JP4349756B2

JP4349756B2 - Optical scanning apparatus and image forming apparatus

Info

Publication number: JP4349756B2
Application number: JP2001056304A
Authority: JP
Inventors: 智宏中島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP2002258183A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光走査装置及び画像形成装置に関し、詳細には特にデジタル複写機、及びレーザプリンタ等の画像形成装置の書込系に用いられる光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光走査装置に用いられる偏向器としてポリゴンミラーやガルバノミラーが知られている。この内、ガルバノミラーは磁界中に軸支された可動コイルに電流を流して電磁力を発生させ、その回転トルクと戻しばねとの平衡関係で可動コイルを往復回転させる方式で、ポリゴンミラーに比べ構成が簡単で小型化できるという利点がある。
【０００３】
また、近年マイクロマシニングの発展に伴い特許第２，７２２，３１４号明細書に開示されるようにＳｉ基板上に可動ミラーと当該可動ミラーを軸支するトーションバーを一体形成したガルバノミラーが提案されている。また、特許第３，０１１，１４４号明細書に開示されるように静電引力を利用して可動ミラーを揺動する方式もある。これらの方式によれば、高速動作が可能で、かつ生産性の高い偏向器を得ることができる。
【０００４】
このようにＳｉ基板上に可動ミラーを形成する方式においては、可動ミラーに与える引力または反発力の周期を可動ミラーの固有振動数に合わせて共振振動させることで、ポリゴンミラーよりも高速でビームを走査することが可能であるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、振れ角θは可動ミラーを支えるトーションバーの弾性係数Ｇ、断面２次モーメントＩ、長さＬで決まるばね定数Ｋと与えられるトルクＴにより以下の式で表される。
【０００６】
θ＝Ｔ／Ｋここで、Ｋ＝ＧＩ／Ｌ
【０００７】
また、可動ミラーの共振周波数φは慣性モーメントＪとすると
【０００８】
φ＝√Ｋ／Ｊ
【０００９】
となり、速度つまり共振周波数と振れ角とは相反する関係のため、一般に振れ角は１０°以下程度でポリゴンミラーと同程度(４０°程度)まで走査角を広げるのは物性上困難とされる。このため、ポリゴンミラーの代用として記録幅を確保するには光路長(偏向面と被走査面との間の距離)を長くとる必要があり偏向器としては微小となるが光走査装置全体としては大型化してしまうという欠点があった。
【００１０】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、共振振動によって揺動する可動ミラーを用い、その小型化、高速化のメリットが活かせると共に、低電力で高速記録ができ、良好な画像品質が得られる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明は、画像データに応じて変調する発光源と、支持基体に設けられた一対のトーションバーで支持され、トーションバーを回転軸として揺動可能としてなる可動ミラーと、トーションバーを挟む可動ミラーの両端部に設けられ、印加する駆動電圧を切り換えることで、支持基板と可動ミラーとの間に引力又は反発力を周期的に発生させて可動ミラーを揺動させる可動ミラー揺動手段とを有する単位モジュールを、複数配列し、発光源から射出された光ビームを揺動する可動ミラーによって主走査方向に走査させて各々の被走査域をつなぎ合わせて画像記録を行う光走査装置である。そして、本発明の光走査装置において、複数の単位モジュールは、各単位モジュールの主走査方向を合わせて、各単位モジュールが有する可動ミラー揺動手段の走査域の一部である被走査域外が重なり合うように、回路基板上に配列されている。また、発光源を変調する画素周波数を可動ミラーの揺動量に応じて可変する画素周波数可変手段を有している。そして、本発明の光走査装置によれば、可動ミラーで偏向された光ビームの重なり合った走査域における光ビームを検出することで、該光ビームの走査開始端または走査終端の少なくとも一方を検出するビーム検出手段を複数備え、該各ビーム検出手段の間の走査時間を基準として画素周波数可変手段による画素周波数を可変する。よって、走査時間を計測し、その結果に応じて記録ドット位置のずれを補正するので、環境変化や経時変化があっても記録幅を安定的に保ち、隣接するモジュールとの画像端の継ぎ目を一致させ、良好な画像を得ることができる。
【００１２】
また、ビーム検出手段は、単位モジュールが配列された回路基板上に実装され、単位モジュールにおける画像記録領域外の両端に配備された反射手段により折り返された光ビームを検出することで、該光ビームの走査開始端または走査終端の少なくとも一方のビーム位置検出を行う。よって、隣接するモジュールとの画像端の継ぎ目を一致させ、良好な画像を得ることができる。
【００１３】
更に、ビーム検出手段は、複数の単位モジュール毎に設けられ、回路基板上において複数の単位モジュールの間に実装され、該ビーム検出手段の両側に配列された単位モジュールのビーム位置検出に共用で用いられる。よって、隣接するモジュールとの画像端の継ぎ目を一致させ、良好な画像を得ることができる。
【００１４】
また、画素周波数可変手段は発光源を変調する画素周波数を一走査内で複数段階に可変することにより、空気抵抗などによるミラー揺動速度の理想変位角速度からのずれに伴う記録ドット位置のずれを補正できるので、被走査面での等速性を確保できドット位置ずれのない良好な画像を得ることができる。
【００１５】
更に、発光源から射出される光量を可変するために発光源に供給する駆動電流を可変する駆動電流可変手段を有し、画素周波数に対応して駆動電流を可変することにより、画素周波数の変化に伴う１ドットの点灯時間のずれに対応して光量を可変したので、その積分で表される被走査面を露光するエネルギーを均一化でき、濃度むらのない良好な画像を得ることができる。
【００１６】
また、被走査域外において可動ミラーで偏向された光ビーム位置を検出するビーム検出手段を各単位モジュール毎に各走査開始端に設け、可動ミラー揺動手段に印加する駆動電圧のタイミングを基準としてビーム位置検出手段から出力される検出信号のうち、画像書き出しの基準信号として用いる検出信号を切替えることにより、駆動電圧のタイミングでビーム検出手段で検出されるビームの走査方向を判別できるので、双方向での走査によっても、誤検知されることなく各走査に対応して確実に検出信号を得ることができる。
【００１８】
また、被走査域が隣接する単位モジュールの間で副走査方向に一走査ピッチずつずらして単位モジュールを配列すると共に、ミラー揺動手段に印加する駆動電圧のタイミング位相を略一致することにより、分割位置において良好に画像を継ぎ合わせることができるうえ、一方の単位モジュールの終端を走査途中のビームと他方の単位モジュールの開始端を走査途中のビームが重複して同じビーム検出手段に入射するのを防止でき、各走査に対応して確実に検出信号を得ることができる。
【００１９】
更に、各単位モジュール毎に発光源からの光ビームを可動ミラーで往復偏向し被走査域を双方向に光走査すると共に、画像データを一走査おきに一時保存する一対のバッファ手段を有し、各バッファ手段から読み出される画像データ順を反転させて、ミラー揺動手段に印加する駆動電圧のタイミングを基準として読み出すバッファ手段を交互に切替えることにより、印加する駆動電圧タイミングでビームの走査方向を判別できるので、双方向での走査によっても記録画像データの正反転を誤ることなく各走査の同期検知信号(走査開始端でのビーム位置検出信号)に対応して確実に割り振ることができる。
【００２０】
また、別の発明としての画像形成装置は、単色の画像形成を行う画像形成部に対して、１ライン分の画像データをモジュール数に分割して画像記録を行うことに特徴がある。
【００２１】
更に、別の発明としての画像形成装置は、フルカラー画像を形成する各色毎の画像形成部の各々に配備し、各色に対応した画像データにより個別に画像記録を行うことに特徴がある。
【００２２】
また、別の発明としての画像形成装置は、フルカラー画像を形成する各色毎の画像形成部に対して共用配備し、各色に対応した画像データにより時系列に画像記録を行うことに特徴がある。
【００２３】
更に、別の発明としての画像形成装置は、フルカラー画像を形成する各色毎の画像形成部の１又は複数色に対して共用配備し、各色に対応した画像データにより時系列に画像記録を行うことに特徴がある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の光走査装置における複数の単位モジュールは、各単位モジュールの主走査方向を合わせて、各単位モジュールが有する可動ミラー揺動手段の走査域の一部である被走査域外が重なり合うように、回路基板上に配列されている。また、発光源を変調する画素周波数を可動ミラーの揺動量に応じて可変する画素周波数可変手段を有している。そして、本発明の光走査装置によれば、可動ミラーで偏向された光ビームの重なり合った走査域における光ビームを検出することで、該光ビームの走査開始端または走査終端の少なくとも一方を検出するビーム検出手段を複数備え、該各ビーム検出手段の間の走査時間を基準として画素周波数可変手段による画素周波数を可変する。
【００２５】
【実施例】
図１は本発明の第１の実施例に係る光走査装置の構成を示す分解斜視図である。図２は本実施例の光走査装置の構成を示す断面図である。なお、両図に示す第１の実施例の光走査装置は可動ミラー１００を静電引力で駆動する方式である。両図において、ミラー基板１０６は第１のＳｉ基板１０２及び第２のＳｉ基板１０３を接合して構成される。可動ミラー１００及び可動ミラー１００を軸支するトーションバー１０１は第１のＳｉ基板１０２をエッチングにより貫通して形成する。中央部には金属被膜を蒸着するなどしてミラー面を形成し、トーションバー１０１を挟んでミラーの両端部は櫛形に凹凸のある平面形状となし、その側面には電極１０４を形成する。第２のＳｉ基板１０３にはミラー部の揺動空間として上記櫛形に合わせて数十μｍの間隔をもって互い違いに重なり合う凹凸のある斜面を形成した台形断面の凹部が設けられ、可動ミラー１００の支持基板をなす。上記凹凸斜面とその側面には台形断面の底面にかけて電極１０４に対向して固定電極１０５、１１８を形成しており、この固定電極１０５、１１８に交互に電圧を印加することにより電極間で静電引力を発生させ可動ミラー１００を揺動することができる。
【００２６】
また、第１のＳｉ基板１０２の表面には、入力される駆動周波数に応じて固定電極１０５，１１８への印加電圧をスイッチングする駆動回路１１４を堆積して形成している。光源基板１０７は焼結金属等で形成し、接合面と垂直に形成したＬＤ実装面にＬＤチップ１０８を、また位置決め溝１０９に円筒状のカップリングレンズ１１０を接合してなる。カップリングレンズ１１０は２群構成で前玉を軸対称の非球面レンズと、後玉を副走査方向に曲率を有するシリンダレンズとに形成されたレンズである。溝１０９はカップリングレンズ１１０の円筒外周面が当接した際、光軸がＬＤチップ１０８の発光点に合うように幅が設定されている。また、光軸方向の調整にて発散光束を主走査方向には略平行光束に、副走査方向には集束光束となし各々接着固定する。スペーサ基板１１１はＳｉ基板の中央部をエッチングにより貫通した枠状となし、内側端面の一辺にはＬＤチップ１０８からのビームを下向きに折り返すミラー斜面１１２、対向する端面にはＬＤチップ１０８の背面光を受光するＰＤ１１３がＧａＡｓ層等を堆積して形成されている。端子基板１１６はセラミック等で形成され、ワイヤボンディング等で上記したＬＤチップ１０８、ＰＤ１１３、駆動回路１１４との配線を行う複数のリード端子１１５を備え、外部回路への接続を行う。そして、ミラー基板１０６、光源基板１０７、スペーサ基板１１１は順に端子基板１１６上に重ね合せて接合され、板ガラス等の窓基板１１７で封止して光走査装置の単位モジュールを構成する。
【００２７】
このように構成された光走査装置の単位モジュールによれば、ＬＤチップ１０８より射出された光ビームはカップリングレンズ１１０、端面ミラー１１２を介して可動ミラー１００に入射される。可動ミラー１００はトーションバー１０１を回転軸として往復振動し、可動ミラー１００に入射されたビームは上向きに反射、偏向されて、単位モジュールより射出され走査される。射出されるビーム径は上記したミラー斜面１１２又は可動ミラー１００の外径を所定サイズとし、その外径より大きなビームを照射して反射された部分のみを取り出すことにより規定される。
【００２８】
次に、図１及び図２に示す第１の実施例の光走査装置の単位モジュールを複数、例えば図３に示すように３基の単位モジュール２０８，２０９，２１０を配列して光走査装置を構成する。単位モジュール２０８において走査されたビームは走査レンズ２０１、２０２により被走査面２０３に結像され画像記録が行われる。図３に示す例では１ライン分の記録幅を３基の単位モジュール２０８〜２１０で分割して記録するようにしており、単位モジュール２０８〜２１０は回路基板２０４上に主走査方向を合わせて配列される。各単位モジュールでは可動ミラーの往復振動により双方向に画像が記録されるが、例えば単位モジュール２０８においてその画像記録域外の両端に配備したミラー２０５，２１３により回路基板２０４方向へ折り返して、回路基板上に実装したＰＤ２０６，２０７により往復各々の走査開始側、走査終端側のビーム位置検出を行う。単位モジュール２０９，２１０も同様であるので説明を省略する。
【００２９】
図３に示す例では可動ミラーの最大振れ角は±５°で、その内±３°(θ)を被走査域に、その外側の３〜５°での走査角内にＰＤ２０６，２０７を配置する。隣接する単位モジュール２０９とは３〜５°での走査域の一部を重なり合うようにし、ＰＤ２０７については単位モジュール２０９のビーム位置検出にも共用で用いられる。なお、走査レンズ２０２は各モジュールで連続的に一体化して樹脂成形しているが、各々個別に設けても同様である。
【００３０】
なお、図３に示す例では駆動電圧を低減するため、櫛形形状として対向する電極の面積を拡大しているが、これに限らない。
【００３１】
図４は本発明の第２の実施例に係る光走査装置の構成を示す分解斜視図である。図５は断面図である。なお、両図に示す第２の実施例の光走査装置は、可動ミラー３０２を電磁力で駆動する方式である。両図において、ミラー基板３０１は図５に示すようにＳｉ基板３０４と金属製のヨーク基板３０６を接合し構成される。可動ミラー３０２及び可動ミラー３０２を軸支するトーションバー３０３は第１の実施例と同様、Ｓｉ基板３０４をエッチングにより貫通して形成する。中央部に金属蒸着などにより形成されたミラーを、周縁にはトーションバー３０３を通して引き込まれた配線により渦巻状にパターンニングされた薄膜コイル３０５を形成している。なお、薄膜コイル３０５はミラー面の裏側に配備してもよい。ヨーク基板３０６は中央部に貫通穴を形成し可動ミラーの揺動空間を確保した支持基板をなす。一対のマグネット３０７、３０８はＮ極とＳ極を対向してトーションバー３０３に対して対称に配置され、ヨーク基板３０６の貫通穴側面に固定される。薄膜コイル３０５に電流を流すとマグネット３０７，３０８による磁場との相互作用により薄膜コイル３０５のトーションバー３０３を挟んだ両端部で一定回転方向にローレンツ力を生じ、この電流の方向を切り換えることで可動ミラー３０２を揺動することができる。第１の実施例と同様、Ｓｉ基板３０４の表面には、入力される駆動周波数に応じて薄膜コイル３０５への印加電圧をスイッチングする駆動回路３０９を堆積して形成している。ミラー基板３０１は、第１の実施例と同様に構成した光源基板３１０、スペーサ基板３１１と共に順に端子基板３１２上に重ね合せて接合され、窓基板３１３で封止して単位モジュールを構成する。なお、単位モジュール以外の構成は第１の実施例と同様のため、説明を省略する。
【００３２】
図６は単位モジュールの制御回路を示すブロック図である。同図において、可動ミラーの駆動回路４０１には駆動周波数可変手段４０２よりＴＴＬレベルの矩形波からなる各単位モジュールで共通の駆動周波数ｆｄが印加される。駆動周波数可変手段４０２は基準発振器４０３からのクロックを分周し周波数ｆｄを可変する。各単位モジュールでは可動ミラーの共振周波数ピークに若干の差があるため、駆動周波数可変手段４０２ではそのばらつき幅のほぼ中央値を選択するように駆動周波数ｆｄを設定する。この際、駆動電圧を調整することにより、共振周波数がピークからずれていても、振れ角を均一とすることができる。画素周波数可変手段４０４は設定した駆動周波数ｆｄに比例倍して画素周波数ｆｍを設定することで可動ミラーの共振振動数のばらつきにより走査速度が変化しても記録幅(走査倍率)が変わらないようにしている。また、上述したように第１、第２の実施例では単位モジュールの画像域外の両端においてビームを検出するＰＤ４０６，４０７によって検出された両端での検出信号の時間差を倍率計測手段４０５で計測し、この初期値との比較により経時的な変動、例えば走査レンズの温度膨張や屈折率変動、ＬＤの波長変化による被走査面での走査速度のずれ、を見込んで単位モジュール毎に記録幅を補正することもできる。更に、画素周波数を一走査内で変化させてもよく、例えば可動ミラーの回転に対向する空気抵抗や電極間ギャップ変化に伴う静電引力の変動により揺動の回転速度が理想値から非線型に加減速があっても、それに対応した補正データ４０８、図６に示す例では階段状に近似した補正データを付加することにより複数段階に画素周波数を切り換えれば、部分的な主走査ドットピッチの伸縮を補正し、被走査面上で均等なピッチとすることができる。図６に示す例では全ての単位モジュールについて同一の駆動周波数を与え、画素周波数は単位モジュール毎に与えるようにしているが、駆動周波数を個別に設定しても、画素周波数を共通に設定してもよい。
【００３３】
また、ＬＤ駆動電流可変手段４０９は画素周波数可変手段４０４で設定された周波数に応じて反比例倍にＬＤ４１１に印加する電流を制御し、１ドットあたりのエネルギー量が均一となるようにしている。バッファ４１２，４１３は画像データを一走査ラインおきに振り分けて各々データを一時的に保存し、記録開始のタイミング、各走査方向において開始側となるビーム位置検出信号から所定時間後にあわせてバッファ４１２からは先頭ドットより、バッファ４１３からは末尾ドットより読み出されてＬＤ４１１を変調し双方向に画像記録が行われる。なお、図６に示す例では双方向に画像を記録するようにしているが、一走査ラインおきに画像を記録することもでき、いずれか一方向のみに記録方向を統一しても構わない。
【００３４】
図７は図３に示すビーム位置検出用のＰＤでの検出信号と書込みに関連するタイミングを示すタイムチャートである。なお、図７のＰＤ１及びＰＤ２は、各々図３のＰＤ２０６及びＰＤ２０７に、図７の電極１及び電極２は、各々図１の電極１０５及び電極１１８に相当する。図７に示すようにＰＤ１，２においては双方向にビームが通過するため、走査開始端、走査終端のいずれにおいても２つの連続した出力が得られる。従って、この例では可動ミラーに与えられる駆動電圧のオン・オフタイミングに合わせて一方のビーム検出信号のみを有効とするように制御することで走査されている方向を認識し検出信号を選別するようにしている。つまり、往方向での書込みの場合、電極１への印加電圧がオフ時に検出されたＰＤ２の信号は走査終端側検知として扱い、オフ時に検出されたＰＤ１の信号は走査開始側検知として扱うようにすればよい。復方向での書込みも同様である。これらの信号を基準として別途制御用の信号を生成しても効果は同じである。この時、画像データを読み出す対称となるバッファ手段についても駆動電圧のオン・オフタイミングに合わせて一方のみを有効とするように切り換えることで、いずれの走査方向においても走査開始側の検出信号と画像データとを１対１対応することができる。
【００３５】
また、図７に示す例では走査両端での検出信号の時間差を計測し、この初期値との比較により経時的な変動を見込んで記録幅を補正するようにしているが、走査両端での検出信号の時間差は図中、Ｔ１、Ｔ２に相当する。この変動分ΔＴ１、ΔＴ２に対応して画素周波数を可変するが、ビーム検出から書込み開始までの時間ｔ１、ｔ２をｔ１'＝ｔ１−ΔＴ１／２、ｔ２'＝ｔ２−ΔＴ２／２とすることで、往復での記録位置を、画像中央を基準として補正することができる。
【００３６】
一方、第２の実施例では印加電圧のオン・オフを薄膜コイルに印加される電圧の正負に対応すれば同様である。
【００３７】
図８は別のタイミングを示すタイムチャートである。なお、図８の例はビーム位置検出用のＰＤにおける別の例であってＰＤ内でビームが折り返すようにＰＤ位置または振れ角を設定している。振れ角を設定するには駆動電圧を調整すればよく、可動ミラーの最大振れ角でのビーム到達位置をＰＤの設置位置に合わせる。これによると双方向にビームを走査しても出力は１つとなり、立ち上がりを走査終端側検知、立ち下がりを走査開始側検知として区別すれば走査方向を認識することができる。なお、実施例では隣接する単位モジュールで駆動周波数の位相を０°としているので、各単位モジュールで同時期に走査している方向は同一となり、隣接する単位モジュールのビームが同じタイミングでビーム位置検出用のＰＤに入ることはない。
【００３８】
図９は被走査面の送りを考慮した各単位モジュールの被走査面での走査ラインの様子を示す図である。被走査面は走査開始から終了までの時間で一走査ピッチＰ分送られ画像が記録される。そのため、図９の（ａ）に示すように、隣接する単位モジュール間の振動周波数の位相を０°とすると分割位置においては記録時間にずれがあるため、一走査ピッチ分副走査ドット位置がずれることになる。走査ラインの密度が細かい場合は無視できるが、送り量に対して走査線密度が荒い場合は分割位置が目立ちやすくなる。図９の（ａ）に示す例では記録開始点での副走査ドット位置が一走査ピッチＰ分ずつずれるように隣接する単位モジュールの走査位置を設定しておくことで画像を継ぎ合わせている。なお、隣接する単位モジュールのビームが同じタイミングでビーム位置検出用のＰＤに入る可能性はあるが、図９の（ｂ）に示すように、隣接するモジュール間の振動周波数の位相を約１８０°、走査方向を相反する方向とすることにより、各走査ビームが同時刻に分割位置を通過するようにでき同様に被走査面の送りに伴う副走査ドット位置ずれを生じないようにすることもできる。
【００３９】
次に、上述した第１、第２の実施例に係る光走査装置を搭載した電子写真プロセスを用いた画像形成装置として、図１０にデジタル複写機、図１１にレーザプリンタ、図１２に普通紙ファクシミリの例を示す。図１０において、デジタル複写機本体５００は、光走査装置５０１と、用紙を収容するカセット５０２，５０２’と、カセット５０２，５０２’から用紙を１枚ずつ取り出す給紙ローラ５０３，５０３’と、搬送タイミングをコントロールするレジストローラ５０４と、転写帯電器５０５と、感光体ドラム５０６及び現像ローラ５０７並びに帯電ローラ５０８等が一体化されているプロセスカートリッジ５０９と、ハロゲンヒータが内蔵された定着ローラ５１０と、加圧ローラで構成する定着器５１１と、搬送ローラ５１２と、排紙ローラ５１３とを含んで構成されている。このような構成を有するデジタル複写機における光走査装置５０１は画像信号に応じて半導体レーザが変調され、帯電ローラ５０８によって一様に帯電された感光体ドラム５０６上に潜像を形成し、現像ローラ５０７から供給されるトナーによって顕像化される。一方、給紙ローラ５０３，５０３’によって取り出された用紙はレジストローラ５０４によって光走査装置の画像書き出しのタイミングに合わせて搬送されトナー像が転写される。転写された画像は定着ローラ５１０及び定着器５１１により定着されて搬送ローラ５１２、そして排紙ローラ５１３によって排紙される。また、図１０において、原稿読取装置本体６００では、原稿台に固定された原稿の読み取り部６０１における画像を結像レンズ６０２を介してＣＣＤ等の光電変換素子６０３上に結像させ、ミラー群６０４を移動して順次、電子データに変換する。なお、図１０に示すデジタル複写機はモノクロ複写機であるが、これに限定する必要はなく、フルカラー複写機の場合、各色毎のプロセスカートリッジ毎に本発明の光走査装置を設けるタイプ、フルカラー画像形成を行う単一の画像形成部に対して設けるタイプや複数の画像形成部からなるタイプの画像形成装置にも適用できることは言うまでもない。
【００４０】
図１１において、レーザプリンタ７００は、光走査装置７０１と、用紙を収容するカセット７０２と、カセット７０２から用紙を１枚ずつ取り出す給紙ローラ７０３と、搬送タイミングをコントロールするレジストローラ７０４と、転写帯電器７０５と、感光体ドラム７０６、現像ローラ７０７及び帯電ローラ７０８等が一体化されているプロセスカートリッジ７０９と、ハロゲンヒータが内蔵された定着ローラ７１０と、加圧ローラで構成する定着器７１１と、排紙ローラ７１２とを含んで構成されている。このような構成を有するレーザプリンタ７００における光走査装置７０１は上位装置からの画像信号に応じて半導体レーザが変調され、帯電ローラ７０８によって一様に帯電された感光体ドラム７０６上に潜像を形成し、現像ローラ７０８から供給されるトナーによって顕像化される。一方、給紙ローラ７０３によって取り出された用紙はレジストローラ７０４によって光走査装置の画像書き出しのタイミングに合わせて搬送されトナー像が転写される。転写された画像は定着ローラ７１０及び定着器７１１により定着されて排紙ローラ７１２によって排紙される。
【００４１】
図１２において、普通紙ファクシミリ８００は、光走査装置８０１と、用紙を収容するカセット８０２と、カセット８０２から用紙を１枚ずつ取り出す給紙ローラ８０３と、搬送タイミングをコントロールするレジストローラ８０４と、転写帯電器８０５と、感光体ドラム８０６、現像ローラ８０７及び帯電ローラ８０８等が一体化されているプロセスカートリッジ８０９と、ハロゲンヒータが内蔵された定着ローラ８１０と、加圧ローラで構成する定着器８１１と、原稿台８１２から原稿を取り出す給紙ローラ８１３と、原稿を副走査方向に搬送する搬送ローラ対８１４，８１５と、原稿の画像を光学的に読み取る読み取り部８１６とを含んで構成されている。原稿台８１２から給紙ローラ８１３によって送り出された原稿の画像は搬送ローラ対８１４，８１５により搬送されながら順次、読み取り部８１６によって電子データに変換する。普通紙ファクシミリ８００は上述のように読み取った読み取り部８１６からの画像信号を図示していない通信部によって送信し、また通信部を介して受信した画像信号に応じて光走査装置８０１における半導体レーザが変調され、帯電ローラ８０８によって一様に帯電された感光体ドラム８０６上に潜像を形成し、現像ローラ８０７から供給されるトナーによって顕像化される。一方、給紙ローラ８０３によって取り出された用紙はレジストローラ８０４によって光走査装置の画像書き出しのタイミングに合わせて搬送されトナー像が転写される。転写された画像は定着ローラ８１０及び定着器８１１により定着されて排紙される。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、画像データに応じて変調する発光源と、支持基体に設けられた一対のトーションバーで支持され、トーションバーを回転軸として揺動可能としてなる可動ミラーと、トーションバーを挟む可動ミラーの両端部に設けられ、印加する駆動電圧を切り換えることで、支持基板と可動ミラーとの間に引力又は反発力を周期的に発生させて可動ミラーを揺動させる可動ミラー揺動手段とを有する単位モジュールを、複数配列し、発光源から射出された光ビームを揺動する可動ミラーによって主走査方向に走査させて各々の被走査域をつなぎ合わせて画像記録を行う光走査装置である。そして、本発明の光走査装置において、複数の単位モジュールは、各単位モジュールの主走査方向を合わせて、各単位モジュールが有する可動ミラー揺動手段の走査域の一部である被走査域外が重なり合うように、回路基板上に配列されている。また、発光源を変調する画素周波数を可動ミラーの揺動量に応じて可変する画素周波数可変手段を有している。そして、本発明の光走査装置によれば、可動ミラーで偏向された光ビームの重なり合った走査域における光ビームを検出することで、該光ビームの走査開始端または走査終端の少なくとも一方を検出するビーム検出手段を複数備え、該各ビーム検出手段の間の走査時間を基準として画素周波数可変手段による画素周波数を可変する。よって、走査時間を計測し、その結果に応じて記録ドット位置のずれを補正するので、環境変化や経時変化があっても記録幅を安定的に保ち、隣接するモジュールとの画像端の継ぎ目を一致させ、良好な画像を得ることができる。
【００４４】
また、ビーム検出手段は、単位モジュールが配列された回路基板上に実装され、単位モジュールにおける画像記録領域外の両端に配備された反射手段により折り返された光ビームを検出することで、該光ビームの走査開始端または走査終端の少なくとも一方のビーム位置検出を行う。よって、隣接するモジュールとの画像端の継ぎ目を一致させ、良好な画像を得ることができる。
【００４５】
更に、ビーム検出手段は、複数の単位モジュール毎に設けられ、回路基板上において複数の単位モジュールの間に実装され、該ビーム検出手段の両側に配列された単位モジュールのビーム位置検出に共用で用いられる。よって、隣接するモジュールとの画像端の継ぎ目を一致させ、良好な画像を得ることができる。
【００４６】
また、画素周波数可変手段は発光源を変調する画素周波数を一走査内で複数段階に可変することにより、空気抵抗などによるミラー揺動速度の理想変位角速度からのずれに伴う記録ドット位置のずれを補正できるので、被走査面での等速性を確保できドット位置ずれのない良好な画像を得ることができる。
【００４７】
更に、発光源から射出される光量を可変するために発光源に供給する駆動電流を可変する駆動電流可変手段を有し、画素周波数に対応して駆動電流を可変することにより、画素周波数の変化に伴う１ドットの点灯時間のずれに対応して光量を可変したので、その積分で表される被走査面を露光するエネルギーを均一化でき、濃度むらのない良好な画像を得ることができる。
【００４８】
また、被走査域外において可動ミラーで偏向された光ビーム位置を検出するビーム検出手段を各単位モジュール毎に各走査開始端に設け、可動ミラー揺動手段に印加する駆動電圧のタイミングを基準としてビーム位置検出手段から出力される検出信号のうち、画像書き出しの基準信号として用いる検出信号を切替えることにより、駆動電圧のタイミングでビーム検出手段で検出されるビームの走査方向を判別できるので、双方向での走査によっても、誤検知されることなく各走査に対応して確実に検出信号を得ることができる。
【００５０】
また、被走査域が隣接する単位モジュールの間で副走査方向に一走査ピッチずつずらして単位モジュールを配列すると共に、ミラー揺動手段に印加する駆動電圧のタイミング位相を略一致することにより、分割位置において良好に画像を継ぎ合わせることができるうえ、一方の単位モジュールの終端を走査途中のビームと他方の単位モジュールの開始端を走査途中のビームが重複して同じビーム検出手段に入射するのを防止でき、各走査に対応して確実に検出信号を得ることができる。
【００５１】
更に、各単位モジュール毎に発光源からの光ビームを可動ミラーで往復偏向し被走査域を双方向に光走査すると共に、画像データを一走査おきに一時保存する一対のバッファ手段を有し、各バッファ手段から読み出される画像データ順を反転させて、ミラー揺動手段に印加する駆動電圧のタイミングを基準として読み出すバッファ手段を交互に切替えることにより、印加する駆動電圧タイミングでビームの走査方向を判別できるので、双方向での走査によっても記録画像データの正反転を誤ることなく各走査の同期検知信号(走査開始端でのビーム位置検出信号)に対応して確実に割り振ることができる。
【００５２】
また、別の発明としての画像形成装置は、単色の画像形成を行う画像形成部に対して、１ライン分の画像データをモジュール数に分割して画像記録を行うことに特徴がある。
【００５３】
更に、別の発明としての画像形成装置は、フルカラー画像を形成する各色毎の画像形成部の各々に配備し、各色に対応した画像データにより個別に画像記録を行うことに特徴がある。
【００５４】
また、別の発明としての画像形成装置は、フルカラー画像を形成する各色毎の画像形成部に対して共用配備し、各色に対応した画像データにより時系列に画像記録を行うことに特徴がある。
【００５５】
更に、別の発明としての画像形成装置は、フルカラー画像を形成する各色毎の画像形成部の１又は複数色に対して共用配備し、各色に対応した画像データにより時系列に画像記録を行うことに特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光走査装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施例の光走査装置の構成を示す断面図である。
【図３】複数の単位モジュールを主走査方向に配列した構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る光走査装置の構成を示す分解斜視図である。
【図５】第２の実施例の光走査装置の構成を示す断面図である。
【図６】単位モジュールの制御回路を示すブロック図である。
【図７】図３に示すビーム位置検出用のＰＤでの検出信号と書込みに関連するタイミングを示すタイムチャートである。
【図８】別のタイミングを示すタイムチャートである。
【図９】被走査面の送りを考慮した各単位モジュールの被走査面での走査ラインの様子を示す図である。
【図１０】本発明の光走査装置を搭載したデジタル複写機の構成を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の光走査装置を搭載したレーザプリンタの構成を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の光走査装置を搭載した普通紙ファクシミリの構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１００；可動ミラー、１０１；トーションバー、１０２；第１のＳｉ基板、
１０３；第２のＳｉ基板、１０４；電極、１０５，１１８；固定電極、
１０６；ミラー基板、１０７；光源基板、１０８；ＬＤチップ、
１０９；位置決め溝、１１０；カップリングレンズ、１１１；スペーサ基板、
１１２；ミラー斜面、１１３，４０６，４０７；ＰＤ、１１４；駆動回路、
１１５；リード端子、１１６；端子基板、１１７；窓基板、４０１；駆動回路、
４０２；振動周波数可変手段、４０３；基準発振器、
４０４；画素周波数可変手段、４０５；倍率計測手段、４０８；補正データ、
４０９；ＬＤ駆動電流可変手段、４１０；書込制御回路、４１１；ＬＤ、
４１２，４１３；バッファ、４１４，４１５；切換回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning apparatus and an image forming apparatus, and more particularly to an optical scanning apparatus used in a writing system of an image forming apparatus such as a digital copying machine and a laser printer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, polygon mirrors and galvanometer mirrors are known as deflectors used in optical scanning devices. Among these, the galvanometer mirror is a method in which a current is passed through a movable coil supported in a magnetic field to generate an electromagnetic force, and the movable coil is reciprocally rotated in a balanced relationship between the rotational torque and the return spring. There is an advantage that the configuration is simple and the size can be reduced.
[0003]
In recent years, with the development of micromachining, as disclosed in Japanese Patent No. 2,722,314, there has been proposed a galvanometer mirror in which a movable mirror and a torsion bar that pivotally supports the movable mirror are integrally formed on a Si substrate. ing. Further, as disclosed in Japanese Patent No. 3,011,144, there is a method of swinging the movable mirror using electrostatic attraction. According to these methods, it is possible to obtain a deflector capable of high-speed operation and high productivity.
[0004]
As described above, in the method of forming the movable mirror on the Si substrate, the beam is generated at a higher speed than the polygon mirror by resonating and vibrating the period of the attractive force or repulsive force applied to the movable mirror in accordance with the natural frequency of the movable mirror. There is an advantage that it is possible to scan.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the deflection angle θ is expressed by the following equation by the elastic constant G of the torsion bar that supports the movable mirror, the secondary moment I of the cross section, the spring constant K determined by the length L, and the applied torque T.
[0006]
θ = T / K where K = GI / L
[0007]
If the resonance frequency φ of the movable mirror is the moment of inertia J
[0008]
φ = √K / J
[0009]
Therefore, since the speed, that is, the resonance frequency and the deflection angle are in a contradictory relationship, it is generally difficult to increase the scanning angle to about the same as a polygon mirror (about 40 °) with a deflection angle of about 10 ° or less. For this reason, it is necessary to increase the optical path length (distance between the deflecting surface and the surface to be scanned) in order to ensure the recording width as a substitute for the polygon mirror. There was a drawback that the size would increase.
[0010]
The present invention is intended to solve these problems, and uses a movable mirror that oscillates by resonance vibration, making it possible to take advantage of its downsizing and high speed, as well as being capable of high-speed recording with low power, and is favorable. An object of the present invention is to provide an optical scanning apparatus and an image forming apparatus that can obtain image quality.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems,The present inventionA movable mirror that is supported by a light source that modulates according to image data and a pair of torsion bars provided on a support base, and that can swing around the torsion bar as a rotation axis, and at both ends of the movable mirror that sandwiches the torsion bar A unit module having a movable mirror swinging means that swings the movable mirror by periodically generating an attractive force or a repulsive force between the support substrate and the movable mirror by switching the drive voltage to be applied., DoubleA plurality of light beams emitted from the light emission source are scanned in the main scanning direction by a movable mirror that oscillates, and the scanned areas are connected to perform image recording.This is an optical scanning device. In the optical scanning device of the present invention, the plurality of unit modules are aligned with the main scanning direction of each unit module, and the outside of the scanned area, which is a part of the scanning area of the movable mirror swinging unit included in each unit module, overlaps. As such, they are arranged on the circuit board. In addition, pixel frequency varying means for varying the pixel frequency for modulating the light emission source in accordance with the swinging amount of the movable mirror is provided. According to the optical scanning device of the present invention, by detecting the light beam in the scanning region where the light beams deflected by the movable mirror overlap, at least one of the scanning start end or the scanning end of the light beam is detected. A plurality of beam detecting means are provided, and the pixel frequency by the pixel frequency changing means is varied based on the scanning time between the beam detecting means.Therefore,The scanning time is measured and the deviation of the recording dot position is corrected according to the measurement result. Therefore, the recording width is kept stable even when there is an environmental change or a change with time, and the seam of the image end with the adjacent module is matched. Can get a good picture,it can.
[0012]
  Also,The beam detecting means is mounted on the circuit board on which the unit modules are arranged, and detects the light beam returned by the reflecting means provided at both ends outside the image recording area in the unit module, thereby scanning the light beam. Beam position detection of at least one of the start end and the scanning end is performed. Therefore,The seam of the image end with the adjacent module can be matched, and a good image can be obtained.
[0013]
  Furthermore,The beam detecting means is provided for each of the plurality of unit modules, is mounted between the plurality of unit modules on the circuit board, and is used in common for detecting the beam position of the unit modules arranged on both sides of the beam detecting means. Therefore,The seam of the image end with the adjacent module can be matched, and a good image can be obtained.
[0014]
Also, the pixel frequency varying means can vary the recording dot position due to the deviation of the mirror swing speed from the ideal displacement angular speed due to air resistance or the like by varying the pixel frequency for modulating the light source in multiple stages within one scan. Since the correction can be made, it is possible to ensure the constant speed on the surface to be scanned and obtain a good image with no dot position deviation.
[0015]
In addition, there is a drive current varying means for varying the drive current supplied to the light source in order to vary the amount of light emitted from the light source, and the change in the pixel frequency by varying the drive current according to the pixel frequency Since the amount of light is varied in response to the shift in the lighting time of one dot accompanying the above, the energy for exposing the surface to be scanned represented by the integration can be made uniform, and a good image with no density unevenness can be obtained.
[0016]
Further, a beam detecting means for detecting the position of the light beam deflected by the movable mirror outside the scanning area is provided at each scanning start end for each unit module, and the beam is applied with reference to the timing of the drive voltage applied to the movable mirror swinging means. By switching the detection signal used as the image writing reference signal among the detection signals output from the position detection means, the scanning direction of the beam detected by the beam detection means can be determined at the timing of the drive voltage. Even with this scanning, it is possible to reliably obtain a detection signal corresponding to each scanning without being erroneously detected.
[0018]
Further, the unit modules are arranged by shifting the scanning area by one scanning pitch in the sub-scanning direction between adjacent unit modules, and the timing phase of the drive voltage applied to the mirror swinging means is substantially matched so as to be divided. The image can be satisfactorily spliced at the position, and the beam at the end of one unit module and the beam at the start of the other unit module overlap and enter the same beam detection means. Therefore, the detection signal can be reliably obtained corresponding to each scanning.
[0019]
Further, each unit module has a pair of buffer means for reciprocally deflecting the light beam from the light emitting source with a movable mirror to optically scan the scanned area in both directions, and temporarily store the image data every other scan, By reversing the order of the image data read from each buffer means and alternately switching the buffer means to be read based on the timing of the drive voltage applied to the mirror swing means, the beam scanning direction is determined at the applied drive voltage timing. Therefore, even in bidirectional scanning, the recording image data can be reliably allocated in accordance with the synchronization detection signal (beam position detection signal at the scanning start end) of each scanning without erroneously reversing the recording image data.
[0020]
An image forming apparatus according to another invention is characterized in that image recording is performed by dividing image data for one line into the number of modules for an image forming unit that performs monochromatic image formation.
[0021]
Furthermore, an image forming apparatus according to another invention is characterized in that the image forming apparatus is provided in each image forming unit for each color forming a full color image, and image recording is individually performed with image data corresponding to each color.
[0022]
Another image forming apparatus according to another invention is characterized in that it is commonly provided for an image forming unit for each color forming a full-color image, and image recording is performed in time series using image data corresponding to each color.
[0023]
Furthermore, an image forming apparatus as another invention is provided in common for one or a plurality of colors of an image forming unit for each color forming a full color image, and performs image recording in time series with image data corresponding to each color. There is a feature.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Optical scanning device of the present inventionThe plurality of unit modules are arranged on the circuit board so that the main module scanning direction of each unit module is aligned and the outside of the scanned area that is a part of the scanning area of the movable mirror oscillating means of each unit module overlaps. ing. In addition, pixel frequency varying means for varying the pixel frequency for modulating the light emission source in accordance with the swinging amount of the movable mirror is provided. According to the optical scanning device of the present invention, by detecting the light beam in the scanning region where the light beams deflected by the movable mirror overlap, at least one of the scanning start end or the scanning end of the light beam is detected. A plurality of beam detecting means are provided, and the pixel frequency by the pixel frequency changing means is varied based on the scanning time between the beam detecting means.
[0025]
【Example】
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical scanning device of this embodiment. The optical scanning device of the first embodiment shown in both figures is a system in which the movable mirror 100 is driven by electrostatic attraction. In both figures, the mirror substrate 106 is configured by bonding a first Si substrate 102 and a second Si substrate 103. The movable mirror 100 and the torsion bar 101 that pivotally supports the movable mirror 100 are formed through the first Si substrate 102 by etching. A mirror surface is formed by evaporating a metal film or the like in the central portion, and both end portions of the mirror are formed in a planar shape having irregularities in a comb shape with the torsion bar 101 interposed therebetween, and electrodes 104 are formed on the side surfaces thereof. The second Si substrate 103 is provided with recesses having a trapezoidal cross section formed with slopes with irregularities that alternately overlap with the comb shape at intervals of several tens of μm as the oscillation space of the mirror portion, and the support substrate of the movable mirror 100 Make. Fixed electrodes 105 and 118 are formed on the concave and convex slopes and on the side surfaces of the trapezoidal cross section so as to face the electrodes 104, and electrostatically is applied between the electrodes by alternately applying a voltage to the fixed electrodes 105 and 118. The movable mirror 100 can be swung by generating an attractive force.
[0026]
Further, a driving circuit 114 for switching the voltage applied to the fixed electrodes 105 and 118 according to the input driving frequency is deposited and formed on the surface of the first Si substrate 102. The light source substrate 107 is formed of sintered metal or the like, and an LD chip 108 is bonded to an LD mounting surface formed perpendicular to the bonding surface, and a cylindrical coupling lens 110 is bonded to a positioning groove 109. The coupling lens 110 has a two-group configuration and is a lens in which the front lens is an asymmetrical aspheric lens and the rear lens is a cylinder lens having a curvature in the sub-scanning direction. The width of the groove 109 is set so that the optical axis matches the light emitting point of the LD chip 108 when the cylindrical outer peripheral surface of the coupling lens 110 abuts. Further, the divergent light beam is adjusted to a substantially parallel light beam in the main scanning direction and a focused light beam in the sub-scanning direction by the adjustment in the optical axis direction, and each is fixedly bonded. The spacer substrate 111 has a frame shape penetrating the center of the Si substrate by etching, a mirror inclined surface 112 that folds the beam from the LD chip 108 downward on one side of the inner end surface, and a back light of the LD chip 108 on the opposite end surface. PD 113 is formed by depositing a GaAs layer or the like. The terminal substrate 116 is formed of ceramic or the like, and includes a plurality of lead terminals 115 for wiring with the LD chip 108, the PD 113, and the driving circuit 114 by wire bonding or the like, and is connected to an external circuit. The mirror substrate 106, the light source substrate 107, and the spacer substrate 111 are sequentially overlapped and bonded onto the terminal substrate 116, and sealed with a window substrate 117 such as a plate glass to constitute a unit module of the optical scanning device.
[0027]
According to the unit module of the optical scanning device configured as described above, the light beam emitted from the LD chip 108 is incident on the movable mirror 100 via the coupling lens 110 and the end mirror 112. The movable mirror 100 oscillates reciprocally with the torsion bar 101 as a rotation axis, and the beam incident on the movable mirror 100 is reflected and deflected upward, emitted from the unit module, and scanned. The diameter of the emitted beam is defined by setting the outer diameter of the mirror inclined surface 112 or the movable mirror 100 to a predetermined size and extracting only the reflected portion by irradiating a beam larger than the outer diameter.
[0028]
Next, a plurality of unit modules of the optical scanning device of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are arranged, for example, three unit modules 208, 209, and 210 as shown in FIG. Constitute. The beams scanned by the unit module 208 are imaged on the scanned surface 203 by the scanning lenses 201 and 202 and image recording is performed. In the example shown in FIG. 3, the recording width for one line is divided and recorded by three unit modules 208 to 210, and the unit modules 208 to 210 are arranged on the circuit board 204 according to the main scanning direction. Is done. In each unit module, an image is recorded bidirectionally by the reciprocating vibration of the movable mirror. For example, the unit module 208 is folded in the direction of the circuit board 204 by mirrors 205 and 213 provided at both ends outside the image recording area. The beam positions on the scanning start side and the scanning end side of the reciprocal scanning are detected by the PDs 206 and 207 mounted in FIG. Since the unit modules 209 and 210 are the same, description thereof will be omitted.
[0029]
In the example shown in FIG. 3, the maximum deflection angle of the movable mirror is ± 5 °, of which ± 3 ° (θ) is within the scanning area, and the PDs 206 and 207 are arranged within the scanning angle of 3 to 5 ° outside. To do. A part of the scanning area at 3 to 5 ° overlaps with the adjacent unit module 209, and the PD 207 is also used for detecting the beam position of the unit module 209. Note that the scanning lens 202 is integrally molded and resin-molded continuously in each module, but the same is true if each is provided individually.
[0030]
In the example shown in FIG. 3, the area of the opposing electrodes is enlarged as a comb shape in order to reduce the drive voltage, but this is not restrictive.
[0031]
FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the optical scanning device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view. The optical scanning device of the second embodiment shown in both figures is a system in which the movable mirror 302 is driven by electromagnetic force. In both figures, the mirror substrate 301 is formed by bonding a Si substrate 304 and a metal yoke substrate 306 as shown in FIG. Similar to the first embodiment, the movable mirror 302 and the torsion bar 303 that pivotally supports the movable mirror 302 are formed by penetrating the Si substrate 304 by etching. A mirror formed by metal deposition or the like is formed in the center, and a thin film coil 305 patterned in a spiral shape is formed on the periphery by wiring drawn through a torsion bar 303. The thin film coil 305 may be provided on the back side of the mirror surface. The yoke substrate 306 forms a support substrate in which a through hole is formed in the central portion to ensure a swinging space for the movable mirror. The pair of magnets 307 and 308 are arranged symmetrically with respect to the torsion bar 303 with the north and south poles facing each other, and are fixed to the side surface of the through hole of the yoke substrate 306. When a current is passed through the thin-film coil 305, Lorentz force is generated in a fixed rotational direction at both ends of the thin-film coil 305 across the torsion bar 303 by the interaction with the magnetic field by the magnets 307 and 308, and the current can be switched by switching the direction of this current. The mirror 302 can be swung. Similar to the first embodiment, a driving circuit 309 for switching the voltage applied to the thin film coil 305 according to the input driving frequency is deposited and formed on the surface of the Si substrate 304. The mirror substrate 301 is joined with the light source substrate 310 and the spacer substrate 311 configured in the same manner as in the first embodiment in order on the terminal substrate 312 and is sealed by the window substrate 313 to form a unit module. Since the configuration other than the unit module is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0032]
FIG. 6 is a block diagram showing a control circuit of the unit module. In the figure, a drive frequency fd common to each unit module composed of a rectangular wave of TTL level is applied to the drive circuit 401 of the movable mirror from the drive frequency varying means 402. The drive frequency varying means 402 divides the clock from the reference oscillator 403 and varies the frequency fd. Since there is a slight difference in the resonance frequency peak of the movable mirror in each unit module, the drive frequency variable means 402 sets the drive frequency fd so as to select a substantially central value of the variation width. At this time, by adjusting the drive voltage, the deflection angle can be made uniform even if the resonance frequency is deviated from the peak. The pixel frequency variable means 404 sets the pixel frequency fm in proportion to the set drive frequency fd so that the recording width (scanning magnification) does not change even if the scanning speed changes due to variations in the resonance frequency of the movable mirror. I have to. Further, as described above, in the first and second embodiments, the time difference of the detection signals at both ends detected by the PDs 406 and 407 that detect the beams at both ends outside the image area of the unit module is measured by the magnification measuring unit 405, By comparing with the initial value, the recording width is corrected for each unit module in anticipation of fluctuations with time, such as temperature expansion and refractive index fluctuation of the scanning lens, and deviation of scanning speed on the surface to be scanned due to LD wavelength change. You can also Furthermore, the pixel frequency may be changed within one scan. For example, the rotation speed of the oscillation is changed from an ideal value to a non-linear shape due to fluctuations in the air resistance facing the rotation of the movable mirror and the electrostatic attraction accompanying a change in the gap between the electrodes. Even if there is acceleration / deceleration, if the pixel frequency is switched in a plurality of stages by adding correction data 408 corresponding to the acceleration / deceleration and correction data approximating stepwise in the example shown in FIG. It is possible to correct the expansion and contraction and make the pitch uniform on the surface to be scanned. In the example shown in FIG. 6, the same drive frequency is given to all unit modules, and the pixel frequency is given to each unit module. However, even if the drive frequency is set individually, the pixel frequency is set in common. Also good.
[0033]
Also, the LD drive current varying means 409 controls the current applied to the LD 411 in inverse proportion to the frequency set by the pixel frequency varying means 404 so that the energy amount per dot becomes uniform. The buffers 412 and 413 distribute the image data every other scanning line and temporarily store the data, and from the buffer 412 at the recording start timing and a predetermined time after the beam position detection signal on the start side in each scanning direction. Is read from the first dot and from the last dot from the buffer 413, and the LD 411 is modulated to perform bi-directional image recording. In the example shown in FIG. 6, an image is recorded in both directions. However, an image can be recorded every other scanning line, and the recording direction may be unified only in any one direction.
[0034]
FIG. 7 is a time chart showing a detection signal and timing related to writing in the beam position detection PD shown in FIG. 7 corresponds to PD 206 and PD 207 in FIG. 3, respectively, and electrode 1 and electrode 2 in FIG. 7 correspond to electrode 105 and electrode 118 in FIG. 1, respectively. As shown in FIG. 7, since the beams pass in both directions in PD1 and PD2, two continuous outputs can be obtained at both the scanning start end and the scanning end. Therefore, in this example, control is performed so that only one of the beam detection signals is made effective in accordance with the on / off timing of the driving voltage applied to the movable mirror, so that the scanning direction is recognized and the detection signals are selected. I have to. That is, in the case of writing in the forward direction, the PD2 signal detected when the applied voltage to the electrode 1 is off is treated as scanning end side detection, and the PD1 signal detected when off is treated as scanning start side detection. do it. The same applies to writing in the backward direction. The effect is the same even if a separate control signal is generated based on these signals. At this time, the symmetrical buffer means for reading out the image data is switched so that only one of the buffer means is made effective in accordance with the on / off timing of the drive voltage, so that the detection signal and the image on the scanning start side in any scanning direction The data can have a one-to-one correspondence.
[0035]
In the example shown in FIG. 7, the time difference between the detection signals at both ends of the scan is measured, and the recording width is corrected in consideration of the change over time by comparison with this initial value. The time difference between the signals corresponds to T1 and T2 in the figure. The pixel frequency is varied corresponding to the fluctuations ΔT1 and ΔT2, but the times t1 and t2 from the beam detection to the start of writing are set to t1 ′ = t1−ΔT1 / 2 and t2 ′ = t2−ΔT2 / 2. The reciprocating recording position can be corrected with reference to the center of the image.
[0036]
On the other hand, in the second embodiment, the same applies if on / off of the applied voltage corresponds to the positive / negative of the voltage applied to the thin film coil.
[0037]
FIG. 8 is a time chart showing another timing. The example of FIG. 8 is another example of the PD for detecting the beam position, and the PD position or the deflection angle is set so that the beam is folded in the PD. In order to set the deflection angle, the drive voltage may be adjusted, and the beam arrival position at the maximum deflection angle of the movable mirror is matched with the PD installation position. According to this, even if the beam is scanned in both directions, the output is one, and if the rising edge is detected as the scanning end side detection and the falling edge is distinguished as the scanning start side detection, the scanning direction can be recognized. In the embodiment, since the phase of the driving frequency is set to 0 ° in the adjacent unit module, the scanning direction of each unit module at the same time is the same, and the beam position of the adjacent unit module is detected at the same timing. Never enter the PD.
[0038]
FIG. 9 is a diagram showing the state of the scanning line on the scanned surface of each unit module in consideration of the scanning surface feed. The surface to be scanned is fed by one scanning pitch P in the time from the start to the end of scanning, and an image is recorded. For this reason, as shown in FIG. 9A, when the phase of the vibration frequency between adjacent unit modules is set to 0 °, there is a shift in the recording time at the divided position, so that the sub-scanning dot position is shifted by one scanning pitch. It will be. When the scanning line density is fine, it can be ignored, but when the scanning line density is rough with respect to the feed amount, the division position is easily noticeable. In the example shown in FIG. 9A, images are stitched together by setting the scanning positions of adjacent unit modules so that the sub-scanning dot position at the recording start point is shifted by one scanning pitch P. Although there is a possibility that the beam of the adjacent unit module enters the PD for detecting the beam position at the same timing, as shown in FIG. 9B, the phase of the vibration frequency between the adjacent modules is about 180 °. By making the scanning directions opposite to each other, each scanning beam can pass through the divided positions at the same time, and similarly, it is possible to prevent the sub-scanning dot position shift caused by the feeding of the scanned surface. .
[0039]
Next, FIG. 10 shows a digital copying machine, FIG. 11 shows a laser printer, and FIG. 12 shows plain paper as an image forming apparatus using an electrophotographic process equipped with the optical scanning device according to the first and second embodiments described above. An example of a facsimile is shown. In FIG. 10, the digital copying machine main body 500 includes an optical scanning device 501, cassettes 502 and 502 ′ for storing paper, paper feed rollers 503 and 503 ′ for picking up paper one by one from the cassettes 502 and 502 ′, and conveyance A registration roller 504 for controlling timing, a transfer charger 505, a process cartridge 509 in which a photosensitive drum 506, a developing roller 507, a charging roller 508, and the like are integrated; a fixing roller 510 having a built-in halogen heater; The image forming apparatus includes a fixing device 511 including a pressure roller, a conveyance roller 512, and a paper discharge roller 513. The optical scanning device 501 in the digital copying machine having such a configuration modulates a semiconductor laser in accordance with an image signal, forms a latent image on the photosensitive drum 506 uniformly charged by the charging roller 508, and develops the developing roller. The toner is visualized by the toner supplied from 507. On the other hand, the paper taken out by the paper feed rollers 503 and 503 'is conveyed by the registration roller 504 in accordance with the timing of image writing of the optical scanning device, and the toner image is transferred. The transferred image is fixed by a fixing roller 510 and a fixing device 511, and is discharged by a transport roller 512 and a paper discharge roller 513. In FIG. 10, in the document reading apparatus main body 600, an image in the document reading unit 601 fixed on the document table is imaged on a photoelectric conversion element 603 such as a CCD via an imaging lens 602, and a mirror group 604. Are sequentially converted to electronic data. The digital copying machine shown in FIG. 10 is a monochrome copying machine, but is not limited to this. In the case of a full-color copying machine, a type in which the optical scanning device of the present invention is provided for each process cartridge for each color, a full-color image. Needless to say, the present invention can also be applied to a type provided for a single image forming unit for forming or an image forming apparatus including a plurality of image forming units.
[0040]
In FIG. 11, a laser printer 700 includes an optical scanning device 701, a cassette 702 for storing paper, a paper feed roller 703 for taking out paper one by one from the cassette 702, a registration roller 704 for controlling the conveyance timing, and transfer charging. 705, a process cartridge 709 in which a photosensitive drum 706, a developing roller 707, a charging roller 708, and the like are integrated, a fixing roller 710 including a halogen heater, a fixing device 711 including a pressure roller, A paper discharge roller 712 is included. In the optical scanning device 701 in the laser printer 700 having such a configuration, a semiconductor laser is modulated in accordance with an image signal from a host device, and a latent image is formed on a photosensitive drum 706 uniformly charged by a charging roller 708. The toner is visualized by the toner supplied from the developing roller 708. On the other hand, the paper taken out by the paper supply roller 703 is conveyed by the registration roller 704 in accordance with the timing of image writing of the optical scanning device, and the toner image is transferred. The transferred image is fixed by a fixing roller 710 and a fixing device 711 and discharged by a paper discharge roller 712.
[0041]
In FIG. 12, a plain paper facsimile 800 includes an optical scanning device 801, a cassette 802 for storing paper, a paper feed roller 803 for taking out the paper one by one from the cassette 802, a registration roller 804 for controlling the conveyance timing, and a transfer roller. A charging device 805, a process cartridge 809 in which a photosensitive drum 806, a developing roller 807, a charging roller 808, and the like are integrated, a fixing roller 810 having a built-in halogen heater, and a fixing device 811 that includes a pressure roller. The paper feeding roller 813 for taking out the original from the original table 812, a pair of conveying rollers 814 and 815 for conveying the original in the sub-scanning direction, and a reading unit 816 for optically reading the image of the original. A document image sent from the document table 812 by the paper feed roller 813 is sequentially converted into electronic data by the reading unit 816 while being conveyed by the conveyance roller pair 814 and 815. The plain paper facsimile 800 transmits the image signal from the reading unit 816 read as described above by a communication unit (not shown), and the semiconductor laser in the optical scanning device 801 responds to the image signal received through the communication unit. A latent image is formed on the photosensitive drum 806 that is modulated and uniformly charged by the charging roller 808, and is visualized by toner supplied from the developing roller 807. On the other hand, the paper taken out by the paper feed roller 803 is conveyed by the registration roller 804 in accordance with the image writing timing of the optical scanning device, and the toner image is transferred. The transferred image is fixed by a fixing roller 810 and a fixing device 811 and discharged.
[0042]
In addition, this invention is not limited to the said Example, It cannot be overemphasized that various deformation | transformation and substitution are possible if it is description in a claim.
[0043]
【The invention's effect】
  As explained above,The present inventionA movable mirror that is supported by a light source that modulates according to image data and a pair of torsion bars provided on a support base, and that can swing around the torsion bar as a rotation axis, and at both ends of the movable mirror that sandwiches the torsion bar A unit module having a movable mirror swinging means that swings the movable mirror by periodically generating an attractive force or a repulsive force between the support substrate and the movable mirror by switching the drive voltage to be applied., DoubleA plurality of light beams emitted from the light emission source are scanned in the main scanning direction by a movable mirror that oscillates, and the scanned areas are connected to perform image recording.This is an optical scanning device. In the optical scanning device of the present invention, the plurality of unit modules are aligned with the main scanning direction of each unit module, and the outside of the scanned area, which is a part of the scanning area of the movable mirror swinging unit included in each unit module, overlaps. As such, they are arranged on the circuit board. In addition, pixel frequency varying means for varying the pixel frequency for modulating the light emission source in accordance with the swinging amount of the movable mirror is provided. According to the optical scanning device of the present invention, by detecting the light beam in the scanning region where the light beams deflected by the movable mirror overlap, at least one of the scanning start end or the scanning end of the light beam is detected. A plurality of beam detecting means are provided, and the pixel frequency by the pixel frequency changing means is varied based on the scanning time between the beam detecting means.Therefore,The scanning time is measured and the deviation of the recording dot position is corrected according to the measurement result. Therefore, the recording width is kept stable even when there is an environmental change or a change with time, and the seam of the image end with the adjacent module is matched. Can get a good picture,it can.
[0044]
  Also,The beam detecting means is mounted on the circuit board on which the unit modules are arranged, and detects the light beam returned by the reflecting means provided at both ends outside the image recording area in the unit module, thereby scanning the light beam. Beam position detection of at least one of the start end and the scanning end is performed. Therefore,The seam of the image end with the adjacent module can be matched, and a good image can be obtained.
[0045]
  Furthermore,The beam detecting means is provided for each of the plurality of unit modules, is mounted between the plurality of unit modules on the circuit board, and is used in common for detecting the beam position of the unit modules arranged on both sides of the beam detecting means. Therefore,The seam of the image end with the adjacent module can be matched, and a good image can be obtained.
[0046]
Also, the pixel frequency varying means can vary the recording dot position due to the deviation of the mirror swing speed from the ideal displacement angular speed due to air resistance or the like by varying the pixel frequency for modulating the light source in multiple stages within one scan. Since the correction can be made, it is possible to ensure the constant speed on the surface to be scanned and obtain a good image with no dot position deviation.
[0047]
In addition, there is a drive current varying means for varying the drive current supplied to the light source in order to vary the amount of light emitted from the light source, and the change in the pixel frequency by varying the drive current according to the pixel frequency Since the amount of light is varied in response to the shift in the lighting time of one dot accompanying the above, the energy for exposing the surface to be scanned represented by the integration can be made uniform, and a good image with no density unevenness can be obtained.
[0048]
Further, a beam detecting means for detecting the position of the light beam deflected by the movable mirror outside the scanning area is provided at each scanning start end for each unit module, and the beam is applied with reference to the timing of the drive voltage applied to the movable mirror swinging means. By switching the detection signal used as the image writing reference signal among the detection signals output from the position detection means, the scanning direction of the beam detected by the beam detection means can be determined at the timing of the drive voltage. Even with this scanning, it is possible to reliably obtain a detection signal corresponding to each scanning without being erroneously detected.
[0050]
Further, the unit modules are arranged by shifting the scanning area by one scanning pitch in the sub-scanning direction between adjacent unit modules, and the timing phase of the drive voltage applied to the mirror swinging means is substantially matched so as to be divided. The image can be satisfactorily spliced at the position, and the beam at the end of one unit module and the beam at the start of the other unit module overlap and enter the same beam detection means. Therefore, the detection signal can be reliably obtained corresponding to each scanning.
[0051]
Further, each unit module has a pair of buffer means for reciprocally deflecting the light beam from the light emitting source with a movable mirror to optically scan the scanned area in both directions, and temporarily store the image data every other scan, By reversing the order of the image data read from each buffer means and alternately switching the buffer means to be read based on the timing of the drive voltage applied to the mirror swing means, the beam scanning direction is determined at the applied drive voltage timing. Therefore, even in bidirectional scanning, the recording image data can be reliably allocated in accordance with the synchronization detection signal (beam position detection signal at the scanning start end) of each scanning without erroneously reversing the recording image data.
[0052]
An image forming apparatus according to another invention is characterized in that image recording is performed by dividing image data for one line into the number of modules for an image forming unit that performs monochromatic image formation.
[0053]
Furthermore, an image forming apparatus according to another invention is characterized in that the image forming apparatus is provided in each image forming unit for each color forming a full color image, and image recording is individually performed with image data corresponding to each color.
[0054]
Another image forming apparatus according to another invention is characterized in that it is commonly provided for an image forming unit for each color forming a full-color image, and image recording is performed in time series using image data corresponding to each color.
[0055]
Furthermore, an image forming apparatus as another invention is provided in common for one or a plurality of colors of an image forming unit for each color forming a full color image, and performs image recording in time series with image data corresponding to each color. There is a feature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical scanning device according to a first embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration in which a plurality of unit modules are arranged in the main scanning direction.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a configuration of an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical scanning device according to a second embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a control circuit of a unit module.
7 is a time chart showing timings related to detection signals and writing in the beam position detection PD shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 8 is a time chart showing another timing.
FIG. 9 is a diagram showing a state of a scanning line on a scanned surface of each unit module in consideration of feeding of the scanned surface.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a digital copying machine equipped with the optical scanning device of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a laser printer equipped with the optical scanning device of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a plain paper facsimile equipped with the optical scanning device of the present invention.
[Explanation of symbols]
100; movable mirror 101; torsion bar 102; first Si substrate;
103; second Si substrate, 104; electrode, 105, 118; fixed electrode,
106; mirror substrate, 107; light source substrate, 108; LD chip,
109; positioning groove, 110; coupling lens, 111; spacer substrate,
112; mirror slope, 113, 406, 407; PD, 114; drive circuit,
115; lead terminal, 116; terminal board, 117; window board, 401; drive circuit,
402; vibration frequency variable means; 403; reference oscillator;
404; Pixel frequency variable means; 405; Magnification measuring means; 408; Correction data;
409; LD drive current variable means; 410; write control circuit; 411; LD;
412; 413; buffer; 414, 415; switching circuit.

Claims

A light-emitting source that modulates according to image data; a movable mirror that is supported by a pair of torsion bars provided on a support base and that can swing about the torsion bar; and a movable mirror that sandwiches the torsion bar. Movable mirror oscillating means that is provided at both ends and periodically generates an attractive force or a repulsive force between the support substrate and the movable mirror by switching a driving voltage to be applied, thereby oscillating the movable mirror; the unit module having, and multiple sequences, the optical scanning of performing main scanning direction is scanned by connecting each of the scanned area in the image recorded by the movable mirror to swing the light beams emitted from the light emitting source A device,
The plurality of unit modules are arranged on the circuit board so that the outside of the scanned area, which is a part of the scanning area of the movable mirror swinging unit included in each unit module, overlaps with the main scanning direction of each unit module. Arranged,
Pixel frequency varying means for varying a pixel frequency for modulating the light emitting source according to a swing amount of the movable mirror;
A plurality of beam detecting means for detecting at least one of a scanning start end or a scanning end of the light beam by detecting the light beam in the overlapping scanning region of the light beam deflected by the movable mirror; An optical scanning device characterized in that the pixel frequency is varied by the pixel frequency varying means based on a scanning time between detection means .

The beam detection means is mounted on a circuit board on which the unit modules are arranged, and detects the light beam returned by reflection means provided at both ends outside the image recording area in the unit module. 2. The optical scanning device according to claim 1 , wherein at least one beam position at a scanning start end or a scanning end of the beam is detected .

The beam detecting means is provided for each of the plurality of unit modules, is mounted between the plurality of unit modules on the circuit board, and is shared by the beam position detection of the unit modules arranged on both sides of the beam detecting means. 3. The optical scanning device according to claim 2, wherein the optical scanning device is used.

The optical scanning device according to any one of claims 1 to 3 wherein the pixel frequency varying means for varying in a plurality of stages pixel frequency modulating said light emitting sources in one scanning.

4. The drive current varying means for varying the drive current supplied to the light emission source in order to vary the amount of light emitted from the light emission source, wherein the drive current is varied according to the pixel frequency . The optical scanning device according to any one of the above.

Of the detection signal output timing of the drive voltage to be applied before Symbol movable mirror rocking means from said beam position detecting means as a reference, any one of claims 1 to 3 switches the detection signal used as a reference signal for image writing 2. An optical scanning device according to item 1 .

The unit modules are arranged while being shifted by one scanning pitch in the sub-scanning direction between the unit modules adjacent to each other to be scanned, and the timing phases of the drive voltages applied to the movable mirror swinging unit substantially coincide with each other. Item 4. The optical scanning device according to any one of Items 1 to 3 .

A pair of buffer means for reciprocally deflecting the light beam from the light emitting source for each unit module by the movable mirror to optically scan the scanned area in both directions and temporarily storing the image data every other scan; 4. The image processing apparatus according to claim 1 , further comprising: inverting the order of image data read from each buffer means and alternately switching the buffer means to be read based on a timing of a drive voltage applied to the movable mirror swinging means . 2. An optical scanning device according to item 1 .

An image forming unit that performs monochromatic image formation uses the optical scanning device according to any one of claims 1 to 8 to perform image recording by dividing image data for one line into modules. Image forming apparatus .

The image forming apparatus according to claim 9, wherein the image forming apparatus is provided in each image forming unit for each color that forms a full-color image, and performs image recording individually by image data corresponding to each color .

The image forming apparatus according to claim 9 , wherein the image forming apparatus is provided in common for an image forming unit for each color forming a full-color image, and performs image recording in time series using image data corresponding to each color.

The image forming apparatus according to claim 9 , wherein one or a plurality of colors of an image forming unit for each color forming a full-color image is provided in common, and image recording is performed in time series using image data corresponding to each color.