JP4496747B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の偏向ミラー面を用いて光ビームを走査する光走査装置、例えば、一の偏向ミラー面により偏向した偏向光ビームをさらに別に偏向ミラー面により偏向して光ビームの偏向角を増大させる光走査装置および該装置を装備する画像形成装置に関するものである。

従来、レーザビームプリンタ、複写機やファクシミリ装置などの画像形成装置に用いられる光走査装置では、光ビームの偏向角を増大させるために２つの偏向素子を設けるとともに、各偏向素子の偏向ミラー面で光ビームを偏向させる構成が採用されることがあった（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に記載の光走査装置では、第１偏向ミラー面で偏向した光ビームを伝達光学系によって第２偏向ミラー面に導き、この第２偏向ミラー面で第１偏向ミラー面からの光ビームをさらに偏向することで光ビームの偏向角を増大させている。そして、第２偏向ミラー面から射出される光ビームを走査レンズを介して被走査面上に導いている。このように第１および第２偏向ミラー面と伝達光学系とを組み合わせることによって、光ビームの偏向角の増大を図っている。

特開昭５３−９７４４７公報（第２頁、第１図）

上記の光走査装置では、第１偏向ミラー面で偏向した光ビームを伝達光学系によって第２偏向ミラー面に導き、この第２偏向ミラー面で第１偏向ミラー面からの光ビームをさらに偏向することで光ビームの偏向角を増大させている。そのため、上記の光走査装置の偏向素子としてガルバノミラーのような振動ミラーを用いる場合、第２偏向ミラー面から被走査面に向けて射出される光ビームの偏向角を、第１偏向ミラー面により偏向された光ビームの偏向角よりもさらに増大させるように、各偏向素子の振動周波数及び位相を十分に調整する必要がある。

しかし、上記の光走査装置では、このことに関して十分な対策が講じられていない為、次のような問題が発生することがあった。すなわち、各偏向素子の振動周波数や位相の設定状況によっては、第１偏向ミラー面で偏向した光ビームの偏向角を減少させるように該光ビームが第２偏向ミラー面により偏向してしまうことがある。つまり、第２偏向ミラー面により被走査面に向けて射出される光ビームの偏向角を、第１偏向ミラー面による光ビームの最大偏向角よりも大きく出来ないことがあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基準となる偏向ミラー面による光ビームの最大偏向角よりも、確実に大きな光ビームの偏向角を得ることができる光走査装置および該装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる光走査装置は、上記目的を達成するため、光ビームを射出する光源と、それぞれ独立した主走査偏向軸回りに揺動自在に設けられた第１ないし第Ｎ偏向ミラー面（ただしＮ≧２の自然数）と、前記第１ないし第Ｎ偏向ミラー面を前記主走査偏向軸回りに揺動駆動するミラー駆動部とを備え、前記光源からの光ビームが前記第１偏向ミラー面に向けて入射されるとともに、前記第１ないし第Ｎ偏向ミラー面の間で各偏向ミラー面により少なくとも１回以上偏向された後、前記第１ないし第Ｎミラー面のいずれかから被走査面に向けて射出され、前記ミラー駆動部は、前記第１ないし第Ｎ偏向ミラー面のうち前記第Ａ偏向ミラー面（ただし１≦Ａ≦Ｎの自然数）を基準偏向ミラー面とし、前記基準偏向ミラー面による所定方向における該光ビームの偏向角の大きさが最大偏向角となる時に、前記基準偏向ミラー面を除く前記偏向ミラー面の各々が該光ビームを前記所定方向に偏向するように前記第１ないし第Ｎ偏向ミラー面を各々下記の式の回転角Θi（ｔ）で示す正弦波状に揺動駆動することを特徴としている。

このように構成された発明では、基準偏向ミラー面による所定方向における光ビームの偏向角が最大偏向角となる時、他の偏向ミラー面も、各々該光ビームを同じ所定方向に偏向するように構成されている。また、第Ａ偏向ミラー面（ただし１≦Ａ≦Ｎの自然数）を基準偏向ミラー面として、第１ないし第Ｎ偏向ミラー面を各々次式を満たす正弦波状に揺動駆動するように構成されている。よって、基準偏向ミラー面による所定方向における光ビームの偏向角が最大偏向角となる時に、他の偏向ミラー面により基準偏向ミラー面による光ビームの偏向方向と同じ方向にさらに光ビームを偏向することによって、被走査面へ向けて射出される光ビームの偏向角を確実に基準偏向ミラー面による光ビームの最大偏向角よりも大きくすることができる。

このような構成にすることによって、交流電源を用いて偏向ミラー面の揺動周波数を容易に調整できる。さらに、基準偏向ミラー面による光ビームの偏向角が最大偏向角となる時に、他の偏向ミラー面により基準偏向ミラー面による光ビームの偏向方向と同じ方向にさらに光ビームを偏向することによって、被走査面へ向けて射出される光ビームの偏向角を確実に基準偏向ミラー面による光ビームの最大偏向角よりも大きくすることができる。

また、前記第１および第２偏向ミラー面と前記ミラー駆動部とを有し、前記光源からの光ビームを前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査方向に偏向する偏向手段と、前記第１偏向ミラー面により偏向された光ビームを前記第２偏向ミラー面に導く伝達光学系とを備え、前記伝達光学系は、その反射面が前記第１および第２偏向ミラー面に対向するように配置された凹面ミラーを備え、前記凹面ミラー面が前記第１偏向ミラー面により偏向された光ビームを前記第２偏向ミラー面に反射することによって、該光ビームが前記第２偏向ミラー面から前記被走査面に向けて射出するように構成してもよい。この場合、前記第１偏向ミラー面と前記第２偏向ミラー面は互いに逆位相および同一周波数で揺動駆動するのが望ましい。このように構成された伝達光学系では、第１偏向ミラー面により偏向された光ビームは凹面ミラー面で反射されて第２偏向ミラー面に導光される。このように伝達光学系として凹面ミラーを用いることで１枚の凹面ミラーで伝達光学系を構成することができ、伝達光学系を構成するにあたり複数の光学部品（２枚の伝達レンズ）を必須としていた従来装置に比べ、伝達光学系を簡素で、しかも少ない光学部品点数で構成することができる。また、伝達レンズが不要となることで色収差の影響を排除することができ、優れた安定性で光ビームを偏向させることができる。

また、凹面ミラー面の形状については任意のものを採用することができるが、特に、前記第１偏向ミラー面のほぼ中心位置と、前記第２偏向ミラー面のほぼ中心位置とを焦点とする楕円を、前記２つの中心位置を通過する仮想直線を回転軸として回転させることで形成される楕円面を上記凹面ミラー面として用いた場合には、次のような作用効果が得られる。すなわち、楕円面の２つの焦点に第１および第２偏向ミラー面がそれぞれ位置するため、第１偏向ミラー面により偏向された光ビームの主光線は凹面ミラー面（楕円反射面）により反射された後、第２偏向ミラー面に入射する。したがって、第１偏向ミラー面で偏向された光ビームを第２偏向ミラー面に確実に導き、光ビームを安定して偏向することができる。

また、第１および第２偏向ミラー面の配置関係については任意であるが、次のような配置関係を満足させることで特有の作用効果が得られる。例えば前記第１および第２偏向ミラー面を前記主走査方向と平行な方向に並べて配置すると、主走査平面に対して角度をつけて光ビームを第１および第２偏向ミラー面に入射・射出させる必要がなくなる。つまり、同一の主走査平面内に光走査装置の光学部品を配置することができる。その結果、主走査方向とほぼ直交する副走査方向における装置サイズの小型化、つまり装置の薄型化を図ることができる。また、前記第１および第２偏向ミラー面を前記主走査方向とほぼ直交する副走査方向に並べて配置すると、主走査平面において偏向手段が占める面積が最小化され、主走査平面での装置サイズを低減することができ、装置の小型化が可能となる。

また、前記第１および第２偏向ミラー面の少なくとも一方が前記主走査方向とほぼ直交する副走査平面において前記被走査面とほぼ共役となるように構成してもよい。このような構成を採用することで、被走査面と共役関係を有する偏向ミラー面の副走査方向への揺動の影響を防止することができる。また、副走査方向における上記偏向ミラー面のサイズを小さくして偏向手段の小型化、軽量化することができる。その結果、上記偏向ミラー面の駆動速度をさらに向上させて光ビームの偏向速度をさらに高めることができる。

また、光走査装置を、前記第１および第２偏向ミラー面と前記ミラー駆動部とを有し、前記光源からの光ビームを前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査方向に偏向する偏向手段と、前記第１および第２偏向ミラー面の間で光ビームを伝達する伝達光学系とを備え、前記伝達光学系は、その前側焦点が前記第１偏向ミラー面のほぼ中心位置と略一致するように配置された第１伝達レンズと、その前側焦点が前記第１伝達レンズの後側焦点と略一致するとともに、その後側焦点が前記第２偏向ミラー面のほぼ中心位置に略一致するように配置された第２伝達レンズとを備え、前記第１偏向ミラー面により前記第１伝達レンズへ向けて偏向した光ビームを、前記第１および第２伝達レンズを介して前記第２偏向ミラー面に導くとともに、前記第２偏向ミラー面により該光ビームを前記第２伝達レンズへ向けて偏向して前記第２および第１伝達レンズを介して前記第１偏向ミラー面へ導くことで、前記第１偏向ミラー面により該光ビームを再度偏向して、前記被走査面に向けて射出するように構成してもよい。この場合、前記第１偏向ミラー面と前記第２偏向ミラー面は互いに同位相および同一周波数で揺動駆動されることが望ましい。このような構成にすることによって、使用環境の温度変化による第１および第２偏向ミラー面の共振周波数の変動によらず、常に安定した偏向角で光ビームを偏向することができる。さらに、第１偏向ミラー面での光ビームの反射位置と第２偏向ミラー面での光ビームの反射位置とが共役な関係となっているため、光ビームを確実に、第１偏向ミラー面から第２偏向ミラー面へ、第２偏向ミラー面から第２偏向ミラー面へと導き、光ビームを安定して偏向することができる。

また、前記第１偏向ミラー面が前記主走査方向とほぼ直交する副走査平面において前記被走査面とほぼ共役となるように構成してももちろんよい。このような構成を採用することで、被走査面と共役関係を有する偏向ミラー面の副走査方向への揺動の影響を防止することができる。また、副走査方向における上記偏向ミラー面のサイズを小さくして偏向手段の小型化、軽量化することができる。その結果、上記偏向ミラー面の駆動速度をさらに向上させて光ビームの偏向速度をさらに高めることができる。

また、伝達光学系を凹面ミラーで構成した場合の偏向手段としては、単一の偏向ミラー面を有する偏向素子（例えばガルバノミラーなど）を２つ並列配置したものを用いることができるが、以下のように構成された偏向手段を用いてもよい。すなわち、前記偏向手段は、前記第１偏向ミラー面を有する第１可動部材と、前記第２偏向ミラー面を有する第２可動部材と、前記第１および第２可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する方向に伸びる前記主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、前記ミラー駆動部とを備え、前記ミラー駆動部は、前記主走査偏向軸回りに前記第１および第２偏向ミラー面を揺動させて光ビームを偏向させている。ここで、第１可動部材、第２可動部材および支持部材については、一の基板を加工することで前記第１可動部材、前記第２可動部材および前記支持部材が一体的に形成するようにしてもよい。このように一体形成することで、本発明に最適な共振特性を持つ第１および第２偏向ミラー面を容易に作成でき、光ビームを安定して偏向することができる。また、偏向手段は、光ビームを偏向する偏向ミラー面を一方面に有する可動部材と、前記可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する方向に伸びる前記主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、前記ミラー駆動部とを備えている偏向素子２個ならなり、前記２個の一方の偏向素子の偏向ミラー面が前記第１偏向ミラー面であり、他方の偏向素子の偏向ミラー面が前記第２偏向ミラー面であるものを用いることができる。なお、基板加工方法についてはマイクロマシニング技術を適用することができ、該加工技術を用いることで高精度に偏向手段を作成することができ、光ビームの偏向角を安定させる上で有利となる。

また、前記基板、前記可動部材および前記支持部材としてシリコン単結晶を用いることができる。例えばシリコン単結晶の基板を支持部材として用いるとともに、この基板に対してマイクロマシニング技術を適用することで可動部材を形成することができる。このようにシリコン単結晶を用いて偏向素子の可動部材および支持部材を構成すると、第１および第２偏向ミラー面を高精度に製造することができる。また、ステンレス鋼と同程度のバネ特性で可動部材を揺動自在に支持することができ、第１および第２偏向ミラー面を安定して、しかも高速で揺動することができる。

また、第１および第２偏向ミラー面を揺動駆動させるための駆動力としては、静電吸着力や電磁気力などを用いることができるが、それぞれ以下のような特性を有している。静電吸着力を用いた場合、コイルパターンを形成する必要がなく、偏向素子の小型化が可能となり、光ビームの偏向動作をより高速化することができる。一方、電磁気力を用いた場合、静電吸着力を発生させる場合に比べて低い駆動電圧で、第１および第２偏向ミラー面を揺動駆動することができ、電圧制御が容易となり、偏向素子の位置制度を高めることができる。このように互いに異なる特徴を有しているため、使用目的に応じた駆動力を採用すればよい。

＜発明の基本概念＞
まず、この発明について図１ないし図３を用いて詳述する。図１は複数の偏向ミラー面によって光ビームを偏向する光走査装置の模式図、図２は図１の光走査装置が光ビームの偏向角を増大させるために必要な条件を示す模式図、図３は図２の条件を満たす位相時間差の根拠を示す模式図である。

図１はＮ個（ただし、Ｎ≧２の自然数）の偏向ミラー面を用いて光ビームを走査する光走査装置を示す模式図である。この装置では、光ビームが第１ないし第Ｎ偏向ミラー面９５１ａ，９５１ｂ，９５１ｃ,…,９５１ｍ，９５１ｎによって偏向された後、第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎから偏向角Θsで射出される。各偏向ミラー面の間には各々同一のパワーを有する伝達レンズ９７１ａ，９７２ａ，９７１ｂ，９７２ｂ，…,９７１ｍ，９７２ｍが２個ずつ配設されて伝達光学系９７ａ，９７ｂ，…,９７ｍが構成されており、偏向ミラー面から偏向ミラー面へと光ビームを伝達する。第ｉ偏向ミラー面の回転角が例えばΘiのとき、光ビームは第ｉ偏向ミラー面により偏向角２・Θｉの大きさで偏向される。図中の破線は、第３偏向ミラー面と第ｍ偏向ミラー面との間に配設されている偏向ミラー面および伝達光学系の図示が省略されていることを示す。

伝達光学系９７ａないし９７ｍは同一構成であるため、伝達光学系９７ａについてのみ説明を行い、他の伝達光学系については相当符号を付して説明を省略する。伝達光学系９７ａは、その前側焦点が第１偏向ミラー面９５１ａのほぼ中心位置と略一致するように配置された伝達レンズ９７１ａと、前側焦点が伝達レンズ９７１ａの後側焦点と略一致するとともに、その後側焦点が第２偏向ミラー面９５１ｂのほぼ中心位置に略一致するように配置された伝達レンズ９７２ａとを備えている。そして、第１偏向ミラー面９５１ａにより伝達レンズ９７１ａへ向けて第１偏向角２・Θ1で偏向した光ビームを、伝達レンズ９７１ａ，９７２ａを介して第２偏向ミラー面９５１ｂに導くことで、第２偏向ミラー面９５１ｂにより該光ビームを伝達レンズ９７１ｂへ向けてさらに第２偏向角２・Θ2増大させた偏向角２・Θ1＋２・Θ2で偏向する。

伝達レンズ９７１ｂに向けて偏向された光ビームは、伝達レンズ９７１ｂ，９７２ｂを介して第３偏向ミラー面９５１ｃへ導光される。第３偏向ミラー面９５１ｃに導光された該光ビームを、第３偏向ミラー面９５１ｃにより次の伝達レンズ（図示省略）へ向けてさらに第３偏向角２・Θ3増大させた偏向角２・Θ1＋２・Θ2＋２・Θ3で偏向する。以下、同様の動作を光ビームが第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎに導光されるまで行う。

そして、第Ｎ偏向ミラー面に導光された光ビームは、第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎによって、さらに第Ｎ偏向角２・ΘN増大させた偏向角Θsで射出される。よって、偏向角Θsの大きさは、各偏向ミラー面による光ビームの偏向角の大きさの加算値となる。

ここでは、各偏向ミラー面は所定の揺動周波数で揺動しながら光ビームを偏向している。ところが、このような場合、各偏向ミラー面の揺動周波数や位相の設定状況によっては、各偏向ミラー面が光ビームの偏向角を互いに打ち消し合ってしまい、十分な偏向角が得られないことがある。そこで、本発明では図２に示す構成とすることによって、確実に必要な偏向角が得られるようにしている。以下、その構成について詳細に述べる。

図２は図１における第３偏向ミラー面９５１ｃを基準偏向ミラー面としたとき、第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎから射出される光ビームの偏向角Θsが、第３偏向ミラー面９５１ｃによる光ビームの所定の方向における光ビームの最大偏向角２・Θ3maxよりも確実に大きくなるようにする構成を示す。図２（ａ）は基準偏向ミラー面（第３偏向ミラー面９５１ｃ）の時刻ｔにおける回転角の大きさ、図２（ｂ）は第１偏向ミラー面９５１ａの時刻ｔにおける回転角の大きさ、図２（ｃ）は第ｉ偏向ミラー面（１≦ｉ≦Ｎの自然数、ただし、ｉ＝１，３は除く）の時刻ｔにおける回転角の大きさを示す。

図２（ａ）に示すように基準偏向ミラー面（第３偏向ミラー面９５１ｃ）は時刻ｔ3maxの時に正方向に最大回転角Θ3maxとなり、最大偏向角２・Θ3maxで光ビームを偏向する。この時、第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎから射出される光ビームの偏向角Θsを、２・Θ3maxより大きくするためには、他の偏向ミラー面による光ビームの偏向方向がすべて、基準偏向ミラー面（第３偏向ミラー面９５１ｃ）による光ビームの偏向方向と同じ方向になるようにしてやればよい。つまり、図２（ｂ）、（ｃ）に示す第１および第ｉ偏向ミラー面の、時刻ｔ3maxにおける回転角の大きさΘ1a，Θiaが、Θ3maxと同一方向、すなわち正方向となっているように、基準偏向ミラー面を除く各偏向ミラー面の揺動周波数および位相を設定すればよい。このような構成とすることによって、確実に第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎから射出される光ビームの偏向角Θsを、基準偏向ミラー面（第３偏向ミラー面９５１ｃ）による光ビームの所定の方向における最大偏向角２・Θ3maxよりも大きくすることができる。

次に各偏向ミラー面が数２で示すような正弦波状に所定の揺動周波数で揺動しながら光ビームを偏向する構成とし、第Ａ偏向ミラー面（１≦Ａ≦Ｎの自然数）が基準偏向ミラー面とする。この場合、下記に詳述するように偏向ミラー面を揺動してやれば、確実に第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎから射出される光ビームの偏向角Θsを、第Ａ偏向ミラー面による光ビームの所定の方向における最大偏向角２・ΘAmaxよりも大きくすることができる。図３（ａ）は時刻ｔにおける第Ａ偏向ミラー面の回転角の大きさを示し、第Ａ偏向ミラー面は基準揺動周波数ｆで揺動している。また、図３（ｂ）は位相がαimin遅れた状態、図３（ｃ）は位相がαimax遅れた状態の第ｉ偏向ミラー面（１≦ｉ≦Ｎ、ただしＡを除く）の時刻ｔにおける回転角の大きさを示し、第ｉ偏向ミラー面は揺動周波数ｋi・ｆ（ki：自然数）で揺動している。

図３（ｂ）に示すように、第ｉ偏向ミラー面の第Ａ偏向ミラー面に対する位相遅れ時間をαiminより大きくすれば、第Ａ偏向ミラー面（基準偏向ミラー面）による光ビームの偏向角が最大となる時刻ｔAmaxの時、光ビームは確実に、第ｉ偏向ミラー面によって第Ａ偏向ミラー面による光ビームの偏向方向と同じ方向に偏向される（ＰＨＢで示す範囲）。ここで、図３（ｃ）に示すように、第ｉ偏向ミラー面の第Ａ偏向ミラー面に対する位相遅れ時間をαimaxより大きくすれば、第ｉ偏向ミラー面による光ビームの偏向方向は、第Ａ偏向ミラー面による光ビームの偏向方向と逆となるので、位相遅れ時間はαimaxより大きくしてはならない。

第ｉ偏向ミラー面はｋiを任意の自然数とするｋi・ｆを揺動周波数として揺動するように構成されている。ここで、第ｉ偏向ミラー面の位相遅れ時間をｔAmax（＝１／（４ｆ））とすることによって、時刻ｔAmaxの時の第ｉ偏向ミラー面による光ビームの偏向角は０となる。ここから、さらに第ｉ偏向ミラー面の位相を、第ｉ偏向ミラー面の揺動周波数の半周期分（＝１／（２ｋi・ｆ））より大きく遅らせることによって、第ｉ偏向ミラー面による光ビームの偏向方向が、第Ａ偏向ミラー面による光ビームの偏向方向と同一（ＰＨＢで示す範囲）となる。よって、第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎから射出される光ビームの偏向角Θsを、第Ａ偏向ミラー面による光ビームの所定の方向における最大偏向角２・ΘAmaxよりも大きくすることができる。

また、１周期分以上（＝１／（ｋi・ｆ））遅らせると、第ｉ偏向ミラー面による光ビームの偏向方向が、第Ａ偏向ミラー面による光ビームの偏向方向と逆の方向となる（ＰＨＢで示す範囲の外）。よって、第Ｎ偏向ミラー面９５１ｎから射出される光ビームの偏向角Θsは、第Ａ偏向ミラー面による光ビームの所定の方向における最大偏向角２・ΘAmaxより小さくなってしまう。

以上より、第ｉ偏向ミラー面の位相差時間αiは数２で示される範囲となる。数２におけるｈ／ｋiは、第ｉ偏向ミラー面は正弦波状に揺動しているため、各周期における位相条件を一般化して示したものである。

なお、各偏向ミラー面による光ビームの偏向回数は１回以上であれば何回でもよく、その場合の偏向角Θsは次式で示される。

また、光ビームが射出する偏向ミラー面は、第１ないし第Ｎ偏向ミラー面のいずれかからでもよいことは言うまでもない。この場合でも、数２で示す揺動周波数・位相条件で、各偏向ミラー面を揺動駆動すれば、光ビームの偏向角Θsを、確実に第Ａ偏向ミラー面（基準偏向ミラー面）による光ビームの所定の方向における最大偏向角２・ΘAmaxよりも大きくすることができる。

また、図１では伝達光学系は伝達レンズにより構成されているが、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、伝達光学系として種々の反射素子を用いたり、伝達レンズと反射素子を組み合わせたものを用いても構わない。以下に述べる実施形態のすべては、上述した構成となっている。

＜第１実施形態＞
図４は本発明にかかる光走査装置の第１実施形態たる露光ユニットを装備した画像形成装置を示す図である。また、図５は図４の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、いわゆる４サイクル方式のカラープリンタである。この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から印字指令がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１からの印字指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートに印字指令に対応する画像を形成する。

このエンジン部ＥＧでは、感光体２（本発明の「潜像担持体」に相当）が図４の矢印方向（副走査方向）に回転自在に設けられている。また、この感光体２の周りにその回転方向に沿って、帯電ユニット３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部（図示省略）がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３には帯電制御部１０３が電気的に接続されており、所定の帯電バイアスを印加している。このバイアス印加によって感光体２の外周面が所定の表面電位に均一に帯電される。また、これらの感光体２、帯電ユニット３およびクリーニング部は一体的に感光体カートリッジを構成しており、感光体カートリッジが一体として装置本体５に対し着脱自在となっている。

そして、この帯電ユニット３によって帯電された感光体２の外周面に向けて本発明の光走査装置に相当する露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２の表面（本発明の「被走査面」に相当）上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。なお、この露光ユニット６の構成および動作については後で詳述する。

こうして形成された静電潜像は現像ユニット４（本発明の「現像手段」に相当）によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、シアン用の現像器４Ｃ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。そして、エンジンコントローラ１０の現像器制御部１０４からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが選択的に感光体２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラから感光体２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。

上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２、７３等に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。

また、ローラ７２の近傍には、転写ベルトクリーナ（図示省略）、濃度センサ７６（図５）および垂直同期センサ７７（図５）が配置されている。これらのうち、濃度センサ７６は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。また、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の副走査方向への回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖsyncを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色のトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖsyncに基づいて制御される。

そして、カラー画像をシートに転写する場合には、感光体２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシート上にカラー画像を二次転写する。

このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシート上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。

また、こうしてカラー画像が形成されたシートは定着ユニット９および排出ローラ８２を経由して装置本体５の上面部に設けられた排出トレイ部５１に搬送される。また、シートの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートを排出ローラ８２によりスイッチバック移動させる。これによってシートは反転搬送経路ＦＲに沿って搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートの両面に画像を形成することができる。

なお、図５において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像データを記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

図６は図４の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図、図７は露光ユニットの一構成要素たる伝達光学系を示す図、図８は本実施形態における光ビームの偏向角を示す模式図、図９および図１０は露光ユニットの一構成要素たる偏向素子を示す図である。以下、これらの図面を参照しつつ、露光ユニットの構成および動作について詳述する。

この露光ユニット６は露光筐体６１を有している。そして、露光筐体６１に単一のレーザー光源６２が固着されており、レーザー光源６２から光ビームを射出可能となっている。このレーザー光源６２は、露光制御部１０２の光源駆動部（図示省略）と電気的に接続されている。このため、画像データに応じて光源駆動部がレーザー光源６２をＯＮ／ＯＦＦ制御してレーザー光源６２から画像データに対応して変調された光ビームが射出される。

また、この露光筐体６１の内部には、レーザー光源６２からの光ビームを感光体２の表面（図示省略）に走査露光するために、コリメータレンズ６３１、シリンドリカルレンズ６３２、本発明の「偏向手段」に相当する偏向素子８５ａ，８５ｂ、走査レンズ６６、伝達光学系８７および折り返しミラー６８が設けられている。すなわち、レーザー光源６２からの光ビームは、コリメータレンズ６３１により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、副走査方向Ｙにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ６３２に入射される。また、シリンドリカルレンズ６３２を通過した光ビームは折り返しミラー６４１により折り返される。そして、シリンドリカルレンズ６３２を調整することでコリメート光は副走査方向Ｙにおいて偏向素子８５ａの偏向ミラー面８５１ａ付近で結像される。このように、この実施形態では、コリメータレンズ６３１およびシリンドリカルレンズ６３２がレーザー光源６２からの光ビームを整形するビーム整形系６３として機能している。

偏向手段８５は、偏向素子８５ａ，８５ｂの２つで構成されている。偏向素子８５ａ，８５ｂは同一構造であるため、ここでは一方の偏向素子８５ａの構成について説明し、他方の偏向素子８５ｂの構成については相当の符号を付して説明を省略する。偏向素子８５ａは半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて形成されるものであり、偏向ミラー面８５１ａで反射した光ビームを主走査方向Ｘに偏向可能となっている。より具体的には、偏向素子８５ａは次のように構成されている。

この偏向素子８５ａでは、図９に示すように、シリコン基板８５２ａが本発明の「支持部材」として機能し、さらに該シリコン基板８５２ａの一部を加工することで可動板８５６ａ（本発明における「可動部材」）が設けられている。この可動板８５６ａは平板状に形成され、ねじりバネ８５７ａによってシリコン基板８５２ａに弾性支持されており、副走査方向Ｙとほぼ平行に伸びる第１軸ＢＸ1a回りに揺動自在となっている。また、この可動板８５６ａの上面中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面８５１ａとして成膜されている。

また、シリコン基板８５２ａの略中央部には、図１０に示すように、可動板８５６ａが第１軸ＢＸ1a回りに揺動可能となるように、凹部８５２１ａが設けられている。この凹部８５２１ａの内底面のうち可動板８５６ａの両端部に対向する位置に電極８５８１ａ、８５８２ａがそれぞれ固着されている。これら２つの電極８５８１ａ、８５８２ａは可動板８５６ａを第１軸ＢＸ1a回りに揺動駆動するための電極として機能するものである。すなわち、これらの電極８５８１ａ、８５８２ａは露光制御部１０２の駆動部（図示省略）と電気的に接続されており、電極への電圧印加によって該電極と第１偏向ミラー面８５１ａとの間に静電吸着力が作用して第１偏向ミラー面８５１ａの一方端部を該電極側に引き寄せる。したがって、駆動部から所定の電圧を電極８５８１ａ、８５８２ａに交互に印加すると、ねじりバネ８５７ａを第１軸ＢＸ1aとして第１偏向ミラー面８５１ａを往復振動させることができる。なお、この実施形態では、第１偏向ミラー面８５１ａを基準偏向ミラー面とし、第１偏向ミラー面８５１ａと第２偏向ミラー面８５１ｂは数２に示す正弦波状に、互いに同位相および同一周波数で揺動するように構成している。

このように偏向手段８５では、露光制御部１０２の駆動部が本発明の「ミラー駆動部」として機能し、該駆動部を制御することによって偏向ミラー面８５１ａ，８５１ｂを第１軸回りに上記正弦波上に揺動させることで光ビームを偏向して主走査方向Ｘに走査させている。すなわち、第１軸を主走査偏向軸として機能させる。

上記のように構成された偏向素子８５ａの第１偏向ミラー面８５１ａで偏向された光ビームは伝達光学系８７に入射された後、この伝達光学系８７によって偏向素子８５ｂの第２偏向ミラー面８５１ｂによって再偏向されて伝達光学系８７に入射される。そして、再び偏向素子８５ａの第１偏向ミラー面８５１ａに戻される。そのため、偏向素子８５ａにより例えば第１偏向角に偏向された光ビームは、偏向素子８５ｂの第２偏向ミラー面８５１ｂによって伝達光学系８７に向けてさらに偏向され、偏向素子８５ａに戻される。そして、第１偏向角よりも大きな偏向角で走査レンズ６６に向けて偏向される。この実施形態では、伝達光学系８７は次のように構成されている。

図７は伝達光学系の構成を示す図である。この伝達光学系８７は、その前側焦点が第１偏向ミラー面８５１ａのほぼ中心位置と略一致するように配置された第１伝達レンズ８７１と、前側焦点が第１伝達レンズ８７１の後側焦点と略一致するとともに、その後側焦点が第２偏向ミラー面８５１ｂのほぼ中心位置に略一致するように配置された第２伝達レンズ８７２とを備えている。そして、第１偏向ミラー面８５１ａにより第１伝達レンズ８７１へ向けて第１偏向角２・Θ1で偏向した光ビームを、第１および第２伝達レンズ８７１，８７２を介して第２偏向ミラー面８５１ｂに導くとともに、第２偏向ミラー面８５１ｂにより該光ビームを第２伝達レンズ８７２へ向けて偏向角２・Θ1＋２・Θ2で偏向することによって第１偏向ミラー面８５１ａへ導光する。これによって、光ビームが第１偏向ミラー面８５１ａによって再度偏向されて、第１偏向角２・Θ1よりも大きな偏向角Θsで光ビームが走査レンズ６６に向けて射出される（図８参照）。

このような特性を有する伝達光学系８７の具体的な構成としては、表１で示す光学諸元を有するものを採用することができる。

なお、本設計例においては伝達光学系８７を構成する第１伝達レンズ８７１の２面Ｓ1，Ｓ2および第２伝達レンズ８７２の2面Ｓ3，Ｓ4は軸対称非球面である。また、表中における各記号は以下の通りである。

Ｓi：面番号（ただし、Ｓ0は第１偏向ミラー面８５１ａ、Ｓ5は第２偏向ミラー面８５１ｂ）
ｒi：面番号ｉの曲率半径
ｄi：面番号ｉから（ｉ＋１）の面までの軸上距離
ｎi：面番号ｉの屈折率
Ｋi：面番号ｉが軸対称非球面の場合に次式で示される軸対称非球面の非球面係数

ただし、ｚは光軸からの高さｙにおける非球面の点の非球面頂点の接平面からの距離である。

この実施形態では、第１偏向ミラー面８５１ａでの光ビームの反射位置と第２偏向ミラー面８５１ｂでの光ビームの反射位置とが共役な関係となっているため、光ビームを確実に、第１偏向ミラー面８５１ａから第２偏向ミラー面８５１ｂへ、第２偏向ミラー面８５１ｂから第２偏向ミラー面８５１ａへと導き、光ビームを安定して偏向することができる。

このように偏向素子８５ａに２回入射して偏向された光ビームは走査レンズ６６および折り返しミラー６８を介して感光体２の表面（被走査面）に照射される。これにより、光ビームが主走査方向Ｘと平行に走査して主走査方向Ｘに伸びるライン状の潜像が感光体２の表面上に形成される。

このようにこの実施形態では、図８に示すように、第１偏向ミラー面８５１ａから走査レンズ６６へ向けて射出される光ビームの偏向角Θsは、第１偏向ミラー面８５１ａによる光ビームの偏向角を第１偏向角２・Θ1、第２偏向ミラー面８５１ｂによる光ビームの偏向角を第２偏向角２・Θ2とすると、４・Θ1＋２・Θ2となる。ここで、第１および第２偏向ミラー面８５１ａ，８５１ｂは数２で示す正弦波状に揺動しているめ、Θsは数３においてN＝２とした場合に相当する。

なお、この実施形態では、図６に示すように、偏向素子６５からの走査光ビームの開始または終端を折り返しミラー６９ａ〜６９ｃにより同期センサ６０に導いている。すなわち、この実施形態では、同期センサ６０を、主走査方向Ｘにおける同期信号、つまり水平同期信号Ｈsyncを得るための水平同期用読取センサとして機能させている。

以上のように、この実施形態によれば、偏向手段８５は、主走査方向Ｘに対してほぼ直交する副走査方向Ｙと平行な第１軸（主走査偏向軸）回りに揺動して光ビームを偏向する第１および第２偏向ミラー面８５１ａ，８５１ｂを備えている。そして、第１偏向ミラー面８５１ａにより伝達光学系８７に向けて偏向された光ビームは、伝達光学系８７により第２偏向ミラー面８５１ｂに導かれることによって、第２偏向ミラー面８５１ｂにより伝達光学系８７に偏向されて、伝達光学系８７により第１偏向ミラー面８５１ａに導かれる。そして、第１偏向ミラー面８５１ａにより再度偏向されて感光体２の表面（被走査面）に向けて射出される。このようにして、感光体表面に向けて射出される光ビームの偏向角を伝達光学系６７に入射する光ビームの偏向角よりも大きくしている。また、ミラー駆動部は、第１偏向ミラー面８５１ａを基準偏向ミラー面とし、第１偏向ミラー面８５１ａによる所定方向における光ビームの偏向角の大きさが最大偏向角となる時に、第２偏向ミラー面は該光ビームを第１偏向ミラー面８５１ａによる光ビームの偏向方向と同一方向に偏向するように第１および第２偏向ミラー面８５１ａ，８５１ｂを揺動駆動している。

したがって、基準偏向ミラー面（第１偏向ミラー面８５１ａ）による所定方向における光ビームの偏向角が最大偏向角となる時、第２偏向ミラー面も、該光ビームを同じ所定方向に偏向するように構成されている。よって、基準偏向ミラー面による所定方向における光ビームの偏向角が最大偏向角となる時に、第２偏向ミラー面により基準偏向ミラー面による光ビームの偏向方向と同じ方向に光ビームをさらに偏向することによって、被走査面へ向けて射出される光ビームの偏向角を確実に基準偏向ミラー面による光ビームの最大偏向角よりも大きくすることができる。

また、この実施形態では、第１偏向ミラー面８５１ａは数２においてｉ＝１、ｋ1＝１、α1＝０、ｈ＝０で表される正弦波状に揺動して光ビームを偏向している。また、第２偏向ミラー面８５１ａは数２においてｉ＝２、ｋ2＝１、α2＝０、ｈ＝０で表される正弦波状に揺動して光ビームを偏向している。したがって、基準偏向ミラー面（第１偏向ミラー面８５１ａ）による光ビームの偏向角が最大偏向角となる時に、第２偏向ミラー面により基準偏向ミラー面による光ビームの偏向方向と同じ方向に光ビームをさらに偏向することによって、被走査面へ向けて射出される光ビームの偏向角を確実に基準偏向ミラー面による光ビームの最大偏向角よりも大きくすることができる。

また、この実施形態では、第１偏向ミラー面８５１ａが主走査方向Ｘとほぼ直交する副走査平面において感光体２の表面（被走査面）とほぼ共役となるように構成しているので（図示省略）、被走査面と共役関係を有する第１偏向ミラー面８５１ａの副走査方向Ｙへの揺動の影響を防止することができる。また、副走査方向Ｙにおける第１偏向ミラー面８５１ａのサイズを小さくして偏向素子８５ａの小型化、軽量化することができる。

＜第２実施形態＞
図１１は本発明にかかる光走査装置の第２実施形態を示す図である。図１１および図１２は図４の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図、図１３は図４の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す副走査断面図、図１４および図１５は露光ユニットの一構成要素たる偏向素子（偏向手段）を示す図である。この実施形態が上記第１実施形態を大きく相違する点は、図１１に示すように、第１偏向ミラー面６５１ａと第２偏向ミラー面６５１ｂとの間で光ビームを伝達する伝達光学系６７の構成と偏向素子６５の構成が異なる点である。以下、これらの図面を参照しつつ、上記第１実施形態と相違する点を中心に露光ユニットの構成および動作について詳述する。

この実施形態では、折り返しミラー６４１、集束レンズ６４、本発明の「偏向手段」に相当する偏向素子６５、伝達光学系６７がさらに設けられている。すなわち、レーザー光源６２からの光ビームは、コリメータレンズ６３１により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、図１３に示すように副走査方向Ｙにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ６３２に入射される。また、シリンドリカルレンズ６３２を通過した光ビームは折り返しミラー６４１により折り返された後、図１２に示すように主走査方向Ｘにのみパワーを有する集束レンズ６４に入射される。そして、シリンドリカルレンズ６３２を調整することでコリメート光は副走査方向Ｙにおいて偏向素子６５の偏向ミラー面６５１ａ付近で結像される。このように、この実施形態では、コリメータレンズ６３１およびシリンドリカルレンズ６３２がレーザー光源６２からの光ビームを整形するビーム整形系６３として機能している。一方、集束レンズ６４の焦点距離は該レンズ６４と第１偏向ミラー面６５１ａとの面間距離よりも長くなっている。このため、偏向素子６５の偏向ミラー面６５１ａ付近では主走査方向Ｘに伸びる線像が形成される。

この偏向素子６５は半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて形成されるものであり、偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂで反射した光ビームを主走査方向Ｘに光ビームを偏向可能となっている。より具体的には、偏向素子６５は次のように構成されている。

この偏向素子６５では、図１４に示すように、シリコンの単結晶基板（以下「シリコン基板」という）６５２が本発明の「支持部材」として機能し、さらに該シリコン基板６５２の一部を加工することで２つの可動板（本発明の「第１および第２可動部材」に相当）６５６ａ，６５６ｂが主走査方向Ｘに所定間隔だけ離隔して設けられている。この可動板６５６ａは平板状に形成され、ねじりバネ６５７によってシリコン基板６５２に弾性支持されており、副走査方向Ｙとほぼ平行に伸びる第１軸ＡＸ1a回りに揺動自在となっている。また、この可動板６５６ａの上面中央部には、アルミニューム膜などが第１偏向ミラー面６５１ａとして成膜されている。また、可動板６５６ｂも可動板６５６ａと同様に構成されている。すなわち、平板状に形成された可動板６５６ｂは第１軸ＡＸ1b回りにシリコン基板６５２に対して揺動自在に設けられるとともに、この可動板６５６ａの上面中央部にアルミニューム膜などが第２偏向ミラー面６５１ｂとして成膜されている。

また、シリコン基板６５２の凹部６５２ａの内底面のうち可動板６５６ａ，６５６ｂの各々について、可動板の両端部に対向する位置に電極６５８ａ，６５８ｂがそれぞれ固着されている。これら２つの電極６５８ａ，６５８ｂは可動板６５６ａ，６５６ｂを第１軸ＡＸ1a、ＡＸ1b回りに揺動駆動するための電極として機能するものである。すなわち、これらの電極６５８ａ，６５８ｂは露光制御部１０２の駆動部（図示省略）と電気的に接続されており、電極への電圧印加によって該電極と偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂとの間に静電吸着力が作用して偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂの一方端部を該電極側に引き寄せる。したがって、駆動部から所定の電圧を電極６５８ａ，６５８ｂに交互に印加すると、ねじりバネ６５７を第１軸ＡＸ1a，ＡＸ1bとして偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂをそれぞれ往復振動させることができる。なお、この実施形態では、第１偏向ミラー面６５１ａを基準偏向ミラー面とし、第１偏向ミラー面６５１ａと第２偏向ミラー面６５１ｂは数２に示す正弦波状に、互いに逆位相および同一周波数で揺動するように構成している。すなわち、第２偏向ミラー面６５１ｂは逆位相であるため、数２より、
Θ2（ｔ）＝−Θ2max・ｓｉｎ｛２π・ｋ2・ｆ（ｔ−α2）−π｝
（ただし、ｋ2＝１，α2＝０）
で揺動している。他の条件はすべて上記第１実施形態と同一である。

このように偏向素子（偏向手段）６５では、露光制御部１０２の駆動部が本発明の「ミラー駆動部」として機能し、該駆動部を制御することによって偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを第１軸ＡＸ1a、ＡＸ1b回りに逆位相で揺動させることで光ビームを偏向して主走査方向Ｘに走査させている。すなわち、第１軸ＡＸ1a、ＡＸ1bを主走査偏向軸として機能させる。

上記のように構成された偏向素子６５の第１偏向ミラー面６５１ａで反射された光ビームは伝達光学系６７に入射された後、この伝達光学系６７によって偏向素子６５の第２偏向ミラー面６５１ｂに戻される。そのため、偏向素子６５により例えば第１偏向角に偏向された光ビームは第１偏向角よりも大きな偏向角で走査レンズ６６に向けて射出される。この実施形態では、伝達光学系６７は次のように構成されている。

この伝達光学系６７は、図１２に示すように、１枚の凹面ミラー６７１で構成されており、凹面ミラー６７１の反射面６７１ａと、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂとが互いに対向するように配置されている。そして、第１偏向ミラー面６５１ａにより偏向された光ビームを凹面ミラー６７１の反射面６７１ａにより反射して第２偏向ミラー面６５１ｂに導光している。この実施形態では、凹面ミラー６７１として反射面６７１ａを楕円面に形成した楕円面鏡を用いている。より詳しくは、第１偏向ミラー面６５１ａのほぼ中心位置Ｐ1aと、第２偏向ミラー面６５１ｂのほぼ中心位置Ｐ1bとを焦点とする楕円を、２つの中心位置Ｐ1a，Ｐ1bを通過する仮想直線ＶＬを回転軸として回転させることで形成される楕円面の一部を反射面６７１ａとして用いている。そのため、次のような作用効果が得られる。すなわち、２つの焦点に第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂがそれぞれ位置するため、第１偏向ミラー面６５１ａにより偏向された光ビームの主光線は凹面ミラー面（楕円反射面）６７１ａにより反射された後、第２偏向ミラー面６５１ｂに入射する。したがって、第１偏向ミラー面６５１ａにより偏向された光ビームを第２偏向ミラー面６５１ｂに確実に導くことができる。そして、この光ビームは第２偏向ミラー面６５１ｂにより偏向されて走査レンズ６６に向けて射出される。その結果、光ビームを安定して走査することができる。

こうして偏向素子６５により偏向された光ビームは走査レンズ６６および折り返しミラー６８を介して感光体２の表面（被走査面）に照射される。これにより、光ビームが主走査方向Ｘと平行に走査して主走査方向Ｘに伸びるライン状の潜像が感光体２の表面上に形成される。

この実施形態においても、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂは上記第１実施形態と同様に揺動駆動されているため、上記第１実施形態と同様の作用効果を有する。

また、この実施形態では、伝達光学系として、その反射面６７１ａが第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂに対向するように配置された凹面ミラー６７１を備え、凹面ミラー面６７１ａが第１偏向ミラー面６５１ａにより偏向された光ビームを第２偏向ミラー面６５１ｂに反射することによって、該光ビームが第２偏向ミラー面６５１ｂから感光体２の表面（被走査面）に向けて射出されるように構成されている。さらに、第１偏向ミラー面６５１ａと第２偏向ミラー面６５１ｂは互いに同一周波数および逆位相で揺動駆動されて光ビームを偏向している。このように伝達光学系６７として凹面ミラー６７１を用いることで１枚の凹面ミラー６７１で伝達光学系６７を構成することができ、伝達光学系を構成するにあたり複数の光学部品（２枚の伝達レンズ）を必須としていた従来装置に比べ、伝達光学系を簡素で、しかも少ない光学部品点数で構成することができる。また、伝達レンズが不要となることで色収差の影響を排除することができ、優れた安定性で光ビームを偏向させることができる。

また、この実施形態では、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを主走査方向Ｘと平行な方向に並べて配置している。したがって、主走査平面に対して角度をつけて光ビームを第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂに入射・射出させる必要がなくなる。つまり、同一の主走査平面内に光走査装置の光学部品を配置することができる。その結果、副走査方向Ｙにおける装置サイズの小型化、つまり装置の薄型化を図ることができる。

また、この実施形態では、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂの両方が主走査方向Ｘとほぼ直交する副走査平面において感光体２の表面（被走査面）とほぼ共役となるように構成している。このような構成を採用することで、両偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂの副走査方向Ｙへの揺動の影響を防止することができる。また、副走査方向Ｙにおける上記偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂのサイズを小さくして偏向素子（偏向手段）の小型化、軽量化することができる。その結果、上記偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂの駆動速度をさらに向上させて光ビームの走査速度をさらに高めることができる。

さらに、この実施形態では、一のシリコン基板６５２をマイクロマシニング加工技術を用いて第１偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂおよび支持部材を一体的に形成しているので、高精度に偏向素子（偏向手段）６５を作成することができ、光ビームの走査性を向上させる上で有利となる。また、ステンレス鋼と同程度のバネ特性で可動板６５６ａ，６５６ｂを揺動自在に支持することができ、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを安定して、しかも高速で揺動することができる。

＜第３実施形態＞
図１６および図１７は本発明にかかる光走査装置の第３実施形態を示す主走査断面図である。また、図１８は図１６の光走査装置の副走査断面図である。この第３実施形態にかかる光走査装置たる露光ユニット６が上記第２実施形態と大きく相違する点は、偏向素子６５の構成である。すなわち、第２実施形態では、図１８に示すように、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂが副走査方向Ｙに並べて配置されている点である。このように構成された露光ユニット６では、レーザー光源６２からの光ビームは、コリメータレンズ６３１により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、同図に示すように副走査方向Ｙにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ６３２に入射される。また、シリンドリカルレンズ６３２を通過した光ビームは図１７に示すように主走査方向Ｘにのみパワーを有する集束レンズ６４に入射された後、折り返しミラー６４１により第１偏向ミラー面６５１ａに向けて折り返される。そして、シリンドリカルレンズ６３２を調整することでコリメート光は副走査方向Ｙにおいて下方位置の偏向ミラー面６５１ａ付近で結像される。また、この偏向ミラー面６５１ａで偏向された光ビームは伝達光学系６７の凹面ミラー面６７１ａにより反射されて上方位置の偏向ミラー面６５１ｂに導光され、該偏向ミラー面６５１ｂにより走査レンズ６６に向けて偏向される。

この第３実施形態においても、上記第２実施形態と同様に第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂが揺動駆動されているので、第２実施形態と同様の作用効果を奏する。また、光ビームを伝達光学系６７の凹面ミラー６７１で折り返すように構成しているため、第２実施形態と同様の作用効果を有する。また、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを副走査方向Ｙに並べて配置しているので、図１６や図１７に示すように主走査平面において偏向素子（偏向手段）６５が占める面積が最小化され、主走査平面での装置サイズを低減することができ、装置の小型化が可能となる。

なお、第２および第３実施形態では、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂの両方が副走査平面において感光体２の表面（被走査面）とほぼ共役となっているが、第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂのいずれか一方のみを感光体２の表面（被走査面）とほぼ共役としてもよく、このような構成を採用することで、被走査面と共役関係を有する偏向ミラー面の副走査方向への揺動の影響を防止することができる。

また、上記第１および第２実施形態では偏向手段として第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂが一体化された偏向素子６５を用いているが、１つの偏向ミラー面を有するガルバノミラーのような振動ミラーを２つ並列配置して用いてもよいことは言うまでもない。

なお、上記第１ないし第３実施形態では、静電気力を用いて偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂ，８５１ａおよび８５１ｂを揺動させているが、他の駆動力を用いて揺動させるようにしてもよい。ここで、他の駆動力として例えば電磁気力を利用することができる。

＜第４実施形態＞
図１９および図２０は本発明にかかる光走査装置の第４実施形態を示す図である。この第４実施形態が上記第１実施形態と大きく相違する点は、偏向ミラー面８５１ａ，８５１ｂを電磁気力を利用して揺動駆動している点であり、その他の構成は第１実施形態と同様である。第２および第３実施形態の偏向素子６５においても、本実施形態と同様の構成をとることによって偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂを電磁気力を利用して揺動駆動することができる。ここでは、図１９および図２０に示す偏向素子８５ａを例にあげて説明を行う。

偏向素子８５ａでは、図１９に示すように、シリコン基板８５２ａの一部を加工することで可動板８５６ａが設けられている。この可動板８５６ａは平板状に形成され、ねじりバネ８５７ａによってシリコン基板８５２ａに弾性支持されており、副走査方向Ｙとほぼ平行に伸びる第１軸ＢＸ1a回りに揺動自在となっている。また、可動板８５６ａの上面には、シリコン基板８５２ａ上面に形成した一対の外側電極端子（図示省略）にねじりバネ８５７ａを介して電気的に接続する平面コイル８５５ａが絶縁層で被膜されて設けられている。また、この可動板８５６ａの上面中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面８５１ａとして成膜されている。

また、シリコン基板８５２ａの略中央部には、図２０に示すように、可動板８５６ａが第１軸ＢＸ1a回りに揺動可能となるように、凹部８５２１ａが設けられている。そして、凹部８５２１ａの内底面には、可動板８５６ａの両端部の外方位置に永久磁石８５９１ａ、８５９２ａが互いに異なる方位関係で固着されている。また、平面コイル８５５ａは、露光制御部１０２の駆動部（図示省略）と電気的に接続されており、コイル８５５ａへの通電によって平面コイル８５５ａを流れる電流の方向と永久磁石８５９１ａ、８５９２ａによる磁束の方向によりローレンツ力が作用し、可動板８５６ａを回転するモーメントが発生する。これにより、可動板８５６ａ（偏向ミラー面８５１ａ）がねじりバネ８５７ａを第１軸ＢＸ1aとして揺動する。ここで、平面コイル８５５ａに流す電流を交流とし連続的に反復動作すれば、ねじりバネ８５７ａを第１軸ＢＸ1aとして偏向ミラー面８５１ａを往復振動させることができる。

このように第１偏向ミラー面８５１ａを揺動させるために、電磁気力や静電気力などを用いているが、いずれを用いてもよいことは言うまでもない。ただし、駆動方式ごとに以下のような特徴を有しているため、それらを考慮した上で適宜採用するのが望ましい。すなわち、第１偏向ミラー面８５１ａを揺動駆動させるための駆動力として電磁気力を用いた場合、静電吸着力を発生させる場合に比べて低い駆動電圧で第１偏向ミラー面８５１ａを揺動駆動することができ、電圧制御が容易となり、走査光ビームの位置精度を高めることができる。これに対し、上記駆動力として静電吸着力を用いた場合、コイルパターンを形成する必要がなく、偏向素子８５ａのさらなる小型化が可能となり、偏向走査をより高速化することができる。

なお、上記第２および第３実施形態では第１および第２偏向ミラー面６５１ａ，６５１ｂが一体となった偏向素子６５を利用しているが、第１および第４実施形態における偏向素子８５ａ，８５ｂを並列させて利用してもよいことはいうまでもない。

上記実施形態では、この発明にかかる光走査装置をカラー画像形成装置の露光ユニットとして用いているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。すなわち、感光体などの潜像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成するとともに、該静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する画像形成装置の露光手段として用いることができる。もちろん、光走査装置の適用対象は画像形成装置に装備される露光手段に限定されるものではなく、光ビームを被走査面上に走査させる光走査装置全般に適用することができる。

複数の偏向ミラー面によって光ビームを偏向する光走査装置の模式図である。 図１の光走査装置が光ビームの偏向角を増大させるために必要な条件を示す模式図である。 図２の条件を満たす位相時間差の根拠を示す模式図である。 本発明にかかる光走査装置の第１実施形態たる露光ユニットを装備した画像形成装置を示す図である。 図４の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。 図４の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図である。 図４の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の一構成要素たる伝達光学系を示す図である。 図４の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）における光ビームの偏向角を示す模式図である。 露光ユニットの一構成要素たる偏向素子を示す図である。 露光ユニットの一構成要素たる偏向素子を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の第２実施形態を示す主走査断面図である。 本発明にかかる光走査装置の第２実施形態を示す主走査断面図である。 図１１および図１２の光走査装置の副走査断面図である。 本発明にかかる光走査装置の第２実施形態たる露光ユニットの偏向素子を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の第２実施形態たる露光ユニットの偏向素子を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の第３実施形態を示す主走査断面図である。 本発明にかかる光走査装置の第３実施形態を示す主走査断面図である。 図１１および図１２の光走査装置の副走査断面図である。 本発明にかかる光走査装置の第４実施形態たる露光ユニットの偏向素子を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の第４実施形態たる露光ユニットの偏向素子を示す図である。

符号の説明

２…感光体（潜像担持体）、 ４…現像ユニット（現像手段）、 ６…露光ユニット（光走査装置）、 ６５…偏向素子（偏向手段）、 ８５ａ，８５ｂ…偏向素子（偏向手段）、 ６７，８７…伝達光学系、 ６５１ａ，６５１ｂ，８５１ａ，８５１ｂ，９５１ａ，９５１ｂ，９５１ｃ，９５１ｍ，９５１ｎ…偏向ミラー面、 ６５２，８５２ａ…シリコン基板（支持部材）、 ６５６ａ，６５６ｂ，８５６ａ…可動板（可動部材）、 ６７１…凹面ミラー（伝達光学系）、 ６７１ａ…凹面ミラー面、 ８７１，８７２…伝達レンズ、 Ｌ…光ビーム、 Ｐ1a，Ｐ1b...反射位置、 ＡＸ1a，ＡＸ1b，ＢＸ1a…主走査偏向軸、 Ｘ…主走査方向、 Ｙ…副走査方向

Claims (17)

1. 光ビームを射出する光源と、
   それぞれ独立した主走査偏向軸回りに揺動自在に設けられた第１ないし第Ｎ偏向ミラー面（ただしＮ≧２の自然数）と、
   前記第１ないし第Ｎ偏向ミラー面を前記主走査偏向軸回りに揺動駆動するミラー駆動部とを備え、
   前記光源からの光ビームが前記第１偏向ミラー面に向けて入射されるとともに、前記第１ないし第Ｎ偏向ミラー面の間で各偏向ミラー面により少なくとも１回以上偏向された後、前記第１ないし第Ｎミラー面のいずれかから被走査面に向けて射出され、
   前記ミラー駆動部は、前記第１ないし第Ｎ偏向ミラー面のうち前記第Ａ偏向ミラー面（ただし１≦Ａ≦Ｎの自然数）を基準偏向ミラー面とし、前記基準偏向ミラー面による所定方向における該光ビームの偏向角の大きさが最大偏向角となる時に、前記基準偏向ミラー面を除く前記偏向ミラー面の各々が該光ビームを前記所定方向に偏向するように前記第１ないし第Ｎ偏向ミラー面を各々下記の式の回転角Θi（ｔ）で示す正弦波状に揺動駆動することを特徴とする光走査装置。
   

   
2. 前記第１および第２偏向ミラー面と前記ミラー駆動部とを有し、前記光源からの光ビームを前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記第１偏向ミラー面により偏向された光ビームを前記第２偏向ミラー面に導く伝達光学系とを備え、
   前記伝達光学系は、その反射面が前記第１および第２偏向ミラー面に対向するように配置された凹面ミラーを備え、前記凹面ミラー面が前記第１偏向ミラー面により偏向された光ビームを前記第２偏向ミラー面に反射することによって、該光ビームが前記第２偏向ミラー面から前記被走査面に向けて射出される請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記ミラー駆動部は前記第１偏向ミラー面と前記第２偏向ミラー面を互いに逆位相および同一周波数で揺動駆動する請求項２記載の光走査装置。
4. 前記凹面ミラー面は、前記第１偏向ミラー面のほぼ中心位置と、前記第２偏向ミラー面のほぼ中心位置とを焦点とする楕円を、前記２つの中心位置を通過する仮想直線を回転軸として回転させることで形成される楕円面となっている請求項２または３記載の光走査装置。
5. 前記第１および第２偏向ミラー面は前記主走査方向と平行な方向に並べて配置される請求項２ないし４のいずれかに記載の光走査装置。
6. 前記第１および第２偏向ミラー面は前記主走査方向とほぼ直交する副走査方向に並べて配置されている請求項２ないし４のいずれかに記載の光走査装置。
7. 前記第１および第２偏向ミラー面の少なくとも一方が前記主走査方向とほぼ直交する副走査平面において前記被走査面とほぼ共役となっている請求項２ないし６のいずれかに記載の光走査装置。
8. 前記第１および第２偏向ミラー面と前記ミラー駆動部とを有し、前記光源からの光ビームを前記主走査偏向軸とほぼ直交する主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記第１および第２偏向ミラー面の間で光ビームを伝達する伝達光学系とを備え、
   前記伝達光学系は、その前側焦点が前記第１偏向ミラー面のほぼ中心位置と略一致するように配置された第１伝達レンズと、その前側焦点が前記第１伝達レンズの後側焦点と略一致するとともに、その後側焦点が前記第２偏向ミラー面のほぼ中心位置に略一致するように配置された第２伝達レンズとを備え、
   前記第１偏向ミラー面により前記第１伝達レンズへ向けて偏向した光ビームを、前記第１および第２伝達レンズを介して前記第２偏向ミラー面に導くとともに、前記第２偏向ミラー面により該光ビームを前記第２伝達レンズへ向けて偏向して前記第２および第１伝達レンズを介して前記第１偏向ミラー面へ導くことで、前記第１偏向ミラー面により該光ビームを再度偏向して、前記被走査面に向けて射出する請求項１に記載の光走査装置。
9. 前記ミラー駆動部は前記第１偏向ミラー面と前記第２偏向ミラー面を互いに同位相および同一周波数で揺動駆動する請求項８記載の光走査装置。
10. 前記第１偏向ミラー面が前記主走査方向とほぼ直交する副走査平面において前記被走査面とほぼ共役となっている請求項８または９に記載の光走査装置。
11. 前記偏向手段は、
    前記第１偏向ミラー面を有する第１可動部材と、
    前記第２偏向ミラー面を有する第２可動部材と、
    前記第１および第２可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する方向に伸びる前記主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、
    前記ミラー駆動部とを備え、
    前記ミラー駆動部は、前記主走査偏向軸回りに前記第１および第２偏向ミラー面を揺動させて光ビーム偏向させる請求項２ないし７のいずれかに記載の光走査装置。
12. 前記偏向手段は、光ビームを偏向する偏向ミラー面を一方面に有する可動部材と、前記可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する方向に伸びる前記主走査偏向軸回りに揺動自在に支持する支持部材と、前記ミラー駆動部とを備えている偏向素子２個からなり、
    前記２個の一方の偏向素子の偏向ミラー面が前記第１偏向ミラー面であり、他方の偏向素子の偏向ミラー面が前記第２偏向ミラー面である請求項８ないし１０のいずれかに記載の光走査装置。
13. 一の基板を加工することで前記可動部材および前記支持部材が一体的に形成された請求項１１または１２記載の光走査装置。
14. 前記基板、前記可動部材および前記支持部材はシリコン単結晶で構成されている請求項１３記載の光走査装置。
15. 前記ミラー駆動部は、静電吸着力により前記第１および第２偏向ミラー面を前記主走査偏向軸回りに揺動駆動する請求項１１ないし１４のいずれかに記載の光走査装置。
16. 前記ミラー駆動部は、電磁気力により前記第１および第２偏向ミラー面を前記主走査偏向軸回りに揺動駆動する請求項１１ないし１４のいずれかに記載の光走査装置。
17. 潜像担持体と、
    請求項１ないし１６のいずれかに記載の光走査装置と同一構成を有し、前記潜像担持体の表面を光ビームで走査して前記潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、
    前記静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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