JP2010008543A

JP2010008543A - Optical scanner

Info

Publication number: JP2010008543A
Application number: JP2008165541A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sogami; 淳曽我美; Keisuke Fujimoto; 圭祐藤本; Masaichiro Tachikawa; 雅一郎立川; Masanori Yoshikawa; 正紀吉川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-01-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive optical scanner without causing any deterioration in performance even when ambient temperature changes in the optical scanner which uses an oscillation mirror element configured by bonding different kinds of materials to each other. <P>SOLUTION: The optical scanner uses the oscillation mirror element 10 which is composed by bonding the mirror 5 composed of materials having different linear expansion coefficients and an oscillation element 1, wherein the warpage quantity of the mirror 5 is controlled by varying the temperature of the oscillation mirror element 10 by a heater 7, thus the imaging position of a beam is kept at a fixed position and the performance is not deteriorated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光源からの光を振動ミラー素子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。 The present invention relates to an optical scanning device that scans light from a light source with a vibrating mirror element and forms an image on a predetermined image plane.

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。 An image forming apparatus such as a laser printer forms a latent image on a photosensitive member (photosensitive drum) by scanning with laser light. Such laser beam scanning is realized by an optical scanning device called a laser scanning unit. The laser scanning unit deflects the laser beam modulated according to the formed image and emitted from the light source by a mirror, and forms the deflected laser beam in a spot shape on the photosensitive member. A polygon mirror having a plurality of reflecting surfaces is widely known as a deflection mirror used in this type of laser scanning unit. A laser scanning unit including a polygon mirror deflects laser light by rotating the polygon mirror in one direction by driving means such as a motor.

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。 The rotation speed of polygon mirrors has increased in response to the recent demand for higher writing speeds. However, when the number of rotations of the polygon mirror is increased, the noise generated due to wind noise, motor vibration, etc. increases. It becomes difficult to ensure quietness. In addition, since the laser scanning unit including a polygon mirror needs to include a driving unit such as a motor, there is a problem that it is difficult to reduce the size and weight. For this reason, a reciprocating deflection mirror may be used for the laser scanning unit.

このような往復型の偏向ミラーとして振動ミラー素子が知られている。この振動ミラー素子は、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。 A vibrating mirror element is known as such a reciprocating deflection mirror. This oscillating mirror element is constituted by a mechanical vibrator having a torsional rotation axis arranged in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam. Then, the laser beam is scanned by reciprocally vibrating the mirror supported by the vibrator.

近年、このような振動ミラー素子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素子は、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）振動ミラー素子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 In recent years, semiconductor manufacturing techniques have been applied to the manufacture of such oscillating mirror elements. Such a vibrating mirror element is formed by processing a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate, and has attracted attention as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) vibrating mirror element (see, for example, Patent Documents 1 and 2). ).
JP 2003-84226 A JP 2001-305472 A

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振動ミラー素子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振動ミラー素子は、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。 However, in order to manufacture the MEMS vibrating mirror element to which the semiconductor manufacturing technique as described above is applied, a very expensive manufacturing facility such as a lithography apparatus is necessary, and it is difficult to manufacture at a low cost. In addition, since the MEMS vibrating mirror element formed using a semiconductor substrate such as a silicon single crystal substrate as a base material is cleaved relatively easily, there is also a problem that it is easily damaged during handling.

また、これに対し、金属材料を加工することにより振動板を構成し、この振動板にレーザ光を反射するためのミラーを貼り付けて振動ミラー素子を構成することも可能である。このとき、ミラーの基材にはガラスやシリコンなど比較的安価で鏡面を形成しやすい材料を用いるのが好ましい。さらに振動板およびミラーは高速化の観点からすると慣性モーメントを小さくするのが好ましく、したがってこの構成は厚みをあまり大きくできないものである。ここで、振動板とミラーが線膨張係数の異なる別の材料が貼りあわされた構成では、環境温度が変化したときにバイメタル効果により反り変形が生じる。さらに、このミラーの反り変形が生じるとビームの光軸方向における結像位置が変化してしまい、所定の像面においてはビーム径が太ってしまい解像度の低下を招くなどの問題が生じる。この構成では、前述したように厚みをあまり大きくできないので、そのような問題を避けられないという課題があった。 On the other hand, it is also possible to form a vibration plate by processing a metal material, and to attach a mirror for reflecting laser light to the vibration plate to form a vibration mirror element. At this time, it is preferable to use a relatively inexpensive material that easily forms a mirror surface, such as glass or silicon, for the mirror substrate. Further, it is preferable to reduce the moment of inertia of the diaphragm and the mirror from the viewpoint of speeding up, and therefore this configuration cannot increase the thickness so much. Here, in the configuration in which the diaphragm and the mirror are bonded with another material having different linear expansion coefficients, warpage deformation occurs due to the bimetallic effect when the environmental temperature changes. Furthermore, when the warp deformation of the mirror occurs, the image forming position in the optical axis direction of the beam changes, and there arises a problem that the beam diameter is increased on a predetermined image plane and the resolution is lowered. In this configuration, as described above, since the thickness cannot be increased so much, there is a problem that such a problem cannot be avoided.

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、異種材料が貼りあわせて構成された振動ミラー素子においても品質低下のない光走査装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the conventional problems in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical scanning device that does not deteriorate in quality even in a vibrating mirror element formed by bonding different kinds of materials. Yes.

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。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

まず、本発明は、光を発する光源と、互いに線膨張係数の異なる材料で構成されたミラーと振動板とが接合されて構成されており、そのミラー又はその振動板の面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記光源からの光をそのミラーで反射しかつ走査する振動ミラー素子と、前記光の像面上への結像を行う光学系とを備える光走査装置を前提としている。 First, according to the present invention, a light source that emits light, and a mirror and a diaphragm that are made of materials having different linear expansion coefficients are joined to each other. An optical scanning device comprising: a vibrating mirror element that reflects and scans light from the light source with a mirror by reciprocatingly oscillating about a line; and an optical system that forms an image on the image plane of the light It is assumed.

そして、このような光走査装置において、前記振動ミラー素子の温度を調整することで前記ミラーの反り量を変化させ、前記結像の位置を変化させる温度調整手段を設ける。すなわち、本発明は、何らかの原因によってビーム結像位置（換言すれば、焦点距離）が変化した場合でもミラー素子の温度を変化させることでミラーの反り量を変化させてビーム結像位置を調整することができる構成となっている。 In such an optical scanning device, temperature adjusting means is provided for adjusting the temperature of the oscillating mirror element to change the amount of warping of the mirror and change the position of the image formation. That is, the present invention adjusts the beam imaging position by changing the mirror warp amount by changing the temperature of the mirror element even when the beam imaging position (in other words, the focal length) changes for some reason. It has a configuration that can.

ここで、前記結像の位置を検出する検出手段をさらに設けて、前記のような調整を行うようにすることもできる。特に、前記検出手段を、前記光源からの光が走査する走査領域内に設けられた光検出素子を含んで構成し、光源からの光がその光検出素子上を通過する時間を測定することにより、前記結像の位置を検出することもできる。
また、他の実施形態として、前記振動ミラー素子の温度を一定に保持することで前記ミラーの反り量を一定に保つ温度保持手段と、前記振動ミラー素子の温度を測定する温度測定手段とを設けることもできる。これにより、前記結像の位置を常に一定に保つことができる。 Here, detection means for detecting the position of the image formation may be further provided to perform the adjustment as described above. In particular, the detection means includes a light detection element provided in a scanning region in which light from the light source scans, and measures the time during which the light from the light source passes over the light detection element. The position of the image formation can also be detected.
As another embodiment, a temperature holding unit that keeps the amount of warping of the mirror constant by holding the temperature of the vibrating mirror element constant, and a temperature measuring unit that measures the temperature of the vibrating mirror element are provided. You can also. Thereby, the position of the image formation can always be kept constant.

本発明によれば、振動ミラー素子を線膨張係数の異なる別々の材料で構成される振動板とミラーとを貼り合わせて構成した光走査装置において、発生するビーム結像位置の変化に対してミラーの温度を変えることでミラーの反り量を変化させる。これによってビーム結像位置を調整することができ、安価で品質の良好な装置を提供することが可能である。 According to the present invention, in an optical scanning device in which a vibrating mirror element is formed by laminating a vibrating plate made of different materials having different linear expansion coefficients and a mirror, a mirror against a change in a beam imaging position that occurs. The amount of warping of the mirror is changed by changing the temperature of the mirror. As a result, the beam imaging position can be adjusted, and an inexpensive and good quality apparatus can be provided.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（振動ミラー素子の構成）
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に搭載される振動ミラー素子１０の構造について詳細に説明する。図１は、本実施形態の振動ミラー素子１０の構造を示す概略斜視図である。図１に示すように、振動ミラー素子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。 (Configuration of vibrating mirror element)
First, the structure of the vibrating mirror element 10 mounted on a laser scanning unit that is an example of the optical scanning device of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of the vibrating mirror element 10 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the vibrating mirror element 10 includes a vibrator 1, a mirror 5, and a permanent magnet 6 that are formed by press working, which will be described later, and these are configured to be bonded together with an adhesive. . Here, the vibrator 1 is made of a metal material such as a titanium alloy, and the mirror 5 is made of a material such as silicon or glass. In this embodiment, silicon is used.

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。振動子１の枠体２には振動ミラー素子１０を加熱するためのヒータ７が取り付けられている。このヒータ７は本発明における温度調整手段を構成している。 The vibrator 1 has a structure in which a support portion 4 to which a mirror 5 and a permanent magnet 6 are fixed is supported by two beams 3 arranged on the same straight line. The other end of the beam 3 is supported by a rectangular frame 2 integrally formed as the vibrator 1, and the vibrator 1 reciprocally vibrates using the beam 3 as a torsional rotation shaft. This reciprocating vibration is sustained by applying an alternating magnetic field to the permanent magnet 6. A heater 7 for heating the vibrating mirror element 10 is attached to the frame 2 of the vibrator 1. The heater 7 constitutes temperature adjusting means in the present invention.

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（図２参照）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。）と振動ミラー素子１０の共振周波数とが一致していると、振動ミラー素子１０の駆動のための消費電力を小さくすることができる。振動ミラー素子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。 The alternating magnetic field to be applied to the permanent magnet 6 can be generated by, for example, driving means 11 (see FIG. 2) that applies AC power to the electromagnet. In this case, if the frequency of reciprocating vibration, that is, the frequency of AC power applied to the electromagnet (hereinafter referred to as drive frequency) and the resonance frequency of the oscillating mirror element 10 coincide with each other, the oscillating mirror element 10 is driven. Power consumption can be reduced. This is because when the oscillating mirror element 10 reciprocates at the resonance frequency, the magnitude of the external force necessary to maintain the vibration is minimized.

振動ミラー素子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。 In the laser scanning unit that scans the photosensitive member with laser light via the vibration mirror element 10, the driving frequency is closely related to the recording density on the photosensitive member and the printing speed (feeding speed of the photosensitive member). That is, the drive frequency f is expressed by the following formula 1 by the recording density D (dpi) and the printing speed V (mm / sec).

式１は、振動ミラー素子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。振動ミラー素子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。 Formula 1 is premised on reciprocating printing in which printing is performed when the vibrating mirror element 10 rotates in any direction with respect to the torsional rotation axis. In the case of unidirectional printing in which printing is performed only when the oscillating mirror element 10 rotates in one direction with respect to the torsional rotation axis, the drive frequency f is doubled. For example, when the recording density D is 600 dpi and the printing speed V is 180 mm / sec, the drive frequency f is about 2126 Hz (reciprocal printing).

また、以上の構造を有する振動ミラー素子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。 The resonance frequency f ₀ of the vibrating mirror element 10 having the above structure is the spring constant K of the beam 3 (the sum of both beams 3) and the moment of inertia J of the support portion 4 including the mirror 5 and the permanent magnet 6. Is expressed by the following formula 2.

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。 On the other hand, in this embodiment, since the vibrator 1 is made of a metal material, the vibrator 1 is damaged when the shear stress applied to the beam 3 during the reciprocating vibration exceeds the allowable stress of the beam 3. . For this reason, structurally, the vibrator 1 is required to have a shear stress applied to the beam 3 equal to or less than an allowable stress of the beam 3. Assuming that the length of each beam 3 in the torsional rotation axis direction is L, the width of the beam 3 is b, the thickness of the beam 3 is t (here, t ≦ b), and the torque applied to the beam 3 is T. The shear stress τ _A at the midpoint in the width direction on the surface of 3 is expressed by the following Equation 3.

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。 Further, the shear stress τ _B at the middle point in the thickness direction on the surface of the beam 3 is expressed by the following expression 4.

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。 Further, the twist angle ω per unit length of the beam 3 (maximum swing angle θ when reciprocally oscillating at the resonance frequency / beam length L) is expressed by the following equation using the lateral elastic modulus G of the beam 3. It is expressed by 5.

この場合、ばね定数Ｋは、以下の式６を満足する。 In this case, the spring constant K satisfies the following Expression 6.

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。 Therefore, the beam 3 needs to have the shear stress τ _A and τ _B shown in Equations 3 and 4 below the allowable stress of the beam 3 and satisfy Equations 2, 5, and 6.

以下、振動ミラー素子１０の具体的な構造をその設計手順とともに説明する。振動ミラー素子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。 Hereinafter, a specific structure of the vibrating mirror element 10 will be described together with a design procedure thereof. When designing the oscillating mirror element 10, first, a metal material constituting the vibrator 1 is selected. As described above, the vibrator 1 is formed by press working. In order to enable such molding, the metal material is desirably a hoop material. In addition, it is desirable that the metal material constituting the vibrator 1 has a large fatigue limit from the viewpoint of not causing metal fatigue due to reciprocal vibration and increasing the allowable stress of the beam 3.

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。 Further, from the viewpoint of reducing the moment of inertia J (increasing the resonance frequency f ₀ ), the density is preferably small, and from the viewpoint of increasing the swing angle θ of the reciprocating vibration, the transverse elastic modulus G is preferably small (above (See Equation 5). In addition, from the viewpoint of environmental resistance, it is preferable that the material is stable and the price is low. Therefore, in this embodiment, a titanium alloy (Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, AMS4914) is adopted as a metal material that satisfies all the above conditions. The fatigue strength of the titanium alloy is 350 MPa, and the density is 4.7 g / cm ³ . It should be noted that other metals can be employed as the metal material constituting the vibrator 1.

振動子１を構成する金属材料を選定した後、振動ミラー素子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。振動ミラー素子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、振動ミラー素子１０と、振動ミラー素子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。 After selecting the metal material constituting the vibrator 1, the swing angle of the vibrating mirror element 10, the material and size of the mirror 5, and the material and size of the permanent magnet 6 are determined. The swing angle of the oscillating mirror element 10 and the size of the mirror 5 are determined to be a swing angle and a size necessary for obtaining a desired beam characteristic as a laser scanning unit. The beam characteristics are determined depending on the structure of the laser scanning unit such as the distance between the vibrating mirror element 10 and a lens that forms an image of the beam reflected by the vibrating mirror element 10 on the photosensitive member.

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。 For example, when the recording density D is 600 dpi and the printing speed V is 180 mm / sec, the swing angle is ± 23 degrees and the size of the mirror 5 is 4.7 mm width × length (twist rotation axis direction) 0.8 mm × The thickness can be 0.15 mm. Here, the planar shape of the mirror 5 is rectangular, but other planar shapes such as an elliptical shape may be used as long as the laser beam having a desired beam shape can be reflected. The mirror 5 may be made of any material that can reflect laser light. Here, a reflective film made of a material such as aluminum is provided on a base material made of silicon, and a protective film is further provided thereon. Yes.

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。 Next, the allowable stress is determined based on the fatigue strength of the titanium alloy. The allowable stress can be determined based on the fatigue strength curve (SN curve) of the titanium alloy. FIG. 3 is a diagram showing an SN curve of the titanium alloy. As described above, the fatigue limit of the titanium alloy is 350 MPa, and if the maximum stress applied to the beam 3 at the maximum swing angle is less than or equal to the fatigue limit, a semi-permanent life can be realized. Here, the allowable stress is 250 Mpa with a margin of 100 MPa for the fatigue limit of 350 MPa.

ミラー５は、振動子１の支持部４に接着剤で接合されるが、前述のように振動子１とミラー５は異なる材料で構成されており、それぞれ線膨張係数が異なる。振動子１を構成するチタン合金の線膨張係数は８．５×１０^-6／℃であり、ミラー５を構成するシリコンの線膨張係数は３×１０^-6／℃となっている。線膨張係数が異なる材料が接合されて構成されているため、環境温度が変化するとそれぞれの材料の伸縮量が異なるために接合部分においてバイメタル効果によって一定の曲率で反り変形が生じる。 The mirror 5 is bonded to the support portion 4 of the vibrator 1 with an adhesive. As described above, the vibrator 1 and the mirror 5 are made of different materials and have different linear expansion coefficients. The linear expansion coefficient of the titanium alloy constituting the vibrator 1 is 8.5 × 10 ⁻⁶ / ° C., and the linear expansion coefficient of silicon constituting the mirror 5 is 3 × 10 ⁻⁶ / ° C. Since materials having different linear expansion coefficients are joined to each other, the amount of expansion / contraction of each material differs when the environmental temperature changes, and thus warp deformation occurs at a constant curvature due to the bimetallic effect at the joint portion.

ただし、接合されていない部分については変形が生じないためミラーの外側部分については内側部分の反りの延長で面が傾斜しているものの曲率を持たない。図４に環境温度が接合時より高温に変化したときのミラー５と振動子1における支持部４のねじり軸方向から見た変形状態の例を示す。ミラー５より振動子1の伸びが大きいためミラー面側に凹形状に変形する。ミラー５は一定の曲率で反った場合には、光軸方向における結像位置（換言すれば、焦点距離）は変化するもののミラーからの反射光を結像レンズなどの手段によって一点に集光することが可能である。 However, since no deformation occurs in the unjoined portion, the outer portion of the mirror does not have a curvature although the surface is inclined due to the extension of the warp of the inner portion. FIG. 4 shows an example of a deformed state of the mirror 5 and the vibrator 1 as viewed from the direction of the torsional axis when the environmental temperature changes to a higher temperature than at the time of bonding. Since the extension of the vibrator 1 is larger than that of the mirror 5, it is deformed into a concave shape on the mirror surface side. When the mirror 5 is warped with a certain curvature, the reflected light from the mirror is condensed at one point by means of an imaging lens or the like, although the imaging position in the optical axis direction (in other words, the focal length) changes. It is possible.

一方、ミラーの中に曲率が異なる部分がある場合にはそれぞれの部分ごとに結像位置が異なるため一点に集光することができず、ビームが十分に絞れないという問題が発生する。このため、本発明においては、ミラー５と振動子支持部４のミラー走査方向における接合長さをミラー有効領域の７０％以上となるように構成している。ミラー中央部の曲率が一定の領域を７０％以上設けることでビームを実用上問題のないレベルまで絞ることが可能となっている。 On the other hand, when there are portions with different curvatures in the mirror, the image forming position is different for each portion, so that the light cannot be condensed at one point, and the beam cannot be sufficiently focused. For this reason, in this invention, it is comprised so that the junction length in the mirror scanning direction of the mirror 5 and the vibrator | oscillator support part 4 may become 70% or more of a mirror effective area | region. By providing a region with a constant curvature at the center of the mirror of 70% or more, it is possible to narrow the beam to a level where there is no practical problem.

ヒータ７は振動ミラー素子１０を加熱することでミラー部の温度を変えることが可能な温度調整手段である。これによってミラー５と振動子支持部４とが構成するバイメタルの曲率（反り量）をコントロールできる。図１１に、ヒータ７の温度と上記曲率との関係を示す。 The heater 7 is temperature adjusting means that can change the temperature of the mirror portion by heating the vibrating mirror element 10. This makes it possible to control the curvature (warpage amount) of the bimetal formed by the mirror 5 and the vibrator support portion 4. FIG. 11 shows the relationship between the temperature of the heater 7 and the curvature.

このように温度調整手段を設けたことが、本発明の最大の特徴である。この温度調整手段によってミラー５の曲率（反り量）を調整することが可能となり、反射したビームの結像位置（焦点距離）を調整することができる。 The provision of the temperature adjusting means in this way is the greatest feature of the present invention. This temperature adjustment means can adjust the curvature (warping amount) of the mirror 5, and can adjust the imaging position (focal length) of the reflected beam.

このことを別の視点から把握すると、振動ミラー素子１０を常に一定温度に保持することで、ミラー５の曲率（反り量）を常に一定に保つことも可能であるが、これについては後述する。 If this is grasped | ascertained from another viewpoint, it is also possible to always keep the curvature (warping amount) of the mirror 5 constant by keeping the oscillating mirror element 10 at a constant temperature, which will be described later.

永久磁石６は、振動子支持部４に固定可能なサイズで、振動ミラー素子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。 The permanent magnet 6 may be any size that can be fixed to the vibrator support portion 4 and can generate an external force that reciprocally vibrates the vibrating mirror element 10. Here, a rare earth magnet having a diameter of 0.8 mm and a thickness of 0.4 is used as the permanent magnet 6.

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。 Subsequently, the thickness of the vibrator 1 is temporarily set, and the mirror 5 and the permanent magnet 6 are fixed, that is, the mirror 5, the permanent magnet 6, and the adhesive member and the permanent magnet 6 for fixing the mirror 5 to the support portion 4. The moment of inertia J is calculated in a state that includes an adhesive member for fixing to the support portion 4. Then, a spring constant K at which a desired resonance frequency f ₀ is obtained is calculated from the moment of inertia J and Equation 2. Then, using the calculated spring constant K and Equations 3 to 6, the beam width b and the beam length L are determined under the condition that the shear stresses τ _A and τ _B in Equations 3 and 4 become an allowable stress of 250 MPa or less. To do. The beam thickness t is the same as the temporarily set thickness of the support portion 4.

（レーザスキャニングユニットの構成）
次に、上記のように構成された振動ミラー素子を備える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。図２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ある。レーザスキャニングユニット５０は、光源５２、偏向器５３、二次光学系となる結像レンズ系５４、反射ミラー６４、振幅検出センサ６５を筐体５１内に備える。 (Configuration of laser scanning unit)
Next, a configuration of a laser scanning unit that is an example of the optical scanning device of the present invention including the vibrating mirror element configured as described above will be described. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the laser scanning unit. The laser scanning unit 50 includes a light source 52, a deflector 53, an imaging lens system 54 serving as a secondary optical system, a reflection mirror 64, and an amplitude detection sensor 65 in a housing 51.

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、円筒形状のガラスまたはプラスチックのレンズからなり、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。 The light source 52 is configured as an integrated unit including a laser diode 61 mounted on a circuit board 63 and a collimator lens 62. The circuit board 63 modulates the intensity of the laser beam emitted from the laser diode 61 in accordance with an image signal input from the outside. The modulated laser light is incident on the collimator lens 62. The collimator lens 62 is formed of a cylindrical glass or plastic lens, and converts the laser light output from the laser diode 61 into substantially parallel light that matches the optical axis of the collimator lens 62 and outputs the parallel light. The light emitting point of the laser diode 61 is disposed at the focal point of the collimator lens 62.

光源５２から出力されたレーザ光は、アパーチャ５５、シリンドリカルレンズ５６を通じて偏向器５３の反射面に入射される。偏向器５３は、感光体上での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振動ミラー素子１０と、当該振動ミラー素子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。シリンドリカルレンズ５６は、振動ミラー素子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。 The laser light output from the light source 52 is incident on the reflecting surface of the deflector 53 through the aperture 55 and the cylindrical lens 56. The deflector 53 includes a vibrating mirror element 10 having a torsional rotation axis arranged in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam on the photosensitive member, and driving means 11 for reciprocally vibrating the vibrating mirror element 10 in a sinusoidal manner. It is comprised by. The cylindrical lens 56 projects the laser light on the reflection surface of the vibrating mirror element 10 in a state where only the direction of the torsional rotation axis of the laser light is converged.

偏向器５３により偏向されたレーザ光は結像レンズ系５４に入射される。ここでは、結像レンズ系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、結像レンズ系５４は、正弦的に振動する振動ミラー素子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。 The laser beam deflected by the deflector 53 is incident on the imaging lens system 54. Here, the imaging lens system 54 is composed of two acrylic lenses, and the laser beam deflected by the deflector 53 is spotted on the photoconductor in a state where the scanning speed on the photoconductor is substantially the same. Form an image. That is, the imaging lens system 54 forms an image of laser beams, which are reflected by the oscillating mirror element 10 oscillating sinusoidally and whose incident angle changes trigonometrically with time, as equally spaced spot rows on the photosensitive member. It is an arc sine θ lens.

反射ミラー６４および振幅検出センサ６５は、振動ミラー素子１０によって走査され感光体に記録が行われる領域内の両方の外側に１組ずつ設けられていて、走査されたレーザ光は反射ミラー６４で反射されて振幅検出センサ６５に入射されるよう構成されている。振動ミラー素子１０は、これらの反射ミラー６４を越えて外側まで走査されるよう大きな振幅を持って振動するよう駆動される。これにより、レーザ光が走査する走査領域内に設けられた光検出素子である振幅検出センサ６５は、そのレーザ光の１往復の振動の間に、それぞれ、２回ずつ検出信号を出力する。ここで、２つの振幅検出センサ６５からの信号間の時間が一定になるよう制御すれば、振動ミラー素子１０の振幅は一定に保たれ、これにより画像も所定の位置に記録されるものである。 One set of the reflection mirror 64 and the amplitude detection sensor 65 is provided outside both of the areas scanned by the vibrating mirror element 10 and recorded on the photosensitive member, and the scanned laser light is reflected by the reflection mirror 64. And is made incident on the amplitude detection sensor 65. The oscillating mirror element 10 is driven to oscillate with a large amplitude so as to be scanned beyond these reflecting mirrors 64 to the outside. As a result, the amplitude detection sensor 65, which is a light detection element provided in the scanning region scanned by the laser beam, outputs a detection signal twice each during one round-trip vibration of the laser beam. Here, if the time between signals from the two amplitude detection sensors 65 is controlled to be constant, the amplitude of the oscillating mirror element 10 is kept constant, whereby an image is also recorded at a predetermined position. .

以上のように構成された装置において、環境温度が変化すると前述のようにミラー５は振動子支持部４との線膨張係数の差によって反りが発生する。ミラー５に反りが発生すると光軸方向における結像位置（焦点距離）が変化し、感光体上でビームが絞れなくなる。振幅検出センサ６５は反射ミラー６４を介して感光体の延長上に設置されている。この振幅検出センサ６５は、ビーム幅に比例したパルス幅の電圧を出力する素子である。したがって、振幅検出センサ６５の位置でビームが絞れていると感光体上でもビームを絞れることになる。振幅検出センサ６５においてビームが絞れているかどうかは、個々の振幅検出センサ６５をビームが通過する時間で判断できる。 In the apparatus configured as described above, when the environmental temperature changes, the mirror 5 is warped due to the difference in linear expansion coefficient from the vibrator support portion 4 as described above. When the mirror 5 is warped, the imaging position (focal length) in the optical axis direction changes, and the beam cannot be focused on the photosensitive member. The amplitude detection sensor 65 is installed on the extension of the photosensitive member via the reflection mirror 64. The amplitude detection sensor 65 is an element that outputs a voltage having a pulse width proportional to the beam width. Therefore, if the beam is narrowed at the position of the amplitude detection sensor 65, the beam can be narrowed even on the photosensitive member. Whether or not the beam is narrowed in the amplitude detection sensor 65 can be determined by the time that the beam passes through each amplitude detection sensor 65.

すなわち、ビームが絞れているとビーム幅が小さいためビームが通過するのに要する時間は小さく、振幅検出センサ６５から出力されるパルス幅は狭くなり、一方ビームが絞れていないとビーム幅が大きいためビームが通過するのに要する時間は大きく、振幅検出センサ６５から出力されるパルス幅は広くなるものである。そこで、本実施形態では、振幅検出センサ６５から出力されるパルスのその幅によって、ビームの結像状態、すなわち結像位置を検出するものとし、その振幅検出センサ６５を、光源からの光のビーム結像位置を検出する検出手段としている。 That is, since the beam width is small when the beam is narrowed, the time required for the beam to pass is small, the pulse width output from the amplitude detection sensor 65 is narrow, and when the beam is not narrowed, the beam width is large. The time required for the beam to pass is large, and the pulse width output from the amplitude detection sensor 65 is widened. Therefore, in the present embodiment, the imaging state of the beam, that is, the imaging position is detected based on the width of the pulse output from the amplitude detection sensor 65, and the amplitude detection sensor 65 is configured to detect the beam of light from the light source. Detection means for detecting the imaging position is used.

また、振動ミラー素子１０に取り付けたヒータ７への通電量を変えてやると振動ミラー素子１０の温度が変化し、これに伴ってミラー５の反り量も変化する。ミラー５の反り量が変わると結像位置が変化し振幅検出センサ６５の位置でのビーム径が変化してビーム通過時間、つまり振幅検出センサ６５から出力されるパルス幅が変化する。従って、このときのビーム通過時間（パルス幅）が所定の値になるように、ヒータ７への通電量を制御してやれば、感光体上でビームを結像できるように結像位置（焦点距離）をコントロールすることができるものである。そこで、本実施形態では、振幅検出センサ６５での検出結果に応じ、温度調整手段であるヒータ７により振動ミラー素子１０の温度を変化させることで、ミラーの反り量を変化させて、ビーム結像位置を正確に合わせる。 Further, if the amount of current supplied to the heater 7 attached to the vibrating mirror element 10 is changed, the temperature of the vibrating mirror element 10 changes, and the warpage amount of the mirror 5 also changes accordingly. When the amount of warping of the mirror 5 changes, the imaging position changes, the beam diameter at the position of the amplitude detection sensor 65 changes, and the beam passage time, that is, the pulse width output from the amplitude detection sensor 65 changes. Therefore, if the energization amount to the heater 7 is controlled so that the beam passage time (pulse width) at this time becomes a predetermined value, the image forming position (focal length) can be formed on the photosensitive member. Can be controlled. Therefore, in the present embodiment, the amount of warping of the mirror is changed by changing the temperature of the oscillating mirror element 10 by the heater 7 which is a temperature adjusting unit according to the detection result of the amplitude detection sensor 65, thereby changing the amount of mirror warpage. Adjust the position accurately.

本実施形態のこれらの構成によると、ビームの結像状態を簡単に検出でき、しかも、ビームの結像状態を調べるのに振動ミラー素子１０の振幅を一定にするための振幅検出センサ６５を兼用することができ、安価な構成を可能とするものでもある。そして、環境温度が変化してもミラーの温度を一定に保つことでミラーの反り量を一定に保つことができ、ビーム結像位置を一定位置にすることができる。 According to these configurations of the present embodiment, the image formation state of the beam can be easily detected, and the amplitude detection sensor 65 for making the amplitude of the oscillating mirror element 10 constant to check the image formation state of the beam is also used. It is also possible to achieve an inexpensive configuration. And even if environmental temperature changes, the mirror curvature can be kept constant by keeping the mirror temperature constant, and the beam imaging position can be kept constant.

ここで、温度調整手段がヒータ７だけだと温度を上昇させる側にだけしか制御できないため、組立時には予め結像位置をオフセットして調整しておき、温度を上昇させたときに感光体上でビームが結像できるよう構成することも可能である。 Here, if only the heater 7 is used as the temperature adjusting means, it can be controlled only to the temperature increasing side. Therefore, when assembling, the image forming position is offset and adjusted in advance. It is also possible to configure so that the beam can be imaged.

また、温度調整手段にはペルチェ素子などを冷却素子として使用することが可能で、ペルチェ素子によって振動ミラー素子１０の温度を下げる方向にコントロールすることができる。このときには、前記の例とは逆に温度を下げたときに感光体上でビームが結像できるように組立時に予め結像位置をオフセットして調整しておくことも可能である。また、温度調整手段としてヒータ、ペルチェ素子の両方を設置することも可能である。 In addition, a Peltier element or the like can be used as a cooling element for the temperature adjusting means, and the temperature of the vibrating mirror element 10 can be controlled to be lowered by the Peltier element. In this case, conversely to the above example, the imaging position can be offset and adjusted in advance so that the beam can be imaged on the photosensitive member when the temperature is lowered. It is also possible to install both a heater and a Peltier element as temperature adjusting means.

また、前記の実施形態においては、振動ミラー素子１０に温度調整手段としてヒータ７を設けた構成を示したが、他の実施形態として図５のようにヒータ７とともに温度保持手段としての温度センサ８を設けることも可能である。温度センサ８にはサーミスタなどの素子が用いられる。このような構成によると、温度センサ８で温度を検出し、所定の温度以下であるときにはヒータ７により加熱を行うことで、上述したように、常に振動ミラー素子１０を一定温度に保つようコントロールすることができる。そして、これによりミラー５を常に一定の反り量に保つことが可能となり、反射したビームの結像位置を一定の位置に保つことができる。また、このような構成にすると振動子１を一定温度に保持することができ、温度変化による振動子１の弾性係数の変化によって生じる共振周波数の変化をなくすことも可能である。 Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the vibration mirror element 10 is provided with the heater 7 as the temperature adjusting means is shown. However, as another embodiment, the temperature sensor 8 as the temperature holding means together with the heater 7 as shown in FIG. It is also possible to provide. An element such as a thermistor is used for the temperature sensor 8. According to such a configuration, the temperature is detected by the temperature sensor 8, and when the temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, the heater 7 is heated, so that the vibrating mirror element 10 is always maintained at a constant temperature as described above. be able to. As a result, the mirror 5 can always be kept at a constant amount of warpage, and the imaging position of the reflected beam can be kept at a constant position. Further, with such a configuration, the vibrator 1 can be held at a constant temperature, and it is possible to eliminate the change in the resonance frequency caused by the change in the elastic coefficient of the vibrator 1 due to the temperature change.

（振動ミラー素子の製造方法）
次に、振動ミラー素子１０の製造方法について説明する。図６は、振動ミラー素子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６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。 (Manufacturing method of vibrating mirror element)
Next, a method for manufacturing the vibrating mirror element 10 will be described. FIG. 6 is a plan view showing an example of a mold used for manufacturing the vibrator 1 constituting the oscillating mirror element 10. In FIG. 6, only the shape and position of the die punch are schematically shown.

図６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６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。 As shown in FIG. 6, the mold 30 has a structure in which the vibrator 1 is formed by multi-step progressive pressing. In the example of FIG. 6, the vibrator 1 is formed by a five-step press process. That is, in the region 31, guide holes are formed in the plate-like metal material. In the region 32, one end face in the width direction of the beam 3 is formed. At this point, the support 4 is not separated from the frame 2. In the region 33, the other end face in the width direction of the beam 3 is formed. Similar to the region 32, the support portion 4 is not separated from the frame body 2 at this point. In the region 34, one end in the width direction of the support portion 4 is separated from the frame body 2 to form an end surface. And in the area | region 35, the other of the width direction of the support part 4 is isolate | separated from the frame 2, and an end surface is formed.

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７は、図６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７に示す矢印は金属材料４０の送り方向を示している。図７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７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。 In the manufacturing process of the vibrator 1, a band-shaped metal material is fed into the mold 30 using a coil feeder or the like. FIG. 7 is a plan view showing a manufacturing process of the vibrator 1 by the mold 30 shown in FIG. The arrows shown in FIG. 7 indicate the feeding direction of the metal material 40. In FIG. 7, regions 41, 42, 43, 44, 45 of the metal material 40 are portions formed by the regions 31, 32, 33, 34, 35 of the mold 30, respectively. As shown in FIG. 7, after passing through the respective regions 31 to 35 of the mold 30 and completing the press processing five times, the forming of the vibrator 1 is completed. The metal material 40 that has been pressed five times is sequentially cut and separated as the vibrator 1. By using the press working as described above, the vibrator 1 in which the frame body 2, the beam 3, and the support portion 4 are integrally formed can be easily manufactured.

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。 The permanent magnet 6 and the mirror 5 are sequentially attached to the support portion 4 of the vibrator 1 formed as described above. The mounting of the permanent magnet 6 has a function of fixing and supporting the vibrator 1 with the permanent magnet mounting surface of the support portion 4 facing upward, and a function of picking up the permanent magnet 6 and transporting it onto the permanent magnet mounting surface. Use mounting equipment. As the mounting device, for example, a known mounter for mounting electronic components on a printed circuit board or the like can be used.

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、振動ミラー素子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。 When the vibrator 1 is fixed and supported on the mounting apparatus with the permanent magnet mounting surface facing upward, the permanent magnet 6 mounted on the vibrator 1 is attracted by suction means such as a vacuum collet provided in the transport means of the mounting apparatus. Picked up. The conveying means that attracts the permanent magnet 6 moves above the permanent magnet mounting surface of the vibrator 1. In the course of this movement, an adhesive member such as an epoxy resin is applied to the contact surface of the permanent magnet 6 with the permanent magnet mounting surface. And a conveyance means makes the surface where the adhesive member of the permanent magnet 6 was applied contact a permanent magnet mounting surface, and arrange | positions the permanent magnet 6 on a permanent magnet mounting surface. The arrangement position of the permanent magnet 6 on the permanent magnet mounting surface is strictly aligned to a state in which the symmetry of the oscillating mirror element 10 is maintained by known image recognition or the like. The vibrator 1 on which the permanent magnet 6 is mounted is unloaded from the mounting apparatus.

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。 When the permanent magnet 6 is fixed, the mirror 5 is mounted on the mirror mounting surface of the vibrator 1. For mounting the mirror 5, a function of fixing and supporting the vibrator 1 with the mirror mounting surface of the support portion 4 to which the permanent magnet 6 is fixed facing upward, and a function of picking up the mirror 5 and transporting it onto the mirror mounting surface A mounting apparatus having the following is used. As the mounting device, for example, a known mounter for mounting electronic components on a printed circuit board or the like can be used.

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、振動ミラー素子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。 When the vibrator 1 having the permanent magnet 6 fixed to the mounting apparatus is fixed and supported with the mirror mounting surface facing upward, an adhesive such as epoxy resin is bonded to the region of the support 1 of the vibrator 1 where the mirror 5 is joined. The agent is applied. Thereafter, the mirror 5 mounted on the vibrator 1 is picked up by a suction means such as a vacuum collet provided in the transport means of the mounting apparatus, and the transport means that sucks the mirror 5 is located above the mirror mounting surface of the vibrator 1. The mirror 5 is placed on the mirror mounting surface. The arrangement position of the mirror 5 on the mirror mounting surface is strictly aligned with a state in which the symmetry of the oscillating mirror element 10 is maintained by known image recognition or the like. The vibrator 1 on which the mirror 5 is mounted is unloaded from the mounting apparatus.

以上のようにして振動ミラー素子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素子を製造することができる。 By configuring the oscillating mirror element 10 as described above, it is possible to manufacture the oscillating mirror element at low cost without using extremely expensive manufacturing equipment such as a semiconductor manufacturing apparatus as in the prior art.

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８は、図１のＸ−Ｘ線における断面構造を示す断面図である。図８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。 In the present embodiment, a plurality of pressing steps for forming the support portion 4 are performed from the same direction. The surface on the upstream side in the pressing direction of the support portion 4 is a mirror mounting surface, and the downstream surface in the pressing direction is a permanent magnet mounting surface. 8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line XX of FIG. As shown in FIG. 8, when a metal material is formed by press working, burrs may occur on the downstream side in the press working direction. As described above, the size of the mirror mounting surface of the support portion 4 is smaller than the size of the mirror 5.

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。 Therefore, when the mirror 5 is fixed to the mirror mounting surface, a part of the mirror 5 protrudes outward from the mirror mounting surface. However, by adopting a configuration in which the mirror 5 is fixed to the upstream surface in the press working direction, the mirror 5 can be fixed in close contact with the mirror mounting surface regardless of the presence or absence of burrs.

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。 In addition, since the size of the permanent magnet 6 is smaller than the size of the permanent magnet mounting surface of the support portion 4, the permanent magnet 6 and the support portion 4 should be in close contact and fixed even under the condition where burrs are formed. Can do. Therefore, according to this configuration, the mirror 5 and the permanent magnet 6 can always be fixed to the support portion 4 in the same state regardless of the presence or absence of burrs. For this reason, even if burrs are formed in the process of press working, it is not necessary to remove burrs, and an increase in manufacturing cost due to the addition of a burr removing process can be prevented.

（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素子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素子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素子に比べると大きくなってしまう。このような個体差は、各振動ミラー素子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。 (Resonance frequency adjustment method)
By the way, the vibrating mirror element 10 designed and manufactured by the method described above has individual vibrations caused by the processing accuracy of press working, the difference in the adhesion amount of the adhesive member used for fixing the mirror 5 and the permanent magnet 6, and the like. The individual difference of the mirror elements 10 is larger than that of a vibrating mirror element formed using a semiconductor manufacturing technique. Such an individual difference is manifested as a difference in the resonance frequency f ₀ of each vibrating mirror element 10. As described above, in the laser scanning unit, the resonance frequency f ₀ is a parameter that determines the recording density and the printing speed on the photosensitive member. For this reason, the resonance frequency f ₀ needs to belong to a certain range.

図９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９（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９（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９（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９（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。 FIG. 9 is a diagram showing the influence of the difference between the drive frequency f and the resonance frequency f ₀ on the laser scanning unit. FIG. 9A shows the relationship between the frequency ratio (f / f ₀ ) and the amplitude (swing angle) when the AC power applied to the electromagnet is constant. FIG. 9B shows the relationship between the frequency ratio and the magnitude of AC power when the amplitude is constant. In FIG. 9A, the horizontal axis corresponds to the frequency ratio, and the vertical axis corresponds to the amplitude ratio. Here, the amplitude ratio is normalized with reference to the amplitude when the drive frequency f and the resonance frequency f ₀ coincide. In FIG. 9B, the horizontal axis corresponds to the frequency ratio, and the vertical axis corresponds to the power consumption.

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、振動ミラー素子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９（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９（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。 As shown in FIGS. 9A and 9B, when the resonance frequency f ₀ of the oscillating mirror element 10 and the drive frequency f match, a large amplitude is obtained with very small power consumption. . As can be understood from FIG. 9A, when a mismatch occurs between the drive frequency f and the resonance frequency f ₀ , the amplitude obtained by the same applied power decreases rapidly. For this reason, the electric power that needs to be applied in order to obtain the same amplitude as when the drive frequency f and the resonance frequency f ₀ coincide with each other increases rapidly (FIG. 9B). When used as a laser scanning unit, normal image formation cannot be performed unless the swing angle is within a desired range.

また、振動ミラー素子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素子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素子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、上記振動ミラー素子１０は、共振周波数ｆ₀を調整する必要がある。 In addition, it is preferable to employ a configuration in which the power supplied to the electromagnet by the driving unit 11 that drives the oscillating mirror element 10 can be adjusted, because the manufacturing cost of the laser scanning unit increases and the overall power consumption increases. Absent. For this reason, it is desirable that each resonance frequency f ₀ of the oscillating mirror element 10 to be manufactured is within a range of ± 0.5% of the target frequency. However, in the vibrating mirror element 10 using the vibrator 1 formed by pressing a metal material, the individual difference of the resonance frequency f ₀ may vary within a range of ± 0.5% or more of the target frequency. is there. For this reason, the oscillating mirror element 10 needs to adjust the resonance frequency f ₀ .

図１０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１０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１０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。 FIG. 10 is a plan view showing an example of a support structure of a resonant mirror provided with a resonant frequency adjusting piece. As shown in FIG. 10, the support portion 4 includes a resonance frequency adjusting piece 21 extending outward in the same plane. In the example of FIG. 10, resonance frequency adjusting pieces 21 extending in the direction of the torsional rotation axis so as to protrude outward from the outer edge of the mirror 5 are provided at each of the four corners of the support body 4a. The resonance frequency adjusting piece 21 is integrally formed as the vibrator 1 by press working.

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素子の慣性モーメントＪを減少させることができる。なお、振動ミラー素子の対称性を維持するため、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。 In this example, the moment of inertia J of the oscillating mirror element can be reduced by removing a part or all of each resonance frequency adjusting piece 21 by laser irradiation or the like. In order to maintain the symmetry of the oscillating mirror element, it is preferable to remove each resonance frequency adjusting piece 21 by the same length. In this case, the reduction amount of the moment of inertia J can be adjusted according to the removal length of each resonance frequency adjusting piece 21.

以上のように、本発明によれば、振動ミラー素子を線膨張係数の異なる別々の材料で構成される振動板とミラーを貼り合わせて構成した光走査装置において、発生するビーム結像位置（焦点距離）の変化に対してミラーの温度を変えることでミラーの反り量を変化させる。これによってビーム結像位置を調整することができ、安価で品質の良好な装置を提供することが可能である。 As described above, according to the present invention, a beam imaging position (focal point) generated in an optical scanning device in which a vibrating mirror element is formed by bonding a vibrating plate made of different materials having different linear expansion coefficients and a mirror. The amount of warping of the mirror is changed by changing the temperature of the mirror with respect to the change in the distance. As a result, the beam imaging position can be adjusted, and an inexpensive and good quality apparatus can be provided.

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、振動ミラー素子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、振動ミラー素子の駆動方式は、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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications can be made without departing from the technical idea of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the configuration in which a permanent magnet is mounted on the vibrating mirror element and the driving unit applies an alternating magnetic field to the permanent magnet has been described. However, the driving method of the vibrating mirror element has a range in which the effect of the present invention is achieved. It can be arbitrarily changed in.

以上説明したように、本発明によれば、振動板とミラーを線膨張係数の異なる材料で構成した振動ミラー素子を用いる光走査装置において、発生するビーム結像位置の変化に対してミラーの温度を変えることでミラーの反り量を変化させてビーム結像位置を調整することができる。従って、安価で品質の良好な装置を提供することが可能である。また、本発明の別の構成によれば、ミラーの温度を一定に制御することでミラーの反り量を一定に保ち、ビーム結像位置を一定に保つことができ、環境温度に関係なく品質の良好な装置を提供することが可能である。 As described above, according to the present invention, in the optical scanning device using the vibrating mirror element in which the vibrating plate and the mirror are made of materials having different linear expansion coefficients, the temperature of the mirror with respect to the change in the beam imaging position that occurs. Can change the amount of warping of the mirror to adjust the beam imaging position. Therefore, it is possible to provide an inexpensive and high-quality device. Further, according to another configuration of the present invention, by controlling the mirror temperature to be constant, the amount of mirror warpage can be kept constant, and the beam imaging position can be kept constant. It is possible to provide a good device.

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。 The optical scanning device of the present invention can be used as an image forming apparatus such as a laser printer for scanning a laser beam on a photosensitive member, and further used for a digital copying machine equipped with such an image forming apparatus. Is possible.

本発明の一実施形態における振動ミラー素子の構造を示す概略斜視図The schematic perspective view which shows the structure of the vibration mirror element in one Embodiment of this invention. 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1 is a schematic configuration diagram showing a structure of an optical scanning device according to an embodiment of the present invention. チタン合金のＳ−Ｎ曲線を示す図The figure which shows the SN curve of a titanium alloy 環境温度が変化したときのミラーと振動子の反り状態の一例を示す図The figure which shows an example of the curvature state of a mirror and a vibrator when environmental temperature changes 本発明の他の実施形態における振動ミラー素子の構造を示す概略斜視図The schematic perspective view which shows the structure of the vibration mirror element in other embodiment of this invention. 振動ミラー素子の製造に使用する金型を示す平面図Plan view showing a mold used to manufacture a vibrating mirror element 振動ミラー素子の製造過程を示す平面図Plan view showing the manufacturing process of the vibrating mirror element 図１のＸ−Ｘ線における断面構造を示す断面図Sectional drawing which shows the cross-sectional structure in the XX line of FIG. 駆動周波数と共振周波数の影響を示す図Diagram showing influence of drive frequency and resonance frequency 本発明における共振周波数調整片を備えた共振ミラーの一例を示す図The figure which shows an example of the resonant mirror provided with the resonant frequency adjustment piece in this invention 本発明における日田の温度とミラーの曲率の関係図。The relationship figure of the temperature of Hita and the curvature of a mirror in this invention.

Explanation of symbols

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
７ヒータ
８温度センサ
１０振動ミラー素子
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結像レンズ系（アークサインθレンズ）
５６シリンドリカルレンズ
Ｌ梁長
ｂ梁幅
ｔ梁厚 1 vibrator 2 frame 3 beam (torsional rotation axis)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Support part 5 Mirror 6 Permanent magnet 7 Heater 8 Temperature sensor 10 Vibrating mirror element 21 Resonance frequency adjustment piece 30 Mold 40 Metal material (hoop material)
50 Laser Scanning Unit 52 Light Source 53 Deflector 54 Imaging Lens System (Arc Sine θ Lens)
56 Cylindrical lens L Beam length b Beam width t Beam thickness

Claims

A light source that emits light;
The light source is formed by reciprocally oscillating about a single line along the surface of the mirror or the diaphragm, which is composed of a mirror and a diaphragm made of materials having different linear expansion coefficients. A vibrating mirror element that reflects and scans light from the mirror;
An optical system for forming an image on the image plane of the light;
In an optical scanning device comprising:
An optical scanning apparatus comprising temperature adjusting means for changing a focal length of the image formation by changing a mirror warpage amount by adjusting a temperature of the oscillating mirror element.

The optical scanning device according to claim 1, further comprising detection means for detecting the focal length.

The detection means includes a light detection element provided in a scanning region in which light from the light source scans, and measures the time during which the light from the light source passes over the light detection element, thereby The optical scanning device according to claim 2, wherein a focal length is detected.

A light source that emits light;
The light source is formed by reciprocally oscillating about a single line along the surface of the mirror or the diaphragm, which is composed of a mirror and a diaphragm made of materials having different linear expansion coefficients. A vibrating mirror element that reflects and scans light from the mirror;
An optical system for forming an image on the image plane of the light;
In an optical scanning device comprising:
An optical scanning apparatus comprising temperature holding means for keeping the amount of warping of the mirror constant by keeping the temperature of the vibrating mirror element constant.