JP2002277807A

JP2002277807A - 光走査装置

Info

Publication number: JP2002277807A
Application number: JP2001073033A
Authority: JP
Inventors: Eiji Mochizuki; 栄二望月; Tomohiro Nakajima; 智宏中嶋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】可動ミラー面に対向して所定角度を有する対
向ミラーの光反射面を、高精度に位置決め配備できる光
走査装置を得るとともに、多重反射に伴う走査線の曲が
りを補正し高品位な画像記録を行なう機構を提供する。【解決手段】光走査装置に配置するミラーユニット１
は可動ミラー基板２に可動ミラー３を保持し、対向ミラ
ー１０の間で照射光の反射を複数回行わせる。前記対向
ミラー１０は、２枚の結晶面方位の異なるＳｉ基板１
１、１２を用いて結晶異方性エッチングして作成し、光
反射面としての傾斜面１４……を形成することで、前記
２枚の基板の傾斜面の角度を正確に形成することがで
き、上部に配置するプリズムを介しての光ビームの反射
と感光体ドラムへの光照射を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学機器の光走査
装置に関し、更にはデジタル複写機およびレーザプリン
タ等の画像形成装置に用いられる光走査装置に適用され
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザープリンターの書込光学系
は光ビームをポリゴンミラーを用いて、主走査方向に走
査することにより画角（走査角、以降走査角に統一）を
得て、感光体上で結像している。プリンターの高画質化
を進める為には、ビームの集光スポット径を小さくする
必要があるが、その集光スポット径はレーザーの波長と
焦点距離の積に比例するので、（１）レーザーの波長を
短くする方法と、（２）焦点距離を短くする方法が考え
られる。

【０００３】前記（１）のレーザーの波長を短くする場
合は、青色レーザーダイオードを用い、それに対応した
レンズ等の光学系の設計が必要となる。また、前記
（２）の焦点距離を短くする場合は、光ビームを偏向さ
せる偏向部以降の光学系を感光体に近づける必要があ
る。その場合、主走査方向の画素の均一化の為には、一
つの偏向部では実現が難しく、複数のモジュール化され
た偏向部を主走査方向に配置して使用する必要がある。
前記例において、一つの偏向部を用いるのを一括走査方
式と呼ぶのに対して、分割走査方式と呼ぶ。

【０００４】従来の光走査装置においては光ビームを走
査する偏向器としてポリゴンミラーやガルバノミラーが
用いられるが、より高解像度な画像と高速プリントを達
成するにはこの回転をさらに高速にしなければならず、
軸受の耐久性や風損による発熱、騒音が課題となり、高
速走査に限界がある。これに対し、近年シリコンマイク
ロマシニングを利用した光偏向器の研究がすすめられて
おり、特許第２７２２３１４号や第３０１１１４４号に
開示されるようにＳｉ基板で可動ミラーとそれを軸支す
るトーションバーを一体形成した方式が提案されてい
る。この方式によれば共振を利用して往復振動させるの
で高速動作が可能であるにもかかわらず、騒音が低いと
いう利点がある。さらに可動ミラーを回転する駆動力も
小さくて済むので消費電力も低く抑えられる。

【０００５】また、マイクロミラーの中にも駆動方式の
違いにより、電磁力方式、圧電方式、静電気力方式の三
つがある。電磁力方式、圧電方式は大きな走査角が得ら
れ易い反面、永久磁石や圧電素子を使うため部品点数が
多く、小型化もし難い。それに対し、静電気力方式は小
型化がし易い反面、走査角と駆動電圧がトレードオフの
ような関係にあり、大きな走査角を得難い。そこで、静
電気力方式については、マイクロミラーに対向する位置
に反射ミラー（以降対向ミラーと呼ぶ）を設け、マイク
ロミラーと反射ミラー間で多重反射を起こさせ、大きな
走査角を得ようとする試みがある。

【０００６】前述の特許第２７２２３１４号や第３０１
１１４４号に開示されるようにＳｉ基板で可動ミラーと
それを軸支するトーションバーを一体形成した方式が提
案されている。この方式によれば共振を利用して往復振
動させるので高速動作が可能であるにもかかわらず、騒
音が低いという利点がある。さらに可動ミラーを回転す
る駆動力も小さくて済むので消費電力も低く抑えられ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、共振振
動ミラーで光ビームを走査すると振幅が微小であるた
め、従来の偏向器、例えばポリゴンミラーと同様な記録
幅を得るには走査角を拡大する手段が必要となる。特開
平４−８０７０９号公報に示される例では、回転鏡に対
向して固定鏡を設け多重反射した例が開示されている。
この方式によれば容易に走査角を拡大できるが、図６に
図示するようにミラー面法線に対して副走査方向に角度
αをもって光ビームを入射した場合、偏向された走査線
の軌跡は曲がりを生じ、画像品質を劣化させる要因とな
る。同様に逆方向から角度−αをもって入射した場合、
上記とは反転した走査線の軌跡を描くことになる。

【０００８】従って、ミラー法線に対して正の入射角を
有する反射に伴う曲がりと、負の入射角を有する反射に
伴う曲がりとをほぼ等しくしてキャンセルすることで走
査線を直線に補正できる。これを実現するためにはミラ
ー面に対向して副走査方向に所定角度傾斜した反射面を
配備し、入射角の正負を逆転して再度ミラー面に入射さ
せる必要がある。

【０００９】本発明は、可動ミラー面に対向して所定角
度を有する対向ミラーの光反射面を、高精度に位置決め
配備できる光走査装置を得るとともに、多重反射に伴う
走査線の曲がりを補正し高品位な画像記録を行なう機構
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光源と、発
光源からの光ビームを走査する可動ミラーと、対向ミラ
ーとを組み合わせて、可動ミラーを振動させて、対向ミ
ラーとの間で光ビームを複数回反射させ、出射する光ビ
ームにより画像の走査を行う光走査装置に関する。本発
明の光走査装置においては、基板面から副走査方向に傾
斜して形成され、可動ミラーに対向する光反射面と、可
動ミラーに入出射する光ビームを通過する開口とを形成
した第二の基板を設け、前記第一の基板に重ね合わせて
配備して、ミラーユニットを構成している。前記対向ミ
ラーにおいては、結晶面方位の異なるＳｉ基板を２枚重
ねて、異方性エッチングにより光反射面と開口とを形成
し、可動ミラーとの間で複数回光を反射させて走査光と
して出射させるように構成する。そして、前記ミラーユ
ニットを用いて光走査装置を構成し、前記光走査装置を
用いて画像形成装置における画像書込装置として用いて
いる。

【００１１】前述したように構成したことにより、対向
ミラーにおいては、２枚の基板に形成される第一及び第
二の反射面を各々独立に任意の角度に設定でき、しかも
各反射面の相対位置を自由に確保することができ設計自
由度が向上する。また、対向ミラーの作成に際して用い
るＳｉ基板は、結晶異方性エッチングに対して、エッチ
ング耐性があり安定な面である［１１１］面を反射面に
することにより、平滑で角度が正確という好適な反射面
が得られる。そして、２枚のＳｉ基板を貼り合わせた
後、異方性エッチングする手段を用いることにより工程
の簡略化ができる。さらに、反射面及び開口を形成後に
Ｓｉ基板を貼り合わせる場合に比べ、基板のハンドリン
グが行ないやすく、基板の破損の恐れが少ない。更に、
反射面形成工程が全プロセスの後半になるために、清浄
な反射面を得やすい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の対向ミラー基板の一つの
実施例を図１に示す。一例として、光ビームが通過する
開口を挟んで各反射面を向かい合わせて配備した構造に
ついて説明する。前記反射面を形成する対向ミラー部材
においては、所望の各反射面は基板表面に対して、各々
９°と２６．３°のテーパー角を有している例につい
て、前記対向ミラー部材の基板材料としてＳｉ基板を用
いた場合について説明する。まず、図１（ａ）に示すよ
うに、結晶面方位［１１０］のＳｉ（シリコン）基板１
５を準備し、Ｓｉ基板に対してＬＰＣＶＤ法にてＳｉＮ
膜１８を両面に形成した後、同図（ｂ）のように、フォ
トリソ技術及びＳｉＮ膜のドライエッチングにて、所望
のパターン１８ａを形成する。その後、例えば、濃度２
５ｗｔ％、温度が８０℃のＫＯＨ水溶液にて、結晶異方
性エッチングを行い、同図（ｃ）、（ｄ）のような、結
晶面方位［１１０］から各々２６．３°と９°のスライ
ス角を傾けて、対向ミラー部材の基板部材１１、１２を
作成する。

【００１３】前記対向ミラー部材の基板をＳｉ基板を用
いて作成する場合に、通常、スライス角が０°の結晶面
方位［１１０］のＳｉ基板を結晶異方性エッチングする
と、Ｓｉ基板表面に対して、３５．３°を成すテーパー
面が現れる。これは、Ｓｉ基板表面に対して、３５．３
°を成す方向にエッチングレートが著しく遅い結晶面方
位［１１１］面が現れるからである。よって、結晶面方
位［１１０］から各々２６．３°と９°のスライス角を
傾けたＳｉ基板には、各々９°と２６．３°のテーパー
面が現れる。その後に、ＳｉＮ膜１８をエッチングにて
除去することにより、図７（ｅ）に示すような対向ミラ
ー部材１０が形成される。そして、最後に、各々のＳｉ
基板を例えば直接接合にて接合することにより、光ビー
ムが通過する開口１３を挟んで、第１の基板１１と第２
の基板１２に対して、各々９°と２６．３°の反射面１
４、１４ｂを向かい合わせて配備した構造の、対向ミラ
ー部材が得ることが出来る。

【００１４】したがって、可動ミラーと対向する反射面
間で多重反射により主走査方向の走査角を拡大する際、
前記反射面は副走査方向に傾斜され形成されている為
に、副走査方向曲がりを抑制でき、画像品質を向上でき
る。さらに、対向ミラーにおいては、２枚の基板に形成
される第一及び第二の反射面を各々独立に任意の角度に
設定でき、しかも各反射面の相対位置を自由に確保する
ことができ設計自由度が向上する。

【００１５】前記実施例では、結晶面方位［１１０］か
ら各々２６．３°と９°のスライス角を傾けたＳｉ基板
を使用したが、結晶面方位［１００］から各々４５．７
°と２８．４°のスライス角を傾けたＳｉ基板を使用し
ても同様に各々９°と２６．３°のテーパー面が現れ
る。それは、通常スライス角が０°の結晶面方位［１０
０］Ｓｉ基板を結晶異方性エッチングした場合、Ｓｉ基
板表面に対して、５４．７°を成すテーパー面が現れる
からである。そして、Ｓｉ基板に対して、結晶異方性エ
ッチングに対して、エッチング耐性があり安定な面であ
る［１１１］面を反射面にすることにより、平滑で角度
が正確という好適な反射面が得られる。

【００１６】このように、結晶面方位［１１１］面のテ
ーパー面を露出することが出来れば、スライス角度及び
その基準となる結晶面方位は限定されない。また、スラ
イス角度を調整することにより、任意のテーパー角が得
られることもわかる。更に、スライス角度が任意に得ら
れない場合においても、所望のテーパー角で結晶面方位
［１１１］面が現れるように、種結晶を作り、Ｓｉイン
ゴットの引き上げを行なっても良い。更に、結晶面方位
を傾けてスライス角をつけたＳｉ基板を用いなくて、基
板面を研磨して傾斜させても良い。上記のテーパー面で
ある結晶面方位［１１１］面は［１１０］や［１００］
面に比べ、エッチングレートが著しく遅い為に、エッチ
ング面が平滑で、テーパー角の精度が高く好適な反射面
として適用できるという利点がある。

【００１７】図２には、対向ミラー部材を作成する場合
の第二の実施例を示しているもので、基本的な構造は、
前記図１の場合と同様なものについて説明する。まず、
結晶面方位［１１０］から各々２６．３°と９°のスラ
イス角を傾けたＳｉ基板１５、１６を準備するが、その
うちどちらか一方のＳｉ基板は例えば熱酸化法にて、例
えば、図２（ａ）に示すようなＳｉＯ2 膜１７を形成し
ておく（ここでは９°のスライス角を傾けたＳｉ基板１
５に形成している）。次に、各々のＳｉ基板を例えば直
接接合にて接合した後、図２（ｂ）に示すように、接合
面以外のＳｉＯ2 膜を除去すると、２枚のＳｉ基板１
５、１６の間には、ＳｉＯ2 膜が挟まれて残る。

【００１８】次に、ＬＰＣＶＤ法にてＳｉＮ膜１８を両
面に形成した後［図２（ｃ）］、同図（ｄ）に示すよう
に、フォトリソ技術及びＳｉＮ膜のドライエッチングを
用いて、所望のパターン１８ａを形成する。その後、例
えば濃度２５ｗｔ％、温度８０°のＫＯＨ水溶液にて結
晶異方性エッチングを行う。この時、Ｓｉのエッチング
が進行し、図２（ｅ）に示すように、ＳｉＯ2 膜が露出
したところでエッチングを終了する。次いで、露出した
ＳｉＯ2 膜をエッチングにて除去した後、更に結晶異方
性エッチングを行い、図２（ｆ）に見られるように、Ｓ
ｉ基板の開口をＳｉＮ膜１８により塞いだ状態とし、最
後に、ＳｉＮ膜をエッチングにて除去し、同図（ｆ）の
ように、開口１３を貫通させて対向ミラー１０が完成さ
れる。このように、２枚のＳｉ基板を接合した後に、結
晶異方性エッチングを行なうことにより、結晶異方性エ
ッチングを行なった後に接合する場合に比べ、基板のハ
ンドリングが行ないやすく、基板の破損の恐れが少な
い。また、フォトリソ工程が一回で済むなど工程の簡略
化が可能となる。

【００１９】また、２枚のＳｉ基板を接合する際に、接
合面にＳｉＯ2 膜等の介在層を介在させることによる効
果を図３を使い説明するがこの図３に示す例では、２枚
のシリコン基板１５、１６の間に、ＳｉＯ2 膜を介在さ
せずに、直接重ねた場合で示している。前記ＳｉＯ2 膜
のエッチングレートは、Ｓｉに比べ１／２００程度（エ
ッチング条件により異なる）と著しく遅いものであり、
積極的にＳｉＯ2 膜を形成しないで直接接合をした際
は、２枚のシリコン基板１５、１６の接合界面には、自
然酸化膜等の薄いＳｉＯ2 膜が形成されるのみとなる。
それが、不均一に形成されている場合は、結晶異方性エ
ッチングのエッチング量のバラツキが大きくなってしま
い、図３（ｅ）に示すように、傾斜面１４と１４ｃの基
板１６と接する角の部分が、エッチングのバラツキが生
じてしまう恐れがある。

【００２０】そこで、積極的にＳｉＯ2 膜を形成してお
き、ＳｉＯ2 膜が露出した時点で一度ＳｉＯ2 膜を除去
した後に、再度結晶異方性エッチングを行なうことによ
り、図３（ｆ）に示すように、傾斜面１４、１４ａの接
点部と、傾斜面１４ｂ、１４ｃの接点の部分で、エッチ
ング量のコントロールが正確に行なえる。更に、接合界
面にＳｉＯ2 膜が無い若しくはあっても、自然酸化膜等
の薄いＳｉＯ2 膜の場合は、結晶異方性エッチングによ
り露出した２枚のＳｉ基板の界面から、エッチング進行
してしまう恐れがあり、テーパー面が崩れてしまう恐れ
があるために、接合界面のＳｉＯ2 膜を設けること
は、、エッチングに際しての角度の規定に対しても効果
がある。

【００２１】ここでは、介在層としてＳｉＯ2 膜につい
て説明したが、Ｓｉについてエッチング選択性があり、
かつＳｉ基板同士の接合が可能である材料であれば良
い。例えば、ＳｉＯ2 の他にＳixＮy、ＳixＯyＮz、Ｓ
ｉＣ、ＳｉＯx 等が適用可能である。また、介在層とし
てＳｉＯ2 膜を用いる特有の効果としては、接合方法と
してシンプルで信頼性の高い直接接合を用いる場合、Ｓ
ｉ基板同士を直接接合するよりも、接合界面にＳｉＯ2
膜を介在させたほうが、ボイド等の接合不良が少ないな
どの接合信頼性が向上する効果がある。したがって、前
記実施例では、２枚のＳｉ基板を貼り合わせた後、異方
性エッチングすることにより工程の簡略化ができる。ま
た、反射面及び開口を形成後にＳｉ基板を貼り合わせる
場合に比べ、基板のハンドリングが行ないやすく、基板
の破損の恐れが少なく、反射面形成工程が全プロセスの
後半になるために、清浄な反射面を得やすい。

【００２２】図４には、対向ミラー部材の第三の実施例
を示す。所望の構造は図２、３と同様の構造として説明
する。また、図４（ａ）から（ｅ）までの方法は図２と
同様なので省略する。一回目の結晶異方性エッチングが
終わった後、露出したＳｉＯ2 膜をエッチングにて除去
した後、更に結晶異方性エッチングを行い、もう一方の
反射面を必要分形成した後は、図４（ｆ）のように、Ｓ
ｉ基板を貫通させずに終了する。最後に、ＳｉＮ膜をエ
ッチングにて除去した後、引き続いて例えばドライエッ
チングによりＳｉ基板の貫通を行ない、図４（ｇ）に示
すような対向ミラー部材１０として完成される。

【００２３】結晶異方性エッチングにより開口まで形成
しない理由は、図２（ｇ）と図４（ｇ）を比べればわか
るが、テーパー部を形成している面積が小さくつまりチ
ップサイズを小さくすることができるからである。結晶
異方性エッチング以外の手法（ここではドライエッチン
グを例示している）を用いることにより、開口パターン
の設計自由度が増加する。また、結晶異方性エッチング
の貫通によりテーパー面にて開口を規定する場合は、シ
リコン基板の板厚バラツキの影響を受ける。よって、必
要な反射面と開口との位置関係が高精度で合わせること
ができる。したがって、２枚のＳｉ基板の接合面にＳｉ
に対してエッチング選択性のある介在層を介在すること
により、Ｓｉのエッチング量のコントロールが正確に行
なえ、エッチングバラツキを低減できる。また、Ｓｉ基
板間の接合部からのエッチング進行によるテーパー面の
崩れの発生防止にもなる。更に、介在層としてＳｉＯ2
膜を用い、接合方法として直接接合を用いる場合はボイ
ド発生の低減にも効果があり、接合信頼性が向上する。
さらに、結晶異方性エッチングの貫通により反射面とな
るテーパー面と開口を同時に形成でき、工程の簡略化が
できる。

【００２４】以上、２枚のＳｉ基板を用いて作製した対
向ミラー部材の三実施例を示したが、所望の機能を有す
る対向ミラー部材であれば、結晶異方性エッチング（形
成方法）やＳｉ基板（材料）に限定されることは無く、
形成方法としてはLIGA（Lithographic Galvano formung
und Abformung）プロセスや射出成形法や光造形法等を
用い、材料としてはＳｉ以外の材料を用いても良い。そ
の場合、一体的に形成できることによるコストメリット
が期待できる。

【００２５】また、前述した以外の対向ミラー部材とし
てＳｉ基板を用いる特有の効果としては、対向する可動
ミラー及び可動ミラーを軸支する基板がＳｉ基板で形成
されている場合、両基板をウエハ状態で接合出来る為
に、アセンブリ効率（チップサイズが小さくても、多数
個一括に接合できることやアライメントのし易さ）が上
がることと、接合基板が同種材料であるために両者間の
応力が低減できることなどが挙げられる。そして、反射
面となるテーパー面の面積を少なくでき、チップサイズ
を小さく出来る。更に、開口の手段として例えばドライ
エッチングを用いれば、開口パターンの自由度が向上す
る。また、必要な反射面と開口との位置関係が高精度で
合わせることもできる。更に、結晶異方性エッチングの
貫通により開口を規定する場合に比べ、基板の板厚バラ
ツキの影響を受けない為に、設計マージンが向上する。

【００２６】次に、前述したような方法で形成した対向
ミラー部材を組み込んで構成したミラーユニット１と、
そのミラーユニットを組み込んで形成する光走査モジュ
ールの構成を説明する。図５には光走査モジュール１の
構成を、図６には光走査モジュール２０の斜視図を示し
ている。前記図５に示されるミラーユニット１では、可
動ミラー基板２と電極基板５および対向ミラー部材１０
の２枚の基板１１、１２を重ねた状態で構成しているも
ので、前記光走査モジュールにレーザ光を入出射するた
めに、プリスム７を重ねて設けている。前記光走査モジ
ュール１の下端部に配置している部材としての可動ミラ
ー基板２には、その中央部に可動ミラー３を形成し、電
極基板５を挟んだ上部には、開口１３の部分に光反射面
１４ａ等を形成している。そして、図示を省略したレー
ザ光発生手段からの入射光Ｒ１を、プリズム７の反射面
８を介して光走査モジュール１に入射し、可動ミラーと
対向ミラーの反射面を複数回反射させてから、プリズム
７の上部に向けて走査光Ｒとして出射する。

【００２７】前記図５、６に示す例において、可動ミラ
ー基板２はＳｉ基板をエッチングにより、裏側を四角く
くり貫いて所定厚さに枠部と天板部とを残した空間部２
ａを形成し、天板部には可動ミラー３およびそれを軸支
するトーションバー３ａをその周囲を貫通して形成す
る。可動ミラー３の中央部には金属被膜を蒸着するなど
してミラー面を形成し、トーションバー３ａが結合する
両縁側面部には各々可動電極４を形成するもので、基板
裏側の中空部は可動ミラーの揺動空間とする。前記可動
ミラー基板２の上に位置させる電極基板５は、可動ミラ
ー３の揺動を許容する空間として中央部を貫通され、上
記可動ミラーが揺動したときに重ならないように、所定
のギャップをもって上記電極４の各端に対向させて、固
定電極６を形成する。

【００２８】前記電極基板５の上面には、２枚のＳｉ基
板１１、１２を貼り合せて構成した対向ミラー部材１０
が接合される。前記対向ミラー部材１０の第１の基板１
１は、結晶面方位［１１１］から、第２の基板１２は結
晶面方位［１１１］から各々約９°スライス角度を傾け
たウエハを用い、エッチングにより基板面より各々９
°、２６．３°傾けた傾斜面１４ｂおよび１４を形成
し、前記傾斜面に金属被膜を蒸着して反射面となす。第
２の基板１２には光ビームが通過する開口部１３を反射
面１４ａと隣接して貫通し、この開口部１３を挟み屋根
状に１４４．７°の角度をなす反射面１４ｂと１４ｃと
を対で配備した構成となす。前記プリズム７には光ビー
ムの入射面９ａ、射出面９、可動ミラー３へ光ビームを
反射する反射面８、および対向ミラー部材１０の上面と
の接続面とが形成され、上記第２の基板１２の上面に位
置決め・固定される図５に示す例では、対向ミラー部材
１０の開口部１３から可動ミラー３に向けて、所定の角
度（実施例では２０°）で入射した光ビームは上記反射
面１４ａで反射され、再度、可動ミラー３で反射され
て、反射面１４ｃとの間で複数回（実施例では３回）反
射を繰り返す。そして、副走査方向に反射点を往復して
移動しながら、再び開口部１３を通ってプリズム７に入
射し、射出面９から射出されるもので、カバー４０の開
口に設けたガラス板４８を通って上部に向けて、走査光
Ｒとして出射される。本実施例ではこのように複数回反
射を繰り返すことで、可動ミラーの小さい振れ角で大き
な走査角が得られるようにしている。例えば、可動ミラ
ーでの総反射回数Ｎ、振れ角αとすると走査角θは２Ｎ
α、実施例ではＮ＝５、となる。

【００２９】前記図６に示す装置において、可動ミラー
３は固定電極６の一方に電圧を印加すると対向する可動
電極４との間に静電引力が発生しトーションバー３ａを
ねじって、水平な状態から静電引力とねじり力が釣り合
う状態まで傾く。次に、電圧を解除するとトーションバ
ーの復元により水平な状態に戻り、もう一方の固定電極
に電圧を印加すると、反転方向に可動ミラー３が傾くと
いうように揺動されるので、前記固定電極６への電圧印
加を周期的に切り換えることにより、可動ミラー３を往
復振動することができる。

【００３０】なお、前記固定電極６に電圧を印加する周
波数を、可動ミラーの固有振動数に近づけると共振状態
となり、静電引力による変位以上に増幅され振れ角は著
しく拡大する。また、本実施例では記録速度に合うよう
に可動ミラーの固有振動数を設定するもので、つまり、
可動ミラーの厚さ、トーションバーの太さ、長さを決定
している。

【００３１】一般に、最大振れ角θ0 は可動ミラーを支
えるトーションバーの弾性係数Ｇ、断面２次モーメント
Ｉ、長さＬで決定されるばね定数Ｋと静電引力によって
与えられるトルクＴとにより、θ0 ＝Ｔ／Ｋ、ここで、
Ｋ＝Ｇ・Ｉ／Ｌ。また、可動ミラーの共振周波数ｆｄは
慣性モーメントＪとするとｆｄ＝（Ｋ／Ｊ）1/2 であら
わされる。前述したように、共振を利用することで印加
電圧は微小で済み発熱も少ないが、記録速度が速くなる
に従ってトーションバーの剛性が高まり振れ角がとれな
くなってしまう。そこで、上記したように対向ミラーを
設けることで、走査角を拡大でき、記録速度によらず必
要十分な走査角が得られるようにしている。

【００３２】前記ミラーユニット１を用いた光走査モジ
ュールを構成した場合には、共振振動ミラーで光ビーム
を走査すると、可動ミラーの振幅が微小であるため、従
来の偏向器、例えばポリゴンミラーと同様な記録幅を得
るには走査角を拡大する手段が必要となる。そこで、本
実施例では、図示するように、入射光Ｒ１を可動ミラー
３と対向ミラー１０の間で多数回反射して、走査光とし
て出射させている。この方式によれば容易に走査角を拡
大できるが、図７（ａ）に図示するように、ミラーユニ
ット１のミラー面の法線に対して副走査方向に角度αを
もって光ビームＲ１を入射した場合、偏向されて反射さ
れる走査光Ｒによる走査線の軌跡（感光体ドラム９１に
書き込んだ走査線２５）は曲がりを生じ、画像品質を劣
化させる要因となる。同様に、図７（ｂ）に示すよう
に、逆方向から角度−αをもって入射した場合、上記と
は反転した走査線２５ａを描くことになる。

【００３３】従って、ミラー法線に対して正の入射角を
有する反射に伴う曲がりと、負の入射角を有する反射に
伴う曲がりとをほぼ等しくしてキャンセルすることで、
感光体ドラム９１に書き込む走査線２５を直線状に補正
できる。これを実現するためには可動ミラー面に対向し
て、副走査方向に所定角度傾斜した反射面を配備し、入
射角の正負を逆転して再度可動ミラー面に入射させる必
要がある。よって、図示されるような対向ミラー部材の
形状を構成することが、書き込んだ走査線の直線化には
最適と考えられる。

【００３４】前記図６に示す光走査モジュール２０を、
感光体ドラムと組み合わせて構成した例を、図８に示し
ている。前記図６、８に示す例において、前記光走査モ
ジュール２０の下部に配置する支持基板３０は焼結金属
等で成形され、絶縁材を介してリード端子４３が挿入さ
れてなる。前記支持基板３０には、上記したミラー基板
５を接合する接合面３１、カップリングレンズ３８を位
置決め接着するＶ溝（傾斜支持面）３２、接合面３１と
垂直に形成したＬＤチップ３６の実装部が設けられる。
また、ＬＤチップ３６の背面光を受光するモニタＰＤチ
ップ３７の実装面も形成される。さらに、前記支持基板
３０の周囲部には、カバー４０の下端部を係止保持する
ための段部３５が形成される。

【００３５】前記ミラーユニット１とＬＤチップ３６の
間に配置するカップリングレンズ３８は、円筒の上下を
カットした形状のものとして構成され、第１面を軸対称
の非球面、第２面を副走査方向に曲率を有するシリンダ
面をなす。前記支持基板３０に設けているＶ溝３２に対
して、カップリングレンズ３８の円筒外周面が当接した
際、光軸がＬＤチップ３６の発光点に合うように幅と角
度が設定され、光軸方向の調整にて発散光束を、主走査
方向には略平行光束となし、副走査方向には可動ミラー
面で集束する集束光束となし得るように接着固定する。
尚、上記レンズ３８のカット面はシリンダ面の母線と平
行に形成され、光軸回りの位置決めがなされるようにし
ている。

【００３６】前記ミラーユニット１を覆うように配置さ
れるカバー部材４０は、板金にてキャップ状に成形さ
れ、光ビームの射出開口にはガラス板４８が内側より接
合されてなり、上記支持基板３０の外周に設けられた段
部３５にはめ込まれて、１つのモジュールとして構成さ
れる。前記ＬＤチップ３６、モニタＰＤチップ３７、上
記した固定電極は各々リード端子４３……の上側に突出
した端部との間で、ワイヤーボンディングにより接続が
なされる。

【００３７】前記図８に示される光走査モジュールが配
備された光走査装置の例において、上記構成による光走
査モジュール２０は、ＬＤの駆動回路や、可動ミラーの
駆動回路を構成する電子部品が実装されるプリント基板
５０上に主走査方向に配列して複数個（実施例では３
個）実装される。前記光走査モジュール２０の実装に際
しては、上記支持基板３０の底面は、下側に突出したリ
ード端子４３をスルーホールに通してプリント基板に当
接され、スルーホールのクリアランス内で基板上での光
走査モジュール間の位置合わせを行ない仮止めし、他の
電子部品と共にハンダ付けされて一括して固定される。

【００３８】前記光走査モジュールを用いた光走査装置
２１は、図９、１０に示すように、３つの光走査モジュ
ール２０……を並列に配置して、感光体ドラムの表面に
対して画像の光を照射するようにしている。前記光走査
装置２１において、感光体ドラム９１に対して書き込む
走査線２５、……は、前記図７に示したように、各々の
光走査モジュール２０の走査範囲を規定した状態で行う
ものとされ、隣接する光走査モジュール２０による走査
画像にずれが生じないように調整して書き込みを行い得
るようにする。また、前記複数個の光走査モジュール２
０……を組み合わせて配置した光走査装置２１において
は、前記プリント基板５０上に各光走査モジュール２０
を位置決めし、レンズ等を組み込んだハウジング５１を
装着することで、光走査装置２１として一体化してい
る。

【００３９】複数の光走査モジュールを支持したプリン
ト基板５０は、ハウジング５１の下側開口を塞ぐように
当接され、ハウジング５１に一体で設けられた一対のス
ナップ爪５２間に抱え込んで保持する。プリント基板に
はこのスナップ爪の幅に係合する切り欠き５６が設けら
れ、主走査方向の位置決めがなされると同時に、係止部
５５を基板エッジに係合して副走査方向が固定される。
また、係止部５５は矢印方向に撓ませることで突起５４
が基板上端を押し下げ、容易に取り外すこともできる。
前記ハウジング５１内部には結像手段を構成する第１の
走査レンズ６０を主走査方向に配列して接合する位置決
め面、第２の走査レンズ６１を保持する位置決め部５
３、および同期ミラー５７の保持部が形成される。

【００４０】本実施例では各光走査モジュールの第２の
走査レンズは樹脂にて一体的に形成し、また、同期ミラ
ー５７も高輝アルミ板で連結して形成しており、光ビー
ムを射出する開口に外側より挿入され取り付けられる。
同期検知センサ５８（ＰＩＮフォトダイオード）は隣接
する光走査モジュールで共用する中間位置と両端位置に
配置され、各光走査モジュールの走査開始側と走査終端
側とでビームが検出できるようにプリント基板５０上に
実装される。前記同期ミラー５７は隣接する光走査モジ
ュール走査開始側と、走査終端側との反射面が向かい合
うように、くの字状に成形されて各々光ビームを反射
し、共通の同期検知センサ５８に導くことができるよう
にしている。図中、プリント基板５０の下部に突出形成
されているコネクタ６２は、光走査装置に設ける全ての
光走査モジュールへの電源供給や、データ信号等のやり
取りを一括して行う。

【００４１】前記ハウジング５１の両側面には、スペー
サ６３を配置しており、後述する感光体ドラムを保持す
るカートリッジに、感光体ドラムと同心に設けられたカ
ートリッジフレームの円筒面に合わせて、光走査装置２
１を位置決めするように構成している。前記スペーサ６
３は、本体にハウジング５１の突起部材６６、６６ａを
係止する部分を直立部材に形成し、例えば、ネジを装着
することで、前記ハウジング５１の両側端部に取付けら
れる。また、前記スペーサ６３の上端部に形成する円弧
面６４を、突き当てて固定するフレームに突き当てる面
として設け、基部６４を介してスプリング６８により付
勢されるように構成している。前記スペーサ６３に対応
させて、装置本体のフレームにはスタッド６７を設け、
前記スタッド６７をスペーサ６３の下部フランジ６５の
穴に挿入し、スプリング６８により上方に付勢する状態
で支持する。そして、前記ハウジングの位置決め手段を
用いて、光走査装置２１の取付け状態の調整を行うこと
で、複数の光走査モジュールの被走査面に対する位置決
めを一括して確実に行うことができる。

【００４２】図１１には、前記光走査装置２１を用いた
カラーレーザプリンタの例を示しているもので、前記プ
リンタ８０において、感光体ドラム９１に対して画像の
書込を行うための光走査装置は、各色（イエロー、マゼ
ンタ、シアン、ブラック）毎に、光走査装置２１……
と、プロセスカートリッジ９０……とが個別に位置決め
され、用紙の搬送方向に沿って直列に配備される。用紙
は給紙トレイ８２から給紙コロ８３により供給され、レ
ジストローラ対８４により印字のタイミングに合わせて
送り出され、搬送ベルト８１に載って搬送される。各色
画像は用紙が各感光体ドラムを通過する際に、トナーが
静記引力によって転写されて順次色重ねがなされ、定着
ローラ８５で定着され、排紙ローラ８６により排紙トレ
イ８７に排出される。

【００４３】また、各色プロセスカートリッジ９０……
は、収容するトナー色が異なるのみで、同一の構成を有
するものを用い、感光体ドラム９１の周囲には感光体を
高圧に帯電する帯電ローラ９２、光走査装置により記録
された静電潜像に、帯電したトナーを付着して顕像化す
る現像ローラ９４、トナーを備蓄するトナーホッパ９
３、用紙に転写された後の残トナーを掻き取り備蓄する
クリーニングケース９５が配備される。光走査装置２１
は、前記図１０に示したように、複数の光走査モジュー
ル２０の走査線をつなぎ合わせて１ラインが構成され、
総ドット数Ｌを分割し各々画像始端から１〜Ｌ１、Ｌ１
＋１〜Ｌ２、Ｌ２＋１〜Ｌドットを割り当てて印字す
る。実施例では、この割り当てるドット数を各色で異な
るようにすることで、同一ラインを走査する各色の走査
線の継ぎ目が重ならないようにしている。そして、前記
光走査モジュールを用いたことにより、従来のポリゴン
ミラーに比べ、消費電力が小さく、低騒音な画像形成装
置を得ることができる。

【００４４】尚、実施例では静電引力を発生させ可動ミ
ラーを駆動する方式を示したが、可動ミラーにコイルを
形成してトーションバーと交差する方向に磁力線が通る
ように配備し、コイルに電圧を印加して電磁力を発生さ
せ駆動する方式であっても、トーションバーに圧電素子
を結合し、圧電素子に電圧を印加して直接可動ミラーを
変位を発生させ駆動する方式等々であっても同様の構成
で実施できる。また、光走査装置を３つの光走査モジュ
ールにて構成したが、この数はいくつであってもよく、
画像形成装置の記録幅に合わせて、モジュールの数を増
減して対応することもできる。

【００４５】

【発明の効果】発明のミラーユニットおよび、前記ユニ
ットを用いた光走査装置は、前述したように構成してい
るものであるから、対向ミラーにおいては、２枚の基板
に形成される第一及び第二の反射面を各々独立に任意の
角度に設定でき、しかも各反射面の相対位置を自由に確
保することができ設計自由度が向上する。また、対向ミ
ラーの作成に際して用いるＳｉ基板は、結晶異方性エッ
チングに対して、エッチング耐性があり安定な面である
［１１１］面を反射面にすることにより、平滑で角度が
正確という好適な反射面が得られる。そして、２枚のＳ
ｉ基板を貼り合わせた後、異方性エッチングする手段を
用いることにより工程の簡略化ができる。さらに、反射
面及び開口を形成後にＳｉ基板を貼り合わせる場合に比
べ、基板のハンドリングが行ないやすく、基板の破損の
恐れが少ない。更に、反射面形成工程が全プロセスの後
半になるために、清浄な反射面を得やすく、前記光走査
モジュールを画像書込部に用いる場合には、従来のポリ
ゴンミラーを用いた装置に比べ、消費電力が小さく、低
騒音な画像形成装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）ないし（ｅ）は、対向ミラーの製作工程
を順を追って示す説明図である。

【図２】（ａ）ないし（ｇ）は、対向ミラーの製作工程
を順を追って示す第２の実施例の説明図である。

【図３】（ａ）ないし（ｆ）は対向ミラーの製作工程を
順を追って示す第３の実施例の説明図である。

【図４】（ａ）ないし（ｇ）は対向ミラーの製作工程を
順を追って示す第４の実施例の説明図である。

【図５】光走査モジュールの断面図である。

【図６】光走査装置の分解斜視図である。

【図７】（ａ）と（ｂ）は光走査装置による画像書込線
の説明図である。

【図８】光走査装置の断面図である。

【図９】光走査モジュールの斜視図である。

【図１０】光走査モジュールの分解斜視図である。

【図１１】光走査装置を用いた画像形成装置の説明図で
ある。

【符号の説明】

１ミラーユニット２可動ミラー基板３可動ミラー４可動電極５電極基板６固定電極７プリスム１０対向ミラー１１・１２基板１３開口１４反射面１７ＳｉＯ2 膜１８ＳｉＮ膜２０光走査モジュール２１光走査装置３０支持基板３６ＬＤチップ３７ＰＤチップ３８カップリングレンズ４０カバー４１プリズムミラー４４内カバー４８ガラス板５０プリント基板５１ハウジング５７同期ミラー５８同期検知センサ６０第１の走査レンズ６１第２の走査レンズ６３スペーサ８０画像形成装置８１搬送ベルト９０プロセスカートリッジ９１感光体ドラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 7/198 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ５Ｃ０７２Ｈ０４Ｎ 1/036 Ｇ０２Ｂ 7/18 Ｂ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４ＺＦターム(参考） 2C362 BA17 BA83 2H042 DA01 DA12 DC02 DC08 DD04 DE00 2H043 BB05 2H045 AB16 AB73 DA02 5C051 AA02 CA07 DA03 DB02 DB22 DB24 DB30 DC04 DC07 FA01 5C072 AA03 BA04 DA02 DA04 DA10 DA18 DA21 HA02 HA06 HA14 WA05 XA01 XA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光源と、発光源からの光ビームを走査
する可動ミラーと、可動ミラーを軸支する第一の基板と、を有する光走査装
置において、基板面から副走査方向に傾斜して形成され、上記可動ミ
ラーと対向する反射面と、上記可動ミラーに入出射する光ビームを通過する開口
と、を形成した第二の基板を設け、前記第一の基板に重ね合わせて配備したことを特徴とす
る光走査装置。
【請求項２】前記第二の基板は、可動ミラーと対向す
る第一、第二の反射面を各々形成した２枚の基板を接合
してなり、光ビームが通過する開口を挟んで各反射面を向かい合わ
せて配備したことを特徴とする請求項１に記載の光走査
装置。
【請求項３】前記第二の基板は、反射面を面方位［１
１１］面に合わせたＳｉ基板より形成されてなることを
特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
【請求項４】前記第二の基板は、２枚のＳｉ基板から
なり、記第一の基板に接合する一方のＳｉ基板を接合面まで貫
通して第一の反射面を形成してなり、前記貫通により露出したもう一方のＳｉ基板面に第二の
反射面を形成してなることを特徴とする請求項２に記載
の光走査装置。
【請求項５】前記２枚のＳｉ基板の接合面の少なくと
も一方には、介在層を形成してなることを特徴とする請
求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】前記基板はＳｉ基板からなり、前記反射面は、異方性エッチングにより基板を貫通して
露出した面方位［１１１］面に形成してなることを特徴
とする請求項１または２に記載の光走査装置。
【請求項７】前記基板はＳｉ基板からなり、前記開口
は、異方性エッチングにより露出した面方位［１１１］
面の一部を貫通して形成したことを特徴とする請求項１
または２に記載の光走査装置。
【請求項８】光走査装置によって静電像が形成される
感光体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕
像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段と、を
有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに
記載の画像形成装置。