(57)【要約】【課題】異種材料を貼り合わせて構成された振動ミラーを用いた光走査装置において環境温度が変化しても性能劣化のない安価な装置を提供する。【解決手段】線膨張係数の異なる材料で構成されたミラー５と振動子１とを接合して構成された振動ミラー１０を用いた光走査装置である。光源５２からの光を振動ミラー１０に反射する反射ミラー５７が互いに線膨張係数の異なる材料のミラー５８と保持板５９を積層して構成される。そして、環境温度が変化したときの振動ミラー１０と反射ミラー５７の反りが光の進行方向に対して逆方向で同一曲率になるよう構成することで、ビーム結像位置を一定位置に保つことができる性能劣化のない装置を提供することができる。【選択図】図２
2010054651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
線膨張係数の異なる材料が積層されて構成されており、前記光源からの光を反射する反射ミラーと、
線膨張係数の異なる材料が積層されて構成されており、積層面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記反射ミラーから受けた光を反射しかつ走査する振動ミラーと、
前記光源が発した光を像面上に結像させるための光学系と、
を備え、
前記反射ミラーと前記振動ミラーとは、環境温度変化時に、それぞれの光を反射する側に対して互いに逆向きに反り変形するよう構成されたことを特徴とする、光走査装置。
【請求項２】
前記反射ミラーと前記振動ミラーとは、両者ともに光を反射するミラーとそのミラーを保持する保持板とが積層されて構成されており、
前記反射ミラーのミラーと前記振動ミラーのミラーとは同一厚みで同一材料であり、かつ前記反射ミラーの保持板と前記振動ミラーの保持板とは同一厚みで同一材料であるとともに、
前記反射ミラーと前記振動ミラーとではそれぞれの光を反射する側に対して前記ミラーと前記保持板との積層順が互いに逆に構成されている、請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記保持板は、
不透明な材料で構成されており、
前記反射ミラー又は前記振動ミラーにおいて前記ミラーに対してその光を反射する側に当該保持板が位置するものであるときには、光線が通過できる領域である透過窓を有した形状であることを特徴とする、請求項２記載の光走査装置。
【請求項４】
光を発する光源と、
前記光源からの光を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーを反り変形させる、かつその反り量が可変である反り量調整手段と、
線膨張率の異なる材料が積層されて構成されており、層面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記反射ミラーから受けた光を層面で反射しかつ走査する振動ミラーと、
前記光源が発した光を像面上に結像させるための光学系と、
を備え、
前記反り量調整手段によって前記反射ミラーの反り量を変化させて前記光源からの光の結像位置を変化させることを特徴とする、光走査装置。
【請求項５】
前記光源が発した光の結像位置を検出する検出手段を備え、
前記検出手段の検出結果に応じて前記反り量調整手段によって前記反射ミラーの反り量を変化させて前記光源からの光の結像位置を変化させる、請求項４記載の光走査装置。
【請求項６】
前記反り量調整手段は、前記反射ミラーと積層されて接合された圧電材料と、前記圧電材料に電圧を印加する駆動手段とを含んで構成されている、請求項４または５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記反り量調整手段は、前記反射ミラーと積層されて接合されかつその反射ミラーとは線膨張率の異なる材料からなる保持材と、前記反射ミラーの温度を変化させる温度調整手段とを含んで構成されている、請求項４または５に記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を振動ミラーによって走査させ所定の像面上に結像させる光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ等の画像形成装置は、レーザ光を走査することにより、感光体（感光ドラム）上に潜像を形成する。このようなレーザ光の走査は、レーザスキャニングユニットと呼ばれる光走査装置により実現される。レーザスキャニングユニットは、形成画像に応じて変調されて光源から出射されたレーザ光をミラーにより偏向し、偏向したレーザ光を感光体上にスポット状に結像する。この種のレーザスキャニングユニットに使用される偏向ミラーとして、複数の反射面を有するポリゴンミラーが広く知られている。ポリゴンミラーを備えるレーザスキャニングユニットは、モータ等の駆動手段によりポリゴンミラーを一方向に回転させることによりレーザ光を偏向する。
【０００３】
近年の書込速度高速化の要求に応じて、ポリゴンミラーの回転速度は高まっているが、ポリゴンミラーの回転数を高めると、風切音やモータの振動等に起因して発生する音が大きくなり静寂性を確保することが困難になる。また、ポリゴンミラーを備えるレーザスキャニングユニットは、モータ等の駆動手段を備える必要があるため、小型化や軽量化が困難であるという問題もある。このため、レーザスキャニングユニットに往復型の偏向ミラーが使用されることもある。
【０００４】
このような往復型の偏向ミラーとして振動ミラーが知られている。この振動ミラーは、レーザ光の走査方向に対して垂直方向に配置されたねじり回転軸を有する機械的振動子により構成されている。そして、振動子に支持されたミラーを往復振動させることでレーザ光を走査させる。
【０００５】
近年、このような振動ミラーの製造に半導体製造技術が適用されるようになっている。このような振動ミラーは、単結晶シリコン基板等の半導体基板を加工することにより形成され、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動ミラーとして注目されている（例えば、特許文献１、２等参照。）。
【特許文献１】特開２００３−８４２２６号公報
【特許文献２】特開２００１−３０５４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような半導体製造技術を適用したＭＥＭＳ振動ミラーを製造するためには、リソグラフィ装置等の非常に高価な製造設備が必要であり、低コストで製造することが困難である。また、シリコン単結晶基板等の半導体基板を基材として形成されたＭＥＭＳ振動ミラーは、比較的容易にへき開するためハンドリングの際に破損しやすいという課題もある。
【０００７】
また、これに対し、金属材料を加工することにより振動板を構成し、この振動板にレーザ光を反射するためのミラーを貼り付けて振動ミラーを構成することも可能である。このとき、ミラーの基材にはガラスやシリコンなど比較的安価で鏡面を形成しやすい材料を用いるのが好ましい。さらに振動板およびミラーは高速化の観点からすると慣性モーメントを小さくするのが好ましく、従ってこの構成は厚みをあまり大きくできない。
【０００８】
ここで、振動板とミラーが線膨張係数の異なる別の材料が貼りあわされた構成では、環境温度が変化したときにバイメタル効果により反り変形が生じる。さらに、このミラーの反り変形が生じるとビームの光軸方向における結像位置が変化してしまい、所定の像面においてはビームが絞れずに解像度の低下を招くなどの問題が生じる。この構成では、前述したように厚みをあまり大きくできないので、そのような問題を避けられないという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような実情を鑑みて従来の課題を解決するものであって、異種材料が貼りあわせて構成された振動ミラーにおいても品質低下のない光走査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を採用している。
【００１１】
本発明の光走査装置は、光を発する光源と、線膨張係数の異なる材料が積層されて構成されており、層面で前記光源からの光を反射する反射ミラーとを備えている。また、線膨張係数の異なる材料を積層して構成され、前記反射ミラーが前記層面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記反射ミラーから受けた光を層面で反射しかつ走査する振動ミラーを備えている。さらに、前記光源が発した光を像面上に結像させるための光学系を備え、前記反射ミラーと前記振動ミラーとが、環境温度変化時に、それぞれの光を反射する側に対して互いに逆向きに反り変形するよう構成されている。
【００１２】
また、本発明の光走査装置は、光を発する光源と、前記光源からの光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーを可変に反り変形させる反り量調整手段とを備えている。また、線膨張率の異なる材料が積層されて構成されており、層面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記反射ミラーから受けた光を層面で反射しかつ走査する振動ミラーを備えている。そして、前記光源が発した光を像面上に結像させるための光学系とを備え、前記反り量調整手段によって前記反射ミラーの反り量を変化させて前記光源からの光の結像位置を変化させるよう構成してもよい。
【００１３】
また、本発明の光走査装置は、光を発する光源と、前記光源からの光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーをその反り量を可変に反り変形させる反り量調整手段とを備える。また、線膨張率の異なる材料が積層されて構成されており、層面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記反射ミラーから受けた光を層面で反射しかつ走査する振動ミラーを備える。さらに、前記光源が発した光を像面上に結像させるための光学系と、前記光源が発した光の結像位置を検出する検出手段を備える。そして、前記検出手段の検出結果に応じて前記反り量調整手段によって前記反射ミラーの反り量を変化させて前記光源からの光の結像位置を変化させるよう構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、振動ミラーを線膨張係数の異なる別々の材料で構成される振動板とミラーを貼り合わせて構成した光走査装置を提供する。このような光走査装置において、環境温度変化時に振動ミラーの反りによって発生するビーム結像位置の変化に対して、反射ミラーの反りによってビーム結像位置を補正することができる。また、安価で品質の良好な光走査装置を提供することが可能である。
【００１５】
すなわち、本発明に係る構成によれば、環境温度が変化して振動ミラーが反り変形しても反射ミラーが逆方向に反り変形するので、ビーム結像位置が補正され品質を保つことができる。
【００１６】
また、反り量調整手段を備えた構成とし、その反り量調整手段によって反射ミラーの反り量を変化させて光源からの光の結像位置を変化させる。これにより、振動ミラーの反りによって光の結像位置が所望の位置にない場合でも反射ミラーの反り量を調整できるので、光の結像位置を像面上に移動させることができ品質の低下を防ぐことができる。
【００１７】
また、光源が発した光の結像位置を検出する検出手段を備えた構成とすれば、その検出手段によって、光の結像位置が所望の位置にあるかどうか検出することができる。これにより、反射ミラーの反り量を調整することで、光源からの光の結像位置を正確に像面上に移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る第１の実施形態は、光を発する光源と、線膨張係数の異なる材料が積層されており、層面で前記光源からの光を反射する反射ミラーとを備えた光走査装置である。そして、前記層面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記反射ミラーから受けた光をこの層面で反射しかつ走査する振動ミラーと、前記光源が発した光を像面上に結像させるための光学系とを備える。また、前記反射ミラーと前記振動ミラーとが、環境温度変化時に、それぞれの光を反射する側に対して互いに逆向きに反り変形するよう構成されている。
【００１９】
このような構成により、環境温度が変化して振動ミラーが反り変形しても反射ミラーが逆方向に反り変形するので、ビーム結像位置が補正され品質を保つことができる。
【００２０】
また、本発明に係る第２の実施形態は、第１の実施形態の光走査装置において、反射ミラーと振動ミラーとは、両者ともに光を反射するミラーとそのミラーを保持する保持板とが積層されて構成されている。前記反射ミラーのミラーと振動ミラーのミラーとは同一厚みで同一材料であり、かつ反射ミラーの保持板と振動ミラーの保持板とは同一厚みで同一材料である。また、その反射ミラーとその振動ミラーとではそれぞれの光を反射する側に対してミラーと保持板との積層順が互いに逆に構成されている。
【００２１】
このような構成により、同一厚みで同一材料の積層順だけを逆にすることで、反りを逆向きに同一量発生させることができ、簡単な構成で補正が可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る第３の実施形態は、第２の実施形態の光走査装置において、保持板が、不透明な材料で構成されている。そして、前記反射ミラー又は振動ミラーにおけるミラーに対してその光反射する側に当該保持板が位置するときには、この保持板が、光線が通過できる領域である透過窓を有した形状であるような光走査装置であるである。
【００２３】
このような構成により、保持板材料が不透明な材料であった場合でも、積層順を逆にすることができる。
【００２４】
また、本発明に係る第４の実施形態は、光を発する光源と、前記光源からの光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーを反り変形させる、かつその反り量が可変である反り量調整手段とを備えた光走査装置である。この光走査装置は、線膨張率の異なる材料が積層されて構成されており、層面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記反射ミラーから受けた光を層面で反射しかつ走査する振動ミラーを備えている。また、前記光源が発した光を像面上に結像させるための光学系とを備え、前記反り量調整手段によって前記反射ミラーの反り量を変化させて前記光源からの光の結像位置を変化させるよう構成されている。
【００２５】
このような反り量調整手段を備えた構成とし、その反り量調整手段によって反射ミラーの反り量を変化させて光源からの光の結像位置を変化させる。これにより、振動ミラーの反りによって光の結像位置が所望の位置にない場合でも反射ミラーの反り量を調整できるので、光の結像位置を像面上に移動させることができ品質の低下を防ぐことができる。
【００２６】
また、本発明に係る第５の実施形態は、光を発する光源と、前記光源からの光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーを反り変形させ、かつその反り量が可変である反り量調整手段とを備えた光走査装置である。また、線膨張率の異なる材料が積層されて構成されており、層面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記反射ミラーから受けた光を層面で反射しかつ走査する振動ミラーを備えている。さらに、前記光源が発した光を像面上に結像させるための光学系と、前記光源が発した光の結像位置を検出する検出手段とを備えている。そして、前記検出手段の検出結果に応じて、前記反り量調整手段によって前記反射ミラーの反り量を変化させて、前記光源からの光の結像位置を変化させるよう構成されている。
【００２７】
このような構成により、光源が発した光の結像位置を検出する検出手段を備えた構成とすれば、その検出手段によって、光の結像位置が所望の位置にあるかどうか検出することができる。よって、反射ミラーの反り量を調整することで、光源からの光の結像位置を正確に像面上に移動させることができる。
【００２８】
また、本発明に係る第６の実施形態は、第４または５の実施形態の光走査装置において、前記反り量調整手段が、反射ミラーと積層されて接合された圧電材料と、前記圧電材料に電圧を印加する駆動手段とを含んで構成されている。このような構成により、反射ミラーの反り量の調整を自由にできる。
【００２９】
また、本発明に係る第７の実施形態は、第４または５の実施形態の光走査装置において、前期反り量調整手段が、反射ミラーと積層されて接合されかつその反射ミラーとは線膨張率の異なる材料からなる保持材と、前記反射ミラーの温度を変化させる温度調整手段とを含んで構成されている。このような構成により、簡単な構成で反射ミラーの反り量の調整が可能となる。
【００３０】
以下、本発明の最良の実施形態について、その実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
（実施例１）
（振動ミラーの構成）
まず、本発明に係る光走査装置の一例であるレーザスキャニングユニットに搭載される振動ミラー１０の構造について詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本実施例の振動ミラー１０の構造を示す概略斜視図である。図１に示すように、振動ミラー１０は、後述するプレス加工により成形された振動子１と、ミラー５と、永久磁石６とを備え、これらはそれぞれ接着剤により貼り合わされて構成されている。ここで、振動子１はチタン合金などの金属材料で構成され、ミラー５はシリコンやガラスなどの材料で構成されるが本実施例においてはシリコンが用いられている。振動子１は、ミラー５および永久磁石６が固定される支持部４が同一直線上に配置された２本の梁３により支持された構造を有する。梁３の他端は、振動子１として一体に成形された矩形状の枠体２に支持されており、振動子１は梁３をねじり回転軸として往復振動する。この往復振動は、永久磁石６に交番磁場を付与することで持続される。
【００３３】
永久磁石６に付与する交番磁場は、例えば、電磁石に交流電力を印加する駆動手段１１（図２参照）により生成できる。この場合、往復振動の周波数、すなわち、電磁石に印加する交流電力の周波数（以下、駆動周波数という。）と振動ミラー１０の共振周波数とが一致していると、振動ミラー１０の駆動のための消費電力を小さくすることができる。振動ミラー１０が共振周波数で往復振動する場合、振動を維持するために必要な外力の大きさが最小になるからである。
【００３４】
振動ミラー１０を介してレーザ光を感光体上で走査させるレーザスキャニングユニットでは、駆動周波数は感光体上の記録密度および印字速度（感光体の送り速度）に密接に関係する。すなわち、駆動周波数ｆは、記録密度Ｄ（ｄｐｉ）、印字速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）により以下の式１で示される。
【００３５】
【数１】
2010054651.tif 000003
【００３６】
式１は、振動ミラー１０がねじり回転軸に対していずれの方向に回転している場合にも印字を行う往復印字を前提としている。振動ミラー１０がねじり回転軸に対して一方向に回転している場合にのみ印字を行う片方向印字の場合には、駆動周波数ｆは２倍になる。例えば、記録密度Ｄが６００ｄｐｉであり、印字速度Ｖが１８０ｍｍ／ｓｅｃである場合、駆動周波数ｆは、約２１２６Ｈｚ（往復印字）である。
【００３７】
また、以上の構造を有する振動ミラー１０の共振周波数ｆ0は、梁３のばね定数Ｋ（両方の梁３の合計）と、ミラー５および永久磁石６を含む支持部４の慣性モーメントＪとにより、以下の式２で示される。
【００３８】
【数２】
2010054651.tif 000004
【００３９】
一方、本実施例では、振動子１が金属材料により構成されているため、往復振動中に梁３に付加されるせん断応力が梁３の許容応力を超えると、振動子１が破損してしまう。このため、構造上、振動子１には、梁３に付加されるせん断応力が、梁３の許容応力以下であることが求められる。各梁３のねじり回転軸方向の長さをＬ、梁３の幅をｂ、梁３の厚さをｔ（ここでは、ｔ≦ｂ）、梁３に付与されるトルクをＴとすると、梁３の表面において幅方向の中点でのせん断応力τAは、以下の式３により表現される。
【００４０】
【数３】
2010054651.tif 000005
【００４１】
また、梁３の表面において厚さ方向の中点でのせん断応力τBは、以下の式４により表現される。
【００４２】
【数４】
2010054651.tif 000006
【００４３】
さらに、梁３の単位長さあたりのねじれ角ω（共振周波数で往復振動しているときの最大振り角θ／梁長Ｌ）は、梁３の横方向弾性係数Ｇを用いて、以下の式５により表現される。
【００４４】
【数５】
2010054651.tif 000007
【００４５】
この場合、ばね定数Ｋは、以下の式６を満足する。
【００４６】
【数６】
2010054651.tif 000008
【００４７】
従って、梁３は、式３および式４に示すせん断応力τAとτBとが、梁３の許容応力以下であり、かつ式２、式５および式６を満足する必要がある。
【００４８】
以下、振動ミラー１０の具体的な構造をその設計手順とともに説明する。
【００４９】
振動ミラー１０を設計する場合、まず、振動子１を構成する金属材料を選定する。上述のように、振動子１はプレス加工により成形される。このような成形を可能とするために、金属材料はフープ材であることが望ましい。また、往復振動に起因する金属疲労を生じることがなく、かつ梁３の許容応力を大きくするという観点では、振動子１を構成する金属材料は、大きな疲労限度を有することが望ましい。さらに、慣性モーメントＪを小さくする（共振周波数ｆ0を大きくする）観点では、密度が小さいことが好ましく、往復振動の振り角θを大きくする観点では、横弾性係数Ｇが小さいことが好ましい（上記式５参照）。加えて、耐環境性能の観点からは材料的に安定しており、価格も安価であることが好ましい。そこで、本実施例では、以上の条件を全て満足する金属材料としてチタン合金（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ、ＡＭＳ４９１４）を採用している。当該チタン合金の疲労強度は３５０ＭＰａであり、密度は４．７ｇ／ｃｍ3である。なお、振動子１を構成する金属材料として、他の金属を採用することも可能である。
【００５０】
振動子１を構成する金属材料を選定した後、振動ミラー１０の振り角、ミラー５の材質およびサイズ、永久磁石６の材質およびサイズを決定する。振動ミラー１０の振り角およびミラー５のサイズは、レーザスキャニングユニットとして所望のビーム特性を得るのに必要な振り角およびサイズに決定される。当該ビーム特性は、振動ミラー１０と、振動ミラー１０により反射されたビームを感光体上に結像するレンズとの間の距離等のレーザスキャニングユニットの構造に依存して決まる。例えば、記録密度Ｄが６００ｄｐｉであり、印字速度Ｖが１８０ｍｍ／ｓｅｃである場合、振り角は±２３度、ミラー５のサイズは幅４．７ｍｍ×長さ（ねじり回転軸方向）０．８ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍとすることができる。なお、ここではミラー５の平面形状を矩形としているが、所望のビーム形状のレーザ光を反射可能であれば、楕円形状等の他の平面形状であってもよい。また、ミラー５の材質はレーザ光を反射可能な材質であればよく、ここではシリコンからなるベース材料にアルミなどの材料からなる反射膜を設けさらにその上に保護膜を設けた構成になっている。
【００５１】
次いで、上記チタン合金の疲労強度に基づいて許容応力を決定する。許容応力は、チタン合金の疲労強度曲線（Ｓ−Ｎ曲線）に基づいて決定することができる。図３は、上記チタン合金のＳ−Ｎ曲線を示す図である。上述のように、当該チタン合金の疲労限度は３５０ＭＰａであり、最大振り角時に梁３に付与される最大応力が当該疲労限度以下とすれば、半永久的な寿命を実現することができる。ここでは、疲労限度３５０ＭＰａに対して１００ＭＰａのマージンを設けた２５０Ｍｐａを許容応力としている。
【００５２】
ミラー５は、振動子１の支持部４に接着剤で接合されるが、前述のように振動子１とミラー５は異なる材料で構成されており、それぞれ線膨張係数が異なる。振動子１を構成するチタン合金の線膨張係数は８．５×１０-6／℃であり、ミラー５を構成するシリコンの線膨張係数は３×１０-6／℃となっている。線膨張係数が異なる材料が接合されて構成されているため、環境温度が変化するとそれぞれの材料の伸縮量が異なるために接合部分においてバイメタル効果によって一定の曲率で反り変形が生じる。このときの反りの曲率ρは、振動子材料の縦弾性係数、厚み、線膨張係数を、それぞれ、Ｅ1、ｔ1、α1とし、ミラー材料の縦弾性係数、厚み、線膨張係数を、それぞれ、Ｅ2、ｔ2、α2とし、環境温度変化をΔＴとすると、式７で示される。
【００５３】
【数７】
2010054651.tif 000009
【００５４】
図４に環境温度が接合時より高温に変化したときのミラー５と振動子１における支持部４のねじり軸方向（梁３がねじれる方向）から見た変形状態の例を示す。ミラー５より振動子１の伸びが大きいためミラー面側に凹形状に変形する。ミラー５は一定の曲率で反った場合には、光軸方向における結像位置は変化するもののミラーからの反射光を結像レンズなどの手段によって一点に集光することが可能である。一方、ミラーの中に曲率が異なる部分がある場合にはそれぞれの部分ごとに結像位置が異なるため一点に集光することができず、ビームが十分に絞れないという問題が発生する。このため、本発明においては、ミラー５と振動子支持部４のミラー走査方向における接合長さをミラー有効領域の７０％以上となるように構成している。ミラー中央部の曲率が一定の領域を７０％以上設けることでビームを実用上問題のないレベルまで絞ることが可能となっている。
【００５５】
永久磁石６は、振動子支持部４に固定可能なサイズで、振動ミラー１０を往復振動させる外力を発生しうるものであればよい。ここでは、永久磁石６として、径０．８ｍｍ×厚さ０．４ｍｍの希土類磁石を使用している。
【００５６】
続いて、振動子１の厚みを仮設定し、ミラー５および永久磁石６を固定した状態、すなわち、ミラー５、永久磁石６、ミラー５を支持部４に固定するための接着部材および永久磁石６を支持部４に固定するための接着部材を含めた状態で、支持部４の慣性モーメントＪを算出する。そして、当該慣性モーメントＪおよび式２より、所望の共振周波数ｆ0が得られるばね定数Ｋを算出する。そして、算出したばね定数Ｋと式３〜式６を用いて、式３および式４のせん断応力τA、τBが許容応力２５０ＭＰａ以下になる条件下で、梁幅ｂおよび梁長Ｌを決定する。なお、梁厚ｔは、上記仮設定した支持部４の厚さと同一である。
【００５７】
（レーザスキャニングユニットの構成）
次に、上記のように構成された振動ミラーを備える本発明の光走査装置の一例であるレーザスキャニングユニットの構成について説明する。
【００５８】
図２は、当該レーザスキャニングユニットを示す概略構成図である。レーザスキャニングユニット５０は、光源５２、反射ミラー５７、偏向器５３、二次光学系となる結像レンズ系５４、振幅検出用ミラー６４、振幅検出センサ６５を筐体５１内に備える。
【００５９】
光源５２は、回路基板６３上に実装されたレーザダイオード６１と、コリメータレンズ６２とを備える一体のユニットとして構成されている。回路基板６３は、外部から入力される画像信号にしたがってレーザダイオード６１が出射するレーザ光の強度変調を行う。変調されたレーザ光はコリメータレンズ６２に入射される。コリメータレンズ６２は、円筒形状のガラスまたはプラスチックのレンズからなり、レーザダイオード６１から出力されたレーザ光をコリメータレンズ６２の光軸と一致した略平行光に変換して出力する。なお、レーザダイオード６１の発光点は、コリメータレンズ６２の焦点に配置されている。
【００６０】
光源５２から出力されたレーザ光は、アパーチャ５５、シリンドリカルレンズ５６を通じて反射ミラー５７の反射面に入射される。反射ミラー５７は、表面に反射膜が設けられたミラー材料５８と保持材５９が積層されて構成されており、ミラー材料５８と保持材５９は線膨張係数の異なる材料で構成されている。例えば、ミラー材料５８としてガラス材料、保持材５９としてチタン系材料を使用することができる。このとき、ミラー材料５８と保持材５９は式７で示される温度変化時の曲率ρが振動ミラー１０の曲率と同じで逆方向になるように、材料の線膨張係数、縦弾性係数、厚みが選定されている。反射ミラー５７で反射されたレーザ光は次に偏向器５３の反射面に入射される。偏向器５３は、感光体上でのレーザ光の走査方向に対して垂直方向に配置されたねじり回転軸を有する振動ミラー１０と、当該振動ミラー１０を正弦的に往復振動させる駆動手段１１とにより構成されている。シリンドリカルレンズ５６は、振動ミラー１０の反射面上に、レーザ光のねじり回転軸方向のみを収束させた状態でレーザ光を投影する。
【００６１】
偏向器５３により偏向されたレーザ光は結像レンズ系５４に入射される。ここでは、結像レンズ系５４は、２枚のアクリルレンズにより構成されており、偏向器５３により偏向されたレーザ光を、感光体上の走査速度が略同一となる状態で感光体上にスポット状に結像させる。すなわち、結像レンズ系５４は、正弦的に振動する振動ミラー１０により反射され、入射角が時間とともに三角関数的に変化するレーザ光を、感光体上に等間隔なスポット列として結像させるアークサインθレンズになっている。
【００６２】
振幅検出用ミラー６４および振幅検出センサ６５は、振動ミラー１０によって走査され感光体に記録が行われる領域の両方の外側に１組ずつ設けられていて、走査されたレーザ光は振幅検出用ミラー６４で反射されて振幅検出センサ６５に入射されるよう構成されている。振動ミラー１０は、これらの振幅検出用ミラー６４を越えて外側まで走査されるよう大きな振幅を持って振動するよう駆動され、これにより１往復の振動の間にそれぞれの振幅検出センサ６５から２回ずつ検出信号が出力される。ここで、２つの振幅検出センサ６５からの信号間の時間が一定になるよう制御すれば、振動ミラー１０の振幅は一定に保たれ、これにより画像も所定の位置に記録される。
【００６３】
以上のように構成された装置において、環境温度が変化すると前述のように反射ミラー５７および振動ミラー１０は光の進行方向に対して逆方向に同一量の反りが発生する。例えば、環境温度が上昇したときには、反射ミラー５７においてはミラー面側を凸にして反りが発生し、振動ミラー１０においてはミラー面側を凹にして反りが発生するよう構成されている。このとき、これらの曲率が同一量で逆方向になると、反射ミラー５７に入ってきた平行光線は反射ミラー５７で反射して広がりを持つが、この光線が振動ミラー１０で反射すると絞られて再び平行光線に戻るものである。したがって、環境温度が変化しても結像位置を一定に保つことができるものである。この様子を図５に模式図で示す。環境温度が低下したときはそれぞれのミラーの反り方向が逆になるが、同様にして補正作用が働くのである。
【００６４】
（実施例２）
次に、本発明の第二の実施例について説明する。
【００６５】
図６に示すように、本実施例においては、反射ミラー５７はミラー５８と保持材５９が接合されて構成されている。また、ミラー５８は振動ミラー１０のミラー５と同一厚みの同一材料で構成され、保持板５９は振動ミラー１０の振動子支持部４と同一厚みの同一材料で構成され、不透明な材料となっている。また、保持板５９が光の進行方向に対して手前に配置され、保持板５９のビームが当る領域においては透過窓５９（ａ）が開けられた構成となっている。なお、透過窓５９ａの開口サイズは保持板５９の面積の１０％程度である。これにより、透過窓５９（ａ）を通過した光はミラー５８で反射するよう構成されている。その他の構成については、第一の実施例と同様である。
【００６６】
上記のような構成においては、反射ミラー５７と振動ミラー１０において、ミラーおよび支持材が同一厚みの同一材料で構成されるとともに光線の進行方向に対して積層順が逆になっているため、環境温度変化があったときに同一量で逆方向の反りを示す。このため、第一の実施例と同様に結像位置を一定に保つことができるものである。
【００６７】
（実施例３）
次に、本発明の第三の実施例について説明する。
【００６８】
本実施例においては、反射ミラー５７は図７に示すようにミラー５８と圧電部材７１が接合されて構成されており、圧電部材７１には表裏に電極が設けられている。図示しない駆動手段により圧電部材７１に電圧を印加すると圧電効果により伸縮するため反射ミラー５７には反りが発生する。この反り量は印加する電圧によってコントロールすることが可能であり、また反射ミラー５７の反りによってビームの結像位置を変化させることが可能である。即ち、圧電部材７１は反射ミラー５７の反り量を可変に調整する、反り量調整手段として作用する。その他の構成については、第一の実施例と同様である。
【００６９】
上記のような構成において、環境温度が変化すると、振動ミラー１０におけるミラー５は振動子支持部４との線膨張係数の差によって反りが発生する。ミラー５に反りが発生すると光軸方向における結像位置が変化し、感光体上でビームが絞れなくなる。振幅検出センサ６５は振幅検出用ミラー６４を介して感光体を延長した位置に相当する距離に設置されている。したがって、振幅検出センサ６５の位置でビームが絞れていると感光体上でもビームを絞れることになる。振幅検出センサ６５においてビームが絞れているかどうかは、個々の振幅検出センサ６５をビームが通過する時間で判断できる。すなわち、ビームが絞れているとビーム幅が小さいためビームが通過するのに要する時間は小さく、振幅検出センサ６５から出力されるパルス幅は狭くなる。一方ビームが絞れていないとビーム幅が大きいためビームが通過するのに要する時間は大きく、振幅検出センサ６５から出力されるパルス幅は広くなる。
【００７０】
この検出結果に応じて圧電部材７１に電圧を印加して反射ミラー５７に反りを発生させビームの結像位置を変化させる。ここで振幅検出センサ６５におけるパルス幅が所定の値になるように制御してやれば、感光体上でビームを結像できるようにコントロールすることができるものである。この構成によると、圧電材料７１への印加電圧によりビームの結像位置を自由に変えることができ制御性がよい。また、ビームの結像状態を調べるのに振動ミラー１０の振幅を一定にするための振幅検出センサ６５を兼用することができ、安価な構成を可能とする。
【００７１】
（実施例４）
次に、本発明の第四の実施例について説明する。
【００７２】
本実施例においては、反射ミラー５７は図８に示すようにミラー５８と保持材５９が積層されて接合されており、さらに反射ミラー５７には温度調整手段としてのヒータ７２が設置されている。ミラー５８と保持材５９は線膨張係数の異なる材料で構成されており、反射ミラー５７はヒータ７２により加熱されるとバイメタル効果で反りを発生する。この反り量は反射ミラー５７の温度によって変化し、ヒータ７２による加熱量によりコントロールでき、反射ミラー５７の反りにより、ビームの結像位置を変化させることが可能である。即ち、本施例では、ヒータ７２が反射ミラー５７の反り量を可変に調整する、反り量調整手段として作用する。その他の構成については、第一の実施例と同様である。
【００７３】
上記のような構成において、環境温度が変化すると、振動ミラー１０におけるミラー５は振動子支持部４との線膨張係数の差によって反りが発生する。また、反射ミラー５７においても同様に反りが発生する。これらのミラーに反りが発生すると光軸方向における結像位置が変化し、感光体上でビームが絞れなくなる。光軸方向における結像状態は、第三の実施例と同様にして、振幅検出センサ６５によって検出することが可能である。この振幅検出センサ６５の検出結果に応じてヒータ７２に通電して反射ミラー５７に反りを発生させビームの結像位置を変化させる。振幅検出センサ６５におけるパルス幅が所定の値になるように制御してやれば、感光体上でビームを結像できるようにコントロールすることができる。
【００７４】
この構成によると、ヒータ７２への通電によりビームの結像位置を自由に変えることができ制御性がよい。また、ビームの結像状態を調べるのに振動ミラー１０の振幅を一定にするための振幅検出センサ６５を兼用することができ、安価な構成を可能とする。
【００７５】
ここで、温度制御手段がヒータ７２だけだと温度を上昇させる側にだけしか制御できない。このため、温度変化時のそれぞれのミラーの反りに応じて組立時に予め結像位置をオフセットして調整しておき、温度を上昇させたときに感光体上でビームが結像できるよう構成することも可能である。
【００７６】
また、温度制御手段にはペルチェ素子などを使用することが可能で、ペルチェ素子によって反射ミラー５７の温度を下げる方向にコントロールすることができる。このときには、前記の例とは逆に温度を下げたときに感光体上でビームが結像できるように組立時に予め結像位置をオフセットして調整しておくことも可能である。また、温度制御手段としてヒータ、ペルチェ素子の両方を設置することも可能である。
【００７７】
なお、本発明は上述した各実施例に限定される趣旨ではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上記実施例では、振動ミラーに永久磁石を搭載し、当該永久磁石に駆動手段が交番磁場を付与する構成を説明したが、振動ミラーの駆動方式は、本発明の効果を奏する範囲において任意に変更することができる。
【００７８】
以上説明したように、本発明によれば、振動板とミラーを線膨張係数の異なる材料で構成した振動ミラーを用いる光走査装置において、環境温度が変化したときに発生する振動ミラーの反りに伴うビーム結像位置の変化に対して、反射ミラーの反りでキャンセルすることでビーム結像位置を一定に保つことができ、環境温度に関係なく品質の良好な装置を提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の光走査装置は、画像形成装置、レーザプリンタ、デジタル複写機などに利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明における振動ミラーの構造を示す概略斜視図。
【図２】本発明における光走査装置の構造を示す概略構成図。
【図３】チタン合金のＳ−Ｎ曲線を示す図。
【図４】環境温度が変化したときのミラーと振動子の反り状態の一例を示す図。
【図５】ミラーによる光線の補正状態を示す模式図。
【図６】本発明の第二の実施例における反射ミラーを示す図。
【図７】本発明の第三の実施例における反射ミラーを示す図。
【図８】本発明の第四の実施例における反射ミラーを示す図。
【符号の説明】
【００８１】
１    振動子
２    枠体
３    梁（ねじり回転軸）
４    支持部
５    ミラー
６    永久磁石
１０    振動ミラー
５０    レーザスキャニングユニット
５２    光源
５３    偏向器
５４    結像レンズ系（アークサインθレンズ）
５６    シリンドリカルレンズ
５７    反射ミラー
５８    ミラー
５９    保持部材
６４    振幅検出用ミラー
６５    振幅検出センサ
７１    圧電部材
７２    ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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