JP2009251596A - 光走査装置、これを採用した画像形成装置及び光走査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光走査装置、これを採用した画像形成装置及び光走査方法を提供する。
【解決手段】 コリメーティングされた光を出射する光源部と、コリメーティングされた光を走査するものであり、振動するミラー面を有するビーム偏向器とを含む光走査装置、これを採用した画像形成装置及び光走査方法であり、該光走査装置は、光源部から出射されてビーム偏向器に入射されるコリメーティングされた光の入射角度をミラー面の振動に同期されて変動させることによって、ビーム偏向器で偏向走査される光の最大偏向角度を大きくすることが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光走査装置、これを採用した画像形成装置、及び光走査方法に係り、さらに詳細には、サイン型振動を行うミラー面を有するトーション振動器を光偏向器として採用する光走査装置、これを採用した画像形成装置及び光走査方法に関する。

光走査装置は、光源から出射された光を被露光面に走査する光学装置である。かような光走査装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリのように、印刷用紙に画像を再現する電子写真方式の画像形成装置に主に適用されている。

現在、レーザプリンタで使用されている光走査装置は、ポリゴンミラー（polygon mirror）を利用している。ポリゴンミラーを使用する場合、高速対応時に騷音や速度の制限があり、サイン型振動（sinusoidal oscillation）を行うトーション振動器（torsion oscillator）、すなわち、ＭＥＭＳ（Micro-ElectroMechanical Systems）ミラーを採用する光走査装置が提案されている。トーション振動器はポリゴンミラーを代替し、それによって騷音を減らし高速対応を可能にする。しかし、かようなトーション振動器は、駆動上の制限によって、偏向角度を大きくし難い。ポリゴンミラーの場合、最大偏向角度は４５°ほどであるが、トーション振動器の最大振動角度は、それよりはるかに小さい。このように、トーション振動器の振動角度が小さいために、被走査面での中心とエッジでのＦ／＃差によって発生するスポットサイズの不均一のような問題が発生する。特に、サイン状の軌跡を有する走査線（scanned ray）に対して、被走査面に均一な走査間隔で光を走査するためには、アークサイン（arcsinusoidal）状の逆補償光学レンズが要求されるが、かような逆補償光学レンズの設計は、トーション振動器の振動角度が大きいほど有利であるが、トーション振動器の機構的制限によって、トーション振動器の振動角度を大きくし難い実情である。

本発明の実施例は、トーション振動器の振動角度より大きい偏向角度で偏向走査させることができる光走査装置、これを採用した画像形成装置及び光走査方法を提供する。

本発明の一実施例による光走査装置は、コリメーティングされた光を出射する光源部と、前記コリメーティングされた光を偏向走査するものであり、振動するミラー面を有するビーム偏向器とを備え、コリメーティングされた光の前記ビーム偏向器に入射される角度が前記ビーム偏向器の振動に同期されて変動されるように、前記光源部が振動されることを特徴とする。

前記光源部は、光源と、前記光源から出射された光をコリメーティングするコリメーションレンズとを有し、前記コリメーションレンズが前記ビーム偏向器の振動に同期されて振動されるように構成されうる。

このとき、前記コリメーションレンズは、前記光の経路に垂直に振動されうる。

または、前記光源部は、光源と、前記光源から出射された光をコリメーティングするコリメーションレンズと、前記光源及びコリメーションレンズを一体に支持するホルダとを備え、前記光源部自体が前記ビーム偏向器の振動に同期されてチルト振動するように構成されうる。

前記コリメーティングされた光が前記ビーム偏向器のミラー面の中心に進むように、前記コリメーティングされた光の進行角度を補償する入射角度補償レンズをさらに有することができる。

前記入射角度補償レンズは、少なくとも２枚のレンズを有することができる。

前記入射角度補償レンズは、第１パートレンズ及び第２パートレンズを有し、前記光源部のフィールド発生原点に、前記第１パートレンズの光入射面側の焦点位置が位置し、前記ビーム偏向器のミラー面の中心位置に、前記第２パートレンズの光出射面側の焦点位置が位置できる。

前記第１パートレンズと第２パートレンズとの間の間隔は、前記第１パートレンズ及び第２パートレンズの各焦点距離の和と同じであるか、あるいはそれより短くありうる。

本発明の他の実施例による光走査装置は、コリメーティングされた光を出射する光源部と、前記光源部から出射されたコリメーティングされた光を走査方向に偏向させる可動部を有するビーム偏向器とを備え、前記光源部は、コリメーティングされた光の出射角度が、前記ビーム偏向器の可動部の動きに同期されて変動される。

前記ビーム偏向器の可動部は、所定の振動角度範囲で振動するミラーを具備し、前記光源部の少なくとも一部分は、前記ミラーが入射したコリメーティングされた光を最大偏向角度Θ_Ｍに対する下記の数式を満足する偏向角度の範囲で偏向させるように、所定の可動範囲内で動くことができる。

Θ_Ｍ＝２θ_Ｍ＋φ２
ここで、θ_Ｍは、振動中心でのミラーと振動最大値でのミラーとの間の角度を示し、φ２は、前記光源部の少なくとも一部分が前記所定の可動範囲の中間地点にあるとき、前記ミラーに入射するコリメーティングされた光の第１入射角と、前記光源部の少なくとも一部分が前記所定の可動範囲の上限値にあるとき、前記ミラーに入射するコリメーティングされた光の第２入射角との差を示す。

前記光源部とビーム偏向器との間に配される入射角度補償レンズをさらに有し、前記入射角度補償レンズは、第１パートレンズ及び第２パートレンズを有し、前記第１パートレンズは、自体の焦点が前記光源部のフィールド発生原点に位置するように配され、前記第２パートレンズは、自体の焦点が前記ビーム偏向器のミラーの中心に位置するように配され、前記最大偏向角度Θ_Ｍは、下記の数式を満足することができる。

Θ_Ｍ＝２θ_Ｍ＋φ１ｘＦ１／Ｆ２
ここで、φ１は、前記光源部の少なくとも一部分が前記所定の可動範囲の中間地点にあるとき、前記光源部から出射されたコリメーティングされた光の第１出射角と、前記光源部の少なくとも一部分が前記所定の可動範囲の上限値にあるとき、前記光源部から出射されるコリメーティングされた光の第２出射角との差を示し、Ｆ１／Ｆ２は、第１パートレンズの焦点距離と第２パートレンズの焦点距離との比を示す。

前記ビーム偏向器は、サイン型振動を行うミラーと、前記ミラーを支持するトーション支持部を有したトーション振動器とでありうる。

また、前記ビーム偏向器で偏向された光を被露光面に結像させる結像光学素子がさらに備わりうる。かような結像光学素子は、前記ビーム偏向器で偏向された光が被露光面に等間隔で走査されるように、前記偏向された光をアークサイン状に補償するサイン軌跡補償レンズを具備できる。

前記コリメーティングされた光を前記ビーム偏向器のミラー面に、前記ビーム偏向器の走査方向に垂直な副走査方向に焦点を結ばせるシリンドリカルレンズをさらに有することができる。

また、本発明の一実施例による画像形状装置は、コリメーティングされた光を出射する光源部、及び前記コリメーティングされた光を偏向走査するものであり、振動するミラー面を有するビーム偏向器とを有し、コリメーティングされた光の前記ビーム偏向器に入射される角度が前記ビーム偏向器の振動に同期されて変動されるように、前記光源部が振動される光走査装置と、前記光走査装置で走査された光が結像される被露光面都を備えることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明の一側面による光走査方法は、コリメーティングされた光を照明する段階と、前記コリメーティングされた光を振動反射させて被露光面に走査する段階とを含み、前記コリメーティングされた光を照明する段階は、前記走査振動に同期されてコリメーティングされた光の進行角度を変動させる段階を含む。

前記コリメーティングされた光を照明する段階は、前記コリメーティングされた光が前記振動反射の中心に進むように、コリメーティングされた光のフィールド角度を補償する段階をさらに含むことができる。

前記振動は、サイン型振動でありうる。

前記振動反射された光を被露光面に結像させる段階は、前記振動反射された光が前記被露光面に等間隔で走査されるように、前記振動反射された光をアークサイン状に補償する段階を含むことが望ましい。

本発明による光走査装置、これを採用した画像形成装置及び光走査方法は、次のような長所がある。

第一に、ビーム偏向器による最大偏向角度を自体の最大振動角度より大きくできる。

第二に、ビーム偏向器による最大偏向角度を大きくすることによって、等間隔走査のための補償レンズの光学的設計をさらに容易にできる。

第三に、ビーム偏向器による最大偏向角度を大きくすることによって、光走査装置を採用する画像形成装置をコンパクト、かつスリムにすることが可能である。

本発明の一実施例による光走査装置の光学的構成を概略的に図示する図である。 図１の光走査装置に採用されるトーション振動器の一例の概略的な斜視図である。 図１の光走査装置に採用されるトーション振動器が定位置にあるときの光学構成及び光路を図示する図である。 図１の光走査装置に採用されるトーション振動器が反時計回り方向に回転したときの光学構成及び光路を図示する図である。 図１の光走査装置に採用されるトーション振動器が時計回り方向に回転したときの光学構成及び光路を図示する図である。 トーション振動器の偏向角度と、サイン軌跡補償レンズの歪曲収差補償量との関係を図示するグラフである。 本発明の他の実施例による光走査装置の光学的構成を概略的に図示する図である。 図７の光走査装置に採用される光源部の一例を概略的に図示する図である。 図７の光走査装置において、トーション振動器が定位置にあるときの動作を概略的に図示する図である。 図７の光走査装置において、トーション振動器が反時計回り方向に回転したときの動作を概略的に図示する図である。 図７の光走査装置において、トーション振動器時計回り方向に回転したときの動作を概略的に図示する図である。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。しかし、以下に例示される実施例は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当該技術分野で当業者に十分に説明するために提供されるものである。以下の図面で同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性と便宜性とのために、誇張されていることもある。

図１は、本発明の一実施例による光走査装置の光学的構成を概略的に図示する図である。図１を参照するに、光走査装置１００は、コリメーティングされた光を出射する光源部１１０と、コリメーティングされた光のフィールド角度を補償する入射角度補償レンズ１５０と、コリメーティングされた光を副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ１６０と、コリメーティングされた光を偏向走査するトーション振動器１７０とを備える。

光源部１１０は、光源１２０とコリメーションレンズ１３０とを備える。光源１２０としては、レーザ光を出射する半導体レーザダイオードが採用されうる。

コリメーションレンズ１３０は、光源１２０から出射された光をコリメーティングするものであり、コリメーションレンズ１３０の光入射面側の焦点位置は、図３に図示されているように、光源１２０の光発生原点に置かれることが望ましい。図３で、コリメーションレンズ１３０の焦点距離は、ｆ１で表示されている。コリメーションレンズ１３０は、トーション振動器１７０の振動Ａに同期されて振動されるように駆動される。かようなコリメーションレンズ１３０の振動Ｂは、電磁力を利用したアクチュエータなどを利用してなされうる。

コリメーションレンズ１３０の振動Ｂは、光路に垂直な方向になされうる。コリメーションレンズ１３０の振動Ｂによって、コリメーティングされた光のトーション振動器１７０に入射される角度がトーション振動器１７０の振動Ａに同期されて変動され、かような入射角度の変動は、後述するように、トーション振動器１７０の偏向角度を拡大させることを可能にする。コリメーションレンズ１３０の振動Ｂは、図３ないし図５を参照しつつ、さらに詳細に後述する。

コリメーションレンズ１３０の振動Ｂによって、コリメーティングされた光の進行角度が変動されるが、入射角度補償レンズ１５０は、振動するコリメーティングされた光がトーション振動器１７０のミラー面の中心に進むように、前記コリメーティングされた光の進行角度を補償する。入射角度補償レンズ１５０は、少なくとも２枚のレンズを有して構成され、例えば、４ｆシステムで構成された第１パートレンズ１５１及び第２パートレンズ１５２を有することができる。図３を参照するに、第１パートレンズ１５１の光入射面側の焦点位置は、コリメーションレンズ１３０のフィールド発生原点、すなわち、コリメーションレンズ１３０の中心位置に置かれ、第２パートレンズ１５２の光出射面側の焦点位置は、トーション振動器１７０のミラー面の中心位置に置かれる。第１パートレンズ１５１の焦点距離はＦ１、第２パートレンズ１５２の焦点位置はＦ２で表示した。一方、第１パートレンズ１５１と第２パートレンズ１５２との間の間隔Ｄは、第１パートレンズ１５１及び第２パートレンズ１５２の各焦点距離の和と同じであるか、あるいはそれより短いことが望ましい。かような４ｆシステムで構成された入射角度補償レンズ１５０は、コリメーションレンズ１３０でのイメージ（光）を、トーション振動器１７０の反射面にそのまま伝達する役割を行う。このとき、Ｆ１／Ｆ２の比によって、イメージサイズが変わりうる。後述する通り、トーション振動器１７０の大きさをできる限り小さくするために、入射角度補償レンズ１５０を設けることが望ましいが、かような入射角度補償レンズ１５０は、本発明において必須構成要素ではないので、省略可能である。

前述の光源部１１０の振動Ｂや入射角度補償レンズ１５０の屈折は、トーション振動器１７０の走査方向に変動を与え、光源部１１０の振動Ｂや入射角度補償レンズ１５０の屈折による光線の経路変動は、トーション振動器１７０で走査される光ビームが及ぶ平面である走査平面上でなされる。図１及び図３ないし図５の図は、かような走査平面上での光学的構成を示している。

シリンドリカルレンズ１６０は、副走査方向に屈折力があるレンズであり、コリメーティングされた光がトーション振動器１７０のミラー面で副走査方向に焦点を結ばせる。このとき、副走査方向というのは、トーション振動器１７０が走査する方向に垂直な方向、すなわち、走査平面に垂直な方向を意味する。シリンドリカルレンズ１６０は、走査方向に屈折力が与えられないので、光源部１１０の振動Ｂや入射角度補償レンズ１５０の屈折による走査平面上の光路変動には影響を与えない。かようなシリンドリカルレンズ１６０は、本発明において必須構成要素ではないので、省略可能である。シリンドリカルレンズ１６０は、プリンタのような画像形成装置に一般的に採用される光学素子であり、詳細な説明は省略する。

トーション振動器１７０は、コリメーティングされた光を偏向走査するものであり、ビーム偏向器の一例である。図２では、かようなトーション振動器１７０の一例が図示されている。図２を参照するに、トーション振動器１７０は、基板１７５の上方に懸架されているミラー１７１、ミラー１７１の両端を支持する支持体１７６、ミラー１７１と支持体１７６との間に連結され、ミラー１７１のシーソー運動を支持するトーションスプリング（torsion spring）１７２、ミラー１７１の両側面に垂直に形成された多数の駆動コム電極（movable comb electrode）１７３、及び駆動コム電極１７３と相互交互するように基板１７５上に垂直に設けられた多数の固定コム電極１７４を備えて構成されうる。かようなトーション振動器１７０は、駆動コム電極１７３と固定コム電極１７４との間の静電気力によって、ミラー１７１を一方に傾け、トーションスプリング１７２の弾性係数を利用した自体復元力を利用してミラー１７１を元の様子に復帰させる。かようなミラー１７１の振動は、結果的にトーションによってなされるので、サイン型振動を行うことになる。本実施例は、ビーム偏向器としてトーション振動器１７０を例にして説明しているが、これに限定されるものではない。本発明は、それ以外の振動角度が制限的であるビーム偏向器に適用され、ビーム偏向器の最大偏向角度を拡大させることができるのである。

トーション振動器１７１の振動周波数は、ミラーの大きさと関連し、ミラー１７１の大きさが大きいほど、振動周波数は小さくなるという点は、当分野に周知である。本実施例の光走査装置１００がプリンタのような画像形成装置に採用される場合、高速プリンティングなどのためには、高速走査のための高い振動周波数が要求されるので、ミラー１７１の大きさは、できる限り小さいことが望ましい。そのために本実施例は、入射角度補償レンズ１５０を備える。入射角度補償レンズ１５０は、進行方向が振動するコリメーティングされた光がトーション振動器１７０のミラー中心に向かうように、コリメーティングされた光の進行角度を補償することによって、ミラー１７１の大きさを最小化できる。また、トーション振動器１７０は、最大振動角度を大きくするのに困難さが伴うが、本実施例は、後述するように、コリメーションレンズ１３０をトーション振動器１７０の振動Ａに同期して振動させることによって、トーション振動器１７０の振動角度以上に、トーション振動器１７０による偏向角度を拡大させることができる。

結像光学素子１９０は、トーション振動器１７０で偏向された光を被露光面２００に結像させる光学レンズである。本実施例は、ビーム偏向器としてトーション振動器１７０を採用するが、かようなトーション振動器１７０によって偏向された光は、サイン軌跡を描くことになる。このために結像光学素子１９０は、トーション振動器１７０で偏向された光が被露光面２００に等間隔で走査されるように、前記偏向された光をアークサイン状に補償するサイン軌跡補償レンズ、すなわち、アークサインレンズであることが望ましい。かようなアークサインレンズについては、米国特許第７，１８４，１８７号明細書などに開示されており、当分野に周知であるので、詳細な説明は省略する。

次に、図３ないし図５を参照し、本実施例の光走査装置の動作について説明する。

図３は、トーション振動器１７０が定位置にあるときを図示しており、図４は、トーション振動器１７０が反時計回り方向に回転したときを図示しており、図５は、トーション振動器１７０が時計回り方向に回転したときを図示している。

まず図３を参照するに、トーション振動器１７０とコリメーションレンズ１３０は、定位置、すなわち、振動中心位置にある。光源１２０から出射された光Ｌは、定位置にあるコリメーションレンズ１３０を通過して平行光にコリメーティングされ、入射角度補正レンズ１５０を経てトーション振動器１７０で反射される。このとき、コリメーションレンズ１３０からトーション振動器１７０に進む光Ｌ１の経路は、入射角度補正レンズ１５０、すなわち、第１パートレンズ１５１及び第２パートレンズ１５２の光軸Ｃに平行である。

図４を参照するに、トーション振動器１７０が反時計回り方向に回転Ａ’を行うことによって、これに同期されてコリメーションレンズ１３０が上方にｄ１ほど振動Ｂ’を行う。図４で点線で表示されたトーション振動器１７０は、定位置を表示する。コリメーションレンズ１３０が上方に移動することによって、コリメーションレンズ１３０に入射された光Ｌは、光軸Ｃに対して第１フィールド角度φ１ほど斜め上方に向かう光Ｌ２にコリメーティングされる。このとき、第１フィールド角度φ１は、コリメーションレンズ１３０が所定の可動範囲の中間地点にあるとき、コリメーションレンズ１３０を経由したコリメーティングされた光の第１出射角と、コリメーションレンズ１３０が所定の可動範囲の上限値にあるとき、コリメーションレンズ１３０を経由したコリメーティングされた光の第２出射角との差を示す。第１フィールド角度φ１は、コリメーションレンズ１３０の焦点距離ｆ１と、コリメーションレンズ１３０の振動量ｄ１とによって、概して下記の式（１）によって与えられる。

このように、斜め上方に向かう平行光にコリメーティングされた光Ｌ２は、入射角度補正レンズ１５０を経てトーション振動器１７０に向かう。入射角度補正レンズ１５０を構成する第１パートレンズ１５１及び第２パートレンズ１５２は、前述のように４ｆシステムをなし、コリメーションレンズ１３０での光をトーション振動器１７０の反射面にそのまま伝達する役割を行う。一方、入射角度補正レンズ１５０を経つつ、コリメーティングされた光Ｌ２は、所定の第２フィールド角度φ２を有してトーション振動器１７０のミラーに入射される。第２フィールド角度φ２は、コリメーションレンズ１３０が所定の可動範囲の中間地点にあるとき、トーション振動器１７０のミラーに入射するコリメーティングされた光の第１入射角と、コリメーションレンズ１３０が所定の可動範囲の上限値にあるとき、トーション振動器１７０のミラーに入射するコリメーティングされた光の第２入射角との差を示す。このとき、トーション振動器１７０に入射される光の第２フィールド角度φ２は、第１パートレンズ１５１及び第２パートレンズ１５２の焦点距離の比Ｆ１／Ｆ２によって変わり、概して下記の式（２）で与えられる。

このように、第２フィールド角度φ２でトーション振動器１７０に入射される光Ｌ２は、トーション振動器１７０の振動角度以上に偏向されて反射される。トーション振動器１７０の最大振動角度θ_Ｍに対して、トーション振動器１７０で偏向される光の最大偏向角度Θ_Ｍは、下記の式（３）で与えられる。

前記式（３）で、最大偏向角度Θ_Ｍは、トーション振動器１７０のミラー１７１（図２）が定位置からいずれか一方に振動した場合の偏向角度を示すので、左右振動をいずれも考慮した全体偏向角度は、Θ_Ｍの２倍となる。また前記式（３）で、トーション振動器１７０の最大振動角度θ_Ｍは、振動中心でのミラー１７１と振動最大値でのミラー１７１との間の角度を示す。

図５を参照するに、トーション振動器１７０が時計回り方向に回転Ａ”を行うことによって、これに同期されてコリメーションレンズ１３０が下方にｄ１ほど振動Ｂ”を行う。図５で、点線で表示されたトーション振動器１７０は、定位置を表示する。コリメーションレンズ１３０が下方に移動することによって、コリメーションレンズ１３０に入射された光Ｌは、光軸Ｃに対して第１フィールド角度φ１ほど斜め下方に向かう光Ｌ３にコリメーティングされる。このとき、第１フィールド角度φ１は、前述の式（１）で与えられる値である。このように、斜めに下方に向かう平行光にコリメーティングされた光Ｌ３は、入射角度補正レンズ１５０を経てトーション振動器１７０に向かう。入射角度補正レンズ１５０を経つつ、コリメーティングされた光Ｌ３は、第２フィールド角度φ２を有してトーション振動器１７０のミラーに入射される。このとき、トーション振動器１７０に入射される光の第２フィールド角度φ２は、前述の式（２）で与えられる値である。同様に、トーション振動器１７０の最大振動角度θ_Ｍに対する最大偏向角度Θ_Ｍは、前述の式（３）で与えられる。

一方、トーション振動器１７０のミラーは、サイン状の振動を行うが、トーション振動器１７０で反射振動する光は、下記の式（４）のような角度Θで振動を行う。

このとき、角度Θは、ミラーが定位置からいずれか一方に傾くときの偏向角度である。

図３ないし図５を参照しつつ説明した通り、トーション振動器１７０の振動に同期されてコリメーションレンズ１３０を振動させることによって、トーション振動器１７０による最大偏向角度Θ_Ｍは、トーション振動器１７０の最大振動角度θ_Ｍにφ１＊Ｆ１／Ｆ２ほど加えられるので、全体的な偏向角度は、２＊φ１＊Ｆ１／Ｆ２ほど増加することになる。

図６は、トーション振動器の偏向角度と、サイン軌跡補償レンズの歪曲収差補償量との関係を図示するグラフである。たとえば、トーション振動器の全体振動角度を２３゜とする。コリメーションレンズの焦点ｆは１０ｍｍであり、コリメーションレンズの振動量は０．４ｍｍであり、入射角度補正レンズ１５０、すなわち、第１パートレンズ１５１及び第２パートレンズ１５２のＦ１／Ｆ２は１とする。この場合、φ１＝φ２＝２．３゜になり、全体的に追加振動角度は４．６゜大きくなる。図６を参照するに、トーション振動器による偏向角度が大きくなることによって、サイン軌跡補償レンズの歪曲収差補償量（ｄｙ／ｄθ）が小さくなることが分かる。このように、サイン軌跡補償レンズの歪曲収差補償量が減るようになれば、レンズ設計がさらに容易になる。

図７は、本発明の他の実施例による光走査装置の光学的構成を概略的に図示する図である。図７を参照するに、光走査装置３００は、コリメーティングされた光を出射する光源部３１０と、コリメーティングされた光のフィールド角度を補償する入射角度補償レンズ１５０と、コリメーティングされた光を副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ１６０と、コリメーティングされた光を偏向走査するトーション振動器１７０とを備える。

図８を参照するに、光源部３１０は、光源３２０と、光源３２０から出射された光をコリメーティングするコリメーションレンズ３３０と、光源３２０及びコリメーションレンズ３３０を一体に支持するホルダ３４０とを備える。かような光源部３１０は、一体化された構造に製作され、光源部３１０は、それ自体のチルト傾斜によって、コリメーティングされた光の進行方向を変更する。かような一体化された構造の光源部３１０は、一般的な組立て工程を介して製作され、さらに最近多く活用されているＭＥＭＳ（Micro-ElectroMechanical Systems）技術を利用し、非常にコンパクトな構造に製作されもする。たとえば、ＭＥＭＳ技術を利用して製作される場合、光源として側面発光型レーザダイオード（edge emitting type laser diode）や垂直共振型表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）のような半導体レーザダイオードが採用され、コリメーションレンズとしてはマイクロレンズが採用されうる。

再び図７を参照するに、かような光源部３１０は、トーション振動器１７０の振動Ａに同期されてチルト振動されるように駆動される。かような一体化された構造の光源部３１０は、電磁力を利用したアクチュエータなどを利用してなりうる。もしＭＥＭＳ技術を利用して製作される場合、光源部３１０は、トーション振動器１７０と同じ静電気力を利用して駆動することも可能である。光源部３１０のチルト振動Ｂは、コリメーティングされた光のトーション振動器１７０に入射される角度がトーション振動器１７０の振動に同期されて変動される。本実施例は、光源部３１０自体がチルト振動するので、入射角度の変動を直接的に発生させ、従って、入射角度の変動を大きくしやすい。かような入射角度の変動は、トーション振動器１７０による偏向角度を拡大させることを可能にし、入射角度の変動が大きいほど、トーション振動器１７０による偏向角度をさらに大きくできる。

入射角度補償レンズ１５０は、振動するコリメーティングされた光がトーション振動器１７０のミラー面の中心に進むように、前記コリメーティングされた光の進行角度を補償する。シリンドリカルレンズ１６０は、コリメーティングされた光がトーション振動器１７０のミラー面で副走査方向に焦点を結ばせる。トーション振動器１７０は、コリメーティングされた光を偏向走査する。結像光学素子１９０は、トーション振動器１７０で偏向された光を被露光面２００に結像させる。光源部を除外したかような光学素子は、前述の実施例の光学的構成と実質的に同一なので、重複的な説明は省略する。

次に、図９ないし図１１を参照し、本実施例の光走査装置３００の動作について説明する。

図９は、トーション振動器１７０が定位置にあるときを図示しており、図１０は、トーション振動器１７０が反時計回り方向に回転したときを図示しており、図１１は、トーション振動器１７０が時計回り方向に回転したときを図示している。

まず図９を参照するに、光源部３１０とトーション振動器１７０とは定位置、すなわち振動中心位置にある。光源部３１０から出射されたコリメーティングされた光Ｌ１は、入射角度補正レンズ１５０を経てトーション振動器１７０で反射される。このとき、コリメーティングされた光Ｌ１の経路は、入射角度補正レンズ１５０の光軸Ｃに平行である。

図１０を参照するに、トーション振動器１７０が反時計回り方向に回転Ａ’を行うことによって、これに同期されて光源部３１０が上方にチルト振動Ｂ’を行う。図１０で点線で表示されたトーション振動器１７０は、定位置を表示する。光源部３１０から上方に出射されたコリメーティングされた光Ｌ２は、入射角度補正レンズ１５０を経つつ、方向が変わってトーション振動器１７０に向かう。このように、トーション振動器１７０に斜めに入射される光Ｌ２は、トーション振動器１７０の振動角度以上に偏向されて反射される。トーション振動器１７０の最大振動角度θ_Ｍに対して、トーション振動器１７０で偏向される光の最大偏向角度Θ_Ｍは、前述の式（３）で与えられる。

図１１を参照するに、トーション振動器１７０が時計回り方向に回転Ａ”を行うことによって、これに同期されて光源部３１０が下方にチルト振動を行う。図１１で点線で表示されたトーション振動器１７０は、定位置を表示する。光源部３１０から下方に出射されるコリメーティングされた光Ｌ３は、光軸Ｃに対して入射角度補正レンズ１５０を経つつ、方向が変わってトーション振動器１７０に向かう。光源部３１０が上方に向かった場合と同様に、トーション振動器１７０に下方斜めに入射される光Ｌ３は、トーション振動器１７０の振動角度以上に偏向されて反射される。同様に、ドーション振動器１７０の最大振動角度θ_Ｍに対する最大偏向角度Θ_Ｍは、前述の式（３）で与えられる。

一方、トーション振動器１７０のミラーはサイン状の振動を行うが、トーション振動器１７０で反射振動する光は、前述の式（４）と同じ角度Θで振動を行う。

また、図１や図７を参照するに、本実施例の光走査装置１００，３００は、複写機、プリンタ、ファクシミリのように、印刷用紙に画像を再現する電子写真方式の画像形成装置に適用されうる。このとき、被露光面２００は、感光ドラムのような感光体になりうる。この場合、被露光面２００は一方向に移動し、光走査装置１００，３００から走査される光によって、被露光面２００では、静電潜像が形成される。被露光面２００に形成された静電潜像は、現像ユニット（図示せず）によって供給されるトナーによって現像されうる。

さらに、かような光走査装置１００，３００は、レーザ光をスクリーンに走査して画像をディスプレイするレーザディスプレイ装置のような画像形成装置にも適用されうる。その場合、被露光面２００はスクリーンになり、本実施例の光走査装置１００，３００は、主走査または副走査のための光走査装置として使われうる。

本実施例による画像形成装置は、前述の光走査装置１００，３００を採用することによって偏向角度を大きくすることができるので、サイン軌跡補償レンズの光学的設計をさらに容易にできるだけではなく、光走査装置１００，３００と被露光面２００との距離を狭めることができるので、さらにコンパクトであってスリムな構造を有することができる。

光走査装置を利用した画像形成装置自体は、当分野に周知されているので、前述以外の詳細な説明は省略する。

かような本発明の光走査装置、これを採用する画像形成装置及び光走査方法は、理解を助けるために、図面に図示された実施例を参考に説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者ならば、それらから多様な変形及び均等な他実施例が可能であるという点を理解することが可能であろう。よって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まるものである。

本発明の光走査装置、これを採用した画像形成装置及び光走査方法は、例えば、画像形成関連の技術分野に効果的に適用可能である。

１００，３００ 光走査装置
１１０，３１０ 光源部
１２０，３２０ 光源
１３０，３３０ コリメーションレンズ
１５０ 入射角度補償レンズ
１５１ 第１パートレンズ
１５２ 第２パートレンズ
１６０ シリンドリカルレンズ
１７０ トーション振動器
１７１ ミラー
１７２ トーションスプリング
１７３ 駆動コム電極
１７４ 固定コム電極
１７５ 基板
１７６ 支持体
１９０ 結像光学素子
２００ 被露光面
３４０ ホルダ
Ａ トーション振動器の振動
Ａ’ トーション振動器での反時計回り方向への回転
Ａ” トーション振動器での時計回り方向への回転
Ｂ コリメーティングレンズの振動
Ｂ’ コリメーティングレンズの上方への振動
Ｂ” コリメーティングレンズの下方への振動
Ｃ 光軸
Ｄ 間隙
Ｆ１ 第１パートレンズの焦点距離
Ｆ２ 第２パートレンズの焦点距離
ｆ１ コリメーティングレンズの焦点距離
Ｌ 光
Ｌ１ コリメーションレンズからトーション振動器に進む光
Ｌ２ 斜め上方にコリメーティングされた光
Ｌ３ 斜め下方にコリメーティングされた光

Claims (20)

1. コリメーティングされた光を出射する光源部と、
   前記コリメーティングされた光を偏向走査するものであり、振動するミラー面を有するビーム偏向器とを備え、
   前記光源部から出射されたコリメーティングされた光は、前記ビーム偏向器に前記ミラー面の振動に同期されて変動される入射角度で入射される光走査装置。
2. 前記光源部は、光源と、前記光源から出射された光をコリメーティングするコリメーションレンズとを有し、前記コリメーションレンズは、前記ビーム偏向器の振動に同期されて振動することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記コリメーションレンズは、経由する光の経路に実質的に垂直に振動されることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光源部は、光源と、前記光源から出射された光をコリメーティングするコリメーションレンズと、前記光源及びコリメーションレンズを一体に支持するホルダとを有し、前記光源部は、前記ミラー面の振動に同期されてチルト振動することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
5. 前記コリメーティングされた光が前記ビーム偏向器のミラー面の中心に進むように、前記コリメーティングされた光の進行角度を補償する入射角度補償レンズをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
6. 前記入射角度補償レンズは、少なくとも２枚のレンズを有することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
7. 前記入射角度補償レンズは、第１パートレンズ及び第２パートレンズを有し、前記光源部のフィールド発生原点に、前記第１パートレンズの光入射面側の焦点位置が位置し、前記ビーム偏向器のミラー面の中心位置に、前記第２パートレンズの光出射面側の焦点位置が位置することを特徴とする請求項に６記載の光走査装置。
8. 前記第１パートレンズと第２パートレンズとの間の間隔は、前記第１パートレンズ及び第２パートレンズの各焦点距離の和と同じであるか、あるいはそれより短いことを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. コリメーティングされた光を出射する光源部と、
   前記光源部から出射されたコリメーティングされた光を走査方向に偏向させる可動部を有するビーム偏向器とを備え、
   前記光源部は、コリメーティングされた光の出射角度が、前記ビーム偏向器の可動部の動きに同期されて変動される光走査装置。
10. 前記ビーム偏向器の可動部は、所定の振動角度範囲で振動するミラーを具備し、
    前記光源部の少なくとも一部分は、前記ミラーが入射したコリメーティングされた光を最大偏向角度Θ_Ｍに対する下記の数式、
    Θ_Ｍ＝２θ_Ｍ＋φ２
    ここで、θ_Ｍは、振動中心でのミラーと振動最大値でのミラーとの間の角度を示し、φ２は、前記光源部の少なくとも一部分が前記所定の可動範囲の中間地点にあるとき、前記ミラーに入射するコリメーティングされた光の第１入射角と、前記光源部の少なくとも一部分が前記所定の可動範囲の上限値にあるとき、前記ミラーに入射するコリメーティングされた光の第２入射角との差を示す、
    を満足する偏向角度の範囲で偏向させるように、所定の可動範囲内で動くことを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
11. 前記光源部とビーム偏向器との間に配される入射角度補償レンズをさらに有し、
    前記入射角度補償レンズは、第１パートレンズ及び第２パートレンズを有し、前記第１パートレンズは、自体の焦点が前記光源部のフィールド発生原点に位置するように配され、前記第２パートレンズは、自体の焦点が前記ビーム偏向器のミラーの中心に位置するように配され、前記最大偏向角度ΘＭは、下記の数式、
    Θ_Ｍ＝２θ_Ｍ＋φ１ｘＦ１／Ｆ２
    ここで、φ１は、前記光源部の少なくとも一部分が前記所定の可動範囲の中間地点にあるとき、前記光源部から出射されたコリメーティングされた光の第１出射角と、前記光源部の少なくとも一部分が前記所定の可動範囲の上限値にあるとき、前記光源部から出射されるコリメーティングされた光の第２出射角との差を示し、Ｆ１／Ｆ２は、第１パートレンズの焦点距離と第２パートレンズの焦点距離との比を示す、
    を満足することを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
12. 前記ビーム偏向器は、サイン型振動を行うミラーと、前記ミラーを支持するトーション支持部を有したトーション振動器とであることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のうちいずれか一項に記載の光走査装置。
13. 前記ビーム偏向器で偏向された光が被露光面に等間隔で走査されるように、前記偏向された光をアークサイン状に補償するサイン軌跡補償レンズを具備した結像光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の光走査装置。
14. 前記コリメーティングされた光を前記ビーム偏向器のミラー面に、前記ビーム偏向器の走査方向に垂直な副走査方向に焦点を結ばせるシリンドリカルレンズをさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項１３のうちいずれか一項に記載の光走査装置。
15. 請求項１ないし請求項１４のうちいずれか一項に記載の光走査装置と、
    前記光走査装置で走査された光が結像される被露光面とを備える画像形成装置。
16. コリメーティングされた光を照明する段階と、
    前記コリメーティングされた光を振動反射させて被露光面に走査する段階とを含み、
    前記コリメーティングされた光を照明する段階は、前記走査振動に同期されてコリメーティングされた光の進行角度を変動させる段階を含む光走査方法。
17. 前記コリメーティングされた光を照明する段階は、
    前記コリメーティングされた光が前記振動反射の中心に進むように、コリメーティングされた光の進行角度を補償する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の光走査方法。
18. 前記振動は、サイン型振動であることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の光走査方法。
19. 振動反射された光を被露光面に結像させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６ないし請求項１８のうちいずれか一項に記載の光走査方法。
20. 前記振動反射された光を被露光面に結像させる段階は、
    前記振動反射された光が前記被露光面に等間隔で走査されるように、前記振動反射された光をアークサイン状に補償する段階を含むことを特徴とする請求項１６ないし請求項１９のうちいずれか一項に記載の光走査方法。

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