JP4566014B2 - Optical scanning apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置及びこれを備えた画像形成装置(デジタル複写機やレーザプリンタなど)に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and an image forming apparatus (such as a digital copying machine or a laser printer) including the same.
従来の光走査装置においては、光ビームを走査する偏向器としてポリゴンミラーやガルバノミラーが用いられていた。 In a conventional optical scanning device, a polygon mirror or a galvanometer mirror is used as a deflector for scanning a light beam.
光走査装置は主に画像形成装置に用いられるが、近年の画像形成装置は、高解像度の画像を高速に形成することが要求されている。このためには偏向器としてポリゴンミラーを高速で回転させたり、ガルバノミラーを高速で揺動させる必要がある。この場合には、軸受の耐久性不足や風損による発熱、騒音といった問題が発生するため、従来構造の光走査装置では高速走査に限界がある。 An optical scanning device is mainly used for an image forming apparatus, but recent image forming apparatuses are required to form high-resolution images at high speed. For this purpose, it is necessary to rotate the polygon mirror as a deflector at high speed or to swing the galvanometer mirror at high speed. In this case, problems such as insufficient durability of the bearing, heat generation due to windage damage, and noise occur, and thus there is a limit to high-speed scanning in the optical scanning device of the conventional structure.
これに対し、近年ではシリコンマイクロマシニングを利用した光偏向器の研究が進められている。シリコンマイクロマシニングを利用した光偏光器に関する従来技術としては特許文献1に開示される「光走査装置」がある。 On the other hand, in recent years, research on an optical deflector using silicon micromachining has been advanced. As a prior art relating to an optical polarizer using silicon micromachining, there is an “optical scanning device” disclosed in Patent Document 1.
シリコンマイクロマシニングを利用した光偏光器においては、特許文献2や特許文献3に開示されるように、Si基板で振動ミラーとそれを軸支するねじり梁とを一体形成する方式が提案されている。
In an optical polarizer using silicon micromachining, as disclosed in
特許文献2や特許文献3に開示される方式によれば、共振を利用して往復運動させるため、高速動作が可能であるにも関わらず、騒音が低いという利点がある。さらに、振動ミラーを揺動させるための駆動力も小さくて済むため、消費電力を低減できる。
According to the methods disclosed in
共振を利用して往復振動させるミラーの場合、
(1)外的要因(温度、湿度、振動等)によって共振周波数が変動し、振れ角が極端に小さくなる。
(2)作製時に発生する形状ばらつきや外的要因によって共振周波数にばらつきが発生するため、そのばらつきが大きいと複数のミラーを使用する場合には各々駆動周波数を変えなければならなくなり、煩雑であるとともにコストがかかるといった走査安定性に関して問題がある。
さらに、静電力を用いる消費電力の小さい静電駆動型のミラーの場合は、
(3)大きな振れ角得ようとすると駆動電圧が高くなる。
という問題がある。
In the case of a mirror that reciprocates using resonance,
(1) The resonance frequency fluctuates due to external factors (temperature, humidity, vibration, etc.), and the deflection angle becomes extremely small.
(2) Since the resonance frequency varies due to variations in shape and external factors that occur during fabrication, if the variation is large, the driving frequency must be changed when using a plurality of mirrors, which is complicated. In addition, there is a problem with respect to scanning stability, which is costly.
Furthermore, in the case of an electrostatically driven mirror that uses electrostatic force and has low power consumption,
(3) The drive voltage increases when trying to obtain a large deflection angle.
There is a problem.
このような問題を解決するためには、駆動源となる大きな外力を安定して連続的に加えてやる必要がある。上記特許文献3には、固定電極をミラー部の振動方向に重ならない位置に配置したものが開示されているが、このような構成として得られる外力は、十分とは言えない。 In order to solve such a problem, it is necessary to apply a large external force as a driving source stably and continuously. Patent Document 3 discloses that the fixed electrode is disposed at a position that does not overlap the vibration direction of the mirror portion, but the external force obtained as such a configuration is not sufficient.
また、非特許文献1においては、対向電極をミラーの振れの中心から傾斜させて設置することで、ミラーの振れ角を変えずに駆動電圧をさげたものが開示されている。その反対に、特許文献4には、振動するミラーに傾斜を持たせて、駆動電圧を下げた構成が開示されている。非特許文献1や特許文献4に開示される発明は、ミラーが大きく振れ固定電極とが接触したりした時に、ミラーと固定電極との間で固着が発生する懸念があり、信頼性に問題がある。
本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、小さい駆動電圧で安定してミラーを回転させること及び共振周波数のばらつきを吸収して、必要な振れ角を安定して得られる光走査装置及びこれを備えた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 view of such a problem, and an optical scanning device capable of stably rotating a mirror with a small driving voltage and absorbing a variation in resonance frequency to stably obtain a necessary deflection angle, and An object of the present invention is to provide an image forming apparatus provided with the same.
上記目的を達成するため、本発明は、第1の態様として、梁をねじり回転軸として往復振動することにより光源からの光ビームを偏向するミラー基板を有し、梁は、振動によって捩れ変位を生じる捩れバネ部と、捩れバネ部の一端から分岐して分岐後に一端の他端方向に延伸して、再度一端方向に折り返して延伸してミラー基板を周辺部と連結する一対の連結枝部とを備え、連結枝部は、可動櫛歯電極を備えることを特徴とする光走査装置を提供するものである。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a mirror substrate that deflects a light beam from a light source by reciprocally oscillating a beam as a torsional rotation axis, and the beam undergoes torsional displacement by vibration. A torsion spring portion that is generated, and a pair of connecting branch portions that branch from one end of the torsion spring portion and extend in the other end direction after branching, and then bend and extend again in one end direction to connect the mirror substrate to the peripheral portion. Bei example, connecting branch portion is to provide an optical scanning apparatus according to claim Rukoto a movable comb electrodes.
また、本発明の第1の態様の構成において、基板が、振動していない場合のミラー基板の平面に対する垂直方向に貫通したスリット溝によって空間的に絶縁分離されることによって、その一部がミラー基板をなしており、スリット溝は、ミラー基板の揺動空間に連通していることが好ましい。スリット溝による電極部間の良好な絶縁特性が得られるとともに、揺動空間を密閉封止する際には、スリット溝は揺動空間と連通しているため、スリット溝にゲッター(ガス吸着材)を備えることで、所望の真空・気密封止空間を設定、維持できる。
また、所定の周波数の電圧を印加してミラー基板を往復振動させる駆動電圧発生手段とを有し、共振周波数の近傍かつ共振ピークから外れた帯域において振動ミラーを駆動することが好ましい。共振ピークから外れた帯域で用いることにより、駆動周波数に対する調整幅を広げられる。
Further, Te first aspect of the configuration odor of the present invention, the substrate is, by being spatially insulated separated by a slit groove penetrating in the vertical direction relative to the plane of the mirror substrate when not vibrating, some Is a mirror substrate , and the slit groove is preferably in communication with the oscillating space of the mirror substrate . In addition to obtaining good insulation characteristics between the electrode parts due to the slit groove, the slit groove communicates with the oscillating space when the oscillating space is hermetically sealed, so the getter (gas adsorbent) is connected to the slit groove. The desired vacuum / airtight sealed space can be set and maintained.
Further, it is preferable to have drive voltage generating means for reciprocally vibrating the mirror substrate by applying a voltage of a predetermined frequency, and driving the vibrating mirror in a band near the resonance frequency and deviating from the resonance peak. By using it in a band outside the resonance peak, the adjustment range for the drive frequency can be expanded.
また、本発明は、第2の態様として、上記本発明の第1の態様のいずれかの構成に係る光走査装置と、該光走査装置によって静電像が形成される感光体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置を提供するものである。このような構成とすれば、従来のポリゴンミラーを用いたものに比べ、消費電力が小さく、低騒音な画像形成装置を得られる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device according to any one of the first aspect of the present invention, a photoconductor on which an electrostatic image is formed by the optical scanning device, An image forming apparatus comprising: a developing unit that visualizes an image with toner; and a transfer unit that transfers the visualized toner image to a recording medium. With such a configuration, it is possible to obtain an image forming apparatus with low power consumption and low noise as compared with a conventional polygon mirror.
本発明によれば、小さい駆動電圧で安定してミラーを回転させること及び共振周波数のばらつきを吸収して、必要な振れ角を安定して得られる光走査装置及びこれを備えた画像形成装置を提供できる。 According to the present invention, an optical scanning device capable of stably rotating a mirror with a small driving voltage and absorbing a variation in resonance frequency to stably obtain a necessary deflection angle, and an image forming apparatus including the same are provided. Can be provided.
〔発明の原理〕
本発明を好適に実施した光走査装置について説明する。ここでは、Si基板2枚で構成される静電駆動型のマイクロミラーを例とするが、3枚以上の基板を用いてもよい。
図10に、可動櫛歯電極がミラー基板端部及び一対の連結枝部を備えている従来型のマイクロミラーの構造を示す。このマイクロミラーは、(a)に示す第1のSi基板と(b)に示す第2のSi基板とは、絶縁層を介して接合された構成となっている。
[Principle of the Invention]
An optical scanning apparatus that suitably implements the present invention will be described. Here, an electrostatic drive type micromirror composed of two Si substrates is taken as an example, but three or more substrates may be used.
FIG. 10 shows a structure of a conventional micromirror in which the movable comb electrode has a mirror substrate end and a pair of connecting branches. This micromirror has a configuration in which a first Si substrate shown in (a) and a second Si substrate shown in (b) are joined via an insulating layer.
マイクロミラーのA−A’断面を図11に示す。マイクロミラーはSOI基板を用いて作製されており、ここでは両方のSOI基板とも低抵抗の基板(導体)を用いている。これらの基板にはエッチングによって、第2のSi基板に振動ミラーの揺動空間が、第1のSi基板に振動ミラーがそれぞれ形成されている。なお、低抵抗の基板(導体)を用いることにより、基板に金属を形成することなく基板自体を電極として兼用できる。さらに、それぞれの基板には、振動ミラー側の可動櫛歯電極に対向する位置に第1及び第2の固定櫛歯電極が形成されている。電極形状を櫛歯形状にすることにより、駆動電圧を低減できるさらに、捩り回転方向に2段に電極が形成されるため、振動ミラーには常に駆動トルクがかかる状態となっており、振れ角を大きくとれる。 FIG. 11 shows a cross section taken along the line A-A ′ of the micromirror. The micromirror is manufactured using an SOI substrate. Here, both SOI substrates use low-resistance substrates (conductors). These substrates are formed by etching so that the oscillating space of the oscillating mirror is formed on the second Si substrate, and the oscillating mirror is formed on the first Si substrate. Note that by using a low-resistance substrate (conductor), the substrate itself can be used as an electrode without forming metal on the substrate. Furthermore, the first and second fixed comb electrodes are formed on the respective substrates at positions facing the movable comb electrodes on the vibrating mirror side. By making the electrode shape into a comb shape, the driving voltage can be reduced. Further, since the electrodes are formed in two stages in the torsional rotation direction, the driving torque is always applied to the vibrating mirror, and the deflection angle is reduced. It can be taken big.
また、複数の電極を絶縁分離するためのスリット溝、電極パッド及びミラー面には金属膜が形成されている。 In addition, a metal film is formed on the slit grooves, electrode pads, and mirror surfaces for insulating and separating the plurality of electrodes.
第1のSi基板には、第2のSi基板に形成される電極パッドに対向する位置に貫通孔が形成されており、電極取り出し用の開口となっている。よって、図示する構成では、振動ミラーと同一基板上に形成した電極の電極パッドと、振動ミラーと別基板上に形成した電極の電極パッドとが共に同方向(紙面上方向)に露出するように形成されている。また、SOI基板の絶縁分離を行っているスリット溝には、ゲッター(ガス吸着材)を配置できる。スリット溝は、封止空間と繋がっているため、ゲッターを配置しておくことによって、所望の真空・気密封止空間を設定・維持できる。 A through hole is formed in the first Si substrate at a position facing an electrode pad formed on the second Si substrate, and serves as an electrode extraction opening. Therefore, in the illustrated configuration, the electrode pad of the electrode formed on the same substrate as the oscillating mirror and the electrode pad of the electrode formed on the other substrate are exposed in the same direction (upward in the drawing). Is formed. In addition, a getter (gas adsorbent) can be disposed in the slit groove that performs insulation separation of the SOI substrate. Since the slit groove is connected to the sealing space, a desired vacuum / airtight sealing space can be set and maintained by arranging the getter.
図12に、同様の製造方法を用いて作製した、捩れバネ部と連結枝部とが対向する位置関係にある本発明のマイクロミラーの構成を示す。図10と同等の可動電極を備えつつ、チップ面積の増大を抑えている。また、捩れバネ部と連結枝部との分岐部分が図10に示した構成よりも大きいため、捩れ応力が緩和され、捩りバネが破損しにくくなる。 FIG. 12 shows the configuration of the micromirror of the present invention in which the torsion spring portion and the connecting branch portion face each other and are manufactured using the same manufacturing method. While including a movable electrode equivalent to that in FIG. 10, an increase in the chip area is suppressed. Further, since the branch portion between the torsion spring portion and the connecting branch portion is larger than the configuration shown in FIG. 10, the torsional stress is relieved and the torsion spring is not easily damaged.
図13に、電極部が水平及び垂直方向に複数個存在する場合の構成を示す。(a)は、振動ミラーが形成された方の第1のSi基板の上面図であり、ミラー端部及び連結枝部に形成される可動電極は、回転軸からの距離が異なる位置に複数形成されている。(b)は、振動ミラーの垂直方向に形成される固定電極が複数独立している第2のSi基板の上面図である。このような構成とすることにより、後段で説明するように(図3〜図5及びこれらを説明する文章を参照)駆動力を連続的に加えることができるため、駆動電圧の低電圧化が可能となる。また、共振ピークから外れた帯域で利用する場合、振れ角の急激な低下を抑えることができ、振れ角を高く(大きく)安定に保てる。
なお、第1の基板の電極パッドと、第2の基板の電極パッドの向きを相対する位置に配置している(換言すると、第1の基板のスリットと第2の基板のスリットとができるだけ重ならないようにしている)。このような構成とすることにより、第1及び第2の基板のスリットに分離された島状の固定電極は互いに交差するようになり、基板の強度が向上するという効果もある。
FIG. 13 shows a configuration in the case where there are a plurality of electrode portions in the horizontal and vertical directions. (A) is a top view of the first Si substrate on which the oscillating mirror is formed, and a plurality of movable electrodes formed on the mirror end part and the connecting branch part are formed at different positions from the rotation axis. Has been. FIG. 6B is a top view of a second Si substrate in which a plurality of fixed electrodes formed in the vertical direction of the vibrating mirror are independent. By adopting such a configuration, as will be described later (see FIGS. 3 to 5 and the text explaining them), driving force can be continuously applied, so that the driving voltage can be lowered. It becomes. In addition, when using in a band that deviates from the resonance peak, it is possible to suppress a rapid decrease in the swing angle, and the swing angle can be kept high (large) and stable.
Note that the electrode pads of the first substrate and the electrode pads of the second substrate are arranged at opposite positions (in other words, the slits of the first substrate and the slits of the second substrate overlap as much as possible). Not to be) By adopting such a configuration, the island-shaped fixed electrodes separated by the slits of the first and second substrates cross each other, and there is an effect that the strength of the substrate is improved.
上記本実施形態に係るマイクロミラーの動作状態について説明する。 The operation state of the micromirror according to the present embodiment will be described.
〔実施の形態〕
図1に、本発明の好適な実施の形態に係る光走査装置に用いられる振動ミラーモジュールの構成を示す。
振動ミラー基板は、2枚のSi基板206、207を絶縁膜(酸化膜など)を介して接合して構成される。第1のSi基板206は、厚さ60μmのシリコン製の基板であり、可動ミラー202及び同一直線上で軸支するねじり梁208は、その周囲をエッチングによって除去して固定枠210から分離することによって形成されている。
Embodiment
FIG. 1 shows a configuration of a vibrating mirror module used in an optical scanning device according to a preferred embodiment of the present invention.
The vibrating mirror substrate is configured by joining two
可動ミラー202は、ねじり梁208を対称軸として軸対称に形成され、両端の縁部及び対向する固定枠210の内辺には、数μmのギャップを有して互いに噛みあうように櫛歯状の凹凸が形成されている。可動ミラー202の表面には、金属被膜(Auなど)が蒸着されて反射面が形成されている。
The
図2に示すように、絶縁層を介して接合した各基板を島状に分離することで、基板そのものを個別に電極として形成しており、可動ミラー両端の凹凸部を第1及び第2の可動電極(説明の便宜上異なる名称で表記するが同電位)、対向する固定枠210の凹凸部を第1及び第2の固定電極(説明の便宜上異なる名称で表記するが同電位)としている。
As shown in FIG. 2, by separating each substrate joined through an insulating layer into an island shape, the substrate itself is individually formed as an electrode, and the concave and convex portions at both ends of the movable mirror are formed in the first and second portions. The movable electrode (represented by different names for convenience of explanation but the same potential), and the concave and convex portions of the fixed
また、第2の基板207は、140μmのシリコン製の基板であり、エッチングによって中央部を貫通し、固定枠210に形成した凹凸部と重なり合う内辺には外郭が一致するように鋸歯状に凹凸を形成して、同様に第3及び第4の固定電極211、212とする。第3及び第4の固定電極211、212は、可動ミラーの揺動に沿って第1及び第2の可動電極が噛みあうように通過する。
In addition, the
第1及び第2の固定電極203、204には同位相の電圧パルスを印加し、第3の固定電極211には、第1及び第2の固定電極203、204に印加する電圧パルスよりも進んだ位相の電圧パルスを、第4の固定電極212には、第1及び第2の固定電極203、204に印加する電圧パルスよりも遅れた位相の電圧パルスが印加される。
A voltage pulse having the same phase is applied to the first and second
図3に、可動ミラーの振れ角に対応して各電極間に発生する静電トルクを示す。また、図4に電極の断面を示す。図中、左回り方向の静電トルクを正としている。
可動ミラー202の初期状態は水平であるが、第3の固定電極211に電圧を印加すると対向する可動電極との間で負の方向での静電力を生じ、ねじり梁208を捩りながら回転し、ねじり梁208の復元力と釣り合う振れ角まで傾く。電圧が解除されると、ねじり梁208の復元力によって可動ミラー202は水平に戻るが、水平に戻る直前に第1及び第2の固定電極203、204に電圧を印加することによって正の方向での静電力を生じさせ、引き続き第4の固定電極212に電圧を印加することによって、正の方向の静電トルクをさらに強めるように電極の切換を行う。これを繰り返し行うことで、可動ミラーをその両端の可動電極が対向する第1及び第2の固定電極203、204を抜ける振れ角(ここでは約2°)にて往復振動させる。
FIG. 3 shows the electrostatic torque generated between the electrodes corresponding to the deflection angle of the movable mirror. FIG. 4 shows a cross section of the electrode. In the figure, the counterclockwise electrostatic torque is positive.
The initial state of the
ここで、可動ミラー203の慣性モーメント、ねじり梁208の幅と長さを、走査する所望の駆動周波数に合わせ、ねじり梁208を回転軸とした1次共振モードの帯域にかかるように設計することによって、可動ミラーの振動が励振されて振幅が著しく拡大し、可動ミラー両端の可動電極が対向する第3、第4の固定電極を抜ける角度まで振れ角を拡大できる。
Here, the moment of inertia of the
これによって、第3及び第4の固定電極を抜けた振れ角でも水平に戻す方向、第3の固定電極では可動ミラーに正の方向での静電力が生じるため、静電トルクの働く振れ角範囲を拡大でき、共振周波数を外れた駆動周波数においても、大きな振れ角を維持できる。 As a result, an electrostatic force is generated in the direction of returning to the horizontal even when the deflection angle has passed through the third and fourth fixed electrodes. In the third fixed electrode, an electrostatic force is generated in the positive direction in the movable mirror. A large deflection angle can be maintained even at a drive frequency that deviates from the resonance frequency.
図5に、駆動周波数に対する振れ角の特性を示す。駆動周波数を共振周波数に一致させれば、最も振れ角を大きくとれるが、共振周波数付近では周波数が変わると振れ角が急峻に変化する。従って、初期的には可動ミラーの駆動制御部において固定電極に印加する駆動周波数を共振振動数に合うように設定できるが、温度変化などで共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまい、経時的な安定性に乏しい。
また、後段において説明するように、複数の可動ミラーを有する構成の場合には、固有の共振振動数には各々にばらつきがあるため、共通の駆動周波数では駆動できない。
FIG. 5 shows the characteristic of the deflection angle with respect to the drive frequency. If the drive frequency is made to coincide with the resonance frequency, the swing angle can be maximized, but if the frequency changes near the resonance frequency, the swing angle changes sharply. Therefore, initially, the drive frequency applied to the fixed electrode in the drive control unit of the movable mirror can be set to match the resonance frequency, but when the resonance frequency fluctuates due to a temperature change or the like, the deflection angle drastically decreases. The stability over time is poor.
Further, as will be described later, in the case of a configuration having a plurality of movable mirrors, there are variations in the specific resonance frequency, and therefore it cannot be driven at a common drive frequency.
このため、駆動周波数は、可動ミラー202とねじり梁208とからなる振動部固有の共振周波数近傍で、比較的振れ角の変化が少ない、共振周波数よりも高周波側の帯域に設定する。例えば、共振周波数が2kHzであれば、駆動周波数は2.5kHzとし、振れ角はゲイン調整によって±5°に合わせる。
For this reason, the drive frequency is set in the vicinity of the resonance frequency unique to the vibration part composed of the
この際、振動ミラーの加工誤差による共振振動数のばらつき、及び、温度による共振周波数の変動のいずれがあっても駆動周波数が共振周波数にかからないような周波数帯域に駆動周波数を設定することが好ましい。
例えば、共振周波数が2kHz、加工誤差により共振振動数のばらつきを300Hz、温度による共振周波数の変動を3Hzとすると、駆動周波数は2.303KHz以上又は1.697kHz以下に設定することが好ましい。
At this time, it is preferable to set the drive frequency in a frequency band in which the drive frequency does not reach the resonance frequency regardless of any variation in the resonance frequency due to the processing error of the vibration mirror and variation in the resonance frequency due to temperature.
For example, when the resonance frequency is 2 kHz, the variation in the resonance frequency due to processing errors is 300 Hz, and the variation in the resonance frequency due to temperature is 3 Hz, the drive frequency is preferably set to 2.303 KHz or more or 1.697 kHz or less.
可動ミラーの寸法を、縦2a、横2b、厚さd、ねじり梁の長さをL、幅をcとすると、材料であるSiの密度ρ及び材料定数Gを用いて、慣性モーメントI及びバネ定数Kは下記式(1)及び式(2)のように表される。
I=(4abρd/3)・a2 ・・・(1)
K=(G/2L)・{cd(c2+d2)/12} ・・・(2)
When the dimensions of the movable mirror are the length 2a, the width 2b, the thickness d, the length of the torsion beam is L, and the width is c, the moment of inertia I and the spring are obtained using the density ρ of material Si and the material constant G. The constant K is expressed as in the following formulas (1) and (2).
I = (4abρd / 3) · a 2 (1)
K = (G / 2L) · {cd (c 2 + d 2 ) / 12} (2)
共振周波数fは、下記式(3)で表される。
f=(1/2π)・(K/I)1/2=(1/2π)・{Gcd(c2+d2)/24LI}1/2 ・・・(3)
The resonance frequency f is represented by the following formula (3).
f = (1 / 2π) · (K / I) 1/2 = (1 / 2π) · {Gcd (c 2 + d 2 ) / 24LI} 1/2 (3)
ここで、梁の長さLと振れ角θとは比例関係にあるため、振れ角θは下記式(4)で表される。
θ=A/If2 (Aは定数) ・・・(4)
振れ角θは、慣性モーメントIに反比例するため、慣性モーメントIを低減せずに共振振動数fを高めると振れ角θは小さくなってしまう。このため、可動ミラー反射面の裏側(図1の202の裏面)は、基板厚dの部分を格子状に残し、それ以外の部分はd/10以下の厚さにエッチングして肉抜きすることで慣性モーメントIを約1/5に低減している。
Here, since the beam length L and the deflection angle θ are in a proportional relationship, the deflection angle θ is expressed by the following equation (4).
θ = A / If 2 (A is a constant) (4)
Since the deflection angle θ is inversely proportional to the inertia moment I, if the resonance frequency f is increased without reducing the inertia moment I, the deflection angle θ is reduced. For this reason, on the back side of the movable mirror reflecting surface (the back surface of 202 in FIG. 1), the portion of the substrate thickness d is left in a lattice shape, and the other portions are etched to a thickness of d / 10 or less to be thinned. Thus, the inertia moment I is reduced to about 1/5.
これらの慣性モーメントに利くパラメータ、ねじり梁の寸法誤差などが共振周波数のばらつきを発生させる要因となる。 These parameters that are useful for the moment of inertia, dimensional errors of the torsion beam, and the like cause variations in the resonance frequency.
一方、空気の誘電率ε、電極長さをH、印加電圧をV、電極間距離をδとすると、電極間の静電力Fは、下記式(5)で表される。
F=εHV2/2δ ・・・(5)
また、振れ角θは下記式(6)のようにも表される。
θ=B・F/I (Bは定数) ・・・(6)
式(5)及び式(6)から明らかなように、電極長さHが大きいほど振れ角θが大きくなり、櫛歯状とすることで、櫛歯数nに対して2n倍の駆動トルクを得ている。このようにして外周長をできるだけ長くして電極長を稼ぐことで、低電圧で大きい静電トルクが得られるようにしている。
On the other hand, when the dielectric constant ε of air, the electrode length is H, the applied voltage is V, and the distance between the electrodes is δ, the electrostatic force F between the electrodes is expressed by the following formula (5).
F = εHV 2 / 2δ (5)
The deflection angle θ is also expressed by the following formula (6).
θ = B · F / I (B is a constant) (6)
As is clear from the equations (5) and (6), the greater the electrode length H, the larger the deflection angle θ, and the comb-teeth shape allows a driving torque 2n times the number of comb teeth n. It has gained. In this way, by increasing the outer peripheral length as much as possible to increase the electrode length, a large electrostatic torque can be obtained at a low voltage.
ところで、可動ミラーの速度u、面積Eに対して、空気の密度ηとすると、可動ミラーの回転方向に対向して働く空気の粘性抵抗Pは下記式(7)で表される。
P=C・ηu2・E3 (Cは定数) ・・・(7)
By the way, when the air density is η with respect to the speed u and area E of the movable mirror, the viscous resistance P of the air that works opposite to the rotation direction of the movable mirror is expressed by the following equation (7).
P = C · ηu 2 · E 3 (C is a constant) (7)
従って、可動ミラーをカバーで密封支、減圧状態に保持することが好ましい。
本実施形態においては、第1及び第2の基板206、207を接合してなる振動ミラー基板の中央部に凹状に可動ミラーの揺動空間を形成している。振動ミラー基板は、反射面を上側に向け、基体の外縁に形成された一対のV溝を結ぶ直線上にねじり梁を合わせて、リード端子を備えたベース基板217上に装着される。また、キャップ状に成形された透明樹脂製のカバー205を第2の基板207の上面に接合し、揺動空間には非蒸発型ゲッタを同梱している。非蒸発型ゲッタは、外部からの加熱によって活性化し、揺動空間内の気圧を133.322Pa以下としている。なお、光ビームは、カバー205に形成されたスリット窓213を通じて入出射される。
Accordingly, it is preferable to hold the movable mirror in a sealed state with a cover in a reduced pressure state.
In this embodiment, a swinging space of the movable mirror is formed in a concave shape at the center of the vibrating mirror substrate formed by joining the first and
カバー205の内側には、可動ミラー202と対向して対向ミラーが、ねじり梁と直交する方向に一体的に形成される。2枚の対向ミラー215は、スリット窓213を挟んで屋根状に所定角度(個々では144.7°)をなすように基板面より各々所定角度(ここでは9°及び26.3°)傾けた傾斜面に、金属被膜を蒸着して反射面(図1の215や図6の402,403)とを対で配置した構成となす。
On the inner side of the
カバー205の底面には、可動ミラー面と平行に形成され、第2の基板207の枠部上面に当接して接合されるが、この際、第2の基板207には対向ミラーを位置決めするための指標214が両サイドにエッチングによって描かれ、これに対向ミラーのエッジを合わせるように基板上でアライメントしており、主走査方向に対向ミラーの方向を正確に合わせることができる。
The bottom surface of the
図6に、光走査装置の副走査断面を示す。半導体レーザ101から射出した光ビームは、後述するようにカップリングレンズ110、シリンダミラー136を介して、可動ミラー401に対しねじり梁を含む副走査断面内で法線に対して副走査方向に約20°傾けてスリット窓404から入射される。反射した光ビームは、第1の反射面402に入射されて可動ミラーへ戻され、さらに反射した光ビームはスリット窓404を超えて第2の反射面403に入射し、可動ミラーとの間で3往復しながら反射位置を副走査方向に移動させ、合計五回の可動ミラーでの反射により、再度スリット窓404から射出される。
FIG. 6 shows a sub-scan section of the optical scanning device. As will be described later, the light beam emitted from the
本実施形態に係る光走査装置では、このように反射を複数回繰り返すことで光路を折り畳み、可動ミラーの振れ角が小さくとも大きな走査角が得られるようにしている。 In the optical scanning device according to the present embodiment, the optical path is folded by repeating the reflection multiple times as described above, so that a large scanning angle can be obtained even if the swing angle of the movable mirror is small.
いま、可動ミラーでの総反射回数をN、振れ角をθとすると、走査角αは、α=2Nθとして表される。図示する例では、N=5、θ=5°であるから、最大走査角αは50°となり、そのうちの35°を画像記録領域としている。共振を利用することにより、印加電圧は微弱で済むため発熱は少ないが、上記式から明らかなように、記録速度(すなわち共振周波数)が大きくなるに従ってねじり梁のばね定数Kを高める必要があり、振れ角がとれなくなってしまう。
このため、上記のように対向ミラーを設けることで走査角を拡大し、記録速度によらず必要十分な走査角が得られるようにしている。
Now, assuming that the total number of reflections at the movable mirror is N and the deflection angle is θ, the scanning angle α is expressed as α = 2Nθ. In the illustrated example, since N = 5 and θ = 5 °, the maximum scanning angle α is 50 °, of which 35 ° is an image recording area. By utilizing resonance, the applied voltage can be weak, so heat generation is small. As is apparent from the above equation, the spring constant K of the torsion beam must be increased as the recording speed (that is, the resonance frequency) increases. The swing angle cannot be obtained.
For this reason, the scanning angle is enlarged by providing the counter mirror as described above, and a necessary and sufficient scanning angle is obtained regardless of the recording speed.
また、屋根状に対向して反射面を構成し、可動ミラーへの副走査方向での入射角度が繰り返し反射ごとに正負、換言すれば、反射に伴う進行方向が右向き、左向きに振り分けるようにすることで、斜め入射に伴う被走査面での走査線の曲がりを抑え、直線性を維持するとともに、光軸と直交する面内での光束の回転が射出時には元の姿勢に戻るようにして結像性能の劣化が起きないよう配慮している。 In addition, a reflecting surface is formed facing the roof, and the incident angle in the sub-scanning direction to the movable mirror is repeatedly positive and negative for each reflection, in other words, the traveling direction accompanying reflection is distributed to the right and left. Therefore, the bending of the scanning line on the scanning surface due to the oblique incidence is suppressed, the linearity is maintained, and the rotation of the light beam in the plane orthogonal to the optical axis returns to the original posture at the time of emission. Consideration is given to avoid degradation of image performance.
図7に、本実施形態にかかる光走査装置の分解斜視図を示す。また、図8に、光学素子の配置例を示す。
光源である半導体レーザ101は、フレーム部材102に立設された壁に配備された段付きの貫通穴103に、反対側からステム外周を基準に圧入され、段差部に鍔面を突き当てて光軸方向の位置決めがなされている。U字状の凹部105には、UV接着剤を介してカップリングレンズ110の光軸が半導体レーザ101からの射出軸と合うように、また、射出光束が平行光束となるように発光点と光軸方向との位置決めを行い、凹部とカップリングレンズとの隙間のUV接着剤を硬化させて固定する。
図示する例では、光源部を三つ有するが、全て同一構成である。
FIG. 7 is an exploded perspective view of the optical scanning device according to the present embodiment. FIG. 8 shows an arrangement example of optical elements.
A
In the illustrated example, there are three light source units, but all have the same configuration.
カップリングレンズから射出した光ビームは、一対の取付斜面109に接合配備され、副走査方向に負の曲率を有するシリンダミラー136に入射され、副走査方向において可動ミラー面で集束する集束光束として振動ミラーモジュール130のスリット窓から入射される。
The light beam emitted from the coupling lens is bonded to the pair of mounting
振動ミラーモジュール130は、ねじり梁の方向が光軸方向に合うように、フレーム底面側に設けられた段付きの角穴104の裏側から基体の外縁を基準に位置決めされ、段差部に鍔面を突き当てて可能ミラー面の位置に合わせ、位置決めされる。実施例の構成では、均等間隔に三つの振動ミラーモジュールが単一のフレーム部材102によって位置決めされる。
The
各振動ミラーモジュールは、プリント基板112に、ベース基板底面から突出したリード端子を各々スルーホールに挿入してはんだ付けし、フレーム部材102の下側開口を塞ぐように基板上面を当接して固定すると同時に、回路接続がなされる。
When each vibrating mirror module is fixed to the printed
プリント基板112には、半導体レーザの駆動回路、可動ミラーの駆動回路を構成する電子部品及び同期検知センサ113が実装されており、外部回路との配線が一括してなされる。
The printed
一端がプリント基板に結線されたケーブル115は、半導体レーザのリード端子と接続される。
A
フレーム部材102は、ある程度剛性が確保できるガラス繊維強化樹脂やダイキャストアルミなどからなり、両端部には画像形成装置本体の構造体に取り付けるためのフランジ部131、133が形成されている。フランジ部131は基準穴を備えており、その内径に固定ネジ132の軸部が嵌合する。また、フランジ部133は長穴を備えており、固定ネジ132が貫通する。これらは各々ばね座金を介して感光体に対向させて固定される。
この際、基準穴を回転軸としたガタ分で被走査面(感光体)において各振動ミラーモジュールのいずれかで走査された走査線が被走査面の移動方向yと直交する方向xと平行となるように調節される。
The
At this time, the scanning line scanned by any of the vibrating mirror modules on the surface to be scanned (photoreceptor) with the reference hole as the rotation axis is parallel to the direction x orthogonal to the moving direction y of the surface to be scanned. Adjusted to be.
フレーム部材102の上面は、角穴104の裏側に設けられた各振動モジュールのミラー法線方向の突き当て面と平行な面を無し、走査レンズを収納するハウジング106の底面より突出した2本の突起135をフレーム部材の係合穴に挿入して同面上での位置決めを行い、四隅をネジ止めして設置される。本実施形態では、ネジ137は、フレーム部材の貫通穴を介してプリント基板112に螺合され、フレーム部材を挟むように三位一体で結合され、その後で上記のはんだ付けがなされる。
The upper surface of the
ハウジング106には、結像手段を構成する第1の走査レンズ116、第2の走査レンズ117が主走査方向に配列され、各々の走査領域が僅かに重なるように位置決めされて一体的に保持される。
第1の走査レンズ116は、副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起120、及び両端を係合して光軸方向の位置決めを行う平押面119を入射面側、出射面側各々備え、ハウジング106に一体形成された溝122に突起120を係合し、一対の切欠121の各々に各端の平押面119を挿入し、波板ばね143で入射面側に押し付けて同面内での姿勢を保持することで、光軸と直交する同一面に走査レンズ同士の相対的な位置をあわせる。また、副走査方向基準面をハウジング106から突出した突起145及び副走査方向に繰り返し自在な調節ネジ146の先端に突き当てて設置高さを位置決めし、カバー138と一体形成された板バネ141で押圧支持される。ネジ147は、カバー138を固定するためのねじである。
In the
The
以上の説明は光走査装置を三つ配列した場合を例としたが、配列数はいくつであっても同様である。 Although the above description has been given of an example in which three optical scanning devices are arranged, the same applies regardless of the number of arrangements.
図9に、本実施形態にかかる光走査装置を備えた画像形成装置の構成を示す。この画像形成装置は、四つの光走査装置500によって各々に対応した感光体ドラム504に1色ずつ画像形成し、転写ベルトの回転に応じて単色画像を重ね合わせるタンデム方式の画像形成装置である。ここでは、光ビームの射出方向が下向きとなるように光走査装置を設置している。
FIG. 9 shows a configuration of an image forming apparatus including the optical scanning device according to the present embodiment. This image forming apparatus is a tandem type image forming apparatus in which four
転写ベルト501は、駆動ローラと2本の従動ローラとで支持され、移動方向に沿って均等間隔で各感光体ドラム504が配列される。感光体ドラムの周囲には、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色に対応したトナーを補給する現像ローラ502及びトナーホッパ部503、像転写後に感光体ドラムに残っているトナーをブレードで掻き取り備蓄するクリーニング部508が一体的に設置される。
The
各色画像は、転写ベルト501端に形成されたレジストマークを検出するセンサ505の信号をトリガとして副走査方向の書出しタイミングをずらして各光走査装置500によって潜像が形成され、現像部にてトナーをのせて転写ベルト501上で順次画像を重ねていく。
For each color image, a latent image is formed by each
用紙は、給紙トレイ507から給紙コロ506によって供給され、4色目の画像形成タイミングに合わせてレジストローラ510によって送り出されて、転写部511にて転写ベルト501から4色同時に重ねて転写され、トナー像を載せたまま搬送ベルト515によって定着器へ送られる。
転写されたトナー像は定着ローラ512によって定着させられ、排紙トレイ514へ排出される。
The paper is supplied from the
The transferred toner image is fixed by a fixing
なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはなく、様々な変形が可能である。 In addition, the said embodiment is an example of suitable implementation of this invention, This invention is not limited to this, A various deformation | transformation is possible.
101 半導体レーザ
102 フレーム部材
103 貫通穴
104 角穴
105 凹部
106 ハウジング
109 取付斜面
110 カップリングレンズ
112 プリント基板
113 同期検知センサ
115 ケーブル
116 第1の走査レンズ
117 第2の走査レンズ
119 平押面
120、135、145 突起
121 切欠
122 溝
130 振動ミラーモジュール
131、133 フランジ部
132 固定ねじ
136 シリンダミラー
137、147 ネジ
138 カバー
141 板バネ
143 波板ばね
146 調節ネジ
202 可動ミラー
203 第1の固定電極
204 第2の固定電極
205 カバー
206 第1の基板
207 第2の基板
208 ねじり梁
210 固定枠
211 第3の固定電極
212 第4の固定電極
213、404 スリット窓
214 指標
215 対向ミラー
217 ベース基板
401 可動ミラー
402、403 反射面
500 光走査装置
501 転写ベルト
502 現像ローラ
503 トナーホッパ部
504 感光体ドラム
505 センサ
506 給紙コロ
507 給紙トレイ
508 クリーニング部
510 レジストローラ
511 転写部
512 定着ローラ
514 排紙トレイ
515 搬送ベルト
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記梁は、振動によって捩れ変位を生じる捩れバネ部と、該捩れバネ部の一端から分岐して該分岐後に前記一端の他端方向に延伸して、再度前記一端方向に折り返して延伸して前記ミラー基板を周辺部と連結する一対の連結枝部とを備え、
前記連結枝部は、可動櫛歯電極を備えることを特徴とする光走査装置。 Having a mirror substrate that deflects the light beam from the light source by reciprocatingly vibrating the beam as a torsional rotation axis;
The beam includes a torsion spring portion that generates a torsional displacement due to vibration, and branches from one end of the torsion spring portion, and extends in the direction of the other end of the one end after the branching. Bei example a pair of connecting branch portion connecting the mirror substrate and the peripheral portion,
Before SL connecting branch includes an optical scanning device according to claim Rukoto a movable comb electrodes.
前記スリット溝は、前記ミラー基板の揺動空間に連通していることを特徴とする請求項1または2記載の光走査装置。 When the substrate is spatially insulated and separated by a slit groove penetrating in a direction perpendicular to the plane of the mirror substrate when not vibrating, a part of the substrate forms the mirror substrate,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the slit groove communicates with a swinging space of the mirror substrate .
共振周波数の近傍かつ共振ピークから外れた帯域において前記ミラー基板を駆動することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の光走査装置。 Drive voltage generating means for applying a voltage of a predetermined frequency to reciprocally vibrate the mirror substrate;
4. The optical scanning device according to claim 1, wherein the mirror substrate is driven in a band near a resonance frequency and deviating from a resonance peak .
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Citations (2)
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Patent Citations (2)
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JP2002526803A (en) * | 1998-09-15 | 2002-08-20 | エクスロス・インク | Flexible modular compact optical fiber switch |
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