JP4653503B2 - 光走査装置及び画像形成装置等 - Google Patents
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よって、往復走査のいずれか1方向の走査のみを用いて画像記録を行なうという非効率な方法に頼らざるを得ない。
2枚のSi基板である第1の基板206と、第2の基板207とを、酸化膜等の絶縁膜を介して重ねた状態で接合して、図8に示す振動ミラー基板231が構成される。
ねじり梁208が、中央部すなわち回転軸上に接続部を持たないことで、ねじり梁208から伝わる応力によって可動ミラー202の反射面を変形させないようにし、連結点間の平面性が保たれる。
可動ミラー202両端の凹凸部は、第1、第2の可動電極229、230を構成しており、対向する固定枠210の凹凸部は第1、第2の固定電極203、204を構成している。なお、第1、第2の可動電極229、230は、説明の便宜上、互いに別の符号を付しているが、互いに同電位である。
固定枠210は、可動ミラー202と、ねじり梁208と、ねじり梁208の付け根部を有する島部221と、各固定電極203、204を有する島部222、223とを、約5μmの分離溝によるギャップをもって分離した構成である。
第1、第2の固定電極203、204には同位相の電圧パルスを印加し、第3の固定電極211には第1、第2の固定電極229、230に印加する電圧パルスよりも進んだ位相の電圧パルス、第4の固定電極212には第1、第2の固定電極229、230に印加する電圧パルスよりも遅れた位相の電圧パルスが印加される。
図3に電極229、203、211の断面を示す。図中、左回り方向の静電トルクを正とし、これを図2に示している。
可動ミラー202は初期状態では水平であるが、第3の固定電極211に電圧を印加すると対向する第1の可動電極229との間で負の方向での静電力を生じ、ねじり梁208を捻って回転され、ねじり梁208の戻り力と釣り合う振れ角まで傾く。
このような各電極への電圧印加の切り換えを繰り返し行うことで、可動ミラー202を、その両端の可動電極229、230が対向する第1、第2の固定電極203、204を抜ける振れ角において、本形態では約2°にて往復振動させる。
t0<t<L・sinθ
なる関係となるように設定し、
θ0=arcsin(t0/L)
とすると、
第1、第2の固定電極203、204には、0<α1<θ0
第3、第4の固定電極211、212には、0<α2<θ0
となる可動ミラー202の振れ角の範囲で電圧パルスを印加している。
従って、初期的には可動ミラー202の駆動を行う図19に示す記録制御手段300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もできるが、図6に温度に対する共振周波数の変動を示したように、温度変化等で共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまうことで経時的な安定性に乏しいという問題がある。
また、後述するように複数の可動ミラー202を有する本形態の様な構成においては、可動ミラー202の各々で固有の共振振動数がばらつくため、共通の駆動周波数で駆動できないという問題がある。
慣性モーメントI=(4abρd/3)・a^2
バネ定数K=(G/2L)・{cd(c^2+d^2)/12}
となり、共振振動数fは、
f=(1/2π)・(K/I)^1/2
=(1/2π)・{Gcd(c^2+d^2)/24LI}^1/2
となる。
ここで、梁の長さLと振れ角θは比例関係にあるため
θ=A/I f^2、Aは定数
で表され、振れ角θは慣性モーメントIに反比例し、共振振動数fを高めるには慣性モーメントを低減しないと振れ角θが小さくなってしまう。
なおこれら慣性モーメントに利くパラメータ、ねじり梁208の寸法誤差等が共振周波数のばらつきを発生させる要因となる。
電極間の静電力F=εHV^2/2δ
となり、
振れ角θ=B・F/I、Bは定数
と表され、電極長さHが長いほど振れ角θが大きくなり、櫛歯状とすることで櫛歯数nに対して2n倍の駆動トルクを得ている。
よって電極形状を凹凸状として外周長をできるだけ長くし、電極長をかせぐことで、低電圧でより大きい静電トルクが得られるように配慮している。
空気の粘性抵抗P=C・ηυ^2・E^3、Cは定数
が可動ミラー202の回転に対抗して働く。
従って、可動ミラー202を密封し減圧状態に保持するのが望ましい。
振動ミラー基板231は、中央部を貫通したセラミック基板313上に接合され、CANパッケージの基体312上に、反射面を上側に向け、基体312の外縁に形成された一対のV溝を結ぶ直線上に回転軸を合わせて装着される。
第2の基板207の上面には、可動ミラー202と対向する状態で対向ミラー215が一体的に接合される。
ビームは、スリット開口213を通じて入出射される。
本形態では、N=5、α=5°であるから最大走査角は50°となり、その内25°を画像記録領域としている。共振を利用することで印加電圧は微小で済み発熱も少ないが、上式から明らかなように記録速度、つまり共振周波数が速くなるに従ってねじり梁208のばね定数Kを高める必要があり振れ角がとれなくなってしまう。そこで、上記したように対向ミラー215を設けることで走査角を拡大し、記録速度によらず必要十分な走査角が得られるようにしている。
一端をプリント基板112に結線されたケーブル115は半導体レーザ101のリード端子と接続される。
調節後は、入射プリズム136側面とガイド部142との隙間に接着剤を充填して固定される。
この状態で、各第1の走査レンズ116は、カバー138と一体形成された各板バネ141で押圧支持される。
符号147はカバー138をハウジング106に固定するネジを示している。
図10におけるハウジング106の手前側側面、奥側側面は、次に説明する図12ではそれぞれ奥側、手前側に位置している。
光走査装置100は、ユニットとして、図10とは前後左右が反転した姿勢で取付けられる。光走査装置100は、図12においては下向きにビームを照射する。
ねじ155によるネジ止めにより光走査装置100を固定し、面板132の切欠き639から覗いているプリント基板112のコネクタ640の配線接続を行なう。
走査ラインを繋ぎ合わせるにはD=0となるように補正すればよいが、そのためには、まず、走査ラインの書出タイミングを、ラインピッチPの2倍単位すなわち2Pの大きさで補正する。
D−k・2P
が最も0に近いkを選択する。
次に、残りの分を振動ミラーの振幅位相を1周期Tの1/m倍毎にずらして、2P/m単位で補正する。ここで、mは自然数で、
D’−2P・(k+1/m)
が最も0に近いmを選択すればよい。
一方、被走査面である感光体504の周面上では均一間隔で主走査ドットを印字する必要があり、上記した走査レンズ116、117の結像特性は単位走査角あたりの走査距離dH/dθがsin−1θ/θ0に比例するように、つまり、画像中央で遅く周辺に行くに従って加速度的に速くなるように光線の向きを補正しなければならず、そのため、走査レンズ116、117には中央部から周辺部にかけて結像点を遠ざけるようにパワー配分されたものが採用されるが、振幅θ0に対して有効走査領域θsを広げるには限界がある。
そこで、図15に示すように、振幅による走査速度の変化に対抗して各画素に対応する位相が書込開始から書込終端にかけて進んだ状態から段階的に遅れるようにすると同時に、各画素のパルス幅が書込開始から画像中央に至る領域では長い状態から段階的に短くなり、また画像中央から書込終端に至る領域では長くなるような画素クロックfmを図19に示す記録制御手段300に備えられたLD駆動部606に与えており、このような電気的な補正を付加することで、各画素の主走査ドット間隔を均一化し濃度むらが目立たないようにしている。
図21に示すように、従来の構成では、〔発明が解決しようとする課題〕の欄ですでに述べた如く、各走査の折り返し点近傍で、画素が密集するため、各々の電位分布が積分されトナーが溜まり易くなって、この部分だけ濃度が上がってしまい、画像上は縦筋となって現れる。
また、ジグザグ走査では、折り返し点の間隔は記録密度pの2倍となるので、このオーバーラップ領域内で、各々の画素が副走査方向に等間隔、つまり、記録密度pに相当する走査ライン周期で配列するように、走査位置言い換えると走査開始位置が副走査方向にp/2だけずれるように、可動ミラー202の振幅位相を1/4周期ずらし、オーバーラップ領域とそれ以外の領域とで均一な濃度となるように、走査ライン間隔を揃えている。画素サイズは均一である。
また各振動ミラーモジュール130そのものの走査位置をずらす方法であっても良い。
各画素サイズはオーバーラップ領域以外の領域よりも小さくなし、各走査領域同士の画素サイズのバランスを変えることで、重心位置を副走査方向にずらしている。
各画素はビームの強度あるいは露光時間たとえばパルス幅を可変することで光量を画素サイズが所定の大きさとなるように調節し、隣接する走査領域の各画素の合成により走査ラインを形成する1画素を構成する。
尚、本形態では、オーバーラップ領域内で一様に画素サイズを揃えているが、徐々に大きくする、または、小さくしてもよい。
このように、これら各例によれば、ジグザグにビームが走査されても画像全体の濃度が平均化され、濃度むらのない高品位な画像形成が行なえる。
画像形成装置200は、感光体504に1色ずつ画像形成を行い、転写ベルト501の回転に伴って各感光体504上の画像を転写ベルト501上に転写して色重ねを行いカラー画像形成を行うことが可能なタンデム方式のカラーレーザプリンタである。
画像形成装置200は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、OHPシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体たる用紙としてこれに画像形成を行なうことが可能である。
感光体504の周囲にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックも各色に対応したトナーを感光体504に補給してトナー像化して現像する現像ローラ502およびトナーホッパ部503を備えた現像手段としての現像装置524と、感光体504上のトナー像が転写ベルト501上に転写された後の感光体504上の残トナーをブレードで掻き取り備蓄するクリーニング部としてのクリーニング手段であるクリーニング装置508と、クリーニング装置508によってクリーニングされた後の感光体504を帯電し光走査装置100による次の露光に備えるための帯電手段としての帯電装置525とが一体的に配備されている。
ラインバッファ612に保存されたラインデータは往走査では先端検知センサ113a、復走査では終端検知センサ113bにより出力される各々同期検知信号をトリガとして読み出され画像記録が行われるが、この際、往走査と復走査とではデータ順を反転して、つまり、入力されたデータが先頭から出力されるバッファと末尾から出力されるバッファとを配備し交互に切り換えて読み出される。
δ=(1/fd)・{(Δy/p)−n}
nは(Δy/p)−n<1を満足する自然数
となるように与えれば、継ぎ目における位置ずれは1走査ラインピッチの整数倍となり、振動ミラーの1周期おきの書出しタイミング補正、つまりnライン周期分ずらして書き出すことにより副走査方向のレジストずれΔyを無効化することができ、継ぎ目の位置ずれのない高品位な画像が得られる。
Δy=(V/tanγ)・Δt
で表され、Δtが一定であれば走査位置ずれが生じていないことになる。
記録制御手段300では、この時間差を走査位置ずれ演算部610で監視することで走査位置ずれを検出し、Δtが基準値に合うよう可動ミラー202相互間の振れ角の位相を常に可変して補正を行い、走査位置を調整する。
電源投入時、および待機状態から起動する際にはプログラマブル分周器で連続的に分周比を変えることで駆動周波数fdを高周波側から可変して励振し、先端検知センサ113aと、走査角−θ0となる近傍に配置された終端検知センサ113bとでビームを検出し、これらの検知信号の時間差Tを振幅演算部609で計測することで、可動202ミラーの最大振れ角である振幅θ0を検出する。
振れ角検出手段613で検出される光ビームの走査角をθd、画像中央からの走査時間をt、可動ミラーの駆動周波数をfdとすると
θd/θ0=sin2π・fd・t、t=T/2
で与えられ、記録制御手段300は、この時間差Tがあらかじめ定められた基準値T0に達するまで印加する電圧パルスのゲインを可変することによって振れ角を補正する。
かかる補正は振動ミラーモジュール130の各々で行われ、全ての振動ミラーモジュール130にて補正が終了した後に印字動作を可能としている。
本発明の適用は、以上の説明において特に限定を行っていない限り、上述の形態に限られるものではない。
101 光源
200 画像形成装置
202 可動ミラー
208 ねじり梁
300 記録制御手段
613 振れ角検出手段
p 記録密度
y 副走査方向
Claims (8)
- 光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、
1ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、
前記各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせる光走査装置であって、
隣接する前記可動ミラーによる走査領域にオーバーラップ領域を設けるとともに、各走査ラインを副走査方向にずらして繋ぎ合わせ、
前記オーバーラップ領域において、前記記録制御手段が、前記各可動ミラーの各往走査における前記画像情報の主走査方向での分割位置と、前記各可動ミラーの各復走査における前記画像情報の主走査方向での分割位置とを異なるようにする光走査装置。 - 光源からのビームを、ねじり梁の回転を伴って往復走査する複数の可動ミラーと、
1ラインに対応する画像情報を前記各可動ミラーに分割して出力する記録制御手段とを有し、
前記各可動ミラーによる走査領域を主走査方向に繋ぎ合わせる光走査装置であって、
隣接する前記可動ミラーによる走査領域にオーバーラップ領域を設けるとともに、各走査ラインを副走査方向にずらして繋ぎ合わせ、
前記オーバーラップ領域において、前記記録制御手段が、隣接する前記走査領域で前記画像情報を共通させるとともに、前記各可動ミラーが前記オーバーラップ領域内に形成する各画素の画素サイズをそれ以外の走査領域よりも小さくし、前記各可動ミラーの往走査と復走査とで互いに異なるようにする光走査装置。 - 請求項2記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記オーバーラップ領域内において、前記各画素が混在することによって構成することを特徴とする光走査装置。
- 請求項1ないし3の何れか1つに記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記隣接する可動ミラーの走査位置が副走査方向に記録密度の略1/2ずれるように出力することを特徴とする光走査装置。
- 請求項1ないし4の何れか1つに記載の光走査装置において、前記記録制御手段が、前記可動ミラーの振れ角の位相を制御することにより、前記走査位置を調整することを特徴とする光走査装置。
- 請求項1ないし5の何れか1つに記載の光走査装置において、前記各可動ミラーの駆動周波数を、前記各可動ミラーの共振点の近傍で同共振点から外れた周波数帯域において共通としたことを特徴とする光走査装置。
- 請求項1ないし6の何れか1つに記載の光走査装置において、前記各可動ミラーの振れ角の変化を検出する振れ角検出手段を備え、前記記録制御手段が、前記振れ角検出手段の検出結果に基づいて、少なくとも同一画像記録中における前記各可動ミラーの振れ角を一定に保つことを特徴とする光走査装置。
- 請求項1ないし7の何れか1つに記載の光走査装置を有する画像形成装置。
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