JP2011033756A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents

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光夫 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image forming device wherein power consumption is low, temporal stability of images is ensured by reducing the temperature rise of a scan lens and the temperature deviation or vibration of an optical scanner, while reducing the magnification errors of printed images. <P>SOLUTION: A phase difference between a drive signal and PDa is measured by a phase comparator and a counter to calculate a difference from a referential resonance frequency. If the difference falls outside an allowable value, adjustment is made by changing a drive frequency so as to make it coincide with the resonance frequency. The allowable value is set from a limit value allowing the correction of an amplitude decrease caused by fluctuation in the resonance frequency. In order to correct (constant amplitude control) the amplitude decrease, the allowable value of the difference is determined to be the lower one of the two: the withstand voltage of a drive circuit for increasing a drive voltage and the allowable withstand voltage of a vibration mirror. The detection of a difference between the resonance frequency and the drive frequency is performed with the amplitude of the vibration mirror controlled so as to be constant. As the scan characteristics of a deflection scan will change, frequency adjustment of the drive voltage is performed in course of non-image formation, that is, while a scanned surface area is not scanned by a laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザラスタ書込光学系を有する光走査装置および画像形成装置に関するものである。   The present invention relates to an optical scanning apparatus and an image forming apparatus having a laser raster writing optical system.

従来、画像形成装置の光走査装置に用いられる光偏向器としては、ポリゴンミラーが広く用いられている。特に、カラー画像形成装置の高速プリント化・高画質化を実現するに当たって、ポリゴンスキャナを25000rpm以上の高速で、かつ高精度に回転させる必要が生じている。一方、レーザビームの小径化による高画質化のため、前述のポリゴンスキャナに使用されるポリゴンミラーの内接円半径や主走査方向の長さが比較的大きく、ポリゴンスキャナとして高負荷化の動向にある。   Conventionally, a polygon mirror has been widely used as an optical deflector used in an optical scanning device of an image forming apparatus. In particular, in order to realize high-speed printing and high image quality of a color image forming apparatus, it is necessary to rotate the polygon scanner at a high speed of 25000 rpm or more and with high accuracy. On the other hand, in order to improve the image quality by reducing the diameter of the laser beam, the inscribed circle radius of the polygon mirror used in the polygon scanner and the length in the main scanning direction are relatively large, and the trend of increasing the load of the polygon scanner is increasing. is there.

高負荷化により、ポリゴンスキャナの消費電力は増加し、その発熱が走査レンズなどの光学素子に悪影響を与えることとなる。具体的にはポリゴンスキャナに最も近接する走査レンズの温度上昇である。ポリゴンスキャナからの発熱は光学ハウジングを伝熱して、または輻射により走査レンズの温度が上昇する。実際には、走査レンズを均一に温度上昇させるのではなく、発熱源(ポリゴンスキャナ)からの距離または各々材質の熱膨張率差や気流の影響により、特に長手方向となる主走査方向に対して温度分布をもつことになる。   As the load increases, the power consumption of the polygon scanner increases, and the heat generation adversely affects the optical elements such as the scanning lens. Specifically, the temperature rise of the scanning lens closest to the polygon scanner. The heat generated from the polygon scanner is transferred to the optical housing, or the temperature of the scanning lens rises due to radiation. Actually, the temperature of the scanning lens is not raised uniformly, but the distance from the heat source (polygon scanner), the difference in the thermal expansion coefficient of each material, and the influence of the airflow, particularly in the main scanning direction that is the longitudinal direction. It will have a temperature distribution.

主走査方向に温度分布をもつと、特に走査レンズの形状精度および屈折率が変化してしまい、レーザビームのスポット位置が変動し、画質が劣化する。この問題は特に熱膨張率の大きいプラスチック材料を用いた場合が顕著となる。   If there is a temperature distribution in the main scanning direction, particularly the shape accuracy and refractive index of the scanning lens change, the spot position of the laser beam fluctuates, and the image quality deteriorates. This problem is particularly noticeable when a plastic material having a large coefficient of thermal expansion is used.

カラー画像形成装置においては、各色(イエロー,マゼンタ,シアン,ブラック)に応じたレーザビームを各々走査しているので、前述した問題以外に各色に対応する光走査装置間の温度偏差が問題となる。この温度偏差は各色に対応するビームスポットの相対位置関係のずれを発生させ、画像の色ずれとなってしまう。   In the color image forming apparatus, the laser beams corresponding to the respective colors (yellow, magenta, cyan, black) are scanned, so that temperature deviation between the optical scanning apparatuses corresponding to the respective colors becomes a problem in addition to the problems described above. . This temperature deviation causes a shift in the relative positional relationship between the beam spots corresponding to the respective colors, resulting in an image color shift.

また、高負荷ポリゴンミラーの発熱による温度上昇が回転体構成部品(特に質量割合の多いポリゴンミラー)の微移動を誘発し、回転体バランスを変化させ、振動を発生させてしまう。回転体を構成している部品(ポリゴンミラー、ロータ磁石が固定されるフランジ、軸等)の熱膨張率が異なっていたり、一致していても部品公差や固定方法などを厳密に管理、検査しないと高温高速回転時に微移動(回転体のバランス変化)が発生し、ひいては振動を増大させる結果となっていた。振動が光走査装置内の光学素子(例えば、折り返しミラー)へ伝達増幅させバンディングを発生させ画像劣化や騒音を引き起こすことになる。   Further, the temperature rise due to heat generation of the high-load polygon mirror induces a fine movement of the rotating body component (particularly, the polygon mirror having a large mass ratio), changes the rotating body balance, and generates vibration. Even if the parts of the rotating body (polygon mirror, flange to which the rotor magnet is fixed, shaft, etc.) have different or coincide with each other, they do not strictly control or inspect the part tolerance or fixing method. As a result, a slight movement (change in balance of the rotating body) occurred during high-temperature and high-speed rotation, and as a result, vibration was increased. The vibration is transmitted and amplified to an optical element (for example, a folding mirror) in the optical scanning device to generate banding, which causes image deterioration and noise.

これらの課題を解決するため、ポリゴンミラー偏向器として共振現象を用いた振動ミラーが検討されている。例えば、共振型の振動ミラーを偏向器として用いる画像形成装置において、感光体の回転移動速度を変更したり、画像の解像度を変更する場合には、偏向器の駆動周波数はその稼動条件に応じた駆動周波数Fdに変更設定されるが、そのままの状態では共振周波数Frと駆動周波数Fdとが不一致となり、偏向ミラー面の振幅値は低下することになる。そこで、駆動周波数Fdの変更設定に追随して偏向器の共振特性を駆動周波数側にシフトさせる。これにより、振幅値が最大振幅を示す偏向器の共振周波数Frと駆動周波数Fdとをほぼ一致させるように制御する装置が特許文献1に記載されている。本方式は消費電力が小さく、光走査装置に使用される走査レンズの温度上昇、カラー画像形成装置の光走査装置の温度偏差や振動を低減するというメリットがある。   In order to solve these problems, a vibrating mirror using a resonance phenomenon has been studied as a polygon mirror deflector. For example, in an image forming apparatus that uses a resonance-type oscillating mirror as a deflector, when changing the rotational movement speed of the photoreceptor or changing the resolution of the image, the drive frequency of the deflector depends on the operating conditions. Although the drive frequency Fd is changed and set, the resonance frequency Fr and the drive frequency Fd do not coincide with each other as it is, and the amplitude value of the deflecting mirror surface decreases. Therefore, the resonance characteristic of the deflector is shifted to the drive frequency side following the change setting of the drive frequency Fd. Thus, an apparatus that controls the resonance frequency Fr of the deflector having the maximum amplitude value and the drive frequency Fd so as to substantially coincide with each other is described in Patent Document 1. This method has the advantages of low power consumption, reducing temperature rise of the scanning lens used in the optical scanning device, and reducing temperature deviation and vibration of the optical scanning device of the color image forming apparatus.

しかしながら、振動ミラーは共振現象を利用しているため振動ミラー部の反射面形状サイズやその周辺である梁部の形状サイズの寸法誤差が共振周波数を異ならせてしまう。また、寸法誤差は数ミリの反射面形状に対して、μm以下の加工精度が必要となるが達成できていないのが現状である。その結果、量産時に共振周波数のばらつきが発生してしまい画像形成時に画像の倍率誤差を発生させるといった不具合があった。   However, since the oscillating mirror uses a resonance phenomenon, a dimensional error in the shape of the reflecting surface of the oscillating mirror and the shape of the beam around the oscillating mirror makes the resonance frequency different. In addition, a dimensional error requires a processing accuracy of μm or less for a reflecting surface shape of several millimeters, but is not achieved at present. As a result, there is a problem in that variations in resonance frequency occur during mass production, and an image magnification error occurs during image formation.

さらに、環境温度変化に対して梁部の剛性(ヤング率)が変化することによる共振周波数の変動も避けられず、経時変化で倍率誤差が変動するといった不具合も併せもっていた。   In addition, the resonance frequency fluctuates due to changes in the rigidity (Young's modulus) of the beam with respect to changes in the environmental temperature, and there is a problem that the magnification error fluctuates with time.

また、特許文献1においても、共振周波数と駆動周波数を一致させるために振動ミラーの共振周波数を変化させる方法であり、開示されているような電気抵抗素子でねじりバネの温度変化によって共振周波数を変化させる方法は時間を要するため、その時間は画像形成ができないといった不具合や制約が生じる恐れがある。   Also, Patent Document 1 is a method of changing the resonance frequency of the oscillating mirror in order to make the resonance frequency and the drive frequency coincide with each other, and the resonance frequency is changed by the temperature change of the torsion spring with the electric resistance element as disclosed. Since this method requires time, there is a risk that inconveniences and restrictions that image formation cannot be performed during that time.

さらに、画像の解像度の変更を行って駆動周波数と共振周波数を一致させても、共振型の振動ミラーは環境温度により共振周波数が変化するため、画像形成装置内の経時的な温度環境変化とともに所望の振幅が得られないといった恐れがある。   Furthermore, even if the resolution of the image is changed to match the drive frequency and the resonance frequency, the resonance frequency of the resonance type oscillating mirror changes depending on the environmental temperature. There is a risk that the amplitude of the above cannot be obtained.

本発明は、前記従来技術の課題を解決するものであり、消費電力が小さく、光走査装置に使用される走査レンズの温度上昇、光走査装置の温度偏差や振動を低減して画像の経時安定性を確保するという振動ミラーの本来の効果を有しながら、プリント画像の倍率誤差を低減する光走査装置および画像形成装置を実現することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems of the prior art, consumes less power, stabilizes the image over time by reducing the temperature rise of the scanning lens used in the optical scanning device, and the temperature deviation and vibration of the optical scanning device. It is an object of the present invention to realize an optical scanning device and an image forming apparatus that reduce the magnification error of a printed image while having the original effect of a vibrating mirror to ensure the performance.

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載した光走査装置は、複数の光源装置から出射されたレーザビームを単一の振動ミラー偏向器により主走査方向に偏向走査し、複数の被走査面に向かって集光する走査結像手段を有する光走査装置において、振動ミラー偏向器の共振周波数と駆動周波数との差異を検出し、差異が所望の範囲外のとき、共振周波数に一致させるように駆動周波数を調整する制御手段を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an optical scanning device according to claim 1 of the present invention deflects and scans laser beams emitted from a plurality of light source devices in a main scanning direction by a single oscillating mirror deflector. In an optical scanning device having scanning imaging means for condensing toward a plurality of scanned surfaces, a difference between the resonance frequency of the oscillating mirror deflector and the drive frequency is detected, and the resonance is detected when the difference is outside a desired range. Control means for adjusting the drive frequency so as to match the frequency is provided.

この構成によって、画像品質を劣化させない光走査装置が実現できる。   With this configuration, an optical scanning device that does not deteriorate the image quality can be realized.

また、請求項2,3に記載した発明は、請求項1,2の光走査装置であって、振動ミラー偏向器の振幅を一定に制御した状態で駆動周波数の電圧波形を基準として、偏向走査されるレーザビームの走査領域内に配置された受光素子(PDa,PDb)からの出力信号との位相差を計測し、位相差の変動から共振周波数と駆動周波数との差異を検出すること、さらに、振動ミラー偏向器による偏向走査時は、共振周波数と駆動周波数との差異を常時検出することを特徴とする。   Further, the invention described in claims 2 and 3 is the optical scanning device according to claims 1 and 2, wherein deflection scanning is performed with reference to the voltage waveform of the driving frequency in a state where the amplitude of the oscillating mirror deflector is controlled to be constant. Measuring a phase difference with an output signal from a light receiving element (PDa, PDb) arranged in a scanning region of a laser beam to be detected, and detecting a difference between a resonance frequency and a driving frequency from a variation in the phase difference; In the deflection scanning by the oscillating mirror deflector, the difference between the resonance frequency and the driving frequency is always detected.

この構成によって、装置の停止を伴うことのなく調整可能な光走査装置が実現できる。   With this configuration, an optical scanning apparatus that can be adjusted without stopping the apparatus can be realized.

また、請求項4,5に記載した発明は、請求項1〜3の光走査装置において、制御手段による駆動周波数の調整は、被走査面領域にレーザビームを走査しているか否かを判断し、非画像形成時のタイミングで行うこと、または、制御手段による駆動周波数の調整は、共振周波数と駆動周波数との差異が所望の範囲外となったタイミングで随時行い、調整は段階的に駆動周波数を変化させて行うことを特徴とする。   According to the fourth and fifth aspects of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to third aspects, the adjustment of the driving frequency by the control means determines whether or not the laser beam is scanned over the surface area to be scanned. The adjustment of the drive frequency by the control means is performed at any time when the difference between the resonance frequency and the drive frequency is outside the desired range, and the adjustment is performed step by step. It is characterized in that it is performed while changing.

この構成によって、装置の停止を伴うことのなく調整可能な光走査装置が実現できる。   With this configuration, an optical scanning apparatus that can be adjusted without stopping the apparatus can be realized.

また、請求項6に記載した発明は、請求項1〜5の光走査装置において、複数の光源装置から出射されたレーザビームは、振動ミラー偏向器の反射面に対して副走査方向に角度を有して入射するとともに、偏向される複数のレーザビームはすべて同方向に走査することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any of the first to fifth aspects, the laser beams emitted from the plurality of light source devices are angled in the sub-scanning direction with respect to the reflecting surface of the vibrating mirror deflector. The plurality of laser beams to be incident and deflected are all scanned in the same direction.

この構成によって、光走査装置およびこれを用いる画像形成装置の小型化することができる。   With this configuration, the optical scanning device and the image forming apparatus using the same can be reduced in size.

また、請求項7に記載した画像形成装置は、潜像担持体に光走査により潜像を形成し、潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光走査装置を用いることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein a latent image is formed on a latent image carrier by optical scanning, and the latent image is visualized to obtain a desired recorded image. The optical scanning device described in any one of the above items is used.

この構成によって、画像品質を劣化させない画像形成装置が実現できる。   With this configuration, an image forming apparatus that does not deteriorate the image quality can be realized.

本発明によれば、消費電力を抑え、走査レンズの温度上昇、光走査装置の温度偏差や振動を低減して画像の経時安定性を確保する振動ミラーの効果を有しながら、プリント画像の倍率誤差を低減する光走査装置および画像形成装置を実現することができるという効果を奏する。   According to the present invention, the magnification of a print image is suppressed while having the effect of a vibrating mirror that suppresses power consumption, reduces the temperature rise of the scanning lens, reduces temperature deviation and vibration of the optical scanning device, and ensures temporal stability of the image. There is an effect that an optical scanning apparatus and an image forming apparatus that reduce errors can be realized.

本発明の実施の形態における光走査装置の概略を示す斜視図The perspective view which shows the outline of the optical scanning device in embodiment of this invention 本実施の形態における画像形成装置の概略断面図Schematic sectional view of an image forming apparatus in the present embodiment 本実施の形態における振動ミラーで(a)は第1の基板、(b)は第2の基板の詳細図In the vibrating mirror according to the present embodiment, (a) is a detailed view of a first substrate and (b) is a detailed view of a second substrate. 本実施の形態における振動ミラーの分解斜視図Exploded perspective view of the vibrating mirror in the present embodiment 本実施の形態における光学ハウジングへ搭載される振動ミラーユニットを示す図The figure which shows the vibration mirror unit mounted in the optical housing in this Embodiment 本実施の形態における光走査装置の感光体ドラム要部を概略的に示す図The figure which shows schematically the principal part of the photosensitive drum of the optical scanning device in this Embodiment. 本実施の形態における時間に対する振動ミラー振幅の波形を示す図The figure which shows the waveform of the vibration mirror amplitude with respect to time in this Embodiment 本実施の形態における振動ミラーの揺動ばらつきの振幅変動を説明する図The figure explaining the amplitude fluctuation | variation of the rocking | fluctuation variation of the vibration mirror in this Embodiment 本実施の形態における振動ミラーの揺動ばらつきの振幅位置変動を説明する図The figure explaining the amplitude position fluctuation | variation of the rocking | fluctuation variation of the vibration mirror in this Embodiment 本実施の形態における振動ミラーの揺動ばらつきの位相変動を説明する図The figure explaining the phase fluctuation | variation of the rocking | fluctuation variation of the vibration mirror in this Embodiment 本実施の形態における振動ミラーの駆動周波数fdと共振周波数frの関係を示す図The figure which shows the relationship between the drive frequency fd of the vibration mirror in this Embodiment, and the resonant frequency fr. 本実施の形態における制御手段を示すブロック図The block diagram which shows the control means in this Embodiment 本実施の形態における振動ミラーの共振周波数特性と位相特性で共振周波数の降下変位を示す図The figure which shows the fall displacement of the resonant frequency by the resonant frequency characteristic and phase characteristic of the vibration mirror in this Embodiment 本実施の形態における振動ミラーの共振周波数特性と位相特性で共振周波数が上昇変位を示す図The figure which shows the resonance frequency ascending displacement by the resonance frequency characteristic and phase characteristic of the vibration mirror in this embodiment 本実施の形態における受光素子を走査するレーザビームとの関係を示す図The figure which shows the relationship with the laser beam which scans the light receiving element in this Embodiment

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態における光走査装置の概略を示す斜視図であり、図2は画像形成装置の概略断面図である。光走査装置5は、図2に示した画像形成装置1内の4つの感光体ドラム3Y,3M,3C,3K(以下、符号に対する添字Y,M,C,Kを適宜付け、Y:イエロー,M:マゼンタ,C:シアン,K:ブラックの色に対応する部分として区別するものとする。)が並設された作像部の上方に配置されている例である。   FIG. 1 is a perspective view showing an outline of an optical scanning device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view of the image forming apparatus. The optical scanning device 5 includes four photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3K (hereinafter, subscripts Y, M, C, and K are appropriately added to the reference numerals in the image forming apparatus 1 shown in FIG. (M: magenta, C: cyan, and K: black) are arranged above the image forming units arranged in parallel.

光走査装置5は、各色に対応する4つの光源10と、各光源からのレーザビームを偏向走査する光偏向手段(振動ミラー11)と、4つの感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kの被走査面上に導く走査結像光学系を備えており、これらの構成部材は図示しない光学ハウジング内に収納されている。   The optical scanning device 5 includes four light sources 10 corresponding to each color, light deflecting means (vibrating mirror 11) for deflecting and scanning a laser beam from each light source, and four photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3K. A scanning imaging optical system for guiding the scanning surface is provided, and these components are housed in an optical housing (not shown).

図1の光源10は、半導体レーザとカップリングレンズにより構成される「光源装置」を各色に対応するよう4つ有している(10Y,10M,10C,10K)。光源における4つの半導体レーザは、それぞれ、イエロー,マゼンタ,シアン,ブラックの各色成分画像を書込むための光束を放射する。各半導体レーザから放射される光束は、カップリングレンズにより以後の光学系に適合する光束形態(平行光束あるいは弱い発散性もしくは集束性の光束)に変換され、折り返しミラー13を経てシリンドリカルレンズ12により副走査方向に集束されて偏向走査手段である振動ミラー11の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像される。   The light source 10 shown in FIG. 1 has four “light source devices” each composed of a semiconductor laser and a coupling lens so as to correspond to each color (10Y, 10M, 10C, 10K). Each of the four semiconductor lasers in the light source emits a light beam for writing each color component image of yellow, magenta, cyan, and black. The light beam emitted from each semiconductor laser is converted into a light beam form (parallel light beam or weak divergent or converging light beam) suitable for the subsequent optical system by the coupling lens, and the sub-circular lens 12 passes through the folding mirror 13 to obtain a secondary light beam. The beam is focused in the scanning direction and formed as a line image in the vicinity of the deflection reflection surface of the oscillating mirror 11 serving as a deflection scanning means in the main scanning direction.

振動ミラー11に対して入射側には図示しないレーザ透過部材を配置されている。光源10側からの各光束はレーザ透過部材を介して振動ミラー11に入射する。振動ミラー11の揺動により同一方向に偏向された4色分の偏向光束は、走査結像光学系の走査レンズ群を構成する第1のレンズ14を透過する。ブラック成分画像を書込む光束(例えば、レンズの上端の位置)はミラー16Kで反射され、走査レンズ群を構成する第2のレンズ17Kを透過し、被走査面の実態をなすドラム状の光導電性の感光体ドラム3K上に光スポットとして集光し、感光体ドラム3Kの表面を矢印方向Aに光走査する。走査レンズ群の第1,第2のレンズ14,17Kの材質は、非球面形状が容易かつ低コストなプラスチック材質からなり、具体的には低吸水性や高透過率、成形性に優れたポリカーボネートやポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が好適である。   A laser transmitting member (not shown) is arranged on the incident side with respect to the vibrating mirror 11. Each light beam from the light source 10 side enters the vibrating mirror 11 via a laser transmitting member. The deflected light beams for the four colors deflected in the same direction by the oscillation of the oscillating mirror 11 are transmitted through the first lens 14 constituting the scanning lens group of the scanning imaging optical system. The luminous flux (for example, the position of the upper end of the lens) for writing the black component image is reflected by the mirror 16K, passes through the second lens 17K constituting the scanning lens group, and forms a drum-shaped photoconductive material that forms the actual state of the scanned surface. Is condensed as a light spot on the photosensitive drum 3K, and the surface of the photosensitive drum 3K is optically scanned in the arrow direction A. The material of the first and second lenses 14 and 17K of the scanning lens group is an aspherical shape made of an easy and low-cost plastic material. Specifically, it is a polycarbonate having low water absorption, high transmittance, and excellent moldability. And a synthetic resin mainly composed of polycarbonate is preferred.

イエロー,マゼンタ,シアンの各色成分画像を書込む光束もそれぞれ前記と同様に、ミラーで反射され、レンズを透過、感光体上に光スポットとして結像し、各色とも同一の矢印方向に走査される。この光走査により各感光体に対応する色成分画像の静電潜像が形成される(ブラック以外の各色に相当する光学素子等には番号は付記していないが、ブラックの略意である「K」が番号後に付されている部品はイエロー,マゼンタ,シアンとも光学的な同位置に配置されている)。   Similarly to the above, the light beams for writing the respective color component images of yellow, magenta, and cyan are reflected by the mirror, transmitted through the lens, formed as light spots on the photosensitive member, and scanned in the same arrow direction for each color. . By this optical scanning, an electrostatic latent image of a color component image corresponding to each photoconductor is formed (the optical elements corresponding to the respective colors other than black are not numbered, but an abbreviation for black. The parts to which “K” is attached after the number are arranged at the same optical position for yellow, magenta, and cyan).

これら静電潜像は、現像装置により対応する色のトナーで可視化され、中間転写ベルト2上に転写される。転写の際、各色トナー画像は互いに重ね合わせられカラー画像を構成する。このカラー画像はシート状記録媒体上へ転写され、定着される。カラー画像転写後の中間転写ベルト2はクリーニング装置(図示せず)でクリーニングされる。   These electrostatic latent images are visualized with a corresponding color toner by a developing device and transferred onto the intermediate transfer belt 2. At the time of transfer, the color toner images are superimposed on each other to form a color image. This color image is transferred onto a sheet-like recording medium and fixed. The intermediate transfer belt 2 after the color image transfer is cleaned by a cleaning device (not shown).

以上説明したように図1は、カラー画像を構成する2以上の色成分画像に対応する複数の光源10から放射された各光束を、偏向走査手段の振動ミラー11により同一方向に偏向走査し、各偏向光束を走査結像光学系のうち各色共通に透過する第1のレンズ14と、各々の走査結像手段に設けられた例えばレンズ17K(ブラック)により、各色成分画像に対応する被走査面に向かって個別的に集光させて光走査を行い、各色成分に相当する4つの走査結像手段を有する光走査装置5である。   As described above, FIG. 1 shows that each light beam emitted from a plurality of light sources 10 corresponding to two or more color component images constituting a color image is deflected and scanned in the same direction by the vibrating mirror 11 of the deflection scanning means. A surface to be scanned corresponding to each color component image by a first lens 14 that transmits each deflected light beam in common to each color in the scanning imaging optical system and, for example, a lens 17K (black) provided in each scanning imaging unit. The optical scanning device 5 includes four scanning imaging units corresponding to the respective color components.

振動ミラー11の反射面に入射する各色のレーザビームは副走査方向に対して、所望の角度を有している(いわゆる、斜入射光学系)。具体的には最大となる色のレーザビームで5°以下となるように設定されている。入射角度が5°以上の場合、被走査面上での走査線曲がりが大きく発生し、かつレーザビームが太径化し結果として画像の劣化を招く。反面、各色のレーザビームが斜入射せずに水平で入射(斜入射角が0°)する場合、反射面の副走査方向の幅が多く必要となるため、振動ミラーの負荷が大きくなり、振動周波数が高くできないといった不具合がある。   Each color laser beam incident on the reflecting surface of the vibrating mirror 11 has a desired angle with respect to the sub-scanning direction (so-called oblique incidence optical system). Specifically, the maximum color laser beam is set to be 5 ° or less. When the incident angle is 5 ° or more, the scanning line is greatly bent on the surface to be scanned, and the diameter of the laser beam is increased, resulting in image deterioration. On the other hand, when the laser beams of each color are not incident obliquely and are incident horizontally (oblique incident angle is 0 °), a large width in the sub-scanning direction of the reflecting surface is required. There is a problem that the frequency cannot be increased.

図3は振動ミラーの基板((a)は第1の基板、(b)は第2の基板)の詳細図、図4は振動ミラーの分解斜視図である。振動ミラー11は、表面にミラー面を形成し振動子をなす可動部と、それを支え回転軸をなすねじり梁と、支持部をなすフレームとからなり、Si基板をエッチングにより切り抜いて形成する。   3 is a detailed view of the substrate of the vibration mirror ((a) is the first substrate, (b) is the second substrate), and FIG. 4 is an exploded perspective view of the vibration mirror. The oscillating mirror 11 includes a movable part that forms a mirror surface and forms a vibrator, a torsion beam that supports the rotating part, and a frame that forms a support shaft, and a frame that forms a support part. The oscillating mirror 11 is formed by cutting an Si substrate by etching.

本実施の形態では、SOI基板と呼ばれる60μmと140μmとの2枚の基板が酸化膜を挟んで予め接合されたウェハを用いて作製する。まず、140μm基板(第2の基板)41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42、平面コイルが形成される振動板43、可動部の骨格をなす補強梁44と、フレーム46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)51の表面側からKOHなどの異方性エッチングによって、可動ミラー部52と、フレーム53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 mode, the wafer is manufactured using a wafer in which two substrates of 60 μm and 140 μm called SOI substrates are bonded in advance with an oxide film interposed therebetween. First, a torsion beam 42, a vibration plate 43 on which a planar coil is formed, a reinforcing beam 44 forming a skeleton of a movable part, a frame 46, and the like by a dry process by plasma etching from the surface side of a 140 μm substrate (second substrate) 41 The remaining part of the film is penetrated to the oxide film, and then the movable mirror part 52 and the frame 53 are left by anisotropic etching such as KOH from the surface side of the 60 μm substrate (first substrate) 51. 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42、補強梁44の幅は40〜60μmとした。前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、実施の形態では可動部を肉抜きした構造としている。さらに、60μm基板(第1の基板)51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(第2の基板)41の表面側には銅薄膜でコイルパターン47とねじり梁42を介して配線された端子48、およびトリミング用のパッチ49を形成する。当然、振動板43側に薄膜状の永久磁石を備え、フレーム53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 width of the torsion beam 42 and the reinforcing beam 44 was 40 to 60 μm. As described above, the moment of inertia I of the vibrator is preferably small in order to increase the deflection angle. On the other hand, since the mirror surface is deformed by the inertial force, the embodiment has a structure in which the movable portion is thinned. . Further, an aluminum thin film is vapor-deposited on the surface side of a 60 μm substrate (first substrate) 51 to form a reflecting surface, and a coil pattern 47 and a torsion beam 42 are formed of a copper thin film on the surface side of a 140 μm substrate (second substrate) 41. A terminal 48 wired through the terminal and a trimming patch 49 are formed. Naturally, it is also possible to adopt a configuration in which a thin film-like permanent magnet is provided on the diaphragm 43 side and a planar coil is formed on the frame 53 side.

実装基板54上には、可動ミラー部52を装着する枠状の台座55と、可動ミラー部52を囲うように形成されたヨーク56が配備され、前記ヨーク56には可動ミラー部52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57が接合されている(図4参照)。   On the mounting substrate 54, a frame-like base 55 for mounting the movable mirror portion 52 and a yoke 56 formed so as to surround the movable mirror portion 52 are provided. The yoke 56 is opposed to the end of the movable mirror portion 52. Then, a pair of permanent magnets 57 that generate a magnetic field in a direction orthogonal to the rotation axis are joined together with the S and N poles facing each other (see FIG. 4).

可動ミラー部52は、ミラー面を表に向けて台座55に装着され、端子48間に電流を流すことによりコイルパターン47の回転軸に平行な各辺にローレンツ力が生じ、ねじり梁42をねじって可動ミラー部52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42の戻り力により水平に戻る。   The movable mirror unit 52 is mounted on the pedestal 55 with the mirror surface facing up, and a Lorentz force is generated on each side parallel to the rotation axis of the coil pattern 47 by passing an electric current between the terminals 48, thereby twisting the torsion beam 42. Then, a rotational torque T for rotating the movable mirror portion 52 is generated, and when the current is turned off, the movable mirror portion 52 returns to the horizontal due to the return force of the torsion beam 42.

したがって、コイルパターン47に流れる電流の方向を交互に切り換える(交流信号)ことによって、可動ミラー部52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11を構成する構造体の、ねじり梁42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。   Therefore, by alternately switching the direction of the current flowing through the coil pattern 47 (AC signal), the movable mirror 52 can be reciprocally oscillated. When the current switching period is brought close to the natural frequency of the primary vibration mode with the torsion beam 42 as the rotation axis of the structure constituting the oscillating mirror 11, the so-called resonance frequency f0, the amplitude is excited and a large fluctuation occurs. You can get a corner.

一方、コイルパターン47に直流成分の電流を流す(電圧を印加)ことにより、可動ミラー部52を静的に変化(振幅中心を変化)させることができる。ただし、共振現象を利用しているので電流に応じた変化は角度で±1°以内となる。この直流成分を前記交流信号に重畳させることにより、振動ミラーを振幅(偏向)させながら、振幅中心を変化させることが可能となる。   On the other hand, by passing a direct current component current (applying a voltage) to the coil pattern 47, the movable mirror 52 can be statically changed (the center of amplitude is changed). However, since the resonance phenomenon is used, the change according to the current is within ± 1 ° in angle. By superimposing the direct current component on the alternating current signal, the amplitude center can be changed while the vibration mirror is amplitude (deflected).

図5は光学ハウジングへ搭載される形態の振動ミラーユニット60を示している。図5に示した振動ミラーユニット60は振動ミラー11と、振動ミラー11の姿勢を固定し、かつ電気接続(電極部64)を行うためのブラケット61と、ブラケット61を固定し、光学ハウジング(図示しない)に載置される基板62(電気コネクタ63)で構成される。   FIG. 5 shows a vibrating mirror unit 60 mounted on an optical housing. The oscillating mirror unit 60 shown in FIG. 5 fixes the oscillating mirror 11, the bracket 61 for fixing the attitude of the oscillating mirror 11 and making electrical connection (electrode part 64), the bracket 61, and an optical housing (illustrated). It is comprised with the board | substrate 62 (electrical connector 63) mounted in (not).

振動ミラー11は可動部の質量、イナーシャが従来のポリゴンミラーに比べて非常に小さいため駆動部も小型化され、磁気回路の高効率化もあいまって消費電力が低く抑えることができる(ポリゴンミラーの1/10以下)。その結果、発熱が少なくなり書込光学系の光学素子やハウジングの温度上昇も実質的になくすことが可能となることから、特に樹脂製の走査レンズ群が局部的な温度分布をもつことなく、カラー画像形成時のレーザビームの走査位置を変動することなく色ずれの発生を抑制することができる。   The oscillating mirror 11 is much smaller in mass and inertia of the movable part than the conventional polygon mirror, so the drive part is also miniaturized, and the power consumption can be kept low due to the high efficiency of the magnetic circuit. 1/10 or less). As a result, heat generation is reduced, and it is possible to substantially eliminate the temperature rise of the optical element and housing of the writing optical system, so that the resin scanning lens group has no local temperature distribution, The occurrence of color misregistration can be suppressed without changing the scanning position of the laser beam when forming a color image.

さらに、可動部の質量、イナーシャが小さいことにより、揺動時にも外部へ伝達する振動(質量アンバランスによる振動)が少なく(ポリゴンミラーの1/100以下)、書込光学系の光学素子へ伝達する振動が実質的になくなることから、折り返しミラーの振動による画像形成時のバンディング(副走査方向の粗密変動)の発生も解消することができる。   Furthermore, since the mass and inertia of the movable part are small, there is little vibration (vibration due to mass imbalance) transmitted to the outside even when swinging (1/100 or less of the polygon mirror), and transmitted to the optical element of the writing optical system. Therefore, the occurrence of banding (roughness variation in the sub-scanning direction) during image formation due to the vibration of the folding mirror can be eliminated.

また、図2に示す光走査装置5を用いた画像形成装置1は、複数の感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置である。装置上部から順に光走査装置5、現像器6、感光体ドラム3、中間転写ベルト2、定着器7、給紙カセット4が配置されている。   The image forming apparatus 1 using the optical scanning device 5 shown in FIG. 2 is a tandem type color image forming apparatus in which a plurality of photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3K are arranged in parallel. An optical scanning device 5, a developing device 6, a photosensitive drum 3, an intermediate transfer belt 2, a fixing device 7, and a paper feed cassette 4 are arranged in order from the top of the device.

中間転写ベルト2には各色に対応した感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kが並列順に等間隔で配設されている。感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kは同一径に形成されたもので、その周囲には電子写真プロセスに従い部材が順に配設されている。感光体ドラム3Yを例に説明すると、帯電チャージャ(図示しない)、光走査装置5から出射された画像信号に基づくレーザビームL1、現像器6Y、転写チャージャ(図示しない)、クリーニング装置(図示しない)等が順に配設されている。他の感光体ドラム3M,3C,3Kに対しても同様である。すなわち、本実施の形態では、感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kを色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置5からレーザビームL1,L2,L3,L4が各々に対応するように設けられている。   On the intermediate transfer belt 2, photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3K corresponding to the respective colors are arranged at equal intervals in the parallel order. The photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3K are formed to have the same diameter, and members are sequentially disposed around the photosensitive drums according to an electrophotographic process. The photosensitive drum 3Y will be described as an example. A charging charger (not shown), a laser beam L1 based on an image signal emitted from the optical scanning device 5, a developing device 6Y, a transfer charger (not shown), and a cleaning device (not shown). Etc. are arranged in order. The same applies to the other photosensitive drums 3M, 3C, and 3K. That is, in the present embodiment, the photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3K are to be scanned surfaces set for each color, and the laser beams L1, L2, and L3 are emitted from the optical scanning device 5 to the respective surfaces. , L4 are provided to correspond to each.

帯電チャージャにより一様に帯電された感光体ドラム3Yは、矢印AA方向に回転することによってレーザビームL1を副走査し、感光体ドラム3Y上に静電潜像が形成される。また、光走査装置5によるレーザビームL1の照射位置よりも感光体ドラム3の回転方向下流側には、感光体ドラム3Yにトナーを供給する現像器6Yが配設され、イエローのトナーが供給される。現像器6Yから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体ドラム3M,3C,3Kには、それぞれM,Y,Kの単色トナー像が形成される。   The photosensitive drum 3Y uniformly charged by the charging charger rotates in the direction of the arrow AA, thereby sub-scanning the laser beam L1, and an electrostatic latent image is formed on the photosensitive drum 3Y. Further, a developing device 6Y that supplies toner to the photosensitive drum 3Y is disposed downstream of the irradiation position of the laser beam L1 by the optical scanning device 5 in the rotation direction of the photosensitive drum 3, and yellow toner is supplied. The The toner supplied from the developing device 6Y adheres to the portion where the electrostatic latent image is formed, and a toner image is formed. Similarly, M, Y, and K single color toner images are formed on the photosensitive drums 3M, 3C, and 3K, respectively.

各感光体ドラム3の現像器6の配設位置よりもさらに回転方向下流側には、中間転写ベルト2が配置されている。中間転写ベルト2は、複数のローラ2a,2b,2cに巻き付けられ、図示しないモータの駆動により矢印BB方向に移動搬送されるようになっている。この搬送により、中間転写ベルト2は順に感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kに移動されるようになっている。中間転写ベルト2は各感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kで現像された各々単色画像を順次重ね合わせて転写し、中間転写ベルト2上にカラー画像を形成するようになっている。   The intermediate transfer belt 2 is disposed further downstream in the rotational direction than the position where the developing unit 6 is disposed on each photosensitive drum 3. The intermediate transfer belt 2 is wound around a plurality of rollers 2a, 2b, and 2c, and is moved and conveyed in the direction of arrow BB by driving a motor (not shown). By this conveyance, the intermediate transfer belt 2 is sequentially moved to the photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3K. The intermediate transfer belt 2 sequentially superimposes and transfers the single color images developed on the photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3K to form a color image on the intermediate transfer belt 2.

その後、給紙トレイ1から転写紙が矢印CC方向に搬送されカラー画像が転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着器7により定着処理後、カラー画像として排紙される。   Thereafter, the transfer paper is conveyed from the paper feed tray 1 in the direction of the arrow CC, and the color image is transferred. The transfer paper on which the color image is formed is discharged as a color image after being fixed by the fixing device 7.

前述した光走査装置の振動ミラーのメリットを活かすためには以下の制御が必須であり、好適な例を示す。図6は図1に示したカラー画像形成用の光走査装置のうち、ひとつの感光体ドラムに相当する要部を概略的に示したものである。振動ミラー11によって偏向走査されるレーザビーム20を走査位置により、最大振れ角の走査位置のレーザビームを20a、最大振れ角以内に配置される受光素子へ入射して出力信号がでるタイミングに走査される位置のレーザビームを20b、感光体ドラム3への画像領域の端部を走査する位置のレーザビームを20cとした。   The following control is indispensable for taking advantage of the vibration mirror of the optical scanning device described above, and a preferable example will be shown. FIG. 6 schematically shows a main part corresponding to one photosensitive drum in the optical scanning device for color image formation shown in FIG. The laser beam 20 deflected and scanned by the oscillating mirror 11 is scanned at a timing at which an output signal is generated by entering the laser beam 20a at the scanning position with the maximum deflection angle into the light receiving element disposed within the maximum deflection angle. The laser beam at the position to be scanned is 20b, and the laser beam at the position to scan the edge of the image area to the photosensitive drum 3 is 20c.

時間に対する振動ミラー振幅を示したものが図7である。振動ミラー11は共振現象を利用して大きな振幅を発生させるため、振動ミラー11の振幅は時間に対して正弦波状の軌跡を描き、偏向走査されるレーザビームの走査速度が一定ではなく走査位置によって異なることになる(走査レンズがない場合)。このような走査速度でも一定となるように走査レンズ群(第1のレンズ14,第2のレンズ17)はf・arcsin特性を有している。   FIG. 7 shows the vibration mirror amplitude with respect to time. Since the oscillating mirror 11 generates a large amplitude using a resonance phenomenon, the amplitude of the oscillating mirror 11 draws a sinusoidal locus with respect to time, and the scanning speed of the laser beam deflected and scanned is not constant, but depends on the scanning position. It will be different (when there is no scanning lens). The scanning lens group (the first lens 14 and the second lens 17) has f · arcsin characteristics so as to be constant even at such a scanning speed.

前記特性の走査レンズ群を使用したとしても、図8〜10に示すような振動ミラー11の揺動ばらつき変動が発生するため、変動を抑制するように各々制御を行っている。振動ミラー11の共振周波数が一定でも、図8〜10のような現象が発生し、理想振幅波形(破線で示した正弦波形)いずれもレーザビームの走査位置変動となり、画像劣化を発生させることになる。   Even if the scanning lens group having the above characteristics is used, the fluctuation variation of the oscillation mirror 11 as shown in FIGS. 8 to 10 occurs, so that control is performed to suppress the fluctuation. Even if the resonant frequency of the oscillating mirror 11 is constant, the phenomenon shown in FIGS. 8 to 10 occurs, and the ideal amplitude waveform (sinusoidal waveform shown by a broken line) changes in the scanning position of the laser beam, thereby causing image degradation. Become.

図8は振幅変動について示したものであり、振幅が目標よりも大きい場合(小さい場合も同じ)矢印方向に示すような振幅とするために、図7で示したようなPDa出力の時間間隔AとPDb出力の時間間隔Bの演算値が一定となるように制御を行う。具体的には(A+B)/2、(A+B)/2、…で複数回の平均化を行い、共振周波数から一義的に決まる制御目標値となるように制御を行う。 FIG. 8 shows amplitude fluctuation. When the amplitude is larger than the target (the same applies when the amplitude is smaller), the PDa output time interval A as shown in FIG. And control so that the calculated value of the time interval B of the PDb output is constant. Specifically, averaging is performed a plurality of times at (A 1 + B 1 ) / 2, (A 2 + B 2 ) / 2,..., And control is performed so that the control target value is uniquely determined from the resonance frequency.

ここで、振動ミラーの駆動周波数fdについて、図11を用いて詳述する。駆動周波数はプリント枚数を実現するための周波数であり、共振周波数frと合致することが光走査に必要な振幅量Yを稼ぐことができるので好適である(図11の実線)が、実際は振動ミラーの共振周波数変動(初期のばらつきも含む)により合致しないことがある。その際には図11で示したように、光走査に必要な振幅量Yとするために、振動ミラーへの入力エネルギー(電圧、電流)を増加させ、駆動周波数fdで振幅量Yしか振幅していない振動ミラーの振幅を大きくし、振幅量Yまで(図11の破線)振幅させるという振動ミラーの振幅制御を行っている。 Here, the drive frequency fd of the vibrating mirror will be described in detail with reference to FIG. The driving frequency is the frequency for realizing the number of prints, it is preferable because it can make the amplitude amount Y 1 required for optical scanning is possible to match the resonant frequency fr (solid line in FIG. 11) is actually vibrating It may not match due to resonance frequency fluctuation (including initial fluctuation) of the mirror. At that time, as shown in FIG. 11, in order to obtain the amplitude amount Y 1 necessary for the optical scanning, the input energy (voltage, current) to the vibrating mirror is increased, and only the amplitude amount Y 2 at the drive frequency fd. increasing the amplitude of the oscillating mirror which is not amplitude, it is performed amplitude control of the oscillating mirror that is amplitude (broken line in FIG. 11) amplitude of Y 1 to.

図9は振動ミラー11の振幅中心と走査中心の位置関係について示したものであり、走査中心に対して、振幅波形にオフセット(振動ミラーの振幅中心と光走査中心との差異)がある状態を示した例である。図9(a)と図9(b)はオフセット量による違いであり、図9(a)はオフセット量が許容レベルである例を示す。オフセット量は光走査特性であるリニアリティおよびビーム径に影響を与えるが、画像への影響を考慮すると必ずしもオフセット量が「0」である必要はない。   FIG. 9 shows the positional relationship between the amplitude center of the oscillating mirror 11 and the scanning center. The state in which the amplitude waveform has an offset (difference between the amplitude center of the oscillating mirror and the optical scanning center) with respect to the scanning center. This is an example. 9A and 9B show the difference depending on the offset amount, and FIG. 9A shows an example in which the offset amount is an allowable level. The offset amount affects the linearity and beam diameter, which are optical scanning characteristics, but the offset amount does not necessarily need to be “0” in consideration of the influence on the image.

具体的にはリニアリティ誤差分は画像情報に基づくレーザビームの点灯タイミングを制御することによりリニアリティの補正を行い、影響を抑制するとともに、ビーム径については影響を抑制するために感光体への静電潜像が同等になるように光量(積分光量)を制御することで、前記オフセットの影響を軽減している。   Specifically, the linearity error is corrected by controlling the lighting timing of the laser beam based on the image information to suppress the influence and suppress the influence on the beam diameter. By controlling the light quantity (integrated light quantity) so that the latent images are equal, the influence of the offset is reduced.

なお、許容オフセット以内であれば前記制御を行わないことも可能である。リニアリティの設計値との偏差1%以下、ビーム径で設計値との偏差10%以下となるように許容オフセット量を設定することにより、画像への影響を極力抑制し前記制御を行わなくとも問題とならないようにすることが可能である。   Note that the control may not be performed within the allowable offset. By setting the allowable offset amount so that the deviation from the design value of linearity is 1% or less and the deviation from the design value by beam diameter is 10% or less, the effect on the image is suppressed as much as possible and the above control is not required. It is possible not to become.

図9(b)は許容オフセットを超えている状態を示したものであり、この場合には前記のとおり許容内に調整(補正)する必要がある。調整する方法は、振動ミラーの駆動電圧(交流成分)にオフセット量に応じた直流成分を重畳させることにより、主走査方向の姿勢を変化させ、振幅中心を許容オフセット内となるように調整している。   FIG. 9B shows a state where the allowable offset is exceeded. In this case, it is necessary to adjust (correct) within the allowable range as described above. The adjustment method is to superimpose a DC component corresponding to the offset amount on the drive voltage (AC component) of the oscillating mirror, thereby changing the posture in the main scanning direction and adjusting the amplitude center to be within the allowable offset. Yes.

また、他の例として振動ミラー11の姿勢を変化させる駆動機構により調整することも可能である。駆動機構として、例えば図5の基板62の下面にステッピングモータを配置(図示しない)し、ステッピングモータの回転軸と振動ミラー11の振動軸が一致するように配置する。振動ミラーユニット60が振動軸中心に姿勢(回転)変化することにより許容オフセット内に調整する。ステッピングモータの回転ステップ分解能は少なくとも許容オフセット量の1/2以下に相当する量が必要である。   As another example, it is possible to adjust by a drive mechanism that changes the posture of the vibrating mirror 11. As the drive mechanism, for example, a stepping motor is arranged (not shown) on the lower surface of the substrate 62 in FIG. 5, and the rotation axis of the stepping motor and the vibration axis of the vibration mirror 11 are arranged to coincide. The vibration mirror unit 60 is adjusted within the allowable offset by changing the posture (rotation) about the vibration axis. The rotation step resolution of the stepping motor needs to be at least equivalent to 1/2 or less of the allowable offset amount.

オフセット調整自体は、以前より行われているが、前記のような許容オフセットということでなく、理想的にオフセット量を「0」としている。この場合、オフセット調整の際に必要となる直流成分の重畳回路は図9(b)のオフセット量をすべて調整できる出力電圧を有する性能をもたなければならず、回路が大型化かつ発熱量が大きく光走査装置内の温度が上昇し、光走査特性を劣化させる。さらに回路大型化に伴うコスト増加の不具合ともなる。   Although the offset adjustment itself has been performed before, the offset amount is ideally set to “0”, not the allowable offset as described above. In this case, the DC component superimposing circuit required for offset adjustment must have a performance having an output voltage capable of adjusting all the offset amounts shown in FIG. 9B. The temperature in the optical scanning device greatly increases, and the optical scanning characteristics are deteriorated. In addition, this increases the cost associated with circuit enlargement.

また、オフセット調整の際に駆動する電流(電圧)も振動ミラーの電流定格の上限から、オフセット量に応じて無制限に駆動することはできない(電流定格を超えると素子の破壊となる)。特に、本実施の形態で示した電磁駆動型は直流成分の消費電力はコイルの消費電力(銅損)となるためオフセット調整量が多くなると発熱(温度)が上昇するという懸念もでてくる。   Also, the current (voltage) that is driven during offset adjustment cannot be driven indefinitely according to the offset amount from the upper limit of the current rating of the oscillating mirror (because the current rating is exceeded, the element is destroyed). In particular, in the electromagnetic drive type shown in the present embodiment, the power consumption of the DC component becomes the power consumption of the coil (copper loss), so there is a concern that the heat generation (temperature) rises as the offset adjustment amount increases.

図9(b)においてはオフセットを許容オフセット内へ調整するために(矢印方向に示すように)、図7で示したようなPDa出力の時間間隔AとPDb出力の時間間隔Bの演算値が一定となるように制御を行う。具体的にはA−B、A−B、…で数回の平均化を行い、後述する図12の比較手段71により許容オフセット以内か否かを判断し、許容以内であれば制御せず、許容オフセットを超えた場合はオフセット制御を行う。 In FIG. 9B, in order to adjust the offset within the allowable offset (as indicated by the arrow direction), the calculated values of the time interval A of the PDa output and the time interval B of the PDb output as shown in FIG. Control is performed to be constant. Specifically, A 1 -B 1 , A 2 -B 2 ,... Is averaged several times, and it is determined whether or not it is within the allowable offset by the comparison means 71 of FIG. If the allowable offset is exceeded without performing control, offset control is performed.

図10は振動ミラー11の振幅波形の位相変動について示したものであり、図10に示すような基準位相クロック信号(波形は図示しない)との位相変動が生じても矢印方向に示すような位相とするために、図7で示したような振動ミラー11を駆動するための信号を生成する基準位相クロックとPDa出力の時間間隔Cの位相が一定となるように制御を行う。具体的にはC、C、…で複数回の平均化を行い、目標値である「0」となるように制御を行う。時間間隔をカウントするPDa出力は画像形成領域の直前のタイミングである出力(Aの後端側)が好適である。位相を合わせるのは画像の書き始め側直前の方(Aの後端側)が精度が高い(Aの前端側の場合、Aの時間内の位相変動により画像形成時の位相精度が低下する)。 FIG. 10 shows the phase variation of the amplitude waveform of the oscillating mirror 11, and even if the phase variation with the reference phase clock signal (the waveform is not shown) as shown in FIG. Therefore, control is performed so that the phase of the time interval C between the reference phase clock for generating the signal for driving the oscillating mirror 11 as shown in FIG. 7 and the PDa output is constant. Specifically, averaging is performed a plurality of times with C 1 , C 2 ,..., And control is performed so that the target value becomes “0”. The PDa output for counting the time interval is preferably an output (the rear end side of A) that is the timing immediately before the image forming area. The phase is matched with the accuracy just before the image writing start side (the rear end side of A) (in the case of the front end side of A, the phase accuracy at the time of image formation decreases due to phase fluctuations within the time of A). .

図8、図9(b)の振幅または許容オフセットを超える(実際の振幅状態:実線で表現)と理想となる走査速度と異なる現象であるため、主走査方向の走査位置ずれとなる。例えば主走査方向のジター(縦線ゆらぎ)、主走査倍率誤差という画像劣化を引き起こし、これはカラー画像に限らずモノクロ画像でも共通の課題である。   When the amplitude or allowable offset in FIG. 8 and FIG. 9B is exceeded (actual amplitude state: expressed by a solid line), this is a phenomenon different from the ideal scanning speed, and thus the scanning position shift in the main scanning direction. For example, image degradation such as jitter in the main scanning direction (vertical line fluctuation) and main scanning magnification error is caused, which is a common problem not only for color images but also for monochrome images.

一方、図10の基準位相クロックからの位相変動はカラー画像形成時には特有の問題となる。図1に示したように、単一の振動ミラー11が画像信号に応じて各色の光源から出射されるレーザビームを各色の感光体ドラムへ走査するわけであるが、位相変動が発生すると各色のレーザビームの偏向走査位置が変わってしまうため画像上(中間転写ベルト上)は副走査位置の変動となり色ずれ、色むらの発生となる。   On the other hand, the phase fluctuation from the reference phase clock in FIG. 10 becomes a particular problem when forming a color image. As shown in FIG. 1, a single oscillating mirror 11 scans each color photosensitive drum with a laser beam emitted from each color light source in accordance with an image signal. Since the deflection scanning position of the laser beam changes, the sub-scanning position changes on the image (on the intermediate transfer belt), and color misregistration and color unevenness occur.

図12に振動ミラーの制御手段のブロック図を示し、振幅、オフセット、位相制御を実現する振動ミラー制御系について詳述する。偏向走査されてPDa、PDbを走査するレーザビームにより出力される信号を各々カウンタで時間間隔A、Bを計測し、(A+B)/2の平均を目標の振幅と比較し、同様にA−Bの差分の平均を許容オフセット内か否かをと比較判断し、許容内であれば補正せずにコントローラへ出力し、許容外であれば許容内との差分量を調整する。したがって、調整後はオフセット量が「0」ではなく最大でも許容内に調整残差を抑えることとする。   FIG. 12 shows a block diagram of the vibration mirror control means, and the vibration mirror control system that realizes amplitude, offset, and phase control will be described in detail. The signals output by the laser beams deflected and scanned to scan PDa and PDb are measured with time counters A and B, respectively, and the average of (A + B) / 2 is compared with the target amplitude. The average of the differences is compared with whether it is within the allowable offset, and if it is within the allowable range, it is output to the controller without correction, and if it is out of the allowable range, the difference amount within the allowable range is adjusted. Therefore, after the adjustment, the adjustment residual is suppressed within an allowable range even if the offset amount is not “0” at the maximum.

なお、各々平均をとる理由は突発的な電気ノイズが混入した場合など誤った情報により制御を行うことを防止するため平均化処理を行っている。なお、平均化の回数は2〜10回の範囲で行われる。10回以上だと補正タイミングが遅くなり、制御偏差が大きくなるためである。   The reason for taking the average is that averaging processing is performed in order to prevent control by incorrect information such as when sudden electrical noise is mixed. In addition, the frequency | count of averaging is performed in the range of 2-10 times. This is because if it is 10 times or more, the correction timing is delayed and the control deviation is increased.

コントローラは前記比較結果に応じて振幅およびオフセットの補正量を演算し、補正された正弦波の駆動信号を振動ミラーの駆動回路(アンプ)にて増幅し振動ミラーを駆動制御する。前述の制御系ループが振幅およびオフセット制御ループである。なおオフセット制御は振幅制御がされた状態で行われる。   The controller calculates the correction amount of the amplitude and the offset according to the comparison result, amplifies the corrected sine wave drive signal by the drive circuit (amplifier) of the vibration mirror, and drives and controls the vibration mirror. The aforementioned control loop is an amplitude and offset control loop. The offset control is performed in a state where the amplitude control is performed.

位相制御ループは前記の振幅,オフセット制御が正常にはたらき各々目標値に対して所望の範囲に入った制御状態において、基準位相クロック信号と振動ミラーの振れ角が一定の位相となるように位相制御ループを実行する。   The phase control loop controls the phase so that the reference phase clock signal and the swing angle of the oscillating mirror have a constant phase in the control state in which the amplitude and offset control described above work normally and each is within the desired range with respect to the target value. Perform a loop.

位相制御は振幅およびオフセット制御に対して、高精度な制御であるためすべての制御を同時に実行すると、互いに干渉し駆動信号の変動量が大きくなりすべてが制御目標値範囲内に収束するまでに時間を要する。そこで、第一優先に振幅制御を行い、次にオフセット制御を行って、その後に微調整として位相制御を行うことで、制御範囲内へ収束するまでの時間を短縮することが可能となる。   Since phase control is highly accurate control over amplitude and offset control, if all controls are executed simultaneously, the amount of fluctuation of the drive signal will increase and all will converge within the control target value range when they interfere with each other. Cost. Therefore, it is possible to shorten the time until convergence within the control range by performing amplitude control with the first priority, then performing offset control, and then performing phase control as fine adjustment.

PDaからの出力信号と基準位相クロックの位相偏差を位相比較器で検出し(図7のC)、カウンタにて計測する。計測結果をLPF(Low Pass Filter)、積分器で位相偏差に応じた電圧に直流化し、その電圧量に応じて位相変化させるいわゆるPLL(Phase Locked Loop)制御である。位相変化に対する正弦波信号の生成は予め用意された位相変化量(分解能)の刻みに応じて最適な位相となる正弦波信号が生成される。これにより、振動ミラーの駆動信号と振動ミラーの振れ角が一定の位相となるような制御が行われることになる。   The phase deviation between the output signal from PDa and the reference phase clock is detected by a phase comparator (C in FIG. 7) and measured by a counter. This is so-called PLL (Phase Locked Loop) control in which the measurement result is converted into a DC voltage corresponding to the phase deviation by an LPF (Low Pass Filter) and an integrator, and the phase is changed according to the voltage amount. The generation of the sine wave signal with respect to the phase change generates a sine wave signal having an optimum phase according to the increment of the phase change amount (resolution) prepared in advance. As a result, control is performed so that the drive signal of the vibrating mirror and the swing angle of the vibrating mirror are in a constant phase.

なお、位相制御に対応する正弦波信号の生成分解能は制御の許容範囲内以上の高精度が必要となるが、高精度にするほどメモリーが必要となるため高コストとなる。したがって、副走査方向の色ずれとして視覚認知される50μm以下となるように正弦波信号の生成分解能を設定している。   Note that the generation resolution of the sine wave signal corresponding to the phase control needs to have a high accuracy exceeding the allowable range of control, but the higher the accuracy, the higher the cost because a memory is required. Therefore, the generation resolution of the sine wave signal is set to be 50 μm or less which is visually recognized as a color shift in the sub-scanning direction.

次に、振動ミラーの共振周波数と駆動周波数との差異の検出について詳述する。図13,図14は振動ミラー11の共振周波数特性(振幅ゲイン)と位相特性(振動ミラーを駆動する駆動電圧波形との位相差)を表している。太い実線(太い破線)が初期の共振周波数特性(位相特性)である。振幅ゲインGain、および位相特性Phaseは以下の(数1),(数2)で表すことができる。   Next, detection of the difference between the resonance frequency of the vibrating mirror and the drive frequency will be described in detail. 13 and 14 show the resonance frequency characteristic (amplitude gain) and phase characteristic (phase difference between the drive voltage waveform for driving the vibration mirror) of the vibration mirror 11. A thick solid line (thick broken line) is an initial resonance frequency characteristic (phase characteristic). The amplitude gain Gain and the phase characteristic Phase can be expressed by the following (Equation 1) and (Equation 2).

Figure 2011033756
Figure 2011033756

Figure 2011033756
Figure 2011033756

ここで、Qは共振状態を表すQ値で実施の形態では200である。
ω(=2πf)[rad/s]は共振周波数で実施の形態はf=3000[Hz]である。
ω(=2πf)の周波数で駆動したときのGain、Phaseが求まる。
Here, Q is a Q value representing a resonance state, which is 200 in the embodiment.
ω 0 (= 2πf 0 ) [rad / s] is a resonance frequency, and in the embodiment, f 0 = 3000 [Hz].
Gain and phase when driving at a frequency of ω (= 2πf) are obtained.

環境温度変化で振動ミラー11の梁の剛性が変化するため共振周波数が矢印方向(太い青矢印)に変化する。図13は環境温度が上昇したときの共振周波数の変動方向を表し、図14は環境温度が下降したときの共振周波数の変動方向を表している(ここでいう、環境温度とは光走査装置(振動ミラー)が曝される環境温度であり、画像形成装置内のユニットの発熱や画像形成装置が置かれる環境温度を含む)。   The resonance frequency changes in the direction of the arrow (thick blue arrow) because the rigidity of the beam of the oscillating mirror 11 changes as the environmental temperature changes. FIG. 13 shows the fluctuation direction of the resonance frequency when the environmental temperature increases, and FIG. 14 shows the fluctuation direction of the resonance frequency when the environmental temperature decreases (here, the environmental temperature is the optical scanning device ( The environmental temperature to which the vibration mirror is exposed, including the heat generation of the unit in the image forming apparatus and the environmental temperature in which the image forming apparatus is placed).

図13の例を図7、図12を参照しながら説明する。共振周波数3000Hzの振動ミラーに対して、駆動電圧の周波数も3000Hzの場合、駆動電圧信号と振動ミラーの位相差は−90°となる。図13に示す駆動電圧の周波数は一定の状態で環境温度上昇とともに共振周波数が黒矢印方向に下降変動すると、連動して位相特性も変わるため位相差は白矢印方向に変化する。この位相差の変化量を捉えることにより共振周波数の変動を掴むことができる。   An example of FIG. 13 will be described with reference to FIGS. When the frequency of the drive voltage is 3000 Hz with respect to the vibration mirror having a resonance frequency of 3000 Hz, the phase difference between the drive voltage signal and the vibration mirror is −90 °. When the frequency of the drive voltage shown in FIG. 13 is constant and the resonance frequency is lowered and fluctuated in the direction of the black arrow as the environmental temperature rises, the phase characteristic also changes accordingly and the phase difference changes in the direction of the white arrow. By grasping the amount of change in the phase difference, it is possible to grasp the fluctuation of the resonance frequency.

本実施の形態のように、共振周波数が10Hz低下する(図13の太い実線から細い実線へ移動)と位相差は−90°から−144°となる((数2)より位相差が得られる)。この位相差変動分の−54°を検出するには、図7の駆動電圧信号とPDaの出力の時間間隔P(P、P、…の複数回平均化処理が好適)を計測することで達成できる。PDaの配置されている位置は走査中央ではないので前記−90°や−144°を直接捉えることはできないが、P=(−90°−δ°)[δ:走査中央からの位相ずれ分]であることからPの変動分を計測すれば位相差の変動を検出することができる。 As in this embodiment, when the resonance frequency decreases by 10 Hz (moves from the thick solid line to the thin solid line in FIG. 13), the phase difference becomes −90 ° to −144 ° (the phase difference is obtained from (Equation 2)). ). In order to detect -54 ° corresponding to the phase difference fluctuation, the time interval P between the drive voltage signal and the output of PDa in FIG. 7 (preferably averaging multiple times of P 1 , P 2 ,...) Is measured. Can be achieved. Since the position where PDa is arranged is not at the center of scanning, it is impossible to directly capture −90 ° or −144 °, but P = (− 90 ° −δ °) [δ: phase shift from the center of scanning] Therefore, if the fluctuation amount of P is measured, the fluctuation of the phase difference can be detected.

図12のブロック図では破線で囲んだ部分(駆動周波数調整手段)で示した。駆動信号とPDaとの位相差は位相比較器とカウンタにより計測し、基準となる共振周波数との差分を演算して、その差分が許容値範囲外であれば駆動周波数を変化させ、共振周波数に一致させるように駆動周波数を調整する。許容値の設定は共振周波数の変動により生じる振幅低下を補正できる限界値から設定されている。振幅低下を補正(振幅一定の制御)するためには、駆動電圧を上昇させることになるため駆動回路の耐圧、および振動ミラーの許容耐圧のどちらか低い方となるように差分の許容値を決めている。本実施の形態では振動ミラーの許容耐圧を優先し、±10Hz以内としている。   In the block diagram of FIG. 12, it is indicated by a portion surrounded by a broken line (drive frequency adjusting means). The phase difference between the drive signal and PDa is measured by a phase comparator and counter, and the difference from the reference resonance frequency is calculated. If the difference is outside the allowable range, the drive frequency is changed to the resonance frequency. The drive frequency is adjusted to match. The allowable value is set from a limit value that can correct a decrease in amplitude caused by a change in resonance frequency. In order to correct the amplitude drop (control with a constant amplitude), the drive voltage is increased. Therefore, the allowable value of the difference is determined so that either the drive circuit withstand voltage or the oscillating mirror allowable withstand voltage is lower. ing. In the present embodiment, the allowable breakdown voltage of the vibrating mirror is given priority and is set within ± 10 Hz.

なお、振動ミラーの共振周波数と駆動周波数との差異の検出は前記振動ミラーの振幅を一定に制御した状態で行われる。振幅が一定でないとPDaの出力信号タイミングが変わってしまい時間間隔Pへ影響を及ぼすからである。   The difference between the resonance frequency of the oscillating mirror and the drive frequency is detected in a state where the amplitude of the oscillating mirror is controlled to be constant. This is because if the amplitude is not constant, the output signal timing of the PDa changes and affects the time interval P.

駆動電圧の周波数調整タイミングは、偏向走査ビームの走査特性が変わることになるため好適な条件が必要である。好適な例としては、画像情報を光走査装置の光源へ入力しているか、すなわち被走査面領域にレーザビームを走査しているか否かを判断する判断手段を用いて、その判断が否となる画像情報のない非画像形成中のタイミングで行う(このときでもPDa,PDbへの走査ビームは偏向されている)ことである。非画像形成中とは、画像プリント時のプリント紙の間隔中か、プリントジョブの間隔中である。   The drive voltage frequency adjustment timing needs to be suitable because the scanning characteristic of the deflected scanning beam changes. As a preferred example, a judgment means for judging whether image information is inputted to the light source of the optical scanning device, that is, whether a laser beam is scanned on the surface to be scanned, is not judged. This is performed at a timing during non-image formation without image information (even at this time, the scanning beams to PDa and PDb are deflected). “Non-image forming” means the interval between print papers when printing an image or the interval between print jobs.

一方、その他の好適な例では、前記のように被走査面領域にレーザビームを走査しているか否かに関係なく、いつでも(所望値外となったタイミングで随時)調整可能とするために、調整時の周波数変動を段階的に変化させることである。例えば、前記差異が10Hzを超え、11Hzとなった場合、直ちに駆動周波数を11Hz変化させるのではなく、0.1Hz単位で110ステップを段階的に変化させる。変化させる時間は、調整タイミング開始から完了までの時間としてプリント紙1枚を画像形成できる時間が望ましい(周波数変化をゆっくりとすることにより画像劣化の副作用を軽減する)。   On the other hand, in another suitable example, in order to enable adjustment at any time (at any time when it is out of the desired value) regardless of whether or not the laser beam is scanned on the surface to be scanned as described above, This is to change the frequency fluctuation at the time of adjustment step by step. For example, when the difference exceeds 10 Hz and becomes 11 Hz, the driving frequency is not immediately changed by 11 Hz, but 110 steps are changed step by step in units of 0.1 Hz. The change time is preferably the time from the start of adjustment timing to the completion of the image formation of one sheet of print paper (the side effect of image deterioration is reduced by slowing the frequency change).

従来の共振周波数の計測はGain特性を計測するために、光走査装置の画像形成を一時的に停止して駆動周波数をスイープ変化させたときの振幅を測定し、最も振幅の大きくなるところを共振周波数としていたため、画像形成装置(光走査装置)を使用することができないという不具合があった。本発明では振動ミラーによる偏向走査時(少なくともPDa、PDbから出力信号が発生するとき画像領域にレーザビームを偏向走査しなくてもPDa、PDb内をレーザビームが走査すれば可)の常時で共振周波数と駆動周波数との差異を検出できるので、画像形成中でも装置を一時停止する必要がない。   In the conventional measurement of the resonance frequency, in order to measure the gain characteristics, the image forming of the optical scanning device is temporarily stopped and the amplitude when the drive frequency is swept is measured to resonate at the place where the amplitude becomes the largest. Since the frequency is set, there is a problem that the image forming apparatus (optical scanning apparatus) cannot be used. In the present invention, resonance is always performed at the time of deflection scanning by the vibrating mirror (at least when the laser beam is scanned in the PDa and PDb when the output signal is generated from the PDa and PDb, the laser beam is not deflected and scanned in the image area). Since the difference between the frequency and the driving frequency can be detected, there is no need to pause the apparatus even during image formation.

なお、振動ミラーの共振周波数と駆動周波数との差異を検出し、その都度(差異が所望の範囲内でも)駆動周波数を調整してしまうと、画像形成時の副走査倍率が変化するため、その補正を行う必要がある。副走査位置倍率の補正は画像処理による倍率補正や副走査方向の速度調整(感光体、中間転写ベルト、給紙、定着の各ユニットの調整)を行う必要があり、複雑になるばかりかタイムラグなどを考慮する必要があり画像形成を停止しなくてはならない時間が生じる。このため、駆動周波数はできる限り変化させない方が画像形成装置の画像品質としては好適である。   If the difference between the resonance frequency of the vibrating mirror and the drive frequency is detected and the drive frequency is adjusted each time (even if the difference is within a desired range), the sub-scan magnification at the time of image formation changes. It is necessary to make corrections. Sub-scanning position magnification correction requires magnification correction by image processing and speed adjustment in the sub-scanning direction (adjustment of photosensitive unit, intermediate transfer belt, paper feed and fixing units), which is complicated and time lag, etc. Therefore, there is a time during which image formation must be stopped. For this reason, it is preferable as the image quality of the image forming apparatus that the drive frequency is not changed as much as possible.

これまで、実施の形態では駆動電圧波形が正弦波のときについて示したが、正弦波に限定されることなく矩形波、三角波についても本発明の効果を得ることができる。   So far, the embodiment has shown the case where the drive voltage waveform is a sine wave. However, the present invention is not limited to the sine wave, and the effect of the present invention can also be obtained for a rectangular wave and a triangular wave.

図15に受光素子PDaを例に走査されるレーザビームとの関係を示す。受光素子PDaは、図1に示したように感光体ドラム面上を走査されるレーザビームと光学的に等価(ビーム径および走査速度)となる位置に配置されている。感光体ドラム面の走査延長上が好適であるが、レイアウトの都合上、折り返しミラーを経由して受光素子内をレーザビームが走査する構成としてもよい。受光素子PDaはPINフォトダイオードからなる受光部からの出力信号を増幅する増幅回路と、波形整形するコンパレータ回路からなり、ICとして樹脂からなるレーザビーム透過部材にて1パッケージ化されている(22a:受光部、22b:回路部、22c:ICリード)。受光部22aを走査ビームが通過することにより、図15に示すコンパレータ出力信号を発生させる。   FIG. 15 shows a relationship with a laser beam scanned using the light receiving element PDa as an example. As shown in FIG. 1, the light receiving element PDa is disposed at a position that is optically equivalent to the laser beam scanned on the surface of the photosensitive drum (beam diameter and scanning speed). Although it is preferable to extend the scanning of the photosensitive drum surface, for the sake of layout, a configuration in which the laser beam scans inside the light receiving element via a folding mirror may be adopted. The light receiving element PDa is composed of an amplifier circuit that amplifies an output signal from a light receiving portion made of a PIN photodiode and a comparator circuit that shapes the waveform, and is packaged as one IC with a laser beam transmitting member made of resin as an IC (22a: Light receiving part, 22b: circuit part, 22c: IC lead). When the scanning beam passes through the light receiving unit 22a, a comparator output signal shown in FIG. 15 is generated.

図15の走査ビームの破線の領域は光源が消灯(またはフレア光が受光素子内、感光体面上の潜像を形成するレベルの光量とならない程度に減光)されている様を描画している。振動ミラーの最大振れ角と受光素子PDa近傍の間の領域内で光源が発光していると光走査装置内に配置された光学部品の乱反射に起因するゴースト光を発生させ、受光素子PDa,PDbへの信号にノイズとなるため前記図7のA,B,Cの時間間隔が乱れ、制御上の誤動作、不安定となってしまう。この問題が起きないように、予め前記タイミングにて消灯(またはゴースト光が受光素子内、感光体面上の潜像を形成するレベルの光量とならない程度に減光)するように設定されている。消灯または減光は半導体レーザからなる光源を長寿命化すること、光源の温度上昇を低減する効果も合わせて奏することができる。ここでいう、受光素子近傍とは、前記コンパレータ出力に影響を与えずに、図7の時間間隔A,B,Cが各々正常に計測できる発光タイミングとなる走査位置のことである。   The broken line area of the scanning beam in FIG. 15 depicts that the light source is extinguished (or the flare light is dimmed to such an extent that it does not become a light quantity at a level that forms a latent image on the surface of the photoreceptor in the light receiving element). . When the light source emits light in the region between the maximum deflection angle of the vibrating mirror and the vicinity of the light receiving element PDa, ghost light is generated due to irregular reflection of the optical components arranged in the optical scanning device, and the light receiving elements PDa and PDb. 7 becomes noise, the time intervals of A, B, and C in FIG. 7 are disturbed, resulting in control malfunction and instability. In order not to cause this problem, it is set in advance so as to be extinguished at the timing (or dimmed to such an extent that the ghost light does not become a light quantity at a level for forming a latent image on the surface of the photoreceptor in the light receiving element). Turning off or dimming can also have the effect of extending the life of a light source made of a semiconductor laser and reducing the temperature rise of the light source. The term “in the vicinity of the light receiving element” as used herein refers to a scanning position that is a light emission timing at which each of the time intervals A, B, and C in FIG.

なお、光学素子の反射率や透過率の低下(経時劣化)の際に光量が低下するとコンパレータ出力を決定するスレッシュ電圧への立上時間が長くなる(傾きが緩くなる)ため、誤った検出を行ってしまう。そこで、受光素子を走査する際に常に一定の光量となるように光源を制御することにより前記問題を解決している。   Note that if the amount of light is reduced when the reflectance or transmittance of the optical element is reduced (deterioration with time), the rise time to the threshold voltage that determines the comparator output becomes longer (the inclination becomes slower). will have to go. Therefore, the above problem is solved by controlling the light source so that the light quantity is always constant when scanning the light receiving element.

以上のように、振動ミラーを有することで消費電力を抑え、光走査装置用いられる走査レンズの温度上昇や、光走査装置の温度偏差や振動を低減して画像の経時安定性を確保し、駆動周波数を変化させて共振周波数に一致させるように調整し、プリント画像の倍率誤差を低減することができる。   As described above, by having a vibrating mirror, power consumption is reduced, temperature rise of the scanning lens used in the optical scanning device, temperature deviation and vibration of the optical scanning device are reduced, and stability over time of the image is secured, driving By adjusting the frequency to match the resonance frequency, the magnification error of the print image can be reduced.

本発明に係る光走査装置および画像形成装置は、消費電力を抑え、走査レンズの温度上昇、光走査装置の温度偏差や振動を低減して画像の経時安定性を確保する振動ミラーの効果を有しながら、プリント画像の倍率誤差を低減する光走査装置および画像形成装置を実現することができ、レーザラスタ書込光学系を有する装置として有用である。   The optical scanning device and the image forming apparatus according to the present invention have the effect of a vibrating mirror that suppresses power consumption, reduces the temperature rise of the scanning lens, and reduces temperature deviations and vibrations of the optical scanning device to ensure image stability over time. However, an optical scanning apparatus and an image forming apparatus that reduce a magnification error of a print image can be realized, and the apparatus is useful as an apparatus having a laser raster writing optical system.

1 画像形成装置
2 中間転写ベルト
3 感光体ドラム
4 給紙カセット
5 光走査装置
6 現像器
7 定着器
10 光源
11 振動ミラー
12 シリンドリカルレンズ
13 折り返しミラー
14 第1のレンズ
15 集束レンズ
16 ミラー
17 第2のレンズ
20 レーザビーム
22a 受光部
22b 回路部
22c ICリード
41 第2の基板
42 ねじり梁
43 振動板
44 補強梁
46 フレーム
47 コイルパターン
48 端子
49 パッチ
51 第1の基板
52 可動ミラー部
53 フレーム
54 実装基板
55 台座
56 ヨーク
57 永久磁石
58 電極端子
60 振動ミラーユニット
61 ブラケット
62 基板
63 電気コネクタ
64 電極部
71 比較手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image forming apparatus 2 Intermediate transfer belt 3 Photosensitive drum 4 Paper feed cassette 5 Optical scanning device 6 Developing device 7 Fixing device 10 Light source 11 Vibration mirror 12 Cylindrical lens 13 Folding mirror 14 First lens 15 Converging lens 16 Mirror 17 Second Lens 20 Laser beam 22a Light receiving portion 22b Circuit portion 22c IC lead 41 Second substrate 42 Torsion beam 43 Diaphragm 44 Reinforcement beam 46 Frame 47 Coil pattern 48 Terminal 49 Patch 51 First substrate 52 Movable mirror portion 53 Frame 54 Mounting Substrate 55 Pedestal 56 Yoke 57 Permanent magnet 58 Electrode terminal 60 Vibration mirror unit 61 Bracket 62 Substrate 63 Electrical connector 64 Electrode portion 71 Comparison means

特開2005−305771号公報JP 2005-305711 A

Claims (7)

複数の光源装置から出射されたレーザビームを単一の振動ミラー偏向器により主走査方向に偏向走査し、複数の被走査面に向かって集光する走査結像手段を有する光走査装置において、
前記振動ミラー偏向器の共振周波数と駆動周波数との差異を検出し、前記差異が所望の範囲外のとき、共振周波数に一致させるように前記駆動周波数を調整する制御手段を備えたことを特徴とする光走査装置。
In an optical scanning device having scanning imaging means for deflecting and scanning laser beams emitted from a plurality of light source devices in a main scanning direction by a single oscillating mirror deflector and collecting the laser beams toward a plurality of scanned surfaces,
And a control means for detecting a difference between the resonance frequency and the drive frequency of the vibrating mirror deflector and adjusting the drive frequency so as to match the resonance frequency when the difference is outside a desired range. Optical scanning device.
前記振動ミラー偏向器の振幅を一定に制御した状態で駆動周波数の電圧波形を基準として、偏向走査されるレーザビームの走査領域内に配置された受光素子からの出力信号との位相差を計測し、前記位相差の変動から共振周波数と駆動周波数との差異を検出することを特徴とする請求項1記載の光走査装置。   With the amplitude of the oscillating mirror deflector controlled to be constant, the voltage difference of the driving frequency is measured as a reference and the phase difference with the output signal from the light receiving element arranged in the scanning region of the laser beam to be deflected scanned is measured. 2. The optical scanning device according to claim 1, wherein a difference between a resonance frequency and a driving frequency is detected from the fluctuation of the phase difference. 前記振動ミラー偏向器による偏向走査時は、共振周波数と駆動周波数との差異を常時検出することを特徴とする請求項1または2記載の光走査装置。   3. The optical scanning device according to claim 1, wherein a difference between a resonance frequency and a driving frequency is always detected during deflection scanning by the vibrating mirror deflector. 前記制御手段による駆動周波数の調整は、被走査面領域にレーザビームを走査しているか否かを判断し、非画像形成時のタイミングで行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光走査装置。   4. The adjustment of the driving frequency by the control means is performed at a timing at the time of non-image formation by determining whether or not a scanning surface area is scanned with a laser beam. The optical scanning device according to Item. 前記制御手段による駆動周波数の調整は、共振周波数と駆動周波数との差異が所望の範囲外となったタイミングで随時行い、前記調整は段階的に駆動周波数を変化させて行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光走査装置。   The adjustment of the drive frequency by the control means is performed at any time when the difference between the resonance frequency and the drive frequency is outside a desired range, and the adjustment is performed by changing the drive frequency stepwise. Item 4. The optical scanning device according to any one of Items 1 to 3. 前記複数の光源装置から出射されたレーザビームは、振動ミラー偏向器の反射面に対して副走査方向に角度を有して入射するとともに、偏向される複数のレーザビームはすべて同方向に走査することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光走査装置。   Laser beams emitted from the plurality of light source devices are incident on the reflecting surface of the oscillating mirror deflector at an angle in the sub-scanning direction, and all of the deflected laser beams scan in the same direction. The optical scanning device according to claim 1, wherein: 潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、前記請求項1〜6のいずれか1項に記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。   7. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a latent image is formed on a latent image carrier by optical scanning, and the latent image is visualized to obtain a desired recorded image. An image forming apparatus characterized by being used.
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