JP2005195869A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ビームを被走査面上の有効走査領域の全域で均一なスポット径で安定して高精度に走査することができる光走査装置および該装置を用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】 ミラー駆動手段は、共振周波数追随制御によって変動した光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する走査時間を、偏向器６５の揺動振幅を調整することによって、予め設定されている走査時間の所定の誤差範囲内に収まるように調整している。さらに、有効走査領域ＰＡの全域においてＦ値が略同一となる走査レンズ６６によって光ビームを有効走査領域ＰＡに略均一のスポット径で結像している。したがって、光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する走査時間を略一定に保つことができるとともに、略均一なスポット径で結像される光ビームで有効走査領域ＰＡを走査することができる。よって、有効走査領域ＰＡを安定して高精度に走査することができる。
【選択図】 図８

Description

この発明は、被走査面上で光ビームを主走査方向に走査させる光走査装置、および該装置を用いて静電潜像を形成する画像形成装置に関するものである。

この種の光走査装置を用いる装置としては、例えばレーザプリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの画像形成装置がある。例えば特許文献１では、画像データに応じて変調されたレーザビームがコリメータレンズ、シリンドリカルレンズおよび反射ミラーを介して偏向器に入射して偏向される。より具体的には、この従来装置に装備された光走査装置は次のように構成されている。

この光走査装置では、半導体レーザから射出されたレーザビームをコリメータレンズおよびシリンドリカルレンズを通過させることで、その断面形状が主走査方向に伸びる横長楕円形状となるレーザビームに整形している。そして、このレーザビームを主走査平面に沿って偏向器の反射ミラーに入射させる。

この装置では、特にポリゴンミラーやガルバノミラーを偏向器として用いた場合に発生する種々の問題を解消するため、マイクロマシニング技術を利用して製造した偏向器が用いられている。すなわち、水晶、シリコンなどの基板をフォトリゾグラフィー技術とエッチング技術などを利用して、フレームに駆動コイル、反射ミラーおよびリガメントを一体形成したミラー振動子が加工されている。そして、駆動コイルに駆動信号を印加することで反射ミラーを主走査方向に対してほぼ直交する揺動軸回りに揺動させ、反射ミラーに入射するレーザビームを偏向させる。

そして、こうして偏向されたレーザビームはarc・sinレンズ（走査レンズ）およびシリンドリカルレンズを介して感光体（本発明の「潜像担持体」に相当）に結像される。こうして、画像データに対応した静電潜像が形成される。

特開平１−３０２３１７号公報（第２頁、第２〜４図）

ところで、上記従来装置では、ミラー振動子を製造する場合の加工の仕方によりミラー振動子の共振周波数にバラツキが生じることがある。そこで、この問題を解消するため、駆動コイルに印加する駆動信号の周波数を調整することでミラー振動子の駆動周波数とミラー振動子の共振周波数とをほぼ一致させ、常に反射ミラーを共振揺動させている。また、走査レンズとしてarc・sinレンズを用いるとともに、駆動コイルに与える駆動信号の振幅を制御することで所定の走査幅を等速で光ビームが走査するように構成している。

しかしながら、走査レンズとしてarc・sinレンズを用いた場合には、走査中心に対して走査端部の主走査方向のＦｎｏ（Ｆ値）が変化してしまうという特性があり、そのために走査中心と走査端部の被走査面上におけるスポット径が不均一になってしまうという問題が存在する。つまり、被走査面の有効走査領域のうち中心領域では所定のスポット径が得られるのに対し、端部側に進むにしたがってスポット径が変化してしまう。その結果、走査精度の低下を招く。また、このような特性を有する光走査装置を装備した画像形成装置では、良好な潜像が得られず、画像品質の低下を招いてしまう。

また、従来装置では、ミラー振動子の製造方法に起因する共振周波数のバラツキを問題としているが、同一のミラー振動子を用いている場合であっても、使用環境の変動に伴い共振周波数が変動してしまう場合がある。したがって、共振周波数の変動に対して安定して光ビームを走査することができる技術が望まれている。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光ビームを被走査面上の有効走査領域の全域で均一なスポット径で安定して高精度に走査することができる光走査装置および該装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる光走査装置は、上記目的を達成するため、被走査面上で光ビームを主走査方向に走査させる光走査装置において、光ビームを射出する光源と、前記主走査方向とほぼ直交する揺動軸回りに揺動自在に設けられるとともに前記光源から射出された光ビームを反射して前記主走査方向に偏向する、偏向ミラー面を有する偏向器と、前記偏向器に駆動信号を与えて前記偏向ミラー面を前記揺動軸回りに共振揺動させるミラー駆動手段と、前記偏向器により偏向された光ビームを前記被走査面上に結像する走査光学系とを備え、前記ミラー駆動手段は、前記偏向器の共振周波数の変動に応じて前記ミラー駆動手段による前記偏向ミラー面の駆動周波数が前記共振周波数に一致または近傍値となるように変動させるとともに、該駆動周波数の変動量に応じて前記偏向ミラー面の揺動振幅を調整し、前記走査光学系は、前記被走査面上の有効走査領域の全域においてＦ値が略同一となるように構成されていることを特徴としている。

このように構成された発明では、偏向ミラー面の駆動周波数が共振周波数と同一または近傍値となるように偏向ミラー面が揺動駆動されるとともに、該駆動信号の周波数の変動量に応じて偏向ミラー面の揺動振幅を調整している。また、被走査面上の有効走査領域の全域においてＦ値が略同一であるため、光ビームは略均一のスポット径で該有効走査領域に結像される。したがって、温度等の使用環境の変動にともなって、共振周波数が変動することにより偏向ミラー面の駆動周波数が変動した場合でも、光ビームが有効走査領域を走査する走査時間を略一定に保つことができるとともに、略均一なスポット径で結像される光ビームで有効走査領域を走査することができる。よって、有効走査領域を安定して高精度に走査することができる。

また、前記光ビームが前記有効走査領域を走査する走査時間を算出し、少なくとも１つの光ビーム検出素子を有する走査時間計測手段をさらに備え、前記ミラー駆動手段は前記走査時間計測手段からの出力によって前記偏向ミラー面の揺動振幅を調整して前記走査時間を略一定とするように構成してもよい。このような構成とすることによって、走査時間計測手段からの出力を利用して、偏向ミラー面の揺動振幅を自動的に最適な揺動振幅に設定することができる。したがって、偏向ミラー面の製造誤差によって生じる共振周波数の個体差のみでなく、使用環境の変動による共振周波数の変動に対しても、リアルタイムで対応することができる。よって、有効走査領域を光ビームが走査する走査時間をより高精度に一定にすることができる。

また、前記光ビーム検出素子は、前記光ビームが前記有効走査領域を走査する際に掃引して形成される掃引面の外に配設される構成としてもよい。このような構成とすることによって、光ビームが有効走査領域を走査する際に該光ビーム検出素子が障害とならないため、ビームスプリッタ等を追加する必要がなく、簡易な構成を実現できる。

また、前記走査時間計測手段は２個の前記光ビーム検出素子を有し、前記光ビーム検出素子のそれぞれは、前記光ビームが前記有効走査領域の略中心を走査する際の光軸に対して略対称に配設される構成としてもよい。このような構成とすることによって、光ビームが光ビーム検出素子を通過する時間を用いて、有効走査領域を走査する走査時間の算出を容易に行うことができる。

また、前記光ビーム検出素子の出力を、前記光ビームが前記有効走査領域を走査する際の水平同期信号として利用する構成としてもよい。このような構成とすることによって、水平同期信号を取得するための光ビーム検出素子を追加する必要がなく、装置構成を簡略化できる。

また、この発明にかかる画像形成装置は、潜像担持体と、上記した光走査装置と同一構成を有し、前記潜像担持体の表面の所定の領域を前記有効走査領域として光ビームを走査して前記潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明では、上記した光走査装置によって安定して高精度に潜像担持体に静電潜像を形成して、該静電潜像をトナーによって現像している。したがって、高精度な画像を安定して得ることができる。

＜本発明にかかる光走査装置の基本動作＞
まず、この発明にかかる光走査装置の基本動作について図１を用いて詳述する。図１は偏向ミラー面を駆動する駆動信号の周波数の調整にともなって、該駆動信号の振幅を調整して偏向ミラー面の揺動振幅を調整する様子を示す図である。

図１では、縦軸を偏向器の偏向ミラー面の揺動振幅（Θ）、横軸を時間（ｔ）として、共振周波数追随制御前の偏向ミラー面の揺動振幅波形Ｆ1、共振周波数追随制御後の偏向ミラー面の揺動振幅波形Ｆ2、および揺動振幅調整後の偏向ミラー面の揺動振幅波形Ｆ3が示されている。同図では説明理解を容易とするため、時刻ｔ0で各偏向ミラー面の揺動振幅が０の点が重なるように描画してある。なお、共振周波数追随制御については後で説明する。

揺動振幅波形Ｆ１で偏向ミラー面が駆動されるとき、時刻ｔ11の時に偏向ミラー面によって偏向された光ビームは光ビーム検出位置Ａを通過して光ビーム検出センサによって検出される。また、時刻ｔ12の時に偏向ミラー面によって偏向された光ビームは光ビーム検出位置Ｂを通過して光ビーム検出センサによって検出される。この場合、光ビーム検出位置Ａから光ビーム検出位置Ｂまで光ビームが走査する時間はＰＴ1となる。

ここで、使用環境温度の変動等により偏向ミラー面の共振周波数に変動が生じた場合、偏向ミラー面の駆動信号の周波数を共振周波数の変動に応じて調整する制御が行われる（共振周波数追随制御）。すなわち、共振周波数追随制御では、偏向ミラー面の共振周波数の変動に応じて、該偏向ミラー面の駆動周波数を共振周波数にほぼ一致させる制御が行われる。なお、共振周波数追随制御おいて、偏向ミラー面の共振周波数と駆動周波数とが必ずしも略一致している必要はなく、駆動周波数を共振周波数の近傍に調整するだけで十分な効果を得ることができる。

図１の場合、高周波側に変動した偏向ミラー面の共振周波数に応じて、偏向ミラー面の駆動周波数を高周波側に調整しており、偏向ミラー面の揺動振幅波形はＦ2のようになる。この場合、偏向ミラー面によって偏向された光ビームは時刻ｔ21の時に光ビーム検出位置Ａを通過して光ビーム検出センサによって検出され、時刻ｔ22の時に光ビーム検出位置Ｂを通過して光ビーム検出センサによって検出される。したがって、光ビーム検出位置Ａから光ビーム検出位置Ｂまでを光ビームが走査する時間はＰＴ2となる。

ここで、光ビーム検出位置Ａから光ビーム検出位置Ｂまで光ビームが走査する走査時間がＰＴ1からＰＴ2へ変動した場合、偏向ミラー面の揺動振幅を調整することにより、該走査時間を調整することができる（波形Ｆ3参照）。図１では、波形Ｆ3のように偏向ミラー面の揺動振幅を減少させることにより、偏向ミラー面によって偏向された光ビームが、時刻ｔ11の時に光ビーム検出位置Ａを通過し、時刻ｔ12の時に光ビーム検出位置Ｂを通過する。したがって、光ビーム検出位置Ａから光ビーム検出位置Ｂまで光ビームが走査する時間はＰＴ1となり、共振周波数追随制御の前後で、光ビーム検出位置Ａから光ビーム検出位置Ｂまで光ビームが走査する時間を略一定に調整することができる。

また、図１では、共振周波数が高周波側に変動した場合に偏向ミラー面の揺動振幅を減少させるように制御しているが、共振周波数が低周波側に変動した場合には、同様の考え方で偏向ミラー面の揺動振幅を増大させるように調整すればよい。以下に述べる実施形態のすべては、上述した共振周波数追随制御および偏向ミラー面の揺動振幅の調整を行っている。

＜第１実施形態＞
図２は本発明にかかる光走査装置の第１実施形態たる露光ユニットを装備した画像形成装置を示す図である。また、図３は図２の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、いわゆる４サイクル方式のカラープリンタである。この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から印字指令がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１からの印字指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートに印字指令に対応する画像を形成する。

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

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

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

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

また、ローラ７２の近傍には、転写ベルトクリーナ（図示省略）、濃度センサ７６（図３）および垂直同期センサ７７（図３）が配置されている。これらのうち、濃度センサ７６は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。また、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の副走査方向への回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖsyncを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色のトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖsyncに基づいて制御される。

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

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

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

なお、図３において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像データを記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

図４は図２の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図、図５は図２の画像形成装置の露光ユニットおよび露光制御部の構成を示す図、図６および図７は露光ユニットの一構成要素たる偏向器を示す図、図８は本実施形態において光ビームの走査時間を算出するための模式図、図９は本実施形態における揺動振幅の制御手順を示すフローチャートである。以下、これらの図面を参照しつつ、露光ユニットの構成および動作について詳述する。

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

また、この露光筐体６１の内部には、レーザー光源６２からの光ビームを感光体２の表面（図示省略）に走査露光するために、コリメータレンズ６３１、シリンドリカルレンズ６３２、偏向器６５、走査レンズ６６（本発明の「走査光学系」に相当）が設けられている。すなわち、レーザー光源６２からの光ビームは、コリメータレンズ６３１により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、副走査方向Ｙにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ６３２に入射される。そして、シリンドリカルレンズ６３２を調整することでコリメート光は副走査方向Ｙにおいて偏向器６５の偏向ミラー面６５１付近で結像される。このように、この実施形態では、コリメータレンズ６３１およびシリンドリカルレンズ６３２がレーザー光源６２からの光ビームを整形するビーム整形系６３として機能している。

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

この偏向器６５は、図６に示すように、シリコン基板６５２が支持部材として機能し、さらに該シリコン基板６５２の一部を加工することで可動板６５６が設けられている。この可動板６５６は平板状に形成され、ねじりバネ６５７によってシリコン基板６５２に弾性支持されており、副走査方向Ｙとほぼ平行に伸びる揺動軸ＡＸ1回りに揺動自在となっている。また、可動板６５６の上面には、シリコン基板６５２の上面に形成した一対の外側電極端子（図示省略）にねじりバネ６５７を介して電気的に接続する平面コイル６５５が絶縁層で被膜されて設けられている。また、この可動板６５６の上面中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面６５１として成膜されている。

また、シリコン基板６５２の略中央部には、図７に示すように、可動板６５６が揺動軸ＡＸ1回りに揺動可能となるように、凹部６５２ａが設けられている。そして、凹部６５２ａの内底面には、可動板６５６の両端部の外方位置に永久磁石６５９ａ，６５９ｂが互いに異なる方位関係で固着されている。また、平面コイル６５５は、露光制御部１０２の駆動部１０２ｂと電気的に接続されており、コイル６５５への通電によって平面コイル６５５を流れる電流の方向と永久磁石６５９ａ，６５９ｂによる磁束の方向によりローレンツ力が作用し、可動板６５６を回転するモーメントが発生する。これにより、可動板６５６（偏向ミラー面６５１）がねじりバネ６５７を揺動軸ＡＸ1として揺動する。ここで、平面コイル６５５に流す電流を交流とし連続的に反復動作すれば、ねじりバネ６５７を揺動軸ＡＸ1として偏向ミラー面６５１を往復振動させることができる。

このように偏向器６５では、露光制御部１０２の駆動部１０２ｂが本発明の「ミラー駆動手段」として機能し、該駆動部１０２ｂを制御することによって、「本発明にかかる光走査装置の基本動作」の項で説明したように、使用環境の変動による偏向器６５の共振周波数の変動に応じて偏向ミラー面６５１の駆動周波数および揺動振幅を調整している。このように、偏向ミラー面６５１を揺動軸ＡＸ回りに揺動させることで光ビームを偏向して主走査方向Ｘに走査させている。すなわち、揺動軸ＡＸ1を本発明における揺動軸として機能させている。

上記のように構成された偏向器６５の偏向ミラー面で偏向された光ビームは走査レンズ６６に向けて偏向される。この実施形態では、走査レンズ６６は、感光体２の表面上の有効走査領域ＰＡ（図８参照）の全域においてＦ値が略同一となるように構成されている。したがって、走査レンズ６６に向けて偏向された光ビームは、走査レンズを介して感光体２の表面の有効走査領域ＰＡに略同一のスポット径で結像される。これにより、光ビームが主走査方向Ｘと平行に走査して主走査方向Ｘに伸びるライン状の潜像が感光体２の表面上に形成される。

また、この実施形態では、図４に示すように、偏向器６５からの走査光ビームの開始または終端を折り返しミラー６９ａ，６９ｂにより同期センサ６０Ａ，６０Ｂ（本発明おける「ビーム検出素子」に相当）に導いている。これらの折り返しミラー６９ａ，６９ｂおよび同期センサ６０Ａ，６０Ｂは、光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する際に掃引して形成される掃引面の外に配設されている。また、折り返しミラー６９ａ，６９ｂは、光ビームが有効走査領域ＰＡの略中心を走査する際の光軸Ｌ0に対して略対称に配設されている。したがって、図８に模式的に示すように同期センサ６０Ａ，６０Ｂは光軸Ｌ0に対して略対称に配設されているのと同等に考えることができる。

この同期センサ６０Ａ，６０Ｂによる光ビームの検出信号は露光制御部１０２の計測部１０２ｃに伝達され、該計測部において有効走査領域ＰＡを光ビームが走査する走査時間が算出される。そして、この計測部１０２ｃにおいて算出された走査時間が駆動部１０２ｂ（ミラー駆動手段）に伝達され、該駆動部１０２ｂはこの伝達された走査時間に応じて偏向ミラー面６５１の揺動振幅を決定する。すなわち、折り返しミラー６９ａ，６９ｂ、同期センサ６０Ａ，６０Ｂおよび計測部１０２ｃを本発明の走査時間計測手段として機能させている。さらに、この実施形態では、同期センサ６０Ａ，６０Ｂを、光ビームが有効走査領域ＰＡを主走査方向Ｘに走査する際の同期信号、つまり水平同期信号Ｈsyncを得るための水平同期用読取センサとして機能させている。

次に上記のように構成された露光ユニット６（光走査装置）の動作について図９を参照しつつ説明する。図９は、図４の露光ユニット６の動作を示すフローチャートである。この露光ユニット６では偏向器６５の駆動周波数を、偏向器６５の共振周波数に応じた周波数に調整する共振周波数追随制御（ステップＳ１）が行われる。

次にレーザー光源６２を点灯（ステップＳ２）し、感光体２の表面（被走査面)の光走査を開始する。そして、同期センサ６０Ａ，６０Ｂに光ビームが入射した時刻より、２個の同期センサ６０Ａ，６０Ｂを光ビームが通過する時間Δtsが計測され（ステップＳ３）、続いてステップ３における計測値Δtsを用いて光ビームが感光体２の表面の有効走査領域ＰＡを走査する走査時間Δtpを算出する（ステップＳ４）。

ステップ４では、まずステップ３における計測値Δtsを用いて偏向器６５（偏向ミラー面６５１）の最大揺動振幅Θmが算出される（数１)。

そして、数１によって算出された偏向器６５（偏向ミラー面６５１）の最大揺動振幅Θmより、光ビームが感光体２の表面の有効走査領域ＰＡを走査する走査時間Δtpを算出する（数２）。

なお、数１、数２中における各記号は以下の通りである（図８参照）。

Θs：同期センサが光ビームを検出する時の偏向ミラー面の回転角（露光ユニットを構成する構成要素の配置関係から既知の値）
Θp：有効走査領域の端部を光ビームが走査する時の偏向ミラー面の回転角（露光ユニットを構成する構成要素の配置関係から既知の値）
ｆ：偏向器の駆動周波数
Θm：偏向器（偏向ミラー面）の最大揺動振幅
Δts：２個の同期センサを光ビームが通過する時間
Δtp：有効走査領域ＰＡを光ビームが走査する走査時間
ここで、Δtsは同期センサ６０Ａ，６０Ｂにより計測される時間、Δtpは露光制御部１０２の計測部１０２ｃで算出される時間である。

ステップＳ４において算出された走査時間Δtpは露光制御部１０２の駆動部１０２ｂに伝達され、該駆動部１０２ｂにおいて予め設定されている有効走査領域ＰＡの走査時間の設定値Δtp0との誤差ｅが算出される（ステップＳ５）。そして、この誤差ｅが予め設定されている誤差許容値ｅ0よりも小さければそのままの揺動振幅Θmで感光体２の表面の光走査が続行される。

ところが、ステップＳ５において算出した誤差ｅが誤差許容値ｅ0よりも大きい場合、数３によって新しい揺動振幅値Θm0が算出される（ステップＳ７）。

そして、ステップＳ７で算出した揺動振幅値Θm0にしたがって、駆動部１０２ｂ（ミラー駆動手段）は偏向器６５（偏向ミラー面６５１）の揺動振幅を調整する（ステップＳ８）。その後、誤差ｅが誤差許容値ｅ0よりも小さくなるまで上記したステップＳ３からの動作を繰返し行う。

以上のように、この実施形態によれば、露光制御部１０２の駆動部１０２ｂ（ミラー駆動手段）は、偏向器６５の共振周波数の変動に応じて偏向器６５の駆動周波数を、変動後の共振周波数と略同一または近傍の周波数に調整している。そして、該駆動周波数を調整したことによって変動した光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する走査時間Δtpを、偏向器６５（偏向ミラー面６５１）の揺動振幅Θmを調整することによって、予め設定されている走査時間Δtp0の所定の誤差範囲内ｅ0に収まるように調整している。さらに、有効走査領域ＰＡの全域においてＦ値が略同一となる走査レンズ６６によって光ビームを有効走査領域ＰＡに略均一のスポット径で結像している。したがって、温度等の使用環境の変動にともなって、偏向器６５の共振周波数が変動することにより偏向器６５の駆動周波数を調整した場合でも、光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する走査時間を略一定に保つことができるとともに、略均一なスポット径で結像される光ビームで有効走査領域ＰＡを走査することができる。よって、有効走査領域ＰＡを安定して高精度に走査することができる。

また、この実施形態では、同期センサ６０Ａ，６０Ｂの出力から光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する時間Δtpを算出して、Δtpが予め設定されたΔtp0の所定の誤差範囲内ｅ0となるように偏向器６５（偏向ミラー面６５１）の揺動振幅Θmを調整している。したがって、偏向器の製造誤差によって生じる共振周波数の個体差のみではなく、使用環境の変動による共振周波数の変動に対してもリアルタイムで対応することができる。よって、有効走査領域ＰＡを光ビームが走査する走査時間をより高精度に一定にすることができる。

また、この実施形態では、折り返しミラー６９ａ，６９ｂおよび同期センサ６０Ａ，６０Ｂは、光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する際に掃引して形成される掃引面の外に配設している。したがって、光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する際に折り返しミラー６９ａ，６９ｂおよび同期センサ６０Ａ，６０Ｂが障害とならないため、ビームスプリッタ等を追加する必要がなく、簡易な構成を実現できる。

また、この実施形態では、２個の同期センサ６０Ａ，６０Ｂを、光ビームが有効走査領域ＰＡの略中心を走査する際の光軸に対して略対称に配設している（図８参照）。したがって、２個の同期センサによって計測される、光ビームが２個の同期センサ６０Ａ，６０Ｂを通過する時間Δtsを用いて、光ビームが有効走査領域ＰＡを走査する走査時間Δtpの算出を容易に行うことができる。

また、この実施形態では、同期センサ６０Ａ，６０Ｂを、光ビームが有効走査領域ＰＡを主走査方向Ｘに走査する際の同期信号、つまり水平同期信号Ｈsyncを得るための水平同期用読取センサとして機能させている。したがって、Ｈsyncを得るために新たなセンサを追加する必要がなく、装置構成を簡略化できる。

また、この実施形態にようれば、上記した露光ユニットによって安定して高精度に形成した静電潜像をトナーによって現像している。したがって、高精度な画像を安定して得ることができる。

＜第２実施形態＞
図１０は本発明にかかる光走査装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態が上記第１実施形態と大きく相違する点は、偏向ミラー面６５１を静電気力を利用して揺動駆動している点であり、その他の構成は第１実施形態と同様である。なお、第１実施形態と同一の構成には同じ符号を付している。

偏向器６５では、図１０に示すように、シリコン基板６５２の一部を加工することで可動板６５６が設けられている。この可動板６５６は平板状に形成され、ねじりバネ６５７によってシリコン基板６５２に弾性支持されており、副走査方向Ｙとほぼ平行に伸びる揺動軸ＡＸ1回りに揺動自在となっている。また、この可動板６５６の上面中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面６５１として成膜されている。

また、シリコン基板６５２の略中央部には、図１０に示すように、可動板６５６が揺動軸ＡＸ1回りに揺動可能となるように、凹部６５２ａが設けられている。この凹部６５２ａの内底面のうち可動板６５６の両端部に対向する位置に電極６５８ａ，６５８ｂがそれぞれ固着されている。これら２つの電極６５８ａ，６５８ｂは可動板６５６を揺動軸ＡＸ1回りに揺動駆動するための電極として機能するものである。すなわち、これらの電極６５８ａ，６５８ｂは露光制御部１０２の駆動部（図示省略）と電気的に接続されており、電極への電圧印加によって該電極と偏向ミラー面６５１との間に静電吸着力が作用して偏向ミラー面６５１の一方端部を該電極側に引き寄せる。したがって、駆動部から所定の電圧を電極６５８ａ，６５８ｂに交互に印加すると、ねじりバネ６５７を揺動軸ＡＸ1として偏向ミラー面６５１（可動板６５６）を往復振動させることができる。なお、この実施形態では、「本発明にかかる光走査装置の基本動作」の項で説明したように偏向ミラー面６５１（可動板６５６）は揺動駆動されている。したがって、上記第１実施形態と同様の作用効果を有する。

このように偏向ミラー面６５１を揺動させるために、電磁気力や静電気力などを用いているが、いずれを用いてもよいことは言うまでもない。ただし、駆動方式ごとに以下のような特徴を有しているため、それらを考慮した上で適宜採用するのが望ましい。すなわち、偏向ミラー面６５１を揺動駆動させるための駆動力として電磁気力を用いた場合、静電吸着力を発生させる場合に比べて低い駆動電圧で偏向ミラー面６５１を揺動駆動することができ、電圧制御が容易となり、走査光ビームの位置精度を高めることができる。これに対し、上記駆動力として静電吸着力を用いた場合、コイルパターンを形成する必要がなく、偏向器６５のさらなる小型化が可能となり、偏向走査をより高速化することができる。

＜第３実施形態＞
図１１は本発明にかかる光走査装置の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態が上記第１および第２実施形態と大きく相違する点は、１個の同期センサ６０Ｃと折り返しミラー６９ｃ〜６９ｅで光ビームの走査時間を計測している点である。その他の構成は第１および第２実施形態と同様である。

この場合も、上記第１および第２実施形態と同様に、偏向器６５を制御しているので、同様の作用効果を有する。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、駆動周波数ｆ、揺動振幅Θmおよび走査時間Δtpとの関係を予めＲＯＭ１０６等に記憶しておき、これらの記憶した値に基づいて、図９のステップＳ１において偏向器６５（偏向ミラー面６５１）の揺動振幅を略調整する構成としてもよい。このような構成としても上記実施形態と同様の作用効果を有する。

また、この場合、同期センサ６０Ａ〜６０Ｃを配設しない構成とすることも可能である。このように構成としても、上記実施形態と同様の作用効果を有するとともに、同期センサを配設しない簡素な構成の光走査装置を実現することができる。

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

駆動周波数の変動にともなって駆動信号の振幅を調整する様子を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の第１実施形態たる露光ユニットを装備した画像形成装置を示す図である。 図２の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。 図２の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図である。 図２の露光ユニットおよび露光制御部の構成を示すブロック図である。 露光ユニットの一構成要素たる偏向器を示す図である。 露光ユニットの一構成要素たる偏向器を示す図である。 光ビームの走査時間を計算するための模式図である。 揺動振幅の制御手順を示すフローチャートである。 本発明にかかる光走査装置の第２実施形態たる露光ユニットの一構成要素たる偏向器を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の第３実施形態を示す主走査断面図である。

符号の説明

２…感光体（潜像担持体）、 ４…現像ユニット（現像手段）、 ６…露光ユニット（光走査装置）、 ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…同期センサ（走査時間計測手段）、 ６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄ，６９ｅ…折り返しミラー（走査時間計測手段）、 ６５…偏向器、 ６５１…偏向ミラー面、 ６６…走査レンズ（走査光学系）、１０２ｂ…駆動部（ミラー駆動手段）、 １０２ｃ…計測部（走査時間計測手段）、 ＡＸ1…揺動軸、 ＰＡ…有効走査領域、 Ｘ…主走査方向、 Ｙ…副走査方向

Claims (6)

1. 被走査面上で光ビームを主走査方向に走査させる光走査装置において、
   光ビームを射出する光源と、
   前記主走査方向とほぼ直交する揺動軸回りに揺動自在に設けられるとともに前記光源から射出された光ビームを反射して前記主走査方向に偏向する、偏向ミラー面を有する偏向器と、
   前記偏向器に駆動信号を与えて前記偏向ミラー面を前記揺動軸回りに共振揺動させるミラー駆動手段と、
   前記偏向器により偏向された光ビームを前記被走査面上に結像する走査光学系とを備え、
   前記ミラー駆動手段は、前記偏向器の共振周波数の変動に応じて前記ミラー駆動手段による前記偏向ミラー面の駆動周波数が前記共振周波数に一致または近傍値となるように変動させるとともに、該駆動周波数の変動量に応じて前記偏向ミラー面の揺動振幅を調整し、
   前記走査光学系は、前記被走査面上の有効走査領域の全域においてＦ値が略同一となるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記光ビームが前記有効走査領域を走査する走査時間を算出し、少なくとも１つの光ビーム検出素子を有する走査時間計測手段をさらに備え、前記ミラー駆動手段は前記走査時間計測手段からの出力によって前記偏向ミラー面の揺動振幅を調整して前記走査時間を略一定とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記光ビーム検出素子は、前記光ビームが前記有効走査領域を走査する際に掃引して形成される掃引面の外に配設される請求項２記載の光走査装置。
4. 前記走査時間計測手段は２個の前記光ビーム検出素子を有し、前記光ビーム検出素子のそれぞれは、前記光ビームが前記有効走査領域の略中心を走査する際の光軸に対して略対称に配設される請求項２または３記載の光走査装置。
5. 前記光ビーム検出素子の出力を、前記光ビームが前記有効走査領域を走査する際の水平同期信号として利用する請求項２ないし４のいずれかに記載の光走査装置。
6. 潜像担持体と、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の光走査装置と同一構成を有し、前記潜像担持体の表面の所定の領域を前記有効走査領域として光ビームを走査して前記潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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