(57)【要約】【課題】ジッタ変動を抑制しさらなる高画質化を実現可能な光走査装置および該光走査装置を用いたカラー画像形成装置、並びに光走査装置の駆動方法を提供すること。【解決手段】振動ミラー１１を備え、前記振動ミラー１１の揺動運動の位相、振幅及びオフセットを制御する制御手段を有し、該制御手段は、前記振動ミラー１１の共振周波数が駆動周波数より高く、且つ、前記振動ミラー１１を駆動可能な範囲内で駆動周波数と共振周波数との差が大きくなるように制御することを特徴とする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動ミラーを備える光走査装置であって、
前記振動ミラーの揺動運動の位相、振幅及びオフセットを制御する制御手段を有し、
該制御手段は、前記振動ミラーの共振周波数が駆動周波数より高く、且つ、前記振動ミラーを駆動可能な範囲内で駆動周波数と共振周波数との差が大きくなるように制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記振動ミラーは、揺動運動の共振周波数が可変であり、
前記制御手段は、さらに前記振動ミラーの揺動運動の共振周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記制御手段が位相、振幅及びオフセットを所望の制御値となるように制御しているときに、前記振動ミラーの駆動波形発生時の初期位相から、前記共振周波数と、前記駆動周波数と、の差を検出する検出手段を有することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
振動ミラーを備える光走査装置の駆動方法であって、
前記振動ミラーの揺動運動の位相、振幅及びオフセットを制御する制御工程を有し、
該制御工程は、前記振動ミラーの共振周波数が駆動周波数より高く、且つ、前記振動ミラーを駆動可能な範囲内で駆動周波数と共振周波数との差が大きくなるように制御することを特徴とする光走査装置の駆動方法。
【請求項６】
前記振動ミラーは、揺動運動の共振周波数が可変であり、
前記制御工程は、さらに前記振動ミラーの揺動運動の共振周波数を制御することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置の駆動方法。
【請求項７】
前記制御工程が位相、振幅及びオフセットを所望の制御値となるように制御しているときに、前記振動ミラーの駆動波形発生時の初期位相から、前記共振周波数と、前記駆動周波数と、の差を検出する検出工程を有することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高画質化を実現可能な光走査装置及びカラー画像形成装置、並びに光走査装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カラー機の高速プリント化・高画質化を実現するにあたって、ポリゴンスキャナを２５０００ｒｐｍ以上の高速・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、ポリゴンスキャナとして高負荷化の傾向にある。
【０００３】
この高負荷化により、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。具体的にはポリゴンスキャナに最も近接する走査レンズの温度上昇である。ポリゴンスキャナからの発熱は光学ハウジングを伝わり、または輻射熱により走査レンズの温度が上昇する。実際は走査レンズを均等に温度上昇させるのではなく、発熱源であるポリゴンスキャナからの距離または各材質の熱膨張率差や気流の影響により、特に走査レンズの長手方向となる主走査方向に対して温度分布をもつ。
主走査方向に温度分布をもつと、特に走査レンズの形状精度および屈折率が変化してしまい、レーザビームのスポット位置が変動し画質が劣化する。この問題は特に熱膨張率の大きいプラスチックの場合に顕著となる。
【０００４】
カラー機においては、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に応じたレーザビームを各々走査しているので、上記問題以外に各色に対応する光走査装置間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ズレを発生させ、画像の色ズレとなってしまう。
【０００５】
また、高負荷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、振動を発生させてしまう。回転体を構成している部品（ポリゴンミラー、ロータ磁石が固定されるフランジ、軸）の熱膨張率が異なっている、あるいは一致していても部品交差や固定方法などを厳密に管理、検査しないと高温高速回転時に微移動（回転体のバランス変化）が発生し、ひいては振動を増大させる結果となっていた。振動が光走査装置内の光学装置（例えば折り返しミラー）へ伝達増幅し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。
【０００６】
この画像劣化や騒音を防止する方法として種々の提案が為されている。一例として特許文献１（特開２００７−１７１９３０号公報）が挙げられる。この特許文献１では、電磁駆動型の振動ミラー側に設けられた駆動用コイルへ、駆動電流以外にコイル過熱用の高周波電流を重畳することによりコイルを加熱し、この熱を梁に伝えることで梁の捩り定数を変化させる方法を示している。
また、別の例としては特許文献２（特許第４１７２６２７号公報）が挙げられる。この特許文献２では静電駆動型の振動ミラーを支える捩り梁の傍に、捩り梁とは別に発熱素子部を設け、この発熱素子の輻射熱で梁を加熱することにより、梁の捩り定数を変化させる方法を示しており、梁に直接発熱素子部を設けないため、捩り振動による断線や劣化を起こし難い構成を示している。
この他、特許文献３（特表２００７−５２７５５１号公報）では共振周波数でスキャナを動作させる構成が、また、特許文献４（特許第４０６５５０２号公報）では電磁アクチュエータの駆動に際し、駆動信号に同期した基準信号の発生時点と可動部の回動角とから位相差情報を算出する構成が、それぞれ示されている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜４に記載の構成では、いずれも充分な高画質化を達成することができず、さらなる高画質化の達成が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、ジッタ変動を抑制しさらなる高画質化を実現可能な光走査装置および該光走査装置を用いたカラー画像形成装置、並びに光走査装置の駆動方法を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】
即ち、上記課題を解決するために本発明に係る光走査装置、該光走査装置を用いた画像形成装置、及び光走査装置の駆動方法は、具体的には下記（１）〜（７）に記載の技術的特徴を有する。
（１）：振動ミラーを備える光走査装置であって、
前記振動ミラーの揺動運動の位相、振幅及びオフセットを制御する制御手段を有し、
該制御手段は、前記振動ミラーの共振周波数が駆動周波数より高く、且つ、前記振動ミラーを駆動可能な範囲内で駆動周波数と共振周波数との差が大きくなるように制御することを特徴とする光走査装置である。
【００１０】
（２）：前記振動ミラーは、揺動運動の共振周波数が可変であり、
前記制御手段は、さらに前記振動ミラーの揺動運動の共振周波数を制御することを特徴とする上記（１）に記載の光走査装置である。
【００１１】
（３）：前記制御手段が位相、振幅及びオフセットを所望の制御値となるように制御しているときに、前記振動ミラーの駆動波形発生時の初期位相から、前記共振周波数と、前記駆動周波数と、の差を検出する検出手段を有することを特徴とする上記（２）に記載の光走査装置である。
【００１２】
（４）：上記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【００１３】
（５）：振動ミラーを備える光走査装置の駆動方法であって、
前記振動ミラーの揺動運動の位相、振幅及びオフセットを制御する制御工程を有し、
該制御工程は、前記振動ミラーの共振周波数が駆動周波数より高く、且つ、前記振動ミラーを駆動可能な範囲内で駆動周波数と共振周波数との差が大きくなるように制御することを特徴とする光走査装置の駆動方法である。
【００１４】
（６）：前記振動ミラーは、揺動運動の共振周波数が可変であり、
前記制御工程は、さらに前記振動ミラーの揺動運動の共振周波数を制御することを特徴とする上記（５）に記載の光走査装置の駆動方法である。
【００１５】
（７）：前記制御工程が位相、振幅及びオフセットを所望の制御値となるように制御しているときに、前記振動ミラーの駆動波形発生時の初期位相から、前記共振周波数と、前記駆動周波数と、の差を検出する検出工程を有することを特徴とする上記（６）に記載の光走査装置の駆動方法である。
【００１６】
上記（１）、（５）に記載の構成によれば、振動ミラーを共振点近傍で精密駆動する場合に、振動ミラーの共振周波数を駆動周波数より高く、かつ駆動能力の範囲内で駆動周波数から離すことにより、ジッタ変動が減少し、かつジッタ変動の個体ばらつきも抑えられるため、製品（量産品）の精密駆動に好適である。
【００１７】
上記（２）、（６）に記載の構成によれば、上記（１）、（５）に加えて、共振周波数制御を追加することにより、振動ミラー共振周波数の個体ばらつき、および温度等による経時変化を制御によって抑えることができるため、振動ミラーの共振周波数毎の部品選別が不要となり、低コスト化に向いた精密駆動が期待できる。
【００１８】
上記（３）、（７）に記載の構成によれば、上記（２）、（６）において、駆動周波数と振動ミラー共振周波数とのズレを定量的に検出する手段（方法）として、位相、振幅、オフセットの各制御動作が目標追従状態にある中で、駆動波形発生時の初期位相情報から検出することにより、位相制御ループ上から直接位相差を検出できるため実現が容易である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ジッタ変動を抑制しさらなる高画質化を実現可能な光走査装置および該光走査装置を用いたカラー画像形成装置、並びに光走査装置の駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる光走査装置の一実施の形態における構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）振動ミラーの表面の全体構成を示す詳細図である。（ｂ）振動ミラーの裏面中央部の構成を示す詳細図である。
【図３】振動ミラーの構成を示す分解斜視図である。
【図４】光走査装置における振動ミラーから感光体までの構成を示す概略図である。
【図５】光走査装置における振動ミラーの振幅波形、受光素子の出力信号、目標位相クロックの関係を示す図である。
【図６】振動ミラー振幅波形の振幅、オフセット、位相の変動を示す図である。
【図７】本発明にかかる光走査装置の一実施の形態における制御系のブロック線図である。
【図８】振動ミラーの伝達関数を示すブロック線図である。
【図９】（ａ）振動ミラー周波数伝達特性を示す図である。（ｂ）（ａ）における振動ミラーの共振点近傍の拡大図である。
【図１０】振動ミラー共振周波数と振動ミラーの振幅変動ばらつきとの関係を示す図である。
【図１１】本発明にかかる光走査装置のその他の実施の形態における制御系ブロック線図である。
【図１２】振動ミラー振幅波形に対する駆動波形位相の変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る光走査装置は、振動ミラー１１を備え、前記振動ミラー１１の揺動運動の位相、振幅及びオフセットを制御する制御手段を有し、該制御手段は、前記振動ミラー１１の共振周波数が駆動周波数より高く、且つ、前記振動ミラー１１を駆動可能な範囲内で駆動周波数と共振周波数との差が大きくなるように制御することを特徴とする。
次に、本発明に係る光走査装置についてさらに詳細に説明する。
尚、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々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。
【００２２】
＜光走査装置の一実施の形態＞
以下に、本発明に係る光走査装置の構成について説明する。
図１は本発明に係る光走査装置の一実施の形態における構成例を示す斜視図である。
本実施の形態の構成において、光走査装置５は、カラー画像形成装置内の４つのドラム状の感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ（以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付け、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの色に対応する部分として区別するものとする。）が設けられた作像部の（図示の例における）上方に配置されるものである。また、光走査装置５は各色に対応する４つの光源１０と、各光源１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋからのレーザビームを偏光走査する光偏光走査手段（振動ミラー１１）と、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。
【００２３】
光源手段である光源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」を各色に対応するよう４つ有している（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）。光源における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（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、折り返しミラー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て光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。
【００２４】
振動ミラー１１に対して入射側には図示しないレーザ透過部材が配置されている。光源１０側からの各光束はレーザ透過部材を介して振動ミラー１１に入射する。ついで振動ミラー１１の揺動により同一方向に偏向された４色分の偏向光束は、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。
【００２５】
ブラック成分画像を書込む光束（例えば図１に示す例においてレンズ１４の上端の位置）はミラー１６Ｋで反射され、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し、感光体３Ｋの表面を矢印方向（主走査方向：感光体ドラム３における光学的な軸方向）に光走査する。走査レンズ群の１４、１７Ｋの材質は非球面形状が容易かつ低コストのプラスチック材質からなり、具体的には低吸水性や高透過率、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。
【００２６】
イエロー、マゼンタ、シアンの各色成分画像を書込む光束もそれぞれ上記と同様に、ミラー１６で反射され、レンズ１７を透過、感光体上に光スポットとして結像し、各色とも同一の矢印方向に走査される。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。なお、ブラック以外の各色に相当する光学素子等には番号は付記していないが、ブラックの略意である「Ｋ」が番号後に付されている部品はイエロー、マゼンタ、シアンとも光学的な同位置に配置されている。
【００２７】
これら静電潜像は、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、中間転写ベルト２は矢印方向に回転し、これに伴い各色トナー画像がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で互いに重ね合わせられるように転写され、当該中間転写ベルト２上でカラー画像を構成する。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。
【００２８】
以上説明したように、図１の光走査装置５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（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）から放射された各光束（ＬＹ，ＬＭ，ＬＣ，ＬＫ）を、光偏向走査手段の振動ミラー１１により同一方向に偏向走査し、各偏向光束を走査結像光学系のうち各色共通に透過する第一のレンズ１４と、各々の走査結像手段に設けられたレンズ１７（ブラック成分画像を書込む走査結像光学系であればレンズ１７Ｋ）とにより、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。図示の如く、光走査装置５は、各色成分に相当する４つの走査結像手段を有する。
【００２９】
ここで、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（：感光体ドラム３における光学的な周方向）に対して、所望の角度を有している(所謂、斜入射光学系)。具体的には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°以上の場合、被走査面上での走査線曲がりが大きく発生し、かつレーザビームが太径化し結果として画像の劣化を招く。反面、各色のレーザビームが斜入射せずに水平で入射（斜入射角０°）する場合、反射面の副走査方向の幅が多く必要となるため、振動ミラーの負荷が大きくなり、振動周波数が高くできないといった不具合が有る。
【００３０】
なお、走査レンズ（１４，１７）は光学ハウジングの当接面に接着により固定されており、特に接着面は走査レンズの主走査方向の中央部のみ接着することが好適である。中央部で接着することが良い理由は、レンズの熱膨張により拡大変形する際、中央部を基準に両端に向かって広がるため、温度に対して自由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が防止できる。部品点数削減、固定工程簡素化による安価な製造コストで達成できる接着固定が最も好適である。
【００３１】
次に、振動ミラー１１について詳述する。
図２は光走査装置の第１の実施の形態における一部を構成する振動ミラー１１の構成を示す詳細図であり、図２（ａ）は表面（全体）を示し、図２（ｂ）は裏面（中央部のみ）を示し、また、図３はその分解斜視図である。振動ミラー１１は表面にミラー面が形成され振動子をなす可動ミラー部４４１とそれを支え回転軸をなす捩り梁４４２と、支持部をなすフレーム４４６とを備え、シリコン基板のエッチングにより切り抜いて形成されるものである。
【００３２】
本実施の形態では、ＳＯＩ基板と呼ばれる６０μｍと１４０μｍとの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する。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４４７とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通し、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とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通し、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する（図２（ａ）、図３）。ここで、ねじり梁４４２、補強梁４４４の幅は４０〜６０μｍとした。
【００３３】
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く、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を形成する（図２（ａ），（ｂ））。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。
【００３４】
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１１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４４９には可動ミラー端４４１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（図３）。
【００３５】
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、一対の端子４６４間に電流Ｉ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、捩り梁４４２が捩れて可変ミラー部４４１に回転トルクＴを発生させ、電流が切れると捩り梁の復元力により元に戻ろうとする。この回転トルクＴと電流Ｉとの関係は下記式であらわされる。なお、Ｋｔはトルク定数を示す。
【００３６】
Ｔ＝Ｋｔ・Ｉ
【００３７】
従って、コイルパターン４６３に流れる電流の方向の方向を交互に切り換えることによって、可動ミラー部４４１を振動させることができる。そして、この電流Ｉの切り換える周期を、振動ミラー１１を構成する構造体の、捩り梁４４２を回転軸とした１次振動モードの固有振動数（＝共振周波数）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。
【００３８】
振動ミラー１１は可動部のイナーシャが従来の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とあいまって消費電力を低く抑えることができる。その結果、発熱が少なくなり書込光学系の光学素子やハウジングの温度上昇も実質的に無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なく、カラー画像形成時のレーザビームの走査位置を変動することなく色ずれの発生を抑制することができる。
【００３９】
さらに、イナーシャが小さいことにより、揺動時にも外部へ伝達する振動（質量アンバランスによる振動）が少ないことから、書込光学系の光学素子へ伝達する振動が実質的になくなることから、折返し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）の発生も解消することができる。
【００４０】
上述した振動ミラー１１のメリットを活かしつつ、プリンタのような光走査用途に載せようとした場合、特に主走査方向のミラー振れ角精度が要求されるため、以下に記述する制御が必須であり、その好適な例を示す。
【００４１】
図４は、図１に示した光走査装置の内、一つの感光体に対応した要部を抜き出して示したものである。振動ミラー１１によって偏光走査されるレーザビーム６０を走査位置により、振動ミラー１１の最大振れ角の走査位置を６０ａ、最大振れ角内に配置される受光素子ＰＤ１，ＰＤ２へ入射して出力信号が出るタイミングにレーザビームが走査される位置を６０ｂ、感光体３への画像領域の端部を走査する位置を６０ｃとした。
【００４２】
図５（ａ）は、時間に対する振動ミラー１１の振幅（振動ミラー１１の振れ角の大きさ）を示したものである。振動ミラー１１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１１の振幅は時間に対して正弦波の軌跡を描き、偏光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（走査レンズ１４，１７が無い場合）。このような走査速度でも一定となるように走査レンズ１４，１７はｆ・ａｒｃｓｉｎ特性を有している。
【００４３】
ここで、上記特性の走査レンズを使用したとしても、図６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。そのため、その変動を抑制するように各々制御を行っている。すなわち、振動ミラー１１の周波数（駆動信号）が一定の場合、その振動ミラー１１の振幅波形は理想振幅波形（正弦波形）となるはずであるが、実際には図６（ａ），（ｂ），（ｃ）のような理想振幅波形からずれた実際の振幅波形となる現象が発生し、いずれもレーザビームの走査位置変動となって、画像劣化を発生させることになる。
【００４４】
図６（ａ）は、振幅変動について示したものであり、振幅が目標よりも大きい場合（小さい場合も同じ）、矢印方向に示す方向に修正して理想振幅波形の振幅とするために、図５（ｂ），図５（ｃ）で示したような、受光素子ＰＤ１の出力Ａと受光素子ＰＤ２の出力Ｂがそれぞれ目標振幅と一致するように制御を行なう。
【００４５】
図６（ｂ）は、振動ミラー１１の振幅波形の振幅中心と走査領域中央の位置関係について示したものであり、理想振幅波形の走査領域中央に対して、実際の振幅波形にオフセットがある状態を示した例である。これを矢印方向に修正してオフセットを無くすようにするために、図５（ｂ），図５（ｃ）で示したような、受光素子ＰＤ１の出力Ａと受光素子ＰＤ２の出力Ｂとの差がゼロとなるように制御を行なう。
【００４６】
図６（ｃ）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あり、実際の振幅波形のような位相変動（時間軸方向の位相のずれ）が生じても矢印方向へ修正して理想振幅波形の位相とするために、図５（ｂ），図５（ｄ）で示したような、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の出力Ａ（またはＰＤ２の出力Ｂ）とが同期するように制御を行なう。この例では基準位相クロックの立ち上がりとＰＤ１出力Ａの中間点（タイムインターバルＣ）とを同期した場合を示した。
【００４７】
ここで、図６（ａ）の振幅変動や、図６（ｂ）のオフセット変動は、主走査方向の走査位置ズレとなる。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し、カラー画像に限らずモノクロ画像でも共通の問題となる。一方、図６（ｃ）の位相変動は、カラー画像形成時の特有の問題である。位相変動が発生すると各色のレーザビームの偏光走査位置が変わってしまうため、画像上は副走査位置の変動となり、色ずれ、色むらという画像劣化を引き起こす。
【００４８】
図７は、本発明の光走査装置５において振動ミラー１１を駆動するための、振幅・オフセット・位相制御を実現する制御系のブロック線図である。
偏光走査されて受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を走査するレーザビームにより出力される信号を信号処理した後、各々に対応したインターバルカウンタでタイムインターバルＡ，Ｂを計測する。つぎに、これらタイムインターバルＡ，Ｂの値から振幅算出（実振幅）・オフセット算出（実オフセット）を行なう。しかる後に、目標振幅と実振幅を比較し、その結果を基に振幅制御器で演算を行い振幅補正量が得られ、また同様に、目標オフセットと実オフセットを比較し、その結果を基にオフセット制御器で演算を行いオフセット補正量が得られる。そして、補正された駆動波形が振動ミラー１１の駆動回路で必要トルクに増幅されてミラーを駆動する。（振幅制御ループ，オフセット制御ループ）
【００４９】
位相制御ループでは、上記振幅、オフセット制御が正常に働き各々目標値に対して所望の範囲に入った制御状態において、タイムインターバルＡ（またはＢ）の情報を基に、振動ミラー１１の理想振幅波形に対して、実際の振幅波形の位相変動をゼロにするように位相制御ループが実行される。これは全ての制御を同時に実行すると、各制御系が互いに干渉し合い駆動信号の変動量が大きくなり全てが制御目標値の範囲内に収束するまでに時間を要してしまうからである。そこで、まずは振動制御、オフセット制御を優先して制御し、その後に位相制御を行なう。
【００５０】
位相制御は、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検出し、検出結果に応じて（基準位相クロックと受光素子ＰＤ１の出力信号との位相偏差が一定となるように）位相変化させる制御を位相制御器で行なう。ついで、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駆動波形発生器で生成される。これにより、振動ミラー１１の駆動信号は補正され、振動ミラー１１の振れ角の理想振幅波形に対する、実際の振動ミラー１１の振幅波形の位相変動を打ち消すような制御が行われることになる。
【００５１】
なお、本実施の形態として正弦波駆動の場合を示してきたが、制御器がデジタル系の場合、正弦波を生成するにはＤＡ変換のビット数や正弦波テーブルのメモリが必要となるため、ミラーの共振特性を利用して、水晶発振子から安価に生成される矩形波を使用することも可能であり、正弦波と比較して約２０％程度ピーク振幅を抑えることができるメリットもある。
【００５２】
図８は、制御設計に用いられる制御対象モデルの振動ミラー１１部分の入出力伝達関数をブロック線図として示したものであり、入力を駆動トルク、出力をミラー振れ角とした場合のものである。なお、ｓはラプラス演算子、Ｊｍはミラーイナーシャ、Ｄｍはミラー粘性抵抗、Ｋｍはミラー捩り梁部分の捩り定数を示す。
【００５３】
図９（ａ）は、図８で示したブロック線図における入出力の周波数伝達特性であり、振動ミラー１１のゲイン特性および位相特性を示している。また、図９（ｂ）は、ミラー共振周波数近傍を拡大した図であるが、本実施の形態においては、共振周波数を駆動周波数より高く、かつ駆動能力の範囲内で駆動周波数から離している説明図である。
【００５４】
図１０は、図７の制御系ブロック線図を基にして得た、振動ミラー駆動時の制御シミュレーション結果の一例を示したものであり、振動ミラーに関わる各種パラメータの個体ばらつきを考慮してある。図１０（ｅ），図１０（ｆ）の場合、駆動周波数よりも共振周波数を高く設定することにより、図１０（ｃ），図１０（ｄ）の場合よりも、ジッタ変動（振幅変動に相当）が減少し、かつ変動の個体ばらつきも抑えられることを示している。また、図１０（ａ），図１０（ｂ）の場合、駆動周波数よりも共振周波数を低く設定することにより、図１０（ｃ），図１０（ｄ）の場合よりも、ジッタ変動が増加し、かつ変動の個体ばらつきも大きくなることを示している。なお、ミラー共振周波数の個体ばらつきは仕様範囲内で一様分布とし、それ以外の各種パラメータ値（梁の捩れ定数や駆動トルク定数等）のばらつきは正規分布であると仮定した。理想分布からのズレは標本数が有限のためである。
【００５５】
このように、振動ミラー１１を精密駆動するために、ミラー遥動運動の振幅、オフセット、位相の各制御を行なう場合、ミラーの共振周波数を駆動周波数より高く、かつ駆動能力の範囲内で駆動周波数から離すことにより、ジッタ変動が減少し、かつジッタ変動の個体ばらつきも抑えられるため、精密駆動に好適であることを示した。
【００５６】
＜光走査装置のその他の実施の形態＞
ところで、前述の実施の形態では、振動ミラー構造に起因する共振周波数の経時変化（特に環境温度変化）については触れなかった。この場合には、温度変化等による共振周波数の変動が、ある仕様範囲内に留まるという仮定が成り立つときの実施の形態であり、範囲を超えて共振周波数が変動する場合、あるいは個体ばらつきを許さないほどの振動ミラーの精密駆動が要求される場合には、外乱抑圧性を一定に維持しなければならない関係上、以下に記述するように振動ミラー１１の共振周波数を所望の値に制御する必要性が生じる。
【００５７】
そこで、本発明では図１１に示すように、振動ミラーに共振周波数可変機能を設け、この可変機能を使ってミラーの共振周波数を所望の値に一致させる周波数制御系を、図８の振幅、オフセット、位相制御系のブロック線図に追加してなる形態がより好ましい。
【００５８】
ここで、共振周波数の検出方法について説明する。
図１２は駆動波形（駆動トルク）の位相と振動ミラー１１の振れ角波形の位相との関係を示した図である。
図１２（ａ）は駆動波形の位相を基準としてミ振動ミラー１１の振れ角波形の位相に４５度の遅れがある場合であり、駆動周波数＜共振周波数となる。また、図１２（ｂ）は振動ミラー１１の振れ角波形の位相に９０度の遅れがある場合であり、駆動周波数＝共振周波数となる。さらに、図１２（ｃ）は振動ミラー１１の振れ角波形の位相に１３５度の遅れがある場合であり、駆動周波数＞共振周波数となる。このことは、図９（ａ）の周波数伝達特性からも確認できる。
【００５９】
したがって、駆動波形と振動ミラー１１の振れ角波形の位相差を検出できれば、駆動周波数とミラー共振周波数との定量的なズレが判別可能であるが、本発明ではこの位相差を、位相、振幅、オフセットの各制御動作が目標追従状態にある中で、駆動波形発生時の初期位相の状態から検出することとした。これにより位相制御ループ上から直接位相差を検出できるため実現が容易であるメリットがある。
【００６０】
以上のことから図１１に示す周波数制御器によって周波数補正量を駆動回路に入力し、捩り梁の捩り定数またはミラー自身のイナーシャの一方を電気的に変化させることにより共振周波数を所望の値に一致させることができる。参考までに共振周波数ｆ＝ω／（２π）とミラー関連パラメータとの関係式を示しておく。
【００６１】
ω２＝Ｋｍ／Ｊｍ
【００６２】
なお、ωは角周波数、Ｋｍは梁の捩り定数、Ｊｍはミラーイナーシャを示す。捩り定数を電気的に変化させる方法については、一例として特許文献１（特開２００７−１７１９３０号公報）が挙げられる。この特許文献１では、電磁駆動型の振動ミラー側に設けられた駆動用コイルへ駆動電流以外にコイル過熱用の高周波電流を重畳することによりコイルを加熱し、この熱を梁に伝えることで梁の捩り定数を変化させる方法を示している。また、別の例としては特許文献２（特許第４１７２６２７号公報）が挙げられる。この特許文献２では静電駆動型の振動ミラーを支える捩り梁の傍に、捩り梁とは別に発熱素子部を設け、この発熱素子の輻射熱で梁を加熱することにより、梁の捩り定数を変化させる方法を示している。
【００６３】
以上説明したように、振動ミラー１１を共振点近傍で精密駆動する場合に、振動ミラー１１の共振周波数を駆動周波数より高く、かつ駆動能力の範囲内で駆動周波数から離すことにより、ジッタ変動が減少し、かつジッタ変動の個体ばらつきも抑えられるため、製品（量産品）の精密駆動に好適である。
また、周波数制御を追加することにより、振動ミラー１１の共振周波数の個体ばらつき、および温度等による経時変化を制御手段によって抑えることができるため、振動ミラー１１の共振周波数毎の部品選別が不要となり、低コスト化に向いた精密駆動が期待できる。
【００６４】
なお、詳細は省略するが、本発明にかかる光走査装置は、従来における周知慣用の画像形成装置に搭載することが可能であり、特にカラー画像形成装置に用いた場合には各色ごとの色ずれを抑制することができるため好適である。
【符号の説明】
【００６５】
２    中間転写ベルト
３、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ    感光体
５    光走査装置
１０    光源
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ，１０Ｋ    光源手段
１１    振動ミラー
１２    シリンドリカルレンズ
１３    折り返しミラー
１４    第１のレンズ
１６Ｋ    ミラー
１７Ｋ    第２のレンズ
６０、ＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫ    レーザビーム
４４１  可動ミラー部
４４２  捩り梁
４４３  振動板
４４４  補強梁
４４９  ヨーク
４５０  永久磁石
４４６、４４７  フレーム
４６１，４６２  基板
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６６】
【特許文献１】特開２００７−１７１９３０号公報
【特許文献２】特許第４１７２６２７号公報
【特許文献３】特表２００７−５２７５５１号公報
【特許文献４】特許第４０６５５０２号公報
【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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