JP2009128786A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MEMS技術を用いた光スキャナに関するものである。 The present invention relates to an optical scanner using MEMS technology.
従来からレーザ−ビームプリンタ等に使用されるレーザ光走査装置の走査機構として、ポリゴンスキャナが広く使われている。ポリゴンスキャナは、軸周りに回転駆動される多角形状ポリゴンミラーを備え、レーザ光源から出射したレーザ光を前記ポリゴンミラーの反射面で逐次反射させることによりレーザ光を走査する。 Conventionally, a polygon scanner has been widely used as a scanning mechanism of a laser beam scanning device used in a laser-beam printer or the like. The polygon scanner includes a polygonal polygon mirror that is driven to rotate about an axis, and scans the laser beam by sequentially reflecting the laser beam emitted from the laser light source on the reflecting surface of the polygon mirror.
一方、近年、装置の小型化・低コスト化が要求されている。 On the other hand, in recent years, downsizing and cost reduction of devices have been demanded.
その要求を受け、ポリゴンスキャナに代わり、MEMS光スキャナが提案されている(特許文献1)。 In response to the request, a MEMS optical scanner has been proposed instead of the polygon scanner (Patent Document 1).
MEMS光スキャナは、シリコンなどの半導体製造プロセス等における技術を応用し、様々の機械要素の小型化を実現するMEMS技術を用いたMEMSデバイスの機械的振動を用いることによりスキャン動作を行う。 A MEMS optical scanner performs a scanning operation by using mechanical vibrations of a MEMS device using a MEMS technology that realizes miniaturization of various mechanical elements by applying technology in a semiconductor manufacturing process or the like such as silicon.
上記のMEMSデバイスは、半導体プロセス技術を用いているため、小型化が可能となり、また、一度に大量に作製することができるため、コストを削減することができる。 Since the above MEMS device uses semiconductor process technology, it can be miniaturized and can be manufactured in a large amount at a time, so that the cost can be reduced.
現在のMEMS光スキャナの中に、BD(Beam Detect)信号の検知結果よりMEMSデバイスの駆動信号を生成するMEMS光スキャナがある。
BD信号の検知結果によりMEMSデバイスの駆動信号を生成する光スキャナにおいて、MEMSデバイスが故障した場合、その故障状態を検知する手段がないという第一の課題があった。 In the optical scanner that generates the drive signal of the MEMS device based on the detection result of the BD signal, when the MEMS device fails, there is a first problem that there is no means for detecting the failure state.
また、MEMSデバイスは、経時変化により、あるいは周囲温度、湿度等の環境により特性が変化し、共振周波数が変動し、その変動によってMEMSデバイスの駆動効率が変化するという第二の課題があった。 Further, the MEMS device has a second problem that the characteristics change due to a change with time or an environment such as ambient temperature and humidity, the resonance frequency fluctuates, and the driving efficiency of the MEMS device changes due to the fluctuation.
第一の課題を解決するための手段として、請求項1に記載の光スキャナは、光源と、振動により光をスキャンする可動片により構成される光スキャナであって、該可動片を駆動する信号を生成する手段と、該信号の電圧を検知する手段と、該検知された電圧に基づいて可動片の故障を判定する手段を有することを特徴とする。
As a means for solving the first problem, the optical scanner according to
また、請求項2に記載の画像形成装置は、請求項1に記載の光スキャナを備えた画像形成装置であって、該光スキャナの可動片が故障と判定された場合、画像形成を中止、ミスプリントとする手段を有することを特徴とする。
An image forming apparatus according to
第二の課題を解決するための手段として、請求項3に記載の光スキャナは、光源と、振動により光をスキャンする可動片により構成される光スキャナであって、可動片の共振周波数を検知する手段と、検知した該共振周波数に基づいて該可動片を駆動する信号を生成する手段と、該生成された信号の電圧を検知する手段を有し、該検知された電圧に基づいて駆動信号の周波数の再設定動作を開始することを特徴とする。
As a means for solving the second problem, the optical scanner according to
本発明によれば、MEMSデバイスを用いた光スキャナにおいて、BD信号の検知結果よりMEMSデバイスの駆動信号を生成する光スキャナにおいて、MEMSデバイスが故障した場合、その故障状態を検知することが可能となる、という効果がある。 According to the present invention, in the optical scanner using the MEMS device, when the MEMS device fails in the optical scanner that generates the drive signal of the MEMS device from the detection result of the BD signal, it is possible to detect the failure state. It has the effect of becoming.
また、MEMSデバイスを用いた光スキャナにおいて、経時変化により、あるいは周囲温度、湿度等の環境により特性が変化し、共振周波数が変動した場合にMEMSデバイスの駆動信号の周波数を再設定可能となる、という効果がある。 Further, in the optical scanner using the MEMS device, when the resonance frequency fluctuates due to a change in characteristics due to a change over time or an environment such as ambient temperature and humidity, the frequency of the drive signal of the MEMS device can be reset. There is an effect.
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。 Next, details of the present invention will be described in accordance with the description of the embodiments.
図2はレーザビームプリンタの構成図である。 FIG. 2 is a block diagram of the laser beam printer.
このレーザビームプリンタは、本体装置の右側面下部に転写材カセット803を装着している。
In this laser beam printer, a
転写材カセット803にセットされた転写材は、給紙ローラ804によって一枚ずつ取り出され、搬送ローラ対805−a、805−bによって画像形成部に給送される。
The transfer material set in the
画像形成部には、転写材を搬送する転写搬送ベルト810が複数の回転ローラによって張られ、その最上流部においては、転写搬送ベルト810に静電吸着される。
A
また、上記転写搬送ベルトの搬送面に対向して感光体ドラム811が直線状に配設されて画像形成部を構成している。
In addition, the
画像形成部内の現像ユニット802は、前記感光体ドラム811−C、811−M、811−Y、811−Kの各色トナー、帯電器、現像器を有している。
A developing
上記の各現像ユニット802の筐体内の帯電器と現像器間には所定の間隙が設けられ、この間隙を介して光スキャナからなる露光手段801から感光体ドラム811の周面を所定の電荷で一様に帯電させる。
A predetermined gap is provided between the charger and the developer in the housing of each of the developing
光スキャナには、MEMS光スキャナを用いる。 A MEMS optical scanner is used as the optical scanner.
上記MEMS光スキャナは、シリコンミラー、磁石、コイル等から構成され、コイルに電圧を印加させることにより駆動される。 The MEMS optical scanner includes a silicon mirror, a magnet, a coil, and the like, and is driven by applying a voltage to the coil.
露光手段801が上記帯電した感光体ドラム811の周面を画像情報に応じて露光して静電潜像を形成し、現像器が上記の静電潜像の停電位部にトナーを転移させてトナー像(現像)する。
The
転写搬送ベルトの搬送面を挟んで転写部材807が配置されている。
A
各感光体ドラム811の周面上に形成されたトナー像は、それらに対応する転写部材807で形成される転写電界によって、搬送されてきた転写材に発生した電荷に吸収されて転写材面に転写される。
The toner image formed on the peripheral surface of each
トナー像を転写された転写材は、排紙ローラ対809−a、809−bによって機外に排出される。尚、転写搬送ベルト810は、CMYKの各色トナーを一旦転写してから転写材に二次転写する構成の中間転写ベルトでも構わない。
The transfer material onto which the toner image has been transferred is discharged out of the apparatus by a pair of discharge rollers 809-a and 809-b. The transfer /
図1は、本発明の第一の実施例におけるMEMS光スキャナの構成を説明する図である。以降、図1を用いて第一の実施例について詳しく説明する。 FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a MEMS optical scanner according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.
光源4は、レーザダイオード等から構成されており、ビデオ信号を基に作られたレーザ駆動信号に従ってON/OFFする光ビームを発する。
The
光源4から発せられた光ビームは、振動片5を照射する。
The light beam emitted from the
振動片5は、シリコンミラーにより構成され、磁石が貼り付けられおり、図示しないコイルに電圧を印加することにより駆動されている。
The vibrating
このとき、振動片5は、振動片5で反射された光ビームが感光体ドラム1上を走査するような駆動信号に基づいて、制御されながら振動している。
At this time, the vibrating
前記駆動信号は、駆動信号生成部7で生成される。
The drive signal is generated by the
駆動信号生成部7には、検出回路6からの検出信号1と制御部8からの制御信号が入力され、駆動信号生成部7はそれらの信号を基にして駆動信号を生成する。
The
検出信号1は、BDセンサ2及びBDセンサ3からの信号に基づき光ビームの走査タイミングを検出する検出回路6で生成される。
The
また、駆動信号生成部7で生成された駆動信号の電圧は、電圧信号を通して制御部8に伝えられる。
The voltage of the drive signal generated by the
制御部8は、入力される電圧信号を通じて駆動信号生成部7をモニタリングし、その電圧の検知結果によって、振動片5の故障判定を行う。
The
以下、図3、図4を用いて、駆動信号の電圧検知による振動片5の故障判定例を示す。
Hereinafter, an example of determining the failure of the
図3は、MEMS光スキャナが故障していると判定されないときの駆動信号波形である。一方、図4は、MEMS光スキャナが故障していると判定されるときの駆動信号波形である。 FIG. 3 is a drive signal waveform when it is not determined that the MEMS optical scanner has failed. On the other hand, FIG. 4 is a drive signal waveform when it is determined that the MEMS optical scanner is out of order.
図中において、Vrefは、あらかじめ測定された振動片5の共振周波数時の駆動信号電圧を表す。また、Vref_maxは、駆動信号電圧の最大許容電圧を表し、Vref_minは、最小許容電圧を表す。
In the figure, Vref represents the drive signal voltage at the resonance frequency of the
上記において、駆動信号電圧がVref_maxを超えてしまったり、Vref_minを下回ってしまった場合は、振動片5は故障としていると判定される。
In the above description, when the drive signal voltage exceeds Vref_max or falls below Vref_min, it is determined that the
よって、図3の駆動信号の波形振幅は、最大許容電圧Vref_maxを超えないかつ最小許容電圧Vref_minを下回っていないので、振動片5は、制御部8で故障と判定されない。
Therefore, since the waveform amplitude of the drive signal in FIG. 3 does not exceed the maximum allowable voltage Vref_max and does not fall below the minimum allowable voltage Vref_min, the
それに対し、図4の(a)において、駆動信号の波形振幅が最大許容電圧Vref_maxを超えてしまっているため、振動片5は、制御部8で故障と判定される。
On the other hand, in FIG. 4A, since the waveform amplitude of the drive signal exceeds the maximum allowable voltage Vref_max, the
また、図4(b)においても、駆動信号の波形振幅が最小許容電圧Vref_minを下回っているため、振動片5は、制御部8で故障と判定される。
In FIG. 4B as well, since the waveform amplitude of the drive signal is lower than the minimum allowable voltage Vref_min, the
制御部8は、振動片5を故障と判定した後、駆動信号生成部7に、制御信号を通じて、走査を中止するような駆動信号を生成させる。と同時に、不図示の画像形成を制御する手段へミスプリント処理をするように、ミスプリント信号を送信する。
After determining that the
駆動信号生成部7は、走査中止の制御信号が受け取ったら、振動片5の振動を中止させる駆動信号を生成し、振動片5に送信する。
When the drive
振動片5は、前記駆動信号を受け振動を中止する。
The
以上、第一の実施例では、MEM光スキャナにおいて、二つのBDセンサからの信号を検知することにより生成される駆動信号の電圧を検知し、その電圧の大きさに基づいて、振動片5の故障判定をする。
As described above, in the first embodiment, in the MEM optical scanner, the voltage of the drive signal generated by detecting the signals from the two BD sensors is detected, and based on the magnitude of the voltage, the
さらに故障判定後は、MEMS光スキャナは走査を中止し、レーザビームプリンタは、ミスプリント処理を実行することができる。 Further, after the failure determination, the MEMS optical scanner stops scanning, and the laser beam printer can execute misprint processing.
図5は、本発明の第二の実施例におけるMEMS光スキャナの構成を表す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the MEMS optical scanner in the second embodiment of the present invention.
図5において、第一の実施例と同様の物には同じ符号を付けてその説明は省略する。また、図5の構成以外は第一の実施例と同様の構成のため、図5以外の説明も省略する。 In FIG. 5, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Since the configuration other than the configuration of FIG. 5 is the same as that of the first embodiment, the description other than that of FIG. 5 is also omitted.
第一の実施例では、BDセンサ2及びBDセンサ3からの信号に基づき光ビームの走査タイミングを検出する検出回路6で生成される検出信号は、検出信号1として駆動信号生成部7へしか入力されていなかった。
In the first embodiment, the detection signal generated by the
第二の実施例では、検出回路6で生成される検出信号を駆動信号生成部7だけでなく、検出信号2として制御部8にも入力する構成となっている。
In the second embodiment, the detection signal generated by the
本構成にすることで、MEMS光スキャナの共振周波数が変動してしまったとき、駆動信号生成部7からの電圧信号に基づき、その共振周波数の変動を察知し、検出回路6からの検出信号2に基づき振動片5の共振周波数を算出・再設定することができる。
With this configuration, when the resonance frequency of the MEMS optical scanner has fluctuated, the fluctuation of the resonance frequency is detected based on the voltage signal from the drive
制御部8は、振動片5の共振周波数を算出・再設定し終えたら、その結果を制御信号として、駆動信号生成部7に出力する。
When the
前記制御信号を受けた駆動信号生成部7は、検出回路6からの検出信号1から得られる走査タイミングにより、駆動信号を生成し、振動片5へ出力する。
Upon receipt of the control signal, the
図6に、振動片5の共振周波数が変動してしまったとき、振動片5の共振周波数を算出・再設定していくときの駆動電圧の様子を示す。
FIG. 6 shows the state of the drive voltage when calculating and resetting the resonance frequency of the
予め測定された共振周波数が、環境変化等により変動してしまった場合は、図6(上)のように、駆動電圧が共振周波数変動前の電圧値よりも高くなる。 When the resonance frequency measured in advance has fluctuated due to an environmental change or the like, the drive voltage becomes higher than the voltage value before the fluctuation of the resonance frequency as shown in FIG. 6 (upper).
図6中のVref_calは、振動片5の共振周波数を算出・再設定する必要があるか否かの境界の駆動電圧値である。
Vref_cal in FIG. 6 is a drive voltage value at the boundary of whether or not the resonance frequency of the
具体的に、駆動電圧がVref_cal以下のときは、振動片5の共振周波数を算出・再設定せず、駆動電圧がVref_calを超えたときに、振動片5の共振周波数を算出・再設定する。
Specifically, when the drive voltage is equal to or lower than Vref_cal, the resonance frequency of the
よって、図6(上)は、駆動電圧がVref_calを超えているため、振動片5の共振周波数を算出・再設定する必要がある。
Therefore, in FIG. 6 (upper), since the drive voltage exceeds Vref_cal, it is necessary to calculate and reset the resonance frequency of the
上記の場合、制御部8は、駆動信号生成部7から電圧信号を通じて、共振周波数の変動を察知し、その変動が一定以上の大きさを超えていると判断し、検出回路6からの検出信号2に基づいて、共振周波数を算出・再設定する。
In the above case, the
共振周波数を算出・再設定することで、駆動電圧は、Vrefに向かって下がっていく。 By calculating and resetting the resonance frequency, the drive voltage decreases toward Vref.
図6(中)、図6(下)は、その様子を示す。 FIG. 6 (middle) and FIG. 6 (bottom) show this state.
しかし、図6(中)は、まだ、駆動電圧がVref_calを超えているため、再度、振動片5の共振周波数を算出・再設定する必要がある。
However, in FIG. 6 (middle), since the drive voltage still exceeds Vref_cal, it is necessary to calculate and reset the resonance frequency of the
振動片5の共振周波数を再設定した後の駆動電圧の波形が図6(下)となる。
The waveform of the drive voltage after resetting the resonance frequency of the
図6(下)は、駆動電圧がVref_calを下回っているため、振動片5の共振周波数を算出・再設定する必要はない。
In FIG. 6 (lower), since the drive voltage is lower than Vref_cal, it is not necessary to calculate and reset the resonance frequency of the
以上、第二の実施例では、MEMS光スキャナにおいて、二つのBDセンサからの信号を検出することにより生成される駆動信号の電圧を検知し、その電圧の変動の大きさが一定以上より大きい場合は、駆動信号の共振周波数を算出・再設定することができる。 As described above, in the second embodiment, in the MEMS optical scanner, the voltage of the drive signal generated by detecting the signals from the two BD sensors is detected, and the magnitude of the voltage fluctuation is larger than a certain level. Can calculate and reset the resonance frequency of the drive signal.
図6は、本発明の第三の実施例におけるMEMS光スキャナの構成を表す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the MEMS optical scanner in the third embodiment of the present invention.
図6において、第一の実施例と同様の物には同じ符号を付けてその説明は省略する。ただし、BDセンサにのみ新たな符号を与えている。また、図6の構成以外は第一の実施例と同様の構成のため、図6以外の説明も省略する。 In FIG. 6, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. However, a new code is given only to the BD sensor. Since the configuration other than the configuration of FIG. 6 is the same as that of the first embodiment, the description other than that of FIG. 6 is also omitted.
ミラー9は、ミラー9の反射光が、感光体ドラム11上を走査開始するタイミングを検出できるところに、ミラー10は、ミラー10の反射光が、感光体ドラム上を走査終了するタイミングを検出できるところに配置されている。
The
さらに、ミラー9、ミラー10のそれぞれの反射光がBDセンサ11に照射されるように配置されている。
Furthermore, it arrange | positions so that each reflected light of the
検出回路6は、BDセンサ11からの信号に基づき走査開始タイミング、走査終了タイミングを検出する。その検出結果は、検出回路6から検出信号1として、駆動信号生成部7に出力される。
The
以上、第三の実施例は、BDセンサを1つとミラーを2つ備えたMEMS光スキャナの構成においても走査タイミングを検出できるということを示す。 As described above, the third embodiment shows that the scanning timing can be detected even in the configuration of the MEMS optical scanner including one BD sensor and two mirrors.
本構成は、第一の実施例のようにBDセンサを2つ備える必要がないため、全体的な構成として、第一の実施例よりもコストを軽減することができる。 Since this configuration does not require two BD sensors as in the first embodiment, the overall configuration can reduce the cost compared to the first embodiment.
また、本構成は、第二の実施例にも適用できる。 This configuration can also be applied to the second embodiment.
図7に、第二の実施例に本構成を適用したときのMEMS光スキャナの構成図を載せる。 FIG. 7 shows a configuration diagram of the MEMS optical scanner when the present configuration is applied to the second embodiment.
図8は、本発明の第四の実施例におけるMEMS光スキャナの構成を表す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the MEMS optical scanner in the fourth embodiment of the present invention.
図8において、第一の実施例と同様の物には同じ符号を付けてその説明は省略する。ただし、BDセンサにのみ新たな符号を与えている。また、図8の構成以外は第一の実施例と同様の構成のため、図8以外の説明も省略する。 In FIG. 8, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. However, a new code is given only to the BD sensor. Since the configuration other than the configuration of FIG. 8 is the same as that of the first embodiment, the description other than that of FIG. 8 is also omitted.
検出回路6は、BDセンサ12からの信号に基づき走査開始タイミングを検出する。続いて、検出された走査開始タイミングから、走査終了タイミングを導出する。
The
ここで、振動片5は等速度運動しているため、走査開始タイミングから走査終了タイミングを導出する過程で多大な演算を要すことはない。
Here, since the vibrating
以降、検出回路6は、検出された走査開始タイミング及び導出された走査終了タイミングを検出信号1として、駆動信号生成部7に出力する。
Thereafter, the
以上、第四の実施例は、BDセンサを1つしか備えないMEMS光スキャナの構成においても走査タイミングを検出できるということを示す。 As described above, the fourth embodiment shows that the scanning timing can be detected even in the configuration of the MEMS optical scanner having only one BD sensor.
本構成は、BDセンサを一つしか用いない構成のため、信頼性はやや劣るが、安価となる。 Since this configuration uses only one BD sensor, the reliability is slightly inferior, but it is inexpensive.
また、第三の実施例と同様、本構成も第二の実施例に適用できる。 Further, as in the third embodiment, this configuration can also be applied to the second embodiment.
図9に、第二の実施例に本構成を適用したときのMEMS光スキャナの構成図を載せる。 FIG. 9 shows a configuration diagram of the MEMS optical scanner when the present configuration is applied to the second embodiment.
なお、図10は、第四の実施例の構成を第二の実施例の構成に適用した図である。 FIG. 10 is a diagram in which the configuration of the fourth embodiment is applied to the configuration of the second embodiment.
1 感光体ドラム
2 BDセンサ
3 BDセンサ
4 光源
5 振動片
6 検出回路
7 駆動信号生成部
8 制御部
9 ミラー
10 ミラー
11 BDセンサ
12 BDセンサ
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