JP2013171228A - Optical scanning device and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走査用のレーザー光を偏向するMEMSミラーを備えた光走査装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device including a MEMS mirror that deflects scanning laser light and an image forming apparatus including the optical scanning device.
従来から、走査用のレーザー光を感光体に向けて偏向するための反射ミラーとして、往復振動するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーが知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1の図3において、符号8は、MEMSミラーを示し、符号a,b,c,dは、MEMSミラー8を振動させる駆動源としての圧電体を示している。駆動源a,bを同位相で駆動し、駆動源c,dを駆動源a,bとは逆位相で駆動することによって、MEMSミラー8はねじれ振動をおこす。これによって、MEMSミラー8に入射したレーザー光を反射偏向させて走査する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror that reciprocally vibrates is known as a reflection mirror for deflecting a scanning laser beam toward a photosensitive member (see, for example, Patent Document 1). In FIG. 3 of
また、特許文献1の図2には、駆動源a,b,c,dを駆動するための駆動回路のブロック図が記載されている。この特許文献1の図2において、発振器121aでは正弦波が生成され、その正弦波は位相反転回路121b及び位相シフタ121cに入力される。位相シフタ121cでは、画像信号とMEMSミラー8の位相とが対応するように調整された信号が生成される。そして、当該信号がアンプ121eで電圧増幅されて、駆動源a,bに供給される。また、発振器121aで生成された正弦波は、位相反転回路121bを通って位相が反転され、位相シフタ121d及びアンプ121fを経由して、駆動源c,dに供給される。
FIG. 2 of
また、特許文献2には、ミラーの駆動部を、コイル及び永久磁石を備えた1つの電磁アクチュエータとして構成し、コイルに電流を流したときに永久磁石に作用するトルクにより、ミラーを振動させる技術が記載されている。この技術においても、上記特許文献1と同様に、任意波形発生器で正弦波を発生させた後、その正弦波を増幅器で増幅させる構成になっている。
また、特許文献2には、ミラーの変位角(偏向角)が環境変化や経時変化により変化するため、ミラーにより偏向された走査光を受光する受光素子を所定位置に配置し、この受光素子の出力を取り込んで、走査光が所望の時刻で受光素子を通過するように、任意波形発生器で発生させる正弦波の位相及び振幅を調整する技術が記載されている。
Further, in
しかしながら、上記特許文献1及び特許文献2に記載されている、正弦波を生成可能な発振器や正弦波を正確に増幅可能な増幅器は、高価なものである。特に、上記特許文献2に記載されているような、位相及び振幅を変化させて正弦波を生成することが可能な発振器は、更に高価なものである。そのため、MEMSミラーを備え、MEMSミラーの偏向角の変化を補償するように、MEMSミラーを駆動するための駆動電圧を補正することが可能な光走査装置や画像形成装置を構成するにあたり、コスト面で改善の余地があった。
However, the oscillators that can generate a sine wave and the amplifiers that can accurately amplify the sine wave described in
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、走査用のレーザー光を偏向するMEMSミラーを備え、MEMSミラーの偏向角の変化を補償するように、MEMSミラーを駆動するための駆動電圧を補正することが可能な光走査装置及びこれを備えた画像形成装置を安価に提供することである。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a MEMS mirror that deflects scanning laser light and compensate for a change in the deflection angle of the MEMS mirror. In addition, an optical scanning device capable of correcting a driving voltage for driving a MEMS mirror and an image forming apparatus including the same are provided at low cost.
本発明に係る光走査装置は、光源から出力されたレーザー光を偏向するMEMSミラーと、予め定められた基本周期で変動する駆動電圧を用いて前記MEMSミラーを揺動させる駆動部と、前記MEMSミラーで偏向されたレーザー光を予め定められた位置で受光し、その受光したことを示す検出信号を出力する光検出部と、前記光検出部によって前記検出信号が出力されたタイミングに基づいて、前記MEMSミラーの偏向角の変化を補償するように前記駆動電圧を補正するときに用いる電圧値である補正電圧値を算出する補正値算出部と、前記補正電圧値よりも低い電圧値の直流電圧を生成する直流電圧生成部と、前記直流電圧生成部で生成された直流電圧を、前記補正電圧値と等しい電圧値になるように増幅する直流電圧増幅部と、前記直流電圧増幅部によって増幅された直流電圧の波形を前記基本周期で変動するように整形して、前記駆動電圧として前記駆動部に出力する波形整形部と、を備える。 An optical scanning device according to the present invention includes a MEMS mirror that deflects laser light output from a light source, a drive unit that swings the MEMS mirror using a drive voltage that varies in a predetermined basic period, and the MEMS. Based on the timing at which the detection signal is output by the light detection unit that receives the laser beam deflected by the mirror at a predetermined position and outputs a detection signal indicating that the laser beam is received, A correction value calculation unit for calculating a correction voltage value that is a voltage value used when correcting the drive voltage so as to compensate for a change in the deflection angle of the MEMS mirror; and a DC voltage having a voltage value lower than the correction voltage value A DC voltage generating unit that generates the DC voltage generated by the DC voltage generating unit, a DC voltage amplifying unit that amplifies the DC voltage to be equal to the correction voltage value, The waveform of the DC voltage amplified by the DC voltage amplifier and shaped to vary the basic cycle, and a waveform shaping section for outputting to the drive unit as the drive voltage.
この構成によれば、直流電圧生成部によって、補正電圧値よりも低い電圧値の直流電圧が生成され、生成された直流電圧は、直流電圧増幅部によって補正電圧値と等しい電圧値になるように増幅される。そして、増幅された直流電圧の波形は、波形整形部によって予め定められた基本周期で変動するように整形され、基本周期で変動する交流電圧が、駆動電圧として駆動部に出力される。 According to this configuration, the DC voltage generation unit generates a DC voltage having a voltage value lower than the correction voltage value, and the generated DC voltage is set to a voltage value equal to the correction voltage value by the DC voltage amplification unit. Amplified. Then, the waveform of the amplified DC voltage is shaped by the waveform shaping unit so as to fluctuate in a predetermined basic cycle, and the AC voltage fluctuating in the basic cycle is output to the driving unit as a driving voltage.
つまり、位相及び振幅を変化させて正弦波を生成可能な発振器及び正弦波を正確に増幅可能な増幅器を備えることなく、簡便で安価な直流電圧生成部及び直流電圧増幅部を用いて、MEMSミラーを駆動することができるとともに、MEMSミラーを駆動するときの駆動電圧をMEMSミラーの偏向角の変化を補償するように補正することができる。その結果、走査用のレーザー光を偏向するMEMSミラーを備え、MEMSミラーの偏向角の変化を補償するように、MEMSミラーを駆動するための駆動電圧を補正することが可能な光走査装置を安価に提供することができる。 In other words, a MEMS mirror can be used by using a simple and inexpensive direct-current voltage generator and direct-current voltage amplifier without providing an oscillator capable of generating a sine wave by changing the phase and amplitude and an amplifier capable of accurately amplifying the sine wave. And the drive voltage when driving the MEMS mirror can be corrected to compensate for the change in the deflection angle of the MEMS mirror. As a result, an optical scanning device that includes a MEMS mirror that deflects the scanning laser beam and can correct the drive voltage for driving the MEMS mirror so as to compensate for the change in the deflection angle of the MEMS mirror is inexpensive. Can be provided.
また、前記駆動部は、前記駆動電圧に応じて前記MEMSミラーを互いに逆方向に駆動させる第一駆動部及び第二駆動部を含み、前記波形整形部は、前記直流電圧増幅部によって増幅された前記直流電圧を前記基本周期の半分の周期毎に前記第一駆動部及び前記第二駆動部に対し交互に出力することによって、前記第一駆動部と前記第二駆動部に出力される前記駆動電圧の波形を、それぞれ前記基本周期で変動する矩形波に整形することが好ましい。 The driving unit includes a first driving unit and a second driving unit that drive the MEMS mirrors in opposite directions according to the driving voltage, and the waveform shaping unit is amplified by the DC voltage amplification unit. The drive output to the first drive unit and the second drive unit by alternately outputting the DC voltage to the first drive unit and the second drive unit every half of the basic cycle. It is preferable that the voltage waveform is shaped into a rectangular wave that fluctuates in the basic period.
この構成によれば、直流電圧増幅部で増幅された直流電圧の出力先を基本周期の半分の周期毎に第一駆動部と第二駆動部とに交互に出力させる簡素化した構成によって、第一駆動部と第二駆動部に向けて出力される駆動電圧の波形を基本周期で変動する矩形波に整形することができる。 According to this configuration, the first drive unit and the second drive unit alternately output the output destination of the DC voltage amplified by the DC voltage amplification unit every half of the basic cycle. The waveform of the drive voltage output toward the one drive unit and the second drive unit can be shaped into a rectangular wave that fluctuates with a basic period.
また、前記波形整形部は、前記直流電圧増幅部と前記駆動部との間に設けられ、前記直流電圧増幅部によって増幅された前記直流電圧の出力先を前記第一駆動部と前記第二駆動部との間で切り替えるスイッチング素子と、前記基本周期の半分の周期毎に前記スイッチング素子の切り替えを行うスイッチング制御部と、からなることが好ましい。 The waveform shaping unit is provided between the DC voltage amplification unit and the driving unit, and the output destination of the DC voltage amplified by the DC voltage amplification unit is the first driving unit and the second driving unit. It is preferable that the switching element includes a switching element that switches between the switching elements and a switching control unit that switches the switching element every half of the basic period.
この構成によれば、少なくとも2方向に駆動電圧の供給経路を切り替える安価なスイッチング素子を用いて、波形整形部を安価に構成することができる。 According to this configuration, the waveform shaping unit can be configured at low cost by using an inexpensive switching element that switches the supply path of the drive voltage in at least two directions.
また、前記補正値算出部は、前記基本周期のうち、前記直流電圧増幅部によって増幅された直流電圧を前記駆動部に出力する期間の割合を示すデューティー比である補正デューティー比を更に算出し、前記波形整形部は、前記基本周期のうち、前記補正値算出部で算出された前記補正デューティー比に対応する期間、前記駆動電圧をハイレベルにすることが好ましい。 The correction value calculation unit further calculates a correction duty ratio, which is a duty ratio indicating a ratio of a period during which the DC voltage amplified by the DC voltage amplification unit is output to the drive unit in the basic period, The waveform shaping unit preferably sets the drive voltage to a high level during a period corresponding to the correction duty ratio calculated by the correction value calculation unit in the basic period.
この構成によれば、補正電圧値を用いるだけでなく、更に補正デューティー比を用いて駆動電圧を補正することができるため、直流電圧増幅部から出力される直流電圧を、駆動部に基本周期の半分の周期だけ印加したときにMEMSミラーの偏向角の変化を補償するように、補正電圧値を正確に算出しておく必要がない。 According to this configuration, since the drive voltage can be corrected not only using the correction voltage value but also using the correction duty ratio, the direct-current voltage output from the direct-current voltage amplification unit is supplied to the drive unit with the basic period. It is not necessary to accurately calculate the correction voltage value so as to compensate for the change in the deflection angle of the MEMS mirror when applied for a half period.
また、前記直流電圧増幅部は、前記直流電圧生成部で生成された直流電圧を可変の増幅率で増幅する増幅器からなり、前記直流電圧生成部は、前記補正電圧値よりも低い予め固定された電圧値の直流電圧を生成し、前記補正電圧値を前記予め固定された電圧値で除算して得られる値を前記可変の増幅率として設定する増幅率設定部を更に備えることが好ましい。 The DC voltage amplifying unit includes an amplifier that amplifies the DC voltage generated by the DC voltage generating unit with a variable amplification factor, and the DC voltage generating unit is fixed in advance lower than the correction voltage value. It is preferable to further include an amplification factor setting unit that generates a DC voltage of a voltage value and sets a value obtained by dividing the correction voltage value by the previously fixed voltage value as the variable amplification factor.
この構成によれば、直流電圧生成部によって補正電圧値よりも低い予め固定された電圧値の直流電圧が生成される。つまり、多様な電圧値の直流電圧を生成するように直流電圧生成部を構成する場合に比して、簡素化して安価に直流電圧生成部を構成することができる。 According to this configuration, a DC voltage having a fixed voltage value lower than the correction voltage value is generated by the DC voltage generator. That is, as compared with the case where the DC voltage generating unit is configured to generate DC voltages having various voltage values, the DC voltage generating unit can be simplified and inexpensively configured.
または、前記直流電圧増幅部は、前記直流電圧生成部で生成された直流電圧を予め固定された増幅率で増幅する増幅器からなり、前記直流電圧生成部は、前記補正電圧値を前記予め固定された増幅率で除算して得られる電圧値の直流電圧を生成することが好ましい。 Alternatively, the DC voltage amplifying unit includes an amplifier that amplifies the DC voltage generated by the DC voltage generating unit with a fixed amplification factor, and the DC voltage generating unit fixes the correction voltage value in advance. It is preferable to generate a DC voltage having a voltage value obtained by dividing by the amplification factor.
この構成によれば、直流電圧を予め固定された増幅率で増幅する安価な増幅器を用いて
、直流電圧増幅部を安価に構成することができる。
According to this configuration, the DC voltage amplifying unit can be configured at low cost by using an inexpensive amplifier that amplifies the DC voltage with a fixed amplification factor.
また、本発明に係る画像形成装置は、前記光走査装置と、前記光走査装置によって感光体に形成された潜像を用いて、前記潜像に対応する画像を用紙に形成する画像形成部とを備える。 An image forming apparatus according to the present invention includes: the optical scanning device; and an image forming unit that forms an image corresponding to the latent image on a sheet using a latent image formed on a photosensitive member by the optical scanning device. Is provided.
本発明によれば、走査用のレーザー光を偏向するMEMSミラーを備え、MEMSミラーの偏向角の変化を補償するように、MEMSミラーを駆動するための駆動電圧を補正することが可能な光走査装置及びこれを備えた画像形成装置を安価に提供することができる。 According to the present invention, an optical scanning that includes a MEMS mirror that deflects scanning laser light and can correct a driving voltage for driving the MEMS mirror so as to compensate for a change in the deflection angle of the MEMS mirror. The apparatus and the image forming apparatus including the apparatus can be provided at low cost.
以下、図1は、本発明に係る光走査装置を適用した複合機(画像形成装置)の概略断面図である。複合機1は、例えば、コピー、プリンター、及びスキャナー等の複数の機能を兼ね備える。複合機1は本体部100、本体部100の上に配置された原稿読取部200、原稿読取部200の上に配置された原稿給送部300及び本体部100の上部前面に配置された操作部400を備える。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a multifunction peripheral (image forming apparatus) to which an optical scanning device according to the present invention is applied. The
原稿給送部300は、自動原稿給装装置として機能し、原稿載置部301に載置された複数枚の原稿を連続的に原稿読取部200に送ることができる。
The
原稿読取部200は、CCD(Charge Coupled Device)センサー及びLED(Light Emitting Diode)等を搭載したキャリッジ201、ガラス等の透明部材により構成された原稿台203、及び原稿読取スリット205を備える。原稿台203に載置された原稿を読み取る場合、キャリッジ201を原稿台203の長手方向に移動させながらCCDセンサーにより原稿を読み取る。これに対して、原稿給送部300から給送された原稿を読み取る場合、キャリッジ201を原稿読取スリット205と対向する位置に移動させて、原稿給送部300から送られてきた原稿を、原稿読取スリット205を通してCCDセンサーにより読み取る。CCDセンサーは読み取った原稿を画像データとして出力する。
The
本体部100は、用紙貯留部101、画像形成部103及び定着部105を備える。用紙貯留部101は、用紙の束を貯留することができる用紙トレイ107を備える。用紙トレイ107に貯留された用紙の束において、最上位の用紙がピックアップローラー109の駆動により、用紙搬送部111へ向けて繰り出される。用紙は用紙搬送部111を通って、画像形成部103へ搬送される。
The
画像形成部103は、搬送されてきた用紙に画像データを基にしてトナー画像を形成する。画像形成部103は、感光体ドラム113、露光部(光走査装置)115、現像部117及び転写部119を備える。露光部115は、画像データ(原稿読取部200から出力された画像データ、パソコンから送信された画像データ、ファクシミリ受信の画像データ等)に対応する光を生成し、一様に帯電された感光体ドラム113の周面に照射する。これにより、感光体ドラム113の周面には画像データに対応する静電潜像が形成される。この状態で感光体ドラム113の周面に現像部117からトナーを供給することにより、周面には画像データに対応するトナー画像が形成される。このトナー画像は、転写部119によって用紙貯留部101から搬送されてきた用紙に転写される。
The
トナー画像が転写された用紙は、定着部105に送られる。定着部105は、トナー画像と用紙に熱と圧力を加え、トナー画像を用紙に定着させる。用紙はスタックトレイ121又は排紙トレイ123に排紙される。
The sheet on which the toner image is transferred is sent to the fixing
操作部400は、表示部403と操作キー部401とを備える。表示部403は、タッチパネル機能を有しており、ソフトキーを含む画面が表示される。ユーザーは、画面を見ながらソフトキーを操作することによって、コピー等の機能の実行に必要な設定入力等の入力操作をする。
The
操作キー部401は、ハードキーからなる操作キーを備えており、具体的にはスタートキー405、テンキー407、ストップキー409、リセットキー411、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリを切り換えるための機能切換キー413等を備える。
The operation
スタートキー405は、コピー、ファクシミリ送信等の動作を開始させるキーである。テンキー407は、コピー部数、ファクシミリ番号等の数字を入力するキーである。ストップキー409は、コピー動作等を途中で中止させるキーである。リセットキー411は、設定された内容を初期設定状態に戻すキーである。
A
機能切換キー413は、コピーキー及び送信キー等を備えており、コピー機能、送信機能等を相互に切り替えるキーである。コピーキーを操作すれば、コピーの初期画面が表示部403に表示される。送信キーを操作すれば、ファクシミリ送信及びメール送信の初期画面が表示部403に表示される。
The function switching key 413 includes a copy key, a transmission key, and the like, and is a key for switching between a copy function, a transmission function, and the like. When the copy key is operated, an initial copy screen is displayed on the
図2は、複合機1の電気的な構成を示すブロック図である。複合機1は、上記本体部100、上記原稿読取部200、上記原稿給送部300、上記操作部400、通信部600、及び制御部500等の各機能部が相互に通信可能なように接続された構成になっている。本体部100、原稿読取部200、原稿給送部300及び操作部400に関しては既に説明したので、説明を省略する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the
通信部600は、ファクシミリ通信部601及びネットワークI/F部603を備える。ファクシミリ通信部601は、相手先ファクシミリとの電話回線の接続を制御するNCU(Network Control Unit)及びファクシミリ通信用の信号を変復調する変復調回路を備える。ファクシミリ通信部601は、電話回線605に接続される。
The
ネットワークI/F部603は、LAN(Local Area Network)607に接続される。ネットワークI/F部603はLAN607に接続されたパソコン等の端末装置との間で通信を実行するための通信インターフェイス回路である。
The network I /
制御部500は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及び画像メモリー等を備える。CPUは、複合機1を動作させるために必要な制御を、本体部100等の複合機1の上記構成要素に対して実行する。ROMは、複合機1の動作の制御に必要なソフトウェアや設定値を記憶している。RAMは、ソフトウェアの実行時に発生するデータの一時的な記憶等に利用される。画像メモリーは、画像データ(原稿読取部200から出力された画像データ、パソコンから送信された画像データ、ファクシミリ受信の画像データ等)を一時的に記憶する。
The
図3は、露光部115を構成する光学部品の配置関係を示す図である。露光部115は、光源31、光偏向部10及び二つの走査レンズ33,35等を備える。光源31は、例えば、レーザーダイオードであり、画像データに対応して変調された光ビーム(レーザー光)LBを照射する。
FIG. 3 is a diagram showing an arrangement relationship of optical components that constitute the
光源31と光偏向部10との光路上には、コリメーターレンズ37及びシリンドリカルレンズ39が配置されている。コリメーターレンズ37は、光源31から照射された光ビームLBを平行光にする。シリンドリカルレンズ39は、平行光にされた光ビームLBを線状に集光する。線状に集光された光ビームLBは、光偏向部10に入射される。
A
光偏向部10と感光体ドラム113との光路上には、走査レンズ33と走査レンズ35が配置されている。光偏向部10のミラー部11に入射された光ビームLBは、ミラー部11で反射、偏向されて、走査レンズ33,35により感光体ドラム113に結像される。すなわち、光ビームLBを感光体ドラム113に走査することにより、感光体ドラム113に静電潜像が形成される。
A
露光部115は、更に、BD(Beam Detect)レンズ41及びBDセンサー(光検出部)43を備える。感光体ドラム113の一方の側部113aから他方の側部113bへ向けて、光ビームLBが感光体ドラム113を走査する場合に、有効走査範囲Rを超えた光ビームLBは、BDレンズ41で集光されてBDセンサー43で受光される。BDセンサー43は、有効走査範囲Rを超えた光ビームLBを受光したときに、その受光したことを示す検出信号を出力する。BDセンサー43から出力される検出信号は、感光体ドラム113に形成される静電潜像を表す画像信号と、有効走査範囲Rを走査するタイミングと、の同期をとるために利用される。
The
光偏向部10について説明する。図4は、光偏向部10の原理を示す図である。図5は、図4に示す光偏向部10をA−A線に沿って切断した断面図である。
The
光偏向部10は、ミラー部(MEMSミラー)11、フレーム13、トーションバー15及びミラー駆動部(駆動部)17a,17b,17c,17dを備える。
The
フレーム13の形状は矩形である。フレーム13は長手方向に延びる一対の辺部13a,13bと、長手方向と直交する方向に延びる一対の辺部13c,13dとにより構成される。フレーム13の中心部にはミラー部11が配置されている。ミラー部11の形状は楕円形である。楕円の長軸方向がフレーム13の長手方向となる。光ビームはミラー部11に入射され、ミラー部11で反射、偏向される。
The shape of the
トーションバー15は、ミラー部11の楕円の短軸方向に延びており、トーションバー15にミラー部11が固定されている。トーションバー15の一端は、梁19により支持されている。トーションバー15の他端は、梁21により支持されている。梁19,21は、それぞれ一対の辺部13c,13dにより支持されている。
The
梁19上には、トーションバー15より辺部13c側にミラー駆動部17aが形成され、トーションバー15より辺部13d側にミラー駆動部17bが形成されている。梁21上には、トーションバー15より辺部13c側にミラー駆動部17cが形成され、トーションバー15より辺部13d側にミラー駆動部17dが形成されている。
On the
ミラー駆動部17aは、図5に示すように、下部電極23、PZT薄膜25及び上部電極27により構成される。ミラー駆動部17b,17c,17dはミラー駆動部17aと同じ構成を有する。以下、ミラー駆動部17a,17b,17c,17dを区別する必要がなければ、ミラー駆動部17と記載する。ミラー駆動部17には、予め定められた一定の基本周期で変動する交流電圧が駆動電圧として印加される。これにより、梁19,21が撓み、そのことにより、トーションバー15と共にミラー部11が傾く。
As shown in FIG. 5, the
図6は、図5と同じ断面において、ミラー駆動部17a,17c(第一駆動部)のPZT薄膜25が伸び、かつミラー駆動部17b,17d(第二駆動部)のPZT薄膜25が縮むように、ミラー駆動部17に駆動電圧を印加した状態を示す図である。このミラー駆動部17a,17cのPZT薄膜25が伸び、かつミラー駆動部17b,17dのPZT薄膜25が縮むことによって、トーションバー15が傾く動作を第1の動作とする。逆に、ミラー駆動部17a,17cのPZT薄膜25が縮み、かつミラー駆動部17b,17dのPZT薄膜25が伸びることによって、トーションバー15が傾く動作を第2の動作とする。
6 has the same cross section as FIG. 5 so that the PZT
本光偏向部10では、ミラー駆動部17a,17cに印加する駆動電圧の位相とミラー駆動部17b,17dに印加する駆動電圧の位相とを反転させることにより、第1の動作と第2の動作とが交互に行われるようにしている。これにより、図4に示すように、ミラー部11がトーションバー15を軸にして揺動し、ミラー部11の偏向角θが変動する。尚、図4において、符号NLはミラー部11が揺動していないときのミラー部11の法線を示している。
In the present
図7は、露光部115の構成を示すブロック図である。露光部115は、光源31、光偏向部10、BDセンサー43、補正値算出部51、DAC(直流電圧生成部)52、増幅器(直流電圧増幅部)53、及び波形整形部54を備える。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the
光源31から出力された光ビームLBは、光偏向部10において、ミラー駆動部17a,17b,17c,17dによって揺動されるミラー部11で反射偏向されることによって走査される。BDセンサー43は、有効走査範囲R(図3)を超えた光ビームLBを受光したときに、その受光したことを示す検出信号を補正値算出部51に出力する。
The light beam LB output from the
補正値算出部51は、付近の気温や経年劣化等の環境変動によってミラー部11の偏向角θが変化するので、その変化を補償するために、ミラー駆動部17に供給する駆動電圧を補正するときの電圧値である補正電圧値等の補正値を算出する。
The correction
具体的に、補正値算出部51がミラー部11の偏向角θの変化を補償する方法について、図8を用いて説明する。図8は、ミラー部11の偏向角θ及びBDセンサー43から出力される検出信号の時間変化を示す図である。ミラー部11の偏向角特性は、環境が変動すると、例えば実線で示す最大偏向角がθmの状態(以下、初期状態ともいう)から破線で示す最大偏向角がθm’(>θm)の状態に変化する。ここにおいて、環境が変動してもミラー駆動部17に印加する駆動電圧の周波数は変化しないので、ミラー部11の偏向角特性の周波数は変化しない。
Specifically, a method in which the correction
一方、BDセンサー43が光ビームLBを検知するときのミラー部11の偏向角θ0は、BDセンサー43の配置位置によって定まるものであって不変である。このため、ミラー部11の偏向角特性が初期状態にあるときは、時刻t1に、BDセンサー43から光ビームLBを受光したことを示す検出信号が出力される。しかし、ミラー部11の偏向角特性が破線で示すように変化した場合は、時刻t2に、BDセンサー43から光ビームLBを受光したことを示す検出信号が出力される。このように、BDセンサー43から検出信号が出力されるタイミングの変化と、ミラー部11の最大偏向角の変化と、の間には相関関係がある。この相関関係は、試験運転等による実験値として、予めROM等に記憶されている。
On the other hand, the deflection angle θ0 of the
補正値算出部51は、BDセンサー43から検出信号が出力されたタイミングと、予めROM等に記憶されている上記の相関関係とを用いて、ミラー部11の最大偏向角の変化量を算出し、その算出した変化量を補償するための駆動電圧の電圧値を補正電圧値として算出する。そして、補正値算出部51は、算出した補正電圧値を後述の増幅器53で用いる増幅率で除算した結果の、補正電圧値よりも小さい電圧値を示すデジタル信号をDAC52に出力する。
The correction
図7に戻り、DAC52は、所謂デジタルアナログコンバータであり、補正値算出部51から入力されたデジタル信号によって示される直流電圧V1を生成し、増幅器53に出力する。
Returning to FIG. 7, the
増幅器53は、DAC52から入力された直流電圧V1を予め定められた増幅率で増幅して、補正電圧値に等しい電圧V2を波形整形部54に出力する。
The
波形整形部54は、増幅器53で増幅された直流電圧V2を、ミラー駆動部17に供給される駆動電圧の変動周期である基本周期で変動するように整形する。
The
波形整形部54は、スイッチング素子541と、スイッチング制御部542と、を備えて構成されている。
The
スイッチング素子541は、増幅器53とミラー駆動部17との間に設けられ、増幅器53によって増幅された直流電圧の出力先をミラー駆動部17a,17cまたはミラー駆動部17b,17dに切り替える素子である。スイッチング制御部542は、上記基本周期の半分の周期毎にスイッチング素子541の切り替えを行う。
The switching
図9(a)は、増幅器53に入力される直流電圧V1の電圧値の変化及び波形整形部54に入力される直流電圧V2の電圧値の変化を示す図である。図9(b)は、ミラー駆動部17a,17cに入力される直流電圧である駆動電圧V3の電圧値の変化を示す図である。図9(c)は、ミラー駆動部17b,17dに入力される直流電圧である駆動電圧V4の電圧値の変化を示す図である。図10は、駆動電圧V3,V4の電圧値の変化に応じたミラー部11の偏向角θの変化を示す図である。
FIG. 9A is a diagram illustrating a change in the voltage value of the DC voltage V <b> 1 input to the
図9(a)に示すように、補正値算出部51によって算出された補正電圧値に基づいて、時刻t0で、増幅器53に入力される直流電圧V1が上昇すると、波形整形部54に入力される、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の波形が滑らかに上昇する。尚、直流電圧V2の波形が滑らかに上昇する理由は、増幅器53の応答性が悪いためである。
As shown in FIG. 9A, when the DC voltage V1 input to the
その後、波形整形部54では、図9(b)及び図9(c)に示すように、スイッチング制御部542によって、基本周期Tの半分の周期T/2毎にスイッチング素子541の切り替えが行われ、波形整形部54に入力された直流電圧V2が基本周期Tの半分の周期T/2毎に、ミラー駆動部17b,17dとミラー駆動部17a,17cとの間で交互に出力される。これにより、波形整形部54は、増幅器53で増幅された直流電圧V2の波形を基本周期Tで変動する矩形波に整形し、ミラー駆動部17b,17dの駆動電圧V3及びミラー駆動部17a,17cの駆動電圧V4として出力する。その結果、ミラー部11の偏向角θは、図10に示すように、駆動電圧V3,V4に応じて、時刻t0から例えば基本周期Tの半分の周期T/2が経過する頃には最大偏向角の大きさがθm’に増大し、基本周期Tで変動するようになる。
Thereafter, in the
上記実施形態の構成によれば、DAC52によって、補正値算出部51で算出された補正電圧値よりも低い電圧値の直流電圧V1が生成され、生成された直流電圧V1は、増幅器53によって補正電圧値と等しい電圧値になるように増幅される。そして、増幅された直流電圧V2の波形は、波形整形部54によって基本周期Tで変動するように整形され、基本周期Tで変動する交流電圧が、駆動電圧V3,V4としてミラー駆動部17に出力されるようになる。
According to the configuration of the above embodiment, the
つまり、本実施形態では、位相及び振幅を変化させて正弦波を生成可能な発振器及び正弦波を正確に増幅可能な増幅器を備えることなく、簡便で安価なDAC52及び増幅器53を用いて、MEMSミラー11を駆動することができるとともに、MEMSミラー11を駆動するときの駆動電圧V3,V4をMEMSミラー11の偏向角θの変化を補償するように補正することができる。その結果、走査用のレーザー光を偏向するMEMSミラーを備え、MEMSミラーの偏向角の変化を補償するように、MEMSミラーを駆動するための駆動電圧を補正することが可能な光走査装置を安価に提供することができる。
That is, in the present embodiment, a MEMS mirror can be used by using a simple and
また、波形整形部54は、スイッチング素子541とスイッチング制御部542とを備えて構成されている。つまり、増幅器53で増幅された直流電圧V2の出力先を基本周期Tの半分の周期毎にミラー駆動部17a,17cとミラー駆動部17b,17dとに交互に出力させるという簡素化した構成で、ミラー駆動部17a,17cとミラー駆動部17b,17dに向けて出力される駆動電圧V3,V4の波形を基本周期Tで変動する矩形波に整形することができる。
The
また、波形整形部54を少なくとも2つの駆動電圧の供給経路を切り替えることができるスイッチング素子541を用いた簡易な構成にすることができるから、露光部115を安価に提供することができる。
In addition, since the
尚、上記実施形態において図1乃至図10に示した構成及び設定は、単なる一例に過ぎず、これに限定する趣旨ではない。 Note that the configurations and settings shown in FIGS. 1 to 10 in the above embodiment are merely examples, and are not intended to limit the present invention.
例えば、補正値算出部51において、基本周期Tのうち、増幅器53によって増幅された直流電圧V2をミラー駆動部17に出力する期間の割合を示すデューティー比である補正デューティー比を更に算出し、波形整形部54において、基本周期Tのうち、補正値算出部51で算出された補正デューティー比に対応する期間、駆動電圧をハイレベルにするように構成してもよい。図11に具体的な構成を示す。
For example, the correction
図11は、露光部115の構成を示すブロック図である。補正値算出部51は、上記のように、BDセンサー43から検出信号が出力されたタイミングと予めROM等に記憶されている相関関係とを用いて、ミラー部11の最大偏向角の変化量を算出する。そして、補正値算出部51は、その算出したミラー部11の最大偏向角の変化量を粗めに補償する(例えば、変化量の95%分補償する)ための補正電圧値を算出するとともに、残りの僅かな変化量を補償する(例えば、変化量の5%分補償する)ための補正デューティー比を算出して、波形整形部54に出力する。
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the
これに合わせて、スイッチング素子541は、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の出力先を、ミラー駆動部17a,17cとミラー駆動部17b,17dに加えて、負荷Lにも切り替え可能に構成されている。
Accordingly, the switching
図12(a)は、補正値算出部51によって算出された補正デューティー比に応じた、ミラー駆動部17a,17cに入力される直流電圧である駆動電圧V3の電圧値の変化を示す図である。図12(b)は、補正値算出部51によって算出された補正デューティー比に応じた、負荷Lに入力される直流電圧VLの電圧値の変化を示す図である。図12(c)は、補正値算出部51によって算出された補正デューティー比に応じた、ミラー駆動部17b,17dに入力される直流電圧である駆動電圧V4の電圧値の変化を示す図である。
FIG. 12A is a diagram illustrating a change in the voltage value of the drive voltage V3 that is a DC voltage input to the
補正値算出部51によって算出された補正デューティー比が例えば40%である場合、スイッチング制御部542は、図12(a)に示すように、補正値算出部51によって算出された補正デューティー比40%に応じて、基本周期Tのうちの最初の40%の期間は、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の出力先をミラー駆動部17b,17dにするように、スイッチング素子541を切り替える。
When the correction duty ratio calculated by the correction
続いて、スイッチング制御部542は、図12(b)に示すように、基本周期Tの半分の周期T/2が経過するまでの残りの期間である基本周期Tの10%の期間、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の出力先を負荷Lにするように、スイッチング素子541を切り替える。
Subsequently, as illustrated in FIG. 12B, the switching
続いて、スイッチング制御部542は、図12(c)に示すように、基本周期Tのうちの40%の期間、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の出力先をミラー駆動部17a,17cにするように、スイッチング素子541を切り替える。
Subsequently, as shown in FIG. 12C, the switching
そして、スイッチング制御部542は、図12(b)に示すように、基本周期Tが経過するまでの残りの期間である基本周期Tの10%の期間、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の出力先を負荷Lにするように、スイッチング素子541を切り替える。
Then, as shown in FIG. 12B, the switching
この構成によれば、補正電圧値を用いるだけでなく、更に補正デューティー比を用いて、ミラー駆動部17に駆動電圧を印加する期間を調整することによって、ミラー駆動部17に供給する駆動電圧を補正することができるため、増幅器53から出力される直流電圧V2を、各ミラー駆動部17に基本周期Tの半分の周期T/2だけ印加したときにミラー部11の最大偏向角が所定値になるような電圧値に正確に設定しておく必要がない。
According to this configuration, not only the correction voltage value but also the correction duty ratio is used to adjust the period during which the drive voltage is applied to the
また、波形整形部54は、スイッチング素子541とスイッチング制御部542とを備えて、増幅器53から入力された直流電圧V2の波形を基本周期Tで変動する矩形波に整形する構成に限らず、増幅器53から入力された直流電圧V2の波形を、基本周期Tで変動する矩形波、三角波、ノコギリ波、或いは正弦波等に変換することができる安価な分配器等を用いて構成してもよい。
The
ただし、補正値算出部51によって補正デューティー比が算出される構成の場合は、増幅器53から入力された直流電圧V2の波形を基本周期Tで変動する矩形波に整形するとともに、その矩形波のデューティー比を補正デューティー比に設定可変な安価な分配器等を用いて波形整形部54を構成してもよい。
However, in the case where the correction duty ratio is calculated by the correction
また、上記実施形態の構成において、波形整形部54は、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の出力先を2つに分ける構成であったが、これに限らず、例えば上記特許文献2に記載されているように、ミラー部を駆動させるためのミラー駆動部が1つだけ存在する構成であって、これに合わせて、波形整形部54は、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の波形を基本周期Tで変動するように整形して、当該1つだけ存在するミラー駆動部に駆動電圧として出力するように構成してもよい。
In the configuration of the above embodiment, the
当該構成は、例えば、スイッチング素子541とスイッチング制御部542とを備えるように波形整形部54を構成し、スイッチング制御部542が、例えば基本周期Tの半分の周期毎に、増幅器53によって増幅された直流電圧V2の出力先を当該1つだけ存在するミラー駆動部と負荷とに交互に切り替えるようにスイッチング素子541を制御する構成にすることによって実現することができる。また、これに限らず、増幅器53から入力された直流電圧V2の波形を、基本周期Tで変動する矩形波、三角波、ノコギリ波、或いは正弦波等に変換することができる安価な分配器等を用いて波形整形部54を構成することによって実現してもよい。
In this configuration, for example, the
補正値算出部51によって補正デューティー比が算出される構成の場合は、増幅器53から入力された直流電圧V2の波形を基本周期Tで変動する矩形波に整形するとともに、その矩形波のデューティー比を補正デューティー比に設定可変な分配器等を用いて波形整形部54を構成してもよい。
In the case where the correction duty ratio is calculated by the correction
また、上記構成では、増幅器53は、DAC52から出力される直流電圧V1を予め固定された増幅率で増幅するように構成されていたが、これに代えて、増幅器53を、DAC52から出力される直流電圧を可変の増幅率で増幅可能な増幅器によって構成してもよい。
In the above configuration, the
これに合わせて、補正値算出部51で算出された補正電圧値よりも十分に小さい、予め固定された電圧値の直流電圧を増幅器53に向けて出力するようにDAC52を構成すると共に、補正値算出部51によって算出された補正電圧値を、DAC52から出力される直流電圧の予め固定された電圧値で除算した値を算出し、当該算出した値を増幅器53の増幅率として設定する増幅率設定部(図略)を、露光部115に更に備えるように構成する。
In accordance with this, the
この構成によれば、DAC52によって補正電圧値よりも低い予め固定された電圧値の直流電圧が生成される。つまり、多様な電圧値の直流電圧を生成するDAC52に比して、簡素化された安価なDAC52を用いて画像形成装置を構成することができる。
According to this configuration, the
尚、上記実施形態においては、本発明に係る画像形成装置の一例として複合機を例に説明したが、本発明は、プリンター、コピー機、或いはFAX等の画像形成装置や、スキャナー、プロジェクター、或いはバーコードリーダー等の光走査装置にも適用可能である。 In the above embodiment, a multifunction peripheral is described as an example of the image forming apparatus according to the present invention. However, the present invention is not limited to an image forming apparatus such as a printer, a copier, or a fax machine, a scanner, a projector, It can also be applied to an optical scanning device such as a barcode reader.
1 複合機(画像形成装置)
10 光偏向部
11 ミラー部(MEMSミラー)
113 感光体ドラム
115 露光部(光走査装置)
13 フレーム
13a,13b,13c,13d 辺部
15 トーションバー
17a,17c ミラー駆動部(駆動部、第一駆動部)
17b,17d ミラー駆動部(駆動部、第二駆動部)
19 梁
23 下部電極
25 PZT薄膜
27 上部電極
31 光源
43 BDセンサー(光検出部)
51 補正値算出部
52 DAC(直流電圧生成部)
53 増幅器(直流電圧増幅部)
54 波形整形部
541 スイッチング素子
542 スイッチング制御部
L 負荷
LB 光ビーム(レーザー光)
R 有効走査範囲
T 基本周期
θ 偏向角
1 MFP (image forming device)
10
113
13
17b, 17d Mirror drive unit (drive unit, second drive unit)
19
51 Correction
53 Amplifier (DC voltage amplifier)
54
R Effective scanning range T Basic period θ Deflection angle
Claims (7)
予め定められた基本周期で変動する駆動電圧を用いて前記MEMSミラーを揺動させる駆動部と、
前記MEMSミラーで偏向されたレーザー光を予め定められた位置で受光し、その受光したことを示す検出信号を出力する光検出部と、
前記光検出部によって前記検出信号が出力されたタイミングに基づいて、前記MEMSミラーの偏向角の変化を補償するように前記駆動電圧を補正するときに用いる電圧値である補正電圧値を算出する補正値算出部と、
前記補正電圧値よりも低い電圧値の直流電圧を生成する直流電圧生成部と、
前記直流電圧生成部で生成された直流電圧を、前記補正電圧値と等しい電圧値になるように増幅する直流電圧増幅部と、
前記直流電圧増幅部によって増幅された直流電圧の波形を前記基本周期で変動するように整形して、前記駆動電圧として前記駆動部に出力する波形整形部と、
を備える光走査装置。 A MEMS mirror for deflecting the laser beam output from the light source;
A drive unit that swings the MEMS mirror using a drive voltage that fluctuates at a predetermined basic period;
A light detector that receives the laser beam deflected by the MEMS mirror at a predetermined position and outputs a detection signal indicating that the laser beam has been received;
Correction for calculating a correction voltage value that is a voltage value used when correcting the drive voltage so as to compensate for a change in the deflection angle of the MEMS mirror based on the timing at which the detection signal is output by the light detection unit. A value calculator,
A DC voltage generator that generates a DC voltage having a voltage value lower than the correction voltage value;
A DC voltage amplifier that amplifies the DC voltage generated by the DC voltage generator so as to have a voltage value equal to the correction voltage value;
A waveform shaping unit that shapes the waveform of the DC voltage amplified by the DC voltage amplification unit so as to fluctuate in the basic period, and outputs the waveform to the driving unit as the driving voltage;
An optical scanning device comprising:
前記波形整形部は、前記直流電圧増幅部によって増幅された前記直流電圧を前記基本周期の半分の周期毎に前記第一駆動部及び前記第二駆動部に対し交互に出力することによって、前記第一駆動部と前記第二駆動部に出力される前記駆動電圧の波形を、それぞれ前記基本周期で変動する矩形波に整形する請求項1に記載の光走査装置。 The driving unit includes a first driving unit and a second driving unit that drive the MEMS mirrors in opposite directions according to the driving voltage,
The waveform shaping unit alternately outputs the DC voltage amplified by the DC voltage amplification unit to the first driving unit and the second driving unit every half of the basic period. The optical scanning device according to claim 1, wherein the waveform of the drive voltage output to the one drive unit and the second drive unit is shaped into a rectangular wave that fluctuates in the basic period.
前記波形整形部は、前記基本周期のうち、前記補正値算出部で算出された前記補正デューティー比に対応する期間、前記駆動電圧をハイレベルにする請求項1から3の何れか一項に記載の光走査装置。 The correction value calculation unit further calculates a correction duty ratio that is a duty ratio indicating a ratio of a period during which the DC voltage amplified by the DC voltage amplification unit is output to the drive unit in the basic period,
4. The waveform shaping unit according to claim 1, wherein the drive voltage is set to a high level during a period corresponding to the correction duty ratio calculated by the correction value calculation unit in the basic period. Optical scanning device.
前記直流電圧生成部は、前記補正電圧値よりも低い予め固定された電圧値の直流電圧を生成し、
前記補正電圧値を前記予め固定された電圧値で除算して得られる値を前記可変の増幅率として設定する増幅率設定部を更に備える請求項1から4の何れか一項に記載の光走査装置。 The DC voltage amplification unit includes an amplifier that amplifies the DC voltage generated by the DC voltage generation unit with a variable amplification factor,
The DC voltage generator generates a DC voltage having a fixed voltage value lower than the correction voltage value,
5. The optical scanning according to claim 1, further comprising: an amplification factor setting unit configured to set a value obtained by dividing the correction voltage value by the previously fixed voltage value as the variable amplification factor. apparatus.
前記直流電圧生成部は、前記補正電圧値を前記予め固定された増幅率で除算して得られる電圧値の直流電圧を生成する請求項1から4の何れか一項に記載の光走査装置。 The DC voltage amplifying unit comprises an amplifier that amplifies the DC voltage generated by the DC voltage generating unit with a fixed amplification factor,
5. The optical scanning device according to claim 1, wherein the DC voltage generation unit generates a DC voltage having a voltage value obtained by dividing the correction voltage value by the amplification factor fixed in advance. 6.
前記光走査装置によって感光体に形成された潜像を用いて、前記潜像に対応する画像を用紙に形成する画像形成部とを備える画像形成装置。 An optical scanning device according to any one of claims 1 to 6,
An image forming apparatus comprising: an image forming unit that forms an image corresponding to the latent image on a sheet using a latent image formed on a photosensitive member by the optical scanning device.
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