JP2008020481A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関し、特に、デジタル複写機及びレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning apparatus and an image forming apparatus, and more particularly, to an optical scanning apparatus used in an image forming apparatus such as a digital copying machine and a laser printer, and an image forming apparatus using the same.
従来の光走査装置においては光束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、騒音が課題となり、高速走査に限界がある。 In a conventional optical scanning device, a polygon mirror or a galvanometer mirror is used as a deflector that scans a light beam. To achieve a higher resolution image and high-speed printing, this rotation must be further increased. Durability, heat generation due to wind damage, and noise are issues, and there is a limit to high-speed scanning.
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すすめられており、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。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。
On the other hand, in recent years, research on a deflecting device using silicon micromachining has been promoted, and as disclosed in
さらに、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画像形成装置の例が開示されている。
Further,
また、特許文献5に示される“タンデム方式”に対応した光走査装置においては、従来、ポリゴンミラーの温度上昇によって光走査装置を収めるハウジングに温度分布が発生し、熱歪みによって結像光学系を構成する走査レンズや折返しミラーなどの姿勢が変化して、色ずれや色変わりの要因となるという不具合に対し、振動ミラーを用いることにより温度上昇を抑え、高品位な画像形成が行える光走査装置の例が開示されている。
しかし、上記の発明は以下の問題を有している。 However, the above invention has the following problems.
ミラーの片面に蒸着膜やコイルパターンが形成されていると、それらが形成されている面とその裏面とに応力の差が発生し、ミラー面が変形する。このとき、等方的に力が加わっていれば球面状の変形となる。また、Si基板等で構成される振動ミラーは、大きな振れ角と高い共振周波数を実現するために、軽量化の必要性から十分な強度を得られない場合があり、共振を利用した高速振動時にミラー面の動的面変形を生じる。ミラーの変形の例を図1(a)に示す。横軸はミラー面内で回転軸に直交する方向の位置を表し、原点は回転軸との交点である。このようにミラー面が変形すると、図1(b)に示すようにミラー反射光の波面が劣化し、像面のビームスポット(図1(c)に示す)品質が劣化する。その結果、画像品質が劣化してしまうという不具合がある。 If a vapor deposition film or a coil pattern is formed on one side of the mirror, a difference in stress occurs between the surface on which the vapor deposition film or the coil pattern is formed and the back side thereof, and the mirror surface is deformed. At this time, if an isotropic force is applied, a spherical deformation occurs. In addition, a vibrating mirror composed of a Si substrate or the like may not be able to obtain sufficient strength due to the need for weight reduction in order to achieve a large deflection angle and a high resonance frequency. Dynamic surface deformation of the mirror surface occurs. An example of deformation of the mirror is shown in FIG. The horizontal axis represents the position in the direction perpendicular to the rotation axis in the mirror plane, and the origin is the intersection with the rotation axis. When the mirror surface is deformed in this manner, the wavefront of the mirror reflected light is deteriorated as shown in FIG. 1B, and the quality of the beam spot on the image surface (shown in FIG. 1C) is deteriorated. As a result, there is a problem that the image quality deteriorates.
そこで、本発明は、光源と、振動ミラーを揺動させて光源から発射された光束を偏向させる偏向手段と、偏向手段によって偏向された光束が往復走査する結像光学系とを有する光走査装置において、光源から偏向手段までの光路に、偏向手段に入射する光束の波面を変形する波面変形手段を設けることにより、振動ミラーの動的面変形により生じる像面のビームスポット品質劣化の不具合を抑えることができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提案することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides an optical scanning device having a light source, a deflecting unit that deflects a light beam emitted from the light source by swinging a vibrating mirror, and an imaging optical system that reciprocally scans the light beam deflected by the deflecting unit. In the optical path from the light source to the deflecting means, the wavefront deforming means for deforming the wavefront of the light beam incident on the deflecting means is provided to suppress the defect of the beam spot quality deterioration of the image plane caused by the dynamic surface deformation of the vibrating mirror. It is an object of the present invention to propose an optical scanning device that can be used and an image forming apparatus using the same.
請求項1記載の発明は、光源と、振動ミラーを揺動させて前記光源から発射された光束を偏向させる偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された前記光束が往復走査する結像光学系とを有する光走査装置において、前記光源から前記偏向手段までの光路に、前記偏向手段に入射する前記光束の波面を変形する波面変形手段を有することを特徴とする。
The invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の光走査装置において、前記波面変形手段は、走査方向に沿って前記光束の波面を変形することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first aspect, the wavefront deformation means deforms the wavefront of the light beam along a scanning direction.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の光走査装置において、前記波面変形手段は、前記偏向手段の回転軸を挟む2つの光束領域に対し、逆方向の波面変形を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first or second aspect, the wavefront deforming unit performs a wavefront deformation in a reverse direction on two light flux regions sandwiching a rotation axis of the deflecting unit. Features.
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項記載の光走査装置において、前記波面変形手段は、走査位置に合わせて波面変形を行うことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to third aspects, the wavefront deforming unit performs wavefront deformation in accordance with a scanning position.
請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項記載の光走査装置において、前記波面変形手段が液晶素子であり、前記液晶素子は配光状態が可変である複数の領域を有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to fourth aspects, the wavefront deformation means is a liquid crystal element, and the liquid crystal element includes a plurality of regions in which the light distribution state is variable. It is characterized by having.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の光走査装置において、前記光源から前記偏向手段の間において前記光束が平行である領域に前記波面変形手段を設置することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the fifth aspect, the wavefront deformation means is installed in a region where the light beam is parallel between the light source and the deflection means.
請求項7記載の発明は、請求項5記載の光走査装置において、前記光源から前記偏向手段の間において、前記光束が収束状態である領域に前記波面変形手段を設置することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the fifth aspect, the wavefront deforming means is installed in a region where the light beam is in a converged state between the light source and the deflecting means.
請求項8記載の発明は、請求項5から7のいずれか1項記載の光走査装置において、前記振動ミラーにより偏向された前記光束を検出する検出手段を有し、前記検出手段による検出結果に基いて前記波面変形手段を制御することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the fifth to seventh aspects, the optical scanning device includes a detection unit that detects the light beam deflected by the vibrating mirror, and the detection result by the detection unit is included in the detection result. The wavefront deformation means is controlled based on the above.
請求項9記載の発明は、光源と、振動ミラーを揺動させて前記光源から発射された光束を偏向させる偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された前記光束が往復走査する結像光学系とを有する光走査装置において、前記結像光学系は、走査された前記光束の光軸を挟む主走査方向の2つの光束領域の波面収差が互いに逆方向であり、画角の増加とともにその収差量が増加することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a light source, a deflecting unit that deflects a light beam emitted from the light source by swinging a vibration mirror, and an imaging optical system that reciprocally scans the light beam deflected by the deflecting unit. In the optical scanning device, the imaging optical system has wavefront aberrations in two light beam regions in the main scanning direction sandwiching the optical axis of the scanned light beam in opposite directions, and the amount of aberration increases as the angle of view increases. Is characterized by an increase.
請求項10記載の発明は、請求項9記載の光走査装置において、前記結像光学系は、主走査方向に沿った波面収差を有することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the ninth aspect, the imaging optical system has a wavefront aberration along the main scanning direction.
請求項11記載の発明は、請求項9又は10記載の光走査装置において、前記結像光学系は、中央像高の光軸に対し対称な画角において、中央像高の光軸に対し対称な波面収差を有することを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the ninth or tenth aspect, the imaging optical system is symmetric with respect to the optical axis of the central image height at an angle of view symmetric with respect to the optical axis of the central image height. It has a characteristic wavefront aberration.
請求項12記載の発明は、請求項9又は10記載の光走査装置において、前記結像光学系は中央像高の光軸に対し対称な画角において、中央像高の光軸に対し非対称な波面収差を有することを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the ninth or tenth aspect, the imaging optical system is asymmetric with respect to the optical axis of the central image height at an angle of view symmetric with respect to the optical axis of the central image height. It has a wavefront aberration.
請求項13記載の発明は、画像信号により変調された光源からの光束により像担持体に静電像を記録し、前記静電像をトナーで顕像化して、記録媒体に画像を転写する画像形成装置において、請求項1から請求項12のいずれか1項記載の光走査装置を有し、前記光源からの光束を偏向し、前記結像光学系によってスポット状に結像させて、前記像担持体を走査することを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, an electrostatic image is recorded on an image carrier with a light beam from a light source modulated by an image signal, the electrostatic image is visualized with toner, and the image is transferred to a recording medium. The forming apparatus includes the optical scanning device according to any one of
本発明は、光源と、振動ミラーを揺動させて光源から発射された光束を偏向させる偏向手段と、偏向手段によって偏向された光束が往復走査する結像光学系とを有する光走査装置において、光源から偏向手段までの光路に、偏向手段に入射する光束の波面を変形する波面変形手段を設けることにより、振動ミラーの動的面変形により生じる像面のビームスポット品質劣化の不具合を抑えることができる。 The present invention relates to an optical scanning device having a light source, a deflecting unit that deflects a light beam emitted from the light source by swinging a vibration mirror, and an imaging optical system that reciprocally scans the light beam deflected by the deflecting unit. By providing wavefront deforming means for deforming the wavefront of the light beam incident on the deflecting means in the optical path from the light source to the deflecting means, it is possible to suppress defects in beam spot quality degradation on the image plane caused by dynamic surface deformation of the vibrating mirror. it can.
以下、本発明の一実施形態に係る光走査装置及び画像形成装置の構成及び動作について説明する。 Hereinafter, configurations and operations of an optical scanning device and an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
図2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の一例である。図示するように、各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、転写体の移動方向105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からのビームを振動ミラー106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。
FIG. 2 shows an example of a system in which four stations are scanned by a single vibrating mirror. As shown in the figure, the optical scanning device that scans each photosensitive drum is integrally formed, and four photosensitive drums (101, 102, 103, 104) arranged at equal intervals along the moving
振動ミラー106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。各光源ユニット(107、108、109、110)は、副走査方向に高さが異なる部位、光源ユニット110が最も高く、光源ユニット109から光源ユニット107へ順に低くなるように、放射状に配備される。光源ユニット110からのビーム201と、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202、203、204の順で上下一列に揃うように折り返された光源ユニット(109、108、107)からのビーム202、203、204は、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106へと向かう。
The beams from the respective light source units are obliquely incident on the
各ビームは、シリンダレンズ113によって振動ミラー面の近傍で副走査方向に交差され、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系の第一レンズ120に入射される。第一レンズ120は全てのステーションで共用される。
Each beam crosses in the sub-scanning direction in the vicinity of the vibrating mirror surface by the
第一レンズ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、第二レンズ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。
Of the beams from the light source units that have passed through the
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、第二レンズ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。
The beam from the
光源ユニット109からのビームは、折返しミラー129で反射され、第二レンズ124、折返しミラー130を介して感光体ドラム103上にスポット状に結像し、第3の画像形成ステーションとしてシアン色の画像情報に基いた潜像を形成する。
The beam from the
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、第二レンズ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。
The beam from the
図3は、図2の構成の概略を走査方向に平行な主走査断面と、走査方向に垂直な副走査断面とを平面図で示したものである。主走査断面の平面図では、折り返しミラーを省略し、折り返しミラー後を展開した形で示している。 FIG. 3 is a plan view schematically showing a main scanning section parallel to the scanning direction and a sub-scanning section perpendicular to the scanning direction. In the plan view of the main scanning section, the folding mirror is omitted, and the part after the folding mirror is developed.
第一レンズ120以降は4ステーションで分離するが、図では代表的に1ステーションのみ示している。符号100は像面(感光体ドラム101面)を示している。副走査断面の平面図では、光源から振動ミラーまでの光学系が省略されている。
The
ここで、本実施形態の基本光学系の光学データを以下に示す。レンズの面形状を表すための座標は、光軸とレンズ面の交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査方向をY軸、副走査方向をZ軸とする(図13参照)。レンズ面は光源側から第一面、第二面とする。 Here, the optical data of the basic optical system of the present embodiment is shown below. Coordinates for representing the lens surface shape have an intersection of the optical axis and the lens surface as the origin, the optical axis direction as the X axis, the main scanning direction as the Y axis, and the sub scanning direction as the Z axis (see FIG. 13). The lens surfaces are a first surface and a second surface from the light source side.
光源ユニット内のコリメートレンズは式1に示される一般的な回転対称非球面式で表され、第一面の非球面係数を表1、第二面の非球面係数を表2に示す。ここで、Kは円錐係数、Rは曲率半径、A1,A2,A3,・・・,Aiは非球面係数である。曲率半径は曲面が光源側に凸の場合を正とする。
The collimating lens in the light source unit is represented by a general rotationally symmetric aspherical expression shown in
光源とコリメートレンズの間には、カバーガラス(平行平板)が存在する。シリンダレンズは、第一面が副走査方向にパワーを持ち曲率半径Rs=64.5mmで、第二面は平面である。 A cover glass (parallel flat plate) exists between the light source and the collimating lens. In the cylinder lens, the first surface has power in the sub-scanning direction, the radius of curvature Rs = 64.5 mm, and the second surface is a plane.
走査レンズ系の第一レンズ120の第一面は式2で表され、その非球面係数を表3に示す。第二面は式2のように表され、その非球面係数を表4に示す。特に、表中に無い係数はゼロである。ここで、x(y,z)は主走査方向の母線形状を表し、Rは主走査曲率半径、Kは円錐定数、A1,A2,・・・,Aiは係数である。Rsは光軸上の副走査曲率半径、Cs(y)は任意のyに対する副走査曲率、B1,B2,・・・,Biは係数を表す。
The first surface of the
走査レンズ系の第二レンズ122は、図2に示す光源ユニット107、108、109、110から出射される4本の光線204,203,202,201のうち、外側の光線(201,204)と内側の光線(202,203)とで異なるレンズを用いる。第二レンズ122の第一面は式2で表され、第二面は式3表される。ここで、Rは主走査曲率半径、Kは円錐定数、A1,A2,・・・,AiおよびF0,F1,F2,・・・,Fiは係数である。
The
外側光線に対する第二レンズ122の第一面の非球面係数を表5、第二面の非球面係数を表6に示し、内側光線に対する第二レンズ122の第一面の非球面係数を表7、第二面の非球面係数を表8に示す。
Table 5 shows the aspheric coefficient of the first surface of the
図4(a)〜(c)は、図2の構成の光源から振動ミラーまでの主走査断面の概略図で、本発明の波面変形素子150の設置位置を示すものである。波面変形手段(素子)150は、光走査装置における有効光束内の波面収差を低減する素子であり、有効光束内の波面の位相を部分的に進ませたり遅らせたりし、平均的な位相差(波面収差)を低減する素子である。
4A to 4C are schematic views of a main scanning section from the light source to the oscillating mirror having the configuration shown in FIG. 2, and show the installation position of the
図4(a)は各光源ユニットに波面変形素子150を有する構成で、各光源ユニットの光軸と波面変形素子の光軸とを一致させることができるという利点がある。
FIG. 4A shows a configuration in which each light source unit includes a
図4(b)は入射ミラーとシリンダレンズとの間に波面変形素子150を設置した構成である。ここでは、各光源ユニットからの光束の光軸は主走査方向では一致しており、副走査方向では分離している。また各光源ユニットからの光束は略平行光である。図5(b)に示すような波面変形素子150の場合、波面変形素子150に入射する光束の光軸が副走査方向にずれていても各光束は同等の波面変形素子の影響を受けることができる。したがって、1個の素子で複数光源の光束の波面変形を同時に達成することができる。
FIG. 4B shows a configuration in which a
図4(c)はシリンダレンズと振動ミラー106の間に波面変形素子150を設置した構成である。シリンダレンズは副走査方向にパワーを持ち、各光束は振動ミラー106近傍で焦線を結ぶような構成になっているので、副走査方向の光束幅は振動ミラー106に近づくにつれ小さくなる。したがって、波面変形素子150の大きさを小さくできるという利点がある。
FIG. 4C shows a configuration in which a
図5(a)〜(b)は波面変形素子150の例で、ここでは液晶素子を想定し、その電極パターン例を示す。なお、液晶素子による波面補正の例としては特開平10−20263号公報がある。
FIGS. 5A to 5B show examples of the
図5(a)は球面状の面変形を補正するパターンであり、同心円状のパターンとなる。 FIG. 5A shows a pattern for correcting spherical surface deformation, which is a concentric pattern.
図5(b)は図1のような正弦波状の面変形による収差を補正するパターンであり、特開平10−20263号公報記載のコマ収差の補正パターンに類似するパターンを用いることができる。このとき、中心軸をはさむ主走査方向の二つの領域では逆方向の位相差(波面収差)を与える構成となる。 FIG. 5B shows a pattern for correcting aberration due to sinusoidal surface deformation as shown in FIG. 1, and a pattern similar to the correction pattern for coma aberration described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-20263 can be used. At this time, the two regions in the main scanning direction sandwiching the central axis are configured to give opposite phase differences (wavefront aberration).
このとき、光学系の光軸が液晶素子の中心軸を通るように液晶素子を設置するのが望ましい。このように部分的に位相差を与え波面分割することにより、波面収差のRMS値は小さくなり、像面では良好なビームスポットが得られる。 At this time, it is desirable to install the liquid crystal element so that the optical axis of the optical system passes through the central axis of the liquid crystal element. Thus, by partially providing a phase difference and dividing the wavefront, the RMS value of the wavefront aberration is reduced, and a good beam spot is obtained on the image plane.
さらに素子の複合化を考えると、図5(a)及び(b)のパターンを素子の表裏に形成し一つの素子で球面状の収差と正弦波状の収差を補正する素子とすることもできる。 Further, considering the combination of elements, the patterns shown in FIGS. 5A and 5B can be formed on the front and back of the element, and a single element can be used to correct spherical aberration and sinusoidal aberration.
また、片面が反射板である反射タイプの液晶素子とし、図3における入射ミラー111の代わりに用いる構成も考えられる。
In addition, a reflection type liquid crystal element in which one side is a reflection plate may be used instead of the
波面変形素子150の例としては、液晶素子の他に、ミラー面の法線方向に移動可能なマイクロミラーを備えたマイクロミラーアレイや、薄いSi基板の表面をミラー面とし、裏面にピエゾアレイを設置し部分的にSi基板を変形させるミラー素子、電気光学効果により屈折率変化を起す結晶に、透明電極などを用い部分的に電圧をかけることにより屈折率分布を生じさせる素子などが考えられる。
Examples of the
一般的に、振動ミラー106では、回転軸により分けられる走査方向の2つの領域(図15に示す)の変形がほぼ対称となるので、振動ミラー106への入射光の光軸が、振動ミラー106の回転軸と振動ミラー106面の法線とがつくる面と振動ミラー106面上で交わるように入射させた場合には、振動ミラー106による光束の波面変形は光軸に対し主走査方向で対象となるので、波面変形素子150においても、中心軸に対し対称な位置で、位相差の絶対値がほぼ等しい逆方向の位相差をかけることにより像面のビームスポットを最適化することができる。
In general, in the
一方、交わらないように入射させた場合(図16に示す)は、中心軸を挟む主走査方向の二つの領域の位相差の絶対値を異なる適当な値とすることにより、像面のビームスポットを最適化することができる。 On the other hand, when the light beams are incident so as not to intersect with each other (shown in FIG. 16), the beam spot on the image plane is obtained by setting the absolute values of the phase differences between the two regions in the main scanning direction across the central axis to different appropriate values. Can be optimized.
次に、図14を用いて振動ミラー106基板の例について説明する。
Next, an example of the vibrating
振動ミラー106は、Si基板をエッチングにより切り抜いて可動部を形成する。Si基板片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と平面コイル463とが形成され、振動ミラー106となる振動板443と、フレーム446とを残したそれ以外の部分を貫通し振動ミラー106の構造体を形成する。ここで、ねじり梁442の幅は40〜60μm程度である。
The vibrating
さらに、振動ミラー106の構造体のうち、ミラーとなる部分にアルミニウム薄膜や金薄膜などの金属薄膜または誘電体多層膜などを形成し、反射率の高い反射面を形成することもできるが、そのままでも反射面として使用することは可能である。反射面は片面、若しくは表裏両面に形成される。可動部内の片面もしくは両面に金属薄膜等のパターンニングでコイルパターン463とねじり梁442を介して配線された端子464を形成する。
Further, in the structure of the vibrating
実装基板448上には、振動ミラー106を囲うように形成されたヨーク449が配備され、該ヨーク449には振動ミラー106端に対向して各々S極とN極とを向かい合わせ、回転軸と直交する方向に磁界を発生する一対の永久磁石450が接合されている。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をねじってミラー441を回転する回転トルクを発生し、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、ミラー441を往復振動させることができる。そして、この電流の切り換える周期を、ミラー441を構成する構造体の、ねじり梁442を回転軸とした1次振動モードの固有振動数、いわゆる共振振動数f0に近づけると振幅が励起され大きな振れ角を得ることができる。従って、一般に、走査周波数fdをこの共振振動数f0に合わせて設定している。
On the mounting
上記例は、可動部がコイルパターンを持つ電磁石構造で、固定部に永久磁石を設置した構成であるが、可動部に永久磁石が設置され、固定部に電磁石構造がある構成の振動ミラーも存在する。 In the above example, the movable part has an electromagnet structure with a coil pattern, and a permanent magnet is installed on the fixed part. However, there is a vibrating mirror with a permanent magnet installed on the movable part and an electromagnet structure on the fixed part. To do.
図6は、振動ミラーを振幅させる駆動回路のブロック図である。駆動回路は、駆動パルス生成部601、PLL回路602、ゲイン調整部603、可動ミラー駆動部604、振幅演算部605、光源駆動部606、書込制御部607、及び画素クロック生成部608を有して構成される。上記したように、振動ミラー106に形成した平面コイルには、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。
FIG. 6 is a block diagram of a drive circuit for amplifying the vibrating mirror. The drive circuit includes a drive
図7は、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。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に一致させると、振れ角を最も大きくとれるが、共振周波数付近において急峻に振れ角が変化する。従って、初期的には振動ミラー106の駆動回路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振れ角が激減し、経時的な安定性に乏しいという欠点がある。
FIG. 7 shows the relationship between the frequency f for switching the direction of current flow and the deflection angle θ. In general, the frequency characteristic has a peak at the resonance frequency f0. When the scanning frequency fd is matched with the resonance frequency f0, the deflection angle can be maximized, but the deflection angle changes steeply in the vicinity of the resonance frequency. Therefore, initially, the drive frequency applied to the fixed electrode in the drive circuit of the
従来、共振周波数f0の変化に追従するように走査周波数fdを制御する例が提案されており、それを用いることもできる。しかし、本実施形態では、走査周波数fdを共振周波数f0から外した単一周波数に固定し、ゲイン調整に応じて振れ角θが増減できるようにしている。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。 Conventionally, an example in which the scanning frequency fd is controlled so as to follow the change of the resonance frequency f0 has been proposed, and it can also be used. However, in this embodiment, the scanning frequency fd is fixed to a single frequency that is excluded from the resonance frequency f0, and the deflection angle θ can be increased or decreased according to gain adjustment. Specifically, with respect to the resonance frequency f0 = 2 kHz, the scanning frequency fd is set to 2.5 kHz, and the deflection angle θ is adjusted to ± 25 ° by gain adjustment.
経時的には、振れ角θを、振動ミラー106により走査された光束を、走査領域の始端と終端とに配備したセンサ、同期検知センサ138、もしくは同期検知センサ138及び終端検知センサ139間の走査時間によって検出し、振れ角θが一定となるように制御している。
Over time, the deflection angle θ is scanned with the light beam scanned by the vibrating
ここで、振動ミラー106の動的面変形について考える。動的面変形は図1に示すように正弦波状の面変形を示すが、その変形量は振動ミラー106の振動位置により異なり、振動の中心で変形量はゼロとなり、最大振幅位置で最大となる。したがって、走査位置(ミラーの振動位置)によりミラー変形量が異なるため、波面変形素子150の波面変形量を走査位置に合わせて変更することにより、より正確な波面補正を行うことができる。本実施例では波面変形素子150として液晶素子を用いており、同期検知センサもしくは終端検知センサからの信号をトリガーとして、液晶をスイッチングすることにより、走査位置に合わせて波面変形量を制御することができる。
Here, dynamic surface deformation of the vibrating
他の実施例として、液晶素子などの波面変形素子150を用いず、振動ミラー106以降の結像光学系(走査光学系)に振動ミラー106の動的面変形による波面収差をキャンセルする収差を持たせる構成が考えられる。図2の構成では、振動ミラー106以降の結像光学系は、2枚のレンズと2枚のミラーで構成されている。したがって、これらの構成要素を用いて、走査位置に対応した収差をもつ光学系を構成すればよい。
As another embodiment, the
具体例として、振動ミラー106に図8に示すような動的面変形が最大像高(h=110mm)で発生する場合、表1〜10に示される光学系では図9(a)に示すような波面変形(収差)が発生し、像面でのビームスポットには図9(b)に示すサイドローブが発生する。ここで、振動ミラー106以降の2枚の走査レンズを表11〜14のレンズデータで表されるレンズに置き換えることにより、振動ミラーの面変形が無い場合は、最大像高(h=110mm)での波面形状は図10(a)及び(b)に示すように、図9(a)及び(b)の波面とは逆の波面収差及びビームスポット周辺のサイドローブが発生する。
As a specific example, when the dynamic surface deformation as shown in FIG. 8 occurs in the
したがって、振動ミラー106の動的面変形が発生する場合、表11〜14に示すデータで表されるレンズを用いることにより、図11(a)に示すように振動ミラー106の動的面変形による波面収差が補正され、図11(b)に示すようにサイドローブの無いきれいなビームスポットが形成される。このとき、光源波長、レンズ硝材、面間隔などは、表9,10のままである。ここでは特に外側の光束に関する例を挙げたが、同様にして内側についても補正光学系を構成することができる。また、この例ではレンズのみを用いて補正を行ったが、折り返しミラーも補正光学系として用いる構成も可能である。
Therefore, when the dynamic surface deformation of the
このとき、有効走査領域の中央から振動ミラーに光束を入射する正面入射の場合には、振動ミラーの動的面変形は、有効走査領域の中央像高(像高ゼロ)の光軸に対し対称な画角において対称な面変形をするので、結像光学系に要求される補正のための波面収差も中央像高の光軸に対し対称になるように設定するのが望ましい。表11〜14の例は主走査方向において中央像高の光軸に対し対称な面形状となっている。 At this time, in the case of front incidence where the light beam enters the vibrating mirror from the center of the effective scanning area, the dynamic surface deformation of the vibrating mirror is symmetric with respect to the optical axis of the central image height (zero image height) of the effective scanning area. Since the surface deformation is symmetric at a certain angle of view, it is desirable to set the wavefront aberration for correction required for the imaging optical system to be symmetric with respect to the optical axis of the central image height. The examples in Tables 11 to 14 have surface shapes that are symmetrical with respect to the optical axis of the central image height in the main scanning direction.
一方、図2に示す構成のように、有効走査領域の中央以外から振動ミラーに光束を入射する場合は、中央像高の光軸に対し対称な像高位置において、振動ミラー上の有効ビーム幅が異なるので、振動ミラーの動的面変形の影響が有効走査領域の中央像高の光軸に対し対称な画角において非対称となる。したがって、結像光学系に要求される補正のための波面収差も中央像高の光軸に対し非対称になるように設定するのがより望ましい。その場合、レンズの非球面データとして、奇数次の項を入れて設計することにより達成できる。 On the other hand, when the light beam is incident on the oscillating mirror from other than the center of the effective scanning area as in the configuration shown in FIG. 2, the effective beam width on the oscillating mirror at the image height position symmetric with respect to the optical axis of the central image height. Therefore, the influence of the dynamic surface deformation of the oscillating mirror becomes asymmetric at an angle of view symmetric with respect to the optical axis of the central image height of the effective scanning region. Therefore, it is more desirable to set the wavefront aberration for correction required for the imaging optical system to be asymmetric with respect to the optical axis of the central image height. In this case, the aspherical data of the lens can be achieved by designing with an odd-order term.
また、一般的に、振動ミラーへの入射光は、振動ミラーの回転軸と振動ミラー面の法線とがつくる面と入射光の光軸とが振動ミラー面上で交わるように入射させるが、交わらないように入射させた場合は、たとえ正面から入射させた場合でも、中央像高の光軸に対し対称な像高位置において、振動ミラーの動的面変形の影響が非対称になるので、結像光学系に要求される補正のための波面収差も中央像高の光軸に対し非対称になるように設定するのがより望ましい。 In general, the incident light to the oscillating mirror is incident so that the surface formed by the rotational axis of the oscillating mirror and the normal of the oscillating mirror surface intersects the optical axis of the incident light on the oscillating mirror surface. If they are incident so that they do not intersect, even if they are incident from the front, the influence of the dynamic surface deformation of the oscillating mirror becomes asymmetrical at the image height position symmetric with respect to the optical axis of the central image height. It is more desirable to set the wavefront aberration for correction required for the image optical system to be asymmetric with respect to the optical axis of the central image height.
図12は上記に示す光走査装置を搭載した画像形成装置の断面図である。感光体ドラム901の周囲に感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ902、光走査装置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903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901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901へは振動ミラーの往復走査により画像記録が行われる。上記した画像形成ステーションは転写ベルト906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。
FIG. 12 is a cross-sectional view of an image forming apparatus equipped with the optical scanning device described above. A charging
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906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。
On the other hand, the recording paper is supplied from the
101、102、103、104 感光体ドラム
106 振動ミラー
107、108、109、110 光源ユニット
111 入射ミラー
113 シリンダレンズ
120 第一レンズ
122、123、124、125 第二レンズ
126、127、128、129、130、131、132 折り返しミラー
101, 102, 103, 104
Claims (13)
前記光源から前記偏向手段までの光路に、前記偏向手段に入射する前記光束の波面を変形する波面変形手段を有することを特徴とする光走査装置。 In an optical scanning device having a light source, a deflection unit that deflects a light beam emitted from the light source by swinging a vibration mirror, and an imaging optical system that reciprocally scans the light beam deflected by the deflection unit,
An optical scanning apparatus comprising: a wavefront deforming unit configured to deform a wavefront of the light beam incident on the deflecting unit in an optical path from the light source to the deflecting unit.
前記検出手段による検出結果に基いて前記波面変形手段を制御することを特徴とする請求項5から7のいずれか1項記載の光走査装置。 Detecting means for detecting the light beam deflected by the vibrating mirror;
8. The optical scanning device according to claim 5, wherein the wavefront deforming unit is controlled based on a detection result by the detecting unit.
前記結像光学系は、走査された前記光束の光軸を挟む主走査方向の2つの光束領域の波面収差が互いに逆方向であり、画角の増加とともにその収差量が増加することを特徴とする光走査装置。 In an optical scanning device having a light source, a deflection unit that deflects a light beam emitted from the light source by swinging a vibration mirror, and an imaging optical system that reciprocally scans the light beam deflected by the deflection unit,
The imaging optical system is characterized in that the wavefront aberrations of two light beam regions in the main scanning direction across the optical axis of the scanned light beam are opposite to each other, and the amount of aberration increases as the angle of view increases. Optical scanning device.
請求項1から請求項12のいずれか1項記載の光走査装置を有し、
前記光源からの光束を偏向し、前記結像光学系によってスポット状に結像させて、前記像担持体を走査することを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus that records an electrostatic image on an image carrier with a light beam from a light source modulated by an image signal, visualizes the electrostatic image with toner, and transfers the image to a recording medium.
It has an optical scanning device of a statement in any 1 paragraph of Claims 1-12,
An image forming apparatus characterized in that the light beam from the light source is deflected and imaged in a spot shape by the imaging optical system, and the image carrier is scanned.
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JP2009301042A (en) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Toshiba Corp | Optical scanner and image forming apparatus |
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