(57)【要約】【課題】振動ミラーによる複数の走査手段を有する光走査装置およびこの光走査装置を用いた画像形成装置において、複数の振動ミラーによる走査線の継ぎ目が目立たないようにすることで、高品質の画像を得る。小型で消費電力を少なくする。【解決手段】発光源１０１と、一定の駆動周波数で往復振動し発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、振動ミラーで走査された光ビームを被走査面に結像する結像光学系１１６とを具備する光走査手段を複数備え、画像領域が光走査手段の数に対応して主走査方向に分割され、各画像領域がこれに対応した光走査手段により光走査されて画像が記録される光走査装置。相隣接する光走査手段による走査線の継ぎ目近傍における接線方向が、継ぎ目を原点とし、主走査方向、副走査方向を座標軸とする第１象限と第３象限、または第２象限と第４象限の関係となっている。【選択図】  図１
2004184843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光源と、一定の駆動周波数で往復振動し発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、この振動ミラーで走査された光ビームを被走査面に結像する結像光学系とを具備する光走査手段を複数備え、画像領域が光走査手段の数に対応して主走査方向に分割され、各画像領域がこれに対応した光走査手段により光走査されて画像が記録される光走査装置であって、
相隣接する光走査手段による走査線の継ぎ目近傍における接線方向が、継ぎ目を原点とし、主走査方向、副走査方向を座標軸とする第１象限と第３象限、または第２象限と第４象限の関係となっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
相隣接する光走査手段による走査線の曲がりが互いに相反する方向となってい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】
相隣接する光走査手段の少なくとも一方は、走査線の曲がり量を可変する曲がり調節手段を備え、上記接線方向の補正手段を有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】
相隣接する光走査手段の少なくとも一方は、走査線の傾き量を可変する傾き調節手段を備え、上記接線方向の補正手段を有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】
結像光学系を構成する少なくとも１つの光学素子は連続して形成された複数の光走査手段で構成されるとともに、主走査方向における複数箇所に上記少なくとも１つの光学素子を副走査方向に突き当てる当接部位を備え、この当接部位の高さを可変することで、走査線の曲がり、または傾きを調節することを特徴とする請求項３または４記載の光走査装置。
【請求項６】
相隣接する光走査手段の少なくとも一方は振動ミラーの位相を可変するミラー駆動手段を備え、副走査方向におけるレジストずれ補正手段を有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７】
ミラー駆動手段は、相隣接する光走査手段のレジストずれｄのうち、
ｄ２＝ｄ−ｎ・ｐ
（ｎは自然数、ｐは副走査方向の記録ピッチ）
なる分を補正することを特徴とする請求項６記載の光走査装置。
【請求項８】
発光源を変調するタイミングを補正する光源駆動手段を備え、相隣接する光走査手段のレジストずれｄのうち、
ｄ１＝ｎ・ｐ＝ｄ−ｄ２    但し、ｄ２＜ｐ
なる分を補正することを特徴とする請求項７記載の光走査装置。
【請求項９】
相隣接する光走査手段の走査領域に重なり部を設けるとともに、この重なり部において、各走査位置ずれを検出する走査位置ずれ検出手段を備え、この検出手段による検出結果に基づいて位相を可変することを特徴とする請求項６記載の光走査装置。
【請求項１０】
発光源と、一定の駆動周波数で往復振動し発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、この振動ミラーで走査された光ビームを被走査面に結像する結像光学系とを具備する光走査手段を複数備える光走査装置と、
画像領域が光走査手段の数に対応して主走査方向に分割され各画像領域がこれに対応した光走査手段により光走査されて静電画像が形成される像担持体と、
上記静電画像をトナーで顕像化する現像手段と、
顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置であって、
上記顕像化されたトナー像により、上記光走査手段の継ぎ目近傍における隣接ラインの接線方向を検出する接線方向検出手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
一定の駆動周波数で往復振動し発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、この振動ミラーで走査された光ビームを被走査面に結像する結像光学系とを具備する光走査手段を複数備える光走査装置と、
画像領域が光走査手段の数に対応して主走査方向に分割され各画像領域がこれに対応した光走査手段により光走査されて静電画像が形成される像担持体と、
上記静電画像をトナーで顕像化する現像手段と、
顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置であって、
上記顕像化されたトナー像により、上記光走査手段の継ぎ目近傍におけるレジストずれを検出するレジストずれ検出手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれかに記載の光走査装置と、画像領域が光走査手段の数に対応して主走査方向に分割され各画像領域がこれに対応した光走査手段により光走査されて静電画像が形成される像担持体と、上記静電画像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置におよびこの光走査装置を用いた画像形成装置に関するもので、光走査型のバーコード読み取り装置や３次元形状計測装置等へも応用が可能なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の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る。しかし、より高解像度の画像と高速プリントを達成するには、これらのミラーを高速で駆動して高速走査しなければならず、軸受の耐久性や風損による発熱、騒音の問題があり、これらの問題を解決しない限り、高速走査に限界がある。
そこで、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すすめられている。振動ミラーとそれを軸支するねじり梁をＳｉ基板で一体に形成し、振動ミラー側の電極と固定側の電極との間に電圧を印加し、両者間に生じる静電引力によって、上記ねじり梁をねじりながら振動ミラーを振動させる方式はその一例である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
この方式によれば、振動ミラーを、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にもかかわらず、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利点がある。
【０００３】
一方、主走査方向を合わせて複数の光走査装置を配列し、画像領域を光走査装置に対応した数だけ主走査方向に分割して画像記録を行う方式も提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。かかる方式では、各走査線相互が円滑に連続して走査線相互の継ぎ目が目立たないようにする工夫がなされている。例えば、光走査装置全体を傾けることで、各走査線の傾き方向を補正し、継ぎ目が目立たないようにするものがある（例えば、特許文献５参照）。また、記録画像情報を補正することにより、継ぎ目が目立たないようにするものもある（例えば、特許文献６参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、光偏向手段としてＳｉ基板によるねじり梁方式振動ミラーを利用することで、従来広く使用されているポリゴンミラー方式に比べ、小型で消費電力が少ない光走査装置を提供することができる。
しかし、上記振動ミラー方式によれば、振れ角が小さく、反射面の大きさにも限界があるため、光路長の短い複数の光走査装置を並列に配置し、画像領域を主走査方向に分割して各々の記録幅を小さくして繋ぎ合わせるのが望ましい（例えば、特許文献７参照）。しかし、このようにしても、各々の継ぎ目位置が合っていないと、境界部において画像同士が重なったり、隙間が開いたりして継ぎ目が目立ちやすくなり、画像品質を劣化させる要因となる。
【０００５】
複数の光走査装置による各走査位置を相対的に可変し、あるいは画像書出しのタイミングを変更することで、走査ライン同士が連続するように合わせることができるが、走査ライン同士が連続していても、境界部の屈曲が大きいと、継ぎ目が目立ちやすくなり、画像品質を劣化させる要因となる。上記境界部の屈曲は、各光走査装置の走査線の曲がりや傾きの差によって生じるものであるが、これらを微小に調整することは作業も面倒であり、生産効率面から好ましくない。
また、上記した走査位置は、環境温度変化等によって容易にずれてしまうため、径時的に安定した画像品質を確保することが課題であった。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９２４２００号公報
【特許文献２】
第３０１１１４４号公報
【特許文献３】
特開平３−１６１７７８号公報
【特許文献４】
特開２００１−１８４７２号公報
【特許文献５】
特開平３−１６１７７８号公報
【特許文献６】
特開２００１−１８４７２号公報
【特許文献７】
特開２００１−２２８４２８号公報
【０００７】
本発明は、振動ミラー方式の光走査装置およびこの光走査装置を用いた画像形成装置において、上記の課題を改善し、継ぎ目が目立たないようにすることで、小型で消費電力が少なく、かつ、高品質の画像を得ることができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
また、請求項１〜５記載の発明は、相隣接する走査線の境界部における屈曲を目立たなくすることで、生産効率を低下させることなく、高品位な画像記録を行うことができる光走査装置を提供することを目的とする。
請求項６〜９記載の発明は、相隣接する走査線の走査位置ずれを検出し補正することで、経時的な走査位置ずれまで補正して、安定した画像品質を確保することができる光走査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
請求項１０記載の発明は、相隣接する走査線の境界部における屈曲を目立たなくすることで、生産効率を低下させることなく、高品位な画像記録を行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
請求項１１記載の発明は、相隣接する走査線の走査位置ずれを検出し補正することで、経時的な走査位置ずれまで補正して、安定した画像品質を確保することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１〜９記載の光走査装置を用いて画像形成装置を構成することにより、生産効率を低下させることなく、経時的な走査位置ずれまで補正して、高品位な画像記録を行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。
図３は、本発明にかかる光走査装置の実施例に用いる振動ミラーモジュールの例を詳細に示す。図３において、振動ミラーモジュール２００は、焼結金属等で成形された支持基板２０１に可動ミラー２０２が装着され、キャップ状に成形されたカバー２０５により覆われて密封され、カバー２０５の開口を塞いで配置されたガラス窓２０４を通じて光ビームが入出射されるように構成されている。可動ミラー２０２は複数の振動モード、実施例では２つの振動モードを有している。
【００１０】
可動ミラー２０２は、２枚のＳｉ基板２０６、２０７を、絶縁膜を介して接合して構成される。第１のＳｉ基板２０６は厚さ６０μｍの基板からなり、エッチングによりほぼ長方形の可動ミラー２０２およびこの可動ミラー２０２を軸支する第１のねじり梁２０８と第２のねじり梁２０９を、可動ミラー２０２の周囲を貫通して、固定枠２１０から分離して形成する。第１のねじり梁２０８、第２のねじり梁２０９は、主走査方向に互いに平行に、一つの直線上に配列されている。ねじり梁２０８、２０９を挟んで可動ミラー２０２が形成され、ねじり梁２０８、２０９を結ぶ線に対し直交する方向の可動ミラー２０２の両端縁部、換言すれば、可動ミラー２０２の長手方向の両端縁部には、櫛歯状に凹凸が形成されている。この可動ミラー２０２の凹凸に対向する固定枠２１０の両端縁部にも櫛歯状の凹凸が形成され、可動ミラー２０２の凹凸とこの櫛歯と固定枠２１０側の凹凸とが噛み合うように、しかし、相互間に僅かな隙間をおいて互いに入り組んでいる。
【００１１】
可動ミラー２０２の表面、および固定枠２重に形成された凹凸部にはＡｕ等の金属被膜が蒸着され、それぞれ電極部を形成している。可動ミラー２０２の両端の凹凸部を第１、第２の可動電極、これに対向する固定枠２１０側の凹凸部を第１、第２の固定電極とすると、第１、第２の固定電極に電圧を印加すると、対向する可動電極との間で静電力を生じ、可動ミラー２０２は、ねじり梁２０８、２０９をねじりながら微小角回転駆動される。上記電極間に印加される電圧が周期的なパルス状の電圧であれば、可動ミラー２０２は往復振動する。
また、ねじり梁２０８、２０９が振動される部分の幅と長さを、固有の共振周波数に合わせて設計すれば、可動ミラー２０２が励振され振幅を拡大することができ、印可電流が微小で済み、消費電力を低減できる。しかし、共振周波数からわずかにずれるだけで振幅が低減してしまうため、固定電極に印加する駆動電圧の周波数を共振振動数の変化に追従するように可変制御するとよい。
なお、電極を櫛歯状としているのは、これにより外周長をできるだけ長くして電極長をかせぐためで、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。
【００１２】
いま、可動ミラー２０２の寸法を、縦２ａ、横２ｂ、厚さｄとし、ねじり梁の長さをＬ、幅ｃとすると可動ミラー２０２の材料である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
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／Ｉｆ＾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。そこで、実施例では可動ミラー裏側２１９の基板厚ｄを格子状に残し、それ以外をｄ／１０以下の厚さまでエッチングにより肉抜きすることで、慣性モーメントを約１／５に低減している。
【００１３】
一方、空気の誘電率をε、電極長さをＨ、印加電圧をＶ、電極間距離を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）
とも表すことができ、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倍の駆動トルクが得られる。
反面、可動ミラーの速度υ、面積Ｅに対して、空気の密度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の回転に対向して働くため、カバー２０５で密封し減圧状態に保持するのが好ましい。実施例では非蒸発型ゲッタを同梱し、外部からの加熱で活性化させ１ｔｏｒｒ以下としている。
【００１４】
第２の基板２０７は厚さ２８０μｍのＳｉ基板からなり、中央部を貫通して第１のＳｉ基板２０６の支持部に絶縁層を挟んで接合され、可動ミラー２０２の揺動空間を形成している。第２の基板２０７の上面には２枚のＳｉ基板により構成した対向ミラーチップ２１６、２１５が架橋された状態で接着されている。第２のミラーチップ２１６は結晶面方位＜１１１＞から、第１のミラーチップ２１５は結晶面方位＜１１０＞からそれぞれ約９°スライス角度を傾けたウエハを用い、エッチングにより＜１１１＞面を露出させ、基板面より各々９°、２６．３°傾けた傾斜面を形成して切り出されている。この切り出し面を接合面となし、この面と連続した基板面に金属被膜が蒸着されて反射面となっている。２枚の対向ミラーチップ２１６、２１５は、相互間に配された開口部を挟み、屋根状に１４４．７°の角度をなす反射面２１７と２１８とを対で配備された構成となっている。
【００１５】
図４は上記振動ミラーモジュール２００の副走査断面のレイアウトを示す。半導体レーザ４０１から射出した光ビームは後述するようにカップリングレンズ４０２、シリンダミラー４０３を介して、可動ミラー２０２に対しねじり梁を含む副走査断面内で法線に対して副走査方向に約２０°傾けて開口部２１４より光ビームが入射され、可動ミラー２０２の面で反射された光ビームは第１の反射面２１７に入射され可動ミラー２０２に戻され、さらに可動ミラー２０２で反射した光ビームは開口部２１４を超えて第２の反射面２１８に入射され、可動ミラー２０２との間で３往復しながら反射位置を副走査方向に移動させ、合計５回の可動ミラー２０２での反射により再度、開口部２１４から射出される。図示の実施例では、このように複数回反射を繰り返すことで、可動ミラー２０２の小さい振れ角で大きな走査角が得られるように工夫し、光路長を短縮している。
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で表すことができる。実施例では、Ｎ＝５、α＝５°であるから、最大走査角は５０°となり、そのうち３５°を画像記録領域としている。
【００１６】
前述の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が速くなるに従って、つまり共振周波数が高くなるに従って、トーションバーのばね定数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。
また、二つの反射面２１７、２１８を屋根状に配置し、これらの反射面で反射される毎に、可動ミラー２０２への副走査方向での入射角度が繰り返し正負方向に振り分けられるように、言いかえれば、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に配慮している。
【００１７】
上記基板２０６は絶縁基板２１３上に積み重ねて接合され、支持基板２０１に固定されている。絶縁基板２１３は中央部が貫通され、窓枠状に形成されることで可動ミラー２０２の揺動空間が形成され、第１の基板２０６に配備された固定電極と導通するパッド部２１３を備える。リード端子２１２は絶縁材を介して支持基板２０１を貫通して挿入され、上側に突出したリード端子２１２の端部と上記パッド部２１３とがワイヤーボンディングによって結線され、封止された内外の電気配線がなされている。
カバー２０５は、支持基板２０１の外周に設けられた段差部にはめ込まれ、光ビームの射出開口にはガラス窓２０４がカバー内部から接合されている。図中、符号２２０は上記ゲッタを入れる窪みであり、絶縁基板２１３が接合されて目隠しされる。
なお、上記実施例においては振動ミラーを静電力によって駆動する方式としたが、圧電素子を用いて励振する方式、可動ミラー２０２に薄膜コイルを形成し電磁力を発生して駆動する方式であってもよい。
【００１８】
図１、図２は、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。光源である半導体レーザ１０１は、ホルダ部材１０２の光走査装置ハウジング１０６への当接面に対し反対側から貫通孔１０３に圧入されている。ホルダ部材１０２の上記当接面側に設けられた突起部１０５には、カップリングレンズ１１０が固定されている。カップリングレンズ１１０は、その光軸を半導体レーザ１０１からの射出光軸と合わせ、カップリングレンズ１１０の射出光束が平行光束となるように、半導体レーザ１０１の発光点との光軸方向の位置決めをして、上記突起部１０５の先端の半円筒部に接着、固定されている。こうして光源ユニット１００が構成されている。実施例の場合、３つの光源ユニットを用いるが、これらは全て同一構成である。
【００１９】
光源ユニット１００は貫通孔と同軸に設けられた円筒部１０４を備え、ハウジング１０６の嵌合孔１０７に各々係合して取り付け面１０８に当接され、ネジ固定されている。
光源ユニット１００より射出した光ビームは取り付け面１０８と対向する斜面１０９に接合配備され、副走査方向に凹面の曲率を有するシリンダミラー１３６に入射され、副走査方向において前記可動ミラー面で集束する集束光束として振動ミラーモジュール２００にガラス窓１３０から入射される。
【００２０】
シリンダミラー１３６は斜面１０９の開口１３１からミラー面を覗かせるように外側から当接され、斜面１０９に沿って、同面内での回転方向と副走査方向とを、光束の主走査方向が後述する走査レンズの焦線方向と合うように、また、走査位置が揃うように位置決めされ接着固定される。
振動ミラーモジュール２００は前記ねじり梁の方向が各々平行となるように均等間隔で、実施例の場合３つの振動ミラーモジュール２００が、同一のプリント基板１１２上に実装され、ハウジング１０６の下側開口をふさぐように基板上面を当接させてネジ固定されている。
【００２１】
被走査面において各振動ミラーモジュール２００の走査線は、被走査面（感光体）の移動方向と直交する方向から所定角度（β）、実施例では走査終端側が走査開始側に対して記録密度ｐ分進む方向に傾けて配置され、隣接する光走査手段との走査線が平行になるように実装されている。
プリント基板１１２には半導体レーザの駆動回路、前記可動ミラー２０２の駆動回路を構成する電子部品、および同期検知センサ１１３が実装されており、振動ミラーモジュール２００はその支持基板の底面をプリント基板面に突き当て、下側に突出したリード端子をスルーホールに通して半田付けすることで回路接続がなされ、コネクタ１１４を介して外部回路との配線がなされている。一端をプリント基板に結線されたケーブル１１５は半導体レーザのリード端子と接続されている。
【００２２】
ハウジング１０６はある程度剛性が確保できるガラス繊維強化樹脂やアルミダイキャスト等からなり、ハウジング１０６内部には、結像手段を構成する第１の走査レンズ１１６、第２の走査レンズ１１７を主走査方向に配列して接合する接合面１１８が形成され、各レンズの副走査方向基準面をハウジング１０６に当接させた際に、振動ミラーモジュール２００から射出した光ビームと副走査方向の光軸高さが合うように配備されている。
第１の走査レンズ１１６には副走査各面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起１２０、第１面側両端に光軸方向の突き当てを行う平押面１１９を備え、各接合面１１８に一体形成された切欠１２２に突起１２０を係合させ、突起対１２１に平押面１１９を突き当ててそれぞれ相対的な配置を合わせて支持されている。
一方、第２の走査レンズ１１７は主走査に連結し枠体１２２に収められ樹脂にて一体的に形成されており、枠体第２面側中央部の突起１２３を接合面に一体形成された切欠１２５に係合し、枠体第１面側両端部１２４を突起対１２６に突き当てて支持されている。
【００２３】
ピンフォトダイオードなどからなる同期検知センサ１１３は、隣接する振動ミラーモジュール２００で共用する中間位置と両端位置に配置され、各光走査モジュール２００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。第２の走査レンズ１１７の第２面側には各レンズの走査領域間にＶ字状のミラー部１２８を、走査領域に開口部１２９を形成した高輝アルミ板１２７が配備され、上記ミラー部１２８によって反射した光ビームが各々の同期検知センサ１１３へ導かれるよう隣接する走査開始側と走査終端側に対応した反射面が向かい合って配置されている。
【００２４】
図２において、カバー１３８は光ビームが通過する開口１３９を形成し、ハウジング１０６上面を密閉するようにしてネジ止めされている。高輝アルミ板１２７は第２の走査レンズとカバーとの間に挟み込まれて支持され、反射した光ビームは再度、走査レンズ１１７を通過してハウジング１０６内に戻されるように構成されている。
上記のように構成された光走査装置は、ハウジング１０６の主走査端に形成された鍔部１５９に設けられた基準ピン１３２により装置本体のフレームと位置決めを行い、上面を基準にして取り付けられ、ネジ固定されている。
なお、実施例では、３つの光走査装置が配列された例を示したが、光走査装置の数はいくつであっても同様である。
【００２５】
図１１は、隣接する振動ミラーモジュール間の走査線の、継ぎ目部の様子を示す。図示の如く各走査線は各々走査レンズの配置誤差、走査レンズ自体の反り等に伴う走査線の曲がりと、振動ミラー回転軸の平行度ずれ等に伴う傾きとが合成された状態で、個別に発生しているため、図示のように、主走査方向、副走査方向のレジストずれ以外に、継ぎ目近傍での接線方向の傾きが異なる。
後述するように、主走査方向のレジストずれＬは倍率調整により、副走査方向のレジストずれＤは振動ミラーの位相調整と書出しのタイミング調整により補正がなされ、継ぎ目位置が合わせられる。
一方、走査線継ぎ目近傍での接線方向の傾きは、図１４のように、横軸に各接線方向の主走査軸とのなす角度差、縦軸に識別のし易さをとって示すとおり、角度差が同じであっても、図に示すように副走査方向で正負に反転している方が識別しにくい。そこで、実施例では走査線全体の曲がり、傾きを抑えるのではなく、継ぎ目近傍のみに着目し、各走査線の継ぎ目を原点とし、主走査方向、副走査方向を各々ｘ軸、ｙ軸としたときに、接線方向が第１象限と第３象限の関係、あるいは第２象限と第４象限の関係となるように曲がり、傾きを合わせるようにしている。
【００２６】
具体的には、第１の走査レンズ１１６における副走査方向の両基準面を母線に対して非対称とし、隣接したモジュールの走査レンズの設置方向を反転する、つまり、接合面１１８から母線までの高さを隣接する走査レンズで互い違いにすることで、図１３に示すように曲がりの方向が交互に反転するようにしている。当然、両基準面を母線に対して対称とし、接合面１１８の高さを各々変えてもよい。図１３において、上段（ａ）は走査レンズを正面から見た図、下段（ｂ）は走査線の軌跡を示す。
【００２７】
また、調整によっても上記関係とすることができる。図１２はその各種の例を示す。（ａ）は第２の走査レンズ１２１の両端部、および各走査レンズの境界部を副走査方向に突き当てる当接ネジ１４２を上記ハウジングに備えている。また、（ｂ）は、各走査レンズの中央部を突き当てる当接ネジ１４３をハウジングに備えている。いずれの例も、当接部位を可変することでレンズ全体をこれに沿わせ、波状にうねさせることで、各々傾き、曲がりを上記関係に合致するように調節することができる。
図１２中（ａ）は左側の走査線傾きを調整した例、（ｂ）は曲がりを調整した例を示す。板バネ１４１は、上記カバーとの間に挟み込まれ、各当接部位に確実に突き当たるようになっている。
なお、後述する転写ベルト上での接線方向の検出結果に基づいて、上記当接ネジをステッピングモータで送るようにすれば、経時的なずれを補正することもできる。
また、傾きや曲がりの調節は、上記のような構成に限らず、第１の走査レンズを副走査方向にシフトする、あるいはチルトする等の構成によっても実現可能である。
【００２８】
図５は、本発明にかかる上記光走査装置を、単一の光走査装置５００によって１色ずつ画像形成され、転写ベルト５０１を４回転させて回転毎に色重ねがなされる画像形成装置としてのカラーレーザプリンタに適用した例を示す。図５において、転写ベルト５０１は駆動ローラと２本の従動ローラとで三角形をなすように支持されている。各色に対応したトナーを補給する現像ローラ５０２およびトナーホッパ５０３は、回転支持体５０９上に一体的に配備され、リボルバー式に１／４ずつ回転しながら感光体ドラム５０４に対向するように構成されている。
【００２９】
画像は、転写ベルト５０１端に形成されたレジストマークを検出するセンサ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はかって、光走査装置５００によって感光体ドラム５０４に静電潜像として記録される。この静電潜像は現像部にてトナーをのせることによって現像され、このトナー像は転写ベルト５０１に転写される。転写された後の残トナーは、混色しないように、クリーニング部５０８で掻き取られ備蓄される。これらの動作を各色毎に行うことで、順次画像を重ねていく。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５０により送り出されて、転写部５１１にて転写ベルト５０１から４色同時に転写される。転写されたトナー像は定着ローラ５１２により定着され、排紙トレイ５１４に排出される。
【００３０】
光走査装置５００は上記したように複数の光走査手段の走査線をつなぎ合わせて１ラインを形成する。１ラインの総ドット数Ｌを３分割し、画像始端から各々１〜Ｌ１、Ｌ１＋１〜Ｌ２、Ｌ２＋１〜Ｌドットを割り当てて印字するが、実施例では各走査領域が感光体上で数ｍｍ重なるようにオーバーラップ領域を設け、割り当てる画素数Ｌ１、Ｌ２を固定せず、各色で異なるようにすることで、同一ラインを構成する各色の走査線の継ぎ目が重ならないようにして走査領域の境界をより目立ち難くしている。
【００３１】
画像データは、上記したように主走査方向に３分割され、各光走査手段毎にビットマップメモリに保存され、振動ミラーモジュール毎にラスター展開がなされ、ラインデータとしてバッファに保存される。
保存されたラインデータは各同期検知信号をトリガとして読み出され、個別に画像記録が行われるが、後述するように書出しタイミングを各々設定することで、書出し始端のレジストが合わせられる。
【００３２】
なお、実施例では、各振動ミラーの共振ピークは異なっても、共振帯域が重複する領域において共通の駆動周波数を与えるようにしている。環境温度変化等でバネ定数が変化し共振帯域が一様にシフトすることに伴って、それに応じて駆動周波数もシフトする必要があるが、この場合も共通の駆動周波数が与えられる。従って、走査周波数が各振動ミラーモジュールで異なることはなく、各領域の終端まで各ラインのレジストは一致する。
各画像領域の境界近傍を監視するＣＣＤエリアセンサ５１５が転写ベルト５０１に対向させて設けられている。ＣＣＤエリアセンサ５１５は、転写ベルト５０１に形成される検出パターンのトナー像を、対物レンズ５１６を介して２次元的に読み取り、画像処理によって記録位置の相対的なレジストずれｄ、および継ぎ目における相対的な接線傾き（微分値）を検出するようになっている。
【００３３】
図６は、半導体レーザ、可動ミラーの駆動制御回路の例を示すブロック図である。図６において、駆動パルス生成部６０１は、基準クロックをプログラマブル分周器で分周し、図７に示すように、可動ミラーの１／２周期に１回、かつ最大振幅時から水平となるまでの期間のみに電圧パルスが印加されるように、共振周波数ｆ０（＝１／Ｔ０）の２倍の周波数でデューティが５０％以下のパルス列（Ｔ＜Ｔ０／４）を生成し、ＰＬＬ回路により所定の位相遅れδを生じさせて駆動周波数ｆｄとしてこれを可動ミラー駆動部６０２に与える。
ここで、振動ミラー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）・｛（ｄ／ｐ）−ｎ｝
ここで、ｎは、（ｄ／ｐ）−ｎ＜１
を満足する自然数となるように与えれば、振動ミラーの１周期おきの書出しタイミング補正を行うことができる。つまり、ｎライン周期分ずらして書き出すことによりレジストずれｄを無効化することができ、このチェックを起動時に、または定期的にかけることで、経時的にも継ぎ目の位置ずれのない高品位な画像が得られる。
【００３４】
可動ミラーは走査角θ０を起点として−θ０に達するまでの往期間のうち、θｓ〜−θｓの期間（０＜θｓ＜θ）、同一方向の走査時のみ画像記録を行い、走査角−θ０から＋θ０の復期間には画像記録を行わない。言い換えれば、駆動周波数ｆｄの１周期毎に画像記録を行う。ちなみにθｓ／θ０＝０．７である。
【００３５】
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、同期検知センサ６０４で光ビームが検出されるまで走査角が拡大したことをもって共振帯域であることを判断する。この際、印可する駆動電圧のゲインを可変して、振れ角を微調節してもよい。
また、実施例では、走査角−θ０となる近傍にもセンサ６０５を配備して走査終端のビームを検出し、この終端検知信号と走査開始端の同期検知信号との時間差を計測して可動ミラーの走査速度変動や走査レンズの形状誤差に伴う画像記録幅の変化を検出している。後述するように、この画像記録幅の変化は画素クロックを変更することで補正する。
【００３６】
図８に、実施例における上記センサ６０４、６０５の詳細を示す。センサ６０４、６０５は、主走査方向に垂直なフォトダイオード８０１と非平行なフォトダイオード８０２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、走査光がフォトダイオード８０１からフォトダイオード８０２に至る時間差Δｔを計測して、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を検出する。
なお、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／ｔａｎγ）・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。
【００３７】
図６に示す回路例では、上記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基準値に合うよう振動ミラー間の位相を可変して補正を行う。この補正は振動ミラーモジュールの各々で行われ、実施例では３つの光走査手段から構成されるので、全ての補正が終了した後に印字動作を可能としている。
【００３８】
ところで、可動ミラーは共振振動されるため、図９に示すようにｓｉｎ波状に走査角θが変化する。
θ＝θ０・ｓｉｎ２πｆｄ・ｔ、  −１／４ｆｄ＜ｔ＜１／４ｆｄ
一方、被走査面である感光体ドラム面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の結像特性は、単位走査角あたりの走査距離ｄＨ／ｄθがｓｉｎ−１／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ない。しかし、走査レンズ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を行う必要があり、最大振幅θ０に対して有効走査領域θｓを広げるには限界がある。
【００３９】
走査レンズのみでスポット径を均一に保つには、走査効率θｓ／θ０＜０．５としなければならない。実施例では図１０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記録開始から記録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記録開始位置から画像中央に至るまで領域では長い状態から段階的に短くなるような、画像中央から記録終端に至る領域では長くなるような画素クロックｆｍを半導体レーザ（ＬＤ）駆動部６０６に与えている。これにより、θｓ／θ０＝０．７まで向上している。
【００４０】
以下、画素クロックｆｍの可変方法について説明する。図６に示すクロックパルス生成部６０７は、可変データに基づいて基準クロックｆ０をプログラマブル分周器で分周した分周クロックをカウントして、ｋクロック分の長さのパルスを有するＰＬＬ基準信号ｆａが形成され、ＰＬＬ回路において、可変データに基づいて基準クロックｆ０との位相を選択し画素クロックｆｋが発生される。これを数十画素毎に繰り返し行うことで、主走査に沿って任意な位置にドットが印字できる。
【００４１】
基準クロックｆ０は位相同期部６０８において、基準クロックｆ０の１周期を１／ｎ毎に遅延したクロックの中から同期検知センサ６０４より発生される同期検知信号と位相が合ったクロックを選択し、新たに基準クロックｆ０とする位相同期を走査毎に行う。実施例では、この際に位相が異なったクロックを選択できるようにしており、クロック可変を開始するタイミングを、可動ミラーの水平な状態（θ＝０）が画像記録の中央位置と確実に一致するように補正する。ちなみに、このタイミングがずれると画像が主走査方向のドット間隔が一方側で縮み、もう一方側で延びた、歪んだ画像になってしまう。
また、基準クロックｆ０の分周比を可変することで、主走査方向の画像幅を合わせることができ、上記したように終端検知信号と同期検知信号との時間差を倍率演算部６０９で計測し、時間差が所定値より短い場合は周波数を高める方向に、長い場合は低める方向に補正する。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、発光源と、一定の駆動周波数で往復振動し、発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、走査された光ビームを被走査面に結像する結像光学系とを具備する光走査手段を複数備え、画像領域を主走査に分割して、それぞれ画像記録を行う光走査装置であって、上記隣接する光走査手段における各走査線の継ぎ目近傍における接線方向が、継ぎ目を原点とし、主走査方向、副走査方向を座標軸とする第１象限と第３象限、または第２象限と第４象限の関係となるようにした。これにより、各光走査手段の曲がりや傾きを精度良く合わせなくとも、各画像領域間の継ぎ目を目立たなくすることができ、面倒であった調整作業を簡略化でき、生産効率が向上する利点がある。
【００４３】
請求項２記載の発明によれば、上記隣接する光走査手段における走査線の曲がりが互いに相反する方向とすることにより、走査線の曲がりがあっても、特別な調整を行うことなく容易に各画像領域間の継ぎ目を目立たなくすることができ、高品位な画像記録を行うことができる。
【００４４】
請求項３記載の発明によれば、上記隣接する光走査手段の少なくとも一方には、走査線の曲がり量を可変する曲がり調節手段を備え、上記接線方向を補正することにより、組み立てのばらつきや加工誤差等があっても、走査線の継ぎ目を目立ちにくくすることができ、生産効率が向上するうえ、高品位な画像記録を行うことができる。
【００４５】
請求項４記載の発明によれば、上記隣接する光走査手段の少なくとも一方には、走査線の傾き量を可変する傾き調節手段を備え、上記接線方向を補正することにより、組み立てのばらつきや加工誤差等があっても、継ぎ目を目立ちにくくすることができ、生産効率が向上するうえ、高品位な画像記録を行うことができる。
【００４６】
請求項５記載の発明によれば、上記結像光学系を構成する少なくとも１つの光学素子を複数の光走査手段で連続して形成するとともに、主走査方向における複数箇所に副走査方向に突き当てる当接部位を備え、上記各当接部位の高さを可変することで、上記曲がり、または傾きを調節することにより、個別に調整手段を有するのに比べ、構成が簡単で設置環境の変化等があってもずれが少なく、年月が経過しても走査線の継ぎ目が目立ちにくい高品位な画像記録を行うことができる。
【００４７】
請求項６記載の発明によれば、上記隣接する光走査手段の少なくとも一方には、振動ミラーの位相を可変するミラー駆動手段を備え、副走査方向におけるレジストずれを補正することにより、光軸方向を可変するような複雑な補正手段を用いなくとも、確実に書出し位置が可変できるので、生産効率が向上するうえ、高品位な画像記録を行うことができる。
【００４８】
請求項７記載の発明によれば、上記ミラー駆動手段は、上記隣接する光走査手段のレジストずれｄのうち、
ｄ２＝ｄ−ｎ・ｐ、    （ｎは自然数、ｐは副走査方向の記録ピッチ）
なる分を補正することにより、確実に書出し位置が可変できるので、走査線の継ぎ目が目立ちにくい高品位な画像記録を行うことができる。
【００４９】
請求項８記載の発明によれば、上記発光源を変調するタイミングを補正する光源駆動手段を備え、上記隣接する光走査手段のレジストずれｄのうち、
ｄ１＝ｎ・ｐ＝ｄ−ｄ２    但し、ｄ２＜ｐ
なる分を補正することにより、レジストずれが大きくても上記ミラー駆動手段での位相の可変量を１周期以内とすることができ、確実に書出し位置が可変できるので、走査線の継ぎ目が目立ちにくい高品位な画像記録を行うことができる。
【００５０】
請求項９記載の発明によれば、上記隣接する光走査手段の走査領域に重なり部を設けるとともに、上記重なり部において、各走査位置ずれを検出する走査位置ずれ検出手段を備え、上記検出結果に基づいて上記位相を可変することにより、設置環境の変化等によって走査位置ずれが生じても、状況に応じてフィードバック補正することができ、年月が経過しても走査線の継ぎ目が目立ちにくい高品位な画像記録を維持することができる。
【００５１】
請求項１０記載の発明は、発光源と、一定の駆動周波数で往復振動し、発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、走査された光ビームを被走査面に結像する結像光学系とを有する光走査手段を複数備える光走査装置と、上記光走査手段により画像領域を主走査に分割して、静電画像が形成される感光体と、上記静電画像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置であって、上記顕像化されたトナー像により上記光走査手段の継ぎ目近傍における隣接ラインの接線方向を検出する接線方向検出手段を備えている。そのため、出荷後においても画像品質を監視することができるので、設置環境の変化等によって出荷時の品質が維持されなくても、状況に応じてフィードバック補正することができ、年月が経過しても走査線の継ぎ目が目立ちにくい高品位な画像記録を維持することができる。
【００５２】
請求項１１記載の発明は、発光源と、一定の駆動周波数で往復振動し、発光源からの光ビームを走査する振動ミラーと、走査された光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、を有する光走査手段を複数備える光走査装置と、上記光走査手段により画像領域を主走査に分割して、静電画像が形成される感光体と、上記静電画像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置であって、上記顕像化されたトナー像により上記光走査手段の継ぎ目近傍におけるレジストずれを検出するレジストずれ検出手段を備える。そのため、出荷後においても画像品質を監視することができるので設置環境の変化等によって出荷時の品質が維持されなくても、状況に応じてフィードバック補正することができ、年月が経過しても走査線の継ぎ目が目立ちにくい高品位な画像記録を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図２】同上実施の形態を反対側から見た分解斜視図である。
【図３】本発明にかかる光走査装置に用いることができる振動ミラーモジュールの例を示す分解斜視図である。
【図４】同上振動ミラーモジュールの正面断面図である。
【図５】本発明かかる光走査装置を有する画像形成装置の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図６】上記振動ミラーモジュールにおける可動ミラーの駆動制御回路の例を示すブロック図である。
【図７】振動ミラーモジュールの可動ミラーに印加する電圧パルスの例を示す波形図である。
【図８】本発明に用いることができる同期検知センサの例を示す光学配置図である。
【図９】上記振動ミラーモジュールの可動ミラーによる走査角の変化の例を示す線図である。
【図１０】上記可動ミラーの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を変化させる様子を示す線図である。
【図１１】隣接する振動ミラーモジュール間の走査線の、継ぎ目部の様子を示す線図である。
【図１２】本発明に適用可能な走査レンズ調整手段の例を示すもので、（ａ）は走査線傾きを調整する手段の例、（ｂ）は走査線曲がりを調整する手段の例を示す、それぞれ平面図と走査線に軌跡を示す線図である。
【図１３】隣接した振動ミラーモジュールの走査レンズの設置方向とそれに対する走査線の軌跡に例を示すもので、（ａ）は走査レンズを正面から見た図、（ｂ）は走査線の軌跡を示す線図である。
【図１４】走査線継ぎ目近傍での接線方向の傾きの例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１  発光源
２００  振動ミラーモジュール
２０１  支持基板
２０２  可動ミラー
２０８  ねじり梁
２０９  ねじり梁
【図１】
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【図２】
2004184843.tif 000004
【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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