JP2007078865A - 光走査装置および画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで破損しにくい光走査装置およびこれを使用する画像記録装置の提供。
【解決手段】梁部材２０の表面には歪ゲージ回路３４が半導体プロセスによって形成されており、梁部材２０（トーションバースプリング）の歪により生じる電圧をモニターすることができる。光偏向器１２の偏向反射ミラーは梁部材２０を介して支持体２８にリジッドで支持されており、偏向反射ミラーが揺動する際は梁部材２０が変形することでスプリングとして働いている。この変形度合、つまり梁部材２０の歪み量を検出し、この値が一定の値を超えた場合は弾性変形の限界と判断し、駆動を停止するように制御すれば梁部材２０の破損を防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は光走査装置および画像記録装置に関し、特に光源から出射した光束を往復運動する偏向素子で偏向反射させ、被走査面上を光走査して画像情報を記録する光走査装置およびこれを用いた画像記録装置に関する。

従来よりレーザービームプリンター等に用いられる光走査装置においては、画像信号に応じてレーザー光源手段から光変調され出射した光束を偏向素子により偏向させ、感光性の記録媒体面上にスポット状に集束させ光走査をして画像記録を行っている。この種の光走査装置に用いられる光偏向装置では複数の反射面を有するポリゴンミラーをモータにより回転させることにより偏向反射を行うタイプが一般的である。

一方、高速化、コンパクト化、及び静音化を実現し得る光偏向装置として半導体プロセスによるマイクロマシニング技術を利用したガルバノミラータイプの反射ミラーを備えた光偏向装置が注目されている。図２にこのような光偏向装置の代表例を示す。

上記のような正弦揺動する反射鏡を用いた光偏向器は環境変化に敏感であり、温度、気圧等が変化すると共振周波数が変動し、それにともない振幅量が変化する。その変化量が大きいとトーションバーが損傷し、甚だしい場合は折れたりする恐れがある。

そこで、２つのセンサで走査時間（振幅）をモニターし、振幅が設定値になるように制御することでトーションバーの損傷を防ぐ構成が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

しかしながら、上記構成ではセンサとミラーを２セット必要とするなど装置の大型化及びコスト高をまねく。さらに共振周波数を外れた周波数で無理やりにミラーを動作させるとコイルに大きな電力が必要となり、更に破壊を引き起こしやすいといった問題がある。

そこで本発明では光偏向器の状態、特にトーションバーのねじれ状態や温度などの特性をモニターしながら駆動し、所定の値を超えた際には駆動を停止することで光偏向器の破損を防ぐ光走査装置を提供することを目的とする。
特開平９−２３０２７８号公報 特開２００１−２２８４３４号公報

本発明は上記事実を考慮し、低コストで破損しにくい光走査装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光走査装置は、光偏向軸を中心に支持部材にて揺動可能に支持され正弦揺動する偏向反射面で入射光束を偏向する光偏向器を備えた光走査装置であって、前記光偏向器の内部の特性値を検知する検知手段を備え、前記特性値が所定の値を超えた場合は作動を停止することを特徴とする。

上記構成の発明では、種々の特性値が異常を示した際は作動を停止し、光偏向器の破損を防ぐことができる。

請求項２に記載の光走査装置は、前記特性値は前記支持部材の歪み量であり、前記検知手段が前記支持部材に設けられた歪みゲージ回路と前記歪みゲージ回路に接続された電圧計とで構成されたことを特徴とする。

上記構成の発明では、支持部材の歪み量を検知し、歪みが限界に達し物理的に破損する前に作動を停止することで光走査装置の破損を防ぐことができる。

請求項３に記載の光走査装置は、前記特性値は前記支持部材に発生する電圧であり、
前記検知手段が圧電素材で形成された前記支持部材と前記支持部材に接続された電圧計であることを特徴とする。

上記構成の発明では、支持部材の歪み量を電圧で検知し、歪みが限界に達し物理的に破損する前に作動を停止することで光走査装置の破損を防ぐことができる。

請求項４に記載の光走査装置は、前記特性値は前記偏向反射面を揺動させるコイルに流れる電流または掛かる電圧であり、
前記検知手段が前記コイルに設けられた電圧計または電流計であることを特徴とする。

上記構成の発明では、コイルの過負荷をコイルの電流または電圧で検知し、コイルが物理的に破損する前に作動を停止することで光走査装置の破損を防ぐことができる。

請求項５に記載の光走査装置は、前記特性値は前記偏向反射面を揺動させるコイルの温度であり、前記検知手段が前記コイルに設けられた温度センサであることを特徴とする。

上記構成の発明では、コイルの過負荷をコイルの温度で検知し、コイルが物理的に破損する前に作動を停止することで光走査装置の破損を防ぐことができる。

請求項６に記載の光走査装置は、前記特性値は前記偏向反射面を揺動させるコイルと前記偏向反射面との間に設けられた金属部材と、前記光偏向器の筐体との間の静電容量であり、前記検知手段が、前記静電容量を検知する静電容量検知手段であることを特徴とする。

上記構成の発明では、支持部材の歪み量を固定金属部材との間の静電容量で検知し、支持部材の歪みが限界に達し物理的に破損する前に作動を停止することで光走査装置の破損を防ぐことができる。

請求項７に記載の画像記録装置は、前記光走査装置を用いた画像記録装置であって、前記特性値が所定の値を超えた場合は異常表示を行い、作動を停止することを特徴とする。

上記構成の発明では、種々の特性値が異常を示した際は作動を停止し、光偏向器の破損を防ぐことができる。

請求項８に記載の画像記録装置は、前記光走査装置を用いた画像記録装置であって、ドライブモータ、定着器、電源の温度、及び外気の温度、気圧のうち一つまたは複数をモニターし、前記光偏向器が異常であるか否かを判定することを特徴とする。

上記構成の発明では、装置の内部環境に異常がある場合、これを検出し光偏向器への影響を防ぐことができる。

請求項９に記載の画像記録装置は、外気温、または気圧の何れか一方または両方が所定の値を超えた場合は異常表示を行い、使用者に注意を促すことを特徴とする。

上記構成の発明では、外部環境に異常がある場合、これを検出し光偏向器への影響を防ぐことができる。

請求項１０に記載の画像記録装置は、前記光走査装置を用いた画像記録装置であって、ドライブモータ、定着器、電源の温度のうち一つまたは複数が所定の値を超えた場合は異常表示を行い、処理速度を下げて画像記録処理を行うことを特徴とする。

上記構成の発明では、温度に異常が発生しても画像記録処理を停止することなく続行できるので、使用者への損害を最小限に抑えることができる。

本発明は上記構成としたので、低コストで破損しにくい光走査装置およびこれを使用する画像記録装置とすることができた。

＜基本構成＞
図１には本発明の第１実施形態に係る光走査装置が示されている。

図１に示すように光走査装置１０はレーザー光源１４から出射された光束は光偏向器１２に入射する。このとき光束の幅は後述する偏向反射面の主走査方向幅よりも幅の広い、いわゆるオーバーフィルドタイプの光学系であってもよい。

光偏向器１２の偏向反射面に入射した光束は、偏向反射面の略正弦揺動により、偏向反射され、走査結像レンズ１６により、被走査面１８上にスポット状に結像するように走査される。走査結像レンズ１６を光偏向器１２よりも光軸上の下流方向に設けたことで、反射光束を被走査面１８上にて結像させる光学系と主走査方向の線速度を一定に、すなわち等速走査可能とする光学系を兼ねることができ、光学エレメントの個数を減らし単純で部品点数の少ない光学系とすることができる。

上記のように入射光束は有効走査角度の外側に配置したレーザー光源１２から偏向反射面に入射されるように構成することにより、入射光束と走査光束が干渉することなく、同一平面上それぞれの要素を配置できるため、構成が簡単になり、入射光束と走査光束が副走査方向に角度をもって配置される際に発生する、走査線が弓形に湾曲してしまう所謂走査線湾曲が生じることもない。
＜光偏向器＞
図２には本発明の第１実施形態に係る光偏向器が示されている。

図２（ａ）に示すように、光偏向器１２は支持体２８に梁部材２０で偏向反射ミラー２４が主走査方向に揺動可能に支持されている。偏向反射ミラー２４は偏向反射面２６を備え、偏向反射面２６は偏向反射ミラー２４の揺動に応じて入射光束を主走査方向に振り、被走査面１８を走査する。

光偏向器１２は偏向反射ミラー２４を主走査方向と直交する方向すなわち副走査方向（図中上下方向）に延びた上下２本の梁部材２０により支持体２８に軸支し、偏向反射ミラー２４に対向して設けられた駆動部（後述）から偏向反射ミラー２４と支持体２８間に電磁気力もしくは静電気力等を発生させて偏向反射ミラー２４を主走査方向に駆動する。

梁部材２０はそれ自体がトーションバースプリングであり、梁部材２０にねじり振動を与え偏向反射ミラー２４を揺動させるものであり、時間に対して偏向角が正弦波状に変化するように往復揺動する。

このとき偏向反射ミラー２４は偏向反射面２６を有する偏向反射ミラー２４と梁部材２０からなる構造体の共振周波数で往復揺動するように駆動される、いわゆるレゾナントスキャナである。この構造体の機械特性によって偏向反射ミラー２４の偏向速度が定められることになる。この構成により安定した偏向速度が得られ、また共振を利用するため偏向反射ミラー２４の駆動に必要な電力を低く抑え省エネルギー化が可能となる。

図２（ｂ）に示すように光偏光器１２の裏側すなわち偏向反射面２６の裏側には偏向反射ミラー２４を正弦駆動するマグネット３０とコイル３２が設けられている。

偏向反射ミラー２４の裏面にはマグネット３０が固定され、このマグネット３０と対向する位置にコイル３２が設けられている。このコイル３２に特定の周波数の交流電流を通電することでコイル３２に磁界が発生し、梁部材２０を揺動軸としてマグネット３０およびマグネット３０が固定された偏向反射ミラー２４を駆動することができる。

この偏向反射ミラー２４はこの振動系全体の固有振動数にて略正弦波で駆動されているため駆動周波数は極めて安定しており、また駆動に必要な電力も少なくてよいといった利点がある。

しかし前述のように正弦揺動する偏向反射ミラー２４を用いた光偏向器１０は環境変化に敏感であり、特に温度、気圧等が変化すると共振周波数が変動し、それにともない振幅量が変化してしまう。この変化量が大きいとトーションバースプリングである梁部材２０が損傷し、甚だしい場合は折れたりする恐れがある。

本発明は光偏向器１２内部に環境特性値を検出する各種センサを設けることで異常を直ちに検知し、部材が破損する前に駆動を停止することで光偏向器１２の故障を防ぐ。
＜歪みゲージ回路＞
図３には本発明の第１実施形態に係る光偏向器が示されている。

図３に示すように、梁部材２０の表面には歪ゲージ回路３４が半導体プロセスによって形成されており、梁部材２０（トーションバースプリング）の歪により生じる電圧をモニターすることができる。

光偏向器１２の偏向反射ミラー２４は梁部材２０を介して支持体２８にリジッドで支持されており、偏向反射ミラー２４が揺動する際は梁部材２０が変形することでスプリングとして働いている。

この変形度合、つまり梁部材２０の歪み量を検出し、この値が一定の値を超えた場合は弾性変形の限界と判断し、駆動を停止するように制御すれば梁部材２０の破損を防止することができる。

すなわち、図４に示すように歪みゲージ回路３４の出力から梁部材２０（トーションバースプリング）のねじれ量が検出できるので、図中一点鎖線で示したねじれ限界値（破壊限界）よりも余裕をもった領域（図中点線）を示す出力値の段階で駆動を停止すれば、梁部材２０のねじれによる破壊を未然に防ぐことができる。

また本実施形態では検出センサである歪みゲージ回路３４が光偏向器と一体になっているので特別な調整が必要なく、組み立てが容易であるという特徴もある。
＜圧電材料＞
図３のように梁部材２０に歪ゲージ回路３４を形成する以外にも、梁部材２０（トーションバースプリング）のベース材料が圧電材料（たとえば圧電セラミック）で形成されていれば、梁部材２０が変形することにより電圧を発生するので、この電圧を測定することで梁部材２０のねじれ量を検出することができる。

すなわち本発明に係る第２実施形態として、圧電材料で形成された梁部材２０に電圧計を接続し、電圧をモニタし、この電圧が所定の値を超えた場合は駆動を停止するような制御を行うことで、梁部材２０の破損を未然に防ぐことができる。

また本実施形態でも梁部材２０が検出センサを兼ねているので特別な調整が必要なく、組み立てが容易であり部品点数が少なくコストも低く抑えることができるという特徴もある。
＜温度センサ＞
図５には本発明の第３実施形態に係る光偏向器が示されている。

偏向反射ミラー２４を駆動するコイル３２の近傍に温度センサ３６を設け、コイル３２の温度をモニタすることでコイル３２に流れる電流の量を検出し、異常な電流が流れた場合は駆動を停止することでコイル３２の破損を防ぐことができる。

すなわち、本発明のように共振を利用したレゾナントスキャナの場合は駆動に必要な消費電流が小さく、正常な動作であれば過熱することは考えにくいので、コイル３２近傍の温度が予め設定された範囲を外れて上昇し過熱状態となった場合は共振周波数を外れた周波数で無理やりに偏向反射ミラー２４を動作させているためコイルに大きな電力が必要となっている可能性がある。

コイル３２近傍に温度センサ３６を設けて温度検出を行うことで、上記のような状況を検知し、コイル３２の破損を防ぐことができる。

また本実施形態でも検出センサである温度センサ３６が光偏向器と一体になっているので特別な調整が必要なく、組み立てが容易であるという特徴がある。
＜静電容量＞
図６には本発明の第４実施形態に係る光偏向器が示されている。

図６（ｂ）に示すように支持体２８の裏側、すなわちコイル３２の設けられている側に金属板３８を設けて電圧をかけ、梁部材２０（トーションバースプリング）の変位によって生じる静電容量の変化をモニターすることで梁部材２０のねじれ量を検出することができる。

すなわち図６（ａ）に示すように梁部材２０と金属板３８は微小な間隔を保って位置しているが、図７に示すように梁部材２０がねじれ、破線で示した２０’の状態になれば梁部材２０と金属板３８との間隔ｄ０もまた変動し、場所によっては間隔ｄ１のように近接した箇所も存在する。

このとき梁部材２０と金属板３８との間の静電容量をモニタすることで、ｄ１が所定の値を超えて小さくなり、梁部材２０のねじれ限界に達して梁部材２０が破壊される前にこれを検出し、駆動を停止することで梁部材２０の破損を防ぐことができる。

また本実施形態では検出センサである金属板３８が光偏向器と一体になっているので特別な調整が必要なく、組み立てが容易であるという特徴もある。
＜異常検出／アラーム＞
図８、９には本発明の第５実施形態に係る画像記録装置の動作フローが示されている。

動作を開始しステップ５０で光偏向器１２の状態、すなわち上記各実施形態にて示した検出手段で検出した内部特性値が正常であるか否かを判定する。

光偏向器１２の内部に異常がなければステップ５２に進み、画像記録装置内のドライブモータ、定着器、電源といった熱源体の温度を予め設けられた温度センサにてチェックする。異常がなければ（正常温度であれば）通常通り印字を行う。

温度が許容範囲を超えた場合には（過熱状態であれば）ステップ５４にて内部温度異常のアラームを表示する。この場合、既にステップ５０で光偏向器１２に異常がないことが判明しているので処理を行っても光偏向器１２が直接破損する恐れはないが、環境温度の上昇により光走査装置１０が加熱し、光偏向器１２に熱の影響が及ぶ可能性があるため、通常速度でこのまま処理を続けるのは望ましくない。但し処理を中断するとユーザへの影響が大きいので、処理速度を半分に低下させて発熱源の温度低下を待ちながら処理を続行することでユーザへの影響を最小限に抑える。

このとき光偏向器１２は通常速度で揺動しているため、処理を行う画像データは１ライン飛ばしでデータを送る必要がある。

ステップ５０で光偏向器１２の内部に異常があればステップ５６に進み、予め設けたセンサにて外気温／外気圧の検出を行う。外気温／外気圧に異常がなければステップ５８に進み、光偏向器１２に異常が発生したことをユーザに知らせるアラームを表示し動作を停止する。

外気温／外気圧に異常があればステップ６０に進み、環境に異常があることをユーザに報せ、環境（温度・気圧）を変えるようにユーザに指示するアラームを表示し動作を停止する。例えば外気温が動作環境温度を超えて高い場合などは機器を停止しても異常状態が解除されない可能性があるため、ユーザにより環境を変える必要がある。

上記の構成とすることで、画像記録装置が使用環境外で使われた際にはユーザに警告を発することにより、装置の故障を未然に防ぐことができる。また半速印字機能をもたせることによって印字不可能な状況を回避し、ユーザに与える被害を最小限にとどめることができる。
＜その他＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

例えば共振周波数にてミラーが駆動されるレゾナントスキャナ以外でも所謂ガルバノミラー等に応用できることは言うまでもない。トーションバースプリングを用いて可動部材を支持する構成であれば他にも本発明を応用することが可能である。

本発明に係る光走査装置の構成を示す図である。 本発明に係る光偏向器の構成を示す図である。 本発明の第一形態に係る光偏向器を示す図である。 本発明の第一形態に係る光偏向器の梁部材ねじれ量と歪みゲージ出力の関係を示す図である。 本発明の第２形態に係る光偏向器の構成を示す図である。 本発明の第３形態に係る光偏向器の構成を示す図である。 本発明の第３形態に係る光偏向器の梁部材と金属板の位置変化を示す図である。 本発明の第４形態に係る光走査装置の動作を示す図である。 本発明の第４形態に係る光走査装置の動作を示す図である。

符号の説明

１０ 光走査装置
１２ 光偏向器
１４ レーザ光源
１６ 走査結像レンズ
１８ 被走査面
２０ 梁部材
２４ 偏向反射ミラー
２６ 偏向反射面
２８ 支持体

Claims (10)

1. 光偏向軸を中心に支持部材にて揺動可能に支持され正弦揺動する偏向反射面で入射光束を偏向する光偏向器を備えた光走査装置であって、
   前記光偏向器の内部の特性値を検知する検知手段を備え、
   前記特性値が所定の値を超えた場合は作動を停止することを特徴とする光走査装置。
   
2. 前記特性値は前記支持部材の歪み量であり、
   前記検知手段が前記支持部材に設けられた歪みゲージ回路と前記歪みゲージ回路に接続された電圧計とで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   
3. 前記特性値は前記支持部材に発生する電圧であり、
   前記検知手段が圧電素材で形成された前記支持部材と前記支持部材に接続された電圧計であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   
4. 前記特性値は前記偏向反射面を揺動させるコイルに流れる電流または掛かる電圧であり、
   前記検知手段が前記コイルに設けられた電圧計または電流計であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   
5. 前記特性値は前記偏向反射面を揺動させるコイルの温度であり、
   前記検知手段が前記コイルに設けられた温度センサであることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   
6. 前記特性値は前記偏向反射面を揺動させるコイルと前記偏向反射面との間に設けられた金属部材と、前記光偏向器の筐体との間の静電容量であり、
   前記検知手段が、前記静電容量を検知する静電容量検知手段であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光走査装置を用いた画像記録装置であって、前記特性値が所定の値を超えた場合は異常表示を行い、作動を停止することを特徴とする画像記録装置。
   
8. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光走査装置を用いた画像記録装置、または請求項７に記載の画像記録装置であって、ドライブモータ、定着器、電源の温度、及び外気の温度、気圧のうち一つまたは複数をモニターし、前記光偏向器が異常であるか否かを判定することを特徴とする画像記録装置。
   
9. 外気温、または気圧の何れか一方または両方が所定の値を超えた場合は異常表示を行い、使用者に注意を促すことを特徴とする請求項８に記載の画像記録装置。
   
10. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光走査装置を用いた画像記録装置、または請求項７乃至請求項９の何れかに記載の画像記録装置であって、ドライブモータ、定着器、電源の温度のうち一つまたは複数が所定の値を超えた場合は異常表示を行い、処理速度を下げて画像記録処理を行うことを特徴とする画像記録装置。

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