JP4921738B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関し、特に複数の画像形成ステーションを有する光走査装置及び画像形成装置に関する。

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った。

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偏向装置の研究がすすめられており、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（特許文献１、特許文献２）。この方式によれば、ミラー面サイズが小さく小型化できるうえ、共振を利用して往復振動させるので、高速動作が可能であるにもかかわらず、低騒音で消費電力が低いという利点がある。さらに、ポリゴンミラーの代わりに振動ミラーを配備した例が開示されている（特許文献３、特許文献４）。さらに、振動ミラーの角度を副走査方向に切り換えて複数の被走査面を走査した例が開示されている（特許文献５）。

しかしながら、複数の画像形成ステーションを有し、各色画像を重ね合わせてカラー画像を形成する"タンデム方式"に対応した光走査装置に適用するには、複数の振動ミラーを備え、それらを共通の走査周波数で駆動する必要があるが（特許文献６）、製作工程における寸法のばらつきによって、振動部の慣性モーメントやねじり梁のばね定数が変化し、共振周波数が揃わない。その対応策として、振動ミラーの変位を検出可能とした例が提案されている（特許文献７）。

また、質量負荷部をミラー両端に備える技術（特許文献８）、ねじり梁とミラー部を同時加工して共振周波数を合わせる技術（特許文献９）が開示されている。上記したように、振動ミラーをポリゴンミラーの代わりとして用いることで、低騒音化や低消費電力化が可能となり、オフィス環境に適合した画像形成装置が提供できるうえ、特に、"タンデム方式"に対応した光走査装置においては、従来、ポリゴンミラーの温度上昇によって光走査装置を収めるハウジングに温度分布が発生し、熱歪みによって結像光学系を構成する走査レンズや折返しミラーなどの姿勢が変化して、色ずれや色変わりの要因となっていたが、振動ミラーによって温度上昇が抑えられれば、高品位な画像形成が行える。
特許第２９２４２００号公報 特許第２７２２３１４号公報 特許第３４４５６９１号公報 特許第３５４３４７３号公報 特開２００４−２５５７２６号公報 特開２００３−９８４５９号公報 特許第２６５７７６９号公報 特開２００２−４０３５５号公報 特開２００２−２２８９６５号公報

しかしながら、振動ミラーの往復走査によって感光体ドラム上に画像を形成すると、感光体ドラムの回転に伴って、副走査方向に傾いた走査ラインを描くことになり、往走査と復走査の走査ラインが平行でなくなり、走査ラインピッチが主走査方向の一端で広く、もう一端で狭くなるため、濃度むらが発生するといった不具合があり、画像品質を劣化させる要因となるため、従来は、往走査または復走査のいずれか一方にのみ画像形成を行うことで対処してきた。そのため、発光源を変調する時間も振動ミラーの走査周波数の１／２周期以下に限られ、効率的ではなかった。一方で、"タンデム方式"においては複数ステーションで同時に画像形成を行う必要があり、各ステーション毎に発光源を配備しているため、構成部品が多く、光走査装置の大型化やコストアップを招く要因となっており、画像信号を伝送する電線束の処理など厄介な作業によって、組立効率も低下させていた。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、複数の画像形成ステーションを有し、各色画像を重ね合わせてカラー画像を形成する"タンデム方式"に対応した光走査装置において、複数の画像形成ステーションで発光源を共用し、発光源の数を削減することによって構成部品を簡素化し、生産性を向上するとともに、共振を利用した振動ミラーを用いることで、その特徴である低騒音や消費電力といったメリットを活かしつつ、高品位な画像形成が行えるカラー画像形成装置を得ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、画像情報に応じて変調する発光手段と、副走査方向に傾け角が切換え可能な可動板と、該可動板に第１のねじり梁を回転軸として軸支され、主走査方向に往復走査する可動ミラーとを有し、該可動ミラーが前記発光手段からのビームを往復走査する走査手段と、前記走査手段によって走査されたビームを被走査面に結像する結像光学系手段と、を有する光走査装置であって、前記可動ミラーを、第１のねじり梁を回転軸とした振動モードで共振せしめる第１の回動手段と、前記可動板に連続的に回転トルクを付与して、前記第１のねじり梁と直交する第２のねじり梁を回転軸として、走査する被走査面に応じて、傾け角を保持する第２の回動手段とを備え、前記走査手段によって、前記可動ミラーの往走査時には、前記可動板を第１の傾け角に保持して、第１の被走査面を走査し、前記可動ミラーの復走査時には、前記可動板を第２の傾け角に保持して、第２の被走査面を走査するようにして、第１の被走査面と第２の被走査面とに交互に画像を書き込む画像書き込み手段を有することを特徴とする光走査装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の装置において、前記可動ミラーに周期的に付与する回転トルクを調整して、前記可動ミラーの振れ角(振幅)を設定する回転トルク振幅設定手段と、を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載の装置において、前記第１の回動手段は、可動ミラーの裏側に形成された平面コイルと、前記第１のねじり梁に直行する方向成分を有する磁界を形成する永久磁石と、を備え、前記平面コイルに流れる電流を調整して、前記可動ミラーの振れ角(振幅)を設定することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置において、前記可動板によって偏向角を切り換えられ、可動ミラーによって走査された、少なくとも、いずれか一方のビームを主走査方向に沿った複数箇所で検出する第１のビーム検出手段と、前記第１のビーム検出手段により検出された信号に基づいて、前記可動ミラーの振れ角(振幅)を設定するビーム検出信号振幅設定手段と、を有することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置において、前記可動板によって偏向角を切り換えられ、可動ミラーによって走査された、いずれか一方のビームを検出する第２のビーム検出手段と、前記第２のビーム検出手段により検出された信号に基づいて、前記可動ミラーの走査周波数の１／２周期毎に同期検知信号を発生させる検知信号発生手段と、を有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項２から５のいずれか１項に記載の装置において、前記可動ミラーに周期的に回転トルクを付与して、前記第１のねじり梁を回転軸とした振動モードで共振せしめる第１の回動手段と、前記可動ミラーの走査周波数を、前記共振振動数の近傍で、共振振動数を外した帯域に設定する共振振動数設定手段を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項２から６のいずれか１項に記載の装置において、前記可動板に連続的に付与する回転トルクを調整して、前記各被走査面における走査位置を設定する走査位置設定手段と、を有することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項７に記載の装置において、前記第２の回動手段は、可動板の裏側に形成された平面コイルと、第２のねじり梁に直行する方向成分を有する磁界を形成する永久磁石と、を備え、前記平面コイルに流れる電流を調整して、可動板の傾け角を設定することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置において、複数の発光手段と、前記可動ミラーは、背中合わせに表裏に反射面を有し、前記複数の発光手段からの光ビームを対向する方向から各反射面に入射し、相反する方向に偏向する走査手段と、前記走査手段によって相反する方向に走査された光ビームを、前記走査手段に対し対称に配備され、前記各発光手段に対応する被走査面に結像する結像光学系手段と、前記走査手段は、前記可動ミラーの往走査時には、前記可動板を第１の傾け角に保持し、前記各発光手段からの光ビームにより第１、第３の被走査面を同時に走査し、前記可動ミラーの復走査時には、前記可動板を第２の傾け角に保持し、前記各発光手段からの光ビームにより第２、第４の被走査面を同時に走査するようにして、前記各被走査面に、同一の走査周波数で画像を書き込む画像書き込み手段と、を有することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記各色画像情報を切り換えて発光源を変調する変調手段と、複数の像担持体に静電像を記録する静電像記録手段と、前記静電像を各色トナーで顕像化する現像手段と、前記現像手段により顕像化されたトナー画像を重ね合わせて記録媒体に転写する転写手段と、を有することを特徴とする画像形成装置である。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の装置において、前記重ね合わされたトナー画像のずれを検出する位置ずれ検出手段と、前記位置ずれ検出手段による検出結果に基づいて、前記可動板の傾け角を設定する可動板傾斜角設定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数の被走査面を交互に走査しても、記録速度を落とすことなく、複数の画像形成ステーションに対して発光源を共用することができ、部品点数が削減できるうえ、発光源に画像信号を伝送する電線束の組込みなど厄介な作業が単純化できるので、コストが低減され、組立効率を向上することができる。また、発光源から偏向部までをコンパクトに収めることができるので、装置全体を小型化することができる。

以下に、本発明の実施形態に係る光走査装置及び画像形成装置を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種種の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る４ステーションを走査する光走査装置で、２ステーションずつ二分し、相反する方向に向けて配置した一対の振動ミラーに各々ビームを入射して、偏向、走査する方式を示す図である。４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は転写体の移動方向１０５に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写し重ね合わせることでカラー画像を形成する。各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、各々に対応した光源ユニットからのビームを個別に配備された可動ミラーにより走査する。振動ミラー１０６は光走査装置の中央部に配置され、可動ミラー１１７を有する一対の振動ミラー１０６を背中合わせに備え、反射面が主走査方向から３０°だけ傾けるよう配備される。なお、可動ミラー１１７は後述するように、反射面の副走査方向における傾け角が、２方向に切り換えられるように可動板１１８上に保持され、Ｓｉ基板で一体的に形成される。

光源ユニット１０７、１０９からの光ビーム２０１と２０３は、対向する方向から各可動ミラーに入射され、相反する方向に偏向されるように配備されており、イエロー、マゼンタに対応した感光体ドラムを光源ユニット１０７からの光ビーム２０１で、シアン、ブラックに対応した感光体ドラムを光源ユニット１０９からの光ビーム２０３で、各々可動ミラーの往走査の期間と、復走査の期間とに分けて、交互に画像を書き込んでいく。従って、光源ユニット１０７、１０９は、各色に対応した画像情報を１走査毎に交互に読み出して、発光源を変調する。

シリンダレンズ１１３、１１５は一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、振動ミラー１０６の反射面までの光路長が等しくなるように光軸の高さを揃えて配備してあり、各光ビームは偏向面で主走査方向に線状となるように収束され、後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、反射面と感光体面上とが副走査方向に共役関係とすることで面倒れ補正光学系をなす。

ｆθレンズ１２０、１２１は一体成形され、主走査方向には振動ミラーの正弦波振動に対応してｆ・arcsin特性、つまり、単位走査角あたりの走査距離dH/dθがsin-１θ/θ０に比例する特性、をもつようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、振動ミラーの回転に伴って感光体面上でビームが略等速に移動するようにしている。一方、副走査方向にはパワーをもたず、複数の光ビームの入射位置や入射角度の差によらず共用できるようにしている。

ｆθレンズを通過した光ビームは、各ビーム毎に配備されるトロイダルレンズ１２２、１２３、１２４、１２５とにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。

本実施形態では、各色ステーションの振動ミラーを、回転軸が主走査方向における画像中央と一致するように配置し、振動ミラーから感光体面に至る各々の光路長が一致し、等間隔で配列された各感光体ドラムに対する入射位置、入射角が等しくなるように、１ステーションあたり３枚ずつの折り返しミラーが配置される。

各色ステーション毎に光路を追って説明する。光源ユニット１０７からのビーム２０１は、シリンダレンズ１１３を介して可動ミラー１１７に入射され、可動ミラー１１７を保持する可動板１１８の傾け角が上向き(+α)に設定されている場合、ビーム２０１は可動ミラー１１７で斜め上方に偏向されてｆθレンズ１２０に入射され、折り返しミラー１２６で反射されてトロイダルレンズ１２２を通過し、折り返しミラー１２７、１２８で反射されて感光体ドラム１０３に導かれ、第２のステーションとしてマゼンタ画像を形成する。一方、可動ミラー１１７を保持する可動板１１８の傾け角が下向き(-α)に設定されている場合、ビーム２０１は可動ミラー１１７で斜め下方に偏向されてｆθレンズ１２０に入射され、折り返しミラー１２９で反射されてトロイダルレンズ１２３を通過し、折り返しミラー１３０、１３１で反射されて感光体ドラム１０４に導かれ、第１のステーションとしてイエロー画像を形成する。

振動ミラー１０６に対して対称に配備されたステーションについても同様で、光源ユニット１０９からのビーム２０３は、シリンダレンズ１１５を介して可動ミラー１１７に入射され、可動ミラー１１７を保持する可動板１１８の傾け角が下向き(-α)に設定されている場合、ビーム２０３は可動ミラー１１７で斜め下方に偏向されてｆθレンズ１２１に入射され、折り返しミラー１３２、１３３、１３４で反射されて感光体ドラム１０１に導かれ、第４のステーションとしてブラック画像を、一方、可動ミラー１１７を保持する可動板１１８の傾け角が上向き(+α)に設定されている場合、ビーム２０３は可動ミラー１１７で斜め上方に偏向されてｆθレンズ１２１に入射され、折り返しミラー１３５、１３６、１３７で反射されて感光体ドラム１０２に導かれ、第３のステーションとしてシアン画像を形成する。

上記したように、振動ミラー１０６は各光源ユニット１０７、１０９に対応して一対設けられ、背中合わせに接合されており、各可動板１１８の傾け角の設定は同期して行われるため、第２、第４ステーションが同時に、また、第１、第３ステーションが同時に書き込まれる。これらの各構成部品は図示しない単一のハウジングに一体的に保持される。図中、１３９、１４０、及び１３８、１４１は各々同期検知センサ、終端検知センサを実装する基板で、対向する各ステーションに対して１組ずつ設けられ、走査領域の前側および後側でビームを検出する。

同期検知センサ１３９は、第１ステーションにおける走査ビームを検出し、また、同期検知センサ１４０は、第４ステーションにおける走査ビームを検出して、これらの検出信号を基準として各々第１、第４のステーションにおける画像を書き出すタイミングをとる同期検知信号を生成し、この同期検知信号をもとに、可動ミラーの走査周波数の１／２周期分、つまり１／２ｆｄだけ遅延して、第２、第３のステーションにおける画像を書き出すタイミングをとる同期検知信号を生成することによって、第１、第３のステーションでは、可動ミラー１１７の往走査時に画像の書込みを行い、第２、第４のステーションでは、可動ミラー１１７の復走査時に画像の書込みを行う。図５はそのタイミング図を示す。

なお、本実施形態では、可動ミラーの１周期単位で、２つの画像形成ステーションを切り換えているが、２周期単位で、４つの画像形成ステーションを切り換えるようにすれば、可動ミラーの走査周波数は２倍となるが、１つの振動ミラーでフルカラーに対応した画像形成が行える。また、終端検知センサ１３８、１４１の検出信号によって、各対向するステーション毎に同期検知センサ１３９、１４０の検出信号との時間差、つまり、光ビームの走査時間tを検出し、可動ミラーの振れ角θ０の変動が検出できるようにしている。

同期検知センサと終端検知センサとで走査ビームが検出される振れ角θsncを同じとすると、
θsnc＝２θ０・sin(πfd・t)・・・式１
で表され、θsncは一定であるから、走査時間tを検出すれば、振れ角θ０が算出できる。

転写ベルト１０５の出口ローラー部には、各ステーションで形成され重ね合わされた各色画像の重ね合わせ精度を検出するための検出手段が配備される。検出手段は転写ベルト１０５上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることで、主走査レジスト、副走査レジストを基準となるステーションからのずれとして検出し、定期的に補正制御が行なわれる。

本実施形態では、照明用のLED素子１５４と反射光を受光するフォトセンサ１５５および一対の集光レンズ１５６とからなり、画像の左右両端と中央の３ヵ所に配備され、転写ベルトの移動に応じて基準色であるブラックとの検出時間差を読み取っていく。

上記実施形態によって、複数の被走査面を交互に走査しても、記録速度を落とすことなく、複数の画像形成ステーションに対して発光源を共用することができ、部品点数が削減できるうえ、発光源に画像信号を伝送する電線束の組込みなど厄介な作業が単純化できるので、コストが低減され、組立効率を向上することができる。また、発光源から偏向部までをコンパクトに収めることができるので、装置全体を小型化することができる。

図２は、本発明の実施形態に係る光走査装置に用いる振動ミラーモジュールの斜視図を示す。本実施形態では、可動ミラーの回転トルクを印可する手段として電磁駆動方式の例を説明する。図示するように、可動ミラー４４１はねじり梁４４２で軸支されており、後述するように、単一のＳｉ基板からエッチングにより外形を貫通して作製され、実装基板４４９に装着して振動ミラー基板４４０を構成する。支持部材４４７は、樹脂で成形され、回路基板４５３の所定位置に位置決めされており、振動ミラー基板４４０を可動ミラーの反射面が主走査平面に直交し、主走査方向から所定の角度、実施例では３０°だけ傾けた配置となるように位置決めする位置決め部４５１と、振動ミラー基板における実装基板４４８の一辺の縁に形成された配線端子４５５が、装着時に接触するように金属製端子群を整列したエッジコネクタ部を４５２と、を一体で構成している。図中４４４は、可動ミラー４４１の裏側の反射面に光ビームを入出射できるように設けられた貫通穴である。振動ミラー基板４４０は、一辺を上記したエッジコネクタ部４５２に挿入し、押え爪４５３の内側に嵌め付け、裏側の両側面を位置決め部４５１に沿わせて支えられるとともに、電気的な配線がなされる。このように、各々の振動ミラー基板４４０は単体で交換できるようにしている。なお、回路基板４４９には、振動ミラーを駆動する制御ＩＣや水晶発振子等が実装され、コネクタ４５４を介して外部から電源が供給される。

上記実施形態により、複数の可動ミラーを用いても主走査倍率(主走査方向の走査幅)を一定に揃えることができ、色ずれや色変りのない高品位なカラー画像形成が行える。

次に、図３を用いて振動ミラー基板４４０の詳細について説明する。図３は、振動ミラー基板４４０周辺を示す図である。図４は分解斜視図である。

振動ミラー４６０は、一連の半導体プロセスを用いたバッチ処理によって、Ｓｉウエハをエッチングにより加工し、複数個、本実施形態では６インチウエハを用いて約１５０個、の可動ミラーを同時に形成した後に分割して作製される。本実施形態では、１４０μｍのウエハ２枚と６０μmのウエハとを、加工後に方向を合わせて接合し、最後に分割する。

まず、１４０μm基板４６１の表面側からプラズマエッチングによるドライプロセスによって、ねじり梁４４２で支持され、表側に可動ミラー４４１、裏側に平面コイルが形成される振動板４４３、ねじり梁４４４で支持され、振動板４４３を囲うように形成された可動板４４７、およびフレーム４４６とを残したそれ以外の部分を貫通し、振動ミラーの構造体を形成する。各ねじり梁４４３、４４４は互いに直交するように配備され、ねじり梁４４３が主走査平面に対し直交するように振動ミラー４６０は配置される。次に、１４０μm基板４６１表側の可動ミラー４４１の領域には、アルミニウム薄膜を蒸着して反射面となし、振動板４４３と可動板４４７の裏側には、銅薄膜でコイルパターン４６３、４６５とねじり梁を介して配線がなされた端子４６４を形成する。６０μm基板４６２は、表面側からKOHなどの異方性エッチングによってダイヤフラムを形成し、フレーム４４７を残したそれ以外の部分を貫通し、スペーサを形成する。こうして形成された１４０μm基板４６１は、２枚組として各可動ミラー４４１が外向きとなるように、６０μm基板４６２を挟んで接合され、振動ミラー４６０が形成される。実装基板４４８上には、振動ミラー４６０を装着する枠状の台座４６６と、振動ミラーを囲うように形成されたヨーク４４９が配備され、上記ヨークには可動ミラー端に対向して各々Ｓ極とＮ極とを向かい合わせ、各ねじり梁４４３、４４４軸に対して４５°傾いた方向に磁界を発生する一対の永久磁石４５０が接合されている。実装基板４４８の中央部は、裏側の反射面に光ビームを入出射できるように、台座４６６と合わせて貫かれた開口４４５が設けられている。振動ミラー４６０は、台座４６６に装着され、各端子４６４間に電流を流すことにより、コイルパターン４６３、４６５の回転軸に平行な各辺にローレンツ力が生じ、ねじり梁をねじって可動ミラーを形成する振動板４４３、および可動板４４７を各々独立して回転する回転トルクを発生し、電流を切るとねじり梁の戻り力により水平に戻る。

従って、コイルパターン４６５に連続的に電流を流すことによって、可動板４４７をねじり梁の戻り力と釣り合う傾け角で静止できる。静止状態を保持できる可動板の傾け角は微小であるため、実施形態では、切り換えられた光路の角度差が２°つくように、この傾け角を±０.５°としている。また、コイルパターン４６３に流れる電流の方向を交互に切り換えることによって、可動ミラー４４１を形成する振動板４４３を往復振動させることができる。この電流の切り換える周期を、可動ミラーを構成する構造体の、ねじり梁を回転軸とした１次振動モードの固有振動数、いわゆる共振振動数f０に近づけると振幅が励起され大きな振れ角を得ることができる。従って、一般には、走査周波数fdをこの共振振動数f０に合わせて設定される。しかしながら、共振振動数f０は、上記式１において示されるように、可動ミラーの慣性モーメントＩやバネ定数Ｋによって決定されるため、仕上がりの寸法精度にばらつきがあると個体間で差が生じてしまい、各々の走査周波数fdを揃えることができない。この共振振動数f０のばらつきは、プロセスの能力にもよるが、±２００Hz程度あり、例えば、走査周波数fd＝２kHzとすると１／１０ラインに相当する走査ラインピッチのずれが生じることになり、１０ライン記録すると１ライン分の位置ずれになってしまう。そこで、本実施形態では、ねじり共振モードの帯域内で、共振振動数f０から外した周波数に走査周波数fdを設定し、コイルパターン４６３に流れる電流量を加減することで、振れ角を合わせている。

上記実施形態により、基板表面への成膜やエッチング加工のみで構成された一連の半導体プロセスで作製可能となり、バッチ処理によって複数個同時に作製できるので、生産性が向上する。

一方で、走査周波数fdが共振振動数f０から外れれば外れるほど、回転トルクが必要となるため、仕上がりの寸法精度のばらつきに伴う共振振動数f０のばらつきはより小さい方が好ましい。上記した式１において、前項は質量Ｍに関与する項であるから、質量Ｍを調整することによっても共振振動数f０が概略一致させることが可能である。そこで、本実施形態では、後処理として、可動ミラーの裏側に形成したパッチ４６５に炭酸ガスレーザなどにより切り込みを入れ、振動部の質量を徐々に減らしていくことで、共振振動数f０が走査周波数fd±５０Hzの帯域内に入るように調整している。

図１３は、本発明の実施形態に係る上記振動部の質量の可変量に対する共振周波数f０の変化を、また、図１４は、本発明の実施形態に係る質量の可変(トリミング)による共振周波数の調整の様子を示す図である。

振動ミラーは上記した支持基板に装着する前に、加振器により走査周波数fdに相当する振動を付与しておき、可動ミラーの裏側からパッチ４６６に炭酸ガスレーザを照射して、急峻に振れ角が拡大する共振状態となるまで切込みを入れていく。なお、振れ角の検出は可動ミラーの表側からビームをあて、その反射ビームの振れを検出している。また、パッチ４６６は、その重量がなるべく慣性モーメントに影響がなく、振れ角が微小なうちは加振したままでトリミング加工ができるように、回転軸の近傍に配置している。

上記実施形態により、ビーム検出信号に基いて、可動ミラーの振れ角を制御することにより、可動ミラーの振れ角の変化を検出し、フィードバック制御によって振れ角を一定に保つことができるので、温度変化に伴う共振周波数の変動などがあっても、主走査倍率(主走査方向の走査幅)を安定して維持することができるので、高品位なカラー画像形成が行える。

図６は、本発明の実施形態に係る振動ミラーを振幅させる駆動回路のブロック図である。上記したように、振動ミラー裏側に形成した平面コイルには、交互に電流の流れる方向が切り換わるように、交流電圧、またはパルス波状電圧が印加され、振れ角θが一定となるように平面コイルに流す電流のゲインを調節して往復振動させる。

上記実施形態により、各ステーションの同期検知信号を単一のビーム検出信号を基準として生成することで、書出し位置のずれが、さらに低減され、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像記録が行える。また、部品点数が削減できるので、コストが低減され、組立効率を向上することができる。

図７は、電流の流れる方向を切り換える周波数fと振れ角θとの関係を示す図である。共振周波数f０をピークとした周波数特性となり、走査周波数fdを共振周波数f０に一致させれば、最も振れ角が大きくとれるが、共振周波数付近においては急峻に振れ角が変化する。従って、初期的には可動ミラーの駆動制御部において固定電極に印加する駆動周波数を共振振動数に合うよう設定することができるが、温度変化に伴うバネ定数の変化などで共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまい、経時的な安定性に乏しいという欠点がある。従来、共振周波数f０の変化に追従するようにfd走査周波数を制御する例が提案されているが、上記したように、この走査周波数fdが変化してしまうと走査ラインのピッチずれとなるため、本実施形態では、走査周波数fdを共振周波数f０から外した単一周波数に固定し、ゲイン調整に応じて振れ角θが増減できるようにしている。具体的には、共振周波数f０＝２ｋHzに対し、走査周波数fdは２.５ｋHzとし、ゲイン調整により振れ角θが±２５°になるように合わせている。経時的には、振れ角θを、可動ミラーにより走査されたビームを、走査領域の始端と終端とに配備したセンサ、同期検知センサ６０４および終端検知センサ６０５、間の走査時間によって検出し、振れ角θが一定となるように制御している。

上記実施形態により、共振振動数を外した帯域に設定するため、共振周波数で駆動するのに比べ振れ角は小さくなってしまうが、共振周波数のずれに伴う振れ角の急峻な変化を避けることができ、付加する回転トルクを加減することで振れ角を制御することができるので、安定した振れ角が得られ、言い換えれば、主走査倍率(主走査方向の走査幅)を安定して維持することができ、高品位なカラー画像記録が行える。

一方、上記したように、転写ベルト１０５上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることで、各色間の副走査レジストずれが検出され、この検出結果をもとに可動板の傾け角αを調整し走査位置を補正している。いま、検出された副走査レジストずれをσ、転写ベルトの移動速度をｖとすると、
σ＝ｋ・ｖ／fd＋△σ ここで、ｋは整数
で表され、△σに相当する分を、可動板の傾け角αによって補正する。なお、前項にあたる分は、書き出すタイミングの制御によって補正できる。

上記実施形態により、可動ミラーの揺動とは独立して、可動ミラーを副走査方向に傾けることができ、また、各々走査位置を自在に制御できるので、各色間のレジストずれを１走査ライン以下まで確実に補正でき、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。

ところで、振動ミラーは共振振動されるため、sin波状に走査角θが変化する。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る。仮に、画素クロックを単一の周波数で変調すると、被走査面では振幅のピークに近づくにつれてドット間隔が間延びしてしまう。このリニアリティのずれは、上記したようにf・arcsinレンズを用いて補正されるが、十分な補正効果が得られる有効半画角ω、言い換えれば、画像領域を走査する有効振れ角θd(θd＝ω／２)は、全振れ角θの５０％以下に相当する分しかとれない。上記したように、有効半画角ωが狭くなればミラー面サイズが拡大してしまうため、走査周波数や振れ角を確保するには、なるべく大きな有効振れ角θdまで対応できるようにしてミラー面サイズをできるだけ小さく収めることが望ましい。本実施形態では、走査周波数fd：２.５ｋHzにて振れ角θ：±２５°が得られる現実的なミラー面サイズとして、ねじり梁に直行する方向の寸法を４.５mm、平行な方向を１mmに設定し、f・arcsinレンズによる補正に加えて電気的な補正により補助することによって、全振れ角θに対する有効振れ角θdの比(有効走査率η)が５０％を超えるようにして、有効振れ角θdの拡大を図っている。具体的には、各画素の位相を主走査位置に応じて、書込始端側では進めた状態から、書込終端側では遅らせた状態となるように変化させている。この結果、有効振れ角θdは±１５°としている。

上記実施形態により、平面コイルに流れる電流を調整して、可動板の傾け角を設定するため、上記可動ミラーを形成する一連の半導体プロセスで同時に作製可能となり、バッチ処理によって複数個同時に作製できるので、生産性が向上する。

図８は、発光源である半導体レーザを変調する駆動回路のブロック図である。各色ステーション毎にラスター展開された画像データはフレームメモリ４０８に各々一時保存され、画像処理部４０９に順に読み出されて、前後の関係を参照しながら中間調に対応したマトリクスパターンに応じて各ラインの画素データが形成され、各発光源に対応したラインバッファ４０７に転送される。書込制御部４０６は、ラインバッファ４０７から、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて独立に変調する。同期検知信号は、上記したように、第３、第４ステーションでは可動ミラーの往走査時、第１、第２ステーションでは可動ミラーの復走査時の各々走査開始側で出力され、往復走査に応じて交互に画像を書込んでいく。

次に、各発光点を変調するクロックの生成部４０１について説明する。カウンタ４０３では、高周波クロック生成部４０２で生成された高周波クロックVCLKをカウントし、比較部４０４ではこのカウント値と、デューティ比に基いてあらかじめ設定される設定値L、および画素クロックの遷移タイミングとして外部から与えられ、位相シフト量を指示する位相データHとを比較し、カウント値が上記設定値Lと一致した際に、画素クロックPCLKの立下りを指示する制御信号lを、位相データHと一致した際に画素クロックPCLKの立上がりを指示する制御信号hを出力する（画素クロック制御部４０５）。この際、カウンタ４０３は制御信号hと同時にリセットされ再び０からカウントを行なうことで、連続的なパルス列が形成できる。こうして、１クロック毎に位相データHを与え、順次、パルス周期が可変された画素クロックPCLKを生成することができる。本実施形態では、画素クロックPCLKは、高周波クロックVCLKの８分周とし、１／８クロックの分解能で位相が可変できるようにしている。

図９は、本発明の実施形態に係る任意の画素の位相がシフトする様子を示す図である。本実施形態では、１／８クロックだけ位相を遅らせた。デューティ５０％とすると設定値L＝３が与えられ、カウンタ４０３で４カウントされ画素クロックPCLKを立ち下げる。１／８クロック位相を遅らせるとすると位相データH＝６が与えられ、７カウントで立上げる。同時にカウンタがリセットされるので、４カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が１／８クロック分縮められたことになる。こうして生成された画素クロックPCLKは、光源駆動部４１０に与えられ、この画素クロックPCLKに対してラインバッファ４０７から読み出された画素データを重畳させた変調データにより、半導体レーザを駆動する。

図１０は、本発明の実施形態に係る単一の周波数で変調した際の主走査位置に応じた各画素の位置ずれを示す図である。本実施形態では、主走査領域を複数、周辺にいくほど領域幅を狭くした８つの領域に分割し、各分割位置で位置ずれがなくなるように、領域毎に位相をシフトする画素の間隔nを設定している。各領域の画素数をＮ、画素毎の位相シフト量を画素ピッチｐの１／８、つまり、１／８クロック単位とし、各領域の両端での位置ずれがΔＬであるとすると、
ｎ ＝Ｎ・ｐ／８ΔＬ
となり、ｎ画素毎に位相をシフトすることが可能である。

図１２は、本発明の実施形態に係る光源ユニット１０７、１０９、を片側に配備し、振動ミラー１０６を一対備えて各可動ミラー面同士が６０°の角度をなす配置を示す図である。この場合、可動ミラーの反射面は一方のみでよいため、上記１４０μｍ基板は単品で配備すればよい。可動ミラーの構成や、結像光学系の構成は同様である。

上記実施形態により、フルカラーに対応した４色の画像形成ステーションで各々形成した画像を重ね合わせるタンデム方式に適合した光走査装置が提供できる。また、上記可動板の傾け角を設定することにより、経時まで各ステーション間の走査位置のずれを安定して維持することができるので、各色間のレジストずれを１走査ライン以下まで確実に補正でき、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像記録が行える。

図１１は上記図１に示す光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。感光体ドラム９０１の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、光走査装置９００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ９０４、ドラムに残ったトナーを掻き取って備蓄するクリーニングケース９０５が配置される。感光体ドラムへは、振動ミラーの往復走査により１周期で２ライン毎の画像記録が行われる。

上記した画像形成ステーションは転写ベルト９０６の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。一方、記録紙は給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により供給され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、転写ベルトからトナー画像が転写されて、定着ローラ９１０で定着して排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１１に排出される。

上記実施形態により、共振振動を利用した可動ミラーの特長である低騒音、かつ低消費電力を活かしながら、複数のステーションで各々形成した画像を重ね合わせるタンデム方式に適合した画像形成装置が提供できる。

以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種種変更可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る４ステーションを走査する光走査装置で、各々のビームを入射して、偏向、走査する様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置に用いる振動ミラーモジュールの斜視図である。 本発明の実施形態に係る振動ミラー基板４４０周辺を示す図である。 本発明の実施形態に係る振動ミラー基板４４０周辺の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るは画像書き込みのタイミングを示す図である。 本発明の実施形態に係る振動ミラーを振幅させる駆動回路のブロック図である。 本発明の実施形態に係る周波数fと振れ角θとの関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る発光源である半導体レーザを変調する駆動回路のブロック図である。 本発明の実施形態に係る任意の画素の位相がシフトする様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る単一の周波数で変調した際の主走査位置に応じた各画素の位置ずれを示す図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の示す図である。 本発明の実施形態に係る各可動ミラー面同士が６０°の角度をなす配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る共振周波数f０の変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る共振周波数の調整の様子を示す図である。

符号の説明

１０１、１０２、１０３、１０４ 感光体ドラム
１０５ 転写体の移動方向
１０６ 振動ミラー
１０７、１０９ 光源ユニット
１１３、１１５ シリンダレンズ
１１７ 可動ミラー
１１８ 可動板
１２０、１２１ ｆθレンズ
１２２、１２３、１２４、１２５ トロイダルレンズ
１３９、１４０ 同期検知センサ
１３８、１４１ 終端検知センサ
１５４ LED素子
１５５ フォトセンサ
１５６ 集光レンズ
２０１ 光ビーム
４００ メモリ
４０１ 画素クロック生成部
４０２ 高周波クロック生成部
４０３ カウンタ
４０４ 比較部
４０５ 画素クロック制御部
４０６ 書込制御部
４０７ ラインバッファ
４０８ フレームメモリ
４４３ 振動板
４４４ ねじり梁
４４８ 実装基板
４４９ ヨーク
４６０ 振動ミラー
４６６ 台座

Claims (11)

1. 画像情報に応じて変調する発光手段と、
   副走査方向に傾け角が切換え可能な可動板と、該可動板に第１のねじり梁を回転軸として軸支され、主走査方向に往復走査する可動ミラーとを有し、該可動ミラーが前記発光手段からのビームを往復走査する走査手段と、
   前記走査手段によって走査されたビームを被走査面に結像する結像光学系手段と、を有する光走査装置であって、
   前記可動ミラーを、第１のねじり梁を回転軸とした振動モードで共振せしめる第１の回動手段と、
   前記可動板に連続的に回転トルクを付与して、前記第１のねじり梁と直交する第２のねじり梁を回転軸として、走査する被走査面に応じて、傾け角を保持する第２の回動手段とを備え、
   前記走査手段によって、前記可動ミラーの往走査時には、前記可動板を第１の傾け角に保持して、第１の被走査面を走査し、前記可動ミラーの復走査時には、前記可動板を第２の傾け角に保持して、第２の被走査面を走査するようにして、第１の被走査面と第２の被走査面とに交互に画像を書き込む画像書き込み手段を有することを特徴とする光走査装置。
2. 前記可動ミラーに周期的に付与する回転トルクを調整して、前記可動ミラーの振れ角(振幅)を設定する回転トルク振幅設定手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１の回動手段は、可動ミラーの裏側に形成された平面コイルと、前記第１のねじり梁に直行する方向成分を有する磁界を形成する永久磁石と、を備え、前記平面コイルに流れる電流を調整して、前記可動ミラーの振れ角(振幅)を設定することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記可動板によって偏向角を切り換えられ、可動ミラーによって走査された、少なくとも、いずれか一方のビームを主走査方向に沿った複数箇所で検出する第１のビーム検出手段と、
   前記第１のビーム検出手段により検出された信号に基づいて、前記可動ミラーの振れ角(振幅)を設定するビーム検出信号振幅設定手段と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記可動板によって偏向角を切り換えられ、可動ミラーによって走査された、いずれか一方のビームを検出する第２のビーム検出手段と、
   前記第２のビーム検出手段により検出された信号に基づいて、前記可動ミラーの走査周波数の１／２周期毎に同期検知信号を発生させる検知信号発生手段と、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記可動ミラーに周期的に回転トルクを付与して、前記第１のねじり梁を回転軸とした振動モードで共振せしめる第１の回動手段と、
   前記可動ミラーの走査周波数を、前記共振振動数の近傍で、共振振動数を外した帯域に設定する共振振動数設定手段を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 前記可動板に連続的に付与する回転トルクを調整して、前記各被走査面における走査位置を設定する走査位置設定手段と、を有することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記第２の回動手段は、可動板の裏側に形成された平面コイルと、第２のねじり梁に直行する方向成分を有する磁界を形成する永久磁石と、を備え、前記平面コイルに流れる電流を調整して、可動板の傾け角を設定することを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の光走査装置において、
   複数の発光手段と、
   前記可動ミラーは、背中合わせに表裏に反射面を有し、前記複数の発光手段からの光ビームを対向する方向から各反射面に入射し、相反する方向に偏向する走査手段と、
   前記走査手段によって相反する方向に走査された光ビームを、前記走査手段に対し対称に配備され、前記各発光手段に対応する被走査面に結像する結像光学系手段と、
   前記走査手段は、前記可動ミラーの往走査時には、前記可動板を第１の傾け角に保持し、前記各発光手段からの光ビームにより第１、第３の被走査面を同時に走査し、前記可動ミラーの復走査時には、前記可動板を第２の傾け角に保持し、前記各発光手段からの光ビームにより第２、第４の被走査面を同時に走査するようにして、前記各被走査面に、同一の走査周波数で画像を書き込む画像書き込み手段と、
   を有することを特徴とする光走査装置。
10. 請求項１から９のいずれかに１項に記載の光走査装置と、
    前記各色画像情報を切り換えて発光源を変調する変調手段と、
    複数の像担持体に静電像を記録する静電像記録手段と、
    前記静電像を各色トナーで顕像化する現像手段と、
    前記現像手段により顕像化されたトナー画像を重ね合わせて記録媒体に転写する転写手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
11. 前記重ね合わされたトナー画像のずれを検出する位置ずれ検出手段と、
    前記位置ずれ検出手段による検出結果に基づいて、前記可動板の傾け角を設定する可動板傾斜角設定手段と、を有することを特徴とする請求項１０記載の画像形成装置。

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