(57)【要約】【課題】従来の光書込光学系の不具合を改善した光書込を実現することのできる光書込光学系を提供すること。【解決手段】画素の大きさに対応するミラー単位で偏向方向を制御可能なミラー・アレイと遮光スリットの組合せにより、１ラインを同時に光書込できるようにしたため、従来の液晶シャッター・アレイ方式に比べ明・暗の切替時間が非常に高速であり、しかも反射式であるため、液晶シャッターのような透過式のものより光の利用効率が高く、また、１画素単位で走査するラスター・スキャン方式に比べて高速書込が可能とし、高速書込が可能で光利用効率が高く、小型化が十分可能な光書込光学系を実現する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル方式の光書き込み装置において、
光源から書込媒体に到る光路中に配設され、主走査方向の略画素密度に対応する大きさで形成された可動ミラーを主走査方向にライン状に配列してなるミラー・アレイと、
第一のスリット幅が副走査方向の画素の大きさに同等か、又はそれ以下の幅の遮光スリットを備え、
画像情報に応じて前記ミラー・アレイの各々の可動ミラーを偏向させることで前記書込媒体に書き込むことを特徴とする光書き込み装置。
【請求項２】
前記ミラー・アレイは、各々の可動ミラーを偏向させることでオン状態とオフ状態を各副走査方向のライン毎に制御し、各ミラー毎にミラーのＰＷＭ制御回路を有することを特徴とする請求項１に記載の光書き込み装置。
【請求項３】
前記ＰＷＭ制御回路は、制御用レジスタを有し、前記レジスタ値に応じて、副走査方向のライン毎にオン、オフ状態をＰＷＭ変調で独立に制御可能であることを特徴とする請求項２に記載の光書き込み装置。
【請求項４】
前記制御用レジスタのレジスタ値を一定時間毎に更新することを特徴とする請求項３に記載の光書き込み装置。
【請求項５】
前記制御用レジスタのレジスタにデータを書き込むためのバッファレジスタを有することを特徴とする請求項４に記載の光書き込み装置。
【請求項６】
前記光源としてハロゲンランプまたは蛍光管のような線状光源を用いると共に楕円形状等の長尺反射ミラーなどを用いて光束を副走査方向に必要に応じて集束させ、その光を第二のスリットを通して線光源とする前記光源と一体化されたことを特徴とする請求項１に記載の光書き込み装置。
【請求項７】
前記可動ミラーがオフ状態の時にそのミラーで反射される光を吸収することが出来る光吸収材が少なくとも前記スリット壁面に塗布又は実装されていることを特徴とする請求項２に記載の光書き込み装置。
【請求項８】
前記ミラー・アレイが、前記ＰＷＭ制御回路を同一ＩＣ上に具備していることを特徴とする請求項１に記載の光書き込み装置。
【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、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置の光書込部に用いられる、ミラーアレイを用いた光書込光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置においては、デジタル方式の光書込光学系により２値化された画像情報に応じて感光体からなる書込媒体上に光書込を行い潜像を形成した後、現像、転写、定着の各工程を経て記録用紙等に画像を形成している。ここで、上記画像形成装置に用いられる、従来より知られている光書込方式の代表例とその特徴を以下に述べる。
（１）光走査型（ラスター・スキャン）書込方式：ポリゴンミラー等の偏向器を用いてレーザーダイオード（ＬＤ）等の光源からの出射光束を偏向走査し、ｆθレンズ等を介して感光体上を等速度的に走査する方式（特許文献１参照）。
（２）ＬＥＤアレイ方式：画素密度に対応する数だけ発光ダイオード（ＬＥＤ）をライン状にアレイ化し、等倍結像素子等で感光体上に集光させる方式（特許文献２参照）。
（３）液晶シャッター・アレイ方式：画素密度に対応する数だけ液晶をライン状にアレイ化し、各液晶をシャッターとしてオン／オフすることにより感光体上に書き込む方式（特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０８−１６０６９４号公報
【特許文献２】
特開平０５−０５０６５３号公報
【特許文献３】
特開平０６−１１８７４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の光走査型（ラスター・スキャン）書込方式は最も広く利用されている方式で、特に高密度化、高速化に有利で、信頼性の高い方式だが、偏向器やレンズ等の光学部品の配置のために比較的大きなスペースを要するため、小型化には不利である。上記（２）のＬＥＤアレイ方式は、倍率誤差が小さく、小型化に有利な方式だが、各ＬＥＤの精度のばらつきが大きく、画像にムラを生じ易いし、自発光素子のため，高速プリントするには、光量不足になる問題がある。上記（３）の液晶シャッター・アレイ方式は、倍率誤差が小さく、小型化に有利な方式だが、液晶のシャッター速度が十分でなく、また光の透過率も悪いことから高速化には適さない。これを改善するために、特開平７−２５６９２３号が提案されているが、この提案では、オンとオフを１ラインずつ切り替える制御を行っているため（主走査列毎のＯＮ、ＯＦＦ制御）デイザ制御以外の階調制御の実現が困難である。また、楕円形状等の長尺反射ミラーを用いているが、特に、可動ミラーやその他の場所での反射の影響の考慮がなされていない。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来の光書込光学系の不具合を改善した光書込を実現することのできる光書込光学系を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、デジタル方式の光書き込み装置において、光源から書込媒体に到る光路中に配設され、主走査方向の略画素密度に対応する大きさで形成された可動ミラーを主走査方向にライン状に配列してなるミラー・アレイと、第一のスリット幅が副走査方向の画素の大きさに等しいか、又はそれ以下の幅の遮光スリットを備え、画像情報に応じて前記ミラー・アレイの各々の可動ミラーを偏向させることで前記書込媒体に書き込むことを特徴とする。
【０００７】
また、前記ミラー・アレイは、各々の可動ミラーを偏向させることでオン状態とオフ状態を各副走査方向のライン毎に制御し、各ミラー毎にミラーのＰＷＭ制御回路を有することを特徴とする。
【０００８】
また、前記ＰＷＭ制御回路は、制御用レジスタを有し、前記レジスタ値に応じて、副走査方向のライン毎にオン、オフ状態をＰＷＭ変調で独立に制御可能であることを特徴とする。
【０００９】
また、前記制御用レジスタのレジスタ値を一定時間毎に更新することを特徴とする。
【００１０】
また、前記制御用レジスタのレジスタにデータを書き込むためのバッファレジスタを有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記光源としてハロゲンランプまたは蛍光管のような線状光源を用いると共に楕円形状等の長尺反射ミラーなどを用いて光束を副走査方向に必要に応じて集束させ、その光を第二のスリットを通して線光源とする前記光源と一体化されたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記可動ミラーがオフ時にそのミラーで反射される光を吸収することが出来る光吸収材が少なくとも前記スリット壁面に塗布又は実装されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記ミラー・アレイが、前記ＰＷＭ制御回路を同一ＩＣ上に具備していることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光学系の概略構成を示す要部斜視図であり、図中符号１はミラー・アレイ、２はミラー・アレイを構成する可動ミラー、３は遮光スリット、４は書込媒体としての感光体である。尚、光源部の図示は省略した。図１において、ミラー・アレイ１は光源から感光体４に到る光路中に配設されており、主走査方向（感光体表面の移動方向を副走査方向とし、この方向に直交する方向を主走査方向とする）の画素密度に対応する間隔及び大きさで形成された可動ミラー２を主走査方向にライン状に配列した構成となっている。
【００１５】
マイクロミラー４１は、支持ポスト４２を介してヨーク４３載せらている。このヨーク４３は、捻りヒンジ４４ａ，４４ｂによってシリコン基板４０ａから浮かされた状態で揺動可能に支持されている。また、ヨーク４３の周辺方向にそれぞれ第一電極４５ａと、第２電極４５ｂが形成されている。４１は、必要に応じて４２の上で任意の角度に回転して実装できるようになっているので、容易に１の配列に相当するミラー配列が実現可能である。
【００１６】
図２に示す通り、ミラー・アレイの各可動ミラー２は、第１電極４５ａ及び第２電極４５ｂに印加される電圧の極性に応じて作用する静電力によりマイクロミラー４１が捻りヒンジ４４ａ、４４ｂを捻らせながら時計方向又は反時計方向に揺動し、その面を傾斜させることになる。第１電極４５ａ、４５ｂに対する電圧供給は図示されていないコントローラによって制御される。つまり、第１電極４５ａ、４５ｂに電圧が供給されない場合可動（マイクロ）ミラー４１は水平姿勢を保持するが、第１電極４５ａに正極性を印加するとともに第２電極４５ｂに逆極性を印加すると、マイクロミラー４５は一方に傾斜して、その傾斜角が＋θとなる。第１電極４５ａに逆極性を印加するとともに第２電極４５ｂに正極性を印加すると、マイクロミラー４５は他方に傾斜して、その傾斜角が−θとなる様に動作し、ミラーのＯＮ，ＯＦＦ動作が実現される。
【００１７】
ミラー・アレイ１と感光体４との間には遮光スリット３が配設されており、遮光スリット３のスリット部３ａはミラー・アレイ１のライン方向（アレイ方向）に沿って開口しており、ライン方向に直交する方向、すなわち副走査方向のスリット幅Ｗは副走査方向の画素の大きさに対応している。したがって、ミラー・アレイ１の１つの可動ミラー２により反射された光束が遮光スリット３のスリット部３ａを通過して感光体４上に照射されることで１画素の光書込が行なわれる。ここで、光源から出射され、ミラー・アレイ１の各可動ミラー２に入射する光束Ｌは、画像データに応じて制御される各可動ミラー２によって偏向されるため、ミラー・アレイ１と感光体４の間に遮光スリット３を設置することにより、そのスリット部３ａを光束が通過するか否かで明（オン）及び暗（オフ）に切り替えることができる。
【００１８】
したがって、画像データをパラレル制御信号としてライン毎にミラー・アレイ１の各ミラー２を制御するＰＷＭ制御回路に印加することにより、各ビット毎のデータに対応して当該ＰＷＭ制御回路がミラーのオン、オフのＰＷＭ制御を行い感光体４に光書込を行なうことができる。感光体表面が連続的に副走査方向に移動していても、前記ＰＷＭ制御回路のＰＷＭ制御中に、次のラインデータを一括してバッファレジスタに書き込み、前記ＰＷＭ制御の終了タイミングでバッファレジスタから制御レジスタに書き込むことで次のＰＷＭ制御をスタートでき、光書込を連続的に行なうことができる。
【００１９】
このように、本発明の光書込光学系においては、１画素に対応する大きさのミラー単位で偏向方向を制御可能なミラー・アレイ１と、それを制御するＰＷＭ制御回路、遮光スリット３の組合せにより、１ラインを同時にＰＷＭ制御回路の制御レジスタのデータを更新可能であり、各可動ミラー１−２の応答速度も液晶等と比べて速いため、従来の液晶シャッター・アレイ方式に比べ明・暗の切替時間が非常に高速である。しかも反射式であるため、液晶シャッターのような透過式のものより光の利用効率が高い。又、２つのラインデータ間もＰＷＭ制御でＯＮＯＦＦ制御で、階調制御の実現も可能だし、実質的にライン間にラインを増やすような制御も可能なため，副走査方向のスピードを遅くしなくとも、又、ラインデータの転送レートを早くしなくても、副走査方向の印刷を高解像度、かつ高階調で実現できる効果がある。
【００２０】
図３に、第２の実施形態を示す。１０１〜１０４がバッファレジスタで、本実施形態では、データのシリアル転送のためのシフトレジスタも兼用している。データ入力端子１２１が１０１の入力端子に接続され、１０１の出力端子が１１３を通じて，１０２の入力端子に接続している。同様に１０２の出力端子が１１４を通じて，１０３の入力端子に接続している。又、１０３の出力端子が１１５を通じて，１０４の入力端子に接続している。１０１〜１０４のレジスタには、データ設定用クロック入力端子があり、それは、１３０の信号線を通じて，１３４の２入力ＮＯＲゲートの出力端子に接続され、その入力端子の一方は、１３１のＣＬＫ信号に、他方は、１２６のｄａｔａ＿ｅｎａｂｌｅ信号入力端子に接続されている。
【００２１】
本実施形態では、簡単のために、ＰＷＭ制御回路を４個用いた例で説明するが，実際には、ｎ個（７０００〜９０００個）で考えるのが普通であり、上記実施形態をそのまま簡単に拡張可能なので、その場合における詳細説明は省略する。１０５、１０６，１０７、１２７はＰＷＭ制御回路であり、１１３が１０５の、１１４が１０６の、１１５が１０７の、１０４の出力端子に接続されている信号線１１６が１２７のＰＷＭ制御回路のＰＷＭ制御用レジスタ入力端子に接続されている。１０５、１０６，１０７、１２７のＰＷＭ制御回路のＰＷＭ制御用レジスタ入力端子の制御クロックとしては、１２５の信号ＬＩＮＥ＿ＣＬＫが１１９のインバータで反転され、その反転信号が１１８の信号ラインを通して接続されており、１２５の信号を立下りで１１３，１１４，１１５，１１６上のデータを１０５、１０６、１０７，１２７のＰＷＭ制御回路のレジスタ内にラッチする。
【００２２】
１０８，１０９，１１０、１２８は、ミラー・アレイ制御用レジスタであり、１０５，１０６，１０７、１２７のそれぞれのＰＷＭ信号出力用信号線１２２，１２３，１２４、１２９が制御データ出力端子にそれぞれ接続されている。１０８，１０９，１１０，１２８の出力は、図示されていないミラー用のコントローラに接続され、１０８，１０９，１１０，１２８にＨがかかれるときには，ＯＮ状態に、Ｌの時にはＯＦＦ状態に制御される。
【００２３】
１０５，１０６，１０７，１２７及び、１０８，１０９，１１０，１２８は、１１１のＰＬＬのＶＣＯ出力信号ＰＷＭ＿ＣＬＫ信号線が接続され、そのクロック同期で動作する。１１１，１１２はＰＬＬを構成し、１１１がＶＣＯを含むＰＬＬの本体で、１１２が分周回路である。１１１のＶＣＯの出力信号が１１２の分周回路の入力端子に接続され１１１のクロックのレファレンス信号入力端子に接続されている。１１１のクロック入力端子には、１２５のＬＩＮＥ＿ＣＬＫのクロック信号が入力され、１１７の信号線には、１２５に印加される信号のｎ逓倍された周波数のほぼｄｕｔｙ５０％のクロックが１２５の信号に同期して出力される。（正確なｄｕｔｙ５０％のクロックが必要な場合には、１１７の信号線へのクロック出力信号を１１２の分周期の途中から引き出せば問題ない。）
【００２４】
ただし、前記ｎは、１１２の分周倍率を示しであり、１３３の外部入力端子に分周比を設定することで、１１２の分周倍率を自由に設定できるように構成される。例えばｎ＝２で２分周、４で４分周の意味である。その場合、１１２の中の回路は、使用する特定のｎ分周回路を複数持ち、その出力を１３３のデータで選択することで容易に実現可能なため，具体的回路の説明は省略する。
【００２５】
次に動作に関して説明する。図４に動作のタイムチャートの一例を示す。２１のｖｉｄｅｏ＿ｄａｔａ入力端子は、４ビットのバスであり、０〜Ｆまでの１６種類のデータが３１のクロックに同期して図４のように、タイミングに応じて、画像データに対応したデータが外部から入力される。ＣＬＫ信号１３１は、１２６のｄａｔａ＿ｅｎａｂｌｅ信号とＮＯＲをとって１０１，１０２，１０３，１０４、のレジスタのクロック端子に入力されるため，１２６のｄａｔａ＿ｅｎａｂｌｅ信号がＬＯＷでｅｎａｂｌｅ条件で、かつＣＬＫ信号がＨからＬの立下りエッジで、データが各１０１〜１０４のレジスタにラッチされ、１２６がＬのとき１３１のＣＬＫの立下り毎にデータが１０１〜１０４のレジスタに向かって順次シフトされ転送されるように動作する。
【００２６】
次に１２６のｄａｔａ＿ｅｎａｂｌｅ信号がＨのとき、１０１〜１０４のレジスタのシフト動作は停止し、そのタイミングで１２５のＬＩＮＥ＿ＣＬＫのクロック信号が入力されると、その立下りエッジで１０５，１０６，１０７，１２７のＰＷＭ制御回路の入力レジスタに１０１，１０２，１０３，１０４のレジスタ中のデータがラッチされ、その後の１１７のＰＷＭ＿ＣＬＫ信号の立ち上がり毎に、１０５，１０６，１０７，１２７のＰＷＭ生成回路でＰＷＭ信号が論理演算され、その結果がＰＷＭ信号として１２２，１２３，１２４，１２９の出力信号線上に出力される。
【００２７】
１２１が４ビットのデータの場合、図４のＤＡＴＡ１〜ＤＡＴＡ１６までのＰＷＭ信号の波形が選択できる用にＰＷＭを構成することも可能である。図４の実施形態の場合、ｖｉｄｅｏ＿ｄａｔａが００００、０００１，００１０、０１００のデータが，図４のＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ２、ＤＡＴＡ３、ＤＡＴＡ４のタイミング、そして波形で１２９，１２４，１２３，１２２のＰＷＭの出力端子に出力されるように、１０５，１０６，１０７，１２７は動作する。
【００２８】
一般に、これらの１２１のデータと出力波形の関係は必要に応じて１０５，１０６，１０７，１２７の論理回路のロジックを替えることで自由に選択できる用に設計可能で一般の標準的な回路の設計手法で実現できるため，詳細の内部回路の説明は省略する。そして、これらの駆動回路は、ＡＳＩＣの内部に一体化して構成することで、外部のノイズを削減し、回路を簡単にできる。そして、１０８，１０９，１１０，１２８のレジスタは、１１７のＰＷＭ＿ＣＬＫ信号の立下り毎に１２２，１２３，１２４，１２９の信号をラッチするように動作するため，従来例に対し、１回のデータ転送（設計）で、４倍（４ライン）分の情報をＰＷＭに与えて動作させる事も可能となる。また、ＰＬＬの逓倍倍率を非常に大きくし（６４以上）１１７のＰＷＭ＿ＣＬＫの周波数を大きくし、１２５のＬＩＮＥ＿ＣＬＫ間のデータ更新間に、各ＰＷＭ制御回路の出力信号を、図４のＤＡＴＡ１〜ＤＡＴＡ１６のどれか一つのデータを、繰り返し出力する事で，ミラーのオン、オフによるｄｕｔｙ可変の階調制御が、容易に実現可能となる。具体的には，周波数１５ＫＨＺ程度以上のＰＷＭ変調は容易に実現可能である。
【００２９】
次に、図５は第三の実施の形態を示す図であって、（ａ）は光書込光学系の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図中、符号１〜４は図１と同様の構成部材であり、符号５は光源、６は遮光ミラー、７は楕円長尺ミラー、８は、第２の遮光スリットである。本実施形態では、光源５としてハロゲンランプ、キセノンランプまたは蛍光管等の線状光源を用い、該線状光源５の長手方向がミラー・アレイ１のライン方向と平行になるように配置し、且つ、線状光源５の周囲に遮光ミラー６及び楕円長尺ミラー７等を配置して、遮光ミラー６及び楕円長尺ミラー７等で副走査方向（線状光源の長手方向（ミラー・アレイのライン方向）と直交する方向）に光束を集束するようにしかつ、８の第２のスリットを設け光の通過の制限を設けたため、これによりエネルギー効率（光の利用効率）をより高め反射等の光で露光精度を上げることが可能である。また、第２のスリットで合焦しない光をカットして、７の端部等で生じる散乱光による余計な露光を削減できる効果がある。又本発明では光源５に線状光源を用いるため、従来のＬＥＤ方式のような輝度のばらつきによるムラが生じることがなく、画像ムラの無い光書込を行なうことができるしスリットの裏面等、光吸収剤を塗布し、反射を抑えるようにしたので、ミラーアレーの配置のある程度の自由度を得る事が可能となる。ただし、可動レンズによる散乱等余計な光の、スリットへの入射を避けるため、１−１のミラーアレーの照射光に対する配置は、特にＯＮからＯＦＦへレンズが遷移するタイミングでその可能性を低下させるため、ＯＦＦ時の反射光が、線状光源方向のベクトルをもって反射される方向（図５（ｂ）の１’）になるようにその実装基板が固定される事が好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、請求項１の光書込光学系においては、画素の大きさに対応するミラー単位で偏向方向を制御可能なミラー・アレイと遮光スリットの組合せにより、１ラインを同時に光書込できるため、従来の液晶シャッター・アレイ方式に比べ明・暗の切替時間が非常に高速であり、しかも反射式であるため、液晶シャッターのような透過式のものより光の利用効率が高く、また、１画素単位で走査するラスター・スキャン方式に比べて高速書込が可能となる。従って、高速書込が可能で光利用効率が高く、小型化が十分可能な光書込光学系を実現することができる。また、各列毎にＰＷＭ制御回路を有しているため，デイザ以外の階調制御（ミラーアレーのＯＮＯＦＦのｄｕｔｙ制御）や、ライン数を増やす制御が実現できるため，容易に副走査方向の印刷を高解像度、かつ高階調で実現できる効果がある。また、請求項３の光書込光学系においては、光源としてハロゲンランプ、キセノンランプまたは蛍光管のような線状光源を用いると共に楕円形状等の長尺反射ミラーを用いて光源からの光束を副走査方向（線状光源の長手方向と直交する方向）に集束させることにより、光の利用効率をより高めることができる、しかも、光源に線状光源を用いるため、従来のＬＥＤ方式のような輝度のばらつきによるムラが生じることがなく、また、第２のスリットを設ける事でスリットでの反射等による画像ムラの無い光書込を行なうことができる。また、ミラーアレーが実装されている基板と、当該光源がある一定角度を有して照射される様に構成しているので、散乱光等の制御光に対する影響を最小限に抑える事で、高解像度、かつ高階調で実現できる効果がある。また、ＰＷＭ制御回路やその制御回路（図３）をミラーアレーを実装している同一ＩＣ上に構成することで、外部に余計な回路を付加せず、用いる事ができ、実装が楽になり、かつ、外部に必要な制御回路も不要となり、設計を楽にし、回路を簡単にでき、外部のノイズを削減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学系の概略構成を示す要部斜視図
【図２】ミラー・アレイの構成図
【図３】第ニの実施形態を示すブロック図
【図４】タイミングチャート
【図５】第三の実施形態を示す概略構成図
【符号の説明】
１−１  ミラーアレー
１−２  可動ミラー
１−３  第一の遮光スリット
３ａ  スリット部
１−４  感光体
１〜４  バッファレジスタ（シフトレジスタ）
５〜７、２７  ＰＷＭ生成回路
１１、１２  ＰＬＬ回路
３４、１９  ゲート回路
８、９、１０、２８  ＤＦＦ
３−５  線状光源
３−６  遮光ミラー
３−７  楕円長尺ミラー
３−８  第２の遮光スリット
【図１】
2005001126.tif 000003
【図２】
2005001126.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005001126.tif 000006
【図５】
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