JP3697821B2 - 光ビーム走査光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビーム走査光学装置、詳しくはレーザプリンタやデジタル複写機の画像書込み手段として用いられる光ビーム走査光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ビーム走査光学装置として、複数本の光ビームを同時に被走査面上の異なる位置に集光させて、一回の走査で複数ラインを同時に書き込むものが知られている。この種の装置において、被走査面上での光ビームの間隔が広過ぎると、被走査面の駆動ムラの影響を受け易いため画質が低下するという問題がある。また、レーザダイオードの発光点間隔を狭くしたいが、製造技術の観点から発光点間隔を狭くすることが困難である場合がある。しかも、レーザダイオードの場合、所望の画像密度を確保するために発光点間隔を狭くすると、発光点間の熱的クロストークが生じ、光ビームの光量が変化し画質が低下するという問題がある。
【０００３】
そこで、この対策として、例えば特公平６−４８８４６号公報に記載されているように、飛び越し走査を行なうことによって光源の発光点間隔の設定に自由度を持たせ、これらの問題を低減する技術が提案されている。ここに、飛び越し走査は、図１９に示すように複数の光ビームスポット８１ａ〜８１ｄにて走査ラインを画像先端側から順番に走査するのとは異なり、図２０に示すように後の走査によって走査される走査ラインの間に位置する走査ラインを先の走査によって走査することである。
【０００４】
さらに、図２０を参照して具体的に詳説すると、複数の光ビームスポット８２ａ〜８２ｄの感光体上での間隔を、所望の画像密度から要求される光ビーム間隔Ｐを単位として、副走査方向に等間隔に「３」となるようにする。一回目の走査では、スポット８２ａ，８２ｂを感光体上に形成する発光点は点灯させず、スポット８２ｃ，８２ｄを形成する発光点のみ同時点灯させる。二回目の走査では、スポット８２ａのみ点灯させず、残りのスポット８２ｂ〜８２ｄは同時点灯させる。三回目以降の走査では、全てのスポット８２ａ〜８２ｄを同時点灯させる。一回目及び二回目の走査でいくつかのスポットを点灯させなかったのは、画像先端部に走査抜け部分を発生させないためである。こうして、複数の光ビームスポット８２ａ〜８２ｄは、先の走査の際にスポット８２ｃ，８２ｄによって走査される走査ラインが、後の走査の際にスポット８２ａ，８２ｂによって走査される走査ラインを飛び越して走査しながら、被走査面上に画像（静電潜像）を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光ビーム走査光学装置にあっては、被走査面上でのビームスポット８２ａ〜８２ｄの位置が等間隔であるという制約があったため、偏向器や走査光学素子の個々の形状や配置が制限されるという問題があった。例えば、偏向器としてポリゴンミラーを採用した場合、副走査方向においてポリゴンミラーの偏向面上で光ビームを一旦集光させる、いわゆる面倒れ補正光学系が構成されることがある。しかしながら、従来の光ビーム走査光学装置のように被走査面上でのビームスポットの位置が等間隔であった場合、面倒れ補正光学系の倍率を最適化することが難しいという問題があった。さらに、主走査方向においても、被走査面上でのビームスポットの間隔が等間隔であった場合、同様に偏向器や走査光学素子の個々の形状や配置が制限されるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、発光点間隔の自由度が大きく、偏向器や走査光学素子の形状及び配置に制限がない、高速で高画質な画像を得ることができる光ビーム走査光学装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段と作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係る光ビーム走査光学装置は、３以上の発光点を有する光源と、前記光源から放射された光ビームを略平行光又は収束光のいずれかに整形する集光レンズと、前記集光レンズから出射された光ビームを偏向走査する偏向器と、前記偏向器から出射した光ビームを被走査面上にライン状に走査させる走査光学素子とを備え、前記光源から放射されるｎ本の光ビームが副走査方向に不等間隔で前記被走査面上に同時に走査され、かつ、画像先端側から１番目の前記被走査面上の光ビーム集光位置を基準にして、単位を所定の画像密度から要求される前記被走査面上の走査ライン間隔とし、画像先端側からｋ番目の光ビーム集光位置をｈk（２≦ｋ≦ｎ）としたとき、以下の関係式
ｈi ｍｏｄ ｎ ≠０
ｈi ｍｏｄ ｎ ≠ｈj ｍｏｄ ｎ
ただし、 ２≦ｉ≦ｎ
２≦ｊ≦ｎ
ｉ≠ｊ
ｍｏｄ：ｈi又はｈjをｎで剰算して剰余を求める演算子
が成立すること、前記集光レンズが光軸に対して略軸対称形状を有し、かつ、前記光源の発光点が前記光軸を略中心とする円周上に配置されていること、および、画像密度の変更のために前記光源が前記光軸を中心にして外周方向に回動可能であることを特徴とする。ここに、略平行光は、若干発散する光をも含む。
【０００８】
以上の構成により、光源から放射される複数の光ビームが、被走査面上に副走査方向に不等間隔で同時に走査されるものであっても、二重走査や走査抜けを発生させることなく、被走査面上に走査される。
【０００９】
また、集光レンズが光軸に対して略軸対称形状を有し、かつ、光源の発光点が前記光軸を略中心とする円周上に配置されているため、発光点から放射された光ビームは、それぞれ集光レンズの出射面の光軸を中心とする所定の円周上の位置から、光軸に対して等しい出射角度で出射する。そして、集光レンズから出射した各光ビームの収差が略等しくなる。
【００１０】
また、本発明に係る光ビーム走査光学装置は、画像密度の変更のために前記光源が前記光軸を中心にして外周方向に回動可能であるため、複数の発光点からそれぞれ放射される光ビームの受光面上での集光位置が調整可能となり、画像密度の切り替えが行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ビーム走査光学装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１において、光ビーム走査光学装置は、概略、光源ユニット１と、シリンドリカルレンズ１１とポリゴンミラー１２と３枚のｆθレンズ１３，１４，１５及びシリンドリカルレンズ１６と、平面ミラー１７と、感光体ドラム２５とで構成されている。
【００１３】
光源ユニット１は、レーザダイオードアレイ２とコリメータレンズ５とからなる。コリメータレンズ５は軸対称形状を有しており、その対称軸を走査光学装置の光軸Ｃ上に配置している。
レーザダイオードアレイ２は、略円柱形状をしており、図２に示すように、９０゜の等間隔で外縁部に配置された四つの発光点２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有している。従って、各発光点２ａ〜２ｄ間の位置関係が等価となり、発光点２ａ〜２ｄ間の温度上昇のばらつきを抑えることができる。この結果、発光点２ａ〜２ｄから放射される光ビーム間の光量のばらつきが小さくなる。さらに、これらの発光点２ａ〜２ｄは、コリメータレンズ５の対称軸（光軸Ｃ）を中心とする円周Ｑ上に配置されている。この構成により、コリメータレンズ５に対して各発光点２ａ〜２ｄの位置が光学的に等価になる。従って、発光点２ａ〜２ｄから放射される光ビーム間の集光状態がばらつきにくくなり、画像の均一性を向上させることができる。
【００１４】
図１に示すように、レーザダイオードアレイ２の外周面に形成したラック２１にはステッピングモータ２３の出力ピニオン２２が噛合している。ステッピングモータ２３を正転あるいは逆転させることにより、レーザダイオードアレイ２は光軸Ｃを中心にして外周方向に回動可能である。この回動によって四つの発光点２ａ〜２ｄが光軸Ｃを中心にして移動し、発光点２ａ〜２ｄからそれぞれ放射される光ビームの感光体ドラム２５上での集光位置が調整され、画像密度の切り替えが行なわれる。
【００１５】
レーザダイオードアレイ２から放射された光ビームＢ1，Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4は、それぞれコリメータレンズ５によって平行光（又は収束光）とされる。光ビームＢ1〜Ｂ4は、コリメータレンズ５の出射面の光軸Ｃを中心とする所定の円周上の位置から出射する。コリメータレンズ５から出射した各光ビームＢ1〜Ｂ4の収差は略等しくなり、均一性の優れた画像を得ることができる。また、各光ビームＢ1〜Ｂ4は、光軸Ｃに対して等しい出射角度でコリメータレンズ５から出射する。従って、例えば図３に示すように、コリメータレンズ５の後方焦点位置の光軸Ｃ上にアパーチャ７を配置して光ビームＢ1〜Ｂ4の径を規制する場合、全ての光ビームＢ1〜Ｂ4がアパーチャ７によって常に同じ量だけケラレることになり、均一性の優れた画像を得ることができる。これらの効果は、ステッピングモータ２３を利用してレーザダイオードアレイ２を外周方向に回動して発光点２ａ〜２ｄの位置を変えても同様である。
【００１６】
コリメータレンズ５から出射された光ビームＢ1〜Ｂ4は、シリンドリカルレンズ１１を介してポリゴンミラー１２に到達する。シリンドリカルレンズ１１は光ビームＢ1〜Ｂ4をポリゴンミラー１２の反射面近傍に主走査方向に長い線状に集光する。ポリゴンミラー１２は矢印ａ方向に一定角速度で回転駆動される。光ビームＢ1〜Ｂ4はポリゴンミラー１２の回転に基づいて各反射面で等角速度に偏向走査され、ｆθレンズ１３，１４，１５及びシリンドリカルレンズ１６を透過し、平面ミラー１７で下方に反射される。その後、光ビームＢ1〜Ｂ4は感光体ドラム２５上で結像すると共に、矢印ｂ方向に走査する。即ち、この光学系では１回の走査で４ラインを同時に書き込む。
【００１７】
ｆθレンズ１３，１４，１５はポリゴンミラー１２で等角速度に偏向された光ビームＢ1〜Ｂ4を感光体ドラム２５上での主走査速度を等速に補正（歪曲収差補正）機能を有している。シリンドリカルレンズ１６は前記シリンドリカルレンズ１１と同様に副走査方向にのみパワーを有し、二つのレンズ１１，１６が協働してポリゴンミラーの面倒れ誤差を補正する。
【００１８】
感光体ドラム２５は矢印ｃ方向に一定速度で回転駆動され、ポリゴンミラー１２及びｆθレンズ１３，１４，１５による矢印ｂ方向への主走査と、感光体ドラム２５の矢印ｃ方向への副走査によって感光体ドラム２５上に画像（静電潜像）が書き込まれる。
次に、レーザダイオードアレイ２の発光点２ａ〜２ｄから放射される光ビームＢ1〜Ｂ4の感光体ドラム２５上での集光位置設定について説明する。
【００１９】
複数の光ビームは、副走査方向に不等間隔で感光体ドラム２５上に同時に走査されるように設定される。さらに、画像先端側から１番目の感光体ドラム２５上の光ビーム集光位置を基準にして、単位を所定の画像密度から要求される感光体ドラム２５上の走査ライン間隔とし、画像先端側からｋ番目の光ビーム集光位置をｈk（２≦ｋ≦ｎ）とした場合、以下の関係式（１），（２）が成立するように設定される。
【００２０】
ｈi ｍｏｄ ｎ≠０ ……（１）
ｈi ｍｏｄ ｎ≠ｈj ｍｏｄ ｎ ……（２）
ただし、２≦ｉ≦ｎ
２≦ｊ≦ｎ
ｉ≦ｊ
ｍｏｄ：ｈi又はｈjをｎで剰算して剰余を求める演算子
【００２１】
ここに、関係式（１）は、画像先端側から１番目の光ビームが、先の走査で画像が既に書き込まれている走査ラインに二重書きしない条件である。また、関係式（２）は、画像先端側からｋ番目の光ビームが、先の走査で画像が既に書き込まれている走査ラインに二重書きしない条件である。
【００２２】
以下、光ビーム走査光学装置の画像密度を４００ｄｐｉに設定した場合の、レーザダイオードアレイ２から放射される４本の光ビームＢ1〜Ｂ4の感光体ドラム２５上での集光位置調整の第１例について、図２、図４、図５を参照して説明する。
【００２３】
図２に示すように、レーザダイオードアレイ２は、発光点２ａと光軸Ｃを結ぶ線が主走査方向に対して７８．７゜になるように、ステッピングモータ２３を利用して外周方向に回動される。これにより、発光点２ａ〜２ｄが見掛け上副走査方向に不等間隔で配置されたようになり、発光点２ａ〜２ｄからそれぞれ放射された光ビームＢ1〜Ｂ4は、図４に示すように、感光体ドラム２５上で副走査方向に不等間隔で集光する。
【００２４】
すなわち、光ビームＢ1〜Ｂ4のそれぞれの感光体ドラム２５上での光ビームスポット３０ａ〜３０ｄの副走査方向の間隔は、４００ｄｐｉの画像密度から要求される光ビーム間隔ｐ（＝６３．４μｍ＝略６３．５μｍ、４００ｄｐｉ相当）を「１」としたとき、スポット３０ａと３０ｄの間隔及びスポット３０ｂと３０ｃの間隔が「２」、スポット３０ｄと３０ｂの間隔が「１」となる。従って、画像先端側から１番目の感光体ドラム２５上の走査位置を基準にすると、画像先端側から２番目の走査位置ｈ2＝「２」、３番目の走査位置ｈ3＝「３」、４番目の走査位置ｈ4＝「５」となり、
ｈ2 ｍｏｄ ４＝２≠０
ｈ3 ｍｏｄ ４＝３≠０
ｈ4 ｍｏｄ ４＝１≠０
ｈ2 ｍｏｄ ４≠ｈ3 ｍｏｄ ４≠ｈ4 ｍｏｄ ４
となるので、前記関係式（１）及び（２）が成立している。
【００２５】
ところで、レーザダイオードアレイ２において、各発光点２ａ〜２ｄの位置は主走査方向に異なっている。従って、各発光点２ａ〜２ｄを同時発光する際の、各発光点２ａ〜２ｄの書き出し位置が主走査方向にずれることになる。そこで、各発光点２ａ〜２ｄの書き出し位置を揃えるためには、発光点２ｂを基準にして発光点２ａ，２ｃ，２ｄの駆動開始のタイミングを遅延させる必要がある。すなわち、図５に示すように、基準の発光点２ｂは、一走査毎に印字開始位置を決めるための垂直同期信号を検出してから時間ｔ0後に画像データに基づいて駆動開始される。発光点２ａ，２ｃ，２ｄはさらに遅延時間ｔ1，ｔ2，ｔ3後に画像データに基づいて駆動開始される。こうして、書き出し位置の揃った光ビーム走査光学装置が得られる。
【００２６】
次に、以上のように調整されたレーザダイオードアレイ２による感光体ドラム２５上への画像の書き込みについて、図６及び図７を参照して説明する。
図６に示すように、発光点２ａ〜２ｄから放射された光ビームＢ1〜Ｂ4は、感光体ドラム２５上に副走査方向に不等間隔でビームスポット３０ａ〜３０ｄを形成する。このビームスポット３０ａ〜３０ｄにて飛び越し走査させる。すなわち、一回目の走査では、発光点２ａを点灯させないで、残りの発光点２ｂ〜２ｄを点灯させる。このとき、発光点２ｄは走査ライン１の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｂは走査ライン２の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｃは走査ライン４の画像データに基づいて駆動される（図７参照）。発光点２ａを点灯させなかったのは、画像先端部に走査抜け部分を発生させないためである。
【００２７】
二回目の走査では全ての発光点２ａ〜２ｄを点灯させる。このとき、発光点２ａは走査ライン３の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｄは走査ライン５の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｂは走査ライン６の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｃは走査ライン８の画像データに基づいて駆動される（図７参照）。以下、三回目、四回目、…と走査が繰り返される。
【００２８】
こうして、四つの光ビームスポット３０ａ〜３０ｄは、先の走査の際にスポット３０ｃによって走査される走査ラインが、後の走査の際にスポット３０ａによって走査される走査ラインを飛び越して走査しながら、感光体ドラム２５上に画像を形成する。従って、光ビームスポット３０ａ〜３０ｄが副走査方向に不等間隔であっても、二重書きや走査抜けを発生させることなく、感光体ドラム２５上に画像を形成させることができる。このように、感光体ドラム２５上での光ビームスポット３０ａ〜３０ｄを副走査方向に不等間隔にすることにより、発光点２ａ〜２ｄ間隔の設定の自由度を大きくすることができ、ポリゴンミラー１２やｆθレンズ１３〜１５の形状及び配置を制約なく最適に設定することができる。
【００２９】
ここで、レーザダイオードアレイ２の駆動回路ブロックは、図８に示すように、概略、画像データを記憶しておくためのＲＡＭ４１と、レーザダイオードアレイ２を制御するためのコントローラ４２と、発光点２ａ〜２ｄを駆動するためのドライバ４３とで構成されている。ホストコンピュータ４０から画像データを並び替えるための命令信号がインターフェース（Ｉ／Ｆ）を介してＲＡＭ４１に入力されると、ＲＡＭ４１に走査ライン１から順に並べられて記憶されていた画像データが、走査毎に図６に示す順番で取り出され、コントローラ４２に伝送される。コントローラ４２では、それぞれの画像データを遅延回路４２ａによって所定の遅延時間後に出力する。コントローラ４２から順次遅延して出力された画像データ信号はそれぞれドライバ４３に伝送され、各ドライバ４３は順次対応の発光点２ａ〜２ｄを駆動する。
【００３０】
次に、光ビーム走査光学装置の画像密度を６００ｄｐｉに切り替えた場合の、光ビームＢ1〜Ｂ4の感光体ドラム２５上での集光位置調整の第２例について、図９〜図１２を参照して説明する。
図９に示すように、レーザダイオードアレイ２は、発光点２ａと光軸Ｃを結ぶ線が主走査方向に対して６６．８゜になるように、ステッピングモータ２３を利用して外周方向に回動される。これにより、発光点２ａ〜２ｄが見掛上副走査方向に不等間隔で配置されたようになり、発光点２ａ〜２ｄからそれぞれ放射された光ビームＢ1〜Ｂ4は、図１０に示すように、感光体ドラム２５上に副走査方向に不等間隔で光ビームスポット３０ａ〜３０ｄを形成する。スポット３０ａ〜３０ｄの間隔は、６００ｄｐｉの画像密度から要求される光ビーム間隔ｐ（＝４２．４μｍ＝略４２．３μｍ、６００ｄｐｉ相当）を「１」としたとき、スポット３０ａと３０ｄの間隔及びスポット３０ｂと３０ｃの間隔が「２」、スポット３０ｄと３０ｂの間隔が「３」となる。従って、画像先端側から１番目の感光体ドラム２５上の走査位置を基準にすると、画像先端側から２番目の走査位置ｈ2＝「２」、３番目の走査位置ｈ3＝「５」、４番目の走査位置ｈ4＝「７」となり、
ｈ2 ｍｏｄ ４＝２≠０
ｈ3 ｍｏｄ ４＝１≠０
ｈ4 ｍｏｄ ４＝３≠０
ｈ2 ｍｏｄ ４≠ｈ3 ｍｏｄ ４≠ｈ4 ｍｏｄ ４
となるので、前記関係式（１）及び（２）が成立している。
【００３１】
次に、以上のように調整されたレーザダイオードアレイ２による感光体ドラム２５上への画像の書き込みについて図１１を参照して説明する。
一回目の走査では発光点２ａ，２ｄを点灯させないで、発光点２ｂ，２ｃを点灯させる。このとき、発光点２ｂは走査ライン２の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｃは走査ライン４の画像データに基づいて駆動される（図１２参照）。二回目の走査では全ての発光点２ａ〜２ｄを点灯させる。このとき、発光点２ａは走査ライン１の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｂは走査ライン６の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｃは走査ライン８の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｄは走査ライン３の画像データに基づいて駆動される（図１２参照）。このような画像データの並び替えは、前述したように、図８に示したホストコンピュータ４０からの命令信号によって行なわれる。こうして、四つの光ビームスポット３０ａ〜３０ｄにて飛び越し走査させて、感光体ドラム２５上に画像を形成する。
【００３２】
さらに、光ビームＢ1〜Ｂ4の感光体ドラム２５上での光ビームスポット３０ａ〜３０ｄが、図１３に示すように、副走査方向に不等間隔で形成されている第３例について説明する。スポット３０ａ〜３０ｄの間隔は、所望の画像密度から要求される光ビーム間隔ｐを「１」単位としたとき、スポット３０ａと３０ｄの間隔が「１」、スポット３０ｄと３０ｂの間隔が「２」、スポット３０ｂと３０ｃの間隔が「３」であり、前記関係式（１）及び（２）が成立している。そして、この光ビームスポット３０ａ〜３０ｄにて飛び越し走査させることにより、感光体ドラム２５上に画像が形成される。
【００３３】
さらに、図１４に示した光源ユニット１を備えた光ビーム走査光学装置の場合について説明する。この装置の画像密度は４００ｄｐｉとする。
図１５に示すように、光源ユニット１は１つの発光点５１ａを有するレーザダイオード５１と、二つの発光点５２ａ，５２ｂを有するレーザダイオードアレイ５２と、偏光素子５３と、ビーム結合素子５４と、コリメータレンズ５とで構成されている。レーザダイオード５１とレーザダイオードアレイ５２は、ビーム結合素子から出射したレーザダイオード５１の光ビームＢ1及びレーザダイオードアレイ５２の光ビームＢ2，Ｂ3の偏光方向が直交するように配置されている。本実施形態の場合、光ビームＢ1と光ビームＢ2，Ｂ3が互いに直交する方向に放射されるようにレーザダイオード５１とレーザダイオードアレイ５２を配置した。
【００３４】
発光点５１ａから放射された光ビームＢ1は、例えば１／２波長板等の偏光素子５３によってその偏光方向を９０゜回転された後、ビーム結合素子５４に導かれる。ビーム結合素子５４は二つのプリズムを偏光特性を有するフィルタ膜を介して接合したフィルタミラーであり、偏光された光ビームＢ1はフィルタ膜で直角に反射され、コリメータレンズ５によって平行光（又は収束光）とされる。発光点５２ａ，５２ｂから放射された光ビームＢ2，Ｂ3はビーム結合素子５４のフィルタ膜を透過して直進し、コリメータレンズ５によって平行光（又は収束光）とされる。光ビームＢ1〜Ｂ3はビーム結合素子５４で同一進行方向に結合されるが、互いに副走査方向に不等間隔で近接して進行する。このとき、光ビームＢ1とＢ3の間に光ビームＢ1が配置される。
【００３５】
光ビームＢ1〜Ｂ3は、シリンドリカル１１、ポリゴンミラー１２、ｆθレンズ１３〜１５、シリンドリカルレンズ１６、平面ミラー１７を介して感光体ドラム２５上で結像する。図１６に示すように、光ビームＢ1，Ｂ2，Ｂ3のそれぞれの感光体ドラム２５上での光ビームスポット５８ａ，５８ｂ，５８ｃは、４００ｄｐｉの画像密度から要求される光ビーム間隔ｐ（＝６３．４μｍ＝略６３．５μｍ、４００ｄｐｉ相当）を「１」としたとき、スポット５８ｂと５８ａの間隔が「４」、スポット５８ａと５８ｃの間隔が「１」とされており、前記関係式（１）及び（２）が成立している。そして、この光ビームスポット５８ａ〜５８ｃに飛び越し走査させることにより、感光体ドラム２５上に画像を形成する。この結果、感光体ドラム２５上での光ビームスポット５８ａ〜５８ｃの間隔の設定の自由度が大きくなり、ポリゴンミラー１２やｆθレンズ１３〜１５の形状及び配置を制約なく最適に設定することができる。
【００３６】
さらに、この光ビーム走査光学装置は、光源部をレーザダイオード５１とレーザダイオードアレイ５２の２素子にて構成するようにしたので、レーザダイオードアレイ５２の発光点５２ａと５２ｂの間隔を１素子だけのレーザダイオードアレイで構成した場合の発光点間隔より広くすることができ、熱的クロストークの影響を抑えることができる。さらに、副走査方向に対して、レーザダイオード５１から放射された光ビームＢ1の感光体ドラム２５上でのビームスポット５８ａの位置が、レーザダイオードアレイ５２から放射された光ビームＢ2，Ｂ3のビームスポット５８ｂ，５８ｃの位置の間にあるので、発光点５１ａ，５２ａ，５２ｂの間隔を見掛け上狭くすることができる。この結果、発光点５２ａと５２ｂの間隔が比較的広くても感光体ドラム２５上での光ビームＢ1〜Ｂ3の間隔を狭くすることができ、発光点５２ａと５２ｂ間の熱的クロストークを更に抑えることができる。
【００３７】
なお、本発明に係る光ビーム走査光学装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
光源としては、発光点が２次元配置されているものや１次元配置されているもの、あるいは、端面発光素子や表面発光素子を用いたもの等が採用される。
さらに、図１７に示すように、例えばシアン用、マゼンタ用、イエロー用及びブラック用のそれぞれの感光体５０３Ｃ，５０３Ｍ，５０３Ｙ，５０３Ｂｋを転写ベルトに対向させて一列に配置したタンデム方式の光ビーム走査光学装置にも本発明は有効に適用される。図１７において、５００は転写ベルトである。
【００３８】
さらに、図１８に示すように、転写ドラム５０５と、感光体ドラム５０６、この感光体ドラム５０６の周囲に配置されたシアン用、マゼンタ用、イエロー用及びブラック用のそれぞれの現像器５０７Ｃ，５０７Ｍ，５０７Ｙ，５０７Ｂｋを備えたタイプの光ビーム走査光学装置にも、本発明は有効に適用される。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、光源から放射される複数の光ビームが副走査方向に不等間隔で被走査面上に同時に走査されるものであっても、二重走査や走査抜けを発生させることなく、被走査面上に走査される。従って、従来の光ビーム走査光学装置と比較して発光点間隔をより自由に設定することができ、偏向器や走査光学素子の形状及び配置を制約なく最適に設定することができる。
【００４０】
また、集光レンズを光軸に対して略軸対称形状とし、かつ、光源の発光点を光軸を略中心とする円周上に配置させることにより、発光点から放射された光ビームを、それぞれ集光レンズの出射面の光軸を中心とする所定の円周上の位置から、光軸に対して等しい出射角度で出射させることができ、各光ビームの収差を略等しくすることができる。
【００４１】
さらに、３以上の発光点を有する光源を、一つの発光点を有する第１光源と複数の発光点を有する第２光源とで構成し、前記第１光源及び前記第２光源からそれぞれ放射された光ビームの進行方向を同一にするビーム結合素子を更に備えることにより、第２光源の発光点間隔が、１素子だけの光源で構成した場合の発光点間隔より広くなり、熱的クロストークの影響を抑えることができる。この結果、高速で高画質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ビーム走査光学装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１に示したレーザダイオードアレイの発光点の配置の第１例を示す説明図。
【図３】光ビームの径を規制する場合の説明図。
【図４】図２に示した発光点から放射された光ビームの被走査面上の光ビームスポット位置を示す説明図。
【図５】レーザダイオードアレイの各発光点の駆動タイミングチャート。
【図６】図４に示した光ビームスポットによる走査を示す説明図。
【図７】レーザダイオードアレイの各発光点に伝送される画像データを示す説明図。
【図８】レーザダイオードアレイの駆動回路ブロック図。
【図９】図１に示したレーザダイオードアレイの発光点の配置の第２例を示す説明図。
【図１０】図９に示した発光点から放射された光ビームの被走査面上の光ビームスポット位置を示す説明図。
【図１１】図９に示した光ビームスポットによる走査を示す説明図。
【図１２】レーザダイオードアレイの各発光点に伝送される画像データを示す説明図。
【図１３】第３例の光ビームスポットによる走査を示す説明図。
【図１４】本発明に係る光ビーム走査光学装置の別の実施形態を示す概略構成図。
【図１５】図１４に示した光源ユニットの側面図。
【図１６】図１４に示した走査光学装置による走査を示す説明図。
【図１７】本発明に係る光ビーム走査光学装置の別のタイプを示す概略構成図。
【図１８】本発明に係る光ビーム走査光学装置のさらに別のタイプを示す概略構成図。
【図１９】従来の光ビーム走査光学装置の走査を示す説明図。
【図２０】従来の飛び越し走査を示す説明図。
【符号の説明】
１…光源ユニット
２…レーザダイオードアレイ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…発光点
５…コリメータレンズ
１２…ポリゴンミラー
１３，１４，１５…走査レンズ
２５…感光体ドラム
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…光ビームスポット
５１…レーザダイオード
５２…レーザダイオードアレイ
５４…ビーム結合素子
Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4…光ビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビーム走査光学装置、詳しくはレーザプリンタやデジタル複写機の画像書込み手段として用いられる光ビーム走査光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ビーム走査光学装置として、複数本の光ビームを同時に被走査面上の異なる位置に集光させて、一回の走査で複数ラインを同時に書き込むものが知られている。この種の装置において、被走査面上での光ビームの間隔が広過ぎると、被走査面の駆動ムラの影響を受け易いため画質が低下するという問題がある。また、レーザダイオードの発光点間隔を狭くしたいが、製造技術の観点から発光点間隔を狭くすることが困難である場合がある。しかも、レーザダイオードの場合、所望の画像密度を確保するために発光点間隔を狭くすると、発光点間の熱的クロストークが生じ、光ビームの光量が変化し画質が低下するという問題がある。
【０００３】
そこで、この対策として、例えば特公平６−４８８４６号公報に記載されているように、飛び越し走査を行なうことによって光源の発光点間隔の設定に自由度を持たせ、これらの問題を低減する技術が提案されている。ここに、飛び越し走査は、図１９に示すように複数の光ビームスポット８１ａ〜８１ｄにて走査ラインを画像先端側から順番に走査するのとは異なり、図２０に示すように後の走査によって走査される走査ラインの間に位置する走査ラインを先の走査によって走査することである。
【０００４】
さらに、図２０を参照して具体的に詳説すると、複数の光ビームスポット８２ａ〜８２ｄの感光体上での間隔を、所望の画像密度から要求される光ビーム間隔Ｐを単位として、副走査方向に等間隔に「３」となるようにする。一回目の走査では、スポット８２ａ，８２ｂを感光体上に形成する発光点は点灯させず、スポット８２ｃ，８２ｄを形成する発光点のみ同時点灯させる。二回目の走査では、スポット８２ａのみ点灯させず、残りのスポット８２ｂ〜８２ｄは同時点灯させる。三回目以降の走査では、全てのスポット８２ａ〜８２ｄを同時点灯させる。一回目及び二回目の走査でいくつかのスポットを点灯させなかったのは、画像先端部に走査抜け部分を発生させないためである。こうして、複数の光ビームスポット８２ａ〜８２ｄは、先の走査の際にスポット８２ｃ，８２ｄによって走査される走査ラインが、後の走査の際にスポット８２ａ，８２ｂによって走査される走査ラインを飛び越して走査しながら、被走査面上に画像（静電潜像）を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光ビーム走査光学装置にあっては、被走査面上でのビームスポット８２ａ〜８２ｄの位置が等間隔であるという制約があったため、偏向器や走査光学素子の個々の形状や配置が制限されるという問題があった。例えば、偏向器としてポリゴンミラーを採用した場合、副走査方向においてポリゴンミラーの偏向面上で光ビームを一旦集光させる、いわゆる面倒れ補正光学系が構成されることがある。しかしながら、従来の光ビーム走査光学装置のように被走査面上でのビームスポットの位置が等間隔であった場合、面倒れ補正光学系の倍率を最適化することが難しいという問題があった。さらに、主走査方向においても、被走査面上でのビームスポットの間隔が等間隔であった場合、同様に偏向器や走査光学素子の個々の形状や配置が制限されるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、発光点間隔の自由度が大きく、偏向器や走査光学素子の形状及び配置に制限がない、高速で高画質な画像を得ることができる光ビーム走査光学装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段と作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係る光ビーム走査光学装置は、３以上の発光点を有する光源と、前記光源から放射された光ビームを略平行光又は収束光のいずれかに整形する集光レンズと、前記集光レンズから出射された光ビームを偏向走査する偏向器と、前記偏向器から出射した光ビームを被走査面上にライン状に走査させる走査光学素子とを備え、前記光源から放射されるｎ本の光ビームが副走査方向に不等間隔で前記被走査面上に同時に走査され、かつ、画像先端側から１番目の前記被走査面上の光ビーム集光位置を基準にして、単位を所定の画像密度から要求される前記被走査面上の走査ライン間隔とし、画像先端側からｋ番目の光ビーム集光位置をｈk（２≦ｋ≦ｎ）としたとき、以下の関係式
ｈi ｍｏｄ ｎ ≠０
ｈi ｍｏｄ ｎ ≠ｈj ｍｏｄ ｎ
ただし、 ２≦ｉ≦ｎ
２≦ｊ≦ｎ
ｉ≠ｊ
ｍｏｄ：ｈi又はｈjをｎで剰算して剰余を求める演算子
が成立すること、前記集光レンズが光軸に対して略軸対称形状を有し、かつ、前記光源の発光点が前記光軸を略中心とする円周上に配置されていること、および、画像密度の変更のために前記光源が前記光軸を中心にして外周方向に回動可能であることを特徴とする。ここに、略平行光は、若干発散する光をも含む。
【０００８】
以上の構成により、光源から放射される複数の光ビームが、被走査面上に副走査方向に不等間隔で同時に走査されるものであっても、二重走査や走査抜けを発生させることなく、被走査面上に走査される。
【０００９】
また、集光レンズが光軸に対して略軸対称形状を有し、かつ、光源の発光点が前記光軸を略中心とする円周上に配置されているため、発光点から放射された光ビームは、それぞれ集光レンズの出射面の光軸を中心とする所定の円周上の位置から、光軸に対して等しい出射角度で出射する。そして、集光レンズから出射した各光ビームの収差が略等しくなる。
【００１０】
また、本発明に係る光ビーム走査光学装置は、画像密度の変更のために前記光源が前記光軸を中心にして外周方向に回動可能であるため、複数の発光点からそれぞれ放射される光ビームの受光面上での集光位置が調整可能となり、画像密度の切り替えが行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ビーム走査光学装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１において、光ビーム走査光学装置は、概略、光源ユニット１と、シリンドリカルレンズ１１とポリゴンミラー１２と３枚のｆθレンズ１３，１４，１５及びシリンドリカルレンズ１６と、平面ミラー１７と、感光体ドラム２５とで構成されている。
【００１３】
光源ユニット１は、レーザダイオードアレイ２とコリメータレンズ５とからなる。コリメータレンズ５は軸対称形状を有しており、その対称軸を走査光学装置の光軸Ｃ上に配置している。
レーザダイオードアレイ２は、略円柱形状をしており、図２に示すように、９０゜の等間隔で外縁部に配置された四つの発光点２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有している。従って、各発光点２ａ〜２ｄ間の位置関係が等価となり、発光点２ａ〜２ｄ間の温度上昇のばらつきを抑えることができる。この結果、発光点２ａ〜２ｄから放射される光ビーム間の光量のばらつきが小さくなる。さらに、これらの発光点２ａ〜２ｄは、コリメータレンズ５の対称軸（光軸Ｃ）を中心とする円周Ｑ上に配置されている。この構成により、コリメータレンズ５に対して各発光点２ａ〜２ｄの位置が光学的に等価になる。従って、発光点２ａ〜２ｄから放射される光ビーム間の集光状態がばらつきにくくなり、画像の均一性を向上させることができる。
【００１４】
図１に示すように、レーザダイオードアレイ２の外周面に形成したラック２１にはステッピングモータ２３の出力ピニオン２２が噛合している。ステッピングモータ２３を正転あるいは逆転させることにより、レーザダイオードアレイ２は光軸Ｃを中心にして外周方向に回動可能である。この回動によって四つの発光点２ａ〜２ｄが光軸Ｃを中心にして移動し、発光点２ａ〜２ｄからそれぞれ放射される光ビームの感光体ドラム２５上での集光位置が調整され、画像密度の切り替えが行なわれる。
【００１５】
レーザダイオードアレイ２から放射された光ビームＢ1，Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4は、それぞれコリメータレンズ５によって平行光（又は収束光）とされる。光ビームＢ1〜Ｂ4は、コリメータレンズ５の出射面の光軸Ｃを中心とする所定の円周上の位置から出射する。コリメータレンズ５から出射した各光ビームＢ1〜Ｂ4の収差は略等しくなり、均一性の優れた画像を得ることができる。また、各光ビームＢ1〜Ｂ4は、光軸Ｃに対して等しい出射角度でコリメータレンズ５から出射する。従って、例えば図３に示すように、コリメータレンズ５の後方焦点位置の光軸Ｃ上にアパーチャ７を配置して光ビームＢ1〜Ｂ4の径を規制する場合、全ての光ビームＢ1〜Ｂ4がアパーチャ７によって常に同じ量だけケラレることになり、均一性の優れた画像を得ることができる。これらの効果は、ステッピングモータ２３を利用してレーザダイオードアレイ２を外周方向に回動して発光点２ａ〜２ｄの位置を変えても同様である。
【００１６】
コリメータレンズ５から出射された光ビームＢ1〜Ｂ4は、シリンドリカルレンズ１１を介してポリゴンミラー１２に到達する。シリンドリカルレンズ１１は光ビームＢ1〜Ｂ4をポリゴンミラー１２の反射面近傍に主走査方向に長い線状に集光する。ポリゴンミラー１２は矢印ａ方向に一定角速度で回転駆動される。光ビームＢ1〜Ｂ4はポリゴンミラー１２の回転に基づいて各反射面で等角速度に偏向走査され、ｆθレンズ１３，１４，１５及びシリンドリカルレンズ１６を透過し、平面ミラー１７で下方に反射される。その後、光ビームＢ1〜Ｂ4は感光体ドラム２５上で結像すると共に、矢印ｂ方向に走査する。即ち、この光学系では１回の走査で４ラインを同時に書き込む。
【００１７】
ｆθレンズ１３，１４，１５はポリゴンミラー１２で等角速度に偏向された光ビームＢ1〜Ｂ4を感光体ドラム２５上での主走査速度を等速に補正（歪曲収差補正）機能を有している。シリンドリカルレンズ１６は前記シリンドリカルレンズ１１と同様に副走査方向にのみパワーを有し、二つのレンズ１１，１６が協働してポリゴンミラーの面倒れ誤差を補正する。
【００１８】
感光体ドラム２５は矢印ｃ方向に一定速度で回転駆動され、ポリゴンミラー１２及びｆθレンズ１３，１４，１５による矢印ｂ方向への主走査と、感光体ドラム２５の矢印ｃ方向への副走査によって感光体ドラム２５上に画像（静電潜像）が書き込まれる。
次に、レーザダイオードアレイ２の発光点２ａ〜２ｄから放射される光ビームＢ1〜Ｂ4の感光体ドラム２５上での集光位置設定について説明する。
【００１９】
複数の光ビームは、副走査方向に不等間隔で感光体ドラム２５上に同時に走査されるように設定される。さらに、画像先端側から１番目の感光体ドラム２５上の光ビーム集光位置を基準にして、単位を所定の画像密度から要求される感光体ドラム２５上の走査ライン間隔とし、画像先端側からｋ番目の光ビーム集光位置をｈk（２≦ｋ≦ｎ）とした場合、以下の関係式（１），（２）が成立するように設定される。
【００２０】
ｈi ｍｏｄ ｎ≠０ ……（１）
ｈi ｍｏｄ ｎ≠ｈj ｍｏｄ ｎ ……（２）
ただし、２≦ｉ≦ｎ
２≦ｊ≦ｎ
ｉ≦ｊ
ｍｏｄ：ｈi又はｈjをｎで剰算して剰余を求める演算子
【００２１】
ここに、関係式（１）は、画像先端側から１番目の光ビームが、先の走査で画像が既に書き込まれている走査ラインに二重書きしない条件である。また、関係式（２）は、画像先端側からｋ番目の光ビームが、先の走査で画像が既に書き込まれている走査ラインに二重書きしない条件である。
【００２２】
以下、光ビーム走査光学装置の画像密度を４００ｄｐｉに設定した場合の、レーザダイオードアレイ２から放射される４本の光ビームＢ1〜Ｂ4の感光体ドラム２５上での集光位置調整の第１例について、図２、図４、図５を参照して説明する。
【００２３】
図２に示すように、レーザダイオードアレイ２は、発光点２ａと光軸Ｃを結ぶ線が主走査方向に対して７８．７゜になるように、ステッピングモータ２３を利用して外周方向に回動される。これにより、発光点２ａ〜２ｄが見掛け上副走査方向に不等間隔で配置されたようになり、発光点２ａ〜２ｄからそれぞれ放射された光ビームＢ1〜Ｂ4は、図４に示すように、感光体ドラム２５上で副走査方向に不等間隔で集光する。
【００２４】
すなわち、光ビームＢ1〜Ｂ4のそれぞれの感光体ドラム２５上での光ビームスポット３０ａ〜３０ｄの副走査方向の間隔は、４００ｄｐｉの画像密度から要求される光ビーム間隔ｐ（＝６３．４μｍ＝略６３．５μｍ、４００ｄｐｉ相当）を「１」としたとき、スポット３０ａと３０ｄの間隔及びスポット３０ｂと３０ｃの間隔が「２」、スポット３０ｄと３０ｂの間隔が「１」となる。従って、画像先端側から１番目の感光体ドラム２５上の走査位置を基準にすると、画像先端側から２番目の走査位置ｈ2＝「２」、３番目の走査位置ｈ3＝「３」、４番目の走査位置ｈ4＝「５」となり、
ｈ2 ｍｏｄ ４＝２≠０
ｈ3 ｍｏｄ ４＝３≠０
ｈ4 ｍｏｄ ４＝１≠０
ｈ2 ｍｏｄ ４≠ｈ3 ｍｏｄ ４≠ｈ4 ｍｏｄ ４
となるので、前記関係式（１）及び（２）が成立している。
【００２５】
ところで、レーザダイオードアレイ２において、各発光点２ａ〜２ｄの位置は主走査方向に異なっている。従って、各発光点２ａ〜２ｄを同時発光する際の、各発光点２ａ〜２ｄの書き出し位置が主走査方向にずれることになる。そこで、各発光点２ａ〜２ｄの書き出し位置を揃えるためには、発光点２ｂを基準にして発光点２ａ，２ｃ，２ｄの駆動開始のタイミングを遅延させる必要がある。すなわち、図５に示すように、基準の発光点２ｂは、一走査毎に印字開始位置を決めるための垂直同期信号を検出してから時間ｔ0後に画像データに基づいて駆動開始される。発光点２ａ，２ｃ，２ｄはさらに遅延時間ｔ1，ｔ2，ｔ3後に画像データに基づいて駆動開始される。こうして、書き出し位置の揃った光ビーム走査光学装置が得られる。
【００２６】
次に、以上のように調整されたレーザダイオードアレイ２による感光体ドラム２５上への画像の書き込みについて、図６及び図７を参照して説明する。
図６に示すように、発光点２ａ〜２ｄから放射された光ビームＢ1〜Ｂ4は、感光体ドラム２５上に副走査方向に不等間隔でビームスポット３０ａ〜３０ｄを形成する。このビームスポット３０ａ〜３０ｄにて飛び越し走査させる。すなわち、一回目の走査では、発光点２ａを点灯させないで、残りの発光点２ｂ〜２ｄを点灯させる。このとき、発光点２ｄは走査ライン１の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｂは走査ライン２の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｃは走査ライン４の画像データに基づいて駆動される（図７参照）。発光点２ａを点灯させなかったのは、画像先端部に走査抜け部分を発生させないためである。
【００２７】
二回目の走査では全ての発光点２ａ〜２ｄを点灯させる。このとき、発光点２ａは走査ライン３の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｄは走査ライン５の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｂは走査ライン６の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｃは走査ライン８の画像データに基づいて駆動される（図７参照）。以下、三回目、四回目、…と走査が繰り返される。
【００２８】
こうして、四つの光ビームスポット３０ａ〜３０ｄは、先の走査の際にスポット３０ｃによって走査される走査ラインが、後の走査の際にスポット３０ａによって走査される走査ラインを飛び越して走査しながら、感光体ドラム２５上に画像を形成する。従って、光ビームスポット３０ａ〜３０ｄが副走査方向に不等間隔であっても、二重書きや走査抜けを発生させることなく、感光体ドラム２５上に画像を形成させることができる。このように、感光体ドラム２５上での光ビームスポット３０ａ〜３０ｄを副走査方向に不等間隔にすることにより、発光点２ａ〜２ｄ間隔の設定の自由度を大きくすることができ、ポリゴンミラー１２やｆθレンズ１３〜１５の形状及び配置を制約なく最適に設定することができる。
【００２９】
ここで、レーザダイオードアレイ２の駆動回路ブロックは、図８に示すように、概略、画像データを記憶しておくためのＲＡＭ４１と、レーザダイオードアレイ２を制御するためのコントローラ４２と、発光点２ａ〜２ｄを駆動するためのドライバ４３とで構成されている。ホストコンピュータ４０から画像データを並び替えるための命令信号がインターフェース（Ｉ／Ｆ）を介してＲＡＭ４１に入力されると、ＲＡＭ４１に走査ライン１から順に並べられて記憶されていた画像データが、走査毎に図６に示す順番で取り出され、コントローラ４２に伝送される。コントローラ４２では、それぞれの画像データを遅延回路４２ａによって所定の遅延時間後に出力する。コントローラ４２から順次遅延して出力された画像データ信号はそれぞれドライバ４３に伝送され、各ドライバ４３は順次対応の発光点２ａ〜２ｄを駆動する。
【００３０】
次に、光ビーム走査光学装置の画像密度を６００ｄｐｉに切り替えた場合の、光ビームＢ1〜Ｂ4の感光体ドラム２５上での集光位置調整の第２例について、図９〜図１２を参照して説明する。
図９に示すように、レーザダイオードアレイ２は、発光点２ａと光軸Ｃを結ぶ線が主走査方向に対して６６．８゜になるように、ステッピングモータ２３を利用して外周方向に回動される。これにより、発光点２ａ〜２ｄが見掛上副走査方向に不等間隔で配置されたようになり、発光点２ａ〜２ｄからそれぞれ放射された光ビームＢ1〜Ｂ4は、図１０に示すように、感光体ドラム２５上に副走査方向に不等間隔で光ビームスポット３０ａ〜３０ｄを形成する。スポット３０ａ〜３０ｄの間隔は、６００ｄｐｉの画像密度から要求される光ビーム間隔ｐ（＝４２．４μｍ＝略４２．３μｍ、６００ｄｐｉ相当）を「１」としたとき、スポット３０ａと３０ｄの間隔及びスポット３０ｂと３０ｃの間隔が「２」、スポット３０ｄと３０ｂの間隔が「３」となる。従って、画像先端側から１番目の感光体ドラム２５上の走査位置を基準にすると、画像先端側から２番目の走査位置ｈ2＝「２」、３番目の走査位置ｈ3＝「５」、４番目の走査位置ｈ4＝「７」となり、
ｈ2 ｍｏｄ ４＝２≠０
ｈ3 ｍｏｄ ４＝１≠０
ｈ4 ｍｏｄ ４＝３≠０
ｈ2 ｍｏｄ ４≠ｈ3 ｍｏｄ ４≠ｈ4 ｍｏｄ ４
となるので、前記関係式（１）及び（２）が成立している。
【００３１】
次に、以上のように調整されたレーザダイオードアレイ２による感光体ドラム２５上への画像の書き込みについて図１１を参照して説明する。
一回目の走査では発光点２ａ，２ｄを点灯させないで、発光点２ｂ，２ｃを点灯させる。このとき、発光点２ｂは走査ライン２の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｃは走査ライン４の画像データに基づいて駆動される（図１２参照）。二回目の走査では全ての発光点２ａ〜２ｄを点灯させる。このとき、発光点２ａは走査ライン１の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｂは走査ライン６の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｃは走査ライン８の画像データに基づいて駆動され、発光点２ｄは走査ライン３の画像データに基づいて駆動される（図１２参照）。このような画像データの並び替えは、前述したように、図８に示したホストコンピュータ４０からの命令信号によって行なわれる。こうして、四つの光ビームスポット３０ａ〜３０ｄにて飛び越し走査させて、感光体ドラム２５上に画像を形成する。
【００３２】
さらに、光ビームＢ1〜Ｂ4の感光体ドラム２５上での光ビームスポット３０ａ〜３０ｄが、図１３に示すように、副走査方向に不等間隔で形成されている第３例について説明する。スポット３０ａ〜３０ｄの間隔は、所望の画像密度から要求される光ビーム間隔ｐを「１」単位としたとき、スポット３０ａと３０ｄの間隔が「１」、スポット３０ｄと３０ｂの間隔が「２」、スポット３０ｂと３０ｃの間隔が「３」であり、前記関係式（１）及び（２）が成立している。そして、この光ビームスポット３０ａ〜３０ｄにて飛び越し走査させることにより、感光体ドラム２５上に画像が形成される。
【００３３】
さらに、図１４に示した光源ユニット１を備えた光ビーム走査光学装置の場合について説明する。この装置の画像密度は４００ｄｐｉとする。
図１５に示すように、光源ユニット１は１つの発光点５１ａを有するレーザダイオード５１と、二つの発光点５２ａ，５２ｂを有するレーザダイオードアレイ５２と、偏光素子５３と、ビーム結合素子５４と、コリメータレンズ５とで構成されている。レーザダイオード５１とレーザダイオードアレイ５２は、ビーム結合素子から出射したレーザダイオード５１の光ビームＢ1及びレーザダイオードアレイ５２の光ビームＢ2，Ｂ3の偏光方向が直交するように配置されている。本実施形態の場合、光ビームＢ1と光ビームＢ2，Ｂ3が互いに直交する方向に放射されるようにレーザダイオード５１とレーザダイオードアレイ５２を配置した。
【００３４】
発光点５１ａから放射された光ビームＢ1は、例えば１／２波長板等の偏光素子５３によってその偏光方向を９０゜回転された後、ビーム結合素子５４に導かれる。ビーム結合素子５４は二つのプリズムを偏光特性を有するフィルタ膜を介して接合したフィルタミラーであり、偏光された光ビームＢ1はフィルタ膜で直角に反射され、コリメータレンズ５によって平行光（又は収束光）とされる。発光点５２ａ，５２ｂから放射された光ビームＢ2，Ｂ3はビーム結合素子５４のフィルタ膜を透過して直進し、コリメータレンズ５によって平行光（又は収束光）とされる。光ビームＢ1〜Ｂ3はビーム結合素子５４で同一進行方向に結合されるが、互いに副走査方向に不等間隔で近接して進行する。このとき、光ビームＢ1とＢ3の間に光ビームＢ1が配置される。
【００３５】
光ビームＢ1〜Ｂ3は、シリンドリカル１１、ポリゴンミラー１２、ｆθレンズ１３〜１５、シリンドリカルレンズ１６、平面ミラー１７を介して感光体ドラム２５上で結像する。図１６に示すように、光ビームＢ1，Ｂ2，Ｂ3のそれぞれの感光体ドラム２５上での光ビームスポット５８ａ，５８ｂ，５８ｃは、４００ｄｐｉの画像密度から要求される光ビーム間隔ｐ（＝６３．４μｍ＝略６３．５μｍ、４００ｄｐｉ相当）を「１」としたとき、スポット５８ｂと５８ａの間隔が「４」、スポット５８ａと５８ｃの間隔が「１」とされており、前記関係式（１）及び（２）が成立している。そして、この光ビームスポット５８ａ〜５８ｃに飛び越し走査させることにより、感光体ドラム２５上に画像を形成する。この結果、感光体ドラム２５上での光ビームスポット５８ａ〜５８ｃの間隔の設定の自由度が大きくなり、ポリゴンミラー１２やｆθレンズ１３〜１５の形状及び配置を制約なく最適に設定することができる。
【００３６】
さらに、この光ビーム走査光学装置は、光源部をレーザダイオード５１とレーザダイオードアレイ５２の２素子にて構成するようにしたので、レーザダイオードアレイ５２の発光点５２ａと５２ｂの間隔を１素子だけのレーザダイオードアレイで構成した場合の発光点間隔より広くすることができ、熱的クロストークの影響を抑えることができる。さらに、副走査方向に対して、レーザダイオード５１から放射された光ビームＢ1の感光体ドラム２５上でのビームスポット５８ａの位置が、レーザダイオードアレイ５２から放射された光ビームＢ2，Ｂ3のビームスポット５８ｂ，５８ｃの位置の間にあるので、発光点５１ａ，５２ａ，５２ｂの間隔を見掛け上狭くすることができる。この結果、発光点５２ａと５２ｂの間隔が比較的広くても感光体ドラム２５上での光ビームＢ1〜Ｂ3の間隔を狭くすることができ、発光点５２ａと５２ｂ間の熱的クロストークを更に抑えることができる。
【００３７】
なお、本発明に係る光ビーム走査光学装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
光源としては、発光点が２次元配置されているものや１次元配置されているもの、あるいは、端面発光素子や表面発光素子を用いたもの等が採用される。
さらに、図１７に示すように、例えばシアン用、マゼンタ用、イエロー用及びブラック用のそれぞれの感光体５０３Ｃ，５０３Ｍ，５０３Ｙ，５０３Ｂｋを転写ベルトに対向させて一列に配置したタンデム方式の光ビーム走査光学装置にも本発明は有効に適用される。図１７において、５００は転写ベルトである。
【００３８】
さらに、図１８に示すように、転写ドラム５０５と、感光体ドラム５０６、この感光体ドラム５０６の周囲に配置されたシアン用、マゼンタ用、イエロー用及びブラック用のそれぞれの現像器５０７Ｃ，５０７Ｍ，５０７Ｙ，５０７Ｂｋを備えたタイプの光ビーム走査光学装置にも、本発明は有効に適用される。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、光源から放射される複数の光ビームが副走査方向に不等間隔で被走査面上に同時に走査されるものであっても、二重走査や走査抜けを発生させることなく、被走査面上に走査される。従って、従来の光ビーム走査光学装置と比較して発光点間隔をより自由に設定することができ、偏向器や走査光学素子の形状及び配置を制約なく最適に設定することができる。
【００４０】
また、集光レンズを光軸に対して略軸対称形状とし、かつ、光源の発光点を光軸を略中心とする円周上に配置させることにより、発光点から放射された光ビームを、それぞれ集光レンズの出射面の光軸を中心とする所定の円周上の位置から、光軸に対して等しい出射角度で出射させることができ、各光ビームの収差を略等しくすることができる。
【００４１】
さらに、３以上の発光点を有する光源を、一つの発光点を有する第１光源と複数の発光点を有する第２光源とで構成し、前記第１光源及び前記第２光源からそれぞれ放射された光ビームの進行方向を同一にするビーム結合素子を更に備えることにより、第２光源の発光点間隔が、１素子だけの光源で構成した場合の発光点間隔より広くなり、熱的クロストークの影響を抑えることができる。この結果、高速で高画質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ビーム走査光学装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１に示したレーザダイオードアレイの発光点の配置の第１例を示す説明図。
【図３】光ビームの径を規制する場合の説明図。
【図４】図２に示した発光点から放射された光ビームの被走査面上の光ビームスポット位置を示す説明図。
【図５】レーザダイオードアレイの各発光点の駆動タイミングチャート。
【図６】図４に示した光ビームスポットによる走査を示す説明図。
【図７】レーザダイオードアレイの各発光点に伝送される画像データを示す説明図。
【図８】レーザダイオードアレイの駆動回路ブロック図。
【図９】図１に示したレーザダイオードアレイの発光点の配置の第２例を示す説明図。
【図１０】図９に示した発光点から放射された光ビームの被走査面上の光ビームスポット位置を示す説明図。
【図１１】図９に示した光ビームスポットによる走査を示す説明図。
【図１２】レーザダイオードアレイの各発光点に伝送される画像データを示す説明図。
【図１３】第３例の光ビームスポットによる走査を示す説明図。
【図１４】本発明に係る光ビーム走査光学装置の別の実施形態を示す概略構成図。
【図１５】図１４に示した光源ユニットの側面図。
【図１６】図１４に示した走査光学装置による走査を示す説明図。
【図１７】本発明に係る光ビーム走査光学装置の別のタイプを示す概略構成図。
【図１８】本発明に係る光ビーム走査光学装置のさらに別のタイプを示す概略構成図。
【図１９】従来の光ビーム走査光学装置の走査を示す説明図。
【図２０】従来の飛び越し走査を示す説明図。
【符号の説明】
１…光源ユニット
２…レーザダイオードアレイ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…発光点
５…コリメータレンズ
１２…ポリゴンミラー
１３，１４，１５…走査レンズ
２５…感光体ドラム
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…光ビームスポット
５１…レーザダイオード
５２…レーザダイオードアレイ
５４…ビーム結合素子
Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4…光ビーム
Claims (2)
- ３以上の発光点を有する光源と、
前記光源から放射された光ビームを略平行光又は収束光のいずれかに整形する集光レンズと、
前記集光レンズから出射された光ビームを偏向走査する偏向器と、
前記偏向器から出射した光ビームを被走査面上にライン状に走査させる走査光学素子とを備え、
前記光源から放射されるｎ本の光ビームが副走査方向に不等間隔で前記被走査面上に同時に走査され、かつ、画像先端側から１番目の前記被走査面上の光ビーム集光位置を基準にして、単位を所定の画像密度から要求される前記被走査面上の走査ライン間隔とし、画像先端側からｋ番目の光ビーム集光位置をｈk（２≦ｋ≦ｎ）としたとき、以下の関係式
ｈi ｍｏｄ ｎ ≠０
ｈi ｍｏｄ ｎ ≠ｈj ｍｏｄ ｎ
ただし、 ２≦ｉ≦ｎ
２≦ｊ≦ｎ
ｉ≠ｊ
ｍｏｄ：ｈi又はｈjをｎで剰算して剰余を求める演算子
が成立すること、
前記集光レンズが光軸に対して略軸対称形状を有し、かつ、前記光源の発光点が前記光軸を略中心とする円周上に配置されていること、および、
画像密度の変更のために前記光源が前記光軸を中心にして外周方向に回動可能であること、
を特徴とする光ビーム走査光学装置。 - 前記光源を前記光軸を中心にして外周方向に回動させることに合わせて、前記発光点へ伝送する画像データの副走査方向における順番を並び替えることを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査光学装置。
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