JP2005300892A

JP2005300892A - 光学装置

Info

Publication number: JP2005300892A
Application number: JP2004116744A
Authority: JP
Inventors: Osamu Imai; 今井　　修
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】光反射部材の前面に設けた光透過部材での反射光が外乱となることを防止できる光学装置を提供する。
【解決手段】光反射面となるヨーク１ｄを有するマイクロミラー（光反射部材）１の前面に、保護用の光透過板（光透過部材）２が設けられており、レーザ光源１１からのレーザ光が光透過板２を介してマイクロミラー１で反射され、その反射光は光透過板２を介して感光体１２を走査する。マイクロミラー１の入射光軸及び反射光軸で決定される第１平面と、光透過板２の入射光軸及び反射光軸で決定される第２平面とが非平行である。レーザ光源１１からのレーザ光の光透過板２における反射光Ｃは、感光体１２に照射されない。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を反射する光学部材の前面に保護用の光透過部材を設けた構成をなす光学装置に関するものである。

複写機，プリンタ等におけるレーザ光走査機構として、従来からポリゴンミラーまたはガルバノミラーを用いることが一般的である。ポリゴンミラー，ガルバノミラーは慣性が大きいために、ジッタ等の機械的な非同期信号をモータの質量バランスの調整で解消しなければならず、装置の大型化が避けられないという問題がある。

そこで、装置の小型化を図ることを目的とし、レーザ光走査機構として、これらのポリゴンミラー，ガルバノミラーに代えて、小型に構成されたミラーであるマイクロミラー（微小揺動ミラー素子）を使用するレーザプリンタの開発が進んでいる。半導体製造プロセス等における技術を応用して種々の機械要素の小型化を実現するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)技術により、光を反射する機械要素としてミラーの小型化を図ったものがマイクロミラーであり、このマイクロミラーは、静電力にて駆動され、その揺動角によって光の反射経路を変更するため、レーザ光走査機構としては好適である。

このようなレーザ光走査機構にあっては、外界からの影響を少なくしてその長寿命化を図るために、また、空気抵抗を受けずに揺動できるように、マイクロミラーを、入射用／出射用の光透過板を設けた真空容器内に収納しておくことが一般的である（例えば、特許文献１及び２参照）。図３は、従来のレーザ光走査機構の構成を示す図である。

図３において、３３は基台であり、基台３３には、０．０１ＭＰａ以下の真空状態に保った内部にマイクロミラー３１を収納している真空容器３４が設けられている。シリコン基板３１ａ上にヒンジ台３１ｂ，３１ｃを形成し、更にヒンジ台３１ｂ，３１ｃの上にヨーク３１ｄを揺動可能に支持するヒンジ３１ｅ，３１ｆを延設して、マイクロミラー３１は構成されている。また、マイクロミラー３１の前面側の真空容器３４には、例えばガラス板からなら光透過板３２が気密的に設けられている。揺動中心位置におけるマイクロミラー３１のヨーク３１ｄ表面（光反射面）と光透過板３２の表面（光透過面）とは平行となっている。

このような構成のレーザ光走査機構にあっては、図示しないレーザ光源から発せられたレーザ光を、光透過板３２を透過して揺動するマイクロミラー３１（ヨーク３１ｄ）で反射させ、その反射光を光透過板３２を透過して図示しない感光体に照射させることにより、レーザ光の走査を行っている。
特開平６−１８０４２８号公報特開平１１−３０５１５９号公報

図４（ａ），（ｂ）は、上述した従来のレーザ光走査機構におけるレーザ光の光路を示す図であり、図４において、４１はレーザ光を発するレーザ光源、４２はレーザ光が走査される感光体であり、また、図３と同一部分には同じ番号を付している。レーザ光源４１からのレーザ光の一部は、光透過板３２で反射する。ここで、マイクロミラー３１の光反射面と光透過板３２の光透過面とが平行であるため、マイクロミラー３１及び光透過板３２へ同じ入射角度で入ってきたレーザ光は、同じ方向に反射していく。この結果、光透過板３２での反射光（図４での一点鎖線Ａ）が感光体４２に照射されることになり、この光透過板３２での反射光がノイズとなる。よって、光透過板３２での反射光の影響が避けられないという問題がある。

このような問題を解決するために、光透過板３２の表面に無反射コーティング処理を施して反射光の影響を低減させることが考えられるが、光透過板３２での光反射を完全になくすことはできず、反射光の影響は残存する。

また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、光透過板３２の光透過面を角度θだけ傾けて、光透過板３２での反射光（図５での一点鎖線Ｂ）を感光体４２の長手方向の設置域外に進ませて感光体４２に照射されないようにすることが考えられる。しかしながら、レーザ光走査機構の小型化に伴って、マイクロミラー３１と光透過板３２との距離が近くなった場合、マイクロミラー３１の反射光軸と光透過板３２の反射光軸とが近づくため、マイクロミラー３１の入射光軸及び反射光軸で決定される平面と光透過板３２の入射光軸及び反射光軸で決定される平面とが平行である図５の構成では、光透過板３２の傾斜角θをマイクロミラー３１の最大揺動角にする必要があり、光透過板３２がマイクロミラー３１に接触してしまうという問題がある。

なお、上述したような問題は、マイクロミラーを用いたレーザ光走査機構に限るものではなく、ポリゴンミラー，ガルバノミラーを用いたレーザ光走査機構でも同様であり、一般的に光反射部材を保護する目的でその光入射側前面に光透過部材を設ける構成とした各種の光学装置に共通の問題である。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、光透過部材での反射光が外乱となることを防止できる光学装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、小型の構成であっても、光透過部材での反射光の影響を受けることなく簡便にレーザ光走査を行える光学装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る光学装置は、入射光を反射する第１光学部材と、該第１光学部材の光入射側に設けられて前記第１光学部材を保護するための透光性の第２光学部材とを備える光学装置において、前記第１光学部材の入射光軸及び反射光軸で決定される平面と、前記第２光学部材の入射光軸及び反射光軸で決定される平面とが非平行であることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る光学装置は、請求項１において、前記第１光学部材は揺動するように構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る光学装置は、請求項１または２において、前記第２光学部材が取り付けられているケーシングを備えており、前記第１光学部材を前記ケーシング内に収納してあることを特徴とする。

本発明にあっては、入射光を反射する第１光学部材の入射光軸及び反射光軸で決定される第１平面と、第１光学部材の光入射側に設けられた保護用の第２光学部材の入射光軸及び反射光軸で決定される第２平面とが平行でないようにして、第２光学部材での反射光の影響を受けないようにする。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の光学装置（レーザ光走査機構）におけるレーザ光の光路を示す図であり、図１において、１は光反射面となるヨーク１ｄを有する第１光学部材としてのマイクロミラー、２はマイクロミラー１の前面に設けられた第２光学部材としての光透過板、１１はレーザ光を発するレーザ光源、１２はレーザ光が走査される感光体である。

本発明にあっては、前記第１平面及び第２平面が非平行になるように光透過板２の光透過面をマイクロミラー１の光反射面に対して傾斜させて（傾斜角α）、光透過板２での反射光（図１での一点鎖線Ｃ）を感光体１２の径方向の設置域外に進ませて、その反射光が感光体１２に照射されないようにする。このようにした場合、通常サイズである感光体１２については光透過板２の傾斜角αを２°程度とするだけで、光透過板２での反射光が感光体１２に照射されない。よって、図５に示す例のように光透過板の傾斜角を大きくする必要がなく、マイクロミラー１と光透過板２とを接近させても両者が接触する虞はなく、装置の小型化に支障がない。

また、本発明にあっては、光透過板等の第２光学部材を取り付けたケーシング内にマイクロミラー等の第１光学部材を収納しており、第１光学部材は外界の影響を受けることがなく、性能劣化が抑制される。

本発明の光学装置では、入射光を反射する第１光学部材の入射光軸及び反射光軸で決定される平面と、第１光学部材の光入射側に設けられた保護用の第２光学部材の入射光軸及び反射光軸で決定される平面とが平行でないようにしたので、第１光学部材と第２光学部材とを接近させる装置の小型化に支障なく、第２光学部材での反射光の影響を除去することができる。

また、本発明の光学装置では、第２光学部材を取り付けたケーシング内に第１光学部材を収納するようにしたので、第１光学部材に対する外界の影響を抑止して、第１光学部材を長期間にわたって安定的に使用することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。図２は、本発明に係る光学装置としてのレーザ光走査機構の構成を示す図である。

図２において、３は基台であり、基台３には、内部を０．０１ＭＰａ以下の真空状態に保った例えばアルミニウムに代表される金属またはセラミックまたは樹脂製のケーシングとしての真空容器４が設けられている。真空容器４内には、マイクロミラー１が収納されている。マイクロミラー１は、シリコンの異方性エッチングを用いた微細加工技術によって作製されたものであり、シリコン基板１ａの上には、ヒンジ台１ｂ，１ｃが形成され、更にヒンジ台１ｂ，１ｃの上にヨーク１ｄを揺動可能に支持するヒンジ１ｅ，１ｆが延設されている。

また、マイクロミラー１の前面側（光入射側）の真空容器４には、例えばガラス板またはポリカーボネイトに代表される光透過性樹脂からなら光透過板２が気密的に設けられている。本例では、マイクロミラー１の入射光軸及び反射光軸で決定される第１平面と、光透過板２の入射光軸及び反射光軸で決定される第２平面とが平行でないようにしてある。マイクロミラー１が揺動し、その反射光軸は一定の動きで変化していくが、この場合に入射光軸及び変化していく反射光軸で決定されるすべての第１平面に対して、光透過板２の入射光軸及び反射光軸で決定される第２平面が平行にならないようにする。

このような構成のレーザ光走査機構にあっては、レーザ光源１１（図１参照）から発せられたレーザ光を、光透過板２を透過して揺動するマイクロミラー１（ヨーク１ｄ）で反射させ、その反射光を光透過板２を透過して感光体１２（図１参照）に照射させることにより、感光体１２に対するレーザ光の走査を行っている。

ここで、光透過板２では、レーザ光源１１からのレーザ光の全てが透過するのではなく、その一部は反射する。マイクロミラー１が揺動している間に、第１平面に対して第２平面が常に非平行となっているため、この反射光は、第１平面外を進む。具体的に図１の例では、光透過板２での反射光が感光体１２の上方を進む。よって、光透過板２での反射光が感光体１２に照射されることはない。この結果、光透過板２での反射光は外乱とならず、レーザ光走査機構（光学装置）の安定動作を実現できる。

マイクロミラー１は真空容器４内に収納されているため、マイクロミラー１は揺動時に空気抵抗を受けないのでエネルギ損失がない。また、マイクロミラー１が外気に晒されないので、ヨーク１ｄの鏡面が酸化されることがなくて性能劣化は見られず、長寿命化を図れる。

なお、上述した例では、光を反射する第１光学部材として周期的に揺動するマイクロミラーを使用したレーザ光走査機構について説明したが、例えば、ポリゴンミラー，ガルバノミラーを使用したレーザ光走査機構にも本発明を適用できる。また、固定した反射ミラーでの反射光をセンサに入射させ、そのセンサへの入射特性に基づいてある種の物理量を検知するようなセンサシステムでも、反射ミラーの前面に保護用の光透過部材を設ける構成では本発明を適用できる。また、光はレーザ光に限定されるものではない。即ち、光反射部材の前面に光透過部材を設けるようにした全ての光学装置に対して、本発明を適用することが可能である。

本発明の光学装置（レーザ光走査機構）におけるレーザ光の光路を示す図である。本発明に係る光学装置（レーザ光走査機構）の構成を示す図である。従来の光学装置（レーザ光走査機構）の構成を示す図である。従来の光学装置におけるレーザ光の光路を示す図である。従来の光学装置におけるレーザ光の光路を示す図である。

符号の説明

１マイクロミラー（第１光学部材）
２光透過板（第２光学部材）
３基台
４真空容器（ケーシング）
１１レーザ光源
１２感光体

Claims

入射光を反射する第１光学部材と、該第１光学部材の光入射側に設けられて前記第１光学部材を保護するための透光性の第２光学部材とを備える光学装置において、前記第１光学部材の入射光軸及び反射光軸で決定される平面と、前記第２光学部材の入射光軸及び反射光軸で決定される平面とが非平行であることを特徴とする光学装置。
前記第１光学部材は揺動するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
前記第２光学部材が取り付けられているケーシングを備えており、前記第１光学部材を前記ケーシング内に収納してあることを特徴とする請求項１または２記載の光学装置。