JP5493240B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関する。

従来の電子写真方式の画像形成装置に用いる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るが、より高解像度な画像と高速プリントを達成するには、これらの回転をさらに高速にしなければならず、軸受の耐久性や風損による発熱、騒音が問題となり、高速走査には限界がある。
これに対し、近年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すすめられており、特許文献１、２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を一体形成した技術が提案されている。
この方式によれば、ミラー面サイズが小さく小型化できるうえ、共振を利用して往復振動させるので、高速動作が可能であるにもかかわらず、低騒音で消費電力が低いという利点がある。さらに可動部の質量も小さくて済むので、振動に起因するバンディングも低く抑えられる。

特許文献３、４にはポリゴンミラーの代わりに振動ミラーを配備した例が開示されている。
しかしながら、これらの振動ミラーを用いて複数の感光体ドラムに記録した各色画像を重ね合わせカラー画像を形成する“タンデム方式”に対応した光走査装置を構成するには、画像形成ステーション毎に振動ミラーが必要となる。
そして、各振動ミラーは、各々個別に駆動されるため、共振周波数が揃わないと走査ラインのピッチが均一にならず、副走査方向の書始めから書終わりにかけて徐々に走査ラインの位置が揃わなくなり、また、各々の振幅中心が合っていないと、主走査方向に沿った各領域での倍率、言いかえれば、ドット間隔の疎密が変化して、重ね合わされた各色画像同士のレジストずれや濃度むらとなって色ずれや色変わりを発生し、画像品質を劣化させる。

従来、ポリゴンミラーを用いた光走査装置においては、上記のようなレジストずれは、特許文献５、６に開示されるように、転写体に記録された検出パターンにより装置の立上げ時やジョブ間等で定期的に検出し、レジストずれについては、ポリゴンミラー１面おきに書き出しのタイミングを合わせることにより、先頭ラインの位置を可変して補正がなされるが、単に、ポリゴンミラーを置き換えるだけでは上記したように、補正を行うまでもなく色ずれや色変わりを低減することはできない。
一方、複数の振動ミラーの配置を保持した例として特許文献７には、単一の基体にミラー面の向きを揃えて一体支持し、共振周波数から外した帯域に共通の走査周波数を設定して駆動する方法が開示されている。
特許第２９２４２００号 特許第３０１１１４４号 特許第３４４５６９１号 特許第３５４３４７３号 特公平７−１９０８４号公報 特許第３０４９６０６号 特開２００２−２５８１８３公報

前記したように、既存の技術では、振動ミラーを“タンデム方式”に対応した光走査装置に適用するには、単に、ポリゴンミラーを置き換えるだけでは、色ずれや色変わりを低減することはできないという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、被走査面における走査位置を安定的に保持し、複数の可動ミラーを組み合わせる際に、各々の配置精度が良好に保たれ、高品位な画像形成が行えるようにすることである。

請求項１に記載の発明は、第一の光源と、第二の光源と、光偏向装置と、前記第一の光源に対応する第一の走査レンズと、前記第二の光源に対応する第二の走査レンズと、ハウジングと、を有する光走査装置であって、前記光偏向装置は、第一の回転軸によって回転可能に支持されて、前記第一の光源からの第一の光ビームを第一の方向へ偏向し、前記第一の走査レンズを介して第一の被走査領域を走査する第一の偏向器としての第一の可動ミラーと、第二の回転軸によって回転可能に支持されて、前記第二の光源からの第二の光ビームを第二の方向へ偏向し、前記第二の走査レンズを介して第二の被走査領域を走査する第二の偏向器としての第二の可動ミラーと、前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーとに周期的に回転トルクを印加して往復振動せしめる回動手段と、前記回動手段を制御する駆動回路と、前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーと前記回動手段とを一体的に支持する支持部材と、前記駆動回路と前記支持部材とが設けられた回路基板と、を有し、前記支持部材は、前記回路基板面に対して垂直、且つ前記第一の可動ミラーのミラー面の基準となる向きを決定する第一の取付基準面と、前記回路基板面に対して垂直、且つ前記第二の可動ミラーのミラー面の基準となる向きを決定する第二の取付基準面と、を有すると共に、前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーとを前記回路基板面から所定高さ位置において支持する部材であり、前記第一の回転軸と前記第二の回転軸は共に前記回路基板面に対して垂直であり、前記回路基板面において前記第一の回転軸と前記第二の回転軸の取付位置が線対称となる対称軸を仮定したとき、前記第一の可動ミラーは前記対称軸に向かう前記第一の光ビームを前記対称軸から離反する前記第一の方向に偏向する偏向器であり、前記第二の可動ミラーは前記対称軸に向かう前記第二の光ビームを前記対称軸から離反する前記第二の方向に偏向する偏向器であり、前記回路基板面において、前記第一の取付基準面の延長線と前記第二の取付基準面の延長線と前記対称軸が１点で交差し、この交点を、前記光偏向装置を位置決めする位置決め基準とし、前記位置決め基準に基づいて、前記第一の光ビームと前記第一の走査レンズの光軸との交点に前記第一の可動ミラーのミラー面が配置され、前記第二の光ビームと前記第二の走査レンズの光軸との交点に前記第二の可動ミラーのミラー面が配置されるように、前記光偏向装置を前記ハウジングに取り付けたことを特徴とする光走査装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記駆動回路は、前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーを共通の走査周波数で往復振動することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記駆動回路は、前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーを往復振動する走査周波数の位相を可変としていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光走査装置において、前記前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーの振幅を検出する振幅検出手段を備え、前記駆動回路は、少なくとも前記検出の結果に基づいて前記回転トルクを制御することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光走査装置において、前記振幅検出手段は、前記可動ミラーで偏向された光ビームを検出するビーム検出手段を備えていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光走査装置において、前記第一の回転軸を、前記第一の可動ミラーと共通とする第三の可動ミラーと、前記第二の回転軸を、前記第二の可動ミラーと共通とする第四の可動ミラーと、を有することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光走査装置において、前記第一の可動ミラーと第三の可動ミラーは、前記前記第一の回転軸であるねじり梁により連結して一体的に形成され、前記第二の可動ミラーと第四の可動ミラーは、前記前記第二の回転軸であるねじり梁により連結して一体的に形成されていることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、感光体を走査する光走査装置として請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光走査装置を備えていることを特徴とする画像形成装置である。

本発明の光走査装置が備える光偏向装置によれば、回動手段を制御するための信号線の這い回しがない上、可動ミラーの偏向点及び振幅の中心位置を光源装置や偏向された光ビームを被走査面に結像する結像光学系に対して確実に位置決めすることができるので、被走査面における走査位置を安定的に保持し、複数の可動ミラーを組み合わせる際に、各々の配置精度が良好に保たれ、高品位な画像形成が行える。また、駆動回路を一体化しておくことで、可動ミラー固有の振動特性にあった回路定数の設定をあらかじめモジュール単位で行えるので、可動ミラーを交換しても被走査面における走査位置は交換前と同じ状態に再現でき、可動ミラー間の走査位置の配置精度を維持することができる。
また本発明の光走査装置によれば、上記光偏向装置を備えたことで、被走査面における走査速度が均一化でき、ドット間隔の疎密がない良好な画像形成を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本実施形態の光走査装置の斜視図であり、本光走査装置は電子写真方式の画像形成装置に搭載される。これは、４ステーションを走査する光走査装置の例で、２ステーションずつ２分し、単一のポリゴンミラーの対向する側からビームを入射して、相反する方向に偏向、走査する対向走査方式を示す。
４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は用紙などの転写体の移動方向１０５に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写して重ね合わせることでカラー画像を形成する。
各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を走査する光走査装置は一体的に構成され、光偏向装置である振動ミラーモジュール１０６により光ビームを走査する。
振動ミラーモジュール１０６は光走査装置の中央部に配置され、副走査方向に所定間隔をもって連結した２段の可動ミラー４４１を一対備え、各ミラー面同士が６０°の角度となるよう配備される。

光源ユニット１０７、１１０は射出位置が光源ユニット１０８、１０９の射出位置よりも可動ミラー４４１の上下間隔分だけずれるように、また、光源ユニット１０７、１０８からの光ビーム２０１、２０２と、光源ユニット１０９、１１０からの光ビーム２０３、２０４とが相反する方向に偏向されるよう振動ミラーモジュール１０６に対して対称に配備され、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各々に対応した感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４上に、各可動ミラー４４１の振幅の位相を合わせて走査方向が揃うように同時に画像を書き込んでいく。
各光源ユニット１０７、１０８、１０９、１１０は半導体レーザを一対配備し、副走査方向に記録密度に応じて１ラインピッチ分ずらして走査することにより、２ラインずつ同時に走査するようにしている。
各光源ユニット１０７、１０８、１０９、１１０からのビーム２０１、２０２、２０３、２０４は、各可動ミラー４４１の法線に対し主走査方向での入射角が各々３０°となるように、光源ユニット１０８、１０９からの光ビーム２０２、２０３はミラー１１１、１１２によって折り返され、直接可動ミラー４４１へと向かう光源ユニット１０７と１１０からの光ビーム２０１、２０４の光路と主走査方向を揃えて各可動ミラー４４１に各々水平に入射される。
尚、従来のポリゴンミラーを用いた光走査装置で行っているように、各可動ミラー４４１のミラー面に対し正面から入射させても、また、副走査方向に所定の角度をつけて入射させてもよい。

シリンダレンズ１１３、１１４、１１５、１１６は、一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、ポリゴンミラー１０６の偏向点までの光路長が等しくなるように配備してあり、各光ビーム２０１、２０２、２０３、２０４は偏向面で主走査方向に線状となるように収束され、後述するトロイダルレンズ１２２、１２３、１２４、１２５との組み合わせで、偏向点と感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４面上とが副走査方向に共役関係とすることで面倒れ補正光学系をなす。ｆθレンズ１２０、１２１は可動ミラー４４１の上下間隔分だけずれるように２層に一体成形又は接合され、各々、主走査方向には振動ミラーモジュール１０６の振動ミラーの正弦波振動に対応してｆ・ａｒｃｓｉｎ特性をもつようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、振動ミラーモジュール１０６の振動ミラーの回転に伴って感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４面上でビーム２０１、２０２、２０３、２０４が略等速に移動するようにするとともに、ビーム２０１、２０２、２０３、２０４毎に配備されるトロイダルレンズ１２２、１２３、１２４、１２５により各ビーム２０１、２０２、２０３、２０４を感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。

本例では、各色ステーションの振動ミラーモジュール１０６の振動ミラーを、回転軸が主走査方向における画像中央と一致するように配置し、この振動ミラーから感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４面に至る各々の光路長が一致し、等間隔で配列された各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４に対する入射位置、入射角が等しくなるように、１ステーションあたり３枚ずつ、の折り返しミラーが配置される。
これを色ステーション毎に光路を追って説明すると、光源ユニット１０７からのビーム２０１は、シリンダレンズ１１３を介し、可動ミラー４４１の上段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の上層を通過し、折り返しミラー１２６で反射されてトロイダルレンズ１２２を通過し、折り返しミラー１２７、１２８で反射されて感光体ドラム１０３に導かれ、第３のステーションとしてシアン画像を形成する。
光源ユニット１０８からのビーム２０２は、シリンダレンズ１１４を介して、入射ミラー１１１で反射され可動ミラー４４１の下段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の下層を通過し、折り返しミラー１２９で反射されてトロイダルレンズ１２３を通過し、折り返しミラー１３０、１３１で反射されて感光体ドラム１０４に導かれ、第４のステーションとしてブラック画像を形成する。

振動ミラーモジュール１０６に対して対称に配備されたステーションについても同様で、光源ユニット１０９からのビーム２０３は、入射ミラー１１２を介して可動ミラー１１８の下段で偏向され、折り返しミラー１３２、１３３、１３４で反射されて感光体ドラム１０１に導かれ、第１のステーションとしてイエロー画像を、また、光源ユニット１１０からのビーム２０４は、可動ミラー１１８の上段で偏向され、折り返しミラー１３５、１３６、１３７で反射されて感光体ドラム１０２に導かれ、第２のステーションとしてマゼンタ画像を形成する。これらの構成部品は図示しない単一のハウジングに一体的に保持される。
転写ベルト１０５の出口側のローラ部分には、各ステーションで形成され重ね合わされた各色画像の重ね合わせ精度を検出するための検出手段が配備される。この検出手段は転写ベルト１０５上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることで、主走査レジスト、副走査レジストを基準となるステーションからのずれとして検出し、定期的に補正制御が行なわれる。
具体的には、検出手段は照明用のＬＥＤ素子１５４、反射光を受光するフォトセンサ１５５及び一対の集光レンズ１５６とからなり、画像の左右両端と中央の３ヵ所に配備され、転写ベルトの移動に応じて基準色であるブラックとの検出時間差を読み取っていく。

図９は、検出パターンの一例の平面図を示すもので、紙面上下方向が主走査方向に相当し、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に形成した走査方向に平行なラインと副走査に４５°傾けたライン群で構成され、ブラックとの検出時間差ｔｙｋ、ｔｍｋ、ｔｃｋの理論値との差より各色の副走査レジストを、また、検出時間差ｔｋ、ｔｃ、ｔｍ、ｔｙの理論値との差より主走査レジストのずれを求めることができる。そして、主走査レジストについては各ラインの書き出しのタイミングで合わせ、副走査レジストについては、図１４に示すようにレジストずれＤに対し、可動ミラー４４１の１周期単位、つまりｎビーム光源であれば２ｎラインピッチを単位として副走査方向における書き出しタイミングを合わせる。尚、２ｎラインピッチ以下の余分Ｄについては、後述するように各可動ミラー４４１の振幅位相を調節することで補正できる。

一方、主走査倍率については可動ミラー４４１の振幅補正と合わせて行っており、同期検知センサ６０４、終端検知センサ６０５（図５）により走査ビームを検出し、振れ角の変動を検出して印加するゲインを調整することで、振れ角を可変し補正している。
また、走査線の傾きについては図１３に示すようにトロイダルレンズ２１１を光軸に直行する平面内で回転することにより基準となるステーションに平行となるよう揃えられる。トロイダルレンズ２１１にはレンズ部を囲うように枠部２１２が設けられ、主走査方向の中央を位置決めする突起２１３が一体的に形成されている。ハウジング底面には主走査方向の一端を副走査方向に突き当てて支持する固定支持部３０４、中央部で上記突起２１３に係合する位置決め部２１５が配備され、もう一端は円筒部材２１６とテーパーねじ２１７とにより構成される可動支持部によって支持され、板ばね２１８により押圧固定される。テーパーねじ２１７を送ると円筒部材２１６が上下しトロイダルレンズ２１１の傾きが可変できる。従って、その焦線も傾くので走査線の傾きも変えられる。

図１中、符号１４１、１４２は各々後述する同期検知センサ６０４、終端検知センサ６０５（図５）を実装する基板で、対向する２ステーションで１組設けられ、走査領域の前側および後側でビームを検出する。
図２は、本例の光走査装置に用いる振動ミラーモジュール１０６の詳細図である。本例では、可動ミラー４４１の回転トルクを印可する手段として電磁駆動方式の例を説明する。
図示するように可動ミラー４４１は２段に形成され、３箇所のアンカー部（固定部）４４３、その間を結ぶ回転軸となるねじり梁４４２を単一のＳｉ基板（この例では８０μｍ）によりエッチングにより外形を抜いて一体的に構成している。可動ミラー４４１は上記したように１対配備され、各反射面が所定角度（≦９０°）、本例で６０°の角度をもって配置するように、支持部材４４７の各立ち曲げ部４４８、４４９に形成した開口４５２から各々反射面を覗かせて、３箇所のアンカー部４４３を固定点４５１に接合して支持されている。回転軸となる各ねじり梁４４２は可動ミラー４４１が固定点４５１，４５１に接合支持された状態で、互いに平行に配置されている。

支持部材４４７の中央部には固定コア４４５を各反射面に対応して２段に重ねて保持するための樹脂製のコア保持部４５０が設けられ、各固定コア４４５は凹部にはめ込んで取り付けられる。こうして構成された支持部材４４７は回路基板４５３の所定位置に位置決めされ接合される。
回路基板４５３には鉄基板上に駆動用の制御ＩＣや水晶発振子等が実装され、コネクタ４５４を介して外部から電源が供給される。回路基板４５３は下面を基準面となし、図３に示す平面図のように各可動ミラー４４１面と対称軸との交点に配置された基準穴４５５、従基準穴４５６を位置決め基準（位置決め手段）として、図示しないハウジングに設置され、主走査方向における可動ミラー４４１の法線方向を合わせて、四隅の貫通穴４５７を介してねじ止め固定される。つまり、位置決め手段である基準穴４５５、従基準穴４５６は、可動ミラー４４１のミラー面の向きを位置決めしている。この場合、可動ミラー４４１は、各光源ユニット１０７〜１１０からのビーム２０１〜２０４を反射していることから基準穴４５５、従基準穴４５６は、各光源ユニット１０７〜１１０からの光軸線と走査レンズの光軸との交点に可動ミラー４４１の反射面がくるように位置決めしている。つまり、基準穴４５５、従基準穴４５６は、可動ミラー４４１の回転軸に直交する面内における可動ミラー４４１の回転軸の位置と、可動ミラー４４１の当接面からの高さ位置を夫々位置決めしている。
可動ミラー４４１の反射面の裏側中央には円筒形状の永久磁石４４４が各々接合され、Ｃ字上に形成された固定コア４４５のギャップ４５１の中間に配置するよう各々支持部材４４７により位置決めされており、ギャップを挟む両端部が所定の隙間を有して主走査方向に対向するようにしている。

尚、本例では、相反する方向に光ビームを走査する各可動ミラー４４１の上段、下段に対向する固定コア４４３を各々一体的に形成しており、固定コア４４３の中央部に巻きつけられたコイル４４６に通電することで上記ギャップ間に磁束を発生させ、可動ミラー４４１に固定した永久磁石の姿勢が変化し、ねじり梁を回転軸とした回転トルクが働いて、ねじり梁をねじって可動ミラー４４１が傾く。
従って、コイル４４６に交流電流を流せば磁束の方向が時間的に変化し、可動ミラーは往復振動する。そして、可動ミラー４４１固有の機械的な共振周波数に合わせた周波数での電圧をコイル４４６に印加すれば、可動ミラー４４１は励振され大きな振れ角を得ることができる。
この際、各々の磁束の方向が同一であるため、各可動ミラー４４１は一方が右回りに回転すれば、もう一方は左回りというように位相が１８０°ずれた状態で振幅し、対向する方向にビームを走査しても走査方向を同一とすることができる。
尚、各可動ミラー４４１の振幅位相を自在に制御するには、図４に示すように、可動ミラー４４１の反射面の裏側中央にコイル４５４を各々接合し、固定側を永久磁石４４６とすれば同様に構成できる。可動ミラー４４１はＳｉ基板で形成されるので、金属薄膜のパターンニングにより可動ミラー４４１の裏面にコイル４４６を形成してもよい。支持方法は上記例と同様に構成できるため、ここでは説明を省略する。

図８は、駆動周波数に対する振れ角の特性を示すグラフであるが、駆動周波数を共振周波数に一致させれば最も振れ角が大きくとれるが、共振周波数付近においては急峻に振れ角が変化する特性を有することがわかる。
従って、初期的には可動ミラー４４１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設定することができるが、温度変化等で共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまうことで経時的な安定性に乏しいという課題がある。
従来、共振周波数の変化に追従するように駆動周波数を制御する例が提案されているが、複数の可動ミラー４４１を有する場合には、各々に固有の共振振動数がばらついてしまい上記した問題が発生するため、個別の駆動周波数では駆動できない。
そこで、本例では、駆動周波数を可動ミラーと４４１ねじり梁からなる振動部固有の共振周波数近傍で、比較的振れ角変化の少ない、共振周波数から外れた周波数帯域に設定しており、共振周波数２ｋＨｚに対し駆動周波数は２．５ｋＨｚとし、振れ角は印加電圧のゲイン調整により±２５°に合わせている。この際、振動ミラー４４１の加工誤差による共振振動数のばらつき（本例では３００Ｈｚ）、温度による共振周波数の変動（本例では３Ｈｚ）があっても、駆動周波数がいずれの共振周波数にもかからないような周波数帯域に設定することが望ましく、共振周波数２ｋＨｚであれば２．３０３Ｈｚ以上とすればよい。

図７は、光源ユニット１０７、１０８、１０９、１１０の斜視図である。全ての光源ユニット１０７、１０８、１０９、１１０は同一構成であり、ここでは光源ユニット１０７について説明する。
光源となる半導体レーザ３０１、３０２及びカップリングレンズ３０３、３０４は、色走査手段毎に半導体レーザ３０１、３０２の各々の光ビームの射出軸に対して主走査方向に対称に配備され、半導体レーザ３０１、３０２はパッケージの外周を嵌合して各々ベース部材３０５、３０６に裏側より圧入され、ホルダ部材３０７の裏面に、各々３点を表側から貫通したねじを螺合して当接させて保持し、カップリングレンズ３０３、３０４はホルダ部材３０７に相反する方向に開くよう形成したＶ溝部３０８、３０９に外周を突き当て、板ばね３１０、３１１により内側に寄せてねじ固定される。この際、半導体レーザ３０１、３０２の発光点がカップリングレンズ３０３、３０４の光軸上になるようベース部材３０５、３０６のホルダ部材３０７との当接面（半導体レーザ３０１、３０２からの各々の光ビームの光軸に直交する面）上での配置を、また、カップリングレンズ３０３、３０４からの射出光が平行光束となるようＶ溝部３０８、３０９とカップリングレンズ３０３、３０４の外周とを調整することにより、各カップリングレンズの光軸上での位置を調節して固定している。

各々の射出光の光軸は射出軸Ｃに対して互いに交差する方向となるよう傾けられ、本例ではこの交差位置をポリゴンミラー反射面の近傍となるように支持部材の傾斜を設定している。
駆動回路が形成されたプリント基板３１２は、ホルダ部材３０７に立設した台座にネジ固定により装着し、各半導体レーザ３０１、３０２のリード端子をスルーホールに挿入してハンダ付けすることで光源ユニット１０７が一体的に構成される。
光源ユニット１０７は、ハウジングの壁面に高さを異ならしめて形成した係合穴にホルダ部材３０７の円筒部３１３を挿入して位置決めし、当接面３１４を突き当ててネジ止めされる。この際、円筒部３１３を基準として傾け量γを調整することで、ビームスポット間隔を記録密度に応じた走査ラインピッチＰに合わせることができる。

図５は、プリント基板３１２に形成された半導体レーザ３０１、３０２の駆動回路、及び基板４５３に形成された可動ミラー４４１の駆動回路を示すブロック図である。
図５において、画像データは、振動ミラーモジュール１０６毎にビットマップメモリ６１１に保存され、半導体レーザ３０１、３０２（ＬＤ）毎にラスター展開がなされ、ラインデータとしてバッファ６１２に保存される。
保存されたラインデータは往走査では同期検知センサ６０４、復走査では終端検知センサ６０５により出力される各々同期検知信号をトリガとして読み出され画像記録が行われるが、この際、往走査と復走査とでデータ順を反転して、つまり、入力されたデータが先頭から出力されるバッファと末尾から出力されるバッファとを配備し、交互に切り換えて読み出される。

駆動パルス生成部６０１は、基準クロックをプログラマブル分周器で分周し、上記したように可動ミラー４４１の振幅に合わせたタイミングで電圧パルスが印加されるようパルス列を生成し、ＰＬＬ回路によって図１７に示すように各振動ミラーモジュール１０６間に所定の位相遅れδを持たせて、各可動ミラー４４１の駆動部６０２に送られ、電極の各々に電圧が印加される。
ここで、可動ミラー間の相対的な位相遅れδを、１走査ラインピッチｐを用いて、
δ＝（１／ｆｄ）・｛（Δｙ／ｐ）−ｎ｝
（但し、ｎは“（Δｙ／ｐ）−ｎ＜１”を満足する自然数）
となるように与えれば、副走査方向のレジストずれは１走査ラインピッチの整数倍となり、可動ミラー４４１の１周期おきの書き出しタイミング補正、つまりｎライン周期分ずらして書き出すことにより、副走査方向のレジストずれΔｙを無効化することができ、色ずれのない高品位な画像が得られる。

前記したように、レジストずれは転写ベルトにトナーパッチを形成することで検出するが、この間、プリント動作は中断しなければならず、無駄なトナーを消費してしまう。従って、上記補正の頻度を削減し、その間のずれを、走査ビームを検出して補正することができる。
図１０に、そのための同期検知センサ６０４又は終端検知センサ６０５の検出部の詳細を示すが、主走査に垂直に配置したフォトダイオード８０１と非垂直なフォトダイオード８０２を有し、フォトダイオード８０１のエッジを光ビームが通過した際に同期検知信号、又は終端検知信号を発生し、フォトダイオード８０１からフォトダイオード８０２に至る時間差Δｔを計測することで、前記レジストずれの主要因である副走査方向の走査位置ずれΔｙを感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４上に相当する計測値として検出することができる。
Δｙセンサ部８０２の傾斜角γ、光ビームの走査速度Ｖを用いて、
Δｙ＝（Ｖ／ｔａｎγ）・Δｔ
で表され、Δｔが一定であれば、走査位置ずれが生じていないことになる。

本例では、この時間差を走査位置ずれ演算部６１０で監視することで走査位置ずれを検出し、Δｔ基準値に合うよう可動ミラー４４１間の位相に常にフィードバックして補正を行っている。
尚、同期検知センサ６０４、終端検知センサ６０５はプリント基板上３１２に配備され、検出面は感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４面に到達する光路長と概略等しい位置に配置されている。
振動ミラーユニット１０６には基本的に画像記録及びその準備期間以外は駆動電圧が印加されない。電源投入時及び待機状態から起動する際にはプログラマブル分周器で連続的に分周比を変えることで駆動周波数ｆｄを高周波側から可変して励振し、振幅検出部６１０からの出力、本例では同期検知センサ６０４、走査角−θ０となる近傍に配置された終端検知センサ６０５とでビームを検出し、この同期検知信号と終端検知信号との時間差Ｔを振幅演算部６０９で計測することで、可動ミラー４４１の最大振れ角（振幅θ０）を検出する。
いま、センサで検出される光ビームの走査角をθｄ、画像中央からの走査時間をｔ、可動ミラーの駆動周波数をｆｄとすると、
θｄ／θ０＝ｓｉｎ２π・ｆｄ・ｔ （但し、ｔ＝Ｔ／２）
で与えられる。
この時間差Ｔがあらかじめ定められた基準値Ｔ０に達するまで印加する電圧パルスのゲインを可変することによって振れ角を補正し、前記したように各振動ミラーモジュールの主走査倍率が一致するようにしている。

ところで、可動ミラーは共振振動されるため、ｓｉｎ波状に走査角θが変化する。一方、被走査面である感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４面では均一間隔で主走査ドットを印字する必要があり、上記した走査レンズの結像特性は単位走査角あたりの走査距離ｄＨ／ｄθがｓｉｎ（−１θ／θ０）に比例するように、つまり、画像中央で遅く周辺に行くに従って加速度的に速くなるように光線の向きを補正しなければならず、中央部から周辺部にかけて結像点を遠ざけるようにパワー配分された走査レンズが必要となるが、本例では、時間に対して走査角θが比較的リニアに変化する領域、図１１に示すように最大振れ角（振幅θ０）の約１／２を画像書込に用い、有効走査領域θｓの振幅θ０に対する比（有効走査率）が５０％以下となるようにすることで、従来のｆθレンズを用い、画像上、主走査ドット間隔の不均一による濃度むらを目立たないようにするため、図６に示すように、正弦波振動に伴う走査速度の変化に対抗して各画素に対応する位相が書込開始から書込終端にかけて進んだ状態から段階的に遅れるようにし、また、各画素のパルス幅が書込開始から画像中央にかけては長い状態から段階的に短くなるように、画像中央から書込終端にかけては長くなるように、可変した画素クロックｆｍをＬＤ駆動部６０６に与えることで、電気的な補正によって、各画素の主走査ドット間隔を均一化している。

図１８は、各走査ラインに対する画素ドットの構成の例を説明する図である。従来、一方向にのみ走査して画像形成を行う場合には、発光源の数ｎを増やして一括走査することにより高速化が可能であることが知られているが、可動ミラー４４１を用いる場合、往復での走査が可能なため、一方向にのみ走査では、復走査の期間が無駄になってしまう。
しかしながら、双方向走査で発光源の数を増やすと、図１９に示すようにジグザグの周期が大きくなってしまい、記録すべきラインに沿った位置にドットを形成できないため、濃度むらが著しくなり、高品位な画像形成ができないという問題がある。
これに対し、図１８に、本例における各記録ラインに対する画素データの構成を示すが、記録すべき１ラインに対応する画像情報を複数の発光源で分担して画像を記録することで、双方向走査でも濃度むらが目立たないようにしている。
感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４面における複数ビーム間のピッチは記録密度に対応したラインピッチＰの２倍に設定し、可動ミラーの往復走査毎に２ｎＰラインずつ飛ばして走査する。つまり、記録速度は１ビームで１方向のみ走査する従来の場合の２ｎ倍ということになる。

本例ではｎ＝２なので、主走査の画像領域の画素を１〜Ｌ１、Ｌ１＋１〜Ｌに２分割し、発光源＃１のビームによる往走査により１〜Ｌ１を、発光源＃２のビームによる１回前の復走査によりＬ１＋１〜Ｌを記録することで第１ラインを形成し、発光源＃２のビームによる１回前の復走査により１〜Ｌ１を、発光源＃１のビームによる往走査によりＬ１＋１〜Ｌを記録することで第２ラインを形成するというふうに、１ライン中で往走査と復走査を交互に用い破線で示す記録ラインのデータを各発光源の往復走査で記録する画素の一部として振り分け、への字状に画像が記録される。
従って、発光源＃１が記録するデータ構成を例にとると、往走査で、第１ラインの１〜Ｌ１、第２ラインのＬ１＋１〜Ｌ、折り返された後、復走査で、第３ラインのＬ〜Ｌ１＋１、第４ラインのＬ１〜１の順で画像記録を行っていく。
尚、このへの字状の凹凸は１ラインピッチ以下であるから目視上は判別できない。また、発光源はｎ＝２に限ったわけではなく、発光源数が増えても画像領域の分割数を増やせば同様に適用できる。

図１２は、前述の光走査装置を搭載した電子写真方式の画像形成装置の概略構成の説明図である。
図１２にしめすように感光体ドラム１０４（感光体ドラム１０１〜１０３も同様の構成であり、ここでは感光体ドラム１０４について説明する）の周囲には感光体ドラム１０４を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、前述の光走査装置（符号９００）により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ９０４、感光体ドラム１０４に残ったトナーを掻き取って備蓄するクリーニングケース９０５が配置される。感光体ドラム１０４へは前記したようにポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン、本例では５ライン同時に画像記録が行われる。
前記した画像形成ステーションは転写ベルト１０５の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト１０５上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。
一方、記録紙は給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により供給され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、転写ベルト１０５からトナー画像が転写されて、定着ローラ９１０で定着して排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１１に排出される。

図１５は、主走査領域を分割し、各々個別に振動ミラーモジュール２２１、２２２を配備して走査する構成例を示す。このように、画像を分割して記録し、繋ぎ合わせて１画像を形成することで、光路長が短縮でき、光学系が小型化できるという利点がある。本例では１ステーション分しか走査しないので、１つの可動ミラーを有する振動ミラーモジュールとしているが、上記した振動ミラーモジュールを用いて、４ステーションに展開することも可能である。
各振動ミラーモジュール２２１、２２２の可動ミラーは分割境界面２２５を対称軸として１２０°の角度をなすように配置され、光源ユニット２２６、２２７からの光ビームを同一方向に偏向する。
偏向された光ビームはｆθレンズ２２８、２２９を通り、折り返しミラー２３０で折り返されてトロイダルレンズ２３１、２３２に入射し、折り返しミラー２３３を介して感光体ドラム１０４の各領域を走査する。
尚、各構成部品は共通の基体２３４に支持され、各々の配置が保たれている。この際、各光走査手段間の走査ラインの繋ぎ目は、図１６に示すように前記した副走査レジストずれの補正と同様に可動ミラー間の振幅位相を調整することで補正できる。

以上説明したように、本実施形態の光偏向装置である振動ミラーモジュール１０６によれば、回動手段であるコイル４４６を制御するための信号線の這い回しがない上、可動ミラー４４１の偏向点及び振幅の中心位置を光源装置や偏向された光ビームを被走査面に結像する結像光学系に対して確実に位置決めすることができるので、被走査面における走査位置を安定的に保持し、複数の可動ミラー４４１を組み合わせる際に、各々の配置精度が良好に保たれ、高品位な画像形成が行える。また、駆動回路を一体化しておくことで、可動ミラー固有の振動特性にあった回路定数の設定をあらかじめモジュール単位で行えるので、可動ミラー４４１を交換しても被走査面における走査位置は交換前と同じ状態に再現でき、可動ミラー間の走査位置の配置精度を維持することができる。
また本実施形態の光走査装置は、振動ミラーモジュール１０６を備えたことで、被走査面における走査速度が均一化でき、ドット間隔の疎密がない良好な画像形成を行うことができる。

また本実施形態の光走査装置は、可動ミラー４４１は、複数設けられ、各々の回転軸が主走査方向と直行する方向に所定距離だけ離隔するように配置されていて、複数の光源である半導体レーザ３０１、３０２からの光ビームを各々相反する方向に偏向して、複数の被走査領域を走査するようにしたことで、１つの光偏向装置によって複数の走査領域を同時に走査でき、各々の可動ミラーの配置が安定的に維持できるので、各被走査面における走査線の配置精度が保たれ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。
また本実施形態の光走査装置は、各回転軸が互いに平行に配置され、複数の可動ミラーは、ミラー面同士が所定角度（≦９０°）で交わるよう構成したことで、各半導体レーザ３０１、３０２からの光ビームを折返しミラー等を介在させることなく、直接可動ミラーに入射させることができるので、回転軸上で確実に光ビームが偏向するようにでき、被走査面における走査速度が均一化でき、ドット間隔の疎密がない良好な画像形成を行うことができる。

また本実施形態の光走査装置は、可動ミラー４４１が複数設けられ、回転軸を共通としていて、そのミラー面が前記回転軸方向に所定距離だけ離隔していて、複数の半導体レーザ３０１、３０２からの光ビームを各々同一方向に偏向して、複数の被走査領域を走査することで、１つの光偏向装置によって複数の走査領域を同時に走査でき、各々の可動ミラー４４１の配置が安定的に維持できるので、各被走査面における走査線の配置精度が保たれ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。
また本実施形態の光走査装置は、複数の可動ミラー４４１が回転軸であるねじり梁により連結して一体的に形成されてなることにより、Ｓｉ基板等を用いて容易に形成でき、各々個別に形成するのに比べ、ミラー間の共振周波数の差も低減でき、可動ミラー４４１同士の法線方向も確実に一致できるので、各被走査面における走査線の配置精度が保たれ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。

また本実施形態の光走査装置は、各可動ミラー４４１を共通の走査周波数で往復振動することにより、各被走査面における副走査方向の走査線間隔を揃えることができ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。
また本実施形態の光走査装置は、各可動ミラー４４１を往復振動する走査周波数の位相を可変としてなることにより、各被走査面における走査位置を１走査ライン以下で調節できるので、副走査方向のレジストずれを確実に抑えられ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。
また本実施形態の光走査装置は、振動ミラーモジュール１０６と半導体レーザ３０１、３０２が共通の基体２３４に支持することで、被走査面における走査領域に対して、可動ミラーによる走査ビームの振幅範囲を安定的に保持できるので、主走査方向のレジストずれを確実に抑えられ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。

また本実施形態の光走査装置は、可動ミラーの振幅を検出し、この検出の結果に基づいて回転トルクを制御することで、温度変化等に伴う振幅の変動を検出し補正できるので、被走査面における走査領域、いわゆる主走査倍率が安定的に維持され、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。
また本実施形態の光走査装置は、可動ミラーで偏向された光ビームを検出することで、可動ミラーの振幅変動と合わせて、結像光学系の温度変化に伴う主走査倍率のずれを一括で補正でき、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。
また本実施形態の光走査装置を用いて画像形成装置を構成すれば、これまで説明したような効果を奏する画像形成装置を実現することができる。

本発明の一実施形態である光走査装置の斜視図である。 振動ミラーモジュールの分解斜視図である。 振動ミラーモジュールの構成を説明する平面図である。 振動ミラーモジュールの構成を説明する斜視図である。 駆動回路の回路図である。 電気的な補正によって各画素の主走査ドット間隔を均一化する手法の説明図である。 光源ユニットの斜視図である。 駆動周波数に対する振れ角の特性を示すグラフ図である。 検出パターンの一例の平面図である。 同期検知センサ又は終端検知センサの検出部の詳細を示す説明図である。 最大振れ角の約１／２を画像書込に用いる点についての説明図である。 本発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成の説明図である。 走査線の傾きについて説明する説明図である。 副走査レジストのずれの調整について説明する説明図である。 主走査領域を分割し、各々個別に振動ミラーモジュールを配備して走査する構成例の説明図である。 各光走査手段間の走査ラインの繋ぎ目を可動ミラー間の振幅位相を調整することで補正する点についての説明図である。 駆動パルス生成部で生成され振動ミラーモジュールに与えられる駆動パルスの位相遅れについて説明する説明図である。 各走査ラインに対する画素ドットの構成の例を説明する図である。 双方向走査で発光源の数を増やした場合の説明図である。

符号の説明

３０１、３０２ 光源
４４１ 可動ミラー
４５３ 回路基板
４５５、４５６ 位置決め手段

Claims (8)

1. 第一の光源と、第二の光源と、光偏向装置と、前記第一の光源に対応する第一の走査レンズと、前記第二の光源に対応する第二の走査レンズと、ハウジングと、を有する光走査装置であって、
   前記光偏向装置は、
   第一の回転軸によって回転可能に支持されて、前記第一の光源からの第一の光ビームを第一の方向へ偏向し、前記第一の走査レンズを介して第一の被走査領域を走査する第一の偏向器としての第一の可動ミラーと、
   第二の回転軸によって回転可能に支持されて、前記第二の光源からの第二の光ビームを第二の方向へ偏向し、前記第二の走査レンズを介して第二の被走査領域を走査する第二の偏向器としての第二の可動ミラーと、
   前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーとに周期的に回転トルクを印加して往復振動せしめる回動手段と、
   前記回動手段を制御する駆動回路と、
   前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーと前記回動手段とを一体的に支持する支持部材と、
   前記駆動回路と前記支持部材とが設けられた回路基板と、を有し、
   前記支持部材は、前記回路基板面に対して垂直、且つ前記第一の可動ミラーのミラー面の基準となる向きを決定する第一の取付基準面と、前記回路基板面に対して垂直、且つ前記第二の可動ミラーのミラー面の基準となる向きを決定する第二の取付基準面と、を有すると共に、前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーとを前記回路基板面から所定高さ位置において支持する部材であり、
   前記第一の回転軸と前記第二の回転軸は共に前記回路基板面に対して垂直であり、前記回路基板面において前記第一の回転軸と前記第二の回転軸の取付位置が線対称となる対称軸を仮定したとき、
   前記第一の可動ミラーは前記対称軸に向かう前記第一の光ビームを前記対称軸から離反する前記第一の方向に偏向する偏向器であり、
   前記第二の可動ミラーは前記対称軸に向かう前記第二の光ビームを前記対称軸から離反する前記第二の方向に偏向する偏向器であり、
   前記回路基板面において、前記第一の取付基準面の延長線と前記第二の取付基準面の延長線と前記対称軸が１点で交差し、この交点を、前記光偏向装置を位置決めする位置決め基準とし、
   前記位置決め基準に基づいて、前記第一の光ビームと前記第一の走査レンズの光軸との交点に前記第一の可動ミラーのミラー面が配置され、前記第二の光ビームと前記第二の走査レンズの光軸との交点に前記第二の可動ミラーのミラー面が配置されるように、前記光偏向装置を前記ハウジングに取り付けたことを特徴とする光走査装置。
2. 前記駆動回路は、前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーを共通の走査周波数で往復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. 前記駆動回路は、前記第一の可動ミラーと前記第二の可動ミラーを往復振動する走査周波数の位相を可変としていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記第一の可動ミラー又は前記第二の可動ミラーの振幅を検出する振幅検出手段を備え、
   前記駆動回路は、少なくとも前記検出の結果に基づいて前記回転トルクを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記振幅検出手段は、前記可動ミラーで偏向された光ビームを検出するビーム検出手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記第一の回転軸を、前記第一の可動ミラーと共通とする第三の可動ミラーと、
   前記第二の回転軸を、前記第二の可動ミラーと共通とする第四の可動ミラーと、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記第一の可動ミラーと第三の可動ミラーは、前記前記第一の回転軸であるねじり梁により連結して一体的に形成され、
   前記第二の可動ミラーと第四の可動ミラーは、前記前記第二の回転軸であるねじり梁により連結して一体的に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 感光体を走査する光走査装置として請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光走査装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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