(57)【要約】【課題】  往復走査を行う複数の可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせることで光走査を行う光走査装置であって、特別な機構を用いずにジグザグ走査や繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことが可能な光走査装置、これを有する画像形成装置等の提供。【解決手段】光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、１ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、前記記録制御手段が、前記画像情報の分割位置を、前記各可動ミラー手段の往走査と復走査とで異なるようにする。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、
１ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、
前記各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせる光走査装置であって、
前記記録制御手段が、前記画像情報の分割位置を、前記各可動ミラー手段の往走査と復走査とで異なるようにする光走査装置。
【請求項２】
光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、
１ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、
前記各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせる光走査装置であって、
前記記録制御手段が、隣接する前記可動ミラーによる走査領域に前記画像情報が共通するオーバーラップ領域を設けるとともに、前記隣接する可動ミラーが前記オーバーラップ領域内に形成する各画素の画素サイズを、同可動ミラーの往走査と復走査との少なくとも一方で、それ以外の走査領域よりも小さくした光走査装置。
【請求項３】
請求項２記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記オーバーラップ領域内において、前記画像情報を、前記各画素を混在させることによって構成することを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、隣接する前記可動ミラーの走査位置が副走査方向においてずれるように出力することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項４記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記隣接する可動ミラーの走査位置が副走査方向に記録密度の略１／２ずれるように出力することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記可動ミラーの振れ角の位相を制御することにより、前記走査位置を調整することを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つに記載の光走査装置において、前記各可動ミラーの駆動周波数を、前記各可動ミラーの共振点の近傍で同共振点から外れた周波数帯域において共通としたことを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つに記載の光走査装置において、前記各可動ミラーの振れ角の変化を検出する振れ角検出手段を備え、前記記録制御手段が、前記振れ角検出手段の検出結果に基づいて、少なくとも同一画像記録中における前記各可動ミラーの振れ角を一定に保つことを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つに記載の光走査装置を有する画像形成装置等。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、光走査型のバーコード読み取り装置や車載用のレーザレーダ装置等、及びこれら画像形成装置等に備えられた光走査装置に関し、特に、往復走査を行う複数の可動ミラーを用い、各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせることで光走査を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、かかる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ているが、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る。
【０００３】
このような状況下において、近年、シリコンマイクロマシニングを利用した光偏向器の研究が進められており、〔特許文献１〕や〔特許文献２〕に開示されているように、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構成の光偏向器が提案されており、〔特許文献３〕には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。
【０００４】
このような構成の光偏向器によれば、ミラー面のサイズが小さく小型化でき、また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うえに騒音が低いという利点がある。さらに、振動ミラーを回転する駆動力も小さくて済むので消費電力も低く抑えられるという利点もある。
【０００５】
しかしながら、これらの振動ミラーにおいて駆動周波数を大きくする、つまり高速化するにはねじり梁を太く、短くして共振周波数を上げてやる必要があり、必然的に振れ角がとれなくなってしまうため、従来のポリゴンミラーのように広域を走査することはできないという問題がある。
【０００６】
駆動周波数を上げずに高速化する方法として、往復走査により画像を双方向に記録することが考えられるが、往走査と復走査で走査開始側が入れ替わることで、ジグザグに走査が行なわれることとなり走査ラインのピッチが均一にならないことに起因して、折り返し点の近傍では往走査により形成された画素と復走査により形成された画素とが密集してしまい濃度むらとなって画像品質が劣化してしまう。
よって、往復走査のいずれか１方向の走査のみを用いて画像記録を行なうという非効率な方法に頼らざるを得ない。
【０００７】
そうすると、振動ミラーを利用する場合であっても、往復走査のいずれか片方向の走査のみでしか画像記録を行なわない構成では、やはり駆動周波数を大きくして高速化する必要があり、高速化しようとすると共振周波数を向上しなければならず振れ角とのトレードオフとなり所定の走査領域を確保することができないという上述の問題が生じることとなる。
【０００８】
また、ポリゴンミラーを用いた光走査装置では、発光源の数を増やして一括走査することにより高速化が可能であることが知られているが、これと同様のことを振動ミラーを用いた構成に適用しようとすれば、発光源の数に応じて振動ミラーの幅を拡大する必要があり慣性モーメントが増えてしまうため、やはり振れ角とのトレードオフとなり所定の走査領域を確保することができない。
【０００９】
そこで、〔特許文献４〕等に開示されているように、複数の振動ミラーを主走査方向に並設し、画像領域を主走査方向において分割して画像記録を行なう構成が考案されている。この構成によれば、光路長が短縮でき、振動ミラーで偏向する光束径も小さくできるため、シリコンマイクロマシニングに適合した振動ミラーサイズまで小型化できるという利点がある。
【００１０】
なお、分割して画像記録を行う構成においては、分割した部分相互間での継目を目立たなくすることが必要となる場合があるため、ポリゴンミラーなど、振動ミラー以外の偏光手段を採用した構成において、〔特許文献５〕において開示されているようにオーバーラップ領域の光量をそれ以外と同等となるよう調節する技術や、〔特許文献６〕、〔特許文献７〕において開示されているように隣接する領域の画素を混在させる技術が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】特許第２９２４２００号公報
【特許文献２】特許第３０１１１４４号公報
【特許文献３】特許第３４４５６９１号公報
【特許文献４】特開２００２−２５８１８３号公報
【特許文献５】特開平７−１９９０９８号公報
【特許文献６】特許第２６３６９８４号公報
【特許文献７】特開２００１−１６６２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、〔特許文献４〕に開示されている光走査装置は、往復走査により画像を双方向に記録する構成であるため、上述の問題すなわち、往走査と復走査で走査開始側が入れ替わることで、ジグザグに走査が行なわれることとなり走査ラインのピッチが均一にならないことに起因して、折り返し点の近傍では往走査により形成された画素と復走査により形成された画素とが密集してしまい濃度むらとなって画像品質が劣化してしまうという問題が生じる。
【００１３】
また、各々の振動ミラーの共振周波数が揃っていないと、隣接する領域間の継目が目立ち易くなり画像品質が劣化するという問題が生じる。この問題を回避するには、各々の振動ミラーの共振周波数を揃える必要があるが、各々の振動ミラーの共振周波数を揃えようとすると生産効率が悪化するという問題がある。
【００１４】
本発明は、往復走査を行う複数の可動ミラーを用い、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませ、各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせることで光走査を行う光走査装置であって、特別な機構を用いずにジグザグ走査や繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、高速の走査を行うことが可能な光走査装置、及び、これを有するデジタル複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、光走査型のバーコード読み取り装置や車載用のレーザレーダ装置等の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、１ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、前記各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせる光走査装置であって、前記記録制御手段が、前記画像情報の分割位置を、前記各可動ミラー手段の往走査と復走査とで異なるようにする光走査装置にある。
【００１６】
請求項２記載の発明は、光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、１ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、前記各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせる光走査装置であって、前記記録制御手段が、隣接する前記可動ミラーによる走査領域に前記画像情報が共通するオーバーラップ領域を設けるとともに、前記隣接する可動ミラーが前記オーバーラップ領域内に形成する各画素の画素サイズを、同可動ミラーの往走査と復走査との少なくとも一方で、それ以外の走査領域よりも小さくした光走査装置にある。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記オーバーラップ領域内において、前記画像情報を、前記各画素を混在させることによって構成することを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、隣接する前記可動ミラーの走査位置が副走査方向においてずれるように出力することを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記隣接する可動ミラーの走査位置が副走査方向に記録密度の略１／２ずれるように出力することを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記可動ミラーの振れ角の位相を制御することにより、前記走査位置を調整することを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の光走査装置において、前記各可動ミラーの駆動周波数を、前記各可動ミラーの共振点の近傍で同共振点から外れた周波数帯域において共通としたことを特徴とする。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の光走査装置において、前記各可動ミラーの振れ角の変化を検出する振れ角検出手段を備え、前記記録制御手段が、前記振れ角検出手段の検出結果に基づいて、少なくとも同一画像記録中における前記各可動ミラーの振れ角を一定に保つことを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載の光走査装置を有する画像形成装置等にある。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、１ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、前記各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせる光走査装置であって、前記記録制御手段が、前記画像情報の分割位置を、前記各可動ミラー手段の往走査と復走査とで異なるようにする光走査装置にあるので、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずにジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりによる走査濃度の上昇を防止し、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査によっても片方向走査と同等の走査性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な走査を行うことができる低騒音で省電力な光走査装置を提供することができる。
【００２５】
本発明は、光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、１ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、前記各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせる光走査装置であって、前記記録制御手段が、隣接する前記可動ミラーによる走査領域に前記画像情報が共通するオーバーラップ領域を設けるとともに、前記隣接する可動ミラーが前記オーバーラップ領域内に形成する各画素の画素サイズを、同可動ミラーの往走査と復走査との少なくとも一方で、それ以外の走査領域よりも小さくした光走査装置にあるので、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずにジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりによる走査濃度の上昇を防止し、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査によっても片方向走査と同等の走査性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な走査を行うことができる低騒音で省電力な光走査装置を提供することができる。
【００２６】
前記記録制御手段が、前記オーバーラップ領域内において、前記画像情報を、前記各画素を混在させることによって構成することとすれば、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずに、各可動ミラー間の画素サイズを調節して濃度分布の重心位置をずらすことで、ジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりによる走査濃度の上昇を防止し、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査によっても片方向走査と同等の走査性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な走査を行うことができる低騒音で省電力な光走査装置を提供することができる。
【００２７】
前記記録制御手段が、隣接する前記可動ミラーの走査位置が副走査方向においてずれるように出力することとすれば、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずに、ジグザグ走査に伴って発生する折り返し点間の副走査間隔を埋めるように、隣接する走査領域の走査ラインを入り組ませることで、継目近傍における走査ラインの間隔を均一化でき、ジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりによる走査濃度の上昇を防止し、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査によっても片方向走査と同等の走査性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な走査を行うことができる低騒音で省電力な光走査装置を提供することができる。
【００２８】
前記記録制御手段が、前記隣接する可動ミラーの走査位置が副走査方向に記録密度の略１／２ずれるように出力することとすれば、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずに、ジグザグ走査に伴って発生する折り返し点間の副走査間隔を埋めるように、隣接する走査領域の走査ラインを等間隔で入り組ませることで、継目近傍における走査ラインの間隔を高精度で均一化でき、オーバーラップ領域とそれ以外の領域との走査密度が揃えられ、ジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりによる走査濃度の上昇を防止し、全領域にわたって走査濃度を高精度で均一化し、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査によっても片方向走査と同等の走査性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な走査を行うことができる低騒音で省電力な光走査装置を提供することができる。
【００２９】
前記記録制御手段が、前記可動ミラーの振れ角の位相を制御することにより、前記走査位置を調整することとすれば、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずに、また面倒な調整作業によることなく可動ミラーの走査タイミングを調整することで走査位置を調整でき、これによってジグザグ走査に伴って発生する折り返し点間の副走査間隔を埋めるように、隣接する走査領域の走査ラインを入り組ませることで、継目近傍における走査ラインの間隔を均一化でき、ジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりによる走査濃度の上昇を防止し、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査によっても片方向走査と同等の走査性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な走査を行うことができる、低騒音で省電力な生産性の高い光走査装置を提供することができる。
【００３０】
前記各可動ミラーの駆動周波数を、前記各可動ミラーの共振点の近傍で同共振点から外れた周波数帯域において共通としたこととすれば、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずにジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりによる走査濃度の上昇を防止し、また、製造工程で発生する加工誤差等により可動ミラーの共振周波数がばらついても各可動ミラーによる走査ラインの周期が変わることがないので、隣接する可動ミラー間で各走査ラインの粗密に伴う濃度差が発生することがないから、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査によっても片方向走査と同等の走査性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な走査を行うことができる低騒音で省電力な光走査装置を提供することができる。
【００３１】
前記各可動ミラーの振れ角の変化を検出する振れ角検出手段を備え、前記記録制御手段が、前記振れ角検出手段の検出結果に基づいて、少なくとも同一画像記録中における前記各可動ミラーの振れ角を一定に保つこととすれば、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずに、温度変化等に伴う隣接する可動ミラー間の共振周波数が変動しても振れ角を一定に保つことで走査領域幅の変動を抑制でき、ジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりや離隔による走査濃度の上昇を防止し、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査によっても片方向走査と同等の走査性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な走査を行うことができる低騒音で省電力な光走査装置を提供することができる。
【００３２】
本発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載の光走査装置を有する画像形成装置等にあるので、上述の各効果を奏する光走査装置を有し、可動ミラーを走査周波数に対して１／２の周波数の駆動で済ませることができるとともに、特別な機構を用いずにジグザグ走査における往走査と副走査との折り返し点近傍での各走査ラインを構成する走査線の重なりによる画像濃度の上昇を防止し、繋ぎ合わせ走査による走査性の劣化を招くことなく、往復走査での画像記録によっても片方向走査と同等の画像形成性能が得られ、小型でありながら高速且つ良好な画像形成を行うことができる低騒音で省電力な画像形成装置等を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１に、本発明を適用した光走査装置に用いる光走査手段としての振動ミラーモジュールの一部を示す。
２枚のＳｉ基板である第１の基板２０６と、第２の基板２０７とを、酸化膜等の絶縁膜を介して重ねた状態で接合して、図８に示す振動ミラー基板２３１が構成される。
【００３４】
図１に示すように、第１の基板２０６は、厚さ６０μｍのＳｉ基板からなり、エッチングにより、可動ミラー２０２と、可動ミラー２０２を同一直線上で軸支する一対のねじり梁２０８とを、それらの周囲を貫通し固定枠２１０から分離して形成する態様で有している。
【００３５】
ねじり梁２０８は、図において上下方向に延在する回転軸とこの回転軸に角度を有するエレメントとを有し、Ｙ字状に形成されており、回転軸から偏心した２端で、エレメントにおいて可動ミラー２０２に対して連結されているとともに、回転軸の他端側を第１の基板２０６本体、言い換えると固定枠２１０に連結されている。
ねじり梁２０８が、中央部すなわち回転軸上に接続部を持たないことで、ねじり梁２０８から伝わる応力によって可動ミラー２０２の反射面を変形させないようにし、連結点間の平面性が保たれる。
【００３６】
可動ミラー２０２は、ねじり梁２０８に対して、図において左右に対称に形成され、両端の縁部に櫛歯状の凹凸を形成している。固定枠２１０には、かかる凹凸に対向する内辺に、かかる凹凸に対して数μｍのギャップを有して互い違いに噛み合うよう形成された凹凸が形成されている。
【００３７】
可動ミラー２０２の表面、すなわち図において紙面手前側の面にはＡｕ等の金属被膜が蒸着され反射面であるミラー面が形成されている。
可動ミラー２０２両端の凹凸部は、第１、第２の可動電極２２９、２３０を構成しており、対向する固定枠２１０の凹凸部は第１、第２の固定電極２０３、２０４を構成している。なお、第１、第２の可動電極２２９、２３０は、説明の便宜上、互いに別の符号を付しているが、互いに同電位である。
固定枠２１０は、可動ミラー２０２と、ねじり梁２０８と、ねじり梁２０８の付け根部を有する島部２２１と、各固定電極２０３、２０４を有する島部２２２、２２３とを、約５μｍの分離溝によるギャップをもって分離した構成である。
【００３８】
第２の基板２０７は１４０μｍのＳｉ基板からなり、エッチングにより中央部を貫通した形状をなしており、固定枠２２０に形成した凹凸部と重なり合う内辺には、かかる凹凸部と外郭が一致するように櫛歯状に凹凸を形成し、第３、第４の固定電極２１１、２１２を構成しており、第２の基板２０７本体、言い換えると固定枠２２０から、島部２２４、２２５を、分離溝によるギャップをもって分離した構成としている。
【００３９】
第１の基板２０６における分離溝と第２の基板２０７における分離溝とは重ならないよう形成され、それぞれの基板２０６、２０７において、各分離溝が、上述した各島部を形成するようにそれぞれの島部の周囲を貫通した態様で形成されても、各島部が接合された状態が保てるようにしている。
【００４０】
各分離溝は、各基板２０６、２０７を絶縁層を介して接合した状態で、固定枠２１０、２２０から各々の電極の周囲を、エッチングによって、エッチストップ層としての絶縁層（酸化膜）まで貫通する態様で形成され、これによって各島部を個別に分離することで、基板２０６、２０７そのものが電極として構成されている。
【００４１】
第３、第４の固定電極２１１、２１２には、可動ミラー２０２の揺動に伴って、第１、第２の可動電極２２９、２３０が噛み合うように通過する。
第１、第２の固定電極２０３、２０４には同位相の電圧パルスを印加し、第３の固定電極２１１には第１、第２の固定電極２２９、２３０に印加する電圧パルスよりも進んだ位相の電圧パルス、第４の固定電極２１２には第１、第２の固定電極２２９、２３０に印加する電圧パルスよりも遅れた位相の電圧パルスが印加される。
【００４２】
図２に可動ミラー２０２の振れ角、言い換えると振幅に対応して各電極間に発生する静電トルクの様子を示す。
図３に電極２２９、２０３、２１１の断面を示す。図中、左回り方向の静電トルクを正とし、これを図２に示している。
可動ミラー２０２は初期状態では水平であるが、第３の固定電極２１１に電圧を印加すると対向する第１の可動電極２２９との間で負の方向での静電力を生じ、ねじり梁２０８を捻って回転され、ねじり梁２０８の戻り力と釣り合う振れ角まで傾く。
【００４３】
第３の固定電極２１１への電圧が解除されるとねじり梁２０８の戻り力で可動ミラー２０２は水平に戻るが、水平に戻る直前に第１、第２の固定電極２０３、２０４に電圧を印加することによって正の方向での静電力を生じ、引き続き、第４の固定電極２１２に電圧を印加することによってさらに正の方向での静電トルクを付加する。
このような各電極への電圧印加の切り換えを繰り返し行うことで、可動ミラー２０２を、その両端の可動電極２２８、２３０が対向する第１、第２の固定電極２０３、２０４を抜ける振れ角において、本形態では約２°にて往復振動させる。
【００４４】
可動ミラー２０２の慣性モーメント、ねじり梁２０８の幅と長さとを、走査する所望の駆動周波数に合わせ、ねじり梁２０８を回転軸とした１次共振モードの帯域にかかるよう設計することによって、可動ミラー２０２が励振されてその振幅が著しく拡大され、可動ミラー２０２両端の可動電極２２９、２３０が第３、第４の固定電極２１１、２１２を抜ける振れ角まで拡大することができる。
【００４５】
これによって、第３、第４の固定電極２１１、２１２を抜けた振れ角でも、これら固定電極２１１、２１２では可動ミラー２０２に正の方向での静電力が生じ、可動ミラー２０２を水平に戻す方向のトルクが発生するから、静電トルクの働く振れ角範囲を拡大でき、共振周波数を外れた駆動周波数においても大きな振れ角が維持できる。
【００４６】
図４に、可動ミラー２０２の振幅に対する各固定電極への印加パルスのタイミングを示す。同図に示すように、可動ミラー２０２の振幅に対して最適なタイミングで各固定電極に電圧パルスが印加され、効率よく静電トルクが働くように可動ミラー２０２の振幅と各固定電極への印加パルスとの位相が、適宜設定される。
【００４７】
本形態では、第３、第４の固定電極２１１、２１２の厚さ、言い換えれば第２の基板２０７の厚さｔを、可動ミラー２０２の振れ角をθ（＝５°）、幅を２Ｌ（＝４ｍｍ）、第１の基板２０６の厚さをｔ０（＝６０μｍ）とするとき、
ｔ０＜ｔ＜Ｌ・ｓｉｎθ
なる関係となるように設定し、
θ０＝ａｒｃｓｉｎ（ｔ０／Ｌ）
とすると、
第１、第２の固定電極２０３、２０４には、０＜α１＜θ０
第３、第４の固定電極２１１、２１２には、０＜α２＜θ０
となる可動ミラー２０２の振れ角の範囲で電圧パルスを印加している。
【００４８】
図５に駆動周波数言い換えると走査周波数に対する可動ミラー２０２の振れ角の特性を示す。同図から、駆動周波数を共振周波数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特性を有することが分かる。
従って、初期的には可動ミラー２０２の駆動を行う図１９に示す記録制御手段３００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もできるが、図６に温度に対する共振周波数の変動を示したように、温度変化等で共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまうことで経時的な安定性に乏しいという問題がある。
また、後述するように複数の可動ミラー２０２を有する本形態の様な構成においては、可動ミラー２０２の各々で固有の共振振動数がばらつくため、共通の駆動周波数で駆動できないという問題がある。
【００４９】
そこで、本形態では、可動ミラー２０２の駆動周波数を、可動ミラー２０２とねじり梁２０８とからなる振動部固有の共振周波数言い換えると共振点の近傍で、かつ比較的振れ角変化の少ない、共振周波数から高めに外れた周波数帯域に設定しており、共振周波数２ｋＨｚに対して、駆動周波数を２．５ｋＨｚとし、振れ角は印加電圧のゲイン調整により±５°に合わせている。なお、図５において、縦軸は振れ角（振幅）の量すなわち振れ角（振幅）の大きさを表している。
【００５０】
駆動周波数は、本形態では３００Ｈｚである、可動ミラー２０２を含む基板２０６、２０７等の加工誤差による共振振動数のばらつきや、本形態では３Ｈｚである、温度による共振周波数の変動があっても、駆動周波数がいずれの共振周波数にもかからないような周波数帯域、すなわち共振周波数が２ｋＨｚであれば２．３０３Ｈｚ以上、または１．６９７Ｈｚ以下に設定することが望ましい。
【００５１】
可動ミラー２０２の寸法を、縦２ａ、横２ｂ、厚さｄ、ねじり梁２０８の長さをＬ、幅をｃとすると、Ｓｉの密度ρ、材料定数Ｇを用いて、
慣性モーメントＩ＝（４ａｂρｄ／３）・ａ＾２
バネ定数Ｋ＝（Ｇ／２Ｌ）・｛ｃｄ（ｃ＾２＋ｄ＾２）／１２｝
となり、共振振動数fは、
ｆ＝（１／２π）・（Ｋ／Ｉ）＾１／２
＝（１／２π）・｛Ｇｃｄ（ｃ＾２＋ｄ＾２）／２４ＬＩ｝＾１／２
となる。
ここで、梁の長さＬと振れ角θは比例関係にあるため
θ＝Ａ／Ｉ ｆ＾２、Ａは定数
で表され、振れ角θは慣性モーメントＩに反比例し、共振振動数ｆを高めるには慣性モーメントを低減しないと振れ角θが小さくなってしまう。
【００５２】
そこで、図７に示すように、可動ミラー２０２の裏側２１９を肉抜きし、格子状としている。具体的には、基板厚をｄとすると、格子状に残した部分以外の部分を、ｄ／１０以下の厚さまでエッチングにより肉抜きしている。これにより、慣性モーメントを約１／５に低減している。
【００５３】
回転時に基板２０６の可動ミラー２０２の部分にかかる応力は、回転軸に直交する方向において両翼幅の約１／６の位置をピークとして分布するため、リブ３０９の数を６段階に可変し、応力が大きい領域ではリブ３０９の数を増やして剛性を確保し、慣性力が大きいミラー部分の周辺にかけては肉抜き部３１０の面積を増やして回転軸からの距離に応じて質量が軽減されるようにしている。
なおこれら慣性モーメントに利くパラメータ、ねじり梁２０８の寸法誤差等が共振周波数のばらつきを発生させる要因となる。
【００５４】
一方、空気の誘電率ε、電極長さＨ、印加電圧Ｖ、電極間距離δとすると
電極間の静電力Ｆ＝εＨＶ＾２／２δ
となり、
振れ角θ＝Ｂ・Ｆ／Ｉ、Ｂは定数
と表され、電極長さＨが長いほど振れ角θが大きくなり、櫛歯状とすることで櫛歯数ｎに対して２ｎ倍の駆動トルクを得ている。
よって電極形状を凹凸状として外周長をできるだけ長くし、電極長をかせぐことで、低電圧でより大きい静電トルクが得られるように配慮している。
【００５５】
ところで、可動ミラー２０２の速度υ、面積Ｅに対して、空気の密度をηとすると
空気の粘性抵抗Ｐ＝Ｃ・ηυ＾２・Ｅ＾３、Ｃは定数
が可動ミラー２０２の回転に対抗して働く。
従って、可動ミラー２０２を密封し減圧状態に保持するのが望ましい。
【００５６】
そこで、図８に示すように、第１、第２の基板２０６、２０７が接合されてなる振動ミラー基板２３１を、振動ミラーモジュール１３０内において減圧環境下で封入する構成となっている。なお、図８において、破線で示した部分は、実際には存在する各部材の輪郭を表している。
振動ミラー基板２３１は、中央部を貫通したセラミック基板３１３上に接合され、ＣＡＮパッケージの基体３１２上に、反射面を上側に向け、基体３１２の外縁に形成された一対のＶ溝を結ぶ直線上に回転軸を合わせて装着される。
【００５７】
基体３１２にはリード端子２１６が基体３１２を上下に貫通した態様で一体化され、また、第２の基板２０７の上面には各電極と接続される複数のパッドが設けられる。このパッドは、島部２２４、２２５に金属面を露出して形成されるパッド２０９と、第２の基板２０７に形成した、島部２２１、２２２、２２３に連通した貫通穴２２６、２２７、２２８に、第２の基板２０７の表面まで金属ペーストを充填した図示しないパッドとによって構成される。各パッドとリード端子２１６の先端とはワイヤーボンドにて配線される。
【００５８】
基体３１２の段差部２４３にキャップ２４２をはめ込み、減圧環境下で隙間を溶接シールすることで、可動ミラー２０２が配備される空間が、１ｔｏｒｒ以下となるように形成される。
第２の基板２０７の上面には、可動ミラー２０２と対向する状態で対向ミラー２１５が一体的に接合される。
【００５９】
対向ミラー２１５は透明樹脂で成形され、スリット開口２１３を挟んで、第１の反射面２１７、第２の反射面２１８を対で配備した構成となっている。反射面２１７、２１８は、これらが屋根状に互いに１４４．７°の角度をなすよう、振動ミラー基板２３１の上面に対して各々９°、２６．３°傾けた傾斜面となっており、これら傾斜面に金属被膜を蒸着して形成されている。
【００６０】
対向ミラー２１５の底面は静止状態の可動ミラー２０２のミラー面と平行に形成され、第２の基板２０７の枠部上面に当接して接合されるが、この際、対向ミラー２１５を位置決めするための嵌合穴２１４が第２の基板２０７の両サイドに設けられ、対向ミラー２１５下面から突出するピン２４１を挿入して回転軸に直交して正確に配備されるようになっている。
ビームは、スリット開口２１３を通じて入出射される。
【００６１】
図９に本発明を適用した光走査装置１００の副走査断面を示す。光源としての半導体レーザ１０１から射出したビームはカップリングレンズ１１０、シリンダレンズ１０９、入射プリズム１３６を介して、可動ミラー２０２に対しスリット開口２１３より入射される。このとき、カップリングレンズ１１０より射出した光ビームは、副走査方向にのみ曲率を有するシリンダレンズ１０９に入射され、副走査方向においてミラー面で集束する集束光束として可動ミラー２０２に入射する。
【００６２】
可動ミラー２０２への入射角は、図９の紙面に平行な副走査断面内、すなわち図９においては図示を省略するが図９において左右方向に延在するねじり梁２０８の回転軸を含む副走査断面内で、図９における上下方向である第２の基板２０７の上面に垂直な法線に対して、副走査方向に約２０°傾けた角度である。
【００６３】
可動ミラー２０２で反射したビームは第１の反射面２１７に入射し、反射されて可動ミラー２０２に戻される。可動ミラー２０２で反射したビームは、スリット開口２１３を通過することなく第２の反射面２１８に入射し、可動ミラー２０２と反射面２１８との間で３往復しながら反射位置が副走査方向に移動する。このようにしてビームは可動ミラー２０２と対向ミラー２１５との間で反射を繰り返し、可動ミラー２０２で合計５回反射がなされた後、スリット開口２１３、入射プリズム１３６を直進して射出される。
【００６４】
このように半導体レーザ１０１からのビームを、ねじり梁２０８の回転を伴った可動ミラー２０２の振動によって往復走査することにより、複数回反射を繰り返すことで、可動ミラー２０２の振動による振れ角が小さくても大きな走査角が得られるようにし、光路長を短縮している。
【００６５】
入射プリズム１３６とシリンダレンズ１０９とは接合されており、この状態で、ビームの入射位置が合うようにミラー面と平行に両向きの矢印で示す方向に一体で調節されて固定され、入射プリズム１３６の位置が変わってもシリンダレンズ１０９によるビームの収束位置がミラー面からずれることがないようにしている。
【００６６】
いま、可動ミラー２０２での総反射回数をＮ、振れ角をαとすると、走査角θは２Ｎαで表せる。
本形態では、Ｎ＝５、α＝５°であるから最大走査角は５０°となり、その内２５°を画像記録領域としている。共振を利用することで印加電圧は微小で済み発熱も少ないが、上式から明らかなように記録速度、つまり共振周波数が速くなるに従ってねじり梁２０８のばね定数Ｋを高める必要があり振れ角がとれなくなってしまう。そこで、上記したように対向ミラー２１５を設けることで走査角を拡大し、記録速度によらず必要十分な走査角が得られるようにしている。
【００６７】
また、屋根状に対向した態様で反射面２１７、２１８を構成し、可動ミラー２０２への副走査方向での入射角度が、反射を繰り返すことで正負となること、言い換えれば、反射に伴う進行方向が右向き、左向きに振り分けられるようにすることで、斜入射に伴う被走査面すなわち後述する感光体５０４の周面上での走査線の曲がりを抑え、直線性を維持するとともに、光軸と直交する面内での光束の回転が射出時にはもとの姿勢に戻るようにして結像性能の劣化が起きないよう配慮している。
【００６８】
図１０に示すように、半導体レーザ１０１は、フレーム部材１０２に立設された壁１０５に配備された段付きの貫通穴１０３に紙面奥側からステム外周を基準に係合され、段差部にその鍔面を突き当てて光軸方向を位置決めされ、押え板１４１により背面から押圧固定される。半導体レーザ１０１は、図示しないが、副走査方向に５０μｍのピッチで２つの発光源がモノリシックに形成されている。
【００６９】
各振動ミラーモジュール１３０は、図９に示したように基体３１２底面から突出した各リード端子２１６を、プリント基板１１２に形成された各スルーホールに挿入して半田付けし、フレーム部材１０２の下側全体に形成された開口を塞ぐようにプリント基板１１２上面を当接してプリント基板１１２に固定すると同時に、回路接続がなされる。
【００７０】
プリント基板１１２には半導体レーザ１０１の駆動回路と、可動ミラー２０２の駆動回路とを備えた、図１９に示す記録制御手段３００を含む図示しない電子部品、および同期検知センサ１１３が実装されており、外部回路との配線が一括してなされる。
一端をプリント基板１１２に結線されたケーブル１１５は半導体レーザ１０１のリード端子と接続される。
【００７１】
振動ミラーモジュール１３０はねじり梁２０８の方向が光軸方向に合うように、フレーム底面側に設けられた段付きの角穴１０４の裏側より基体２１２の外縁を基準に位置決めされ、段差部に鍔面を突き当ててミラー面の位置を合わせてフレーム部材１０２に取り付けられる。３つの振動ミラーモジュール１３０が均等間隔で単一のフレーム部材１０２により位置決めされる。
【００７２】
シリンダレンズ１０９を入射プリズム１３６の入射面に接合された状態で、角穴１０４の内側に突出したガイド部１４２に沿わせてスライドすることで、可動ミラー２０２へのビームの入射位置が調節される。
調節後は、入射プリズム１３６側面とガイド部１４２との隙間に接着剤を充填して固定される。
【００７３】
フレーム部材１０２の上面は角穴１０４の裏側に設けられた各振動ミラーモジュール１３０のミラー法線方向の突き当て面と平行な面をなしている。ハウジング１０６の底面より突出した２本の突起１３５をフレーム部材１０２の係合穴に挿入してフレーム部材１０２上面上での位置決めを行い、４隅をネジ１３７にてネジ止めして固定される。ネジ１３７はフレーム部材１０２の貫通穴を介してプリント基板１１２に螺合され、フレーム部材１０２を挟むように３身一体で結合され、この後に上記したように半田付けがなされる。
【００７４】
ハウジング１０６には結像手段を構成する第１の走査レンズ１１６及び第２の走査レンズ１１７が光軸に沿って並設されている。第１の走査レンズ１１６及び第２の走査レンズ１１７は３組備えられており、各組が、図１１においてｘ方向として示す主走査方向に配列され、図１１に示すように各組の走査領域がわずかに重なるように位置決めされて一体的に保持される。
【００７５】
第１の走査レンズ１１６はｘ方向中央部、且つ図１１においてｙ方向として示す副走査方向すなわち後述する感光体５０４の回転方向である感光体移動方向の下流側に向けて突出されその主走査方向の位置決めを行う突起１２０と、ｘ方向両端に形成された、ハウジング１０６に係合して光軸方向の位置決めを行う平押面１１９とを有している。突起１２０は、紙面奥側を向く副走査方向基準面に突設されている。
【００７６】
図１０に示すように、第１の走査レンズ１１６は、ハウジング１０６に一体形成された溝１２２に突起１２０を係合し、またハウジング１０６に一体形成された一対の切欠１２１の各々に各平押面１１９を挿入し、波板バネ１４３で入射面側すなわちビームの光路上において半導体レーザ１０１に近接する面側をハウジング１０６に押し付け、入射面内での姿勢を保持することで、光軸と直交する仮想の同一面上で各第１の走査レンズ１１６同士の相対的な配置が合わせられる。
【００７７】
また、第１の走査レンズ１１６は、副走査方向基準面を、ハウジング１０６から突出した一対の突起１４２の先端に突き当てることで、光軸と直交する面内での位置決めを行ない、これによって副走査方向の設置高さが決定される。
この状態で、各第１の走査レンズ１１６は、カバー１３８と一体形成された各板バネ１４１で押圧支持される。
【００７８】
第２の走査レンズ１１７は第１の走査レンズ１１８と同様に副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起１２３、両端に光軸方向の位置決めを行う平押面１４４を備え、ハウジング１０６に一体形成された溝１５２に突起１２３を係合し、切欠１５１に平押面１４４を挿入し波板バネ１４３で出射面側に押し付け姿勢を保持するとともに、副走査方向基準面をハウジング１０６から突出した突起１４５の先端に突き当てて設置高さを位置決めし、カバー１３８と一体形成された板バネ１４６で押圧支持される。
符号１４７はカバー１３８をハウジング１０６に固定するネジを示している。
【００７９】
同期検知センサ１１３はピンフォトダイオードで構成されており、隣接する振動ミラーモジュール１３０で共用する中間位置と、両端位置とに配置され、各振動ミラーモジュール１３０の走査開始側と走査終端側とでビームが検出できるように計４箇所に実装されている。同期検知センサ１１３は、走査開始側においては先端検知センサ、走査終端側では終端検知センサとして用いられ、それぞれの検出面は後述する感光体５０４の周面上に到達する光路長と概略等しい位置に配置されている。
【００８０】
第２の走査レンズ１１７の射出面側には、図１１に示すＶ字状の高輝アルミ薄板１２７を貼り付けるためのミラー受部１２８が、各第２の走査レンズ１１７の走査領域間においてハウジング１０６に形成されている。ミラー受部１２８は、各第２の走査レンズ１１７を挟んで対向するように、各振動ミラーモジュール１３０による走査開始側と走査終端側とに配置されており、高輝アルミ薄板１２７によって反射したビームが、各第２の走査レンズ１１７の両側においてハウジング１０６に形成された開口部１２９、およびフレーム部材１０２の矩形穴１５３を通って、各々の同期検知センサ１１３へ導かれるようになっている。
【００８１】
カバー１３８にはビームが通過する開口１３９が形成され、ハウジング１０６上面を密閉するようネジ１４７によってネジ止めされ、これによって前記したように板バネ１４１、１４６により第１の走査レンズ１１６及び第２の走査レンズ１１７を各当接部位に確実に突き当たるように押圧する。
【００８２】
ハウジング１０６の手前側側面には一対の位置決めピン１３１が形成されている。ハウジング１０６の奥側側面には段曲げされた面板１３２がねじ１５４により固定される。面板１３２には、位置決めピン１３３がハウジング１０６の手前側側面に向けて立設されている。面板１３２は切欠６３９を有している。
【００８３】
フレーム部材１０２、ハウジング１０６はガラス繊維強化樹脂やアルミダイキャスト等で成形されている。プリント基板１１２にはコネクタ６４０が配設されている。面板１３２の切欠き６３９からはコネクタ６４０が覗くようになっている。
図１０におけるハウジング１０６の手前側側面、奥側側面は、次に説明する図１２ではそれぞれ奥側、手前側に位置している。
【００８４】
図１２に光走査装置１００と像担持体としての感光体ドラムである感光体５０４との位置決めを行なうための構造を示す。
光走査装置１００は、ユニットとして、図１０とは前後左右が反転した姿勢で取付けられる。光走査装置１００は、図１２においては下向きにビームを照射する。
【００８５】
符号６３２、６３３は、主走査方向ｘにおいて対向して配置された側板を示している。側板６３２、６３３は板金で成形されている。光走査装置１００は、側板６３２、６３３を架橋するガイド板６３４に沿って、前側の側板６３２側から挿入され、図１０に示した位置決めピン１３１を、奥側の側板６３３に対をなすように形成された位置決め孔６３７に嵌合するとともに、面板１３２に立設された位置決めピン１３３を前側の側板６３２の位置決め孔６３８に嵌合して面板１３２を側板６３２に当接させ、ねじ１５５によりネジ止めして固定する。
【００８６】
位置決め孔６３７は一方が基準孔であり、他方が長孔である。位置決め孔６３８を長孔であって、それぞれ主走査方向に延在するハウジング１０６の長手方向と感光体軸との傾きを調節することもでき、走査ラインの傾きが補正できる。
ねじ１５５によるネジ止めにより光走査装置１００を固定し、面板１３２の切欠き６３９から覗いているプリント基板１１２のコネクタ６４０の配線接続を行なう。
【００８７】
側板６３２、６３３にはそれぞれ感光体５０４の両端側に配設された軸受６３６を位置決めするための切欠６３５が形成され、軸受６３６を切欠６３５に係合することで複数の感光体５０４相互間の配置精度を所望の程度に形成するとともに、各感光体５０４と各光走査装置１００とハウジング１０６との配置精度を所望の程度に形成し、またこれらの精度を保って支持するようになっている。
【００８８】
図１３以下に沿って、隣接する振動ミラーモジュール１３０相互間における、これら振動ミラーモジュール１３０から出射されるビームによって感光体５０４の周面上に形成されるライン像の継ぎ目補正方法を説明する。この継ぎ目補正、すなわち、各可動ミラー２０２による走査領域の繋ぎ合わせ、またその他の制御はすべて図１９に示す記録制御手段３００によって行なわれる。
【００８９】
ここでは、簡単のため、隣接する振動ミラーモジュール１３０からのビームによる走査領域の往走査または復走査のいずれかにおいて、かかるビームによる走査ラインの書き終わり位置と走査ラインの書き始め位置とを一致させ、各ビームによる走査ラインを一ラインに繋ぎ合わせる例を示す。
【００９０】
図１３に示すように、隣接する振動ミラーモジュール１３０の記録位置、言い換えると走査ラインが副走査方向にＤだけずれている場合を想定する。
走査ラインを繋ぎ合わせるにはＤ＝０となるように補正すればよいが、そのためには、まず、走査ラインの書出タイミングを、ラインピッチＰの２倍単位すなわち２Ｐの大きさで補正する。
【００９１】
具体的には、画像データを読み出す同期検知信号の選択により、タイミングを１周期Ｔのｋ倍毎にずらす。ここで、ｋは自然数で、
Ｄ−ｋ・２Ｐ
が最も０に近いｋを選択する。
次に、残りの分を振動ミラーの振幅位相を１周期Ｔの１／ｍ倍毎にずらして、２Ｐ／ｍ単位で補正する。ここで、ｍは自然数で、
Ｄ’−２Ｐ・（ｋ＋１／ｍ）
が最も０に近いｍを選択すればよい。
【００９２】
ところで、各可動ミラー２０２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５０４の周面上では均一間隔で主走査ドットを印字する必要があり、上記した走査レンズ１１６、１１７の結像特性は単位走査角あたりの走査距離ｄＨ／ｄθがｓｉｎ−１θ／θ０に比例するように、つまり、画像中央で遅く周辺に行くに従って加速度的に速くなるように光線の向きを補正しなければならず、そのため、走査レンズ１１６、１１７には中央部から周辺部にかけて結像点を遠ざけるようにパワー配分されたものが採用されるが、振幅θ０に対して有効走査領域θｓを広げるには限界がある。
【００９３】
そこで、図１４に示すように、時間に対して走査角θが比較的リニアに変化する領域を用いることが望ましく、本形態では最大振れ角（振幅θ０）の約１／２だけを画像書込に用いている。つまり有効走査領域θｓの振幅θ０に対する比である有効走査率が５０％以下となるようにしている。
【００９４】
ただし、これだけでは、画像上、主走査ドット間隔の不均一性を目立たないようにすることはできない。
そこで、図１５に示すように、振幅による走査速度の変化に対抗して各画素に対応する位相が書込開始から書込終端にかけて進んだ状態から段階的に遅れるようにすると同時に、各画素のパルス幅が書込開始から画像中央に至る領域では長い状態から段階的に短くなり、また画像中央から書込終端に至る領域では長くなるような画素クロックｆｍを図１９に示す記録制御手段３００に備えられたＬＤ駆動部６０６に与えており、このような電気的な補正を付加することで、各画素の主走査ドット間隔を均一化し濃度むらが目立たないようにしている。
【００９５】
図１６、１７に各走査ラインに対する画素ドットの構成の例を示す。図２１に各走査ラインに対する画素ドットの構成の従来の例を示す。
図２１に示すように、従来の構成では、〔発明が解決しようとする課題〕の欄ですでに述べた如く、各走査の折り返し点近傍で、画素が密集するため、各々の電位分布が積分されトナーが溜まり易くなって、この部分だけ濃度が上がってしまい、画像上は縦筋となって現れる。
【００９６】
そこで、図１６に示す例においては、隣接する走査領域のオーバーラップ領域内に、一方の往走査による画素と、もう一方の復走査による画素のみが交互に配列するように、画像領域を主走査方向に往走査と復走査とでずらしている。言い換えれば、１ラインに対応する画素情報すなわち画像情報の分割位置を各可動ミラー２０２に分割しているとともに、画像情報の分割位置を、各可動ミラー２０２の往走査と復走査とで異なるように変えている。
【００９７】
したがって、折り返し点近傍での往走査と復走査との画素の重なりを回避でき、オーバーラップ領域内で濃度が均一化される。
また、ジグザグ走査では、折り返し点の間隔は記録密度ｐの２倍となるので、このオーバーラップ領域内で、各々の画素が副走査方向に等間隔、つまり、記録密度ｐに相当する走査ライン周期で配列するように、走査位置言い換えると走査開始位置が副走査方向にｐ／２だけずれるように、可動ミラー２０２の振幅位相を１／４周期ずらし、オーバーラップ領域とそれ以外の領域とで均一な濃度となるように、走査ライン間隔を揃えている。画素サイズは均一である。
【００９８】
なお、本形態におけるｐ／２のズレ量は制御上の目標値であって、実際の走査においては多少のずれが生じ得る。本形態においてオーバーラップ領域は複数形成されるため、それぞれのオーバーラップ領域において略ｐ／２ずつずれるように出力がなされる。ここで、継目が判別できるのは約±１０μｍであるので、略ｐ／２というときの調整精度は、かかる限度での許容範囲を含んでいる。
また各振動ミラーモジュール１３０そのものの走査位置をずらす方法であっても良い。
【００９９】
本例ではオーバーラップ領域を約３ｍｍ、６００ｄｐｉだと７０画素分に設け、各走査において繋ぎ目の画素位置がその分遅れるように、書出し位置を後側にずらして記録がなされる。言い換えれば、往走査の画像記録領域と復走査の画像記録領域とを主走査方向に約３ｍｍずらして走査領域同士を入り組ませた格好になる。各画像記録領域の幅は５０ｍｍである。
【０１００】
図１７に示す例においては、１ラインに対応する画素情報すなわち画像情報の分割位置を各可動ミラー２０２に分割しているとともに、隣接する振動ミラーモジュール１３０による走査領域に画像情報が共通するオーバーラップ領域を設け、それぞれの振動ミラーモジュール１３０がそのオーバーラップ領域に形成する各画素の画素サイズを、各振動ミラーモジュール１３０の往走査と副走査との少なくとも一方で、それ以外の走査領域よりも小さくしている。
【０１０１】
そのために、隣接する走査領域のオーバーラップ領域内に各振動ミラーモジュール１３０によって走査する画素を混在させている。
各画素サイズはオーバーラップ領域以外の領域よりも小さくなし、各走査領域同士の画素サイズのバランスを変えることで、重心位置を副走査方向にずらしている。
【０１０２】
本例では、隣接する走査領域の一方で、往走査の画素サイズを復走査よりも大きくし、もう一方で、往走査の画素サイズを復走査よりも小さくして、トータルの光量がオーバーラップ領域以外の領域の１画素の光量とほぼ等しくなるようにしている。
各画素はビームの強度あるいは露光時間たとえばパルス幅を可変することで光量を画素サイズが所定の大きさとなるように調節し、隣接する走査領域の各画素の合成により走査ラインを形成する１画素を構成する。
【０１０３】
隣接する振動ミラーモジュール１３０によってオーバーラップ領域内に形成する画素サイズの大小の関係は、トータルの光量がオーバーラップ領域以外の領域の１画素の光量とほぼ等しくなるのであれば良いのであって、往走査と副走査とで逆であっても良いし、各オーバーラップ領域ごとに変えても良いし、各オーバーラップ領域において走査するごとに変えても良い。
【０１０４】
したがって、走査ラインがスムーズに繋がり、折り返し点近傍での往走査と復走査との画素の重なりがあっても、濃度むらを目立たなくすることができる。
尚、本形態では、オーバーラップ領域内で一様に画素サイズを揃えているが、徐々に大きくする、または、小さくしてもよい。
【０１０５】
走査位置は、上記の例と同様、副走査方向にｐ／２だけずれるようにしているが、必ずしもその必要はなく、隣接する走査領域の折り返し点が重ならないようにすれば、効果は期待できる。
このように、これら各例によれば、ジグザグにビームが走査されても画像全体の濃度が平均化され、濃度むらのない高品位な画像形成が行なえる。
【０１０６】
図１８に、４つの光走査装置１００を備えた、本発明を適用した画像形成装置の一例の概略を示す。
画像形成装置２００は、感光体５０４に１色ずつ画像形成を行い、転写ベルト５０１の回転に伴って各感光体５０４上の画像を転写ベルト５０１上に転写して色重ねを行いカラー画像形成を行うことが可能なタンデム方式のカラーレーザプリンタである。
【０１０７】
画像形成装置２００においては、各光走査装置１００はビームの射出方向が下向きとなるよう配備される。
画像形成装置２００は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体たる用紙としてこれに画像形成を行なうことが可能である。
【０１０８】
画像形成装置２００において、転写ベルト５０１は駆動ローラ５２１と２本の従動ローラ５２２、５２３とで支持され、その移動方向Ａに沿って均等間隔で各感光体５０４が配列される。
感光体５０４の周囲にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックも各色に対応したトナーを感光体５０４に補給してトナー像化して現像する現像ローラ５０２およびトナーホッパ部５０３を備えた現像手段としての現像装置５２４と、感光体５０４上のトナー像が転写ベルト５０１上に転写された後の感光体５０４上の残トナーをブレードで掻き取り備蓄するクリーニング部としてのクリーニング手段であるクリーニング装置５０８と、クリーニング装置５０８によってクリーニングされた後の感光体５０４を帯電し光走査装置１００による次の露光に備えるための帯電手段としての帯電装置５２５とが一体的に配備されている。
【０１０９】
各色の画像すなわちトナー像は、図１２に示すように転写ベルト５０１端部に形成されたレジストマーク５２６を検出するセンサ５０５の信号をトリガとして副走査方向の書出しタイミングをずらして、転写ベルト５０１上で同一位置に重ねられるように各光走査装置１００によって潜像が感光体５０４上に形成され、現像装置５２４にてトナーをのせてトナー像化することによって形成され、転写ベルト５０１上で図示しない転写手段としての各転写装置により順次同一位置に重ねられ、これによってカラー画像が形成される。
【０１１０】
用紙は、給紙トレイ５０７から給紙コロ５０６により供給され、４色目の画像形成にタイミングを合わせてレジストローラ５１０により送り出されて、転写部５１１にて転写ベルト５０１から４色同時にトナー像を転写され、トナー像を載せたまま搬送ベルト５１５にて定着器としての定着装置５１２に送られる。用紙上のトナー像は定着装置５１２により用紙に定着され、トナー像を定着された用紙は排紙トレイ５１４に排出される。
【０１１１】
各光走査装置１００においては上記したように各振動ミラーモジュール１３０間の走査線が平行となるよう調整されている。よって、用紙上における送り方向と直交する方向のいずれかのラインすなわち主走査ラインの傾きが各色で平行になるように、たとえば基準となるブラックのラインに揃えて調節することで、各領域に対応した走査線同士が平行となり、上述のセンサ５０５及びレジストマーク５２６を用いた書出しのタイミング補正によって色ずれが生じることはない。
【０１１２】
各光走査装置１００においては、環境温度の変化でねじり梁２０８等のバネ定数が変化し各可動ミラー２０２の共振帯域が一様にシフトすることを考慮して、各振動ミラー２０２の共振ピークは異なっても、印加電圧のゲインを可変することによって所定の帯域において振れ角を一致させ共通の駆動周波数で走査するようにしている。
【０１１３】
すなわち、環境温度の変化で可動ミラー２０２の共振帯域が一様にシフトするが、それに対応して駆動周波数を選択し直す場合にも、共通の駆動周波数を与え、走査周波数を各振動ミラーモジュール１３０で共通とすることで、各領域の終端まで各ラインのレジストが一致するようにしている。
【０１１４】
図１９に、半導体レーザ１０１、可動ミラー２０２の駆動制御を行う記録制御手段３００のブロック図を示す。ここで、上述のように、同期検知センサ１１３は、走査開始側においては先端検知センサ、走査終端側では終端検知センサとして用いられるが、図１９においては、説明の便宜上、先端検知センサに符号１１３ａ、終端検知センサに符号１１３ｂを付し、これに沿って説明する。
【０１１５】
画像データは、各振動ミラーモジュール１３０毎にビットマップメモリ６１１に保存され、各発光源毎にラスター展開がなされラインデータとしてラインバッファ６１２に保存される。
ラインバッファ６１２に保存されたラインデータは往走査では先端検知センサ１１３ａ、復走査では終端検知センサ１１３ｂにより出力される各々同期検知信号をトリガとして読み出され画像記録が行われるが、この際、往走査と復走査とではデータ順を反転して、つまり、入力されたデータが先頭から出力されるバッファと末尾から出力されるバッファとを配備し交互に切り換えて読み出される。
【０１１６】
駆動パルス生成部６０１は、基準クロックを図示しないプログラマブル分周器で分周し、上記したように可動ミラー２０２の振幅に合わせたタイミングで電圧パルスが印加されるようパルス列を生成し、ＰＬＬ回路６１６によって各振動ミラーモジュール１３０間で所定の位相遅れδを持たせて各可動ミラー２０２の駆動部６０２に与えられ電極の各々に電圧が印加される。
【０１１７】
各半導体レーザ１０１の発振は、クロックパルス生成部６０７で生成されたパルス列がＰＬＬ回路６１７にて位相の調整が行われた後、ＬＤ駆動部６０６に与えられることによって行なわれる。クロックパルス生成部６０７は、後述する走査位置ずれ演算部６１０にて検出された走査位置ずれに、基準クロックが入力される位相同期部６０８にてタイミングを付加した信号を基準とし、後述する振幅演算部６０９にて生成された周波数可変データに基づいて、パルス列を生成する。
【０１１８】
ここで、可動ミラー２０２間の相対的な位相遅れδを、１走査ラインピッチｐを用いて
δ＝（１／ｆｄ）・｛（Δｙ／ｐ）−ｎ｝
ｎは（Δｙ／ｐ）−ｎ＜１を満足する自然数
となるように与えれば、継ぎ目における位置ずれは１走査ラインピッチの整数倍となり、振動ミラーの１周期おきの書出しタイミング補正、つまりnライン周期分ずらして書き出すことにより副走査方向のレジストずれΔｙを無効化することができ、継ぎ目の位置ずれのない高品位な画像が得られる。
【０１１９】
図２０に、先端検知センサ１１３ａ、終端検知センサ１１３ｂとして用いられる同期検知センサ１１３の検出部の詳細を示す。同期検知センサ１１３は、主走査方向ｘに垂直に配置したフォトダイオード８０１と非垂直なフォトダイオード８０２とを有し、フォトダイオード８０１のエッジを光ビームが通過した際に同期検知信号、または終端検知信号を発生し、フォトダイオード８０１からフォトダイオード８０２に至る時間差Δｔを計測することで、上記レジストずれの主要因である副走査方向の走査位置ずれΔｙを被走査面である感光体５０４上に相当する計測値として検出する。
【０１２０】
Δｙはセンサ部８０２の傾斜角γ、光ビームの走査速度Ｖを用いて
Δｙ＝（Ｖ／ｔａｎο）・Δｔ
で表され、Δｔが一定であれば走査位置ずれが生じていないことになる。
記録制御手段３００では、この時間差を走査位置ずれ演算部６１０で監視することで走査位置ずれを検出し、Δｔが基準値に合うよう可動ミラー２０２相互間の振れ角の位相を常に可変して補正を行い、走査位置を調整する。
【０１２１】
可動ミラー２０２には基本的に画像記録およびその準備期間以外は駆動電圧が印加されない。
電源投入時、および待機状態から起動する際にはプログラマブル分周器で連続的に分周比を変えることで駆動周波数ｆｄを高周波側から可変して励振し、先端検知センサ１１３ａと、走査角−θ０となる近傍に配置された終端検知センサ１１３ｂとでビームを検出し、これらの検知信号の時間差Ｔを振幅演算部６０９で計測することで、可動２０２ミラーの最大振れ角である振幅θ０を検出する。
【０１２２】
ここに、先端検知センサ１１３ａと終端検知センサ１１３ｂとは、各可動ミラー２０２の振れ角すなわち振幅を検出する振れ角検出手段６１３を構成している。
振れ角検出手段６１３で検出される光ビームの走査角をθｄ、画像中央からの走査時間をｔ、可動ミラーの駆動周波数をｆｄとすると
θｄ／θ０＝ｓｉｎ２π・ｆｄ・ｔ、ｔ＝Ｔ／２
で与えられ、記録制御手段３００は、この時間差Ｔがあらかじめ定められた基準値Ｔ０に達するまで印加する電圧パルスのゲインを可変することによって振れ角を補正する。
【０１２３】
この補正は、環境の変化に応じて定期的、例えばジョブ間でも行われるが、画像記録中にこの補正を行うと画像の主走査端がゆらいでしまうため、記録中は同一値を保持するようにしている。すなわち、記録制御手段３００は、振れ角検出手段６１３の検出結果に基づいて、少なくとも同一画像記録中における各可動ミラー２０の振れ角を一定に保つ。ここで、同一画像とは、１ページ単位すなわち用紙１枚あたりの画像をいう。
【０１２４】
また、本形態において、複数の可動ミラー２０２に共通の駆動周波数を選択し、かつ各振動ミラー２０２間の振れ角が一致するようにゲイン調整がなされる。
かかる補正は振動ミラーモジュール１３０の各々で行われ、全ての振動ミラーモジュール１３０にて補正が終了した後に印字動作を可能としている。
【０１２５】
以上、本発明を実施するための形態として、本発明を適用した光走査装置及び画像形成装置について説明したが、本発明は、かかる光走査装置を有するものであれば、上述のようなレーザプリンタに限らず、デジタル複写機、ファクシミリであっても良いし、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機等であっても良いし、このような画像形成装置に限らず、光走査型のバーコード読み取り装置や車載用のレーザレーダ装置等であっても良く、本発明を適用した光走査装置は画像形成装置以外のどのような装置に用いても良い。
本発明の適用は、以上の説明において特に限定を行っていない限り、上述の形態に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明を適用した光走査装置に備えられる可動ミラーを有する基板及びこれと一体化される基板を示す平面図である。
【図２】可動ミラーの振れ角と可動ミラーを振動させるための電極間に発生する静電トルクとの関係を示す相関図である。
【図３】可動ミラー及び可動ミラーを振動させるための電極の正断面図である。
【図４】可動ミラーの振れ角と可動ミラーを振動させるための電極への印加パルスとの関係を示すタイミングチャートである。
【図５】可動ミラーの振れ角と可動ミラーの駆動周波数との関係を示す相関図である。
【図６】温度と共振周波数との相関を示す相関図である。
【図７】可動ミラーの底面図である。
【図８】図１に示した可動ミラーを備えた振動ミラーモジュールの分解斜視図である。
【図９】本発明を適用した光走査装置の側断面図である。
【図１０】図９に示した光走査装置の分解斜視図である。
【図１１】図９に示した光走査装置における各可動ミラーによる光走査の態様を示す斜視図である。
【図１２】図９に示した光走査装置の画像形成装置本体側への取り付け態様を示す斜視図である。
【図１３】隣接する可動ミラー相互間の走査位置の補正態様を示す概念図である。
【図１４】各可動ミラーによる走査領域における有効な書込み領域を示す概念図である。
【図１５】光源に与える出力パルスと可動ミラーの位相との関係を示す相関図である。
【図１６】隣接する可動ミラーによる走査のオーバーラップ領域における、各可動ミラーによる走査の一態様を示す概念図である。
【図１７】隣接する可動ミラーによる走査のオーバーラップ領域における、各可動ミラーによる走査の他態様を示す概念図である。
【図１８】本発明を適用した光走査装置を備えた画像形成装置の概略の構成を示す正面図である。
【図１９】本発明を適用した光走査装置に備えられた記録制御手段のブロック図である。
【図２０】本発明を適用した光走査装置に備えられた振れ角検知手段としても用いられる同期検知センサの構成の概念図である。
【図２１】隣接する可動ミラーによる走査のオーバーラップ領域における、各可動ミラーによる従来の走査の態様を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１００    光走査装置
１０１    光源
２００    画像形成装置
２０２    可動ミラー
２０８    ねじり梁
３００    記録制御手段
６１３    振れ角検出手段
ｐ    記録密度
ｙ    副走査方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2006201678.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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