JP2006119198A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光走査機構の構成の小型化を図れるとともに、光反射部材の前面に設けた保護用の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（第１光学部材）１の前面に、保護用の光透過部材（第２光学部材）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部材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部材２を介して感光体１３を走査する。光透過部材２は、マイクロミラー１を保護する機能と光学レンズの機能とを有している。光透過部材２の光学レンズの機能により、光走査機構に設けるべき光学部材の点数を低減できるとともに、レーザ光源１１からのレーザ光の光透過部材２における反射光Ｂは感光体１３に照射されず、マイクロミラー１における反射光Ｃのみが感光体１３に照射される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光を反射する光反射部材の前面に、該光反射部材の保護機能と光学レンズ機能とを有した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（例えば、特許文献１参照）。

図６は、光学装置３０を用いたレーザ光走査機構の従来の構成を示す図である。ポリゴンミラーまたはマイクロミラーなどのミラーを有する光学装置３０の光入射側には、レーザ光を出射するレーザ光源３１、レーザ光源３１からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ３２が配設されている。また、光学装置３０の光反射側には、所定方向に回転する感光体３３に結像するための主レンズ３４，反射板３５が配設されている。そして、コリメータレンズ３２を介した平行レーザ光が光学装置３０内のミラーに照射され、ミラーが回転または揺動することにより、この照射レーザ光が感光体３３表面上でプリント幅に走査される。この主レンズ３４は、感光体３３表面上にレーザ光を合焦させるための焦点レンズとしての機能と、ミラーによる円弧状のレーザ走査光を直線状のレーザ走査光に補正するためのｆ−θレンズ（ミラーがポリゴンミラーの場合）またはｓｉｎ^-1θレンズ（ミラーがマイクロミラーの場合）としての機能とを併せ持っている。

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マイクロミラーが揺動できるように、光学装置３０は、入射用／出射用の光透過板を設けた真空容器内にマイクロミラーを収納した構成とすることが一般的である（例えば、特許文献２参照）。図７は、従来の光学装置３０の構成を示す図である。

図７において、２３は基台であり、基台２３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２１を収納している真空容器２４が設けられている。シリコン基板２１ａ上にヒンジ台２１ｂ，２１ｃを形成し、更にヒンジ台２１ｂ，２１ｃの上にヨーク２１ｄを揺動可能に支持するヒンジ２１ｅ，２１ｆを延設して、マイクロミラー２１は構成されている。また、マイクロミラー２１の前面側の真空容器２４には、表面全域が平坦である平板状のガラス板からなる光透過板２２が気密的に設けられている。このような構成の光学装置３０にあっては、入射されたレーザ光を、光透過板２２を透過して揺動するマイクロミラー２１（ヨーク２１ｄ）で反射させ、その反射光を光透過板２２を透過して出射する。
特開平１１−３０５１５９号公報 特開平６−１８０４２８号公報

光走査素子としてマイクロミラーを用いるレーザ光走査機構では、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に比べて小型の構成であるが、ユーザの利便性向上を図るために、更なる小型化が望まれている。

図８（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概略図であり、図８において、図６，図７と同一部分には同じ番号を付している。レーザ光源３１からのレーザ光の一部は、光透過板２２で反射する。ここで、光透過板２２が単なる平板状のガラス板で構成されているため、マイクロミラー２１及び光透過板２２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２２での反射光（図８での一点鎖線Ａ）が感光体３３に照射されることになり、この光透過板２２での反射光がノイズとなる。よって、光透過板２２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２２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２２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。

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、光走査機構の小型の構成を実現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、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と共に光学レンズの機能を有する透光性の第２光学部材とを備え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、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機能を有し、前記第１光学部材への入射光を透過する表面が平坦な第１部分、及び前記第１光学部材からの反射光を透過させる光学レンズの機能を持つ第２部分を有する第２光学部材とを備え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４に係る光学装置は、請求項１乃至３の何れかにおいて、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。

本発明の請求項５に係る光学装置は、一面に開口部が設けられているケーシングと、該ケーシング内に揺動可能に収納され、入射光を反射する第１光学部材と、前記開口部に取り付けられており、光学レンズの機能を有する透光性の第２光学部材とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項６に係る光学装置は、一面に開口部が設けられているケーシングと、該ケーシング内に揺動可能に収納され、入射光を反射する第１光学部材と、前記開口部に取り付けられており、表面が平坦な第１部分、及び光学レンズの機能を持つ第２部分を有する透光性の第２光学部材とを備え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光学部材の光入射側に、第１光学部材を保護すると共に光学レンズの機能を有する透光性の第２光学部材を設けている。この第２光学部材は、光学レンズの機能として、図６で示した主レンズ３４が果たす機能を有している。よって、従来例のような主レンズ３４を光路中に設ける必要がなくなり、光走査機構は小型化する。

また、この第２光学部材は、第１光学部材で反射されて自身を透過する光の出射方向と、自身で反射する出射光の方向とを異ならせる機能を有している。よって、第１光学部材での反射光と第２光学部材での反射光とが同じ方向に進まず、第２光学部材での反射光の影響を受けることなく、第１光学部材で反射された光のみが感光体に照射される。このような機能を果たすために、第２光学部材は、第１光学部材への入射光を透過する表面が平坦な第１部分と、第１光学部材からの反射光を透過させ、レンズ機能を持った第２部分とを有している。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の光学装置１０を用いたレーザ光走査機構におけるレーザ光の光路を示す概略図であり、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部材、１１はレーザ光を発するレーザ光源、１３はレーザ光が走査される感光体である。

光透過部材２は、その表面が平坦面をなす第１部分としての入光部２ａと、レンズ機能を持つ第２部分としての出光部２ｂとを有する。図２は、光学装置１０におけるレーザ光の光路を示す概略図である。矢符で示すように、外部からのレーザ光は入光部２ａを透過してマイクロミラー１に照射され、そのマイクロミラー１での反射光は出光部２ｂを透過して外部へ出射される。

光透過部材２での反射光（図１での一点鎖線Ｂ）は、感光体１３の設置域外に進んで感光体１３に照射されず、マイクロミラー１での反射光（図１での二点鎖線Ｃ）は感光体１３に照射される。よって、簡単な構成にて、光透過部材２での反射光の影響が除去される。

また、本発明にあっては、光透過部材等の第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光学部材の光入射側に、第１光学部材を保護すると共に光学レンズの機能を有する透光性の第２光学部材を設けるようにしたので、具体的には、第１光学部材への入射光を透過する表面が平坦な第１部分と第１光学部材からの反射光を透過するレンズ機能を持つ第２部分とからなる第２光学部材を設けるようにしたので、主レンズを設ける必要がなくなるため、光走査機構に設けるべき光学部材の点数を低減できて機構の小型化を実現できると共に、第１光学部材での反射光と第２光学部材での反射光とは同じ方向に進まないため、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３は、本発明に係る光学装置１０の構成を示す図である。

図３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の開口部４ａには、例えばガラス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部材２が気密的に設けられている。光透過部材２は、その表面が平坦面である入光部２ａと、レンズ機能を持つ出光部２ｂとを有する。外部からのレーザ光は、入光部２ａに入射して、その一部は反射し、残りの部分のレーザ光は入光部２ａを透過して、マイクロミラー１（ヨーク１ｄ）に照射され、その反射光は走査レーザ光となって、出光部２ｂを透過して外部へ出射されるようになっている。

図２に示すように光透過部材２は、光学レンズの機能を有しており、具体的には、光を所望位置に合焦させるための焦点レンズとしての機能と、円弧状のレーザ走査光を直線状のレーザ走査光に補正するためのｆ−θレンズまたはｓｉｎ^-1θレンズとしての機能とを有している。このような光学レンズの機能は、従来例における主レンズ３４（図６参照）が有する機能と同じである。また、光透過部材２は、光学レンズの機能として、自身の表面での反射光が進む方向と、マイクロミラー１での反射光が進む方向とを異ならせる機能を有している（図１参照）。

図４は、上述したような本発明の光学装置１０を用いたレーザ光走査機構の構成を示す図である。マイクロミラー１を有する光学装置１０の光入射側には、レーザ光を出射するレーザ光源１１、レーザ光源１１からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ１２が配設されている。また、光学装置１０の光反射側には、反射板１５が配設されている。そして、コリメータレンズ１２を介した平行レーザ光が光学装置１０内のマイクロミラー１（ヨーク１ｄ）に照射され、マイクロミラー１（ヨーク１ｄ）が揺動することにより、この照射レーザ光が感光体１３表面上でプリント幅に走査される。

本発明では、従来例の主レンズ３４（図６参照）が有する機能を光透過部材２に持たせているので、図４に示すように主レンズ３４（図６参照）を設ける必要がなく、図６に示す従来例と比べてレーザ光走査機構の構成を小型化することが可能である。

レーザ光源１１から発せられたレーザ光を、光透過部材２（入光部２ａ）を透過させ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部材２（出光部２ｂ）を透過させて感光体１３に照射させることにより、感光体１３に対するレーザ光の走査を行っているが、光透過部材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。図１に示したように、光透過部材２での反射光は、マイクロミラー１での反射光とは異なる方向に進み、感光体１３に照射されることはない。この結果、光透過部材２での反射光は外乱とならず、レーザ光走査機構の安定動作を実現できる。

本発明では、マイクロミラー１に対して光透過部材２を傾斜させて設ける必要がなく、つまりマイクロミラー１と光透過部材２とを平行に配置できるため、マイクロミラー１と光透過部材２とを接近させても両者が接触する虞はなく、光学装置１０の小型化に支障がない。

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。

図５は、本発明に係る光源装置１０の他の実施の形態の構成を示す図である。図５において、図３と同一部分には同一番号を付している。図５に示す例では、光透過部材２はその表面がすべて曲面をなしている。このような例の光透過部材２でも、図３に示した光透過部材２と同様に、光学レンズの機能として、焦点レンズとしての機能と、ｆ−θレンズまたはｓｉｎ^-1θレンズとしての機能と、自身の表面での反射光が進む方向及びマイクロミラー１での反射光が進む方向を異ならせる機能とを有している。

なお、上述した例では、光透過部材の表面が曲面をなす部分で光学レンズの機能を持たせるようにしたが、光透過部材を非球面レンズで構成して光学レンズの機能を持たせることも可能である。また、真空容器の開口部に光透過部材を取り付けるようにしたが、これとは異なり、真空容器と光透過部材とを例えば樹脂などにより一体成型するようにしてもよい。また、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光学装置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光学装置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。

本発明の光学装置を用いたレーザ光走査機構におけるレーザ光の光路を示す概略図である。 本発明の光学装置におけるレーザ光の光路を示す概略図である。 本発明に係る光学装置の構成を示す図である。 本発明の光学装置を用いたレーザ光走査機構の構成を示す図である。 本発明に係る光源装置の他の実施の形態の構成を示す図である。 光学装置を用いたレーザ光走査機構の従来の構成を示す図である。 従来の光学装置の構成を示す図である。 従来の光学装置を用いたレーザ光走査機構におけるレーザ光の光路を示す概略図である。

符号の説明

１ マイクロミラー（第１光学部材）
２ 光透過部材（第２光学部材）
２ａ 入光部（第１部分）
２ｂ 出光部（第２部分）
３ 基台
４ 真空容器（ケーシング）
４ａ 開口部
１０ 光学装置
１１ レーザ光源
１３ 感光体

Claims (6)

1. 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と共に光学レンズの機能を有する透光性の第２光学部材とを備えることを特徴とする光学装置。
2. 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機能を有し、前記第１光学部材への入射光を透過する表面が平坦な第１部分、及び前記第１光学部材からの反射光を透過させる光学レンズの機能を持つ第２部分を有する第２光学部材とを備えることを特徴とする光学装置。
3. 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または２記載の光学装置。
4. 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乃至３の何れかに記載の光学装置。
5. 一面に開口部が設けられているケーシングと、該ケーシング内に揺動可能に収納され、入射光を反射する第１光学部材と、前記開口部に取り付けられており、光学レンズの機能を有する透光性の第２光学部材とを備えることを特徴とする光学装置。
6. 一面に開口部が設けられているケーシングと、該ケーシング内に揺動可能に収納され、入射光を反射する第１光学部材と、前記開口部に取り付けられており、表面が平坦な第１部分、及び光学レンズの機能を持つ第２部分を有する透光性の第２光学部材とを備えることを特徴とする光学装置。

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