JP2012008244A - Optical scanning device and image forming apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact optical scanning device that takes advantage of a feature of an oscillation mirror to prevent image degradation, and to provide an image forming apparatus.SOLUTION: The optical scanning device includes a scanning unit U1 and a scanning unit U2 arranged adjacent to each other. The scanning unit U1 includes: a light source 10K, an oscillation mirror 11 for scanning a laser beam from the light source 10K in a polarized manner; and a scanning lens 14K that collects the laser beam scanned in a polarized manner by the oscillation mirror 11 toward a scanned surface. The scanning unit U2 includes: a light source 10M; a different oscillation mirror 11 for scanning a laser beam from the light source 10M in a polarized manner; and a scanning lens 14M that collects the laser beam scanned in a polarized manner by the oscillation mirror 11 toward a scanned surface. The optical scanning device further includes: beam detectors 21 and 22 to be shared by both scanning units U1 and U2 to detect passage of a predetermined laser beam scanned in a polarized manner in each of the scanning units U1 and U2; and a control means that controls drive of the oscillation mirrors 11 in the scanning units U1 and U2 on the basis of the detection result of the beam detectors 21 and 22.

Description

本発明は、レーザラスタ書込光学系に用いられる振動ミラーを有する光走査装置及びカラー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 a color image forming apparatus having a vibrating mirror used in a laser raster writing optical system.

従来、カラー機の高速プリント化・高画質化を実現するにあたって、ポリゴンミラーを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。この高速回転により、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。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。すなわち、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、または輻射により走査レンズの温度が上昇する。実際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伝達率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。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の場合が顕著となる。   Conventionally, in order to realize high-speed printing and high image quality of a color machine, it has been necessary to rotate the polygon mirror at a high speed of 25000 rpm or more and with high accuracy. This high-speed rotation increases the power consumption of the polygon scanner, and the heat generation adversely affects an optical element such as a scanning lens. Specifically, the temperature rise of the scanning lens closest to the polygon scanner. That is, the heat generated from the polygon scanner transfers heat 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 it has a temperature distribution especially in the main scanning direction, which is the longitudinal direction, due to the distance from the heat source (polygon scanner) or the influence of the heat transfer coefficient and airflow of each material. . 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 in the case of plastics having a large coefficient of thermal expansion.

カラー機においては、各色(イエロー、マゼンダ、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、上記問題以外に各色に対応する光学素子の温度偏差が問題となる。上記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 machine, the laser beam corresponding to each color (yellow, magenta, cyan, black) is scanned, so that the temperature deviation of the optical element corresponding to each color becomes a problem in addition to the above problem. The temperature deviation causes a shift in the relative positional relationship between the beam spots corresponding to each color, resulting in an image color shift.

上記課題を解決するため、ポリゴンミラー偏向器ではなく、共振現象を用いた振動ミラーが検討されている。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やカラー機における光学素子の温度偏差や光走査装置の振動を低減するというメリットがある。また従来より、単一の振動ミラーで複数の被走査面を走査する光走査装置も検討されているが(特許文献1〜3参照。)、振動ミラーに複数色に対応するレーザビームを入射させる必要があるため副走査方向に角度をもって入射する(いわゆる斜入射)方式となることから光走査装置として大型化(特に副走査方向の高さ)するといった課題があった。   In order to solve the above problems, a vibrating mirror using a resonance phenomenon is being studied instead of a polygon mirror deflector. This method has low power consumption and has the advantage of reducing temperature rise of the scanning lens used in the optical scanning device, temperature deviation of optical elements in the color machine, and vibration of the optical scanning device. Conventionally, an optical scanning device that scans a plurality of scanned surfaces with a single oscillating mirror has been studied (see Patent Documents 1 to 3), but a laser beam corresponding to a plurality of colors is incident on the oscillating mirror. Since it is necessary to enter the sub-scanning direction at an angle (so-called oblique incidence), there is a problem that the optical scanning device is enlarged (particularly, the height in the sub-scanning direction).

また、振動ミラー偏向器を複数使用して、複数の被走査面を走査する光走査装置では(特許文献1〜4参照。)、振動ミラーの走査周波数や振動振幅が異なると走査特性も異なるためカラー画像のように混色する場合には、色ずれ/色むらとった画像劣化の課題があった。また、振動振幅を一定に制御する場合でも、その振幅情報が振動ミラー毎に異なるビーム検出器で行われるため、厳密に色ずれを無くすことができないといった不具合があった。   Further, in an optical scanning device that scans a plurality of scanned surfaces using a plurality of vibrating mirror deflectors (see Patent Documents 1 to 4), scanning characteristics and scanning amplitudes differ depending on the scanning frequency and vibration amplitude of the vibrating mirror. In the case of color mixing as in a color image, there has been a problem of image deterioration due to color misregistration / color unevenness. Further, even when the vibration amplitude is controlled to be constant, there is a problem in that the color information cannot be strictly eliminated because the amplitude information is performed by different beam detectors for each vibration mirror.

本発明は、以上の従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、消費電力や振動を低減して画像の経時安定性を確保するといった振動ミラーの特長を活かしつつ、小型化を図り、画像劣化を抑制する光走査装置及び該光走査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。   The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and while minimizing the size of an image while taking advantage of the features of a vibrating mirror such as reducing power consumption and vibration to ensure stability over time of an image, It is an object of the present invention to provide an optical scanning device that suppresses deterioration and an image forming apparatus using the optical scanning device.

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。なお、カッコ内に本発明を実施するための形態において対応する部位及び符号等を示す。
〔1〕 レーザ光を出射する少なくとも1つの光源(光源10K,10M)と、前記光源からのレーザ光を偏向走査する振動ミラー(振動ミラー11)と、前記振動ミラーで偏向走査されるレーザ光を被走査面に向かって集光する走査結像手段(走査レンズ14K,14M)と、からなる振動ミラー走査ユニット(走査ユニットU1,U2)が複数配置され、隣接する前記振動ミラー走査ユニットに共通のものとして配置され、前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれにおいて偏向走査された所定のレーザ光の通過を検出するビーム検出器(ビーム検出器21,22)と、前記ビーム検出器の検出結果に基づいて、前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれの振動ミラーの駆動を制御する制御手段(図10)と、を備えることを特徴とする光走査装置(光走査装置5,図1,図2,図10)。
〔2〕 前記振動ミラー走査ユニットは、表裏面に反射面(反射面441a,441b)を有する振動ミラーと、前記振動ミラーの表裏面それぞれの側に配置され、それぞれレーザ光を出射して前記振動ミラーの対応する反射面に入射させる2つの光源(光源10K,10M)と、前記振動ミラーで相反する方向に反射されるとともに偏向走査される2つのレーザ光をそれぞれ対応する被走査面に向かって集光する走査結像手段(走査レンズ14K,14M)と、からなることを特徴とする前記〔1〕に記載の光走査装置(光走査装置5、図1〜図3)。
〔3〕 前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれにおいて、偏向走査される2つのレーザ光のうち、前記ビーム検出器を通過するレーザ光に関する光源を、前記振動ミラーの反射面へのレーザ光入射角と前記被走査面における走査位置の関係が互いに同じとなるように配置することを特徴とする前記〔2〕に記載の光走査装置(図1)。
〔4〕 前記2つの光源から出射されたレーザ光は前記振動ミラーの表裏面ともに該振動ミラーの回転軸に対して直交するように反射面に入射することを特徴とする前記〔2〕または〔3〕に記載の光走査装置。
〔5〕 前記ビーム検出器が複数実装された単一の回路基板(基板19)が前記隣接する振動ミラー走査ユニット(走査ユニットU1,U2)の間に配置されていることを特徴とする前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の光走査装置(図1)。
〔6〕 前記ビーム検出器は、1つの受光素子が電気的に分割されて前記2つの受光面(受光面PD1M,PD1Y))とされたフォトダイオード(受光部PD1)からなり、前記隣接する振動ミラー走査ユニット(走査ユニットU1,U2)それぞれにおいて偏向走査された所定のレーザ光(走査ビーム(M),(Y))が前記2つの受光面をそれぞれ通過することを特徴とする前記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の光走査装置(図11)。
〔7〕 前記2つの受光面をそれぞれ通過する2つのレーザ光は、該受光面に対する入射角度および光量をそれぞれ一致させて受光面内を往復走査することを特徴とする前記〔6〕に記載の光走査装置(図13)。
〔8〕 前記ビーム検出器は、前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれの振動ミラーの目標振幅に対する振幅変動(振幅量、図7)、該振動ミラーの振幅中心とレーザ光の走査中心との差異(オフセット量、図8)、該振動ミラーの振幅波形の基準位相クロックからの位相変動(位相差、図9)を検出するものであることを特徴とする前記〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の光走査装置。
〔9〕 前記制御手段は、前記複数の振動ミラー走査ユニットそれぞれの振動ミラーをすべて同じ駆動周波数(駆動周波数fD)に基づいて振動させ、前記ビーム検出器の検出結果に基づいて、前記振動ミラーすべての走査特性が合致するように制御することを特徴とする前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の光走査装置(図10)。
〔10〕 前記複数の振動ミラー走査ユニットは、全ての被走査面に対して同方向のレーザ光の走査を行うことを特徴とする前記〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載の光走査装置(図1)。
〔11〕 前記〔1〕〜〔10〕のいずれかに記載の光走査装置(光走査装置5)を備えることを特徴とする画像形成装置(図16)。
The present invention provided to solve the above problems is as follows. In addition, the site | part and code | symbol etc. which respond | correspond in the form for implementing this invention in a parenthesis are shown.
[1] At least one light source (light sources 10K and 10M) that emits laser light, a vibrating mirror (vibrating mirror 11) that deflects and scans laser light from the light source, and laser light that is deflected and scanned by the vibrating mirror A plurality of oscillating mirror scanning units (scanning units U1, U2) including scanning imaging means (scanning lenses 14K, 14M) for condensing toward the surface to be scanned are arranged, and are common to the adjacent oscillating mirror scanning units. A beam detector (beam detectors 21 and 22) that detects the passage of a predetermined laser beam that is arranged and is deflected and scanned in each of the adjacent vibrating mirror scanning units, and based on the detection result of the beam detector And control means (FIG. 10) for controlling driving of the vibrating mirrors of the adjacent vibrating mirror scanning units. An optical scanning device (optical scanning device 5, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 10).
[2] The oscillating mirror scanning unit is disposed on each of the oscillating mirror having reflecting surfaces (reflecting surfaces 441a and 441b) on the front and back surfaces, and on the front and back surfaces of the oscillating mirror, and emits laser light to oscillate the oscillating mirror. Two light sources (light sources 10K and 10M) that are incident on the corresponding reflecting surfaces of the mirror and two laser beams that are reflected and deflected and scanned in the opposite directions by the vibrating mirror toward the corresponding scanned surfaces, respectively. The optical scanning device according to [1] (optical scanning device 5, FIGS. 1 to 3), characterized by comprising condensing scanning image forming means (scanning lenses 14K and 14M).
[3] In each of the adjacent oscillating mirror scanning units, among the two laser beams that are deflected and scanned, a light source related to the laser beam that passes through the beam detector is defined as a laser beam incident angle to the reflecting surface of the oscillating mirror. 2. The optical scanning device according to [2] (FIG. 1), wherein the scanning positions on the surface to be scanned are arranged so as to have the same relationship.
[4] The laser light emitted from the two light sources is incident on the reflecting surface so that both the front and back surfaces of the vibrating mirror are orthogonal to the rotation axis of the vibrating mirror. 3].
[5] The circuit board (substrate 19) on which a plurality of the beam detectors are mounted is disposed between the adjacent vibrating mirror scanning units (scanning units U1, U2). 1] to [4]. The optical scanning device according to any one of FIGS.
[6] The beam detector includes a photodiode (light receiving unit PD1) in which one light receiving element is electrically divided to form the two light receiving surfaces (light receiving surfaces PD1M and PD1Y), and the adjacent vibrations. [1], wherein predetermined laser beams (scanning beams (M) and (Y)) deflected and scanned in the mirror scanning units (scanning units U1 and U2) pass through the two light receiving surfaces, respectively. To [5] (5).
[7] The two laser beams respectively passing through the two light receiving surfaces are reciprocally scanned in the light receiving surface with the incident angles and the light amounts corresponding to the light receiving surfaces being matched. Optical scanning device (FIG. 13).
[8] The beam detector includes an amplitude variation (amplitude amount, FIG. 7) with respect to a target amplitude of each oscillating mirror of each of the adjacent oscillating mirror scanning units, and a difference between the amplitude center of the oscillating mirror and the scanning center of the laser beam ( Any one of the above [1] to [7], which detects an offset amount, FIG. 8), and a phase fluctuation (phase difference, FIG. 9) from the reference phase clock of the amplitude waveform of the vibrating mirror. The optical scanning device according to 1.
[9] The control means oscillates all the oscillating mirrors of the plurality of oscillating mirror scanning units based on the same drive frequency (drive frequency fD), and based on the detection result of the beam detector, The optical scanning device according to any one of [1] to [8], wherein the optical scanning device is controlled so as to match the scanning characteristics (FIG. 10).
[10] The optical scanning according to any one of [1] to [9], wherein the plurality of oscillating mirror scanning units perform scanning of laser light in the same direction on all scanned surfaces. Device (Figure 1).
[11] An image forming apparatus (FIG. 16) comprising the optical scanning device (optical scanning device 5) according to any one of [1] to [10].

本発明の光走査装置によれば、制御手段が隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれを駆動周波数信号、目標振幅量、許容オフセット量、基準位相クロックを共有した状態で制御し、ビーム検出器が隣接する振動ミラー走査ユニットに共通のものとして配置されているので、隣接する振動ミラー走査ユニットでは、異なる振動ミラーであってもそれぞれの走査ビームを振幅量、オフセット量、位相差が合致するように制御することができ、その結果、全ての被走査面に対する走査特性を合致させることが可能となる。また、消費電力や振動を低減して画像の経時安定性を確保するといった振動ミラーの特長を活かしつつ、光走査装置全体の小型化が可能である。
本発明の画像形成装置によれば、本発明の光走査装置を用い、全ての感光体に対する走査ビームの走査特性を合致させるので、常時、色ずれの少ない良好なカラー画像を形成することができる。
According to the optical scanning device of the present invention, the control means controls each oscillating mirror scanning unit adjacent to each other while sharing the drive frequency signal, the target amplitude amount, the allowable offset amount, and the reference phase clock, and the beam detector is adjacent. Since they are arranged in common with the oscillating mirror scanning unit, the adjacent oscillating mirror scanning units control each scanning beam so that the amplitude amount, the offset amount, and the phase difference match even with different oscillating mirrors. As a result, it is possible to match the scanning characteristics for all the scanned surfaces. In addition, it is possible to reduce the size of the entire optical scanning device while taking advantage of the features of the oscillating mirror, such as reducing power consumption and vibrations and ensuring the stability of images over time.
According to the image forming apparatus of the present invention, since the scanning characteristics of the scanning beam for all the photoconductors are matched by using the optical scanning apparatus of the present invention, it is possible to always form a good color image with little color shift. .

本発明に係る光走査装置の主要部の構成を示す主走査断面図である。It is a main scanning sectional view showing the composition of the principal part of the optical scanning device concerning the present invention. 本発明に係る光走査装置の主要部の構成を示す副走査断面図である。It is a sub-scanning sectional view showing a configuration of a main part of the optical scanning device according to the present invention. 振動ミラーの構成を示す詳細図である。It is detail drawing which shows the structure of a vibration mirror. 振動ミラーの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a vibration mirror. 光学ハウジングへ搭載される形態の振動ミラーの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the vibration mirror of the form mounted in an optical housing. 本発明の光走査装置における振動ミラーの駆動電圧波形、振幅波形、駆動基準信号、ビーム検出器の出力信号、基準位相クロックの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the drive voltage waveform of an oscillation mirror, an amplitude waveform, a drive reference signal, the output signal of a beam detector, and a reference phase clock in the optical scanning device of the present invention. 振動ミラーの振幅波形の振幅の変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the fluctuation | variation of the amplitude of the amplitude waveform of a vibration mirror. 振動ミラーの振幅波形のオフセットの変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the fluctuation | variation of the offset of the amplitude waveform of a vibration mirror. 振動ミラーの振幅波形の位相の変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a fluctuation | variation of the phase of the amplitude waveform of a vibration mirror. 振動ミラー制御手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a vibration mirror control means. ビーム検出器と走査されるレーザビームとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a beam detector and the laser beam scanned. ビーム検出器の出力波形とスレッシュ電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output waveform of a beam detector, and a threshold voltage. ビーム検出器の受光部に入射するときの振動ミラーの反射面におけるレーザビームの入射状態を示す図である。It is a figure which shows the incident state of the laser beam in the reflective surface of a vibration mirror when injecting into the light-receiving part of a beam detector. 本発明の光走査装置において光学素子の特性が設計どおりのときの主走査ビーム径を像高毎にプロットした図である。FIG. 5 is a diagram in which the main scanning beam diameter is plotted for each image height when the characteristics of the optical element are as designed in the optical scanning device of the present invention. 振動ミラーの駆動周波数と振幅の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the drive frequency and amplitude of a vibration mirror. 本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of an image forming apparatus according to the present invention.

以下に、本発明に係る光走査装置及び画像形成装置の構成について説明する。
図1は、本発明に係る光走査装置の主要部の構成を示す主走査断面図(上から見た図)であり、図2は、本発明に係る光走査装置の主要部の構成を示す副走査断面図(側面から見た図)である。なおここでは、光走査装置5は、本発明の画像形成装置(図16、後述)内の4つの感光体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:マゼンダ、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装置例であり、理解を容易にするため要部のみ単純化して示している。
The configurations of the optical scanning device and the image forming apparatus according to the present invention will be described below.
FIG. 1 is a main scanning sectional view (viewed from above) showing the configuration of the main part of the optical scanning device according to the present invention, and FIG. 2 shows the configuration of the main part of the optical scanning device according to the present invention. It is subscanning sectional drawing (figure seen from the side). Here, the optical scanning device 5 appropriately uses four photosensitive members 3Y, 3M, 3C, and 3K (hereinafter referred to as subscripts Y, M, C, and K) in the image forming apparatus (FIG. 16, described later) of the present invention. And Y: yellow, M: magenta, C: cyan, and K: black.) Is an example of an apparatus arranged above the image forming units arranged in parallel. In order to facilitate understanding, only the main part is shown in a simplified manner.

光走査装置5は、図1,図2に示すように、2つの振動ミラー走査ユニット(以下、走査ユニットという)U1,U2からなっている。ここで、走査ユニットU1,U2の構成は同じであり、走査ユニットU1,U2は装置中心線Cに対して線対称に配置される。以下、走査ユニットU1を代表例にとり詳述する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical scanning device 5 includes two vibrating mirror scanning units (hereinafter referred to as scanning units) U1 and U2. Here, the configurations of the scanning units U1, U2 are the same, and the scanning units U1, U2 are arranged symmetrically with respect to the apparatus center line C. Hereinafter, the scanning unit U1 will be described in detail by taking a representative example.

走査ユニットU1は、レーザビーム(レーザ光ともいう)を出射する少なくとも1つの光源と、前記光源からのレーザビームを偏向走査する振動ミラー(振動ミラー偏向器ともいう)と、前記振動ミラーで偏向走査されるレーザビームを被走査面に向かって集光する走査結像手段と、からなるものであり、詳しくは表裏面に反射面を有する振動ミラー(振動ミラー11)と、前記振動ミラーの表裏面それぞれの側に配置され、それぞれレーザビームを出射して前記振動ミラーの対応する反射面に入射させる2つの光源(光源10M,10K)と、前記振動ミラーで相反する方向に反射されるとともに偏向走査される2つのレーザビームをそれぞれ対応する被走査面に向かって集光する走査結像手段(走査レンズ14M、14K)と、からなる。   The scanning unit U1 includes at least one light source that emits a laser beam (also referred to as laser light), a vibrating mirror (also referred to as a vibrating mirror deflector) that deflects and scans the laser beam from the light source, and deflection scanning using the vibrating mirror. Scanning imaging means for condensing the laser beam to be scanned toward the surface to be scanned, and more specifically, a vibrating mirror (vibrating mirror 11) having a reflecting surface on the front and back surfaces, and the front and back surfaces of the vibrating mirror Two light sources (light sources 10M and 10K) that are arranged on the respective sides and emit laser beams and enter the corresponding reflecting surfaces of the vibrating mirror, and are reflected in the opposite directions by the vibrating mirror and deflected and scanned. Scanning image forming means (scanning lenses 14M, 14K) for condensing the two laser beams to be scanned toward the corresponding scanned surfaces, respectively.

具体的には、走査ユニットU1は、各色(M,K)に対応する2つの光源10M,10Kと、各光源10M,10Kからのレーザビームを偏向走査する光偏向手段である振動ミラー11と、2つの感光体ドラム3M、3Kの被走査面上に導く走査結像光学系である走査レンズ14M,14Kを備えており、これらの構成部材は光学ハウジング内に収納されている。   Specifically, the scanning unit U1 includes two light sources 10M and 10K corresponding to each color (M, K), a vibrating mirror 11 that is a light deflecting unit that deflects and scans the laser beams from the light sources 10M and 10K, and Scanning lenses 14M and 14K, which are scanning imaging optical systems that guide the scanning surfaces of the two photosensitive drums 3M and 3K, are provided, and these components are housed in an optical housing.

ここで、振動ミラー11は、走査ユニットU1の略中央に配置され、表面と裏面の両面に反射面を有しており、各々入射されたレーザビームを対向側に偏向走査している。   Here, the oscillating mirror 11 is disposed substantially at the center of the scanning unit U1, has reflection surfaces on both the front surface and the back surface, and deflects and scans each incident laser beam to the opposite side.

図3に、振動ミラー11の主要部となるミラー基板440の詳細図、図4に、その分解斜視図を示す。
ミラー基板440は、表裏面に反射面(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 a mirror substrate 440 that is a main part of the vibrating mirror 11, and FIG. 4 is an exploded perspective view thereof.
The mirror substrate 440 is composed of a movable part that forms reflection surfaces (mirror surfaces) on the front and back surfaces to form a vibrator, a torsion beam that supports the rotating part, and a frame that forms a support part. The Si substrate is etched by etching. Cut out to form.

本実施例では、SOI(Silicon on Insulator)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あらかじめ接合されたウエハを用いて作製する。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(図示しない)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、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、可動ミラー部441と、フレーム447とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通し、最後に、可動部周囲の酸化膜を除去して分離し振動ミラーの構造体を形成する。   In this embodiment, the wafer is manufactured using a wafer in which two substrates of 60 μm and 140 μm called SOI (Silicon on Insulator) substrates are bonded in advance with an oxide film interposed therebetween. First, a torsion beam 442, a vibration plate 443 on which a planar coil is formed, and a reinforcing beam (not shown) forming a skeleton of a movable part by a dry process by plasma etching from the surface side of a 140 μm substrate (second substrate) 461, The remaining part of the frame 447 is penetrated to the oxide film, and then the movable mirror part 441 and the frame 447 are formed by anisotropic etching such as KOH from the surface side of the 60 μm substrate (first substrate) 462. The remaining part is left up to the oxide film, and finally, the oxide film around the movable part is removed and separated to form a vibrating mirror structure.

ここで、ねじり梁442、補強梁444の幅は40〜60μmとした。振動子の慣性モーメントIは振れ角を大きくとるには小さい方が望ましく、反面、慣性力によってミラー面が変形してしまうため、本実施例では可動部を肉抜きした構造としている。   Here, the torsion beam 442 and the reinforcing beam 444 had a width of 40 to 60 μm. It is desirable that the moment of inertia I of the vibrator is small in order to increase the deflection angle. On the other hand, the mirror surface is deformed by the inertial force. Therefore, in this embodiment, the movable portion is thinned.

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441a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。また、反射面441aの反対側にも反射面441bが構成されている。反射面441bは反射面441aの加工プロセスとは別に形成されたミラー部を接着などの方法で可動部に高精度位置決めして密着配置される。なお、反射面441bの光学特性(反射率)、物理特性(密度、ヤング率、熱膨張係数)、形状特性(寸法、厚さ、平面度)は441aと同等の特性とし、初期及び経時温度変動時の走査特性が異ならないような構成としている。   Further, an aluminum thin film is vapor-deposited on the surface side of the 60 μm substrate 462 to form a reflection surface 441a. On the surface side of the 140 μm substrate 461, a terminal 464 wired with a coil pattern 463 and a torsion beam is formed. Naturally, a configuration may be adopted in which a thin film permanent magnet is provided on the diaphragm 443 side and a planar coil is formed on the frame 447 side. Further, a reflection surface 441b is also formed on the opposite side of the reflection surface 441a. The reflective surface 441b is closely contacted and positioned with high precision on the movable portion by a method such as adhesion of a mirror portion formed separately from the processing process of the reflective surface 441a. Note that the optical characteristics (reflectance), physical characteristics (density, Young's modulus, thermal expansion coefficient), and shape characteristics (dimensions, thickness, flatness) of the reflective surface 441b are the same as those of 441a, and initial and temporal temperature fluctuations. The configuration is such that the scanning characteristics at the time do not differ.

実装基板448上には、140μm基板461及び60μm基板462を装着する枠状の台座466と、振動ミラーを囲うように形成されたヨーク449が配備され、上記ヨーク449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。140μm基板461及び60μm基板462は台座466に装着され、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をねじって可動ミラー部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。   On the mounting substrate 448, a frame-shaped pedestal 466 for mounting the 140 μm substrate 461 and the 60 μm substrate 462 and a yoke 449 formed so as to surround the vibration mirror are provided, and the yoke 449 is opposed to the end of the movable mirror. A pair of permanent magnets 450 that generate a magnetic field in a direction orthogonal to the rotation axis are joined to each other with the S and N poles facing each other. The 140 μm substrate 461 and the 60 μm substrate 462 are mounted on a pedestal 466, and a Lorentz force is generated on each side parallel to the rotation axis of the coil pattern 463 by passing a current between the terminals 464, and the torsion beam 442 is twisted to move the movable mirror unit 441. Is generated, and when the current is turned off, it returns to the horizontal state by the return force of the torsion beam.

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(交流信号)ことによって、可動ミラー部441を往復振動させることができる。そして、この電流の切り換える周期を、振動ミラー11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。   Therefore, by alternately switching the direction of the current flowing through the coil pattern 463 (AC signal), the movable mirror unit 441 can be reciprocally oscillated. When the current switching period is brought close to the natural frequency of the primary vibration mode of the structure constituting the oscillating mirror 11 with the torsion beam as the rotation axis, the so-called resonance frequency f0, the amplitude is excited and a large deflection angle is obtained. Can be obtained.

一方、コイルパターン463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441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、振幅動作原理に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11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 DC component current (applying a voltage) to the coil pattern 463, the movable mirror portion 441 can be changed statically (the amplitude center is changed). However, since the resonance phenomenon is used for the amplitude operation principle, the change according to the current is within ± 1 ° in angle. By superimposing the DC component on the AC signal, the amplitude center can be changed while the vibrating mirror 11 is amplituded (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11の詳細を示している。ミラー基板440の他、ミラー姿勢を維持固定し、かつ電気接続(電極部473)を行なうためのブラケット471と、ブラケット471を固定し、光学ハウジング(図示しない)に載置される基板472(電気コネクタ474)、で構成される。なお、ブラケット471には反射面441bへのレーザビーム入出射のための開口部471aが設けられている。   FIG. 5 shows details of the vibrating mirror 11 mounted on the optical housing. In addition to the mirror substrate 440, a bracket 471 for maintaining and fixing the mirror posture and making electrical connection (electrode part 473), and a substrate 472 (electrical) mounted on an optical housing (not shown), with the bracket 471 fixed. Connector 474). Note that the bracket 471 is provided with an opening 471a for entering and exiting the reflection surface 441b.

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1/50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では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変動を抑え、色ずれの発生を抑制することができる。さらに、可動部の質量、イナーシャが小さいことで共振振動であっても外部へ伝達する振動(質量アンバランスによる振動)が少ない(ポリゴンミラーの1/100以下)ことから、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り、ポリゴンミラー方式で発生していた折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)も解消することができる。   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. 1/50 or less). As a result, heat generation is reduced, and the temperature rise of the optical element and housing of the writing optical system can be substantially eliminated. In particular, with a scanning lens made of resin, there is no local temperature distribution and color Variations in the scanning position of the laser beam during image formation can be suppressed, and occurrence of color misregistration can be suppressed. Furthermore, since the mass and inertia of the movable part are small, there is little vibration transmitted to the outside (vibration due to mass imbalance) even if it is resonant vibration (1/100 or less of the polygon mirror). The vibration transmitted to the element is substantially eliminated, and the banding (roughness variation in the sub-scanning direction) at the time of image formation due to the vibration of the folding mirror, which has been generated in the polygon mirror system, can be eliminated.

なお、図1において、振動ミラー11によって偏向走査されるレーザビーム60の最大振れ角の走査位置を60a、最大振れ角以内に配置されるビーム検出器21の受光部(受光素子)PD1へ入射して出力信号がでるタイミングにレーザビームが走査される位置を60b、感光体3Mへの画像領域の端部を走査する位置を60cとする。   In FIG. 1, the scanning position of the maximum deflection angle of the laser beam 60 deflected and scanned by the oscillating mirror 11 is 60a, and enters the light receiving portion (light receiving element) PD1 of the beam detector 21 arranged within the maximum deflection angle. The position where the laser beam is scanned at the timing when the output signal is output is 60b, and the position where the end of the image area on the photosensitive member 3M is scanned is 60c.

ここで、光走査装置5は、図1,図2に示すように、隣接する走査ユニットU1,U2の間であって、主走査方向(振動ミラー11による光束の偏向走査方向、図1では図中上下方向)を長手として配置され、その両端にレーザビームの通過を検出するビーム検出器21,22を保持している基板19を備える。このとき、ビーム検出器21,22の受光部(受光素子)PD1,PD2には、走査ユニットU1からはマゼンタ色成分画像を書込む光束の一部が入射され、走査ユニットU2からはイエロー色成分画像を書込む光束の一部が入射されるようになっている。   Here, as shown in FIGS. 1 and 2, the optical scanning device 5 is between the adjacent scanning units U1 and U2, and is in the main scanning direction (the deflection scanning direction of the light beam by the vibrating mirror 11, shown in FIG. A substrate 19 is provided with beam detectors 21 and 22 for detecting the passage of the laser beam at both ends thereof. At this time, a part of the light beam for writing the magenta color component image is incident on the light receiving portions (light receiving elements) PD1 and PD2 of the beam detectors 21 and 22, and the yellow color component is incident on the scanning unit U2. A part of the light beam for writing the image is made incident.

また、図1の走査ユニットU1において(図中上半分)、振動ミラー11によって偏向走査される光源10Mからのレーザビーム60のうち、感光体3Mへの画像領域の端部の走査位置を60cよりも外側であって、最大振れ角の走査位置60aよりも内側となる走査位置60bのレーザビームが折り返しミラー18aにより、ビーム検出器21の受光部PD1に入射するようになっている。また、図1の下半分においても、同様にレーザビームが折り返しミラー18bにより、ビーム検出器22の受光部PD2に入射するようになっている。   Further, in the scanning unit U1 of FIG. 1 (upper half in the drawing), the scanning position of the edge of the image area on the photosensitive member 3M of the laser beam 60 from the light source 10M deflected and scanned by the vibrating mirror 11 is determined from 60c. Also, the laser beam at the scanning position 60b which is outside and inside the scanning position 60a having the maximum deflection angle is incident on the light receiving part PD1 of the beam detector 21 by the folding mirror 18a. In the lower half of FIG. 1, the laser beam is similarly incident on the light receiving part PD2 of the beam detector 22 by the folding mirror 18b.

上記に述べた振動ミラー方式のメリットを最大限に活かすためには以下の制御が必須であり、好適な実施例を示す。なお、走査ユニットU1の振動ミラー11について詳述するが、走査ユニットU2の振動ミラーについても同じであるので省略する。   The following control is indispensable in order to make the best use of the merits of the vibrating mirror system described above, and a preferred embodiment will be described. Although the vibrating mirror 11 of the scanning unit U1 will be described in detail, the same applies to the vibrating mirror of the scanning unit U2, and the description thereof will be omitted.

図6は、本発明の光走査装置における振動ミラーの駆動電圧波形、振幅波形、駆動基準信号、ビーム検出器の出力信号、基準位相クロックの関係を示す図である。
図6(b)は、時間に対する振動ミラー振幅を示したものである。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被走査面上で一定となるように走査レンズ14はf・arcsin特性を有している。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship among the drive voltage waveform, amplitude waveform, drive reference signal, beam detector output signal, and reference phase clock of the vibrating mirror in the optical scanning device of the present invention.
FIG. 6B 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 14 has f · arcsin characteristics so as to be constant on the surface to be scanned even at such a scanning speed.

ここで、上記特性の走査レンズ14を使用したとしても、図7〜図9に示すような振動ミラー11の振幅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の振動(駆動)周波数が一定でも、図7〜図9のような現象が発生し、理想振幅波形(赤色で示した正弦波形)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。   Here, even if the scanning lens 14 having the above characteristics is used, fluctuations in amplitude variation of the oscillating mirror 11 as shown in FIGS. 7 to 9 occur, and therefore control is performed to suppress the fluctuations. Even if the vibration (drive) frequency of the oscillating mirror 11 is constant, the phenomenon shown in FIGS. 7 to 9 occurs, and the ideal amplitude waveform (sine waveform shown in red) all changes in the scanning position of the laser beam, resulting in image degradation. Will be generated.

図7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(小さい場合も同じである)、矢印方向に示すような振幅とするために、図6で示したようなビーム検出器21の出力(PD1出力)のタイムインターバルA(図中、A1,A2,・・・A)とビーム検出器22の出力(PD2出力)のタイムインターバルB(図中、B1,・・・B)の演算値が一定となるように制御を行う。具体的には、(A1+B1)/2、(A2+B2)/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. 7 shows the amplitude variation. When the amplitude is larger than the target (the same is true when the amplitude is smaller), the beam detection as shown in FIG. 6 is performed in order to obtain the amplitude shown in the arrow direction. The time interval A (A 1 , A 2 ,... A n in the figure) of the output of the detector 21 (PD1 output) and the time interval B (B1,. ..Control is performed so that the calculated value of B n ) is constant. Specifically, the control target value is uniquely determined from the resonance frequency by averaging a plurality of times with (A 1 + B 1 ) / 2, (A 2 + B 2) / 2,... (A n + B n ) / 2. Control is performed as follows.

図8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8(a)と図8(b)はオフセット量による違いであり、図8(a)はオフセット量が許容レベルにある状態を示した例であり、図8(b)は許容オフセットを超えている状態を示した例である。
図8(a)の場合、振幅波形の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ゼロである必要はない。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。
FIG. 8 shows the positional relationship between the amplitude center of the oscillating mirror 11 and the scanning center, and there is an offset in the amplitude waveform with respect to the scanning center (difference between the amplitude center of the oscillating mirror and the optical scanning center). This is an example. FIG. 8A and FIG. 8B show the difference depending on the offset amount. FIG. 8A shows an example in which the offset amount is at an allowable level, and FIG. 8B exceeds the allowable offset. It is an example showing the state.
In the case of FIG. 8A, the offset amount of the amplitude waveform affects the linearity and beam diameter which are optical scanning characteristics, but the offset amount does not necessarily have to be zero in consideration of the influence on the image. Specifically, the linearity error is corrected by controlling the lighting timing of the laser beam based on the image information, thereby suppressing the influence and suppressing the influence on the beam diameter. By controlling the light amount (integrated light amount) so that the electrostatic latent images are equal, the influence of the offset is reduced.

なお、そもそも許容オフセット以内であれば前記制御を行な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なわなくとも画像上問題とはならないことが判っている。   In the first place, it is possible not to perform the control as long as it is 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 influence on the image is suppressed as much as possible and the image is not required. It turns out that this is not a problem.

図8(b)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11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する。また、他の実施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が可能となる。駆動機構は例えば図5の基板472の下面にステッピングモータが配置され(図示しない)、該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される。このとき、振動ミラー11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される。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。   In the case of FIG. 8B, it is necessary to adjust (correct) within an allowable range as described above. The adjustment is performed by superimposing a DC component corresponding to the offset amount on the driving voltage (AC component) of the oscillating mirror 11 to change the posture in the main scanning direction and adjust the amplitude center to be within the allowable offset. . Further, as another embodiment, adjustment can be made by a drive mechanism that changes the posture of the vibrating mirror 11. For example, a stepping motor is disposed on the lower surface of the substrate 472 in FIG. 5 (not shown), and the drive mechanism is disposed such that the rotational axis of the motor and the vibration axis of the vibration mirror 11 coincide. At this time, the vibration mirror 11 is adjusted within the allowable offset by changing the posture (rotation) about the vibration axis. The rotation step resolution of the stepping motor must be at least equivalent to 1/2 or less of the allowable offset amount.

従来は理想的にオフセット量ゼロとするためにオフセット調整を行っており、許容オフセットという許容範囲を設けるのは本実施例特有のことである。従って従来は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8(b)におけるオフセット量を全て調整できる(ゼロにする)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なることから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。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11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ためである)。   Conventionally, offset adjustment is performed in order to ideally set the offset amount to zero, and it is peculiar to the present embodiment to provide a permissible range of permissible offset. Therefore, the DC component superimposing circuit conventionally required for offset adjustment must have the performance of having an output voltage that can adjust (set to zero) all the offset amounts in FIG. 8B. Since the size and heat generation amount increase, the temperature in the optical scanning device rises, degrading the optical scanning characteristics. In addition, this increases the cost associated with an increase in circuit size. Also, the current (voltage) that is driven during offset adjustment cannot be driven indefinitely in accordance with the offset amount from the upper limit of the current rating of the oscillating mirror 11 (because the element is destroyed if the current rating is exceeded). ).

図8(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6で示したようなPD1出力のタイムインターバルAとPD2出力のタイムインターバルBの演算値が一定となるように制御を行う。具体的にはA1−B1、A2−B2、・・・A−Bで数回の平均化を行い、図10の比較器81aで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に限りオフセット制御を行う。 In FIG. 8B, in order to adjust the offset to within the allowable offset (as shown in the arrow direction), the calculated values of the time interval A of PD1 output and the time interval B of PD2 output as shown in FIG. Control is performed to be constant. Specifically, A 1 -B 1 , A 2 -B 2 ,... A n -B n are averaged several times, and it is determined by the comparator 81a in FIG. If it is within the allowable range, the control is not performed, and the offset control is performed only when the allowable offset is exceeded.

図9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6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PD1出力のタイムインターバルC(図中、C1,C2,・・・C)の位相が一定となるように制御を行う。具体的にはC1、C2・・・Cで複数回の平均化を行い、目標値である零となるように制御を行う。タイムインターバルCをカウントするビーム検出器21の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)が精度が高く、Aの前端側の場合、Aの時間内に位相変動により画像形成時の位相精度が低下するからである。 FIG. 9 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, the reference phase clock for generating a signal for driving the oscillating mirror 11 as shown in FIG. 6 and the PD1 output time interval C (C 1 , C 2 ,... C n in the figure). Control is performed so that the phase of is constant. Specifically, averaging is performed a plurality of times with C 1 , C 2 ... C n , and control is performed so that the target value becomes zero. The output of the beam detector 21 that counts the time interval C is preferably an output that is the timing immediately before the image forming area (the rear end side of A). The phase is adjusted because the accuracy is higher immediately before the image writing start side (the rear end side of A), and 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 A. It is.

図7、図8(b)の実際の振幅状態(実線)のように、理想振幅または許容オフセットを超えると、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。たと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、これは混色するカラー画像に限らず単色のモノクロ画像でも共通の課題である。   As shown in the actual amplitude state (solid line) in FIGS. 7 and 8B, when the ideal amplitude or the allowable offset is exceeded, the phenomenon is different from the ideal scanning speed, and thus the scanning position shift in the main scanning direction. . For example, image deterioration such as jitter in the main scanning direction (vertical line fluctuation) and main scanning magnification error is caused, and this is a common problem not only in color images that are mixed colors but also in monochrome images of a single color.

一方、図9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10から出射されるレーザビームを各色毎の感光体3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. 9 becomes a particular problem when forming a color image. As shown in FIG. 1, a single oscillating mirror 11 scans a laser beam emitted from a light source 10 of each color onto a photoconductor 3 for each color according to an image signal. Since the deflection scanning position of each color laser beam changes, the sub-scanning position fluctuates on the image (on the intermediate transfer belt), causing color misregistration and color unevenness.

光源10は、図1において、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」であり、画像形成のための各色(マゼンタ(M)、ブラック(K)、イエロー(Y)、シアン(C))に対応するよう配置されている。光源10は、各色の光源10M,10K,10Y,10Cの総称である(他の部品もこれに準ずる)。図1の走査ユニットU1では、光源10M,10Kが振動ミラー11の表裏面それぞれの側に振動ミラー11を挟んで対向して配置され、光源10M,10Kの2つの半導体レーザが、それぞれ、M(マゼンタ)、K(ブラック)の各色成分画像を書込むための光束を振動ミラー11の対応する反射面に水平入射するように放射する。ついで、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、シリンドリカルレンズ12M,12K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(反射面441a,441b)近傍に主走査方向に長い線像として結像される。   In FIG. 1, the light source 10 is a “light source device” composed of a semiconductor laser and a coupling lens, and each color for image formation (magenta (M), black (K), yellow (Y), cyan (C )). The light source 10 is a generic name for the light sources 10M, 10K, 10Y, and 10C of the respective colors (other parts are equivalent to this). In the scanning unit U1 of FIG. 1, the light sources 10M and 10K are disposed opposite to each of the front and back surfaces of the oscillating mirror 11 with the oscillating mirror 11 therebetween, and the two semiconductor lasers of the light sources 10M and 10K are respectively M ( Light beams for writing the respective color component images of magenta) and K (black) are radiated so as to be horizontally incident on the corresponding reflecting surface of the vibrating mirror 11. Next, the light beam emitted from each semiconductor laser is converted into a light beam form (parallel light beam or weakly divergent or converging light beam) suitable for the subsequent optical system by the coupling lens, and is sub-scanned by the cylindrical lenses 12M and 12K. The beam is focused in the direction and formed as a long line image in the main scanning direction in the vicinity of the deflecting reflecting surface (reflecting surfaces 441a and 441b) of the oscillating mirror 11 serving as a deflection scanning means.

振動ミラー11では、光源10M,10Kからの光束は、相反する方向に反射されるとともに偏向走査される。例えば、振動ミラー11の振動により対向側に偏向走査された2色分の偏向光束のうち、マゼンダ側の光束は走査結像光学系の走査レンズ14Mを透過する。マゼンダ成分画像を書込む光束はミラー16Mを介して、被走査面の実態を成すドラム状の光導電性の感光体3M上の被走査面に光スポットとして集光し、感光体3Mの表面を矢印方向に光走査される。また、ブラック側の光束は走査結像光学系の走査レンズ14Kを透過する。ブラック成分画像を書込む光束はミラー16Kを介して、被走査面の実態を成すドラム状の光導電性の感光体3K上の被走査面に光スポットとして集光し、感光体3Kの表面をマゼンダ側の光束と同じ方向(矢印方向)に光走査される。   In the oscillating mirror 11, the light beams from the light sources 10M and 10K are reflected in opposite directions and deflected and scanned. For example, of the two color deflected light beams deflected and scanned to the opposite side by the vibration of the vibration mirror 11, the magenta light beam passes through the scanning lens 14M of the scanning imaging optical system. The light beam for writing the magenta component image is condensed as a light spot on the scanned surface on the drum-shaped photoconductive photosensitive member 3M that forms the actual state of the scanned surface via the mirror 16M, and the surface of the photosensitive member 3M is collected. Optical scanning is performed in the direction of the arrow. Further, the black-side light beam passes through the scanning lens 14K of the scanning imaging optical system. The light beam for writing the black component image is condensed as a light spot on the scanned surface on the drum-shaped photoconductive photosensitive member 3K that forms the actual state of the scanned surface via the mirror 16K, and the surface of the photosensitive member 3K is collected. Optical scanning is performed in the same direction (arrow direction) as the light flux on the magenta side.

走査レンズ14M,14K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。   The materials of the scanning lenses 14M and 14K are made of a plastic material that has an aspherical shape easily and at low cost. Specifically, it is made of polycarbonate having a low water absorption, high transmittance, and excellent moldability, and a synthetic resin mainly composed of polycarbonate. Is preferred.

走査ユニットU2では、イエロー、シアンの各色成分画像を書込む光束もそれぞれ上記と同様に、振動ミラー11で反射、偏向走査され、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ように、往復振動している振動ミラー11の振動方向に合わせて画像データの光源変調駆動を制御している。なお、走査ユニットU2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、マゼンダの略意である「M」、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、シアンとも光学的な同位置に配置されている。   In the scanning unit U2, the light beams for writing the respective color component images of yellow and cyan are also reflected and deflected and scanned by the vibrating mirror 11, transmitted through the lens, and imaged as a light spot on the photosensitive member. The light source modulation driving of the image data is controlled in accordance with the vibration direction of the vibrating mirror 11 that is reciprocally oscillating so that the scanning is performed in the same arrow direction. The optical elements corresponding to the respective colors of the scanning unit U2 are not numbered, but components with “M”, which is an abbreviation for magenta, and “K”, which is an abbreviation for black. Are arranged in the same optical position for both yellow and cyan.

ところで、本実施例以外に光偏向器を挟んで対向する被走査面上を各々走査方向が逆向きになる光走査装置が従来より実現されている。特に光偏向器がポリゴンミラーのように回転モータを使用している場合は前記走査方向が逆向きとなることが避けられない。走査方向が逆向きの場合、副走査方向に一定速度で移動するので光偏向器を挟んで対向する走査線の傾き差が原理的に発生する。本実施例では全ての被走査面に対して同じ方向に走査するため各被走査面で走査線傾きがあっても全て同方向となり、傾き差は発生せず色ずれには現れない。このような光偏向器を挟んで対応する被走査面上を全て同方向にすることができるのは往復動作可能な振動ミラー方式特有の効果である。   Incidentally, in addition to the present embodiment, an optical scanning device in which the scanning direction is reversed on each of the scanning surfaces facing each other with the optical deflector interposed therebetween has been realized. In particular, when the optical deflector uses a rotary motor such as a polygon mirror, it is inevitable that the scanning direction is reversed. When the scanning direction is opposite, the scanning line moves at a constant speed in the sub-scanning direction, so that a difference in inclination between the scanning lines facing each other with the optical deflector interposed is generated in principle. In this embodiment, since all the scanning surfaces are scanned in the same direction, even if there is a scanning line inclination on each scanning surface, all the scanning directions are in the same direction, no inclination difference occurs, and no color shift appears. It is an effect peculiar to the oscillating mirror system capable of reciprocating that all the corresponding scanned surfaces can be set in the same direction across the optical deflector.

なお、原理的に発生する走査線傾きは、副走査方向の画素密度と主走査の有効走査期間率によって決まる。本実施例の場合、副走査方向の画素密度600dpi(=42.3μm)、有効走査期間率0.2で走査線傾き量は42.3×0.2=8.5μmとなる。ただし、全て同方向に8.5μm傾いているので色ずれにはならない。一方、ポリゴンミラー方式の場合、副走査方向の画素密度600dpi(=42.3μm)、有効走査期間率0.6で走査線傾き量は42.3×0.6=25.4μmとなる。この傾き量は図1のような光偏向器を挟んで対向する被走査面を有する場合には傾き方向が逆になるため走査中央は一致するものの両端部は25.4×2倍=50.8μmの色ずれとなる。この色ずれを対策するために従来は光学素子の姿勢を傾かせる機構を設け、走査線の傾き補正を行っている。本実施例では原理的に発生する走査線の傾き補正機構は搭載していない。   Note that the scanning line inclination generated in principle is determined by the pixel density in the sub-scanning direction and the effective scanning period rate of the main scanning. In this embodiment, the pixel density in the sub-scanning direction is 600 dpi (= 42.3 μm), the effective scanning period rate is 0.2, and the scanning line inclination amount is 42.3 × 0.2 = 8.5 μm. However, since all of them are inclined by 8.5 μm in the same direction, no color shift occurs. On the other hand, in the case of the polygon mirror method, the pixel density in the sub-scanning direction is 600 dpi (= 42.3 μm), the effective scanning period rate is 0.6, and the scanning line inclination amount is 42.3 × 0.6 = 25.4 μm. The tilt amount is opposite to the scan direction when the optical deflector as shown in FIG. 1 is sandwiched, so that the tilt directions are opposite, but the scanning centers coincide, but both ends are 25.4 × 2 = 50. The color shift is 8 μm. In order to prevent this color misregistration, conventionally, a mechanism for tilting the attitude of the optical element is provided to correct the inclination of the scanning line. In the present embodiment, a mechanism for correcting the inclination of the scanning line generated in principle is not mounted.

画像形成装置では、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。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に転写され、定着されるようになる。   In the image forming apparatus, an electrostatic latent image of a color component image corresponding to each photoconductor is formed by this optical scanning. These electrostatic latent images are visualized with a corresponding color toner by a developing device and transferred onto an intermediate transfer belt. At the time of transfer, the color toner images are superimposed on each other to form a color image. This color image is transferred and fixed on a sheet-like recording medium.

以上説明したように、図1に示した光走査装置は、カラー画像を構成する4つ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、偏向走査手段である複数の振動ミラー11により同一方向に偏向走査し、各々の走査結像手段に設けられた走査レンズ14により、各色成分画像に対応する被走査面に向かって走査結像手段により集光させるものである。   As described above, the optical scanning device shown in FIG. 1 uses a plurality of oscillating mirrors that are deflection scanning means to convert each light beam emitted from a plurality of light sources 10 corresponding to four color component images constituting a color image. 11 is deflected and scanned in the same direction, and is condensed by the scanning imaging means toward the surface to be scanned corresponding to each color component image by the scanning lens 14 provided in each scanning imaging means.

なお、本実施例では、光源10から出射されたレーザビームは振動ミラー11の反射面に対して表裏ともに回転軸に対して直交するように入射している(反射面の法線に対して平行:所謂、水平入射光学系)。従来の振動ミラーを用いた光走査装置では、振動ミラー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(所謂、斜入射光学系)ため被走査面上での走査線曲がりが大きく発生し、かつ色毎に異なる斜入射角に応じてレーザビーム径が異なり画像の劣化や走査線曲がり補正機構を設けるなど装置の複雑化も招いていた。また、4色分の走査ビームが振動ミラーの反射面に対して全て同じ側(反射面が一面なので、反射面側の片側のみ)とレイアウトされるため、特に光路分離や折り返しのための光学素子が片側に集中レイアウトし光走査装置全体の高さが大型化するといった課題もあった。   In the present embodiment, the laser beam emitted from the light source 10 is incident on the reflecting surface of the oscillating mirror 11 so that both the front and back surfaces are orthogonal to the rotation axis (parallel to the normal line of the reflecting surface). : So-called horizontal incidence optical system). In a conventional optical scanning device using a oscillating mirror, each color laser beam incident on the reflecting surface of the oscillating mirror has a desired angle with respect to the sub-scanning direction (so-called oblique incidence optical system). The scanning line is greatly bent on the scanning surface, and the laser beam diameter is different depending on the oblique incident angle which is different for each color, resulting in image deterioration and a complicated scanning line bending mechanism. In addition, the scanning beams for the four colors are all laid out on the same side (only one side of the reflecting surface because the reflecting surface is a single surface) with respect to the reflecting surface of the oscillating mirror. However, there is also a problem that the height of the entire optical scanning device is increased due to the concentrated layout on one side.

本実施例では反射面一面に対して、1色分のレーザビームしか入射させていないので(表裏に反射面を有する振動ミラーを2つ用いて、4つの反射面にそれぞれ1色分のレーザビームを入射させる構成であるため)、斜入射させる必要が無く、光学素子の集中的なレイアウトを回避して小型化を実現できるとともに走査線曲がりの発生を抑制できる。   In this embodiment, only one color of laser beam is incident on one reflecting surface (using two vibrating mirrors having reflecting surfaces on the front and back surfaces, one color laser beam on each of the four reflecting surfaces. Therefore, it is not necessary to make oblique incidence, avoiding the intensive layout of the optical elements, realizing downsizing, and suppressing occurrence of scanning line bending.

また、本実施例の走査光学系は、各色ごとに走査レンズ14の結像素子一つで構成されており、振動ミラー11への水平入射光学系とすることにより、従来の斜入射で必須となっていた複数枚の走査レンズを単数化が実現できる。水平入射とすることにより、斜入射光学系で発生する走査線曲がり補正機能やポリゴンスキャナ方式で必要な面倒れ補正機能を本実施例の走査レンズに負荷する必要が無いので、走査レンズを簡素化できる。   In addition, the scanning optical system of the present embodiment is configured by one imaging element of the scanning lens 14 for each color, and by using a horizontal incident optical system to the oscillating mirror 11, it is essential for conventional oblique incidence. The singularization of the plurality of scanning lenses that have been made can be realized. By adopting horizontal incidence, it is not necessary to load the scanning lens bending correction function required in the oblique incidence optical system and the surface tilt correction function required in the polygon scanner system on the scanning lens of this embodiment, so the scanning lens is simplified. it can.

ところで、本実施例では、振動ミラー11を走査ユニットU1,U2ごとに少なくとも1つずつ用いており、走査ユニットU1,U2間で振動ミラー11の振動周波数と振動振幅を合致させる必要があるが、本発明ではつぎのような構成とすることにより課題を解決している。
すなわち、本発明の光走査装置5は、隣接する走査ユニットU1,U2に共通のものとして配置され、隣接する走査ユニットU1,U2それぞれにおいて偏向走査された所定のレーザビームの通過を検出するビーム検出器21,22と、ビーム検出器21,22の検出結果に基づいて、隣接する走査ユニットU1,U2それぞれの振動ミラー11の駆動を制御する制御手段(振動ミラー制御手段、図10)と、を備えることを特徴とするものである。
By the way, in this embodiment, at least one oscillating mirror 11 is used for each of the scanning units U1 and U2, and it is necessary to match the vibration frequency and the vibration amplitude of the oscillating mirror 11 between the scanning units U1 and U2. The present invention solves the problem by adopting the following configuration.
That is, the optical scanning device 5 of the present invention is arranged as a common device for the adjacent scanning units U1 and U2, and detects the passage of a predetermined laser beam deflected and scanned in each of the adjacent scanning units U1 and U2. And control means (vibrating mirror control means, FIG. 10) for controlling the driving of the vibrating mirrors 11 of the adjacent scanning units U1 and U2 based on the detection results of the beam detectors 21 and 22. It is characterized by comprising.

また、複数の振動ミラー11の振動周波数に対しては、図10に示すように駆動周波数fDを同一とし同じ信号源から複数の振動ミラー駆動(正弦波)信号生成部119,219に入力し、たとえ振動ミラー毎の共振周波数が異なっていても振動周波数を同じとすることができる。なお完全に一致した共振周波数を有する振動ミラーを製作するには加工プロセスの管理が非常に厳しく、歩留まりが悪く高価となり実用的でない。本実施例では、あえて異なる共振周波数の振動ミラーを複数用いて安価に実現できる。ここで異なる周波数とは3000Hzの共振周波数の場合において±0.3Hz以上(すなわち±0.01%、ポリゴンスキャナ方式の回転数精度に相当)以上をいう。   Further, the vibration frequencies of the plurality of vibration mirrors 11 are input to the plurality of vibration mirror drive (sine wave) signal generation units 119 and 219 from the same signal source with the same drive frequency fD as shown in FIG. Even if the resonance frequency of each vibrating mirror is different, the vibration frequency can be made the same. In order to manufacture a vibrating mirror having a completely matched resonance frequency, the process control is very strict and the yield is poor and expensive, which is not practical. This embodiment can be realized at low cost by using a plurality of vibrating mirrors having different resonance frequencies. Here, the different frequency means ± 0.3 Hz or more (that is, ± 0.01%, corresponding to the rotational speed accuracy of the polygon scanner system) or more in the case of a resonance frequency of 3000 Hz.

一方、振動振幅の合致については、図10に示すような制御系で各々の振動ミラー11の振幅制御を行う(詳細は後述)。ただし、制御系以外に振幅を検出する検出系も重要である。異なる走査光学系において同じ振幅を検出するために、図1、図5に示すようにビーム検出器21,22内の受光部(受光素子)PD1,PD2の配置と複数のビーム検出器間隔を同じとなるような構成としている(詳細は後述)。   On the other hand, for matching of vibration amplitude, amplitude control of each vibration mirror 11 is performed by a control system as shown in FIG. 10 (details will be described later). However, in addition to the control system, a detection system that detects the amplitude is also important. In order to detect the same amplitude in different scanning optical systems, the arrangement of the light receiving portions (light receiving elements) PD1 and PD2 in the beam detectors 21 and 22 and the interval between the plurality of beam detectors are the same as shown in FIGS. (The details will be described later).

図11に、本実施例におけるビーム検出器と該ビーム検出器を通過するレーザビームとの関係を示す。なお、ここではビーム検出器21を例に説明するが、ビーム検出器22も同様である。
ビーム検出器21は、図11(a)に示すように、PINフォトダイオードからなる受光部PD1と回路部402b、ICリード402cで構成され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。
FIG. 11 shows the relationship between the beam detector in the present embodiment and the laser beam passing through the beam detector. Here, the beam detector 21 will be described as an example, but the same applies to the beam detector 22.
As shown in FIG. 11A, the beam detector 21 is composed of a light receiving part PD1 made of a PIN photodiode, a circuit part 402b, and an IC lead 402c. ing.

受光部PD1は、PD1MとPD1Yの上下2つの受光面を有しており、受光面PD1Mには走査ユニットU1からのM(マゼンダ)の走査ビーム、受光面PD1Yには走査負ニットU2からのY(イエロー)の走査ビームが各々走査されるように配置されている。また、受光部PD2は、走査ユニットU1からのM(マゼンダ)の走査ビームが走査される受光面PD2Mと、走査ユニットU2からのY(イエロー)の走査ビームが走査される受光面PD2Yの上下2つの受光面を有している。   The light receiving part PD1 has two upper and lower light receiving surfaces, PD1M and PD1Y, the M (magenta) scanning beam from the scanning unit U1 on the light receiving surface PD1M, and the Y from the scanning negative unit U2 on the light receiving surface PD1Y. (Yellow) scanning beams are arranged to be scanned. The light receiving unit PD2 is above and below the light receiving surface PD2M on which the M (magenta) scanning beam from the scanning unit U1 is scanned and the light receiving surface PD2Y on which the Y (yellow) scanning beam from the scanning unit U2 is scanned. It has two light receiving surfaces.

なお、2つの受光面PD1M及びPD1Y、PD2M及びPD2Yは単一の受光部を分割(半導体プロセスを使用して、上下の境界部に10μm以下の微小な幅の無受光部を形成し、単一の受光部を電気的に上下に分断する)し、受光部における主走査方向の端縁が上下で一致するようにしている(端縁ずれ5μm以下)。   The two light receiving surfaces PD1M and PD1Y, PD2M and PD2Y divide a single light receiving portion (using a semiconductor process, a non-light receiving portion having a minute width of 10 μm or less is formed at the upper and lower boundary portions, The edge of the light receiving portion in the main scanning direction coincides with the top and bottom (edge deviation 5 μm or less).

走査端が一致するようにしているので、図1のように走査領域2箇所に設置したビーム検出器21,22の配置精度が走査ビーム毎に高精度に合致させることができる。合致させることにより、振幅制御における振幅量が高精度に検知でき、走査ユニットU1,U2間すなわち各色における偏向走査特性を高精度に合致させることが可能となる。なお、振幅制御に用いる振幅量の検知が各色毎に異なった状態で振幅制御を行っても、各色における偏向走査特性が異なることになり、カラー画像形成時には色ずれとなってしまう。   Since the scanning ends coincide with each other, the arrangement accuracy of the beam detectors 21 and 22 installed in two scanning regions as shown in FIG. 1 can be matched with high accuracy for each scanning beam. By matching, the amplitude amount in the amplitude control can be detected with high accuracy, and the deflection scanning characteristics between the scanning units U1 and U2, that is, the respective colors can be matched with high accuracy. Note that even if the amplitude control is performed in a state where the detection of the amplitude amount used for the amplitude control is different for each color, the deflection scanning characteristics for each color will be different, resulting in a color shift when forming a color image.

本実施例のように2つのビーム検出器21,22が単一の基板19に実装され、かつビーム検出器21,22のパッケージ内で受光面PD1M及びPD1Y、PD2M及びPD2Yがそれぞれ精度よく隣接しているので、環境温度変化においてもビーム検出器21,22の間隔は走査ビーム毎に合致させることができる。ビーム検出器21,22が隣接する走査ユニットU1,U2に共通のものとして配置されているとは、この構成を意味する。したがって、振動ミラー11が異なっていても厳密に同じ振幅量で一定制御することが可能となる。   As in this embodiment, two beam detectors 21 and 22 are mounted on a single substrate 19, and the light receiving surfaces PD1M and PD1Y, PD2M and PD2Y are adjacent to each other with high accuracy in the package of the beam detectors 21 and 22, respectively. Therefore, even when the environmental temperature changes, the distance between the beam detectors 21 and 22 can be matched for each scanning beam. This means that the beam detectors 21 and 22 are arranged in common with the adjacent scanning units U1 and U2. Therefore, even if the oscillating mirror 11 is different, it is possible to perform constant control with exactly the same amplitude.

なお、単一の受光部を分割する本実施例とは異なり2つの別体の受光部を隣接配置する場合、配置精度が悪く、また受光感度等の特性のばらつきが発生し易く(本実施例のように単一の受光面の分割であれば、全く同じ半導体プロセスを経ているので受光感度等の特性ばらつきは実用上発生しない)、したがって振幅量の高精度検出は困難である。   Unlike the present embodiment in which a single light receiving section is divided, when two separate light receiving sections are disposed adjacent to each other, the placement accuracy is poor and variations in characteristics such as light receiving sensitivity are likely to occur (this embodiment If the single light receiving surface is divided as described above, since the same semiconductor process is performed, characteristic variations such as light receiving sensitivity do not occur in practice), and therefore, it is difficult to detect the amplitude amount with high accuracy.

また、回路部402bは、受光面PD1M,PD1Yそれぞれ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っており、受光部を走査ビームが通過することにより、図11(b)に示す出力信号を発生させる(実際は受光面PD1M,PD1Yに対応した2つの出力端子をもつ。出力信号の図は受光面PD1Mの例であり、受光面PD1Yの例は省略している)。   The circuit unit 402b includes an amplifier circuit that amplifies output signals from the light receiving surfaces PD1M and PD1Y and a comparator circuit that shapes the waveform. When the scanning beam passes through the light receiving unit, FIG. (Actually, there are two output terminals corresponding to the light receiving surfaces PD1M and PD1Y. The output signal is an example of the light receiving surface PD1M, and the example of the light receiving surface PD1Y is omitted).

なお、受光部PD1は図1に示したように感光体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ることが検出精度向上のため好適であるが、主走査方向の同期検出に使用する場合は受光面内(PD1MまたはPD1Yの面積内)のビーム径となるようにしているのでビーム検出には実用上問題ない。実施例では、折り返しミラー18a,18bを介して受光部PD1,PD2内をレーザビームが走査する構成としており、光学ハウジングの薄型化レイアウトを達成している。   As shown in FIG. 1, it is preferable to arrange the light receiving portion PD1 at a position optically equivalent to the laser beam scanned on the surface of the photosensitive member (beam diameter and scanning speed) for improving detection accuracy. However, when used for synchronous detection in the main scanning direction, there is no practical problem in beam detection because the beam diameter is within the light receiving surface (within the area of PD1M or PD1Y). In the embodiment, the laser beam is scanned in the light receiving portions PD1 and PD2 via the folding mirrors 18a and 18b, and a thin layout of the optical housing is achieved.

また、受光部PD1、PD2の受光面に対して、2つの走査ビームの入射角度(主走査方向、副走査方向ともに)および光量は各々一致させて受光面内を往復走査させており、走査ビームと受光素子の光学的な位置関係を一致させている。入射角度が一致していないとパッケージの樹脂を透過する際に迷光の発生や受光面の入射角感度の影響を受け、ビーム検出器21,22の出力タイミングが変化してしまうといった不具合を解消している。   Further, the incident angles of the two scanning beams (both in the main scanning direction and the sub-scanning direction) and the amounts of light are made to coincide with each other with respect to the light receiving surfaces of the light receiving portions PD1 and PD2, and the light receiving surface is reciprocally scanned. And the optical positional relationship between the light receiving elements. If the incident angles do not match, the output timing of the beam detectors 21 and 22 is changed due to the generation of stray light and the influence of the incident angle sensitivity of the light receiving surface when passing through the resin of the package. ing.

図11(a)において、走査ビームの点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11の最大振れ角と受光素子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、受光部へ光学ノイズとなるためビーム検出タイミングが乱れ、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。なお、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、ビーム検出器21,22からの出力信号が正常に検知できる発光タイミングとなる走査位置のことを意味する。   In FIG. 11A, the dotted line area of the scanning beam is such that the light source is turned off (or the flare light is dimmed to such an extent that it does not form a light quantity that forms a latent image on the surface of the photoreceptor in the light receiving element). I'm drawing. If the light source emits light in the region between the maximum deflection angle of the oscillating mirror 11 and the vicinity of the light receiving element, ghost light due to irregular reflection of the optical components arranged in the optical scanning device is generated, and optical noise is transmitted to the light receiving unit. As a result, the beam detection timing is 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 above timing (or dimmed to such an extent that the ghost light does not become a light amount 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. Note that the vicinity of the light receiving element means a scanning position at a light emission timing at which the output signals from the beam detectors 21 and 22 can be normally detected without affecting the comparator output.

図12は、受光素子(受光面)の出力波形とスレッシュ電圧との関係を示している。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懸念がある(通常光量の場合(図12の実線)に対して、光量低下の場合(図12の点線)、出力タイミングtが遅れてt´となる)。そこで、受光面(受光素子)PD1Y,PD1M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上記問題を解決している。   FIG. 12 shows the relationship between the output waveform of the light receiving element (light receiving surface) and the threshold voltage. Since the rise time to the threshold voltage that determines the comparator output becomes longer (the inclination becomes slower) when the light quantity decreases when the reflectance or transmittance of the optical element decreases (deterioration with time), erroneous detection is performed. (In the case of a normal light amount (solid line in FIG. 12), the output timing t is delayed to t ′ when the light amount is decreased (dotted line in FIG. 12)). Therefore, the above problem is solved by controlling the light source so that the light amount is always constant when scanning the light receiving surfaces (light receiving elements) PD1Y and PD1M.

図13は、図1のビーム検出器21,22を実装する基板19の要部を拡大した図である。図13(a)がビーム検出器21側(ビーム走査上流側)、図13(b)がビーム検出器22側(ビーム走査下流側)を示している。   FIG. 13 is an enlarged view of a main part of the substrate 19 on which the beam detectors 21 and 22 of FIG. 1 are mounted. FIG. 13A shows the beam detector 21 side (beam scanning upstream side), and FIG. 13B shows the beam detector 22 side (beam scanning downstream side).

走査ユニットU1と走査ユニットU2の構成は同じであるが、ユニットの配置は装置中心線Cに対して線対称に配置される(図1)。線対称に配置する理由は、ビーム検出器21,22の受光部PD1,PD2を各々走査するときのM(マゼンダ)側とY(イエロー)側の光学特性(ビーム径、光量)が初期および経時(温度変動時)においても同じとなるようにするためである。線対称に配置することにより、振動ミラー11の反射面における入射角と走査ビームの主走査位置の関係が互いに同じ関係とすることができる。例えば、図13(a)において、受光部PD1への入射ビームに関する振動ミラー11の反射面における入射角は、走査ユニットU1,U2ともにθ1であり、図13(b)において、受光部PD2への入射ビームに関する振動ミラー11の反射面における入射角は、走査ユニットU1,U2ともにθ2である。   The configurations of the scanning unit U1 and the scanning unit U2 are the same, but the units are arranged symmetrically with respect to the apparatus center line C (FIG. 1). The reason for arranging them symmetrically is that the optical characteristics (beam diameter, light amount) on the M (magenta) side and Y (yellow) side when scanning the light receiving parts PD1 and PD2 of the beam detectors 21 and 22 are initial and time-dependent. This is because it is the same even when the temperature changes. By arranging them symmetrically, the relationship between the incident angle on the reflecting surface of the vibrating mirror 11 and the main scanning position of the scanning beam can be made the same. For example, in FIG. 13A, the incident angle on the reflecting surface of the oscillating mirror 11 related to the incident beam on the light receiving unit PD1 is θ1 in both the scanning units U1 and U2, and in FIG. 13B, the incident angle on the light receiving unit PD2 The incident angle on the reflecting surface of the oscillating mirror 11 with respect to the incident beam is θ2 for both the scanning units U1 and U2.

なお、線対称ではなく、走査ユニットU2が点(回転)対称に配置された場合、Y(イエロー)の走査ビーム特性はビーム検出器21側とビーム検出器22側が入れ替わる(図1の図面では上下反転)ことになり、ビーム径や光量の各々の特性が異なってしまい受光素子(PD)での検出タイミングが異なり振幅検出に影響を与える。   When the scanning unit U2 is arranged in a point (rotation) symmetry instead of line symmetry, the scanning beam characteristic of Y (yellow) is switched between the beam detector 21 side and the beam detector 22 side (in the drawing of FIG. Inverted), the characteristics of the beam diameter and the light amount are different, and the detection timing at the light receiving element (PD) is different, which affects the amplitude detection.

図14に、光走査装置5において光学素子の特性が設計どおりのときの主走査ビーム径を像高毎にプロットした曲線を示す。
図14において、曲線41は、振動ミラー11をその像高に静止させた状態と仮定した際の、静止時のビーム径を示している(ここでいう像高の正負方向は、正が図1の図面上方、負を下方とする)。光学的に同じM(マゼンダ)、Y(イエロー)ともに同じ特性曲線となっており、曲線41の像高0におけるビーム径を1として規格化し示した。ビーム径の拡径率は像高±110mmにおいて1.23倍である(正負の像高で対称形をしている)。初期状態である曲線41は正負の像高で対称形をしているが、経時変化、温度環境変化によりその対称性が崩れてくる。図中、曲線41aは変化の上限、41bは変化の下限を示し、この上下限の範囲内でビーム径が変化する。
FIG. 14 shows a curve in which the main scanning beam diameter is plotted for each image height when the characteristics of the optical element in the optical scanning device 5 are as designed.
In FIG. 14, a curve 41 indicates the beam diameter when the oscillating mirror 11 is stationary at the image height (when the positive / negative direction of the image height here is positive in FIG. The upper side of the drawing and the negative side as the lower side). Optically the same M (magenta) and Y (yellow) have the same characteristic curve. The curve 41 at the image height 0 of the curve 41 is normalized and shown as 1. The expansion ratio of the beam diameter is 1.23 times at an image height of ± 110 mm (symmetrical with positive and negative image heights). The curve 41 in the initial state has a symmetric shape with positive and negative image heights, but the symmetry is lost due to a change with time and a change in temperature environment. In the figure, a curve 41a indicates the upper limit of change, 41b indicates the lower limit of change, and the beam diameter changes within the upper and lower limits.

ここで、対称性が崩れても本実施例のように走査ユニットU1,U2が線対称配置の場合であれば問題とはならないが、走査ユニットU1に対して走査ユニットU2が点(回転)対称に配置された場合には、経時変化、温度環境変化が発生すると、ビーム検出器21を走査するときのM(マゼンダ)とY(イエロー)のビーム径が異なることとなる。さらに、反射面への入射角が異なることになるので反射率の違いも発生する(反射率が入射角度依存性を無くすことは実用上非常に困難であり、波長が限定されたり高価である)。その結果、ビーム検出器を走査するときのビーム径変化、光量変化により検出タイミングが異なってしまう(図11(a)参照)。各々の振動ミラー11の振幅量および主走査方向の書き出しタイミングがばらつくと画像形成時には走査ユニットU1と走査ユニットU2間での色ずれが発生するといった不具合となる。   Here, even if the symmetry is lost, there is no problem if the scanning units U1 and U2 are arranged in line symmetry as in this embodiment, but the scanning unit U2 is point (rotation) symmetrical with respect to the scanning unit U1. When the beam detector 21 is disposed, the beam diameters of M (magenta) and Y (yellow) when the beam detector 21 is scanned are different when a change with time and a change in temperature environment occur. Furthermore, since the incident angle to the reflecting surface is different, a difference in reflectance also occurs (removing the reflectance from dependence on the incident angle is very difficult in practice and the wavelength is limited or expensive). . As a result, the detection timing varies depending on the beam diameter change and light quantity change when scanning the beam detector (see FIG. 11A). If the amplitude amount of each oscillating mirror 11 and the writing timing in the main scanning direction vary, there is a problem that color misregistration occurs between the scanning unit U1 and the scanning unit U2 during image formation.

図10は、振動ミラー制御手段の構成を示すブロック図である。
図10に基づいて、振動ミラー11の振幅、オフセット、位相制御を実現する振動ミラー制御手段の構成を詳述する。
本実施例の振動ミラー制御手段は、走査ユニットU1の振動ミラー11の制御系100(上の点線枠)と、走査ユニットU2の振動ミラー11の制御系200(下の点線枠)とで構成されている。ここで、制御系100,200は、駆動周波数信号、目標振幅量、許容オフセット量、基準位相クロックを共有している。すなわち、走査ユニットU1,U2それぞれの振動ミラー11は共通の駆動周波数fDで駆動される。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the vibrating mirror control means.
Based on FIG. 10, the structure of the vibration mirror control means for realizing the amplitude, offset, and phase control of the vibration mirror 11 will be described in detail.
The oscillating mirror control means of the present embodiment is composed of a control system 100 (upper dotted frame) of the oscillating mirror 11 of the scanning unit U1 and a control system 200 (lower dotted frame) of the oscillating mirror 11 of the scanning unit U2. ing. Here, the control systems 100 and 200 share the drive frequency signal, the target amplitude amount, the allowable offset amount, and the reference phase clock. That is, the vibrating mirrors 11 of the scanning units U1 and U2 are driven at a common driving frequency fD.

以下、制御系100による走査ユニットU1の振動ミラー11の制御について説明する。なお、制御系200による走査ユニットU2の振動ミラー11の制御もこれと同様であり、括弧内にその対応する符号を記載する。
走査ユニットU1の振動ミラー11の駆動により、ビーム検出器21,22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111(211),112(212)でタイムインターバルA,Bを計測する。ついで、比較器81a(81b)が演算器113(213)で算出された(A+B)/2の平均と目標振幅を比較し、同様にA−Bの差分の平均を許容オフセット内か否かを比較する。このとき、比較結果が許容内であれば補正せずに出力し、許容外であれば許容内との差分量を調整するように補正制御する。したがって、補正制御後はオフセット量がゼロではなく最大でも許容オフセット量の残差が残ることになる。なお、差分の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回以上だと制御する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。
Hereinafter, control of the oscillating mirror 11 of the scanning unit U1 by the control system 100 will be described. Note that the control of the oscillating mirror 11 of the scanning unit U2 by the control system 200 is similar to this, and the corresponding reference numerals are described in parentheses.
By driving the oscillating mirror 11 of the scanning unit U1, time intervals A and B are measured by counters 111 (211) and 112 (212), respectively, for signals output by the laser beams that scan the beam detectors 21 and 22. Next, the comparator 81a (81b) compares the average of (A + B) / 2 calculated by the calculator 113 (213) with the target amplitude, and similarly determines whether the average of the differences of AB is within the allowable offset. Compare. At this time, if the comparison result is within the allowable range, it is output without correction, and if the comparison result is out of the allowable range, correction control is performed so as to adjust the difference from the allowable range. Therefore, after the correction control, a residual of the allowable offset amount remains even if the offset amount is not zero and is maximum. The reason for taking the average of the differences 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 control correction timing is delayed and the control deviation is increased.

コントローラ114(214)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する。ついで、演算器120(220)が正弦波信号生成部119(219)で生成された正弦波を振幅補正量で補正し、さらに演算器121(221)がオフセット補正量で補正する。そして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)110(210)にて増幅され振動ミラー11を駆動制御する。上記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なわれる。   The controller 114 (214) calculates amplitude and offset correction amounts according to the comparison result. Next, the calculator 120 (220) corrects the sine wave generated by the sine wave signal generator 119 (219) with the amplitude correction amount, and the calculator 121 (221) corrects with the offset correction amount. The corrected sinusoidal drive signal is amplified by the vibration mirror drive circuit (amplifier) 110 (210) to drive and control the vibration mirror 11. The control system 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、上記振幅、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11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。すなわち、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全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、優先して振幅制御を行い、次にオフセット制御を制御し、そののち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を可能としている。   In the phase control loop, the amplitude and offset control work normally, and the control phase is in a desired range with respect to the target value, so that the reference phase clock signal and the oscillation angle of the oscillating mirror 11 have a constant phase. Run the control loop. In other words, phase control is highly accurate control over amplitude and offset control, so if all controls are executed at the same time, they will interfere with each other and drive signal fluctuations will increase and all will converge within the control target value range. Takes time. Therefore, it is possible to shorten the time until convergence within the control range by preferentially performing amplitude control, then controlling offset control, and then performing phase control as fine adjustment.

位相制御としては、ビーム検出器21からの出力信号と基準位相クロックの位相偏差(図6(f)におけるタイムインターバルC)を位相比較器115(215)で検出し、カウンタ116(216)にて計測する。計測結果をLPF(Low Pass Filter)117(217))、積分器118(218)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(基準位相クロックと受光部PD1の出力信号との位相偏差(タイムインターバルC)が一定となるように)位相変化させる制御(所謂PLL(Phase Locked Loop)制御)を行う。ついで、正弦波信号生成部119(219)では、駆動周波数fD及び位相変化(θa)に基づいて、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11の駆動信号と振動ミラー11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。   As the phase control, the phase deviation between the output signal from the beam detector 21 and the reference phase clock (time interval C in FIG. 6F) is detected by the phase comparator 115 (215), and the counter 116 (216) is used. measure. The measurement result is converted into a voltage corresponding to the phase deviation by an LPF (Low Pass Filter) 117 (217)) and an integrator 118 (218), and according to the voltage amount (reference phase clock and output signal of the light receiving unit PD1) Control to change the phase (so-called PLL (Phase Locked Loop) control) is performed so that the phase deviation (time interval C) becomes constant. Next, the sine wave signal generation unit 119 (219) generates a sine wave signal having an optimum phase according to the increment of the phase change amount (resolution) prepared in advance based on the drive frequency fD and the phase change (θa). Generated. As a result, control is performed so that the drive signal of the vibrating mirror 11 and the deflection angle of the vibrating mirror 11 have a constant phase.

振動ミラー11の駆動周波数fDについて図15を用いて詳述する。
駆動周波数fDは毎分当りのプリント枚数を実現するための周波数であり、振動ミラー11の共振周波数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15の実線)が、実際は振動ミラー11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15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11への入力エネルギー(電圧、電流)を増加させ、fDの周波数でYしか振幅していない振動ミラーの振幅を大きくしYまで(点線)振幅させるという振動ミラー11の振幅制御を行なうこととしている。
The drive frequency fD of the oscillating mirror 11 will be described in detail with reference to FIG.
Driving frequency fD is the frequency for realizing the number of prints per minute, is preferred because it can make the amplitude amount Y 1 required for optical scanning is possible to match the resonant frequency fr of the vibrating mirror 11 ( The solid line in FIG. 15 may not actually match due to resonance frequency fluctuations (including initial fluctuations) of the vibrating mirror 11. As in that case shown in FIG. 15, in order to amplitude amount Y 1 required for optical scanning, the input energy (voltage, current) to the vibrating mirror 11 increases, only Y 2 at a frequency of fD amplitude The amplitude control of the oscillating mirror 11 is performed such that the amplitude of the oscillating mirror that has not been increased is increased to Y 1 (dotted line).

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量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以下となるような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 within the allowable range of the control amount. However, the higher the accuracy, the higher the cost because a memory is required. Therefore, the generation resolution of the sine wave signal is set so as to be 50 μm or less which is visually recognized as a color shift in the sub-scanning direction.

以上のように、本発明の光走査装置によれば、走査ユニットU1,U2をそれぞれ制御する制御系100,200が駆動周波数信号、目標振幅量、許容オフセット量、基準位相クロックを共有し、ビーム検出器21,22における受光面PD1M,PD2Mの間隔と受光面PD1Y,PD2Yの間隔が常時(初期及び経時(温度変動)時であっても)合致するように配置されていることから、走査ユニットU1,U2では、異なる振動ミラー11であってもそれぞれの走査ビームを振幅量、オフセット量、位相差が合致するように制御することが可能である。その結果、全ての被走査面に対する走査特性を合致させることが可能となる。   As described above, according to the optical scanning device of the present invention, the control systems 100 and 200 that control the scanning units U1 and U2 share the drive frequency signal, the target amplitude amount, the allowable offset amount, and the reference phase clock, respectively. Since the intervals between the light receiving surfaces PD1M and PD2M in the detectors 21 and 22 and the intervals between the light receiving surfaces PD1Y and PD2Y are always consistent (even at the initial time and time (temperature fluctuation)), the scanning unit is arranged. In U1 and U2, it is possible to control the scanning beams so that the amplitude amount, the offset amount, and the phase difference are matched even with different vibrating mirrors 11. As a result, it is possible to match the scanning characteristics for all scanned surfaces.

次に、本発明に係る画像形成装置について説明する。
図16は、本発明に係る画像形成装置であって、図1に示した光走査装置5を用いたカラー画像形成装置である。
複数の感光体3C,3Y,3M,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、現像装置6(6C,6Y,6M,6K)、感光体3(3C,3Y,3M,3K)、中間転写ベルト2、定着装置7、給紙カセット1がレイアウトされている。
Next, the image forming apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 16 shows an image forming apparatus according to the present invention, which is a color image forming apparatus using the optical scanning device 5 shown in FIG.
This is a tandem type color image forming apparatus in which a plurality of photoconductors 3C, 3Y, 3M, 3K are arranged in parallel. An optical scanning device 5, a developing device 6 (6C, 6Y, 6M, 6K), a photoreceptor 3 (3C, 3Y, 3M, 3K), an intermediate transfer belt 2, a fixing device 7, and a paper feed cassette 1 are laid out in order from the top of the apparatus. Has been.

中間転写ベルト2には各色に対応した感光体3C、3Y、3M、3Kが並列順に等間隔で配設されている。感光体3C、3Y、3M、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。   The intermediate transfer belt 2 is provided with photoreceptors 3C, 3Y, 3M, and 3K corresponding to the respective colors at equal intervals in parallel order. The photoreceptors 3C, 3Y, 3M, and 3K are formed to have the same diameter, and members are sequentially disposed around the photoreceptors according to an electrophotographic process.

感光体3C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、現像装置6C、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3Y,3M,3Kに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体3C、3Y、3M、3Kを各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。   The photoconductor 3C 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 6C, a transfer charger (not shown), a cleaning device (not shown), and the like. Are arranged in order. The same applies to the other photoconductors 3Y, 3M, and 3K. That is, in the present embodiment, the photoconductors 3C, 3Y, 3M, and 3K are to be scanned surfaces set for each color, and the laser beams L1, L2, L3,. L4 is 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3Cは、矢印A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3C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3Cの回転方向下流側には、感光体3Cにトナーを供給する現像器6Cが配設され、シアンのトナーが供給される。現像器6C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3Y,3M,3Kには、それぞれY、M、Kの単色トナー像が形成される。   The photoconductor 3C uniformly charged by the charging charger rotates in the direction of arrow A, thereby sub-scanning the laser beam L1, and an electrostatic latent image is formed on the photoconductor 3C. Further, a developing device 6C that supplies toner to the photoconductor 3C is disposed downstream of the irradiation position of the laser beam L1 by the optical scanning device 5 in the rotation direction of the photoconductor 3C, and cyan toner is supplied. The toner supplied from the developing device 6C adheres to the portion where the electrostatic latent image is formed, and a toner image is formed. Similarly, Y, M, and K monochromatic toner images are formed on the photoreceptors 3Y, 3M, and 3K, respectively.

各感光体3Cの現像器6C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3C、3Y、3M、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3C、3Y、3M、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、定着装置7により定着処理後、カラー画像として排紙される。   The intermediate transfer belt 2 is disposed further downstream in the rotation direction than the position where the developing unit 6C of each photoconductor 3C is disposed. 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 B by driving a motor (not shown). By this conveyance, the intermediate transfer belt 2 is sequentially moved to the photoreceptors 3C, 3Y, 3M, and 3K. The intermediate transfer belt 2 sequentially superimposes and transfers the single color images developed by the photoreceptors 3C, 3Y, 3M, and 3K, thereby forming a color image on the intermediate transfer belt 2. Thereafter, the transfer paper is conveyed from the paper feed tray 1 in the direction of arrow C, 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.

以上のように、本発明の画像形成装置は、本発明の光走査装置5を備え、全ての感光体3C、3Y、3M、3Kに対する走査ビームの走査特性を合致させるので、常時、色ずれの少ない良好なカラー画像を形成することができる。   As described above, the image forming apparatus of the present invention includes the optical scanning device 5 of the present invention, and matches the scanning characteristics of the scanning beams for all the photoconductors 3C, 3Y, 3M, and 3K. A few good color images can be formed.

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。   Although the present invention has been described with the embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and other embodiments, additions, modifications, deletions, etc. Can be changed within the range that can be conceived, and any embodiment is included in the scope of the present invention as long as the effects and advantages of the present invention are exhibited.

1 給紙トレイ
2 中間転写ベルト
2a,2b,2c,2d ローラ
3,3C,3Y,3M,3K 感光体
5 光走査装置
6Y,6M,6C,6K 現像装置
7 定着装置
10,10K,10M 光源
11 振動ミラー
12K,12M シリンドリカルレンズ
14K,14M 走査レンズ
16K,16M ミラー
18a,18b 折り返しミラー
19 基板
21,22 ビーム検出器
41 曲線
60,L1,L2,L3,L4 レーザビーム
60a,60b,60c 走査位置
81a,81b 比較器
100,200 制御系
110,210 駆動回路
111,112,116,211,212,216 カウンタ
113,120,121,213,220,221 演算器
114,214 コントローラ
115,215 位相比較器
117,217 LPF
118,218 積分器
119,219 正弦波信号生成部
402b 回路部
402c ICリード
440 ミラー基板
441 可動ミラー部
441a,441b 反射面
442 ねじり梁
443 振動板
444 補強梁
447 フレーム
448 実装基板
449 ヨーク
450 永久磁石
455 電極
461,462 基板
463 コイルパターン
464 端子
466 台座
466a 開口部
471 ブラケット
471a 開口部
472 基板
473 電極部
474 電気コネクタ
PD1、PD2 受光部
PD1M,PD1Y 受光面
U1,U2 走査ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Paper feed tray 2 Intermediate transfer belt 2a, 2b, 2c, 2d Roller 3, 3C, 3Y, 3M, 3K Photoreceptor 5 Optical scanning device 6Y, 6M, 6C, 6K Developing device 7 Fixing device 10, 10K, 10M Light source 11 Vibrating mirror 12K, 12M Cylindrical lens 14K, 14M Scan lens 16K, 16M Mirror 18a, 18b Folding mirror 19 Substrate 21, 22 Beam detector 41 Curve 60, L1, L2, L3, L4 Laser beam 60a, 60b, 60c Scan position 81a , 81b Comparator 100, 200 Control system 110, 210 Drive circuit 111, 112, 116, 211, 212, 216 Counter 113, 120, 121, 213, 220, 221 Calculator 114, 214 Controller 115, 215 Phase comparator 117 , 217 LPF
118, 218 Integrator 119, 219 Sinusoidal signal generation unit 402b Circuit unit 402c IC lead 440 Mirror substrate 441 Movable mirror unit 441a, 441b Reflecting surface 442 Torsion beam 443 Vibration plate 444 Reinforcement beam 447 Frame 448 Mounting substrate 449 Yoke 450 Permanent magnet 455 Electrode 461, 462 Substrate 463 Coil pattern 464 Terminal 466 Base 466a Opening 471 Bracket 471a Opening 472 Substrate 473 Electrode 474 Electrical connector PD1, PD2 Light receiving part PD1M, PD1Y Light receiving surface U1, U2 Scan unit

特開2007−171854号公報JP 2007-171854 A 特開2007−233235号公報JP 2007-233235 A 特開2008−15219号公報JP 2008-15219 A 特開2008−70798号公報JP 2008-70798 A

Claims (11)

レーザ光を出射する少なくとも1つの光源と、前記光源からのレーザ光を偏向走査する振動ミラーと、前記振動ミラーで偏向走査されるレーザ光を被走査面に向かって集光する走査結像手段と、からなる振動ミラー走査ユニットが複数配置され、
隣接する前記振動ミラー走査ユニットに共通のものとして配置され、前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれにおいて偏向走査された所定のレーザ光の通過を検出するビーム検出器と、
前記ビーム検出器の検出結果に基づいて、前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれの振動ミラーの駆動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光走査装置。
At least one light source that emits laser light; a vibrating mirror that deflects and scans the laser light from the light source; and a scanning image forming unit that condenses the laser light deflected and scanned by the vibrating mirror toward a surface to be scanned; A plurality of vibrating mirror scanning units consisting of
A beam detector that is disposed in common with the adjacent oscillating mirror scanning units and detects the passage of a predetermined laser beam deflected and scanned in each of the adjacent oscillating mirror scanning units;
Control means for controlling the driving of the vibrating mirror of each of the adjacent vibrating mirror scanning units based on the detection result of the beam detector;
An optical scanning device comprising:
前記振動ミラー走査ユニットは、表裏面に反射面を有する振動ミラーと、前記振動ミラーの表裏面それぞれの側に配置され、それぞれレーザ光を出射して前記振動ミラーの対応する反射面に入射させる2つの光源と、前記振動ミラーで相反する方向に反射されるとともに偏向走査される2つのレーザ光をそれぞれ対応する被走査面に向かって集光する走査結像手段と、からなることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。   The oscillating mirror scanning unit is disposed on each side of the oscillating mirror having a reflecting surface on the front and back surfaces and the front and back surfaces of the oscillating mirror, and emits laser light to enter the corresponding reflecting surface of the oscillating mirror Characterized in that it comprises two light sources and scanning imaging means for condensing the two laser beams reflected and deflected and scanned by the oscillating mirror toward the corresponding scanned surfaces, respectively. The optical scanning device according to claim 1. 前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれにおいて、偏向走査される2つのレーザ光のうち、前記ビーム検出器を通過するレーザ光に関する光源を、前記振動ミラーの反射面へのレーザ光入射角と前記被走査面における走査位置の関係が互いに同じとなるように配置することを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。   In each of the adjacent oscillating mirror scanning units, among the two laser beams that are deflected and scanned, a light source related to the laser beam that passes through the beam detector is used as a laser beam incident angle on the reflecting surface of the oscillating mirror and the scanned object. The optical scanning device according to claim 2, wherein the optical scanning devices are arranged so that the scanning positions on the surface have the same relationship. 前記2つの光源から出射されたレーザ光は前記振動ミラーの表裏面ともに該振動ミラーの回転軸に対して直交するように反射面に入射することを特徴とする請求項2または3に記載の光走査装置。   4. The light according to claim 2, wherein the laser beams emitted from the two light sources are incident on the reflecting surface so that both front and back surfaces of the vibrating mirror are orthogonal to a rotation axis of the vibrating mirror. 5. Scanning device. 前記ビーム検出器が複数実装された単一の回路基板が前記隣接する振動ミラー走査ユニットの間に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光走査装置。   5. The optical scanning device according to claim 1, wherein a single circuit board on which a plurality of the beam detectors are mounted is disposed between the adjacent vibrating mirror scanning units. 前記ビーム検出器は、1つの受光素子が電気的に分割されて前記2つの受光面とされたフォトダイオードからなり、前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれにおいて偏向走査された所定のレーザ光が前記2つの受光面をそれぞれ通過することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光走査装置。   The beam detector includes a photodiode in which one light receiving element is electrically divided to form the two light receiving surfaces, and predetermined laser light deflected and scanned in each of the adjacent vibration mirror scanning units is the 2 The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device passes through each of the two light receiving surfaces. 前記2つの受光面をそれぞれ通過する2つのレーザ光は、該受光面に対する入射角度および光量をそれぞれ一致させて受光面内を往復走査することを特徴とする請求項6に記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 6, wherein the two laser beams respectively passing through the two light receiving surfaces are reciprocally scanned in the light receiving surface with the incident angles and light amounts of the two light receiving surfaces being matched. 前記ビーム検出器は、前記隣接する振動ミラー走査ユニットそれぞれの振動ミラーの目標振幅に対する振幅変動、該振動ミラーの振幅中心とレーザ光の走査中心との差異、該振動ミラーの振幅波形の基準位相クロックからの位相変動を検出するものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の光走査装置。   The beam detector includes an amplitude variation with respect to a target amplitude of each oscillating mirror of each of the adjacent oscillating mirror scanning units, a difference between the amplitude center of the oscillating mirror and the scanning center of the laser beam, and a reference phase clock of the amplitude waveform of the oscillating mirror The optical scanning device according to claim 1, wherein a phase variation from the light source is detected. 前記制御手段は、前記複数の振動ミラー走査ユニットそれぞれの振動ミラーをすべて同じ駆動周波数に基づいて振動させ、前記ビーム検出器の検出結果に基づいて、前記振動ミラーすべての走査特性が合致するように制御することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の光走査装置。   The control means oscillates all the oscillating mirrors of each of the plurality of oscillating mirror scanning units based on the same drive frequency so that the scanning characteristics of all the oscillating mirrors match based on the detection result of the beam detector. The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is controlled. 前記複数の振動ミラー走査ユニットは、全ての被走査面に対して同方向のレーザ光の走査を行うことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, wherein the plurality of vibrating mirror scanning units perform scanning of laser light in the same direction on all scanned surfaces. 請求項1〜10のいずれかに記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015064420A (en) * 2013-09-24 2015-04-09 ブラザー工業株式会社 Scanning optical device
CN111381366A (en) * 2018-12-28 2020-07-07 三美电机株式会社 Optical scanning device and control method thereof

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