JP2011257696A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射ミラーにおいて光ビームねじれを個別に補正し、感光体上に結像するまでに透過する走査レンズを共通化しつつ、波面収差の少ない安定したビームスポット径を実現し、かつ、品質が高く小型化可能な光走査装置および同装置を用いた画像形成装置を得る。
【解決手段】複数の発光源を備える光源手段、光源手段から射出された光ビームを集光するシリンドリカルレンズ、集光された光ビームを偏向走査する偏向手段、偏向走査された光ビームを被走査面上に結像する走査結像光学系、を備え、偏向手段と上記光源手段の光路中に光ビームに対応する複数の入射ミラーが配置され、各入射ミラーの法線と入射される各光ビームは副走査方向において各々異なる角度を有し、各シリンドリカルレンズは、各光ビームの進行方向を回転軸として異なる角度に母線が傾けられていることを特徴とする光走査装置による。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタル複写機およびレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置および同装置を用いた画像形成装置に関するものである。

従来の光走査装置における光ビームを走査する偏向器は、高速度で回転するポリゴンミラーやガルバノミラーが用いられていた。より高い解像度の画像を高速にプリントするには、偏向器の回転をさらに高速にする必要がある。しかし、軸受の耐久性や、風損による発熱、および高速回転による騒音が課題となり、ポリゴンミラーなどの光偏向器を用いた走査には、速度の限界があった。

このような事情に対処するために、近年研究がすすめられているシリコンマイクロマシニングを利用した偏向装置を用いる例が知られている。具体的には、シリコン（以下「Ｓｉ」という）基板で振動ミラーとそれを軸支するねじり梁を一体に形成し、この振動ミラーを偏向装置に用いる方式が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
この方式によれば、ミラー面のサイズが小さいため偏向装置を小型化できるという利点があり、また、共振を利用して往復振動させるので高速動作が可能であるにもかかわらず、低騒音で消費電力を低く抑えることができるという利点もある。
さらに、低振動であるから発熱もほとんどなく、光走査装置を収容するハウジングを薄肉化することができる。これによって、ハウジングの素材としてガラス繊維の配合率が少ない低コストの樹脂成形材を用いても画像品質への悪影響が生じにくいといった利点もある。

上記のような光走査装置において、複数の光源から射出された光ビームを主走査方向と副走査方向に対して反射させる反射ミラーを各光源に面して配置し、反射ミラーによって反射した各光ビームを主走査方向において近接させることで、光源や反射ミラーの副走査方向の間隔を狭くするものが知られている（例えば、特許文献５を参照）。

特許文献５の光走査装置は、主走査方向と副走査方向ともに偏向する入射ミラーによって、副走査方向に角度を持つ(斜入射されている)ことにより、各光学素子に入射する光ビームにおいて光束のねじれによる波面収差の劣化を招き、ビームスポット径が増大する。
また、同じシリンドリカルレンズを複数の光線で共通に用いているため、光偏向器に入射する副走査方向の位置と傾き角(斜入射角)に相関が発生し、入射ミラーに姿勢誤差があるときには、この位置と斜入射角を同時に所望する値に調整することが困難である。
また、光源から光偏向器まで３枚の入射ミラーを使用しているため、光源に近い反射ミラーを調整した場合、その後の２枚の反射ミラーへの副走査方向の位置と傾き角(以後斜入射角)が変動してしまうため、調整作業はより困難となる。

また、特許文献５の光走査装置のように、色別の潜像形成ステーションを備える光走査装置は、各ステーションで入射ミラーへの斜入射角（β）が異なる角度となるように、各入射ミラーの反射面が各光ビームに対してそれぞれ異なる角度となるように傾けている。これは「βティルトさせている」という。
特許文献５記載の光走査装置によれば、各光ビームのスキュー(光ビームのねじれ)量が、各ステーションで異なるため、共通の走査レンズで全てのステーションの波面収差を同時にかつ良好に補正することは困難である。

そこで、本発明は、複数の入射ミラーの副走査方向における異なる傾斜角度によって発生する光束のねじれを個別に補正することで、感光体上に結像する各光ビームが透過する走査レンズを共通化しながらも、波面収差の少ない安定したビームスポット径を実現することができ、かつ、画像品質が高く小型化を図ることができる光走査装置および同装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、光走査装置に関するものであって、複数の発光源を備える光源手段と、光源手段から射出された光ビームを各々集光するシリンドリカルレンズと、シリンドリカルレンズで集光された光ビームを偏向走査する偏向手段と、偏向手段で偏向走査された光ビームを被走査面上に結像する走査結像光学系と、を有し、偏向手段と光源手段の光路中に光ビームに対応する複数の入射ミラーが配置され、各入射ミラーの法線と入射される各光ビームは副走査方向において各々異なる角度を有しており、各シリンドリカルレンズは、各光ビームの進行方向を回転軸として異なる角度に母線が傾けられていることを主な特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、光源手段から射出された複数の光ビームの進行方向がそれぞれ略平行であることを特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、各入射ミラーにおいて反射された各光ビームは、主走査断面上でほぼ同じ光路となり偏向手段の偏向面に入射されることを特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、各入射ミラーにおいて反射された各光ビームは、偏向手段の偏向面に対して副走査方向において互いに異なる角度で入射されることを特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、複数の光源手段の射出軸に垂直な平面が、偏向手段の偏向軸と平行な位置関係となるように、複数の光源手段を同一平面に取り付けることを特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、複数の光源手段から射出される光ビームは、各光源手段からシリンドリカルレンズまでの光路長が異なることを特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、入射ミラーを固定する入射ミラー取り付けユニットをさらに有し、この入射ミラー取り付けユニットは、入射ミラーを個別に固定する位置決め部を備えており、位置決め部は、入射ミラーの副走査方向における所定の角度と高さを規定するように形成されていることを特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、光源手段は、対応する入射ミラーが偏向手段に近いものほど、入射ミラーユニットの副走査方向取り付け面に対して低い位置に配置されていることを特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、ハウジングに入射ミラーを副走査方向に反射面を向けてそれぞれ固定する位置決め部が形成されており、位置決め部は、入射ミラーが、複数のシリンドリカルレンズが各々の光ビームの進行方向を回転軸としてそれぞれ異なる角度で固定されるように形成されていることを特徴とする。

また本発明は、上記の光走査装置において、偏向手段は、ねじり梁によって支持されており、光源手段から射出された光ビームを偏向して主走査領域を走査する振動ミラーであることを特徴とする。

また本発明は、被走査面を副走査方向に移動させながら電子写真プロセスを実行することにより被走査面に画像を形成する画像形成装置に関するものであって、電子写真プロセス中の露光プロセスを実行する装置として上記いずれかの光走査装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、複数のシリンドリカルレンズを、各々の光ビームの進行方向を中心軸として、各入射ミラーでの傾斜角度により発生する光束ねじれ状態に応じて、各々異なる角度で配置することで光ビームのねじれを補正することができる。これによって、各感光体上に結像する光ビームは各々、走査レンズを共通化しながらも、波面収差の少ない安定したビームスポット径を実現できるので、画像品質が高く小型の光走査装置を得ることができる。

また、同一平面上に光源を配置することができ、複数の光源手段を１つのＬＤ駆動ボードに実装することができる。

また、例えば４つの画像形成ステーションを備えたカラー対応の画像形成装置に本発明に係る光走査装置を適用すると、４ステーションともに光軸角度が同じであるため、共通の治具と作業工程で取り付け作業が可能となるため、部品共通化によるコスト削減と取り付け工数の削減ができる。

上記したように、シリコンマイクロマシニングを利用した振動ミラーを偏向手段として用いることにより、低騒音、消費電力、低発熱といったメリットに加え、振動ミラーとそれを軸支するねじり梁を一体形成した扁平構造であるため、回転軸からミラー面まで所定の寸法（内接円半径）を有しイナーシャを確保するためのロータを備えるポリゴンスキャナに比べ、振動ミラーの法線方向の厚さを薄くできるといったメリットがある。

本発明にかかる光走査装置の実施例を示す（ａ）は主走査方向における断面図、（ｂ）は光源ユニット部分のみを表した副走査方向の断面図、（ｃ）は光ビームの進行方向を横軸とした副走査方向の光路を示す断面図である。 本発明にかかる光走査装置の別の実施例を示す（ａ）は主走査方向における断面図、（ｂ）は光源ユニット部分のみを表した副走査方向の断面図、（ｃ）は光ビームの進行方向を横軸とした副走査方向の光路を示す断面図である。 本発明に適用可能な入射ミラーの水平時における光ビームの反射状態の例を示す模式図である。 本発明に適用可能な入射ミラーにおける斜入射角を示すもので、（ａ）は副走査方向への傾きより生じる斜入射角β、（ｂ）は斜入射角βが生じるときの光軸における断面の例を示す模式図である 本発明に適用可能なシリンドリカルレンズによるスキュー補正方法の例を示すもので、（ａ）は入射ミラーを副走査方向にプラス側に傾けた場合に生じるスキューの補正方法を示す模式図、（ｂ）は入射ミラーを副走査方向にプラス側に傾けた場合に光軸断面において生じるスキューの例を示す模式図である。 本発明に適用可能なシリンドリカルレンズによるスキュー補正方法の例を示すもので、（ａ）は入射ミラーを副走査方向にマイナス側に傾けた場合に生じるスキューの補正方法を示す模式図、（ｂ）は入射ミラーを副走査方向にマイナス側に傾けた場合に光軸断面において生じるスキューの例を示す模式図である。 本発明に適用可能な入射ミラー取り付けユニットの例を示す（ａ）は副走査方向の断面図、（ｂ）は主走査方向の平面図、（ｃ）は副走査方向の断面図に光ビームの光路を加えた図である。 本発明に適用可能な振動ミラーの例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は底面図である。 本発明に適用可能な振動ミラーの取り付け機構の例を示す分解斜視図である。 本発明に係る光走査装置における走査軌跡の曲がり補正の効果を示す図である。 本発明にかかる画像形成装置の実施例を模式的に示す正面図である。 本発明に係る光走査装置によって改善された像面上での波面収差の例を示すもので（ａ）はｓｔ１（ブラック）の波面収差の例、（ｂ）はｓｔ３（シアン）の波面収差の例である。 本発明に適用可能なシリンドリカルレンズの固定方法の例を示す図である。 本発明に適用可能なシリンドリカルレンズの固定方法の別の例を示す図である。

以下、本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。

図１は４ステーション（色別の潜像形成ステーション）を単一の振動ミラーにより走査する光走査装置の例である。図１（ａ）は主走査方向における断面図の例である。図１（ｂ）は光源ユニット部分のみを表した副走査方向の断面図の例である。図１（ｃ）は、光ビームの進行方向を横軸とした副走査方向の光路を示す断面図の例である。
図１（ａ）と図１（ｃ）において、感光体ドラムへ導光する折り返しミラー１０８による光ビームの折り返しは図示を省略している。

ここで、本実施例に係る光走査装置の座標軸と回転軸について説明をする。偏向面の回転軸方向を副走査方向（Ｚ軸）とする。副走査方向（Ｚ軸）と垂直であって、偏向手段（振動ミラー１０５）による光ビームの走査方向を主走査方向(Ｙ軸)とする。
主走査方向と副走査方向に対して垂直な方向をＸ軸とする。図１に示した各軸の矢印方向をプラス側とする。

本実施例において、Ｚ軸を中心とする回転を「αティルト」とし、その回転角を「α」とする。また、Ｙ軸を中心とする回転を「βティルト」とし、その回転角を「β」とする。Ｘ軸を中心とする回転を「γティルト」とし、その回転角を「γ」とする。
各回転角は、図１に示した矢印の方向に右ネジが進むような時計まわりをプラス側の回転角とする。

図１（ｃ）に示すように、画像情報の各色情報に基づく光ビームが光源ユニット１０１から射出され、転写体としての中間転写ベルト１１０の移動方向に沿って等間隔に配列された複数の感光体ドラム（像担持体）１０９に対して向かっている。
光源ユニット１０１は、画像情報をイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色にわけて、それぞれの画像情報に対応した光ビームを射出する１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋが設置されている。
各色に対応する光ビームが、各色（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）の画像を形成する４つの感光体ドラム（像担持体）１０９Ｙ、１０９Ｃ、１０９Ｍ、１０９Ｋにスポットを結像するように構成されている。

各光源ユニット１０１から射出された光ビームは、互いに略平行に進行し、それぞれの光ビームに対応するカップリングレンズ１０２によって各々が略平行光束となり、この平行光束が、各光ビームに対応するシリンドリカルレンズ１０３によって振動ミラー１０５(偏向手段)の偏向面に向け副走査方向に集束する。
シリンドリカルレンズ１０３と振動ミラー１０５の間には、各光ビームを振動ミラー１０５の偏向面に向けて反射するために、入射ミラー１０４Ｙ、１０４Ｃ、１０４Ｍ、１０４Ｋが各光ビームに対応して配置されている。

入射ミラー１０４によって反射された光ビームは図１（ａ）に示すように、主走査断面上でほぼ同じ光路で、振動ミラー１０５の偏向面に向けて入射角αをもって入射される。
各光ビームが振動ミラー１０５上の略同一位置に入射するように、入射ミラー１０４は、副走査方向おいて、それぞれが異なる傾斜角度をもっている。

振動ミラー１０５に入射された光ビームは、偏向走査された後、光ビームごとに第１走査レンズ１０６、第２走査レンズ１０７、折り返しミラー１０８を経由して、感光体ドラム１０９上にそれぞれがスポット状に結像し、かつ、感光体ドラム１０９上を走査して、各ステーションにおける各色の画像情報に基づいた潜像を形成する。

入射ミラー１０４の傾斜角度は、各光ビームに設定された斜入射角となるよう設定され、これによって、それぞれの入射ミラー１０４Ｙ、１０４Ｃ、１０４Ｍ、１０４Ｋが副走査方向に設定された異なる角度をもって固定されて、各光ビームを一括して偏向、走査することができるように構成されている。

なお、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、光源ユニット１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋは、偏向手段である振動ミラー１０５に近いものほど副走査方向において低い位置(入射ミラー取り付けユニットのハウジング取り付け面に近い位置)に配置されている。

次に、本実施例における各ステーションを構成する光学素子の位置座標の例を表１、表２に示す。表中における「Ｓｔ１」はＫ（ブラック）、「Ｓｔ２」はＭ（マゼンタ）、「Ｓｔ３」はＣ（シアン）、「Ｓｔ４」はＹ（イエロー）の各ステーションに対応している。

表１に示すように、各ステーションに対応する入射ミラーは、副走査方向の回転角βがそれぞれ異なる値になっている。
光源ユニット１０１は射出軸に対し垂直に配置され、射出軸が主走査断面上において平行になるように配置されているので、光源ユニット１０１から射出された各光ビームが偏向面に入射するときに干渉しないように、表１に示すように入射ミラー１０４の副走査方向における高さと傾斜角度（β）をそれぞれ異なる値に設定する。

ここで、本実施例に係る光走査装置が備える入射ミラー１０４の固定方法について図７を用いて説明する。図７に示すように複数（図示の例では４個）の入射ミラー１０４は、副走査方向の断面形状が階段状をなす入射ミラー取り付けユニット２００によって、所定の傾きをもって固定されている。
図７（ａ）は、入射ミラー取り付け部２００の副走査方向における断面図である。図７（ｂ）は、入射ミラー取り付け部２００の主走査方向における断面図である。図７（ｃ）は、入射ミラー取り付け部２００の副走査方向における断面図であって、入射ミラー１０４で反射された各光ビームの光路を示す図である。

図７（ａ）に示すように、入射ミラー取り付け部２００は複数の入射ミラー１０４をそれぞれ異なる角度で固定する位置決め部２０１を有している。
入射ミラー取り付け部２００は、図７（ｂ）に示すように、反射ミラー１０４によって反射された各光ビームの光路が、主走査方向からみて矢印点線で示すように同一の光路となるように調整されている。

上記のように位置決めされた入射ミラー１０４によって、図７（ｃ）に示すように、点線で示した入射ミラー１０４への光ビーム（略平行に入射した複数の光ビーム）は、それぞれの斜入射角度をもって振動ミラー１０５に向けて反射される。振動ミラー１０５に入射する光ビーム（実線で示している）は、偏向面で交差する。
このように、入射ミラー１０４に至る光路において、複数の光源ユニットから射出された光ビームがそれぞれにおいて干渉しないように、入射ミラー１０４を所定の角度をもって固定するために、入射ミラー取り付け部２００の位置決め部２０１は、副走査方向の断面において階段形状を成しており、かつ、Ｚ方向の平面部がそれぞれ異なる所定の角度の傾きをもって形成されている。
入射ミラー１０４は位置決め部２０１のＺ方向の平面部に突き当てて固定すればよいので、取り付け作業が容易である。

以上説明をした入射ミラー取り付け部２００と、入射ミラー１０４の固定方法によれば、
入射ミラー１０４の副走査方向の傾きを、それぞれの位置決め部２０１によって固定すればよく、また、複数の光ビームに対する各入射ミラー１０４の位置決め部２０１が一体に形成されているので、各光ビームの斜入射角度を一定の関係をもって維持することができ、入射ミラー取り付け部２００のハウジングへの取り付け面と、ハウジング上の取り付け部との位置関係を保って固定することによって、各光ビームの入射ミラー１０４を適切な位置に固定することができるようになる。

図１に戻る。振動ミラー１０５の偏向面からほぼ同距離となる位置に複数の光源ユニットにそれぞれ対応したシリンドリカルレンズ１０３が配置されている。
各光ビームの振動ミラー１０５への入射角αが各々４５度となるように、また、偏向面上で副走査方向に設定された斜入射角度となるように、各入射ミラー１０４は副走査方向に傾けられているので、この入射ミラー１０４の傾き角度によって、光ビームの入射ミラー１０４に対する入射位置が移動してしまい、入射ミラー１０４においてγ成分のズレが発生する。
これにより光ビームにねじれが生じるため、波面収差が劣化し、ひいてはビームスポット径の劣化を招くことになるので、この光ビームのねじれを解消する必要がある。

そこで、本実施例に係る光走査装置は、シリンドリカルレンズ１０３の母線位置をあらかじめγ回転させておく。
例えば、光ビームの中心軸を回転中心として、各シリンドリカルレンズ１０３の母線位置を、ブラックに対応するシリンドリカルレンズ１０３Ｋにおいてはγ＝１．５ｄｅｇ、マゼンタに対応するシリンドリカルレンズ１０３Ｍにおいてはγ＝０．５ｄｅｇ、シアンに対応するシリンドリカルレンズ１０３Ｃにおいてはγ＝−０．５ｄｅｇ、イエローに対応するシリンドリカルレンズ１０３Ｙにおいてはγ＝-１．５ｄｅｇとなるように固定する。

ここで、主走査方向と副走査方向ともに偏向する入射ミラーによって生じる光ビームのねじれ（スキュー）とその補正方法について、さらに詳細に説明する。光ビームが入射ミラーの反射面に対して斜入射することでスキューが生じる。
図３（ａ）に示すように、入射ミラー１０４が主走査方向と副走査方向のいずれにも傾きをもたずに光ビームが水平に入射されたときは、図３（ｂ）に示すように、入射された光ビームと反射された光ビームの右端と左端での光路長は、入射ミラー１０４に光ビームが到達するまでの光路長については差異があるが、矢印で示す部分に到達すれば、点線で示すように、光ビームの右端と左端で光路長の差はない。

しかしながら本実施例に係る光走査装置においては、すでに説明をしたように、入射ミラー１０４が、副走査方向に所定の角度をもって傾けられて固定されている。つまり、必ず斜入射角βをもつことになる。
図４を用いて斜入射角βについて説明をする。図４（ａ）は、副走査方向に入射ミラー１０４が傾くことによって生じる斜入射角βが生じる例である。図４（ｂ）は、入射ミラー１０４の光軸における断面の例である。図４（ｂ）に示すように、光軸断面に対して、水平時（図３（ｂ）参照）と比較すると明らかなように、光ビームの右端は主走査断面よりも下で反射面に当たっており、光ビームの左端は主走査断面よりも上で反射面に当たり光ビームの左右の行路長が異なっている。
また、斜入射角βが生じているので、光ビームの右端の入射高さが左端の入射高さよりも小さくなる（右端の入射高さ＜左端の入射高さとなる）。このため、光ビームにねじれ(スキュー)が生じることになる。
スキューが生じた光ビームを振動ミラー１０５で偏向走査し、走査光学系を介して感光体ドラムに結像させた場合、波面収差が劣化して、感光体ドラム上のビームスポット径が増大する。

このように、入射ミラー１０４の傾きによって生じるスキューをシリンドリカルレンズ１０３によって補正をすることができる。図５および図６は、本実施例に係る光走査装置において、シリンドリカルレンズ１０３によってスキューを補正する例を示す。
図５（ａ）は、入射ミラー１０４を副走査方向にプラス側に傾けた場合に生じるスキューの補正方法を示す図である。
図５（ｂ）は、入射ミラー１０４を副走査方向にプラス側に傾けた場合に光軸断面において生じるスキューの例を示している。

図５において、入射ミラー１０４を副走査方向に＋βだけ傾けて、反射面を水平時よりも上向きすることによって、入射ミラー１０４で反射された光ビームは、偏向面に対して斜入射角−２βの角度で斜入射させることができる。
入射ミラー１０４は、主走査方向と副走査方向にともに傾斜するので、図５（ｂ）に示すように右端の入射高さより左端の入射高さのほうが上の位置に入射するためスキューが生じることになる。そこで、入射ミラー１０４の傾斜角度に応じて、各光ビームの進行方向を回転軸としてシリンドリカルレンズ１０３を回転させることで、スキューが生じないように入射ミラー１０４に光ビームを入射させることができる。
すなわち、図５（ｂ）に示すように光ビームの右端が低く左端が高くなるスキューを補正するには、図５（ａ）に示すようシリンドリカルレンズ１０３の母線を、光ビームの進行方向を回転軸として−γだけ傾ければ、スキューは解消される。

図６（ａ）は、入射ミラー１０４を副走査方向にマイナス側に傾けた場合に生じるスキューの補正方法を示す図である。
図６（ｂ）は、入射ミラー１０４を副走査方向にマイナス側に傾けた場合に光軸断面において生じるスキューの例を示している。
図６は、図５を用いて説明した例とは逆の場合であって、光ビームのねじれと逆向きにシリンドリカルレンズ１０３を回転させることで、入射ミラー１０４で生じるスキューを解消することができる。
すなわち、図６（ｂ）に示すように光ビームの右端が高く左端が低くなるスキューを補正するには、図６（ａ）に示すようシリンドリカルレンズ１０３の母線を、光ビームの進行方向を回転軸として＋γだけ傾ければよい（図６（ｂ）参照）。
以上、入射ミラー１０４の副走査方向における傾き(βティルト)によって生じる光ビームのねじれと、その補正方法について説明をしたが、設計レイアウトによっては、入射ミラーのαティルト、γティルトの影響についても、シリンドリカルレンズ１０３の母線を位置調整することによってねじれの改善を図ることができる。

上記のように、シリンドリカルレンズ１０３の母線を傾けて固定し、取り付ける方法の例について説明する。所定の角度をもって各シリンドリカルレンズ１０３を固定するために、その取り付け位置に、図１３に示すシリンドリカルレンズ固定部２０３を、書込みユニットハウジングに形成する。
シリンドリカルレンズ固定部１０３は、入射ミラー取り付け部２００の位置決め部２０１と同様に、シリンドリカルレンズ１０３を突き当てる部分を書込みユニットの樹脂ハウジングの各ステーションに対応して形成されたものである。各シリンドリカルレンズ１０３は、取り付け治具によって、シリンドリカルレンズ固定部１０３に調整しながら、接着材ないし板バネなどの固定手段を用いて固定すればよい。

シリンドリカルレンズ固定部２０３は、図１３に示したような棒状部材の他に、各ステーションのハウジング側に形成した溝２０４であってもよい。図１４において、シリンドリカルレンズ１０３は、Ｖ字形状に形成された溝２０４に突き当てられたあとに、溝の壁面にそって回転させて、所定の回転角γを調整し、調整が終了したのちにＵＶ接着または板バネ等を用いて固定すればよい。

実施例１によって改善された像面上での波面収差の例を図１２に示す。図１２（ａ）はｓｔ１（ブラック）の波面収差の例であって、図１２（ｂ）はｓｔ３（シアン）の波面収差の例である。このように、入射ミラー１０４をシリンドリカルレンズ１０３の母線位置に基づいて回転させることによって、図１２で明らかなようにＳｔ１、Ｓｔ３のいずれにおいても波面収差が精度よく補正されている。

図１（ａ）に戻る。光源ユニット１０１から射出された各光ビームはシリンドリカルレンズ１０３によって振動ミラー１０５の反射面の近傍で副走査方向に収束される。偏向された後の光ビームは互いに分離するように間隔を拡げつつ第１走査レンズ１０６を通過して、各ステーションに配置される第２走査レンズ１０７に入射される。第１走査レンズ１０６は全てのステーションで共用され、副走査方向には収束力を持たない。

第１走査レンズ１０６を通った各光ビームのうち、振動ミラー１０５に最も近い入射ミラー１０４（１０４Ｙ）で反射された光ビームは、第２走査レンズ１０７を介して折り返しミラー１０８で反射されて感光体ドラム１０９上にスポット状に結像し、かつ、光走査して第１の画像形成ステーションとしてイエロー色の画像情報に基づいた潜像を形成する。
振動ミラー１０５から二番目に近い入射ミラー１０４（１０４Ｃ）で反射された光ビームは、第２走査レンズ１０７を介して、折返しミラー１０８で反射されて感光体ドラム１０９上にスポット状に結像し、第２の画像形成ステーションとしてシアン色の画像情報に基づいた潜像を形成する。
振動ミラー１０５から三番目に近い入射ミラー１０４（１０４Ｍ）で反射された光ビームは、第２走査レンズ１０７を介して、折返しミラー１０８で反射されて感光体ドラム１０９上にスポット状に結像し、第３の画像形成ステーションとしてマゼンダ色の画像情報に基づいた潜像を形成する。
振動ミラー１０５から最も遠い入射ミラー１０４（１０４Ｋ）で反射された光ビームは、第２走査レンズ１０７を介して、折返しミラー１０８で反射されて感光体ドラム１０９上にスポット状に結像し、第４の画像形成ステーションとしてブラック色の画像情報に基づいた潜像を形成する。
これらの構成部品は後述する単一のハウジングに一体的に保持される。

同期検知センサ１１１は、第１走査レンズを通過した光ビームを検出して、振動ミラー１０５の振幅、位相、周期、オフセット等を算出する信号を出力するセンサである。偏向制御手段によって振動ミラー１０５の制御を行う。振動ミラー１０５の動作状況に応じて、光源駆動手段である光源駆動基板から、画像形成領域の書込みデータに応じて光源部を駆動制御して、パルス点灯駆動していく。

実施例１では振幅中心を走査レンズの光軸と一致する配置としており、走査レンズの面形状が表２に示すような非球面形状となるようにしている。第１走査レンズ１０６は全てのステーションに共通に用いられる。第２走査レンズ１０７は、ステーションごとに個別のレンズであって、全てのステーションの光ビームが、二次元多項式の原点を通過する位置に配置されている。

尚、同期検知センサ１１１を、θｓ＞α／２となるように配置してもよい。ここで、θｓは同期検知の振れ角である。
また、装置のレイアウトによっては振幅中心が走査レンズの光軸と一致しない例、つまり、振幅中心を光源側にずらして振幅させる例もあり、その場合には光ビーム検出手段の配置を光軸とのずれ量を反映させたものとする必要がある。
上記したように振動ミラー１０５の偏向面は往復振動に伴って波状に変形する。この変形量δは振幅θ0の時に最大となり、振れ角0からθ0への変化により比例的に変化量が大きくなるといった傾向がある。
つまり、走査領域を走査する振れ角θｄは、走査レンズの画角により定まってしまうため、走査領域を走査する振れ角θｄの振幅θ０に対する比、有効走査率(θｄ／θ０)が小さい方がミラー変形の影響を受け難いということになる。
しかし、振幅θ０を大きくするには可動部の質量を小さくする必要があり、可動部の厚さを薄くすれば変形量が大きくなってしまうので、相反する関係がある。

そこで、本発明に係る光走査装置においては、振動ミラー１０５の角速度が比較的一定な振れ角の範囲内として有効走査率(θｄ／θ０)を設定し、被走査領域を走査する振れ角θｄを振幅θ０の６０％以下とすることで変形を抑制している。
一方、入射角αを大きくすると動的面変形の影響を受けやすい。入射ミラー１０４から振動ミラー１０５の偏向面への入射角αと振動ミラー１０５の振れ角(振幅)θ0との関係は、α＞２θ０であり、最大偏向角を２θｍａｘ＝α＋２θ０としていたが、有効走査率（θｄ／θ０）を所定値以下、例えば０．６以下に抑えるためにθ０≧α／２≧θｄとなるように、光源からの光ビームの光源手段から振動ミラー面への入射角αを設定している。具体的には、θ０＝２５°、θｄ＝１５°、α＝４５°、θｓ＝１８°である。ここで、θdは感光体上を走査する有効振れ角である。

図８は、本実施例に係る光走査装置に適用可能な振動ミラーの構造の例を示す図であり、図９は、本実施例に係る光走査装置に適用可能な振動ミラーを備えた振動ミラーモジュールの構成例を示す分解斜視図である。この振動ミラーと振動ミラーモジュールの例では、振動ミラーの回転トルクの発生方法として電磁駆動方式を採用している。図８及び図９において、符号４４１は振動ミラーを示しており、この振動ミラー４４１は、ねじり梁４４２で軸支されている。後で詳細に説明するが、振動ミラー４４１、ねじり梁４４２およびこれらと一体のフレームは、単一のＳｉ基板からエッチングにより外形を貫通して作製され、実装基板４４８に装着されることによって振動ミラー基板４４０を構成している。

この振動ミラーモジュールは支持部材４４７によって支持されている。支持部材４４７は、樹脂で成形され、回路基板４４９を兼ねていて、回路基板４４９の所定位置に位置決めされている。回路基板４４９の上面には、一対の振動ミラー基板４４０を保持するための保持体が起立した態様で固定されていて、この保持体には、振動ミラー基板４４０が所定の位置で固定されるように位置決めする位置決め部４５１が形成されている。位置決め部４５１で振動ミラー基板４４０が位置決めされた状態で、各振動ミラー面が主走査方向に対し所定の角度、実施例では２２．５°傾いている。各振動ミラー基板４４０は実装基板４４８に実装され、実装基板４４８の下辺には配線端子４５５が形成されている。上記保持体は、一対の振動ミラー基板４４０を位置決めして装着した態様で、実装基板４４８の配線端子４５５が接触するように、金属製端子群を配列してなるエッジコネクタ部４５２を有している。

振動ミラー基板４４０は、一辺をエッジコネクタ部４５２に挿入し、押え爪４５３の内側に嵌め込み、基板裏側の両側縁部を位置決め部４５１に沿わせることによって支持部材４４７上に装着することができる。振動ミラー基板４４０を装着することによって電気的な配線が同時になされ、また、各々の振動ミラー基板４４０を個別に交換できるように構成されている。なお、回路基板４４９には、振動ミラーの駆動回路を構成する制御ＩＣや水晶発振子等が実装され、回路基板４４９に固定されたコネクタ４５４を介して電源および制御信号が入出力されるようになっている。

回路基板４４９には、振動ミラーの駆動回路を構成する制御ＩＣや水晶発振子等が実装され、コネクタ４５４を介して電源および制御信号が入出力される。振動ミラー４６０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。

本実施例では、ＳＯＩ基板と呼ばれる６０μMと１４０μMとの２枚の基板が酸化膜を挟んで予め接合されたウエハを用いて作製している。まず、１４０μM基板（第２の基板）４６１の表面側からプラズマエッチングによるドライプロセスによって、ねじり梁４４２、平面コイルが形成される振動板４４３、可動部の骨格をなす補強梁４４４と、フレーム４４６とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通し、次に、６０μM基板（第１の基板）４６２の表面側からKＯＨなどの異方性エッチングによって、可動ミラー４４１と、フレーム４４７とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通し、最後に、可動部周囲の酸化膜を除去して分離し振動ミラーの構造体を形成する。
ここで、ねじり梁４４２、補強梁４４４の幅は４０〜６０μMとした。上記したように振動子の慣性モーメントＩは振れ角を大きくとるには小さい方が望ましく、反面、慣性力によってミラー面が変形してしまうため、本実施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４６２の表面側にアルミニウム薄膜を蒸着して反射面となし、
１４０μM基板４６１の表面側には銅薄膜でコイルパターン４６３とねじり梁を介して配線された端子４６４、および、トリミング用のパッチ４６５を形成する。
当然、振動板４４３側に薄膜状の永久磁石を備え、フレーム４４７側に平面コイルを形成する構成とすることもできる。

実装基板４４８上には、振動ミラー４６０を装着する図示しない枠状の台座と、振動ミラーを囲うように形成されたヨーク４７０が配備され、上記ヨークには可動ミラー端に対向して各々Ｓ極とＮ極とを向かい合わせ、回転軸と直交する方向に磁界を発生する一対の永久磁石４５０が接合されている。

振動ミラー４６０は、ミラー面を表に向けて上記台座に装着され、各端子４６４間に電流を流すことによりコイルパターン４６３の回転軸に平行な各辺にローレンツ力が生じ、ねじり梁４４２をねじって振動ミラー４４１を回転する回転トルクＴを発生し、電流を切るとねじり梁の戻り力により水平に戻る。
従って、コイルパターン４６３に流れる電流の方向を交互に切り換えることによって、可動ミラー４４１を往復振動させることができる。

この電流の切り換える周期を、振動ミラーを構成する構造体の、ねじり梁を回転軸とした１次振動モードの固有振動数、いわゆる共振振動数ｆ０に近づけると振幅が励起され大きな振れ角を得ることができる。
従って、通常は、走査周波数ｆｄをこの共振振動数ｆ０に合わせて設定、あるいは追従するように制御しているが、共振振動数ｆ０は上記したように、振動ミラーを構成する振動子の慣性モーメントＩによって決定されるため、仕上がりの寸法精度にばらつきがあると個体間で差が生じてしまい、振動ミラー個々の走査周波数ｆｄを揃えることが困難となる。

この共振振動数ｆ０のばらつきは、プロセスの能力にもよるが、±２００Ｈｚ程度あり、例えば、走査周波数ｆｄ＝２KＨｚとすると、１／１０ラインに相当する走査ラインピッチのずれが生じることになり、Ａ４サイズを出力すると、紙端では数十MMもの倍率ずれになってしまう。
そのため、共振振動数ｆ０の近いものを選別によってランク分けし、各ランクに応じて走査周波数ｆｄを選択、設定しているが、共振振動数ｆ０のばらつきが大きいとランク分けの数が増え、その分、振動ミラーの駆動回路も走査周波数ｆｄの選択肢も増やさなければならないので、生産効率が悪いうえ、交換を行う際には同じランクの振動ミラーと入れ換える必要があるためコストもかかる。

そこで、本実施例においては、実装基板に装着する前に、可動部の裏側に形成したパッチ４６５に炭酸ガスレーザなどにより切り込みを入れて可動部の質量を徐々に減らしていくことで慣性モーメントＩを調整し、個体間の寸法差があっても共振振動数ｆ０が概略一致するように、ここでは±５０Ｈｚに入るように調整している。
そして、ランク分けした周波数帯域内で、共振振動数ｆ０によらず、固定の走査周波数ｆｄを設定している。
上記したように、振動ミラー裏側に形成した平面コイルには、交互に電流の流れる方向が切り換わるように、交流電圧、またはパルス波状電圧が印加され、振れ角θが一定となるように平面コイルに流す電流のゲインを調節して往復振動させる。

一方、可動ミラーへの斜入射に伴って発生する、あらかじめ判っている走査軌跡の曲がり残差についても、図１０に示すように、曲がり残差と反転する位置関係に画素データをシフトしておくことで、同様に画像上目立たなくすることができる。
書込制御回路においては、これらを合わせて原画データを変換してフレームメモリに収納され、1ライン単位のラスターデータとして読み出され、同期検知信号をトリガーとして光源駆動回路に転送する。光源駆動回路ではラスターデータに基づいて半導体レーザを変調する。

次に、本発明にかかる光走査装置の別の実施例について説明をする。図２は、色別の４つのステーションにおける各光源ユニットを同一平面に並べて配置し、単一の振動ミラーにより走査する光走査装置の例であって、図２（ａ）は主走査方向における断面図の例である。図２（ｂ）は光源ユニット部分のみを表した副走査方向の断面図の例である。図２（ｃ）は、光ビームの進行方向を横軸とした副走査方向の断面図の例である。
図２（ａ）と図２（ｃ）において、感光体ドラムへ導光する折り返しミラー１０８による光ビームの折り返しは図示を省略している。
本実施例における各ステーションを構成する光学素子の位置座標の例を表３、表４に示す。表中における「Ｓｔ１」はＫ（ブラック）、「Ｓｔ２」はＭ（マゼンタ）、「Ｓｔ３」はＣ（シアン）、「Ｓｔ４」はＹ（イエロー）の各ステーションに対応している。

第１走査レンズ１０６は全ステーションで共通で用いていて、かつ、第２走査レンズ１０７はステーションごと個別レンズで、全てのステーションの光線が、二次元多項式の原点を通過する位置に配置している。

図２（ａ）に示すように、光源ユニット１０１Ｙと他の光源ユニット１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋは、光源駆動基板１１２に実装することで、同一平面に取り付けることができる。
このように光源ユニット１０１の取り付け面を同一平面とすると、各光源ユニット１０１から振動ミラー１０５までの光路長が、光ビームによって異なることになるので、各光ビームに対応するカップリングレンズ１０２からシリンドリカルレンズ１０３までの光路長をイエロー、シアン、マゼンダ、ブラックの順番で長く設定すればよい。

また、本実施例に係る光走査装置によれば、カップリングレンズ１０２を光ビームと垂直な方向に配置することができるので、調整機の移動自由度が少なく、作業を簡略化できる。入射角度や入射ミラーの傾き調整など、光学系レイアウトの配置を変えることにより、主走査断面と垂直な平面であれば、必ずしも図２（ｂ）に示した壁面に光源ユニット１０１を配置する必要はない。すなわち、光源ユニット１０１を図２に示した例とは反対側となるハウジングの壁面や、ハウジング内の任意位置に配置することもできる。このように、任意の位置に光源ユニット１０１を配置した場合であっても、シリンドリカルレンズ１０３の偏向面からの光路長を互いにほぼ等しくすることによって、偏向面上での副走査方向の集束をほぼ揃えることができる。

次に実施例１に示した光走査装置を備えた画像形成装置の例を説明する。図１１において、ブラックの感光体ドラム９０１の周囲には、感光体ドラムを高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、光走査装置９００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像装置９０４、感光体ドラムに残ったトナーを掻き取って備蓄するクリーニング装置９０５が配置される。他の感光体ドラムの周囲構成も同様である。感光体ドラムへは振動ミラーの往復走査により１周期で２ライン毎の画像記録が行われる。
上記した画像形成ステーションは中間転写ベルト906移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が中間転写ベルト９０６上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。
一方、記録媒体としての記録紙は給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により供給され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送り出され、中間転写ベルト９０６からトナー画像が転写される。その後、定着装置９１０で定着がなされ、排紙ローラ対９１２により排紙トレイ９１１に排出される。

１０１ 光源ユニット
１０２ カップリングレンズ
１０３ シリンドリカルレンズ
１０４ 入射ミラー
１０５ 振動ミラー
１０６ 第１走査レンズ
１０７ 第２走査レンズ
１０８ 折り返しミラー
１０９ 感光体ユニット

特許第２９２４２００号公報 特許第３０１１１４４号公報 特許第３４４５６９１号公報 特許第３５４３４７３号公報 特開２００６−１７８１９０号公報

Claims (11)

1. 複数の発光源を備える光源手段と、上記光源手段から射出された光ビームを各々集光するシリンドリカルレンズと、上記シリンドリカルレンズで集光された光ビームを偏向走査する偏向手段と、上記偏向手段で偏向走査された光ビームを被走査面上に結像する走査結像光学系と、を有する光走査装置において、
   上記偏向手段と上記光源手段の光路中に上記光ビームに対応する複数の入射ミラーが配置され、
   上記各入射ミラーの法線と入射される上記各光ビームは副走査方向において各々異なる角度を有しており、
   上記各シリンドリカルレンズは、上記各光ビームの進行方向を回転軸として異なる角度に母線が傾けられていることを特徴とする光走査装置。
2. 上記光源手段から射出された複数の光ビームの進行方向がそれぞれ略平行であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 上記各入射ミラーにおいて反射された各光ビームは、主走査断面上でほぼ同じ光路となり上記偏向手段の偏向面に入射されることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
4. 上記各入射ミラーにおいて反射された各光ビームは、上記偏向手段の偏向面に対して副走査方向において互いに異なる角度で入射されることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。
5. 上記複数の光源手段の射出軸に垂直な平面が、上記偏向手段の偏向軸と平行な位置関係となるように、上記複数の光源手段を同一平面に取り付けることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
6. 上記複数の光源手段から射出される光ビームは、各光源手段からシリンドリカルレンズまでの光路長が異なることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
7. 上記入射ミラーを固定する入射ミラー取り付けユニットをさらに有し、
   上記入射ミラー取り付けユニットは、上記入射ミラーを個別に固定する位置決め部を備えており、
   上記位置決め部は、上記入射ミラーの副走査方向における所定の角度と高さを規定するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
8. 上記光源手段は、対応する上記入射ミラーが上記偏向手段に近いものほど、上記入射ミラーユニットの副走査方向取り付け面に対して低い位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
9. ハウジングに上記入射ミラーを副走査方向に反射面を向けてそれぞれ固定する位置決め部が形成されており、
   上記位置決め部は、上記入射ミラーが、上記複数のシリンドリカルレンズが各々の光ビームの進行方向を回転軸としてそれぞれ異なる角度で固定されるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
10. 上記偏向手段は、ねじり梁によって支持されており、上記光源手段から射出された光ビームを偏向して主走査領域を走査する振動ミラーであることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
11. 被走査面を副走査方向に移動させながら電子写真プロセスを実行することにより被走査面に画像を形成する画像形成装置であって、電子写真プロセス中の露光プロセスを実行する装置として請求項１乃至１０のいずれかに記載の光走査装置を備えている画像形成装置。

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