JP2005338512A - 光ビーム走査方法及び光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 走査歪みが発生することなく、マイクロミラーの往復回動（光ビームの往復走査）時に連続して光ビームを利用できる光ビーム走査方法及び装置を提供する。
【解決手段】 １つのマイクロミラーに複数のレーザ光を入射させ、それぞれの反射レーザ光が感光体において、その照射位置（Ａ，Ｂ）が副走査方向にずれるようにして、記録時の主走査方向の１ラインの走査中に、使用するレーザ光を時分割的に制御する（Ｂ１，Ａ１，Ｂ２，Ａ２）。隣り合う主走査ライン端間の距離（ｄ１，ｄ２）はほとんど同じとなって、副走査方向での位置ずれは起こらず、主走査１ラインにおける走査開始位置と走査終了位置との副走査方向のずれもほとんど生じない。よって、マイクロミラーの往復回動（レーザ光の往復走査）時に連続してレーザ光を利用できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回動するマイクロミラーにて反射された光ビームを走査する光ビーム走査方法及び装置に関するものである。

レーザスキャナヘッド方式のレーザプリンタにあっては、レーザ光源からの光をコリメータレンズにて平行光とし、ポリゴンミラーを回転させることで平行レーザ光を感光体上で印刷幅に走査している。このようなレーザプリンタにおける印刷速度は、走査用のポリゴンミラーの回転数，ミラー面数によって規定されるが、機械的な制約から高速化には限界がある。

近年、光ビームの走査機構として、ポリゴンミラーに代えて、小型に構成されたミラーであるマイクロミラー（微小揺動ミラー素子）を使用するレーザプリンタの開発が進んでいる。半導体製造プロセス等における技術を応用して種々の機械要素の小型化を実現するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)技術により、光を反射する機械要素としてミラーの小型化を図ったものがマイクロミラーであり、このマイクロミラーは、静電力にて駆動され、その回動角によって光の反射経路を変更するため、光ビームの走査機構としては好適であり、マイクロミラーを用いて光ビームの走査を行うシステムの開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。

図８は、マイクロミラーを用いた従来の光ビーム走査装置の構成を示す図である。マイクロミラー２１の光入射側には、レーザ光を出射するレーザ光源２２、レーザ光源２２からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ２３が配設されている。また、マイクロミラー２１の光反射側には、所定方向に回転する感光体２４に結像するための主レンズ２５，反射板２６が配設されている。そして、コリメータレンズ２３を介した平行レーザ光がマイクロミラー２１に照射され、マイクロミラー２１が回動することにより、この照射レーザ光が感光体２４表面上でプリント幅に走査される。
特開平１１−３０５１５９号公報

図９は、従来の光ビーム走査装置におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡との関係を示す図である。レーザ光は正弦曲線に類似した曲線状に往復動作で走査される。このようなレーザ光走査における両端部分（図中破線部分）を除いた中央部分（図中実線部分）が感光体上で走査される。

光ビーム走査装置をレーザプリンタ等の記録装置に利用する場合、その記録処理の高速化を実現するために、走査処理の効率化を図るべく、つまりミラーの往復回動に応じたレーザ光走査の往復動作の両方を利用して画像データを記録することが考えられる。即ち、一方向のレーザ光走査（図６で左から右へのレーザ光走査）と他方向のレーザ光走査（図６で右から左へのレーザ光走査）との両方でそれぞれ主走査方向の一走査ラインずつの画像データを記録することが考えられる。しかしながら、このようにした場合には、副走査方向に隣り合う主走査ライン端間の距離（ｄ１，ｄ２）が交互に大きくずれてしまい（ｄ１＞ｄ２）、走査歪みが生じることになる。

よって、一方向のレーザ光走査のみを記録処理に使用していることが現状である。従来では、このようにレーザ光走査の利用効率が悪いという問題がある。このレーザ光走査の利用効率の悪さに対処するために、駆動クロックを速くして記録処理速度を高めることが考えられるが、そのためには高価格のＣＰＵが必要であってコストアップを招くという弊害があり、また、画像データに応じたレーザ光制御も困難となり、高速化には限界があるので、レーザ光走査の利用効率の向上が望まれている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、１ラインの走査時に複数の光ビームを時分割的に使用することにより、走査歪みが発生することなく、マイクロミラーの往復回動（光ビームの往復走査）時に連続して光ビームを利用できる光ビーム走査方法及び光ビーム走査装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、複数の光ビームの時分割制御を容易に行える光ビーム走査装置を提供することを目的とする。

本発明の光ビーム走査方法は、マイクロミラーの回動により光ビームを被走査面で走査する光ビーム走査方法において、前記被走査面で走査位置が異なる複数の光ビームを用い、前記被走査面での一回の走査中に前記複数の光ビームを数回時分割して使用することを特徴とする。

本発明の光ビーム走査装置は、マイクロミラーの回動により光ビームを被走査面で走査する光ビーム走査装置において、前記被走査面で走査位置が異なる複数の光ビームを出射する出射手段と、前記被走査面での一回の走査中に前記出射手段での前記複数の光ビーム夫々の出射を時分割に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、被走査面（感光体）で走査位置が異なる複数の光ビームを用い、被走査面（感光体）での一走査（主走査方向の１ライン）にあって、これらの複数の光ビームを時分割的に使用する。よって、マイクロミラーの往復回動（光ビームの往復走査）時に連続して光ビームを利用するようにしても、従来のような走査歪みは生じない。この結果、被走査面（感光体）への高速な書込み動作が可能となる。

本発明の光ビーム走査装置は、前記出射手段が、夫々が１つの光ビームを出射する複数の光源を含んでおり、前記制御手段は、前記被走査面での一走査中に前記複数の光源夫々での光ビーム出射を時分割に制御するようにしたことを特徴とする。

本発明にあっては、被走査面（感光体）での一走査（主走査方向の１ライン）にあって、夫々が１つの光ビームを出射する複数の光源からの光ビーム出射を時分割的に制御する。よって、複数の光ビームの時分割制御を容易に行える。

本発明では、被走査面で走査位置が異なる複数の光ビームを、被走査面での一走査中に、時分割的に使用するようにしたので、従来のような走査歪みが生じることなく、マイクロミラーの往復回動（光ビームの往復走査）時に連続して光ビームを利用することが可能となり、コストアップを招くことなく被走査面への高速な書込みを行うことができる。

また、本発明では、夫々が１つの光ビームを出射する複数の光源からの光ビーム出射を時分割に制御するようにしたので、複数の光ビームの時分割制御を容易に行うことができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。まず、本発明の概念について説明する。

本発明では、１つのマイクロミラーに複数の光ビーム（レーザ光）を入射させ、夫々の反射レーザ光が感光体（投影面）において、その照射位置が副走査方向にずれるようにして、記録時の主走査方向の１ラインの走査時に、使用するレーザ光を時分割的に制御して、１つのレーザ光を使用する従来例で発生していた副走査方向での位置ずれ（走査歪み）を補正するようにしている。

図１は、本発明におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡との関係を示す図である。図１に示す例では、２つのレーザ光を用いており、第１のレーザ光の走査軌跡をＡで表し、第２のレーザ光の走査軌跡をＢで表している。図１に示すように、第２のレーザ光の走査位置（感光体への照射位置）は、第１のレーザ光の走査位置（感光体への照射位置）より少し副走査方向下流側（図１の下側）にずれている。なお、レーザ光走査における両端部分を除いた中央部分（マイクロミラーの回動角が−２５°から２５°の範囲）が感光体上で走査される領域である。

照射位置が副走査方向にずれている２つのレーザ光を、主走査方向の１ラインの走査時に、以下のように時分割制御して使用する。
一方向（左から右へ）の走査開始（左端）（回動角：−２５°）からライン中間位置（中央）（回動角：０°）まで：
第２のレーザ光（下側）を使用（図１の実線Ｂ１）
一方向（左から右へ）のライン中間位置（中央）（回動角：０°）から走査終了（右端）（回動角：２５°）まで：
第１のレーザ光（上側）を使用（図１の実線Ａ１）
他方向（右から左へ）の走査開始（右端）（回動角：２５°）からライン中間位置（中央）（回動角：０°）まで：
第２のレーザ光（下側）を使用（図１の実線Ｂ２）
他方向（右から左へ）のライン中間位置（中央）（回動角：０°）から走査終了（左端）（回動角：−２５°）まで：
第１のレーザ光（上側）を使用（図１の実線Ａ２）

つまり、本発明では、図１の実線で示したような軌跡が感光体でのレーザ光の走査軌跡となる。このようにした場合、副走査方向に隣り合う主走査ライン端間の距離（ｄ１，ｄ２）は差が少なくなり（ｄ１≒ｄ２）、走査歪みは生じない。また、主走査１ラインにおける走査開始位置と走査終了位置との副走査方向のずれもほとんど生じていない。よって、本発明では、マイクロミラーの往復回動（レーザ光の往復走査）時に連続してレーザ光を利用することができ、感光体への高速な書込み動作を実現できる。

（第１実施の形態）
図２は、本発明の第１実施の形態に係る光ビーム走査装置の構成を示す図である。この第１実施の形態は、２つのレーザ光を利用する例である。マイクロミラー１の光入射側には、レーザ光を出射する２個の第１レーザ光源２ａ，第２レーザ光源２ｂ、第１，第２レーザ光源２ａ，２ｂからのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ３が配設されている。また、マイクロミラー１の光反射側には、所定方向に回転する感光体４に結像するための主レンズ５，反射板６が配設されている。そして、コリメータレンズ３を介した２つの平行レーザ光がマイクロミラー１に照射され、マイクロミラー１が回動することにより、この２つの照射レーザ光が感光体４表面上でプリント幅に走査される。

第１実施の形態では、第１レーザ光源２ａから出射されたレーザ光の感光体４での照射位置と、第２レーザ光源２ｂから出射されたレーザ光の感光体４での照射位置とが、副走査方向にずれるように、具体的には後者のレーザ光が前者のレーザ光より少し副走査方向下流側に照射されるように、第１，第２レーザ光源２ａ，２ｂは位置決めされている。

また、これらの光学部材以外に、光ビーム走査装置は、第１，第２レーザ光源２ａ，２ｂ夫々のレーザ光の出射タイミングを制御するレーザ光出射制御部７と、マイクロミラー１の回動を制御する回動制御部８と、レーザ光出射制御部７及び回動制御部８の両制御動作の同期をとる同期回路９とを有している。

図３は、マイクロミラー１の構成の一例を示す斜視図である。マイクロミラー１は、シリコンの異方性エッチングを用いた微細加工技術によって作製されたものであり、シリコン基板１ａの上には、ヒンジ台１ｂ，１ｃが形成され、更にヒンジ台１ｂ，１ｃの上にヨーク１ｄを揺動可能に支持するヒンジ１ｅ，１ｆが延設されている。駆動電極（図示せず）への電圧印加によって、反射面となるヨーク１ｄをヒンジ１ｅ，１ｆに支持された状態で回動させることにより、レーザ光の反射経路を変更して、レーザ光を走査する。

そして、第１実施の形態では、第１，第２レーザ光源２ａ，２ｂ夫々からのレーザ光を、主走査方向の１ラインの走査中に、前述の図１に示すように、時分割制御して使用する。第１レーザ光源２ａからのレーザ光が図１の第１のレーザ光（上側）に該当し、第２レーザ光源２ｂからのレーザ光が図１の第２のレーザ光（下側）に該当する。同期回路９にてマイクロミラー１の回動動作と同期を取りながら、レーザ光出射制御部７にて各第１，第２レーザ光源２ａ，２ｂからのレーザ光出射を制御することにより、このような２つのレーザ光の時分割制御がなされる。

図４は、２つのレーザ光を使用した第１実施の形態におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡とのシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーション結果における条件は、走査領域：２９７ｍｍ、感光体幅：２１０ｍｍ（Ａ４サイズ）、紙送り速度：２９０ｍｍ／秒であり、結果として、副走査方向に隣り合う主走査ライン端間の距離が、最大：５２．３９μｍ、最小：３１．６１μｍ、平均：４２μｍとなっている。印刷密度を６００ｄｐｉとした場合、感光体へのレーザ光のスポットサイズは６０μｍ程度であるため、±１０μｍ程度のライン間距離は、記録処理には問題がなく許容範囲と言える。

（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る光ビーム走査装置の構成を示す図である。この第２実施の形態は、３つのレーザ光を利用する例である。マイクロミラー１の光入射側には、レーザ光を出射する３個の第１レーザ光源２ａ，第２レーザ光源２ｂ，第３レーザ光源２ｃが配設されている。なお、他の構成は前述した第１実施の形態と同様であり、同一または同様な部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

第２実施の形態では、第１レーザ光源２ａから出射されたレーザ光（第１のレーザ光）の感光体４での照射位置と、第２レーザ光源２ｂから出射されたレーザ光（第２のレーザ光）の感光体４での照射位置と、第３レーザ光源２ｃから出射されたレーザ光（第３のレーザ光）の感光体４での照射位置とが、副走査方向にずれるように、具体的には第１のレーザ光，第２のレーザ光，第３のレーザ光がこの順に副走査方向上流側から下流側に少しずつずれて照射されるように、第１，第２，第３レーザ光源２ａ，２ｂ，２ｃは位置決めされている。また、レーザ光出射制御部７は、同期回路９にてマイクロミラー１の回動動作と同期を取りながら、第１，第２，第３レーザ光源２ａ，２ｂ，２ｃ夫々のレーザ光の出射タイミングを制御する。

そして、第２実施の形態では、第１，第２，第３レーザ光源２ａ，２ｂ，２ｃ夫々からのレーザ光を、主走査方向の１ラインの走査時に、時分割制御して使用する。図６は第２実施の形態におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡との関係を示す図である。図６において、第１のレーザ光の走査軌跡をＡ、第２のレーザ光の走査軌跡をＢ、第３のレーザ光の走査軌跡をＣで表している。図６に示すように、第１のレーザ光の走査位置（感光体への照射位置）、第２のレーザ光の走査位置（感光体への照射位置）、第３のレーザ光の走査位置（感光体への照射位置）がこの順に副走査方向上流側から下流側に少しずつずれている。なお、図１と同様に、レーザ光走査における中央部分（マイクロミラーの回動角が−２５°から２５°の範囲）が感光体上で走査される領域である。

照射位置が副走査方向にずれている３つのレーザ光を、主走査方向の１ラインの走査中に、以下のように時分割制御して使用する。
一方向（左から右へ）の走査開始（左端）（回動角：−２５°）からライン長の略１／３の位置（回動角：−１０°）まで：
第３のレーザ光（最下側）を使用（図６の実線Ｃ１）
一方向（左から右へ）のライン長の略１／３の位置（回動角：−１０°）から略２／３の位置（回動角：１０°）まで：
第２のレーザ光（中央）を使用（図６の実線Ｂ１）
一方向（左から右へ）のライン長の略２／３の位置（回動角：１０°）から走査終了（右端）（回動角：２５°）まで：
第１のレーザ光（最上側）を使用（図６の実線Ａ１）
他方向（右から左へ）の走査開始（右端）（回動角：２５°）からライン長の略１／３の位置（回動角：１０°）まで：
第３のレーザ光（最下側）を使用（図６の実線Ｃ２）
他方向（右から左へ）のライン長の略１／３の位置（回動角：１０°）から略２／３の位置（回動角：−１０°）まで：
第２のレーザ光（中央）を使用（図６の実線Ｂ２）
他方向（右から左へ）のライン長の略２／３の位置（回動角：−１０°）から走査終了（左端）（回動角：−２５°）まで：
第１のレーザ光（最上側）を使用（図６の実線Ａ２）

第２実施の形態では、このように３つのレーザ光を時分割制御することにより、第１実施の形態と同様に、副走査方向に隣り合う主走査ライン端間の距離（ｄ１，ｄ２）の差が小さくなり（ｄ１≒ｄ２）、走査歪みは生じない。また、主走査１ラインにおける走査開始位置と走査終了位置との副走査方向のずれもほとんど生じていない。よって、第２実施の形態でも、マイクロミラーの往復回動（レーザ光の往復走査）時に連続してレーザ光を利用することができ、感光体への高速な書込み動作を実現できる。

図７は、３つのレーザ光を使用した第２実施の形態におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡とのシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーション結果における条件は、走査領域：２９７ｍｍ、感光体幅：２１０ｍｍ（Ａ４サイズ）、紙送り速度：２９０ｍｍ／秒であり、結果として、副走査方向に隣り合う主走査ライン端間の距離が、最大：４８．８９μｍ、最小：３５．１１μｍ、平均：４２μｍとなっている。第１実施の形態に比べて、走査歪みを更に小さくできている。

なお、２つのレーザ光を使用する例と３つのレーザ光を使用する例とについて説明したが、４つ以上のレーザ光を使用して、主走査方向の１ラインの走査中に、それらの複数のレーザ光を時分割制御すれば、同様の効果が得られることは勿論である。使用するレーザ光の数を多くする場合には、走査歪みのより一層の低減を図れる。

また、各別にレーザ光を出射する別体の複数のレーザ光源を設けるようにしたが、複数のレーザ素子を一体化させた構成のアレイ型レーザ光源を使用するようにしても良い。更に、１つの光源から出射されるレーザ光を、ビームスプリッタ等の光分離部材によって複数のレーザ光に分離し、分離した複数のレーザ光を用いるようにしても良い。

本発明（第１実施の形態）におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡との関係を示す図である。 第１実施の形態に係る光ビーム走査装置の構成を示す図である。 マイクロミラーの構成の一例を示す斜視図である。 第１実施の形態におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡とのシミュレーション結果を示す図である。 第２実施の形態に係る光ビーム走査装置の構成を示す図である。 第２実施の形態におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡との関係を示す図である。 第２実施の形態におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡とのシミュレーション結果を示す図である。 従来の光ビーム走査装置の構成を示す図である。 従来の光ビーム走査装置におけるマイクロミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡との関係を示す図である。

符号の説明

１ マイクロミラー
２ａ 第１レーザ光源
２ｂ 第２レーザ光源
２ｃ 第３レーザ光源
４ 感光体
７ レーザ光出射制御部
８ 回動制御部
９ 同期回路

Claims (3)

1. マイクロミラーの回動により光ビームを被走査面で走査する光ビーム走査方法において、前記被走査面で走査位置が異なる複数の光ビームを用い、前記被走査面での一回の走査中に前記複数の光ビームを数回時分割して使用することを特徴とする光ビーム走査方法。
2. マイクロミラーの回動により光ビームを被走査面で走査する光ビーム走査装置において、前記被走査面で走査位置が異なる複数の光ビームを出射する出射手段と、前記被走査面での一回の走査中に前記出射手段での前記複数の光ビーム夫々の出射を時分割に制御する制御手段とを備えることを特徴とする光ビーム走査装置。
3. 前記出射手段は、夫々が１つの光ビームを出射する複数の光源を含んでおり、前記制御手段は、前記被走査面での一走査中に前記複数の光源夫々での光ビーム出射を時分割に制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載の光ビーム走査装置。
   

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