JP2005234414A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メモリの増大を防ぎつつ且つ高精度なビームスポット位置補正を可能にする。
【解決手段】遷移タイミングを指示する位相データ２１と、高周波クロック生成回路２０で生成された高周波クロックとの比較結果を基に、画素クロック制御回路２３は画素クロックの遷移タイミングを可変にし、画素クロックの位相をシフトさせた信号を光源２４に入力することにより、ビームスポット位置を補正する。位相データ２１を関数式で表し、関数式の各項の係数を記憶しておく。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の光走査装置、及び、これを用いた画像形成装置に関する。

レーザプリンタ等に関連して広く知られた光走査装置は一般に、光源側からの光ビームを光偏向器により偏向させ、ｆθレンズ等の走査結像光学系により被走査面に向けて集光して被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットで被走査面を光走査（主走査）するように構成されている。被走査面の実体をなすものは光導電性の感光体等である感光媒体の感光面である。

光偏向器としては等角速度で偏向面が回転するポリゴンスキャナ等が一般的に用いられており、また、半導体レーザ等の光源はある一定の周波数で変調される。このような光源、光偏向器を用いて光走査装置を構成し、感光体等の被走査面を光走査した場合には、ビームスポット位置は等間隔で配置されず、走査速度は一定でない。このため、ビームスポット位置を等間隔で配置し、走査速度を一定にして光走査を行うために、ｆθレンズ等の走査結像光学系を用いて補正を行うことで、被走査面での等速度光走査が可能になる。しかし、ｆθレンズ等を用いた走査速度の補正には限界があり、走査速度を完全に一定にすることはできず、「走査速度ムラ」が生じる。さらに、ｆθレンズの製造誤差や、経時変動等によって、走査速度ムラは増大する。

走査速度ムラが発生すると画像に歪みが生じ、画像品質の劣化となる。また、カラー画像形成装置の場合においては、複数のｆθレンズを使用するため、ｆθレンズの製造誤差等が異なる影響により、色により異なった走査速度ムラが発生し、その結果色ずれが生じる。

走査速度ムラの補正を行う技術としては、例えば、基本的に画素クロックの周波数を変化させて、走査線に沿ったビームスポット位置を補正する方法が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

特開平１１−１６７０８１号公報 特開２００１−２２８４１５号公報 特開２００３−９８４６５号公報

しかしながら、画素クロックの周波数を変化させる従来方式（周波数変調方式）は、一般に画素クロック制御部の構成が複雑であり、且つその周波数変調幅が微小になるにつれて増大するため、きめ細かな制御ができず、そのためビームスポット位置の高精度な補正ができないという問題があった。

本発明の目的は、メモリの増大を防ぎつつ且つ高精度なビームスポット位置補正が可能な光走査装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、メモリの増大を防ぎつつ且つ高精度なビームスポット位置補正を簡単なアルゴリズムで実現した光走査装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、色ずれの少ないカラー画像形成装置を提供することにある。

請求項１は、メモリ量の増大を防ぎつつ高精度な主走査ビームスポット位置補正を実現することを目的とする。

請求項２は、リニアリティ特性が細かい周期で増減するような場合においても、高精度な主走査ビームスポット位置補正を実現することを目的とする。

請求項３〜１１は、メモリ量の増大を防ぎつつ高精度な主走査ビームスポット位置補正を実現するともに、補正アルゴリズムの簡単化を実現することを目的とする。

請求項１２は、低コストで且つ高精度な面形状をもつ走査結像レンズを実現し、高精度な光走査を実現することを目的とする。

請求項１３は、高精度な光走査を実現することが可能な、画像形成装置を実現することを目的とする。

請求項１４は、高精度な光走査を実現するとともに、色ずれが少ない画像形成装置を実現することを目的とする。

本発明は、画素クロックにより変調された光源からの光ビームを、光偏向器により走査し、走査結像光学系により被走査面上に集束する光走査装置において、前記画素クロックの周期を、画素クロックの遷移タイミングを指示する位相データに基づいて可変にする光源駆動手段と、前記位相データを関数式で表し、関数式の各項の係数を記憶しておく記憶手段とを有し、被走査面におけるビームスポット位置を、走査位置に応じて補正することを最も主要な特徴とする。

本発明の光走査装置、及びその光走査装置を用いた画像形成装置は、（１）メモリの増大を防ぎつつ、且つ主走査ビームスポット位置に歪み（疎密）が少ない高精度な光走査を、簡単なアルゴリズムで実現でき、（２）色ずれの少ない画像形成を行うことができ、（３）低コストで且つ高精度な面形状を持つ走査結像レンズにより、高精度な光走査が可能である、という利点がある。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例を説明する図である。図１は、高周波クロック１と位相データ２により画素クロック４を制御し、画素クロックの周期を可変して光源５を変調し、その光源５からの光ビームを走査結像レンズ７を用いて走査する様子を示す。なお、位相データは関数により表されているものとする。

高周波クロックと、画素クロックの遷移タイミングを指示する位相データに基づいて画素クロックの周期を変化させることによりビームスポット位置を調整することが可能である。その原理を示す図を図２、３、４に示す。

図２において、画素クロック生成回路１０は高周波クロック生成回路１１、カウンタ１２、比較回路１３及び画素クロック制御回路１４からなる。高周波クロック生成回路１１は画素クロックＰＣＬＫの基準となる高周波クロックＶＣＬＫを生成する。カウンタ１２は高周波クロックＶＣＫＬの立上がりで動作して該ＶＣＫＬをカウントするカウンタである。比較回路１２はカウンタの値とあらかじめ設定された値及び外部から与えられる画素クロックの遷移タイミングとして位相シフト量を指示する位相データと比較し、その比較結果にもとづき制御信号ａ、制御信号ｂを出力する。画素クロック制御回路１３は制御信号ａ、制御信号ｂにもとづき画素クロックＰＣＬＫの遷移タイミングを制御する。

ここで、位相データは走査レンズの特性により生ずる走査ムラを補正したり、ポリゴンミラーの回転ムラによってドット位置ずれを補正したり、レーザ光の色収差によって生ずるドット位置ずれを補正するために画素クロックの位相のシフト量を指示するためのデータで、一般に数ビットのデジタル値で与えられる。

図２の画素クロック生成回路の動作について図２のタイミング図を用いて説明する。ここでは、画素クロックＰＣＬＫは高周波クロックＶＣＬＫの８分周とし、標準ではデュティ比５０％とする。図２（ａ）はＶＣＬＫの８分周に相当するデュティ比５０％の標準の画素クロックＰＣＬＫを生成する様子を、図２（ｂ）はＶＣＬＫの８分周クロックに対して１／８クロックだけ位相を進めたＰＣＬＫを生成する様子を、図２（ｃ）はＶＣＬＫの８分周クロックに対して１／８クロックだけ位相を遅らせたＰＣＬＫクロックを生成する様子を示したものである。

まず、図２（ａ）について説明する。ここでは位相データとして「７」の値が与えられている。比較回路１３には、あらかじめ「３」が設定されている。カウンタ１２は高周波クロックＶＣＬＫの立上がりで動作しカウントを行う。比較回路１３では、まずカウンタ１２の値が「３」になったところで制御信号ａを出力する。画素クロック制御回路１３は、制御信号ａが”Ｈ”になっていることから丸付き数字１のクロックのタイミングで画素クロックＰＣＬＫを”Ｈ”から”Ｌ”に遷移させる。次に比較回路１３では、与えられた位相データとカウンタ値を比較し、一致したら制御信号ｂを出力する。図２（ａ）では、カウンタ１２の値が「７」になったところで、比較回路１３は制御信号ｂを出力する。画素クロック制御回路１４は、制御信号ｂが”Ｈ”になっていることから丸付き数字２のクロックのタイミングで画素クロックＰＣＬＫを”Ｌ”から”Ｈ”に遷移させる。この時、比較回路１３では同時にカウンタ１２をリセットさせ、再び０からカウントを行わせて行く。これにより、図２（ａ）に示すように、高周波クロックＶＣＬＫの８分周に相当するデュティ比５０％の画素クロックＰＣＬＫを生成することができる。なお、比較回路１３の設定値を変えれば、デュティ比が変化する。

次に、図２（ｂ）について説明する。ここでは位相データとして「８」を与えるとする。カウンタ１２は高周波クロックＶＣＬＫのカウントを行う。比較回路１３では、まずカウンタ１２の値が「３」になったところで制御信号ａを出力する。画素クロック制御回路１４は、制御信号ａが”Ｈ”になっていることから丸付き数字１のクロックのタイミングで画素クロックＰＣＬＫを”Ｈ”から”Ｌ”に遷移させる。次に比較回路１３では、カウンタ１２の値が与えられた位相データ（ここでは８）と一致したら制御信号ｂを出力する。画素クロック制御回路１４は、制御信号ｂが”Ｈ”になっていることから丸付き数字２のクロックのタイミングで画素クロックＰＣＬＫを”Ｌ”から”Ｈ”に遷移させる。この時、比較回路１３では同時にカウンタ１２をリセットさせ、再び０からカウントを行わせて行く。これにより、図２（ｂ）に示すように、高周波クロックＶＣＬＫの８分周クロックに対して１／８クロックだけ位相を進ませた画素クロックＰＣＬＫを生成することができる。

次に、図２（ｃ）について説明する。ここでは位相データとして「６」を与えるとする。カウンタ１２は画素クロックＶＣＬＫのカウントを行う。比較回路１３では、まずカウンタ１２の値が「３」になったところで制御信号ａを出力する。画素クロック制御回路１４は、制御信号ａが”Ｈ”になっていることから丸付き数字１のクロックのタイミングで画素クロックＰＣＬＫを”Ｈ”から”Ｌ”に遷移させる。次に比較回路１３では、カウンタ１２の値が与えられた位相データ（ここでは６）と一致したら制御信号ｂを出力する。画素クロック制御回路１４は、制御信号ｂが”Ｈ”になっていることから丸付き数字２のクロックのタイミングで画素クロックＰＣＬＫを”Ｌ”から”Ｈ”に遷移させる。この時、同時にカウンタ１２をリセットさせ再び０からカウントを行わせて行く。これにより、図２（ｃ）に示すように、高周波クロックＶＣＬＫの８分周クロックに対して１／８クロックだけ位相を遅らせた画素クロックＰＣＬＫを生成することができる。

なお、位相データを、例えば画素クロックＰＣＬＫの立上がりに同期させて与えることにより、画素クロックＰＣＬＫの位相を１クロックごとに変化させることが可能となる。図３は、これを示したタイミング図である。

上記のように、簡単な構成で、画素クロックＰＣＬＫの位相を高周波クロックＶＣＬＫのクロック幅単位に±方向に制御することが可能となる。

上記のように、画素クロックＰＣＬＫの位相は１クロックごとに変化させることが可能であるため、高精細な補正が可能であるが、１クロックごとに位相を変化させるとなると、１クロックごとに位相データをメモリに持つ必要があるため、相当量のメモリが必要になり、コストアップを招く。

そこで、位相データを関数式で表し、関数式の各項の係数を記憶しておく構成とすることで、上記メモリ量増大の問題を回避しつつ且つ高精細な補正を行うことが可能となる。

以上の方法を採用することで、光学素子の形状誤差や設置誤差の影響等によって生じる主走査ビームスポット位置の歪み（疎密）を補正することが可能である。

更に、光走査装置における走査結像レンズは、通常、光偏向装置の回転に対して主走査ビームスポット位置が線形に変化するように補正（リニアリティ補正）されているが、上記方法を用いることで、上記補正を緩めることが可能になり、他の光学特性の性能向上や、薄肉化、均肉化（中心肉厚と周辺肉厚の差が少ないこと）が図れる。この薄肉・均肉な走査レンズは加工に非常に有利であり、面精度の高い走査レンズを低コストで製作することができるため、リニアリティ補正を弱められるメリットは非常に大きい。

用いる走査結像レンズのリニアリティ特性が、例えば細かい周期で増減を繰り返すような特性をもつ場合に、上記補正方法を用いて補正をすると、関数近似の精度の低下により主走査ビームスポット位置の補正精度が低下する恐れがある。

そのような場合には、走査領域を複数の区間に分割し、各分割区間ごとに、位相データを関数近似するのがよい。分割区間ごとに関数近似を行うと、関数近似の近似精度を向上させることが可能であるため、用いる走査結像レンズのリニアリティ特性が、たとえ細かい周期で増減を繰り返すような特性をもつような場合においても、主走査ビームスポット位置の補正精度を高精度に保つことが可能となる。

走査領域を複数の区間に分割し、区間により画素クロックの周期を変化させる画素（以下、「位相シフト画素」と呼ぶ）の個数を異ならせることで、ビームスポット位置の歪み（疎密）を補正することが可能である。

このことを、図５を用いて説明する。説明の簡単化のため、位相シフト画素は等間隔に配置されているとする。また、画素クロックの位相を遅らせる方向の画素数は−で表す。

位相シフト画素が等間隔で配置されているときには、主走査ビームスポット位置の間隔を全体的に疎または密にすることが可能である。その様子を図５に示す。図５に示しているものは、走査領域の任意のある区間であるとする。図５（ａ）は画素クロックが均一であるとき、図５（ｂ）は３画素おきに画素クロックの位相を１／１６ＰＣＬＫだけ進めた様子を表しており（位相シフト画素の個数は６個）、図５（ｃ）は３画素おきに画素クロックの位相を１／１６ＰＣＬＫだけ遅らせた様子を示している（位相シフト画素の個数は−６個）。図５（ｂ）は図５（ａ）に対して全体的に画素が密になっており、図５（ｃ）は図５（ａ）に対して全体的に画素が疎になっているのがわかる（正確には、位相シフト画素とその隣の画素の間隔のみが変化しているが、平均的に見ると、全体的に疎または密と見なせる）。位相シフト画素の個数を変化させれば、当然画素の密（疎）の程度を変化させることができる。有効走査領域を複数の区間に分割し、各区間により位相シフト画素の個数を変化させることで、すなわち、図５（ｂ）と図５（ｃ）の状態を組み合わせることで、主走査ビームスポット位置の歪み（疎密）を補正することが可能である。

高精度な補正を行うためには、分割区間の幅を狭くとることが必要であり、分割区間の幅を狭くとると有効走査領域を分割する分割数が増え、分割区間により位相シフト画素の個数が異なるため、メモリ量の増大を招く。そこで、分割区間により異なる位相シフト画素の個数を各区間に対応させて関数で近似し、各項の係数をメモリ上に記憶させておく方式とすることで、メモリ量の増大を防ぎつつ分割数の増加が可能であり、高精度な補正が可能である。

また、各分割区間の幅を各分割区間における位相シフト画素の個数で除算することにより、位相シフト画素の間隔を算出することができる。従って、各分割区間における位相シフト画素の個数を各分割区間に対応させて関数で近似することによっても、上記と同様の効果が得られる。

上記の説明では、説明の簡単化のため、位相シフト画素は等間隔に配置することを例にとって説明したが、各区間の走査特性に合わせて任意の位置に配置した方が補正精度は向上する。

位相シフト画素は、各区間において、各区間の走査特性に合わせて任意の位置に配置した方が補正精度は向上するが、アルゴリズムが複雑になるデメリットがある。位相シフト画素を所定の画素数毎に配置するように設定することで、アルゴリズムの簡単化が図れる。

分割区間の幅を分割区間により異なるように設定すると、主走査ビームスポット位置の歪みの発生状況により分割区間の幅を自由に設定できるため、より高精度な補正が可能になるというメリットがある。しかし、補正アルゴリズムが複雑になるといったデメリットもある。

走査領域を等間隔に分割することで補正のアルゴリズムの簡単化が図れる。走査領域を等間隔に分割しない場合に比べると、補正精度は低下するが、等間隔に分割する場合においても、分割数を増大させることにより補正精度を向上させることが可能である。前記のように、分割区間により異なる位相シフト画素の個数を各分割区間に対応させて関数近似する方式は、メモリ量の増大を防ぎつつ分割数の増加が可能であるため、「走査領域を等間隔に分割する」とすることと「位相シフト画素の個数を各区間に対応させて関数近似する」こととを組み合わせることで、アルゴリズムの簡単化と高精度な補正の両立が可能となる。

画素クロックの周期を変化させる量（位相シフト量）の絶対値は、有効走査領域全域において複数種類設けることも可能であり、複数種類設けると、主走査ビームスポット位置が目標に対して大きくずれている区間には「位相シフト量を大きく」設定したり、また主走査ビームスポット位置が目標に対してのずれが小さいときには「位相シフト量を小さく」設定するといったことも可能であるため、複数種類設ける方がより高精度な補正が可能である。しかし、補正アルゴリズムが複雑になるといったデメリットがある。そこで位相シフト量は有効走査領域全域において一種類（符号は考えないとする）だけに設定することにより、補正アルゴリズムが簡略化できる。位相シフト量が１種類の場合における補正精度は、位相シフト量を複数種類設ける場合に比べると劣るが、位相シフト量が１種類の場合においても、分割数を多くすることにより補正精度の向上が可能である。前述のように分割区間により異なる位相シフト画素の個数を各区間に対応させて関数近似する方法を用いることでメモリの増大を防ぎつつ補正精度の向上が可能である。従って、「位相シフト量の絶対値を１種類だけに設定」し、「位相シフト画素の個数を各区間に対応させて関数近似する方法を用いる」ことで、アルゴリズムの簡単化と高精度な補正の両立が可能となる。

少なくとも走査領域の両端において、目標とするビームスポット位置とのずれが略０となるように、前記関数を設定するのがよく、走査領域を複数の区間に分割する場合には、走査領域の両端と分割区間の両端において目標とするビームスポット位置とのずれが略０となるように、前記関数を設定するのがよい。

以下に、ある関数に従って、各区間の位相シフト画素の個数を求める方法について説明する。以下では、ある関数として、リニアリティ特性：Ｌ（ｘ）（ｘは像高を表すとする）を例にあげ、理想像高からの位置ずれを０にするように補正を行うと仮定して説明する。

有効書込領域を、例えば、等間隔でｎ分割したと仮定する。有効走査領域を＋１５０〜−１５０ｍｍとし、＋１５０像高側から光走査を始めるとする。説明の簡略化のため、分割区間内においては、位相シフト画素の間隔は等間隔であり、位相シフト量は符号も含めてただ１つだけであるとする。さらに、有効走査領域全域において位相シフト量の絶対値は１種類であるとする。位相シフト量は、＋像高側の方向を＋、−像高側の方向を−とし、位相シフト量が＋のときは位相シフト画素の個数を＋、位相シフト量が−のときは位相シフト画素の個数を−で表す。その代わり、位相シフト量は常に＋で表す。分割区間１とは、一番初めに光走査される分割区間を表し、その分割区間から光走査の方向に順に２，３，４，・・・と番号をつけることとする。その様子を図６に示す。

Ｌｉｎ特性より、理想像高からの位置ずれ量を算出することが可能であり、理想像高からの位置ずれ量をＭ（ｘ）として、
Ｍ（ｘ）＝１／１００＊∫Ｌ（ｘ／ｆ）ｄｘ ・・・（１）
のようにして計算される。

Ｌ（θ）は、以下の式で表される。ただし、ｘ＝ｆθであり、Ｈｉ（θ）＝ｘである。
Ｌｉｎ特性：
Ｌ（θ）＝（ｄＨ（θ）／ｄＨｉ（θ）−１）＊１００・・・（２）
（ｄＨ（θ）は光偏向器の回転角θでの、微小回転ｄθに対するビームスポット位置Ｈ（θ）の変化量、
ｄＨｉ（θ）は光偏向器の回転角θでの、微小回転ｄθに対する理想的なビームスポット位置Ｈｉ（θ）の変化量、
Ｈｉ（θ）＝ｆθ（ｆは近軸領域での焦点距離）である。
ただし、理想的なビームスポット位置の変化量とは、完全な等速走査が行われているときのビームスポット位置の変化量を指す）。

このＭ（ｘ）を用いて、ある分割区間ｉにおける位相シフト画素の間隔Ｄｉを決定できる。その方法を以下に示す。

分割区間ｉの終端Ｅｉにおいて理想像高からの位置ずれを０にするためには、位相シフト画素の位相シフト量をｐとして、分割区間１〜ｉまでの位相シフト画素の総数がＭ（Ｅｉ）／ｐとなる必要がある。従って、分割区間ｉにおける位相シフト画素の個数Ｎｉは、
Ｎｉ＝Ｍ（Ｅｉ）／ｐ−Ｎ_ｉ−１ ・・・（３）
となる。分割区間の幅をＷとすると、分割区間ｉにおける位相シフト画素の間隔Ｄｉは
Ｄｉ＝Ｗ／Ｎｉ ・・・（４）
で求められる。

有効走査領域より光走査開始側手前にフォトダイオード等の光検出手段を設け、光検出手段から書き出し位置までのクロック数を適当に調整することで、有効走査領域の書き出し位置と理想像高は容易に一致させることができる。従って、分割区間１においては、分割区間の初めは理想像高からのずれ量が０であると考えることができるため、Ｎ１＝Ｍ（Ｅ１）／ｐで表され、Ｄ１＝Ｗ１／Ｎ１で表される。

光走査が分割区間１の始端に差し掛かったときに、まず分割区間１の終端Ｅ１における理想像高からの位置ずれＭ（Ｅ１）（＝Ｍ１）を、例えば分割区間１の終端に対応する像高Ｅ１を用いて、関数Ｌ（ｘ）に代入し、（１）式に従い計算する。その理想像高からの位置ずれＭ１を用いて、（３）、（４）式に従いＤ１が計算される。Ｄ１画素クロックごとにｐの位相シフトを行う位相データが出力される（それ以外は位相シフトを行わないという位相データが出力される）ような構成とすれば、分割区間１の終端において理想像高からのずれを０に補正することができる。次に、光走査が分割区間２の始端に差し掛かったときも、上記と同様に、分割区間２の終端における位置ずれＭ２を、例えば分割区間２の終端の像高に対応する像高をＬ（ｘ）に代入することにより計算し、Ｍ２を用いてＤ２を計算する。光走査に同期して分割区間１，２，３，・・・において、上記のことを行うことで、すべての分割区間の始端及び終端における理想像高からのずれを０に近く補正することが可能となり、その結果分割区間の間においても理想像高からのずれを少なく抑えることができ、有効走査領域全域で主走査ビームスポット位置が補正される。以上の様子を図７に示す。

上では、Ｍ（ｘ）は理想像高からのずれとしたが、「理想像高」を、「目標とするビームスポット位置」と置き換え、Ｍ（ｘ）を「目標とするビームスポット位置からのずれＭｏ（ｘ）」としても、上と全く同様に補正ができる。すなわち、Ｍｏ（ｘ）を関数近似して、各項の係数をメモリ上に記憶させておくとしても、上と全く同様にして主走査ビームスポット位置が補正できる。

前記光源を複数備え、各々に対応した被走査面を走査するような構成の場合において、前記被走査面のうちの１つにおけるビームスポット位置を基準に設定し、各々の被走査面におけるビームスポット位置と、基準のビームスポット位置とのずれを関数近似することで、上記と全く同様にして、主走査ビームスポット位置が補正できる。

本発明の光走査装置における光学系のリニアリティ特性は以下の式を満足することが望ましい。
０．５＜｜Ｌｉｎ｜＜１０ ・・・（５）
リニアリティ特性の補正効果を弱めると、走査レンズを薄肉化でき、また中心肉厚と周辺肉厚の差を少なくする（均肉化）ことが可能となる。この薄肉・均肉な走査レンズは加工に非常に有利であり、面精度の高い走査レンズを低コストで製作できる。従って、本発明では、リニアリティ特性の補正は画素クロックの周期を変化させることにより行い、光学系としては、リニアリティ特性の補正効果を弱めるのがよい。

しかし、リニアリティ特性の補正効果を弱めすぎて、１０％以上のリニアリティを発生させてしまうと、周辺像高においてビームウエスト径太りが発生してしまう。また、リニアリティ特性を０．５％以下まで補正しすぎてしまうと、本発明の効果が薄れてしまい、上記のように走査レンズが厚肉・偏肉になってしまい、面精度の劣化、コストの増加を招く。従って、光学系のリニアリティ特性が（５）式を満足することで、本発明の効果を存分に発揮でき、且つ面精度が高く低コストな走査レンズが得られ、高精度な光走査が可能となる。

以下に、上記光走査装置を備えた画像形成装置について説明する。画像形成装置の一例として、図８に示すレーザープリンタ−を用いて説明する。レーザプリンター１００は潜像担持体１１１として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。潜像担持体１１１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。更に、レーザビームＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で「光書込による露光」を行うようになっている。また光走査装置１１７における光源（図示しない）は、前述のとおり、画素クロックの周期を可変する手段をもっている。

図８において、１１６は定着装置、１１８はカセット、１１９はレジストローラ対、１２０は給紙コロ、１２１は搬送路、１２２は排紙ローラ対、１２３はトレイ、Ｐは記録媒体としての転写紙を示している。

画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２により均一帯電され、光走査装置１１７のレーザビームＬＢの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。

この静電潜像は現像装置１１３により反転現像され、像担持体１１１上にトナー画像が形成される。転写紙Ｐを収納したカセット１１８は、画像形成装置１００本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０により給紙され、給紙された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９に捕らえられる。レジストローラ対１１９は、像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ１１４の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１１６へ送られ、定着装置１１６においてトナー画像を定着され、搬送路１２１を通り、排紙ローラ対１２２によりトレイ１２３上に排出される。

トナー画像が転写された後の像担持体１１１の表面は、クリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。潜像担持体１１１に光走査により潜像を形成し、上記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、潜像担持体１１１を光走査する光走査装置として、請求項４に記載の光走査装置を用いるものであり、潜像担持体１１１は光導電性の感光体であり、その均一帯電と光走査とにより静電潜像が形成され、形成された静電潜像がトナー画像として可視化される。

タンデムカラー機では一般に複数の走査結像レンズが用いられ、走査結像レンズの製造誤差の違い等の影響で、走査結像レンズの違いにより異なった走査速度ムラが発生し、色ずれが発生する。この色ずれを補正するためにも本発明を用いることができる。

上記では目標値として理想像高を設定したが、目標値としてある色に対応した光ビームのビームスポット位置を設定し、その目標値からのずれ量の関数をＭｃ（ｘ）として、上記のＭ（ｘ）をＭｃ（ｘ）で置き換え、上記と同様に補正を行うと、Ｍｃ（ｘ）を０に近く補正することができる。すなわち、色ずれの補正が可能である。

以下に、上記の光走査装置を複数備えたカラー画像形成装置について説明する。図９は、本発明をタンデム型フルカラーレーザプリンタへ適用した例を示す。装置内の下部側には水平方向に配設されて給紙カセット１から給紙される転写紙（図示せず）を搬送する搬送ベルト２が設けられている。この搬送ベルト２上にはイエローＹ用の感光体３Ｙ，マゼンタＭ用の感光体３Ｍ，シアンＣ用の感光体３Ｃ及びブラックＫ用の感光体３Ｋが上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付けて区別する。これらの感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスに従いプロセス部材が順に配設されている。感光体３Ｙを例に採れば、帯電チャージャ４Ｙ、光走査光学系５Ｙ、現像装置６Ｙ、転写チャージャ７Ｙ、クリーニング装置８Ｙ等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを各色毎に設定された被照射面とするものであり、各々に対して光走査光学系５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが１対１の対応関係で設けられている。

また、搬送ベルト２の周囲には、感光体５Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ９と、ベルト帯電チャージャ１０が設けられ、感光体５Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ１１、除電チャージャ１２、クリーニング装置１３等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ１１よりも搬送方向下流側には定着装置１４が設けられ、排紙トレイ１５に向けて排紙ローラ１６で結ばれている。

このような概略構成において、例えば、フルカラーモード（複数色モード）時であれば、各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対してＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の各色の画像信号に基づき各々の光走査装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋによる光ビームの光走査で静電潜像が形成される。これらの静電潜像は各々の対応する色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、フルカラー画像として定着された後、排紙される。

前記画像形成装置の光走査光学系５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋを配備した光走査装置を、本発明の光走査装置とすることで、色ずれが無く、高品位な画像再現性が確保できる画像形成装置を実現することができる。

以下に、数値実施例を示す。ただし、ｐ＝１．３２５μｍ、１２００ｄｐｉ、有効走査領域（３００ｍｍ）を等間隔で２０分割した（Ｗ＝１５ｍｍ）と仮定する。

図１０は、偏向器前光学系の数値実施例を示す。ここで、ＲＹは、主走査方向曲率半径、ＲＺは、副走査方向曲率半径（レンズ中心）、Ｎは、使用波長（６５５ｎｍ）での屈折率、Ｘは、光軸方向の距離である。

図１０における＊の面は共軸非球面である。数値は示さないが、カップリングレンズを射出した波面収差は良好に補正されている。また、偏光器は、Ａ寸１８ｍｍ、６面のポリゴンミラーとする。

図１１は、偏向器後光学系の数値実施例を示す。

図１１における＊の各面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向は平面となっている。レンズ面形状は、下式で与えられる。
X(Y,Z)={Y^2・Cm/(1+√[1-(1+K)・(Y・Cm)^2])}
+A・Y^4+B・Y^6+C・Y^8+D・Y^10+E・Y^12+F・Y^14
+(Cs(Y)・Z^2)/(1+√[1-(Cs(Y)・Z)^2])
但し、Ｃｍ＝１／ＲＹ、Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺとする。

図１１における＊＊の各面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径は、レンズ高さにより連続的に変化する。各面形状は、上記式で与えられる。但し、Ｃｓ（Ｙ）は、下式で表される。
Cs(Y)=1/RZ+aY+bY^2+cY^3+dY^4+eY^5+fY^6+gY^7+hY8+iY^9+jY^10+kY^11+lY^12
（位相シフト画素データ）
ビームスポット位置補正前の、分割区間終端における理想像高からの位置ずれは、Ｌｉｎ特性を像高に対して１０次の多項式で近似した関数Ｌ（ｘ）に、分割区間終端に対応する像高を代入することにより算出した。図１２は、Ｌｉｎ近似式の各係数を示す。

各分割区間における、位相シフト画素の個数、位相シフト画素の間隔、及び主走査ビームスポット位置ずれ（調整前後）について、図１３に示す。図の簡単化のため、位置ずれは分割区間の終端のみ記した。

図１４にビームスポット位置補正前後の、理想像高からの位置ずれのグラフを示す。図１４（ａ）は、ビームスポット位置補正前の、理想像高に対するビームスポット位置ずれ量を示しており、図１４（ｂ）は、ビームスポット位置補正後の、理想像高に対するビームスポット位置ずれ量を示している。

ビームスポット位置補正前は、理想像高からの位置ずれ量が最大７１μｍであったが、ビームスポット位置補正後は１６μｍまで減少している。

本発明の実施例を説明する図である。 画素クロック生成回路の構成を示す。 図２の動作を説明するためのタイミング図である。 図２の動作を説明するための別のタイミング図である。 ビームスポット位置間隔の疎密を補正する図である。 有効走査領域を等間隔でｎ分割した図である。 有効走査領域の分割区間の始端、終端における理想像高からのずれを０に近く補正する図である。 光走査装置を備えたレーザープリンターを示す。 本発明が適用されるタンデム型フルカラーレーザプリンタを示す。 偏向器前光学系の数値実施例を示す。 偏向器後光学系の数値実施例を示す。 Ｌｉｎ近似式の各係数を示す。 各分割区間における、位相シフト画素の個数、位相シフト画素の間隔、及び主走査ビームスポット位置ずれ（調整前後）を示す。 ビームスポット位置補正前後における理想像高からの位置ずれのグラフを示す。

符号の説明

１ 高周波クロック生成回路
２ 位相データ
３ 比較回路
４ 画素クロック制御回路
５ 光源
６ 光偏向器
７ 走査結像レンズ
８ 被走査面

Claims (14)

1. 画素クロックにより変調された光源からの光ビームを、光偏向器により走査し、走査結像光学系により被走査面上に集束する光走査装置において、前記画素クロックの周期を、画素クロックの遷移タイミングを指示する位相データに基づいて可変にする光源駆動手段と、前記位相データを関数式で表し、関数式の各項の係数を記憶しておく記憶手段とを有し、被走査面におけるビームスポット位置を、走査位置に応じて補正することを特徴とする光走査装置。
2. 画素クロックにより変調された光源からの光ビームを、光偏向器により走査し、走査結像光学系により被走査面上に集束する光走査装置において、前記画素クロックの周期を、画素クロックの遷移タイミングを指示する位相データに基づいて可変にする光源駆動手段と、前記被走査面における走査領域を複数の区間に分割し、各分割区間毎に前記位相データを関数式で表し、関数式の各項の係数を記憶しておく記憶手段とを有し、被走査面におけるビームスポット位置を、走査位置に応じて各分割区間毎に補正することを特徴とする光走査装置。
3. 画素クロックにより変調された光源からの光ビームを、光偏向器により走査し、走査結像光学系により被走査面上に集束する光走査装置において、前記画素クロックの周期を、画素クロックの遷移タイミングを指示する位相データに基づいて可変にする光源駆動手段と、前記被走査面における走査領域を複数の区間に分割し、各区間における前記画素クロックの周期を変化させる画素の個数を各区間に対応させて関数式で表し、前記関数式に基づいて位相データを決定し、前記関数式の各項の係数を記憶しておく記憶手段とを有し、被走査面におけるビームスポット位置を、走査位置に応じて各分割区間毎に補正することを特徴とする光走査装置。
4. 請求項３に記載の光走査装置において、前記画素クロックの周期を、所定の画素数毎に変化させることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項２または３記載の光走査装置において、前記走査領域を略等間隔に分割することを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光走査装置において、前記画素クロックの周期を変化させる各画素における可変量を等しくしたことを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１に記載の光走査装置において、少なくとも走査領域の両端において目標とするビームスポット位置とのずれが略０となるように前記関数式を設定することを特徴とする光走査装置。
8. 請求項２または３記載の光走査装置において、少なくとも走査領域の両端と分割区間の両端において目標とするビームスポット位置とのずれが略０となるように前記関数式を設定することを特徴とする光走査装置。
9. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光走査装置において、前記関数は以下の式で定義されるＬｉｎ特性を関数で近似した近似式であることを特徴とする光走査装置。
   Ｌｉｎ特性：
   Ｌ（θ）＝（ｄＨ（θ）／ｄＨｉ（θ）−１）＊１００
   （ｄＨ（θ）は光偏向器の回転角θでの、微小回転ｄθに対するビームスポット位置Ｈ（θ）の変化量、
   ｄＨｉ（θ）は光偏向器の回転角θでの、微小回転ｄθに対する理想的なビームスポット位置Ｈｉ（θ）の変化量、
   Ｈｉ（θ）＝ｆθ（ｆは近軸領域での焦点距離）である）
10. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光走査装置において、前記関数式は、均一な画素クロックにより変調し走査した際のビームスポット位置と、目標とするビームスポット位置とのずれを関数近似した近似式であることを特徴とする光走査装置。
11. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光走査装置において、少なくとも前記光源を複数備え、各々に対応した被走査面を走査するとともに、前記関数式は、前記被走査面のうちの１つにおけるビームスポット位置と、各々の被走査面におけるビームスポット位置とのずれを関数近似した近似式であることを特徴とする光走査装置。
12. 請求項９に記載の光走査装置において、Ｌｉｎ特性は以下の式
    ０．５＜｜Ｌｉｎ｜＜１０
    を満たすことを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光走査装置を備え、像担持体上に潜像を形成し、トナーで顕像化することにより画像を形成する画像形成装置であって、像担持体上のビームスポット位置と、目標とするビームスポット位置とのずれを補正するように、前記関数式を設定することを特徴とする画像形成装置。
14. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光走査装置を複数備え、各々に対応した像担持体上に潜像を形成し、各色トナーで顕像化した画像を重ね合わせてカラー画像を形成するようにした画像形成装置であって、基準色となる画像を形成する像担持体上のビームスポット位置と、他の像担持体上のビームスポット位置とのずれを補正するように、前記関数式を設定することを特徴とする画像形成装置。

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