JP2008233449A - 光ビーム走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学素子に起因した走査線中の主走査方向の各位置に生じる副走査方向の誤差を除去する。
【解決手段】 光ビームを受光し、所定位置における主走査方向と副走査方向に当該光ビームを偏向可能な走査素子と、走査素子による光ビームの主走査方向の走査を制御する主走査制御手段と、走査素子による光ビームの副走査方向の位置を制御する副走査制御手段と、主走査制御手段による光ビームの走査により所定位置に形成される走査線に含まれる副走査方向の位置誤差に関する情報を記憶する記憶手段と、を有し、副走査制御手段は、記憶手段に記憶された位置誤差に関する情報に基づいて、その位置誤差を補正するように走査素子を制御する光ビーム走査装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、所定位置に光ビームの走査線を形成するための光ビーム走査装置、および当該光ビーム走査装置を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真法を利用した画像形成装置では、感光体等の表面上で主走査方向に光ビームを走査するためにポリゴンミラーが使用されている。ポリゴンミラーは光ビームを偏向するための複数の偏向面を有している。また、ポリゴンミラーはモータ等により回転駆動される。それら偏向面はポリゴンミラーの回転軸と略平行に且つ回転半径外側に形成されている。光源から射出された光ビームは、ポリゴンミラーの偏向面に入射し、その後偏向されて当該偏向面から射出する。その光ビームが進行する方向は、ポリゴンミラーの回転に応じて連続的に変化する。

このような画像形成装置では、一般的に、ポリゴンミラーから射出した光ビームは、Ｆθレンズや反射ミラーを経て感光体上に導かれる。感光体上には、光ビームのスポットによって走査線が形成される。この走査線の延びる方向が主走査方向である。

特許文献１には、光源と、ポリゴンミラーと、Ｆθレンズと、反射ミラーとを備えた画像露光装置が記載されている。この画像露光装置もまた、ポリゴンミラーの回転により、感光体上において主走査方向に延びる走査線を形成する。さらに、この画像露光装置は、感光体の移動する速度を検出する装置と、その検出された速度の速度誤差を感光体の位置の誤差信号に変換する回路を有している。そして、感光体の位置の誤差信号に基づいて反射ミラーの反射角度を変化させて感光体の副走査方向の速度ムラによる露光ムラを低減させることができる構成となっている。

具体的には、この画像露光装置は、回転ドラムの回転が速くなれば、露光する位置が通常速度において露光する位置よりも回転方向下流側の位置となるように反射ミラーの角度を変化させる。逆に、回転ドラムの回転が遅くなれば、露光する位置が通常速度において露光する位置よりも回転方向上流側の位置となるように、反射ミラーの角度を変化させる。

特開平６−９５０２５号公報

上述の画像形成装置や特許文献１に記載の画像露光装置においては、ポリゴンミラーにより偏向走査された光ビームは、Ｆθレンズや反射ミラー等の光学素子を経たのちに感光体上に走査線を形成する。このとき、光ビームの光路中には光学素子が配置されているので、光学素子自体に設計誤差があった場合や光学素子を配置する際の組み付け誤差等があった場合には、光ビームはその光路中においてそれらの誤差の影響を受けて光ビーム自体に誤差が生じる。光ビームに誤差が含まれると、感光体上に形成される走査線に誤差が生じる。その誤差の種類としては、例えば、走査線位置誤差、走査湾曲、走査傾きなどがある。これらの誤差は、主として走査線の副走査方向の誤差である。

上述の画像形成装置においては、このような走査線の誤差を補正する場合には、光学素子の組み付け位置を微調整するなどして対処していた。しかし、そのような微調整を行ったとしても、走査線の副走査方向の誤差は十分に取り除くことができなかった。

また、特許文献１に記載の画像露光装置では、反射ミラーの角度を変化させて、感光体上の露光位置を調整することができる。しかしながら、走査線位置誤差、走査湾曲、走査傾きといった走査線中の主走査方向の各位置に生じる副走査方向の誤差を取り去るような開示はない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、光学素子に起因した走査線中の主走査方向の各位置に生じる副走査方向の誤差を除去する光ビーム走査装置および画像形成装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、所定位置に光ビームの走査線を形成するための光ビーム走査装置であって、光ビームを受光し、所定位置における主走査方向と副走査方向に当該光ビームを偏向可能な走査素子と、走査素子による光ビームの主走査方向の走査を制御する主走査制御手段と、走査素子による光ビームの副走査方向の位置を制御する副走査制御手段と、主走査制御手段による光ビームの走査により所定位置に形成される走査線に含まれる副走査方向の位置誤差に関する情報を記憶する記憶手段と、を有し、副走査制御手段は、記憶手段に記憶された位置誤差に関する情報に基づいて、その位置誤差を補正するように走査素子を制御することを特徴とする光ビーム走査装置を提供する。

この構成によれば、光ビームの主走査方向の走査中に、副走査方向の位置の誤差に関する情報を用いて副走査方向の制御を行うことにより、副走査方向の位置の補正を可能としている。副走査方向の位置が補正されることにより、副走査方向の誤差が取り除かれた走査線を形成することができる。したがって、本発明の光ビーム走査装置では、光学素子に起因した走査線中の主走査方向の各位置に生じる副走査方向の誤差が除去される。

また、本発明の光ビーム走査装置において、当該位置誤差に関する情報は、副走査方向の位置誤差を示す情報である。また、この装置は、さらに、位置誤差を示す情報から、当該位置誤差を補正する情報である副走査位置補正情報を算出する補正情報算出手段を備える。選択的には、当該位置誤差に関する情報は、当該位置誤差を補正する情報である副走査位置補正情報である。

さらに、主走査制御手段は、走査素子に印加する電流を制御することにより光ビームの主走査方向の走査を制御し、副走査制御手段は、走査素子に印加する電流を制御することにより光ビームの副走査方向の位置を制御する。副走査位置補正情報は、副走査制御手段が走査素子に印加する電流の変化パターンを規定した情報である。

さらに、走査素子は、光ビームを受光する受光面を有している。主走査制御手段は、走査素子に印加する電流を制御することにより受光面に平行な第一の軸まわりに受光面を回転させるように制御し、副走査制御手段は、走査素子に印加する電流を制御することにより受光面に平行且つ第一の軸に直交する第二の軸まわりに受光面を回転させるよう制御する。その受光面の第一の軸まわりの回転により、光ビームを主走査方向に偏向させ、受光面の第二の軸まわりの回転により、光ビームを副走査方向に偏向させる。さらに、主走査制御手段は、受光面を第一の軸まわりに所定の周期で往復動作させている。

また、本発明の光ビーム走査装置は、走査素子による光ビームの走査のタイミングを調整するために、光ビームが主走査方向の所定の位置にあることを検出する光ビーム受光素子を備えており、光ビーム受光素子により光ビームが検出されるタイミングに関連して、主走査制御手段と副走査制御手段とがそれぞれ走査素子を制御する。

また、上述の位置誤差に関する情報は、主走査制御手段による光ビームの走査により所定位置に形成される走査線を検出する走査線検出手段により生成することができる。さらに、その走査線検出手段は、走査線における副走査方向の光ビームの位置を検出する副走査位置検出手段を備えている。さらに、その副走査位置検出手段は、主走査方向に移動可能である。また、本発明の光ビーム走査装置において、光ビームの走査線が形成される所定位置は、例えば、感光体ドラムの表面である。

また、本発明の光ビーム走査装置は、走査素子により偏向された光ビームの光路上に配置される光学素子を備える。その光学素子はアークサインシータレンズを含む。また、その光学素子は、少なくとも１つの反射ミラーを含んでいてもよい。

また、本発明は、感光体上に光ビームの走査線を形成するための光ビーム走査手段を備えた画像形成装置であって、光ビームを射出する光源と、光源からの光ビームを受光し、感光体上における主走査方向と副走査方向に、当該光ビームを偏向可能な走査素子と、走査素子による光ビームの主走査方向の走査を制御する主走査制御手段と、走査素子による光ビームの副走査方向の位置を制御する副走査制御手段と、主走査制御手段による光ビームの走査により感光体上に形成される走査線に含まれる副走査方向の位置誤差に関する情報を記憶する記憶手段と、を有し、副走査制御手段は、記憶手段に記憶された位置誤差に関する情報に基づいて、その位置誤差を補正するように走査素子を制御することを特徴とする画像形成装置を提供する。

したがって、本発明によれば、光学素子に起因した走査線中の主走査方向の各位置に生じる副走査方向の誤差を除去することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る光ビーム走査装置の具体的な実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る光ビーム走査装置１００の概略構成図である。光ビーム走査装置１００は、光源１１０と、コリメートレンズ１１２と、走査素子１２０と、アークサインシータレンズ１３０と、偏向ミラー１４０と、ビームディテクタ（ＢＤ）用ミラー１５０と、ＢＤセンサ１６０とを備えている。なお、この光ビーム走査装置１００は、例えば、電子写真法を利用した画像形成装置に用いることができる。

光源１１０は、例えば半導体レーザである。光源１１０から射出された光ビームはコリメートレンズ１１２により平行光とされたのち、走査素子１２０に入射する。走査素子１２０は光ビームを偏向走査することができる素子である。走査素子１２０により偏向された光ビームは、アークサインシータレンズ１３０に入射する。なお、アークサインシータレンズ１３０は、３つのレンズ１３２，１３４，１３６により光ビームの主走査方向の等速度走査を実現するものである。レンズ１３４を通過した光ビームがＢＤ用ミラー１５０の所定位置に入射すると、ＢＤ用ミラー１５０によって偏向された後、ＢＤセンサ１６０の検出窓１６２に入射する。

アークサインシータレンズ１３０を通過した光ビームは、偏向ミラー１４０により偏向されて感光体ドラム１に入射する。そして感光体ドラム１上にスポットを形成する。

光ビーム走査装置１００では、走査素子１２０を制御することにより、光ビームの走査を行う。走査素子１２０による光ビームの走査により、感光体ドラム１上に走査線が形成される。本明細書においては、感光体ドラム１上において、感光体ドラム１の回転軸方向と平行な方向を主走査方向とする。また、感光体ドラム１上の走査線が形成される位置における、感光体ドラム１の接線の方向に平行な方向を副走査方向とする。主走査方向と平行な直線であって、感光体ドラム１上の所定位置に形成される走査線が理想的な走査線である。走査線が曲がっていたり、斜行していたり、所定位置からずれていたりすると、感光体ドラム１上に形成される静電潜像の描画の質の低下を招く。

走査素子１２０は、光ビームを主として主走査方向に走査するものであるが、光ビームの副走査方向の位置を変化させることも可能である。本発明の実施形態では、走査素子１２０によって、副走査方向の位置を変化させることにより、走査線の副走査方向の誤差を補正することができる。走査素子１２０の動作原理について以下に説明する。

図２は走査素子１２０の動作原理を説明するための図である。この走査素子１２０としては、一例として、日本信号社製のエコスキャン（商標）を使用することができる。以下、走査素子１２０を説明する際には、日本信号社製のエコスキャン（商標）の仕様に合わせて説明するが、本発明の光ビーム走査装置の走査素子１２０はその製品に限定されるものではなく、同等の機能を備えているものであれば使用可能である。

走査素子１２０は、基板１２１と、ミラー１２２と、外側コイル１２３Ａと、内側コイル１２３Ｂと、永久磁石Ｍ１〜Ｍ４とを有する。

基板１２１は、外枠部１２１ａと、外側可動部１２１ｂと、内側可動部１２１ｃと、トーションバー１２５，１２６とが一体的に形成されたものである。例えば基板１２１は微細加工技術によって作製される。外枠部１２１ａは、枠形状の板状部材であり、その形状は四角形である。外枠部１２１ａの対向する２辺の内側中央部からはトーションバー１２５，１２５が外枠部１２１ａの中心に向かうように延びており外側可動部１２１ｂに結合している。外側可動部１２１ｂも外枠部１２１ａ同様、枠形状の板状部材であり、その形状は四角形である。外側可動部１２１ｂは、その４辺が、それぞれの近傍にある外枠部１２１ａの４辺と平行になるように配置されている。トーションバー１２５，１２５は、外側可動部１２１ｂの対向する２辺の外側中央部に結合されている。外側可動部１２１ｂの対向する他の２辺の内側中央部からはトーションバー１２６，１２６がそれぞれ外側可動部１２１ｂの中心に向かうように延びており内側可動部１２１ｃに結合している。内側可動部１２１ｃは、四角形の板状部材でありその上部（紙面鉛直上側）にミラー１２２を備えている。ミラー１２２は、例えば内側可動部１２１ｃに金属を蒸着させて形成されている。選択的には鏡面加工された金属板を取り付ける構成であってもよい。トーションバー１２６，１２６は、内側可動部１２１ｃの周囲の対向する２辺の中央部に結合されている。このような配置により、トーションバー１２５の延びる方向と、トーションバー１２６の延びる方向とは互いに直交する。

トーションバー１２５，１２６は、板状部材である。さらに、トーションバー１２５，１２６は、外力により、その軸（トーションバーの延びる方向を示す直線であって、その幅方向と厚み方向の中心を通るもの）まわりにねじれ可能である。なお、互いに向きあうトーションバー１２５，１２５の軸は同一直線上にある。同様に、トーションバー１２６，１２６の軸も同一直線上にある。トーションバー１２５，１２５の軸とトーションバー１２６，１２６の軸は互いに直交する。

トーションバー１２５，１２５のねじれの作用により、外側可動部１２１ｂは、トーションバー１２５，１２５の軸を中心に所定量回転可能である。外側可動部１２１ｂと内側可動部１２１ｃとはトーションバー１２６，１２６で結合されているので、外側可動部１２１ｂがトーションバー１２５，１２５の軸まわりに回転すると、内側可動部１２１ｃも外側可動部１２１ｂと一体となってトーションバー１２５，１２５の軸まわりに回転する。また、トーションバー１２６，１２６のねじれの作用により、内側可動部１２１ｃは、トーションバー１２６，１２６の軸を中心に所定量回転可能である。このような構成により、内側可動部１２１ｃは、トーションバー１２５，１２５の軸とトーションバー１２６，１２６の軸の計２軸まわりに回転可能である。よって、ミラー１２２の傾斜の方向は、当該２軸まわりの回転量により決まる。なお、本発明の実施形態では、外側可動部１２１ｂは、トーションバー１２５，１２５の軸を中心として回転する動作のみ許容される構成となっている。同様に、内側可動部１２１ｃも、外側可動部１２１ｂに対して、トーションバー１２６，１２６の軸を中心として回転する動作のみ許容される構成となっている。

基板１２１には、外側コイル１２３Ａと内側コイル１２３Ｂが設けられている。これらコイルは基板１２１内に埋め込まれてもよいし、基板１２１上に備えられてもよい。外側コイル１２３Ａは、導線が、外枠部１２１ａから、トーションバー１２５を経て、外側可動部１２１ｂへ進み、外側可動部１２１ｂを数周進んだ後に、再びトーションバー１２５を経て、外枠部１２１ａへ戻ってくるように構成されている。コイル１２３Ｂは、導線が、外枠部１２１ａから、トーションバー１２６、外側可動部１２１ｂを経て、トーションバー１２６を通って内側可動部１２１ｃへ進入し、内側可動部１２１ｃの周囲近辺を数周進んだ後に、再びトーションバー１２６、外側可動部ｂ、トーションバー１２５を通って外枠部１２１ａへ戻ってくるように構成されている。

永久磁石Ｍ１〜Ｍ４は、外枠部１２１ａの各辺中央部の外側に配置されている。永久磁石Ｍ１とＭ２はそれぞれ、外枠部１２１ａに対向する側がＮ極となるように配置されている。永久磁石Ｍ３とＭ４はそれぞれ、外枠部１２１ａに対向する側がＳ極となるように配置されている。このような配置により、外側可動部１２１ｂのうち、図中上側の辺は、永久磁石Ｍ１により生じる磁界により、その辺に垂直な成分が図中下向きとなるような磁界中におかれる。また、外側可動部１２１ｂのうち、図中下側の辺は、永久磁石Ｍ３により生じる磁界により、その辺に垂直な成分が図中下向きとなるような磁界中におかれる。また、内側可動部１２１ｃのうち、図中右側の辺は、永久磁石Ｍ２により生じる磁界により、その辺に垂直な成分が図中左向きとなるような磁界中におかれる。また、内側可動部１２１ｃのうち、図中左側の辺は、永久磁石Ｍ４により生じる磁界により、その辺に垂直な成分が図中左向きとなるような磁界中におかれる。

走査素子１２０によって偏向走査する際には、外側コイル１２３Ａと内側コイル１２３Ｂの両方に又はいずれか一方に電流が印加される。この外側コイル１２３Ａや内側コイル１２３Ｂに流れる電流と、永久磁石Ｍ１〜Ｍ４のそれぞれにより形成される磁場とにより、外側コイル１２３Ａや内側コイル１２３Ｂにはローレンツ力が働く。外側可動部１２１ｂと内側可動部１２１ｃはそのローレンツ力により回転動作する。

外側可動部１２１ｂの動作に際しては、ローレンツ力のうち、外側可動部１２１ｂに回転トルクを与える成分のみが考慮される。上述のように、外側可動部１２１ｂの図中上側の辺と図中下側の辺においては、磁界の向きは同じく下向きである。それらの辺に設けられている外側コイル１２３Ａを流れる電流は互いに逆向きとなる。したがって、外側可動部１２１ｂの図中上側の辺と図中下側の辺に働くローレンツ力（の回転トルクを与える成分）は互いに逆向きとなる（つまりそれらローレンツ力は外側可動部１２１ｂに対して偶力として作用する）。要するに、外側コイル１２３Ａに電流が印加されると、外側可動部１２１ｂは、偶力により生じる回転トルクによって、トーションバー１２５，１２５の軸を中心に回転する。電流値が一定の場合、外側可動部１２１ｂは、トーションバー１２５，１２５のねじれに対する復元力とつりあう位置で静止し、外枠部１２１ａに対して傾斜した状態を維持する。外側可動部１２１ｂの傾斜角度（外側可動部１２１ｂが外枠部１２１ａと平行な状態から、トーションバー１２５，１２５の軸を中心に回転した角度）は、外側コイル１２３Ａに印加される電流値にほぼ比例して増加する。

内側可動部１２１ｃの動作に際しては、ローレンツ力のうち、内側可動部１２１ｃに回転トルクを与える成分のみが考慮される。上述のように、内側可動部１２１ｃの図中右側の辺と図中左側の辺においては、磁界の向きは同じく左向きである。それらの辺に設けられている内側コイル１２３Ｂを流れる電流は互いに逆向きである。したがって、内側可動部１２１ｃの図中右側の辺と図中左側の辺に働くローレンツ力（の回転トルクを与える成分）は互いに逆向きとなる（つまりそれらローレンツ力は内側可動部１２１ｃに対して偶力として作用する）。要するに、内側コイル１２３Ｂに電流が印加されると、内側可動部１２１ｃは、偶力により生じる回転トルクによって、トーションバー１２６，１２６の軸を中心に回転する。電流値が一定の場合、内側可動部１２１ｃは、トーションバー１２６，１２６のねじれに対する復元力とつりあう位置で静止し、外側可動部１２１ｂに対して傾斜した状態を維持する。内側可動部１２１ｃの傾斜角度（内側可動部１２１ｃが外側可動部１２１ｂと平行な状態から、トーションバー１２６，１２６の軸を中心に回転した角度）は、内側コイル１２３Ｂに印加される電流値にほぼ比例して増加する。

本発明の実施形態では、ミラー１２２に光ビームが入射するように構成されている。その光ビームの主走査方向への走査には外側可動部１２１ｂの回転動作が、副走査方向への走査には内側可動部１２１ｃの回転動作が用いられる。選択的には、主走査方向への走査には内側可動部１２１ｃの回転動作が、副走査方向への走査には外側可動部１２１ｂの回転動作が用いられても良い。

走査素子１２０を駆動させる際には、所定の共振周波数の電流を用いる。例えば、外側コイル１２３Ａの共振周波数は５６０Ｈｚに設定され、内側コイル１２３Ｂの共振周波数は２４０Ｈｚに設定される。これらの交流電流の振幅に応じて、外側可動部１２１ｂや内側可動部１２１ｃの傾斜角度を変化させることができる。

図３は、光ビーム走査装置１００の制御ブロック図である。光ビーム走査装置１００は、コントローラ２００、光源制御回路２１０、主走査制御回路２２０、副走査制御回路２３０、シフト量演算回路２４０、メモリ２５０を備えている。なお、図示しないが、コントローラ２００、光源制御回路２１０、主走査制御回路２２０、副走査制御回路２３０、シフト量演算回路２４０、メモリ２５０には、それぞれ電源が供給されている。電源は、単一のユニットから各回路等へ供給される構成であってもよいし、各回路ごとに独立して設けられる構成であってもよい。また、幾つかの回路等で共有される構成であってもよい。また、各回路等には、必要に応じて、電源回路が含まれている。

コントローラ２００は、光源制御回路２１０と、主走査制御回路２２０、副走査制御回路２３０を統括する機能を有する。光源制御回路２１０は、光源１１０の駆動、タイミング制御等を行う回路である。例えば光源制御回路２１０は、コントローラ２００が取得する画像情報等に応じて、光ビームの点灯・消灯のタイミングを制御する。

主走査制御回路２２０は、走査素子１２０の主走査方向の走査の制御を行う回路である。具体的には、走査素子１２０の外側コイル１２３Ａ（図２）に対し、所定のパターン（電流値の時間的変化を規定したもの、以下主走査電流パターンという）で電流を印加することにより主走査方向の走査の制御を行う。主走査電流パターンは、外側可動部１２１ｂが所定の周期、所定の角速度、所定の最大傾斜角度でトーションバー１２５，１２５の軸を中心に往復動作するように規定されている。ミラー１２２により偏向された光ビームは、その外側可動部１２１ｂの往復動作に合わせて、主走査方向に走査される。光ビームの主走査方向の走査範囲は、外側可動部１２１ｂの最大傾斜角度で決まる。本発明の実施形態では、光ビームがＢＤ用ミラー１５０の所定の位置に入射するような走査範囲となるように主走査電流パターンが規定されている。

主走査制御回路２２０は、コントローラ２００からのトリガ信号により、主走査電流パターンによる電流の印加を開始する。そのトリガ信号は、ＢＤセンサ１６０による光ビームの受光のタイミングとの間で同期がとられている。コントローラ２００は、ＢＤセンサ１６０が光ビームを受光したことを検出する機能を備えており、その検出に同期して主走査制御回路２２０にトリガ信号を送信するように構成されている。このような構成により、主走査制御回路２２０は、光ビームを主走査方向に１周期動作させるごとにコントローラ２００からトリガ信号を受け取る。よって、主走査制御回路２２０は、光ビームの主走査方向の動作については、１周期ごとに、主走査電流パターンによる電流の印加を新たに開始する。主走査制御回路２２０のこのような構成により、１周期ごとに電流の印加のタイミングが調整されるので、度重なる往復動作により走査線の位置が主走査方向に次第にずれてしまうというような状況を未然に防ぐことができる。

副走査制御回路２３０は、走査素子１２０の副走査方向の走査の制御を行う回路である。具体的には、主走査制御回路２２０と同様、走査素子１２０の内側コイル１２３Ａ（図２）に対し、所定のパターン（電流値の時間的変化を規定したもの、以下副走査電流パターンという）で電流を印加することにより副走査方向の走査の制御を行う。副走査電流パターンは、内側可動部１２１ｃがどのタイミングでどの傾斜角度となるべきかを規定している。

副走査制御回路２３０は、主走査制御回路２２０同様、コントローラ２００からのトリガ信号により、副走査電流パターンによる電流の印加を開始する。副走査制御回路２３０の電流の印加の開始時は、主走査制御回路２２０の電流の印加の開始時と同時になるように構成されている。副走査電流パターンは、主走査電流パターンにおいて規定されている周期に合わせて、電流値の変化を規定している。

主走査制御回路２２０の制御による走査と副走査制御回路２３０の制御による走査により、感光体ドラム１上には、主走査電流パターンと副走査電流パターンに基づいた１本の走査線が形成される。副走査電流パターンを調整することにより、走査線の副走査方向の位置を決めることができる。よって、形成された走査線が、理想的な走査線におけるある主走査方向位置の副走査方向位置と比して所定量ずれていたとすれば、その主走査方向の位置において副走査方向にその所定量分だけ逆方向にシフトさせるような副走査電流パターンを規定することで、理想的な走査線における副走査位置に合わせることができる。これを各主走査方向位置で実行すれば、副走査方向にずれのない、理想的な走査線を形成することができる。

本発明の実施形態では、副走査制御回路２３０は、シフト量演算回路２４０から副走査電流パターンを取得する。例えば、副走査制御回路２３０は、コントローラ２００からのトリガ信号を受け取ることにより、シフト量演算回路２４０に対し副走査電流パターンを要求する。すなわち、シフト量演算回路２４０は、ＢＤセンサ１６０による光ビームの受光ごとに副走査電流パターンを副走査制御回路２４０へ提供する。なお、シフト量演算回路２４０は、コントローラ２００からのトリガ信号を直接受け取る構成であってもよい。この場合、当該トリガ信号の受信に応じて副走査電流パターンを副走査制御回路２４０へ提供する。

シフト量演算回路２４０は、副走査電流パターンを算出する機能を備える。後述するように、メモリ２５０には走査線における副走査方向の位置誤差を示す位置誤差情報が記憶されている。シフト量演算回路２４０は、メモリ２５０から位置誤差情報を読み出して、演算を施すことにより副走査電流パターンを算出する。この算出は、ＢＤセンサ１６０による光ビームの受光ごとに行われる。すなわち、上述したように、コントローラ２００からのトリガ信号を受け取った副走査制御回路２３０の指示により行われる。或いは、上述したように、シフト量演算回路２４０が直接、コントローラ２００からトリガ信号を受け取ることにより行われる。

この位置誤差情報は、理想的な走査線と、実際の走査線との比較により得られる情報であって、実際の走査線の主走査方向の各位置（又は１周期における各時間。以下、主走査方向の位置という場合には、その位置を１周期内のある時点を示す時間情報としても表現することができるものとする）において、理想的な走査線と比して副走査方向にどれだけずれているか（誤差量）を示す情報である。ここで、実際の走査線とは、副走査制御回路２３０による電流値をゼロにした状態で、主走査制御回路２２０の制御によって形成される走査線である。本発明の実施形態では、位置誤差情報は、後述する走査線検出装置３００（図４）によって生成される。

シフト量演算回路２４０は、副走査制御回路２３０が走査素子１２０に電流を印加した場合の、電流値と光ビームのスポットの副走査方向の移動量（理想的な走査線における対応する位置からの距離）との関係を示すテーブルを持っている。シフト量演算回路２４０は、副走査方向の位置誤差情報をもとに副走査電流パターンを算出する。その算出方法は、（１）主走査方向の各位置における副走査方向の誤差量が示す距離と等しい移動量に対応する電流値をそれぞれテーブルから決定する、（２）それらの電流値の正負を逆転させる（副走査方向の誤差と同じ量だけその逆方向に移動させるため）、（３）主走査方向の各位置に対応する主走査方向の走査周期における時間に変換する、という処理を行う。なお、これらの処理は主走査方向の全範囲において行われる。このように算出された副走査電流パターンを副走査制御回路２３０に適用すると、主走査方向の全範囲において、実際の走査線を理想的な走査線の位置で走査することができる。

図４は、走査線検出装置３００の概略構成図である。走査線検出装置３００は、走査線の副走査方向の誤差量を検出して位置誤差情報を生成するための装置である。走査線検出装置３００は、ステージ３１０と、位置検出素子（ＰＳＤ）３２０とを有する。

ステージ３１０はＰＳＤ３２０を直線移動可能に保持している。ＰＳＤ３２０は、フォトダイオードの表面抵抗を利用して光ビームのスポット位置を検出する素子である。ＰＳＤ３２０は、受光部３２２で光ビームのスポットを受光する。受光部３２２は１軸方向に延びており、その受光部３２２の延びる方向は、ＰＳＤ３２０の移動方向と直交している。

走査線検出装置３００は、光ビーム走査装置１００により走査線が形成される位置にＰＳＤ３２０の受光部３２２が置かれるように（特に理想的な走査線が受光部３２２の中央を通るように）、且つＰＳＤ３２０の移動方向が主走査方向となるように配置される。このような構成により、走査線検出装置３００は、走査線の主走査方向の任意の位置における副走査方向の位置を検出することができる。

ＰＳＤ３２０による走査線の副走査方向の位置検出は、主走査方向の全範囲にわたって行われる。ここで、走査線の主走査方向の長さをＬとし検出ポイント数をＮとする。主走査方向において等間隔で位置検出を行うと、距離Ｌ／（Ｎ−１）ごとに位置検出を行うことになる。検出ポイントＮを増やすと、位置誤差情報の精度が高くなる。一方で、検出ポイントＮを増やすとメモリの容量、および演算量が増加する。また、検出ポイントＮが多すぎると、走査素子１２０におけるミラーの動作は、高速応答性が要求される。ＰＳＤ３２０は、位置検出の際、主走査方向に移動させられる必要があるが、その移動は自動的に行われてもよいし、手動で行われてもよい。以下、ＰＳＤ３２０の移動が自動的に行われる場合である、走査線検出装置３００の第一の実施形態を説明する。

図５は、走査線検出装置３００の機能ブロック図である。走査線検出装置３００は、ステージ３１０の内部に、制御部３１１、Ｄ／Ａ変換部３１２、パルスモータ３１３、Ｉ／Ｆ部３１４、メモリ３１５を備えている。ＰＳＤ３２０は制御部３１１に接続されている。なお、ＰＳＤ３２０は、ベルト等を介してパルスモータ３１３と接続されており、パルスモータ３１３の駆動によってステージ３１０上を移動することができる構成となっている。

制御部３１１は、ＰＳＤ３２０を距離Ｌ／（Ｎ−１）ずつ移動させるようにパルスモータ３１３を駆動する。例えば、制御部３１１は、ＰＳＤ３２０をステージ３１０の一端に配置させた後、所定時間経過ごとに、距離Ｌ／（Ｎ−１）ずつ他端に向けて移動させるよう制御することができる。

ＰＳＤ３２０は光ビームの検出結果を電流値として出力する。制御部３１１は、その電流値を副走査方向の誤差量の情報に変換する機能を持つ。制御部３１１により変換された副走査方向の誤差量の情報はメモリ３１５に格納される。メモリ３１５に格納された誤差量の情報の集合が位置誤差情報である。Ｉ／Ｆ部３１４は、光ビーム走査装置１００との間でデータの送受信を行うために用いられる。メモリ３１５に記憶されている位置誤差情報は、Ｉ／Ｆ部３１４を介して光ビーム走査装置１００へ送信される。

走査線検出装置３００は、一例として、光ビーム走査装置１００を備えた画像形成装置内の所定位置に配置される。また、選択的には、走査線検出装置３００には、光ビーム走査装置１００をセットする位置が設けられており、光ビーム走査装置１００をそこにセットする。また、選択的には、走査線検出装置３００と光ビーム走査装置１００とをセットするための独立したフレームを用意し、そこに両装置をセットしてもよい。走査線検出装置３００により生成された位置誤差情報は、光ビーム走査装置１００のシフト量演算回路２４０を介してメモリ２５０に格納される（図３参照）。

図６は、光ビーム走査装置１００および走査線検出装置３００を用いて位置誤差情報を生成する処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、光ビーム走査装置１００と走査線検出装置３００とを接続した後、光ビーム走査装置１００のコントローラ２００の制御により行われるものとする。この場合、コントローラ２００は、走査線検出モードというプログラムを備えており、このプログラムにより、走査線検出装置３００の制御部３１１がコントローラ２００により制御される。

本処理は、光ビーム走査装置１００および走査線検出装置３００に電源が投入され、その後走査線検出モードが実行された場合に開始する。ステップＳ１では、ステージ位置を初期化する。すなわち、走査線検出装置３００において、ＰＳＤ３２０を走査線の一端に配置させる処理が行われる。ステップＳ２では、主走査制御回路２２０により主走査方向の走査の制御を開始する。

ステップＳ３では、主走査方向に走査されている光ビームを、ＰＳＤ３２０により検出する。その検出された電流値は、走査線検出装置３００の制御部３１１により誤差量の情報に変換される。ステップＳ４では、誤差量の情報を、メモリ３１５に格納する。その後ステップＳ５へ進む。なお、ステップＳ３における光ビームの検出は複数の走査周期に渡って行われてもよい。すなわち複数回電流値を検出してもよい。この場合、制御部３１１は、その複数の電流値を平均化する処理を行うことができる。これにより、検出精度を高めることができる。

ステップＳ５では、ＰＳＤ３２０の位置が走査線の他端まで移動したかどうかが判定される。すなわち、走査線検出装置３００の制御部３１１がＰＳＤ３２０をＮ−１回移動させたかどうかが判定される。ＰＳＤ３２０が他端まで移動していなければ（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ６へ進む。ＰＳＤ３２０が他端に位置していれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ６では、走査線検出装置３００において、ＰＳＤ３２０を距離Ｌ／（Ｎ−１）移動させる。その後ステップＳ３へ戻る。ステップＳ３からステップＳ６の処理を繰り返すことにより、走査線検出装置３００のメモリ３１５には、順次、副走査方向の誤差量の情報が蓄積される。この実施形態では、Ｎ個の誤差量の情報で位置誤差情報が形成される。

ステップＳ７では、主走査制御回路２２０による主走査方向の走査の制御を終了させる。ステップＳ８では、メモリ３１５に記憶されている位置誤差情報を光ビーム走査装置１００に送信し、メモリ２５０に書き込む。その後、本処理は終了する。

なお、ステップＳ４では、誤差量の情報を走査線検出装置３００のメモリ３１５に書き込むものとしたが、光ビーム走査装置１００のメモリ２５０に直接書き込む構成としてもよい。この場合はステップＳ８の処理は不要となる。

図７は、光ビーム走査装置１００のシフト量演算回路２４０により求められる副走査電流パターンを示す図である。横軸は時間、縦軸は電流値を示す。図に示すように、副走査電流パターンは、１／２周期（主走査の往路と復路の間）を境界として対称となるパターンになる。なお、本発明の実施形態では、光ビーム走査装置１００は、光ビームを往路も復路も照射させるものであるが、例えば往路のみ照射させる構成であってもよい。

次に、ＰＳＤ３２０の移動が手動で行われる場合である、光走査線検出装置３００の第二の実施形態について説明する。この実施形態では、光走査線検出装置３００は、図５におけるＤ／Ａ変換部３１２とパルスモータ３１３を有していない。ＰＳＤ３２０は、まず走査線の一端の位置に置かれ、光ビームを検出する。ＰＳＤ３２０により光ビームを検出するために、例えば光走査検出装置３００には検出実行ボタン（不図示）が設けられている。光走査検出装置３００はそのボタンが押されることにより所定時間だけＰＳＤ３２０による検出動作を実行する。その検出作業後、オペレータは、ＰＳＤ３２０を距離Ｌ／（Ｎ−１）だけ動かす。例えばステージ上には主走査方向に沿って定規が描かれており、オペレータはその定規を見てＰＳＤ３２０を次の検出位置に合わせることができる。そして検出実行ボタンを押す。その後走査線の他端まで同じ手順を繰り返すことにより、位置誤差情報が生成される。

さらに、光走査線検出装置３００の第三の実施形態について説明する。この実施形態では、光走査線検出装置３００は、副走査方向の誤差量の情報だけではなく、ＰＳＤ３２０の位置に関する情報を検出することができる。この場合、光走査線検出装置３００は、図５におけるＤ／Ａ変換部３１２とパルスモータ３１３の代わりに位置検出素子を設けて、ＰＳＤ３２０の位置を検出する。その位置検出素子としては、一例として、ＰＳＤ３２０の軌道上に複数のフォトインタラプタを所定の間隔（例えば１ｃｍ）を置いて配置したものが想定される。この実施形態では、第二の実施形態で説明したような検出実行ボタンが押されることにより、誤差量の情報とＰＳＤ３２０の位置情報とが取得される。それらの情報は関連付けてメモリ３１５に格納される。そして走査線の他端まで検出作業が繰り返されることによって位置誤差情報が生成される。なお、この位置誤差情報は、ＰＳＤ３２０の位置と誤差量とのテーブルデータとなる。その後、光ビーム走査装置１００のシフト量演算回路２４０において、ＰＳＤ３２０の位置情報は時間に変換され、誤差量はそれぞれの時間に対応するようにして副走査電流パターンが生成される。このようにＰＳＤ３２０の位置情報を取得すれば、オペレータが手動でＰＳＤ３２０を移動した際に生じる位置誤差を抑えることができる。

上述の走査線検出装置３００の第一から第三の実施形態では、副走査方向の位置検出にＰＳＤを用いるものとしたが、その代わりに、ＣＣＤカメラを使ってもよい。この場合、走査線検出装置３００は、ＣＣＤカメラにより取得される画像情報から、光ビームの副走査方向の誤差量の情報を取得することができる。また、走査線検出装置３００は、走査線に沿って延び且つ副走査方向に所定の幅を持つ受光面を持つＣＣＤカメラによって走査線を検出してもよい。この場合、走査線全体を撮像した画像情報を分析することにより位置誤差情報を生成することができる。

なお、光ビーム走査装置１００は、メモリ２５０に位置誤差情報を記憶するものとした。選択的には、メモリ２５０に副走査電流パターンを記憶する構成であってもよい。メモリ２５０に副走査電流パターンを記憶する場合は、シフト量演算回路２４０は、例えば走査線検出装置３００から位置誤差情報を取得した直後に副走査電流パターンを算出してそのパターンをメモリ２５０に書き込む処理を実行する。メモリ２５０からの読み出し時には、副走査電流パターンをそのまま副走査制御回路２３０へ提供する。また、シフト量演算回路２４０により実行される副走査電流パターンを算出する処理が、走査線検出装置３００で行われる構成であってもよい。

本発明の実施形態に示したような光ビーム走査装置では、光源から射出された光ビームは、アークサインシータレンズや反射ミラー等の光学素子を経て感光体ドラム上へ入射する。光学素子を経た光ビームは、それら光学素子に設計誤差や配置誤差等があった場合、副走査方向に誤差が生じる。本発明の光ビーム走査装置１００は、走査線検出装置３００により取得された位置誤差情報を用いて、演算処理により副走査電流パターンを生成し、この副走査電流パターンを用いて副走査制御回路２３０により走査素子１２０を偏向走査する。そのような構成により、光学素子等に起因する副走査方向の誤差を取り除くことができる。

本発明に係る光ビーム走査装置の概略構成図である。 走査素子の動作原理を説明するための図である。 光ビーム走査装置の制御ブロック図である。 走査線検出装置の概略構成図である。 走査線検出装置の機能ブロック図である。 光ビーム走査装置および走査線検出装置による処理を示すフローチャートである。 副走査電流パターンを示す図である。

符号の説明

１００ 光ビーム走査装置
１２０ 走査素子
１２２ ミラー
２２０ 主走査制御回路
２３０ 副走査制御回路
２４０ シフト量演算回路
２５０ メモリ
３００ 走査線検出装置
３１０ ステージ
３２０ ＰＳＤ

Claims (16)

1. 所定位置に光ビームの走査線を形成するための光ビーム走査装置であって、
   光ビームを受光し、所定位置における主走査方向と副走査方向に当該光ビームを偏向可能な走査素子と、
   前記走査素子による光ビームの主走査方向の走査を制御する主走査制御手段と、
   前記走査素子による光ビームの副走査方向の位置を制御する副走査制御手段と、
   前記主走査制御手段による光ビームの走査により所定位置に形成される走査線に含まれる副走査方向の位置誤差に関する情報を記憶する記憶手段と、を有し、
   前記副走査制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記位置誤差に関する情報に基づいて、当該位置誤差を補正するように前記走査素子を制御することを特徴とする光ビーム走査装置。
2. 前記位置誤差に関する情報は、前記副走査方向の位置誤差を示す情報であることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム走査装置。
3. 前記位置誤差を示す情報から、当該位置誤差を補正する情報である副走査位置補正情報を算出する補正情報算出手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の光ビーム走査装置。
4. 前記位置誤差に関する情報は、当該位置誤差を補正する情報である副走査位置補正情報であることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム走査装置。
5. 前記主走査制御手段は、前記走査素子に印加する電流を制御することにより光ビームの主走査方向の走査を制御し、
   前記副走査制御手段は、前記走査素子に印加する電流を制御することにより光ビームの副走査方向の位置を制御し、
   前記副走査位置補正情報は、前記副走査制御手段が前記走査素子に印加する電流の変化パターンを規定した情報であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光ビーム走査装置。
6. 前記走査素子が光ビームを受光する受光面を有し、
   前記主走査制御手段は、前記走査素子に印加する電流を制御することにより前記受光面に平行な第一の軸まわりに前記受光面を回転させるように制御し、
   前記副走査制御手段は、前記走査素子に印加する電流を制御することにより前記受光面に平行且つ前記第一の軸に直交する第二の軸まわりに前記受光面を回転させるように制御し、
   前記受光面の第一の軸まわりの回転により、光ビームを主走査方向に偏向させ、前記受光面の第二の軸まわりの回転により、光ビームを副走査方向に偏向させることを特徴とする請求項５に記載の光ビーム走査装置。
7. 前記主走査制御手段は、前記受光面を第一の軸まわりに所定の周期で往復動作させることを特徴とする請求項６に記載の光ビーム走査装置。
8. 前記走査素子による光ビームの走査のタイミングを調整するために、光ビームが主走査方向における所定の位置にあることを検出する光ビーム受光素子を有し、
   前記光ビーム受光素子により光ビームが検出されるタイミングに関連して、前記主走査制御手段と前記副走査制御手段とがそれぞれ前記走査素子を制御することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光ビーム走査装置。
9. 前記位置誤差に関する情報は、前記主走査制御手段による光ビームの走査により所定位置に形成される走査線を検出する走査線検出手段により生成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光ビーム走査装置。
10. 前記走査線検出手段は、走査線における副走査方向の光ビームの位置を検出する副走査位置検出手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の光ビーム走査装置。
11. 前記副走査位置検出手段は、主走査方向に移動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の光ビーム走査装置。
12. 前記所定位置が感光体ドラムの表面であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の光ビーム走査装置。
13. 前記走査素子により偏向された光ビームの光路上に配置される光学素子を備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の光ビーム走査装置。
14. 前記光学素子が、アークサインシータレンズを含むことを特徴とする請求項１３に記載の光ビーム走査装置。
15. 前記光学素子が、少なくとも１つの反射ミラーを含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の光ビーム走査装置。
16. 感光体上に光ビームの走査線を形成するための光ビーム走査手段を備えた画像形成装置であって、
    光ビームを射出する光源と、
    前記光源からの光ビームを受光し、前記感光体上における主走査方向と副走査方向に、当該光ビームを偏向可能な走査素子と、
    前記走査素子による光ビームの主走査方向の走査を制御する主走査制御手段と、
    前記走査素子による光ビームの副走査方向の位置を制御する副走査制御手段と、
    前記主走査制御手段による光ビームの走査により前記感光体上に形成される走査線に含まれる副走査方向の位置誤差に関する情報を記憶する記憶手段と、を有し、
    前記副走査制御手段は、前記記憶手段に記憶された位置誤差に関する情報に基づいて、その位置誤差を補正するように前記走査素子を制御することを特徴とする画像形成装置。

Images