JP4219631B2 - Optical scanning apparatus and image forming apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、デジタル複写機およびレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置に関するものであり、光走査型のバーコード読み取り装置や3次元形状計測装置等へも応用が可能な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の光走査装置において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用いられるが、より高解像度な画像と高速プリントを達成するにはこの回転をさらに高速にしなければならず、軸受の耐久性や風損による発熱、騒音が課題となり、高速走査に限界がある。
これに対し、近年シリコンマイクロマシニングを利用した光偏向器の研究がすすめられており、特許第2924200号公報や特許第3011144号公報に開示されるように、Si基板で振動ミラーとそれを軸支するねじり梁を一体形成した方式が提案されている。
【0003】
この方式によれば、共振を利用して往復振動をさせるので、高速動作が可能であるにもかかわらず、騒音が低いという利点がある。さらに、振動ミラーを回転する駆動力も小さくて済むので、消費電力も低く抑えられる。
【0004】
反面、環境温度変化に伴い、材料特性が変化し共振振動数がずれ、振れ角が極端に減少するという問題点があり、特開平7-49462号公報に開示されるように、温度を検出したり、特開2001-305471号公報に開示されるように、誘導起電力により振れ角を検出して、共振振動数のずれに追従して励振電流を印加する駆動周波数を可変したり、特許第2711158号公報に開示されるように、温度変動を所定範囲内に抑えて共振振動数を一定に保つ提案がなされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、共振を利用して振動ミラーを駆動する方式においては、振動ミラー固有の共振周波数に合わせた周波数で駆動電圧を印加する必要がある。しかし、共振振動数自体、例えば、自己発熱や環境温度の変化に応じて変化してしまうため、これをポリゴンミラーやガルバノミラーの代わりに用いて画像記録を行う場合、走査速度の変化によって画像を形成する画素のドット間隔、および全体の画像幅が変化してしまう。
【0006】
図14は温度変化によって同じ駆動周波数において振れ角が変わることを説明するための図である。
図において、縦軸はミラー振れ角、横軸は走査周波数(駆動周波数)である。駆動周波数の増加に伴って、ミラー振れ角が0から急に立ち上がってミラーの共振振動数fに一致したとき最大値を示し、以後急に小さくなる。途中やや右肩下がりの緩い勾配を示し、ついには急激に0に下がってしまう。このグラフの存在範囲を便宜上共振振動帯域と呼ぶ。この帯域内で振動させることを共振振動もしくは共振駆動と呼ぶ。
いま、所定の角度5度振らせるため、基準温度25℃における振動ミラーに与えるべき駆動周波数fdを、後述の本発明の方法に従って図のように設定したとき、光走査装置の温度の10℃ないし50℃の温度変化によって、振れ角が図の矢印Aで示す範囲に変化してしまう。
【0007】
例えば、複数の光走査装置、感光体を転写体の移動方向に沿って配列し色重ねを行うタンデム方式の多色画像形成装置においては、各色画像の画素のドット位置が合わないため、色ずれや色変わりの要因となる。また、特開2001-228428号公報に提案されるように、複数の光走査装置を並列し、画像を主走査に分割して繋ぎ合わせる方式においては、各々の画像幅が合っていないと境界部において画像同士が重なったり、隙間が開いたりして繋ぎ目が目立ちやすくなるという課題がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本願の請求項1に記載の発明では、発光源と、画像情報に応じて発光源を変調する光源駆動手段と、ねじり梁を回転軸として往復振動し、発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、該振動ミラーの駆動周波数を該振動ミラー固有の共振振動数に応じて可変である振動ミラー駆動手段と、を有する光走査装置において、前記振動ミラーは、走査角θ0を起点として−θ0に達するまでの往期間の内、θS〜−θSの期間(0<θS<θ)であり、且つ同一方向の走査期間のみ前記画像情報に応じた画像記録に使用され、前記走査角θSを捜査開始端、前記走査角−θSを走査終端としたときに、該走査開始端の同期を検知する同期検知センサと、該走査終端のビームを検知する走査終端検知センサとを備え、該同期検知センサから発生される同期検知信号と該走査終端検知センサから発生される終端検知信号との時間差を計測することにより、該振動ミラーの振幅を検出する振幅検出手段を備え、前記振幅検出手段により検出された前記振動ミラーの振幅に基づいて、前記振動ミラーの振幅が所定値以上を保持するように、前記振動ミラーの駆動周波数を変更し、前記光源駆動手段は、前記振幅検出手段により検出された前記振動ミラーの振幅に基づいて、該振動ミラーの走査速度変更を検出し、この検出した走査速度変動に応じて、前記発光源を変調する画素クロックを、該画素クロックの基準クロックの1周期を1/n毎に遅延した複数のクロックの中から選択する位相同期手段が、前記同期検知センサから出力される同期検知信号に基づいて新たなクロックを選択することにより変更することを特徴とする。
【0011】
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の光走査装置において、前記振動ミラーの駆動周波数を前記振動ミラー固有の共振振動数から所定範囲ずらして設定することを特徴とする。
【0012】
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の光走査装置において、前記振動ミラー駆動手段は、振動ミラーの駆動周波数fdとすると
0<t<1/(4・fd
なる印加時間tの駆動電圧をパルス状に印加して振動ミラーを駆動することを特徴とする。
【0013】
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の光走査装置において、前記駆動電圧を振動ミラーの振幅ピークから振幅0に至る期間を超えない範囲で印加することを特徴とする。
【0016】
請求項5に記載の発明では、発光源と、画像情報に応じて発光源を変調する光源駆動手段と、ねじり梁を回転軸として往復振動し、前記発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、該振動ミラーの駆動周波数を該振動ミラー固有の共振振動数に応じて変更する振動ミラー駆動手段と、を有する光走査装置と、該光走査装置によって静電画像が形成される感光体と、該静電画像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段と、を有する画像形成装置であって、前記振動ミラーは、走査角θ0を起点として−θ0に達するまでの往期間の内、θS〜−θSの期間(0<θS<θ)であり、且つ同一方向の走査期間のみ前記画像情報に応じた画像記録に使用され、前記走査角θSを捜査開始端、前記走査角−θSを走査終端としたときに、該走査開始端の同期を検知する同期検知センサと、該走査終端のビームを検知する走査終端検知センサとを備え、該同期検知センサから発生される同期検知信号と該走査終端検知センサから発生される終端検知信号との時間差を計測することにより、該振動ミラーの振幅を検出する振幅検出手段を備え、前記振幅検出手段により検出された前記振動ミラーの振幅に基づいて、前記振動ミラーの振幅が所定値以上を保持するように、前記振動ミラーの駆動周波数を変更し、前記光源駆動手段は、前記発光源を変調する画素クロックを、前記振幅検出手段により検出された前記振動ミラーの振幅に基づいて、該振動ミラーの走査速度変更を検出し、この検出した走査速度変動に応じて、該画素クロックの基準クロックの1周期を1/n毎に遅延した複数のクロックの中から選択する位相同期手段が、前記同期検知センサから出力される同期検知信号に基づいて新たなクロックを選択することにより変更して画像記録を行うことを特徴とする。
【0017】
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の画像形成装置において、前記感光体の移動速度を変更する速度可変手段を備え、前記振動ミラーの駆動周波数に応じて、前記感光体の移動速度を変更して画像記録を行うことを特徴とする。
【0019】
請求項7に記載の発明では、請求項5または6に記載の画像形成装置において、上記光走査装置を複数備え、各々の振動ミラーを共通の駆動周波数で共振振動させて画像記録を行うことを特徴とする。
【0020】
【実施例】
図1は本発明の光走査装置に用いる振動ミラーモジュールの詳細を示す分解斜視図である。
図1において、符号100は振動ミラーモジュール、101は支持基板、102は可動ミラー、103は可動電極、104はガラス窓、105はカバー、106はSi基板、107はSi基板枠、108はねじり梁、109は固定電極、110は固定枠、112はリード端子、113は絶縁基板、114は開口部、115及び116は対向ミラーチップ、117および118は反射面、119は可動ミラー裏側、120は窪みをそれぞれ示す。
【0021】
振動ミラーモジュール100は、ねじり梁208を回動軸とした1次振動モードを有する可動ミラー102を、焼結金属等で成形された支持基板101に装着し、キャップ状に成形されたカバー105により密封され、開口に配備されたガラス窓104を通じて光ビームが入出射される。
振動ミラー基板は、Si基板106とSi基板枠を、絶縁膜を介して接合して構成される。Si基板106は厚さ60μmのSi基板からなり、エッチングにより可動ミラー102およびそれを軸支する一対のねじり梁108を、両端の固定枠110との接続のみを残し、周囲を除去して形成する。ねじり梁108は副走査方向に平行に配列されている。
【0022】
ねじり梁108を挟んで可動ミラー102の長手方向の両端縁部の、固定枠110と近接する部位には、数μmのギャップを介して互いに噛み合うような形で、双方に櫛歯状の凹凸が形成されている。
可動ミラー102の表面、および固定枠110に形成した凹凸部にはAu等の金属被膜が蒸着されている。可動ミラー102表面の金属皮膜はレーザー光の反射面としての機能を有し、両端近傍の金属皮膜は電極としての機能を有する。可動ミラー102両端の凹凸部の金属皮膜103、103を第1、第2の可動電極、対向する固定枠110の両側の凹凸部の金属皮膜109、109を第1、第2の固定電極と呼ぶ。
【0023】
可動ミラー102は表裏で異なる形状をしており、若干の非対称性を持たせてあるので、無負荷状態で水平から若干傾いて保持され、可動電極と固定電極は数μmの段差を有している。したがって、固定電極109、109に電圧を印加すると、対向する可動電極との間で静電引力を生じ、ねじり梁108をねじって水平に戻るように回動される。周期的にパルス状の同位相の電圧を印加することで往復振動する。
尚、電極を櫛歯状としているのは、これにより外周長をできるだけ長くして電極長をかせぐためで、低電圧でより大きい静電トルクが得られるように配慮している。
【0024】
また、ねじり梁108と可動ミラー102の系を、走査装置として必要な主走査周期に見合った固有振動数になるよう、質量や幅や長さ、あるいは厚さ等を設計すれば、励振される振幅を拡大することができる。このように、共振振動数を駆動周波数に合わせることで、印加電流が微小で済み、消費電力を低減できる。しかし、上記したように、駆動周波数と共振振動数がわずかにずれるだけで振幅が低減してしまう。
【0025】
図14から分かるように、光走査装置の温度として、25℃において駆動周波数fdを共振振動数fに一致させておくと、光走査装置の温度が10℃になったときミラー振れ角が0になってしまい、使用できなくなってしまう。仮に温度を25℃に保つように管理したとしても、環境変化によって共振振動数は微妙にずれるものなので、fがfdより右になった途端ミラー振れ角が0になってしまうという現象が起こる。
【0026】
そのため、図に示すように、駆動周波数fdは共振振動数fより大きいほうへずらして設定するのがよい。ずらすべき程度としては、使用温度範囲、この例では10℃〜50℃、において、少なくともミラー振れ角が0にならない範囲で有ることが必要である。好ましくは、振れ角のグラフの曲線の勾配がなるべく緩やかな(絶対値が小さい)範囲になるようにする。例えば、図に示す値にfdを設定すれば、上記温度範囲の変化に対して、仮に駆動周波数fdが追随できなかった場合でも、ミラー振れ角は矢印Aで示す範囲に変動するものの、振れが止まってしまうようなことはなくなる。本発明ではミラー振れ角の検知によって、駆動周波数fdを変化させ、振れ角が5度になるよう常時補正をかける。それによって、駆動周波数fdは図の矢印Bの範囲で変化し得る。
【0027】
図14に示したように、共振振動帯域は温度変化に伴う共振振動数fの変動に応じてずれてしまい、可動ミラーの振れ角が変化してしまうため、
1)固定電極に印加する駆動電圧の周波数を共振振動数の変化に追従するように可変制御する
2)Si基板のばね定数を安定化して共振振動数の変動幅を微小に保つ
のいずれかの方策が必要となる。
【0028】
1)の実施例では、同期検知センサで走査される光ビームの走査速度を検出することで、振幅(光ビームの振れ角)を計測し、振れ角が維持されるように駆動周波数を定期的に見直し、再設定を行う。
図2は上記2)のばね定数を安定化させる実施例を示す図である。ねじり梁108に連結される固定枠110上に薄膜抵抗111を堆積形成し加熱することで、環境温度が低い時にもバネ定数を低く保ち、環境温度によらず共振振動帯域が安定化するようにしている。
【0029】
ここで、共振振動数について詳しく述べる。
いま、可動ミラーの寸法を、縦2a、横2b、厚さd、ねじり梁の長さをL、幅cとするとSiの密度ρ、材料定数Gを用いて、
慣性モーメントI=(4abρd/3)×a
バネ定数K={G/(2L)}×{cd(c+d)/12}
となり、共振振動数fは、
f={1/(2π)}×(K/I)1/2
={1/(2π)}×{Gcd(c+d)/(24LI)}1/2
となる。
【0030】
梁の長さLと振れ角θは比例関係にあるため、Aを定数として
θ=A/I f
であらわされ、振れ角θは慣性モーメントIに反比例し、共振振動数fを高めるには慣性モーメントを低減しないと振れ角θが小さくなってしまう。
そこで、実施例では可動ミラー裏側119の基板厚dを格子状に残し、それ以外をd/10以下の厚さまでエッチングにより肉抜きすることで、慣性モーメントを約1/5に低減している。
【0031】
一方、空気の誘電率ε、電極長さH、印加電圧V、電極間距離δとすると
電極間の静電力F=εHV/(2δ)
となり、Bを定数として、
振れ角θ=BF/I
とも表され、電極長さHが長いほど振れ角θが大きくなり、櫛歯状とすることで櫛歯数nに対して2n倍の駆動トルクが得られる。
反面、可動ミラーの速度υ、面積Eに対して、空気の密度ηとすると、Cを定数として、
空気の粘性抵抗P=Cηυ
が可動ミラーの回転に対向して働くため、カバーで密封し減圧状態に保持するのが好ましい。実施例では非蒸発型ゲッタを同梱し、外部からの加熱で活性化させて減圧状態にし、1torr以下としている。
【0032】
Si基板枠107は280μmのSi基板からなり、中央部を貫通してSi基板106の支持部に絶縁層を挟んで接合され、可動ミラーの揺動空間を形成している。上面には2枚のSi基板により構成し可動ミラーに対向した対向ミラーチップ115、116が架橋するよう接着される。
対向ミラーチップ116は結晶面方位<111>から、対向ミラーチップ115は結晶面方位<110>から各々約9°スライス角度を傾けたウエハを用い、エッチングにより<111>面を露出させ基板面より各々9°、26.3°傾けた傾斜面を形成して切り出され、この面を接合面となし、同面と連続した基板面に金属被膜を蒸着して反射面となす。2枚の対向ミラーチップは開口部114を挟み屋根状に144.7°の角度をなす第1の反射面117と第2の反射面118とを対で配備した構成となす。
【0033】
図3は振動ミラーモジュールの副走査断面のレイアウトを示す図である。半導体レーザ301から射出した光ビームは後述するようにカップリングレンズ302、シリンダミラー303を介して、可動ミラー102に対しねじり梁を含む副走査断面内で法線に対して副走査方向に約20°傾けて開口部より光ビームが入射され、反射した光ビームは第1の反射面117に入射され可動ミラーに戻され、さらに反射した光ビームは開口部114を超えて第2の反射面118に入射され、可動ミラーとの間で3往復しながら反射位置を副走査方向に移動させ、合計5回の可動ミラーでの反射により再度、開口部114から射出される。
【0034】
実施例ではこのように複数回反射を繰り返すことで、可動ミラーの小さい振れ角で大きな走査角が得られるようにしている。いま、可動ミラーでの総反射回数N、振れ角αとすると、走査角θは2Nαで表せるので、実施例ではN=5、α=5°であるから最大走査角は50°となりポリゴンミラーと同等の走査角が得られる。
【0035】
共振を利用することで印加電圧は微小で済み発熱も少ないが、上式から明らかなように記録速度、つまり共振周波数、が速くなるに従ってトーションバーのばね定数を高める必要があり振れ角がとれなくなってしまう。そこで、上記したように対向ミラーチップを設けることで走査角を拡大し、記録速度によらず必要十分な走査角が得られるようにしている。
【0036】
また、屋根状に対向して反射面を構成し、可動ミラーへの副走査方向での入射角度が繰り返し反射毎に正負(右向き、左向き)に振り分けられるようにすることで、斜入射に伴う被走査面での走査線の曲がりを抑え、直線性を維持するとともに、光軸と直交する面内での光束の回転が射出時にはもとの姿勢に戻るようにして結像性能の劣化がおきないよう配慮している。
【0037】
基板106は絶縁基板113上に積み重ねて接合され、支持基板101に固定される。絶縁基板113は中央部を貫通して可動ミラーの揺動空間が形成され、基板106に配備された固定電極と導通するパッド部113aを備える。リード端子112は絶縁材を介して支持基板101を貫通して挿入され、上側に突出した端部と上記パッド部とがワイヤーボンディングによって結線されて封止された内外の電気配線がなされる。
【0038】
カバー105は、支持基板101の外周に設けられた段差部にはめ込まれ、光ビームの射出開口にはガラス窓104がカバー内部から接合される。図中、120は上記ゲッタを入れる窪みであり、絶縁基板113が接合されて目隠しされる。
【0039】
上記実施例においては振動ミラーを静電力によって駆動する方式としたが、圧電素子を用いて励振する方式、可動ミラーに薄膜コイルを形成し電磁力を発生して駆動する方式でも同様である。
【0040】
図4、5は本発明の実施例における光走査装置の斜視図である。
図において、符号400は光源ユニット、401は半導体レーザ、402はホルダ部材、403は貫通穴、404は筒部、405は突起部、406はハウジング、408は取り付け面、409は斜面、410はカップリングレンズ、412はプリント基板、413は同期検知センサ、414はコネクタ、415はケーブル、416は第1の走査レンズ、417は第2の走査レンズ、418は接合面、419は平押面、420は突起、421は突起対、422は切欠、423は突起、424は端部、425は切欠、426は突起対、427は高輝アルミ板、428はミラー部、429は開口部、430は振動ミラーモジュール、431は開口、432は基準ピン、436はシリンダーミラー、438はカバー、439は開口、600は光走査装置をそれぞれ示す。
【0041】
光源である半導体レーザ401は、ホルダ部材402のハウジング406への当接面と反対側から、筒部404の貫通穴403に圧入され、当接面側に設けられた突起部405にはカップリングレンズ410が光軸を合わせ、その射出光束が平行光束となるように発光点との光軸方向の位置決めをして先端の半円筒部に接着、固定されて光源ユニット400が構成される。実施例の場合、3つの光源ユニットを用いるが、全て同一構成である。
【0042】
光源ユニット400は貫通穴と同軸に設けられた円筒部404を備えハウジング406のかん合穴407に各々係合して取付面408に当接されネジ固定される。
光源ユニットより射出した光ビームは取付面408と対向する斜面409に接合配備され、副走査方向に凹面の曲率を有するシリンダミラー436に入射され、副走査方向において可動ミラー面で集束する集束光束として振動ミラーモジュール430のガラス窓から入射される。
【0043】
シリンダミラー436は斜面409の開口431からミラー面を覗かせるように外側から当接され、斜面409に沿って、同面内での回転方向と副走査方向とを、光束の主走査方向が後述する走査レンズの焦線方向と合うように、また、走査位置が揃うように位置決めされ接着固定される。
【0044】
振動ミラーモジュール430はねじり梁の方向が各々平行となるように均等間隔で、実施例の場合3つが、同一のプリント基板412上に実装され、ハウジング下側開口をふさぐように基板上面を当接してネジ固定される。3個の振動ミラーモジュールに対応して、その他の各光学素子もすべて3組分用意されており、したがって、光走査手段として3組で、1個の光走査装置を形成している。
【0045】
被走査面において各振動ミラーモジュール430の走査線は、被走査面(感光体)の移動方向と直交する方向から所定角度(β)、実施例では走査終端側が走査開始側に対して2〜3°傾くように配置され、隣接する光走査手段との走査線が平行になるように実装される。
【0046】
プリント基板412には半導体レーザ401の駆動回路、可動ミラー102の駆動回路を構成する電子部品、および同期検知センサ413が実装されており、振動ミラーモジュール430はその支持基板の底面をプリント基板面に突き当て、下側に突出したリード端子をスルーホールに通して半田付けすることで回路接続がなされ、コネクタ414を介して外部回路との配線がなされる。一端をプリント基板に結線されたケーブル415は半導体レーザのリード端子と接続される。
【0047】
ハウジング406はある程度剛性が確保できるガラス繊維強化樹脂やアルミダイキャスト等からなり、ハウジング内部には結像手段を構成する第1の走査レンズ416、第2の走査レンズ417を主走査方向に配列して接合する接合面418が形成され、各レンズの副走査方向基準面を当接した際に、振動ミラーモジュール430から射出した光ビームと副走査方向の光軸高さが合うように配備されている。
【0048】
第1の走査レンズ416には副走査各面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起420、第1面側両端に光軸方向の突き当てを行う平押面419を備え、各接合面418に一体形成された切欠422に突起420を係合し、突起対421に平押面419を突き当てて各々相対的な配置を合わせて支持される。
【0049】
一方、第2の走査レンズ417は主走査に連結し枠体434に収められ樹脂にて一体的に形成されており、枠体434の第2面側中央部の突起423を接合面に一体形成された切欠425に係合し、枠体434の第1面側両端部424を突起対426に突き当てて支持される。
【0050】
同期検知センサ413(PINフォトダイオード)は、隣接する振動ミラーモジュール430で共用する中間位置と、両端位置に配置され、各光走査モジュール430の走査開始側と走査終端側とでビームが検出できるように計4箇所に実装される。第2の走査レンズ417の第2面側には各レンズの走査領域間に逆V字状のミラー部428を、走査領域に開口部429を形成した高輝アルミ板427が配備され、上記ミラー部428によって反射した光ビームが各々の同期検知センサ413へ導かれるよう隣接する走査開始側と走査終端側に対応した反射面が向かい合って配置されている。
【0051】
カバー438は光ビームが通過する開口439を形成し、ハウジング406上面を密閉するようネジ止めされる。高輝アルミ板427は第2の走査レンズとカバーとの間に挟み込まれて支持され、反射した光ビームは再度、走査レンズ427を通過してハウジング内に戻される。
【0052】
上記のように構成された光走査装置は、ハウジング406の主走査端に形成された鍔部433に設けられた基準ピン432により装置本体のフレームと位置決めを行い上面を基準に取付けられ、ネジ固定される。
尚、実施例では、3つの光走査手段を配列した例を示したが、配列数はいくつであっても同様である。
【0053】
図6は本発明をカラーレーザプリンタに適用した例を示す図である。
図において、符号601は転写ベルト、602は現像ローラ、603はトナーホッパ、604は感光体ドラム、605はセンサ、606は給紙コロ、607は給紙トレイ、608はクリーニング部、609は回転支持体、610はレジストローラ、611は2次転写装置、612は熱定着ローラ、613は排紙ローラ、614は排紙トレイをそれぞれ示す。
【0054】
図の例は光走査装置600によって1色ずつ画像形成され、転写ベルト601を4回転して回転毎に色重ねがなされるカラーレーザプリンタを示す。
転写ベルト601は駆動ローラと2本の従動ローラとで支持され、各色に対応したトナーを補給する現像ローラ602およびトナーホッパ603は回転支持体609上に一体的に配備され1/4ずつ回転しながら感光体ドラム604に対向させる。
【0055】
画像は、転写ベルト601端に形成されたレジストマークを検出するセンサ605の信号をトリガとして副走査方向の書出しタイミングをはかって記録され、現像部にてトナーがのせられて転写ベルト601に顕像が転写される。転写された後の残トナーは混色しないようにクリーニング部608で掻き取られ備蓄される。
これらの動作を各色毎に行うことで、順次画像を重ねていく。
【0056】
用紙は給紙トレイ607から給紙コロ606により供給され、4色目の画像形成にタイミングを合わせてレジストローラ610により送り出されて、転写部611にて転写ベルト601から4色同時に転写される。転写されたトナー像は定着ローラ612により定着され、排紙トレイ614に排出される。
【0057】
光走査装置600は上記したように複数の光走査手段の走査線をつなぎ合わせて1ラインを形成する。
図7は走査線のつなぎ合わせを説明するための概念図である。
1ラインの総ドット数Lを3分割し、画像始端から各々1〜L1、L1+1〜L2、L2+1〜Lドットを割り当てて印字するが、実施例では各走査領域が感光体上で数mm重なるようにオーバーラップ領域を設け、区切り位置の画素ナンバーL1、L2を固定せず各色で異なるようにすることで、同一ラインを構成する各色の走査線の継ぎ目が重ならないようにして走査領域の境界を目立ち難くしている。
【0058】
図8は書込データ処理の一部を示すブロック図である。
図において、符号801はビットマップメモリ、802はマルチプレクサ、803ないし805はバッファメモリ、806ないし808は書込制御部をそれぞれ示す。
画像データは、上記したように主走査方向に3分割され、各光走査手段毎にビットマップメモリ801に保存され、各振動ミラーモジュールの駆動周波数fdにより決定される副走査ピッチと、走査線の傾きβに応じたテンプレートでラスター展開がなされ、ラインデータとしてバッファ803ないし805に保存される。
そのため、各画像領域の副走査記録密度が微妙に異なっても各領域の終端を一致させることができる。保存されたラインデータは各同期検知信号をトリガとして読み出され画像記録が行われる。
【0059】
図6に戻るが、転写ベルト601は感光体ドラム604に所定のニップ幅をもって柔軟に接触しており、若干の速度差、実施例では速度差が±0.5%以下、があってもトナー像をスリップさせて転写することで、感光体ドラムの駆動周波数fpを可変しても副走査ピッチずれが生じないようにしている。
感光体ドラム604を駆動する図示しないステッピングモータ制御部において、上記可動ミラーの駆動周波数fdの可変情報に応じて駆動周波数fpを可変すれば、副走査方向の画像幅についても補正することができる。
【0060】
図9は、半導体レーザ、可動ミラーの駆動制御を表すブロック図である。
図において、符号901は駆動パルス生成部、902は可動ミラー駆動部、904は同期検知センサ、905は終端検知センサ、906はLD駆動部、907はクロックパルス生成部、908は位相同期部、909は倍率演算部、910は振幅演算部をそれぞれ示す。
【0061】
図10は可動ミラーの振幅と駆動パルスのタイミングチャートである。
駆動パルス生成部901は、基準クロックをプログラマブル分周器で分周し、図10に示すように可動ミラーの1/2周期に1回、かつ最大振幅時から水平となるまでの期間のみに、電圧パルスが印加されるように駆動周波数fd(=1/T)の2倍の周波数でデューティが50%以下のパルス列(T<T/4)を生成し、PLL回路により所定の位相遅れδを生じさせて駆動周波数fdとして可動ミラー駆動部902に与える。
【0062】
可動ミラーは走査角θを起点として−θに達するまでの往期間の内、θ〜−θの期間(0<θ<θ)、同一方向の走査時のみ画像記録を行い、走査角−θから+θの復期間には画像記録を行なわない、言い換えれば、駆動周波数fdの1周期毎に画像記録を行なう。ちなみにθ/θ=0.7とした。
【0063】
電源投入時、および待機状態から起動する際には、プログラマブル分周器で連続的に分周比を変えることで、駆動周波数fdを高周波側から可変して励振し、同期検知センサ904で光ビームが検出されるまで走査角が拡大したことをもって共振振動帯域であることを判断する。それと共に、走査開始側と走査終端側との時間差から走査角を算出し、可変ミラーの振れ角(振幅)が所定値となるように駆動周波数が設定される。
【0064】
この際、複数の振動ミラーモジュール各々でこの設定を行うため、振動ミラーモジュール間で若干の駆動周波数の差が生ずるが、実施例ではこれらのうち最小値を共通の駆動周波数fdとしてすべての振動ミラーモジュールに与え、所定値以上の振れ角を確保するようにしている。
なお、走査角のずれに伴い、画像領域の重複が若干拡大するが、後述する画素クロックの設定によって補正することができる。
前述の図2に示すような可動ミラーの共振振動帯域を一定に保つ実施例においては、同様な検出方法を判断基準として、薄膜抵抗を加熱し温度制御すれば良い。
【0065】
図11は走査ビームが同期検知センサを往復通過するときの出力を示す図である。
同期検知は走査角がθとなる近傍でなされるが、図11に示すようにセンサ904を通過する往復の検出信号間隔trを計測し、振幅演算部910で振幅を検出すれば、走査角θを所定値に合わせることができ、このチェックを起動時以外にも定期時間毎にかけることで、長期間使用後においても振れ角の安定性をより向上させることができる。
【0066】
実施例では、走査角−θとなる近傍においてもセンサ905を配備して走査終端のビームを検出しており、この終端検知信号と走査開始端の同期検知信号との時間差を計測して可動ミラーの走査速度変動や走査レンズの形状誤差に伴う画像記録幅の変化を検出している。
後述するように、この画像記録幅の変化は画素クロックを変更することで補正する。
実施例では3つの光走査手段から構成されるので、全ての振動ミラーモジュールでこの設定が終了した後に印字動作を可能とするよう制御している。
【0067】
図12は可動ミラーの走査角を示す図である。
可動ミラーは共振振動されるため、同図に示すようにsin波状に走査角θが変化する。
θ=θ・sin(2πfd・t)、
ただし、(−1/4)・fd<t<(1/4)・fd
一方、被走査面である感光体ドラム面では均一間隔で主走査ドットを印字する必要があり、上記した走査レンズの結像特性は、単位走査角あたりの走査距離dH/dθがsin−1θ/θに比例するように、つまり、画像中央で遅く周辺に行くにしたがって、加速度的に速くなるように光線の向きを補正しなければならないが、走査レンズ中央部から周辺部にかけて、結像点を遠ざけるようなパワー配分を行う必要があり、最大振幅θに対して、有効走査領域θを広げるには限界がある。
【0068】
図13は主走査方向の画像位置とパルス幅及び位相差を表す図である。
走査レンズのみでスポット径を均一に保つには、走査効率θ/θ<0.5となってしまうことから、実施例では図13に示すように、振幅による走査速度の変化に対抗して、各画素に対応する位相が記録開始から記録終端にかけて、進んだ状態から段階的に遅れるようにすると同時に、各画素のパルス幅が記録開始から画像中央に至る領域では長い状態から段階的に短くなるように、画像中央から記録終端に至る領域では長くなるような画素クロックfmをLD駆動部906に与え、θ/θ=0.7まで向上している。
【0069】
以下、画素クロックfmの可変方法について説明する。
クロックパルス生成部907は、可変データに基づいて基準クロックfをプログラマブル分周器で分周した、分周クロックをカウントしてkクロック分の長さのパルスを有するPLL基準信号faが形成され、PLL回路において可変データに基づいて基準クロックfとの位相を選択して画素クロックfkが発生される。
これを数十画素毎に繰り返し行なうことで、主走査に沿って任意な位置にドットが印字できる。
【0070】
基準クロックfは位相同期部908において、基準クロックfの1周期を1/n毎に遅延したクロックの中から同期検知センサ904より発生される同期検知信号と位相が合ったクロックを選択し、新たに基準クロックfとする位相同期を各走査毎に行うが、実施例では、この際に位相が異なったクロックを選択できるようにしており、クロック可変を開始するタイミングを、可動ミラーの水平な状態(θ=0)が画像記録の中央位置と確実に一致するように補正する。ちなみに、このタイミングがずれると、主走査方向のドット間隔が一方で縮み、もう一方で延びている歪んだ画像になってしまう。
【0071】
また、基準クロックfの分周比を可変することで、主走査方向の画像幅を合わせることができ、上記したように、終端検知信号と同期検知信号との時間差を倍率演算部909で計測し、時間差が所定値より短い場合は周波数を高める方向に、長い場合は低める方向に補正する。
【0072】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、走査速度変動に応じて駆動周波数を追従しても、主走査ピッチ変動、および画像幅の変動を生じないので、多色画像形成における色重ね精度や分割走査記録における継ぎ目精度の劣化を防ぎ、高品位な画像記録が行え、走査速度変動の計測は同期検知センサと、終端検知センサの出力を用いるので、特別な装置の付加を必要とせず、安価な構成で精度の良い検出ができ、振動ミラーを用いることによる走査速度の変化、画像中央で速く、周辺で遅くなり最大振幅θ で0になるという特性、に対してより最大振幅に近い走査角θ まで主走査ピッチの均一性を保つことができ、
しかも、画素クロックを、基準クロックの1周期を1/n毎に遅延した複数のクロックの中から選択する位相同期手段を用いて変更するので、多色画像形成における色重ね精度や、分割走査記録における継ぎ目精度の劣化を防ぎ、高品位な画像記録が行え、振動ミラーの振幅が駆動電圧と位相差をもっていても、この振幅に画素クロックの可変タイミングを確実に合わせることができるので、主走査全域にわたってピッチ変動のない高品位な画像記録が行え、様々な環境変化があっても振幅が確保できるので、長期間安定した画像形成が行え信頼性が向上できる。
【0075】
請求項2の発明によれば、光走査装置を複数備える画像形成装置を構成する際、個々の共振振動数のバラツキによらず、共通の駆動周波数を設定することができるので、各々の走査ラインのピッチが均一化され、副走査方向の画像端においても継ぎ目精度が維持され、高品位な画像形成が行われる。
【0076】
請求項3の発明によれば、振動ミラーの進行に対して少なくとも対抗して回転力が生じるのを回避できるので、より小さい回転力で振動ミラーの振れ角を確保することができ、省電力化できる。
請求項4の発明によれば、振動ミラーの進行を加速する方向に回転力を働かせることができるので、より小さい回転力で振動ミラーの振れ角を確保することができ、省電力化できる。
【0078】
請求項5の発明によれば、共振振動数の経時変化に応じて駆動周波数を追従しても、主走査ピッチ変動、および画像幅の変動を生じないので、多色画像形成における色重ね精度や、分割走査記録における継ぎ目精度の劣化を防ぎ、高品位な画像記録が行える。
請求項6の発明によれば、共振振動数の経時変化に応じて駆動周波数を追従しても、副走査ピッチ、および画像幅が合わせられ、高品位な画像記録が行える。
【0079】
請求項7の発明によれば、複数の光走査装置において共通の駆動周波数を設定することにより、各々の走査ラインのピッチが均一化され、副走査方向の画像端においても継ぎ目精度が維持され、高品位な画像形成が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光走査装置に用いる振動ミラーモジュールの詳細図である。
【図2】ばね定数を安定化させる実施例を示す図である。
【図3】振動ミラーモジュールの副走査断面のレイアウトを示す図である。
【図4】本発明の実施例における光走査装置の斜視図である。
【図5】本発明の実施例における光走査装置の斜視図である。
【図6】本発明をカラーレーザプリンタに適用した例を示す図である。
【図7】図7は走査線のつなぎ合わせを説明するための概念図である。
【図8】書込データ処理の一部を示すブロック図である。
【図9】半導体レーザ、可動ミラーの駆動制御を表すブロック図である。
【図10】可動ミラーの振幅と駆動パルスのタイミングチャートである。
【図11】走査ビームが同期検知センサを往復通過するときの出力を示す図である。
【図12】可動ミラーの走査角を示す図である。
【図13】主走査方向の画像位置とパルス幅及び位相差を表す図である。
【図14】温度変化によって同じ駆動周波数において振れ角が変わることを説明するための図である。
【符号の説明】
100 振動ミラーモジュール
102 可動ミラー
103 可動電極
108 ねじり梁
109 固定電極
117 第1の反射面
118 第2の反射面
301 半導体レーザ
400 光源ユニット
401 半導体レーザ
412 プリント基板
413 同期検知センサ
430 振動ミラーモジュール
600 光走査装置
601 転写ベルト
604 感光体ドラム
901 駆動パルス生成部
902 可動ミラー駆動部
906 LD駆動部
910 振幅演算部
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an optical scanning device used in an image forming apparatus such as a digital copying machine and a laser printer, and relates to a technique that can be applied to an optical scanning bar code reading device, a three-dimensional shape measuring device, and the like. It is.
[0002]
[Prior art]
In a conventional optical scanning device, a polygon mirror or a galvanometer mirror is used as a deflector that scans a light beam. In order to achieve a higher resolution image and high-speed printing, this rotation must be further increased, and a bearing is used. Durability, heat generation due to wind damage, and noise are issues, and there is a limit to high-speed scanning.
On the other hand, research on optical deflectors using silicon micromachining has been promoted in recent years, and as disclosed in Japanese Patent No. 2924200 and Japanese Patent No. 3011144, an oscillating mirror and its axial support are supported by a Si substrate. There has been proposed a method in which torsion beams are integrally formed.
[0003]
According to this method, since reciprocal vibration is performed using resonance, there is an advantage that noise is low although high speed operation is possible. Furthermore, since the driving force for rotating the vibrating mirror can be small, the power consumption can be kept low.
[0004]
On the other hand, with the environmental temperature change, there is a problem that the material characteristics change, the resonance frequency shifts, and the deflection angle is extremely reduced, and the temperature is detected as disclosed in JP-A-7-49462. As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-305471, the swing angle is detected by the induced electromotive force, and the drive frequency for applying the excitation current following the resonance frequency deviation can be varied. As disclosed in Japanese Patent No. 2711158, a proposal has been made to keep the resonance frequency constant by suppressing temperature fluctuation within a predetermined range.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a method of driving a vibrating mirror using resonance, it is necessary to apply a driving voltage at a frequency that matches the resonance frequency unique to the vibrating mirror. However, the resonance frequency itself, for example, changes according to changes in self-heating or environmental temperature.When this is used instead of a polygon mirror or a galvanometer mirror, the image is recorded by changing the scanning speed. The dot interval of the pixels to be formed and the entire image width change.
[0006]
FIG. 14 is a diagram for explaining that the deflection angle changes at the same drive frequency due to a temperature change.
In the figure, the vertical axis represents the mirror deflection angle, and the horizontal axis represents the scanning frequency (drive frequency). As the drive frequency increases, the maximum value is shown when the mirror deflection angle suddenly rises from 0 and coincides with the resonance frequency f0 of the mirror, and then suddenly decreases. It shows a gentle slope with a slight downward slope on the way, and finally it suddenly drops to zero. The existence range of this graph is called a resonance vibration band for convenience. Vibrating in this band is called resonance vibration or resonance driving.
Now, when the drive frequency fd to be given to the vibrating mirror at the reference temperature of 25 ° C. is set as shown in the figure according to the method of the present invention to be described later, the temperature of the optical scanning device is 10 ° C. Due to a temperature change of 50 ° C., the deflection angle changes to a range indicated by an arrow A in the figure.
[0007]
For example, in a tandem multicolor image forming apparatus in which a plurality of optical scanning devices and photoconductors are arranged along the moving direction of the transfer body to superimpose colors, the dot positions of the pixels of each color image do not match. Or color change. Further, as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-228428, in a method in which a plurality of optical scanning devices are arranged in parallel and the images are divided into main scans and joined together, the boundary portion is required if the respective image widths do not match. However, there is a problem that the images are overlapped with each other or a gap is opened so that the joint is easily noticeable.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1 of the present application, the light source, light source driving means for modulating the light source according to image information, and reciprocating vibration with the torsion beam as the rotation axis, the light source In the optical scanning device having a vibrating mirror that scans a light beam from and a vibrating mirror driving unit that can change a driving frequency of the vibrating mirror according to a resonance frequency unique to the vibrating mirror, the vibrating mirror includes: The period from θS to −θS (0 <θS <θ) in the forward period from the scanning angle θ0 as a starting point until reaching −θ0, and only for the scanning period in the same direction is used for image recording according to the image information. When the scan angle θS is the search start end and the scan angle −θS is the scan end, a synchronization detection sensor that detects the synchronization of the scan start end and a scan end detection sensor that detects the beam at the scan end And comprising the synchronization By measuring the time difference between the end detection signal generated from the synchronization detection signal and the scanning end detection sensor generated from the detection sensor, comprising an amplitude detection means for detecting the amplitude of the oscillating mirror, by the amplitude detecting means Based on the detected amplitude of the oscillating mirror, the driving frequency of the oscillating mirror is changed so that the amplitude of the oscillating mirror maintains a predetermined value or more, and the light source driving means is detected by the amplitude detecting means. Based on the amplitude of the oscillating mirror, a change in the scanning speed of the oscillating mirror is detected, and a pixel clock that modulates the light-emitting source according to the detected variation in the scanning speed is set to one cycle of the reference clock of the pixel clock. Phase synchronization means for selecting from a plurality of clocks delayed by 1 / n, a new one based on the synchronization detection signal output from the synchronization detection sensor. And changes by selecting the lock.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first aspect of the present invention, the drive frequency of the oscillating mirror is set to be shifted from the resonance frequency inherent to the oscillating mirror by a predetermined range.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first or second aspect, the vibration mirror driving means has a drive frequency fd of the vibration mirror: 0 <t <1 / (4 · fd )
The drive mirror for the application time t is applied in the form of a pulse to drive the vibrating mirror.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the third aspect, the drive voltage is applied in a range not exceeding a period from the amplitude peak of the vibrating mirror to the amplitude of 0.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, a light emitting source, light source driving means for modulating the light emitting source according to image information, and a vibrating mirror that reciprocally vibrates about a torsion beam as a rotation axis and scans a light beam from the light emitting source. And an oscillating mirror driving means for changing the driving frequency of the oscillating mirror according to the resonance frequency unique to the oscillating mirror, and a photoconductor on which an electrostatic image is formed by the optical scanning device, An image forming apparatus comprising: a developing unit that visualizes the electrostatic image with toner; and a transfer unit that transfers the visualized toner image onto a recording sheet. The vibrating mirror has a scanning angle θ0. Is the period from θS to −θS (0 <θS <θ) in the forward period until reaching −θ0, and is used for image recording according to the image information only in the scanning period in the same direction, The scanning angle θS is the search start end, the scanning angle A synchronization detection signal generated from the synchronization detection sensor, comprising a synchronization detection sensor for detecting the synchronization of the scanning start end and a scanning end detection sensor for detecting the beam at the scanning end when θS is the scanning end. and by measuring the time difference between the end detection signal generated from the scanning end detection sensor comprises amplitude detection means for detecting the amplitude of the oscillating mirror, the vibration mirror amplitude detected by said amplitude detecting means based on the so that the amplitude of the oscillating mirror to hold the predetermined value or more, change the drive frequency of the oscillating mirror, the light source drive means, a pixel clock for modulating the light emitting source, detected by the amplitude detecting means based on the vibration mirror amplitudes to detect the scanning speed changes of the oscillating mirror, in response to the detected scanning speed variations, of the pixel clock reference clock Phase synchronization means for selecting one cycle from among a plurality of clock delay for each 1 / n, and change by selecting a new clock based on the synchronization detection signal output from the synchronization detection sensor image It is characterized by recording.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the image forming apparatus includes a speed variable unit that changes a moving speed of the photoconductor, and the movement of the photoconductor according to the driving frequency of the vibrating mirror. The image recording is performed by changing the speed.
[0019]
According to a seventh aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the fifth or sixth aspect , the image forming apparatus includes a plurality of the optical scanning devices, and performs image recording by resonance-vibrating each vibration mirror at a common drive frequency. Features.
[0020]
【Example】
FIG. 1 is an exploded perspective view showing details of a vibrating mirror module used in the optical scanning device of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a vibrating mirror module, 101 a support substrate, 102 a movable mirror, 103 a movable electrode, 104 a glass window, 105 a cover, 106 a Si substrate, 107 a Si substrate frame, and 108 a torsion beam , 109 is a fixed electrode, 110 is a fixed frame, 112 is a lead terminal, 113 is an insulating substrate, 114 is an opening, 115 and 116 are counter mirror chips, 117 and 118 are reflection surfaces, 119 is a back side of a movable mirror, and 120 is a depression Respectively.
[0021]
The oscillating mirror module 100 has a movable mirror 102 having a primary oscillation mode with a torsion beam 208 as a rotation axis, mounted on a support substrate 101 formed of sintered metal or the like, and a cover 105 formed in a cap shape. The light beam enters and exits through a glass window 104 that is sealed and disposed in the opening.
The vibration mirror substrate is configured by bonding the Si substrate 106 and the Si substrate frame via an insulating film. The Si substrate 106 is made of a Si substrate having a thickness of 60 μm, and the movable mirror 102 and a pair of torsion beams 108 that pivotally support the mirror 102 are formed by etching, leaving only the connection with the fixed frames 110 at both ends and removing the periphery. . The torsion beams 108 are arranged parallel to the sub-scanning direction.
[0022]
At both ends of the movable mirror 102 in the longitudinal direction across the torsion beam 108, the portions close to the fixed frame 110 mesh with each other through a gap of several μm, and both sides have comb-like irregularities. Is formed.
A metal coating such as Au is deposited on the surface of the movable mirror 102 and the uneven portions formed on the fixed frame 110. The metal film on the surface of the movable mirror 102 functions as a laser light reflecting surface, and the metal film near both ends functions as an electrode. The metal films 103 and 103 on the concave and convex portions at both ends of the movable mirror 102 are referred to as first and second movable electrodes, and the metal films 109 and 109 on the concave and convex portions on both sides of the opposite fixed frame 110 are referred to as first and second fixed electrodes. .
[0023]
Since the movable mirror 102 has different shapes on the front and back sides and has a slight asymmetry, the movable mirror 102 is held slightly inclined from the horizontal in a no-load state, and the movable electrode and the fixed electrode have a step of several μm. Yes. Therefore, when a voltage is applied to the fixed electrodes 109, 109, an electrostatic attractive force is generated between the movable electrodes facing each other, and the torsion beam 108 is twisted so as to return horizontally. By repetitively applying a pulse-like voltage with the same phase, the oscillation reciprocates.
The reason why the electrodes are comb-shaped is that the outer peripheral length is made as long as possible to increase the electrode length, so that a larger electrostatic torque can be obtained at a low voltage.
[0024]
Further, if the system of the torsion beam 108 and the movable mirror 102 is designed to have a natural frequency corresponding to the main scanning period necessary for the scanning device, the mass, width, length, thickness, etc. are designed to be excited. The amplitude can be enlarged. In this way, by adjusting the resonance frequency to the drive frequency, the applied current can be small and the power consumption can be reduced. However, as described above, the amplitude is reduced only by slightly deviating the drive frequency from the resonance frequency.
[0025]
As can be seen from FIG. 14, when the driving frequency fd is made to coincide with the resonance frequency f 0 at 25 ° C. as the temperature of the optical scanning device, the mirror deflection angle becomes 0 when the temperature of the optical scanning device reaches 10 ° C. Will become unusable. Even if the temperature is controlled to be kept at 25 ° C., the resonance frequency slightly deviates due to the environmental change, and therefore the phenomenon that the mirror deflection angle becomes 0 as soon as f 0 becomes to the right of fd. Occur.
[0026]
Therefore, as shown in FIG., The drive frequency fd is preferably set by shifting toward greater than the resonance frequency f 0. As a degree to be shifted, it is necessary that at least the mirror deflection angle does not become 0 in the use temperature range, in this example, 10 ° C. to 50 ° C. Preferably, the slope of the curve of the deflection angle graph is as gentle as possible (the absolute value is small). For example, if fd is set to the value shown in the figure, even if the drive frequency fd cannot follow the change in the temperature range, the mirror shake angle fluctuates in the range indicated by the arrow A, but the shake does not occur. There is no such thing as stopping. In the present invention, by detecting the mirror deflection angle, the drive frequency fd is changed, and correction is always performed so that the deflection angle becomes 5 degrees. Thereby, the drive frequency fd can be changed in the range of the arrow B in the figure.
[0027]
As shown in FIG. 14, the resonance vibration band shifts according to the fluctuation of the resonance frequency f 0 due to the temperature change, and the deflection angle of the movable mirror changes.
1) The frequency of the drive voltage applied to the fixed electrode is variably controlled so as to follow the change in the resonance frequency. 2) Either the spring constant of the Si substrate is stabilized and the fluctuation range of the resonance frequency is kept small. Measures are needed.
[0028]
In the embodiment 1), the amplitude (light beam deflection angle) is measured by detecting the scanning speed of the light beam scanned by the synchronization detection sensor, and the drive frequency is periodically set so that the deflection angle is maintained. Review and reset.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment in which the spring constant of 2) is stabilized. By depositing and heating the thin film resistor 111 on the fixed frame 110 connected to the torsion beam 108, the spring constant is kept low even when the environmental temperature is low, and the resonance vibration band is stabilized regardless of the environmental temperature. ing.
[0029]
Here, the resonance frequency will be described in detail.
Now, assuming that the dimensions of the movable mirror are the length 2a, the width 2b, the thickness d, the length of the torsion beam is L, and the width c, the density ρ of Si and the material constant G are used.
Moment of inertia I = (4abρd / 3) × a 2
Spring constant K = {G / (2L)} × {cd (c 2 + d 2 ) / 12}
And the resonant frequency f is
f = {1 / (2π)} × (K / I) 1/2
= {1 / (2π)} × {Gcd (c 2 + d 2 ) / (24LI)} 1/2
It becomes.
[0030]
Since the beam length L and the deflection angle θ are in a proportional relationship, θ is a constant and θ = A / I f 2
The deflection angle θ is inversely proportional to the moment of inertia I, and the deflection angle θ is reduced unless the moment of inertia is reduced in order to increase the resonance frequency f.
Therefore, in the embodiment, the moment of inertia is reduced to about 1/5 by leaving the substrate thickness d on the movable mirror back side 119 in a lattice shape and removing the other thickness by etching to a thickness of d / 10 or less.
[0031]
On the other hand, when the dielectric constant ε of air, the electrode length H, the applied voltage V, and the inter-electrode distance δ, the electrostatic force between the electrodes F = εHV 2 / (2δ)
Where B is a constant
Swing angle θ = BF / I
The deflection angle θ increases as the electrode length H increases, and a driving torque that is 2n times the number of comb teeth n can be obtained by using a comb-teeth shape.
On the other hand, if the air density is η with respect to the movable mirror speed υ and area E, C is a constant,
Viscous resistance of air P = Cηυ 2 E 3
Since it works in opposition to the rotation of the movable mirror, it is preferably sealed with a cover and kept in a reduced pressure state. In the embodiment, a non-evaporable getter is included and activated by heating from the outside to be in a reduced pressure state, and the pressure is 1 torr or less.
[0032]
The Si substrate frame 107 is made of a 280 μm Si substrate, and penetrates through the center portion and is joined to the support portion of the Si substrate 106 with an insulating layer interposed therebetween, thereby forming a swinging space of the movable mirror. On the upper surface, opposing mirror chips 115 and 116 made of two Si substrates and facing the movable mirror are bonded so as to be bridged.
The counter mirror chip 116 uses a wafer inclined at a slice angle of about 9 ° from the crystal plane orientation <110> from the crystal plane orientation <111>, and the <111> plane is exposed by etching to expose from the substrate surface. An inclined surface inclined by 9 ° and 26.3 ° is formed and cut out. This surface is used as a bonding surface, and a metal film is vapor-deposited on the substrate surface continuous with the surface to form a reflecting surface. The two opposing mirror chips have a configuration in which the first reflecting surface 117 and the second reflecting surface 118 that form an angle of 144.7 ° in a roof shape with the opening 114 interposed therebetween are arranged in pairs.
[0033]
FIG. 3 is a view showing a sub-scan section layout of the vibrating mirror module. The light beam emitted from the semiconductor laser 301 passes through a coupling lens 302 and a cylinder mirror 303 as will be described later, and is approximately 20 in the sub-scanning direction with respect to the normal line in the sub-scan section including the torsion beam with respect to the movable mirror 102. The light beam is incident through the opening at an angle, the reflected light beam is incident on the first reflecting surface 117 and returned to the movable mirror, and the reflected light beam passes through the opening 114 and passes through the second reflecting surface 118. The reflection position is moved in the sub-scanning direction while reciprocating three times with the movable mirror, and the light is again emitted from the opening 114 by the reflection by the movable mirror a total of five times.
[0034]
In the embodiment, the reflection is repeated a plurality of times in this manner, so that a large scanning angle can be obtained with a small deflection angle of the movable mirror. Now, assuming that the total number of reflections N at the movable mirror is N and the deflection angle α, the scanning angle θ can be expressed by 2Nα. In this embodiment, since N = 5 and α = 5 °, the maximum scanning angle is 50 ° and the polygon mirror An equivalent scan angle is obtained.
[0035]
By using resonance, the applied voltage is very small and little heat is generated. However, as is clear from the above equation, as the recording speed, that is, the resonance frequency, increases, the spring constant of the torsion bar must be increased and the swing angle cannot be obtained. End up. Therefore, by providing the counter mirror chip as described above, the scanning angle is enlarged so that a necessary and sufficient scanning angle can be obtained regardless of the recording speed.
[0036]
In addition, a reflective surface is formed facing the roof, and the incident angle in the sub-scanning direction to the movable mirror is repeatedly distributed between positive and negative (rightward and leftward) for each reflection, so that Suppresses scanning line bending on the scanning surface, maintains linearity, and prevents the imaging performance from deteriorating by returning the light beam to its original orientation when exiting in the plane perpendicular to the optical axis. Consideration is given.
[0037]
The substrate 106 is stacked on the insulating substrate 113 and bonded thereto, and is fixed to the support substrate 101. The insulating substrate 113 includes a pad portion 113 a that penetrates the center portion to form a swinging space for the movable mirror and is electrically connected to a fixed electrode provided on the substrate 106. The lead terminal 112 is inserted through the support substrate 101 through an insulating material, and the end portion protruding upward and the pad portion are connected by wire bonding to form an internal and external electrical wiring.
[0038]
The cover 105 is fitted into a step provided on the outer periphery of the support substrate 101, and a glass window 104 is joined from the inside of the cover to the light beam emission opening. In the figure, reference numeral 120 denotes a recess for receiving the getter, and the insulating substrate 113 is bonded and blinded.
[0039]
In the above embodiment, the vibration mirror is driven by an electrostatic force. However, the same applies to a method of exciting using a piezoelectric element and a method of driving an electromagnetic force by forming a thin film coil on a movable mirror.
[0040]
4 and 5 are perspective views of the optical scanning device according to the embodiment of the present invention.
In the figure, reference numeral 400 is a light source unit, 401 is a semiconductor laser, 402 is a holder member, 403 is a through hole, 404 is a cylindrical portion, 405 is a projection, 406 is a housing, 408 is a mounting surface, 409 is an inclined surface, and 410 is a cup. Ring lens, 412 is a printed circuit board, 413 is a synchronization detection sensor, 414 is a connector, 415 is a cable, 416 is a first scanning lens, 417 is a second scanning lens, 418 is a bonding surface, 419 is a flat pressing surface, 420 Is a protrusion, 421 is a protrusion pair, 422 is a notch, 423 is a protrusion, 424 is an end, 425 is a notch, 426 is a protrusion pair, 427 is a bright aluminum plate, 428 is a mirror part, 429 is an opening part, and 430 is a vibrating mirror Module, 431 opening, 432 reference pin, 436 cylinder mirror, 438 cover, 439 opening, 600 optical scanning device It is shown, respectively.
[0041]
The semiconductor laser 401 as a light source is press-fitted into the through hole 403 of the cylindrical portion 404 from the side opposite to the contact surface of the holder member 402 to the housing 406, and is coupled to the protrusion 405 provided on the contact surface side. The lens 410 is aligned with the optical axis, positioned in the optical axis direction with respect to the light emitting point so that the emitted light beam becomes a parallel light beam, and bonded and fixed to the semi-cylindrical portion at the tip to constitute the light source unit 400. In the embodiment, three light source units are used, all having the same configuration.
[0042]
The light source unit 400 includes a cylindrical portion 404 provided coaxially with the through hole, and engages with a mating hole 407 of the housing 406 to be brought into contact with the mounting surface 408 and fixed with screws.
The light beam emitted from the light source unit is joined to the inclined surface 409 facing the mounting surface 408, is incident on the cylinder mirror 436 having a concave curvature in the sub-scanning direction, and is converged on the movable mirror surface in the sub-scanning direction. The light enters from the glass window of the vibration mirror module 430.
[0043]
The cylinder mirror 436 is abutted from the outside so that the mirror surface can be seen from the opening 431 of the inclined surface 409, and along the inclined surface 409, the rotation direction in the same surface and the sub-scanning direction are described. It is positioned and bonded and fixed so that the scanning lens is aligned with the focal line direction of the scanning lens.
[0044]
The oscillating mirror module 430 is equally spaced so that the directions of the torsion beams are parallel to each other. In the embodiment, three are mounted on the same printed circuit board 412 and abut the upper surface of the board so as to block the lower opening of the housing. Screwed. Corresponding to the three oscillating mirror modules, all three other optical elements are also prepared. Therefore, three sets of optical scanning means form one optical scanning device.
[0045]
The scanning line of each vibration mirror module 430 on the surface to be scanned has a predetermined angle (β) from the direction orthogonal to the moving direction of the surface to be scanned (photosensitive member). In the embodiment, the scanning end side is 2 to 3 from the scanning start side. It is arranged so as to be inclined, and is mounted so that the scanning lines with the adjacent optical scanning means are parallel to each other.
[0046]
The printed circuit board 412 is mounted with a drive circuit for the semiconductor laser 401, electronic components constituting the drive circuit for the movable mirror 102, and a synchronization detection sensor 413. The vibration mirror module 430 has the bottom surface of the support substrate on the printed circuit board surface. Circuit connection is made by abutting and soldering the lead terminal protruding downward through the through hole, and wiring with an external circuit is made via the connector 414. A cable 415 having one end connected to a printed circuit board is connected to a lead terminal of the semiconductor laser.
[0047]
The housing 406 is made of glass fiber reinforced resin, aluminum die cast, or the like that can secure a certain degree of rigidity. Inside the housing, a first scanning lens 416 and a second scanning lens 417 constituting an imaging means are arranged in the main scanning direction. The joint surface 418 to be joined is formed, and when the sub-scanning direction reference surface of each lens is brought into contact, the light beam emitted from the vibration mirror module 430 and the optical axis height in the sub-scanning direction are arranged so as to match. Yes.
[0048]
The first scanning lens 416 includes a protrusion 420 that projects in the center of each sub-scanning surface and performs positioning in the main scanning direction, and a flat pressing surface 419 that performs abutment in the optical axis direction at both ends of the first surface. The protrusion 420 is engaged with the notch 422 formed integrally with the surface 418, and the flat pressing surface 419 is abutted against the protrusion pair 421 so that the relative arrangement is supported.
[0049]
On the other hand, the second scanning lens 417 is connected to the main scanning, is housed in the frame body 434 and is integrally formed of resin, and the protrusion 423 at the center of the second surface side of the frame body 434 is integrally formed on the joint surface. The notch 425 is engaged, and both end portions 424 of the first surface side of the frame body 434 are abutted against the protrusion pair 426 and supported.
[0050]
The synchronization detection sensor 413 (PIN photodiode) is arranged at an intermediate position shared by adjacent vibrating mirror modules 430 and at both end positions so that a beam can be detected on the scanning start side and the scanning end side of each optical scanning module 430. It is mounted in a total of four places. On the second surface side of the second scanning lens 417, a high-luminance aluminum plate 427 in which an inverted V-shaped mirror portion 428 is formed between the scanning regions of each lens and an opening 429 is formed in the scanning region is provided. Reflecting surfaces corresponding to the adjacent scanning start side and scanning end side are arranged to face each other so that the light beam reflected by 428 is guided to each synchronization detection sensor 413.
[0051]
The cover 438 forms an opening 439 through which the light beam passes and is screwed to seal the top surface of the housing 406. The bright aluminum plate 427 is sandwiched and supported between the second scanning lens and the cover, and the reflected light beam passes again through the scanning lens 427 and is returned to the housing.
[0052]
The optical scanning apparatus configured as described above is positioned with respect to the frame of the apparatus main body by the reference pin 432 provided on the flange 433 formed at the main scanning end of the housing 406, and is attached with reference to the upper surface, and is fixed with screws. Is done.
In the embodiment, an example in which three optical scanning units are arranged is shown, but the same is true regardless of the number of arrangements.
[0053]
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a color laser printer.
In the figure, reference numeral 601 is a transfer belt, 602 is a developing roller, 603 is a toner hopper, 604 is a photosensitive drum, 604 is a sensor, 606 is a paper feed roller, 607 is a paper feed tray, 608 is a cleaning unit, and 609 is a rotating support. , 610 denotes a registration roller, 611 denotes a secondary transfer device, 612 denotes a heat fixing roller, 613 denotes a paper discharge roller, and 614 denotes a paper discharge tray.
[0054]
The example shown in the figure shows a color laser printer in which an image is formed one color at a time by the optical scanning device 600 and the transfer belt 601 is rotated four times and the color is overlapped every rotation.
The transfer belt 601 is supported by a driving roller and two driven rollers, and a developing roller 602 and a toner hopper 603 that replenish toner corresponding to each color are provided integrally on a rotating support 609 and rotate by 1/4. The photosensitive drum 604 is opposed to the photosensitive drum 604.
[0055]
The image is recorded with the timing of writing in the sub-scanning direction triggered by a signal from a sensor 605 that detects a registration mark formed on the end of the transfer belt 601, and toner is put on the transfer belt 601 by a developing unit. Is transcribed. The residual toner after the transfer is scraped and stored by the cleaning unit 608 so as not to mix colors.
By performing these operations for each color, images are sequentially superimposed.
[0056]
The paper is supplied from the paper feed tray 607 by the paper feed roller 606, sent out by the registration roller 610 in synchronization with the image formation of the fourth color, and transferred by the transfer unit 611 from the transfer belt 601 at the same time. The transferred toner image is fixed by a fixing roller 612 and discharged to a paper discharge tray 614.
[0057]
As described above, the optical scanning device 600 connects the scanning lines of a plurality of optical scanning units to form one line.
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the joining of scanning lines.
The total number of dots L per line is divided into three, and 1 to L1, L1 + 1 to L2, and L2 + 1 to L dots are assigned and printed from the beginning of the image. In this embodiment, the scanning areas overlap several mm on the photosensitive member. An overlap area is provided in the pixel area, and the pixel numbers L1 and L2 at the separation positions are not fixed, but are different for each color, so that the seams of the scan lines of the respective colors constituting the same line are not overlapped, and the boundary of the scan area is defined. It is hard to stand out.
[0058]
FIG. 8 is a block diagram showing a part of the write data processing.
In the figure, reference numeral 801 denotes a bitmap memory, 802 denotes a multiplexer, 803 to 805 denote buffer memories, and 806 to 808 denote write control units.
As described above, the image data is divided into three in the main scanning direction, stored in the bitmap memory 801 for each optical scanning unit, and the sub-scanning pitch determined by the drive frequency fd of each vibrating mirror module and the scanning line Raster expansion is performed with a template corresponding to the inclination β, and the data is stored in the buffers 803 to 805 as line data.
Therefore, even if the sub-scan recording density of each image area is slightly different, the end of each area can be matched. The stored line data is read out using each synchronization detection signal as a trigger, and image recording is performed.
[0059]
Returning to FIG. 6, the transfer belt 601 is flexibly in contact with the photosensitive drum 604 with a predetermined nip width, and even if there is a slight speed difference, in the embodiment, the speed difference is ± 0.5% or less. By transferring the image by slipping, the sub-scanning pitch shift is prevented from occurring even if the drive frequency fp of the photosensitive drum is varied.
In a stepping motor control unit (not shown) that drives the photosensitive drum 604, if the drive frequency fp is varied according to the variable information of the drive frequency fd of the movable mirror, the image width in the sub-scanning direction can also be corrected.
[0060]
FIG. 9 is a block diagram showing drive control of the semiconductor laser and the movable mirror.
In the figure, reference numeral 901 is a drive pulse generation unit, 902 is a movable mirror drive unit, 904 is a synchronization detection sensor, 905 is a termination detection sensor, 906 is an LD drive unit, 907 is a clock pulse generation unit, 908 is a phase synchronization unit, 909 Indicates a magnification calculator, and 910 indicates an amplitude calculator.
[0061]
FIG. 10 is a timing chart of the amplitude of the movable mirror and the driving pulse.
The drive pulse generator 901 divides the reference clock by a programmable frequency divider, and once in a half cycle of the movable mirror as shown in FIG. A pulse train (T <T 0/4 ) having a duty of 50% or less is generated at a frequency twice the drive frequency fd (= 1 / T 0 ) so that a voltage pulse is applied, and a predetermined phase delay is generated by a PLL circuit δ is generated and given to the movable mirror drive unit 902 as the drive frequency fd.
[0062]
The movable mirror performs image recording only during scanning in the same direction during the period of θ S to −θ S (0 <θ S <θ) in the forward period from the scanning angle θ 0 as the starting point until reaching −θ 0 . Image recording is not performed during the return period from the scanning angle −θ 0 to + θ 0 , in other words, image recording is performed every cycle of the drive frequency fd. Incidentally, θ S / θ 0 = 0.7 was set.
[0063]
When the power is turned on and when the system is started from the standby state, the drive frequency fd is varied from the high frequency side by continuously changing the frequency division ratio with a programmable frequency divider, and the light beam is detected with the synchronization detection sensor 904. It is determined that the resonance vibration band is obtained when the scanning angle is expanded until is detected. At the same time, the scanning angle is calculated from the time difference between the scanning start side and the scanning end side, and the drive frequency is set so that the deflection angle (amplitude) of the variable mirror becomes a predetermined value.
[0064]
At this time, since this setting is performed in each of the plurality of vibrating mirror modules, a slight difference in driving frequency occurs between the vibrating mirror modules. In the embodiment, all of the vibrating mirrors have a minimum value among them as a common driving frequency fd. This is given to the module to ensure a deflection angle greater than a predetermined value.
Note that the overlap of the image areas slightly increases with the shift of the scanning angle, but it can be corrected by setting the pixel clock described later.
In the embodiment in which the resonance vibration band of the movable mirror as shown in FIG. 2 is kept constant, the temperature may be controlled by heating the thin film resistor using the same detection method as a criterion.
[0065]
FIG. 11 is a diagram showing an output when the scanning beam passes back and forth through the synchronous detection sensor.
The synchronization detection is performed in the vicinity where the scanning angle becomes θ 0 , but if the detection signal interval tr of the reciprocating detection signal passing through the sensor 904 is measured and the amplitude is detected by the amplitude calculation unit 910 as shown in FIG. θ 0 can be adjusted to a predetermined value, and by performing this check at regular intervals other than at the time of startup, the stability of the deflection angle can be further improved even after long-term use.
[0066]
In the embodiment, the sensor 905 is also provided in the vicinity of the scanning angle −θ 0 to detect the scanning end beam, and the time difference between the termination detection signal and the synchronization detection signal at the scanning start end is measured to be movable. It detects changes in the image recording width due to mirror scanning speed fluctuations and scanning lens shape errors.
As will be described later, this change in the image recording width is corrected by changing the pixel clock.
In the embodiment, since it is constituted by three optical scanning means, control is performed so that the printing operation can be performed after this setting is completed in all the vibrating mirror modules.
[0067]
FIG. 12 is a diagram showing the scanning angle of the movable mirror.
Since the movable mirror is resonantly oscillated, the scanning angle θ changes in a sin wave shape as shown in FIG.
θ = θ 0 · sin (2πfd · t),
However, (-1/4) .fd <t <(1/4) .fd
On the other hand, it is necessary to print the main scanning dots at a uniform interval on the photosensitive drum surface that is the surface to be scanned, and the imaging characteristics of the scanning lens described above are such that the scanning distance dH / dθ per unit scanning angle is sin −1 θ. It is necessary to correct the direction of the light beam so that it is proportional to / θ 0 , that is, as it goes slowly toward the periphery in the center of the image so as to accelerate faster, but it forms an image from the center to the periphery of the scanning lens. It is necessary to perform power distribution so as to keep the points away from each other, and there is a limit in expanding the effective scanning area θ S with respect to the maximum amplitude θ 0 .
[0068]
FIG. 13 is a diagram showing the image position, pulse width, and phase difference in the main scanning direction.
In order to keep the spot diameter uniform with only the scanning lens, the scanning efficiency θ S / θ 0 <0.5, so in the embodiment, as shown in FIG. Thus, the phase corresponding to each pixel is gradually delayed from the advanced state from the start of recording to the end of recording, and at the same time, the pulse width of each pixel is gradually increased from the long state to the center of the image. The pixel clock fm, which becomes longer in the region from the center of the image to the recording end, is applied to the LD driving unit 906 so as to be shortened, and is improved to θ S / θ 0 = 0.7.
[0069]
Hereinafter, a method for changing the pixel clock fm will be described.
The clock pulse generator 907 divides the reference clock f 0 by a programmable frequency divider based on the variable data, counts the divided clock, and forms a PLL reference signal fa having a pulse length of k clocks. , pixel clock fk is generated by selecting the phase of the reference clock f 0 based on the variable data in the PLL circuit.
By repeating this every several tens of pixels, dots can be printed at arbitrary positions along the main scan.
[0070]
For the reference clock f 0, the phase synchronization unit 908 selects a clock that is in phase with the synchronization detection signal generated by the synchronization detection sensor 904 from among the clocks delayed by 1 / n of one cycle of the reference clock f 0. , performs the phase synchronization to new reference clock f 0 in each scan, in the embodiment, the case has to be able to select a clock having a phase different to, the timing to start the clock variable, the movable mirror Correction is performed so that the horizontal state (θ = 0) surely matches the center position of the image recording. Incidentally, if this timing is shifted, the dot interval in the main scanning direction is reduced on the one hand, and a distorted image extending on the other hand.
[0071]
Further, by changing the frequency division ratio of the reference clock f 0 , the image width in the main scanning direction can be adjusted, and as described above, the time difference between the end detection signal and the synchronization detection signal is measured by the magnification calculator 909. If the time difference is shorter than a predetermined value, the frequency is increased, and if the time difference is longer, the frequency is corrected.
[0072]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, even if the drive frequency is followed according to the scanning speed fluctuation, the main scanning pitch fluctuation and the image width fluctuation do not occur. This prevents the deterioration of the seam accuracy in the case, can perform high-quality image recording , and the scan speed fluctuation measurement uses the output of the synchronous detection sensor and the end detection sensor, so there is no need for special equipment and an inexpensive configuration. Scanning angle θ S closer to the maximum amplitude with respect to the change in scanning speed by using a vibrating mirror, the characteristic that it is fast at the center of the image, slows at the periphery, and becomes zero at the maximum amplitude θ 0 Can maintain the uniformity of the main scanning pitch,
In addition, since the pixel clock is changed by using a phase synchronization means that selects from a plurality of clocks in which one cycle of the reference clock is delayed by 1 / n, color overlay accuracy in multicolor image formation and division scan recording are used. Therefore, even if the vibration mirror amplitude has a phase difference from the drive voltage, the variable timing of the pixel clock can be reliably matched to this amplitude even if the amplitude of the vibration mirror has a phase difference. High-quality image recording without pitch variation over a wide range can be performed, and the amplitude can be secured even when there are various environmental changes, so that stable image formation can be performed for a long period of time and reliability can be improved.
[0075]
According to the second aspect of the present invention, when configuring an image forming apparatus including a plurality of optical scanning devices, a common driving frequency can be set regardless of variations in individual resonance frequencies. Is uniform, the seam accuracy is maintained even at the image end in the sub-scanning direction, and high-quality image formation is performed.
[0076]
According to the invention of claim 3 , since it is possible to avoid the generation of rotational force at least against the progress of the oscillating mirror, it is possible to secure the deflection angle of the oscillating mirror with a smaller rotational force and to save power. it can.
According to the fourth aspect of the present invention, since the rotational force can be applied in the direction of accelerating the traveling of the vibration mirror, the deflection angle of the vibration mirror can be ensured with a smaller rotational force, and power can be saved.
[0078]
According to the fifth aspect of the present invention, even if the drive frequency is tracked according to the temporal change of the resonance frequency, the main scanning pitch fluctuation and the image width fluctuation do not occur. Further, it is possible to prevent the deterioration of the seam accuracy in the divided scanning recording and to perform high-quality image recording.
According to the invention of claim 6 , even if the drive frequency is followed according to the change with time of the resonance frequency, the sub-scanning pitch and the image width are matched, and high-quality image recording can be performed.
[0079]
According to the invention of claim 7 , by setting a common drive frequency in the plurality of optical scanning devices, the pitch of each scanning line is made uniform, and the seam accuracy is maintained even at the image end in the sub-scanning direction, High-quality image formation can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a detailed view of a vibrating mirror module used in an optical scanning device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment for stabilizing a spring constant.
FIG. 3 is a diagram showing a layout of a sub-scanning section of a vibrating mirror module.
FIG. 4 is a perspective view of an optical scanning device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of an optical scanning device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the present invention is applied to a color laser printer.
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining joining of scanning lines.
FIG. 8 is a block diagram showing a part of write data processing;
FIG. 9 is a block diagram showing drive control of a semiconductor laser and a movable mirror.
FIG. 10 is a timing chart of movable mirror amplitude and drive pulse.
FIG. 11 is a diagram showing an output when a scanning beam passes back and forth through a synchronous detection sensor.
FIG. 12 is a diagram illustrating a scanning angle of a movable mirror.
FIG. 13 is a diagram illustrating an image position, a pulse width, and a phase difference in the main scanning direction.
FIG. 14 is a diagram for explaining that the deflection angle changes at the same drive frequency due to a temperature change.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Vibrating mirror module 102 Movable mirror 103 Movable electrode 108 Torsion beam 109 Fixed electrode 117 1st reflective surface 118 2nd reflective surface 301 Semiconductor laser 400 Light source unit 401 Semiconductor laser 412 Printed circuit board 413 Synchronization detection sensor 430 Vibrating mirror module 600 Light Scanning device 601 Transfer belt 604 Photosensitive drum 901 Drive pulse generator 902 Movable mirror driver 906 LD driver 910 Amplitude calculator

Claims (7)

発光源と、画像情報に応じて発光源を変調する光源駆動手段と、ねじり梁を回転軸として往復振動し、発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、該振動ミラーの駆動周波数を該振動ミラー固有の共振振動数に応じて可変である振動ミラー駆動手段と、を有する光走査装置において、
前記振動ミラーは、走査角θ0を起点として−θ0に達するまでの往期間の内、θS〜−θSの期間(0<θS<θ)であり、且つ同一方向の走査期間のみ前記画像情報に応じた画像記録に使用され、
前記走査角θSを捜査開始端、前記走査角−θSを走査終端としたときに、該走査開始端の同期を検知する同期検知センサと、該走査終端のビームを検知する走査終端検知センサとを備え、該同期検知センサから発生される同期検知信号と該走査終端検知センサから発生される終端検知信号との時間差を計測することにより、該振動ミラーの振幅を検出する振幅検出手段を備え、
前記振幅検出手段により検出された前記振動ミラーの振幅に基づいて、前記振動ミラーの振幅が所定値以上を保持するように、前記振動ミラーの駆動周波数を変更し、
前記光源駆動手段は、前記振幅検出手段により検出された前記振動ミラーの振幅に基づいて、該振動ミラーの走査速度変更を検出し、この検出した走査速度変動に応じて、前記発光源を変調する画素クロックを、該画素クロックの基準クロックの1周期を1/n毎に遅延した複数のクロックの中から選択する位相同期手段が、前記同期検知センサから出力される同期検知信号に基づいて新たなクロックを選択することにより変更することを特徴とする光走査装置。
A light source, light source driving means for modulating the light source in accordance with image information, a vibration mirror that reciprocally vibrates about a torsion beam as a rotation axis, and scans a light beam from the light source; and a drive frequency of the vibration mirror In an optical scanning device having vibration mirror driving means that is variable according to the resonance frequency inherent to the vibration mirror,
The oscillating mirror has a period from θS to −θS (0 <θS <θ) in the forward period from the scanning angle θ0 as a starting point until it reaches −θ0, and responds to the image information only in the scanning period in the same direction. Used for recording images,
When the scan angle θS is the search start end and the scan angle −θS is the scan end, a synchronization detection sensor that detects the synchronization of the scan start end and a scan end detection sensor that detects the beam at the scan end Provided with amplitude detection means for detecting the amplitude of the vibrating mirror by measuring the time difference between the synchronization detection signal generated from the synchronization detection sensor and the termination detection signal generated from the scanning end detection sensor ,
Based on the amplitude of the oscillating mirror detected by the amplitude detecting means, the drive frequency of the oscillating mirror is changed so that the amplitude of the oscillating mirror is maintained at a predetermined value or more,
The light source driving means detects a change in scanning speed of the vibrating mirror based on the amplitude of the vibrating mirror detected by the amplitude detecting means , and modulates the light emitting source according to the detected scanning speed fluctuation. Phase synchronization means for selecting a pixel clock from a plurality of clocks obtained by delaying one cycle of the reference clock of the pixel clock every 1 / n is a new one based on the synchronization detection signal output from the synchronization detection sensor. An optical scanning device which is changed by selecting a clock .
請求項1に記載の光走査装置において、前記振動ミラーの駆動周波数を前記振動ミラー固有の共振振動数から所定範囲ずらして設定することを特徴とする光走査装置。2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the driving frequency of the oscillating mirror is set to be shifted by a predetermined range from the resonance frequency inherent to the oscillating mirror . 請求項1または2に記載の光走査装置において、前記振動ミラー駆動手段は、振動ミラーの駆動周波数fdとすると
0<t<1/(4・fd)
なる印加時間tの駆動電圧をパルス状に印加して振動ミラーを駆動することを特徴とする光走査装置。
3. The optical scanning device according to claim 1, wherein the oscillating mirror driving means has a driving frequency fd of the oscillating mirror.
0 <t <1 / (4 · fd)
An optical scanning device characterized in that the oscillating mirror is driven by applying a driving voltage of the applied time t in the form of pulses .
請求項3に記載の光走査装置において、前記駆動電圧を振動ミラーの振幅ピークから振幅0に至る期間を超えない範囲で印加することを特徴とする光走査装置。4. The optical scanning device according to claim 3 , wherein the driving voltage is applied in a range not exceeding a period from the amplitude peak of the vibrating mirror to the amplitude of 0 . 発光源と、画像情報に応じて発光源を変調する光源駆動手段と、ねじり梁を回転軸として往復振動し、前記発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、該振動ミラーの駆動周波数を該振動ミラー固有の共振振動数に応じて変更する振動ミラー駆動手段と、を有する光走査装置と、該光走査装置によって静電画像が形成される感光体と、該静電画像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段と、を有する画像形成装置であって、A light source, light source driving means for modulating the light source according to image information, a vibration mirror that reciprocally vibrates about a torsion beam as a rotation axis, and scans a light beam from the light source, and a drive frequency of the vibration mirror An optical scanning device having vibration mirror driving means that changes in accordance with a resonance frequency unique to the vibration mirror, a photosensitive member on which an electrostatic image is formed by the optical scanning device, and the electrostatic image is visualized with toner. An image forming apparatus comprising: a developing unit that forms an image; and a transfer unit that transfers a visualized toner image onto a recording sheet.
前記振動ミラーは、走査角θ0を起点として−θ0に達するまでの往期間の内、θS〜−θSの期間(0<θS<θ)であり、且つ同一方向の走査期間のみ前記画像情報に応じた画像記録に使用され、The oscillating mirror has a period from θS to −θS (0 <θS <θ) in the forward period from the scanning angle θ0 as a starting point until it reaches −θ0, and only according to the image information in the scanning direction in the same direction. Used for recording images,
前記走査角θSを捜査開始端、前記走査角−θSを走査終端としたときに、該走査開始端の同期を検知する同期検知センサと、該走査終端のビームを検知する走査終端検知センサとを備え、該同期検知センサから発生される同期検知信号と該走査終端検知センサから発生される終端検知信号との時間差を計測することにより、該振動ミラーの振幅を検出する振幅検出手段を備え、When the scanning angle θS is the search start end and the scanning angle −θS is the scanning end, a synchronization detection sensor that detects the synchronization of the scanning start end and a scanning end detection sensor that detects the beam at the scanning end Provided with amplitude detection means for detecting the amplitude of the vibrating mirror by measuring the time difference between the synchronization detection signal generated from the synchronization detection sensor and the termination detection signal generated from the scanning end detection sensor,
前記振幅検出手段により検出された前記振動ミラーの振幅に基づいて、前記振動ミラーのBased on the amplitude of the oscillating mirror detected by the amplitude detection means, 振幅が所定値以上を保持するように、前記振動ミラーの駆動周波数を変更し、Change the drive frequency of the oscillating mirror so that the amplitude remains above a predetermined value,
前記光源駆動手段は、前記発光源を変調する画素クロックを、前記振幅検出手段により検出された前記振動ミラーの振幅に基づいて、該振動ミラーの走査速度変更を検出し、この検出した走査速度変動に応じて、該画素クロックの基準クロックの1周期を1/n毎に遅延した複数のクロックの中から選択する位相同期手段が、前記同期検知センサから出力される同期検知信号に基づいて新たなクロックを選択することにより変更して画像記録を行うことを特徴とする画像形成装置。The light source driving means detects a change in the scanning speed of the vibrating mirror based on the amplitude of the vibrating mirror detected by the amplitude detecting means for the pixel clock that modulates the light source, and the detected scanning speed fluctuation In response to this, phase synchronization means for selecting one cycle of the reference clock of the pixel clock from a plurality of clocks delayed by 1 / n is newly generated based on the synchronization detection signal output from the synchronization detection sensor. An image forming apparatus, wherein an image is recorded by changing a clock.
請求項5に記載の光走査装置において、前記感光体の移動速度を変更する速度可変手段を備え、前記振動ミラーの駆動周波数に応じて、前記感光体の移動速度を変更して画像記録を行うことを特徴とする画像形成装置。 6. The optical scanning device according to claim 5 , further comprising a speed variable unit that changes a moving speed of the photoconductor, and performs image recording by changing the moving speed of the photoconductor according to a driving frequency of the vibrating mirror. An image forming apparatus. 請求項5または6に記載の画像形成装置において、上記光走査装置を複数備え、各々の振動ミラーを共通の駆動周波数で共振振動させて画像記録を行うことを特徴とする画像形成装置。7. The image forming apparatus according to claim 5, wherein a plurality of the optical scanning devices are provided, and image recording is performed by resonating and vibrating each vibrating mirror at a common drive frequency.
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