JP2005257944A - 光走査装置及び光走査装置製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 同一方向に形成される駆動電極の外部電極を同一の高さで形成することにより、振動ミラーの揺動空間の密閉性を向上させる。また従来の密閉封止方法に比べて部品点数が少なくなり、装置の組立が容易で且つ安価になる。
【選択図】 図2
Description
(1)外部環境(温度、湿度、ごみ等)により動作特性が影響され、信頼性が低下する。
(2)空気の粘性抵抗により走査角が大きくとれない。
よって、少なくとも振動ミラーの揺動空間を密閉封止することが望ましい。
まず、はじめに本実施例の電極部が水平及び垂直方向に複数個存在する場合について、図1にその製造方法を示す。マイクロミラーはSOI(Silicon on Insulator)基板を用いて作製されており、ここではSOI基板の両方の基板とも低抵抗の基板(導体)を用いており、エッチング加工を用いて、厚いほうの基板に振動ミラーの揺動空間、薄い方(約60μm)に振動ミラーが形成される。また、低抵抗の基板(導体)を用いており、特別に金属を形成せず、基板自体が電極を兼ねている。更に、それぞれの基板には振動ミラー側の櫛歯電極に対向する位置に櫛歯電極が形成されている。この時、電極形状は櫛歯形状にすることにより、駆動電圧を低減することができる。更に、捩り回転方向に2段に電極が形成されているために、振動ミラーには常に駆動トルクがかかる状態になっており、振れ角を大きくとることができる。また、複数の電極を絶縁分離する為のスリット溝、振動ミラーの反ミラー面側は、ミラーの軽量化を行いつつ剛性確保の為にリブ状の加工を行っている。
次に、図1と同様の製造方法で、外部電極を反対側に作製したマイクロミラーの実施例を図2示す。図2(a)にはマイクロミラーの上面図及び、(b)にはマイクロミラーとリード端子を備えたベース基板とが接合された断面図を示す。外部電極の高さはどれも同一方向に同一高さなので、ワイヤボンディング等の実装プロセスが容易に行えることがわかる。(c)には更に、光ビームの入出射が行われる透明基板も接合され、密閉封止された断面図を示す。透明基板を接合した際には、可動電極及び固定電極上で接合される。また、可動電極及び固定電極に接合される透明基板の一部に貫通孔を形成しておき、後に金属で充填することによりボンディングワイヤを介して、リード端子と接続できる。
以上のような方法で形成した光走査モジュールの動作状態及び、それを搭載したレーザプリンタの構成について説明する。図6及び図7に本実施例における光走査装置に用いる振動ミラーモジュールの詳細図を示す。
カバー205の内側には、可動ミラー202と対向して対向ミラーが、ねじり梁と直交する方向に一体的に形成される。2枚の対向ミラー215はスリット窓213を挟んで屋根状に144.7°の角度をなすよう基板面より各々9°、および26.3°傾けた傾斜面に、金属被膜を蒸着して反射面217と218とを対で配備した構成となす。
図9に電極の断面を示す。図中、左回り方向の静電トルクを正としている。
可動ミラー202は初期状態では水平であるが、第3の固定電極211に電圧を印加すると対向する可動電極との間で負の方向での静電力を生じ、ねじり梁208をねじって回転され、ねじり梁の戻り力と釣り合う振れ角まで傾く。上記電圧が解除されるとねじり梁の戻り力で可動ミラー202は水平に戻るが、水平に戻る直前に第1、第2の固定電極203、204に電圧を印加することによって正の方向での静電力を生じ、引き続き、第4の固定電極212に電圧を印加することによってさらに正の方向での静電トルクを増すといった電極の切り換えを繰り返し行うことで、可動ミラーをその両端の可動電極が対向する第1、第2の固定電極を抜ける振れ角、実施例では約2°にて往復振動する。
図10には駆動周波数に対する振れ角の特性を示すが、駆動周波数を共振周波数に一致させれば、最も振れ角が大きくとれるが、共振周波数付近においては急峻に振れ角が変化する特性を有する。
慣性モーメントI=(4abρd/3)・a^2
バネ定数K=(G/2L)・[cd(c^2+d^2)/12]
となり、共振振動数fは、
f=(1/2π)・(K/I)^1/2 =(1/2π)・[Gcd(c^2+d^2)/24LI]^1/2
ここで、梁の長さLと振れ角θは比例関係にあるため
θ=A/I f^2 、Aは定数
で表され、振れ角θは慣性モーメントIに反比例し、共振振動数fを高めるには慣性モーメントを低減しないと振れ角θが小さくなってしまう。
電極間の静電力F=εHV^2/2δ
となり、振れ角θ=B・F/I 、Bは定数とも表され、電極長さHが長いほど振れ角θが大きくなり、櫛歯状とすることで櫛歯数nに対して2n倍の駆動トルクを得ている。このように外周長をできるだけ長くして電極長をかせぐことで、低電圧でより大きい静電トルクが得られるように配慮している。
空気の粘性抵抗P=C・ηυ^2・E^3 、Cは定数
が可動ミラーの回転に対向して働く。従って、可動ミラーをカバーで密封し減圧状態に保持するのが望ましい。
図11は光走査装置の副走査断面を示す。半導体レーザ101から射出した光ビームは後述するようにカップリングレンズ110、シリンダミラー136を介して、可動ミラー401に対しねじり梁を含む副走査断面内で法線に対して副走査方向に約20°傾けてスリット窓404より光ビームが入射され、反射した光ビームは第1の反射面402に入射され可動ミラーに戻され、さらに反射した光ビームはスリット窓404を超えて第2の反射面403に入射され、可動ミラーとの間で3往復しながら反射位置を副走査方向に移動させ、合計5回の可動ミラーでの反射により再度スリット窓から射出される。
実施例ではこのように複数回反射を繰り返すことで、可動ミラーの振れ角が小さくても大きな走査角が得られるようにし、光路長を短縮している。
実施例では、N =5、α=5°であるから最大走査角は50°となり、その内35°を画像記録領域としている。 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、上式から明らかなように記録速度、つまり共振周波数、が速くなるに従ってねじり梁のばね定数Kを高める必要があ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し、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。
光源である半導体レーザ101は、フレーム部材102に立設された壁に配備された段付きの貫通穴103に反対側からステム外周を基準に圧入され、段差部に鍔面を突き当てて光軸方向を位置決めする。U字状の凹部105にはUV接着剤を介してカップリングレンズ110の光軸が半導体レーザ101からの射出軸と合うように、また、射出光束が平行光束となるように発光点との光軸方向の位置決めを行い、凹部とカップリングレンズとの隙間のUV接着剤を硬化させて固定する。本実施例の場合、3つの光源部を有するが、全て同一構成である。
図14は4つの光走査装置500によって各々に対応した感光体ドラム504に1色ずつ画像形成され、転写ベルト501の回転につれて色重ねがなされるタンデム方式のカラーレーザプリンタに適用した例で、実施例では光走査装置を光ビームの射出方向が下向きとなるよう配備される。
用紙は給紙トレイ507から給紙コロ506により供給され、4色目の画像形成にタイミングを合わせてレジストローラ510により送り出されて、転写部511にて転写ベルト501から4色同時に転写され、トナー像を載せたまま搬送ベルト515にて定着器に送られる。転写されたトナー像は定着ローラ512により定着され、排紙トレイ514に排出される。
206 Si基板
207 Si基板
208 ねじり梁
214 位置決めの指標
215 対向ミラー
Claims (26)
- 振動ミラーを駆動する駆動電極が捩り回転軸の垂直方向及び水平方向に複数個存在する光走査装置において、各々同一方向に形成される前記駆動電極の外部電極は同一の高さで形成されることを特徴とする光走査装置。
- 前記駆動電極の外部電極は同一の方向に集約されることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記外部電極はリード端子を備えたベース基板への実装面側の基板表面に集約されていることを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
- 前記駆動電極と反対面側に外部電極を形成する際、外部電極にその周囲を囲われた連通孔を形成し、前記連通孔を介して、外部電極と駆動電極との導通を取ることを特徴とする請求項2又は3に記載の光走査装置。
- 前記外部電極は略均一の大きさを有し、基板の中心に対して、上下左右対称に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記振動ミラーの電極部を備える基板は導体であり、電極部の働きをすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記振動ミラーの電極部を備える同一基板上に複数の電極部が形成されており、前記複数の電極部は基板を垂直方向に貫通したスリット溝にて空間的に絶縁分離されており、前記スリット溝は前記振動ミラーの揺動空間に連通する空間であることを特徴とする請求項6に記載の光走査装置。
- 前記振動ミラーの揺動空間を密閉封止することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記振動ミラーに対して、揺動空間を介して対向し、前記振動ミラーとの間で光ビームを往復反射する対向ミラーを有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記対向ミラーは揺動空間を密閉する封止基板に一体化されて成形されることを特徴とする請求項9に記載の光走査装置。
- 前記対向ミラー一体型封止基板は、前記振動ミラーの電極部を備える基板と直接接合されることを特徴とする請求項10に記載の光走査装置。
- 前記振動ミラーの電極部を備える基板に前記振動ミラーと対向ミラーとをアラインメントする位置決め手段を有することを特徴とする請求項9乃至11のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 光走査装置に所定の周波数の電圧を印可する駆動電圧発生装置とを備え、前記振動ミラーを共振周波数の近傍で共振ピークから外れた帯域において駆動することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 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更に有することを特徴とする請求項1乃至13に記載の光走査装置。
- 光ビームを走査する偏向器として振動ミラーを有する光走査装置において、振動ミラーを駆動する駆動電極の外部電極を同一の高さに形成することを特徴とする光走査装置製造方法。
- 前記駆動電極の外部電極は同一の方向に形成されることを特徴とする請求項15に記載の光走査装置製造方法。
- 前記駆動電極の外部電極はリード端子を備えたベース基板へ実装する面側に形成されることを特徴とする請求項16に記載の光走査装置製造方法。
- 前記駆動電極の外部電極に連通孔を形成し、前記駆動電極と前記外部電極の導通をとることを特徴とする請求項17に記載の光走査装置製造方法。
- 前記振動ミラーを有する基板は導体であることを特徴とする請求項15に記載の光走査装置製造方法。
- 前記駆動電極の外部電極は基板の中心に対して上下左右対称に配置されることを特徴とする請求項15に記載の光走査装置製造方法。
- 前記駆動電極の外部電極は基板を垂直方向に貫通したスリット溝で空間的に絶縁分離されており、前記スリット溝は前記振動ミラーの揺動空間に連通することを特徴とする請求項20に記載の光走査装置製造方法。
- 前記振動ミラーの揺動空間を密閉封止することを特徴とする請求項15に記載の光走査装置製造方法。
- 前記振動ミラーに対して揺動空間を介して対向する対向ミラーを有することを特徴とする請求項15に記載の光走査装置製造方法。
- 前記対向ミラーは揺動空間を密閉する基板に一体形成されることを特徴とする請求項23に記載の光走査装置製造方法。
- 前記対向ミラーを一体形成された基板は、振動ミラーを有する基板と直接接合されることを特徴とする請求項24に記載の光走査装置製造方法。
- 前記振動ミラーを有する基板には、前記振動ミラーと前記対向ミラーとの相対的な位置関係を決定するための指標がエッチングによって描かれることを特徴とする請求項25に記載の光走査装置製造方法。
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