(57)【要約】    【課題】  広振れ角で消費電力の少ない光走査素子を提供し、この光走査素子を用いて小型で省電力の走査光学装置を提供する。    【解決手段】  反射ミラーを設けた可動板をトーションバー軸回りに回動して反射ミラーの反射光を走査する構成であって、可動板形状を、トーションバー軸方向が長い形状とした光走査素子３、及び、光源１からの光を集光光学系２で集光して光走査素子３の反射ミラーにスポット状の光を照射し、回折光学素子４を用いて、反射ミラーからの反射光を走査面６上に集光すると共に光走査速度が走査面６上で等速となるよう反射光を偏向する走査光学装置。【選択図】  図１
2005352300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部にトーションバーで回動可能に軸支した可動部と、該可動部に設けた反射ミラーと、前記可動部のトーションバー軸と平行な対辺部に駆動力を作用する駆動手段とを備え、前記可動部を回動させて前記反射ミラーによる反射光を走査する光走査素子であって、前記可動部の形状を、トーションバー軸と平行な方向の幅がトーションバー軸と直角な方向の幅より長い形状としたことを特徴とする光走査素子。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記可動部の周縁部に設けた駆動コイルと、前記可動部のトーションバー軸と平行な対辺部の外方に配置して前記対辺部の駆動コイル部分に静磁界を作用する静磁界発生手段とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する電磁力により前記可動部を駆動する構成である請求項１に記載の光走査素子。
【請求項３】
光を発射する光源と、
請求項１又は２に記載の光走査素子と、
前記光源から光走査素子に向かう光の光路に配置され前記光源から発射された光を前記光走査素子の反射ミラー上に集光する集光手段と、
前記反射ミラーから走査面に向かう反射光の光路に配置され前記反射光を走査面上に集光すると共に前記光走査素子の回動動作に伴う反射光の走査速度が前記走査面上で等速となるよう反射光を偏向する回折光学素子と、
を備えて構成したことを特徴とする走査光学装置。
【請求項４】
前記回折光学素子が、前記反射光を外側に向けて偏向する構成である請求項３に記載の走査光学装置。
【請求項５】
前記光走査素子で反射した反射光を、少なくとも１つの反射鏡で反射させた後に前記回折光学素子に入射させる構成とした請求項３又は４に記載の走査光学装置。
【請求項６】
前記反射ミラーに、トーションバー軸方向に沿って複数の光を入射する構成とした請求項３〜５いずれか１つに記載の走査光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査光学装置の小型化及び省電力化を可能にする光走査素子及びこの光走査素子を用いた走査光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザープリンタ等の走査光学装置では、光を偏向走査する光走査素子にポリゴンミラーを用いている。かかる走査光学装置は、光源から放射した発散光をコリメータレンズで平行光にし、更に、この平行光の副走査方向（即ち、走査面上の光の走査方向（以下、主走査方向とする）に対して垂直方向）をシリンドリカルレンズで収束させてポリゴンミラーの反射面に線像として結像させ反射させる。そして、モータによりポリゴンミラーを等速回転させて反射光を走査すると共に、反射光をｆθレンズを用いて走査面上に偏向照射することにより、走査面上を等速で前記主走査方向に光が走査する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ポリゴンミラー以外の光走査素子を用いたものが提案されている。これは、収束用回折光学素子と拡散用回折光学素子を組み合わせた回折光学素子対を、光偏向走査用の光走査素子として光源の光軸上に配置し、拡散用回折光学素子に対して収束用回折光学素子を光源の光軸と直交する方向に相対的に移動させることにより、光源からの光線を所望の方向に偏向させてスクリーン上を光走査させる（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３７２９５号公報
【特許文献２】特開２０００−１１１７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の場合、ポリゴンミラーの駆動にモータを使用するため、電力消費が大きいと共に、モータの設置スペースの確保と相俟って光走査素子の駆動系の小型化が難しい。また、ポリゴンミラーの場合、各反射面の垂直度を均一に加工することは極めて難しく、走査面上における走査線の副走査方向のずれを補正（面倒れ補正）するために、ポリゴンミラーの反射面に照射する平行光の副走査方向をシリンドリカルレンズで収束させてポリゴンミラーの反射面に線像として結像させている。このため、ポリゴンミラーの反射面はある程度の長さを必要とする。また、ポリゴンミラーから走査面までの距離を短くして走査光学装置の小型化を図ろうとすれば、ポリゴンミラーの反射面の線像を長くする必要があり、ポリゴンミラーが大きくなる。従って、ポリゴンミラーの小型化には限界がある。このように、ポリゴンミラーを使用する走査光学装置では、走査光学装置の小型化及び省電力化には限界がある。
【０００６】
また、特許文献２の場合、収束用回折光学素子を極めて微少な移動量で制御しなければならず、高度な動作精度が要求され収束用回折光学素子の駆動制御が難しい。また、回折光学素子とスクリーンの間の距離を短くし装置の小型化を図ろうとすれば、光を大きく偏向させる必要があり、スクリーンの主走査方向において回折光学素子−スクリーン間の距離差が大きくなる。このため、走査面上の主走査方向へ等速で光走査させなければならないレーザープリンタ等に適用しようとすれば、このままでは使用できず、ｆθレンズ等を新たに設ける必要があり、光の経路に新たな光学部品を組込む必要があり、特許文献１の場合と同様に装置の小型化が難しい。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、走査光学装置の小型化及び省電力化を可能にする光走査素子を提供することを目的とする。また。本発明の光走査素子を用いて従来装置より小型化が可能な走査光学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】
【０００８】
このため、本発明の光走査素子は、支持部にトーションバーで回動可能に軸支した可動部と、該可動部に設けた反射ミラーと、前記可動部のトーションバー軸と平行な対辺部に駆動力を作用する駆動手段とを備え、前記可動部を回動させて前記反射ミラーによる反射光を走査する光走査素子であって、前記可動部の形状を、トーションバー軸と平行な方向の幅がトーションバー軸と直角な方向の幅より長い形状としたことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成では、駆動手段の駆動力が作用する可動部部位が長くなる。従って、可動部の固有振動数が同じであれば、駆動コイルに対する通電量が同じでもトーションバー軸と平行な方向の幅がトーションバー軸と直角な方向の幅より短い場合や同じ場合に比べて可動部の振れ角を大きくできるようになり、同じ振れ角を得るための駆動コイルへの通電量を少なくできるようになる。
【００１０】
請求項２のように、前記駆動手段は、前記可動部の周縁部に設けた駆動コイルと、前記可動部のトーションバー軸と平行な対辺部の外方に配置して前記対辺部の駆動コイル部分に静磁界を作用する静磁界発生手段とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する電磁力により前記可動部を駆動する構成とするとよい。
【００１１】
本発明の走査光学装置は、光を発射する光源と、請求項１又は２に記載の光走査素子と、前記光源から光走査素子に向かう光の光路に配置され前記光源から発射された光を前記光走査素子の反射ミラー上に集光する集光手段と、前記反射ミラーから光走査面に向かう反射光の光路に配置され前記反射光を光走査面上に集光すると共に前記光走査素子の回動動作に伴う反射光の走査速度が前記光走査面上で等速となるよう反射光を偏向する回折光学素子と、を備えて構成した。
【００１２】
かかる構成では、光源から発射された光は集光手段で光走査素子の反射ミラー上にスポット状に集光され、光走査素子によって反射走査される。反射ミラーからの反射走査光は、回折光学素子によって光走査面上に集光され偏向され光走査上を走査するようになる。
【００１３】
請求項４のように、前記回折光学素子が、前記反射光を外側に向けて偏向する構成とするとよい。
また、請求項５のように、前記光走査素子で反射した反射光を、少なくとも１つの反射鏡で反射させた後に前記回折光学素子に入射させる構成とするとよい。
また、請求項６のように、前記光走査素子の反射ミラーに、トーションバー軸方向に沿って複数の光を入射する構成とするとよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明の光走査素子によれば、駆動手段の駆動力が作用する可動部部位を長くしたことにより、小さい駆動電力で従来と同等の駆動力が得られ光走査幅を従来と同等の走査幅とすれば駆動電力を少なくでき省電力化を図ることができる。また、従来と同じ駆動電力で大きな駆動力が得られ可動部の振れ角を大きくでき光を大きく走査することができるので、走査光学装置に適用する場合に、同じ光走査幅とすれば光走査素子と走査面との間の距離を短くすることが可能になり、走査光学装置の小型化が図れる。
【００１５】
本発明の走査光学装置によれば、本発明の光走査素子を使用すると共に、光走査素子の反射ミラーに照射する光をスポット状としたことで、従来の走査光学装置装置と比較して小型化及び省電力化を図ることができる。また、光走査素子の反射ミラーにスポット状の光を照射するので、反射ミラーの面積を小さくでき光走査素子の可動部の小型化により光走査素子の動作速度を速くでき、走査光学装置の走査速度を向上できる。
【００１６】
また、回折光学素子が反射光を外側に向けて偏向する構成とすれば、回折光学素子と走査面を光走査素子側に近接配置でき、走査光学装置をより一層小型化できる。
また、光走査素子の反射ミラーに、トーションバー軸方向に沿って複数の光を入射する構成とすれば、一度に複数の走査ができ走査光学装置の走査速度を実質的に向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る走査光学装置の第１実施形態の概略図を示す。
図１において、本実施形態の走査光学装置は、光源１と、集光手段である集光光学系２と、本発明の光走査素子３と、回折光学素子４と、光走査素子３を駆動制御するコントローラ５とを備える。
【００１８】
前記光源１は、光を発射するもので、例えばレーザ光を発射する半導体レーザ等である。
前記集光光学系２は、光源１からの発散光を集光して光走査素子３の後述する反射ミラー１６にスポット状に集光する。
前記回折光学素子４は、光走査素子３の反射ミラー１６で反射された反射光を走査面６（レーザープリンタでは感光体ドラムの感光面に相当する）上にスポット状に集光すると共に、光走査素子３の回動動作に伴う反射光の走査速度が走査面６上で等速となるように反射光を偏向する（アークサイン性）。
前記コントローラ５は、光走査素子３の駆動を制御するものである。
【００１９】
図２に、本発明に係る光走査素子３の第１実施形態の要部平面図を示す。
図２において、本実施形態の光走査素子３は、枠状の固定部１１に一対のトーションバー１２，１２で回動可能に平板状の可動部としての可動板１３を軸支する。前記固定部１１とトーションバー１２，１２及び可動板１３は、例えばシリコン基板で一体に形成される。可動板１３には、通電により磁界を発生する駆動コイル１４（図中、点線で模式的に１本線で示す）が絶縁層で覆われて設けられ、駆動コイル１４は固定部１１に形成した一対の電極端子１５Ａ，１５Ｂにトーションバー１２，１２部分を通って電気的に接続する。可動板１３の表面には例えばアルミニウムや金等の薄膜からなる反射ミラー１６を有する。
また、トーションバー１２，１２の軸方向とそれぞれ平行な可動板１３の対辺部の駆動コイル１４部分に静磁界を作用させる静磁界発生手段として例えば永久磁石１７Ａ，１７Ｂを、反対磁極が対面するように固定部１１の外側に配置する。そして、本実施形態の光走査素子３は、図示したように、可動板１３の形状が、トーションバー１２，１２の軸方向と平行な方向の幅（本実施形態では対辺部の長さＬ１）が、トーションバー１２，１２の軸方向と直角な方向の幅（本実施形態では対辺部の長さＬ２）より長い形状である。ここで、固定部１１が可動部を支持する支持部に相当し、駆動コイル１４と永久磁石１７Ａ，１７Ｂで可動部の駆動手段を構成する。
【００２０】
本実施形態の光走査素子３の動作原理は、駆動コイル１４に電流を流すことにより発生する磁界と、永久磁石１７Ａ，１７Ｂの作る静磁界との相互作用により、可動板１３のトーションバー１２，１２の軸方向と平行な対辺部に互いに反対方向の電磁力が作用し、可動板１３がトーションバー１２，１２を回動軸として回動し、捩れることにより発生するトーションバー１２，１２のばね反力と電磁力とが釣合う位置まで回動する。駆動コイル１４に交流電流を供給すれば、可動板１３を揺動させることができ、この場合、可動板１３を共振駆動することで効率良く駆動できる。
【００２１】
かかる光走査素子３によれば、可動板１３を、トーションバー１２，１２の軸方向と平行な対辺部の長さＬ１がトーションバー１２，１２の軸方向と直角な対辺部の長さＬ２より長い形状としたことにより、同じ表面面積の可動板で比較した場合、トーションバー軸と平行な対辺部の長さがトーションバー軸と直角な対辺部の長さより短い形状や両対辺部の長さが同じ形状の可動板に比べて、静磁界が作用する駆動コイル１４部分の長さが長くなる。このため、駆動コイル１４に同じ大きさの電流を供給しても発生する電磁力が大きく、大きな駆動力が得られる。また、永久磁石１７Ａと１７Ｂの間の距離も短くでき、駆動コイル１４に作用する磁界の強さも強くなり、これによっても、大きな電磁力が得られ駆動力が大きくなる。言い換えれば、同じ駆動力であれば駆動コイル１４の供給電流を小さくできることになる。
【００２２】
従って、本実施形態の光走査素子３は、同じ駆動方式の従来の光走査素子と比較して、同じ供給電流で可動板１３の振れ角を大きくすることができる。また、逆に、従来と同じ振れ角であれば電流を小さくでき、消費電力を少なくできる。
【００２３】
次に、図１に示す本実施形態の走査光学装置の動作を説明する。
光源１から間欠的に光を発射する。発射された光は発散して集光光学系２に入射し、集光光学系２で集光され光走査素子３の反射ミラー１６上にスポット状に照射され反射される。そして、光走査素子３をコントローラ５により所定の振れ角で回動制御し、光学回折素子４に向かう光を所定の範囲で走査する。回折光学素子４に入射した光は、回折光学素子４により走査面６上にスポット状に集光される。回折光学素子４は、光源１から間欠発射されて走査面６上に集光するスポット光が走査面６上における走査速度が等速となるように入射する反射光を偏向し、走査面６上において前記スポット光の間隔が走査方向（図中の矢印方向）において等間隔となるようにしている。
【００２４】
かかる本実施形態の走査光学装置によれば、光走査素子３の反射ミラー１６上に、従来のポリゴンミラーのような線像ではなくスポット状の光を照射するので、光走査素子の光反射面、即ち、反射ミラー１６を小さくでき、図２に示す光走査素子３の可動板１３部分を小さくできる。このため、可動板１３部分の固有周波数を高くでき、共振駆動により可動板１３の走査速度を高めることができ、光の走査速度を高めることが可能となる。従って、走査光学装置の小型化及び走査速度の高速化が可能となる。
【００２５】
また、反射光の走査幅を従来と同じとすれば、本発明の光走査素子３を使用することにより、同じ駆動方式の光走査素子と使用する場合に比較して、上述したように光走査素子３の供給電流を小さくできるので、走査光学装置の消費電力を大幅に低減できる。
【００２６】
また、同じ供給電流で可動板１３の振れ角を大きくできるので、走査面６上における光の走査幅を同じとすれば消費電力を増やさことなく、図３に示すように、回折光学素子４及び走査面６を図中破線で示す従来位置より図中実線で示すように光走査素子側（図の矢印方向）に接近させることが可能となり、走査光学装置の小型化が図れる。尚、図中の黒丸は、光走査素子３の反射ミラー１６の反射点を示す。
【００２７】
また、回折光学素子４を、図４に示すように入射光を外側に向けて偏向し走査速度が走査面６上で等速となるような特性（アークサイン性）を有する構成にすれば、走査面６上の光走査幅が同じとすれば、実線で示すように小さくすることができ、回折光学素子の製造コストを低減でき、走査光学装置の低価格化を図ることができる。尚、図中の黒丸は、図３と同様で光走査素子３の反射ミラー１６の反射点を示す。
【００２８】
以上のように本実施形態の走査光学装置によれば、光走査素子３の反射ミラー１６面にスポット状の光を照射するので、反射ミラー１６は小さくてよく光走査素子３を小型化できる。また、従来と同じ駆動電流でも光走査素子３の振れ幅を大きくできるので、走査面６上の走査幅を同じとすれば、回折光学素子４及び走査面６と光走査素子３との距離を短くできる。従って、走査光学装置を小型化できる。逆に、光走査素子３が同じ振れ幅を小さい駆動電流で得られるので、走査面６上の走査幅を同じとすれば光走査素子３の駆動電力を大幅に低減でき、省電力化を図ることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る走査光学装置の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、光走査素子３の反射ミラー１６に、トーションバー軸方向に沿って複数の光を入射する構成である。
【００３０】
図５に、第２実施形態の要部構成を示す。
図において、光走査素子３のトーションバー１２，１２の軸方向に沿って反射ミラー１６に複数のスポット状の光が入射するように、複数の光源１Ａ，１Ｂ，１Ｃを配置して設ける構成である。この場合、光走査素子３の反射ミラー１６は、図示のようにトーションバー１２，１２の軸方向に沿って長く形成する。尚、集光光学系は図示を省略してある。その他の構成は図１と同様であり、言うまでもなく図４の回折光学素子４を用いる構成でもよい。
【００３１】
かかる構成によれば、走査面６上で同時に複数行走査することができ、実質的に走査光学装置の走査速度を高められる。
【００３２】
また、図６の第３実施形態のように、複数の反射鏡２１，２２を設け、光走査素子３で反射した反射光を前記反射鏡２１，２２で反射させた後に、回折光学素子４に入射させる構成とすれば、光走査素子３から回折光学素子４までの距離を実質的に長くできるので、回折光学素子４及び走査面６を光走査素子３側に接近させても、走査面６上に光をスポット状に集光させることができ、走査光学装置を小型化できる。
尚、その他の構成は図１と同様であり、回折光学素子４として図４のものを用いる構成でもよい。
【００３３】
本発明の光走査素子は、上述の実施形態で示した電磁駆動方式に限るものではなく、例えば、静電駆動方式でもよい。
静電駆動方式の一例を図７に示す。尚、図２の光走査素子と同一要素には同一符号を付す。
【００３４】
図７において、この光走査素子３０は、可動板１３のトーションバー１２，１２の軸方向と平行な対辺部に、櫛歯電極３１，３１を形成する一方、この櫛歯電極３１，３１と互い違いとなるよう固定部側に櫛歯電極３２，３２を形成する。櫛歯電極３１，３１は、
【００３５】
かかる構成では、例えば可動板１３側の櫛歯電極３１，３１にプラス（＋）の電圧を印加し、固定部側の櫛歯電極３２，３２に交互にマイナス（−）の電圧を印加することにより、可動板１３を回動させる。
【００３６】
この光走査素子３０も、可動板１６のトーションバー１２，１２の軸方向と平行な対辺部の長さを長く形成することにより、同じ表面面積の可動板で比較した場合、トーションバー軸と平行な対辺部の長さがトーションバー軸と直角な対辺部の長さより短い形状や両対辺部の長さが同じ形状の可動板に比べて、櫛歯電極３１，３１の数を多くできる。従って、同じ電圧で大きな駆動力が得られ、可動板１３の振れ角を大きくできる。逆に、可動板１３の振れ角が同じであれば、電圧を低くできる。
【００３７】
また、図２に示す電磁駆動方式の光走査素子の場合に、図８のように、永久磁石１７Ａ，１７Ｂをより可動板１４に接近させる構成の光走査素子３′とすれば、より磁界を強めることができる。
また、本発明の光走査素子の可動部は、上記各実施形態では長方形状としたが、これに限らず、楕円形状等、可動部のトーションバー軸と平行な方向の幅がトーションバー軸と直角な方向の幅より長い形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る走査光学装置の第１実施形態を示す概略図
【図２】本発明に係る光走査素子の一実施形態を示す要部平面図
【図３】光走査素子の振れ角を広げた場合の動作説明図
【図４】光を外側に偏向する特性を有する回折光学素子を用いた場合の動作説明図
【図５】本発明に係る走査光学装置の第２実施形態を示す要部概略図
【図６】本発明に係る走査光学装置の第３実施形態を示す要部概略図
【図７】本発明に係る光走査素子の別の実施形態を示す要部概略図
【図８】本発明に係る光走査素子の別の実施形態を示す要部概略図
【符号の説明】
【００３９】
１、１Ａ〜１Ｃ    光源
２    集光光学系
３、３′、３０    光走査素子
４    回折光学素子
５    コントローラ
６    走査面
１１    固定部
１２    トーションバー
１３    可動板
１４    駆動コイル
１６    反射ミラー
１７Ａ、１７Ｂ    永久磁石
２１、２２    反射鏡
【図１】
2005352300.tif 000003
【図２】
2005352300.tif 000004
【図３】
2005352300.tif 000005
【図４】
2005352300.tif 000006
【図５】
2005352300.tif 000007
【図６】
2005352300.tif 000008
【図７】
2005352300.tif 000009
【図８】
2005352300.tif 000010