JP2012137587A - 光走査装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境の変動に関わらず常に正確な角度情報を得ることができる光走査装置を提供することに。
【解決手段】光源と、該光源から出射される光ビームを偏向するＭＥＭＳミラー２６と、前記光源から出射される光ビームを前記ＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像させる結像素子と、前記ＭＥＭＳミラー２６によって偏向された光ビームを被走査面上に結像させる走査レンズと、前記ＭＥＭＳミラー２６によって偏向された光ビームを検知する受光素子３１を備えた光走査装置において、前記受光素子３１を前記ＭＥＭＳミラー２６の揺動中心の両側端部に設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、偏向手段としてＭＥＭＳミラーを用いた光走査装置とこれを備えた複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。

複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、帯電器によって表面が一様に帯電された像担持体が光走査装置によって露光走査され、その表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、静電潜像は現像装置によって現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として顕像化され、このトナー像は、転写装置によって用紙上に転写された後に定着装置によって加熱及び加圧されて用紙上に定着され、トナー像が定着された用紙が装置外へ排出されることによって一連の画像形成動作が終了する。

ところで、従来、光走査装置には、光ビームを走査する偏向器としてポリゴンミラーやガルバノミラーが専ら用いられているが、より高解像度の画像や高速プリントを達成するためには、これらのポリゴンミラーやガルバノミラーを更に高速で回転させる必要がある。

しかしながら、ポリゴンミラーやガルバノミラーを高速で回転させると軸受の耐久性や風損による発熱や騒音の問題が発生し、高速走査には限界がある。

そこで、近年、シリコンマイクロマシニング（ＭＥＭＳ）技術を利用した偏向器の開発が進められており、例えばマイクロミラー（以下、「ＭＥＭＳミラー」と称する）とこれを軸支する捩り梁をＳｉ基板に一体に形成し、ＭＥＭＳミラー側の可動電極と固定側の固定電極との間に交流電圧を印加し、両電極間に発生する静電引力によって捩り梁を捩りながらＭＥＭＳミラーを共振を利用して往復振動させる方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記方式によれば、ＭＥＭＳミラーを共振を利用して往復振動（正弦振動）させるために高速動作が可能であり、騒音と消費電力を低く抑えることができるという利点が得られる反面、ＭＥＭＳミラーはポリゴンミラーに比して偏向角（振れ角）が小さく、反射面の大きさにも限界がある。

ところが、ＭＥＭＳミラーは、温度や気圧の変動によって偏向角特性が変化するため、これを画像形成装置の光走査装置に使用した場合には環境変動によってリニアリティ等の走査性能が変動する。このため、ＭＥＭＳミラーの偏向角特性をモニターし、その偏向角特性に変動があった場合には、何らかの手法でその変動を補償する必要がある。例えばＭＥＭＳミラーの最大偏向角が所定の値よりも小さい場合には、ＭＥＭＳミラーの電極に供給する電流を増やして最大偏向角を所定の値に近づける等の偏向角を補償する技術が必要になる。

ところで、光走査装置の書き出し位置制御にはＢＤセンサ等の受光素子が用いられるが、この受光素子をＭＥＭＳミラーの偏向角特性のモニターに使用することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記方式を採用すると、光ビームの有効走査範囲外に受光素子を設置する必要があるために光走査装置が大型化するという問題が発生する。

特に、ＭＥＭＳミラーの振動を等角度振動に近づけるために基本正弦波に２倍波或いは３倍波を重畳する場合、ＭＥＭＳミラーの偏向角特性をモニターするためには少なくとも２箇所の角度における時間情報が必要となるため、受光素子も２つ必要となる。

そこで、特許文献３には、図５に示すようにＭＥＭＳミラー（揺動体）１２６，１２６’を保持するフレーム（支持部）１３０に受光素子１３１を配置する構成が提案されている。

特開平４−２１１２１８号公報 特開平９−２３０２７８号公報 特開２００９−１０９９２８号公報

特許文献３において提案された構成によれば、簡単な光学系と１つの受光素子１３１で２箇所の偏向角と時間情報が得られるが、定められている偏向角が変化すれば偏向角モニターによる制御が不可能になる可能性がある。特許文献３において提案された構成では、或る角度位置にミラーが配置され、このミラーに光が走査されると、その光がミラーで反射してＭＥＭＳミラー１２６，１２６’に戻り、受光素子１３１によって受光されるために該受光素子１３１から信号が発せられるが、温度変化や温度分布によってミラーが傾いた場合、角度情報が変化するために正確な制御ができなくなってしまうという問題が発生する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、環境の変動に関わらず常に正確な角度情報を得ることができる光走査装置とこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光源と、該光源から出射される光ビームを偏向するＭＥＭＳミラーと、前記光源から出射される光ビームを前記ＭＥＭＳミラー上に線状に結像させる結像素子と、前記ＭＥＭＳミラーによって偏向された光ビームを被走査面上に結像させる走査レンズと、前記ＭＥＭＳミラーによって偏向された光ビームを検知する受光素子を備えた光走査装置において、前記受光素子を前記ＭＥＭＳミラーの揺動中心の両側端部に設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ＭＥＭＳミラーが一体に形成された基板上に前記光源を組み込んだことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ＭＥＭＳミラーを駆動制御する駆動制御部と、前記受光素子からの信号に基づいて前記ＭＥＭＳミラーの動作状態を計算する計算部を設け、該計算部の計算結果に基づいて前記駆動制御部が前記ＭＥＭＳミラーを駆動制御するよう構成したことを特徴とする。

請求項４記載の画像形成装置は、請求項１〜３の何れかに記載の光走査装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、受光素子をＭＥＭＳミラーの揺動中心の両側端部に設けたため、受光素子の受光量はＭＥＭＳミラーの偏向角によって変化し、この受光量（信号出力）によってＭＥＭＳミラーの偏向角を検出することができる。この場合、受光素子の受光量とＭＥＭＳミラーの偏向角との関係は環境変動によらず常に一定であるため、環境の変動に関わらず常に正確な角度情報を得ることができ、この角度情報に基づいてＭＥＭＳミラーの偏向特性を制御することができる。

本発明に係る画像形成装置（カラーレーザープリンタ）の側断面図である。 本発明に係る光走査装置要部の構成を示す平面図である。 図２のＡ部拡大詳細図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係る光走査装置のＭＥＭＳミラーの平面図である。 特許文献３において提案されたＭＥＭＳミラーの平面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのカラーレーザープリンタの断面図であり、図示のカラーレーザープリンタはタンデム型であって、その本体１００内の中央部には、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍ、シアン画像形成ユニット１Ｃ、イエロー画像形成ユニット１Ｙ及びブラック画像形成ユニット１Ｋが一定の間隔でタンデムに配置されている。

上記各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋには、像担持体である感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがそれぞれ配置されており、各感光ドラム２ａ〜２ｄの周囲には、帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及びドラムクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ配置されている。

ここで、前記感光ドラム２ａ〜２ｄは、ドラム状の感光体であって、不図示の駆動モータによって図示矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動される。又、前記帯電器３ａ〜３ｄは、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって感光ドラム２ａ〜２ｄの表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。
更に、前記現像装置４ａ〜４ｄは、マゼンタ（Ｍ）トナー、シアン（Ｃ）トナー、イエロー（Ｙ）トナー、ブラック（Ｋ）トナーをそれぞれ収容しており、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に形成された各静電潜像に各色のトナーを付着させて各静電潜像を各色のトナー像として可視像化するものである。

又、前記転写ローラ５ａ〜５ｄは、各一次転写部にて中間転写ベルト７を介して各感光ドラム２ａ〜２ｄに当接可能に配置されている。ここで、中間転写ベルト７は、駆動ローラ８とテンションローラ９との間に張設されて各感光ドラム２ａ〜２ｄの上面側に走行可能に配置されており、前記駆動ローラ８は、二次転写部において中間転写ベルト７を介して二次転写ローラ１０に当接可能に配置されている。又、テンションローラ９の近傍にはベルトクリーニング装置１１が設けられている。

ところで、プリンタ本体１００内の各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋの上方には、前記各現像装置４ａ〜４ｄにトナーを補給するためのトナーコンテナ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが一列に並設されている。

又、プリンタ本体１００内の各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋの下方には、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋに対応して本発明に係る計４つの光走査装置１３がそれぞれ配置され、これらの下方のプリンタ本体１００の底部には給紙カセット１４が着脱可能に設置されている。そして、給紙カセット１４には複数枚の不図示の用紙が積層収容されており、この給紙カセット１４の近傍には、該給紙カセット１４から用紙を取り出すピックアップローラ１５と、取り出された用紙を分離して搬送パスＳへと１枚ずつ送り出すフィードローラ１６とリタードローラ１７が設けられている。

又、プリンタ本体１００の側部を上下方向に延びる前記搬送パスＳには、用紙を搬送する搬送ローラ対１８と、用紙を一時待機させた後に所定のタイミングで前記二次転写対向ローラ８と二次転写ローラ１０との当接部である二次転写部へと供給するレジストローラ対１９が設けられている。尚、搬送パスＳの横には、用紙の両面に画像を形成する場合に使用される別の搬送パスＳ’が形成されており、この搬送パスＳ’には複数の反転ローラ対２０が適当な間隔で設けられている。

ところで、プリンタ本体１００内の一側部に縦方向に配置された前記搬送パスＳは、プリンタ本体１００の上面に設けられた排紙トレイ２１まで延びており、その途中には定着装置２２と排紙ローラ対２３，２４が設けられている。

次に、以上の構成を有するカラーレーザープリンタによる画像形成動作について説明する。

画像形成開始信号が発せられると、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋにおいて各感光ドラム２ａ〜２ｄが図示矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動され、これらの感光ドラム２ａ〜２ｄは、帯電器３ａ〜３ｄによって一様に帯電される。又、各光走査装置１３は、各色毎のカラー画像信号によって変調された光ビームを出射し、その光ビームを各感光ドラム２ａ〜２ｄの表面に照射し、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に各色のカラー画像信号に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。

そして、先ず、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍの感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像に、該感光ドラム２ａの帯電極性と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａによってマゼンタトナーを付着させ、該静電潜像をマゼンタトナー像として可視像化する。このマゼンタトナー像は、感光ドラム２ａと転写ローラ５ａとの間の一次転写部（転写ニップ部）において、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラ５ａの作用によって、図示矢印方向に回転駆動されている中間転写ベルト７上に一次転写される。

上述のようにしてマゼンタトナー像が一次転写された中間転写ベルト７は、次のシアン画像形成ユニット１Ｃへと移動する。そして、シアン画像形成ユニット１Ｃにおいても、前記と同様にして、感光ドラム２ｂ上に形成されたシアントナー像が一次転写部において中間転写ベルト７上のマゼンタトナー像に重ねて転写される。

以下同様にして、中間転写ベルト７上に重畳転写されたマゼンタ及びシアントナー像の上に、イエロー及びブラック画像形成ユニット１Ｙ，１Ｋの各感光ドラム２ｃ，２ｄ上にそれぞれ形成されたイエロー及びブラックトナー像が各一次転写部において順次重ね合わせられ、中間転写ベルト７上にはフルカラーのトナー像が形成される。尚、中間転写ベルト７上に転写されないで各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に残留する転写残トナーは、各ドラムクリーニング装置６ａ〜６ｄによって除去され、各感光ドラム２ａ〜２ｄは次の画像形成に備えられる。

そして、中間転写ベルト７上のフルカラートナー像の先端が駆動ローラ８と二次転写ローラ１０間の二次転写部（転写ニップ部）に達するタイミングに合わせて、給紙カセット１４からピックアップローラ１５とフィードローラ１６及びリタードローラ１７によって搬送パスＳへと送り出された用紙がレジストローラ対１９によって二次転写部へと搬送される。そして、二次転写部に搬送された用紙に、トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラ１０によってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト７から一括して二次転写される。

而して、フルカラーのトナー像が転写された用紙は、定着装置２２へと搬送され、フルカラーのトナー像が加熱及び加圧されて用紙の表面に熱定着され、トナー像が定着された用紙は、排紙ローラ対２３，２４によって排紙トレイ２１上に排出されて一連の画像形成動作が完了する。尚、用紙上に転写されないで中間転写ベルト７上に残留する転写残トナーは、前記ベルトクリーニング装置１１によって除去され、中間転写ベルト７は次の画像形成に備えられる。

［光走査装置］
次に、本発明に係る前記光走査装置１３の実施の形態１を図２〜図４に基づいて説明する。尚、４つの光走査装置１３の構成は全て同じであるため、以下、１つの光走査装置１３についてのみ説明する。
み説明する。

図２は本発明に係る光走査装置要部の構成を示す平面図、図３は図２のＡ部（収束光学系）の拡大詳細、図４（ａ）〜（ｃ）はＭＥＭＳミラーの平面図である。

光走査装置１３は、光源であるレーザーダイオード２５と偏向手段であるＭＥＭＳミラー２６を備えているが、図３に詳細に示すように、レーザーダイオード２５とこれを駆動する不図示のドライバは、ＭＥＭＳミラー２６が一体に形成されたＳｉ基板２７上に組み込まれている。

そして、本実施の形態に係る光走査装置１３においては、レーザーダイオード２５のレーザービームの出射方向には、レーザーダイオード２５から出射するレーザービームを反射させて前記ＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像させる結像素子である自由曲面ミラー２８が配置されている。

ここで、前記ＭＥＭＳミラー２６は、図４に示すように、Ｓｉ基板２７にエッチングや成膜等のマイクロマシニング技術（ＭＥＭＳ技術）を利用して楕円状に一体に形成されている。そして、ＭＥＭＳミラー２６は、捩り梁２９によってその中間部が矩形枠状のフレーム３０に支持されており、捩り梁２９を中心として往復振動（正弦振動）する。尚、ＭＥＭＳミラー２６の表面（反射面）にはアルミニウム膜等が成膜されてその反射率が高められている。

而して、本実施の形態では、ＭＥＭＳミラー２６の揺動中心（捩り梁２９の軸中心）の両側端部（揺動端部）にフォトダイオード等の受光素子３１が設けられている。

又、図２に示すように、ＭＥＭＳミラー２６によって偏向される光ビームの進行方向に沿って円弧状の２つの走査レンズ３２，３３が配設されている。尚、走査レンズ３２，３３は、ＭＥＭＳミラー２６によって偏向された光ビームを走査面である感光ドラム２ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄ）上に等速度で集光させるためのｆθ特性を有している。

而して、図２に示す光走査装置１３において、レーザーダイオード２５が画像データに応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されると、該レーザーダイオード２５から画像データに対応して変調された光ビームが出射され、この光ビームは、自由曲面ミラー２８によって反射してＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像する。

上述のようにＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像した光ビームは、ＭＥＭＳミラー２６が往復振動することによって主走査方向に偏向され、この偏向された光ビームは、走査レンズ３２，３３を通過することによって図１に示す各画像形成ユニット１Ｍ（１Ｃ，１Ｙ，１Ｋ）の感光ドラム２ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄ）上に結像され、図２に示す有効走査範囲Ｒの一端を書出点Ｐ１、他端を書終点Ｐ２として感光ドラム２ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄ）上を主走査方向に往復走査する。すると、前述のように各感光ドラム２ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄ）上には各色のカラー画像信号に対応した静電潜像がそれぞれ形成される。

ところで、ＭＥＭＳミラーは、図４（ａ）に示す光ビームを受けていない状態から図４（ｂ）に示すよう光ビームが線状に結像された状態となり、その状態で振動すると、図４（ｃ）に示すように線状に結像された光ビームの一部が光学素子３１によって受光され、光ビームを受光した受光素子３１は不図示の計算部に対して信号を出力する。

ここで、フォトダイオード等から成る受光素子３１の出力は光量に応じて変化し、光量はＭＥＭＳミラー２６の偏向角に応じて変化するため、受光素子３１の出力とＭＥＭＳミラー２６の偏向角との間には一定の相関が存在し、従って、受光素子３１の信号出力によってＭＥＭＳミラー２６の偏向角を検出することができる。この場合、受光素子３１の受光量とＭＥＭＳミラー２６の偏向角との関係は環境変動によらず常に一定であるため、環境の変動に関わらず常に正確な角度情報を得ることができ、この角度情報に基づいてＭＥＭＳミラー２６の偏向特性を制御することができる。

即ち、本実施の形態に係る光走査装置１３には、ＭＥＭＳミラー２６を駆動制御する駆動制御部と、受光素子３１からの信号に基づいてＭＥＭＳミラー２６の動作状態を計算する計算部が設けられており、該計算部の計算結果に基づいて前記駆動制御部がＭＥＭＳミラー２６を駆動制御してその偏向特性を制御するよう構成されている。

又、本実施の形態においては、ＭＥＭＳミラー２６が一体に形成されたＳｉ基板２７上にレーザーダイオード２５とこれを駆動するドライバを組み込んだため、基板としてはＳｉ基板２７の１枚で済むとともに、レーザーダイオード２５やＭＥＭＳミラー２６等に接続される電気配線が短縮及び簡略化される。

更に、レーザーダイオード２５から出射するレーザービームを自由曲面ミラー２８によって反射させてＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像させるようにしたため、収束光学系（１次光学系）に従来必要であったコリメータレンズやシリンドリカルレンズ等の複数のレンズが不要となり、部品点数を削減して光走査装置１３の小型化とコストダウンを図ることができるという効果も得られる。

尚、以上は本発明をカラーレーザープリンタとこれに備えられた光走査装置に対して適用した形態について説明したが、本発明は、モノクロプリンタや複写機等を含む他の任意の画像形成装置及びこれに備えられた光走査装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

又、本発明は、二重又は三重構造を有し、２種類又は３種類の周波数が重畳された動作を行うＭＥＭＳミラーを偏向手段として備える光走査装置及びこれを備えた画像形成装置もその適用対象に含む。

１Ｍ マゼンタ画像形成ユニット
１Ｃ シアン画像形成ユニット
１Ｙ イエロー画像形成ユニット
１Ｋ ブラック画像形成ユニット
２ａ〜２ｄ 感光ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 帯電器
４ａ〜４ｄ 現像装置
５ａ〜５ｄ 転写ローラ
６ａ〜６ｄ ドラムクリーニング装置
７ 中間転写ベルト
８ 駆動ローラ
９ テンションローラ
１０ 二次転写ローラ
１１ ベルトクリーニング装置
１２ａ〜１２ｄ トナーコンテナ
１３ 光走査装置
１４ 給紙カセット
１５ ピックアップローラ
１６ フィードローラ
１７ リタードローラ
１８ 搬送ローラ対
１９ レジストローラ対
２０ 搬送ローラ対
２１ 排紙トレイ
２２ 定着装置
２３，２４ 排紙ローラ対
２５ レーザーダイオード（光源）
２６ ＭＥＭＳミラー
２７ Ｓｉ基板
２８ 自由曲面ミラー（結像素子）
２９ 捩り梁
３０ フレーム
３１ 受光素子
３２，３３ 走査レンズ
Ｐ１ 書出点
Ｐ２ 書終点
Ｒ 有効走査範囲
Ｓ，Ｓ’ 搬送パス

Claims (4)

1. 光源と、該光源から出射される光ビームを偏向するＭＥＭＳミラーと、前記光源から出射される光ビームを前記ＭＥＭＳミラー上に線状に結像させる結像素子と、前記ＭＥＭＳミラーによって偏向された光ビームを被走査面上に結像させる走査レンズと、前記ＭＥＭＳミラーによって偏向された光ビームを検知する受光素子を備えた光走査装置において、
   前記受光素子を前記ＭＥＭＳミラーの揺動中心の両側端部に設けたことを特徴とする光走査装置。
2. 前記ＭＥＭＳミラーが一体に形成された基板上に前記光源を組み込んだことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記ＭＥＭＳミラーを駆動制御する駆動制御部と、前記受光素子からの信号に基づいて前記ＭＥＭＳミラーの動作状態を計算する計算部を設け、該計算部の計算結果に基づいて前記駆動制御部が前記ＭＥＭＳミラーを駆動制御するよう構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
4. 請求項１〜３の何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。
   

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