(57)【要約】【課題】  光ビームを安定して走査することができる簡素な構成で、かつコンパクトな光走査装置および該装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】  伝達光学系６７は、その反射面６７１ａを偏向ミラー面６５１に向けて配置された凹面ミラー６７１と、凹面ミラー６７１と偏向ミラー面６５１との間に配置された伝達レンズ６７２とを備えている。そして、偏向素子６５により第１偏向角に偏向された光ビームを伝達レンズ６７２を介して凹面ミラー６７１に導くとともに、凹面ミラー６７１で折り返された光ビームを伝達レンズ６７２を介して偏向素子６５に導く。これによって、光ビームが偏向素子６５で２回反射され、第１偏向角よりも大きな第２偏向角で光ビームが走査レンズ６６に向けて射出される。【選択図】  図４
2005062358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを反射して該光ビームを偏向する偏向素子と、光ビームを被走査面に結像する結像素子とを有し、前記被走査面上で光ビームを主走査方向に走査する走査光学系と、
前記偏向素子により偏向された光ビームを前記偏向素子に導く伝達光学系とを備え、
前記伝達光学系が、その反射面を前記偏向素子に向けて配置された凹面ミラーと、前記凹面ミラーと前記偏向素子との間に配置された伝達レンズとを備え、前記偏向素子により偏向された光ビームを前記伝達レンズを介して前記凹面ミラーに導くとともに、前記凹面ミラーで折り返された光ビームを前記伝達レンズを介して前記偏向素子に導くことで、前記偏向素子により再度偏向されて前記被走査面に向けて射出される光ビームの偏向角を前記伝達光学系に入射する光ビームの偏向角より大きくすることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記偏向素子での光ビームの反射位置と、前記凹面ミラーでの光ビームの反射位置とがほぼ共役となっている請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記伝達光学系では、前記伝達レンズの焦点と前記凹面ミラーの球心とがほぼ一致するように、前記伝達レンズと前記凹面ミラーとが配置されている請求項２記載の光走査装置。
【請求項４】
前記伝達光学系は、前記走査光学系により走査される光ビームの走査領域の外に配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記伝達レンズは非球面レンズである請求項１ないし４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
前記偏向素子での光ビームの反射位置と、前記被走査面とが、前記走査光学系により走査される光ビームの走査方向とほぼ直交する副走査平面においてほぼ共役となっている請求項１ないし５のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項７】
前記偏向素子は、
光ビームを反射する偏向ミラー面を有する可動部材と、
前記可動部材を光ビームの走査方向とほぼ直交する方向に伸びる主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、
前記可動部材を前記主走査偏向軸回りに揺動駆動するミラー駆動部とを備え、
前記ミラー駆動部は、前記主走査偏向軸回りに前記偏向ミラー面を揺動させて光ビームを前記主走査方向に走査させる請求項１ないし６のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項８】
前記偏向素子は、
光ビームを反射する偏向ミラー面を有する内側可動部材と、
前記内側可動部材を第１軸回りに揺動自在に支持する外側可動部材と、
前記外側可動部材を前記第１軸とは異なる第２軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、
前記内側可動部材を前記第１軸回りに揺動駆動し、また前記外側可動部材を前記第２軸回りに揺動駆動するミラー駆動部とを備え、
前記ミラー駆動部は、前記第１軸および前記第２軸のうちの一方を主走査偏向軸として前記偏向ミラー面を揺動させて光ビームを前記主走査方向に走査させる一方、他方を微調整軸として前記偏向ミラー面を揺動駆動して前記偏向ミラー面からの光ビームの向きを補正する請求項１ないし６のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項９】
前記可動部材および前記支持部材はシリコン単結晶で構成されている請求項７または８記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記ミラー駆動部は、前記偏向ミラー面を共振モードで前記主走査偏向軸回りに揺動駆動する請求項７、８または９記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記ミラー駆動部は、電磁気力により前記偏向ミラー面を前記主走査偏向軸回りに揺動駆動する請求項７ないし１０のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記ミラー駆動部は、静電吸着力により前記偏向ミラー面を前記主走査偏向軸回りに揺動駆動する請求項７ないし１０のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１３】
前記ミラー駆動部は、前記偏向ミラー面を非共振モードで前記微調整軸回りに揺動位置決めする請求項８記載の光走査装置。
【請求項１４】
前記ミラー駆動部は、電磁気力により前記偏向ミラー面を前記微調整軸回りに揺動位置決めする請求項８または１３記載の光走査装置。
【請求項１５】
前記ミラー駆動部は、静電吸着力により前記偏向ミラー面を前記微調整軸回りに揺動位置決めする請求項８または１３記載の光走査装置。
【請求項１６】
潜像担持体と、
請求項１ないし１５のいずれかに記載の光走査装置と同一構成を有し、前記潜像担持体の表面を前記被走査面として光ビームを走査して前記潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザビームプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置、特に偏向素子に光ビームを複数回入射させて偏向角を増大させる光走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザビームプリンタ、複写機やファクシミリ装置などの画像形成装置に用いられる光走査装置では、偏向角を増大させるために偏向素子で光ビームを複数回偏向させる構成が採用されることがあった（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に記載の光走査装置では、偏向素子の偏向面で偏向した光ビームを再度上記偏向面に導き、二度目の偏向した光ビームの偏向角を増大させている。そして、偏向素子から射出される光ビームを走査レンズを介して被走査面上に導いている。このように偏向素子への光ビームの複数入射によって、光ビームの走査速度の向上を図っている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３，７７１，８５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来装置では、偏向素子の偏向面で偏向した光ビームを再度偏向面に導くために伝達光学系を設けているが、その伝達光学系は２枚の伝達レンズと平面ミラーとで構成されている。すなわち、偏向素子から距離（２ｆ1＋２ｆ2）だけ離間して平面ミラーが配置されている。ここで、符号ｆ1、ｆ2はそれぞれ２枚の伝達レンズ、つまり第１および第２伝達レンズの焦点距離である。また、偏向素子と平面ミラーとの間に、偏向素子から平面ミラー側に距離ｆ1だけ離間して第１伝達レンズが配置されるとともに、その第１伝達レンズからさらに距離（ｆ1＋ｆ2）だけ離間して第２伝達レンズが配置されている。このようなレンズ配置を採用することで、伝達光学系はいわゆるアフォーカル光学系となっている。
【０００５】
このように複数枚の伝達レンズを用いているため、伝達光学系が複雑で、しかも光学部品の点数が多くなっている。また、偏向素子と平面ミラーとの離間距離が長く、偏向素子への光ビームの複数回入射により偏向角を増大させる光走査装置（自己増幅偏向走査光学系）の大型化を招いている。さらに、複数の伝達レンズを用いているため、次のような問題も生じている。すなわち、装置の周辺環境、特に環境温度が変動すると、光ビームの波長が変化し、伝達レンズを複数枚設けた装置はレンズの色収差の影響を大きく受ける。つまり、装置の周辺環境変動に伴って伝達光学系の光学特性が大きく変化してしまう。その結果、光ビームの走査特性が不安定となり、被走査面上に形成される像の品質劣化が発生することがある。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光ビームを安定して走査することができる簡素な構成で、かつコンパクトな光走査装置および該装置を備えた画像形成装置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】
【０００７】
この発明にかかる光走査装置は、上記目的を達成するため、光ビームを反射して該光ビームを偏向する偏向素子と、光ビームを被走査面に結像する結像素子とを有し、被走査面上で光ビームを主走査方向に走査する走査光学系と、偏向素子により偏向された光ビームを偏向素子に導く伝達光学系とを備え、伝達光学系が、その反射面を偏向素子に向けて配置された凹面ミラーと、凹面ミラーと偏向素子との間に配置された伝達レンズとを備え、偏向素子により偏向された光ビームを伝達レンズを介して凹面ミラーに導くとともに、凹面ミラーで折り返された光ビームを伝達レンズを介して偏向素子に導くことで、偏向素子により再度偏向されて被走査面に向けて射出される光ビームの偏向角を伝達光学系に入射する光ビームの偏向角より大きくすることを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明では、偏向素子により偏向された光ビームを再度偏向素子に導くために、凹面ミラーと伝達レンズとを備える伝達光学系が設けられている。そして、この伝達光学系では、偏向素子により例えば第１偏向角で偏向された光ビームは伝達レンズを介して凹面ミラーに導かれ、その凹面ミラーの反射面で反射される。その反射光ビームは上記伝達レンズを介して偏向素子に導かれる。この光ビームは偏向素子により再度偏向されて第１偏向角よりも大きな第２偏向角で被走査面に向けて射出される。このように、偏向素子により再度偏向されて被走査面に向けて射出される光ビームの偏向角が伝達光学系に入射する光ビームの偏向角より大きくなるように構成されている。そして、この発明では、偏向角を増大させるために、伝達光学系を凹面ミラーと伝達レンズとで構成しているので、伝達光学系を構成するにあたり複数の伝達レンズを必須としていた従来装置に比べ、伝達光学系を簡素で、しかも少ない光学部品点数で構成することができる。また、伝達光学系を小型化することができ、伝達光学系を装備する光走査装置の小型化が可能となる。さらに、伝達レンズの個数を減少させたことで色収差の影響を抑制することができ、優れた安定性で光ビームを走査させることができる。
【０００９】
また、偏向素子での光ビームの反射位置と、凹面ミラーでの光ビームの反射位置とがほぼ共役となるように、伝達光学系を構成してもよい。このように構成した場合、偏向素子の特定位置で反射された光ビームは、伝達光学系により上記特定位置に導かれ、該特定位置で反射されて結像素子に射出される。つまり、偏向素子に対して光ビームが複数回入射するが、各光ビームの入射位置は常に特定位置となる。したがって、偏向素子での光ビームの反射領域を小型化することが可能となり、装置の小型化に大きく寄与することができる。また、偏向素子の小型、軽量化により、偏向素子の駆動速度をさらに向上させて光ビームの走査速度をさらに高めることができる。例えば、伝達レンズの焦点と凹面ミラーの球心とがほぼ一致するように、伝達レンズと凹面ミラーとを配置してもよい。
【００１０】
また、伝達光学系の配設位置としては、走査光学系により走査される光ビームの走査領域の外に配置するのが望ましい。このような構成を採用することで、光ビームと伝達光学系との干渉を防止することができる。また、伝達光学系への光ビームの入射・射出が簡単となり、装置の薄型化が可能となる。
【００１１】
また、伝達レンズとして種々のレンズを採用することができるが、特に非球面レンズを用いるのが望ましい。というのも、上記のように構成された伝達光学系において、伝達レンズとして従来より多用されている球面レンズを用いた場合には、種々の収差の影響を抑えることが困難となり、次のような問題、(i)偏向素子に戻される光ビームの主光線が予め設計した偏向素子の所望位置に戻らない、(ii)伝達光学系から偏向素子に入射する光ビームの平行性が崩れる、等が発生することがある。これに対し、伝達レンズを非球面レンズで構成した場合には、上記収差を補正して良好な光学特性が得られる。
【００１２】
また、偏向素子での光ビームの反射位置と、被走査面とが、走査光学系により走査される光ビームの走査方向とほぼ直交する副走査平面においてほぼ共役となるように構成してもよい。このような構成を採用することで偏向素子の副走査方向への揺動の影響を防止することができる。また、副走査方向における偏向素子のサイズを小さくして偏向素子の小型化、軽量化することができる。その結果、偏向素子の駆動速度をさらに向上させて光ビームの走査速度をさらに高めることができる。
【００１３】
また、偏向素子としては、従来より多用されているポリゴンミラーやガルバノミラーなどを用いることができるが、以下のように構成された一軸または二軸駆動型の偏向素子を用いてもよい。すなわち、この一軸駆動型の偏向素子は、光ビームを反射する偏向ミラー面を有する可動部材と、可動部材を光ビームの走査方向とほぼ直交する方向に伸びる主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、可動部材を主走査偏向軸回りに揺動駆動するミラー駆動部とを備え、ミラー駆動部は、主走査偏向軸回りに偏向ミラー面を揺動させて光ビームを主走査方向に走査させるように構成されている。また、二軸駆動型の偏向素子は、光ビームを反射する偏向ミラー面を有する内側可動部材と、内側可動部材を第１軸回りに揺動自在に支持する外側可動部材と、外側可動部材を第１軸とは異なる第２軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、内側可動部材を第１軸回りに揺動駆動し、また外側可動部材を第２軸回りに揺動駆動するミラー駆動部とを備え、ミラー駆動部は、第１軸および第２軸のうちの一方を主走査偏向軸として偏向ミラー面を揺動させて光ビームを主走査方向に走査させる一方、他方を微調整軸として偏向ミラー面を揺動駆動して偏向ミラー面からの光ビームの向きを補正するように構成している。特に、二軸駆動型の偏向素子では、微調整軸回りに偏向ミラー面を揺動させることで光ビームの向きを補正可能となっているため、高精度な走査特性が得られる。例えば、この種の光走査装置では偏向ミラー面の面倒れが大きな問題となるが、二軸駆動型の偏向素子では、微調整軸回りに偏向ミラー面を揺動させることで面倒れを補正することができる。
【００１４】
また、可動部材（内側可動部材、外側可動部材）および支持部材をシリコン単結晶で構成することができる。例えばシリコン単結晶の基板を支持部材として用いるとともに、この基板に対してマイクロマシニング技術を適用することで可動部材を形成することができる。このようにシリコン単結晶を用いて偏向素子の可動部材および支持部材を構成すると、可動部材を高精度に製造することができる。また、ステンレス鋼と同程度のバネ特性で可動部材を揺動自在に支持することができ、偏向ミラー面を安定して、しかも高速で揺動することができる。
【００１５】
また、ミラー駆動部により偏向ミラー面を揺動駆動するのにあたり、偏向ミラー面を共振モードで主走査偏向軸回りに揺動駆動するように構成してもよい。このように構成することで少ないエネルギーで偏向ミラー面を主走査偏向軸回りに揺動駆動することができる。また、光ビームの主走査周期を安定化することができる。一方、偏向ミラー面を微調整軸回りに揺動位置決めするためには、偏向ミラー面を非共振モードで揺動駆動するのが望ましい。というのも、偏向ミラー面の微調整軸回りの揺動駆動は必要に応じて実行された後、偏向ミラー面の微調整軸回りの揺動を停止させる必要があるからである。したがって、揺動駆動と揺動停止とを精度良く行うためには、非共振モードで揺動駆動させるのが望ましい。
【００１６】
また、偏向ミラー面を揺動駆動させるための駆動力としては、静電吸着力や電磁気力などを用いることができるが、それぞれ以下のような特性を有している。静電吸着力を用いた場合、コイルパターンを形成する必要がなく、偏向素子の小型化が可能となり、偏向走査をより高速化することができる。一方、電磁気力を用いた場合、静電吸着力を発生させる場合に比べて低い駆動電圧で偏向ミラー面を揺動駆動することができ、電圧制御が容易となり、偏向素子の位置精度を高めることができる。このように互いに異なる特徴を有しているため、使用目的に応じた駆動力を採用すればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明にかかる光走査装置の第１実施形態たる露光ユニットを装備した画像形成装置を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、いわゆる４サイクル方式のカラープリンタである。この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から印字指令がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１からの印字指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートに印字指令に対応する画像を形成する。
【００１８】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２が図１の矢印方向（副走査方向）に回転自在に設けられている。また、この感光体２の周りにその回転方向に沿って、帯電ユニット３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部（図示省略）がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３には帯電制御部１０３が電気的に接続されており、所定の帯電バイアスを印加している。このバイアス印加によって感光体２の外周面が所定の表面電位に均一に帯電される。また、これらの感光体２、帯電ユニット３およびクリーニング部は一体的に感光体カートリッジを構成しており、感光体カートリッジが一体として装置本体５に対し着脱自在となっている。
【００１９】
そして、この帯電ユニット３によって帯電された感光体２の外周面に向けて本発明の光走査装置に相当する露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２の表面（本発明の「被走査面」に相当）上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。なお、この露光ユニット６の構成および動作については後で詳述する。
【００２０】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、シアン用の現像器４Ｃ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。そして、エンジンコントローラ１０の現像器制御部１０４からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラから感光体２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００２１】
上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２、７３等に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。
【００２２】
また、ローラ７２の近傍には、転写ベルトクリーナ（図示省略）、濃度センサ７６（図２）および垂直同期センサ７７（図２）が配置されている。これらのうち、濃度センサ７６は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。また、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の副走査方向への回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖsyncを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色のトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖsyncに基づいて制御される。
【００２３】
そして、カラー画像をシートに転写する場合には、感光体２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシート上にカラー画像を二次転写する。
【００２４】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシート上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。
【００２５】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートは定着ユニット９および排出ローラ８２を経由して装置本体５の上面部に設けられた排出トレイ部５１に搬送される。また、シートの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートを排出ローラ８２によりスイッチバック移動させる。これによってシートは反転搬送経路ＦＲに沿って搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートの両面に画像を形成することができる。
【００２６】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像データを記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００２７】
図３および図４は図１の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図である。また、図５は図１の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す副走査断面図である。また、図６および図７は露光ユニットの一構成要素たる偏向素子を示す図である。また、図８は露光ユニットの一構成要素たる伝達光学系を示す図である。以下、これらの図面を参照しつつ、露光ユニットの構成および動作について詳述する。
【００２８】
この露光ユニット６は露光筐体６１を有している。そして、露光筐体６１に単一のレーザー光源６２が固着されており、レーザー光源６２から光ビームを射出可能となっている。このレーザー光源６２は、露光制御部１０２の光源駆動部（図示省略）と電気的に接続されている。このため、画像データに応じて光源駆動部がレーザー光源６２をＯＮ／ＯＦＦ制御してレーザー光源６２から画像データに対応して変調された光ビームが射出される。
【００２９】
また、この露光筐体６１の内部には、レーザー光源６２からの光ビームを感光体２の表面２ａに走査露光するために、コリメータレンズ６３１、シリンドリカルレンズ６３２、偏向素子６５、本発明の「結像素子」に相当する走査レンズ６６、伝達光学系６７および折り返しミラー６８が設けられている。すなわち、レーザー光源６２からの光ビームは、コリメータレンズ６３１により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、図５に示すように副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ６３２に入射される。そして、このコリメート光は副走査方向にのみ集束されて偏向素子６５の偏向ミラー面６５１付近で線状結像される。このように、この実施形態では、コリメータレンズ６３１およびシリンドリカルレンズ６３２がレーザー光源６２からの光ビームを整形するビーム整形系６３として機能している。
【００３０】
この偏向素子６５は半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて形成されるものであり、偏向ミラー面６５１で反射した光ビームを主走査方向Ｘに光ビームを偏向可能となっている。より具体的には、偏向素子６５は次のように構成されている。
【００３１】
この偏向素子６５では、図６に示すように、シリコンの単結晶基板（以下「シリコン基板」という）６５２が本発明の「支持部材」として機能し、さらに該シリコン基板６５２の一部を加工することで可動板６５６が設けられている。この可動板６５６は平板状に形成され、ねじりバネ６５７によってシリコン基板６５２に弾性支持されており、副走査方向Ｙとほぼ平行に伸びる第１軸ＡＸ1回りに揺動自在となっている。また、可動板６５６の上面には、シリコン基板６５２上面に形成した一対の外側電極端子（図示省略）にねじりバネ６５７を介して電気的に接続する平面コイル６５５が絶縁層で被膜されて設けられている。また、この可動板６５６の上面中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面６５１として成膜されている。
【００３２】
また、シリコン基板６５２の略中央部には、図７に示すように、可動板６５６が第１軸ＡＸ1回りに揺動可能となるように、凹部６５２ａが設けられている。そして、凹部６５２ａの内底面には、可動板６５６の両端部に外方位置に永久磁石６５９ａ、６５９ｂが互いに異なる方位関係で固着されている。また、平面コイル６５５は、露光制御部１０２の駆動部（図示省略）と電気的に接続されており、コイル６５５への通電によって平面コイル６５５を流れる電流の方向と永久磁石６５９ａ、６５９ｂによる磁束の方向によりローレンツ力が作用し、可動板６５６を回転するモーメントが発生する。これにより、可動板６５６（偏向ミラー面６５１）がねじりバネ６５７を第１軸ＡＸ1として揺動する。ここで、平面コイル６５５に流す電流を交流とし連続的に反復動作すれば、ねじりバネ６５７を第１軸ＡＸ1として偏向ミラー面６５１を往復振動させることができる。そして、この往復振動の駆動周波数を偏向ミラー面６５１の共振周波数に設定すると、偏向ミラー面６５１の振れ幅は大きくなり、しかも振動維持をより安定させることができる。
【００３３】
このように偏向素子６５では、露光制御部１０２の駆動部が本発明の「ミラー駆動部」として機能し、該駆動部を制御することによって偏向ミラー面６５１を第１軸ＡＸ1回りに揺動させることで光ビームを偏向して主走査方向Ｘに走査させている。すなわち、第１軸ＡＸ1を主走査偏向軸として機能させる。
【００３４】
上記のように構成された偏向素子６５で反射された光ビームは一度伝達光学系６７に入射された後、この伝達光学系６７によって再度偏向素子６５の偏向ミラー面６５１に戻される。そのため、偏向素子６５により例えば第１偏向角に偏向された光ビームは第１偏向角よりも大きな第２偏向角で走査レンズ６６に向けて射出される。この実施形態では、伝達光学系６７は次にように構成されている。
【００３５】
図８は伝達光学系の構成を示す図である。この伝達光学系６７は、その反射面６７１ａを偏向ミラー面６５１に向けて配置された凹面ミラー６７１と、凹面ミラー６７１と偏向ミラー面６５１との間に配置された伝達レンズ６７２とを備えている。そして、図４や図５に示すように、偏向素子６５により第１偏向角に偏向された光ビームを伝達レンズ６７２を介して凹面ミラー６７１に導くとともに、凹面ミラー６７１で折り返された光ビームを伝達レンズ６７２を介して偏向素子６５に導く。これによって、光ビームが偏向素子６５で再度反射され、第１偏向角よりも大きな第２偏向角で光ビームが走査レンズ６６に向けて射出される。
【００３６】
このような特性を有する伝達光学系６７の具体的な構成としては、表１で示す光学諸元を有するものを採用することができる。
【００３７】
【表１】
2005062358.tif 000003
なお、本設計例においては伝達光学系６７を構成する伝達レンズ６７２の２面Ｓ1、Ｓ2は軸対称非球面である。また、表中における各記号は以下の通りである。
【００３８】
Ｓi：面番号（ただし、Ｓ0は偏向ミラー面６５１、Ｓ3は凹面ミラー面６７１ａ）
ｒi：面番号ｉの曲率半径
ｄi：面番号ｉから（ｉ＋１）の面までの軸上距離
ｎi：面番号ｉの屈折率
Ｋi、Ａi：面番号ｉが軸対称非球面の場合に次式で示される軸対称非球面の非球面係数
【００３９】
【数１】
2005062358.tif 000004
ただし、ｚは光軸からの高さｙにおける非球面の点の非球面頂点の接平面からの距離である。
【００４０】
図３および図４に戻って露光ユニット６の説明を続ける。偏向素子６５に２回入射した光ビームは感光体２に向けて偏向素子６５から射出されるが、その光ビームは本発明の「結像素子」に相当する走査レンズ６６および折り返しミラー６８を介して感光体２の表面（被走査面）２ａに照射される。これにより、図４に示すように、光ビームが主走査方向Ｘと平行に走査して主走査方向Ｘに伸びるライン状の潜像が感光体２の表面２ａ上に形成される。
【００４１】
なお、この実施形態では、図３に示すように、偏向素子６５からの走査光ビームの開始または終端を折り返しミラー６９ａ〜６９ｃにより同期センサ６０に導いている。すなわち、この実施形態では、同期センサ６０を、主走査方向Ｘにおける同期信号、つまり水平同期信号ＨSYNCを得るための水平同期用読取センサとして機能させている。
【００４２】
以上のように、この実施形態によれば、伝達光学系６７が凹面ミラー６７１と伝達レンズ６７２とで構成されている。そして、この伝達光学系６７は、偏向素子６５により偏向された光ビームを伝達レンズ６７２を介して凹面ミラー６７１に導くとともに、その凹面ミラー６７１の反射面６７１ａで反射した光ビームを上記伝達レンズ６７２を介して偏向素子６５に入射して偏向角の増大を図っている。したがって、伝達光学系６７を構成するレンズ枚数を削減することができる。つまり、伝達光学系を構成するにあたり複数の伝達レンズを必須としていた従来装置に比べ、伝達光学系６７を簡素で、しかも少ない光学部品点数で構成することができる。また、伝達光学系６７を小型化することができ、露光ユニット６を小型化することができる。さらに、伝達レンズの個数を減少させたことで色収差の影響を抑制することができ、優れた安定性で光ビームを走査させることができる。
【００４３】
また、上記実施形態および設計例では、伝達レンズ６７２の焦点と凹面ミラー６７１の球心とがほぼ一致するように、伝達レンズ６７２と凹面ミラー６７１とが配置されているため、次のような作用効果が得られる。すなわち、このような構成を採用することで、図３および図５に示すように、偏向素子６５での光ビームの反射位置Ｐ1と、凹面ミラー６７１での光ビームの反射位置Ｐ2とがほぼ共役となる。このため、偏向素子６５の特定位置で反射された光ビームは、伝達光学系６７により上記特定位置に導かれ、該特定位置で反射されて結像素子に射出される。つまり、偏向素子６５に対して光ビームが２回入射するが、各光ビームの入射位置は常に特定位置となる。したがって、偏向素子６５での光ビームの反射領域を小型化することが可能となり、偏向素子６５の小型化および装置の小型化を図ることができる。また、偏向素子６５の小型、軽量化により、偏向素子６５の駆動速度をさらに向上させて光ビームの走査速度をさらに高めることができる。
【００４４】
また、この実施形態では、図５に示すように、伝達光学系６７が走査光学系（偏向素子６５および走査レンズ６６）により走査される光ビームの走査領域の外に配置されている。このため、光ビームと伝達光学系６７との干渉を防止することができる。また、伝達光学系６７への光ビームの入射・射出が簡単となり、装置の薄型化が可能となる。
【００４５】
また、伝達レンズ６７２として球面レンズを用いてもよいが、上記したように非球面レンズを用いることで次のような作用効果が得られる。すなわち、伝達レンズとして球面レンズを用いた場合には、種々の収差の影響を抑えることが困難となり、(i)偏向素子６５に戻される光ビームの主光線が予め設計した偏向素子６５の所望位置に戻らない、(ii)伝達光学系６７から偏向素子６５に入射する光ビームの平行性が崩れる、等が発生することがある。これに対し、伝達レンズ６７２を非球面レンズで構成した場合には、上記収差を補正して良好な光学特性が得られる。
【００４６】
さらに、上記実施形態および設計例では、図５に示すように、偏向素子６５での光ビームの反射位置Ｐ1と、被走査面（感光体２の表面２ａ）とが走査光学系により走査される光ビームの走査方向Ｘとほぼ直交する副走査平面においてほぼ共役となるように構成されている。このため、偏向素子６５の副走査方向Ｙへの揺動の影響を防止して面倒れを効果的に防止することができる。また、副走査方向における偏向素子６５のサイズを小さくして偏向素子６５の小型化、軽量化することができる。その結果、偏向素子６５の駆動速度をさらに向上させて光ビームの走査速度をさらに高めることができる。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、電磁気力を用いて偏向ミラー面６５１を揺動させているが、他の駆動力を用いて揺動させるようにしてもよい。ここで、他の駆動力として例えば静電気力を利用することができる。
【００４８】
図９は本発明にかかる光走査装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、偏向ミラー面６５１を静電吸着力を利用して駆動している点であり、その他の構成は第１実施形態と同様である。この実施形態では、この偏向素子６５では、同図に示すように、シリコン基板６５２の一部を加工することで可動板６５６が設けられている。この可動板６５６は平板状に形成され、ねじりバネ６５７によってシリコン基板６５２に弾性支持されており、副走査方向Ｙとほぼ平行に伸びる第１軸ＡＸ1回りに揺動自在となっている。また、可動板６５６の上面中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面６５１として成膜されている。
【００４９】
また、シリコン基板６５２の凹部６５２ａの内底面のうち可動板６５６の両端部に対向する位置に電極６５８ａ、６５８ｂがそれぞれ固着されている。これら２つの電極６５８ａ、６５８ｂは可動板６５６を第１軸ＡＸ1回りに揺動駆動するための電極として機能するものである。すなわち、これらの電極６５８ａ、６５８ｂは露光制御部１０２の駆動部（図示省略）と電気的に接続されており、電極への電圧印加によって該電極と偏向ミラー面６５１との間に静電吸着力が作用して偏向ミラー面６５１の一方端部を該電極側に引き寄せる。したがって、駆動部から所定の電圧を電極６５８ａ、６５８ｂに交互に印加すると、ねじりバネ６５７を第１軸ＡＸ1として偏向ミラー面６５１を往復振動させることができる。そして、この往復振動の駆動周波数を偏向ミラー面６５１の共振周波数に設定すると、偏向ミラー面６５１の振れ幅は大きくなり、電極６５８ａ、６５８ｂに近接する位置まで偏向ミラー面６５１の端部を変位させることができる。また、偏向ミラー面６５１の端部が共振で電極６５８ａ、６５８ｂと近接位置に達することで、電極６５８ａ、６５８ｂも偏向ミラー面６５１の駆動に寄与し、端部と平面部の両電極により振動維持をより安定させることができる。
【００５０】
このように偏向ミラー面６５１を揺動させるために、電磁気力や静電気力などを用いているが、いずれを用いてもよいことは言うまでもない。ただし、駆動方式ごとに以下のような特徴を有しているため、それらを考慮した上で適宜採用するのが望ましい。すなわち、偏向ミラー面６５１を揺動駆動させるための駆動力として電磁気力を用いた場合、静電吸着力を発生させる場合に比べて低い駆動電圧で偏向ミラー面６５１を揺動駆動することができ、電圧制御が容易となり、走査光ビームの位置精度を高めることができる。これに対し、上記駆動力として静電吸着力を用いた場合、コイルパターンを形成する必要がなく、偏向素子６５のさらなる小型化が可能となり、偏向走査をより高速化することができるからである。また、偏向ミラー面６５１を揺動駆動するのにあたり、偏向ミラー面６５１を共振モードで主走査偏向軸回りに揺動駆動するように構成してもよい。このように構成することで少ないエネルギーで偏向ミラー面６５１を主走査偏向軸回りに揺動駆動することができる。また、走査光ビームの主走査周期を安定化することができる。
【００５１】
また、上記第１および第２実施形態では、光ビームを反射して該光ビームを偏向する偏向素子として、マイクロマシニング技術を用いて加工された偏向素子６５を用いているが、従来より多用されているガルバノミラーなどの偏向素子を用いてもよい。また、上記第１および第２実施形態で用いられた偏向素子６５は主走査偏向軸回りにのみ揺動駆動する偏向素子であるが、図１０に示すように主走査偏向軸のみならず副走査方向Ｙにも偏向可能な偏向素子６５Ａを上記偏向素子６５の代わりに用いてもよい。
【００５２】
図１０は本発明にかかる光走査装置の第３実施形態を示す図である。また、図１１は本実施形態における露光ユニットおよび露光制御部の構成を示すブロック図である。この実施形態が上記実施形態と大きく相違する点は、偏向ミラー面６５１を２軸回りに揺動可能となっている点であり、その他の構成は上記実施形態と同様である。この実施形態では、同図に示すように、シリコン基板６５２の一部を加工することで外側可動板６５３が設けられている。この外側可動板６５３は枠状に形成され、ねじりバネ６５４によってシリコン基板６５２に弾性支持されており、主走査方向Ｘとほぼ平行に伸びる第２軸ＡＸ2回りに揺動自在となっている。また、外側可動板６５３の上面には、シリコン基板６５２上面に形成した一対の外側電極端子（図示省略）にねじりバネ６５４を介して電気的に接続する平面コイル６５５が「第２軸駆動用コイル」として絶縁層で被膜されて設けられている。
【００５３】
この外側可動板６５３の内側には、平板状の内側可動板６５６が軸支されている。すなわち、内側可動板６５６はねじりバネ６５４と軸方向が直交するねじりバネ６５７で外側可動板６５３の内側に弾性支持されており、副走査方向Ｙとほぼ平行に伸びる第１軸ＡＸ1回りに揺動自在となっている。そして、内側可動板６５６の中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面６５１として成膜されている。
【００５４】
また、シリコン基板６５２の略中央部には、上記実施形態と同様に、外側可動板６５３および内側可動板６５６がそれぞれ第２軸ＡＸ2および第１軸ＡＸ1回りに揺動可能となるように、凹部６５２ａが設けられている。そして、凹部６５２ａの内底面のうち内側可動板６５６の両端部に対向する位置に電極６５８ａ、６５８ｂがそれぞれ固着されている（図９参照）。これら２つの電極６５８ａ、６５８ｂは内側可動板６５６を第１軸ＡＸ1回りに揺動駆動するための「第１軸用電極」として機能するものである。すなわち、これらの第１軸用電極６５８ａ、６５８ｂは露光制御部１０２の第１駆動部１０２ｂと電気的に接続されており、電極への電圧印加によって該電極と偏向ミラー面６５１との間に静電吸着力が作用して偏向ミラー面６５１の一方端部を該電極側に引き寄せる。したがって、第１駆動部１０２ｂから所定の電圧を第１軸用電極６５８ａ、６５８ｂに交互に印加すると、ねじりバネ６５７を第１軸ＡＸ1として偏向ミラー面６５１を往復振動させることができる。そして、この往復振動の駆動周波数を偏向ミラー面６５１の共振周波数に設定すると、偏向ミラー面６５１の振れ幅は大きくなり、電極６５８ａ、６５８ｂに近接する位置まで偏向ミラー面６５１の端部を変位させることができる。また、偏向ミラー面６５１の端部が共振で電極６５８ａ、６５８ｂと近接位置に達することで、電極６５８ａ、６５８ｂも偏向ミラー面６５１の駆動に寄与し、端部と平面部の両電極により振動維持をより安定させることができる。
【００５５】
この凹部６５２ａの内底面には、図７に示すように、外側可動板６５３の両端部に外方位置に永久磁石６５９ａ、６５９ｂが互いに異なる方位関係で固着されている。また、第２軸駆動用コイル６５５は、露光制御部１０２の第２駆動部１０２ｃと電気的に接続されており、コイル６５５への通電によって第２軸駆動用コイル６５５を流れる電流の方向と永久磁石６５９ａ、６５９ｂによる磁束の方向によりローレンツ力が作用し、外側可動板６５３を回転するモーメントが発生する。この際に内側可動板６５６（偏向ミラー面６５１）も外側可動板６５３と一体にねじりバネ６５４を第２軸ＡＸ2として揺動する。ここで、第２軸駆動用コイル６５５に流す電流を交流とし連続的に反復動作すれば、ねじりバネ６５４を第２軸ＡＸ2として偏向ミラー面６５１を往復振動させることができる。
【００５６】
このように偏向素子６５では、偏向ミラー面６５１を互いに直交する第１軸ＡＸ1および第２軸ＡＸ2回りに、しかも独立して揺動駆動することが可能となっている。そこで、この実施形態では、第１軸駆動部１０２ｂと第２軸駆動部１０２ｃとからなるミラー駆動部を制御することによって偏向ミラー面６５１を第１軸ＡＸ1回りに揺動させることで光ビームを偏向して主走査方向Ｘに走査させている。一方、偏向ミラー面６５１を第２軸ＡＸ2回りに揺動させることで副走査方向Ｙにおける感光体２上での走査光ビームの位置を調整可能となっている。このように本実施形態では、第１軸ＡＸ1を主走査偏向軸として機能させる。また、第２軸ＡＸ2を微調整軸とし、偏向素子６５が本発明の「微調整機構」として機能している。もちろん、第１軸ＡＸ1を微調整軸として機能させるとともに、第２軸ＡＸ2を主走査偏向軸として機能させるように構成してもよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
上記実施形態では、この発明にかかる光走査装置をカラー画像形成装置の露光ユニットとして用いているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。すなわち、感光体などの潜像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成するとともに、該静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する画像形成装置の露光手段として用いることができる。もちろん、光走査装置の適用対象は画像形成装置に装備される露光手段に限定されるものではなく、光ビームを被走査面上に走査させる光走査装置全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明にかかる光走査装置の第１実施形態たる露光ユニットを装備した画像形成装置を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図である。
【図４】図１の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図である。
【図５】図１の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す副走査断面図である。
【図６】露光ユニットの一構成要素たる偏向素子を示す図である。
【図７】露光ユニットの一構成要素たる偏向素子を示す図である。
【図８】露光ユニットの一構成要素たる伝達光学系を示す図である。
【図９】本発明にかかる光走査装置の第２実施形態を示す図である。
【図１０】本発明にかかる光走査装置の第３実施形態を示す図である。
【図１１】本実施形態における露光ユニットおよび露光制御部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
２…感光体（潜像担持体）、  ２ａ…表面（被走査面）、  ４…現像ユニット（現像手段）、  ６…露光ユニット（光走査装置）、  ６５、６５Ａ…偏向素子、  ６６…走査レンズ（結像素子）、  ６７…伝達光学系、  ６５１…偏向ミラー面、  ６５２…シリコン基板（支持部材）、  ６５３…外側可動板、  ６５６…可動板、内側可動板、  ６７１…凹面ミラー、  ６７１ａ…反射面、  ６７２…伝達レンズ、  Ｌ…光ビーム、  Ｐ1、Ｐ2...反射位置、  Ｘ…主走査方向、  Ｙ…副走査方向
【図１】
2005062358.tif 000005
【図２】
2005062358.tif 000006
【図３】
2005062358.tif 000007
【図４】
2005062358.tif 000008
【図５】
2005062358.tif 000009
【図６】
2005062358.tif 000010
【図７】
2005062358.tif 000011
【図８】
2005062358.tif 000012
【図９】
2005062358.tif 000013
【図１０】
2005062358.tif 000014
【図１１】
2005062358.tif 000015