[发明专利]光偏转器和使用光偏转器的光学仪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光偏转器和诸如图像形成装置或显示器的使用这种光偏转器的光学仪器。本发明的光偏转器适合用于例如基于光的偏转扫描来投影图像的投影显示器，或者图像形成装置如具有电子照相过程的激光束打印机或数字复印机。

背景技术

关于这种光偏转器，已经提出了各种类型的光扫描系统或光扫描仪，其中具有反射表面的活动元件正弦振荡以偏转光。与采用旋转多面镜(多面体镜)的光扫描系统相比，采用基于共振现象正弦振荡的光偏转器的光扫描系统具有以下优点。即：光偏转器的尺寸可以做得非常小；功耗很低；尤其是用Si单晶体制造并通过半导体过程生产的光偏转器在理论上不存在金属疲劳并具有良好的耐久性。

利用共振现象的光偏转器的例子是如图8所示的致动器(参见专利文献1)。

在图8中，用100一般表示的该致动器包括第一质量构件1、第二质量构件2和一对支撑构件3。这些部件都例如由硅制成。光反射元件21设置在致动器的第二质量构件2的表面。如图8所示，致动器100具有一对第一弹性耦合构件4，用于将第一质量构件1与支撑构件3耦合，以便第一质量构件相对于支撑构件3进行枢轴运动。此外，致动器还具有一对第二弹性耦合构件5，用于将第一质量构件1与第二质量构件2耦合，以便第二质量构件2相对于第一质量构件1进行枢轴运动。用6表示相对衬底。

所述两个自由度的振荡类型致动器具有其中第一和第二质量构件1、2的振幅很大的两个共振频率(固有振荡模式)，以及其中第一质量构件1的振幅近似等于0的一个反共振频率(固有振荡模式)。在上述结构的致动器中，通过利用用于驱动的两个频率中的较低频率，可以使第二质量构件2的位移角(旋转角)很大，同时保持第一质量构件1的振幅很小。

一些基于共振现象的光偏转器利用同时激励扭转振荡方向上的两个或更多固有振荡模式以执行不同于正弦波光扫描的光扫描的方法(参见专利文献2)。

图9是用于说明这种光偏转器的平面图。平面形状的活动元件1001在其顶部和底部受到两个扭转弹簧1011a和1011b的支撑，如图9所示。框架形的活动元件1002向内支撑这些扭转弹簧1011a和1011b，同时如图9所示其顶部和底部由两个扭转弹簧1012a和1012b支撑。框架形的支撑框架1021向内支撑扭转弹簧1012a和1012b。活动元件1001、1002和扭转弹簧1011、1012具有两个频率比为1∶2的固有振荡模式。通过同时激励这两个模式，通过类似锯齿波的振荡来驱动光偏转器，而且提供角速度变化小的光扫描。1000表示平板构件，1041表示永久磁体。

(专利文献)

1：日本专利申请公开No.2005-099760和对应的美国专利申请公开No.2005/088715(A1)

2：日本专利申请公开No.2005-208578和对应的美国专利申请公开No.2006/152785(A1)

发明内容

在激光束打印机等的电子照相过程中，由激光束扫描感光构件以便在该感光构件上形成图像。在用具有多个活动元件和多个扭转弹簧的光偏转器来执行具有大位移角的光扫描的情况下，期望多个固有振荡模式具有期望的关系，而且位移角是稳定的。但是，在具有多个活动元件和多个扭转弹簧的光偏转器中，由于过程精度的离差等原因，不容易将多个固有振荡模式设置为期望的关系。此外，如果光偏转器的位移角因为空气阻力等原因而很大，则不容易保持位移角的稳定。

根据本发明的一个方面，提供了一种光偏转器，包括：支撑构件；具有光偏转元件的第一活动元件；至少一个第二活动元件；至少一个配置为支撑所述第一和第二活动元件的第一扭转弹簧，用于围绕振荡轴的扭转振荡；至少一个配置为支撑所述第二活动元件和所述支撑构件的第二扭转弹簧，用于围绕振荡轴的扭转振荡；以及配置为向所述第一和第二活动元件中的至少一个施加驱动力的驱动系统；其中所述第二活动元件对所述振荡轴的转动惯量大于所述第一活动元件对所述振荡轴的转动惯量，其中所述第二活动元件在垂直于振荡轴的方向上的长度等于或小于所述第一活动元件在垂直于振荡轴的方向上的长度。

根据本发明的另一方面，提供了一种光学仪器，包括：光源；上述光偏转器；以及感光构件和图像显示构件之一；其中所述光偏转器配置为偏转来自所述光源的光，并将被偏转的光的至少一部分引向所述感光构件或图像显示构件。