JP2011107675A - 光偏向素子、光偏向器、及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光偏向素子は、光反射性を有する反射鏡42が設けられた可動板41と、支持枠44と、可動板41を支持枠44に対して回動可能に連結する弾性支持梁43と、可動板41の反射鏡42と反対の面側に設けられた磁石37とを備え、弾性支持梁43は、可動板41の回動軸Xに垂直な断面で見たときに、幅が反射鏡42側から磁石37側に向けて漸次増加する形状をなしている。
【選択図】図2
Description
可動板は高速かつ高精度で回動させることが必要であるが、高速で回動するために、可動板自身の慣性モーメントによって、「動たわみ」と呼ばれる変形が生じ、当該動たわみによって反射面の平坦度が損なわれ、形成される画像が劣化することがあった。
特許文献2には、可動板の反射面と反対側の面であってねじり軸を挟む両側の少なくとも一方の面に凹部を形成することによって、剛性を落とすことを抑制して慣性力を低減できる、光偏向器及びその製造方法、それを用いた光学機器そしてねじれ揺動体が開示されている。
すなわち、従来では、捻り梁の断面形状によっては、可動板と捻り梁との接合部に生じる応力は可動板の一方の面側と他方の面側とで異なることとなり、このような応力に起因して可動板にたわみが生じるという問題があった。
支持部と、
前記可動板を前記支持部に対して回動可能に連結する連結部と、
前記可動板の前記光反射部と反対の面側に設けられた磁石とを備え、
前記連結部は、前記可動板の回動中心軸に垂直な断面で見たときに、前記光反射部側から前記磁石側に向けて、幅が漸次増加する形状をなしていることを特徴とする。
支持部と、
前記可動板を前記支持部に対して回動可能に連結する互いに平行な複数の梁で構成された連結部と、
前記可動板の前記光反射部と反対の面側に設けられた磁石とを備え、
前記連結部は、前記可動板の回動中心軸に垂直な断面で見たときに、前記複数の梁が前記光反射部に平行な方向に並んで設けられ、前記光反射部側から前記磁石側に向けて、前記光反射部に平行な方向における前記各梁の幅と隣り合う前記梁同士の間の距離とを合計した長さが漸次増加する形状をなしていることを特徴とする。
前記第1の梁および前記第2の梁は、前記可動板の回動中心軸に垂直な断面で見たときに、前記光反射部側から前記磁石側に向けて、互いの離間距離が大きくなるようにそれぞれ傾斜した形状をなしていることが好ましい。
この光偏向素子によれば、第1の梁と第2の梁とで、光反射部側の幅より磁石側の幅が大きい連結部を構成することができる。
この光偏向素子によれば、可動板および連結部を、単結晶シリコンをエッチングすることで略同時に一体に形成することができる。一体に形成できることで、組み立て工程を不要にすることができ、接合部分において強度低下などが生ずることを抑制することができる。
前記連結部は、前記単結晶シリコンの(100)面および(111)面で構成されていることが好ましい。
この光偏向素子によれば、単結晶シリコンが(100)面や(111)面に沿ってエッチングされ易いことを利用して、効率よく、また、精度良く、光偏向素子の各面を形成して、効率的に精度良く光偏向素子を形成することができる。
この光偏向素子によれば、可動板と連結部との間に生じる応力を抑制することができる。
[適用例7]上記適用例にかかる光偏向素子は、前記可動板は、その回動中心軸に垂直な断面で見たときに、前記光反射部側から前記磁石側に向けて幅が漸減する部分を有することが好ましい。
この光偏向素子によれば、可動板の光反射部側の面の面積を減ずることなく、可動板の質量を削減して、可動板の慣性モーメントを低減することができる。
前記磁石の少なくとも一部は、前記凹部内に設けられていることが好ましい。
この光偏向素子によれば、可動板の質量を削減して、可動板の慣性モーメントを低減することができる。また、磁石の重心を可動板の回動中心軸に近づけることができる。その結果、可動板および磁石の回動中心軸まわりの慣性モーメントを低減することができる。
この光偏向素子によれば、例えば可動板に対向配置したコイルにより磁界を発生させることにより、可動板を往復回動させることができる。
[適用例10]本適用例にかかる光偏向器は、上記適用例のいずれかに記載の光偏向素子を備えることを特徴とする。
本適用例にかかる光偏向器によれば、連結部に発生した応力の影響による可動板のたわみが大きくなる側を、可動板の変形し難い側にすることで、可動板全体としてのたわみを小さくすることができる。
上記適用例に記載の光偏向器とを備え、
前記光出射部から出射した光を前記光偏向器により走査することにより、画像を形成することを特徴とする。
本適用例にかかる画像形成装置によれば、可動板のたわみに起因する画像の劣化を抑制して、品質の高い画像を安定して形成することができる。
この光偏向器によれば、可動板及び弾性支持梁を、単結晶シリコンをエッチングすることで略同時に形成することができる。一体に形成できることで、組み立て工程を不要にすることができ、接合部分において強度低下などが生ずることを抑制することができる。
この光偏向器によれば、光偏向素子の面がシリコン結晶の(100)面やシリコン結晶の(111)面で形成されている。これにより、単結晶シリコンが(100)面や(111)面に沿ってエッチングされ易いことを利用して、効率よく、また、精度良く、光偏向素子の各面を形成して、効率的に精度良く光偏向素子を形成することができる。
この光偏向器によれば、可動板表面と梁表面、可動板表面と副梁表面、可動板裏面と梁裏面、及び可動板裏面と副梁裏面は、略同一平面である。これにより、境目に段差がないため、段差の角の部分に応力集中が発生することを、実質的に排除し、大きな応力が発生することを抑制することができる。
この光偏向器によれば、側面に凹部を形成することで、可動板の可動板表面の面積を減ずることなく、凹部に相当する重量を削減して、可動板の慣性モーメントを低減することができる。
この光偏向器によれば、駆動源配置部として可動板裏面に凹部が形成されることで、凹部に相当する重量を削減して、可動板の慣性モーメントを低減することができる。駆動源要素は、例えば磁石のようにシリコンより比重が大きい部材である。当該比重が大きい部材を可動板裏面に形成された凹部に配設することで、可動板裏面に配設する構成に比べて比重の大きい部材を可動板の回動中心軸に近い位置に配設することができ、可動板と駆動源要素を合わせた回動中心軸まわりの慣性モーメントを低減することができる。
この光偏向器によれば、駆動源配置部に配設された永久磁石又はコイルの一方と、例えば光偏向器が取り付けられた筐体に配設された永久磁石又はコイルのもう一方とが協働することによって、可動板を往復回動させることができる。
本適用例にかかる画像形成装置によれば、可動板のたわみを全体として小さくすることができる光偏向素子を備える光偏向器、又は可動板のたわみを全体として小さくすることができる光偏向器を備えることによって、可動板のたわみに起因する画像の劣化を抑制して、品質の高い画像を安定して形成することができる。
最初に、投射型画像表示装置1について、図1を参照して説明する。図1は、投射型画像表示装置の主要な構成要素を示す説明図である。
図1に示すように、投射型画像表示装置1は、光束LをスクリーンSの横方向(主走査方向)及び縦方向(副走査方向)に2次元的に走査することにより、スクリーンS上に画像を形成(描画)する装置である。
なお、スクリーンSは、投射型画像表示装置1に一体に備えられたものであっても別体であってもよい。また、スクリーンSの表面側(光Lの照射側)で画像を視認するように構成してもよいし、スクリーンSの裏面側(光Lの照射側とは反対側)から画像を視認するように構成してもよい。
主走査偏向器31は、光偏向素子40を備えており、光偏向素子40は、回動軸Xを回動軸(回動中心軸)として回動する可動板41に固定された反射鏡42を備えている。
光源ユニット2のダイクロイックプリズム22Bから射出された光束Lは、反射鏡42によって反射されて、回動軸Xの軸方向に略直角な主走査方向に走査される。光源ユニット2、又はレーザー光源21が、光源(光出射部)に相当する。主走査偏向器31が、光偏向器に相当する。
主走査偏向器31の反射鏡42によって反射された光束Lは、副走査反射鏡48によって反射されて、主走査方向に略直角な副走査方向に走査される。
副走査反射鏡48によって反射された光束Lは、固定反射鏡34で反射されて、スクリーンSに照射される。主走査偏向器31による主走査方向の走査と、副走査偏向器32による副走査方向の走査とによって、スクリーンS上に、2次元の画像が形成される。
次に、主走査偏向器31が備える光偏向素子40について、図2を参照して説明する。図2は、光偏向素子の形状を示す図である。図2(a)は、光偏向素子の形状を示す平面図であり、図2(b)は、図2(a)に矢印Cで示した方向から見た側面図であり、図2(c)は、図2(a)にA−Aで示した断面における断面図であり、図2(d)は、図2(a)にB−Bで示した断面における断面図であり、図2(e)は、可動板及び弾性支持梁の斜視図である。
図2に示すように、光偏向素子40は、可動板41と、反射鏡(光反射部)42と、一対の弾性支持梁(連結部)43,43と、支持枠(支持部)44と、を備えている。可動板41と弾性支持梁43と支持枠44とは、例えばシリコン基板をエッチングして形成され、一体に形成されている。
可動板41の形状は、円形の平板である。反射鏡42は、平板形状の可動板41の可動板表面41Aに、配設されている。反射鏡42は、例えばアルミニウムの薄膜であり、平滑に仕上げられたシリコンの面である可動板表面41Aに、例えばスパッタリングによって形成される。
このように、可動板41は、反射鏡42(光反射部)とは反対の可動板裏面41Bに形成された裏面凹部41C(凹部)を有し、磁石37の少なくとも一部は、裏面凹部41C内に設けられている。
表稜線436aと、裏稜線439aと、表稜線437aと、裏稜線438aとは、回動軸Xの軸方向に略平行である。反射鏡42の反射面に平行な方向において、表稜線436aより裏稜線439aの方が回動軸Xから遠い位置に位置しており、表稜線437aより裏稜線438aの方が回動軸Xから遠い位置に位置している。
副支持梁43a及び副支持梁43bが、第一副支持梁又は第二副支持梁に相当する。副梁側面433a及び副梁側面434aと、副梁側面433b及び副梁側面434bとが、第一梁側面又は第二梁側面に相当する。
そして、副支持梁43aおよび副支持梁43bは、可動板41の回動軸X(回動中心軸)に垂直な断面で見たときに、反射鏡42(光反射部)側から磁石37側に向けて、互いの離間距離が大きくなるようにそれぞれ傾斜した形状をなしている。
支持枠44は、略方形の板の内側に支持枠開口45が形成された額縁状の形状を有している。可動板41(反射鏡42)と一対の弾性支持梁43,43(副支持梁43aと副支持梁43bの組が一対)とは、支持枠開口45に配設されている。副支持梁43aと副支持梁43bの可動板41と接続された一端の反対側の一端が、支持枠44における額縁形状の対向する2辺の略中央にそれぞれ接続されている。
次に、主走査偏向器31が備える素子筐体50について、図3を参照して説明する。図3は、素子筐体の筐体本体及び封止蓋の外形形状を示す図である。図3(a)は、素子筐体の筐体本体の外形形状を示す平面図であり、図3(b)は、図3(a)にD−Dで示した断面における素子筐体の筐体本体及び封止蓋の断面形状を示す断面図であり、図3(c)は、図3(a)にE−Eで示した断面における素子筐体の筐体本体及び封止蓋の断面形状を示す断面図である。
筐体本体52は、例えば低温焼成のセラミックスで形成する。セラミックス材料の膜を形成し、焼結することを繰り返し、積層させることによって、筐体本体52を形成する。
次に、主走査偏向器31について、図4を参照して説明する。図4は、主走査偏向器の構成を示す図である。図4(a)は、主走査偏向器を封止蓋側から見た平面図であり、図4(b)は、図4(a)にF−Fで示した断面における主走査偏向器の断面図であり、図4(c)は、図4(a)にG−Gで示した断面における主走査偏向器の断面図であり、図4(d)は、図4(a)にG−Gで示した断面における可動板が回動した状態を示す断面図である。
光偏向素子40は、支持枠44が素子筐体50の筐体本体52における支持部56に固定されることによって、筐体本体52に固定されている。光偏向素子40の可動板41と反射鏡42と一対の弾性支持梁43,43とは、筐体本体52における素子室凹部54bの部分に位置しており、可動板41及び可動板41と一体に形成された反射鏡42は回動可能である。
封止蓋51の筐体本体52への接合は、封止蓋51及び筐体本体52を構成する材料によって適切な方法を選択するが、金属接合、共晶結合、又は陽極接合などの接合方法を用いて接合する。
可動板41は回動させられて、可動板411から可動板412の範囲で往復回動する。反射された光束は、光束L21から光束L22の範囲で走査される。
可動板41が回動させられて、一対の弾性支持梁43,43がねじられる。弾性支持梁43がねじられたとき、弾性支持梁43を構成する副支持梁43a及び副支持梁43bにおいては、副梁側面433aと副梁側面434a、及び副梁側面433bと副梁側面434bに大きな応力が発生する。副支持梁43a又は副支持梁43bと可動板41との接続部分においては、副支持梁43aと副支持梁43bとが開いた側の内側に最も大きい応力が発生する。すなわち、副支持梁43aにおける裏稜線439a及び副支持梁43bにおける裏稜線439bの周辺の応力が大きくなる。
光偏向素子40においては、可動板41における裏稜線439a及び裏稜線439bとの接続部分に近い位置に磁石37が固定されている。磁石37は例えば鉄系の金属で形成されており、可動板41を構成するシリコンに比べて高い剛性を有している。このため、副支持梁43a及び副支持梁43bがねじられて発生する応力による可動板41のたわみは、最も大きい部分において、たわみ量を軽減することができる。
次に、光偏向素子40とは一部の構成が異なる光偏向素子60及び光偏向素子80について、図5を参照して説明する。図5は、光偏向素子の形状を示す図である。図5(a)は、光偏向素子の形状を示す平面図であり、図5(b)は、図5(a)にH−Hで示した断面における断面図である。図5(c)は、光偏向素子の形状を示す平面図であり、図5(d)は、図5(c)にJ−Jで示した断面における断面図である。
一対の弾性支持梁63,63は、光偏向素子40における弾性支持梁43と同様に、それぞれの弾性支持梁63の一端が、可動板41の側面における円形平板形状の中心に関して略対称の位置において接続されており、回動軸X1の軸方向に沿ってそれぞれの中心軸が一直線となる方向及び位置に延在している。
梁表面631と梁裏面632と可動板表面41Aと可動板裏面41Bと支持枠44の両面とは、単結晶シリコンの(100)面で構成されている。梁側面634と梁側面635とV溝41Dを構成する溝面とは、単結晶シリコンの(111)面で構成されている。
光偏向素子60の可動板41においては、弾性支持梁63との接続部分において、裏稜線638及び裏稜線639との接続部分の周辺の応力が大きくなり、比例してたわみも大きくなる。
一対の弾性支持梁83,83は、それぞれの弾性支持梁83の一端が、可動板41の側面における円形平板形状の中心に関して略対称の位置において接続されており、回動軸X2の軸方向に沿ってそれぞれの中心軸が一直線となる方向及び位置に延在している。
光偏向素子80においては、光偏向素子40と同様に、可動板41における裏稜線439a及び裏稜線439bとの接続部分に近い位置に磁石37が固定される。磁石37は例えば鉄系の金属で形成されており、可動板41を構成するシリコンに比べて高い剛性を有している。このため、弾性支持梁83がねじられて発生する応力による可動板41のたわみは、最も大きい部分において、たわみ量を軽減することができる。
次に、投射型画像表示装置とは異なる、光偏向器を備える画像形成装置としての印刷装置について、図6及び図7を参照して説明する。本実施形態で説明する印刷装置101は、電子写真方式を採用する印刷装置である。図6は、印刷装置の全体構成を模式的に示す断面図である。図7は、印刷装置が備える露光ユニットの概略構成を示す説明図である。
印刷装置101は、露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスによって、トナーからなる画像を紙やOHPシートなどの記録媒体に記録するものである。
より詳細には、まず、図示しないホストコンピューターからの指令により、感光体111、現像ユニット114に設けられた現像ローラー(図示省略)、及び転写ユニット115の中間転写ベルト151が回転を開始する。感光体111は、回転しながら、帯電ユニット112に対向する部分が帯電ユニット112により順次帯電される。
感光体111上に形成された潜像は、感光体111の回転に伴って、現像ユニット114に対向する現像位置に至り、イエロー現像のための現像装置、例えば現像装置144によってイエロートナーで現像される。イエロートナーで現像されることによって、感光体111上にイエロートナー像が形成される。
記録媒体Pは、給紙トレイ117から、給紙ローラー171及びレジローラー172によって、二次転写ローラー155と駆動ローラー154とが、中間転写ベルト151を間に挟んで対向している二次転写位置へ搬送される。
記録媒体Pに転写されたフルカラートナー像は、定着装置118によって加熱および加圧されて記録媒体Pに融着される。その後、片面プリントの場合には、記録媒体Pは、排紙ローラー対173によって露光ユニット110の外部へ排出される。
両面プリントの場合には、定着装置118によって一方の面に定着処理された記録媒体Pを一旦排紙ローラー対173により挟持した後に、排紙ローラー対173を反転駆動するとともに、搬送ローラー174及び搬送ローラー176からなる搬送ローラー対を駆動して、当該記録媒体Pを搬送路175を通じて表裏反転して二次転写位置へ帰還させ、前述と同様の動作により、記録媒体Pの他方の面に画像を形成する。
図7に示すように、露光ユニット110は、光偏向器に相当するアクチュエーター103と、レーザー光源121と、コリメータレンズ122と、fθレンズ123とを備えている。アクチュエーター103は、回動軸X0まわりに回動可能な可動板241と、可動板241上に形成された反射鏡242とを有している。
その際、アクチュエーター103が駆動されて、可動板241が回動軸X0まわりに回動することにより、可動板241上に形成された反射鏡242で反射されたレーザー光L0は、感光体111の軸線方向に走査(主走査)される。同時に、感光体111が回転することにより、反射鏡242で反射されたレーザー光L0は、感光体111の周方向に走査(副走査)される。レーザー光L0が感光体111上を主走査方向及び副走査方向に走査されることによって、感光体111上に面状の画像が形成される。レーザー光源121が、光源に相当する。アクチュエーター103が、光偏向器に相当し、反射鏡242が、反射手段に相当する。
このようにして露光ユニット110は、感光体111上を選択的に露光して画像形成(描画)を行う。
(1)光偏向素子40において、弾性支持梁43を構成する副支持梁43aでは、表稜線436aより裏稜線439aの方が回動軸Xから遠い位置に位置しており、表稜線437aより裏稜線438aの方が回動軸Xから遠い位置に位置している。副支持梁43bでは、表稜線436bより裏稜線439bの方が回動軸Xから遠い位置に位置しており、表稜線437bより裏稜線438bの方が回動軸Xから遠い位置に位置している。このような弾性支持梁43(連結部)は、可動板41の回動軸X(回動中心軸)に垂直な断面で見たときに、反射鏡42(光反射部)側から磁石37側に向けて、幅が漸次増加する形状をなしている。この構成において、可動板41が回動させられて、弾性支持梁43(副支持梁43a及び副支持梁43b)がねじられたとき、副支持梁43aにおける裏稜線439a及び副支持梁43bにおける裏稜線439bの周辺の応力が大きくなる。可動板41においては、裏稜線439a及び裏稜線439bとの接続部分の周辺の応力が大きくなり、比例してたわみも大きくなる。可動板41における裏稜線439a及び裏稜線439bとの接続部分に近い位置にはシリコンに比べて高い剛性を有する磁石37が固定されているため、副支持梁43a及び副支持梁43bがねじられて発生する応力による可動板41のたわみは、最も大きい部分において、たわみ量を軽減することができる。これにより、可動板41のたわみ量を軽減することができる。
以上、添付図面を参照しながら好適な実施形態について説明したが、好適な実施形態は、前記実施形態に限らない。実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であり、以下のように実施することもできる。
(変形例3)前記実施形態においては、可動板41は、円形の平板形状であったが、可動板が円形であることは必須ではない。可動板の平板形状は、長円形状や楕円形状や多角形形状などであってもよい。
(変形例5)前記実施形態においては、副梁表面431aは、可動板表面41Aと略同一平面上にあり、副梁裏面432aは、可動板裏面41Bと略同一平面上にあり、副梁表面431bは、可動板表面41Aと略同一平面上にあり、副梁裏面432bは、可動板裏面41Bと略同一平面上にあった。しかし、弾性支持梁の表裏の面が可動板の表裏の面と同一平面であることは必須ではない。弾性支持梁の表裏の面の何れか又は両方が、可動板の表裏の面と同一平面ではない構成であってもよい。
(変形例7)前記実施形態においては、支持枠44は、略方形の板の内側に支持枠開口45が形成された額縁状の形状を有していたが、支持枠44などの支持枠が額縁状の形状であることは必須ではない。弾性支持梁を支持することができる充分な強度を実現できれば、支持枠の形状はどのような形状であってもよい。
Claims (11)
- 光反射性を有する光反射部が設けられた可動板と、
支持部と、
前記可動板を前記支持部に対して回動可能に連結する連結部と、
前記可動板の前記光反射部と反対の面側に設けられた磁石とを備え、
前記連結部は、前記可動板の回動中心軸に垂直な断面で見たときに、前記光反射部側から前記磁石側に向けて、幅が漸次増加する形状をなしていることを特徴とする光偏向素子。 - 光反射性を有する光反射部が設けられた可動板と、
支持部と、
前記可動板を前記支持部に対して回動可能に連結する互いに平行な複数の梁で構成された連結部と、
前記可動板の前記光反射部と反対の面側に設けられた磁石とを備え、
前記連結部は、前記可動板の回動中心軸に垂直な断面で見たときに、前記複数の梁が前記光反射部に平行な方向に並んで設けられ、前記光反射部側から前記磁石側に向けて、前記光反射部に平行な方向における前記各梁の幅と隣り合う前記梁同士の間の距離とを合計した長さが漸次増加する形状をなしていることを特徴とする光偏向素子。 - 前記複数の梁は、前記可動板の回動中心軸を介して対向する互いに平行な第1の梁および第2の梁を備え、
前記第1の梁および前記第2の梁は、前記可動板の回動中心軸に垂直な断面で見たときに、前記光反射部側から前記磁石側に向けて、互いの離間距離が大きくなるようにそれぞれ傾斜した形状をなしている請求項2に記載の光偏向素子。 - 前記可動板および前記連結部は、単結晶シリコンで構成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の光偏向素子。
- 前記可動板の両板面は、それぞれ、前記単結晶シリコンの(100)面で構成され、
前記連結部は、前記単結晶シリコンの(100)面および(111)面で構成されている請求項4に記載の光偏向素子。 - 前記連結部は、前記可動板の両板面とそれぞれ同一面となるように連続的に形成された面を有する請求項1ないし5のいずれかに記載の光偏向素子。
- 前記可動板は、その回動中心軸に垂直な断面で見たときに、前記光反射部側から前記磁石側に向けて幅が漸減する部分を有する請求項1ないし6のいずれかに記載の光偏向素子。
- 前記可動板は、前記光反射部とは反対の面に形成された凹部を有し、
前記磁石の少なくとも一部は、前記凹部内に設けられている請求項1ないし7のいずれかに記載の光偏向素子。 - 前記磁石は、永久磁石である請求項1ないし8のいずれかに記載の光偏向素子。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載の光偏向素子を備えることを特徴とする光偏向器。
- 光を出射する光出射部と、
請求項10に記載の光偏向器とを備え、
前記光出射部から出射した光を前記光偏向器により走査することにより、画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
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