JP6789803B2 - ミラー旋回装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射された光を偏向するための複数のミラーを備えたミラー旋回装置に関する。

従来から、光源からの光を直線状の主走査線に沿って走査する技術が、画像形成装置やレーザ加工装置等に広く利用されている。特許文献１は、この種の装置に備えられる光走査装置を開示する。

この特許文献１の光走査装置は、投光手段と、光反射手段と、を備えている。投光手段はポリゴンミラーを有しており、所定の方向から入射された光を回転するポリゴンミラーの正多角形の各辺の反射面で反射することにより、光を等速で角移動させながら放射する。光反射手段は、投光手段から放射された光を複数の反射部により反射し、所定の走査線上の任意の被照射点に導く。光反射手段の複数の反射部の配置が機械的に調整されることにより、投光手段から被照射点までの光路長が走査線上の全ての被照射点にわたって略一定とされており、且つ、投光手段から放射された光の走査線上での走査速度が略一定とされている。

この構成により、特許文献１の光走査装置では、光を主走査方向に沿って略直線状に走査させることを可能としている。

特許第５４０１６２９号公報

しかし、上記特許文献１の構成では、ポリゴンミラーの回転に伴って、当該ポリゴンミラーの正多角形の各辺の反射面での光の反射位置が変動することに起因して、走査の歪み等が生じる点で改善の余地があった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、所定の方向から入射された光を偏向する装置において、光の反射位置が変動するのを抑制し、走査の歪みを低減することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のミラー旋回装置が提供される。即ち、このミラー旋回装置は、回転部材と、複数の平面ミラーと、往復運動機構と、を備える。前記回転部材は、回転可能に支持される。前記複数の平面ミラーは、前記回転部材の回転方向に等角度で配置され、それぞれが、前記回転部材の回転軸線を中心軸とする仮想円柱の半径方向外側にその平面状の反射面を向けた状態で前記回転部材とともに回転し、かつ、それぞれが前記半径方向に平行移動可能である。前記往復運動機構は、ある位相を前記平面ミラーの前記反射面の回転方向一側の端部が通過してから、当該位相を前記反射面の回転方向他側の端部が通過するまでに、当該平面ミラーを前記半径方向外側へ移動させた後に、半径方向内側へ移動させるように、前記回転部材の回転に連動してそれぞれの前記平面ミラーを順次往復運動させる。

これにより、所定の位相に光を入射させた場合に、回転部材の回転とともに光の入射位置を通過する平面ミラーが連動して往復運動することにより、光の反射位置が変動するのを抑制することができる。よって、単純にポリゴンミラーを回転させる構成において生じていた走査の歪み等を低減することができる。

本発明によれば、所定の方向から入射された光を偏向する装置において、光の反射位置が変動するのを抑制し、走査の歪みを低減することができる。

本発明の一実施形態に係るミラー旋回装置を有する光書込装置を備える画像形成装置の全体的な構成を示すブロック図。 ミラー旋回装置を備える光書込装置の構成を示す概略図。 光書込装置におけるミラー旋回装置のミラーの偏向中心、第１反射部の反射面、第２反射部の反射面、及び主走査線の位置関係を示す概略図。 照射範囲が重複している部分において、２つの分割角度範囲の光を選択的に照射するように、レーザ光のＯＮ・ＯＦＦが制御されることを説明する概略図。 本実施形態に係るミラー旋回装置の構成を示す側面断面概略図。 ミラー旋回装置をターンテーブルの回転軸線方向で見た様子を示す図。 光が入射する位置を１つのミラーの反射面の旋回方向先頭側の端部が通過するときの様子を示す概念図。 光が入射する位置を１つのミラーの反射面の中点が通過するときの様子を示す概念図。 光が入射する位置を１つのミラーの反射面の旋回方向末尾側の端部が通過するときの様子を示す概念図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るミラー旋回装置８０を有する光書込装置３２を備える画像形成装置１の全体的な構成を示すブロック図である。

初めに、本発明の実施の一形態に係るミラー旋回装置８０を有する光書込装置３２を備える画像形成装置１の全体的な構成について図１を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１は、主として、装置制御部１０、操作部１１、表示部１２、画像処理部１３、通信部１４、画像形成部１５及び記憶部１９を備える。

装置制御部１０は、画像形成装置１の各構成要素の動作を制御するものである。装置制御部１０は、主として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏコントローラ、タイマ等からなるマイクロコンピュータによって実現される。装置制御部１０は、ＲＯＭ等に予め格納された制御プログラムに基づいて各ハードウェアを有機的に動作させることにより、画像形成装置１を機能させる。

操作部１１は、画像形成装置１を操作するためのインタフェースである。操作部１１は、例えば、キー及びボタン等として構成することができる。或いは、操作部１１は、表示部１２と一体的に設けられたタッチパネルとして構成されてもよい。ユーザは、操作部１１を操作することによって、画像形成装置１に対して各種の指示を行うことができる。

表示部１２は、各種情報の表示を行う部分であり、例えば液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等で構成される。

画像処理部１３は、各種の画像処理を行う。例えば、画像処理部１３は、図略の画像読取部で読み取られて生成された画像データについて、操作部１１からの指示に従って、明るさ調整及びコントラスト調整等の処理を行うことができる。

通信部１４は、ネットワーク等を介して、コンピュータや携帯情報端末、外部の情報処理装置やファクシミリ等との通信を行い、メールやＦＡＸ等の種々の情報をこれら外部の通信装置との間で送受信する。

画像形成部１５は、画像処理部１３によって生成された画像データを用紙上に印刷するものであり、感光ドラム２０２と、感光ドラム２０２に静電潜像を書き込むための光書込装置３２と、を備えている。光書込装置３２は、書込制御部２１、半導体レーザ（光源）２２、ミラー旋回装置８０、書込設定部２５、及び反射部６６を備える。この構成で、画像形成部１５は、画像処理部１３によって生成された画像データに基づいて感光ドラム２０２に光を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させることでトナー像を形成する。感光ドラム２０２の表面に形成されたトナー像は、感光ドラム２０２の回転によって図略の転写ローラ側へ近づくように移動し、その電界吸引力によって用紙に転写され、加熱することで定着される。

書込制御部２１は、例えばマイクロコンピュータとして構成されており、半導体レーザ２２の発光タイミング等を制御するものである。

半導体レーザ２２は、電流を流すことによりレーザ光を発振する。

ミラー旋回装置８０は、複数のミラー（平面ミラー）２４を等角速度で旋回させるための装置である。ミラー旋回装置８０の詳細な構成については後述する。

図２に示すように、複数のミラー２４は、全体として複数の辺を有する正多角形（本実施形態では、正６角形）の各辺に配置されており、それぞれは平面状の反射鏡をなしている。半導体レーザ２２から出射してミラー２４で反射したレーザ光は、（図２に示す後述の反射部６６で反射して）感光ドラム２０２に照射される。このとき、レーザ光の照射位置は、ミラー２４の反射面の角度に応じて変化する。言い換えれば、ミラー２４は、半導体レーザ２２からのレーザ光を偏向することで当該ミラー２４からのレーザ光の出射角を変更し、これにより、レーザ光が、感光ドラム２０２上で主走査方向Ｘに走査される。感光ドラム２０２を回転させながら、当該感光ドラム２０２の軸方向の一端から他端までレーザ光の走査（照射）を繰り返すことで、感光ドラム２０２の表面に２次元の静電潜像を書き込むことができる。

なお、仮に、ミラー２４を、公知のポリゴンミラーの各辺の反射面のように、回転中心に対する（半径方向の）位置が固定された正多角形状に配置した場合、ミラー２４での光の反射位置（偏向中心の位置）の、回転中心からの距離は、ミラー２４の回転角によって変動する。後に詳述するように、本実施形態のミラー旋回装置８０は、ミラー２４の旋回に伴って光の反射位置が変動するのを抑制する機能を果たす。

本実施形態では、１回の主走査分のレーザ光の照射により、画像データのうちの用紙の幅方向の一端から他端までの１列分に相当する画素列が、感光ドラム２０２の表面に静電潜像として形成されることになる。

図１の書込設定部２５は、例えばＲＯＭ等により構成されており、光書込装置３２における画像の書込みに関する様々なパラメータを変更可能に記憶することができる。書込設定部２５に対する設定は、例えば操作部１１を操作することにより行うことができる。

反射部６６は、複数の反射面を有しており、ミラー２４で反射されたレーザ光を適宜反射させて、感光ドラム２０２の表面に導く。なお、反射部６６の詳細な構成は後述する。

記憶部１９は、画像形成装置１の各種機能を実現するために必要な情報や、プログラムを記憶するものである。記憶部１９としては、ＲＡＭやＲＯＭ等の半導体素子、ハードディスク、フラッシュメモリ等の記憶媒体が用いられる。

次に、画像形成装置１に備えられる光書込装置３２の構成及びその作用について、主として図２及び図３を参照して詳細に説明する。

図２は、光書込装置３２の構成を示す概略図である。図２に示すように、光書込装置３２は、レーザ光を走査する光学系を構成する光学素子又は光学ユニットとして、レーザ光の光路に沿って半導体レーザ２２の側から順に、レンズ６１、プリズム６２、第１折返しミラー６３、第２折返しミラー６４、ミラー２４、及び反射部６６を備えている。半導体レーザ２２及びミラー２４等によって出射部が構成されている。

光書込装置３２は、上記光学素子及び光学ユニットの少なくとも一部を内蔵する筐体６９を備えている。図２は、筐体６９が第２折返しミラー６４、ミラー２４、及び反射部６６を収容する場合を示しているが、これは一例に過ぎない。筐体６９には、当該筐体６９の内部からレーザ光を感光ドラム２０２に向かって照射するためのレーザ照射口３４が形成されている。

レンズ６１は、半導体レーザ２２で発光されたレーザ光が焦点を結ぶことを可能にするための光学素子である。プリズム６２、第１折返しミラー６３、及び第２折返しミラー６４は、レンズ６１を通過したレーザ光をミラー２４の反射面に導く。また、プリズム６２、第１折返しミラー６３、及び第２折返しミラー６４は、ミラー２４よりも光路上流側で、レーザ光を感光ドラム２０２の表面上で合焦させるために必要な光路長を確保すべく光路を折り曲げる光学ユニットを構成する。これらの素子６２，６３，６４は適宜省略可能であるし、他のプリズム又はミラーがレンズ６１とミラー２４との間に適宜追加されてもよい。

ミラー２４は、旋回することにより、所定の回転角度範囲内にあるときに、第２折返しミラー６４から入射したレーザ光を等速で角移動させるようにして放射する。反射部６６は、ミラー２４から出射した光を反射し、主走査線５２（具体的には、感光ドラム２０２の表面において軸方向に平行な直線）上の照射位置に導く。ミラー２４の回転角が変化することにより、照射位置は、感光ドラム２０２上の主走査線５２に沿って主走査方向Ｘに順次移動する。半導体レーザ２２から照射位置までの光路長は、全ての照射位置にわたって略一定である。

ミラー２４は、その回転角を一定の速度で変化させるように、ミラー旋回装置８０に備えられる駆動源によって旋回駆動される。従って、ミラー２４からのレーザ光の出射角は、一定の角速度で変化する。

図３は、偏向中心Ｃと、第１反射部７１と、第２反射部７２と、主走査線５２と、の位置関係を示す概略図である。本実施形態に係る光書込装置３２は、ミラー２４の回転角に応じてレーザ光の焦点距離を変える手段を備えていない。従って、仮に反射部６６が存在しなければ、レーザ光の焦点（光に沿って半導体レーザ２２から一定距離離れた点）は、図３の上側に示すように、ミラー２４の回転角が所定の回転角度範囲の一端から他端まで（主走査１回分）変化するのに伴って円弧状の軌跡を描く。この軌跡の中心は、ミラー２４によってレーザ光を偏向させる偏向中心Ｃであり、その軌跡の半径は当該偏向中心Ｃから焦点までの光路長である。一方、主走査線５２は、円弧状の軌跡と異なり、主走査方向Ｘに直線的に延びる。すると、主走査線５２上の照射位置から焦点までの距離が、当該照射位置に応じて変わってしまう。よって、上記の偏向中心Ｃから主走査線５２上の任意の照射位置までの経路長を考えると、当該光路長は一定とならず、当該照射位置の位置に応じて変化することになる。

反射部６６は、この課題を解消するために備えられており、ミラー２４からのレーザ光を少なくとも２度反射してから感光ドラム２０２（主走査線５２）に導く。反射部６６は、所定の回転角度範囲内にあるミラー２４の反射面（厳密には、光の反射位置）から感光ドラム２０２上の主走査線５２上の任意の照射位置までの光路長が全ての照射位置で略一定となるように、複数の反射部７１，７２を有している。

本実施形態に係る反射部６６は、ミラー２４からのレーザ光を反射する第１反射部７１と、当該第１反射部７１からのレーザ光を更に反射する第２反射部７２とを有し、ミラー２４からのレーザ光を２度反射する。反射部６６は、これら第１反射部７１と第２反射部７２とにより構成され、筐体６９内で固定されている。ただし、反射部６６は、３以上の反射部を有していてもよい。

上述したように、仮に、第１反射部７１及び第２反射部７２が存在しなければ、レーザ光の焦点（光に沿って半導体レーザ２２から一定の距離離れた点）は、光の出射角が変化するのに伴って、偏向中心Ｃを中心とした円弧（以降、「仮想円弧」と称する場合がある。）を描くこととなる。仮想円弧の半径は、偏向中心Ｃから焦点までの光路長である。第１反射部７１及び第２反射部７２は、偏向中心Ｃから焦点までの光路を折り曲げ、それにより仮想円弧を感光ドラム２０２上で概ね主走査方向Ｘに直線状に延びるように変換する。詳細に言えば、仮想円弧を分割した分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の位置は、当該分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の各弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・の向きが主走査線５２と略一致するように、反射部６６によって変換される。

即ち、第１反射部７１及び第２反射部７２はそれぞれ複数の反射面を有しており、レーザ光のミラー２４からの出射角の範囲（所定の回転角度範囲）が複数に分割された分割角度範囲ごとに、光に沿って半導体レーザ２２から一定距離離れた点（焦点）が当該分割角度範囲において光の出射角が変化するのに伴って描く軌跡である分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・が、主走査方向Ｘと同じ方向となるように（主走査方向Ｘに並ぶように）、光を複数回反射させる。

仮想円弧の位置を主走査線５２に一致させるように変換するための具体的な方法について簡単に説明すると、まず、仮想円弧を等間隔に分割することにより複数の分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・を得る。そして、複数の分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・のそれぞれに対応した複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・を得る。そして、複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・が感光ドラム２０２上で主走査方向Ｘに順次に直線状に並ぶように、第１反射部７１及び第２反射部７２がそれぞれ有する反射面の位置及び向きを定める。

このように主走査線５２を形成すると、分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の両端２点が主走査線５２上に配置され、分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・（即ち、当該２点を繋ぐ曲線）が、主走査線５２よりも光軸方向下流側へと再配置される。レーザ光の焦点は、このように位置が変換された分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・に沿って移動する。

仮想円弧を分割して複数の分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・を得ると、分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・はこれに対応した仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・に良好に近似する。このため、ミラー２４の偏向中心Ｃから主走査線５２上の任意の照射位置までの光路長は、全ての照射位置にわたって略一定となる。分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・は、対応する仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・に良好に近似しているので、それぞれの分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・における焦点の挙動は、主走査線５２に沿う等速直線運動と良好に近似する。

分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の分割数が増えれば増えるほど、仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・の中点と分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の中点との間の距離が小さくなり、焦点の軌跡が仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・に近づく。このため、光路長の一定性を高く保つことができる。分割数は、光書込装置３２に許容される誤差に応じて適宜に定めることができる。

なお、本実施形態の光書込装置３２では、図３及び図４に示すように、それぞれの分割角度範囲において、当該分割角度範囲の一端から他端まで光の出射角が変化したときの光の感光ドラム２０２への照射位置の軌跡である照射範囲を考えたときに、互いに隣接する分割角度範囲の間で照射範囲が主走査方向Ｘで一部重複するように意図的に配置している。この構成により、光の走査の連続性を確実に確保することができる。言い換えれば、光の走査の欠けを確実に無くすことができる。

一方で、本実施形態の光書込装置３２では、光の走査の重複を無くすために、書込制御部２１が、照射範囲が重複している部分において、２つの分割角度範囲の光が選択的に照射されるように、半導体レーザ２２からの光の照射を制御している。

本実施形態では、光書込装置３２に、半導体レーザ２２からの光の照射に関する設定が可能な書込設定部２５（図１を参照）が備えられている。この書込設定部２５は、それぞれの分割角度範囲において、光の照射が許容される角度範囲が開始する出射角である照射開始出射角と、前記角度範囲が終了する出射角である照射終了出射角と、を設定可能となっている。書込制御部２１は、設定されたそれぞれの分割角度範囲における照射開始出射角と、照射終了出射角と、に基づいて、半導体レーザ２２からの光の照射、ひいてはミラー２４からの光の照射を制御することが可能である。

より具体的には、本実施形態の光書込装置３２では、照射範囲が重複している部分において、一側の分割角度範囲における照射終了出射角に対応する照射位置と、他側の分割角度範囲における照射開始出射角に対応する照射位置と、が一致するように、書込設定部２５によりそれぞれの分割角度範囲における照射開始出射角と、照射終了出射角と、が設定されている。これらの設定値は、例えば、画像形成装置１の工場出荷時に作業者が行う測定作業に基づいて決定される。この構成により、照射範囲が重複している部分において、２つの分割角度範囲における光の照射が、ある照射位置を基準にして振り分けられるので、光の照射の重複や欠けを防止することができる。

以下では、１回の主走査分のミラー２４の角度変更に伴ってレーザ光の出射角が０°から１２０°まで変化し、仮想円弧を８つの分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・に等分割して配置転換することにより主走査線５２を形成した場合の、レーザ光のＯＮ・ＯＦＦの制御について、図４を参照して説明する。図４は、照射範囲が重複している部分において、２つの分割角度範囲の光を選択的に照射するように、レーザ光のＯＮ・ＯＦＦが制御されることを説明する概念図である。なお、図４では、実際には反射部６６によって折り曲げられている光路を展開した形で示している。また、図４では、各分割角度範囲に対応する照射範囲を区別して分かり易く示すために、主走査方向Ｘで隣接する照射範囲同士が上下で位置を異ならせるように描いているが、実際には、複数の照射範囲は主走査線５２に沿って一直線状に並んで配置される。

上記の例では、レーザ光の出射角が１２０°変化することに基づく仮想円弧を８等分しているので、１つの分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・に相当する出射角の角度範囲は、理論的には１５°である。１回の主走査分の照射における瞬時瞬時のタイミングをレーザ光のミラー２４からの出射角θ（０≦θ≦１２０°）で表したとき、例えば、０°≦θ≦１５°の照射範囲と、１５°≦θ≦３０°の照射範囲と、は主走査方向Ｘで一部重複している。この重複している範囲に含まれる１点の照射位置は、一側の分割角度範囲に含まれる角度であるθ１Ｂで表すこともでき、他側の分割角度範囲に含まれるθ１Ａで表すこともできる。例えば、θ１Ｂ＝１４°、θ２Ａ＝１６°であったとする。

この場合に、本実施形態では、θ１Ｂ＜θ＜θ２Ａの区間ではレーザ光をＯＦＦとし、それ以外の区間で走査を行うように制御する。これにより、走査の重複を防止することができる。

これと同じ考え方で、他の角度範囲の被り代の部分についても、重複する２つの分割角度範囲における光の照射を、重複している範囲に含まれる１点を境界にして振り分ける。従って、図４の例では、θ２Ｂ＜θ＜θ３Ａ及びθ３Ｂ＜θ＜θ４Ａの区間においてもレーザ光がＯＦＦとされる（走査が行われない）。

このように、θ１Ｂ＜θ＜θ２Ａ，θ２Ｂ＜θ＜θ３Ａ，θ３Ｂ＜θ＜θ４Ａ，・・・の範囲ではレーザ光をＯＦＦとする一方、それ以外の角度範囲ではレーザ光を通常どおり走査することにより、光が重畳することも途切れることもなく主走査線５２に沿って走査することができる。

以下では、ミラー旋回装置８０の詳細な構成について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るミラー旋回装置８０の構成を示す断面図である。図６は、ミラー旋回装置８０をターンテーブル８２の回転軸線方向で見た様子を示す図である。

上述したように、ミラー旋回装置８０は、ミラー２４を旋回駆動させるための装置である。また、このミラー旋回装置８０は、ミラー２４の旋回に伴って光の反射位置が変動するのを抑制することができる。

本実施形態のミラー旋回装置８０は、ベース板（カム部材）８６、入力軸８１、ターンテーブル（回転部材）８２、モータ８３、支持部材８４、ミラー２４、カムフォロワ（従動部材）８５、リニアガイド（直線案内機構）９０、及び付勢機構９５等を備える。

ベース板８６は、図５及び図６に示すように矩形板状に形成され、その厚み方向を水平に向けた状態で、例えば光書込装置３２が備える図示しないフレームに固定される。このベース板８６の一側の面には、ループ状のカム溝８６ａが形成されている。

図５に示す入力軸８１は、ミラー旋回装置８０に動力を入力するためのものであり、その一端部がベース板８６の中央部に相対回転可能に支持されている。本実施形態の入力軸８１は長い軸状の部材であり、その軸線を水平方向に向けた状態で設けられる。入力軸８１の中途部には、ターンテーブル８２の中心部が固定される。従って、ベース板８６に対してターンテーブル８２が相対回転可能となっている。入力軸８１の一端部には、駆動源としてのモータ８３が備える出力軸８３ａがカップリングを介して連結されている。

ターンテーブル８２は、円板状の部材である。ターンテーブル８２は、モータ８３からの動力により、その回転軸線８２ｃ（入力軸８１の回転軸線）を中心にして回転する。ターンテーブル８２には、その回転方向（周方向）に等角度で複数（本実施形態では、６つ）の貫通孔８２ａが形成されている。貫通孔８２ａはターンテーブル８２を厚み方向に貫通し、当該ターンテーブル８２の半径方向に細長い形状に形成される。また、ターンテーブル８２には、各貫通孔８２ａに対応するように、リニアガイド９０のレール部９１が固定される。このレール部９１の延びる方向は、貫通孔８２ａの延びる方向に一致するように設けられている。

支持部材８４は、ミラー２４を支持するとともに、カムフォロワ８５を回転可能に支持するものである。図５に示すように、支持部材８４は、ターンテーブル８２の各貫通孔８２ａを通過するように配置されて、当該貫通孔８２ａの長手方向に沿ってスライド可能に設けられる。

詳細には、支持部材８４は、入力軸８１の中心（ターンテーブル８２の回転軸線８２ｃ）を通る平面で切った断面で見たとき、図５に示すように矩形の２つの角部にターンテーブル８２の半径方向外側への突出部８４ａ，８４ｂを付加したような形状を有する。この２つの突出部８４ａ，８４ｂは、ターンテーブル８２を挟んで互いに反対側に配置される。

２つの突出部のうちのベース板８６側に配置される突出部８４ａの先端部分には、カムフォロワ８５が回転可能に支持されている。カムフォロワ８５は、ターンテーブル８２の回転軸線８２ｃと平行な回転軸線を中心として回転可能に構成されており、ベース板８６のカム溝８６ａの内部に配置されている。

２つの突出部のうち、ベース板８６と反対側に配置される突出部８４ｂの、ターンテーブル８２の半径方向外側を向いている端部には、ミラー２４が固定されている。ミラー２４は、その反射面をターンテーブル８２の回転軸線８２ｃとは反対側に向けた状態で、支持部材８４に固定されている。

本実施形態のミラー旋回装置８０においては図６に示すように、ターンテーブル８２の回転軸線８２ｃと平行な向きで見たときに、カムフォロワ８５の中心と、ミラー２４の反射面の中点と、が一致するように配置されている。

支持部材８４の２つの突出部８４ａ，８４ｂの間の部分（矩形の部分）には、リニアガイド９０が備えるキャリッジ９２が固定されている。キャリッジ９２は、前述のレール部９１に沿ってスライドする。この構成により、支持部材８４はリニアガイド９０の案内によりターンテーブル８２の半径方向に沿って移動可能である。なお、ターンテーブル８２の半径方向（以下、単に「半径方向」と呼ぶ場合がある。）は、当該ターンテーブル８２の回転軸線を中心軸とする円柱を仮想的に考えた場合に、当該仮想円柱の半径方向と言い換えることができる。

図６に示すように、ミラー２４は、各支持部材８４に１つずつ設けられる。従って、本実施形態では、６つのミラー２４が設けられる。各ミラー２４は、その平面状の反射面をターンテーブル８２の半径方向外側に向けた状態で設けられる。ミラー旋回装置８０全体として見たとき、ミラー２４は正６角形の各辺に対応するように配置されている。

カムフォロワ８５は、ベース板８６に形成されたカム溝８６ａに沿って回転しながら移動できるように構成されている。より詳細には、カムフォロワ８５は、カム溝８６ａの側壁のうち入力軸８１に近い側の側壁に接触した状態を保ちながら回転し、カム溝８６ａ内を周回する。

図５及び図６に示すように、ベース板８６は、そのカム溝８６ａがカムフォロワ８５を収容するように配置される。カムフォロワ８５が（後述の付勢機構９５により）カム溝８６ａの側壁のうち入力軸８１に近い側の側壁に接触した状態を保ちながら回転することで、支持部材８４を周期的に運動させることができ、ひいてはミラー２４を周期的に運動させることができる。本実施形態では、カムフォロワ８５とベース板８６（カム溝８６ａ）とによりカム機構８７が構成されているということができる。

リニアガイド９０は、ターンテーブル８２の各貫通孔８２ａに対応して設けられ、支持部材８４（ミラー２４）をターンテーブル８２の半径方向に沿って直線的にスライドさせる。

図５及び図６に示す付勢機構９５は、支持部材８４に回転可能に支持されたカムフォロワ８５の外周面を、カム溝８６ａの内周側の側壁に接触した状態に保持するように、支持部材８４を付勢するものである。言い換えれば、付勢機構９５は、カムフォロワ８５をカム溝８６ａの側壁のうち半径方向内側の側壁に押し付けるものである。図５に示すように、本実施形態の付勢機構９５は、バネ受部材９６と、ロッド９７と、バネ９８と、により構成される。本実施形態では、上記のカム機構８７と付勢機構９５とにより往復運動機構１００が構成されているということができる。

バネ受部材９６は、ターンテーブル８２の外周部のうち、貫通孔８２ａが配置されている回転角に対応する位置に、ターンテーブル８２の半径方向外側に向かって突出するように取り付けられる、Ｌ字型のステーである。バネ受部材９６のこのＬ字の１辺は、支持部材８４の矩形の１辺（入力軸８１に対して反対側を向いている辺）と対面するように配置されている。バネ受部材９６のこのＬ字の１辺が、一側のバネ受部をなしている。

ロッド９７は、概ね丸棒状の部材であり、中途部に太さが部分的に拡大した拡径部を有している。この拡径部は、バネ受部材９６のバネ受部よりも入力軸８１に近い位置に配置されている。ロッド９７は、バネ受部材９６のＬ字の１辺にスライド可能に支持されるとともに、入力軸８１に近い側の端部が支持部材８４に固定されている。ロッド９７の拡径部と、バネ受部材９６と、の間に、付勢部材としてのバネ９８が配置されている。ロッド９７は、バネ９８の付勢力により、常に支持部材８４を入力軸８１側に向かって押している。これにより、カムフォロワ８５がカム溝８６ａの内周面に押し付けられている。

ミラー旋回装置８０に備えられるミラー２４は、上述したように略正多角形状（本実施形態では、略正６角形状）に配置されている。ミラー旋回装置８０が入力軸８１を中心にして回転することで、前述の第２折返しミラー６４で反射されて一定の向きに入射するレーザ光が、ミラー旋回装置８０のミラー２４の反射面により偏向される。本実施形態では、レーザ光がミラー旋回装置８０の回転中心に向かって下方に入射するように光軸が調整されている。

より詳細に説明すると、ミラー旋回装置８０が備える６つのミラー２４のうち１つのミラー２４に着目し、当該ミラー２４の反射面にレーザ光が垂直に入射するときの角度を０°として、ターンテーブル８２の回転角を−１８０°から１８０°までの角度で表すと、図７から図９までに示すように、当該１つのミラー２４は、ターンテーブル８２の回転角が−３０°から３０°までの角度範囲にあるときに、光の偏向手段として機能する。図７から図９までにおいては、着目するミラー２４が黒塗りで示されている。

なお、ターンテーブル８２の回転角が上記以外の角度範囲にあるときは、着目したミラー２４以外の５つのミラー２４のうち何れかが光の偏向手段として機能する。このように、ターンテーブル８２の回転に伴って、光の偏向手段としての機能を受け持つミラー２４が順次切り替わる。

また、レーザ光が入射する位相を０°として、ベース板８６のカム溝８６ａの位相を−１８０°から１８０°までの角度で表すと、図７に示すように、カム溝８６ａのうち−３０°から３０°までの角度範囲の部分（カム溝８６ｐ）は、０°のときが半径方向で最も外側となる小さな円弧状のカムプロフィールを有するように形成されている。従って、ターンテーブル８２の回転に伴って光の入射位置を通過するミラー２４は、ベース板８６のカム溝８６ｐが有する円弧状のカムプロフィールに沿ってカムフォロワ８５が半径方向外側に変位することにより、図８に示すようにターンテーブル８２の半径方向外側に変位する。

具体的には、レーザ光が入射する０°の位相を、着目する１つのミラー２４の反射面の旋回方向先頭側の端部が図７に示すように通過してから、図８に示すように当該ミラー２４の反射面の中点が通過するまでの間は、支持部材８４（ミラー２４）がターンテーブル８２の半径方向外側に向かって徐々に変位する。また、０°の位相を当該ミラー２４の反射面の中点が通過してから、図９に示すように当該ミラー２４の反射面の旋回方向末尾側の端部が通過するまでの間は、支持部材８４（ミラー２４）がターンテーブル８２の半径方向内側に向かって徐々に変位する。このように、第２折返しミラー６４からのレーザ光を偏向するミラー２４は、ターンテーブル８２の回転に連動して半径方向に往復運動する。これにより、光の反射位置が変動するのを抑制することができる。

一方、上記の角度範囲以外の部分のカム溝８６ｑのカムプロフィールは、半径方向の変動がない大きな円弧状となっている。

仮に、ミラー旋回装置８０に上述したような往復運動機構１００が備えられておらず、各ミラー２４が固定的に設けられていたとした場合、各ミラー２４は、従来からある公知の正６角形状のポリゴンミラーを単純に回転させた場合と同じ挙動を示す。その場合、ポリゴンミラーの外形は円ではなく正多角形状であるため、ポリゴンミラーの回転中心から光の反射位置までの距離は、ポリゴンミラーの回転角に応じて変動する。従って、仮にミラー旋回装置８０において上述したような往復運動機構１００が備えられていないとしたら、光の反射位置が半径方向に変動することとなり、光の走査の歪み等が生じることとなる。本実施形態では、この問題点に着目し、上述したように、第２折返しミラー６４からのレーザ光を偏向する位置にあるミラー２４を、ターンテーブル８２の回転に連動して半径方向に往復運動させることとしている。そのために、本実施形態では、−３０°から３０°までの角度範囲のカム溝８６ｐに、上記の円弧状のカムプロフィールを適用している。

以下では、−３０°から３０°までの角度範囲においてベース板８６のカム溝８６ｐが備えるカムプロフィールについて、図７を中心に参照して詳細に説明する。

図７においてレーザ光は上から入射するが、光の反射位置を変動させないためには、着目するミラー２４が図７から図８を経由して図９に至るどの状態でも、光がミラー２４に当たる点Ｒが変化しないようにする必要がある。言い換えれば、ミラー２４の反射面が常に固定点Ｒを通る必要がある。なお、ミラー２４がなす正６角形の１辺の長さをＬとする。

ところで、図７において、ターンテーブル８２の回転軸線８２ｃ（回転中心Ｏ）とミラー２４の反射面の中点Ｍとを結ぶ線分ＯＭを考えると、当該線分ＯＭと、点Ｒを通過するミラー２４の反射面と、がなす角度は常に９０°である（言い換えれば、∠ＯＭＲ＝９０°）。従って、円周角の定理の逆により、そのような条件を満たす点Ｍの軌跡は、線分ＯＲを直径とする円弧となることが明らかである。

本実施形態において、カムフォロワ８５の中心は、ミラー２４の中点Ｍと一致するように配置されている。従って、カム溝８６ｐのカムプロフィールは、線分ＯＲ（長さＬ）を直径とする円弧に基づき、カムフォロワ８５の半径等を考慮して定めればよい。これにより、ターンテーブル８２の回転により光の入射位置に差し掛かったミラー２４が、半径方向に順次往復運動することで、光の走査の歪みを実質的に回避することができる。

一方で、−３０°から３０°以外の角度範囲においては、ミラー２４を往復運動させる必要がない。従って、当該角度範囲におけるカム溝８６ｑのカムプロフィールは、ミラー２４の中点Ｍの軌跡が、ミラー２４がなす正６角形の内接円と一致するように定めればよい。

図７の状態で、回転中心Ｏとミラー２４との距離は、幾何学的関係により、√３・Ｌ／２である。一方、図８の状態では、回転中心Ｏとミラー２４との距離はＬである。従って、ミラー２４の半径方向の往復ストロークは（１−√３／２）・Ｌであり、これは、ミラー２４を１辺とする正６角形の外接円の半径と、当該正６角形の内接円の半径と、の差に等しくなる。更に言えば、ミラー２４の反射面の中点Ｍは、図７及び図９の状態では前記正６角形の内接円上に位置し、図８の状態では前記正６角形の外接円上に位置する。

以上に説明したように、本実施形態のミラー旋回装置８０は、ターンテーブル（回転部材）１０２と、複数のミラー（平面ミラー）２４，２４，・・・と、カム機構８７及び付勢機構９５により構成される往復運動機構１００と、を備える。ターンテーブル８２は、回転可能に支持される。複数のミラー２４，２４，・・・は、ターンテーブル８２の回転方向に等角度で配置され、それぞれが、ターンテーブル８２の回転軸線を中心軸とする仮想円柱の半径方向外側にその平面状の反射面を向けた状態でターンテーブル８２とともに回転し、かつ、それぞれが前記半径方向に平行移動可能である。カム機構８７及び付勢機構９５により構成される往復運動機構１００は、ある位相（光の入射位置）をミラーの２４の反射面の回転方向一側の端部が通過してから、当該位相を前記反射面の回転方向他側の端部が通過するまでに、当該ミラー２４を前記半径方向外側へ移動させた後に、半径方向内側へ移動させるように、ターンテーブル８２の回転に連動してそれぞれのミラー２４を順次往復運動させる。

これにより、所定の位相に光を入射させた場合に、ターンテーブル８２の回転とともに光の入射位置を通過するミラー２４が連動して往復運動することにより、光の反射位置が変動するのを抑制することができる。よって、単純に従来からあるポリゴンミラーを回転させる構成において生じていた走査の歪み等を低減することができる。また、複数のミラー２４，２４，・・・を一体的に運動させずに、それぞれのミラー２４を往復運動させるので、慣性力による位置精度の低下や振動等の問題を抑制することができる。

また、本実施形態のミラー旋回装置８０においては、図７から図９までに示すように、複数のミラー２４，２４，・・・がなす正多角形の辺の数で３６０°を除算した角度（６０°）だけミラー２４が回転する間に、当該ミラー２４の反射面の中点Ｍが、１つの平面ミラー２４を１辺とする正６角形の内接円上の位置から、当該正６角形の外接円上の位置まで移動し、更に当該正６角形の内接円上の位置まで移動する。

これにより、光の反射位置の変動を良好に低減することが可能となる。

また、本実施形態のミラー旋回装置８０においては、往復運動機構１００はカム機構８７を含む。カム機構８７は、カムフォロワ（従動部材）８５と、共通のベース板（カム部材）８６と、を備える。カムフォロワ８５は、ミラー２４，２４，・・・に対応して配置される。共通のベース板８６には、複数のカムフォロワ８５が接触する。

これにより、ベース板８６のカムプロフィールを適切に定めることで、光の反射位置の変動を実質的に無くすことが可能となる。また、共通のベース板８６を用いることで、構成が簡素となるとともに、複数のミラー２４，２４，・・・の往復運動を容易に揃えることができる。

また、本実施形態のミラー旋回装置８０は、ベース板８６において、ミラー２４を往復運動させる部分（カム溝８６ｐ）のカムプロフィールは円弧状に形成されている。

これにより、単純な円弧の形状のカムプロフィールを採用することにより、光の反射位置の変動を無くすことができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では、回転部材は円板状のターンテーブル８２であるものとしたが、その形状は円板状に限るものではなく、例えばこれに代えて、放射状のアームを等角度に有する形状としてもよい。その場合、各アームにミラー２４が往復運動可能に備えられているものとすることができる。

上記の実施形態では、従動部材は回転可能なカムフォロワ８５であるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、従動部材を回転不能な突起状のものとしてもよい。即ち、従動部材はカム部材に接触して案内されるものであればよい。

上記の実施形態では、ベース板８６は、ターンテーブル８２の回転軸線８２ｃに近い側と遠い側とに１対の側壁を有するカム溝８６ａを有するものとしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えば、カムフォロワ８５が押し付けられる側と反対側の側壁を省略することもできる。

上記の実施形態の付勢機構９５に代えて、例えば、入力軸８１と支持部材８４との間に引張バネを設けることで、カムフォロワ８５をカム溝８６ａの内周側の側壁に押し付けても良い。

カムフォロワ８５を半径方向内側でなく、半径方向外側に付勢して、カム溝８６ａの外周側の側壁に押し付けるように変更することができる。

上記の実施形態では、ミラー旋回装置８０は６つのミラー２４，２４，・・・を備えるものとしたが、ミラーの数はこれに限るものではなく、これより多くても少なくてもよい。また、ミラー旋回装置８０に備えられる複数のミラーは、当該複数のミラーの数に応じた正多角形状に配置されていればよく、上述したような正６角形状に配置されるものに限定されるものではない。なお、ある数（Ｎ個）のミラーを正Ｎ角形状に配置する構成とした場合、当該正Ｎ角形の１辺に相当する中心角（３６０／Ｎ）°だけミラーが回転する間に当該ミラーが半径方向の往復運動を１回行うものとすればよい。

ミラー旋回装置８０に光が入射する方向、ターンテーブル８２の回転軸線８２ｃの方向は、画像形成装置１のレイアウト等に応じて適宜変更することができる。

上記の実施形態においては、ミラー旋回装置８０は、画像形成装置１の光書込装置３２に備えられるものとしたが、これに限るものではなく、例えばソーラーパネル等の製造時に表面を加工するために用いられる光照射装置に備えられていてもよい。あるいは、検知対象の光の入射角を変更させながら読み取る光読取装置に、本発明のミラー旋回装置８０を適用してもよい。

２４ ミラー（平面ミラー）
８０ ミラー旋回装置
８２ ターンテーブル（回転部材）
８２ｃ 回転軸線（仮想円柱の中心軸）
８５ カムフォロワ（カム機構の一部）
８６ ベース板（カム機構の一部）
９５ 付勢機構
１００ 往復運動機構

Claims (4)

1. 回転可能に支持される回転部材と、
   前記回転部材の回転方向に等角度で配置され、それぞれが、前記回転部材の回転軸線を中心軸とする仮想円柱の半径方向外側にその平面状の反射面を向けた状態で前記回転部材とともに回転し、かつ、それぞれが前記半径方向に平行移動可能な複数の平面ミラーと、
   ある位相を前記平面ミラーの前記反射面の回転方向一側の端部が通過してから、当該位相を前記反射面の回転方向他側の端部が通過するまでに、当該平面ミラーを前記半径方向外側へ移動させた後に、半径方向内側へ移動させるように、前記回転部材の回転に連動してそれぞれの前記平面ミラーを順次往復運動させる往復運動機構と、
   を備えることを特徴とするミラー旋回装置。
2. 請求項１に記載のミラー旋回装置であって、
   複数の前記平面ミラーがなす正多角形の辺の数で３６０°を除算した角度だけ前記平面ミラーが回転する間に、当該平面ミラーの反射面の中点が、１つの前記平面ミラーを１辺とする正多角形の内接円上の位置から、当該正多角形の外接円上の位置まで移動し、更に当該正多角形の内接円上の位置まで移動することを特徴とするミラー旋回装置。
3. 請求項２に記載のミラー旋回装置であって、
   前記往復運動機構はカム機構を含み、
   前記カム機構は、
   前記平面ミラーに対応して配置される従動部材と、
   複数の前記従動部材が接触する共通のカム部材と、
   を備えることを特徴とするミラー旋回装置。
4. 請求項３に記載のミラー旋回装置であって、
   前記カム部材において、前記平面ミラーを往復運動させる部分のカムプロフィールは円弧状に形成されていることを特徴とするミラー旋回装置。

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