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JP2011191422A - Optical deflector, optical scanner, image forming device, and image projector - Google Patents

Optical deflector, optical scanner, image forming device, and image projector Download PDF

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JP2011191422A
JP2011191422A JP2010056262A JP2010056262A JP2011191422A JP 2011191422 A JP2011191422 A JP 2011191422A JP 2010056262 A JP2010056262 A JP 2010056262A JP 2010056262 A JP2010056262 A JP 2010056262A JP 2011191422 A JP2011191422 A JP 2011191422A
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JP
Japan
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torsion beam
frame member
outer frame
pair
optical deflector
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Pending
Application number
JP2010056262A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuyoshi Fujii
光美 藤井
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact optical deflector that allows a resonance frequency of a deflecting mirror to be changed. <P>SOLUTION: The optical deflector includes: a mirror substrate 2 which has a deflecting mirror 4 to deflect a light beam from a light source by reciprocally vibrating first torsion beam members 3a and 3b; an outer frame member 5 which holds the mirror substrate 2; and second torsion beam members 6a and 6b whose outsides are fixed to and held with a frame member 7 and insides are joined with both sides of the outer frame member 5. The shapes and dimensions of the deflecting mirror 4, and the first and second torsion beam members 3a, 3b, 6a and 6b are set so that when the deflecting mirror 4 is reciprocally vibrated by receiving vibration from an external force generating means 8, the first resonance frequency, which is generally determined by inertia of the outer frame member 5 and torsional rigidity of the second torsion beam members 6a and 6b, is equal to a half of the second resonance frequency which is generally determined by inertia of the deflecting mirror 4 and torsional rigidity of the first torsion beam members 3a and 3b. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、両側に設けた一対の梁部材をねじり回転軸として往復振動させることで光源から出射される光ビームを偏向するミラーを有する光偏向器、該光偏向器を備えた光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置に関する。   The present invention relates to an optical deflector having a mirror that deflects a light beam emitted from a light source by reciprocatingly vibrating a pair of beam members provided on both sides as a torsional rotation axis, an optical scanning device including the optical deflector, The present invention relates to an image forming apparatus and an image projection apparatus.

従来より、レーザ光源などから出射される光ビームを光偏向器によって偏向し、この偏向光束を感光体など被走査面上で走査させることによって被走査面上に画像を書き込む光走査装置が知られている。このような光走査装置においては、光ビームを走査する光偏向器としてポリゴンミラーが一般に用いられている。ポリゴンミラーは高速で回転して光ビームを走査するが、ポリゴンミラーを用いた画像形成では、より高い解像度の画像及高速の画像形成を達成するには、ポリゴンミラーをさらに高速に回転させて走査する必要がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an optical scanning device that writes an image on a surface to be scanned by deflecting a light beam emitted from a laser light source by an optical deflector and scanning the deflected light beam on the surface to be scanned such as a photosensitive member. ing. In such an optical scanning device, a polygon mirror is generally used as an optical deflector that scans a light beam. The polygon mirror rotates at high speed to scan the light beam. However, in image formation using the polygon mirror, the polygon mirror is rotated at higher speed to achieve higher resolution and high-speed image formation. There is a need to.

しかしながら、ポリゴンミラーをさらに高速回転させるには、軸受の耐久性や発熱、騒音等の課題を解決する必要があるので、ポリゴンミラーの高速回転化には限界があった。   However, in order to further rotate the polygon mirror at a higher speed, it is necessary to solve problems such as durability of the bearing, heat generation, and noise, so that there is a limit to increasing the polygon mirror at a higher speed.

このような課題を解決するために、近年、両側に設けた一対の梁部材をねじり回転軸として往復振動させることで光源から出射される光ビームを偏向するミラーを有する光偏向器が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。   In order to solve such a problem, an optical deflector having a mirror that deflects a light beam emitted from a light source by reciprocally vibrating a pair of beam members provided on both sides as a torsional rotation axis has been proposed in recent years. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許文献1の光偏向器(ねじれヒンジ型ミラー・デバイス)は、図23(a),(b)に示すように構成されている。   The optical deflector (twisted hinge type mirror device) of Patent Document 1 is configured as shown in FIGS.

図23(a)に示すように、この光偏向器(ねじれヒンジ型ミラー・デバイス)は、反射部101、支持部102、及びヒンジ゛層103は、旋回軸104の周りの回転を提供する一対の捻れヒンジ゛103a及び103bを画定する。さらに図示するように、旋回軸105を中心とする永久磁石106がある。このため、反射部101、支持部102、及びヒンジ層103は対称に配置されている。また永久磁石106が旋回軸104を中心としているため、これらが組み合わされたミラー構造107の質量中心は旋回軸105を中心とする。   As shown in FIG. 23A, this optical deflector (twisted hinge type mirror device) includes a reflecting portion 101, a supporting portion 102, and a hinge layer 103 that provide a pair of rotations around a pivot axis 104. Torsion hinges 103a and 103b are defined. Further, as shown in the figure, there is a permanent magnet 106 around the turning shaft 105. For this reason, the reflection part 101, the support part 102, and the hinge layer 103 are arrange | positioned symmetrically. Further, since the permanent magnet 106 is centered on the pivot axis 104, the center of mass of the mirror structure 107 in which these are combined is centered on the pivot axis 105.

図23(b)に示すように、このミラー構造107に回転トルクを生じさせるために、永久磁石106と相互作用する磁気的駆動機構108を有している。更に、ミラー構造107は、その垂直軸109が磁気コア・アーム110aと110b間の中間に位置するようにして配置されている。このため、コア・アーム110a及び110bが、N極及びN極の提供間で交互に継続的に切り替えられると、永久磁石106との磁気的相互作用が、旋回軸105の周りでミラー構造107を振動させるような磁力を提供する。   As shown in FIG. 23B, in order to generate a rotational torque in the mirror structure 107, a magnetic drive mechanism 108 that interacts with the permanent magnet 106 is provided. Furthermore, the mirror structure 107 is arranged so that its vertical axis 109 is located in the middle between the magnetic core arms 110a and 110b. Thus, when the core arms 110a and 110b are continuously switched alternately between providing N and N poles, the magnetic interaction with the permanent magnet 106 causes the mirror structure 107 around the pivot 105 to move. Provides a magnetic force to vibrate.

また、特許文献2の光偏向器は、複数の捻りバネと複数の振動子が交互に連結され、前記複数の捻りバネの捻れ軸が同一直線上に存在し、複数の振動子のうち少なくとも1つにねじれ振動を与える加振手段と、該加振手段の加振周波数を少なくとも2つ以上の段階で切り替えることができる周波数切り替え手段を有し、2つの振動モードを持っている。この共振型光偏向器は、ラスター走査型デイスプレー用におけるSVGA(800×600画素、20kHz)とXGA(1024×768画素、25.6kHz)の2つの表示モード゛に対応する共振周波数を有する。   In the optical deflector of Patent Document 2, a plurality of torsion springs and a plurality of vibrators are alternately connected, and the torsion axes of the plurality of torsion springs are on the same straight line, and at least one of the plurality of vibrators. There are two vibration modes, including vibration means for applying torsional vibration to one and frequency switching means for switching the vibration frequency of the vibration means in at least two stages. This resonance type optical deflector has resonance frequencies corresponding to two display modes of SVGA (800 × 600 pixels, 20 kHz) and XGA (1024 × 768 pixels, 25.6 kHz) for a raster scanning display.

ところで、特許文献1の光偏向器(ねじれヒンジ型ミラー・デバイス)では、磁力によって旋回軸105の周りでミラー構造107を振動させる場合のミラーねじれ角(揺れ角)の周波数特性は、図24に示すように、一つの共振点ピーク(共振周波数)を有する。   Incidentally, in the optical deflector (twisted hinge type mirror device) of Patent Document 1, the frequency characteristics of the mirror twist angle (swing angle) when the mirror structure 107 is vibrated around the turning shaft 105 by the magnetic force are shown in FIG. As shown, it has one resonance point peak (resonance frequency).

このため、この光偏向器(ねじれヒンジ型ミラー・デバイス)をプリンタや複写機などの画像形成装置の光走査装置(光書き込み装置)に用いた場合、画像形成速度(プロセス速度)が一つの所定速度に固定されている通常の画像形成装置では問題がないが、用紙などの記録媒体の種類によって画像形成速度(プロセス速度)を切り替可能な画像形成装置では対応できない。   Therefore, when this optical deflector (twisted hinge type mirror device) is used in an optical scanning device (optical writing device) of an image forming apparatus such as a printer or a copying machine, the image forming speed (process speed) is one predetermined value. There is no problem with a normal image forming apparatus that is fixed at a speed, but an image forming apparatus that can switch the image forming speed (process speed) depending on the type of recording medium such as paper cannot cope with it.

また、特許文献2の光偏向器では、ミラーの共振周波数は20kHz〜25kHz程度であるが、プリンタや複写機などの画像形成装置の光走査装置(光書き込み装置)に用いられるミラーの共振周波数は3kHz〜6kHz程度と低い。   In the optical deflector of Patent Document 2, the resonance frequency of the mirror is about 20 kHz to 25 kHz, but the resonance frequency of the mirror used in the optical scanning device (optical writing device) of an image forming apparatus such as a printer or a copying machine is It is as low as 3kHz-6kHz.

このため、特許文献2の光偏向器を画像形成装置の光走査装置(光書き込み装置)に用いる場合には、ミラーの共振周波数を下げるためにミラーを両側に結合されるねじりバネの長さを長くする必要があるため、光偏向器全体が大きくなる不具合が生じる。   For this reason, when the optical deflector of Patent Document 2 is used in an optical scanning device (optical writing device) of an image forming apparatus, the length of a torsion spring coupled to both sides of the mirror is reduced in order to lower the resonance frequency of the mirror. Since it is necessary to lengthen the length, there arises a problem that the entire optical deflector becomes large.

そこで、本発明は、ミラーの共振周波数を切り替え可能とし、かつ小形化も図ることができる光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置を提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an optical deflector, an optical scanning device, an image forming apparatus, and an image projection apparatus that can switch the resonance frequency of a mirror and can be downsized.

前記目的を達成するために請求項1に記載の光偏向器は、両側に接合された一対の第1のねじり梁部材をねじり回転軸として往復振動させることで、光源からの光ビームを偏向する偏向ミラーを有するミラー基板と、前記ミラー基板を保持する外枠部材と、前記第1のねじり梁部材と同一直線上に設けられ、両外側が固定保持されるとともに両内側が前記外枠部材の両側に接合された一対の第2のねじり梁部材と、前記外枠部材又は前記一対の第2のねじり梁部材を可振するための外力発生手段とを備え、前記外力発生手段から前記外枠部材又は前記一対の第2のねじり梁部材に可振力を付与することで、前記一対の第2のねじり梁部材及び前記第1のねじり梁部材をねじり回転軸として前記偏向ミラーを往復振動させる光偏向器であって、前記偏向ミラーの往復振動時に、前記外枠部材の慣性と前記一対の第2のねじり梁部材のねじり剛性で概ね定まる第1の共振周波数が、前記偏向ミラーの慣性と前記第1のねじり梁部材のねじり剛性で概ね定まる第2の共振周波数の略1/2となるように、前記偏向ミラーと前記第1、第2の各ねじり梁部材の各形状寸法を設定したことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the optical deflector according to claim 1 deflects the light beam from the light source by reciprocally oscillating a pair of first torsion beam members joined to both sides about a torsional rotation axis. A mirror substrate having a deflecting mirror, an outer frame member for holding the mirror substrate, and the first torsion beam member are provided on the same straight line, both outer sides are fixedly held, and both inner sides are the outer frame members. A pair of second torsion beam members joined to both sides, and an external force generation means for vibrating the outer frame member or the pair of second torsion beam members, and the outer frame from the external force generation means By applying an oscillating force to the member or the pair of second torsion beam members, the deflection mirror is reciprocally oscillated using the pair of second torsion beam members and the first torsion beam member as a torsion rotation axis. An optical deflector, When the deflection mirror reciprocally vibrates, the first resonance frequency determined approximately by the inertia of the outer frame member and the torsional rigidity of the pair of second torsion beam members is the inertia of the deflection mirror and the first torsion beam member. The shape dimensions of the deflection mirror and the first and second torsion beam members are set so as to be approximately ½ of the second resonance frequency that is generally determined by the torsional rigidity.

請求項2に記載の光偏向器は、前記ミラー基板はSi基板により構成されるとともに、前記外枠部材と前記第2のねじり梁部材は金属材料により構成されており、前記ミラー基板は前記外枠部材に接合されていることを特徴としている。   The optical deflector according to claim 2, wherein the mirror substrate is made of a Si substrate, the outer frame member and the second torsion beam member are made of a metal material, and the mirror substrate is made of the outer substrate. It is characterized by being joined to a frame member.

請求項3に記載の光偏向器は、前記外枠部材と前記一対の第2のねじり梁部材は、金属板材料を積層して構成されていることを特徴としている。   The optical deflector according to claim 3 is characterized in that the outer frame member and the pair of second torsion beam members are formed by laminating metal plate materials.

請求項4に記載の光偏向器は、前記外枠部材と前記一対の第2のねじり梁部材は、拡散接合により金属板材料を積層・接合して構成されていることを特徴としている。   The optical deflector according to claim 4 is characterized in that the outer frame member and the pair of second torsion beam members are formed by laminating and joining metal plate materials by diffusion bonding.

請求項5に記載の光偏向器は、前記一対の第1のねじり梁部材は、複数個の直線部と屈曲部を有する折り畳みバネ形状に形成されていることを特徴としている。   The optical deflector according to a fifth aspect is characterized in that the pair of first torsion beam members are formed in a folding spring shape having a plurality of linear portions and bent portions.

請求項6に記載の光偏向器は、前記一対の第2のねじり梁部材の固定保持される両外側近傍に、前記第2のねじり梁部材と直交する方向に延びる一対の腕部材を設け、前記一対の腕部材に前記外力発生手段を設けていることを特徴としている。   The optical deflector according to claim 6, wherein a pair of arm members extending in a direction orthogonal to the second torsion beam member are provided in the vicinity of both outer sides where the pair of second torsion beam members are fixedly held. The external force generating means is provided on the pair of arm members.

請求項7に記載の光偏向器は、前記外力発生手段は、印加される電圧に対応して厚さ方向に伸縮する圧電素子であり、前記圧電素子を前記一対の腕部材の両端部にそれぞれ設けることを特徴としている。   The optical deflector according to claim 7, wherein the external force generating means is a piezoelectric element that expands and contracts in a thickness direction corresponding to an applied voltage, and the piezoelectric element is provided at both ends of the pair of arm members, respectively. It is characterized by providing.

請求項8に記載の光偏向器は、前記一方側の腕部材の両端部に設けられる各圧電素子と、前記他方側の腕部材の両端部に設けられる各圧電素子には、それぞれ位相が180度ずれた駆動信号が印加されることを特徴としている。   The optical deflector according to claim 8 has a phase of 180 for each piezoelectric element provided at both ends of the one arm member and each piezoelectric element provided at both ends of the other arm member. It is characterized in that drive signals that are shifted in degree are applied.

請求項9に記載の光偏向器は、前記外力発生手段は、前記外枠部材に配置したコイルと、前記一対の第1のねじり梁部材と直交する方向で前記外枠部材の両側に配置した一対の永久磁石とで構成されており、前記コイルに正弦波の電流を印加したときに、前記一対の永久磁石間に形成される磁界との交互作用によって発生するローレンツ力で前記外枠部材を可振させることを特徴としている。   The optical deflector according to claim 9, wherein the external force generating means is disposed on both sides of the outer frame member in a direction orthogonal to the coil disposed on the outer frame member and the pair of first torsion beam members. The outer frame member is formed by a Lorentz force generated by an interaction with a magnetic field formed between the pair of permanent magnets when a sinusoidal current is applied to the coil. It is characterized by being vibrated.

請求項10に記載の光偏向器は、前記コイルは、前記外枠部材の背面に固着されたフレキシブル基板に一体に形成されていることを特徴としている。   The optical deflector according to a tenth aspect is characterized in that the coil is integrally formed on a flexible substrate fixed to the back surface of the outer frame member.

請求項11に記載の光走査装置は、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光偏向器を有することを特徴としている。   An optical scanner according to an eleventh aspect includes the optical deflector according to any one of the first to tenth aspects.

請求項12に記載の画像形成装置は、請求項11に記載の光走査装置を有することを特徴としている。   An image forming apparatus according to a twelfth aspect includes the optical scanning device according to the eleventh aspect.

請求項13に記載の画像投影装置は、請求項11に記載の光走査装置を有することを特徴としている。   An image projection apparatus according to a thirteenth aspect includes the optical scanning apparatus according to the eleventh aspect.

本発明に係る光偏向器によれば、外枠部材の慣性と一対の第2のねじり梁部材のねじり剛性で概ね定まる第2の共振周波数が、偏向ミラーの慣性と第1のねじり梁部材のねじり剛性で概ね定まる第1の共振周波数の略1/2となるように、偏向ミラーと第1、第2の各ねじり梁部材の各形状寸法を設定したことにより、例えば、このような形状寸法に設定された光偏向器をプリンタや複写機などの画像形成装置の光走査装置(光書き込み装置)に用いた場合、用紙などの記録媒体の種類によって画像形成速度(プロセス速度)を通常の1/2速に切り替可能な画像形成装置であっても、通常の画像形成速度(プロセス速度)の場合は、偏向ミラーを第2の共振周波数で往復振動するように設定し、厚紙等が給紙される通常の1/2速の画像形成速度(プロセス速度)の場合は、偏向ミラーを第1の共振周波数で往復振動するように設定することで対応することが可能となる。   According to the optical deflector of the present invention, the second resonance frequency, which is generally determined by the inertia of the outer frame member and the torsional rigidity of the pair of second torsion beam members, is the inertia of the deflection mirror and the first torsion beam member. By setting the shape dimensions of the deflecting mirror and the first and second torsion beam members so as to be approximately ½ of the first resonance frequency that is generally determined by the torsional rigidity, for example, such shape dimensions When the optical deflector set to 1 is used in an optical scanning device (optical writing device) of an image forming apparatus such as a printer or a copying machine, the image forming speed (process speed) is set to a normal one depending on the type of recording medium such as paper. / Even if the image forming apparatus can be switched to the 2nd speed, at a normal image forming speed (process speed), the deflection mirror is set to reciprocate at the second resonance frequency, and a thick paper sheet is fed. Normal 1/2 speed image shape For speed (process speed), thereby enabling the corresponding fact by setting to reciprocating movement of the deflection mirror in the first resonant frequency.

本発明の実施形態1に係る光偏向器の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the optical deflector which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1に示した光偏向器を2自由度系としてモデル化して近似した図。The figure which modeled and approximated the optical deflector shown in FIG. 1 as a 2 degree-of-freedom system. (a)は、可動ミラーの変位角(振れ角)の周波数特性の測定結果を示した図、(b)は、可動ミラー4の変位角(振れ角)の振れ角位相特性の測定結果を示した図。(A) is the figure which showed the measurement result of the frequency characteristic of the displacement angle (deflection angle) of a movable mirror, (b) shows the measurement result of the deflection angle phase characteristic of the displacement angle (deflection angle) of the movable mirror 4. Figure. 本発明の実施形態2に係る光偏向器の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the optical deflector which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る光偏向器のミラー基板を示す斜視図。The perspective view which shows the mirror substrate of the optical deflector which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2の変形例に係る光偏向器の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the optical deflector which concerns on the modification of Embodiment 2 of this invention. ミラー枠部材とフレーム部材の構成を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the structure of a mirror frame member and a frame member. ミラー枠部材とフレーム部材を作製する際の中間部材を示す斜視図。The perspective view which shows the intermediate member at the time of producing a mirror frame member and a frame member. ミラー枠部材とフレーム部材を作製するための装置を示す図。The figure which shows the apparatus for producing a mirror frame member and a frame member. 本発明の実施形態2における外力発生手段としての圧電素子を示す図。The figure which shows the piezoelectric element as an external force generation means in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係る光偏向器の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the optical deflector which concerns on Embodiment 3 of this invention. (a),(b)は、本発明の実施形態3に係る光偏向器の第1のねじり梁部材を示す図。(A), (b) is a figure which shows the 1st torsion beam member of the optical deflector which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4に係る光偏向器の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the optical deflector which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4におけるミラー枠部材の背面側を示す斜視図。The perspective view which shows the back side of the mirror frame member in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4における外力発生手段としての磁界とコイル電流により発生するローレンツ力を示す図。The figure which shows the Lorentz force which generate | occur | produces with the magnetic field and coil current as external force generation means in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4におけるコイルへ駆動電流を印加する駆動回路の構成を示す図。The figure which shows the structure of the drive circuit which applies a drive current to the coil in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4の変形例におけるコイルの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the coil in the modification of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5に係る光走査装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the optical scanning device which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態6に係る画像形成装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the image forming apparatus which concerns on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態6におけるプロセス速度の切り替え選択動作を示すフローチャート。18 is a flowchart showing a process speed switching selection operation according to the sixth embodiment of the present invention. (a)は、本発明の実施形態6におけるプロセス速度の切り替え選択動作を行なった場合の可動ミラーの振動振幅の変化状態を示す図、(b)は、本発明の実施形態6におけるプロセス速度の切り替え選択動作を行なった場合の定着温度の変化状態を示す図。(A) is a figure which shows the change state of the vibration amplitude of a movable mirror at the time of performing the process speed switching selection operation in Embodiment 6 of this invention, (b) is the process speed in Embodiment 6 of this invention. The figure which shows the change state of the fixing temperature at the time of performing switching selection operation | movement. 本発明の実施形態7に係る画像投影装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the image projector which concerns on Embodiment 7 of this invention. (a),(b)は、従来の光偏向器の構成を示す概略図。(A), (b) is the schematic which shows the structure of the conventional optical deflector. 従来の光偏向器の周波数特性を示す図。The figure which shows the frequency characteristic of the conventional optical deflector.

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態1〉
図1は、本発明の実施形態1に係る光偏向器の構成を示す概略図である。
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical deflector according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示す本実施形態に係る光偏向器1において、2はミラー基板であり、一対の第1のねじり梁部材3a,3bをねじり回転軸として往復振動させて光を偏向させる偏向ミラー4を有している。第1のねじり梁部材3a,3bの両端側は、外枠部材5に接続されている。外枠部材5は、第1のねじり梁部材3a,3bと同一直線上に設けた第2のねじり梁部材6a,6bを介して枠状のフレーム部材7に接続されている。これにより、ミラー基板2は、その第1のねじり梁部材3a,3bによって外枠部材5に保持され、外枠部材5は、第2のねじり梁部材6a,6bによってフレーム部材7に保持されている。   In the optical deflector 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1, reference numeral 2 denotes a mirror substrate, and a deflection mirror 4 that deflects light by reciprocally oscillating about a pair of first torsion beam members 3a and 3b as torsion rotation axes. Have. Both end sides of the first torsion beam members 3 a and 3 b are connected to the outer frame member 5. The outer frame member 5 is connected to the frame-shaped frame member 7 via second torsion beam members 6a and 6b provided on the same straight line as the first torsion beam members 3a and 3b. Thus, the mirror substrate 2 is held by the outer frame member 5 by the first torsion beam members 3a and 3b, and the outer frame member 5 is held by the frame member 7 by the second torsion beam members 6a and 6b. Yes.

ミラー基板(偏向ミラー4と第1のねじり梁部材3a,3b)2は、Si基板により構成されており、外枠部材5、第2のねじり梁部材6a,6b、フレーム部材7は、金属部材により構成されている。また、外枠材5には、該外枠部材5を往復振動させるための可振力を付与する圧電素子などの外力発生手段8が接続されている。   The mirror substrate (deflecting mirror 4 and first torsion beam members 3a and 3b) 2 is composed of a Si substrate, and the outer frame member 5, the second torsion beam members 6a and 6b, and the frame member 7 are metal members. It is comprised by. The outer frame member 5 is connected to an external force generating means 8 such as a piezoelectric element that applies a vibration force for reciprocally vibrating the outer frame member 5.

本実施形態に係る光偏向器1は上記のように構成されており、圧電素子などの外力発生手段8を駆動して外枠部材5に振動を発生させる。発生した振動によって第2のねじり梁部材6a,6bに可振力Mを作用させて、外枠部材5に往復振動(往復揺動)を発生させる。この往復振動により偏向ミラー4は、第1のねじり梁部材3a,3bをねじり回転軸として往復振動(往復揺動)する。   The optical deflector 1 according to this embodiment is configured as described above, and drives the external force generating means 8 such as a piezoelectric element to generate vibrations in the outer frame member 5. A vibration force M is applied to the second torsion beam members 6 a and 6 b by the generated vibration, thereby causing the outer frame member 5 to reciprocate (reciprocate). The reciprocating vibration causes the deflecting mirror 4 to reciprocate (reciprocate and swing) using the first torsion beam members 3a and 3b as the torsion rotation shaft.

図1の光偏向器1において、偏向ミラー4の共振周波数が2つの共振点を持ち、各共振点の共振周波数をf1、f2とした場合に、f1が約1.5kHz、f2が約3kHzとなるように設定すると、ミラー基板(偏向ミラー4と第1のねじり梁部材3a,3b)2、外枠部材5の形状寸法は、a1=7.5mm、a2=5.5mm、a3=4.5mm、b1=10mm、b2=8mm、b3=1mmに設定される。   In the optical deflector 1 of FIG. 1, when the resonance frequency of the deflecting mirror 4 has two resonance points and the resonance frequencies of the resonance points are f1 and f2, f1 is about 1.5 kHz and f2 is about 3 kHz. In this case, the shape dimensions of the mirror substrate (deflection mirror 4 and first torsion beam members 3a and 3b) 2 and outer frame member 5 are a1 = 7.5 mm, a2 = 5.5 mm, a3 = 4.5 mm, b1 = 10 mm, b2 = 8 mm, b3 = 1 mm.

また、偏向ミラー4、第1のねじり梁部材3a,3b、第2のねじり梁部材6a,6bの長さ、幅、厚さ、材質は、下記の表1のように設定した。   The length, width, thickness, and material of the deflection mirror 4, the first torsion beam members 3a and 3b, and the second torsion beam members 6a and 6b were set as shown in Table 1 below.

Figure 2011191422
Figure 2011191422

図1に示した光偏向器1において、偏向ミラー4の振れ角周波数特性を以下のように計算した。   In the optical deflector 1 shown in FIG. 1, the deflection angular frequency characteristic of the deflection mirror 4 was calculated as follows.

図2は、図1に示した光偏向器1を2自由度系としてモデル化して近似した図である。   FIG. 2 is a diagram obtained by modeling and approximating the optical deflector 1 shown in FIG. 1 as a two-degree-of-freedom system.

図2において、K1は、フレーム部材7に接続された一対の第2のねじり梁部材6a,6bのねじり剛性、I1は、外枠部材5の慣性モーメント、C1は、外枠部材5に作用する粘性抵抗抵抗係数、K2は、第1のねじり梁部材3a,3bのねじり剛性、I2は、可動ミラー4の慣性モーメント、C2は、偏向ミラー4に作用する粘性抵抗係数を示している。   In FIG. 2, K1 is the torsional rigidity of the pair of second torsion beam members 6a and 6b connected to the frame member 7, I1 is the moment of inertia of the outer frame member 5, and C1 is acting on the outer frame member 5. Viscosity resistance coefficient K2 is the torsional rigidity of the first torsion beam members 3a and 3b, I2 is the moment of inertia of the movable mirror 4, and C2 is the viscosity resistance coefficient acting on the deflection mirror 4.

図2に示したモデルにおいて、外枠部材5、偏向ミラー4の角度変位(振れ角)をそれぞれθ1、θ2とて運動方程式を求める。力の釣り合いより、以下の式(1)、(2)が得られる。ただし、加振力として第2のねじり梁部材6a,6bの固定端に作用するねじりモーメントMxを考慮した。   In the model shown in FIG. 2, the equations of motion are obtained by setting the angular displacements (deflection angles) of the outer frame member 5 and the deflection mirror 4 as θ1 and θ2, respectively. From the balance of forces, the following equations (1) and (2) are obtained. However, the torsional moment Mx acting on the fixed ends of the second torsion beam members 6a and 6b was considered as the excitation force.

I1*θ1+C1*(θ1−θ2)+K1*(θ1)=Mx(t) …式(1)
I2*θ2+C2*(θ2−θ1)+K2*(θ2−θ1)=0 …式(2)
I1 * θ1 + C1 * (θ1−θ2) + K1 * (θ1) = Mx (t) (1)
I2 * θ2 + C2 * (θ2−θ1) + K2 * (θ2−θ1) = 0 Equation (2)

式(1)、(2)を解くことにより、偏向ミラー4の各共振周波数(f1、f2)が求まる。共振周波数f1、f2に対する粘性抵抗係数C1、C2の影響は少ないので無視して、式(1)、(2)より変位角(振れ角)θ1、θ2を求める。   By solving the equations (1) and (2), each resonance frequency (f1, f2) of the deflection mirror 4 is obtained. Since the influence of the viscous resistance coefficients C1 and C2 on the resonance frequencies f1 and f2 is small, it is ignored and the displacement angles (running angles) θ1 and θ2 are obtained from the equations (1) and (2).

なお、式(1)、(2)を解析的に解くことはできないので、数値計算ソフトなどにより、数値計算によって解を求める。   Since equations (1) and (2) cannot be solved analytically, a solution is obtained by numerical calculation using numerical calculation software or the like.

そして、上記のような寸法に設定された光偏向器1に対して、外力発生手段8から外枠部材5に、正弦波状に変化する加振力Mを作用させた場合について,式(1)、(2)より変位角(振れ角)θ1、θ2を求めた。   Then, with respect to the optical deflector 1 set to the dimensions as described above, when the excitation force M changing in a sine wave shape is applied from the external force generating means 8 to the outer frame member 5, the expression (1) , (2), displacement angles (runout angles) θ1 and θ2 were obtained.

図3(a)は、求めた偏向ミラー4の変位角(振れ角)θ1、θ2の周波数特性の測定結果を示した図である。なお、図3(b)は、求めた偏向ミラー4の変位角(振れ角)θ1、θ2の振れ角位相特性の測定結果を示した図である。   FIG. 3A is a diagram showing measurement results of the frequency characteristics of the obtained displacement angles (deflection angles) θ1 and θ2 of the deflection mirror 4. FIG. 3B is a diagram showing the measurement results of the deflection angle phase characteristics of the obtained displacement angles (deflection angles) θ1 and θ2 of the deflection mirror 4.

図3(a),(b)に示した測定結果から明らかなように、図1に示した光偏向器1の偏向ミラー4は2つの共振点を持ち、偏向ミラー4の第1の共振周波数f1は約1.86kHz、第2の共振周波数f2は2.92kHzであった。   As is clear from the measurement results shown in FIGS. 3A and 3B, the deflection mirror 4 of the optical deflector 1 shown in FIG. 1 has two resonance points, and the first resonance frequency of the deflection mirror 4. f1 was about 1.86 kHz, and the second resonance frequency f2 was 2.92 kHz.

このように、上記のように構成された本実施形態の光偏向器1は、ミラー基板(偏向ミラー4と第1のねじり梁部材3a,3b)2、外枠部材5、第2のねじり梁部材6a,6bの形状寸法を適切に設定することにより、偏向ミラー4の2つの共振周波数が2つの共振点を持ち、各共振周波数f1、f2に対して、f1が略f2/2となるように設定することができる。   Thus, the optical deflector 1 of the present embodiment configured as described above includes the mirror substrate (deflection mirror 4 and first torsion beam members 3a and 3b) 2, the outer frame member 5, and the second torsion beam. By appropriately setting the shape dimensions of the members 6a and 6b, the two resonance frequencies of the deflecting mirror 4 have two resonance points, and f1 is approximately f2 / 2 with respect to the resonance frequencies f1 and f2. Can be set to

よって、この光偏向器1をプリンタや複写機などの画像形成装置の光走査装置(光書き込み装置)に用いた場合、用紙などの記録媒体の種類によって画像形成速度(プロセス速度)を通常の1/2速に切り替可能な画像形成装置であっても、通常の画像形成速度(プロセス速度)の場合は、偏向ミラー4を第2の共振周波数f2で往復振動するように設定し、厚紙等が給紙される通常の1/2速の画像形成速度(プロセス速度)の場合は、偏向ミラー4を第1の共振周波数f1で往復振動するように設定することで対応することが可能となる。   Therefore, when this optical deflector 1 is used in an optical scanning device (optical writing device) of an image forming apparatus such as a printer or a copying machine, the image forming speed (process speed) is set to a normal 1 depending on the type of recording medium such as paper. Even in the case of an image forming apparatus that can be switched to the second speed, in the case of a normal image forming speed (process speed), the deflection mirror 4 is set to reciprocate at the second resonance frequency f2, and cardboard or the like is used. The normal half-speed image forming speed (process speed) to be fed can be dealt with by setting the deflection mirror 4 to reciprocately vibrate at the first resonance frequency f1.

また、本実施形態の光偏向器1は、ミラー基板(偏向ミラー4と第1のねじり梁部材3a,3b)2は、Si基板により構成され、外枠部材5、第2のねじり梁部材6a,6b、フレーム部材7は、金属部材により構成されている。これにより、ミラー基板2と第2のねじり梁部材6a,6bを有する外枠部材5とを分離することができるので、Si基板により構成されるミラー基板2の形状を小さくすることができる。よって、光偏向器1全体の小形化を図ることができる。   Further, in the optical deflector 1 of this embodiment, the mirror substrate (deflection mirror 4 and first torsion beam members 3a and 3b) 2 is composed of an Si substrate, and the outer frame member 5 and the second torsion beam member 6a. 6b and the frame member 7 are made of a metal member. Thereby, since the mirror substrate 2 and the outer frame member 5 having the second torsion beam members 6a and 6b can be separated, the shape of the mirror substrate 2 constituted by the Si substrate can be reduced. Therefore, the overall size of the optical deflector 1 can be reduced.

更に、Si基板からなるミラー基板2は、半導体製造プロセスによって1枚のウェハから複数切り出すことができ、また外枠部材5、第2のねじり梁部材6a,6b、フレーム部材7を、安価な金属部材で形成することにより、低コスト化を図ることができる。   Further, a plurality of mirror substrates 2 made of Si substrate can be cut out from one wafer by a semiconductor manufacturing process, and the outer frame member 5, the second torsion beam members 6a and 6b, and the frame member 7 are made of an inexpensive metal. By forming with a member, cost reduction can be achieved.

〈実施形態2〉
図4は、本発明の実施形態2に係る光偏向器の構成を示す概略図である。
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of an optical deflector according to Embodiment 2 of the present invention.

図4に示すように、本実施形態に係る光偏向器1aは、ミラー基板10が設けられた外枠部材11と、外力発生手段13a,13bを有し、こららの部材はベース基板14上に設置されている。   As shown in FIG. 4, the optical deflector 1 a according to this embodiment includes an outer frame member 11 provided with a mirror substrate 10 and external force generation means 13 a and 13 b, and these members are on the base substrate 14. Is installed.

ミラー基板10は、図5に示すように、偏向ミラー15と、偏向ミラー15の両側に一体的に接続された一対の第1のねじり梁部材16a,16bと、該第1のねじり梁部材16a,16bの両側に一体的に接続された一対の保持部材17a,17bを有している。   As shown in FIG. 5, the mirror substrate 10 includes a deflection mirror 15, a pair of first torsion beam members 16a and 16b integrally connected to both sides of the deflection mirror 15, and the first torsion beam member 16a. , 16b has a pair of holding members 17a, 17b integrally connected to both sides.

フレーム部材12は、外枠部材11の両側を保持するように接続された一対の第2のねじり梁部材18a,18bと、該第2のねじり梁部材18a,18bの各両端側に一体的に接続され、この第2のねじり梁部材18a,18bに対して直交両方向に延びる一対の腕部材19a,19bと、第2のねじり梁部材18a,18bの両端に形成された一対の固定部材20a,20bを有している。   The frame member 12 is integrally formed with a pair of second torsion beam members 18a and 18b connected so as to hold both sides of the outer frame member 11, and both end sides of the second torsion beam members 18a and 18b. A pair of arm members 19a, 19b connected and extending in both directions orthogonal to the second torsion beam members 18a, 18b, and a pair of fixing members 20a, formed at both ends of the second torsion beam members 18a, 18b, 20b.

各固定部材20a,20bは、ベース基板14上に固定されている。各腕部材19a,19bの下面に後述する外力発生手段13a,13bがそれぞれ固着されている。   Each fixing member 20 a and 20 b is fixed on the base substrate 14. External force generating means 13a and 13b, which will be described later, are fixed to the lower surfaces of the arm members 19a and 19b, respectively.

なお、図6に示すように、第2のねじり梁部材18a,18bに対して直交方向の一方向側に延びるようして一対の腕部材19a,19bを接続してもよい。   In addition, as shown in FIG. 6, you may connect a pair of arm member 19a, 19b so that it may extend to the one direction side of the orthogonal direction with respect to 2nd torsion beam member 18a, 18b.

一体的に形成されている外枠部材11、第2のねじり梁部材18a,18b、腕部材19a,19b、固定部材20a,20bは、図7に示すように構成されている。   The outer frame member 11, the second torsion beam members 18a and 18b, the arm members 19a and 19b, and the fixing members 20a and 20b, which are integrally formed, are configured as shown in FIG.

図7に示すように、本実施形態では、これらの一体部材は第1〜第4の各フレーム部材12a,12b,12c,12dの4層構造からなり、第1〜第4の各フレーム部材12a〜12dは、SUS304からなる厚さ0.05mmの金属板で構成されている。   As shown in FIG. 7, in the present embodiment, these integral members have a four-layer structure of first to fourth frame members 12a, 12b, 12c, and 12d, and each of the first to fourth frame members 12a. ˜12d is made of a 0.05 mm thick metal plate made of SUS304.

第1〜第4の各フレーム部材12a〜12dには、前記した外枠部材11、第2のねじり梁部材18a,18b、腕部材19a,19b、固定部材20a,20bがそれぞれ一体的に接合されている。なお、最下部の第1のフレーム部材12aが1層目であり、最上部の第4のフレーム部材12dが4層目である。1層〜4層に位置する各外枠部材11には、往復揺動する偏向ミラー15の揺動空間を確保するための開口部11a,11b,11c,11dが形成されている。   The outer frame member 11, the second torsion beam members 18a and 18b, the arm members 19a and 19b, and the fixing members 20a and 20b are integrally joined to the first to fourth frame members 12a to 12d, respectively. ing. The lowermost first frame member 12a is the first layer, and the uppermost fourth frame member 12d is the fourth layer. Openings 11a, 11b, 11c, and 11d are formed in the outer frame members 11 located in the first to fourth layers to secure a swinging space for the deflecting mirror 15 that swings back and forth.

なお、3層目の外枠部材11には、ミラー基板10の保持部材17a,17bを位置決めするための凹状の溝部11e,11fが形成されている。また、4層目の外枠部材11は、軽量化のために大きな開口部11dを有している。   The outer frame member 11 in the third layer is formed with concave grooves 11e and 11f for positioning the holding members 17a and 17b of the mirror substrate 10. The outer frame member 11 in the fourth layer has a large opening 11d for weight reduction.

第1〜第4の各フレーム部材12a〜12dと各外枠部材11は、例えば、図8に示すように、最初に各層(図では、4層目の第1のフレーム部材12dと外枠部材11)を金属シート部材21上に連結部材22でそれぞれ繋がった形状にエッチング加工で順次形成した後に、各層の前記金属シート部材21を積層して接合させることで、上記した4層構造のフレーム部材12と外枠部材11を得ることができる。   Each of the first to fourth frame members 12a to 12d and each outer frame member 11 is first formed in each layer (in the figure, the first frame member 12d and the outer frame member in the fourth layer, for example, as shown in FIG. 8). 11) are sequentially formed by etching on the metal sheet member 21 so as to be connected to each other by the connecting member 22, and then the metal sheet member 21 of each layer is laminated and bonded to form the above-described four-layer frame member. 12 and the outer frame member 11 can be obtained.

なお、第2のねじり梁部材18a,18bの幅と厚さの寸法を、例えば幅0.3mm、厚さ0.2mmに設定した場合、この場合のアスペスト比(幅/厚さ)は1.5となる。このような高アスペスト比を有する形状を厚さ0.2mmの1枚の金属板で実現することは難しいが、本実施形態のように、薄い金属板を積層構造とすることで実現することができる。   When the width and thickness dimensions of the second torsion beam members 18a and 18b are set to, for example, a width of 0.3 mm and a thickness of 0.2 mm, the aspect ratio (width / thickness) in this case is 1. 5 Although it is difficult to realize such a shape having a high aspect ratio with a single metal plate having a thickness of 0.2 mm, it can be realized by forming a thin metal plate with a laminated structure as in this embodiment. it can.

各層の前記金属シート部材21を積層して接合させるには、例えば、図9に示すように拡散接合装置を用いることができる。   In order to laminate and bond the metal sheet members 21 of each layer, for example, a diffusion bonding apparatus can be used as shown in FIG.

図9に示すように、内部を真空にした(或いは、内部に不活性ガスを満たした)拡散接合装置23内に、第1層〜第4層を構成する前記金属シート部材21(第1〜4のフレーム部材12a〜12d)を位置決めして積層する。そして、この雰囲気中で加熱・加圧し、各層の接合面に生じる電子の拡散を利用することで、各層の金属シート部材21が接合される。   As shown in FIG. 9, the metal sheet member 21 (first to fourth layers) constituting the first to fourth layers in the diffusion bonding apparatus 23 whose interior is evacuated (or filled with inert gas). 4 frame members 12a-12d) are positioned and laminated. And the metal sheet member 21 of each layer is joined by heating and pressurizing in this atmosphere, and utilizing the spreading | diffusion of the electron which arises on the joint surface of each layer.

この拡散接合は、接合の進行とともに接合面の空隙が消失する。なお、拡散接合は固相接合の一種であり、接合時に接合面の被覆を取り除きながら同時に接合面を密着させていく。これにより、接合部材間が密着し、空隙が存在しない。そのため、疲労強度などの材料特性は、母材強度とほぼ同じ強度を示す。よって、拡散接合により作製された4層構造からなる第2のねじり梁部材18a,18bは、振動に対する疲労強度特性に優れている。   In this diffusion bonding, voids in the bonding surface disappear as the bonding proceeds. Diffusion bonding is a kind of solid phase bonding, and the bonding surfaces are brought into close contact with each other while removing the coating on the bonding surfaces at the time of bonding. As a result, the bonding members are in close contact with each other, and there is no gap. Therefore, the material properties such as fatigue strength show almost the same strength as the base material strength. Therefore, the second torsion beam members 18a and 18b having a four-layer structure manufactured by diffusion bonding are excellent in fatigue strength characteristics against vibration.

図10に示すように、本実施形態の外力発生手段13a,13bは、各圧電素子保持部材24a,24bの上面一端側にそれぞれ配置された第1の圧電素子25a,25bと、その上面他端側にそれぞれ配置された第2の圧電素子25c,25dとで構成されている。第1の圧電素子25a,25bと第2の圧電素子25c,25dが、各腕部材19a,19bの下面両側にそれぞれ固着される。   As shown in FIG. 10, the external force generating means 13a, 13b of the present embodiment includes first piezoelectric elements 25a, 25b arranged on one end side of the upper surface of each piezoelectric element holding member 24a, 24b and the other end of the upper surface. The second piezoelectric elements 25c and 25d are arranged on the side. The first piezoelectric elements 25a and 25b and the second piezoelectric elements 25c and 25d are fixed to both sides of the lower surfaces of the arm members 19a and 19b, respectively.

第1、第2の各圧電素子25a,25b,25c,25dは、例えば、10〜20層のバルクPZTが積層されて構成されており、印加される電圧に対応してその厚さ方向に収縮する。   Each of the first and second piezoelectric elements 25a, 25b, 25c, and 25d is formed by stacking, for example, 10 to 20 layers of bulk PZT, and contracts in the thickness direction corresponding to the applied voltage. To do.

一方側の各第1の圧電素子25a,25bには、共通のリード端子26aからA相の駆動パルス信号が印加され、他方側の各第2の圧電素子25c,25dには、共通のリード端子26bから前記B相の駆動パルス信号が印加される。なお、A相とB相の各駆動パルス信号は互いに位相が180度ずれている。これにより、A相の駆動パルス信号で駆動される一方側の各第1の圧電素子25a,25bとB相の駆動パルス信号で駆動される他方側の各第2の圧電素子25c,25dは、振動の位相が180度ずれる。   An A-phase drive pulse signal is applied to the first piezoelectric elements 25a and 25b on one side from the common lead terminal 26a, and a common lead terminal is applied to the second piezoelectric elements 25c and 25d on the other side. The B-phase drive pulse signal is applied from 26b. The A-phase and B-phase drive pulse signals are 180 degrees out of phase with each other. Thus, the first piezoelectric elements 25a and 25b on one side driven by the A-phase driving pulse signal and the second piezoelectric elements 25c and 25d on the other side driven by the B-phase driving pulse signal are The phase of vibration is shifted 180 degrees.

このように、一方側の各第1の圧電素子25a,25bと他方側の各第2の圧電素子25c,25dが、位相が180度ずれて振動することにより、一方側の各第1の圧電素子25a,25bが伸びると、他方側の各第2の圧電素子25c,25dは縮む方向に変位が発生する。これにより、一方側の各第1の圧電素子25a,25bと他方側の各第2の圧電素子25c,25dが交互に伸縮動作を繰り返すことによって、固着されている各腕部材19a,19bが第2のねじり梁部材18a,18bを揺動中心として往復振動(往復揺動)する。   In this way, the first piezoelectric elements 25a and 25b on one side and the second piezoelectric elements 25c and 25d on the other side vibrate with a phase difference of 180 degrees, so that each first piezoelectric element on one side is vibrated. When the elements 25a and 25b are extended, the second piezoelectric elements 25c and 25d on the other side are displaced in the contracting direction. As a result, each of the first piezoelectric elements 25a, 25b on one side and each of the second piezoelectric elements 25c, 25d on the other side alternately expand and contract, so that the fixed arm members 19a, 19b The torsion beam members 18a and 18b are reciprocally oscillated (reciprocally oscillated).

そして、第2のねじり梁部材18a,18bの往復振動(往復揺動)により、外枠部材17a,17bに往復振動を発生させる。この往復振動により偏向ミラー15は、第1のねじり梁部材16a,16bをねじり回転軸として往復振動(往復揺動)する。   Then, the reciprocating vibration (reciprocating swing) of the second torsion beam members 18a and 18b causes the outer frame members 17a and 17b to generate reciprocating vibration. The reciprocating vibration causes the deflection mirror 15 to reciprocate (reciprocate and swing) using the first torsion beam members 16a and 16b as the torsional rotation shaft.

また、上記した本実施形態の光偏向器1aにおいても、実施形態1と同様にミラー基板(偏向ミラー15と第1のねじり梁部材16a,16b)10、外枠部材11、第2のねじり梁部材18a,18bの形状寸法を適切に設定することにより、偏向ミラー15の2つの共振周波数が2つの共振点を持ち、各共振周波数f1、f2に対して、f1が略f2/2となるように設定することができる。   Also in the optical deflector 1a of the present embodiment described above, similarly to the first embodiment, the mirror substrate (deflecting mirror 15 and first torsion beam members 16a and 16b) 10, the outer frame member 11, and the second torsion beam. By appropriately setting the shape dimensions of the members 18a and 18b, the two resonance frequencies of the deflecting mirror 15 have two resonance points, and f1 is approximately f2 / 2 with respect to the resonance frequencies f1 and f2. Can be set to

よって、この光偏向器1aをプリンタや複写機などの画像形成装置の光走査装置(光書き込み装置)に用いた場合、用紙などの記録媒体の種類によって画像形成速度(プロセス速度)を通常の1/2速に切り替可能な画像形成装置であっても、通常の画像形成速度(プロセス速度)の場合は、偏向ミラー15を第2の共振周波数f2で往復振動するように設定し、厚紙等が給紙される通常の1/2速の画像形成速度(プロセス速度)の場合は、偏向ミラー15を第1の共振周波数f1で往復振動するように設定することで対応することが可能となる。   Therefore, when this optical deflector 1a is used in an optical scanning device (optical writing device) of an image forming apparatus such as a printer or a copying machine, the image forming speed (process speed) is set to a normal 1 depending on the type of recording medium such as paper. Even in an image forming apparatus that can be switched to the second speed, in the case of a normal image forming speed (process speed), the deflection mirror 15 is set to reciprocate at the second resonance frequency f2, and cardboard or the like is used. The normal half-speed image forming speed (process speed) to be fed can be dealt with by setting the deflecting mirror 15 to reciprocately vibrate at the first resonance frequency f1.

また、本実施形態の光偏向器1aは、ミラー基板(偏向ミラー15と第1のねじり梁部材16a,16b)10は、Si基板により構成され、外枠部材11、第2のねじり梁部材18a,18b、腕部材19a,19b、固定部材20a,20bは薄い金属板を積層して構成されている。これにより、ミラー基板10と第2のねじり梁部材18a,18bを有する外枠部材11とを分離することができるので、Si基板により構成されるミラー基板10の形状を小さくすることができる。よって、光偏向器1a全体の小形化を図ることができる。   Further, in the optical deflector 1a of the present embodiment, the mirror substrate (deflection mirror 15 and first torsion beam members 16a and 16b) 10 is composed of an Si substrate, and the outer frame member 11 and the second torsion beam member 18a. 18b, arm members 19a and 19b, and fixing members 20a and 20b are formed by laminating thin metal plates. Thereby, since the mirror substrate 10 and the outer frame member 11 having the second torsion beam members 18a and 18b can be separated, the shape of the mirror substrate 10 constituted by the Si substrate can be reduced. Therefore, the overall size of the optical deflector 1a can be reduced.

〈実施形態3〉
実施形態2では、図5に示したように、直線状の一対の第1のねじり梁部材16a,16bを偏向ミラー15の両側に接続した構成であったが、本実施形態では、例えば、図11に示すように、複数の直線部と屈曲部を有する一対の第1のねじり梁部材27a,27bで偏向ミラー15の両側を保持するようにしてもよい。他の構成は、図4に示した実施形態2の光偏向器と同様である。
<Embodiment 3>
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the pair of linear first torsion beam members 16 a and 16 b are connected to both sides of the deflection mirror 15. In the present embodiment, for example, FIG. As shown in FIG. 11, both sides of the deflection mirror 15 may be held by a pair of first torsion beam members 27 a and 27 b having a plurality of linear portions and bent portions. Other configurations are the same as those of the optical deflector of the second embodiment shown in FIG.

この第1のねじり梁部材27a,27bは、図11、図12(a)に示すように、複数の直線部と屈曲部により折り畳みバネ状に形成されており、中心軸Aに対して対称形状となっている。この第1のねじり梁部材27a,27bは、図12(b)に示すように、中心軸A方向に沿って3つの長梁部27a1,27a2,27a3と2つの短梁部27a4,27a5を有し、更に、中心軸A方向と直交する方向に4つの中梁部27a6,27a7,27a8,27a9を有している。一方の短梁部27a4がミラー保持部材17aに接続され、他方の短梁部27a5が偏向ミラー15に接続される。なお、、図12(b)は、第1のねじり梁部材23aを示しているが、他方の第1のねじり梁部材23bも同様に構成されている。   As shown in FIGS. 11 and 12A, the first torsion beam members 27a and 27b are formed in a spring shape by being folded by a plurality of straight portions and bent portions, and are symmetrical with respect to the central axis A. It has become. As shown in FIG. 12B, the first torsion beam members 27a and 27b have three long beam portions 27a1, 27a2, and 27a3 and two short beam portions 27a4 and 27a5 along the central axis A direction. In addition, four middle beam portions 27a6, 27a7, 27a8, and 27a9 are provided in a direction orthogonal to the direction of the central axis A. One short beam portion 27a4 is connected to the mirror holding member 17a, and the other short beam portion 27a5 is connected to the deflection mirror 15. In addition, although FIG.12 (b) has shown the 1st torsion beam member 23a, the other 1st torsion beam member 23b is also comprised similarly.

図12(b)に示した第1のねじり梁部材27aを、例えば、両外側の2つの長梁部27a1,27a3の長さaを1mm、中央の長梁部27a2の長さbを0.8mm、2つの短梁部27a4,27a5の長さc,dを0.2mmに設定した場合、中心軸A方向に沿って長さ3mm程度の直線状のねじり梁部材と略等価とみなすことができる。このように、第1のねじり梁部材27a,27bを複数の直線部と屈曲部を有するように形成することにより、直線状に形成する場合に比べて長さが短縮され、光偏向器全体の小形化を図ることができる。   In the first torsion beam member 27a shown in FIG. 12B, for example, the length a of the two long beam portions 27a1 and 27a3 on both outer sides is 1 mm, and the length b of the central long beam portion 27a2 is 0. When the lengths c and d of the 8 mm and the two short beam portions 27a4 and 27a5 are set to 0.2 mm, it can be regarded as being substantially equivalent to a linear torsion beam member having a length of about 3 mm along the central axis A direction. it can. Thus, by forming the first torsion beam members 27a and 27b so as to have a plurality of straight portions and bent portions, the length is shortened compared to the case where the first torsion beam members 27a and 27b are formed in a straight shape. Miniaturization can be achieved.

〈実施形態4〉
図13は、本発明の実施形態4に係る光偏向器の構成を示す概略図である。
<Embodiment 4>
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical deflector according to Embodiment 4 of the present invention.

実施形態2の光偏向器では、外力発生手段として圧電素子を用いた構成であったが、図13に示すように、本実施形態の光偏向器1bでは、一対の永久磁石と電流が印加されるコイルとで外力発生手段を構成している。他の構成は実施形態2の光偏向器と同様であり、重複説明は省略する。   In the optical deflector of the second embodiment, a piezoelectric element is used as the external force generating means. However, in the optical deflector 1b of the present embodiment, a pair of permanent magnets and a current are applied as shown in FIG. The external force generating means is constituted by the coil. Other configurations are the same as those of the optical deflector according to the second embodiment, and redundant description is omitted.

図13に示すように、本実施形態の光偏向器1bは、ミラー枠部材11の第2のねじり梁部材18a,18bと直交する方向の両端側(外枠部材11の長手方向両端側)には、外力発生手段を構成する一対の永久磁石30a,30bが配置されている。各永久磁石30a,30bは、S極とN極が向かい合うようにしてベース基板14上に固定されている。これにより、永久磁石30aから永久磁石30b方向への磁界が形成される。   As shown in FIG. 13, the optical deflector 1b of the present embodiment is disposed on both end sides of the mirror frame member 11 in the direction orthogonal to the second torsion beam members 18a and 18b (on both ends in the longitudinal direction of the outer frame member 11). Are arranged with a pair of permanent magnets 30a, 30b constituting external force generating means. Each permanent magnet 30a, 30b is fixed on the base substrate 14 so that the S pole and the N pole face each other. Thereby, the magnetic field from the permanent magnet 30a to the permanent magnet 30b is formed.

また、図14に示すように、外枠部材11の背面側には、偏向ミラー15の揺動空間を形成するための開口縁部11gの周囲に沿って、外力発生手段を構成するコイル31が複数回周回するようにして配置されている。コイル31には、第2のねじり梁部材18a,18bの長手方向に沿って引き出し線32a,32bが接続されている。引き出し線32a,32bのターミナル33a,33bの一方側には、駆動回路40(図16参照)が接続されている。   Further, as shown in FIG. 14, on the back side of the outer frame member 11, a coil 31 constituting external force generating means is provided along the periphery of the opening edge portion 11 g for forming the swinging space of the deflection mirror 15. It arrange | positions so that it may go around in multiple times. Lead wires 32a and 32b are connected to the coil 31 along the longitudinal direction of the second torsion beam members 18a and 18b. A drive circuit 40 (see FIG. 16) is connected to one side of the terminals 33a and 33b of the lead wires 32a and 32b.

そして、図15に示すように、コイル31に正弦波の駆動電流Iを印加することにより、発生する磁界とコイル31に流れる正弦波の駆動電流Iとの交互作用により、ローレンツ力F1,F2がそれぞれ矢印方向に作用する。そして、駆動電流Iの向きが反転するとローレンツ力F1,F2の向きが反転することにより、第2のねじり梁部材18a,18bを揺動中心とし外枠部材11に往復振動を発生させる。この往復振動により偏向ミラー15は、第1のねじり梁部材16a,16bをねじり回転軸として往復振動(往復揺動)する。   Then, as shown in FIG. 15, by applying a sinusoidal drive current I to the coil 31, Lorentz forces F1 and F2 are generated by the interaction between the generated magnetic field and the sinusoidal drive current I flowing in the coil 31. Each acts in the direction of the arrow. Then, when the direction of the drive current I is reversed, the directions of the Lorentz forces F1 and F2 are reversed, thereby causing the outer frame member 11 to reciprocate with the second torsion beam members 18a and 18b as the oscillation center. The reciprocating vibration causes the deflection mirror 15 to reciprocate (reciprocate and swing) using the first torsion beam members 16a and 16b as the torsional rotation shaft.

図16に示すように、コイル31へ駆動電流Iを印加する駆動回路40は、制御部41、D/Aコンバータ42、OAアンプ43等で構成されている。   As shown in FIG. 16, the drive circuit 40 that applies the drive current I to the coil 31 includes a control unit 41, a D / A converter 42, an OA amplifier 43, and the like.

なお、本実施形態において、図17に示すように、外枠部材11の背面側の開口縁部11gの周囲に接合されるフレキシブル配線基板44に、複数回周回するようにしてコイル31を一体に設けてもよい。フレキシブル配線基板44には、コイル31からの引き出し線32a,32bとターミナル33a,33bが設けられている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the coil 31 is integrated with the flexible wiring board 44 joined around the opening edge 11 g on the back side of the outer frame member 11 so as to circulate a plurality of times. It may be provided. The flexible wiring board 44 is provided with lead wires 32a and 32b from the coil 31 and terminals 33a and 33b.

このように、コイル31を一体に設けたフレキシブル配線基板44を用いることにより、外枠部材11の背面への取り付けが容易になり、取り付け作業の効率化を図ることができる。   As described above, by using the flexible wiring board 44 integrally provided with the coil 31, it is easy to attach the outer frame member 11 to the back surface, and the efficiency of the attaching work can be improved.

〈実施形態5〉
図18は、本発明の実施形態5に係る光走査装置の構成を示す概略図である。本実施形態の光走査装置50は、例えば実施形態4の光偏向器1bを備えている。なお、この光偏向器1bは、図4に示した実施形態4の光偏向器と同様の構成であり、重複する説明は省略する。
<Embodiment 5>
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical scanning device according to the fifth embodiment of the present invention. The optical scanning device 50 according to the present embodiment includes, for example, the optical deflector 1b according to the fourth embodiment. The optical deflector 1b has the same configuration as that of the optical deflector of the fourth embodiment shown in FIG.

図18に示すように、本実施形態の光走査装置50では、光源としての半導体レーザ11より出射したレーザ光ビームは、カップリングレンズ52、シリンダレンズ53及び入射ミラー54からなる光学系を経由して、光偏向器1bの可動ミラー15表面に入射する。入射したレーザ光ビームは、可動ミラー15表面で反射しfθレンズなどからなる結像光学系(補正光学系)55によって、被走査面56に走査スポットとしてスポット状に結像される。   As shown in FIG. 18, in the optical scanning device 50 of the present embodiment, the laser light beam emitted from the semiconductor laser 11 as the light source passes through the optical system including the coupling lens 52, the cylinder lens 53, and the incident mirror 54. Then, it enters the surface of the movable mirror 15 of the optical deflector 1b. The incident laser light beam is reflected on the surface of the movable mirror 15 and imaged in a spot shape as a scanning spot on the scanning surface 56 by an imaging optical system (correction optical system) 55 including an fθ lens.

そして、この走査スポットは、上記したように向きが反転するローレンツ力F1,F2による偏向ミラー15の往復振動(往復揺動)に応じて主走査方向Xに移動する。そして、図16に示した駆動回路40の制御部41に周波数切り替え信号が入力されにより、コイル31に流れる正弦波の駆動電流Iの周波数を切り替えることができる。これにより、光走査装置40は予め設定されている2つの走査周波数f1、f2の選択した一方の走査周波数に切り替えることができる。   Then, the scanning spot moves in the main scanning direction X in accordance with the reciprocal vibration (reciprocal rocking) of the deflection mirror 15 by the Lorentz forces F1 and F2 whose directions are reversed as described above. The frequency of the sinusoidal drive current I flowing in the coil 31 can be switched by inputting a frequency switching signal to the control unit 41 of the drive circuit 40 shown in FIG. Thereby, the optical scanning device 40 can switch to one of the scanning frequencies f1 and f2 selected in advance.

〈実施形態6〉
図19は、本発明の実施形態6に係る光走査装置を備えた画像形成装置(本実施形態では、カラーレーザプリンタ)の構成を示す概略図である。
<Embodiment 6>
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus (in this embodiment, a color laser printer) including an optical scanning device according to Embodiment 6 of the present invention.

図19に示すように、本実施形態に係る画像形成装置(レーザプリンタ)60は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色の各画像形成部61、62、63、64を有している。そして、各画像形成部61〜64において、例えば、実施形態5で示した各光走査装置40によって、対応した各画像形成部61〜64の感光体ドラム65に記録信号により変調されたレーザ光ビームによる光書き込み走査を行って静電潜像を形成し、それぞれの感光体ドラム65に形成された静電潜像を異なった色のトナー像に現像し、そのトナー像を転写ベルト66に重ねて転写するタンデム方式のものである。   As shown in FIG. 19, the image forming apparatus (laser printer) 60 according to the present embodiment includes image forming sections 61, 62, 63, and 64 of four colors of cyan, magenta, yellow, and black. Then, in each of the image forming units 61 to 64, for example, the laser light beams modulated by the recording signals on the photosensitive drums 65 of the corresponding image forming units 61 to 64 by the respective optical scanning devices 40 described in the fifth embodiment. An electrostatic latent image is formed by performing optical writing scanning according to, and the electrostatic latent images formed on the respective photosensitive drums 65 are developed into toner images of different colors, and the toner images are superimposed on the transfer belt 66. It is a tandem method of transferring.

光走査装置40は、図18に示した実施形態5の光走査装置と同様の構成であり、重複する説明は省略する。   The optical scanning device 40 has the same configuration as that of the optical scanning device according to the fifth embodiment illustrated in FIG.

転写ベルト66は、駆動ローラ67と2本の従動ローラ68,69とで支持され移動するもので、その移動方向に沿って均等間隔で各画像形成部61〜64の感光体ドラム65が配列されている。   The transfer belt 66 is supported and moved by a driving roller 67 and two driven rollers 68 and 69. The photosensitive drums 65 of the image forming units 61 to 64 are arranged at equal intervals along the moving direction. ing.

各感光体ドラム65の周囲には、感光体ドラム65の表面を帯電させる帯電器70と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応したトナーを補給する現像装置71と、感光体ドラム65上の転写後の残留トナーをブレードで掻き取り備蓄するクリーニング装置72が設けられている。   Around each photosensitive drum 65, there are a charger 70 that charges the surface of the photosensitive drum 65, a developing device 71 that replenishes toner corresponding to each color of yellow, magenta, cyan, and black, and the photosensitive drum 65. A cleaning device 72 is provided for scraping and storing the residual toner after transfer of the toner with a blade.

画像形成動作時には、転写ベルト66の端に形成されたレジストマーク(不図示)を検出するセンサ73の信号をトリガとして、副走査方向の書出しタイミングをずらして、書き込み装置としての各光走査装置40によって各色の静電潜像が書き込まれ、現像装置71にてトナーをのせて転写ベルト66上で順次画像を重ねていく。   During an image forming operation, each optical scanning device 40 as a writing device is shifted by using a signal from a sensor 73 that detects a registration mark (not shown) formed at the end of the transfer belt 66 as a trigger to shift the writing timing in the sub-scanning direction. As a result, the electrostatic latent images of the respective colors are written, and the developing device 71 puts toner on the transfer belt 66 and sequentially superimposes the images.

給紙トレイ74から用紙Pが給紙コロ75により供給され、4色目の画像形成のタイミングに合わせてレジストローラ76により送り出され、転写部77にて転写ベルト66から4色同時に転写される。トナー像が転写された用紙は搬送ベルト78により定着ローラ79と加圧ローラ80間の定着ニップに送られ、トナー像を定着した後に排紙ローラ81によって排紙トレイ82に排出される。   The paper P is supplied from the paper supply tray 74 by the paper supply roller 75, is sent out by the registration roller 76 in accordance with the timing of image formation of the fourth color, and is simultaneously transferred from the transfer belt 66 by the transfer unit 77. The sheet on which the toner image is transferred is sent to the fixing nip between the fixing roller 79 and the pressure roller 80 by the conveying belt 78, and after the toner image is fixed, the sheet is discharged to the discharge tray 82 by the discharge roller 81.

なお、本実施形態の画像形成装置60は、レジストローラ76に隣接して、給紙される用紙の紙種を検出する記録媒体検出センサ83が配置されており、記録媒体検出センサ83によって検出された用紙の紙種に応じたプロセス速度に切り替えることができる。本実施形態の画像形成装置60は、通常のプロセス速度と、通常の1/2速のプロセス速度を選択することができる。   In the image forming apparatus 60 of the present embodiment, a recording medium detection sensor 83 that detects the type of paper to be fed is disposed adjacent to the registration roller 76, and is detected by the recording medium detection sensor 83. The process speed can be switched according to the paper type of the paper. The image forming apparatus 60 of this embodiment can select a normal process speed and a normal 1/2 speed process speed.

以下、プロセス速度の切り替え選択動作について、図20に示したフローチャートを参照して説明する。   The process speed switching selection operation will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

初期状態では、画像形成装置60のプロセス速度は標準速(1/1速)に設定されており、この標準速に合わせて定着ローラ79の加熱による定着温度が180℃に設定されている(ステップS1、S2)。   In the initial state, the process speed of the image forming apparatus 60 is set to the standard speed (1/1 speed), and the fixing temperature by heating the fixing roller 79 is set to 180 ° C. in accordance with the standard speed (step). S1, S2).

そして、上記した画像形成動作時において、記録媒体検出センサ83により給紙される紙種が判定される。この際、給紙されている記録媒体が厚紙であると判定した場合(ステップS3:YES)、画像形成装置60の制御部(不図示)からの制御信号に基づいて、定着ローラ79の加熱ヒータ(不図示)への通電をオフにし、同時に、同時に各光走査装置40への通電をオフにする(ステップS4、S5)。なお、ステップS3で、給紙されている記録媒体が通常の用紙であると判定した場合(ステップS3:NO)、ステップS1、S2で設定されている標準速のプロセス速度、180℃の定着温度で画像形成動作を行なう。   In the image forming operation described above, the paper type fed by the recording medium detection sensor 83 is determined. At this time, if it is determined that the recording medium being fed is thick paper (step S3: YES), the heater of the fixing roller 79 is heated based on a control signal from a control unit (not shown) of the image forming apparatus 60. The energization to (not shown) is turned off, and at the same time, the energization to each optical scanning device 40 is simultaneously turned off (steps S4 and S5). When it is determined in step S3 that the recording medium being fed is a normal sheet (step S3: NO), the standard process speed set in steps S1 and S2 and the fixing temperature of 180 ° C. Then, the image forming operation is performed.

図21(a)に示すように、時刻T1で光走査装置40と定着ローラ79の加熱ヒータ(不図示)への通電がオフされると、光走査装置40の偏向ミラー15(図18参照)の振動振幅は時間とともに減衰していく。また、図21(b)に示すように、定着ローラ79の温度(定着温度)もa2(180℃)から低下していく。   As shown in FIG. 21A, when the energization to the heater (not shown) of the optical scanning device 40 and the fixing roller 79 is turned off at time T1, the deflection mirror 15 of the optical scanning device 40 (see FIG. 18). The vibration amplitude of dampens with time. Further, as shown in FIG. 21B, the temperature of the fixing roller 79 (fixing temperature) also decreases from a2 (180 ° C.).

そして、図21(a),(b)に示すように、定着温度がa1(150℃)に近づいた時刻T0において、画像形成装置60の制御部(不図示)からプロセス速度を標準速の1/2にする命令と、光走査装置40の走査速度(偏向ミラー15(図18参照)の往復振動)を標準速の1/2にする命令が出される(ステップS6、S7)。この命令により、感光体ドラム65、転写ベルト66、搬送ベルト78等の移動速度は、標準速の1/2速に設定される。なお、感光体ドラム65、転写ベルト66、搬送ベルト78等の駆動系の慣性が大きいため、標準速の1/2になるまで所定の時間を要する。   Then, as shown in FIGS. 21A and 21B, at the time T0 when the fixing temperature approaches a1 (150 ° C.), the process speed is set to 1 at the standard speed from the control unit (not shown) of the image forming apparatus 60. A command to set to / 2 and a command to set the scanning speed of the optical scanning device 40 (reciprocating vibration of the deflecting mirror 15 (see FIG. 18)) to 1/2 of the standard speed are issued (steps S6 and S7). By this command, the moving speeds of the photosensitive drum 65, the transfer belt 66, the conveyance belt 78, and the like are set to 1/2 the standard speed. Since the inertia of the drive system such as the photosensitive drum 65, the transfer belt 66, and the conveyance belt 78 is large, a predetermined time is required until the speed becomes 1/2 of the standard speed.

そして、所定時間経過後に、時刻T0でプロセス速度が標準速の1/2速に切り替えられると(ステップS8:YES)、定着温度がa1(150℃)に設定されるように制御され(ステップS9)、プロセス速度と光走査装置40の走査速度(偏向ミラー15(図18参照)の往復振動)が標準速の1/2に切り替えられた状態で画像形成動作が行なわれる。   When the process speed is switched to 1/2 of the standard speed at time T0 after a predetermined time has elapsed (step S8: YES), the fixing temperature is controlled to be set to a1 (150 ° C.) (step S9). ), The image forming operation is performed in a state where the process speed and the scanning speed of the optical scanning device 40 (reciprocating vibration of the deflection mirror 15 (see FIG. 18)) are switched to 1/2 of the standard speed.

なお、光走査装置の偏向ミラー15(図18参照)の時定数は概略0.1(秒))程度であり、感光体ドラム65、転写ベルト66、搬送ベルト78等の駆動系の時定数に比較して十分に小さい。そのため、時刻T1において、光走査装置40の偏向ミラー15(図18参照)の振動は定常振動になっている。   Note that the time constant of the deflecting mirror 15 (see FIG. 18) of the optical scanning device is approximately 0.1 (seconds), which is the time constant of the driving system such as the photosensitive drum 65, the transfer belt 66, and the conveying belt 78. Small enough compared. Therefore, at time T1, the vibration of the deflection mirror 15 (see FIG. 18) of the optical scanning device 40 is a steady vibration.

このように、本実施形態の画像形成装置60は、例えば実施形態5で示した光走査装置40を備えているので、プロセス速度を標準速の1/2に切り替えた場合に、それに応じて光走査装置40の偏向ミラー15(図18参照)の往復振動(往復揺動)も標準速の1/2に切り替えて画像形成動作を行なうことができる。   As described above, the image forming apparatus 60 of the present embodiment includes the optical scanning device 40 described in the fifth embodiment, for example. Therefore, when the process speed is switched to 1/2 of the standard speed, the light is accordingly generated. The reciprocating vibration (reciprocating rocking) of the deflection mirror 15 (see FIG. 18) of the scanning device 40 can be switched to 1/2 of the standard speed to perform the image forming operation.

また、上記した実施形態で述べたように光偏向器全体の小形化を図ることができるので、それによって、画像形成装置60全体の小形化も図ることができる。   In addition, since the entire optical deflector can be reduced in size as described in the above-described embodiment, the entire image forming apparatus 60 can also be reduced in size.

〈実施形態7〉
図22は、本発明の実施形態7に係る光走査装置を備えた画像投影装置の構成を示す概略図である。
<Embodiment 7>
FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image projection apparatus including the optical scanning device according to the seventh embodiment of the present invention.

図22に示すように、本実施形態に係る画像投影装置90は、赤色半導体レーザからなる光源91aと、青色半導体レーザからなる光源91bと、緑色半導体レーザからなる光源91cからそれぞれ放射される異なる波長の光を、色合成素子92異なる面から入射させ、一つの光路上へ集約させる。   As shown in FIG. 22, the image projection apparatus 90 according to the present embodiment has different wavelengths emitted from a light source 91a made of a red semiconductor laser, a light source 91b made of a blue semiconductor laser, and a light source 91c made of a green semiconductor laser. Are made incident from different surfaces of the color synthesizing element 92 and concentrated on one optical path.

色合成素子92の多重干渉膜面は、それぞれ各光源91a〜91cの発振波長のみが透過もしくは反射する面となっていて、合成が行われる。そして、色合成素子92から出射した光ビームのビームウエストがコリメータレンズ93を通して、光走査装置94、95により被投射面96付近に来るように平行化する。光走査装置94、95としては、例えば、図18に示した実施形態5の光走査装置を用いることができる   The multiple interference film surfaces of the color combining element 92 are surfaces through which only the oscillation wavelengths of the respective light sources 91a to 91c are transmitted or reflected, and are combined. Then, the beam waist of the light beam emitted from the color synthesizing element 92 is collimated through the collimator lens 93 so as to come near the projection surface 96 by the optical scanning devices 94 and 95. As the optical scanning devices 94 and 95, for example, the optical scanning device of the fifth embodiment shown in FIG. 18 can be used.

即ち、水平方向の光走査を行う光走査装置94に光を当てた後、垂直走査を担当する光走査装置95に光りビームを当て2次元走査する。これにより、被投射面96に3色の光パルスが重なった画素97が並んだカラー画像が表示される。   That is, after applying light to the optical scanning device 94 that performs optical scanning in the horizontal direction, a light beam is applied to the optical scanning device 95 in charge of vertical scanning to perform two-dimensional scanning. As a result, a color image is displayed in which pixels 97 in which light pulses of three colors overlap each other on the projection surface 96.

1,1a,1b 光偏向器
2、10 ミラー基板
3a,3b、16a,16b、27a,27b 第1のねじり梁部材
4、15 偏向ミラー
5、11 外枠部材
6a,6b、18a,18b 第2のねじり梁部材
7 フレーム部材
25a,25b 第1の圧電素子
25c,25d 第2の圧電素子
30a,30b 永久磁石
31 コイル
40 駆動回路
50 光走査装置
60 画像形成装置(レーザプリンタ)
90 画像投影装置
1, 1a, 1b Optical deflector 2, 10 Mirror substrate 3a, 3b, 16a, 16b, 27a, 27b First torsion beam member 4, 15 Deflection mirror 5, 11 Outer frame member 6a, 6b, 18a, 18b Second Torsion beam member 7 frame member 25a, 25b first piezoelectric element 25c, 25d second piezoelectric element 30a, 30b permanent magnet 31 coil 40 drive circuit 50 optical scanning device 60 image forming apparatus (laser printer)
90 Image projection device

特表2008−505367号公報Special table 2008-505367 特開2005−181394号公報JP 2005-181394 A

Claims (13)

両側に接合された一対の第1のねじり梁部材をねじり回転軸として往復振動させることで、光源からの光ビームを偏向する偏向ミラーを有するミラー基板と、前記ミラー基板を保持する外枠部材と、前記第1のねじり梁部材と同一直線上に設けられ、両外側が固定保持されるとともに両内側が前記外枠部材の両側に接合された一対の第2のねじり梁部材と、前記外枠部材又は前記一対の第2のねじり梁部材を可振するための外力発生手段とを備え、
前記外力発生手段から前記外枠部材又は前記一対の第2のねじり梁部材に可振力を付与することで、前記一対の第2のねじり梁部材及び前記第1のねじり梁部材をねじり回転軸として前記偏向ミラーを往復振動させる光偏向器であって、
前記偏向ミラーの往復振動時に、前記外枠部材の慣性と前記一対の第2のねじり梁部材のねじり剛性で概ね定まる第1の共振周波数が、前記偏向ミラーの慣性と前記第1のねじり梁部材のねじり剛性で概ね定まる第2の共振周波数の略1/2となるように、前記偏向ミラーと前記第1、第2の各ねじり梁部材の各形状寸法を設定したことを特徴とする光偏向器。
A mirror substrate having a deflecting mirror for deflecting a light beam from a light source by reciprocally vibrating a pair of first torsion beam members joined to both sides as a torsional rotation axis; and an outer frame member for holding the mirror substrate; A pair of second torsion beam members provided on the same straight line as the first torsion beam member, both outer sides being fixedly held and both inner sides being joined to both sides of the outer frame member, and the outer frame An external force generating means for vibrating the member or the pair of second torsion beam members,
By applying an oscillating force from the external force generating means to the outer frame member or the pair of second torsion beam members, the pair of second torsion beam members and the first torsion beam member are twisted and rotated. An optical deflector for reciprocally vibrating the deflection mirror,
During the reciprocating vibration of the deflection mirror, the first resonance frequency determined approximately by the inertia of the outer frame member and the torsional rigidity of the pair of second torsion beam members is the inertia of the deflection mirror and the first torsion beam member. An optical deflection characterized in that the shape and dimensions of the deflection mirror and the first and second torsion beam members are set so as to be approximately ½ of the second resonance frequency which is generally determined by the torsional rigidity of vessel.
前記ミラー基板はSi基板により構成されるとともに、前記外枠部材と前記第2のねじり梁部材は金属材料により構成されており、前記ミラー基板は前記外枠部材に接合されていることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。   The mirror substrate is made of an Si substrate, the outer frame member and the second torsion beam member are made of a metal material, and the mirror substrate is bonded to the outer frame member. The optical deflector according to claim 1. 前記外枠部材と前記一対の第2のねじり梁部材は、金属板材料を積層して構成されていることを特徴とする請求項2に記載の光偏向器。   3. The optical deflector according to claim 2, wherein the outer frame member and the pair of second torsion beam members are configured by laminating metal plate materials. 前記外枠部材と前記一対の第2のねじり梁部材は、拡散接合により金属板材料を積層・接合して構成されていることを特徴とする請求項3に記載の光偏向器。   4. The optical deflector according to claim 3, wherein the outer frame member and the pair of second torsion beam members are formed by laminating and joining metal plate materials by diffusion bonding. 前記一対の第1のねじり梁部材は、複数個の直線部と屈曲部を有する折り畳みバネ形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。   The optical deflector according to claim 1, wherein the pair of first torsion beam members are formed in a folding spring shape having a plurality of linear portions and bent portions. 前記一対の第2のねじり梁部材の固定保持される両外側近傍に、前記第2のねじり梁部材と直交する方向に延びる一対の腕部材を設け、前記一対の腕部材に前記外力発生手段を設けていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光偏向器。   A pair of arm members extending in a direction orthogonal to the second torsion beam member are provided in the vicinity of both outer sides where the pair of second torsion beam members are fixedly held, and the external force generating means is provided on the pair of arm members. The optical deflector according to claim 1, wherein the optical deflector is provided. 前記外力発生手段は、印加される電圧に対応して厚さ方向に伸縮する圧電素子であり、前記圧電素子を前記一対の腕部材の両端部にそれぞれ設けることを特徴とする請求項6に記載の光偏向器。   The external force generation means is a piezoelectric element that expands and contracts in the thickness direction corresponding to an applied voltage, and the piezoelectric elements are provided at both ends of the pair of arm members, respectively. Light deflector. 前記一方側の腕部材の両端部に設けられる各圧電素子と、前記他方側の腕部材の両端部に設けられる各圧電素子には、それぞれ位相が180度ずれた駆動信号が印加されることを特徴とする請求項7に記載の光偏向器。   A drive signal having a phase difference of 180 degrees is applied to each piezoelectric element provided at both ends of the one arm member and each piezoelectric element provided at both ends of the other arm member. 8. The optical deflector according to claim 7, wherein 前記外力発生手段は、前記外枠部材に配置したコイルと、前記一対の第1のねじり梁部材と直交する方向で前記外枠部材の両側に配置した一対の永久磁石とで構成されており、前記コイルに正弦波の電流を印加したときに、前記一対の永久磁石間に形成される磁界との交互作用によって発生するローレンツ力で前記外枠部材を可振させることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。   The external force generating means includes a coil disposed on the outer frame member and a pair of permanent magnets disposed on both sides of the outer frame member in a direction orthogonal to the pair of first torsion beam members, 2. The outer frame member is vibrated by a Lorentz force generated by an interaction with a magnetic field formed between the pair of permanent magnets when a sinusoidal current is applied to the coil. An optical deflector as described in 1. 前記コイルは、前記外枠部材の背面に固着されたフレキシブル基板に一体に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の光偏向器。   The optical deflector according to claim 9, wherein the coil is integrally formed on a flexible substrate fixed to a back surface of the outer frame member. 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光偏向器を有することを特徴とする光走査装置。   An optical scanning device comprising the optical deflector according to claim 1. 請求項11に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 11. 請求項11に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像投影装置。   An image projection apparatus comprising the optical scanning device according to claim 11.
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