JP6682774B2 - Optical deflector, optical scanning device, image forming device, image projection device, head-up display device, and radar device - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ装置、およびレーダ装置に関する。   The present invention relates to an optical deflector, an optical scanning device, an image forming device, an image projection device, a head-up display device, and a radar device.

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、ヘッドディスプレイ装置、レーダ装置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ある。   An optical deflector that deflects and scans a light beam such as a laser beam is widely used in an image forming apparatus such as a copying machine, an image projection apparatus, a head display apparatus, and a radar apparatus. Conventionally, as this type of optical deflector, there are one using electrostatic force, one using electromagnetic force, and one using piezoelectric power.

静電力を用いた光偏向器は、平行平板型と櫛歯型の電極があり、櫛歯型の電極では近年の微細加工技術の向上によって比較的大きな力を発生できるようにはなったが、十分な光の偏向角が得られないため、駆動電圧を大きくして補うしかない。しかし、駆動電圧を大きくすると、電源系の部品が大きくなり全体として大型化したり、コスト増加につながってしまう。   The optical deflector using electrostatic force has parallel plate type electrodes and comb tooth type electrodes. With the comb tooth type electrodes, it has become possible to generate a relatively large force by improving the fine processing technology in recent years. Since a sufficient deflection angle of light cannot be obtained, the driving voltage must be increased to compensate. However, if the drive voltage is increased, the power supply system components are increased in size, which leads to an increase in size as a whole and an increase in cost.

電磁力を用いた光偏向器は、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、生産性が悪くなるととも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。   An optical deflector using electromagnetic force requires a permanent magnet to be arranged outside, which complicates the device configuration, lowers productivity, and is difficult to miniaturize. Although a material using a magnetostrictive film or the like has been studied, sufficient characteristics cannot be obtained because the characteristics as a magnetic material are inferior. In addition, when current is passed through the coil, excess heat is likely to be generated, resulting in increased power consumption.

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することが可能である。圧電デバイスは、発生力が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、圧電部材を他の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。これにより、圧電力による面内方向のわずかな歪みを反りに変えて大きな変形を得ることも可能である。   On the other hand, when the piezoelectric power is used, a relatively large driving voltage is required, but a large force can be generated with a small power. Since the piezoelectric device has a large generated force but a small amount of deformation, the piezoelectric member is bonded to another beam-shaped elastic member to form a unimorph structure or a bimorph structure in order to expand the deformation amount. Thereby, it is possible to change a slight strain in the in-plane direction due to the piezoelectric power into a warp and obtain a large deformation.

ここで、例えば、小型で駆動効率がよく、大きな角度振幅が得られる光偏向器が開示されている（特許文献１参照）。この光偏向器は、駆動梁の微小な曲げ振動により弾性支持部材に大きな捻り変形を発生させることで、効率よくミラーが回転し、大きな回転振幅を得ることができる。   Here, for example, an optical deflector that is small in size, has a high driving efficiency, and can obtain a large angular amplitude is disclosed (see Patent Document 1). In this optical deflector, the mirror is efficiently rotated and a large rotation amplitude can be obtained by causing a large torsional deformation in the elastic support member due to a minute bending vibration of the drive beam.

しかしながら、上述した光偏向器では、光を偏向するミラーの径を大きくしたり、ミラーの振幅角を大きくしたり、共振周波数を増加させる等により高性能化していくと、駆動梁にかかる負担が大きくなり、駆動梁の根元部で破損しやすくなるという問題があった。   However, in the above-mentioned optical deflector, when the performance is improved by increasing the diameter of the mirror that deflects light, increasing the amplitude angle of the mirror, increasing the resonance frequency, etc., the load on the drive beam will be reduced. There is a problem in that it becomes large and is easily damaged at the root of the drive beam.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、駆動梁の根元部で発生する応力を分散させて駆動梁の根元部で生じる破損を防止する光偏向器、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ装置、およびレーダ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an optical deflector, an optical scanning device, and an image forming apparatus that disperse stress generated at the root portion of a drive beam to prevent damage at the root portion of the drive beam. , An image projection device, a head-up display device, and a radar device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光偏向器は、固定ベースと、光を反射させる反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を支持する一対の弾性支持部材と、前記一対の弾性支持部材に一対一で対応し、一方の端部が前記弾性支持部材に接続され、他方の端部が前記固定ベースに接続され、圧電部材が固着された一対の駆動梁と、を備え、前記駆動梁は、前記ミラー部と前記弾性支持部材とを前記固定ベースに片持ちで支持させて前記ミラー部を回転振動させ、前記固定ベースは、前記駆動梁が接続されている根元部に、前記駆動梁の前記一方の端部へ向かう方向に前記駆動梁の幅より狭い幅で突出し、前記駆動梁を支持する突起部を有する。   In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, an optical deflector of the present invention includes a fixed base, a mirror portion having a reflecting surface that reflects light, and a pair of elastic support members that support the mirror portion. A pair of drive beams having a one-to-one correspondence with the pair of elastic supporting members, one end connected to the elastic supporting member, the other end connected to the fixed base, and a piezoelectric member fixed thereto. The drive beam cantilevers the mirror portion and the elastic support member on the fixed base to rotate and vibrate the mirror portion, and the fixed base is connected to the drive beam. The root portion has a protrusion that projects in a direction narrower than the width of the drive beam in a direction toward the one end of the drive beam and supports the drive beam.

本発明によれば、駆動梁の根元部で発生する応力を分散させて駆動梁の根元部で生じる破損を防止できるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to disperse the stress generated at the root portion of the drive beam and prevent the damage caused at the root portion of the drive beam.

図１は、第１の実施形態にかかる光偏向器の全体を示す上面図である。FIG. 1 is a top view showing the entire optical deflector according to the first embodiment. 図２は、図１におけるＡ−Ａ断面から見た側面図である。FIG. 2 is a side view seen from the AA cross section in FIG. 1. 図３は、図２における矢印Ｂから見た裏面図である。FIG. 3 is a rear view seen from the arrow B in FIG. 図４は、駆動梁における固定ベースと接続されている根元部付近の配線パターンを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a wiring pattern in the vicinity of a root portion of the drive beam connected to the fixed base. 図５は、図４におけるＣ−Ｃ断面から見た断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 図６は、図４におけるＤ−Ｄ断面から見た断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view seen from the DD cross section in FIG. 4. 図７は、突起部の突出量と駆動梁の根元部の応力との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the amount of protrusion of the protrusion and the stress at the root of the drive beam. 図８は、突起部の他の形状を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing another shape of the protrusion. 図９は、駆動梁の他の形状を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing another shape of the drive beam. 図１０は、駆動梁の他の形状を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another shape of the drive beam. 図１１は、第２の実施形態にかかる光偏向器の全体を示す上面図である。FIG. 11 is a top view showing the entire optical deflector according to the second embodiment. 図１２は、図１１におけるＥ−Ｅ断面から見た側面図である。FIG. 12 is a side view seen from the EE cross section in FIG. 11. 図１３は、図１２における矢印Ｆから見た裏面図である。FIG. 13 is a rear view seen from the arrow F in FIG. 図１４は、図１２における矢印Ｆから見た裏面図である。FIG. 14 is a rear view seen from the arrow F in FIG. 図１５は、第３の実施形態の光走査装置の全体構成図である。FIG. 15 is an overall configuration diagram of the optical scanning device of the third embodiment. 図１６は、図１５の光走査装置に用いる光偏向器と駆動手段の接続を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the connection between the optical deflector and the driving means used in the optical scanning device of FIG. 図１７は、画像形成装置の全体構成図である。FIG. 17 is an overall configuration diagram of the image forming apparatus. 図１８は、第４の実施形態の画像投影装置の全体構成図である。FIG. 18 is an overall configuration diagram of the image projection apparatus of the fourth embodiment. 図１９は、第４の実施形態の画像投影装置の構成図である。FIG. 19 is a block diagram of the image projection apparatus of the fourth embodiment. 図２０は、第５の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の全体概念図である。FIG. 20 is an overall conceptual diagram of the head-up display device of the fifth embodiment. 図２１は、フロントガラスに照射した像が虚像として認識された場合を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a case where an image irradiated on the windshield is recognized as a virtual image. 図２２は、第５の実施形態の画像形成部の詳細を示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating details of the image forming unit according to the fifth embodiment. 図２３は、第６の実施形態のレーダ装置の全体構成図である。FIG. 23 is an overall configuration diagram of the radar device according to the sixth embodiment. 図２４は、第６の実施形態のレーダ装置の構成図である。FIG. 24 is a configuration diagram of the radar device according to the sixth embodiment.

以下に添付図面を参照して、光偏向器、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ装置、およびレーダ装置の実施形態を詳細に説明する。   Embodiments of an optical deflector, an optical scanning device, an image forming device, an image projection device, a head-up display device, and a radar device will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施形態）
まず、光偏向器について説明する。図１は、第１の実施形態にかかる光偏向器の全体を示す上面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面から見た側面図である。図３は、図２における矢印Ｂから見た裏面図である。 (First embodiment)
First, the optical deflector will be described. FIG. 1 is a top view showing the entire optical deflector according to the first embodiment. FIG. 2 is a side view seen from the AA cross section in FIG. 1. FIG. 3 is a rear view seen from the arrow B in FIG.

図１〜３に示すように、本実施形態の光偏向器は、ミラー部１０と、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂと、駆動梁３０ａ、３０ｂと、固定ベース４０と、を備えている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the optical deflector of the present embodiment includes a mirror section 10, torsion bar springs 20a and 20b, drive beams 30a and 30b, and a fixed base 40.

ミラー部１０は、光を反射させる反射面１２と、反射面１２を支持するリブ１１とを有している。このミラー部１０が有する反射面１２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が形成されている。図１の上面図は、ミラー部１０の反射面１２の法線方向から見た図となっている。   The mirror portion 10 has a reflecting surface 12 that reflects light and a rib 11 that supports the reflecting surface 12. The reflecting surface 12 of the mirror portion 10 is formed by forming a thin film of metal such as aluminum or silver on the surface of a silicon substrate. The top view of FIG. 1 is a view as seen from the direction normal to the reflecting surface 12 of the mirror section 10.

トーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、金属棒を捻る時の反発力を利用したばねの一種であり、一対の弾性指示部材に相当する。図１に示すように、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、一端がミラー部１０の両側に接続されており、ミラー部１０を揺動可能に支持している。   The torsion bar springs 20a and 20b are a type of spring that utilizes repulsive force when twisting a metal rod, and correspond to a pair of elastic indicating members. As shown in FIG. 1, one end of each of the torsion bar springs 20a and 20b is connected to both sides of the mirror portion 10, and supports the mirror portion 10 swingably.

駆動梁３０ａ、３０ｂは、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂに一対一で対応し、一方の端部がトーションバースプリング２０ａ、２０ｂに接続され、他方の端部が固定ベース４０に接続された一対の駆動梁に相当する。すなわち、図１に示すように、駆動梁３０ａ、３０ｂは、一方の端部が、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの他端（ミラー部１０に接続されている側の端部と反対側の端部）に接続され、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの軸方向においてミラー部１０を挟むように配置されている。   The drive beams 30a and 30b are in one-to-one correspondence with the torsion bar springs 20a and 20b, one end of which is connected to the torsion bar springs 20a and 20b, and the other end of which is connected to the fixed base 40. Corresponds to a beam. That is, as shown in FIG. 1, one end of each of the drive beams 30a and 30b has the other end of the torsion bar springs 20a and 20b (the end opposite to the end connected to the mirror portion 10). ), And is arranged so as to sandwich the mirror portion 10 in the axial direction of the torsion bar springs 20a and 20b.

ここで、駆動梁３０ｂの構成について説明する。駆動梁３０ｂは、梁状部材３１ｂに圧電部材３２ｂが固着されている。具体的には、例えば、図１、２に示すように、駆動梁３０ｂは、梁状部材３１ｂの表面に圧電部材３２ｂが積層され、平板短冊状のユニモルフ構造によって形成されている。なお、駆動梁３０ａも駆動梁３０ｂと同様の構成となっており、梁状部材３１ａに圧電部材３２ａが固着されている。   Here, the configuration of the drive beam 30b will be described. In the drive beam 30b, the piezoelectric member 32b is fixed to the beam-shaped member 31b. Specifically, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the drive beam 30b is formed by a plate-shaped strip-shaped unimorph structure in which a piezoelectric member 32b is laminated on the surface of a beam-shaped member 31b. The drive beam 30a has the same structure as the drive beam 30b, and the piezoelectric member 32a is fixed to the beam-shaped member 31a.

梁状部材３１ａ、３１ｂは、固定ベース４０から同一方向に突出するように配置されており、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの中心軸に対して片側のみに配置されている。従って、光偏向器は、駆動梁３０ａ、３０ｂの梁状部材３１ａ、３１ｂにより、ミラー部１０とトーションバースプリング２０ａ、２０ｂとを固定ベース４０に片持ちで支持させた構成となっている。このような構成により、梁状部材３１ａ、３１ｂは、曲げ振動することでトーションバースプリング２０ａ、２０ｂに捻り変形を発生させてミラー部１０を回転振動させる。なお、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。   The beam-shaped members 31a and 31b are arranged so as to project from the fixed base 40 in the same direction, and are arranged only on one side with respect to the central axes of the torsion bar springs 20a and 20b. Therefore, the optical deflector is configured such that the mirror portion 10 and the torsion bar springs 20a and 20b are cantilevered by the fixed base 40 by the beam-shaped members 31a and 31b of the drive beams 30a and 30b. With such a configuration, the beam-shaped members 31a and 31b vibrate and vibrate to cause torsional deformation of the torsion bar springs 20a and 20b, thereby rotationally vibrating the mirror unit 10. Rotational vibration means an operation of repeating rotation in one direction and rotation (return) in the opposite direction within a range of a predetermined angle around the axis.

ここで、圧電部材３２ａ、３２ｂに電界を与えるための電気的な構成について説明する。以下では、図を参照して圧電部材３２ａについて説明するが、圧電部材３２ｂも同様である。   Here, an electrical configuration for applying an electric field to the piezoelectric members 32a and 32b will be described. The piezoelectric member 32a will be described below with reference to the drawings, but the same applies to the piezoelectric member 32b.

図４は、駆動梁における固定ベースと接続されている根元部付近の配線パターンを示す図である。図５は、図４におけるＣ−Ｃ断面から見た断面図である。図６は、図４におけるＤ−Ｄ断面から見た断面図である。図５、図６では、圧電部材３２ａの上部電極３３ａおよび下部電極３４ａへの配線部の断面を示している。   FIG. 4 is a diagram showing a wiring pattern in the vicinity of a root portion of the drive beam connected to the fixed base. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view seen from the DD cross section in FIG. 4. 5 and 6 show cross sections of the wiring portion of the piezoelectric member 32a to the upper electrode 33a and the lower electrode 34a.

駆動梁３０ａは、梁状部材３１ａの上に、下部電極３４ａ、圧電部材３２ａ、上部電極３３ａ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がされている。接着層の材料は、チタン（Ｔｉ）、上部電極３３ａおよび下部電極３４ａは白金（Ｐｔ）、圧電部材３２ａはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを使用することができる。   The drive beam 30a is formed by stacking the lower electrode 34a, the piezoelectric member 32a, and the upper electrode 33a on the beam-shaped member 31a by sputtering in this order, and etching is performed so that only a necessary portion remains. . The material of the adhesive layer may be titanium (Ti), the upper electrode 33a and the lower electrode 34a are platinum (Pt), and the piezoelectric member 32a may be lead zirconate titanate (PZT).

コンタクトホール５１、５２から配線５０を引き出し、上部電極３３ａと下部電極３４ａとの間に電圧を印加すると、圧電部材３２ａの電歪特性により体積が変化し、梁状部材３１ａの表面の面内方向に伸縮する。これにより、駆動梁３０ａ全体が反って、曲げ変形するようになっている。なお、説明のため図４では、絶縁層６０を省略している。   When the wiring 50 is drawn out from the contact holes 51 and 52 and a voltage is applied between the upper electrode 33a and the lower electrode 34a, the volume changes due to the electrostrictive characteristics of the piezoelectric member 32a, and the in-plane direction of the surface of the beam-shaped member 31a is changed. To expand and contract. As a result, the entire drive beam 30a is warped and bent. Note that the insulating layer 60 is omitted in FIG. 4 for the sake of explanation.

本実施形態では、成膜プロセスによって製作した例を説明したが、圧電部材３２ａはバルクの材料を貼り付ける方法で製作してもよい。構造体としては前述のシリコン基板は積層されたＳＯＩ（Silicon on Insulator：シリコン オン インシュレータ）基板を利用しており、デバイス層と支持層の２種類の厚みのシリコン基板で形成されている。上記ミラー部１０、トーションバースプリング２０、梁状部材３１ａはデバイス層で形成されており、固定ベース４０はデバイス層と支持層両方で構成されている。   In the present embodiment, an example in which the piezoelectric member 32a is manufactured by the film forming process has been described, but the piezoelectric member 32a may be manufactured by a method of sticking a bulk material. As the structure, the above-mentioned silicon substrate uses a stacked SOI (Silicon on Insulator) substrate, and is formed of a silicon substrate having two types of thicknesses of a device layer and a support layer. The mirror portion 10, the torsion bar spring 20, and the beam-shaped member 31a are formed of a device layer, and the fixed base 40 is formed of both a device layer and a support layer.

本実施形態の光偏向器は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスによって加工することにより、ミラー部１０、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂ、および駆動梁３０ａ、３０ｂが一体で形成されている。   The optical deflector of the present embodiment is integrally formed with the mirror section 10, the torsion bar springs 20a and 20b, and the drive beams 30a and 30b by processing by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process.

また、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの長手方向と駆動梁３０ａ、３０ｂの長手方向とは、略直交して配置されている。このため、駆動梁３０ａ、３０ｂの曲げで発生する回転力を効率よくトーションバースプリング２０ａ、２０ｂの捻り方向の変形に伝えることができる。   Further, the longitudinal directions of the torsion bar springs 20a and 20b and the longitudinal directions of the drive beams 30a and 30b are arranged substantially orthogonal to each other. Therefore, the rotational force generated by bending the drive beams 30a and 30b can be efficiently transmitted to the deformation of the torsion bar springs 20a and 20b in the twisting direction.

また、駆動梁３０ａ、３０ｂは、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂとミラー部１０とを片持ちで支持する構造となっている。このため、駆動梁３０ａ、３０ｂは、先端が自由端になっており、大きな振幅で振動することができる。   The drive beams 30a and 30b are cantilevered to support the torsion bar springs 20a and 20b and the mirror portion 10. Therefore, the drive beams 30a and 30b have free ends at their tips, and can vibrate with a large amplitude.

また、図１に示すように、ミラー部１０の重心Ｇは、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの中心軸ｘに対して、駆動梁３０ａ、３０ｂと固定ベース４０との接続部側に近接する方向にオフセットされている。このようにすることで、駆動梁３０ａ、３０ｂの振動によってモーメントを発生させ、ミラー部１０を大きく回転振幅させることができる。   Further, as shown in FIG. 1, the center of gravity G of the mirror portion 10 is closer to the connecting portion side between the drive beams 30a and 30b and the fixed base 40 with respect to the central axis x of the torsion bar springs 20a and 20b. It is offset. By doing so, a moment can be generated by the vibration of the drive beams 30a and 30b, and the rotation of the mirror section 10 can be greatly increased.

固定ベース４０は、光偏向器のベース基板であり、図２に示すように、支持層部４１と、デバイス層部４２とから形成されている。そして、固定ベース４０は、駆動梁３０ａ、３０ｂが接続されている根元部に、駆動梁３０ａ、３０ｂの一方の端部（トーションバースプリング２０ａ、２０ｂと接続されている側の端部）へ向かう方向に突出し、駆動梁３０ａ、３０ｂを支持する突起部４３ａ、４３ｂを有している。この突起部４３ａ、４３ｂの幅である突起部幅Ｗ１は、駆動梁３０ａ、３０ｂの幅である駆動梁幅Ｗ２より狭い幅で形成されている（図３参照）。ここで、固定ベースは、長方形形状に形成され、長手方向から突起部が突出した構成となっている。しかし、固定ベースの形状は、これに限定されるものではなく、駆動梁やトーションバースプリング等を介して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、長方形形状以外の他の形状に形成されていてもよい。例えば、固定ベースの形状は、ミラー部の周囲を囲むような形状でもよい。   The fixed base 40 is a base substrate of the optical deflector, and is formed of a support layer portion 41 and a device layer portion 42, as shown in FIG. Then, the fixed base 40 goes to one of the ends of the drive beams 30a and 30b (ends on the side connected to the torsion bar springs 20a and 20b) at the roots to which the drive beams 30a and 30b are connected. The projections 43a and 43b project in the direction and support the drive beams 30a and 30b. The protrusion width W1 that is the width of the protrusions 43a and 43b is formed to be narrower than the drive beam width W2 that is the width of the drive beams 30a and 30b (see FIG. 3). Here, the fixed base is formed in a rectangular shape, and has a configuration in which the protruding portion projects from the longitudinal direction. However, the shape of the fixed base is not limited to this, and may be any shape as long as it can fix the mirror portion via the drive beam or the torsion bar spring, and other shapes than the rectangular shape. It may be formed in. For example, the shape of the fixed base may be a shape that surrounds the periphery of the mirror portion.

ミラー部１０が大振幅かつ高速に回転振動する場合、駆動梁３０ａ、３０ｂが大きく曲がるため、駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部の応力が増大しやすい。従って、本実施形態では、図３に示すように、固定ベース４０の支持層部４１に突起部４３ａ、４３ｂを形成することで、駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部で発生する応力集中を緩和することができる。   When the mirror portion 10 has a large amplitude and rotationally vibrates at a high speed, the drive beams 30a and 30b are largely bent, so that the stress at the root portions of the drive beams 30a and 30b easily increases. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, by forming the protrusions 43a and 43b on the support layer portion 41 of the fixed base 40, the stress concentration generated at the root portions of the drive beams 30a and 30b is relaxed. be able to.

ここで、ＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）シミュレーション解析で計算した突起部４３ａ、４３ｂの突出量（図３における突起部４３ａ、４３ｂの長さＰＬ）と、駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部の応力との関係について説明する。図７は、突起部の突出量と駆動梁の根元部の応力との関係を示す図である。   Here, the amount of protrusion of the protrusions 43a and 43b (length PL of the protrusions 43a and 43b in FIG. 3) calculated by FEM (Finite Element Method) simulation analysis and the roots of the drive beams 30a and 30b. The relationship with the stress of will be described. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the amount of protrusion of the protrusion and the stress at the root of the drive beam.

図７に示すように、応力値はミラー部１０の回転角度１ｄｅｇあたりの応力に換算している。突起部４３ａ、４３ｂの突出量が大きいと、本来の駆動梁３０ａ、３０ｂの動作を妨げてしまうため、可能な限り小さい方がよい。また、本実施形態では、駆動梁３０ａ、３０ｂの厚さＴ１は４０ｕｍである。従って、図７を参照すると、突起部４３ａ、４３ｂの突出量ＰＬと、駆動梁３０ａ、３０ｂの厚さＴ１とが略等しい（ＰＬ≒Ｔ１）場合、応力値が低くなり適切であることがわかる。   As shown in FIG. 7, the stress value is converted into the stress per rotation angle 1 deg of the mirror section 10. If the protrusion amount of the protrusions 43a and 43b is large, the original operation of the drive beams 30a and 30b is hindered. Therefore, the protrusion amount is preferably as small as possible. Further, in the present embodiment, the thickness T1 of the drive beams 30a and 30b is 40 μm. Therefore, referring to FIG. 7, when the protrusion amount PL of the protrusions 43a and 43b and the thickness T1 of the drive beams 30a and 30b are substantially equal (PL≈T1), the stress value becomes low, which is appropriate. .

図８は、突起部の他の形状を示す図である。固定ベース４０に設けられた突起部の角部では、応力が集中してしまう。従って、これを防ぐために、図８に示すように、突起部４４ａ、４４ｂの角部および隅部は、丸みを帯びるようにフィレット形状することが望ましい。つまり、図８では、突起部４４ａの角部ｆ１、ｆ２と隅部ｆ３、ｆ４、および突起部４４ｂの角部ｆ５、ｆ６と隅部ｆ７、ｆ８を、フィレット形状にして丸みを帯びるようにしている。   FIG. 8 is a diagram showing another shape of the protrusion. Stress concentrates at the corners of the protrusions provided on the fixed base 40. Therefore, in order to prevent this, as shown in FIG. 8, it is desirable that the corners and corners of the protrusions 44a and 44b be fillet-shaped so as to be rounded. That is, in FIG. 8, the corners f1 and f2 and the corners f3 and f4 of the protrusion 44a, and the corners f5 and f6 and the corners f7 and f8 of the protrusion 44b are formed into fillet shapes so as to be rounded. There is.

図９は、駆動梁の他の形状を示す図である。図１を参照すると、上述したトーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、駆動梁３０ａ、３０ｂの一方の端部（自由端側）の内側端部（ミラー部１０側端部）３０ａ−１、３０ｂ−１に繋がっている。これに対して、図９に示すように、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、駆動梁７０ａ、７０ｂの外側端部７０ａ−１、７０ｂ−１に繋がっている。これによって、駆動梁７０ａ、７０ｂの軸方向のサイズを小型化することが可能である。   FIG. 9 is a diagram showing another shape of the drive beam. Referring to FIG. 1, the torsion bar springs 20a and 20b described above include inner end portions (end portions on the mirror portion 10 side) 30a-1 and 30b-1 of one end portion (free end side) of the drive beams 30a and 30b. Connected to. On the other hand, as shown in FIG. 9, the torsion bar springs 20a and 20b are connected to the outer ends 70a-1 and 70b-1 of the drive beams 70a and 70b. This makes it possible to reduce the size of the drive beams 70a and 70b in the axial direction.

図１０は、駆動梁の他の形状を示す図である。ミラー部１０のサイズが大きくなるなどの要因によって駆動梁の剛性を高めたい場合は、図１０に示すように、ミラー部１０の両側に配置されている２つの駆動梁を結合して１枚にした駆動梁８０とする構成にしてもよい。また、図１０の駆動梁８０では、２つの突起部４４ａ、４４ｂを有する構成となっているが、駆動梁８０の幅が広くなるため、突起部を３つ以上有する構成としてもよい。   FIG. 10 is a diagram showing another shape of the drive beam. When it is desired to increase the rigidity of the driving beam due to factors such as an increase in the size of the mirror unit 10, as shown in FIG. 10, two driving beams arranged on both sides of the mirror unit 10 are combined into one sheet. The drive beam 80 may be configured as described above. Further, the drive beam 80 of FIG. 10 has a configuration having two protrusions 44a and 44b, but since the width of the drive beam 80 becomes wider, a configuration having three or more protrusions may be used.

このように、第１の実施形態の光偏向器では、固定ベース４０における駆動梁３０ａ、３０ｂが接続されている根元部に、固定ベース４０から駆動梁３０ａ、３０ｂの自由端へ向かう方向に駆動梁３０ａ、３０ｂの幅より狭い幅で突出し、駆動梁３０ａ、３０ｂを支持する突起部４３ａ、４３ｂが形成されている。これにより、駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部で発生する応力集中を分散させて駆動梁３０ａ、３０ｂの根元部で生じる破損を防止することができる。   As described above, in the optical deflector of the first embodiment, the base portion of the fixed base 40 to which the drive beams 30a and 30b are connected is driven in the direction from the fixed base 40 to the free ends of the drive beams 30a and 30b. Protrusions 43a and 43b are formed to project with a width narrower than the width of the beams 30a and 30b and to support the drive beams 30a and 30b. As a result, the stress concentration generated at the roots of the drive beams 30a and 30b can be dispersed to prevent damage that occurs at the roots of the drive beams 30a and 30b.

また、固定ベース４０に設けられた突起部４３ａ、４３ｂの突出量を駆動梁３０ａ、３０ｂの厚さと略等しくすることで、駆動梁３０ａ、３０ｂが本来の長さを保つとともに駆動梁３０ａ、３０ｂに発生する応力を低減して、駆動梁３０ａ、３０ｂの破損を防止することができる。   In addition, the projections 43a and 43b provided on the fixed base 40 are made to have a projection amount substantially equal to the thickness of the drive beams 30a and 30b, so that the drive beams 30a and 30b maintain their original lengths and the drive beams 30a and 30b. It is possible to reduce the stress that occurs in the drive beams 30a and 30b and prevent the drive beams 30a and 30b from being damaged.

また、突起部４４ａ、４４ｂのように、角部および隅部をフィレット形成にすることで、応力集中を緩和し、駆動梁３０ａ、３０ｂの破損を防止することができる。   Further, by forming fillets at the corners and corners like the protrusions 44a and 44b, stress concentration can be relieved and damage to the drive beams 30a and 30b can be prevented.

（第２の実施形態）
第１の実施形態の光偏向器では、固定ベース４０に駆動梁３０ａ、３０ｂの自由端へ向かう方向に突出した突起部４３ａ、４３ｂが形成されたものであった。これに対し、本実施形態の光偏向器は、固定部ベースの支持層部をミラーから離れる方向に後退させるものである。 (Second embodiment)
In the optical deflector of the first embodiment, the fixed base 40 is formed with the protrusions 43a and 43b protruding in the direction toward the free ends of the drive beams 30a and 30b. On the other hand, the optical deflector according to the present embodiment retreats the support layer portion of the fixed portion base in the direction away from the mirror.

図１１は、第２の実施形態にかかる光偏向器の全体を示す上面図である。図１２は、図１１におけるＥ−Ｅ断面から見た側面図である。図１３、図１４は、図１２における矢印Ｆから見た裏面図である。   FIG. 11 is a top view showing the entire optical deflector according to the second embodiment. FIG. 12 is a side view seen from the EE cross section in FIG. 11. 13 and 14 are rear views seen from the arrow F in FIG.

図１１〜１３に示すように、本実施形態の光偏向器は、ミラー部１０と、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂと、駆動梁７０ａ、７０ｂと、固定ベース４０と、を備えている。ここで、ミラー部１０、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂ、および固定ベース４０の構成は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。   As shown in FIGS. 11 to 13, the optical deflector according to the present embodiment includes a mirror unit 10, torsion bar springs 20a and 20b, drive beams 70a and 70b, and a fixed base 40. Here, the configurations of the mirror portion 10, the torsion bar springs 20a and 20b, and the fixed base 40 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.

駆動梁７０ａ、７０ｂは、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂに一対一で対応し、一方の端部がトーションバースプリング２０ａ、２０ｂに接続され、他方の端部が固定ベース４０に接続された一対の駆動梁に相当する。すなわち、図１１に示すように、駆動梁７０ａ、７０ｂは、一方の端部が、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの他端（ミラー部１０に接続されている側の端部と反対側の端部）に接続され、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの軸方向においてミラー部１０を挟むように配置されている。駆動梁７０ａ、７０ｂの形状は図９と同様である。   The drive beams 70a, 70b are in one-to-one correspondence with the torsion bar springs 20a, 20b, one end of which is connected to the torsion bar springs 20a, 20b, and the other end of which is connected to the fixed base 40. Corresponds to a beam. That is, as shown in FIG. 11, one end of each of the drive beams 70a and 70b has the other end of the torsion bar springs 20a and 20b (the end opposite to the end connected to the mirror unit 10). ), And is arranged so as to sandwich the mirror portion 10 in the axial direction of the torsion bar springs 20a and 20b. The shapes of the drive beams 70a and 70b are the same as those in FIG.

駆動梁７０ａ、７０ｂは、第１の実施形態の光偏向器と同様に、梁状部材７１ｂおよび圧電部材７２ｂから構成されているため、構成についての説明を省略する。また、駆動梁７０ａ、７０ｂの電気的な構成についても第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。   Since the drive beams 70a and 70b are composed of the beam-shaped member 71b and the piezoelectric member 72b similarly to the optical deflector of the first embodiment, the description of the structure will be omitted. Further, the electrical configurations of the drive beams 70a and 70b are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

また、第１の実施形態と同様に、本実施形態の光偏向器は、ＭＥＭＳプロセスによって加工することにより、ミラー部１０、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂ、および駆動梁７０ａ、７０ｂが一体で形成されている。   Further, similarly to the first embodiment, the optical deflector of the present embodiment is formed by the MEMS process so that the mirror portion 10, the torsion bar springs 20a and 20b, and the drive beams 70a and 70b are integrally formed. ing.

固定ベース４０は、光偏向器のベース基板であり、図１２に示すように、駆動梁７０ａ、７０ｂが接続された支持層部４１と、支持層部４１の下面に形成されたデバイス層部４２とを有している。そして、図１３に示すように、固定ベース４０の支持層部４１は、デバイス層部４２に対し、駆動梁７０ａ、７０ｂが接続されている根元端部７３ａ、７３ｂにおいてミラー部１０から離れる方向に向かって距離Ｌ分だけ後退している。なお、図１３では、駆動梁７０ａ、７０ｂが接続されていた根元端部７３ａ、７３ｂを点線で示している。ここで、デバイス層部４２が第１層部、支持層部４１が第２層部に相当する。   The fixed base 40 is a base substrate of the optical deflector, and as shown in FIG. 12, a support layer portion 41 to which the drive beams 70 a and 70 b are connected, and a device layer portion 42 formed on the lower surface of the support layer portion 41. And have. Then, as shown in FIG. 13, the support layer portion 41 of the fixed base 40 is separated from the device layer portion 42 in the direction away from the mirror portion 10 at the root ends 73a and 73b to which the drive beams 70a and 70b are connected. It is retreating by the distance L. Note that, in FIG. 13, the root ends 73a and 73b to which the drive beams 70a and 70b are connected are indicated by dotted lines. Here, the device layer portion 42 corresponds to the first layer portion, and the support layer portion 41 corresponds to the second layer portion.

また、図１３に示すように、固定ベース４０は、図８で示した突起部４４ａ、４４ｂを併用して配置してもよい。すなわち、固定ベース４０は、駆動梁７０ａ、７０ｂが接続されている根元部に、駆動梁７０ａ、７０ｂの一方の端部（トーションバースプリング２０ａ、２０ｂと接続されている側の端部）へ向かう方向に駆動梁７０ａ、７０ｂの幅より狭い幅で突出し、駆動梁７０ａ、７０ｂを支持する突起部４４ａ、４４ｂを有している。そして、突起部４４ａの角部ｆ１、ｆ２と隅部ｆ３、ｆ４、および突起部４４ｂの角部ｆ５、ｆ６と隅部ｆ７、ｆ８を、フィレット形状にして丸みを帯びるようにしている。   Further, as shown in FIG. 13, the fixed base 40 may be arranged by using the protrusions 44a and 44b shown in FIG. 8 together. That is, the fixed base 40 is directed to one end of the drive beams 70a, 70b (the end on the side connected to the torsion bar springs 20a, 20b) at the root portion where the drive beams 70a, 70b are connected. The projections 44a and 44b project in a direction narrower than the widths of the drive beams 70a and 70b and support the drive beams 70a and 70b. The corners f1 and f2 and the corners f3 and f4 of the protrusion 44a, and the corners f5 and f6 and the corners f7 and f8 of the protrusion 44b are fillet-shaped so as to be rounded.

このように、第２の実施形態の光偏向器では、固定ベース４０の支持層部４１が、デバイス層部４２に対して、ミラー部１０から離れる方向に距離Ｌ分だけ後退している。このように構成することで、駆動梁７０ａ、７０ｂの根元部で発生していた応力が後退した支持層部４１の角部に移動し、駆動梁７０ａ、７０ｂ以外の部分にも応力を分散して応力集中を緩和することができる。   As described above, in the optical deflector of the second embodiment, the support layer portion 41 of the fixed base 40 is retracted from the device layer portion 42 by the distance L in the direction away from the mirror portion 10. With this configuration, the stress generated at the roots of the drive beams 70a and 70b moves to the corners of the support layer portion 41 that have receded, and the stress is dispersed to the portions other than the drive beams 70a and 70b. Stress concentration can be relaxed.

さらに、図１４に示すように、固定ベース４０に接続された駆動梁９０ａ、９０ｂの根元部の隅部ｆ１１〜ｆ１４を、フィレット形状にして丸みを帯びるようにすることで、応力集中による破壊を防止することができる。   Further, as shown in FIG. 14, the corners f11 to f14 at the roots of the drive beams 90a and 90b connected to the fixed base 40 are formed into fillet shapes so as to be rounded, so that destruction due to stress concentration is prevented. Can be prevented.

（第３の実施形態）
第１、２の実施形態では、光偏向器について説明したが、本実施形態では、第１、２の実施形態の光偏向器を用いた光走査装置（光書込みユニット）、および光走査装置を用いた画像形成装置について説明する。 (Third Embodiment)
Although the optical deflector has been described in the first and second embodiments, in the present embodiment, an optical scanning device (optical writing unit) and an optical scanning device using the optical deflector of the first and second embodiments will be described. The image forming apparatus used will be described.

まず、光走査装置１００について説明する。図１５は、第３の実施形態の光走査装置の全体構成図である。図１６は、図１５の光走査装置に用いる光偏向器と駆動手段の接続を示す図である。   First, the optical scanning device 100 will be described. FIG. 15 is an overall configuration diagram of the optical scanning device of the third embodiment. FIG. 16 is a diagram showing the connection between the optical deflector and the driving means used in the optical scanning device of FIG.

図１５に示すように、本実施形態の光走査装置１００において、レーザ素子などの光源部１０２０からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系１０２１を経た後、光偏向器１０２２により偏向される。この光偏向器１０２２として、第１、２の実施形態のいずれかの構成の光偏向器が用いられる。そして、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、反射ミラー部１０２３ｃからなる走査光学系１０２３を経て、感光体ドラム１００２のビーム走査面（被走査面）に照射される。走査光学系１０２３は、被走査面であるビーム走査面にスポット状に光ビームを結像する。   As shown in FIG. 15, in the optical scanning device 100 of the present embodiment, laser light from a light source unit 1020 such as a laser element passes through an image forming optical system 1021 such as a collimator lens and is then deflected by an optical deflector 1022. It As the optical deflector 1022, the optical deflector having any one of the configurations of the first and second embodiments is used. Then, the laser beam deflected by the optical deflector 1022 is then passed through a scanning optical system 1023 including a first lens 1023a, a second lens 1023b, and a reflection mirror section 1023c, and then a beam scanning surface of the photosensitive drum 1002 (scanned). Surface). The scanning optical system 1023 images the light beam in a spot shape on the beam scanning surface which is the surface to be scanned.

図１６に示すように、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、光偏向器１０２２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、光偏向器１０２２のミラー部が回転してレーザ光が偏向され、感光体ドラム１００２のビーム走査面上が光走査される。   As shown in FIG. 16, the optical deflector 1022 is electrically connected to the driving means 1024. The driving means 1024 applies a driving voltage between the lower electrode and the upper electrode of the optical deflector 1022. As a result, the mirror portion of the optical deflector 1022 rotates to deflect the laser light, and the beam scanning surface of the photoconductor drum 1002 is optically scanned.

このように、第１、２の実施形態の光偏向器を利用した光走査装置１００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みユニットの構成部材として最適である。   As described above, the optical scanning device 100 using the optical deflector of the first and second embodiments is optimal as a constituent member of an optical writing unit for an image forming apparatus such as a printer of a photo printing system or a copying machine.

次に、光走査装置１００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１０００について説明する。図１７は、画像形成装置の全体構成図である。図１７に示すように、本実施形態の画像形成装置１０００では、光走査装置としての光書込みユニット１００１を備え、レーザ光を被走査面に出射して画像を書き込む。感光体ドラム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である。   Next, an image forming apparatus 1000 in which the optical scanning device 100 is mounted as a constituent member of an optical writing unit will be described. FIG. 17 is an overall configuration diagram of the image forming apparatus. As shown in FIG. 17, the image forming apparatus 1000 of the present embodiment includes an optical writing unit 1001 as an optical scanning device, and emits a laser beam to the surface to be scanned to write an image. The photoconductor drum 1002 is an image carrier that provides a surface to be scanned by the optical writing unit 1001.

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光で感光体ドラム１００２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査する。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対して光書込みユニット１００１により光走査されることによって、静電潜像が形成される。   The optical writing unit 1001 scans the surface (scanned surface) of the photosensitive drum 1002 in the axial direction of the drum with one or a plurality of laser beams modulated by a recording signal. The photoconductor drum 1002 is rotationally driven in the direction of arrow 1003, and the surface charged by the charging unit 1004 is optically scanned by the optical writing unit 1001 to form an electrostatic latent image.

現像手段１００５は、形成された静電潜像をトナー像に顕像化し、転写手段１００６は、顕像化されたトナー像を記録紙１００７（記録媒体）に転写する。定着手段１００８は、転写されたトナー像を記録紙１００７に定着させる。そして、クリーニング部１００９は、感光体ドラム１００２の転写手段１００６の対向部を通過した感光体ドラム１００２の表面部分の残留トナーを除去する。   The developing unit 1005 visualizes the formed electrostatic latent image into a toner image, and the transfer unit 1006 transfers the visualized toner image onto a recording paper 1007 (recording medium). The fixing unit 1008 fixes the transferred toner image on the recording paper 1007. Then, the cleaning unit 1009 removes the residual toner on the surface portion of the photosensitive drum 1002 that has passed the facing portion of the transfer unit 1006 of the photosensitive drum 1002.

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。   A configuration in which a belt-shaped photoconductor is used instead of the photoconductor drum 1002 is also possible. Alternatively, the toner image may be temporarily transferred to a transfer medium other than the recording paper, and the toner image may be transferred from the transfer medium to the recording paper and fixed.

図１７に示すように、光書込みユニット１００１は、光源部１０２０と、光源駆動手段１５００と、光偏向器１０２２と、結像光学系１０２１と、走査光学系１０２３と、集積回路１０２４と、回路基板１０２５と、から構成されている。   As shown in FIG. 17, the optical writing unit 1001 includes a light source unit 1020, a light source driving unit 1500, an optical deflector 1022, an image forming optical system 1021, a scanning optical system 1023, an integrated circuit 1024, and a circuit board. 1025 and.

光源部１０２０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光を発するレーザ素子であり、光源駆動手段１５００は、レーザ光を変調する。光偏向器１０２２は、第１、２の実施形態の光偏向器であって、レーザ光を偏向する。結像光学系１０２１は、光偏向器１０２２のミラー基板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光を結像させる。走査光学系１０２３は、ミラー面で反射・偏向された１本又は複数本のレーザ光を感光体ドラム１００２の表面（被走査面）に結像させる。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。   The light source unit 1020 is a laser element that emits one or a plurality of laser beams modulated by the recording signal, and the light source driving unit 1500 modulates the laser beams. The optical deflector 1022 is the optical deflector of the first and second embodiments and deflects laser light. The image forming optical system 1021 forms an image of the laser light modulated by the recording signal from the light source unit 1020 on the mirror surface of the mirror substrate of the optical deflector 1022. The scanning optical system 1023 forms an image of one or a plurality of laser beams reflected and deflected by the mirror surface on the surface (scanned surface) of the photosensitive drum 1002. The optical deflector 1022 is incorporated in the optical writing unit 1001 by being mounted on a circuit board 1025 together with an integrated circuit (driving means) 1024 for driving the optical deflector 1022.

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１０００の省電力化に有利である。また、光偏向器１０２２のミラー基板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１０００の静粛性の改善に有利である。さらに、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１０００の小型化に有利である。このように、破損しにくい光偏向器を用いて、光走査装置や画像形成装置を提供することができる。   The optical deflector 1022 consumes less power than the conventional rotary polygon mirror for driving, and is therefore advantageous in saving power in the image forming apparatus 1000. Further, since the wind noise when the mirror substrate of the optical deflector 1022 vibrates is smaller than that of the rotary polygon mirror, it is advantageous for improving the quietness of the image forming apparatus 1000. Further, the optical deflector 1022 has an overwhelmingly smaller installation space as compared with the rotary polygon mirror, and the amount of heat generated is also small, so that the optical deflector 1022 can be easily downsized, which is advantageous for downsizing the image forming apparatus 1000. Is. As described above, it is possible to provide the optical scanning device and the image forming device by using the optical deflector which is not easily damaged.

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あるため図１７では省略されている。   The transport mechanism for the recording paper 1007, the drive mechanism for the photoconductor drum 1002, the control means such as the developing means 1005 and the transfer means 1006, the drive system for the light source section 1020, etc. are the same as those in the conventional image forming apparatus, and therefore, FIG. Is omitted in.

（第４の実施形態）
第１、２の実施形態では、光偏向器について説明したが、本実施形態では、第１、２の実施形態の光偏向器を用いた画像投影装置について説明する。 (Fourth Embodiment)
Although the optical deflector has been described in the first and second embodiments, an image projection device using the optical deflector of the first and second embodiments will be described in this embodiment.

図１８は、第４の実施形態の画像投影装置の全体構成図である。図１９は、第４の実施形態の画像投影装置の構成図である。   FIG. 18 is an overall configuration diagram of the image projection apparatus of the fourth embodiment. FIG. 19 is a block diagram of the image projection apparatus of the fourth embodiment.

図１９に示すように、本実施形態の画像投影装置２０００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる３波長のレーザ光を出射するレーザ光源２００１（２００１−Ｒ、２００１−Ｇ、２００１−Ｂ）が取り付けられている。そして、それぞれのレーザ光源２００１−Ｒ、２００１−Ｇ、２００１−Ｂの出射端近傍にはレーザ光源２００１−Ｒ、２００１−Ｇ、２００１−Ｂから出射された発散光を略平行光にする集光レンズ２００２（２００２−Ｒ、２００２−Ｇ、２００２−Ｂ）が配置されている。   As shown in FIG. 19, the image projection device 2000 of the present embodiment is a laser light source 2001 (2001-R, 2001) that emits laser light of three different wavelengths of red (R), green (G), and blue (B). -G, 2001-B) is attached. Then, near the emission ends of the laser light sources 2001-R, 2001-G, and 2001-B, the divergent light emitted from the laser light sources 2001-R, 2001-G, and 2001-B is condensed into substantially parallel light. Lenses 2002 (2002-R, 2002-G, 2002-B) are arranged.

集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−Ｇ、２００２−Ｂで略平行になったＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光は、合成プリズム２００５によって合成され、光偏向器２００６（ＭＥＭＳの二次元反射角度可変ミラー）に入射される。そして、光偏向器２００６のミラー部に入射した合成レーザ光は、光偏向器２００６によって二次元偏向走査されて投影面２００７に投射され、画像を投影する。   The R, G, and B laser beams that have become substantially parallel by the condenser lenses 2002-R, 2002-G, and 2002-B are combined by the combining prism 2005, and the optical deflector 2006 (two-dimensional reflection angle variable mirror of MEMS is used). ) Is incident on. Then, the combined laser light incident on the mirror portion of the light deflector 2006 is two-dimensionally deflected and scanned by the light deflector 2006 and projected on the projection surface 2007 to project an image.

図１８に示すように、本実施形態の画像投影装置２０００は、画像生成部２０１１が画像情報に応じて画像信号を生成する。この画像信号が変調器２０１２を介して光源駆動回路２０１３に送られると共に、スキャナ駆動回路２０１４に画像同期信号が送られる。スキャナ駆動回路２０１４は、画像同期信号に応じて駆動信号を光偏向器２００６に与える。なお、図１８では、３波長のレーザや合成プリズムは省略している。   As shown in FIG. 18, in the image projection device 2000 of the present embodiment, the image generation unit 2011 generates an image signal according to the image information. This image signal is sent to the light source drive circuit 2013 via the modulator 2012, and an image synchronization signal is sent to the scanner drive circuit 2014. The scanner drive circuit 2014 gives a drive signal to the optical deflector 2006 according to the image synchronization signal. In FIG. 18, the three-wavelength laser and the synthetic prism are omitted.

この駆動信号によって、光偏向器２００６のミラー部１０は、直交した２つの方向に所定角度（例えば１０ｄｅｇ程度）の振幅で振動する。光偏向器２００６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、片方の走査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。   The drive signal causes the mirror unit 10 of the optical deflector 2006 to vibrate in two orthogonal directions with an amplitude of a predetermined angle (for example, about 10 deg). The single optical deflector 2006 is not a two-dimensional one, but two one-dimensional scanning ones may be combined. A rotary scanning mirror such as a polygon mirror may be used for scanning one side.

３波長のレーザ光源２００１は、それぞれ光偏向器２００６によって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２００７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。変調器２０１２は、画像信号をパルス幅変調あるいは振幅変調し、この変調された信号を光源駆動回路２０１３によりレーザ光源２００１を駆動できる電流に変調してレーザ光源２００１を駆動する。このように、破損しにくい光偏向器を用いて、画像投影装置を提供することができる。   The intensity of each of the three-wavelength laser light sources 2001 is modulated in accordance with the timing of scanning by the optical deflector 2006, and two-dimensional image information is projected on the projection surface 2007. The intensity modulation may be pulse width modulation or amplitude modulation. The modulator 2012 drives the laser light source 2001 by pulse-width-modulating or amplitude-modulating the image signal, and modulating the modulated signal into a current that can drive the laser light source 2001 by the light source driving circuit 2013. As described above, it is possible to provide the image projection device by using the optical deflector that is not easily damaged.

（第５の実施形態）
第１、２の実施形態では、光偏向器について説明したが、本実施形態では、第４の画像投影装置を用いたヘッドアップディスプレイ装置について説明する。 (Fifth Embodiment)
Although the optical deflector has been described in the first and second embodiments, a head-up display device using the fourth image projection device will be described in the present embodiment.

図２０は、第５の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の全体概念図である。本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置３００は、車両のフロントガラス３５０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である。   FIG. 20 is an overall conceptual diagram of the head-up display device of the fifth embodiment. The head-up display device 300 of the present embodiment is a window shield system that uses the windshield 350 of the vehicle as a part of the projection surface.

本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置３００は、出射窓部３０６を備えた筐体３０１に、ベース３０３が載置され、その上に防振材３０２、画像形成部３０４を備えている。画像形成部３０４で形成された画像は、画像形成部３０４の出射部から出射され、投射ミラー３０５で反射された後、フロントガラス３５０（画像投射部）に投影される。そして、この投影された画像の反射光が観測者（例えば運転者）に投射されることで、観測者の目に届くようになっている。このとき、観測者から見ると、図２１に示すように、フロントガラス３５０の数ｍ先に、フロントガラス３５０に照射した像が虚像Ｐとして認識される。   In the head-up display device 300 of this embodiment, a base 303 is placed on a housing 301 having an emission window portion 306, and a vibration damping material 302 and an image forming portion 304 are provided thereon. The image formed by the image forming unit 304 is emitted from the emitting unit of the image forming unit 304, reflected by the projection mirror 305, and then projected onto the windshield 350 (image projection unit). Then, the reflected light of the projected image is projected on an observer (for example, a driver) to reach the observer's eyes. At this time, as viewed from the observer, as shown in FIG. 21, the image irradiated on the windshield 350 is recognized as a virtual image P several meters ahead of the windshield 350.

図２２は、第５の実施形態の画像形成部の詳細を示す図である。図２２における点線枠は、例えば、第４の実施形態の画像投影装置２０００（図１８、１９参照）である。図２２に示すように、ここではレーザ光源４０１は１個しか図示しないが、第４の実施形態と同様に３色のレーザ光を利用してカラー表示を行うことが可能となっている。   FIG. 22 is a diagram illustrating details of the image forming unit according to the fifth embodiment. The dotted frame in FIG. 22 is, for example, the image projection device 2000 (see FIGS. 18 and 19) of the fourth embodiment. As shown in FIG. 22, although only one laser light source 401 is shown here, it is possible to perform color display using laser light of three colors as in the fourth embodiment.

レーザ光源４０１から出射されたレーザ光は、カップリングレンズ４０２で略平行光のビームになり、光偏向器４０３に照射される。入射光は光偏向器４０３で２軸に走査され、走査ミラー４０４を介してスクリーン部４０５に照射される。なお、レーザ変調手段にてレーザ光源４０１を変調することで所望の画像を形成することができる。表示部に相当するスクリーン部４０５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ミラー３０５、フロントガラス３５０を介して観測者が虚像Ｐとして視認することになる。このように、破損しにくい光偏向器を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。ヘッドアップディスプレイは、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等の移動体に搭載される。そこで、ヘッドアップディスプレイと、該ヘッドアップディスプレイが搭載される移動体と、を備える移動体装置を提供することができる。   The laser light emitted from the laser light source 401 is converted into a substantially parallel light beam by the coupling lens 402, and the light beam is applied to the optical deflector 403. The incident light is biaxially scanned by the optical deflector 403 and is applied to the screen portion 405 via the scanning mirror 404. A desired image can be formed by modulating the laser light source 401 with the laser modulator. The screen portion 405 corresponding to the display portion is formed of a diffusion plate, a microlens, or the like, and an intermediate image formed here is visually recognized as a virtual image P by an observer through the projection mirror 305 and the windshield 350. Become. As described above, it is possible to provide the head-up display device by using the optical deflector that is not easily damaged. The head-up display is mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, a ship, or a robot. Therefore, it is possible to provide a moving body device including a head-up display and a moving body on which the head-up display is mounted.

（第６の実施形態）
第１、２の実施形態では、光偏向器について説明したが、本実施形態では、第１、２の実施形態の光偏向器を用いたレーダ装置について説明する。 (Sixth Embodiment)
The optical deflector has been described in the first and second embodiments, but in the present embodiment, a radar device using the optical deflector of the first and second embodiments will be described.

図２３は、第６の実施形態のレーダ装置の全体構成図である。図２４は、第６の実施形態のレーダ装置の構成図である。図２３に示すように、本実施形態のレーダ装置６００は、車両の前方側に取り付けられており、車両の前方を監視する。   FIG. 23 is an overall configuration diagram of the radar device according to the sixth embodiment. FIG. 24 is a configuration diagram of the radar device according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 23, the radar device 600 of this embodiment is attached to the front side of the vehicle and monitors the front of the vehicle.

図２３、２４に示すように、レーザ光源６０１から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ６０２を経て、光偏向器６１０で１軸もしくは２軸方向に走査され、車両前方の被対象物６５０に照射される。光検出器６０５は、被対象物６５０で反射され、集光レンズ６０６を経たレーザ光を受光して、検出信号を出力する。なお、光源駆動部であるレーザドライバ６０３は、レーザ光源６０１を駆動するものであり、光偏向器駆動部である偏向器ドライバ６０７は、光偏向器６１０を駆動するものである。   As shown in FIGS. 23 and 24, the laser light emitted from the laser light source 601 passes through a collimator lens 602, which is an optical system that makes divergent light into substantially parallel light, and is uniaxially or biaxially directed by an optical deflector 610. It is scanned and irradiated on the object 650 in front of the vehicle. The photodetector 605 receives the laser beam reflected by the object 650 and passed through the condenser lens 606, and outputs a detection signal. The laser driver 603, which is a light source drive unit, drives the laser light source 601. The deflector driver 607, which is an optical deflector drive unit, drives the optical deflector 610.

コントローラ６０４は、レーザドライバ６０３および偏向器ドライバ６０７を制御し、光検出器６０５から出力された検出信号を処理する。すなわち、コントローラ６０４は、レーザ光を発光したタイミングと、光検出器６０５でレーザ光を受光したタイミングとのズレによって、被対象物６５０との距離を算出する。光偏向器６１０でレーザ光を走査することで１次元、もしくは２次元の範囲における被対象物６５０に対する距離が得られる。このように、破損しにくい光偏向器を用いて、レーダ装置を提供することができる。   The controller 604 controls the laser driver 603 and the deflector driver 607 and processes the detection signal output from the photodetector 605. That is, the controller 604 calculates the distance to the object 650 by the deviation between the timing at which the laser light is emitted and the timing at which the photodetector 605 receives the laser light. By scanning the laser beam with the optical deflector 610, the distance to the object 650 in a one-dimensional or two-dimensional range can be obtained. As described above, the radar device can be provided by using the optical deflector that is not easily damaged.

１０ ミラー部
１１ リブ
１２ 反射面
２０ａ、２０ｂ トーションバースプリング
３０ａ、３０ｂ、７０ａ、７０ｂ、８０、９０ａ、９０ｂ 駆動梁
３１ａ、３１ｂ、７１ｂ 梁状部材
３２ａ、３２ｂ、７２ｂ 圧電部材
３３ａ 上部電極
３４ａ 下部電極
４０ 固定ベース
４１ 支持層部
４２ デバイス層部
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ 突起部
５０ 配線
５１、５２ コンタクトホール
６０ 絶縁層
１００ 光走査装置
３００ ヘッドアップディスプレイ装置
６００ レーダ装置
１０００ 画像形成装置
２０００ 画像投影装置 10 mirror part 11 rib 12 reflective surface 20a, 20b torsion bar spring 30a, 30b, 70a, 70b, 80, 90a, 90b drive beam 31a, 31b, 71b beam member 32a, 32b, 72b piezoelectric member 33a upper electrode 34a lower electrode 40 Fixed Base 41 Support Layer 42 Device Layer 43a, 43b, 44a, 44b Projection 50 Wiring 51, 52 Contact Hole 60 Insulating Layer 100 Optical Scanning Device 300 Head-up Display Device 600 Radar Device 1000 Image Forming Device 2000 Image Projecting Device

特開２０１１−０１８０２６号公報JP, 2011-018026, A

Claims (8)

固定ベースと、
光を反射させる反射面を有するミラー部と、
前記ミラー部を支持する一対の弾性支持部材と、
前記一対の弾性支持部材に一対一で対応し、一方の端部が前記弾性支持部材に接続され、他方の端部が前記固定ベースに接続され、圧電部材が固着された一対の駆動梁と、を備え、
前記駆動梁は、前記ミラー部と前記弾性支持部材とを前記固定ベースに片持ちで支持させて前記ミラー部を回転振動させ、
前記固定ベースは、前記駆動梁が接続されている根元部に、前記駆動梁の前記一方の端部へ向かう方向に前記駆動梁の幅より狭い幅で突出し、前記駆動梁を支持する突起部を有する、光偏向器。 Fixed base,
A mirror portion having a reflecting surface for reflecting light,
A pair of elastic support members for supporting the mirror portion,
One-to-one correspondence with the pair of elastic support members, one end is connected to the elastic support member, the other end is connected to the fixed base, a pair of drive beams to which the piezoelectric member is fixed, Equipped with
The drive beam cantileverly supports the mirror portion and the elastic support member on the fixed base to rotationally vibrate the mirror portion,
The fixed base has a protrusion that supports the drive beam at a base portion to which the drive beam is connected, projects in a direction narrower than the width of the drive beam in a direction toward the one end of the drive beam. Having an optical deflector. 前記突起部の突出量は、前記駆動梁の厚さと略等しい、請求項１に記載の光偏向器。   The optical deflector according to claim 1, wherein the protrusion amount of the protrusion is substantially equal to the thickness of the drive beam. 前記突起部の角部は、丸みを帯びている、請求項１または２に記載の光偏向器。   The optical deflector according to claim 1 or 2, wherein a corner of the protrusion is rounded. 光源と、
前記光源からの光を偏向させる請求項１〜３のいずれか一つに記載の光偏向器と、
偏向された光を被走査面にスポット状に結像する光学系と、を備える光走査装置。 A light source,
An optical deflector according to any one of claims 1 to 3 for deflecting the light from the light source,
An optical scanning device comprising: an optical system for forming an image of the deflected light in a spot shape on a surface to be scanned. 請求項４に記載の光走査装置と、
光の走査により潜像が形成される感光体と、
前記潜像をトナー像に顕像化する現像部と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、を備える画像形成装置。 An optical scanning device according to claim 4 ;
A photoreceptor on which a latent image is formed by scanning light,
A developing unit that visualizes the latent image into a toner image,
An image forming apparatus comprising: a transfer unit that transfers the toner image onto a recording medium. 光源と、
前記光源からの発散光を略平行光にする光学系と、
前記光源から出力された光を画像信号に応じて変調する変調器と、
請求項１〜３のいずれか一つに記載の光偏向器と、を備える画像投影装置。 A light source,
An optical system that makes the divergent light from the light source substantially parallel light,
A modulator that modulates the light output from the light source according to an image signal,
Image projection apparatus and an optical deflector according to any one of claims 1-3. 請求項６に記載の画像投影装置と、
前記画像投影装置から画像が投影される表示部と、
前記表示部に投影された画像をユーザに投射する画像投射部と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置。 An image projection apparatus according to claim 6 ;
A display unit on which an image is projected from the image projection device;
A head-up display device comprising: an image projection unit that projects an image projected on the display unit to a user. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の光偏向器と、
レーザ光を出射する光源と、
前記光源からの発散光を略平行光とする光学系と、
前記光源を駆動する光源駆動部と、
前記光偏向器を駆動する光偏向器駆動部と、
前記光偏向器から出射されたレーザ光の反射光を受光して、検出信号を出力する光検出器と、
前記光源駆動部および前記光偏向器駆動部を制御し、前記光検出器から出力された前記検出信号を処理する制御部と、を備えるレーダ装置。 An optical deflector according to any one of claims 1 to 3,
A light source that emits laser light,
An optical system that makes the divergent light from the light source substantially parallel light,
A light source drive unit for driving the light source,
An optical deflector driving unit for driving the optical deflector,
A photodetector that receives the reflected light of the laser light emitted from the optical deflector and outputs a detection signal,
A radar device, comprising: a control unit that controls the light source drive unit and the optical deflector drive unit and processes the detection signal output from the photodetector.

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