JPH08152575A

JPH08152575A - 光ビーム偏向器

Info

Publication number: JPH08152575A
Application number: JP1277395A
Authority: JP
Inventors: Susumu Emori; 晋江森
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】構造が簡素で、組立も容易な小型化および低コ
スト化が実現できる高速応答性が良い、さらにはビーム
シフト問題が解消された光ビーム偏向器を提供する。【構成】一定方向に進行する光ビームを反射によりその
方向を変える反射板を備えた光ビーム偏向器において、
前記光ビームを反射する反射ミラーを有する反射板と前
記反射ミラーを駆動する１つの圧電素子と、前記圧電素
子の変位を前記反射ミラーに拡大・伝達し、反射板の回
転軸つまり、回転中心を、反射部の中央に持ち反射ミラ
ー表面の中央を回転中心として反射ミラーの反射面が回
動するように変位拡大・伝達機構を備えており、あるい
はさらに反射ミラーの回転中心が反射ミラー表面の面内
に位置するよう設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビーム走査装置に係
わり、特には光記録媒体上に光ビームを収束・照射させ
てまたこれを走査することにより情報記録を行う画像形
成装置や光学装置等での光走査に適用が可能な光ビーム
偏向器に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機，レーザビームプリンタ
などの光走査記録装置や、あるいは光走査読み取り装
置，光通信装置など光学系を応用した色々な機器が、様
々な分野で普及している。これらの機器では光ビームを
走査させる手段として、ポリゴンスキャナやガルバノメ
ータ等の機械式光ビーム偏向器や、この他にも電気光学
素子（略称ＥＯＤ），音響光学素子（略称ＡＯＤ）など
の電気式偏向器等が多く用いられている。しかしなが
ら、前者の機械式光ビーム偏向器では、小型化が困難で
偏向速度を上げにくいという問題がある。また、後者の
電気式光ビーム偏向器では、光ビームの偏向角度を大き
く取れないために、光路長を長くすることにより光ビー
ムの移動量を稼ぐことができるようにするために、装置
自体が大型化してしまう問題点と、光減衰が（比較的）
大きくなってしまうという問題がある。

【０００３】近年になって、光ビーム偏向器の小型化と
偏向器寿命を伸ばすことの実現のために、可動部分を必
要とせず高速応答が可能であり挿入損失の小さな方式と
して、小型の圧電アクチュエータを利用した光ビーム偏
向器が注目されている。この場合の圧電アクチュエータ
としては、圧電バイモルフ、ユニモルフ、すべり振動を
応用した積層圧電素子やピエゾ素子等がある。そしてこ
れらの応用例の多くは、圧電素子の変位量で直接反射ミ
ラーを偏向する方式（以下では、「直接駆動方式」と称
する）が用いられる。一般に、圧電素子の変位量は数μ
ｍ〜数十μｍ程度の小ささである為、この直接駆動方式
の場合には、大きな偏向角度を得るということは、従来
の技術と比較して必然的に圧電素子のよりいっそうの大
型化を招いてしまうことになる。

【０００４】図３に示すように、反射ミラーの回転中心
（支点）を反射ミラーの一端に持ち、反射ミラーのもう
一方の端を圧電素子で変位させるとした場合には、圧電
素子の変位量をミリメートル単位のオーダーまで増やさ
なければならない。また同図で、圧電素子の変位により
反射ミラーが矢印ｄのように移動すると、入射ビームの
ミラー面での反射位置はＺ０からＺ１に移動するので、
結果として光路差ｌが生じるビームシフトが発生するこ
とが知られている。従って、偏向器の前に光学レンズ系
を配置した形式（一般に「ポストオブジェクトタイプ」
と称される。）の光ビーム走査装置の偏向器では、この
ビームシフトが焦点位置ズレを発生させることになるの
で問題となってくる。

【０００５】そこで、圧電素子を利用した形状寸法が小
さく、しかも比較的大きな偏向角度を得る変位量拡大機
構が備え付けられたビームシフトを発生させない構造の
小型の偏向器が提案されている。この例としては、例え
ば特開平２−１１２８７号公報に示される光ビーム偏向
器がある。図４に示すようにこの光ビーム偏向器は、偏
向ミラー５１、変位拡大機構および直動から回転変換機
構としてのボールスクリュウ５２、圧電アクチュエータ
５３、あるいは位置センサー５４等で構成されている。

【０００６】圧電アクチュエータ５３は、図示されてい
ないコントローラからの指令信号によって作動されるも
のであり、入力された指令信号に対応する直動変位（矢
印Ａ方向）を発生する。かかる圧電アクチュエータ５３
は、フランジ５５に当接している。フランジ５５は、ボ
ールスクリュウ５２と一体的に構成されている。フラン
ジ５５には、孔５９が形成されており、この孔５９に案
内軸５８が貫通している。

【０００７】従って、圧電アクチュエータ５３のＡ方向
への変位にともないボールスクリュウ５２もＡ方向に移
動する。シャフト５７には、ボールねじ溝５６が形成さ
れており、このボールねじ溝５６に多数のボールを介し
てボールスクリュウ５２が嵌合している。ボールスクリ
ュウ５２は、圧電アクチュエータ５３の直動変位を回転
変位に変換し且つ拡大するものであり、圧電アクチュエ
ータ５３がＡ方向に移動すると、これにともないシャフ
ト５７が回転する。シャフト５７は、ベアリング６０，
６１によって装置本体６２に軸支され、さらにシャフト
５７には偏向ミラー５１の回転軸６３に結合されてい
る。そしてその偏向ミラー５１の回転によって、図示し
ないレーザ光源から入射されたレーザ光が偏向，走査さ
れるものが記載されている。

【０００８】この光ビーム偏向器では、図５、図６に示
すように、ミラー５１、変位拡大機構としての差動増幅
器４０、レバー４１、圧電アクチュエータ５３、反力バ
ネ４２、位置センサ５４、ブラケット４３等で構成され
たものも提案されている。圧電アクチュエータ５３は、
矢印Ｂ方向への直動変位を発生するもので、ピン４４を
介してレバー４１に当接している。レバー４１は、軸４
５に固定され、軸４５を中心に回転自在となっており、
その側面にＬ字状のブラケット４３が取り付けられてい
る。軸４５は、差動増幅器４０の入力軸となっている。
また、レバー４１にはピストン４６を介して反力バネ４
２の力が矢印Ｃ方向に作用しており、レバー４１は圧電
アクチュエータ５３の変位によって反時計方向に回転す
る力を受けると共に、バネ４２の反力によって時計方向
に回転する力を受けている。すなわち、レバー４１は、
圧電アクチュエータ５３の直動変位を回転変位に変換
し、差動増幅器４０によって変位を大きな増幅率で増幅
するようにしたものである。

【０００９】またこれらとは別の従来の技術として特開
平４−２５５９１９号公報に示されるものがある。それ
は図７に示すように、光学ヘッドアクチュエータに用い
られるガルバノミラー１１０は、光ビームを偏向させる
反射ミラー１０１が連結部１０２に連設されたアーム１
０３および１０４のそれぞれの支点Ａ，Ｂで支持され、
前記アーム１０３および１０４の駆動により変位するよ
うになっている。前記連結部１０２とアーム１０３およ
び１０４とはそれぞれ弾性ヒンジ１０３ａ，１０４ａを
介して連結され、これらの弾性ヒンジ１０３ａ，１０４
ａを中心にして、アーム１０３および１０４がそれぞれ
回動可能に構成されている。

【００１０】また、連結部１０２の内側には、電圧を印
加することによって長手方向に伸縮する固体変位素子と
しての圧電素子１０５が設けられ、この圧電素子１０５
の上端部に前記アーム１０３および１０４に弾性ヒンジ
１０３ｂ，１０４ｂを介して連結された伝達部１０６
ａ，１０６ｂが前記圧電素子１０５の伸縮に応じて変位
するように接続されている。また、前記アーム１０３お
よび１０４、伝達部１０６ａ，１０６ｂ、弾性ヒンジ１
０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂは、連結部１０
２によって一体の部品となっており、これらにより変位
拡大・伝達機構が構成されている。

【００１１】前記反射ミラー１０１は、例えば、図８に
示すような支持機構でも支持される。前記支持点Ａ，Ｂ
にそれぞれ弾性ヒンジ１０７ａ，１０７ｂが設けられ、
この弾性ヒンジ１０７ａ，１０７ｂを介して、アーム１
０３および１０４とミラー台１０８とが連設され、この
ミラー台１０８上に反射ミラー１０１が配設されてい
る。前記アーム１０３および１０４の駆動により、ミラ
ー台１０８および反射ミラー１０１が変形することな
く、弾性ヒンジ１０７ａ，１０７ｂのみが回動し、反射
ミラー１０１が変位するようになっており、すなわち、
反射ミラー１０１が支持点Ａ，Ｂで支持され、駆動され
るようになっている。これにより、反射ミラー１０１
は、図７に示すような架空の回転軸Ｏ中心に回動し、記
録媒体面に照射される光ビーム１０９を偏向させる光学
ヘッドアクチュエータが知られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
図４〜図６に示した光ビーム偏向器は、部品点数が多く
且つ摺動部分を含んでいるために、高精度に作成された
部品が必要となってしまうことからコスト高を招いてし
まう。また、これらの光ビーム偏向器は変位の拡大率を
大きくすることから、ハーモニックギアを変位増幅機構
に利用していることからもそのコスト高を招いている。
そして、これらの光ビーム偏向器は機械式であることか
ら、応答速度の改善により得られる効果の程度は、従来
の技術によるものと比較してせいぜい２〜３倍が限度に
ならざるを得ず、高速応答性能を目指す上で問題になっ
ている。

【００１３】それから、前記の図７および図８に示す光
学ヘッドアクチュエータは、２組の拡大伝達機構をもつ
ために、その作製には２組の拡大伝達機構の間で高精度
の仕上げ加工が要求される。このために、これらの光学
ヘッドアクチュエータは要求品質が高精度になるに従
い、次第に製造に要する期間が増大し、良品の生産も困
難さを増す。その結果、コスト高を招いてしまうという
問題点がある。それから、これらの光学ヘッドアクチュ
エータは、支持点Ｃ，Ｄにおけるミラーの支持、固定す
る部分の製造は容易ではなく、そのうえに光ビームを使
用した描画のような高速応答を必要とする機器には適さ
ないという問題点もある。

【００１４】本発明は従来の技術が抱える前記問題点に
鑑みなされたものであり、その第１の目的とするところ
は、構造が簡素であり、組立が容易であり、小型・低コ
ストであり、しかも高速応答性にも優れている光ビーム
偏向器を提供することにあり、そして第２の目的は、第
１の目的を満足させた、しかもビームシフトの問題も解
消でること、これら第１と第２の目的を満足することが
実現可能な光ビーム偏向器を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明が提供する手段は、まず請求項１に記載してあ
るように、光ビームの方向を反射により変える反射ミラ
ーを備えた光ビーム偏向器において、（イ）反射域の中
央部を回動中心として反射域を回動可能に支持する機構
を持つ反射部、（ロ）該反射部を回動させる駆動源とな
る変位を発生させる圧電素子、（ハ）前記圧電素子に信
号を送信し、圧電素子の変位を制御する圧電素子制御
部、（ニ）該圧電素子の変位を拡大して該反射部に伝達
する変位拡大・伝達機構、以上の（イ）から（ニ）のそ
れぞれを具備することを特徴とする光ビーム偏向器であ
る。。

【００１６】そして好ましくは、請求項２に記載してあ
るように、前記変位拡大・伝達機構は、アーム状の伝達
部材があり、該伝達部材はそのアームの変位拡大率で分
割された位置に支点を持ち、該伝達部材の一方の端部寄
りに圧電素子が設けられ、該伝達部材の他方の端部側は
前記反射ミラーの一方の端部近傍に接触可能に／又は接
続して設けられてあることを特徴とする請求項１記載の
光ビーム偏向器である。

【００１７】また好ましくは、請求項３に記載してある
ように、前記変位拡大・伝達機構は、前記反射ミラーの
支持部近傍に圧電素子が直接連設されてあり、その変位
を伝達することにより変位を拡大することを特徴とする
請求項１又は２のいずれかに記載の光ビーム偏向器であ
る。

【００１８】さらに好ましくは、請求項４に記載してあ
るように、前記反射ミラーの端部近傍に、反射ミラーと
支持台とによって挟持されたダンパーを具備することを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ビーム
偏向器である。

【００１９】さらに好ましくは、請求項５記載してある
ように、前記反射ミラーの支持部に歪ゲージが備えてあ
り、検出したそこの変位量データを前記圧電素子制御部
に送信するフィードバック部を具備することを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれかに記載の光ビーム偏向器で
ある。

【００２０】あるいは好ましくは請求項６に記載してあ
るように、前記変位拡大・伝達機構は、反射ミラーの固
定台と共に回動する回転軸を持つ伝達部材があり、該回
転軸の中心から外側に向かう半径上であり且つ変位拡大
・伝達機構の変位拡大率により決定される距離に位置す
る箇所に該伝達部材の力点があり、該力点には圧電素子
が設けてあることを特徴とする請求項１に記載の光ビー
ム偏向器である。

【００２１】また好ましくは請求項７に記載してあるよ
うに、前記伝達部材の回転軸の回転中心が必ず該反射ミ
ラー表面の面内に位置するよう、該反射ミラーの固定台
を凹型に設けてあることを特徴とする請求項１又は６の
いずれかに記載の光ビーム偏向器である。

【００２２】また好ましくは請求項８に記載してあるよ
うに、前記反射板の両端または一方の端に、反射板と支
持台とによって挟持されたダンパーを具備することを特
徴とする請求項１、６又は７のいずれかに記載の光ビー
ム偏向器である。

【００２３】また好ましくは請求項９に記載してあるよ
うに、歪ゲージが前記伝達部材の回転軸の湾曲するねじ
りヒンジ部に備えてあり、これにより検出した変位量デ
ータを前記圧電素子制御部に送信するフィードバック部
を具備することを特徴とする請求項１又は、６乃至８の
いずれかに記載の光ビーム偏向器である。

【００２４】また好ましくは請求項１０に記載してある
ように、ロードセルが前記圧電素子に重ねて備えてあ
り、これにより検出した圧力データを前記圧電素子制御
部に送信するフィードバック部を具備することを特徴と
する請求項１又は、６乃至９のいずれかに記載の光ビー
ム偏向器である。

【００２５】また好ましくは請求項１１に記載してある
ように、リニアゲージセンサーが前記反射ミラーの固定
台の反射面と相対する面にセンサー先端が接触するよう
に備えてあり、これにより検出した反射ミラーの回転の
変位量データを前記圧電素子制御部に送信するフィード
バック部を具備することを特徴とする請求項１又は、６
乃至１０のいずれかに記載の光ビーム偏向器である。

【００２６】尚、反射板と支持台の間にダンパーを具備
したことは、起動、停止時の加速、減速による反射板の
振動を抑制し、高速駆動が可能なようにダンピング機構
としての役割を果たしている。加えて、圧電素子は、比
較的大きなヒステリシスを持っているので、反射板の湾
曲する支点部に歪ゲージを備えるか、圧電素子に重ねて
ロードセルを備える、または、反射ミラーの固定台に反
射面と相対する面にセンサー先端を接触させたリニアゲ
ージセンサーを備えたことは、変位量を検出する手段で
あり、この検出信号を制御部にフィードバックすること
で反射ミラーが回動して向かう方向を精度良く制御させ
る役割を果たすためである。

【００２７】

【作用】変位発生のための圧電素子が反射板の支点の近
傍に直接連結されてその変位を拡大・伝達する変位拡大
・伝達機構によって、反射ミラーを駆動する構成である
ので変位拡大率が大きくとることが出来、さらに変位拡
大・伝達機構が１組のみで済むことによって、小型化が
容易であるので低コスト化が実現できる。

【００２８】また、反射板の支点つまり、回転中心を、
反射板の中央に持ち反射ミラーの表面中心を回転中心と
して反射ミラーの反射面が回動するように構成されてい
るので、光ビームを反射ミラー中心に入射させること
で、光ビームの偏向中心が反射ミラー面上に位置し、反
射板の一端に支点を持つ偏向器のようなミラー面の移動
による光路差を生じない。さらに、反射板と支持台の間
にダンパーを具備し、ダンピング機構を備えることで、
起動・停止時の加速・減速による反射板の振動を抑制
し、高速駆動が可能になる。

【００２９】加えて、圧電素子は、比較的大きなヒステ
リシスを持っているので、反射板の湾曲する支点部に歪
ゲージを備えるか、圧電素子に重ねてロードセルを備え
る、または、反射ミラーの固定台に反射面と相対する面
にセンサー先端を接触させたリニアゲージセンサーを備
えることで変位量を検出し、検出信号を制御部にフィー
ドバックして反射板の回転角度を制御することができ、
ヒステリシスの影響を受けない光ビーム偏向ができる。

【００３０】

【実施例】

＜実施例１＞図９に示すように、本発明に用いられる光
ビーム偏向器１０は、光ビームＬＢを反射させる反射ミ
ラー１が偏向台２と弾性ヒンジ部３を介して連結された
反射部４上に固着されている。電圧を印加すると長手方
向に伸縮する圧電アクチュエータであるピエゾ素子５が
偏向台２の内部をくり貫いて、このピエゾ素子５の上端
部が反射部４の弾性ヒンジ部３の近傍に配置・接続され
ている。ここで、ピエゾ素子５に電圧を印加し、ピエゾ
素子５が長手方向に伸縮すると、反射部４の固着された
反射ミラー１は弾性ヒンジ部３を支点として回動して光
ビームＬＢを偏向する。このとき、ピエゾ素子５の上端
部が反射部４の弾性ヒンジ部３の近傍に配置、接続した
ことで変位拡大・伝達機構が形成され、ピエゾ素子５の
数十ミクロンの変位が数度の回動角度となるような支点
である弾性ヒンジ部３と力点であるピエゾ素子５と反射
部４の接続点を設定している。尚、この方式の欠点は、
ミラー１を固着した反射部４の長さを変位拡大のアーム
としているので、変位拡大率が反射部４の大きさに制限
されることである。

【００３１】一方、光ビーム偏向器１０の偏向台２の四
隅には、４個のダンパー６ａ乃至６ｄが偏向台２の内部
に孔を開けて設けられている。ダンパー６ａ乃至６ｄの
一端は、反射部４の外周部に接続されている。ダンパー
６ａ乃至６ｄの他の一端は、ピエゾ素子５とともに偏向
台２に平板の剛体である固定台７を固着させることで固
定される。これらのダンパー６ａ乃至６ｄは、反射ミラ
ー１がピエゾ素子５の駆動により回動したときの加速、
減速による振動を防止するために設けられている。

【００３２】但し、ここではダンパーの数を４個とした
が、本発明では決して４個のみに限定するものではな
く、４個以外の個数であっても全く支障は無い。例え
ば、ダンパーを、反射部の左右両端それぞれ１個を設け
てもよいし、左右３個ずつ設けてもよい。一体型のダン
パーを図面と垂直な方向に左右両端に１つずつ設けるの
もよい。尚、応答性のバランスを考慮すると、反射部の
両端付近のそれぞれにトータルで同等の減衰特性をもつ
ダンパーを設けるのが好ましく、結果的には数は不問で
ある。尚、それから、特に走査速度が遅くてもよい応用
例の場合には、あえてこれらのようなダンパーを設けな
くてもよい。

【００３３】さて、弾性ヒンジ部３の側面には、歪ゲー
ジ８が固着されている。反射ミラー１が弾性ヒンジ部３
を支点として回動すると、弾性ヒンジ部３は変形し、弾
性ヒンジ部３の側面に固着された歪ゲージ８も変形さ
れ、歪ゲージ８が接続されている（図示しない）変形量
検出回路で変形量が回路の応答時間内で計測される。結
果として、この変形量検出回路で検出された（図示しな
い）変形量検出信号を、（同じく図示しない）ピエゾ素
子５の駆動回路にフィードバックすることにより、反射
ミラー１の回動角度を制御できる。この理由から、ピエ
ゾ素子５のヒステリシスの影響を受けずに光ビームを偏
向できる。変形量の検出は、反射部の移動量をリニアゲ
ージで直接に行っても良いし、あるいは圧電素子にロー
ドセル等の圧力センサを設ける方法でも良い。

【００３４】＜実施例２＞さて、まず請求項１〜５に記
載した発明に係る一実施例について、図２を用いて説明
する。図２（ａ）に示すように、偏向部１１は、台１
８、弾性ヒンジ部９ａ，９ｂおよび反射板４からなり、
変位拡大・伝達機構部１２は、支持台１３、伝達部１
４、弾性ヒンジ部９ｃ，９ｄ、アーム１５からなる。
（図示しない）光ビームＬＢを反射させる反射ミラー１
は、偏向部１１の台１８と弾性ヒンジ部９ａ，９ｂを介
して連結された反射板４上に固着されている。ここで
は、反射ミラー１を固着した反射板４の片方の端（図で
右端部）で支持台１３と弾性ヒンジ部９ｃを介して回動
可能に連結されたアーム１５が支持点Ａで支持され、前
記アーム１５の駆動により反射ミラー１が変位し、弾性
ヒンジ部９ａ，９ｂを支点にして反射ミラー１が回動す
るようになっている。

【００３５】アーム１５の先端部は、Ｌ字型に整形され
る。そして、前記伝達部１４、アーム１５、弾性ヒンジ
部９ｃ，９ｄは支持台１３と一体部品となっており、こ
れによって変位拡大・伝達機構部１２が構成されてい
る。また、偏向部１１の台１８と変位拡大・伝達機構部
１２の支持台１３との間に、電圧を印加すると長手方向
に伸縮する圧電アクチュエータであるピエゾ素子５が設
けられ、このピエゾ素子５の上端部に前記アーム１５に
弾性ヒンジ部９ｄを介して連結された伝達部１４が前記
ピエゾ素子５の伸び／または収縮の変形に応じて変位す
るように接続されている。

【００３６】ここで、ピエゾ素子５に電圧を印加し、ピ
エゾ素子５が長手方向に伸縮すると、その変位は、伝達
部１４から弾性ヒンジ部９ｄを介してアーム１５に伝達
される。すると、ピエゾ素子５の伸縮による変位は、弾
性ヒンジ部９ｃの両側のアームの長さに比例して拡大さ
れ、アーム１５は弾性ヒンジ部９ｃを支点として回動
し、支持点Ａで接続された反射板４の固着された反射ミ
ラー１が、弾性ヒンジ部９ａ，９ｂを支点として回動し
て光ビームＬＢを偏向する。平板の剛体である基板１７
の上に、偏向台１１、変位拡大・伝達機構部１２、ピエ
ゾ素子を固定して、偏向器１０が形成されるというもの
である。

【００３７】但し、前記の図２を用いて説明した発明に
係る光ビーム偏向器では、反射面が反射ミラーの厚さの
ぶんだけ反射ミラーの回転軸の回転中心から「ズレ」て
しまうことになる。この為に、これだけの発明では、ビ
ームシフトの問題は完全には解消できていないという欠
点を抱えている。

【００３８】＜実施例３＞さて、実施例１や実施例２で
示したように、単に請求項１〜５に記載した発明だけで
は前記ビームシフトの問題については、完全には解消で
きていない。そこで、請求項１及び、６〜１１の発明に
よりビームシフトの問題も解消するものであり、この発
明に係る他の一実施例について図１を用いて以下に述べ
る。

【００３９】図１に示すように、本発明に用いられる偏
向器１０は、光ビームＬＢを反射させる反射ミラー１が
偏向台２と偏向台２と両端を締結された回転軸２０の弾
性ヒンジ部３ａ、３ｂを介して連結された反射板４上に
固着されている。反射板４は、反射板４と一体に製作さ
れた回転軸１９に連結され回転軸９に反射板４の回動を
可能とするねじり弾性ヒンジ部３ａ，３ｂが形成されて
いる。そして、電圧を印加すると長手方向に伸縮する圧
電アクチュエータであるピエゾ素子５が、偏向台２の台
１８上のピエゾ素子フレーム１９内部に設けられてい
る。

【００４０】ピエゾ素子５の固定及び反射ミラー１の回
転角度の調整は、微調ネジ２１によって行われる。この
ピエゾ素子５の上端部は、回転軸２０の一方の近傍に設
けられた力点である伝達部１４で接続されている。そし
て、回転軸２０にピエゾ素子５の変位を伝達する為に設
けられた力点である伝達部１４と回転軸２０の間は弾性
ヒンジ３ｃで結合されている。

【００４１】ここで、図１で明らかなように、反射板４
の反射ミラー１の接合面は、反射ミラー１の厚さ分回転
軸中心からずれて設けられており、回転中心が反射ミラ
ー１の表面になるように構成されている。この結果、反
射ミラー１の反射面の中央を回転中心として光ビームを
偏向するので、ビームシフトは解消される。

【００４２】この様な構成において、ピエゾ素子５に電
圧を印加することによって、ピエゾ素子５が長手方向に
伸縮すると、反射板４の固着された反射ミラー１は回転
軸１９の中心を回転中心として回動して光ビームＬＢを
偏向する。このとき、ピエゾ素子５の上端部が回転軸の
中心から所定の変位拡大率で指定された半径位置に設け
られた伝達部１４と接続されたことで変位拡大・伝達機
構が形成され、ピエゾ素子５の数十ミクロンの変位が数
度の回動角度となるよう力点であるピエゾ素子５と反射
板４の伝達部１４の回転中心からの距離を設定してい
る。

【００４３】一方、偏向器１０の偏向台２と反射板４の
一方の間には、ダンパー６が設けられている。そのダン
パー６の一端は反射板４に接続されている。そのダンパ
ー６の他の一端は偏向台２に固定される。このダンパー
６は、反射ミラー１がピエゾ素子５の駆動により回動し
たときの加速・減速による振動を防止するために設けら
れている。ここで、ダンパーの数を１としたが、本発明
では決して１個のみに限定するものではなく、複数個を
備えても全く支障はない。例えば、ダンパーを反射板の
左右両端それぞれ１個を設けても良いし、それ以上の個
数でも良い。尚、応答性のバランスを考慮すると、反射
部の両端付近のそれぞれにトータルで同等の減衰特性を
持つダンパーを設けるのが好ましく、結果的には、個数
は不問である。また、特に走査速度が遅くてもよい応用
例の場合には、必ずしもこのようなダンパーを設けなく
てもよい。

【００４４】さて、弾性ヒンジ部３ａの側面には歪ゲー
ジ８が固着されている。ピエゾ素子５の伸縮により発生
した変位が伝達部１４から弾性ヒンジ部３ｃを介して回
転軸２０に伝達されることで反射ミラー１が弾性ヒンジ
部３ａ，３ｂを支点として回動すると、弾性ヒンジ部３
ａ，３ｂはねじり変形を受け、弾性ヒンジ部３ａの側面
に固着された歪ゲージ８も変形され、（図示しない）歪
ゲージ８が接続された変形量検出回路で変形量が計測さ
れる。この変形量検出回路で検出された（図示しない）
変形量検出信号を（同じく図示しない）ピエゾ素子５の
駆動回路にフィードバックすることで反射ミラー１の回
動角度を制御できる。このことで、ピエゾ素子５のヒス
テリシスの影響を受けずに光ビームを偏向できる。ここ
で、歪ゲージ８は弾性ヒンジ部３ａのみならず、弾性ヒ
ンジ部３ｂにも設けてもよい。

【００４５】尚、別の変位量検出手段としては、図１に
示すようにロードセル２２をピエゾ素子５に重ねて配設
するものがある。ロードセル２２は偏向台２の台１８を
くり貫いて組み込まれる。ロードセル２２とピエゾ素子
５の固定及び反射ミラー１の回転角度の調整は、微調ネ
ジ２１によって行われる。ピエゾ素子５に電圧を印加す
ることでピエゾ素子５の寸法が変化すると伸縮方向への
圧力が変化する。そこで、ロードセル２２をピエゾ素子
５に重ねて配設することで、圧力変化として変位量を検
出することができる。

【００４６】さらに、別の変位量検出手段として、リニ
アゲージ２３を用いて反射ミラー１の回動による変位を
直接検出する方法がある。図１に示すように、反射板４
の裏面でダンパー６とは反射ミラー１の回転中心の対称
位置にリニアゲージ２３を配設して、反射ミラー１の回
動による反射ミラー１の変位を検出してフィードバック
制御するものである。図１では、説明のために３種類の
変位検出手段を１つの光ビーム偏向器に組み込んでいる
が、変位検出手段は、それらのうち１つでよい。

【００４７】本発明において、弾性ヒンジ３ａ，３ｂに
代えてコイルバネや板バネをもちいて回動可能とし、復
元力を与える手段としても良い。さらに、変位拡大率を
増大させるために、図２（ｂ）に示したアーム構造を組
み入れることも本発明の請求範囲に含まれる。

【００４８】

【発明の効果】本発明のうちまず請求項１〜５について
は、変位発生のための圧電素子が反射部の支点近傍に直
接連結されてあり、（ｉ）その変位を拡大・伝達する１
組のみの変位拡大・伝達機構または（ii）圧電素子と反
射部との変位伝達のために中間に支点を持つアームを備
え、そのアームの一方の端に圧電素子が設けられ、他方
は、反射板の一方の端に連結されて、アームの支点位置
による変位拡大率で変位拡大・伝達する１組のみの変位
拡大・伝達機構のいずれかによって、反射ミラーを駆動
する構成であり、この為に大きな変位拡大率を達成出来
る。しかもこれは小型化が容易であるので、低コスト化
も実現できる。

【００４９】また、反射部の支点つまり回転中心を反射
部の中央に持ち、反射ミラーの中心を回転中心として反
射ミラーの反射面が回動するように構成されているの
で、光ビームを反射ミラー中心に入射させてやることに
より、光ビームの偏向中心を反射ミラー面上に位置させ
ることが出来、しかも反射部の一端に支点を持つ前記の
光ビーム偏向器のように、ミラー面の移動により生じる
ビームシフトを生じたりしない。

【００５０】さらに、反射ミラーがピエゾ素子の駆動に
より回動したときの加速・減速による振動を防止するた
めに、ダンパーが反射部の縁に設けられているので、ダ
ンピングを改善でき、応答性の向上もできるという効果
がある。それから、ピエゾ素子が偏向台の内部をくり貫
いて、このピエゾ素子の上端部が反射部の弾性ヒンジ部
の近傍に配置、接続されて変位を伝達する構成では、構
造が簡素であり、低コスト化も達成できる。

【００５１】また、一体構成の支持台、伝達部、弾性ヒ
ンジ部そしてアームからなる変位拡大・伝達機構部、こ
れらが偏向部とは別個に独立して、偏向部の中央部が
（コの字型に）くり貫かれた空間内に配置されてあり、
そのうえで反射部を駆動する構成によると、反射ミラー
の大きさに制限されることなく変位拡大率が設定でき
る。

【００５２】それから、圧電素子は比較的大きなヒステ
リシスを持っているので、反射部の湾曲する支点域には
歪ゲージを備えておき、これにより支点部に変位量を検
出させ、その検出信号を制御部にフィードバックしてや
ることによって、反射板の回転角度を精度よく制御する
ことができ、ヒステリシスの影響を受けない（若しくは
その影響が少ない）光ビーム偏向を可能にする効果があ
る。総じて以上のことから、本発明によると、簡素な構
造であり、組立も容易であり、小型で低コストであり、
しかも高速応答性も実現できる光ビーム偏向器を提供す
ることが出来た。

【００５３】次に、本発明のうち請求項１及び、請求項
６〜１１によると、変位発生のための圧電素子が反射板
の回転中心近傍に直接連結されてあり、その変位を拡大
・伝達する１組のみの変位拡大・伝達機構によって、反
射ミラーを駆動する構成であり、このために大きな変位
拡大率が達成できる。しかもこれは小型化が容易である
ので、低コスト化も実現できる。

【００５４】また、反射回転軸つまり、回転中心を、反
射板の中央に持ち反射ミラー表面の中央を回転中心とし
て反射ミラーの反射面が回動するように構成されている
ので、光ビームを反射ミラー中心に入射させることによ
り、光ビームの偏向中心を反射ミラー面上に位置させる
ことができ、しかも反射部の一端に支点を持つ偏向器の
ようなミラー面の移動によるビームシフトを生じたりし
ない。

【００５５】さらに、反射ミラーがピエゾ素子の駆動に
より回動したときの加速、減速による振動を防止するた
めに、ダンパーが反射板の縁に設けられているので、ダ
ンピングを改善でき、応答性の向上もできるという効果
がある。それから、ピエゾ素子が支持体上にフレームで
支持され、このピエゾ素子の上端部が反射板の弾性ヒン
ジ部の近傍に配置、接続されて変位を伝達する構成で
は、構造が簡素であり、低コスト化ができる。

【００５６】それから、圧電素子は比較的大きなヒステ
リシスを持っているので、反射板の湾曲する支点域に歪
ゲージを備えておき、これにより変位量を検出し、その
検出信号を制御部にフィードバックしてやることによっ
て、反射板の回転角度を精度良く制御することができ、
ヒステリシスの影響を受けない（若しくはその影響が少
ない）光ビーム偏向を可能にする効果がある。

【００５７】総じて本発明によると、簡素な構造であ
り、組立も容易であり、小型で低コストであり、しかも
高速応答性やビームシフト解消も実現できること、これ
らを満たす光ビーム偏向器を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光ビーム偏向器の概略
の構成を示す説明図である。（ａ）光ビーム偏向器１０の構成の反射ミラー１側から
の透視図。（ｂ）光ビーム偏向器１０の構成の側面側からの透視
図。

【図２】本発明の他の一実施例に係る光ビーム偏向器の
概略の構成を示す説明図である。（ａ）光ビーム偏向器１０の構成の反射ミラー１側から
の透視図。（ｂ）光ビーム偏向器１０の構成の側面側からの透視
図。

【図３】従来の技術に係わるビームシフトの様子を示す
説明図である。

【図４】従来の技術に係わる光ビーム偏向器の第１の例
について、その機構部の概略を示す説明図である。

【図５】従来の技術に係わる光ビーム偏向器の第２の例
について、その機構部の概略を示す説明図である。

【図６】従来の技術に係わる光ビーム偏向器の第２の例
について、その機構部の概略の構成を示す説明図であ
る。

【図７】従来の技術に係わる光ビーム偏向器の第２の例
について、概略の構成を示す説明図である。

【図８】従来の技術に係わる光ビーム偏向器の第２の例
について、反射ミラーの支持機構の概略を示す説明図で
ある。

【図９】本発明の別の一実施例に係る光ビーム偏向器の
概略の構成を示す説明図である。

【符合の説明】

１・・・反射ミラー２・・・偏向台３，３ａ，３ｂ，３ｃ・・・弾性ヒンジ部４・・・反射板４’・・・反射部５・・・ピエゾ素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ・・・ダンパー７・・・固定台８・・・歪ゲージＬＢ・・・光ビーム９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ・・・弾性ヒンジ部１０・・・偏向器１１・・・偏向部１２・・・変位拡大・伝達機構部１３・・・支持台１４・・・伝達部１５・・・アーム１６ａ，１６ｂ・・・ダンパー１７・・・基板１８・・・台１９・・・フレーム２０・・・回転軸２１・・・微調ネジ２２・・・ロードセル２３・・・リニアゲージ４０・・・差動増幅機４１・・・レバー４２・・・反力ばね４３・・・ブラケット４５・・・低速入力軸４６・・・ピストン４７・・・高速出力軸５１・・・偏向ミラー５２・・・ボールスクリュウ５３・・・圧電アクチュエータ５４・・・非接触式位置センサ５６・・・ボールねじ溝５７・・・シャフト５８・・・案内軸５９・・・孔６０，６１・・・ベアリング１０１・・・反射ミラー１０２・・・連結部１０３，１０４・・・アーム１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ・・・弾性ヒ
ンジ１０５・・・圧電素子１０６ａ，１０６ｂ・・・伝達部１０７ａ，１０７ｂ・・・弾性ヒンジ１０８・・・ミラー台１０９・・・光ビーム１１０・・・ガルバノミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームの方向を反射により変える反射ミ
ラーを備えた光ビーム偏向器において、（イ）反射域の
中央部を回動中心として反射域を回動可能に支持する機
構を持つ反射部、（ロ）該反射部を回動させる駆動源と
なる変位を発生させる圧電素子、（ハ）前記圧電素子に
信号を送信し、圧電素子の変位を制御する圧電素子制御
部、（ニ）該圧電素子の変位を拡大して該反射部に伝達
する変位拡大・伝達機構、以上の（イ）から（ニ）のそ
れぞれを具備することを特徴とする光ビーム偏向器。
【請求項２】前記変位拡大・伝達機構は、アーム状の伝
達部材があり、該伝達部材はそのアームの変位拡大率で
分割された位置に支点を持ち、該伝達部材の一方の端部
寄りに圧電素子が設けられ、該伝達部材の他方の端部側
は前記反射ミラーの一方の端部近傍に接触可能に／又は
接続して設けられてあることを特徴とする請求項１又は
２のいずれかに記載の光ビーム偏向器。
【請求項３】前記変位拡大・伝達機構は、前記反射ミラ
ーの支持部近傍に圧電素子が直接連設されてあり、その
変位を伝達することにより変位を拡大することを特徴と
する請求項１に記載の光ビーム偏向器。
【請求項４】前記反射ミラーの端部近傍に、反射ミラー
と支持台とによって挟持されたダンパーを具備すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ビー
ム偏向器。
【請求項５】前記反射ミラーの支持部に歪ゲージが備え
てあり、検出したそこの変位量データを前記圧電素子制
御部に送信するフィードバック部を具備することを特徴
とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光ビーム偏向
器。
【請求項６】前記変位拡大・伝達機構は、反射ミラーの
固定台と共に回動する回転軸を持つ伝達部材があり、該
回転軸の中心から外側に向かう半径上であり且つ変位拡
大・伝達機構の変位拡大率により決定される距離に位置
する箇所に該伝達部材の力点があり、該力点には圧電素
子が設けてあることを特徴とする請求項１に記載の光ビ
ーム偏向器。
【請求項７】前記伝達部材の回転軸の回転中心が必ず該
反射ミラー表面の面内に位置するよう、該反射ミラーの
固定台を凹型に設けてあることを特徴とする請求項１又
は６のいずれかに記載の光ビーム偏向器。
【請求項８】前記反射板の両端または一方の端に、反射
板と支持台とによって挟持されたダンパーを具備するこ
とを特徴とする請求項１、６又は７のいずれかに記載の
光ビーム偏向器。
【請求項９】歪ゲージが前記伝達部材の回転軸の湾曲す
るねじりヒンジ部に備えてあり、これにより検出した変
位量データを前記圧電素子制御部に送信するフィードバ
ック部を具備することを特徴とする請求項１又は、６乃
至８のいずれかに記載の光ビーム偏向器。
【請求項１０】ロードセルが前記圧電素子に重ねて備え
てあり、これにより検出した圧力データを前記圧電素子
制御部に送信するフィードバック部を具備することを特
徴とする請求項１又は、６乃至９のいずれかに記載の光
ビーム偏向器。
【請求項１１】リニアゲージセンサーが前記反射ミラー
の固定台の反射面と相対する面にセンサー先端が接触す
るように備えてあり、これにより検出した反射ミラーの
回転の変位量データを前記圧電素子制御部に送信するフ
ィードバック部を具備することを特徴とする請求項１又
は、６乃至１０のいずれかに記載の光ビーム偏向器。