JP2587995B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１）産業上の利用分野 本発明は、ファクシミリ、複写機、プリンター等の画
像形成装置に関し、特に光ビーム偏向器で偏向されたレ
ーザーミラーによって感光体への書込みを行う画像形成
装置に関する。

（２）発明の背景 ファクシミリ、複写機、プリンター等の画像形成装置
として、レーザービームによる感光体への書込みが行わ
れるようになってきている。このような画像形成装置に
おいて、レーザービームを偏向する光偏向器には、従来
より、回転多面鏡やミラー振動子等が用いられている。
近時においては、小型化、低騒音化、低価格化等の要請
から、幾多の課題を解決しながらミラー振動子が多用さ
れるようになってきている。

このようなミラー振動子には、第６図に示すようなミ
ラー振動子310が使用される。

第６図において、ミラー振動子310は、ほぼ長方形状
をなす縦長のフレーム315を有し、そのほぼ中央部に駆
動コイル311が設けられる。そして、その上方部に反射
ミラー312が形成され、この反射ミラー312の上方と、フ
レーム315との間には、回転支持棒として機能するリガ
メント313が一体に形成されている。駆動コイル311の下
方にも、リガメント313が一体に形成されている。

このようにミラー振動子310は、駆動コイル311、反射
ミラー312、回転支持用のリガメント313が一体として構
成されたものである。

ミラー振動子310としては、異方性エッチングが可能
な材料として水晶、シリコン等が使用される。

水晶板を加工してミラー振動子310を形成する場合、
その加工手段は通常、フォトリゾグラフィーとエッチン
グ技術が応用され、これによって微細加工が可能にな
る。エッチング加工されたミラー振動子310の表面は、
電気的な抵抗を下げるために、通常銀メッキが施され
る。

また、特に光源として半導体レーザーを使用する場
合、反射ミラー312にはその反射率を上げるために、
金、銅、又はアルミ等のメッキ処理が施される。さら
に、反射ミラー312の表面の傷や、酸化を防ぐため、メ
ッキ処理後の表面にSiO又はSiO2等の保護膜をコーティ
ングすることもできる。

第５図は、偏向器300をレーザー記録装置に使用した
場合の光学走査系の一例を示している。

半導体レーザー31から出射されたレーザービームはコ
リメータレンズ32でビーム形状が補正されたのち、シリ
ンドリカルレンズ33、反射ミラー41を通過して偏向器30
0に入射せしめられる。偏向器300でレーザービームが所
定方向に所定の速度でもって偏向される。

偏向されたレーザービームは走査用レンズ42及びシリ
ンドリカルレンズ36を通過することにより感光体ドラム
11上に結像されて静電像が形成される。

シリンドリカルレンズ33、36は偏向器300に設けられ
た反射ミラー312に、上下方向のあおりがある場合、そ
のあおりを補正するために使用されるものである。反射
ミラー312のあおりが非常に小さい場合は、シリンドリ
カルレンズ33、36は省略することもできる。

走査用レンズ42はレーザービームを感光体ドラム11の
表面に正しく結像させるためと、レーザービームが感光
体ドラム11上を等速走査できるようにするために使用さ
れる。

ミラー振動子310がもつ固有振動数で振動させた場
合、反射ミラー312の偏向角θは、 θ＝Ａ・sinωｔ ここに A:反射ミラーの最大偏向角 ω：角速度 t:時間 で表される正弦波動作となる。

このため、レーザービームのスポット位置をθの関数
Ｘ（θ）としたとき、走査レンズ42として、 Ｘ（θ）＝Ａ・ｆ・arc・sin（θ/A） ただし、ｆは走査レンズ42の焦点距離 となる特性を持たせることにより、感光体ドラム11上に
おけるレーザービームのスポットの位置を時間ｔの関数
Ｘ（ｔ）として表わした場合、上式より Ｘ（ｔ）＝Ａ・ｆ・ωｔ となる。

従って、上述したようにこの走査レンズ42を使用すれ
ば、レーザービームを等速運動に変換することができ
る。等速運動によって静電像を形成する場合には歪のな
い画質を得ることができる。

画像処理装置にミラー振動子310を用いた場合のミラ
ー振動子310の駆動周波数ｆは、画像記録速度、水平走
査速度、最大記録紙サイズなどから決定される周波数で
あるから、ミラー振動子310を製造する場合に、水晶板
の加工は、固有振動数foが駆動周波数ｆに一致するよう
にして行われる。

感光体ドラム11における主走査方向（第５図矢印ａ）
の走査は、上述のごとくミラー振動子310によって行わ
れ、感光体ドラム11への書込みは、半導体レーザー31か
ら出射されるレーザービームを画像信号に応じて１ドッ
トずつ変調したドット信号によって行われる。このドッ
ト信号は、感光体ドラム11の大きさで表現するならば、
例えば24ドット/mm程度に細分化された画像情報を持っ
ており、細分化の時間的な基準信号として画像記録クロ
ック信号が使用される。

画像記録クロック信号は、非常に正確な時間信号であ
り必要があり、さもなくば感光体ドラム11に書込まれる
画像信号に歪が生ずる。そこで従来は、第４図に示すよ
うに水晶発振器４の出力を分周回路５で分周した信号
が、画像記録クロックが使用されている。

（３）発明が解決しようとする課題 画像記録クロック信号を発生する水晶発振器４（第４
図）の周波数と、ミラー振動子310の駆動周波数ｆと
は、常に一対一に対応していなければならない。この対
応関係が無くなると、感光体ドラム11に書き込まれた画
像の縦横比がくずれ、走査方向に伸び縮みしてしまうか
らである。

例えば周囲の環境条件の変動によって、ミラー振動子
310の固有振動数（振幅は一定）が大きくなったとき
に、画像記録クロック信号を発生する水晶発振器４（第
４図）の周波数が一定値を維持しているとすると、感光
体ドラム11に書き込まれた画像は走査方向に伸びた画像
となってしまう。

逆にミラー振動子310の固有振動数が小さくなったと
きに、水晶発振器４の周波数が一定値を維持していると
すると、感光体ドラム11に書き込まれた画像は走査方向
に縮んだ画像となってしまう。

従来は、水晶発振器４とミラー振動子310の駆動信号
を発生する正弦波発振器（図示せず）とは、個別に設け
られている。しかしながら、ミラー振動子310の固有振
動数には製造工程で生ずるバラツキがあり、両者間の周
波数に対応関係が無くなることがあり、感光体ドラム11
に書き込まれた画像は、走査方向に伸び縮みしてしまう
という問題点がある。

（４）課題を解決するための手段 本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ミラー
振動子の固有振動数のバラツキに影響されることなく一
定の走査振幅を得ると共に、感光体に書込まれる画像の
走査方向の長さが一定となるようにすることを目的と
し、この目的を達成するために、光ビームで感光体を走
査することで画像信号を感光体に書き込むようにした画
像形成装置において、ミラーを回転振動することで光ビ
ームを偏向するミラー振動子と、ミラー振動子で発生す
る逆起電力を帰還することで自励発振する自励発振回路
と、自励発振回路の発振周波数を逓倍する逓倍回路を設
け、逓倍回路の出力を基準にして画像信号を感光体に書
き込むように構成されている。

（５）実施例 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明による画像形成装置の一実施例を示
すブロック図である。図中、第４図〜第６図と同じ構成
部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。

第１図を説明する前に、第１図に示す自励発振回路35
0を第２図と共に説明する。

第２図において、自励発振回路350は、オペアンプ351
を有し、その出力信号Soは、DCカット用のコンデンサＣ
を介して振幅制御回路352に供給される。振幅制御回路3
52で所定の値に振幅制限された出力信号So′が、抵抗器
R1を介してオペアンプ351の−端子に供給される。ま
た、抵抗器R2を介して駆動コイル311に供給されると共
に、抵抗器R2を介してオペアンプ351の＋端子に供給さ
れる。

振幅制御回路352の出力信号である振幅制御された出
力信号So′は、振幅検出回路353にも供給されて出力振
幅が検出され、出力信号Soの振幅が常に一定となるよう
に制御される。なお、Rfは帰還抵抗器である。

この構成において、ミラー振動子310が振動していな
いときの駆動コイル311のインピーダンスRcが帰還抵抗
器Rfの抵抗値に等しく、かつ抵抗R1および抵抗R2の抵抗
値が等しくなるように設定されていた場合には、出力信
号So、So′の電圧をそれぞれVo、Viとすると、 Vo＝｛（R1Rc−R2Rf）/R1（R2＋Rc）｝Vi ＝０（ボルト） となる。

すなわち、出力信号Soが零となる。

ミラー振動子310は、所定の磁界内に配置され、ミラ
ー振動子310の駆動コイル311に通電すると、ミラー振動
子310が励起されて振動を開始する。従って、この振動
によって駆動コイル311は磁界を所定の速度で横切るこ
とになり、駆動コイル311には正弦波状の逆起電力が発
生する。

駆動コイル311はオペアンプ351の＋端子に接続されて
いるので、この逆起電力はオペアンプ351の＋端子に供
給され、上述した平衡条件が崩れる。このときオペアン
プ351の出力端子には、駆動コイル311に生じた逆起電力
と同相の出力信号Soが得られる。これがさらに振幅制御
回路352で振幅調整された後、再び駆動コイル311にその
駆動信号として供給される。

この一連の動作で、駆動コイル311には振動に必要な
エネルギーが供給され、駆動コイル311の連続的な振動
が継続される。振動周波数はミラー振動子310のもつ固
有振動数となる。また、振幅検出回路353の存在で、出
力信号Soの振幅は常に一定となるように制御されている
から、駆動コイル311には、常に一定の振幅値を有する
正弦波信号が供給されることになる。

このような自励発振回路350によれば、ミラー振動子3
10の固有振動数のバラツキに影響されることなく一定の
走査振幅を得るようにした場合でも、ミラー振動子310
に対する駆動信号の周波数は常に固有振動数そのもので
ある。

その結果、例えば第３図に示すように、曲線L1とL2と
の間でミラー振動子310の共振特性曲線が相違する場合
でも、ミラー振動子310の振れ角θは一定である。これ
によって、ビームの走査振幅が一定となって走査振幅の
変動が除去され、記録画像の歪が改善される。

このように自励発振回路350は、ミラー振動子310を常
にその固有振動数で駆動しようというのが元来の目的で
あるが、本発明による画像形成装置は、この自励発振回
路350の出力周波数を画像記録クロック信号として使用
するようにしている。

すなわち第１図において、自励発振回路350は波形整
形回路６で波形整形された後にPLL回路１に基準信号と
して供給される。PLL回路１は、従来公知のPLL回路であ
り、波形整形回路６から供給される周波数f0の信号と分
周回路８の出力信号との位相比較を行う。比較結果はロ
ーパスフィルター３を介して電圧制御発振器７に供給さ
れ、位相比較結果の誤差に応じて電圧制御発振器７の発
振周波数を制御する。電圧制御発振器７の出力の一部
は、分周回路８で1/N（Ｎは自然数）に分周された後に
位相比較器２に帰還される。位相比較器２では、周波数
f0の信号と分周回路８で1/N分周された信号との比較を
行っていることから、電圧制御発振器７の出力周波数ｆ
は周波数f0のＮ倍となる。

自励発振回路350の固有振動数がf0のとき、ミラー振
動子310による走査方向（第５図矢印ａ方向）の走査ス
ピードがv0だったとすると、PLL回路１の出力周波数ｆ
はNf0である。このとき、感光体ドラム11の周面におけ
る１ドットの走査長d0は、 d0＝v0/Nf0 となる。

上述したように、自励発振回路350の働きによって、
ミラー振動子310の駆動信号の周波数は常に固有振動数
そのものである。その結果、ミラー振動子310の共振特
性曲線が変化した場合でも、ミラー振動子310の振れ角
θは一定である。これによってビームの走査振幅は一定
となっている。

このビーム走査振幅が一定の状態で、自励発振回路35
0の固有振動数がAf0に変動したとすると、ミラー振動子
310による走査方向（第５図矢印ａ方向）の走査スピー
ドはAv0になる。すなわち、ビーム走査振幅が一定の状
態でミラー振動子310の振動数がＡ倍に変動することに
なるので、走査方向（第５図矢印ａ方向）の走査スピー
ドもＡ倍になる。

このとき、波形整形回路６から供給される周波数は、
Af0になるので、PLL回路１の出力周波数ｆは、ANf0にな
る。感光体ドラム11の周面における１ドットの走査長d0
は、 d0＝Av0/ANf0 ＝v0/Nf0 となって、自励発振回路350の固有振動数がAf0に変動す
る前の値と同じである。

このように、元来はミラー振動子310の常に固有振動
数で駆動する目的で設けられた自励発振回路350の出力
周波数を、上述のごとく画像記録クロック信号として使
用するようにしている。これにより、ミラー振動子310
の固有振動数のバラツキに影響されることなく一定の走
査振幅を得ると共に、感光体ドラム11の周面における１
ドットの走査長d0を常に一定に保つことができ、感光体
ドラム11に書き込まれた画像は、走査方向に伸び縮みす
ることはない。

（７）発明の効果 以上で説明したように、本発明は、光ビームで感光体
を走査することで画像信号を感光体に書き込むようにし
た画像形成装置において、ミラーを回転振動することで
光ビームを偏向するミラー振動子と、ミラー振動子で発
生する逆起電力を帰還することで自励発振する自励発振
回路と、自励発振回路の発振周波数を逓倍する逓倍回路
を設け、逓倍回路の出力を基準にして画像信号を感光体
に書き込むように構成したので、ミラー振動子の固有振
動数のバラツキに影響されることなく一定の走査振幅を
得ると共に、感光体に書込まれた画像の走査方向の長さ
が一定となるようにすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による画像形成装置の一実施例を示す
ブロック図、 第２図は、第１図に示す自励発振回路350を説明する回
路図、 第３図は、第２図に示す回路の動作を説明する特性図、 第４図は、従来の画像形成装置を説明するブロック図、 第５図は、ミラー振動子を用いた走査光学系を示す平面
図、 第６図は、ミラー振動子を示す正面図である。 １……PLL回路 ２……位相比較器 ３……ローパスフィルター ４……水晶発振器 ５……分周回路 ６……波形整形回路 ７……電圧制御発振器 ８……分周回路 11……感光体ドラム 310……ミラー振動子 311……駆動コイル 312……反射ミラー 313……リガメント 315……フレーム 351……オペアンプ 352……振幅制御回路 353……振幅検出回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームで感光体を走査することで画像信
   号を前記感光体に書き込むようにした画像形成装置にお
   いて、ミラーを回転振動することで前記光ビームを偏向
   するミラー振動子と、該ミラー振動子で発生する逆起電
   力を帰還することで自励発振する自励発振回路と、該自
   励発振回路の発振周波数を逓倍する逓倍回路を有し、該
   逓倍回路の出力を基準にして前記画像信号を前記感光体
   に書き込むことを特徴とする画像形成装置。