(57)【要約】【課題】  駆動手段が設けられた基板を別に用意すると振動体の製造が高コストになる。【解決手段】  入れ子構造の振動体であって、一方の可動子に磁界発生手段Ａ、もう一方の可動子に磁界発生手段Ｂを有し、且つ、磁界発生手段Ａと磁界発生手段Ｂとが互いに磁気相互作用し振動する振動体を提供する。【選択図】  図１
2005250076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、内外の位置関係に設けられた２つの可動子と、該２つの可動子と該支持部とを直列に連結する一直線上に配置された複数のねじりバネと、を有した入れ子構造の振動体であって、
一方の可動子に磁界発生手段Ａ、もう一方の可動子に磁界発生手段Ｂを有し、且つ、磁界発生手段Ａと磁界発生手段Ｂとが互いに磁気相互作用し振動することを特徴とする振動体。
【請求項２】
前記振動体の一部に光反射部を設け振動する該光反射部にて光偏向を行うことを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
請求項１に記載の前記光偏向器を有す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】
本発明は振動体を用いた光偏向器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からレーザープリンタ等に使用される光偏向器としてポリゴンミラー（回転多面体）が知られている。ところが、ポリゴンミラーを用い、より高解像度で品質の良い印字と高速印刷を達成していくにはポリゴンミラーの回転をさらに高速化しなければならない。現在ポリゴンミラーには高速安定回転を維持するためにエアーベアリングが採用されているが、これまで以上の高速回転を得るには面倒れ等の問題が出てくる。また、面倒れを防ぐべくモーターを大きくしていくことは機器自体の大型化を招いてしまう。それに対し正弦振動を行う光偏向器は半導体プロセスにて製造でき、消費電力も低く、ポリゴンミラーを用いた光偏向器に比べ小型化が可能である。また最近シリコン基板を用いたマイクロミラーの試作例も報告されており、シリコン単結晶からなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐久性も期待できるものである。
【０００３】
このような正弦振動型の光偏向器について従来例を図７、８に示す。図７は従来例の静電駆動型の光偏向器の斜視図である。反射面を持つ振動体の左右に支持体が設けられている。この従来例ではベース基板に左右一対の固定電極を有し、対向する振動体側基板との間に印加する電圧をスイッチにて切り換える。スイッチの切り換えによって振動体の左右が交互に静電引力によって固定電極に引き寄せられ振動する。静電駆動型の場合、反射ミラー部の振れ角（偏向角）を大きくするには、反射ミラー部と固定電極とのギャップ間隔を大きくする必要があり、逆にギャップが大きくなると大きな電圧が要求され低消費電力の点で不利である。図８は従来例の電磁駆動型の光偏向器の斜視図である。反射面を持つ振動体の左右に支持体が設けられている。この従来例ではベース基板の左右に一対の永久磁石が配置されている。反射面周辺に設けた駆動コイルに駆動電力を通電することによって永久磁石の外部磁界と駆動コイルの正逆交互の電流とによるローレンツ力によって一対の梁部を軸に正弦的に往復振動するものである。静電駆動型に比べ偏向角の制約がないので偏向角を大きくできる。これら正弦振動を行うことによって反射偏向された光束を被走査面上に結像し、等速走査させるためには通常結像光学系（結像レンズ）としてａｒｃｓｉｎレンズを用いることが一般的である。ａｒｃｓｉｎレンズを使用し、正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系として特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４が提案されている。
【特許文献１】特開平９―２３０２７６号公報
【特許文献２】特開平９―２３０２７７号公報
【特許文献３】特開平９―２３０２７８号公報
【特許文献４】特開平９―２３０２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところがａｒｃｓｉｎレンズを光走査光学系に使用すると特開２００３−２７９８７９で開示されているような課題が発生してしまう。すなわちａｒｃｓｉｎレンズには、走査中心に対して走査端部の主走査方向のＦｎｏ（Ｆナンバー）が変化してしまうという特性があり、その為に走査中心と走査端部の被走査面上におけるスポット径が不均一になってしまうという問題点が存在する。具体的には走査中心部の主走査方向のスポット径に対して走査端部の主走査方向のスポット径が大きくなってしまう。これは正弦的に角速度が変化する光束を被走査面上において等速度に走査させる為に生ずる現象である。このような現象はレーザープリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に使用するには問題点となる。具体的には被走査画面上においてスポット径のばらつきはハーフトーンの画像における階調再現性の劣化や細線幅の再現性劣化を誘発する。
【０００５】
次に従来例の正弦振動型の光偏向器の構造について着目すると静電駆動型、電磁駆動型共にベース基板と反射面を設けた振動子とが別の基板から構成されている。前述のように偏向角を大きくするにはベース基板と振動子を設けた基板のギャップを大きくする必要があり、薄型化には不利である。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、
（１）薄型化が容易で、
（２）低コストで、
（３）偏向角が大きく、
（４）光走査が略等加速度の、
光偏向器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成する本発明の光偏向器は、
第１に、支持部と、内外の位置関係に設けられた２つの可動子と、該２つの可動子と、該支持部とを直列に連結する一直線上に配置された複数のねじりバネを有した入れ子構造の振動体であって、
一方の可動子に磁界発生手段Ａ、もう一方の可動子に磁界発生手段Ｂを有し、且つ、磁界発生手段Ａと磁界発生手段Ｂとが互いに磁気相互作用し振動することを特徴とする振動体であり、
第２に、前記振動体の一部に光反射部を設け振動する該光反射部にて光偏向を行うことを特徴とする光偏向器であり、
第３に、前記光偏向器を用いることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、入れ子構造体の光偏向器は１枚の基板から作製できるため薄型化が容易になった。また駆動源となる磁界発生手段が各可動子上に形成されるため、駆動手段が設けられた基板を別に用意する必要がないため低コストで作製できるようになった。またさらに駆動手段が設けられた基板を別に用意する必要がないことは可動子の回転振動障害物ならびに空気抵抗による回転阻害が防げるため光偏向器の偏向角を大きくできる効果を奏する。駆動方法として１次の固有振動モードの周波数とこれに対して同位相で３倍の周波数の２つの周波数で可動子を駆動することによって光偏向器の偏向走査の角速度は、略等角速度となりレーザープリンタに本発明の光偏向器を導入したところ良好に印字することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以上が本発明の基本的な構成要素及びより具体的な態様であり、その詳細及び作用について典型的な例によって以下に説明する。
【００１０】
上記目的を達成する光偏向器は図１に示すように、
内外の位置関係に設けられた第１の可動子１と第２の可動子２が直列に連結された構造をとる。第１の可動子１と第２の可動子２とは第１のバネ部３によって連結され、第２の可動子２は第２の可動子を囲むフレーム４と第２のバネ部５によって連結され、第１のバネ部３と第２のバネ部５は一直線上に配置する。第１の可動子１の周りには第１の空隙部６が設けられ第２の可動子２の周りには第２の空隙部７が設けられ、第１の可動子１、第２の可動子２が振動する際、お互い可動子が接触しない。第１の可動子１に磁界発生手段Ａ８を第２の可動子２に磁界発生手段Ｂ９を設け、磁界発生手段Ａ８と磁界発生手段Ｂ９は互いに磁気相互作用を示す。よって磁界発生手段Ａ８と磁界発生手段Ｂ９は駆動手段として機能する。それぞれの可動子に設けられた磁気発生手段の磁気相互作用によって、第１の可動子１と第２の可動子２はバネ部を軸にし振動する。第１の可動子１に反射面（不図示）を設けることにより反射面に入射する光を偏向することができる。ここで可動子をＵＳＰ４８５９８４６で提案されているような駆動手段により、１次の固有振動モードの周波数とこれに対して同位相で３倍の周波数の２つの周波数で可動子を駆動する。可動子は、１次の固有振動モードに加えて、２次の固有振動モードで同時にねじり振動しているため、可動子１４で反射された光の偏向走査の変位角は、この２つの振動モードの重ね合わせとなり、正弦波ではなく略三角波状に変化させることも可能である。そうすることによって、偏向走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、略等角速度となる領域が広く存在するため、偏向走査の全域に対する利用可能な領域を大きくすることが可能になる。
【００１１】
以下の様な具体的態様が好適には採用可能である。まず基板１０の材料としてはガラス、石英、セラミック、樹脂、金属を用いることが可能であるが異方性エッチングで精密加工が可能でしかも単結晶で金属疲労等が原理的にないシリコンが好ましい。特に振動系の固有振動数はバネ定数に敏感であることからも設計どおりの振動を行うにはシリコンが好ましい。第１の可動子１に設ける磁界発生手段Ａ８にはコイル、永久磁石、電磁石を用いることが可能である。第２の可動子２に設ける磁界発生手段Ｂ９にもコイル、永久磁石、電磁石を用いることが可能である。このように駆動手段となる磁界発生手段Ａ８と磁界発生手段Ｂ９を同一基板内で形成することにより、従来例のように可動子の設けられた基板と固定電極や永久磁石等を設けた基板という２枚の基板構成の光偏向器に比べ、基板１枚で光偏向器を作製することができるため低コストである。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の光偏向器を図２から６の図面に示す実施例を用いて詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施例）
図２は本発明の第１実施例となる光偏向器を説明するための斜視図である。本実施例の光偏向器は１枚の単結晶シリコンウエハの異方性エッチングによって形成された入れ子構造体である。図１に示すように第１の可動子１と第１の可動子１の両側面の各中央部に突出した一対の第１のバネ部３と第１の空隙部６を介して環状に形成され、内側対向面の各中央部に第１のバネ部３と結合された第２の可動子２と第２の質量部の外側対向面にそれぞれ第１のバネ部３と一直線上になるように突出した一対の第２のバネ部５と第２の可動子２の周りに第１の空隙部７を介して環状に形成され、内側対向面の各中央部にて第２のバネ部５と結合された第２の可動子２を囲むフレームから構成されている。第１の可動部の上面には永久磁石が設けられており、その裏面には光反射部（不図示）が形成されている。第２の可動部上には駆動コイルが形成され、駆動コイルの両端は駆動電源と接続している。これにより本実施例の光偏向器は駆動部と磁気発生手段の駆動源が１枚のシリコンからなる入れ子構造体上に形成されているため薄型になる。駆動電源から第１の可動子１および第２の可動子２の振動系によって決まる所定周波数において一定電圧の交流を印加することにより第１の可動子１と第２の可動子２は第１のバネ部３と第２のバネ部５を軸にして回転振動する。駆動源となる磁気発生手段が１枚の基板上に形成されているため回転振動の障害物がないため大きな回転振動ができ偏向角を大きくとれる。このとき第１の振動体裏面に設けた光反射部にて光を反射させることによって一定振幅の光の偏向が可能になる。本実施例の光偏向器を駆動させながら光反射部に光を入射させたところ光偏向を確認することができた。
【００１４】
（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例となる光偏向器を説明するための斜視図である。本実施例の光偏向器は第１実施例と同様に１枚の単結晶シリコンウエハの異方性エッチングによって形成された入れ子構造体である。第１実施例と異なる点は第１の可動子１に設けられた磁気発生手段と第２の振動体に設けられた磁気発生手段である。本実施例の第１の可動子１に設けられた磁気発生手段は駆動コイルである。第２の可動子２に設けられた磁気発生手段は永久磁石である。第２の可動子２に設けられた永久磁石は図２に示すように第１のバネ部３と第２のバネ部５がなす直線方向に対して平行に直方体の形状のもの一対を第１の可動子１に設けられた駆動コイルを挟みこむように配置する。この際、２つの永久磁石が対向する面の磁極はＮ極とＳ極が対向するようにする。第１実施例と同様に駆動電源から一定電圧の交流を印加させ光偏向器を駆動させたところ光反射部に光を入射させたところところ光偏向を確認することができた。
【００１５】
（第３実施例）
図４は本発明の第３実施例となる光偏向器を説明するための斜視図である。本実施例の光偏向器は第１実施例と同様に１枚の単結晶シリコンウエハの異方性エッチングによって形成された入れ子構造体である。第１実施例と異なる点は第１の可動子１に設けられた磁気発生手段と第２の振動体に設けられた磁気発生手段である。本実施例の第１の可動子１に設けられた磁気発生手段は駆動コイルである。第２の可動子２に設けられた磁気発生手段は電磁コイルである。第２の可動子２に設けられた電磁コイルは図４に示すように第１の可動子１に設けられた駆動コイルを挟みこむように配置する。電磁石同士が対向する面の磁極はお互い反対になるように電流を印加する。第１実施例と同様に駆動電源から一定電圧の交流を印加させ光偏向器を駆動させたところ光反射部に光を入射させたところところ光偏向を確認することができた。
【００１６】
（第４実施例）
第１実施例に用いた光偏向器１７を図５のレーザービームプリンタ内の半導体レーザー１５、コリメーターレンズ１６、結像レンズ１８、感光ドラム１９の光学系において、従来の光スキャナーとして使用していたポリゴンミラーに替えて使用した。その際の駆動方法として１次の固有振動モードの周波数とこれに対して同位相で３倍の周波数の２つの周波数で可動子を駆動した。第１の可動子１は、１次の固有振動モードに加えて、２次の固有振動モードで同時にねじり振動し、第１の可動子１の光反射部で反射された光の偏向走査の変位角は、この２つの振動モードの重ね合わせとなり、正弦波ではなく略三角波状に変化した。これによって偏向走査の角速度は、略等角速度となり良好に印字することができた。
【００１７】
（第５実施例）
図５は本発明の第５実施例となる光偏向器を説明するための斜視図である。本実施例の光偏向器は第１実施例と同様に１枚の単結晶シリコンウエハの異方性エッチングによって形成された入れ子構造体である。第１の可動部の上面には永久磁石が設けられており、第２の可動子２を囲むフレーム上にも永久磁石１対が対向するように設けられている。第１の可動部上の永久磁石と第２の可動子を囲むフレーム４上の永久磁石の対向する面の磁極はお互い反対の磁極を示す。第２の可動子２には駆動コイルが磁気発生手段として設けられている。駆動コイルの両端は駆動電源と接続している。駆動電源から第１の可動子１および第２の可動子２の振動系によって決まる所定周波数において一定電圧の交流を印加することにより第１の可動子１と第２の可動子２は第１のバネ部３と第２のバネ部５を軸にして回転振動する。このとき第１の振動体裏面に設けた光反射部にて光を反射させることによって一定振幅の光の偏向が可能になる。本実施例の光偏向器を駆動させながら光反射部に光を入射させたところ光偏向を確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の光偏向器を表す斜視図である。
【図２】第１実施例の光偏向器を表す斜視図である。
【図３】第２実施例の光偏向器を表す斜視図である。
【図４】第３実施例の光偏向器を表す斜視図である。
【図５】第４実施例の本発明の光偏向器をレーザープリンタに適用した場合のシステム図である。
【図６】第５実施例の光偏向器を表す斜視図である。
【図７】従来例の電磁駆動型の光偏向器を表す斜視図である。
【図８】従来例の静電駆動型の光偏向器を表す斜視図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  第１の可動子
２  第２の可動子
３  第１のバネ部
４  第２の可動子を囲むフレーム
５  第２のバネ部
６  第１の空隙部
７  第１の空隙部
８  磁界発生手段Ａ
９  磁界発生手段Ｂ
１０  基板
１１  永久磁石
１２  駆動コイル
１３  駆動電源
１４  電磁石
１５  半導体レーザー
１６  コリメーターレンズ
１７  光偏向器
１８  結像レンズ
１９  感光ドラム
【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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