JP2010066598A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents

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JP2010066598A JP2008233849A JP2008233849A JP2010066598A JP 2010066598 A JP2010066598 A JP 2010066598A JP 2008233849 A JP2008233849 A JP 2008233849A JP 2008233849 A JP2008233849 A JP 2008233849A JP 2010066598 A JP2010066598 A JP 2010066598A
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Shinko Soeda
真弘 添田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner in which the shift of detection position of a synchronous detection depending on the scanning direction of a light beam which is reciprocally scanned with a deflection means is suppressed and the synchronous detection is performed without shift in detection positions between forward and returning scans. <P>SOLUTION: The optical scanner includes: a deflection means 106 which deflects the light beam emitted from a light source means and reciprocally scans a main scanning region; a scanning and imaging optical system 120 which guides the light beam from the deflection means onto a face to be scanned; light beam detection means (photodiodes or the like) PD+, PD- which detect the light beam from the deflection means, wherein one or more light detection means are disposed in a main scanning direction; and a plurality of light-receiving faces (PD for forward scan, PD for backward scan) which detect the light beam and are adjacent to each other in the main scanning direction. The width of the boundary of the adjacent light-receiving faces in the main scanning direction is denoted by Δw, the time in which the light beam passes through the boundary of the light-receiving faces is denoted by dt, the scanning frequency of the deflection means is denoted by fd, the effective scanning term rate of the image region is denoted by μ and the writing-in width of the main scan is denoted by W, the following relation is satisfied: Δw<W×dt/äμ/(2×fd)}×1,000. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光源手段から射出された光ビームを被走査面に導き走査させる光走査装置および、その光走査装置を備えた画像形成装置に関し、より詳しくは、光走査装置の光ビーム検出手段において光ビームを選択して同期検知の検出を行うための光量制御に関するものである。   The present invention relates to an optical scanning device that guides and scans a light beam emitted from a light source means to a surface to be scanned, and an image forming apparatus including the optical scanning device, and more particularly, to a light beam detection means of the optical scanning device. The present invention relates to light amount control for selecting a light beam and detecting synchronization detection.

従来の光走査装置においては、光ビームを走査する偏向手段としてポリゴンミラーやガルバノミラーが用いられているが、より高解像度な画像と高速プリントを達成するには、ポリゴンミラー等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 conventional optical scanning devices, polygon mirrors and galvanometer mirrors are used as deflecting means for scanning the light beam, but in order to achieve higher resolution images and high-speed printing, the polygon mirrors and the like are rotated at higher speeds. Therefore, the durability of the bearing, heat generation due to windage damage, and noise become problems, 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手段(例えばMEMS振動ミラー等)の研究が進められており、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。
また、低振動で、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った利点もある。
In contrast, in recent years, research on deflection means (for example, MEMS vibrating mirrors) using silicon micromachining is underway, and as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the vibrating mirror and its axis are arranged on a Si substrate. A method in which the supporting torsion beam is integrally formed has been proposed.
According to this method, there is an advantage that the mirror surface size can be reduced and the size can be reduced, and since reciprocal vibration is performed using resonance, high speed operation is possible but low noise and low power consumption are possible.
In addition, the housing that houses the optical scanning device can be thinned due to low vibration and almost no heat generation, and even if low-cost resin molding material with a low glass fiber content is used, the image quality is affected. There is also an advantage that it is difficult.

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例が開示されている。
しかし、振動ミラーを用いた場合、共振振動数は温度によって変化し、温度変化によりねじり梁のバネ定数が変化する、あるいは大気圧による空気の粘性抵抗が変化すること等により、振れ角が変化してしまうという問題がある。
そのため、特許文献5に開示されるように、走査されたビームを検出することで振れ角を検出し、振動ミラーに与える印加電流を加減することで、振れ角を安定的に保つ制御が行われている。
Patent Documents 3 and 4 disclose examples in which a vibrating mirror is provided instead of a polygon mirror.
However, when a vibrating mirror is used, the resonance frequency changes with temperature, and the deflection angle changes due to changes in the spring constant of the torsion beam due to temperature changes, or changes in the viscous resistance of air due to atmospheric pressure. There is a problem that it ends up.
For this reason, as disclosed in Patent Document 5, a deflection angle is detected by detecting a scanned beam, and control to keep the deflection angle stable is performed by adjusting an applied current applied to the vibrating mirror. ing.

上記のように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で、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が提供できる。
また、低振動化に伴ってハウジングが薄肉化でき、軽量化や低コスト化が可能である。
なお、特許文献6には、光ビームに要求される各特性のうち深度を評価可能な光ビーム特性評価方法及び評価装置が開示されている。
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 特開2000−9589号公報 特許第3594813号公報
By using the vibration mirror as a substitute for the polygon mirror as described above, noise and power consumption can be reduced, and an image forming apparatus suitable for the office environment can be provided.
In addition, the housing can be made thinner as the vibration is reduced, and the weight and cost can be reduced.
Patent Document 6 discloses a light beam property evaluation method and an evaluation device that can evaluate the depth of each property required for a light beam.
Japanese Patent No. 2924200 Japanese Patent No. 30111144 Japanese Patent No. 3445691 Japanese Patent No. 3543473 JP 2004-279947 A Japanese Patent Laid-Open No. 2000-9589 Japanese Patent No. 3594813

近年、画像形成装置では、更なる高速化とカラー化に対応するために、一つの像担持体に対して複数の光ビームを同時に走査して書込みを行うマルチビーム方式が用いられている。
MEMS振動ミラーにより往復走査書込みを行う場合、走査ビームは振幅の中心から外側へ走査され、画像形成領域外に設けられた光ビーム検出手段の受光面上を通過して振幅の頂点に達した後に、光ビームは逆向きに走査され、再び光ビーム検出手段の受光面上を通過する。
そのため、従来の偏向手段にポリゴンミラーを用いた場合と異なり、往走査と副走査で光ビーム検出手段の受光面を逆方向に横切ることになり、受光面の主走査方向の幅の分だけ、光ビームを検出する像高がシフトすることになる。
このため、画像形成領域外の主走査方向の両側の振れ角θsの位置に光ビーム検出手段として、それぞれPD+、PD−の同期検知器(フォトダイオード等)を設置した場合に、往復走査において、像高0を通過する往復走査による往路走査時間と復路走査時間は、それぞれ像高方向に、進行方向と逆向きに受光面幅分ずれた区間を測定していることになる。
In recent years, in order to cope with further increase in speed and color in an image forming apparatus, a multi-beam method is used in which writing is performed by simultaneously scanning a plurality of light beams on one image carrier.
When reciprocating scanning writing is performed by the MEMS vibration mirror, the scanning beam is scanned from the center of the amplitude to the outside, passes through the light receiving surface of the light beam detecting means provided outside the image forming area, and reaches the top of the amplitude. The light beam is scanned in the reverse direction and passes again on the light receiving surface of the light beam detecting means.
Therefore, unlike the case where a polygon mirror is used as the conventional deflecting means, the light receiving surface of the light beam detecting means is traversed in the reverse direction in the forward scanning and the sub scanning, and only the width of the light receiving surface in the main scanning direction, The image height for detecting the light beam will shift.
For this reason, when a PD + and PD− synchronous detector (photodiode or the like) is installed as a light beam detection means at the position of the deflection angle θs on both sides in the main scanning direction outside the image forming area, The forward scanning time and the backward scanning time by the reciprocating scanning that passes through the image height 0 are measured in a section that is shifted in the image height direction by the width of the light receiving surface in the direction opposite to the traveling direction.

この検出データを元に、振動ミラーの姿勢制御や書込み開始位置の調整、往復走査ごとでの書込み条件(画素ピッチや画周波数等)の調整を行う場合には、必ず同期検知器(PD)の主走査方向の受光面の幅分だけ残差が残ることになる。
また、同期検知器(PD)から最大振幅に至り再び同期検知器(PD)に戻ってくる場合であっても、同じ同期検知器(PD)ではあるが、走査された光ビームのPDの受光面への進入方向が逆になるため、やはり、同期検知器(PD)から最大振幅との往路と復路で、受光面幅分の差違が生じる。
Based on this detection data, when adjusting the vibration mirror attitude control, writing start position, and writing conditions (pixel pitch, image frequency, etc.) for each reciprocating scan, always use the synchronization detector (PD). A residual is left by the width of the light receiving surface in the main scanning direction.
Further, even when the maximum amplitude is reached from the synchronization detector (PD) and returns to the synchronization detector (PD) again, although the same synchronization detector (PD) is received, the light received by the PD of the scanned light beam is received. Since the approach direction to the surface is reversed, a difference corresponding to the width of the light receiving surface is generated in the forward and return paths from the synchronous detector (PD) to the maximum amplitude.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、偏向手段(振動ミラー)により往路と復路に走査される光ビームが、光ビーム検出手段の互いに共通の境界を通過するタイミングを的確に検出することにより、光ビームの走査の向きによる同期検知の検出位置ずれを抑制することができ、往走査と復走査で、それぞれ絶縁された受光面からの検出信号を得ることによって、従来の受光面幅分の検出位置ずれなく同期検知ができる光走査装置を提供することを課題とし、さらには、その光走査装置を備え、高速で且つ良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and accurately detects the timing when the light beam scanned in the forward path and the backward path by the deflecting means (vibrating mirror) passes through the common boundary of the light beam detecting means. Therefore, it is possible to suppress the detection position shift of the synchronous detection due to the scanning direction of the light beam, and by obtaining detection signals from the insulated light receiving surfaces in the forward scan and the backward scan, respectively, the conventional light receiving surface width can be obtained. It is an object of the present invention to provide an optical scanning device capable of synchronous detection without displacement of the detection position of the minute, and further to provide an image forming device including the optical scanning device and capable of performing high-speed and good image formation. Is an issue.

上記の課題を解決するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第1の手段は、光ビームを射出する光源手段と、前記光源手段を変調駆動する光源駆動手段と、前記光源手段から射出された光ビームを偏向して主走査領域を往復走査する偏向手段と、前記偏向手段からの光ビームを被走査面上に導く走査結像光学系と、前記偏向手段からの光ビームを検出する光ビーム検出手段を備え、前記光ビーム検出手段は主走査方向に一以上配置されており、前記光ビーム検出手段は、光ビームを検出する複数の受光面を有するとともに、主走査方向に隣接する受光面を有している光走査装置において、前記主走査方向に隣接する受光面の境界の幅をΔw[μm]とし、受光面の境界を光ビームが通過する時間をdt[ns]、前記偏向手段の走査周波数をfd[Hz]、画像領域の有効走査期間率をμ、主走査書込み幅をW[mm]とするとき、
Δw < W×dt/{μ/(2×fd)}×1000
の関係式を満たすように設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following solutions.
The first means of the present invention includes a light source means for emitting a light beam, a light source driving means for modulating and driving the light source means, and deflecting the light beam emitted from the light source means for reciprocating scanning in the main scanning region. A deflecting unit; a scanning imaging optical system that guides the light beam from the deflecting unit onto a surface to be scanned; and a light beam detecting unit that detects the light beam from the deflecting unit. In the optical scanning device, the light beam detecting means has a plurality of light receiving surfaces for detecting a light beam and has a light receiving surface adjacent to the main scanning direction. The width of the boundary between the light receiving surfaces adjacent in the direction is Δw [μm], the time for the light beam to pass through the boundary of the light receiving surface is dt [ns], the scanning frequency of the deflecting means is fd [Hz], and the effective image area Scanning period rate is μ, main driving When the writing width and W [mm],
Δw <W × dt / {μ / (2 × fd)} × 1000
It is set to satisfy the relational expression.

本発明の第2の手段は、第1の手段の光走査装置において、前記隣接する受光面の境界の主走査方向の幅をΔw[μm]とし、被走査面上の光ビームの主走査ビーム径をφm[μm]とするとき、
Δw < φm×0.125
の関係式を満たすように受光面を配置することを特徴とする。
また、本発明の第3の手段は、第1または第2の手段の光走査装置において、前記光源手段は光ビームを射出する複数の発光部を有し、前記光源駆動手段は前記光源手段の複数の発光部を変調駆動し、前記光ビーム検出手段により、前記偏向手段により往復走査され前記受光面を通過する光ビームを検出する際に、前記光源駆動手段により前記光源手段の複数の発光部の発光光量を制御して、複数の光ビームから検出対象の光ビームを選択して検出することを特徴とする。
According to a second means of the present invention, in the optical scanning device of the first means, the width in the main scanning direction of the boundary between the adjacent light receiving surfaces is Δw [μm], and the main scanning beam of the light beam on the surface to be scanned is set. When the diameter is φm [μm]
Δw <φm × 0.125
The light receiving surface is arranged so as to satisfy the relational expression.
According to a third means of the present invention, in the optical scanning device of the first or second means, the light source means has a plurality of light emitting portions for emitting light beams, and the light source driving means is the light source means. A plurality of light emitting sections of the light source means are driven by the light source driving means when the light beam detecting means detects a light beam that is reciprocally scanned by the deflecting means and passes through the light receiving surface. By controlling the amount of emitted light, a light beam to be detected is selected and detected from a plurality of light beams.

本発明の第4の手段は、第1〜第3のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記光源手段は、光ビームを射出する複数の発光部を有し、前記光源駆動手段は、前記光源手段の複数の発光部を変調駆動し、前記偏向手段は、前記光源手段から射出された光ビームを偏向して主走査領域を往復走査し、前記走査結像光学系は前記偏向手段からの光ビームを被走査面上に導き、前記光ビーム検出手段は前記偏向手段からの光ビームを一以上の受光面で検出する構成であり、前記偏向手段の反射面の最大振れ角が、前記光源手段から射出される光ビームの前記偏向手段の反射面への入射角よりも大きい場合に、前記光源駆動手段は、前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて、前記光源手段の強制消灯する発光部の発光量制御期間のタイミングおよび時間幅を制御することを特徴とする。   According to a fourth means of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to third means, the light source means has a plurality of light emitting portions that emit light beams, and the light source driving means includes: A plurality of light emitting sections of the light source means are modulated and driven, the deflection means deflects the light beam emitted from the light source means to reciprocate the main scanning region, and the scanning imaging optical system is supplied from the deflection means. The light beam is guided onto the surface to be scanned, and the light beam detecting means detects the light beam from the deflecting means with one or more light receiving surfaces, and the maximum deflection angle of the reflecting surface of the deflecting means is When the light beam emitted from the light source means is larger than the incident angle to the reflecting surface of the deflecting means, the light source driving means is based on the detection signal detected by the light beam detecting means. Light emission control period for the light emitting part that is forcibly turned off And controlling the timing and duration.

本発明の第5の手段は、第1〜第4のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記偏向手段は、ねじり梁によって支持され、前記光源手段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であることを特徴とする。   According to a fifth means of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to fourth means, the deflection means is supported by a torsion beam, and deflects the light beam from the light source means to perform main scanning. It is a vibrating mirror that reciprocally scans an area.

本発明の第6の手段は、第1〜第5のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて演算された偏向手段の振幅中心のシフト量に応じて、前記光源駆動手段による発光量制御期間のタイミングおよび時間設定を偏向制御手段により制御することを特徴とする。
また、本発明の第7の手段は、第1〜第5のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて前記偏向手段の最大振幅が一定になるように偏向制御手段により制御することを特徴とする。
さらに本発明の第8の手段は、第1〜第5のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて演算された偏向手段の走査周波数に応じて、前記光源駆動手段による発光量制御期間のタイミングおよび時間設定を偏向制御手段により制御することを特徴とする。
さらにまた、本発明の第9の手段は、第6〜第8のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記偏向手段は、前記偏向制御手段により制御することを特徴とする。
According to a sixth means of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to fifth means, the shift of the amplitude center of the deflection means calculated based on the detection signal detected by the light beam detection means. In accordance with the amount, the timing and time setting of the light emission amount control period by the light source driving means are controlled by the deflection control means.
According to a seventh means of the present invention, in the optical scanning device of any one of the first to fifth means, the maximum amplitude of the deflecting means is constant based on the detection signal detected by the light beam detecting means. It is characterized by controlling by a deflection control means.
Further, an eighth means of the present invention is the optical scanning device of any one of the first to fifth means, wherein the deflection frequency is calculated based on the detection signal detected by the light beam detecting means. Accordingly, the timing and time setting of the light emission amount control period by the light source driving means are controlled by the deflection control means.
Still further, a ninth means of the present invention is the optical scanning device of any one of the sixth to eighth means, wherein the deflection means is controlled by the deflection control means.

本発明の第10の手段は、少なくとも一つの像担持体と、前記少なくとも1つの像担持体を画像情報が含まれる光ビームにより走査する少なくとも一つの光走査装置を備えた画像形成装置において、前記光走査装置として、第1〜第9のいずれか一つの手段の光走査装置を備えたことを特徴とする。   The tenth means of the present invention is the image forming apparatus comprising at least one image carrier and at least one optical scanning device for scanning the at least one image carrier with a light beam including image information. As an optical scanning device, the optical scanning device of any one of the first to ninth means is provided.

本発明の第1の手段の光走査装置では、光ビーム検出手段の電気的に絶縁された受光面を主走査方向に隣接して並べ、それぞれを往路専用と復路専用の受光面とし、往路と復路に走査される光ビームが、互いに共通の境界を通過するタイミングを的確に検出することにより、光ビームの走査の向きによる同期検知の検出位置ずれを抑制することができる。また、往走査と復走査で、それぞれ絶縁された受光面からの検出信号を得ることによって、従来の受光面幅分の検出位置ずれなく同期検知を行うことができる。
さらに第1の手段の光走査装置では、主走査方向に隣接する受光面の境界の幅をΔw[μm]とし、受光面の境界を光ビームが通過する時間をdt[ns]、偏向手段の走査周波数をfd[Hz]、画像領域の有効走査期間率をμ、主走査書込み幅をW[mm]とするとき、
Δw < W×dt/{μ/(2×fd)}×1000
の関係式を満たすように設定されており、単位時間当たりで、画像形成領域で光ビームが走査される距離よりも、受光面の境界上を光ビームが通過する時間dtでの受光面の境界の主走査方向の幅Δwを小さく設定することによって、主走査領域を走査される光ビームの同期検知の検出精度を画像形成領域の精度以上にすることができる。
In the optical scanning device of the first means of the present invention, the electrically isolated light receiving surfaces of the light beam detecting means are arranged adjacent to each other in the main scanning direction, and each of them is used as a light receiving surface exclusively for the forward path and for the backward path, By accurately detecting the timing at which the light beams scanned in the return path pass through a common boundary, it is possible to suppress the detection position shift of the synchronization detection due to the scanning direction of the light beams. In addition, by obtaining detection signals from the light receiving surfaces that are insulated in the forward scanning and the backward scanning, it is possible to perform synchronous detection without any detection position deviation corresponding to the width of the conventional light receiving surface.
Further, in the optical scanning device of the first means, the width of the boundary between the light receiving surfaces adjacent in the main scanning direction is Δw [μm], the time for the light beam to pass through the boundary of the light receiving surface is dt [ns], and the deflection means When the scanning frequency is fd [Hz], the effective scanning period rate of the image area is μ, and the main scanning writing width is W [mm],
Δw <W × dt / {μ / (2 × fd)} × 1000
The boundary of the light receiving surface at the time dt during which the light beam passes over the boundary of the light receiving surface, rather than the distance that the light beam is scanned in the image forming area per unit time. By setting the width Δw in the main scanning direction to be small, the detection accuracy of the synchronous detection of the light beam that scans the main scanning region can be made higher than the accuracy of the image forming region.

第2の手段の光走査装置では、隣接する受光面の境界の主走査方向の幅をΔw[μm]とし、被走査面上の光ビームの主走査ビーム径をφm[μm]とするとき、
Δw < φm×0.125
の関係式を満たすように受光面を配置し、隣接する受光面の境界幅Δwを、主走査のビームスポット径φmの1/8以下にすることによって、わずかながら残る境界の幅による検出位置ずれについて、光ビームスポット位置を検出するのに問題ない精度にすることができる。
In the optical scanning device of the second means, when the width of the boundary between adjacent light receiving surfaces in the main scanning direction is Δw [μm] and the main scanning beam diameter of the light beam on the surface to be scanned is φm [μm],
Δw <φm × 0.125
The light receiving surface is arranged so as to satisfy the following relational expression, and the boundary width Δw between adjacent light receiving surfaces is set to 1/8 or less of the beam spot diameter φm of the main scanning, so that the detection position shift slightly due to the remaining boundary width. The accuracy of detecting a light beam spot position can be improved.

第3の手段の光走査装置では、画像形成領域外において、検出対象の光ビームのみを検出レベル以上に発光させ、他の光ビームを発光レベル以下に制御することにより、検出対象の光ビームのみを同期検知用の受光面で捕らえることができ、検出対象の光ビームを明確に検出することができる。また、複数の光ビームそれぞれについて、書込み開始位置や書込み幅の設定等を個別に行うことができる。また、個別の光ビームを検出することによって偏向手段の振動状況を検知し、姿勢制御を円滑に行うことができる。   In the optical scanning device of the third means, only the detection target light beam is emitted outside the image forming region by causing only the detection target light beam to emit light above the detection level and controlling the other light beams below the emission level. Can be captured by the light receiving surface for synchronous detection, and the light beam to be detected can be clearly detected. In addition, it is possible to individually set the write start position and write width for each of the plurality of light beams. Further, the vibration state of the deflecting means can be detected by detecting individual light beams, and posture control can be performed smoothly.

第4の手段の光走査装置では、偏向手段の最大振れ角が、画像形成領域の入射角よりも大きい場合にも、画像形成領域を超える振れ角での同期検知の区間以外においても、光源手段の発光部を強制消灯することにより、検出対象の光ビーム以外のゴースト光の受光面への流入を抑制することができる。   In the optical scanning device of the fourth means, even when the maximum deflection angle of the deflecting means is larger than the incident angle of the image forming area, the light source means is also used in a section other than the synchronous detection section at the deflection angle exceeding the image forming area. By forcibly turning off the light emitting section, it is possible to suppress the inflow of ghost light other than the light beam to be detected to the light receiving surface.

第5の手段の光走査装置では、偏向手段として、ねじり梁によって支持された振動ミラーを用いることによって、従来のポリゴンスキャナを用いた偏向手段と比較して、低騒音、低発熱、低消費電力を実現することができ、特にポリゴンモータからの発熱による光学素子の温度変化による画像劣化の問題を解決することができ、より高精度な描画画像を実現することができる。   In the optical scanning device of the fifth means, by using a vibrating mirror supported by a torsion beam as the deflecting means, compared with the deflecting means using the conventional polygon scanner, low noise, low heat generation, and low power consumption. In particular, it is possible to solve the problem of image deterioration due to the temperature change of the optical element due to the heat generated from the polygon motor, and it is possible to realize a highly accurate drawing image.

第6の手段の光走査装置では、前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて演算された偏向手段の振幅中心のシフト量に応じて、光源駆動手段による発光量制御期間のタイミングおよび時間設定を偏向制御手段により制御するので、温度や湿度変動等の外乱により偏向手段(振動ミラー)の振動状態が変動する場合に、振幅中心が像高方向にシフトするときに、光ビームの同期検知用の受光面への進入像高が、従来では往走査と復走査で受光面幅分の差違が生じていたものを、二つの受光面を近接して配置し往走査と復走査のそれぞれに専用の受光面を割り当てることによって、両者が共有する境界を光ビームが通過したタイミングを検出することが可能となり、偏向手段(振動ミラー)による振幅中心のシフト量をより適切に検出し補正することができる。   In the optical scanning device of the sixth means, the timing of the light emission amount control period by the light source driving means according to the shift amount of the amplitude center of the deflecting means calculated based on the detection signal detected by the light beam detecting means, and Since the time setting is controlled by the deflection control means, when the vibration state of the deflection means (vibrating mirror) fluctuates due to disturbances such as temperature and humidity fluctuations, the light beam is synchronized when the center of amplitude shifts in the image height direction. The approach image height to the light-receiving surface for detection, where the difference in the light-receiving surface width has occurred in the forward scan and the backward scan in the past, is placed in close proximity to the two light-receiving surfaces, each of the forward scan and the backward scan By assigning a dedicated light-receiving surface to each other, it becomes possible to detect the timing at which the light beam has passed through the boundary shared by both, and the shift amount of the amplitude center by the deflecting means (vibrating mirror) can be more appropriately It is possible to put out correction.

第7の手段の光走査装置では、光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて偏向手段の最大振幅が一定になるように偏向制御手段により制御するので、光ビームが同期検知用の光ビーム検出手段の受光面を通過し、最大振幅に至り再び光ビーム検出手段の受光面を通過するときに、従来では往走査と復走査で光ビームの受光面への進入像高に受光面幅分の差違が生じていたものを、往走査と復走査それぞれ専用の受光面を隣接して境界を共有するように配置したことにより、より高精度に最大振幅が一定になるように偏向制御手段により偏向手段(振動ミラー)の駆動電流値と走査周波数を制御して補正することができる。   In the optical scanning device of the seventh means, the deflection control means controls the deflection means so that the maximum amplitude of the deflection means becomes constant based on the detection signal detected by the light beam detection means. When the light beam passes through the light receiving surface of the beam detecting means, reaches the maximum amplitude and passes again through the light receiving surface of the light beam detecting means, the width of the light receiving surface is conventionally adjusted to the height of the light beam entering the light receiving surface by forward scanning and backward scanning. Deflection control means that the difference between the minute and minute is arranged so that the forward and backward scanning dedicated light receiving surfaces are adjacent and share a boundary, so that the maximum amplitude becomes constant with higher accuracy. Thus, the drive current value and scanning frequency of the deflecting means (vibrating mirror) can be controlled and corrected.

第8の手段の光走査装置では、光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて演算された偏向手段の走査周波数に応じて、光源駆動手段による発光量制御期間のタイミングおよび時間設定を偏向制御手段により制御するので、往走査と復走査それぞれ専用の受光面を隣接して境界を共有するように配置することにより検出位置のずれを削減することができ、偏向手段の走査周波数に応じて、光ビームの書込み開始位置、発光タイミング、振幅幅等を制御することができる。   In the optical scanning device of the eighth means, the timing and time setting of the light emission amount control period by the light source driving means are deflected according to the scanning frequency of the deflecting means calculated based on the detection signal detected by the light beam detecting means. Since it is controlled by the control means, the deviation of the detection position can be reduced by arranging the light receiving surfaces dedicated to the forward scanning and the backward scanning so as to share the boundary, and according to the scanning frequency of the deflection means. The light beam writing start position, the light emission timing, the amplitude width, and the like can be controlled.

第9の手段の光走査装置では、第6〜第8のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記偏向手段は、前記偏向制御手段により制御することにより、所望の光ビームの走査状態を維持することができる。   In the optical scanning device of the ninth means, in the optical scanning device of any one of the sixth to eighth means, the deflection means controls the scanning state of a desired light beam by controlling by the deflection control means. Can be maintained.

第10の手段の画像形成装置では、光走査装置として、第1〜第9のいずれか一つの手段の光走査装置を備えているので、往復走査を行う偏向手段を用いるときに、往走査と復走査で、主走査方向に設置された光ビーム検出手段の受光面幅の誤差が生じていたが、往走査と復走査それぞれ専用の受光面を隣接して境界を共有するように配置することにより差違を抑制して検出が可能となり、より高精細な出力画像を形成することが可能となる。   Since the image forming apparatus of the tenth means includes the optical scanning apparatus of any one of the first to ninth means as the optical scanning device, when using the deflecting means for performing reciprocating scanning, In the backward scan, there was an error in the width of the light receiving surface of the light beam detecting means installed in the main scanning direction, but the forward scanning and the backward scanning are adjacent to each other so as to share the boundary. Thus, detection can be performed while suppressing the difference, and a higher-definition output image can be formed.

本発明は、光源手段から射出され、偏向手段(振動ミラー)により主走査方向に往復走査された光ビームの同期検知に関して、往走査と復走査では、光ビーム検出手段の受光面への進入方向が交互に逆になるために、走査された光ビームの検出位置が、主走査方向に受光部の幅の分だけずれてしまうという問題を解消するものであり、光ビーム検出手段の電気的に絶縁された受光面を主走査方向に隣接して並べ、往走査と復走査のそれぞれに専用の受光面を割り当て、互いの受光面を隣接して境界を共有するように配置することにより、隣接し境界を通過する光ビームをそれぞれ検出することができるようにするものである。   The present invention relates to synchronous detection of a light beam emitted from a light source means and reciprocally scanned in a main scanning direction by a deflection means (vibrating mirror). In forward scanning and backward scanning, the light beam detecting means enters the light receiving surface. Are alternately reversed, so that the problem that the detection position of the scanned light beam is shifted by the width of the light receiving portion in the main scanning direction is solved. Adjacent by arranging the insulated light receiving surfaces adjacent to each other in the main scanning direction, assigning a dedicated light receiving surface for each of the forward scan and the backward scan, and arranging the light receiving surfaces adjacent to each other so as to share a boundary. The light beams passing through the boundary can be detected respectively.

これにより、従来の光走査装置では、同期検知器(フォトダイオード(PD)やCCD等の受光素子)で往走査と復走査での受光面の幅分の検出位置ずれを起こしていたが、本発明の光走査装置では、光ビーム検出手段として、往走査と復走査のそれぞれを検出する受光面をもつ同期検知器(PDやCCD等の受光素子)を近接して配置することにより上記の問題を解消することができる。現状では、受光面を5μm程度の間隔で配置することができており、ジャギー(線のぎざぎざ)は0.00435%となり、理想的なジャギーを満たしている。
また、それぞれ専用の受光面を隣接して境界を共有するように配置することにより、走査ビームが、光ビーム検出手段である同期検知器の受光面の往復走査による検出位置ずれを抑制することができる。
As a result, in the conventional optical scanning device, the synchronization detector (light receiving element such as a photodiode (PD) or CCD) caused a detection position shift corresponding to the width of the light receiving surface in forward scanning and backward scanning. In the optical scanning device of the invention, the above-mentioned problem is caused by arranging a synchronous detector (light receiving element such as PD or CCD) having a light receiving surface for detecting each of forward scanning and backward scanning as a light beam detecting means. Can be eliminated. At present, the light receiving surfaces can be arranged at intervals of about 5 μm, and jaggy (jagged line) is 0.00435%, which satisfies the ideal jaggy.
Further, by arranging the dedicated light receiving surfaces adjacent to each other so as to share the boundary, the scanning beam can suppress the detection position shift due to the reciprocating scanning of the light receiving surface of the synchronous detector as the light beam detecting means. it can.

以下、本発明に係る光走査装置および画像形成装置の構成、動作および作用効果を図示の実施例に基いて詳細に説明する。
なお、偏向手段で往復走査される光ビームでは、往走査と復走査で光ビーム検出手段の受光面の幅分だけ検出位置がずれてしまうので、以下の実施例では、光ビーム検出手段の受光面を往走査と復走査でそれぞれ切替え、互いに近接する境界を共有するよう受光面を配置し、検出位置ずれを抑制した光走査装置および画像形成装置の一例を図に基づいて説明する。
Hereinafter, the configuration, operation, and effects of the optical scanning device and the image forming apparatus according to the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.
It should be noted that the detection position of the light beam reciprocally scanned by the deflecting means is shifted by the width of the light receiving surface of the light beam detecting means in forward scanning and backward scanning. An example of an optical scanning apparatus and an image forming apparatus in which the surface is switched between forward scanning and backward scanning, the light receiving surface is arranged so as to share a boundary close to each other, and detection position deviation is suppressed will be described with reference to the drawings.

図1は4ステーション(色別の潜像形成ステーション)を単一の偏向手段(振動ミラー)106により走査する方式(片側走査方式)の光走査装置を備えた画像形成装置の要部構成例を示すものである。
図示するように、被走査面である各感光体ドラム(像担持体)101、102、103、104を走査する光走査装置は一体的に構成され、転写体としての中間転写ベルト105の移動方向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手段である光源ユニット107、108からの光ビームを、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(潜像)を形成する。
また、振動ミラー106に対しては、各光源ユニット107、108からの光ビームを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107、108からの光ビームを一括して偏向、走査するようにしている。
FIG. 1 shows a configuration example of a main part of an image forming apparatus provided with an optical scanning device of a system (one-side scanning system) that scans four stations (latent image forming stations for each color) by a single deflecting means (vibrating mirror) 106. It is shown.
As shown in the figure, the optical scanning device that scans each photosensitive drum (image carrier) 101, 102, 103, 104, which is the surface to be scanned, is integrally formed, and the moving direction of the intermediate transfer belt 105 as a transfer body The light beams from the light source units 107 and 108 as light source means corresponding to the four photosensitive drums 101, 102, 103, and 104 arranged at equal intervals along By separating and guiding again, an image (latent image) is simultaneously formed.
Further, the light beams from the light source units 107 and 108 are deflected at a different incident angle in the sub-scanning direction to the oscillating mirror 106, whereby the light beams from the light source units 107 and 108 are collectively deflected. To scan.

光源ユニット107、108は2ステーション分の光源(例えば半導体レーザ(LD))が副走査方向に配列され、各光源からの光線のなす角度が2.5°となるように調整がなされ、振動ミラー106の反射面(後述する図12に示す振動ミラー460の振動ミラー面441)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。
本実施例では、光源ユニット107は、光源ユニット107の射出軸に対し、下側の光源からの光線を平行に、上側の光源からの光線を2.5°傾くようにし、射出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る。
一方、光源ユニット108は、光源ユニット108の射出軸に対し、上側の光源からの光線を平行に、下側の光源からの光線を2.5°傾くようにし、射出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る。
The light source units 107 and 108 have light sources (for example, semiconductor lasers (LD)) for two stations arranged in the sub-scanning direction, adjusted so that the angle formed by the light beams from each light source is 2.5 °, and the vibrating mirror 106 is integrally supported by a reflecting surface 106 (vibrating mirror surface 441 of a vibrating mirror 460 shown in FIG. 12 described later) so as to intersect the sub-scanning direction.
In the present embodiment, the light source unit 107 tilts the light beam from the lower light source parallel to the light source unit 107 and the light beam from the upper light source by 2.5 ° with respect to the light emission axis of the light source unit 107, and the emission axis is main-scanned. It arrange | positions so that it may incline 1.25 degrees downward with respect to a plane.
On the other hand, the light source unit 108 tilts the light beam from the upper light source parallel to the emission axis of the light source unit 108 and the light beam from the lower light source by 2.5 °, and the emission axis is relative to the main scanning plane. And tilted upward by 1.25 °.

また、各光源ユニット107、108の射出軸が振動ミラー面441で副走査方向に交差するように、各光源ユニットは副走査方向に設置高さを変えて配置される。
すなわち、光源ユニット108は、副走査方向に光源ユニット107より低い配置となるように配備され、入射ミラー111によって、各光源からのビーム201、202、203、204が上下一列に揃うように、副走査方向に高さを異なえてシリンダレンズ113に入射され、振動ミラー106の法線に対し主走査方向での入射角が各々22.5°(=α/2+θd)となるように、また、振動ミラー106上で、副走査方向に交差するように入射される。
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収束され、偏向後はビーム同士が分離するように間隔を拡げつつ走査レンズ120に入射される。走査レンズ120は全てのステーションで共用され、副走査方向には収束力を持たない。
Further, each light source unit is arranged with its installation height changed in the sub-scanning direction so that the emission axes of the light source units 107 and 108 intersect the sub-scanning direction at the vibrating mirror surface 441.
That is, the light source unit 108 is disposed so as to be lower than the light source unit 107 in the sub-scanning direction, and the incident mirror 111 causes the sub-beams 201, 202, 203, and 204 to be aligned in a vertical line so that the beams 201, 202, 203, and 204 are aligned in a vertical line. The incident light is incident on the cylinder lens 113 at different heights in the scanning direction, and the incident angle in the main scanning direction is 22.5 ° (= α / 2 + θd) with respect to the normal line of the vibrating mirror 106. The light is incident on the mirror 106 so as to intersect the sub-scanning direction.
Each beam is converged in the sub-scanning direction in the vicinity of the vibrating mirror surface by the cylinder lens 113, and after deflection, is incident on the scanning lens 120 while increasing the interval so that the beams are separated from each other. The scanning lens 120 is shared by all stations and has no convergence in the sub-scanning direction.

走査レンズ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108からの下段のビーム204は、折返しミラー126で反射され、トロイダルレンズ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。
また、光源ユニット108からの上段のビーム203は、折返しミラー127で反射され、トロイダルレンズ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。
Of the beams from the respective light source units that have passed through the scanning lens 120, the lower beam 204 from the light source unit 108 is reflected by the folding mirror 126 and imaged in a spot shape on the photosensitive drum 101 via the toroidal lens 122. Then, a latent image based on yellow image information is formed as the first image forming station.
Further, the upper beam 203 from the light source unit 108 is reflected by the folding mirror 127 and forms a spot image on the photosensitive drum 102 via the toroidal lens 123 and the folding mirror 128 to serve as a second image forming station. A latent image based on magenta image information is formed.

光源ユニット107からの下段のビーム202は、折返しミラー129で反射され、トロイダルレンズ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。
また、光源ユニット107からの上段のビーム201は、折返しミラー131で反射され、トロイダルレンズ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。
なお、以上の構成部品は、後述するように図21に示す単一のハウジングに一体的に保持される。
The lower beam 202 from the light source unit 107 is reflected by the folding mirror 129, forms a spot image on the photosensitive drum 103 via the toroidal lens 124 and the folding mirror 130, and is cyan as a third image forming station. A latent image based on the image information is formed.
Further, the upper beam 201 from the light source unit 107 is reflected by the folding mirror 131 and forms a spot image on the photosensitive drum 104 via the toroidal lens 125 and the folding mirror 132, and serves as a fourth image forming station. A latent image based on the black image information is formed.
The above components are integrally held in a single housing shown in FIG. 21, as will be described later.

光ビーム検出手段としての同期検知センサ(以下、「同期検知PD」または「同期検知器」とも言う)138へは、振動ミラー106で偏向された光ビームが走査レンズ120の脇をすり抜け、結像レンズ139により集束され、入射されるようにしており、その検出信号をもとにステーション毎の同期検知信号を生成している。なお、図1では同期検知センサ138と結像レンズ139は、被走査面である感光体ドラムの画像形成領域外の片側に設置したものだけを図示しているが、後述するように、同期検知センサ138と結像レンズ139は、画像形成領域外の両側に設置される。   The light beam deflected by the oscillating mirror 106 passes through the side of the scanning lens 120 to the synchronization detection sensor (hereinafter also referred to as “synchronization detection PD” or “synchronization detector”) 138 as a light beam detection unit, and forms an image. The lens 139 is focused and incident, and a synchronization detection signal for each station is generated based on the detection signal. In FIG. 1, the synchronization detection sensor 138 and the imaging lens 139 are only shown on one side outside the image forming area of the photosensitive drum, which is the surface to be scanned, but as will be described later, synchronization detection is performed. The sensor 138 and the imaging lens 139 are installed on both sides outside the image forming area.

中間転写ベルト105の出口ローラ部(図1の左端部)には、各ステーションで形成されて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重ね合わせ精度検出手段が配備されている。
この重ね合わせ精度検出手段は中間転写ベルト105上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることで、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。
本実施例では、重ね合わせ精度検出手段は照明用のLED素子154と、反射光を受光するフォトセンサ155および一対の集光レンズ156とからなり、画像の左右両端と中央の3ヵ所に配備され、中間転写ベルト105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。
The exit roller portion (left end portion in FIG. 1) of the intermediate transfer belt 105 is provided with overlay accuracy detection means for detecting the overlay accuracy of each color image formed and superimposed at each station.
This overlay accuracy detecting means reads the detection pattern of the toner image formed on the intermediate transfer belt 105 to detect the main scanning resist and the sub scanning resist as deviations from the reference station, and periodically performs correction control. Done.
In the present embodiment, the overlay accuracy detecting means is composed of an LED element 154 for illumination, a photo sensor 155 for receiving reflected light, and a pair of condensing lenses 156, and is arranged at three positions on the left and right ends and the center of the image. Then, the detection time difference from the reference color black is read in accordance with the movement of the intermediate transfer belt 105.

ここで、図2は図1に示す光走査装置の制御系の一例を示している。図2に示すように、光走査装置は、振動ミラー106により偏向され、被走査面(像面)上に走査された光ビームを検出する複数のPD138(フォトダイオード(PD+,PD−))で構成された光ビーム検出手段302と、上記光ビーム検出手段302のPD(PD+,PD−)の受光面を光ビームが通過するタイミングに合わせ、光源ユニット107、108の発光部(LD光源部)をパルス状に点灯させる光源駆動手段301と、上記光ビームの受光面上を通過するタイミングに合わせて、上記受光面で光ビーム検出を行うPD(PD+,PD−)を通過した画素クロックとカウントの計測手段303と、振動ミラー106の偏向を制御する偏向制御手段304を有している。   Here, FIG. 2 shows an example of a control system of the optical scanning device shown in FIG. As shown in FIG. 2, the optical scanning device includes a plurality of PDs 138 (photodiodes (PD +, PD−)) that detect a light beam deflected by the oscillating mirror 106 and scanned on the surface to be scanned (image surface). The configured light beam detection unit 302 and the light emitting units (LD light source units) of the light source units 107 and 108 in accordance with the timing at which the light beam passes through the light receiving surface of the PD (PD +, PD−) of the light beam detection unit 302. And the light source driving means 301 for turning on the light in a pulsed manner, and the pixel clock and count passed through the PD (PD +, PD−) for detecting the light beam on the light receiving surface in accordance with the timing of the light beam passing on the light receiving surface. Measuring means 303 and a deflection control means 304 for controlling the deflection of the oscillating mirror 106.

以下、半導体レーザ(LD)の強制消灯する発光量制御期間を有する光走査装置の動作手順を説明する。説明の簡略化のため光源ユニット107のLD光源のみパルス点灯させた場合で説明する。
光源駆動手段301によりパルス駆動された光源ユニット107のLD光源から射出された光ビームが、振動ミラー106によって偏向走査され、光ビームが光ビーム検出手段302である同期検知PD(PD+)上を通過したときに、光ビームの光源駆動手段内における画素カウンタの値を0にリセットする。被走査面の両側に設置された同期検知PD(PD+,PD−)を起点として書込み開始位置と終了位置及びドット間隔等を適切に指定してLD光源をパルス駆動することができ、画像形成領域内に所望の位置と幅でドットを形成することができる。
Hereinafter, an operation procedure of the optical scanning device having a light emission amount control period in which the semiconductor laser (LD) is forcibly turned off will be described. In order to simplify the description, the case where only the LD light source of the light source unit 107 is turned on will be described.
The light beam emitted from the LD light source of the light source unit 107 pulse-driven by the light source driving unit 301 is deflected and scanned by the vibrating mirror 106, and the light beam passes over the synchronous detection PD (PD +) which is the light beam detecting unit 302. When this is done, the value of the pixel counter in the light source driving means of the light beam is reset to zero. The LD light source can be pulse-driven by appropriately designating the write start position, end position, dot interval, etc. starting from the synchronization detection PD (PD +, PD−) installed on both sides of the scanned surface. A dot can be formed in a desired position and width.

すなわち、同期検知PDで光ビームを検出した信号にもとづいて、振動ミラー106の振幅、位相、周期、オフセット等を算出し、偏向制御手段304によって振動ミラー106の制御を行う。また、振動ミラー106の動作状況に応じて、光源駆動手段301によりLD光源を駆動制御し、画像形成領域の書込みデータに応じてLD光源をパルス点灯駆動していく。   That is, the amplitude, phase, period, offset, and the like of the oscillating mirror 106 are calculated based on the signal detected by the synchronization detection PD, and the oscillating mirror 106 is controlled by the deflection control unit 304. The LD light source is driven and controlled by the light source driving unit 301 in accordance with the operating state of the vibrating mirror 106, and the LD light source is driven to pulse in accordance with the writing data in the image forming area.

なお、図2では、光ビーム検出手段302として、2つの同期検知PD(PD+,PD−)を画像形成領域外の両側に設置して、往復走査された光ビームの走査状態を検出し、偏向制御手段304により振動ミラー106を制御し、同時に光源駆動手段301により光ビームを変調駆動する制御系のブロック構成図を示している。
同期検知センサPD(PD+,PD−)へは、振動ミラー106で偏向された光ビームが走査レンズ120の脇をすり抜け、結像レンズ139により集束され、入射されるようにしており、その検出信号をもとにステーション毎の同期検知信号を生成している。
In FIG. 2, as the light beam detection means 302, two synchronization detection PDs (PD +, PD−) are installed on both sides outside the image forming area to detect the scanning state of the reciprocated light beam and deflect it. A block configuration diagram of a control system in which the control unit 304 controls the oscillating mirror 106 and simultaneously modulates and drives the light beam by the light source driving unit 301 is shown.
To the synchronization detection sensor PD (PD +, PD−), the light beam deflected by the oscillating mirror 106 passes through the side of the scanning lens 120 and is focused and incident by the imaging lens 139. The detection signal Based on the above, a synchronization detection signal for each station is generated.

従来、光源ユニット107から振動ミラー面への入射角αと振動ミラー106の振れ角(振幅)θ0との関係は、α>2θ0であり、最大偏向角2θmaxは、
2θmax=α+2θ0
としていたが、有効走査率(θd/θ0)を所定値以下、本実施例では、0.6以下に抑えるため、本実施例では、
θ0≧α/2>θd
θ0≧θs>θd
(ここで、θdは感光体上を走査する有効振れ角、θsは同期検知時の振れ角)
なる関係となるよう、光源ユニット107のLD光源からの光ビームの振動ミラー面への入射角αを設定している。
具体的には、θ0=25°、θd=15°、α=45°、θs=18°である。
なお、同期検知センサPDを、θs>α/2となるように配置してもよい。
Conventionally, the relationship between the incident angle α from the light source unit 107 to the vibrating mirror surface and the swing angle (amplitude) θ0 of the vibrating mirror 106 is α> 2θ0, and the maximum deflection angle 2θmax is
2θmax = α + 2θ0
However, in order to suppress the effective scanning rate (θd / θ0) to a predetermined value or less, which is 0.6 or less in this embodiment, in this embodiment,
θ0 ≧ α / 2> θd
θ0 ≧ θs> θd
(Here, θd is an effective deflection angle for scanning the photosensitive member, and θs is a deflection angle at the time of synchronous detection).
The incident angle α of the light beam from the LD light source of the light source unit 107 to the vibrating mirror surface is set so as to satisfy the following relationship.
Specifically, θ0 = 25 °, θd = 15 °, α = 45 °, and θs = 18 °.
Note that the synchronization detection sensor PD may be arranged so that θs> α / 2.

図2では振動ミラー106の振幅中心が走査レンズ120の光軸と一致しない例、つまり、振幅中心を光源側にずらして振幅させる例を示しているが、実施例では振幅中心を走査レンズ120の光軸と一致する配置としており、走査レンズ乃至はトロイダルレンズ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。   FIG. 2 shows an example in which the amplitude center of the oscillating mirror 106 does not coincide with the optical axis of the scanning lens 120, that is, an example in which the amplitude center is shifted to the light source side and the amplitude is shifted. It is arranged so as to coincide with the optical axis, and the surface shape of the scanning lens or toroidal lens is a curved surface shape symmetrical along the main scanning direction.

上記したように振動ミラー面は往復振動に伴なって波状に変形する。この変形量δは振幅θ0の時、最大となり、振れ角0からθ0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。
つまり、走査領域を走査する振れ角θdは、走査レンズ120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θdの振幅θ0に対する比である有効走査率(θd/θ0)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。
As described above, the vibrating mirror surface is deformed in a wave shape with the reciprocating vibration. The amount of deformation δ becomes maximum when the amplitude is θ0, and there is a tendency that the amount of change increases in proportion to the change from the deflection angle 0 to θ0.
That is, since the deflection angle θd for scanning the scanning region is determined by the angle of view of the scanning lens 120, the effective scanning rate (θd / θ0), which is the ratio of the deflection angle θd for scanning the scanning region to the amplitude θ0, is smaller. Is less susceptible to mirror deformation.

しかしながら、振幅θ0を大きくするには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。
本実施例では、振動ミラー106の角速度が比較的一定な振れ角の範囲内として有効走査率(θd/θ0)を設定し、被走査領域を走査する振れ角θdを振幅θ0の60%以下とすることで変形を抑制している。
一方、入射角αを大きくすると動的面変形の影響を受けやすい。具体的には、図2に示すように、最大振幅2θ0=50°、入射角α=45°、走査角2θd=30°、同期検知角2θs=36°である。
However, in order to increase the amplitude θ0, it is necessary to reduce the mass of the mirror substrate, and conversely, if the mirror substrate is made thinner, the amount of deformation increases.
In this embodiment, the effective scanning rate (θd / θ0) is set so that the angular velocity of the oscillating mirror 106 is within a relatively constant range of the deflection angle, and the deflection angle θd for scanning the scanned region is 60% or less of the amplitude θ0. By doing so, deformation is suppressed.
On the other hand, when the incident angle α is increased, it is easily affected by dynamic surface deformation. Specifically, as shown in FIG. 2, the maximum amplitude 2θ0 = 50 °, the incident angle α = 45 °, the scanning angle 2θd = 30 °, and the synchronization detection angle 2θs = 36 °.

ここで、図2のように光ビーム検出手段302である同期検知PD(PD+とPD−)を被走査面(像面)上に設置し、光ビームが同期検知PD上を通過するタイミングをモニターすることによって、振動ミラー106の振動状況(位相、周期、振れ中心のシフト量、倍率誤差等)を把握することができる。
すなわち、PD通過からの画素クロックをカウントする画素クロック・カウント計測手段303によって振動ミラー106の振動状況を検知し、書込み開始位置の同期検知と同様にして強制消灯する発光量制御期間の開始位置、終了位置、区間幅を適切に制御するように、光源駆動手段301を介して、光源の駆動制御を行う。
そして前記振動ミラー106の振動状況が偏向制御手段304に送られ、駆動電圧、振動周波数等の制御パラメータにより振動ミラーが所望の振動を行うように制御する。
Here, as shown in FIG. 2, the synchronization detection PD (PD + and PD−), which is the light beam detection means 302, is installed on the surface to be scanned (image plane), and the timing at which the light beam passes over the synchronization detection PD is monitored. By doing so, it is possible to grasp the vibration state (phase, period, amount of shift of the center of vibration, magnification error, etc.) of the vibration mirror 106.
That is, the start position of the light emission amount control period in which the vibration state of the vibrating mirror 106 is detected by the pixel clock count measuring unit 303 that counts the pixel clock from the PD passage and is forcibly turned off in the same manner as the synchronous detection of the write start position, Light source drive control is performed via the light source drive unit 301 so as to appropriately control the end position and the section width.
Then, the vibration state of the vibration mirror 106 is sent to the deflection control means 304 and controlled so that the vibration mirror performs a desired vibration according to control parameters such as a drive voltage and a vibration frequency.

さて、以上の図1、図2に示すような構成の本実施例の光走査装置では、光ビームを射出する光源ユニット107、108と、光源ユニット107、108を変調駆動する光源駆動手段201と、光源ユニット107、108から射出された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106と、振動ミラー106からの光ビームを被走査面(感光体ドラム)101〜104上に導く走査結像光学系120、122〜130と、振動ミラー106からの光ビームを同期検知センサ(PD+とPD−)138で検出する光ビーム検出手段302を備え、光ビーム検出手段302の同期検知センサ(PD+とPD−)138は主走査方向に一以上配置されており、光ビーム検出手段302の同期検知センサ(PD+とPD−)138は、光ビームを検出する複数の受光面を有するとともに、主走査方向に隣接する受光面(後述の往路用PD、復路用PD)を有している。そして、主走査方向に隣接する受光面(往路用PD、復路用PD)の境界の幅をΔw[μm]とし、受光面の境界を光ビームが通過する時間をdt[ns]、振動ミラー106の走査周波数をfd[Hz]、画像領域の有効走査期間率をμ、主走査書込み幅をW[mm]とするとき、
Δw < W×dt/{μ/(2×fd)}×1000
の関係式を満たすように設定されている。
In the optical scanning apparatus of the present embodiment having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, the light source units 107 and 108 for emitting light beams, and the light source driving means 201 for modulating and driving the light source units 107 and 108 are provided. The oscillating mirror 106 that deflects the light beams emitted from the light source units 107 and 108 to reciprocately scan the main scanning region, and guides the light beams from the oscillating mirror 106 onto the scanned surfaces (photosensitive drums) 101 to 104. Scanning imaging optical systems 120 and 122 to 130, and a light beam detection unit 302 that detects a light beam from the vibrating mirror 106 with a synchronization detection sensor (PD + and PD−) 138, and a synchronization detection sensor of the light beam detection unit 302. One or more (PD + and PD−) 138 are arranged in the main scanning direction, and a synchronization detection sensor (PD + and PD−) 138 of the light beam detecting means 302 is provided. , Which has a plurality of light receiving surfaces for detecting the light beam, and a light receiving surface adjacent to the main scanning direction (PD for outward later, PD for backward). The width of the boundary between the light receiving surfaces adjacent in the main scanning direction (forward path PD, return path PD) is Δw [μm], the time for the light beam to pass through the boundary of the light receiving surface is dt [ns], and the vibrating mirror 106 When the scanning frequency is fd [Hz], the effective scanning period rate of the image area is μ, and the main scanning writing width is W [mm],
Δw <W × dt / {μ / (2 × fd)} × 1000
Is set so as to satisfy the relational expression.

また、本実施例の光走査装置においては、隣接する受光面(後述の往路用PD、復路用PD)の境界の主走査方向の幅をΔw[μm]とし、被走査面上の光ビームの主走査ビーム径をφm[μm]とするとき、
Δw < φm×0.125
の関係式を満たすように受光面を配置する。
In the optical scanning device of the present embodiment, the width in the main scanning direction of the boundary between adjacent light receiving surfaces (the forward path PD and the backward path PD described later) is Δw [μm], and the light beam on the scanned surface is When the main scanning beam diameter is φm [μm],
Δw <φm × 0.125
The light receiving surface is arranged so as to satisfy the relational expression.

さらに、光源ユニット107、108は光ビームを射出する複数の発光部(LD光源)を有し、光源駆動手段301は光源ユニット107、108の複数の発光部(LD光源)を変調駆動し、光ビーム検出手段302の同期検知センサ(PD+、PD−)138により、振動ミラー106により往復走査され受光面を通過する光ビームを検出する際に、光源駆動手段301により光源ユニット107、108の複数の発光部(LD光源)の発光光量を制御して、複数の光ビームから検出対象の光ビームを選択して検出する。   Furthermore, the light source units 107 and 108 have a plurality of light emitting units (LD light sources) that emit light beams, and the light source driving means 301 modulates and drives the plurality of light emitting units (LD light sources) of the light source units 107 and 108 to generate light. When the light detection unit (PD +, PD−) 138 of the beam detection unit 302 detects a light beam that is reciprocally scanned by the oscillating mirror 106 and passes through the light receiving surface, the light source driving unit 301 uses the plurality of light source units 107, 108. The amount of light emitted from the light emitting unit (LD light source) is controlled to select and detect a light beam to be detected from a plurality of light beams.

さらに、本実施例の光走査装置においては、振動ミラー106のミラー面の最大振れ角2θ0が、光源ユニット107、108から射出される光ビームの振動ミラー106のミラー面への入射角αよりも大きい場合に、光源駆動手段301は、光ビーム検出手段302の同期検知センサ(PD+、PD−)138で検出された検出信号にもとづいて、光源ユニット107、108の強制消灯する発光部(LD光源)の発光量制御期間のタイミングおよび時間幅を制御する。   Furthermore, in the optical scanning device of the present embodiment, the maximum deflection angle 2θ0 of the mirror surface of the vibrating mirror 106 is larger than the incident angle α of the light beam emitted from the light source units 107 and 108 to the mirror surface of the vibrating mirror 106. If larger, the light source driving means 301 is a light emitting unit (LD light source) that forcibly turns off the light source units 107 and 108 based on the detection signal detected by the synchronization detection sensor (PD +, PD−) 138 of the light beam detecting means 302. ) To control the timing and duration of the light emission amount control period.

本実施例の光走査装置においては、光ビーム検出手段302の同期検知センサ(PD+、PD−)138で検出された検出信号にもとづいて演算された振動ミラー106の振幅中心のシフト量に応じて、光源駆動手段301による発光量制御期間のタイミングおよび時間設定を偏向制御手段304により制御する。
また、本実施例の光走査装置においては、光ビーム検出手段302の同期検知センサ(PD+、PD−)138で検出された検出信号にもとづいて振動ミラー106の最大振幅が一定になるように偏向制御手段304により制御する。
さらに本実施例の光走査装置においては、光ビーム検出手段302の同期検知センサ(PD+、PD−)138で検出された検出信号にもとづいて演算された振動ミラー106の走査周波数に応じて、光源駆動手段301による発光量制御期間のタイミングおよび時間設定を偏向制御手段304により制御する。
なお、上記の制御は、少なくとも1以上が実行され、偏向制御手段304により振動ミラー106を制御する。
In the optical scanning device of the present embodiment, the amplitude center shift amount of the oscillating mirror 106 calculated based on the detection signal detected by the synchronization detection sensor (PD +, PD−) 138 of the light beam detection unit 302 is determined. The deflection control unit 304 controls the timing and time setting of the light emission amount control period by the light source driving unit 301.
Further, in the optical scanning device of the present embodiment, deflection is performed so that the maximum amplitude of the oscillating mirror 106 is constant based on the detection signal detected by the synchronization detection sensor (PD +, PD−) 138 of the light beam detection means 302. Control is performed by the control means 304.
Further, in the optical scanning device of the present embodiment, the light source is selected according to the scanning frequency of the oscillating mirror 106 calculated based on the detection signal detected by the synchronization detection sensor (PD +, PD−) 138 of the light beam detection means 302. The deflection control means 304 controls the timing and time setting of the light emission amount control period by the drive means 301.
Note that at least one of the above-described controls is executed, and the vibrating mirror 106 is controlled by the deflection control means 304.

次に、従来の光走査装置における同期検知と、本実施例の光走査装置における同期検知の相違点について説明する。   Next, differences between synchronization detection in the conventional optical scanning device and synchronization detection in the optical scanning device of the present embodiment will be described.

図3、図4に従来の同期検知の一例を示す。
図3は、振動ミラーにより往復走査する光ビームと、従来の同期検知PD(PD+,PD−)の設置位置と、往路と復路でのPD(PD+,PD−)の検出信号との関係を示す図である。
図3の左から右への走査方向を往路、右から左の走査方向を往路とし、同期検知の受光面の主走査方向の幅をdw[mm]とする。往路の光ビームは同期検知PD(PD+とPD−)に、左側から進入するので、検出信号は実線矢印で示すように、それぞれの同期検知の左側になる。
反対に、復路の光ビームは、同期検知PD(PD+とPD−)の受光面の右側から進入するので、復路のPD検出信号は破線矢印のように、往路よりdw右側のところに光ビームが到達したときに、検出信号が立ち上がることになる。このように、往路と復路では光ビームの走査される方向が逆転するために、同期検知PDの受光面幅dw分ずれた場所の光ビームを検出していることになってしまう。
3 and 4 show an example of conventional synchronization detection.
FIG. 3 shows the relationship between the light beam reciprocally scanned by the vibration mirror, the installation position of the conventional synchronization detection PD (PD +, PD−), and the detection signal of the PD (PD +, PD−) in the forward path and the return path. FIG.
The left-to-right scanning direction in FIG. 3 is the forward path, the right-to-left scanning direction is the forward path, and the width of the synchronous detection light-receiving surface in the main scanning direction is dw [mm]. Since the outward light beam enters the synchronization detection PD (PD + and PD−) from the left side, the detection signal is on the left side of each synchronization detection as indicated by the solid arrow.
On the other hand, the light beam in the return path enters from the right side of the light receiving surface of the synchronization detection PD (PD + and PD−), so that the PD detection signal in the return path has a light beam on the right side of dw from the forward path as indicated by the dashed arrow. When it reaches, the detection signal rises. Thus, since the scanning direction of the light beam is reversed in the forward path and the backward path, the light beam at a location shifted by the light receiving surface width dw of the synchronization detection PD is detected.

このため図4に示すように、往路走査時間T1は、受光面幅dwだけ−像高の区間の走査時間となってしまうし、復路走査時間T2は逆に受光面幅dwだけ+像高側の範囲の走査時間になってしまう。
振動ミラーは必ずしもPD+とPD−の中間点に振幅中心がきているとは限らないので、受光面幅dw分の残差が常に発生した状態で、振動ミラーの姿勢制御や、光ビームの発光条件を制御することになり、適切に所望値に制御することは難しい。
For this reason, as shown in FIG. 4, the forward scanning time T1 is a scanning time of the section of the light receiving surface width dw minus the image height, and the backward scanning time T2 is conversely the light receiving surface width dw plus the image height side. The scanning time is in the range.
Since the vibration mirror does not necessarily have the center of amplitude at the intermediate point between PD + and PD−, the attitude control of the vibration mirror and the light beam emission conditions are performed in a state where a residual of the light receiving surface width dw is always generated. Therefore, it is difficult to appropriately control the desired value.

例えば、振動ミラーの走査周波数fdを2500Hzとし、最大振れ角2θ0=30°のときに像高±120mm、同期検知を±2θs=25°のときに像高±100mmとした場合に、像高0から振れ角θに達するまでの時間をTとすると、
T=(1/2πfd)×sin-1(θ/θ0)
であり、像高100mmを通過する時間をT100、像高101mmまでの時間をT101とすると、
T100=65.2554[μs]
T101=66.1782[μs]
となり、同期検知間の通過にかかる時間はT100の2倍であったとすると、受光面幅dw=1mmを光ビームが走査される時間は0.9228[μs]となり、受光面幅による誤差の割合は、
0.9228/(2×T100)=0.707[%]となる。
これはジャギー(線のぎざぎざ)の許容限度である0.01[%]程度を大きく超えており、画像品質に与える影響は大きい。
For example, when the scanning frequency fd of the vibrating mirror is 2500 Hz, the image height is ± 120 mm when the maximum deflection angle 2θ0 = 30 °, and the image height is ± 100 mm when the synchronization detection is ± 2θs = 25 °, the image height is 0 If T is the time required to reach the deflection angle θ from
T = (1 / 2πfd) × sin −1 (θ / θ0)
When the time to pass the image height of 100 mm is T100 and the time to the image height of 101 mm is T101,
T100 = 65.2554 [μs]
T101 = 66.1782 [μs]
If the time required for passing between synchronous detections is twice as long as T100, the time for scanning the light beam with the light receiving surface width dw = 1 mm is 0.9228 [μs], and the ratio of the error due to the light receiving surface width Is
0.9228 / (2 × T100) = 0.707 [%].
This greatly exceeds the allowable limit of jaggy (jagged lines) of about 0.01 [%], and has a great influence on image quality.

図5に本発明の実施例を示す。
図5(a)に示すように、同期検知PD+と同期検知PD−の受光面を往路用PDと復路用PDに分割して、できる限り隣接するように配置することによって、受光面境界を共有する形にすることができる。そのとき、隣接した往路用PDと復路用PDは電気的に互いに絶縁された状態にあり、それぞれ独立に光ビームの走査を検出した検出信号を出力する。
また、図5(b)に示すように、受光素子であるフォトダイオードやCCDカメラを主走査方向にできる限り隣接して配置することによって、往路用PDと復路用PDが共有する境界を狭くすることが可能である。
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5 (a), the light receiving surfaces of the synchronization detection PD + and the synchronization detection PD- are divided into the forward path PD and the backward path PD, and are arranged so as to be adjacent as much as possible. Can be made into a shape. At that time, the adjacent forward PD and the backward PD are electrically insulated from each other, and output detection signals independently detecting the scanning of the light beam.
Further, as shown in FIG. 5B, by arranging photodiodes or CCD cameras as light receiving elements as adjacent as possible in the main scanning direction, the boundary shared between the forward PD and the backward PD is narrowed. It is possible.

現状では数μm程度の間隔で同一面上に配置することが可能になっており、光ビーム検出手段の隣接して境界を共有する復路用PDと往路用PDの間隔を、Δw=5[μm]に配置したとすると、光ビームの通過にかかる時間は0.0458[μs]となり、境界幅による誤差の割合は、0.00435[%]に収まるので、ジャギーの許容限度を大きく下回り、同期検知の計測データにより、光ビームによるビームスポット位置の補正、書込み開始位置の補正、振動ミラーの姿勢制御へのフィードバックを適切に行うことができる。   At present, it is possible to arrange them on the same plane at intervals of about several μm, and the interval between the return PD and the forward PD sharing the boundary adjacent to the light beam detection means is Δw = 5 [μm. ], The time taken for the light beam to pass is 0.0458 [μs], and the error rate due to the boundary width is within 0.00435 [%]. Based on the detection measurement data, correction of the beam spot position by the light beam, correction of the writing start position, and feedback to the attitude control of the vibrating mirror can be appropriately performed.

これにより、往路の走査のときには、右側の往路用PDで検出を行い、逆に復路の走査のときに図の左側の復路用PDにより光ビームの検出を行うことによって、互いに共通の境界を光ビームが通過するタイミングを検出することができ、往路と復路の検出信号をほぼ同じ像高を通過したタイミングで検出することができる。   As a result, when the forward scanning is performed, detection is performed by the rightward traveling PD, and conversely, when the backward scanning is performed, the light beam is detected by the leftward traveling PD in the drawing, so that a common boundary can be detected. The timing at which the beam passes can be detected, and the detection signals for the forward path and the return path can be detected at the timing when the image height has passed through substantially the same.

図6に、本発明で改善された往路走査時間T1と復路走査時間T2の検出結果の模式図を示す。
また、図7に同期検知PD+、同期検知PD−を画像形成領域の両外側に設置した場合の振動ミラーのグラフ(縦軸振れ角、横軸時間)と、LD点灯タイミングについてのタイムチャートを示す。
振動ミラーの正弦波カーブの太線部(±2θd)が画像形成領域にあたり、同期検知PD+、同期検知PD−が画像形成領域の両外側(±2θs)に設置され、光ビームの走査状態を検知している。光源手段はPD+側に設けられているので、戻り光はPD+側に光ビームが走査されるときに発生することとなる。光源手段から振動ミラー面への入射角α付近は、振動ミラーの振れ角がθs〜θ0(走査角2θs〜2θ0)であるので、この間に強制消灯する発光量制御期間を設けることによって、戻り光により光源手段を構成する半導体レーザの発振、発光が不安定になることを防ぐことができる。
FIG. 6 shows a schematic diagram of detection results of the forward scanning time T1 and the backward scanning time T2 improved by the present invention.
FIG. 7 shows a graph of a vibrating mirror (vertical deflection angle, horizontal axis time) when the synchronization detection PD + and the synchronization detection PD− are installed on both outer sides of the image forming area, and a time chart regarding the LD lighting timing. .
The thick line part (± 2θd) of the sine wave curve of the oscillating mirror corresponds to the image forming area, and the synchronization detection PD + and the synchronization detection PD− are installed on both outer sides (± 2θs) to detect the scanning state of the light beam. ing. Since the light source means is provided on the PD + side, the return light is generated when the light beam is scanned on the PD + side. In the vicinity of the incident angle α from the light source means to the surface of the oscillating mirror, the oscillation angle of the oscillating mirror is θs to θ0 (scanning angles 2θs to 2θ0). Therefore, it is possible to prevent the oscillation and light emission of the semiconductor laser constituting the light source means from becoming unstable.

図8に振動ミラーの振動状態が変化した場合の模式図を示す。図8(a)は振動ミラーの振幅が実線に比べ破線のほうが大きくなった場合である。画像領域の外側の両側に設置された同期検知PD(PD+,PD−)を走査された光ビームが通過して、最大像高まで到達し再び同期検知を通過するまでの時間A,Bは、A,B側ともに同じ傾向で変化している。これは振動ミラーの振幅の傾向に比例する関係になっている。したがって、振動ミラーの振幅の変化と同期検知PDの設置位置との関係式等をあらかじめデータベース化しておくことによって、振動ミラーの振幅状況に応じて適切な強制消灯する発光量制御期間を設定することができる。
具体的にはA側の方向に光源手段が配置されている場合には、破線では同期検知を光ビームが通過する時間が増加し、入射角αに光ビームが到達する時間が早くなるので、強制消灯時間を早める必要がある。逆に光ビームが最大振幅から戻ってきて再び入射角αに到達する時間は遅くなるので、強制消灯する発光量制御期間の終端は遅らせる必要がある。
FIG. 8 shows a schematic diagram when the vibration state of the vibration mirror changes. FIG. 8A shows a case where the amplitude of the vibrating mirror is larger on the broken line than on the solid line. Times A and B from when the scanned light beam passes through the synchronization detection PD (PD +, PD−) installed on both sides outside the image area to reach the maximum image height and pass through the synchronization detection again are as follows. The A and B sides change with the same tendency. This is a relationship proportional to the tendency of the amplitude of the vibrating mirror. Therefore, by setting a relational expression between the change in the amplitude of the vibrating mirror and the installation position of the synchronous detection PD in advance in a database, an appropriate light emission amount control period for forcibly turning off according to the amplitude status of the vibrating mirror is set. Can do.
Specifically, when the light source means is arranged in the direction of the A side, the time for the light beam to pass through the synchronous detection increases in the broken line, and the time for the light beam to reach the incident angle α is shortened. It is necessary to advance the forced turn-off time. Conversely, since the time for the light beam to return from the maximum amplitude and reach the incident angle α again is delayed, it is necessary to delay the end of the light emission amount control period during which the light is forcibly turned off.

図8(b)では振動ミラーの像面位置における振幅中心が+像高側にシフトしている場合を示す。+像高側の同期検知PD+では走査ビームが通過して、最大像高に到達してから再び戻ってくるまでの時間Aが増加するが、反対側の同期検知PD−では最大像高に到達してから再び戻ってくるまでの時間Bが逆に減少してしまう。
このように、振動ミラーの振幅中心が片側に片寄る場合にはついても、振動ミラーの振幅中心と同期検知PDの設置関係における、同期検知PDを光ビームが走査され通過する時間の関係式をデータベース化しておくことにより、所望の強制消灯する発光量制御期間を設定することが可能になる。
FIG. 8B shows a case where the amplitude center at the image plane position of the vibrating mirror is shifted to the + image height side. + In the synchronous detection PD + on the image height side, the time A from when the scanning beam passes through to reach the maximum image height and back again increases, but in the synchronous detection PD− on the opposite side, the maximum image height is reached. On the contrary, the time B until returning again decreases.
Thus, even when the amplitude center of the vibration mirror is shifted to one side, the relational expression of the time when the light beam is scanned and passed through the synchronization detection PD in the installation relationship between the amplitude center of the vibration mirror and the synchronization detection PD is a database. By making it, it is possible to set a desired light emission amount control period during which the light is forcibly turned off.

図9〜11に、+像高側に設置した同期検知PDを振動ミラーで走査された光ビームが通過して、最大振幅に至り再び戻ってくるまでの時間t1と、同期検知PDを走査された光ビームが同様に、同期検知PDを通過するまでの時間t2との関係の例を示す。
図9では振動ミラーの振れ角が実線より破線で大きくなっているために、実線のt1に対してt1’が大きくなっているが、振動ミラーの周期は変わっていないため、t2とt2’は変わらない。このことからt1とt2を計測することにより振動ミラーの振れ角の変動を計測することができ、それに対応した強制消灯する発光量制御期間の設定を変更するように光源駆動手段により光源を駆動変調することができる。
9 to 11, the time t <b> 1 until the light beam scanned by the vibrating mirror passes through the synchronization detection PD installed on the + image height side, reaches the maximum amplitude, and returns again, and the synchronization detection PD is scanned. Similarly, an example of the relationship with the time t2 until the light beam passes through the synchronization detection PD will be shown.
In FIG. 9, since the deflection angle of the vibrating mirror is larger than the solid line by the broken line, t1 ′ is larger than t1 of the solid line, but since the period of the vibrating mirror is not changed, t2 and t2 ′ are does not change. Therefore, by measuring t1 and t2, the fluctuation of the swing angle of the vibrating mirror can be measured, and the light source driving means drives and modulates the light source so as to change the setting of the light emission amount control period forcibly turning off correspondingly. can do.

図10は振動ミラーの振幅中心が像高+側にシフトした場合を示す。図9(a)と同様に振動ミラーの周期は変わらないためt2とt2’に変動はないが、破線で像高+側にシフトした分t1に対してt1’が大きくなっている。しかし、同期検知PDが片側(像高+側)だけのため反対側では実線の方が破線より大きくなっていることを計測できず、振動ミラーの振幅中心がシフトしたのか振幅が増加したのか区別がつかない。振動ミラーの振幅変動と振動中心の状態を観測するためには、同期検知PDを画像領域の両外側に設置する必要がある。
同期検知PDを画像領域の両外側に設置した場合には、同期検知PDで得られた振動ミラーの走査状態から所望の強制消灯する発光量制御期間を算出し設定することができる。
FIG. 10 shows a case where the amplitude center of the vibrating mirror is shifted to the image height + side. As in FIG. 9A, the period of the oscillating mirror does not change, so t2 and t2 ′ do not vary, but t1 ′ is larger than t1 that is shifted to the image height + side by the broken line. However, since the synchronization detection PD is only on one side (image height + side), it cannot be measured that the solid line is larger than the broken line on the opposite side, and it is distinguished whether the amplitude center of the vibrating mirror has shifted or the amplitude has increased. I can't. In order to observe the amplitude fluctuation of the vibration mirror and the state of the vibration center, it is necessary to install the synchronization detection PD on both outer sides of the image area.
When the synchronization detection PD is installed on both outer sides of the image area, a desired light emission amount control period during which the forced turn-off is performed can be calculated from the scanning state of the vibrating mirror obtained by the synchronization detection PD.

図11は周期が変動した場合であり、この場合には、実線のt1とt2より、破線のt1’とt2’は周期が増加した分大きくなる。この計測結果から同様に強制消灯する発光量制御期間の周期と期間の長さを増加させるように、光源駆動手段によりパルス変調駆動を行う。   FIG. 11 shows a case where the period is changed. In this case, the broken lines t1 'and t2' are larger than the solid lines t1 and t2 by the increase of the period. Similarly, from this measurement result, pulse modulation driving is performed by the light source driving means so as to increase the period and the length of the light emission amount control period during which the light is forcibly turned off.

次に、図12に基づいて本実施例における光走査装置の偏向手段106に用いる振動ミラーの構成例を説明する。図12の(a)は振動ミラーの平面図、(b)は振動ミラー部裏面の平面図、(c)は振動ミラー部の断面図、(d)は振動ミラーモジュールの分解斜視図である。本実施例では、振動ミラーの回転トルクの発生方法として電磁駆動方式の例を説明する。
図示するように、振動ミラー460の振動ミラー面をなす可動ミラー441は、ねじり梁442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448に装着され、振動ミラーを一体に備えたユニットとしての振動ミラー基板440を構成する。
Next, a configuration example of a vibrating mirror used in the deflecting unit 106 of the optical scanning device in this embodiment will be described with reference to FIG. 12A is a plan view of the vibration mirror, FIG. 12B is a plan view of the back surface of the vibration mirror unit, FIG. 12C is a sectional view of the vibration mirror unit, and FIG. 12D is an exploded perspective view of the vibration mirror module. In this embodiment, an example of an electromagnetic drive system will be described as a method for generating the rotational torque of the vibrating mirror.
As shown in the drawing, the movable mirror 441 that forms the vibration mirror surface of the vibration mirror 460 is pivotally supported by a torsion beam 442, and as described later, is manufactured by etching through a single Si substrate, A vibration mirror substrate 440 is configured as a unit that is mounted on the mounting substrate 448 and integrally includes the vibration mirror.

本実施例では、一対の振動ミラー基板440を背合わせで一体支持したモジュールを示している。この背合わせ構成は「対向走査方式」に対応したものを使用しており、本実施例では上述のように「片側走査方式」を例示しているため、実際には一方の振動ミラー基板440は不要である。勿論、単一の振動ミラー基板440のみを支持する「片側走査方式」専用の構成としてもよい。   In this embodiment, a module is shown in which a pair of vibrating mirror substrates 440 are integrally supported back to back. This back-to-back configuration uses the one corresponding to the “opposite scanning method”, and in this embodiment, the “one-side scanning method” is exemplified as described above. It is unnecessary. Of course, a configuration dedicated to the “single-side scanning method” that supports only the single vibrating mirror substrate 440 may be used.

支持部材445は、樹脂で成形され、回路基板449の所定位置に位置決めされており、振動ミラー基板440を、ねじり梁442が主走査平面に直交しミラー面が主走査方向に対し所定の角度、ここでは22.5°傾くように位置決めする位置決め部451と、振動ミラー基板440の実装基板448の一辺に形成されている配線端子455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452と、を一体で構成している。
振動ミラー基板440は、一辺を上記したエッジコネクタ部452に挿入し、押え爪453の内側に嵌め付けられ、基板裏側の両側面を位置決め部451に沿わせて支えられるとともに、電気的な配線が同時になされ、各々の振動ミラー基板440が個別に交換できるようにしている。
また、回路基板449には、振動ミラーの駆動回路を構成する制御ICや水晶発振子等が実装され、コネクタ454を介して電源および制御信号が入出力される。
The support member 445 is formed of a resin and is positioned at a predetermined position of the circuit board 449. The vibration mirror substrate 440 is arranged such that the torsion beam 442 is orthogonal to the main scanning plane and the mirror surface is at a predetermined angle with respect to the main scanning direction. Here, an edge in which metal terminal groups are arranged so that a positioning portion 451 for positioning so as to be inclined by 22.5 ° and a wiring terminal 455 formed on one side of the mounting substrate 448 of the vibration mirror substrate 440 are in contact with each other at the time of mounting. The connector portion 452 is integrally formed.
The vibrating mirror substrate 440 has one side inserted into the edge connector 452 and is fitted inside the presser claw 453. The both sides of the back of the substrate are supported along the positioning portion 451, and electrical wiring is provided. At the same time, each vibrating mirror substrate 440 can be individually replaced.
The circuit board 449 is mounted with a control IC, a crystal oscillator, and the like constituting a drive circuit for the vibration mirror, and power and control signals are input / output through the connector 454.

振動ミラー460は、表面にミラー面441を形成し振動子をなす可動部と、それを支え回転軸を成すねじり梁442と、支持部をなすフレーム447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。   The vibrating mirror 460 includes a movable part that forms a mirror surface 441 on the surface and forms a vibrator, a torsion beam 442 that supports the rotating part, and a frame 447 that forms a support part. The Si substrate is cut out by etching. Form.

本実施例では、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予め接合されたウエハを用いて作製している。
まず、140μm基板(第2の基板)461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442、平面コイルが形成される振動板443、可動部の骨格をなす補強梁444と、フレーム446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)462の表面側からKOHなどの異方性エッチングによって、振動ミラー面441と、フレーム447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の構造体を形成する。
In this embodiment, two substrates of 60 μm and 140 μm called SOI substrates are manufactured using a wafer bonded in advance with an oxide film interposed therebetween.
First, a torsion beam 442, a vibration plate 443 on which a planar coil is formed, a reinforcing beam 444 that forms a skeleton of a movable part, a frame 446, and the like by a dry process by plasma etching from the surface side of a 140 μm substrate (second substrate) 461 The remaining part of the film is penetrated to the oxide film, and then the vibrating mirror surface 441 and the frame 447 are left by anisotropic etching such as KOH from the surface side of the 60 μm substrate (first substrate) 462. The other part is penetrated to the oxide film, and finally, the oxide film around the movable part is removed and separated to form the structure of the vibrating mirror.

ここで、ねじり梁442、補強梁444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、本実施例では可動部を肉抜きした構造としている。
さらに、60μm基板462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461の表面側には銅薄膜でコイルパターン463とねじり梁を介して配線された端子464、および、トリミング用のパッチ465を形成する。
当然、振動板443側に薄膜状の永久磁石を備え、フレーム447側に平面コイルを形成する構成とすることもできる。
Here, the torsion beam 442 and the reinforcing beam 444 had a width of 40 to 60 μm. As described above, it is desirable that the moment of inertia I of the vibrator is small in order to increase the deflection angle. On the other hand, the mirror surface is deformed by the inertial force. .
Further, an aluminum thin film is vapor-deposited on the surface side of the 60 μm substrate 462 to form a reflective surface, and on the surface side of the 140 μm substrate 461, a terminal 464 wired with a coil pattern 463 and a torsion beam with a copper thin film, and for trimming Patch 465 is formed.
Naturally, a configuration may be adopted in which a thin film permanent magnet is provided on the diaphragm 443 side and a planar coil is formed on the frame 447 side.

実装基板448上には、振動ミラー460を装着する図示しない枠状の台座と、振動ミラーを囲うように形成されたヨーク470が配備され、上記ヨーク470には可動ミラー端に対向して各々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。   On the mounting substrate 448, a frame-shaped base (not shown) on which the vibration mirror 460 is mounted and a yoke 470 formed so as to surround the vibration mirror are provided. A pair of permanent magnets 450 that join a pole and an N pole and generate a magnetic field in a direction orthogonal to the rotation axis are joined.

振動ミラー460は、ミラー面を表に向けて上記台座に装着され、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をねじって振動ミラー面(可動ミラー)441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、可動ミラー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、振動ミラー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、通常は、走査周波数fdをこの共振振動数f0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f0は上記したように、振動ミラー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、振動ミラー個々の走査周波数fdを揃えることが困難となる。
The vibrating mirror 460 is mounted on the pedestal with the mirror surface facing up, and a Lorentz force is generated on each side parallel to the rotation axis of the coil pattern 463 by passing an electric current between the terminals 464, and the torsion beam 442 is twisted. Then, a rotational torque T for rotating the vibrating mirror surface (movable mirror) 441 is generated, and when the current is turned off, the vibration mirror surface (movable mirror) 441 returns horizontally due to the return force of the torsion beam 442.
Therefore, the movable mirror 441 can be reciprocally oscillated by alternately switching the direction of the current flowing through the coil pattern 463.
When the current switching period is brought close to the natural frequency of the primary vibration mode with the torsion beam 442 as the rotation axis of the structure constituting the vibrating mirror, the so-called resonance frequency f0, the amplitude is excited and a large deflection angle is obtained. Can be obtained.
Therefore, normally, the scanning frequency fd is controlled so as to be set or followed in accordance with the resonance frequency f0. However, as described above, the resonance frequency f0 is the moment of inertia of the vibrator constituting the vibration mirror. Therefore, if there is a variation in the dimensional accuracy of the finished product, a difference occurs between individuals, making it difficult to align the scanning frequencies fd of the vibrating mirrors.

この共振振動数f0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fd=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、紙端では数十mmもの倍率ずれになってしまう。
そのため、共振振動数f0の近いものを選別によってランク分けし、各ランクに応じて走査周波数fdを選択、設定しているが、共振振動数f0のばらつきが大きいとランク分けの数が増え、その分、振動ミラーの駆動回路も走査周波数fdの選択肢も増やさなければならないので、生産効率が悪いうえ、交換を行う際には同じランクの振動ミラーと入れ換える必要があるためコストもかかる。
The variation of the resonance frequency f0 is about ± 200 Hz depending on the process capability. For example, when the scanning frequency fd = 2 kHz, a scanning line pitch shift corresponding to 1/10 line occurs. When the A4 size is output, a magnification shift of several tens of mm occurs at the paper edge.
For this reason, those having similar resonance frequencies f0 are ranked by sorting, and the scanning frequency fd is selected and set according to each rank. However, if the resonance frequency f0 varies greatly, the number of ranks increases. Therefore, the number of options for the driving circuit of the vibrating mirror and the scanning frequency fd must be increased, so that the production efficiency is low, and it is necessary to replace the vibrating mirror with the same rank when performing replacement.

そこで、本実施例では、実装基板に装着する前に、可動部の裏側に形成したパッチ465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f0が概略一致するように、ここでは±50Hzに入るように調整している。
そして、ランク分けした周波数帯域内で、共振振動数f0によらず、固定の走査周波数fdを設定している。
Therefore, in this embodiment, the inertia moment I is adjusted by gradually cutting the mass of the movable part by cutting the patch 465 formed on the back side of the movable part with a carbon dioxide laser etc. before mounting on the mounting board. However, even if there is a dimensional difference between individuals, the resonance frequency f0 is adjusted so as to fall within ± 50 Hz so that the resonance frequencies f0 substantially coincide with each other.
A fixed scanning frequency fd is set within the ranked frequency bands regardless of the resonance frequency f0.

図13は、光源(LD)を駆動する光源駆動回路(光源駆動手段)と、振動ミラー106(460)を振幅させる振動ミラー駆動回路(偏向制御手段)の構成例を示すブロック図である。光源駆動回路は、光源(LD)を駆動する光源駆動部604と書込制御部605、画素クロック生成部606等で構成され、振動ミラー駆動回路は、駆動制御部(駆動パルス生成部・PLL回路)601、ゲイン調整部602、可動ミラー駆動部603、振幅演算部607等で構成される。
上記したように、振動ミラー裏側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. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a light source driving circuit (light source driving unit) that drives a light source (LD) and a vibrating mirror driving circuit (deflection control unit) that swings the vibrating mirror 106 (460). The light source drive circuit includes a light source drive unit 604 that drives a light source (LD), a writing control unit 605, a pixel clock generation unit 606, and the like, and the oscillating mirror drive circuit includes a drive control unit (drive pulse generation unit / PLL circuit). 601, a gain adjustment unit 602, a movable mirror drive unit 603, an amplitude calculation unit 607, and the like.
As described above, the planar coil formed on the back side of the oscillating mirror is applied with an AC voltage or a pulse wave voltage so that the direction of current flow is switched alternately, so that the deflection angle θ is constant. Adjust the gain of the current to flow through and reciprocate.

図14は、振動ミラーの平面コイルに流す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。
従って、初期的には振動ミラーの駆動制御部(駆動回路601〜603,607)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欠点がある。
FIG. 14 shows the relationship between the frequency f for switching the direction of current flowing through the planar coil of the oscillating mirror and the deflection angle θ. Generally, the frequency characteristic has a peak at the resonance frequency f0, and if the scanning frequency fd is made to coincide with the resonance frequency f0, the deflection angle can be maximized, but the deflection angle changes steeply near the resonance frequency.
Therefore, initially, the drive frequency applied to the fixed electrode can be set to match the resonance frequency in the drive control unit (drive circuits 601 to 603, 607) of the vibration mirror, but the spring constant associated with the temperature change can be set. When the resonance frequency fluctuates due to a change or the like, the deflection angle is drastically reduced, and there is a drawback that the stability over time is poor.

そこで、本実施例では、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。
経時的には、振れ角θを、振動ミラー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138において復走査時に検出した検出信号と往走査時に検出した検出信号との時間差により検出し、振れ角θが一定となるように制御している。
これにより、測定中に温度変動が生じた場合にも振れ角θを一定に保つことができ、像面上での光ビームの線速を略一定に保つことができる。
Therefore, 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.
Over time, the deflection angle θ is determined by the time difference between the detection signal detected at the time of backward scanning and the detection signal detected at the time of forward scanning in the synchronous detection sensor 138 provided at the start end of the scanning region. It is detected and controlled so that the deflection angle θ is constant.
As a result, even when temperature fluctuations occur during measurement, the deflection angle θ can be kept constant, and the linear velocity of the light beam on the image plane can be kept substantially constant.

図15に示すように、振動ミラーは共振振動されるため、時間tとともにsin波状に走査角θが変化する。
従って、振動ミラーの最大振れ角、つまり振幅がθ0とすると、
θ=θ0・sin2πfd・t
となる。
同期検知センサ138において走査角を2θsに対応したビームを検出するとすると、検出信号は往走査と復走査とで発生され、その時間差Tを用いると、
θs=θ0・cos2πfd・T/2
で表され、θsは固定であるので、Tを計測すれば最大振れ角θ0が検出できることがわかる。
As shown in FIG. 15, since the oscillating mirror is resonantly oscillated, the scanning angle θ changes in a sin wave shape with time t.
Therefore, when the maximum deflection angle of the vibrating mirror, that is, the amplitude is θ0,
θ = θ0 · sin2πfd · t
It becomes.
If the synchronization detection sensor 138 detects a beam having a scanning angle corresponding to 2θs, a detection signal is generated between forward scanning and backward scanning, and using the time difference T,
θs = θ0 · cos2πfd · T / 2
Since θs is fixed, it can be seen that the maximum deflection angle θ0 can be detected by measuring T.

なお、復走査でのビーム検出から往走査でのビーム検出に至る期間、振動ミラーの振れ角でいうと、
θ0>θ>θs
なる期間では発光部(LD光源)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。
The period from the beam detection in the backward scan to the beam detection in the forward scan is the deflection angle of the vibrating mirror.
θ0>θ> θs
During this period, the light emission part (LD light source) is prohibited from emitting light. On the photosensitive drum surface that is the surface to be scanned, it is necessary to form main scanning dots so that the intervals between the pixels are uniform with respect to time.

振動ミラーは図16に示すように、時間とともに振れ角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間延びしてしまう。
一般に、このずれは走査レンズに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。
As shown in FIG. 16, the rate of change of the deflection angle θ decreases with time in the vibrating mirror, so that the pixel interval extends on the surface to be scanned as it goes to both ends of the main scanning region.
In general, this deviation is corrected by using an f · arcsin lens as a scanning lens. However, as in the case of scanning with a polygon mirror, when the pixel clock is modulated at a single frequency, the scanning angle 2θ is changed with respect to time. In order to change in proportion, that is, at a constant speed, it is necessary to set the power (refractive power) along the main scanning direction so that the correction amount of the main scanning position is maximized at the end of the main scanning region.

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/θ0)
となる。ここで、ωは定数である。
また、外乱による振動ミラーの動作状態に合わせて、2点同期による適切な書込み開始位置の指定、画素の位置と間隔を制御することにより、より位置ずれの少ない画質の高い画像を形成することができる。
At this time, assuming that the image height is 0, that is, the time from the image center to an arbitrary image height H is t, the relationship between the image height H and the shake angle θ (scanning angle 2θ) is
H = ω · t = (ω / 2πfd) · sin −1 (θ / θ0)
It becomes. Here, ω is a constant.
In addition, it is possible to form a high-quality image with less positional deviation by specifying an appropriate writing start position by two-point synchronization and controlling the position and interval of pixels in accordance with the operating state of the vibrating mirror due to disturbance. it can.

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、走査レンズ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走査レンズが必要になるため、本実施例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走査レンズのパワーの偏差がなるべく小さくなるように、また、非対称成分を補正するようにしている。   However, as the amount of correction of the so-called linearity of the pixel spacing increases, the power deviation along the main scanning direction of the scanning lens increases, and the change in the beam spot diameter corresponding to each pixel on the scanned surface also increases. End up. Further, as described above, since the center of amplitude of the vibrating mirror and the optical axis do not coincide with each other, a scanning lens having an asymmetric curved surface on the optical axis is required. In this embodiment, the phase Δt of the pixel clock is changed to the main scanning. By varying according to the position, the deviation of the power of the scanning lens along the main scanning direction is made as small as possible, and the asymmetric component is corrected.

今、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)/θ0}
Δθ/θ0=sin2πfdt−sin2πfd(t−Δt)
なる関係式となる。
ここで、走査レンズを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/2πfd)・{(θ−Δθ)/θ0}
=(ω/2πfd)・sin−1(θ/θ0)
Δθ/θ0=θ/θ0−sin−1(θ/θ0)
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/θ0)−sin−1(θ/θ0)=sin2πfdt−sin2πfd(t−Δt)
なる関係式に基づいて決定されるように、発光源をパルス変調すればよい。
Now, assuming that the change in the scanning angle accompanying the change in the phase Δt of the pixel clock is 2Δθ,
H = (ω / 2πfd) · sin −1 {(θ−Δθ) / θ0}
Δθ / θ0 = sin2πfdt−sin2πfd (t−Δt)
The following relational expression is obtained.
Here, when the scanning lens has power distribution close to that of the fθ lens and the residual is corrected by the phase Δt of the pixel clock,
H = (ω / 2πfd) · {(θ−Δθ) / θ0}
= (Ω / 2πfd) · sin −1 (θ / θ0)
Δθ / θ0 = θ / θ0−sin −1 (θ / θ0)
The phase Δt [sec] of the predetermined pixel along the main scanning direction is
(θ / θ0) −sin −1 (θ / θ0) = sin2πfdt−sin2πfd (t−Δt)
The light emission source may be pulse-modulated so as to be determined based on the relational expression

図17は、発光源である半導体レーザを変調するための駆動回路のブロック図である。
画像データはフレームメモリに一時保存され、画像処理部に順に読み出され、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、各発光源に対応したラインバッファに転送される。
書込制御回路は、ラインバッファから、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて独立に変調する。
FIG. 17 is a block diagram of a drive circuit for modulating a semiconductor laser that is a light emitting source.
Image data is temporarily stored in the frame memory, read out sequentially to the image processing unit, and pixel data for each line is formed according to the matrix pattern corresponding to the halftone while referring to the relationship before and after, corresponding to each light source Transferred to the line buffer.
The write control circuit is read out from the line buffer using the synchronization detection signal as a trigger, and modulates independently.

次に、各発光点を変調するクロックの生成部について説明する。カウンタでは、高周波クロック生成回路で生成された高周波クロックVCLKをカウントし、比較回路ではこのカウント値と、デューティ比に基いて予め設定される設定値L、および画素クロックの遷移タイミングとして外部から与えられる。位相シフト量を指示する位相データHとを比較し、カウント値が上記設定値Lと一致した際に画素クロックPCLKの立下りを指示する制御信号Lを、位相データHと一致した際に画素クロックPCLKの立ち上がりを指示する制御信号hを出力する。このとき、カウンタは制御信号hと同時にリセットされ再び0からカウントを行うことで、連続的なパルス列が形成できる。
こうして、1クロック毎に位相データHを与え、順次パルス周期が可変された画素クロックPCLKを生成する。本実施例では、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きるようにしている。
Next, a clock generator for modulating each light emitting point will be described. The counter counts the high-frequency clock VCLK generated by the high-frequency clock generation circuit, and the comparison circuit gives this count value, a preset value L set in advance based on the duty ratio, and the transition timing of the pixel clock from the outside. . The phase data H that indicates the phase shift amount is compared, and when the count value matches the set value L, the control signal L that instructs the falling edge of the pixel clock PCLK is A control signal h for instructing the rising edge of PCLK is output. At this time, the counter is reset simultaneously with the control signal h, and counting from 0 is performed again, whereby a continuous pulse train can be formed.
In this way, the phase data H is given for each clock, and the pixel clock PCLK whose pulse cycle is sequentially changed is generated. In this embodiment, the pixel clock PCLK is divided by 8 of the high-frequency clock VCLK so that the phase can be varied with a resolution of 1/8 clock.

図18は、任意の画素の位相をシフトした例を示す図であり、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、半導体レーザを駆動する。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example in which the phase of an arbitrary pixel is shifted, and is an example in which the phase is delayed by 1/8 clock.
When the duty is 50%, a set value L = 3 is given, and the counter counts 4 and the pixel clock PCLK falls. Assuming that the 1/8 clock phase is delayed, phase data H = 6 is given and rises with 7 counts. At the same time, the counter is reset, so it falls again at 4 counts. That is, the adjacent pulse period is shortened by 1/8 clock.
The pixel clock PCLK generated in this way is supplied to the light source driving unit, and the semiconductor laser is driven by the modulation data in which the pixel data read from the line buffer is superimposed on the pixel clock PCLK.

図19は、単一の周波数で変調した際の主走査位置に応じた各画素における主走査位置の補正量を示す。主走査領域を複数、本実施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で各領域の境界で主走査位置ずれが0となるように、領域毎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画素毎に位相をシフトしてやればよい。
画素クロックfc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=1/16fc×∫(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できる。
FIG. 19 shows the correction amount of the main scanning position in each pixel according to the main scanning position when modulated at a single frequency. A plurality of main scanning areas, in this embodiment, the main scanning area is divided into eight areas, and approximated by a polygonal line, so that the main scanning position deviation is zero at the boundary of each area, and the number of phase shifts is set for each area. Set and correct in a staircase pattern.
For example, assuming that the number of pixels in the i region is Ni, the shift amount in each pixel is 1/16 unit of the pixel pitch p, and the deviation of the main scanning position at both ends of each region is ΔLi,
ni = Ni · p / 16ΔLi
Therefore, the phase may be shifted for each ni pixel.
Assuming the pixel clock fc, the total phase difference Δt uses the number of phase shifts Ni / ni,
Δt = 1 / 16fc × ∫ (Ni / ni) di
Similarly, the phase difference Δt in the pixel of the Nth dot can also be set by the cumulative number of phase shifts so far.

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、分割数も幾つであっても構わないが、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済むため、主走査位置ずれが大きい領域の領域幅を小さく、小さい領域の領域幅を大きく設定することが効率的である。   The divided region widths may be equal or unequal, and the number of divisions may be any number. However, when the shift amount in each pixel is increased, the step is easily noticeable on the image. Therefore, it is desirable that the pixel pitch p is equal to or less than ¼ unit. Conversely, if the phase shift amount is small, the number of phase shifts increases and the memory capacity increases. Also, the smaller the number of divisions, the smaller the memory capacity. Therefore, it is efficient to set the area width of the area where the main scanning position deviation is large and to increase the area width of the small area.

図20は振動ミラーの反射面が変形した場合の反射光の様子を模式的に示す図であり、(a)は、振動ミラーの反射面が、回転軸を中心にδ分変形を起こした場合を示す。振動ミラーの反射面441が図20(b)に示すように変形なしの場合には、平行にコリメートされた光ビームは、振動ミラーで偏向された後も平行を保った状態であるが、例えば、振動ミラーの反射面441が図20(c)に示すように凸変形した場合には、平行にコリメートされた光ビームが振動ミラーで偏向された後、拡散していき、像面上でのビーム径太りなどの画像劣化の原因となる。また、振動ミラーで反射する戻り光も入射角αよりも広い範囲で光源にも再度戻ってくることになるので、強制消灯する発光量制御期間を広めに設定したり、消灯できない場合にはAPC制御を行わないことにより、半導体レーザの安定した発振発光を行うことができる。   FIG. 20 is a diagram schematically showing the state of reflected light when the reflecting surface of the oscillating mirror is deformed. FIG. 20A is a case where the reflecting surface of the oscillating mirror is deformed by δ around the rotation axis. Indicates. When the reflecting surface 441 of the oscillating mirror is not deformed as shown in FIG. 20B, the collimated light beam remains in a parallel state after being deflected by the oscillating mirror. When the reflecting surface 441 of the oscillating mirror is convexly deformed as shown in FIG. 20 (c), the parallel collimated light beam is deflected by the oscillating mirror and then diffused, and is reflected on the image plane. It causes image deterioration such as beam diameter thickening. In addition, since the return light reflected by the oscillating mirror also returns to the light source in a range wider than the incident angle α, the APC is set when the light emission amount control period forcibly turning off is set wide or when the light cannot be turned off. By not performing the control, stable oscillation light emission of the semiconductor laser can be performed.

そこで、予め振動ミラーの反射面での変形が予測される場合には、光源部にビーム太りを補正するパルス変調駆動を加えることにより、略一定なビーム径を得ることができる。
また、リアルタイムでの補正を行うには、同期検知での光ビームの通過時間間隔の変動や、検出面で得られるビームプロファイルの情報から、適切なパルス駆動補正方法を算出する演算部を設ける必要がある。同時に強制消灯する発光量制御期間の開始、終了位置および期間についても同様に適切なパルス駆動補正方法を算出する演算部を設ける必要がある。
Therefore, when deformation on the reflecting surface of the vibrating mirror is predicted in advance, a substantially constant beam diameter can be obtained by applying pulse modulation driving for correcting beam thickness to the light source unit.
In addition, in order to perform correction in real time, it is necessary to provide a calculation unit that calculates an appropriate pulse drive correction method from fluctuations in the passage time interval of the light beam in synchronous detection and information on the beam profile obtained on the detection surface. There is. Similarly, it is necessary to provide a calculation unit that calculates an appropriate pulse drive correction method for the start, end position, and period of the light emission amount control period that is simultaneously forcibly turned off.

次に、図21に光走査装置の光学ハウジングの構成例を示す。
振動ミラーモジュール253(図1の振動ミラー106に相当する)は、これを包囲するように立設された側壁257が一体的に形成された光学ハウジングに装着され、側壁257の上端縁を上カバー258によって封止し、外気から遮断することで、外気の対流による振幅の変化を防止する。光ビームを入出射する側壁の開口部には平板状の透過窓259を備えている。
なお、図21において、符号250はハウジング本体を、252は光源ユニット(図1の光源ユニット108に相当する)、254は走査レンズ(図1の走査レンズ120に相当する)、255はビーム通過枠を示している。
Next, FIG. 21 shows a configuration example of an optical housing of the optical scanning device.
The oscillating mirror module 253 (corresponding to the oscillating mirror 106 in FIG. 1) is mounted on an optical housing integrally formed with a side wall 257 so as to surround the oscillating mirror module 253, and the upper end edge of the side wall 257 is covered with an upper cover. By sealing with 258 and blocking from the outside air, a change in amplitude due to the convection of the outside air is prevented. A flat transmission window 259 is provided in the opening of the side wall through which the light beam enters and exits.
In FIG. 21, reference numeral 250 denotes a housing body, 252 denotes a light source unit (corresponding to the light source unit 108 in FIG. 1), 254 denotes a scanning lens (corresponding to the scanning lens 120 in FIG. 1), and 255 denotes a beam passage frame. Is shown.

次に、図22は、図1に示した光走査装置900を搭載した画像形成装置の構成例を示している。
この画像形成装置では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応する4つの画像形成ステーションが中間転写ベルト906(図1の中間転写ベルト105に相当する)の移動方向に並列されており、図の左側のブラックの画像形成ステーションを例に挙げて説明すると、感光体ドラム901(図1のブラックの感光体ドラム104に相当する)の周囲には、感光体ドラム901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現像ローラ903で帯電したトナーを付着して顕像化する現像装置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装置905が配置されている。なお、他の画像形成ステーションの感光体ドラムの周囲構成も同様であり、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。
Next, FIG. 22 shows a configuration example of an image forming apparatus equipped with the optical scanning device 900 shown in FIG.
In this image forming apparatus, four image forming stations corresponding to yellow, magenta, cyan, and black are arranged in parallel in the moving direction of the intermediate transfer belt 906 (corresponding to the intermediate transfer belt 105 in FIG. 1). The black image forming station will be described as an example. Around the photosensitive drum 901 (corresponding to the black photosensitive drum 104 in FIG. 1), a charging charger 902 for charging the photosensitive drum 901 to a high voltage, A developing device 904 that attaches the toner charged by the developing roller 903 to the electrostatic latent image recorded by the optical scanning device 900 and visualizes it, and a cleaning device 905 that scrapes and stores the toner remaining on the photosensitive drum 901. Has been placed. The configuration around the photosensitive drum of the other image forming stations is the same, and each image forming station has basically the same configuration except that the toner color is different.

各画像形成ステーションの感光体ドラムへは、光走査装置900の振動ミラー106の往復走査により1周期で2ライン毎の画像記録が行われ、静電潜像が形成される。各感光体ドラム上の静電潜像は現像装置の各色のトナーで顕像化され、各感光体ドラム上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が形成される。そして各感光体ドラム上のイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が中間転写ベルト906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。   On the photosensitive drum of each image forming station, image recording is performed every two lines in one cycle by reciprocating scanning of the vibrating mirror 106 of the optical scanning device 900, and an electrostatic latent image is formed. The electrostatic latent image on each photoconductor drum is visualized with toner of each color of the developing device, and yellow, magenta, cyan, and black toner images are formed on each photoconductor drum. The yellow, magenta, cyan, and black toner images on the respective photosensitive drums are sequentially transferred onto the intermediate transfer belt 906 at appropriate timing, and are superimposed to form a color image.

一方、記録媒体としての記録紙S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出され、二次転写装置(転写ローラ、転写チャージャ等)910により中間転写ベルト906から記録紙Sにトナー画像が転写される。その後、記録紙Sに転写されたトナー画像は定着装置911で定着され、定着後の記録紙Sは排紙ローラ対912により排紙トレイ913に排出される。   On the other hand, the recording paper S as a recording medium is supplied from a paper supply tray 907 by a paper supply roller 908, and is sent out by a registration roller pair 909 in accordance with the recording start timing in the sub-scanning direction. The toner image is transferred from the intermediate transfer belt 906 to the recording paper S by the transfer charger 910. Thereafter, the toner image transferred to the recording sheet S is fixed by the fixing device 911, and the recording sheet S after fixing is discharged to the discharge tray 913 by the discharge roller pair 912.

以上、本発明に係る光走査装置および画像形成装置の実施例を説明したが、本発明によれば以下のような作用効果が得られる。
主走査領域を往復走査する偏向手段(振動ミラー)106によって走査される光ビームは、光ビーム検出手段302の同期検知センサ(PDやCCD等の)138の受光面を通過する向きが、振動ミラー106の振幅に合わせて走査方向が交互に変わるため、光ビームが同期検知センサ138上を通過する位置が、受光面の幅分だけ交互に変わってしまい、精度よく同期検知を行うことができない。そこで本発明では、同期検知センサ138は主走査方向に隣接した複数の受光面を有する構成とし、往走査と復走査のそれぞれに専用の受光面(往路用PD、復路用PD)を配置して、往路と復路に走査される光ビームが、互いに共通の境界を通過するタイミングを的確に検出することにより、ジャギー等の問題のない良好な同期検出を行うことができる。
また、光ビーム検出手段302の同期検知センサ138の往路用PDと復路用PDの検出幅を、画像形成領域での単位時間当たりの走査量より小さくするように設定することにより、画像形成領域の精度よりも検出手段での精度を上げることによって、光ビームの発光条件や、振動ミラーの振幅制御時の検出手段としての精度を確保できる。
The embodiments of the optical scanning device and the image forming apparatus according to the present invention have been described above. However, according to the present invention, the following operational effects can be obtained.
The direction in which the light beam scanned by the deflecting means (vibrating mirror) 106 that reciprocally scans the main scanning region passes through the light receiving surface of the synchronization detection sensor (PD, CCD, etc.) 138 of the light beam detecting means 302 is determined by the vibrating mirror. Since the scanning direction is alternately changed in accordance with the amplitude of 106, the position where the light beam passes over the synchronization detection sensor 138 is changed by the width of the light receiving surface, and synchronization detection cannot be performed with high accuracy. Therefore, in the present invention, the synchronization detection sensor 138 has a plurality of light receiving surfaces adjacent to each other in the main scanning direction, and a dedicated light receiving surface (outward PD, backward PD) is arranged for each of the forward scanning and the backward scanning. By accurately detecting the timing at which the light beams scanned in the forward path and the backward path pass through the common boundary, it is possible to perform good synchronization detection without problems such as jaggies.
Further, by setting the detection width of the forward PD and the backward PD of the synchronization detection sensor 138 of the light beam detecting unit 302 to be smaller than the scanning amount per unit time in the image forming area, By increasing the accuracy of the detection means rather than the accuracy, it is possible to ensure the accuracy as the detection means at the time of light beam emission conditions and amplitude control of the vibrating mirror.

また、本発明の光走査装置では、往路用と復路用の受光面(往路用PD、復路用PD)を隣接させて境界を共有することによって、隣接する受光面の境界の幅Δwを主走査ビームスポット径の1/8以下にすることによって、同期検知を通過する光ビームのビームスポット径の1/8以下レベルに同期検知の精度を向上できることになり、同期検知の検出誤差をドット位置ずれが問題とならないレベルにすることができる。仮に主走査ビームスポット径を80μmとしても、10μm程の誤差となり、十分にビームスポット位置を検出することができる。   In the optical scanning device according to the present invention, the forward and backward light receiving surfaces (the forward PD and the backward PD) are adjacent to each other to share the boundary, and thereby the width Δw of the boundary between the adjacent light receiving surfaces is subjected to main scanning. By setting the beam spot diameter to 1/8 or less of the beam spot diameter, the accuracy of the synchronization detection can be improved to a level of 1/8 or less of the beam spot diameter of the light beam passing through the synchronization detection. Can be at a level that does not matter. Even if the main scanning beam spot diameter is set to 80 μm, an error of about 10 μm occurs, and the beam spot position can be sufficiently detected.

さらに本発明の光走査装置では、複数の発光部(LD光源)でそれぞれ順次駆動走査し、APC駆動を行うなうことにより、他の発光部からの戻り光の影響を受けることなく、光源の安定した発振発光ができる。また、同期検知についても同様に、検出対象ごとに光ビームを検出することができる。   Furthermore, in the optical scanning device of the present invention, the plurality of light emitting units (LD light sources) are sequentially driven and scanned, and APC driving is performed, so that the light source of the light source is not affected by the return light from other light emitting units. Stable oscillation light emission is possible. Similarly, for synchronization detection, a light beam can be detected for each detection target.

さらに本発明の光走査装置では、複数の発光部(LD光源)を有する場合に、発光部から射出された光ビームが他の発光部に対して戻り光となる場合において、各々に強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を設置することによって、他の発光部からの戻り光の影響を受けることなく、適切なAPC制御が可能となり、安定した半導体レーザの発振発光を行うことができる。   Furthermore, in the optical scanning device of the present invention, when a plurality of light emitting units (LD light sources) are provided, each of the light beams emitted from the light emitting unit is forcibly turned off when returning to other light emitting units. By providing a light emission amount control period or a light emission amount control period that suppresses the drive current to a predetermined value or less, appropriate APC control is possible without being affected by the return light from other light emitting units, and a stable semiconductor laser Oscillation light emission can be performed.

さらに本発明の光走査装置では、偏向手段106として、ねじり梁により支持された振動ミラーにより往復走査することにより、ポリゴンミラー等に比較して低発熱、低騒音、低消費電力を実現できる。   Further, in the optical scanning device of the present invention, as the deflecting means 106, reciprocating scanning is performed by a vibrating mirror supported by a torsion beam, thereby realizing low heat generation, low noise, and low power consumption as compared with a polygon mirror or the like.

さらに本発明の光走査装置では、画像領域外の両側に設けられた光ビームの検出信号にもとづいて演算された振動ミラーの振幅中心のシフト量に応じて、振動ミラーの外乱や連続駆動による走査周波数の変動により変化した強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を、所定以下に抑制するように、発光量制御期間を適切に設定しなおすことができ、戻り光による影響を抑制し、半導体レーザの高画質の画像を像担持体上に形成することができる。
また、振動ミラーの振幅中心が移動した場合に、像高の±いずれかの側に移動したかを両側の時間差を比較することにより判断することができ、強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を、所定以下に抑制するように発光量制御期間を適切に制御できる。
Further, in the optical scanning device according to the present invention, scanning by disturbance of the oscillating mirror or continuous driving is performed according to the shift amount of the amplitude center of the oscillating mirror calculated based on the detection signals of the light beams provided on both sides outside the image area. The light emission amount control period or the drive current forcibly turned off due to the frequency fluctuation can be appropriately set so that the light emission amount control period or the drive current is suppressed to a predetermined value or less, the influence of the return light is suppressed, and the semiconductor laser High-quality images can be formed on the image carrier.
Also, when the amplitude center of the oscillating mirror is moved, it can be determined by comparing the time difference between the two sides of the image height ± either side of the image height. The light emission amount control period can be appropriately controlled so as to suppress the light emission to a predetermined value or less.

さらに本発明の光走査装置では、走査された光ビームの検出信号にもとづいて最大振幅が一定となるように偏向制御手段により制御することによって、振動ミラーの外乱や連続駆動による最大振れ角の変動が発生した場合にも、所望の最大振幅となるように調整することができるので、安定して光ビームを走査することができ、高画質の画像を像担持体上に形成することができる。   Furthermore, in the optical scanning device of the present invention, the deflection control means controls the maximum amplitude to be constant based on the detection signal of the scanned light beam, whereby the fluctuation of the maximum deflection angle due to disturbance of the vibrating mirror or continuous drive. Even in the case of occurrence of the occurrence of the problem, since the adjustment can be made so that the desired maximum amplitude is obtained, the light beam can be stably scanned, and a high-quality image can be formed on the image carrier.

さらに本発明の光走査装置では、走査された光ビームの検出信号にもとづいて演算された走査周波数に応じてタイミングや時間設定を変えることによって、振動ミラーの外乱や連続駆動による走査周波数の変動により、変化した強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を、所定以下に抑制するように発光量制御期間を適切に設定しなおすことができ、戻り光による影響を抑制し、半導体レーザの高画質の画像を像担持体上に形成することができる。
また、上記の制御方法を組合せることにより、所望の光ビームの走査状態を実現することができる。
Furthermore, in the optical scanning device of the present invention, by changing the timing and time setting according to the scanning frequency calculated based on the detection signal of the scanned light beam, it is possible to cause the disturbance of the vibrating mirror or the fluctuation of the scanning frequency due to continuous driving. The light emission amount control period or the drive current that has been forced to be turned off or the drive current can be appropriately reset so as to suppress the drive current to a predetermined value or less. An image can be formed on the image carrier.
Further, by combining the above control methods, a desired light beam scanning state can be realized.

本発明の画像形成装置では、上記のような光走査装置を備えたことにより、戻り光の影響を受けない安定した光源による高画質な画像を形成できるので、色ずれ、色むらの低減された高画質な画像を形成できる。   In the image forming apparatus of the present invention, since the above-described optical scanning device is provided, a high-quality image can be formed by a stable light source that is not affected by the return light, so color misregistration and color unevenness are reduced. High-quality images can be formed.

本発明の一実施例を示す図であって、光走査装置を備えた画像形成装置の要部構成例を示す概略斜視図である。1 is a schematic perspective view illustrating an exemplary configuration of a main part of an image forming apparatus including an optical scanning device according to an embodiment of the present invention. 図1に示す光走査装置の制御系の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control system of the optical scanning device shown in FIG. 振動ミラーにより往復走査する光ビームと、従来の同期検知PD(PD+,PD−)の設置位置と、往路と復路でのPD(PD+,PD−)の検出信号との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the light beam reciprocated by a vibration mirror, the installation position of conventional synchronous detection PD (PD +, PD-), and the detection signal of PD (PD +, PD-) in an outward path and a return path. 図3の従来の同期検知PD(PD+,PD−)による検出信号と、振動ミラーの偏向走査による像高の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the image height by the detection signal by the conventional synchronous detection PD (PD +, PD-) of FIG. 3, and the deflection scanning of a vibration mirror. 本発明の一実施例を示す図であって、(a)は振動ミラーにより往復走査する光ビームと、複数の受光面を有する同期検知PD(PD+,PD−)の設置位置と、往路と復路でのPD(PD+,PD−)の検出信号との関係を示す図、(b)は同期検知PDの2つの受光面(PD)の配置例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows one Example of this invention, (a) is the light beam reciprocated by a vibrating mirror, the installation position of synchronous detection PD (PD +, PD-) which has a some light-receiving surface, an outward path, and a return path | route FIG. 8B is a diagram showing a relationship between detection signals of PD (PD +, PD−) in FIG. 5B and FIG. 8B is a diagram showing an arrangement example of two light receiving surfaces (PD) of the synchronization detection PD. 図5の本発明の同期検知PD(PD+,PD−)による検出信号と、振動ミラーの偏向走査による像高の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the image height by the detection signal by the synchronous detection PD (PD +, PD-) of this invention of FIG. 5, and the deflection scanning of a vibration mirror. 同期検知PD+、同期検知PD−を画像形成領域の両外側に設置した場合の振動ミラーのグラフ(縦軸振れ角、横軸時間)と、LD点灯タイミングについてのタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart about the graph of a vibration mirror at the time of installing synchronous detection PD + and synchronous detection PD- in the both outer sides of an image formation area (vertical axis deflection angle, horizontal axis time), and LD lighting timing. 振動ミラーの振動状態が変化した場合の模式図である。It is a schematic diagram when the vibration state of a vibration mirror changes. +像高側に設置した同期検知PDを振動ミラーで走査された光ビームが通過して最大振幅に至り再び戻ってくるまでの時間t1と、同期検知PDを走査された光ビームが同様に同期検知PDを通過するまでの時間t2との関係の一例を示す図である。+ The time t1 from when the light beam scanned by the vibrating mirror passes through the synchronization detection PD installed on the image height side to reach the maximum amplitude and return again, and the light beam scanned by the synchronization detection PD are similarly synchronized. It is a figure which shows an example of the relationship with time t2 until it passes detection PD. +像高側に設置した同期検知PDを振動ミラーで走査された光ビームが通過して最大振幅に至り再び戻ってくるまでの時間t1と、同期検知PDを走査された光ビームが同様に同期検知PDを通過するまでの時間t2との関係の別の例を示す図である。+ The time t1 from when the light beam scanned by the vibrating mirror passes through the synchronization detection PD installed on the image height side to reach the maximum amplitude and return again, and the light beam scanned by the synchronization detection PD are similarly synchronized. It is a figure which shows another example of the relationship with time t2 until it passes detection PD. +像高側に設置した同期検知PDを振動ミラーで走査された光ビームが通過して最大振幅に至り再び戻ってくるまでの時間t1と、同期検知PDを走査された光ビームが同様に同期検知PDを通過するまでの時間t2との関係の別の例を示す図である。+ The time t1 from when the light beam scanned by the vibrating mirror passes through the synchronization detection PD installed on the image height side to reach the maximum amplitude and return again, and the light beam scanned by the synchronization detection PD are similarly synchronized. It is a figure which shows another example of the relationship with time t2 until it passes detection PD. 本発明の光走査装置の偏向手段に用いる振動ミラーの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the vibration mirror used for the deflection | deviation means of the optical scanning device of this invention. 光源(LD)を駆動する光源駆動回路(光源駆動手段)と、振動ミラーを振幅させる振動ミラー駆動回路(偏向制御手段)の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the light source drive circuit (light source drive means) which drives a light source (LD), and the vibration mirror drive circuit (deflection control means) which amplitudes a vibration mirror. 振動ミラーの平面コイルに流す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る。It is a figure which shows the relationship between the frequency f which switches the direction through which the electric current sent through the plane coil of a vibration mirror flows, and deflection angle (theta). 振動ミラーの走査角(振れ角)の時間変化と、同期検知センサでの検出信号を示す図である。It is a figure which shows the time change of the scanning angle (deflection angle) of a vibration mirror, and the detection signal in a synchronous detection sensor. 振動ミラーの走査角(振れ角)の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the scanning angle (deflection angle) of a vibration mirror. 発光源である半導体レーザを変調するための駆動回路の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the drive circuit for modulating the semiconductor laser which is a light emission source. 任意の画素の位相をシフトした例を示す図である。It is a figure which shows the example which shifted the phase of arbitrary pixels. 単一の周波数で変調した際の主走査位置に応じた各画素における主走査位置の補正量を示す図である。It is a figure which shows the correction amount of the main scanning position in each pixel according to the main scanning position at the time of modulating with a single frequency. 振動ミラーの反射面が変形した場合の反射光の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of the reflected light when the reflective surface of a vibration mirror deform | transforms. 光走査装置の光学ハウジングの構成例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structural example of the optical housing of an optical scanning device. 図1に示した光走査装置を搭載した画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the image forming apparatus carrying the optical scanning device shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101、102,103,104,901:感光体ドラム(被走査面)
106:振動ミラー(偏向手段)
107,108,252:光源ユニット
113:シリンドリカルレンズ
120,254:走査レンズ
122〜125:トロイダルレンズ
126〜132:折り返しミラー
138:同期検知センサ(同期検知PD)
139:同期検知用結像レンズ
201〜204:光ビーム
250:光学ハウジング
253:振動ミラーモジュール
301:光源駆動手段
302:光ビーム検出手段
303:画素クロック・カウント計測手段
304:偏向制御手段
440:振動ミラー基板
441:振動ミラー面(可動ミラー)
442:ねじり梁
443:振動板
444:補強梁
446:フレーム
447:支持部材(フレーム)
448:実装基板
449:回路基板
450:永久磁石
454:コネクタ
460:振動ミラー
463:コイルパターン
464:端子
470:ヨーク
601:振動ミラーの駆動制御部
602:ゲイン調整部
603:可動ミラー駆動部
604:光源駆動部
605:書込制御部
606:画素クロック生成部
607:振幅演算部
900:光走査装置
902:帯電チャージャ
903:現像ローラ
904:現像装置
905:クリーニング装置
906:中間転写ベルト
907:給紙トレイ
908:給紙コロ
909:レジストローラ対
910:二次転写装置
911:定着装置
912:排紙ローラ対
913:排紙トレイ
101, 102, 103, 104, 901: Photosensitive drum (scanned surface)
106: Vibration mirror (deflection means)
107, 108, 252: Light source unit 113: Cylindrical lens 120, 254: Scan lens 122-125: Toroidal lens 126-132: Folding mirror 138: Synchronization detection sensor (synchronization detection PD)
139: Imaging lens for synchronization detection 201-204: Light beam 250: Optical housing 253: Vibration mirror module 301: Light source driving means 302: Light beam detection means 303: Pixel clock / count measurement means 304: Deflection control means 440: Vibration Mirror substrate 441: Vibration mirror surface (movable mirror)
442: Torsion beam 443: Diaphragm 444: Reinforcement beam 446: Frame 447: Support member (frame)
448: Mounting board 449: Circuit board 450: Permanent magnet 454: Connector 460: Vibration mirror 463: Coil pattern 464: Terminal 470: Yoke 601: Drive control part of vibration mirror 602: Gain adjustment part 603: Movable mirror drive part 604: Light source drive unit 605: Write control unit 606: Pixel clock generation unit 607: Amplitude calculation unit 900: Optical scanning device 902: Charge charger 903: Development roller 904: Development device 905: Cleaning device 906: Intermediate transfer belt 907: Paper feed Tray 908: paper feed roller 909: registration roller pair 910: secondary transfer device 911: fixing device 912: paper discharge roller pair 913: paper discharge tray

Claims (10)

光ビームを射出する光源手段と、
前記光源手段を変調駆動する光源駆動手段と、
前記光源手段から射出された光ビームを偏向して主走査領域を往復走査する偏向手段と、
前記偏向手段からの光ビームを被走査面上に導く走査結像光学系と、
前記偏向手段からの光ビームを検出する光ビーム検出手段を備え、
前記光ビーム検出手段は主走査方向に一以上配置されており、前記光ビーム検出手段は、光ビームを検出する複数の受光面を有するとともに、主走査方向に隣接する受光面を有している光走査装置において、
前記主走査方向に隣接する受光面の境界の幅をΔw[μm]とし、受光面の境界を光ビームが通過する時間をdt[ns]、前記偏向手段の走査周波数をfd[Hz]、画像領域の有効走査期間率をμ、主走査書込み幅をW[mm]とするとき、
Δw < W×dt/{μ/(2×fd)}×1000
の関係式を満たすように設定されていることを特徴とする光走査装置。
Light source means for emitting a light beam;
Light source driving means for modulating and driving the light source means;
Deflection means for reciprocatingly scanning the main scanning region by deflecting the light beam emitted from the light source means;
A scanning imaging optical system for guiding the light beam from the deflecting means onto the surface to be scanned;
A light beam detecting means for detecting a light beam from the deflecting means,
One or more of the light beam detecting means are arranged in the main scanning direction, and the light beam detecting means has a plurality of light receiving surfaces for detecting the light beam and has a light receiving surface adjacent to the main scanning direction. In an optical scanning device,
The width of the boundary between the light receiving surfaces adjacent in the main scanning direction is Δw [μm], the time during which the light beam passes through the boundary of the light receiving surface is dt [ns], the scanning frequency of the deflecting means is fd [Hz], and the image When the effective scanning period ratio of the region is μ and the main scanning writing width is W [mm],
Δw <W × dt / {μ / (2 × fd)} × 1000
An optical scanning device characterized by being set so as to satisfy the relational expression:
請求項1記載の光走査装置において、
前記隣接する受光面の境界の主走査方向の幅をΔw[μm]とし、被走査面上の光ビームの主走査ビーム径をφm[μm]とするとき、
Δw < φm×0.125
の関係式を満たすように受光面を配置することを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1,
When the width in the main scanning direction of the boundary between the adjacent light receiving surfaces is Δw [μm] and the main scanning beam diameter of the light beam on the surface to be scanned is φm [μm],
Δw <φm × 0.125
An optical scanning device characterized in that the light receiving surface is arranged so as to satisfy the relational expression:
請求項1または2記載の光走査装置において、
前記光源手段は光ビームを射出する複数の発光部を有し、
前記光源駆動手段は前記光源手段の複数の発光部を変調駆動し、
前記光ビーム検出手段により、前記偏向手段により往復走査され前記受光面を通過する光ビームを検出する際に、前記光源駆動手段により前記光源手段の複数の発光部の発光光量を制御して、複数の光ビームから検出対象の光ビームを選択して検出することを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1 or 2,
The light source means has a plurality of light emitting portions for emitting a light beam,
The light source driving means modulates and drives a plurality of light emitting units of the light source means,
When the light beam detecting means detects a light beam that is reciprocally scanned by the deflecting means and passes through the light receiving surface, the light source driving means controls a light emission amount of a plurality of light emitting portions of the light source means, An optical scanning device that detects and detects a light beam to be detected from the light beams.
請求項1〜3のいずれか一つに記載の光走査装置において、
前記光源手段は、光ビームを射出する複数の発光部を有し、
前記光源駆動手段は、前記光源手段の複数の発光部を変調駆動し、
前記偏向手段は、前記光源手段から射出された光ビームを偏向して主走査領域を往復走査し、
前記走査結像光学系は前記偏向手段からの光ビームを被走査面上に導き、
前記光ビーム検出手段は前記偏向手段からの光ビームを一以上の受光面で検出する構成であり、
前記偏向手段の反射面の最大振れ角が、前記光源手段から射出される光ビームの前記偏向手段の反射面への入射角よりも大きい場合に、
前記光源駆動手段は、前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて、前記光源手段の強制消灯する発光部の発光量制御期間のタイミングおよび時間幅を制御することを特徴とする光走査装置。
In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 3,
The light source means has a plurality of light emitting units for emitting a light beam,
The light source driving means modulates and drives a plurality of light emitting units of the light source means,
The deflection means deflects the light beam emitted from the light source means to reciprocate the main scanning area,
The scanning imaging optical system guides the light beam from the deflecting means onto the surface to be scanned,
The light beam detection means is configured to detect a light beam from the deflection means with one or more light receiving surfaces,
When the maximum deflection angle of the reflecting surface of the deflecting unit is larger than the incident angle of the light beam emitted from the light source unit to the reflecting surface of the deflecting unit,
The light source driving means controls the timing and width of the light emission amount control period of the light emitting part forcibly turning off the light source means based on the detection signal detected by the light beam detecting means. apparatus.
請求項1〜4のいずれか一つに記載の光走査装置において、
前記偏向手段は、ねじり梁によって支持され、前記光源手段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であることを特徴とする光走査装置。
In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 4,
The optical scanning device characterized in that the deflecting means is a vibrating mirror supported by a torsion beam and deflects a light beam from the light source means to reciprocately scan a main scanning region.
請求項1〜5のいずれか一つに記載の光走査装置において、
前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて演算された偏向手段の振幅中心のシフト量に応じて、前記光源駆動手段による発光量制御期間のタイミングおよび時間設定を偏向制御手段により制御することを特徴とする光走査装置。
In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 5,
The deflection control means controls the timing and time setting of the light emission amount control period by the light source driving means according to the shift amount of the amplitude center of the deflection means calculated based on the detection signal detected by the light beam detection means. An optical scanning device.
請求項1〜5のいずれか一つに記載の光走査装置において、
前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて前記偏向手段の最大振幅が一定になるように偏向制御手段により制御することを特徴とする光走査装置。
In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 5,
An optical scanning apparatus characterized in that the deflection control means controls the maximum amplitude of the deflection means to be constant based on a detection signal detected by the light beam detection means.
請求項1〜5のいずれか一つに記載の光走査装置において、
前記光ビーム検出手段で検出された検出信号にもとづいて演算された偏向手段の走査周波数に応じて、前記光源駆動手段による発光量制御期間のタイミングおよび時間設定を偏向制御手段により制御することを特徴とする光走査装置。
In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 5,
The deflection control means controls the timing and time setting of the light emission amount control period by the light source driving means according to the scanning frequency of the deflection means calculated based on the detection signal detected by the light beam detection means. An optical scanning device.
請求項6〜8のいずれか一つに記載の光走査装置において、
前記偏向手段は、前記偏向制御手段により制御することを特徴とする光走査装置。
In the optical scanning device according to any one of claims 6 to 8,
The optical scanning device characterized in that the deflection means is controlled by the deflection control means.
少なくとも一つの像担持体と、前記少なくとも1つの像担持体を画像情報が含まれる光ビームにより走査する少なくとも一つの光走査装置を備えた画像形成装置において、
前記光走査装置として、請求項1〜9のいずれか一つに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus comprising: at least one image carrier; and at least one optical scanning device that scans the at least one image carrier with a light beam including image information.
An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 1 as the optical scanning device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012202803A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Space Vision:Kk Patterned light projecting apparatus and method
JP2017144232A (en) * 2016-02-17 2017-08-24 キヤノン株式会社 Ophthalmologic apparatus, method of controlling ophthalmologic apparatus, and program

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