JP2005345866A - 偏向ミラー、光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振周波数のばらつきがあっても所望の走査周波数で駆動できるようにし、生産効率に優れる振動ミラーを得ることができるようにする。
【解決手段】光ビームを偏向する可動ミラー２０２と、可動ミラーと連結され回転軸心を規定するねじり梁２０８と、可動ミラーの少なくとも一部に回転トルクを発生するミラー揺動手段と、を有する偏向ミラーにおいて、ミラー揺動手段は、可動ミラー２０２の振れ角に応じて静電引力を発生する電極対を、可動ミラーの面内で回転軸と直交する方向に順次切り換えて振幅駆動する。静電引力を発生する電極対を、可動ミラーの面内で回転軸と直交する方向に沿って複数領域に分割して備え、個別に静電引力を発生させるようにするとよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置、この画像形成装置に用いることができる光走査装置及びこの光走査装置に適用可能な偏向ミラーに関するもので、光走査型の表示装置や車載用のレーザレーダ装置等へも応用が可能なものである。

例えば、レーザ光源などから射出される光ビームを偏向器によって偏向し、この偏向光束を感光体など被走査面上で走査させることによって被走査面上に画像を書き込む光走査装置が知られている。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ている。光走査装置については、より高解像度の画像が得られることと高速プリントが可能であることが要求され、この要求を満足させるには、上記ポリゴンミラーあるいはガルバノミラーからなる偏向器の回転をさらに高速にする必要がある。しかし、偏向器の回転を高速化すると、軸受の耐久性や風損による発熱、騒音が課題となり、光走査の高速化には限界がある。

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、シリコン（以下「Ｓｉ」という）基板を用い振動ミラーとそれを軸支するねじり梁とを一体的に形成す方式が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この方式によれば共振を利用して振動ミラーを往復振動させるので、高速動作が可能であるとともに、騒音が低く、振動ミラーを振動させるための駆動力も小さくて済むので、消費電力も低く抑えられる。そのうえ、Ｓｉウエハ上に複数の振動ミラーをレイアウトし、バッチ処理により複数ウエハを同時加工するため、生産性に優れるという利点がある。

しかしながら、これらの振動ミラーにおいては、従来のポリゴンミラーのように広い範囲を走査することはできないので、振動ミラーを偏向器とした複数の光走査装置を、走査方向を揃えて直列的に配列し、画像領域を主走査方向に分割して画像記録を行う方法をとっている（例えば、特許文献３参照）。このように、１本の光走査を行うのに複数の振動ミラーを用いるものにあっては、各々の走査周波数を揃えないと、隣接する境界部で走査ラインが繋がらず画像品質が劣化するため、共通の走査周波数で駆動する必要がある。

一方、上記のような振動ミラーは、共振周波数を外れると極端に振れ角が小さくなってしまうため、一般に、走査周波数を共振周波数に合わせて駆動している。そのため、個々の振動ミラーで共振周波数を揃える必要があり、言いかえれば、共振周波数のばらつきなく振動ミラーを生産する必要があり、その方法として、振動ミラーに質量体を付加し、質量体の質量を加減することによって、共振周波数をねらった値に追い込むようにした技術が提案されている（例えば、特許文献４、特許文献５参照）。

また、振動ミラーを生産する他の方法として、共振周波数を避け、共振周波数から外れた周波数帯域で振幅を設定することによって、ダイナミックレンジの広い振幅制御を行なうことができるようにした例も提案されている（例えば、特許文献６参照）。

偏向器として振動ミラーを用いる光走査装置において、静電トルクを振動ミラーの駆動力として用いるものもあり、かかる駆動方式のものにおいても、静電力による大きなトルクが得られることが要求される。静電トルクを拡大する方法としては、に示されるように固定電極を複数層に重ね合わせて構成する例がある（例えば、特許文献７参照）。しかし、基板毎に櫛歯電極を形成するため、正確にアライメントを行なわないと寸法誤差により電極が接触してしまう可能性がある。
また、可動ミラーの面内でねじり梁と直交する方向の複数箇所に櫛歯電極を設け、単層で電極形成した例が提案されている（例えば、特許文献８参照）。しかし、各電極で発生する静電トルクのバランスをうまく調節しないと回転速度が断続的となってスムーズな振幅動作を阻害する可能性があり、いずれも生産効率が良いとはいえなかった。

特許第２９２４２００号公報 特許第３０１１１４４号公報 特開２００２−２５８１８３号公報 特開平８−７５４７５号公報 特開２００２−４０３５５号公報 特開平５−２５７０７５号公報 特許第３０１１１４４号公報 特開２００２−３１１３７６号公報

上記のように、画像領域を主走査方向に分割し、分割領域ごとに対応する光走査装置で画像記録を行なう方法においては、光走査装置各々の走査幅が小さく光路長を短縮することができることにより小型化が可能であり、かつ、微小な振動ミラー等を利用して低負荷で光走査ができることにより、低騒音で省電力化が可能な画像形成装置を提供できるといった利点がある。反面においては、上記したように、所定の共振周波数に合わせ込むために、ねじり梁やミラーの仕上がり寸法を高精度に加工する必要がある。

しかしながら、１枚のＳｉウエハをエッチング加工することによって、１枚のＳｉウエハから複数の振動ミラーを製造しているため、一つの面内におけるエッチングの進行速度に若干のばらつきがあり、加工精度を上げるには限界がある。従って、上記したように各振動ミラーを分割した後に、個別にトリミング等によって振動ミラーの質量を加減し、共振周波数を狙った値に追い込む、あるいは、ねらった値に近い共振周波数の振動ミラーを選別する等により対処していた。このため、生産効率が悪く、しかも、ばね定数の温度変化等に伴って共振周波数が変動してしまうため、共振周波数を安定化させるための対策を施さなければならないといった問題があった。

一方、特許文献６に開示されるように、共振周波数から外れた周波数帯域で駆動することにより、共振周波数によらず走査周波数を設定できるため、上記した問題はなくなるが、振れ角が極端に小さくなってしまうという欠点があり、静電引力のように微弱な回転トルクしか得られない駆動方式には向かないという問題があった。

本発明は、振動ミラー方式の偏向ミラー、これを用いた光走査装置および画像形成装置において、周波数に対して振れ角の変化が大きい共振周波数近傍を避け、比較的変化が小さい共振周波数から外れた周波数領域に走査周波数を設定するとともに、共振周波数から外れた周波数帯域でも必要な振れ角が得られるようにすることで、共振周波数のばらつきがあっても所望の走査周波数で駆動できるようにし、生産効率に優れる振動ミラーを得ることができるようにすることを目的とする。請求項記載の発明ごとの解決課題は以下のとおりである。

請求項１〜６記載の発明は、振動ミラーの振れ角に対して回転トルクが働く角度の範囲を拡大することで、静電引力によっても共振周波数から外れた周波数帯域で所望の振れ角が得られる偏向ミラーを得ることを目的とする。

請求項７記載の発明は、振動ミラーの回転軸心から離隔した部位に連続的に回転トルクを伝達することで、各領域で発生する静電引力が断続的であっても安定した振幅が得られる偏向ミラーを得ることを目的とする。

請求項８記載の発明は、Ｓｉマイクロマシニングによるバッチ処理により複数個の振動ミラーを同時に加工し生産効率を向上するとともに、各電極対のギャップを微小化することで静電引力を拡大することができる偏向ミラーを提供することを目的とする。

請求項９記載の発明は、振動ミラーを減圧環境に封止して保持することで、空気の粘性抵抗を軽減し大きな振れ角が得られる偏向ミラーを提供することを目的とする。

請求項１０〜１１記載の発明は、個々の振動ミラーに共振周波数のばらつきがあっても、共振周波数を安定化するための複雑な制御を行なうことなく高品位な画像記録が行なえる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項１２記載の発明は、静電駆動による振動ミラーを用いることで、小型で省電力な画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる偏向ミラーは、請求項１に記載されているように、光ビームを偏向する可動ミラーと、可動ミラーと連結され回転軸心を規定するねじり梁と、可動ミラーの少なくとも一部に回転トルクを発生するミラー揺動手段と、を有する偏向ミラーにおいて、上記ミラー揺動手段は、上記可動ミラーの振れ角に応じて静電引力を発生する電極対を、可動ミラーの面内で回転軸と直交する方向に順次切り換えて振幅駆動することを特徴とすることを最も主要な特徴とする。

請求項２に記載されているように、上記静電引力を発生する電極対を、可動ミラーの面内で回転軸と直交する方向に沿って複数領域に分割して備え、個別に静電引力を発生させるようにするとよい。

請求項３に記載されているように、上記静電引力を発生する電極対の複数領域のうち、少なくとも隣接する領域における静電引力を発生可能な振れ角範囲がオーバーラップするようにするとよい。

請求項４に記載されているように、上記静電引力を発生する電極対の複数領域は、各々の静電トルクを発生可能な振れ角範囲内で、パルス状に静電引力を発生させるようにするとよい。

請求項５に記載されているように、上記静電引力の発生タイミングを、各々の静電トルクを発生可能な振れ角範囲内で、可変とするとよい。

請求項６に記載されているように、上記ミラー揺動手段は、可動ミラーの振れ角が小さいほど回転軸から離隔した電極対において静電引力を発生させるようにするとよい。

請求項７に記載されているように、上記可動ミラーの回転軸から離隔した部位とねじり梁の一端とを連結する連結梁を備え、この連結梁に沿って静電引力を発生する電極対を設けるとよい。

請求項８に記載されているように、上記可動ミラーとミラー揺動手段とを単一のＳｉ基板により形成するとよい。

請求項９に記載されているように、可動ミラーに入出射する光ビームの透過窓を有する封止手段と、上記静電引力を発生する電極対に接続され封止された内外を貫通する端子手段と、を備える減圧容器内に上記偏向ミラーが収容されるように構成するとよい。

本発明にかかる光走査装置は、請求項１０に記載されているように、請求項１乃至９のいずれかに記載の偏向ミラーと、偏向ミラーに向けて光ビームを射出する光源手段と、偏向ミラーにより往復走査された光ビームを被走査面に結像する結像手段と、を有することを特徴とする。

本発明にかかる光走査装置はまた、請求項１１に記載されているように、請求項１０記載の光走査装置を複数備え、各光走査装置により走査される被走査領域を走査方向に繋ぎ合わせて画像を形成するように構成するとよい。

本発明にかかる画像形成装置は、請求項１２に記載されているように、請求項１０乃至１１のいずれかに記載の光走査装置と、光走査装置により光走査されて静電潜像を形成する像担持体と、像担持体に形成された潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、トナーにより顕像化された像を記録媒体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記載の発明によれば、光ビームを偏向する可動ミラーと、可動ミラーと連結され回転軸心を規定するねじり梁と、可動ミラーの少なくとも一部に回転トルクを発生するミラー揺動手段と、を有する偏向ミラーにおいて、ミラー揺動手段は、可動ミラーの振れ角に応じて静電引力を発生する電極対を可動ミラーの面内で回転軸と直交する方向に順次切り換えて振幅駆動することにより、従来のように、振れ角の一部で瞬間的に回転トルクを与えるのではなく、全域で均一な回転トルク与えることができる。これによって、走査周波数に対して急峻に立った振れ角の周波数特性に対して裾領域が底上げされ、周波数帯域を拡張することができ、温度変化等で共振周波数変動があっても、特別に共振周波数に追従した制御を行なうことなく安定的に振幅を維持することができる。また、個々の共振周波数を合わせる必要がないので、生産効率が向上する。

請求項２記載の発明によれば、上記静電引力を発生する電極対を、可動ミラーの面内で回転軸と直交する方向に沿って複数領域に分割して備え、個別に静電引力を発生させるようにしたことにより、可動ミラーの振幅に応じて最適なタイミングで電圧を印可することができ、各電極相互の回転トルクを阻害することなく効果的に回転トルクを与えることができる。

請求項３記載の発明によれば、上記静電引力を発生する電極対の複数領域のうち、少なくとも隣接する領域における静電引力を発生可能な振れ角範囲がオーバーラップするようにしたことにより、各々の角度範囲間で連続的に回転トルクを受け渡しすることができ、安定的に振幅を維持することができる。

請求項４記載の発明によれば、上記静電引力を発生する電極対の複数領域は、各々の静電トルクを発生可能な振れ角範囲内で、パルス状に静電引力を発生させるようにしたため、そのパルス幅や位相を調節することで、最小限の電力で効率的に所望の振れ角を得ることができる。

請求項５記載の発明によれば、上記静電引力の発生タイミングを、各々の静電トルクを発生可能な振れ角範囲内で可変としたことにより、可動ミラーの寸法誤差等による電極形成位置のばらつきによらず、振幅に対応した最適なタイミングで回転トルクを与えることができる。

請求項６記載の発明によれば、上記ミラー揺動手段は、可動ミラーの振れ角が小さいほど回転軸から離隔した電極対において静電引力を発生させるようにしたことにより、可動ミラーに形成された可動電極と固定枠に形成された固定電極とのギャップが振幅に伴って広がってしまうことがないので、効果的に静電引力を発生でき、安定した回転トルクが得られる。

請求項７記載の発明によれば、上記可動ミラーの回転軸から離隔した部位とねじり梁の一端とを連結する連結梁を備え、この連結梁に沿って静電引力を発生する電極対を設けたことにより、固定電極が複数個あっても可動ミラーへの作用点は単一であり、各電極間でバランスを合わせなくても連続的に回転トルクを発生させることができる。また、各電極によって生じる部分的な応力によってミラー面を歪めてしまうこともないので、被走査面におけるビームスポットを均一化できる。

請求項８記載の発明によれば、上記可動ミラーとミラー揺動手段とを単一のＳｉ基板により形成することにより、半導体プロセスを用いたバッチ処理で生産することができ、アライメント等の面倒な作業が不要となり生産効率が向上する。

請求項９記載の発明によれば、可動ミラーに入出射する光ビームの透過窓を有する封止手段と、上記静電引力を発生する電極対と接続され封止する内外を貫通する端子手段と、を備える減圧容器内に上記偏向ミラーを収容することにより、空気の粘性抵抗が軽減され共振周波数から外れた周波数帯域に走査周波数を設定しても、より少ない電力で所望の振れ角を得ることができる。

請求項１０記載の発明によれば、請求項１乃至９のいずれかに記載の偏向ミラーと、偏向ミラーにより往復走査される光ビームを射出する光源手段と、走査された光ビームを被走査面に結像する結像手段とを有することで光走査装置を構成することにより、装置全体を小型化でき、かつ省電力化が可能な光走査装置を提供できる。

請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の光走査装置を複数備え、各光走査装置により走査される被走査領域を走査方向に繋ぎ合わせて画像を形成するように構成したことにより、光走査装置の単位モジュールでの走査幅が小さくて済み、光学系の光路長が短縮できるので、さらに小型な光走査装置を提供できる。

請求項１２記載の発明によれば、請求項１０記載の光走査装置と、光走査装置により静電潜像を形成する像担持体と、上記潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、上記トナー像を記録媒体に転写する転写手段とを有してなる画像形成装置を構成することにより、装置全体を小型化でき、かつ省電力化が可能な画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明にかかる偏向ミラー、光走査装置および画像形成装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図３は、本発明にかかる光走査装置に用いることができる振動ミラーモジュールの詳細を示す。図３において、振動ミラー基板は、２枚のＳｉ基板２０６、２０７を酸化膜等の絶縁膜を介して重ね合わせて接合されたＳＯＩウエハが、複数個同時にエッチング処理され、ダイシングされることによって形成される。第１のＳｉ基板２０６は厚さ６０μｍのＳｉ基板からなり、ドライエッチングにより可動ミラー２０２および同一直線上で軸支するねじり梁２０８を、その周囲を貫通し固定枠２１０から分離して形成する。ねじり梁２０８の一端は分岐梁２４６によりＴ字またはＹ字状に形成され、可動ミラー２０２とは回転軸心から偏心した２端で連結されている。

可動ミラー２０２の両縁部およびねじり梁２０８に対して対称に形成された分岐梁の付根部には、対向する固定枠２１０の内辺と数μｍのギャップを有して互い違いに噛み合うよう櫛歯状に凹凸が形成されている。これらのギャップは上記絶縁層をエッチストップ層として貫通され、同時に、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、固定枠２１０に形成された櫛歯状の凹凸部は各々が固定電極として分離するように周囲を絶縁層まで貫通して分離溝を形成し、第２の基板２０７上に島状に孤立するようにしている。なお、可動ミラー２０２の表面には銅（Ａｕ）などの金属被膜がスパッタされて反射面となっている。

図３の（ａ）は表面（反射面側）、（ｂ）は断面、（ｃ）は裏面を示す。図３に示す実施例では、可動ミラー２０２両端の凹凸部を第１、第２の可動電極、対向する固定枠の凹凸部を第１、第２の固定電極２０３、２０４、また、分岐梁２４６の凹凸部を第３、第４および第５、第６の可動電極２１１、２１２、２１３、２１４（説明では便宜上分けているが同電位）、対向する固定枠２１０の凹凸部を第３、第４および第５、第６の固定電極２１５、２１６、２１７、２１８としている。上記したように、分離溝によって固定枠２１０から可動ミラー２０２、分岐梁２４６、ねじり梁２０８、及びねじり梁の付け根部を有する島部２２１と、各固定電極を有する島部２２２、２２３、２２４、２２５を、約５μｍのギャップをもって分離している。実施例では、第１、第２の固定電極２０３、２０４に同位相の電圧パルスが印加され、第３、第４、及び第５、第６の固定電極２１５、２１６、２１７、２１８には第１、第２の固定電極に印加する電圧パルスよりも大きい振れ角において同位相の電圧パルスが印加される。

第２の基板２０７は２５４μｍのＳｉ基板からなり、ウエットエッチングにより上記可動ミラー２０２の下側を上記絶縁層まで開放し、ギャップ部に露出した絶縁層を取り除くことで、可動ミラー２０２が分岐梁２４６、ねじり梁２０８で空間に浮いて支持される構成となっている。

図１２には可動ミラー２０２の振れ角に対応して各電極に発生する静電トルクの様子を示す。横軸は振れ角、縦軸は静電トルクＴである。可動ミラー２０２の回転方向に対し固定電極が先にあるか後にあるかによって静電トルクの方向が入れ代るが、可動電極と固定電極とが重なる直前、直後を中心として静電トルクが分布しており、可動ミラー２０２の振幅とタイミングを合わせて電圧パルスを印加する。各電極の静電トルクが発生する振れ角の範囲はオーバーラップするように設けられ、可動ミラーが水平状態（振れ角０）から最大振れ角θに近い角度まで全域で回転力が確保できるように、第３、第４および第５、第６の可動電極の回転軸心に直交する方向（主走査方向）での配置Ｌを設定し、静電トルクの分布中心を最適化している。

実施例では、可動ミラーの両端と比較的回転軸心に近い位置とに分割して固定電極を設け、双方の角度範囲で静電トルクをまかなうようにしているが、図１６に示すように、分岐梁に沿って固定電極を細分化して設け、電極数を増やしてやれば、全域でさらに均一な静電トルクをうることができ、振れ角を拡大できる。図１６の（ａ）は表面、（ｂ）は裏面である。実施例では、分岐梁２４６を階段状に形成している。直線状としても同様である。逆に、振れ角を拡大するには、電極数が少ないと回転トルクが得られない角度範囲ができてしまうので、常に回転トルクをかけておくには確実にオーバーラップする領域ができるよう電極数と位置を設定する必要がある。

図２４は図１６に示す実施例における静電トルクの分布を示す。可動ミラーを最大振れ角から水平に至るまで振れさせるには、まず、第３、第４および第５、第６の固定電極２５３、２５４、２５５、２５６、次に、第７、第８および第９、第１０の固定電極２５７、２５８、２５９、２６０、次に、第１１、第１２および第１３、第１４の固定電極２６１、２６２、２６３、２６４、次に、第１５、第１６および第１７、第１８の固定電極２６５、２６６、２６７、２６８、そして、第１、第２の固定電極２５１、２５２というように順次電圧を印加する。可動ミラーを逆向きに振れさせるには、各固定電極に上記の順序と逆の順序で電圧を印加すればよい。

また、図２５は、第３、第４および第５、第６の可動電極をねじり梁２０８に設け、可動ミラー側に分岐梁２４６を配備した例を示す。第１、第２の固定電極および第３、第４および第５、第６の固定電極には、各々静電トルクが発生する振れ角範囲内で時系列にパルス状の電圧が印加され、可動ミラーを駆動する。

図１５に電極の断面を示す。図１５において、左回りの回転方向の静電トルクを正としている。可動ミラー２０２は、上記したように接合されたＳｉ基板の一方を開放して形成するため、表裏面の応力差によって初期状態では水平からわずかに傾斜している。この状態で、第１、第２の固定電極に電圧パルスを印加すると、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をねじって水平に戻るよう回転される。電圧パルスを解除するとねじり梁２０８の戻り力により可動ミラー２０２は初期状態に復帰する。この際、可動ミラー２０３の慣性モーメント、ねじり梁２０８の幅と長さを、走査する所望の走査周波数に近い周波数で、ねじり梁を回転軸とした１次共振モードの帯域にかかるよう設計しておくことにより、電圧パルスの繰り返し周波数を共振周波数に近づけると、励振されて著しく振幅が拡大され、各々の可動電極が対向する固定電極を抜ける振れ角まで拡大する。

ここで、第３、第４および第５、第６の固定電極に、可動ミラー２０２の最大振れ角から電極が重なる直前までの過程において電圧パルスを印可し、また、第１、第２の固定電極に、可動ミラーが水平に戻る直前において電圧パルスを印加することで、正の方向での静電トルクを連続的に発生させることができる。こうすることによって、正負いずれの方向においても最大振れ角θから振れ角０に戻る過程、つまり、ねじり梁の戻り力を後押しする方向にかけることができ、共振周波数から外れた走査周波数であっても安定した振れ角で往復振動させることができる。

いま、第１の基板の厚さをｔ０（＝６０μｍ）、可動ミラーの両翼幅を２Ｌ０（＝４ｍｍ）、第３、第４および第５、第６の可動電極の幅を２Ｌ（＝２ｍｍ）、最大振れ角をθ０とするとき、
θ１＝ａｒｃｓｉｎ（ｔ０／Ｌ０）
θ２＝ａｒｃｓｉｎ（ｔ０／Ｌ）
とすると、第１、第２の固定電極には、
θ１＜α１＜θ２、−θ２＜α１＜−θ１
第３、第４および第５、第６の固定電極には、
θ２＜α２＜θ０、−θ０＜α２＜−θ２
なる可動ミラーの振れ角の範囲に電圧パルスを印加している。

図１３には、振幅に対する各固定電極への印加パルスのタイミングを示す。実施例では往復走査の内、いずれか一方の区間にのみ書き込みを行い、振幅に対して最適なタイミングで電圧パルスを印加することで、効率よく静電トルクが働くように、第１、第２の固定電極２０３、２０４と第３、第４および第５、第６の固定電極２１５、２１６、２１７、２１８に印加する電圧パルスの位相を設定している。また、後述するように、走査開始側と走査終端側において、光ビームの走査時間を計測することにより振幅を検出し、振幅が所望の最大振れ角となるように第１、第２の固定電極２０３、２０４にかける電圧パルスのパルス幅（デューティ）を調整する。

図１４には走査周波数に対する振れ角の特性を示す。走査周波数を共振周波数に一致させれば振れ角を最も大きくとることができる。しかし、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ため、初期的には可動ミラーの駆動制御部において固定電極に印加する走査周波数を共振振動数に合うよう設定したとしても、温度変化等で共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまい、経時的な安定性に乏しいという欠点がある。また、図７は温度に対する共振周波数の変動を示す。温度変化によっても共振周波数が変動し、可動ミラーの振れ角が減少する要因となることがわかる。

前述したように複数の可動ミラーを有する場合には、共通の走査周波数で駆動する必要があり、実施例では、駆動周波数を可動ミラーとねじり梁からなる振動部に固有の共振周波数近傍で、比較的振れ角変化の少ない、共振周波数から高めに外れた周波数帯域に設定している。具体的には、共振周波数２ｋＨｚに対し走査周波数は２．５ｋＨｚとし、最大振れ角は印加電圧のデューティ可変により±５°に合わせ込んでいる。この際、可動ミラーの加工誤差による共振振動数のばらつき、実施例では３００Ｈｚ、温度による共振周波数の変動、実施例では３Ｈｚ、を加味すると、これらがあっても走査周波数がいずれの共振周波数にもかからない周波数帯域、つまり、２．３０３Ｈｚ以上まで外した帯域に設定することが望ましい。

いま、可動ミラーの寸法を、縦２ａ、横２ｂ、厚さｄ、ねじり梁の長さをＬ、幅ｃとすると、Ｓｉの密度ρ、材料定数Ｇを用いて、
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
で表される。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。そこで、実施例では可動ミラー反射面の裏側２１９の基板厚ｄを格子状に残し、それ以外をｄ／１０以下の厚さまでエッチングにより肉抜きすることで、慣性モーメントを約１／５に低減している。

これらの慣性モーメントに利くパラメータ、ねじり梁の寸法誤差等が共振周波数のばらつきを発生させる要因となる一方、空気の誘電率ε、電極長さＨ、印加電圧Ｖ、電極間距離δとすると
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。

ところで、可動ミラーの速度υ、面積Eに対して、空気の密度ηとすると、
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抗して働く。従って、可動ミラー２０２を密封し、減圧状態に保持するのが望ましい。実施例では、第１、第２の基板２０６、２０７が接合されてなる振動ミラー基板に、各可動電極および固定電極の島部に対応した電極パッド２２１を形成している。上記振動ミラー基板は、中央部を四角形の窓形に貫通したセラミック基板２１３に接合され、セラミック基板２１３は、上記可動ミラー２０２の反射面を上側に向けてＣＡＮパッケージの基体２１２上に装着される。この際、基体２１２の相対向する外縁に切り欠いて形成された一対のＶ溝２２２を結ぶ直線方向と回転軸方向とが一致するように位置決めがなされる。

実施例では、走査終端側を感光体の移動方向に対して遅れるように若干傾けて配置され、感光体の回転軸に対して走査ラインを傾けて書き込んでいく。言い換えれば各領域の画像に対してマトリクス角を所定量傾けて画素データを設定している。こうすることで、走査ピッチのずれがより目立たなくなる。

基体２１２には、リード端子２１６が基体２１２を貫通して一体化され、上記電極パッド２２１とワイヤーボンドにて各々接続する。そして、基体２１２の段差部２４３にキャップ２４２をかぶせ、減圧環境下で隙間を溶接接合することでキャップ内の空間が１ｔｏｒｒ以下に密封されるようにしている。この際、非蒸発型ゲッタを同梱し、外部からの加熱で活性化することで、封止後に減圧させてもよい。光ビームは、キャップ２４２の上部開口の内側に接合された透過窓２４５を通じて入出射される。

また、実施例では、第２の基板２０７の上面に、可動ミラー２０２と対向して対向ミラー２１５を、ねじり梁と直交する方向に一体に接合している。対向ミラー２１５は樹脂で成形され、スリット開口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°傾けた一対の傾斜面を有し、これらの傾斜面に、金属被膜を蒸着することによって反射面２１７と２１８とを対で配備した構成となっている。対向ミラー２１５の底面は可動ミラー面と平行に形成され、第２の基板２１２の枠部上面に当接して接合される。この際、第２の基板２１２には対向ミラー２１５を位置決めするための嵌合穴２１４が両サイドにエッチングによって開けられ、これに対向ミラー下面から突出するピン２４１を挿入することで、回転軸に直交して正確に配置されるように構成されている。

従来、こういった振動ミラーモジュールにおいては、図２２に示すように、ねじり梁３０２を、可動ミラー３０１の回転軸心に揃えて可動ミラー３０１に直接連結されるよう形成していた。上記したように、可動ミラー３０１の慣性力Ｆｓは回転軸からの距離に応じて分布し、ねじり梁３０２に作用する、言い換えれば回転軸近傍に作用するねじり力Ｆｔと対抗して働くため、可動ミラー基板の回転軸とミラー端との中間部をピークとした曲げ応力の分布が生じ、正弦波状に面がうねる。例えば、ミラー幅（両翼間の長さ）をＡとすると、回転軸から約Ａ／６離れた位置で最大変位となり、面精度はＰＶで０．５μｍにも達する。図２２は、上記うねりの様子を誇張して示している。

これに対し、実施例では、図１６（ｃ）に示すように、ねじり梁３０３をＹ字状に形成し、分岐枝部３０７の両端３０４、３０５で可動ミラー３０６と連結するようにしている。なお、ねじり梁の幹部と分岐枝との幅は同一である。このようにして、ねじり梁３０３と可動ミラー３０６の連結位置をミラー端に近づけることで、ねじり梁から伝わるねじり力Ｆｔは分散され、分岐枝の連結によって囲まれたミラー領域の曲げ応力が軽減され、平面性を改善することができる。なお、図１６（ａ）（ｂ）に示すねじり梁は分岐枝部が階段状に形成され、ミラー基板の端部で連結された構成になっているが、図１６（ｃ）に示すように、ねじり梁はシンプルなＹ字状に分岐した形のものでもよい。

図２３には、可動ミラー基板に生じる曲げ応力の分布を示すが、この曲げ応力に対抗して、曲げ応力の大きい領域には、図１６（ｃ）に示すような可動ミラー基板の肉抜き部３１０の面積を減らし、曲げ応力の小さい領域には肉抜きの面積を増やすことにより、剛性と慣性力Ｆｓとのバランスを図ることが望ましい。そこで、図１６（ｃ）に示す実施例のように、ミラー基板の裏側に形成する回転軸に直交するリブ３０９の数をミラー端にかけてリブ本数を複数段階に可変し、曲げ応力の大きい回転軸から約Ａ／６だけ離れた領域のリブを増やし、曲げ応力の小さい回転軸近傍と可動ミラー周辺の領域のリブを減らした設計としている。なお、このようなリブに限るものではなく、複数の袋穴を開けて肉抜きしても、また、肉抜き部の面積を同一として深さを変えても同様であり、いかようにもアレンジできる。

図４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、入射プリズム１３６を介して、可動ミラー２０２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°傾けてスリット開口２１３より光ビームが入射すると、可動ミラー２０２が光ビームを反射し、反射された光ビームは対向ミラー２１５の第１の反射面２１７に入射され可動ミラー２０２に戻される。さらに、反射した光ビームはスリット開口２１３を超えて対向ミラー２１５の第２の反射面２１８に入射し、可動ミラー２０２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れ、可動ミラーで合計５回反射がなされた後、再度、スリット開口２１３を通って射出される。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。

いま、可動ミラー２０２での総反射回数をＮ、振れ角をαとすると、走査角θは２Ｎαで表すことができる。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２１５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。また、屋根状に対向して反射面を構成し、可動ミラーへの副走査方向での入射角度が繰り返し反射毎に正負に切り替わるように、言い換えれば、反射に伴う進行方向が右向き、左向きに振り分けられるようにすることで、斜入射に伴う被走査面での走査線の曲がりを抑え、直線性を維持するとともに、光軸に直交する面内での光束の回転が、射出時にはもとの姿勢に戻るようにして、最終的に結像性能の劣化がおきないよう配慮している。

図１は、実施例における光走査装置の分解斜視図、図２は光学素子の配置を示す。光源である半導体レーザ１０１は、副走査方向に５０μｍのピッチで２つの発光源がモノリシックに形成され、フレーム部材１０２に立設された壁に形成された段付き貫通穴１０３に、上記壁の背面側からステム外周を基準に係合され、段差部に鍔面が突き当てられることにより光軸方向の位置決めがなされ、押え板１４１（図２０参照）により背面から押圧固定されている。

図２０に詳細を示すが、押え板１４１の突起１４２を半導体レーザ１０１のステム外周に形成された切欠に係合し、上記貫通穴１０３の中心軸の周りに回転することで、外周部を切り起こして形成した一対の板ばね１４３をフレーム部材１０２に形成した庇状の突起１４４に係合して半導体レーザを押圧するとともに、発光源の配列方向が所定量だけ主走査方向から傾くように調整され、ネジ１４５により回転止めがなされる。図１に戻って、フレーム部材１０２に形成された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が固定されている。カップリングレンズ１１０を固定するに当たっては、そ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。

なお、カップリングレンズ１１０の調整は、後述する振動ミラーモジュール、シリンダレンズを取付けた状態でも行うことができる。この場合、可動ミラー２０２の面精度やシリンダレンズ１１０の焦線位置ずれを無効化でき、これらの精度を緩和できるというメリットがある。実施例の場合、３つの光源部を有しており、３つの光源部は全て同一構成である。

カップリングレンズ１１０より射出した２本の平行光束は、振動ミラーモジュールの射出窓に接合配備されるとともに、入射面に副走査方向に正の曲率を有するシリンダレンズ１０９が貼り付けられた入射プリズム１３６に、上記シリンダレンズ１０９を介して入射し、入射プリズム１３６の斜面で斜め下向きに反射され、副走査方向において可動ミラー面で集束する集束光束として振動ミラーモジュール１３０に入射される。

図１７には、被走査面におけるビームスポットの配列を示す。上記したように半導体レーザ１０１を傾けて装着することにより副走査方向のビームスポット間隔Ｐを設定する。ビームスポット間隔Ｐは、後述する第１、第２の走査レンズ１１６、１１７を含め光源から被走査面に至る全系の副走査方向の倍率β、２つの光源間のピッチｐを用いて、
Ｐ＝β・ｐ・ｓｉｎφ
で表され、後述するように、転写ベルト上に形成されるラインの傾き補正量に応じてピッチＰを調整することができる。

図１ないし図４において、振動ミラーモジュール１３０はねじり梁の方向が光軸方向に合うように、フレーム底面側に設けられた段付きの角穴１０４の裏側より基体２１２の外縁を基準に位置決めされ、段差部に鍔面を突き当てて可動ミラー面の位置を合わせている。実施例の場合、均等間隔に３つの振動ミラーモジュールが単一のフレーム部材１０２により位置決めされる。各振動ミラーモジュールはプリント基板１１２に、基体底面から突出したリード端子を各々スルーホールに挿入して半田付けし、フレーム部材１０２の下側開口をふさぐように基板上面を当接して固定すると同時に、回路接続がなされる。プリント基板１１２には半導体レーザの駆動回路、可動ミラーの駆動回路を構成する電子部品、および同期検知センサ１１３が実装されており、外部回路との配線が一括してなされる。一端をプリント基板に結線されたケーブル１１５は半導体レーザのリード端子と接続される。

フレーム部材１０２の上面は角穴１０４の裏側に設けられた各振動ミラーモジュールのミラー法線方向の突き当て面と平行な面となし、走査レンズを収納するハウジング１０６の底面より突出した２本の突起１３５をフレーム部材の係合穴に挿入して同面上での位置決めを行い、４隅をネジ止めして配備される。実施例では、ネジ１３７はフレーム部材の貫通穴を介してプリント基板１１２に螺合され、フレーム部材を挟むように３身一体で結合され、この後に上記半田付けがなされる。

ハウジング１０６には結像手段を構成する第１の走査レンズ１１６、第２の走査レンズ１１７が主走査方向に配列され、各々の走査領域がわずかに重なるように位置決めされて一体的に保持される。第１の走査レンズ１１６は副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起１２０、および両端を係合して光軸方向の位置決めを行う平押面１１９を入射面側、出射面側各々に備えている。ハウジングに一体形成された溝１２２に第１の走査レンズ１１６の突起１２０を係合し、一対の切欠１２１の各々に上記走査レンズ１１６の各端の平押面１１９を挿入し、波板バネ１４３で入射面側に押し付け同面内での姿勢を保持することで、光軸と直交する同一面に走査レンズ同士の相対的な配置を合わせ、副走査方向基準面をハウジングから突出した一対の突起１４２の先端に突き当てることで、光軸と直交する面内での位置決めがなされて副走査方向の設置高さが決定され、カバー１３８と一体形成された板バネ１４１で押圧支持される。

一方、第２の走査レンズ１１７は、同様に副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起１２３、両端に光軸方向の位置決めを行う平押面１４４を備えている。ハウジングに一体形成された溝１２２に上記突起１２３を係合し、切欠１２１に平押面１４４を挿入し、波板バネ１４３で出射面側に押し付けて走査レンズ１１７の姿勢を保持するとともに、副走査方向基準面をハウジングから突出した突起１４５および１４６の先端に突き当てて設置高さを位置決めし、カバー１３８と一体形成された板バネ１４１で押圧支持される。符号１４７はカバー１３８を固定するネジである。

同期検知センサ１１３（例えば、ピンフォトダイオードからなる）は隣接する振動ミラー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計４箇所に実装されている。第２の走査レンズ１１７の射出面側には各レンズの走査領域間にＶ字状の高輝アルミ薄板１２７を貼り付けてなるミラー受部１２８がハウジングに形成され、高輝アルミ薄板１２７によって反射した光ビームが走査領域間に形成された開口部１２９、およびフレーム部材の矩形穴を通って各々の同期検知センサへ導かれるよう、隣接する光走査手段の走査開始側と走査終端側に対応した反射面が向かい合って配置されている。カバー１３８には光ビームが通過する開口１３９が形成され、ハウジング１０６上面を密閉するようネジ止めして、前記したように板バネ１４１により走査レンズを各当接部位に確実に突き当たるように押圧している。

図１１は、本発明にかかる光走査装置を用いた画像形成装置の例において、感光体ドラムとの位置決め方法を表す図である。上記したフレーム部材１０２、ハウジング１０６はガラス繊維強化樹脂やアルミダイキャスト等で成形され、ハウジング１０６の奥側面、図１では手前側側面、には一対の位置決めピン１３１が形成される。こうして、完成された光走査装置ユニット６５０、６５１、６５２、６５３は、図では下向きにビームを照射するため、図１とは前後左右が反転した姿勢で取付けられる。また、ハウジング１０６の前側面、図１では奥側側面には、段曲げされた面板１３２がねじ固定され、主走査方向に対向して配置された側板６３２、６３３を架橋して設けられたガイド板６３４に沿って前側板６３２側から挿入され、上記位置決めピン１３１を奥側板の位置決め穴６３７（一方を基準穴、もう一方を長穴）に嵌合し、また、面板１３２に立設された位置決めピン１３３を前側板６３２の位置決め穴６３８に嵌合して面板１３２を当接し、ねじ止めして固定している。この際、位置決め穴６３８を長穴にしておけば、ハウジングの長手方向と感光体軸との傾きを調節することもでき、これによって走査ラインの傾きを補正することができる。

面板の切欠き６３９からはプリント基板１１２のコネクタ６４０を覗かせ、装着後に配線接続を行なう。固定側板６３２、６３３は板金で成形され、各々には感光体ドラムの軸受６３６を位置決めするための切欠６３５が形成され、この切欠６３５に上記軸受け６３６を係合させて、感光体ドラム同士の配置精度およびハウジング１０６との配置を保って支持できるようになっている。

図１９は隣接する光走査手段におけるライン像の継ぎ目補正方法を表す図である。実施例では、各々の書出し位置の差が０となるように合わせている。いま、隣接する光走査手段の記録位置がＤだけずれている場合を想定する。Ｄ＝０となるように補正すればよい。その補正手段としては、まず、走査ラインの書き出しタイミングを、ラインピッチｐ単位で補正する。具体的には、画像データを読み出す同期検知信号の選択により、タイミングを１周期Ｔのｋ倍（ｋ・Ｔ）毎にずらす。ここで、ｋは自然数で、Ｌ−ｋ・ｐが最も０に近いｋを選択する。次に、残りの分を、振動ミラーの振幅位相を１周期Ｔの１／ｎ倍（Ｔ／ｎ）毎にずらして、ｐ／ｎ単位で補正する。ここで、ｎは自然数で、Ｌ−（ｋ＋１／ｎ）・ｐが最も０に近いｎを選択すればよい。このようにして転写ベルト上において隣接する領域に記録されるライン像を繋ぎ合わせることができる。

図９には、副走査方向における各ビームスポットの強度分布と、これにより形成される静電潜像の電位分布を示す。図中、左右が副走査方向であり、１画素分のドットに相当する平面、断面図を示す。左が第１の発光源からのビームによる電位分布、右が第２の発光源からのビームによる電位分布である。図９からわかるように、各ビームスポットが近接された状態においては、それによって形成される電位分布は各ビームスポットのプロフィール（光量）が合成された形で一様な分布として再現され、各ビームスポットの光量が同一であれば、ちょうど中間位置を重心とした分布となる（図９（ａ）参照）。また、各ビームスポットの光量が異なる場合（図９（ｂ）参照）、潜像径が異なる２つの分布が複合されることで、中間位置から光量が高いほうに重心が片寄った分布となる。こうして形成された電位分布の現像バイアス電位よりも高い部分に帯電したトナーが吸引され付着されてドットが形成され、各々の光量をバランスさせることにより、任意の重心位置に対して均一のドット径ｄ０とすることができる。

従って、各ビームスポットの光量の比を変えることにより各ライン間をまたがって潜像の重心位置を移動すれば、走査方向からピッチＰ分だけ傾けて１ビームで走査したときと同一幅のラインが形成できることになる。これにより、走査ラインが傾いていてもメカ的な機構を用いずに傾きを補正することができる。

図１８は、一例として、記録されるラインの傾きを走査ラインに対して右下がりに補正する例を示す。ラインの傾き補正量Δθは、図１１に示すように、各色に対応した光走査装置により転写ベルト上に形成された検出パターン（トナー像）に向けて、発光ダイオード６３０から投射したビームの反射光をピンフォトダイオード６３１で受光するレジストずれ検出手段６２９をベルトの両端に配置することにより、基準色に対する相対的な偏差として検出する。この検出結果に基づき、第１、第２のビームピッチＰを、ラインの傾き補正量Δθに応じて走査幅Ｌを用い、
Ｐ＝Ｌ・ｔａｎΔθ
となるように、上記した方法により設定し、走査開始端では第２のビームの光量を最大、第１のビームを０、また、走査終端では、第１のビームを最大、第２のビームを０とし、第２のビームの光量が単調に増加するように、また、第２のビームの光量が単調に減少するように可変するとともに、走査方向の各位置で各々の光量の和が一定となるようにすることで、図中太線で示すように走査方向に対して、潜像の重心の軌跡が走査ラインに対して右上がりに斜めに形成されるようにしている。隣接する領域についても同様に補正することにより、各々記録されるラインは平行に揃えられ、転写ベルト上では斜めに繋ぎ合わされて、傾いたラインを形成することができる。

ところで、光量はビーム強度と点灯時間との積で表され、上記の如く潜像を形成するには、以下のいずれかの方法を用いてもよい。
１・ビーム強度を可変する
２．ビームのパルス幅を可変する
詳細については、後述する半導体レーザの駆動制御にて説明するが、実施例では、階段状に近似して光量を可変している。なお、レジストずれ検出手段６２９では、各色間の傾きずれと同時にレジストずれ（平行シフト分）も検出できるが、これは、上記した隣接する光走査手段におけるライン像の継ぎ目補正方法を、光走査装置間に適用すればよく、同様に補正することができる。

図５は、本発明にかかる画像形成装置の実施例を示す。この実施例は、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色ずつ画像形成し、転写ベルト５０１の回転につれて各感光体ドラム５０４の画像が重ねられ、フルカラーの画像を形成することが可能なタンデム方式のカラーレーザプリンタの例で、４つの光走査装置が、光ビームの射出方向が下向きとなるよう配備されている。転写ベルト５０１は駆動ローラと２本の従動ローラとで支持され、移動方向に沿って均等間隔で各感光体ドラム５０４が配列されている。それぞれの感光体ドラムの周囲にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応したトナーを補給する現像ローラ５０２およびトナーホッパ部５０３、そして、転写された後の残トナーをブレードで掻き取り備蓄するクリーニング部５０８が一体的に配備されている。

各色画像は、転写ベルト５０１端に形成されたレジストマーク（図１１参照）を検出するセンサ５０５の信号をトリガとして副走査方向の書き出しタイミングをずらして各光走査装置５００によって、各感光体ドラム５０４が光走査され、各感光体ドラム５０４に静電潜像が形成される。各感光体ドラム５０４の潜像は、現像部にて各色画像に対応したトナーをのせることにより、トナー像として現像され、各トナー像は転写ベルト５０１上で順次重ねられていく。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。

各光走査装置５００は上記したように複数の光走査手段の走査線をつなぎ合わせて１ラインを形成する。１ラインの総ドット数Ｌを３分割し、画像始端から各々１〜Ｌ１、Ｌ１＋１〜Ｌ２、Ｌ２＋１〜Ｌドットを割り当てて印字するが、実施例では各走査領域が感光体上で数ｍｍ重なるようにオーバーラップ領域を設け、割り当てる画素数Ｌ１、Ｌ２を固定せず、各色で異なるようにすることで、同一ラインを構成する各色の走査線の継ぎ目が重ならないようにして走査領域の境界をより目立ち難くしている。

画像データは、上記したように主走査方向に３分割され、光走査手段毎にビットマップメモリに保存され、振動ミラーモジュール毎にラスター展開がなされラインデータとしてバッファに保存される。上記ビットマップメモリから上記バッファを経て、図６に示す書込制御部に画像データ入力ラインから入力されるようになっている。上記バッファに保存されたラインデータは各同期検知信号をトリガとして読み出され個別に画像記録が行われる。また、後述するように書き出しタイミングを各々設定することで書き出し始端のレジストが合わせられる。

なお、実施例では、各振動ミラーの共振ピークは異なっても、印加電圧のゲインを可変することによって所定の帯域において振れ角を一致させ共通の駆動周波数で走査するようにしている。環境温度の変化でバネ定数が変化し共振帯域が一様にシフトするが、それに対応して駆動周波数を選択し直す場合にも、共通の駆動周波数を与え、走査周波数を各振動ミラーモジュールで共通とすることで、各領域の終端まで各ラインのレジストを一致させることができる。

図６は 半導体レーザ、可動ミラーの駆動制御を表すブロック図を示す。駆動パルス生成部６０１は、基準クロックをプログラマブル分周器で分周し、上記したように可動ミラーの振幅に合わせたタイミングで電圧パルスが印加されるようパルス列を生成し、ＰＬＬ回路によって各振動ミラーモジュール間で所定の位相遅れδを持たせ、この位相遅れを持ったパルスが各可動ミラーの駆動部６０２に与えられ、電極の各々に電圧が印加される。
ここで、振動ミラー間の相対的な位相遅れδを、1走査ラインピッチｐを用いて
δ＝（１／ｆｄ）・｛（Δｙ／ｐ）−ｎ｝
ｎは（Δｙ／ｐ）−ｎ＜１ を満足する自然数
となるように与えれば、継ぎ目における位置ずれは１走査ラインピッチの整数倍となり、振動ミラーの１周期おきの書き出しタイミング補正、つまりｎライン周期分ずらして書き出すことにより、副走査方向のレジストずれΔｙを無効化することができ、継ぎ目の位置ずれのない高品位な画像が得られる。

実施例において同期検知センサ６０４、終端検知センサ６０５はプリント基板上に配備されるが、検出面は被走査面に到達する光路長と等しい位置に配置されている。
図８に、その検出部の詳細を示す。検出部は、主走査方向に垂直に配置したフォトダイオード８０１と非垂直なフォトダイオード８０２を有し、フォトダイオード８０１のエッジを光ビームが通過した際に同期検知信号、または終端検知信号を発生し、フォトダイオード８０１からフォトダイオード８０２に至る時間差Δｔを計測することで、上記レジストずれの主要因である副走査方向の走査位置ずれΔｙを被走査面である感光体上に相当する計測値として検出することができる。
なお、Δｙはセンサ部８０２の傾斜角γ、光ビームの走査速度Ｖを用いて
Δｙ＝（Ｖ／ｔａｎγ）・Δｔ
で表され、Δｔが一定であれば走査位置ずれが生じていないことになる。実施例では、この時間差を走査位置ずれ演算部６１０で監視することで走査位置ずれを検出し、Δｔ基準値に合うよう振動ミラー間の位相を常時可変することにより補正を行うことができる。

主走査方向においては、後述するように、各画像領域における走査速度のずれを、
１）各振動ミラーへ印加する電圧パルスのゲイン調整により振れ角（振幅）を所定値に合わせる。
また、隣接する画像領域の継ぎ目位置ずれを、
２）可動ミラーの駆動周波数に対応して画素クロックをシフトすることで画像幅の倍率を可変し走査終端と、隣接する光走査装置の走査開始端との継ぎ目を合わせる、
ことにより補正することができる。

振動ミラーには基本的に画像記録およびその準備期間以外は駆動電圧が印加されない。電源投入時および待機状態から起動する際にはプログラマブル分周器で連続的に分周比を変えることで駆動周波数ｆｄを高周波側から可変して励振し、振幅演算部６０９からの出力により、実施例では同期検知センサ６０４、走査角−θ０となる近傍に配置された終端検知センサ６０５とでビームを検出し、この同期検知信号と終端検知信号との時間差Ｔを振幅演算部６０９で計測することで、可動ミラーの振れ角（振幅θ０）を検出する。いま、センサで検出される光ビームの走査角をθｄ、画像中央からの走査時間をｔ、可動ミラーの駆動周波数をｆｄとすると
θｄ／θ０＝ｓｉｎ２π・ｆｄ・ｔ 、ｔ＝Ｔ／２
で与えられる。

この時間差Ｔがあらかじめ定められた基準値Ｔ０に達するまで印加する電圧パルスのゲインを可変することによって振れ角を補正する。この補正は、各環境下で定期的、例えばジョブ間で行われる。画像記録中にこの補正を行うと画像の主走査端がゆらいでしまうため、記録中は同一値を保持するようにしている。また、実施例では複数の振動ミラーを有するが、共通の駆動周波数を選択し、かつゲインの基準値を揃えることで、各振動ミラー間の振れ角が一致するようにしている。上記補正は振動ミラーモジュールの各々で行われる。実施例では３つの光走査手段から構成されるので、全ての補正が終了した後に印字動作を可能としている。

次に半導体レーザの駆動制御について説明する。上記したように、往復走査で潜像のラインピッチを均一にするには、ビーム強度を可変するか、ビームのパルス幅を可変する必要がある。そこで、第１の実施例として、ビーム強度の可変方法について説明する。

図２１は、半導体レーザへの印加電流に対するビーム強度を示す。ビーム強度はしきい値電流を超えると印加電流に比例して増加する。従って、このしきい値電流Ｉｔｈから所定のビーム強度を得る最大電流Ｉｍまでの差Ｉｍ−Ｉｔｈをｎ分割し、実施例では２５５分割し、可変データ基づいて段階的に駆動電流を可変すればよい。上記したように、一方の発光源には、同期検知信号をトリガとして、主走査方向の書込開始から書込終端にかけてＩｔｈまでＩｍを徐々に減少させ、もう一方の発光源には、書込開始から書込終端にかけてＩｍをＩｔｈから徐々に増加させる。

ところで、一般的に、ＬＤ駆動部６０６では、半導体レーザからのモニタ信号によりビーム強度が一定となるよう駆動電流を加減するフィードバック制御がなされる。これは、ケース温度の変化に伴いＩｔｈや同一のビーム強度を射出するＩｍが変化するためで、この制御を行なわないと、低温状態と高温状態とでビーム強度が変化して画像濃度が異なるという不具合が生じる。そこで、実施例では、あらかじめ定められたモニタ信号の出力値が得られる駆動電流Ｉｍ‘の変化分をしきい値電流のバイアス分ΔＩｔｈとして一律に駆動電流に加算することで対処している。

次に、第２の実施例におけるビームのパルス幅（画素クロックｆｍ）の可変方法について説明する。
クロックパルス生成部６０７は、可変データに基づいて基準クロックｆ０をプログラマブル分周器で分周した分周クロックをカウントして、ｋクロック分の長さのパルス幅を有するＰＬＬ基準信号ｆａを形成し、ＰＬＬ回路において基準クロックｆ０との位相を選択して画素クロックｆｋを発生する。当然、パルス幅が長ければ形成される潜像の径は大きくなり、短ければ小さくなる。従って、パルス幅を主走査に沿って段階的に切りかえることで可変データに基づいた任意な径の潜像が形成できる。上記と同様、一方の発光源を、同期検知信号をトリガとして、主走査方向の書込開始から書込終端にかけて１画素に相当する潜像径から減少させ、もう一方の発光源を、書込開始から書込終端にかけて１画素に相当する潜像径まで増加させる。

ところで、可動ミラーは共振振動されるため、走査角θがｓｉｎ波状に変化する。一方、被走査面である感光体ドラム面では均一間隔で主走査ドットを印字する必要があり、上記した走査レンズの結像特性は単位走査角あたりの走査距離ｄＨ／ｄθがｓｉｎ^-1θ／θ０に比例するように、つまり、画像中央で遅く周辺に行くに従って加速度的に速くなるように光線の向きを補正しなければならず、中央部から周辺部にかけて結像点を遠ざけるようにパワー配分された走査レンズが用いられる。それに伴ってビームスポット径も太ってしまうため、均一なビームスポットを得る上で、最大振幅θ０に対して有効走査領域θｓを広げるには限界がある。

そこで、実施例では、図１０に示すように、振幅による走査速度の変化に対抗して各画素に対応する位相が書込開始から書込終端にかけて進んだ状態から段階的に遅れるようにすると同時に、各画素のパルス幅が書込開始から画像中央に至る領域では長い状態から段階的に短くなるように、画像中央から書込終端に至る領域では長くなるように、画素クロックｆｍをＬＤ駆動部６０６に与え、電気的な補正を付加することで、走査レンズの負担を軽減し、走査効率を向上させている。こうした制御は、各画素に対応したドット径が均一になるようにパルス幅とその位相を設定するものであるから、ここで設定された１画素に相当するパルス幅を比例配分したパルスを生成することにより、上記した潜像径の可変があっても、新たに制御回路を付加することもなく容易に対応できる。

なお、実施例では、半導体レーザを２つの発光源を有する半導体レーザアレイとしたが、この限りではなく、単一発光源の半導体レーザからのビームを合成しても、また、２以上の発光源を用いてもよい。

本発明は、偏向器として、往復振動する可動ミラーを用いた光走査装置に適用可能なものであり、光走査装置を用いた複写機、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置に適用することができる。

本発明にかかる光走査装置の実施例を示す分解斜視図である。 同上光走査装置の組み立て状態を示す斜視図である。 本発明にかかる光走査装置に用いることができる振動ミラーモジュールの詳細を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面断面図、（ｄ）は底面図である。 上記光走査装置の実施例を示す側面断面図である。 本発明にかかる画像形成装置の実施例を示す正面図である。 本発明にかかる光走査装置に適用可能な制御回路の例を示すブロック図である。 偏向ミラーにおける温度に対する共振周波数の変動を示すグラフである。 本発明に適用可能な同期検出部の例を示す光学配置図である。 副走査方向における各ビームスポットの強度分布と、これにより形成される静電潜像の電位分布を示す図である。 可動ミラーを駆動するために複数の電極に印加するパルス幅および位相差の例を示すグラフである。 本発明にかかる光走査装置を画像形成装置に組み付けるための具体例を示す分解斜視図である。 可動ミラーの振れ角に対応して各電極に発生する静電トルクの様子を示すグラフである。 振幅に対する各固定電極への印加パルスのタイミングを示すグラフである。 可動ミラーの走査周波数に対する振れ角の特性を示すグラフである。 可動ミラーを駆動するための電極の例を示す断面図である。 本発明にかかる偏向ミラーに適用可能な電極構造の別の例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は電極構造のさらに別の例を示す底面図である。 被走査面におけるビームスポットの配列例を示す概念図である。 本発明にかかる光走査装置において記録されるラインの傾きを走査ラインに対して補正する例を示す概念図である。 隣接する光走査手段におけるライン像の継ぎ目補正方法の例を示す概念図である。 本発明にかかる光走査装置に適用可能な光源取り付け構造の例を示す分解斜視図である。 半導体レーザへの印加電流に対するビーム強度の例を示すグラフである。 可動ミラーが駆動されるときの可動ミラー面のうねりの様子を示す概念図である。 可動ミラー基板に生じる曲げ応力の分布を示すグラフである。 本発明にかかる偏向ミラーの実施例における静電トルクの分布を示すグラフである。 本発明のかかる偏向ミラーの別の実施例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。

符号の説明

２０２ 可動ミラー
２０８ ねじり梁
２０３ 固定電極
２０４ 固定電極可動電極
２０６ Ｓｉ基板
２０７ Ｓｉ基板
２１１ 可動電極
２１２ 可動電極
２４５ 透過窓

Claims (12)

1. 光ビームを偏向する可動ミラーと、可動ミラーと連結され回転軸心を規定するねじり梁と、可動ミラーの少なくとも一部に回転トルクを発生するミラー揺動手段と、を有する偏向ミラーにおいて、
   上記ミラー揺動手段は、上記可動ミラーの振れ角に応じて静電引力を発生する電極対を、可動ミラーの面内で回転軸と直交する方向に順次切り換えて振幅駆動することを特徴とする偏向ミラー。
2. 上記静電引力を発生する電極対を、可動ミラーの面内で回転軸と直交する方向に沿って複数領域に分割して備え、個別に静電引力を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の偏向ミラー。
3. 上記静電引力を発生する電極対の複数領域のうち、少なくとも隣接する領域における静電引力を発生可能な振れ角範囲がオーバーラップするようにしたことを特徴とする請求項２記載の偏向ミラー。
4. 上記静電引力を発生する電極対の複数領域は、各々の静電トルクを発生可能な振れ角範囲内で、パルス状に静電引力を発生させることを特徴とする請求項２記載の偏向ミラー。
5. 上記静電引力の発生タイミングを、各々の静電トルクを発生可能な振れ角範囲内で、可変としてなることを特徴とする請求項４記載の偏向ミラー。
6. 上記ミラー揺動手段は、可動ミラーの振れ角が小さいほど回転軸から離隔した電極対において静電引力を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の偏向ミラー。
7. 上記可動ミラーの回転軸から離隔した部位とねじり梁の一端とを連結する連結梁を備え、この連結梁に沿って静電引力を発生する電極対を設けたことを特徴とする請求項１記載の偏向ミラー。
8. 上記可動ミラーとミラー揺動手段とを単一のＳｉ基板により形成してなることを特徴とする請求項１記載の偏向ミラー。
9. 可動ミラーに入出射する光ビームの透過窓を有する封止手段と、上記静電引力を発生する電極対に接続され封止された内外を貫通する端子手段と、を備える減圧容器内に上記偏向ミラーが収容されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の偏向ミラー。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の偏向ミラーと、偏向ミラーに向けて光ビームを射出する光源手段と、偏向ミラーにより往復走査された光ビームを被走査面に結像する結像手段と、を有する光走査装置。
11. 請求項１０記載の光走査装置を複数備え、各光走査装置により走査される被走査領域を走査方向に繋ぎ合わせて画像を形成することを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１０乃至１１のいずれかに記載の光走査装置と、光走査装置により光走査されて静電潜像を形成する像担持体と、像担持体に形成された潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、トナーにより顕像化された像を記録媒体に転写する転写手段とを有する画像形成装置。

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