JP2015219494A - 光走査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】斜入射面倒れジッターに伴う画像書き込みタイミングのずれを補正できる、低コストかつ小型な光走査装置を提供する。【解決手段】光走査装置100は、複数の偏向面を有する偏向器4と、偏向器4の回転軸に平行な第1の断面及び偏向器4の回転軸に垂直な第2の断面において、複数の偏向面のうち同一の偏向面に互いに異なる角度で光束を入射させる複数の入射光学系LA1〜LA4と、偏向器4によって偏向される複数の光束を被走査面8y、8m、8c、8kに集光する結像光学系と、偏向器4によって偏向された複数の光束を検知し、複数の入射光学系LA1〜LA4のそれぞれに対応する複数の同期信号を取得する同期検知手段と、同期信号間の時間差の偏向面間での差分に基づき、複数の偏向面及び複数の入射光学系のそれぞれに対応する被走査面8y、8m、8c、8kへの画像書き込みタイミングのずれを補正する補正手段と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、光走査装置に関し、例えばレーザービームプリンタ(LBP)、デジタル複写機、マルチファンクションプリンタ(MFP)等の画像形成装置に好適なものである。
従来、光走査装置において、部品点数を削減し、簡易な構成で装置全体の小型化を図るために、ポリゴンミラーに対して副走査方向に斜めから入射する光学系(以下、斜入射光学系)が用いられている。
斜入射光学系を用いている光走査装置においては、斜入射面倒れジッターと呼ばれる問題が生じる場合がある。
そして、従来の光走査装置では、この斜入射面倒れジッターを考慮しておらず、また検知できないため、斜入射面倒れジッターが発生した場合、結果として印字品質の劣化を生じてしまい、良好な画像が得られない。
斜入射光学系を用いている光走査装置においては、斜入射面倒れジッターと呼ばれる問題が生じる場合がある。
そして、従来の光走査装置では、この斜入射面倒れジッターを考慮しておらず、また検知できないため、斜入射面倒れジッターが発生した場合、結果として印字品質の劣化を生じてしまい、良好な画像が得られない。
これに対して、特許文献1は、ポリゴンミラーによって副走査方向に異なる角度に反射された2つの反射走査光を2つの同期検知手段で検知し、この2つの同期信号の相対的なタイミング差を検出する。そして、各面の面倒れに起因する画像書き込みタイミングのずれを補正するためのポリゴンミラー各面毎の補正値を算出し、算出した補正値と同期信号に基づいて、画像の書き込みタイミングを制御する光走査装置を開示している。
特許文献1に開示されている光走査装置では、斜入射面倒れジッターに伴う画像書き込みタイミングのずれを補正するために、2つの同期検知手段を用いる必要があるために、コストアップにつながっていた。
そこで、本発明に係る光走査装置は、複数の偏向面を有する偏向器と、偏向器の回転軸に平行な第1の断面及び偏向器の回転軸に垂直な第2の断面において、複数の偏向面のうち同一の偏向面に互いに異なる角度で光束を入射させる複数の入射光学系と、偏向器によって偏向される複数の光束を被走査面に集光する結像光学系と、偏向器によって偏向された複数の光束を検知し、複数の入射光学系のそれぞれに対応する複数の同期信号を取得する同期検知手段と、同期信号間の時間差の偏向面間での差分に基づき、複数の偏向面及び複数の入射光学系のそれぞれに対応する被走査面への画像書き込みタイミングのずれを補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、斜入射面倒れジッターに伴う画像書き込みタイミングのずれを、1つのみの同期検知手段を用いることによって補正しているので、低コストかつ小型で、良好な画像を形成できる光走査装置を提供することができる。
以下、本発明に係る光走査装置について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本発明を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。
以下の説明において、主走査方向は、偏向器の回転軸(または揺動軸)及び光学系の光軸に垂直な方向に対応する。副走査方向は、偏向器の回転軸(または揺動軸)に平行な方向に対応する。また、主走査断面は、副走査方向に垂直な平面に対応する。副走査断面は、副走査方向と光学系の光軸を含む平面に対応する。従って、主走査方向及び副走査断面は、後述の入射光学系、結像光学系及び同期検出光学系でそれぞれ異なることに注意されたい。
ポリゴンミラーの偏向面が副走査方向に倒れているとき、主走査断面内において偏向面からの反射光束の出射角度が所望の角度からずれてしまい、結果として結像光学系や同期検出光学系を通過後の走査光束の到達位置は主走査方向にずれてしまう。また、反射光束の出射角度のズレ量は、ポリゴンミラーへの入射光学系の副走査方向の斜入射角度、及び主走査断面内におけるポリゴンミラーの偏向面の法線と入射光学系との相対角度に依存している。そのため、同期検出光学系へ向かう反射光束の角度ズレ量と結像光学系を通過して画像領域へ向かう反射光束の角度ズレ量は異なってしまう。
そのため、同期検出光学系で画像書き出しタイミングを合わせた場合、書き出し位置は所望の位置からずれてしまう。同様に、書き終わり位置も所望の位置からずれてしまう。すなわち、書き出し位置に反射光束が到達する際の面倒れによる角度ズレ量と、書き終わり位置に反射光束が到達する際の面倒れによる角度ズレ量が異なってしまう。そのために、画像の書き出しから書き終わりまでの主走査方向の長さの設計値からのズレ(全体倍率ズレ)及び、書き出し位置と書き終わり位置の設計上の書き出し位置と書き終わり位置からのズレ(片倍率ズレ)がポリゴンミラーの各面ごとに生じてしまう。
このような斜入射光学系とポリゴンミラー面倒れに起因するジッターは、斜入射面倒れジッターと呼ばれている。
そのため、同期検出光学系で画像書き出しタイミングを合わせた場合、書き出し位置は所望の位置からずれてしまう。同様に、書き終わり位置も所望の位置からずれてしまう。すなわち、書き出し位置に反射光束が到達する際の面倒れによる角度ズレ量と、書き終わり位置に反射光束が到達する際の面倒れによる角度ズレ量が異なってしまう。そのために、画像の書き出しから書き終わりまでの主走査方向の長さの設計値からのズレ(全体倍率ズレ)及び、書き出し位置と書き終わり位置の設計上の書き出し位置と書き終わり位置からのズレ(片倍率ズレ)がポリゴンミラーの各面ごとに生じてしまう。
このような斜入射光学系とポリゴンミラー面倒れに起因するジッターは、斜入射面倒れジッターと呼ばれている。
また、ポリゴンミラーの面倒れ量は、一般にポリゴンミラーの各面ごとに異なる。そのため斜入射光学系では、ポリゴンミラーの面周期で各面の面倒れ量に依存する全体倍率ズレ及び片倍率ズレが生じ、結果として印字品質を劣化させてしまう問題がある。
面倒れ斜入射ジッター起因の印字品質の劣化としては、具体的にはモアレが考えられる。モアレとは、異なる空間周波数の干渉縞である。そのため、階調表現を行うためにある空間周波数のスクリーンを用いた場合、それが斜入射面倒れジッターの空間周波数と近い場合は、低周波で視認性の高い干渉縞が発生し、結果として印字品質を劣化させる。
面倒れ斜入射ジッター起因の印字品質の劣化としては、具体的にはモアレが考えられる。モアレとは、異なる空間周波数の干渉縞である。そのため、階調表現を行うためにある空間周波数のスクリーンを用いた場合、それが斜入射面倒れジッターの空間周波数と近い場合は、低周波で視認性の高い干渉縞が発生し、結果として印字品質を劣化させる。
本発明の第1実施形態に係る光走査装置100は、光源から射出された光束を所望の形状に変換する入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4(以下、まとめてLAと称する場合がある。)と、入射光学系LAによって所望の形状に変換された光束を偏向走査するために回転するポリゴンミラー(偏向器)4と、を備えている。また、光走査装置100は、ポリゴンミラー4によって偏向反射された光束を被走査面(感光ドラム面)8y、8m、8c、8k(以下、まとめて8と称する場合がある。)の所望の位置に集光するための結像光学系LB、及び被走査面への光束の照射開始タイミングを決定するための同期検出光学系(以下、BD光学系と称する。)LCを備えている。
図1は、第1実施形態に係る光走査装置100の主走査断面図を示している。図2は、第1実施形態に係る光走査装置100の結像光学系LBの副走査断面図を示している。図3は、第1実施形態に係る光走査装置100の入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4の副走査断面図を示している。図4は、第1実施形態に係る光走査装置100の入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4を光源1側から見た図を示している。図5は、第1実施形態に係る光走査装置100のBD光学系LCの副走査断面図を示している。
次に、図1乃至図5を用いて、第1実施形態に係る光走査装置100の構成、特に入射光学系LA、結像光学系LB及びBD光学系LCの構成について説明する。
入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4はそれぞれ、光源1、カバーガラス9、開口絞り2、及びアナモフィックコリメータレンズ3を備えている。
光源1は、発光点を有する半導体レーザである。
カバーガラス9は、半導体レーザの発光点の防塵を目的として、光源1に隣接して配置されている。
開口絞り2は、光源1から射出された光束を所望の形状に切り取るものであり、ここでは矩形絞りとしている。ただし、開口絞り2は、必要であれば、楕円等の任意の形状であっても本発明には影響しない。
アナモフィックコリメータレンズ3は、光源1から射出され、開口絞り2で所望の形状に切り取られた光束の収束度を変更するものである。具体的には、主走査方向には略平行光、副走査方向ではポリゴンミラー4の偏向面4a近傍で集光するような光束に変換している。なお、略平行光とは、弱発散光、弱収束光および平行光を含むものとする。また代わりに、光源1から出射した光束を略平行光に変換するコリメータレンズと、該略平行光をポリゴンミラー4の偏向面4a近傍で副走査方向にのみ集光させるシリンドリカルレンズとに光学的機能を分担させるように直列に配列させても構わない。
光源1は、発光点を有する半導体レーザである。
カバーガラス9は、半導体レーザの発光点の防塵を目的として、光源1に隣接して配置されている。
開口絞り2は、光源1から射出された光束を所望の形状に切り取るものであり、ここでは矩形絞りとしている。ただし、開口絞り2は、必要であれば、楕円等の任意の形状であっても本発明には影響しない。
アナモフィックコリメータレンズ3は、光源1から射出され、開口絞り2で所望の形状に切り取られた光束の収束度を変更するものである。具体的には、主走査方向には略平行光、副走査方向ではポリゴンミラー4の偏向面4a近傍で集光するような光束に変換している。なお、略平行光とは、弱発散光、弱収束光および平行光を含むものとする。また代わりに、光源1から出射した光束を略平行光に変換するコリメータレンズと、該略平行光をポリゴンミラー4の偏向面4a近傍で副走査方向にのみ集光させるシリンドリカルレンズとに光学的機能を分担させるように直列に配列させても構わない。
図1、図3及び図4から分かるように入射光学系LA1及びLA2の光軸は偏向器の回転軸に平行な同一の平面(第1の断面)内にある。そして、入射光学系LA1及びLA2からの光束は、偏向器の回転軸に垂直な断面(主走査断面、第2の断面)において(該断面への投影が)同一の角度となるような態様で、ポリゴンミラー4の偏向面4aに入射している。また、入射光学系LA3及びLA4の光軸は偏向器の回転軸に平行な同一の平面内にある。そして、入射光学系LA3及びLA4からの光束は、それらの偏向器の回転軸に垂直な断面(主走査断面)において(該断面への投影が)同一の角度となるような態様で、ポリゴンミラー4の偏向面4aに入射している。
そして、入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4の光軸はそれぞれ、主走査断面に対して互いに異なる角度を有し、入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4からの光束はそれぞれ互いに異なる入射角度でポリゴンミラー4の偏向面4aに入射している。具体的には、LA2及びLA3の光軸が主走査断面に対して成す角度と、LA1及びLA4の光軸が主走査断面に対して成す角度の符号が異なっている。この主走査断面に対する角度差によって、後述の光線分離手段による光線分離、及び各被走査面への導光が可能となっている。
そして、入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4の光軸はそれぞれ、主走査断面に対して互いに異なる角度を有し、入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4からの光束はそれぞれ互いに異なる入射角度でポリゴンミラー4の偏向面4aに入射している。具体的には、LA2及びLA3の光軸が主走査断面に対して成す角度と、LA1及びLA4の光軸が主走査断面に対して成す角度の符号が異なっている。この主走査断面に対する角度差によって、後述の光線分離手段による光線分離、及び各被走査面への導光が可能となっている。
ポリゴンミラー4は光偏向器としての回転多面鏡であり、複数の偏向面4a(本実施形態では、偏向面4a1乃至4a4を備える4面鏡)を有しており、矢印Aの方向に一定速度で回転している。なお、以下では、偏向面4a1乃至4a4をまとめて偏向面4aと称する場合がある。入射光学系LAから射出された光束は、一定速度で回転するポリゴンミラー4で偏向走査されて、結像光学系LBへ導光される。
結像光学系(第1の結像光学系)LBは、第1結像レンズ5a及び第2結像レンズ5b1、5b2から構成されており、ポリゴンミラー4によって偏向走査された光束を被走査面8(8y、8m、8c、8k)近傍に集光するものである。結像光学系LBは、全体として主走査方向及び副走査方向に正の屈折力を有する。ただし、主走査方向と副走査方向の屈折力の大きさは異なる。
また、結像光学系LBは、主走査方向においては、fθ特性を有しており、ポリゴンミラー4によって偏向走査された光束を偏向角に比例した一定間隔で被走査面8近傍に集光することを可能にしている。
さらに、結像光学系LBは、ポリゴンミラー4の偏向面4aの近傍と被走査面8y、8m、8c、8kとを光学的に共役関係にすることで、偏向面4aの面倒れ補償を行っている。
なお、本実施形態では、被走査面8は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色に対応する感光ドラムより構成され、それぞれ8y、8m、8c、8kと称する。
また、結像光学系LBは、主走査方向においては、fθ特性を有しており、ポリゴンミラー4によって偏向走査された光束を偏向角に比例した一定間隔で被走査面8近傍に集光することを可能にしている。
さらに、結像光学系LBは、ポリゴンミラー4の偏向面4aの近傍と被走査面8y、8m、8c、8kとを光学的に共役関係にすることで、偏向面4aの面倒れ補償を行っている。
なお、本実施形態では、被走査面8は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色に対応する感光ドラムより構成され、それぞれ8y、8m、8c、8kと称する。
図2に示されているように、本実施形態に係る光走査装置100では、被走査面8y、8m、8c、8kに入射する光束に対応する入射光学系はそれぞれ、LA2、LA3、LA4、LA1となっている。
また図2に示されているように、第1結像レンズ5aは、すべての被走査面に共通の結像レンズであり、第2結像レンズ5b1は、被走査面8y、8m用の結像レンズであり、第2結像レンズ5b2は、感光ドラム8c、8k用の結像レンズである。
また図2に示されているように、第1結像レンズ5aは、すべての被走査面に共通の結像レンズであり、第2結像レンズ5b1は、被走査面8y、8m用の結像レンズであり、第2結像レンズ5b2は、感光ドラム8c、8k用の結像レンズである。
折り返しミラー6は、ポリゴンミラー4によって偏向反射された、入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4に対応する各光束を、各被走査面8y、8m、8c、8kへ向かうように分離反射する光線分離手段として機能する。すなわち、各光束は、結像光学系LBを通過中、折り返しミラー6によって、各光束に対応する各被走査面に導光される。なお、図1では、折り返しミラー6は図示していない。
同期検知手段としてのBD光学系LCは、BDレンズ10及びBDセンサ11を備えている。本実施形態では、BD光学系LCは、結像光学系LBの光軸及びポリゴンミラー4の回転軸を含む面に対して、入射光学系LA1乃至LA4と同じ側に配置されている。
BDレンズ10は、主走査方向と副走査方向の屈折力がそれぞれ異なるトーリックレンズである。BD光学系LCの光軸は、主走査断面内に配置されており、入射光学系LA1乃至LA4からのすべての光束が通過する。
ただし、図13に示されるように、BDレンズ10を複数に(図13では2つのBDレンズ10a及び10b)分割し、BD信号取得及び補正量算出に用いる光束、すなわち入射光学系LA1及びLA3からの光束のみがBD光学系LCを通過する構成としてもよい。
また、BDレンズ10は、異なる光学面が副走査方向に上下に並んで一体的に構成される光学素子としてもよい。
BDレンズ10は、主走査方向と副走査方向の屈折力がそれぞれ異なるトーリックレンズである。BD光学系LCの光軸は、主走査断面内に配置されており、入射光学系LA1乃至LA4からのすべての光束が通過する。
ただし、図13に示されるように、BDレンズ10を複数に(図13では2つのBDレンズ10a及び10b)分割し、BD信号取得及び補正量算出に用いる光束、すなわち入射光学系LA1及びLA3からの光束のみがBD光学系LCを通過する構成としてもよい。
また、BDレンズ10は、異なる光学面が副走査方向に上下に並んで一体的に構成される光学素子としてもよい。
BDセンサ11は、フォトダイオードで構成されており、φ1.5mm程度の受光面を有する。また、BDセンサ11は、主走査断面内にセンサ中心が位置するように配置される。
ポリゴンミラー4の偏向面4aによって所望の角度で偏向反射された光束は、BDレンズ10に入射することで、BDセンサ11近傍で主走査方向には集光し、副走査方向では広がった状態となるように変換される。このように光束を主走査方向に集光することで、画像情報の同期タイミング(BD信号)を高精度に検知することができ、また副走査方向に広がらせることでBDセンサ11上のゴミ等による検知精度低下を防止することができる。
BD信号(同期信号)をBDセンサ11上の所望の位置に光束が到達した際に取得することで、ポリゴンミラー4の回転速度の制御及び、画像の書き出しタイミングの制御を行うことができる。
なお、本実施形態では後述するように入射光学系LA1及びLA3のみに対して画像印字用のBD信号を取得しているが、すべての入射光学系LA1乃至LA4に対して画像印字用のBD信号を取得してもよい。
ポリゴンミラー4の偏向面4aによって所望の角度で偏向反射された光束は、BDレンズ10に入射することで、BDセンサ11近傍で主走査方向には集光し、副走査方向では広がった状態となるように変換される。このように光束を主走査方向に集光することで、画像情報の同期タイミング(BD信号)を高精度に検知することができ、また副走査方向に広がらせることでBDセンサ11上のゴミ等による検知精度低下を防止することができる。
BD信号(同期信号)をBDセンサ11上の所望の位置に光束が到達した際に取得することで、ポリゴンミラー4の回転速度の制御及び、画像の書き出しタイミングの制御を行うことができる。
なお、本実施形態では後述するように入射光学系LA1及びLA3のみに対して画像印字用のBD信号を取得しているが、すべての入射光学系LA1乃至LA4に対して画像印字用のBD信号を取得してもよい。
以上のように、本実施形態に係る光走査装置100は構成されており、光走査装置100では、画像情報に基づいて入射光学系LA1乃至LA4それぞれの光源1から光束が強度変調して出射し、入射光学系LAを通過することによって所望の形状に変換される。入射光学系LA1乃至LA4それぞれを通過した各光束は、ポリゴンミラー4の同一の偏向面4aによって偏向反射され、結像光学系LBを通過して各被走査面8y、8m、8c、8kの所望の位置に集光することで、任意の画像情報を記録することができる。
本実施形態では、入射光学系LA1乃至LA4をそれぞれ、主走査断面に対してそれぞれの光軸が異なる角度を有するように、副走査方向に配置している。そして、各入射光学系LA1乃至LA4を通過した光束を同一の偏向面4aに入射させて偏向走査することで、光学素子の共通化を図り、省スペース化及び低コスト化を達成している。
本実施形態では、入射光学系LA1乃至LA4をそれぞれ、主走査断面に対してそれぞれの光軸が異なる角度を有するように、副走査方向に配置している。そして、各入射光学系LA1乃至LA4を通過した光束を同一の偏向面4aに入射させて偏向走査することで、光学素子の共通化を図り、省スペース化及び低コスト化を達成している。
次に、本実施形態に係る光走査装置100が備える同期検知手段としてのBD光学系LCの構成について詳細に述べる。
一般に、光走査装置では、BD光学系のBDセンサの所望の位置に光束が到達したのを基準としてBD信号を取得する。
そして、例えば各入射光学系が主走査断面に対して各光軸が異なる角度を有するように配置されない場合には、各入射光学系に対して共通で、あらかじめ設定された一定時間が経過した後に、画像書き出しを開始する事でほぼ色ずれの無い画像記録を行う事ができる。
しかしながら、本実施形態に係る光走査装置100のように、入射光学系LA1乃至LA4が、主走査断面に対してそれぞれの光軸が異なる角度を有するように副走査方向に配置される場合は、上述のように斜入射面倒れジッターが発生する。すなわち、ポリゴンミラー4の偏向面4aの面倒れに起因する主走査方向の印字位置ズレである斜入射面倒れジッターが発生する。
また、斜入射面倒れジッターは、ポリゴンミラー4の各面の倒れ量に依存するため、面周期で発生する。そして、斜入射面倒れジッターの発生方向と発生量は、入射光学系LA1乃至LA4それぞれの光軸と偏向面4aの面法線ベクトルとの間の主走査方向の角度差及び、入射光学系LA1乃至LA4それぞれの光軸の主走査断面に対する角度に依存する。
そのため、ポリゴンミラー4の偏向面4aの面倒れが発生した場合には、入射光学系LA1乃至LA4が所望の被走査面位置を露光する際に、それぞれ異なった量の主走査方向の位置ズレが発生してしまい、結果として色ずれが生じる。
そして、例えば各入射光学系が主走査断面に対して各光軸が異なる角度を有するように配置されない場合には、各入射光学系に対して共通で、あらかじめ設定された一定時間が経過した後に、画像書き出しを開始する事でほぼ色ずれの無い画像記録を行う事ができる。
しかしながら、本実施形態に係る光走査装置100のように、入射光学系LA1乃至LA4が、主走査断面に対してそれぞれの光軸が異なる角度を有するように副走査方向に配置される場合は、上述のように斜入射面倒れジッターが発生する。すなわち、ポリゴンミラー4の偏向面4aの面倒れに起因する主走査方向の印字位置ズレである斜入射面倒れジッターが発生する。
また、斜入射面倒れジッターは、ポリゴンミラー4の各面の倒れ量に依存するため、面周期で発生する。そして、斜入射面倒れジッターの発生方向と発生量は、入射光学系LA1乃至LA4それぞれの光軸と偏向面4aの面法線ベクトルとの間の主走査方向の角度差及び、入射光学系LA1乃至LA4それぞれの光軸の主走査断面に対する角度に依存する。
そのため、ポリゴンミラー4の偏向面4aの面倒れが発生した場合には、入射光学系LA1乃至LA4が所望の被走査面位置を露光する際に、それぞれ異なった量の主走査方向の位置ズレが発生してしまい、結果として色ずれが生じる。
そこで、本実施形態では、入射光学系LA3から射出された光束がBDセンサ11で検知されてから入射光学系LA1から射出された光束がBDセンサ11で検知されるまでの時間差(時間の差分)を、ポリゴンミラー4の各偏向面4a1乃至4a4で比較する。それにより、各偏向面の面倒れ量を算出する。そして、各偏向面4a1乃至4a4に対する各入射光学系LA1乃至LA4の画像の書きだしタイミングの補正量を算出する。
以下、補正量導出のための計算式を用いて、不図示の補正手段による補正量の算出工程を説明する。
まず、ポリゴンミラー4の或る偏向面4aの面倒れ量をε(rad)、入射光学系の光軸を含みポリゴンミラー4の回転軸に平行な平面内における偏向面4aへの斜入射角度をα(rad)(ただし各入射光学系LA1乃至LA4の斜入射角度をそれぞれα1、α2、α3、α4(rad)とする)とする。そして、偏向面4aの面法線ベクトルと入射光学系LA3の光軸の主走査断面への投影の角度差をθyとする。
このとき、入射光学系LA3から射出され、ポリゴンミラー4の偏向面4aによって反射された光束の、面倒れによる主走査断面内での角度ズレΔθy(rad)は、
Δθy≒2εα3 sinθy ・・・(1)
と、近似することができる。同様に、偏向面4aの面法線ベクトルとBD光学系LCの光軸との主走査断面内での角度差をθBD(rad)とする。そうすると、入射光学系LA3から射出され、ポリゴンミラー4の偏向面4aによって反射され、BD光学系LCへ向かう光束の、面倒れによる主走査断面内での角度ズレΔθBD(rad)は、
ΔθBD≒2εα3 sinθBD ・・・(2)
と近似することができる。
ただし、副走査斜入射角度αは、主走査断面から上側に向かうものを正とし、ポリゴンミラー4の偏向面4aの面倒れ量εは、主走査断面から下に向かうものを正と定義する。
このとき、入射光学系LA3から射出され、ポリゴンミラー4の偏向面4aによって反射された光束の、面倒れによる主走査断面内での角度ズレΔθy(rad)は、
Δθy≒2εα3 sinθy ・・・(1)
と、近似することができる。同様に、偏向面4aの面法線ベクトルとBD光学系LCの光軸との主走査断面内での角度差をθBD(rad)とする。そうすると、入射光学系LA3から射出され、ポリゴンミラー4の偏向面4aによって反射され、BD光学系LCへ向かう光束の、面倒れによる主走査断面内での角度ズレΔθBD(rad)は、
ΔθBD≒2εα3 sinθBD ・・・(2)
と近似することができる。
ただし、副走査斜入射角度αは、主走査断面から上側に向かうものを正とし、ポリゴンミラー4の偏向面4aの面倒れ量εは、主走査断面から下に向かうものを正と定義する。
次に、面倒れによる主走査方向の角度ズレΔθy及びΔθBDをそれぞれ、像高ズレに換算する。
被走査面8における像高ズレ量Jy(mm)は、結像光学系LBのfθ係数をf(mm/rad)とすると、
Jy=fΔθy=2fεα3 sinθy ・・・(3)
と求まる。
同様に、BDセンサ11における像高ズレ量JBD(mm)は、被走査面8における像高ズレ量として換算すると、
JBD=fΔθBD=2fεα3 sinθBD ・・・(4)
と求まる。
被走査面8における像高ズレ量Jy(mm)は、結像光学系LBのfθ係数をf(mm/rad)とすると、
Jy=fΔθy=2fεα3 sinθy ・・・(3)
と求まる。
同様に、BDセンサ11における像高ズレ量JBD(mm)は、被走査面8における像高ズレ量として換算すると、
JBD=fΔθBD=2fεα3 sinθBD ・・・(4)
と求まる。
BD信号は、光束がBDセンサ11上の所望の像高に到達したときに取得されるので、実際の像高ズレ量Jは、
J=Jy−JBD
=2fεα3(sinθy−sinθBD) ・・・(5)
と求まる。
従って、―Jだけ印字位置を補正すれば、斜入射面倒れジッターによる像高ズレを補正することができる。
J=Jy−JBD
=2fεα3(sinθy−sinθBD) ・・・(5)
と求まる。
従って、―Jだけ印字位置を補正すれば、斜入射面倒れジッターによる像高ズレを補正することができる。
次にポリゴンミラー4の回転数をR(round/min)とすると、像高ズレJを補正するための時間T(sec)は、
T=(Jy−JBD)/(f×(2π)/60×R)
=2×(60/(2π))×εα(sinθy−sinθBD)/R ・・・(6)
となり、取得後の印字開始時間を、像高ごとにTだけずらすことで斜入射面倒れジッターを補正できることとなる。
T=(Jy−JBD)/(f×(2π)/60×R)
=2×(60/(2π))×εα(sinθy−sinθBD)/R ・・・(6)
となり、取得後の印字開始時間を、像高ごとにTだけずらすことで斜入射面倒れジッターを補正できることとなる。
ここで、Tを取得するためには、面倒れ量εを取得する必要がある。
そこで、本実施形態では、ポリゴンミラー4の或る基準偏向面4a1を考える。そして、入射光学系LA3から射出され、基準偏向面4a1によって偏向反射された光束が、BDセンサ11において検知されてBD信号を発してから、入射光学系LA1から射出され、基準偏向面4a1によって偏向反射された光束が、BDセンサ11において検知されてBD信号を発するまでのBD信号取得時間差τ1を取得する。
次に、ポリゴンミラー4を矢印A方向に回転させた場合の偏向面4a1の次の偏向面4a2における入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差τ2を取得する。
ここで、τ2は、偏向面4a2の偏向面4a1に対する相対的な面倒れ量をε2とし、入射光学系LA3と入射光学系LA1の各光軸の主走査断面への投影の角度差をφとし、τ1を用いて、
τ2=τ1+2×(60/(2π))×ε2α1(sinθBD+sin(θBD+φ/2))/R
・・・(7)
と求まり、従って、τ2とτ1の差Δτ2は、
Δτ2=τ2−τ1
=2×(60/(2π))×ε2α1(sinθBD+sin(θBD+φ/2))/R
・・・(8)
と求まる。
ただし、ここでは入射光学系LA1の光軸を含みポリゴンミラー4の回転軸に平行な平面内における偏向面4aへの斜入射角度を−α1としている。そして、入射光学系LA3の光軸を含みポリゴンミラー4の回転軸に平行な平面内における偏向面4aへの斜入射角度をα1としている。すなわち、互いに大きさが等しく正負の符号を反転した関係としている。
そこで、本実施形態では、ポリゴンミラー4の或る基準偏向面4a1を考える。そして、入射光学系LA3から射出され、基準偏向面4a1によって偏向反射された光束が、BDセンサ11において検知されてBD信号を発してから、入射光学系LA1から射出され、基準偏向面4a1によって偏向反射された光束が、BDセンサ11において検知されてBD信号を発するまでのBD信号取得時間差τ1を取得する。
次に、ポリゴンミラー4を矢印A方向に回転させた場合の偏向面4a1の次の偏向面4a2における入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差τ2を取得する。
ここで、τ2は、偏向面4a2の偏向面4a1に対する相対的な面倒れ量をε2とし、入射光学系LA3と入射光学系LA1の各光軸の主走査断面への投影の角度差をφとし、τ1を用いて、
τ2=τ1+2×(60/(2π))×ε2α1(sinθBD+sin(θBD+φ/2))/R
・・・(7)
と求まり、従って、τ2とτ1の差Δτ2は、
Δτ2=τ2−τ1
=2×(60/(2π))×ε2α1(sinθBD+sin(θBD+φ/2))/R
・・・(8)
と求まる。
ただし、ここでは入射光学系LA1の光軸を含みポリゴンミラー4の回転軸に平行な平面内における偏向面4aへの斜入射角度を−α1としている。そして、入射光学系LA3の光軸を含みポリゴンミラー4の回転軸に平行な平面内における偏向面4aへの斜入射角度をα1としている。すなわち、互いに大きさが等しく正負の符号を反転した関係としている。
以上より、Δτの符号の正負と大きさを求めれば、面倒れ量εの方向と大きさを求めることができる。すなわち、式(8)より、偏向面4a2の偏向面4a1に対する相対的な面倒れ量ε2は、
ε2=Δτ2×R×(2π/(2×60))/(α1(sinθBD+sin(θBD+φ/2)))
・・・(9)
と求まり、これを式(6)に代入すると、偏向面4a2に対しての入射光学系LA3に対する像高ズレを補正するための時間T3 2は、
T3 2=Δτ2(sinθy−sinθBD)/(sinθBD+sin(θBD+φ/2))
・・・(10)
と求まる。
同様に、偏向面4a2に対しての入射光学系LA1に対する像高ズレを補正するための時間T1 2は、
T1 2=−Δτ2(sin(θy+φ/2)−sin(θBD+φ/2))
/(sinθBD+sin(θBD+φ/2)) ・・・(11)
と求まる。
ε2=Δτ2×R×(2π/(2×60))/(α1(sinθBD+sin(θBD+φ/2)))
・・・(9)
と求まり、これを式(6)に代入すると、偏向面4a2に対しての入射光学系LA3に対する像高ズレを補正するための時間T3 2は、
T3 2=Δτ2(sinθy−sinθBD)/(sinθBD+sin(θBD+φ/2))
・・・(10)
と求まる。
同様に、偏向面4a2に対しての入射光学系LA1に対する像高ズレを補正するための時間T1 2は、
T1 2=−Δτ2(sin(θy+φ/2)−sin(θBD+φ/2))
/(sinθBD+sin(θBD+φ/2)) ・・・(11)
と求まる。
そして、入射光学系LA2と入射光学系LA4それぞれの光軸を含みポリゴンミラー4の回転軸に平行な平面内における偏向面4aへの斜入射角度をそれぞれ、α2と−α2とする。そうすると、偏向面4a2に対しての入射光学系LA2に対する像高ズレを補正するための時間T2 2及び偏向面4a2に対しての入射光学系LA4に対する像高ズレを補正するための時間T4 2は、
T2 2=Δτ2(α2/α1)×(sin(θy+φ/2)−sin(θBD+φ/2))
/(sinθBD+sin(θBD+φ/2)) ・・・(12)
及び、
T4 2=−Δτ2×(α2/α1)×(sinθy−sinθBD)
/(sinθBD+sin(θBD+φ/2)) ・・・(13)
と求まる。
T2 2=Δτ2(α2/α1)×(sin(θy+φ/2)−sin(θBD+φ/2))
/(sinθBD+sin(θBD+φ/2)) ・・・(12)
及び、
T4 2=−Δτ2×(α2/α1)×(sinθy−sinθBD)
/(sinθBD+sin(θBD+φ/2)) ・・・(13)
と求まる。
以上のことから、偏向面4a1及び4a2それぞれにおける入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差τ1及びτ2を検知することで、偏向面4a2に対しての入射光学系LA1乃至LA4に対する像高ズレを補正するための時間T1 2乃至T4 2をそれぞれ算出することができる。そして、偏向面4a1を基準として、偏向面4a3及び4a4に対しても同様の計算を行う。それによって偏向面4am(m=2、3、4)に対しての入射光学系LAn(n=1、2、3、4)に対する斜入射面倒れジッターによる像高ズレを補正するための時間Tn mが得られる。それらを任意の像高での書き込みタイミングに付加することで、斜入射面倒れジッターを補正することができる。
また、式(9)よりΔτ以外のθBD、α1、α2、α3、α4、φ等は、あらかじめ不図示のメモリに記憶しておくことができる。そのため、斜入射面倒れジッター補正量算出時には、メモリに記憶しておいた値をΔτで比例計算すればいいだけであり、簡便に補正量を算出することができる。
なお、本補正に用いる2つの同期信号を発生させる2つの入射光学系(本実施形態では、LA1及びLA3)の光軸同士がそれぞれ、ポリゴンミラー4の回転軸に平行な断面において成す角度の間の差Δφ(deg)は、1.5≦Δφ≦12.0の関係を満たすことが好ましい。また、本補正に用いる2つの同期信号を発生させる2つの入射光学系の光軸同士がそれぞれ、主走査断面において成す角度の間の差Δθ(deg)は、5.0≦Δθ≦20.0の関係を満たすことが好ましい。
また、式(9)よりΔτ以外のθBD、α1、α2、α3、α4、φ等は、あらかじめ不図示のメモリに記憶しておくことができる。そのため、斜入射面倒れジッター補正量算出時には、メモリに記憶しておいた値をΔτで比例計算すればいいだけであり、簡便に補正量を算出することができる。
なお、本補正に用いる2つの同期信号を発生させる2つの入射光学系(本実施形態では、LA1及びLA3)の光軸同士がそれぞれ、ポリゴンミラー4の回転軸に平行な断面において成す角度の間の差Δφ(deg)は、1.5≦Δφ≦12.0の関係を満たすことが好ましい。また、本補正に用いる2つの同期信号を発生させる2つの入射光学系の光軸同士がそれぞれ、主走査断面において成す角度の間の差Δθ(deg)は、5.0≦Δθ≦20.0の関係を満たすことが好ましい。
本実施形態に係る手法によれば、各偏向面の面倒れに伴う斜入射面倒れジッター補正量の絶対値は補正できないが、相対量を補正することはできるので、ポリゴンミラーの各偏向面によるモアレを補正することができる。また各偏向面におけるBD信号取得時間差を利用するために、各偏向面に一様に表れる軸倒れ等の影響による斜入射面倒れジッター補正量の算出誤差を低減することができ、高精度に色ずれ補正を行うことができる。
図6は、本実施形態に係る斜入射面倒れジッター補正量の算出及びそれに伴う書き出しタイミングを決定する方法のフローチャートを示している。
まず、プリントスタート信号が入力されると(S2)、ポリゴンミラー4が不図示のモータにより回転駆動される(S3)。ポリゴンミラー4が、所定の回転数に到達すると、半導体レーザである光源1から光束が射出される。
BDセンサ11は、ポリゴンミラー4の各偏向面から偏向反射された光束を検出することで、各偏向面を特定し、結果を不図示のメモリに記録する(S4)。
なお、この際、例えば、ポリゴンミラー4のブロック分割誤差を考慮してもよい。ここで、ブロック分割誤差とは、ポリゴンミラー4が正多角形として正確に製造されていない場合に発生する誤差である。そして、ポリゴンミラー4のある偏向面にブロック分割誤差があると、或る偏向面とその次の偏向面それぞれにおける入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差の間の差が変わる。
次に、割り出されたポリゴンミラー4の各偏向面のうちの任意の面を基準偏向面4a1と設定する(S5)。そして、各偏向面4a1、4a2、4a3、4a4における入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差τ1、τ2、τ3、τ4を算出し、メモリに記録する(S6)。そして、基準偏向面4a1における入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差τ1を基準として、各偏向面4a2、4a3、4a4の基準偏向面4a1に対するBD信号取得時間差の差Δτ2(=τ2―τ1)、Δτ3(=τ3―τ1)、Δτ4(=τ4―τ1)を算出し、メモリに記録する(S7)。そして、BD信号取得時間差の差Δτ2、Δτ3、Δτ4から、偏向面4am(m=2、3、4)に対しての入射光学系LAn(n=1、2、3、4)に対する斜入射面倒れジッターによる像高ズレを補正するための時間Tn mを算出し、メモリに記録する(S8)。
以上のように各補正量を算出した後、BD信号を実際に検出し(S9)、検出されたBD信号と各補正量に基づいて書き出しタイミングを決定する(S10)。
BDセンサ11は、ポリゴンミラー4の各偏向面から偏向反射された光束を検出することで、各偏向面を特定し、結果を不図示のメモリに記録する(S4)。
なお、この際、例えば、ポリゴンミラー4のブロック分割誤差を考慮してもよい。ここで、ブロック分割誤差とは、ポリゴンミラー4が正多角形として正確に製造されていない場合に発生する誤差である。そして、ポリゴンミラー4のある偏向面にブロック分割誤差があると、或る偏向面とその次の偏向面それぞれにおける入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差の間の差が変わる。
次に、割り出されたポリゴンミラー4の各偏向面のうちの任意の面を基準偏向面4a1と設定する(S5)。そして、各偏向面4a1、4a2、4a3、4a4における入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差τ1、τ2、τ3、τ4を算出し、メモリに記録する(S6)。そして、基準偏向面4a1における入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差τ1を基準として、各偏向面4a2、4a3、4a4の基準偏向面4a1に対するBD信号取得時間差の差Δτ2(=τ2―τ1)、Δτ3(=τ3―τ1)、Δτ4(=τ4―τ1)を算出し、メモリに記録する(S7)。そして、BD信号取得時間差の差Δτ2、Δτ3、Δτ4から、偏向面4am(m=2、3、4)に対しての入射光学系LAn(n=1、2、3、4)に対する斜入射面倒れジッターによる像高ズレを補正するための時間Tn mを算出し、メモリに記録する(S8)。
以上のように各補正量を算出した後、BD信号を実際に検出し(S9)、検出されたBD信号と各補正量に基づいて書き出しタイミングを決定する(S10)。
図7は、或る入射光学系LAn(n=1、2、3、4)に対する各偏向面におけるBD信号を取得した後の、斜入射面倒れジッターに伴う補正前及び補正後の書き出しタイミング及び画像印字時間を示している。図8は、或る入射光学系LAn(n=1、2、3、4)に対する各偏向面におけるBD信号を取得した後の、斜入射面倒れジッターに伴う補正前及び補正後の書き出し開始位置及び画像印字領域を示している。
なお、図7及び図8では、ポリゴンミラー4の任意の或る偏向面を基準面としており、基準面から、ポリゴンミラー4の回転方向(矢印A方向)に順に第2面、第3面、第4面と定義している。また、破線が補正前の振る舞いを示しており、実線が補正後の振る舞いを示している。
なお、図7及び図8では、ポリゴンミラー4の任意の或る偏向面を基準面としており、基準面から、ポリゴンミラー4の回転方向(矢印A方向)に順に第2面、第3面、第4面と定義している。また、破線が補正前の振る舞いを示しており、実線が補正後の振る舞いを示している。
まず図7を見ると、基準面では斜入射面倒れジッターに伴う補正は行わないので、BD信号を取得後、時間T0を経過した後、書き出しを開始し、画像印字時間A0を経過した後、印字を終了している。
次に、第2面、第3面、第4面では、補正前ではそれぞれ、基準面と同様に、BD信号を取得後、時間T0を経過した後、書き出しを開始し、画像印字時間A0を経過した後、印字を終了する。そして補正を行うと、基準面に対する相対的な面倒れ量ε2、ε3、ε4による斜入射面倒れジッターに伴う補正量Tn 2、Tn 3、Tn 4が算出される。それらをT0に加算することで、BD信号取得後の画像書き出しタイミングと書き終わりタイミングが変更され、そして、画像印字時間がそれぞれ、A0からAn 2、An 3、An 4に変更される。
次に、第2面、第3面、第4面では、補正前ではそれぞれ、基準面と同様に、BD信号を取得後、時間T0を経過した後、書き出しを開始し、画像印字時間A0を経過した後、印字を終了する。そして補正を行うと、基準面に対する相対的な面倒れ量ε2、ε3、ε4による斜入射面倒れジッターに伴う補正量Tn 2、Tn 3、Tn 4が算出される。それらをT0に加算することで、BD信号取得後の画像書き出しタイミングと書き終わりタイミングが変更され、そして、画像印字時間がそれぞれ、A0からAn 2、An 3、An 4に変更される。
次に図8を見ると、基準面では斜入射面倒れジッターに伴う補正は行わないので、斜入射面倒れジッターによる印字領域の全体倍率ズレ及び片倍率ズレが出たままで印字が行われ、結果として、BD相当の像高からY0離れた位置に、L0の領域で印字される。
一方、第2面、第3面、第4面では、補正前ではそれぞれ、斜入射面倒れジッターによる全体倍率ズレ及び片倍率ズレが出た印字領域Ln 2、Ln 3、Ln 4で印字される。そして、補正を行うと、基準面に対する相対的な面倒れ量ε2、ε3、ε4による斜入射面倒れジッターに伴う補正が行われるために、印字領域はそれぞれLn 2c、Ln 3c、Ln 4cとなり、Ln 1と略同一の印字領域を印字することとなる。
一方、第2面、第3面、第4面では、補正前ではそれぞれ、斜入射面倒れジッターによる全体倍率ズレ及び片倍率ズレが出た印字領域Ln 2、Ln 3、Ln 4で印字される。そして、補正を行うと、基準面に対する相対的な面倒れ量ε2、ε3、ε4による斜入射面倒れジッターに伴う補正が行われるために、印字領域はそれぞれLn 2c、Ln 3c、Ln 4cとなり、Ln 1と略同一の印字領域を印字することとなる。
このように、ポリゴンミラー4の面倒れに伴い全体倍率ズレ及び片倍率ズレが発生することにより、印字領域は入射光学系LA1乃至LA4に対応する被走査面ごとに異なるため、一定量の色ずれは発生している。しかしながら、本補正により、ポリゴンミラー4の各偏向面で印字領域を略同一とすることができるので、色ずれは常に同じ量だけ発生することとなる。そのため、斜入射面倒れジッターによる色ずれは結果として目立たなくなり、印字品質の劣化は低減されることとなる。
次に、本実施形態に係る光走査装置100における各構成要素の数値を表1乃至表7で示す。
表1は、本実施形態に係る光走査装置100における主な数値を示している。
表2は、本実施形態に係る光走査装置100における入射光学系LA1乃至LA4と結像光学系LBの光学面の曲率半径R、面間隔D、屈折率N(以後、RDNとも記載する)を示している。
表3は、本実施形態に係る光走査装置100におけるBD光学系LCのRDNを示している。
表4は、本実施形態に係る光走査装置100における入射光学系LA1乃至LA4のアナモフィックコリメータレンズ3の母線方向及び子線方向の曲率半径、及び回折格子の位相関数を示している。
ただし位相関数は、以下の式(14)のように表現される。
ここでkは、回折次数を表し、ここではk=1としている。またλは、波長でありλ=790nmとしている。
表5は、本実施形態に係る光走査装置100における結像光学系LBの非球面係数を示している。
ただし非球面形状は、以下の表現式で定義する。
すなわち、レンズの曲面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をY軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をZ軸とする。そのときの、X−Y平面と曲面の切断面を母線、それに直交する方向のX−Z平面と曲面の切断面を子線としたとき、母線形状は、以下の式(15)で表される。
すなわち、レンズの曲面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をY軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をZ軸とする。そのときの、X−Y平面と曲面の切断面を母線、それに直交する方向のX−Z平面と曲面の切断面を子線としたとき、母線形状は、以下の式(15)で表される。
一方、子線形状は、以下の式(16)で表される。
ここで、Yの値により変化する子線の曲率半径r’は、以下の式(17)で表される。
ただし式(16)及び式(17)においては、Y≧0をupper、Y<0をlowerとして、それぞれで個別に非球面係数を設定する。
表6は、本実施形態に係る光走査装置100におけるBD光学系LCのBDレンズ10の非球面係数を示している。
ただし、ここで子線形状は、以下の式(18)で表される。
表7は、本実施形態に係る光走査装置100において、入射光学系LA1(表A)、LA2(表B)、LA3(表C)、LA4(表D)それぞれに対応した斜入射面倒れジッターに関する諸元値を示している。
表7では、ポリゴンミラー4の面倒れ量及び、代表像高Y=−150mm、0mm、150mmに対応する諸元値を示している。また、表7では、各偏向面の面法線ベクトルと各入射光学系の光軸との間の主走査方向の角度差θyと、各偏向面の面法線ベクトルとBD光学系LCの光軸との間の主走査方向の角度差θBDと、を示している。
表7では、ポリゴンミラー4の基準面に対する各面の相対的な面倒れ量をγ、主走査方向の面精度をSとしている。ここで、面精度Sは、ポリゴンミラー4の各偏向面が加工精度などによって、主走査方向に曲率を有する場合の、各偏向面の主走査方向の中心から端部までの平面からのサグ量として表している。また、ポリゴンミラー4の回転ムラΔrotも示している。ポリゴンミラー分割誤差やポリゴンミラー軸倒れ等では原理的に斜入射面倒れジッターの補正精度に影響は出ないのでここでは省略する。
また、表7においては、面周期の色ずれ要因である面倒れと面精度で、それぞれによる主走査方向の位置ズレ量を各代表像高で示している。また時間換算した値も併記している。
また、表7においては、面周期の色ずれ要因である面倒れと面精度で、それぞれによる主走査方向の位置ズレ量を各代表像高で示している。また時間換算した値も併記している。
次に、ポリゴンミラー4の面精度Sと斜入射面倒れジッターの補正精度に関して、図9を用いて説明する。
図9は、主走査方向に光軸の角度が異なる入射光学系LA1及びLA3それぞれからポリゴンミラー4に光束が入射し、偏向面4aで反射されてBD光学系LCへ向かう際の面精度Sの影響を示した図である。
図9の(i)のように偏向面4aが完全な平面(面精度S=0λ、λはd線の波長)であれば、偏向反射された光束の角度は、ポリゴンミラー4への光束の主走査方向の入射角度に依存しない(Δθ=0)。一方、(ii)のように、ポリゴンミラー4の加工精度が悪いために偏向面4aが主走査方向にゆるい曲率を有する場合には(面精度S≠0λ)、偏向面4aで反射された、入射光学系LA1及びLA3それぞれから射出された光束の角度は互いにずれる(Δθ≠0)。
これは、同一方向へポリゴンミラー4によって偏向反射する際に、入射光学系のポリゴンミラー4への光束の主走査方向の入射角度の差によってポリゴンミラー4の偏向面4a上の偏向反射点が異なることが原因である。偏向面4aに曲率がある場合に偏向反射点が異なると、曲率の一回微分値が異なるので、面法線方向がそれぞれ異なってくる。その結果として偏向反射される方向が主走査方向の入射角度に依存して異なってくる。
このように、面精度Sに起因して光束の反射角度にズレが生じた場合、斜入射面倒れジッターの補正量には面精度に依存した誤差が残存してしまう。
図9の(i)のように偏向面4aが完全な平面(面精度S=0λ、λはd線の波長)であれば、偏向反射された光束の角度は、ポリゴンミラー4への光束の主走査方向の入射角度に依存しない(Δθ=0)。一方、(ii)のように、ポリゴンミラー4の加工精度が悪いために偏向面4aが主走査方向にゆるい曲率を有する場合には(面精度S≠0λ)、偏向面4aで反射された、入射光学系LA1及びLA3それぞれから射出された光束の角度は互いにずれる(Δθ≠0)。
これは、同一方向へポリゴンミラー4によって偏向反射する際に、入射光学系のポリゴンミラー4への光束の主走査方向の入射角度の差によってポリゴンミラー4の偏向面4a上の偏向反射点が異なることが原因である。偏向面4aに曲率がある場合に偏向反射点が異なると、曲率の一回微分値が異なるので、面法線方向がそれぞれ異なってくる。その結果として偏向反射される方向が主走査方向の入射角度に依存して異なってくる。
このように、面精度Sに起因して光束の反射角度にズレが生じた場合、斜入射面倒れジッターの補正量には面精度に依存した誤差が残存してしまう。
この面精度Sに起因した誤差を踏まえて表7を見ていくと、例えば、第4面は基準面に対して相対的な面倒れ量を5分有しており、結果として、斜入射面倒れジッターによる色ずれが最大で75.64μmだけ発生している。また、第3面では−60.51μmの色ずれが発生し、斜入射面倒れジッターを補正しないと印字品質が劣化してしまう。
そこで、上述の計算により補正量を求めると、面精度Sに起因した補正残差を含めて、最大3.76μmまで斜入射面倒れジッター起因の色ずれは低減することができる。そして、実際の補正量としては、例えば、入射光学系LA3に対して、第4面においては全倍率を24.90μm、片倍率を44.58μmだけ補正すればよい。
そこで、上述の計算により補正量を求めると、面精度Sに起因した補正残差を含めて、最大3.76μmまで斜入射面倒れジッター起因の色ずれは低減することができる。そして、実際の補正量としては、例えば、入射光学系LA3に対して、第4面においては全倍率を24.90μm、片倍率を44.58μmだけ補正すればよい。
一般に、面精度Sに起因する色ずれと斜入射面倒れジッター補正残差を合わせて10μm程度の色ずれが発生すると印字品質の劣化を招くため、面精度Sは0.2λ以下にすることが好ましい。
以上、本第1実施形態に係る光走査装置100において、斜入射面倒れジッターを良好に補正できることを説明した。また、本実施形態に係る斜入射面倒れジッターの補正方法は、BDセンサ及びBDレンズは従来同様それぞれ1つずつあればよいので、従来のコストを維持しつつ、高品位な画像を得ることができる。
本実施形態では、画像書き出し直前に斜入射面倒れジッターに伴う補正を行っているが、光走査装置100の組み立て時にあらかじめ補正を行っておいてもよい。光走査装置100の組み立て時において算出した補正値をあらかじめメモリに記憶しておき、画像書き出し時にその補正値に基づいて画像書き出しタイミングを制御しても本発明の効果を十分に得ることができる。
またここでは、本発明の効果を、本実施形態に係る光走査装置100のような、4つの入射光学系から4つの被走査面へそれぞれ向かう光束をポリゴンミラーの同一の偏向面で偏向走査する片側走査光学系を用いて説明した。しかしながら、本発明の効果は、ポリゴンミラーの同一の偏向面に2つ以上の光束が互いに主走査方向及び副走査方向に角度を有して入射する光学系であれば、得ることができる。
従って、図10に示されるような、2つの入射光学系(第1の複数の入射光学系及び第2の複数の入射光学系)LAそれぞれから、ポリゴンミラーの同一の偏向面に2つの光束が互いに主走査方向及び副走査方向に角度を有して入射するように、4つの入射光学系LA及び2つの結像光学系(第1の結像光学系及び第2の結像光学系)LBを、ポリゴンミラーの回転軸及び結像光学系における主走査方向を含む断面に対して鏡映対称に配置する。そのような4つの入射光学系LAから射出される光束が第1の偏向面及び第2の偏向面に入射する両側走査光学系でも本発明の効果を得ることができる。
この場合は、図10に示されるように、片方の走査光学系に配置されたBD光学系LCで得られたBD信号に基づいて、両側の走査光学系において斜入射面倒れジッターに伴う補正量を算出して書き込みタイミングを制御すればよい。従って、2つのBD光学系LCをポリゴンミラーの主走査断面に対して鏡映対称に配置する必要はない。
従って、図10に示されるような、2つの入射光学系(第1の複数の入射光学系及び第2の複数の入射光学系)LAそれぞれから、ポリゴンミラーの同一の偏向面に2つの光束が互いに主走査方向及び副走査方向に角度を有して入射するように、4つの入射光学系LA及び2つの結像光学系(第1の結像光学系及び第2の結像光学系)LBを、ポリゴンミラーの回転軸及び結像光学系における主走査方向を含む断面に対して鏡映対称に配置する。そのような4つの入射光学系LAから射出される光束が第1の偏向面及び第2の偏向面に入射する両側走査光学系でも本発明の効果を得ることができる。
この場合は、図10に示されるように、片方の走査光学系に配置されたBD光学系LCで得られたBD信号に基づいて、両側の走査光学系において斜入射面倒れジッターに伴う補正量を算出して書き込みタイミングを制御すればよい。従って、2つのBD光学系LCをポリゴンミラーの主走査断面に対して鏡映対称に配置する必要はない。
図11は、本発明の第2実施形態に係る光走査装置200の主走査断面図を示している。光走査装置200は、第1実施形態に係る光走査装置100と比較して、主走査断面内のBD光学系LCと結像光学系LBの光軸の成す角度のみが異なり、他は同じ構成である。光走査装置200において、光走査装置100と同一の構成要素については、同一の符番を付している。
また表8は、本実施形態に係る光走査装置200における主な数値を示している。
次に、本実施形態と第1実施形態との違いについて詳しく述べる。
本実施形態に係る光走査装置200の光学系の構成に関しては、図11に示されているように、第1実施形態に係る光走査装置100と比較して、主走査断面内のBD光学系LCと結像光学系LBの光軸の成す角度が異なる。すなわち、BD光学系LCは、結像光学系LBの光軸及びポリゴンミラー4の回転軸を含む面に対して、入射光学系LA1乃至LA4とは反対側に配置されている。
また、ポリゴンミラー4の回転方向も第1実施形態とは逆の方向(矢印B方向)に回転している。このように回転方向を変えることで、BD光学系LCでのBD信号取得を常に画像書き出しより前に行うことができる。そのため、画像書き出し後にBD光学系LCでBD信号取得を行い、次の書き出しタイミング制御を行う場合に比べて、BD信号取得から書き出し開始までのポリゴンミラーの回転時間を短くすることができる。従って、ポリゴンミラーの回転誤差による書き出し位置ズレの影響を受けにくいという利点がある。
また、ポリゴンミラー4の回転方向も第1実施形態とは逆の方向(矢印B方向)に回転している。このように回転方向を変えることで、BD光学系LCでのBD信号取得を常に画像書き出しより前に行うことができる。そのため、画像書き出し後にBD光学系LCでBD信号取得を行い、次の書き出しタイミング制御を行う場合に比べて、BD信号取得から書き出し開始までのポリゴンミラーの回転時間を短くすることができる。従って、ポリゴンミラーの回転誤差による書き出し位置ズレの影響を受けにくいという利点がある。
この光走査装置200の配置の効果は、式(8)からよく説明することができる。式(8)は、ポリゴンミラー4の或る偏向面における、主走査方向及び副走査方向にそれぞれ異なる角度を有する入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差とポリゴンミラー4の該或る偏向面の次の偏向面における入射光学系LA3とLA1のBD信号取得時間差との間の差Δτを表している。
Δτは、偏向面の面法線ベクトルとBD光学系LCの光軸との間の主走査方向の角度差θBDが大きくなるほど、大きくなる。
従って、本実施形態のように、BD光学系LCを、主走査断面内において結像光学系LBの光軸に対して入射光学系LA1乃至LA4とは反対側に配置することによって、θBDを大きくすることができ、結果としてΔτを大きくすることができる。
Δτは、偏向面の面法線ベクトルとBD光学系LCの光軸との間の主走査方向の角度差θBDが大きくなるほど、大きくなる。
従って、本実施形態のように、BD光学系LCを、主走査断面内において結像光学系LBの光軸に対して入射光学系LA1乃至LA4とは反対側に配置することによって、θBDを大きくすることができ、結果としてΔτを大きくすることができる。
このように、本実施形態に係る光走査装置200ではΔτを大きくすることができるので、Δτから斜入射面倒れジッターに伴う補正量を算出する際に、例えば算出回路の量子化誤差等の影響を受けにくくなる。従って、より高精度に斜入射面倒れジッターの補正を行うことが可能となる。
具体的には、式(8)のΔτ2に誤差Δτerrを加わったとして、Δτ’=Δτ+Δτerrとすると、式(10)において得られる、偏向面4a2に対しての入射光学系LA3に対する像高ズレを補正するための時間T3 2’は、
T3 2’=Δτ’(sinθy−sinθBD)/(sinθBD+sin(θBD+φ/2))
・・・(10)’
となる。
従って、本来の補正量T3 2からの誤差ΔT3 2は、
ΔT3 2=T3 2’−T3 2
=Δτerr(sinθy−sinθBD)/(sinθBD+sin(θBD+φ/2))
・・・(10)”
と求まる。
式(10)”から、ΔT3 2はθBDが大きくなればなるほど小さくなることを示しており、従って、本実施形態に係る光走査装置200では、斜入射面倒れジッターに伴う補正量が誤差に対して影響を受けにくいことがわかる。
具体的には、式(8)のΔτ2に誤差Δτerrを加わったとして、Δτ’=Δτ+Δτerrとすると、式(10)において得られる、偏向面4a2に対しての入射光学系LA3に対する像高ズレを補正するための時間T3 2’は、
T3 2’=Δτ’(sinθy−sinθBD)/(sinθBD+sin(θBD+φ/2))
・・・(10)’
となる。
従って、本来の補正量T3 2からの誤差ΔT3 2は、
ΔT3 2=T3 2’−T3 2
=Δτerr(sinθy−sinθBD)/(sinθBD+sin(θBD+φ/2))
・・・(10)”
と求まる。
式(10)”から、ΔT3 2はθBDが大きくなればなるほど小さくなることを示しており、従って、本実施形態に係る光走査装置200では、斜入射面倒れジッターに伴う補正量が誤差に対して影響を受けにくいことがわかる。
表9は、本実施形態に係る光走査装置200において、入射光学系LA1(表A)、LA2(表B)、LA3(表C)、LA4(表D)それぞれに対応した斜入射面倒れジッターに関する諸元値を示している。
表9に示されているように、各偏向面の面倒れ量γ及び面精度Sは、第1実施形態との比較を容易にするために、第1実施形態と同じ値としている。
BDセンサ11での入射光学系LA3及びLA1の光束の測定時間差Δτは、上述したように、BD光学系LCの配置変更の効果によって、確かに第1実施形態(表7参照)に比べて大きくなっている。その結果として、補正残差は、第1実施形態に比べてすべて小さくなっている。
BDセンサ11での入射光学系LA3及びLA1の光束の測定時間差Δτは、上述したように、BD光学系LCの配置変更の効果によって、確かに第1実施形態(表7参照)に比べて大きくなっている。その結果として、補正残差は、第1実施形態に比べてすべて小さくなっている。
以上から、第2実施形態に係る光走査装置200を用いて、本実施形態の効果、すなわち、第1実施形態に係る光走査装置100に比べて、補正量に対する誤差の影響を受けにくいことがわかった。
本実施形態の効果は、第1実施形態と同様に、両側走査光学系においても得ることができる。また、本実施形態では、第1実施形態と同様に、画像書き出し直前に斜入射面倒れジッターに伴う補正を行っているが、光走査装置200の組み立て時にあらかじめ補正を行っておいてもよい。
図12は、本発明に係る光走査装置が搭載されたカラー画像形成装置91の要部概略図である。本発明に係るカラー画像形成装置は、複数の光走査装置を並べ、各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
カラー画像形成装置91は、本発明の第1実施形態または第2実施形態に係る光走査装置101、像担持体としての感光ドラム(感光体)111、112、113、114を備えている。また、カラー画像形成装置91は、現像器115、116、117、118、搬送ベルト121、定着器94、及び用紙カセット95を備えている。
カラー画像形成装置91には、パーソナルコンピュータ等の外部機器92からR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号(コードデータ)が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ93によって、C(シアン),M(マゼンタ),Y(イエロー)、K(ブラック)の各画像データ(画像信号)に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置101に入力される。そして、光走査装置101からは、各画像データに応じて変調された光ビーム131、132、133、134が出射し、これらの光ビームによって感光ドラム111、112、113、114の感光面が主走査方向に走査される。
感光ドラム111乃至114は、不図示のモータによって回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム111乃至114の感光面が光ビーム131乃至134に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム111乃至114の下方には、感光ドラム111乃至114の表面を一様に帯電せしめる不図示の帯電ローラが表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラによって帯電された感光ドラム111乃至114の表面に、光走査装置101から射出される光ビーム131乃至134が照射されるようになっている。
先に説明したように、光ビーム131乃至134は、画像データに基づいて変調されており、光ビーム131乃至134を照射することによって感光ドラム111乃至114の表面、すなわち感光面上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、光ビーム131乃至134の照射位置よりもさらに感光ドラム111乃至114の回転方向の下流側で感光ドラム111乃至114に当接するように配設された現像器115乃至118によってトナー像として現像される。
現像器115乃至118によって現像されたトナー像は、感光ドラム111乃至114の上方で、感光ドラム111乃至114に対向するように配設された不図示の転写ローラ(転写器)によって、被転写材たる不図示の用紙上に順に転写される。用紙は感光ドラム111乃至114の前方(図12において下側)の用紙カセット95内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット95の端部には、不図示の給紙ローラが配設されており、給紙ローラによって用紙カセット95内の用紙が搬送ベルト121へ送り込まれ、搬送ベルト121が用紙を感光ドラム111乃至114まで搬送する。
以上のようにして、未定着トナー像が転写された用紙は、さらに感光ドラム111乃至114の後方(図12において左側)の定着器94へ搬送される。定着器94は、内部に定着ヒータ(不図示)を有する定着ローラとこの定着ローラに圧接するように配設された加圧ローラとで構成されている。そして、搬送されてきた用紙を定着ローラと加圧ローラの圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙上の未定着トナー像を定着せしめる。さらに定着器94の後方には不図示の排紙ローラが配設されており、定着された用紙を画像形成装置91の外部に排出する。
なお、プリンタコントローラ93は、先に説明したデータの変換だけでなく、感光ドラム111乃至114を駆動するモータに加えて、画像形成装置91内の各構成要素や、光走査装置101内のポリゴンモータなどの制御を行う。
また、外部機器92としては、例えばCCDセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置91とで、カラーデジタル複写機が構成される。
4 ポリゴンミラー(偏向器)
8 被走査面
100 光走査装置
LA 入射光学系
LB 結像光学系
LC BD光学系(同期検知手段)
8 被走査面
100 光走査装置
LA 入射光学系
LB 結像光学系
LC BD光学系(同期検知手段)
Claims (11)
- 複数の偏向面を有する偏向器と、
該偏向器の回転軸に平行な第1の断面及び該偏向器の回転軸に垂直な第2の断面において、前記複数の偏向面のうち同一の偏向面に互いに異なる角度で光束を入射させる複数の入射光学系と、
前記偏向器によって偏向される複数の光束を被走査面に集光する結像光学系と、
前記偏向器によって偏向された複数の光束を検知し、前記複数の入射光学系のそれぞれに対応する複数の同期信号を取得する同期検知手段と、
前記同期信号間の時間差の前記偏向面間での差分に基づき、前記複数の偏向面及び前記複数の入射光学系のそれぞれに対応する前記被走査面への画像書き込みタイミングのずれを補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする光走査装置。 - 前記複数の入射光学系は、前記第2の断面に対して互いに異なる側から前記同一の偏向面に光束を入射させる少なくとも2つの入射光学系を含むことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記同期検知手段は、前記結像光学系の光軸及び前記偏向器の回転軸を含む面に対して、前記複数の入射光学系と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光走査装置。
- 前記同期検知手段は、前記結像光学系の光軸及び前記偏向器の回転軸を含む面に対して、前記複数の入射光学系とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光走査装置。
- 前記補正手段は、前記偏向器が備える各偏向面の間における前記時間差の差分に基づいて、全体倍率ズレ及び片倍率ズレを補正するための補正値を算出し、前記複数の偏向面及び前記複数の入射光学系のそれぞれに対する前記被走査面への画像書き込みタイミングのずれを補正することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記偏向器の偏向面の面精度をS、d線の波長をλ、とするとき、
S≦0.2λ
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記偏向器の回転軸に平行な断面における、前記補正手段が用いる前記同期信号に対応する2つの入射光学系の光軸同士が成す角度の間の差をΔφ(deg)とするとき、
1.5≦Δφ≦12.0
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 該偏向器の回転軸に垂直な断面における、前記補正手段が用いる前記同期信号に対応する2つの入射光学系の光軸同士が成す角度の間の差をΔθ(deg)とするとき、
5.0≦Δθ≦20.0
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 複数の偏向面を有する偏向器と、
該偏向器の回転軸に平行な第1の断面及び該偏向器の回転軸に垂直な第2の断面において、前記複数の偏向面のうちの第1の偏向面に互いに異なる角度で光束を入射させる第1の複数の入射光学系と、
該偏向器の回転軸に平行な第3の断面及び該偏向器の回転軸に垂直な第2の断面において、前記複数の偏向面のうちの前記第1の偏向面とは異なる第2の偏向面に互いに異なる角度で光束を入射させる第2の複数の入射光学系と、
前記第1の偏向面によって偏向される複数の光束を第1の複数の被走査面に集光する、第1の結像光学系と、
前記第2の偏向面によって偏向される複数の光束を第2の複数の被走査面に集光する、第2の結像光学系と、
前記第1の偏向面によって偏向された複数の光束を検知し、前記第1の複数の入射光学系それぞれに対応する複数の同期信号を取得する同期検知手段と、
前記同期信号間の時間差の前記偏向面間での差分に基づき、前記複数の偏向面、前記第1の複数の入射光学系及び前記第2の複数の入射光学系それぞれに対する前記被走査面への画像書き込みタイミングのずれを補正する、補正手段と、
を備えることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光走査装置と、前記光走査装置によって前記被走査面に配置された感光体の感光面上に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
- 外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014105308A JP2015219494A (ja) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | 光走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014105308A JP2015219494A (ja) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | 光走査装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2015219494A true JP2015219494A (ja) | 2015-12-07 |
Family
ID=54778875
Family Applications (1)
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JP2014105308A Pending JP2015219494A (ja) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | 光走査装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2015219494A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016180772A (ja) * | 2015-03-23 | 2016-10-13 | ブラザー工業株式会社 | 画像形成装置、光走査装置の制御方法およびプログラム |
JP7404103B2 (ja) | 2020-02-21 | 2023-12-25 | 東芝テック株式会社 | 光走査装置及び画像形成装置 |
-
2014
- 2014-05-21 JP JP2014105308A patent/JP2015219494A/ja active Pending
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