JP5470346B2 - 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、揺動軸の軸回りに揺動しつつ光源から発せられる光束を反射して偏向走査させる偏向体を備えた光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置に関する。

従来から、レーザープリンターや複写機等に用いられる光走査装置において、光源から発せられた光束を偏向走査させる偏向体として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いたものがある。ＭＥＭＳミラーは、当該ミラーの法線と垂直な揺動軸を備え、当該揺動軸の軸回りに正弦的に往復揺動するよう駆動されることで、感光体ドラム（被走査面）における所定の走査範囲にレーザー光を走査させる。

ＭＥＭＳミラーの駆動方式としては、ＭＥＭＳミラーを単純に正弦波振動させる正弦揺動方式と、基本正弦波にその整数倍の周波数の正弦波を重畳した振動をＭＥＭＳミラーに与える重畳駆動方式とがある。重畳駆動方式においては、例えば、ＭＥＭＳミラーのミラー部が第１トーションバー（揺動軸）の軸回りに基本正弦波で揺動され、前記第１トーションバーとミラー部との結合体が第２トーションバーの軸回りに前記基本正弦波の整数倍の周波数の正弦波で揺動される。重畳駆動方式によれば、ＭＥＭＳミラーに対して等角速度運動に近い振動を与えることができ、擬似的に等速走査を行わせることができる。

ＭＥＭＳミラーを偏向体に用いた画像形成装置において、走査位置のズレに起因する画像劣化を発生させないためには、ＭＥＭＳミラーを高精度に光走査装置のハウジングへ組み付ける必要がある。ＭＥＭＳミラーは、ポリゴンミラーのように連続回転するのではなく、前記揺動軸の軸回りに往復揺動するので、ＭＥＭＳミラーの振れ角の中心とレーザー光の結像光学系の光軸とを一致させる必要がある。特許文献１〜５には、前記振れ角の中心と光軸とを一致させる調整機構に関する技術が開示されている。前記調整機構によるＭＥＭＳミラー及び結像光学系の一致調整は、光走査装置の組立製造時に行われている。

特開平９−８０３４８号公報 特開平７−２８１１１５号公報 特開平２−６４５２１号公報 特開平９−１７９０５３号公報 特開２００７−１７８８１８号公報

しかしながら、上記のような調整は極めて高い精度が要求されることから時間と熟練を要し、光走査装置の製造コストを上昇させる要因となる。また、調整機構を光走査装置のハウジング内に装備する必要があるので、光走査装置が大型化するという問題もある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、光走査装置の製造コストの抑制、及び小型化を図ることを目的とする。

本発明の一の局面に係る光走査装置は、光束を発する光源と、前記光源の発光タイミングを制御する制御手段と、揺動軸を有し、該揺動軸の軸回りに所定の振れ角で往復揺動しつつ前記光源から発せられる光束を反射して略等速で偏向走査させる偏向体と、前記偏向体を駆動する駆動手段と、光軸を有し、前記偏向走査された前記光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、前記結像光学系の光軸に対する前記偏向体の振れ角の中心の回転ズレ量を記憶する記憶手段と、を備え、前記制御手段は、一の主走査ラインについて前記被走査面に前記光束の照射を開始させるタイミングである書き出しタイミングを前記回転ズレ量に応じて補正して、前記発光タイミングを制御する。

この構成によれば、前記結像光学系の光軸に対して前記偏向体の振れ角の中心を一致させるべく前記揺動軸を機械的に位置調整するのではなく、その回転ズレ量に応じて前記書き出しタイミングを補正することで、当該回転ズレの影響を消去する。従って、前記揺動軸の回転調整を行わせるための調整機構を省くことができる。

上記構成において、前記偏向体は、前記光束を反射するミラー部と、前記揺動軸上に配置され、前記ミラー部を支持する第１トーションバーと、前記揺動軸上に配置され、前記ミラー部及び前記第１トーションバーの結合体を支持する第２トーションバーと、を含み、前記駆動手段は、前記ミラー部又は前記結合体を所定の基本正弦波で揺動させ、前記結合体又は前記ミラー部を、前記基本正弦波の整数倍の周波数の正弦波で揺動させる構成とすることができる。

この構成によれば、前記偏向体が、所謂重畳駆動方式のＭＥＭＳミラーで構成される。従って、往復揺動する偏向体において、光束を略等速で偏向走査させる機構を簡単に構築することができる。

この場合、さらに、前記ミラー部の法線に沿う第１軸の軸回りに前記偏向体を回転させて、当該偏向体の前記第１軸の軸回りにおける回転位置を調整させる第１回転調整機構と、前記第１軸及び前記揺動軸に直交する第２軸の軸回りに前記偏向体を回転させて、当該偏向体の前記第２軸の軸回りにおける回転位置を調整させる第２回転調整機構と、を備えることが望ましい。

この構成によれば、前記揺動軸と直交する他の２軸（第１軸及び第２軸）を、第１及び第２回転調整機構によって調整することができる。従って、前記書き出しタイミングの補正だけで、前記回転ズレ量の影響を確実に消去することができる。

上記構成において、さらに、前記第１回転調整機構及び前記第２回転調整機構による前記回転位置の調整の際に、前記揺動軸の軸回りに前記ミラー部が揺動することを禁止する保持機構を備えることが望ましい。

この構成によれば、第１及び第２回転調整機構による回転位置調整の際に、保持機構によって前記ミラー部の揺動が禁止される。従って、前記揺動軸の回転位置調整を、前記書き出しタイミングの補正だけに依存させることができる。

上記構成において、さらに、前記主走査ラインの走査開始側に配置され、前記光源から発せられる光束を検出する第１光センサーと、前記主走査ラインの走査終了側に配置され、前記光源から発せられる光束を検出する第２光センサーと、を備え、前記駆動手段は、前記第１光センサー及び前記第２光センサーが順次前記光束を検出するタイミングの時間間隔に依存するパラメータに基づいて、前記偏向体を駆動するものであって、前記回転ズレ量に応じて前記時間間隔を補正し、該補正された時間間隔に従って導出される補正パラメータに基づいて、前記偏向体を駆動することが望ましい。

この構成によれば、第１光センサー及び前記第２光センサーが順次前記光束を検出するタイミングの時間間隔、つまりは前記偏向体の偏向角を、前記回転ズレ量を加味して補正することができる。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体の周面を前記被走査面として光束を照射する上記の光走査装置とを備える。

本発明によれば、偏向体の揺動軸の回転調整を行わせるための調整機構を省くことができる。従って、光走査装置、ひいては画像形成装置の製造コストの抑制、及び小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの概略構成を示す断面図である。 光走査装置の主走査断面の構成を示す平面図である。 （Ａ）はＭＥＭＳミラーの構成を概略的に示す図、（Ｂ）はＭＥＭＳミラーの振れ角と光軸との関係を示す模式図である。 ＭＥＭＳミラーの構成を示す図である。 ＭＥＭＳミラーの揺動軸の回転ズレと、走査光による被走査面に対する書き出し位置のズレとの関係を示すグラフである。 ＭＥＭＳミラーの揺動軸の回転ズレと、走査位置のズレとの関係を示すグラフである。 図５及び図６のグラフから導出される、狙い値からのズレ量を示すグラフである。 ＭＥＭＳミラーの揺動軸の回転ズレ量を求めるために、光走査装置に調整治具を組み付けた状態を示す平面図である。 ＭＥＭＳミラーのハウジングへの取り付け状態を示す平面図である。 図９の側面図である。 ＢＤ信号の時間間隔を示すグラフである。 ＢＤ信号の時間間隔を示すグラフである。 実施形態に係る画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係る光走査装置について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光走査装置１１を含む画像形成装置１の構成を概略的に示した断面図である。画像形成装置１は、光走査装置１１、現像器１２、帯電器１３、感光体ドラム１４（像担持体）、転写ローラー１５、定着器１６及び給紙カセット１７を備える。

感光体ドラム１４は、円筒状の部材であり、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。感光体ドラム１４は、図略のモーターからの駆動力を受けて、図１における時計回りの方向に回転される。帯電器１３は、感光体ドラム１４の表面を略一様に帯電する。

光走査装置１１は、レーザーダイオード等の光源、偏向体、走査レンズ及び光学素子等を備え、帯電器１３によって略一様に帯電された感光体ドラム１４の周面（被走査面）に対して、画像データに応じたレーザー光を照射して、画像データの静電潜像を形成する。この光走査装置１１については、後記で詳述する。

現像器１２は、静電潜像が形成された感光体ドラム１４の周面にトナーを供給してトナー像を形成する。現像器１２は、トナーを担持する現像ローラーやトナーを攪拌搬送するスクリューを含む。感光体ドラム１４に形成されたトナー像は、給紙カセット１７から繰り出され搬送路Ｐを搬送される記録紙に転写される。この現像器１２には、図略のトナーコンテナからトナーが補給される。

感光体ドラム１４の下方には転写ローラー１５が対向して配設され、両者によって転写ニップ部が形成されている。転写ローラー１５は、導電性を有するゴム材料等で構成されると共に転写バイアスが与えられ、感光体ドラム１４に形成されたトナー像を前記記録紙に転写させる。

定着器１６は、ヒーターを内蔵する定着ローラー１６０及び定着ローラー１６０と対向する位置に設けられた加圧ローラー１６１を備え、トナー像が形成された記録紙を加熱搬送することにより、記録紙に形成されたトナー像を定着させる。

次に、画像形成装置１の画像形成動作について簡単に説明する。先ず、帯電器１３により感光体ドラム１４の表面が略均一に帯電される。帯電された感光体ドラム１４の周面が、光走査装置１１により露光され、記録紙に形成する画像の静電潜像が感光体ドラム１４の表面に形成される。この静電潜像が、現像器１２から感光体ドラム１４の周面にトナーが供給されることにより、トナー像として顕在化される。一方、給紙カセット１７からは記録紙が搬送路Ｐに繰り出される。前記トナー像は、転写ローラー１５と感光体ドラム１４との間のニップ部を記録紙が通過することにより、当該記録紙に転写される。この転写動作が行われた後、記録紙は定着器１６に搬送され、記録紙にトナー像が固着される。

続いて、光走査装置１１の詳細構造について説明する。図２は、光走査装置１１の主走査断面の構成を示す平面図である。光走査装置１１は、半導体レーザー２１（光源）、コリメータレンズ２２、シリンドリカルレンズ２３、ＭＥＭＳミラー２４（偏向体）、第１走査レンズ２５、第２走査レンズ２６、第１ＢＤ（Beam Detect）レンズ２７、第２ＢＤレンズ２８、第１ＢＤセンサー３１及び第２ＢＤセンサー３２を備える。図２においてｘ軸がＭＥＭＳミラー２４の揺動軸２４Ｓが延びる方向、ｙ軸がミラー平面の延びる方向、ｚ軸がミラー平面の法線方向（光軸方向）である。

半導体レーザー２１は、所定の波長のレーザー光（入射光束Ｌ１）を発する光源である。コリメータレンズ２２は、半導体レーザー２１から発せられ拡散する入射光束Ｌ１を平行光に変換する。シリンドリカルレンズ２３は、前記平行光の入射光束Ｌ１を主走査方向に長い線状光に変換してＭＥＭＳミラー２４に結像させる。ＭＥＭＳミラー２４に対する入射光束Ｌ１の入射光学系を構成する半導体レーザー２１、コリメータレンズ２２及びシリンドリカルレンズ２３は、主走査平面において、ＭＥＭＳミラー２４から感光体ドラム１４の周面１４ａ（被走査面）に至る反射光束（偏向光束Ｌ２）と交差しないよう、ＭＥＭＳミラー２４の斜め方向に配置されている。なお、前記入射光学系を、光軸を含む副走査断面内に配置する所謂センター入射光学系としても良い。

ＭＥＭＳミラー２４は、図３（Ａ）に示すように、ミラー面２４Ｍと、副走査方向に平行な揺動軸２４Ｓとを有する。ＭＥＭＳミラー２４は、図３（Ｂ）に示すように、揺動軸２４Ｓの軸回りに所定の振れ角αの範囲内で往復揺動しつつ、前記入射光学系を経てミラー面２４Ｍに結像された入射光束Ｌ１を偏向走査する。すなわち、ＭＥＭＳミラー２４の反射光束は偏向光束Ｌ２となる。

第１走査レンズ２５及び第２走査レンズ２６は、像面上でほぼ等速に走査する略ｆθ特性を有するレンズであって、特殊トーリック面からなるレンズ面（回転非対称の屈折面）を備えたレンズである。これら走査レンズ２５、２６は、ＭＥＭＳミラー２４から感光体ドラム１４の周面１４ａに向かう光軸上で互いに対向して配置されている。第１、第２走査レンズ２５、２６は、ＭＥＭＳミラー２４によって反射された偏向光束Ｌ２を集光し、周面１４ａに結像させる。

第１ＢＤセンサー３１（第１光センサー）及び第２ＢＤセンサー３２（第２光センサー）は、偏向光束Ｌ２の有効走査領域の範囲外に設置され、一の主走査ラインについて周面１４ａに偏向光束Ｌ２の照射を開始させるタイミングである書き出しタイミングの同期を取るために、偏向光束Ｌ２を検出する。第１ＢＤセンサー３１は、主走査ラインの走査開始側に、第２ＢＤセンサー３２は、主走査ラインの走査終了側にそれぞれ配置されている。

第１ＢＤレンズ２７は、ＭＥＭＳミラー２４と第１ＢＤセンサー３１との間の光路に配置され、偏向光束Ｌ２を第１ＢＤセンサー３１に結像させるレンズである。また、第２ＢＤレンズ２８は、ＭＥＭＳミラー２４と第２ＢＤセンサー３２との間の光路に配置され、偏向光束Ｌ２を第２ＢＤセンサー３２に結像させるレンズである。

図４は、ＭＥＭＳミラー２４の構成を示す図である。ＭＥＭＳミラー２４は、重畳駆動方式のミラーであって、シリコン等の半導体基板に機械駆動部品が搭載されたＭＥＭＳ基板２４０と、光束を反射するミラー部２４１（上記のミラー面２４Ｍを含む部材）と、揺動軸２４Ｓの軸上にミラー部２４１を挟むように配置され該ミラー部２４１を支持する一対の第１トーションバー２４２と、ミラー部２４１を取り囲んで配置され一対の第１トーションバー２４２を保持するフレーム部材２４３と、揺動軸２４Ｓの軸上に配置されフレーム部材２４３（ミラー部２４１及び第１トーションバー２４２の結合体）を挟むように支持する一対の第２トーションバー２４４と、を含む。ＭＥＭＳ基板２４０には矩形の窓部２４０Ｗが備えられ、この窓部２４０Ｗの内周縁で第２トーションバー２４４が保持されている。図４で示す通り、ミラー部２４１は、第１トーションバー２４２及び第２トーションバー２４４の２重のトーションバーで支持されている。

ミラー部２４１及びフレーム部材２４３には、それぞれ外部から通電可能なコイルが搭載されている。また、ＭＥＭＳ基板２４０にはマグネットが搭載されている。前記コイルには交流電流が通電され、この電流と前記マグネットの磁界とで生成されるローレンツ力によって、ミラー部２４１及びフレーム部材２４３が第１トーションバー２４２及び第２トーションバー２４４の軸回りに往復揺動する。この揺動は、印加される交流電圧の周波数に依存する。

本実施形態では、ＭＥＭＳミラー２４は重畳駆動方式で駆動される。このため、例えば第１トーションバー２４２（ミラー部２４１）が基本正弦波の電圧で駆動される場合、第２トーションバー２４４（フレーム部材２４３）は、当該基本正弦波の整数倍の周波数の正弦波の電圧で駆動される。或いは、第２トーションバー２４４が基本正弦波の電圧で駆動され、第１トーションバー２４２が当該基本正弦波の整数倍の周波数の正弦波の電圧で駆動される。このように、基本正弦波とその整数倍（例えば３倍）の正弦波とが重畳された状態でミラー部２４１が揺動駆動されることで、ミラー部２４１は揺動軸２４Ｓの軸回りに等角速度運動に近い揺動を行うことができる。従って、入射光束Ｌ１を略等速で偏向走査することができる。

ＭＥＭＳミラー２４は、上記のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸が精密に位置合わせ調整された状態で、光走査装置１１のハウジング内に組み付けられる必要がある。例えば、ｘ軸の揺動軸２４Ｓのズレとしては、副走査方向に対する傾き、平行軸ズレの他、回転軸ズレ（以下、「ｘ軸回転」という）が問題視される。ｘ軸回転が存在すると、図３（Ｂ）に示すように、ＭＥＭＳミラー２４（ミラー部２４１）の振れ角αの中心αｃが、ＭＥＭＳミラー２４から周面１４ａへ至る結像光学系の光軸ＯＡに対してΔθｘだけズレることになる。このΔθｘが、ｘ軸回転による回転ズレ量となる。

ｘ軸回転の影響について、ＭＥＭＳミラー２４の偏向角特性と、走査レンズ２５、２６の特性を用いて説明する。重畳駆動方式のＭＥＭＳミラー２４の偏向角特性は次の（１）式で表される。ここでは、基本正弦波と、その３倍の正弦波とが重畳されて、ＭＥＭＳミラー２４が駆動されるものとする。

上記（１）式において、Ａ_０は、ＭＥＭＳミラー２４が静止している状態における反射光の光軸（＝振れ角αの中心αｃ）と、第１、第２走査レンズ２５、２６を含む結像光学系の光軸とがなすｘ軸回転角（Δθｘ）を、Ａ_１は、基本正弦波の最大偏向角を、Ａ_３は、基本正弦波の３倍波の最大偏向角を、θはＭＥＭＳミラー２４の偏向角を、ωはＭＥＭＳミラー２４の角速度を、ｔは時間をそれぞれ示している。また、重畳駆動方式の結像光学系において走査レンズ（第１、第２走査レンズ２５、２６）は次の（２）式で示す特性を有している。

上記（２）式において、ｙは像高を、ｆは走査レンズの焦点距離をそれぞれ示している。ｘ軸回転が発生していると、書き出しタイミングのズレ及び走査位置のズレが発生することになる。図５は、ｘ軸回転が存在している場合、つまり（１）式においてＡ_０≠０でない場合における、書き出しタイミングのずれに対応する書き出し位置（一の主走査ラインにおいて、偏向光束Ｌ２によって露光（書き出し）が開始される被走査面上の位置）のズレ量Ｒ１を示すグラフ、図６は、書き出し位置を基準にした走査位置ズレを示すグラフである。図６では、ａ〜ｇの７つのｘ軸回転角ごとに走査位置ズレを示しており、ｘ軸回転角はそれぞれ、ａ＝０°、ｂ＝０．０００５°、ｃ＝０．０１°、ｄ＝０．０５°、ｅ＝０．１°、ｆ＝０．１５°、ｇ＝０．２°である。また、（１）式及び（２）式におけるパラメータは、ｆ＝２００ｍｍ、ω＝４０００πＨｚ・ｒａｄ、Ａ_１＝４２．０２２°、Ａ_３＝−２．９７８°とした。なお、有効走査領域＝±１０５ｍｍ、ＢＤセンサーによる光束の検知位置を−１２０．９５ｍｍに設定した。

図５及び図６に表示している閾値Ｔｈ＝４２μｍは、書き出し位置のズレ及び走査位置ズレの許容範囲を示す閾値である。これは、画素密度が６００ｄｐｉである場合、１ドットの大きさは４２μｍであり、これを超過するようなズレは視覚的に目立つものとなるからである。

図５に示すように、ｘ軸回転が存在している場合に書き出し位置のズレが発生し、ｘ軸回転角が大きい程、そのズレも単調に増加する。図６に示す走査位置ズレは、書き出し位置に対してどれだけのズレが主走査方向に発生しているのかを表している。当然、書き出し位置である−１０５ｍｍの走査位置においては、走査位置ズレ＝０μｍとなる。

図５及び図６を比較して明らかな通り、ｘ軸回転の発生により発生する走査位置ズレは、書き出し位置のズレよりも小さい。例えば、ｘ軸回転角＝０．１５°（図６の曲線ｆ）において比較すると、図５の書き出し位置のズレ量Ｒ１は閾値Ｔｈを大きく超過しているのに対し、図６の走査位置ズレの曲線ｆは、その最大値が閾値Ｔｈ内（１ドット内）に収まっている。また、ＭＥＭＳ基板２４０の主走査方向の大きさが３０ｍｍである場合、ｘ軸回転角＝０．１５°を寸法バラツキ量に換算すると、７８μｍとなる。この程度の大きさの寸法バラツキは許容範囲である。以上のことから、０．１５°程度のｘ軸回転が生じても、走査位置ズレは許容できる範囲内に止まるということができ、結論として、ｘ軸回転は書き出し位置のズレ（書き出しタイミングのズレ）に感度があると言うことができる。

図７は、図６に示した走査位置ズレをｘ軸回転角が横軸の変数となるよう置換し、書き出し位置のズレ及び走査位置ズレの双方を同一グラフ上に表した図である。図７において、Ｒ１は書き出し位置のズレ量、Ｒ２は走査位置のズレ量を示す。この書き出し位置のズレ量Ｒ１と走査位置のズレ量Ｒ２との合計が、偏向光束Ｌ２が本来的に照射されるべき被走査面上の基準位置（その座標が「狙い値」となる）に対し、当該偏向光束Ｌ２が現に照射している被走査面上の位置のズレ量Ｒ３となる。

上記のズレ量Ｒ３を求めることによって、ＭＥＭＳミラー２４のｘ軸回転量を求めることができる。つまり、ビーム径及び光量を調整した上で偏向光束Ｌ２を実際に被走査面の所定位置（例えば走査領域の中央位置）に照射させ、前記被走査面上の狙い値に対して偏向光束Ｌ２のビームスポットの重心位置がどの程度ズレているかを計測することで、ｘ軸回転量を計測することができる。そして、図５に示した通り、ｘ軸回転量に対して書き出し位置のズレは線形に増加する関係にあるので、ＭＥＭＳミラー２４のｘ軸回転調整を実際に行わなくとも、書き出しタイミングをｘ軸回転量に応じて補正することで、ｘ軸回転分の影響を消去することができる。

表１に、ｘ軸回転量に対する書き出しタイミングの補正量の一例を示す。

光走査装置１１の製造時において、上記ズレ量Ｒ３に基づきｘ軸回転量を計測し、表１のテーブルに基づいて書き出しタイミングの補正値をメモリー等に記憶させておくことで、ｘ軸回転調整のための作業を省くことができる。

続いて、本実施形態に係る光走査装置１１の組立作業の一例を工程別に説明する。
［工程１］
光走査装置１１のハウジングにおける感光体ドラム１４と対向する位置に、走査光の調整のための調整治具４０を取り付ける。図８は、ＭＥＭＳミラー２４の揺動軸２４Ｓのｘ軸回転量を求めるために、光走査装置１１に調整治具４０が組み付けられた状態を示す平面図である。調整治具４０は、偏向光束Ｌ２が結像される結像面（被走査面を模擬する面）４０Ｓを備え、該結像面４０Ｓに配置された第１治具ＢＤセンサー３３及び第２治具ＢＤセンサー３４と、二次元エリアセンサーである第１ＣＣＤセンサー４１、第２ＣＣＤセンサー４２及び第３ＣＣＤセンサー４３とを備える。

第１治具ＢＤセンサー３３は書き出し開始側に、第２治具ＢＤセンサー３４は書き出し終了側における有効走査領域の範囲外に配置され、各ＢＤセンサー３３、３４は偏向光束Ｌ２を検出する。これら第１、第２治具ＢＤセンサー３３、３４の調整治具４０内における位置は既知であり、従って、結像面４０Ｓ上における各々の像高も既知である。このため、光軸（像高＝０ｍｍ）と、第１治具ＢＤセンサー３３に入射する偏向光束Ｌ２とがなす角θＢＤ１、及び、光軸と第２治具ＢＤセンサー３４に入射する偏向光束Ｌ２とがなす角θＢＤ２は、計算により算出することができる。

第１ＣＣＤセンサー４１は像高中心（像高＝０ｍｍ）に、第２ＣＣＤセンサー４２は書き出し開始側の像高端部に、第３ＣＣＤセンサー４３は書き出し終了側の像高端部に、それぞれの受光面が配置され、各ＣＣＤセンサー４１、４２、４３は偏向光束Ｌ２のビームスポットを二次元的に検出する。これらＣＣＤセンサー４１、４２、４３は、偏向光束Ｌ２のビーム径の計測と、光量の検出のために設置されている。前記ビーム径は、前記受光面において光が検出されている領域を包絡することで求めることができる。光量は、前記ビーム径が最小となるように光学系を調整した状態において、当該ビームスポットの前記受光面上における面積に基づいて求めることができる。これは、受光面に結像された状態のビームスポットの光量分布はガウス分布となり、光量の大きさに比例してビームスポットの大きさも変化するからである。

［工程２］
光走査装置１１のハウジング（図略）に、光源である半導体レーザー２１及びコリメータレンズ２２を設置する。なお、この段階では、シリンドリカルレンズ２３、ＭＥＭＳミラー２４、第１及び第２走査レンズ２５、２６は、ハウジングに取り付けない。

［工程３］
半導体レーザー２１のドライバー（図１３のＬＤ駆動部２１Ｄ）を動作させ、半導体レーザー２１を点灯させる。

［工程４］
ＭＥＭＳミラー２４に対する入射光学系の光軸調整を行う。すなわち、半導体レーザー２１と、コリメータレンズ２２との光軸調整を行い、入射光束Ｌ１の光軸を規定位置に合わせる。これにより、スポット径が５ｍｍ程度の平行光（入射光束Ｌ１）がコリメータレンズ２２から光軸に沿って出射されるようになる。

［工程５］
ＭＥＭＳミラー２４を、光走査装置１１のハウジングの所定位置に取り付ける。取り付け後、図８に示すｙ軸及びｚ軸回りの回転調整が行われる。上述の通り、ＭＥＭＳミラー２４の揺動軸２４Ｓの延伸方向であるｘ軸の回転調整は、本実施形態では行われない。なお、ｙ軸はＭＥＭＳミラー２４（ミラー部２４１）のミラー平面の延びる方向、ｚ軸が前記ミラー平面の法線方向である。

本実施形態の光走査装置１１は、上記ｙ軸及びｚ軸回りの回転調整のため、図９及び図１０に示すＭＥＭＳミラー２４の支持機構を備えている。支持機構は、光走査装置１１のハウジングの一部である一対の保持板５１と、この保持板５１から各々突設された押圧突起５２（保持機構）とを含む。一対の保持板５１は、ＭＥＭＳ基板２４０のｙ軸方向両側部を覆う位置に配置されている。押圧突起５２は、ｙ軸の延伸線上においてＭＥＭＳ基板２４０と当接し、当該ＭＥＭＳ基板２４０を押圧している。ＭＥＭＳ基板２４０は、前記押圧によって、保持板５１と対向するハウジングの壁面に押し付けられ、これによりハウジングに対して固定されている。

上記のように支持機構で保持された状態で、ＭＥＭＳ基板２４０はｙ軸及び／又はｚ軸回りに必要に応じて回転され、その回転調整が行われる。押圧突起５２は、ｙ軸の延伸線上においてＭＥＭＳ基板２４０を押圧しているので、図１０に示す通り、ＭＥＭＳ基板２４０はｙ軸の軸回りに回転可能である。一方、一対の押圧突起５２による拘束によって、ＭＥＭＳ基板２４０はｘ軸の軸回りには回転できない状態とされ、ｘ軸回転調整は物理的に行うことができない。ｚ軸の軸回りの回転調整は、図９に示す通り、ＭＥＭＳ基板２４０を該基板の配置平面内で回転させる調整であるので、押圧突起５２によって押圧された状態であっても実行することができる。

［工程６］
像高中心に配置された第１ＣＣＤセンサー４１を用いて、ＭＥＭＳミラー２４のｙ軸回りの回転調整（ピッチ方向調整）を行う。ＭＥＭＳミラー２４が駆動されていない状態では、半導体レーザー２１から発せられＭＥＭＳミラー２４で反射された偏向光束Ｌ２は、第１ＣＣＤセンサー４１の受光面に到達する。この段階では走査レンズ２５、２６が組み付けられていないので、コリメータレンズ２２から射出された平行光が第１ＣＣＤセンサー４１で受光されることになる。この平行光の前記受光面上における照射位置の座標と、予め定められたｘ軸方向の狙い値との差が、ｙ軸回転量となる。

ＭＥＭＳミラー２４が基準位置に対してピッチ方向に振れが無い状態で組み付けられた場合、前記線状光の照射位置の座標と前記ｘ軸方向の狙い値とは一致するが、ピッチ方向に振れが生じている場合、両者は一致しないことになる。この場合、前記線状光の照射位置が前記狙い値に一致するように、つまり、前記線状光が前記狙い値相当する座標に位置する第１ＣＣＤセンサー４１の画素から検出されるように、所定の回転機構（第２回転調整機構）によって、ＭＥＭＳミラー２４（ＭＥＭＳ基板２４０）をｙ軸の軸回りに回転させる。

［工程７］
ＭＥＭＳミラー２４を揺動軸２４Ｓの軸回りに揺動駆動すると共に、像高端部に各々配置された第２及び第３ＣＣＤセンサー４２、４３を用いて、ＭＥＭＳミラー２４のｚ軸回りの回転調整（ヨー方向調整）を行う。ＭＥＭＳミラー２４が駆動されることで、偏向光束Ｌ２を、第２及び第３ＣＣＤセンサー４２、４３の各受光面に到達させることが可能となる。従って、第２及び第３ＣＣＤセンサー４２、４３の出力に基づいて、偏向光束Ｌ２の像高両端部における前記線状光の照射位置を求めることができる。

ＭＥＭＳミラー２４が基準位置に対してヨー方向に振れた状態で組み付けられた場合、例えば第２ＣＣＤセンサー４２では偏向光束Ｌ２の前記線状光の照射位置がｘ軸方向の狙い値に対して＋方向の差をもって検出され、第３ＣＣＤセンサー４３では逆に狙い値に対して−方向の差をもって検出される。このような場合、前記線状光の照射位置が前記狙い値に一致するように、所定の回転機構（第１回転調整機構）によって、ＭＥＭＳミラー２４をｚ軸の軸回りに回転させる。

［工程８］
シリンドリカルレンズ２３、第１走査レンズ２５及び第２走査レンズ２６を、光走査装置１１のハウジングの所定位置に取り付ける。これにより、ＭＥＭＳミラー２４から周面１４ａへ至る結像光学系が構築される。

［工程９］
第１ＣＣＤセンサー４１を用いて、偏向光束Ｌ２のビーム径の調整と光量調整とを行う。第１、第２走査レンズ２５、２６の組み付けにより、半導体レーザー２１から発せられＭＥＭＳミラー２４で反射された偏向光束Ｌ２を、第１ＣＣＤセンサー４１の受光面に結像させることが可能となる。第１ＣＣＤセンサー４１は偏向光束Ｌ２のビームスポットの画像を検出することになる。

ビーム径の調整は、前記ビームスポットのビーム径が最小となるようにする調整である。この調整のため、第１ＣＣＤセンサー４１から得られるビームスポットの画像をモニターしつつ、入射光学系のコリメータレンズ２２及びシリンドリカルレンズ２３の位置調整が行われる。そして、ビーム径が最小となる位置において、コリメータレンズ２２及びシリンドリカルレンズ２３がハウジングに固定される。

光量調整は、前記ビームスポットが予め定められた面積となるようにする調整である。この調整のため、第１ＣＣＤセンサー４１から得られるビームスポットの画像をモニターしつつ、半導体レーザー２１の出力調整が行われる。ビームスポットの光量分布はガウス分布となるため、上記のビーム径の最小化調整が行われた状態下では、ビームスポットの面積は光量に比例して増加する。偏向光束Ｌ２が所定面積のビームスポットを第１ＣＣＤセンサー４１の受光面に作るように、半導体レーザー２１が発する光量が調整される。

［工程１０］
第１ＣＣＤセンサー４１を用いて、ＭＥＭＳミラー２４のｘ軸回りの回転量（ローリング方向回転ズレ量）の測定を行う。ＭＥＭＳミラー２４が非駆動状態とされると、偏向光束Ｌ２は、第１ＣＣＤセンサー４１の受光面に結像する。上記工程６及び７でｙ軸及びｚ軸の回転調整がすでに行われ、上記工程９において偏向光束Ｌ２のビーム径の調整と光量調整も行われているので、残る誤差要因はｘ軸回転のみである。第１ＣＣＤセンサー４１の受光面に結像した偏向光束Ｌ２のビームスポットの重心をビーム照射位置とし、該ビーム照射位置の座標と、予め定められた狙い値との差を計測する。上述の通り、ビームスポットの光量分布はガウス分布となるため、前記重心の位置は、第１ＣＣＤセンサー４１において最も高い光量を検知している画素の座標位置となる。

ｘ軸回転が存在していない場合、前記ビーム照射位置に相当する光量を検知した画素の座標は、前記狙い値の座標と一致する。この場合、ローリング誤差なくＭＥＭＳミラー２４がハウジングに組み付けられていることになる。一方、ｘ軸回転が存在していると、前記ビーム照射位置と前記狙い値とにズレが生じる。この狙い値からのズレは、図７に示したように、像高中心における走査位置ズレと書き出し位置ズレとの合計であって、そのズレ量Ｒ３が大きい程、ｘ軸回転量は大きい。当該ズレ量Ｒ３が求められたなら、図７のグラフに基づいてＭＥＭＳミラー２４のｘ軸回転量を求めることができる。そして、表１のテーブルに基づいて、ズレ量Ｒ３に応じた書き出しタイミングの補正量を導出することができる。

［工程１１］
第１、第２治具ＢＤセンサー３３、３４（第１、第２光センサー）を用い、ＭＥＭＳミラー２４を揺動軸２４Ｓの軸回りに揺動させ、ＭＥＭＳミラー２４の偏向角を調整する。ＭＥＭＳミラー２４は、個体ばらつきが存在するため、個々に駆動条件を調整することによって偏向角調整を行う必要がある。偏向角調整とは、ＭＥＭＳミラー２４の偏向角θを、上掲の式（２）に示した基本正弦波及びその３倍波の最大偏向角Ａ_１、Ａ_３と、レンズ特性とを満たすように駆動条件を調整することである。また、ＭＥＭＳミラー２４にｘ軸回転が存在している場合は、そのｘ軸回転量を加味して駆動条件を調整せねばならない。

まず、ｘ軸回転が発生していない場合の調整は、前記個体ばらつきだけを消去する調整となる。上述の通り、第１、第２治具ＢＤセンサー３３、３４が設置されている像高は既知である。また、式（２）のＡ_１、Ａ_３は固定値であるので、ＭＥＭＳミラー２４が揺動した場合において第１、第２治具ＢＤセンサー３３、３４が偏向光束Ｌ２を順次検知してＢＤ信号を出力する時間間隔ｔｉｊ（ｉ、ｊ＝１、又は２）は自ずと決定される。ここで、ｉ及びｊは、治具ＢＤセンサー３３、３４の「第１」及び「第２」の別を示し、またｉｊの並びはＢＤ信号の出力順を示している。例えば、「ｔ１２」は、第１治具ＢＤセンサー３３が偏向光束Ｌ２を検知してから第２治具ＢＤセンサー３４が偏向光束Ｌ２を検出するまでの時間間隔を示す。また「ｔ２２」は、偏向光束Ｌ２が第２治具ＢＤセンサー３４上を走査し、その後、揺動方向が反転されて再び第２治具ＢＤセンサー３４上を走査するまでの時間間隔を示す。

この場合、次の表２に示す時間間隔ｔｉｊとなるように、ＭＥＭＳミラー２４の駆動条件が調整される。なお、表２に示す通り、ここではｘ軸回転が発生していないことを想定しているので、式（１）のＡ_０＝０である。

一方、ｘ軸回転が発生している場合は、つまりＡ_０≠０の場合、式（１）からも判るように、Ａ_１、Ａ_３に対応する前記ＢＤ信号の時間間隔ｔｉｊも異なるものとなるため、これを補正する必要がある。図１１に、ｘ軸回転に伴う時間間隔ｔ２１及びｔ１１の変動を示す。また、図１２に、ｘ軸回転に伴う時間間隔ｔ１２及びｔ２２の変動を示す。いずれの時間間隔ｔｉｊも、ｘ軸回転量に応じて線形に変化する。

表３は、前記ＢＤ信号の時間間隔ｔｉｊの補正値を示すテーブルである。工程１０でＭＥＭＳミラー２４のｘ軸回転量が求められたならば、次の表３を参照して、そのｘ軸回転量に応じて時間間隔ｔｉｊが補正される。そして、補正された時間間隔ｔｉｊに基づいて、ＭＥＭＳミラー２４の駆動条件が調整される。

［工程１２］
第１ＢＤセンサー３１及び第２ＢＤセンサー３２を、光走査装置１１のハウジングの所定位置に固定する。

［工程１３］
上記工程１１で得られた駆動パラメータでＭＥＭＳミラー２４を揺動軸２４Ｓの軸回りに揺動させ、第１、第２ＢＤセンサー３１、３２が偏向光束Ｌ２を順次検知してＢＤ信号を出力する時間間隔ｔｉｊ（ｉ、ｊ＝３、４）を測定する。ここでの「３」、「４」は、それぞれ「第１ＢＤセンサー３１」、「第２ＢＤセンサー３２」を示す。既知の駆動パラメータを用いるので、測定された時間間隔ｔｉｊに基づき第１ＢＤセンサー３１及び第２ＢＤセンサー３２の位置情報を取得することができる。

なお、第１、第２ＢＤセンサー３１、３２のＢＤ信号に基づき得られた時間間隔ｔｉｊ（ｉ、ｊ＝３、４）は、光走査装置１１の組立後等においてＭＥＭＳミラー２４の駆動条件を補正する際の基準値として用いることができる。すなわち、ＭＥＭＳミラー２４は、一定の駆動条件を与えても、光走査装置１１の動作環境（温度、湿度、気圧等）によってパラメータＡ_１、Ａ_３が変化する。従って、光走査装置１１の組立が完了し、これを画像形成装置１の装置本体内に搭載した後に、ＭＥＭＳミラー２４の駆動条件を再調整する必要がある。この再調整には、第１、第２ＢＤセンサー３１、３２が用いられることになるが、この工程１３で得られた時間間隔ｔｉｊ（ｉ、ｊ＝３、４）を基準として、ＭＥＭＳミラー２４の駆動条件の合わせ込みが行われる。

［工程１４］
以上の工程で得られた、ＭＥＭＳミラー２４のｘ軸回転量、半導体レーザー２１の光量、ＭＥＭＳミラー２４の駆動条件、第１、第２ＢＤセンサー３１、３２の位置情報等を所定の記憶装置（例えば、後述の図１３に示す記憶部６２）に記憶させる。このような工程１〜１４を行うことにより、ｘ軸回転調整を行う必要がなく、また、ｘ軸回転量を計測するための特別な工程を実行する必要もなくなる。従って、光走査装置１１の組立工程を簡素化することができる。

続いて、画像形成装置１の電気的構成について説明する。図１３は、画像形成装置１の電気的構成を示すブロック図である。画像形成装置１は、当該画像形成装置１の各部の動作を統括的に制御する制御部６０（制御手段の一部）を備える。制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。また、画像形成装置１は、先に説明した光走査装置１１及び定着器１６に加えて、画像形成部６３、操作部６４、画像メモリー６５及びＩ／Ｆ（インターフェイス）６６を備えている。

画像形成部６３は、記録紙に対して画像形成処理を行うもので、上述の現像器１２，帯電器１３、感光体ドラム１４及び転写ローラー１５などで構成される。操作部６４は、液晶タッチパネル、テンキー、スタートキー及び設定キーなどを備え、画像形成装置１に対するユーザーの操作や各種の設定を受け付ける。

画像メモリー６５は、例えばパーソナルコンピューターなどの外部機器から与えられる印刷用画像データを一時的に記憶する。Ｉ／Ｆ６６は、外部機器とのデータ通信を実現させるためのインターフェイス回路であり、例えば画像形成装置１と外部機器とを接続するネットワークの通信プロトコルに従った通信信号を作成すると共に、ネットワーク側からの通信信号を画像形成装置１が処理可能な形式のデータに変換する。パーソナルコンピューター等から送信される印刷指示信号はＩ／Ｆ６６を介して制御部６０に与えられ、また画像データは、Ｉ／Ｆ６６を介して画像メモリー６５に記憶される。

光走査装置１１には、ＬＤ駆動部２１Ｄ（制御手段の一部）、ＭＥＭＳ駆動部２４Ｄ（駆動手段）及び上述の第１及び第２ＢＤセンサー３１、３２が備えられている。ＬＤ駆動部２１Ｄは半導体レーザー２１を駆動するドライバーであって、画像メモリー６５の画像データに基づき与えられたタイミング信号に従って半導体レーザー２１を点灯させることで、半導体レーザー２１の発光タイミングを制御する。

ＭＥＭＳ駆動部２４Ｄは、ＭＥＭＳミラー２４を所謂重畳駆動方式で駆動するものであって、ミラー部２４１及びフレーム部材２４３に備えられているコイルに通電して、ミラー部２４１を揺動軸２４Ｓの軸回りに往復揺動させる。例えばＭＥＭＳ駆動部２４Ｄは、図４に示すミラー部２４１を所定の基本正弦波で揺動させ、ミラー部２４１及び第１トーションバー２４２の結合体からなるフレーム部材２４３を、前記基本正弦波の３倍（整数倍）の周波数の正弦波で揺動させる。或いは逆に、フレーム部材２４３が基本正弦波で揺動され、ミラー部２４１が前記基本正弦波の３倍の周波数の正弦波で揺動されても良い。これにより、略等速で偏向走査させることができる偏向光束Ｌ２を作ることができる。この揺動駆動のためＭＥＭＳ駆動部２４Ｄは、ミラー部２４１及びフレーム部材２４３に備えられているコイルに前記正弦波の電圧を印加して、ミラー部２４１を揺動軸２４Ｓの軸回りに往復揺動させる。

制御部６０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより画像形成装置１の各部を制御し、当該画像形成装置１による画像形成動作を制御する。本実施形態では、特に制御部６０は、露光制御部６１と、記憶部６２（記憶手段）とを備えている。

露光制御部６１は、光走査装置１１の動作を制御する。この制御のために露光制御部６１は、ＬＤ駆動部２１Ｄに半導体レーザー２１の発光タイミング及び光量の制御信号を与え、また、ＭＥＭＳ駆動部２４ＤにＭＥＭＳミラー２４の揺動駆動の制御信号を与える。これにより、半導体レーザー２１から所定の書き出しタイミングで所定光量の光束が発せられ、所定の偏向角で前記光束がＭＥＭＳミラー２４で反射され、上述の偏向光束Ｌ２が作られる。このような制御に際して、露光制御部６１は、同期タイミングを取るために第１及び第２ＢＤセンサー３１、３２の出力を参照すると共に、記憶部６２を参照して、上記で詳述したｘ軸回転量に応じて書き出しタイミングを補正し（表１参照）、また、ＢＤ信号の時間間隔ｔｉｊの補正値（表３参照）に応じてＭＥＭＳミラー２４の駆動条件を調整する。

記憶部６２は、上記工程１０で求められたｘ軸回転量（結像光学系の光軸に対するＭＥＭＳミラー２４の振れ角の中心の回転ズレ量）のデータ、工程９で求められた半導体レーザー２１の光量のデータ、前記書き出しタイミングのｘ軸回転量に応じた補正値、工程１３等で求められたＭＥＭＳミラー２４の駆動条件及びそのｘ軸回転量に応じた補正値等を記憶する。

制御部６０が上記構成を備えることで、光走査装置１１の組立時においてｘ軸回転調整を行わずとも、実質的にｘ軸回転調整が行われたに等しい状態で、ＭＥＭＳミラー２４で感光体ドラム１４の周面１４ａを的確に偏向走査させることができる。

以上説明した本実施形態に係る光走査装置１１によれば、ＭＥＭＳミラー２４の揺動軸２４Ｓのｘ軸回転調整工程を省くことができるので、製造工程を簡素化することができ、これにより光走査装置１１の製造コストを抑制することができる。また、光走査装置１１にｘ軸回転の調整機構を具備させる必要がないので、光走査装置１１の小型化を図ることができる。

１ 画像形成装置
１１ 光走査装置
１４ 感光体ドラム（像担持体）
１４ａ 周面（被走査面）
２１ 半導体レーザー（光源）
２１Ｄ ＬＤ駆動部（制御手段の一部）
２２ コリメータレンズ
２３ シリンドリカルレンズ
２４ ＭＥＭＳミラー（偏向体）
２４Ｓ 揺動軸
２４Ｄ ＭＥＭＳ駆動部（駆動手段）
２４１ ミラー部
２４２ 第１トーションバー
２４４ 第２トーションバー
２５、２６ 第１、第２走査レンズ（結像光学系）
３１ 第１ＢＤセンサー（第１光センサー）
３２ 第２ＢＤセンサー（第２光センサー）
３３ 第１治具ＢＤセンサー
３４ 第２治具ＢＤセンサー
５１ 保持板
５２ 押圧突起（保持機構）
６０ 制御部
６１ 露光制御部（制御手段の一部）
６２ 記憶部（記憶手段）

Claims (6)

1. 光束を発する光源と、
   前記光源の発光タイミングを制御する制御手段と、
   揺動軸を有し、該揺動軸の軸回りに所定の振れ角で往復揺動しつつ前記光源から発せられる光束を反射して略等速で偏向走査させる偏向体と、
   前記偏向体を駆動する駆動手段と、
   光軸を有し、前記偏向走査された前記光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、
   前記結像光学系の光軸に対する前記偏向体の振れ角の中心の回転ズレ量を記憶する記憶手段と、を備え、
   前記制御手段は、一の主走査ラインについて前記被走査面に前記光束の照射を開始させるタイミングである書き出しタイミングを前記回転ズレ量に応じて補正して、前記発光タイミングを制御する、光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記偏向体は、
   前記光束を反射するミラー部と、
   前記揺動軸上に配置され、前記ミラー部を支持する第１トーションバーと、
   前記揺動軸上に配置され、前記ミラー部及び前記第１トーションバーの結合体を支持する第２トーションバーと、を含み、
   前記駆動手段は、
   前記ミラー部又は前記結合体を所定の基本正弦波で揺動させ、
   前記結合体又は前記ミラー部を、前記基本正弦波の整数倍の周波数の正弦波で揺動させる、光走査装置。
3. 請求項２に記載の光走査装置において、さらに、
   前記ミラー部の法線に沿う第１軸の軸回りに前記偏向体を回転させて、当該偏向体の前記第１軸の軸回りにおける回転位置を調整させる第１回転調整機構と、
   前記第１軸及び前記揺動軸に直交する第２軸の軸回りに前記偏向体を回転させて、当該偏向体の前記第２軸の軸回りにおける回転位置を調整させる第２回転調整機構と、を備える光走査装置。
4. 請求項３に記載の光走査装置において、さらに、
   前記第１回転調整機構及び前記第２回転調整機構による前記回転位置の調整の際に、前記揺動軸の軸回りに前記ミラー部が揺動することを禁止する保持機構を備える、光走査装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光走査装置において、さらに、
   前記主走査ラインの走査開始側に配置され、前記光源から発せられる光束を検出する第１光センサーと、
   前記主走査ラインの走査終了側に配置され、前記光源から発せられる光束を検出する第２光センサーと、を備え、
   前記駆動手段は、
   前記第１光センサー及び前記第２光センサーが順次前記光束を検出するタイミングの時間間隔に依存するパラメータに基づいて、前記偏向体を駆動するものであって、
   前記回転ズレ量に応じて前記時間間隔を補正し、該補正された時間間隔に従って導出される補正パラメータに基づいて、前記偏向体を駆動する、光走査装置。
6. 静電潜像を担持する像担持体と、
   前記像担持体の周面を前記被走査面として光束を照射する、請求項１〜５のいずれかに記載の光走査装置と、
   を備える画像形成装置。
   

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