(57)【要約】【課題】レーザ走査におけるビームスポット形状の劣化を抑制する。【解決手段】レーザ素子１０１からのレーザ光はコリメータレンズ系１０２を経た後、入射ビームの波面の乱れを補正する波面補正ミラー１０３に入射し、回転多面鏡１０４によりレーザ光は回転方向に偏向され、走査レンズ（レンズ１０５、１０６）系で感光ドラムのビーム走査面１０８にレーザ光を供給する。波面補正ミラー１０３は、１次元または２次元アレー状のアクチュエータ（静電、圧電）によって、その面が変形される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と偏向手段との間に第一の光学部品群を備え、前記偏向手段と被走査媒体との間に第二の光学部品群を備えるレーザ光走査装置の前記第一の光学部品群において、アクチュエータとミラー面を有し、アクチュエータにより前記ミラー面を変形させ、レーザ光源からの光の波面を可変にすることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ光走査装置において、前記アクチュエータは１次元もしくは２次元アレー状に複数形成されていることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザ光走査装置において、前記複数のアクチュエータは圧電アクチュエータであることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項４】
請求項３記載のレーザ光走査装置において、前記複数の圧電アクチュエータは１端を基板上に固定され、他の１端は変形可能なミラーに固定されていることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項５】
請求項４記載のレーザ光走査装置において、前記複数の圧電アクチュエータは外部から各々のアクチュエータに印加される電界により個別に変位することを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項６】
請求項１または２記載のレーザ光走査装置において、前記複数のアクチュエータは静電アクチュエータであることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項７】
請求項６記載のレーザ光走査装置において、前記複数の静電アクチュエータは基板上に形成された固定電極と、固定電極と相対してミラー部に形成された移動可能な電極により構成されていることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項８】
請求項７記載のレーザ光走査装置において、前記複数の静電アクチュエータを構成する移動電極は変形可能なミラー上に形成されていることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項９】
請求項８記載のレーザ光走査装置において、前記複数の静電アクチュエータを構成する移動電極は共通電極であり、基板上に形成された固定電極が個別電極であることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一つに記載のレーザ光走査装置において、前記偏向手段は回転多面鏡による反射であることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか一つに記載のレーザ光走査装置において、前記偏向手段はミラーによる反射であって、該ミラーは捩り梁により保持されたミラー部材が捩り梁を中心に往復振動していることを特徴とするレーザ光走査装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一つに記載のレーザ光走査装置において、アクチュエータの駆動は、前記被走査媒体上のスポット径の変化を検知して行われることを特徴とするレーザ光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタのレーザ光走査装置に関し、例えば光プリンタ、コピア、ファクシミリ、スキャナなどの光書込みユニットに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から放射される光束を偏向手段により偏向させ、偏向された光束をｆθレンズ等の走査光学素子により被走査面上に導光して光スポットを形成し、光走査を行う光走査装置は、光プリンタ、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ、光製版機や光描画装置等の画像形成装置として広く知られている。
【０００３】
光源からの光束を偏向させる偏向手段としては、従来から回転多面鏡が良く用いられている。また回転多面鏡以外の偏向手段としては、偏向反射面を揺動させる方式のものとして、ガルバノミラーが知られている。
【０００４】
近年、マイクロマシン技術を用いた正弦波振動を行うマイクロミラー構造が提案され、これを用いることにより光走査装置の小型化、振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力の大幅な低減が期待されている。中でもマイクロミラーの揺動に静電力を用いる静電駆動型のマイクロミラーは形成プロセスも他の電磁力やピエゾアクチュエータを用いたマイクロミラーに比べて構造が簡単で、その形成もシリコンウエハーを素材として、半導体微細加工技術を用いて大量で安価に形成できる可能性があるため実用化が期待されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００５】
光プリンタ等のレーザ光走査装置では回転多面鏡による偏向とｆθレンズ系とで感光ドラム上に均一なスポット径が得られるようにレーザ光走査装置が構成されている。低コスト化のため、ｆθレンズはプラスチックで製作されることが多い。しかし、プラスチックによるｆθレンズは熱により変形し、感光ドラム面で像面湾曲等のビームスポット形状の劣化が生じる。このため、例えば、光源近傍のレンズ位置を温度変化に対応して光軸と平行に移動することで感光ドラム面のビームスポット形状を補正する方法があるが、構造が複雑になり、またレンズを移動させる方式のために高速の応答が困難であった（例えば、特許文献３を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２２８４２８号公報
【特許文献２】特開２００２−０４８９９８号公報
【特許文献３】特開平８−６２５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、マイクロマシン技術で形成されるマイクロミラーは、小型、高速の特徴はあるが、回転多面鏡方式と比べてミラー面の剛性が小さく、揺動によりミラー面が変形することが明らかになった。このミラー面の揺動による変形により、光源として用いたレーザー光の波面が反射により乱れ、反射後の光学系における結像特性に影響し、十分にレーザー光を集光出来ず、走査光学系として所望の光学特性を確保することが困難であることが判った。
【０００８】
本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、レーザ走査におけるビームスポット形状の劣化を抑制したレーザ光走査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係るレーザー光走査装置は、上記目的を達成するために、レーザ光源と偏向手段との間に第一の光学部品群を備え、上記偏向手段と被走査媒体との間に第二の光学部品群を備えるレーザ光走査装置の上記第一の光学部品群において、アクチュエータとミラー面を有し、アクチュエータにより上記ミラー面を変形させ、レーザ光源からの光の波面を可変にすることを特徴とする。
【００１０】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１のレーザ光走査装置において、上記アクチュエータは１次元もしくは２次元アレー状に複数形成されていることを特徴とする。
【００１１】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１または２のレーザ光走査装置において、アクチュエータは圧電アクチュエータであることを特徴とする。
【００１２】
同請求項４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項３のレーザ光走査装置において、上記複数の圧電アクチュエータは１端を基板上に固定され、他の１端は変形可能なミラーに固定されていることを特徴とする。
【００１３】
同請求項５に係るものは、上記目的を達成するために、請求項４のレーザ光走査装置において、上記複数の圧電アクチュエータは外部から各々のアクチュエータに印加される電界により個別に変位することを特徴とする。
【００１４】
同請求項６に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１乃至２のレーザ光走査装置において、上記アクチュエータは静電アクチュエータであることを特徴とする。
【００１５】
同請求項７に係るものは、上記目的を達成するために、請求項６のレーザ走査装置において、上記複数の静電アクチュエータは基板上に形成された固定電極と、固定電極と相対してミラー部に形成された移動可能な電極により構成されていることを特徴とする。
【００１６】
同請求項８に係るものは、上記目的を達成するために、請求項７のレーザ光走査装置において、上記複数の静電アクチュエータを構成する移動電極は変形可能なミラー上に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
同請求項９に係るものは、上記目的を達成するために、請求項８のレーザ光走査装置において、上記複数の静電アクチュエータを構成する移動電極は共通電極であり、基板上に形成された固定電極が個別電極であることを特徴とする。
【００１８】
同請求項１０に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１乃至９のレーザ光走査装置において、上記偏向手段は、回転多面鏡による反射であることを特徴とする。
【００１９】
同請求項１１に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１乃至９のレーザ光走査装置において、上記偏向手段は、ミラーによる反射であって、該ミラーは捩り梁により保持されたミラー部材が捩り梁を中心に往復振動していることを特徴とする。
【００２０】
同請求項１２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１乃至１１のレーザ光走査装置において、アクチュエータの駆動は、上記被走査媒体上のスポット径の変化を検知して行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載のレーザ光走査装置は、レーザ光源と偏向手段との間に第一の光学部品群を備え、上記偏向手段と被走査媒体との間に第二の光学部品群を備えるレーザ光走査装置の上記第一の光学部品群において、アクチュエータとミラー面を有し、アクチュエータにより上記ミラー面を変形させ、レーザ光源からの光の波面を可変にするので、結像位置においてビーム形状の乱れを低減することが出来る。
【００２２】
請求項２に記載のレーザ光走査装置は、請求項１のレーザ光走査装置において、上記アクチュエータは１次元もしくは２次元アレー状に複数形成されているので、レーザ光源からの光の波面の制御が細かく出来るので、結像位置においてビーム形状の乱れを低減することが出来る。
【００２３】
請求項３に記載のレーザ光走査装置は、請求項１乃至２のレーザ光走査装置において、上記複数のアクチュエータは変形力が大きな圧電アクチュエータであるので、剛性の強いミラーを用いることが出来る。
【００２４】
請求項４に記載のレーザ光走査装置は、請求項３のレーザ光走査装置において、上記複数の圧電アクチュエータは１端を基板上に固定され、他の１端は変形可能なミラーに固定されているので、信頼性の高いアクチュエータとすることが出来る。
【００２５】
請求項５に記載のレーザ光走査装置は、請求項４のレーザ光走査装置において、上記複数の圧電アクチュエータは外部から各々のアクチュエータに印加される電界により個別に変位するので、精度の高いミラー制御を可能とすることが出来る。
【００２６】
請求項６に記載のレーザ光走査装置は、請求項１乃至２のレーザ光走査装置において、上記複数のアクチュエータは静電アクチュエータであるので、アクチュエータを簡単な工程で形成することが出来る。
【００２７】
請求項７に記載のレーザ光走査装置は、請求項６のレーザ光走査装置において、上記複数の静電アクチュエータは基板上に形成された固定電極と、固定電極と相対してミラー部に形成された移動可能な電極により構成されているので、信頼性の高いアクチュエータとすることが出来る。
【００２８】
請求項８に記載のレーザ光走査装置は、請求項７のレーザ光走査装置において、上記複数の静電アクチュエータを構成する移動電極は変形可能なミラー上に形成されているので、アクチュエータの形成コストを下げることが出来る。
【００２９】
請求項９に記載のレーザ光走査装置は、請求項８のレーザ光走査装置において、上記複数の静電アクチュエータを構成する移動電極は共通電極であり、基板上に形成された固定電極が個別電極であるので、基板上に個別電極駆動の回路を形成することが出来る。
【００３０】
請求項１０に記載のレーザ光走査装置は、請求項１乃至９のレーザ光走査装置において、上記偏向手段は、回転多面鏡による反射であるので、安価なレーザ走査措置とすることが出来る。
【００３１】
請求項１１に記載のレーザ光走査装置は、請求項１乃至９のレーザ光走査装置において、上記偏向手段は、ミラーによる反射であって、該ミラーは捩り梁により保持されたミラー部材が捩り梁を中心に往復振動しているので、小型で高速のレーザ走査装置とすることが出来る。
【００３２】
請求項１２に記載のレーザ光走査装置は、請求項１乃至１１のレーザ光走査装置において、アクチュエータの駆動は、上記被走査媒体上のスポット径の変化を検知して行われるので、より精度高く結像位置においてビーム形状の乱れを低減することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。  図１は、本発明に係るレーザ光走査装置を示す。図１において、１０１はレーザ素子、１０２はコリメータレンズ系、１０３は波面補正ミラー、１０４は回転多面鏡、１０５は第一レンズ、１０６は第二レンズ、１０７は感光ドラム等のビーム走査面である。
【００３４】
本発明のレーザ光走査装置は、図１に示すように、レーザ素子１０１からのレーザ光をコリメータレンズ系１０２を経た後、入射ビームの波面の乱れを補正する波面補正ミラー１０３に入射し、回転多面鏡１０４によりレーザ光は回転方向に偏向される。その他の構成は一般的なレーザ光走査装置と同様に、第一レンズ１０５と第二レンズ１０６からなる走査レンズ（ｆθレンズ）系で感光ドラム等のビーム走査面１０７にレーザ光を供給する。
【００３５】
図２は、本発明の波面補正ミラーを含まない従来のレーザ光走査装置を示す。図１と同様に、２０１はレーザ光源、２０２はコリメータレンズ系、２０３は回転多面鏡、２０４，２０５は走査レンズ系、２０６はビーム走査面である。このような従来の走査装置の場合、レーザ光の回転多面鏡への入射角が大きい領域、すなわち走査レンズ系の両端に近い領域では、入射ビームの波面の乱れが生じ、ビーム走査面でビーム径が変化するという不具合がある。
【００３６】
本発明のレーザ走査装置は、入射ビームの波面の乱れを補正する波面補正ミラー１０３を備えているので、上記のような不具合は生じない。
【００３７】
図３は、本発明の波面補正ミラーの第１の構成を示す。（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。本実施例の波面補正ミラーは、ミラーを変形させるアクチュエータとして静電アクチュエータを用いる。
【００３８】
図３において、３０１はアクチュエータ基板である。３０２はミラー基板で、表面にミラー３０３が形成されている。アクチュエータ基板３０１およびミラー基板３０２はいずれも単結晶シリコンを材料として、半導体プロセス技術を用いて所望の形状に形成されている。ミラー３０３は金属薄膜で形成され、その材料は例えばＡｌ、Ａｕ等を用いる。アクチュエータ基板３０１には静電アクチュエータを形成する電極３０５が２次元配列に形成されている。静電アクチュエータを形成する他方の電極はシリコンで形成されたミラー基板３０２を電極として用いる。アクチュエータ基板３０１とミラー基板３０２は絶縁層３０４を介して接合されている。複数の電極３０５には個別に駆動電圧が印加され、ビーム走査面でのビーム形状の変化に対応して波面を可変にすることが出来る。
【００３９】
図４は、本発明に係るレーザ光走査装置の他の実施例を示す。本発明のレーザ光走査装置は、図４に示すようにレーザ素子４０１からのレーザ光を波面補正ミラー４０９に入射し、波面を可変にし、コリメータレンズ系４０２、４０３を経た後、反射ミラー４０５で方向を変更し、往復振動する偏向ミラー４０４に反射光を供給する。その他は一般的なレーザ光走査装置と同様に、第一レンズ４０６と第二レンズ４０７からなる走査レンズ系で感光ドラム等のビーム走査面４０８にレーザ光を供給する。
【００４０】
次に、本発明のレーザー走査装置の動作を説明する。図５は、図４に示す往復振動する偏向ミラーを用いてレーザー光を走査する場合に、偏向ミラーの変形が及ぼす影響を概念的に示したものである。
【００４１】
図５において、回転軸の周りを回転するように往復振動する偏向ミラーの駆動力は回転軸を中心とした捩り回転トルクが作用している。これに対して、ミラーにはその質量に対応した慣性が回転方向と逆方向にトルクとして作用している。そのため、ミラーはこの２つの反対方向のトルクにより変形する（いわゆる往復振動に伴う動的変形である）。図５では、捩り回転トルクにより偏向ミラーは時計周りに回転移動している。このとき、慣性トルクは反時計周りに作用するので、ミラーは回転進行方向に凸のような変形を生じる。このミラーの変形は走査ビームのビーム径に影響する。具体的には変形が大きなミラーから反射したレーザー光をその後の光学系で結像しても十分な結像特性が得られず、ビーム径が太ってしまう。
【００４２】
図５には、レーザー光の走査位置でのビーム系の様子を偏向ミラーの変形との関係で示したが、ミラーの変形が大きい位置（図５では走査の左端）ではビーム径が大きくなってしまう。それに対して、ミラーの変形がゼロの位置（図５では走査の中央位置）では十分小さいビーム径が得られる。このビーム径の太りの主たる要因は反射面の変形に起因する反射レーザー光の波面の歪みである（図６）。この波面の歪みにより反射後通過する結像光学系で波面収差が生じ、十分な結像特性が得られない。
【００４３】
図７は、往復振動ミラーの動的変形の様子を径時的に示したものである。時間０では、ミラーは振動していないので動変形ゼロ（ミラー面はフラット）である。反時計回り方向にミラーが振動を開始すると、前述の捩りトルクと慣性トルクの作用によりミラーは変形する。時間Ａでミラーの振れ角が最大になり、この時ミラーの変形量も最大となる。時間Ａを過ぎるとミラーの回転方向は逆になり（図７では時計回り方向）、慣性トルクと同じ方向になりミラーの変形は減少し、時間Ｂでミラーの動変形はゼロになる。以後、時間Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆで同様な現象が起こる。
【００４４】
図８は、本発明の波面補正ミラーの第２の構成であり、図４のレーザー走査装置における波面補正ミラー４０９を示す。図８において、８０１はミラー保持体、８０２はミラー面、８０３はミラー保持体とミラー面を分離するスリットである。ミラー８０２と対向する裏側にはミラーを変形させるアクチュエータが備えられている。ミラー保持体８０１は金属、プラスチック、セラミック等種々の材料を使用できる。中でもシリコン（シリコンウェハー）は半導体プロセス技術の応用で微細な加工が可能であり、高精度ミラーを形成するのに好適である。８０２はレーザー光を反射するミラー面でミラー保持体を基板としてＡｌ、Ａｕ等の金属薄膜で形成することができる。スリット８０３はミラーが変形しやすくなるように形成されている。このスリット８０３によりミラーは片持ち梁と同じ構造になり、アクチュエータの動作により変形する。
【００４５】
８０４、８０５はミラーを変形させるアクチュエータである。本実施例の場合、レーザー偏向は往復振動する偏向ミラーで行われる。その動的変形の様子を図７に示したが、ミラーの変形が回転軸に対して左右逆位相になっている。そのため、本実施例ではアクチュエータをミラーの裏側に２個備えて、偏向ミラーの変形に合わせて波面補正ミラーの変形を左右で逆位相になるように動作させる。
【００４６】
図９を参照して、本発明のレーザー走査装置における波面補正ミラーの作用を説明する。９０２は入射レーザービームで波面が乱れていない状態である。これを波面補正ミラー９０１で反射して往復振動するビーム偏向ミラー９０４に導く。このとき波面補正ミラー９０１により入射ビーム９０２の波面を変形するように９０１に備えられたアクチュエータを動作させる。９０１における波面の制御は、制御された波面をもつ入射ビーム９０３が、往復振動する偏向ミラー９０４の動変形による波面の乱れが打ち消し合うような波面に制御する。このように波面補正ミラーにおける波面の変形量を偏向ミラーにおける波面の変形と逆位相になるように制御することにより走査されるビームの波面は９０５のように、偏向ミラーの位置によらず乱れが無いように出来る。
【００４７】
波面補正ミラーに備えられるアクチュエータとしては圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ、熱膨張を利用したアクチュエータ、電磁アクチュエータなど種々利用でき、利用するアクチュエータの種類／特性により最適に設計する必要がある。
【００４８】
図１０は、アクチュエータとして圧電素子を用いた場合の波面補正ミラーの構成を示す。１００１はミラーと対向する面に取りつけられた第１の圧電アクチュエータ、１００２は第１のアクチュエータ用駆動電源である。同様に１００３は第２のアクチュエータ、１００４は第２のアクチュエータ用駆動電源、１００５は各アクチュエータと駆動電源とを接続する電気結線である。アクチュエータ１００１、１００３は駆動用電源により正の電圧を印加すると図１０の矢印の方向に伸びるように、また負の電圧を印加すると矢印の方向に縮むように材料を設計している。図１０に示すように、第１のアクチュエータが伸び、同時に第２のアクチュエータが縮むとミラーを保持している保持材１００６は変形し、ミラー形状は１００７のようになる。
【００４９】
図１１は、往復振動する偏向ミラーの変形が図７である場合の波面を補正するアクチュエータ（図１０）の駆動の様子を示す。図１１（ａ）は、波面補正ミラーの変形を示し、図１１（ｂ）は、その変形をもたらす各アクチュエータに印加する電圧を示す。往復振動による偏向ミラーの動的変形は時間と変形量の関係が常に一定であるので、あらかじめその変形量を測定し、それを補正するように波面補正ミラーの変形を時間毎に設定することが可能である。また、偏向ミラーにより偏向／集光されたビームのビーム径を逐次測定し、ビーム径が最小になるように波面補正ミラーのアクチュエータの駆動をフィードバック制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係るレーザ光走査装置を示す。
【図２】従来のレーザ光走査装置を示す。
【図３】本発明の波面補正ミラーの第１の構成を示す。
【図４】本発明に係るレーザ光走査装置の他の実施例を示す。
【図５】偏向ミラーの変形が及ぼす影響を説明する図である。
【図６】反射レーザー光の波面の歪みを示す。
【図７】往復振動ミラーの動的変形の様子を径時的に示す。
【図８】本発明の波面補正ミラーの第２の構成を示す。
【図９】本発明の波面補正ミラーの作用を説明する図である。
【図１０】アクチュエータとして圧電素子を用いた、波面補正ミラーの構成を示す。
【図１１】図１０のアクチュエータの駆動の様子を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１０１  レーザ素子
１０２  コリメータレンズ系
１０３  波面補正ミラー
１０４  回転多面鏡
１０５  第一レンズ
１０６  第二レンズ
１０７  感光ドラム等のビーム走査面
【図１】
2005249914.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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