(57)【要約】【課題】  色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像形成が行えるようにすること。【解決手段】  振動ミラーの最大振れ角をθ０（ｒａｄ）、走査周波数をｆ（Ｈｚ）、光ビームを検出する像高をＨｓ（ｍｍ）、軸上(像高Ｈ＝０)から検出像高Ｈｓに至る光ビームの走査時間をＴｓ（ｓｅｃ）とするとき、結像光学系は、振動ミラーの振れ角θ（ｒａｄ）に対応した像高Ｈ（ｍｍ）が、Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆＴｓ）・Ｓｉｎ＾−１｛（１−ｋ）・(θ／θ０)｝、ｋは各像高に対応して設定された０≦ｋ＜１なる定数、なる関係式に基づいて決定されるように、主走査方向に沿ったパワーを有する。【選択図】  図１
2007086496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光源と、画像情報に応じて発光源を変調する光源駆動部と、ねじり梁によって支持され、発前記光源からの光ビームを偏向して被走査面を往復走査する振動ミラーと、前記振動ミラーにより走査された光ビームを検出し、前記振動ミラーの振れ角を制御する振動ミラー駆動部と、前記振動ミラーによって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装置において、
前記振動ミラーの最大振れ角をθ０（ｒａｄ）、走査周波数をｆ（Ｈｚ）、光ビームを検出する像高をＨｓ（ｍｍ）、軸上(像高Ｈ＝０)から検出像高Ｈｓに至る光ビームの走査時間をＴｓ（ｓｅｃ）とするとき、
前記結像光学系は、振動ミラーの振れ角θ（ｒａｄ）に対応した像高Ｈ（ｍｍ）が、
Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆＴｓ）・Ｓｉｎ＾−１｛（１−ｋ）・(θ／θ０)｝
ｋは各像高に対応して設定された０≦ｋ＜１なる定数
なる関係式に基づいて決定されるように、主走査方向に沿ったパワーを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記光源駆動部は、画像情報を構成する振れ角θに対応した画素の位相Δｔ（ｓｅｃ）が、
ｋ・(θ／θ０)＝Ｓｉｎ２πｆｔ−Ｓｉｎ２πｆ（ｔ−Δｔ）
ｔは振れ角θに至る時間で、ｔ＝（１／２πｆ)・Ｓｉｎ＾−１(θ／θ０)
なる関係式に基づいて決定されるように前記発光源を変調し、主走査位置を補正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３】
前記光源駆動部は、主走査領域を複数に分割した各領域の境界において、
振れ角θに対応した画素の位相Δｔ（ｓｅｃ）が上記関係式を満足するように発光源を変調することを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
【請求項４】
前記振れ角θに対応した画素の位相Δｔが振れ角θに至る時間ｔに比例するように、前記定数ｋを決定することを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
【請求項５】
前記結像光学系は、振れ角θ（ｒａｄ）に対応した像高Ｈ（ｍｍ）が、
Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆＴｓ）・(θ／θ０)
なる関係式に基づいて決定されるように、主走査方向に沿ったパワー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６】
前記結像光学系は、前記光ビームの検出像高Ｈｓにおいて、
主走査方向に沿ったパワーが最小となるようにしてな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】
前記光ビームの検出信号により、主走査方向における画像情報書出しのタイミングをとることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項８】
前記振動ミラー駆動部は、前記振動ミラーの往走査と復走査との光ビーム検出信号の時間差Ｔにより、振れ角を検出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】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、
振動ミラーにより主走査方向に走査された光ビームによって、感光体上に静電像を形成し、トナーで顕像化して、記録媒体に転写することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光走査装置を複数備え、
共通の走査周波数により各振動ミラーを駆動するとともに、主走査方向に走査された光ビームによって、画像情報書出しの方向を揃えて複数の感光体上に各々静電像を形成し、トナーで顕像化して、転写体上で重ね合わせて記録媒体に転写することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
前記振動ミラーの往走査または復走査のいずれか一方により、感光体上に静電像を形成することを特徴とする請求項９または１０に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明はデジタル複写機および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関する。
【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】
これに対し、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すすめられており、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。
【０００４】
この方式によれば、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。
【０００５】
さらに、ポリゴンミラーの代わりに振動ミラーを配備した技術がある。一般に、図１６に示すような単純な板状の振動ミラーを想定すると、振動ミラーの寸法を、回転軸に直交する方向の幅２ｒ、回転軸に直行する方向の幅ｄ、厚さｔ、ねじり梁の寸法を、長さｈ、幅ａ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＝（４ρｒｄｔ／３）・ｒ＾２
バネ定数Ｋ＝（Ｇ／２ｈ）・｛ａｔ（ａ＾２＋ｔ＾２）／１２｝
となり、共振振動数ｆ０は、
ｆ０＝（１／２π）・√（Ｋ／I）＝（１／２π）・√｛Ｇａｔ（ａ＾２＋ｔ＾２）／２４ＬＩ｝
ここで、ねじり梁の長さＬと振れ角θは略比例関係にあるため、振れ角θは、
θ＝κ／Ｉ・ｆ０＾２、κは定数・・・（１）
で表され、共振振動数ｆ０は、ねじり梁のバネ定数Ｋによって変化し、それに伴って振れ角θも変化してしまうことになる。
一方、回転トルクＴと振れ角θの関係は、
θ＝κ'・Ｔ／Ｋ、κ'は定数・・・（２）
であるから、振れ角θを安定に保つには、ねじり梁のバネ定数Ｋの変化に対応して回転トルクＴを発生させるべく印加電流を加減すればよい。
【０００６】
上記したように、共振振動数は温度によってねじり梁のバネ定数の変化、あるいは大気圧による空気の粘性抵抗の変化等により、振れ角が変化してしまうという問題がある。
【０００７】
そのため、特許文献１に開示されるように走査された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、振れ角を安定に保つ制御が行われている。
【０００８】
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、オフィス環境に適合した画像形成装置が提供できる。
【０００９】
特に、"タンデム方式"に対応した光走査装置においては、従来、ポリゴンミラーの温度上昇によって光走査装置を収めるハウジングに温度分布が発生し、熱歪みによって結像光学系を構成する走査レンズや折返しミラーなどの姿勢が変化して、色ずれや色変わりの要因となっていたが、振動ミラーの採用によって温度上昇が抑えられれば高品位な画像形成が行えるというメリットもある。
【特許文献１】特開２００４−２７９９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記したように、振動ミラーは温度変化等によって振れ角が変化してしまい、主走査方向の倍率や書き出し位置が変化し、色ずれや色変わりとなって画像品質を著しく劣化させる要因になるため、従来、特許文献１に開示されるように、書込開始側と書込終端側における主走査領域の外側に光検知センサを配備し、走査時間を検出することで全幅の倍率が保たれるように制御していた。
【００１１】
ところが、近年、低コストな樹脂製の走査レンズが用いられるようになり、温度によって屈折率が変化し、やはり主走査方向の倍率変動を発生させる要因となっている。
【００１２】
そのため、走査レンズを通過させた光ビームを検出すると、振動ミラーの振れ角変動による成分と走査レンズの温度による屈折率変化による成分とが含まれることとなり、主走査領域の両端においては画素の位置は揃うが、中間位置では各画素の間隔の粗密が発生し、色ずれや色変わりの要因になってしまうといった問題がある。
【００１３】
振動ミラーは図１７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。
【００１４】
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、時間に対して走査角２θが直線的に変化するように補正するには、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）を設定するため、主走査領域の外側に配置される光ビームの検出位置においては、温度等の環境変動によるパワー変化の影響を受けやすく、正確に振れ角の変動を検出することができない。
【００１５】
その結果、中間部において補正量に歪みが発生し、画素間隔の粗密が発生してしまう。
【００１６】
本発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ビームを検出するセンサの位置において、主走査方向に沿ったパワー（屈折力）の変動が最小となるように、走査レンズによる主走査位置の補正特性を設定することで、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像形成が行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載の発明は、発光源と、画像情報に応じて発光源を変調する光源駆動部と、ねじり梁によって支持され、発光源からの光ビームを偏向して被走査面を往復走査する振動ミラーと、振動ミラーにより走査された光ビームを検出し、振動ミラーの振れ角を制御する振動ミラー駆動部と、振動ミラーによって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装置において、振動ミラーの最大振れ角をθ０（ｒａｄ）、走査周波数をｆ（Ｈｚ）、光ビームを検出する像高をＨｓ（ｍｍ）、軸上(像高Ｈ＝０)から検出像高Ｈｓに至る光ビームの走査時間をＴｓ（ｓｅｃ）とするとき、結像光学系は、振動ミラーの振れ角θ（ｒａｄ）に対応した像高Ｈ（ｍｍ）が、Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆＴｓ）・Ｓｉｎ＾−１｛（１−ｋ）・(θ／θ０)｝、ｋは各像高に対応して設定された０≦ｋ＜１なる定数、なる関係式に基づいて決定されるように、主走査方向に沿ったパワーを有することを特徴とする光走査装置である。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、光源駆動部は、画像情報を構成する振れ角θに対応した画素の位相Δｔ（ｓｅｃ）が、ｋ・(θ／θ０)＝Ｓｉｎ２πｆｔ−Ｓｉｎ２πｆ（ｔ−Δｔ）、ｔは振れ角θに至る時間で、ｔ＝（１／２πｆ）・Ｓｉｎ＾−１(θ／θ０)、なる関係式に基づいて決定されるように発光源を変調し、主走査位置を補正することを特徴とする。
【００１９】
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、光源駆動部は、主走査領域を複数に分割した各領域の境界において、振れ角θに対応した画素の位相Δｔ（ｓｅｃ）が上記関係式を満足するように発光源を変調することを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の光走査装置において、振れ角θに対応した画素の位相Δｔが振れ角θに至る時間ｔに比例するように、定数ｋを決定することを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、結像光学系は、振れ角θ（ｒａｄ）に対応した像高Ｈ（ｍｍ）が、Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆＴｓ）・(θ／θ０)、なる関係式に基づいて決定されるように、主走査方向に沿ったパワーを有することを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、結像光学系は、光ビームの検出像高Ｈｓにおいて、主走査方向に沿ったパワーが最小となるようにしてなることを特徴とする。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、光ビームの検出信号により、主走査方向における画像情報書出しのタイミングをとることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の光走査装置において、振動ミラー駆動部は、振動ミラーの往走査と復走査との光ビーム検出信号の時間差Ｔにより、振れ角を検出することを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、振動ミラーにより主走査方向に走査された光ビームによって、感光体上に静電像を形成し、トナーで顕像化して、記録媒体に転写することを特徴とする画像形成装置である。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光走査装置を複数備え、共通の走査周波数により各振動ミラーを駆動するとともに、主走査方向に走査された光ビームによって、画像情報書出しの方向を揃えて複数の感光体上に各々静電像を形成し、トナーで顕像化して、転写体上で重ね合わせて記録媒体に転写することを特徴とする画像形成装置である。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項９または１０に記載の画像形成装置において、振動ミラーの往走査または復走査のいずれか一方により、感光体上に静電像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、温度等の環境変動に伴って結像光学系の主走査位置の補正特性が変動しても光ビーム検出位置における変動が発生し難く、検出誤差が最小限ですみ、振動ミラーの振れ角の変化を確実に捕らえることができるので、振れ角を安定的に保つことができ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、４ステーションを走査する光走査装置の一実施形態で、２ステーションずつ２分し、相反する方向に向けて配置した一対の振動ミラーに各々ビームを入射して、偏向、走査する方法を示す。
【００３０】
４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は、転写体の移動方向１０５に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写し重ね合わせることでカラー画像を形成する。
【００３１】
各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、各々に対応した光源ユニットからのビームを個別に配備された振動ミラーにより走査する。
【００３２】
振動ミラー１０６は、光走査装置の中央部に背合わせで平行に配置され、副走査方向に所定角度傾けて入射された各光源ユニットからの光ビームを、一括で偏向し走査する。
【００３３】
光源ユニットは射出位置が１０７、１１０が１０８、１０９よりも射出位置が所定間隔だけずれるように、また、光源ユニット１０７、１０８からの光ビーム２０１、２０２と、１０９、１１０からの光ビーム２０３、２０４とが、各振動ミラーの静止時に偏向された、走査角０に相当する光線軸が揃うように対称に配備され、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各々に対応した感光体ドラム上に、各振動ミラーの振幅位相を１／２周期ずらして各ステーションの走査方向が揃うように同時に画像を書き込んでいく。
【００３４】
各光源ユニットからのビーム２０１、２０２、２０３、２０４は、各振動ミラーの法線に対し主走査方向での入射角が各々３０°となるように、光源ユニット１０８、１０９からの光ビーム２０２、２０３は入射ミラー１１１、１１２によって折り返され、直接振動ミラーへと向かう光源ユニット１０７と１１０からの光ビーム２０１、２０４の光路と主走査方向を揃えて各可動ミラーに各々水平に入射される。
【００３５】
シリンダレンズ１１３、１１４、１１５、１１６は、一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、ポリゴンミラー１０６の偏向点までの光路長が等しくなるように配備してあり、各光源ユニット１０７、１０８および１０９、１１０からの光ビームは光軸を挟んで副走査方向に上下にずらして入射させることで、屈折力によって光ビームは折り曲げられ、偏向面の近傍で交差するように斜入射される。
【００３６】
偏向面において各光ビームは主走査方向に線状となるように収束され、後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、偏向点と感光体面上とが副走査方向に共役な面倒れ補正光学系をなす。
【００３７】
偏向後は、ビーム同士が分離するように間隔を拡げつつ走査レンズ１２０、１２１に入射される。
【００３８】
走査レンズ１２０、１２１は樹脂成形により、主走査方向には振動ミラーの正弦波振動に対応してｆ・ａｒｃＳｉｎ特性、つまり、単位走査角あたりの主走査位置の変化ｄＨ／ｄθがＳｉｎ−１（θ／θ０）に比例する特性をもつようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、振動ミラーの回転に伴って感光体面上でビームが略等速に移動するように各画素に対応した主走査位置を補正するとともに、後段のトロイダルレンズ１２２、１２３、１２４、１２５とにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。
【００３９】
本実施形態では、各色ステーションの振動ミラーを、回転軸が主走査方向における画像中央と一致するように配置し、振動ミラーから感光体面に至る各々の光路長が一致し、等間隔で配列された各感光体ドラムに対する入射位置、入射角が等しくなるように、１ステーションあたり３枚ずつの折り返しミラーが配置される。
【００４０】
各色ステーション毎に光路を追って説明すると、光源ユニット１０７からのビーム２０１は、シリンダレンズ１１３を介して下向きに傾けられて、振動ミラー１０６に入射され、走査レンズ１２０を通過した後、折り返しミラー１２６で反射されてトロイダルレンズ１２２を通過し、折り返しミラー１２７、１２８で反射されて感光体ドラム１０３に導かれ、第２のステーションとしてマゼンタ画像を形成する。
【００４１】
光源ユニット１０８からのビーム２０２は、シリンダレンズ１１４を介して上向きに傾けられて、入射ミラー１１１で反射され振動ミラー１１７に入射され、走査レンズ１２０を通過した後、折り返しミラー１２９で反射されてトロイダルレンズ１２３を通過し、折り返しミラー１３０、１３１で反射されて感光体ドラム１０４に導かれ、第１のステーションとしてイエロー画像を形成する。
【００４２】
対称に配備された第３、第４ステーションについても同様で、光源ユニット１０９からのビーム２０３は、入射ミラー１１２を介して可動ミラー１１８で偏向され、折り返しミラー１３２、１３３、１３４で反射されて感光体ドラム１０１に導かれ、第４のステーションとしてブラック画像を、また、光源ユニット１１０からのビーム２０４は、可動ミラー１１８で偏向され、折り返しミラー１３５、１３６、１３７で反射されて感光体ドラム１０２に導かれ、第３のステーションとしてシアン画像を形成する。
【００４３】
なお、これらの構成部品は図示しない単一のハウジングに一体的に保持される。
【００４４】
図中、１３８、１４０、１４１は各々同期検知センサを実装する基板で、対向する２ステーションに対して１組ずつ設けられ、走査領域の同一側でビームを検出し、往復走査の内、一方は往走査時に、もう一方は復走査時に同期検知センサ１３９、１４０の検出信号により同期検知信号を発生して画像を書き出すタイミングをとる。
【００４５】
転写ベルト１０５の出口ローラ部には、各ステーションで形成され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検出手段が配備される。検出手段は転写ベルト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なわれる。
【００４６】
本実施形態では、照明用のＬＥＤ素子１５４と反射光を受光するフォトセンサ１５５および一対の集光レンズ１５６とからなり、画像の左右両端と中央の３ヵ所に配備され、転写ベルトの移動に応じて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。
【００４７】
図２は、上記の実施形態における光走査装置に用いる振動ミラーモジュールの分解斜視図である。
【００４８】
本実施形態では、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の例を説明する。
【００４９】
図示するように、振動ミラー４４１は、ねじり梁４４２で軸支されており、後述するように、単一のＳｉ基板からエッチングにより外形を貫通して作製し、実装基板４４８に装着され、振動ミラー基板４４０を構成する。
【００５０】
本実施形態では、一対の振動ミラー基板４４０を背合わせで一体支持したモジュールをなす。
【００５１】
支持部材４４７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おり、振動ミラー基板４４０を、ねじり梁が主走査平面に直交し各ミラー面が主走査方向に対し所定の角度、本実施形態では３０°、傾くように、ミラー面同士を平行に位置決めする位置決め部４５１と、振動ミラー基板の実装基板４４８の一辺に形成されている配線端子４５５が、装着時に接触するように金属製端子群を配列したエッジコネクタ部４５２と、を一体で構成している。
【００５２】
こうして、振動ミラー基板４４０は、一辺を上記したエッジコネクタ部４５２に挿入し、押え爪４５３の内側に嵌め付け、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４４０が個別に交換できるようにしている。
【００５３】
なお、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。
【００５４】
また、各振動ミラーの振幅位相を１／２周期ずらすことで、上記実施形態のように相反する方向に偏向した場合であっても、走査方向を揃えることができる。
【００５５】
図１４は、光走査装置の別の実施形態を示すもので、一対の振動ミラーにより偏向する方向を揃えた方法である。
【００５６】
基本的な構成部品は上記実施形態と同様であるので、ここでは重複する説明を省略する。
【００５７】
なお、振動ミラーの基本的な構成も同様であり、上記振動ミラーモジュールにおける支持部材４４７の一方のみに振動ミラー基板４４０を配備すればよい。
【００５８】
図１５は、４ステーションを単一の振動ミラーにより走査した方法である。
【００５９】
図示するように各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、転写体の移動方向１０５に沿って等間隔で配列された４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４に対し、各々に対応した光源ユニットからのビームを、振動ミラーでの偏向後に再度分離して、導くことで同時に画像を形成する。
【００６０】
振動ミラー４４１に対して各光源ユニットからのビームは副走査方向に異なる入射角で斜入射させることで、各光源ユニットからのビームを一括して偏向、走査するようにしている。
【００６１】
各光源ユニット１０７、１０８、１０９、１１０は、副走査方向に高さが異なる部位、光源ユニット１１０が最も高く、順に低くなるように、放射状に配備され、光源ユニット１１０からのビーム２０４に他の光源ユニットからのビーム２０３、２０２、２０１は、階段状に高さが異なる３枚の入射ミラー１１１によって、ビーム２０３、２０２、２０１の順で上下一列に揃うように折り返され、副走査方向に高さを異なえてシリンダレンズ１１３に入射され、振動ミラー１０６へと向かう。
【００６２】
各ビームは、シリンダレンズ１１３によって振動ミラー面の近傍で副走査方向に交差され、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１２０に入射される。
【００６３】
ｆθレンズ１２０は、すべ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。
【００６４】
ｆθレンズ１２０を通った各光源ユニットからのビームのうち、光源ユニット１０７からのビームは、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いた潜像を形成する。
【００６５】
光源ユニット１０８からのビームは、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いた潜像を形成する。
【００６６】
光源ユニット１０９からのビームは、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いた潜像を形成する。
【００６７】
光源ユニット１１０からのビームは、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いた潜像を形成する。
【００６８】
次に、図３を用いて振動ミラー基板４４０の詳細について説明する。図１３はその分解斜視図である。
【００６９】
振動ミラー４６０は、表面にミラー面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。
【００７０】
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あらかじめ接合されたウエハを用いて作製する。
【００７１】
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。
【００７２】
ここで、ねじり梁４４２、補強梁４４４の幅は４０〜６０μｍとした。上記したように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。
【００７３】
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。
【００７４】
実装基板４４８上には、振動ミラー４６０を装着する枠状の台座４６６と、振動ミラー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。
【００７５】
振動ミラー４６０は、ミラー面を表に向けて台座４６６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４４１を回転する回転トルク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。
【００７６】
したがって、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、可動ミラー４４１を往復振動させることができる。
【００７７】
そして、この電流の切り換える周期を、振動ミラーを構成する構造体の、ねじり梁を回転軸とした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。
【００７８】
したがって、通常は走査周波数ｆｄをこの共振振動数ｆ０に合わせて設定するものであるが、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、本実施形態のように複数の振動ミラーを用いる場合、各々の走査周波数ｆｄを揃えることが困難となる。
【００７９】
この共振振動数ｆ０のばらつきは、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り、１０ライン記録すると１ライン分の位置ずれになってしまう。
【００８０】
選別によって共振振動数ｆ０の近いものを組み合わせることはできるが、生産効率が悪いうえ、交換を行う際には常に対で扱う必要があるためコストもかかる。
【００８１】
そこで、本実施形態では、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、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を調整し、個体間の寸法差があっても共振振動数ｆ０が概略一致するように、実施例では±５０Ｈｚに入るように調整している。
【００８２】
そして、その周波数帯域内で、共振振動数ｆ０によらず、走査周波数ｆｄを設定している。
【００８３】
図４は、質量の可変（トリミング）による共振周波数の調整の様子を示す。
【００８４】
振動ミラーには、加振器により走査周波数に相当する振動が付与され、振動ミラーの裏側よりパッチ４６５に炭酸ガスレーザが照射され、共振によって急峻に振れ角が増大するまで切込みを入れていく。
【００８５】
共振状態の検出は振動ミラーの表側からビームをあて、反射されたビームの振れを検出することにより行うことができる。
【００８６】
なお、このようなトリミングによらずとも、バランスウエイトを付着させるなどの方法を用いてもよい。
【００８７】
図５は、振動ミラーを振幅させる駆動回路のブロック図である。
【００８８】
上記したように、振動ミラー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、交流電圧、またはパルス波状電圧が印加され、振れ角θが一定となるように平面コイルに流す電流のゲインを調節して往復振動させる。
【００８９】
図６は、電流の流れる方向を切り換える周波数fと振れ角θとの関係を示すが、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。
【００９０】
したがって、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。
【００９１】
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が増減できるようにしている。
【００９２】
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。
【００９３】
経時的には、振れ角θを、振動ミラーにより走査されたビームを、走査領域の始端に配備した同期検知センサ６０４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。
【００９４】
図７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。
【００９５】
したがって、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６０４において走査角を２θsに対応したビームを検出すると、検出信号は復走査と往走査とで発生され、その時間差Ｔを用いると、
θｓ＝θ０・ｃｏｓ２πｆｄ・Ｔ／２
で表され、θsは固定であるので、Ｔを計測すれば最大振れ角θ０が検出できることがわかる。
【００９６】
しかしながら、上記したように、ここで検出される時間差Ｔには、走査レンズの屈折力変化による成分が含まれてしまうため、振れ角の変化を検出するには誤差が大きく確実な補正ができない。
【００９７】
そこで、本実施形態では、より正確に振れ角の変化を掴むため、この検出位置において走査レンズの屈折力が０、あるいは最も小さくなるように、走査レンズの主走査方向に沿ったパワーを設定している。
【００９８】
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。
【００９９】
ここで、検出像高において走査レンズの屈折力が０であると仮定すると、像高０、言い換えれば画像中心から同期検知センサの検出像高Ｈｓまでの時間Ｔｓを用いて、像高Ｈと振れ角θ（走査角２θ）との関係は、
Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆｄＴｓ）・Ｓｉｎ＾−１（θ／θ０）
となり、図８に示すように、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t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、目標とする直線との差が画素間隔の疎密、いわゆるリニアリティの補正量を示し、像高０と検出像高Ｈｓで０となり、中間像高でピークとなるように補正する。
【０１００】
このリニアリティは、走査レンズによって補正することとなるが、実施例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している。
【０１０１】
主走査方向に沿ったパワーの偏差を小さくすることで、走査レンズの厚さの差も小さくなり成形がし易くなるというメリットがあるためである。
【０１０２】
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、
Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆｄＴｓ）・Ｓｉｎ＾−１｛（θ−Δθ）／θ０｝
Δθ／θ０＝Ｓｉｎ２πｆｄｔ―Ｓｉｎ２πｆｄ（ｔ−Δｔ）
ここで、ｔは振動ミラーの振れ角０からθに至る時間で、画像中心から任意の像高Ｈに至る時間なる関係式となる。
【０１０３】
Δθ＝ｋθとすると、ｋは、０≦ｋ＜１なる定数であり、画素クロックの位相Δｔを可変しない場合はｋ＝０である。
【０１０４】
ところで、走査レンズは被走査面において、主走査方向に沿ったビームスポット径を均一化するには、走査角２θに対応した像高Ｈとの関係が比例であることが望ましい。
【０１０５】
そこで、本実施形態では、走査レンズをｆθレンズになるべく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により補正している。この場合、
【０１０６】
Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆｄＴｓ）・[（θ−Δθ）／θ０]
＝（Ｈｓ／２πｆｄＴｓ）・Ｓｉｎ＾−１（θ／θ０）
Δθ／θ０＝θ／θ０−Ｓｉｎ＾−１（θ／θ０）
なる関係式となり、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、発光源を変調すればよい。
【０１０７】
また、Δｔが振れ角θに至る時間ｔに比例、つまり主走査位置に応じてΔｔが単調に増減するように、定数ｋを設定すれば、画素クロックを一様にシフトすることにより、図８に示す目標とする直線の傾きを自在に設定できる。
【０１０８】
図９は、発光源である半導体レーザを変調する駆動回路のブロック図である。
【０１０９】
各色毎にラスター展開された画像データはフレームメモリ４０８に各々一時保存され、画像処理部に順に読み出されて、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４０７に転送される。
【０１１０】
書込制御回路は、ラインバッファ４０７から、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて独立に変調する。
【０１１１】
次に、各発光点を変調するクロックの生成部４０１について説明する。
【０１１２】
カウンタ４０３では、高周波クロック生成回路４０２で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路４０４ではこのカウント値と、デューティ比に基いてあらかじ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から与えられ、位相シフト量を指示する位相データＨとを比較し、カウント値が上記設定値Ｌと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号Ｉを、位相データＨと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立上りを指示する制御信号ｈを出力する。この際、カウンタ４０３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、連続的なパルス列が形成できる。
【０１１３】
こうして、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。実施例では、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。
【０１１４】
図１０は、任意の画素の位相をシフトした説明で、１／８クロックだけ位相を遅らせた例である。
【０１１５】
デューティ５０％とすると設定値Ｌ＝３が与えられ、カウンタ４０３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。
【０１１６】
こうして生成された画素クロックＰＣＬＫは、光源駆動部４０５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４０７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、半導体レーザを駆動する。
【０１１７】
図１１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が、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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
画素クロック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
となり、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。
【０１２０】
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が、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、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。
【０１２１】
図１２は、上記図１に示す光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。上記図１４や図１５に示す光走査装置を用いても同様である。
【０１２２】
感光体ドラム９０１の周囲には感光体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ローラ９０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ９０４、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ケース９０５が配置される。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。
【０１２３】
上記した画像形成ステーションは転写ベルト９０６の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
一方、記録紙は給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により供給され、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だされ、転写ベルトからトナー画像が転写されて、定着ローラ９１０で定着して排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１１に排出される。
【０１２６】
上記の実施の形態によれば、上記光源駆動部は、画像情報を構成する振れ角θに対応した画素の位相Δｔ（ｓｅｃ）が、
ｋ・(θ／θ０)＝Ｓｉｎ２πｆｔ−Ｓｉｎ２πｆ（ｔ−Δｔ）
ここで、ｔは振れ角θに至る時間で、ｔ＝（１／２πｆ）・Ｓｉｎ＾−１(θ／θ０)
なる関係式に基づいて決定されるように発光源を変調し、主走査位置を補正することにより、結像光学系だけでは補正し切れない被走査面における画素間隔の疎密、いわゆるリニアリティのずれを確実に補正することができる。また、温度等の環境変化に伴う結像光学系の補正特性の変動に対し、主走査位置に対応した重み付けを行うことで、リニアリティを均一に保つことができるので、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。
【０１２７】
また、上記光源駆動部は、主走査領域を複数に分割した各領域の境界において、
振れ角θに対応した画素の位相Δｔ（ｓｅｃ）が上記関係式を満足するように発光源を変調し、主走査位置を補正することにより、リニアリティのずれが主走査位置に対して如何様であっても、領域毎の画素クロックの位相シフトに規則性を持たせて位相差を設定することで、画素毎の位相に関するデータを備える必要がないので、メモリ容量が最小限ですみ、コストをかけずに確実な補正が行える。
【０１２８】
また、上記振れ角θに対応した画素の位相Δｔが振れ角θに至る時間ｔに比例するように、上記定数ｋを決定することにより、主走査に沿った画素クロックが一定であっても、結像光学系における主走査方向に沿ったパワー配分がなるべく均一になるよう時間ｔに対する走査角２θの変化率を設定でき、環境変化に伴う補正特性の変動を最小限とすることができるので、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。
【０１２９】
また、上記結像光学系は、振れ角θ（ｒａｄ）に対応した像高Ｈ（ｍｍ）が、
Ｈ＝（Ｈｓ／２πｆＴｓ）・(θ／θ０)
なる関係式に基づいて決定されるように、主走査方向に沿ったパワーを有することにより、被走査面において各画素に対応したビームスポット径が均一化できるので、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。
【０１３０】
また、上記結像光学系は、上記光ビームの検出像高Ｈｓにおいて、主走査方向に沿ったパワーが最小となるようにしてなることにより、検出像高Ｈｓにおいて環境変化に伴う検出誤差を最小限とすることができ、確実に振動ミラーの振れ角が検出できるので、振れ角を安定的に保つことができ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。
【０１３１】
また、上記光ビームの検出信号により、主走査方向における画像情報書出しのタイミングをとることにより、同期検知用のセンサを振動ミラーの振れ角の検出用として兼用できるので、部品点数を増やさずにすみ、組み付けの手間が省け生産性が向上する。
【０１３２】
また、上記振動ミラー駆動部は、上記振動ミラーの往走査と復走査との光ビーム検出信号の時間差Ｔにより、振れ角を検出することにより、同期検知用のセンサのみで振動ミラーの振れ角を検出できるので、部品点数を増やさずにすみ、組み付けの手間が省け生産性が向上する。
【０１３３】
また、上記の光走査装置を備え、振動ミラーにより主走査された光ビームによって、感光体上に静電像を形成し、トナーで顕像化して、記録媒体に転写することにより、振動ミラーを用いることによって低騒音、低消費電力な画像形成装置を実現できる。
【０１３４】
また、上記の光走査装置を複数備え、共通の走査周波数により各振動ミラーを駆動するとともに、主走査された光ビームによって、画像情報書出しの方向を揃えて複数の感光体上に各々静電像を形成し、トナーで顕像化して、転写体上で重ね合わせて記録媒体に転写することにより、振動ミラーを用いることによって低騒音、低消費電力で、かつ、タンデム方式に対応したカラー画像形成装置を実現できる。
【０１３５】
また、上記振動ミラーの往走査または復走査のいずれか一方により、感光体上に静電像を形成することにより、走査方向を揃えることで、主走査領域の全域に渡って走査線間隔が均一とすることができ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。
【０１３６】
なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。例えば、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などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の一実施形態における光走査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における光走査装置に用いる振動ミラーモジュールの分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態における振動ミラー基板の構成図である。
【図４】質量の可変（トリミング）による共振周波数の調整の様子を示す図である。
【図５】振動ミラーを振幅させる駆動回路のブロック図である。
【図６】電流の流れる方向を切り換える周波数ｆと振れ角θとの関係を示す図である。
【図７】電流の流れる方向を切り換える周波数ｆと振れ角θとの関係を示す図である。
【図８】画素クロックを単一の周波数で変調した一例を示す図である。
【図９】発光源である半導体レーザを変調する駆動回路のブロック図である。
【図１０】任意の画素の位相をシフトした説明で、１／８クロックだけ位相を遅らせた一例を示す図である。
【図１１】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図である。
【図１２】光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。
【図１３】振動ミラー基板の分解斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施形態における光走査装置の構成を示す図である。
【図１５】４ステーションを単一の振動ミラーにより走査する図である。
【図１６】板状の振動ミラーの構成図である。
【図１７】画素クロックを単一の周波数で変調した一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１０１、１０２、１０３、１０４    感光体ドラム
１０５    転写ベルト
１０６    振動ミラー
１０７、１０８、１０９、１１０    光源ユニット
２０１、２０２、２０３、２０４    光ビーム
１１１、１１２    入射ミラー
１１３、１１４、１１５、１１６    シリンダレンズ
１２０、１２１    走査レンズ
１２２、１２３、１２４、１２５    トロイダルレンズ
１２６〜１２８、１３２〜１３４、１３５〜１３７    折り返しミラー
１３８、１４０、１４１    基板
１５４    ＬＥＤ素子
１５５    フォトセンサ
１５６    集光レンズ
【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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