(57)【要約】【課題】マイクロミラーなどからなる偏向ミラーの揺動に伴う、動的面変形の影響を低減し、良好なビームスポット径を得ることができる光走査装置、これを用いた画像形成装置を得る。【解決手段】光源と、梁部１０１の変形により、光源からの光束を偏向する偏向ミラー１００と、偏向ミラー１００からの光束を被走査面に導く走査レンズと、を有し、偏向ミラー１００の外形形状を主走査方向の幅をＤ１、偏向ミラー上において、光束が反射する主走査方向の範囲をＤ２、偏向ミラーの振幅角をθ１、偏向ミラーの有効書き込み幅に相当する最大振れ角をθ２としたとき、次の２つの式  ０．５＜Ｄ２／Ｄ１＜０．９・・・・（１）  ０．２＜θ２／θ１＜０．７・・・・（２）を満足する。【選択図】図１
2005173082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、梁部の変形により、光源からの光束を偏向する偏向ミラーと、偏向ミラーからの光束を被走査面に導く走査レンズと、を有し、
偏向ミラーの外形形状を主走査方向の幅をＤ１、偏向ミラー上において、光束が反射する主走査方向の範囲をＤ２、偏向ミラーの振幅角をθ１、偏向ミラーの有効書き込み幅に相当する最大振れ角をθ２としたとき、次の２つの式
０．５＜Ｄ２／Ｄ１＜０．９・・・・（１）
０．２＜θ２／θ１＜０．７・・・・（２）
を満足する光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、偏向ミラーは、副走査方向の断面面積が主走査方向の位置により変化していることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の光走査装置において、前記偏向ミラーは主走査方向について位置の異なる２箇所から梁部が出ており、かつ、偏向ミラー上において光束が反射する主走査方向の範囲は主走査方向について位置の異なる２箇所の梁部の間にあることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置において、偏向ミラーの反射領域が偏向ミラーの全外形よりも小さいことを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光走査装置において、複数の偏向ミラーが主走査方向に配列され、複数の偏向ミラーからの光束が被走査面を分担して走査することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
電子写真プロセスを実行することによって画像を得る画像形成装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する装置として請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を用いた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタ、普通紙複写機（ＰＰＦ）、デジタル複写機等に用いられる光走査装置およびこの光走査装置を用いた上記レーザプリンタ、複写機などの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源などの光源から放射される光束を光偏向器によって偏向反射させ、被走査面において光束を走査させる光走査装置は従来から知られている。上記光束の被走査面上での走査と同時に、上記光束を画像信号に応じてオン、オフさせることにより、被走査面に画像を書き込むようになっている。光偏向器として、等速回転する回転多面鏡が広く用いられているが、回転多面鏡は装置が大掛かりとなり、また、機械的な高速回転を伴うため、振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力の増大などの問題がある。特に、書き込み速度を高めるために回転多面鏡の回転速度を速くすると、上記の問題が顕著になる。
【０００３】
一方、マイクロマシン技術を用いた、共振構造の正弦波振動を伴うマイクロミラーが提案されている。このマイクロミラーは、梁部を介して支持され、この梁部の変形により揺動あるいは振動するものである。上記マイクロミラーを光走査装置に用いれば、装置が小型化され、上記のような振動による各種の問題を低減することができる。
【０００４】
本出願人は、上記マイクロミラーからなる正弦波振動ミラーを用い、等速特性を満足するための条件を規定した光走査装置およびこれを用いた画像形成装置に関して特許出願した（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−８２３０３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、梁部の変形により揺動（振動）するマイクロミラーは、揺動に伴い、動的な面変形が発生することがわかり、これによって良好なビームスポット径を得ることが困難であることがわかった。
【０００６】
本発明は、上記特許文献１記載の発明の問題点を解消するためになされたもので、マイクロミラーなどからなる偏向ミラーの揺動に伴う、動的面変形の影響を低減し、良好なビームスポット径を得ることができる光走査装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、上記光走査装置を用いることにより、高画質の画像を出力することができる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】
本発明は、光源と、梁部の変形により、光源からの光束を偏向する偏向ミラーと、偏向ミラーからの光束を被走査面に導く走査レンズと、を有し、偏向ミラーの外形形状を主走査方向の幅をＤ１、偏向ミラー上において、光束が反射する主走査方向の範囲をＤ２、偏向ミラーの振幅角をθ１、偏向ミラーの有効書き込み幅に相当する最大振れ角をθ２としたとき、次の２つの式
０．５＜Ｄ２／Ｄ１＜０．９・・・・（１）
０．２＜θ２／θ１＜０．７・・・・（２）
を満足することを最も主要な特徴とする。
【０００８】
上記偏向ミラーの副走査方向の断面面積を主走査方向の位置により変化させるとよい。
偏向ミラーは、主走査方向について位置の異なる２箇所から梁部を出し、かつ、偏向ミラー上において光束が反射する主走査方向の範囲を、主走査方向について位置の異なる２箇所の梁部の間に設けるとよい。
偏向ミラーの反射領域を偏向ミラーの全外形よりも小さくするとよい。
複数の偏向ミラーを主走査方向に配列し、複数の偏向ミラーからの光束が被走査面を分担して走査するようにするとよい。
このように構成された光走査装置は、これを画像形成装置の露光装置として用いることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、梁部の変形によって光源からの光束を偏向する偏向ミラーを、光走査装置の光偏向器として用いることにより、回転多面鏡を光偏向器として用いる光偏向器において問題となるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力の増大などの問題を解決することができる。
また、条件式（１）、（２）を満足することにより、
ａ．良好なビームスポット径が得られる
ｂ．高速走査が可能になる
ｃ．良好な等速特性が得られる
ｄ．広い有効書き込み幅が獲得できる
というような効果を得ることができる。
【００１０】
偏向ミラーの副走査方向の断面積を主走査方向の位置により変化させることにより、偏向ミラーの動的面変形を低減することができ、良好なビームスポット径を得ることができる。
偏向ミラーは、主走査方向について位置の異なる２箇所から梁部を出し、かつ、偏向ミラー上において光束が反射する主走査方向の範囲を、主走査方向について位置の異なる２箇所の梁部の間に設けることにより、動的面変形の影響を低減することができ、良好なビームスポット径を得ることができる。
偏向ミラーの反射領域を偏向ミラーの全外形よりも小さくすることにより、偏向ミラーを小型化して動的面変形を低減することができ、なおかつ、光走査装置を小型化することができる。
このように構成された光走査装置を画像形成装置の露光装置として用いることにより、高画質を得ることができる画像形成装置を提供することができるとともに、画像形成装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例について説明する。図１は本発明にかかる光走査装置に用いる偏向ミラーによる光偏向器の例を示す。図１において、符号１０２は、シリコン（以下「Ｓｉ」という）基板からなるミラー基板を示している。ミラー基板１０２は、Ｓｉ基板の裏側からエッチングにより四角形状にくり抜かれ、枠部と天板部とを残して所定の厚さに形成されている。天板部には、その周囲を貫通することによって、偏向ミラー１００が形成されるとともに、偏向ミラー１００を軸支するための梁部１０１が、上記枠部と偏向ミラー１００を連結して形成されている。上記梁部１０１は、トーションバーといわれる形態のものである。実施例では約２００μｍのＳｉ基板を用いており、偏向ミラー１００の厚さ、つまり天板部の厚さは約６０μｍである。偏向ミラー１００の幅は４ｍｍ×２ｍｍで、上面に銅（Ａｕ）等の金属被膜が蒸着されて反射面となっている。
【００１２】
偏向ミラー１００の長さ方向両端部には櫛歯状に凹凸が形成され、この凹凸が可動電極１０４となっている。可動電極１０４と対向した基板端面は上記櫛歯形状と噛み合うように５μｍのクリアランスをもって固定電極１０５が形成されている。各電極１０４、１０５は偏向ミラー１００が水平状態のときに、ミラー基板１０２と厚さ方向に同一部位で対向するように構成されている。
【００１３】
上記梁部１０１は、偏向ミラー１００の走査周波数または駆動周波数に応じて梁部１０１を回転軸とした振動モードで共振するように寸法が定められている。すなわち、偏向ミラー１００は振動ミラーからなる。実施例では梁部１０１の幅を１００μｍ程度、長さを１ｍｍ程度としている。ミラー基板１０２はその表面をウエハの研磨面となし、電極とミラー基板１０２との絶縁用に窒化膜を形成しているため、エッチングによって貫通された偏向ミラー１００は表裏の内部応力差により僅かに傾いており、可動電極１０４と固定電極１０５とは数μｍの段差を有している。そのため、固定電極１０５の一方に電圧を印加すると、静電力により偏向ミラー１００は水平な状態のまで梁部１０１を捩じって回転し、交流電圧を印加すると往復振動する。この振動の振幅は微少であるが、交流電圧の周波数を偏向ミラー１００に固有な機械的共振周波数に相当する周波数になるよう印加すると、偏向ミラー１００は励振されて振幅を拡大する。実施例では±５°で正弦波振動させている。
【００１４】
電極を櫛歯状としているのは、電極の外周長を長くすることによって電極の面積を増大させるためで、こうすることによって、低電圧でより大きな静電トルクが得られるよう配慮している。
【００１５】
図２は、本発明にかかる光走査装置の実施例を示す全体構成図である。図２において、符号２００、２０１、２０２はそれぞれ図１に示すような偏向ミラーによる光偏向器（以下「振動ミラー偏向器」という）と同じ構成の光偏向器を示している。上記３個の振動ミラー偏向器２００、２０１、２０２は走査方向を共通の仮想線に合わせて電装基板２０４に実装されている。振動ミラー偏向器２００、２０１、２０２は、それぞれ光源としての半導体レーザ２０５、カップリングレンズ２０６、第１走査レンズ２０７、第２走査レンズ２０８と組み合わされて、３つの光走査手段を構成し、３つの光走査手段によって一つの光走査装置を構成している。なお、図示の実施例では、振動ミラー偏向器２００、２０１、２０２を有してなる各光走査手段における第２の走査レンズ２０８を、その長さ方向である走査方向に繋ぎ合わせ一体に成形している。
【００１６】
それぞれの半導体レーザ２０５より射出された光ビームは、各カップリングレンズ２０６でほぼ平行光束とされ、振動ミラー偏向器に入射される。各光ビームは、対応する振動ミラー偏向器における偏向ミラーの法線に対して副走査方向に約１０°傾けて入射され、偏向ミラーの反射面により偏向されて偏向器から射出される。さらに、複数の走査レンズ２０７、２０８を透過することにより感光体ドラム２１０上に結像され、１画像を主走査方向に３分割した領域をそれぞれ走査する。各光走査手段で感光体ドラム２１０上を光ビームが走査され、かつ、記録しようとする画像信号により上記光ビームが変調されることにより、感光体ドラム２１０上には、繋ぎ合わされた１画像が書き込まれて記録され、静電潜像が形成される。この繋ぎ合わされた１画像からなる静電潜像は現像器２１１にてトナーで顕像化され、転写器により印刷紙あるいは転写紙２１２に転写される。
【００１７】
図２に示す実施例では、被走査面を３つの領域に分割し、３つの走査手段によって走査し、一つの連続した画像を形成するようになっている。これにより、マイクロミラーからなる偏向ミラーのサイズを小さくすることができ、動的面変形量を低減することができる。なお、被走査面の有効書き込み幅全領域を１つの偏向手段で走査するようにしてもかまわない。
【００１８】
図３は、偏向ミラーの主走査方向位置に対する動的面変形量を示している。
ミラーの振幅角は５°で、
変形量１は振れ角２°のときの動的面変形
変形量２は振れ角３．５°のときの動的面変形
変形量３は振れ角５°のときの動的面変形量を示す。
このような動的面変形により、被走査面上での主走査方向のビームスポット径が劣化するが、劣化のしかたとしては以下の２通りがある。
１）動的面変形に伴うビームウエスト位置、すなわち評価面を光軸方向に変化させたときビームスポット径が最も細くなる位置の変化により、被走査面上のビームスポット径が大きくなる。
２）動的面変形に伴うビームウエスト径、すなわちビームウエスト位置でのビームスポット径が大きくなる。
上記１）の問題に対しては、あらかじめ動的面変形量が把握できていれば、走査光学系で対応することが可能である。しかし、上記２）の問題に対しては、走査光学系では対応することができない。
【００１９】
図３のグラフにおいて、偏向ミラーの主走査方向位置が＋の領域での光学的なパワーを正とすれば、−の領域での光学的なパワーは負になる。ビームウエスト径が大きくなるのは、光束が上記正と負の両方の領域にまたがるときであり、正の領域における範囲をＰ、負の領域における範囲をＮとするとき、ＰとＮの最小値が小さくなれば、波面収差劣化によるビームウエスト径が太くなるのを低減できる。
図３からわかるように、±２ｍｍのミラー外形の最外周辺に対し、±１．８ｍｍを超えると急激に動的面変形が劣化する。従って、この部分を使用しないようにすることにより、動的面変形量によるビームウエスト径太りを低減することができる。
【００２０】
また、仮に動的面変形が完全に正弦波的な形状であっても、偏向ミラーの外形形状において、主走査方向の幅をＤ１、偏向ミラー上において光束が反射する主走査方向の範囲をＤ２としたとき、
０．５＜Ｄ２／Ｄ１＜０．９・・・・（１）
の条件を満足しているものとする。Ｄ２／Ｄ１が上限を超えると、ＰとＮの最小値が大きくなってしまい、ビームウエスト径太りが発生する。すなわち、Ｄ２／Ｄ１が上限を超えないようにすることにより、ビームスポット径太りを低減できる。また、Ｄ２／Ｄ１が下限を下回ると、当初の設計におけるビームスポット径の設定が太くなるか、または、ミラーの主走査方向幅の増大による高速化が困難になる。また、動的面変形量は、振れ角が大きくなるに従い大きくなることがわかる。
【００２１】
また、通常、梁部の変形によるミラーの揺動は正弦波に近い特性で振動する。また、画像信号に基づき変調された光束で被走査面上を走査する際、画素毎に同一の時間間隔で光源を変調するのが、電気制御上望ましい。
図４は、偏向ミラーの振幅角をθ１、偏向ミラーの有効書き込み幅に相当する最大振れ角をθ２としたとき、横軸θ２／θ１に対する理想像高と、理想的なｆθレンズによる像高の関係を示す。図４から、
０．２＜θ２／θ１＜０．７・・・・（２）
の条件を満足するのが望ましいことがわかる。θ２／θ１が０．７を超えると、理想的なｆθレンズと理想像高の差が大きくなり、走査光学素子での補正が困難になり、実際上は、等速性特性が劣化する。また、θ２／θ１が０．２を下回ると有効書き込み幅が極めて狭くなってしまう。
以上の説明から明らかなように、（１）式と（２）式を同時に満足することにより、良好なビームスポット径と等速特性と広い有効書き込み幅が得られる。
【００２２】
図５に、本発明に適用可能な偏向ミラーの別の例を示す。図５において、梁部として機能する梁部がＹ字型になっており、主走査方向について位置の異なる２箇所から梁部がでている。２箇所から出た梁部は前記枠部側で一つの梁部に合流し、枠部につながっている。梁部に挟まれた範囲の動的面変形は図６に示すように小さくなる。従って、偏向ミラー面上において光束が反射する範囲を梁部と梁部の間とすることにより、動的面変形によるビームスポット径太りを低減できる。
【００２３】
また、図３、図６に示すように、動的面変形量は主走査方向のミラー位置により異なる。そこで、図５（ｃ）に示すようにマイクロミラーの剛性を主走査方向位置によって可変とすることにより、動的面変形量低減と振れ角の確保を両立することができる。図５（ｂ）がその実施形態を示した図であり、複数の円で囲まれた領域は肉抜きしてある。円形の肉抜き部は、円の直径および配置密度が主走査方向の位置によって異なっている。その結果、偏向ミラーは、主走査方向位置が異なることによって副走査方向の断面面積が異なっていることになる。換言すれば、偏向ミラーの剛性を主走査方向位置によって変化させている。こうすることにより、偏向ミラーの主走査方向の動的面変形を低減することができる。
【００２４】
また、図５（ａ）に示すように、ミラーとして機能する領域をミラーの全領域よりも狭くすることにより、偏向ミラーの加工上の課題が少なくなり、歩留まりが向上し、コストダウンが可能となる。
【００２５】
図７は、本発明にかかる光走査装置を用いた多色対応の画像形成装置の実施例を示す。図７において、振動ミラー偏向器２２０、２２１、２２２、２２３は、上記実施例と同様に電装基板に実装され、半導体レーザ２２５、カップリングレンズ２２６、第１走査レンズ２２７、第２走査レンズ２２８と組み合わされて各々光走査手段を構成している。各光走査手段は、転写ベルト２２９の送り方向に沿って配列され、かつ、表面が予め一様に帯電された感光体ドラム２３０、２３１、２３２、２３３に各々イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）に対応した静電潜像を記録するようになっている。これらの静電潜像は、上記各感光体ドラムの周辺に配置された現像器２３４、２３５、２３６、２３７により、各色トナーで顕像化される。トナー画像は転写ベルト２２９の移動に伴って順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。このカラー画像は転写部において印刷紙２３８に転写され、定着部において定着され、画像が定着された印刷紙２３８は図示されない排紙トレイに排出される。
【００２６】
トナー像を転写した後の上記各感光体ドラムの表面はクリーニング部において除電およびクリーニングされ、次に帯電部において一様に帯電され、次の露光の準備が行われる。このように、画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニング、という一連の電子写真プロセスを実行することによって、印刷紙ないしは転写紙に画像を形成するものである。一連の電子写真プロセスのうち、露光プロセスを光走査装置が担っている。
【００２７】
なお、ここでは、多色対応の画像形成装置を例に挙げているが、単色対応の画像形成装置にも本発明にかかる光走査装置を適用することができる。
また、光源となる半導体レーザはシングルビームとして説明してきたが、マルチビーム化して高速化を図ってもよい。
走査レンズの素材は特に限定されるものではないが、樹脂製のものを用いると、成形加工がし易くなるため、低コスト化が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、レーザプリンタ、普通紙複写機（ＰＰＦ）、デジタル複写機、ファクシミリなどの画像形成装置における光走査装置として、また、光走査装置を備えた上記各種の画像形成装置として利用することができる。本発明は、コンピュータ周辺機器分野、あるいはＯＡ機器分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に用いることができる偏向ミラーの例を示す分解斜視図である。
【図２】上記偏向ミラーを用いた本発明にかかる光走査装置の実施例を示す斜視図である。
【図３】上記偏向ミラーの主走査方向位置に対する動的面変形量を示すグラフである。
【図４】上記偏向ミラーの振幅角をθ１、偏向ミラーの有効書き込み幅に相当する最大振れ角をθ２としたとき、θ２／θ１に対する理想像高と、理想的なｆθレンズによる像高の関係を示すグラフである。
【図５】本発明に適用可能な偏向ミラーの別の例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はこの偏向ミラーの曲げ剛性を示すグラフである。
【図６】上記偏向ミラーの別の例において梁部に挟まれた範囲の動的面変形を示すグラフである。
【図７】本発明にかかる光走査装置を用いた多色対応の画像形成装置の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００    偏向ミラー
１０１    梁部（梁部）
１０２    ミラー基板
１０４    可動電極
１０５    固定電極
２０５    光源としての半導体レーザ
２０６    カップリングレンズ
２０７    第１走査レンズ
２０８    第２走査レンズ
２１０    感光体ドラム
【図１】
2005173082.tif 000003
【図２】
2005173082.tif 000004
【図３】
2005173082.tif 000005
【図４】
2005173082.tif 000006
【図５】
2005173082.tif 000007
【図６】
2005173082.tif 000008
【図７】
2005173082.tif 000009