JP2016033651A - 光偏向器、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ミラー部の重心位置に対する弾性支持部材のずれ量を大きくすることなくミラー部の振動に係るモーメントを大きくすることができ、破損や故障の発生を抑制しつつ光走査装置の性能向上に寄与できる光偏向器を提供する。【解決手段】光偏向器２は、光反射面４を有するミラー部６と、トーションバー８、１０と、駆動梁１２、１４と、ベース部材１６とを備えている。ミラー部６の光反射面４と反対側には、円筒状のリブ１８が一体に形成されている。駆動梁１２、１４の表面には、圧電体２０が膜状に固定され、ユニモルフ構造の駆動梁を形成している。リブ１８の中心Ｒｃはミラー部６の中心Ｍｃに対してずれており、これによりリブ１８を含むミラー部の重心が、光反射面の法線方向から見たミラー部の形状中心ＭＦｃに対してずれている。これによってミラー部の中心に対してトーションバー８、１０を大きくずらしたのと同様の効果を得ることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光等の光線を偏向走査する光偏向器、該光偏向器を有する光走査装置、該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、あるいはこられのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置、前記光偏向器を有する画像投影装置、及び前記画像投影装置を有するヘッドアップディスプレイに関する。

光偏向器としての偏向ミラーには、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、平行平板型の電極を有するタイプと櫛歯型の電極を有するタイプとがあり、櫛歯型の電極を有するタイプ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。

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の弾性部材に張り合わせてユニモルフ構造、バイモルフ構造とすることで、圧電力による面内方向の僅かな歪みを梁状部材の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。

ミラー部を支持する一対の弾性支持部材（トーション梁）の他端を、ベース台に固定された曲げ変形可能な一対の板ばね（駆動梁）で支持し、駆動梁の曲げ変形によってミラー部を回転振動させる構成も知られている（例えば、特許文献１）。
トーション梁の軸心はミラー部の重心位置からずれている。
駆動梁に固定された圧電体に電圧を印加することにより、圧電体が伸縮して駆動梁の曲げ変形が生じる。
駆動梁の振動方向はミラー部の光反射面の略法線方向であるが、トーション梁がミラー部の重心からずれていることで発生するモーメントによってミラー部が回転振動する。
このとき、トーション梁は主にその軸心を中心にして捻り変形しながらミラー部の回転振動を支持する。

上記のようなマイクロマシン技術を用いた光走査装置では、小型化、高速化に伴い、駆動時に光偏向器のミラー部の光反射面が歪み、ビームスポットの形状が劣化するという問題もある。
すなわち、ミラー部の駆動周波数が数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚとなると、ミラー部の構造部材であるシリコン材料が変形し、光学的に必要な平面精度が確保できなくなる場合がある。
この問題に対処すべく、ミラー部の光反射面と反対側にリブを設けて機械的強度を増加させ、光反射面の動的歪みを抑制する構成も提案されている（例えば、特許文献２）。

特許文献１等に記載の構成において、光走査装置の性能を向上させるため、ミラー部の径を大きくしたり、ミラー部の振幅角（偏向角）を大きくしたり、共振周波数を増加（高速化）させる場合には、ミラー部の重心位置（＝中心位置）に対するトーション梁のずれ量を大きくしてモーメントを大きくするように設計する必要がある。
しかしながら、トーション梁のずれ量を大きくすると、ミラー部に対するトーション梁の非対称性が大きくなる。
ミラー部はミラー中心で回転するように設計するため、トーション梁のずれ量が大きくなると、トーション梁の軸心とミラー部の回転中心とがずれてしまい、トーション梁にはその軸を中心とする捻り以外の変形（曲げ等）が生じるため、破損や故障を生じやすくなるという問題があった。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、ミラー部の重心位置に対する弾性支持部材のずれ量を大きくすることなくミラー部の振動に係るモーメントを大きくすることができ、破損や故障の発生を抑制しつつ光走査装置の性能向上に寄与できる光偏向器の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光偏向器は、光反射面を有するミラー部と、一端が前記ミラー部に固定され、前記ミラー部を回転振動可能に支持する一対の弾性支持部材と、電圧を印加することにより変形する構成を有し、一端が前記弾性支持部材の他端側に固定された一対の駆動梁と、前記一対の駆動梁の他端側が片持ち状態で固定されたベース部材と、を備え、電圧印加による前記駆動梁の変形が前記弾性支持部材を介して伝達されることにより前記ミラー部が回転振動するものであり、前記ミラー部の重心が、前記光反射面の法線方向から前記ミラー部を投影して得られる平面形状の重心位置である前記ミラー部の形状中心に対してずれている。

本発明によれば、ミラー部の重心位置に対する弾性支持部材のずれ量を大きくすることなくミラー部の振動に係るモーメントを大きくすることができ、破損や故障の発生を抑制しつつ光走査装置の性能向上に寄与できる。

本発明の第１の実施形態に係る光偏向器の斜視図である。 図１の光偏向器を示す図で、（ａ）は光反射面の法線方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 ミラー部をその裏面側から見た図である。 電圧印加の配線構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。 ベース部材の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る光偏向器を示す図で、（ａ）は光反射面の法線方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 （ａ）は第２の実施形態のミラー部をその裏面側から見た図、（ｂ）はその変形例を示す図である。 第３の実施形態に係る光偏向器を示す図で、（ａ）は光反射面の法線方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 （ａ）は第３の実施形態のミラー部をその裏面側から見た図、（ｂ）はその変形例を示す図、（ｃ）はさらに別の変形例を示す図である。 第３の実施形態のミラー部の他の変形例を示す図である。 第４の実施形態に係る光偏向器を示す図で、（ａ）は光反射面の法線方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 第４の実施形態のミラー部をその裏面側から見た図である。 第５の実施形態に係る光偏向器を示す図で、（ａ）は光反射面の法線方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 第６の実施形態に係る光偏向器を示す図で、（ａ）は光反射面の法線方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 第６の実施形態のミラー部をその裏面側から見た図である。 第７の実施形態に係る光偏向器を示す図で、（ａ）は光反射面の法線方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 第７の実施形態のミラー部をその裏面側から見た図である。 第８の実施形態（光走査装置）を示す斜視図である。 第８の実施形態の偏向ミラーの駆動構成を示す斜視図である。 第９の実施形態（画像形成装置）を示す図である。 第１０の実施形態（画像投影装置）を示す概念図である。 画像投影装置の要部斜視図である。 第１１の実施形態（ヘッドアップディスプレイ）の要部構成図である。 車内におけるヘッドアップディスプレイの位置と該ヘッドアップディスプレイによって投射された像の視認位置との関係を示す図である。 ヘッドアップディスプレイの画像形成部の構成を示す図である。 従来の光偏向器を示す図で、（ａ）は光反射面の法線方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 従来の光偏向器におけるトーションバーのずれ量を示す図で、ミラー部をその裏面側から見た図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図５に基づいて第１の実施形態を説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る光偏向器２は、１方向に光を偏向する偏向ミラーである。
光偏向器２は、光反射面４を有するミラー部６と、一端がミラー部６に固定され、ミラー部６を回転振動可能に支持する一対の弾性支持部材としてのトーションバースプリング８、１０と、一端がトーションバースプリング８、１０の他端側に固定された一対の梁状部材としての駆動梁１２、１４と、駆動梁１２、１４の他端側が固定されたベース部材１６とを備えている。
ミラー部６の光反射面４と反対側には、ミラー部の機械的強度を補強して光反射面４の歪みを抑制する円筒状のリブ１８が一体に形成されている。
以下においては、トーションバースプリングをトーションバーと略記する。

駆動梁１２、１４はベース部材１６に該ベース部材１６から同一方向に突出するように固定され、トーションバー８、１０の片側にのみ配置されている。
すなわち、ミラー部６と一対のトーションバー８、１０とが、一対の駆動梁１２、１４を介してベース部材１６に対して片持ち状態で支持された構成となっている。

駆動梁１２、１４の表面には、圧電材料（以下、「圧電体」という）２０が膜状に固定され、全体として平板短冊状のユニモルフ構造の駆動梁を形成している。
本実施形態では、シリコン材料でＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、ミラー部６、トーションバー８、１０、駆動梁１２、１４を一体で形成している。
ミラー部６では、シリコン基板の表面にアルミニウムや銀などの金属の薄膜を形成することによって光反射面４を形成している。
電圧印加による駆動梁１２、１４の曲げ変形（後述）がトーションバー８、１０を介して伝達されることによりミラー部６を回転させるモーメントが生じる。ミラー部６が回転するとトーションバー８、１０が捻り変形し、ミラー部６を元に戻す弾性力が生じる。
これが繰り返されることにより、ミラー部６は一定の振幅で回転振動する。

回転振動とは、軸心回りに所定角度の範囲で一方向の回転と逆方向の回転（戻り）とを繰り返す動作を意味する。

図１、２では圧電体２０に電界を与えるための配線を省略したが、図４に基づいてその構成を説明する。
図４（ａ）は駆動梁のベース部材１６側端部付近の配線パターンを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。
図４に示すように、駆動梁１２、１４の表面に下部電極２２が設けられ、その上に圧電体２０、上部電極２４が設けられている。最表面には絶縁層２６が設けられている。
駆動梁の上に下部電極、圧電体、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）、上部電極及び下部電極は白金（Ｐｔ）、圧電材料はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが使用できる。
図４において、符号２８、３０はコンタクトホールを、３２、３４はアルミ配線（断面表示を省略）を示している。

圧電体２０に電圧を印加するための配線パターンは、一対の駆動梁１２、１４の中央の部位に接続されている。図４（ａ）では絶縁層２６は省略している。
このようにランド部から配線を引き出し、上部電極２４と下部電極２２との間に電圧を印加すると、圧電体２０の体積が電歪特性により変化し、駆動梁の表面の面内方向に圧電体２０が伸縮することで駆動梁１２、１４が反って、曲げ変形する。
圧電体２０へ正弦波形の電圧を印加することによって、一対の駆動梁１２、１４は、ミラー部６の光反射面４の略法線方向への曲げ変形を繰り返し、振動する。

図２に示すように、トーションバー８、１０の軸心Ｔｃは、ミラー部６の中心Ｍｃに対して、ずれている。
換言すれば、トーションバー８、１０の軸心Ｔｃに対して、ミラー部６の中心Ｍｃがベース部材１６側、すなわち駆動梁１２、１４の固定端側にずれている。
このため、駆動梁１２、１４の曲げ変形による振動によってミラー部６を回転させるモーメントが生じ、これによってミラー部６は回転振動する。
このとき、ミラー部６を支持するトーションバー８、１０は、主にその軸心Ｔｃに対して捻り変形する。

本実施形態では圧電体２０を成膜プロセスによって製作した例を説明したが、バルクの材料を貼り付ける方法で製作してもよい。

トーションバー８、１０と駆動梁１２、１４とが、それらの長手方向が略直交するように配置されているため、駆動梁１２、１４の曲げ変形で発生する回転力を効率よくトーションバー８、１０の捻り方向の変形に変換することができる。
駆動梁１２、１４は、自由端側でトーションバー８、１０とミラー部６を片持ちした構造となっているため、ミラー部６を大きな振幅で振動させることができる。

上述のように、光走査装置の性能を向上させるため、ミラー部の径を大きくしたり、ミラー部の振幅角を大きくしたり、共振周波数を増加させる場合には、ミラー部の重心位置（＝中心位置）に対するトーションバーのずれ量Ｔｄを大きくする必要がある。
すなわち、従来においては、図２６に示すように、ミラー部６の重心位置Ｍｃに対してトーションバー８、１０のずれ量を大きくする必要があった。
しかしながら、トーションバーのずれ量を大きくすると、図２７に示すように、ミラー部６の中心Ｍｃを通りトーションバーの軸心Ｔｃに平行な線Ｌを基準とした場合、ミラー部６に対するトーションバーの非対称性が大きくなって破損や故障を生じやすくなる。
ミラー部はミラー中心で回転するように設計するため、トーションバーのずれ量が大きくなると、トーションバーの軸心Ｔｃとミラー部の回転中心とがずれてしまい、トーションバーにはその軸心を中心とする捻り以外の変形（曲げ等）が加味されるためである。

本実施形態ではこの問題を解消するために、ミラー部の重心が、光反射面４の法線方向からミラー部６を投影して得られる平面形状の重心位置であるミラー部６の形状中心に対してずれている構成としている。
図３はミラー部６を裏面側（光反射面の反対側）から見た図である。
図３に示すように、ミラー部６の形状中心ＭＦｃに対して、トーションバー８、１０の軸心Ｔｃがベース部材１６側と反対側にずれているとともに、リブ１８の中心Ｒｃがベース部材１６側にずれている。符号Ｒｄはリブのずれ量を示している。
リブ１８の中心Ｒｃがミラー部６の中心Ｍｃに対してベース部材１６側にずれているため、リブ１８を一体に有するミラー部６の重心は、ミラー部６の形状中心ＭＦｃからベース部材１６側へずれていることになる。

すなわち、ミラー部の重心は、ミラー部６の形状中心に対して、光反射面４に平行な方向であってミラー部６の回転軸心に垂直な方向にずれている。
トーションバー８、１０は、ミラー部の重心がミラー部の形状中心に対してずれている方向と逆の方向に、ミラー部の形状中心に対してずれている。

リブ１８を一体に有するミラー部６の重心は、ミラー部６の形状中心ＭＦｃとリブ１８の中心Ｒｃとの間に存在する。
換言すれば、リブ１８を含むミラー部６の重心位置は、ミラー部６の形状中心ＭＦｃに対し、駆動梁１２、１４とベース部材１６との接続部に近接する方向にずれている。
このようにすることで、駆動梁１２、１４の振動によってミラー部６に大きなモーメントを発生させ、ミラー部６の回転振幅を大きくすることが可能となる。
すなわち、ミラー部６の中心Ｍｃに対するトーションバーのオフセットによる従来の「ミラー部を回転させるモーメント」に加え、本実施形態では、ミラー部６の形状中心ＭＦｃに対してミラー部６の重心がずれていることによる「ミラー部を回転させるモーメント」が重畳される。
これによってミラー部６の回転振幅を大きくすることが可能となる。

形状中心ＭＦｃは、立体形状を光反射面の法線方向から投影した平面形状の重心の位置であり、図心と同義である。ミラー部６が法線方向に凹凸を有する形状であっても投影された平面形状は一定となる。
したがって、ミラー部６の形状中心ＭＦｃは、本実施形態のようにミラー部６が正円の場合には、ミラー部６の中心Ｍｃと一致する。

特許文献２等における光反射面の歪み抑制対策は、ミラー部の形状中心に対して対称性をもって構成されているため、ミラー部の重心とミラー部の形状中心とは一致しているといえる。
すなわち、図２７に示すように、従来構成では、リブ１８はその中心Ｒｃがミラー部の中心と一致するように配置されているため、リブ１８を含むミラー部の重心とミラー部の形状中心とは一致することとなる。
したがって、従来構成においては、ミラー部６の形状中心ＭＦｃに対してミラー部６の重心がずれていないため、重心のずれによる「ミラー部を回転させるモーメント」は生じない。

ミラー部６が大振幅かつ高速に回転振動する場合、シリコンによるミラー部６は僅かに変形し、光学的に必要な光反射面４の平面精度が保てなくなる場合があるが、リブ１８によってミラー部６の変形が抑制される。
図３から明らかなように、リブ１８を含めたミラー部６の重心がベース部材１６側に寄るため、結果的にトーションバーの軸心Ｔｃとの間のずれ量が増加したのと同じになり、駆動梁１２、１４が振動したときに発生するミラー部６を回転させるモーメントを増大させることができる。
換言すれば、ミラー部６の中心に対してリブ１８の位置をずらしてミラー部６の重心をずらすことにより、リブによる光反射面の歪み抑制機能を維持しつつ、トーションバーのずれ量Ｔｄを大きくした場合と同様の効果を得ることができる。

光偏向器に必要な特性（振幅角や共振周波数、ミラーサイズ）を同等とすれば、ミラー部６の中心に対してリブ１８をずらすことで、従来と比較してトーションバーのずれ量Ｔｄを小さくすることができる。
実際に振動させたときのミラー部６の回転中心は駆動梁の長さやトーションバーのずれ量などによって変化するので、ミラー部の形状中心に回転中心が一致するように設計する。
しかしながら、ミラー部の形状中心に対するトーションバーのずれ量が大きい場合、回転中心が一致しにくくなる。
回転中心が一致しないと、上述のようにトーションバーにはその軸心を中心とする捻り以外の変形（曲げ等）が生じ、破損や故障を生じやすくなる。
換言すれば、トーションバーのずれ量が大きくなると、トーションバーに掛かる本来の捻り変形に加えてそれ以外の曲げ等の変形が加わり、破損や故障を生じやすくなる。

本実施形態ではリブ１８をずらすことにより、ミラー部の回転中心をミラー部の形状中心に一致させることができ、トーションバーのずれ量を大きくした場合と同様の機能を得ることができる。
これにより、トーションバーに掛かる変形を本来の捻り変形に留めることができ、破損や故障を抑制することができる。

最適なずれ量は、ミラーサイズや共振周波数、求める光偏向器の性能等によって異なる。例えば、ミラーサイズφ１ｍｍ、共振周波数２０ｋＨｚの場合、重心を１００μｍ程度ずらすとミラー部の振動に係るモーメントを十分に大きくすることができる。
このとき、トーションバーの捻り回転軸心Ｔｃに平行な軸に対して非対称にすることで、ミラー部の重心をミラー部の形状中心に対して数μｍ〜数十μｍずらし、さらにトーションバーをミラー部の形状中心からミラー部の重心をずらした方向と逆方向にずらすことで、ミラー部の振動に係るモーメントを、ミラー部の重心を１００μｍ程度ずらした場合と同等にする構成でもよい。

本実施形態では、ミラー部６にリブ１８を付加して重心をずらす構成としたが、ミラー部６の材質を部分的に異ならせ、比重の差によって重心をずらす構成としてもよい。
リブ１８の大きさや質量は、ミラー部６の回転振動における慣性モーメントの影響を抑制する観点から決定される。

圧電体２０に印加する駆動波形はパルスでも、波状でもよく、ミラー部６が回転振動するモードの固有周波数近傍の周波数で行うのが望ましい。
本実施形態では下部電極、上部電極と共に、スパッタにより圧電材料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、ＣＶＤ、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）等で形成しても良い。
駆動梁１２、１４は、梁状部材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、梁状部材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。

本実施形態では、ベース部材１６に向かってミラー部６の重心をミラー部の形状中心ＭＦｃからずらしてしているが、逆方向にずらしてもよい。
ミラー部の重心のずれる方向は、光反射面に平行な方向であって、トーションバーの捻り回転軸に垂直な方向であれば、上記実施例に限定されない。
また、ベース部材１６は、駆動梁および圧電部材、トーションバー、ミラー部を固定できる形状であればどのような形状でもよく、図５に示すように、ミラー部６の周囲を囲むような構成でもよい（他の実施形態において同じ）。

図６及び図７に第２の実施形態を示す。
上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、既にした構成上及び機能上の説明は適宜省略する（以下の他の実施形態において同じ）。
リブの形状や必要なモーメント量にもよるが、リブのオフセットによってトーションバーの軸心とミラー部の形状中心とを一致させることもできる。
すなわち、本発明では、ミラー部の重心がミラー部の形状中心に対してずれているという要件のみでミラー部を回転させるモーメントを得ることができるので、トーションバーのずれ量を０としてもよい。
図６に示すように、トーションバーの軸心Ｔｃはミラー部６の中心Ｍｃに一致しており、トーションバーのずれ量は０となっている。

図７（ａ）は、本実施形態におけるミラー部６を裏面側から見た図である。図７（ｂ）に示すように、リブ１８は楕円状としてもよい。
ミラー部の回転中心をミラー部の形状中心に合わせた設計をすることで、トーションバーには純粋に本来の捻り変形のみが掛かり、破損や故障の限界値を大きくすることができる。

図８乃至図１０に第３の実施形態を示す。
本実施形態では、リブ１８の形状を、ミラー部の形状中心を通り、トーションバーの捻り回転軸心Ｔｃに平行な軸に対して非対称としている。
このようにすることで、重心のずれ量を大きくでき、大きなモーメントを発生させることができる。

リブ１８は、図９（ａ）に示すように、楕円状の筒部１８ａと、該筒部１８ａをトーションバーの捻り回転軸心Ｔｃと直交する方向に貫通する平板部１８ｂとから構成されている。
図９（ｂ）に示すように、半円状の筒部１８ｃと平板部１８ｂとから構成される形状としてもよい。
図９（ｃ）に示すように、図９（ｂ）よりもミラー部６の外周縁から内方に寄せた半円状の筒部１８ｄと、該筒部１８ｄをトーションバーの捻り回転軸心Ｔｃと直交する方向に貫通する平板部１８ｅとから構成される形状としてもよい。
光反射面は、光反射面の外周周辺ほど変形しやすいため、平板部１８ｅを貫通させ、光反射面を可能な限り端まで覆うことで、光反射面の変形をより抑制する効果がある。
図９（ｃ）において、符号Ｍｇはミラー部の重心位置を示す。
また、図１０に示すように、楕円状のリブ１８において、駆動梁１２、１４の固定端側の厚みｔ２を反対側の厚みｔ１よりも大きくして重心のずれ量を大きくする構成としてもよい。

図１１及び図１２に第４の実施形態を示す。
本実施形態では、図１１（ｂ）から明らかなように、リブ１８の光反射面の法線方向における高さを変えてテーパ形状としている。
すなわち、リブ１８における駆動梁１２、１４の固定端側の高さを大きくすることにより、重心のずれを大きくして大きなモーメントが発生するようにしている。
換言すれば、リブ１８は光反射面の法線に対して非対称の形状を有している。
図１２に示すように、リブ１８の中心Ｒｃとミラー部６の中心Ｍｃとは一致しており、慣性モーメントの影響を受けにくい構成となっている。

図１３に第５の実施形態を示す。
本実施形態では、リブ１８を設けずにミラー部６の厚みを変えることにより、重心のずれを大きくして大きなモーメントが発生するようにしている。
すなわち、ミラー部６における駆動梁１２、１４の固定端側の厚みを大きくしている。換言すれば、ミラー部６は光反射面の法線に対して非対称のテーパ形状を有している。
リブ１８による補強は、ミラー部６の厚みの大きさによって担っている。
ミラー部６の厚みの変化だけで光反射面の歪み抑制が十分でない場合には、図１４及び図１５に示すように、さらにリブ１８を付加する構成としてもよい（第６の実施形態）。

図１６及び図１７に第７の実施形態を示す。
リブ１８の形状は、図７（ｂ）で示したものと同様の楕円状であるが、駆動梁１２、１４の固定端側略半分の材質が異なって比重が大きい。
比重の大きな部分がミラー部の形状中心よりも駆動梁の固定端側にずれるようにリブ１８を配置することで大きなモーメントが発生する。

上記各実施形態では、ベース部材１６を固定部材として位置付け、これに支持されたミラー部６を回転振動させる構成とした。
図５で示したようにベース部材１６を１つの枠体として構成し、ベース部材自体をミラー部６とは異なる方向に回転振動させるようにすれば、二次元走査が可能となる。

図１８及び図１９に第８の実施形態（光走査装置）を示す。
図１８に示すように、光源としてのレーザ素子５０からのレーザ光はコリメート光学系５２を経た後、偏向ミラー２により偏向される。
偏向されたビームは、ｆθレンズ５４、トロイダルレンズ５６及びミラー５８からなる結像光学系で感光ドラム等の被走査面６０にスポット状に結像する。
偏向ミラー２は、上記各実施形態で説明した光偏向器である。

図１９に示すように、光走査装置には偏向ミラー２を駆動するミラー駆動手段６２が配置されている。
図４に示した如き下部電極及び上部電極はミラー駆動手段６２と電気的に接続されている。ミラー駆動手段６２は下部電極と上部電極間に駆動電圧を印加する。
本実施形態に係る光走査装置は、写真印刷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走査装置として好適である。

図２０に第９の実施形態（画像形成装置）を示す。
上記各実施形態で示した光偏向器２を備えた光書き込みユニット（光走査装置）６２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６４は光書き込みユニット６２による走査対象としての被走査面を有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６２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６４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６４は矢印６６方向に回転駆動され、帯電手段６８により帯電された表面に光走査装置６２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。
静電潜像は現像手段７０でトナー像に可視像化され、トナー像は転写手段７２で被転写体としての記録紙７４に転写される。
転写されたトナー像は定着手段７６によって記録紙７４に定着される。
感光体ドラム６４の転写手段７２との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７８で残留トナーを除去される。

感光体ドラム６４に代えてベルト状の感光体を用いてもよい。
また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、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中間転写方式の構成としてもよい。
光書き込みユニット６２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８０と、光源を変調する光源駆動手段８２と、上記各実施形態で説明した光偏向器２と、光偏向器２の光反射面に光源部８０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８４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６４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８６などから構成される。
光偏向器２は、その駆動のための集積回路８８とともに回路基板９０に実装された形で光書き込みユニット６２に組み込まれている。

光偏向器２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。
光偏向器２のミラー部の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静音化の改善に有利である。
光走査装置６２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、光偏向器２の発熱量も僅かであるため、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７４の搬送機構、感光体ドラム６４の駆動機構、現像手段７０、転写手段７２などの制御手段、光源部８０の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様であるため図中省略している。

図２１及び図２２に第１０の実施形態（画像投影装置）を示す。
図２１は、本実施形態に係る画像投影装置の概念図、図２２はその全体斜視図である。
画像投影装置には、異なる３波長のレーザ光を出射するレーザ光源９２Ｒ、９２Ｇ、９２Ｂと、それぞれの光源の出射端近傍に配置され、レーザ光源からの発散光を略平行光にする集光レンズ９４Ｒ、９４Ｇ、９４Ｂが配置されている。
レーザ光源９２Ｒから赤色のレーザ光ＬＲが、レーザ光源９２Ｇからは緑色のレーザ光ＬＧが、レーザ光源９２Ｂからは青色のレーザ光ＬＢがそれぞれ出射される。
レーザ光ＬＲはミラー９３で反射されてハーフミラー９５を透過し、レーザ光ＬＧハーフミラー９５で反射される。

略平行になったレーザ光は合成プリズム９６によって合成され、ＭＥＭＳの二次元反射角度可変ミラー９８に入射される。
二次元反射角度可変ミラー９８は、上記各実施形態で説明した光偏向器と同様の構成である。
二次元反射角度可変ミラー９８は、直交した２つの方向に所定角度（例えば１０ｄｅｇ程度）の振幅で振動をする。
二次元反射角度可変ミラー９８は一個で二次元のものではなく、一次元走査のものを二つ組み合わせてもよい。
また、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。

３波長のレーザ光源は、それぞれ二次元反射角度可変ミラー９８によって偏向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１００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を駆動している。

図２３乃至図２５に第１１の実施形態（ヘッドアップディスプレイ）を示す。
本実施形態のヘッドアップディスプレイは、上記各実施形態で説明した偏向ミラーを有する画像投影装置を備えている。
ヘッドアップディスプレイ装置の全体概念図を図２３に示す。本実施形態のヘッドアップディスプレイは、車のフロントガラスを投射面の一部として使用したウィンドウシールド方式のヘッドアップディスプレイである。
図２３に示すように、ヘッドアップディスプレイ１２０は、筐体１２２と、筐体１２２内に収容された画像形成部１２４等を備えている。
画像形成部１２４は、筐体１２２の底面に配置されたベース１２６に防振材１２８を介して設置されている。

画像形成部１２４で形成された画像は後述するスクリーンから出射され、画像投射手段としての投射ミラー１３０で反射された後、出射窓１３２を通ってフロントガラス１３４に照射される。
図２４に示すように、この反射光がドライバーの目に届くようになっており、ドライバーから見るとフロントガラスの数ｍ先（視認領域）にスクリーンに照射した像が虚像１３６として認識される。

図２５に示すように、画像形成部１２４は、第１０の実施形態で示した画像投影装置１３８を有している。
ここでは、レーザ光源９２は１個しか図示しないが、上記実施形態と同様に３色のレーザを利用してカラー表示を行うことが可能である。
レーザ光源９２から出射されたレーザ光はカップリングレンズ９４で略平行光のビームになり二次元反射角度可変ミラー９８に照射される。
入射光は二次元反射角度可変ミラー９８で主走査方向と副走査方向の２軸方向に走査され、走査ミラー１４０を介してスクリーン１４２に照射される。
ここで図示しないレーザ変調手段にてレーザ光源を変調することで所望の画像を形成することができる。
スクリーン１４２は拡散板やマイクロレンズなどで形成されており、ここで形成された中間像を投射系のミラー１３０、フロントガラス１３４を介してドライバーが虚像として視認する。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

本発明は、バーコードスキャナやレーザレーダなどにも応用することができる。

２ 光偏向器
４ 光反射面
６ ミラー部
８、１０ 弾性支持部材としてのトーションバースプリング
１２、１４ 駆動梁
１６ ベース部材
２０ 圧電体
ＭＦｃ ミラー部の形状中心

特開２０１１−１８０２６号公報 特開２０１０−１２８１１６号公報

Claims (12)

1. 光反射面を有するミラー部と、
   一端が前記ミラー部に固定され、前記ミラー部を回転振動可能に支持する一対の弾性支持部材と、
   電圧を印加することにより変形する構成を有し、一端が前記弾性支持部材の他端側に固定された一対の駆動梁と、
   前記一対の駆動梁の他端側が片持ち状態で固定されたベース部材と、
   を備え、
   電圧印加による前記駆動梁の変形が前記弾性支持部材を介して伝達されることにより前記ミラー部が回転振動するものであり、
   前記ミラー部の重心が、前記光反射面の法線方向から前記ミラー部を投影して得られる平面形状の重心位置である前記ミラー部の形状中心に対してずれている光偏向器。
2. 請求項１に記載の光偏向器において、
   前記ミラー部の重心は、前記光反射面に平行な方向であって前記ミラー部の回転軸心に垂直な方向にずれている光偏向器。
3. 請求項１又は２に記載の光偏向器において、
   前記ミラー部の重心のずれが、前記ミラー部の材質が部分的に異なることにより生じている光偏向器。
4. 請求項１又は２に記載の光偏向器において、
   前記ミラー部の重心のずれが、前記ミラー部の非対称な形状により生じている光偏向器。
5. 請求項１又は２に記載の光偏向器において、
   前記ミラー部には、前記光反射面の反対側に、前記光反射面の変形を抑制するためのリブが形成され、前記リブは、前記ミラー部の形状中心に対してずれて配置されている光偏向器。
6. 請求項１又は２に記載の光偏向器において、
   前記ミラー部には、前記光反射面の反対側に、前記光反射面の変形を抑制するためのリブが形成され、前記リブの形状は、前記ミラー部の形状中心を通り、前記弾性支持部材の捻り回転軸心に平行な軸に対して非対称である光偏向器。
7. 請求項１又は２に記載の光偏向器において、
   前記ミラー部には、前記光反射面の反対側に、前記光反射面の変形を抑制するためのリブが形成され、前記ミラー部の重心のずれが、前記リブの材質が部分的に異なることにより生じている光偏向器。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の光偏向器において、
   前記弾性支持部材は、前記ミラー部の重心が前記ミラー部の形状中心に対してずれている方向と逆の方向に、前記ミラー部の形状中心に対してずれている光偏向器。
9. 光源と、
   前記光源からの光ビームを偏向する光偏向器と、
   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、
   前記光偏向器は、請求項１〜８のいずれか１つに記載の光偏向器である光走査装置。
10. 像担持体と、
    画像情報に基づいて前記像担持体に静電潜像を形成する光走査装置と、
    前記静電潜像を可視像化する現像手段と、
    前記可視像を被転写体に転写する転写手段と、
    を有し、
    前記光走査装置が請求項９に記載の光走査装置である画像形成装置。
11. 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、
    前記コリメート光学系を通った光を投影面に偏向走査して画像を表示する光偏向器と、
    を有し、
    前記光偏向器は、請求項１〜８のいずれか１つに記載の光偏向器である画像投影装置。
12. 画像投影装置と、
    前記画像投影装置からの画像を投影するスクリーンと、
    前記スクリーンに投影された画像を所定の視認領域に投射する画像投射手段と、
    を有し、
    前記画像投影装置は請求項１１に記載の画像投影装置であるヘッドアップディスプレイ装置。

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