JP4458833B2 - Optical scanning apparatus and image forming apparatus - Google Patents

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JP4458833B2 JP2003411554A JP2003411554A JP4458833B2 JP 4458833 B2 JP4458833 B2 JP 4458833B2 JP 2003411554 A JP2003411554 A JP 2003411554A JP 2003411554 A JP2003411554 A JP 2003411554A JP 4458833 B2 JP4458833 B2 JP 4458833B2
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Description

本発明は、レーザプリンタ、普通紙複写機(PPF)、デジタル複写機等に用いられる光走査装置およびこの光走査装置を用いた上記レーザプリンタ、複写機などの画像形成装置に関するものである。   The present invention relates to an optical scanning device used in a laser printer, a plain paper copying machine (PPF), a digital copying machine, and the like, and an image forming apparatus such as the laser printer and the copying machine using the optical scanning device.

レーザ光源などの光源から放射される光束を光偏向器によって偏向反射させ、被走査面において光束を走査させる光走査装置は従来から知られている。上記光束の被走査面上での走査と同時に、上記光束を画像信号に応じてオン、オフさせることにより、被走査面に画像を書き込むようになっている。光偏向器として、等速回転する回転多面鏡が広く用いられているが、回転多面鏡は装置が大掛かりとなり、また、機械的な高速回転を伴うため、振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力の増大などの問題がある。特に、書き込み速度を高めるために回転多面鏡の回転速度を速くすると、上記の問題が顕著になる。   2. Description of the Related Art Conventionally, an optical scanning device that deflects and reflects a light beam emitted from a light source such as a laser light source by an optical deflector and scans the light beam on a surface to be scanned is known. Simultaneously with the scanning of the light beam on the surface to be scanned, the light beam is turned on and off in accordance with an image signal to write an image on the surface to be scanned. A rotating polygon mirror that rotates at a constant speed is widely used as an optical deflector. However, the rotating polygon mirror requires a large amount of equipment and is accompanied by mechanical high-speed rotation, so that banding due to vibration, temperature rise, noise, and consumption There are problems such as an increase in power. In particular, when the rotational speed of the rotary polygon mirror is increased in order to increase the writing speed, the above problem becomes remarkable.

一方、マイクロマシン技術を用いた、共振構造の正弦波振動を伴うマイクロミラーが提案されている。このマイクロミラーは、梁部を介して支持され、この梁部の変形により揺動あるいは振動するものである。上記マイクロミラーを光走査装置に用いれば、装置が小型化され、上記のような振動による各種の問題を低減することができる。   On the other hand, a micro mirror using sinusoidal vibration of a resonance structure using micro machine technology has been proposed. The micromirror is supported via a beam portion, and swings or vibrates due to deformation of the beam portion. If the micromirror is used in an optical scanning device, the device can be downsized and various problems due to vibration as described above can be reduced.

本出願人は、上記マイクロミラーからなる正弦波振動ミラーを用い、等速特性を満足するための条件を規定した光走査装置およびこれを用いた画像形成装置に関して特許出願した(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−82303号公報
The present applicant has applied for a patent on an optical scanning device that uses a sine wave oscillating mirror composed of the above-described micromirrors and that defines conditions for satisfying constant velocity characteristics and an image forming apparatus using the same (for example, Patent Document 1). reference).
JP 2002-82303 A

しかしながら、梁部の変形により揺動(振動)するマイクロミラーは、揺動に伴い、動的な面変形が発生することがわかり、これによって良好なビームスポット径を得ることが困難であることがわかった。   However, it can be seen that a micromirror that oscillates (oscillates) due to deformation of the beam part undergoes dynamic surface deformation along with the oscillation, which makes it difficult to obtain a good beam spot diameter. all right.

本発明は、上記特許文献1記載の発明の問題点を解消するためになされたもので、マイクロミラーなどからなる偏向ミラーの揺動に伴う、動的面変形の影響を低減し、良好なビームスポット径を得ることができる光走査装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、上記光走査装置を用いることにより、高画質の画像を出力することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the problems of the invention described in Patent Document 1, and reduces the influence of dynamic surface deformation caused by the swinging of a deflecting mirror such as a micromirror, and provides a good beam. An object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of obtaining a spot diameter.
Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus that can output a high-quality image by using the optical scanning device.

本発明は、光源と、梁部の変形により光源からの光束を偏向する偏向ミラーと、前記偏向ミラーを保持する偏向ミラー基板と、前記偏向ミラーからの光束を被走査面に導く走査レンズと、を有し、前記偏向ミラーは、主走査方向について位置の異なる2箇所から梁部が出ており、かつ、偏向ミラー上において光束が反射する主走査方向の範囲は主走査方向について位置の異なる2箇所の梁部の間にあり、前記偏向ミラーと前記梁部とは同一の基板から一体成形されたものであり、偏向ミラーの曲げ剛性が主走査方向における中心部と両端部において最も小さく、中心部から端部までの間で一つの極大値をとるように、偏向ミラーの副走査方向の断面面積が主走査方向の位置により変化していることを最も主要な特徴とする
The present invention includes a light source, a deflection mirror that deflects a light beam from the light source by deformation of a beam portion, a deflection mirror substrate that holds the deflection mirror, a scanning lens that guides the light beam from the deflection mirror to a surface to be scanned, has the deflection mirror is out beam portion from two different points of the position in the main scanning direction and the main scanning direction in a range in which the light beam is reflected on the deflecting mirror is different positions in the main scanning direction located between the beams of the two positions, wherein the deflection mirror and the beam portion has been integrally molded from the same substrate, the bending stiffness of the deflection mirror is minimum at the center portion and both end portions in the main scanning direction The main feature is that the sectional area in the sub-scanning direction of the deflecting mirror varies depending on the position in the main scanning direction so that one maximum value is obtained from the center to the end.

偏向ミラーの反射領域を偏向ミラーの全外形よりも小さくするとよい。
複数の偏向ミラーを主走査方向に配列し、複数の偏向ミラーからの光束が被走査面を分担して走査するようにするとよい。
このようにして構成された光走査装置は、これを画像形成装置の露光装置として用いることができる。
The reflection area of the deflection mirror may be smaller than the entire outer shape of the deflection mirror.
A plurality of deflecting mirrors may be arranged in the main scanning direction, and light beams from the plurality of deflecting mirrors may scan the surface to be scanned.
The optical scanning apparatus configured as described above can be used as an exposure apparatus for an image forming apparatus.

本発明によれば、梁部の変形によって光源からの光束を偏向する偏向ミラーを、光走査装置の光偏向器として用いることにより、回転多面鏡を光偏向器として用いる光偏向器において問題となるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力の増大などの問題を解決することができる。
また、条件式(1)、(2)を満足することにより、
a.良好なビームスポット径が得られる
b.高速走査が可能になる
c.良好な等速特性が得られる
d.広い有効書き込み幅が獲得できる
というような効果を得ることができる。
According to the present invention, a deflection mirror that deflects a light beam from a light source by deformation of a beam portion is used as an optical deflector of an optical scanning device, which causes a problem in an optical deflector that uses a rotary polygon mirror as an optical deflector. Problems such as banding, temperature rise, noise, and increased power consumption can be solved.
Moreover, by satisfying conditional expressions (1) and (2),
a. Good beam spot diameter can be obtained b. High speed scanning becomes possible c. Good constant velocity characteristics can be obtained d. An effect that a wide effective writing width can be obtained can be obtained.

偏向ミラーの副走査方向の断面積を主走査方向の位置により変化させることにより、偏向ミラーの動的面変形を低減することができ、良好なビームスポット径を得ることができる。
偏向ミラーは、主走査方向について位置の異なる2箇所から梁部を出し、かつ、偏向ミラー上において光束が反射する主走査方向の範囲を、主走査方向について位置の異なる2箇所の梁部の間に設けることにより、動的面変形の影響を低減することができ、良好なビームスポット径を得ることができる。
偏向ミラーの反射領域を偏向ミラーの全外形よりも小さくすることにより、偏向ミラーを小型化して動的面変形を低減することができ、なおかつ、光走査装置を小型化することができる。
このように構成された光走査装置を画像形成装置の露光装置として用いることにより、高画質を得ることができる画像形成装置を提供することができるとともに、画像形成装置の小型化を図ることができる。
By changing the sectional area of the deflection mirror in the sub-scanning direction according to the position in the main scanning direction, the dynamic surface deformation of the deflection mirror can be reduced, and a good beam spot diameter can be obtained.
The deflection mirror protrudes from two beam positions with different positions in the main scanning direction, and the range in the main scanning direction where the light beam is reflected on the deflection mirror is between two beam positions with different positions in the main scanning direction. By providing it in this way, the influence of dynamic surface deformation can be reduced, and a good beam spot diameter can be obtained.
By making the reflection area of the deflecting mirror smaller than the entire outer shape of the deflecting mirror, the deflecting mirror can be miniaturized to reduce dynamic surface deformation, and the optical scanning device can be miniaturized.
By using the thus configured optical scanning device as the exposure device of the image forming apparatus, it is possible to provide an image forming apparatus capable of obtaining high image quality and to reduce the size of the image forming apparatus. .

以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例について説明する。図1は本発明にかかる光走査装置に用いる偏向ミラーによる光偏向器の例を示す。図1において、符号102は、シリコン(以下「Si」という)基板からなるミラー基板を示している。ミラー基板102は、Si基板の裏側からエッチングにより四角形状にくり抜かれ、枠部と天板部とを残して所定の厚さに形成されている。天板部には、その周囲を貫通することによって、偏向ミラー100が形成されるとともに、偏向ミラー100を軸支するための梁部101が、上記枠部と偏向ミラー100を連結して形成されている。上記梁部101は、トーションバーといわれる形態のものである。実施例では約200μmのSi基板を用いており、偏向ミラー100の厚さ、つまり天板部の厚さは約60μmである。偏向ミラー100の幅は4mm×2mmで、上面に銅(Au)等の金属被膜が蒸着されて反射面となっている。   Hereinafter, embodiments of an optical scanning device and an image forming apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of an optical deflector using a deflecting mirror used in an optical scanning device according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 102 denotes a mirror substrate made of a silicon (hereinafter referred to as “Si”) substrate. The mirror substrate 102 is cut into a quadrangular shape by etching from the back side of the Si substrate, and is formed to a predetermined thickness, leaving the frame portion and the top plate portion. In the top plate portion, the deflection mirror 100 is formed by penetrating the periphery of the top plate portion, and the beam portion 101 for pivotally supporting the deflection mirror 100 is formed by connecting the frame portion and the deflection mirror 100. ing. The beam portion 101 has a form called a torsion bar. In the embodiment, a Si substrate of about 200 μm is used, and the thickness of the deflection mirror 100, that is, the thickness of the top plate portion is about 60 μm. The width of the deflecting mirror 100 is 4 mm × 2 mm, and a metal film such as copper (Au) is deposited on the upper surface to form a reflecting surface.

偏向ミラー100の長さ方向両端部には櫛歯状に凹凸が形成され、この凹凸が可動電極104となっている。可動電極104と対向した基板端面は上記櫛歯形状と噛み合うように5μmのクリアランスをもって固定電極105が形成されている。各電極104、105は偏向ミラー100が水平状態のときに、ミラー基板102と厚さ方向に同一部位で対向するように構成されている。   Concavities and convexities are formed in comb-like shapes at both ends in the length direction of the deflecting mirror 100, and the irregularities serve as the movable electrode 104. A fixed electrode 105 is formed with a clearance of 5 μm on the end face of the substrate facing the movable electrode 104 so as to mesh with the comb-teeth shape. Each of the electrodes 104 and 105 is configured to face the mirror substrate 102 at the same position in the thickness direction when the deflection mirror 100 is in a horizontal state.

上記梁部101は、偏向ミラー100の走査周波数または駆動周波数に応じて梁部101を回転軸とした振動モードで共振するように寸法が定められている。すなわち、偏向ミラー100は振動ミラーからなる。実施例では梁部101の幅を100μm程度、長さを1mm程度としている。ミラー基板102はその表面をウエハの研磨面となし、電極とミラー基板102との絶縁用に窒化膜を形成しているため、エッチングによって貫通された偏向ミラー100は表裏の内部応力差により僅かに傾いており、可動電極104と固定電極105とは数μmの段差を有している。そのため、固定電極105の一方に電圧を印加すると、静電力により偏向ミラー100は水平な状態のまで梁部101を捩じって回転し、交流電圧を印加すると往復振動する。この振動の振幅は微少であるが、交流電圧の周波数を偏向ミラー100に固有な機械的共振周波数に相当する周波数になるよう印加すると、偏向ミラー100は励振されて振幅を拡大する。実施例では±5°で正弦波振動させている。   The beam portion 101 is dimensioned so as to resonate in a vibration mode with the beam portion 101 as a rotation axis in accordance with the scanning frequency or drive frequency of the deflection mirror 100. That is, the deflection mirror 100 is made of a vibrating mirror. In the embodiment, the beam portion 101 has a width of about 100 μm and a length of about 1 mm. Since the mirror substrate 102 has a wafer polishing surface, and a nitride film is formed to insulate the electrode and the mirror substrate 102, the deflecting mirror 100 penetrated by etching is slightly affected by the internal stress difference between the front and back surfaces. The movable electrode 104 and the fixed electrode 105 have a step of several μm. Therefore, when a voltage is applied to one of the fixed electrodes 105, the deflecting mirror 100 is rotated by twisting the beam 101 until it is horizontal due to an electrostatic force, and reciprocally vibrates when an AC voltage is applied. Although the amplitude of this vibration is very small, when the frequency of the AC voltage is applied to a frequency corresponding to the mechanical resonance frequency unique to the deflection mirror 100, the deflection mirror 100 is excited to expand the amplitude. In the embodiment, the sine wave is oscillated at ± 5 °.

電極を櫛歯状としているのは、電極の外周長を長くすることによって電極の面積を増大させるためで、こうすることによって、低電圧でより大きな静電トルクが得られるよう配慮している。   The reason why the electrodes are comb-shaped is to increase the area of the electrodes by increasing the outer peripheral length of the electrodes. By doing so, consideration is given to obtain a larger electrostatic torque at a low voltage.

図2は、本発明にかかる光走査装置の実施例を示す全体構成図である。図2において、符号200、201、202はそれぞれ図1に示すような偏向ミラーによる光偏向器(以下「振動ミラー偏向器」という)と同じ構成の光偏向器を示している。上記3個の振動ミラー偏向器200、201、202は走査方向を共通の仮想線に合わせて電装基板204に実装されている。振動ミラー偏向器200、201、202は、それぞれ光源としての半導体レーザ205、カップリングレンズ206、第1走査レンズ207、第2走査レンズ208と組み合わされて、3つの光走査手段を構成し、3つの光走査手段によって一つの光走査装置を構成している。なお、図示の実施例では、振動ミラー偏向器200、201、202を有してなる各光走査手段における第2の走査レンズ208を、その長さ方向である走査方向に繋ぎ合わせ一体に成形している。   FIG. 2 is an overall configuration diagram showing an embodiment of an optical scanning device according to the present invention. 2, reference numerals 200, 201, and 202 denote optical deflectors having the same configuration as that of an optical deflector (hereinafter referred to as “vibrating mirror deflector”) using a deflecting mirror as shown in FIG. The three oscillating mirror deflectors 200, 201, and 202 are mounted on the electrical board 204 with the scanning direction aligned with a common virtual line. The oscillating mirror deflectors 200, 201, and 202 are combined with a semiconductor laser 205, a coupling lens 206, a first scanning lens 207, and a second scanning lens 208 as a light source to constitute three optical scanning units. One optical scanning device is constituted by two optical scanning means. In the illustrated embodiment, the second scanning lens 208 in each optical scanning means having the oscillating mirror deflectors 200, 201, and 202 is connected to the scanning direction, which is the length direction, and is integrally formed. ing.

それぞれの半導体レーザ205より射出された光ビームは、各カップリングレンズ206でほぼ平行光束とされ、振動ミラー偏向器に入射される。各光ビームは、対応する振動ミラー偏向器における偏向ミラーの法線に対して副走査方向に約10°傾けて入射され、偏向ミラーの反射面により偏向されて偏向器から射出される。さらに、複数の走査レンズ207、208を透過することにより感光体ドラム210上に結像され、1画像を主走査方向に3分割した領域をそれぞれ走査する。各光走査手段で感光体ドラム210上を光ビームが走査され、かつ、記録しようとする画像信号により上記光ビームが変調されることにより、感光体ドラム210上には、繋ぎ合わされた1画像が書き込まれて記録され、静電潜像が形成される。この繋ぎ合わされた1画像からなる静電潜像は現像器211にてトナーで顕像化され、転写器により印刷紙あるいは転写紙212に転写される。   The light beams emitted from the respective semiconductor lasers 205 are converted into substantially parallel light beams by the respective coupling lenses 206 and are incident on the vibrating mirror deflector. Each light beam is incident at an angle of about 10 ° in the sub-scanning direction with respect to the normal line of the deflecting mirror in the corresponding oscillating mirror deflector, deflected by the reflecting surface of the deflecting mirror, and emitted from the deflector. Further, the image is formed on the photosensitive drum 210 by passing through the plurality of scanning lenses 207 and 208, and each region obtained by dividing one image into three in the main scanning direction is scanned. A light beam is scanned on the photosensitive drum 210 by each optical scanning unit, and the light beam is modulated by an image signal to be recorded, so that one connected image is formed on the photosensitive drum 210. Written and recorded to form an electrostatic latent image. The joined electrostatic latent image consisting of one image is visualized with toner by a developing device 211 and transferred to printing paper or transfer paper 212 by a transfer device.

図2に示す実施例では、被走査面を3つの領域に分割し、3つの走査手段によって走査し、一つの連続した画像を形成するようになっている。これにより、マイクロミラーからなる偏向ミラーのサイズを小さくすることができ、動的面変形量を低減することができる。なお、被走査面の有効書き込み幅全領域を1つの偏向手段で走査するようにしてもかまわない。   In the embodiment shown in FIG. 2, the surface to be scanned is divided into three regions and scanned by three scanning means to form one continuous image. Thereby, the size of the deflection mirror made of a micromirror can be reduced, and the amount of dynamic surface deformation can be reduced. Note that the entire effective writing width region of the surface to be scanned may be scanned by one deflecting unit.

図3は、偏向ミラーの主走査方向位置に対する動的面変形量を示している。
ミラーの振幅角は5°で、
変形量1は振れ角2°のときの動的面変形
変形量2は振れ角3.5°のときの動的面変形
変形量3は振れ角5°のときの動的面変形量を示す。
このような動的面変形により、被走査面上での主走査方向のビームスポット径が劣化するが、劣化のしかたとしては以下の2通りがある。
1)動的面変形に伴うビームウエスト位置、すなわち評価面を光軸方向に変化させたときビームスポット径が最も細くなる位置の変化により、被走査面上のビームスポット径が大きくなる。
2)動的面変形に伴うビームウエスト径、すなわちビームウエスト位置でのビームスポット径が大きくなる。
上記1)の問題に対しては、あらかじめ動的面変形量が把握できていれば、走査光学系で対応することが可能である。しかし、上記2)の問題に対しては、走査光学系では対応することができない。
FIG. 3 shows the amount of dynamic surface deformation with respect to the position of the deflection mirror in the main scanning direction.
The amplitude angle of the mirror is 5 °
Deformation amount 1 is dynamic surface deformation amount 2 when the deflection angle is 2 °, dynamic surface deformation amount 3 when the deflection angle is 3.5 °, and dynamic surface deformation amount 3 when the deflection angle is 5 °. .
Due to such dynamic surface deformation, the beam spot diameter in the main scanning direction on the surface to be scanned deteriorates, and there are the following two ways of deterioration.
1) The beam spot diameter on the surface to be scanned increases due to the change in the beam waist position accompanying dynamic surface deformation, that is, the position where the beam spot diameter becomes the smallest when the evaluation surface is changed in the optical axis direction.
2) The beam waist diameter accompanying dynamic surface deformation, that is, the beam spot diameter at the beam waist position is increased.
The problem 1) can be dealt with by a scanning optical system if the amount of dynamic surface deformation is known in advance. However, the scanning optical system cannot cope with the problem 2).

図3のグラフにおいて、偏向ミラーの主走査方向位置が+の領域での光学的なパワーを正とすれば、−の領域での光学的なパワーは負になる。ビームウエスト径が大きくなるのは、光束が上記正と負の両方の領域にまたがるときであり、正の領域における範囲をP、負の領域における範囲をNとするとき、PとNの最小値が小さくなれば、波面収差劣化によるビームウエスト径が太くなるのを低減できる。
図3からわかるように、±2mmのミラー外形の最外周辺に対し、±1.8mmを超えると急激に動的面変形が劣化する。従って、この部分を使用しないようにすることにより、動的面変形量によるビームウエスト径太りを低減することができる。
In the graph of FIG. 3, if the optical power in the region where the position of the deflecting mirror in the main scanning direction is + is positive, the optical power in the region − is negative. The beam waist diameter is increased when the light beam spans both the positive and negative regions. When the range in the positive region is P and the range in the negative region is N, the minimum value of P and N If is reduced, it is possible to reduce the increase in the beam waist diameter due to the wavefront aberration deterioration.
As can be seen from FIG. 3, with respect to the outermost periphery of the outer shape of the mirror of ± 2 mm, the dynamic surface deformation rapidly deteriorates when it exceeds ± 1.8 mm. Therefore, by not using this portion, it is possible to reduce the beam waist diameter increase due to the amount of dynamic surface deformation.

また、仮に動的面変形が完全に正弦波的な形状であっても、偏向ミラーの外形形状において、主走査方向の幅をD1、偏向ミラー上において光束が反射する主走査方向の範囲をD2としたとき、
0.5<D2/D1<0.9・・・・(1)
の条件を満足しているものとする。D2/D1が上限を超えると、PとNの最小値が大きくなってしまい、ビームウエスト径太りが発生する。すなわち、D2/D1が上限を超えないようにすることにより、ビームスポット径太りを低減できる。また、D2/D1が下限を下回ると、当初の設計におけるビームスポット径の設定が太くなるか、または、ミラーの主走査方向幅の増大による高速化が困難になる。また、動的面変形量は、振れ角が大きくなるに従い大きくなることがわかる。
Further, even if the dynamic surface deformation is a completely sinusoidal shape, in the outer shape of the deflection mirror, the width in the main scanning direction is D1, and the range in the main scanning direction in which the light beam is reflected on the deflection mirror is D2. When
0.5 <D2 / D1 <0.9 (1)
The following conditions are satisfied. When D2 / D1 exceeds the upper limit, the minimum values of P and N increase, and the beam waist diameter increases. That is, by making D2 / D1 not exceed the upper limit, the beam spot diameter can be reduced. If D2 / D1 is less than the lower limit, the setting of the beam spot diameter in the initial design becomes thick, or it becomes difficult to increase the speed by increasing the main scanning direction width of the mirror. It can also be seen that the amount of dynamic surface deformation increases as the deflection angle increases.

また、通常、梁部の変形によるミラーの揺動は正弦波に近い特性で振動する。また、画像信号に基づき変調された光束で被走査面上を走査する際、画素毎に同一の時間間隔で光源を変調するのが、電気制御上望ましい。
図4は、偏向ミラーの振幅角をθ1、偏向ミラーの有効書き込み幅に相当する最大振れ角をθ2としたとき、横軸θ2/θ1に対する理想像高と、理想的なfθレンズによる像高の関係を示す。図4から、
0.2<θ2/θ1<0.7・・・・(2)
の条件を満足するのが望ましいことがわかる。θ2/θ1が0.7を超えると、理想的なfθレンズと理想像高の差が大きくなり、走査光学素子での補正が困難になり、実際上は、等速性特性が劣化する。また、θ2/θ1が0.2を下回ると有効書き込み幅が極めて狭くなってしまう。
以上の説明から明らかなように、(1)式と(2)式を同時に満足することにより、良好なビームスポット径と等速特性と広い有効書き込み幅が得られる。
Usually, the mirror swings due to the deformation of the beam portion vibrates with a characteristic close to a sine wave. Further, when scanning the surface to be scanned with the light beam modulated based on the image signal, it is desirable in terms of electrical control to modulate the light source at the same time interval for each pixel.
FIG. 4 shows the ideal image height with respect to the horizontal axis θ2 / θ1 and the image height by the ideal fθ lens, where θ1 is the amplitude angle of the deflection mirror and θ2 is the maximum deflection angle corresponding to the effective writing width of the deflection mirror. Show the relationship. From FIG.
0.2 <θ2 / θ1 <0.7 (2)
It can be seen that it is desirable to satisfy the following conditions. If θ2 / θ1 exceeds 0.7, the difference between the ideal fθ lens and the ideal image height becomes large, and correction with the scanning optical element becomes difficult, and the constant velocity characteristic is actually deteriorated. On the other hand, if θ2 / θ1 is less than 0.2, the effective writing width becomes extremely narrow.
As is clear from the above description, satisfying the expressions (1) and (2) at the same time can provide a good beam spot diameter, constant velocity characteristics, and a wide effective writing width.

図5に、本発明に適用可能な偏向ミラーの別の例を示す。図5において、梁部として機能する梁部がY字型になっており、主走査方向について位置の異なる2箇所から梁部がでている。2箇所から出た梁部は前記枠部側で一つの梁部に合流し、枠部につながっている。梁部に挟まれた範囲の動的面変形は図6に示すように小さくなる。従って、偏向ミラー面上において光束が反射する範囲を梁部と梁部の間とすることにより、動的面変形によるビームスポット径太りを低減できる。   FIG. 5 shows another example of a deflection mirror applicable to the present invention. In FIG. 5, the beam portion functioning as the beam portion is Y-shaped, and the beam portion comes out from two places having different positions in the main scanning direction. The beam portions coming out from two locations merge into one beam portion on the frame portion side and are connected to the frame portion. The dynamic surface deformation in the range sandwiched between the beam portions is reduced as shown in FIG. Therefore, by setting the range in which the light beam is reflected on the deflection mirror surface between the beam portions, the beam spot diameter increase due to the dynamic surface deformation can be reduced.

また、図3、図6に示すように、動的面変形量は主走査方向のミラー位置により異なる。そこで、図5(c)に示すようにマイクロミラーの剛性を主走査方向位置によって可変とすることにより、動的面変形量低減と振れ角の確保を両立することができる。図5(b)がその実施形態を示した図であり、複数の円で囲まれた領域は肉抜きしてある。円形の肉抜き部は、円の直径および配置密度が主走査方向の位置によって異なっている。その結果、偏向ミラーは、主走査方向位置が異なることによって副走査方向の断面面積が異なっていることになる。換言すれば、偏向ミラーの剛性を主走査方向位置によって変化させている。こうすることにより、偏向ミラーの主走査方向の動的面変形を低減することができる。   As shown in FIGS. 3 and 6, the amount of dynamic surface deformation varies depending on the mirror position in the main scanning direction. Therefore, as shown in FIG. 5C, by making the rigidity of the micromirror variable according to the position in the main scanning direction, it is possible to achieve both reduction of the dynamic surface deformation amount and securing of the deflection angle. FIG. 5B is a diagram showing the embodiment, and a region surrounded by a plurality of circles is thinned. The circular thinned portions differ in the diameter and arrangement density of the circles depending on the position in the main scanning direction. As a result, the deflection mirror has different cross-sectional areas in the sub-scanning direction due to different positions in the main scanning direction. In other words, the rigidity of the deflection mirror is changed depending on the position in the main scanning direction. By doing so, the dynamic surface deformation of the deflection mirror in the main scanning direction can be reduced.

また、図5(a)に示すように、ミラーとして機能する領域をミラーの全領域よりも狭くすることにより、偏向ミラーの加工上の課題が少なくなり、歩留まりが向上し、コストダウンが可能となる。   In addition, as shown in FIG. 5A, by making the region functioning as a mirror narrower than the entire region of the mirror, problems in processing the deflection mirror are reduced, yield is improved, and cost can be reduced. Become.

図7は、本発明にかかる光走査装置を用いた多色対応の画像形成装置の実施例を示す。図7において、振動ミラー偏向器220、221、222、223は、上記実施例と同様に電装基板に実装され、半導体レーザ225、カップリングレンズ226、第1走査レンズ227、第2走査レンズ228と組み合わされて各々光走査手段を構成している。各光走査手段は、転写ベルト229の送り方向に沿って配列され、かつ、表面が予め一様に帯電された感光体ドラム230、231、232、233に各々イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)に対応した静電潜像を記録するようになっている。これらの静電潜像は、上記各感光体ドラムの周辺に配置された現像器234、235、236、237により、各色トナーで顕像化される。トナー画像は転写ベルト229の移動に伴って順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。このカラー画像は転写部において印刷紙238に転写され、定着部において定着され、画像が定着された印刷紙238は図示されない排紙トレイに排出される。   FIG. 7 shows an embodiment of a multicolor image forming apparatus using the optical scanning device according to the present invention. In FIG. 7, oscillating mirror deflectors 220, 221, 222, and 223 are mounted on an electrical board in the same manner as in the above-described embodiment, and include a semiconductor laser 225, a coupling lens 226, a first scanning lens 227, and a second scanning lens 228. These are combined to form an optical scanning unit. Each of the optical scanning units is arranged along the feeding direction of the transfer belt 229, and the photosensitive drums 230, 231, 232, and 233 whose surfaces are uniformly charged in advance are respectively yellow (Y) and magenta (M). , Electrostatic latent images corresponding to cyan (C) and black (K) are recorded. These electrostatic latent images are visualized with each color toner by developing units 234, 235, 236, and 237 disposed around the respective photosensitive drums. The toner images are sequentially transferred as the transfer belt 229 moves, and are superimposed to form a color image. The color image is transferred to the printing paper 238 in the transfer unit, fixed in the fixing unit, and the printing paper 238 on which the image is fixed is discharged to a paper discharge tray (not shown).

トナー像を転写した後の上記各感光体ドラムの表面はクリーニング部において除電およびクリーニングされ、次に帯電部において一様に帯電され、次の露光の準備が行われる。このように、画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニング、という一連の電子写真プロセスを実行することによって、印刷紙ないしは転写紙に画像を形成するものである。一連の電子写真プロセスのうち、露光プロセスを光走査装置が担っている。   The surface of each of the photosensitive drums after transferring the toner image is subjected to charge removal and cleaning in the cleaning unit, and then uniformly charged in the charging unit, and preparation for the next exposure is performed. As described above, the image forming apparatus forms an image on printing paper or transfer paper by executing a series of electrophotographic processes including charging, exposure, development, transfer, fixing, and cleaning. Of the series of electrophotographic processes, the optical scanning device is responsible for the exposure process.

なお、ここでは、多色対応の画像形成装置を例に挙げているが、単色対応の画像形成装置にも本発明にかかる光走査装置を適用することができる。
また、光源となる半導体レーザはシングルビームとして説明してきたが、マルチビーム化して高速化を図ってもよい。
走査レンズの素材は特に限定されるものではないが、樹脂製のものを用いると、成形加工がし易くなるため、低コスト化が実現できる。
Note that here, an example of a multi-color image forming apparatus is described, but the optical scanning apparatus according to the present invention can also be applied to a single-color image forming apparatus.
Further, although the semiconductor laser as the light source has been described as a single beam, it may be multi-beamed to increase the speed.
The material of the scanning lens is not particularly limited. However, if a resin lens is used, it is easy to perform the molding process, so that the cost can be reduced.

本発明は、レーザプリンタ、普通紙複写機(PPF)、デジタル複写機、ファクシミリなどの画像形成装置における光走査装置として、また、光走査装置を備えた上記各種の画像形成装置として利用することができる。本発明は、コンピュータ周辺機器分野、あるいはOA機器分野に利用することができる。   The present invention can be used as an optical scanning device in an image forming apparatus such as a laser printer, a plain paper copying machine (PPF), a digital copying machine, and a facsimile, and as various image forming apparatuses including the optical scanning device. it can. The present invention can be used in the computer peripheral device field or the OA device field.

本発明に用いることができる偏向ミラーの例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the example of the deflection | deviation mirror which can be used for this invention. 上記偏向ミラーを用いた本発明にかかる光走査装置の実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the Example of the optical scanning device concerning this invention using the said deflection | deviation mirror. 上記偏向ミラーの主走査方向位置に対する動的面変形量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of dynamic surface deformations with respect to the position of the deflection mirror in the main scanning direction. 上記偏向ミラーの振幅角をθ1、偏向ミラーの有効書き込み幅に相当する最大振れ角をθ2としたとき、θ2/θ1に対する理想像高と、理想的なfθレンズによる像高の関係を示すグラフである。A graph showing the relationship between the ideal image height with respect to θ2 / θ1 and the image height by an ideal fθ lens, where the amplitude angle of the deflection mirror is θ1 and the maximum deflection angle corresponding to the effective writing width of the deflection mirror is θ2. is there. 本発明に適用可能な偏向ミラーの別の例を示すもので、(a)は正面図、(b)は底面図、(c)はこの偏向ミラーの曲げ剛性を示すグラフである。FIG. 5 shows another example of a deflection mirror applicable to the present invention, where (a) is a front view, (b) is a bottom view, and (c) is a graph showing the bending rigidity of the deflection mirror. 上記偏向ミラーの別の例において梁部に挟まれた範囲の動的面変形を示すグラフである。It is a graph which shows the dynamic surface deformation | transformation of the range pinched | interposed into the beam part in another example of the said deflection | deviation mirror. 本発明にかかる光走査装置を用いた多色対応の画像形成装置の実施例を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an example of a multi-color image forming apparatus using an optical scanning device according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 偏向ミラー
101 梁部(梁部)
102 ミラー基板
104 可動電極
105 固定電極
205 光源としての半導体レーザ
206 カップリングレンズ
207 第1走査レンズ
208 第2走査レンズ
210 感光体ドラム
100 Deflection mirror 101 Beam (beam)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 Mirror substrate 104 Movable electrode 105 Fixed electrode 205 Semiconductor laser as a light source 206 Coupling lens 207 1st scanning lens 208 2nd scanning lens 210 Photosensitive drum

Claims (4)

光源と、梁部の変形により光源からの光束を偏向する偏向ミラーと、前記偏向ミラーを保持する偏向ミラー基板と、前記偏向ミラーからの光束を被走査面に導く走査レンズと、を有し、
前記偏向ミラーは、主走査方向について位置の異なる2箇所から梁部が出ており、かつ、偏向ミラー上において光束が反射する主走査方向の範囲は主走査方向について位置の異なる2箇所の梁部の間にあり、
前記偏向ミラーと前記梁部とは同一の基板から一体成形されたものであり、
偏向ミラーの曲げ剛性が主走査方向における中心部と両端部において最も小さく、中心部から端部までの間で一つの極大値をとるように、偏向ミラーの副走査方向の断面面積が主走査方向の位置により変化していることを特徴とする光走査装置。
A light source, a deflection mirror that deflects the light beam from the light source by deformation of the beam portion, a deflection mirror substrate that holds the deflection mirror, and a scanning lens that guides the light beam from the deflection mirror to a surface to be scanned,
Said deflection-mirror is out beam portion from two different points of the position in the main scanning direction, and the beam at two positions having different positions in the main scanning direction in a range in the main scanning direction in which the light beam is reflected on the deflecting mirror Between the departments
Wherein the deflection Mirror and the beam portion has been integrally molded from the same substrate,
The cross-sectional area of the deflection mirror in the sub-scanning direction is the main scanning direction so that the bending mirror has the smallest bending rigidity at the center and both ends in the main scanning direction and takes one maximum value from the center to the end. An optical scanning device characterized in that the optical scanning device changes depending on the position.
請求項1に記載の光走査装置において、偏向ミラーの反射領域が偏向ミラーの全外形よりも小さいことを特徴とする光走査装置。   2. The optical scanning device according to claim 1, wherein a reflection area of the deflection mirror is smaller than an entire outer shape of the deflection mirror. 請求項1又は2に記載の光走査装置において、複数の偏向ミラーが主走査方向に配置され、複数の偏向ミラーからの光束が被走査面を分担して走査することを特徴とする光走査装置。   3. The optical scanning device according to claim 1, wherein a plurality of deflection mirrors are arranged in the main scanning direction, and light beams from the plurality of deflection mirrors scan the surface to be scanned in a shared manner. . 電子写真プロセスを実行することによって画像を得る画像形成装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する装置として請求項1から3のいずれかに記載の光走査装置を用いた画像形成装置。
4. An image forming apparatus that obtains an image by executing an electrophotographic process, and uses the optical scanning device according to claim 1 as an apparatus that executes an exposure process of the electrophotographic process.
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