JP4039611B2 - 光走査装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

光走査装置及びそれを備えた画像形成装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置におけるレーザ光書き込み装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複写機等の画像形成装置におけるレーザ書き込み装置の場合、被走査面に対する走査幅を拡げることにより、(1)光路長が長くなることによりレーザビームの高パワー化、(2)レンズの大型化、(3)ミラーの長尺化(4)(1)〜(3)に伴う書き込みユニットの大型化等の問題が生じている。
【0003】
これらの課題は、いずれも高コストの要因となることから、これを解決するため従来技術に挙げたように分割して走査する発明が多く提案されている。
【0004】
しかし,同一の被走査面に複数の走査ビームにより走査する構成で、複数のポリゴンミラーを備えた状態では、走査方向に垂直な方向(以下副走査方向)に被走査面が移動する装置に対して、隣接する走査線の副走査位置を合わせるために,ポリゴンミラーを同期して回転させる機構が必要となる。
【0005】
また、同一の被走査面に複数の走査ビームにより走査する走査装置で、隣接する走査ビームの走査方向が同じ場合、副走査方向に被走査面が移動する装置に対して、隣接する走査線をつなぎ合わせるための機構が必要となる。
【0006】
そこで、以上の問題点を解決するために、特開2000−187171号公報では、2つの光源から出射した光ビームを、それぞれ異なる導光手段により、これら2系統の光ビームを同一の被走査面上に導き、この被走査面上の一つの走査領域を、2分割して光走査するように各要素を構成したことを特徴とする光走査装置を提案している。
【0007】
この光走査装置においては、同一の走査面上で分割走査される2つの走査線が1つの偏向手段により偏向されることにより、複数の偏向手段を使用した場合に比較して、偏向手段自体の同期を取る必要がなくなり、これにより副走査方向で2つの走査線の書き出しタイミングを揃えることが容易となり、副走査方向の走査線の位置ズレを防止することが可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、広角型の光走査装置における光路長の変動による主走査方向のビーム走査位置の変動という課題(被走査面の走査方向に対する走査線の入射角が90度にあたる位置では走査位置の変化は発生しないが,それ以外の走査位置は光路長の変動に従い変化する)に対して、被走査面に隣接した領域とのつなぎ目では,隣接する画素間の位置変動となるため、光路長の変動に対して高い精度が要求される。
【0009】
また、被走査面に対する走査方向に分割して走査する光走査装置を用いるシステムでは、被走査面は走査方向に長手になるため、被走査面のたわみや偏芯により光路長の変動が発生しやすい。このため、光路長の変動を小さくするもしくは光路長の変動に従って走査位置を補正する機構が必要となる。
【0010】
本発明は、被走査面に対して主走査方向に分割して走査する光走査装置において、光路長の変動に対して隣接する走査境界を高精度につなげることにより、高画質の幅広な画像を得ることができる画像形成装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、光ビームを出射する光源と、複数の偏向面を有し回転する偏向手段と、光源から出射された光ビームを偏光手段へ導く導光手段と、偏光手段により偏光された光ビームを被走査面上に導き結像する結像手段からなる光走査装置において、光源は第1光源素子と第2光源素子とを備え、偏光手段は第1光源素子及び第2光源素子から出射された光ビームを同一の偏光手段で受け、偏光手段で偏向された光ビームを被走査面上で複数に分割して走査する光走査装置であって、第1光源素子から出射された光ビームは被走査面上の両側部の領域を走査し、第2光源素子から出射された光ビームは被走査面上の中央部の領域を走査し、且つ第1光源素子から出射された光ビームの軌跡と第2光源素子から出射された光ビームの軌跡とが連続していることを特徴とする。
【0012】
この請求項1に記載の発明では、複数の光源からの光ビームを同一の偏向装置で偏向して走査するので、被走査面への走査領域を分割する方法においても、隣接する領域のつなぎ目に対する高精度な位置精度を得ることができる。
【0013】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、被走査面上の同一領域に結像する光ビームが複数のビームで構成されていることを特徴とする。
【0014】
この請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、光ビームが複数のビームで構成されることにより、複数のレーザ光を出射することで、一度の走査により複数ラインの同時走査が可能となり、高画質なカラー画像を得ることができる。
【0015】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、走査領域の走査始点より外側及び走査領域の走査終点より外側には、光ビームを検出する走査タイミング検出手段を設け、走査タイミング検出手段により得られる光ビームの走査時間から、走査ビームの1画素単位の時間を調整することを特徴とする。
【0016】
この請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載に発明と同様の作用効果を奏するとともに、走査タイミング検出手段により得られる光ビームの走査時間から、走査ビームの1画素単位の時間を調整することで、3つの領域における走査方向の書き込み倍率(書き込み密度)を任意に調整できる。
【0017】
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載の発明において、走査領域の走査始点より外側及び走査領域の走査終点より外側には、光ビームを検出する走査タイミング検出手段が夫々設けられており、走査タイミング検出手段により得られる走査位置変動後の検出手段間を走査する光ビームの走査時間と、予め設定された検出手段間を走査する光ビームの走査時間とを比較することで、走査領域のつなぎ目の位置を補正することを特徴とする。
【0018】
この請求項4に記載の発明では、請求項1乃至3の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、走査タイミング検出手段により得られる走査タイミングと予め設定された検出手段間の光ビームの走査時間とを比較することで、走査領域のつなぎ目の位置を補正する。このように、走査終点でのつなぎ目において被走査面の移動方向にズレが発生した場合でも、被走査面の移動方向のつなぎ目の位置を修正することができる。
【0019】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載の発明において、隣接する走査領域を走査する第1光源素子及び第2光源素子から出射された光ビームの走査始点が、共通の走査タイミング検知手段によって制御されていることを特徴とする。
【0020】
この請求項5に記載の発明では、請求項1乃至4の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、隣接する領域を走査する光ビームの走査始点を共通の検知手段により検知するので、高精度な検知結果が得られるとともに構成が簡単である。
【0021】
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5の何れかに記載の発明において、走査する光ビームの分割前にfθ補正を行うことを特徴とする。
【0022】
この請求項6に記載の発明では、請求項1乃至5の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、光ビームの分割前にfθ補正を行うことにより、走査する光ビームを等速度に変換するとともに、偏向手段の回転等によって生じる鏡面の倒れを補正することができる。
【0023】
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6の何れかに記載の発明において、被走査面上のつなぎ目において、走査方向に垂直な方向の走査位置を検出する位置検出手段を備えたことを特徴とする。
【0024】
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7の何れかに記載の発明において、位置検出手段の検出結果により、被走査面上のつなぎ目における走査方向に垂直な方向の走査位置のずれを修正することを特徴とする。
【0025】
請求項7及び8に記載の発明では、請求項1乃至7の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、被走査面の走査方向の中央部への走射角を略垂直にすることができ、走査位置での変動を軽減することができ、隣接する領域のつなぎ目に対する高精度な制御が不要である。
【0026】
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8の何れかに記載の発明において、被走査面上のつなぎ目における光ビームの被走査面の走査方向に対する入射角αと、被走査面上の走査方向の画素間隔限界変化距離Rと、光路長の変動ΔLとの関係が、ΔL・cosα>R/2であることを特徴とする。
【0027】
この請求項9に記載の発明では、請求項1乃至8の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、隣接する領域間のつなぎ目における入射角αがΔL・cosα>R/2の関係を満たすことにより、つなぎ目における走査位置の変動量ΔLを、最小限に抑えることができ、光路長の変動を小さくすることができる。
【0028】
請求項10に記載の発明は、請求項1乃至9の何れかに記載の発明において、結像手段としてfθミラーを使用したことを特徴とする。
【0029】
この請求項10に記載の発明では、請求項1乃至9の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、fθレンズの代わりにfθミラーを使用することで、コストの低減及びスペースの縮小化を図ることができる。
【0030】
請求項11に記載の発明は、請求項1乃至10の何れかに記載された光走査装置を備えたことを特徴とする。
【0031】
この請求項11に記載の発明では、請求項1乃至10の何れかに記載の光走査装置を画像形成装置に搭載することで、全体の構造を簡素化でき、またコストの低減及びスペースの縮小化を図ることができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0033】
図1は光走査装置の一実施形態の構成を示す構成図、図2は光走査装置における被走査面の変動を示す説明図、図3は図1に示す光走査装置における走査方向と走査ラインの説明図、図4は本発明における光走査装置のタイミング信号と画素クロックのタイムチャートを示す図、図5は光走査装置における被走査面のつなぎ目を補正する状態を示す図である。
【0034】
図1において、図示しないLD(レーザダイオード)駆動制御装置により駆動されるLDユニット11、13は、それぞれ画像信号に応じて変調されたレーザ光を出射する。ここで、LDユニット11、13には、アレー構成で複数のレーザ光を出射するものや、単一のLDと光学素子とを組み合わせて複数のレーザ光を出射するものが含まれる。従って、各走査系によるレーザ光は1条ずつとは限らないが、便宜上1条ずつとして説明する。
【0035】
LDユニット11、13によって出射されるレーザ光は、コリメートレンズ及びシリンドリカルレンズ15、17を介して偏向手段に導かれる。即ち、コリメートレンズで平行光にされたレーザ光は、シリンドリカルレンズ15、17を介してポリゴンミラー20に入射する。
【0036】
ポリゴンミラー20で偏向及び走査されたレーザ光は、結像手段であるfθレンズ21、23によって等角速度走査光から等速度走査光に偏光され,折り返しミラー31、33、35、37、39、41、43、45、47、49によって被走査体50に導かれる。
【0037】
また、折り返しミラー51、53、55を経て走査領域外に設けられた走査タイミング検出手段である同期検知装置61、63、65にてポリゴンミラー20からの偏向を検出し、被走査体50に対する走査毎の走査開始位置を制御している。
【0038】
更に、折り返しミラー71、73、75を経て走査領域外に設けられた走査タイミング検出手段である検知装置81、83、85にてポリゴンミラー20からの偏向の後端を検出し、被走査体50に対する走査毎の走査終了位置を検出している。画像処理部からの画像情報に基づいてレーザ光を、被走査体50に向かって走査する。この構成では、被走査面上の各領域を走査するための各光学素子を共通に使用するように、各領域とも光路長が同じになるように各レンズ及び折り返しミラーが配置されている。
【0039】
図2は、走査位置と光路長の変動を示す図であり、広角型の光走査装置100における被走査面上への光路長の変動による走査方向の変動を示している。被走査面に対する光ビームの走射角がαであるとき、光路長がΔL変動すると、ΔLcosαだけ外側に走査位置が変動する。また、走射角がβ(≒90度)であるときはcosβ≒0となり光路長の変動に関係なく走査位置が変動しない。
【0040】
たわみや偏芯により光路長の変動は、被走査面における走査方向の長さが長くなるに従って発生しやすくなり、特に被走査面を両端部で支持する構成である場合には、被走査面の中心部に最もたわみや偏芯が大きくなる。したがって、被走査面への走査領域を分割する場合において、中心に近いところで分割する方法が、光路長の変動に対して最も不利な構成となる。
【0041】
このため、本実施の形態では被走査面の走査領域を3分割して、被走査面に対する中央部への走射角が略垂直方向に入射するように構成することにより、光路長の変動の影響を少なくしている。従って、中央部に隣接する領域のつなぎ目に対して、高精度な制御を必要としない。
【0042】
また、被走査面上の走査によって、一直線(1ライン)の画像を形成する場合、各領域1、2、3のつなぎ目において、各走査ビームのつなぎ目の走査方向に垂直な方向の位置を所定の精度で合わせる必要がある。このため、本実施の形態では同一のポリゴンミラー20を偏向装置として用いることにより、偏向装置を共用できるばかりでなく、同時に偏向を行うことにより、必要な同時機能を得ることができ、主走査方向及び副走査方向の走査開始及び走査終了の位置を合わせることができる。
【0043】
図3は図1の光走査装置100において、副走査方向に移動する被走査面上を走査したレーザ光の主走査の軌跡を平面で示したものである。図3に示すように、隣接するレーザ光の走査方向を、対抗方向にし、走査始点Aを合わせることにより領域1と領域2において、また走査始点AとDを合わせることにより領域1と領域3において、同一ラインに対する被走査面の移動方向へのズレをなくすことができ、走査ライン上でのタイミングの調整、若しくは走査位置の調整といった機能を必要としない。
【0044】
このように、複数のレーザ光に対して同一の偏向装置を用いて同時偏向を行い、各走査領域にて走査始点と終点とを検出して走査始点を一致させることで、レーザ光のつなぎ目を高精度に一致させることができ、また副走査方向に対してずれのない走査が可能となる。
【0045】
次に、図4において各レーザ光の走査タイミング検出手段である受光センサと走査位置の関係について説明する。レーザ光が受光素子を走査したときに発生するタイミング信号は、走査始点と走査終点とを示している。走査始点側のタイミング信号から走査終点側のタイミング信号までの画素クロックをカウントすることで、その間の走査時間を計測することができる。
【0046】
被走査面がたわみや偏芯の影響で走査位置が変動すると、例えば走査位置が延びた場合を考えると、被走査面上では画素が延びた状態となる。この場合、受光センサ間の距離が一定であることから、画素クロック信号が延びた状態に置き換えられるので、走査始点側のタイミング信号から走査終点側のタイミング信号までの画素クロックをカウント値は少なくなる。
【0047】
従って、受光センサ間の画素クロックをカウントすることにより走査位置の変動を検出することが容易にできる。尚、正確に受光センサ間のクロック数を検出するためには、画素クロックを走査始点側の受光センサに同期させると良い。
【0048】
画素クロックのカウント値の検出による走査位置の変動を補正する手段として、画素クロックの周波数を調整する手段を用いることができる。この周波数の調整方法としては、所定の環境において画素クロックのカウント値を検知し、その値を初期値とする。そして、この初期値に基づき、画素クロックのカウント値が初期値より大きい場合には、画素クロックの周波数を小さくし、逆にカウント値が初期値より小さい場合には、画素クロックの周波数を大きくする。このように、画素クロックのカウント値が初期値になるように制御することができる。
【0049】
以上のことから、3つの領域における走査方向の書き込み倍率(書き込み密度)を任意に調整できるだけでなく、図5に示すように、走査終点でのつなぎ目において被走査面の移動方向にズレが発生した状態において、画像のつなぎ目データ位置を変更することにより、被走査面の移動方向のつなぎ目を調整することができる。また、同様に走査開始点でのつなぎ目においても被走査面の移動方向のズレを調整できる。
【0050】
また、被走査面の移動方向に発生したズレの補正は、被走査面の情報(画像もしくは電位等)に基づき通常行うが、本実施の形態では、レーザ光の位置を検出するセンサ(ラインセンサ、受光センサで位置により出力時間又は出力電位が異なるもの等)を用いることにより、容易に検出することができる。更に、被走査面の移動方向のつなぎ目のズレが大きい場合には、被走査面の移動方向の走査位置を調整する装置(折り返しミラー又は光源装置の角度もしくは位置変更機能)を備えることが有効である。
【0051】
また、広角型の光走査装置においては、fθレンズにプラスチックレンズを用いた場合等に、温度環境等により被走査面上の走査位置が変動することが知られている。本実施の形態では、被走査面に対する中央部への走射角を略垂直にする構成とすることにより、隣接する領域のつなぎ目に対する高精度な制御機能を必要としない。また、走査位置の変動を検出する手段を設け、その検出結果から走査位置を補正する機能を有することにより、プラスチックレンズであるfθミラーを採用することができる。従って、省スペース化を図ることができる。
【0052】
また、本実施の形態では、同一の偏向装置を用いた構成であることから,各領域の走査タイミングは一定であるので、図1の各走査領域に配された走査タイミング検出手段を共有することも可能である。これにより更に省スペース化を図ることができる。
【0053】
図6は、この発明による光走査装置100を備えた画像形成装置200の一実施形態を示した図である。装置上部にあるスキャナ部210にはコンタクトガラス211が設けられており、この上に原稿が載置される。スキャナ部210により原稿が読み取られると、スキャナ部210の下部位置に設けられた本発明である光走査装置100に送られる。光走査装置100では上述したようにLDユニット11、13でレーザ光を発生させ、偏向手段で偏向された後、被走査体50である感光体に静電潜像が書き込まれる。
【0054】
一方、用紙トレイ230からは転写用紙が搬送され、現像装置240で静電潜像をトナー像として現像され、転写体250にてトナー像が転写される。そして、定着装置260にてトナー像が定着された後、機外に排出される。
【0055】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、被走査面を3つの領域に分割して走査するようにしたがこれに限定されず、被走査面の略中央部で分割を避ける方法であればよく、例えば被走査面を5つの領域に分割にするようにしても良い。
【0056】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明では、複数の光源からの光ビームを同一の偏向装置で偏向して走査するので、被走査面への走査領域を分割する方法においても、隣接する領域のつなぎ目に対する高精度な位置精度を得ることができる。
【0057】
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、光ビームが複数のビームで構成されることにより、複数のレーザ光を出射することで、一度の走査により複数ラインの同時走査が可能となり、高画質なカラー画像を得ることができる。
【0058】
請求項3に記載の発明では、請求項1又は2に記載に発明と同様の効果を奏するとともに、走査タイミング検出手段により得られる光ビームの走査時間から、走査ビームの1画素単位の時間を調整することで、3つの領域における走査方向の書き込み倍率(書き込み密度)を任意に調整できる。
【0059】
請求項4に記載の発明では、請求項1乃至3の何れかに記載の発明と同様の効果を奏するとともに、走査終点でのつなぎ目において被走査面の移動方向にズレが発生した場合でも、被走査面の移動方向のつなぎ目の位置を修正することができる。
【0060】
請求項5に記載の発明では、請求項1乃至4の何れかに記載の発明と同様の効果を奏するとともに、隣接する領域を走査する光ビームの走査始点を共通の検知手段により検知するので、高精度な検知結果が得られるとともに構成が簡単である。
【0061】
請求項6に記載の発明では、請求項1乃至5の何れかに記載の発明と同様の効果を奏するとともに、光ビームの分割前にfθ補正を行うことにより、走査する光ビームを等速度に変換するとともに、偏向手段の回転等によって生じる鏡面の倒れを補正することができる。
【0062】
請求項7及び8に記載の発明では、請求項1乃至7の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、被走査面の走査方向の中央部への走射角を略垂直にすることで、走査位置での変動を軽減することができ、隣接する領域のつなぎ目に対する高精度な制御が不要である。
【0063】
請求項9に記載の発明では、請求項1乃至8の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、隣接する領域間のつなぎ目における入射角αがΔL・cosα>R/2の関係を満たすことにより、つなぎ目における走査位置の変動量ΔLを、最小限に抑えることができ、光路長の変動を小さくすることができる。
【0064】
請求項10に記載の発明では、請求項1乃至9の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、fθレンズの代わりにfθミラーを使用することで、コストの低減及びスペースの縮小化を図ることができる。
【0065】
請求項11に記載の発明では、請求項1乃至10の何れかに記載の光走査装置を画像形成装置に搭載することで、全体の構造を簡素化でき、またコストの低減及びスペースの縮小化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光走査装置の一実施形態の構成を示す構成図である。
【図2】光走査装置における被走査面の変動を示す説明図である。
【図3】図1に示す光走査装置における走査方向と走査ラインの説明図である。
【図4】本発明における光走査装置のタイミング信号と画素クロックのタイムチャートを示す図である。
【図5】光走査装置における被走査面のつなぎ目を補正する状態を示す図である。
【図6】光走査装置を備えた画像形成装置の一実施形態を示した図である。
【符号の説明】
11、13 LDユニット(光源、第1光源素子、第2光源素子)
15、17 シリンドリカルレンズ(導光手段)
20 ポリゴンミラー(偏向手段)
81、83、85 検知装置(走査タイミング検出手段、位置検出手段)
100 光走査装置

Claims (11)

  1. 光ビームを出射する光源と、複数の偏向面を有し回転する偏向手段と、光源から出射された光ビームを偏光手段へ導く導光手段と、偏光手段により偏光された光ビームを被走査面上に導き結像する結像手段からなる光走査装置において、光源は第1光源素子と第2光源素子とを備え、偏光手段は第1光源素子及び第2光源素子から出射された光ビームを同一の偏光手段で受け、偏光手段で偏向された光ビームを被走査面上で複数に分割して走査する光走査装置であって、
    第1光源素子から出射された光ビームは被走査面上の両側部の領域を走査し、第2光源素子から出射された光ビームは被走査面上の中央部の領域を走査し、且つ第1光源素子から出射された光ビームの軌跡と第2光源素子から出射された光ビームの軌跡とが連続していることを特徴とする光走査装置。
  2. 被走査面上の同一領域に結像する光ビームが複数のビームで構成されていることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。
  3. 走査領域の走査始点より外側及び走査領域の走査終点より外側には、光ビームを検出する走査タイミング検出手段を設け、走査タイミング検出手段により得られる光ビームの走査時間から、走査ビームの1画素単位の時間を調整することを特徴とする請求項1又は2記載の光走査装置。
  4. 走査領域の走査始点より外側及び走査領域の走査終点より外側には、光ビームを検出する走査タイミング検出手段が夫々設けられており、走査タイミング検出手段により得られる走査位置変動後の検出手段間を走査する光ビームの走査時間と、予め設定された検出手段間を走査する光ビームの走査時間とを比較することで、走査領域のつなぎ目の位置を補正することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の光走査装置。
  5. 隣接する走査領域を走査する第1光源素子及び第2光源素子から出射された光ビームの走査始点が、共通の走査タイミング検知手段によって制御されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の光走査装置。
  6. 走査する光ビームの分割前にfθ補正を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の光走査装置。
  7. 被走査面上のつなぎ目において、走査方向に垂直な方向の走査位置を検出する位置検出手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の光走査装置。
  8. 位置検出手段の検出結果により、被走査面上のつなぎ目における走査方向に垂直な方向の走査位置のずれを修正することを特徴とする請求項7記載の光走査装置。
  9. 被走査面上のつなぎ目における光ビームの被走査面の走査方向に対する入射角αと、被走査面上の走査方向の画素間隔限界変化距離Rと、光路長の変動ΔLとの関係が、ΔL・cosα>R/2であることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の光走査装置。
  10. 結像手段としてfθミラーを使用したことを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の光走査装置。
  11. 請求項1乃至10の何れかに記載された光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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