JP4827754B2 - Optical scanning device - Google Patents
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Description
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザプロッタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に設けられる光走査装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device provided in an image forming apparatus such as a digital copying machine, a laser printer, a laser plotter, and a laser facsimile.
画像形成装置の光書込部等に用いられる光走査装置において、記録速度を向上させる手段として、偏向手段であるポリゴンミラー(回転多面鏡)の回転速度を大きくする方法が挙げられる。しかし、この方法では、ポリゴンミラーを駆動するモータの耐久性や騒音、振動及びレーザの変調スピード等が問題となるため、記録速度の向上には限界がある。そこで、一度に複数のレーザ光を発して像担持体である感光ドラム上を同時に複数ビームで露光走査させることにより記録速度を向上させるマルチビーム走査装置が提案されている。 In an optical scanning device used in an optical writing unit or the like of an image forming apparatus, a method for increasing the rotational speed of a polygon mirror (rotating polygonal mirror) that is a deflecting means can be cited as a means for improving the recording speed. However, with this method, the durability, noise, vibration, laser modulation speed, and the like of the motor that drives the polygon mirror are problematic, so there is a limit to the improvement in recording speed. In view of this, a multi-beam scanning device has been proposed that improves the recording speed by emitting a plurality of laser beams at a time and simultaneously exposing and scanning a photosensitive drum as an image carrier with a plurality of beams.
従来、マルチビーム走査装置の一種として、光源としてのシングル半導体レーザを複数用い、夫々から射出された複数のレーザ光を合成する光源装置を用いたマルチビーム走査装置が提案されている。しかしながら、このようなマルチビーム走査装置では、夫々独立に配置される半導体レーザから出射する複数のレーザ光を合成して感光ドラム上に所定のピッチ間隔で書き込まなければならない。このため、誤差±数ミクロン以下の精度が求められるピッチ間隔を一定に保つことが難しい。この問題を解消すべく、温度変動や経時変動、機械振動の影響を排除してピッチ間隔を保つ方法が提案されている。 Conventionally, as a kind of multi-beam scanning device, a multi-beam scanning device using a plurality of single semiconductor lasers as light sources and using a light source device that synthesizes a plurality of laser beams emitted from each of them is proposed. However, in such a multi-beam scanning device, it is necessary to combine a plurality of laser beams emitted from semiconductor lasers arranged independently and write them on the photosensitive drum at a predetermined pitch interval. For this reason, it is difficult to maintain a constant pitch interval that requires an accuracy of error ± several microns or less. In order to solve this problem, a method has been proposed in which the pitch interval is maintained by eliminating the influence of temperature variation, temporal variation, and mechanical vibration.
図9は、従来のマルチビーム走査装置の構成を概略的に示す図である。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional multi-beam scanning apparatus.
図9において、マルチビーム走査装置20は、2本のレーザ光を夫々発光する2つの半導体レーザ11a,11bと、各レーザ光を微小角度(数分〜数十分)偏向する液晶素子43a,43bと、感光体ドラム16の走査領域外(画像領域外)においてレーザ光のピッチ間隔を検出するビームピッチ検出センサ41を備える。ビームピッチ検出センサ41は、感光体ドラム16表面と光学的に等価な位置に配置されている。
In FIG. 9, the
このマルチビーム走査装置20において、2つの半導体レーザ11a,11bから発射され夫々カップリングレンズ12a,12bを出射した2本のレーザ光21a,21bは、シリンドリカルレンズ13の作用により偏向器であるポリゴンミラー14の偏向反射面上に(副走査方向に結像し、主走査方向に長い)線像として結像され、走査光学系15(第一走査レンズ15−1,第二走査レンズ15−2)により、像担持体である感光体ドラム16の被走査面上をビームスポットとして走査される。ここで、「主走査方向」及び「副走査方向」とは、被走査面でビームスポットが走査される方向とその直交方向を意味する。2つの半導体レーザ11a及び11bは、画像データに対応して半導体レーザ制御部46により制御され、半導体レーザ駆動用IC47により変調された状態で、2本のレーザ光21a,21bにより感光体ドラム16を走査する。液晶素子43a,43bは、素子への電圧印加によって生じる液晶層内の屈折率分布を利用して光路の偏向を実現している。
In this
マルチビーム走査装置20は、ビームピッチ検出センサ41の検出結果に応じて、液晶素子43a,43bの偏向角度を制御し、所定のビームピッチ間隔を保っている。ビームピッチ検出センサ41の検出結果と所望の走査線間隔との偏差を、液晶素子制御部44にて算出し、これを補正するための補正データに基づき、液晶素子駆動用IC45が液晶素子43a,43bを駆動している。
The
また、ビームピッチ検出センサ41の他に、装置内の温度を検出する温度検知センサ(図示せず)を備える場合、装置内温度変化と走査線間隔変化との関係を事前にシミュレーション又は実験等にて求めておき、装置内温度変化と走査線間隔変化と関係に基づいて作成された補正テーブルを用いて液晶素子43a,43bを制御/駆動する。これにより、走査線間隔を一定に保つことができる(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記のようなマルチビーム走査装置では、走査開始位置でビームピッチを検出するため、主走査方向の走査開始位置から終了位置までを走査する間(1ライン走査する間)、ビームピッチの変動を検出することができない。したがって、機械振動等によって短周期のピッチ変動が生じている場合は、ビームピッチを一定に保つことができず、レーザ光を感光ドラム上の正確な位置に照射することができない。 However, in the multi-beam scanning apparatus as described above, since the beam pitch is detected at the scanning start position, the beam pitch fluctuates while scanning from the scanning start position to the end position in the main scanning direction (while scanning one line). Cannot be detected. Therefore, when a short-period pitch variation occurs due to mechanical vibration or the like, the beam pitch cannot be kept constant, and the laser beam cannot be irradiated to an accurate position on the photosensitive drum.
また、上記マルチビーム走査装置では、レーザ光の偏向に応答周波数の低い液晶素子(約数百Hz)を使用しているため、1kHz以上のピッチ変動を検出できた場合でも、該ピッチ変動を補正することができない。特に、プリンタやコピー等の駆動部は、数百〜数千rpmの回転体(ローラ等)を多数有し、その駆動機構に用いるギア等から1kHz以上の振動が発生するため、1kHz以上のピッチ変動を補正することが困難である。加えて、上記のようなマルチビーム走査装置の構成では、感光ドラムの偏心等により生じる照射位置のずれを補正することができない。 In addition, since the multi-beam scanning device uses a liquid crystal element (approximately several hundred Hz) with a low response frequency for deflecting the laser beam, the pitch variation is corrected even when a pitch variation of 1 kHz or more can be detected. Can not do it. In particular, drive units such as printers and copiers have a large number of rotating bodies (rollers, etc.) of several hundred to several thousand rpm, and vibrations of 1 kHz or more are generated from gears used for the drive mechanism. It is difficult to correct the fluctuation. In addition, in the configuration of the multi-beam scanning device as described above, it is not possible to correct the irradiation position shift caused by the eccentricity of the photosensitive drum.
本発明の目的は、レーザ光を感光ドラム上の正確な位置に照射することができる光走査装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of irradiating a laser beam at an accurate position on a photosensitive drum.
上述の目的を達成するために、本発明による光走査装置は、複数の光源と、前記複数の光源から出射された光束を走査する光偏向手段と、前記複数の光源と前記光偏向手段との間の各光路中に設けられ、前記複数の光源から出射された光束を電圧印加により偏向する複数の電気光学結晶構造体と、複数の光源の各々に取り付けられ、前記複数の光源の各々の位置変動を検出することによって前記複数の光源の相対位置を検知する位置検知センサと、前記位置検出センサによる検知結果に基づいて、前記複数の光源の相対的な照射位置変化を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された照射位置変化に応じて前記複数の電気光学結晶構造体に印加される電圧を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical scanning device according to the present invention includes a plurality of light sources, a light deflection unit that scans a light beam emitted from the plurality of light sources, a plurality of light sources, and the light deflection unit. A plurality of electro-optic crystal structures that are provided in each of the optical paths and deflect the light beams emitted from the plurality of light sources by applying a voltage, and the positions of the plurality of light sources. A position detection sensor that detects relative positions of the plurality of light sources by detecting fluctuations, and a calculation unit that calculates a relative irradiation position change of the plurality of light sources based on a detection result by the position detection sensor ; And control means for controlling the voltage applied to the plurality of electro-optic crystal structures in accordance with the irradiation position change calculated by the calculating means.
本発明によれば、機械振動等によって1ms以下の短周期のピッチ変動が発生する場合であっても、高速応答を示す電気光学結晶構造体により複数の光束のビームピッチを一定に保つように補正することができ、もって光束を正確な位置に照射することができる。 According to the present invention , even when a pitch fluctuation of a short period of 1 ms or less occurs due to mechanical vibration or the like, the electro-optic crystal structure showing a high-speed response is corrected so as to keep the beam pitch of a plurality of light beams constant. Therefore, the light beam can be irradiated to an accurate position.
[画像形成装置:図1]
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳述する。
[Image forming apparatus: FIG. 1]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る光走査装置が設けられる画像形成装置の構成を概略的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an image forming apparatus provided with an optical scanning device according to an embodiment of the present invention.
図1において、画像形成装置104は、プリンタコントローラ111及び光走査装置100を備え、画像形成装置104とデータの送受信を行うパーソナルコンピュータ等の外部機器117に接続されている。外部機器117からコードデータDcが入力されると、コードデータDcは、画像形成装置104内のプリンタコントローラ111によって画像データ(ドットデータ)Diに変換され、光走査装置(マルチビーム走査光学系)100に入力される。光走査装置100は、画像データDiに応じて変調されたレーザ光63を出射し、このレーザ光63によって感光ドラム101の感光面を主走査方向(図1の断面図の奥行き方向、すなわち感光ドラムの長手方向)に走査する。
In FIG. 1, an
感光ドラム101は、モータ115の駆動力によって時計廻りに回転する。この回転に伴って、感光ドラム101の感光面は、レーザ光63に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム101の上方には、感光ドラム101の表面を一様に帯電させる帯電ローラ102が表面に当接するように設けられている。帯電ローラ102によって帯電された感光ドラム101の表面にレーザ光63が照射されることにより、感光ドラム101の表面に静電潜像が形成される。
The
この静電潜像は、感光ドラム101の回転方向に関してレーザ光63の照射位置よりも下流側に位置すると共に感光ドラム101に当接するように配設された現像器107によってトナー像として現像される。
This electrostatic latent image is developed as a toner image by a developing
現像器107によって現像されたトナー像は、感光ドラム101の下方に配設される転写ローラ108によって被転写材としての用紙112上に転写される。用紙112は用紙カセット109内に収納される。用紙カセット109端部には、給紙ローラ110が配設されており、用紙カセット109内の用紙112を搬送路へ送り込む。以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙112は搬送方向に関して感光ドラム101の後方(図2において左側)の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ(図示せず)を有する定着ローラ113と該定着ローラに圧接された加圧ローラ114とで構成されており、用紙112を加圧しながら加熱することにより、用紙112上の未定着トナー像を定着させる。さらに、搬送方向に関して定着ローラ113の後方には排紙ローラ116が配設されており、排紙ローラ116は、未定着トナー像を定着させた用紙112を画像形成装置104の外に排出する。
The toner image developed by the developing
[光走査装置:図2、図3]
図2は、図1における光走査装置100の構成を概略的に示すブロック図であり、(a)は平面図であり、(b)は断面図である。図3は、図1における光走査装置100の構成を概略的に示すブロック図である。
[Optical scanning device: FIGS. 2 and 3]
2 is a block diagram schematically showing the configuration of the
図2(a)及び(b)並びに図3に示すように、光走査装置100は、2つのレーザ照射装置(光源)50a,50bと、レーザ照射装置50a,50bから出射された光束(レーザ光)を走査するポリゴンミラー53を備える。さらに、ポリゴンミラー53によって走査された光束を感光ドラム101上に結像する第1のfθレンズ54及び第2のfθレンズ55を備える。また、電気光学結晶構造体60a,60bは、レーザ照射装置50a,50bとポリゴンミラー53との間の各光路中に設けられ、レーザ照射装置50a,50bから出射された光束を電圧印加により副走査方向に偏向する。また、レーザ照射装置50a及びレーザ照射装置50bの各両端部に取り付けられ、レーザ照射装置50a,50b間の相対的な位置変動を検知するMEMS加速度センサ51a,51b及びMEMS加速度センサ51g,51f(第1の位置検知手段)を備える。またMEMS加速度センサ51a,51b,51g,51fの検知結果及び予め記憶されたデータテーブル73に基づいて、レーザ照射装置50a,50bから照射される2つの光束の相対的な照射位置変化を予測する変動予測回路71を備える。
As shown in FIGS. 2A and 2B and FIG. 3, the
変動予測回路71は、演算回路70aと演算回路70bと演算回路70cとを備える。
演算回路70aは、加速度センサ51a,51bの検知結果に基づいてレーザ照射装置50aから照射される光束の照射位置を演算する。演算回路70bは、加速度センサ51f,51gの検知結果に基づいてレーザ照射装置50bから照射される光束の照射位置を演算する。演算回路70cは、演算回路70a,70bの各演算結果及びデータテーブル73のデータに基づいて2つの光束の照射位置間隔dの変動を演算する。
The
The
また、光走査装置100は、感光ドラム101の一方の端面に取り付けられ感光ドラム101の周速変化を検知するMEMS加速度センサ51dを備える。さらに感光ドラム101を支持する支持側板52a,52b上に取り付けられたMEMS加速度センサ51c,51hと、光走査装置100の筐体側面に取り付けられたMEMS加速度センサ51eとを備える。MEMS加速度センサ51c,51d,51e,51h(第2の位置検知手段)は、感光ドラム101と光走査装置100との間の相対的な位置変動を検知する。また、光走査装置100は、MEMS加速度センサ51c,51d,51e,51hの検知結果及び予め記憶されたデータテーブル74に基づいて、レーザ照射装置50a,50bから照射される2つの光束の照射位置変化を演算する演算回路70dとを備える。
Further, the
さらに、光走査装置100は、変動予測回路71の予測結果及び演算回路70dの演算結果に基づいて、レーザ照射装置50a,50bから照射される2つの光束の照射位置の補正量を決定する補正量決定回路72を備える。さらに補正量決定回路72により決定された補正量に応じて電気光学結晶構造体60a,60bに印加される電圧を制御する制御回路75とを備える。制御回路75は、電気光学結晶構造体60a,60bに電気的に接続されている。
Further, the
レーザ照射装置50a,50bから出射したレーザ光63a,63bは、不図示の駆動手段により回転するポリゴンミラー53により偏向され、fθ特性を有する第1のfθレンズ54及び第2のfθレンズ55を通過してミラー56に入射する。ミラー56により感光ドラム101の方向に反射された2つのレーザ光63a,63bは、感光ドラム101上の所定位置に、副走査方向に間隔dだけ離間して照射される(図2(b)参照)。さらに、その照射位置は、ポリゴンミラー53の回転に伴って、感光ドラム101の一方の端部(支持側板52a側の端部)から他方の端部(支持側板52b側の端部)へ主走査方向に移動する。その後、再び一方の端部(支持側板52a側の端部)から他方の端部へ主走査方向に移動することを繰り返す。
The
感光ドラム101は不図示の駆動手段によって回転(図3において時計回り方向)している。そのため、レーザ照射装置50a,50bを出射したレーザ光63a,63bは、感光ドラム101の表面を2ラインずつ走査し、且つ前回走査された2ラインと今回走査される2ラインとの間隔を一定に保ちながら走査する。これにより、光走査装置100は、感光ドラム101上に静電潜像としての画像を記録する。
[レーザ照射装置:図4]
図4は、図2におけるレーザ照射装置50aの構成を示す断面図である。尚、レーザ照射装置50bは、その構成がレーザ照射装置50aと基本的に同じであるのでその説明を省略する。
The
[Laser irradiation device: Fig. 4]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the
図4において、レーザ照射装置50aは長尺状のレーザ照射装置本体151を備える。MEMS加速度センサ51aは、レーザ照射装置本体151の側面に取り付けられ、さらに、半導体レーザ58aが配置される側の端部に取り付けられる。また、MEMS加速度センサ51bは、レーザ照射装置本体151の側面に取り付けられ、さらに、半導体レーザ58aが配置される側の端部と反対側の端部に取り付けられる。
In FIG. 4, the
レーザ照射装置50a,50bは、半導体レーザ58a,58bから出射されるレーザ光を、コリメータレンズ59a,59b及び電気光学結晶構造体60a,60bを通過させ、その後、レーザ光を外部に出射する。半導体レーザ58a、コリメータレンズ59a、電気光学結晶構造体60a及びMEMS加速度センサ51a,51bは、レーザ照射装置50aを構成する。同様に、半導体レーザ58b、コリメータレンズ59b、電気光学結晶構造体60b及びMEMS加速度センサ51f,51gは、レーザ照射装置50bを構成する。
The
電気光学結晶構造体60aは、レーザ照射装置本体151内に設けられており、直方体形状の電気光学結晶(以下、「EO結晶」という)65aと、主走査方向に対して直角をなす両端面に取り付けられた一対の電極61a,62aと、一対の電極61a,62a間に電圧を印加する不図示の電源とを備える。一対の電極61a,62bは、EO結晶65aの内部に、EO結晶65a内を通過する光束の進路に対して垂直方向の電界を形成する。一対の電極61a,62bに所定電圧を印加してEO結晶65a内に電界を発生させることにより、1μs以下(1MHz以上)の高速応答を示す。本実施の形態において、補正対象となる照射位置の変動現象の周波数は、光走査装置100の書込み速度やMEMS加速度センサの応答速度にもよるが、数k〜数百kHz程度となるのでEO結晶の応答速度で十分に対応可能である。電気光学結晶構造体60aは、この高速な電気光学効果により、光束をポリゴンミラー53に導く。
The electro-
ここで、電気光学結晶とは、電圧を印加することにより屈折率が変化する特性を有する透明結晶である。EO結晶65aは、カリウム,タンタル,ニオブおよび酸素から成る、いわゆるKTN結晶と呼ばれるものであり、高速かつ広角走査が可能という特徴がある。このEO結晶65aは、ニオブ酸リチウム(LiNb03)、タリウム酸リチウム(LiTa03)、チタン酸バリウム(BaTi03)から成る群から選択された材料であることが好ましい。また、EO結晶65aは、その両端部に印加する電圧の増大に応じて、EO結晶65a内を通過する光束を電界方向に大きく偏向する。
Here, the electro-optic crystal is a transparent crystal having a characteristic that the refractive index changes when a voltage is applied. The
レーザ照射装置50aは、上記のような電気光学効果を有するEO結晶65aによってレーザ光の出射角度を副走査方向に偏向し、感光ドラム101上の照射位置を補正する。電気光学結晶構造体60aは、EO結晶65aの性質を利用して、半導体レーザ58aから出射されるレーザ光63aの出射角度を図4中の63a′から63a″の範囲で調節可能にしている。
The
MEMS加速度センサ51a〜51d,51e〜51hは、感光ドラム101上におけるレーザ光の照射位置間隔dの変動、及び照射位置のずれを演算するために用いられる加速度を検知する。
The
[MEMS加速度センサにより検出される加速度波形:図5]
図5は、図2における各MEMS加速度センサにより検出される加速度波形を示す図であり、(a)は、MEMS加速度センサ51eにより検出される波形を示し、(b)は、MEMS加速度センサ51dにより検出される波形を示し、(c)は、MEMS加速度センサ51cにより検出される波形を示す。
[Acceleration waveform detected by MEMS acceleration sensor: FIG. 5]
5A and 5B are diagrams showing acceleration waveforms detected by the MEMS acceleration sensors in FIG. 2. FIG. 5A shows a waveform detected by the
図5(a)〜図5(c)において、例えば、感光ドラム101に装着されたMEMS加速度センサ51cが、図5(b)に示すような加速度波形Bを検知したとすると、感光ドラム101表面の位置ずれ(理想的に滑らかに回転した場合の表面移動と、実際の移動とのずれを示す)は、この加速度を時間tについて二重積分した値で表される。さらに、走査装置100と感光ドラム101の回転中心位置との変動は、MEMS加速度センサ51eにより検知される加速度波形Aと、MEMS加速度センサ51cにより検知される加速度波形Cとの差分波形で表される。このようにして求められた感光ドラム101表面の位置ずれと光走査装置100及び感光ドラム回転軸の位置変動とを加算することにより、レーザ光の照射位置のずれ量を演算することができる。
5A to 5C, for example, if the
図6は、図4における各MEMS加速度センサにより検出される加速度波形を示す図であり、(a)は、MEMS加速度センサ51aにより検知される加速度波形であり、(b)は、MEMS加速度センサ51bにより検知される加速度波形である。
6A and 6B are diagrams showing acceleration waveforms detected by the MEMS acceleration sensors in FIG. 4. FIG. 6A is an acceleration waveform detected by the
図4並びに図6(a)及び(b)において、レーザ照射装置50aの光軸の傾きの変動は、MEMS加速度センサ51a及び51bにより検知される加速度波形D及びEの差分波形から求めることができる。すなわち、レーザ照射装置50aが機械振動等によって位置変化すると、レーザ光の光軸が図4中の(+)又は(−)方向(副走査方向)に傾くように変動するので、MEMS加速度センサ51a,51bの検知波形(加速度波形D及びE)に基づいて光軸の傾きの変動を求めることができる。そして、このようにして求めたレーザ照射装置50a,50bの光軸の傾きの変動から、レーザ光63aと63bの相対的な角度変動を求めることにより、照射位置間隔dの変動を求めることができる。
4 and 6 (a) and 6 (b), the fluctuation of the inclination of the optical axis of the
本実施の形態で用いられるMEMS加速度センサ51は、MEMS技術を利用して小型化されていて、且つ高速応答が可能という特長を有する。一般的な加速度センサの応答周波数は数十〜数百Hzしかなく、毎秒数千ラインのレーザ光を書き込む光走査装置の光軸の変動を予測するには、応答周波数が低すぎる。一方、MEMS加速度センサは、加速度を検知する振動子が非常に小型で軽量であるため、過渡的な振動現象に追随できる。その結果、MEMS加速度センサは、数十kHz以上の高速応答を実現できるので、本願発明の加速度センサに最適である。以下、MEMS加速度センサについて詳細を説明する。
The
まず、MEMSとは「Micro Electro Mechanical System」の略で、半導体製造に用いる露光プロセスを利用して、微小メカ構造を電気回路とともに形成する技術である。係るMEMS技術を用い、従来不可能であったミリ単位の微小なセンサやアクチュエータを極めて低コストに製造することができる。したがって、MEMS加速度センサは、取り付けスペースの確保が容易である。また、被検知体に接触さえしていれば、被検知体に加えられる加速度を直接検知することができるため、取り付け可能な範囲が広い。加えて、従来のように、ビームピッチセンサを所定方向に向けて保持するステーを設ける必要もない。 First, MEMS is an abbreviation of “Micro Electro Mechanical System”, and is a technique for forming a micro mechanical structure together with an electric circuit by using an exposure process used in semiconductor manufacturing. By using such MEMS technology, it is possible to manufacture extremely small sensors and actuators in millimeters that have been impossible in the past at an extremely low cost. Therefore, the MEMS acceleration sensor can easily secure a mounting space. Moreover, since the acceleration applied to a to-be-detected body can be detected directly as long as it contacts the to-be-detected body, the range which can be attached is wide. In addition, unlike the prior art, there is no need to provide a stay for holding the beam pitch sensor in a predetermined direction.
このようなMEMS技術を用いた加速度センサは既に広く実用化されているもので、例えば、特開平05−5750号公報、特開平05−34370号公報、特開平06−331648号公報等でその詳細な構成が開示されている。以下、特開平06−331648号公報に示されるMEMS加速度センサについて説明する。
[MEMS加速度センサの構成:図7]
図7は、MEMS加速度センサ51の構成を概略的に示す図であり、(a)は平面図であり、(b)は図7(a)の線分J−Jに沿う断面図であり、(c)はMEMS加速度センサ51の製造方法を説明する図である。
Such an acceleration sensor using the MEMS technology has already been widely put into practical use. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-5750, Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-34370, Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-331648, and the like. The structure is disclosed. The MEMS acceleration sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 06-331648 will be described below.
[Configuration of MEMS acceleration sensor: FIG. 7]
7A and 7B are diagrams schematically showing the configuration of the
図7(a)〜図7(c)において、51はMEMS加速度センサ(単位加速度センサ)、81は絶縁基板としてのガラス基板を示し、該ガラス基板81上にはシリコン材料から成る固定部82及び可動部83が形成されている。固定部82及び可動部83は、加速度を検知する検知部を構成するとともに、固定部82及び後述する可動部83の支持部87は、MEMS加速度センサの出力信号を外部に伝達する出力電極を構成する。また、該ガラス基板81には矩形状の凹部81Aが形成され、可動側くし状電極85を備えた質量部84を矢印K方向(加速度が加わる方向)に変位可能としている。
7A to 7C, 51 indicates a MEMS acceleration sensor (unit acceleration sensor), 81 indicates a glass substrate as an insulating substrate, and a fixing
固定部82は、ガラス基板81の端部近傍に離間して配置され、互いに対向する内側面に設けられた固定電極としての一対の固定側くし状電極86を備える。一対の固定側くし状電極86は、夫々後述する質量部84に向かって突出成形された複数(例えば5枚)の薄板状電極板86Aを有する。
The fixed
可動部83は、ガラス基板81の前後2箇所に固着された支持部87と、薄板状の梁88を介して支持部87に支持される質量部84と、質量部84に設けられた可動電極としての一対の可動側くし状電極85とを備える。一対の可動側くし状電極85は、夫々薄板状電極板86Aに向かって突出形成された複数(例えば5枚)の薄板状の電極板85Aを有する。
The
可動側くし状電極85の電極板85Aと固定側くし状電極86の電極板86Aとの間には、図7(a)中の矢印K方向に関して微小隙間が形成されており、単位加速度センサ80が矢印K方向の加速度を受けると微小隙間量が変化する。固定部82及び可動部83は増幅器89に接続されている。
A minute gap is formed between the
MEMS加速度センサ51に矢印K方向の加速度が加えられると、電極板85Aと電極板86Aとの間の微小隙間量が変化し、該隙間量の変化を静電容量の変化として増幅器89によって増幅/出力し、外部に出力する。MEMS加速度センサ51の電極板85A,86Aは、夫々電気的に並列接続され、各電極板85A,86A間の静電容量を加算した全体静電容量から加速度を検出する。これにより、検出感度と検出精度を向上させることができる。
When acceleration in the direction of arrow K is applied to the
次に、MEMS加速度センサ51の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、直径7.5〜15.5(cm)、厚さ300μm程度のシリコンウエハにマスキング/エッチング処理を施し、複数の質量部84、電極板85A、電極板86A及び固定部82を形成する。また、該シリコンウエハと同じ大きさの円板状ガラス基板にガラスエッチング処理を施し、複数の凹部81Aを形成する。
First, a masking / etching process is performed on a silicon wafer having a diameter of 7.5 to 15.5 (cm) and a thickness of about 300 μm to form a plurality of
次に、該ガラス基板と該シリコンウエハを陽極接合させ、図7(c)に示すように複数個の単位加速度センサをガラス基板上に形成する。その後、ガラス基板上の複数個の加速度センサ(加速度センサ群)をチップ(約数mm角)の大きさに切断し、複数個のMEMS加速度センサ51を作製する。
Next, the glass substrate and the silicon wafer are anodically bonded, and a plurality of unit acceleration sensors are formed on the glass substrate as shown in FIG. Thereafter, a plurality of acceleration sensors (acceleration sensor group) on the glass substrate are cut into the size of a chip (about several mm square) to produce a plurality of
これにより、MEMS加速度センサ51を一度の製造工程で同時に数十個単位で製造することができ、且つ小型/軽量に作製することができる。尚、従来の半導体製造技術を用いて、図7(a)の増幅器89をガラス基板81上に同時に形成することも可能である。
Thereby, the
[照射位置補正処理を示すフローチャート:図8]
図8は、レーザ光の照射位置を補正する照射位置補正処理を示すフローチャートである。
[Flowchart showing irradiation position correction processing: FIG. 8]
FIG. 8 is a flowchart showing an irradiation position correction process for correcting the irradiation position of the laser beam.
図8において、まず、画像形成装置104に設けられた不図示の入力手段により補正開始の指示が入力されると、変動予測回路71内の演算回路70aが加速度センサ51aと加速度センサ51bの差分波形αを算出すると共に、演算回路70bが加速度センサ51fと加速度センサ51gの差分波形βを算出する(ステップS801)。
In FIG. 8, first, when an instruction to start correction is input by an input unit (not shown) provided in the
次に、変動予測回路71内の演算回路70cは、上記差分波形αと差分波形βとの差分波形γを算出し、データテーブル73のデータを参照して、レーザ光63aとレーザ光63bの照射位置間隔dの変動を演算する(ステップS802)。ここで、データテーブル73は、加速度センサの検出波形と実際の角度変動との関係をデータベース化したもので、シミュレーションや実験等により求められ、予め記憶されたものである。
Next, the
一方、演算回路70dは、加速度センサ51eと加速度センサ51cの差分波形δを算出し、光走査装置100と感光ドラム101を支持する支持側板52aとの相対的な位置変動を求める。また、演算回路70dは、加速度センサ51eと加速度センサ51hの差分波形εを算出し、光走査装置100と支持側板52bとの相対的な位置変動を求める(ステップS803)。次に、ステップS803で求められた差分波形δ,εに、夫々感光ドラムに取り付けられた加速度センサ51dの検出波形を加算する(ステップS804)。
On the other hand, the
演算回路70dは、ステップS804で算出された各加算波形とデータテーブル74のデータを参照して、光走査装置100から感光ドラムにレーザ光を照射する際の照射位置のずれ量を演算する(ステップS805)。ここで、データテーブル74は、ステップS804で算出された各加算波形と実際の照射位置のずれとの関係をデータベース化したもので、シミュレーションや実験等により求められ、予め記憶されたものである。
The
次に、補正量決定回路72は、ステップS802で演算された照射位置間隔dの変動及びステップS805で演算された照射位置のずれ量に基づいて、電気光学結晶構造体60a及び60bに印加する電圧、すなわち電気光学結晶構造体60a及び60bの偏向角度を決定する(ステップS806)。制御回路75は、補正量決定回路72により決定された電圧を電気光学結晶構造体60a及び60bに夫々印加して、レーザ光63a,63bの照射位置を補正する(ステップS807)。その後、画像形成動作が終了したか否かを判定し(ステップS808)、画像形成動作が終了していない場合はステップS801に戻り、終了した場合は本処理を終了する。
Next, the correction
本実施の形態によれば、光走査装置100は、2つのレーザ照射装置50a,50bと、レーザ照射装置50a,50bから出射された光束を走査するポリゴンミラー53と、レーザ照射装置50a,50bとポリゴンミラー53との間の各光路中に設けられ、レーザ照射装置50a,50bから出射された光束を電圧印加により副走査方向に偏向する電気光学結晶構造体60a,60bと、レーザ照射装置50a,50bの相対的な位置を検知するMEMS加速度センサ51a,51b及びMEMS加速度センサ51g,51fと、MEMS加速度センサ51a,51b,51g,51fの検知結果に基づいて、レーザ照射装置50a,50bの照射位置間隔dの変動を演算する演算回路70cと、演算回路70cで演算された照射位置間隔dの変動に応じて電気光学結晶構造体60a,60bに印加される電圧を制御する制御回路75とを備えるので、機械振動等によって1ms以下の短周期のピッチ変動が発生する場合であっても、1μs以下(1MHz以上)の高速応答を示す電気光学結晶構造体60a,60bにより、2つの光束の照射位置間隔dを一定に保つように補正することができ、もってレーザ光を感光ドラム101上の正確な位置に照射することができる。
According to the present embodiment, the
また、光走査装置100は、光走査装置100本体と感光ドラム101の相対的な位置変動を検知するMEMS加速度センサ51c,51e,51hと、感光ドラム101表面の周速変化を検知するMEMS加速度センサ51dと、MEMS加速度センサ51c,51e,51h及びMEMS加速度センサ51dの検知結果に基づいて、レーザ照射装置50a,50bの照射位置のずれ量を演算する演算回路70dと、演算回路70dで演算された照射位置のずれ量に応じて電気光学結晶構造体60a,60bに印加される電圧を制御する制御回路75とを備えるので、感光ドラム101の偏心等により照射位置のずれが発生する場合であっても、電気光学結晶構造体60a,60bによりレーザ照射装置50a,50bの照射位置のずれを補正することができ、もってレーザ光を感光ドラム101上の正確な位置に照射することができる。
The
本実施の形態では、電気光学結晶構造体60は、絞り部材3とポリゴンミラー53との間の光路中に設けられるが、これに限るものではなく、レーザダイオード1とポリゴンミラー53との間の光路中に設けられてもよい。
In the present embodiment, the electro-optic crystal structure 60 is provided in the optical path between the diaphragm member 3 and the
上記実施の形態では、ポリゴンミラー53によって感光ドラム101を走査するが、これに限るものではなく、ガルバノミラーやMEMS(Micro Electro Mechanical System)によって感光ドラムを走査する構成であってもよい。
In the above embodiment, the
また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記憶した記憶媒体をレーザ走査装置に供給し、そのレーザ走査装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出して実行することによっても、達成される。 Another object of the present invention is to supply a storage medium storing a software program that implements the functions of the above-described embodiments to a laser scanning apparatus, and the computer (or CPU, MPU, etc.) of the laser scanning apparatus stores the storage medium. This can also be achieved by reading and executing the program code stored in.
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することとなり、そのプログラムコードおよび該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。 In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiment, and the program code and the storage medium storing the program code constitute the present invention.
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。 Examples of the storage medium for supplying the program code include a floppy (registered trademark) disk, a hard disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a CD-RW, a DVD-ROM, a DVD-RAM, and a DVD. An optical disc such as RW or DVD + RW, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used. Alternatively, the program code may be downloaded via a network.
コンピュータから読出されたプログラムコードを実行することにより、上述した上記実施の形態の機能が実現されだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動するOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。 By executing the program code read from the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but an OS (operating system) operating on the computer based on the instruction of the program code is actually used. It goes without saying that a case where the function of the above-described embodiment is realized by performing part or all of the processing and the processing is included.
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。 Further, after the program code read from the storage medium is written to a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion is performed based on the instruction of the program code. This includes a case where the CPU or the like provided in the board or the function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
100 光走査装置
50a,50bレーザ照射装置
53 ポリゴンミラー
54 第1のfθレンズ
55 第2のfθレンズ
60a,60b 電気光学結晶構造体
51a〜51h MEMS加速度センサ
71 変動予測回路
70a,70b,70c,70d 演算回路
72 補正量決定回路
75 制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数の光源から出射された光束を走査する光偏向手段と、
前記複数の光源と前記光偏向手段との間の各光路中に設けられ、前記複数の光源から出射された光束を電圧印加により偏向する複数の電気光学結晶構造体と、
複数の光源の各々に取り付けられ、前記複数の光源の各々の位置変動を検出することによって前記複数の光源の相対位置を検知する位置検知センサと、
前記位置検出センサによる検知結果に基づいて、前記複数の光源の相対的な照射位置変化を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算された照射位置変化に応じて前記複数の電気光学結晶構造体に印加される電圧を制御する制御手段とを備えることを特徴とする光走査装置。 Multiple light sources;
Light deflecting means for scanning light beams emitted from the plurality of light sources;
A plurality of electro-optic crystal structures that are provided in each optical path between the plurality of light sources and the light deflecting unit and deflect light beams emitted from the plurality of light sources by voltage application;
A position detection sensor that is attached to each of the plurality of light sources and detects a relative position of the plurality of light sources by detecting a positional variation of each of the plurality of light sources;
An arithmetic means for calculating a relative irradiation position change of the plurality of light sources based on a detection result by the position detection sensor ;
An optical scanning apparatus comprising: a control unit that controls a voltage applied to the plurality of electro-optic crystal structures according to an irradiation position change calculated by the calculation unit.
前記演算手段は、前記加速度センサの各々の検知値を解析して、前記複数の光源の相対的な照射位置変化を演算することを特徴とする請求項1記載の光走査装置。 The position detection sensor is an acceleration sensor,
Said computing means, said analyzing each of the detection value of the acceleration sensor, an optical scanning apparatus according to claim 1, wherein computing the relative irradiation position change of said plurality of light sources.
前記一対の電極部は、前記電気光学結晶の内部に、前記電気光学結晶内を通過する光束の進路に対して垂直方向の電界を形成することを特徴とする請求項4記載の光走査装置。 The voltage control unit has a pair of electrode units attached to the electro-optic crystal,
5. The optical scanning device according to claim 4, wherein the pair of electrode portions form an electric field in a direction perpendicular to a path of a light beam passing through the electro-optic crystal inside the electro-optic crystal.
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