JP2011237666A - 光走査装置及びカラー画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各受光素子PD1、PD2により受光した同期信号のインターバルを計測するインターバルカウンタ33と、インターバルカウンタ33により計測されたインターバルに基づいて振幅及びオフセットを算出する振幅・オフセット算出手段32と、振幅・オフセット算出手段32により算出された実振幅34と目標振幅36とを比較して振幅を補正する振幅制御器30と、振幅・オフセット算出手段32により算出された実オフセット35と目標オフセット37とを比較してオフセットを補正するオフセット制御器31と、目標振幅36の位相と実振幅34との位相差をゼロにするように補正する位相制御器22と、振動ミラー11を駆動するためのトルクを生成する駆動回路28と、を備えている。
【選択図】図7
Description
この高負荷化により、ポリゴンスキャナの消費電力が増加し、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。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がある。ポリゴンスキャナからの発熱は、光学ハウジングを伝わり、または輻射熱により走査レンズに伝達して温度を上昇させる。実際は走査レンズを均等に温度上昇させるのではなく、発熱源であるポリゴンスキャナからの距離、または各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ようになる。
振動ミラーを使用した光走査装置の従来技術として特許文献1には、振動ミラーの制御手段を設けることにより、ビームスポットの経時的な位置ずれを抑制し、カラー機の色ずれ低減による高画質化、さらには静音化を実現する光走査装置及び該光走査装置を用いたカラー画像形成装置について開示されている。
また、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)に応じたレーザービームを各々走査しているので、上記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ズレを発生させ、画像の色ズレとなって現れる。
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)の変形を誘発し、回転体バランスを変化させ、その結果、振動を発生させてしまう。また、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)の熱膨張率が異なっていたり、一致していても部品交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。この振動が光走査装置内の光学装置(例えば折り返しミラー)へ伝達増幅しバンディングを発生させ、画像劣化や騒音を引き起こすといった問題がある。
また、特許文献1に開示されている従来技術は、振動ミラーの駆動周波数を、共振周波数に一致させるように制御を行うので、振動ミラーの固体バラツキが大きいと共振周波数からずれる虞があるので、部品精度を厳しく管理しなければならないといった問題がある。
請求項2は、前記制御手段は、前記各受光素子により受光した同期信号のインターバルを計測するインターバル計測手段と、該インターバル計測手段により計測されたインターバルに基づいて前記振幅及びオフセットを算出する振幅・オフセット算出手段と、該振幅・オフセット算出手段により算出された実振幅と目標振幅とを比較して振幅を補正する振幅補正手段と、前記振幅・オフセット算出手段により算出された実オフセットと目標オフセットとを比較してオフセットを補正するオフセット補正手段と、前記目標振幅の位相と前記実振幅との位相差をゼロにするように補正する位相補正手段と、前記振動ミラーを駆動するためのトルクを生成する駆動手段と、を備えていることを特徴とする。
請求項4は、前記制御手段は、前記位相、振幅、及びオフセットの各制御動作が目標追従状態にある中で、駆動波形発生時の初期位相の状態から前記駆動周波数と前記共振周波数とのズレを定量的に検出することを特徴とする。
請求項5は、請求項1乃至4の何れか一項に記載の光走査装置を備えたことを特徴とするカラー画像形成装置。
また、駆動周波数可変にすることで、振動ミラーの共振周波数調整機能が不要となり、振動ミラーの構造を単純化できる。
この構成において、光走査装置5は、カラー画像形成装置内の4つに感光体3Y、3M、3C、3Kが設けられた作像部の上方に配置されるものである。また、光走査装置5は、各色に対応する4つの光源10Y、10M、10C、10Kと、各光源からのレーザービームL1〜L4を偏光走査する光偏光手段(振動ミラー11)と、各感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kの被走査面上に導く走査結像光学系(第1レンズ14、第2レンズ17K)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。
振動ミラー11は、ミラー面を表に向けて台座466に装着され、端子464間に電流I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、捩り梁442が捩れて可変ミラー部441に回転トルクT(T=Kt・I)を発生させ、電流が切れると捩り梁の復元力により元に戻ろうとする。なお、Ktはトルク定数を示す。
振動ミラー11は可動部の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とあいまって消費電力を低く抑えることができる。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無くすことが可能となる。
上記に述べた振動ミラーのメリットを活かしつつ、プリンタのような光走査用途に載せようとした場合、特に主走査方向のミラー振れ角精度が要求されるため、以下に記述する制御が必須であり、その好適な例を示す。
図6(b)は振動ミラー11の振幅波形の振幅中心と走査領域中央の位置関係について示したものであり、理想振幅波形の走査領域中央に対して、実際の振幅波形にオフセットがある状態を示した例である。これを矢印方向に修正してオフセットを無くすようにするために、図5(b)(c)で示したような、受光素子PD1の出力Aと受光素子PD2の出力Bとの差がゼロとなるように制御を行なう。
図6(c)は振動ミラー11振幅波形の位相変動について示したものであり、実際の振幅波形のような位相変動が生じても、矢印方向へ修正して理想振幅波形の位相とするために、図5(b)(d)で示したような、基準位相クロックと受光素子PD1の出力A(またはPD2の出力B)とが同期するように制御を行なう。この例では基準位相クロックの立ち上がりとPD1出力Aの中間点(タイムインターバルC)とを同期した場合を示した。
そしてまた、振動ミラー構造に起因する共振周波数の経時変化(特に環境温度変化)については、範囲を超えて共振周波数が変動する場合、あるいは個体ばらつきを許さないほどの振動ミラーの精密駆動が要求される場合には、外乱抑圧性を一定に維持しなければならない関係上、以下に記述するように駆動周波数を振動ミラーの共振周波数に対して一定の間隔を空ける必要性が生じるため、ミラー駆動制御系に駆動周波数可変機能を設け、この可変機能を使ってミラーの駆動周波数を所望の値に一致させる。
そして、偏光走査されて受光素子PD1、PD2を走査するレーザービームにより出力される信号を各々のインターバルカウンタ33でタイムインターバルA、Bを計測する。つぎに、これらA、Bの値から振幅・オフセット算出手段32により振幅算出(実振幅)・オフセット算出(実オフセット)を行ない、目標振幅36と実振幅34を比較し、その結果を基に振幅制御器30で演算を行い振幅補正量が得られる。また同様に、目標オフセット37と実オフセット35を比較し、その結果を基にオフセット制御器31で演算を行いオフセット補正量が得られる。そして、補正された駆動波形を振動ミラー11の駆動回路28で必要トルクに増幅されてミラーを駆動する。
さらに、駆動周波数は振動ミラーの共振周波数に対して一定の間隔を空ける必要があるために、駆動周波数可変機能(周波数制御系)を設ける(共振周波数の検出方法については後述する)。
なお、前記の駆動振動の実施例として正弦波駆動の場合を示してきたが、制御器がデジタル系の場合、正弦波を生成するにはDA変換のビット数や正弦波テーブルのメモリが必要となるため、ミラーの共振特性を利用して、水晶発振子から安価に生成される矩形波を使用することも可能であり、正弦波と比較して約20%程度ピーク振幅を抑えることができるメリットもある。
このように、振動ミラー11を精密駆動するために、ミラー遥動運動の振幅、オフセット、位相の各制御を行なう場合、ミラーの共振周波数を駆動周波数より高く、かつ駆動能力の範囲内で駆動周波数から離すことにより、ジッタ変動が減少し、かつジッタ変動の個体ばらつきも抑えれるため、精密駆動に好適であることを示した。
図11は駆動波形の位相とミラー振れ角波形の位相の関係を示した図である。
図11(a)は駆動波形の位相を基準としてミラー振れ角波形の位相に45度の遅れがある場合であり、駆動周波数<共振周波数となる。また、図11(b)はミラー振れ角波形の位相に90度の遅れがある場合であり、駆動周波数=共振周波数となる。さらに、図11(c)はミラー振れ角波形の位相に135度の遅れがある場合であり、駆動周波数>共振周波数となる。このことは、図9(a)の周波数伝達特性からも確認できる。
したがって、駆動波形とミラー振れ角波形の位相差を検出できれば、駆動周波数とミラー共振周波数との定量的なズレが判別可能であるが、本願ではこの位相差を、位相、振幅、オフセットの各制御動作が目標追従状態にある中で、駆動波形発生時の初期位相の状態から検出することとした。これにより位相制御ループ上から直接位相差を検出できるため実現が容易であるメリットがある。
なお、図12では図の便宜上、ビーム検出系の構成について水平走査方向のみを示した。
中間転写ベルト2は、複数のローラ2a、2b、2cに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印B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3Y、3M、3C、3Kで現像された各々単色画像を順次重ねあわせて転写し、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。その後、給紙トレイ1から転写紙が矢印C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。
光源、10Y、10M、10C、10K 光源手段、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、16K ミラー、17K 第2のレンズ、60、L1、L2、L3、L4 レーザービーム、441 可動ミラー部、442 捩り梁、443 振動板、444 補強梁、449 ヨーク、450 永久磁石、446、447 フレーム、461、462 基板、463 コイルパターン、464 端子、465 パッチ、466 台座、PD1、PD2 受光素子、20 基準位相クロック、22 位相制御器、23 駆動波形発生器、25 周波数制御器、28 駆動回路、30 振幅制御器、31 オフセット制御器、32 振幅・オフセット算出手段、33 インターバルカウンタ
Claims (5)
- 振動ミラーによりレーザ光を偏向走査する光走査装置であって、
前記振動ミラーの最大振れ角内で、且つ、有効画像走査領域より外側に配置された複数の受光素子と、
前記各受光素子により受光した同期信号に基づいて、前記振動ミラーを駆動するための振幅、オフセット、位相、及び周波数を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記振動ミラーの駆動周波数を、該振動ミラーの駆動可能範囲内で、且つ該振動ミラーに係る共振周波数より低くなるように設定することを特徴とする光走査装置。 - 前記制御手段は、
前記各受光素子により受光した同期信号のインターバルを計測するインターバル計測手段と、
該インターバル計測手段により計測されたインターバルに基づいて前記振幅及びオフセットを算出する振幅・オフセット算出手段と、
該振幅・オフセット算出手段により算出された実振幅と目標振幅とを比較して振幅を補正する振幅補正手段と、
前記振幅・オフセット算出手段により算出された実オフセットと目標オフセットとを比較してオフセットを補正するオフセット補正手段と、
前記目標振幅の位相と前記実振幅との位相差をゼロにするように補正する位相補正手段と、
前記振動ミラーを駆動するためのトルクを生成する駆動手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 - 前記制御手段は、前記振幅補正手段、及び前記オフセット補正手段が正常に働き、夫々の値が目標値に対して所定の範囲内になったことを確認すると、前記位相補正手段で位相補正を実行するように制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
- 前記制御手段が前記駆動周波数と前記共振周波数とのズレを定量的に検出する方法は、前記位相、振幅、及びオフセットの各制御動作が目標追従状態にある中で、駆動波形発生時の初期位相の状態から検出することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 請求項1乃至4の何れか一項に記載の光走査装置を備えたことを特徴とするカラー画像形成装置。
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