(57)【要約】【課題】  光走査の高速化及び高精度化と装置の小型化とを図れる光偏向器を提供する。【解決手段】  フレーム７、第１ミラー８、第２ミラー９、第１永久磁石１０、第２永久磁石１１、湾曲ミラー１２、第１〜第３ねじりバネ１３〜１５、第１、第２コイル１６，１７を備え、第１、第２永久磁石１０、１１による磁界と第１、第２コイル１６，１７に流れる電流とで第１、第２コイル１６，１７に電磁気力を発生させ、この電磁気力により第１、第２ミラー８，９を回転軸Ｐ回りに回転可能に構成した。また、第１、第２コイル１６，１７には、第１、第２ミラー８，９の共振周波数と同一の周波数を有する正弦波状の交流信号を印加し、第１、第２ミラー８，９に、振幅及び周波数が同一で逆位相の前記回転軸Ｐ周りの振動を発生させ、前記回転軸Ｐ周りに振動する第１、第２ミラー８，９による反射を利用して光の偏向を行うようにした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の平面上の互いに平行な回転軸を中心として回転可能に配置された複数の反射面と、
前記反射面からの反射光を他の反射面の回転軸上に導く光学素子と、
前記反射面に、所定の周波数を有する前記回転軸周りの振動を発生させる駆動部とを備え、
前記反射面の振動により、光源から前記所定の平面に沿って出射された光を走査することを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記反射面は、所定の部材により同一の回転軸上に連結されているとともに、前記光学素子は、第１の前記反射面からの光を第２の前記反射面に反射する反射鏡であり、前記駆動部は、前記第１、第２の反射面に逆位相の振動を発生させることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記反射面は、前記光学素子に対して反対側に位置する回転軸上にそれぞれ設置されているとともに、前記光学素子は、第１の前記反射面からの光を屈折作用または回折作用を通じて第２の前記反射面に導くレンズであり、前記駆動部は、前記第１、第２の反射面に同位相の振動を発生させることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記駆動部は、永久磁石とコイルとを備えてなり、前記永久磁石による磁界において前記コイルに電流を流したときに発生する電磁気力を用いて、前記反射面に前記振動を発生させるものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光偏向器。
【請求項５】
前記所定の周波数は、前記反射面を有する反射部材の共振周波数であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデジタル複写機やレーザビームプリンタやレーザファクシミリの画像形成装置等に搭載される光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やプリンタ、あるいはファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真方式が広く利用されている。電子写真方式は、帯電器により感光体ドラムの表面を一様に帯電し、露光器により読み取った原稿の画像に対応する静電潜像を感光体ドラムの表面に形成するとともに、この静電潜像の部分にトナーを付着させてトナー像として現像し、転写器によりこの感光体ドラムに形成されたトナー像を記録紙に転写することにより、原稿の画像を記録紙面上に形成するものである。
【０００３】
前述の静電潜像は、表面が帯電された感光体ドラムのその表面に光（例えばレーザ光）が照射されることで形成されるようになっており、感光体ドラムの回転軸方向へは、レーザ光の出射角度の変化（偏向）により、また、感光体ドラムの周方向へは、該感光体ドラムの回転により光が走査されるようになっている。
【０００４】
従来、感光体ドラムの回転軸方向への光の走査を行うための光偏向器として、多角形のミラー（ポリゴンミラー）をモータで回転し、各面でレーザ光を反射するポリゴンスキャナを使用するものが知られている。しかしながら、この構成にあっては、モータの軸受け抵抗や空気等の粘性により光走査の高速化には限界があるとともに、モータの騒音や発熱、軸受けやブラシの寿命あるいは消費電力等の問題もある。
【０００５】
この問題を回避する技術として、例えば下記特許文献１には、入射したレーザ光を感光体ドラムに向けて反射するミラーを所定の軸体に取り付け、共振を利用して前記軸体をその周方向に回転させることでミラーを回転させ、もってレーザ光の走査を行う技術が開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、光の走査角（偏向角）を増大することを目的として、光を出射する投光部、及び、反射面をそれぞれ有する、第１の固定ミラー部、第１の可動反射部、第２の固定ミラー部及び第２の可動反射部が、光路上流側からこの順に設置されているとともに、前記第１、第２の可動反射部を、同一平面上の直交する各回転軸の回りをそれぞれ回動可能に構成し、所定の共振周波数を前記第１、第２の可動反射部に印加し、各可動反射部を、対応する回転軸の回りに回動させることで、投光部から出射された光を２次元的に走査する技術が開示されている。
【特許文献１】特許第２０２６１５５号公報
【特許文献２】特開平８−２５４６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光偏向器は、光走査の高速化及び高精度化と装置の小型化とが要求される。しかしながら、前記特許文献１の技術にあっては、軸体の剛性を大きくして共振周波数を上昇させると、小型化を実現する要素の一つであるミラーの偏向角が小さくなり、一方、共振周波数を上昇させなければ、光走査の高速化及び高精度化が困難である。
【０００８】
前記特許文献２の技術にあっては、前記第１、第２の可動反射部のうち、第２の可動反射部への入射光の入射点は一定でなく、第１の可動反射部の姿勢に応じて変化するため、その変化に対応するべく第２の可動反射部には大きな反射面が必要となる。その結果、回転軸の回りの回動によって第２の可動反射部に作用するモーメントが増大するため、共振周波数が低下する。また、第２の可動反射部の反射面での反射点が変化するため、例えば前述の感光体ドラム等の所定位置に集光するためのレンズが必要となる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光走査の高速化及び高精度化と装置の小型化とを図ることのできる光偏向器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、所定の平面上の互いに平行な回転軸を中心として回転可能に配置された複数の反射面と、前記反射面からの反射光を他の反射面の回転軸上に導く光学素子と、前記反射面に、所定の周波数を有する前記回転軸周りの振動を発生させる駆動部とを備え、前記反射面の振動により、光源から前記所定の平面に沿って出射された光を走査することを特徴とする光偏向器である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記反射面は、所定の部材により同一の回転軸上に連結されているとともに、前記光学素子は、第１の前記反射面からの光を第２の前記反射面に反射する反射鏡であり、前記駆動部は、前記第１、第２の反射面に逆位相の振動を発生させることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記反射面は、前記光学素子に対して反対側に位置する回転軸上にそれぞれ設置されているとともに、前記光学素子は、第１の前記反射面からの光を屈折作用または回折作用を通じて第２の前記反射面に導くレンズであり、前記駆動部は、前記第１、第２の反射面に同位相の振動を発生させることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光偏向器において、前記駆動部は、永久磁石とコイルとを備えてなり、前記永久磁石による磁界において前記コイルに電流を流したときに発生する電磁気力を用いて、前記反射面に前記振動を発生させるものであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光偏向器において、前記所定の周波数は、前記反射面を有する反射部材の共振周波数であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、複数の反射面による複数回の光の反射を行うため、大きな光の偏向角を得ることが可能となる。よって、光偏向器と該光偏向器から光を出射する対象との間の距離を短くすることができ、光偏向器を含む所定の装置全体の小型化を図ることができる。
【００１６】
また、前記光学素子により、反射面からの反射光を他の反射面の回転軸上に導くようにしたから、各反射面への入射光の入射位置は一定となる。すなわち、光源による光の出射位置を一定とすることで、反射面が振動しても前記回転軸に沿う方向における各反射面への入射光の入射位置が一定となり、また、前記光学素子により、反射面からの反射光を他の反射面の回転軸上に導くようにすることで、前記回転軸に直交する方向（前記所定の平面に直交する方向）における各反射面への入射光の入射位置も一定となる。これにより、反射面を小さくすることができ、光偏向器を小型化することができるとともに、光偏向器から光を出射する対象に対して精度よく光を出射することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、光を第１の前記反射面に照射すると、この反射面による反射光は反射鏡により反射され、この反射鏡による反射光は第２の前記反射面に入射する。ここで、前記第１、第２の反射面を駆動していない状態のその反射面の姿勢に対する、前記第１、第２の反射面の最大傾斜角度を±θとしたとき、角度±４θの偏向角を得ることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、光の屈折作用または回折作用を利用したレンズを用いて光偏向器を構成することができる。また、請求項２記載の発明のように、反射面が同一の回転軸上に連結されているものではないから、各反射面を駆動する駆動信号の周波数、振幅及び位相の調整が容易となるとともに、反射面のサイズを小さくすることができる。また、光偏光器の小型化も可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、永久磁石による磁界において前記コイルに電流を流したときに発生する電磁気力を用いて、前記反射面に前記振動を発生させるようにしたので、簡単な構成で、前記反射面を振動させる構造を実現することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、反射面を有する反射部材の共振周波数を利用して前記反射部材を振動させるようにしたので、他の周波数で反射部材を振動させる場合に比して、小さい消費電力で大きな振動振幅を得ることができ、また、前記反射部材の回転速度も増大するため、光走査の高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る光偏向器を含む電子写真光学系の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る電子写真光学系の外観構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、電子写真光学系１は、レーザ光源２と、コリメータレンズ３と、光偏向器４と、補正レンズ５と、検出器６とを備えて構成されており、図略の帯電器により周面が正極性に略均一に帯電された感光体ドラムＤのその周面に、所定の画像データに基づいてレーザ光を照射し、その照射部分の表面電位を減少させて、感光体ドラムＤの周面に静電潜像を形成するものである。
【００２３】
レーザ光源２は、感光体ドラムＤの感度波長に応じたレーザ光を出射するものであり、例えばガスレーザや半導体レーザである。コリメータレンズ３は、レーザ光を感光体ドラムＤの表面上の画素に相当するビーム径に集光するものである。
【００２４】
光偏向器４は、レーザ光源２からコリメータレンズ３を介して出射されたレーザ光を所定の平面Ｕに沿って走査するものであり、本実施形態では、レーザ光を回転中の感光体ドラムＤの幅方向（感光体ドラムＤの軸方向）に繰り返して走査する。なお、光偏向器４の詳細な構成については後述する。以下、前記所定の平面を光走査面Ｕという。
【００２５】
補正レンズ５は、感光体ドラムＤの表面上でのレーザ光の走査速度を当該補正レンズ５の歪みにより一定にするものである。検出器６は、例えばフォトダイオード等からなる光電変換素子を備えて構成されており、レーザ光の点滅開始タイミングを設定するべく、感光体ドラムＤの周面へのレーザ光の到達の有無を検出するものである。
【００２６】
図２は、光偏向器４の構成を示す外観斜視図である。
【００２７】
図２に示すように、光偏向器４は、フレーム７、第１ミラー８、第２ミラー９、第１永久磁石１０、第２永久磁石１１、湾曲ミラー１２、第１ねじりバネ１３、第２ねじりバネ１４、第３ねじりバネ１５、第１コイル１６及び第２コイル１７を有して構成されている。
【００２８】
フレーム７は、金属や樹脂等からなる板をプレス加工やエッチング加工により、中央に四角形状の開口部７ａを有して形成された四角形状の部材である。
【００２９】
第１ミラー８及び第２ミラー９は、略同様の構成を有するものであり、一方の面に光の反射面を有する軸対称の形状、例えば正方形状の部材である。第１ミラー８及び第２ミラー９は、フレーム７と同一平面上であって、且つ前記反射面を同じ側に向かせた状態で、前記フレーム７の開口部７ａ内に所定の間隙を介して並設されている。具体的には、第１ミラー８及び第２ミラー９は、その外周縁部がフレーム７の周縁部に対し所定の間隙を介して略平行となり、且つフレーム７のうち矢印Ａ方向における中央位置を通る軸Ｐを想定したとき、第１ミラー８及び第２ミラー９は、その軸Ｐに対して対称となるように設置されている。第１、第２ミラー８，９の反射面は、特許請求の範囲における反射面の一例である。また、本実施形態では、軸Ｐを通り前記フレーム７が構成する平面と直交する平面が、特許請求の範囲における「所定の平面」に相当する。
【００３０】
第１、第２永久磁石１０，１１は、フレーム７の対向する２組の辺のうち、前記軸Ｐと平行な一方の組における各辺の表面に、異なる磁極が対向するように取り付けられており、第１、第２ミラー８，９の取り付け位置を含む領域に磁界を生成するものである。
【００３１】
湾曲ミラー１２は、断面が円弧状を有して内周面が反射面とされた部材であり、第１、第２ミラー８、９の上方であって、当該湾曲ミラー１２の円弧の中心が、前記軸Ｐを通りフレーム７に直交する平面上に位置するように設置されている。湾曲ミラー１２は、特許請求の範囲における光学素子の一例である。
【００３２】
当該光偏向器４へのレーザ光は、前記軸Ｐを通るフレーム７の直交する平面に沿って第１ミラー８の前記軸Ｐ上の位置に入射される。
【００３３】
第１〜第３ねじりバネ１３〜１５は、弾性を有する材質で構成されており、第１ねじりバネ１３は第１ミラー８と第２ミラー９とを、第２ねじりバネ１４はフレーム７と第１ミラー８とを、第３ねじりバネ１５はフレーム７と第２ミラー９とをそれぞれ前記軸Ｐ上で連結するものである。第２、第３ねじりバネ１４、１５は、略同一の長さを有すると共に、第１ねじりバネ１３は、第２、第３ねじりバネ１４，１５の約２倍の長さ、すなわち約１／２のねじり剛性を有する。
【００３４】
第１、第２コイル１６，１７は、それぞれ図略の駆動回路に接続された１巻きの略正方形状を有するコイルであり、第１、第２ミラー８，９にその周縁に沿って内蔵されており、第１、第２永久磁石１０、１１による磁界と第１、第２コイル１６，１７に流れる電流とで、当該第１、第２コイル１６，１７に電磁気力を発生させ、この電磁気力を用いて第１、第２ミラー８，９の前記軸Ｐを中心とする（前記軸Ｐを回転軸として）回転方向の動作を第１、第２ミラー８，９に付与するようにしている。以下、軸Ｐを回転軸Ｐという。
【００３５】
図３は、第１、第２コイル１６，１７に生じる駆動力の発生原理を示す図である。なお、図３に示す図の上下方向は、図１に示す電子写真光学系１の上下方向に一致するものではないが、図３の説明では、この図３における上下方向を上下というものとする。
【００３６】
図３に示すように、前記駆動回路により、第１コイル１６に、端子ａを正極、端子ｂを負極として駆動信号（駆動電流）が供給されると、フレミングの法則により、第１コイル１６のうち第１永久磁石１０に対向する部位１６ａには下向きの電磁気力Ｆが作用し、第２永久磁石１１に対向する部位１６ｂには上向きの電磁気力Ｆが作用する。その結果、第１ミラー８は、図２に示す矢印Ｂの方向からみて前記回転軸Ｐを中心として時計回りに回転する。
【００３７】
また、前記駆動回路により、第１コイル１６に、端子ａを負極、端子ｂを正極として駆動信号（駆動電流）が供給されると、第１コイル１６のうち第１永久磁石１０に対向する部位１６ａには上向きの電磁気力Ｆが作用し、第２永久磁石１１に対向する部位１６ｂには下向きの電磁気力Ｆが作用する。その結果、第１ミラー８は、図２に示す矢印Ｂの方向からみて前記回転軸Ｐを中心として反時計回りに回転する。
【００３８】
一方、第２コイル１７に、前記駆動回路により、端子ｃを正極、端子ｄを負極として駆動信号（駆動電流）が供給されると、第２コイル１７のうち第１永久磁石１０に対応する部位１７ａには上向きの電磁気力Ｆが作用し、第２永久磁石１１に対応する部位１７ｂには下向きの電磁気力Ｆが作用する。その結果、第２ミラー９は、図２に示す矢印Ｂの方向からみて前記回転軸Ｐを中心として反時計回りに回転する。
【００３９】
また、第２コイル１７に、前記駆動回路により、端子ｃを負極、端子ｄを正極として駆動信号（駆動電流）が供給されると、第２コイル１７のうち第１永久磁石１０に対応する部位１７ａには下向きの電磁気力Ｆが作用し、第２永久磁石１１に対応する部位１７ｂには上向きの電磁気力Ｆが作用する。その結果、第２ミラー９は、前記回転軸Ｐを中心として矢印Ｂの方向からみて時計回りに回転する。
【００４０】
以上のような駆動力の発生原理に基づき、本実施形態では、第１コイル１６の端子ａから端子ｂに電流が流れる方向、及び、第２コイル１７の端子ｃから端子ｄに電流が流れる方向を正とすると、第１、第２コイル１６，１７に例えば図４に示すような正弦波状の交流信号（電流）Ｉ１，Ｉ２を供給することにより、第１、第２コイル１６，１７に作用する電磁気力の方向を時間的に変化させる。なお、図４（ａ）は、第１コイル１６に供給する電流の波形を示し、横軸は時間ｔ、縦軸は電流値Ｉ１であり、図４（ｂ）は、第２コイル１７に供給する電流の波形を示し、横軸は時間ｔ、縦軸は電流値Ｉ２である。前記交流信号の周波数は、第１、第２ミラー８，９の共振周波数と同一の周波数に設定されており、その振幅は、検出器６により検出されるレーザ光の到達タイミングの周期が一定となるように設定される。なお、第１、第２コイル１６，１７に供給する交流信号は、正弦波状のものに限らずパルス状のものであってもよい。
【００４１】
ここで、第１ミラー８を含む振動系と第２ミラー９を含む振動系とは、質量及び剛性が等しいため、第１、第２ミラー８，９には、振幅及び周波数が同一で逆位相の前記回転軸Ｐ周りの振動が発生する。以下、この振動をねじり振動という。図５は、第１ミラー８及び第２ミラー９の駆動時における一状態を示す図である。なお、第１ねじりバネ１３は、軸方向の中央部を境界として反対方向にねじれるため、第２、第３ねじりバネ１４、１５と同一のねじり剛性を有する。
【００４２】
第１、第２ミラー８，９を含む振動系は、図６（ａ）に示すように、伸縮する３個のコイルバネＳ１〜Ｓ３と２個の振動子Ｘ１，Ｘ２とを用いたモデルで表すことができる。平面内の固有振動には、図６（ｂ）に示すように、振動子Ｘ１，Ｘ２が同様に上下動する同位相の振動と、図６（ｃ）に示すように、振動子Ｘ１、Ｘ２の上下動が反転する逆位相の振動の２種類が存在する。振動子Ｘ１，Ｘ２が同様に上下動する同位相の振動は、第１、第２ミラー８，９が同方向に振動し第１ねじりバネ１３にねじれが生じない振動に相当し、振動子Ｘ１、Ｘ２の上下動が反転する逆位相の振動は、第１ねじりバネ１３がねじれるように第１、第２ミラー８，９が反対方向に回動してなる振動に相当する。
【００４３】
これらの振動は、周波数が異なり、図６（ｂ）に示す振動の周波数をｆ１、図６（ｃ）に示す振動の周波数をｆ２とすると、図６（ｃ）に示す振動は、図６（ｂ）に示す振動にバネＳ１の伸縮動作が加わるため、図６（ｃ）に示す振動の周波数ｆ２の方が、図６（ｂ）に示す振動の周波数ｆ１に比して大きい。
【００４４】
すなわち、バネＳ１の伸縮は、第１ねじりバネ１３がねじれることに相当するものであり、延いては、第１ねじりバネ１３がねじれる第１、第２ミラー８，９に逆位相の前記回転軸Ｐ周りの振動の方が、第１ねじりバネ１３にねじれが生じない第１、第２ミラー８，９が同位相の振動に比して、第１、第２ミラー８，９の大きな振動周波数が得られることを意味する。このことから、本実施形態では、光走査の高速化のため、第１ねじりバネ１３がねじれる第１、第２ミラー８，９に逆位相の前記回転軸Ｐ周りの振動を発生させるようにしている。
【００４５】
図７は、光偏向器４によるレーザ光の偏向動作の様子を示す図であり、図７（ａ）は、図２（ａ）に示す矢印Ｂ方向から見た正面図、図７（ｂ）は、側断面図である。
【００４６】
図７に示すように、光偏向器４には第１、第２ミラー８，９の並び方向のうち一方側からレーザ光が入射されるように、レーザ光源２及びコリメータレンズ３が設置されており、前述したように、光偏向器４へのレーザ光は、前記回転軸Ｐを通り且つフレーム７に直交する平面に沿って第１ミラー８の前記回転軸Ｐ上の位置に入射される。
【００４７】
光偏向器４に入射された光線Ｓ１は、第１ミラー８、湾曲ミラー１２、第２ミラー９の順に反射されたのち（図７（ｂ）中のＳ２，Ｓ３は、第１ミラー８及び湾曲ミラー１２による反射光を示す）、感光体ドラムＤに出射される。
【００４８】
そして、第１、第２ミラー８，９が静止状態にある場合には、図７（ａ）に示すように、光線Ｓ１〜Ｓ４は、図２に示す矢印Ｂの方向から見て一直線上に並び、且つ、図７（ｂ）に示すように、フレーム７及び第１、第２ミラー８，９で構成される平面に直交する垂線のうち、湾曲ミラー１２の反射点Ｑを通る垂線Ｍに対し、側方からみて光線Ｓ１と光線Ｓ４と、光線Ｓ２と光線Ｓ３とはそれぞれ線対称の関係となる。なお、図７（ａ）では、反射の状態を明示するため、光線Ｓ１〜Ｓ４をずらして描いている。
【００４９】
図８は、第１、第２ミラー８，９にねじり振動を発生させたときの該第１、第２ミラー８，９の一状態と、この状態におけるレーザ光の光路を示す図であり、図８（ａ）は、図２（ａ）に示す矢印Ｂ方向から見た正面図、図８（ｂ）は、側面図である。
【００５０】
図８（ａ）に示すように、図７（ａ）に示す状態から、第１ミラー８が反時計回りに角度θ、第２ミラー９が時計周りに角度θだけ回転したときの状態に着目する。このとき、図８（ａ）に示すように、光線Ｓ１は、正面から見て、第１ミラー８により入射点Ｔを通る第１ミラー８の法線Ｌ１に対して前記光線Ｓ１と反対側の角度θをなす方向に反射される。また、この反射による光線Ｓ２’は、湾曲ミラー１２により正面から見て同じ方向に反射され、この反射による光線Ｓ３’は、第２ミラー９上の前記入射点Ｔに入射し、第２ミラー９によりその入射点Ｔを通る第２ミラー９の法線Ｌ２に対して前記光線Ｓ３’と反対側の角度３θをなす方向に反射される（光線Ｓ４’）。
【００５１】
したがって、図２（ａ）に示す矢印Ｂ方向から見て、光線Ｓ４’は、光線Ｓ１に対して角度４θをなす方向に出射されることとなる。ここで、角度θをθ＝±２２．５度とすると、第１、第２ミラー８，９による２回の反射で計±９０度、すなわち半円分（１８０度）のレーザ光の走査が可能となる。
【００５２】
このように、本実施形態の光偏向器４では、大きな偏向角が得られるため、光偏向器４と感光体ドラムＤとの間の距離を短くしても、感光体ドラムＤの幅方向（感光体ドラムＤの軸方向）において十分な光の走査量が得られる。したがって、光偏向器４と感光体ドラムＤとの間の距離を短くすることができ、その結果、電子写真光学系１全体の小型化を図ることができる。
【００５３】
また、第１、第２ミラー８，９を共振周波数で振動させるようにしたので、第１、第２ミラー８，９を他の周波数で振動させる場合に比して、小さい消費電力で大きな振動振幅を得ることができ、また、第１、第２ミラー８，９の回転速度も増大するため、光走査の高速化を図ることができる。
【００５４】
また、第２ミラー９のレーザ光の出射点（反射点）は、常に前記回転軸Ｐ上に位置するので、第２ミラー９のレーザ光の出射点が逐次変化する構成のものに比して、第２ミラー９、延いては光偏向器１を小型化することができるとともに、感光体ドラムＤに向けて高精度に光を出射することができ、さらには、補正レンズ５の設計が容易となりコストの抑制を図ることができる。
【００５５】
また、本実施形態の光偏向器４においては、部材が摩擦する構造等がほとんど無いため、騒音や発熱が少ない長寿命の光偏向器１を実現することができる。
【００５６】
なお、本発明は、前記実施形態に加えて、あるいは前記実施形態に代えて次の変形形態［１］〜［４］も採用可能である。
【００５７】
［１］前記第１の実施形態では、第１ミラー８からのレーザ光を第２ミラー９に反射する反射部材として、円弧状断面を有し内周面が反射面とされた湾曲ミラー１２を備えたが、これに代えて、図９に示すようなミラーを形成してもよい。
【００５８】
本実施形態に係るミラーは、図９（ａ）に示すように、前記湾曲ミラー１２の円弧状の反射面を矢印Ｃの方向に複数に分割してなる各反射面を、図９（ｂ），（ｃ）に示すように、矢印Ｃの方向に不連続的に並列して形成したものである（分割線を点線で示している）。図９（ｂ）は、このミラー１２’の断面図、図９（ｃ）は、ミラー１２’の外観斜視図である。
【００５９】
このミラーは、各部位における曲率半径、延いては光の入射角と反射角との関係が前記湾曲ミラー１２と同一であるから、前記湾曲ミラー１２と略同様の機能を有している。また、このミラーを採用することで、第１ミラー８からのレーザ光を第２ミラー９に反射する反射部材（ミラー）の薄型化を図ることができる（Ｒ１＜Ｒ２）。
【００６０】
ところで、この薄型ミラーと反射面が平面状の平面ミラーとを組み合わせたミラーを用いて光偏向器を構成することにより、次のような利点を有する。図１０は、前述の組み合せたミラーを用いて構成した光偏向器によるレーザ光の偏向動作の様子を示す図であり、図１０（ａ）は、光偏向器の外観斜視図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の矢印Ｄの方向から見た側面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の矢印Ｅの方向から見た正面図である。
【００６１】
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態におけるミラー１２’は、図９に示すように反射面が形成された短冊状湾曲ミラー部１２ａ’と、反射面が平面状に形成された平面ミラー部１２ｂ’とを並列して一体的に構成したものであり、レーザ光の入射側に平面ミラー部１２ｂ’が、レーザ光の出射側に短冊状湾曲ミラー部１２ａ’が位置するように配置されている。
【００６２】
そして、このような構成において、レーザ光源２からの光を第１ミラー８に照射するのではなく平面ミラー部１２ｂ’に照射するようにすることで、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、当該光偏向器への入射光とその出射光とが略平行となるようにレーザ光源２及びコリメータレンズ３を配置することができる。その結果、電子写真光学系１における前記光走査面（図１に示す平面Ｕ）の法線方向の長さを短縮化（薄型化）することができる（図１０（ｂ）に示す長さＷ１＜図８に示す長さＷ２）。
【００６３】
また、図１０（ｃ）に示すように、図１０（ａ）の矢印Ｅの方向（正面）からみて、平面ミラー部１２ｂ’の反射による光線Ｓ２”は、第１ミラー８の反射面における回転軸Ｐ上に入射し、第１ミラー８の反射面における反射点は移動しない。さらに、図１０（ｂ）に示すように、ミラー１２’と第１、第２ミラー８，９との間隔はそれぞれ一定であるため、第２ミラー９の反射面への光線Ｓ４”の入射位置（前記反射点Ｇ）は変化しない。
【００６４】
その結果、第１、第２ミラー８，９における回転軸Ｐ方向の長さを短縮化（第１、第２ミラー８，９の小型化）を図ることができ、これにより共振周波数を増大させることができるとともに、補正レンズ５の設計が容易となり、コストの抑制を図ることができる。
【００６５】
なお、前記平面ミラー部１２ｂ’を設けずに、全面を短冊状湾曲ミラーとして形成した場合には、レーザ光源１の取付け姿勢（レーザ光源１から出射するレーザ光の光偏向器に対する角度）に多少の誤差が生じていても、この平面ミラー部１２ｂ’の反射による光線Ｓ２”を第１ミラー８の反射面における回転軸Ｐ上に導くことができる。したがって、高い組み立て精度が要求されないため、コストダウンを図ることができる。
【００６６】
［２］光偏向器は、前記第１の実施形態や変形形態［１］に限らず、次のような構成も採用可能である。図１１は、光偏向器の変形形態を示す背面斜視図である。
【００６７】
図１１に示すように、本実施形態の光偏向器４’は、第１の実施形態と同様のフレーム７、第１、第２ミラー８，９、図略の湾曲ミラー、第１ねじりバネ１３、第２ねじりバネ１４、第３ねじりバネ１５を有する。なお、前記第１の実施形態と同様の部材については同一の番号を付している。
【００６８】
また、光偏向器４’は、図２に示す第１、第２永久磁石１０，１１に代えて、第１、第２ミラー８，９の背面に第１、第２永久磁石１８，１９が取付けられており、第１、第２永久磁石１８，１９は、磁極の並び方向（Ｓ極及びＮ極の並ぶ方向）が回転軸Ｐに直交するように設置されている。
【００６９】
さらに、光偏向器４’には、図２に示す第１、第２コイル１６，１７に代えて、多重巻きのコイル２０がフレーム７の背面側に設置されている。このコイル２０は、端子ｅ，ｆから電流が供給されたときに該コイル２０に発生する磁極の並び方向が、フレーム７の法線方向となるように設置されている。
【００７０】
このような構成を有する光偏向器４’においては、図１１（ｂ）に示すように、背面側からみてコイル２０に例えば図１１（ｂ）に示す電流ｉの方向に電流が流れたときには、このコイル２０のフレーム側にはＮ極が、背面側にはＳ極が発生する。このため、第１ミラー８の背面に設置された第１磁石１８の磁極のうちＳ極には、コイル２０との間で引力が作用する一方、Ｎ極には反発力が作用するため、矢印Ｂの方向（正面）からみて、第１ミラー８は反時計回りに回転する。
【００７１】
一方、この場合、第２ミラー９の背面に設置された第２磁石１９の磁極うちＮ極には反発力が作用する一方、Ｓ極には引力が作用するため、矢印Ｂの方向からみて、第２ミラー９は時計回りに回転する。
【００７２】
このように、第１、第２ミラー８，９は、回転軸Ｐ周りに互いに逆方向に回転することとなる。したがって、コイル２０に交流信号を供給することにより、第１、第２ミラー８，９にその交流信号の周波数に対応する周波数を有するねじり振動を発生させることができる。
【００７３】
特にこの構成によれば、前記第１の実施形態のように、第１、第２ミラー８，９に内蔵された第１、第２コイル１６，１７への電気配線が不要となるため、光偏向器４’の製造が容易となるとともに、電気配線の断線等の可能性が解消され、製品の信頼性を向上することができる。
【００７４】
[３］図１２は、光偏向器の他の変形形態を示す斜視図である。
【００７５】
図１２に示すように、本実施形態の光偏向器４”は、第１の実施形態と同様のフレーム７、第１、第２ミラー８，９、図略の湾曲ミラー、第１ねじりバネ１３、第２ねじりバネ１４、第３ねじりバネ１５を有する一方、第１、第２永久磁石１０，１１及び第１、第２コイル１６，１７は設けられておらず、また、フレーム７の回転軸Ｐ方向における両端部が該回転軸Ｐ方向に延設され、この延設部７ａ，７ｂの表面に、圧電素子板２１〜２４が導電性を有する接着剤で固定されている。
【００７６】
圧電素子板２１〜２４は、電極２５〜２８を有しており、この電極２５〜２８は導線を介して交流電源と接続されている。また、フレーム７の背面は導電性を有していてグランドに接続されている。
【００７７】
圧電素子板２１〜２４は、図示しないが、ＰＴＺ等の圧電特性を示すセラミック単板の表裏面に電極２５〜２８（裏面の電極は図示せず）を設けてなり、その電極２５〜２８が電源に接続されている。そして、圧電素子板２１〜２４は、その板面が延設部７ａ，７ｂの板面と平行となるように設置されており、電極２５〜２８に電圧が印加されると、圧電素子板２１〜２４には、その厚み方向に伸縮力が発生する。圧電素子板２１〜２４は、弾性体であるから、例えば厚み方向に収縮するとこの厚み方向と直交する平面方向への伸長作用が働く。
【００７８】
ここで、圧電素子板２１〜２４は、一方の面がフレーム７の延設部７ａ，７ｂに接着剤で固定されているため、圧電素子板２１〜２４のうち、その面の近傍に位置する部位は、他方の面の近傍に位置する部位に比して伸縮動作が抑制される。したがって、圧電素子板２１〜２４への電圧印加時には、圧電素子板２１〜２４は、フレーム７と密着（対接）している側とその反対側とで、伸長量または収縮量が異なる。
【００７９】
例えば、図１２の矢印Ｂの方向から見た図１３に示すように、圧電素子板２３の両面のうち、フレーム７と密着（対接）していない側の面が正電位となるように、その面に電圧が印加されると、その面の近傍に位置する部位は、他方の面（フレーム７と密着（対接）している側の面）の近傍に位置する部位に比してより伸長し、その結果、延設部７ｂのうち圧電素子２３が固定されている部分が上方に向けて湾曲変形する。
【００８０】
一方、圧電素子板２４の両面のうち、フレーム７と密着（対接）していない側の面が負電位となるように、その面に電圧が印加されると、その面の近傍に位置する部位は、他方の面（フレーム７と密着（対接）している側の面）の近傍に位置する部位に比してより収縮し、その結果、延設部７ｂのうち圧電素子２４が固定されている部分が下方に向けて湾曲変形する。
【００８１】
よって、延設部７ｂは、第３ねじりバネ１５が矢印Ｂ方向から見て右斜め下側に傾斜するようにＳ字状に湾曲し、その結果、第２ミラー９は、図１３の実線で示すように、右斜め下側に傾斜する。なお、図１３においては、電極２５〜２８を図示していない。
【００８２】
また、圧電素子板２１，２２に、前述と同様に逆極性の電圧を印加することで、図１３の仮想線で示すように、延設部７ｂは、第３ねじりバネ１５が矢印Ｂ方向から見て右斜め上側に傾斜するようにＳ字状に湾曲し、その結果、第２ミラー９は、右斜め上側に傾斜する。
【００８３】
さらに、圧電素子板２１と圧電素子板２３とで、また、圧電素子板２２と圧電素子板２４とでそれぞれ逆極性の電圧を印加することで、第１ミラー８と第２ミラー９とは、回転軸Ｐの回りを逆方向に回転する。これを用いて、圧電素子板２１〜２４に印加する駆動信号を設定することで、前記第１の実施形態等と同様のねじり振動を発生させることができる。
【００８４】
本実施形態においても、前記第１の実施形態のように、第１、第２ミラー８，９への電気配線が不要となり、光偏向器４”の製造が容易となるとともに、電気配線の断線等の可能性が解消され、製品の信頼性を向上することができる。
【００８５】
また、前記第１の実施形態や図１１に示す変形形態における永久磁石やコイルも不要となるため、光偏向器のサイズを前記第１の実施形態や図１１に示す変形形態に比して小型化することが可能となる。さらには、光偏向器４”で発生する磁界は、前記第１の実施形態や図１２に示す変形形態等に比して小さいものであるため、該光偏向器４”から外部への磁界の漏れがほとんど無く、この磁界によって、該光偏向器４”の近傍に配置される電子部品の動作に悪影響が及ぼされるのを防止又は抑制することができる。
【００８６】
［４］光偏向器は、前記各実施形態に限らず、次のような構成も採用可能である。図１４（ａ）は、光偏向器の変形形態を示す外観斜視図、図１４（ｂ）は、第１、第２ミラー３０，３１を駆動していない状態における、図１４（ａ）の矢印Ｈの方向から見た正面図、図１４（ｃ）は、第１、第２ミラー３０，３１を駆動したときの、図１４（ａ）の矢印Ｈの方向から見た正面図である。なお、第１、第２ミラー３０，３１は、前記第１、第２ミラー８，９と略同様の構成を有し、同一形状で同一の共振周波数を有するものである。
【００８７】
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の光偏向器２９は、第１ミラー３０からのレーザ光を第２ミラー３１に導く光学素子として、前記各実施形態のミラー（光を反射する部材）に代えて、レンズ（光を屈折する部材）を採用したものであり、例えば、両面が円柱面状に形成されたシリンドリカルレンズ３２が採用可能である。
【００８８】
そして、本実施形態では、シリンドリカルレンズ３２を採用したことに伴い、第１、第２ミラー３０，３１が前記シリンドリカルレンズ３２を挟んで反対側に設置されている。具体的には、第１ミラー３０がその反射面を前記シリンドリカルレンズ３２の一方の円柱面に対向した状態で配置され、第２ミラー３１がその反射面を前記シリンドリカルレンズ３２の他方の円柱面に対向した状態で配置されており、第１、第２ミラー３０，３１は、回転軸Ｚ１，Ｚ２が互いに平行な状態で、且つ回転軸Ｚ１，Ｚ２方向に位置をずらして配置されている。また、第１、第２ミラー３０，３１とシリンドリカルレンズ３２との距離は、シリンドリカルレンズ３２の焦点距離の略２倍に設定されている。
【００８９】
なお、第１、第２ミラー３０，３１の回転軸Ｚ１，Ｚ２回りの回転駆動を行う機構は、例えば、前記各実施形態と略同様に、コイルと永久磁石とを用いて電磁気力を発生させ、この電磁気力により前記回転駆動を行う機構が採用可能である。また、本実施形態では、回転軸Ｚ１，Ｚ２を通る平面が、特許請求の範囲における「所定の平面」に相当する。
【００９０】
シリンドリカルレンズ３２は、その断面中心が第１、第２ミラー３０，３１の回転軸Ｚ１，Ｚ２を通る前記平面上に位置するように設置されており、レーザ光源２は、この平面に沿って第１ミラー３０の回転軸Ｚ１上にレーザ光を出射するように構成されている。シリンドリカルレンズ３２は、特許請求の範囲における光学素子の一例である。
【００９１】
図１４（ｂ）に示すように、第１、第２ミラー３０，３１が回転駆動されていない状態で、レーザ光源２から光線Ｖ１が出射されると、第１ミラー３０は、その光線Ｖ１を該第１ミラー３０の反射面の法線方向に反射し、その光線Ｖ２は、シリンドリカルレンズ３２を直線的に透過して第２ミラー３１の回転軸Ｚ２上に垂直に入射する。そして、第２ミラー３１は、この光線Ｖ２を該第２ミラー３１の法線方向に反射する（反射光Ｖ３）。
【００９２】
一方、図１４（ｃ）に示すように、第１、第２ミラー３０，３１が回転駆動された状態で、レーザ光源２からレーザ光が出射されると、第１ミラー３０は、その反射面に対する入射角と同じ角度の反射角で、前記光線Ｖ１を反射し、その反射による光線Ｖ２”は、シリンドリカルレンズ３２の屈折作用を介して第２ミラー３１の回転軸Ｚ２上に入射する。そして、この光線Ｖ２”は、第２ミラー３１は、その反射面に対する入射角と同じ角度の反射角で、前記レーザ光を反射する（光線Ｖ３”）。
【００９３】
このように、第１、第２ミラー３０，３１をそれぞれ回転軸Ｚ１，Ｚ２周りに回転駆動することで、レーザ光源２からの光に対し、図１４（ａ）の矢印Ｈの方向からみて、左右方向への光の偏向を行うことができる。
【００９４】
この場合、前記実施形態のように第１ミラー３０と第２ミラー３１とを連結していないので、駆動信号の周波数、振幅及び位相の調整が容易となるとともに、第１、第２ミラー３０，３１を小型化することができる。また、前記変形形態［１］と同様に、光偏向器への入射光とその出射光とが略平行となるようにレーザ光源２及びコリメータレンズ３を配置することができるので、電子写真光学系１における前記光走査面（図１に示す平面Ｕ）の法線方向の長さを短縮化（薄型化）することができる。
【００９５】
なお、前記シリンドリカルレンズ３２に代えて、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、図９（ａ）に示すミラー１２’の反射面と略同様の光透過面を有するレンズも採用可能である。このレンズの場合にはシリンドリカルレンズ３２に比して厚みを薄型化することができる。また、これらのレンズの他に、図１５（ｃ），（ｄ）に示すように、回転軸方向に延びるスリットや凹凸を形成し、回折を利用したレンズも採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明に係る光偏向器を含む電子写真光学系の外観構成を示す図である。
【図２】光偏向器の構成を示す図である。
【図３】第１、第２コイルに生じる駆動力の発生原理を示す図である。
【図４】第１、第２コイルに供給する電流の波形の一例を示す図である。
【図５】第１、第２ミラーの駆動時における一状態を示す図である。
【図６】第１、第２ミラーを含む振動系を、伸縮する３個のコイルバネと２個の振動子とを用いて表したモデルを示す図である。
【図７】光偏向器によるレーザ光の偏向動作の様子を示す図である。
【図８】第１、第２ミラーにねじり振動を発生させたときの該第１、第２ミラーの一状態と、この状態におけるレーザ光の光路を示す図である。
【図９】第１ミラーからのレーザ光を第２ミラーに反射する反射部材の他の変形形態を示す図である。
【図１０】薄型ミラーと反射面が平面状の平面ミラーとを組み合わせたミラーを用いて構成した光偏向器によるレーザ光の偏向動作の様子を示す図である。
【図１１】光偏向器の変形形態を示す背面斜視図である。
【図１２】光偏向器の変形形態を示す斜視図である。
【図１３】図１２の矢印Ｂの方向から見た図である。
【図１４】光偏向器の変形形態を示す外観斜視図である。
【図１５】第１ミラーの反射面からの反射光を第２のミラーの反射面の回転軸上に導く光学素子の変形形態を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１    電子写真光学系
２    レーザ光源
４    光偏向器
７    フレーム
７ａ，７ｂ  延設部
８，３０    第１ミラー
９，３１    第２ミラー
１０，１８    第１永久磁石
１１，１９    第２永久磁石
１２    湾曲ミラー
１２’  ミラー
１２ａ’  短冊状湾曲ミラー部
１２ｂ’  平面ミラー部
１３    第１ねじりバネ
１４    第２ねじりバネ
１５    第３ねじりバネ
１６    第１コイル
１７    第２コイル
２０  コイル
２１〜２４  圧電素子板
３２  シリンドリカルレンズ
【図１】
2006293235.tif 000003
【図２】
2006293235.tif 000004
【図３】
2006293235.tif 000005
【図４】
2006293235.tif 000006
【図５】
2006293235.tif 000007
【図６】
2006293235.tif 000008
【図７】
2006293235.tif 000009
【図８】
2006293235.tif 000010
【図９】
2006293235.tif 000011
【図１０】
2006293235.tif 000012
【図１１】
2006293235.tif 000013
【図１２】
2006293235.tif 000014
【図１３】
2006293235.tif 000015
【図１４】
2006293235.tif 000016
【図１５】
2006293235.tif 000017