專利名稱：執(zhí)行器、光掃描器以及圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及執(zhí)行器(actuator)、光掃描儀以及圖像形成裝置。
背景技術(shù)：
作為在激光打印機(jī)等中所使用的光掃描器，公知有通過微細(xì)加工(micro machining)技術(shù)對Si基板進(jìn)行加工而制造了的、采用了具有扭振子的結(jié)構(gòu)體的光掃描器。 采用了這種結(jié)構(gòu)體的光掃描器具有能夠比多邊形反射鏡(# 'J ^ > 7 -)更高速地進(jìn)行 光掃描的優(yōu)點。例如，專利文獻(xiàn)1所涉及的執(zhí)行器，將板狀的反射鏡通過1對彈簧部來雙夾持支 撐，各彈簧部在其中途分支，在其分支部分設(shè)置有壓電體。在這樣的執(zhí)行器中，通過對各壓 電體施加電壓，從而一邊使分叉部分彎曲變形而使1對彈簧部整體扭曲(振Λ )變形，一邊 使反射鏡轉(zhuǎn)動。然而，在這樣的執(zhí)行器中，僅僅將沿著1對彈簧部的1軸作為轉(zhuǎn)動中心軸而使反射 鏡轉(zhuǎn)動。因此，當(dāng)將這樣的執(zhí)行器用作光掃描器時，只能在主掃描或副掃描的某一個方向上 掃描光。因而，為了進(jìn)行主掃描及副掃描，需要兩個執(zhí)行器，導(dǎo)致高成本和大型化。專利文獻(xiàn)1 特開2004-191953號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低成本和小型化，而且能夠使質(zhì)量部 圍繞彼此正交的2軸的各軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動的執(zhí)行器、光掃描器以及圖像形成裝置。通過下述的本發(fā)明，達(dá)到這樣的目的。本發(fā)明的執(zhí)行器，具有振動部，其具有質(zhì)量部和支撐所述質(zhì)量部的1對彈性部； 至少1對梁部，其支撐所述振動部；壓電元件，其接合在所述各梁部上；電壓施加機(jī)構(gòu)，其對 所述各壓電元件施加電壓，并構(gòu)成為，通過所述電壓施加機(jī)構(gòu)對所述各壓電元件施加電壓， 從而使所述各梁部彎曲變形，并與此相伴地驅(qū)動所述振動部，所述電壓施加機(jī)構(gòu)，具有第 一電壓發(fā)生部，其產(chǎn)生以第一頻率周期性變化的第一電壓；第二電壓發(fā)生部，其產(chǎn)生以不同 于所述第一頻率的第二頻率周期性變化的第二電壓；和電壓疊加部，其疊加所述第一電壓 與所述第二電壓，通過將用所述電壓疊加部疊加后的電壓施加于所述各壓電元件，從而使 所述質(zhì)量部一邊圍繞沿著所述1對彈性部的第一軸線以所述第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞 與所述第一軸線正交的第二軸線以所述第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。由此，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低成本和小型化，而且能夠使質(zhì)量部圍繞彼此正交的2軸的 各軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，所述電壓施加機(jī)構(gòu)，構(gòu)成為所述第一電壓發(fā)生部產(chǎn)生相位彼此偏移了 180°的兩種所述第一電壓，所述電壓疊加部疊加所述各第一電壓和 所述第二電壓，將用所述電壓疊加部疊加后的2個電壓，與1對的所述壓電元件相對應(yīng)地進(jìn) 行施加。由此，能夠以比較簡單的結(jié)構(gòu)使質(zhì)量部一邊圍繞沿著一對彈性部的第一軸線以第 一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動、一邊圍繞第二軸線以第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，所述振動部具有框體，所述框體被所述至少一對梁 部支撐，并且介由所述1對彈性部支撐所述質(zhì)量部，并以包圍所述質(zhì)量部的外周的方式形 成為框狀。由此，能夠以更低電力且更順利地使使質(zhì)量部一邊圍繞沿著一對彈性部的第一軸 線以第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動、一邊圍繞第二軸線以第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，將所述梁部，夾置著所述振動部，在所述振動部兩 側(cè)分別設(shè)置1對。由此，能夠更順利地使使質(zhì)量部一邊圍繞沿著一對彈性部的第一軸線以第一頻率 進(jìn)行轉(zhuǎn)動、一邊圍繞第二軸線以第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，所述質(zhì)量部形成為板狀，并設(shè)置為在俯視所述質(zhì) 量部時使所述2對梁部相對于所述質(zhì)量部的中心成為點對稱。由此，能夠以更簡單的結(jié)構(gòu)且更順利地使質(zhì)量部一邊圍繞沿著一對彈性部的第一 軸線以第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動、一邊圍繞第二軸線以第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，所述各梁部形成長方形形狀，所述各壓電元件沿著 對應(yīng)的所述梁部的長邊方向延伸，且在其延伸方向上伸縮，由此使所述梁部彎曲變形。由此，能夠以更低電壓且更大的轉(zhuǎn)動角使質(zhì)量部一邊圍繞沿著一對彈性部的第一 軸線以第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動、一邊圍繞第二軸線以第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。 在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，所述各梁部與所述第一軸線平行地延伸。由此，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器的小型化，而且能夠加大質(zhì)量部的轉(zhuǎn)動角。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，所述各壓電元件，橫跨對應(yīng)的所述梁部的長邊方向 上的大致整個區(qū)域而設(shè)置。由此，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器的小型化，而且能夠加大質(zhì)量部的轉(zhuǎn)動角。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，所述第一頻率比所述第二頻率大。由此，能夠更可靠且更順利地使質(zhì)量部一邊圍繞沿著一對彈性部的第一軸線以第 一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動、一邊圍繞第二軸線以第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，優(yōu)選為，所述第一頻率，與由所述質(zhì)量部和所述振動部構(gòu)成 的振動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振頻率一致。由此，由于能夠使質(zhì)量部圍繞沿著一對彈性部的第一軸線進(jìn)行共振驅(qū)動，因此能 夠以低電力大幅度轉(zhuǎn)動質(zhì)量部。在本發(fā)明的執(zhí)行器中，所述質(zhì)量部優(yōu)選具備具有光反射性的光反射部。由此，能夠?qū)⒈景l(fā)明的執(zhí)行器適用于光掃描器、光開關(guān)、光增益控制器等光學(xué)設(shè)備 中。本發(fā)明的光掃描器具有振動部，其具有質(zhì)量部和支撐所述質(zhì)量部的1對彈性部， 其中，所述質(zhì)量部具備具有光反射性的光反射部；
至少1對梁部，其支撐所述振動部且能夠彎曲變形；壓電元件，其接合在所述各梁部上；電壓施加機(jī)構(gòu)，其對所述各壓電元件施加電壓，并且構(gòu)成為，通過所述電壓施加機(jī)構(gòu)對所述各壓電元件施加電壓，使所述各梁部 彎曲變形，而與此相伴地驅(qū)動所述振動部，從而使由所述光反射部反射后的光進(jìn)行掃描，所述電壓施加機(jī)構(gòu)，具有第一電壓發(fā)生部，其產(chǎn)生以第一頻率周期性變化的第一 電壓；第二電壓發(fā)生部，其產(chǎn)生以不同于所述第一頻率的第二頻率周期性變化的第二電壓； 和電壓疊加部，其疊加所述第一電壓與所述第二電壓；將用所述電壓疊加部疊加后的電壓 施加給所述各壓電元件，從而使所述質(zhì)量部一邊圍繞沿著所述1對彈性部的第一軸線以所 述第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞與所述第一軸線正交的第二軸線以所述第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn) 動。由此，能夠用1個光掃描器進(jìn)行主掃描和副掃描，結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的小型化。本發(fā)明的圖像形成裝置，具有動部，其具有質(zhì)量部和支撐所述質(zhì)量部的1對彈性 部，其中，所述質(zhì)量部具備具有光反射性的光反射部；至少1對梁部，其支撐所述振動部且 能夠彎曲變形；壓電元件，其接合在所述各梁部上；電壓施加機(jī)構(gòu)，其對所述各壓電元件施 加電壓；和光照射部件，其向所述光反射部照射光，并構(gòu)成為，通過所述電壓施加機(jī)構(gòu)對所 述各壓電元件施加電壓，使所述各梁部彎曲變形，而與此相伴地驅(qū)動所述振動部，從而使由 所述光反射部反射后的光在對象物上形成圖像，所述電壓施加機(jī)構(gòu)，具有第一電壓發(fā)生 部，其發(fā)生以第一頻率周期性變化的第一電壓；第二電壓發(fā)生部，其發(fā)生以不同于所述第一 頻率的第二頻率周期性變化的第二電壓；和電壓疊加部，其疊加所述第一電壓和所述第二 電壓，將用所述電壓疊加部疊加后的電壓施加給所述各壓電元件，從而使所述質(zhì)量部一邊 圍繞沿著所述1對彈性部的第一軸線以所述第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞與所述第一軸線 正交的第二軸線以所述第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。由此，能夠用1個光掃描器進(jìn)行主掃描和副掃描，結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的小型化。


圖1是表示與本發(fā)明的實施方式相關(guān)的執(zhí)行器的俯視圖。圖2的(a)是圖1中的A-A線剖視圖、(b)是圖1中的B-B線剖視圖。圖3是圖1中的C-C線剖視圖。圖4是表示圖1所示的執(zhí)行器的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是表示圖4所示的第一電壓發(fā)生部和第二電壓發(fā)生部中的發(fā)生電壓的一個例 子的6是表示本發(fā)明的圖像形成裝置(成像顯示器)的一個例子的概略圖。圖7是表示圖6所示的圖像形成裝置的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。圖中1_執(zhí)行器；2-基體；21-振動部；211-質(zhì)量部；212、213_彈性部；214-框體； 215-光反射部；22、23、24、25_梁部；26-支撐部；3-支撐基板；31-開口部分；41、42、43、 44-壓電元件；5-電源電路；51-第一電壓發(fā)生部；52-第二電壓發(fā)生部；53-電壓疊加部； 531、532、533、534_加法器；6、6A_控制部；7-光照射裝置；71、72、73_光源；74-交叉二向色 棱鏡(夕口 7夕··〗夕口〗^夕·； ^；' Λ ) ；75-反射鏡；76-透鏡；81、82、83_驅(qū)動驅(qū)動器；9-屏幕；10-圖像形成裝置；X-第一軸線；Y-第二軸線。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的執(zhí)行器、了)午工工一夕:actuator)的優(yōu)選實施方 式進(jìn)行說明。圖1是表示與本發(fā)明的實施方式相關(guān)的執(zhí)行器的俯視圖，圖2是圖1中的A-A線剖 視圖以及B-B線剖視圖，圖3是圖1中的C-C線剖視圖，圖4是表示圖1所示的執(zhí)行器的控 制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖，圖5是表示圖4所示的第一電壓發(fā)生部和第二電壓發(fā)生部中的發(fā)生 電壓的一個例子的圖，圖6是表示對圖1所示的執(zhí)行器的各壓電元件施加的電壓的一個例 子的圖。此外，以下為了便于說明，將圖1中的紙面跟前側(cè)稱為“上”、紙面向里側(cè)稱為“下”、 右側(cè)稱為“右”、左側(cè)稱為“左”；將圖2和圖3中的上側(cè)稱為“上”、下側(cè)稱為“下”、右側(cè)稱為 “右”、左側(cè)稱為“左”。如圖1 圖3所示，執(zhí)行器1，具有基體2，其具有包含1自由度振動系統(tǒng)的振動 部21 ；和支撐基體2的支撐基板3。并具有用于驅(qū)動基體2的振動部21的壓電元件41、42、 43,440基體2具有包含1自由度振動系統(tǒng)的振動部21 ；支撐該振動部21的2對梁部 22、23、24、25 ；和支撐部26，其介由這些梁部22、23、24、25支撐振動部21。振動部21具有質(zhì)量部211 ；雙夾支撐該質(zhì)量部211的1對彈性部212、213 ；和支 撐1對彈性部212、213的框體214。質(zhì)量部211，形成為板狀(在本實施方式中圓板狀)，在其上面(與支撐基板3相 反一側(cè)的面)附近具備具有光反射性的光反射部(反射鏡部)215。藉此，能夠?qū)?zhí)行器1 適用于光掃描器、光增益控制器(r 〃〒+—夕Attenuator)、光開關(guān)等光設(shè)備中。這樣的質(zhì)量部211介由1對彈性部212、213被框體214支撐?？蝮w214按照包圍質(zhì)量部211的外周的方式形成框狀(在本實施方式中大致四邊 環(huán)狀)。也就是框體214形成框狀，在其內(nèi)側(cè)以相對于質(zhì)量部211離開的狀態(tài)設(shè)置有質(zhì)量部 211。1對彈性部212、213分別按照使質(zhì)量部211相對于框體214可旋動的方式聯(lián)結(jié)。 更具體而言，1對彈性部212、213能夠彈性變形，各自形成長方形形狀，并且以彼此同軸的 方式設(shè)置，并且對質(zhì)量部211進(jìn)行雙夾支撐。這樣的1對彈性部212、213，通過以它們?yōu)檗D(zhuǎn) 動中心軸而圍繞第一軸線X扭曲變形，能夠使質(zhì)量部211相對于框體214轉(zhuǎn)動。也就是說， 振動部21具有由質(zhì)量部211和1對彈性部212、213構(gòu)成的1自由度振動系統(tǒng)。這樣的振動部21的框體214，介由2對梁部22、23、24、25而被支撐部26支撐。也 就是框體214和2對梁部22、23、24、25構(gòu)成振動系統(tǒng)。關(guān)于2對梁部22、23、24、25，介由振動部21，在一方側(cè)設(shè)置1對梁部22、23，而在另 一方側(cè)設(shè)置一對梁部24、25。并且，這些梁部22、23、24、25，設(shè)置為在俯視振動部21的質(zhì)量部211時，相對于質(zhì) 量部211的中心成為點對稱。支撐部26形成為包圍上述的振動部21的外周。并且，1對梁部22、23分別聯(lián)結(jié)振動部21(更具體而言，框體214)與支撐部26。與此同樣，1對梁部24、25分別聯(lián)結(jié)振動部21 (更具體而言，框體214)與支撐部26。各梁部22、23、24、25能夠彈性變形，具有長方形形狀，并且與質(zhì)量部211的轉(zhuǎn)動中 心軸X平行地延伸。在這樣的2對梁部22、23、24、25中，通過使梁部22、25與梁部23、24 在彼此相反的方向上彎曲變形，能夠使框體214圍繞第二軸線(轉(zhuǎn)動中心軸)Y進(jìn)行轉(zhuǎn)動， 另外，通過使梁部22、23與梁部24、25在彼此相反的方向上彎曲變形，能夠使框體214圍繞 第一軸線X進(jìn)行轉(zhuǎn)動。具有這樣的振動部21的基體2例如以硅為主材料構(gòu)成，振動部21和梁部22、23、 24、25和支撐部26—體形成。并且，為了驅(qū)動這樣的振動部21，在梁部22上設(shè)置有壓電元件41，在梁部23上設(shè) 置有壓電元件42，在梁部24上設(shè)置有壓電元件43，在梁部25上設(shè)置有壓電元件44。在此，壓電元件41、42與壓電元件42、43如同上述的1對梁部22、23與1對梁部 24,25之間的關(guān)系，設(shè)置為在俯視振動部21的質(zhì)量部211時相對質(zhì)量部211的中心成為點 對稱。以下，以壓電元件41、42為代表進(jìn)行了詳細(xì)的描述，對壓電元件43、44而言，與壓電 元件41、42同樣。壓電元件41構(gòu)成為接合在梁部22上表面，并且以在梁部22的長邊方向上伸縮。 由此，壓電元件41通過其伸縮，能夠使梁部22在上下方向上扭曲變形。另外，壓電元件42 構(gòu)成為接合在梁部23上表面，并且在梁部23的長邊方向上伸縮。由此，壓電元件42通過 其伸縮，使梁部23在上下方向上扭曲變形。換言之，壓電元件41沿著梁部22的長邊方向延伸，并且在其延伸方向上伸縮，從 而使梁部22扭曲變形。由此，能夠以比較簡單的結(jié)構(gòu)，更可靠地由壓電元件41使梁部22扭 曲變形。與此同樣，壓電元件42沿著梁部23的長邊方向延伸，并且在其延伸方向上伸縮， 從而使梁部23扭曲變形。由此，能夠以比較簡單的結(jié)構(gòu)，更可靠地由壓電元件42使梁部23 扭曲變形。這樣的壓電元件41、42雖然均未圖示，但是各自例如具有的以壓電材料為主材料 而構(gòu)成的壓電體層和夾持該壓電體層的1對電極。作為該壓電材料例如能夠采用氧化鋅、氮化鋁、鉭酸鋰(夕 > 夕 > 酸U f々A )、 鈮酸鋰(二才義酸丨J f々Λ )、鈮酸鉀(二才7、·酸力丨J々Λ )、鈦鋯酸鉛(f夕 >酸夕> ->鉛？210、鈦酸鋇(” > 酸〃 U勺A )、以及其他各種材料，而且能夠組合這些材料中的 一種或兩種以上，尤其優(yōu)選壓電材料為以氧化鋅、氮化鋁、鉭酸鋰、鈮酸鋰、鈮酸鉀以及鈦鋯 酸鉛中的至少一種為主的材料。通過用這樣的材料構(gòu)成壓電元件41的壓電體層，能夠以更 高的頻率驅(qū)動執(zhí)行器1。另外，壓電元件41設(shè)置為覆蓋梁部22的大致整個上表面。從而，壓電元件41設(shè) 置于在梁部22的長邊方向上的大致整個區(qū)域。由此，通過壓電元件41的動作，能夠使梁部 22較大幅度地扭曲變形。與此同樣，壓電元件42設(shè)置為覆蓋梁部23的大致整個上面。從 而，壓電元件42設(shè)置于在梁部23的長邊方向上的大致整個區(qū)域。由此，通過壓電元件42 的動作，能夠使梁部23大幅度扭曲變形。由于這樣的壓電元件41、42均設(shè)置在基體2的上表面，因此如果這樣的壓電元件 41、42按照交替進(jìn)行相互伸縮動作(一方伸張、另一方收縮)的方式動作，則能夠使1對梁 部22、23在彼此相反的方向上扭曲變形。
壓電元件43、44構(gòu)成為與上述的壓電元件41、42同樣。由于這樣的壓電元件43、 44與上述的壓電元件41、42同樣，均置在基體2上表面，因此如果按照交替進(jìn)行相互伸縮動 作(一方伸張、另一方收縮)的方式動作，則能夠使1對梁部24、25在彼此相反的方向上扭 曲變形。這樣的壓電元件41、42、43、44，介由未圖示的布線，與后面敘述的電源電路4連接 (參照圖5)，并接受電力供給。此外，對于電源電路5將在后面詳細(xì)敘述。用于支撐如上所述的基體2的支撐基板3例如以玻璃或硅為主材料構(gòu)成，并且接 合在基體2。此外，支撐基板3和基體2也可介由例如以玻璃、硅或SiO2為主材料構(gòu)成的接 合層而接合。在支撐基板3，如圖2和圖3所示那樣，在對應(yīng)振動部21的部分形成有開口部分 31。該開口部分31，構(gòu)成了防止在振動部21振動時與支撐基板3接觸的避開部分。 通過設(shè)置開口部分(避開部分)31，一邊防止執(zhí)行器1整體的大型化、一邊能夠?qū)⒄駝硬?21 (質(zhì)量部211或框體214)的振動角(振幅)設(shè)定成更大。此外，如上所述的避開部分只要是能夠充分發(fā)揮上述效果的結(jié)構(gòu)，不一定在支撐 基板3下表面(與振動部21相反側(cè)的面)開放(開口)。也就是說，避開部分能夠由形成 于支撐基板3上表面的凹部來構(gòu)成。在此，根據(jù)圖4和圖5，說明對壓電元件41、42、43、44施加電壓的電壓施加機(jī)構(gòu)即 電源電路5。如圖4所示，電源電路5，具有第一電壓發(fā)生部51，其產(chǎn)生用于使質(zhì)量部211圍繞 第一軸線X轉(zhuǎn)動的第一電壓；第二電壓發(fā)生部52，其產(chǎn)生用于使質(zhì)量部211圍繞第二軸線 Y轉(zhuǎn)動的第二電壓；和電壓疊加部53，其將第一電壓和第二電壓疊加而施加給壓電元件41、 42、43、44。如圖5(a) (d)的右側(cè)所示，第一電壓發(fā)生部51發(fā)生以周期T1周期性變化的電 壓(水平掃描用電壓)。也就是第一電壓發(fā)生部51發(fā)生以第一頻率(1/ \)來周期性變化 的兩種電壓V11、V12。 更具體而言，第一電壓發(fā)生部51，發(fā)生如圖5 (a)、(b)的右側(cè)所示那樣以周期T1周 期性變化的第一電壓V11,作為分別施加給壓電元件41、42的水平掃描用電壓(水平掃描驅(qū) 動信號)。第一電壓V11形成如正弦波這樣的波形。因此，執(zhí)行器1能夠有效地主掃描光。此 外，第一電壓V11的波形不限于此。在此，第一頻率(1/1\)只要是適于水平掃描的頻率即可，并沒有特別限定，但是優(yōu) 選為10 40kHz。另外，第一頻率優(yōu)選設(shè)定為與由質(zhì)量部211和彈性部212、213構(gòu)成的振 動系統(tǒng)的扭曲共振頻率大致一致。也就是說，優(yōu)選設(shè)計成，由質(zhì)量部211和彈性部212、213 構(gòu)成的振動系統(tǒng)的扭曲共振頻率成為適于水平掃描的頻率。另外，第一電壓發(fā)生部51，產(chǎn)生如圖5(c)、(d)的右側(cè)所示那樣，以周期T1周期性 變化的第一電壓V12，作為分別施加給壓電元件43、44的水平掃描用電壓(水平掃描驅(qū)動信 號)。該第一電壓V12與第一電壓V11同一波形，但是相對于第一電壓V11相位偏移了 180°。一方面，如圖5(a) (d)的左側(cè)所示，第二電壓發(fā)生部52，產(chǎn)生以不同于周期T1的周期T2周期性變化的電壓(垂直掃描用電壓)。也就是說，第二電壓發(fā)生部52發(fā)生以不 同于第一頻率(1/ \)的第二頻率(1/Τ2)來周期性變化的第2電壓V21、V22。更具體而言，第二電壓發(fā)生部52發(fā)生如圖5(a)、(c)的左側(cè)所示那樣以不同于周 期1\的周期T2來周期性變化的第二電壓V21，作為分別施加給壓電元件41、43的垂直掃描 用電壓(垂直掃描驅(qū)動信號)。第二電壓V21形成如鋸齒波這樣的波形。因此，執(zhí)行器1能夠有效地對光進(jìn)行副掃 描。此外，第二電壓V21的波形不限于此。在此，第二頻率(1/T2)只要是與第一頻率(1/ \)不同，并且適于垂直掃描的頻率 即可，并沒有特別限定，但是優(yōu)選為比第一頻率(1/ \)小。也就是周期T2比周期T1長。另外，第二頻率(1/Τ2)優(yōu)選為40 80Hz (60Hz左右)。由此，以適于顯示器的描 繪的頻率，使質(zhì)量部211圍繞彼此垂直的2軸(第一軸線X和第二軸線Y)的各軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動。另外，第二電壓發(fā)生部51發(fā)生如圖(b)、(d)的左側(cè)所示那樣以周期T2來周期性 變化的第二電壓V22，作為分別施加給壓電元件42、44的垂直掃描用電壓(垂直掃描驅(qū)動信 號)。該第二電壓V22是將第二電壓V21相對于某基準(zhǔn)電壓反轉(zhuǎn)后的同一波形。這樣的第一電壓發(fā)生部51和第二電壓發(fā)生部52，分別與控制部(同步信號生成電 路)6連接，并根據(jù)來自該控制部6的信號進(jìn)行驅(qū)動。在這樣的第一電壓發(fā)生部51和第二電壓發(fā)生部52連接有電壓疊加部53。該電壓 疊加部53具有用于對壓電元件41施加電壓的加法器531 ；用于對壓電元件42施加電壓 的加法器532 ；用于對壓電元件43施加電壓的加法器533 ；和用于對壓電元件44施加電壓 的加法器534。加法器531，從第一電壓發(fā)生部51接受第一電壓V11，從第二電壓發(fā)生部52接受第 二電壓V21，并且將它們疊加而施加給壓電元件41。另外，加法器532，從第一電壓發(fā)生部51接受第一電壓V11,從第二電壓發(fā)生部52 接受第二電壓V22，并且將它們疊加而施加給壓電元件42。另外，加法器533從第一電壓發(fā)生部51接受第一電壓V12，從第二電壓發(fā)生部52接 受第二電壓V21，并且將它們疊加而施加給壓電元件43。另外，加法器534從第一電壓發(fā)生部51接受第一電壓V12，從第二電壓發(fā)生部52接 受第二電壓V22，并且將它們疊加而施加給壓電元件44。以上那樣的結(jié)構(gòu)的執(zhí)行器1通過以下方式進(jìn)行驅(qū)動。例如，將如圖5(a)所示的電壓V11和V21疊加而施加給壓電元件41，并且將如圖 5(b)所示的電壓V11和V22疊加而施加給壓電元件42。與此同步，將如圖5(c)所示的電壓 V12和V21疊加而施加給壓電元件43，并且將如圖5(d)所示的電壓V12和V22疊加而施加給 壓電元件44。于是，一邊以第一頻率(1/ \)交替地重復(fù)使壓電元件41、42伸張并使壓電元件 43、44收縮的狀態(tài)和使壓電元件41、42收縮并使壓電元件43、44伸張的狀態(tài)，一邊以第二頻 率(1/Τ2)交替地重復(fù)使壓電元件41、43伸張并使壓電元件42、44收縮的狀態(tài)和使壓電元 件41、43收縮并使壓電元件42、44伸張的狀態(tài)。換言之，一邊以第二頻率(1/Τ2)使壓電元件42、44的可伸縮范圍(可變位的長度) 相對于壓電元件41、43的可伸縮范圍(可變位的長度)之比變化，一邊以第一頻率(1/ \)使壓電元件41、42與壓電元件43、44在彼此相反的方向上伸張。通過壓電元件41 44這樣工作，在各梁部22、23、24、25主要彎曲變形的同時，質(zhì) 量部211圍繞第一軸線X以第一頻率(1/ \)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(振動)，并且圍繞第二軸線Y以第 二頻率(1/Τ2)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(振動)。如上那樣，對執(zhí)行器1而言，通過將由電壓疊加部53疊加后的電壓施加給各壓電 元件41、42、43、44，使質(zhì)量部211圍繞沿著1對彈性部212、213的第一軸線X以第一頻率 (IA1)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，并且圍繞與第一軸線X正交(直交)的第二軸線Y以第二頻率(1/Τ2)進(jìn) 行轉(zhuǎn)動。由此，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低成本和小型化，而且能夠使質(zhì)量部211圍繞彼此正交的2軸 的各軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動。特別是，由于能夠減少作為驅(qū)動源的壓電元件的數(shù)量(在本實施方式中4個)，因 此能夠?qū)崿F(xiàn)簡單且小型的結(jié)構(gòu)。另外，通過適宜變更第一電壓和第二電壓，能夠獲得期望的振動特性，而不會變更 基體2或壓電元件41、42、43、44的設(shè)計。另外，按照包圍質(zhì)量部211的外周的方式形成框狀的框體214被2對梁部22、23、 24,25進(jìn)行支撐，并且介由1對彈性部212、213支撐質(zhì)量部211，因此以更低電力且更順利 地使質(zhì)量部211 —邊圍繞沿著1對彈性部212、213的第一軸線X以第一頻率(1/ \)進(jìn)行 轉(zhuǎn)動、一邊圍繞第二軸線Y以第二頻率(1/Τ2)進(jìn)行轉(zhuǎn)動。再有，由于介由上述振動部在上述振動部兩側(cè)分別設(shè)置1對梁部，因此能夠更順 利地使質(zhì)量部一邊圍繞沿著1對彈性部的軸線X以第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞第二軸線 以第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動。另外，由于設(shè)置為在俯視質(zhì)量部211時2對梁部22、23、24、25相對于質(zhì)量部211的 中心而呈點對稱，因此以更簡單的結(jié)構(gòu)且更順利地，使質(zhì)量部211 —邊圍繞沿著1對彈性部 212,213的第一軸線X以第一頻率(1/ \)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞第二軸線Y以第二頻率(1/ T2)進(jìn)行轉(zhuǎn)動。再有，由于各壓電元件41、42、43、44沿著對應(yīng)的梁部22、23、24、25的長邊方向延 伸，且在其延伸方向上伸縮，從而使梁部22、23、24、25彎曲變形，所以，能夠以更低電壓且 更大的轉(zhuǎn)動角使質(zhì)量部211 —邊圍繞沿著1對彈性部212、213的第一軸線X以第一頻率 (IA1)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞第二軸線Y以第二頻率(1/Τ2)進(jìn)行轉(zhuǎn)動。另外，由于各梁部22、23、24、25與第一軸線X平行地延伸，因此不僅能夠使執(zhí)行器 1成為更小型的執(zhí)行器，而且能夠加大質(zhì)量部211的轉(zhuǎn)動角。再有，由于各壓電元件41、42、43、44設(shè)置于在對應(yīng)的梁部22、23、24、25的長邊方 向上的大致整個區(qū)域，因此不僅能夠使執(zhí)行器1成為進(jìn)一步小型的執(zhí)行器，而且能夠加大 質(zhì)量部211的轉(zhuǎn)動角。如上所述的執(zhí)行器1能夠適宜地應(yīng)用于例如在激光打印機(jī)、條形碼讀出器、激光 掃描共焦顯微鏡、成像用顯示器(imaging display)等圖像形成裝置中所具備的光掃描器。在此，根據(jù)圖6和圖7，作為圖像形成裝置的一個例子，說明將執(zhí)行器1用作成像用 顯示器的光掃描器的情況。圖6是表示本發(fā)明的圖像形成裝置(成像顯示器)的一個例子的概略圖，圖7是表示圖6所示的圖像形成裝置的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。如圖6所示，圖像形成裝置10，具備作為光掃描器的執(zhí)行器1和對該執(zhí)行器1照射 光的光照射裝置7，通過用執(zhí)行器1對來自光照射裝置7的光進(jìn)行主掃描及副掃描，在屏幕 9上形成(描繪)圖像。此外，屏幕9既可為在圖像形成裝置10的主體所具備的部分，也可為獨立的部分。 另外，既可向屏幕9的表面(目視識別側(cè)的面)照射來自光照射裝置7的光而進(jìn)行顯示，也 可對屏幕9的背面(與目視識別側(cè)相反側(cè)的面)照射來自光照射裝置7的光，并使之透過 表面而進(jìn)行顯示。如圖7所示，光照射裝置7具有R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))3色的光源71、72、73 ；交 叉二向色棱鏡(夕口、夕’4 夕口 4 ？夕 7° ))文 h =Cross Dichroic Prism) (X 棱鏡)74 ；鏡 75 ；和透鏡76。光源71，發(fā)出紅色光，與用于驅(qū)動光源71的光源驅(qū)動器81連接。另外，光源72發(fā) 出綠色光，與用于驅(qū)動光源72的光源驅(qū)動器82連接。另外，光源73發(fā)出藍(lán)色光，與用于驅(qū) 動光源73的光源驅(qū)動器83連接。各驅(qū)動驅(qū)動器81、82、83與控制部6Α連接，并根據(jù)來自該控制部6Α的信號而工 作。在此，控制部6Α收到來自未圖示的主計算機(jī)的圖像信息(圖像信號)，根據(jù)該圖像信 息，使各驅(qū)動驅(qū)動器81、82、83工作。另外，控制部6Α根據(jù)由未圖示的檢測部件檢測出的執(zhí) 行器1 (質(zhì)量部211)的舉動信息，來控制電源電路5的驅(qū)動。對這樣的圖像形成裝置10而言，從光源71、72、73介由交叉二向色棱鏡74、鏡75 和透鏡76對執(zhí)行器1(光反射部215)照射各種顏色的光。此時，將來自光源71的紅色光、 來自光源72的綠色光、來自光源73的藍(lán)色光，通過交叉二向色棱鏡74合成。另外，從各種 顏色的光源71、72、73輸出的光強(qiáng)度與從未圖示的主計算機(jī)收到的圖像信息對應(yīng)地變化。并且，由光反射部215反射后的光(3色合成光)照射在屏幕197上。此時，通過執(zhí)行器1的質(zhì)量部211圍繞第一軸線X轉(zhuǎn)動，而使得由光反射部215反 射后的光在屏幕9的橫方向上被掃描(主掃描)。另一方面，通過執(zhí)行器1的質(zhì)量部211圍 繞第二軸線Y轉(zhuǎn)動，而使得由光反射部215反射后的光在屏幕9的縱方向上被掃描(副掃 描)O通過這樣，圖像形成裝置10在屏幕9上進(jìn)行圖像形成(描繪)。對這樣的圖像形 成裝置10而言，僅設(shè)置一個執(zhí)行器1，也能夠進(jìn)行2維掃描即主掃描(水平掃描)及副掃描 (垂直掃描)，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本和小型化。以上，根據(jù)圖示的實施方式，對本發(fā)明的執(zhí)行器進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不限于 此。例如，在本發(fā)明的執(zhí)行器中各部分的結(jié)構(gòu)能夠以發(fā)揮同樣功能的任意結(jié)構(gòu)置換，另外， 還能夠附加任意結(jié)構(gòu)。例如，在上述的實施方式中，說明了執(zhí)行器1具備2對梁部，但是只要能夠使質(zhì)量 部圍繞相互正交的2軸的各軸轉(zhuǎn)動，則梁部既可為1對也可為3對以上。另外，梁部的形狀、大小、配置等也只要能夠使質(zhì)量部圍繞彼此正交的2軸的各軸 轉(zhuǎn)動，則不限于上述的實施方式。另外，在上述的實施方式中，壓電元件僅接合在梁部上表面，但是壓電元件也可接 合在梁部的下表面，或者也可采用在多個梁部間壓電元件接合在梁部上表面和接合在下表面的混合結(jié)構(gòu)。在這種情況下，優(yōu)選為多個壓電元件相對于第一軸線和/或第二軸線對稱 設(shè)置。由此，不需要用第一電源發(fā)生部和第二電源發(fā)生部來發(fā)生具有相位差的多種電壓，能 夠使第一電壓發(fā)生部和第二電壓發(fā)生部的結(jié)構(gòu)變得簡單。另外，在上述的實施方式中，說明了在俯視時形成相對于第一軸線或第二軸線大 致對稱(左右對稱)的形狀的結(jié)構(gòu)，但也可為非對稱。另外，在上述的實施方式中，說明了光反射部設(shè)置在質(zhì)量部上面(與支撐基板相 反側(cè)的面)的結(jié)構(gòu)，但是也可為設(shè)置在例如其相反面的結(jié)構(gòu)，或者，也可為設(shè)置在雙面的結(jié) 構(gòu)。
權(quán)利要求
一種執(zhí)行器，具有振動部，其具有質(zhì)量部和支撐所述質(zhì)量部的1對彈性部；支撐部，其對所述振動部進(jìn)行支撐；第1梁部以及第2梁部，其相對于所述質(zhì)量部位于一側(cè)，并且連結(jié)所述振動部和所述支撐部；第3梁部以及第4梁部，其相對于所述質(zhì)量部位于與所述一側(cè)相反的一側(cè)，并且連結(jié)所述振動部和所述支撐部；第1壓電元件，其位于所述第1梁部；第2壓電元件，其位于所述第2梁部；第3壓電元件，其位于所述第3梁部；第4壓電元件，其位于所述第4梁部；以及電壓施加部，其對所述各壓電元件施加電壓，所述電壓施加部，產(chǎn)生基于以第一頻率周期性變化的第一電壓的電壓、以及以不同于所述第一頻率的第二頻率周期性變化的第二電壓，并將基于所述第一電壓的電壓與基于所述第二電壓的電壓疊加，且將所述疊加后的電壓施加于所述各壓電元件，從而使所述質(zhì)量部一邊圍繞沿著所述1對彈性部的第一軸線以所述第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞與所述第一軸線正交的第二軸線以所述第二頻率轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行器，其特征在于，所述電壓施加部，產(chǎn)生所述第一電壓以及使所述所述第一電壓相位超前180°的第三 電壓，并將把所述第一電壓和基于所述第二電壓的電壓疊加后的電壓施加于所述第一壓電 元件和第二壓電元件，并將把所述第三電壓和基于所述第二電壓的電壓疊加后的電壓施加 于所述第三壓電元件和所述第四壓電元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的執(zhí)行器，其特征在于，所述電壓施加部，產(chǎn)生所述第二電壓以及相對于規(guī)定電壓使所述第二電壓的電壓值 反轉(zhuǎn)的第四電壓，并在所述第一壓電元件施加將所述第一電壓和所述第二電壓疊加后的電 壓，在所述第二壓電元件施加將所述第一電壓和所述第四電壓疊加后的電壓，在所述第三 壓電元件施加將所述第三電壓和所述第二電壓疊加后的電壓，在所述第四壓電元件施加將 所述第三電壓和所述第四電壓疊加后的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行器，其特征在于，所述振動部具有框體，所述框體介由所述各梁部由所述支撐部所支撐，并且介由所述1 對彈性部支撐所述質(zhì)量部，并以包圍所述質(zhì)量部的外周的方式形成為框狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行器，其特征在于， 所述質(zhì)量部形成為板狀，在俯視所述質(zhì)量部時，所述第1梁部和所述第4梁部以相對于所述質(zhì)量部的中心成為 點對稱的方式定位，所述第2梁部和所述第3梁部以相對于所述質(zhì)量部的中心成為點對稱 的方式定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行器，其特征在于，所述各梁部形成為長條形狀，所述各壓電元件沿著對應(yīng)的所述梁部的長邊方向延伸， 且在其延伸方向上伸縮，由此使所述梁部彎曲變形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的執(zhí)行器，其特征在于， 所述各梁部與所述第一軸線平行地延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行器，其特征在于，所述各壓電元件，橫跨對應(yīng)的所述梁部的長邊方向上的大致整個區(qū)域而設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行器，其特征在于， 所述第一頻率比所述第二頻率大。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行器，其特征在于，所述第一頻率，與由所述質(zhì)量部和所述彈性部構(gòu)成的振動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振頻率一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行器，其特征在于， 所述質(zhì)量部，具備具有光反射性的光反射部。
12.一種光掃描器，其特征在于， 具有振動部，其具有質(zhì)量部和支撐所述質(zhì)量部的1對彈性部，其中，所述質(zhì)量部具備具有光 反射性的光反射部；支撐部，其對所述振動部進(jìn)行支撐；第1梁部以及第2梁部，其相對于所述質(zhì)量部位于一側(cè)，并且連結(jié)所述振動部和所述支 撐部；第3梁部以及第4梁部，其相對于所述質(zhì)量部位于與所述一側(cè)相反的一側(cè)，并且連結(jié)所 述振動部和所述支撐部；第1壓電元件，其位于所述第1梁部； 第2壓電元件，其位于所述第2梁部； 第3壓電元件，其位于所述第3梁部； 第4壓電元件，其位于所述第4梁部；以及 電壓施加部，其對所述各壓電元件施加電壓，所述電壓施加部，產(chǎn)生基于以第一頻率周期性變化的第一電壓的電壓、以及以不同于 所述第一頻率的第二頻率周期性變化的第二電壓，并將基于所述第一電壓的電壓與基于所 述第二電壓的電壓疊加，且將所述疊加后的電壓施加于所述各壓電元件，從而使所述質(zhì)量 部一邊圍繞沿著所述1對彈性部的第一軸線以所述第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞與所述第 一軸線正交的第二軸線以所述第二頻率轉(zhuǎn)動。
13.一種圖像形成裝置，其特征在于， 具有振動部，其具有質(zhì)量部和支撐所述質(zhì)量部的1對彈性部，其中，所述質(zhì)量部具備具有光 反射性的光反射部；支撐部，其對所述振動部進(jìn)行支撐；第1梁部以及第2梁部，其相對于所述質(zhì)量部位于一側(cè)，并且連結(jié)所述振動部和所述支 撐部；第3梁部以及第4梁部，其相對于所述質(zhì)量部位于與所述一側(cè)相反的一側(cè)，并且連結(jié)所 述振動部和所述支撐部；第1壓電元件，其位于所述第1梁部；第2壓電元件，其位于所述第2梁部； 第3壓電元件，其位于所述第3梁部； 第4壓電元件，其位于所述第4梁部； 電壓施加部，其對所述各壓電元件施加電壓；以及 光照射機(jī)構(gòu)，其將光照射到所述光反射部，所述電壓施加部，產(chǎn)生基于以第一頻率周期性變化的第一電壓的電壓、以及以不同于 所述第一頻率的第二頻率周期性變化的第二電壓，并將基于所述第一電壓的電壓與基于所 述第二電壓的電壓疊加，且將所述疊加后的電壓施加于所述各壓電元件，從而使所述質(zhì)量 部一邊圍繞沿著所述1對彈性部的第一軸線以所述第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一邊圍繞與所述第 一軸線正交的第二軸線以所述第二頻率轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開一種執(zhí)行器、光掃描器和圖像形成裝置，其中電源電路(5)具有第一電壓發(fā)生部(51)，其發(fā)生以第一頻率周期性變化的第一電壓(V11、V12)；第二電壓發(fā)生部(52)，其發(fā)生以不同于第一頻率的第二頻率周期性變化的第二電壓(V21、V22)；和電壓疊加部(53)，其疊加第一電壓V11、V12和第二電壓V21、V22，并將用電壓疊加部(53)疊加后的電壓施加給各壓電元件(41、42、43、44)，從而使質(zhì)量部圍繞沿著支撐該質(zhì)量部的1對彈性部的第一軸線以第一頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動、且圍繞預(yù)第一軸線正交的第二軸線以第二頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低成本和小型化，而且能夠使質(zhì)量部圍繞彼此正交的2軸的各軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動。
文檔編號G02B26/10GK101968568SQ20101052625
公開日2011年2月9日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者溝口安志 申請人:精工愛普生株式會社