JP2010002455A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじり振動する振動ミラーにより光を走査する光走査装置において振動ミラーのねじり振動軸が長くてもコンパクトな装置を提供する。
【解決手段】振動ミラー１０によって走査された光を９０度折り曲げる走査光反射ミラー５８を設けるとともに、走査レンズ５４を通過する走査光が形成する平面に対して、光源からの光を走査する振動ミラー１０のねじり振動軸を構成する梁３を平行に配置することで、ねじり振動軸が長くなっても装置の高さをコンパクトに抑えることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光を振動ミラーによって走査させ所定の像面上に結像させる光走査装置に関する。

レーザプリンタ等の画像形成装置は、レーザ光を走査することにより、感光体（感光ドラム）上に潜像を形成する。このようなレーザ光の走査は、レーザスキャニングユニットと呼ばれる光走査装置により実現される。レーザスキャニングユニットは、形成画像に応じて変調されて光源から出射されたレーザ光をミラーにより偏向し、偏向したレーザ光を感光体上にスポット状に結像する。この種のレーザスキャニングユニットに使用される偏向ミラーとして、複数の反射面を有するポリゴンミラーが広く知られている。ポリゴンミラーを備えるレーザスキャニングユニットは、モータ等の駆動手段によりポリゴンミラーを一方向に回転させることによりレーザ光を偏向する。

近年の書込速度高速化の要求に応じて、ポリゴンミラーの回転速度は高まっているが、ポリゴンミラーの回転数を高めると、風切音やモータの振動等に起因して発生する音が大きくなり静寂性を確保することが困難になる。また、ポリゴンミラーを備えるレーザスキャニングユニットは、モータ等の駆動手段を備える必要があるため、小型化や軽量化が困難であるという問題もある。このため、レーザスキャニングユニットに往復型の偏向ミラーが使用されることもある。

このような往復型の偏向ミラーとして振動ミラーが知られている。この振動ミラーは、レーザ光の走査方向に対して垂直方向に配置されたねじり回転軸を有する機械的振動子により構成されている。そして、振動子に支持されたミラーを往復振動させることでレーザ光を走査させる。

近年、このような振動ミラーの製造に半導体製造技術が適用されるようになっている。このような振動ミラーは、単結晶シリコン基板等の半導体基板を加工することにより形成され、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動ミラーとして注目されている（例えば、特許文献１、２等参照。）。
特開２００３−８４２２６号公報 特開２００１−３０５４７２号公報

しかしながら、上述のような半導体製造技術を適用したＭＥＭＳ振動ミラーを製造するためには、リソグラフィ装置等の非常に高価な製造設備が必要であり、低コストで製造することが困難である。また、シリコン単結晶基板等の半導体基板を基材として形成されたＭＥＭＳ振動ミラーは、比較的容易にへき開するためハンドリングの際に破損しやすいという課題もある。

また、これに対し、金属材料を加工することにより、振動ミラーを形成することも可能である。しかしながら、金属材料はシリコン単結晶と比較すると許容応力が低いため、同一性能の振動ミラーを形成する場合、振動軸の長さを長くする必要があり、振動ミラーの外形サイズが大きくなってしまうという課題がある。

また、従来の通常の構成においては、ミラー素子によって走査した光をそのまま走査レンズを通過させるよう構成しているため、走査レンズを通過する走査光が形成する平面とミラー素子のねじり振動軸が垂直になっており、振動軸が長くなると装置の高さも高くなってしまうという課題があった。そして、金属疲労による劣化を避けるために応力を所定の大きさ以下に抑えた状態で共振周波数を高くしようとすると、振動ミラーのねじり振動軸を太く構成すると同時に振動軸の長さを長くする必要があり、光走査装置の外形サイズ（高さ）はさらに大きくなってしまうものである。

本発明は、このような実情を鑑みて従来の課題を解決するものであって、振動ミラーの振動軸が長い場合でも外形形状をコンパクトに構成できる光走査装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を採用している。

まず、本発明は、光を発する光源と、光を反射する面を有しており、その面に沿った一の線をねじり振動軸としたその軸回りにねじり振動し前記光源からの光をその面で反射しかつ走査するミラー素子と、前記ミラー素子によって走査されている光を像面上に結像するための走査レンズと、前記ミラー素子と前記走査レンズとの間に配置されており、前記ミラー素子によって走査されている光を反射する走査光反射ミラーとを備える光走査装置を前提としている。

そして、このような光走査装置において、前記走査光反射ミラーで反射した後の走査光が形成する平面と前記ミラー素子のねじり振動軸とが略平行であることを特徴とするものである。

あるいは、前述した、光源、ミラー素子、走査レンズ及び走査光反射ミラーと、前記光源と前記ミラー素子との間に配置され前記光源からの光を前記ミラー素子に向けて反射する光源光反射ミラーとを備え、前記走査光反射ミラーで反射した後の走査光が形成する平面に対して、前記光源から前記光源光反射ミラーへの光の光軸と前記ミラー素子のねじり振動軸とがともに略平行であることを特徴とするものであってもよい。

また、これらにおいて、ねじり振動するミラー素子を金属材料からなるねじり振動板を含んで構成されたものとしてもよい。

本発明は、ねじり振動軸の長いミラー素子を用いたときでも外形サイズのコンパクトな光走査装置を構成することができるという効果を奏する。

すなわち、本発明に係る構成によって、走査レンズを通過する走査光が形成する平面とミラー素子のねじり振動軸とを略平行にすることで、又は、走査レンズを通過する走査光が形成する平面に対して光源からの出射光の光軸もねじり振動軸もともに平行することで、ねじり振動軸が長くてもそのことは装置の高さに関わらないので、装置を、その高さをコンパクトに、構成できる。

また、ねじり振動するねじり振動板に、シリコン材料の場合と比較してねじり振動軸をより長くすることが必要である金属材料を用いることもできる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（レーザスキャニングユニットの構成）
まず、本発明の光走査装置の一例であるレーザスキャニングユニットの構成について説明する。

（レーザスキャニングユニットの第１実施形態）
図１は、当該レーザスキャニングユニットを示す概略構成図で、図１（ａ）は装置の平面図、図1（ｂ）は装置の正面図、図１（ｃ）は装置の側面図を示している。レーザスキャニングユニット５０は、光源５２、偏向器５３、走査レンズ５４、アパーチャ５５、シリンドリカルレンズ５６、光源光反射ミラー５７、走査光反射ミラー５８を筐体５１内に備える。

光源５２は、回路基板６３上に実装されたレーザダイオード６１と、コリメータレンズ６２とを備える一体のユニットとして構成されている。回路基板６３は、外部から入力される画像信号にしたがってレーザダイオード６１が出射するレーザ光の強度変調を行う。変調されたレーザ光はコリメータレンズ６２に入射される。コリメータレンズ６２は、円筒形状のガラスレンズからなり、レーザダイオード６１から出力されたレーザ光をコリメータレンズ６２の光軸と一致した略平行光に変換して出力する。なお、レーザダイオード６１の発光点は、コリメータレンズ６２の焦点に配置されている。

レーザ光は、光源５２から筐体５１の底面５１（ａ）に平行に出射されアパーチャ５５、シリンドリカルレンズ５６を通った後、光源光反射ミラー５７によって底面寄りに折り曲げられて偏向器５３の反射面に入射される。偏向器５３は、光源５２からのレーザ光を走査するためのねじり回転軸を有する振動ミラー１０と、当該振動ミラー１０を正弦的に往復振動させる駆動手段１１とにより構成されている。ここで、振動ミラー１０のねじり回転軸は筐体５１の底面５１（ａ）に平行に配置されている。シリンドリカルレンズ５６は、振動ミラー１０の反射面上に、レーザ光のねじり回転軸方向のみを収束させた状態でレーザ光を投影するよう構成されている。

偏向器５３により偏向されたレーザ光は筐体５１の底面５１（ａ）に対して垂直方向に扇状に走査された後、筐体５１の底面５１（ａ）に対して４５度傾いて設けられた走査光反射ミラー５８で反射されて筐体５１の底面５１（ａ）に対して平行に走査される。走査光はこの後、走査レンズ５４に入射される。ここでは、走査レンズ５４は、２枚のアクリルレンズにより構成されており、偏向器５３により偏向されたレーザ光を、感光体上の走査速度が略同一となる状態で感光体上にスポット状に結像させる。すなわち、走査レンズ５４は、正弦的に振動する反射ミラー１０により反射され、入射角が時間とともに三角関数的に変化するレーザ光を、感光体上に等間隔なスポット列として結像させるアークサインθレンズになっている。

従来の振動ミラーを用いたレーザスキャニングユニットにおいては、振動ミラーのねじり振動軸が筐体の底面に対して垂直に配置され、振動ミラーにより走査される光が筐体の底面に対して平行になるよう構成されているため、振動ミラーの振動軸が長くなると装置の高さが高くならざるを得なかった。

これに対して本発明の構成においては、振動ミラーのねじり振動軸を筐体の底面に対して略平行に配置するとともに、この振動ミラーにより走査される光の方向を９０度折り曲げる走査光反射ミラーによって、走査レンズを通過する走査光が筐体の底面に対して略平行な面内を走査するように配置している。即ち、走査光が形成する平面と振動ミラーのねじり振動軸とが略平行になるようにしている。

このため、振動ミラーのねじり振動軸が長くても装置の高さを小さく構成することができ、コンパクトな装置を提供できるものである。また、光源からのレーザ光についても筐体の底面に略平行に出射された光を光源光反射ミラーによって反射して振動ミラーに入射するよう構成しているため、光路をコンパクトに構成することができるものである。

（レーザスキャニングユニットの第２実施形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態におけるレーザスキャニングユニットを示す概略構成図である。

本実施の形態においては、第１の実施の形態における光源光反射ミラー５７のない構成で、光源５２、アパーチャ５５、シリンドリカルレンズ５６が偏向器５３の斜め上方に配置され、レーザ光が反射ミラーを経ずに直接偏向器５３の反射面に照射される構成となっている。この構成においても、上記と同様にして装置の高さを小さく構成することができるものである。

（振動ミラーの構成）
次に、本発明の光走査装置であるレーザスキャニングユニットに搭載される振動ミラー１０の構造について詳細に説明する。図２は、本実施形態の振動ミラー１０の構造を示す概略斜視図である。図２に示すように、振動ミラー１０は、後述するプレス加工により成形された振動子１と、ミラー５と、永久磁石６とを備え、これらはそれぞれ接着剤により貼り合わされて構成されている。

ここで、振動子１はチタン合金などの金属材料で構成され、ミラー５はシリコンやガラスなどの材料で構成されるが本実施例においてはシリコンが用いられている。振動子１は、ミラー５および永久磁石６が固定される支持部４が同一直線上に配置された２本の梁３により支持された構造を有する。梁３の他端は、振動子１として一体に成形された矩形状の枠体２に支持されており、振動子１は梁３をねじり回転軸として往復振動する。この往復振動は、永久磁石６に交番磁場を付与することで持続される。

永久磁石６に付与する交番磁場は、例えば、電磁石に交流電力を印加する駆動手段１１により生成できる。この場合、往復振動の周波数、すなわち、電磁石に印加する交流電力の周波数（以下、駆動周波数という。）と振動ミラー１の共振周波数とが一致していると、振動ミラー１０の駆動のための消費電力を小さくすることができる。振動ミラー１０が共振周波数で往復振動する場合、振動を維持するために必要な外力の大きさが最小になるからである。

振動ミラー１０を介してレーザ光を感光体上で走査させるレーザスキャニングユニットでは、駆動周波数は感光体上の記録密度および印字速度（感光体の送り速度）に密接に関係する。すなわち、駆動周波数ｆは、記録密度Ｄ（ｄｐｉ）、印字速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）により以下の式１で示される。

式１は、振動ミラー１０がねじり回転軸に対していずれの方向に回転している場合にも印字を行う往復印字を前提としている。振動ミラー１０がねじり回転軸に対して一方向に回転している場合にのみ印字を行う片方向印字の場合には、駆動周波数ｆは２倍になる。例えば、記録密度Ｄが６００ｄｐｉであり、印字速度Ｖが１８０ｍｍ／ｓｅｃである場合、駆動周波数ｆは、約２１２６Ｈｚ（往復印字）である。

また、以上の構造を有する振動ミラー１０の共振周波数ｆ₀は、梁３のばね定数Ｋ（両方の梁３の合計）と、ミラー５および永久磁石６を含む支持部４の慣性モーメントＪとにより、以下の式２で示される。

一方、本実施形態では、振動子１が金属材料により構成されているため、往復振動中に梁３に付加されるせん断応力が梁３の許容応力を超えると、振動子１が破損してしまう。このため、構造上、振動子１には、梁３に付加されるせん断応力が、梁３の許容応力以下であることが求められる。各梁３のねじり回転軸方向の長さをＬ、梁３の幅をｂ、梁３の厚さをｔ（ここでは、ｔ≦ｂ）、梁３に付与されるトルクをＴとすると、梁３の表面において幅方向の中点でのせん断応力τ_Aは、以下の式３により表現される。

また、梁３の表面において厚さ方向の中点でのせん断応力τ_Bは、以下の式４により表現される。

さらに、梁３の単位長さあたりのねじれ角ω（共振周波数で往復振動しているときの最大振り角θ／梁長Ｌ）は、梁３の横方向弾性係数Ｇを用いて、以下の式５により表現される。

この場合、ばね定数Ｋは、以下の式６を満足する。

したがって、梁３は、式３および式４に示すせん断応力τ_Aとτ_Bとが、梁３の許容応力以下であり、かつ式２、式５および式６を満足する必要がある。

以下、振動ミラー１０の具体的な構造をその設計手順とともに説明する。振動ミラー１０を設計する場合、まず、振動子１を構成する金属材料を選定する。上述のように、振動子１はプレス加工により成形される。このような成形を可能とするために、金属材料はフープ材であることが望ましい。また、往復振動に起因する金属疲労を生じることがなく、かつ梁３の許容応力を大きくするという観点では、振動子１を構成する金属材料は、大きな疲労限度を有することが望ましい。さらに、慣性モーメントＪを小さくする（共振周波数ｆ₀を大きくする）観点では、密度が小さいことが好ましく、往復振動の振り角θを大きくする観点では、横弾性係数Ｇが小さいことが好ましい（上記式５参照）。

加えて、耐環境性能の観点からは材料的に安定しており、価格も安価であることが好ましい。そこで、本実施形態では、以上の条件を全て満足する金属材料としてチタン合金（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ、ＡＭＳ４９１４）を採用している。当該チタン合金の疲労強度は３５０ＭＰａであり、密度は４．７ｇ／ｃｍ³である。なお、振動子１を構成する金属材料として、他の金属を採用することも可能である。

振動子１を構成する金属材料を選定した後、振動ミラー１０の振り角、ミラー５の材質およびサイズ、永久磁石６の材質およびサイズを決定する。振動ミラー１０の振り角およびミラー５のサイズは、レーザスキャニングユニットとして所望のビーム特性を得るのに必要な振り角およびサイズに決定される。当該ビーム特性は、振動ミラー１０と、振動ミラー１０により反射されたビームを感光体上に結像するレンズとの間の距離等のレーザスキャニングユニットの構造に依存して決まる。

例えば、記録密度Ｄが６００ｄｐｉであり、印字速度Ｖが１８０ｍｍ／ｓｅｃである場合、振り角は±２３度、ミラー５のサイズは幅４．７ｍｍ×長さ（ねじり回転軸方向）０．８ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍとすることができる。なお、ここではミラー５の平面形状を矩形としているが、所望のビーム形状のレーザ光を反射可能であれば、楕円形状等の他の平面形状であってもよい。また、ミラー５の材質はレーザ光を反射可能な材質であればよく、ここではシリコンからなるベース材料にアルミなどの材料からなる反射膜を設けさらにその上に保護膜を設けた構成になっている。

次いで、上記チタン合金の疲労強度に基づいて許容応力を決定する。許容応力は、チタン合金の疲労強度曲線（Ｓ−Ｎ曲線）に基づいて決定することができる。図３は、上記チタン合金のＳ−Ｎ曲線を示す図である。上述のように、当該チタン合金の疲労限度は３５０ＭＰａであり、最大振り角時に梁３に付与される最大応力が当該疲労限度以下とすれば、半永久的な寿命を実現することができる。ここでは、疲労限度３５０ＭＰａに対して１００ＭＰａのマージンを設けた２５０Ｍｐａを許容応力としている。

ミラー５は、振動子１の支持部４に接着剤で接合される。永久磁石６は、この支持部４に固定可能なサイズで、振動ミラー１０を往復振動させる外力を発生しうるものであればよい。ここでは、永久磁石６として、径０．８ｍｍ×厚さ０．４の希土類磁石を使用している。

続いて、振動子１の厚みを仮設定し、ミラー５および永久磁石６を固定した状態、すなわち、ミラー５、永久磁石６、ミラー５を支持部４に固定するための接着部材および永久磁石６を支持部４に固定するための接着部材を含めた状態で、慣性モーメントＪを算出する。そして、当該慣性モーメントＪおよび式２より、所望の共振周波数ｆ₀が得られるばね定数Ｋを算出する。そして、算出したばね定数Ｋと式３〜式６を用いて、式３および式４のせん断応力τ_A、τ_Bが許容応力２５０ＭＰａ以下になる条件下で、梁幅ｂおよび梁長Ｌを決定する。なお、梁厚ｔは、上記仮設定した支持部４の厚さと同一である。

上記の設計によると、応力を抑えた状態で共振周波数を高めるためには梁幅ｂ、梁厚ｔを大きくするとともに梁長Ｌを大きくする必要がある。また、金属材料においてはシリコン材料と比較して許容応力が小さいため、同じ共振周波数を得るには梁長Ｌを長くする必要がある。

（振動ミラーの製造方法）
次に、振動ミラー１０の製造方法について説明する。図４は、振動ミラー１０を構成する振動子１の製造に使用する金型の一例を示す平面図である。なお、図４では、ダイパンチの形状と位置のみを模式的に示している。

図４に示すように、金型３０は、マルチステップの順送プレス加工により振動子１を成形する構造を有している。図４の例では、５ステップのプレス加工により振動子１が成形される。すなわち、領域３１では、板状の金属材料にガイド孔が形成される。領域３２では、梁３の幅方向の一方の端面が形成される。この時点では、支持部４は枠体２から分離されない。領域３３では、梁３の幅方向の他方の端面が形成される。領域３２と同様に、この時点では、支持部４は枠体２から分離されない。領域３４では、支持部４の幅方向の一方が枠体２から分離されて端面が形成される。そして、領域３５では、支持部４の幅方向の他方が枠体２から分離されて端面が形成される。

振動子１の製造工程では、以上の金型３０に対して、コイルフィーダー等を使用して帯状の金属材料が送り込まれる。図５は、図４に示す金型３０による振動子１の製造過程を示す平面図である。図５に示す矢印は金属材料４０の送り方向を示している。図５において、金属材料４０の領域４１、４２、４３、４４、４５が金型３０の領域３１、３２、３３、３４、３５によりそれぞれ成形された部分である。図５に示すように、金型３０の各領域３１〜３５を通過し、５回のプレス加工が完了すると、振動子１の成形が完了する。５回のプレス加工が完了した金属材料４０は、順次、振動子１として切断分離される。以上のようなプレス加工を使用することにより、枠体２、梁３、支持部４が一体に形成された振動子１を容易に製造することができる。

以上のようにして形成された振動子１の支持部４には、永久磁石６およびミラー５が順に装着される。永久磁石６の装着には、支持部４の永久磁石搭載面を上方に向けて振動子１を固定支持する機能と、永久磁石６をピックアップして永久磁石搭載面上に搬送する機能とを有する実装装置を使用する。当該実装装置としては、例えば、プリント基板等に電子部品を実装する公知のマウンタ等を流用することができる。

上記実装装置に振動子１が永久磁石搭載面を上方に向けて固定支持されると、実装装置の搬送手段が備える真空コレット等の吸着手段により、当該振動子１に搭載される永久磁石６がピックアップされる。永久磁石６を吸着した搬送手段は、振動子１の永久磁石搭載面の上方に移動する。この移動の過程で、永久磁石６の永久磁石搭載面との接触面にエポキシ樹脂等の接着部材が塗布される。

そして、搬送手段は、永久磁石６の接着部材が塗布された面を永久磁石搭載面に接触させ、永久磁石６を永久磁石搭載面上に配置する。なお、永久磁石搭載面上における永久磁石６の配置位置は、公知の画像認識等により、振動ミラー１０の対称性を維持した状態に厳密に位置合わせされる。永久磁石６が装着された振動子１は、実装装置から搬出される。

永久磁石６が固定されると、当該振動子１のミラー搭載面にミラー５が装着される。ミラー５の装着には、永久磁石６が固定された支持部４のミラー搭載面を上方に向けて振動子１を固定支持する機能と、ミラー５をピックアップしてミラー搭載面上に搬送する機能とを有する実装装置を使用する。当該実装装置としては、例えば、プリント基板等に電子部品を実装する公知のマウンタ等を流用することができる。

上記実装装置に永久磁石６が固定された振動子１がミラー搭載面を上方に向けて固定支持されると、振動子１の支持部４におけるミラー５と接合される領域にエポキシ樹脂などの接着剤が塗布される。この後、実装装置の搬送手段が備える真空コレット等の吸着手段により、当該振動子１に搭載されるミラー５がピックアップされ、ミラー５を吸着した搬送手段は、振動子１のミラー搭載面の上方に移動し、ミラー５をミラー搭載面上に配置する。なお、ミラー搭載面上におけるミラー５の配置位置は、公知の画像認識等により、振動ミラー１０の対称性を維持した状態に厳密に位置合わせされる。ミラー５が装着された振動子１は、実装装置から搬出される。

以上のようにして振動ミラー１０を構成することにより、従来のように、半導体製造装置等の極めて高価な製造設備を使用することなく、低コストで振動ミラーを製造することができる。

なお、本実施形態では、支持部４を成形するための複数回のプレス工程を同一方向から実施している。そして、支持部４のプレス加工方向上流側の面をミラー搭載面とし、プレス加工方向下流側の面を永久磁石搭載面にしている。図６は、図２のＸ−Ｘ線における断面構造を示す断面図である。図６に示すように、プレス加工により金属材料を成形する場合、プレス加工方向の下流側にバリが発生することがある。上述のように、支持部４のミラー搭載面のサイズは、ミラー５のサイズよりも小さくなっている。したがって、ミラー５をミラー搭載面に固定した場合、ミラー５の一部がミラー搭載面の外方へ突出する。しかしながら、ミラー５をプレス加工方向上流側の面に固定する構成とすることで、バリの有無に関わらずミラー５をミラー搭載面に密着して固定することができる。

また、永久磁石６のサイズは、支持部４の永久磁石搭載面のサイズより小さいため、バリが形成された状況下であっても、永久磁石６と支持部４とを密着して固定することができる。したがって、本構成によれば、バリの有無に関わらず、ミラー５と永久磁石６とを常に同一の状態で支持部４に固定することができる。このため、プレス加工の過程でバリが形成された場合であっても、バリを除去する必要がなくバリ除去工程の追加による製造コストの増大を防止できる。

（共振周波数の調整方法）
ところで、以上で説明した手法により設計、製造された振動ミラー１０は、プレス加工の加工精度、ミラー５や永久磁石６の固定に使用する接着部材の付着量の差異等に起因する個々の振動ミラー１０の個体差が、半導体製造技術を使用した形成された振動ミラーに比べると大きくなってしまう。このような個体差は、各振動ミラー１０の共振周波数ｆ₀の差異として顕在化する。上述のように、レーザスキャニングユニットでは、共振周波数ｆ₀は感光体上の記録密度および印字速度を決定するパラメータである。このため、共振周波数ｆ₀は一定の範囲内に属している必要がある。

図７は、駆動周波数ｆと共振周波数ｆ₀との差異がレーザスキャニングユニットに与える影響を示す図である。図７（ａ）は、電磁石に印加する交流電力が一定である場合の、周波数比（ｆ／ｆ₀）と振幅（振り角）との関係を示している。また、図７（ｂ）は、振幅を一定にする場合の、周波数比と交流電力の大きさとの関係を示している。図７（ａ）において、横軸は周波数比に対応し、縦軸は振幅比に対応する。ここで、振幅比は、駆動周波数ｆと共振周波数ｆ₀とが一致する場合の振幅を基準として規格化している。また、図７（ｂ）において、横軸は周波数比に対応し、縦軸は消費電力に対応する。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、振動ミラー１０の共振周波数ｆ₀と駆動周波数ｆとが一致している場合、非常に小さな消費電力で大きな振幅が得られている。そして、図７（ａ）から理解できるように、駆動周波数ｆと共振周波数ｆ₀との間に不一致が発生すると、同一の印加電力により得られる振幅が急激に小さくなる。このため、駆動周波数ｆと共振周波数ｆ₀とが一致している場合と同一の振幅を得るために印加が必要な電力は急激に増大する（図７（ｂ））。レーザスキャニングユニットとして使用する場合、振り角が所望の範囲内でなければ正常な画像形成を行うことができない。また、振動ミラー１０を駆動する駆動手段１１が電磁石に供給する電力を大幅に調整可能な構成を採用することはレーザスキャニングユニットの製造コストが増大するとともに、全体の消費電力も大きくなるため好ましくない。このため、製造される振動ミラー１０のそれぞれの共振周波数ｆ₀は、目標とする周波数の±０．５％の範囲内であることが望ましい。しかしながら、金属材料をプレス加工により成形した振動子１を使用した振動ミラー１０では、共振周波数ｆ₀の個体差は、目標とする周波数の±０．５％以上の範囲で変動する可能性がある。このため、上記振動ミラー１０は、共振周波数ｆ₀を調整する必要がある。

図８は、共振周波数調整片を備えた共振ミラーの支持部構造の一例を示す平面図である。図８に示すように、支持部４は、同一平面内の外方に延出された共振周波数調整片２１を備える。図８の例では、ミラー５の外縁よりも外方に突出する状態でねじり回転軸方向に延出された共振周波数調整片２１が、支持部本体４ａの四隅のそれぞれに設けられている。なお、共振周波数調整片２１は、プレス加工により振動子１として一体に形成される。

この例では、レーザ照射等により各共振周波数調整片２１の一部または全部を除去することにより振動ミラーの慣性モーメントＪを減少させることができる。なお、振動ミラーの対象性を維持するため、各共振周波数調整片２１はそれぞれ同一長さだけ除去することが好ましい。この場合、慣性モーメントＪの減少量は、各共振周波数調整片２１の除去長さに応じて調整することができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上記実施形態では、振動ミラーに永久磁石を搭載し、当該永久磁石に駆動手段が交番磁場を付与する構成を説明したが、振動ミラーの駆動方式は、本発明の効果を奏する範囲において任意に変更することができる。

以上説明したように、本発明によれば、走査レンズ５４を通過する走査光が形成する平面と振動ミラーのねじり振動軸とを平行に配置することによって、振動ミラーの振動軸が長い場合でもコンパクトな装置を提供できるものである。

本発明の光走査装置は、レーザプリンタ等の画像形成装置においてレーザ光を感光体に走査するものとして利用することができ、さらにそのような画像形成装置を備えるデジタル複写機などにも利用することが可能である。

本発明の一実施形態における光走査装置の構造を示す概略構成図 本発明の一実施形態における光走査装置に用いられる振動ミラーの構造を示す概略斜視図 チタン合金のＳ−Ｎ曲線を示す図 振動ミラーの製造に使用する金型を示す平面図 振動ミラーの製造過程を示す平面図 図２のＸ−Ｘ線における断面構造を示す断面図 駆動周波数と共振周波数との差異がレーザスキャニングユニットに与える影響を示す図 本発明の一実施形態における共振周波数調整片を備えた共振ミラーの支持部構造の一例を示す平面図 本発明の他の実施形態（レーザスキャニングユニットの第２実施形態）における光走査装置の構造を示す概略構成図

符号の説明

１ 振動子
２ 枠体
３ 梁（ねじり回転軸）
４ 支持部
５ ミラー
６ 永久磁石
１０ 振動ミラー
２１ 共振周波数調整片
３０ 金型
４０ 金属材料（フープ材）
５０ レーザスキャニングユニット
５２ 光源
５３ 偏向器
５４ 走査レンズ（アークサインθレンズ）
５６ シリンドリカルレンズ
５７ 光源光反射ミラー
５８ 走査光反射ミラー
Ｌ 梁長
ｂ 梁幅
ｔ 梁厚

Claims (3)

1. 光を発する光源と、
   光を反射する面を有しており、その面に沿った一の線をねじり振動軸としたその軸回りにねじり振動し前記光源からの光をその面で反射しかつ走査するミラー素子と、
   前記ミラー素子によって走査されている光を像面上に結像するための走査レンズと、
   前記ミラー素子と前記走査レンズとの間に配置されており、前記ミラー素子によって走査されている光を反射する走査光反射ミラーと、
   を備え、
   前記走査光反射ミラーで反射した後の走査光が形成する平面と前記ミラー素子のねじり振動軸とが平行であることを特徴とする光走査装置。
2. 光を発する光源と、
   光を反射する面を有しており、その面に沿った一の線をねじり振動軸としたその軸回りにねじり振動し前記光源からの光をその面で反射しかつ走査するミラー素子と、
   前記ミラー素子によって走査されている光を像面上に結像するための走査レンズと、
   前記光源と前記ミラー素子との間に配置され前記光源からの光を前記ミラー素子に向けて反射する光源光反射ミラーと、
   前記ミラー素子と前記走査レンズの間に配置されており、前記ミラー素子によって走査されている光を反射する走査光反射ミラーと、
   を備え、
   前記走査光反射ミラーで反射した後の走査光が形成する平面に対して、前記光源から前記光源光反射ミラーへの光の光軸と前記ミラー素子のねじり振動軸とがともに平行であることを特徴とする光走査装置。
3. ねじり振動する前記ミラー素子は、金属材料からなるねじり振動板を含んで構成されたものである、請求項１または２に記載の光走査装置。

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