JP2011242725A - 光走査装置、画像形成装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランダムな走査の乱れや光ビーム検出器の出力信号に含まれるノイズの影響を抑え、描画精度を向上させることが出来る光走査装置を提供する。
【解決手段】光走査装置は、光源３０、光走査部１００、光走査部の駆動部５１、光ビーム検出部４０、基準信号生成手段６０、時間差検出部５３、制御部５６、画像データ記憶部７１、光ビーム変調部７２を有する。光走査部は、媒体上に光ビームを第１の方向に繰り返し走査する。光ビーム検出部は、走査される光ビームを検出して信号を出力する。時間差検出部は、光ビーム検出部の出力と基準信号との時間差を検出する。制御部は、時間差が小さくなる様に駆動部の制御を行なう。光ビーム変調部は、画像形成開始指令信号を検出した後、基準信号に基づいたタイミングで画像データ記憶部から読み出す画像データに従って光源を制御し光ビームを変調する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動ミラーや回転多面鏡などの光走査部を有する光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置、画像表示装置などの光学機器の技術に関する。特には、例えば、光走査部で主走査方向に走査された光ビームによって、副走査方向に移動する媒体上に画像を形成する画像形成装置において、画像形成精度を向上させるための技術に関する。本発明の光走査装置は、回転多面鏡や振動ミラーなどを用いた光走査部を有するレーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置、走査型ディスプレイ等の画像表示装置に好適に用いられる。

この種の光ビームを用いる光走査型の画像形成装置では、所定の周期のビデオクロックと画像情報に基づき変調された光ビームが光源から照射される。変調光ビームは、光走査部で主走査方向に走査され、光学系を介して媒体上に走査される。このとき、媒体は副走査方向に移動しており、この結果、媒体上に画像が形成される。これまで、光走査部の小型化を図るべく、振動ミラーを光走査部として用いる提案がある。この様な振動ミラーを用いた画像形成装置において、画像の主走査方向の精度向上を図るべく、外的要因による走査速度変動に対処する方法が提案されている（特許文献１参照）。

図９（a）に、特許文献１の画像形成装置における主走査光ビームの振動軌跡を示す。トーションバーで支持された振動ミラーを正弦波振動させると共に、光源からの光ビームを振動ミラーにより反射・走査し、媒体上を主走査方向に往復走査させる。特許文献１では、この媒体である感光ドラムにレーザー光を照射して静電潜像を形成し、トナー現像を行い、中間転写ベルトを経て紙面に画像を形成する。この装置では、媒体上の走査範囲の両端を往路側、復路側と呼ぶ。往路光ビーム照射時は、往路側から復路側へ光ビームが走査され、復路光ビーム照射時は、逆方向に光ビームが走査される。また、媒体上の所定位置から往路光ビームの照射を開始するために、光ビームの通過を検出する光検出センサを媒体の近くに配置し、主走査方向の走査光ビームの往路側端部近傍を検出する。この光検出センサの出力に基づき往路光ビームの照射を開始する。

具体的には、図９（a）に示す様に走査された光ビームが描画有効範囲から離れる方向に光検出センサを通過した時刻taから、描画有効範囲に近づく方向に通過する時刻tbまでの時間（tb-ta）（インターバル時間）を計測する。この計測に基づき、時刻tbから、画像形成に用いる光ビームの照射開始までの待機時間を決定する。待機時間は、インターバル時間が長くなるほど短くなり、インターバル時間が短くなるほど長くなる。振動ミラーを用いた光走査部は、インターバル時間が長くなるほど描画有効範囲での走査速度が速くなる。インターバル時間が長い場合は光ビームの振動振幅が大きく、光ビーム走査速度が相対的に上がるためである。よって、速度が速いときは上記待機時間を短くし、速度が遅いときは待機時間を長く取る。これにより、光ビームは、振動振幅すなわち走査速度によらず、有効走査範囲の所定の往路側端点から正確に描画を開始することが出来る。特許文献１によれば、光走査部による光ビームの走査速度が変動したとしても、被走査面での光ビーム照射開始位置の変動を抑制し、良好な光走査が可能となる。

特開２００７-１８７７３１号公報

しかし、光検出センサの出力信号には、電気的なノイズや光検出センサに設けられるスリットの乱れ等により検出ノイズが生じる。このことは、光検出センサの検出に誤差が含まれることにつながる。特許文献１に記載の方法では、光検出センサの通過タイミングを基準に光ビームの照射開始タイミングを調整している。そのため、光検出センサの出力に誤差が含まれていた場合、描画位置にこの誤差分のバラツキ（ジッタ）が生じてしまう。特にカラープリンターの様に駆動の高精度化が進むと、色ずれ、濃度ムラが悪化する場合がある。

また、光ビームの走査速度は空気の乱流などの外的要因で一走査の間でも変動しており、そのため、光ビームの照射開始位置を光検出センサの検出タイミングに揃えると、光ビームの照射終了側ではかえって大きなばらつきが生じる可能性がある。図９（b）は、特許文献１の技術を適用した画像形成装置における主走査方向の描画の様子を模式的に示す。この一走査の間の走査速度の変動によるバラツキは、光検出センサを通過するタイミングにも発生している。そのため、光検出センサ通過時に現れるばらつきが照射終了側に上乗せされる形となり、図９（b）に示す様に照射終了側の描画位置に大きなバラツキ（ジッタ）が生じることになる。

また、振動ミラーの振幅の制御を行なったとしても、空気などの外的要因により駆動周期自体にも変動が生じてしまうことがある。走査周期は、概略駆動周期となるが、空気の抵抗、乱流などの影響で周波数変調を受けた状態になる。これにより、副走査方向の描画ライン位置が変動してしまい、図４（b）に模式的に示す様に、副走査方向の描画位置ズレにつながる恐れがある。

上記課題に鑑み、本発明の光走査装置は、光ビームを照射する光源と、光走査部と、駆動部と、光ビーム検出部と、基準信号を生成する基準信号生成手段と、時間差検出部と、制御部と、画像データ記憶部と、光ビーム変調部と、を有する。前記光走査部は、媒体上に前記光ビームを第１の方向に繰り返し走査する。前記駆動部は、前記光走査部を駆動する。前記光ビーム検出部は、前記走査される光ビームを検出して信号を出力する。前記時間差検出部は、前記光ビーム検出部の出力と前記基準信号との時間差を検出する。前記制御部は、前記時間差検出部の出力に基づき前記時間差が小さくなる様に前記駆動部の制御を行なう。前記画像データ記憶部は、形成する画像の画像データを記憶する。前記光ビーム変調部は、画像の形成を開始するための指令信号を検出した後、前記基準信号に基づいたタイミングで前記画像データ記憶部から順次読み出す画像データに従って前記光源を制御し光ビームを変調する。また、本発明の画像形成装置は、上記光走査装置を有し、前記光走査部は、前記第１の方向と交差する第２の方向に移動する媒体上に光ビームを繰り返し走査することを特徴とする。また、本発明の画像表示装置は、上記光走査装置と、前記光ビームを前記第１の方向と交差する第２の方向に繰り返し走査する第２の光走査部と、を有し、前記媒体上に画像を表示することを特徴とする。

本発明によれば、光ビームの走査における光走査部の走査の乱れや光ビーム検出器の出力信号に含まれるノイズの影響を抑え、描画位置ズレを抑えることが出来る。

本発明の第１の実施形態の画像形成装置を説明する図。 第１の実施形態の光走査部の動作概要フローと基準信号と光ビーム検出信号を示す図。 第１の実施形態の描画制御部の動作概要フローを示す図。 第１の実施形態の主走査方向の描画と副走査方向の描画位置ズレを示す図。 本発明の第２の実施形態の画像形成装置を説明する図。 第２の実施形態の基準信号と光ビーム検出信号と光走査部の動作概要フローを示す図。 本発明の第３の実施形態の画像形成装置を示す構成図。 第３の実施形態の光走査部の動作概要フローと基準信号と光ビーム検出信号を示す図。 背景技術を説明する図。

本発明の光走査装置は、前記光ビーム検出部の出力と前記基準信号との時間差が小さくなる様に光走査部の駆動制御を行ない、前記基準信号に基づいたタイミングで読み出される画像データに従って光ビームを変調することを特徴とする。つまり、後述する実施形態で説明する様に光走査部の構成等を考慮して適切に生成された基準信号に基づいて、光走査部の駆動制御を行うと共に、画像形成開始信号の検出後に画像データを読み出して光ビームの変調を開始する。従って、光ビームの走査における光走査部のランダムな走査の乱れや光ビーム検出器の出力信号に含まれるノイズの影響を抑えられる。

本発明の光走査装置は、後述する実施形態で示す如く、前記光走査部が、前記第１の方向と交差する第２の方向に移動する媒体上に光ビームを繰り返し走査する様に構成することで画像形成装置の光走査装置として用いることができる。また、光ビームを前記第１の方向と交差（典型的には、直交）する第２の方向に繰り返し走査する第２の光走査部と組み合わせることで、スクリーンなどの媒体上に画像を２次元的に表示する画像表示装置とすることもできる。この場合、第２の光走査部は、例えば、三角波状やのこぎり波状などの態様で揺動する揺動体や回転多面鏡で構成して、前記光走査部に同期して比較的遅い周波数（例えば、前記光走査部の周波数の整数分の１の周波数）で駆動すればよい。

（第１の実施形態）
画像形成装置に係る本発明の第１の実施形態を説明する。図１（a）は第１の実施形態の構成を示し、図１（b）は本実施形態における光走査部の構成を示す。光走査部１００は、図１（b）に示す様に、弾性支持部１１１により揺動可能に支持される揺動体１０１を含む振動系と、振動系を支持する支持部１２１とを有する。駆動部５１は、電磁・静電・圧電などの方式により励振する駆動力を揺動体１０１に供給する。揺動体１０１は表面に反射ミラーを有し、光源３０からの光ビーム３１を反射・走査する。走査光３２は、媒体（ここでは感光体ドラム）２０上及び光ビーム検出器４０上を第１の方向である主走査方向（図１（a）の左右方向）に走査する。

光ビーム検出器４０は、光ビームの最大走査範囲の走査角より小さく且つ描画有効範囲の走査角より大きい走査角の位置に配置される。図２（b）に示す様に、走査光３２は、θBDの走査角位置に配置された光ビーム検出器４０上を一周期の走査の間に２回通過する。図１（a）では走査光３２の光路上に光ビーム検出器４０を配置しているが、反射ミラーなどによって反射された走査光の光路上に光ビーム検出器４０を配置してもよい。走査光３２による露光・静電潜像形成で媒体２０上に形成された画像は、トナー現像され、中間転写ベルトを経て、紙面上に転写され、定着器で定着される。

振幅制御部５４は、光ビーム検出器４０より出力される光ビーム検出信号の間隔に基づき、光走査部１００の揺動振幅がコントローラ（図示しない）により設定される目標振幅値になる様に、駆動部５１が出力する駆動力を制御する。基準信号生成手段６０は、所定周期で制御基準信号を出力する。基準信号は、プリンタシステムの描画プロセスタイミングに基づいて決められる。つまり、印刷速度、副走査搬送速度、主走査速度等の条件を満足する様に基準信号は決められる。より詳細には、目標とする光ビームの振動軌跡を描いたときに光ビーム検出器４０より出力される光ビーム検出信号と同じ周期で制御基準信号は出力される。

時間差検出部５３は、基準信号生成手段６０の出力である制御基準信号と光ビーム検出信号との時間差を検出し、時間誤差量を出力する。周期信号生成部５２は、図示しないコントローラにより設定された駆動周波数の周期信号（例えば正弦波信号、矩形波信号等）を生成し、駆動指令信号として駆動部５１へ出力する。また、時間差検出部５３の出力する時間誤差量に基づき、周期信号の位相を調整する。周期信号生成部５２で生成された周期信号は、振幅制御部５４の出力と乗算される。つまり、振幅制御部５４の出力信号により周期信号の振幅が調整される。駆動部５１は、駆動制御部５０の周期信号生成部５２と振幅制御部５４により設定された駆動指令信号に基づき、駆動力を揺動体１０１に印加する。

この様に、周期信号生成部５２と振幅制御部５４を含む制御部は、駆動部に供給する周期信号の周波数と振幅を制御して主走査方向の繰り返し走査の走査周期及び速度を制御し、時間差が小さくなる様に駆動部へ供給する周期信号の周波数又は位相を調整する。

描画基準信号分配器６１は、基準信号生成手段６０が出力する制御基準信号の内、描画の基準となる描画基準信号のみを分配し、描画制御部７０の光ビーム変調部７２へ出力する。画像データ記憶部７１は、コントローラを介して取得した形成画像の画像データを記憶する。画像データは、描画を行なう際には、光ビーム変調部７２に順次読み出される。光ビーム変調部７２は、コントローラより出力される画像形成指令及び描画基準信号分配器６１より出力される描画基準信号に基づいたタイミングで、光源３０より照射される光ビーム３１の変調を開始する。このとき、光ビーム３１の変調は、図示しない発振器の出力する画素クロックと画像データ記憶部７１に記憶されている画像データに基づき行なう。変調された光ビームは光走査部１００により反射・走査され、等速で第２の方向である副走査方向に回転する媒体２０に画像（静電潜像）を形成する。

上記構成の本実施形態の動作を説明する。図２（a）は、本実施形態における光走査部１００の駆動制御動作をフローに示す。以下、これに沿って説明を行なう。まず、ステップS１０１の駆動開始時、駆動制御部５０は所定の振幅及び周期の指令信号を駆動部５１に出力する。これにより、駆動部５１は光走査部１００に駆動力を供給する。光走査部１００は、供給された駆動力により振動する。次に、S１０２、S１０３で、振幅制御部５４は、光走査部１００によって走査された走査光３２が光ビーム検出器４０で検出されるまで、指令信号の振幅を増大させる。振幅制御部５４は、走査光３２が光ビーム検出器４０に検出されると、S１０４に進み、光ビーム検出信号の間隔に基づき走査振幅を検出し、S１０５で、検出した走査振幅に基づき指令信号の振幅を制御する。

走査光３２の走査角θの時間変化などを表す図２（b）に示す様に、走査光が走査角θBDのときに光ビーム検出器４０はパルスを出力する。ここで、一周期の間に２回出力される光ビーム検出信号の間隔をt１、t２とする。走査の折返し区間における通過時間をt１、描画区間を含むそれ以外の通過時間をt２とする。t１とt２の判別方法は、検出時刻の間隔が駆動信号の半周期以下となる方をt１、もう一方をt２として判別する。揺動振幅が大きくなるとt１が大きくなるので、t１を検出することで揺動振幅を間接的に検出することが出来る。振幅制御部５４は、t１がコントローラにより設定される値となる様に駆動部５１が出力する駆動力の振幅値を制御する。

次に、S１０６で、時間差検出部５３は、図２（b）に示す様な制御基準信号に対する光ビーム検出信号の時間誤差量Δtaを検出する。本実施形態において、時間誤差量Δtaは、制御基準信号に対して光ビーム検出信号が遅れているときは正として出力し、光ビーム検出信号が進んでいるときは負として出力する。S１０７で、周期信号生成部５２は、時間差検出部５３が検出した時間誤差量Δtaに基づき、周期信号の位相を制御する。具体的には、時間誤差量Δtaが正のとき、出力する周期信号の位相を進める。逆に、時間誤差量Δtaが負のとき、出力する周期信号の位相を遅らせる。時間誤差量に適切なゲインをかけ、周期信号生成部５２で発生する位相を変化させる。この制御により、光走査部１００の周期は、時間誤差量Δtaが小さくなる様に制御される。以降、S１０４〜S１０７を繰り返す。本実施形態では、周期信号生成部５２の制御にΔtaのみを用いたが、図２（b）に示すΔtbも検出し、ΔtaとΔtbを平均化したものを用いることで、駆動精度を向上させることが出来る。

描画制御部７０の動作を、図３に示す描画制御部７０の動作フローに沿って説明する。ステップS２０１で、光ビーム変調部７２は、図示しないコントローラから画像形成指令の信号が入力されるまで待機しており、コントローラからこれが入力されることにより、S２０２へ進み変調待機状態となる。画像形成指令は、例えば、プリント要求があり、印刷対象となる紙が給紙により所定の場所に到達したことを検出すると、コントローラから出力される。描画基準信号分配器６１は、基準信号生成手段６０が出力する制御基準信号のうち描画の書き出し基準となる図２（b）に示す描画基準信号のみを出力する。S２０３で、光ビーム変調部７２は、変調待機状態において描画基準信号が入力されると、S２０４へ進み、描画基準信号が入力されてから所定時間だけ待機する。その後S２０５に進み、画像データ記憶部７１に記憶されている画像データに基づき光源３０より照射する光ビーム３１の変調を開始する。S２０４における所定時間とは、理想的な光ビームの走査が行なわれているときにおける、描画基準信号検出から描画開始位置（描画有効範囲の端点）まで光ビームが走査されるのに要する時間である。

S２０６、S２０７において１走査分の光ビーム３１の変調が終了すると、S２０３へ進み光ビーム変調部７２は、再度、変調待機状態となり、次の描画基準信号が入力されるまで待機する。この間、媒体２０は副走査方向に回転（等速回転）しており、これにより媒体２０上に２次元の像が形成される。

本実施形態の画像形成装置による主走査方向の描画の様子を模式的に示したものを図４（a）に示す。書き出しにおいて、光ビーム検出器基準ではなく、制御基準信号より分配された描画基準信号を用いているため、描画終了側においてジッタが低減する効果が得られる。つまり、駆動制御の制御残差分のジッタが生じるが、描画終了側のジッタに書き出し側のジッタが重畳されないため、主走査期間全体において最大の誤差（ジッタ）を低減させる効果が得られる。また、図４（b）は、副走査の描画位置精度を模式的に示す。副走査方向の描画位置精度に関しても大幅に描画位置ズレが低減される。周期信号生成部５２の出力信号が所定周期で出力される制御基準信号を目標として制御されているため、外的要因によるその出力信号の周期の変動（周波数変調分）が抑圧され、走査周期が一定となる。つまり、主走査一ラインの描画間隔が一定となり副走査方向のムラが抑えられる。この様に、描画位置ズレ量を低減することで、画像のゆがみ、濃淡ムラなどを低減することができ高画質な画像を形成できる。特にカラー画像の場合、４色の画素の描画位置精度を高めることができ、色ずれのない高画質な画像を形成できる。

以上、本実施形態では、基準信号生成手段６０を有し、それが出力する制御基準信号に基づき光走査部１００の光ビーム走査位相を制御すると共に、制御基準信号に基づいたタイミングで描画を開始する。これにより、副走査方向の描画ムラを低減すると共に、主走査方向の描画においても、描画終了側でジッタが増大することを防ぎ、主走査ジッタを走査範囲内で平均化することが出来る。この結果、人の目で見たときの描画精度が向上する。

ところで、本実施形態の周期信号生成部５２は、時間誤差量Δta（更にはΔtbを加味する場合もある）に基づき、周期信号の位相を制御したが、本発明はこれに限るものではなく、周期信号の周波数を変動させることによって走査角θの位相を調整してもよい。また、本実施形態では、描画基準信号分配器６１によって、制御基準信号から描画基準信号を分配したが、必ずしも描画基準信号分配器６１を有することに限定されるものではない。基準信号生成手段が、直接、制御基準信号と描画基準信号の双方を出力してもよい。また、制御基準信号を一周期に２回出力する形としているが、必ずしも２回出力する必要は無く、一周期に１回のみ出力する基準信号生成手段としてもよい。この場合、当然のことではあるが、描画基準信号分配器は用いる必要は無い。

（第２の実施形態）
画像形成装置に係る本発明の第２の実施形態を説明する。図５（a）に第２の実施形態の構成図を示し、図５（b）に本実施形態も光走査部の構成図を示す。図５（b）に示す様に、光走査部１００は、第１の揺動体１０１、第２の揺動体１０２、第１の弾性支持部１１１、第２の弾性支持部１１２を少なくとも有する振動系と、振動系を支持する支持部１２１を有する。第１の弾性支持部１１１は、第１の揺動体１０１と支持部１２１とを接続している。第２の弾性支持部１１２は、第１の弾性支持部１１１のねじり軸と共通するねじり軸を有する様に第１の揺動体１０１と第２の揺動体１０２とを接続している。本実施形態の振動系は、複数の揺動体と複数の弾性支持部を有し構成されればよく、振動系を３つ以上の揺動体と３つ以上の弾性支持部で構成してもよい。

駆動部５１の機能は、基本的に上記第１の実施形態と同様である。本実施形態では、光走査部１００は、基本周波数である基本波で励起される第１の振動運動と、基本周波数の略整数倍の周波数であるn倍波で励起される第２の振動運動とを同時に発生可能な構成となっている。つまり、本実施形態の光走査部１００の走査光３２の走査角θは、次の様に表すことができる。第１の振動運動の振幅、周波数（角周波数）、位相を夫々A_１、ω_１、φ_１、第２の振動運動の振幅、周波数（角周波数）、位相を夫々A_２、ω_２、φ_２、適当な時間を原点ないし基準時間としたときの時間をtとしたとき、次の式（１）の様に表現できる。本実施形態では、n倍波は２倍波とし、以後、倍波と表現する。
θ（t）=A_１sin（ω_１t+φ_１）+A_２sin（ω_２t+φ_２） （１）

図６（a）に式（１）で表される本実施形態の光走査部１００による走査角θの時間変化を示す。本実施形態における走査角θは、略のこぎり波状になる。走査光３２の走査角θが略のこぎり波状になることにより、往路の略等速の区間が正弦波走査に比べて長くなるため、一方向走査における描画を行なう場合、走査の効率が向上する。

本実施形態では、第２の揺動体１０２は表面に反射ミラーを有し、光源３０からの光ビーム３１を反射・走査する。走査光３２は、媒体２０上、及び第１の光ビーム検出器４０と第２の光ビーム検出器４１上を主走査方向に走査する。このとき、光ビーム検出器４０、４１は、光ビームの最大走査範囲内の走査角の位置に配置される。よって、図６（a）に示す様に、走査光３２は各光ビーム検出器４０、４１上を一周期の走査の間に夫々２回通過する。ここでも、反射ミラーなどによって反射された走査光の光路上に光ビーム検出器４０、４０を配置してもよい。

基準信号生成手段６０は、所定周期で制御基準信号を出力する。具体的には、目標とする光ビームの振動軌跡を描いたときに光ビーム検出器４０、４０より出力される光ビーム検出信号と同じ周期で制御基準信号を出力する。時間差検出部５３は、制御基準信号と光ビーム検出信号の時間差を検出し、時間誤差量Δta、Δtb、Δtc、Δtdを出力する。制御量演算部５５は、時間誤差量Δta、Δtb、Δtc、Δtdに基づき、基本波振幅制御値A_１、倍波振幅制御値A_２、基本波位相制御値φ_１、及び倍波位相制御値φ_２を出力する。周期信号生成部５２は、図示しないコントローラにより設定された駆動周波数の周期信号を生成する。また、制御量演算部５５の出力する基本波位相制御値φ_１及び倍波位相制御値φ_２に基づき、基本波周期信号及び倍波周期信号の夫々の位相を調整する。駆動部５１は、周期信号生成部５２と制御量演算部５５の出力に基づき、駆動力を第１の揺動体１０１に印加する。詳しくは、基本波周期信号に基本波振幅制御値A_１を掛け合わせたものと、倍波周期信号に倍波振幅制御値A_２を掛け合わせたものを加算した値に基づき、駆動力を印加する。尚、ここでは、走査光３２の走査角θの表現式と駆動部５１に入力される駆動信号の表現式は対応しているので、両者の表現を共に上記式（１）で表す。描画制御信号分配器６１、画像データ記憶部７１、光ビーム変調部７２は、第１の実施形態と同様である。

上記構成の本実施形態の動作を説明する。図６（b）は、本実施形態における光走査部１００の駆動制御動作をフローに示す。以下、これに沿って説明を行なう。まず、ステップS３０１の駆動開始時、駆動制御部５０は所定の振幅及び周期の指令信号を駆動部５１に出力する。これにより、駆動部５１は光走査部１００に駆動力を供給する。光走査部１００は、供給された駆動力により振動する。次に、S３０２、S３０３で、制御量演算部５５は、光走査部１００によって走査された走査光３２が光ビーム検出器４０、４１に検出されるまで指令信号の振幅を増大させる。時間差検出部５３は、走査光３２が光ビーム検出器４０、４１に検出されるとS３０４に進み、図６（a）に示す様な制御基準信号に対する光ビーム検出信号の時間誤差量Δta、Δtb、Δtc、Δtdを検出する。本実施形態において、時間誤差量は、制御基準信号に対して光ビーム信号が遅れているときに正として出力し、制御基準信号に対して光ビーム信号が進んでいるときに負として出力する。

制御量演算部５５は、S３０５で、時間誤差量Δta、Δtb、Δtc、Δtdに対して、例えば次の式（２）に示す様な演算を行い、これに基づき基本波振幅制御値A_１、倍波振幅制御値A_２、基本波位相制御値φ_１、及び倍波位相制御値φ_２を出力する。

式（２）のMは、光走査部１００のA_１、A_２、φ_１、φ_２のいずれかを含む制御パラメータXが目標値から微小に変化した場合の時間誤差量Δta、Δtb、Δtc、Δtdの変化を表す係数より予め求めておく。これらは次の式（３）、（４）の様に表される。

本実施形態では、演算に上記式（２）を用いたが、これに限定されるものではなく、別の演算式やテーブルなどを用いて、各制御値を求めてもよい。次に、S３０６で、周期信号生成部５２は、制御量演算部５５の出力した基本波位相制御値φ_１及び倍波位相制御値φ_２に基づき、基本波周期信号及び倍波基準信号の位相を制御する。また、S３０７で、基本波振幅制御値A_１及び倍波振幅制御値A_２に基づき、周期信号生成部５２の出力する正弦波信号の振幅が変化させられる。以上の様に、時間差検出部５３は、一走査周期の間に光ビーム検出部で得られる複数回の出力と基本信号生成手段６０より出力される複数回の基準信号とから、複数の前記時間差を検出する。また、周期信号生成部５２と制御量演算部５５を含む制御部は、上記複数の時間差が夫々小さくなる様に駆動部５１に供給する周期信号を調整する。この制御により、第１の実施形態と同様に、光走査部１００の揺動の周期、位相、振幅が制御されるため、副走査方向のジッタが低減される。

描画制御部７０の動作及び構成は第１の実施形態と同様である。本実施形態では、図６（b）に示す様に、描画基準信号は、時間誤差量Δtbの算出において基準となる制御基準信号を用いる。複数の揺動体及び複数の弾性支持部を有する振動系によって構成される光走査部１００を有する本実施形態の画像形成装置においても、基本的に第１の実施形態と同様の効果が得られる。これに加えて、本実施形態では、描画期間ta-tb間の光ビーム速度がより一定速に近づくため、画像の品位を更に上げることが出来る。また、図９の光ビーム検出信号の間隔を計測する方式では、光ビーム検出信号の間隔を測る性質上、一周期に３回のサンプリングしか行なえなかったのに比べ、一周期に４回のサンプリングを行なうことが出来る。また、光ビーム検出信号を検出する毎に基準信号との比較を行なうことが出来るために、従来の方式に比べ時間誤差検出を行なう際の検出の遅れ時間が少なくなる。この２つのことにより、従来の時間間隔を計測して制御を行なう方式に比べ、制御帯域を広く取ることが可能となる。

（第３の実施形態）
画像形成装置に係る本発明の第３の実施形態を説明する。図７に第３の実施形態の構成図を示す。本実施形態では、光走査部１００は一方向に回転する回転多面鏡からなる。駆動部５１は電磁モータなどであり、これが回転力を発生し回転多面鏡１００を回転させる。走査光３２は、媒体（感光体ドラム）２０上及び光ビーム検出器４０上を主走査方向に走査する。このとき、光ビーム検出器４０は、光ビームの最大走査範囲内の走査角の位置に配置される。走査光３２は、光ビーム検出器４０上を一走査に１回通過するので、光走査部１００の１回転の間に回転多面鏡の面数だけ光ビーム検出器４０上を通過する。ここでも、走査光３２の光路上に光ビーム検出器４０を配置しているが、第１の実施形態と同様に、反射ミラーなどによって反射された走査光の光路上に光ビーム検出器４０を配置してもよい。

基準信号生成手段６０は、回転多面鏡の各面毎に異なる光ビーム検出器４０の検出タイミングのばらつきに対応した各面毎基準信号を生成する。回転多面鏡の各面のばらつきに対応した各面基準信号の生成方法は後述する。時間差検出部５３は、各面基準信号と光ビーム検出信号の時間差を検出し、時間誤差量を出力する。駆動量制御部５６は、図示しないコントローラにより設定された駆動指令値を駆動部５１へ出力する。また、時間差検出部５３の出力する時間誤差量に基づき、駆動指令値の大きさを調整する。駆動部５１は、駆動量制御部５６により設定された駆動指令値に基づき、光走査部１００である回転多面鏡を回転させる。

画像データ記憶部７１は第１の実施形態と同様である。光ビーム変調部７２は、コントローラより出力される画像形成指令及び基準信号生成手段６０より出力される各面毎基準信号に基づいたタイミングで、光源３０より照射される光ビーム３１の変調を開始する。光ビーム３１の変調は、画像データ記憶部７１に記憶されている画像データに基づき行なう。以上の様に、基準信号生成手段６０は、回転多面鏡の各面毎による第１の方向の走査における光ビーム検出部の検出信号の検出タイミングに対応した各面毎の基準信号を生成する。また、光ビーム変調部７２は、前記各面毎の基準信号に基づいたタイミングで画像データ記憶部７１から順次読み出す画像データに従って光源３０を制御する。

図８（a）に本実施形態における駆動制御動作をフローに示す。以下、これに沿って説明を行なう。本実施形態において回転多面鏡は回転６面鏡とする。まず、ステップS４０１の駆動開始時、駆動量制御部５６は所定の駆動指令値を駆動部５１に出力する。これにより、駆動部５１は光走査部１００を回転させる。次にS４０２、S４０３で、駆動量制御部５６は、光走査部１００の回転速度が所定の速度となる様に駆動指令値を変更する。このとき、光走査部１００の回転速度は、時間差検出部５３が検出する光ビーム検出信号の間隔に基づき求める。光走査部１００の回転速度が所定の回転速度となると、S４０５に進み、基準信号生成手段６０は所定周期の基準信号を出力する。具体的には、回転多面鏡の各面にばらつきが無く、光走査部１００が所定の回転速度で安定して回転しているときに検出される光ビーム検出信号と同じ周期の基準信号を出力する。光走査部１００の回転制御はこの基準信号に位相ロックする様に位相制御をかけることが望ましい。

次に、S４０５、S４０６で基準信号生成手段６０は、時間差検出部５３が検出した各面毎の時間誤差量Δt1m,
Δt2m, Δt3m, Δt4m, Δt5m, Δt6m（mは回転多面鏡の面数）をn回計測し記録する。このときのnは１以上の正の値である。n回分の記録が完了したらS４０７に進み、基準信号生成手段６０は、記録した各面毎の時間誤差量を各面毎に平均化する。基準信号生成手段６０は、S４０８で、図８（b）に示す様に、平均化した各面毎の時間誤差量Δt1a、Δt2a、Δt3a、Δt4a、Δt5a、Δt6aを各面対応の所定周期の基準信号に加算したタイミングの各面毎基準信号を生成する。次に、S４０９、S４１０で、駆動量制御部５６は、時間差検出部５３が出力する時間誤差量に基づき駆動指令値を調整する。つまり、基準信号生成手段６０は、回転多面鏡が駆動部で所定の回転態様で回転されるときに光ビーム検出部で得られる複数回の出力の出力タイミングと所定周期の周期信号とに基づき各面毎の時間差を検出し、該検出結果に基づき各面毎の基準信号を生成する。ここでは、基準信号生成手段６０は、各面毎の時間差を夫々複数検出し、該複数の検出結果を平均して各面毎の基準信号を生成する。

光ビーム変調部７２は、各面毎の面ばらつきに対応したタイミングで出力される各面毎基準信号に基づき光ビーム３１の変調を開始する。これにより、各面毎に走査タイミングが異なっていたとしても、媒体２０上の主走査方向の所定位置から描画を開始することが出来る。

光走査部に回転多面鏡を有する本実施形態の画像形成装置において、上記の如く生成した各面毎基準信号に基づく描画を行なうことによって、一面あたりの主走査期間全体において最大誤差（ジッタ）を低減させる効果が得られる。また、回転多面鏡の各面毎にばらつきが生じていたとしても、各面毎に異なる基準信号を設けることにより、各面毎のバラツキによる描画開始位置のばらつきを抑えることが出来る。また、各面毎基準信号のタイミングを計測する際に、基準信号に対して位相制御を行なっていれば、各面毎基準信号に基づき制御を行なうことで副走査方向のムラを抑えることが出来る。また、各面毎基準信号に基づき描画を開始することにより、光ビーム検出信号に含まれるノイズの影響による描画開始位置のずれを低減することも可能となる。このとき、時間誤差量を積分して低域補償することによって、正確な駆動制御が可能となる。

本実施形態において、回転多面鏡を回転６面鏡としたが、これに限定されるものではなく、回転４面鏡や回転８面鏡など他の回転多面鏡でもよい。また、本実施形態において、光走査部１００の回転速度を光ビーム検出信号の間隔に基づいて求めたが、これに限定されるものではなく、駆動部５１に回転を検出するセンサを取り付け、それに基づき回転速度を求めてもよい。

２０…媒体、３０…光源、３１…光ビーム、４０、４２…光ビーム検出部（光ビーム検出器）、５１…駆動部、５２…制御部（周期信号生成部）、５３…時間差検出部、５４…制御部（振幅制御部）、５６…制御部（駆動量制御部）、６０…基準信号生成手段、７１…画像データ記憶部、７２…光ビーム変調部、１００…光走査部

Claims (8)

1. 光ビームを照射する光源と、
   媒体上に前記光ビームを第１の方向に繰り返し走査する光走査部と、
   前記光走査部を駆動する駆動部と、
   前記走査される光ビームを検出して信号を出力する光ビーム検出部と、
   基準信号を生成する基準信号生成手段と、
   前記光ビーム検出部の出力と前記基準信号との時間差を検出する時間差検出部と、
   前記時間差検出部の出力に基づき前記時間差が小さくなる様に前記駆動部の制御を行なう制御部と、
   形成する画像の画像データを記憶する画像データ記憶部と、
   画像の形成を開始するための指令信号を検出した後、前記基準信号に基づいたタイミングで前記画像データ記憶部から順次読み出す画像データに従って前記光源を制御し光ビームを変調する光ビーム変調部と、
   を有することを特徴とする光走査装置。
2. 前記光走査部は、弾性支持部により揺動可能に支持される揺動体を含む振動系を有し、
   前記制御部は、前記駆動部に供給する周期信号の周波数と振幅を制御することにより前記第１の方向の繰り返し走査の走査周期及び速度を制御し、前記時間差が小さくなる様に前記駆動部へ供給する周期信号の周波数又は位相を調整することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光走査部は、複数の揺動体と複数の弾性支持部を有し構成される振動系を有し、
   前記時間差検出部は、一走査周期の間に前記光ビーム検出部で得られる複数回の出力と前記基本信号生成手段より出力される複数回の基準信号とから、複数の前記時間差を検出し、
   前記制御部は、前記複数の時間差が夫々小さくなる様に前記駆動部に供給する周期信号を調整することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光走査部は、一方向に回転する回転多面鏡を有し、
   前記基準信号生成手段は、前記回転多面鏡の各面毎による前記第１の方向の走査における前記光ビーム検出部の検出信号の検出タイミングに対応した各面毎の基準信号を生成し、
   前記光ビーム変調部は、前記各面毎の基準信号に基づいたタイミングで前記画像データ記憶部から順次読み出す画像データに従って前記光源を制御することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
5. 前記基準信号生成手段は、前記回転多面鏡が前記駆動部により所定の回転態様で回転されるときに前記光ビーム検出部で得られる複数回の出力の出力タイミングと所定周期の周期信号とに基づき前記各面毎の時間差を検出し、該検出結果に基づき前記各面毎の基準信号を生成することを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記基準信号生成手段は、前記各面毎の時間差を夫々複数検出し、該複数の検出結果を平均して前記各面毎の基準信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の光走査装置を有し、
   前記光走査部は、前記第１の方向と交差する第２の方向に移動する前記媒体上に前記光ビームを繰り返し走査することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１から６の何れか１項に記載の光走査装置と、前記光ビームを前記第１の方向と交差する第２の方向に繰り返し走査する第２の光走査部と、を有し、
   前記媒体上に画像を表示することを特徴とする画像表示装置。

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