(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを射出する発光部を備えた光源手段と、
前記光源手段を変調駆動する光源駆動手段と、
前記光源手段から射出される光ビームを偏向して主走査領域を往復走査する偏向手段と、
前記偏向手段からの光ビームを被走査面上に導く走査結像光学系と、
前記偏向手段からの光ビームを検出して検出信号を出力する光ビーム検出手段を複数有し、
前記偏向手段の反射面の最大振れ角が、前記光源手段から射出される光ビームの前記偏向手段の反射面への入射角よりも大きい光走査装置であって、
前記光源手段の発光光量を制御する光源駆動手段を備え、
前記複数の光ビーム検出手段は、画像形成領域の主走査方向の外側の両側にそれぞれ配置され、
前記光源駆動手段は、非画像形成期間のうち、前記偏向手段の最大振れ角から主走査領域を走査する走査角に至る期間に前記光源手段を強制消灯する発光量制御期間を設け、前記発光量制御期間における強制消灯のタイミングを、前記光ビーム検出手段の検出信号に基づいて演算された前記偏向手段の振幅中心のシフト量に基づいて設定する、
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
光ビームを射出する発光部を備えた光源手段と、
前記光源手段を変調駆動する光源駆動手段と、
前記光源手段から射出される光ビームを偏向して主走査領域を往復走査する偏向手段と、
前記偏向手段からの光ビームを被走査面上に導く走査結像光学系と、
前記偏向手段からの光ビームを検出して検出信号を出力する光ビーム検出手段を複数有し、
前記偏向手段の反射面の最大振れ角が、前記光源手段から射出される光ビームの前記偏向手段の反射面への入射角よりも大きい光走査装置であって、
前記光源手段の発光光量を制御する光源駆動手段を備え、
前記複数の光ビーム検出手段は、画像形成領域の主走査方向の外側の両側にそれぞれ配置され、
前記光源駆動手段は、非画像形成期間のうち、前記偏向手段の最大振れ角から主走査領域を走査する走査角に至る期間に前記光源手段の駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を設け、前記発光量制御期間における駆動電流抑制のタイミングを、前記光ビーム検出手段の検出信号に基づいて演算された前記偏向手段の振幅中心のシフト量に基づいて設定する、
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
前記偏向手段は、ねじり梁によって支持され、前記光源手段からの光ビームを偏向して主走査領域を往復走査する振動ミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記光源駆動手段は、強制消灯する発光量制御期間を除く非画像形成期間内で発光部を順次点灯し、前記発光部から射出される光ビームの光量を自動パワー制御により調整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５】
前記発光部が複数の発光源を有し、前記複数の発光源各々について強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光走査装置において、前記光ビーム検出手段で検出された検出信号に基づいて最大振幅が一定になるように前記偏向手段を制御する偏向制御手段を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の光走査装置において、前記光源駆動手段は、前記光ビーム検出手段で検出された検出信号に基づいて演算された前記偏向手段の走査周波数に応じてタイミングおよび時間設定を行うことを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
少なくとも一つの像担持体と、電子写真プロセスを実行するために、光走査装置を含むプロセスユニットが前記像担持体に対応して配置されてなる画像形成装置であって、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、発光部から射出された光ビームを被走査面に走査させる光走査装置および画像形成装置に関するもので、特に、光源の発光部への戻り光を抑制するための光量制御に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
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】
そこで、近年、シリコンマイクロマシニングを利用した偏向装置の研究が進められている。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方式が提案されている。ＭＥＭＳ（メムス：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）振動ミラーといわれるものがそれである。ＭＥＭＳとは、機械要素部品をシリコンなどの基板上に集積化したデバイスのことである。
【０００４】
上記振動ミラーを用いた偏向方式によれば、ミラー面サイズが小さく小型化できるうえ、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、低騒音で消費電力が低いという利点がある。また、低振動で、発熱がほとんどないために、光走査装置を収容するハウジングを薄肉化でき、ガラス繊維の配合率が少ない低コストの樹脂成形材を用いても画像品質への影響が発生し難いといった利点もある。
【０００５】
特許文献１や特許文献２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。特許文献１や特許文献２に記載されている振動ミラーによれば、ミラーを支持しているねじり梁のバネ定数が温度によって変化することによって共振振動数が変動し、あるいは大気圧による空気の粘性抵抗が変化することなどの要因により、振れ角が変化してしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、特許文献３に開示されているように、走査された光ビームを検出することで振れ角を検出し、振動ミラーに与える印加電流を加減することで、振れ角を安定的に保つように制御する技術が提案されている。
そのほか、振動ミラーを用いた光走査装置、あるいはこの光走査装置を用いた画像形成装置について、特許文献４、特許文献５などに開示されている。
【０００７】
特許文献３〜５に記載されている発明によれば、振動ミラーをポリゴンミラーの代わりとして用いることで、低騒音化や低消費電力化が可能となり、上記振動ミラーを画像形成装置の光偏向器として用いることにより、オフィス環境に適合した画像形成装置を提供することができる。また、低振動化に伴ってハウジングを薄肉化することができ、軽量化や低コスト化が可能である。
【０００８】
そのほか、光偏向器として振動ミラーを用いたものに限定されるものではないが、本願発明に関連のある発明として特許文献６〜特許文献９記載の発明がある。特許文献６、特許文献７には、光ビームに要求される各特性のうち深度を評価可能な光ビーム特性評価方法及び評価装置が開示されている。
特許文献８には、画像形成期間以外で、戻り光発生区間を避けて、複数の光源のＡＰＣ光量制御すなわち光量が一定になるような制御を行い、濃度ムラを低減する技術が記載されている。
特許文献９には、光偏向器であるポリゴンミラーの反射面に対して、光ビームの入射角が略９０度になるタイミングでは発光源の光量調整を行わないことで、光源としての半導体レーザ（以下「ＬＤ」ともいう）を含む光源部に内蔵されている光検出器（以下「ＰＤ」という）の初期化動作を安定して行うことができる発明が記載されている。
【０００９】
【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】特許第３５４３４７３号公報
【特許文献５】特開２００４−２７９９４７号公報
【特許文献６】特開２０００−９５８９号公報
【特許文献７】特許第３５９４８１３号公報
【特許文献８】特開２００６−１９８８８１号公報
【特許文献９】特開２００７−１４８３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光走査装置において、光源手段からの光ビームの入射角よりも、偏向手段の反射面の最大振れ角が大きい場合、振動しているミラーのあるタイミングで、光源から射出された光ビームの上記ミラーによる反射光が再び光源手段の発光点に戻ってくる、所謂戻り光が発生する。この戻り光はノイズ増大の原因となり、安定した半導体レーザーの発振発光を行うことができなくなる。
偏向手段がＭＥＭＳ振動ミラーで構成されている場合、光源からの光ビームが偏向手段の反射面で反射されて発光部に入射する可能性があるのは、反射面に対する光源からの入射光路が略９０度になる場合よりも広い範囲になる場合である。
【００１１】
また、発光部から射出された光ビームが、他の発光部に戻り光となって悪影響を与え、半導体レーザーを画像形成期間以外に、同期検知のため点灯させると、ほぼ連続して点灯させることになって半導体レーザーが温度上昇し、発光効率が低下して、半導体レーザーの消費電力が増大する。また、ＭＥＭＳ振動ミラーは、ポリゴンミラーと異なり往復運動するため、像面上を主走査方向に交互に互いに逆方向に光ビームが走査されることとなる。ＭＥＭＳ振動ミラーが正弦波振動である場合には、最大振幅近傍では著しく光ビームの走査が遅くなるので望ましくない。
【００１２】
画像形成領域はり光ビームの走査速度ができるかぎり線形に近い区間で行う必要があり、そのためにはＭＥＭＳ振動ミラーの最大振幅の中間程度で使用することになる。半導体レーザーから射出される光ビームのうち、最大振幅付近を中心とする非画像形成領域にあたる部分でのＭＥＭＳ振動ミラーによる反射ビームは、ゴースト光となって、発光点に再びもどる所謂戻り光となり、パワー変動が生じることになる。また、上記ゴースト光が感光体などの像担持体のまで至る場合には、画像形成面上でもゴーストの原因になる。
【００１３】
振動ミラーの最大振れ角が、画像形成領域の入射角よりも大きいことにより、画像形成領域を超える振れ角となる場合、画像形成領域を超えた振れ角でありかつ同期検知の区間以外において、光源であるＬＤを強制消灯することにより、発光部への戻り光を抑制することができる。すなわち、振動ミラーの振幅による光ビームの走査範囲の途中に設置されている同期検知ＰＤを光ビームが通過した後、最大振幅に到達して、再び同期検知ＰＤを光ビームが通過するまでの間において、ＬＤを消灯する。ＬＤを画像形成期間以外で消灯することにより無駄なＬＤの発光を削減することができ、ＬＤおよびその周辺の素子の温度上昇を抑制できるので、高い発光効率で安定したＬＤ点灯を実現することができる。光源が半導体レーザーアレー（ＬＤＡ）の場合、その消費電力の低減と高いパワーでの発光が可能である。
【００１４】
上記ＬＤＡのように複数の発光点がある場合、各発光点からの戻り光が干渉するタイミングでの光量制御（「ＡＰＣ」ともいう）を避けることによって、複数本の光ビームを各々所望の光量となるように駆動電流、電圧ないしはパルス幅等を調整して発光光量を制御することができる。また、ＡＰＣ制御をおこなうために強制消灯する発光量制御期間を設けることが難しい場合には、戻り光の対象区間のみＡＰＣ制御を行わない構成とし、あるいは半導体レーザーの発光光量をＰＤ検出のしきい値以下とするように構成するなど、駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を設けることで対応することも可能である。発光点が複数個ある光源の場合には、光源相互のＡＰＣ制御のタイミングや強制消灯する発光量制御期間の割り付けを適宜行う必要がある。画像形成領域外でＬＤを強制消灯する発光量制御期間を設けることによって、ＬＤの連続点灯による温度上昇を防ぎ、安定した発光状態を維持でき、消費電力を削減することができる。
【００１５】
同期検知素子上を走査される光ビームの量をＰＤの感度に合わせて適切に設定することにより、強制消灯できない場合においても、光源であるＬＤの駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を設けることによって、ＡＰＣ制御を適切に行うことができる。このようにして、発光量を極力低減することにより、発光点に再び光ビームが戻ってくる所謂戻り光の発生を抑制でき、安定したＬＤによる発振発光を維持することができる。
【００１６】
同期検知用のＣＷ点灯時間と、ＰＤ検出時間の比率および位相から、適切に強制消灯するための発光量制御期間の開始と終了カウント値を設定することができ、ＰＤを光ビームが通過するときに、画周波数のカウンタをリセットし、光ビームの振幅状態を逐次モニターし制御することにより、適切に強制消灯するための発光量制御期間と光ビーム検出手段のための１ドット分の点灯期間を適切に設定することができる。また、外乱による振動ミラーの動作状態に合わせて、２点同期による適切な書込み開始位置を指定することができ、画素の位置と間隔を制御することにより、より位置ずれの少ない画質の高い画像を形成することができる。
【００１７】
本発明は、以上のような技術的背景の下になされたもので、振動ミラーを用いた光走査装置において、振動ミラーの動作時における光源手段である半導体レーザーへの戻り光の影響によるパワー変動を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、光ビームを射出する発光部を備えた光源手段と、前記光源手段を変調駆動する光源駆動手段と、前記光源手段から射出される光ビームを偏向して主走査領域を往復走査する偏向手段と、前記偏向手段からの光ビームを被走査面上に導く走査結像光学系と、前記偏向手段からの光ビームを検出して検出信号を出力する光ビーム検出手段を複数有し、前記偏向手段の反射面の最大振れ角が、前記光源手段から射出される光ビームの前記偏向手段の反射面への入射角よりも大きい光走査装置であって、前記光源手段の発光光量を制御する光源駆動手段を備え、前記複数の光ビーム検出手段は、画像形成領域の主走査方向の外側の両側にそれぞれ配置され、この光源駆動手段には、非画像形成期間のうち、前記偏向手段の最大振れ角から主走査領域を走査する走査角に至る期間に前記光源手段を強制消灯する発光量制御期間を設け、前記発光量制御期間における強制消灯のタイミングを、前記光ビーム検出手段の検出信号に基づいて演算された前記偏向手段の振幅中心のシフト量に基づいて設定することを最も主要な特徴とする。
【００１９】
光源駆動手段は、非画像形成期間のうち、前記偏向手段の最大振れ角から主走査領域を走査する走査角に至る期間に前記光源手段の駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を設定するようにしてもよい。
【００２０】
光源手段から振動ミラー面への光ビームの入射角よりも振動ミラーの振れ角が大きいことにより、振動ミラー面で反射された光ビームが、光源手段の発光部へ戻り光となって入射することがないように、画像形成期間以外では、強制消灯する発光量制御期間とする。例えば、半導体レーザー（ＬＤ）光源に印加する駆動パルスを制御することにより発光量を低減することが可能となる。
【００２１】
また、走査状態に対応した結像光学系において、振幅θ０に対する走査領域を走査する画角θｄの比で表わされる有効走査率（θｄ／θ０）を所定値に抑え、ミラー面への光ビーム入射位置が回転軸上となるように調整することで、ミラー面で反射された光束の波面収差の劣化を低減し、ビームスポットを小径に絞り、高品位の画像を形成することができる光走査装置およびこの光走査装置を備えた画像形成装置を得ることができる。また、発光状態を検知し、検知された発光状態に基づいて、強制消灯する発光量制御期間を制御することができる。
【００２２】
同期検知手段の取り付け位置と走査された光ビームを検出する検出面の設置位置との関係から、上記検出面が同期検知から何ドット目であるかを算出しておき、光源駆動手段により、同期検知手段を光ビームが通過したところで、ドットカウンタをリセットし、振動ミラーの動作状況に合わせて書込み開始位置と終了位置を適宜設定することができる。
【００２３】
走査された光ビームの同期検知から上記検出面まで所要時間の変動から、振動ミラーの温度変動による振れ角の変動を検知し、振動ミラーの駆動電流、駆動周波数を制御することによって、走査される光ビームの振れ角を補正することが可能となる。同時に、各パラメータ変更に合うように、強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間の開始位置と終了位置、およびドット間隔やカウンタ値を適切な値に制御する。こうすることによって、被走査面上に安定したビームスポットを形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
主走査領域を往復走査する偏向手段を有し、光ビームの入射角度が偏向手段の最大振幅よりも大きい光走査装置において、光源手段から射出された光ビームが偏向手段の反射面で反射して再び光源手段に戻る可能性のある期間に強制消灯する発光量制御期間を設けることによって、半導体レーザー発光部への戻り光の発生を防ぎ、半導体レーザー発振発光の安定化を図ることができる。
【００２５】
主走査領域を往復走査する偏向手段を有し、光ビームの入射角度が偏向手段の最大振幅よりも大きい光走査装置において、光源手段から射出された光ビームが偏向手段の反射面で反射して再び光源手段に戻る可能性のある期間に、光源手段の駆動電流をしきい値以下に抑制するように光源手段の駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を設けることによって、光源手段の制御の応答性を保ちつつ、戻り光が発生した場合にも、戻り光による誤ったＡＰＣ制御が行われず、安定した光源手段の発振発光を維持することができる。
【００２６】
光ビーム検出手段で検出された同期検知信号から、温度や湿度等の外乱による振動ミラーの走査状態の変動に対応して、強制消灯する発光量制御期間を調整し、または、駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間のタイミング、時間幅を調整することによって、偏向手段である振動ミラーの外乱や経時変化による振動状態の変動に追従して、発光光量制御期間を所望の値に調整することができる。
【００２７】
ねじり梁により支持された振動ミラーを光偏向器として用い、この振動ミラーによって往復走査することにより、ポリゴンミラー等を光偏向器として用いた場合に比較して低発熱、低騒音、低消費電力を実現できる。
【００２８】
複数の発光源でそれぞれ順次駆動走査し、ＡＰＣ駆動を行うことにより、他の発光部からの戻り光の影響を受けることなく、光源の安定した発振発光ができる。
【００２９】
発光部が複数の発光源を有する場合に、発光部から射出された光ビームが他の発光部に対して戻り光となる場合において、それぞれに強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を設置することによって、他の発光部からの戻り光の影響を受けることなく、適切なＡＰＣ制御が可能となり、安定した半導体レーザーの発振発光を行うことができる。
【００３０】
偏向制御手段により、走査された光ビームの検出信号に基づいて最大振幅が一定となるように制御することによって、振動ミラーの外乱や連続駆動による最大振れ角の変動が発生した場合にも、所望の最大振幅となるように調整することができる。これにより安定した光ビームを走査することができるので、被走査面に高画質の画像を形成することができる。
【００３１】
振動ミラーが外乱や連続駆動による走査周波数の変動により強制消灯する発光量制御期間または駆動電流が変化しても、走査された光ビームの検出信号に基づいて演算された走査周波数に応じてタイミングや時間設定を変えることによって、上記変化を所定以下に抑制するように発光量制御期間を適切に設定しなおすことができる。これにより、戻り光による影響を抑制し、高画質の画像を被走査面に形成することができる。
【００３２】
振動ミラーが外乱や連続駆動による走査周波数の変動により強制消灯する発光量制御期間または駆動電流が変化しても、画像領域外の両側に設けられた光ビーム検出手段による検出信号に基づいて偏向手段の振幅中心のシフト量を演算し、この演算結果に応じて、発光量制御期間を適切に設定しなおすことができ、戻り光による影響を抑制し、高画質の画像を被走査面に形成することができる。振動ミラーの振幅中心が移動した場合に、像高の±いずれの側に移動したかを、画像領域外の両側で検出した信号の時間差を比較することにより判断することができ、強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を適切に制御できる。
【００３３】
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採用することにより、戻り光の影響を受けない安定した光源による高画質の画像を形成することができる。また、カラー対応の画像形成装置の場合、色ずれ色むらを低減することができ、高画質のカラー画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施形態を、図に基づいて説明する。この実施形態は、光源手段から振動ミラー面への入射角よりも最大振れ角が大きく、振動ミラーの振れ角が入射角に達したときに、光源部から射出された光ビームが、振動ミラーの反射面で反射され再び発光部へ入射する所謂戻り光が発生することから、この戻り光による悪影響を避けるために、強制消灯する発光量制御期間を設けた光走査装置およびこれを用いた画像形成装置の例である。
【００３５】
図１、図１６は、色別の潜像形成ステーションを４個備えた４ステーション方式のフルカラー対応の画像形成装置の例を示している。図１６に符号９００を付して示す光走査装置は、図１に示すように光偏向器として単一の振動ミラー１０６を備えている。振動ミラー１０６は片面に反射面を有し、上記各ステーションに対応した複数の光ビームを振動ミラー１０６の反射面により走査するようにした片側走査方式である。図１、図１６において、各感光体ドラム（像担持体）１０１、１０２、１０３、１０４の表面を被走査面として走査する上記光走査装置９００は画像形成装置に一体的に組み付けられている。上記４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は、転写体としての中間転写ベルト１０５の移動方向に沿って等間隔で配列されている。光走査装置９００は、上記４つの感光体ドラムにそれぞれ対応した光源ユニット（光源手段）１０７、１０８からの光ビームを、振動ミラー１０６で偏向し、結像走査光学系と適宜のミラーを介して各感光体ドラムに導くことで、各感光体ドラムの表面にそれぞれの色に対応した画像（潜像）を同時に形成する。
【００３６】
各光源ユニット１０７、１０８からの光ビームは振動ミラー１０６に対して副走査方向に異なる入射角で斜めに入射させることで、各光源ユニット１０７、１０８からの光ビームを一括して偏向し、走査するようになっている。光源ユニット１０７、１０８は、２ステーション分の光源が副走査方向に配列され、各光源からの光線のなす角度が所定の角度、例えば２．５°となるように調整され、後述する振動ミラーの反射面４４１（図６参照）で副走査方向に交差するように、一体的に支持されている。本実施形態では、光源ユニット１０７は、光源ユニットの射出軸に対し下側の光源からの光線を平行に、上側の光源からの光線を２．５°傾くようにし、射出軸が主走査平面に対して下向きに１．２５°傾くように配置されている。一方、光源ユニット１０８は、射出軸に対し、上側の光源からの光線を平行に、下側の光源からの光線を２．５°傾くようにし、射出軸が主走査平面に対して上向きに１．２５°傾くように配置されている。そして、各光源ユニット１０７、１０８の射出軸が振動ミラーの反射面４４１で副走査方向に交差するように、各光源ユニット１０７、１０８は副走査方向に設置高さを変えて配置されている。
【００３７】
光源ユニット１０８は、光源ユニット１０７よりも副走査方向に低い位置となるように配備されている。光源ユニット１０８から射出される光ビームの光路は、入射ミラー１１１によって曲げられ、各光源からの光ビーム２０４、２０３、２０２、２０１が上下一列に揃えられている。上記各光ビームは副走査方向に高さを異ならせてシリンダレンズ１１３に入射され、振動ミラー１０６の法線に対し主走査方向での入射角が各々２２．５°（＝α／２＋θｄ）となるように、また、振動ミラー１０６上で、副走査方向に交差するように入射される。各光ビームはシリンダレンズ１１３によって振動ミラー１０６の反射面近傍で副走査方向に収束され、偏向後はビーム同士が分離するように間隔を拡げつつｆθレンズ（以下、「走査レンズ」ともいう）１２０に入射される。ｆθレンズ１２０は全てのステーションで共用され、副走査方向には収束力を持たない。
【００３８】
ｆθレンズ１２０を通った各光源ユニットからの各光ビームは以下のようにして対応する感光体ドラムに導かれて画像を形成する。
光源ユニット１０８からの下段のビーム２０４は、折返しミラー１２６で反射され、トロイダルレンズ１２２を介して感光体ドラム１０１上にスポット状に結像するとともに感光体ドラム１０１上をその回転軸と平行に走査し、第１の画像形成ステーションとしてイエロー色の画像情報に基づいた潜像を感光体ドラム１０１上に形成する。
光源ユニット１０８からの上段のビーム２０３は、折返しミラー１２７で反射され、トロイダルレンズ１２３、折返しミラー１２８を介して感光体ドラム１０２上にスポット状に結像するとともに感光体ドラム１０２上を走査し、第２の画像形成ステーションとしてマゼンタ色の画像情報に基づいた潜像を感光体ドラム１０２上に形成する。
【００３９】
光源ユニット１０７からの下段のビーム２０２は、折返しミラー１２９で反射され、トロイダルレンズ１２４、折返しミラー１３０を介して感光体ドラム１０３上にスポット状に結像するとともに感光体ドラム１０３上を走査し、第３の画像形成ステーションとしてシアン色の画像情報に基づいた潜像を感光体ドラム１０３上に形成する。
光源ユニット１０７からの上段のビーム２０１は、折返しミラー１３１で反射され、トロイダルレンズ１２５、折返しミラー１３２を介して感光体ドラム１０４上にスポット状に結像するとともに感光体ドラム１０４上を走査し、第４の画像形成ステーションとしてブラック色の画像情報に基づいた潜像を感光体ドラム１０４上に形成する。
これらの構成部品は後述する単一のハウジングに一体的に保持される。
【００４０】
光走査による各感光体ドラムへの書込みタイミングを決めるための同期検知センサ（以下、「同期検知ＰＤ」ともいう）１３８を備えている。同期検知センサ１３８へは、振動ミラー１０６で偏向された光ビームが走査レンズ１２０の脇をすり抜け、結像レンズ１３９により集束されて入射されるようになっており、同期検知センサ１３８の検出信号をもとに、ステーション毎の同期検知信号を生成している。
【００４１】
中間転写ベルト１０５の出口ローラ部（図１の左端部）には、各ステーションで形成されて重ね合わされた各色画像の重ね合わせ精度を検出するための重ね合わせ精度検出手段が配備されている。重ね合わせ精度検出手段は中間転写ベルト１０５上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることで、主走査レジスト、副走査レジストを基準となるステーションからのずれとして検出し、定期的に補正制御が行われる。本実施形態では、重ね合わせ精度検出手段は、照明用のＬＥＤ素子１５４と、反射光を受光するフォトセンサ１５５および集光レンズ１５６とからなる。重ね合わせ精度検出手段は中間転写ベルト１０５における画像形成領域の左右両端部と中央の３ヵ所に配備され、中間転写ベルト１０５の移動に応じて、上記検出パターンと基準色であるブラックとの検出時間差を読み取っていく。
【００４２】
光源手段から振動ミラー面への入射角よりも振動ミラーの振れ角が大きく、振動ミラーによる反射光が光源手段の発光部に戻り光となって入射することによるパワー変動を抑制するために、強制消灯する発光量制御期間を設定している。発光量制御期間を設けて光源手段の発光光量を制御する光源駆動手段を備えた光走査装置の構成例を図２に示す。図２において、光走査装置は、振動ミラー１０６の振動により偏向され、被走査面上を走査する光ビームを検出する同期検知手段としての同期検知センサＰＤ１（図１における同期検知センサ１３８に相当する）と、被走査面上の同期検知センサＰＤ１とは反対側に配置されているもう一つの同期検知センサＰＤ２と、光源ユニット１０７、１０８のＬＤ光源部をパルス状に点灯させる光源駆動手段３と、上記同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２の検出面を光ビームが通過するタイミングを検出する光ビーム検出手段４と、この光ビーム検出手段４の検出信号によって同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２間を通過した画素クロックをカウントする画素クロックカウント計測手段５を有している。
【００４３】
次に、光走査用光源である半導体レーザーの発光量を制御し、所定のタイミングで強制消灯することができる上記光源駆動手段３を有する光走査装置の動作手順を説明する。説明を簡略化するため、一つのＬＤ光源１０７のみをパルス点灯させた場合について説明する。光源駆動手段３によりパルス駆動されたＬＤ光源１０７から射出された光ビームが、振動ミラー１０６によって偏向走査され、光ビームが同期検知手段である同期検知センサＰＤ１上を通過したときに、光源駆動手段３内の画素カウンタの値を０にリセットする。被走査面の主走査方向両側に設置された同期検知手段による検知信号を起点として書き込み開始位置と書き込み終了位置およびドット間隔等を適切に指定してＬＤ光源をパルス駆動することができ、画像形成領域内に所望の位置と幅でドットを形成することができる。
【００４４】
同期検知による光ビームの検出信号に基づいて、振動ミラー１０６の振幅、位相、周期、オフセット等を算出し、偏向制御手段によって振動ミラー１０６の振動を制御する。振動ミラー１０６の動作状況に応じて、光源駆動手段３から、画像形成領域の書き込みデータに従い光源部を駆動制御して、パルス点灯駆動していく。また、同期検知に対応した部分での強制発光区間の調整を行い、振動ミラー１０６が入射角度近傍の振れ角となる時は強制消灯し、光ビームが振動ミラー１０６の反射面で反射され、再び戻り光となって発光部に入射して半導体レーザーのパワー変動が発生することを防ぐ。同期検知区間を除く非画像形成領域において、強制消灯する発光量制御期間または駆動電流を所定以下に抑制する発光量制御期間を設ける。こうすることによって、振動ミラー１０６の反射面による発光部への戻り光や、その他のゴースト光の発生を抑制することができる。また、半導体レーザーの戻り光によるパワー変動を防ぎ、発光効率を高く保つことができ、安定したパルス点灯を維持することができる。
【００４５】
図２には、戻り光を防ぐために発光量制御期間を設定して強制消灯するようにした光走査装置の制御系統の例をブロック図で示している。同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２へは振動ミラー１０６で偏向された光ビームが走査レンズ１２０の脇をすり抜け、結像レンズ１３９により集束され、入射されるように構成され、その検出信号をもとにステーション毎の同期検知信号を生成している。
【００４６】
従来、光源ユニットから振動ミラー面への入射角αと振動ミラーの振れ角（振幅）θ０との関係は、
α＞２θ０
であり、最大偏向角を
２θｍａｘ＝α＋２θ０
としていたが、実施例では、有効走査率(θｄ／θ０)を所定値以下、例えば０．６以下に抑えるため、感光体上を走査する有効振れ角をθｄ、同期検知時の振れ角をθｓとしたとき、
θ０≧α／２＞θｄ
θ０≧θｓ＞θｄ
の関係となるよう、光源からの光ビームの光源手段から振動ミラー面への入射角αを設定している。具体的には、θ０＝２５°、θｄ＝１５°、α＝４５°、θｓ＝１８°である。
なお、同期検知センサを、θｓ＞α／２になるように配置してもよい。
図では、振幅中心が走査レンズの光軸と一致しない例、つまり、振幅中心を光源側にずらして振動させる例を示しているが、実施例では振幅中心を走査レンズの光軸と一致する配置としており、走査レンズ乃至はトロイダルレンズの面形状が主走査方向に沿って対称形をなす曲面形状としている。
【００４７】
前述のとおり、振動ミラー面は往復振動に伴って波状に変形する。この変形量δは振幅θ０のとき最大となり、振れ角０からθ０への変化により比例的に変化量が大きくなるといった傾向がある。つまり、走査領域を走査する振れ角θｄは、走査レンズの画角により定まってしまうため、走査領域を走査する振れ角θｄの振幅θ０に対する比、すなわち有効走査率（θｄ／θ０）が小さい方がミラー変形の影響を受け難いということになる。
【００４８】
しかしながら、振幅θ０を大きくするにはミラー基板の質量を小さくする必要があり、逆に、ミラー基板を薄くすれば変形量が大きくなってしまうという、相反する関係がある。実施例では、振動ミラー１０６の角速度が比較的一定になる振れ角の範囲内として有効走査率（θｄ／θ０）を設定し、被走査領域を走査する振れ角θｄを振幅θ０の６０％以下とすることで変形を抑制している。
【００４９】
一方、入射角αを大きくすると動的な面変形の影響を受けやすい。具体的には、図２に示すように、最大振幅２・θ０＝５０°、入射角α＝４５°、走査角２・θｄ＝３０°、同期検知角２・θｓ＝３６°である。入射角αに対して、振動ミラー１０６の振れ角が大きいため、振動ミラー１０６の反射面で光ビームが反射され再び光源に戻ってしまう戻り光が発生する。そのため光源から射出された光ビームが反射面から再び光源に戻ってくるタイミングでは、所謂戻り光による半導体レーザーの発光が不安定になるので、戻り光が発生する一定の区間で半導体レーザーを消灯し、あるいはＡＰＣ等の光量調整を行わないなどの対策を施す必要がある。この戻り光の発生するタイミングは振動ミラー１０６の振動動作状態により変化するため、強制消灯する発光量制御期間の開始位置や期間の長さは適宜調整する必要がある。
【００５０】
そこで、図２のように光ビーム検出手段である同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２を像面上両端部に設置し、光ビームが同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２上を通過するタイミングをモニターすることによって、振動ミラーの振動状況、すなわち、位相、周期、振れ中心のシフト量、倍率誤差などを把握することができる。同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２間を通過する光ビームから画素クロックカウント計測手段によって画素クロックをカウントし、書き込み開始位置の同期検知と同様に、強制消灯する発光量制御期間の開始位置、終了位置、区間幅を適切に制御するように、光源駆動手段３を介して光源の駆動制御を行う。振動ミラー１０６の振動状況が偏向制御手段６に送られ、駆動電圧、振動周波数などの制御パラメータにより振動ミラー１０６が所望の振動を行うように制御される。
【００５１】
図３に、同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２を画像形成領域の両外側に設置した場合の振動ミラー１０６の振動動作を示すグラフと、ＬＤ点灯タイミングについてのタイムチャートを示す。上記グラフの縦軸は振れ角、横軸は時間である。図３の最も上に示す正弦波は振動ミラー１０６の振動を表わしている。正弦波の太線部分（±２θｄ）が画像形成領域に当たり、この画像形成領域において「往走査」と「復走査」が行われる。画像形成領域外（±２θｓ）に同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２が設置され、光ビームの走査状態を検知している。光源手段はＰＤ１側に設けられているので、戻り光はＰＤ１側に光ビームが走査されるときに発生することとなる。光源手段から振動ミラー面への入射角α付近は、振動ミラーの振れ角がθｓ〜θ０（走査角２θｓ〜２θ０）であるので、この間に、かつ、同期検知センサＰＤ１、ＰＤ２が光ビームを検出するタイミングを避けて、強制消灯する発光量制御期間を設ける。こうすることによって、光源手段を構成する半導体レーザーの発光発振が、戻り光によって不安定になることを防ぐことができる。
【００５２】
図４に振動ミラーの振動状態が変化した場合の振動波形の変化を示す。図４（ａ）は振動ミラーの振幅が実線に比べ点線のほうが大きくなった場合である。一方向の振動をＡで、逆方向への振動をＢで示している。走査された光ビームが画像領域の外側の両側に設置された同期検知センサ位置を通過して最大像高まで到達し、再び同期検知センサを通過するまでの時間は、Ａ，Ｂ側ともに同じ傾向で変化し、振動ミラーの振幅の大きさに比例する関係になっている。振動ミラーの振幅の変化と同期検知センサの設置位置との関係式等をあらかじめデータベース化しておき、現実の振動ミラーの振幅状況をデータベースと照合することにより、現実の振動ミラーの振幅状況に応じて、強制消灯する発光量制御期間を適切に設定することができる。
【００５３】
具体的には、Ａ側の方向に光源手段が配置されている場合には、図４（ａ）において点線で示されている振幅の状況では、同期検知センサ位置を光ビームが通過するのに要する時間が増加し、入射角αに光ビームが到達する時間が早くなるので、強制消灯時間を早める必要がある。逆に光ビームが最大振幅から戻ってきて再び入射角αに到達する時間は遅くなるので、強制消灯する発光量制御期間の終端は遅らせる必要がある。
【００５４】
図４（ｂ）は、振動ミラーの像面位置における振幅中心が＋像高側にシフトしている場合を示す。＋像高側Ａの同期検知センサ位置では、走査ビームが通過し、最大像高に到達して再び戻ってくるまでの時間が増加するが、反対側Ｂの同期検知センサ位置では逆に、走査ビームが通過し、最大像高に到達して再び戻ってくるまでの時間が減少する。このように、振動ミラーの振幅中心が片側に片寄る場合についても、振動ミラーの振幅中心と同期検知センサの設置位置関係において、同期検知センサ位置を光ビームが通過する時間の関係式をデータベース化しておく。現実の振動ミラーの振幅状況をデータベースと照合することにより、現実の振動ミラーの振幅状況に応じて、強制消灯する発光量制御期間を適切に設定することが可能になる。
【００５５】
図５に、偏向走査された光ビームが同期検知センサ位置を通過した時点から最大振幅に至り、再び戻ってくるまでに要する時間ｔ１と、光ビームが同期検知センサ位置を一方向に通過し、再び同方向に通過するまでに要する時間ｔ２との関係を示す。図５（ａ）に示す例では、振動ミラーの振れ角が実線で示すものより点線で示すものの方が大きくなっているために、実線で示す振幅が小さい場合の上記時間ｔ１に対して、振幅が大きい場合の上記所要時間ｔ１’が大きくなっている。しかし、振動ミラーの周期は変わっていないため、振幅が小さい場合の上記所要時間ｔ２と振幅が大きい場合の上記所要時間ｔ２’は変わらない。このことからｔ１とｔ２を計測することにより、振動ミラーの振れ角の変動を計測することができ、それに対応して強制消灯する発光量制御期間の設定を変更するように、光源駆動手段３（図２参照）により光源を駆動変調することができる。
【００５６】
図５（ｂ）は、振動ミラーの振幅中心が像高＋側にシフトした場合を示す。図５（ａ）と同様に振動ミラーの周期は変わらないためｔ２とｔ２’に変動はないが、点線で像高＋側にシフトした分だけｔ１に対してｔ１’が大きくなっている。いま、同期検知センサが走査方向の片側だけに配置されているものとすると、同期検知センサが配置されていない方では、実線で示す曲線の方が点線で示す曲線の方よりも大きくなっていることを計測することができず、振動ミラーの振幅中心がシフトしたのか、振幅が増加したのか区別がつかない。振動ミラーの振幅変動と振動中心のシフトなどの状態を観測するためには、同期検知センサを画像領域の両外側に設置する必要がある。画像領域の両外側に同期検知センサを設置することにより、同期検知センサで得られた振動ミラーの走査状態から、発光量制御期間を算出して強制消灯するタイミングを適切に設定することができる。
【００５７】
図５（ｃ）は、振動ミラーの振幅周期が変動した場合を示している。この場合には、前述の同期検知センサ位置を通過した時点から最大振幅に至り再び戻ってくるまでに要する時間ｔ１と、光ビームが同期検知センサ位置を一方向に通過し、再び同方向に通過するまでに要する時間ｔ２に対し、点線で示す曲線のｔ１’とｔ２’は、周期が増加した分大きくなる。この計測結果基づき、前記光源駆動手段３により、強制消灯する発光量制御期間の周期と期間の長さを増加させるように光源を駆動し、パルス変調駆動を行う。
【００５８】
以上説明した本実施形態にかかる光走査装置に用いることができる振動ミラーの具体的な構成を、図６を参照しながら説明する。図６は振動ミラーおよびこの振動ミラーを駆動するためのモジュールを示している。この振動ミラーモジュールの例では、振動ミラーの回転トルクの発生方法として電磁駆動方式を採用している。図６に示すように、前面がミラー面となっている振動ミラー面４４１は、図６（ａ）（ｂ）において上下の中央部がそれぞれねじり梁４４２で軸支されている。振動ミラー面４４１は、後述するように、単一のＳｉ基板からエッチング処理により外形を貫通して作製され、実装基板４４８に装着されている。実装基板４４０は、振動ミラー面４４１を一体に備えたユニットとしての振動ミラー基板４４８を構成している。
【００５９】
図６に示す例では、一対の振動ミラー基板４４８を背合わせにして一体に支持した振動ミラーモジュールとして構成することができる。この背合わせ構成は「対向走査方式」に対応することができる。しかし、本実施形態は上述のように「片側走査方式」になっているため、実際には一方の振動ミラー基板は不要である。もちろん、単一の振動ミラー基板４４８のみを支持する「片側走査方式」専用の構成としてもよい。
【００６０】
図６（ｄ）に示すように、実装基板４４０は枠形の支持部材４４５に嵌め込まれて固定されている。支持部材４４５は、樹脂で成形され、回路基板４４９の所定位置に位置決めされている。支持部材４４５は、振動ミラー基板４４８を、ねじり梁４４２が主走査平面に直交しミラー面が主走査方向に対し所定の角度、ここでは２２．５°傾くように位置決めする位置決め部４５１を有している。支持部材４４５はまた、実装基板４４０を支持部材４４５に装着したとき、実装基板４４０の一辺に形成されている配線端子４５５が接触するエッジコネクタ部４５２を有している。エッジコネクタ部４５は、金属製端子群を支持部材４４５に一体に配列することによって構成されている。
【００６１】
振動ミラー基板４４８は、一辺を上記エッジコネクタ部４５２に挿入し、押え爪４５３の内側に嵌め付けられ、基板裏側の両側面を位置決め部４５１に沿わせて支えられるとともに、電気的な配線が同時になされ、各々の振動ミラー基板４４８を個別に交換できるように構成されている。
【００６２】
回路基板４４９には、振動ミラーの駆動回路を構成する制御ＩＣや水晶発振子等が実装され、コネクタ４５４を介して電源および制御信号が入出力される。振動ミラーは、表面にミラー面４４１を形成し振動子をなす可動部と、それを支え回転軸をなすねじり梁４４２と、支持部をなすフレームとからなり、Ｓｉ基板をエッチングにより切り抜いて形成することができる。
【００６３】
本実施形態では、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予め接合されたウエハを用いて振動ミラーを作製している。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４４６とを残し、それ以外の部分を酸化膜まで貫通させる。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、振動ミラー面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る。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。
【００６４】
ねじり梁４４２、補強梁４４４の幅は４０〜６０μｍとした。前述のとおり、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４４１が変形してしまうため、本実施形態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４４２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。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。
【００６５】
振動ミラー基板４４８上には、振動ミラー４６０を装着する図示しない枠状の台座と、振動ミラー４６０を囲うように形成されたヨーク４７０が配備されている。ヨーク４７０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。
【００６６】
振動ミラー４６０は、ミラー面４４１を表に向けて上記台座に装着され、各端子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、ねじり梁４４２をねじって振動ミラーを回転させる回転トルクＴを発生し、電流を切るとねじり梁の戻り力により水平に戻る。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ことによって、振動ミラー面４４１を往復振動させることができる。
【００６７】
上記電流の切り換周期を、振動ミラーを構成する構造体の、ねじり梁４４２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。
従って、通常は、走査周波数ｆｄをこの共振振動数ｆ０に合わせて設定し、あるいは追従するように制御しているが、共振振動数ｆ０は上記したように、振動ミラーを構成する振動子の慣性モーメントＩによって決定されるため、仕上がりの寸法精度にばらつきがあると個体間で差が生じてしまい、振動ミラー個々の走査周波数ｆｄを揃えることが困難となる。
【００６８】
この共振振動数ｆ０のばらつきは、振動ミラーの製造プロセスの能力にもよるが、±２００Ｈｚ程度あり、例えば、走査周波数ｆｄ＝２ｋＨｚとすると、１／１０ラインに相当する走査ラインピッチのずれが生じることになる。Ａ４サイズの用紙に画像を出力すると、紙端では数十ｍｍもの倍率ずれになってしまう。
そのため、共振振動数ｆ０の近い振動ミラーを選別によってランク分けし、各ランクに応じて走査周波数ｆｄを選択し、設定している。しかし、共振振動数ｆ０のばらつきが大きいとランク分けの数が増え、その分、振動ミラーの駆動回路も走査周波数ｆｄの選択肢も増やさなければならないので、生産効率が悪い。加えて、メンテナンスなどにおいて振動ミラーを交換する際には、同じランクの振動ミラーと入れ換える必要があるためコストもかかる。
【００６９】
本実施形態によれば、実装基板に装着する前に、可動部の裏側に形成したパッチ４６５に炭酸ガスレーザなどにより切り込みを入れて可動部の質量を徐々に減らしていくことで慣性モーメントＩを調整することができる。振動ミラーの個体間に寸法差があっても、共振振動数ｆ０が概略一致するように、例えば、±５０Ｈｚに入るように調整するとよい。
そして、ランク分けした周波数帯域内で、共振振動数ｆ０によらず、固定の走査周波数ｆｄを設定するとよい。
【００７０】
図７は、振動ミラーを所定の振幅で振動させる駆動回路の例を示すブロック図である。図７において、符号６０１は、駆動パルス生成部とＰＬＬ回路を有してなる走査周波数信号ｆｄの生成部を示している。符号６０２はゲイン調整部、６０３は可動ミラー駆動部、６０４は同期検知センサ、６０６は光源駆動部、６０７は書き込み制御部、６０８は画素クロック生成部、６０９は振幅演算部をそれぞれ示している。
上記したように、振動ミラーの裏側に形成した平面コイルには、交互に電流の流れる方向が切り換わるように、可動ミラー駆動部６０３から交流電圧、またはパルス波状電圧が印加される。振動ミラーの振れ角θが一定となるように、同期検知センサ６０４によって得られる同期検知信号に基づき、振幅演算部６０９が振動ミラーを駆動する信号の適切な振幅を演算し、ゲイン調整部６０２で平面コイルに流す電流のゲインを調節して、振動ミラーを往復振動させる。
【００７１】
図８は、上記平面コイルに流れる電流の方向を切り換える周波数ｆと、振動ミラーの振れ角θとの関係を示す。一般に、共振周波数ｆ０をピークとした周波数特性となり、走査周波数ｆｄを共振周波数ｆ０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。
従って、初期的には可動ミラーの駆動制御部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ができるが、温度変化に伴うバネ定数の変化などで共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまい、経時的な安定性に乏しいという欠点がある。
【００７２】
そこで、本実施形態では、走査周波数ｆｄを共振周波数ｆ０から外した単一周波数に固定し、ゲイン調整に応じて振れ角θを増減することができるようにしている。具体的には、共振周波数ｆ０＝２ｋＨｚに対し、走査周波数ｆｄは２．５ｋＨｚとし、ゲイン調整により振れ角θが±２５°になるように合わせている。経時的には、振れ角θを、振動ミラーにより走査された光ビームを、走査領域の始端に配備した同期検知センサ１３８（図１参上）において復走査時に検出した検出信号と往走査時に検出した検出信号との時間差により検出し、振れ角θが一定となるように制御している。これにより、測定中に温度変動が生じた場合にも振れ角θを一定に保つことができ、像面上での光ビームの線速を略一定に保つことができる。
【００７３】
図９に示すように、振動ミラーは共振振動されるため、時間ｔとともにｓｉｎ波状に走査角θが変化する。従って、振動ミラーの最大振れ角、つまり振幅がθ０とすると、
θ＝θ０・ｓｉｎ２πｆｄ・ｔ
同期検知センサ１３８において走査角を２θｓに対応したビームを検出すると、検出信号は往走査と復走査とで発生され、その時間差Ｔを用いると、
θｓ＝θ０・ｃｏｓ２πｆｄ・Ｔ／２
で表される。θｓは固定であるので、Ｔを計測すれば最大振れ角θ０を検出できることがわかる。
【００７４】
なお、復走査でのビーム検出から往走査でのビーム検出に至る期間、振動ミラーの振れ角でいうと、
θ０＞θ＞θｓ
なる期間では発光源の発光を禁止するようにしている。被走査面である感光体ドラム面では、時間に対して各画素の間隔が均一となるように主走査ドットを形成する必要がある。
【００７５】
振動ミラーは、図１０に示すように、時間とともに振れ角θの変化率が加速度的に小さくなるため、主走査領域の両端にいくに従って被走査面では画素間隔が間延びしてしまう。一般に、このずれは走査レンズにｆ・ａｒｃｓｉｎレンズを用いることによって補正するが、仮に、ポリゴンミラーでの走査と同様、画素クロックを単一の周波数で変調した際、時間に対して走査角２θが比例、つまり等速度で変化するようにするためには、主走査領域端で主走査位置の補正量が最も大きくなるように主走査方向に沿ったパワー（屈折力）を設定する必要がある。
像高０、つまり画像中心から任意の像高Ｈまでの時間をｔとすると、像高Ｈと振れ角θ（走査角２θ）との関係は、
Ｈ＝ω・ｔ＝（ω／２πｆｄ）・ｓｉｎ−１（θ／θ０）
となる。ここで、ωは定数である。
【００７６】
ところが、この画素間隔の疎密、いわゆるリニアリティの補正量が大きくなると、走査レンズの主走査方向に沿ったパワーの偏差が大きくなり、被走査面における各画素に対応したビームスポット径の変化も大きくなってしまう。また、上に述べたように、振動ミラーの振幅中心と光軸とが一致していないことによって光軸に非対称な曲面を有する走査レンズが必要になる。そこで本実施形態では、画素クロックの位相Δｔを主走査位置に応じて可変することで、主走査方向に沿った走査レンズのパワーの偏差がなるべく小さくなるように、また、非対称成分を補正するようにしている。
【００７７】
いま、画素クロックの位相Δｔを変化させることに伴う走査角の変化を２Δθとすると、以下の関係式となる。
Ｈ＝（ω／２πｆｄ）・ｓｉｎ−１｛（θ−Δθ）／θ０｝
Δθ／θ０＝ｓｉｎ２πｆｄｔ―ｓｉｎ２πｆｄ（ｔ−Δｔ）
ここで、走査レンズをｆθレンズに近いパワー配分となるようにし、その残差を画素クロックの位相Δｔにより補正する場合、
Ｈ＝（ω／２πｆｄ）・｛（θ−Δθ）／θ０｝
＝（ω／２πｆｄ）・ｓｉｎ−１（θ／θ０）
Δθ／θ０＝θ／θ０−ｓｉｎ−１（θ／θ０）
なる関係式となる。主走査方向に沿った所定画素の位相Δｔ（ｓｅｃ）は、
（θ／θ０）−ｓｉｎ−１（θ／θ０）
＝ｓｉｎ２πｆｄｔ−ｓｉｎ２πｆｄ（ｔ−Δｔ）
なる関係式に基づいて決定されるように、発光源をパルス変調すればよい。
【００７８】
図１１は、発光源である半導体レーザーを変調する駆動回路の例を示すブロック図である。画像データはフレームメモリ１１に一時保存され、画像処理部１２に順に読み出され、前後の関係を参照しながら中間調に対応したマトリクスパターンに応じて各ラインの画素データが形成され、各発光源に対応したラインバッファ１３に転送される。書込制御回路１４は、ラインバッファ１３から、同期検知信号をトリガとして各々読み出して独立に変調する。
【００７９】
次に、図１１に示す各発光点を変調するクロックの生成部２０について説明する。カウンタ２２では、高周波クロック生成回路２１で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントする。比較回路２３では、上記カウント値と、デューティ比に基づいて予め設定される設定値Ｌ、および画素クロックの遷移タイミングとして外部のメモリ１６から与えられる位相シフト量を指示する位相データＨとを比較する。比較回路２３において、カウント値が上記設定値Ｌと一致した場合は画素クロックＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号ｌを、位相データＨと一致した場合は画素クロックＰＣＬＫの立ち上がりを指示する制御信号ｈを出力する。このとき、カウンタ２２は制御信号ｈと同時にリセットされ再び０からカウントを行うことで、連続的なパルス列を形成することができる。上記制御信号ｌ、制御信号ｈは画素クロック制御回路２４に入力され、これらの制御信号に基づき画素クロック制御回路２４は画素クロックＰＣＬＫを書込制御部１４に向けて出力する。
【００８０】
こうして、画素クロック制御回路２４は１クロック毎に位相データＨを与え、順次パルス周期が可変された画素クロックＰＣＬＫを生成する。本実施形態では、画素クロックＰＣＬＫは、高周波クロックＶＣＬＫの８分周とし、１／８クロックの分解能で位相が可変できるようにしている。
【００８１】
図１２は、任意の画素の位相をシフトする動作を示しており、１／８クロックだけ位相を遅らせた例である。デューティ５０％とすると設定値Ｌ＝３が与えられ、カウンタで４カウントされ画素クロックＰＣＬＫを立ち下げる。１／８クロック位相を遅らせるとすると位相データＨ＝６が与えられ、７カウントで立上げる。同時にカウンタがリセットされるので、４カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が１／８クロック分縮められたことになる。
【００８２】
こうして生成された画素クロックＰＣＬＫは、図１１に示す光源駆動部１５に与えられ、この画素クロックＰＣＬＫに対してラインバッファ１３から読み出された画素データを重畳させた変調データにより、半導体レーザーを駆動する。
【００８３】
図１３は、単一の周波数で変調した際の主走査位置に応じた各画素における主走査位置の補正量を示す。主走査領域を複数、実施例では主走査領域を８つの領域に分割し、折れ線で近似することで各領域の境界で主走査位置ずれが０となるように、領域毎に位相シフト回数を設定し、階段状に補正する。
例えば、ｉ領域の画素数をＮｉ、各画素でのシフト量を画素ピッチｐの１／１６単位とし、各領域の両端における主走査位置のずれがΔＬｉであったとすると、
ｎｉ＝Ｎｉ・ｐ／１６ΔＬｉ
となり、ｎｉ画素毎に位相をシフトすればよい。
画素クロックをｆｃとすると、トータルでの位相差Δｔは、位相シフト回数Ｎｉ／ｎｉを用い
Δｔ＝１／１６ｆｃ×∫（Ｎｉ／ｎｉ）ｄｉ
となる。Ｎドット目の画素における位相差Δｔについても同様に、それまでの位相シフトの累積回数により設定できる。
【００８４】
なお、分割された領域幅は均等であっても不均等であってもよく、分割数もいくつであっても構わない。しかし、各画素でのシフト量が大きくなると、その段差が画像上目立ちやすくなるため、画素ピッチｐの１／４単位以下とするのが望ましく、逆に位相シフト量が小さくなると位相シフト回数が増えメモリ容量が増えてしまう。また、分割数が少ないほどメモリ容量が少なくてすむため、主走査位置ずれが大きい領域の領域幅を小さく設定し、小さい領域の領域幅を大きく設定することが効率的である。
【００８５】
図１４は、振動ミラーの反射面が、回転軸を中心にδ分変形を起こした場合を示す。例えば、振動ミラーの反射面４４１が図１４（ｃ）に示すように凸変形した場合には、平行にコリメートされた光ビームが振動ミラーで偏向されて拡散していき、像面上でのビーム径太りなどの画像劣化の原因となる。また、振動ミラーで反射する戻り光も、入射角αより広い範囲で光源に再度戻ってくることになるので、強制消灯する発光量制御期間を広めに設定し、あるいは、消灯できない場合にはＡＰＣ制御を行わないようにすることにより、半導体レーザーの安定した発振発光を行うことができる。
【００８６】
そこで、予め振動ミラーの反射面での変形が予測される場合には、光源部にビーム太りを補正するパルス変調駆動を加えることにより、略一定なビーム径を得ることができる。また、リアルタイムでの補正を行うには、同期検知での光ビームの通過時間間隔の変動や、検出面で得られるビームプロファイルの情報から、適切なパルス駆動補正方法を算出する演算部を設ける必要がある。同時に強制消灯する発光量制御期間の開始、終了位置および期間についても同様に、適切なパルス駆動補正方法を算出する演算部を設ける必要がある。
【００８７】
図１５に光走査装置のハウジング構成例を示す。図１５において、符号２５３は振動ミラーモジュール２５３を示している。この振動ミラーモジュール２５３は、図６（ｄ）に示す振動ミラー４４１、実装基板４４０、枠形の支持部材４４５などによって構成されているモジュールである。振動ミラーモジュール２５３は、これを包囲するように立設された側壁２５７が一体的に形成された光学ハウジング内に装着されている。側壁２５７の上端縁は上カバー２５８によって封止され、振動ミラーモジュール２５３を外気から遮断することで、外気との対流による振幅の変化を防止する構成になっている。側壁２５７には振動ミラーモジュール２５３の振動ミラーに光ビームを入出射する開口部が形成され、この開口部には平板状の透過窓２５９が嵌められている。図１５において、符号２５０はハウジング本体を、２５２は光源ユニットを示している。振動ミラーによって変更される光ビームは、ハウジング本体２５０に固定されていて走査結像光学系を構成するｆθレンズ２５４を透過し、ハウジング本体２５０の周壁に形成されているビーム通過枠２５５から外方に出射するようになっている。
【００８８】
図１６は、図１に示した光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す。符号９００が光走査装置を示している。図１６において、ブラックの感光体ドラム１０４の周囲には、感光体ドラムを高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、光走査装置９００により光ビームが走査され記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像装置９０４、感光体ドラムに残ったトナーを掻き取って備蓄するクリーニング装置９０５が配置されている。他の感光体ドラムの周囲構成も同様である。各感光体ドラムへは、振動ミラーの往復走査により１周期で２ライン毎の画像記録が行われる。一つの感光体ドラムおよびその周囲に配置された所定の機能を果たすユニットによって一つの画像形成ステーションを構成し、四つの画像形成ステーションが中間転写ベルト１０５の移動方向に配列されている。各画像形成ステーションは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像を形成し、形成されたトナー画像が中間転写ベルト１０５上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。
【００８９】
画像形成装置の底部には、記録媒体としての記録紙を収容する給紙トレイ９０７の装填部が設けられている。記録紙は給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により１枚ずつ引き出され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送り出され、中間転写ベルト１０５からトナー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙は、定着装置９１０を通過することによってトナー像が定着され、排紙ローラ対９１２により排紙トレイ９１１に排出される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施例および画像形成装置の実施例の一部を示す斜視図である。
【図２】上記光走査装置の平面図および光走査装置の制御系統の概略を示すブロック図である。
【図３】上記実施例における振動ミラーの振動動作を示すグラフと、同期検知および光源の点灯タイミングを示すタイムチャートである。
【図４】上記実施例において振動ミラーの振動状態が変化した場合の振動波形の変化を示す波形図である。
【図５】偏向走査された光ビームが同期検知センサ位置を通過した時点から最大振幅に至り再び戻ってくるまでに要する時間と、光ビームが同期検知センサ位置を一方向に通過し再び同方向に通過するまでに要する時間との関係を示す波形図である。
【図６】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構成例を示すもので、（ａ）はミラーユニットの正面図、（ｂ）は振動ミラー部分の背面図、（ｃ）は振動ミラー部分の断面図、（ｄ）は振動ミラーモジュールの分解斜視図である。
【図７】本発明に適用する振動ミラー制御回路の例を示すブロック図である。
【図８】振動ミラーの平面コイルに流れる電流の方向を切り換える周波数ｆと、振動ミラーの振れ角θとの関係を示す波形図である。
【図９】時間に対する振動ミラーの走査角の変化の例を示す波形図である。
【図１０】時間に対する振動ミラーの振れ角の変化率の例を示す波形図である。
【図１１】本発明に用いられる発光源である半導体レーザーの駆動回路の例を示すブロック図である。
【図１２】上記半導体レーザーの駆動回路の動作を示すタイムチャートである。
【図１３】単一の周波数で変調した際の主走査位置に応じた各画素における主走査位置の補正例を示すグラフである。
【図１４】振動ミラーの反射面が回転軸を中心に変形した場合の反射の様子を示す光路図である。
【図１５】本発明にかかる光走査装置に適用可能なハウジングの例を示す分解斜視図である。
【図１６】本発明にかかる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】
【００９１】
３    光源駆動手段
４    光ビーム検出手段
５    画素クロックカウント計測手段
６    偏向制御手段
１０１，１０２，１０３，１０４    像担持体
１０６    振動ミラー
１０７，１０８    光源ユニット（光源手段）
１２５    走査結像光学系
１３８    
ＰＤ１    同期検知センサ（光検ビーム出手段）
ＰＤ２    同期検知センサ（光ビーム検出手段）
４４１    振動ミラー面
【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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