JP2003266778A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 副走査方向の間隔が均等な複数本のビームを
用いても、光学系の自由度を下げることなく任意の飛び
越し周期を選択することが可能な画像形成装置を提供す
ることを課題とする。 【解決手段】 画像形成装置は、副走査方向の間隔が均
等である複数本のビームを回転多面鏡１９Ｓにより一括
して主走査を行い、副走査方向に回動される感光体上に
飛び越し走査による二次元の静電潜像を形成する装置で
ある。ビーム数ｍ、飛び越し周期ｎとしてｍとｎが互い
に素の関係を満たさない場合、回転多面鏡１９Ｓの隣り
合う鏡面の法線間の角度を、飛び越し周期に応じて不均
等にしている。これにより、アレイ化が容易な面発光レ
ーザ等を設置して副走査方向の間隔が均等な複数本のビ
ームを用いても、上記の角度を調整して設定することに
より、任意の飛び越し周期を選択することが可能にな
る。従って、従来に比べ、光学系の自由度を遥かに高く
することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数本のビームを
走査して画像を形成する画像形成装置に関し、特に、複
写機あるいはレーザプリンタなどに最適な画像形成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機あるいはレーザプリンタなどのよ
うに回転多面鏡によりレーザ光を走査して感光体上に露
光線を形成する画像形成装置に於いては，高速化，高解
像度化が進んでいる。実現方法としては光源の数を増や
す、ポリゴンミラーの回転速度をあげる、ビデオクロッ
クを高速化する等があげられる。

【０００３】これらの中で、特開平５−２９４００５号
公報に開示されているように、効果の最も大きいのは光
源の数を増やすことで、近年ではアレイ化が容易な面発
光レーザ等を用いることによって多数本のビームを用い
たものも実現可能になってきている（図１３参照）。

【０００４】−方、多数ビームを走査する場合の走査方
式としては隣接した走査線を形成する隣接走査と、離れ
た走査線を形成する飛び越し走査と、があり（例えば、
４ビームで３ラインの飛び越し走査を行う例として図１
４参照）、光学系の要求に適した走査方式が選択されて
きた。

【０００５】しかしながら、飛び越し走査を行うための
条件として、ビーム数をｍ、走査周期をｎとしたとき、
ｍとｎが互いに素であることが必要（特開平５−５３０
６８号公報）であることが知られており、素子数に応じ
て使用可能な飛び越し周期が、表１に示すように、限定
されている。

【０００６】

【表１】 例えば素子数が偶数の場合には飛び越し周期は３以上と
なってしまう。

【０００７】かかる問題を回避するために特開平１０−
２５３９０３号公報では素子の間隔を不均等に設定する
ことによって素子数ｍが偶数であっても走査周期ｎを偶
数相当にすることを可能にしている。しかしながらこの
場合はビーム間隔が不均等であるため特別な例であり、
ビームの副走査方向の間隔が均等な場合、飛び越し周期
に関する上記の規則に従うしかなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように副走査方向
の間隔が均等であり多数本のビームを走査する場合であ
って飛び越し走査をおこなうときには上記の制約が存在
しているために、必ずしも光学的な仕様に合致する飛び
越し周期を選択することが出来ないため、光学系の設計
自由度を下げてしまっていた。

【０００９】例えば、素子数が６の場合には飛び越し周
期は５、７、１１、・・・と非常に自由度が小さく任意
の飛び越し周期を設定できないという課題があった。

【００１０】本発明は、上記事実を考慮して、副走査方
向の間隔が均等な複数本のビームを用いても、光学系の
自由度を下げることなく任意の飛び越し周期を選択する
ことが可能な画像形成装置を提供することを課題とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、副走査方向の間隔が
均等である複数本のビームを回転多面鏡により一括して
主走査を行い、副走査方向に回動される感光体上に飛び
越し走査による二次元の静電潜像を形成する画像形成装
置において、ビーム数ｍ、飛び越し周期ｎとしてｍとｎ
が互いに素の関係を満たさない場合、前記回転多面鏡の
隣り合う鏡面の法線間の角度を、飛び越し周期に応じて
不均等にしたことを特徴とする。

【００１２】上記の静電潜像を形成するにあたり、感光
体を帯電器によって帯電するのが一般的である。また、
静電潜像を形成した後、現像器によってこの静電潜像を
トナー像として可視化し、感光体上のトナー像を直接あ
るいは中間転写体を介して用紙上に転写し、定着器によ
って定着させることが多い。

【００１３】上記角度は、面間分割角度と呼ばれる。こ
の角度について検討する際、例えば、上記回転多面鏡の
回転中心を通る法線間の角度で検討する。

【００１４】請求項１に記載の発明により、アレイ化が
容易な面発光レーザ等を設置して副走査方向の間隔が均
等な複数本のビームを用いても、面間分割角度を調整し
て設定することにより、任意の飛び越し周期を選択する
ことが可能になる。従って、従来に比べ、光学系の自由
度を遥かに高くすることが可能になる。

【００１５】請求項２に記載の発明では、前記飛び越し
周期ｎと前記角度の変化の周期ｋとが同じであることを
特徴とする。

【００１６】角度の変化の周期とは、回転多面鏡が回転
した際、面間分割角度が何個ごとに一定の変化で繰り返
されるかを表す周期のことである。例えば、互いに異な
る面間分割角度θ１、θ２が交互に設定されている場
合、角度の変化の周期ｋは２であり、回転多面鏡の鏡面
数が６で、互いに異なる面間分割角度θ１、θ２、θ３
がこの順に繰り返して設定されている場合、角度の変化
の周期ｋは３である。

【００１７】請求項２に記載の発明により、面間分割角
度を調整して設定することにより任意の飛び越し周期を
選択する際、この設定を行い易い。

【００１８】請求項３に記載の発明では、ビーム数ｍが
偶数で、前記回転多面鏡の面数が偶数であり、ｋが２の
ときに、前記角度として、（ｍ−ｊ）：（ｍ＋ｊ）（ｊ
はｍより小さい奇数）の比となる２値を交互に設定した
ことを特徴とする。

【００１９】これにより、飛び越しによって走査する位
置を所望の位置に設定し易い。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、実施形態を挙げ、図面を用
いて本発明の実施の形態を説明する。

【００２１】［第１実施形態］図１は、電子写真プロセ
スを用いた、第１実施形態の画像形成装置３を示す構成
図である。矢印方向に回転する感光体１は帯電器２によ
って表面を帯電される。帯電された感光体１の表面は、
画像形成装置３を構成する露光装置３Ａによって画像部
あるいは背景部が選択的に露光され、静電潜像が生成さ
れる。そして、トナーを用いた現像装置４によって静電
潜像は可視像化され、トナー像は一次転写装置５によっ
て中間転写ベルト６上に転写される。中間転写ベルト上
のトナー像は２次転写装置７により、用紙トレイ８から
用紙搬送ロール９等により搬送されてきた用紙上に転写
され、定着装置１０によってトナーが用紙上に溶融定着
される。一次転写後に感光体上に残ったトナーはクリー
ニング装置１１によって、感光体表面から回収される。

【００２２】画像形成装置３はカラー画像形成装置とな
っており、帯電・露光・現像・一次転写が４回（ＹＭＣ
Ｋ）繰り返されることによって、フルカラー画像を形成
する。各サイクル毎に現像装置４が９０度回転すること
によって現像するトナーを切り替える。また、４色のト
ナー像は中間転写ベルト上に重ね合わせられていくた
め、２次転写装置７には４色の画像形成が終了するまで
用紙は搬送されず、転写装置が中間転写ベルトと接する
場合は、用紙が搬送されるまで転写装置が中間転写ベル
トに触れない様にリトラクトされる。

【００２３】本実施形態で使用される露光装置３Ａは複
数のレーザ光を用いるもので、例えば図２のような構成
である。１２は複数のレーザ光を発生させる面発光レー
ザアレイである。図２では簡略化のため３本のビームを
描いているが、アレイ化が容易な面発光レーザを用いる
と数十本のビームを発生させることができ、また、レー
ザ光の配列も１列に限ることなく、２次元的に配列する
ことも可能である。本実施形態では２次元的に配値され
た素子数ｍの面発光レーザアレイを用いる。

【００２４】面発光レーザアレイから射出されたレーザ
光は、コリメートレンズ１３により略平行光とされ、レ
ーザ光の一部を分離してレンズ１５を介して光量検出用
センサ１６に導くためのハーフミラー１４に到達する。
面発光レーザは端面発光レーザとは異なり、共振器の後
ろ側からビームを出射することが出来ないため、光量制
御のため、このようにレーザ光を一部分離して光量検出
することが必要となる。

【００２５】ハーフミラー１４を通過したレーザ光はア
パチャー１７で整形される。アパチャー１７は複数のビ
ームを均等に整形するため、コリメートレンズ１３の焦
点位置近傍に配置するのが望ましい。アパチャー１７に
よって整形されたレーザ光は副走査方向にのみパワーを
有するシリンダレンズ１８を通過し、折り返しミラー２
０で反射されて回転多面鏡１９の反射面近傍で主走査方
向に長い線状に結像される。

【００２６】回転多面鏡１９は図示されないモータによ
って回転され、レーザ光を主走査方向に偏向反射する。
回転多面鏡１９によって偏向反射されたレーザ光は主走
査方向にのみパワーを有するＦθレンズ２１、２２によ
って主走査方向において感光体２３上に結像され、かつ
レーザ光が感光体２３上を略等速で移動するように結像
される。Ｆθレンズ２１、２２を通過したレーザ光は副
走査方向にのみパワーを有するシリンダミラー２４、２
５によって、感光体２３上で結像される。

【００２７】回転多面鏡１９の各反射面での走査露光に
当たっては、走査開始の同期を取る必要があるため、露
光装置３Ａには、走査開始前のレーザ光を反射するピッ
クアップミラー２６と、ピックアップミラー２６で反射
されたレーザ光を検出する同期用光量検出装置２７と、
が設けられている。

【００２８】回転多面鏡１９は、（ｍ−１）：（ｍ＋
１）の比となる２値の面間分割角度が交互に設定されて
いる。回転多面鏡１９を回転させる際、図示されないモ
ータ１回転（回転多面鏡１回転）で１回出力されるモー
タ同期信号がモータから出力されていて、モータ同期信
号と同期用光量検出装置２７からの信号によって走査面
を特定している。

【００２９】各レーザの光量は図示されないレーザ駆動
量制御手段によって所定の量になるように制御されてお
り，入力画像データに基づいて各レーザを駆動し主走査
が行われる。

【００３０】比較説明のためにビーム数が４本で回転多
面鏡の面数が６面のときの走査状態（従来の走査状態）
を図３に示す。図３では正六角形の回転多面鏡（図４参
照）によりＮ回目の走査で隣接する４本の走査線を１度
に形成し、Ｎ＋１回目の走査では走査線４本進んだ位置
から次の隣接する４本の走査線を形成している。この光
学系を基に回転多面鏡（正六角形）の回転速度を２倍に
したときの状態が図５で、Ｎ回目の走査で隣接する４本
の走査線を１度に形成し、Ｎ＋１回目の走査では走査線
２本進んだ位置から次の隣接する４本の走査線を形成し
ている。つまり正六角形の回転多面鏡では飛び越し周期
２の飛び越し走査は出来ていないことが判る。

【００３１】ここで、図６に示すように、回転多面鏡の
回転方向がＰ方向である場合、面間分割角度が互いに異
なるθ１、θ２（θ１＜θ２）の２値を交互に設定し、
小さいほうの角度θ１を１つ選び、この角度を形成する
面であってＰ方向側の面をＮｏ．１とし、Ｐ方向と反対
方向側（Ｑ方向側）の面から順にＮｏ．２、Ｎｏ．３・
・・、と面番号を付して考え、この面番号が奇数か偶数
かによって奇数面ａ、偶数面ｂ、とする。すなわち、面
間分割角度が小さい角度のＰ方向側を形成する面が奇数
面ａ、Ｑ方向側を形成する面が偶数面ｂとなる。

【００３２】図７は、図６に示したような回転多面鏡を
用い回転数を２倍としたときの走査状態を示している。
奇数面ａからＱ方向側の偶数面ｂへの面間分割角度と、
偶数面ｂからＱ方向側の奇数面ａへの面間分割角度と、
の比は例えば３：５になり、上記の面間分割角度はそれ
ぞれ４５°、７５°となる（図８参照）。

【００３３】Ｎ回目の走査で奇数面を使い４本の走査線
が形成され、Ｎ＋１回目の走査では偶数面によって走査
線が形成されるが、面間分割角度が小さいために走査線
１．５本分送られて走査線が形成される。更にＮ＋２回
目の走査では面間分割角度が大きいために走査線２．５
本分送られて走査線が形成される。

【００３４】すなわち図５から図７の間では回転多面鏡
の回転速度を変えずに回転多面鏡の面間分割角度を変え
ることで飛び越し周期２の飛び越し走査を達成してい
る。ただし本例では面間分割角度の差が大きいために走
査に有効な領域が狭くなっている。

【００３５】［実施例］以下、具体的な実施例を挙げて
説明する。本実施例では、面発光レーザアレイ１２とし
て、２次元的に配値された素子数ｍ＝３２のものを光源
に用いている。

【００３６】また、仮に、副走査解像度が２４００ｄｐ
ｉ、回転多面鏡は面数が６面で面間分割角度が均等、内
接円直径が３４ｍｍであるとものとして、本実施例の光
学系が設計されている。仮に、面間分割角度が均等なこ
の回転多面鏡を用いた場合、感光体上での走査線間間隔
Ｌは約１０．５８μｍとして、Ｎ回目の走査で３２本の
走査線を形成し、副走査方向の移動量Ｐ＝ｍ・Ｌ＝３３
８．７μｍとしてＮ＋１回目の走査で次の３２本の走査
線を形成する。このように隣接走査が行われ連続した走
査線が形成される。

【００３７】これに対して副走査解像度を２倍にするた
めに本実施例では回転多面鏡の回転数を２倍にすると共
に、上述した面間分割角度の比を（ｍ−ｌ）：（ｍ＋
１）即ち３１：３３とした回転多面鏡１９Ｔを用いる
（図９参照）。このときの面間分割角度は、図９に示し
たように、奇数面ａからＱ方向側の偶数面ｂへの面間分
割角度が５８．１２５°、偶数面ｂからＱ方向側の奇数
面ａへの面間分割角度が６１．８７５°となる。この条
件で走査を行うことで副走査解像度を２倍の４８００ｄ
ｐｉにすることが可能になる。

【００３８】本実施例では、回転多面鏡１９Ｔの面間分
割角度の差が小さいので、走査で無駄になる領域は僅か
であり走査効率にほとんど影響を及ぼさない。

【００３９】また、奇数面ａからＱ方向側の偶数面ｂへ
の面間分割角度を５８°、偶数面ｂからＱ方向側の奇数
面ａへの面間分割角度を６２°とした場合、面間分割角
度の誤差による走査位置の誤差は０．３５μｍであり十
分に小さく、また仮に影響がある場合でも誤差の影響は
２ライン単位で現れるためその発生周期は２４００ｄｐ
ｉ相当となり視認されない領域であるので、影響は極め
て小さい。さらには走査光学系が縮小光学系の構成を取
っているため半径誤差の走査面上での影響は二乗で効い
てくるので画質への影響を抑えることができる。このよ
うにビーム数（素子数）ｍが大きい場合、本方式による
飛び越し走査ではより高い効果が得られる。

【００４０】なお、第１実施形態では説明しなかった
が、信号処理系に関しては高解像度化および飛び越し走
査に対応する処理が適用されるのはいうまでもない。

【００４１】以上、実施例も含めて第１実施形態を説明
したが、このように回転多面鏡の面間分割角度を上記の
様に設定することにより、素子数が偶数の場合であって
も、偶数ライン飛び越し走査を行うことが可能となり、
さらには高解像化を行う際に露光装置内の光学系の変更
を行うこと無しに回転多面鏡を変更することで対応が可
能になる。このように回転多面鏡の面間分割角度を変更
することによって飛び越し走査を実現できるので、飛び
越し走査のために光学系が制約を受けることを抑制で
き、光学系設計の自由度を上げることができる。

【００４２】［第２実施形態］次に、第２実施形態につ
いて説明する。

【００４３】飛び越し走査を行うためには、表１に示し
たように、ビーム数ｍ、飛び越し周期ｎとしたとき、従
来からｍとｎが互いに素である必要があることは先に説
明の通りである。従って、ビーム数ｍが６の場合を考え
ると選択可能な飛び越し周期の最低値は５になってしま
う。

【００４４】そこで、本実施形態では、ビーム数ｍが６
で、飛び越し周期ｎを２にしたい場合には、回転多面鏡
の面間分割角度の変化の周期を２面単位として、上述し
た面間分割角度の比を例えば５：７とすることで実現可
能であり、飛び越し走査のイメージは図１０に示される
ようになる。

【００４５】飛び越し周期ｎを３にしたい場合には回転
多面鏡の面間分割角度の変化の周期を３に設定する。図
１１に示すように、回転多面鏡１９Ｕの面ａ、面ｂ、面
ｃの面間分割角度の比を例えば５：５：８にすることで
実現可能となり飛び越し走査のイメージは図１２に示さ
れるようになる。このように面間分割角度の変化の周期
ｋを飛び越し周期ｎと等しくすることで任意の飛び越し
周期に対応することが可能になる。

【００４６】面間分割角度の比を設定する際、ビーム数
ｍ、面間分割角度の変化の周期ｋである場合、各面間分
割角度の比を整数比で表したときに、（ｋ−１）面以下
の任意の連続する面について各面に対応する数を足し併
せた合計数がｎで割切れない様に設定すればよい。

【００４７】素子数（ビーム数）が６のときの面間分割
角度の比の設定例を表２に示す。

【００４８】

【表２】 上記の飛び越し周期ｎが３の場合では面ａ、面ｂ、面ｃ
の面間分割角度の比を例えば５：５：８にしており、こ
の比では、単一の面（ｋ−２＝１）では３で割り切れる
値は出ていない（５及び８は、何れも３で割り切れな
い）。連続する２面（ｋ−１＝２）でも、ａ−ｂ面では
（５＋５＝）１０となり３で割り切れず、ｂ−ｃ面では
（５＋８＝）１３、ｃ−ａ面でも（８＋５＝）１３とな
り３で割り切れない。このように最適な分割比をもとめ
ていくとよい。

【００４９】例えば、飛び越し周期ｎが４の場合につい
て、表２では面ａ、面ｂ、面ｃ、面ｄの比が５：６：
７：６の例があるが、面ａ、面ｂ、面ｃ、面ｄの比が
５：６：６：７だと飛び越し走査が成立しない。この理
由を以下に説明する。

【００５０】ａ、ｂ、ｃ、ｄの比を示す値を、前者につ
いては表３に、後者については表４に示す。

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】 後者の場合に飛び越し走査が成立しない理由は、連続す
る２面（ｋ−２＝２）について見た場合、ｂ−ｃ面は
（６＋６＝）１２であり、ｄ−ａ面も（７＋５＝）１２
となり、４で割り切れるため、走査線の重なる部分が生
じてしまうからである。

【００５３】これに対し、前者の場合、単一の面（ｋ−
３＝１）では４で割り切れる値は出ていない。連続する
２面（ｋ−２＝２）でも４で割り切れる値は出ていな
い。また、連続する３面（ｋ−１＝３）でも４で割り切
れる値は出ていない。すなわち、ａ−ｂ−ｃ面は（５＋
６＋７＝）１８、ｂ−ｃ−ｄ面は（６＋７＋６＝）１
９、ｃ−ｄ−ａ面は（７＋６＋５＝）１８、ｄ−ａ―ｂ
面は（６＋５＋６＝）１７であり、いずれも４で割り切
れない。

【００５４】第２実施形態では、素子数が少ない場合
（ｍ＝６の場合）について説明したが、素子数が大きい
ほど分割比の設定自由度が増え、面間分割角度の違いに
よる無駄になる領域を低減することが可能になる。

【００５５】以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形
態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸
脱しない範囲内で種々変更して実施できる。例えば、こ
れらの実施形態では面間分割角度を不均等としたが、正
多角形の回転多面鏡を用いても全面を使用せず面飛ばし
により実際に使用する面における面間分割角度の間隔を
不均等とすることで同様の効果を得ることも可能であ
る。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定され
ないことは言うまでもない。

【００５６】

【発明の効果】本発明は上記構成としたので、以下の効
果を奏することができる。

【００５７】請求項１に記載の発明によれば、アレイ化
が容易な面発光レーザ等を設置して副走査方向の間隔が
均等な複数本のビームを用いても、面間分割角度を調整
して設定することにより、従来の飛び越し走査を行う条
件を満足しない場合であっても、任意の飛び越し周期で
飛び越し走査を行うことが可能になる。従って、飛び越
し走査をのために光学系の制約が増えることを抑制でき
るので、光学系の設計自由度を高くすることが可能にな
る。

【００５８】請求項２に記載の発明によれば、面間分割
角度を調整して設定することにより任意の飛び越し周期
を選択する際、この設定を行い易い。

【００５９】請求項３に記載の発明によれば、飛び越し
によって走査する位置を所望の位置に設定し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の画像形成装置を示す構成図で
ある。

【図２】 第１実施形態の画像形成装置に設けられた露
光装置の構成を示す斜視図である。

【図３】 第１実施形態で、ビーム数が４本で回転多面
鏡の面数が６面のときの走査状態を示す、比較説明のた
めの模式図である。

【図４】 図３に示した状態の走査を行う回転多面鏡の
平面図である。

【図５】 図３に示した状態の走査を行う回転多面鏡を
用い、回転速度を仮に２倍にした場合の走査状態を示す
模式図である。

【図６】 面間分割角度に変化を持たせることを説明す
るための回転多面鏡の平面図である。

【図７】 第１実施形態の画像形成装置に設けられた露
光装置による走査状態を示す模式図である。

【図８】 第１実施形態の画像形成装置に設けられた回
転多面鏡の一例を示す平面図である。

【図９】 実施例で用いる回転多面鏡の平面図である。

【図１０】 第２実施形態で用いた画像形成装置による
走査状態を示す模式図である。

【図１１】 第２実施形態の画像形成装置に設けられた
回転多面鏡の平面図である。

【図１２】 図１１に示した回転多面鏡が設けられた画
像形成装置による走査状態を示す模式図である。

【図１３】 従来の画像形成装置の露光装置の構成を示
す斜視図である。

【図１４】 従来の画像形成装置による走査状態を示す
模式図である。

【符号の説明】

３ 画像形成装置 １９ 回転多面鏡 １９Ｓ 回転多面鏡 １９Ｔ 回転多面鏡 １９Ｕ 回転多面鏡 ２３ 感光体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 副走査方向の間隔が均等である複数本の
   ビームを回転多面鏡により一括して主走査を行い、副走
   査方向に回動される感光体上に飛び越し走査による二次
   元の静電潜像を形成する画像形成装置において、 ビーム数ｍ、飛び越し周期ｎとしてｍとｎが互いに素の
   関係を満たさない場合、前記回転多面鏡の隣り合う鏡面
   の法線間の角度を、飛び越し周期に応じて不均等にした
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記飛び越し周期ｎと前記角度の変化の
   周期ｋとが同じであることを特徴とする請求項１に記載
   の画像形成装置。
3. 【請求項３】 ビーム数ｍが偶数で、前記回転多面鏡の
   面数が偶数であり、 ｋが２のときに、前記角度として、（ｍ−ｊ）：（ｍ＋
   ｊ）（ｊはｍより小さい奇数）の比となる２値を交互に
   設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像
   形成装置。