JP5114178B2

JP5114178B2 - 光走査装置の調整方法

Info

Publication number: JP5114178B2
Application number: JP2007321562A
Authority: JP
Inventors: 光夫鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: CN101458392A; CN101458392B; JP2009145515A

Description

本発明は、レーザラスタ書込光学系に用いられる振動ミラーを有する光走査装置及びカラー画像形成装置に関するものである。

従来、カラー機の高速プリント化・高画質化を実現するにあたって、ポリゴンスキャナを２５０００ｒｐｍ以上の高速で、かつ高精度に回転させる必要が生じている。一方、レーザビームの小径化による高画質化のため、上記ポリゴンスキャナに使用されるポリゴンミラーの内接円半径や主走査方向の長さが比較的大きく、ポリゴンスキャナとして高負荷化の動向にある。

この高負荷化により、ポリゴンスキャナの消費電力は増加し、その発熱が走査レンズなどの光学素子に悪影響を与える。具体的にはポリゴンスキャナに最も近接する走査レンズの温度上昇である。ポリゴンスキャナからの発熱は光学ハウジングを伝熱し、または輻射により走査レンズの温度が上昇する。実際は走査レンズを均一に温度上昇させるのではなく、発熱源（ポリゴンスキャナ）からの距離または各々材質の熱膨張率差や気流の影響により、特に長手方向となる主走査方向に対して温度分布をもつ。

主走査方向に温度分布をもつと、特に走査レンズの形状精度および屈折率が変化してしまい、レーザビームのスポット位置が変動し、画質が劣化する。この問題は特に熱膨張率の大きいプラスチックの場合が顕著となる。

カラー機においては、各色（イエロ、マゼンダ、シアン、ブラック）に応じたレーザビームを各々走査しているので、上記問題以外に各色に対応する光走査装置間の温度偏差が問題となる。上記温度偏差は各色に対応するビームスポットの相対位置関係のずれを発生させ、画像の色ずれとなってしまう。

また、高負荷ポリゴンミラーの発熱による温度上昇が回転体構成部品（特に質量割合の多いポリゴンミラー）の微移動を誘発し、回転体バランスを変化させ、振動を発生させてしまう。回転体を構成している部品（ポリゴンミラー、ロータ磁石が固定されるフランジ、軸）の熱膨張率が異なっていたり、一致していても部品公差や固定方法などを厳密に管理、検査しないと高温高速回転時に微移動（回転体のバランス変化）が発生し、ひいては振動を増大させる結果となっていた。振動が光走査装置内の光学素子（例えば折り返しミラー）へ伝達増幅させバンディングを発生させ画像劣化や騒音を引き起こすことになる。

上記課題を解決するため、ポリゴンミラー偏向器の代わりとして、共振現象を用いた振動ミラーが検討されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。本方式は消費電力が小さく、光走査装置に使用される走査レンズの温度上昇やカラー機の各光走査装置毎の温度偏差や振動を低減するという効果を奏する。

しかしながら、上記振動ミラーはねじり梁の共振現象を用いて振動振幅を実用的な大きさとなる角度まで稼いでいるため、負荷となる可動ミラー部のサイズは非常に小さく、従来のポリゴンミラーと比較して面積で１／１０〜１／５程度であるということがビームスポット径の小径化に障害となっている。

さらに、光学ハウジング等の走査結像レンズが搭載される基準面に対して可動ミラー部の取付精度が悪いという問題がある。従来のポリゴンミラーでは機械加工部材と軸受とが一体になっているため、機械加工精度で高精度化が可能であるが、振動ミラーは主に半導体プロセスで作成された可動ミラー部は別体のブラケット等へ固定する必要があり、その際に可動ミラー部の取付姿勢精度が悪化するためである。

このような振動ミラーを用いた光走査装置では、ポリゴンミラーと同等の光学特性（被走査面上での所望のレーザビーム径。６００ｄｐｉ以上の高画質化を発揮するために必要な所望のレーザビーム径、主走査／副走査とも８０μｍ以下：ピーク光量の１／ｅ²）を確保することが困難である。なぜなら、振動ミラーの面積が小さく、かつ取付姿勢精度が悪いため光源からのレーザビームが可動ミラー部に対してケラレたり、また走査レンズに対して振動ミラーの振幅中心が一致しなくなり光学設計上要求される精度に達しないためである。

特開２００５−２０２３２１号公報特開２００７−０５８２０５号公報特開２００７−１７１８５４号公報特開２００７−２３３２３５号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、消費電力が小さく、光走査装置に使用される走査レンズの温度上昇やカラー機の各光走査装置毎の温度偏差や振動を低減するという振動ミラーの本来の効果を有しながら、小径ビームスポットを達成し高画質化を可能とする光走査装置の調整方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕レーザビームを放射する光源手段（光源１０）と、該光源手段からのレーザビームを偏向走査する振動ミラー（振動ミラー１１）と、偏向走査されるレーザビームを被走査面に向かって集光する走査結像光学系（レンズ１４，１７、ミラー１６）と、前記レーザビームの走査領域内で走査中心を挟んだ両端近傍位置に設けられた該レーザビームを受光する２つの受光素子（受光素子ＰＤ１，ＰＤ２）と、を備える光走査装置（光走査装置５）の調整方法において、前記２つの受光素子のうちの第一の受光素子の出力パルスの時間間隔と第二の受光素子の出力パルスの時間間隔と（タイムインターバルＡ，Ｂ）が一致するように、及び、前記第一の受光素子の出力パルス幅と前記第二の受光素子の出力パルス幅と（パルス幅ＰＡ、ＰＢ）が一定となるように、前記振動ミラーの揺動軸を中心とした回転方向の取付姿勢（ブラケット４７１の姿勢）を調整することを特徴とする光走査装置の調整方法（図１、図４、図６）。
〔２〕前記２つの受光素子からの出力信号を基に前記振動ミラーの振幅波形の振幅を一定とする制御手段を有し、前記制御手段により前記振動ミラーの振幅波形の振幅が一定に制御されている状態で、該振動ミラー揺動軸を中心とした回転方向の取付姿勢を調整することを特徴とする前記〔１〕に記載の光走査装置の調整方法。
〔３〕前記２つの受光素子の出力信号における各々の出力パルスの時間間隔及び／又は出力パルス幅を複数回計測し、平均化処理する演算手段を有することを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載の光走査装置の調整方法。
〔４〕前記受光素子からの出力信号を基に振動ミラーの揺動軸を中心とした回転方向の取付姿勢の調整を行なった後に、前記走査結像光学系（レンズ１４）の走査レンズ位置を主走査方向に移動し調整することを特徴とする前記〔１〕乃至〔３〕のいずれかに記載の光走査装置の調整方法（図１）。
〔５〕前記光源手段として複数の光源装置（光源装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）を有し、該複数の光源装置から放射されたそれぞれのレーザビームが単一の前記振動ミラー（振動ミラー１１）により複数の被走査面を偏向走査され、前記２つの受光素子（受光素子ＰＤ１，ＰＤ２）は、前記複数の被走査面のうち一つの被走査面（感光体３Ｋ）に対応する走査結像光学系（レンズ１４，１７Ｋ、ミラー１６Ｋ）内にのみ配置されることを特徴とすることを特徴とする前記〔１〕乃至〔４〕のいずれかに記載の光走査装置の調整方法（図１）。
〔６〕前記受光素子を走査するレーザビームは、前記走査結像光学系を通ったレーザビームであることを特徴とする前記〔１〕乃至〔５〕のいずれかに記載の光走査装置の調整方法（図１）。

本発明によれば、振動ミラーの本来の効果（低消費電力、低騒音）を有しながら、６００ｄｐｉ以上の高画質、高精細に対応した小径のビームスポット径を達成する光走査装置の調整方法を提供することができる。
また、本発明によれば、受光素子の出力信号に対してジターの影響を無くすことができるため、調整精度を実質的に向上させ、より安定した小径のビームスポット径確保が可能な光走査装置の調整方法を提供することができる。
また、本発明によれば、突発的に発生するような電気的なノイズに対しても影響を軽減し、調整精度を実質的に向上させ、より安定した小径のビームスポット径確保が可能な光走査装置の調整方法を提供することができる。
また、本発明によれば、調整範囲を実質的に広げることが可能となり、より高精度で安定した小径のビームスポット径確保が可能な光走査装置の調整方法を提供することができる。
また、本発明によれば、装置全体の小型化、消費電力の低減（省エネ）を実現する光走査装置の調整方法を提供することができる。

以下に、本発明に係る光走査装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係る光走査装置の構成例を示す斜視図である。
この構成例において、光走査装置５は、後述する図１１に示した画像形成装置内の４つの感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ（以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付け、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの色に対応する部分として区別するものとする。）が並設された作像部の上方に配置されるものである。また、光走査装置５は、各色に対応する４つの光源と、各光源からのレーザビームを偏向走査する光偏向手段（振動ミラー１１）と、４つの感光体ドラム３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの被走査面上に導く走査結像光学系を備えており、これらの構成部材は図示しない光学ハウジング内に収納されている。

光源手段である光源１０は、半導体レーザとカップリングレンズにより構成される「光源装置」を各色に対応するよう４つ有している（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）。光源における４つの半導体レーザは、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分画像を書込むための光束を放射する。各半導体レーザから放射される光束は、カップリングレンズにより以後の光学系に適合する光束形態（平行光束あるいは弱い発散性もしくは集束性の光束）に変換され、折り返しミラー１３を経てシリンドリカルレンズ１２により副走査方向に集束されて偏向走査手段である振動ミラー１１の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像される。

振動ミラー１１に対して入射側には図示しないレーザ透過部材が配置されている、光源１０側からの各光束はレーザ透過部材を介して振動ミラー１１に入射する。ついで振動ミラー１１の揺動により同一方向に偏向された４色分の偏向光束は、走査結像光学系の走査レンズ群を構成する第一のレンズ１４を透過する。

ブラック成分画像を書込む光束（例えばレンズの上端の位置）はミラー１６Ｋで反射され、走査レンズ群を構成する第二のレンズ１７Ｋを透過し、被走査面の実態を成すドラム状の光導電性の感光体３Ｋ上に光スポットとして集光し、感光体３Ｋの表面を矢印方向に光走査する。走査レンズ群の１４、１７Ｋの材質は非球面形状が容易かつ低コストのプラスチック材質からなり、具体的には低吸水性や高透過率、成形性に優れたポリカーボネートやポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が好適である。

イエロー、マゼンタ、シアンの各色成分画像を書込む光束もそれぞれ上記と同様に、ミラーで反射され、レンズを透過、感光体上に光スポットとして結像し、各色とも同一の矢印方向に走査される。この光走査により各感光体に対応する色成分画像の静電潜像が形成される。なお、ブラック以外の各色に相当する光学素子等には番号は付記していないが、ブラックの略意である「Ｋ」が番号後に付されている部品はイエロー、マゼンタ、シアンとも光学的な同位置に配置されている。

これら静電潜像は、現像装置により対応する色のトナーで可視化され、中間転写ベルト２上に転写される。転写の際、各色トナー画像は互いに重ね合わせられカラー画像を構成する。このカラー画像はシート状記録媒体上に転写され、定着される。カラー画像転写後の中間転写ベルト２はクリーニング装置でクリーニングされる。

以上説明したように、図１の光走査装置５は、カラー画像を構成する２以上の色成分画像に対応する複数の光源装置から放射された各光束を、偏向走査手段の振動ミラー１１により同一方向に偏向走査し、各偏向光束を走査結像光学系のうち第一のレンズ１４を各色共通に透過するレンズ１４と、各々の走査結像手段に設けられたレンズ（ブラック成分画像を書込む走査結像光学系であればレンズ１７Ｋ）により、各色成分画像に対応する被走査面に向かって個別的に集光させて光走査を行い、各色成分に相当する４つの走査結像手段を有する。

ここで、振動ミラー１１の反射面に入射する各色のレーザビームは副走査方向に対して、所望の角度を有している(所謂、斜入射光学系)。具体的には最大となる色のレーザビームで５°以下となるように設定されている。入射角度が５°以上の場合、被走査面上での走査線曲がりが大きく発生し、かつレーザビームが太径化し結果として画像の劣化を招く。反面、各色のレーザビームが斜入射せずに水平で入射（斜入射角０°）する場合、反射面の副走査方向の幅が多く必要となるため、振動ミラーの負荷が大きくなり、振動周波数が高くできないといった不具合が有る。

次に、振動ミラー１１について詳述する。
図２は振動ミラー１１の実施例としての詳細図、図３はその分解斜視図である。また、図４は光学ハウジングへ搭載される形態の振動ミラーユニット４７０を示している。
振動ミラー１１は、表面にミラー面を形成し振動子をなす可動部４４１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４４６とからなり、Ｓｉ基板をエッチングにより切り抜いて形成されるものである。

実施例としては、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。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４４７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、可動ミラー部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（図２（ａ）、図３）。ここで、ねじり梁４４２、補強梁４４４の幅は４０〜６０μｍとした。

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。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（図２（ａ），（ｂ））。当然、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。

実装基板４４８上には、フレーム４４７を装着する枠状の台座４６６と、可動ミラー部４４１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（図３）。

振動ミラー１１は、ミラー面を表に向けて台座４６６に装着され、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をねじって可動ミラー部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４４２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、可動ミラー部４４１を往復振動させることができる。そして、この電流の切り換える周期を、振動ミラー１１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。

図４に示した振動ミラーユニット４７０は、振動ミラー１１と、振動ミラー１１の姿勢を固定するとともに、振動ミラー１１の電極部４５５と電気接続するための電極部４７３を有するブラケット４７１と、ブラケット４７１を固定し、光学ハウジング（図示しない）に載置される基板４７２と、で構成される。なお、基板４７２は電気コネクタ４７４を有する。したがって、振動ミラー１１の取付姿勢の調整は、ブラケット４７１の姿勢（向き、傾きなど）を調整することにより行なわれる。

振動ミラー１１は可動部（可動ミラー部４４１）の質量、イナーシャが従来のポリゴンミラーに比べて非常に小さいため駆動部も小型化され、磁気回路の高効率化もあいまって消費電力が低く抑えることができる（ポリゴンミラーの消費電力比1/10以下）。その結果、発熱が少なくなり書込光学系の光学素子やハウジングの温度上昇も実質的になくすことが可能となることから、特に樹脂製の走査レンズが局部的な温度分布をもつことなく、カラー画像形成時のレーザビームの走査位置を変動することなく色ずれの発生を抑制することができる。

さらに、可動部の質量、イナーシャが小さいことにより、揺動時にも外部へ伝達する振動（質量アンバランスによる振動）が少ない（ポリゴンミラーの振動加速度比1/100以下）ことから、書込光学系の光学素子へ伝達する振動が実質的になくなり、折返しミラーの振動による画像形成時のバンディング（副走査方向の粗密変動）の発生も解消することができる。

ところで、振動ミラー１１では、可動ミラー部４４１のサイズは非常に小さく、さらに可動ミラー部４４１の取付精度（副走査方向の軸と可動ミラーの揺動（回転）軸）が悪いという問題があり、本発明では取付姿勢の調整を行なうことによって問題を解消している。

まず、図５に示すように、図１に示したカラー画像形成用光走査装置のうち、ひとつの感光体に相当する要部を考える。振動ミラー１１によって偏向走査されるレーザビーム６０を走査位置により、振動ミラー１１の最大振れ角の走査位置を６０ａ、最大振れ角以内に配置される受光素子ＰＤ１，ＰＤ２へ入射して出力信号がでるタイミングにレーザビームが走査される位置を６０ｂ、感光体３への画像領域の端部を走査する位置を６０ｃとした。

図６（ａ）は、図５の構成において時間に対する振動ミラー振幅（振動ミラーの振れ角変動の大きさ）を示したものである。振動ミラーは共振現象を利用して大きな振幅を発生させるため、振動ミラーの振幅は時間に対して正弦波状の軌跡を描き、偏向走査されるレーザビームの走査速度が一定ではなく走査位置によって異なることになる（走査レンズがない場合）。このような走査速度でも一定となるように走査レンズ１４、１７はｆ・ａｒｃｓｉｎ特性を有している。

ここで振動ミラーユニットの姿勢調整は具体的には以下の方法により行なわれる。
まず、光源１０Ｋからレーザビームを出射（マルチビーム光源のうち１つの光源のみ点灯）し、振動ミラー１１を駆動し受光素子ＰＤ１およびＰＤ２内を走査させる。走査されたレーザビームにより、図６（ｂ）、（ｃ）の受光素子ＰＤ１、ＰＤ２出力に示すような出力信号が得られる。この受光素子ＰＤ１の出力信号における２つの出力パルスのタイムインターバル（時間間隔）Ａ（図中、Ａ_１，Ａ_２，・・・Ａ_ｎ）と受光素子ＰＤ２の出力信号における２つの出力パルスのタイムインターバル（時間間隔）Ｂ（図中、Ｂ_１，・・・Ｂ_ｎ）が一致するように、図４における振動ミラーユニット４７０のブラケット４７１を可動ミラー４４１の揺動軸を中心とした回転方向の姿勢調整を行う。なお、受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を走査するレーザビームは、走査結像光学系を成す走査レンズ１４，１７Ｋを通って結像されたものである。

また、上記姿勢調整された状態において、走査レンズの主走査方向中央と振動ミラーの振幅中心が一致していないと、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２でのレーザビーム径が太径化するとともに、太径化の大きさが異なる。このとき、図６（ｂ）、（ｃ）の受光素子ＰＤ１の出力信号における１つ目の第１のパルスのパルス幅ＰＡ_１１（あるいは第２のパルスのパルス幅ＰＡ_１２）と受光素子ＰＤ２の出力信号における１つ目の第１のパルスのパルス幅ＰＢ_１１（あるいは第２のパルスのパルス幅ＰＢ_１２）が異なることになる。そこで、このパルス幅ＰＡ_１１とパルス幅ＰＢ_１１が一定となるように振動ミラーユニット４７０のブラケット４７１の前記姿勢調整を行う。

また、レーザビームの走査速度及び光量一定のとき、前記パルス幅はレーザビーム径の変化により変動する（図７）。図７は、受光素子ＰＤ１（あるいはＰＤ２）をレーザビームが走査した場合の受光部（後述）の出力波形（受光素子出力波形）及びコンパレータ出力波形を示している。図７の受光部の出力波形の実線７０は所望のレーザビーム径のときを示しており、パルス幅８０を出力する。一方ビーム径が太いと受光部を走査するときの時間当りの光量変化が緩やかになるため、点線７１のような緩やかな立ち上がりを示し、出力パルス幅８１も拡大することになる。従って、あらかじめレーザビーム径と受光素子の出力信号のパルス幅の関係を掴んでおけば、パルス幅を計測することによりレーザビーム径を特定することができる。このとき前提となる走査速度と光量は光走査装置の実使用での条件に統一しておくことが好適である。

このように受光素子ＰＤ１の出力であるパルス幅ＰＡ_１１，ＰＡ_１２はレーザビーム径に対して相関関係を有しているが、その相関関係を保つために、少なくとも振動ミラー１１はその振幅波形の振幅を一定にする駆動制御（及び光量を一定とする光量制御）を行ない、受光素子ＰＤ１を走査するときの走査速度が一定となるようにしている（走査ジターで0.02％以下）。振動ミラー１１を制御していない状態では受光素子ＰＤ１を走査する走査速度が一定にならず（あるいは光量を一定でない状態では）、受光素子ＰＤ１の出力信号が影響を受け、その結果、パルス幅ＰＡ_１１，ＰＡ_１２が変動してしまい、レーザビーム径に対する相関関係が崩れるためである。このことは受光素子ＰＤ２においても同様である。ここで、振動ミラー１１の振幅波形の振幅を一定にする駆動制御（後述）を行なった後に、振動ミラーユニット４７０のブラケット４７１の前記姿勢調整を行うとよい。

振動ミラーユニット４７１の姿勢調整で２つの受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の出力パルス幅の一致が所望のレベル内とならない場合や一致精度を高精度にしてビーム径を設計上の限界まで小径化したい場合（すなわち、振動ミラー１１のみの調整よりも調整範囲を実質的に広げたい場合）、走査レンズ１４を主走査方向（図１に示した走査レンズ１４上に示した矢印方向）に移動し調整を行なうことが好適である。ｆ・ａｒｃｓｉｎ特性を支配しているのが走査レンズ１４であるためである。

なお、振動ミラー１１の走査速度が正弦波的に変化するため、走査速度が一定となるように走査レンズにｆ・ａｒｃｓｉｎ特性をもたせているが、走査レンズ１４と振動ミラー１１の振幅状態が設計通りの位置に配置されていないと、ｆ・ａｒｃｓｉｎ特性の効きが劣化し、走査速度及びレーザビーム径が設計所望値と異なることになる。

一方、光源１０Ｋから出射したレーザビームが光学素子を経て振動ミラー１１の可動ミラー部４４１に入射する際に、光源１０Ｋの姿勢位置により、レーザビームのケラレが発生することがある。可動ミラー部４４１の面積が小さいこと（この場合は主走査方向）に起因する問題であり、この場合、既に振動ミラー１１の姿勢調整は終えた後に光源１０Ｋを副走査方向を軸とした回転の姿勢調整（図１における光源１０Ｋに関する矢印参照）を行なうことにより、ケラレを無くすことができる。ケラレが発生するとレーザビーム径に変化が現れる（レーザビーム径が太径化する）ので、上記同様にパルス幅を計測することで確認チェックできる。

なお、上記で説明した受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の出力信号の時間間隔（図６（ｂ）、（ｃ）のＡ、Ｂ）及び出力パルス幅（図６（ｂ）、（ｃ）のＰＡ、ＰＢ）について各々複数回計測し、平均化処理する演算手段により平均化処理を行い、この平均化処理後のデータ（時間間隔Ａ，Ｂ、出力パルス幅ＰＡ，ＰＢ）に基づいて振動ミラー１１の姿勢調整を行なうとよい。これにより、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２からの出力信号にはジターによる走査速度のばらつきや電気的なノイズが突発的に生ずることがあるので、その影響を軽減し、調整精度を実質的に向上させることが可能となる。

つぎに、上記に述べた振動ミラーのメリットを活かすためには以下の制御が必須であり、好適な例を示す。すなわち、上述したような特性（ｆ・ａｒｃｓｉｎ特性）の走査レンズ１４，１７を使用したとしても、図８に示すような振動ミラー１１の揺動ばらつき変動が発生する。そのため、その変動を抑制するように各々制御を行っている。例えば、振動ミラー１１の周波数（駆動信号）が一定の場合、その振動ミラー１１の振幅波形は理想振幅波形（正弦波形）となるはずであるが、実際には図８（ａ），（ｂ），（ｃ）のような理想振幅波形からずれた実際の振幅波形となる現象が発生し、いずれもレーザビームの走査位置変動となって、画像劣化を発生させることになる。

図８（ａ）は、振幅変動について示したものであり、振幅が目標よりも大きい場合（小さい場合も同じ）、矢印方向に示す方向に修正して理想振幅波形の振幅とするために、図６（ｂ），（ｃ）で示したような受光素子ＰＤ１の２つの出力信号で求まるタイムインターバルＡ（図中、Ａ_１，Ａ_２，・・・Ａ_ｎ）と受光素子ＰＤ２の２つの出力信号で求まるタイムインターバルＢ（図中、Ｂ_１，・・・Ｂ_ｎ）の演算値が一定となるように制御を行う。具体的には、(Ａ₁＋Ｂ₁)/2、(Ａ₂＋Ｂ₂)/2、・・・(Ａ_ｎ＋Ｂ_ｎ)/2の平均値を算出し、複数回の平均化（ｎ回分の平均値の平均化）を行い、共振周波数から一義的に決まる制御目標値となるように制御を行う。

図８（ｂ）は、振動ミラー１１の振幅波形の振幅中心と走査領域中央の位置関係について示したものであり、走査領域中央（理想振幅波形）に対して、実際の振幅波形にオフセットがある状態を示した例である。オフセットを無くすように（矢印方向に示す方向に修正して）、図６（ｂ），（ｃ）で示したような受光素子ＰＤ１出力のタイムインターバルＡ（図中、Ａ_１，Ａ_２，・・・Ａ_ｎ）と受光素子ＰＤ２出力のタイムインターバルＢ（図中、Ｂ_１，・・・Ｂ_ｎ）の演算値が一定となるように制御を行う。具体的にはＡ_１−Ｂ_１、Ａ_２−Ｂ_２、・・・Ａ_ｎ−Ｂ_ｎの差分を算出し、数回の平均化（ｎ回分の差分の平均化）を行い、目標値である零となるように制御を行う。

図８（ｃ）は、振動ミラー１１の振幅波形の位相変動について示したものであり、図に示す実際の振幅波形のような位相変動（時間軸方向の位相のずれ）が生じても矢印方向に示す方向に修正して理想振幅波形の位相とするために、図６（ｂ），（ｄ）で示したような振動ミラー１１を駆動するための信号を生成する基準位相クロックと受光素子ＰＤ１出力のタイムインターバルＣ（位相偏差）が一定となるように制御を行う。具体的には、タイムインターバルＣ１、Ｃ２・・・で複数回の平均化を行い、目標値である零となるように制御を行う。このとき、タイムインターバルをカウントする受光素子ＰＤ１の出力は、２つの出力のうち画像形成領域に入る直前のタイミングである出力（Ａの後端側）が好適である。位相を合わせることについては、画像の書き始め側直前（Ａの後端側）の出力の方が精度が高いためである（タイムインターバルＡの前端側の出力を利用した場合、Ａの時間内の位相変動により画像形成時の位相精度が低下する）。

ここで、図８（ａ），（ｂ）の振幅またはオフセットは、理想となる走査速度と異なる現象であるため、主走査方向の走査位置ずれとなる。例えば、主走査方向のジター（縦線ゆらぎ）、主走査倍率誤差という画像劣化を引き起こし、これはカラー画像に限らずモノクロ画像でも共通の課題である。一方、図８（ｃ）の位相変動は、カラー画像形成時には特有の問題となる。図１に示したように、単一の振動ミラー１１が画像信号に応じて各色の光源から出射されるレーザビームを各色毎の感光体へ走査するわけであるが、位相変動が発生すると各色のレーザビームの偏向走査位置が変ってしまうため画像上（中間転写ベルト上）は副走査位置の変動となり色ずれ、色むらの発生となる。

図９は、本発明の光走査装置５において振幅、オフセット、位相制御を実現する制御系（制御手段）のブロック図である。
偏向走査されて受光素子ＰＤ１、ＰＤ２を走査するレーザビームにより出力される信号を各々カウンタ１１１，１１２で前記タイムインターバルＡ、Ｂを計測する。ついで、演算器１１３で、（Ａ＋Ｂ）/２の平均を目標の振幅と比較し、同様にＡ−Ｂの差分の平均を目標のオフセット（本実施例では零）と比較し、その結果をコントローラ１１４へ出力する。各々平均をとる理由（平均化処理を行う理由）は突発的な電気ノイズが混入した場合など誤った情報により制御を行うことを防止するためである。なお、平均化の回数は２〜１０回の範囲で行われる。１０回以上だと補正タイミングが遅くなり、制御偏差が大きくなるためである。

コントローラ１１４は、前記比較結果に応じて振幅およびオフセットの補正量を演算し、補正された正弦波の駆動信号を振動ミラー１１の駆動回路（アンプ）１１０にて増幅して振動ミラー１１を駆動制御する。上記制御系ループが振幅およびオフセット制御ループである。

ついで、位相制御ループは、上記振幅、オフセット制御が正常にはたらき各々目標値に対して所望の範囲に入った制御状態において、基準位相クロック（基準クロック）から生成される振動ミラー１１の駆動信号に基づく振動ミラー１１の振れ角の理想振幅波形に対する、実際の振動ミラーの振幅波形の位相変動を打ち消すように位相制御ループを実行する。すなわち、位相制御は振幅およびオフセット制御に対して、高精度な制御であるためすべての制御を同時に実行すると、互いに干渉し駆動信号の変動量が大きくなり全てが制御目標値範囲内に収束するまでに時間を要する。そこで、粗調整として振動、オフセット制御を優先して制御し、そののち微調整として位相制御を行うことで制御範囲内へ収束するまでの時間を短縮することが可能となる。

位相制御としては、受光素子ＰＤ１からの出力信号と基準位相クロックの位相偏差（図６（ｄ）におけるタイムインターバルＣ）を位相比較器１１５で検出し、カウンタ１１６にて計測する。計測結果をＬＰＦ（Low Pass Filter）１１７、積分器１１８で位相偏差に応じた電圧に直流化し、その電圧量に応じて（基準位相クロック（基準クロック）と受光素子ＰＤ１の出力信号との位相偏差（タイムインターバルＣ）が一定となるように）位相変化させる制御（所謂ＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御）を行なう。ついで、位相変化に対する正弦波信号の生成は予め用意された位相変化量（分解能）の刻みに応じて最適な位相となる正弦波信号が生成される。これにより、振動ミラー１１の駆動信号は補正され、振動ミラー１１の振れ角の理想振幅波形に対する、実際の振動ミラー１１の振幅波形の位相変動を打ち消すような制御が行われることになる。

なお、位相制御に対応する正弦波信号の生成分解能は制御の許容範囲内以上の高精度が必要となるが、高精度にするほどメモリが必要となるため高コストとなる。したがって、副走査方向の色ずれとして視覚認知される５０μｍ以下となるように正弦波信号の生成分解能を設定している。

図１０に、受光素子ＰＤ１を例に走査されるレーザビームとの関係を示す。なお、受光素子ＰＤ１は、図１に示したように感光体面上を走査されるレーザビームと光学的に等価（ビーム径および走査速度）となる位置に配置されている。感光体面の走査延長上が好適であるが、レイアウトの都合上、折り返しミラーを経由して受光素子ＰＤ１内をレーザビームが走査する構成としてもよい。

受光素子ＰＤ１は、ＰＩＮフォトダイオードからなる受光部からの出力信号を増幅する増幅回路と、波形整形するコンパレータ回路からなり、ＩＣとして樹脂からなるレーザビーム透過部材にて１パッケージ化されている。図中、符号４０２ａは受光部、４０２ｂは回路部、４０２ｃはＩＣリードである（図１０（ａ））。受光部４０２ａを走査ビームが通過することにより、図１０（ｃ）に示すコンパレータ出力信号を発生させる。

図１０（ａ）の受光部４０２ａより左側の点線の領域は、光源装置が消灯（またはフレア光が受光素子内、感光体面上の潜像を形成するレベルの光量とならない程度に減光）されている様を描画している。振動ミラー１１の最大振れ角と受光素子ＰＤ１近傍の間の領域内で光源が発光していると光走査装置５内に配置された光学部品の乱反射に起因するゴースト光を発生させ、受光素子ＰＤ１，ＰＤ２への信号にノイズとなるため前記Ａ，Ｂ，Ｃの時間間隔（タイムインターバル）やパルス幅に影響を及ぼし、振動ミラー１１の姿勢調整の精度が劣化したり、制御上の誤動作、不安定となったりしてしまう。この問題が起きないように、予め前記タイミングにて消灯（またはゴースト光が受光素子内、感光体面上の潜像を形成するレベルの光量とならない程度に減光）するように設定されている。消灯または減光は半導体レーザからなる光源を長寿命化すること、光源装置の温度上昇を低減する効果も合わせて奏することができる。ここで、「受光素子近傍」とは前記コンパレータ出力に影響を与えずに、前記タイムインターバルＡ，Ｂ，Ｃが各々正常に計測できる発光タイミングとなる走査位置のことである。

なお、光学素子の反射率や透過率の低下（経時劣化）の際に光量が低下するとコンパレータ出力を決定するスレッシュ電圧への立上時間が長くなる（傾きが緩くなる）ため、誤った検出を行ってしまう。そこで、受光素子ＰＤ１（あるいはＰＤ２）を走査する際に常に一定の光量となるように光源を制御することにより上記問題を解決している。

ところで、前記駆動信号の実施例として、正弦波の場合を示してきたが正弦波を生成するにはＤＡ変換のビット数や大容量のメモリが必要となるため、水晶発振子から安価に生成される矩形波を使用することも可能である。また、振動ミラー１１の揺動については往復走査の実施例で説明したが、最大振れ角端に向かって副走査方向の走査位置が近づくように走査される（いわゆるジグザグ状）ため、往復走査では画像の両端側の文字の潰れや濃度むらが問題となる場合には、片側（一方向）走査を行うことにより解決される。

次に、本発明に係るカラー画像形成装置について説明する。
図１１は、本発明の光走査装置５を用いたカラー画像形成装置であり、複数の感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置の構成図である。装置上部から順に光走査装置５、現像装置６（６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ）、感光体３（３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ）、中間転写ベルト２、定着装置７、給紙カセット１がレイアウトされている。

中間転写ベルト２には各色に対応した感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋが並列順に等間隔で配設されている。感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは同一径に形成されたもので、その周囲には電子写真プロセスに従い部材が順に配設されている。感光体３Ｙを例に説明すると、帯電チャージャ（図示しない）、光走査装置５から出射された画像信号に基づくレーザビームＬ１、現像装置６Ｙ、転写チャージャ（図示しない）、クリーニング装置（図示しない）等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置５からレーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４が各々に対応するように設けられている。

帯電チャージャにより一様に帯電された感光体３Ｙは、図中矢印Ａ方向に回転することによってレーザビームＬ１を副走査し、感光体３Ｙ上に静電潜像が形成される。また、光走査装置５によるレーザビームＬ１の照射位置よりも感光体３の回転方向下流側には、感光体３Ｙにトナーを供給する現像器６Ｙが配設され、イエローのトナーが供給される。現像器６Ｙから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋには、それぞれＭ、Ｙ、Ｋの単色トナー像が形成される。各感光体３Ｙの現像器６Ｙの配設位置よりもさらに回転方向下流側には、中間転写ベルト２が配置されている。

中間転写ベルト２は、複数のローラ２ａ、２ｂ、２ｃに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印Ｂ方向に移動搬送されるようになっている。この搬送により、中間転写ベルト２は順に感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに移動されるようになっている。中間転写ベルト２は各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋで現像された各々単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト２上にカラー画像を形成するようになっている。その後、給紙トレイ１から転写紙が矢印Ｃ方向に搬送されカラー画像が転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着器７により定着処理後、カラー画像として排紙される。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明に係る光走査装置の構成を示す斜視図である。振動ミラーの構成を示す詳細図である。振動ミラーの分解斜視図である。振動ミラーユニットの搭載状態を示す分解斜視図である。本発明の光走査装置における振動ミラーから感光体までの要部を示す概略図である。本発明の光走査装置における振動ミラーの振幅波形、受光素子の出力信号、基準位相クロックの関係を示す図である。受光素子の出力波形とコンパレータ出力波形の関係を示す図である。振動ミラーの振幅波形の振幅、オフセット、位相の変動の様子を示す図である。振動ミラーの駆動に関する制御手段のブロック図である。受光素子と走査されるレーザビームとの関係を示す図である。本発明に係るカラー画像形成装置の構成を示す断面概略図である。

符号の説明

１給紙トレイ
２中間転写ベルト
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄローラ
３，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ感光体
５光走査装置
６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ現像装置
７定着装置
１０光源
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ光源手段
１１振動ミラー
１２シリンドリカルレンズ
１３折り返しミラー
１４第１のレンズ
１６Ｋミラー
１７Ｋ第２のレンズ
６０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４レーザビーム
７０，７１受光素子出力波形
８０，８１パルス幅
１１０駆動回路
１１１，１１２，１１６カウンタ
１１３演算器
１１４コントローラ
１１５位相比較器
１１７ＬＰＦ
１１８積分器
４０２ａ受光部
４０２ｂ回路部
４０２ｃＩＣリード
４４１可動ミラー部
４４２ねじり梁
４４３振動板
４４４補強梁
４４６，４４７フレーム
４４９ヨーク
４５０永久磁石
４５５，４７３電極部
４６１，４６２基板
４６３コイルパターン
４６４端子
４６５パッチ
４６６台座
４７０振動ミラーユニット
４７１ブラケット
４７２基板
４７４電気コネクタ
ＰＤ１、ＰＤ２受光素子

Claims

レーザビームを放射する光源手段と、該光源手段からのレーザビームを偏向走査する振動ミラーと、偏向走査されるレーザビームを被走査面に向かって集光する走査結像光学系と、前記レーザビームの走査領域内で走査中心を挟んだ両端近傍位置に設けられた該レーザビームを受光する２つの受光素子と、を備える光走査装置の調整方法において、
前記２つの受光素子のうちの第一の受光素子の出力パルスの時間間隔と第二の受光素子の出力パルスの時間間隔とが一致するように、及び、前記第一の受光素子の出力パルス幅と前記第二の受光素子の出力パルス幅とが一定となるように、前記振動ミラーの揺動軸を中心とした回転方向の取付姿勢を調整することを特徴とする光走査装置の調整方法。
前記２つの受光素子からの出力信号を基に前記振動ミラーの振幅波形の振幅を一定とする制御手段を有し、
前記制御手段により前記振動ミラーの振幅波形の振幅が一定に制御されている状態で、該振動ミラーの揺動軸を中心とした回転方向の取付姿勢を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の調整方法。
前記２つの受光素子の出力信号における各々の出力パルスの時間間隔及び／又は出力パルス幅を複数回計測し、平均化処理する演算手段を有す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の調整方法。
前記受光素子からの出力信号を基に振動ミラーの揺動軸を中心とした回転方向の取付姿勢の調整を行なった後に、前記走査結像光学系の走査レンズ位置を主走査方向に移動し調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置の調整方法。
前記光源手段として複数の光源装置を有し、
該複数の光源装置から放射されたそれぞれのレーザビームが単一の前記振動ミラーにより複数の被走査面を偏向走査され、
前記２つ受光素子は、前記複数の被走査面のうち一つの被走査面に対応する走査結像光学系内にのみ配置されることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置の調整方法。
前記受光素子を走査するレーザビームは、前記走査結像光学系を通ったレーザビームであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置の調整方法。