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JP2012123117A - アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置 - Google Patents

アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置 Download PDF

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JP2012123117A JP2010272894A JP2010272894A JP2012123117A JP 2012123117 A JP2012123117 A JP 2012123117A JP 2010272894 A JP2010272894 A JP 2010272894A JP 2010272894 A JP2010272894 A JP 2010272894A JP 2012123117 A JP2012123117 A JP 2012123117A
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Yasushi Mizoguchi
安志 溝口
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Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】省電力であるとともに高品質で生産性に優れるアクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置を提供すること。
【解決手段】光スキャナー1は、互いに離間して設けられた複数の支持部31〜34と、光反射性を有する光反射部22を備える可動板2と、支持部31〜34に対して可動板2を変位可能に連結する複数の連結部4〜7と、連結部4〜7とは可動板2の厚さ方向での異なる位置に設けられ、支持部31〜34と一体に形成され、支持部31〜34同士を連結する補強部35〜38と、可動板2を支持部31〜34に対して変位させる変位付与部8とを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置に関する。
例えば、レーザープリンター等にて光走査により描画を行うための光スキャナーとして、捩り振動系を有するアクチュエーターを用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
例えば、特許文献1に記載されたアクチュエーターは、枠状の支持部と、この支持部の内側に設けられた走査ミラー(可動板)と、この走査ミラーを支持部に対して回動可能に連結する1対のトーションバー(連結部)とを備えている。
そして、かかるアクチュエーターは、電磁駆動方式により、各トーションバーを捩れ変形させながら走査ミラーを回動させる。より具体的に説明すると、かかるアクチュエーターは、走査ミラーに設けられた永久磁石と、走査ミラーに対向して配置されたコイルとを備え、永久磁石とコイルとの磁界の相互作用により、走査ミラーを回動させる。
しかし、特許文献1に係るアクチュエーターでは、支持部が枠状をなしているので、大型化を招くという問題がある。
かかる問題を解決するために、支持部を互いに離間した複数の部分に分割し、その分割した部分同士の間に対応してコイルを配置することにより、コイルを永久磁石に近づけることが考えられるが、単にそのようにしても、製造時に、その分割した複数の部分の位置関係を維持する治具を用いなければならず、生産性を低下させるという問題がある。
また、このような治具を用いても、治具との固定に接着剤などを使用するため、治具とアクチュエーターとの間に接着剤の収縮応力などが生じる。これにより、アクチュエーターの製造時や製造後に、複数の支持部の位置関係が変動しやすく、その結果、アクチュエーターの品質を低下させてしまうという問題がある。
特開2005−181395号公報
本発明の目的は、高品質化および小型化を図るとともに生産性に優れるアクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエーターは、光反射性を有する光反射部と、
前記光反射部を備え、かつ変位可能な可動板と、
前記可動板に連結される複数の連結部と、
前記複数の連結部を支持し、かつ互いに離間して設けられた複数の支持部と、
前記連結部とは前記可動板の厚さ方向での異なる位置に設けられ、前記複数の支持部と一体に形成され、前記支持部同士を連結する補強部と、
前記可動板を変位させる変位付与部とを有することを特徴とする。
このような構成を有するアクチュエーターによれば、複数の支持部が補強部により一体的に補強されるので、製造時や製造後において、複数の支持部間を所望の位置関係に維持することができる。そのため、アクチュエーターの品質を優れたものとすることができる。また、製造時において、治具を用いなくても、複数の支持部間を所望の位置関係に維持することができるので、生産性を優れたものとすることができる。
また、互いに離間した複数の支持部により複数の連結部を介して可動板を支持するので、アクチュエーターの小型化を図ることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記補強部は、長尺状をなし、その横断面の幅が前記連結部側に向けて漸減することが好ましい。
これにより、補強部が可動板および各連結部の変位を阻害するのを防止することができる。また、このような補強部は、その表面の少なくとも一部を光反射部に対して傾斜した面とすることができる。そのため、仮に不本意な光が補強部に入射して反射しても、その反射光が迷光となってアクチュエーターの特性に悪影響を与えるのを防止することができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記補強部の横断面は、三角形をなすことが好ましい。
このような横断面形状をなす補強部は、例えばシリコンを異方性エッチングすることにより簡単かつ高精度に形成することができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記補強部の横断面は、台形をなすことが好ましい。
このような横断面形状をなす補強部は、例えばシリコンを異方性エッチングすることにより簡単かつ高精度に形成することができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記連結部は、4つ設けられ、
前記各連結部は、変位可能に設けられた駆動部と、前記駆動部と前記可動板とを連結する軸部とを備えることが好ましい。
このような4つの連結部を有するアクチュエーターでは、可動板を互いに直交する2つの軸の一方の軸まわりの回動と他方の軸まわりの回動とを独立して行うことができる。そのため、可動板を互いに直交する2つの軸まわりにそれぞれ安定して回動させることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記補強部は、前記可動板を平面視したときに、前記可動板と重ならない位置に設けられていることが好ましい。
これにより、補強部が可動板の変位を阻害するのを防止することができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記補強部は、前記可動板を平面視したときに、前記駆動部と重ならない位置に設けられていることが好ましい。
これにより、補強部が駆動部の変位を阻害するのを防止することができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記補強部は、前記可動板を平面視したときに、前記可動板と前記駆動部との間に位置していることが好ましい。
これにより、補強部が可動板および各連結部の変位を阻害するのを防止することができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記変位付与部は、前記駆動部に設けられた永久磁石と、前記永久磁石に対向するコイルとを備えることが好ましい。
電磁駆動は大きな駆動力を生じさせることができる。そのため、省電力化を図りつつ、大きな振れ角で可動板を回動させることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記コイルは、前記駆動部に対して前記可動板とは反対側に設けられていることが好ましい。
これにより、コイルと永久磁石との間の距離を短くすることができる。そのため、省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエーターでは、互いに直交する3つの軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、
前記4つの連結部のうちの2つの連結部は、前記可動板を介してX軸に平行な方向に互いに対向し、当該2つの連結部は、それぞれ、前記駆動部と前記支持部とを連結しY軸に平行な方向に延在する1対の梁部を備え、
前記4つの連結部のうちの他の2つの連結部は、前記可動板を介してY軸に平行な方向に互いに対向し、当該他の2つの連結部は、それぞれ、前記駆動部と前記支持部とを連結しX軸に平行な方向に延在する1対の梁部を備えることが好ましい。
これにより、制御を容易なものとしつつ、可動板を互いに直交する2つの軸まわりにそれぞれ安定して回動させることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記各軸部は、前記可動板と前記駆動部の間に設けられた応力緩和部と、前記応力緩和部と前記可動板とを連結する可動板側軸部と、前記応力緩和部と前記駆動部とを連結する駆動部側軸部とを有し、前記応力緩和部で屈曲することが好ましい。
これにより、可動板側軸部が受ける応力を応力緩和部で緩和することができ、その応力が駆動部側軸部へ伝わるのを防止または抑制することができる。そのため、各軸部が他の軸部の屈曲の影響を受けるのを防止または抑制しつつ各軸部を屈曲させることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記複数の支持部、前記複数の連結部および前記補強部は、第1のSi層、SiO層および第2のSi層をこの順で積層してなるSOI基板をエッチングすることにより形成されたものであることが好ましい。
これにより、簡単かつ高精度に、複数の支持部、複数の連結部および補強部を形成することができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記複数の支持部は、それぞれ、前記第1のSi層の一部、前記SiO層の一部および前記第2のSi層の一部の積層体で構成され、前記複数の連結部は、前記第1のSi層の一部で構成され、前記補強部は、前記第2のSi層の一部で構成されていることが好ましい。
これにより、簡単かつ高精度に、複数の支持部、複数の連結部および補強部を形成することができる。
本発明の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部と、
前記光反射部を備え、かつ変位可能な可動板と、
前記可動板に連結される複数の連結部と、
前記複数の連結部を支持し、かつ互いに離間して設けられた複数の支持部と、
前記連結部とは前記可動板の厚さ方向での異なる位置に設けられ、前記複数の支持部と一体に形成され、前記支持部同士を連結する補強部と、
前記可動板を変位させる変位付与部とを有することを特徴とする。
これにより、高品質で生産性に優れた光スキャナーを提供することができる。
本発明の画像形成装置は、光源と、
前記光源からの光を走査する光スキャナーとを有し、
前記光スキャナーは、
光反射性を有する光反射部と、
前記光反射部を備え、かつ変位可能な可動板と、
前記可動板に連結される複数の連結部と、
前記複数の連結部を支持し、かつ互いに離間して設けられた複数の支持部と、
前記連結部とは前記可動板の厚さ方向での異なる位置に設けられ、前記複数の支持部と一体に形成され、前記支持部同士を連結する補強部と、
前記可動板を変位させる変位付与部とを有することを特徴とする。
これにより、高品質で生産性に優れた光スキャナーを備えるので、安価で信頼性に優れた画像形成装置を提供することができる。
本発明の光スキャナー(アクチュエーター)の第1実施形態を示す平面図である。 図1に示す光スキャナーの断面図(図1中A−A線断面図)である。 図1に示す光スキャナーの断面図(図1中B−B線断面図)である。 図1に示す光スキャナーが有する連結部の斜視図である。 図1に示す光スキャナーの基台を示す平面図である。 図1に示す光スキャナーの制御系を説明するためのブロック図である。 図1に示す光スキャナーの動作を説明するための図である。 図1に示す光スキャナーが有する振動構造体の製造方法を説明する断面図である。 本発明の光スキャナーの第2実施形態を示す断面図である。 本発明の光スキャナーの第3実施形態の連結部を説明する図である。 本発明の光スキャナーの第4実施形態の連結部を説明する図である。 本発明の画像形成装置の概略を示す図である。 図12に示す画像形成装置を用いた描画の一例を示す図である。
以下、本発明のアクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、本発明のアクチュエーターを光スキャナーに適用した場合を例に説明するが、本発明のアクチュエーターは、例えば、光スイッチ、光アッテネーター等の光スキャナー以外の光学デバイスにも適用可能である。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の光スキャナー(アクチュエーター)の第1実施形態を示す平面図、図2は、図1に示す光スキャナーの断面図(図1中A−A線断面図)、図3は、図1に示す光スキャナーの断面図(図1中B−B線断面図)、図4は、図1に示す光スキャナーが有する連結部の斜視図である。また、図5は、図1に示す光スキャナーの基台を示す平面図、図6は、図1に示す光スキャナーの制御系を説明するためのブロック図、図7は、図1に示す光スキャナーの動作を説明するための図、図8は、図1に示す光スキャナーが有する振動構造体の製造方法を説明する断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図1中の左側を「左」、右側を「右」と言い、図2〜4、図7および図8中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図1〜5では、それぞれ、説明の便宜上、互いに直交する3軸としてX軸、Y軸およびZ軸を図示している。また、以下では、X軸に平行な方向を「X軸方向」と言い、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」と言い、Z軸方向に平行な方向を「Z軸方向」と言う。また、図2、3では、それぞれ、説明の便宜上、後述する変位付与部8の永久磁石841、コイル842および磁心844の図示を省略している。
図1および図2に示す光スキャナー1は、可動板2、支持部3および4つの連結部4、5、6、7で構成された振動構造体11と、振動構造体11を支持する基台12と、可動板2を変位させる変位付与部8とを有している。以下、光スキャナー1の各構成について順次詳細に説明する。
1−1.振動構造体11
振動構造体11は、可動板2、支持部3および4つの連結部4、5、6、7で構成されている。
可動板2は、所定の軸回りに変位可能に構成されている。具体的には、可動板2に接続された4つの連結部4、5、6、7の動作によって、互いに直交する2つの軸回りにそれぞれ回動変位する。
支持部3は、可動板2を支持する機能を有する。具体的には、支持部3は、4つの連結部4、5、6、7を介して可動板2を支持する。
この支持部3は、4つの支持部31、32、33、34と、補強部35、36、37、38とを有する。
複数の支持部31〜34は、互いに離間して設けられている。
より具体的に説明すると、支持部31および支持部32は、互いにY軸方向に間隔を隔てて位置し、同様に、支持部33および支持部34は、互いにY軸方向に間隔を隔てて位置している。また、支持部31および支持部34は、互いにX軸方向に間隔を隔てて位置し、同様に、支持部32および支持部33は、互いにX軸方向に間隔を隔てて位置している。
また、支持部31および支持部33が可動板2を介して位置しているとともに、支持部32および支持部34が可動板2を介して位置している。
支持部31〜34は、それぞれ、平面視にて、X軸方向に延びる1対の辺と、Y軸方向に延びる1対の辺とを有する四角形(より具体的には正方形)をなしている。
このように互いに離間した複数の支持部31〜34により複数の連結部4〜7を介して可動板2を支持するので、例えば支持部31〜34をその外側で連結するような枠状の支持部材を必要としない。特に、本実施形態のように電磁駆動方式を採用した場合に、後述するように、永久磁石とコイルとの間の距離を短くすることができる。そのため、光スキャナー1の省電力化を図ることができる。
補強部35〜38は、後述する連結部4〜7とは可動板2の厚さ方向(すなわちZ軸方向)での異なる位置に設けられ、支持部31〜34同士を連結する。
具体的に説明すると、補強部35は、支持部31と支持部32との間に設けられ、Y軸方向に延在するとともに、支持部31と支持部32とを連結している。また、補強部36は、支持部32と支持部33との間に設けられ、X軸方向に延在するとともに、支持部32と支持部33とを連結している。また、補強部37は、支持部33と支持部34との間に設けられ、Y軸方向に延在するとともに、支持部33と支持部34とを連結している。また、補強部38は、支持部31と支持部34との間に設けられ、X軸方向に延在するとともに、支持部31と支持部34とを連結している。
このような補強部35〜38は、複数の支持部31〜34の一部と同一の材質で構成され、一体に形成されている。そのため、複数の支持部31〜34が補強部35〜38により一体的に補強されるので、製造時や製造後において、複数の支持部31〜34間を所望の位置関係に維持することができる。その結果、光スキャナー1の品質を優れたものとすることができる。また、製造時において、治具を用いなくても、複数の支持部31〜34間を所望の位置関係に維持することができるので、生産性を優れたものとすることができる。
補強部35は、可動板2を平面視したときに、可動板2と後述する駆動部41との間に位置している。特に、補強部35は、可動板2を平面視したときに、後述する応力緩和部421と駆動部41との間に位置している。
同様に、補強部36は、可動板2を平面視したときに、可動板2と後述する駆動部51との間に位置し、補強部37は、可動板2を平面視したときに、可動板2と後述する駆動部61との間に位置し、補強部38は、可動板2を平面視したときに、可動板2と後述する駆動部71との間に位置している。
このような補強部35〜38は、それぞれ、可動板2を平面視したときに、可動板2と重ならない位置に設けられている。これにより、補強部35〜38が可動板2の変位を阻害するのを防止することができる。
また、補強部35〜38は、それぞれ、可動板2を平面視したときに、後述する駆動部41、51、61、71と重ならない位置に設けられている。これにより、補強部35〜38が駆動部41、51、61、71の変位を阻害するのを防止することができる。
このようにして、補強部35〜38が可動板2および連結部4〜7の変位を阻害するのを防止することができる。
また、補強部35〜38は、それぞれ、長尺状をなし、その横断面の幅が振動構造体11の裏面(可動板2、等が設けられる面と反対側の面)から連結部4〜7側に向けて漸減する。すなわち、補強部35〜38は、それぞれ、長尺状をなし、その横断面の幅が下側から上側に向けて漸減する。これにより、補強部35〜38が可動板2および各連結部4〜7の変位を阻害するのを防止することができる。また、このような補強部35〜38は、その表面の少なくとも一部を光反射部22に対して傾斜した面とすることができる、そのため、仮に不本意な光が補強部35〜38に入射して反射しても、その反射光が迷光となって光スキャナー1の特性に悪影響を与えるのを防止することができる。
本実施形態では、補強部35〜38の横断面は、それぞれ、三角形をなす。このような横断面形状をなす補強部35〜38は、後に詳述するように、例えばシリコンを異方性エッチングすることにより簡単かつ高精度に形成することができる。
より具体的に説明すると、例えば、補強部35は、図2および図3に示すように、X軸およびY軸の双方に平行な面353と、その面353に対して傾斜する1対の面351、352とを有する。
この面353は、後に詳述するように、振動構造体11の主要部をSOI基板から形成することにより、シリコンの(100)面で構成される。また、面351、352は、それぞれ、シリコンの(111)面で構成される。
このような面351、352の傾斜角は、可動板2の回動角よりもはるかに大きいので、可動板2での反射光と、面351、352での反射光とを分離しやすい。そのため、仮に面351、352に光が入射し、面351、352で反射した光が迷光となっても、その迷光が光スキャナー1の特性に悪影響を及ぼすのを防止することができる。
なお、同様に、補強部37は、X軸およびY軸の双方に平行な面373と、その面373に対して傾斜する1対の面371、372とを有する。また、図示しないが、補強部36、38も同様に、それぞれ、X軸およびY軸の双方に平行な面と、その面に対して傾斜する1対の面とを有する。
このような4つの支持部31、32、33、34および補強部35、36、37、38で構成された支持部3は、平面視にて可動板2の周囲を囲むように設けられている。
このような支持部3に囲まれた可動板2は、各連結部4、5、6、7と連結する基部23と、柱部24を介して基部23に固定された光反射板25とを有している。このような可動板2では、光反射板25の上面(基台12とは反対側の面)に光反射部22が設けられている。可動板2をこのような構成とすることにより、光スキャナー1の大型化を防止しつつ、光反射部22の面積を大きくすることができる。これにより、光反射部22で、より光束の太い光を反射することができる。また、光反射部22に入射した光の一部が反射せずに熱となっても、その熱を各連結部4、5、6、7に伝達し難くすることができ、連結部4、5、6、7の熱膨張を抑制することができる。このような各連結部4、5、6、7への熱の伝達を防止するという観点からすれば、柱部24を優れた断熱性を有する材料で構成してもよい。
ここで、光反射部22は、例えば、金、銀、アルミニウム等の金属膜などを蒸着等により形成することにより得られる。
なお、本実施形態では、可動板2の平面視形状は、円形であるが、可動板2の平面視形状としては、特に限定されず、例えば長方形、正方形等の多角形、楕円形等であってもよい。
このような可動板2は、4つの連結部4、5、6、7を介して支持部3に連結されている。各連結部4、5、6、7は、X軸およびY軸の双方に平行な面(仮想面)に沿って設けられている。具体的には、4つの連結部4、5、6、7は、可動板2の平面視にて(Z軸方向からみたとき)、可動板2の外周に沿って周方向に等角度間隔、すなわち90度間隔で配置されている。
そして、4つの連結部4、5、6、7のうち、連結部4、6は、可動板2を介してX軸方向に対向しかつ可動板2に対して対称的に形成されており、連結部5、7は、可動板2を介してY軸方向に対向しかつ可動板2に対して対称的に形成されている。このような連結部4、5、6、7によって可動板2を支持することにより、可動板2を安定した状態で支持することができる。また、制御を容易なものとしつつ、可動板2を互いに直交する2つの軸まわりにそれぞれ安定して回動させることができる。
より具体的に説明すると、連結部(第1の連結部)4は、駆動部41と、駆動部41と可動板2とを連結する第1の軸部(軸部)42と、駆動部41と支持部3とを連結する一対の第2の軸部(梁部)43とを有している。同様に、連結部(第3の連結部)5は、駆動部51と、駆動部51と可動板2とを連結する第1の軸部(軸部)52と、駆動部51と支持部3とを連結する一対の第2の軸部(梁部)53とを有している。また、連結部(第2の連結部)6は、駆動部61と、駆動部61と可動板2とを連結する第1の軸部(軸部)62と、駆動部61と支持部3とを連結する一対の第2の軸部(梁部)63とを有している。また、連結部(第4の連結部)7は、駆動部71と、駆動部71と可動板2とを連結する第1の軸部(軸部)72と、駆動部71と支持部3とを連結する一対の第2の軸部(梁部)73とを有している。
各連結部4、5、6、7をこのような構成とすることにより、連結部4、5、6、7の構成が簡単となるとともに、後述するように可動板2の回動中心軸X1、Y1まわりの回動等をスムーズに行うことができる。
以下、連結部4を代表してさらに詳述する。なお、連結部4、5、6、7の構成は、互いに同様であるため、他の連結部5、6、7については、その説明を省略する。ただし、連結部5、7は、可動板2の平面視にて、連結部4に対して90度回転した状態で配置されている。そのため、連結部5、7については、下記の連結部4の説明中の「Y軸方向」を「X軸方向」、「X軸方向」を「Y軸方向」と適宜読み替えることで説明することができる。
図4に示すように、一対の第2の軸部43は、駆動部41を介してY軸方向に対向配置されており、駆動部41を両持ち支持している。ここで、図4では図示しないが、1対の第2の軸部43は、一方の軸部43が支持部31に接続され、他方の軸部43が支持部32に接続されている(図1参照)。また、一対の第2の軸部43は、それぞれ、Y軸方向に延在する棒状をなしている。このような一対の第2の軸部43は、その中心軸まわりに捩じり変形可能となっている。このような一対の第2の軸部43は、同軸的に設けられており、この軸(以下、「回動中心軸Y2」とも言う)を中心として、一対の第2の軸部43が捩じり変形する。これにより、駆動部41が回動可能となっている。
駆動部41は、可動板2に対してX軸方向に離間して設けられている。また、駆動部41は、前述したように一対の第2の軸部43によって両持ち支持されている。このような駆動部41には貫通孔411が形成されており、この貫通孔411に永久磁石811が挿通、固定されている。永久磁石811は、例えば、嵌合(圧入)や、接着剤によって、駆動部41に固定されている。この永久磁石811は、変位付与部8の一部を構成する。なお、永久磁石811の詳細については、変位付与部8の説明とともに後述する。
また、本実施形態では、駆動部41の平面視形状(平面視での外形)は、Y軸方向を長手とする長方形である。駆動部41をこのような形状とすることにより、永久磁石811を固定するスペースを確保しつつ、駆動部41の幅(X軸方向の長さ)を抑えることができる。駆動部41の幅を抑えることにより、駆動部41が回動中心軸Y2まわりに回動する際に発生する慣性モーメントを抑えることができ、駆動部41の反応性が高まり、より高速な回動が可能となる。また、駆動部41の反応性が高まると、駆動部41の回動(特に回動方向が切り替わる時)によって、不本意な振動が発生するのを抑えることができる。そのため、光スキャナー1を安定して駆動することができる。
なお、駆動部41の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、正方形や五角形以上の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
このような駆動部41は、第1の軸部42を介して可動板2と連結されている。第1の軸部42は、全体的にX軸方向に延在するように設けられている。このような第1の軸部42は、駆動部41と可動板2との間に設けられた応力緩和部421と、応力緩和部421と可動板2とを連結する可動板側軸部422と、応力緩和部421と駆動部41とを連結する駆動部側軸部(駆動部側軸部)423とを有している。
可動板側軸部422および駆動部側軸部423は、それぞれ、X軸方向に延在する棒状をなしている。また、可動板側軸部422および駆動部側軸部423は、同軸的に設けられている。本実施形態では、可動板側軸部422は、その横断面積が駆動部側軸部423の横断面積よりも小さい。言い換えると、駆動部側軸部423は、その横断面積が可動板側軸部422の横断面積よりも大きい。
これら2つの軸部のうちの駆動部側軸部423は、光スキャナー1の駆動時に大きな変形が起こらない硬さに設定されているのが好ましく、実質的に変形しない硬さに設定されているより好ましい。これに対して可動板側軸部422は、その中心軸まわりに捩じり変形可能となっている。このように、第1の軸部42が実質的に変形しない硬い部分およびその先端側に位置する捩じり変形可能な部位を有することにより、後述するように、可動板2をX軸およびY軸のそれぞれの軸まわりに安定して回動させることができる。なお、前記「変形しない」とは、Z軸方向への屈曲または湾曲および中心軸まわりの捩じり変形が実質的に起きないことを言う。
このような可動板側軸部422および駆動部側軸部423は、応力緩和部421を介して連結している。応力緩和部421は、第1の軸部42が屈曲変形する際の節となる機能と、可動板側軸部422の捩じり変形により発生するトルクを緩和(吸収)し、前記トルクが駆動部側軸部423に伝わるのを防止または抑制する機能とを有している。
図4に示すように、応力緩和部421は、X軸方向およびY軸方向に交互に延在するように蛇行したミアンダー構造をなしている。
より具体的に説明すると、応力緩和部421は、可動板側軸部422に接続され、X軸方向に延在する第1の延在部4211と、第1の延在部4211の端部からY軸方向に延出する第2の延在部4212と、第2の延在部4212の端部からX軸方向に延出する第3の延在部4213と、第3の延在部4213の端部からY軸方向に延出する第4の延在部4214と、第4の延在部4214の端部からX軸方向に延出する第5の延在部4215と、第5の延在部4215の端部からY軸方向に延出する第6の延在部4216と、第6の延在部4216の端部からX軸方向に延出し駆動部側軸部423に接続される第7の延在部4217とを有している。
X軸方向に延在する4つの延在部4211、4213、4215、4217のうちの第1の延在部4211、4217は、それぞれ、XY平面視にて回動中心軸X1上に設けられており、第3の延在部4213および第5の延在部4215は、XY平面視にて、回動中心軸X1に対して互いに反対側に設けられている。なお、第3の延在部4213および第5の延在部4215の回動中心軸X1との離間距離は互いに等しいことが好ましい。
一方、Y軸方向に延在する3つの延在部4212、4214、4216のうちの第4の延在部4214は、XY平面視にて、回移動中心軸X1を跨いで設けられており、第2の延在部4212および第6の延在部4216は、XY平面視にて、回動中心軸X1に対して互いに反対側に設けられている。なお、これら3つの延在部4212、4214、4216は、X軸方向に等ピッチで並んでいるのが好ましい。すなわち第2の延在部4212と第4の延在部4214の離間距離と、第4の延在部4214と第6の延在部4216の離間距離が等しいことが好ましい。
以上説明した7つの延在部4211〜4217は、それぞれ、その中心軸まわりに捩じり変形可能であり、また湾曲変形可能でもある。
このような応力緩和部421では、各延在部4211〜4217が捩じり変形および湾曲変形の少なくとも一方の変形をすることにより、第4の延在部4214(中心軸Y4)を軸にして第1の軸部42を屈曲させることができ、また、可動板側軸部422の捩じり変形により生じる応力を緩和することができる。
以上、応力緩和部421について説明した。
なお、応力緩和部421は、7本の延在部がX軸方向とY軸方向に交互に延在する構成であるが、延在部の本数は、これに限定されず、例えば、11本や15本であってもよい。ただし、X軸方向に延在する複数の延在部のうち、回動中心軸X1に対して一方側にある延在部の数と、他方側にある延在部の数とが等しいことが好ましい。
以上、振動構造体11の構成について具体的に説明した。
このような構成の振動構造体11の柱部24および光反射板25を除く部分は、SOI基板から一体的に形成されている。これにより、振動構造体11の形成が容易となる。なお、振動構造体11の形成については後に詳述する。
1−2.基台12
図2および図5に示すように、基台12には、上方に開口する凹部121が形成されている。
この凹部121は、前述した振動構造体11の可動板2および連結部4〜7が基台12に接触するのを防止する逃げ部として機能するものである。
また、この凹部121は、平面視にて十字状をなしている。そして、基台12の上面のうちの凹部121が形成されていない部分は、4つの凸部(島部)122、123、124、125となる。この4つの凸部122〜125は、前述した支持部31〜34に対応して形成されている。
このような基台12の凸部122〜125には、振動構造体11の支持部31〜34の下面が接合されている。これにより、基台12によって振動構造体11が支持される。このような基台12は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。なお、基台12と振動構造体11の接合方法としては、特に限定されず、例えば接着剤を用いて接合してもよく、陽極接合等の各種接合方法を用いてもよい。また、基台12は、前述した支持部31〜34および補強部35〜38の剛性によっては、省略することも可能である。
1−3.変位付与部8
図1に示すように、変位付与部8は、永久磁石811およびコイル812を有する第1の変位付与部81と、永久磁石821およびコイル822を有する第2の変位付与部82と、永久磁石831およびコイル832を有する第3の変位付与部83と、永久磁石841およびコイル842を有する第4の変位付与部84とを有している。
そして、第1の変位付与部81は、連結部4に対応して設けられており、第2の変位付与部82は、連結部5に対応して設けられており、第3の変位付与部83は、連結部6に対応して設けられており、第4の変位付与部84は、連結部7に対応して設けられている。
また、図6に示すように、変位付与部8は、コイル812、832に電圧を印加する第1電源部851と、コイル822、842に電圧を印加する第2電源部852とを備える電源回路85を有している。なお、電源回路85は、コイル812、822、832、842にそれぞれ対応するように、4つの電源部を有していてもよい。
このような構成を有する変位付与部8によれば、変位付与部8の構成が簡単となる。また、変位付与部8を電磁駆動方式とすることにより、比較的大きな駆動力を発生させることができる。そのため、省電力化を図りつつ、大きな振れ角で可動板2を回動させることができる。また、各連結部4、5、6、7に1つの変位付与部が設けられているため、各連結部4、5、6、7を独立して変形させることができる。そのため、後述するように、可動板2を様々な態様で変位させることができる。
以下、第1の変位付与部81について代表して詳述する。なお、第2の変位付与部82、第3の変位付与部83および第4の変位付与部84について、第1の変位付与部81と同様の構成であるため、その説明を省略する。ただし、第2の変位付与部82および第4の変位付与部84は、可動板2の平面視にて、第1の変位付与部81に対して90度回転した状態で配置されている。そのため、第2の変位付与部82および第4の変位付与部84については、下記の第1の変位付与部81の説明中の「Y軸方向」を「X軸方向」、「X軸方向」を「Y軸方向」と適宜読み替えることにより説明することができる。
図6に示すように、永久磁石811は、棒状をなしており、その長手方向に磁化している。すなわち、永久磁石811は、その長手方向の一端側(本実施形態では下側)がS極となっており、他端側(本実施形態では上側)がN極となっている。このような永久磁石811は、駆動部41に形成された貫通孔411に挿通されており、長手方向のほぼ中央で駆動部41に固定されている。そして、永久磁石811が、駆動部41の上下に同じ長さだけ突出し、かつ駆動部41(回動中心軸Y2)を介してS極とN極が対向する。これにより、後述するように、可動板2を安定して変位させることができる。なお、永久磁石811の上側がS極、下側がN極であってもよい。
また、永久磁石811は、その長手方向が駆動部41の面方向に直交するように設けられている。また、永久磁石811は、その中心軸が回動中心軸Y2と交わるように設けられている。
特に、本実施形態では、第2の軸部43の延在方向(すなわちY軸方向)からみたときに、永久磁石811の中心(重心)G1は、駆動部41の回動中心軸Y2(すなわち第2の軸部43の中心)に対して可動板2側にずれて設けられている。このような永久磁石811の中心G1と駆動部41の回動中心軸のずれにより、後述するコイル812a側に引き付けられたときに、駆動部41をコイル812a側に変位させるとともに、駆動部41を回動中心軸Y2まわりに回動させることができる。このようにして、駆動部41のZ軸方向の変位に加えて、各第2の軸部43を捻れ変形させながら駆動部41を回動させることができる。このような駆動部41の回動に伴って、第1の軸部42を屈曲変形させることもできる。そのため、可動板2を効率的かつ円滑に回動させることができる。
なお、永久磁石811の中心が第2の軸部43の中心に対して可動板2とは反対側にずれていても、コイル812a側に引き付けられたときに、駆動部41をコイル812a側に変位させるとともに、駆動部41を回動中心軸Y2まわりに回動させることができる。
このような永久磁石811としては、特に限定されず、例えば、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石などの、硬磁性体を着磁したものを好適に用いることができる。
コイル812は、永久磁石811に対向して設けられ、永久磁石811に作用する磁界を発生する。
本実施形態では、コイル812は、駆動部41に対して可動板2とは反対側に設けられている。このように配置されたコイル812は、コイル812と永久磁石811との距離を短くしても、駆動部41の回動(駆動)を阻害することはない。そのため、コイル812と永久磁石811との間の距離を短くすることができる。その結果、省電力化を図ることができる。
また、コイル812は、X軸方向にて永久磁石811と対向するように配置されている。また、コイル812は、X軸方向の磁界を発生させることができるように、すなわち、コイル812の永久磁石811側がN極となりその反対側がS極となる状態、または、コイル812の永久磁石811側がS極となりその反対側がN極となる状態の磁界を発生させることができるように設けられている。
本実施形態の光スキャナー1は、振動構造体11の外側に基台12と固定的に設けられた磁心814を有しており、この磁心814にコイル812が巻き付けられている。磁心814は鉄などの軟磁性体で構成されており、前述のような磁界をより効率的に発生させることができる。
第1電源部851は、コイル812、832に電気的に接続されている。そして、第1電源部851からコイル812、832に所望の電圧を印加する。本実施形態では、第1電源部851は、交番電圧および直流電圧を選択して印加できるようになっている。また、交番電圧を印加する際には、その強さ、周波数を変更できるようになっており、さらにオフセット電圧(直流電圧)を重畳させることもできるようになっている。なお、第1電源部851は、コイル812およびコイル832に同じ電圧を印加するようになっている。
このような第1電源部851は、制御部9によって、例えば、描画すべき画像情報に応じた制御信号や、可動板2の回動角を含む挙動検出信号に基づいて、動作が制御される。
2.光スキャナー1の作動
次いで、光スキャナーの作動について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、永久磁石811、821、831、841が全てN極を上側にして配置された構成について代表して説明する。
<回動中心軸Y1まわりの回動>
図7に示すように、可動板2を回動中心軸Y1を中心として反時計回りに回動させるには、コイル812の永久磁石811側がN極、コイル832の永久磁石831側がS極となる第1の状態(以下、単に「第1の状態」とも言う)となるように、第1電源部851からコイル812、832に電圧を印加する。
この第1の状態では、永久磁石811のS極がコイル812に引き付けられるため、1対の第2の軸部43を捩じり変形させつつ、駆動部41が回動中心軸Y2を中心として図7中時計回りに回動する。
同様に、第1の状態では、1対の第2の軸部63を捩じり変形させつつ、駆動部61が回動中心軸Y3を中心として図7中時計回りに回動する。
このように、第1状態では、駆動部41が回動中心軸Y2まわりに回動するとともに、駆動部61が回動中心軸Y3まわりに回動する。
この駆動部41、61の回動に伴って、駆動部側軸部423が可動板2側の端を下側に向けるように傾斜し、駆動部側軸部623が可動板2側の端を上側に向けるように傾斜する。これにより、駆動部側軸部423、623の可動板2側の端同士がZ軸方向にずれた状態となる。
そして、連結部4の第1の軸部42がその途中にある応力緩和部421で中心軸Y4を中心として下側に凸のV字状に屈曲変形(第1の変形)するするとともに、連結部6の第1の軸部62がその途中にある応力緩和部621で中心軸Y5を中心として上側に凸のV字状に屈曲変形(第2の変形)することにより、回動中心軸Y1を中心として、可動板2が図7中反時計回りに傾斜する。
一方、可動板2を回動中心軸Y1を回動中心として時計回りに回動させるには、前述した第1の状態と逆の状態、すなわち、コイル812の永久磁石811側がS極、コイル832の永久磁石831側がN極となる第2の状態(以下、単に「第2の状態」とも言う)となるように、第1電源部851からコイル812、832に電圧を印加する。
この第2の状態では、前述した第1の状態と逆の変形が起こる。すなわち、第2の状態では、連結部4の第1の軸部42が応力緩和部421で中心軸Y4を中心として上側に凸のV字状に屈曲変形(第2の変形)するとともに、連結部6の第1の軸部62が応力緩和部621で中心軸Y5を中心として下側に凸のV字状に屈曲変形(第1の変形)する。これにより、回動中心軸Y1を中心として、可動板2が図7中時計回りに傾斜する。
このような第1の状態と、第2の状態とを交互に切り替えることによって、可動板2を回動中心軸Y1まわりに回動させることができる。なお、可動板2の回動中心軸Y1まわりの回動は、連結部5、7が有する可動板側軸部522、722がその中心軸まわりに捩じり変形することによって許容される。
また、例えば、第1の状態と第2の状態とが交互にかつ周期的に切り替わるように、第1電源部851からコイル812、832に交番電圧を印加すると、可動板2を回動中心軸Y1まわりに周期的に往復回動させることができる。この場合、第1電源部851からコイル812、832に印加される交番電圧は、互いに同じ波形(強さおよび周波数が同じ)であるのが好ましい。
なお、コイル812、832に印加する交番電圧の周波数としては特に限定されず、可動板2および連結部4、5、6、7で構成される振動系の共振周波数と等しくても異なっていてもよいが、前記共振周波数と異なっているのが好ましい。すなわち、光スキャナー1を非共振で駆動するのが好ましい。これにより、光スキャナー1のより安定した駆動が可能となる。
<回動中心軸X1まわりの回動>
前述した可動板2の回動中心軸Y1まわりの回動と同様に、回動中心軸X1を中心として、可動板2を回動させることができる。なお、可動板2の回動中心軸X1まわりの回動は、連結部4、6が有する可動板側軸部422、622がその中心軸まわりに捩じり変形することにより許容される。
また、例えば、前述した可動板2の回動中心軸Y1まわりの回動と同様に、第2電源部852からコイル822、842に交番電圧を印加すると、可動板2を回動中心軸X1まわりに周期的に往復回動させることができる。この場合、第2電源部852からコイル822、842に印加される交番電圧は、互いに同じ波形であるのが好ましい。
なお、コイル822、842に印加する交番電圧の周波数としては特に限定されず、可動板2および連結部4、5、6、7で構成される振動系の共振周波数と等しくても異なっていてもよいが、前記共振周波数と異なっているのが好ましい。すなわち、光スキャナー1を非共振で駆動するのが好ましい。これにより、光スキャナー1のより安定した駆動が可能となる。
<回動中心軸X1および回動中心軸Y1のそれぞれの軸まわりの回動>
前述したような回動中心軸X1まわりの回動と、回動中心軸Y1まわりの回動とを同時に行うことにより、可動板2を回動中心軸Y1および回動中心軸X1のそれぞれの軸まわりに2次元的に回動させることができる。前述したように、可動板2の回動中心軸Y1まわりの回動は、可動板側軸部522、722がその中心軸まわりに捩じり変形することによって許容され、可動板2の回動中心軸X1まわりの回動は、可動板側軸部422、622がその中心軸まわりに捩じり変形することにより許容される。
また、可動板2を回動中心軸Y1まわりに回動させるためにコイル812、832に印加する交番電圧の周波数と、可動板2を回動中心軸X1まわり回動させるためにコイル822、842に印加する交番電圧の周波数とは等しくてもよいし異なっていてもよい。例えば、可動板2を回動中心軸X1よりも回動中心軸Y1まわりに速く回動させたい場合には、コイル812、832に印加する交番電圧の周波数を、コイル822、842に印加する交番電圧の周波数よりも高く設定すればよい。
また、コイル812、832に印加する交番電圧の強さと、コイル822、842に印加する交番電圧の強さは、等しくても異なっていてもよい。例えば、可動板2を回動中心軸X1よりも回動中心軸Y1まわりに大きく回動させたい場合には、コイル812、832に印加する交番電圧の強さを、コイル822、842に印加する交番電圧の強さよりも強くすればよい。
以上、光スキャナー1の駆動について詳細に説明した。
このような光スキャナー1では、可動板2の回動中心軸Y1まわりの回動と回動中心軸X1まわりの回動とを同じ機構で行うことができる。また、光スキャナー1では、可動板2の回動中心軸Y1まわりの回動と回動中心軸X1まわりの回動とを独立して行うことができる。すなわち、光スキャナー1では、回動中心軸Y1の回動が回動中心軸X1まわりの回動に影響を受けず、逆に、回動中心軸X1の回動も回動中心軸Y1まわりの回動に影響を受ない。そのため、光スキャナー1によれば、回動中心軸Y1および可動中心軸X1のそれぞれの軸まわりに可動板2を安定して回動させることができる。
また、前述したように、光スキャナー1では、可動板2の回動中心軸Y1まわりの回動は、可動板側軸部522、722がその中心軸まわりに捩じり変形することによって許容され、可動板2の回動中心軸X1まわりの回動は、可動板側軸部422、622がその中心軸まわりに捩じり変形することにより許容される。このように、各連結部4、5、6、7が中心軸まわりに捩じり変形可能な可動板側軸部422、522、622、722を有しているため、可動板2を回動中心軸Y1、X1のそれぞれの軸まわりにスムーズに回動させることができる。
さらには、光スキャナー1では、可動板側軸部422、522、622、722が直接、可動板2に接続されているため、よりスムーズに、可動板2を回動中心軸Y1、X1のそれぞれの軸まわりに回動させることができたり、Z軸方向へ振動させたりすることができる。
また、光スキャナー1では、連結部4において、前述のように捩じり変形する可動板側軸部422と変形させたくない駆動部側軸部423との間に応力緩和部421を設けている。そのため、前述の捩じり変形により生じた応力は、応力緩和部421が変形することにより吸収・緩和され、駆動部側軸部423に伝わらない。すなわち、応力緩和部421を設けることにより、可動板2の回動中に駆動部側軸部423がその中心軸まわりに捩じり変形してしまうのを確実に防止することができる。このことは、連結部4以外の他の連結部5、6、7についても同様である。そのため、可動板2を回動中心軸Y1、X1のそれぞれの軸まわりにスムーズに回動させることができる。
さらには、各駆動部側軸部423、523、623、723の破壊が効果的に防止される。すなわち、棒状の部材において、自然状態からZ軸方向の応力が加わったときの破壊強度よりも、中心軸まわりの捩じり変形が生じている状態からZ軸方向の応力が加わったときの破壊強度の方が低いことが技術的に明らかになっている。そのため、上述のように、応力緩和部421、521、621、721を設け、駆動部側軸部423、523、623、723に捩じり変形を生じさせないことにより、駆動部側軸部423、523、623、723の破壊を効果的に防止することができる。
また、連結部4において、駆動部側軸部423が実質的に変形しないため、駆動部41の回動によって生じる応力を効率よく可動板2の回動に用いることができる。このことは連結部5、6、7についても同様である。そのため、可動板2を大きい回動角度でしかも省電力で回動させることができたり、大きい振幅でZ軸方向に振動させたりすることができる。
ここで、光スキャナー1の構成の説明に戻る。連結部4、6について、回動中心軸Y1と応力緩和部421の中心軸Y4の離間距離および回動中心軸Y1と応力緩和部621の中心軸Y5の離間距離をそれぞれL1とし、中心軸Y5と回動中心軸Y2の離間距離および中心軸Y5と回動中心軸Y3の離間距離をそれぞれL2としたとき、L1とL2の大小関係は特に限定されない。例えば、L1>L2の関係を満たしていてもよく、L1=L2の関係を満たしていてもよく、L1<L2の関係を満たしていてもよい。
L1>L2の場合には、L1=L2の場合と比較して可動板2の回動角が小さくなるが、可動板2の姿勢をより高精度に制御することができる。このことは、連結部6についても同様である。そのため、駆動部41、61を回動角に対して可動板2の回動角が小さくなる。これにより、可動板2の回動角や静止時の傾きを高精度に制御することができる。
一方、L1<L2の場合には、L1=L2の場合と比較して可動板2の回動角を大きくすることができる。このことは、連結部6についても同様である。そのため、駆動部41、61を回動角に対して可動板2の回動角が大きくなる。これにより、可動板2の回動角や静止時の傾きを大きくすることができる。
以上、連結部4、6について説明したが、連結部5、7についても同様のことが言える。すなわち、回動中心軸X1と応力緩和部521の中心軸X4の離間距離および回動中心軸X1と応力緩和部721の中心軸X5の離間距離をそれぞれL3とし、中心軸X4と回動中心軸X2の離間距離および中心軸X5と回動中心軸X3の離間距離をそれぞれL4としたとき、L3とL4の大小関係は特に限定されず、L3>L4の関係を満たしていてもよく、L3=L4の関係を満たしていてもよく、L3<L4の関係を満たしていてもよい。なお、L3>L4、L3=L4およびL3<L4の場合の効果は、それぞれ、上述したL1>L2、L1=L2およびL1<L2の場合の効果と同様であるため、その説明を省略する。
L1、L2の関係とL3、L4の関係は、一致していてもよいし、一致していなくてもよい。すなわち、L1=L2かつL3=L4、L1>L2かつL3>L4、L1<L2かつL3<L4であってもよいし、L1=L2かつL3>L4、L1>L2かつL3=L4、L1>L2かつL3<L4等であってもよい。また、L1とL3およびL2とL4は、それぞれ、等しくても異なっていてもよい。
このように、光スキャナー1では、L1、L2、L3、L4の長さや関係を変化させることにより、異なる効果を発揮することができる。そのため、光スキャナー1は、優れた利便性を有している。Lなお、1、L2、L3、L4の長さや関係は、光スキャナー1の使用用途(求められる特性)に基づいて適宜設定すればよい。
(光スキャナーの製造方法)
ここで、以上説明したように構成された光スキャナー1の製造方法の一例を図8に基づいて説明する。なお、図8は、図1中A−A線断面図に対応する断面図を示している。
前述したように構成された光スキャナー1は、例えば、振動構造体11を形成するとともに、基台12を形成した後、振動構造体11と基台12とを接合することにより得られる。
振動構造体11の形成についてより具体的に説明すると、まず、図8(a)に示すように、SOI基板100を用意する。
このSOI基板100は、第1のSi層110と、SiO層120と、第2のSi層130とがこの順で上側から積層してなるものである。
また、第1のSi層110および第2のSi層130の主面は、それぞれ、シリコンの(100)面で構成されている。
次いで、図8(b)に示すように、SOI基板100の両面にSiO膜M1、M2を形成する。
このSiO膜M1は、SOI基板100の上面上に、例えば熱酸化により一様なSiO膜を形成した後に、そのSiO膜を可動板2、支持部31〜34および連結部4〜7に対応する平面視形状にパターンニングすることにより得られる。
SiO膜のパターンニングは、例えば、リアクティブイオンエッチング(RIE)、CFを用いたドライエッチングにより行うことができる。
また、SiO膜M2は、SOI基板100の下面上に、例えば熱酸化により一様なSiO膜を形成した後に、そのSiO膜を支持部31〜34および補強部35〜38に対応する平面視形状にパターンニングすることにより得られる。
なお、SiO膜M1、M2に代えて、SiNで構成された膜を用いてもよい。
次いで、図8(c)に示すように、SiO膜M1、M2を介してSOI基板100をエッチングする。この際、SOI基板100の中間層たるSiO層120は、前記エッチングのストップ層として機能する。したがって、SiO膜M1を介したエッチングでは、SOI基板100の第1のSi層110がSiO膜M1に対応した形状にパターンニングされる。これにより、Si構造体110Aが得られる。また、SiO膜M2を介したエッチングでは、SOI基板100の第2のSi層130がSiO膜M2に対応した形状にパターンニングされる。これにより、Si構造体130Aが得られる。
SiO膜M1を介したエッチング、および、SiO膜M2を介したエッチングとしては、それぞれ、特に限定されない。例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング(ICP−RIE)を好適に用いることができる。
次いで、図8(d)に示すように、SiO膜M1およびSi構造体110Aを覆うように、保護層M3を形成する。
この保護層M3の構成材料としては、例えば、後述する異方性エッチングに対する耐性を有するとともに、後述する異方性エッチング後にSi構造体110Aを損傷することなく除去できるものであればよく、特に限定されないが、例えば、レジスト材料を用いることができる。
また、保護層M3の形成方法は、特に限定されず、例えば、保護層M3の構成材料がレジスト材料である場合、スピンコートや吹き付け等により行うことができる。
次に、Si構造体130Aの露出部分を異方性エッチングすることにより、図8(e)に示すように、補強部35、37を形成する。このとき、補強部35と対をなして残存部351が形成されるとともに、補強部37と対をなして残存部371が形成される。なお、このとき、図示しないが、補強部36、38およびこれらと対をなす残存部も形成される。
かかる異方性エッチングとしては、特に限定されないが、例えば、TMAH水溶液や、KOH水溶液等を用いたウェットエッチングが挙げられる。
次に、図8(f)に示すように、保護層M3を除去する。
この保護層M3の除去方法としては、特に限定されず、例えば、保護層M3がレジスト材料で構成されている場合、硫酸による洗浄、Oアッシング等が挙げられる。
次に、図8(g)に示すように、例えばBFH(バッファードフッ酸)を用いて、SiO層120の露出した部分を除去する。また、残存部351、371とSi構造体110Aとの間のSiO層120も除去される。
次に、図8(h)に示すように、SiO膜M1、M2を除去するとともに、残存部351、371を除去する。なお、図示しないが、補強部34、38およびこれらと対をなす残存部も除去する。
SiO膜M1、M2の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、リアクティブイオンエッチング(RIE)、CFを用いたドライエッチング等が挙げられる。
残存部351、371等の除去方法としては、特に限定されないが、例えば人手により除去する方法が挙げられる。
その後、図示しないが、Si構造体110Aの上面(基部23上)に、柱部24を介して光反射板25を接合する。これにより、振動構造体11が得られる。
このような振動構造体11の製造方法によれば、SOI基板100をエッチングすることにより支持部31〜34、連結部4〜7および補強部35〜38が形成される。具体的には、支持部31〜34は、それぞれ、第1のSi層110の一部、SiO層120の一部および第2のSi層130の一部の積層体で構成され、連結部4〜7は、第1のSi層110の一部で構成され、補強部35〜38は、第2のSi層130の一部で構成される。これにより、簡単かつ高精度に、支持部31〜34、連結部4〜7および補強部35〜38を形成することができる。
以上説明したような第1実施形態に係る光スキャナー1によれば、複数の支持部31〜34が補強部35〜38により一体的に補強されるので、製造時や製造後において、複数の支持部31〜34間を所望の位置関係に維持することができる。そのため、光スキャナー1の品質を優れたものとすることができる。また、製造時において、治具を用いなくても、複数の支持部31〜34間を所望の位置関係に維持することができるので、生産性を優れたものとすることができる。
また、このように互いに離間した複数の支持部31〜34により複数の連結部4〜7を介して可動板2を支持するので、本実施形態のように電磁駆動方式を採用した場合に、後述するように、永久磁石とコイルとの間の距離を短くすることができる。そのため、光スキャナー1の省電力化を図ることができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図9は、本発明の光スキャナーの第2実施形態を示す断面図である。
以下、第2実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の光スキャナーは、補強部の横断面形状が異なる以外は、第1実施形態の光スキャナー1とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図9に示す光スキャナー1Aでは、支持部31と支持部32とを連結する補強部35Aと、支持部33と支持部34とを連結する補強部37Aとを有している。
補強部35A、37Aの横断面は、それぞれ、台形をなす。このような横断面形状をなす補強部35A、37Aも、前述した第1実施形態の補強部35、37と同様、例えばシリコンを異方性エッチングすることにより簡単かつ高精度に形成することができる。
より具体的に説明すると、例えば、補強部35Aは、図9に示すように、X軸およびY軸の双方に平行な1対の面353A、354Aと、その面353A、354Aに対して傾斜する1対の面351A、352Aとを有する。
このような補強部35Aは、面353A、354Aをそれぞれシリコンの(100)面で構成し、面351、352をそれぞれシリコンの(111)面で構成することができる。
なお、同様に、補強部37は、X軸およびY軸の双方に平行な面373A、374Aと、その面373A、374Aに対して傾斜する1対の面371A、372Aとを有する。
このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図10は、本発明の光スキャナーの第3実施形態の連結部を説明する図である。
以下、第3実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第3実施形態の光スキャナーは、可動板および各連結部の構成が異なる以外は、第1実施形態の光スキャナー1とほぼ同様である。なお、本実施形態の光スキャナーも4つの連結部を有しているが、互いに同様の構成であるため、1つの連結部について代表して説明し、他の連結部については、その説明を省略する。また、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態に係る光スキャナーは、可動板2Bと、可動板2Bと図示しない支持部とを連結する連結部4Bとを有する。
本実施形態では、可動板2Bは、板状をなし、その上面に光反射部22が設けられている。
そして、可動板2Bの側面には、連結部4Bが接続されている。
連結部4Bは、駆動部41と、駆動部41と可動板2Bとを連結する第1の軸部(軸部)42Bと、駆動部41と支持部3とを連結する一対の第2の軸部(梁部)43Bとを有している。
一対の第2の軸部43Bは、駆動部41よりも薄く形成されている。これにより、各第2の軸部43Bの捩り変形が容易となる。
第1の軸部42Bは、駆動部41と可動板2Bとの間に設けられた応力緩和部421Bと、応力緩和部421Bと可動板2Bとを連結する可動板側軸部422Bと、応力緩和部421Bと駆動部41とを連結する駆動部側軸部(駆動部側軸部)423Bとを有している。
可動板側軸部422Bは、駆動部側軸部423Bよりも薄く形成されている。これにより、可動板側軸部422Bの捩り変形が容易となる。
このような可動板側軸部422Bおよび駆動部側軸部423Bは、応力緩和部421Bを介して連結している。応力緩和部421Bは、第1の軸部42Bが屈曲変形する際の節となる機能と、可動板側軸部422Bの捩じり変形により発生するトルクを緩和(吸収)し、前記トルクが駆動部側軸部423Bに伝わるのを防止または抑制する機能とを有している。
応力緩和部421Bは、一対の変形部4211B、4212Bと、これらの間に設けられた非変形部4213Bと、変形部4211Bを非変形部4213Bに接続する一対の接続部4214Bと、変形部4212Bを非変形部4213Bに接続する一対の接続部4215Bとを有している。
非変形部4213Bは、Y軸方向に延在する棒状をなしている。本実施形態では、非変形部4213Bの横断面積は、前述した各変形部4211B、4212Bの横断面積よりも大きい。このような非変形部4213Bは、光スキャナーの駆動時に実質的に変形しない硬さに設定されている。これにより、非変形部4213Bを中心に第1の軸部42Bを屈曲させることができ、応力緩和部421Bに節としての機能を確実に発揮させることができ、光スキャナーを安定して駆動させることができる。
このような非変形部4213Bに対して対称的に一対の変形部4211B、4212Bが配置されている。変形部4211B、4212Bは、それぞれ、Y軸方向に延在する棒状をなしている。また、変形部4211B、4212Bは、互いにX軸方向に離間して並設されている。このような変形部4211B、4212Bは、それぞれ、その中心軸まわりに捩じり変形可能となっている。
可動板2B側に位置する変形部4211Bは、その長手方向のほぼ中央にて可動板側軸部422Bの一端と連結しているとともに、その両端部にて一対の接続部4214Bを介して非変形部4213Bに連結している。同様に、駆動部41側に位置する変形部4212Bは、その長手方向のほぼ中央にて駆動部側軸部423Bの一端と連結しているとともに、その両端部にて一対の接続部4215Bを介して非変形部4213Bに連結している。
一対の接続部4214Bの一方の接続部は、変形部4211Bおよび非変形部4213Bの一端部同士を連結し、他方の接続部は、変形部4211Bおよび非変形部4213Bの他端部同士を連結している。また、一対の接続部4215Bの一方の接続部は、変形部4212Bおよび非変形部4213Bの一端部同士を連結し、他方の接続部は、変形部4212Bおよび非変形部4213Bの他端部同士を連結している。
このような各接続部4214B、4215Bは、X軸方向に延在する棒状をなしている。また、各接続部4214B、4215Bは、Z軸方向に湾曲可能でかつその中心軸まわりに捩じり変形可能となっている。
このような第3実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図11は、本発明の光スキャナーの第4実施形態の連結部を説明する図である。
以下、第4実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第4実施形態の光スキャナーは、可動板および各連結部の構成が異なる以外は、第1実施形態の光スキャナー1とほぼ同様である。また、第4実施形態の光スキャナーは、応力緩和部の構成が異なる以外は、前述した第3実施形態の光スキャナーと同様である。なお、本実施形態の光スキャナーも4つの連結部を有しているが、互いに同様の構成であるため、1つの連結部について代表して説明し、他の連結部については、その説明を省略する。また、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図11に示すように、本実施形態の光スキャナーは、可動板2Bと図示しない支持部とを連結する連結部4Cを有する。
連結部4Cは、駆動部41と可動板2Bとを連結する第1の軸部(軸部)42Cを有する。
第1の軸部42Cは、駆動部41と可動板2Bとの間に設けられた応力緩和部421Cを有する。
応力緩和部421Cでは、1対の接続部4215B上に1対の非変形部4213Cが設けられている。この一対の非変形部4213Cは、互いにY軸方向に離間し、Y軸と平行な1つの軸線上に位置している。このような構成の連結部4Cでも、一対の非変形部4213G結んだ線分を軸にして第1の軸部42Gを局所的に屈曲させることができる。
このような第4実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上説明したような光スキャナーは、例えば、プロジェクター、レーザープリンター、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。
具体的に、図12に示すようなプロジェクター200について説明する。なお、説明の便宜上、スクリーンSの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。
プロジェクター200は、レーザーなどの光を照出する光源装置210と、複数のダイクロイックミラー220、220、220と、光スキャナー1とを有している。
光源装置210は、赤色光を照出する赤色光源装置211と、青色光を照出する青色光源装置212と、緑色光を照出する緑色光源装置213とを備えている。各ダイクロイックミラー220は、赤色光源装置211、青色光源装置212、緑色光源装置213のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
このようなプロジェクター200は、図示しないホストコンピューターからの画像情報に基づいて、光源装置210(赤色光源装置211、青色光源装置212、緑色光源装置213)から照出された光をダイクロイックミラー220で合成し、この合成された光が光スキャナー1によって2次元走査され、スクリーンS上でカラー画像を形成するように構成されている。
2次元走査の際、光スキャナー1の可動板2の、回動中心軸Y1まわりの回動により光反射部22で反射した光がスクリーンSの横方向に走査(主走査)される。一方、光スキャナー1の可動板2の、回動中心軸X1まわりの回動により光反射部22で反射した光がスクリーンSの縦方向に走査(副走査)される。
光スキャナー1による光の走査は、前述のようなラスタースキャンによって行ってもよしい、ベクタースキャンによって行ってもよい。特に、光スキャナー1は、その構成上、ベクタースキャンに適しているため、ベクタースキャンによって光を走査するのが好ましい。
ベクタースキャンとは、光源装置210から出射した光をスクリーンS対し、当該スクリーンS上の異なる2点を結ぶ線分を順次形成するように走査する手法である。すなわち、微少な直線を集合させることにより、スクリーンSに所望の画像を形成する手法である。光スキャナー1では、前述したように、可動板2を不規則に連続的に変位させることができるため、このようなベクタースキャンに特に適している。
具体的に説明すれば、図13に示すような文字の集合をベクタースキャンにて描画する場合には、光源装置210から出射した光をそれぞれの文字を書くように光を走査する。この際、光スキャナー1が有する可動板2の回動中心軸X1まわりの姿勢(回動)と回動中心軸Y1まわりの姿勢(回動)とをそれぞれ制御することにより、不規則に光を走査することができ、図13に示すような文字を一筆書きのごとき描画することができる。このようなベクタースキャンによれば、ラスタースキャンのように、スクリーンSの全面に光を走査させなくてよいため、効率的に画像を描画することができる。
なお、図12中では、ダイクロイックミラー220で合成された光を光スキャナー1によって2次元的に走査した後、その光を固定ミラー250で反射させてからスクリーンSに画像を形成するように構成されているが、固定ミラー250を省略し、光スキャナー1によって2次元的に走査された光を直接スクリーンSに照射してもよい。
以上説明したようなプロジェクター200によれば、前述したような高品質で生産性に優れた光スキャナー1を備えるので、安価で信頼性に優れたものとなる。
以上、本発明のアクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、例えば、本発明の光スキャナーでは、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、各連結部の第1の軸部が応力緩和部を有する構成について説明したが、これに限定されず、応力緩和部を省略してもよい。すなわち、各連結部の第1の軸部は、可動板側軸部と駆動部側軸部とが直接接続されていてもよい。
また、前述した実施形態では、光スキャナーの駆動時に、各連結部の駆動部側軸部が実質的に変形しない構成について説明したが、これに限定されず、例えば、Z軸方向に曲げ変形(湾曲変形)するように構成されていてもよい。
また、前述した実施形態では、2つの支持部同士を1つの補強部を介して連結する場合を例に説明したが、2つの支持部同士を2以上の補強部を介して連結してもよい。
また、補強部の横断面形状は、三角形、台形に限定されず、例えば、長方形、正方形等の四角形、五角形、六角形等の多角形等であってもよい。また、補強部は、可動板および各連結部の正常な変位を阻害しないものであれば、長尺状をなすものに限定されない。
1……光スキャナー 11……振動構造体 110A、130A……Si構造体 12……基台 121……凹部 122〜125……凸部 2、2B……可動板 21……上面 22……光反射部 23……基部 24……柱部 25……光反射板 3……支持部 35A、37A……補強部 351、371……残存部 351A、352A、353、353A、354A、371A、372A、373、373A、374A……面 4、4C、5、6、7……連結部 41、51、61、71……駆動部 411……貫通孔 42、42B、42C、42G、52、62、72……第1の軸部 421、421B、421C、521、521E、621、621E、721、721E……応力緩和部 4211、4211B、4212、5211、5212、6211、6212、7211、7212……変形部 4213、4213B、4213C、4213G、5213、6213、7213……非変形部 4214、4214B、4215、4215B、5214、5215、6214、6215、7214、7215……接続部 4211E……第1の延在部 4212E……第2の延在部 4213E……第3の延在部 4214E……第4の延在部 4215E……第5の延在部 4216E……第6の延在部 4217E……第7の延在部 422、422B、522、622、722……可動板側軸部 423、423B、523、623、723……駆動部側軸部 43、43B、53、63、73……第2の軸部 8……変位付与部 81、81B……第1の変位付与部 82……第2の変位付与部 83……第3の変位付与部 84……第4の変位付与部 811、811B、821、831、841……永久磁石 812、812B、822、832、842……コイル 813、813B、823、833、843……電源 85、85A……コイル固定部 851、852……電源部 852A……本体部 9……制御部 100……SOI基板 110……第1のSi層 120……SiO層 130……第2のSi層 200……プロジェクター 210……光源装置 211……赤色光源装置 212……青色光源装置 213……緑色光源装置 220……ダイクロイックミラー 250……固定ミラー G1……中心 M1、M2……SiO膜 M3……保護層 X1〜X3、Y1〜Y3……回動中心軸 X4、X5、Y4、Y5……中心軸

Claims (16)

  1. 光反射性を有する光反射部と、
    前記光反射部を備え、かつ変位可能な可動板と、
    前記可動板に連結される複数の連結部と、
    前記複数の連結部を支持し、かつ互いに離間して設けられた複数の支持部と、
    前記連結部とは前記可動板の厚さ方向での異なる位置に設けられ、前記複数の支持部と一体に形成され、前記支持部同士を連結する補強部と、
    前記可動板を変位させる変位付与部とを有することを特徴とするアクチュエーター。
  2. 前記補強部は、長尺状をなし、その横断面の幅が前記連結部側に向けて漸減する請求項1に記載のアクチュエーター。
  3. 前記補強部の横断面は、三角形をなす請求項2に記載のアクチュエーター。
  4. 前記補強部の横断面は、台形をなす請求項2に記載のアクチュエーター。
  5. 前記連結部は、4つ設けられ、
    前記各連結部は、変位可能に設けられた駆動部と、前記駆動部と前記可動板とを連結する軸部とを備える請求項1ないし4のいずれかに記載のアクチュエーター。
  6. 前記補強部は、前記可動板を平面視したときに、前記可動板と重ならない位置に設けられている請求項5に記載のアクチュエーター。
  7. 前記補強部は、前記可動板を平面視したときに、前記駆動部と重ならない位置に設けられている請求項5または6に記載のアクチュエーター。
  8. 前記補強部は、前記可動板を平面視したときに、前記可動板と前記駆動部との間に位置している請求項7に記載のアクチュエーター。
  9. 前記変位付与部は、前記駆動部に設けられた永久磁石と、前記永久磁石に対向するコイルとを備える請求項5ないし8のいずれかに記載のアクチュエーター。
  10. 前記コイルは、前記駆動部に対して前記可動板とは反対側に設けられている請求項9に記載のアクチュエーター。
  11. 互いに直交する3つの軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、
    前記4つの連結部のうちの2つの連結部は、前記可動板を介してX軸に平行な方向に互いに対向し、当該2つの連結部は、それぞれ、前記駆動部と前記支持部とを連結しY軸に平行な方向に延在する1対の梁部を備え、
    前記4つの連結部のうちの他の2つの連結部は、前記可動板を介してY軸に平行な方向に互いに対向し、当該他の2つの連結部は、それぞれ、前記駆動部と前記支持部とを連結しX軸に平行な方向に延在する1対の梁部を備える請求項5ないし10のいずれかにに記載のアクチュエーター。
  12. 前記各軸部は、前記可動板と前記駆動部の間に設けられた応力緩和部と、前記応力緩和部と前記可動板とを連結する可動板側軸部と、前記応力緩和部と前記駆動部とを連結する駆動部側軸部とを有し、前記応力緩和部で屈曲する請求項11に記載のアクチュエーター。
  13. 前記複数の支持部、前記複数の連結部および前記補強部は、第1のSi層、SiO層および第2のSi層をこの順で積層してなるSOI基板をエッチングすることにより形成されたものである請求項1ないし12のいずれかに記載のアクチュエーター。
  14. 前記複数の支持部は、それぞれ、前記第1のSi層の一部、前記SiO層の一部および前記第2のSi層の一部の積層体で構成され、前記複数の連結部は、前記第1のSi層の一部で構成され、前記補強部は、前記第2のSi層の一部で構成されている請求項13に記載のアクチュエーター。
  15. 光反射性を有する光反射部と、
    前記光反射部を備え、かつ変位可能な可動板と、
    前記可動板に連結される複数の連結部と、
    前記複数の連結部を支持し、かつ互いに離間して設けられた複数の支持部と、
    前記連結部とは前記可動板の厚さ方向での異なる位置に設けられ、前記複数の支持部と一体に形成され、前記支持部同士を連結する補強部と、
    前記可動板を変位させる変位付与部とを有することを特徴とする光スキャナー。
  16. 光源と、
    前記光源からの光を走査する光スキャナーとを有し、
    前記光スキャナーは、
    光反射性を有する光反射部と、
    前記光反射部を備え、かつ変位可能な可動板と、
    前記可動板に連結される複数の連結部と、
    前記複数の連結部を支持し、かつ互いに離間して設けられた複数の支持部と、
    前記連結部とは前記可動板の厚さ方向での異なる位置に設けられ、前記複数の支持部と一体に形成され、前記支持部同士を連結する補強部と、
    前記可動板を変位させる変位付与部とを有することを特徴とする画像形成装置。
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