JP6648443B2 - Optical deflector, two-dimensional image display device, optical scanning device, and image forming device - Google Patents
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本発明は、光偏向器、２次元画像表示装置、光走査装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical deflector, a two-dimensional image display device, an optical scanning device, and an image forming device.
近年、光ビームを偏向、走査する手段として、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術による小型の光偏向器が開発されている。
この種の光偏向器は、シリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術により、基板上に光反射面を設けた可動部や、該可動部を振動させる駆動梁を一体形成してなる。
駆動梁は、カンチレバーの表面に薄膜化した圧電材料からなる圧電体を重ね合わせて形成されており、圧電体がアクチュエータとして機能する。
圧電体の圧電特性から生じる面内方向の伸縮がカンチレバーに伝わり、カンチレバーを振動させることができる。
カンチレバーの振動によって光反射面が回転振動し、光偏向が可能となる。
In recent years, as a means for deflecting and scanning a light beam, a small-sized optical deflector based on micromachining technology using semiconductor manufacturing technology has been developed.
This type of optical deflector is formed by integrally forming a movable portion having a light reflecting surface on a substrate and a driving beam for vibrating the movable portion by a micromachining technique for finely processing silicon or glass.
The drive beam is formed by superposing a piezoelectric body made of a thinned piezoelectric material on the surface of the cantilever, and the piezoelectric body functions as an actuator.
In-plane expansion and contraction caused by the piezoelectric characteristics of the piezoelectric body are transmitted to the cantilever, and the cantilever can be vibrated.
The light reflecting surface is rotated and vibrated by the vibration of the cantilever, and the light can be deflected.
２次元走査を行う場合の構成は、水平方向の光走査に関しては共振駆動が使われる。
表示画像の高精細化、面内均一化を達成するためにはラスタ走査が必要となるため、垂直方向の光走査には一般的に非共振駆動が使われる。
In the configuration for performing two-dimensional scanning, resonance driving is used for optical scanning in the horizontal direction.
Raster scanning is required to achieve high definition and uniformity in a display image, and non-resonant driving is generally used for optical scanning in the vertical direction.
特許文献１には、２次元走査を行う光偏向器において、１軸走査方向とこれに直交する２軸走査方向の駆動電圧として印加するのこぎり波の位相差を調整して、ミラー部の高周波振動の発生を抑制する技術が開示されている。 Patent Literature 1 discloses that an optical deflector that performs two-dimensional scanning adjusts a phase difference between a sawtooth wave applied as a driving voltage in a one-axis scanning direction and a driving voltage in a two-axis scanning direction orthogonal to the one-axis scanning direction, thereby causing high-frequency vibration of a mirror unit. There is disclosed a technique for suppressing the occurrence of blemishes.
しかしながら、垂直方向のラスタ走査をさせるための駆動において、ラスタ走査時に発生する駆動力が水平方向に影響を及ぼすことがある。
そのため、垂直方向のラスタ走査時に水平方向に振動する成分が発生してしまい、画質面では垂直方向の走査線が揺らぐといった現象が生じる。
この走査線の揺らぎは画質低下の要因となる。
However, in driving for raster scanning in the vertical direction, a driving force generated during raster scanning may affect the horizontal direction.
For this reason, a component that oscillates in the horizontal direction during raster scanning in the vertical direction is generated, and a phenomenon that the scanning line in the vertical direction fluctuates in terms of image quality.
This fluctuation of the scanning line causes a decrease in image quality.
本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、走査線の揺らぎを抑制して画質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。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its main object to provide an optical deflector capable of suppressing fluctuation of a scanning line and contributing to an improvement in image quality.
請求項１記載の発明は、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を含む可動枠と、前記可動枠を支持する支持枠と、前記可動枠の両側において前記可動枠と前記支持枠との間に配置され、折り返し形状を有する蛇行状梁部と、を備え、前記各蛇行状梁部の一端は前記支持枠にそれぞれ固定されているとともに、他端は各接続部において前記可動枠にそれぞれ固定され、前記各蛇行状梁部は電圧を印加することにより変形する構成を有し、電圧印加による前記各蛇行状梁部の変形が前記可動枠を介して伝達されることにより前記ミラー部が回転軸を中心に振動するものであり、前記各蛇行状梁部及び前記各接続部は少なくとも一体的に形成された第１のシリコン層をそれぞれ含み、前記各蛇行状梁部は前記第１のシリコン層の上に第１の酸化シリコン層を介して圧電部材をそれぞれ有し、前記各接続部は、前記第１のシリコン層における前記圧電部材が配設された側と対向する側に、第２の酸化シリコン層を介して、前記ミラー部が振動していないときの前記可動枠の面上かつ前記回転軸と直交する方向を回転軸とした振動成分を抑制する第２のシリコン層を含む振動抑制部をそれぞれ有することを特徴とする。 The invention according to claim 1 includes a mirror unit having a light reflecting surface, a movable frame including the mirror unit, a support frame supporting the movable frame, and the movable frame and the support frame on both sides of the movable frame. A meandering beam portion having a folded shape, one end of each of the meandering beam portions is fixed to the support frame, and the other end is connected to the movable frame at each connection portion. Each of the meandering beam portions is fixed and has a configuration that deforms by applying a voltage, and the deformation of each of the meandering beam portions due to voltage application is transmitted through the movable frame to thereby cause the mirror portion to move. Vibrates about a rotation axis, each of the meandering beam portions and each of the connection portions include at least a first silicon layer integrally formed, and each of the meandering beam portions includes the first silicon layer. First acid on top of silicon layer Has a piezoelectric member via the silicon layer, respectively, each connecting portion on the side opposite to the side where the piezoelectric member is disposed in the first silicon layer, through the second silicon oxide layer, A vibration suppression unit that includes a second silicon layer that suppresses a vibration component on a surface of the movable frame and a rotation axis perpendicular to the rotation axis when the mirror unit is not vibrating. And
本発明によれば、走査線の揺らぎを抑制して画質向上に寄与できる光偏向器を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fluctuation | variation of a scanning line can be suppressed and the optical deflector which can contribute to image quality improvement can be implement | achieved.
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８に基づいて第１の実施形態を説明する。
光偏向器２は、垂直方向（Ｙ方向）の光走査が可能な１軸走査型の光偏向器である。
光偏向器２は、光反射面を有するミラー部４と、ミラー部４を含む平板状の可動枠６と、可動枠６の外側を囲むように配置された支持枠８とを有している。
また、光偏向器２は、可動枠６のＹ軸方向を中心とした両側において、可動枠６と支持枠８との間に配置された第１の蛇行状梁部１０と、第２の蛇行状梁部１２とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
The
The
The
第１の蛇行状梁部１０の一端１０ａは支持枠８に固定され、他端１０ｂは可動枠６に固定されている。
第１の蛇行状梁部１０の他端１０ｂと可動枠６との固定部分は接続部Ｃ１としてなる。
同様に、第２の蛇行状梁部１２の一端１２ａは支持枠８に固定され、他端１２ｂは可動枠６に固定されている。
第２の蛇行状梁部１２の他端１２ｂと可動枠６との固定部分は接続部Ｃ２としてなる。
上記のように、可動枠６は、第１の蛇行状梁部１０と第２の蛇行状梁部１２とにより間接的に支持枠８に支持されている。
One
A fixed portion between the
Similarly, one
A fixed portion between the
As described above, the
図２に示すように、第１の蛇行状梁部１０と第２の蛇行状梁部１２は、細長い梁部Ａと梁部ＢとがＸ方向に交互に位置する折り返し形状を有している。
梁部Ａと梁部Ｂの表面には、折り返し部を除いて圧電部材１４が設けられており、梁部Ａと梁部Ｂとを独立して駆動可能となっている。
梁部Ａと梁部Ｂのそれぞれの圧電部材１４に異なる電圧を印加すると、梁部Ａと梁部Ｂとにそれぞれ反り（変形）が発生して隣り合う梁部が異なる方向に撓む。
この撓みが累積されて可動枠６に伝達され、非共振でのミラー部４の回転振動がＸ軸周り（＝垂直方向）に生じ、光偏向器としての走査機能を持つことになる。
図２ではミラー部４は省略している。
As shown in FIG. 2, the first
The
When different voltages are applied to the
The flexure is accumulated and transmitted to the
In FIG. 2, the mirror unit 4 is omitted.
図３及び図４に基づいて、光偏向器２の駆動原理を説明する。
第１の蛇行状梁部１０と第２の蛇行状梁部１２の蛇行した各梁部Ａ及びＢにそれぞれ設けられた複数の圧電部材１４に対して、梁部Ａの圧電部材１４には、図３（ａ）に示すのこぎり波の電圧が印加される。
梁部Ｂの圧電部材１４には、図３（ｂ）示すように、図３（ａ）ののこぎり波とは逆形状ののこぎり波の電圧が印加される。
The driving principle of the
For the plurality of
As shown in FIG. 3B, a sawtooth voltage having a shape opposite to that of FIG. 3A is applied to the
各梁部Ａ、Ｂに設けられた圧電部材１４に異なる波形の電圧が印加されることにより、第１の蛇行状梁部１０と第２の蛇行状梁部１２はそれぞれカンチレバーとして動作し、可動枠６が回転振動する。
図３において、符号Ｔａ、Ｔｂは波形周期を、Ｔａ１、Ｔｂ２は梁部Ａに印加する電圧波形（のこぎり波形）を、Ｔａ２、Ｔｂ２は梁部Ｂに印加する電圧波形（のこぎり波形）を示している。
図４（ａ）は光偏向器２の非動作状態を、図４（ｂ）は光偏向器２の動作状態における蛇行状梁部の変化を示している。
When a voltage having a different waveform is applied to the
In FIG. 3, reference characters Ta and Tb denote waveform periods, Ta1 and Tb2 denote voltage waveforms (saw waveforms) applied to the beam A, and Ta2 and Tb2 denote voltage waveforms (saw waveforms) applied to the beam B. I have.
FIG. 4A shows a non-operating state of the
図５に基づいて、この種の光偏向器でレーザを走査した時に発生する位置揺らぎ（走査線揺らぎ）について説明する。
蛇行状梁部を備えた光偏向器において、ラスタ駆動によってミラー部を回転振動させてレーザ走査を行うと、図５（ａ）に示すように、レーザ走査線が走査方向に対して垂直に揺らいでしまう。
その理由は、光偏向器の製造過程における加工誤差や圧電部材の駆動力のばらつきによって、第１の蛇行状梁部と第２の蛇行状梁部の駆動力に僅かに差が発生するためである。
また、可動枠内の構造が非対称になった場合にも、上記現象が大きく発生してしまう原因となることが分かっている。
With reference to FIG. 5, a description will be given of position fluctuation (scanning line fluctuation) generated when a laser is scanned by this type of optical deflector.
In the optical deflector provided with the meandering beam portion, when laser scanning is performed by rotating and oscillating the mirror portion by raster driving, the laser scanning line fluctuates perpendicularly to the scanning direction as shown in FIG. Will be.
The reason is that there is a slight difference between the driving force of the first meandering beam and the driving force of the second meandering beam due to a processing error in the manufacturing process of the optical deflector and a variation in the driving force of the piezoelectric member. is there.
It has also been found that the above-mentioned phenomenon is caused to occur greatly even when the structure in the movable frame becomes asymmetric.
走査線揺らぎが発生する光偏向器を画像表示装置に適用した場合、高画質化への影響が損なわれてしまうといった問題が生じる。 When an optical deflector that causes scanning line fluctuation is applied to an image display device, a problem arises in that the effect on high image quality is impaired.
上記問題に対処するために、本実施形態に係る光偏向器２では、図６に示すように、電圧印加による蛇行状梁部の変形によって動く部分に、不要な振動成分の一例であるミラー部４の振動方向と直交する方向の振動成分を抑制する振動抑制部を設けている。
具体的に説明すると、第１の蛇行状梁部１０と可動枠６との接続部Ｃ１、Ｃ２（図１参照）に振動抑制部１６を設けている。
図６（ａ）は図１の接続部Ｃ１におけるＬ−Ｌ’線での断面図、図６（ｂ）は接続部Ｃ１におけるＬ１−Ｌ１’線での断面図である。
In order to cope with the above problem, in the
More specifically, the
FIG. 6A is a cross-sectional view taken along line LL ′ of the connecting portion C1 in FIG. 1, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line L1-L1 ′ of the connecting portion C1.
図６（ａ）に示すように、接続部Ｃ１における梁部Ｂの表面に配置された圧電部材１４は、表面側から順に、下部電極１８と、圧電材料２０と、上部電極２２と、絶縁層２４とを積層した構成を有している。
梁部Ｂは、可動枠６と同一材料で一体に形成されている。
振動抑制部１６は、梁部Ｂ及び可動枠６を形成する基板と同じ材料（部材）の基板を貼り合わせ、不要部分を除去することにより形成されている。
As shown in FIG. 6A, the
The beam portion B is integrally formed of the same material as the
The
換言すれば、振動抑制部１６は、基板の圧電部材１４と反対側の厚みを大きくすることにより形成されている。接続部Ｃ２においても同様に振動抑制部１６が形成されている。
図６（ｂ）において、符号ｇは可動枠６と梁部Ｂとの間の空間部を示している。
In other words, the
In FIG. 6B, reference numeral g denotes a space between the
光偏向器２の製造方法を具体的に説明する。
圧電部材１４を支持する第１の支持層としての梁部Ｂと、第２の支持層としての振動抑制部１６とを形成する基板には通常ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板が使用される。
ＳＯＩ基板は活性層側のシリコン（第２の支持層）と、埋め込み酸化膜層と、基材層側のシリコン（第１の支持層）とにより構成される。
A method for manufacturing the
An SOI (Silicon On Insulator) substrate is usually used as a substrate for forming the beam portion B as a first support layer for supporting the
The SOI substrate includes silicon on the active layer side (second support layer), a buried oxide film layer, and silicon on the base layer side (first support layer).
ＳＯＩ基板の表面にシリコン酸化膜が成膜され、その後、下部電極材料、圧電材料、上部電極材料が順に成膜される。
その後、上部電極材料、圧電材料、下部電極材料がそれぞれ異なるパターンでパターン化される。
このとき、それぞれのパターンは光偏向器に要求される性能等に応じて任意の形でパターン化されており、下部電極材料と同一パターンでシリコン酸化膜をエッチングしている。
A silicon oxide film is formed on the surface of the SOI substrate, and thereafter, a lower electrode material, a piezoelectric material, and an upper electrode material are sequentially formed.
Thereafter, the upper electrode material, the piezoelectric material, and the lower electrode material are patterned in different patterns.
At this time, each pattern is patterned in an arbitrary form according to the performance required of the optical deflector and the like, and the silicon oxide film is etched in the same pattern as the lower electrode material.
下部電極材料は配線材料としても活用されるのが一般的である。その後、絶縁膜を成膜し、接続孔を開口して引出し配線材料が成膜されパターン化される。
その後、絶縁膜及びミラー膜が成膜される。その後、活性層と基材層と埋め込み酸化膜を順次パターン化及びエッチングし、光偏向器が完成する。
Generally, the lower electrode material is also used as a wiring material. Thereafter, an insulating film is formed, a connection hole is opened, and a lead wiring material is formed and patterned.
After that, an insulating film and a mirror film are formed. Thereafter, the active layer, the base layer, and the buried oxide film are sequentially patterned and etched to complete the optical deflector.
本実施形態における各部の材質と厚みは以下の通りである。
絶縁層２４：ＳｉＯ２（二酸化ケイ素；厚さ０．７μｍ）
上部電極２２：Ｐｔ（白金；厚さ０．２μｍ）
圧電材料２０：ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛；厚さ２μｍ）
下部電極１８：Ｉｒ（イリジウム；厚さ０．１５μｍ）
梁部Ｂ：Ｓｉ（シリコン；厚さ４０μｍ）
振動抑制部１６：Ｓｉ（シリコン；厚さ４０μｍ、幅Ｗ２００μｍ）
The material and thickness of each part in the present embodiment are as follows.
Insulating layer 24: SiO 2 (silicon dioxide; thickness 0.7 μm)
Upper electrode 22: Pt (platinum; thickness 0.2 μm)
Piezoelectric material 20: PZT (lead zirconate titanate;
Lower electrode 18: Ir (iridium; thickness 0.15 μm)
Beam part B: Si (silicon;
Vibration suppressor 16: Si (silicon;
接続部Ｃ１に振動抑制部１６が無い場合の光偏向器によるレーザ走査線の測定結果では、図５（ａ）に示すように、走査線揺らぎが発生している。
一方、接続部Ｃ１、Ｃ２に振動抑制部１６を形成した光偏向器２によるレーザ走査線の測定結果では、図５（ｂ）に示すように、走査線揺らぎを抑制することができている。
振動抑制部１６の幅Ｗ（図６（ａ）参照）を上記実施例の半分（１００μｍ）にした場合と、振動抑制部１６が全く無い場合との比較における走査時の走査線揺らぎの測定結果を図７に示す。走査線揺らぎ量は、ミラー偏向による走査線の直線からのずれと直線近似した該走査線の該直線方向との全幅の比であり、値が小さいほど走査線の揺らぎが抑制されている。
図７から、振動抑制部１６を最適化することで、走査線揺らぎを画質に実質的に影響しない程度に抑制することができることがわかる。
In the measurement result of the laser scanning line by the optical deflector in the case where the
On the other hand, according to the measurement result of the laser scanning line by the
Measurement result of scanning line fluctuation during scanning in comparison between the case where the width W (see FIG. 6A) of the
From FIG. 7, it can be seen that by optimizing the
換言すれば、光偏向器の製造過程における加工誤差や圧電部材の駆動力のばらつきがあっても、振動抑制部１６の存在によってこれらの誤差によるバランス崩れを抑制することができる。
このことは、光偏向器の製造精度における設計上の自由度を高めることにも寄与するといえる。
本実施形態では振動抑制部１６を接続部Ｃ１、Ｃ２の両方に設ける構成としたが、光偏向器の加工誤差や圧電部材の駆動力のばらつきが是正される場合には、接続部Ｃ１と接続部Ｃ２のいずれか一方に設けてもよい。
振動抑制部１６を設ける範囲は、蛇行状梁部の梁部の変形動作を阻害しない範囲である。
In other words, even if there is a processing error or a variation in the driving force of the piezoelectric member in the manufacturing process of the optical deflector, the presence of the
It can be said that this also contributes to increasing the degree of freedom in designing the manufacturing accuracy of the optical deflector.
In the present embodiment, the
The range in which the
ここでは、幅Ｗを変化させることによる振動抑制部の最適化を例示したが、幅Ｗを変えずに材質等の変更等によって重さを最適化することでも振動の抑制が可能である。この場合、重さを増加させることで振動の抑制をより強く抑制することができる。
幅Ｗを変えずに振動抑制部の厚み（高さ）を調整する構成としてもよい。この場合、厚みを部分的に大きくしてもよい。例えば、ミラー部に近づくにつれ相対的に厚みを大きくしていくようにしてもよい。
Here, optimization of the vibration suppression unit by changing the width W has been described as an example, but vibration can also be suppressed by optimizing the weight by changing the material or the like without changing the width W. In this case, the suppression of vibration can be more strongly suppressed by increasing the weight.
A configuration in which the thickness (height) of the vibration suppressing portion is adjusted without changing the width W may be employed. In this case, the thickness may be partially increased. For example, the thickness may be relatively increased as approaching the mirror section.
また、本実施形態の光偏向器２では、図８（ａ）に示すように、第１の蛇行状梁部１０と可動枠６との接続部Ｃ１と、第２の蛇行状梁部１２と可動枠６との接続部Ｃ２とが、可動枠６の中心６ａに対して点対称に配置されている。
図８（ｂ）に示すように、接続部Ｃ１、Ｃ２が可動枠６の中心６ａに対して点対称に配置されていない場合、第１の蛇行状梁部１０と第２の蛇行状梁部１２の駆動力の差が生じて、走査線揺らぎを発生させるＹ軸方向でのねじれの変位量が大きくなる。
換言すれば、可動枠６の両側における駆動バランスが崩れて予期しない捩れモードが発生し、走査線揺らぎの要因となる。
接続部Ｃ１、Ｃ２を可動枠６の中心６ａに対して点対称に配置することで走査線揺らぎを高精度に抑制することができる。
振動抑制部は、可動枠の重心に対して対称となるように設置することで、全体の重量バランスを一致させ、可動枠に余計な傾きが生じないようにする効果がある。
In addition, in the
As shown in FIG. 8B, when the connecting portions C1 and C2 are not arranged point-symmetrically with respect to the
In other words, the drive balance on both sides of the
By disposing the connecting portions C1 and C2 in point symmetry with respect to the
By installing the vibration suppressing portion symmetrically with respect to the center of gravity of the movable frame, there is an effect that the overall weight balance is matched and unnecessary tilting of the movable frame does not occur.
圧電材料２０を構成するＰＺＴ膜の成膜手法は、スパッタリング法やゾルゲル液のスピンナーによる塗布形成法等がある。
ＰＺＴは電気−機械エネルギーの変換効率が他の圧電材料に比べると良好で、かつ上記の一般的な製法で安価で作成することができる。
The PZT film constituting the piezoelectric material 20 may be formed by a sputtering method, a sol-gel liquid spin-coating method, or the like.
PZT has better conversion efficiency of electro-mechanical energy than other piezoelectric materials, and can be manufactured at low cost by the above-mentioned general manufacturing method.
本実施形態では、電圧印加による蛇行状梁部の変形によって動く部分の一例としての接続部に振動抑制部１６を設ける構成としたが、振動抑制部を設ける部位はこれに限定されない。
蛇行状梁部の変形によって動く部分は、蛇行状梁部自体、接続部及び可動枠であり、ミラー部４の振動に対し不要な振動成分を抑制することができれば上記動く部分のうちのいずれかの部位でもよい。
不要な振動成分としては、ミラー部４の振動方向と異なる方向、例えば上記のように直交する方向の振動成分がある。
In the present embodiment, the
The portions that move due to the deformation of the meandering beam portion are the meandering beam portion itself, the connection portion, and the movable frame, and any of the moving portions as long as unnecessary vibration components for the vibration of the mirror portion 4 can be suppressed. May be the part.
The unnecessary vibration component includes a vibration component in a direction different from the vibration direction of the mirror unit 4, for example, a direction orthogonal to the above-described direction.
図９及び図１０に基づいて第２の実施形態を説明する。
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省略して要部のみ説明する。
図９に示すように、本実施形態に係る光偏向器３０は、２軸走査型の光偏向器であり、図１で示した光偏向器２の可動枠６内にミラー部４をＹ軸周りに回転振動させる構成を有している。
具体的に説明すると、可動枠６には、一端がミラー部４に固定され、ミラー部４を蛇行状梁部の変形による振動方向と直交する方向に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３２、３４と、電圧を印加することにより変形する構成を有し、一端がトーションバー３２、３４の他端側に固定された一対の駆動梁３６、３８とが設けられている。
A second embodiment will be described with reference to FIGS.
The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration and the function already described is omitted, and only the main part will be described.
As shown in FIG. 9, the
More specifically, one end of the
駆動梁３６、３８の他端は可動枠６に一体に接続されている。ミラー部４、トーションバー３２、３４、駆動梁３６、３８は、可動枠６に溝を形成することにより動作可能となっている。
駆動梁３６、３８の表面には、蛇行状梁部の梁部と同様に圧電部材４０が設けられており、電圧を印加することにより変形する構成となっている。
駆動梁３６、３８を駆動することで、ミラー部４を支持するトーションバー３２、３４にねじれが発生し、ミラー部４がＹ軸周りに回転振動する。
駆動梁３６、３８には正弦波による駆動が行われ、ミラー部４の回転は機械的共振を利用することになる。
The other ends of the drive beams 36 and 38 are integrally connected to the
A
By driving the drive beams 36 and 38, the torsion bars 32 and 34 supporting the mirror unit 4 are twisted, and the mirror unit 4 rotationally vibrates around the Y axis.
The driving beams 36 and 38 are driven by sine waves, and the rotation of the mirror unit 4 utilizes mechanical resonance.
接続部Ｃ１、Ｃ２における振動抑制部の構成は上記実施形態と同様である。本実施形態では、２軸走査型であるため、ミラー部４の振動方向は主走査方向と副走査方向の２種類あり、接続部Ｃ１、Ｃ２における振動抑制部の振動抑制対象は、主走査方向と副走査方向のそれぞれの振動に対する不要な振動成分である。 The configuration of the vibration suppressing section in the connection sections C1 and C2 is the same as in the above embodiment. In the present embodiment, since the mirror is of the biaxial scanning type, there are two types of vibration directions of the mirror unit 4, the main scanning direction and the sub-scanning direction. And unnecessary vibration components for the respective vibrations in the sub-scanning direction.
本実施形態の光偏向器３０では、２０ｋＨｚの正弦波の電圧印加により、ミラー部４がトーションバー３２、３４のねじれにより２０ｋＨｚで回動振動することになる。
光反射面の回動角度に関しては、機械振れ角±１３°の回転が得られるように動作させることができる。
一方、第１の蛇行状梁部１０と第２の蛇行状梁部１２を駆動することで、可動枠６がＸ軸周りに回転振動し、これに応じてミラー部４もＸ軸周りに回転振動する。
In the
Regarding the rotation angle of the light reflection surface, the light reflection surface can be operated so as to obtain a rotation with a mechanical shake angle of ± 13 °.
On the other hand, by driving the first
光偏向器３０では、蛇行状梁部の蛇行した各梁部に独立に設けられた圧電部材１４に一つおきにのこぎり波による電圧印加を行い、非共振駆動を行う。
このような非共振駆動によるラスタ走査では、６０Ｈｚののこぎり波により動作をさせることができる。
図１０に示すように、Ｙ方向の機械的共振による正弦波振動Ｓと、Ｘ方向の非共振駆動ＮＳによる回転により、２軸方向でのレーザ走査が可能になる。符号６２は投影面を示す。
In the
In such raster scanning by non-resonant driving, operation can be performed by a sawtooth wave of 60 Hz.
As shown in FIG. 10, the laser scanning in two axial directions becomes possible by the sinusoidal vibration S caused by the mechanical resonance in the Y direction and the rotation caused by the non-resonant drive NS in the X direction.
上記各実施形態では、側面形状が矩形の直方体形状の振動抑制部を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１１に示すように、蛇行状梁部の梁部側から接続部に向かってなだらかに厚みＨが増加する振動抑制部１６’としてもよい。
In each of the embodiments described above, the vibration suppressing portion has a rectangular parallelepiped shape with a rectangular side surface, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11, a
光偏向器２の実装形態を図１２に示す。
光偏向器２は、パッケージ部材４２に覆われている。パッケージ部材４２には樹脂やセラミック材料が用いられる。
光偏向器２の上下電極は駆動回路４４と電気的に連結されており、駆動回路４４を用いて、上下電極間に電圧を印加する。
FIG. 12 shows a mounting form of the
The
The upper and lower electrodes of the
図１３及び図１４に基づいて第３の実施形態（２次元画像表示装置）を説明する。
図１３は、２次元画像表示装置としてのプロジェクタ５０を示している。
プロジェクタ５０では、赤色レーザ光源５２、緑色レーザ光源５４、青色レーザ光源５６のそれぞれから発せられた光は、コリメートレンズ５８によってそれぞれ平行光になって出射される。
具体的には、赤色レーザとして波長６４０ｎｍ、緑色レーザとして波長５２０ｎｍ、青色レーザとして波長４５０ｎｍの光源を用いた。
コリメートされたレーザ光は、光路合成手段６０に入射される。光路合成手段６０は、３本の光路を１つの光路に合成するものであり、ダイクロイックミラーなどの光路合成プリズムを使う。
A third embodiment (two-dimensional image display device) will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 shows a
In the
Specifically, a light source with a wavelength of 640 nm as a red laser, a wavelength of 520 nm as a green laser, and a wavelength of 450 nm as a blue laser was used.
The collimated laser light is incident on the optical
光路合成手段６０は、３つの反射面を有する。合成されたレーザ光は、画像を描画する２次元走査手段としての２軸走査型の光偏向器３０によって、入射されたレーザ光を２次元に走査し、投影面としてのスクリーン６２に画像を形成する。
スクリーン６２への画像の形成は、光偏向器３０によるレーザ光の２次元光走査と、各レーザ光源の強度変調によって行われる。
このとき、各光源の強度変調信号はＬＤ駆動部６４から送られ、光偏向器３０によるスクリーン６２への光走査方向は、光偏向器駆動部６６より送られる。
画像を形成するためのＬＤ、光偏向器２の制御は、制御部６８で行われる。図１３、図１４において、符号７０は電源を示している。
The optical path combining means 60 has three reflecting surfaces. The combined laser light is two-dimensionally scanned with the incident laser light by a two-axis scanning type
The formation of an image on the
At this time, the intensity modulation signal of each light source is sent from the
The control of the LD and the
図１４は、２次元画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイ７２を示している。
ヘッドアップディスプレイ７２では、スクリーンとしてマイクロレンズアレイ７４を用いており、マイクロレンズアレイ７４上に画像が形成される。
観察者７６は、投射ミラー７８、半透明部材としてのコンバイナ８０を介して画像が拡大された虚像８２をコンバイナ８０の先に視認することができる。
FIG. 14 shows a head-up
In the head-up
The observer 76 can visually recognize the
この場合、マイクロレンズアレイ７４によりレーザ光が拡散されるため、スペックルノイズの低減された虚像８２を視認することができる。
半透明部材として一般的にコンバイナを設置するが、車載用のヘッドアップディスプレイでは車両の窓ガラスを使うことも可能である。
In this case, since the laser light is diffused by the
Although a combiner is generally installed as a translucent member, a window glass of a vehicle can be used for a head-up display for a vehicle.
図１５に基づいて第４の実施形態（光走査装置）を説明する。
光源としてのレーザ素子８４からのレーザ光はコリメート光学系８６を経た後、光偏向器２により偏向される。
偏向されたビームは、第１のレンズであるｆθレンズ８８、第２のレンズであるトロイダルレンズ９０及びミラー９２からなる結像光学系で感光ドラム等の被走査面９４にスポット状に結像する。
光偏向器２に代えて２軸走査型の光偏向器３０を用いてもよい。
A fourth embodiment (optical scanning device) will be described based on FIG.
A laser beam from a
The deflected beam forms a spot image on a scanned
Instead of the
図１６に基づいて第５の実施形態（画像形成装置）を説明する。
光走査装置１００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像担持体としての感光体ドラム１０２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１０２は矢印方向に回転駆動され、帯電手段１０４により帯電された表面に光走査装置１００により画像情報に基づいて光走査されることによって静電潜像が形成される。
静電潜像は現像手段１０６でトナー像に可視像化され、このトナー像は転写手段１０８で被転写体としての記録紙１１０に転写される。転写されたトナー像は定着手段１１２によって記録紙１１０に定着される。
感光体ドラム１０２の転写手段１０８に対向する部位を通過した表面部分はクリーニング手段１１４で残留トナーを除去される。
A fifth embodiment (image forming apparatus) will be described with reference to FIG.
The
The
The electrostatic latent image is visualized into a toner image by a developing
The
感光体ドラム１０２に代えてべルト状の感光体を用いる構成も可能である。
また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、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。
A configuration using a belt-shaped photoconductor instead of the
Further, it is also possible to adopt a configuration in which the toner image is temporarily transferred to a transfer medium other than the recording paper, and the toner image is transferred from the transfer medium to the recording paper and fixed.
光走査装置１００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１１６と、光源１１６を変調する光源駆動手段１１８と、光偏向器２とを有している。
また、光走査装置１００は、光偏向器２の光反射面に光源１１６からの光ビームを結像させるための結像光学系１２０と、光反射面で反射された光ビームを感光体ドラム１０２の表面に結像させるための走査光学系１２２等を有している。
光偏向器２は、その駆動のための集積回路１２４とともに回路基板１２６に実装された形で光走査装置１００に組み込まれている。
光偏向器２に代えて２軸走査型の光偏向器３０を用いてもよい。
The
Further, the
The
Instead of the
本発明に係る光偏向器は、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。
光偏向器のミラー部４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。
本発明に係る光走査装置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、光偏向器の発熱量もわずかであるため、小型化が容易である。
したがって、画像形成装置の小型化に有利である。
なお、記録紙の搬送機構、感光体ドラムの駆動機構、現像手段、転写手段などの制御手段、光源の駆動系などは、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。
The optical deflector according to the present invention consumes less power for driving as compared with the rotary polygon mirror, and thus is advantageous for power saving of the image forming apparatus.
Since the wind noise when the mirror unit 4 of the optical deflector vibrates is smaller than that of the rotary polygon mirror, it is advantageous for improving the quietness of the image forming apparatus.
The optical scanning device according to the present invention requires much less installation space than the rotary polygon mirror, and the amount of heat generated by the optical deflector is small, so that miniaturization is easy.
Therefore, it is advantageous for downsizing the image forming apparatus.
Note that a recording paper transport mechanism, a photosensitive drum driving mechanism, a developing unit, a control unit such as a transfer unit, a driving system of a light source, and the like are the same as those of the conventional image forming apparatus, and thus are omitted in the drawing.
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。
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to such specific embodiments, and unless otherwise specified in the above description, the present invention described in the claims is not limited thereto. Various modifications and changes are possible within the scope of the gist.
The effects described in the embodiments of the present invention merely exemplify the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects according to the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
２、３０ 光偏向器
４ミラー部
６ 可動枠
８ 支持枠
１０ 蛇行状梁部としての第１の蛇行状梁部
１２ 蛇行状梁部としての第２の蛇行状梁部
１６、１６’ 振動抑制部
Ｃ１、Ｃ２ 接続部
１４ 圧電部材
３２、３４ 弾性支持部材としてのトーションバー
３６、３８ 駆動梁
５２、５４、５６ 光源
５０ 光路合成手段
６２ 投影面としてのスクリーン
８４ 光源としてのレーザ素子
１０２ 像担持体としての感光体ドラム
１０６ 現像手段
１０８ 転写手段
2, 30 Optical deflector 4
Claims (7)
前記ミラー部を含む可動枠と、
前記可動枠を支持する支持枠と、
前記可動枠の両側において前記可動枠と前記支持枠との間に配置され、折り返し形状を有する蛇行状梁部と、
を備え、
前記各蛇行状梁部の一端は前記支持枠にそれぞれ固定されているとともに、他端は各接続部において前記可動枠にそれぞれ固定され、
前記各蛇行状梁部は電圧を印加することにより変形する構成を有し、
電圧印加による前記各蛇行状梁部の変形が前記可動枠を介して伝達されることにより前記ミラー部が回転軸を中心に振動するものであり、
前記各蛇行状梁部及び前記各接続部は少なくとも一体的に形成された第１のシリコン層をそれぞれ含み、
前記各蛇行状梁部は前記第１のシリコン層の上に第１の酸化シリコン層を介して圧電部材をそれぞれ有し、
前記各接続部は、前記第１のシリコン層における前記圧電部材が配設された側と対向する側に、第２の酸化シリコン層を介して、前記ミラー部が振動していないときの前記可動枠の面上かつ前記回転軸と直交する方向を回転軸とした振動成分を抑制する第２のシリコン層を含む振動抑制部をそれぞれ有する光偏向器。 A mirror unit having a light reflecting surface,
A movable frame including the mirror unit,
A support frame for supporting the movable frame,
A meandering beam portion disposed between the movable frame and the support frame on both sides of the movable frame and having a folded shape,
With
One end of each of the meandering beam portions is fixed to the support frame, and the other end is fixed to the movable frame at each connection portion,
Each of the meandering beam portions has a configuration that is deformed by applying a voltage,
The mirror section vibrates around a rotation axis by the deformation of each of the meandering beam sections due to voltage application being transmitted through the movable frame,
Each of the meandering beam portions and each of the connection portions includes a first silicon layer formed at least integrally,
Each of the meandering beam portions has a piezoelectric member on the first silicon layer via a first silicon oxide layer,
Each of the connection portions is provided on a side of the first silicon layer opposite to a side on which the piezoelectric member is provided , via a second silicon oxide layer , the movable portion when the mirror portion is not vibrating. Optical deflectors each having a vibration suppressing unit including a second silicon layer for suppressing a vibration component on a surface of a frame and having a direction perpendicular to the rotation axis as a rotation axis .
前記各接続部は前記ミラー部を中心とした点対称となるようにそれぞれ配置されている光偏向器。 The optical deflector according to claim 1,
An optical deflector, wherein each of the connection portions is arranged so as to be point-symmetric about the mirror portion.
前記各蛇行状梁部の一端は前記ミラー部を中心とした点対称となるようにそれぞれ配置されている光偏向器。 The optical deflector according to claim 2 ,
An optical deflector wherein one end of each of the meandering beam portions is disposed so as to be point-symmetric with respect to the mirror portion.
前記可動枠内に、
一端が前記ミラー部に固定され、前記ミラー部を前記蛇行状梁部の変形による振動方向と直交する方向に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、
を有する光偏向器。 The optical deflector according to any one of claims 1 to 3,
In the movable frame,
A pair of elastic support members, one end of which is fixed to the mirror portion, and which supports the mirror portion so that it can vibrate in a direction orthogonal to a vibration direction due to deformation of the meandering beam portion;
A pair of drive beams having a configuration that is deformed by applying a voltage, one end of which is fixed to the other end of the elastic support member,
An optical deflector having:
前記レーザ光の光路を一つに合成する光路合成手段と、
前記合成されたレーザ光を走査して画像を描画する２次元走査手段と、
を備え、
前記２次元走査手段が請求項４に記載の光偏向器であり、該光偏向器による光偏向を行い、投影面に画像を投影する２次元画像表示装置。 A light source for emitting a plurality of different wavelengths of laser light,
Light path combining means for combining the optical paths of the laser light into one,
Two-dimensional scanning means for scanning the synthesized laser light to draw an image,
With
5. A two-dimensional image display device, wherein the two-dimensional scanning means is the optical deflector according to claim 4, wherein the light deflector performs light deflection and projects an image on a projection surface.
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１〜４のいずれか１つに記載の光偏向器である光走査装置。 Light source,
An optical deflector for deflecting a light beam from the light source,
An imaging optical system for imaging the deflected light beam into a spot on the surface to be scanned,
With
An optical scanning device, wherein the optical deflector is the optical deflector according to any one of claims 1 to 4.
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６に記載の光走査装置である画像形成装置。 An image carrier;
An optical scanning device that forms an electrostatic latent image on the image carrier based on image information;
Developing means for visualizing the electrostatic latent image,
Transfer means for transferring the visible image to a transfer object,
Has,
An image forming apparatus, wherein the optical scanning device is the optical scanning device according to claim 6.
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