(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、しかも複数の光ビームを高精度に走査して広い走査領域を高精度に形成することができる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。【解決手段】  第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂから射出される２本の光ビームＬ1，Ｌ2の各々の掃引により形成される掃引面が、第1軸ＡＸ1a，ＡＸ1bとほぼ直交する主走査平面において交差しているように構成されている。したがって、交差する光ビームＬ1，Ｌ2は走査レンズ６６のほぼ同じ部分によって被走査面２ａに結像される。よって、ほぼ同一の結像特性および走査特性で被走査面２ａを走査することができる。【選択図】  図３
2005115211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ本（ただしＮ≧２の自然数）の光ビームを射出する光源と、
前記光源からのＮ本の光ビームと１対１に対応するように配置されるとともに、それぞれが主走査偏向軸回りに揺動して前記光源からの光ビームを偏向して走査するＮ個の偏向ミラー面を有する偏向手段と、
少なくとも１つ以上の結像素子を有し、前記偏向手段から射出されるＮ本の走査光ビームの各々を前記結像素子のすべてを介して被走査面に結像して前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査方向に伸びるＮ個の走査片を形成する結像手段とを備え、
前記被走査面上で前記Ｎ個の走査片を前記主走査方向に繋ぎ合せることによって１本の走査領域が形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記Ｎ個の偏向ミラー面は前記主走査方向と平行な方向に並べて配置されている請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記結像手段は、前記結像素子として単一の走査レンズからなることを特徴とする請求項１または２記載の光走査装置。
【請求項４】
前記偏向手段から射出されるＮ本の走査光ビームのうち少なくとも２本の走査光ビームの各々の掃引により形成される掃引面が、前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査平面において交差している請求項１ないし３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記光源から２本の光ビームを射出させ、該２本の光ビームを前記偏向手段により偏向して走査するとともに、該２本の走査光ビームを前記結像手段により結像して前記走査領域を形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の光走査装置であって、
前記２本の走査光ビームの各々の掃引により形成される掃引面が、前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査平面において交差している光走査装置。
【請求項６】
前記偏向ミラー面の各々は前記主走査方向とほぼ直交する副走査平面において前記被走査面とほぼ共役となっている請求項４または５記載の光走査装置。
【請求項７】
前記偏向手段は、
前記第１偏向ミラー面を有する第１可動部材と、
前記第２偏向ミラー面を有する第２可動部材と、
前記第１および第２可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する方向に伸びる前記主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、
前記主走査偏向軸回りに前記第１および第２偏向ミラー面を揺動させて光ビーム偏向させるミラー駆動部とを備え、
前記２個の偏向ミラー面は前記第１および第２偏向ミラー面で構成されていることを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
【請求項８】
前記偏向手段は、光ビームを偏向する偏向ミラー面を一方面に有する可動部材と、前記可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する方向に伸びる前記主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、ミラー駆動部とを備えている偏向素子２個からなり、
前記２個の一方の偏向素子の偏向ミラー面が第１偏向ミラー面であり、他方の偏向素子の偏向ミラー面が第２偏向ミラー面であって、
前記２個の偏向ミラー面は前記第１および第２偏向ミラー面で構成されていることを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
【請求項９】
一の基板を加工することで前記可動部材および前記支持部材が一体的に形成された請求項７または８記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記基板、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９記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記ミラー駆動部は、前記第１および第２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第１および第２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１１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、電磁気力により前記第１および第２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１１のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１４】
潜像担持体と、
請求項１ないし１３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光ビームで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、複数の偏向ミラー面を用いて光ビームを走査する光走査装置および該装置を装備する画像形成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、光ビームの偏向角を増大させるために伝達光学系を利用して２つの偏向素子の偏向ミラー面で光ビームを偏向させる構成が知られている。このような構成では、第１偏向ミラー面で偏向した光ビームを伝達光学系によって第２偏向ミラー面に導き、この第２偏向ミラー面で第１偏向ミラー面からの光ビームをさらに偏向することで光ビームの偏向角を増大させている。そして、第２偏向ミラー面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。このように第１および第２偏向ミラー面と伝達光学系とを組み合わせることによって、光ビームの偏向角の増大を図っている。
【０００３】
ところが、このような構成では伝達光学系の配置により、２枚の偏向ミラー面を用いて偏向角を増大させる光走査装置の大型化を招いている。このような装置の大型化を回避する手段として、複数の走査光ビームで被走査面上に複数の走査片を形成し、これらの走査片を主走査方向に繋ぎ合わせることによって１本の走査領域を形成する構成が知られている（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９８４５９公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来装置では、光ビームを射出する光源と、光ビームを偏向する偏向ミラー面と、偏向ミラー面によって偏向された光ビームを被走査面に結像する走査レンズとを各々有する走査光学系が３つ主走査方向に並べて配置されている。そして、各々の走査光学系が走査光ビームで被走査面上を走査することにより、被走査面上に走査片が３本形成され、これらの３本の走査片を主走査方向に繋ぎ合わせることによって１本の走査領域が形成されている。このように、３本の走査光ビームを被走査面に結像させて各々の走査片を形成するために３つの走査レンズを用意し、各走査光ビームを対応する走査レンズを介して被走査面に結像している。このため、次のような問題が発生する。すなわち、それぞれの走査レンズの製造誤差を除去できないため、被走査面における各走査レンズによる走査光ビームの結像特性や走査特性が一致しないことがある。そのため、各々の走査光ビームの被走査面上での各々の走査位置に誤差が生じてしまい、各々の走査光ビームによる走査片を繋ぎ合わせて１本の走査領域を精度良く形成することができない。また、各々の走査光ビームが被走査面上に形成する該走査光ビームのスポット径が、各々の走査片ごとに異なってしまう。さらに、各々の偏向ミラー面に対応して走査レンズが必要となるため、部品点数が多くなってしまう。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、簡素な構成で、しかも複数の光ビームを高精度に走査して広い走査領域を高精度に形成することができる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、Ｎ本（ただしＮ≧２の自然数）の光ビームを射出する光源と、前記光源からのＮ本の光ビームと１対１に対応するように配置されるとともに、それぞれが主走査偏向軸回りに揺動して前記光源からの光ビームを偏向して走査するＮ個の偏向ミラー面を有する偏向手段と、少なくとも１つ以上の結像素子を有し、前記偏向手段から射出されるＮ本の走査光ビームの各々を前記結像素子のすべてを介して被走査面に結像して前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査方向に伸びるＮ個の走査片を形成する結像手段とを備え、前記被走査面上で前記Ｎ個の走査片を前記主走査方向に繋ぎ合せることによって１本の走査領域が形成されてい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、Ｎ本の光ビームが、各々の光ビームに１対１に対応したＮ個の偏向ミラー面によって偏向されたあと、共通の結像素子を用いて被走査面に結像されることによって、主走査方向に繋ぎ合せると１本の走査領域を形成するＮ個の走査片が被走査面に形成される。したがって、各偏向ミラー面により被走査面に向けて偏向された走査光ビームの被走査面における結像特性や走査特性に、結像素子の製造誤差による差が無いので、各々の走査光ビームの被走査面上での各々の走査位置に誤差が生じず、各々の走査光ビームによる各々の走査片を高精度に被走査面上に形成できる。よって、これらの走査片を主走査方向に繋ぎ合わせることによって、被走査面上に広い走査領域を高精度に形成できる。すなわち、被走査面上の光走査を高精度に行うことができる。また、各々の走査光ビームが被走査面上に形成する、該走査光ビームのスポット径を揃えることができる。また、各々の偏向ミラー面に個別に結像素子を備えて被走査面に走査光ビームを結像させていた従来装置に比べ、部品点数を少なくできる。
【０００９】
また、前記偏向ミラー面は前記主走査方向と平行な方向に並べて配置されているように構成してもよい。このような構成とすることによって、主走査平面に対して角度をつけて光ビームを偏向ミラー面に入射・射出させる必要がなくなる。つまり、同一の主走査平面内に光走査装置の光学部品を配置することができる。その結果、主走査方向とほぼ直交する副走査方向における装置サイズの小型化、つまり装置の薄型化を図ることができる。
【００１０】
また、前記結像手段を単一の走査レンズで構成してもよい。このように構成することによって、より簡素で部品点数の少ない光走査装置を構成することができるとともに、光走査装置をさらに小型化することが可能となる。
【００１１】
また、前記偏向手段から射出されるＮ本の走査光ビームのうち少なくとも２本の走査光ビームの各々の掃引により形成される掃引面が、前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査平面において交差しているように構成してもよい。このような構成とすることによって、交差する走査光ビームは結像素子のほぼ同じ部分によって被走査面に結像される。よって、ほぼ同一の結像特性および走査特性で被走査面を走査することができる。したがって、各々の走査片を高精度に形成できる。
【００１２】
また、前記光源から２本の光ビームを射出させ、該２本の光ビームを前記偏向手段により偏向して走査するとともに、該２本の走査光ビームを前記結像手段により結像して前記走査領域を形成する光走査装置で、前記２本の走査光ビームの各々の掃引により形成される掃引面が、前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査平面において交差しているように構成してもよい。このような構成とすることによって、２個の偏向ミラー面によって偏向された２本の走査光ビームは、結像素子のほぼ中央の同じ部分によって被走査面に結像される。よって、両偏向ミラー面によって偏向された２本の走査光ビームを、ほぼ同一の結像特性および走査特性で被走査面に走査させることができるので、該２本の走査光ビームによって、被走査面上に精度良く２個の走査片を形成することができる。したがって、該２個の走査片を繋ぎ合わせることによって、１本の走査領域をさらに高精度に形成することができる。また、２本の走査光ビームが被走査面上に形成する、該２本の走査光ビームのスポット径を揃えることができる。また、２本の走査光ビームの各々の掃引により形成される掃引面全体の面積を小さくすることができるので、結像手段を小さく構成することができる。
【００１３】
また、前記偏向ミラー面の各々は前記主走査方向とほぼ直交する副走査平面において前記被走査面と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、被走査面と共役関係を有する偏向ミラー面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上記偏向ミラー面のサイズを小さくして偏向手段の小型化、軽量化することができる。その結果、上記偏向ミラー面の駆動速度をさらに向上させて光ビームの偏向速度をさらに高めることができる。
【００１４】
また、偏向手段としては、単一の偏向ミラー面を有する偏向素子（例えばガルバノミラーなど）を２つ並列配置したものを用いることができるが、以下のように構成された偏向手段を用いてもよい。すなわち、前記偏向手段は、前記第１偏向ミラー面を有する第１可動部材と、前記第２偏向ミラー面を有する第２可動部材と、前記第１および第２可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する方向に伸びる前記主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、前記主走査偏向軸回りに前記第１および第２偏向ミラー面を揺動させて光ビーム偏向させるミラー駆動部とを備え、前記２個の偏向ミラー面は前記第１および第２偏向ミラー面で構成されている。ここで、第１可動部材、第２可動部材および支持部材については、一の基板を加工することで前記第１可動部材、前記第２可動部材および前記支持部材が一体的に形成するようにしてもよい。このように一体形成することで第１および第２偏向ミラー面の特性を揃えることができ、光ビームを安定して偏向することができる。また、前記偏向手段は、光ビームを偏向する偏向ミラー面を一方面に有する可動部材と、前記可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する方向に伸びる前記主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、ミラー駆動部とを備えている偏向素子２個からなり、前記２個の一方の偏向素子の偏向ミラー面が第１偏向ミラー面であり、他方の偏向素子の偏向ミラー面が第２偏向ミラー面であって、前記２個の偏向ミラー面は前記第１および第２偏向ミラー面で構成されているものを用いることができる。なお、基板加工方法についてはマイクロマシニング技術を適用することができ、該加工技術を用いることで高精度に偏向手段を作成することができ、光ビームの偏向角を安定させる上で有利となる。
【００１５】
また、前記基板、前記可動部材および前記支持部材としてシリコン単結晶を用いることができる。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、第１および第２偏向ミラー面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、第１および第２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。
【００１６】
また、ミラー駆動部により前記第１および第２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第１および第２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。
【００１７】
また、第１および第２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、光ビームの偏向動作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、第１および第２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、偏向素子の位置制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】
【００１８】
＜第１実施形態＞
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。
【００１９】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２（本発明の「潜像担持体」に相当）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。
【００２０】
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Ｌ1，Ｌ2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Ｌ1，Ｌ2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。
【００２１】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４（本発明の「現像手段」に相当）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、４Ｍ、４Ｃ、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図３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、図４および図５は露光ユニットの一構成要素たる偏向素子（偏向手段）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。
【００２９】
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にマルチレーザー光源６２が固着されており、マルチレーザー光源６２から光ビームＬ1，Ｌ2を射出可能となっている。このマルチレーザー光源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マルチレーザー光源６２をＯＮ／ＯＦＦ制御してマルチレーザー光源６２から画像データに対応して変調された光ビームＬ1，Ｌ2が射出される。
【００３０】
また、この露光筐体６１の内部には、マルチレーザー光源６２からの光ビームＬ1，Ｌ2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、本発明の「偏向手段」に相当する偏向素子６５、本発明の「結像手段」に相当する走査レンズ６６および折り返しミラー６８が設けられている。すなわち、マルチレーザー光源６２からの光ビームＬ1，Ｌ2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、副走査方向Ｙ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。また、シリンドリカルレンズ６３２を通過した光ビームＬ1は折り返しミラー６４１により折り返された後、図３に示すように折り返しミラー６４２によってさらに折り返され、偏向素子６５の偏向ミラー面６５１ａに入射される。そして、シリンドリカルレンズ６３２を調整することでコリメート光は副走査方向Ｙにおいて偏向素子６５の偏向ミラー面６５１ａ付近で結像される。また、シリンドリカルレンズ６３２を通過した光ビームＬ2は折り返しミラー６４３により折り返された後、偏向素子６５の偏向ミラー面６５１ｂに入射される。そして、シリンドリカルレンズ６３２を調整することでコリメート光は副走査方向Ｙにおいて偏向素子６５の偏向ミラー面６５１ｂ付近で結像される。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がマルチレーザー光源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。
【００３１】
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６５１ａ，６５１ｂ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。
【００３２】
この偏向素子６５では、図４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２つの可動板（本発明の「第１および第２可動部材」に相当）６５６ａ，６５６ｂが主走査方向Ｘに所定間隔だけ離隔して設けられている。この可動板６５６ａ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ＡＸ1a回りに揺動自在となっている。また、この可動板６５６ａの上面中央部には、アルミニューム膜などが第１偏向ミラー面６５１ａとして成膜されている。また、可動板６５６ｂも可動板６５６ａと同様に構成されている。すなわち、平板状に形成された可動板６５６ｂは第１軸ＡＸ1b回りにシリコン基板６５２に対して揺動自在に設けられるとともに、この可動板６５６ａの上面中央部にアルミニューム膜などが第２偏向ミラー面６５１ｂとして成膜されている。
【００３３】
また、シリコン基板６５２の凹部６５２ａの内底面のうち可動板６５６ａ，６５６ｂの各々について、可動板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６５６ａ，６５６ｂを第１軸ＡＸ1a、ＡＸ1b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６５１ａ，６５１ｂとの間に静電吸着力が作用して偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂ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ＡＸ1a，ＡＸ1bとして偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂをそれぞれ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６５１ａ，６５１ｂの共振周波数に設定すると、偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂ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。なお、この実施形態では、偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂとで電極６５８ａ，６５８ｂを対称関係に配置して互いに逆位相で揺動するように構成しているが、同位相で揺動するように構成してもよいことは言うまでもない。
【００３４】
このように偏向素子（偏向手段）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６５１ａ，６５１ｂを第１軸ＡＸ1a、ＡＸ1b回りに揺動させることで光ビームを主走査方向に走査させている。すなわち、第１軸ＡＸ1a、ＡＸ1bを主走査偏向軸として機能させる。
【００３５】
こうして偏向素子６５により偏向された光ビームは走査レンズ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。すなわち、第１偏向ミラー面６５１ａにより光ビームＬ1を偏向して被走査面２ａ1を主走査方向Ｘに走査し、第２偏向ミラー面６５１ｂにより光ビームＬ2を偏向して被走査面２ａ2を主走査方向Ｘに走査させている。これにより、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。
【００３６】
このように、この実施形態では、伝達レンズを利用して構成された伝達光学系を使用せずに感光体２の表面２ａ上に潜像を形成している。したがって、色収差の影響を排除することができ、優れた安定性で光ビームを走査させることができる。
【００３７】
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。
【００３８】
以上のように、この実施形態によれば、マルチレーザー光源６２から射出された２本の光ビームＬ1，Ｌ2は、光ビームＬ1，Ｌ2に１対１に対応するように配置され、第１軸ＡＸ1a，ＡＸ1b（主走査偏向軸）回りに揺動する第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂによって偏向された後、走査レンズ６６によって被走査面２ａ1，２ａ2に結像されて走査片を形成する。そして、これらの２個の走査片を主走査方向Ｘに繋ぎ合せることによって１本のライン状の潜像（本発明における「走査領域」）を形成している。したがって、共通の走査レンズ６６を用いて各偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂによって偏向された走査光ビームＬ1，Ｌ2を被走査面に結像させているため、各偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂによって被走査面２ａに向けて偏向された走査光ビームＬ1，Ｌ2の被走査面２ａにおける結像特性や走査特性の、走査レンズの製造誤差による差がない。したがって、走査光ビームＬ1，Ｌ2の被走査面上２ａでの各々の走査位置に誤差が生じず、走査光ビームＬ1，Ｌ2による各々の走査片を高精度に被走査面２ａに形成できる。よって、これらの走査片を主走査方向Ｘに繋ぎ合わせることによって、被走査面上２ａに１本のライン状の潜像を高精度に形成できる。すなわち、被走査面上２ａの光走査を広い走査領域で、しかも高精度に行うことができる。また、光ビームＬ1，Ｌ2が被走査面２ａに形成する、光ビームＬ1，Ｌ2のスポット径を揃えることができる。さらに、各々の偏向ミラー面に個別に走査レンズを備えて被走査面に光ビームを結像させていた従来装置に比べ、部品点数を少なくできる。
【００３９】
また、この実施形態では、偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂは主走査方向Ｘと平行な方向に並べて配置されている。したがって、主走査平面に対して角度をつけて光ビームを偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂに入射・射出させる必要がなくなる。つまり、同一の主走査平面内に露光ユニット６の光学部品を配置することができる。その結果、主走査方向Ｘとほぼ直交する副走査方向Ｙにおける装置サイズの小型化、つまり装置の薄型化を図ることができる。
【００４０】
また、この実施形態では、結像手段を単一の走査レンズ６６で構成している。したがって、より簡素で部品点数の少ない露光ユニット６を構成することができるとともに、露光ユニット６をさらに小型化することが可能となる。
【００４１】
また、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂから射出される２本の走査光ビームＬ1，Ｌ2の各々の掃引により形成される掃引面が、第1軸ＡＸ1a，ＡＸ1bとほぼ直交する主走査平面において交差しているように構成されている。したがって、交差する光ビームＬ1，Ｌ2は走査レンズ６６のほぼ同じ部分によって被走査面２ａに結像される。よって、ほぼ同一の結像特性および走査特性で被走査面２ａを走査することができるので、光ビームＬ1，Ｌ2による各々の走査片を高精度に形成することができる。また、図３に示すように、走査レンズ６６に入射されるまでの２本の光ビームＬ1，Ｌ2の各々の掃引により形成される掃引面全体の面積を小さくすることができる。よって、折り返しミラー６４１，６４２，６４３を主走査方向Ｘにおける幅が狭くなるように配置できるとともに、偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂと同一平面に配置することができる。したがって、露光ユニット６をさらに小型化することが可能となる。
【００４２】
また、この実施形態では、マルチレーザー光源６２から２本の光ビームＬ1，Ｌ2を射出させ、該２本の光ビームＬ1，Ｌ2を第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂにより偏向して走査するとともに、該２本の光ビームＬ1，Ｌ2を走査レンズ６６により結像することによって被走査面上２ａに１本のライン状の潜像を形成している。そして、２本の走査光ビームＬ1，Ｌ2の各々の掃引により形成される掃引面が、第1軸ＡＸ1a，ＡＸ1bとほぼ直交する主走査平面において交差しているように構成されている。したがって、２個の偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂによって偏向された２本の走査光ビームＬ1，Ｌ2は、走査レンズ６６のほぼ中央の同じ部分によって被走査面２ａに結像される。よって、両偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂによって偏向された２本の光ビームＬ1，Ｌ2を、ほぼ同一の結像特性および走査特性で被走査面２ａに走査させることができるので、２本の光ビームＬ1，Ｌ2によって、被走査面上２ａに精度良く２個の走査片を形成することができる。したがって、これらの２個の走査片を繋ぎ合わせることによって、１本のライン状の潜像をさらに高精度に形成することができる。また、走査光ビームＬ1，Ｌ2が被走査面上２ａに形成する、走査光ビームＬ1，Ｌ2のスポット径を揃えることができる。また、図３に示すように、走査レンズ６６に入射する２本の走査光ビームＬ1，Ｌ2の各々の掃引により形成される掃引面全体の面積を小さくすることができる。よって、走査レンズ６６を主走査方向Ｘにおける幅が狭くなるように構成することができる。
【００４３】
また、この実施形態では、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂの両方が主走査方向Ｘとほぼ直交する副走査平面において感光体２の表面（被走査面）２ａとほぼ共役となるように構成している。このような構成を採用することで、両偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂの副走査方向Ｙ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Ｙにおける上記偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂのサイズを小さくして偏向素子（偏向手段）の小型化、軽量化することができる。その結果、上記偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂ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、ミラー駆動部により第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを共振モードで第１軸ＡＸ1a，ＡＸ1b（主走査偏向軸）回りに揺動駆動している。したがって、少ないエネルギーで第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを第１軸ＡＸ1a，ＡＸ1b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。
【００４５】
さらに、この実施形態では、一のシリコン基板６５２をマイクロマシニング加工技術を用いて第１偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂおよび支持部材を一体的に形成しているので、高精度に偏向素子（偏向手段）６５を作成することができ、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂの特性を揃えることができ、光ビームの走査性を向上させる上で有利となる。また、ステンレス鋼と同程度のバネ特性で可動板６５６ａ，６５６ｂを揺動自在に支持することができ、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを安定して、しかも高速で揺動することができる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
図６および図７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り、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。この実施形態が上記第１実施形態と大きく相違する点は、偏向手段８５の構成が異なる点である。偏向手段８５は、図６に示す偏向素子を２個並列させることによって構成されている。以下、これらの図面を参照しつつ、上記第１実施形態と相違する点を中心に偏向手段８５の構成について詳述する。
【００４７】
この偏向手段８５は、図６に示す偏向素子８５ａと同一構造の偏向素子２つで構成されている。それぞれの偏向素は同一構造であるため、ここでは第１偏向ミラー面８５１ａを有する一方の偏向素子８５ａの構成について説明し、第２偏向ミラー面を有する他方の偏向素子の構成については説明を省略する。偏向素子８５ａ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８５１ａで反射した光ビームを主走査方向Ｘに偏向可能となっている。より具体的には、偏向素子８５ａは次のように構成されている。
【００４８】
この偏向素子８５ａでは、図６に示すように、シリコン基板８５２ａ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８５２ａの一部を加工することで可動板８５６ａ（本発明における「可動部材」）が設けられている。この可動板８５６ａは平板状に形成され、ねじりバネ８５７ａによってシリコン基板８５２ａ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ＢＸ1a回りに揺動自在となっている。また、この可動板８５６ａの上面中央部には、アルミニューム膜などが第１偏向ミラー面８５１ａとして成膜されている。
【００４９】
また、シリコン基板８５２ａの略中央部には、図７に示すように、可動板８５６ａが第１軸ＢＸ1a回りに揺動可能となるように、凹部８５２１ａが設けられている。この凹部８５２１ａの内底面のうち可動板８５６ａの両端部に対向する位置に電極８５８１ａ、８５８２ａがそれぞれ固着されている。これら２つの電極８５８１ａ、８５８２ａは可動板８５６ａを第１軸ＢＸ1a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８５８１ａ、８５８２ａ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第１偏向ミラー面８５１ａとの間に静電吸着力が作用して第１偏向ミラー面８５１ａ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８５８１ａ、８５８２ａに交互に印加すると、ねじりバネ８５７ａを第１軸ＢＸ1aとして第１偏向ミラー面８５１ａ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８５１ａの共振周波数に設定すると、偏向ミラー面８５１ａ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。
【００５０】
このように偏向手段８５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８５１ａを第１軸ＢＸ1a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ＢＸ1aを主走査偏向軸として機能させる。
【００５１】
上記のように構成された偏向素子が２個、主走査方向に並列に配置されることによって第１および第２偏向ミラー面が構成されている。その他の構成はすべて上記第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同様の作用効果を有する。
【００５２】
なお、上記第１および第２実施形態では、静電気力を用いて偏向ミラー面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電磁気力を利用することができる。
【００５３】
＜第３実施形態＞
図８および図９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。この第３実施形態が上記第２実施形態と大きく相違する点は、偏向ミラー面８５１ａを電磁気力を利用して揺動駆動している点であり、その他の構成は第２実施形態と同様である。第１実施形態の偏向素子６５においても、本実施形態と同様の構成をとることによって偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを電磁気力を利用して揺動駆動することができる。ここでは、図８および図９に示す偏向素子８５ａを例にあげて説明を行う。また、第２実施形態と同一構成の部分に関しては同じ番号を用いることとする。
【００５４】
偏向素子８５ａでは、図８に示すように、シリコン基板８５２ａの一部を加工することで可動板８５６ａが設けられている。この可動板８５６ａは平板状に形成され、ねじりバネ８５７ａによってシリコン基板８５２ａ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ＢＸ1a回りに揺動自在となっている。また、可動板８５６ａの上面には、シリコン基板８５２ａ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８５７ａを介して電気的に接続する平面コイル８５５ａが絶縁層で被膜されて設けられている。また、この可動板８５６ａ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８５１ａとして成膜されている。
【００５５】
また、シリコン基板８５２ａの略中央部には、図９に示すように、可動板８５６ａが第１軸ＢＸ1a回りに揺動可能となるように、凹部８５２１ａが設けられている。そして、凹部８５２１ａの内底面には、可動板８５６ａの両端部の外方位置に永久磁石８５９１ａ、８５９２ａ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８５５ａ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８５５ａへの通電によって平面コイル８５５ａを流れる電流の方向と永久磁石８５９１ａ、８５９２ａによる磁束の方向によりローレンツ力が作用し、可動板８５６ａを回転するモーメントが発生する。これにより、可動板８５６ａ（偏向ミラー面８５１ａ）がねじりバネ８５７ａを第１軸ＢＸ1aとして揺動する。ここで、平面コイル８５５ａ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８５７ａを第１軸ＢＸ1aとして偏向ミラー面８５１ａ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８５１ａの共振周波数に設定すると、偏向ミラー面８５１ａ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。
【００５６】
このように第１偏向ミラー面８５１ａ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、第１偏向ミラー面８５１ａ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第１偏向ミラー面８５１ａ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８５ａ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。また、第１偏向ミラー面８５１ａ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第１偏向ミラー面８５１ａを主走査偏向軸まわ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。
【００５７】
＜その他＞
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、上記した実施形態では２本の光ビームで被走査面を走査しているが、２本以上の複数の光ビームを、複数の光ビームに１対１に対応した複数の偏向ミラー面により偏向することによって被走査面に複数の走査片を形成して走査領域を形成する構成であってもよい。このような構成としても、上記実施形態と同様の作用効果を有する。
【００５８】
また、この場合、複数の走査光ビームのうち少なくとも２本の走査光ビームの各々の掃引により形成される掃引面が主走査平面において交差するように構成するのが望ましい。このような構成とすることによって、交差する走査光ビームは走査レンズのほぼ同じ部分によって被走査面２ａに結像される。よって、ほぼ同一の結像特性および走査特性で被走査面２ａを走査することができる。したがって、各々の走査片を高精度に形成できる。
【００５９】
また、上記した実施形態では、結像手段は単一の走査レンズ６６で構成されているが、結像手段を複数の走査レンズ（結像素子）で構成しても構わない。このような構成としても、走査光ビームの各々を、複数の走査レンズ全てを介して被走査面に結像させることで、上記した実施形態と同様の作用効果を有する。
【００６０】
また、偏向ミラー面として、上記した偏向素子の代わりにガルバノミラー等の従来より周知の偏向素子を用いることができる。この場合も、複数の偏向ミラー面によって偏向された複数の走査光ビームは、共通の走査レンズを介して被走査面２ａに結像される。よって、上記した実施形態と同様の作用効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
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】
【００６２】
【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】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５】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６】本発明にかかる光走査装置の第２実施形態たる露光ユニットの偏向素子を示す図である。
【図７】本発明にかかる光走査装置の第２実施形態たる露光ユニットの偏向素子を示す図である。
【図８】本発明にかかる光走査装置の第３実施形態たる露光ユニットの偏向素子を示す図である。
【図９】本発明にかかる光走査装置の第３実施形態たる露光ユニットの偏向素子を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
２…感光体（潜像担持体）、２ａ，２ａ1，２ａ2…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）、  ６２…光源、  ６５…偏向素子（偏向手段）、  ８５ａ…偏向素子、  ６６…走査レンズ（結像手段）、  ６５１ａ，６５１ｂ，８５１ａ…偏向ミラー面、  ６５２，８５２ａ…シリコン基板（支持部材）、  ６５６ａ，６５６ｂ，８５６ａ…可動板（可動部材）、  Ｌ1，Ｌ2…光ビーム、  ＡＸ1a，ＡＸ1b，ＢＸ1a…主走査偏向軸、  Ｘ…主走査方向、  Ｙ…副走査方向
【図１】
2005115211.tif 000003
【図２】
2005115211.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005115211.tif 000006
【図５】
2005115211.tif 000007
【図６】
2005115211.tif 000008
【図７】
2005115211.tif 000009
【図８】
2005115211.tif 000010
【図９】
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