(57)【要約】【課題】  実装工程が簡略化され、また振動ミラーの揺動空間が良好に密閉された光走査装置を提供する。【解決手段】  同一方向に形成される駆動電極の外部電極を同一の高さで形成することにより、振動ミラーの揺動空間の密閉性を向上させる。また従来の密閉封止方法に比べて部品点数が少なくなり、装置の組立が容易で且つ安価になる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動ミラーを駆動する駆動電極が捩り回転軸の垂直方向及び水平方向に複数個存在する光走査装置において、各々同一方向に形成される前記駆動電極の外部電極は同一の高さで形成されることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記駆動電極の外部電極は同一の方向に集約されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記外部電極はリード端子を備えたベース基板への実装面側の基板表面に集約されていることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記駆動電極と反対面側に外部電極を形成する際、外部電極にその周囲を囲われた連通孔を形成し、前記連通孔を介して、外部電極と駆動電極との導通を取ることを特徴とする請求項２又は３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記外部電極は略均一の大きさを有し、基板の中心に対して、上下左右対称に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記振動ミラーの電極部を備える基板は導体であり、電極部の働きをすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記振動ミラーの電極部を備える同一基板上に複数の電極部が形成されており、前記複数の電極部は基板を垂直方向に貫通したスリット溝にて空間的に絶縁分離されており、前記スリット溝は前記振動ミラーの揺動空間に連通する空間であることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記振動ミラーの揺動空間を密閉封止することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記振動ミラーに対して、揺動空間を介して対向し、前記振動ミラーとの間で光ビームを往復反射する対向ミラーを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記対向ミラーは揺動空間を密閉する封止基板に一体化されて成形されることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記対向ミラー一体型封止基板は、前記振動ミラーの電極部を備える基板と直接接合されることを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記振動ミラーの電極部を備える基板に前記振動ミラーと対向ミラーとをアラインメントする位置決め手段を有することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項１３】
光走査装置に所定の周波数の電圧を印可する駆動電圧発生装置とを備え、前記振動ミラーを共振周波数の近傍で共振ピークから外れた帯域において駆動することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項１４】
光走査装置によって静電像が形成される感光体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段とを更に有することを特徴とする請求項１乃至１３に記載の光走査装置。
【請求項１５】
光ビームを走査する偏向器として振動ミラーを有する光走査装置において、振動ミラーを駆動する駆動電極の外部電極を同一の高さに形成することを特徴とする光走査装置製造方法。
【請求項１６】
前記駆動電極の外部電極は同一の方向に形成されることを特徴とする請求項１５に記載の光走査装置製造方法。
【請求項１７】
前記駆動電極の外部電極はリード端子を備えたベース基板へ実装する面側に形成されることを特徴とする請求項１６に記載の光走査装置製造方法。
【請求項１８】
前記駆動電極の外部電極に連通孔を形成し、前記駆動電極と前記外部電極の導通をとることを特徴とする請求項１７に記載の光走査装置製造方法。
【請求項１９】
前記振動ミラーを有する基板は導体であることを特徴とする請求項１５に記載の光走査装置製造方法。
【請求項２０】
前記駆動電極の外部電極は基板の中心に対して上下左右対称に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の光走査装置製造方法。
【請求項２１】
前記駆動電極の外部電極は基板を垂直方向に貫通したスリット溝で空間的に絶縁分離されており、前記スリット溝は前記振動ミラーの揺動空間に連通することを特徴とする請求項２０に記載の光走査装置製造方法。
【請求項２２】
前記振動ミラーの揺動空間を密閉封止することを特徴とする請求項１５に記載の光走査装置製造方法。
【請求項２３】
前記振動ミラーに対して揺動空間を介して対向する対向ミラーを有することを特徴とする請求項１５に記載の光走査装置製造方法。
【請求項２４】
前記対向ミラーは揺動空間を密閉する基板に一体形成されることを特徴とする請求項２３に記載の光走査装置製造方法。
【請求項２５】
前記対向ミラーを一体形成された基板は、振動ミラーを有する基板と直接接合されることを特徴とする請求項２４に記載の光走査装置製造方法。
【請求項２６】
前記振動ミラーを有する基板には、前記振動ミラーと前記対向ミラーとの相対的な位置関係を決定するための指標がエッチングによって描かれることを特徴とする請求項２５に記載の光走査装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ビームを走査する偏向器として可動ミラーを用いた光走査装置及びその光走査装置製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光走査装置においては光ビームを走査する偏向器としてポリゴンミラーやガルバノミラーが用いられるが、より高解像度な画像と高速プリントを達成するにはこの回転をさらに高速にしなければならず、軸受の耐久性や風損による発熱、騒音が課題となり、高速走査に限界がある。
【０００３】
これに対し、近年シリコンマイクロマシニングを利用した光偏向器の研究がすすめられており、特許文献１や特許文献２に開示されるようにSi基板で振動ミラーとそれを軸支するねじり梁を一体形成した方式が提案されている。
【０００４】
振動ミラーの揺動空間を密閉封止する方法としては、特許文献１においては図１５に示すような発明が提案されている。この発明は、減圧した不活性ガスで加工された構造体を封止する構成となっている。
【０００５】
一方、他の従来技術の例として、特許文献３においては図１６に示されるような発明が提案されている。この発明は、電磁力駆動型の振動ミラーについて、陽極接合を用いてガラス基板で真空封止する構成となっている。
【特許文献１】特許第２９２４２００号公報
【特許文献２】特許第３０１１１４４号公報
【特許文献３】特開平８−３３４７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Si基板で振動ミラーとそれを軸支するねじり梁を一体形成した方式によれば、共振を利用して往復振動させるので高速動作が可能であるにもかかわらず、騒音が低いという利点がある。さらに振動ミラーを回転する駆動力も小さくて済むので消費電力も低く抑えられる。
【０００７】
しかしながら、このような振動ミラーを空気中で使用する場合、以下に挙げるような問題点がある。
（１）外部環境（温度、湿度、ごみ等）により動作特性が影響され、信頼性が低下する。
（２）空気の粘性抵抗により走査角が大きくとれない。
よって、少なくとも振動ミラーの揺動空間を密閉封止することが望ましい。
【０００８】
また特許文献１の発明は、単体の構造体をステム上に配置し、さらに上部よりキャップをかぶせて封止する構造を特徴とする素子であり、それらステムやキャップ等の多くの必須部材に対して複雑な加工を要する仕様である故に、工程が煩雑になるという問題があった。
【０００９】
また特許文献３の素子は、電磁力駆動型であるが故に必要工程及び部品が多く、また使用するガラス基板の枚数も多いのでコストが高くなる。また、駆動回路が搭載されるプリント基板への実装まで言及されていない。
【００１０】
上記問題に鑑み、本発明は、プリント基板への実装まで含めて、部材に複雑な加工を要せず安価で簡便な、封止された小型の光走査装置を提供することを目的とする。
【００１１】
更には、上述の封止された光走査装置において、封止性能を保ちながら、封止空間から外部への電極取り出しを容易に行うことも目的としている。
【００１２】
また、本発明の更なる目的は、振動ミラーとの間で光ビームを往復反射する対向ミラーを配置することにより、より大きな走査角が得られる光走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する為に、本発明は、振動ミラーを駆動する駆動電極が捩り回転軸の垂直方向及び水平方向に複数個存在する光走査装置において、各々同一方向に形成される前記駆動電極の外部電極は同一の高さで形成されることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、駆動電極の外部電極が同一の方向に集約されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、外部電極がリード端子を備えたベース基盤への実装面側の基盤表面に集約されていることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、駆動電極と反対面側に外部電極を形成する際、外部電極にその周囲を囲われた連通孔を形成し、該連通孔を介して、外部電極と駆動電極との導通を取ることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、外部電極が略均一の大きさを有し、基板の中心に対して、上下左右対称に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、振動ミラーの電極部を備える基盤が導体であり、電極部の働きをすることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、振動ミラーの電極部を備える同一基板上に複数の電極部が形成されており、複数の電極部は基盤を垂直方向に貫通したスリット溝にて空間的に絶縁分離されており、スリット溝は前記振動ミラーの揺動空間に連通する空間であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、振動ミラーの揺動空間を密閉封止することを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、振動ミラーに対して、揺動空間を介して対向し、振動ミラーとの間で光ビームを往復反射する対向ミラーを有することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、対向ミラーが揺動空間を密閉する封止基盤に一体化されて成形されることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、対向ミラー一体型封止基板が、振動ミラーの電極部を備える基盤と直接接合されることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、振動ミラーの電極部を備える基盤に振動ミラーと対向ミラーとをアラインメントする位置決め手段を有することを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、光走査装置に所定の周波数の電圧を印可する駆動電圧発生装置とを備え、振動ミラーを共振周波数の近傍で共振ピークから外れた帯域において駆動することを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、光走査装置によって静電像が形成される感光体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段とを更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、リード端子を備えたベース基板及び、光ビームの入出射が行われる透明基板までの実装を含めた工程において、光装置の部品点数は少なくなり、その組み立ては煩雑でなく且つ安価で簡便であり、小型化にも対応し易い。また、振動ミラーの揺動空間を密閉封止する際には、外部電極部と同一面上で封止接合することにより、封止性が良くかつ密閉封止空間外へ電極配線を引き出すことができる。
【００２８】
また本発明によれば、上記の作用効果に加え、複数の外部電極を一方向の基板表面に集約することにより、リード端子を備えたベース基板への電気的接続を同様な方法で効率的に行うことができ、実装コストの低減が期待できる。また、密閉封止も容易に行うことができる。
【００２９】
また本発明によれば、ワイヤボンディングを介してリード端子を備えたベース基板に電気接続せず、はんだボール等で直接実装できるので、実装工程の削減が可能である。また、光走査装置の小型化においても有利となる。
【００３０】
また本発明によれば、外部電極と駆動電極との導通を得るのに、その周囲が囲われた連通孔に導電性材料を形成することにより、他の駆動電極とのショート不良を起こす心配無く良好な導通を得ることができる。
【００３１】
また本発明によれば、基板をリード端子を備えたベース基板に取り付ける際に、垂直方向に均一に加圧しやすい構成なので、良好な接合が得られる。
【００３２】
また本発明によれば、振動ミラーの電極部として、基板上に金属膜等を被膜形成する場合と違い、作製プロセスが簡単である。また、それ自体が導体なので、外部に配線を引き出す際の外部電極を容易に任意の位置に形成することができる。
【００３３】
また本発明によれば、スリット溝による電極部間の良好な絶縁分離性が得られるとともに、揺動空間を密閉封止する際には、スリット溝が揺動空間に連通しているので、スリット溝にゲッター（ガス吸着材）を備えることにより、所望の真空・気密封止空間を設定、維持することができる。
【００３４】
また本発明によれば、密閉封止することにより使用環境（温度、湿度等）の影響を受けにくく、動作信頼性が向上したり、動作時の振動ミラーの動的変形が小さくなったりする等の効果がある。また、真空封止すれば、粘性抵抗の影響が少なくなり、動的変形が更に小さくなり、更に振れ角も大きくとることができる。
【００３５】
また本発明によれば、光ビームが振動ミラーと対向ミラー間で往復反射される構造となっているために、走査角がより増大される。
【００３６】
また本発明によれば、上記の作用効果に加え、部品点数が少なく、実装工程数も少なくできるので、組み立て・実装を低コストで行うことができる。
【００３７】
また本発明によれば、リード電極端子を備えたベース基板へ実装する前に、振動ミラー及び振動ミラーの電極部を備える基板と対向ミラー一体型封止基板を接合することが可能となり、部材同士による接合であるために、精度を要する両者の接合を高精度に行い易い。また、リード端子を備えたベース基板までの実装を含めた工程において、組み立てが煩雑でなく且つ安価で簡便であり、小型化にも対応し易い。
【００３８】
また本発明によれば、光ビームを往復反射させる振動ミラーと対向ミラーの位置関係を高精度に位置あわせすることができるので、光学特性が向上する。
【００３９】
また本発明によれば、振動ミラーを共振ピークから外れた帯域で使うことにより、駆動周波数に対する調整幅が広がる。
【００４０】
また本発明によれば、従来のポリゴンミラーに比べ、消費電力が小さく、低騒音な画像形成装置を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下のようにして、駆動回路が搭載されたベース基板への実装が容易で、従来のハーメチックシールの密閉封止に比べて部品点数が削減され、組立が容易で且つ安価な光走査装置を実現した。
【実施例】
【００４２】
本発明の光走査装置の構成及び製造方法を説明する。ここで、マイクロミラーは静電気力により駆動する静電駆動型のミラー用いた場合について記述する。しかしながら、静電駆動型に限らず、その他のタイプのマイクロミラーでも良い。
【００４３】
＜製造方法＞
まず、はじめに本実施例の電極部が水平及び垂直方向に複数個存在する場合について、図１にその製造方法を示す。マイクロミラーはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて作製されており、ここではＳＯＩ基板の両方の基板とも低抵抗の基板（導体）を用いており、エッチング加工を用いて、厚いほうの基板に振動ミラーの揺動空間、薄い方（約６０μｍ）に振動ミラーが形成される。また、低抵抗の基板（導体）を用いており、特別に金属を形成せず、基板自体が電極を兼ねている。更に、それぞれの基板には振動ミラー側の櫛歯電極に対向する位置に櫛歯電極が形成されている。この時、電極形状は櫛歯形状にすることにより、駆動電圧を低減することができる。更に、捩り回転方向に２段に電極が形成されているために、振動ミラーには常に駆動トルクがかかる状態になっており、振れ角を大きくとることができる。また、複数の電極を絶縁分離する為のスリット溝、振動ミラーの反ミラー面側は、ミラーの軽量化を行いつつ剛性確保の為にリブ状の加工を行っている。
【００４４】
ここでは、振動ミラーと同一基板上に形成した電極の外部電極と、振動ミラーと別基板上に形成した電極の外部電極を共に図面向かって上方に形成している。ここでは、別基板上に形成した電極の外部電極として、振動ミラーと同一基板上の一部を島状に残して、その外部電極とし、両者の導通は導電性材料を塗布することにより得ている。
【００４５】
このような構成にすることにより、捩り回転軸に垂直方向に複数の駆動電極を形成する場合も、同一方向に同一高さで外部電極を形成することができるので、後述するように、封止を含めた実装プロセスが信頼性高く容易に行うことができる。
【００４６】
＜製造されたマイクロミラーの例＞
次に、図１と同様の製造方法で、外部電極を反対側に作製したマイクロミラーの実施例を図２示す。図２（ａ）にはマイクロミラーの上面図及び、（ｂ）にはマイクロミラーとリード端子を備えたベース基板とが接合された断面図を示す。外部電極の高さはどれも同一方向に同一高さなので、ワイヤボンディング等の実装プロセスが容易に行えることがわかる。（ｃ）には更に、光ビームの入出射が行われる透明基板も接合され、密閉封止された断面図を示す。透明基板を接合した際には、可動電極及び固定電極上で接合される。また、可動電極及び固定電極に接合される透明基板の一部に貫通孔を形成しておき、後に金属で充填することによりボンディングワイヤを介して、リード端子と接続できる。
【００４７】
このような構成においては、マイクロミラーの下側はベース基板で封止され、上側は透明基板で封止される為に、必要最小限の部品数で封止構造を得ることができる。また、透明基板側の接合は、接合面が可動電極、固定電極で封止され、その接合領域中の一部を露出させ、外部との電気的接続を行っているので、封止性能を保ちつつ外部への電極取り出しを容易に行える。このように、外部電極が同一方向、同一高さに形成されている為に、信頼性の高い封止と、実装プロセスを行うことができる。また、各各の基板の接合は、はんだ接合、ガラス接合、エポキシ接着剤接合等から基板材質に合った好適な接合を選択してやれば良い。
【００４８】
次に図２とは反対側に外部電極を形成した時の、同様な上面図と断面図を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。本実施例では、外部電極はベース基板側になるので、例示されるようにはんだボール等を介してリード端子に接続される。この場合も図２と同様に、必要最小限の部品数で封止構造を得ることができる。さらに、ワイヤボンディングを用いた実装を行わないので、実装工程の削減が可能で、小型化においても有利である。
【００４９】
次に、駆動電極と反対面に外部電極を形成する場合の、外部電極形状の他の実施例を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。図２及び図３においては、該外部電極は島状に残して、反対側の駆動電極との導通は島状の外周の一部に、導電性材料を塗布することによりとっていた。しかしながら、この方法だと同一面上に隣接する電極とショートする恐れがあるので、図１５においては、外部電極には外壁に囲まれた連通孔を形成し、該連通孔に導電性材料を塗布することにより導通をとり、隣接電極とのショート不良の問題はなくなる。
【００５０】
また図２〜４共に、ＳＯＩ基板の絶縁分離を行っているスリット溝には、ゲッター（ガス吸着材）を配置している。前記スリット溝は封止空間と連通している為に、ゲッターを配置しておくことにより、所望の真空・気密封止空間を設定、維持できる。
【００５１】
次に、図３と同様なＳＯＩ基板を用いたマイクロミラーに、振動ミラーに対向して、振動ミラーとの間で光ビームを往復反射する対向ミラーを一体成形された透明基板を直接接合した例を図５に示す。このように対向ミラーを配置することにより、光ビームの走査角がより増大される。これまで、透明基板、マイクロミラー、ベース基板の接合順は特に指定していなかったが、今回に限っては、最初に対向ミラー一体型透明基板とマイクロミラーの接合を先に行うのが望ましい。両者の間では光ビームが往復反射する為に、両者の相対位置関係は精度を要するからである。また、両者を接合する際には、アライメントする位置決め手段をマイクロミラー側に備えておくことが良い。以上のように行えば、振動ミラーと対向ミラーの位置関係を高精度に位置合わせすることができるので、光学特性が向上する。
【００５２】
＜光走査モジュール及びレーザプリンタ＞
以上のような方法で形成した光走査モジュールの動作状態及び、それを搭載したレーザプリンタの構成について説明する。図６及び図７に本実施例における光走査装置に用いる振動ミラーモジュールの詳細図を示す。
【００５３】
振動ミラー基板は、２枚のSi基板２０６、２０７を酸化膜等の絶縁膜を介して接合して構成される。第１のSi基板２０６は厚さ６０μｍのSi基板からなり、エッチングにより可動ミラー２０２および同一直線上で軸支するねじり梁２０８を、その周囲を貫通し固定枠２１０から分離して形成する。
【００５４】
可動ミラー２０２はねじり梁２０８に対して対称に形成され両端の縁部および対向する固定枠２１０の内辺には数μｍのギャップを有して互い違いに噛み合うよう櫛歯状の凹凸を形成している。可動ミラー２０２の表面にはＡＵ等の金属被膜が蒸着され反射面となし、図７に示すように各基板を絶縁層を介して接合した状態で島状に分離することで基板そのものを個別に電極として形成しており、可動ミラー両端の凹凸部を第１、第２の可動電極（説明では便宜上分けているが同電位）、対向する固定枠の凹凸部を第１、第２の固定電極２０３、２０４（説明では便宜上分けているが同電位）となす。
【００５５】
また、第２の基板２０７は１４０μｍのSi基板からなり、エッチングにより中央部を貫通し、上記固定枠２１０に形成した凹凸部と重なり合う内辺には外郭が一致するように櫛歯状に凹凸を形成し同様に第３、第４の固定電極２１１、２１２となし、可動ミラーの揺動に沿って第１、第２の可動電極が噛み合うように通過する。
【００５６】
実施例では、第１、第２の固定電極２０３、２０４には同位相の電圧パルスを印加し、第３の固定電極２１１には第１、第２の固定電極に印加する電圧パルスよりも進んだ位相の電圧パルス、第４の固定電極２１２には第１、第２固定電極に印加する電圧パルスよりも遅れた位相の電圧パルスが印加される。
【００５７】
ベース基板２２０には回路基板に実装する際の電気的接続手段としてのリード端子２１６が設けられている。
カバー２０５の内側には、可動ミラー２０２と対向して対向ミラーが、ねじり梁と直交する方向に一体的に形成される。２枚の対向ミラー２１５はスリット窓２１３を挟んで屋根状に１４４．７°の角度をなすよう基板面より各々９°、および２６．３°傾けた傾斜面に、金属被膜を蒸着して反射面２１７と２１８とを対で配備した構成となす。
【００５８】
カバー２０５の底面は可動ミラー面と平行に形成され、第２の基板２１２の枠部上面に当接して接合されるが、この際、第２の基板２１２には対向ミラーを位置決めするための指標２１４が両サイドにエッチングによって描かれ、これに対向ミラーのエッジを合わせるように基板上でアライメントしており、主走査方向に対向ミラーの方向を正確に合わせることができる。
【００５９】
図８には可動ミラーの振れ角に対応して各電極間に発生する静電トルクの様子を示す。
図９に電極の断面を示す。図中、左回り方向の静電トルクを正としている。
可動ミラー２０２は初期状態では水平であるが、第３の固定電極２１１に電圧を印加すると対向する可動電極との間で負の方向での静電力を生じ、ねじり梁２０８をねじって回転され、ねじり梁の戻り力と釣り合う振れ角まで傾く。上記電圧が解除されるとねじり梁の戻り力で可動ミラー２０２は水平に戻るが、水平に戻る直前に第１、第２の固定電極２０３、２０４に電圧を印加することによって正の方向での静電力を生じ、引き続き、第４の固定電極２１２に電圧を印加することによってさらに正の方向での静電トルクを増すといった電極の切り換えを繰り返し行うことで、可動ミラーをその両端の可動電極が対向する第１、第２の固定電極を抜ける振れ角、実施例では約２°にて往復振動する。
【００６０】
ここで、可動ミラー２０３の慣性モーメント、ねじり梁２０８の幅と長さを、走査する所望の駆動周波数に合わせ、ねじり梁を回転軸とした１次共振モードの帯域にかかるよう設計することによって、励振されて著しく振幅が拡大され、可動ミラー両端の可動電極が対向する第３、第４の固定電極を抜ける振れ角まで拡大することができる。
【００６１】
これによって、第３、第４の固定電極を抜けた振れ角でも水平に戻す方向、第３の固定電極では可動ミラーに正の方向での静電力が生じるので、静電トルクの働く振れ角範囲を拡大でき共振周波数を外れた駆動周波数においても大きな振れ角が維持できる。
【００６２】
＜駆動周波数＞
図１０には駆動周波数に対する振れ角の特性を示すが、駆動周波数を共振周波数に一致させれば、最も振れ角が大きくとれるが、共振周波数付近においては急峻に振れ角が変化する特性を有する。
【００６３】
従って、初期的には可動ミラーの駆動制御部において固定電極に印加する駆動周波数を共振振動数に合うよう設定することができるが、温度変化等で共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまうことで経時的な安定性に乏しいという欠点がある。また、後述する実施例のように複数の可動ミラーを有する場合には、各々に固有の共振振動数がばらつくため、共通の駆動周波数で駆動できないという問題がある。
【００６４】
そこで、実施例では、駆動周波数を可動ミラーとねじり梁からなる振動部固有の共振周波数近傍で、比較的振れ角変化の少ない、共振周波数から高めに外れた周波数帯域に設定しており、共振周波数２ｋHzに対し駆動周波数は２．５ｋHzとし、振れ角は印加電圧のゲイン調整により±５°に合わせている。
【００６５】
この際、振動ミラーの加工誤差による共振振動数のばらつき、実施例では３００Hz、温度による共振周波数の変動、実施例では３Hz、があっても駆動周波数がいずれの共振周波数にもかからないような周波数帯域、共振周波数２ｋHzであれば２．３０３Hz以上、または１．６９７Hz以下に設定することが望ましい。
【００６６】
いま、可動ミラーの寸法を、縦２a、横２b、厚さd、ねじり梁の長さをL、幅cとするとSiの密度ρ、材料定数Gを用いて、
慣性モーメントI＝(４abρd／３)・a＾２
バネ定数K＝(G／２L)・[cd(c＾２+d＾２)／１２]
となり、共振振動数fは、
f＝(１／２π)・(K／I)＾１/２  ＝(１／２π)・[Gcd(c＾２+d＾２)／２４LI]＾１/２
ここで、梁の長さＬと振れ角θは比例関係にあるため
θ＝A／I f＾２  、Aは定数
で表され、振れ角θは慣性モーメントＩに反比例し、共振振動数ｆを高めるには慣性モーメントを低減しないと振れ角θが小さくなってしまう。
【００６７】
そこで、実施例では可動ミラー反射面の裏側２１９の基板厚ｄを格子状に残し、それ以外をｄ／１０以下の厚さまでエッチングにより肉抜きすることで、慣性モーメントを約１／５に低減している。これらの慣性モーメントに利くパラメータ、ねじり梁の寸法誤差等が共振周波数のばらつきを発生させる要因となる。
【００６８】
一方、空気の誘電率ε、電極長さH、印加電圧Ｖ、電極間距離δとすると
電極間の静電力F＝εHＶ＾２／２δ
となり、振れ角θ＝B・F／I  、Bは定数とも表され、電極長さHが長いほど振れ角θが大きくなり、櫛歯状とすることで櫛歯数ｎに対して２ｎ倍の駆動トルクを得ている。このように外周長をできるだけ長くして電極長をかせぐことで、低電圧でより大きい静電トルクが得られるように配慮している。
【００６９】
ところで、可動ミラーの速度υ、面積Eに対して、空気の密度ηとすると
空気の粘性抵抗P＝C・ηυ＾２・E＾３  、Cは定数
が可動ミラーの回転に対向して働く。従って、可動ミラーをカバーで密封し減圧状態に保持するのが望ましい。
【００７０】
実施例では、第１、第２の基板２０６、２０７が接合されてなる振動ミラー基板を、中央部に凹状に可動ミラーの揺動空間を形成し、リード端子２１６を備えたベース基板２２０上に、反射面を上側に向け、基体の外縁に形成された一対のＶ溝を結ぶ直線上にねじり梁を合わせて、第１の基板下面を基準にして装着し、また、第２の基板２０７上面にキャップ状に成形された透明樹脂製のカバー２０５を接合して可動ミラー２０２の揺動空間が密封されるようにしており、揺動空間には非蒸発型ゲッターを同梱し、外部からの加熱で活性化することで１torr以下となるようにしている。光ビームは、カバーに形成されたスリット窓２１３通じて入出射される。
【００７１】
＜光走査装置＞
図１１は光走査装置の副走査断面を示す。半導体レーザ１０１から射出した光ビームは後述するようにカップリングレンズ１１０、シリンダミラー１３６を介して、可動ミラー４０１に対しねじり梁を含む副走査断面内で法線に対して副走査方向に約２０°傾けてスリット窓４０４より光ビームが入射され、反射した光ビームは第１の反射面４０２に入射され可動ミラーに戻され、さらに反射した光ビームはスリット窓４０４を超えて第２の反射面４０３に入射され、可動ミラーとの間で３往復しながら反射位置を副走査方向に移動させ、合計５回の可動ミラーでの反射により再度スリット窓から射出される。
実施例ではこのように複数回反射を繰り返すことで、可動ミラーの振れ角が小さくても大きな走査角が得られるようにし、光路長を短縮している。
【００７２】
いま、可動ミラーでの総反射回数N、振れ角αとすると、走査角θは２Nαで表せる。
実施例では、N =５、α=５°であるから最大走査角は５０°となり、その内３５°を画像記録領域としている。 共振を利用することで印加電圧は微小で済み発熱も少ないが、上式から明らかなように記録速度、つまり共振周波数、が速くなるに従ってねじり梁のばね定数Ｋを高める必要があり振れ角がとれなくなってしまう。そこで、上記したように対向ミラーを設けることで走査角を拡大し、記録速度によらず必要十分な走査角が得られるようにしている。
【００７３】
また、屋根状に対向して反射面を構成し、可動ミラーへの副走査方向での入射角度が繰り返し反射毎に正負、言いかえれば、反射に伴う進行方向が右向き、左向き、に振り分けるようにすることで、斜入射に伴う被走査面での走査線の曲がりを抑え、直線性を維持するとともに、光軸と直交する面内での光束の回転が射出時にはもとの姿勢に戻るようにして結像性能の劣化がおきないよう配慮している。
【００７４】
図１２は実施例における光走査装置の分解斜視図、図１３は光学素子の配置を示す。
光源である半導体レーザ１０１は、フレーム部材１０２に立設された壁に配備された段付きの貫通穴１０３に反対側からステム外周を基準に圧入され、段差部に鍔面を突き当てて光軸方向を位置決めする。Ｕ字状の凹部１０５にはＵＶ接着剤を介してカップリングレンズ１１０の光軸が半導体レーザ１０１からの射出軸と合うように、また、射出光束が平行光束となるように発光点との光軸方向の位置決めを行い、凹部とカップリングレンズとの隙間のＵＶ接着剤を硬化させて固定する。本実施例の場合、３つの光源部を有するが、全て同一構成である。
【００７５】
カップリングレンズより射出した光ビームは、一対の取付斜面１０９に接合配備され副走査方向に負の曲率を有するシリンダミラー１３６に入射され、副走査方向において可動ミラー面で集束する集束光束として振動ミラーモジュール１３０のスリット窓から入射される。
【００７６】
振動ミラーモジュール１３０はねじり梁の方向が光軸方向に合うように、フレーム底面側に設けられた段付きの角穴１０４の裏側より基体１１２の外縁を基準に位置決めされ、段差部に鍔面を突き当てて可動ミラー面の位置を合わせ、実施例の場合、均等間隔に３つの振動ミラーモジュールが単一のフレーム部材１０２により位置決めされる。
【００７７】
各振動ミラーモジュールはプリント基板１１２に、ベース基板底面から突出したリード端子を各々スルーホールに挿入して半田付けし、フレーム部材１０２の下側開口をふさぐように基板上面を当接して固定すると同時に、回路接続がなされる。
【００７８】
プリント基板１１２には半導体レーザの駆動回路、可動ミラーの駆動回路を構成する電子部品、および同期検知センサ１１３が実装されており、外部回路との配線が一括してなされる。一端をプリント基板に結線されたケーブル１１５は半導体レーザのリード端子と接続される。
【００７９】
フレーム部材１０２は、ある程度剛性が確保できるガラス繊維強化樹脂やアルミダイキャスト等からなり、両端部には画像形成装置本体の構造体に取付けるためのフランジ部１３１、１３３が形成され、一方１３１には基準穴を備えその内径に固定ネジ１３２の軸部をかん合させ、もう一方１３３には長穴を備え固定ネジ１３２を貫通して各々バネ座金１３４を介して感光体に対向させて固定する。
【００８０】
この際、基準穴を回転軸としたガタ分で被走査面(感光体)において各振動ミラーモジュールのいずれかで走査された走査線が被走査面の移動方向y（副走査方向）と直交する方向x（主走査方向）に平行となるよう調節される。
【００８１】
フレーム部材１０２の上面は角穴１０４の裏側に設けられた各振動ミラーモジュールのミラー法線方向の突き当て面と平行な面となし、走査レンズを収納するハウジング１０６の底面より突出した２本の突起１３５をフレーム部材の係合穴に挿入して同面上での位置決めを行い、４隅をネジ止めして配備される。実施例では、ネジ１３７はフレーム部材の貫通穴を介してプリント基板１１２に螺合され、フレーム部材を挟むように三身一体で結合され、この後に上記半田付けがなされる。
【００８２】
ハウジング１０６には結像手段を構成する第１の走査レンズ１１６、第２の走査レンズ１１７が主走査方向に配列され、各々の走査領域がわずかに重なるように位置決めされて一体的に保持される。
【００８３】
第１の走査レンズ１１６は副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起１２０、および両端を係合して光軸方向の位置決めを行う平押面１１９を入射面側、出射面側各々に備え、ハウジングに一体形成された溝１２２に突起１２０を係合し、一対の切欠１２１の各々に各端の平押面１１９を挿入し波板バネ１４３で入射面側に押し付け同面内での姿勢を保持することで、光軸と直交する同一面に走査レンズ同士の相対的な配置を合わせ、副走査方向基準面をハウジングから突出した一対の突起１４２の先端に突き当てることで、光軸と直交する面内での位置決めがなされて副走査方向の設置高さが決定され、カバー１３８と一体形成された板バネ１４１で押圧支持される。
【００８４】
一方、第２の走査レンズ１１７は同様に副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起１２３、両端に光軸方向の位置決めを行う平押面１４４を備え、ハウジングに一体形成された溝１２２に突起１２３を係合し、切欠１２１に平押面１４４を挿入し波板バネ１４３で出射面側に押し付け姿勢を保持するとともに、副走査方向基準面をハウジングから突出した突起１４５および副走査方向に繰り出し自在な調節ネジ１４６の先端に突き当てて設置高さを位置決めし、カバー１３８と一体形成された板バネ１４１で押圧支持される。１４７はカバー１３８を固定するネジである。
【００８５】
第２の走査レンズ１１７の近傍には主走査の同期検知の為に、走査光ビームを同期検知センサ１１３へ向けて反射する為のミラー１２７、１２８が配置されている。尚、実施例では、３つの光走査装置を配列した例を示したが、配列数はいくつであっても同様である。
【００８６】
＜レーザプリンタ＞
図１４は４つの光走査装置５００によって各々に対応した感光体ドラム５０４に１色ずつ画像形成され、転写ベルト５０１の回転につれて色重ねがなされるタンデム方式のカラーレーザプリンタに適用した例で、実施例では光走査装置を光ビームの射出方向が下向きとなるよう配備される。
【００８７】
転写ベルト５０１は駆動ローラと２本の従動ローラとで支持され、移動方向に沿って均等間隔で各感光体ドラム５０４が配列される。感光体ドラムの周囲にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックも各色に対応したトナーを補給する現像ローラ５０２およびトナーホッパ部５０３、そして、転写された後の残トナーをブレードで掻き取り備蓄するクリーニング部５０８が一体的に配備される。
【００８８】
各色画像は、転写ベルト５０１端に形成されたレジストマークを検出するセンサ５０５の信号をトリガとして副走査方向の書出しタイミングをずらして各光走査装置５００によって潜像が形成され、現像部にてトナーをのせて転写ベルト５０１上で順次画像を重ねていく。
用紙は給紙トレイ５０７から給紙コロ５０６により供給され、４色目の画像形成にタイミングを合わせてレジストローラ５１０により送り出されて、転写部５１１にて転写ベルト５０１から４色同時に転写され、トナー像を載せたまま搬送ベルト５１５にて定着器に送られる。転写されたトナー像は定着ローラ５１２により定着され、排紙トレイ５１４に排出される。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明はデジタル複写機およびレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置に適用され、光走査型のバーコード読み取り装置や車載用のレーザレーダ装置等へも応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明によるマイクロミラーの製造工程を示す図である。
【図２】本発明によるマイクロミラーの上面図及び断面図である。
【図３】リード端子と外部電極とをはんだボールで接続したマイクロミラーの上面図及び断面図である。
【図４】外部電極に連通孔を有するマイクロミラーの上面図及び断面図である。
【図５】対向ミラーが一体成形された透明基板を有するマイクロミラーの上面図及び断面図である。
【図６】マイクロミラーモジュールの分解斜視図である。
【図７】第１及び第２のＳｉ基板の構成を示す図である。
【図８】ミラーの振れ角と電極間の静電トルクの関係を示す図である。
【図９】電極の断面図である。
【図１０】駆動周波数とミラーの振れ角との関係を示す図である。
【図１１】光走査装置の副走査断面図である。
【図１２】光走査装置の分解斜視図である。
【図１３】光学素子の配置図である。
【図１４】本発明の光走査装置を適用したレーザプリンタの断面図である。
【図１５】従来技術として取り上げた特許文献１の図７に対応する図である。
【図１６】従来技術として取り上げた特許文献３の図４に対応する図である。
【符号の説明】
【００９１】
２０２    可動ミラー
２０６    Ｓｉ基板
２０７    Ｓｉ基板
２０８    ねじり梁
２１４    位置決めの指標
２１５    対向ミラー
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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