JP6003529B2 - 圧電光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器に関し、特に圧電力を用いた圧電光偏向器に関する。さらに、本発明は、この圧電光偏向器を備えた光走査装置、この光走査装置を光書込みユニットとして備える画像形成装置、及び、圧電光偏向器を投影面の走査ユニットとして備える画像投影装置に関する。

レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器は、複写機等の画像形成装置、画像投影装置、さらには、レーザビームプリンタ、バーコードスキャナなどに広く用いられている。従来、この種の光偏向器として、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知られている。

静電力を用いた光偏向器は、電極の形状が平行平板型と櫛歯型のものがあり、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駆動力を発生できるようにはなったが、十分な光ビーム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。しかし、駆動電圧を大きくしようとすると、電源系の部品が大きくなり、全体として大型化したり、コストが増加することとなる。

電磁力を用いた光偏向器は、外に永久磁石を配置するため、構造が複雑により、生産性が悪いと共に小型化が困難である。小型化のため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、十分な偏向角が得られない問題がある。また、コイルに電流を流すと余分な熱が発生し、消費電力が大きくなってしまう。

一方、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させることが可能である。また、圧電材料を梁状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わずかな歪みを反りに変えることで大きな変形を得ることも可能である。この圧電力を用いた光偏向器（以下、圧電光偏向器という）としては、圧電駆動部を片持ち梁構造とすることで、小型化で駆動効率がよく、より大きな回転振幅を得るようにしたものも提案されている（特許文献１）。

ところで、光偏向器は、その使用環境によっては小型化に加えて薄型化が要求されることがある。圧電光偏向器を薄型化するためには、圧電部材を薄膜化にすればよいが、そうすると、圧電部材の上下電極間の距離が近くなるため、該上下電極に駆動電圧を印加した際に、上下電極の端部から放電がおこり、電極間が短絡（沿面放電）する可能性が生じる。圧電部材の上下電極間が短絡すると、圧電光偏向器の動作は不安定になり、動作不能に陥ることにもなる。

従来、圧電アクチュエータや圧電光偏向器などにおいて、圧電部材の上下電極間の短絡を防止するために、圧電部材及び上下電極の側面等を絶縁膜で覆うことが知られている（例えば、特許文献２）。しかしながら、上下電極に駆動電圧を印加して圧電部材を駆動すると、圧電部材と共に絶縁膜も伸縮する。この結果、長時間の駆動中には絶縁膜にクラックや膜欠陥（絶縁破壊）が生じ、絶縁耐力が低下して、沿面放電を引き起こしかねない。そのため、高い信頼性が求められるデバイスに用いられる圧電光偏向器では、信頼性の面でさらなる対策が不可欠である。

本発明の課題は、圧電光偏向器において、圧電部材を薄膜化にした場合でも、長時間駆動等の経時劣化による沿面放電の防止を可能にして、薄膜型圧電光偏向器の駆動耐久性の向上を図ることにある。

本発明は、固定ベースと、光反射面を有する可動部と、前記可動部を回転可能に支持する弾性支持部材と、前記可動部材及び前記弾性支持部材を前記固定ベースに対して支持する駆動梁とを有し、前記駆動梁は、梁状部材と該梁状部材上に設けられた圧電部材とからなり、前記圧電部材は上部電極及び下部電極を有し、前記上部電極及び前記下部電極に電圧を印加し、前記駆動梁が曲げ変形することで、前記弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動部が回転する圧電光偏向器において、前記圧電部材の前記上部電極と前記下部電極の少なくとも一方の電極の先端の角が円弧形状又はテーパー形状になっていることを主要な特徴とする。

本発明の圧電光偏向器によれば、圧電部材を薄膜化した場合でも、上下電極間の沿面放電を防止することが可能になる。

本発明の実施例１の圧電光偏向器の斜視図である。 図１の圧電光偏向器の平面図である。 図１の圧電光偏向器の駆動梁の構成を説明する図である。 本発明の実施例２の圧電光偏向器の平面図である。 本発明の実施例３の圧電光偏向器の平面図である。 本発明の実施例４の２軸圧電光偏向器の斜視図である。 本発明の圧電光偏向器を用いた光走査装置の一例の全体構成図である。 図７の光走査装置の圧電光偏向器と駆動手段の接続を示した図である。 図７の光走査装置を光書込みユニットとして実装した画像形成装置の一例の概略構成図である。 本発明の圧電光偏向器を用いた画像投影装置の一例の概略構成図である。

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。なお、以下では、特許文献１に記載のような圧電駆動部を片持ち梁構造とした圧電光偏向器を対象とするが、勿論、本発明はこのような圧電光偏向器に限定されるものではない。

図１に、実施例１に係る圧電光偏向器の斜視図、図２に平面図を示す。図１，図２において、１０は可動部であり、レーザ光等を反射させる光反射面としてのミラー部１５を有している。可動部１０の両端は、該可動部１０を回転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２０ａ，２０ｂが接続されている。このトーションバー２０ａ，２０ｂの可動部１０と反対側の端部は、該トーションバー２０ａ，２０ｂの長手方向と直交する向きを長手方向とした一対の梁状部材３１ａ，３１ｂの一端と接続されている。梁状部材３１ａ，３１ｂの他端は固定ベース４０に接続されている。

梁状部材３１ａ，３１ｂは、トーションバー２０ａ，２０ｂの片側にのみ有し、該梁状部材３１ａ，３１ｂで可動部１０とトーションバー２０ａ，２０ｂとを固定ベース４０に対して片持ち支持した構成となっている。この梁状部材３１ａ，３１ｂの片面に、圧電部材３２ａ，３２ｂが積層され、梁状部材３１ａと圧電部材３２ａとで、また、梁状部材３１ｂと圧電部材３２ｂとで、駆動梁３０ａ，３０ｂを形成している。

圧電部材３２ａ，３２ｂは、それぞれ上部電極及び下部電極を有しているが、図１及び図２には上部電極３４ａ，３４ｂのみが示されている。ここで、上部電極３４ａ，３４ｂの先端角（駆動梁３０ａ，３０ｂの自由端側の先端角）は、円弧形状の鈍角状になっている。後述するように、これにより圧電部材３２ａ，３２ｂを薄膜化しても沿面放電を抑制することが可能になる。

なお、駆動梁３０ａ，３０ｂ全体は絶縁層（絶縁膜）で覆われているが、図１及び図２では省略してある。

図３は、駆動梁３０ａとその近傍の固定ベース４０を拡大して示した模式図で、（ａ）は駆動梁３０ａを絶縁層で覆う前の平面図、（ｂ）は絶縁層で覆った後の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線の断面図である。なお、駆動梁３０ｂも同様の構成であるので、図示は省略する。

図３に示すように、駆動梁３０ａは、固定ベース４０から突出して形成された梁状部材３１ａ上に、接着層３３ａ、下部電極３５ａ、圧電部材３２ａ、上部電極３４ａ、絶縁層３６ａの順でスパッタにより成膜し積層して構成される。上部電極３４ａの先端の両角は円弧形状（鈍角状）に形成する（図３１ａ（ａ））。上部電極３４ａ及び下部電極３５ａは、それぞれ配線を通してランド部３７ａ，３８ａに接続され、ランド部３７ａ，３８ａは外部の駆動回路（不図）と接続される。なお、ランド部３７ａ，３８ａや配線も、上部電極３４ａ及び下部電極３５ａと同様にスパッタにより成膜して形成される。

固定ベース４０はシリコン（Ｓｉ）、接着層３３ａはチタン（Ｔｉ）、上部電極３４ａ及び下部電極３５ａは白金（Ｐｔ）、圧電部材３２ａはチタン酸ジルコ酸鉛（ＰＺＴ）などが使用される。薄膜型圧電光偏向器の場合、圧電部材３２ａ，３２ｂのＰＺＴの厚さは、およそ２μｍ程度である。

図１に戻り、圧電部材３２ａ，３２ｂの上部電極と下部電極の間に、電圧を印加すると、圧電部材３２ａ，３２ｂが、その電歪特性によって梁状部材３１ａ，３１ｂ表面の面内方向に伸縮し、その結果、駆動梁３０ａ，３０ｂが反って曲げ変形する。駆動梁３０ａ，３０ｂが曲げ変形することで、弾性支持部材としてのトーションバー２０ａ，２０ｂに捻り変形が発生し、可動部１０が回転する。

具体的には、上部／下部電極に印加する電圧はパルス波や正弦波であり、駆動梁３０ａ，３０ｂは曲げ振動する。この駆動梁３０ａ，３０ｂの曲げ振動がトーションバー２０ａ，２０ｂで回転振動（捻り振動）に変換され、可動部１０が回転振動する。

図１の構造の圧電光偏向器の場合、トーションバー２０ａ，２０ｂと駆動梁３０ａ，３０ｂの長手方向が直交して配置されているため、駆動梁３０ａ，３０ｂの曲げ振動がトーションバー２０ａ，２０ｂの回転振動（捻り振動）に効率よく変換され、可動部１０が大きく回転振動する。また、駆動梁３０ａ，３０ｂはトーションバー２０ａ，２０ｂと可動部１０を片持ちした構成となっているため、駆動梁３０ａ，３０ｂの先端は自由に振動することができ、可動部１０ではより大きな角度振幅を得ることができる。さらに、駆動部３０ａ，３０ｂは、トーションバー２０ａ，２０ｂの片側にのみ配置されているため、小型化が可能である。

ところで、駆動梁３０ａ，３０ｂを駆動すると、圧電部材３２ａ，３２ｂと共に駆動梁３０ａ，３０ｂを覆っている絶縁層（絶縁膜）も伸縮し、長時間の駆動中に絶縁膜の欠陥やクラックを引き起こし、絶縁耐力が低下する。特に、図１のように、駆動梁３０ａ，３０ｂがトーションバー２０ａ，２０ｂと可動部１０を片持ちした構成の場合、駆動梁３０ａ，３０ｂの自由端で変位量が大きくなり、該自由端で絶縁破壊を起こしやすい。

駆動梁３０ａ，３０ｂを覆っている絶縁層に、絶縁膜の欠陥やクラックが起きて、絶縁耐力が低下すると、圧電部材３２ａ，３２ｂの上下電極間で沿面放電を誘発する。そして、圧電部材３２ａ，３２ｂが薄膜になればなるほど、沿面放電が誘発しやすくなる。

ここで、電極の先端形状が鋭角であるほど、電極先端に電気力線が集中し、沿面放電が起きやすくなる。すなわち、電気力線は等電位面に対して垂直に入るため、電極の先端形状が鋭角の場合、電極先端に電界が集中し、沿面放電が発生しやすくなる。逆に、電極の先端形状を円弧形状（鈍角状）にすれば、電極先端に電界が集中するのを防止でき、沿面放電の発生を抑制することが可能になる。

特に、図１に示すように、圧電駆動部が片持ち梁構成の圧電光偏向器の場合、上部電極３１ａ，３４ｂの先端角（駆動梁３０ａ，３０ｂの自由端側の先端角）を円弧形状（鈍角状）とすることで、該上部電極３４ａ，３４ｂの先端に電界が集中するのを防止でき、長時間駆動等で駆動梁３０ａ，３０ｂの自由端で絶縁破壊が起きても、沿面放電を抑制することが可能になる。

実際に、圧電駆動部が片持ち梁構成の圧電光偏向器について（圧電部材の厚さは２μｍ）、駆動電圧１０Ｖ、駆動周波数２０ＫＨzの正弦波で１０００時間駆動して耐久試験を行い、駆動梁近辺を光学顕微鏡で観察した。上部電極の先端形状が直角の場合、電極先端で沿面放電の形跡が見られ、また、駆動梁の自由端で絶縁破壊の形跡も見られた。そして、可動部は不安定に動作した。一方、本実施例のように、上部電極の先端角の形状を円弧形状にした場合、沿面放電の形跡は見られず、可動部の回転振動も良好の結果が得られた。

なお、図１乃至図３では、上部電極の先端角を円弧形状とする例を示したが、下部電極の先端角あるいは上部／下部電極の先端角を円弧形状（鈍角状）にすることでもよい。

図４に、実施例２に係る圧電光偏向器の平面図を示す。図４において、図２と同一部分には同一の符号が付されている。全体の構成は実施例１と基本的に同じであるが、本実施例では、駆動梁３０ａ，３０ｂとトーションバー２０ａ，２０ｂの接続部分に切り込み４０ａ，４０ｂが形成されている。詳しくは、駆動梁３０ａ，３０ｂの可動部１０側の端部が、トーションバー２０ａ，２０ｂの可動部１０と反対側の端部よりも可動部１０側に近接するように、駆動梁３０ａ，３０ｂとトーションバー２０ａ，２０ｂの接続部分に切り込み４０ａ，４０ｂが形成されている。

トーションバー２０ａ，２０ｂはバネの特性として非線形性が大きいが、長さが短くなるほど非線形が大きくなり設計が難しくなる。また、トーションバー２０ａ，２０ｂが長いほど、許容変位角度が大きくなる。

本実施例は、トーションバー２０ａ，２０ｂの長さを所望範囲に維持しつつ、スペースが空いた部分に駆動梁３０ａ，３０ｂが配置されることにより、すなわち、駆動梁３０ａ，３０ｂが内側にオフセットされることにより、圧電光偏向器全体を更に小型化できる。これにより、圧電光偏向器をＭＥＭＳプロセスで製作する場合、一枚のウエハにおけるとり数が増加するため、低コスト化も可能である。

本実施例においても、上部電極３４ａ，３４ｂの先端角の形状を円弧形状とすることで、電極先端に電界が集中するのを防止でき、沿面放電を抑制することが可能になる。なお、下部電極あるいは上部／下部電極の先端角を円弧形状にしても同様である。

図５に、実施例３に係る圧電光偏向器の平面図を示す。図５において、図２や図４と同一部分には同一の符号が付されている。本実施例は、上部電極３４ａ，３４ｂの先端角の形状を円弧形状にかえてテーパー形状（すみ切りを入れる）にしたものである。

図５に示すように、上部電極３４ａ，３４ｂの先端角の形状をテーパー形状としても、沿面放電を抑制することが可能である。ただし、実験によれば、１０Ｖ以上の高い駆動電圧が必要な場合には、電極の先端角が円弧形状の方が、より電界集中の抑制を期待できることが確かめられた。したがって、高い駆動動作を必要とする場合には、電極の先端角は円弧形状とするのが好ましい。

なお、図５では、実施例２の構成の圧電光偏向器において、上部電極の先端角の形状をテーパー形状にした例を示したが、実施例１の構成の圧電光偏向器について、同様に上部電極の先端角の形状をテーパー形状にすることでもよい。また、下部電極あるいは上部／下部電極の先端角をテーパー形状とすることでもよい。

図６に、実施例４に係る圧電光偏向器の全体斜視図を示す。これまで説明した圧電光偏向器は、いずれも１軸方向に光を偏向するものであったが、本実施例は２軸方向に光を偏向する構成としたものである。

図６において、１０は光を反射させる光反射面としてのミラー部を有する可動部であり、この可動部１０の両側には、該可動部１０を回転可能に支持する一対の第１の弾性支持部材としての第１のトーションバー１２０ａ，１２０ｂが接続されている。この第１のトーションバー１２０ａ，１２０ｂの可動部１０と反対側の端部は、該第１のトーションバー１２０ａ，１２０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向として一対の第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂが接続されている。第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂは、梁状部材の片面に圧電部材が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。この第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂは、中央に穴が開いている枠状の可動枠１４０の内側の一辺から同一方向に突出するように配置されて、可動枠１４０と接続されている。そして、この第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂは、第１のトーションバー１２０ａ，１２０ｂの片側にのみ配置され、該駆動梁１３０ａ，１３０ｂで可動部１０と第１のトーションバー１２０ａ，１２０ｂを可動枠１４０に対して片持ち支持した構成となっている。

第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂは、それぞれ上部電極及び下部電極を有しているが、図６では上部電極１３４ａ，１３４ｂのみを示す。ここで、上部電極１３４ａ，１３４ｂの先端角（駆動梁１３０ａ，１３０ｂの自由端側の先端角）は、円弧形状の鈍角状になっている。

可動枠１４０の両側には、該可動枠１４０を回転可能に支持する一対の第２の弾性支持部材としてのトーションバー２２０ａ，２２０ｂが接続されている。第２のトーションバー２２０ａ，２２０ｂの可動枠１４０と反対側の端部は、第２のトーションバー２２０ａ，２２０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向として一対の第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂが接続されている。第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂも梁状部材の片面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。この第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂは、固定ベース２４０から同一方向に突出するように配置されて、固定ベース２４０と接続されている。この第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂも、第２のトーションバー２２０ａ，２２０ｂの片側にのみ配置されており、該第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂで、可動枠１４０と第２のトーションバー２２０ａ，２２０ｂを固定ベース２４０に対して片持ち支持した構成となっている。第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂもそれぞれ上部電極及び下部電極を有しているが、図６では省略している。

本実施例では、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの圧電部材の上部電極及び下部電極に電圧を印加し、該第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂが曲げ変形することで、第１のトーションバー（第１の弾性支持部材）１２０ａ，１２０ｂに捻り変形が発生して、可動部１０が該第１のトーションバー１２０ａ，１２０ｂの軸周りの第１の方向に回転する。また、第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂの圧電部材の上部電極及び下部電極に電圧を印加し、該第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂが曲げ変形することで、第２のトーションバー２２０ａ，２２０ｂに捻り変形が発生して、可動枠１４０が該第２のトーションバー２２０ａ，２２０ｂの軸周りに回転し、可動部１０が第２の方向に回転する。ここで、第１のトーションバー１２０ａ，１２０ｂの軸周りの第１の回転方向と第２のトーションバー２２０ａ，２２０ｂの軸周りの第２の回転方向の振動モードの固有周波数を異ならせておき、それぞれの周波数で第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂと第２の駆動梁２２０ａ，２２０ｂを駆動することで、可動部１０を２軸方向に大きく回転させることができる。

一般に、この種の２軸圧電光偏向器は、二次元画像等について、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂを駆動して水平方向（Ｘ方向）に走査し、第２の駆動梁２２０ａ，２２０ｂを駆動して垂直方向（Ｙ方向）に走査するような使われ方をする。したがって、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの駆動周波数が、第２の駆動梁２２０ａ，２２０ｂの駆動周波数より格段に高く設定されるため、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの自由端で絶縁破壊が起きやすくなる。

そこで、本実施例では、特に第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの上部電極１３４ａ，１３４ｂについて、該第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの自由端側の先端角を円弧形状（鈍角状）に形成する。これにより、長時間使用等で第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの自由端で絶縁破壊が起きても沿面放電が抑制され、恒久的に正常な動作が維持される。

なお、本実施例では、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの上部電極１３４ａ，１３４ｂについてのみ、その先端角を円弧形状としたが、第２の駆動梁２０３ａ，２３０ｂの上部電極についても、その先端角（駆動梁２３０ａ，２３０ｂの自由端側の先端角）を円弧形状とすることでもよい。また、下部電極あるいは上部／下部電極の先端角を円弧形状にすることでもよい。さらに、先端角の電極形状はテーパー形状としてもよい。

本実施例は、実施例１乃至３の１軸方向に光を偏向する圧電光偏向器を用いて画像形成装置の光書き込みユニットとしての光走査装置を提供するものである。

図７に本実施例の光走査装置の全体構成図、図８に該光走査装置に用いる圧電光偏向器と駆動手段の接続図を示す。

図７において、レーザ素子としての光源部１０２０からのレーザ光（光ビーム）は、結像光学系（コリメータレンズ系）１０２１を経た後、圧電光偏向器１０２２により偏向される。この圧電光偏向器１０２２として、実施例１乃至３のいずれかの構成の圧電光偏向器が用いられる。圧電光偏向器１０２２で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ１０２３ａと第二レンズ１０２３ｂ、反射ミラー１０２３ｃからなる走査光学系１０２３を経て感光体ドラム１００２等の被走査面にスポット状に照射され結像される。

図８に示すように、圧電光偏向器１０２２はパッケージ部材１０３０に収容されている。パッケージ部材１０３０には、樹脂やセラミック材料が用いられる。パッケージ部材１０３０に収容された圧電光偏向器１０２２は駆動手段１０２４と電気的に連結されている。この駆動手段１０２４が、圧電光偏向器１０２２の構成要素である駆動梁の下部電極と上部電極間に駆動電圧を印加する。これにより、圧電光偏向器１０２２の可動部（ミラー部）が回転してレーザ光が偏向され、被走査面上が光走査される。

本発明の圧電光偏向器を利用した光走査装置は、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書込ユニットの構成部材として最適である。

本実施例は、実施例５の光走査装置を光書込みユニットの構成部材として実装した画像形成装置を提供するものである。

図９に本実施例の画像形成装置の一例の全体構成図を示す。図９において、１００１が光書込みユニットであり、レーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。１００２は光書込みユニット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である。

光書込みユニット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としての感光体ドラム１００２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査する。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、光書込みユニット１００１により光走査されることによって、静電潜像（潜像）が形成される。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に代えてベ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レーザ素子としての光源部１０２０と、レーザビームを変調する光源駆動手段１５００と、本発明の１軸方向にレーザビームを偏向する圧電光偏向器１０２２と、この圧電光偏向器１０２２の可動部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１０２１と、ミラー面で反射・偏向された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。圧電光偏向器１０２２は、その駆動のための集積回路（駆動手段）１０２４とともに回路基板１０２５に実装された形で光書込みユニット１００１に組み込まれている。なお、圧電光偏向器１０２２は、実際には図８に示したように、パッケージ部材１０３０に収容されている。

圧電光偏向器１０２２は、従来の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、圧電光偏向器１０２２の可動部の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。さらに、圧電光偏向器１０２２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、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９では省略されている。

本実施例は、実施例４で説明した２軸方向に光を偏向する圧電光偏向器を実装した画像投影装置を提供するものである。

図１０に、本実施例の画像投影装置の一例の全体構成図を示す。図１０において、２００１−Ｒは赤色（Ｒ）のレーザ光を出射するレーザ光源、２００１−Ｇは緑色（Ｇ）のレーザ光を出射するレーザ光源、２００１−Ｂは青色（Ｂ）のレーザ光を出射するレーザ光源である。これらレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂから出射されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光はクロスダイクロイックプリズム２００２によって合成され、２軸用圧電光偏向器２００３の反射面に入射される。２軸用圧電光偏向器２００３は反射面に入力した合成レーザ光を２軸方向（主走査／副走査方向）に偏向・走査して投影面（スクリーン）２００４に投影する。レーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂから出射されるＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は、図示しない光源駆動手段により、表示画像の各色成分について、２軸用圧電光偏向器２００３の二次元偏向走査のタイミングに合わせて強度変調（パルス幅変調、振幅変調等）されている。これにより、投影面２００４に二次元の画像情報が投影される。

ここで、２軸用圧電光偏向器２００３は、図６に示したような構成である。Ｘ方向（主走査方向）は、第１の駆動梁１０３ａ，１３０ｂを共振周波数で駆動して、共振特性を利用して可動部１０を高速に回転振幅させる。一方、Ｙ方向（副走査方向）は、第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂを共振周波数より低い周波数で駆動して、可動枠１４０を低速に回転振幅させる。すなわち、Ｘ方向振動とＹ方向駆動の周波数の差が十分に大きくなるようにする。これにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向で大きな速度差が得られるようになる。したがって、２軸用圧電光偏向器２００３により２次元的に光ビームを走査し、投射面（スクリーン）２００４上に２次元的に画像を投影することができる。

画像投影装置においても、光偏向手段には、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、２軸用圧電光偏向器２００３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に有利である。また、２軸用圧電光偏向器２００３の可動部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２軸用圧電光偏向器２００３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、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。

なお、図１０では、カラー画像を投影する構成例を示したが、レーザ光源を一つとすることで、白黒の画像を投影する場合にも適応可能である。

１０ 可動部
１５ ミラー部
２０ａ，２０ｂ トーションバー（弾性支持部材）
３０ａ，３０ｂ 駆動梁
３１ａ，３１ｂ 梁状部材
３２ａ，３２ｂ 圧電部材
３４ａ，３４ｂ 上部電極
３５ａ 下部電極
３６ａ 絶縁層（絶縁膜）
４０ 固定ベース
１２０ａ，１２０ｂ 第１のトーションバー（第１の弾性支持部材）
１３０ａ，１３０ｂ 第１の駆動梁
１４０ 可動枠
２２０ａ，２２０ｂ 第２のトーションバー（第２の弾性支持部材）
２３０ａ，２３０ｂ 第２の駆動梁
１３４ａ，１３４ｂ 上部電極
２４０ 固定ベース

特開２０１１−０１８０２６号公報 特開２０１１−２０９３６２号公報

Claims (6)

1. 固定ベースと、光反射面を有する可動部と、前記可動部を回転可能に支持する弾性支持部材と、前記可動部及び前記弾性支持部材を前記固定ベースに対して支持する駆動梁とを有し、
   前記駆動梁は、梁状部材と該梁状部材上に設けられた圧電部材とからなり、前記圧電部材は上部電極及び下部電極を有し、
   前記上部電極及び前記下部電極に電圧を印加し、前記駆動梁が曲げ変形することで、前記弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動部が回転する圧電光偏向器において、
   前記圧電部材の前記上部電極と前記下部電極の少なくとも一方の電極の先端の角が円弧形状又はテーパー形状になっていることを特徴とする圧電光偏向器。
2. 一対の駆動梁により、前記可動部及び前記弾性支持部材が前記固定ベースに対して片持ち支持され、
   前記電極の前記駆動梁の自由端側の先端の角が円弧形状又はテーパー形状になっていることを特徴とする請求項１に記載の圧電光偏向器。
3. 可動枠と、光反射面を有する可動部と、前記可動部を回転可能に支持する第１の弾性支持部材と、前記可動部及び前記第１の弾性支持部材を前記可動枠に対して支持する第１の駆動梁と、
   固定ベースと、前記可動枠を回転可能に支持する第２の弾性支持部材と、前記可動枠及び前記第２の弾性支持部材を前記固定ベースに対して支持する第２の駆動梁とを有し、
   前記第１の駆動梁及び前記第２の駆動梁は、各々、梁状部材と該梁状部材上に設けられた圧電部材とからなり、前記圧電部材は上部電極及び下部電極を有し、
   前記第１の駆動梁の圧電部材の前記上部電極及び下部電極に電圧を印加し、前記第１の駆動梁が曲げ変形することで、前記第１の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動部が第１の方向に回転し、
   前記第２の駆動梁の圧電部材の前記上部電極及び下部電極に電圧を印加し、前記第２の駆動梁が曲げ変形することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転して、前記可動部が第２の方向に回転する圧電光偏向器において、
   少なくとも前記第１の駆動梁における前記圧電部材の前記上部電極と下部電極の少なくとも一方の電極の先端の角が円弧形状又はテーパー形状になっていることを特徴とする圧電光偏向器。
4. 光源と、光源からの光ビームを偏向走査させる請求項１又は２に記載の圧電光偏向器と、該圧電光偏向器で偏向走査された光ビームを被走査面にスポット状に結像する走査光学系とを備えることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４に記載の光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙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。
6. 請求項３に記載の圧電光偏向器を有し、該圧電光偏向器により光ビームを偏向・走査して、投影面に画像を投影することを特徴とする画像投影装置。

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