JP2006337652A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源からの光ビームを被走査面上に往復走査可能な光走査装置および該光走査装置を装備した画像形成装置において、副走査方向の走査ピッチが大きいところで、被走査面上の有効走査領域の副走査方向にスポットが繋がらないため良好な２次元走査ができないという問題を解決する。
【解決手段】 本発明は、被走査面上に走査されるスポットのスポット径Ｗｂが、被走査面の有効走査領域ＹＳＲにおける副走査方向Ｙの走査ピッチの最大値以上となるように構成されている。したがって、被走査面上の有効走査領域ＹＳＲにおいて、副走査方向Ｙの走査ピッチが小さいところは勿論大きいところにであっても副走査方向Ｙにスポットが必ず繋がる。よって、良好な２次元走査が可能となる。
【選択図】 図７

Description

この発明は、副走査方向に駆動される被走査面に光ビームを副走査方向に対してほぼ直行する主走査方向に走査する光走査装置および該光走査装置を用いて画像を形成する画像形成装置に関するものである。

この種の光走査装置では、光源からの光ビームを偏光器により被走査面の主走査方向に走査させる。またこの種の光走査装置を用いた画像形成装置では、感光体および現像ユニットを有するとともに、次のようにして光走査装置により感光体上にトナー像を形成する。すなわち、トナー像を示す画像データに基づき光走査装置の光源を制御して光ビームを変調する。また、この光ビームを感光体表面上に走査させて画像データに対応する潜像を形成する。そして、該潜像をトナーで現像してトナー像を形成する。

また、偏向器の小型化および高速化を図るべく、偏向ミラー面を振動させて偏向器として用いることが従来より提案されている（特許文献１参照）。すなわち、この光走査装置では、トーションバーにより支持された偏向ミラーを振動させるとともに、光源から照射される光ビームを該偏向ミラーにより被走査面上に往復走査させている。

特開２００２−１８２１４７号公報（第３頁および図９、１０）

このような光走査装置を用いた画像形成装置においては、偏光ミラーを正弦振動させるとともに、該偏向ミラーにより光ビームを被走査面上である感光体表面上に走査させるにあたって、アークサインレンズの特性を有する結像光学系を介して走査させることで、主走査方向において等速で光ビームを感光体表面上に往復走査させることが可能となる。さらに、感光体表面上では、上述のように光ビームが主走査方向に往復走査されるとともに、感光体表面は主走査方向に対してほぼ直交する副走査方向に駆動されている。よって、後に詳述するように、このような画像形成装置では副走査方向の走査ピッチは一定とならない。したがって、例えば副走査方向に伸びるライン画像を形成するような場合に、副走査方向の走査ピッチが大きいところでは、光ビームを感光体表面上に結像することで形成されるスポットが副走査方向において重ならずライン画像が途切れてしまうという画像弊害が生じる場合がある。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、副走査方向に駆動される被走査面上に偏向ミラーにより光ビームを走査させる光走査装置において、走査ピッチの大きいところであっても途切れなくスポットを繋ぎ合わせて良好な２次元走査を行うことを第１の目的としている。

また、この発明の第２の目的は、上記光走査装置を用いて良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供することである。

この発明にかかる光走査装置は、その面上に主走査方向に所定幅を有する有効走査領域を有するとともに主走査方向に対してほぼ直交する副走査方向に駆動される、被走査面の上に光ビームを主走査方向の第１方向および該第１方向と逆の第２方向に往復走査させる光走査装置であって、上記第１の目的を達成するために、光ビームを射出する光源と、光源から射出された光ビームを、主走査方向とほぼ直交する駆動軸回りに正弦振動する偏向ミラーにより反射して主走査方向に偏向させる偏向手段と、アークサインレンズの特性を有し、偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に結像してスポットを形成する結像光学系とを備え、スポットの副走査方向におけるスポット径は、有効走査領域における副走査方向での走査ピッチの最大値以上であることを特徴としている。

またこの発明にかかる画像形成装置は、上記第２の目的を達成するため、その表面に主走査方向に所定幅を有する有効走査領域を有し、該表面が副走査方向に駆動される潜像担持体と、光ビームを射出する光源と、光源から射出された光ビームを、主走査方向とほぼ直交する駆動軸回りに正弦振動する偏向ミラーにより反射して主走査方向に偏向させる偏向手段と、アークサインレンズの特性を有し、偏向手段により偏向された光ビームを潜像担持体表面上に結像してスポットを形成する結像光学系とを備え、スポットの副走査方向におけるスポット径は、有効走査領域における走査ピッチの最大値以上であることを特徴としている。

このように構成された光走査装置および画像形成装置にかかる発明では、主走査方向の第１方向および該第１方向と逆の第２方向の両方向に光ビームを往復走査することが可能に構成されている。そして、例えば、潜像担持体の表面を被走査面としてかかる光走査装置を用いて光ビームを走査して該潜像担持体表面上にライン潜像を形成する場合は、次のようなライン潜像が形成される。すなわち、図６に示すように、光ビームを潜像担持体表面上に結像することで形成されるスポットを主走査方向の第１方向に走査させることにより有効走査領域にライン潜像ＬＩ(+X)が形成される一方、該スポットを第１方向と逆の第２方向に走査させることによりライン潜像ＬＩ(-X)が形成される。したがって、光ビームを第１方向および第２方向に往復走査させる本発明では、ライン潜像ＬＩ(+X)、ＬＩ(-X)が副走査方向に交互に形成される。また、このように構成された発明では、潜像担持体表面上にスポットを主走査方向に等速で往復走査するとともに、潜像担持体表面を主走査方向に対してほぼ直交する副走査方向に駆動している。よって、潜像担持体（被走査面）上でのスポットの走査軌跡は、図７の１点鎖線で示すようにジグザグ模様となる。したがって、有効走査領域において副走査方向での走査ピッチは符号ＰＴ1〜ＰＴ3に示すように一定とならない。このような構成では、例えば副走査方向に伸びるライン画像を形成するような場合に、副走査方向の走査ピッチが大きいところにおいてスポットが副走査方向において重ならずライン画像が途切れてしまうという画像弊害が生じる場合がある。しかしながら、本発明では、スポットの副走査方向におけるスポット径は、被走査面上に設けられた主走査方向に所定幅を有する有効走査領域における走査ピッチの最大値以上となるように構成している。このため、走査ピッチの短いところは勿論のこと走査ピッチが長いところでもスポットが副走査方向に繋ぎ合わされて良好な２次元走査が行われる。その結果、該光走査装置を用いた画像形成装置では、上述のようにライン画像が途切れてしまうような画像弊害を防止することができ良好な画像を形成することができる。

また、上述の光走査装置または画像形成装置において、スポットの副走査方向におけるスポット径を、有効走査領域内における副走査方向の走査ピッチの最小値の２倍以下となるように構成しても良い。図７に示すように、本発明では、副走査方向の走査ピッチは一定とならない。したがって、スポットの副走査方向におけるスポット径が過剰に大きい場合、副走査方向の走査ピッチの小さいところにおいて副走査方向にスポットが過剰に重複することとなる。そして、このようなスポット径を有するスポットにより形成された潜像も、副走査方向において過剰に重複することとなり、潜像を現像する際に該潜像重複部分において過剰なトナーが付着し線画が太ったり色の濃淡が濃くなりすぎたりという画像弊害が生じる。しかしながら、本発明では、スポットの副走査方向におけるスポット径を副走査方向での走査ピッチの最小値の２倍以下となるように構成している。したがって、有効走査領域における副走査方向の走査ピッチが小さいところにおいても、副走査方向においてスポットが過剰に重複することが無く２次元走査を良好に行うことができる。また、該光走査装置を用いた画像形成装置では、上述のような画像弊害を防止することが可能となり良好な画像を形成することができる。

また、上述の光走査装置または画像形成装置において、スポットの副走査方向におけるスポット径を、有効走査領域の端部における副走査方向での走査ピッチの最大値以上となるように構成しても良い。上述の通り、本発明では、被走査面または潜像担持体表面を主走査方向に等速で往復走査するとともに、主走査方向に対してほぼ直交する副走査方向に駆動している。よって、走査線が走査する軌跡は、図７の１点鎖線で示すようにジグザグ模様となる。したがって、有効走査領域において副走査方向の走査ピッチが最大となる位置は、主走査方向における有効走査領域の端部である。よって、スポットの副走査方向におけるスポット径は、主走査方向における有効走査領域の端部での副走査方向の走査ピッチの最大値以上とすることで、走査ピッチの短いところは勿論のこと走査ピッチが長いところでもスポットが副走査方向に繋ぎ合わされて良好な２次元走査が行われる。その結果、該光走査装置を用いた画像形成装置では、上述のようにライン画像が途切れてしまうような画像弊害を防止することができ良好な画像を形成することができる。

また、上述の光走査装置または画像形成装置において、スポットの副走査方向におけるスポット径を、主走査方向における有効走査領域の端部での副走査方向の走査ピッチの最大値以上であり、且つ主走査方向における有効走査領域の端部での副走査方向での走査ピッチの最小値の２倍以下となるように構成しても良い。上述の通り、本発明では、被走査面または潜像担持体表面を、主走査方向に等速で往復走査するとともに、主走査方向に対してほぼ直交する副走査方向に駆動している。よって、走査線が走査する軌跡は、図７の１点鎖線で示すようになる。したがって、有効走査領域において副走査方向の走査ピッチが最小となるのは、主走査方向における有効走査領域の端部においてである。したがって、スポットの副走査方向におけるスポット径を、主走査方向における有効走査領域の端部での副走査方向の走査ピッチの最小値の２倍以下となるように構成することで、有効走査領域における副走査方向の走査ピッチが小さいところにおいても、副走査方向においてスポットが過剰に重複することが無く２次元走査を良好に行うことができる。また、該光走査装置を用いた画像形成装置では、上述のような画像弊害を防止することが可能となり良好な画像を形成することができる。

図１は本発明にかかる光走査装置の第１実施形態たる露光ユニットを装備した画像形成装置を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、いわゆるタンデム方式のカラープリンタであり、潜像担持体としてイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを装置本体５内に併設している。そして、各感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ上のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナー像のみを用いてモノクロ画像を形成する装置である。すなわち、この画像形成装置では、ユーザーからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から印刷指令がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１からの印刷指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明用シートなどのシート（記録媒体）Ｓに印刷指令に対応する画像を印刷する。

このエンジン部ＥＧでは、４つの感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋのそれぞれに対応して帯電ユニット、現像ユニット、露光ユニットおよびクリーニング部が設けられている。このように、各トナー色ごとに、感光体、帯電ユニット、現像ユニット、露光ユニットおよびクリーニング部を備えて該トナー色のトナー像を形成する画像形成手段が設けられている。なお、これらの画像形成手段（感光体、帯電ユニット、現像ユニット、露光ユニットおよびクリーニング部）の構成はいずれの色成分についても同一であるため、ここではイエローに関する構成について説明し、その他の色成分については相当符号を付して説明を省略する。

感光体２Ｙは図１の矢印方向（副走査方向）に回転自在に設けられている。より、具体的には、感光体２Ｙの一方端部には、駆動モータＭＴが機械的に接続されている。そして、この駆動モータＭＴと電気的に接続されたモータ制御部１０５が駆動モータＭＴを駆動制御する。これによって感光体２Ｙが回転移動する。このように、この実施形態では、感光体２Ｙの一方端部側のみに駆動モータＭＴからの駆動力を伝達して感光体２Ｙを駆動している。また、この実施形態では、駆動モータＭＴの配設位置、後述する水平同期センサ６０および光ビームの走査方向とが所定関係を満たすように設定されている。なお、この点に関しては、後で詳述する。

このようにして駆動される感光体２Ｙの周りにその回転方向に沿って、帯電ユニット３Ｙ、現像ユニット４Ｙおよびクリーニング部（図示省略）がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３Ｙは例えばスコロトロン帯電器で構成されており、帯電制御部１０３からの帯電バイアス印加によって感光体２Ｙの外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。そして、この帯電ユニット３Ｙによって帯電された感光体２Ｙに外周面に向けて露光ユニット６Ｙから走査光ビームＬｙが照射される。これによって印刷指令に含まれるイエロー画像データに対応する静電潜像が感光体２Ｙ上に形成される。このように露光ユニット６Ｙは、露光制御部１０２Ｙからの制御指令に応じて動作する。なお、露光ユニット６（６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ）および露光制御部１０２（１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋ）の構成および動作については後に詳述する。

こうして形成された静電潜像は現像ユニット４Ｙによってトナー現像される。この現像ユニット４Ｙはイエロートナーを内蔵している。そして、現像器制御部１０４から現像バイアスが現像ローラ４１Ｙに印加されると、現像ローラ４１Ｙ上に担持されたトナーが感光体２Ｙの表面各部にその表面電位に応じて部分的に付着する。その結果、感光体２Ｙ上の静電潜像がイエローのトナー像として顕在化される。なお、現像ローラ４１Ｙに与える現像バイアスとしては、直流電圧、もしくは直流電圧に交流電圧を重畳したもの等を用いることができるが、特に感光体２Ｙと現像ローラ４１Ｙとを離間配置し、両者の間でトナーを飛翔させることでトナー現像を行う非接触現像方式の画像形成装置では、効率よくトナーを飛翔させるために直流電圧に対して正弦波、三角波、矩形波等の交流電圧を重畳した電圧波形とすることが望ましい。

現像ユニット４Ｙで現像されたイエロートナー像は、１次転写領域ＴＲｙ１で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に１次転写される。また、イエロー以外の色成分についても、イエローと全く同様に構成されており、感光体２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ上にマゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像がそれぞれ形成されるとともに、１次転写領域ＴＲｍ１、ＴＲｃ１、ＴＲｋ１でそれぞれ中間転写ベルト７１上に１次転写される。

この転写ユニット７は、２つのローラ７２、７３に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７２を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｒ２に回転させるベルト駆動部（図示省略）とを備えている。また、中間転写ベルト７１を挟んでローラ７３と対向する位置には、該ベルト７１表面に対して不図示の電磁クラッチにより当接・離間移動可能に構成された２次転写ローラ７４が設けられている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、１次転写タイミングを制御することで各トナー像を重ね合わせてカラー画像を中間転写ベルト７１上に形成するとともに、カセット８から取り出されて中間転写ベルト７１と２次転写ローラ７４との間の２次転写領域ＴＲ２に搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を２次転写する。一方、モノクロ画像をシートＳに転写する場合には、ブラックトナー像のみを感光体２Ｋに形成するとともに、２次転写領域ＴＲ２に搬送されてくるシートＳ上にモノクロ画像を２次転写する。また、こうして画像の２次転写を受けたシートＳは定着ユニット９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部に向けて搬送される。

なお、中間転写ベルト７１へのトナー像を１次転写した後の各感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、不図示の除電手段によりその表面電位がリセットされ、さらに、その表面に残留したトナーがクリーニング部により除去された後、帯電ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋにより次の帯電を受ける。

また、ローラ７２の近傍には、転写ベルトクリーナ７５、濃度センサ７６（図２）および垂直同期センサ７７（図２）が配置されている。これらのうち、クリーナ７５は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７２に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７２側に移動した状態でクリーナ７５のブレードがローラ７２に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、２次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。また、濃度センサ７６は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。さらに、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の副走査方向Yへの回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖsyncを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色のトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖsyncに基づいて制御される。また、ローラ７２、７３の間には、色ずれセンサ７８が配置されており、各色のトナー像の色ずれ量を検出する。

なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像データを記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。さらに符号１０８は、エンジン各部の使用状況に関する情報を保存しておくためのＦＲＡＭ（強誘電体メモリ）である。

図３は図１の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成を示す主走査断面図であり、図４は図３の露光ユニット（光走査装置）における光ビームの走査領域を示す図であり、図５は図１の画像形成装置における信号処理ブロックを示す図である。以下、これらの図面を参照しつつ、露光ユニット６および露光制御部１０２の構成および動作について詳述する。なお、露光ユニット６および露光制御部１０２の構成はいずれの色成分についても同一であるため、ここではイエローに関する構成について説明し、その他の色成分については相当符号を付して説明を省略する。

この露光ユニット６Ｙ（６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ）は露光筐体６１を有している。そして、露光筐体６１に単一のレーザー光源６２Ｙが固着されており、レーザー光源６２Ｙから光ビームを射出可能となっている。このレーザー光源６２Ｙは、図４に示すように露光制御部１０２Ｙの光源駆動部１０２１と電気的に接続されている。そして、次のようにして画像信号に応じて光源駆動部１０２１がレーザー光源６２ＹをＯＮ／ＯＦＦ制御してレーザー光源６２Ｙから画像データに対応して変調された光ビームが射出される。以下、図５を参照しつつ説明する。

この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００などの外部装置から画像信号が入力されると、メインコントローラ１１がその画像信号に対し所定の信号処理を施す。メインコントローラ１１は、色変換部１１４、画像処理部１１５、２種類のラインバッファ１１６Ａ，１１６Ｂ、走査モード切換部１１６Ｃ、パルス変調部１１７、階調補正テーブル１１８および補正テーブル演算部１１９などの機能ブロックを備えている。

また、エンジンコントローラ１０は、図２に示すＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０６、ＲＡＭ１０７、露光制御部１０２以外に、濃度センサ７６の検出結果に基づきエンジン部ＥＧのガンマ特性を示す階調特性を検出する階調特性検出部１２３を備えている。なお、メインコントローラ１１およびエンジンコントローラ１０においては、これらの各機能ブロックはハードウェアにより構成されてもよく、またＣＰＵ１１１、１０１により実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。

ホストコンピュータ１００から画像信号が与えられたメインコントローラ１１では、色変換部１１４がその画像信号に対応する画像内の各画素のＲＧＢ成分の階調レベルを示したＲＧＢ階調データを、対応するＣＭＹＫ成分の階調レベルを示したＣＭＹＫ階調データへ変換する。この色変換部１１４では、入力ＲＧＢ階調データは例えば１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）であり、出力ＣＭＹＫ階調データも同様に１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）である。色変換部１１４から出力されるＣＭＹＫ階調データは画像処理部１１５に入力される。

この画像処理部１１５は、各色成分ごとに以下の処理を実行する。すなわち、色変換部１１４から入力された各画素の階調データに対し階調補正およびハーフトーニング処理を行う。すなわち、画像処理部１１５は、不揮発性メモリに予め登録されている階調補正テーブル１１８を参照し、その階調補正テーブル１１８にしたがい、色変換部１１４からの各画素の入力階調データを、補正された階調レベルを示す補正階調データに変換する。この階調補正の目的は、上記のように構成されたエンジン部ＥＧのガンマ特性変化を補償して、この画像形成装置の全体的ガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。すなわち、この種の画像形成装置では、装置のガンマ特性が装置個体ごとに、また同一の装置においてもその使用状況によって変化する。そこで、このようなガンマ特性のばらつきが画像品質に及ぼす影響を除くため、所定のタイミングで、階調補正テーブル１１８の内容を画像濃度の実測結果に基づいて更新する階調制御処理を実行する。

この階調制御処理では、各トナー色毎に、ガンマ特性を測定するために予め用意された階調補正用の階調パッチ画像がエンジン部ＥＧによって中間転写ベルト７１上に形成され、各階調パッチ画像の画像濃度を濃度センサ７６が読み取り、その濃度センサ７６からの信号に基づき階調特性検出部１２３が各階調パッチ画像の階調レベルと、検出した画像濃度とを対応させた階調特性（エンジン部ＥＧのガンマ特性）を作成し、メインコントローラ１１の補正テーブル演算部１１９に出力する。そして、補正テーブル演算部１１９が、階調特性検出部１２３から与えられた階調特性に基づき、実測されたエンジン部ＥＧの階調特性を補償して理想的な階調特性を得るための階調補正テーブルデータを計算し、階調補正テーブル１１８の内容をその計算結果に更新する。こうして階調補正テーブル１１８を変更設定する。こうすることで、この画像形成装置では、装置のガンマ特性のばらつきや経時変化によらず、安定した品質で画像を形成することができる。

こうして補正された補正階調データに対して、画像処理部１１５は、複数の画素を使用して１つの網点を構成するとともに該網点の大きさをディザ法、誤差拡散法、スクリーン法等により成長させて階調を実現するハーフトーニング処理を行い、１網点１色当たり８ビットのハーフトーン階調データを２種類のラインバッファ１１６Ａ、１１６Ｂに入力する。なお、ハーフトーニング処理の内容は形成すべき画像の種類により異なる。すなわち、その画像がモノクロ画像かカラー画像か、あるいは線画か写真画像かなどの判定基準に基づき、その画像に最適な処理内容が選択され実行される。

これらのラインバッファ１１６Ａ、１１６Ｂは画像処理部１５から出力される１ライン画像データを構成するハーフトーン階調データ（画像情報）を記憶するものである点で共通するが、階調データの読出し順序が相違する。すなわち、順方向ラインバッファ１１６Ａは１ライン画像データを構成するハーフトーン階調データを先頭から順方向に出力するものであるのに対し、逆方向ラインバッファ１１６Ｂは最後から逆方向に出力するものである。そして、こうして出力されるハーフトーン階調データは走査モード切換部１１６Ｃに入力され、走査モード切換信号に基づき一方のラインバッファから出力されるハーフトーン階調データのみが適当なタイミングで走査モード切換部１１６Ｃからパルス変調部１１７に出力される。

このパルス変調部１１７に入力されたハーフトーニング後の階調データは、各画素に付着させるべき各色のトナードットのサイズおよびその配列を示す多値信号であり、かかるデータを受け取ったパルス変調部１１７は、そのハーフトーン階調データを用いて、エンジン部ＥＧの各色画像の露光レーザパルスをパルス幅変調するためのビデオ信号を作成し、図示を省略するビデオインターフェースを介してエンジンコントローラ１０に出力する。そして、このビデオ信号を受けた露光制御部１０２Ｙの光源駆動部１０２１が露光ユニット６のレーザー光源６２ＹをＯＮ／ＯＦＦ制御する。また、他の色成分についても同様である。

次に、図３および図４に戻って説明を続ける。露光筐体６１の内部には、レーザー光源６２Ｙからの光ビームを感光体２Ｙの表面（図示省略）に走査露光するために、コリメータレンズ６３１、シリンドリカルレンズ６３２、偏向器６５、走査レンズ６６が設けられている。すなわち、レーザー光源６２Ｙからの光ビームは、コリメータレンズ６３１により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、副走査方向Ｙにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ６３２に入射される。そして、シリンドリカルレンズ６３２を調整することでコリメート光は副走査方向Ｙにおいて偏向器６５の偏向ミラー面６５１付近で結像される。このように、この実施形態では、コリメータレンズ６３１およびシリンドリカルレンズ６３２がレーザー光源６２Ｙからの光ビームを整形するビーム整形系６３として機能している。

この偏向器６５は半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて形成されるものであり、共振振動する振動ミラーで構成されている。すなわち、偏向器６５では、共振振動する偏向ミラー面６５１により光ビームを主走査方向Ｘに偏向可能となっている。より具体的には、偏向ミラー面６５１は主走査方向Ｘとほぼ直交する揺動軸（ねじりバネ）周りに揺動自在に軸支されるとともに、作動部（図示省略）から与えられる外力に応じて揺動軸周りに正弦揺動する。この作動部は露光制御部１０２のミラー駆動部（図示省略）からのミラー駆動信号に基づき偏向ミラー面６５１に対して静電気的、電磁気的あるいは機械的な外力を作用させて偏向ミラー面６５１をミラー駆動信号の周波数で揺動させる。なお、作動部による駆動方式は静電吸着、電磁気力あるいは機械力などのいずれの方式を採用してもよく、それらの駆動方式は周知であるため、ここでは説明を省略する。

偏向器６５の偏向ミラー面６５１で偏向された光ビームは図４に示すように最大振幅角θmaxで走査レンズ６６に向けて偏向される。この実施形態では、走査レンズ６６は、感光体２の表面に設けられた有効走査領域ＹＳＲの全域においてＦ値が略同一となるように構成されている。ここで、本実施形態において感光体２の表面が本願発明の「被走査面」に相当する。したがって、走査レンズ６６に向けて偏向された光ビームは、走査レンズ６６を介して感光体２の表面の有効走査領域ＹＳＲに略同一のスポット径を有するスポットとして結像される。さらに、本実施形態では、走査レンズ６６はアークサインレンズの特性を有している。したがって、上述のように正弦遥動する偏向ミラー６５１により偏向された光ビームを走査レンズ６６により感光体２の表面に結像して形成されるスポットは、主走査方向Ｘに等速で感光体２の表面に走査されることとなる。そして、主走査方向Ｘに伸びるライン状の潜像が感光体２の有効走査領域ＹＳＲ上に形成される。なお、この実施形態では、偏向器６５により走査可能な走査領域ＳＲは、図４に示すように、有効走査領域ＹＳＲよりも広く設定されている。また、有効走査領域ＹＳＲは走査領域ＳＲの略中央部に位置しており、光軸に対してほぼ対称となっている。さらに、同図中の符号θirは有効走査領域ＹＳＲの端部に対応する偏向ミラー面６５１の振幅角を示し、符号θsは次に説明する水平同期センサ６０に対応する偏向ミラー面６５１の振幅角を示している。

また、上記のように構成された装置では、光ビームを主走査方向Ｘに往復走査することができる、つまり光ビームを（＋Ｘ）方向にも、（−Ｘ）方向にも走査可能となっている。そして、上記したように１ライン画像データを構成する階調データを記憶部（ラインバッファ１１６Ａ，１１６Ｂ）に一時的に記憶しておき、走査モード切換部１１６Ｃが適当なタイミングおよび順序で階調データをパルス変調部１１７に与える。例えば（＋Ｘ）方向に切り換えられた場合には、図６（ａ）に示すように、ラインバッファ１１６Ａから階調データＤＴ1，ＤＴ2，…ＤＴnの順序で読み出され、各階調データに基づきスポットが第１方向（＋Ｘ）に感光体２上に照射されてライン潜像ＬＩ(+X)が形成される。一方、（−Ｘ）方向に切り換えられた場合には、図６（ｂ）に示すように、ラインバッファ１１６Ｂから階調データＤＴn，ＤＴ(n-1)，…ＤＴ1の順序で読み出され、各階調データに基づきスポットが第２方向（−Ｘ）に感光体２上に照射されてライン潜像ＬＩ(-X)が形成される。したがって、本実施形態では、光ビームを主走査方向Ｘに往復走査するため、感光体２上にはライン潜像ＬＩ(+X)とＬＩ(-X)が副走査方向Ｙに交互に形成されることとなる。

また、この実施形態では、該走査方向と駆動モータＭＴの配設位置とは次の関係を満足するように予め設定されている。すなわち、駆動モータＭＴは走査方向（＋Ｘ）の下流側に配置されている。また、図３に示すように、走査方向（＋Ｘ）の上流側において走査光ビームの走査経路の端部を折り返しミラー６９により水平同期センサ６０に導いている。この折り返しミラー６９は走査方向（＋Ｘ）の上流側における走査領域ＳＲの端部に配置され、走査方向（＋Ｘ）の上流側において走査領域ＳＲ内で、かつ有効走査領域ＹＳＲを外れた位置を移動する走査光ビームを水平同期センサ６０に導光する。そして、水平同期センサ６０により該走査光ビームが受光されてセンサ位置（振幅角θs）を通過するタイミングで信号が水平同期センサ６０から出力される。このように、本実施形態では、水平同期センサ６０を、光ビームが有効走査領域ＹＳＲを主走査方向Ｘに走査する際の同期信号、つまり水平同期信号Ｈsyncを得るための水平同期用読取センサとして機能させており、水平同期信号Ｈsyncに基づき潜像形成動作を制御する。

また、本実施形態では、感光体２の表面上に形成されるスポットの副走査方向Ｙでのスポット径Ｗｂを、有効走査領域ＹＳＲの「端部」における副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値以上で且つ最小値の２倍以下となるように構成している。そして、このように構成することで、スポット径Ｗｂを、有効走査領域ＹＳＲにおける副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値以上で且つ最小値の２倍以下とすることができる。この理由について詳述する。本実施形態では、感光体２の表面に設けられた有効走査領域ＹＳＲの表面に一定のスポット径を有するスポットを、主走査方向Ｘに等速で往復走査させている。さらに、感光体２の表面は、主走査方向Ｘに対してほぼ直交する副走査方向Ｙに駆動されている。よって、感光体２の表面（被走査面）上でのスポットの走査軌跡は、図７の１点鎖線で示すようにジグザグ模様となる。よって、有効走査領域ＹＳＲにおける副走査方向Ｙでの走査ピッチが最大または最小となる位置は、有効走査領域ＹＳＲの「端部」である。したがって、スポットの副走査方向Ｙでのスポット径Ｗｂを、有効走査領域ＹＳＲの「端部」における副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値以上で且つ最小値の２倍以下とすることで、有効走査領域ＹＳＲにおける副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値以上で且つ最小値の２倍以下となるように構成することができる。

なお、本明細書中において副走査方向Ｙのスポット径Ｗｂとは、感光体表面位置での光ビームの光強度分布（以下「ビームプロファイル」と言う）においてピーク値に対して１／ｅ^２（「ｅ」は自然対数の底）以上の強度を有する領域の副走査方向Ｙの幅とする。また、副走査方向Ｙのスポット径Ｗｂは、例えば以下の方法により測定することが可能である。測定器としてPhoton,inc製のBeamScan Model 2180を用いることができる。そして、レーザーをレーザーパワー１mWで連続点灯させた際の感光体表面と想定される位置におけるビームプロファイルを測定することで、副走査方向Ｙのスポット径Ｗｂを求めることができる。また、光ビームのスポット径は、一般に光ビームの波長と感光体表面の有効走査領域ＹＳＲにおけるＦ値との積に比例する。したがって、光ビームの波長またはＦ値を調整することにより、上述の方法で測定された副走査方向Ｙのスポット径Ｗｂを有効走査領域ＹＳＲにおける副走査方向Ｙの走査ピッチの最大値以上に調整することができる。

このように、本実施形態においては、感光体２の表面上に形成されるスポットの副走査方向Ｙでのスポット径Ｗｂを、有効走査領域ＹＳＲの端部における副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値以上となるように構成している。よって、感光体２の表面上に形成されるスポットの副走査方向Ｙでのスポット径Ｗｂは、有効走査領域ＹＳＲにおける副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値以上となる。したがって、走査ピッチの短いところは勿論のこと走査ピッチが長いところでもスポットが副走査方向Ｙに繋ぎ合わされて、感光体２の表面に良好な２次元走査が行われる。その結果、後述するような画像弊害を防止することができ良好な画像を形成することができる。以下に、この理由について詳述する。

本実施形態では、感光体２の表面上にスポットを主走査方向Ｘに等速で往復走査するとともに、感光体２の表面を主走査方向Ｘに対してほぼ直交する副走査方向Ｙに駆動している。よって、感光体２の表面（被走査面）上でのスポットの走査軌跡は、図７の１点鎖線で示すようにジグザグ模様となる。よって、有効走査領域ＹＳＲにおいて副走査方向Ｙでの走査ピッチは符号ＰＴ1〜ＰＴ3に示すように一定とならない。このような構成では、例えば副走査方向Ｙに伸びるライン画像を形成するような場合に、副走査方向Ｙの走査ピッチが大きいところにおいてスポットが副走査方向Ｙにおいて重ならずライン画像が途切れてしまうという画像弊害が生じる場合がある。これに対して本実施形態では、スポットの副走査方向Ｙにおけるスポット径はＷｂ、感光体表面上に設けられた主走査方向Ｘに所定幅を有する有効走査領域ＹＳＲにおける走査ピッチの最大値以上となるように構成されている。このため、走査ピッチの短いところは勿論のこと走査ピッチが長いところでもスポットが副走査方向Ｙに繋ぎ合わされて良好な２次元走査が行われる。その結果、上述のようにライン画像が途切れてしまうような画像弊害を防止することができ良好な画像を形成することができる。

さらに本実施形態においては、感光体２の表面上に形成されるスポットの副走査方向Ｙでのスポット径Ｗｂを、有効走査領域ＹＳＲの端部における副走査方向Ｙでの走査ピッチの最小値の２倍以下となるように構成している。よって、感光体２の表面上に形成されるスポットの副走査方向Ｙでのスポット径Ｗｂは、有効走査領域ＹＳＲにおける副走査方向Ｙでの走査ピッチの最小値の２倍以下となる。したがって、有効走査領域ＹＳＲにおける副走査方向Ｙの走査ピッチが小さいところにおいても、副走査方向Ｙにおいてスポットが過剰に重複することが無く２次元走査を良好に行うことができる。その結果、後述するような画像弊害を防止することが可能となり良好な画像を形成することができる。以下に、この理由について詳述する。

図７に示すように、本発明では、副走査方向Ｙの走査ピッチは一定とならない。したがって、スポットの副走査方向Ｙにおけるスポット径が過剰に大きい場合、副走査方向Ｙの走査ピッチの小さいところにおいて副走査方向Ｙにスポットが過剰に重複することとなる。そして、このようなスポット径を有するスポットにより形成された潜像も、副走査方向Ｙにおいて過剰に重複することとなり、潜像を現像する際に該潜像重複部分において過剰なトナーが付着し線画が太ったり色の濃淡が濃くなりすぎたりという画像弊害が生じる。しかしながら、本発明では、スポットの副走査方向Ｙにおけるスポット径を副走査方向Ｙでの走査ピッチの最小値の２倍以下となるように構成している。つまり、このように副走査方向Ｙにおけるスポット径について上限値を設けることにより、スポットが副走査方向Ｙに過剰に重複することを防止している。よって、スポットが照射されて形成される潜像の過剰な重複を防止することができ、上述のような過剰なトナーが付着することによる画像弊害が防止される。その結果、良好な画像形成が可能となる。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、有効走査領域ＹＳＲは走査領域ＳＲの略中央部に位置しているが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、例えば、後述する第２実施例に示すように、有効走査領域ＹＳＲの中心線と走査領域ＳＲの中心線が主走査方向Ｘにずれていても良い。

また、上記実施形態は、いわゆるタンデム方式のカラープリンタについて本発明を適用したものであるが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、例えばいわゆる４サイクル方式のプリンタや単色印字のみを行うモノクロプリンタについても適用可能である。

また、上記実施形態では、中間転写ベルトなどの中間転写媒体に一時的にカラー画像を形成した後に該カラー画像をシートＳに転写する画像形成装置に対して本発明を適用しているが、各トナー像を直接シート上で重ね合わせてカラー画像を形成する装置に対しても適用可能である。

また、上記実施形態では、振動する偏向ミラー面６５１をマイクロマシニング技術を用いて形成しているが、偏向ミラー面の製造方法はこれに限定されるものではなく、振動する偏向ミラー面を用いて光ビームを偏向して潜像担持体上に光ビームを走査させる、いわゆる画像形成装置全般に本発明を適用することができる。

次に本発明の実施例を示すが、本発明はもとより下記の実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合しうる範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

＜第１実施例＞
図８は第１実施例についての説明図である。第１実施例では、走査領域ＳＲに対して有効走査領域ＹＳＲを５０％とし、走査領域ＳＲの中心線と有効走査領域ＹＳＲの中心線は同一としている。また、副走査方向Ｙの解像度を１２００ｄｐｉとしているため、有効走査領域ＹＳＲの中心線における副走査方向Ｙの走査ピッチは約２１．２μｍとなる。このとき、有効走査領域ＹＳＲの端部における副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値は、ＰＴmax1＝３２．８μｍとなる。そこで第１実施例では、スポットの副走査方向Ｙでのスポット径を、副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値ＰＴmax1よりも長い３３μｍとした。このようにスポット径を調整することで、走査ピッチの短いところは勿論のこと走査ピッチが長いところでもスポットが副走査方向Ｙに繋ぎ合わされて良好な２次元走査が行われる。その結果、良好な画像を形成することができる。

＜第２実施例＞
図９は第２実施例についての説明図である。第２実施例では、走査領域ＳＲに対して有効走査領域ＹＳＲを６０％とし、有効走査領域ＹＳＲの中心線は走査領域ＳＲの中心線に対して第１方向（＋Ｘ）に、走査領域ＳＲに対する比で５％ずれている。また、副走査方向Ｙの解像度を２４００ｄｐｉとしているため、有効走査領域ＹＳＲの中心線における副走査方向Ｙの走査ピッチは約１０．６μｍとなる。このとき有効走査領域ＹＳＲの端部における副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値は、ＰＴmax2＝１８．０２μｍとなる。そこで第２実施例では、スポットの副走査方向Ｙでのスポット径を、副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値ＰＴmax2よりも長い２０μｍとした。このようにスポット径を調整することで、走査ピッチの短いところは勿論のこと走査ピッチが長いところでもスポットが副走査方向Ｙに繋ぎ合わされて良好な２次元走査が行われる。その結果、良好な画像を形成することができる。

＜第３実施例＞
図１０は第３実施例についての説明図である。第３実施例では、走査領域ＳＲに対して有効走査領域ＹＳＲを２０％とし、走査領域ＳＲの中心線と有効走査領域ＹＳＲの中心線は同一としている。また、副走査方向Ｙの解像度を２４００ｄｐｉとしているため、有効走査領域ＹＳＲの中心線における副走査方向Ｙの走査ピッチは約１０．６μｍとなる。このとき有効走査領域ＹＳＲの端部における副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値は、ＰＴmax3＝１２．７２μｍとなる。一方、有効走査領域ＹＳＲの中心線における副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値は、ＰＴmin3＝８．４８μｍとなる。そこで、第３実施例では、スポットの副走査方向Ｙでのスポット径を、副走査方向Ｙの走査ピッチの最大値ＰＴmax3以上で且つ副走査方向Ｙでの走査ピッチの最小値ＰＴmin3の２倍以下である１５μｍとした。このようにスポット径を副走査方向Ｙでの走査ピッチの最大値ＰＴmax3以上に調整することで、走査ピッチの短いところは勿論のこと走査ピッチが長いところでもスポットが副走査方向Ｙに繋ぎ合わされて良好な２次元走査が行われる。さらに、スポット径を副走査方向Ｙでの走査ピッチの最小値ＰＴmin3の２倍以下に調整することで、スポットが副走査方向Ｙに過剰に重複することを防止している。よって、スポットが照射されて形成される潜像の過剰な重複を防止することができ、上述のような過剰なトナーが付着することによる画像弊害が防止される。その結果、良好な画像を形成することができる。

本発明にかかる光走査装置を装備した画像形成装置の一実施形態を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 図１の画像形成装置における露光ユニットの構成を示す主走査断面図。 図３の露光ユニットにおける光ビームの走査領域を示す図。 図１の画像形成装置における信号処理ブロックを示す図。 図１の画像形成装置により形成されるライン潜像を示す図。 スポット径と走査ピッチとの関係を示す図。 本発明にかかる光走査装置を装備した画像形成装置の第１実施例を示す図。 本発明にかかる光走査装置を装備した画像形成装置の第２実施例を示す図。 本発明にかかる光走査装置を装備した画像形成装置の第３実施例を示す図。

符号の説明

２，２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ…感光体（潜像担持体）、 ６，６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ…露光ユニット（光走査装置）、 ６０…水平同期センサ（検出器）、 ６２，６２Ｙ，６２Ｍ，６２Ｃ，６２Ｋ…レーザー光源、 ７１…中間転写ベルト（転写媒体）、 ６５１…偏向ミラー面、 ＤＴ1，ＤＴ2，ＤＴ(n-1)，ＤＴn…階調データ（画像情報）、 ＹＳＲ…有効走査領域ＹＳＲ、 Ｌy，Ｌm，Ｌc，Ｌk…走査光ビーム、 ＬＩ(+X)，ＬＩ(-X)…ライン潜像、 ＭＴ…駆動モータ（駆動手段）、 ＰＴ，ＰＴ1，ＰＴ2，ＰＴ3…走査ピッチ、 ＰＴmax1，ＰＴmax2，ＰＴmax3…副走査方向での走査ピッチの最大値、 ＰＴmin3…副走査方向での走査ピッチの最小値、 ＳＬ1，ＳＬ2…走査光ビーム、 ＳＲ…走査領域、 Ｗｂ…副走査方向でのスポット径、 Ｘ…主走査方向、 Ｙ…副走査方向

Claims (8)

1. その面上に主走査方向に所定幅を有する有効走査領域を有するとともに前記主走査方向に対してほぼ直交する副走査方向に駆動される、被走査面の上に光ビームを前記主走査方向の第１方向および該第１方向と逆の第２方向に往復走査させる光走査装置において、
   光ビームを射出する光源と、
   前記光源から射出された光ビームを、前記主走査方向とほぼ直交する駆動軸回りに正弦振動する偏向ミラーにより反射して前記主走査方向に偏向させる偏向手段と、
   アークサインレンズの特性を有し、前記偏向手段により偏向された光ビームを前記被走査面上に結像してスポットを形成する結像光学系とを備え、
   前記スポットの前記副走査方向におけるスポット径は、前記有効走査領域における前記副走査方向での走査ピッチの最大値以上であることを特徴とする光走査装置。
2. 前記スポットの前記副走査方向におけるスポット径は、前記有効走査領域内における前記副走査方向での走査ピッチの最小値の２倍以下である請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記スポットの前記副走査方向におけるスポット径は、前記有効走査領域の端部における前記副走査方向での走査ピッチの最大値以上である請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記スポットの前記副走査方向におけるスポット径は、前記有効走査領域の端部における前記副走査方向での走査ピッチの最大値以上であり、且つ前記有効走査領域の端部での前記副走査方向での走査ピッチの最小値の２倍以下である請求項１に記載の光走査装置。
5. その表面に主走査方向に所定幅を有する有効走査領域を有し、該表面が前記副走査方向に駆動される潜像担持体と、
   光ビームを射出する光源と、
   前記光源から射出された光ビームを、前記主走査方向とほぼ直交する駆動軸回りに正弦振動する偏向ミラーにより反射して前記主走査方向に偏向させる偏向手段と、
   アークサインレンズの特性を有し、前記偏向手段により偏向された光ビームを前記潜像担持体表面上に結像してスポットを形成する結像光学系とを備え、
   前記スポットの前記副走査方向におけるスポット径は、前記有効走査領域における走査ピッチの最大値以上であることを特徴とする画像形成装置。
6. 前記スポットの前記副走査方向におけるスポット径は、前記有効走査領域内における前記副走査方向での走査ピッチの最小値の２倍以下である請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記スポットの前記副走査方向におけるスポット径は、前記有効走査領域の端部における前記副走査方向での走査ピッチの最大値以上である請求項５に記載の画像形成装置。
8. 前記スポットの前記副走査方向におけるスポット径は、前記有効走査領域の端部における前記副走査方向の走査ピッチの最大値以上であり、且つ前記有効走査領域の端部における前記副走査方向での走査ピッチの最小値の２倍以下である請求項５に記載の画像形成装置。

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