JP2008065045A - 光源装置および光走査装置ならびに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラー反射面へのビーム入射位置が所定位置にあるように調整することにより、ミラー反射面で反射された光束の波面収差の劣化を低減する。
【解決手段】半導体レーザ９０，９１とカップリングレンズ９６，９７とを保持するホルダ部材９２の主走査方向の一端に調節ネジ１０１を螺合し、その先端をハウジング取付面に当接することにより、その突き出し量に応じてホルダ部材９２を、支軸９９を回転軸として弾性変形可能にし、矢印方向（α方向）傾きを調節できるようにして、振動ミラー１２の偏向面に入射する半導体レーザ９０，９１から出射するビームの主走査位置を補正可能にする。
【選択図】図１３

Description

本発明は、光源角度調整機能を有する光源装置，光走査装置、およびその光源装置または光走査装置を搭載する画像形成装置に関するものである。

従来の光走査装置において、光ビーム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、前記偏向器の回転をさらに高速にしなければならず、偏向器の軸受の耐久性、風損による発熱および騒音が課題となり、高速走査に限界がある。

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に記載されているように、Ｓｉ基板で振動ミラーと、それを軸支するねじり梁とを一体的に形成した構成のものが提案されている。

この構成によれば、ミラー面のサイズが小さく、小型化することができると共に、共振を利用して往復振動させるため高速動作が可能であるにも拘らず、低騒音で消費電力が低いという利点がある上、低振動でかつ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することができ、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う効果もある。

特許文献３，４には、ポリゴンミラーの代わりに振動ミラーを配備した構成が記載されている。

また、共振振動数は温度によってねじり梁のバネ定数が変化したり、大気圧による空気の粘性抵抗が変化することなどにより、振れ角が変化したりするという問題がある。

そのため、特許文献５に記載されているように、走査されたビームを検出することにより振れ角を検出し、振動ミラーに与える印加電流を加減することによって、振れ角を安定的に保つ制御を行うことが提案されている。
特許第２９２４２００号公報 特許第３０１１１４４号公報 特許第３４４５６９１号公報 特許第３５４３４７３号公報 特開２００４−２７９９４７号公報

前記従来の技術においては、前記構成の振動ミラーをポリゴンミラーの代わりとして用いることによって、低騒音化や低消費電力化が可能となり、オフィス環境に適合した画像形成装置を提供することができる。

また、振動ミラーを用いることによる低消費電力化により、地球環境にも適合した画像形成装置を提供することができ、さらに、低振動化に伴ってハウジングを薄肉化することができ、軽量化や低コスト化が可能である。

しかしながら、ミラー自体の厚さが数百μｍと薄いため、往復振動に伴う回転速度の変化とミラーに加わる慣性力に伴い、回転軸の近傍とミラー端とにおいて反対向きに力が働くために、ミラー面が波状にうねって変形する。このため、ミラー面で反射された光束の波面収差が大きくなり、ビームスポットの太りの原因となる。

図１９に単純な板状の振動ミラー２００における変形状態を示す。図１９に示す状態で、光束Ｌの波面収差の劣化と同時に、破線で示すような回転軸２０１と直交する方向（主走査方向）の入射位置のずれが生じると、見かけの曲率が異なるため、走査面上におけるビームスポットの結像位置のずれ（ピントずれ）を発生させる。

この変形を低減するためには、ミラー基板の曲げ剛性を高くする、すなわち、ミラー基板を厚くすればよいが、これによりミラー質量が増加することになるため、同じ走査周波数で比較すると、振れ角が小さくなってしまうという問題があり、単純に厚くすることはできない。

本発明は、前記従来の技術の課題を解決し、ミラー反射面へのビーム入射位置が所定位置にあるように調整することにより、ミラー反射面で反射された光束の波面収差の劣化を低減できるようにした光源装置、および光束の走査面上でのビームスポットを小径に絞り、高品位な画像形成が行える光走査装置，画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、光源と、該光源からの光ビームを所定の集束状態にするレンズと、前記光源と前記レンズとを一体的に保持する保持部材とを備えた光源装置において、前記保持部材における前記光源の光軸に直交する面に当接して前記保持部材を支持する光源支持部材と、前記保持部材における前記光源支持部材との前記当接面の角度を調整する光源角度調整部材とを備えたことを特徴とし、この構成によって、ミラーの反射面へのビーム入射位置を、例えばミラーの回転軸上にすることができ、反射面が波状に変形する場合においても、反射面で反射された光束の波面収差を小さく抑えることができ、結像位置のずれ（ピントずれ）を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、光源と、ねじり梁によって支持され、かつ前記光源からの光ビームを偏向して主走査領域を往復走査する振動ミラーと、該振動ミラーによって走査された光ビームを被走査面にスポット状に集光する光学系とを備えた光走査装置において、前記振動ミラーに対する前記光ビームの入射位置を主走査方向において調整するビーム入射位置調整手段を備え、前記主走査領域の各端における前記光ビームのスポット径が略一致するように前記入射位置を調整可能にしたことを特徴とし、この構成によって、主走査領域の両端のビームスポット径が略一致し、走査領域全体にわたってビームスポット径を均一に揃えることができ、また、ビームスポット径の小径化も図ることができるため、高精度で良好な光走査が可能になる。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の光走査装置において、ビーム入射位置調整手段は、光源の主走査方向における角度を調整する光源角度調整部材を備えてなることを特徴とし、この構成によって、振動ミラー前の光学系における取付，加工公差による光学性能の劣化を吸収するように調整することができ、高精度の光走査が可能になる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３記載の光走査装置において、振動ミラーにより走査された光ビームを検出して、振動ミラーの振幅θ_０を制御する振動ミラー駆動手段を備え、主走査領域の走査時間が一定となるように前記振幅θ_０を制御することを特徴とし、この構成によって、主走査領域の走査時間，振動ミラーの振幅が一定となり、走査対象の主走査領域における倍率偏差などによる品質の劣化を抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４いずれか１項記載の光走査装置において、主走査領域の各端に対応した振動ミラーの振れ角をθ_ｄ、光源から振動ミラーに入射する光ビームの光軸と光学系の光軸とのなす角度をαとした場合、θ_０＞α／２＞θ_ｄなる関係であるように設定したことを特徴とし、この構成によって、入射光束が、振動ミラー後の光学系に影響を及ぼすことなく、光束の反射面でのケラレの発生を抑えることができるので、振動ミラーの反射面における光束の主走査方向の幅を広く、つまり、走査面上でのビームスポット径を小さくし、高精度の光走査が可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項５記載の光走査装置において、主走査領域の各端に対応した振動ミラーの振れ角θ_ｄは、θ_ｄ／θ_０≦０．６なる関係であるように設定したことを特徴とし、この構成によって、振動ミラーの角度の時間特性が、比較的線形性を持つ領域、すなわち、θ_ｄ／θ_０≦０．６の範囲にて光走査を行うため、f・arcsinレンズを用いることによるビームスポット径の太りを抑えることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項２記載の光走査装置において、光源は、複数の光源を備え、共通の振動ミラーによって各光ビームに対応した複数の主走査領域を走査することを特徴とし、この構成によって、１枚の振動ミラーにより複数の走査領域を走査することができるため、低コスト化を図れると共に、複数の振動ミラーを用いる際に必要不可欠となる共振振動数の合わせこみが不要となり、製造工程の短縮化を図ることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項２記載の光走査装置において、光源は、往復走査のいずれか一方向において、画像情報に応じて光ビームを変調することを特徴とし、この構成によって、縦線ゆらぎなどによる光走査の精度劣化を抑えることができる。

請求項９に記載の画像形成装置に係る発明は、請求項１記載の光源装置または請求項２乃至８のいずれか１項記載の光走査装置を搭載し、光源からの光ビームを偏向して主走査領域を走査する振動ミラーを備え、該振動ミラーを所定の走査周波数により駆動し、画像情報に応じて光源を変調して感光体上に静電像を形成し、該静電像をトナーにより顕像化して記録媒体に転写し、画像を形成するように構成したことを特徴とし、この構成によって、振動ミラーの反射面で反射された光束の波面収差の劣化を低減し、ビームスポットを小径に絞ることができるため、高品位な画像形成が行える画像形成装置が実現する。

本発明に係る光源装置によれば、ミラーの反射面へのビーム入射位置を、例えばミラーの回転軸上にすることができ、反射面が波状に変形する場合においても、反射面で反射された光束の波面収差を小さく抑えることができ、結像位置のずれ（ピントずれ）を抑えることができる。このため、画像形成装置などに搭載することによって、高品位な画像形成が可能になる。

本発明に係る光走査装置によれば、主走査領域の両端のビームスポット径が略一致し、走査領域全体にわたってビームスポット径を均一に揃えることができ、また、ビームスポット径の小径化も図ることができるため、高精度で良好な光走査が可能になる。このため、画像形成装置などに搭載することによって、高品位な画像形成が可能になる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る光源装置または光走査装置を搭載することによって、振動ミラーの反射面で反射された光束の波面収差の劣化を低減し、ビームスポットを小径に絞ることができるため、高品位な画像形成が行える画像形成装置が実現する。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態を説明するための画像形成の４ステーションを単一の振動ミラーにより走査する光走査装置を搭載した電子写真方式の画像形成装置の概略構成を示す斜視図、図２は本実施形態の光走査装置における振動ミラー部分の分解斜視図である。

図示するように本実施形態では、４ステーションの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ている。

すなわち、転写ベルト１の移動方向Ａに沿って等間隔で配列された４つの感光体ドラム２〜５に対し、各々に対応した光源ユニット６，７から出射するビーム８〜１１を、振動ミラー１２による偏向後に分離して入射させることによって、感光体ドラム２〜５に同時に潜像画像を形成する。

振動ミラー１２に対して、各光源ユニット６，７からのビーム８〜１１を副走査方向に異なる入射角で斜入射させることにより、各光源ユニット６，７からのビーム８〜１１を一括して偏向，走査するようにしている。

光源ユニット６，７には、２ステーション分の光源１３，１４と光源１５，１６とが、副走査方向に配列され、各光源１３〜１６からのビーム８〜１１のなす角度が、本例では２．５°となるように調整がなされ、振動ミラー１２の偏向面で副走査方向に交差するように、一体的に支持されている。

本実施形態では、一方の光源ユニット６は、光源ユニット６の光出射軸に対し、下側の光源１４からのビーム９を平行に、また上側の光源１３からのビーム８を２．５°傾くようにし、光出射軸が主走査平面に対して下向きに１．２５°傾くように配置されている。他方の光源ユニット７は、光出射軸に対し、上側の光源１５からのビーム１０を平行に、また下側の光源１６からのビーム１１を２．５°傾くようにし、光出射軸が主走査平面に対して上向きに１．２５°傾くように配置され、各光源ユニット６，７の光出射軸が振動ミラー１２の偏向面で副走査方向に交差するように、各光源ユニット６，７は副走査方向に設置高さを変えて配置されている。

前記他方の光源ユニット７は、副走査方向に前記一方の光源ユニット６よりも低い位置となるように配置され、入射ミラー１７によって、各光源１３〜１６からのビーム８〜１１が、上下一列に揃うように、かつ副走査方向に高さを異ならせてシリンダレンズ１８に入射され、振動ミラー１２の法線に対し主走査方向での入射角が、各々２２．５°（＝α／２＋θ_ｄ）となるように（ただし、振動ミラー１２の振れ角をθ_ｄ、光源１３〜１６から振動ミラー１２に入射するビーム８〜１１の光軸と光学系の光軸とのなす角度をαとする）、また、振動ミラー１２上で、副走査方向に交差するように入射される。

各ビーム８〜１１は、シリンダレンズ１８によって振動ミラー１２の偏向面近傍で副走査方向に集束され、偏向後はビーム同士が分離するように、間隔を拡げつつｆθレンズ１９に入射される。ｆθレンズ１９は、全てのステーションで共用され、副走査方向には集束力を持たない。

ｆθレンズ１９を通った各光源ユニット６，７からのビーム８〜１１のうち、前記他方の光源ユニット７からの下段のビーム１１は、折返しミラー２０で反射され、トロイダルレンズ２１を介して感光体ドラム２上にスポット状に集光し、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づいた潜像を形成する。

前記光源ユニット７からの上段のビーム１０は、折返しミラー２２で反射され、トロイダルレンズ２３、折返しミラー２４を介して感光体ドラム３上にスポット状に集光し、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づいた潜像を形成する。

前記一方の光源ユニット６からの下段のビーム９は、折返しミラー２５で反射され、トロイダルレンズ２６、折返しミラー２７を介して感光体ドラム４上にスポット状に集光し、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づいた潜像を形成する。

前記光源ユニット６からの上段のビーム８は、折返しミラー２８で反射され、トロイダルレンズ２９、折返しミラー３０を介して感光体ドラム５上にスポット状に集光し、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づいた潜像を形成する。

また、同期検知センサ３１へは振動ミラー１２で偏向された光ビームがｆθレンズ１９の側方を通り、結像レンズ３２により集光され、入射されるようにしており、その検出信号をもとに各ステーション毎の同期検知信号を生成している。

従来、光源ユニット６，７から振動ミラー１２への入射角αと振動ミラー１２の振幅θ_０との関係は、α＞２θ_０であり、最大偏向角２θ_ｍａｘ＝α＋２θ_０としていたが、有効走査率（θ_ｄ／θ_０）を所定値以下、すなわち、本例では０．６以下に抑えるため、図３に示すように、θ_０≧α／２＞θ_ｄ，θ_０≧θ_ｓ＞θ_ｄなる関係になるように、光源１３〜１６からのビーム８〜１１の平均入射角αを設定している。

ここで、θ_ｄは感光体上を走査するミラー有効振れ角、θ_ｓは同期検知時のミラー振れ角である。具体的に本例では、θ_０＝２５°，θ_ｄ＝１５°，α＝４５°，θ_ｓ＝１８°である。

なお、同期検知センサ３１を、θ_ｓ＞α／２なるように配置してもよい。

図３では、ミラー振幅中心がｆθレンズ１９の光軸と一致しない例、すなわち、ミラー振幅中心を光源１３〜１６側にずらして振動させる例を示しており、ミラー振幅中心をｆθレンズ１９の光軸と一致する配置としており、ｆθレンズ１９，トロイダルレンズ２１，２３，２６，２９の面形状が主走査方向に沿って対称な曲面形状となるようにしている。

既述したように、振動ミラー１２の偏向面は往復振動に伴って波状に変形する。この変形量δは振幅θ_０のときに最大となり、振れ角０からθ_０への変化により比例的に変化量が大きくなるといった傾向がある。

すなわち、走査領域を走査する振れ角θ_ｄは、ｆθレンズ１９の画角により定まってしまうため、走査領域を走査する振れ角θ_ｄの振幅θ_０に対する比、有効走査率（θ_ｄ／θ_０）が小さい方がミラー変形の影響を受け難いということになる。

しかしながら、振幅θ_０を大きくするには振動ミラー１２のミラー基板の質量を小さくする必要があり、逆に、ミラー基板を薄くすれば変形量が大きくなってしまうという相反する関係がある。

本実施形態では、振動ミラーの角速度が比較的一定な振れ角の範囲内に有効走査率（θ_ｄ／θ_０）を設定し、被走査領域を走査する振れ角θ_ｄを振幅θ_０の６０％以下とすることで変形を抑制している。

転写ベルト１の記録媒体出口ローラ部には、各ステーションで形成され重ね合わされた各色画像の重ね合わせ精度を検出するための検出手段が配備されている。この検出手段は、転写ベルト１上に形成したトナー像の検出パターン３４を読み取ることにより、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われる。

本実施形態では、検出手段は、照明用のＬＥＤ素子３５と反射光を受光するフォトセンサ３６および一対の集光レンズ３７とからなり、画像の左右両端と中央の３ヵ所に配備され、転写ベルト１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。

図２に示すように、本実施形態の振動ミラーモジュールを、振動ミラー１２の回転トルク発生構造として電磁駆動方式を採用した構成例を説明する。

図示するように、振動ミラー１２は、ねじり梁４０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４１に装着され、振動ミラー基板４２を構成する。本例では、一対の振動ミラー基板４２を背合わせで一体支持したモジュールをなす。

支持部材４３は、樹脂で成形され、回路基板４４の所定位置に位置決めされており、振動ミラー基板４２を、ねじり梁４０が主走査平面に直交して振動ミラー１２の偏向面が主走査方向に対し所定の角度（本例では２２．５°）傾くように位置決めする位置決め部４５と、振動ミラー基板４２の実装基板４１の一辺に形成されている配線端子４６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４７とを一体に構成している。

こうして、振動ミラー基板４２は、一辺を前記エッジコネクタ部４７に挿入し、押え爪４８の内側に嵌め付けられ、基板裏側の両側面を位置決め部４５に沿って支えられると共に、電気的な配線が同時になされ、各々の振動ミラー基板４２が個別に交換できるようにしている。

なお、回路基板４４には、振動ミラー１２の駆動回路を構成する制御ＩＣや水晶発振子などが実装され、コネクタ４９を介して電源および制御信号が入出力される。

前記構成の振動ミラーモジュールは、図４に示すハウジング５３に係る分解斜視図のように、振動ミラーモジュールを包囲するように立設された側壁５０を一体的に形成する光学ハウジングに装着され、側壁５０の上端縁を上カバー５１によって封止し、外気から遮断することによって外気の対流による振幅の変化を防止するようにしている。ビームを入出射する側壁５０の開口部には平板状の透過窓５２を備えている。

次に、図５〜図７を参照して振動ミラーに関する構成について詳細に説明する。図５は振動ミラー基板の正面図、図６（ａ）は振動ミラーの背面図、図６（ｂ）は振動ミラーの側面図、図７は振動ミラー基板，振動ミラーの分解斜視図である。

振動ミラー１２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、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あらかじ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）５５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４０、平面コイルが形成される振動板５６、可動部の骨格をなす補強梁５７と、フレーム５８とを残した、それ以外の部分を酸化膜まで貫通し、次に、６０μｍ基板（第１の基板）５９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６０と、フレーム６１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１２の構造体を形成する。

ここで、ねじり梁４０、補強梁５７の幅は４０〜６０μｍとした。上記したように振動子の慣性モーメントＩは振れ角を大きくとるには小さい方が望ましく、反面、慣性力によってミラー面が変形してしまうため、本実施形態では可動部を肉抜きした構造としている。

さらに、６０μｍ基板５９の表面側にアルミニウム薄膜を蒸着して反射面となし、１４０μｍ基板５５の表面側には、銅薄膜でコイルパターン６２とねじり梁４０を介して配線された端子６３、およびトリミング用のパッチ６４を形成する。

実装基板６５上には、振動ミラー１２を装着する枠状の台座６６と、振動ミラー１２を囲うように形成されたヨーク６７が配備され、該ヨーク６７には可動ミラー６０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６８が接合されている。

振動板５６の側方に薄膜状の永久磁石を設け、フレーム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１２は、偏向面を表に向けて台座６６に装着され、各端子６３間に電流を流すことによりコイルパターン６２の回転軸に平行な各辺にローレンツ力が生じ、ねじり梁４０をねじって振動ミラー１２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４０の戻り力により水平に戻る。

したがって、コイルパターン６２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６０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、振動ミラー１２を構成する構造体の、ねじり梁４０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ｆ_０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。

よって、通常、走査周波数ｆ_ｄを前記共振振動数ｆ_０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ｆ_０は上記したように、振動ミラー１２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、複数の振動ミラー１２を用いる場合、各々の走査周波数ｆ_ｄを揃えることが困難となる。

この共振振動数ｆ_０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ｆ_ｄ＝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、Ａ４サイズを出力すると、最終端では数十ｍｍもの倍率ずれになってしまう。

選別によって共振振動数ｆ_０の近いものを組み合わせることはできるが、生産効率が悪い上、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。

そこで、複数の振動ミラー１２を用いる場合、実装基板６５に装着する前に、可動部の裏側に形成したパッチ６４に、炭酸ガスレーザなどにより切り込みを入れて可動部の質量を徐々に減らしていくことで慣性モーメントＩを調整し、個体間の寸法差があっても共振振動数ｆ_０が概略一致するように、本実施形態では±５０Ｈｚの範囲に入るように調整している。そして、その周波数帯域内で、共振振動数ｆ_０によらず、走査周波数ｆ_ｄを設定している。

図８は振動ミラーにおける質量の可変（トリミング）による共振周波数の調整の説明図であって、振動ミラー１２には、加振装置７０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１２の裏側よりパッチ６４にＣＯ_２レーザ出射器７１から炭酸ガスレーザＧ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１２の表側へ光源装置７２からビームを照射し、反射されたビームの振れを振幅検出装置７３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。

図９は本実施形態における振動ミラーを振動させる駆動回路の構成を示すブロック図であって、駆動パルス発生部７５とＰＬＬ回路７６とにより走査周波数ｆ_ｄを設定して、ゲイン調整部７７を介して可動ミラー駆動部７８へ駆動信号を出力する。この駆動信号により、振動ミラー１２の裏側に形成した前記コイルパターン６２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コイルパターン６２に流す電流を調節して振動ミラー１２を往復振動させる。

振動ミラー１２の状態は、画素クロック生成部７９，書込制御部８０，光源駆動部８１などにより駆動制御される光源（ＬＤ）８２からの振動ミラー１２に対して出射される光の反射光を同期検知センサ８３で受光することで検知されており、該検知信号を振幅演算部８４で補正処理し、振動ミラー駆動部７８へ補正駆動信号を出力することにより、前記振れ角θが一定となるように制御される。

図１０は前記コイルパターンにおける電流の流れる方向を切り換える周波数ｆと振れ角θとの関係を示す図であり、一般に、共振周波数ｆ_０をピークとした周波数特性を示し、走査周波数ｆ_ｄを共振周波数ｆ_０に一致させれば、最も振れ角が大きくとれるが、共振周波数付近においては急峻に振れ角が変化する。

したがって、初期的には振動ミラー１２の駆動制御部に印加する駆動周波数を共振振動数に合うように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課題がある。

そこで、本実施形態では、走査周波数ｆ_ｄを共振周波数ｆ_０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ｆ_０＝２ｋＨｚに対し、走査周波数ｆ_ｄ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、振動ミラー１２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８３において復走査時に検知した検知信号と往走査時に検出した検知信号との時間差により検出し、前記振れ角θが一定となるように制御している。

図１１に示すように、振動ミラー１２は、共振振動されるために時間ｔと共にｓｉｎ波状に走査角θが変化する。

したがって、振動ミラー１２の最大振れ角（振幅）をθ_０とすると、θ＝θ_０・ｓｉｎ２πｆ_ｄ・ｔとなり、同期検知センサ８３において走査角を２θ_ｓに対応したビームを検知すると、検知信号は、復走査と往走査とで発生し、その時間差Ｔを用いると、θ_ｓ＝θ_０・ｃｏｓ２πｆ_ｄ・Ｔ／２で表され、θ_ｓは固定であるのでＴを計測すれば最大振れ角θ_０を検出することができる。

なお、復走査でのビーム検知から往走査でのビーム検知に至る期間、振動ミラー１２の振れ角でいうと、θ_０＞θ＞θ_ｓなる期間では光源１３〜１６の発光を禁止するようにしている。

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。

しかし、振動ミラー１２は、図１２に示すように、時間と共に振れ角θの変化率が加速度的に小さくなるため、主走査領域の両端にいくに従って被走査面では画素間隔が狭まってしまう。

一般に、このずれはｆθレンズ１９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／θ_０）となる。ここで、ωは定数である。

ところが、この画素間隔の疎密、いわゆるリニアリティの補正量が大きくなると、ｆθレンズ１９の主走査方向に沿ったパワーの偏差が大きくなり、被走査面における各画素に対応したビームスポット径の変化も大きくなってしまう。また、上記したように振動ミラー１２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ｆθ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ｆθレンズ１９のパワーの偏差がなるべく小さくように、また非対称成分を補正するようにしている。

いま、画素クロックの位相Δｔを変化させることに伴う走査角の変化を２Δθとすると、
Ｈ＝（ω／２πｆｄ）・ｓｉｎ−１｛（θ−Δθ）／θ_０｝、Δθ／θ_０＝ｓｉｎ２πｆ_ｄｔ―ｓｉｎ２πｆ_ｄ（ｔ−Δｔ）なる関係式となる。

ここで、ｆθレンズ１９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／２πｆ_ｄ）・｛（θ−Δθ）／θ_０｝＝（ω／２πｆ_ｄ）・ｓｉｎ−１（θ／θ_０）、Δθ／θ_０＝θ／θ_０−ｓｉｎ−１（θ／θ_０）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／θ_０）−ｓｉｎ^−１（θ／θ_０）＝ｓｉｎ２πｆ_ｄｔ−ｓｉｎ２πｆ_ｄ（ｔ−Δｔ）なる関係式に基づいて決定されるように、光源を変調すればよい。

図１３（ａ），（ｂ）は本実施形態の光源ユニットの斜視図であり、（ａ）は正面側を示し、（ｂ）は背面側を示している。

図１，図２などに示す光源ユニット６，７において光源１３〜１６である半導体レーザ９０，９１は、保持部材であるホルダ部材９２に形成された嵌合孔９３，９４に裏側からステム外周を基準として、ステム外周に沿った回転方向を位置決めされて、圧入固定される。

また、上下にＵ字状溝を有する突起部９５には、カップリングレンズ９６，９７の光軸が各々半導体レーザ９０，９１の光出射軸と一致するように、また、出射ビームが平行光束となるように発光点との光軸方向の位置決めを行い、突起部９５とカップリングレンズ９６，９７との隙間にＵＶ接着剤を充填して、これを硬化させて固定する。

ここで、一方の半導体レーザ９０からの光線が、他方の半導体レーザ９１からの光線に対して２．５°の交差角をもって交差するように、カップリングレンズ９６の光軸を僅かに偏心させて配置している。

光源ユニット６は、図示しない光出射軸と直交するハウジング取付面に対し、ホルダ部材９２に形成された円筒状の突起部９８を位置決め基準とし、上下に支軸９９を介して連結された取付座面１００が、ホルダ部材９２と一体成形されており、ハウジング取付面に座面を当接してネジ固定する。

また、ホルダ部材９２の主走査方向の一端には、ビーム入射位置調整手段兼光源角度調整部材である調節ネジ１０１が螺合され、その先端をハウジング取付面に当接することにより、その突き出し量に応じてホルダ部材９２を、支軸９９を回転軸として弾性変形させ、矢印方向（α方向）傾きが調節できるようにしており、振動ミラー１２の偏向面に入射するビームの主走査位置を補正できるようにしている。

この際、ホルダ部材９２の傾き（角度）は、図３に示すように、走査領域の両端にセンサ、例えば２次元ＣＣＤカメラ１０２，１０２を設置しておき、主走査方向のビームスポット径が合致するように調節する。

なお、ホルダ部材９２の裏側には、半導体レーザ９０，９１がリード接続され、駆動回路が形成されるプリント基板１０３を支持する支持部１０４が設けられ、図１に示す画像形成の２ステーション分に対応する光源とカップリングレンズと光源の駆動回路基板とが一体的に形成される構成としている。

図１４は本実施形態における光源である半導体レーザを変調する駆動回路の構成を示すブロック図である。

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１０５に各々一時保存され、画像処理部１０６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、各光源１３〜１６（９０，９１）に対応したラインバッファ１０７に転送される。書込制御回路１０８は、ラインバッファ１０７から、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて各光源駆動部１０９を独立に変調する。

次に、各発光点を変調する画素クロック生成部１１０について説明する。

カウンタ１１１では、高周波クロック生成回路１１２で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路１１３では、該カウント値と、デューティ比に基いてあらかじめ設定される設定値Ｌと、画素クロックの遷移タイミングとして外部メモリ１１５から与えられて、位相シフト量を指示する位相データ信号Ｈとを比較し、カウント値が前記設定値Ｌと一致した場合に画素クロックＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号ｌを、位相データ信号Ｈと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立上がりを指示する制御信号ｈを出力する。この際、カウンタ１１１は、制御信号ｈと同時にリセットされ、再びゼロからカウントを行うことにより、連続的なパルス列を形成することができる。

このようにして画素クロック制御回路１１４では、１クロックごとに位相データＨを与え、順次、パルス周期が可変された画素クロックＰＣＬＫを生成して、書込制御部１０８へ出力する。本実施形態では、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あるようにしている。

図１５は前記画素クロック生成部において任意の画素の位相をシフトした場合の説明図であって、１／８クロックだけ位相を遅らせた例である。

デューティ５０％とすると設定値Ｌ＝３が与えられ、カウンタ１１１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１０９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１０７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、光源１３〜１６（半導体レーザ９０，９１）を駆動する。

図１６は単一の周波数で変調した際の主走査方向に応じた各画素におけるビーム到達位置の補正量を示す説明図であって、主走査領域を複数（本例では主走査領域を８つ）の領域に分割し、折れ線で近似することにより各領域の境界で主走査位置ずれがゼロになるように、領域ごとに位相シフト回数を設定し、階段状に補正する。

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到達位置のずれがΔＬｉであったとすると、ｎｉ＝Ｎｉ・ｐ／１６ΔＬｉとなり、ｎｉ画素ごとに位相をシフトさせればよい。

画素クロックをｆ_ｃ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＝１／１６ｆ_ｃ×∫（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することができる。

なお、分割された領域幅は均等であっても不均等であってもよく、分割数もいくつであってもよいが、各画素でのシフト量が大きくなると、その段差が画像上目立ちやすくなるため、画素ピッチｐの１／４単位以下とするのが望ましく、逆に位相シフト量が小さくなると位相シフト回数が増えメモリ容量が増えてしまう。また、分割数が少ないほどメモリ容量が少なくてすむため、主走査到達位置ずれが大きい領域の領域幅を小さく、また小さい領域の領域幅を大きくするように設定することが効率的である。

また、一般的に、半導体レーザの出力は、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、一走査ごとに画像領域に加わる前に検出され、１ライン記録中は一定値を保持するように光源に印加する電流量を制御する。

既述した図４は図１に示す光走査装置の構成部品と光源ユニットと振動ミラーモジュールとｆθレンズを収容するハウジングの斜視図であるが、図１７には折返しミラー支持まで含めたハウジング部分の斜視図を示す。

図４において、光源ユニット７（６）は、各々樹脂成形によるハウジング５３の外壁の設けられた嵌合孔１２０，１２０を基準として外側に取付けられハウジング５３に、振動ミラー１２の支持部材４３が一体的に形成され、振動ミラーモジュールが平板状の透過窓５２を備えた側壁５０により包囲された小部屋に支持される。また、ｆθレンズ１９は底面に接着固定される。ハウジング５３は、上開口を上カバー５１によって封止し、ビームは射出窓１２１を通して放射される。

このようにして組立てられたハウジング５３は、図１７に示す、板金により成形された側板１２２、１２３により挟持されるようにネジ固定され、側板に形成された矩形孔に折返しミラー２０（２２，２４，２５，２７，２８）と、トロイダルレンズ２１（２３，２６，２９）を架橋して支持する。なお、図中、１２４は補強板である。

図１８は本発明に係る前記実施形態の光源装置，光走査装置を搭載する画像形成装置の実施形態を示す構成図である。

図１８において、複数の各感光体１３０の周囲には、感光体１３０を高圧に帯電する帯電チャージャ１３１と、光走査装置１３２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１３３と、現像ローラ１３３にトナーを補給するトナーカートリッジ１３４と、感光体１３０に残留したトナーを掻き取って回収するクリーニングケース１３５がそれぞれ配置されており、各感光体１３０へは前記実施形態の振動ミラー１２の往復走査により１周期で２ラインごとの画像記録が行われる。

前記画像形成ステーションは、転写ベルト１３６の移動方向に並設され、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１３６上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされることにより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。

一方、記録紙Ｐは、給紙トレイ１３７から給紙コロ１３８により供給され、レジストローラ対１３９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出され、転写ベルト１３６からトナー画像が転写され、定着部１４０において定着処理を受け、排紙ローラ１４１により排紙トレイ１４２に排出される。

なお、各感光体１３０に対する画像形成のための光走査方式としては、往走査または復走査の片側走査により画像形成すること、あるいは往復走査にて画像形成することも可能である。

本発明は、デジタル複写機およびレーザプリンタなどの画像形成装置に用いられる光走査装置に適用され、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などへも応用が可能である。

本発明の実施形態を説明するための画像形成の４ステーションを単一の振動ミラーにより走査する光走査装置を搭載した電子写真方式の画像形成装置の概略構成を示す斜視図 本実施形態における振動ミラー部分を示す分解斜視図 本実施形態における振動ミラーとビームなどの関連を示す説明図 本実施形態におけるハウジングと振動ミラーモジュールとの構成を示す分解斜視図 本実施形態における振動ミラー基板の正面図 （ａ）は本実施形態における振動ミラーの背面図、（ｂ）は同振動ミラーの側面図 本実施形態における振動ミラー基板，振動ミラーの分解斜視図 本実施形態における振動ミラーにおける質量の可変（トリミング）による共振周波数の調整の説明図 本実施形態における振動ミラーを振動させる駆動回路の構成を示すブロック図 本実施形態におけるコイルパターンにおける電流の流れる方向を切り換える周波数ｆと振れ角θとの関係を示す図 本実施形態における振動ミラーの共振振動されるために時間ｔと共にｓｉｎ波状に走査角θが変化することの説明図 本実施形態における振動ミラーの時間と共に変化する振れ角θの説明図 （ａ），（ｂ）は本実施形態の光源ユニットの斜視図であり、（ａ）は正面側を示し、（ｂ）は背面側を示す図 本実施形態における光源である半導体レーザを変調する駆動回路の構成を示すブロック図 本実施形態における画素クロック生成部において任意の画素の位相をシフトした場合の説明図 本実施形態おいて単一の周波数で変調した際の主走査方向に応じた各画素におけるビーム到達位置の補正量を示す説明図 本実施形態における折返しミラー支持まで含めたハウジング部分の斜視図 本発明に係る前記実施形態の光源装置，光走査装置を搭載する画像形成装置の実施形態を示す構成図 単純な板状の振動ミラーにおける変形状態を示す斜視図

符号の説明

６，７ 光源ユニット
８〜１１ ビーム
１２ 振動ミラー
１３〜１６ 光源
４０ ねじり梁
４２ 振動ミラー基板
４３ 支持部材
５０ ハウジングの側壁
５３ ハウジング
７２ 光源装置
７３ 振幅検出装置
７７ ゲイン調整部
７８ 振動ミラー駆動部
８１ 光源駆動部
８４ 振幅演算部
９０，９１ 半導体レーザ
９２ ホルダ部材
９６，９７ カップリングレンズ
１０１ 調節ネジ
１０２ ２次元ＣＣＤカメラ

Claims (9)

1. 光源と、該光源からの光ビームを所定の集束状態にするレンズと、前記光源と前記レンズとを一体的に保持する保持部材とを備えた光源装置において、
   前記保持部材における前記光源の光軸に直交する面に当接して前記保持部材を支持する光源支持部材と、前記保持部材における前記光源支持部材との前記当接面の角度を調整する光源角度調整部材とを備えたことを特徴とする光源装置。
2. 光源と、ねじり梁によって支持され、かつ前記光源からの光ビームを偏向して主走査領域を往復走査する振動ミラーと、該振動ミラーによって走査された光ビームを被走査面にスポット状に集光する光学系とを備えた光走査装置において、
   前記振動ミラーに対する前記光ビームの入射位置を主走査方向において調整するビーム入射位置調整手段を備え、前記主走査領域の各端における前記光ビームのスポット径が略一致するように前記入射位置を調整可能にしたことを特徴とする光走査装置。
3. 前記ビーム入射位置調整手段は、前記光源の主走査方向における角度を調整する光源角度調整部材を備えてなることを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
4. 前記振動ミラーにより走査された光ビームを検出して、前記振動ミラーの振幅θ_０を制御する振動ミラー駆動手段を備え、前記主走査領域の走査時間が一定となるように前記振幅θ_０を制御することを特徴とする請求項２または３記載の光走査装置。
5. 前記主走査領域の各端に対応した振動ミラーの振れ角をθ_ｄ、前記光源から前記振動ミラーに入射する光ビームの光軸と前記光学系の光軸とのなす角度をαとした場合、θ_０＞α／２＞θ_ｄなる関係であるように設定したことを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の光走査装置。
6. 前記主走査領域の各端に対応した前記振動ミラーの振れ角θ_ｄは、θ_ｄ／θ_０≦０．６なる関係であるように設定したことを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
7. 前記光源は、複数の光源を備え、共通の前記振動ミラーによって各光ビームに対応した複数の主走査領域を走査することを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
8. 前記光源は、前記往復走査のいずれか一方向において、画像情報に応じて前記光ビームを変調することを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
9. 請求項１記載の光源装置または請求項２乃至８のいずれか１項記載の光走査装置を搭載し、光源からの光ビームを偏向して主走査領域を走査する振動ミラーを備え、該振動ミラーを所定の走査周波数により駆動し、画像情報に応じて光源を変調して感光体上に静電像を形成し、該静電像をトナーにより顕像化して記録媒体に転写し、画像を形成するように構成したことを特徴とする画像形成装置。

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