(57)【要約】【課題】光偏向器として振動ミラーを備えた光走査装置および画像形成装置においてビームスポットの経時的な位置ずれを抑制し、カラー対応の画像形成装置においては、色ずれ低減による高画質化、さらには静音化を実現する。【解決手段】光源装置１０から放射されたレーザビームを振動ミラー１１によって偏向走査し、走査結像光学系により被走査面に向かって集光する光走査装置において、振動ミラー１１の振幅中心と光走査中心とのずれであるオフセットを検出するオフセット検出手段を有し、オフセット検出手段で検出されるオフセット量が所定の値以上の場合に振動ミラーの振幅中心を調整する調整手段を稼動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置から放射されたレーザビームを振動ミラーによって偏向走査し、走査結像光学系により被走査面に向かって集光する光走査装置において、
前記振動ミラーの振幅中心と光走査中心とのずれであるオフセットを検出するオフセット検出手段を有し、
前記オフセット検出手段で検出されるオフセット量が所定の値以上の場合に前記振動ミラーの振幅中心を調整する調整手段を稼動させることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記調整手段は、振動ミラーの駆動電圧に、オフセット量に応じた直流成分を重畳させることにより振幅中心を調整することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記調整手段は、振動ミラーの姿勢を変化させる駆動機構からなり、オフセット量に応じて駆動することにより振幅中心を調整することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項４】
光走査中心を挟んで第一、第二の受光素子が配置され、第一の受光素子からの出力信号と第二の受光素子信号からの出力信号の時間間隔を演算することにより前記オフセットを検出することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項５】
前記オフセット検出は、振動ミラーの振幅量が所定範囲内で一定に制御された状態で行なうことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項６】
前記光走査中心は、複数の受光素子間の主走査領域中心であることを特徴とする請求項４記載の光走査装置。
【請求項７】
各色に対応する複数の光源装置から放射されるレーザビームのそれぞれを単一の振動ミラーによって偏向走査することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項８】
光走査装置により光ビームを走査して感光体に潜像を形成し、上記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、前記光走査装置は請求項１〜７のいずれかに記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
単色画像を形成する感光体を色成分ごとに複数備え、各感光体は光走査装置によりそれぞれの色成分に対応する光ビームで走査されて各色成分に対応した画像が線像として形成され、上記潜像を可視化するとともにこの可視化した画像を重ねて転写することによりカラー画像を得ることができるカラー対応の画像形成装置において、前記光走査装置は請求項１〜７のいずれかに記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向器として振動ミラーを用いた光走査装置およびこの光走査装置を用いた複写機、プリンターなどの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光偏向器として振動ミラーを用いた光走査装置およびこの光走査装置を装備した画像形成装置として特許文献１記載の発明が知られている。この特許文献１記載の発明は、被走査面上で光ビームを主走査方向に走査させる光走査装置において、光ビームを射出する光源と、偏向ミラー面を有する可動部材と、少なくとも１個以上の圧電アクチュエーターの伸縮動作により前記可動部材を前記主走査方向とほぼ直交する駆動軸回りに振動駆動する振動駆動部とを有する。さらに、前記光源からの光ビームを前記偏向ミラー面により偏向して前記主走査方向に走査させる偏向手段と、電圧が周期的に変動するミラー駆動信号を前記圧電アクチュエーターに与えて前記可動部材を振動させるミラー駆動部とを備え、前記ミラー駆動部は前記ミラー駆動信号にオフセット電圧を加えた信号を前記圧電アクチュエーターの全部または一部に与えて前記偏向ミラー面の振動中心を調整することを特徴としている。上記「オフセット電圧」とは、偏向ミラーの振動中心を変位させるための電圧のことで、このオフセット電圧に応じて上記振動中心の変位量が決まる。
【０００３】
特許文献１記載の発明は、オフセット電圧を加えることによりミラー面の振動中心を調整するものである。しかし、偏向ミラー面の振動中心を高精度に調整するためには、圧電素子にオフセット電圧を印加するための駆動回路が大型化するといった不具合がある。また、強制的にミラーの振動中心を調整するものであるが、その調整範囲には限界がある。加えて、トーションバーの振幅余裕を見込んで設計するため、圧電アクチュエーターの駆動能力を高くするする必要があり、アクチュエーターの大型化、コストアップが避けられない（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５５９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光偏向器としてポリゴンスキャナを用いたカラー画像形成装置をはじめとする画像形成装置においては、高速プリント化・高画質化を実現するために、ポリゴンスキャナを２５，０００ｒｐｍ以上の高速で、かつ高精度に回転させる必要が生じている。一方、レーザビームの小径化による高画質化のため、上記ポリゴンスキャナに使用されるポリゴンミラーの内接円半径や主走査方向の長さが比較的大きくなり、ポリゴンミラーを駆動するポリゴンモータにかかる負荷が大きくなる傾向にある。ポリゴンモータに大きな負荷がかかることにより、ポリゴンスキャナの消費電力は増加し、その発熱が走査レンズなどの光学素子に悪影響を与える。最も大きな影響を受けるのは、ポリゴンスキャナに最も近接している走査レンズである。ポリゴンスキャナの熱は光学ハウジングを介して走査レンズに伝わり、また、輻射により走査レンズに熱が伝わってその温度が上昇する。
【０００６】
走査レンズの温度は均一に上昇するのではなく、発熱源であるポリゴンスキャナからの距離によって、また各構成部品の材質によって異なる熱膨張率差や、気流の影響により、走査レンズの温度が不均一に上昇する。特に、走査レンズの長手方向となる主走査方向において温度分布をもつと、走査レンズの形状精度が劣化するとともに屈折率が変化してしまい、被走査面におけるレーザビームのスポット位置が変動し、形成される画像の質が劣化する。この問題は、特に走査レンズが熱膨張率の大きいプラスチックで形成されている場合が顕著となる。カラー画像形成装置においては、各色すなわちイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに応じた画像を形成するレーザビームを個別に走査しているので、上記の問題以外に、各色に対応する光走査装置間の温度偏差が問題となる。上記温度偏差は各色に対応するビームスポットの相対位置関係のずれを発生させ、画像の色ずれとなってしまうからである。
【０００７】
また、高負荷となるポリゴンミラーの発熱による温度上昇が、回転体構成部品、特に質量割合の多いポリゴンミラーの微移動を誘発し、回転体バランスを変化させて振動を発生させてしまう。回転体を構成している部品すなわちポリゴンミラー、ポリゴンモータのロータ磁石およびこの磁石が固定されるフランジ、軸などの熱膨張率が異なることにより、あるいはこれらの熱膨張率が一致していたとしても、部品公差や固定方法などを厳密に管理し、検査しないと、温度が上昇した状態で高速回転させることにより微移動（回転体のバランス変化）が発生し、振動を増大させる結果となっていた。この振動は光走査装置内の光学素子、例えば光路を曲げるミラーなどに伝わり、光学素子で振動が増幅されてバンディングを発生させ、画像劣化や騒音を引き起こすことになる。
【０００８】
本発明は、光走査装置に使用される走査レンズの温度上昇やカラー画像形成装置の各光走査装置の温度偏差や振動を低減するとともに、振動ミラーの制御手段を設けることにより、ビームスポットの経時的な位置ずれを抑制し、カラー対応の画像形成装置においては、色ずれ低減による高画質化、さらには静音化を実現することができる光走査装置および画像形成装置を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光源装置から放射されたレーザビームを振動ミラーによって偏向走査し、走査結像光学系により被走査面に向かって集光する光走査装置において、前記振動ミラーの振幅中心と光走査中心とのずれであるオフセットを検出するオフセット検出手段を有し、前記オフセット検出手段で検出されるオフセット量が所定の値以上の場合に前記振動ミラーの振幅中心を調整する調整手段を稼動させることを最も主要な特徴とする。
【００１０】
前記調整手段は、振動ミラーの駆動電圧に、オフセット量に応じた直流成分を重畳させることにより振幅中心を調整するようにするとよい。
前記調整手段は、振動ミラーの姿勢を変化させる駆動機構からなり、オフセット量に応じて駆動することにより振幅中心を調整するようにしてもよい。
光走査中心を挟んで第一、第二の受光素子が配置され、第一の受光素子からの出力信号と第二の受光素子信号からの出力信号の時間間隔を演算することにより前記オフセットを検出するようにするとよい。
【００１１】
前記オフセット検出は、振動ミラーの振幅量が所定範囲内で一定に制御された状態で行なうようにするとよい。
前記光走査中心は、複数の受光素子間の主走査領域中心とするとよい。
各色に対応する複数の光源装置から放射されるレーザビームのそれぞれを単一の振動ミラーによって偏向走査するようにするとよい。
【００１２】
本発明にかかる画像形成装置は、光走査装置として上記本発明かかる光走査装置を用いることを特徴とする。
本発明にかかる画像形成装置はまた、単色画像を形成する感光体を色成分ごとに複数備え、各感光体は光走査装置によりそれぞれの色成分に対応する光ビームで走査されて各色成分に対応した画像が線像として形成され、上記潜像を可視化するとともにこの可視化した画像を重ねて転写することによりカラー画像を得ることができるカラー対応の画像形成装置であって、光走査装置として上記本発明かかる光走査装置を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる光源装置によれば、レーザビームを振動ミラーによって偏向走査する光走査装置において、前記振動ミラーの振幅中心と光走査中心とのずれであるオフセットを検出するオフセット検出手段を有し、オフセット量が所定値以上の場合に振動ミラーの振幅中心を調整する調整手段を稼動させるようにしたことにより、光偏向器の駆動回路の大型化および発熱量の増大を抑制することができる。これによって、光走査装置内の温度上昇を防止し、光走査特性の劣化のない高精度の光走査が可能となる。 
【００１４】
前記調整手段を、振動ミラーの姿勢を変化させる駆動機構とし、オフセット量に応じて許容オフセット内となるように振幅中心を調整することにより、振動ミラーの制御回路においてオフセット制御を行なう必要が無く、振動ミラーの電流（電圧定格）に関係なくオフセット調整を行うことが可能となる。
【００１５】
光走査中心を挟んで第一、第二の受光素子を配置し、第一の受光素子からの出力信号と第二の受光素子信号からの出力信号の時間間隔を演算して前記オフセットを検出することにより、高精度なオフセット検出が可能となる。
前記オフセット検出を、振動ミラーの振幅量が所定範囲内で一定に制御された状態で行なうことにより、オフセット検出を高い精度で行うことができる。
【００１６】
各色に対応する複数の光源装置から放射されるレーザビームのそれぞれを単一の振動ミラーによって偏向走査することにより、ビームスポットの経時的な位置ずれを抑制するとともに、かかる光走査装置をカラー対応の画像形成装置に適用することにより、形成画像の色ずれ低減による高画質化、さらには静音化を実現することができる。
【００１７】
本発明にかかる画像形成装置によれば、光走査装置として本発明にかかる光走査装置を適用することにより、色ずれの少ないカラー対応の画像形成装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる光走査装置およびカラー画像形成装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。
まず、図１に示す光走査装置の実施例について説明する。図１に示す実施例は、光走査装置５が、画像形成装置の一部である４つの感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋが並設された作像部の上方に配置されている例である。以下、符号の算用数字に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの各色に対応するものとして区別する。光走査装置５は、各色に対応する４つの光源と、各光源からのレーザビームを偏向走査する光偏向手段としての振動ミラー１１と、偏向走査されたレーザビームをそれぞれ４つの感光体ドラム３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの被走査面上に導く走査結像光学系を備えており、これらの構成部材は図示しない光学ハウジング内に収納されている。
【００１９】
図１に示す実施例における光源１０は、半導体レーザとカップリングレンズにより構成される「光源装置」を各色に対応して４つ有していて、これらの光源装置を符号１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋで示している。各光源装置が備える合計４つの半導体レーザは、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分画像を書込むための光束を放射する。各半導体レーザから放射される光束は、カップリングレンズにより以後の光学系に適合する光束形態、例えば、平行光束あるいは弱い発散性もしくは集束性の光束に変換される。この光束はハーフミラー１３を経てシリンドリカルレンズ１２により副走査方向に集束され、偏向走査手段である振動ミラー１１の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像される。
【００２０】
振動ミラー１１の入射側には図示しないレーザ透過部材が配置されていて、光源１０側からの各光束は上記レーザ透過部材を介して振動ミラー１１に入射する。この４色分の入射光は振動ミラー１１の揺動により同一方向に偏向され、これらの偏向光束は、走査結像光学系の走査レンズ群を構成する第一のレンズ１４を透過する。ブラック成分画像を書込む光束は、図１において右上の位置に配置されたミラー１６Ｋで下方に反射され、走査レンズ群を構成する第二のレンズ１７Ｋを透過し、被走査面の実態を成すドラム状の光導電性の感光体３Ｋ上に光スポットとして集光する。この光スポットは、感光体３Ｋの表面を矢印方向すなわち感光体３Ｋの中心軸線と平行な方向に走査する。走査レンズ群を構成する第一、第二のレンズ１４、１７Ｋは、非球面形状を容易にかつ低コストで得ることができるプラスチック材質からなる。より具体的には、吸水性が低く光透過率が高く、成形性に優れたポリカーボネートやポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が好適である。
【００２１】
イエロー、マゼンタ、シアンの各色成分画像を書込むレーザビームもそれぞれ上記ブラック成分画像を書き込むための走査光学系と実質的に同様に構成された走査光学系を経てそれぞれに対応する感光体の表面を走査する。より具体的には、第１のレンズ１４はこれを各レーザビームが共通に透過し、それ以後はレーザビームごとに個別に配置されたミラーで反射され、第２のレンズを透過し、感光体上に光スポットとして結像し、各レーザビームともに同一方向に走査される。この光走査により、各感光体に、対応する色成分画像の静電潜像が形成される。ブラック以外の各色に対応する光学素子等には符号は付記していないが、ブラックに対応する光学素子と光学的に等価なイエロー、マゼンタ、シアンに対応する光学素子が等価な位置に配置されている。
【００２２】
各感光体に形成された静電潜像は、現像装置により対応する色のトナーで可視化され、中間転写ベルト２上に転写される。転写の際、各色トナー画像は互いに重ね合わせられカラー画像を形成する。このカラー画像はシート状記録媒体上に転写され、定着される。カラー画像転写後の中間転写ベルト２はクリーニング装置でクリーニングされる。
【００２３】
以上説明したように、図１に示す光走査装置は、カラー画像を構成する２以上の色成分画像に対応する複数の光源装置から放射された各光束を、偏向走査手段としての振動ミラー１１により同一方向に偏向走査するようになっている。各偏向光束は、走査結像光学系を構成する第一のレンズ１４を共通に透過し、以後は、各色の光束に対応して配置された第２のレンズにより、各色成分画像に対応する被走査面に向かって個別的に集光させて光走査を行うようになっている。このように、各色成分に対応する４つの走査結像手段を有している。
【００２４】
振動ミラー１１の反射面に入射する各色のレーザビームは、副走査方向に対して適宜の角度を有していて、いわゆる斜入射光学系となっている。具体的には、入射角度が最大となる色のレーザビームで５°以下となるように設定されている。入射角度が５°以上になると、被走査面上での走査線曲がりが大きく発生し、かつレーザビーム径が大きくなり、結果として、形成される画像の品質が劣化する。反面、各色のレーザビームが斜めに入射することなく水平すなわち斜入射角０°で入射するものでは、偏向反射面の副走査方向の幅を大きくする必要があるため、振動ミラーを駆動するための負荷が大きくなり、振動周波数を高くすることができないといった不具合の要因になる。
【００２５】
なお、走査レンズは光学ハウジングの所定の当接面に接着により固定されている。この走査レンズの接着面は、走査レンズの主走査方向の中央部においてのみ接着することが望ましい。なぜなら、走査レンズが熱膨張により拡大変形するとき、接着された中央部を基準に長さ方向両端に向かって広がるため、温度に対して自由に膨張し、主走査方向に異変形することがなく、主走査方向の倍率誤差が局部的に大きく悪化することを防止することができる。走査レンズを接着によって固定することにより、部品点数の削減、固定工程の簡素化が可能で、製造コストを下げることができる。
【００２６】
次に、振動ミラー１１について詳細に説明する。図２は振動ミラー１１の駆動部を含む全体の正面図、図３は振動ミラー１１の主要部の拡大裏面図および底面図、図４は振動ミラー１１全体の分解斜視図である。振動ミラー１１は、表面にミラー面を形成し振動子をなす可動部と、それを揺動可能に支える回転軸をなすねじり梁と、支持部をなすフレームとからなり、シリコン（Ｓｉ）基板をエッチングにより切り抜いて形成する。
【００２７】
実施例では、ＳＯＩ基板と呼ばれる厚さ６０μｍと１４０μｍの２枚の基板が酸化膜を挟んであらかじめ接合されたウエハを用いて作製した。まず、１４０μｍ基板（第２の基板）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、平面コイルが形成される振動板４４３、可動部の骨格をなす補強梁４４４と、フレーム４４６とを残し、それ以外の部分を酸化膜まで貫通させた。次に、６０μｍ基板（第１の基板）４６２の表面側からＫＯＨなどの異方性エッチングによって、可動ミラー部４４１と、フレーム４４７とを残し、それ以外の部分を酸化膜まで貫通させた。最後に、可動部周囲の酸化膜を除去して分離し、振動ミラーの構造体を形成した。ここで、ねじり梁４４２、補強梁４４４の幅は４０〜６０μｍとした。前述のように、振動子の慣性モーメントＩは、振れ角を大きくとるには小さい方が望ましい。反面、慣性力によってミラー面が変形してしまうため、実施例では可動部を肉抜きした構造としている。さらに、６０μｍ基板４６２の表面側にアルミニウム薄膜を蒸着して反射面となし、１４０μｍ基板４６１の表面側には銅薄膜でコイルパターン４６３とねじり梁を介して配線された端子４６４、および、トリミング用のパッチ４６５を形成した。当然、振動板４４３側に薄膜状の永久磁石を備え、フレーム４４７側に平面コイルを形成する構成とすることもできる。
【００２８】
振動ミラー１１は実装基板４４８をベースにして組み立てられている。実装基板４４８上には、振動ミラー１１を装着する枠状の台座４６６と、振動ミラーを囲うように枠形に形成されたヨーク４４９が配備され、ヨーク４４９の枠内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、回転軸と直交する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。
【００２９】
振動ミラー１１は、ミラー面を表に向けて台座４６６に装着され、端子４６４間に電流を流すことにより、コイルパターン４６３の、回転軸に平行な各辺にローレンツ力が生じ、回転トルクＴが発生する。この回転トルクＴによりねじり梁４４２をねじって可動ミラー部４４１を回転させ、上記電流を切ると、ねじり梁の戻り力により水平に戻る。
【００３０】
従って、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（交流の駆動信号を流す）ことによって、可動ミラー部４４１を往復振動させることができる。そして、この電流を切り換える周期を、振動ミラー１１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。
【００３１】
一方、コイルパターンに直流成分の電流を流す（直流電圧を印加する）ことにより、可動ミラー部を静的に変化（振幅中心を変化）させることができる。ただし、共振現象を利用しているので電流に応じた変化は角度で±１°以内となる。この直流成分を前記交流信号に重畳させることにより、振動ミラーを振動（偏向）させながら、振幅中心を変化させることが可能となる。
【００３２】
図５は、振動ミラー１１を光学ハウジングに搭載するためにユニット化した形態の振動ミラーユニット４７０を示している。図１４に示した振動ミラーユニット４７０は、前述のよう構成された振動ミラー１１と、光学ハウジング（図示しない）に載置される基板４７２と、この基板４７２に固定され、振動ミラー１１の姿勢を固定しかつ電極部４７３によって電気接続を行なうためのブラケット４７１と、上記基板４７２に固定された電気コネクタ４７４、で構成される。上記基板４７２が光学ハウジング（図示しない）に載置されることにより、振動ミラー１１が光学ハウジングに取り付けられている。
【００３３】
振動ミラー１１は、可動部の質量が小さく、慣性力が従来広く使用されているポリゴンミラーに比べて非常に小さいため、駆動部も小型化され、磁気回路の高効率化もあいまって、消費電力を低く抑えることができる。ちなみに、消費電力はポリゴンミラーの１／１０以下である。その結果、発熱が少なくなり、走査光学系の光学素子やハウジングの温度上昇も実質的になくすことが可能となる。特に、樹脂製の走査レンズが局部的な温度分布をもつことがなくなり、カラー画像形成時のレーザビームの走査位置変動が低減され、色ずれの発生を抑制することができる。さらに、可動部の質量および慣性力が小さいことにより、ミラーの揺動時にも、外部へ伝達される振動（ミラーの質量アンバランスによる振動）が、ポリゴンミラーの１／１００以下というように極めて少ない。よって、走査光学系を振動源として走査光学素子に伝達される振動が実質的になくなることから、走査光学系に配置されるミラーの振動による画像形成時のバンディング（副走査方向の粗密変動）もなくすことができる。
【００３４】
上に述べたような構成を備えた振動ミラーのメリットを活かすためには、それに対応した振動ミラー制御を取り入れることが必須である。以下、振動ミラー制御の好適な例について説明する。図６は、図１に示したカラー画像形成用光走査装置の中から、一つの感光体とそれに対応する光走査装置の要部を概略的に示したものである。図６に示すように、振動ミラー１１によって偏向走査されるレーザビーム６０の走査範囲において、走査位置を次の三つに区分している。すなわち、最大振れ角の走査位置を６０ａ、最大振れ角以内に配置されている受光素子に入射して検出信号が出力されるタイミングでの走査位置を６０ｂ、感光体３への画像領域の外端を走査する位置を６０ｃとしている。
【００３５】
図７は、時間軸に対する振動ミラー１１の振幅を示している。振動ミラーは共振現象を利用して大きな振幅を発生させるため、振動ミラーの振幅は時間に対して正弦波状の軌跡を描き、偏向走査されるレーザビームの走査速度が一定ではなく、走査位置によって異なることになる。そこで、振動ミラーによる上記のような走査速度であっても、被走査面における走査速度は一定となるように、走査レンズ１４、１７はｆ・アークサイン（ｆ・ａｒｃｓｉｎ）特性を有している。
【００３６】
上記特性の走査レンズを使用したとしても、図９〜１１に示すような振動ミラー１１の揺動ばらつき変動が発生するため、変動を抑制するように各々制御を行っている。振動ミラー１１の振動周波数が一定であっても、図９〜１１において実線で示す理想的な波形に対して、鎖線で示す波形のようにレーザビームの走査位置が変動し、このレーザビームによって形成される画像は品質の劣った画像となる。
【００３７】
図９は振幅変動について示したものである。振幅が目標よりも大きい場合または小さい場合は、目標とする振幅にするために、矢印で示す方向に制御する。図７はこの制御動作を示す。図７の上段は振動ミラーの振幅波形を示している。この振幅波形は、図６について説明した走査位置６０ａに対応した全走査領域すなわち最大振れ角領域、走査位置６０ｂに対応した受光素子（ＰＤ）配置領域、走査位置６０ｃに対応した画像領域に分けることができる。受光素子は走査範囲の両端にそれぞれ配置されている。受光素子は、符号ＰＤ１、ＰＤ２で示す。各受光素子ＰＤ１、ＰＤ２においては、ビームの走査に伴い、ビームの往動でビームを検出したあと最大振れ角に達し、ビームの復動で再びビームを検出する。かかる検出動作における一方の受光素子ＰＤ１の検出出力の立ち上がりから次の検出出力の立ち上がりまでの時間間隔をＡ１とし、他方の受光素子ＰＤ２の検出出力の立ち上がりから次の検出出力の立ち上がりまでの時間間隔をＢ１とする。さらに、上記振幅波形の次の周期における受光素子ＰＤ１の検出出力の立ち上がりから次の検出出力の立ち上がりまでの時間間隔をＡ２とする。
【００３８】
図７に示す振幅波形は理想的な波形で、受光素子ＰＤ１出力のタイムインターバルＡと受光素子ＰＤ２出力のタイムインターバルＢの演算値が一定となっている。したがって、タイムインターバルＡ、Ｂが図７に示すとおりになるように振動ミラーの制御を行う。具体的には、（Ａ１＋Ｂ１）／２、（Ａ２＋Ｂ２）／２、・・・で複数回の平均化を行い、共振周波数から一義的に決まる制御目標値になるように制御を行う。
【００３９】
図１０は、振動ミラー１１の振幅中心と走査中心の位置関係について示したもので、走査中心に対し、振幅波形にオフセットが生じている状態すなわち振動ミラー１１の振幅中心と光走査中心とがずれている状態を示している。図１０（ａ）と図１０（ｂ）はオフセット量による違いであり、図１０（ａ）はオフセット量が許容レベル内にある例を示している。オフセット量は光走査特性であるリニアリティおよびビーム径に影響を与えるが、画像への影響を考慮すると必ずしもオフセット量がゼロである必要はない。具体的には、リニアリティ誤差分は画像情報に基づくレーザビームの点灯タイミングを制御することによりリニアリティの補正を行い、リニアリティ誤差の影響を抑制する。また、ビーム径については、その影響を抑制するために、感光体への静電潜像が同等になるように光量（積分光量）を制御することで、前記オフセットの影響を軽減している。
【００４０】
なお、そもそも許容オフセット以内であれば前記制御を行なわないことも可能である。例えば、リニアリティの設計値との偏差１％以下、ビーム径で設計値との偏差１０％以下となるように許容オフセット量を設定することにより、画像への影響を極力抑制し、前記制御を行なわなくとも問題にならないようにすることもできる。
【００４１】
図１０（ｂ）は、振動ミラーの振幅波形が許容オフセットを超えている状態を示している。この場合にはオフセットが上記許容オフセット内になるように調整（補正）する必要がある。調整する方法は、振動ミラーの交流成分からなる駆動電圧にオフセット量に応じた直流成分を重畳させることによって調整する方法である。振動ミラーの主走査方向の姿勢を変化させ、振幅中心を許容オフセット内となるように調整する。また、他の調整方法の例として、振動ミラー１１の駆動機構によって振動ミラーの姿勢を変化させることにより調整することも可能である。上記駆動機構は、例えば前記基板４７２の下面にステッピングモータ（図示しない）を配置し、モータの回転軸と振動ミラーの振動軸が一致するように配置することによって構成することができる。振動ミラーユニット４７０が振動軸中心に回転して姿勢を変化することにより許容オフセット内に調整する。ステッピングモータの回転ステップ分解能は、少なくとも許容オフセット量の１／２以下に相当する量とする必要がある。
【００４２】
オフセット調整自体は、従来も行なわれているが、従来のオフセット調整は前記のような許容オフセットということではなく、理想的な調整すなわちオフセット量ゼロとなるように調整している。このようなオフセット調整に必要となる直流成分の重畳回路は、図１０（ｂ）に示すオフセット量が全てゼロになるように調整することができる出力電圧が必要である。この必要性を満たす性能をもたなければならないから、制御回路が大型化し、発熱量が大きくなって光走査装置内の温度が上昇し、光走査特性を劣化させる。さらに回路の大型化に伴いコストが増大する不具合ともなる。
【００４３】
また、オフセット調整の際に駆動する電流（電圧）も振動ミラーの電流定格の上限から、オフセット量に応じて無制限に駆動することはできない。電流定格を超えると回路素子を破壊する要因となるからである。特に、図２ないし図５に示す実施例のような電磁駆動型の振動ミラーは、直流成分の消費電力はコイルの消費電力（銅損）となるため、オフセット調整量が多くなると発熱量が増大し、温度上昇の一因となる。
【００４４】
振動ミラーが、図１０（ｂ）において一点差線で示す波形のように大きなオフセットをもっている場合は、矢印で示すように許容オフセット内へ調整する。そのためには、図７で示した受光素子ＰＤ１出力のタイムインターバルＡと、受光素子ＰＤ２出力のタイムインターバルＢの演算値が一定となるように振動ミラーの駆動を制御する。具体的にはＡ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２、・・・のように数回オフセットを検出してその平均化を行い、図８に示す駆動制御回路内の比較器８１で許容オフセット以内か否かを判断し、許容値以内であれば制御せず、許容オフセットを超えた場合はオフセット制御を行う。
【００４５】
図１１は振動ミラー１１の振幅波形の位相変動について示したもので、実線で示す理想的な振幅波形に対し、一点鎖線で示す実際の振幅波形が時間軸上でずれている。図１１に示すような位相変動が生じた場合、矢印方向にずらして理想的な波形の位相に近づけるために、図７に示すように、振動ミラー１１を駆動するための信号を生成する基準位相クロックと受光素子ＰＤ１出力のタイムインターバルＣの位相が一定となるように制御を行う。具体的には、受光素子ＰＤ１出力のタイムインターバルＣを複数回とり、その値Ｃ１、Ｃ２・・・の平均化を行い、目標値である零となるように制御を行う。タイムインターバルをカウントする受光素子ＰＤ１の出力は、画像形成領域の直前のタイミングで出力（Ａの後端側）させるのが好適である。位相を合わせるのは、画像書き始め側直前（Ａの後端側）とするとよい。高い精度で位相を合わせることができるからである。Ａの前端側で位相を合わせる場合、Ａの時間内に位相が変動することにより画像形成時の位相精度が低下する。
【００４６】
図９、１０（ｂ）において、振幅またはオフセットが許容値を超えると、走査速度が、理想となる走査速度と異なることになるため、主走査方向において走査位置ずれが生じる。例えば、主走査方向のジター（縦線ゆらぎ）、主走査倍率誤差という画像劣化を引き起こす。これはカラー画像に限らずモノクロ画像でも共通の課題である。
【００４７】
一方、図１１に示すような位相変動は、カラー画像形成時に特有の問題となる。図１について説明したように、単一の振動ミラー１１が、画像信号に応じて各色の光源から出射されるレーザビームを偏向走査し、色毎に対応させて配置した感光体上でその色に対応したビームを走査させるわけであるが、位相変動が発生すると各色のレーザビームの偏向走査位置が変ってしまう。そのため、画像、例えば中間転写ベルト上の画像は副走査位置の変動となり、色ずれ、色むらの原因となる。
【００４８】
図８は、振幅、オフセット、位相制御を実現するための制御系の例を示すブロック図である。偏向走査されて受光素子ＰＤ１、ＰＤ２をレーザビームが走査することにより受光素子ＰＤ１、ＰＤ２から出力される信号を、それぞれカウンタ２１，２２で計測する。受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の出力の振幅をＡ、Ｂとすると、その平均（Ａ＋Ｂ）／２を演算器２４で演算し、演算結果を目標の振幅と比較器８２で比較する。同様に、Ａ−Ｂすなわち両者の差分の平均を演算器２４で演算し、演算結果が許容オフセット内か否かを比較器８１で比較判断する。演算器２４は上記のような演算を行うことによって、オフセット検出手段として機能している。これら判断の結果が許容内であれば補正することなくコントローラ２６へ出力し、許容外であれば許容内との差分量をコントローラ２６で調整する。したがって、調整後はオフセット量がゼロではなく最大であっても許容内に調整残差を抑えることとする。それぞれ平均をとる理由は、突発的な電気ノイズが混入した場合など誤った情報により制御を行うことを防止するためである。なお、平均化の回数は２〜１０回の範囲で行われる。１０回以上だと補正タイミングが遅くなり、制御偏差が大きくなるためである。
【００４９】
コントローラ２６は前記比較結果に応じて振幅およびオフセットの補正量を演算し、補正された正弦波の駆動信号を振動ミラー１１の駆動回路（アンプ）２０で増幅し、増幅信号で振動ミラー１１を駆動制御する。上記制御系ループが振幅およびオフセット制御ループである。なおオフセット制御は振幅制御がされた状態で行なわれる。このように、コントローラ２６は、振動ミラー１１の振幅中心を調整する調整手段として機能する。
【００５０】
位相制御ループは、上記振幅制御、オフセット制御が正常にはたらき、それぞれ目標値に対して所望の範囲に入った制御状態において、振動ミラー１１の駆動信号と振動ミラー１１の振れ角が一定の位相となるように位相制御ループを実行する。
【００５１】
位相制御は、振幅およびオフセット制御に対して高精度な制御であるため、すべての制御を同時に実行すると、互いに干渉して駆動信号の変動量が大きくなり、全てが制御目標値範囲内に収束するまでに時間を要する。そこで、第一優先に振幅制御を行い、次にオフセット制御を行い、その後微調整として位相制御を行うことで、制御範囲内へ収束するまでの時間を短縮することが可能となる。
【００５２】
前記受光素子ＰＤ１からの出力信号と基準位相クロックの位相偏差を位相比較器３４で検出し（図７のＣ１、Ｃ２参照）、カウンタ３６にて計測する。この計測結果をＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）３８に通し、積分器４０で積分して位相偏差に応じた電圧に直流信号化し、その電圧量に応じて位相変化させる、所謂ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）制御を行う。位相変化に対する正弦波信号の生成は予め用意された位相変化量（分解能）の刻みに応じて最適な位相となる正弦波信号が正弦波信号生成部２８において生成される。これにより、振動ミラー１１の駆動信号と振動ミラー１１の振れ角が一定の位相となるような制御が行われることになる。
【００５３】
なお、位相制御に対応する正弦波信号の生成分解能は制御の許容範囲内以上の高精度が必要となるが、高精度にするほどメモリが必要となるため高コストとなる。したがって、副走査方向の色ずれとして視覚認知される５０μｍ以下となるように正弦波信号の生成分解能を設定している。
【００５４】
図１２は、受光素子ＰＤ１を例にして、この受光素子ＰＤ１と受光素子ＰＤ１を走査されるレーザビームとの関係を示す。受光素子ＰＤ１は、図１に示すように、感光体面上を走査されるレーザビームと光学的に等価となる位置に配置されている。「光学的に等価」とは、ビーム径および走査速度がほぼ同じであることを意味する。受光素子ＰＤ１の配置位置は感光体面の走査延長上が好適であるが、レイアウトの都合上、ミラーを経由して導かれるレーザビームが受光素子内を走査する構成としてもよい。受光素子ＰＤ１はＰＩＮフォトダイオードからなる受光部と、この受光部からの出力信号を増幅する増幅回路と、増幅された信号を波形整形するコンパレータ回路を有してなり、樹脂からなるレーザビーム透過部材にて１パッケージ化されてＩＣ（集積回路）化されている。符号４０２ａは受光部を、４０２ｂは回路部を、４０２ｃはＩＣのリードを示している。受光部４０２ａを走査ビームが通過することにより、図１２の下部に示すコンパレータ出力信号を発生させる。
【００５５】
図１２において、走査ビームを点線で示す領域は、光源が消灯され、またはフレア光が受光素子内にあって、感光体面上に潜像を形成することができるレベルの光量とならない程度に減光されている様子を示している。振動ミラー１１の最大振れ角と「受光素子近傍」との間の領域内で光源が発光していると、光走査装置内に配置された光学部品の乱反射に起因するゴースト光を発生させ、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の杆出信号に対してノイズとなるため、図７に示す前記Ａ，Ｂ，Ｃのタイムインターバルが乱れ、制御上誤動作し、あるいは制御が不安定となってしまう。この問題が起きないように、予め前記タイミングにて消灯しまたはゴースト光が感光体面上に潜像を形成するレベルの光量とならない程度に減光するように設定されている。消灯または減光は半導体レーザからなる光源を長寿命化すること、光源の温度上昇を低減する効果も合わせて奏することができる。上記「受光素子近傍」とは、前記コンパレータ出力に影響を与えることなく、前記タイムインターバルＡ，Ｂ，Ｃをそれぞれ正常に計測することができる発光タイミングとなる走査位置のことをいう。
【００５６】
なお、光学素子の反射率や透過率の低下（経時劣化）によって光量が低下すると、コンパレータ出力を決定するスレッシュホールド電圧までの立上時間が長くなる（時間軸に対する傾きが緩くなる）ため、誤った検出を行ってしまう。そこで、受光素子を走査する際に常に一定の光量となるように光源を制御することにより上記問題を解決している。
前記駆動信号の例として、正弦波を用いるものとしているが、正弦波を生成するにはデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器のビット数が多く、大容量のメモリが必要となる。そこで、水晶発振子から安価に生成することができる矩形波を使用してもよい。
【００５７】
また、振動ミラーの揺動によって往復走査するようにした実施例として説明したが、往復走査では最大振れ角端に向かって副走査方向の走査位置が近づくように、いわゆるジグザグ状に走査されるため、画像の両端側の文字の潰れや濃度むらが生じる。かかる問題は、片側走査（一方向走査）を行うことにより解決される。
【００５８】
次に、以上説明した光走査装置を用いたカラー画像形成装置の例について説明する。図５は、図１に示す光走査装置５を用いたカラー画像形成装置の例を示す。図５に示すカラー画像形成装置は、複数の感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置の例である。画像形成装置の上部から順に光走査装置５、現像装置６、ドラム形感光体３、中間転写ベルト２、定着装置７、給紙カセット１がレイアウトされている。
【００５９】
対をなすローラ２ａ，２ｂともう一つのローラ２ｃ間に上面が水平になるように掛け渡された中間転写ベルト２の上方には、各色に対応した上記感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋが、上記ベルと２の移動方向に沿い順にかつ上記ベルト２の上面に近接して等間隔で配設されている。感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは同一径に形成されていれ、それらの周囲には電子写真プロセスを順に実行するためのプロセス装置が、各感光体の回転方向に順に配設されている。感光体３Ｙを例に説明すると、帯電チャージャ（図示されず）、光走査装置５から出射された画像信号に基づくレーザビームＬ１が走査される露光部、現像装置６Ｙ、転写チャージャ（図示されず）、クリーニング装置（図示されず）等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。図５に示す画像形成装置の実施形態では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを色毎に設定された被走査面とするもので、光走査装置５から出射するレーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４がそれぞれに対応する各感光体表面を走査するように設けられている。
【００６０】
各感光体における画像形成プロセスおよびカラー画像形成プロセスは以下の通りである。まず、各感光体を代表して感光体３Ｙにおける画像形成プロセスを説明する。帯電チャージャにより一様に帯電された感光体３Ｙは、光走査装置５からのレーザビームＬ１の走査によって主走査が行われ、また、感光体３Ｙが矢印方向に回転することによって副走査が行われ、感光体３Ｙ上に静電潜像が形成される。また、光走査装置５によるレーザビームＬ１の照射位置よりも感光体３の回転方向下流側には、感光体３Ｙにトナーを供給する現像器６Ｙが配設され、イエローのトナーが供給される。現像器６Ｙから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋには、それぞれＭ、Ｙ、Ｋの単色トナー像が形成される。
【００６１】
各感光体３Ｙの現像器６Ｙの配設位置よりもさらに感光体３Ｙの回転方向下流側には、中間転写ベルト２の上面が位置している。中間転写ベルト２は、複数のローラ２ａ、２ｂ、２ｃに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印Ｂ方向に移動するようになっている。中間転写ベルト２は感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの順に移動し、各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋで現像された単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト２上にカラー画像を形成するようになっている。その後、給紙トレイ１から転写紙が矢印Ｃ方向に搬送され、中間転写ベルト２上のカラー画像が転写紙に転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着器７により定着処理後排紙される。画像を転写した後の各感光体および転写ベルト２の残留トナーはクリーニング装置によって除去される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施例を示す斜視図である。
【図２】上記実施例に用いられている振動ミラーの正面図である。
【図３】上記振動ミラーの腰部を拡大して示すもので、（ａ）は背面図、（ｂ）は底面図である。
【図４】上記振動ミラーの分解斜視図である。
【図５】上記振動ミラーの取り付け構造の例を示す分解斜視図である。
【図６】上記光走査装置の実施例の中から一つの感光体とそれに対応する光走査装置の要部を概略的に示した平面図である。
【図７】上記一つの光走査装置における振動ミラーの振幅と、これに対する受光素子の出力などを示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の光走査装置に適用される振動ミラー駆動制御回路の例を示すブロック図である。
【図９】本発明の光走査装置の実施例における振動ミラーの振幅制御の例を示す波形図である。
【図１０】上記振動ミラーのオフセット制御の例を示すもので、（ａ）はオフセット量が小さい場合、（ｂ）はオフセット量が大きい場合の波形図である。
【図１１】上記振動ミラーの位相制御の例を示す波形図である。
【図１２】上記光走査装置の実施例における受光素子と走査ビームの関係を示す正面図および受光素子出力とコンパレータ出力の波形図である。
【図１３】本発明にかかるカラー画像形成装置の実施例を概略的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００６３】
２    中間転写ベルト
５    光走査装置
１０    光源
１１    振動ミラー
１４    走査レンズ
３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ    感光体
ＰＤ１，ＰＤ２    受光素子
【図１】
2010049155.tif 000003
【図２】
2010049155.tif 000004
【図３】
2010049155.tif 000005
【図４】
2010049155.tif 000006
【図５】
2010049155.tif 000007
【図６】
2010049155.tif 000008
【図７】
2010049155.tif 000009
【図８】
2010049155.tif 000010
【図９】
2010049155.tif 000011
【図１０】
2010049155.tif 000012
【図１１】
2010049155.tif 000013
【図１２】
2010049155.tif 000014
【図１３】
2010049155.tif 000015