JP2007171854A - 光走査装置・画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】従来、光源ユニットから振動ミラー面への入射角αと振動ミラーの振れ角(振幅)をθ0との関係は、α>2θ0であり、最大偏向角2θmax=α+2θ0としていたが、本発明では、同期検知センサ138、140へは振動ミラー460で偏向された光ビームが走査レンズ120、121の脇をすり抜け、結像レンズ139、141により集束され、入射されるようにすることで、2θ0≧α>2θs>2θdここで、θdは感光体上を走査する有効振れ角、θsは同期検知時の振れ角、なる関係としている。すなわち、振動ミラーに入射する光ビームの光線と上記結像光学系の光軸とのなす角度をα(入射角度)、上記光検出手段に入射すべく偏向された光ビームの光線と上記結像光学系の光軸とのなす角度を2θs、上記振動ミラーの振幅をθ0、とすると、θ0≧α/2>θsなる関係を満足するようにしている。
【選択図】図4
Description
本発明は、光走査型のバーコード読み取り装置や車載用のレーザレーダ装置等へも応用が可能である。
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偏向装置の研究が進められており、特許文献1や特許文献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方式が提案されている。
さらに、低振動で、発熱がほとんどないために、光走査装置を収容するハウジングを薄肉化でき、ガラス繊維の配合率が少ない低コストな樹脂成形材を用いても画像品質への影響が発生し難いといった利点もある。
特許文献3や特許文献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。
慣性モーメントI=(4ρrdt/3)・r2
バネ定数K=(G/2h)・{at(a2+t2)/12}
となり、共振振動数f0は、
f0=(1/2π)・√(K/I)=(1/2π)・√{Gat(a2+t2)/24LI}
となる。
ここで、ねじり梁の長さLと振れ角θ0は略比例関係にあるため、振れ角θは
θ0=κ/I・f02 κは定数 (1)
で表され、共振振動数f0はねじり梁のバネ定数Kによって変化し、それに伴って振れ角θも変化してしまうことになる。
空気の粘性抵抗P=C・ηυ^2・E^3 Cは定数
が振動ミラーの回転に対抗して働く。
一方、振動トルクTと振れ角θ0の関係は、
θ0=κ’・T/K κ’は定数 (2)
であるから、振れ角θを安定に保つには、ねじり梁のバネ定数Kの変化や空気抵抗に対応した回転トルクTを発生させるべく印加電流を加減すればよい。
そのため、特許文献5に開示されるように、走査されたビームを検出することで振れ角を検出し、振動ミラーに与える印加電流を加減することで、振れ角を安定的に保つ制御が行われている。
なお、特許文献6には、走査レンズを介さずに、同期検知センサにより光ビームを検出した例、特許文献7には、回折光学素子を用いた光走査装置が開示されている。
しかしながら、上記したように、振動ミラーは共振現象を利用して動作しているが故に、ミラー幅2rを大きくすると、走査速度が上がらず、振れ角も小さくなってしまう。
また、Siウエハを用いた半導体プロセスにより作製するため、微小加工という性格や取り数からみてもプロセスの特長を活かすには、ミラー幅2rはなるべく小さい方が望ましい。
一方で、被走査面でのビームスポット径と振動ミラーに入射する光ビームの光束径とは反比例の関係にあり、微小なビームスポット径を得ようとすると必然的にミラー幅2rを大きくしなければならない。
また、ミラー自体の厚さが数百μmと薄いため、ミラー幅2rが大きくなるのに伴って振幅動作に対抗して作用する慣性力や空気抵抗も大きくなり、ミラーが波打つように変形してビームスポット径を劣化させる要因となる。
さらに、高画質化が望まれるにつれ、高精細なドットを忠実に再現する上でビームスポットの小径化が求められており、ますます、ミラー幅2rを小さくするのに不利な条件となっている。
具体的には、請求項1記載の発明では、光源手段と、ねじり梁によって支持され、上記光源手段からの光ビームを偏向して被走査面を往復走査する振動ミラーと、上記振動ミラーに周期的に回転力を発生させる振動ミラー駆動手段と、上記振動ミラーによって走査された光ビームを上記被走査面に結像する結像光学系と、
主走査方向における所定位置で上記振動ミラーによって偏向された光ビームを検出する光検出手段と、を有する光走査装置において、上記振動ミラーに入射する光ビームの光線と上記結像光学系の光軸とのなす角度をα(入射角度)、上記光検出手段に入射すべく偏向された光ビームの光線と上記結像光学系の光軸とのなす角度を2θs、上記振動ミラーの振幅をθ0、とすると、
θ0≧α/2>θs
なる関係を満足することを特徴とする。
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の光走査装置において、上記結像光学系を構成する光学素子の少なくとも1面に、上記光源手段の波長変化に伴う主走査方向における結像位置の移動を補正するようにパワーを設定した回折面を有することを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、請求項1に記載の光走査装置において、上記被走査面における走査領域端に到達すべく偏向された光ビームの光線と上記結像光学系の光軸とのなす角度を2θdとすると、上記振動ミラーの振幅中心が上記結像光学系の光軸に対し、
α/2−θd
だけ傾くように配備することを特徴とする。
請求項6に記載の発明では、請求項4に記載の光走査装置において、上記光源手段を変調するクロックのパルス周期または位相の少なくともいずれか一方を、主走査位置に応じて可変する光源駆動手段を備えることを特徴とする。
請求項7に記載の発明では、請求項1に記載の光走査装置において、上記振動ミラー駆動手段は、上記光検出手段により検出された検出信号をもとに、上記振動ミラーの振幅を算出し、振れ角が一定となるように回転力を制御することを特徴とする。
請求項8記載の発明では、請求項1に記載の光走査装置において、
上記光源手段は、上記振動ミラーの振れ角が少なくとも
θ0≧θ≧α/2
の範囲において発光を禁止する光源駆動手段を備えることを特徴とする。
請求項10に記載の発明では、画像形成装置において、請求項1乃至8のうちのいずれかに記載の光走査装置を備え、上記振動ミラーを複数配備して共通の走査周波数により駆動するとともに、往走査または復走査のいずれかの期間中に、画像情報に応じて上記光源手段を変調して各色に対応した像担持上に各々静電潜像を形成し、該静電潜像を顕像化し、該顕像を転写体上で重ね合わせて記録媒体に転写し、多色画像を形成することを特徴とする。
請求項11に記載の発明では、請求項10に記載の画像形成装置において、上記複数の振動ミラーにおける走査方向を揃えて各色の画像記録を行うことを特徴とする。
また、同期検知信号を得るための光検出手段に至る光線を被走査面における走査領域の始端側に配備することで、走査領域の終端側を走査する振動ミラーの偏向角を最小限に留め、振動ミラーにおける最大偏向角2θmaxを最小とすることができ、ミラー幅を最小限とすることができる。
従って、ビームスポットの小径化や主走査方向におけるドット間隔の均一性確保にも対処でき、高品位な画像形成が行える。
また、結像光学系を構成する各光学素子の、光源手段の波長変化に伴って発生する主走査方向における結像位置の移動の影響を受けずに、光源手段に至る光線の振動ミラーでの偏向角θsを直接検出できるので、上記した振れ角の制御がより確実に行え、高品位な画像形成が行える。
請求項4に記載の発明によれば、振動ミラーにおける必要最小限の最大偏向角2θmaxに対して、振動ミラーの法線方向を決めてやることで、振幅の無駄をなくして最小限で済ませることができ、ミラー幅も最小限とすることができるので、ビームスポットの小径化や主走査方向に沿ったドット間隔の均一性確保にも対処でき、高品位な画像形成が行える。
請求項6に記載の発明によれば、振動ミラーの法線方向、言いかえれば、振幅中心を結像光学系の光軸に対して任意に設定しても、振幅中心を基準として、被走査面で主走査方向に沿ったドット間隔が均一となるようにでき、高品位な画像形成が行える。
請求項7に記載の発明によれば、動作環境、つまり温度や気圧の変化に伴って発生するねじり梁のばね定数の変動や空気抵抗の変動などがあったとしても、振れ角が変化することがないので、主走査方向に沿ったドット間隔の均一性を安定的に保持する確保することができ、高品位な画像形成が行える。
請求項9に記載の発明によれば、振動ミラーを用いることによって低騒音、低消費電力な画像形成装置を実現できる。
請求項10に記載の発明によれば、振動ミラーを用いることによって低騒音、低消費電力で、かつ、タンデムカラーエンジンに対応した画像形成装置を実現できる。
請求項11に記載の発明によれば、複数の振動ミラーにおける走査方向を揃えて各色の画像記録を行うことにより、書き出し方向が揃えられ、高品位な画像形成が行える。
図1は、4つのステーション(色別の画像形成ステーション)を走査する光走査装置900Aの例を示し、2ステーションずつ2分し、相反する方向に向けて配置した一対の振動ミラー460に各々ビームを入射して、偏向、走査する方式を示している。
4つの感光体ドラム101、102、103、104は転写体としての中間転写ベルト105の移動方向(矢印方向)に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を中間転写ベルト105に転写して重ね合わせることでカラー画像を形成する。
各感光体ドラムを走査する光走査装置900Aは一体的に構成され、後述する各々に対応した光源ユニットからのビームを個別に配備された振動ミラー460により走査する。
光源手段または光源装置としての光源ユニット107、108、109、110は、光源ユニット107、110が光源ユニット108、109よりも射出位置が所定間隔だけずれるように、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、各振動ミラー460の静止時に偏向された、走査角θ=0に相当する光線が同軸に揃うように対称に配備され、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上に、同時に画像を書き込んでいく。
この際、いずれか一方の振動ミラーにおいて、後述する同期検知センサでの検出信号をもとに1/2周期タイミングを遅らせて、振動ミラーの復走査時に画像を書き込むようにすれば、各ステーションの走査方向を揃えることができる。
シリンダレンズ113、114、115、116は一方が平面、もう一方が副走査方向に共通の曲率を有し、振動ミラー460の偏向点までの光路長が等しくなるように配備してある。各光源ユニット107、108および109、110からの光ビームは光軸を挟んで副走査方向に上下にずらして入射させることで、屈折力によって光ビームは折り曲げられ、偏向面の近傍で交差するように斜入射される。
偏向後は、ビーム同士が分離するように間隔を拡げつつ走査レンズ(以下、「fθレンズ」ともいう)120、121に入射される。走査レンズ120、121は樹脂成形により、主走査方向には振動ミラーの正弦波振動に対応してf・arcsin特性、つまり、単位走査角あたりの主走査位置の変化dH/dθがsin−1(θ/θ0)に比例する特性となるようパワー(屈折力)を持たせた非円弧面形状となし、振動ミラーの回転に伴って感光体ドラム面上でビームが略等速に移動するように各画素に対応した主走査位置を補正するとともに、後段のトロイダルレンズ122、123、124、125とにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。
一般に、結像光学系のパワーは正であるので、波長が長くなると屈折力が弱くなり、主走査方向には結像位置が光軸から遠ざかる方向に移動するが、この結像位置の移動と逆方向になるように回折パワーを設定することで、ステーション間の倍率差が発生しないように配慮している。
本実施形態では、各色ステーションの振動ミラーを、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、振動ミラーから感光体ドラム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。
光源ユニット108からのビーム202は、シリンダレンズ114を介して上向きに傾けられ、入射ミラー111で反射されて振動ミラー460に入射され、走査レンズ120を通過した後、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101に導かれ、第1のステーションとしてイエロー画像を形成する。
対称に配備された第3、第4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を介して振動ミラー460で偏向され、折り返しミラー132で反射されてトロイダルレンズ125を通過し、折り返しミラー133、134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、また、光源ユニット110からのビーム204は、振動ミラー460で偏向され、折り返しミラー135で反射されてトロイダルレンズ124を通過し、折り返しミラー136、137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。
これらの構成部品は後述する単一のハウジングに一体的に保持される。
振動ミラー460は、図3に示すように、入射される光ビームの径をd0とすると、回転軸に直交する方向の幅2rは、最大偏向角2θmaxを用いて、
2r≧d0/cosθmax
とする必要がある。
しかしながら、上記したようにrを大きくすると慣性モーメントIが大きくなり、共振周波数や振れ角に対して不利となる。従って、θmaxはできるだけ小さい方が好ましい。
α>2θ0
であり、最大偏向角2θmax=α+2θ0
としていたが、
本実施形態では、同期検知センサ138、140へは振動ミラー460で偏向された光ビームが走査レンズ120、121の脇をすり抜け、結像レンズ139、141により集束され、入射されるようにすることで、図4に示すように、
2θ0≧α>2θs>2θd
ここで、θdは感光体上を走査する有効振れ角、θsは同期検知時の振れ角
なる関係としている。
具体的には、θ0=25°、θd=15°、α=40°、θs=18°である。
Δθ=α/2−2θd
だけ光源側に傾けるように、上記した走査レンズ乃至はトロイダルレンズの少なくとも1面を、主走査方向に沿って非対称な曲面形状とする、あるいは、後述するように、半導体レーザを変調するクロックのパルス周期または位相を主走査位置に応じて可変することで、振動ミラーの振幅中心と走査レンズの光軸とが一致していないことに伴って発生する主走査方向における結像位置のずれを補正するようにしている。
このようにすれば、最大偏向角は2θmax=α+2θdまで縮小でき、ミラー幅2rが最小限で済むようにできる。
検出手段は中間転写ベルト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。
本実施形態では、検出手段は照明用のLED素子154と、反射光を受光するフォトセンサ155およ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、中間転写ベルト105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。
ここでは、振動ミラーの回転トルクの発生方法として電磁駆動方式の例を説明する。図示するように、振動ミラーのミラー面をなす可動ミラー441は、ねじり梁442で軸支されており、後述するように、単一のSi基板からエッチングにより外形を貫通して作製し、実装基板448に装着され、振動ミラーを一体に備えたユニットとしての振動ミラー基板440を構成する。図1や図8では実装基板448は省略している。
本実施形態では、一対の振動ミラー基板440を背合わせで一体支持したモジュールをなす。
支持部材445は、樹脂で成形され、回路基板449の所定位置に位置決めされており、振動ミラー基板440を、ねじり梁442が主走査平面に直交し各ミラー面が主走査方向に対し所定の角度、ここでは30°傾くように、ミラー面同士を平行に位置決めする位置決め部451と、振動ミラー基板440の実装基板448の一辺に形成されている配線端子455が、装着時に接触するように金属製端子群を配列したエッジコネクタ部452と、を一体で構成している。
本実施形態では、支持部材445と回路基板449とを別部材としたが、いずれか一方が他方を兼ねる構成としてもよい。
回路基板449には、振動ミラーの駆動回路を構成する制御ICや水晶発振子等が実装され、コネクタ454を介して電源および制御信号が入出力される。
また、各振動ミラーの振幅位相を1/2周期ずらすことで、相反する方向に偏向した場合であっても、走査方向を揃えることができる。
光ビームを入出射する側壁457の開口部には平板状の透過窓459が備えられている。該透過窓459は振動ミラー面(可動ミラー441)と副走査方向に約5°傾くように配備され、振動ミラー面との間で光ビームが繰り返し反射されないように配慮している。
上カバー458には、発砲ポリウレタン等を貼り合わせ、外気からの熱伝搬を抑制するように断熱性を確保している。
振動ミラー460は、表面にミラー面を形成し振動子をなす可動部と、それを支え回転軸をなすねじり梁と、支持部をなすフレームとからなり、Si基板をエッチングにより切り抜いて形成する。
本実施形態では、図7(c)に示すように、SOI基板と呼ばれる60μmと140μmとの2枚の基板が酸化膜を挟んで予め接合されたウエハを用いて作製する。
まず、140μm基板(第2の基板)461の表面側からプラズマエッチングによるドライプロセスによって、ねじり梁442、平面コイルが形成される振動板443、可動部の骨格をなす補強梁444と、フレーム446とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通する。
次に、60μm基板(第1の基板)462の表面側からKOHなどの異方性エッチングによって、可動ミラー441と、フレーム447とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通し、最後に、可動部周囲の酸化膜を除去して分離し、振動ミラーの構造体を形成する。
さらに、60μm基板462の表面側にアルミニウム薄膜を蒸着して反射面となし、図7(b)に示すように、140μm基板461の表面側には銅薄膜で平面コイルとしてのコイルパターン463とねじり梁442を介して配線された端子464、および、トリミング用のパッチ465を形成する。
当然、振動板443側に薄膜状の永久磁石を備え、フレーム447側に平面コイルを形成する構成とすることもできる。
振動ミラー460は、ミラー面を表に向けて台座466に装着され、各端子464間に電流を流すことにより、コイルパターン463の回転軸に平行な各辺にローレンツ力が生じ、ねじり梁442をねじって可動ミラー441を回転する回転トルクTを発生し、電流を切るとねじり梁442の戻り力により水平に戻る。
従って、コイルパターン463に流れる電流の方向を交互に切り換えることによって、可動ミラー441を往復振動させることができる。
従って、通常は走査周波数fdをこの共振振動数f0に合わせて設定、あるいは追従するように制御しているが、共振振動数f0は上記したように、振動ミラー460を構成する振動子の慣性モーメントIによって決定されるため、仕上がりの寸法精度にばらつきがあると個体間で差が生じてしまい、本実施形態のように複数の振動ミラーを用いる場合、各々の走査周波数fdを揃えることが困難となる。
この共振振動数f0のばらつきは、プロセスの能力にもよるが、±200Hz程度あり、例えば、走査周波数fd=2kHzとすると1/10ラインに相当する走査ラインピッチのずれが生じることになり、10ライン記録すると1ライン分もの走査位置ずれになってしまう。
選別によって共振振動数f0の近いものを組み合わせることはできるが、生産効率が悪いうえ、交換を行う際には常に対で扱う必要があるためコストもかかる。
そして、その周波数帯域内で、共振振動数f0によらず、走査周波数fdを設定している。
振動ミラー460には、加振装置により走査周波数に相当する振動が付与され、振動ミラー460の裏側よりパッチ465に炭酸ガスレーザが照射され、共振によって急峻に振れ角が増大するまで切込みを入れていく。
共振状態の検出は、振動ミラー460の表側から光源装置によりビームを当て、反射されたビームの振れを振幅検出装置により検出することにより行うことができる。
なお、このような減量方式のトリミングによらずとも、バランスウエイトを付着していく増量方式の方法によってもよい。
上記したように、振動ミラー裏側に形成した平面コイル(コイルパターン463)には、交互に電流の流れる方向が切り換わるように、交流電圧、またはパルス波状電圧が印加され、振れ角θが一定となるように平面コイルに流す電流のゲインを調節して往復振動させる。
図11に、電流の流れる方向を切り換える周波数fと振れ角θとの関係を示すが、一般に、共振周波数f0をピークとした周波数特性となり、走査周波数fdを共振周波数f0に一致させれば、最も振れ角が大きくとれる。しかしながら、共振周波数付近においては急峻に振れ角が変化する。
従って、初期的には可動ミラー441の駆動部(振動ミラー駆動手段)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、温度変化に伴うバネ定数の変化などで共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまい、経時的な安定性に乏しいという欠点がある。
具体的には、共振周波数f0=2kHzに対し、走査周波数fdは2.5kHzとし、ゲイン調整により振れ角θが±25°になるように合わせている。
経時的には、振れ角θを、振動ミラー460により走査されたビームを、走査領域の始端に配備した同期検知センサ139、140において復走査時に検出した検出信号と往走査時に検出した検出信号との時間差により検出し、振れ角θが一定となるように制御している。
θ=θ0・sin2πfd・t
同期検知センサ139、140において走査角を2θsに対応したビームを検出するとすると、検出信号は復走査と往走査とで発生され、その時間差Tを用いると、
θs=θ0・cos2πfd・T/2
で表され、θsは固定であるので、Tを計測すれば最大振れ角θ0が検出できることがわかる。
なお、復走査でのビーム検出から往走査でのビーム検出に至る期間、振動ミラーの振れ角でいうと、
θ0>θ>θs
なる期間では発光源の発光を禁止するようにしている。発光の禁止制御は、図10に示す光源駆動手段としての光源駆動部によりなされる。
被走査面である感光体ドラム面では、時間に対して各画素の間隔が均一となるように主走査ドットを形成する必要がある。
一般に、このずれは走査レンズにf・arcsinレンズを用いることによって補正するが、仮に、ポリゴンミラーでの走査と同様、画素クロックを単一の周波数で変調した際、時間に対して走査角2θが比例、つまり等速度で変化するようにするためには、主走査領域端で主走査位置の補正量が最も大きくなるように主走査方向に沿ったパワー(屈折力)を設定する必要がある。
このとき、像高0、つまり画像中心から任意の像高Hまでの時間をtとすると、像高Hと振れ角θ(走査角2θ)との関係は、
H=ω・t=(ω/2πfd)・sin−1(θ/θ0)
となる。ここで、ωは定数である。
また、上記したように振動ミラーの振幅中心と光軸とが一致していないことによって光軸に非対称な曲面を有する走査レンズが必要になるため、本実施形態では画素クロックの位相Δtを主走査位置に応じて可変することで、主走査方向に沿った走査レンズのパワーの偏差がなるべく小さくなるように、また、非対称成分を補正するようにしている。
H=(ω/2πfd)・sin−1{(θ−Δθ)/θ0}
Δθ/θ0=sin2πfdt−sin2πfd(t−Δt)
なる関係式となる。
ここで、走査レンズをfθレンズに近いパワー配分となるようにし、その残差を画素クロックの位相Δtにより補正する場合、
H=(ω/2πfd)・{(θ−Δθ)/θ0}
=(ω/2πfd)・sin−1(θ/θ0)
Δθ/θ0=θ/θ0−sin−1(θ/θ0)
なる関係式となり、主走査方向に沿った所定画素の位相Δt(sec)は、
(θ/θ0)−sin−1(θ/θ0)=sin2πfdt−sin2πfd(t−Δt)
なる関係式に基づいて決定されるように、発光源を変調すればよい。
各色毎にラスター展開された画像データはフレームメモリに各々一時保存され、画像処理部に順に読み出されて、前後の関係を参照しながら中間調に対応したマトリクスパターンに応じて各ラインの画素データが形成され、各発光源に対応したラインバッファに転送される。
書込制御部は、ラインバッファから、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて独立に変調する。
こうして、1クロック毎に位相データHを与え、順次パルス周期が可変された画素クロックPCLKを生成する。ここでは、画素クロックPCLKは、高周波クロックVCLKの8分周とし、1/8クロックの分解能で位相が可変できるようにしている。この可変制御は、図10に示す光源駆動手段としての光源駆動部によりなされる。
デューティ50%とすると設定値L=3が与えられ、カウンタで4カウントされ画素クロックPCLKを立ち下げる。1/8クロック位相を遅らせるとすると位相データH=6が与えられ、7カウントで立上げる。同時にカウンタがリセットされるので、4カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が1/8クロック分縮められたことになる。
こうして生成された画素クロックPCLKは、光源駆動部に与えられ、この画素クロックPCLKに対してラインバッファから読み出された画素データを重畳させた変調データにより、半導体レーザを駆動する。
例えば、i領域の画素数をNi、各画素でのシフト量を画素ピッチpの1/16単位とし、各領域の両端における主走査位置のずれがΔLiであったとすると、
ni=Ni・p/16ΔLi
となり、ni画素毎に位相をシフトしてやればよい。
画素クロックfcとすると、トータルでの位相差Δtは、位相シフト回数Ni/niを用い
Δt=1/16fc×∫(Ni/ni)di
となり、Nドット目の画素における位相差Δtについても同様に、それまでの位相シフトの累積回数により設定できる。
半導体レーザの出力は、一般に、背面光を同一パッケージ内に装着される光量モニタ用のセンサによって一走査毎に画像領域にかかる前に検出され、1ライン記録中は一定値を保持するように発光源に印加する電流量を制御する。
ブラックの感光体ドラム104の周囲には、感光体ドラムを高圧に帯電する帯電チャージャ902、光走査装置900A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装置904、感光体ドラムに残ったトナーを掻き取って備蓄するクリーニング装置905が配置される。他の感光体ドラムの周囲構成も同様である。感光体ドラムへは振動ミラーの往復走査により1周期で2ライン毎の画像記録が行われる。
上記した画像形成ステーションは中間転写ベルト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中間転写ベルト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。
本実施形態では、4ステーションを単一の振動ミラーにより走査する方式を示している。
図示するように各感光体ドラム101、102、103、104を走査する光走査装置900Bは一体的に構成され、中間転写ベルト105の移動方向(矢印方向)に沿って等間隔で配列された4つの感光体ドラム101、102、103、104に対し、各々に対応した光源ユニット107、108、109、110からのビームを、振動ミラー460での偏向後に再度分離して、導くことで同時に画像を形成する。
振動ミラー460に対して各光源ユニットからのビームは副走査方向に異なる入射角で斜入射させることで、各光源ユニットからのビームを一括して偏向、走査するようにしている。
光源ユニット110からのビーム204に、他の光源ユニットからのビーム203、202、201は、階段状に高さが異なる3枚の入射ミラー111によって、ビーム203、202、201の順で上下一列に揃うように折り返され、副走査方向に高さを異ならせてシリンダレンズ113に入射され、振動ミラー460へと向かう。
fθレンズ120は全てのステーションで共用され、副走査方向には収束力を持たない。fθレンズ120を通った各光源ユニットからのビームのうち、光源ユニット107からのビームは、折返しミラー126で反射され、トロイダルレンズ122を介して感光体ドラム101上にスポット状に結像し、第1の画像形成ステーションとしてイエロー色の画像情報に基いた潜像を形成する。
光源ユニット108からのビームは、折返しミラー127で反射され、トロイダルレンズ123、折返しミラー128を介して感光体ドラム102上にスポット状に結像し、第2の画像形成ステーションとしてマゼンタ色の画像情報に基いた潜像を形成する。
光源ユニット110からのビームは、折返しミラー131で反射され、トロイダルレンズ125、折返しミラー132を介して感光体ドラム104上にスポット状に結像し、第4の画像形成ステーションとしてブラック色の画像情報に基いた潜像を形成する。
同様に、同期検知センサ138へは振動ミラー460で偏向された光ビームが走査レンズ120の脇をすり抜け、結像レンズ139により集束され、入射されるようにしており、その検出信号をもとにステーション毎の同期検知信号を生成している。
本実施形態における光走査装置900Bも第1の実施形態における光走査装置900Aと同様に画像形成装置に設けることができる。
107.108、109、110 光源手段としての光源ユニット
120、121 結像光学系の光学素子としての走査レンズ
122、123、124、125 結像光学系の光学素子としてのトロイダルレンズ
138、140 光検出手段としての同期検知センサ
460 振動ミラー
Claims (11)
- 光源手段と、
ねじり梁によって支持され、上記光源手段からの光ビームを偏向して被走査面を往復走査する振動ミラーと、
上記振動ミラーに周期的に回転力を発生させる振動ミラー駆動手段と、
上記振動ミラーによって走査された光ビームを上記被走査面に結像する結像光学系と、
主走査方向における所定位置で上記振動ミラーによって偏向された光ビームを検出する光検出手段と、
を有する光走査装置において、
上記振動ミラーに入射する光ビームの光線と上記結像光学系の光軸とのなす角度をα(入射角度)、上記光検出手段に入射すべく偏向された光ビームの光線と上記結像光学系の光軸とのなす角度を2θs、上記振動ミラーの振幅をθ0、とすると、
θ0≧α/2>θs
なる関係を満足することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1に記載の光走査装置において、
上記光検出手段は、上記結像光学系を介さずに、上記振動ミラーによって偏向された光ビームを検出することを特徴とする光走査装置。 - 請求項2に記載の光走査装置において、
上記結像光学系を構成する光学素子の少なくとも1面に、上記光源手段の波長変化に伴う主走査方向における結像位置の移動を補正するようにパワーを設定した回折面を有することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1に記載の光走査装置において、
上記被走査面における走査領域端に到達すべく偏向された光ビームの光線と上記結像光学系の光軸とのなす角度を2θdとすると、上記振動ミラーの振幅中心が上記結像光学系の光軸に対し、
α/2−θd
だけ傾くように配備することを特徴とする光走査装置。 - 請求項4に記載の光走査装置において、
上記結像光学系を構成する光学素子の少なくとも1面に、光軸に対して主走査方向に非対称な曲面を有することを特徴とする光走査装置。 - 請求項4に記載の光走査装置において、
上記光源手段を変調するクロックのパルス周期または位相の少なくともいずれか一方を、主走査位置に応じて可変する光源駆動手段を備えることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1に記載の光走査装置において、
上記振動ミラー駆動手段は、上記光検出手段により検出された検出信号をもとに、上記振動ミラーの振幅を算出し、振れ角が一定となるように回転力を制御することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1に記載の光走査装置において、
上記光源手段は、上記振動ミラーの振れ角が少なくとも
θ0≧θ≧α/2
の範囲において発光を禁止する光源駆動手段を備えることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至8のうちのいずれかに記載の光走査装置を備え、
上記振動ミラーを所定の走査周波数により駆動するとともに、往走査または復走査のいずれかの期間中に、画像情報に応じて上記光源手段を変調して像担持体上に静電潜像を形成し、該静電潜像を顕像化し、該顕像を記録媒体に転写して画像を形成することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至8のうちのいずれかに記載の光走査装置を備え、
上記振動ミラーを複数配備して共通の走査周波数により駆動するとともに、往走査または復走査のいずれかの期間中に、画像情報に応じて上記光源手段を変調して各色に対応した像担持上に各々静電潜像を形成し、該静電潜像を顕像化し、該顕像を転写体上で重ね合わせて記録媒体に転写し、多色画像を形成することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10に記載の画像形成装置において、
上記複数の振動ミラーにおける走査方向を揃えて各色の画像記録を行うことを特徴とする画像形成装置。
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