JP2009103755A - 光走査装置・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーアレイ中の１つのレーザーが発光不良となった場合であっても、解像度、副走査速度等の性能低下を抑え、良好な画像を形成することが可能な光走査装置を提供する。
【解決手段】レーザーアレイ３のレーザーアレイ面内で、光偏向器による走査方向をレーザーアレイ面内に投影したときの方向をｘ、レーザー出射時の光軸方向をｚ、それらと直交する方向をｙとするとき、レーザーアレイ３中のｙ座標ｙ_０に位置するレーザーＬ_０が発光不良となった場合に、発光不良のレーザー以外の少なくとも１つ以上のレーザー（Ｌ_１、Ｌ_２）の光軸のｙ成分を、ｙ_０側にシフトさせ、走査線の途中抜けを補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光走査装置、該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。
本発明は、レーザーダイレクトイメージング装置（ＬＤＩ装置）等の光走査を伴う装置、ＬＥＤプリンタ等光源をアレイ状に配列した光学機器に応用できる。

マルチビーム光源を利用する画像形成装置において、１つのレーザーが発光不良となった場合、そのままの状態で光走査を行うと走査線の抜けが発生して走査線の配列上の連続性が阻害され、画質低下を来たす。
この問題に対処すべく、特許文献１には、マルチビーム光源を利用する画像形成装置において、光源の一部が故障した場合でも、画質を維持したまま画像を形成することを目的とした発明が記載されている。
光源状態が異常と判定された場合、異常である発光点の数および配置と画像形成に関わる動作モードにもとづいて、画像記録制御部を制御するものである。
正常状態ではポリゴンミラーを１面おきに光走査に用い、光源異常が発生した場合、例えばＬ１〜Ｌ３２よりなるマルチビーム光源のうちＬ５が故障した場合、Ｌ１〜Ｌ１６はすべて消灯し、Ｌ１７〜Ｌ３２のみを用いて、かつすべてのポリゴンミラー面を光走査に用いることで、正常状態と同等の生産性と画質を維持するようにしている。

特許文献２には、光束分割による１光源複数ドラム記録方式が開示されている。光源からの光を２倍のビーム数に分割する手段として、ハーフミラーを分割面に用いたプリズムが用いられている。

特開２００３−２６６７５７号公報 特開２００５−９２１２９号公報

特許文献１記載の方法では、正常状態において、すべてのポリゴンミラー面を用いてかつすべての光源（Ｌ１〜Ｌ３２までの光源）によって画像形成するのに比較して、すでに生産性を低下させた状態であるといえる。
すなわち、１つの光源の不良ないし故障によって、該不良光源が位置する列又は群を使用しないという考えに基づくものであり、故障していない光源を含めた列全体を不使用の対象とするのは極めて不経済である。

本発明は、レーザーアレイ中の１つのレーザーが発光不良となった場合であっても、解像度、副走査速度等の性能低下を抑え、良好な画像を形成することが可能な光走査装置、該光走査装置を有する画像形成装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、１次元もしくは２次元に配列してなるレーザーアレイと、前記レーザーアレイの各レーザーを変調する変調手段と、複数の偏向反射面を回転軸の周りに有し、前記レーザーアレイから出射するレーザービームを偏向する多面鏡式の光偏向器と、偏向されたレーザービームを所定位置に導光して光スポットを形成する走査結像光学系と、を有する光走査装置において、前記各レーザーの発光状態をモニタする発光状態モニタ手段と、前記各レーザーから出射するレーザービームの光軸をシフトする光軸シフト手段と、前記発光状態モニタ手段からの情報に基づいて前記各レーザーの発光状態を判断し、発光不良のレーザーがある場合には、前記光軸シフト手段を介して前記発光不良となったレーザー以外のレーザーの光軸をシフトして、前記レーザーアレイの光軸の配列的連続性を維持する制御手段と、
を有していることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の光走査装置において、前記レーザーアレイのレーザーアレイ面内で、前記走査方向を前記レーザーアレイ面内に投影したときの方向をｘ、レーザー出射時の光軸方向をｚ、それらと直交する方向をｙとするとき、前記レーザーアレイ中のｙ座標ｙ_０に位置するレーザーＬ_０が発光不良となった場合に、発光不良のレーザー以外の少なくとも１つ以上のレーザーの光軸のｙ成分を、ｙ_０側にシフトさせることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の光走査装置において、前記レーザーアレイのレーザー数をＮとしたとき、発光不良となったレーザーＬ_０に対し、＋ｙ側に位置するレーザー数と−ｙ側に位置するレーザー数のうちの少ない側のレーザー列について、ｙ方向距離の近いレーザーから順にＬ_１（ｙ_１）、Ｌ_２（ｙ_２）・・・と番号付け（括弧内は各レーザー光軸のシフト前のｙ座標）した場合に、シフト後のＬ_ｎの光軸のｙ座標が、ｙ_ｎ’＝ｙ_ｎ−１であることを特徴とする。

請求項４記載の発明では、請求項２記載の光走査装置において、前記レーザーアレイのレーザー数がＮ、前記レーザーアレイのｙ方向のアレイ間隔が等間隔ｐのとき、発光不良が発生した後の前記レーザーアレイの光軸間隔がｐ・Ｎ／（Ｎ−１）となるように光軸シフト量が設定されることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項４記載の光走査装置において、シフト後のレーザーＬ_ｎに、シフト前のレーザーＬ_ｎ−１とレーザーＬ_ｎの信号を補間する変調信号が書き込まれることを特徴とする。

請求項６記載の発明では、１次元もしくは２次元に配列してなるレーザーアレイと、前記レーザーアレイの各レーザーを変調する変調手段とを有し、前記レーザーアレイから出射するレーザービームを直接像担持体に照射する光走査装置において、前記各レーザーの発光状態をモニタする発光状態モニタ手段と、前記各レーザーから出射するレーザービームの光軸をシフトする光軸シフト手段と、前記発光状態モニタ手段からの情報に基づいて前記各レーザーの発光状態を判断し、発光不良のレーザーがある場合には、前記光軸シフト手段を介して前記発光不良となったレーザー以外のレーザーの光軸をシフトして、前記レーザーアレイの光軸の配列的連続性を維持する制御手段と、を有していることを特徴とする。

請求項７記載の発明では、請求項６記載の光走査装置において、前記レーザーアレイのレーザーアレイ面内で、前記像担持体の表面の移動方向と直交する方向をｘ、レーザー出射時の光軸方向をｚ、それらと直交する方向をｙとするとき、前記レーザーアレイが、各レーザーをｘ方向に対して等間隔ｐで画像形成幅以上の幅で配列してなり、前記レーザーアレイ中のｘ座標ｘ_０に位置するレーザーＬ_０が発光不良となった場合に、発光不良のレーザー以外の少なくとも１つ以上のレーザーの光軸のｘ成分を、ｘ_０側にシフトさせることを特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項７記載の光走査装置において、発光不良となったレーザーＬ_０に対し、＋ｘ側に位置するレーザー数と−ｘ側に位置するレーザー数のうちの少ない側のレーザー列について、ｘ方向距離の近いレーザーから順にＬ_１（ｘ_１）、Ｌ_２（ｘ_２）・・・と番号付け（括弧内は各レーザー光軸のシフト前のｘ座標）した場合に、シフト後のレーザーＬ_ｎの光軸のｘ座標が、ｘ_ｎ’＝ｘ_ｎ−１であり、かつシフト後のレーザーＬ_ｎにシフト前のレーザーＬ_ｎ−１の信号が書き込まれることを特徴とする。

請求項９記載の発明では、前記レーザーアレイのレーザー数がＮ、前記レーザーアレイのｙ方向のアレイ間隔が等間隔ｐのとき、発光不良が発生した後の前記レーザーアレイの光軸間隔がｐ・Ｎ／（Ｎ−１）となるように光軸シフト量が設定され、さらにシフト後のレーザーＬ_ｎにシフト前のレーザーＬ_ｎ−１とレーザーＬ_ｎの信号を補間する変調信号が書き込まれることを特徴とする。
請求項１０記載の発明では、請求項７記載の光走査装置において、ｘ方向両側の少なくとも一方側に、予め予備のレーザーを配置し、該予備レーザーを光軸シフトを行う対象に含めることを特徴とする。

請求項１１記載の発明では、請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、前記光軸シフト手段が、一対の透明基板と、該透明基板間に備わる液晶と、前記透明基板上に形成され前記液晶に屈折率分布を発生させる複数の透明電極と、よりなる２組の液晶素子を有し、前記制御手段は、必要なシフト方向とシフト量を求めてこれに対応した所定電圧を前記透明電極に印加することを特徴とする。
請求項１２記載の発明では、請求項１１記載の光走査装置において、前記制御手段が、シフトすべきレーザービームが通過する前記液晶素子の所定領域に位置する前記透明電極に対し、前記所定領域内の液晶層屈折率がシフト方向に対して直線的に変化するよう、該透明電極に印加する前記所定電圧を調整することを特徴とする。

請求項１３記載の発明では、請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、シフト後の光軸位置をモニタする光軸位置モニタ手段を有し、前記制御手段は、光軸位置モニタ手段からの情報に基づいて光軸位置が所定範囲内にあるか否かを判断し、所定範囲内にないときには前記光軸シフト手段に対し適正なシフト量に補正するためのフィードバック信号を送ることを特徴とする。
請求項１４記載の発明では、請求項１３記載の光走査装置において、前記光軸位置モニタ手段が、前記発光状態モニタ手段を兼ねることを特徴とする。
請求項１５記載の発明では、請求項１〜１３のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、前記変調手段が前記発光状態モニタ手段を兼ねることを特徴とする。

請求項１６記載の発明では、請求項１〜１５のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、前記発光不良となったレーザーが、発光はしているが光強度を制御できないものであるときは、前記制御手段は前記発光不良となったレーザーを消灯してシフト制御を行うことを特徴とする。
請求項１７記載の発明では、請求項１〜１６のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、前記レーザーアレイを複数のブロックに区切り、ブロック単位で光軸シフトを行うことを特徴とする。
請求項１８記載の発明では、請求項１〜１７のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、前記レーザーアレイが、２次元配列のｖｃｓｅｌアレイであることを特徴とする。

請求項１９記載の発明では、画像形成装置において、請求項１〜１８のうちのいずれか１つに記載の光走査装置を有することを特徴とする。
請求項２０記載の発明では、請求項３記載の光走査装置と、前記レーザーアレイからのレーザービームを受光することで潜像を形成する像担持体と、を含む画像形成装置であって、前記像担持体の副走査方向の当初速度をＶとするとき、発光不良のレーザーが生じた場合に、請求項３記載の光軸シフトを行い、かつ前記像担持体の副走査方向の速度をＶ・（Ｎ−１）／Ｎに設定することを特徴とする。

本発明によれば、レーザーアレイ中の１つのレーザーに発光不良が生じても、残るレーザーの光軸位置を調整することで光走査線の抜けを解消あるいは目立たなくでき、走査線の途中抜けによる画質劣化を抑制できる。
本発明によれば、シフトさせるレーザー数を少数に抑えながら、発光不良発生前のレーザー光軸間隔を維持できる。
本発明によれば、レーザーアレイ中に発光不良が発生しても、発光不良前に走査していた光走査位置について、発光不良後においても抜けが発生しないように設定でき、形成する画像の品質劣化を防ぐことができる。
本発明によれば、レーザーアレイ中に発光不良が発生しても、レーザー光軸を等間隔に再設定することで、副走査手段と組み合わせて利用する光走査装置においては、副走査速度を発光不良前から変更する必要がなくなる。
本発明によれば、レーザーアレイ中に発光不良が発生しても、画像形成速度を低下させず、かつ形成する画像の品質劣化を抑えることができる。

本発明によれば、走査系を持たず画像形成幅に対応して配置したレーザーアレイで画像形成する画像形成装置において、レーザーアレイ中の１つのレーザーが発光不良を発生しても、残るレーザーの光軸位置を調整することで画像劣化を低減することができる。
本発明によれば、走査系を持たない方式において、シフトさせるレーザー数を少数に抑えながら、発光不良発生前のレーザー光軸間隔を維持することで、形成する画像の品質を劣化させない。主走査がないため高速化および小型化を実現できる。
本発明によれば、低電圧・低消費電力でかつ小型の光軸シフト手段を構成することができる。
本発明によれば、適正な光軸シフト量を得ることができる。
ｖｃｓｅｌアレイを用いた光走査装置または画像形成装置では、アレイ数を大幅に増やすことが可能であるが、その分アレイ中のレーザーが発光不良となる確率が高い。本発明によれば、発光不良が発生しても光走査装置または画像形成装置の性能低下を抑制でき、ｖｃｓｅｌアレイの利点を十分に活かすことができる。

以下、本発明の実施形態を、図を参照して説明する。まず、図１乃至図５に基づいて第１の実施形態を説明する。
図１は本実施形態に係る光走査装置の要部を示す斜視図である。光走査装置１Ａは、発光点としてのレーザー２を１次元もしくは２次元に配列してなるレーザーアレイ３と、レーザーアレイ３の各レーザー２を変調する変調手段４と、各レーザー２から出射するレーザービームの光軸をシフトする光軸シフト手段５と、複数の偏向反射面を回転軸の周りに有する多面鏡式の光偏向器６と、光偏向器６によって反射するレーザービームを所定位置に導光して光スポットを形成する走査結像光学系７と、レーザーアレイ３と光軸シフト手段５との間に配置された発光状態モニタ手段８と、シフト後の光軸位置をモニタする光軸位置モニタ手段９と、光軸シフト手段５を制御して光軸シフトを実行する制御手段１０と、を有している。

レーザーアレイ３のレーザーアレイ面３ａ内で、走査方向をレーザーアレイ面内に投影したときの方向をｘ、レーザー出射時の光軸方向をｚ、それらと直交する方向をｙとしている。
レーザーアレイ３しては、複数の発光点を膜端面に形成してなる端面発光型レーザーアレイ、複数の発光点を膜表面に形成してなる面発光型レーザーアレイ（ｖｃｓｅｌアレイ）、レーザーダイオードチップ（ＬＤチップ）を発光点として同一平面状に複数並べたＬＤアレイ、複数レーザーを光ファイバーで導波させファイバー出射端を同一平面状に複数並べたレーザーアレイ、などが挙げられる。
特にｖｃｓｅｌアレイは、２次元レイアウトが容易で実装自由度が広く品質管理もしやすいため、本発明には特に有用である。
波長は光走査装置の目的で適宜選ばれる。例えば感光体に潜像を形成するための光走査装置では、現状７８０ｎｍ、８５０ｎｍなどが選ばれることが多い。プリント基板加工機（ＬＤＩ）などでは４５０ｎｍ前後以下の波長域が選ばれることが多い。

変調手段４は、入力信号に応じてレーザーの出力強度を変化させ出力させる。出力強度は、温度、反射光等環境要因で変動するため、常時あるいは所定タイミングで光強度をモニタし、そのモニタ情報に基づいて出力強度を調整する。光強度のモニタは、例えば各レーザー２の電流値の変化を読み取ることで可能である。光強度を光学的に検知する光強度モニタ手段を別途設けてもよい。
発光状態モニタ手段８は、レーザーアレイ３の各レーザー２の発光状態をモニタするもので、図２に示すように、レーザーアレイ３と光軸シフト手段５間の光路上に斜めに配置された、開口１１ａを有するアパーチャ１１と、アパーチャ１１からの反射光を受光する受光手段としてのフォトダイオード１２とから構成されている。
各レーザー２の発光状態をモニタする場合、制御手段１０は、変調手段４を介して各レーザー２を一つずつ点灯し、フォトダイオード１２からの受光信号により発光不良を判断する。この場合、ルックアップテーブルに基づいて判断してもよい。

本発明でいう発光不良とは、完全に発光していない状態に限らず、発光していたとしても強度を制御することができなくなった場合も含む意味である。
光強度を制御することができなくなったか否かの判断は発光状態モニタ手段８からの情報に基づいてもできるが、変調手段４からの情報（例えば電流値のモニタ情報）に基づいても判断できる。この場合には変調手段４は発光状態モニタ手段を兼ねることになる。
本発明における光軸シフトとは、入射光の光軸を平行にシフトさせ出射する場合と角度を変え出射する場合を含む。光軸に着目しているのは、光軸が１本の線として定義でき、シフト量およびその方向を定量化できるためである。
１つの発光点から出射し光スポットを形成する光線であれば、光軸外光線であっても、光軸光線と同様のシフトが行われると考えてよい。光軸シフトは各レーザーの光線に対して独立に制御する必要がある。そのため隣接するレーザー間で光軸外の光線が交わる位置に光軸シフト手段２を配置するのは好ましくない。従ってレーザー出射直後、あるいは一旦発光点の中間像を形成する光学系を設け、その中間像付近に光軸シフト手段５を設けるのが望ましい。光軸シフト手段５の構成については後述する。

光偏向器６として、図１では６面体を記載しているが、面数は６面に限らず適用可能である。
１つの光偏向器６に対して同時に複数の面に複数方向からレーザーを入射させるよう複数のレーザーアレイを用意し、並列的に光走査処理することも可能である。
光偏向器６を同一回転軸に多段に重ね、各光偏向器毎に複数のレーザーアレイを用意し、並列的に光走査処理することも可能である。
走査結像光学系７は、光偏向器６が等速回転しているとき反射光は等角速度で走査するので、これを等線速度走査に変換するために用いられる。
その他図１中記載されていないが、出射レーザーの強度をモニタするための光検出素子とその光学系、レーザーを平行光化するためのコリメータレンズ、レーザービームプロファイルを整形するためのシリンドリカルレンズ、所定走査位置にレーザービームを導くための反射体等を加えてもよい。
光軸位置モニタ手段９は各レーザーからのビームを個別に受光可能なフォトダイオードから構成され、光軸位置モニタ手段９によって光軸位置が所定範囲内にないことが検知された場合、制御手段１０は、光軸シフト手段５に対し適正なシフト量に補正するためのフィードバック信号を送る。

図３はレーザーアレイの１次元配列（図３（ａ））および２次元配列（図３（ｂ））の例を示している。ここでは、レーザーアレイ中のｙ座標ｙ_０に位置するレーザーＬ_０が発光不良となった場合を示す。
図４はレーザーの光軸シフトの例である。光軸シフト手段５が、発光不良レーザー以外の少なくとも１つ以上のレーザーの光軸のｙ成分を、ｙ_０側にシフトさせることを示している。
ここではレーザーＬ_０が発光不良となった場合に、レーザーＬ_１およびレーザーＬ_２の光軸をシフトしている。
制御手段１０は、発光不良となったレーザーＬ_０に対し、＋ｙ側に位置するレーザー数と−ｙ側に位置するレーザー数のうちの少ない側のレーザー列について、ｙ方向距離の近いレーザーから順にＬ_１（ｙ_１）、Ｌ_２（ｙ_２）・・・と番号付け（括弧内は各レーザー光軸のシフト前のｙ座標）を行い、シフト後のＬ_ｎの光軸のｙ座標が、ｙ_ｎ’＝ｙ_ｎ−１となるよう光軸シフトを設定する。
図４において、発光不良となったレーザーＬ_０に対し、＋ｙ側に位置するレーザー数は２個、−ｙ側に位置するレーザー数は３個と数えられ、少ない側のレーザー列は＋ｙ側である。従って＋ｙ側のレーザーに対してｙ方向距離の近いレーザーから順にＬ_１（ｙ_１）、Ｌ_２（ｙ_２）と番号付け（括弧内は各レーザー光軸のシフト前のｙ座標）している。
さらに光軸シフト後のＬ_１の光軸のｙ座標ｙ_１’が、ｙ_１’＝ｙ_０であり、Ｌ_２の光軸のｙ座標ｙ_２’が、ｙ_２’＝ｙ_１であることが、図４から確認できる。
なお、発光不良前の光軸と発光不良後の光軸は直線上では重なるが、分かり易いように若干ずらして両者を区別できるように表示している。

図５は光軸シフトの動作フローである。
レーザー発光後、発光状態モニタ手段８によりレーザー出力モニタが行われ、ここで発光不良のレーザーが制御手段１０により検知（判断）される。検知されたレーザーに対して、光軸シフトを行うべきレーザーが特定され、各レーザーのシフト量が設定される。
これらの情報は発光不良レーザー毎に制御手段１０が保持するルックアップテーブルに格納し、適宜参照するようにするのが望ましい。
制御手段１０は、設定されたシフト量に準じ、光軸シフト手段５に対して光軸シフト用制御信号を送り光軸シフトを開始、シフト量を調整する。
光軸シフト開始後に、光軸位置をモニタするための光軸位置モニタ手段９によって光軸位置をモニタし、光軸位置が所定範囲内にないことが検知された場合、すなわち光軸位置エラーが発生した場合には、制御手段１０は、光軸シフト手段５に対し適正なシフト量に補正するためのフィードバック信号を送り、再度光軸シフト量調整を行う。光軸位置が所定範囲内に収まった場合、光走査装置の本処理に入る。
各レーザー２の発光不良の判断は光軸位置モニタ手段９の検知情報によっても可能であり、光軸位置モニタ手段９を発光状態モニタ手段として利用してもよい。
光強度を制御することができなくなった場合の発光不良では、制御手段１０は発光不良となったレーザーを消灯してから光軸シフトを行う。

図６に基づいて第２の実施形態を説明する。
図６は本実施形態に係る画像形成装置の要部を示している。レーザーアレイから走査結像光学系までは、図１の光走査装置と共通なためここでは説明を省略する。
光走査装置１Ｂの走査結像光学系７のレンズ系７ａを出射した各レーザービームは、走査結像光学系７の反射体（ミラー）７ｂで折り返されて像担持体としての感光体１４に光スポットを形成する。光走査位置に対応して、変調手段４でレーザー強度を変調することによって、感光体１４上に潜像を形成する。
潜像が形成された後のトナーによる現像、記録紙等被記録材へのトナー転写、定着については、一般的な電子写真プロセスを採用できるためここでは説明を省略する。また動作フローも図５に示すフローと同様のため省略する。

光走査と連動し、感光体１４は、表面速度が副走査方向速度Ｖと一致する速度で回転する。
図４においてＬ_０発光不良前は一度の光走査で６本のレーザーが走査されるところ、Ｌ_０発光不良後は５本のレーザーしか走査されない。従って一回の光走査で進行させるべき副走査方向の距離は５／６となる。
このため、レーザーアレイのレーザー数をＮとすると、副走査方向速度はＶ・（５／６）、すなわちＶ・（Ｎ−１）／Ｎに設定する必要がある。光軸シフトを行ったにもかかわらずこの速度設定を行わない場合は、図４においてｙ_２位置の光走査線が抜けてしまうことになる。換言すれば、レーザーアレイ３の光軸の配列的連続性が阻害されることになる。
制御手段１０は光軸シフトに対応した速度設定に基づいて、感光体駆動源（感光体モータ）１５を制御する。
当然ながら、各レーザーに伝送する画像信号は、Ｌ_０を除外した５本に順次伝送されるよう変調手段４またはその前段で制御される。

図７に基づいて第３の実施形態を説明する。
図７は、レーザーアレイのレーザー数がＮ、レーザーアレイのｙ方向のアレイ間隔が等間隔ｐであり、発光不良が発生した後のアレイ間隔がｐ・Ｎ／（Ｎ−１）となるように光軸のシフト量を設定する光軸シフト例を示している。
ここではＮ＝６の場合を示しており、シフト後のアレイ間隔Ｐ'はＰ'＝６／５・Ｐとなる。発光不良前は、一度の光走査でｐ・Ｎすなわち６ｐの幅の画像が形成されていた。発光不良後はＮ＝５であり、アレイ間隔を前述の通りＰ'＝６／５・Ｐとするため、一度の光走査での幅は（６／５・Ｐ）・５＝６ｐとなり、発光不良前と同じにできる。従って、副走査速度を発光不良前から変更せずにすむ。
ここで、光軸シフト後の各レーザーに伝送すべき画像信号について、図７中Ｌ_１を例に説明する。Ｌ_１の光軸は、Ｌ_０発光不良前はｙ座標がｙ_０＋ｐであるが、発光不良後は上記光軸シフトによりｙ_０＋０．６ｐ上にシフトされる。
この位置に相当する画像信号は実在していないため、Ｌ_０およびＬ_１の画像信号を用いて補間する。補間の手法として計算負荷の少ない線形補間法を採用した場合、例えば主走査方向のある点での画像信号Ｉは、Ｌ_０に設定された当初信号Ｉ_０とＬ_１に設定された当初信号Ｉ_１とを用いて、Ｉ＝０．４Ｉ_０＋０．６Ｉ_１に設定すればよい。

図８乃至図１０に基づいて第４の実施形態を説明する。
図８は本実施形態に係る画像形成装置の要部を示している。本実施形態に係る光走査装置１Ｃは、レーザーアレイから出射するレーザービームを光偏向器により偏向走査することなく直接感光体に照射する光走査装置である。
光走査装置１Ｃは、１次元もしくは２次元に配列してなるレーザーアレイ１６と、レーザーアレイ１６の各レーザー２を変調する変調手段１７と、各レーザー２から出射するレーザービームの光軸をシフトする光軸シフト手段１８と、レーザーアレイ１６と光軸シフト手段１８との間に配置される（実際の配置状態は省略）発光状態モニタ手段１９と、光路を折り曲げるミラー２０と、光軸シフト手段１８を制御して光軸シフトを実行する制御手段２１と、を有している。
レーザーアレイ１６からのレーザービームを受光することで感光体１４上に潜像が形成される。
光軸シフト手段１８や発光状態モニタ手段１９等の機能は上記実施形態と同様である。

レーザーアレイ面１６ａにおいて、感光体表面の移動方向と直交する方向をｘ、レーザー出射時の光軸方向をｚ、それらと直交する方向をｙとするとき、レーザー２が、ｘ方向に対して等間隔ｐで画像形成幅以上の幅で配列してなり、レーザーアレイ中のｘ座標ｘ_０に位置するレーザーＬ_０が発光不良となった場合に、制御手段２１は光軸シフト手段１８を制御して、発光不良レーザー以外の少なくとも１つ以上のレーザーの光軸のｘ成分を、ｘ_０側にシフトさせる。
本実施形態に係る光走査装置１Ｃでは、光偏向器の偏向による主走査がないため画像形成装置の高速化および小型化に有利である。但し、レーザーアレイ１６のレーザー数は、上記実施形態の画像形成装置の主走査方向の光スポット数に相当する数が必要となる。レーザーアレイ数が多い分発光不良が発生する確率も高い。従って、光軸シフト制御の意義も大きい。

図９はレーザーアレイ１６の１次元配列（図９（ａ））および２次元配列（図９（ｂ））の例である。レーザーアレイ中のｘ座標ｘ_０に位置するレーザーＬ_０が発光不良となった場合を示す。
図１０にレーザーの光軸シフトの例を示す。光軸シフト手段１８が、発光不良レーザー以外の少なくとも１つ以上のレーザーの光軸のｘ成分を、ｘ_０側にシフトさせることを示している。ここではＬ_０が発光不良となった場合に、Ｌ_１およびＬ_２の光軸をシフトしている。
制御手段２１は、発光不良となったレーザーＬ_０に対し、＋ｘ側に位置するレーザー数と−ｘ側に位置するレーザー数のうちの少ない側のレーザー列について、ｘ方向距離の近いレーザーから順にＬ_１（ｘ_１）、Ｌ_２（ｘ_２）・・・と番号付け（括弧内は各レーザー光軸のシフト前のｘ座標）を行い、シフト後のＬ_ｎの光軸のｘ座標が、ｘ_ｎ’＝ｘ_ｎ−１となるように光軸シフトを設定する。

図１０において、発光不良となったレーザーＬ_０に対し、＋ｘ側に位置するレーザー数は３個、−ｘ側に位置するレーザー数は２個と数えられ、少ない側のレーザー列は−ｘ側といえる。従って−ｘ側のレーザーに対してｘ方向距離の近いレーザーから順にＬ_１（ｘ_１）、Ｌ_２（ｘ_２）と番号付け（括弧内は各レーザー光軸のシフト前のｙ座標）している。
さらに光軸シフト後のＬ_１の光軸のｘ座標ｘ_１’が、ｘ_１’＝ｘ_０であり、Ｌ_２の光軸のｘ座標ｘ_２’が、ｘ_２’＝ｘ_１であることが、図１０から確認できる。
上記処理によって、全体幅がレーザー１個分縮まることになる。そこで予めレーザーアレイ１６の両端又は両端のいずれか一方に予備のレーザーを設けておき、発光不良が発生した時に用いるようにしてもよい。
このようにすれば、光軸間隔を調整することなく走査線の抜けを補正することができる。

図１１に基づいて第５の実施形態を説明する。
図１１は、レーザーアレイ１６のレーザー数がＮ、レーザーアレイ１６のｘ方向のアレイ間隔が等間隔ｐであり、発光不良が発生した後のアレイ間隔がｐ・Ｎ／（Ｎ−１）となるように光軸のシフト量を設定する光軸シフト例を示している。ここではＮ＝６の場合を示しており、シフト後のアレイ間隔Ｐ’はＰ’＝６／５・Ｐとなる。
ここで、図１１中Ｌ_１に伝送すべき画像信号について説明する。Ｌ_１の光軸は、Ｌ_０発光不良前はｘ座標がｘ_０−ｐであるが、発光不良後は上記光軸シフトによりｘ_０−０．６ｐ上にシフトされる。
この位置に相当する画像信号は実在していないため、Ｌ_０およびＬ_１の画像信号を用いて補間する。補間の手法として計算負荷の少ない線形補間法を採用した場合、画像信号Ｉは、Ｌ_０に設定された当初信号Ｉ_０とＬ_１に設定された当初信号Ｉ_１とを用いて、
Ｉ＝０．４Ｉ_０＋０．６Ｉ_１に設定すればよい。

図１２及び図１３に基づいて、上記各実施形態における光軸シフト手段の一例を説明する。
図１２に示すように、光軸シフト手段５、１８は、一対の透明基板２２と、透明基板２２間に備わる液晶２３と、透明基板２２上に形成され、液晶２３に屈折率分布を発生させる複数の透明電極２４と、よりなる２組の液晶素子２５からなる。
透明基板２２には、ガラス、プラスチック等通常液晶素子に用いる基板材料が好適に用いられる。表面には無反射コートを施してもよい。
液晶２３には、ネマティック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、コレステリック液晶等、屈折率異方性を有し電界に応じて屈折率が変化する液晶材料が用いられる。無機電気光学結晶等も電界により屈折率変化を発生するが、単位電界あたりの屈折率変化率が液晶のほうが大きいため、本発明では液晶材料が好適である。
少なくとも一方の基板２２の内面側には複数の透明電極２４が形成される。透明電極２４には液晶に屈折率分布が発生するように所定電圧が印加される。

図１２では上側の電極を複数の透明電極２４とし、下側を全面ベタの透明電極（共通電極）２６としている。通常透明電極２４上には、図示していないが液晶の配向を規制する配向膜が設けられる。
この液晶素子に電圧を印加する液晶素子制御手段（制御手段）は、発光不良となったレーザーを検出してシフトすべきレーザーとそのシフト方向・シフト量を求め透明電極２４に所定電圧を印加する。
シフト方向・シフト量を求めるのは上述のルックアップテーブルを参照するのが、液晶素子制御手段の計算量を削減するために好都合である。

図１２は図１０の光軸シフトを行う場合の液晶素子２５の電圧印加状況を模擬的に示している。すなわち、ｘ０、ｘ１、ｘ２に位置するＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２からのレーザービームに対して、これが通過する所定領域（図中、各補助線で領域を示す）の液晶２３の配向状態をそれ以外の配向状態と異ならせることで、光軸をシフトさせている。
２つの液晶素子で、対応する領域を同等の配向状態に設定することで、入射光軸を平行にシフトし出射させることが可能である。

図１３は上記配向状態をより詳しく説明するための、液晶素子２５の所定領域（２領域）の液晶層と透明電極部の拡大図およびその配線接続を示した図である。
所定領域の透明電極２４は複数のライン状電極で形成され、各領域内の左端は共通電極２６と等電位（アース電位）に設定され、右端は所定電位Ｖと共通電極２６を選択するスイッチ２７に接続されている。
またこれらの間のライン状電極２４は電極端が抵抗素子２８と電気的に接続されており、右端電極がＶに接続している場合は電位勾配が形成される。
図中左側の領域に示す通り、場所によって液晶２３に印加される電界が異なり、これに応じて液晶２３の配向が連続的に変化する。この状態でレーザービームを透過させれば屈折率分布に従ってレーザーが屈折する。図１３では右端のライン状電極の電位はＶで固定されているが、これを可変とすることで、屈折率分布そのものを変化させることができ、光軸シフトのシフト量を制御することができる。
一方右側領域ではスイッチ２７は共通電極２６と接続されるため、上下及び左右で電位差は発生せず液晶状態は変化しない。

以上、２組の液晶素子２５からなる光軸シフト手段を示したが、光軸シフト手段として、例えば上記液晶素子２５を１つ用い、感光体上で所定の位置に光スポットが形成されるように、その偏向角度を制御するようにしてもよい。
また、電気光学素子を用いて同様の屈折作用を電圧印加によって生じせしめ、光軸シフト手段を構成することも可能である。さらに、予め光軸シフトする領域としない領域を一軸光学結晶のｃ軸方向を設定することで形成しておき、発光不良の発生位置に応じて機械的に一軸光学結晶を動かして同様の効果をもたせることも可能である。

図１４に基づいて、上述した光走査装置１を用いたタンデム型のカラー画像形成装置を説明する。
カラー画像形成装置は、転写ベルト３１の移動方向に沿って並置された４つの感光体１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋを有している。イエロー画像形成用の感光体１４Ｙの周りには、その矢印で示す回転方向において順に、帯電器３２Ｙ、現像器３３Ｙ、転写手段３４Ｙ、クリーニング手段３５Ｙが配置されている。他の色についても同様の構成を有しており、色別の欧文字（Ｃ：シアン、Ｍ：マゼンダ、Ｋ：ブラック）を付して区別し、説明は省略する。
帯電器３２は、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。帯電器３２と現像器３３の間において感光体表面に光走査装置３０によりビームが照射され、感光体１４に静電潜像が形成されるようになっている。
そして、静電潜像に基づき、現像器３３により感光体面上にトナー像が形成される。転写手段３４により、転写ベルト３１で搬送される記録媒体（転写紙）に各色の転写トナー像が順次転写され、最終的に定着手段３６により重ね合わせ画像が転写紙に定着される。

上記各実施形態では、レーザーアレイ中の１つのレーザーが発光不良となった場合の光軸シフトを例示しているが、複数個が発光不良となった場合についても、適宜全体の光軸位置を最適化すべく光軸シフトを行うことで、本発明の目的が達成可能であることは自明である。
本発明は、基本的には、シフトさせる光軸はレーザーアレイのレーザーすべてを対象としている。しかし、例えば発光不良の両側に位置するレーザーのうち発光不良レーザーに近い側からｍ個を対象に光軸シフトさせるようにしてもよい。
あるいは予めレーザーアレイを複数個のブロックに区切っておき、ブロック内のレーザーに発光不良が発生した場合、当該ブロック内で光軸シフトを行うようにしてもよい。さらにブロック毎に予備のレーザーを用意し、発光不良が発生した場合に予備のレーザーを含めて光軸シフトを行い、発光不良発生前のすべての位置に光軸が位置するようにしてもよい。
本発明は、発光不良レーザーの有無によらず、レーザーアレイ内の各レーザー間の位置ずれ補正に転用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の斜視図である。 発光状態モニタ手段の構成を示す縦断面図である。 レーザーアレイを示す正面図である。 光軸をシフトした状態の側面図である。 光軸シフトの制御動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る光走査装置の斜視図である。 第３の実施形態において、光軸をシフトした状態の側面図である。 第４の実施形態に係る光走査装置の斜視図である。 レーザーアレイを示す正面図である。 光軸をシフトした状態の平面図である。 第５の実施形態において、光軸をシフトした状態の平面図である。 光軸シフト手段の断面図である。 光軸シフト手段への電圧印加構成を示す部分的詳細図である。 画像形成装置の全体概要図である。

符号の説明

２ レーザー
３、１６ レーザーアレイ
３ａ １６ａ レーザーアレイ面
４、１７ 変調手段
５、１８ 光軸シフト手段
６ 光偏向器
７ 走査結像光学系
８、１９ 発光状態モニタ手段
９ 光軸位置モニタ手段
１０、２１ 制御手段
１４ 像担持体としての感光体
２２ 透明基板
２３ 液晶
２４ 透明電極
２５ 液晶素子

Claims (20)

1. １次元もしくは２次元に配列してなるレーザーアレイと、前記レーザーアレイの各レーザーを変調する変調手段と、複数の偏向反射面を回転軸の周りに有し、前記レーザーアレイから出射するレーザービームを偏向する多面鏡式の光偏向器と、偏向されたレーザービームを所定位置に導光して光スポットを形成する走査結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記各レーザーの発光状態をモニタする発光状態モニタ手段と、
   前記各レーザーから出射するレーザービームの光軸をシフトする光軸シフト手段と、
   前記発光状態モニタ手段からの情報に基づいて前記各レーザーの発光状態を判断し、発光不良のレーザーがある場合には、前記光軸シフト手段を介して前記発光不良となったレーザー以外のレーザーの光軸をシフトして、前記レーザーアレイの光軸の配列的連続性を維持する制御手段と、
   を有していることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、
   前記レーザーアレイのレーザーアレイ面内で、前記走査方向を前記レーザーアレイ面内に投影したときの方向をｘ、レーザー出射時の光軸方向をｚ、それらと直交する方向をｙとするとき、前記レーザーアレイ中のｙ座標ｙ_０に位置するレーザーＬ_０が発光不良となった場合に、発光不良のレーザー以外の少なくとも１つ以上のレーザーの光軸のｙ成分を、ｙ_０側にシフトさせることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項２記載の光走査装置において、
   前記レーザーアレイのレーザー数をＮとしたとき、発光不良となったレーザーＬ_０に対し、＋ｙ側に位置するレーザー数と−ｙ側に位置するレーザー数のうちの少ない側のレーザー列について、ｙ方向距離の近いレーザーから順にＬ_１（ｙ_１）、Ｌ_２（ｙ_２）・・・と番号付け（括弧内は各レーザー光軸のシフト前のｙ座標）した場合に、
   シフト後のＬ_ｎの光軸のｙ座標が、ｙ_ｎ’＝ｙ_ｎ−１であることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項２記載の光走査装置において、
   前記レーザーアレイのレーザー数がＮ、前記レーザーアレイのｙ方向のアレイ間隔が等間隔ｐのとき、
   発光不良が発生した後の前記レーザーアレイの光軸間隔がｐ・Ｎ／（Ｎ−１）となるように光軸シフト量が設定されることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置において、
   シフト後のレーザーＬ_ｎに、シフト前のレーザーＬ_ｎ−１とレーザーＬ_ｎの信号を補間する変調信号が書き込まれることを特徴とする光走査装置。
6. １次元もしくは２次元に配列してなるレーザーアレイと、前記レーザーアレイの各レーザーを変調する変調手段とを有し、前記レーザーアレイから出射するレーザービームを直接像担持体に照射する光走査装置において、
   前記各レーザーの発光状態をモニタする発光状態モニタ手段と、
   前記各レーザーから出射するレーザービームの光軸をシフトする光軸シフト手段と、
   前記発光状態モニタ手段からの情報に基づいて前記各レーザーの発光状態を判断し、発光不良のレーザーがある場合には、前記光軸シフト手段を介して前記発光不良となったレーザー以外のレーザーの光軸をシフトして、前記レーザーアレイの光軸の配列的連続性を維持する制御手段と、
   を有していることを特徴とする光走査装置。
7. 請求項６記載の光走査装置において、
   前記レーザーアレイのレーザーアレイ面内で、前記像担持体の表面の移動方向と直交する方向をｘ、レーザー出射時の光軸方向をｚ、それらと直交する方向をｙとするとき、
   前記レーザーアレイが、各レーザーをｘ方向に対して等間隔ｐで画像形成幅以上の幅で配列してなり、
   前記レーザーアレイ中のｘ座標ｘ_０に位置するレーザーＬ_０が発光不良となった場合に、発光不良のレーザー以外の少なくとも１つ以上のレーザーの光軸のｘ成分を、ｘ_０側にシフトさせることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項７記載の光走査装置において、
   発光不良となったレーザーＬ_０に対し、＋ｘ側に位置するレーザー数と−ｘ側に位置するレーザー数のうちの少ない側のレーザー列について、ｘ方向距離の近いレーザーから順にＬ_１（ｘ_１）、Ｌ_２（ｘ_２）・・・と番号付け（括弧内は各レーザー光軸のシフト前のｘ座標）した場合に、
   シフト後のレーザーＬ_ｎの光軸のｘ座標が、ｘ_ｎ’＝ｘ_ｎ−１であり、かつシフト後のレーザーＬ_ｎにシフト前のレーザーＬ_ｎ−１の信号が書き込まれることを特徴とする光走査装置。
9. 前記レーザーアレイのレーザー数がＮ、前記レーザーアレイのｙ方向のアレイ間隔が等間隔ｐのとき、
   発光不良が発生した後の前記レーザーアレイの光軸間隔がｐ・Ｎ／（Ｎ−１）となるように光軸シフト量が設定され、さらにシフト後のレーザーＬ_ｎにシフト前のレーザーＬ_ｎ−１とレーザーＬ_ｎの信号を補間する変調信号が書き込まれることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項７記載の光走査装置において、
    ｘ方向両側の少なくとも一方側に、予め予備のレーザーを配置し、該予備レーザーを光軸シフトを行う対象に含めることを特徴とする光走査装置。
11. 請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記光軸シフト手段が、
    一対の透明基板と、該透明基板間に備わる液晶と、前記透明基板上に形成され前記液晶に屈折率分布を発生させる複数の透明電極と、よりなる２組の液晶素子を有し、
    前記制御手段は、必要なシフト方向とシフト量を求めてこれに対応した所定電圧を前記透明電極に印加することを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１１記載の光走査装置において、
    前記制御手段が、
    シフトすべきレーザービームが通過する前記液晶素子の所定領域に位置する前記透明電極に対し、前記所定領域内の液晶層屈折率がシフト方向に対して直線的に変化するよう、該透明電極に印加する前記所定電圧を調整することを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、
    シフト後の光軸位置をモニタする光軸位置モニタ手段を有し、前記制御手段は、光軸位置モニタ手段からの情報に基づいて光軸位置が所定範囲内にあるか否かを判断し、所定範囲内にないときには前記光軸シフト手段に対し適正なシフト量に補正するためのフィードバック信号を送ることを特徴とする光走査装置。
14. 請求項１３記載の光走査装置において、
    前記光軸位置モニタ手段が、前記発光状態モニタ手段を兼ねることを特徴とする光走査装置。
15. 請求項１〜１３のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記変調手段が前記発光状態モニタ手段を兼ねることを特徴とする光走査装置。
16. 請求項１〜１５のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記発光不良となったレーザーが、発光はしているが光強度を制御できないものであるときは、前記制御手段は前記発光不良となったレーザーを消灯してシフト制御を行うことを特徴とする光走査装置。
17. 請求項１〜１６のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記レーザーアレイを複数のブロックに区切り、ブロック単位で光軸シフトを行うことを特徴とする光走査装置。
18. 請求項１〜１７のうちのいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記レーザーアレイが、２次元配列のｖｃｓｅｌアレイであることを特徴とする光走査装置。
19. 請求項１〜１８のうちのいずれか１つに記載の光走査装置を有する画像形成装置。
20. 請求項３記載の光走査装置と、前記レーザーアレイからのレーザービームを受光することで潜像を形成する像担持体と、を含む画像形成装置であって、
    前記像担持体の副走査方向の当初速度をＶとするとき、発光不良のレーザーが生じた場合に、請求項３記載の光軸シフトを行い、かつ前記像担持体の副走査方向の速度をＶ・（Ｎ−１）／Ｎに設定することを特徴とする画像形成装置。

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