(57)【要約】【課題】画像形成用のＬＤの点灯状況によるミラー面の湾曲度合いの変動がない。【解決手段】画像形成領域を走査する第１のＬＤ１０６の他に、画像形成領域を走査しない第２のＬＤ４００を設ける。第１のＬＤ１０６から出射した光は、レンズ１０１で集光され、ミラー１０２、可動ミラー１００で反射され、レンズ１０３、１０４により集光され、感光体２００上に書き込み光１０７のビームスポットを形成する。画像形成領域を走査しない第２のＬＤ４００は、第１のＬＤ１０６が消灯している期間のみ点灯する。第２のＬＤ４００から出射した光は光吸収物体４０１に入射し、感光体２００には到達しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに基づいて制御される光ビームを出射する光源および前記光源から出射された光ビームを偏向させる偏向手段を有する走査光学系と、前記偏向された光ビームが照射される像担持体とを備え、前記偏向手段は光ビームを反射するミラー基板と、ミラー基板を支持する梁と、ミラー基板に回転力を発生する駆動手段とを有し、前記ミラー基板が前記梁を軸として所定の走査周波数で往復振動する振動ミラーであり、前記照射されたビームが前記像担持体を走査することによって画像形成を行う光走査装置において、前記偏向手段に照射される光ビームのエネルギーを制御するエネルギー制御手段を備え、任意の時間あたりに前記偏向手段に照射される光ビームのエネルギーが一定量となるように制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記任意の時間は、前記走査周波数より求められる周期の整数倍の時間であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記エネルギー制御手段は、前記偏向手段に照射される光ビームの累積エネルギーを調節するエネルギー調節手段であり、任意の時間あたりに前記偏向手段に照射される光ビームのエネルギーが一定量となるように制御することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項４】
前記エネルギー調節手段は、前記像担持体の少なくとも画像形成領域を走査しない光ビームを出射する第２の光源を備え、前記光ビームにより偏向手段を照射して累積エネルギーを調節することを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
【請求項５】
前記エネルギー制御手段は、前記光源から出射された光ビームを、画像形成領域を走査するための光路と、画像形成領域には照射されない光路と、に切り換える光路切換え手段を備え、画像形成領域を照射しない光路に切り換えられた光ビームにより偏向手段を照射して累積エネルギーを調節することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項６】
前記光源と偏向手段の間に可動の反射手段を有し、前記光路の切換を行うことを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
【請求項７】
前記エネルギー制御手段は、前記偏向手段の走査周期のうち、前記画像データに基づいて制御される前記光ビームの点灯時間を除いた時間を、少なくとも前記像担持体上の画像形成領域以外の部分を照射することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項８】
電子写真プロセスで光書き込みを行なって画像を形成する画像形成装置において、回動可能に保持されて形成画像を担持する画像担持体と、前記画像担持体上に光書き込みを行なって潜像を形成する請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置からなる潜像形成手段と、前記潜像形成手段の前記光走査装置によって形成された潜像を顕像化してトナー画像を形成する現像手段と、前記現像手段で形成されたトナー画像を被転写体に転写する転写手段とからなる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】
本発明は、光走査装置に関し、特に、梁によって支持されたミラー基板（振動子）を、梁をねじり回転軸として往復振動させる構造の光走査装置に関し、デジタル複写機やレーザープリンタ等の画像形成装置の光書込系に好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来の光走査装置は、同一直線上に設けられた２本の梁で支持されたミラー基板（振動子）を、ミラー基板に対向する位置に設けた電極との間の静電引力で駆動し、２本の梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させている（例えば、非特許文献１を参照）。マイクロマシニング技術で形成されるこの光走査装置は、モーターでポリゴンミラーを回転させる構成の光走査装置と比較し、構造が簡単で半導体プロセスでの一括形成が可能なため、小型化が容易で製造コストも低い。また、単一の反射面を用いるため、複数の反射面を用いる光走査装置におけるような精度のばらつきがなく、さらに往復走査であるため高速化にも対応できる等の利点がある。
【０００３】
また、ミラー基板の振れ角を大きくするため、その振動領域に電極が重ならないよう、ミラー基板の端面に対向電極を設ける静電駆動のねじり振動型光走査装置も提案されている（例えば、非特許文献２を参照）。
【０００４】
なお、前者の光走査装置では、ミラー基板を起動させるための、ねじり回転軸に対する初期モーメントを与えるために、形成プロセスで生じる構造体の微小な非対称性を利用するが、後者の光走査装置では、起動のための金属電極膜を駆動電極に直交した面上に配備する。
【０００５】
図４は、このような偏向手段を用いた光走査装置の断面図を示し、図５は、このような偏向手段を用いた光走査装置の上面図を示す。図４、図５に示す構成からなる光走査モジュール３００は、ＬＤチップ１０６の駆動回路、可動ミラー１００の駆動回路を構成する電子部品などと、ＬＤからの光を集光するレンズ１０１、可動ミラー１００に導く固定ミラー１０２、走査後の光の集光レンズ１０３，１０４などが筐体１０５に実装されている。上記ＬＤチップ１０６の駆動回路では、送信されてくる画像データに応じてＬＤチップ１０６を変調するとともに、図示しないモニタ用ＰＤチップで検出されたＬＤチップの背面光量に応じてＬＤチップの発光出力を一定に保つよう印加電流を制御する。また、可動ミラー１００の駆動回路では、図示しない電極に可動ミラー１００の共振周波数に合わせた周期のパルス状電圧を印加し、可動ミラー１００を振動させる。このようにして、光走査装置は像担持体２００（電子写真プロセスにおける感光体ドラム）上に画像データに応じた光ビームを照射する。
【０００６】
以上に述べたような、ねじり振動型の光走査装置の製作方法の一例として、厚さ２００μｍから５００μｍのシリコン基板の一部をウエットエッチングによって数十μｍの厚さまで薄くしてダイアフラムを形成し、そのダイヤフラム領域内の一部をドライエッチングによって表裏に貫通させることで枠体に固定された梁と振動子（ミラー基板）を形成する方法がある。この方法によれば、振動子のミラー面側はシリコンの研磨面であり、振動子の裏面側はシリコンのエッチング面であるから、両面における内部応力が著しく異なる。その結果、振動子が応力に応じて湾曲し、振動子上のミラー面も湾曲するため、ミラー面で反射された光を受ける光学系においてミラー面の湾曲の影響を補正する必要があるという問題があった。
【０００７】
また、両面研磨したＳＯＩ基板を振動子として利用する方法もあるが、片面にミラー材料を形成することで、その内部応力により同様の振動子の湾曲が生じるという問題があった。
【０００８】
これを解決する方法として、ミラー基板（振動子）を、それを支持する梁をねじり回転軸として往復振動させる光走査装置において、ミラー基板上に、ミラー基板の湾曲を抑えるための、内部応力を有する応力調整層を成膜し、あるいは圧縮応力を有する応力調整層をミラー基板の裏面側と反対の面に成膜し、あるいは引張応力を有する応力調整層をミラー基板のミラー面側に成膜する方法がある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００９】
図６（ａ）は、特許文献１に示す光走査装置の中央断面図であり、（ｂ）は光走査装置を裏面側から見た平面図である。ミラー基板（振動子）１０１は、その中央部分を同一直線上にある２本の梁１０２，１０３によって厚さ２００μｍのフレーム１０４に支持され、これら梁１０２，１０３をねじり回転軸として往復振動が可能である。梁１０２，１０３は、ミラー基板１０１の必要な振れ角が得られるような剛性となるように寸法が設定されている。
【００１０】
ミラー基板１０１の梁１０２，１０３に支持されていない端１０５，１０６は櫛歯形状をなしており、板厚方向に段差をつけてフレーム１０４の内側端面に設けられた櫛歯形状の固定電極１０７，１０８に、５μｍのギャップを隔てて噛み合うかたちで対向する。フレーム１０４は、導電性材料によってミラー基板１０１及び梁１０２，１０３と一体的に形成されたもので、フレーム１０４の表面には絶縁被膜１１３が形成されている。固定電極１０７，１０８は絶縁被膜１１３上に形成される。フレーム１０４の絶縁被膜１１３の一部が除去され、そこに電極引き出し用のパット１１４が形成されている。このパッド１１４は、ミラー基板１０１と電気的に導通する。固定電極１０７，１０８はそれぞれフレーム表面に形成された電極パット１１６，１１７まで引き出されている。
【００１１】
ミラー基板１０１上には、ミラー面として、走査対象となる光に対し十分な反射率をもつ金属薄膜１１５が形成されている。ミラー基板１０１の裏面には、応力調整層として、圧縮応力をもつ金属薄膜１１８が形成されている。金属薄膜１１８（応力調整層）を形成する前のミラー基板１０１は、製造工程での研磨による加工ひずみと、ミラー面としての金属薄膜１１５の圧縮応力、さらに、裏面側のエッチング停止面の応力等の釣り合いにより、図３（ｃ）の断面図に示すように、上に凸の形状に湾曲する。この湾曲を放置すると前述のような問題が発生する。
【００１２】
そこで、特許文献１では、ミラー基板１０１の裏面側に圧縮応力をもつ金属薄膜１１８を応力調整層として形成することで、ミラー基板１０１の厚さ方向の中心面両側での内部応力を釣り合わせ、湾曲のない平坦なミラー基板１０１が提供できる。
【００１３】
【非特許文献１】IBM  J.Res.Develop  Vol.24  (1980)
【非特許文献２】The  13th  Annual  International  Workshop  on  MEMS2000  (2000)  473-478、MEMS1999  333-338
【特許文献１】特開２００２−２６７９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
一般に、このようなミラーの反射面には金属皮膜を形成している。金属としては反射率の高いアルミニュウムを用いることが多いが、アルミニュウムは反射率が９４％程度であり、照射された光の一部はミラーに吸収されてしまう。そのために、このようにして得られた湾曲のない平坦なミラー基板も、光走査装置として動作させるために、ミラー面に光源からの強い光、たとえばレーザー光を入射させた場合には、レーザー光のエネルギーによりミラーの温度が上昇し、ミラー内部の温度分布および、ミラーを構成する材料の熱膨張率の差からミラーの湾曲が生じるため、前述のような問題がある。
【００１５】
また、レーザー光の照射による温度上昇を考慮し、高温下でミラーが平坦になるようにミラー構造を設計、構成した場合でも、画像形成装置の光走査装置として用いる場合には、出力する画像情報により光源から出射するレーザー光の光出力が変動するため、出力する画像情報によりミラーに照射されるレーザーのエネルギーも変動し、ミラーの温度は変動する。そのため、画像の形成中に出力する画像情報によりミラーの平坦度が変動してしまうという問題が生じる。このように予め平坦になるようにミラーを構成することは難しい。
【００１６】
そのために、このような光学系では描画する画像データによって、可動ミラーの湾曲度合いが異なり、それにより感光体上に集光する光ビームスポットの形状もばらついてしまう。従って、このような光学系では、感光体上に均一のビームスポットを形成することは難しく、そのため良好な画像を得ることはできない。
【００１７】
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、画像形成用のＬＤの点灯状況によるミラー面の湾曲度合いの変動がない光走査装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明（請求項１）においては、画像データに基づいて制御される光ビームを出射する光源および前記光源から出射された光ビームを偏向させる偏向手段を有する走査光学系と、前記偏向された光ビームが照射される像担持体とを備え、該偏向手段は光ビームを反射するミラー基板と、ミラー基板を支持する梁と、ミラー基板に回転力を発生する駆動手段とを有し、ミラー基板が前記梁を軸として所定の走査周波数で往復振動する振動ミラーであり、該照射されたビームが前記像担持体を走査することによって画像形成を行う光走査装置において、前記偏向手段に照射される光ビームのエネルギーを制御するエネルギー制御手段を備え、任意の時間あたりに前記偏向手段に照射される光ビームのエネルギーが一定量となるように制御する。これにより、ミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になるので、ミラー基板の温度を一定値に保つことが可能となる。
【００１９】
本発明（請求項２）においては、前記任意の時間は、前記走査周波数より求められる周期の整数倍の時間である。これにより、偏向手段の走査周期の整数倍の時間という短時間での制御を行えばよいため、制御手段を簡易にすることが可能となる。
【００２０】
本発明（請求項３）においては、前記エネルギー制御手段は、前記偏向手段に照射される光ビームの累積エネルギーを調節するエネルギー調節手段であり、任意の時間あたりに前記偏向手段に照射される光ビームのエネルギーが一定量となるようにする。これにより、ミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になるので、ミラー基板の温度を一定値に保つことが可能となる。
【００２１】
本発明（請求項４）においては、前記エネルギー調節手段は、
前記像担持体の少なくとも画像形成領域を走査しない光ビームを出射する第２の光源を備え、上記光ビームにより偏向手段を照射して累積エネルギーを調節する。これにより、簡易な構成でミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になる。
【００２２】
本発明（請求項５）においては、前記エネルギー制御手段は、前記光源から出射された光ビームを、画像形成領域を走査するための光路と、画像形成領域には照射されない光路と、に切り換える光路切換え手段を備え、画像形成領域を照射しない光路に切り換えられた光ビームにより偏向手段を照射して累積エネルギーを調節することである。これにより、少ない光源でミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になる。
【００２３】
本発明（請求項６）においては、前記光源と偏向手段の間に可動の反射手段を有し、前記光路の切換を行う。これにより、少ない光源と簡易な構成でミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になる。
【００２４】
本発明（請求項７）においては、前記エネルギー制御手段は、前記偏向手段の走査周期のうち、前記画像データに基づいて制御される前記光ビームの点灯時間を除いた時間を、少なくとも前記像担持体上の画像形成領域以外の部分を照射する。これにより、簡易な構成でミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になる。
【００２５】
本発明（請求項８）においては、電子写真プロセスで光書き込みを行なって画像を形成する画像形成装置において、回動可能に保持されて形成画像を担持する画像担持体と、上記画像担持体上を光書き込みを行なって潜像を形成する請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置からなる潜像形成手段と、上記潜像形成手段の上記光走査装置によって形成された潜像を顕像化してトナー画像を形成する現像手段と、上記現像手段で形成されたトナー画像を被転写体に転写する転写手段とからなる。これにより、出力する画像によりミラーの平坦度が変動することを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明（請求項１）によれば、ミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になるので、ミラー基板の温度を一定値に保つことが可能となり、それにより描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより高品質の画像を得ることが可能となる。
【００２７】
本発明（請求項２）によれば、偏向手段の走査周期の整数倍の時間という短時間での制御を行えばよいため、簡易な制御手段で高品質の画像を得ることが可能となる。
【００２８】
本発明（請求項３）によれば、ミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になるので、ミラー基板の温度を一定値に保つことが可能となり、それにより描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより高品質の画像を得ることが可能となる。
【００２９】
本発明（請求項４）によれば、ミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になるので、ミラー基板の温度を一定値に保つことが可能となり、それにより描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより高品質の画像を得ることが可能となる。
【００３０】
本発明（請求項５）によれば、特に光源の数を増やすことなく、ミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になるので、ミラー基板の温度を一定値に保つことが可能となり、それにより描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより光源の数を増やすことなく高品質の画像を得ることが可能となる。
【００３１】
本発明（請求項６）によれば、特に光源の数を増やすことなく、ミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になるので、ミラー基板の温度を一定値に保つことが可能となり、それにより描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより光源の数を増やすことなく高品質の画像を得ることが可能となる。
【００３２】
本発明（請求項７）によれば、特に構成部品点数を増やすこと無く、ミラー基板に照射される光のエネルギーを単位時間あたりで一定にすることが可能になるので、ミラー基板の温度を一定値に保つことが可能となり、それにより描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより構成部品点数を増やすことなく高品質の画像を得ることが可能となる。
【００３３】
本発明（請求項８）によれば、出力する画像によりミラーの平坦度が変動することを抑制することが可能となり、感光体上に安定した光ビームスポットを形成することが可能となり、それにより高品質の画像を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００３５】
図１は、本発明の光走査装置の第１の構成を示す。画像データに基づき点灯し、かつ画像形成領域を走査する第１のＬＤ１０６から出射した光は、レンズ１０１で集光され、固定の折り返しミラー１０２で反射された後に可動ミラー１００で反射され、レンズ１０３，１０４により集光され、感光体２００上に書き込み光１０７のビームスポットを形成する。
【００３６】
それに対して、画像形成領域を走査しない第２のＬＤ４００は、第１のＬＤが消灯している期間のみ点灯するように設定されている。第２のＬＤ４００から出射した光はレンズ１０１で集光された後、固定の折り返しミラー１０２で反射された後、可動ミラー１００で反射されるがレンズ１０３には入射せず、光吸収物体４０１に入射するので、感光体２００には到達しない。
【００３７】
このように、可動ミラー１００には、画像の形成用のＬＤ１０６の点灯状況に係わらず、絶えず一定のレーザー光が照射されている。そのため可動ミラー１００は画像形成中、絶えず一定のエネルギーを受容しており、それにより可動ミラーの温度もほとんど一定に保つことが可能である。この可動ミラー１００はあらかじめ、前記の保たれた温度において平坦になるように設計されており、それゆえ、良好な反射特性を有することができる。
【００３８】
従って、描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより高品質の画像を得ることが可能となる。
【００３９】
図２は、本発明の光走査装置の第２の構成を示す。画像データに基づき点灯し、かつ画像形成領域を走査するＬＤ１０６から出射した光は、レンズ１０１で集光され、固定の折り返しミラー１０２で反射された後に可動ミラー１００で反射され、レンズ１０３，１０４により集光され、感光体２００上に書き込み光１０７のビームスポットを形成する。
【００４０】
それに対して、画像データに基づき、感光体２００上に光ビームスポットを形成しない期間は、第２の可動ミラー４０３が前記ＬＤ１０６の出射光の光路上に挿入され、ＬＤの出射光の光路を偏向する。偏向された出射光は固定ミラー４０４により再度偏向され、固定の折り返しミラー１０２で反射された後に可動ミラー１００で反射されるが、レンズ１０３には入射せず、光吸収物体４０１に入射するので、感光体２００には到達しない。
【００４１】
このように可動ミラー１００には、画像の形成中、絶えず一定のレーザー光が照射されている。そのため可動ミラーは画像形成中、絶えず一定のエネルギーを受容しており、それにより可動ミラーの温度もほとんど一定に保つことが可能である。
【００４２】
この可動ミラーはあらかじめ、前記の保たれた温度において平坦になるように設計されており、それゆえ、良好な反射特性を有することができる。
【００４３】
従って、描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより高品質の画像を得ることが可能となる。
【００４４】
図３は、本発明の光走査装置の第３の構成を示す。画像データに基づき点灯し、かつ画像形成領域を走査するＬＤ１０６から出射した光はレンズ１０１で集光され、固定の折り返しミラー１０２で反射された後に可動ミラー１００で反射され、レンズ１０３，１０４により集光され、感光体２００上に書き込み光１０７のビームスポットを形成する。
【００４５】
本実施例では、可動ミラー１００の偏向角度を大きくとっており、ＬＤ１０６から出射した光ビームは感光体２００上の画像形成領域へＬＤの光を導びくのに必要な偏向角度より大きな偏向角度を取れるようにしてある。
【００４６】
本実施例では、あらかじめ走査周期において全ドットを描画する場合に要するＬＤの出力エネルギーを算出しておく。そして、画像データに基づいて描画ドットを形成する場合、ある任意の一走査周期の間にＬＤが出力するエネルギー値を算出し、前記全ドットの描画に必要なエネルギーと前記任意の一走査周期にＬＤが出力するエネルギー値の差分のエネルギー分を、可動ミラーが画像形成領域以外４０２を走査している間にＬＤから出射させる。
【００４７】
画像形成領域以外４０２を走査している間にＬＤから出射した光ビームは光吸収物体４０１に入射するので、感光体２００には到達しない。
【００４８】
このように可動ミラー１００には、一走査周期間の総量でみると一定のレーザー光が照射されている。そのため可動ミラー１００は一走査周期間の総量では一定のエネルギーを受容している。それにより可動ミラーの温度もほとんど一定に保つことが可能である。この可動ミラーはあらかじめ、前記の保たれた温度において平坦になるように設計されており、それゆえ、良好な反射特性を有することができる。
【００４９】
従って、描画する画像データに係わらず感光体上に良好な光ビームスポットを形成でき、それにより高品質の画像を得ることが可能となる。さらに、本実施例は、特に画像描画に必要な構成要件以外に必要とする構成要件が必要ないので、安価に構成できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の光走査装置の第１の構成を示す。
【図２】本発明の光走査装置の第２の構成を示す。
【図３】本発明の光走査装置の第３の構成を示す。
【図４】従来の光走査装置の断面図を示す。
【図５】従来の光走査装置の上面図を示す。
【図６】従来の光走査装置の他の例を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１００  可動ミラー
１０１、１０３、１０４  レンズ
１０２  折り返しミラー
１０６  第１のＬＤ
１０７  書き込み光
２００  感光体
４００  第２のＬＤ
４０１  光吸収物体
【図１】
2005266053.tif 000003
【図２】
2005266053.tif 000004
【図３】
2005266053.tif 000005
【図４】
2005266053.tif 000006
【図５】
2005266053.tif 000007
【図６】
2005266053.tif 000008