JP5471948B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源から出射された光ビームを振動ミラーにより偏向走査し、走査結像光学系により被走査面に向かって集光する光走査装置および該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、光偏向手段としてＭＥＭＳミラーなどの振動ミラーを用いた光走査装置や、この光走査装置を装備した画像形成装置が知られている。振動ミラーは、小型で低消費電力という利点があるが、慣性モーメントが小さいために気流などの外乱の影響を受けやすい。このため、振動ミラーによる光ビームの走査領域内に設けられた光センサからのセンサ信号を用い、振動ミラーの振幅補正やオフセット補正、駆動信号と振動ミラーの振れ角が一定の位相となるような位相制御などを高精度に実行して、外乱の影響を抑制するいわゆる低ジッタ動作を行うことが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

上記の低ジッタ動作では振動ミラーが高感度で駆動されることになるが、振動ミラーの駆動初期から制御ゲインが高くなっていると制御系の発振を招く虞がある。このような観点から、振動ミラーの駆動部に可変利得部を設け、振動ミラーの駆動初期には最適ゲインよりも小さいゲインで振動ミラーを駆動させることで制御系の発振を抑制することも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

特許文献３に記載の技術は、駆動部の利得を変更することで振動ミラーの駆動感度を可変している。このような駆動部利得の変更は、アナログフィルタやデジタルフィルタを用い、そのフィルタ定数を切り替えることで実現できるが、これには以下のような問題がある。

すなわち、一般的にアナログフィルタを用いてフィルタ定数を切り替える場合、アナログスイッチを用いて複数の抵抗、コンデンサ、インダクタからなるフィルタを切り替えることが考えられる。しかしながら、アナログスイッチはインピーダンスが比較的高く、またインピーダンス値のばらつきも大きく、駆動部利得を変更する用途に向いていない。よって、アナログフィルタを用いて安定して駆動部利得を変更することは困難である。

また、デジタルフィルタを用いてフィルタ定数を切り替える場合、振動ミラーの駆動初期においては発振を抑制し、定常時には気流などの外乱の影響を補正するような低ジッタ動作を実現しようとすると、低感度から高感度の広い範囲の利得を調整する回路規模の大きなフィルタ回路が必要となり、コスト高を招いてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動ミラーの駆動初期から低ジッタ動作を行う定常時まで安定した動作を低コストで実現することができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源から出射された光ビームを振動ミラーにより偏向走査し、走査結像光学系により被走査面に向かって集光する光走査装置において、前記光ビームの走査領域内で前記光ビームを検出する光センサと、前記光センサから得られる信号の指定範囲の周波数成分を通過させ、前記指定範囲が変更可能な可変平滑化手段と、前記可変平滑化手段を通過した信号を基準信号と比較する比較手段と、前記比較手段から出力される信号に基づいて前記振動ミラーを駆動する駆動手段と、を備え、前記可変平滑化手段は、該可変平滑化手段を通過した信号が目標値を基準に定められた所定範囲内にない場合は前記光センサから得られる信号の所定周波数以下の低周波成分のみを通過させ、該可変平滑化手段を通過した信号が前記所定範囲内となった場合に前記光センサから得られる信号の前記所定周波数を超える高周波成分も通過させるように、前記指定範囲が変更されることを特徴とする。

また、本発明は、光源から出射された光ビームを振動ミラーにより偏向走査し、走査結像光学系により被走査面に向かって集光する光走査装置において、前記光ビームの走査領域内で前記光ビームを検出する光センサと、前記光センサから出力されるセンサ信号を入力し、該センサ信号の指定範囲の周波数成分を通過させる第１の平滑化手段と、前記第１の平滑化手段を通過した信号を第１の基準信号と比較する第１の比較手段と、前記光センサから出力されるセンサ信号に基づき、偏向走査される前記光ビームが前記光センサの位置を通過する時間差を表す時間差信号を生成する時間差信号生成手段と、前記時間差信号を入力し、該時間差信号の指定範囲の周波数成分を通過させる第２の平滑化手段と、前記第２の平滑化手段を通過した信号を第２の基準信号と比較する第２の比較手段と、前記第１の比較手段から出力される信号と前記第２の比較手段から出力される信号のいずれか一方を選択するセレクタ手段と、前記セレクタ手段により選択された信号に基づいて前記振動ミラーを駆動する駆動手段と、を備え、前記第１の平滑化手段は、前記光センサから出力されるセンサ信号の所定周波数以下の低周波成分のみを通過させ、前記第２の平滑化手段は、前記時間差信号の前記所定周波数を超える高周波成分も通過させ、前記セレクタ手段は、前記第１の比較手段から出力される信号が目標値を基準に定められた所定範囲内にない場合は前記第１の比較手段から出力される信号を選択し、前記第１の比較手段から出力される信号が前記所定範囲内となった場合に前記第２の比較手段から出力される信号を選択することを特徴とする。

また、本発明は、光走査装置により光ビームを走査して感光体に潜像を形成し、該潜像を可視化して記録画像を得る画像形成装置において、本発明にかかる光走査装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、振動ミラーの駆動初期から低ジッタ動作を行う定常時まで安定した動作を低コストで実現することができるという効果を奏する。

図１は、電子写真方式のフルカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 図２は、画像形成装置が備える光走査装置の具体例を示す斜視図である。 図３は、光走査装置が備える振動ミラーの具体例を示す分解斜視図である。 図４は、時間軸に対する振動ミラーの振幅波形の一例を示す図である。 図５は、振動ミラーの揺動ばらつき変動を説明する図である。 図６は、第１実施例の概要を示す概略構成図である。 図７は、振動ミラーの駆動波形と光センサから出力されるセンサ信号および可変平滑化回路を通過した信号との関係を示す図である。 図８は、可変平滑化回路の切り替え動作のフローチャートである。 図９は、可変平滑化回路を通過した信号が目標レベルに達するまでの時間変化の様子を示す図である。 図１０は、可変平滑化回路の切り替えを説明する図である。 図１１は、第２実施例の概要を示す概略構成図である。 図１２は、振動ミラーの駆動波形と２つの光センサから出力されるセンサ信号および可変平滑化回路を通過して加算器で加算された信号との関係を示す図である。 図１３は、第３実施例の概要を示す概略構成図である。 図１４は、振動ミラーの駆動波形と光センサから出力されるセンサ信号、このセンサ信号に基づいて生成される時間差信号および可変平滑化回路を通過した信号との関係を示す図である。 図１５は、第４実施例の概要を示す概略構成図である。 図１６は、振動ミラーの駆動波形と２つの光センサのうちの一方から出力されるセンサ信号および他方から出力されるセンサ信号との関係を示す図である。 図１７は、第５実施例の概要を示す概略構成図である。 図１８は、セレクタによる信号選択の切り替え動作のフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る光走査装置および画像形成装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（画像形成装置の概要）
まず、画像形成装置の一例について説明する。図１は、電子写真方式のフルカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。この画像形成装置は、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の４色の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋをシーケンシャルに並べたタンデム型の画像形成装置として構成されている。なお、符号の添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを示すものである。

各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋはドラム型であり、図中の矢印Ａ方向に回転駆動される。各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの周囲には、電子写真プロセスを順に実行するためのプロセス装置が配置され、各色独立の作像ステーションを構成している。イエローの作像ステーションを例に説明すると、感光体１Ｙの回転方向に沿って、帯電装置２Ｙ、現像装置３Ｙ、クリーニング装置４Ｙ、除電装置５Ｙが順に配置されている。他の色の作像ステーションも同様である。

各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの上方には、各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの周面を被走査面として光ビームを走査する光走査装置６が配置されている。また、各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの下方には、中間転写ベルト７が配設されている。中間転写ベルト７は、各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの周面と対向する面が水平となるようにローラ８ａ〜８ｄにより懸架され、図中Ｂ方向に走行するように駆動される。

画像形成装置における画像形成プロセスは以下の通りである。イエローの作像ステーションを例に説明すると、帯電装置２Ｙにより一様に帯電された感光体１Ｙに対して光走査装置６からの光ビームが走査され、感光体１Ｙ上に静電潜像が形成される。感光体１Ｙ上の静電潜像は、現像装置３Ｙからイエローのトナーが供給されることで可視化され、トナー像が形成される。感光体１Ｙ上に形成されたトナー像は、一次転写装置９Ｙによって中間転写ベルト７上に転写される。また、感光体１Ｙ上に残存したトナーは、クリーニング装置４Ｙにより除去され、トナー像を転写した後の感光体１Ｙは除電装置５Ｙにより除電される。

他の色の作像ステーションにおいても同様のプロセスによりトナー像が形成されて、中間転写ベルト７上に転写される。このとき、各色のトナー像が中間転写ベルト７上で重ね合わされるように転写されることで、中間転写ベルト７上にカラー画像が形成される。中間転写ベルト７上に形成されたカラー画像は、二次転写装置１０によって図中Ｃ方向に搬送される転写紙Ｐ上に転写される。転写紙Ｐ上に転写されたカラー画像は、定着装置１１によって転写紙Ｐに定着される。また、中間転写ベルト７上に残存したトナーは、クリーニング装置１２によって除去される。

（光走査装置の構成）
次に、画像形成装置が備える光走査装置６の具体的な一例について、さらに詳しく説明する。

図２は、光走査装置６の具体例を示す斜視図である。光走査装置６は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応した４つの光源２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを有する光源部２０と、各光源２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋから出射された光ビームを偏向走査する振動ミラー２１と、振動ミラー２１により偏向走査される光ビームを４つの感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの被走査面に向かって集光する走査結像光学系を備える。また、振動ミラー２１により偏向走査される光ビームの走査領域内（振動ミラー２１の最大振れ角よりも小さい振れ角で光ビームを検出可能な位置）には、光ビームを検出する光センサであるＰＤ１，ＰＤ２と、光ビームをＰＤ１，ＰＤ２の受光面に向かって集光するレンズ２５，２６が配設されている。これらの光走査装置６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。

各色に対応した光源２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、例えば半導体レーザとカップリングレンズにより構成され、半導体レーザが出射するレーザ光を、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（例えば、平行光束あるいは弱い発散性もしくは集束性の光束）の光ビームに変換する。この光ビームは、ハーフミラー２３を経てシリンドリカルレンズ２２により副走査方向に集束され、振動ミラー２１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２１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おり、光源２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋからの各光ビームは、レーザ透過部材を介して振動ミラー２１に入射する。振動ミラー２１の揺動により同一方向に偏向された４色分の光ビームは、走査結像光学系の走査レンズ群を構成する第１のレンズ２４を透過する。ブラック成分画像を書き込む光ビームはミラー２６Ｋで反射され、走査レンズ群を構成する第２のレンズ２７Ｋを透過して、被走査面となる感光体１Ｋ上に光スポットとして集光する。この光スポットは、感光体１Ｋ の表面を矢印Ｄ方向（主走査方向）に走査する。イエロー、マゼンタ、シアンの各色成分画像を書き込む光ビームもそれぞれ上記ブラック成分画像を書き込むための走査光学系と実質的に同様に構成された走査光学系を経てそれぞれに対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面を走査する。この光走査によって、上述したように各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ、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対応する光学素子等には符号を付記していないが、ブラックに対応する光学素子と光学的に等価なイエロー、マゼンタ、シアンに対応する光学素子が等価な位置に配置されている。

（振動ミラーの構成）
次に、光走査装置６が備える振動ミラー２１の具体的な一例について、さらに詳しく説明する。

図３は、振動ミラー２１の具体例を示す分解斜視図である。振動ミラー２１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、シリコン（Ｓｉ）基板をエッチングにより切り抜くことにより形成される。

具体的には、振動ミラー２１は、例えばＳＯＩ基板と呼ばれる厚さ６０μｍと１４０μｍの２枚の基板３１，３２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される。まず、１４０μｍの基板３２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３３、平面コイルが形成される振動板３４、可動部の骨格をなす補強梁３５と、フレーム３６とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通させる。次に、６０μｍの基板３１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３８と、フレーム３９とを残したそれ以外の部分を酸化膜まで貫通させる。そして、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２１の構造体を形成する。

振動ミラー２１は実装基板４０をベースにして組み立てられている。実装基板４０上には、振動ミラー２１を装着する枠状の台座４１と、振動ミラー２１を囲うように形成されたヨーク４２が配備され、ヨーク４２の枠内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４３が接合されている。

振動ミラー２１は、ミラー面を表に向けて台座４１に装着され、端子４４間に電流を流すことにより振動板３４に形成されたコイルパターンの回転軸に平行な各辺にローレンツ力が生じ、回転トルクＴが発生する。この回転トルクＴによりねじり梁３３をねじって可動ミラー部３８を回転させ、上記電流を切ると、ねじり梁３３の戻り力により可動ミラー部３８が水平に戻る。したがって、コイルパターンに流れる電流の方向を交互に切り換える（交流の駆動信号を流す）ことによって、可動ミラー部３８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２１を構成する構造体の、ねじり梁３３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。

一方、コイルパターンに直流成分の電流を流す（直流電圧を印加する）ことにより、可動ミラー部３８を静的に変化（振幅中心を変化）させることができる。ただし、共振現象を利用しているので電流に応じた変化は角度で±１°以内となる。この直流成分を前記交流信号に重畳させることにより、振動ミラー２１を振動（偏向）させながら、振幅中心を変化させることが可能となる。

図４は、時間軸に対する振動ミラー２１の振幅波形を示している。振動ミラー２１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２１の振幅波形は時間に対して正弦波状の軌跡を描き、偏向走査される光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。そこで、振動ミラー２１による上記のような走査速度であっても、被走査面における走査速度は一定となるように、走査結像光学系の走査レンズ群を構成する第１のレンズ２４および第２のレンズ（２７Ｋ）は、ｆ・アークサイン（ｆ・ａｒｃｓｉｎ）特性を有している。

振動ミラー２１は、可動部の質量が小さく、慣性力が従来広く使用されている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、消費電力を低く抑えることができる。その一方で、振動ミラー２１は気流などの外乱の影響を受けやすく、図５（ａ）〜（ｃ）に示すような振動ミラー２１の揺動ばらつき変動が発生しやすい。振動ミラー２１を安定的に駆動できていれば、振動ミラー２１の振幅波形は図５（ａ）〜（ｃ）の実線で示すような理想的な波形となるはずであるが、実際の波形は、外乱の影響などにより図５（ａ）〜（ｃ）の一点鎖線で示すように、理想的な波形からずれた波形となる現象が発生し、いずれの場合も光ビームの走査位置変動となって画像劣化の要因となる。このため、振動ミラー２１を駆動するミラー駆動系では、上記のような変動を抑制する制御を行っている。

図５（ａ）は、振幅変動について示したものである。振幅が目標よりも大きい場合（小さい場合も同じ）、図中矢印で示す方向に修正して理想的な振幅波形とする制御を行う。例えば、図４で示したＰＤ１出力のタイムインターバルＡとＰＤ２出力のタイムインターバルＢの演算値が一定となるように制御する。

図５（ｂ）は、振動ミラー２１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。振動波形にオフセットがある場合、図中矢印で示す方向に修正してオフセットを無くすような制御を行う。例えば、図４で示したＰＤ１出力のタイムインターバルＡとＰＤ２出力のタイムインターバルＢの演算値が一定となるように制御する。

図５（ｃ）は、振動ミラー２１の振幅波形の位相変動について示したものである。図に示すような位相変動が生じた場合、図中矢印で示す方向に修正して理想振幅波形の位相とする制御を行う。例えば、図４で示したような振動ミラー２１を駆動するための信号を生成する基準位相クロックと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する。

以上のように、振動ミラー２１を駆動するミラー駆動系では、光センサ（ＰＤ１，ＰＤ２）からのセンサ信号を用い、振動ミラー２１の振幅補正やオフセット補正、駆動信号と振動ミラー２１の振れ角が一定の位相となるような位相制御などの少なくともいずれかを実行して、外乱の影響を抑制するいわゆる低ジッタ動作を行う。ここで、以上のような低ジッタ動作では振動ミラー２１が高感度で駆動されることになるが、振動ミラー２１の駆動初期から制御ゲインが高くなっていると制御系の発振を招く虞がある。また、このような問題を回避するために、ミラー駆動系に特許文献３に記載されているような可変利得部を設け、この可変利得部でのゲイン調整によって振動ミラー２１の駆動初期における発振を抑制しながら、定常時での低ジッタ動作を実現しようとすると、回路規模が大型化してコスト高を招いてしまう。

そこで、本実施形態の光走査装置６では、ミラー駆動系に、光センサ（上記の例ではＰＤ１，ＰＤ２）から得られる信号の任意の周波数成分を通過させて平滑化し、且つ、その通過させる周波数を変更できる手段を設けることで、振動ミラー２１の駆動初期から低ジッタ動作を行う定常時まで安定した動作を低コストで実現できるようにしている。以下、このミラー駆動系に関する個別の具体例を実施例として説明する。

（第１実施例）
図６は、第１実施例の概要を示す概略構成図である。なお、図６では、上記の画像形成装置が備える感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋのうちの１つ（以下、感光体１と表記する。）のみを図示し、走査結像光学系の各レンズを１つの部材（以下、光学部材５０と表記する。）として単純化して図示している。また、光ビームの走査領域内に１つの光センサ５１が配置されているものとする。

本実施例のミラー駆動系は、光センサ５１と比較器５３との間に可変平滑化回路５２が設けられ、光センサ５１から出力されるセンサ信号が可変平滑化回路５２に入力される構成となっている。可変平滑化回路５２は、光センサ５１から出力されるセンサ信号の指定範囲の周波数成分を通過させて平滑化する回路であり、通過させる周波数（つまり指定範囲）が変更可能なものである。

光ビーム制御部５６により光源部２０が駆動され、光源部２０から光ビームが出射されると、この光ビームが振動ミラー２１により偏向走査されて、光学部材５０を介して感光体１の被走査面を走査する。振動ミラー２１は、駆動部５５から出力される駆動信号に従って駆動され、感光体１の被走査面を含む走査領域で光ビームを走査する。このとき、光センサ５１が光ビームを検出してセンサ信号を出力し、このセンサ信号が振動ミラー２１の駆動にフィードバックされるが、その前段で光センサ５１から出力されるセンサ信号が可変平滑化回路５２に入力される。なお、光センサ５１の位置は、感光体１と光学的に同じ距離に置いた方が光ビームのスポットサイズが同じになるのでより高い精度で制御が可能となる。ただし、光センサ５１の位置は感光体１の近傍に必ずしもある必要はなく、精度が許せば振動ミラー２１の近傍に配置するなど、任意の位置に配置することが可能である。

可変平滑化回路５２は、振動ミラー２１の駆動初期においては、入力されるセンサ信号の高周波成分をカットし、低周波成分のみを通過させて比較器５３に入力する。一方、低ジッタ動作を行う定常時には、高周波成分も通過させて比較器５３に入力する。この可変平滑化回路５２の切り替えは、例えば、可変平滑化回路５２を通過した信号が目標値を基準に定められた所定範囲内（例えば目標値±１％以内）に入ったか否かを切り替え判定部５４で判定し、可変平滑化回路５２を通過した信号が所定範囲内にない間は低周波信号のみを通過させる特性とし、可変平滑化回路５２を通過した信号が所定範囲内に入ったら高周波成分も通過させる特性となるように切り替える。また、振動ミラー２１の駆動開始から予め定められた時間が経過したら高周波成分も通過させる特性となるように切り替えてもよい。

図７は、振動ミラー２１の駆動波形と光センサ５１から出力されるセンサ信号および可変平滑化回路５２を通過した信号との関係を示す図である。振動ミラー２１は図７に示すような正弦波の駆動波形で駆動され、その結果、光センサ５１から図７に示すようなセンサ信号が出力される。このセンサ信号を可変平滑化回路５２に入力して平滑化すると、図７に示すようなアナログのレベル信号となる。このアナログのレベル信号を、比較器５３において基準信号のレベルと比較し、比較器５３から出力される信号に基づいて駆動部５５が振動ミラー２１を駆動する。ここで、可変平滑化回路５２は、抵抗、コンデンサ、インダクタのようなパッシブ素子を用いても構成してもよいし、オペアンプを用いてアクティブフィルタとして構成してもよい。また、ＤＳＰあるいはＣＰＵを用いてデジタルフィルタとして構成するようにしてもよい。また、必要に応じて、可変平滑化回路５２を通過した信号をアンプで増幅してから比較器５３に入力するようにしてもよい。

図８は、可変平滑化回路５２の切り替え動作のフローチャートである。振動ミラー２１を駆動する際には、まずステップＳ１０１において、光センサ５１から出力されるセンサ信号の高周波成分をカットし、低周波成分のみが可変平滑化回路５２を通過するように、可変平滑化回路５２の特性が設定される。次に、ステップＳ１０２において、振動ミラー２１の駆動が開始され、その後、ステップＳ１０３において、切り替え判定部５４により、可変平滑化回路５２を通過した信号のレベルが目標値を基準に定められた所定範囲内に入ったか否かが判定される。そして、可変平滑化回路５２を通過した信号が所定範囲内に入らない間は（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０１で設定した特性が維持され、可変平滑化回路５２を通過した信号が所定範囲内に入ると（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４において、光センサ５１から出力されるセンサ信号の高周波成分も通過させるように、可変平滑化回路５２の特性が切り替えられる。

図９は、可変平滑化回路５２を通過した信号が目標レベル（目標値）に達するまでの時間変化の様子を示す図である。振動ミラー２１の駆動初期ではセンサ信号の高周波成分がカットされるため、可変平滑化回路５２を通過した信号のレベルは徐々に上昇して目標レベルに近づいていく。そして、あるタイミングで可変平滑化回路５２を通過した信号のレベルが目標レベルを基準とした所定範囲内に入ると、可変平滑化回路５２が切り替わって高周波成分も通過させるため、フィードバックのゲインが高められることとなり、可変平滑化回路５２を通過した信号のレベルが目標レベル近傍で安定する。

図１０は、可変平滑化回路５２の切り替えを説明する図である。図中のＬ１が振動ミラー２１の駆動初期に選択される可変平滑化回路５２の特性を示し、図中のＬ２が定常時に選択される可変平滑化回路５２の特性を示している。振動ミラー２１の駆動初期にはＬ１の特性が選択されることで周波数ｆ１以下の低周波成分のみが可変平滑化回路５２を通過する。そして、定常時には可変平滑化回路５２の特性がＬ１からＬ２に切り替えられることにより、周波数ｆ１からｆ２までの高周波成分も可変平滑化回路５２を通過することになる。なお、Ｌ１からＬ２への切り替えは急激に行うのではなく、段階的に行うようにしてもよい。これにより、可変平滑化回路５２の切り替えに伴う発振を防止することができる。

以上のように、本実施例では、光センサ５１から出力されるセンサ信号を可変平滑化回路５２に入力し、振動ミラー２１の駆動初期においては低周波成分のみを通過させて比較器５３に入力する一方で、低ジッタ動作を行う定常時には、可変平滑化回路５２の特性を切り替えて高周波成分も通過させて比較器５３に入力するようにしている。したがって、本実施例によれば、振動ミラー２１の駆動初期から低ジッタ動作を行う定常時まで安定した動作を低コストで実現することができる。

（第２実施例）
図１１は、第２実施例の概要を示す概略構成図である。本実施例は、光ビームの走査領域内の異なる位置に配置された２つの光センサ５１ａ，５１ｂから各々出力されるセンサ信号を可変平滑化回路５２ａ，５２ｂにそれぞれ入力するようにした例である。

可変平滑化回路５２ａ，５２ｂは、第１実施例で説明した可変平滑化回路５２と同様に、振動ミラー２１の駆動初期においては、入力されるセンサ信号の高周波成分をカットし、低周波成分のみを通過させる。一方、低ジッタ動作を行う定常時には、高周波成分も通過させる。可変平滑化回路５２ａを通過した信号と可変平滑化回路５２ｂを通過した信号は、加算器５７において加算され、比較器５３に入力される。

可変平滑化回路５２ａ，５２ｂの切り替えは、例えば、可変平滑化回路５２ａ，５２ｂを通過して加算器５７で加算された信号が目標値を基準に定められた所定範囲内（例えば目標値±１％以内）に入ったか否かを切り替え判定部５４で判定し、可変平滑化回路５２ａ，５２ｂを通過して加算器５７で加算された信号が所定範囲内にない間は低周波成分のみを通過させる特性とし、可変平滑化回路５２ａ，５２ｂを通過して加算器５７で加算された信号が所定範囲内に入ったら高周波成分も通過させる特性となるように切り替える。なお、ここでの目標値は、加算器５７での加算に対応させて、第１実施例の場合の概ね２倍程度とされる。また、振動ミラー２１の駆動開始から予め定められた時間が経過したら高周波成分も通過させる特性となるように切り替えてもよい。

図１２は、振動ミラー２１の駆動波形と光センサ５１ａ，５１ｂから出力されるセンサ信号および可変平滑化回路５２ａ，５２ｂを通過して加算器５７で加算された信号との関係を示す図である。振動ミラー２１は図１２に示すような正弦波の駆動波形で駆動され、その結果、光センサ５１ａ，５１ｂから図１２に示すようなセンサ信号が出力される。このセンサ信号を可変平滑化回路５２ａ，５２ｂに入力して平滑化し、加算器５７で加算すると、図１２に示すようなアナログのレベル信号となる。このアナログのレベル信号を、比較器５３において基準信号のレベルと比較し、比較器５３から出力される信号に基づいて駆動部５５が振動ミラー２１を駆動する。なお、比較器５３での比較対象となる基準信号のレベルは、加算器５７での加算に対応させて、第１実施例の場合の概ね２倍程度とされる。

以上のように、本実施例では、光センサ５１ａ，５１ｂから出力されるセンサ信号を可変平滑化回路５２ａ，５２ｂに入力し、振動ミラー２１の駆動初期においては低周波信号のみを通過させて加算器５７で加算した信号を比較器５３に入力する一方で、低ジッタ動作を行う定常時には、可変平滑化回路５２ａ，５２ｂの特性を切り替えて高周波成分も通過させて加算器５７で加算した信号を比較器５３に入力するようにしている。したがって、本実施例によれば、第１実施例と同様に、振動ミラー２１の駆動初期から低ジッタ動作を行う定常時まで安定した動作を低コストで実現することができる。

また、本実施例では、光センサ５１ａ，５１ｂから出力されて可変平滑化回路５２ａ，５２ｂで平滑化されたセンサ信号を加算器５７で加算して比較器５３に入力する構成となっているため、センサ信号のレベルが２倍になる分、センサ信号のＳ／Ｎ比を高められるといった利点がある。

（第３実施例）
図１３は、第３実施例の概要を示す概略構成図である。本実施例は、光センサ５１から出力されるセンサ信号をもとに生成されるセンサ間信号を可変平滑化回路５２に入力するようにした例である。

本実施例では、光センサ５１と可変平滑化回路５２との間にセンサ間信号生成部５８が設けられている。センサ間信号生成部５８は、振動ミラー２１の駆動波形の山（あるいは谷）の部分で光センサ５１から連続的に出力される２つのパルス状のセンサ信号の間でアクティブな状態となるセンサ間信号を生成し、生成したセンサ間信号を可変平滑化回路５２に入力する。

可変平滑化回路５２は、振動ミラー２１の駆動初期においては、入力されるセンサ間信号の高周波成分をカットし、低周波成分のみを通過させて比較器５３に入力する。一方、低ジッタ動作を行う定常時には、高周波成分も通過させて比較器５３に入力する。この可変平滑化回路５２の切り替えは、例えば第１実施例と同様に、可変平滑化回路５２を通過した信号が目標値を基準に定められた所定範囲内（例えば目標値±１％以内）に入ったか否かを切り替え判定部５４で判定し、可変平滑化回路５２を通過した信号が所定範囲内にない間は低周波成分のみを通過させる特性とし、可変平滑化回路５２を通過した信号が所定範囲内に入ったら高周波成分も通過させる特性となるように切り替える。また、振動ミラー２１の駆動開始から予め定められた時間が経過したら高周波成分も通過させる特性となるように切り替えてもよい。

図１４は、振動ミラー２１の駆動波形と光センサ５１から出力されるセンサ信号、このセンサ信号に基づいて生成されるセンサ間信号および可変平滑化回路５２を通過した信号との関係を示す図である。振動ミラー２１は図１４に示すような正弦波の駆動波形で駆動され、その結果、光センサ５１から図１４に示すようなセンサ信号が出力され、センサ間信号生成部５８において図１４に示すようなセンサ間信号が生成される。このセンサ間信号を可変平滑化回路５２に入力して平滑化すると、図１４に示すようなアナログのレベル信号となる。このアナログのレベル信号を、比較器５３において基準信号のレベルと比較し、比較器５３から出力される信号に基づいて駆動部５５が振動ミラー２１を駆動する。

以上のように、本実施例では、光センサ５１から出力されるセンサ信号をもとに生成されたセンサ間信号を可変平滑化回路５２に入力し、振動ミラー２１の駆動初期においては低周波成分のみを通過させて比較器５３に入力する一方で、低ジッタ動作を行う定常時には、可変平滑化回路５２の特性を切り替えて高周波成分も通過させて比較器５３に入力するようにしている。したがって、本実施例によれば、第１，第２実施例と同様に、振動ミラー２１の駆動初期から低ジッタ動作を行う定常時まで安定した動作を低コストで実現することができる。

また、本実施例では、振動ミラー２１の駆動波形の山（あるいは谷）の部分で光センサ５１から連続的に出力される２つのパルス状のセンサ信号の間でアクティブな状態となるセンサ間信号を生成し、このセンサ間信号を可変平滑化回路５２で平滑化して比較器５３に入力する構成となっているため、センサ信号を平滑化して比較器５３に入力する場合と比較してＳ／Ｎ比を高められるといった利点がある。

（第４実施例）
図１５は、第４実施例の概要を示す概略構成図である。本実施例は、偏向走査される光ビームが光センサ５１ａ，５１ｂを通過する時間差（図４で示したタイムインターバルＡやタイムインターバルＢ）を計測し、計測した時間差（デジタルデータ）を可変平滑化回路５２に入力するようにした例である。なお、時間差を計測する技術の詳細は、特許文献１や特許文献２に記載されている。

本実施例では、光センサ５１ａ，５１ｂと可変平滑化回路５２との間に時間差計測部５８が設けられている。時間差計測部５９は、振動ミラー２１の駆動波形の山や谷の部分で光センサ５１ａ，５１ｂからパルス状のセンサ信号が出力される時間差を、決められたクロックによりカウント（計測）し、デジタルデータであるカウント値（計測した時間差）を可変平滑化回路５２に入力する。なお、本実施例では可変平滑化回路５２に入力される信号が上記のようにデジタルデータであるため、可変平滑化回路５２はデジタル回路で構成される。

図１６は、振動ミラー２１の駆動波形と光センサ５１ａから出力されるセンサ信号および光センサ５１ｂから出力されるセンサ信号との関係を示す図である。図１６のＴ１−Ｔ２間が、振動ミラー２１の駆動波形の山の部分で光センサ５１ａからパルス状のセンサ信号が出力される時間差（図４で示したＰＤ１出力のタイムインターバルＡ）であり、図１６のＴ３−Ｔ４間が、振動ミラー２１の駆動波形の山の部分で光センサ５１ａからパルス状のセンサ信号が出力される時間差（図４で示したＰＤ２出力のタイムインターバルＢ）である。時間差計測部５９は、これらの時間差を計測して可変平滑化回路５２に入力する。また、偏向走査される光ビームが光センサ５１ａ，５１ｂを通過する時間差としては、上記のＴ１−Ｔ２間の時間差やＴ３−Ｔ４間の時間差のほか、Ｔ２−Ｔ３間の時間差や、Ｔ４−Ｔ１間の時間差もある。時間差計測部５９は、これらＴ２−Ｔ３間の時間差やＴ４−Ｔ１間の時間差を計測して可変平滑化回路５２に入力するようにしてもよい。この場合、振動ミラー２１の理想振幅波形に占める時間差の割合を大きく取ることができる。

可変平滑化回路５２は、振動ミラー２１の駆動初期においては、時間差計測部５９により計測された時間差の高周波成分をカットし、低周波成分のみを通過させて比較器５３に入力する。一方、低ジッタ動作を行う定常時には、高周波成分も通過させて比較器５３に入力する。この可変平滑化回路５２の切り替えは、例えば第１実施例と同様に、可変平滑化回路５２を通過した信号が目標値を基準に定められた所定範囲内（例えば目標値±１％以内）に入ったか否かを切り替え判定部５４で判定し、可変平滑化回路５２を通過した信号が所定範囲内にない間は低周波成分のみを通過させる特性とし、可変平滑化回路５２を通過した信号が所定範囲内に入ったら高周波成分も通過させる特性となるように切り替える。また、振動ミラー２１の駆動開始から予め定められた時間が経過したら高周波成分も通過させる特性となるように切り替えてもよい。可変平滑化回路５２で平滑化された信号は比較器５３に入力され、比較器５３おいて基準信号と比較される。そして、比較器５３から出力される信号に基づいて、駆動部５５が振動ミラー２１を駆動する。なお、本実施例では比較器５３に入力される信号がデジタルデータであるため、比較器５３はデジタル回路で構成され、デジタルの基準信号を用いて比較される。

以上のように、本実施例では、偏向走査される光ビームが光センサ５１ａ，５１ｂを通過する時間差を計測して可変平滑化回路５２に入力し、振動ミラー２１の駆動初期においては低周波成分のみを通過させて比較器５３に入力する一方で、低ジッタ動作を行う定常時には、可変平滑化回路５２の特性を切り替えて高周波成分も通過させて比較器５３に入力するようにしている。したがって、本実施例によれば、第１〜第３実施例と同様に、振動ミラー２１の駆動初期から低ジッタ動作を行う定常時まで安定した動作を低コストで実現することができる。

また、本実施例では、偏向走査される光ビームが光センサ５１ａを通過するタイミングと光センサ５１ｂを通過するタイミングとの時間差（上記のＴ２−Ｔ３間の時間差やＴ４−Ｔ１間の時間差）を計測することで、振動ミラー２１の理想振幅波形に占める時間差の割合を大きく取ることができ、フィードバック制御の効率を高めることができる。

（第５実施例）
図１７は、第５実施例の概要を示す概略構成図である。本実施例は、光センサ５１ａ，５１ｂから出力されるセンサ信号を平滑化して基準信号と比較した結果と、偏向走査される光ビームが光センサ５１ａ，５１ｂを通過する時間差を平滑化して基準信号と比較した結果とのいずれか一方を選択して、駆動部５５に入力するようにした例である。

光センサ５１ａ，５１ｂから出力されるセンサ信号は、バッファ６０で分離されて一方は第１の平滑化回路６１ａに入力され、他方は時間差計測部５９に入力される。時間差計測部５９は、第４実施例と同様に、振動ミラー２１の駆動波形の山や谷の部分で光センサ５１ａ，５１ｂからパルス状のセンサ信号が出力される時間差を、決められたクロックによりカウント（計測）し、デジタルデータであるカウント値（計測した時間差）を第２の平滑化回路６１ｂに入力する。第１の平滑化回路６１ａおよび第２の平滑化回路６１ｂは、入力された信号の指定範囲の周波数成分を通過させて平滑化するものである。なお、センサ信号の分離には、バッファ６０に代えてインピーダンス変換器を用いるようにしてもよい。

第１の平滑化回路６１ａは、入力されるセンサ信号の高周波成分をカットし、低周波成分のみを通過させて第１の比較器６２ａに入力する。第１の比較器６２ａは、第１の平滑化回路６１ａから入力されるアナログのレベル信号を基準信号のレベルと比較し、比較結果の信号をセレクタ６３に入力する。一方、第２の平滑化回路６１ｂは、入力される時間差信号について、第１の平滑化回路６１ａでカットされる高周波成分も通過させて第２の比較器６２ｂに入力する。第２の比較器６２ｂは、第２の平滑化回路６１ｂで平滑化された信号を基準信号と比較し、比較結果の信号をセレクタ６３に入力する。なお、第２の平滑化回路６１ｂは、入力される信号が上記のようにデジタルデータであるため、デジタル回路で構成される。また、第２の比較器６２ｂも入力される信号がデジタルデータであるためデジタル回路で構成され、第２の平滑化回路６１ｂで平滑化された信号をデジタルの基準信号と比較する。

セレクタ６３は、第１の比較器６２ａから出力される信号と第２の比較器６２ｂから出力される信号のいずれか一方を選択して駆動部５５に入力する。具体的には、セレクタ６３は、振動ミラー２１の駆動初期においては第１の比較器６２ａから出力される信号を選択して駆動部５５に入力し、低ジッタ動作を行う定常時には第２の比較器６２ｂから出力される信号を選択して駆動部５５に入力する。

セレクタ６３による信号選択の切り替えは、例えば、第１の比較器６２ａから出力される信号が目標値を基準に定められた所定範囲内（例えば目標値±１％以内）に入ったか否かを選択判定部６４で判定し、第１の比較器６２ａから出力される信号が所定範囲内にない間は第１の比較器６２ａから出力される信号を駆動部５５に入力する信号として選択し、第１の比較器６２ａから出力される信号が所定範囲内に入ったら第２の比較器６２ｂから出力される信号を駆動部５５に入力する信号として選択するといった方法で行う。また、振動ミラー２１の駆動開始から予め定められた所定時間が経過するまでは第１の比較器６２ａから出力される信号を選択し、所定時間が経過したら第２の比較器６２ｂから出力される信号を選択するように切り替えてもよい。

図１８は、セレクタ６３による信号選択の切り替え動作のフローチャートである。振動ミラー２１を駆動する際には、まずステップＳ２０１において、セレクタ６３が第１の比較器６２ａから出力される信号を選択して駆動部５５に入力するように設定される。次に、ステップＳ２０２において、振動ミラー２１の駆動が開始され、その後、ステップＳ２０３において、選択判定部６４により、第１の比較器６２ａから出力される信号が目標値を基準に定められた所定範囲内に入ったか否かが判定される。そして、第１の比較器６２ａから出力される信号が所定範囲内に入らない間は（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、ステップＳ２０１で設定した特性が維持され、第１の比較器６２ａから出力される信号が所定範囲内に入ると（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０４において、セレクタ６３が第２の比較器６２ｂから出力される信号を選択して駆動部５５に入力するように、セレクタ６３の設定が切り替えられる。

以上のように、本実施例では、振動ミラー２１の駆動初期においては、第１の平滑化回路６１ａを通過した低周波信号を第１の比較器６２ａで基準信号と比較した結果の信号をセレクタ６３で選択して駆動部５５に入力する一方で、低ジッタ動作を行う定常時には、第２の平滑化回路６１ｂを通過した高周波成分を含む信号を第２の比較器６２ｂで基準信号と比較した結果の信号をセレクタ６３で選択して駆動部５５に入力するようにしている。したがって、本実施例によれば、第１〜第４実施例と同様に、振動ミラー２１の駆動初期から低ジッタ動作を行う定常時まで安定した動作を低コストで実現することができる。

以上、本発明の実施形態および具体的な実施例について説明したが、本発明は、上述した実施形態や実施例として開示した内容そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。つまり、本発明の技術範囲は、上述した実施形態や実施例として開示した内容に技術常識を加味して容易に導かれる変形例、代替手段なども含むものである。

１（１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ） 感光体
６ 光走査装置
２０ 光源部
２１ 振動ミラー
５０ 光学部材
５１（５１ａ，５１ｂ） 光センサ
５２（５２ａ，５２ｂ） 可変平滑化回路
５３ 比較器
５４ 切り替え判定部
５５ 駆動部
５８ センサ間信号生成部
５９ 時間差計測部
６１ａ 第１の平滑化回路
６１ｂ 第２の平滑化回路
６２ａ 第１の比較器
６２ｂ 第２の比較器
６３ セレクタ
６４ 選択判定部

特開２００９−１４５５１５号公報 特開２０１０−４９１５５号公報 特開２０１０−４８９２８号公報

Claims (6)

1. 光源から出射された光ビームを振動ミラーにより偏向走査し、走査結像光学系により被走査面に向かって集光する光走査装置において、
   前記光ビームの走査領域内で前記光ビームを検出する光センサと、
   前記光センサから得られる信号の指定範囲の周波数成分を通過させ、前記指定範囲が変更可能な可変平滑化手段と、
   前記可変平滑化手段を通過した信号を基準信号と比較する比較手段と、
   前記比較手段から出力される信号に基づいて前記振動ミラーを駆動する駆動手段と、を備え、
   前記可変平滑化手段は、該可変平滑化手段を通過した信号が目標値を基準に定められた所定範囲内にない場合は前記光センサから得られる信号の所定周波数以下の低周波成分のみを通過させ、該可変平滑化手段を通過した信号が前記所定範囲内となった場合に前記光センサから得られる信号の前記所定周波数を超える高周波成分も通過させるように、前記指定範囲が変更されることを特徴とする光走査装置。
2. 前記可変平滑化手段は、通過させる周波数が段階的に高められるように前記指定範囲が変更されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記可変平滑化手段は、前記光センサから出力されるセンサ信号を入力し、該センサ信号の指定範囲の周波数成分を通過させ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。
4. 前記光センサから出力されるセンサ信号に基づき、偏向走査される前記光ビームが前記光センサの位置を通過する時間差を計測する時間差計測手段をさらに備え、
   前記可変平滑化手段は、前記時間差のデータを入力し、該時間差のデータの指定範囲の周波数成分を通過させ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。
5. 光源から出射された光ビームを振動ミラーにより偏向走査し、走査結像光学系により被走査面に向かって集光する光走査装置において、
   前記光ビームの走査領域内で前記光ビームを検出する光センサと、
   前記光センサから出力されるセンサ信号を入力し、該センサ信号の指定範囲の周波数成分を通過させる第１の平滑化手段と、
   前記第１の平滑化手段を通過した信号を第１の基準信号と比較する第１の比較手段と、
   前記光センサから出力されるセンサ信号に基づき、偏向走査される前記光ビームが前記光センサの位置を通過する時間差を計測する時間差計測手段と、
   前記時間差のデータを入力し、該時間差のデータの指定範囲の周波数成分を通過させる第２の平滑化手段と、
   前記第２の平滑化手段を通過した信号を第２の基準信号と比較する第２の比較手段と、
   前記第１の比較手段から出力される信号と前記第２の比較手段から出力される信号のいずれか一方を選択するセレクタ手段と、
   前記セレクタ手段により選択された信号に基づいて前記振動ミラーを駆動する駆動手段と、を備え、
   前記第１の平滑化手段は、前記光センサから出力されるセンサ信号の所定周波数以下の低周波成分のみを通過させ、
   前記第２の平滑化手段は、前記時間差信号の前記所定周波数を超える高周波成分も通過させ、
   前記セレクタ手段は、前記第１の比較手段から出力される信号が目標値を基準に定められた所定範囲内にない場合は前記第１の比較手段から出力される信号を選択し、前記第１の比較手段から出力される信号が前記所定範囲内となった場合に前記第２の比較手段から出力される信号を選択することを特徴とする光走査装置。
6. 光走査装置により光ビームを走査して感光体に潜像を形成し、該潜像を可視化して記録画像を得る画像形成装置において、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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