光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置
【課題】マイクロミラー構成の光偏向器において、ミラー部にレーザ光等の光が照射された時の、該ミラー部を回転可能に支持している捻りバネ部に熱が伝達されることによる特性の変動を抑制する。
【解決手段】ミラー部１０を固定ベース３０に対して揺動可能に支持する弾性支持部２０の表面上、さらには固定ベース３０の表面上に、該弾性支持部材２０及び固定ベース３０を構成している母材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材４０を積層・形成する。さらに、ミラー部１０の反射面に形成される反射膜も、該高熱伝導部材４０で一体的に形成する。
【解決手段】ミラー部１０を固定ベース３０に対して揺動可能に支持する弾性支持部２０の表面上、さらには固定ベース３０の表面上に、該弾性支持部材２０及び固定ベース３０を構成している母材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材４０を積層・形成する。さらに、ミラー部１０の反射面に形成される反射膜も、該高熱伝導部材４０で一体的に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器に関し、さらには、この光偏向器を備えた光走査装置、この光走査装置を光書込みユニットとして備える画像形成装置、この光偏向器を投影面の走査ユニットとして備える画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子複写機等の画像形成装置やその他の光応用機器においては、光ビームを偏向・走査する手段としてポリゴンミラーが一般的に用いられてきたが、近年、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって形成された偏向ミラー（以下、光偏向器）の開発が盛んになってきている。この光偏向器は、主にシリコンを母材として、半導体製造技術を利用した微細加工技術により製造するので、従来のポリゴンミラーに比較してはるかに小型にでき、振動が小さい、小電力駆動が可能であるなど、種々の利点を有している。
【０００３】
ところで、この種の光偏向器では、反射面を有するミラー部の両端が一対のねじりバネによって回動可能に支持され、該一対のねじりバネをねじれ変形させながら、ミラー部を回動（振動）させることにより、反射面にレーザ光等を照射して光偏向・走査を行っている。この場合、ミラー部の反射面にて、照射された光のほとんどが反射するが、光反射率を完全に１００％とすることができないため、ミラー部の反射面に照射された光の一部が熱となり、可動部であるミラー部を昇温させてしまう。レーザ光を照射し続けるシステムであれば大きな問題がないが、レーザ光をオン／オフ制御したり、光量を変化させるシステムの場合、レーザ光の照射状況によって可動部からねじりバネ部に熱が伝わり、ねじりバネ部の温度が変化して、光偏向器の特性が変化してしまう。特に温度変動により、ヤング率が変化し、ばね剛性が変わり、共振周波数が変わることにより、回転振幅が変わってしまう。
【０００４】
このような光偏向器において、例えば特許文献１には、可動部であるミラー部の本体と光反射面との間に、該本体を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された高熱伝導膜を設けて、ミラー部の熱を高熱伝導膜を通して外部へ放熱するようにして、ミラー部の昇温を防止することが開示されている。また、特許文献２には、ミラー部の光反射面とは反対側の面にミラー部よりも熱伝導率の高い薄膜を形成して、レーザ光によりミラー部に蓄積された熱を薄膜を介して効率的に放熱することが開示されている。しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、可動であるミラー部からねじりバネ部への熱の伝達を低減することについて考慮されておらず、光偏向器の特性の変動を抑制するには限界がある。また、特許文献２では、ミラー部の光反射面とは反対側の面に熱伝導率の高い膜を形成するため、裏面に構造体がある場合には採用することができず、さらに、反射面の形成とは別工程で膜を形成する必要があるため、プロセス増加によるコストアップが問題となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来技術の叙上の問題に鑑みなされたもので、ＭＥＭＳプロセスによって形成されたマイクロミラーの光偏向器において、レーザ光等の照射状況によって生じる特性の変動を抑制することを目的とする。
【０００６】
詳しくは、本発明は、ミラー部にレーザ光等が照射された時の、該ミラー部を回動可能に支持するねじりバネ部を構成している母材自体への熱の伝達を低減して、特性の変動を抑制した光偏向器を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、特性の変動が抑制された光偏向器を用いて、特性の安定した光走査装置、画像形成装置、更には画像投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を前記固定ベースに対して揺動可能に支持する弾性支持部材とを有し、前記弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記ミラー部を回転振動させる光偏向器において、少なくとも前記弾性支持部材の表面上、さらには固定ベースの表面上に、該弾性支持部材や固定ベースを形成する母材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材が積層されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、ミラー部の反射面に形成される反射膜が高熱伝導部材で形成されていることを特徴とする。また、該ミラー部の反射面に形成される高熱伝導部材と弾性支持部材の表面に形成される高熱伝導部材とは分離されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明は、反射面の光ビーム有効範囲領域以外には、遮光部材が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、弾性支持部材及び固定ベースにおいて、これらを形成する母材と高熱伝導部材の間に、熱伝導率の低い低熱伝導率部材が積層されていることを特徴する。
【００１２】
さらに、本発明は、ミラー部及び固定ベースの部分には、低熱伝導部材が積層されないが、あるいは、弾性支持部材の部分よりも低熱伝導部材が薄く積層されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明は、可動枠と、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を前記可動枠に対して揺動可能に支持する第１の弾性支持部材とを有し、また、固定ベースと、前記第１の弾性支持部材と直交して、前記可動枠を前記固定ベースに対して揺動可能に支持する第２の弾性支持部材とを有し、前記第１の弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記ミラー部を第１の方向に回転振動させ、前記第２の弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記可動枠を回転振動させて、前記ミラー部を第２の方向に回転振動させる光偏向器において、前記第１及び第２の弾性支持部材の表面上、さらには前記可動枠及び前記固定ベースの表面上に、これらを形成する母材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材が積層されていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、光源と、光源からの光ビームを偏向させる上記光偏向器と、偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備える光走査装置を特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、上記光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置を特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明は、光源と、前記光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する変調器と、前記光ビームを略平行光とするコリメート光学系と、前記略平行光とされた光ビームを偏向して投影面に投射する上記光偏向器とを有する画像投影装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光偏向器によれば、捻りばね部である弾性支持部材の表面上、さらには固定ベースや可動枠の表面上に、熱伝導率の高い高熱伝導部材を設けることで、ミラー部にレーザ光等が照射された時の該弾性支持部材を形成している母材への熱の伝わりを減少することができ、偏向ミラーの特性の変動を抑制することが可能になる。
【００１８】
従って、本発明の光偏向器を用いることで、特性の安定した光走査装置を提供でき、該光走査装置を光書込みユニットに用いることで、特性の安定した画像形成装置を提供することができる。また、本発明の光偏向器を用いて、特性の安定した、消費電力が小さく、広画角投影が可能な画像投影装置を提供することができる。
【００１９】
なお、本発明の光偏向器における更なる構成、作用効果は、後述の実施の形態の説明で明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１の光偏向器の全体斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線の部分断面図である。
【図３】本発明の実施例２の光偏向器の全体斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’線の部分断面図である。
【図５】本発明の実施例３の光偏向器の全体斜視図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ’線の部分断面図である。
【図７】本発明の実施例４の光偏向器の全体斜視図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ’線の部分断面図である。
【図９】本発明の実施例５の光偏向器の全体斜視図である。
【図１０】本発明の実施例５の別の光偏向器の全体斜視図である。
【図１１】本発明の実施例６の光偏向器（２軸駆動）の全体斜視図である。
【図１２】本発明の光偏向器を用いた光走査装置の一例の全体構成図である。
【図１３】図１２の光走査装置の光偏向器と駆動手段の接続を示す図である。
【図１４】図１２の光走査装置を光書込みユニットとして実装した画像形成装置の一例の全体構成図である。
【図１５】本発明の光偏向器を用いた画像形成装置の一例の全体斜視図である。
【図１６】図１５の画像投影装置を駆動系も含めて示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に、本発明の光偏向器の実施例１の全体斜視図、図２に、図１のＡ−Ａ’線の部分断面図を示す。図１，図２において、１０は光を反射させる反射面１０ａを有するミラー部であり、該ミラー部１０の両端には一対の弾性支持部材としてのトーションバースプリング２０の一端が接続され、該トーションバースプリング２０の他端は固定ベース３０に接続されている。
【００２３】
例えば、シリコン（Ｓｉ）を母材にＭＥＭＳプロセスによって加工することで、ミラー部１０、トーションバースプリング２０、固定ベース３０が一体で形成される。ミラー部１０には、シリコン基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの金属の薄膜を形成することによって反射面１０ａが形成される。
【００２４】
ここで、本実施例では、トーションバースプリング２０と固定ベース３０の表面上に、高熱伝導部材４０が積層されている。この高熱伝導部材４０は、トーションバースプリング２０や固定ベース３０を形成する母材（Ｓｉ）よりも熱伝導率の高い材質のものであればよく、その材料は任意であるが、ここでは、ミラー部１０の反射面１０ａと同じ材料（Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ等）とする。
【００２５】
図１では省略したが、固定ベース３０には駆動機構が配置されており、図１中、矢印の方向に外部から固定ベース３０を加振することができるようになっている。駆動機構により、トーションバースプリング２０が捻れてミラー部１０が回転する捻れモードの固有周波数で固定ベース４０を加振することで、ミラー部１０が大きく回転（揺動）する。したがって、ミラー部１０の反射面１０ａにレーザ光等の光を照射すると、該光を偏向・走査することができる。
【００２６】
なお、固定ベース自体を加振するかわりに、梁状部材に圧電材料が積層された駆動梁をトーションバースプリング２０に接続し、駆動梁を圧電駆動することで、トーションバースプリング２０に捻り変形を発生して、ミラー部１０を回転振動させることでもよい。また、静電力や電磁力などを用いることでもよい。いずれにしても、捻れモードが励起されて、ミラー部１０が回転振動すれば良く、駆動方式はなんでもよい。
【００２７】
ところで、ミラー部１０に照射されたレーザ光等の光のほとんどは、反射面１０ａで反射されるが、一部は熱としてミラー部１０に吸収されて、ねじりバネ部であるトーションバースプリング２０に伝達し、トーションバースプリングの温度上昇をまねき、偏向ミラーの特性が変化してしまう。具体的には、トーションバースプリング２０の温度が上昇すると、共振周波数が低下し、ミラー部１０の回転振幅が変動する。
【００２８】
本実施例では、トーションバースプリング２０と固定ベース３０の表面上に、これらを形成する母材よりも熱伝導率の高い材質の高熱伝導部材４０が積層されていることで、該高熱伝導部材４０を伝わる熱が増加し、トーションバースプリング２０の母材自体に伝わる熱を抑制することができる（図２）。したがって、トーションバースプリング２０の温度変化が減少し、該偏向ミラーの共振周波数や振幅特性の変動を抑制することができる。
【００２９】
また、本実施例では、高熱伝導部材４０には、ミラー部１０の反射面１０ａと同じ材料（Ａｌ等）が用いられている。このため、ミラー部１０の反射面１０ａと高熱伝導部材４０の薄膜を同一のプロセスで同時に形成することができ、形成プロセスが簡素化され、コスト増を抑制できる。
【００３０】
なお、図１、図２では、トーションバースプリング２０及び固定ベース３０の両方に、高熱伝導部材４０を積層するようにしたが、高熱伝導部材４０はトーションバースプリング２０だけに積層することでもよい。
【実施例２】
【００３１】
図３に本発明の光偏向器の実施例２の全体斜視図、図４に、図３のＢ−Ｂ’線の部分断面図を示す。図３、図４において、図１及び図２と同一部分には同一の符号が付与されている。
【００３２】
本実施例は、基本構成は実施例１と同様であり、トーションバースプリング２０及び固定ベース３０の表面上に高熱伝導部材４０が積層されているが、さらに、ミラー部１０の反射面１０ａを除く全領域に遮光部材５０が形成されていることである。このように、ミラー部１０の反射面１０ａの光ビームの有効領域以外を遮光部材５０によって遮光することで、余計な光が反射しないようにすることができる。
【実施例３】
【００３３】
図５に本発明の光偏向器の実施例３の全体斜視図、図６に、図５のＣ−Ｃ’線の部分断面図を示す。図５、図６において、図１及び図２と同一部分には同一の符号が付されている。
【００３４】
本実施例も、基本構成は実施例１と同様であるが、図５及び図６に符号６０で示すように、高熱伝導部材４０を、ミラー部１０の反射面１０ａを形成する部分とトーションバースプリング２０上に形成する部分とで分離したことである。これにより、レーザ光等の照射による熱がトーションバースプリング２０上の高熱伝導部材４０上に伝わりにくくなり、該高熱伝導部材４０から、トーションバースプリング２０を構成している母材自体への熱の伝わりを低減することができ、偏向ミラーの特性変動を抑制することが可能になる。
【実施例４】
【００３５】
図７に本発明の光偏向器の実施例４の全体斜視図、図８に、図７のＤ−Ｄ’線の部分断面図を示す。図７、図８において、図１及び図２と同一部分には同一の符号が付されている。
【００３６】
本実施例も、基本構成は実施例１と同様であるが、高熱伝導部材４０と、ミラー部１０、トーションバースプリング２０、固定ベース３０の母材との間に、さらに低熱伝導部材７０を形成したことである。ここで、低熱伝導部材７０にはＳｉＯ２などを使用する。このように構成することによって、ミラー部１０の反射面１０ａに照射したレーザ光等から吸収された熱が、トーションバースプリング２０の母材に更に伝わりにくくなり、偏向ミラーの特性変動を更に抑制することが可能になる。
【実施例５】
【００３７】
図９、図１０に本発明の光偏向器の実施例５の部分断面図を示す。本実施例は、実施例４の変形例であり、固定ベース４０上で低熱伝導部材７０をまったくなくすか、もしくは薄くするようにしたものである。
【００３８】
図９は固定ベース４０上で低熱伝導部材７０を無くした構成例を示し、図１０は固定ベース４０上で低熱伝導部材７０を薄くした構成例を示したものである。このように構成することによって、高熱伝導部材４０から固定ベース３０への熱の伝わりを大きくすることができ、放熱性が向上する。
【００３９】
なお、図９の構成例においては、ミラー部１０上でも低熱伝導部材７０をなくすようにしてもよい。また、図１０の構成例においては、ミラー部１０上でも低熱伝導部材７０を薄くするようにしてもよい。
【実施例６】
【００４０】
図１１に、本発明の光偏向器の実施例６の全体斜視図を示す。これまで説明した光偏向器は、いずれも１軸方向に光を偏向するものであったが、本実施例は２軸方向に光を偏向する構成に拡張したものである。なお、図１、図２などでは、固定ベース自体を加振することで、捻れモードを励起して、ミラー部を回転させるとしたが、図１１では、表面に圧電材料が積層された梁状部材をトーションバースプリングに接続し、梁状部材をユニモルフ構造（もしくはバイモルフ構造）として駆動することで、ミラー部を回転させるとする。勿論、ミラー部の駆動は、これに限定されるものでないことは云うまでもない。
【００４１】
図１１において、１０はレーザ光等の光を反射させる反射面を有するミラー部であり、該ミラー部１０の両側には一対の第１の弾性支持部材としての第１のトーションバースプリング１２０が接続されている。この一対の第１のトーションバースプリング１２０のミラー部１０と反対側の端部にはそれぞれ第１のトーションバースプリング１２０の長手方向と略直交する向きを長手方向として２組の第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂが対称に接続され、これら第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの他端が、中央に穴があいている枠状の可動枠１４０に接続されている。ここで、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂは、それぞれ、梁状部材の表面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。なお、これら第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂは、梁状部材の両面に圧電材料が積層されたバイモルフ構造とすることでもよい。
【００４２】
さらに、可動枠１４０の両側には、上記一対の第１のトーションバースプリング１２０と直交する方向に、一対の第２の弾性支持部材としての第２のトーションバースプリング２２０が接続されている。この一対の第２のトーションバースプリング２２０の可動枠１４０と反対側の端部にも、それぞれ、該第２のトーションバースプリング２２０の長手方向と略直交する向きを長手方向として２組の第２の駆動梁ａ２３０ａ，２３０ｂが対称に接続され、これら第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂの他端が固定ベース２４０に接続されている。これら第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂもそれぞれ、梁状部材の表面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。これらも、梁状部材の両面に圧電材料が積層されたバイモルフ構造とすることでもよい。
【００４３】
本実施例では、ミラー部１０の両側の第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂで第１のトーションバースプリング１２０に振動を与えることで、ミラー部１０を該第１のトーションバースプリング１２０の軸周りに回転させ、可動枠１４０の両側の第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂで第２のトーションバースプリング２２０に振動を与えることで、可動枠１４０を第２のトーションバースプリング２２０の軸周りに回転させてミラー部１０を回転させる。ここで、第１のトーションバースプリング１２０の軸周りの第１の回転方向と第２のトーションバースプリング２２０の軸周りの第２の回転方向の振動モードの固有周波数を異ならせておき、それぞれの周波数で第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂと第２の駆動梁２２０ａ，２２０ｂを駆動することで、ミラー部１０を２軸方向に回転（回動）させることができる。
【００４４】
このような２軸駆動の構成においても、ミラー部１０の第１のトーションバースプリング１２０、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂ、可動枠１４０の表面上、更には第２のトーションバースプリング２２０、第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂ、固定ベース２４０の表面に、先の実施例１のように熱伝導部材を形成することで、偏向ミラーの特性変動を抑制することが可能になる。さらには、先の実施例２乃至５を適用することで、偏向ミラーの特性変動を更に抑制することが可能になる。なお、熱伝導部材は、第１のトーションバースプリング１２０及び第２のトーションバースプリング２２０の表面上だけに形成するようにしてもよい。
【実施例７】
【００４５】
本実施例は、実施例１〜５の１軸方向に光を偏向する光偏向器を用いて画像形成装置の光書き込みユニットとしての特性の安定した光走査装置を提供するものである。
【００４６】
図１２に本実施例の光走査装置の全体構成図、図１３に該光走査装置に用いる光偏向器と駆動手段の接続図を示す。
【００４７】
図１２において、レーザ素子１０２０からのレーザ光は、コリメータレンズ系１０２１を経た後、光偏向器１０２２により偏向される。この光偏向器１０２２として、実施例１〜５のいずれかの構成の光偏向器が用いられる。光偏向器１０２２で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ１０２３ａと第二レンズ１０２３ｂ、反射ミラー１０２３ｃからなる走査光学系１０２３を経て感光ドラム等のビーム走査面１０２２に照射される。
【００４８】
図１３に示すように、光偏向器１０２２は駆動手段１０２４と電気的に連結されている。この駆動手段１０２４が、光偏向器１０２２の下部電極と上部電極間に駆動電圧を印加する。これにより、光偏向器１０２２のミラー部が回転してレーザ光が偏向され、ビーム走査面１０２２上が光走査される。
【００４９】
このように、本発明の光偏向器を利用した光走査装置は写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込ユニットの構成部材として最適である。
【実施例８】
【００５０】
本実施例は、実施例７の光走査装置を光書込みユニットの構成部材として実装した特性の安定した画像形成装置を提供するものである。
【００５１】
図１４に本実施例の画像形成装置の一例の全体構成図を示す。図１４において、１００１が光書込みユニットであり、レーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。１００２は光書込みユニット１００１による走査対象としての被走査面を提供する像担持体としての感光体ドラムである。
【００５２】
光書込みユニット１００１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで感光体ドラム１００２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査する。感光体ドラム１００２は矢印１００３方向に回転駆動され、帯電手段１００４により帯電された表面に、光書込みユニット１００１により光走査されることによって、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像手段１００５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段１００６で記録紙１００７に転写される。転写されたトナー像は定着手段１００８によって記録紙１００７に定着される。感光体ドラム１００２の転写手段１００６対向部を通過した感光体ドラムの表面部分はクリーニング部１００９で残留トナーを除去される。
【００５３】
なお、感光体ドラム１００２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、この転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成とすることも可能である。
【００５４】
光書込みユニット１００１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームを発するレーザ素子としての光源部１０２０と、レーザビームを変調する光源駆動手段１５００と、これまで説明した本発明の１軸方向にレーザビームを偏向する光偏向器１０２２と、この光偏向器１０２２のミラー基板のミラー面に光源部１０２０からの、記録信号によって変調されたレーザビーム（光ビーム）を結像させるための結像光学系１０２１と、ミラー面で反射・偏向された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム１００２の表面（被走査面）に結像させるための手段である走査光学系１０２３などから構成される。光偏向器１０２２は、その駆動のための集積回路（駆動手段）１０２４とともに回路基板１０２５に実装された形で光書込みユニット１００１に組み込まれている。
【００５５】
光偏向器１０２２は、従来の回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。また、光偏向器１０２２のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。さらに、光偏向器１０２２は、回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって画像形成装置の小型化に有利である。そして、光偏向器１０２２の特性の変動が抑制されていることで、特性が安定した画像形成装置を提供することができる。
【００５６】
なお、記録紙１００７の搬送機構、感光体ドラム１００２の駆動機構、現像手段１００５、転写手段１００６などの制御手段、光源部１０２０の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図１４では省略されている。
【実施例９】
【００５７】
本実施例は、実施例６のような２軸方向に光を偏向する光偏向器を実装した特性が安定した画像投影装置を提供するものである。
【００５８】
図１５に本実施例の画像投影装置の全体構成図を示す。図１５において、筐体２０００に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる３波長のレーザ光を出射するレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂが取り付けられ、これらレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂの出射端近傍には、該レーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂからの出射光を略平行光に集光する集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−，００２−Ｂが配置されている。集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−，００２−Ｂで略平行になったＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は、ミラー２００３やハーフミラー２００４を経て、合成プリズム２００５によって合成され、光偏向器２００６のミラー面に入射される。光偏向器２００６には、実施例７や８のような２軸方向に光を偏向する構成の光偏向器（二次元反射角度可変ミラー）が使用される。光偏向器２００６のミラー面に入射した合成レーザ光は、光偏向器２００６によって二次元偏向走査されて投影面に投射され、画像を投影する。
【００５９】
図１６は、本実施例の画像投影装置の制御系も含めた概略構成図である。なお、図１６では、３波長のレーザ光源や集光レンズは一つにまとめて示し、また、ミラー、ハーフミラー、合成プリズムは省略してある。
【００６０】
画像情報に応じて画像生成部２０１１で画像信号を生成し、この画像信号が変調器２０１２を介して光源駆動回路２０１３に送られると共に、スキャナ駆動回路２０１４に画像同期信号が送られる。スキャナ駆動回路２０１４は、画像同期信号に応じて駆動信号を光偏向器２００６に与える。この駆動信号によって、光偏向器２００６のミラー部１０は、直交した２つの方向に所定角度（例えば１０deg程度）の振幅で共振振動し、入射したレーザ光が二次元偏向走査される。一方、レーザ光源２００１から出射されるレーザ光は、光源駆動回路２０１３により、光偏向器２００６の二次元偏向走査のタイミングに合わせて強度変調されており、これによって、投影面２００７に二次元の画像情報が投影される。強度変調はパルス幅を変調してもよいし、振幅を変調してもよい。変調器２０１２は画像信号をパルス幅変調あるいは振幅変調し、この変調された信号を光源駆動回路２０１３によりレーザ光源２００１を駆動できる電流に変調してレーザ光源２００１を駆動する。
【００６１】
ここで、光偏向手段には、ポリゴンミラーなどの回転走査ミラーを使用することもできるが、本発明の実施例６の構成の光偏向器（二次元反射角度可変ミラー）２００６は、回転走査ミラーに比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像投影装置の省電力に有利である。また、光偏向器２００６のミラー基板の振動時の風切り音は回転走査ミラーに比べて小さいため、画像投影装置の静粛性の改善に有利である。さらに光偏向器２００６は、回転走査ミラーに比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって、画像投影装置の小型化に有利である。そして、光偏向器２００６の特性の変動が抑制されていることで、特性が安定した画像投影装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ ミラー部
２０ トーションバースプリング（弾性支持部材）
３０ 固定ベース
４０ 高熱伝導部材
５０ 遮光部材
６０ 分離部
７０ 低熱伝導部材
１２０ 第１のトーションバースプリング
１３０ａ，１３０ｂ 第１の駆動梁
１４０ 可動枠
２２０ 第２のトーションバースプリング
２３０ａ，２３０ｂ 第２の駆動梁
２４０ 固定ベース
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特許第４３３７８６２号公報
【特許文献２】特開２００９−０３１５３６号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器に関し、さらには、この光偏向器を備えた光走査装置、この光走査装置を光書込みユニットとして備える画像形成装置、この光偏向器を投影面の走査ユニットとして備える画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子複写機等の画像形成装置やその他の光応用機器においては、光ビームを偏向・走査する手段としてポリゴンミラーが一般的に用いられてきたが、近年、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって形成された偏向ミラー（以下、光偏向器）の開発が盛んになってきている。この光偏向器は、主にシリコンを母材として、半導体製造技術を利用した微細加工技術により製造するので、従来のポリゴンミラーに比較してはるかに小型にでき、振動が小さい、小電力駆動が可能であるなど、種々の利点を有している。
【０００３】
ところで、この種の光偏向器では、反射面を有するミラー部の両端が一対のねじりバネによって回動可能に支持され、該一対のねじりバネをねじれ変形させながら、ミラー部を回動（振動）させることにより、反射面にレーザ光等を照射して光偏向・走査を行っている。この場合、ミラー部の反射面にて、照射された光のほとんどが反射するが、光反射率を完全に１００％とすることができないため、ミラー部の反射面に照射された光の一部が熱となり、可動部であるミラー部を昇温させてしまう。レーザ光を照射し続けるシステムであれば大きな問題がないが、レーザ光をオン／オフ制御したり、光量を変化させるシステムの場合、レーザ光の照射状況によって可動部からねじりバネ部に熱が伝わり、ねじりバネ部の温度が変化して、光偏向器の特性が変化してしまう。特に温度変動により、ヤング率が変化し、ばね剛性が変わり、共振周波数が変わることにより、回転振幅が変わってしまう。
【０００４】
このような光偏向器において、例えば特許文献１には、可動部であるミラー部の本体と光反射面との間に、該本体を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された高熱伝導膜を設けて、ミラー部の熱を高熱伝導膜を通して外部へ放熱するようにして、ミラー部の昇温を防止することが開示されている。また、特許文献２には、ミラー部の光反射面とは反対側の面にミラー部よりも熱伝導率の高い薄膜を形成して、レーザ光によりミラー部に蓄積された熱を薄膜を介して効率的に放熱することが開示されている。しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、可動であるミラー部からねじりバネ部への熱の伝達を低減することについて考慮されておらず、光偏向器の特性の変動を抑制するには限界がある。また、特許文献２では、ミラー部の光反射面とは反対側の面に熱伝導率の高い膜を形成するため、裏面に構造体がある場合には採用することができず、さらに、反射面の形成とは別工程で膜を形成する必要があるため、プロセス増加によるコストアップが問題となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来技術の叙上の問題に鑑みなされたもので、ＭＥＭＳプロセスによって形成されたマイクロミラーの光偏向器において、レーザ光等の照射状況によって生じる特性の変動を抑制することを目的とする。
【０００６】
詳しくは、本発明は、ミラー部にレーザ光等が照射された時の、該ミラー部を回動可能に支持するねじりバネ部を構成している母材自体への熱の伝達を低減して、特性の変動を抑制した光偏向器を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、特性の変動が抑制された光偏向器を用いて、特性の安定した光走査装置、画像形成装置、更には画像投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を前記固定ベースに対して揺動可能に支持する弾性支持部材とを有し、前記弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記ミラー部を回転振動させる光偏向器において、少なくとも前記弾性支持部材の表面上、さらには固定ベースの表面上に、該弾性支持部材や固定ベースを形成する母材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材が積層されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、ミラー部の反射面に形成される反射膜が高熱伝導部材で形成されていることを特徴とする。また、該ミラー部の反射面に形成される高熱伝導部材と弾性支持部材の表面に形成される高熱伝導部材とは分離されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明は、反射面の光ビーム有効範囲領域以外には、遮光部材が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、弾性支持部材及び固定ベースにおいて、これらを形成する母材と高熱伝導部材の間に、熱伝導率の低い低熱伝導率部材が積層されていることを特徴する。
【００１２】
さらに、本発明は、ミラー部及び固定ベースの部分には、低熱伝導部材が積層されないが、あるいは、弾性支持部材の部分よりも低熱伝導部材が薄く積層されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明は、可動枠と、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を前記可動枠に対して揺動可能に支持する第１の弾性支持部材とを有し、また、固定ベースと、前記第１の弾性支持部材と直交して、前記可動枠を前記固定ベースに対して揺動可能に支持する第２の弾性支持部材とを有し、前記第１の弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記ミラー部を第１の方向に回転振動させ、前記第２の弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記可動枠を回転振動させて、前記ミラー部を第２の方向に回転振動させる光偏向器において、前記第１及び第２の弾性支持部材の表面上、さらには前記可動枠及び前記固定ベースの表面上に、これらを形成する母材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材が積層されていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、光源と、光源からの光ビームを偏向させる上記光偏向器と、偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備える光走査装置を特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、上記光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置を特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明は、光源と、前記光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する変調器と、前記光ビームを略平行光とするコリメート光学系と、前記略平行光とされた光ビームを偏向して投影面に投射する上記光偏向器とを有する画像投影装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光偏向器によれば、捻りばね部である弾性支持部材の表面上、さらには固定ベースや可動枠の表面上に、熱伝導率の高い高熱伝導部材を設けることで、ミラー部にレーザ光等が照射された時の該弾性支持部材を形成している母材への熱の伝わりを減少することができ、偏向ミラーの特性の変動を抑制することが可能になる。
【００１８】
従って、本発明の光偏向器を用いることで、特性の安定した光走査装置を提供でき、該光走査装置を光書込みユニットに用いることで、特性の安定した画像形成装置を提供することができる。また、本発明の光偏向器を用いて、特性の安定した、消費電力が小さく、広画角投影が可能な画像投影装置を提供することができる。
【００１９】
なお、本発明の光偏向器における更なる構成、作用効果は、後述の実施の形態の説明で明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１の光偏向器の全体斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線の部分断面図である。
【図３】本発明の実施例２の光偏向器の全体斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’線の部分断面図である。
【図５】本発明の実施例３の光偏向器の全体斜視図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ’線の部分断面図である。
【図７】本発明の実施例４の光偏向器の全体斜視図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ’線の部分断面図である。
【図９】本発明の実施例５の光偏向器の全体斜視図である。
【図１０】本発明の実施例５の別の光偏向器の全体斜視図である。
【図１１】本発明の実施例６の光偏向器（２軸駆動）の全体斜視図である。
【図１２】本発明の光偏向器を用いた光走査装置の一例の全体構成図である。
【図１３】図１２の光走査装置の光偏向器と駆動手段の接続を示す図である。
【図１４】図１２の光走査装置を光書込みユニットとして実装した画像形成装置の一例の全体構成図である。
【図１５】本発明の光偏向器を用いた画像形成装置の一例の全体斜視図である。
【図１６】図１５の画像投影装置を駆動系も含めて示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に、本発明の光偏向器の実施例１の全体斜視図、図２に、図１のＡ−Ａ’線の部分断面図を示す。図１，図２において、１０は光を反射させる反射面１０ａを有するミラー部であり、該ミラー部１０の両端には一対の弾性支持部材としてのトーションバースプリング２０の一端が接続され、該トーションバースプリング２０の他端は固定ベース３０に接続されている。
【００２３】
例えば、シリコン（Ｓｉ）を母材にＭＥＭＳプロセスによって加工することで、ミラー部１０、トーションバースプリング２０、固定ベース３０が一体で形成される。ミラー部１０には、シリコン基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの金属の薄膜を形成することによって反射面１０ａが形成される。
【００２４】
ここで、本実施例では、トーションバースプリング２０と固定ベース３０の表面上に、高熱伝導部材４０が積層されている。この高熱伝導部材４０は、トーションバースプリング２０や固定ベース３０を形成する母材（Ｓｉ）よりも熱伝導率の高い材質のものであればよく、その材料は任意であるが、ここでは、ミラー部１０の反射面１０ａと同じ材料（Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ等）とする。
【００２５】
図１では省略したが、固定ベース３０には駆動機構が配置されており、図１中、矢印の方向に外部から固定ベース３０を加振することができるようになっている。駆動機構により、トーションバースプリング２０が捻れてミラー部１０が回転する捻れモードの固有周波数で固定ベース４０を加振することで、ミラー部１０が大きく回転（揺動）する。したがって、ミラー部１０の反射面１０ａにレーザ光等の光を照射すると、該光を偏向・走査することができる。
【００２６】
なお、固定ベース自体を加振するかわりに、梁状部材に圧電材料が積層された駆動梁をトーションバースプリング２０に接続し、駆動梁を圧電駆動することで、トーションバースプリング２０に捻り変形を発生して、ミラー部１０を回転振動させることでもよい。また、静電力や電磁力などを用いることでもよい。いずれにしても、捻れモードが励起されて、ミラー部１０が回転振動すれば良く、駆動方式はなんでもよい。
【００２７】
ところで、ミラー部１０に照射されたレーザ光等の光のほとんどは、反射面１０ａで反射されるが、一部は熱としてミラー部１０に吸収されて、ねじりバネ部であるトーションバースプリング２０に伝達し、トーションバースプリングの温度上昇をまねき、偏向ミラーの特性が変化してしまう。具体的には、トーションバースプリング２０の温度が上昇すると、共振周波数が低下し、ミラー部１０の回転振幅が変動する。
【００２８】
本実施例では、トーションバースプリング２０と固定ベース３０の表面上に、これらを形成する母材よりも熱伝導率の高い材質の高熱伝導部材４０が積層されていることで、該高熱伝導部材４０を伝わる熱が増加し、トーションバースプリング２０の母材自体に伝わる熱を抑制することができる（図２）。したがって、トーションバースプリング２０の温度変化が減少し、該偏向ミラーの共振周波数や振幅特性の変動を抑制することができる。
【００２９】
また、本実施例では、高熱伝導部材４０には、ミラー部１０の反射面１０ａと同じ材料（Ａｌ等）が用いられている。このため、ミラー部１０の反射面１０ａと高熱伝導部材４０の薄膜を同一のプロセスで同時に形成することができ、形成プロセスが簡素化され、コスト増を抑制できる。
【００３０】
なお、図１、図２では、トーションバースプリング２０及び固定ベース３０の両方に、高熱伝導部材４０を積層するようにしたが、高熱伝導部材４０はトーションバースプリング２０だけに積層することでもよい。
【実施例２】
【００３１】
図３に本発明の光偏向器の実施例２の全体斜視図、図４に、図３のＢ−Ｂ’線の部分断面図を示す。図３、図４において、図１及び図２と同一部分には同一の符号が付与されている。
【００３２】
本実施例は、基本構成は実施例１と同様であり、トーションバースプリング２０及び固定ベース３０の表面上に高熱伝導部材４０が積層されているが、さらに、ミラー部１０の反射面１０ａを除く全領域に遮光部材５０が形成されていることである。このように、ミラー部１０の反射面１０ａの光ビームの有効領域以外を遮光部材５０によって遮光することで、余計な光が反射しないようにすることができる。
【実施例３】
【００３３】
図５に本発明の光偏向器の実施例３の全体斜視図、図６に、図５のＣ−Ｃ’線の部分断面図を示す。図５、図６において、図１及び図２と同一部分には同一の符号が付されている。
【００３４】
本実施例も、基本構成は実施例１と同様であるが、図５及び図６に符号６０で示すように、高熱伝導部材４０を、ミラー部１０の反射面１０ａを形成する部分とトーションバースプリング２０上に形成する部分とで分離したことである。これにより、レーザ光等の照射による熱がトーションバースプリング２０上の高熱伝導部材４０上に伝わりにくくなり、該高熱伝導部材４０から、トーションバースプリング２０を構成している母材自体への熱の伝わりを低減することができ、偏向ミラーの特性変動を抑制することが可能になる。
【実施例４】
【００３５】
図７に本発明の光偏向器の実施例４の全体斜視図、図８に、図７のＤ−Ｄ’線の部分断面図を示す。図７、図８において、図１及び図２と同一部分には同一の符号が付されている。
【００３６】
本実施例も、基本構成は実施例１と同様であるが、高熱伝導部材４０と、ミラー部１０、トーションバースプリング２０、固定ベース３０の母材との間に、さらに低熱伝導部材７０を形成したことである。ここで、低熱伝導部材７０にはＳｉＯ２などを使用する。このように構成することによって、ミラー部１０の反射面１０ａに照射したレーザ光等から吸収された熱が、トーションバースプリング２０の母材に更に伝わりにくくなり、偏向ミラーの特性変動を更に抑制することが可能になる。
【実施例５】
【００３７】
図９、図１０に本発明の光偏向器の実施例５の部分断面図を示す。本実施例は、実施例４の変形例であり、固定ベース４０上で低熱伝導部材７０をまったくなくすか、もしくは薄くするようにしたものである。
【００３８】
図９は固定ベース４０上で低熱伝導部材７０を無くした構成例を示し、図１０は固定ベース４０上で低熱伝導部材７０を薄くした構成例を示したものである。このように構成することによって、高熱伝導部材４０から固定ベース３０への熱の伝わりを大きくすることができ、放熱性が向上する。
【００３９】
なお、図９の構成例においては、ミラー部１０上でも低熱伝導部材７０をなくすようにしてもよい。また、図１０の構成例においては、ミラー部１０上でも低熱伝導部材７０を薄くするようにしてもよい。
【実施例６】
【００４０】
図１１に、本発明の光偏向器の実施例６の全体斜視図を示す。これまで説明した光偏向器は、いずれも１軸方向に光を偏向するものであったが、本実施例は２軸方向に光を偏向する構成に拡張したものである。なお、図１、図２などでは、固定ベース自体を加振することで、捻れモードを励起して、ミラー部を回転させるとしたが、図１１では、表面に圧電材料が積層された梁状部材をトーションバースプリングに接続し、梁状部材をユニモルフ構造（もしくはバイモルフ構造）として駆動することで、ミラー部を回転させるとする。勿論、ミラー部の駆動は、これに限定されるものでないことは云うまでもない。
【００４１】
図１１において、１０はレーザ光等の光を反射させる反射面を有するミラー部であり、該ミラー部１０の両側には一対の第１の弾性支持部材としての第１のトーションバースプリング１２０が接続されている。この一対の第１のトーションバースプリング１２０のミラー部１０と反対側の端部にはそれぞれ第１のトーションバースプリング１２０の長手方向と略直交する向きを長手方向として２組の第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂが対称に接続され、これら第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂの他端が、中央に穴があいている枠状の可動枠１４０に接続されている。ここで、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂは、それぞれ、梁状部材の表面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。なお、これら第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂは、梁状部材の両面に圧電材料が積層されたバイモルフ構造とすることでもよい。
【００４２】
さらに、可動枠１４０の両側には、上記一対の第１のトーションバースプリング１２０と直交する方向に、一対の第２の弾性支持部材としての第２のトーションバースプリング２２０が接続されている。この一対の第２のトーションバースプリング２２０の可動枠１４０と反対側の端部にも、それぞれ、該第２のトーションバースプリング２２０の長手方向と略直交する向きを長手方向として２組の第２の駆動梁ａ２３０ａ，２３０ｂが対称に接続され、これら第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂの他端が固定ベース２４０に接続されている。これら第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂもそれぞれ、梁状部材の表面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。これらも、梁状部材の両面に圧電材料が積層されたバイモルフ構造とすることでもよい。
【００４３】
本実施例では、ミラー部１０の両側の第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂで第１のトーションバースプリング１２０に振動を与えることで、ミラー部１０を該第１のトーションバースプリング１２０の軸周りに回転させ、可動枠１４０の両側の第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂで第２のトーションバースプリング２２０に振動を与えることで、可動枠１４０を第２のトーションバースプリング２２０の軸周りに回転させてミラー部１０を回転させる。ここで、第１のトーションバースプリング１２０の軸周りの第１の回転方向と第２のトーションバースプリング２２０の軸周りの第２の回転方向の振動モードの固有周波数を異ならせておき、それぞれの周波数で第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂと第２の駆動梁２２０ａ，２２０ｂを駆動することで、ミラー部１０を２軸方向に回転（回動）させることができる。
【００４４】
このような２軸駆動の構成においても、ミラー部１０の第１のトーションバースプリング１２０、第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂ、可動枠１４０の表面上、更には第２のトーションバースプリング２２０、第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂ、固定ベース２４０の表面に、先の実施例１のように熱伝導部材を形成することで、偏向ミラーの特性変動を抑制することが可能になる。さらには、先の実施例２乃至５を適用することで、偏向ミラーの特性変動を更に抑制することが可能になる。なお、熱伝導部材は、第１のトーションバースプリング１２０及び第２のトーションバースプリング２２０の表面上だけに形成するようにしてもよい。
【実施例７】
【００４５】
本実施例は、実施例１〜５の１軸方向に光を偏向する光偏向器を用いて画像形成装置の光書き込みユニットとしての特性の安定した光走査装置を提供するものである。
【００４６】
図１２に本実施例の光走査装置の全体構成図、図１３に該光走査装置に用いる光偏向器と駆動手段の接続図を示す。
【００４７】
図１２において、レーザ素子１０２０からのレーザ光は、コリメータレンズ系１０２１を経た後、光偏向器１０２２により偏向される。この光偏向器１０２２として、実施例１〜５のいずれかの構成の光偏向器が用いられる。光偏向器１０２２で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ１０２３ａと第二レンズ１０２３ｂ、反射ミラー１０２３ｃからなる走査光学系１０２３を経て感光ドラム等のビーム走査面１０２２に照射される。
【００４８】
図１３に示すように、光偏向器１０２２は駆動手段１０２４と電気的に連結されている。この駆動手段１０２４が、光偏向器１０２２の下部電極と上部電極間に駆動電圧を印加する。これにより、光偏向器１０２２のミラー部が回転してレーザ光が偏向され、ビーム走査面１０２２上が光走査される。
【００４９】
このように、本発明の光偏向器を利用した光走査装置は写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込ユニットの構成部材として最適である。
【実施例８】
【００５０】
本実施例は、実施例７の光走査装置を光書込みユニットの構成部材として実装した特性の安定した画像形成装置を提供するものである。
【００５１】
図１４に本実施例の画像形成装置の一例の全体構成図を示す。図１４において、１００１が光書込みユニットであり、レーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。１００２は光書込みユニット１００１による走査対象としての被走査面を提供する像担持体としての感光体ドラムである。
【００５２】
光書込みユニット１００１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで感光体ドラム１００２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査する。感光体ドラム１００２は矢印１００３方向に回転駆動され、帯電手段１００４により帯電された表面に、光書込みユニット１００１により光走査されることによって、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像手段１００５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段１００６で記録紙１００７に転写される。転写されたトナー像は定着手段１００８によって記録紙１００７に定着される。感光体ドラム１００２の転写手段１００６対向部を通過した感光体ドラムの表面部分はクリーニング部１００９で残留トナーを除去される。
【００５３】
なお、感光体ドラム１００２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、この転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成とすることも可能である。
【００５４】
光書込みユニット１００１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームを発するレーザ素子としての光源部１０２０と、レーザビームを変調する光源駆動手段１５００と、これまで説明した本発明の１軸方向にレーザビームを偏向する光偏向器１０２２と、この光偏向器１０２２のミラー基板のミラー面に光源部１０２０からの、記録信号によって変調されたレーザビーム（光ビーム）を結像させるための結像光学系１０２１と、ミラー面で反射・偏向された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム１００２の表面（被走査面）に結像させるための手段である走査光学系１０２３などから構成される。光偏向器１０２２は、その駆動のための集積回路（駆動手段）１０２４とともに回路基板１０２５に実装された形で光書込みユニット１００１に組み込まれている。
【００５５】
光偏向器１０２２は、従来の回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。また、光偏向器１０２２のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。さらに、光偏向器１０２２は、回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって画像形成装置の小型化に有利である。そして、光偏向器１０２２の特性の変動が抑制されていることで、特性が安定した画像形成装置を提供することができる。
【００５６】
なお、記録紙１００７の搬送機構、感光体ドラム１００２の駆動機構、現像手段１００５、転写手段１００６などの制御手段、光源部１０２０の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図１４では省略されている。
【実施例９】
【００５７】
本実施例は、実施例６のような２軸方向に光を偏向する光偏向器を実装した特性が安定した画像投影装置を提供するものである。
【００５８】
図１５に本実施例の画像投影装置の全体構成図を示す。図１５において、筐体２０００に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる３波長のレーザ光を出射するレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂが取り付けられ、これらレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂの出射端近傍には、該レーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂからの出射光を略平行光に集光する集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−，００２−Ｂが配置されている。集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−，００２−Ｂで略平行になったＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は、ミラー２００３やハーフミラー２００４を経て、合成プリズム２００５によって合成され、光偏向器２００６のミラー面に入射される。光偏向器２００６には、実施例７や８のような２軸方向に光を偏向する構成の光偏向器（二次元反射角度可変ミラー）が使用される。光偏向器２００６のミラー面に入射した合成レーザ光は、光偏向器２００６によって二次元偏向走査されて投影面に投射され、画像を投影する。
【００５９】
図１６は、本実施例の画像投影装置の制御系も含めた概略構成図である。なお、図１６では、３波長のレーザ光源や集光レンズは一つにまとめて示し、また、ミラー、ハーフミラー、合成プリズムは省略してある。
【００６０】
画像情報に応じて画像生成部２０１１で画像信号を生成し、この画像信号が変調器２０１２を介して光源駆動回路２０１３に送られると共に、スキャナ駆動回路２０１４に画像同期信号が送られる。スキャナ駆動回路２０１４は、画像同期信号に応じて駆動信号を光偏向器２００６に与える。この駆動信号によって、光偏向器２００６のミラー部１０は、直交した２つの方向に所定角度（例えば１０deg程度）の振幅で共振振動し、入射したレーザ光が二次元偏向走査される。一方、レーザ光源２００１から出射されるレーザ光は、光源駆動回路２０１３により、光偏向器２００６の二次元偏向走査のタイミングに合わせて強度変調されており、これによって、投影面２００７に二次元の画像情報が投影される。強度変調はパルス幅を変調してもよいし、振幅を変調してもよい。変調器２０１２は画像信号をパルス幅変調あるいは振幅変調し、この変調された信号を光源駆動回路２０１３によりレーザ光源２００１を駆動できる電流に変調してレーザ光源２００１を駆動する。
【００６１】
ここで、光偏向手段には、ポリゴンミラーなどの回転走査ミラーを使用することもできるが、本発明の実施例６の構成の光偏向器（二次元反射角度可変ミラー）２００６は、回転走査ミラーに比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像投影装置の省電力に有利である。また、光偏向器２００６のミラー基板の振動時の風切り音は回転走査ミラーに比べて小さいため、画像投影装置の静粛性の改善に有利である。さらに光偏向器２００６は、回転走査ミラーに比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって、画像投影装置の小型化に有利である。そして、光偏向器２００６の特性の変動が抑制されていることで、特性が安定した画像投影装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ ミラー部
２０ トーションバースプリング（弾性支持部材）
３０ 固定ベース
４０ 高熱伝導部材
５０ 遮光部材
６０ 分離部
７０ 低熱伝導部材
１２０ 第１のトーションバースプリング
１３０ａ，１３０ｂ 第１の駆動梁
１４０ 可動枠
２２０ 第２のトーションバースプリング
２３０ａ，２３０ｂ 第２の駆動梁
２４０ 固定ベース
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特許第４３３７８６２号公報
【特許文献２】特開２００９−０３１５３６号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を前記固定ベースに対して揺動可能に支持する弾性支持部材とを有し、前記弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記ミラー部を回転振動させる光偏向器において、
前記弾性支持部材の表面上に、該弾性支持部材を形成する母材よりも熱伝導率の高い高熱熱伝導部材が積層させていることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記弾性支持部材の表面上に加えて、前記固定ベースの表面上にも前記高熱伝導部材が延長して積層されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記ミラー部の反射面には反射膜が形成され、該反射膜は前記高熱伝導部材で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記ミラー部の反射面に形成された高熱伝導部材と前記弾性支持部材の表面に形成された高熱伝導部材とは分離されていることを特徴とする請求項３に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記反射面の光ビーム有効範囲領域以外には遮光部材が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記弾性支持部材を形成する母材と前記高熱伝導部材との間に、該高熱伝導部材より熱伝導率の低い低熱伝導部材が更に積層されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記弾性支持部材及び前記固定ベースを形成する母材と前記高熱伝導部材との間に、該高熱伝導部材より熱伝導率の低い低熱伝導部材が更に積層されていることを特徴する請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記固定ベース上の低熱伝導部材は、前記弾性支持部材上の低熱伝導部材よりも薄く形成されていることを特徴する請求項７に記載の光偏向器。
【請求項９】
前記ミラー部、前記弾性支持部材及び前記固定ベースの母材はＳｉ、前記高熱伝導部材はＡｌ、ＡｕもしくはＡｇであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項１０】
前記ミラー部、前記弾性支持部材及び前記固定ベースの母材はＳｉ、前記高熱伝導部材はＡｌ、ＡｕもしくはＡｇ、前記低熱伝導部材はＳｉＯ２であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項１１】
可動枠と、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を前記可動枠に対して揺動可能に支持する第１の弾性支持部材とを有し、
さらに、固定ベースと、前記第１の弾性支持部材と直交して、前記可動枠を前記固定ベースに対して揺動可能に支持する第２の弾性支持部材とを有し、
前記第１の弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記ミラー部を第１の方向に回転振動させ、前記第２の弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記可動枠を回転振動させて、前記ミラー部を第２の方向に回転振動させる光偏向器において、
前記第１及び第２の弾性支持部材の表面上に、これら弾性支持部材を形成する母材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材が積層されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項１２】
前記第１及び第２の弾性支持部材の表面上に加えて、前記可動枠及び前記固定ベースの表面上にも前記高熱伝導部材が延長して積層されていることを特徴とする請求項１１に記載の光偏向器。
【請求項１３】
光源と、光源からの光ビームを偏向させる請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光偏向器と、偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙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。
【請求項１５】
光源と、前記光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する変調器と、前記光ビームを略平行光とするコリメート光学系と、前記略平行光とされた光ビームを偏向して投影面に投射する請求項１乃至１２のいずれか１項記載の光偏向器とを有することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１】
固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を前記固定ベースに対して揺動可能に支持する弾性支持部材とを有し、前記弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記ミラー部を回転振動させる光偏向器において、
前記弾性支持部材の表面上に、該弾性支持部材を形成する母材よりも熱伝導率の高い高熱熱伝導部材が積層させていることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記弾性支持部材の表面上に加えて、前記固定ベースの表面上にも前記高熱伝導部材が延長して積層されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記ミラー部の反射面には反射膜が形成され、該反射膜は前記高熱伝導部材で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記ミラー部の反射面に形成された高熱伝導部材と前記弾性支持部材の表面に形成された高熱伝導部材とは分離されていることを特徴とする請求項３に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記反射面の光ビーム有効範囲領域以外には遮光部材が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記弾性支持部材を形成する母材と前記高熱伝導部材との間に、該高熱伝導部材より熱伝導率の低い低熱伝導部材が更に積層されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記弾性支持部材及び前記固定ベースを形成する母材と前記高熱伝導部材との間に、該高熱伝導部材より熱伝導率の低い低熱伝導部材が更に積層されていることを特徴する請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記固定ベース上の低熱伝導部材は、前記弾性支持部材上の低熱伝導部材よりも薄く形成されていることを特徴する請求項７に記載の光偏向器。
【請求項９】
前記ミラー部、前記弾性支持部材及び前記固定ベースの母材はＳｉ、前記高熱伝導部材はＡｌ、ＡｕもしくはＡｇであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項１０】
前記ミラー部、前記弾性支持部材及び前記固定ベースの母材はＳｉ、前記高熱伝導部材はＡｌ、ＡｕもしくはＡｇ、前記低熱伝導部材はＳｉＯ２であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項１１】
可動枠と、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を前記可動枠に対して揺動可能に支持する第１の弾性支持部材とを有し、
さらに、固定ベースと、前記第１の弾性支持部材と直交して、前記可動枠を前記固定ベースに対して揺動可能に支持する第２の弾性支持部材とを有し、
前記第１の弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記ミラー部を第１の方向に回転振動させ、前記第２の弾性支持部材に捻りを発生させることで、前記可動枠を回転振動させて、前記ミラー部を第２の方向に回転振動させる光偏向器において、
前記第１及び第２の弾性支持部材の表面上に、これら弾性支持部材を形成する母材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材が積層されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項１２】
前記第１及び第２の弾性支持部材の表面上に加えて、前記可動枠及び前記固定ベースの表面上にも前記高熱伝導部材が延長して積層されていることを特徴とする請求項１１に記載の光偏向器。
【請求項１３】
光源と、光源からの光ビームを偏向させる請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光偏向器と、偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙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。
【請求項１５】
光源と、前記光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する変調器と、前記光ビームを略平行光とするコリメート光学系と、前記略平行光とされた光ビームを偏向して投影面に投射する請求項１乃至１２のいずれか１項記載の光偏向器とを有することを特徴とする画像投影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−９３４３１（Ｐ２０１２−９３４３１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８６３４（Ｐ２０１０−２３８６３４）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]