光学走査装置及び画像形成装置
【課題】揺動軸周りに揺動する偏向子に対して、その揺動軸のおじぎ方向への姿勢を精度良く調整し、コンパクトな構成で高品位な画像品質を得ることが可能な光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置を提供する。
【解決手段】光源ユニット４１から射出されるレーザ光を偏向する偏向面を有する偏向子６２、ねじりバネ６４によって偏向子６２と同軸上に連結される可動子６３、及びねじりバネ６５を介して偏向子６２を保持する固定部７２とを備え、偏向子６２が揺動軸Ｏ周りに揺動し、レーザ光を揺動軸Ｏに直交する平面内で偏向走査する光学走査装置であって、固定部７２は、電圧が印加されることで撓み変形する圧電バイモルフ１に支持されており、圧電バイモルフ１が撓み変形することにより、揺動軸Ｏの姿勢を変化させることが可能に構成されている。
【解決手段】光源ユニット４１から射出されるレーザ光を偏向する偏向面を有する偏向子６２、ねじりバネ６４によって偏向子６２と同軸上に連結される可動子６３、及びねじりバネ６５を介して偏向子６２を保持する固定部７２とを備え、偏向子６２が揺動軸Ｏ周りに揺動し、レーザ光を揺動軸Ｏに直交する平面内で偏向走査する光学走査装置であって、固定部７２は、電圧が印加されることで撓み変形する圧電バイモルフ１に支持されており、圧電バイモルフ１が撓み変形することにより、揺動軸Ｏの姿勢を変化させることが可能に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光によって感光体ドラム上を偏向走査する光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を偏向する偏向子（例えばＭＥＭＳミラー）を揺動軸周りに揺動可能な構成とし、偏向子の揺動軸の姿勢をステッピングモータとギアを用いて調整する光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４３１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置には以下の課題がある。
【０００５】
特許文献１に記載の光学走査装置は、偏向子として用いられているＭＥＭＳミラーの揺動軸の傾きを補正し、感光体ドラム上での走査線傾きを補正するものである。画像品質への影響を考えると、偏向子の揺動軸は精度良くその姿勢が決められることが望ましく、そのためには、偏向子の揺動軸のおじぎ方向への傾きを補正することが重要になる。なお、「おじぎ方向」とは、偏向子の静止状態（揺動していない状態）における偏向面の法線方向と、揺動軸とによって形成される面内にある直線の方向であって、すなわち、揺動軸を含む面内において揺動軸が倒れる方向を指す。
【０００６】
偏向子の揺動軸が「おじぎ方向」に傾く場合、偏向されたレーザ光の走査レンズ等の結像光学系における通過位置がずれ、感光体ドラム上でスポットが回転したり、スポット形状が崩れるといった事態が起こる。この場合、レーザ光を偏向走査する際に、走査線が副走査方向にずれ、感光体ドラムの表面に所定の静電潜像を形成することが困難になるので、画像品質の劣化を招く。なお、以下ではここで説明した「揺動軸おじぎ方向への傾き」を、「揺動軸の倒れ」又は「揺動軸の姿勢変化」と称して説明を行う。
【０００７】
このように、偏向子としてＭＥＭＳミラーのような微小電気機械デバイスを用いてレーザ光の偏向を行う場合、所望の画像品質を安定して得るためには、揺動軸の倒れを補正する手段を設ける必要がある。これに対して、例えば特許文献１には、揺動軸の姿勢変化をカメラによって検知する構成が開示されているが、カメラによる検知では「おじぎ方向」の姿勢変化を検知することができない。また、特許文献１には、ギアとステッピングモータとを用いて揺動軸の姿勢変化を補正する構成が開示されているが、かかる構成によって揺動軸の姿勢変化を補正しようとすると、光学走査装置が大型化し、また、製造コストが増加する。
【０００８】
そこで本発明は、揺動軸周りに揺動する偏向子に対して、その揺動軸のおじぎ方向への姿勢を精度良く調整し、コンパクトな構成で高品位な画像品質を得ることが可能な光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明にあっては、レーザ光を射出する光源ユニットと、前記光源ユニットから射出されるレーザ光を偏向走査する偏向走査ユニットと、を備える光学走査装置において、前記偏向走査ユニットは、ねじれ方向に揺動し、その揺動軸が同軸上にある複数のねじりバネと、前記光源ユニットから射出されるレーザ光を偏向する偏向面を有する偏向子と、前記ねじりバネを介して前記偏向子と連結されている可動子と、前記ねじりバネを介して前記偏向子または前記可動子の少なくとも一方を保持している保持部材と、を備え、前記可動子が前記ねじりバネの揺動軸周りに揺動することに伴い、前記偏向子が前記揺動軸周りに揺動し、レーザ光を前記揺動軸に直交する平面内で偏向走査することが可能な構成であって、前記保持部材は、電圧が印加されることで変形する圧電体によって構成される支持部材に支持されており、前記圧電体に電圧が印加されて前記支持部材が変形することにより、前記偏向子が揺動していない静止状態における前記偏向面の法線方向と、前記揺動軸とで形成される面であって、前記揺動軸を含む面内において、前記揺動軸の姿勢が変化するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の画像形成装置は、上記に記載の光学走査装置と、前記光学走査装置によって偏向走査されるレーザ光が照射されることで、表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記トナー像をシート材に転写する転写部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、揺動軸周りに揺動する偏向子に対して、その揺動軸のおじぎ方向への姿勢変化を精度良く補正し、コンパクトな構成で高品位な画像品質を得ることが可能な光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】実施形態に係る光学走査装置の概略構成図。
【図３】実施形態における偏向走査ユニットの概略構成図。
【図４】実施形態における偏向子の揺動のメカニズムを説明する図。
【図５】実施形態における偏向走査ユニットの概略構成図。
【図６】実施形態における圧電バイモルフの概略構成図。
【図７】実施形態における圧電バイモルフの概略構成図。
【図８】実施形態における圧電バイモルフの動作を説明する図。
【図９】実施形態に係る光学走査装置の概略構成図。
【図１０】実施形態における揺動軸の倒れを検知する方法を説明する図。
【図１１】実施形態に係る光学走査装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１４】
［実施形態］
（画像形成装置の概略構成）
図１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成について説明する。本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式を採用するレーザビームプリンタである。画像を形成する際は、画像情報に基づいて変調されたレーザ光Ｌが光学走査装置３１から射出され、レーザ光が、一次帯電器３３によって一様に帯電している感光体ドラム３２（像担持体）の表面に照射されることで、該表面に静電潜像が形成される。そして形成された静
電潜像に対して現像器３４からトナー（現像剤）が供給され、静電潜像がトナー像として現像される。その後、転写ローラ３５（転写部材）に転写電圧が印加され、トナー像がシート材３６に転写され、定着器３７においてトナー像がシート材上に熱定着され、画像が形成されたシート材が排出ローラ３８によって画像形成装置本体外に排出される。
【００１５】
（光学走査装置の基本構成）
図２を参照して、本実施形態に係る光学走査装置３１の基本構成について説明する。レーザ光によって感光体ドラム３２の偏向走査を行う際は、まず、光源ユニット４１からレーザ光Ｌが射出され、シリンドリカルレンズ４７を通過したコリメート光を偏向走査ユニット４２によって偏向走査する。その後、偏向走査ユニット４２において偏向されたレーザ光Ｌは、順に走査レンズ４３、折り返しミラー４４を通過し、最終的に感光体ドラム３２の表面に到達する（図中一点鎖線）。
【００１６】
走査レンズ４３は、偏向走査の際に、偏向走査ユニット４２によって偏向されたレーザ光Ｌが感光体ドラム３２の長手方向の幅内に照射されるように設けられるものである。また、偏向されたレーザ光Ｌの一部は、ＢＤミラー４５によって反射され、ＢＤセンサ４６により光検知されている。このようなＢＤミラー４５、及びＢＤセンサ４６を設けることにより、ＢＤセンサ４６で検知した出力信号を基準に、走査回毎の書き込み信号を同期させ、走査方向のレーザ光Ｌの書き込み位置ズレを防止することができる。
【００１７】
また、偏向走査ユニット４２の偏向面の倒れ誤差によって生じる、感光体ドラム３２上の副走査方向の走査位置ズレ、所謂面倒れを防止するために、光学走査装置３１にはシリンドリカルレンズ４７が設けられている。ここで副走査方向とは、光軸方向及び走査方向のいずれにも直交する方向を指し、所謂シート材３６の送り方向に相当する。シリンドリカルレンズ４７を用いることにより、光源ユニット４１から射出されたレーザ光を偏向走査ユニット４２の偏向面上で副走査方向に圧縮して線像とすることができる。よって、偏向走査ユニット４２の偏向面、及び感光体ドラム３２の表面上では、レーザ光Ｌの走査方向が副走査方向に対して共役関係となる。なお、ここで説明した各光学部材、部品は、光学箱の所定の位置に高精度に組み付けられている。
【００１８】
（偏向走査ユニットの基本構成）
図３を参照して、本実施形態における偏向走査ユニット４２の基本構成について説明する。図３は、図２に示す偏向走査ユニット４２を拡大した図である。偏向走査ユニット４２は、単結晶シリコンのウェハをエッチング加工して製作されるプレート部材（素子、或いはＭＥＭＳミラーともいう）６１を備えている。プレート部材６１には、レーザ光を偏向する偏向面が形成された偏向子６２と、揺動軸Ｏ周りに揺動する可動子６３と、ねじれ方向に揺動する複数のねじりバネ６４、６５とが形成されている。なお、このねじりバネ６４、６５は、それぞれの揺動軸が同軸上にくるように配置されている。
【００１９】
可動子６３には棒状の永久磁石（マグネット）６６が接着固定されており、偏向子６２の表面にはアルミ等が蒸着され、偏向面が形成されている。また、可動子６３にはねじりバネ６５が連結され、ねじりバネ６５の一端が固定部７２（保持部材）に保持されている。なお、図３中の二点鎖線は、レーザ光Ｌａの偏向方向（進行方向）を示している。ここでは固定部７２がねじりバネ６５を介して可動子６３を保持しているが、偏向子６２を固定部７２によって直接保持する構成であってもよい。また、枠形状の保持部材を用いて、ねじりバネを介して偏向子６２と可動子６３を上下両方から保持する構成であってもよい。つまり、偏向子６２と可動子６３とが共振的に揺動可能な構成であれば、偏向子６２または可動子６３のうち少なくとも一方をねじりバネを介して固定部７２で保持する構成であればよい。
【００２０】
かかる構成を有する偏向走査ユニット４２では、可動子６３が揺動軸Ｏ周りに揺動（ねじり振動）することで、ねじりバネ６４、６５の作用によって偏向子６２が揺動し、レーザ光Ｌａを揺動軸Ｏに略直交する平面内で偏向走査することが可能になる。以下、可動子６３、偏向子６２が共振的に揺動するメカニズムについて補足的に説明する。
【００２１】
偏向子６２、可動子６３、及びねじりバネ６４，６５からなるプレート部材６１は、複数の固有振動モードを有している。本実施形態では、走査周期に応じた基本周波数の振動モードと、その２倍の周波数の振動モードとを有している。これらの振動モードの下で、偏向子６２、及び可動子６３が揺動軸Ｏ周りに共振的に揺動（ねじり振動）する。
【００２２】
可動子６３は、プレート部材６１に対向配置されているアクチュエータ６７によって揺動されている。アクチュエータ６７は、鉄心（コア）６８に巻線（コイル）６９を巻回させたものである。偏向走査ユニット４２の駆動時に、巻線６９に通電することによって、可動子６３に設けられた永久磁石６６にはローレンツ力が生じ、可動子６３にトルクが働く。この性質を利用し、電流をプレート部材６１の振動モードに合わせて変調させることにより、偏向子６２、可動子６３、及びねじりバネ６４、６５が共振的に揺動する。図４を参照して、この現象についてさらに詳しく説明する。図４は、本実施形態における偏向子６２の揺動のメカニズムを説明する図である。
【００２３】
上述したように、偏向走査ユニット４２は、プレート部材６１の複数の固有振動数（基本と２倍）を重ね合わせて駆動する。ここで、レーザ光の偏向走査に用いられる偏向子６２の振幅角度をθ、時間をｔとすると、偏向子６２は次式に示す挙動をとる。
θ(t)=A1sin(ωt)+A2sin(2ωt＋φ)+A3
Ａ１：基本周波数（基本波）における振幅
Ａ２：基本周波数の２倍（倍波）における振幅
ω：基本周波数
φ：基本波と倍波の位相差
Ａ３：静的な角度誤差、例えば偏向子６２が振動していない時の姿勢の角度誤差
【００２４】
なお、図４ではφ＝０、Ａ３＝０の場合を図示している。ここでは、偏向子６２、可動子６３が同じ方向へ同位相で振動する基本波成分と、これらが互い違いに逆位相で且つ基本波の２倍の周波数で振動する倍波成分、この２つを重ね合わせた時の偏向子６２の実際の挙動である３種の合成波を示している。ここで、各パラメータを適切に設定することにより、１周期内のある時間的な範囲では次式に示す挙動をとる。
θ(t)≒ｋｔ＋α
ｋ、α：いずれも定数
【００２５】
上式ではｄθ（ｔ）／ｄｔ＝ｋが成り立つので、偏向子６２は略等角速度で振動することになり、図３におけるレーザ光Ｌａは、ある時間範囲では略等角速度で偏向走査されていることがわかる。
【００２６】
（圧電バイモルフの構成、挙動）
図５〜図８を参照して、本実施形態における圧電バイモルフ１（圧電体によって構成される支持部材）の構成、及びその挙動について説明する。図５に示すように、プレート部材６１は固定部７２において圧電バイモルフ１に接着剤などにより固定され、支持されている。また、圧電バイモルフ１はホルダ部材７０に対し同様に接着剤などにより固定されている。さらにアクチュエータ６７もホルダ部材７０に対し圧入等の方法により固定されている。ホルダ部材７０はねじ穴７１を具備しており、偏向走査ユニット４２は、このねじ穴７１を介して光学箱（不図示）に固定されている。
【００２７】
図６（ｂ）は圧電バイモルフ１の分解斜視図である。圧電バイモルフ１は２枚の圧電素子２ａ、２ｂ（圧電体）、金属板３、及び２枚の電極４からなり、２枚の圧電素子２ａ、２ｂ、及び、２枚の電極４を金属板３に対し矢印Ａ或いは矢印Ｂ方向に貼り合わせた構成となっている。図６（ａ）に、完成後の圧電バイモルフ１の構成を示す。図示するように、圧電バイモルフ１の電極４には外部から電圧を供給するためのハーネス５がハンダなどによって取り付けられている。
【００２８】
次に図７を参照して、圧電バイモルフ１の動作について説明する。圧電素子２ａ、２ｂは、その厚み方向、すなわち、矢印Ｐ方向に分極されている。このような構造の圧電バイモルフ１に対し、図示するように金属板３と電極４間に電圧を印加する。すると、図中上側の圧電素子２ａは圧電横効果によって縮み、下側の圧電素子２ｂは伸びる。これによって圧電バイモルフ１は全体として矢印Ｃ方向に撓み変形する。なお、この撓み具合は印加される電圧に略比例し、印加される電圧が大きいほど、変形量が大きくなり、圧電バイモルフ１の先端の移動距離が大きくなる。
【００２９】
図８を参照して、圧電バイモルフ１が偏向走査ユニット４２においてどのように動作するかについて説明する。なお、図８（ａ）が動作前の状態であり、図８（ｂ）が動作後の状態である。圧電バイモルフ１に電圧を印加することにより、図８（ｂ）に示すように、圧電バイモルフ１が撓み変形する。すると圧電バイモルフ１に固定されているプレート部材６１もそれに伴って矢印Ｅ方向に傾く。これによってプレート部材６１の揺動軸Ｏの姿勢が変化し、揺動軸Ｏ´の状態になる。
【００３０】
この性質を利用すると、揺動軸Ｏが初期の組み立て時に傾いていた場合、圧電バイモルフ１に電圧を印加することによって、この揺動軸Ｏの姿勢を調整することができる。つまり「おじぎ方向」の揺動軸Ｏの倒れ、副走査方向の走査ズレを補正することができる。このように圧電バイモルフ１は、「おじぎ方向」つまり、偏向子６２の静止状態における偏向面の法線方向と、揺動軸Ｏ方向とによって形成される面であって、揺動軸Ｏを含む面内をその先端が移動するように撓み変形する。
【００３１】
より具体的に説明すると、図５のようにＸ、Ｙ、Ｚ軸を定めた場合、プレート部材６１によって偏向されるレーザ光の走査方向がＺ軸まわりの回転方向であるのに対し、圧電バイモルフ１の撓み方向はＹ軸まわりの回転方向となる。言い換えれば、プレート部材６１によって走査されるレーザ光の走査方向はＸ軸とＹ軸のなす平面内方向であるのに対し、圧電バイモルフ１の撓み方向はＸ軸とＺ軸のなす平面内であり、これらは互いに直交している。
【００３２】
このように電圧を印加してプレート部材６１の揺動軸Ｏの姿勢変化を補正し、その後はその電圧を維持して印加しつづけることで、揺動軸Ｏの姿勢を高精度に保つことができる。つまり、結像性能を良好に保ち、ひいてはコンパクトな構成で高品位の画像品質を得ることが可能になる。
【００３３】
また、画像形成装置の駆動中に、画像形成装置が高温環境、低温環境、或いは高湿度環境などに晒された場合、揺動軸Ｏが姿勢変化を起こす可能性がある。例えば、高温環境でプレート部材６１を保持するホルダ部材７０が熱変形したり、プレート部材６１などの固定に用いる接着剤が膨張したりすることで、揺動軸Ｏが「おじぎ方向」に傾いてしまう。または、偏向走査ユニット４２を保持する光学箱が高温環境で変形し、偏向走査ユニット４２を保持する座面が相対的に傾くことも考えられる。
【００３４】
このような場合は、電圧を一定に維持するのではなく、揺動軸Ｏの姿勢の変化量に応じて圧電バイモルフ１に印加する電圧を変更することで、揺動軸Ｏの姿勢を最適な状態に戻
すことが可能になる。また、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する構成を設けることも可能である。この場合は、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知し、それに基づいて圧電バイモルフ１に印加する電圧を変更するといったフィードバック制御を行うことができる。以下、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する構成について説明する。
【００３５】
（揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する構成）
図９、図１０を参照して、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する方法について説明する。図９（ａ）は光学走査装置の斜視図であり、図２とは異なり、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する検知手段を含めた構成を示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）の偏向走査ユニット４２の周辺を拡大して示した図である。
【００３６】
図９（ａ）に示すように、光学走査装置には、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する為のレーザユニット６が設けられている。揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する際は、レーザユニット６からレーザ光（破線）を射出し、そのレーザ光を偏向走査ユニット４２によって偏向走査し、Ｖスリット７を通過させて、レーザ光をフォトダイオード８（受光部）に入射する。なお、姿勢変化量の検知に用いられるレーザ光は、偏向走査ユニット４２の偏向子６２の裏面で偏向されたものである。また、ここでいうレーザユニット６、Ｖスリット７及びフォトダイオード８を合わせて「検知部材」と称する。
【００３７】
図９（ｂ）において、Ｌａは光書き込みに用いられるレーザ光、Ｌｃは姿勢変化量の検知に用いられるレーザ光を示しており、図示するようにレーザ光Ｌｃは、偏向子６２のアクチュエータ６７側の偏向面１４で偏向されている。一方で、光書き込みに用いられるレーザ光Ｌａは、それとは反対側の偏向面１５で偏向されている。このように、姿勢の変化量を検知する際に、光書き込みに用いられる側と反対の偏向面１４を使うことで、光書き込み時に姿勢変化量の検知用のレーザ光Ｌｃが感光体ドラム３２に到達しないようにしている。
【００３８】
偏向面１４で偏向されたレーザ光Ｌｃは、Ｖスリット７上を走査する。Ｖスリット７とは、三角穴９が空いたスリットであり、この三角穴９を通過したレーザ光がフォトダイオード８で検知されるように構成されている。仮にＶスリット７上を走査されるレーザ光の高さが変化すると、フォトダイオード８でレーザ光を検知する時間も変化する。つまり、揺動軸Ｏの姿勢変化によりレーザ光の高さが変わる（位置変化が生じる）ので、これにより揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知することができる。以下、図１０を参照して、Ｖスリット７上をレーザ光が走査し、そのレーザ光の高さを検知する方法について説明する。
【００３９】
図１０に示すように、レーザ光は矢印Ｆの方向に走査される。三角穴９を通ったレーザ光はフォトダイオード８で検知されるので、区間Ｔを通過している間はフォトダイオード８から出力信号が取り出される。この時のレーザ光の高さをＨとし、二等辺三角形に形成されている三角穴９のうちの、レーザ光が通過する２辺のなす角をθとすると、次式の関係が得られる。
Ｈ＝（Ｔ／２)ｔａｎ（θ／２）
【００４０】
この関係に基づくと、区間Ｔを通過している時間と走査速度との積で区間Ｔは凡そ表されるので、区間Ｔを通過している時間を測定することで、レーザ光の高さＨが求まり、レーザ光の位置変化を求めることができる。仮に揺動軸Ｏが傾いている場合には、この高さＨが所定の値から異なる値を示すので、圧電バイモルフ１に対する印加電圧を制御し、レーザ光の高さＨを所定の高さにすることで、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を補正することができる。
【００４１】
（出荷時に揺動軸Ｏの倒れを補正する方法）
図１１を参照して、出荷時に揺動軸Ｏの倒れ（姿勢変化）を補正する方法について説明する。図１１は、プレート部材６１の揺動軸Ｏの姿勢を、出荷時前の光学走査装置組み立て時に調整する工程を説明する斜視図である。図１１において、１６は半導体レーザ、１７はコリメータレンズ、１２は治具ミラー、１１はＶスリット、１０はフォトダイオードを示している。これらは治具筐体１３（二点鎖線）にて一体に保持されている。なお、これらは光学走査装置に具備されておらず、治工具に具備されている。この治具筐体１３に一体に保持されている部材群を総称して、「軸倒れ検知ユニット」と称する。
【００４２】
まず「軸倒れ検知ユニット」は、光学走査装置の組み立て後に、光学走査装置内に矢印Ｇ方向に降ろされ、所定位置に位置決めされる。この状態で「軸倒れ検知ユニット」の半導体レーザ１６を発光させる。
【００４３】
半導体レーザ１６から射出されたレーザ光（一点鎖線）は、コリメータレンズ１７によってコリメート化され、その後、治具ミラー１２によって反射される。このレーザ光が偏向走査ユニット４２に入射し、偏向され、軸倒れ検知ユニットに戻る。この時、偏向走査ユニット４２のプレート部材６１は揺動している。偏向走査ユニット４２で偏向されたレーザ光は、軸倒れ検知ユニットの治具ミラー１２に再び反射され、Ｖスリット１１を通過し、フォトダイオード１０によって検知される。この軸倒れ検知ユニットのＶスリット１１、フォトダイオード１０は、光学走査装置３１に具備されたＶスリット７、フォトダイオード８と同様の方法で、光線高さＨを検知するものである。
【００４４】
このように軸倒れ検知ユニットで偏向走査ユニット４２の揺動軸Ｏの姿勢変化量を検知し、軸倒れが無くなるまで圧電バイモルフ１を撓ませ、揺動軸Ｏの姿勢を調整する。その後、揺動軸Ｏの姿勢を維持したままの状態で、光学走査装置３１に具備されたレーザユニット６を点灯させ、同様に光学走査装置３１に具備されたＶスリット７とフォトダイオード８でレーザ光の高さＨを検知する。この時のレーザ光の高さＨが、それ以後のフィードバック制御を行なう際の基準となる。つまり、基準となるレーザ光の高さを維持するように、圧電バイモルフ１に印加する電圧を制御することで、出荷時（組み立て時）に補正した揺動軸Ｏの姿勢状態をその後も維持することができる。
【００４５】
なお、治工具に具備された軸倒れ検知ユニットで軸倒れを測定する際、軸倒れがない場合の測定値をゼロ基準として軸倒れ量を検知しているが、軸倒れが無いワーク、所謂マスターワークを予め測定しておき、この時の測定値をゼロとしてもよい。
【００４６】
本実施形態では、このように軸倒れ検知ユニットによって、軸倒れが無くなるまで圧電バイモルフ１への印加電圧を調整し、偏向走査ユニット４２の揺動軸Ｏの姿勢変化を補正している。また、補正後は、光学走査装置３１に具備されたＶスリット７、フォトダイオード８を用いて姿勢変化量を検知し、出荷時（組み立て時）の検知結果が維持されるように圧電バイモルフ１に印加する電圧を制御する。つまり、光学走査装置３１で揺動軸Ｏの姿勢変化量を検知し、その値を元にフィードバック制御を行って、軸倒れの無い状態を維持している。なお、軸倒れ検知ユニットは、組み立て時の揺動軸Ｏの補正を行った後に取り除かれる。
【００４７】
上記のプロセスでは、光学走査装置３１の組み立て調整工程においては、軸倒れを補正して基準値を得るプロセスを行い、具体的なフィードック制御は、光学走査装置３１が画像形成装置に組み込まれた後に行っている。そして画像形成装置の駆動中にフィードバック制御を行うことにより、画像形成装置が設置された環境が変化した場合にも、軸倒れのない状態を高精度に維持しながら、高品位の画像品質を得ることができる。
【００４８】
なお、光学走査装置の組み立て調整工程で、軸倒れの無い状態での測定値が導出された
ら、その値を光学走査装置３１の光学箱等に２次元バーコードシール等を用いて一対一で添付してもよい。この情報を元に画像形成装置の駆動中において、軸倒れフィードバック制御を圧電バイモルフ１に対して行うことが可能になる。このように光学走査装置３１に情報を一対一で添付することによって、１つ１つのワークのばらつきに応じた軸倒れ制御を、画像形成装置によって行うことができる。
【００４９】
また、上記フィードバック制御を行う制御回路手段（制御部）は画像形成装置に設けられている。また、上記のフィードバック制御は、画像形成装置の起動時、画像形成装置の駆動中においてシート材にトナー像の転写を行なっていない間、または画像形成装置の駆動中において感光体ドラム３２の表面に対してレーザ光を偏向走査していない間等に行われるとよい。具体的には、紙間（シート材３６が連続で印刷される場合、印刷と印刷の合間）、或いは、ライン間（レーザ光が走査され、次のレーザ光が走査されるまでの間）等に相当する。
【００５０】
例えば、画像形成装置の起動時に、偏向走査ユニット４２を駆動し、光学走査装置３１内に具備した光源ユニット６、Ｖスリット７、フォトダイオード８を用いて揺動軸Ｏの軸倒れを検知する。そして、この時の測定値が、光学走査装置の組み立て調整工程で測定された基準値と一致するように、圧電バイモルフ１の印加電圧を可変し調整する。
【００５１】
その後、所定の軸倒れ精度を達成したら、レーザユニット６を消灯し、圧電バイモルフ１に印加される電圧を、初期値を保つように制御し、画像形成を行う。紙間、ライン間に行う場合も同様であって、揺動軸Ｏの姿勢変化量を検知し、その値を元にフィードバック制御して姿勢変化量を所定精度に追い込み、その後は圧電バイモルフ１への印加電圧を一定として、姿勢を維持する作業を、紙間、或いは、ライン間で行う。
【００５２】
なお、本実施形態では、レーザ光の高さＨを検知する手段として、Ｖスリット７とフォトダイオード８を用いたが、例えばラインセンサ等の手段を用いてレーザ光の高さを検知してもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、電圧が印加されることで変形する圧電体によって構成される支持部材として圧電バイモルフ１を用いた場合について説明した。しかし、本発明における支持部材の構成はこれに限定されるものではなく、例えば圧電モノモルフ等を支持部材として用いることも可能である。
【００５４】
以下、本実施形態の効果を列挙する。
【００５５】
圧電バイモルフ１を用い、それが撓み変形方向を、偏向子６２、可動子６３のおじぎ方向（副走査方向）とすることで、組立精度の厳しいおじぎ方向の揺動軸Ｏの姿勢変化を補正することができる。これにより、走査レンズ４３等の結像光学系の通過位置を必要精度内に高精度に設定でき、印刷画質を向上させることが可能になる。
【００５６】
また、圧電バイモルフ１をプレート部材６１とホルダ７０の間に配置するという簡便な構成であるため、装置全体を大型化することなくコンパクトで簡潔な構成で高品位の画像品質を得ることができる。
【００５７】
また、圧電バイモルフ１の撓み変形量は、圧電バイモルフ１に印加される電圧の大きさで制御することができるので、揺動軸Ｏの姿勢の変化量が大きい場合であっても、電圧の大きさを変えることで、その姿勢変化の調整に対処することができる。
【００５８】
また、揺動軸Ｏの姿勢変化量を検知する検知部材を具備し、その検知量に基づいてフィ
ードバック制御を行っているので、画像形成プロセスにおいて変化量を必要なタイミングで随時補正できる。これにより、画像形成プロセスを行なっている間に揺動軸Ｏの姿勢を高精度に補正することができるので、初期の組み立て精度は比較的ラフな構成とすることができる。
【００５９】
また、揺動軸Ｏの姿勢変化のフィードバック制御を、画像形成装置の駆動中においてシート材にトナー像の転写を行なっていない間、または画像形成装置の駆動中においてレーザ光を偏向走査していない間等に行うので、画像形成動作に影響を与えることはない。
【００６０】
また、揺動軸Ｏの姿勢を光学走査装置３１の組み立て時に軸倒れ検知ユニットを用いることにより、揺動軸Ｏの初期姿勢を高精度に決めることができる。
【００６１】
また、揺動軸Ｏの姿勢変化を検知するレーザ光は、光書き込みに用いる偏向面の裏面を用いて偏向されるので、姿勢変化を検知するレーザ光が感光体ドラム３２の表面にまで到達して画像品質を劣化させる虞がない。
【００６２】
以上より、本実施形態によれば、揺動軸周りに揺動する偏向子に対して、その揺動軸のおじぎ方向への姿勢変化を精度良く補正し、コンパクトな構成で高品位な画像品質を得ることが可能な光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１：圧電バイモルフ ３２：感光体ドラム ４１：光源ユニット ４２：偏向走査ユニット ６２：偏向子 ６３：可動子 ６４、６５：ねじりバネ ７２：固定部（保持部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光によって感光体ドラム上を偏向走査する光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を偏向する偏向子（例えばＭＥＭＳミラー）を揺動軸周りに揺動可能な構成とし、偏向子の揺動軸の姿勢をステッピングモータとギアを用いて調整する光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４３１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置には以下の課題がある。
【０００５】
特許文献１に記載の光学走査装置は、偏向子として用いられているＭＥＭＳミラーの揺動軸の傾きを補正し、感光体ドラム上での走査線傾きを補正するものである。画像品質への影響を考えると、偏向子の揺動軸は精度良くその姿勢が決められることが望ましく、そのためには、偏向子の揺動軸のおじぎ方向への傾きを補正することが重要になる。なお、「おじぎ方向」とは、偏向子の静止状態（揺動していない状態）における偏向面の法線方向と、揺動軸とによって形成される面内にある直線の方向であって、すなわち、揺動軸を含む面内において揺動軸が倒れる方向を指す。
【０００６】
偏向子の揺動軸が「おじぎ方向」に傾く場合、偏向されたレーザ光の走査レンズ等の結像光学系における通過位置がずれ、感光体ドラム上でスポットが回転したり、スポット形状が崩れるといった事態が起こる。この場合、レーザ光を偏向走査する際に、走査線が副走査方向にずれ、感光体ドラムの表面に所定の静電潜像を形成することが困難になるので、画像品質の劣化を招く。なお、以下ではここで説明した「揺動軸おじぎ方向への傾き」を、「揺動軸の倒れ」又は「揺動軸の姿勢変化」と称して説明を行う。
【０００７】
このように、偏向子としてＭＥＭＳミラーのような微小電気機械デバイスを用いてレーザ光の偏向を行う場合、所望の画像品質を安定して得るためには、揺動軸の倒れを補正する手段を設ける必要がある。これに対して、例えば特許文献１には、揺動軸の姿勢変化をカメラによって検知する構成が開示されているが、カメラによる検知では「おじぎ方向」の姿勢変化を検知することができない。また、特許文献１には、ギアとステッピングモータとを用いて揺動軸の姿勢変化を補正する構成が開示されているが、かかる構成によって揺動軸の姿勢変化を補正しようとすると、光学走査装置が大型化し、また、製造コストが増加する。
【０００８】
そこで本発明は、揺動軸周りに揺動する偏向子に対して、その揺動軸のおじぎ方向への姿勢を精度良く調整し、コンパクトな構成で高品位な画像品質を得ることが可能な光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明にあっては、レーザ光を射出する光源ユニットと、前記光源ユニットから射出されるレーザ光を偏向走査する偏向走査ユニットと、を備える光学走査装置において、前記偏向走査ユニットは、ねじれ方向に揺動し、その揺動軸が同軸上にある複数のねじりバネと、前記光源ユニットから射出されるレーザ光を偏向する偏向面を有する偏向子と、前記ねじりバネを介して前記偏向子と連結されている可動子と、前記ねじりバネを介して前記偏向子または前記可動子の少なくとも一方を保持している保持部材と、を備え、前記可動子が前記ねじりバネの揺動軸周りに揺動することに伴い、前記偏向子が前記揺動軸周りに揺動し、レーザ光を前記揺動軸に直交する平面内で偏向走査することが可能な構成であって、前記保持部材は、電圧が印加されることで変形する圧電体によって構成される支持部材に支持されており、前記圧電体に電圧が印加されて前記支持部材が変形することにより、前記偏向子が揺動していない静止状態における前記偏向面の法線方向と、前記揺動軸とで形成される面であって、前記揺動軸を含む面内において、前記揺動軸の姿勢が変化するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の画像形成装置は、上記に記載の光学走査装置と、前記光学走査装置によって偏向走査されるレーザ光が照射されることで、表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記トナー像をシート材に転写する転写部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、揺動軸周りに揺動する偏向子に対して、その揺動軸のおじぎ方向への姿勢変化を精度良く補正し、コンパクトな構成で高品位な画像品質を得ることが可能な光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】実施形態に係る光学走査装置の概略構成図。
【図３】実施形態における偏向走査ユニットの概略構成図。
【図４】実施形態における偏向子の揺動のメカニズムを説明する図。
【図５】実施形態における偏向走査ユニットの概略構成図。
【図６】実施形態における圧電バイモルフの概略構成図。
【図７】実施形態における圧電バイモルフの概略構成図。
【図８】実施形態における圧電バイモルフの動作を説明する図。
【図９】実施形態に係る光学走査装置の概略構成図。
【図１０】実施形態における揺動軸の倒れを検知する方法を説明する図。
【図１１】実施形態に係る光学走査装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１４】
［実施形態］
（画像形成装置の概略構成）
図１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成について説明する。本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式を採用するレーザビームプリンタである。画像を形成する際は、画像情報に基づいて変調されたレーザ光Ｌが光学走査装置３１から射出され、レーザ光が、一次帯電器３３によって一様に帯電している感光体ドラム３２（像担持体）の表面に照射されることで、該表面に静電潜像が形成される。そして形成された静
電潜像に対して現像器３４からトナー（現像剤）が供給され、静電潜像がトナー像として現像される。その後、転写ローラ３５（転写部材）に転写電圧が印加され、トナー像がシート材３６に転写され、定着器３７においてトナー像がシート材上に熱定着され、画像が形成されたシート材が排出ローラ３８によって画像形成装置本体外に排出される。
【００１５】
（光学走査装置の基本構成）
図２を参照して、本実施形態に係る光学走査装置３１の基本構成について説明する。レーザ光によって感光体ドラム３２の偏向走査を行う際は、まず、光源ユニット４１からレーザ光Ｌが射出され、シリンドリカルレンズ４７を通過したコリメート光を偏向走査ユニット４２によって偏向走査する。その後、偏向走査ユニット４２において偏向されたレーザ光Ｌは、順に走査レンズ４３、折り返しミラー４４を通過し、最終的に感光体ドラム３２の表面に到達する（図中一点鎖線）。
【００１６】
走査レンズ４３は、偏向走査の際に、偏向走査ユニット４２によって偏向されたレーザ光Ｌが感光体ドラム３２の長手方向の幅内に照射されるように設けられるものである。また、偏向されたレーザ光Ｌの一部は、ＢＤミラー４５によって反射され、ＢＤセンサ４６により光検知されている。このようなＢＤミラー４５、及びＢＤセンサ４６を設けることにより、ＢＤセンサ４６で検知した出力信号を基準に、走査回毎の書き込み信号を同期させ、走査方向のレーザ光Ｌの書き込み位置ズレを防止することができる。
【００１７】
また、偏向走査ユニット４２の偏向面の倒れ誤差によって生じる、感光体ドラム３２上の副走査方向の走査位置ズレ、所謂面倒れを防止するために、光学走査装置３１にはシリンドリカルレンズ４７が設けられている。ここで副走査方向とは、光軸方向及び走査方向のいずれにも直交する方向を指し、所謂シート材３６の送り方向に相当する。シリンドリカルレンズ４７を用いることにより、光源ユニット４１から射出されたレーザ光を偏向走査ユニット４２の偏向面上で副走査方向に圧縮して線像とすることができる。よって、偏向走査ユニット４２の偏向面、及び感光体ドラム３２の表面上では、レーザ光Ｌの走査方向が副走査方向に対して共役関係となる。なお、ここで説明した各光学部材、部品は、光学箱の所定の位置に高精度に組み付けられている。
【００１８】
（偏向走査ユニットの基本構成）
図３を参照して、本実施形態における偏向走査ユニット４２の基本構成について説明する。図３は、図２に示す偏向走査ユニット４２を拡大した図である。偏向走査ユニット４２は、単結晶シリコンのウェハをエッチング加工して製作されるプレート部材（素子、或いはＭＥＭＳミラーともいう）６１を備えている。プレート部材６１には、レーザ光を偏向する偏向面が形成された偏向子６２と、揺動軸Ｏ周りに揺動する可動子６３と、ねじれ方向に揺動する複数のねじりバネ６４、６５とが形成されている。なお、このねじりバネ６４、６５は、それぞれの揺動軸が同軸上にくるように配置されている。
【００１９】
可動子６３には棒状の永久磁石（マグネット）６６が接着固定されており、偏向子６２の表面にはアルミ等が蒸着され、偏向面が形成されている。また、可動子６３にはねじりバネ６５が連結され、ねじりバネ６５の一端が固定部７２（保持部材）に保持されている。なお、図３中の二点鎖線は、レーザ光Ｌａの偏向方向（進行方向）を示している。ここでは固定部７２がねじりバネ６５を介して可動子６３を保持しているが、偏向子６２を固定部７２によって直接保持する構成であってもよい。また、枠形状の保持部材を用いて、ねじりバネを介して偏向子６２と可動子６３を上下両方から保持する構成であってもよい。つまり、偏向子６２と可動子６３とが共振的に揺動可能な構成であれば、偏向子６２または可動子６３のうち少なくとも一方をねじりバネを介して固定部７２で保持する構成であればよい。
【００２０】
かかる構成を有する偏向走査ユニット４２では、可動子６３が揺動軸Ｏ周りに揺動（ねじり振動）することで、ねじりバネ６４、６５の作用によって偏向子６２が揺動し、レーザ光Ｌａを揺動軸Ｏに略直交する平面内で偏向走査することが可能になる。以下、可動子６３、偏向子６２が共振的に揺動するメカニズムについて補足的に説明する。
【００２１】
偏向子６２、可動子６３、及びねじりバネ６４，６５からなるプレート部材６１は、複数の固有振動モードを有している。本実施形態では、走査周期に応じた基本周波数の振動モードと、その２倍の周波数の振動モードとを有している。これらの振動モードの下で、偏向子６２、及び可動子６３が揺動軸Ｏ周りに共振的に揺動（ねじり振動）する。
【００２２】
可動子６３は、プレート部材６１に対向配置されているアクチュエータ６７によって揺動されている。アクチュエータ６７は、鉄心（コア）６８に巻線（コイル）６９を巻回させたものである。偏向走査ユニット４２の駆動時に、巻線６９に通電することによって、可動子６３に設けられた永久磁石６６にはローレンツ力が生じ、可動子６３にトルクが働く。この性質を利用し、電流をプレート部材６１の振動モードに合わせて変調させることにより、偏向子６２、可動子６３、及びねじりバネ６４、６５が共振的に揺動する。図４を参照して、この現象についてさらに詳しく説明する。図４は、本実施形態における偏向子６２の揺動のメカニズムを説明する図である。
【００２３】
上述したように、偏向走査ユニット４２は、プレート部材６１の複数の固有振動数（基本と２倍）を重ね合わせて駆動する。ここで、レーザ光の偏向走査に用いられる偏向子６２の振幅角度をθ、時間をｔとすると、偏向子６２は次式に示す挙動をとる。
θ(t)=A1sin(ωt)+A2sin(2ωt＋φ)+A3
Ａ１：基本周波数（基本波）における振幅
Ａ２：基本周波数の２倍（倍波）における振幅
ω：基本周波数
φ：基本波と倍波の位相差
Ａ３：静的な角度誤差、例えば偏向子６２が振動していない時の姿勢の角度誤差
【００２４】
なお、図４ではφ＝０、Ａ３＝０の場合を図示している。ここでは、偏向子６２、可動子６３が同じ方向へ同位相で振動する基本波成分と、これらが互い違いに逆位相で且つ基本波の２倍の周波数で振動する倍波成分、この２つを重ね合わせた時の偏向子６２の実際の挙動である３種の合成波を示している。ここで、各パラメータを適切に設定することにより、１周期内のある時間的な範囲では次式に示す挙動をとる。
θ(t)≒ｋｔ＋α
ｋ、α：いずれも定数
【００２５】
上式ではｄθ（ｔ）／ｄｔ＝ｋが成り立つので、偏向子６２は略等角速度で振動することになり、図３におけるレーザ光Ｌａは、ある時間範囲では略等角速度で偏向走査されていることがわかる。
【００２６】
（圧電バイモルフの構成、挙動）
図５〜図８を参照して、本実施形態における圧電バイモルフ１（圧電体によって構成される支持部材）の構成、及びその挙動について説明する。図５に示すように、プレート部材６１は固定部７２において圧電バイモルフ１に接着剤などにより固定され、支持されている。また、圧電バイモルフ１はホルダ部材７０に対し同様に接着剤などにより固定されている。さらにアクチュエータ６７もホルダ部材７０に対し圧入等の方法により固定されている。ホルダ部材７０はねじ穴７１を具備しており、偏向走査ユニット４２は、このねじ穴７１を介して光学箱（不図示）に固定されている。
【００２７】
図６（ｂ）は圧電バイモルフ１の分解斜視図である。圧電バイモルフ１は２枚の圧電素子２ａ、２ｂ（圧電体）、金属板３、及び２枚の電極４からなり、２枚の圧電素子２ａ、２ｂ、及び、２枚の電極４を金属板３に対し矢印Ａ或いは矢印Ｂ方向に貼り合わせた構成となっている。図６（ａ）に、完成後の圧電バイモルフ１の構成を示す。図示するように、圧電バイモルフ１の電極４には外部から電圧を供給するためのハーネス５がハンダなどによって取り付けられている。
【００２８】
次に図７を参照して、圧電バイモルフ１の動作について説明する。圧電素子２ａ、２ｂは、その厚み方向、すなわち、矢印Ｐ方向に分極されている。このような構造の圧電バイモルフ１に対し、図示するように金属板３と電極４間に電圧を印加する。すると、図中上側の圧電素子２ａは圧電横効果によって縮み、下側の圧電素子２ｂは伸びる。これによって圧電バイモルフ１は全体として矢印Ｃ方向に撓み変形する。なお、この撓み具合は印加される電圧に略比例し、印加される電圧が大きいほど、変形量が大きくなり、圧電バイモルフ１の先端の移動距離が大きくなる。
【００２９】
図８を参照して、圧電バイモルフ１が偏向走査ユニット４２においてどのように動作するかについて説明する。なお、図８（ａ）が動作前の状態であり、図８（ｂ）が動作後の状態である。圧電バイモルフ１に電圧を印加することにより、図８（ｂ）に示すように、圧電バイモルフ１が撓み変形する。すると圧電バイモルフ１に固定されているプレート部材６１もそれに伴って矢印Ｅ方向に傾く。これによってプレート部材６１の揺動軸Ｏの姿勢が変化し、揺動軸Ｏ´の状態になる。
【００３０】
この性質を利用すると、揺動軸Ｏが初期の組み立て時に傾いていた場合、圧電バイモルフ１に電圧を印加することによって、この揺動軸Ｏの姿勢を調整することができる。つまり「おじぎ方向」の揺動軸Ｏの倒れ、副走査方向の走査ズレを補正することができる。このように圧電バイモルフ１は、「おじぎ方向」つまり、偏向子６２の静止状態における偏向面の法線方向と、揺動軸Ｏ方向とによって形成される面であって、揺動軸Ｏを含む面内をその先端が移動するように撓み変形する。
【００３１】
より具体的に説明すると、図５のようにＸ、Ｙ、Ｚ軸を定めた場合、プレート部材６１によって偏向されるレーザ光の走査方向がＺ軸まわりの回転方向であるのに対し、圧電バイモルフ１の撓み方向はＹ軸まわりの回転方向となる。言い換えれば、プレート部材６１によって走査されるレーザ光の走査方向はＸ軸とＹ軸のなす平面内方向であるのに対し、圧電バイモルフ１の撓み方向はＸ軸とＺ軸のなす平面内であり、これらは互いに直交している。
【００３２】
このように電圧を印加してプレート部材６１の揺動軸Ｏの姿勢変化を補正し、その後はその電圧を維持して印加しつづけることで、揺動軸Ｏの姿勢を高精度に保つことができる。つまり、結像性能を良好に保ち、ひいてはコンパクトな構成で高品位の画像品質を得ることが可能になる。
【００３３】
また、画像形成装置の駆動中に、画像形成装置が高温環境、低温環境、或いは高湿度環境などに晒された場合、揺動軸Ｏが姿勢変化を起こす可能性がある。例えば、高温環境でプレート部材６１を保持するホルダ部材７０が熱変形したり、プレート部材６１などの固定に用いる接着剤が膨張したりすることで、揺動軸Ｏが「おじぎ方向」に傾いてしまう。または、偏向走査ユニット４２を保持する光学箱が高温環境で変形し、偏向走査ユニット４２を保持する座面が相対的に傾くことも考えられる。
【００３４】
このような場合は、電圧を一定に維持するのではなく、揺動軸Ｏの姿勢の変化量に応じて圧電バイモルフ１に印加する電圧を変更することで、揺動軸Ｏの姿勢を最適な状態に戻
すことが可能になる。また、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する構成を設けることも可能である。この場合は、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知し、それに基づいて圧電バイモルフ１に印加する電圧を変更するといったフィードバック制御を行うことができる。以下、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する構成について説明する。
【００３５】
（揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する構成）
図９、図１０を参照して、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する方法について説明する。図９（ａ）は光学走査装置の斜視図であり、図２とは異なり、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する検知手段を含めた構成を示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）の偏向走査ユニット４２の周辺を拡大して示した図である。
【００３６】
図９（ａ）に示すように、光学走査装置には、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する為のレーザユニット６が設けられている。揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知する際は、レーザユニット６からレーザ光（破線）を射出し、そのレーザ光を偏向走査ユニット４２によって偏向走査し、Ｖスリット７を通過させて、レーザ光をフォトダイオード８（受光部）に入射する。なお、姿勢変化量の検知に用いられるレーザ光は、偏向走査ユニット４２の偏向子６２の裏面で偏向されたものである。また、ここでいうレーザユニット６、Ｖスリット７及びフォトダイオード８を合わせて「検知部材」と称する。
【００３７】
図９（ｂ）において、Ｌａは光書き込みに用いられるレーザ光、Ｌｃは姿勢変化量の検知に用いられるレーザ光を示しており、図示するようにレーザ光Ｌｃは、偏向子６２のアクチュエータ６７側の偏向面１４で偏向されている。一方で、光書き込みに用いられるレーザ光Ｌａは、それとは反対側の偏向面１５で偏向されている。このように、姿勢の変化量を検知する際に、光書き込みに用いられる側と反対の偏向面１４を使うことで、光書き込み時に姿勢変化量の検知用のレーザ光Ｌｃが感光体ドラム３２に到達しないようにしている。
【００３８】
偏向面１４で偏向されたレーザ光Ｌｃは、Ｖスリット７上を走査する。Ｖスリット７とは、三角穴９が空いたスリットであり、この三角穴９を通過したレーザ光がフォトダイオード８で検知されるように構成されている。仮にＶスリット７上を走査されるレーザ光の高さが変化すると、フォトダイオード８でレーザ光を検知する時間も変化する。つまり、揺動軸Ｏの姿勢変化によりレーザ光の高さが変わる（位置変化が生じる）ので、これにより揺動軸Ｏの姿勢の変化量を検知することができる。以下、図１０を参照して、Ｖスリット７上をレーザ光が走査し、そのレーザ光の高さを検知する方法について説明する。
【００３９】
図１０に示すように、レーザ光は矢印Ｆの方向に走査される。三角穴９を通ったレーザ光はフォトダイオード８で検知されるので、区間Ｔを通過している間はフォトダイオード８から出力信号が取り出される。この時のレーザ光の高さをＨとし、二等辺三角形に形成されている三角穴９のうちの、レーザ光が通過する２辺のなす角をθとすると、次式の関係が得られる。
Ｈ＝（Ｔ／２)ｔａｎ（θ／２）
【００４０】
この関係に基づくと、区間Ｔを通過している時間と走査速度との積で区間Ｔは凡そ表されるので、区間Ｔを通過している時間を測定することで、レーザ光の高さＨが求まり、レーザ光の位置変化を求めることができる。仮に揺動軸Ｏが傾いている場合には、この高さＨが所定の値から異なる値を示すので、圧電バイモルフ１に対する印加電圧を制御し、レーザ光の高さＨを所定の高さにすることで、揺動軸Ｏの姿勢の変化量を補正することができる。
【００４１】
（出荷時に揺動軸Ｏの倒れを補正する方法）
図１１を参照して、出荷時に揺動軸Ｏの倒れ（姿勢変化）を補正する方法について説明する。図１１は、プレート部材６１の揺動軸Ｏの姿勢を、出荷時前の光学走査装置組み立て時に調整する工程を説明する斜視図である。図１１において、１６は半導体レーザ、１７はコリメータレンズ、１２は治具ミラー、１１はＶスリット、１０はフォトダイオードを示している。これらは治具筐体１３（二点鎖線）にて一体に保持されている。なお、これらは光学走査装置に具備されておらず、治工具に具備されている。この治具筐体１３に一体に保持されている部材群を総称して、「軸倒れ検知ユニット」と称する。
【００４２】
まず「軸倒れ検知ユニット」は、光学走査装置の組み立て後に、光学走査装置内に矢印Ｇ方向に降ろされ、所定位置に位置決めされる。この状態で「軸倒れ検知ユニット」の半導体レーザ１６を発光させる。
【００４３】
半導体レーザ１６から射出されたレーザ光（一点鎖線）は、コリメータレンズ１７によってコリメート化され、その後、治具ミラー１２によって反射される。このレーザ光が偏向走査ユニット４２に入射し、偏向され、軸倒れ検知ユニットに戻る。この時、偏向走査ユニット４２のプレート部材６１は揺動している。偏向走査ユニット４２で偏向されたレーザ光は、軸倒れ検知ユニットの治具ミラー１２に再び反射され、Ｖスリット１１を通過し、フォトダイオード１０によって検知される。この軸倒れ検知ユニットのＶスリット１１、フォトダイオード１０は、光学走査装置３１に具備されたＶスリット７、フォトダイオード８と同様の方法で、光線高さＨを検知するものである。
【００４４】
このように軸倒れ検知ユニットで偏向走査ユニット４２の揺動軸Ｏの姿勢変化量を検知し、軸倒れが無くなるまで圧電バイモルフ１を撓ませ、揺動軸Ｏの姿勢を調整する。その後、揺動軸Ｏの姿勢を維持したままの状態で、光学走査装置３１に具備されたレーザユニット６を点灯させ、同様に光学走査装置３１に具備されたＶスリット７とフォトダイオード８でレーザ光の高さＨを検知する。この時のレーザ光の高さＨが、それ以後のフィードバック制御を行なう際の基準となる。つまり、基準となるレーザ光の高さを維持するように、圧電バイモルフ１に印加する電圧を制御することで、出荷時（組み立て時）に補正した揺動軸Ｏの姿勢状態をその後も維持することができる。
【００４５】
なお、治工具に具備された軸倒れ検知ユニットで軸倒れを測定する際、軸倒れがない場合の測定値をゼロ基準として軸倒れ量を検知しているが、軸倒れが無いワーク、所謂マスターワークを予め測定しておき、この時の測定値をゼロとしてもよい。
【００４６】
本実施形態では、このように軸倒れ検知ユニットによって、軸倒れが無くなるまで圧電バイモルフ１への印加電圧を調整し、偏向走査ユニット４２の揺動軸Ｏの姿勢変化を補正している。また、補正後は、光学走査装置３１に具備されたＶスリット７、フォトダイオード８を用いて姿勢変化量を検知し、出荷時（組み立て時）の検知結果が維持されるように圧電バイモルフ１に印加する電圧を制御する。つまり、光学走査装置３１で揺動軸Ｏの姿勢変化量を検知し、その値を元にフィードバック制御を行って、軸倒れの無い状態を維持している。なお、軸倒れ検知ユニットは、組み立て時の揺動軸Ｏの補正を行った後に取り除かれる。
【００４７】
上記のプロセスでは、光学走査装置３１の組み立て調整工程においては、軸倒れを補正して基準値を得るプロセスを行い、具体的なフィードック制御は、光学走査装置３１が画像形成装置に組み込まれた後に行っている。そして画像形成装置の駆動中にフィードバック制御を行うことにより、画像形成装置が設置された環境が変化した場合にも、軸倒れのない状態を高精度に維持しながら、高品位の画像品質を得ることができる。
【００４８】
なお、光学走査装置の組み立て調整工程で、軸倒れの無い状態での測定値が導出された
ら、その値を光学走査装置３１の光学箱等に２次元バーコードシール等を用いて一対一で添付してもよい。この情報を元に画像形成装置の駆動中において、軸倒れフィードバック制御を圧電バイモルフ１に対して行うことが可能になる。このように光学走査装置３１に情報を一対一で添付することによって、１つ１つのワークのばらつきに応じた軸倒れ制御を、画像形成装置によって行うことができる。
【００４９】
また、上記フィードバック制御を行う制御回路手段（制御部）は画像形成装置に設けられている。また、上記のフィードバック制御は、画像形成装置の起動時、画像形成装置の駆動中においてシート材にトナー像の転写を行なっていない間、または画像形成装置の駆動中において感光体ドラム３２の表面に対してレーザ光を偏向走査していない間等に行われるとよい。具体的には、紙間（シート材３６が連続で印刷される場合、印刷と印刷の合間）、或いは、ライン間（レーザ光が走査され、次のレーザ光が走査されるまでの間）等に相当する。
【００５０】
例えば、画像形成装置の起動時に、偏向走査ユニット４２を駆動し、光学走査装置３１内に具備した光源ユニット６、Ｖスリット７、フォトダイオード８を用いて揺動軸Ｏの軸倒れを検知する。そして、この時の測定値が、光学走査装置の組み立て調整工程で測定された基準値と一致するように、圧電バイモルフ１の印加電圧を可変し調整する。
【００５１】
その後、所定の軸倒れ精度を達成したら、レーザユニット６を消灯し、圧電バイモルフ１に印加される電圧を、初期値を保つように制御し、画像形成を行う。紙間、ライン間に行う場合も同様であって、揺動軸Ｏの姿勢変化量を検知し、その値を元にフィードバック制御して姿勢変化量を所定精度に追い込み、その後は圧電バイモルフ１への印加電圧を一定として、姿勢を維持する作業を、紙間、或いは、ライン間で行う。
【００５２】
なお、本実施形態では、レーザ光の高さＨを検知する手段として、Ｖスリット７とフォトダイオード８を用いたが、例えばラインセンサ等の手段を用いてレーザ光の高さを検知してもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、電圧が印加されることで変形する圧電体によって構成される支持部材として圧電バイモルフ１を用いた場合について説明した。しかし、本発明における支持部材の構成はこれに限定されるものではなく、例えば圧電モノモルフ等を支持部材として用いることも可能である。
【００５４】
以下、本実施形態の効果を列挙する。
【００５５】
圧電バイモルフ１を用い、それが撓み変形方向を、偏向子６２、可動子６３のおじぎ方向（副走査方向）とすることで、組立精度の厳しいおじぎ方向の揺動軸Ｏの姿勢変化を補正することができる。これにより、走査レンズ４３等の結像光学系の通過位置を必要精度内に高精度に設定でき、印刷画質を向上させることが可能になる。
【００５６】
また、圧電バイモルフ１をプレート部材６１とホルダ７０の間に配置するという簡便な構成であるため、装置全体を大型化することなくコンパクトで簡潔な構成で高品位の画像品質を得ることができる。
【００５７】
また、圧電バイモルフ１の撓み変形量は、圧電バイモルフ１に印加される電圧の大きさで制御することができるので、揺動軸Ｏの姿勢の変化量が大きい場合であっても、電圧の大きさを変えることで、その姿勢変化の調整に対処することができる。
【００５８】
また、揺動軸Ｏの姿勢変化量を検知する検知部材を具備し、その検知量に基づいてフィ
ードバック制御を行っているので、画像形成プロセスにおいて変化量を必要なタイミングで随時補正できる。これにより、画像形成プロセスを行なっている間に揺動軸Ｏの姿勢を高精度に補正することができるので、初期の組み立て精度は比較的ラフな構成とすることができる。
【００５９】
また、揺動軸Ｏの姿勢変化のフィードバック制御を、画像形成装置の駆動中においてシート材にトナー像の転写を行なっていない間、または画像形成装置の駆動中においてレーザ光を偏向走査していない間等に行うので、画像形成動作に影響を与えることはない。
【００６０】
また、揺動軸Ｏの姿勢を光学走査装置３１の組み立て時に軸倒れ検知ユニットを用いることにより、揺動軸Ｏの初期姿勢を高精度に決めることができる。
【００６１】
また、揺動軸Ｏの姿勢変化を検知するレーザ光は、光書き込みに用いる偏向面の裏面を用いて偏向されるので、姿勢変化を検知するレーザ光が感光体ドラム３２の表面にまで到達して画像品質を劣化させる虞がない。
【００６２】
以上より、本実施形態によれば、揺動軸周りに揺動する偏向子に対して、その揺動軸のおじぎ方向への姿勢変化を精度良く補正し、コンパクトな構成で高品位な画像品質を得ることが可能な光学走査装置、及びそれを備える画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１：圧電バイモルフ ３２：感光体ドラム ４１：光源ユニット ４２：偏向走査ユニット ６２：偏向子 ６３：可動子 ６４、６５：ねじりバネ ７２：固定部（保持部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出されるレーザ光を偏向走査する偏向走査ユニットと、
を備える光学走査装置において、
前記偏向走査ユニットは、
ねじれ方向に揺動し、その揺動軸が同軸上にある複数のねじりバネと、
前記光源ユニットから射出されるレーザ光を偏向する偏向面を有する偏向子と、
前記ねじりバネを介して前記偏向子と連結されている可動子と、
前記ねじりバネを介して前記偏向子または前記可動子の少なくとも一方を保持している保持部材と、を備え、
前記可動子が前記ねじりバネの揺動軸周りに揺動することに伴い、前記偏向子が前記揺動軸周りに揺動し、レーザ光を前記揺動軸に直交する平面内で偏向走査することが可能な構成であって、
前記保持部材は、
電圧が印加されることで変形する圧電体によって構成される支持部材に支持されており、
前記圧電体に電圧が印加されて前記支持部材が変形することにより、
前記偏向子が揺動していない静止状態における前記偏向面の法線方向と、前記揺動軸とで形成される面であって、前記揺動軸を含む面内において、前記揺動軸の姿勢が変化するように構成されていることを特徴とする光学走査装置。
【請求項２】
前記面内における前記揺動軸の姿勢の変化量を検知する検知部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
【請求項３】
前記検知部材は、
前記偏向子における前記偏向面の裏面において偏向されたレーザ光を受光する受光部を備えており、前記偏向子が揺動している間に前記受光部で受光するレーザ光の位置変化に基づいて前記揺動軸の姿勢の変化量を検知していることを特徴とする請求項２に記載の光学走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学走査装置と、
前記光学走査装置によって偏向走査されるレーザ光が照射されることで、表面に静電潜像が形成される像担持体と、
前記静電潜像をトナー像として現像する現像器と、
前記トナー像をシート材に転写する転写部材と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記圧電体に印加する電圧を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記検知部材が検知する前記揺動軸の姿勢の変化量に基づいて、前記揺動軸の姿勢の変化を補正するように前記圧電体に印加する電圧を制御することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記変化量とは、前記光学走査装置または前記画像形成装置の組み立て時における前記揺動軸の姿勢を基準とした変化量であり、前記制御部は、前記組み立て時における前記揺動軸の姿勢からの変化を補正するように前記圧電体に印加する電圧を制御していることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御部による電圧の制御は、
画像形成装置の起動時、画像形成装置の駆動中においてシート材にトナー像の転写を行なっていない間、または画像形成装置の駆動中において前記像担持体の表面に対してレーザ光を偏向走査していない間、に行なっていることを特徴とする請求項５または６に記載の画像形成装置。
【請求項１】
レーザ光を射出する光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出されるレーザ光を偏向走査する偏向走査ユニットと、
を備える光学走査装置において、
前記偏向走査ユニットは、
ねじれ方向に揺動し、その揺動軸が同軸上にある複数のねじりバネと、
前記光源ユニットから射出されるレーザ光を偏向する偏向面を有する偏向子と、
前記ねじりバネを介して前記偏向子と連結されている可動子と、
前記ねじりバネを介して前記偏向子または前記可動子の少なくとも一方を保持している保持部材と、を備え、
前記可動子が前記ねじりバネの揺動軸周りに揺動することに伴い、前記偏向子が前記揺動軸周りに揺動し、レーザ光を前記揺動軸に直交する平面内で偏向走査することが可能な構成であって、
前記保持部材は、
電圧が印加されることで変形する圧電体によって構成される支持部材に支持されており、
前記圧電体に電圧が印加されて前記支持部材が変形することにより、
前記偏向子が揺動していない静止状態における前記偏向面の法線方向と、前記揺動軸とで形成される面であって、前記揺動軸を含む面内において、前記揺動軸の姿勢が変化するように構成されていることを特徴とする光学走査装置。
【請求項２】
前記面内における前記揺動軸の姿勢の変化量を検知する検知部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
【請求項３】
前記検知部材は、
前記偏向子における前記偏向面の裏面において偏向されたレーザ光を受光する受光部を備えており、前記偏向子が揺動している間に前記受光部で受光するレーザ光の位置変化に基づいて前記揺動軸の姿勢の変化量を検知していることを特徴とする請求項２に記載の光学走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学走査装置と、
前記光学走査装置によって偏向走査されるレーザ光が照射されることで、表面に静電潜像が形成される像担持体と、
前記静電潜像をトナー像として現像する現像器と、
前記トナー像をシート材に転写する転写部材と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記圧電体に印加する電圧を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記検知部材が検知する前記揺動軸の姿勢の変化量に基づいて、前記揺動軸の姿勢の変化を補正するように前記圧電体に印加する電圧を制御することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記変化量とは、前記光学走査装置または前記画像形成装置の組み立て時における前記揺動軸の姿勢を基準とした変化量であり、前記制御部は、前記組み立て時における前記揺動軸の姿勢からの変化を補正するように前記圧電体に印加する電圧を制御していることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御部による電圧の制御は、
画像形成装置の起動時、画像形成装置の駆動中においてシート材にトナー像の転写を行なっていない間、または画像形成装置の駆動中において前記像担持体の表面に対してレーザ光を偏向走査していない間、に行なっていることを特徴とする請求項５または６に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１３７８７１（Ｐ２０１１−１３７８７１Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９５９７４（Ｐ２００９−２９５９７４）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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