ましい。つまり、質量部211と弾性部212、213とで構成される振動系のねじり共振周波数が、水平走査に適した周波数になるように設計されていることが好ましい。
また、第1の電圧発生部51は、圧電素子43、44にそれぞれ印加する水平走査用電圧(水平走査駆動信号)として、図5(c)、(d)の右側に示すように、周期T1で周期的に変化する第1の電圧V12を発生する。この第1の電圧V12は、第1の電圧V11と同一波形であるが、第1の電圧V11に対し180°位相がずれている。
The first voltage V 11 has a waveform like a sine wave. Therefore, the actuator 1 can perform main scanning of light effectively. Incidentally, the waveform of the first voltage V 11, but is not limited thereto.
Here, the first frequency (1 / T 1 ) is not particularly limited as long as it is a frequency suitable for horizontal scanning, but is preferably 10 to 40 kHz. The first frequency is preferably set so as to substantially match the torsional resonance frequency of the vibration system composed of the
Further, the
一方、第2の電圧発生部52は、図5(a)〜(d)の左側に示すように、周期T1と異なる周期T2で周期的に変化する電圧(垂直走査用電圧)を発生させるものである。すなわち、第2の電圧発生部52は、第1の周波数(1/T1)と異なる2種の第2の周波数(1/T2)で周期的に変化する第2の電圧V21、V22を発生するものである。
より具体的に説明すると、第2の電圧発生部52は、圧電素子41、43にそれぞれ印加する垂直走査用電圧(垂直走査駆動信号)として、図5(a)、(c)の左側に示すように、周期T1と異なる周期T2で周期的に変化する第2の電圧V21を発生する。
On the other hand, as shown on the left side of FIGS. 5A to 5D, the
More specifically, the
第2の電圧V21は、鋸波のような波形をなしている。そのため、アクチュエータ1は効果的に光を副走査することができる。なお、第2の電圧V21の波形は、これに限定されない。
ここで、第2の周波数(1/T2)は、第1の周波数(1/T1)と異なり、かつ、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、第1の周波数(1/T1)よりも小さいのが好ましい。すなわち、周期T2は、周期T1よりも長いのが好ましい。
The second voltage V 21 is a waveform like a sawtooth wave. Therefore, the actuator 1 can effectively sub-scan light. Note that the waveform of the second voltage V 21 is not limited to this.
Here, the second frequency (1 / T 2 ) is not particularly limited as long as it is different from the first frequency (1 / T 1 ) and is suitable for vertical scanning, but the first frequency ( Preferably it is less than 1 / T 1 ). That is, the period T 2 are longer is preferred than the period T 1.
また、第2の周波数(1/T2)は、40〜80Hz(60Hz程度)であるのが好ましい。これにより、ディスプレイでの描画に適した周波数で、質量部211を互いに直交する2軸(第1の軸線Xおよび第2の軸線Y)のそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
また、第2の電圧発生部51は、圧電素子42、44にそれぞれ印加する垂直走査用電圧(垂直走査駆動信号)として、図5(b)、(d)の左側に示すように、周期T2で周期的に変化する第2の電圧V22を発生する。この第2の電圧V22は、第2の電圧V21をある基準電圧に対して反転した同一波形である。
The second frequency (1 / T 2 ) is preferably 40 to 80 Hz (about 60 Hz). Thereby, the
In addition, the
このような第1の電圧発生部51および第2の電圧発生部52は、それぞれ、制御部(同期信号生成回路)6に接続され、この制御部6からの信号に基づき駆動する。
このような第1の電圧発生部51および第2の電圧発生部52には、電圧重畳部53が接続されている。この電圧重畳部53は、圧電素子41に電圧を印加するための加算器531と、圧電素子42に電圧を印加するための加算器532と、圧電素子43に電圧を印加するための加算器533と、圧電素子44に電圧を印加するための加算器534とを備えている。
The first
A
加算器531は、第1の電圧発生部51から第1の電圧V11を受けるとともに、第2の電圧発生部52から第2の電圧V21を受け、これらを重畳し圧電素子41に印加するようになっている。
また、加算器532は、第1の電圧発生部51から第1の電圧V11を受けるとともに、第2の電圧発生部52から第2の電圧V22を受け、これらを重畳し圧電素子42に印加するようになっている。
The
The
また、加算器533は、第1の電圧発生部51から第1の電圧V12を受けるとともに、第2の電圧発生部52から第2の電圧V21を受け、これらを重畳し圧電素子43に印加するようになっている。
また、加算器534は、第1の電圧発生部51から第1の電圧V12を受けるとともに、第2の電圧発生部52から第2の電圧V22を受け、これらを重畳し圧電素子44に印加するようになっている。
The
The
以上のような構成のアクチュエータ1は、次のようにして駆動する。
例えば、図5(a)に示すような電圧V11とV21を重畳して圧電素子41に印加するとともに、図5(b)に示すような電圧V11とV22を重畳して圧電素子42に印加する。これと同期して、図5(c)に示すような電圧V12とV21を重畳して圧電素子43に印加するとともに、図5(d)に示すような電圧V12とV22を重畳して圧電素子44に印加する。
The actuator 1 having the above configuration is driven as follows.
For example, while applied to the
すると、第1の周期(1/T1)で、圧電素子41、42を伸張させるとともに圧電素子43、44を収縮させる状態と、圧電素子41、42を収縮させるとともに圧電素子43、44を伸長させる状態とを交互に繰り返しながら、第2の周期(1/T2)で、圧電素子41、43を伸張させるとともに圧電素子42、44を収縮させる状態と圧電素子41、43を収縮させるとともに、圧電素子42、44を伸長させる状態とを交互に繰り返す。
Then, in the first period (1 / T 1 ), the
言い換えると、第2の周期(1/T2)で、圧電素子41、43の伸縮可能な範囲(変位可能な長さ)に対する圧電素子42、44の伸張可能な範囲(変位可能な長さ)の比を変化させながら、第1の周期(1/T1)で、圧電素子41、42と圧電素子43、44とを互いに反対方向に伸張させる。
このように圧電素子41〜44が作動することにより、各梁部22、23、24、25が主に曲げ変形しながら、質量部211は、第1の軸線Xまわりに第1の周波数(1/T1)で回動(振動)しつつ、第2の軸線Yまわりに第2の周波数((1/T2)で回動(振動)する。
In other words, in the second period (1 / T 2 ), the expandable range (displaceable length) of the
By operating the
以上のように、アクチュエータ1にあっては、電圧重畳部53で重畳された電圧を各圧電素子41、42、43、44に印加することにより、質量部211を、1対の弾性部212、213に沿った第1の軸線Xまわりに第1の周波数(1/T1)で回動させつつ、第1の軸線Xに直交する第2の軸線Yまわりに第2の周波数(1/T2)で回動させる。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、質量部211を互いに直交する2軸のそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
As described above, in the actuator 1, by applying the voltage superimposed by the
Thereby, the
特に、駆動源となる圧電素子の数を少なく(本実施形態では4つ)することができるため、簡単かつ小型な構成とすることができる。
また、第1の電圧および第2の電圧を適宜変更することで、基体2や圧電素子41、42、43、44の設計を変更することなく、所望の振動特性を得ることができる。
また、質量部211の外周を囲むように枠状をなす枠体214が2対の梁部22、23、24、25に支持されているとともに1対の弾性部212、213を介して質量部211を支持しているため、より低電力でかつより円滑に、質量部211を1対の弾性部212、213に沿った第1の軸線Xまわりに第1の周波数(1/T1)で回動させつつ第2の軸線Yまわりに第2の周波数(1/T2)で回動させることができる。
In particular, since the number of piezoelectric elements serving as driving sources can be reduced (four in the present embodiment), a simple and compact configuration can be achieved.
In addition, by appropriately changing the first voltage and the second voltage, desired vibration characteristics can be obtained without changing the design of the
In addition, a
さらに、梁部は、前記振動部を介してその両側にそれぞれ1対設けられているため、より円滑に、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
また、質量部211を平面視したときに、2対の梁部22、23、24、25が質量部211の中心に対して点対称となるように設けられているため、より簡単な構成でかつより円滑に、質量部211を1対の弾性部212、213に沿った第1の軸線Xまわりに第1の周波数(1/T1)で回動させつつ第2の軸線Yまわりに第2の周波数(1/T2)で回動させることができる。
Furthermore, since one pair of beam portions is provided on both sides of the vibrating portion via the vibrating portion, the mass portion is smoothly moved at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions. It can be rotated at the second frequency around the second axis while being rotated.
In addition, when the
さらに、各圧電素子41、42、43、44が対応する梁部22、23、24、25の長手方向に沿って延在しその延在方向に伸縮することにより梁部22、23、24、25を曲げ変形させるため、より低電圧でかつより大きな回動角で、質量部211を1対の弾性部212、213に沿った第1の軸線Xまわりに第1の周波数(1/T1)で回動させつつ第2の軸線Yまわりに第2の周波数(1/T2)で回動させることができる。
Furthermore, each
また、各梁部22、23、24、25が第1の軸線Xに平行に延在しているため、アクチュエータ1をより小型なものとしつつ、質量部211の回動角を大きくすることができる。
さらに、各圧電素子41、42、43、44が対応する梁部22、23、24、25の長手方向でのほぼ全域に亘って設けられているため、アクチュエータ1をさらに小型化なものとしつつ、質量部211の回動角を大きくすることができる。
Moreover, since each
Furthermore, since each
以上説明したようなアクチュエータ1は、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光スキャナに好適に適用することができる。
ここで、図6および図7に基づき、画像形成装置の一例として、アクチュエータ1をイメージング用ディスプレイの光スキャナとして用いた場合を説明する。
The actuator 1 as described above can be suitably applied to an optical scanner provided in an image forming apparatus such as a laser printer, a barcode reader, a scanning confocal laser microscope, or an imaging display.
Here, based on FIG. 6 and FIG. 7, a case where the actuator 1 is used as an optical scanner of an imaging display will be described as an example of an image forming apparatus.
図6は、本発明の画像形成装置(イメージングディスプレイ)の一例を示す概略図、図7は、図6に示す画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図である。
図6に示すように、画像形成装置10は、光スキャナであるアクチュエータ1と、このアクチュエータ1に光を照射する光照射装置7とを備え、光照射装置7からの光をアクチュエータ1で主走査および副走査することにより、スクリーン9上に画像を形成(描画)する。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of an image forming apparatus (imaging display) according to the present invention, and FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the image forming apparatus illustrated in FIG.
As shown in FIG. 6, the
なお、スクリーン9は、画像形成装置10の本体に備えられたものであっても別体であってもよい。また、スクリーン9の表面(視認側の面)に光照射装置7からの光を照射し表示してもよいし、スクリーン9の裏面(視認側の面とは反対側の面)に光照射装置7からの光を照射し表面に透過させ表示してもよい。
光照射装置7は、図7に示すように、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の光源71、72、73と、クロスダイクロイックプリズム(Xプリズム)74と、ミラー75と、レンズ76とを備えている。
The screen 9 may be provided in the main body of the
As shown in FIG. 7, the light irradiation device 7 includes light sources 71, 72, 73 of three colors of R (red), G (green), and B (blue), a cross dichroic prism (X prism) 74, a
光源71は、赤色の光を発するものであり、光源71を駆動するための光源ドライバー81に接続されている。また、光源72は、緑色の光を発するものであり、光源72を駆動するための光源ドライバー82に接続されている。また、光源73は、青色の光を発するものであり、光源73を駆動するための光源ドライバー83に接続されている。
各駆動ドライバー81、82、83は、制御部6Aに接続されていて、この制御部6Aからの信号に基づき作動する。ここで、制御部6Aは、図示しないホストコンピュータから画像情報(画像信号)を受け、この画像情報に応じて、各駆動ドライバー81、82、83を作動させる。また、制御部6Aは、図示しない検知手段によって検知されたアクチュエータ1(質量部211)の挙動情報に基づき電源回路5の駆動を制御するようになっている。
The light source 71 emits red light and is connected to a
Each
このような画像形成装置10にあっては、光源71、72、73からクロスダイクロイックプリズム74、ミラー75、およびレンズ76を介してアクチュエータ1(光反射部215)に各色の光が照射される。このとき、光源71からの赤色の光と、光源72からの緑色の光と、光源73からの青色の光とが、クロスダイクロイックプリズム74にて合成される。また、各色の光源71、72、73から出力される光の強度は、図示しないホストコンピュータから受けた画像情報に応じて変化する。
In such an
そして、光反射部215で反射した光(3色の合成光)は、スクリーン197上に照射される。
その際、アクチュエータ1の質量部211の第1の軸線Xまわりの回動により、光反射部215で反射した光は、スクリーン9の横方向に走査(主走査)される。一方、アクチュエータ1の質量部211の第2の軸線Yまわりの回動により、光反射部215で反射した光は、スクリーン9の縦方向に走査(副走査)される。
The light reflected by the light reflecting portion 215 (three colors of combined light) is irradiated on the screen 197.
At this time, the light reflected by the
このようにして画像形成装置10は、スクリーン9上を画像形成(描画)を行う。このような画像形成装置10にあって、アクチュエータ1を1つ設けるだけで、2次元走査、すなわち主走査(水平走査)および副走査(垂直走査)を行うことができ、低コスト化および小型化を図ることができる。
以上、本発明のアクチュエータについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
In this way, the
The actuator of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this. For example, in the actuator of the present invention, the configuration of each part can be replaced with an arbitrary configuration that exhibits the same function, and an arbitrary configuration can be added.
例えば、前述した実施形態では、アクチュエータ1が2対の梁部を備えたもの説明したが、互いに直交する2軸のそれぞれの軸まわりに質量部を回動させることができれば、梁部は1対であっても3対以上であってもよい。
また、梁の形状、大きさ、配置なども、互いに直交する2軸のそれぞれの軸まわりに質量部を回動させることができれば、前述した実施形態のものに限定されない。
For example, in the embodiment described above, the actuator 1 has been described as including two pairs of beam portions. However, if the mass portion can be rotated around each of two axes orthogonal to each other, the beam portion is a pair. Or three or more pairs.
Further, the shape, size, arrangement, and the like of the beam are not limited to those of the above-described embodiment as long as the mass part can be rotated around the two axes orthogonal to each other.
また、前述した実施形態では、圧電素子が梁部の上面のみに接合されているが、圧電素子が梁部の下面に接合されていてもよく、複数の梁部間において圧電素子が梁部の上面に接合されているものと下面に接合されているものとが混在していてもよい。このような場合、複数の圧電素子が第1の軸線および/または第2の軸線に対し対称に設けられているのが好ましい。これにより、位相差をもった複数種の電圧を第1の電源発生部および第2の電源発生部で発生させる必要がなくなり、第1の電源発生部および第2の電源発生部の構成を簡単にすることができる。 In the above-described embodiment, the piezoelectric element is bonded only to the upper surface of the beam portion. However, the piezoelectric element may be bonded to the lower surface of the beam portion. What is joined to the upper surface and what is joined to the lower surface may be mixed. In such a case, it is preferable that the plurality of piezoelectric elements be provided symmetrically with respect to the first axis and / or the second axis. This eliminates the need to generate a plurality of types of voltages having phase differences in the first power generation unit and the second power generation unit, and simplifies the configuration of the first power generation unit and the second power generation unit. Can be.
また、前述した実施形態では、平面視にて第1の軸線や第2の軸線に対しほぼ対称(左右対称)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。
また、前述した実施形態では、光反射部が質量部の上面(支持基板とは逆側の面)に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆の面に設けられている構成であってもよいし、両方の面に設けられている構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the structure in which the shape is substantially symmetric (left-right symmetric) with respect to the first axis and the second axis in plan view has been described. However, the structure may be asymmetric.
In the above-described embodiment, the configuration in which the light reflecting portion is provided on the upper surface of the mass portion (the surface opposite to the support substrate) has been described. For example, in the configuration provided on the opposite surface. There may be a configuration provided on both sides.
1……アクチュエータ 2……基体 21……振動部 211……質量部 212、213……弾性部 214……枠体 215……光反射部 22、23、24、25……梁部 26……支持部 3……支持基板 31……開口部 41、42、43、44……圧電素子 5……電源回路 51……第1の電圧発生部 52……第2の電圧発生部 53……電圧重畳部 531、532、533、534……加算器 6、6A……制御部 7……光照射装置 71、72、73……光源 74……クロスダイクロイックプリズム 75……ミラー 76……レンズ 81、82、83……駆動ドライバー 9……スクリーン 10……画像形成装置 X……第1の軸線 Y……第2の軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、質量部と、
前記質量部を第1の軸線まわりに回動可能に支持する1対の弾性部と、
前記1対の弾性部を支持し、前記質量部の外周を囲む枠体と、
前記枠体を前記第1の軸線および前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに回動可能に支持する1対の枠体支持部と、
前記枠体支持部の各々に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記1対の枠体支持部の各々は、1対の梁部を有し、
前記1対の梁部の各々は、前記第1の軸線に対して平行な方向が長手方向となる長手形状をなし、
前記圧電素子は、前記1対の梁部の各々に設けられ、当該梁部を曲げ変形させ、
前記電圧印加手段は、第1の周波数を有する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、第2の周波数を有する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、
前記第1の電圧は、前記質量部が前記第1の軸線まわりに回動するように前記各圧電素子に印加されるものであり、前記第2の電圧は、前記質量部が前記第2の軸線まわりに回動するように前記各圧電素子に印加されるものであり、
前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部が前記第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動しつつ前記第2の軸線まわりに前記第2の周波数で回動するように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、質量部を互いに直交する2軸のそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The actuator of the present invention includes a mass part,
An elastic portion of a pair of rotatably supported to the mass portion about the first axis,
A frame that supports the pair of elastic portions and surrounds an outer periphery of the mass portion;
A pair of frame support portions that rotatably support the frame body around a first axis and a second axis orthogonal to the first axis ;
A piezoelectric element bonded to each of the frame support parts ;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements,
Each of the pair of frame support portions has a pair of beam portions;
Each of the pair of beam portions has a longitudinal shape in which a direction parallel to the first axis is a longitudinal direction,
The piezoelectric element is provided in each of the pair of beam portions, and the beam portions are bent and deformed.
It said voltage applying means includes a first voltage generator for generating a first voltage having a first frequency, a second voltage generator for generating a second voltage having a second frequency, the first A voltage superimposing unit that superimposes the voltage of 1 and the second voltage,
The first voltage is applied to each of the piezoelectric elements so that the mass portion rotates around the first axis, and the second voltage is applied to the second mass portion by the second mass portion. Applied to each piezoelectric element so as to rotate about an axis,
By applying a voltage that is superimposed by the voltage superimposing unit to each piezoelectric element, the around the second axis wherein the parts by weight being rotated at the first frequency around the first axis a It is configured to rotate at a frequency of 2.
Thereby, the mass part can be rotated around the two axes orthogonal to each other while reducing the cost and the size.
本発明のアクチュエータでは、前記質量部は、板状をなしており、前記質量部を板厚方向から平面視したときに、前記1対の枠体支持部は、前記質量部の中心に対して点対称となるように設けられていることが好ましい。
これにより、より簡単な構成でかつより円滑に、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, the mass portion has a plate shape, and when the mass portion is viewed in plan from the thickness direction , the pair of frame body support portions are located with respect to the center of the mass portion. It is preferable that they are provided so as to be point-symmetric.
Thereby, the mass portion is rotated at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions at the second frequency around the second axis with a simpler configuration and more smoothly. It can be rotated.
本発明のアクチュエータでは、前記各圧電素子は、対応する前記梁部の長手方向に伸縮することにより、前記各梁部を曲げ変形させることが好ましい。
これにより、より低電圧でかつより大きな回動角で、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that each piezoelectric element bends and deforms each beam portion by expanding and contracting in a longitudinal direction of the corresponding beam portion.
Accordingly, the mass portion is rotated at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency with the lower voltage and the larger rotation angle, and the second axis around the second axis. It can be rotated at a frequency.
本発明のアクチュエータでは、前記各圧電素子は、対応する前記梁部の長手方向でのほぼ全域に亘って設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータの小型化を図りつつ、質量部の回動角を大きくすることができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the piezoelectric elements is provided over almost the entire region in the longitudinal direction of the corresponding beam portion.
Thereby, the rotation angle of the mass portion can be increased while reducing the size of the actuator.
本発明のアクチュエータでは、前記第1の周波数は、前記第2の周波数よりも大きいことが好ましい。
これにより、より確実かつより円滑に、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに第1の周波数で回動させつつ第2の軸線まわりに第2の周波数で回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記第1の周波数が、前記質量部と前記1対の弾性部とで構成される振動系のねじり共振周波数と一致していることが好ましい。
これにより、質量部を1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに共振駆動させることができるため、質量部を低電力で大きく回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記質量部は、光反射性を有する光反射部を備えていることが好ましい。
これにより、本発明のアクチュエータを光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに適用することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the first frequency is higher than the second frequency.
Accordingly, the mass portion is rotated at the second frequency around the second axis while being rotated at the first frequency around the first axis along the pair of elastic portions, more reliably and smoothly. be able to.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the first frequency matches a torsional resonance frequency of a vibration system including the mass portion and the pair of elastic portions .
Thereby, since the mass part can be resonantly driven around the first axis along the pair of elastic parts, the mass part can be largely rotated with low power.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the mass portion includes a light reflecting portion having light reflectivity.
Thereby, the actuator of this invention is applicable to optical devices, such as an optical scanner, an optical switch, and an optical attenuator.
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を第1の軸線まわりに回動可能に支持する1対の弾性部と、
前記1対の弾性部を支持し、前記質量部の外周を囲む枠体と、
前記枠体を前記第1の軸線および前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに回動可能に支持する1対の枠体支持部と、
前記枠体支持部の各々に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記1対の枠体支持部の各々は、1対の梁部を有し、
前記1対の梁部の各々は、前記第1の軸線に対して平行な方向が長手方向となる長手形状をなし、
前記圧電素子は、前記1対の梁部の各々に設けられ、当該梁部を曲げ変形させ、
前記電圧印加手段は、第1の周波数を有する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、第2の周波数を有する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、
前記第1の電圧は、前記質量部が前記第1の軸線まわりに回動するように前記各圧電素子に印加されるものであり、前記第2の電圧は、前記質量部が前記第2の軸線まわりに回動するように前記各圧電素子に印加されるものであり、
前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部が前記第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動しつつ前記第2の軸線まわりに前記第2の周波数で回動するように構成されていることを特徴とする。
これにより、1つの光スキャナで主走査および副走査を行うことができ、その結果、低コスト化および小型化を図ることができる。
The optical scanner of the present invention includes a mass part including a light reflecting part having light reflectivity,
An elastic portion of a pair of rotatably supported to the mass portion about the first axis,
A frame that supports the pair of elastic portions and surrounds an outer periphery of the mass portion;
A pair of frame support portions that rotatably support the frame body around a first axis and a second axis orthogonal to the first axis ;
A piezoelectric element bonded to each of the frame support parts ;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements,
Each of the pair of frame support portions has a pair of beam portions;
Each of the pair of beam portions has a longitudinal shape in which a direction parallel to the first axis is a longitudinal direction,
The piezoelectric element is provided in each of the pair of beam portions, and the beam portions are bent and deformed.
It said voltage applying means includes a first voltage generator for generating a first voltage having a first frequency, a second voltage generator for generating a second voltage having a second frequency, the first A voltage superimposing unit that superimposes the voltage of 1 and the second voltage,
The first voltage is applied to each of the piezoelectric elements so that the mass portion rotates around the first axis, and the second voltage is applied to the second mass portion by the second mass portion. Applied to each piezoelectric element so as to rotate about an axis,
By applying a voltage that is superimposed by the voltage superimposing unit to each piezoelectric element, the around the second axis wherein the parts by weight being rotated at the first frequency around the first axis a It is configured to rotate at a frequency of 2.
Thereby, main scanning and sub-scanning can be performed with one optical scanner, and as a result, cost reduction and size reduction can be achieved.
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を第1の軸線まわりに回動可能に支持する1対の弾性部と、
前記1対の弾性部を支持し、前記質量部の外周を囲む枠体と、
前記枠体を前記第1の軸線および前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに回動可能に支持する1対の枠体支持部と、
前記枠体支持部の各々に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記1対の枠体支持部の各々は、1対の梁部を有し、
前記1対の梁部の各々は、前記第1の軸線に対して平行な方向が長手方向となる長手形状をなし、
前記圧電素子は、前記1対の梁部の各々に設けられ、当該梁部を曲げ変形させ、
前記電圧印加手段は、第1の周波数を有する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、第2の周波数を有する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、
前記第1の電圧は、前記質量部が前記第1の軸線まわりに回動するように前記各圧電素子に印加されるものであり、前記第2の電圧は、前記質量部が前記第2の軸線まわりに回動するように前記各圧電素子に印加されるものであり、
前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部が前記第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動しつつ前記第2の軸線まわりに前記第2の周波数で回動するように構成されていることを特徴とする。
これにより、1つの光スキャナで主走査および副走査を行うことができ、その結果、低コスト化および小型化を図ることができる。
An image forming apparatus according to the present invention includes a mass part including a light reflecting part having light reflectivity,
An elastic portion of a pair of rotatably supported to the mass portion about the first axis,
A frame that supports the pair of elastic portions and surrounds an outer periphery of the mass portion;
A pair of frame support portions that rotatably support the frame body around a first axis and a second axis orthogonal to the first axis ;
A piezoelectric element bonded to each of the frame support parts ;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements,
Each of the pair of frame support portions has a pair of beam portions;
Each of the pair of beam portions has a longitudinal shape in which a direction parallel to the first axis is a longitudinal direction,
The piezoelectric element is provided in each of the pair of beam portions, and the beam portions are bent and deformed.
It said voltage applying means includes a first voltage generator for generating a first voltage having a first frequency, a second voltage generator for generating a second voltage having a second frequency, the first A voltage superimposing unit that superimposes the voltage of 1 and the second voltage,
The first voltage is applied to each of the piezoelectric elements so that the mass portion rotates around the first axis, and the second voltage is applied to the second mass portion by the second mass portion. Applied to each piezoelectric element so as to rotate about an axis,
By applying a voltage that is superimposed by the voltage superimposing unit to each piezoelectric element, the around the second axis wherein the parts by weight being rotated at the first frequency around the first axis a It is configured to rotate at a frequency of 2.
Thereby, main scanning and sub-scanning can be performed with one optical scanner, and as a result, cost reduction and size reduction can be achieved.
このような振動部21の枠体214は、2対の梁部22、23、24、25(1対の枠体支持部)を介して支持部26に支持されている。すなわち、枠体214および2対の梁部22、23、24、25は、振動系を構成している。
2対の梁部22、23、24、25は、振動部21を介して、一方の側に1対の梁部22、23(枠体支持部)が設けられ、他方の側に1対の梁部24、25(枠体支持部)が設けられている。
The
The two pairs of
Claims (13)
前記振動部を支持する少なくとも1対の梁部と、
前記各梁部上に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段が前記各圧電素子に電圧を印加することにより、前記各梁部を曲げ変形させ、これに伴い、前記振動部を駆動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記電圧印加手段は、第1の周波数で周期的に変化する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、前記第1の周波数と異なる第2の周波数で周期的に変化する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部を前記1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動させつつ前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに前記第2の周波数で回動させるように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。 A vibration part comprising a mass part and a pair of elastic parts supporting the mass part;
At least one pair of beam portions supporting the vibrating portion;
A piezoelectric element joined on each beam part;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements,
The voltage applying means applies a voltage to each piezoelectric element to bend and deform each beam part, and in accordance with this, the actuator is configured to drive the vibration part,
The voltage applying means includes a first voltage generator that generates a first voltage that periodically changes at a first frequency, and a second that periodically changes at a second frequency different from the first frequency. And a voltage superimposing unit that superimposes the first voltage and the second voltage, and the voltage superimposed by the voltage superimposing unit is applied to each piezoelectric element. By applying, the mass portion is rotated around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency while the second portion is orthogonal to the first axis. 2. An actuator configured to rotate at a frequency of 2.
前記振動部を支持する曲げ変形可能な少なくとも1対の梁部と、
前記各梁部上に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段が前記各圧電素子に電圧を印加することにより、前記各梁部を曲げ変形させ、これに伴い、前記振動部を駆動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記電圧印加手段は、第1の周波数で周期的に変化する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、前記第1の周波数と異なる第2の周波数で周期的に変化する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部を前記1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動させつつ前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに前記第2の周波数で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。 A vibration part including a mass part provided with a light reflection part having light reflectivity, and a pair of elastic parts supporting the mass part;
At least one pair of bending-deformable beam portions supporting the vibrating portion;
A piezoelectric element joined on each beam part;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements,
The voltage application means applies a voltage to each piezoelectric element to bend and deform each beam part, and accordingly, drive the vibration part and scan the light reflected by the light reflection part. A configured optical scanner comprising:
The voltage applying means includes a first voltage generator that generates a first voltage that periodically changes at a first frequency, and a second that periodically changes at a second frequency different from the first frequency. And a voltage superimposing unit that superimposes the first voltage and the second voltage, and the voltage superimposed by the voltage superimposing unit is applied to each piezoelectric element. By applying, the mass portion is rotated around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency while the second portion is orthogonal to the first axis. An optical scanner configured to rotate at a frequency of 2.
前記振動部を支持する曲げ変形可能な少なくとも1対の梁部と、
前記各梁部上に接合された圧電素子と、
前記各圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記光反射部に光を照射する光照射手段とを有し、
前記電圧印加手段が前記各圧電素子に電圧を印加することにより、前記各梁部を曲げ変形させ、これに伴い、前記振動部を駆動させ、前記光反射部で反射した光を走査して、対象物上に画像を形成するように構成された画像形成装置であって、
前記電圧印加手段は、第1の周波数で周期的に変化する第1の電圧を発生する第1の電圧発生部と、前記第1の周波数と異なる第2の周波数で周期的に変化する第2の電圧を発生する第2の電圧発生部と、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記各圧電素子に印加することにより、前記質量部を前記1対の弾性部に沿った第1の軸線まわりに前記第1の周波数で回動させつつ前記第1の軸線に直交する第2の軸線まわりに前記第2の周波数で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。 A vibration part including a mass part provided with a light reflection part having light reflectivity, and a pair of elastic parts supporting the mass part;
At least one pair of bending-deformable beam portions supporting the vibrating portion;
A piezoelectric element joined on each beam part;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the piezoelectric elements;
Light irradiating means for irradiating light to the light reflecting portion,
The voltage application means applies a voltage to each piezoelectric element to bend and deform each beam part, and accordingly, drive the vibration part and scan the light reflected by the light reflection part, An image forming apparatus configured to form an image on an object,
The voltage applying means includes a first voltage generator that generates a first voltage that periodically changes at a first frequency, and a second that periodically changes at a second frequency different from the first frequency. And a voltage superimposing unit that superimposes the first voltage and the second voltage, and the voltage superimposed by the voltage superimposing unit is applied to each piezoelectric element. By applying, the mass portion is rotated around the first axis along the pair of elastic portions at the first frequency while the second portion is orthogonal to the first axis. An image forming apparatus configured to rotate at a frequency of 2.
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