JP2009163137A - 光走査装置・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数ビーム、特に光源にＶＣＳＥＬを用いたマルチビームによる画像形成において、画像の濃度ムラを高精度に抑制でき、高速、高密度、高画質対応の光走査装置を提供する。
【解決手段】２次元配列した面発光レーザからなる光源１と、光源１からの複数ビームを偏向手段５に導く第１光学系（カップリングレンズ２、アパーチャ３、シリンドリカルレンズ４）と、偏向手段５からの複数ビームを被走査面９に導く第２光学系（偏向器側走査レンズ６、像面側走査レンズ７）を有し、画素密度をｎ、光源１からのビーム数をｂ、偏向手段５の偏向面数をｐとするとき、Ｓ＝１／（１／（２５．４÷ｎ×ｂ×ｐ）で表される空間周波数Ｓが、視覚系の空間周波数特性における比視感度の高い範囲にある光走査装置において、偏向手段５による１回の走査で形成される走査線の副走査方向における両端の間隔をＬ１、前記被走査面での全走査線の隣接する間隔をＬ２とするとき、Ｌ１＞（ｋ−１）×Ｌ２（ｋは光源の発光点の総数）を満たすようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置、該光走査装置を有するプリンタ、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。

電子写真における画像記録において、高精細な画像品質を得るための画像形成手段として、レーザを用いた画像形成方法が広く用いられている。電子写真の場合感光性を有するドラムの軸方向にポリゴンミラーを用いてレーザを走査（主走査）しつつ、ドラムを回転させ（副走査）潜像を形成する方法が一般的である。
このような電子写真分野では画像の高密度化及び画像出力の高速化が求められている。しかしながら画像の高密度化と画像出力速度はトレードオフの関係になっており、両立することが求められている。
上記を両立する方法としては、ポリゴンスキャナの高速回転化が考えられるが、ポリゴンスキャナの騒音の増大・消費電力の増大・耐久性の劣化を生じてしまう。

これを防ぐ方法として、マルチビーム化があり、方式としては以下が考えられる。
・複数の端面発光ＬＤを合成する方式（特許文献１等）
・端面発光の１次元ＬＤアレイを用いる方式
・２次元ＬＤアレイを用いる方式
ここで、端面発光ＬＤを合成する方式は、汎用の１次元ＬＤを用いることができるため、安価となるが、ＬＤとカップリングレンズ間の相対的な位置関係を複数ビームで安定的に保つのが困難であり、マルチビームによって被走査面上に形成される走査線間隔が不均一になる。
また、この方式では非常に多くの光源数を有するのは困難であり、超高密度・超高速化を達成するのは困難である。
端面発光の一次元ＬＤアレイは走査線間隔を均一にすることができるが、素子の消費電力が大きくなってしまう。ビーム数を極端に増やすと、光学系の光学素子の光軸からのビームのずれ量が大きくなってしまい、光学特性が劣化する。

一方、面発光レーザ（垂直共振器型面発光レーザ、ＶＣＳＥＬ）は、図１３に示すように、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、二次元集積化が容易である。さらに消費電力は端面型レーザに比べて一桁程度小さく、より多くの光源を二次元集積するのに有利である。

半導体基板表面に対し垂直に光を取り出せる面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、従来の端面発光レーザと比べて、次のような利点をもっている。すなわち、活性層体積を小さくできることから、低いしきい値電流、低い消費電力で駆動できる。また、共振器のモード体積が小さいため数十ＧＨｚの変調が可能であり高速伝送に向いている。また、出射光の広がり角が小さく光ファイバへの結合が容易である。さらに、面発光レーザは、作製にへき開を必要とせず、素子面積も小さいので、並列化及び２次元高密度アレイ化が可能である。
ポリゴンを使って走査する書き込み光学系の例として、特許文献２、３などがある。

特開２００５−２５０３１９号公報 特開２００４−２８７２９２号公報 特開２００５−２５０３１９号公報 特開２００３−２０５６４２号公報 特開２００６−２１５２７０号公報

面発光レーザは２次元配列が容易で、端面発光ＬＤに比べ、ビーム数を増やすことができる。
しかしながら、面発光レーザは高出力化が困難であり、面発光レーザ素子間隔が狭すぎると、熱干渉により、光源寿命が著しく劣化する。また、面発光レーザ素子間隔が狭すぎると、電気配線が困難になる。面発光レーザの素子間隔を広げるためには、副走査方向に対しては、全光学系の副走査横倍率絶対値を下げるという方法があるが、副走査横倍率絶対値を下げると逆に光利用効率が低化するため光源の高出力化が必要となり、光源寿命改善に対しては有効ではない。

上記のような高密度な書き込みを行った場合に発生する相反則不軌現象について以下に説明する。
電子複写機、プリンタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機などとして構成される画像形成手段およびその装置は次のような手段で像担持体上に画像を形成する。
まず、コロナチャージャや帯電ローラ等の帯電手段で帯電された像担持体表面に画像パターンに応じた領域に光ビームを照射して、その表面に潜像を形成し、現像手段により潜像にトナーを静電的に付着させてトナー像を形成する。
ここで行われる像担持体上の潜像形成は、帯電させた感光体に光を露光して、像担持体内部のキャリアが生成されることにより帯電電荷が減衰し、潜像を形成するという特性を利用している。これらの露光エネルギーに対する帯電電位の減衰量を示す光減衰曲線（ＰＩＤＣ：Ｐｈｏｔｏ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｃａｙ Ｃａｒｖｅ）は感光体毎の特性を示している。図１４にＰＩＤＣの一例を示す。図１４において「ｃｍ２」は平方センチメートルの意味である（図１５において同じ）。

ＰＩＤＣは感光体毎に決まっているが、同じ光エネルギー量の光ビームを照射しても、その照射の仕方によって光ビーム照射後の感光体表面の電位が異なることがある。
例えば、ある量の光エネルギーを持った光ビームを帯電後の感光体表面に一度だけ照射したときの感光体表面の電位低下と、帯電後の感光体表面の同じ個所に、上記光エネルギー量の半分の光エネルギーを持った光ビームを２回に分けて照射したときの感光体表面電位低下の程度は互いに相違し、後者の方が、感光体表面の電位の絶対値が大きく低下する。
これは、「相反則不軌」として、従来より一般に知られている現象である（特許文献４参照）。

この相反則不軌現象は、高画質化や高速化を目的として、複数ビームによるマルチビーム走査方法を用いた画像形成方法、および装置でもみられる。マルチビーム走査露光方法は、ＬＤ光源を複数並べその数をＮとすると、回転するポリゴンミラーの１面で１回の主走査方向の露光が行われるときＮ本のマルチビームラインが同時に感光体上に露光される。
一つのビームは通常楕円ビーム形状であり、ビームはお互いに一部オーバーラップしているので通常より強いパワーが１度に照射されることになる。そして、ポリゴンミラーの次の面でＮ本のマルチビームラインが走査露光されると、一つ前の最終ライン（Ｎ本目）と今回の最初のライン（１本目）のビームが１部オーバーラップして走査露光されることになる。このときは強いパワーが２回に分けて露光されたことになる。
すなわち、感光体に与えられる露光エネルギーは同じでも、マルチビーム光学系では本質的に、感光体上の１点は同じ露光エネルギーを１回で受ける場合と、２回に分けて受ける場合がある。このとき感光体によっては、同じ露光エネルギーを受け取ってもその効果が異なる、いわゆる相反則不軌現象が発現する。
このときのＰＩＤＣを図１５に示す。図１５の実線が同じ露光エネルギーを２回に分けて露光された場合（以下「順次露光」という）、点線が１回で露光された場合（以下「同時露光」という）のＰＩＤＣを示す。

このように、複数ビームでドット（あるいはライン）の画像を形成するときに、相反則不軌の強い感光体であると、複数ビームが同時走査露光であるか、順次露光であるかで、形成されたドット（あるいはライン）の濃さ、太さが変わって画像ムラと呼ばれる不良画像が発生しまうという不具合がでることがわかった。
また、この画像ムラの周波数の大きさによってはバンディング、もしくはモアレと言った濃度ムラとして人間に認識されてしまう問題がある。
ここで、人間の視覚特性について説明を行う。
画像データを濃度、輝度などの分布図と考えた場合、その分布は波として捉えることができる。明暗を交互に繰り返すパターン（波）を考え、その繰り返しを周波数として捉えることができるが、この周波数は一般的に空間周波数（ｓｐａｒｔｉａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と呼ばれている。
高いと明暗パターンの幅は狭くなる。空間周波数とコントラスト（明暗比）の関係を表すものとしてＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）があり、空間周波数ｆと視覚系のコントラスト感度ＭＴＦをグラフ化した、人間の視覚特性を図１６に示す。

この「高周波数側に行くほど知覚しづらく、低周波数は認識しやすい」という特性を考慮して画像を処理する必要がある。
高画質化や高速化を目的として、複数ビームによるマルチビーム走査方法を用いた画像形成を行う場合、副走査周波数のムラが人間の視覚感度領域にあると、書き込みが直接モアレとして認識されてしまうおそれがある。

本発明はこのような問題に鑑み、複数ビームによる画像形成において、画像の濃度ムラを高精度に抑制でき、高速、高密度、高画質対応の光走査装置、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、２次元配列した面発光レーザからなる光源と、該光源からの複数ビームを偏向手段に導く第１光学系と、前記偏向手段からの複数ビームを被走査面に導く第２光学系とを有し、画素密度をｎ、前記光源からのビーム数をｂ、前記偏向手段の偏向面数をｐとするとき、
Ｓ＝１／（１／（２５．４÷ｎ×ｂ×ｐ）
で表される空間周波数Ｓが、視覚系の空間周波数特性における比視感度の高い範囲にある光走査装置であって、
前記偏向手段による１回の走査で形成される走査線の副走査方向における両端の間隔をＬ１、前記被走査面での全走査線の隣接する間隔をＬ２とするとき、
Ｌ１＞（ｋ−１）×Ｌ２
ここで、ｋは光源の発光点の総数
を満たすことを特徴とする。

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、
０．７≦Ｓ≦２．０
であることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の光走査装置において、画像上の１ドットは、副走査方向に間隔Ｌ２で配列される４つ以上のビームの重ね合わせにより形成されることを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の光走査装置において、
２５．４／Ｌ２≧２４００
を満たすことを特徴とする。

請求項５記載の発明では、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光走査装置において、被走査面の全走査線における互いに隣接する走査線は時間的に異なる偏向走査により形成されることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光走査装置において、ｋ個の発光点によって１回の偏向走査により形成される走査線間隔は不均一とな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１回の偏向走査により形成される走査線間隔のうち最も間隔が狭くなる走査線は副走査方向の両端にないことを特徴とする。

請求項８記載の発明では、請求項１〜７のいずれか１つに記載の光走査装置において、主走査方向のビーム径をＷｍ、副走査方向のビーム径をＷｓとするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする。
Ｗｓ≦Ｗｍ
請求項９記載の発明では、画像形成装置において、請求項１〜８のいずれか１つに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、相反則不軌による濃度ムラ等の不具合を目立たなくすることができ、マルチビーム走査の利点を活かしつつ高画質化を実現できる。

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８に基づいて第１の実施形態を説明する。
図１に基づいて本実施形態に係る画像形成装置の構成の概要を説明する。ここに示した画像形成装置は、像担持体としてのドラム状に形成された感光体１６を有し、この感光体１６は図１における時計回り方向に回転駆動され、その表面が矢印Ｃ方向に移動する。このとき、感光体１６の周面が帯電装置１７によって所定の極性、この例ではマイナス極性に帯電され、その帯電後の感光体表面は後述する光走査装置１８によって画像露光され、該感光体１６に静電潜像が形成される。
この静電潜像は現像装置１９によってトナー像として可視像化され、該トナー像は図示していない給紙装置から矢印Ａ方向に給送された転写材Ｐに転写装置２０の作用により静電的に転写される。トナー像を転写された転写材Ｐは定着装置２１を通り、このときそのトナー像に熱と圧力が与えられ、当該トナー像が転写材Ｐ上に定着される。
トナー像転写後に感光体表面に付着する転写残トナーは、クリーニング装置２２によって除去され、クリーニングされた感光体表面には除電ランプ２３からの除電光が照射されて感光体の表面電位が初期化される。

図１に示した例では、感光体上に形成されたトナー像を直に最終的な転写材Ｐに転写するように構成されているが、感光体上のトナー像を中間転写体より成る転写材に転写し、その中間転写体上のトナー像を最終転写材に転写するように構成することもできる。
また、現像装置や、感光体およびその周辺機器を複数配置した、カラー画像形成装置への展開も可能である。
図２にタンデム型直接転写方式の例を示す。感光体３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋは矢印の方向に回転し、回転順に帯電器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、現像器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ、転写用帯電手段３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋ、クリーニング手段３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋが配備されている。
帯電器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ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。この帯電部材と現像部器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋの間の感光体表面に光走査装置１８によりビームが照射され、感光体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、現像器により感光体面上にトナー像が形成される。さらに、転写搬送ベルト３５により搬送される転写材に、転写用帯電手段３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋにより、各色のトナー像が順次転写され、最終的に定着手段３６により転写材に画像が定着する。

図３に本実施形態に係る光走査装置１８の構成の概要を示す。
光源１は２次元配列された面発光レーザからなる半導体レーザを示している。光源１から射出した光束はカップリングレンズ２により平行光束となり、アパーチャ３を経て、シリンドリカルレンズ４により副走査方向について偏向手段としてのポリゴンミラー５近傍に集束する光束となる。符号１５はダミーミラーを示している。
カップリングレンズ２、アパーチャ３、シリンドリカルレンズ４等により第１光学系が構成されている。
光束はポリゴンミラー５により偏向され、偏向器側走査レンズ６と像面側走査レンズ７により、防塵ガラス８を経て、像面（被走査面）９に結像する。偏向器５と偏向器側走査レンズ６の間には防音ガラス１０が配備されている。

光源１とカップリングレンズ２は材質がアルミニウムである同一の部材に固定されている。ここで、アパーチャ３とシリンドリカルレンズ４の間には、ハーフミラー（光量分割比は感光体に向かうビームの比率を大きくする。例えば、９：１、又は８：２、又は７：３というように設定すれば良い）１１が配備されており、反射した側のビームを結像レンズ１２を介し、フォトダイオード１３にビームを導いている。

（ＶＣＳＥＬ説明）
上記光走査装置１８内の光源１に面発光レーザ（垂直共振器型面発光レーザ、ＶＣＳＥＬ）を使用することにより高密度・高速対応の画像形成装置を提供することができる。既述のとおり、ＶＣＳＥＬは基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、二次元集積化が容易である。さらに消費電力は端面型レーザに比べて一桁程度小さく、より多くの光源を二次元集積するのに有利である。
例えばＶＣＳＥＬを搭載して
解像度：４８００［ｄｐｉ］
ＬＤ数 ：４０
ポリゴン偏向面数：４
で書き込みを行った場合、偏向手段５による１回の走査で副走査方向の長さＬは
Ｌ＝２５．４／４８００×４０×４＝０．８４６７［ｍｍ］となる。
よって、走査単位で副走査方向のムラが発生するため、副走査ムラの周期Ｓは、
Ｓ＝１／（２５．４／４８００×４０×４）＝１／０．８４６７＝１．１８［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］となる。
この周期は前述した人間の比視感度に当てはめてみると、最も感度の高い領域でムラとして認識されやすく、この副走査方向のムラを低減しないと、バンディングとしてＮＧ画像となってしまう。

これに対し、本実施形態では、偏向手段５による１回の走査で形成される走査線の副走査方向における両端の間隔をＬ１、被走査面９での全走査線の隣接する間隔（１本の走査線の副走査方向の幅ともいえる）をＬ２とするとき、以下を満足する構成とする。
Ｌ１＞（ｋ−１）×Ｌ２
ここで、ｋは光源の発光点の総数である。

具体的には、図４に示すように、飛び越し走査を行う。
飛び越し走査を行った場合の濃度ムラについて、隣接走査と、マルチＬＤでの走査を比較例として、書込方式による画像濃度ムラを評価した。
図５にＶＣＳＥＬを用いた飛び越し走査（ａ）と隣接走査（ｂ）の例を示す。隣接走査と比べて飛び越し走査は隣接した走査線の間隔を広げ、複数回走査させることによって画像を形成する方法である。
各書込方式における濃度ムラの評価を実施した。評価画像として潜像差がでやすい１２００ｄｐｉ ２ドット横ラインの画像（図６参照）を評価することとした。
マルチＬＤは１２００ｄｐｉ書込、ＶＣＳＥＬでは４８００ｄｐｉと、書込解像度が異なるため、評価画像が同じになるようＬＤを点灯させることとした。図６からも分かるように、マルチＬＤは２ドット点灯、ＶＣＳＥＬは８ドット点灯となる。
この評価画像を露光する際、書込方式、およびＬＤの書込位置（ＶＣＳＥＬの中央部か、端部すなわち走査切り替えが含まれる）によって走査回数が異なる。例を図７に示す。ここで各パターンの縦は副走査位置、横は走査Ｎｏ．である。

例えば隣接走査では、ＶＣＳＥＬ通常８ライン同時に点灯するが、端部にかかった場合、２走査にまたがる。マルチＬＤも同様に、通常は２ライン同時点灯されるが、端部にかかった場合、２走査にまたがった点灯が発生する。
前述したように、走査回数が異なると相反則不軌による濃度ムラが発生する。またこの濃度ムラは視覚感度の高い周期で発生することも前述したとおりである。
しかしながら、飛び越し走査のように走査間隔を広げて複数走査で画像を形成する場合、書込密度が低く複数回走査により画像が形成されているため、ＬＤ端部での発生する濃度ムラが小さくなっている。

その比較結果を図８に示す。これはムラの発生している近傍のトナー付着量と、それ以外のトナー付着量の差を比較したものであり、値が小さい＝濃度ムラが少なく、飛び越し走査が最も濃度ムラの少ない画像ということが確認できた。
また、このムラの空間周波数は比視感度の高い領域であることはもちろん、書き込み精度を十分満足するものでなければならない。画素密度が低く、ビーム数が多く、ポリゴン面数が多い場合は副走査方向ピッチが大きくなり、ムラの空間周波数は低くなる。副走査方向のピッチが大きくなりすぎると、レンズ副方向でのビーム間隔が大きくなるため、ビームスポット小径化やビームピッチの安定化が困難となる。
例えば、前述した画素密度４８００［ｄｐｉ］、ビーム数４０個、ポリゴン面数４面の場合には副走査方向ピッチが０．８４６［ｍｍ］となり（空間周波数は０．８５）、ビームスポット径が５０μｍ程度の公差許容度を満足した書き込みを得られるが、例えば画素密度２４００［ｄｐｉ］、ビーム数３２個、ポリゴン面数６面の場合には副走査方向ピッチが２．０［ｍｍ］となり（空間周波数は０．４９）、ビームスポット径公差許容度とも満足しない。空間周波数０．７０以上のとき、飛び越し走査時の書き込み精度が達成できる。

また、画素密度が高く、ビーム数が少なく、ポリゴン面数が少ない場合は副走査方向ピッチが小さくなり、ムラの空間周波数は高くなる。副走査方向のピッチが小さくなりすぎると書き込み周波数が高くポリゴン回転数が多くなり実現不可能となってくる。
例えば、前述した画素密度４８００［ｄｐｉ］、ビーム数４０個、ポリゴン面数４面の場合には（空間周波数は０．８５）書き込み周波数が２０４［ＭＨｚ］、ポリゴン回転数は２００００回転程度だが、ビーム数を２２個に減らすと空間周波数は２．１［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］書き込み周波数は３７２［ＭＨｚ］ポリゴン回転数は約４００００回転と多くなり、発熱や騒音等の課題が発声し実現が難しくなる。よって、空間周波数は２．０以下が望ましい。

以上より、偏向手段５による１回の走査で形成される走査線の副走査方向における両端の間隔をＬ１、被走査面での全走査線の隣接する間隔をＬ２とするとき、
Ｌ１＞（ｋ−１）×Ｌ２
を満足する構成、すなわち飛び越し走査を実施することにより、
空間周波数Ｓ＝１／（２５．４÷画素密度×ビーム数×ポリゴン面数）が０．７≦Ｓ≦２．０のような濃度ムラの目立つ光走査方式においても濃度ムラを低減することが可能となる。

また、ＶＣＳＥＬは高解像度であるがゆえに、
・面発光レーザ素子間隔が狭すぎると、熱干渉による光源寿命が著しく劣化する。
・面発光レーザ素子間隔が狭すぎると、電気配線が困難になる。
といった諸問題がある。また、面発光レーザの素子間隔を広げるためには、副走査方向に対しては、全光学系の副走査横倍率絶対値を下げるという方法があるが、副走査横倍率絶対値を下げると逆に光利用効率が低下するため光源の高出力化が必要となり、光源寿命改善に対しては有効ではない。
しかしながら、飛び越し走査にすることにより、光利用効率を低下させずに、光源間隔を広げることができ、光源を高寿命化でき、なおかつ、電気配線の設計自由度を向上できる。

また、ＶＣＳＥＬは高出力化が困難であるため、例えば複数のビームで１ドットを形成し（高密度化）、光出力を抑えることも光源の高寿命化となる。
例えば、４８００ｄｐｉの解像度で配列させたＶＣＳＥＬにおいて、４ＬＤで１２００ｄｐｉドットを形成することにすれば、１つのＬＤ出力は１／４で済むことになる。
この際にも「飛び越し走査（Ｌ１＞（ｋ−１）×Ｌ２）」を実施することにより、相反則不軌によるバンディングを低減することが可能となる。
また、相反則不軌は高密度時により顕著になるため、例えば、２５．４／Ｌ２≧２４００となるような高密度書込に対して、「飛び越し走査（Ｌ１＞（ｋ−１）×Ｌ２）」を実施することで、より相反則不軌の低減効果が顕著となる。

飛び越し走査を行うことにより、相反則不軌の影響を低減できることは前述したとおりだが、さらに、被走査面の全走査線における互いに隣接する走査線は時間的に異なる偏向走査により形成することにより、よりその効果が大きくなる。

次に、走査線間隔を不均一にした場合の例（第２の実施形態）を示す。
解像度：４８００ｄｐｉ
ＬＤ数：４０チャンネル
の場合、ＬＤ間隔を１ドットおきに配列する。その際、幾つかのＬＤ間隔を可変する。例えば、図９は２０、２１番目のＬＤを２ドット間隔にした例である。
不均一とすることにより、光源の熱特性を配慮した光源配置が可能になる（特許文献５参照）。また、不均一にすることによりＬＤの走査場所によるバラツキを低減でき、よって周期的なノイズを低減することができるとともに、濃度ムラを目立たなくすることが可能となる。

次に、走査線間隔を不均一にした場合、更に濃度ムラ改善に影響を与える構成について検討を行った（第３の実施形態）。
第１の実施形態で示したように、書込方式（ＶＣＳＥＬ飛越、隣接、マルチＬＤ）を変えたときの濃度ムラについて評価を行った。
書込方式についてはＶＣＳＥＬ飛越（走査間隔不均一２種）、隣接、マルチＬＤに着いて評価を行った（図１０参照）。
特に飛び越し走査（２）は間隔を狭めているため、並列される走査線間隔が広くなりすぎず、光学特性が確保しやすいという利点がある。
評価項目は第１の実施形態と同様に、１２００ｄｐｉ ２ドット横ライン（＝４８００ｄｐｉ ８ドット横ライン）を評価画像とした。
この評価画像を露光する際の、書込方式、およびＬＤの書込位置（ＶＣＳＥＬの中央部か、端部すなわち走査切り替えが含まれる）による走査回数例を図１１に示す。ここで各パターンの縦は副走査位置、横は走査Ｎｏ．である。

第１の実施形態の時と同様、ＬＤ端部で評価画像を形成する場合に、走査回数が異なる場合が発生する。
ムラの発生している近傍のトナー付着量と、それ以外のトナー付着量の差を比較した例を図１２に示す。値が小さい＝濃度ムラが少なく、飛び越し走査が最も濃度ムラの少ない画像ということが確認できた。
飛び越し走査のように走査間隔を広げて複数走査で画像を形成する場合、書込密度が低く複数回走査により画像が形成されているため、ＬＤ端部での発生する濃度ムラが小さくなっている。特に、ＬＤ間隔を狭めた飛び越し走査（２）に関しては、更にＬＤ端部での発生する濃度ムラが小さくなっていることを確認した。
よって、１回の偏向走査により形成される走査線間隔のうち最も間隔が狭くなる走査線は副走査方向の両端にないようにすることにより、並列される走査線間隔が広くなりすぎず、光学特性が確保しやすく、ＬＤの走査場所によるバラツキを低減することができ、濃度ムラを目立たなくすることが可能となる。

以下に第４の実施形態を説明する。
本実施形態では、主走査方向のビーム径をＷｍ、副走査方向のビーム径をＷｓとするとき、
Ｗｓ≦Ｗｍ
を満足することを特徴とする。
一般的に被走査面において、主走査方向のビーム径は副走査方向のビーム径よりも細く設定されている。
ところが、面発光レーザからの出射ビームは光軸での断面が円形に近いビームになるので、開口部の主走査方向の幅と副走査方向の幅が異なると光量不足を生じてしまい、高速化に対応できなくなってしまう。
主走査方向のビーム径を副走査方向のビーム径よりも太くすることにより、開口部の主走査方向の幅と副走査方向の幅の差を低減でき、ひいては、カップリング効率（発光点から出射される光パワーに対する開口部出射光パワーの比）を高めることができる。
また、面発光ＬＤを複数ビームとすることにより、高解像度化が可能になる。このとき、隣接する走査線間隔が短くなるため、副走査ビーム径を隣接する走査線間隔より太く設定でき、このため、画像を埋めつくすことが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。 多色対応の画像形成装置の概要構成図である。 光走査装置の主走査断面での概要構成図である。 飛び越し走査を説明するための図である。 走査方式による書込例を示す図で、（ａ）は飛び越し走査方式を、（ｂ）は隣接走査方式を示す図である。 各書込方式における濃度ムラの評価をするための評価画像を示す図である。 各書込方式における１２００ｄｐｉ ２ドットラインの走査例を示す図である。 各書込方式におけるトナー付着量の違いを示すグラフである。 第２の実施形態において、走査線間隔を不均一にする場合の一例を示すＬＤ配置図である。 各書込方式における走査を示す図である。 各書込方式における１２００ｄｐｉ ２ドットラインの走査例を示す図である。 各書込方式におけるトナー付着量の違いを示すグラフである。 ＶＣＳＥＬを示す概略斜視図である。 露光エネルギーに対する帯電電位の減衰量を示す光減衰曲線である。 同じ露光エネルギーを２回に分けて露光された場合の相反則不軌現象を示す光減衰曲線である。 視覚系の空間周波数特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 光源
５ 偏向手段
９ 被走査面

Claims (9)

1. ２次元配列した面発光レーザからなる光源と、該光源からの複数ビームを偏向手段に導く第１光学系と、前記偏向手段からの複数ビームを被走査面に導く第２光学系とを有し、画素密度をｎ、前記光源からのビーム数をｂ、前記偏向手段の偏向面数をｐとするとき、
   Ｓ＝１／（１／（２５．４÷ｎ×ｂ×ｐ）
   で表される空間周波数Ｓが、視覚系の空間周波数特性における比視感度の高い範囲にある光走査装置であって、
   前記偏向手段による１回の走査で形成される走査線の副走査方向における両端の間隔をＬ１、前記被走査面での全走査線の隣接する間隔をＬ２とするとき、
   Ｌ１＞（ｋ−１）×Ｌ２
   ここで、ｋは光源の発光点の総数
   を満たす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、
   ０．７≦Ｓ≦２．０
   であることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１又は２記載の光走査装置において、
   画像上の１ドットは、副走査方向に間隔Ｌ２で配列される４つ以上のビームの重ね合わせにより形成されることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の光走査装置において、
   ２５．４／Ｌ２≧２４００
   を満たすことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光走査装置において、
   被走査面の全走査線における互いに隣接する走査線は時間的に異なる偏向走査により形成されることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光走査装置において、
   ｋ個の発光点によって１回の偏向走査により形成される走査線間隔は不均一となることを特徴とする光走査装置及び画像形成装置。
7. 請求項６記載の光走査装置において、
   前記１回の偏向走査により形成される走査線間隔のうち最も間隔が狭くなる走査線は副走査方向の両端にないことを特徴とする光走査装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の光走査装置において、
   主走査方向のビーム径をＷｍ、副走査方向のビーム径をＷｓとするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする光走査装置。
   Ｗｓ≦Ｗｍ
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の光走査装置を備えた画像形成装置。

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