JP2007216469A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、振動する偏向ミラー面によって光ビームを偏向して潜像担持体上で光ビームを主走査方向に走査させて画像を形成する画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus which forms an image by deflecting a light beam by a vibrating deflection mirror surface and scanning the light beam on a latent image carrier in a main scanning direction.
この種の画像形成装置としては、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。この画像形成装置では、感光体ドラムなどの潜像担持体の表面に形成すべきトナー像に関連する画像データに対して階調再現処理などの画像処理を加えて画像信号が形成される。また、この画像形成装置では、露光ユニットが設けられており、該露光ユニットが画像データに対応する潜像を潜像担持体上に形成する。例えば特許文献1に記載の画像形成装置に装備される露光ユニットでは、光源として半導体レーザが用いられ、上記画像信号に基づき光源からの光ビームが変調されるとともに、該変調光ビームが偏向器の反射ミラー(本発明の「偏向ミラー面」に相当)により偏向されて主走査方向への光ビームの走査が行われる。そして、走査光ビームは感光体ドラム(潜像担持体)の表面にスポット状に照射されてスポット潜像を形成する。こうして形成されるスポット潜像は現像部により現像されて該スポット潜像位置にドットが形成されて画像データに対応するトナー像が形成される。
Examples of this type of image forming apparatus include image forming apparatuses such as laser printers, copiers, and facsimile machines. In this image forming apparatus, an image signal such as a gradation reproduction process is added to image data related to a toner image to be formed on the surface of a latent image carrier such as a photoconductive drum to form an image signal. In this image forming apparatus, an exposure unit is provided, and the exposure unit forms a latent image corresponding to the image data on the latent image carrier. For example, in an exposure unit equipped in an image forming apparatus described in
しかしながら、上述の露光ユニットでは振動する反射ミラーにより偏向された光ビームを光学系を介して感光体ドラム上に結像しているため、次のような問題が発生することがあった。すなわち、光学系として例えばarc−sin特性を有するレンズ系やfθレンズ系が用いられるが、該光学系により偏向光ビームを感光体ドラムの表面に照射すると、感光体ドラム表面に対する光ビームの入射角は主走査方向位置により異なる。その結果、感光体ドラム表面に照射される光ビームのスポット径が主走査方向位置に応じて変化する。より具体的には、後述する図12(a)や図15(a)に示すように、主走査方向における走査位置のうち光軸近傍では(反射ミラー面の振り角がほぼゼロとなっているとき)、感光体ドラム上に形成されるスポット径は最も小さく、光軸から主走査方向に離れるにしたがってスポット径は次第に大きくなり、有効走査端部で最大となる。そして、このように主走査位置(反射ミラー面の振り角)に応じてスポット径が変動することが画像品質の低下の主要因の一つとなっていた。 However, in the above-described exposure unit, the light beam deflected by the oscillating reflecting mirror is imaged on the photosensitive drum via the optical system, so that the following problem may occur. That is, for example, a lens system having an arc-sin characteristic or an fθ lens system is used as the optical system. When the deflected light beam is irradiated onto the surface of the photosensitive drum by the optical system, the incident angle of the light beam with respect to the surface of the photosensitive drum. Depends on the position in the main scanning direction. As a result, the spot diameter of the light beam irradiated on the surface of the photosensitive drum changes according to the position in the main scanning direction. More specifically, as shown in FIGS. 12A and 15A described later, the swing angle of the reflecting mirror surface is almost zero in the vicinity of the optical axis in the scanning position in the main scanning direction. ), The spot diameter formed on the photosensitive drum is the smallest, the spot diameter gradually increases as the distance from the optical axis in the main scanning direction, and becomes the maximum at the effective scanning end. In this way, the variation of the spot diameter according to the main scanning position (the swing angle of the reflecting mirror surface) has been one of the main causes of image quality degradation.
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、振動する偏向ミラー面によって光ビームを主走査方向に走査しながら該光ビームを潜像担持体上にスポット状に結像して画像を形成する画像形成装置において、主走査方向における、潜像担持体上に形成されるスポットの径を揃えて画像品質を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and forms an image by forming a light beam in a spot shape on a latent image carrier while scanning the light beam in the main scanning direction by a vibrating deflection mirror surface. An object of the image forming apparatus is to improve the image quality by aligning the diameters of spots formed on the latent image carrier in the main scanning direction.
本発明は、上記目的を達成するため、走査方向に移動する潜像担持体と、光源からの光ビームを副走査方向とほぼ直交する主走査方向に伸びるビーム形状に整形するとともに、副走査方向と平行な駆動軸回りに振動する可動部材の表面に形成された偏向ミラー面に対して副走査方向を含む副走査断面において整形光ビームを斜めに入射して主走査方向に走査しながら、該走査光ビームを光学系により潜像担持体の表面にスポット状に結像して潜像を形成する露光ユニットとを備え、主走査方向における偏向ミラー面の幅が副走査方向において変化するように偏向ミラー面は形成されており、露光ユニットは、可動部材を振動させながら、偏向ミラー面の振り角に同期して振動中の可動部材を全体的に偏向ミラー面の法線方向に平行シフトさせることによって副走査方向における整形光ビームの入射位置を変化させて偏向ミラー面により反射される光ビームの主走査方向長さを変動させることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention shapes the latent image carrier moving in the scanning direction and the light beam from the light source into a beam shape extending in the main scanning direction substantially orthogonal to the sub scanning direction, and in the sub scanning direction. The shaped light beam is obliquely incident on the deflecting mirror surface formed on the surface of the movable member that vibrates around the drive axis parallel to the sub-scanning direction including the sub-scanning direction and is scanned in the main scanning direction. An exposure unit that forms a latent image by forming a scanning light beam in a spot shape on the surface of the latent image carrier using an optical system so that the width of the deflection mirror surface in the main scanning direction changes in the sub-scanning direction. The deflection mirror surface is formed, and the exposure unit oscillates the movable member and shifts the oscillating movable member in parallel to the normal direction of the deflection mirror surface in synchronization with the swing angle of the deflection mirror surface. It is characterized by varying the length in the main scanning direction of the light beam reflected by the deflection mirror surface by changing the incident position of the shaped light beam in the sub-scanning direction by.
このように構成された発明では、光源からの光ビームは主走査方向に伸びるビーム形状に整形され、副走査断面において偏向ミラー面に対して斜めに入射する、いわゆる斜入射する。このため、可動部材が法線方向に変位して法線方向における偏向ミラー面の位置(偏向面位置)が変動すると、その変動に応じて副走査方向における整形光ビームの入射位置が変化する。また、本発明では、主走査方向における偏向ミラー面の幅が副走査方向において変化するように偏向ミラー面は形成される。したがって、上記のようにして整形光ビームの入射位置が変化するに応じて、整形光ビームのうち偏向ミラー面により反射される光ビームの主走査方向長さが変動する。このため、偏向ミラー面により反射された光ビームを潜像担持体上に結像して得られるスポットの径も変動する。このように、本発明では、可動部材の平行シフトにより潜像担持体上のスポット径を変動させることができ、その変動を偏向ミラー面の振り角に同期して行っている。したがって、偏向ミラー面の振り角に応じて潜像担持体上のスポット径を補正し、良好な画像を形成することができる。 In the invention configured as described above, the light beam from the light source is shaped into a beam shape extending in the main scanning direction, and is incident obliquely on the deflection mirror surface in the sub-scan section, so-called oblique incidence. For this reason, when the movable member is displaced in the normal direction and the position of the deflection mirror surface in the normal direction (deflection surface position) varies, the incident position of the shaped light beam in the sub-scanning direction changes according to the variation. In the present invention, the deflection mirror surface is formed such that the width of the deflection mirror surface in the main scanning direction changes in the sub-scanning direction. Therefore, as the incident position of the shaped light beam changes as described above, the length of the light beam reflected by the deflection mirror surface in the shaped light beam varies in the main scanning direction. For this reason, the spot diameter obtained by imaging the light beam reflected by the deflecting mirror surface on the latent image carrier also varies. Thus, in the present invention, the spot diameter on the latent image carrier can be changed by the parallel shift of the movable member, and the change is performed in synchronization with the swing angle of the deflection mirror surface. Therefore, the spot diameter on the latent image carrier can be corrected according to the swing angle of the deflection mirror surface, and a good image can be formed.
ここで、偏向ミラー面の形状については、主走査方向における偏向ミラー面の幅が副走査方向において連続的に変化する形状を採用するのが望ましい。例えば、法線方向からの正面視で台形形状となっている偏向ミラー面を採用することができる。このように台形形状を採用した場合、偏向ミラー面の幅についての変化量を大きく設定することができ、スポット径の変動範囲を広げることができる。 Here, as the shape of the deflection mirror surface, it is desirable to adopt a shape in which the width of the deflection mirror surface in the main scanning direction continuously changes in the sub-scanning direction. For example, a deflecting mirror surface having a trapezoidal shape in front view from the normal direction can be employed. When the trapezoidal shape is adopted as described above, the amount of change with respect to the width of the deflection mirror surface can be set large, and the range of fluctuation of the spot diameter can be widened.
また、偏向ミラー面の形状としては、例えば副走査方向において中央部の幅が最も短く該中央部から副走査方向に離れるにしたがって長くなる形状のものを採用してもよい。これは、スポット径の補正を行わない従来装置では図12(a)や図15(a)に示すように潜像担持体上のスポット径が走査中心では最も小さく、走査端部に進むにしたがって次第に大きくなるという特性に対応したものである。なお、この点については、後で図15を参照しつつ詳述する。 Further, as the shape of the deflection mirror surface, for example, a shape in which the width of the central portion is the shortest in the sub-scanning direction and becomes longer from the central portion in the sub-scanning direction may be adopted. This is because the spot diameter on the latent image carrier is the smallest at the scanning center in the conventional apparatus that does not correct the spot diameter, as shown in FIGS. 12A and 15A, and proceeds to the scanning end. This corresponds to the characteristic of gradually increasing. This point will be described in detail later with reference to FIG.
また、露光ユニットを、所定間隔だけ離間して設けられた第1および第2支持部を有するベース部と、第1支持部にその外側端部が固定される一方、その内側端部が自由端である2本の第1アーム部を有する第1振動子と、第2支持部にその外側端部が固定される一方、その内側端部が自由端である2本の第2アーム部を有する第2振動子と、駆動軸が第1アーム部と第2アーム部との中間に位置するように配置された可動部材を、駆動軸に対して第1振動子側で第1アーム部と連結する第1捩じりバネ部と、駆動軸に対して第2振動子側で可動部材を第2アーム部と連結する第2捩じりバネ部と、第1および第2振動子に対して別個独立して駆動力を与えて各アーム部を偏向ミラー面の法線方向に往復移動させることによって可動部材を振動させる振動駆動部とを有し、可動部材を振動させながら、偏向ミラー面の振り角に同期して振動駆動部は第1および第2振動子に与える駆動力を調整して振動中の可動部材を全体的に法線方向に平行シフトさせるように構成してもよい。 In addition, the exposure unit is provided with a base portion having first and second support portions provided at a predetermined interval, and an outer end portion is fixed to the first support portion, while an inner end portion is a free end. A first vibrator having two first arm portions, and two second arm portions whose outer end portions are fixed to the second support portion and whose inner end portions are free ends. The second vibrator and a movable member arranged so that the drive shaft is located between the first arm portion and the second arm portion are connected to the first arm portion on the first vibrator side with respect to the drive shaft. The first torsion spring part, the second torsion spring part connecting the movable member to the second arm part on the second vibrator side with respect to the drive shaft, and the first and second vibrators The movable member is vibrated by applying a driving force independently and reciprocating each arm in the normal direction of the deflection mirror surface. The vibration drive unit adjusts the driving force applied to the first and second vibrators in synchronization with the swing angle of the deflecting mirror surface while vibrating the movable member, and the movable member in vibration May be configured to be shifted in parallel in the normal direction as a whole.
さらに、振動駆動部を、ベース部と各第1アーム部との間に介挿された2個の第1圧電アクチュエーターと、ベース部と各第2アーム部との間に介挿された2個の第2圧電アクチュエーターとで構成することができる。そして、各圧電アクチュエーターの一方端をベース部に接続するとともに、他方端をアーム部に接続し、第1圧電アクチュエーターと第2圧電アクチュエーターとに互いに逆位相のミラー駆動信号を与えることによって可動部材を振動させることができる。このような振動駆動部を採用した場合には、4個の圧電アクチュエーターの各々に、偏向ミラー面の振り角に応じたオフセット電圧をミラー駆動信号に加えた信号を与えることで可動部材を全体的に法線方向に平行シフトさせることができる。このように圧電アクチュエーターを用いることで可動部材の全体的な平行シフト量を正確に、しかも優れた応答性で制御することができる。 Further, the vibration drive unit includes two first piezoelectric actuators interposed between the base unit and each first arm unit, and two units interposed between the base unit and each second arm unit. The second piezoelectric actuator can be used. Then, one end of each piezoelectric actuator is connected to the base portion, the other end is connected to the arm portion, and a mirror drive signal having a phase opposite to each other is applied to the first piezoelectric actuator and the second piezoelectric actuator, thereby moving the movable member. Can be vibrated. When such a vibration drive unit is adopted, the movable member is entirely arranged by giving each of the four piezoelectric actuators a signal obtained by adding an offset voltage corresponding to the swing angle of the deflection mirror surface to the mirror drive signal. Can be shifted parallel to the normal direction. By using the piezoelectric actuator in this way, the overall parallel shift amount of the movable member can be accurately controlled with excellent responsiveness.
図1は本発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図2は図1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。すなわち、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画像形成指令がCPUやメモリなどを有するメインコントローラ11に与えられると、この画像形成指令に対応する画像信号や制御信号などがメインコントローラ11からエンジンコントローラ10やエンジン部EGに与えられる。そして、エンジンコントローラ10のCPU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Sに画像形成指令に対応する画像を形成する。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG. This image forming apparatus is a so-called four-cycle color printer. That is, in this image forming apparatus, when an image forming command is given from an external device such as a host computer to the
このエンジン部EGでは、感光体2が図1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にはエンジンコントローラ10から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。
In the engine unit EG, the
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の外周面に向けて露光ユニット6から光ビームLが照射される。これによって画像形成指令に含まれる画像データに対応する静電潜像が感光体2上に形成される。このように露光ユニット6は、いわゆる光走査装置であるが、その構成および動作については後で詳述する。
Then, the light beam L is irradiated from the
こうして形成された静電潜像は現像ユニット4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、4C、4M、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44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。
The electrostatic latent image thus formed is developed with toner by the developing
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)が配置されている。
The toner image developed by the developing
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。
When transferring a color image to a sheet, each color toner image formed on the
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。
At this time, in order to correctly transfer the image on the
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を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。
Further, the sheet on which the color image is formed in this way is conveyed to the discharge tray portion 51 provided on the upper surface portion of the apparatus
図3は図1の画像形成装置に装備された露光ユニットの構成を示す主走査断面図である。また、図4は露光ユニットの副走査断面図である。また、図5は図1の画像形成装置の露光ユニットおよび露光ユニットを制御するための露光制御ユニットを示す図である。また、図6ないし図8は露光ユニットの一構成要素たる偏向器を示す図である。さらに、図9および図10は偏向器の動作を示す主走査断面図である。以下、これらの図面を参照しつつ、露光ユニット6の構成および動作について詳述する。
FIG. 3 is a main scanning sectional view showing the structure of the exposure unit provided in the image forming apparatus of FIG. FIG. 4 is a sub-scan sectional view of the exposure unit. FIG. 5 is a diagram showing an exposure unit of the image forming apparatus of FIG. 1 and an exposure control unit for controlling the exposure unit. 6 to 8 are views showing a deflector which is one component of the exposure unit. 9 and 10 are main scanning sectional views showing the operation of the deflector. Hereinafter, the configuration and operation of the
図3に示すように、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はメインコントローラ11からの画像信号Svに基づきON/OFF制御されて該画像信号Svに対応して変調された光ビームがレーザー光源62から前方に射出される。すなわち、この実施形態では、メインコントローラ11にビデオクロック発生部111が設けられており、基準周波数、例えば68MHzのビデオクロック信号VCを出力している。そして、このビデオクロック信号VCを基準として画像出力部112がメインコントローラ11に与えられた画像形成指令に含まれる画像データに対応する画像信号Svを作成する。この画像信号Svは露光ユニット6のレーザー光源62に出力され、該画像信号Svに応じて光ビームは変調され、該変調された光ビームがレーザー光源62から前方に射出される。
As shown in FIG. 3, the
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、ミラー64、偏向器65、走査レンズ66およびミラー68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がレーザ光源62からの光ビームを副走査方向Yにおいて集束させるビーム整形系63として機能している。そして、ビーム整形系63によってレーザー光源62からの光ビームが主走査方向Xに伸びるビーム形状に整形され、この整形光ビームLiが、同図に示すように、偏向ミラー面651に対して斜めに入射する。すなわち、この実施形態では、ビーム整形系63と偏向器65の偏向ミラー面651との間にミラー64を設け、いわゆる斜め入射構造を構成している。より具体的には、整形光ビームLiは偏向器65の偏向ミラー面651の揺動軸(本発明の「駆動軸」に相当)AXと直交する基準面SSに対して鋭角γをなすように偏向ミラー面651に入射する。
Further, in the
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および図7に示すように、所定間隔だけ離間して設けられた第1および第2支持部652a,652bを有するベース部652を有している。そして、第1および第2支持部652a,652bに第1および第2振動子653a、653bがそれぞれ取り付けられている。すなわち、第1(左側)振動子653aについては、その左外側端部が第1(左側)支持部652aに固定され、その内側端部が自由端である2本の第1アーム部654a,654aとなっている。また、第2(右側)振動子653bについては、その左外側端部が第2(右側)支持部652bに固定され、その内側端部が自由端である2本の第2アーム部654b,654bとなっている。
The
また、その重心位置655を通る揺動軸AXが第1アーム部654a,654aと第2アーム部654b,654bとの中間位置で各アーム部654a,654bとほぼ平行となるように、矩形平板状の可動部材656が配置されている。この可動部材656では、重心位置655の一方側(左側)部位が第1捩じりバネ部657a,657aにより第1アーム部654a,654aと連結されるとともに、重心位置655の他方側(右側)部位が第2捩じりバネ部657b,657bにより第2アーム部654b,654bと連結されている。つまり、偏向器65では、第1(左側)振動子653aと第2(右側)振動子653bとが互いに対向して外枠部を形成するとともに、第1および第2振動子653a,653bは第1および第2捩じりバネ部657a,657a,657b,657bを介して可動部材656と一体に接続されている。
Further, a rectangular flat plate shape is formed so that the swing axis AX passing through the center of
この実施形態では、後述するように感光体(潜像担持体)2上に形成されるビームスポットのスポット径を調整可能とするために、可動部材656を正面視で台形形状に仕上げるとともに、その可動部材656の表面に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。これによって、図8に示すように、主走査方向Xにおける偏向ミラー面651の幅Wが副走査方向Yにおいて連続的に変化するように偏向ミラー面651は形成されている。
In this embodiment, in order to make it possible to adjust the spot diameter of the beam spot formed on the photosensitive member (latent image carrier) 2 as described later, the
また、上記可動部材656を揺動軸AX回りに振動させるために、偏向器65には振動駆動部658が設けられている。この振動駆動部658は、揺動軸AXに対する一方側(左側)に配置された第1積層圧電アクチュエータ部659a,659aと、揺動軸AXに対する他方側(右側)に配置された第2積層圧電アクチュエータ部659b,659bとを備えている。すなわち、第1積層圧電アクチュエータ部659a,659aは、ベース部652の左側上下端部652c,652cと、第1振動子653aの2本のアーム部654a,654aの自由端部との間に配置されており、その上下端面はベース部652と第1アーム部654a,654aにそれぞれ固定されている。また、第2積層圧電アクチュエータ部659b,659bは、ベース部652の右側上下端部652d,652dと、第2振動子653bの2本のアーム部654b,654bの自由端部との間に配置されており、その上下端面はベース部652と第2アーム部654b,654bにそれぞれ固定されている。そして、第1および第2積層圧電アクチュエータ部659a,659bは互いに逆位相の電圧が露光制御ユニット12のミラー駆動部121から周期的に印加される。
In addition, a
各積層圧電アクチュエータ部659a,659bは複数の圧電素子を所定方向Zに積層した圧電アクチュエーターであり、外部から与えられる信号に応じて積層方向Zに伸縮するものである。そして、積層圧電アクチュエータ部659a,659bの各々に対して駆動電圧が周期的に変動する信号がミラー駆動部121から印加されると、該信号に応じて積層圧電アクチュエータ部が伸縮する。このため、第1および第2積層圧電アクチュエータ部659a,659bに対して逆位相の電圧が印加されると、可動部材656が重心位置655を通る揺動軸AXを中心として揺動する。第1積層圧電アクチュエータ部659aのみに電圧が与えられると、例えば図9に示すように第1振動子653aのアーム部654aが法線方向(同図の上方向)Zに移動する。すると、アーム部653aの移動が第1捩じりバネ部657aを介して可動部材656に伝達され、これが回転トルクとなって可動部材656が重心位置655を通る揺動軸AXを中心として時計方向に揺動する。また、第2積層圧電アクチュエータ部659bのみに電圧が与えられると、第2振動子653bのアーム部654bが法線方向(同図の上方向)Zに移動し、可動部材656に対して上記と逆方向の回転トルクが与えられ、その結果、可動部材656が揺動軸AXを中心として反時計方向に揺動する。なお、ここで「法線方向」とは可動部材656を静止した状態での偏向ミラー面651の法線方向を意味している。
Each of the stacked
そして、上記のようにして偏向器65は可動部材656を揺動させて光源62からの光ビームを偏向ミラー面651により偏向して主走査方向Xに走査する。この走査光ビームは走査レンズ66および折り返しミラー67を介して感光体2に結像され、感光体表面21に光ビームのスポットが形成される。この実施形態では走査レンズ66を1枚のレンズで構成しており、走査レンズ66が本発明の「光学系」に相当している。なお、レンズ構成枚数や配置などはこれに限定されるものではなく、偏向ミラー面を装備する露光ユニットで採用されている走査レンズを用いることができる。
Then, as described above, the
ここで、上記構成を有する偏向器65を採用した装置では、次のような特徴を有している。すなわち、この偏向器65では、第1および第2積層圧電アクチュエータ部659a,659bに与えるミラー駆動信号の電圧を調整すると、法線方向Zに可動部材656を変位させることができる。例えば図10に示すように偏向ミラー面651の振り角がゼロの状態で両積層圧電アクチュエータ部659a,659bに与えるミラー駆動信号に同一オフセット電圧を与えると、法線方向(+Z)への体積変動量は同一となり、可動部材656は法線方向(+Z)にオフセット電圧に応じた量だけ変位する。もちろん、このようにオフセット電圧に応じた可動部材656の変位は、振り角がゼロの場合に特有の現象ではなく、いかなる振り角においてもオフセット電圧を調整することで可動部材656を全体的に法線方向Zに平行シフトさせることができる。つまり、本実施形態では、ミラー駆動部121から振動駆動部658にミラー駆動信号を与えて可動部材656を振動させつつ、偏向ミラー面651の振り角ごとにオフセット電圧を調整して可動部材656を全体的に法線方向Zに平行シフトさせることが可能となっている。
Here, the apparatus employing the
こうして可動部材656が法線方向Zに全体的に平行シフトすると、法線方向Zにおける偏向ミラー面651の位置(以下「偏向面位置」という)が変動し、その結果、走査レンズ66および折り返しミラー67を介して感光体2上に結像されるスポットの径が主走査方向Xにおいて変化する。この点に関して、図11を参照しつつ説明する。
When the
図11は偏向面位置とスポット形状との関係を模式的に示す図である。同図において最左端欄は偏向面位置を示しており、オフセット電圧を設定することによって偏向ミラー面651の位置を制御可能となっている。ここでは、代表的な3つの偏向面位置について説明する。
FIG. 11 is a diagram schematically showing the relationship between the deflection surface position and the spot shape. In the figure, the leftmost column shows the position of the deflection surface, and the position of the
(a)標準位置:オフセット電圧をゼロに設定
オフセット電圧がゼロに設定された場合、ミラー駆動部121から振動駆動部658にミラー駆動信号のみが与えられて可動部材656が振動する。このため、偏向ミラー面651はオフセット電圧の印加による平行シフト量はゼロとなり、偏向面位置は標準位置となる。この標準位置では、偏向ミラー面651の上端側、つまり偏向ミラー面651の主走査方向幅Wが狭くなっているところで整形光ビームLiが入射され、いわゆるオーバーフィル状態となっている。そして、整形光ビームLiのうち主走査方向長さDWaに相当する部分のみが偏向ミラー面651で反射されて感光体2に向けて偏向される。そして、オフセット電圧を次第に高くしていくと、偏向面位置が徐々に法線方向Zに移動し、偏向ミラー面651で反射される光ビームの主走査方向長さが長くなっていく。
(A) Standard position: set the offset voltage to zero When the offset voltage is set to zero, only the mirror drive signal is given from the
(b)中間位置:オフセット電圧を中間値Vb(<Vmax)に設定、
オフセット電圧が中間値Vbに達すると、副走査方向Yにおいて偏向ミラー面651の中央で整形光ビームLiが入射され、整形光ビームLiのうち主走査方向長さDWb(>DWa)に相当する部分が偏向ミラー面651で反射されて感光体2に向けて偏向される。
(B) Intermediate position: the offset voltage is set to the intermediate value Vb (<Vmax),
When the offset voltage reaches the intermediate value Vb, the shaped light beam Li is incident on the center of the deflecting
(c)最大位置:オフセット電圧を最大値Vmaxに設定
オフセット電圧が最大値Vcに達すると、副走査方向Yにおいて偏向ミラー面651の下端側、つまり偏向ミラー面651の主走査方向幅Wが最も広い側で整形光ビームLiが入射され、整形光ビームLiのうち主走査方向長さDWc(>DWb>DWa)に相当する部分が偏向ミラー面651で反射されて感光体2に向けて偏向される。
(C) Maximum position: Set the offset voltage to the maximum value Vmax When the offset voltage reaches the maximum value Vc, the lower end side of the
上記したように、偏向面位置が変動すると、標準位置からの平行シフト量SDに応じて副走査方向Yにおける整形光ビームの入射位置が変化し、整形光ビームLiのうち偏向ミラー面651により反射される光ビームの主走査方向長さが変動する。その結果、感光体2上でのスポット径も変動する。すなわち、主走査方向Xにおいて、走査光ビームの幅が大きくなるにしたがってビームウエスト径が小さくなりスポット径も小さくなる。したがって、偏向ミラー面651の振り角ごとに、オフセット電圧を調整して可動部材656を全体的に法線方向Zに平行シフトさせることによって感光体表面21での主走査方向Xにおけるスポット径を補正することができる。つまり、本実施形態では光ビームを主走査方向Xに走査しながら主走査方向位置に応じてスポット径を動的に制御することができる。なお、この動的制御による作用効果については後で詳述する。
As described above, when the deflection surface position fluctuates, the incident position of the shaped light beam in the sub-scanning direction Y changes according to the parallel shift amount SD from the standard position and is reflected by the
また、こうして主走査方向Xに走査される光ビームは折り返しミラー69により光検知センサ60に導かれる。また、このセンサ60が光ビームを検知して出力する信号Hsyncはエンジンコントローラ10の書込タイミング調整部102に与えられる。この書込タイミング調整部102には、エンジンコントローラ10のカウントクロック発生部103から計時用クロック信号が与えられており、この計時用クロック信号に基づき書込タイミング調整部102は検知信号Hsyncからの経過時間を計測し、適当なタイミングで画像出力部112にビデオリクエスト(書込要求)信号Vreqを順次出力する。そして、ビデオリクエスト信号Vreqを受けた画像出力部112がビデオクロック信号VCを基準として画像信号Svを出力する。このように書込タイミング調整部102がビデオリクエスト信号Vreqの出力タイミングを調整することによって主走査方向Xにおける潜像書込位置が調整される。なお、この実施形態では、計時用クロック信号の周波数をビデオクロック信号VCのそれよりも大きな値、例えばビデオクロック信号VCの周波数の4倍に設定している。これによって、ビデオリクエスト信号Vreqを高分解能で制御して潜像の書込開始位置を正確に制御することができる。
Further, the light beam thus scanned in the main scanning direction X is guided to the
また、光検知センサ60による走査光ビームの検知信号Hsyncは露光制御ユニット12の計測部123にも伝達され、該計測部123において光ビームの走査時間や駆動周期などに関連する駆動情報が算出される。そして、この計測部123において算出された実測情報がミラー駆動部121に伝達され、ミラー駆動部121は必要に応じてミラー駆動信号の調整などを行う。また、ミラー駆動部121は偏向ミラー面651の振り角に対応したオフセット電圧をミラー駆動信号に重畳した信号を振動駆動部658に与えてスポット径を補正する。
The detection signal Hsync of the scanning light beam from the
図12はスポット径の補正動作を示すグラフである。また、図13は図12の補正を行うために振動駆動部に与えられる信号を示す図である。この実施形態においても、第1および第2積層圧電アクチュエータ部659a,659bに対して逆位相の電圧を示すミラー駆動信号(図13中の太破線)を印加して偏向ミラー面651を正弦振動させて光ビームを走査させると、従来装置と同様に、感光体表面21に形成されるビームスポットBSの径が主走査方向Xにおいて変動する(図12(a))。そこで、この実施形態では、光ビームを主走査方向Xに走査しながら主走査方向位置に応じてスポット径を動的に制御する。より具体的には、偏向ミラー面651の振り角に応じてオフセット電圧を変化させるべく、オフセット電圧の変化を示す補正用信号(図13中の細破線)をミラー駆動信号に重畳させて合成信号(図13中の実線)を作成し、合成信号を第1および第2積層圧電アクチュエータ部659a,659bに与えている。これによって、偏向面位置は図12(b)に示すように光軸OAの近傍(走査中心)で標準位置、つまり偏向面位置=0mmとなるのに対し、振り角の絶対値が増大するにしたがって平行シフト量SDを増大させてスポット径が小さくなる方向に作用させている。その結果、走査端部に進むしたがってスポット径が次第に大きくなるという傾向(図12(a))と平行シフト量SDの調整による作用とが相互にキャンセルされて走査範囲全体でスポット径が均一となる(同図(c))。
FIG. 12 is a graph showing the spot diameter correcting operation. FIG. 13 is a diagram showing a signal given to the vibration drive unit for performing the correction of FIG. Also in this embodiment, a mirror driving signal (thick broken line in FIG. 13) indicating a reverse phase voltage is applied to the first and second laminated
以上のように、この実施形態によれば、偏向ミラー面651の振り角に応じて可動部材656を平行シフトさせて感光体表面21上のスポット径を補正しているので、主走査方向Xにおける、感光体表面21上に形成されるの径を揃えて画像品質を高めることができる。
As described above, according to this embodiment, the
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、上記実施形態では、偏向ミラー面651を正面視で略台形形状に仕上げているが、偏向ミラー面651の形状はこれに限定されるものではない。主走査方向Xにおける偏向ミラー面651の幅Wが副走査方向Yにおいて変化するように偏向ミラー面651を形成することができる。例えば、図14に示すように、副走査方向Yにおいて中央部の幅が最も短く該中央部から副走査方向Yに離れるにしたがって長くなるように、偏向ミラー面651を形成してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the
この場合、偏向ミラー面651の形状に対応して偏向面位置の調整を上記実施形態と相違させる必要がある。より具体的には、図14に示す形状の偏向ミラー面651を用いた装置では、図15および図16に示すように偏向面位置を調整してスポット径を動的に制御することで上記実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、この実施形態においても、第1および第2積層圧電アクチュエータ部659a,659bに対して逆位相の電圧を示すミラー駆動信号(図16中の太破線)を印加して偏向ミラー面651を正弦振動させて光ビームを走査させると、従来装置と同様に、感光体表面21に形成されるビームスポットBSの径が主走査方向Xにおいて変動する(図15(a))。そこで、この実施形態では、偏向ミラー面651の振り角に応じてオフセット電圧を変化させるべく、オフセット電圧の変化を示す補正用信号(図16中の細破線)をミラー駆動信号に重畳させて合成信号(図16中の実線)を作成し、合成信号を第1および第2積層圧電アクチュエータ部659a,659bに与えている。これによって、偏向面位置は図15(b)に示すように有効走査範囲の一方端で最大位置となっており、他方端側に向うにしたがって偏向面位置は標準位置に近づき、光軸OAの近傍(走査中心)で中間位置となり、他方端で標準位置となる。そのため、図12および図13で示した実施形態と同様に、走査中心から走査端部に進むにしたがってスポット径が次第に大きくなるという傾向(図15(a))と平行シフト量SDの調整による作用とが相互にキャンセルされて走査範囲全体でスポット径が均一となる(同図(c))。
In this case, it is necessary to make the adjustment of the deflection surface position different from that of the above-described embodiment in accordance with the shape of the
また、上記実施形態では、例えば図11に示すように、いずれの偏向面位置においても整形光ビームLiがオーバーフィル状態で偏向ミラー面651に入射されるように構成されているが、全走査範囲でオーバーフィル状態を維持することが必須構成要件ではなく、特定の偏向面位置でオーバーフィル状態が満足されないように構成してもよい。例えば、図11において、偏向面位置が最大位置となったときに整形光ビームLiの全部が偏向ミラー面651で反射されるように構成してもよい。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 11, for example, the shaping light beam Li is incident on the
また、上記実施形態では、4サイクル方式のカラー画像形成装置に本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置あるいは単色画像を形成するモノクロ画像形成装置に本発明を適用することができる。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to a four-cycle color image forming apparatus. However, the application target of the present invention is not limited to this, and a so-called tandem color image forming apparatus or a single color image forming apparatus. The present invention can be applied to a monochrome image forming apparatus that forms an image.
2…感光体(潜像担持体)、 6…露光ユニット、 21…感光体表面、 62…レーザ光源、 65…偏向器、 66…走査レンズ(光学系)、 651…偏向ミラー面、 652…ベース部、 652a…第1支持部、 652b…第2支持部、 653a…第1振動子、 653b…第1振動子、 654a…第1アーム部、 654b…第2アーム部、 655…重心位置、 656…可動部材、 657a…第1捩じりバネ部、 657b…第2捩じりバネ部、 658…振動駆動部、 659a,659b…積層圧電アクチュエータ部(振動駆動部)、 AX…揺動軸(駆動軸)、 DWa,DWb,DWc…主走査方向長さ、 L…光ビーム、 Li…整形光ビーム、 X…主走査方向、 Y…副走査方向、 Z…法線方向
DESCRIPTION OF
Claims (6)
光源からの光ビームを前記副走査方向とほぼ直交する主走査方向に伸びるビーム形状に整形するとともに、前記副走査方向と平行な駆動軸回りに振動する可動部材の表面に形成された偏向ミラー面に対して前記副走査方向を含む副走査断面において前記整形光ビームを斜めに入射して前記主走査方向に走査しながら、該走査光ビームを光学系により前記潜像担持体の表面にスポット状に結像して潜像を形成する露光ユニットとを備え、
前記主走査方向における前記偏向ミラー面の幅が前記副走査方向において変化するように前記偏向ミラー面は形成されており、
前記露光ユニットは、前記可動部材を振動させながら、前記偏向ミラー面の振り角に同期して振動中の前記可動部材を全体的に前記偏向ミラー面の法線方向に平行シフトさせることによって前記副走査方向における前記整形光ビームの入射位置を変化させて前記偏向ミラー面により反射される光ビームの主走査方向長さを変動させることを特徴とする画像形成装置。 A latent image carrier that moves in the sub-scanning direction;
A deflecting mirror surface formed on the surface of a movable member that shapes a light beam from a light source into a beam shape extending in a main scanning direction substantially orthogonal to the sub-scanning direction and vibrates around a drive axis parallel to the sub-scanning direction In contrast, the shaped light beam is incident obliquely on the sub-scan section including the sub-scan direction and scanned in the main scan direction, and the scanning light beam is spot-shaped on the surface of the latent image carrier by the optical system. An exposure unit that forms a latent image by forming an image on
The deflection mirror surface is formed such that the width of the deflection mirror surface in the main scanning direction changes in the sub-scanning direction,
The exposure unit oscillates the movable member and shifts the vibrating movable member as a whole in parallel to the normal direction of the deflection mirror surface in synchronization with a swing angle of the deflection mirror surface. An image forming apparatus, wherein a length of a light beam reflected by the deflection mirror surface is changed in a main scanning direction by changing an incident position of the shaped light beam in a scanning direction.
所定間隔だけ離間して設けられた第1および第2支持部を有するベース部と、
前記第1支持部にその外側端部が固定される一方、その内側端部が自由端である2本の第1アーム部を有する第1振動子と、
前記第2支持部にその外側端部が固定される一方、その内側端部が自由端である2本の第2アーム部を有する第2振動子と、
前記駆動軸が前記第1アーム部と前記第2アーム部との中間に位置するように配置された前記可動部材を、前記駆動軸に対して前記第1振動子側で前記第1アーム部と連結する第1捩じりバネ部と、
前記駆動軸に対して前記第2振動子側で前記可動部材を前記第2アーム部と連結する第2捩じりバネ部と、
前記第1および第2振動子に対して別個独立して駆動力を与えて各アーム部を前記偏向ミラー面の法線方向に往復移動させることによって前記可動部材を振動させる振動駆動部とを有し、
前記可動部材を振動させながら、前記偏向ミラー面の振り角に同期して前記振動駆動部は前記第1および第2振動子に与える駆動力を調整して振動中の前記可動部材を全体的に前記法線方向に平行シフトさせる請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置。 The exposure unit includes
A base portion having first and second support portions spaced apart by a predetermined interval;
A first vibrator having two first arm portions whose outer end portions are fixed to the first support portion and whose inner end portions are free ends;
A second vibrator having two second arm portions whose outer end portions are fixed to the second support portion and whose inner end portions are free ends;
The movable member arranged so that the drive shaft is positioned between the first arm portion and the second arm portion, and the first arm portion on the first vibrator side with respect to the drive shaft. A first torsion spring portion to be coupled;
A second torsion spring portion connecting the movable member to the second arm portion on the second vibrator side with respect to the drive shaft;
A vibration drive unit that vibrates the movable member by applying a driving force to the first and second vibrators independently and reciprocally moving each arm unit in the normal direction of the deflection mirror surface; And
While vibrating the movable member, the vibration driving unit adjusts the driving force applied to the first and second vibrators in synchronization with the swing angle of the deflecting mirror surface, so that the moving movable member as a whole is adjusted. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is shifted in parallel to the normal line direction.
前記4個の圧電アクチュエーターの各々に、前記偏向ミラー面の振り角に応じたオフセット電圧を前記ミラー駆動信号に加えた信号が与えられて前記可動部材が全体的に前記法線方向に平行シフトする画像形成装置。 The vibration drive unit includes two first piezoelectric actuators interposed between the base unit and each first arm unit, and 2 interposed between the base unit and each second arm unit. Second piezoelectric actuators, one end of each piezoelectric actuator is connected to the base portion, and the other end is connected to the arm portion, and the first piezoelectric actuator and the second piezoelectric actuator are connected to each other. The image forming apparatus according to claim 5, wherein the movable member is vibrated by receiving mirror drive signals having opposite phases to each other.
Each of the four piezoelectric actuators is given a signal obtained by adding an offset voltage corresponding to the swing angle of the deflecting mirror surface to the mirror drive signal, and the movable member is totally shifted in parallel to the normal direction. Image forming apparatus.
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