JP2006088565A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被走査面上の結像位置ずれや相反則不軌等による濃度ムラを低減できる光走査装置および画像形成装置を得る。
【解決手段】 複数のレーザービームを被走査面上で副走査方向に不等間隔となるように配置し、走査領域に対し複数回（３回以上）の偏向走査を行い、この走査領域を、等間隔を有する複数の結像スポットの重ねあわせによる走査線で埋めるようにする。各回の主走査領域を副走査方向に見ると、複数の領域に分割されていることになるので、特定回の主走査において結像スポットにジッター等による結像位置ずれが生じていても、このずれに起因するトナー像の濃度変動を、目視では視認し難い程度の周期とすることができる。また、走査領域の境界で発生する濃度ムラに関しても、これを抑制することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関し、特に、複数のレーザービームを走査させる光走査装置と、この光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

複数本のレーザービームを各々偏向して感光体等の被走査体上で同時に走査させ、１回の偏向で複数本の走査線の走査を行う光走査装置や、このような光走査装置を備えた画像形成装置が従来より知られている。また、アレイ化が容易な面発光レーザ等を光源として用い、同時に走査させるレーザ光の本数（レーザ光によって同時に走査される走査線の本数）を増加させることで、画像形成速度の高速化を実現する構成も提案されている（例えば特許文献１等参照）。

このように、複数本のレーザービームを同時に走査させる構成において、１回の走査によって形成される複数の走査線の両端部では感光体が複数回露光されるために、相反則不軌および多重露光により濃度特性変化が発生する。

図１１には、この現象が発生する様子が示されている。なお、図１１（Ａ）は実際の感光体上の結像スポットの配列が示されており、同一の偏向角度の場合、複数のレーザビームは主走査方向にずれているが、ここでは説明を簡単にするために、このずれを解消して図１１（Ｂ）のように模式的に示す。また、図１１（Ｃ）には、最終的に得られる露光像を示す。この例では、１回の走査で同時に走査される走査線本数は２４本であり、Ｎ回目の走査とＮ＋１回目の走査の間に感光体は走査線２４本分だけ、副走査方向に移動する。

この場合、図１１（Ｃ）に示すトナー像は、Ｎ回目とＮ＋１回目の走査線の境界部分の濃度が周辺部と異なり、トナー像全体として周期的な濃度ムラが生じてしまう。

図１２には、各回の走査における副走査方向（主走査方向と直交する方向）の位置での露光エネルギー分布が示されている。各回の露光エネルギー分布は、１回の露光で全露光エネルギーが加えられる領域はほぼ平坦な台形状をしているが、１回の露光の境界領域はなだらかな裾部をなして露光エネルギーが漸減しており、次の走査による露光エネルギーと重なることになる。

この境界領域に加えられる露光エネルギーの総量は平坦部の露光エネルギーと結果的には等しいが、実際の画像濃度は境界領域の方が高くなる。これは、感光体を露光することによって発生する電子と正孔の再結合率が、露光を複数回行ったほうが高くなるため、静電潜像として残る電化量が、境界領域において多くなることが原因である。

これに対し、特許文献２には、１回の走査で形成される走査線の両端部を重ね書きすることで上記にような濃度変化を低減させる構成が提案されている。

しかしながら、特許文献２に記載の構成では、複数の走査線のうち１部のみ複数のスポットの重ね書きにより走査線を形成するようにしているため、図１３に示すように、複数の走査による結像スポットの走査方向位置ずれ等があると、その露光分布は図１４（Ａ）に対し、図１４（Ｂ）に示すようにピークが低くなる。その結果、図１３（Ｂ）に示すように、重なり部分の濃度が低下した部分Ｐ１が生じ、周辺部に対し筋状になる。１回の走査により複数本の走査線を形成する場合、その筋の間隔が複数ピッチとなるため、視認しやすくなる（ディフェクトとなる）という問題がある。

また、図１５（Ａ）には、1回の偏向で被走査体上に隣接した走査線を形成し、次の走査までに被走査体が移動する距離を各走査線の最大間隔の半分として、すべての走査線が２回の走査で形成されるようにした場合の露光スポットが示されている。この構成においても、各々の走査毎の主走査方向位置ずれがあると、図１５（Ｂ）に示すように、複数の光ビーム周期の濃度ムラとなってしまう。
特開平５−２９４００５号公報 特開２００３−１８２１３９号公報

本発明は上記事実を考慮し、被走査面上の結像位置ずれや相反則不軌等による濃度ムラを低減できる光走査装置および画像形成装置を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、複数の発光点を備えた光源部と、前記光源部の複数の発光点から射出された複数のレーザビームが入射する偏向前光学系と、一定周期で回転する回転多面鏡を有し、前記偏向前光学系を経た複数のレーザビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、前記偏向手段で偏向されたレーザビームを被走査面に結像させる走査光学系と、前記主走査方向と直交する副走査方向に移動可能とされレーザービームによって露光される像担持体と、を備え、前記像担持体の移動により形成される走査線が複数回の偏向による結像スポットの重ねあわせにより形成されるとともに、１回の偏向により前記被走査面上に同時に形成される複数走査線が前記像担持体の移動によって前記回転多面鏡の異なる３面以上の偏向による結像スポットの重なりで形成される、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、複数の発光点を備えた光源部と、前記光源部の複数の発光点から射出された複数のレーザビームが入射する偏向前光学系と、一定周期で回転する回転多面鏡を有し、前記偏向前光学系を経た複数のレーザビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、前記偏向手段で偏向されたレーザビームを被走査面に結像させる走査光学系と、前記主走査方向と直交する副走査方向に移動可能とされレーザービームによって露光される像担持体と、を備え、前記像担持体の移動により形成される走査線が複数回の偏向による結像スポットの重ねあわせにより形成されるとともに、前記像担持体上の各走査線の間隔をｐ、複数レーザビームの本数をｎ、同一の走査線を形成する際に重ねあわせるレーザビーム本数をｍ、１回の偏向により形成される複数走査線の先頭から各走査線までの距離を各々Ｌ２乃至Ｌｎとしたとき、Ｌ２乃至Ｌｎをｐ＊（ｎ／ｍ）で除した剰余がｎ／ｍ未満の自然数であり、かつｍ回出現する、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、複数の発光点を備えた光源部と、前記光源部の複数の発光点から射出された複数のレーザビームが入射する偏向前光学系と、一定周期で回転する回転多面鏡を有し、前記偏向前光学系を経た複数のレーザビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、前記偏向手段で偏向されたレーザビームを被走査面に結像させる走査光学系と、前記主走査方向と直交する副走査方向に移動可能とされこのレーザービームによって露光される像担持体と、を備え、前記像担持体の移動により形成される走査線が複数回の偏向による結像スポットの重ねあわせにより形成されるとともに、１回の偏向により形成される複数走査線のうち隣接した走査線を形成するスポット群数をｒ、スポット群中のスポット数をｃとしたとき、隣り合うスポット群では、その先頭の結像スポット間距離Ｌを、スポット群数ｒと最大公約数が１である自然数qにスポット群中の結像スポット数ｃを重ね合わせ数ｍで割った数と、走査線間隔ｐを乗じた距離とし、かつスポット群中の結像スポット数ｃと重ね書きレーザ本数mの商は自然数である、ことを特徴とする。

請求項１〜請求項３のいずれに記載の発明においても、光源部の複数の発光点から射出された複数のレーザビームが偏向前光学系を経て、偏向手段で偏向される。さらに、複数のレーザビームは走査光学系で被走査面すなわち像担持体上に結像される。そして、像担持体が副走査方向に移動することで、像担持体上に露光像が得られる。このように、複数本のレーザービームを１回の偏向で同時走査させて複数方の走査線を形成できるので、高速での走査が可能となる。

また、像担持体の移動により形成される走査線は、複数回の偏向による結像スポットの重ね合わせにより形成されるので、多重露光による濃度むらを抑制できる。

ここで、請求項１に記載の発明では、１回の偏向によって被走査面上に形成される複数走査線を、像担持体の移動によって回転多面鏡の異なる３面以上の偏向による結像スポットの重なりで形成するようにしている。

このため、回転多面鏡の誤差等による結像スポットの走査位置ずれがあっても、これに起因する筋状のディフェクトの発生を抑制できる。

請求項２に記載の発明では、像担持体上の各走査線の間隔ｐ、複数レーザビームの本数ｎ、同一の走査線を形成する際に重ねあわせるレーザビーム本数ｍ、１回の偏向により形成される複数走査線の先頭から各走査線までの距離を各々Ｌ２乃至Ｌｎとして、Ｌ２乃至Ｌｎをｐ＊（ｎ／ｍ）で除した剰余がｎ／ｍ未満の自然数であり、かつｍ回出現する
ようにしている。

このため、被走査面においてすべての走査線ピッチに従って抜けなく、すべての走査線を複数の結像スポットで走査できる。

請求項３に記載の発明では、１回の偏向により形成される複数走査線のうち隣接した走査線を形成するスポット群数をｒ、スポット群中のスポット数をｃとしたとき、隣り合うスポット群では、その先頭の結像スポット間距離Ｌを、スポット群数ｒと最大公約数が１である自然数qにスポット群中の結像スポット数ｃを重ね合わせレーザ本数ｍで割った数と、走査線間隔pと、を乗じた距離とし、かつスポット群中の結像スポット数ｃと重ね書き数ｍの商は自然数となるようにしている。

このため、スポット群による走査が可能であり、かつすべての走査線を複数スポットで重ね書きすることが可能となる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記光源部が、複数の発光点が２次元配列された面発光レーザであることを特徴とする。

これにより、複数の発光点の配列の自由度が高くなる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記面発光レーザの複数の発光点のうちレーザービームの主走査方向に対応する主走査対応方向に配列された発光点の少なくとも一部が、この発光点からのレーザービームが被走査面上で副走査方向に隣接した走査線を形成するように配置されていることを特徴とする。

１つの走査線を複数回走査して最終露光像を得る構成では、最後の走査が終了するまで走査線の情報を画像データとしてバッファしておく必要があるが、請求項５に記載の発明では、このバッファ量を少なくすることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、レーザービームの走査周期あたりの前記像担持体の副走査方向の移動量が、走査線間隔ｐに、複数レーザビームの本数ｎを同一の走査線を形成する際に重ねあわせるレーザビーム本数ｍで除した数（ｎ／ｍ）を乗じた量である、ことを特徴とする。

これにより、複数の結像スポットで形成される走査線により、被走査面のすべてを露光することができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記複数の発光点からのレーザービームが、前記被走査面上において副走査方向に所定の間隔をあけて走査され、複数回の走査によって一定ピッチの露光像が形成されることを特徴とする。

すなわち、いわゆるインターレース走査を行うことになるので、発光点の間隔や結像倍率により高い自由度をもたせることが可能になる。

また、この構成において、請求項５に記載のように、発光点配列をレーザービームが被走査面上で隣接した走査線を形成する配列とすれば、最小限のバッファメモリの使用でインターレース走査を行うことが可能となる。

請求項８に記載の発明では、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、前記光走査装置からのレーザービームの露光によって前記像担持体上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記転写手段で記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段と、を有することを特徴とする。

したがって、帯電手段で帯電された像担持体が光走査装置からのレーザービームで露光され、像担持体上に静電潜像が形成される。この静電潜像が現像手段によって現像され、トナー像が得られる。トナー像は、転写手段で記録媒体に転写され、さらに定着手段で定着される。

この画像形成装置では、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置を有しているので、被走査面上の結像位置ずれや相反則不軌等による濃度ムラを低減できる

本発明は上記構成としたので、被走査面上の結像位置ずれや相反則不軌等による濃度ムラを低減できる。

図１には本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１０が示されている。画像形成装置１０は、図示しない駆動手段により所定の回転速度で矢印Ａ方向に回転される感光体ドラム１２を備えており、感光体ドラム１２の上方には、感光体ドラム１２の外周面を帯電させる帯電器１４が設けられている。

帯電器１４の上方には光走査装置１６が配置されている。光走査装置１６は、光源から射出される複数本のレーザビームを、形成すべき画像に応じて変調すると共に、主走査方向に偏向し、感光体ドラム１２の外周面上を感光体ドラム１２の軸線と平行に走査させる。これにより、感光体ドラム１２の外周面上に静電潜像が形成される。感光体ドラム１２の外周面が、本発明に係る被走査面となっている。

感光体ドラム１２の側方には現像装置１８が配置されている。現像装置１８は回転可能に配置されたローラ状の収容体を備えている。この収容体の内部には４個の収容部が形成されており、各収容部には現像器１８Ｙ，１８Ｍ，１８Ｃ，１８Ｋが設けられている。現像器１８Ｙ，１８Ｍ，１８Ｃ，１８Ｋは各々現像ローラ２０を備え、内部に各々Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色のトナーを貯留している。また感光体ドラム１２を挟んで現像装置１８の反対側には、感光体ドラム１２の外周面を除電する機能及び外周面上に残留している不要トナーを除去する機能を備えた除電・清掃器２２が配置されている。

感光体ドラム１２の下方には無端状の中間転写ベルト２４が配設されている。中間転写ベルト２４はローラ２６，２８，３０に巻掛けられており、外周面が感光体ドラム１２の外周面に接触するように配置されている。ローラ２６，２８，３０のいずれか１つは図示しないモータの駆動力が伝達されて回転し、中間転写ベルト２４を図１矢印Ｂ方向に回転させる。

中間転写ベルト２４を挟んで感光体ドラム１２の反対側には転写器３２が配置されている。感光体ドラム１２の外周面上に形成されたトナー像は転写器３２によって中間転写ベルト２４の画像形成面に転写される。感光体ドラム１２の外周面上に形成されたトナー像が中間転写ベルト２４に転写されると、感光体ドラム１２の外周面のうち転写されたトナー像を担持していた領域は、除電・清掃器２２によって清掃される。

本実施形態に係る画像形成装置１０でのフルカラーの画像の形成は、中間転写ベルト２４が４回転する間に行われる。すなわち、感光体ドラム１２が回転する間、帯電器１４は感光体ドラム１２の外周面の帯電を行い、除電・清掃器２２は外周面の除電を継続する。また、光走査装置１６は、形成すべきカラー画像を表すＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの画像データのうちの何れかに応じて変調したレーザビームを感光体ドラム１２の外周面上で走査させる。また現像装置１８は、現像器１８Ｙ，１８Ｍ，１８Ｃ，１８Ｋの何れかの現像ローラ２０が感光体ドラム１２の外周面に対応している状態で、外周面に対応している現像器を作動させ、感光体ドラム１２の外周面に形成された静電潜像を特定の色に現像し、感光体ドラム１２の外周面上に特定色のトナー像を形成した後、中間転写ベルト２４にトナー像を転写する。中間転写ベルト２４が１回転する毎に、レーザビームの変調に用いる画像データを切替えるとともに静電潜像の現像に用いる現像器が切り替わるように収容体を回転させながら、この動作を繰り返す。

これにより、中間転写ベルト２４が１回転する毎に、中間転写ベルト２４の外周面上には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナー像が互いに重なるように順次形成されることになり、中間転写ベルト２４が４回転した時点で中間転写ベルト２４の外周面上にフルカラーのトナー像が形成されることになる。

中間転写ベルト２４よりも下方側にはトレイ３４が配置されており、トレイ３４内には記録材料としての用紙Ｐが多数枚積層された状態で収容されている。図１におけるトレイ３４の左斜め上方には取り出しローラ３６が配置されており、取り出しローラ３６による用紙Ｐの取り出し方向下流側にはローラ対３８、ローラ４０が順に配置されている。積層状態で最も上方に位置している記録紙は、取り出しローラ３６が回転されることによりトレイ３４から取り出され、ローラ対３８、ローラ４０によって搬送される。

また、中間転写ベルト２４を挟んでローラ３０の反対側には転写器４２が配置されている。ローラ対３８、ローラ４０によって搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト２４と転写器４２の間に送り込まれ、中間転写ベルト２４の画像形成面に形成されたトナー像が転写器４２によって転写される。転写器４２よりも用紙Ｐの搬送方向下流側には、定着ローラ対を備えた定着器４４が配置されており、トナー像が転写された用紙Ｐは、転写されたトナー像が定着器４４によって溶融定着された後に画像形成装置１０の機体外へ排出され、図示しない排紙トレイ上に載置される。

図２には、第１実施形態に係る光走査装置１６が示されている。光走査装置１６はｍ本（ｍは少なくとも２以上）のレーザビームを射出する面発光レーザアレイ５０を備えている。なお、図２は簡略化のためにレーザビームを３本のみ示しているが、面発光レーザをアレイ化して成る面発光レーザアレイ５０は、数十本のレーザビームを射出するように構成することができ、また、面発光レーザの配列（面発光レーザアレイ５０から射出されるレーザビームの配列）についても、１列に配列する以外に、２次元的に（例えばマトリクス状に）配列することも可能である。なお、複数のレーザービームを射出可能な本発明に係る光源部としては、このような面発光レーザアレイに限定されないが、面発光レーザアレイでは、複数の発光点の配列の自由度が高いので、好ましい。

面発光レーザアレイ５０のレーザビーム射出側には、コリメートレンズ５２、ハーフミラー５４が順に配置されている。面発光レーザアレイ５０から射出されたレーザビームは、コリメートレンズ５２によって略平行光束とされた後にハーフミラー５４に入射され、ハーフミラー５４によって一部が分離・反射される。ハーフミラー５４のレーザビーム反射側にはレンズ５６、光量センサ５８が順に配置されており、ハーフミラー５４によって主レーザビーム（露光に用いるレーザビーム）から分離・反射された一部のレーザビームは、レンズ５６を透過して光量センサ５８へ入射され、光量センサ５８によって光量が検出される。

なお、面発光レーザは、露光に用いるレーザビームが射出される側と反対側からはレーザビームが射出されない（端面発光レーザでは両側から射出される）ため、レーザビームの光量を検出・制御するためには、上記のように露光に用いるレーザビームの一部を分離して光量検出に供することが必要になる。

ハーフミラー５４の主レーザビーム射出側にはアパーチャ６０、副走査方向にのみパワーを有するシリンダレンズ６２、折り返しミラー６４が順に配置されており、ハーフミラー５４から射出された主レーザビームは、アパーチャ６０によって整形された後に、回転多面鏡６６の反射面近傍で主走査方向に長い線状に結像するようにシリンダレンズ６２によって屈折され、折り返しミラー６４によって回転多面鏡６６側へ反射される。なお、アパーチャ６０は複数本のレーザビームを均等に整形するために、コリメートレンズ５２の焦点位置近傍に配置することが望ましい。

回転多面鏡６６は、図示しないモータの駆動力が伝達されて図４矢印Ｃ方向に回転され、折り返しミラー６４によって反射されて入射されたレーザビームを主走査方向に沿って偏向・反射する。回転多面鏡６６のレーザビーム射出側には主走査方向にのみパワーを有するＦθレンズ６８，７０が配置されており、回転多面鏡６６によって偏向・反射されたレーザビームは、感光体ドラム１２の外周面上を略等速で移動し、且つ主走査方向の結像位置が感光体ドラム１２の外周面上に一致するようにＦθレンズ６８，７０によって屈折される。

Ｆθレンズ６８，７０のレーザビーム射出側には、副走査方向にのみパワーを有するシリンダミラー７２，７４が順に配置されており、Ｆθレンズ６８，７０を透過したレーザビームは、副走査方向の結像位置が感光体ドラム１２の外周面に一致するようにシリンダミラー７２，７４によって反射され、感光体ドラム１２の外周面上に照射される。なお、シリンダミラー７２，７４は回転多面鏡６６と感光体ドラム１２の外周面を副走査方向において共役にする面倒れ補正機能も有している。

また、シリンダミラー７２のレーザビーム射出側には、レーザビームの走査範囲のうち走査開始側の端部（ＳＯＳ：Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｓｃａｎ）に相当する位置にピックアップミラー７６が配置されており、ピックアップミラー７６のレーザビーム射出側にはビーム位置検出センサ７８が配置されている。面発光レーザアレイ５０から射出されたレーザビームは、回転多面鏡６６の各反射面のうちのレーザビームを反射している面が、入射ビームをＳＯＳに相当する方向へ反射する向きとなったときに、ピックアップミラー７６で反射されてビーム位置検出センサ７８に入射される。

ビーム位置検出センサ７８から出力された信号は、回転多面鏡６６の回転に伴って感光体ドラム１２の外周面上を走査されるレーザビームを変調して静電潜像を形成するにあたり、各回の主走査における変調開始タイミングの同期をとるために用いられる。

また、本実施形態に係る光走査装置１６では、コリメートレンズ５２とシリンダレンズ６２、２枚のシリンダミラー７２，７４が各々副走査方向においてアフォーカルになる様に配置されている。これは本願出願人が既に出願した特願２０００−２８４６２号に記載されているように、複数本のレーザビームの走査線湾曲（ＢＯＷ）の差と複数本のレーザビームによる走査線間隔の変動を抑制するためである。

ここで、本実施形態のように、複数本のレーザビームを感光体ドラム１２の外周面上で同時に走査、露光して潜像画像を形成する場合、先に図１１にも示したように、各回の走査における走査領域の境界付近でレーザビームが時間をおいて照射されるため、境界付近に筋上の濃度ムラが発生することがある。

この現象による濃度ムラを低減するためには、たとえば図４に示すように、感光体ドラム１２の副走査方向の移動量を１回の走査による走査領域の半分（すなわち２４ライン分の走査線の半分である１２ライン分の走査領域）として、Ｎ回目の走査とＮ＋１回目の走査で半分の走査線を重ね合わせ、境界領域での濃度ムラを低減する走査方法が考えられる。しかし、各走査線は回転多面鏡６６の隣接面による複数レーザビームで形成されるため、ジッターによる結像位置ずれが発生すると、同時に走査される領域全体が隣接面による走査領域と微小に異なり、露光分布が崩れて結像位置ずれが生じた走査領域のみ濃度が低下する。この濃度低下は、回転多面鏡の1回転周期で発生するため、視認しやすい。たとえば、１２００ｄｐｉの走査密度で、回転多面鏡の６面の偏向面を使用し、２４ビームを同時走査する場合、０．５ｍｍ幅の濃度変動が１．５ｍｍ周期で発生することになる。図４に示した例では、２面目の走査による露光像にジッターによる結像位置ずれが生じているため、最終的に得られるトナー像としても、これに対応する領域（視認されやすい幅をもつ領域）が濃度ムラとなっている。

これに対し、本実施形態では、このような濃度ムラを抑制するために、複数のレーザービームを被走査面上で副走査方向に不等間隔となるように配置している。すなわち、本実施形態によるレーザービームの走査では、同時に走査される走査領域に対し複数回（３回以上）の偏向走査を行い、この走査領域を、等間隔を有する複数の結像スポットの重ねあわせによる走査線で埋めるようにしている。

図３には、１回の偏向走査による結像スポットが１列で模式的に示されている。なお、図３以降の各図面において、各結像スポットの左側の数値は（偏向回数、結像スポット番号）を示しており、たとえば、１面目の走査で、副走査方向の３番目の結像スポットは（１，３）と表現している。また、各走査線の番号を、必要に応じて、ｎ番目についてＬｎと表示している。

ここに示すように、本実施形態では、被走査面上において、副走査方向に連続した６個の結像スポットで１つの結像スポット群が構成されており、この結像スポット群が、３ラインの走査線間隔をおいて４群配列されるようにしている。たとえば１面目の結像スポットに着目すると、（１，１）〜（１，６）までは連続した結像スポットが並んで１つの結像スポット群が構成され、（１，６）から（１，７）までは、３ライン分の走査線間隔（Ｌ７〜Ｌ９）があけられている。そして、（１，７）〜（１，１２）以降も、同様の周期で同様の間隔を繰り返している。また、２面目以降の結像スポットについても同様の配列とされている。だたし、主走査方向には必ずしもずれなく配列する必要はなく、各結像スポットが主走査方向の異なる位置に結像していても、同期信号からの書き出しタイミングを各スポットごとに設定することにより、画像上は主走査方向に一致した潜像が得られる。

このときの、被走査面の副走査方向への移動量は結像スポット数の１／２、すなわち１２ライン分の間隔とされる。これらの結像スポット配置と被走査面移動量により、６面の偏向面を持つ回転多面鏡に対し、５面分の偏向走査で２つの結像スポットの重ね合わせによる各走査線が等間隔に形成されることになる。

これにより、各回の主走査領域を副走査方向に見ると、複数の領域に分割されていることになるので、特定回の主走査において結像スポットにジッター等による結像位置ずれが生じていても、このずれに起因するトナー像の濃度変動を、目視では視認し難い程度の周期とすることができる。また、走査領域の境界で発生する濃度ムラに関しても、これを抑制することができる。具体的には、本実施形態において、図３に示すように３面目の走査ラインにジッタ-による結像位置ずれがあった場合を想定すると、このような結像位置のずれがあっても、それによる濃度変動周期は１２００ｄｐｉ周期で９ライン分の０．１９ｍｍピッチ、空間周波数では５ｌｉｎｅ／ｍｍとなり、コントラスト感度が低下するために、目視では認識されにくくなって、高画質の画像形成が可能となる。

本実施形態において、１回の偏向走査で形成される複数の走査線のそれぞれは、最終的に異なる複数回の偏向走査による走査線と重ね合わされ、所望とする走査線が形成される。たとえば図３に示す例では、３面目に偏向走査される走査線に着目すると、（３，１）（３，２）（３，３）（３，７）（３，８）（３，９）（３，１３）（３，１４）（３，１５）の結像スポットは各々、２面目に偏向走査される結像スポットである（２，１０）（２，１１）（２，１２）（２，１６）（２，１７）（２，１８）（２，２２）（２，２３）（２，２４）の結像スポットと重なる。以下、同様に（３，４）（３，５）（３，６）の結像スポットは１面目に偏向走査される（１，１９）（１，２０）（１，２１）の結像スポットと重なり、（３，１０）（３，１１）（３，１２）（３，１６）（３，１７）（３，１８）（３，２２）（３，２３）（３，２４）の結像スポットは、各々、４面目に偏向走査される（４，１）（４，２）（４，３）（４，７）（４，８）（４，９）（４，１３）（４，１４）（４，１５）の結像スポットと重なり、（３、１９）（３、２０）（３、２１）の結像スポットは各々、５面目に偏向走査される（５、４）（５、５）（５、６）の結像スポットと重なり合う。したがって、３面目に偏向される結像スポットは、１面目、２面目、４面目又は５面目のいずれかで偏向走査される結像スポットと重なり合うことになる。

これにより、前述のジッターのみでなく、回転多面鏡６６による特性ばらつき（たとえば面精度によるフォーカス差等）が複数面で生じても、その誤差による濃度変動が分散され、高画質の画像形成が可能である。

このように、すべての走査線がある所定の重ね書き回数でくまなく走査されるためには、各ライン番号Ｌ１乃至Lnを結像スポット数で除した剰余がｎ／ｍ未満の自然数であり、かつｍ回出現することが必要十分条件となる。すなわち、本実施形態では、たとえば重ね書き回数２、結像スポット数２４であり、結像スポット数を重ね書きレーザ本数で割った商は１２である。各ライン番号Ｌ１乃至Ｌｎを商で除した剰余は、結像スポット番号毎に、１，２，３，４，５，６，１０，１１，０，１，２，３，７，８，９，１０，１１，０，４，５，６，７，８，９となり、１２未満の自然数が２回出現することで、走査領域を同一の走査線間隔でもれなく走査することができる。

加えて、本実施形態のように複数スポットの重ね書きにより走査線を形成することで、レーザビーム1本あたりの光量を小さくすることが可能となる。たとえば、高出力化が困難な面発光レーザであっても、その出力範囲で使用して、所望の走査線を形成することができる。

なお、上記したように１回の偏向走査で形成される複数の走査線のそれぞれが、最終的に異なる複数回の偏向走査による走査線と重ね合わされるようにするためには、必ずしも、各スポット群のスポット像が被走査面上で副走査方向に隣接している必要はないが、本実施形態のように隣接した構成とすると、最終的な露光像を得るためのバッファメモリの量を少なくして、飛び越し走査をすることができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、光走査装置及び画像形成装置の基本的構成は第１実施形態と略同一とされているので、詳細な説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態では、回転多面鏡の偏向面の面数は６、結像スポット数は４であり、1回の偏向走査により３ラインの走査線間隔をもって４本の走査線が形成される。感光体ドラム１２の副走査方向への移動量は１走査あたり、４／２＝２の２ライン分である。

なお、図５は主走査方向にも離間した結像スポットによる走査を示しており、この点において、第１実施形態と異なって、主走査方向に連続する結像スポットによる結像スポット群は構成されていない。これは半導体レーザアレイに、発光点が２次元に配列された面発光レーザを用いたときの結像スポット配列の一例である。面発光レーザは半導体素子の接合方向に対し垂直方向にレーザを射出しているためマルチビーム化が容易であり、図示するように２次元に配列することが可能である。２次元に配列することで、副走査方向の間隔を実際の発光点間隔より狭めることが可能となり、光学系の自由度が増大する。

本実施形態において、５面目に偏向走査する走査線に着目すると、（５，１）の結像スポットは（１，４）の結像スポットと、（５，２）の結像スポットは（４，３）の結像スポットと、（５，３）の結像スポットは（６，２）の結像スポットと、（５，４）の結像スポットは（３，１）の結像スポットと重ね合わされている。すなわち、それぞれ５面目の偏向走査によるすべての結像スポットが、１面目、４面目、６面目、３面目と異なる４面の偏向面による結像スポットスポットと重ね合わされることで走査線が形成されている。このように構成することで、各走査線は、異なる２面での偏向走査による結像スポットで構成される。すなわち、Ｌ１は２面及び３面、Ｌ２は１面及び５面、Ｌ３は３面及び４面、Ｌ４は２面及び６面、Ｌ５は４面及び５面、Ｌ６は３面及び１面、Ｌ７は５面及び６面、Ｌ８は４面及び２面、Ｌ９は６面及び１面で偏向される。よって、同一面の組み合わせによる走査線が隣接することなく、組み合わせが離散的に変わるため、回転多面鏡１２の反射面のばらつきによる特性誤差があっても結像スポットの重ねあわせにより軽減することとなる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態でも、光走査装置及び画像形成装置の基本的構成は第１実施形態と略同一とされているので、詳細な説明を省略する。

第３実施形態では、回転多面鏡６６の偏向面の面数は６とされている。また、図６に示すように、３つの結像スポットで1つの結像スポット群を構成し、副走査方向に均一の間隔（４ライン分）を持つ５つのスポット群を計１５個の結像スポット数で構成している。１本の走査線を形成する結像スポットの数（重ね書き数）は３であり、感光体ドラム１２の副走査方向への移動量は1走査あたり、５ライン分とされている。

ここで、隣り合うスポット群では、その先頭の結像スポット間の距離をＬとして、Lはスポット群数ｒと最大公約数が１である自然数ｑにスポット群中の結像スポット数ｃを重ね合わせ数ｍで割った数と、走査線間隔pとを乗じた量とされている。このような距離とすることで、走査領域を同一の走査線間隔でもれなく走査することができる。また、本実施形態においては、１つのスポット群中の結像スポット数cと重ね書き数mの商は自然数であることが、すべての走査線がすべて重ね書き露光される条件となる。

なお、本実施形態では、上記の自然数ｑを７に設定している。そして、スポット群中のスポット数を３、重ね書き数を３とし、隣り合うスポット群の先頭結像スポット間Ｌを７ライン分とすることで、走査領域全域において、３つの結像スポットの重ね合わせにより構成され、同一の走査線間隔を有する複数の走査線を形成している。

また、本実施形態のように、重ね書き数を３以上とすることで、より結像スポットの走査位置ずれに関する許容値をなくすことができ、部品に対する要求精度を緩めることができる。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態でも、光走査装置及び画像形成装置の基本的構成は第１実施形態と略同一とされているので、詳細な説明を省略する。

図８には、従来の構成での結像スポット及び走査線一例が比較例として示されている。この比較例では、結像スポット数は４、1走査あたりに感光体ドラムが移動する量は４ライン分とされている。このケースにおいて、副走査方向の結像倍率に誤差がある場合を考える。面発光レーザアレイ５０における発光点の副走査方向の間隔はS1とS3は３２μｍ、S1とS2は２次元に配置することで、副走査方向の間隔は３．２μｍとしている。この光源（面発光レーザアレイ）を用いて６００ｄｐｉの走査密度で走査する場合、結像倍率Ｍを１３．２３倍とすることで被走査面上で４２．３umの走査線間隔を実現できる。。ここで、光学系の結像倍率に仮に１％の誤差がある場合、被走査面上における結像スポットＳ１と結像スポットＳ２の走査線間隔は４２．７５μｍであり、理想の間隔に対し０.４ｕｍしか違わないのに対し、結像スポットＳ１と結像スポットＳ３の被走査面上の間隔は４２７.５７ｕｍと４.２３ｕｍのずれ（間隔誤差）がある。走査線間隔４２.３ｕｍに対しては、約１０％のずれが生じていることになり、離間する走査線数倍の影響が発生することになる。

このように間隔誤差がある状態で走査線が形成されると、図８に示すように、露光像において隣接する走査線間で露光ムラが発生し、最終的なトナー像においては高濃度と低濃度が周期的に発生するいわゆるバンディングが発生することになる。

このような問題に対し、本実施形態は、図７に示す例のように、レーザビーム数を８とし、さらに1走査あたりの感光体ドラム１２の移動量をスポット数の１／２である４ラインとして、２回の重ね書き露光としている。結像倍率誤差がある場合、従来例と同様に結像スポットＳ１と結像スポットＳ５の間隔誤差は４．２３ｕｍとなるが、スポット間隔誤差の大きいｒ２のスポット群は異なる偏向面によるｒ１のスポット群を構成するスポット像と重ね書き露光される。たとえば、２面目の２番目のスポット群に着目すると、結像スポット（２，５）（２，６）は４面目の結像スポット（４，３）（４，４）、結像スポット（２，７）（２，８）は５面目の結像スポット（５，１）（５，２）と重ね書きされる。重ね書きされるこれらの結像スポット（４，３）（４，４）及び、結像スポット（５，１）（５，２）は、各々同時に走査される１番目のスポット群を構成している。

これらにより、各露光像は位置によらず同一の露光分布となり、トナー像においても濃度ムラの発生のない均一な濃度分布が得られることになる。

本実施形態では、1走査あたりの被走査面移動量がｎ／ｍであり、前述した条件、すなわち各ライン番号Ｌ１乃至Lnを結像スポット数で除した剰余がｎ／ｍ未満の自然数であり、かつｍ回出現する条件をみたしている。

また、隣り合うスポット群では、その先頭の結像スポット間をＬとして、Lはスポット群数ｒと最大公約数が１である自然数qにスポット群中の結像スポット数ｃをレーザ重ね合わせ本数ｍで割った数と、走査線間隔pと、を乗じた量であり、かつスポット群中の結像スポット数cと重ね書き数mの商は自然数である条件を満たしている。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態でも、光走査装置及び画像形成装置の基本的構成は第１実施形態と略同一とされているので、詳細な説明を省略する。

第５実施形態では、回転多面鏡６６として、６つの偏向面を有するものを使用し、２４ビームにより走査する例を挙げている。すなわち、図９に示すように、１度の偏向走査で２４本の走査線を形成し、被走査面の移動により、つぎの偏向面の走査では結像スポットが走査線６本分だけ副走査方向に移動した位置に走査される。なお、第５実施形態では、１度の偏向走査によって形成される複数本（本実施形態では２４本）の走査線は、副走査方向に離間することなく隣接しており、この点において、第１〜第４実施形態とは異なっている。

この様な走査を繰り返すことにより、１本の走査線は回転多面鏡６６の偏向面４面分の偏向走査による４回の重ねあわせにより形成されることになる。たとえば、２面目の偏向走査により形成される走査線中の（２，１９）ラインに着目すると、３面の（３，１３），４面の（４，７），５面の（５，１）のそれぞれ、すなわち異なる３面の走査線が重なることになる。

このように構成することにより、走査に伴う位置ずれ（たとえば、面精度に起因するジッターや倒れ補正誤差によるピッチムラ、複数ビーム間隔ピッチ誤差）があっても、その影響による画質劣化を抑制することができる。

なお、図９は、２面目の偏向走査時に偏向面の面精度に起因したジッターにおる走査位置ずれがある場合の例である。本実施形態における効果を、従来例との比較において、図１０により説明する。

図１０にはそれぞれ、は被走査面上のビーム強度分布が示されており、図１０（A）は重ね合わせなしの場合の単独ドットの強度分布であり、図１０（B）は１ドットをｂ１、ｂ２の２回の重ね書きにより形成した場合である。また、図１０（Ｃ）は、１ドットをｃ１〜ｃ４の４回の重ね書きにより形成した本実施形態の場合である。

図１０（B）に示す２回重ね書きの場合、本来であれば、ｂ１とｂ２は同一位置に描かれ、その合成強度分布はａ１と同じになる。しかし、たとえばｂ２を走査する際にジッターにより主走査方向にビームがずれた場合を想定すると、その合成強度分布は主走査方向に広がり、ピーク強度が下がるとともにその重心位置は太い一点鎖線Ｂで示す位置にずれる。この従来例の場合、１ドット相当のジッターでｂ２が１ドットずれると、その重心位置は１／２ドットずれ、細線のがたつきや、スクリーン構造の乱れ等の画質劣化が生じてしまう。

これに対して、本実施形態では、1ドットを４回の重ね書きで形成するため、たとえ１回の走査でジッターが発生してもその影響は １／４に抑制される。すなわち、図１０（Ｃ）に示すように、たとえばｃ２に１ドット相当のジッターがあっても、４回の重ね書きのためその影響は１／４に軽減されるため、１／４ドット分の重心位置変化で済み、視認することができなくなる。また、合成強度分布のピーク強度低下も小さくなり、この露光像による潜像電位強度を大きく維持できる。このため、電界強度も大きくなりトナー現像性の低下も抑制できる。たとえば、振動等による不定期な露光位置ずれが重なっても、その影響を軽微にすることができる。

なお、本実施形態では、主走査方向に位置ずれが生じた場合を例に挙げて説明したが、副走査方向の位置ずれ、すなわち倒れ補正誤差によるピッチムラや複数ビーム間隔誤差に対しても同様な効果を有する。

このように、１度の偏向走査で形成される複数走査線が回転多面鏡の異なる３面以上の偏向走査により重ねあわされることにより、走査装置の誤差による影響を抑制し、かつ外乱の影響を受けずらくなり、良好なプリントを得ることが可能である。

本発明の第１実施形態の画像形成装置の全体構成を示す概略正面図である。 本発明の第１実施形態の画像形成装置の光走査装置を示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態の光走査装置の作用を示す説明図である。 本発明の第１実施形態の光走査装置に対する比較のために、従来において濃度ムラが生じる原理をを示す説明図である。 本発明の第２実施形態の光走査装置の作用を示す説明図である。 本発明の第３実施形態の光走査装置の作用を示す説明図である。 本発明の第４実施形態の光走査装置の作用を示す説明図である。 本発明の第４実施形態の光走査装置に対する比較のために、従来において濃度ムラが生じる原理をを示す説明図である。 本発明の第５実施形態の光走査装置の作用を示す説明図である。 被走査面上でのレーザビームの強度分布を示すグラフであり、（Ａ）は重ね合わせなしの場合、（Ｂ）は２回の重ね書きを行う場合、（Ｃ）は４回の重ね書きを行う第５実施形態の場合である。 従来の光走査装置において濃度特性変化が発生する原理を示す説明図である。 従来の光走査装置における副走査方向の位置と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。 従来の光走査装置において筋状の濃度ムラが発生する原理を示す説明図である。 従来の光走査装置での主走査方向の位置とビーム強度との関係を示すグラフである。 従来の光走査装置において筋状の濃度ムラが発生する原理を示す説明図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 感光体ドラム
１４ 帯電器
１６ 光走査装置
１８ 現像装置
１８Ｙ，１８Ｍ，１８Ｃ，１８Ｋ 現像器
２０ 現像ローラ
２２ 除電・清掃器
２４ 中間転写ベルト
２６ ローラ
２６，２８，３０ ローラ
３０ ローラ
３２ 転写器
３４ トレイ
３６ ローラ
３８ ローラ対
４０ ローラ
４２ 転写器
４４ 定着器
５０ 面発光レーザアレイ
５２ コリメートレンズ
５４ ハーフミラー
５６ レンズ
５８ 光量センサ
６０ アパーチャ
６２ シリンダレンズ
６４ ミラー
６６ 回転多面鏡
６８，７０ Ｆθレンズ
７２ シリンダミラー
７２，７４ シリンダミラー
７６ ピックアップミラー
７８ ビーム位置検出センサ
Ｐ 用紙
c 結像スポット数
Ｌ 結像スポット間距離
ｃ 結像スポット数
ｍ 重ね合わせのレーザビーム本数
ｐ 走査線間隔
ｒ スポット群数

Claims (8)

1. 複数の発光点を備えた光源部と、
   前記光源部の複数の発光点から射出された複数のレーザビームが入射する偏向前光学系と、
   一定周期で回転する回転多面鏡を有し、前記偏向前光学系を経た複数のレーザビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段で偏向されたレーザビームを被走査面に結像させる走査光学系と、
   前記主走査方向と直交する副走査方向に移動可能とされレーザービームによって露光される像担持体と、
   を備え、
   前記像担持体の移動により形成される走査線が複数回の偏向による結像スポットの重ねあわせにより形成されるとともに、
   １回の偏向により前記被走査面上に同時に形成される複数走査線が前記像担持体の移動によって前記回転多面鏡の異なる３面以上の偏向による結像スポットの重なりで形成される、ことを特徴とする光走査装置。
2. 複数の発光点を備えた光源部と、
   前記光源部の複数の発光点から射出された複数のレーザビームが入射する偏向前光学系と、
   一定周期で回転する回転多面鏡を有し、前記偏向前光学系を経た複数のレーザビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段で偏向されたレーザビームを被走査面に結像させる走査光学系と、
   前記主走査方向と直交する副走査方向に移動可能とされレーザービームによって露光される像担持体と、
   を備え、
   前記像担持体の移動により形成される走査線が複数回の偏向による結像スポットの重ねあわせにより形成されるとともに、
   前記像担持体上の各走査線の間隔をｐ、複数レーザビームの本数をｎ、同一の走査線を形成する際に重ねあわせるレーザビーム本数をｍ、１回の偏向により形成される複数走査線の先頭から各走査線までの距離を各々Ｌ２乃至Ｌｎとしたとき、Ｌ２乃至Ｌｎをｐ＊（ｎ／ｍ）で除した剰余がｎ／ｍ未満の自然数であり、かつｍ回出現する、ことを特徴とする光走査装置。
3. 複数の発光点を備えた光源部と、
   前記光源部の複数の発光点から射出された複数のレーザビームが入射する偏向前光学系と、
   一定周期で回転する回転多面鏡を有し、前記偏向前光学系を経た複数のレーザビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段で偏向されたレーザビームを被走査面に結像させる走査光学系と、
   前記主走査方向と直交する副走査方向に移動可能とされこのレーザービームによって露光される像担持体と、
   を備え、
   前記像担持体の移動により形成される走査線が複数回の偏向による結像スポットの重ねあわせにより形成されるとともに、
   １回の偏向により形成される複数走査線のうち隣接した走査線を形成するスポット群数をｒ、スポット群中のスポット数をｃとしたとき、隣り合うスポット群では、その先頭の結像スポット間距離Ｌを、スポット群数ｒと最大公約数が１である自然数qにスポット群中の結像スポット数ｃを重ね合わせ数ｍで割った数と、走査線間隔ｐを乗じた距離とし、かつスポット群中の結像スポット数ｃと重ね書きレーザ本数ｍの商は自然数である、ことを特徴とする光走査装置。
4. 前記光源部が、複数の発光点が２次元配列された面発光レーザであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記面発光レーザの複数の発光点のうちレーザービームの主走査方向に対応する主走査対応方向に配列された発光点の少なくとも一部が、この発光点からのレーザービームが被走査面上で副走査方向に隣接した走査線を形成するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. レーザービームの走査周期あたりの前記像担持体の副走査方向の移動量が、走査線間隔ｐに、複数レーザビームの本数ｎを同一の走査線を形成する際に重ねあわせるレーザビーム本数ｍで除した数（ｎ／ｍ）を乗じた量である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 前記複数の発光点からのレーザービームが、前記被走査面上において副走査方向に所定の間隔をあけて走査され、複数回の走査によって一定ピッチの露光像が形成されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置と、
   前記像担持体を帯電させる帯電手段と、
   前記光走査装置からのレーザービームの露光によって前記像担持体上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
   前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
   前記転写手段で記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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