JP4077209B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は光走査装置および画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光源側からの光束を、回転多面鏡等の「光偏向走査手段」により偏向させ、偏向される光束をfθレンズ等の「走査結像光学系」により被走査面に向けて集光させることにより被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットにより被走査面を光走査する光走査装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写機等の画像形成装置に関連して広く知られている。
【0003】
光走査装置を用いる画像形成装置では一般に「光走査により画像の書込みを行う画像書込工程を含む画像形成プロセス」が実行されるが、形成される画像の良否は光走査の良否にかかっている。光走査の良否は、光走査装置の「主走査方向や副走査方向の走査特性」に依存する。
【0004】
主走査方向の走査特性としては例えば、光走査の等速性がある。
例えば、光偏向走査手段として回転多面鏡を用いる場合、光束の偏向は等角速度的に行われるので、光走査の等速性を実現するために、走査結像光学系として「fθ特性」を持つものを用いている。しかしながら、走査結像光学系に要請される他の性能との関係もあって、完全なfθ特性を実現することは容易でない。このため、現実の光走査においては、光走査が完全に等速的に行われることは無く、走査特性としての等速性は「理想の等速走査からのずれ」を伴っている。
【0005】
副走査方向の走査特性には「走査線曲がり」や「走査線の傾き」がある。走査線は「被走査面上における光スポットの移動軌跡」で、直線であることが理想で、光走査装置の設計も走査線が直線となるように行われるが、実際には、加工誤差や組立誤差等が原因して走査線曲がりが発生するのが普通である。
【0006】
また、走査結像光学系として「結像ミラー」を用い、偏向光束の、結像ミラーへの入射方向と反射方向との間に、副走査方向で角度を持たせる場合には、原理的に走査線の曲がりが発生するし、走査結像光学系をレンズ系として構成する場合でも、被走査面を「副走査方向に分離した複数の光スポットで光走査」するマルチビーム走査方式では走査線曲がりの発生が不可避的である。
【0007】
「走査線の傾き」は、走査線が副走査方向に対して正しく直交しない現象で、走査線曲がりの1種である。従って、以下の説明においては特に断らない限り、「走査線の傾き」は走査線曲がりに含めて説明する。
【0008】
光走査の等速性が完全でないと、形成された画像に主走査方向の歪みが生じ、走査線曲がりは、形成された画像に副走査方向の歪みを生じさせる。画像が所謂モノクロで、単一の光走査装置により書込み形成される場合は、走査線曲がりや等速性の不完全さ(理想の等速走査からのずれ)がある程度抑えられていれば、形成された画像に「目視で分かるほどの歪み」は生じないが、それでも、このような画像の歪みは少ないに越したことは無い。
【0009】
マゼンタ・シアン・イエローの3色、あるいはこれに黒を加えた4色の画像を色成分画像として形成し、これらの色成分画像を重ね合せることにより合成的にカラー画像を形成することは、従来からカラー複写装置等で行われている。
【0010】
このようなカラー画像形成を行うのに、各色成分画像を、異なる光走査装置で異なる感光体に形成する所謂「タンデム型」と呼ばれる画像形成方式があるが、このような画像形成方式の場合、光走査装置相互で「走査線の曲がり具合や傾きが異なる」と、各光走査装置ごとの走査線曲がりが一応補正されていたとしても、形成されたカラー画像に「色ずれ」と呼ばれる画像異常が現われて、カラー画像の画質を劣化させる。
【0011】
また、色ずれ現象の現われ方として、カラー画像における色合いが所望のものにならないという現象がある。
近来、走査特性の向上を目して、光走査装置の結像光学系に、非球面に代表される特殊な面を採用することが一般化しており、このような特殊な面を容易に形成でき、なおかつコストも安価な「樹脂材料の結像光学系」が多用されている。
【0012】
樹脂材料の結像光学系は、温度や湿度の変化の影響を受けて光学特性が変化しやすく、このような光学特性の変化は「走査線の曲がり具合や等速性」をも変化させる。そうすると、例えば、数十枚のカラー画像の形成を連続して行う場合に、画像形成装置の連続運転により機内温度が上昇し、結像光学系の光学特性が変化して、各光走査装置の書込む走査線の曲がり具合や等速性が次第に変化し、色ずれの現象により、初期に得られたカラー画像と、終期に得られたカラー画像とで色合いが全く異なるものになることがある。
【0013】
一方において、液晶の光学作用を利用して光束を偏向する「液晶偏向素子」が知られている。液晶偏向素子のもつ光束偏向原理を光走査装置に適用すると、被走査面上における光スポットの位置を主走査方向、副走査方向に調整することができ、この調整により等速性や走査線曲がりを補正することが可能になる。
【0014】
しかしながら、上記光束偏向原理による光束偏向は、光束の偏向と同時に複数の回折光束を発生させる場合があり、このような回折光束のうち、正規の光走査光束以外のものは「ゴースト光」として光走査に悪影響を及ぼす。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した事情に鑑み、光走査装置において、液晶偏向素子のもつ光束偏向原理により光走査の特性を良好に補正すると共に、上記ゴースト光の光走査への影響を有効に防止することにより、良好な光走査を実現することを課題とする。
【0016】
この発明はまた、上記光走査装置を用いることにより、画像形成を良好に行うことができる新規な画像形成装置の実現を課題とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
この発明の光走査装置は「1以上の光源からの光束を光偏向走査手段により偏向させ、偏向された光束を1以上の走査結像光学系により、光源に応じた被走査面に向けて集光させ、被走査面上に光スポットを形成して光走査を行う光走査装置」であって、1以上の液晶偏向素子手段と、制御手段と、ゴースト光除去手段とを有する。
【0018】
「液晶偏向素子手段」は、各光源から各光源に対応する被走査面に至る光路上に設けられ、被走査面上における光スポットの位置を「副走査方向」または「主走査方向および副走査方向」に補正的に調整する。被走査面が2以上ある場合、液晶偏向素子手段は被走査面ごとに設けることができる。あるいは、被走査面の数をNとしてN−1個の液晶偏向素子を設けることもできる。液晶偏向素子手段は、1以上の「液晶偏向素子」を用いる。
【0019】
「制御手段」は、1以上の液晶偏向素子手段を制御する。液晶偏向素子手段の数が複数であれば、制御手段は「全ての液晶偏向素子手段」を制御する。
制御手段は、CPUやマイクロコンピュータ等として構成できる。液晶偏向手段はまた、光走査装置を用いる画像形成装置において「画像形成システム全体を制御する制御装置の機能の一部」として構成することもできる。
【0020】
「ゴースト光除去手段」は、液晶偏向素子手段により副走査方向に発生し、正規の光走査光束に対するゴースト光となる回折次数の光束を、各液晶偏向素子手段に対応する被走査面に対して遮断する。
即ち、ゴースト光除去手段は「副走査方向に発生するゴースト光」を除去する手段である。液晶偏向素子手段により偏向されて「正規の光走査光束」となるのは、回折の0次光である場合もあるし、±1次光束や「他の次数の光束」の何れかであることもある。ゴースト光除去手段は、正規の光走査光束となる回折次数の光束以外の光束をゴースト光として、被走査面に対して遮光するのである。
【0021】
若干説明を補足する。
「光偏向走査手段」は、光源側からの光束を光走査のために偏向させる手段であり、ポリゴンミラーを回転させる回転多面鏡を始めとし、ピラミダルミラーやホゾ型ミラー等の回転1面鏡や、回転2面鏡あるいはガルバノミラー等、従来から知られた各種のものを用いることができる。
【0022】
「走査結像光学系」は、光偏向走査手段により偏向された光束を被走査面に向けて集光させ、被走査面上に光スポットを形成するための光学系であり、fθレンズ等の「レンズ系」として構成することも、fθミラー等の「結像ミラー系」として構成することもできるし、「レンズ系とミラー系の複合系」として構成することもできる。
【0023】
走査結像光学系は「樹脂製結像素子」を含むことができる。この場合、樹脂製結像素子は走査結像光学系の一部を構成しても良いし、走査結像光学系全体が樹脂製結像素子で構成されていてもよい。勿論、単一の樹脂製結像素子が「走査結像光学系自体」を構成することもできる。
【0024】
走査結像光学系は、光スポットによる光走査を等速化する「等速化機能」を有する。例えば、光偏向走査手段による光束の偏向が等角速度的である場合は、走査結像光学系として「光スポットによる走査を等速化するためにfθ機能を有するもの」が用いられる。この場合は「fθ特性」が「光走査の等速性」である。
【0025】
「液晶偏向素子」は、光束を透過させている状態において、電気的あるいは磁気的な信号で駆動することにより、透過光束の向きを変化させることができる光学素子である。液晶偏向素子の作用により透過光束の向きが変化する方向を「偏向方向」と呼ぶ。液晶偏向素子については後述する。
【0026】
液晶偏向素子手段は「副走査方向を偏向方向とする副走査液晶偏向素子を複数個、主走査方向に配列してなる副走査液晶偏向素子列」として構成することができる。液晶偏向素子手段としてこの副走査液晶偏向素子列を用いることにより、走査線曲がり(前述の「走査線の傾き」を含む。)を補正できる。
【0027】
液晶偏向素子手段は「主走査方向を偏向方向とする主走査液晶偏向素子を複数個、主走査方向に配列した主走査液晶偏向素子列」を上記副走査液晶偏向素子列とともに有することができる。この場合には、被走査面上における光スポットの位置を副走査方向および主走査方向に補正的に調整でき、走査線曲がりと等速性との補正が可能である。この場合、主走査液晶偏向素子列を構成する主走査液晶偏向素子は、主走査方向に回折する回折光束が発生しないものを用いる。
【0028】
なお、単一の副走査液晶偏向素子もしくは「単一の主走査液晶偏向素子と単一の副走査液晶偏向素子の組合せ」を液晶偏向素子手段として、光源と光偏向走査手段との間に配置し、光スポットの像高ごとの位置を補正的に調整するようにすることもできる。
【0029】
「光スポット位置を補正的に調整する」とは、被走査面上における光スポットの位置を、各像高ごとに「理想の位置」に合致させあるいは近づけるように調整することを意味し、そのための偏向量を「調整偏向量」と呼ぶ。
【0030】
上記請求項1記載の光走査装置における液晶偏向素子手段は「光偏向走査手段と、この光偏向走査手段による偏向光束で光走査される被走査面との間」に配置することができる(請求項2)。
【0031】
ゴースト光除去手段は、前述の如く、液晶偏向素子手段により発生するゴースト光を被走査面に対して遮断するものであるから、当然に、液晶偏向素子手段よりも被走査面側に配置されねばならない。
【0032】
請求項1または2記載の光走査装置におけるゴースト光除去手段は「光偏向走査手段と被走査面との間に配され、正規の光走査光束のみを通過させる主走査方向に長いスリット開口部を有し、ゴースト光を上記被走査面に対して遮断する」ものであることができる(請求項3)。
【0033】
この場合において、液晶偏向素子手段により偏向される光束の全幅:b、ゴースト光除去手段におけるスリット開口部のスリット幅:Δ、液晶偏向素子手段とスリット開口部との距離:L、液晶偏向素子手段により得られる正規の光走査光束とこの正規の光走査光束に最も近いゴースト光との、主光線同士が副走査方向において成す角:θが、条件:
L>(1/2)(b+Δ)/tanθ (1)
を満足することが好ましい(請求項4)。
【0034】
上において「液晶偏向素子手段により偏向される光束の全幅:b」は、上記スリット開口部の位置における副走査方向の光束幅(正確には、光束断面における光強度の1/e2直径)である。
【0035】
請求項3または4記載の光走査装置においては、主走査方向に長いスリット開口部を有するゴースト光除去手段を「光偏向走査手段と被走査面との間の光路上に配置される光学素子の何れかに一体化」することができる(請求項5)。
「スリット開口部」は、ガラス板などの透明部材に、遮光フィルムを貼着して形成しても良いし、遮光層を蒸着や印刷で形成しても良く、遮光性の平板にスリット状開口部を穿設してもよい。また、1対のナイフエッジを用いて構成しても良い。1対のナイフエッジを組合わせてスリット開口部を構成する場合、各ナイフエッジを光軸方向に段違い(異なる場所)に設置しても良い。ゴースト光除去手段の位置は、光走査装置ユニット外(例えば感光体ユニットなど)に設けることもできる。
【0036】
「光偏向走査手段と被走査面との間の光路上に配置される光学素子」は、例えば、走査結像光学系を構成するレンズやミラー、光路折曲げミラーや、光走査装置のハウジングに設けられる防塵ガラス等である。ゴースト光除去手段とこれら光学素子とを一体化する方法としては、上記光学素子とゴースト光除去手段とを別体とし、これらを接着や螺子止めといった固定手段を用いて一体化してもよいし、上記光学素子の光学面にゴースト光除去手段を「印刷や貼着・蒸着によるパターン」として形成し、一体化しても良い。
【0037】
この発明の画像形成装置は「感光媒体に光走査を行って、画像形成を行う画像形成装置」であって、感光媒体に光走査を行う光走査装置として、請求項1〜5の任意の1に記載のものを用いることを特徴とする(請求項6)。
【0038】
「感光媒体」としては種々のものが可能である。例えば、感光媒体として「銀塩フィルム」を用いることができる。この場合、光走査による書込みで潜像が形成されるが、この潜像は通常の銀塩写真プロセスによる処理で可視化することができる。このような画像形成装置は「光製版装置」や、CTスキャン画像等を描画する「光描画装置」として実施できる。
【0039】
感光媒体としてはまた「光走査の際に光スポットの熱エネルギにより発色する発色媒体」を用いることもでき、この場合には、光走査により直接に可視画像を形成できる。
【0040】
請求項6記載の画像形成装置はまた「光導電性の感光体」を感光媒体として用いることができる。光導電性の感光体としては、酸化亜鉛紙のようにシート状のものを用いることもできるし、セレン感光体や有機光半導体等「ドラム状あるいはベルト状で繰り返し使用されるもの」を用いることができる。
【0041】
光導電性の感光体を感光媒体として用いる場合には、感光体の均一帯電と、光走査装置による光走査により静電潜像が形成される。静電潜像は現像によりトナー画像として可視化される。トナー画像は、感光媒体が酸化亜鉛紙のようにシート状のものである場合は感光媒体上に直接的に定着され、感光媒体が繰り返し使用可能なものである場合には、転写紙やOHPシート(オーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート)等のシート状記録媒体に転写・定着される。
【0042】
光導電性の感光体からシート状記録媒体へのトナー画像の転写は、感光体からシート状記録媒体へ直接的に転写(直接転写方式)しても良いし、感光体から一旦中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写した後、この中間転写媒体からシート状記録媒体へ転写(中間転写方式)するようにしてもよい。
このような画像形成装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写機等として実施できる。
【0043】
光走査装置として複数の光源からの光束で複数の被走査面を走査する方式のものを用いる画像形成装置の場合、各光源からの光束により光走査すべき被走査面の実体を成す「3もしくは4個の光導電性の感光体」を互いに並列に配置した構成とし、周知の「タンデム式のカラー画像形成装置」として実施できる。
【0044】
この発明の画像形成装置はまた、1以上の光スポットの走査位置を「走査位置検出手段」で検出し、検出結果に応じ、対応する液晶偏向素子手段の各液晶偏向素子における調整偏向量を決定する構成とすることができる。この場合、「走査位置検出手段」は光走査装置内に配設することもできるし、画像形成装置内における光走査装置とは異なる位置に配設することもできる。
【0045】
ここで「液晶偏向素子」について簡単に説明する。前述の如く、液晶偏向素子は、電気的な信号で駆動されるものと、磁気的な信号で駆動されるものとが知られているが、以下では、電気的な信号で駆動されるものを例にとって説明する。
【0046】
電気的な信号による駆動で光束を偏向させる液晶偏向素子は、大別すると、電気信号により「屈折率を変化させる」ものと、電気信号により「回折作用を起こさせる」ものとの2種に分けられる。
【0047】
まず、屈折率の変化を利用する液晶偏向素子につき説明すると、この種のものは、例えば、特開昭63−240533号公報に記載されている。1例を示すと図1の如くである。
【0048】
図1(b)において、液晶1は「誘電異方性が正のネマチック液晶」で、スペーサ3により所定間隙に保たれた1対の透明配向膜2A、2B間に薄層状に密封されている。符号1Aで示す液晶分子は「分子軸方向に長い形状」である。配向膜2Aは、液晶分子1Aの分子軸が配向膜表面に対して直交方向となるように配向処理され、配向膜2Bは、液晶分子1Aの分子軸が配向膜表面に対して平行方向となるように配向処理されている。
【0049】
配向膜2Aの外側にはZnO等による透明な電気抵抗膜4が形成されている。
透明な電気抵抗膜4、配向膜2A、2Bおよび液晶1は、図1(b)に示す如く1対の透明なガラス基板5A、5Bにより挟持されている。ガラス基板5Bの配向膜2B側の面にはITO等による透明な電極膜6が一面に形成されている。
【0050】
一方、ガラス基板5Aの配向膜2A側の面には、図1(a)に示すようなパターンの電極7A、7Bが形成され、これら電極7A、7Bは(b)に示す如く、電気抵抗膜4に接している。
【0051】
電極7A、7Bは、これらが「光束の透過領域にかかる場合」にはITO等により透明電極として形成されるが、電極7A、7Bが光束の透過領域にかからなければ(電極7A、7Bが光束を遮らなければ)金属薄膜等により不透明な電極として形成することもできる。図1の例では、電極7A、7Bは透明電極として形成されている。
【0052】
図1(b)の状態において、電極膜6と電極7Bを接地し、図1(a)に示す電極7A、7Bの端子A、B間に電圧:Vを印加すると、電気抵抗膜4の電位は、電極7Aの側から電極7Bの側へ直線的に低下する。このため、電気抵抗膜4と透明な電極膜6との間には「図1(b)の上方から下方へ向て直線的に減少する電界(向きは図の左右方向を向いている)」が作用する。
【0053】
この電界は液晶1に作用し、液晶分子1Aを「その分子軸が電界に平行になるよう」に回転させる。液晶分子1Aの回転角は「電界の強さに直線的に比例」するので、上記電界が作用すると、電極7Aの側では液晶分子1Aの分子軸は電界の方向(図の左右方向)により近くなるが、電極7Bの側では電界が実質的に0であるので、液晶分子1Aの分子軸は殆ど電極膜6に平行のままである。
【0054】
液晶分子1Aの誘電率は、分子軸に平行な方向において大きく、分子軸に直交する方向において小さい。このため、屈折率は分子軸に平行な方向においてより大きくなる。上記電界の作用により、上述の如き「液晶分子1Aの分子軸の向きの分布」が生じると、液晶1における「屈折率」は、分子軸が電界に略平行となる電極7Aの側で高く、電極7Bの側では低くなり、図1(c)に示すように電極7Aの側から電極7Bの側へ直線的に減少する。
【0055】
従って、このような屈折率分布が生じている液晶偏向素子に、図1(b)の右側から光束を入射させて液晶偏向素子を透過させると、透過光束は屈折率分布の作用により、屈折率の高い側(図1(b)で上方)へ偏向される。
接地する電極を電極7Bから7Aに変えて、端子A、B間に印加する電圧の向きを上記と逆にすれば、図1の場合と逆に、電極7Bの側から電極7Aの側へ向って減少する屈折率分布が得られ、透過光束を図1の下方へ偏向させることができる。
【0056】
以上が、屈折率変化を利用した液晶偏向素子による光束偏向の原理である。
偏向の程度である偏向量、即ち「偏向角」は、液晶偏向素子に固有の値で飽和し、飽和するとそれより大きな偏向角は生じない。液晶偏向素子を駆動する電気信号としては「直流電圧」を用いても良いが、液晶偏向素子の寿命の面から考えると、電気信号は「パルス状または正弦波状に変調された信号で、平均電圧が0V近傍であるもの」が好ましい。
【0057】
偏向角を変化させるには、端子A、B間の電位差:Vの増減によって行うこともできるが、上記パルス信号を駆動信号とする場合は「パルスのデュ−ティ比」を変えることによっても行うことができる。
【0058】
図1に示すような液晶偏向素子の場合、電極7Aと7Bとの間の間隔が、光束径に比して大きければ、回折光は発生しない。
【0059】
図2は「電気信号により屈折率を変化させる方式の液晶偏向素子」の別例である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図1におけると同一の符号を用いた。この素子は図1の素子の変形例であり、図1の素子との差異は、ガラス基板5Aの側において、透明な電気抵抗膜を3つの部分4A、4B、4Cに分割し、透明電極を図2(a)の如くにパターニングし、電気抵抗膜4Aに透明電極7A1と7B1が対応し、電気抵抗膜4Bに透明電極7A2と7B2が対応し、電気抵抗膜4Cに透明電極7A3と7B3が対応するようにした点にある。
【0060】
端子A、B間に駆動信号を印加すると、図2(c)の如き屈折率分布が得られる。この場合、端子A、Bに印加する電圧:Vに対する電界の変化率が大きくなるので、図1の素子に比してより「大きな屈折率勾配」が得られ、より大きな偏向角(偏向量)を得ることができる。
【0061】
図2に示すタイプの液晶偏向素子の場合、電気抵抗膜とこれに組合せられる対の電極(たとえば、電気抵抗膜4Aと電極7A1、7A2)の組合せの数(上の例では3)が大きくなるに従い、偏向角を大きくできる反面、光束の透過領域における上記組合せの周期構造の周期が小さくなり、回折光を生じるようになる。
【0062】
図3は液晶偏向素子の別の例を示している。この液晶偏向素子は「電気信号により回折作用を起こさせるもの」である。この型の液晶偏向素子は、例えば特開平8−313941号公報に詳しく記載されている。図3においても繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図1におけると同一の符号を用いた。
【0063】
図3(a)において、液晶1は例えば「液晶分子1Aの分子軸方向の誘電率が、分子軸に直交する方向の誘電率よりも小さい、誘電異方性が負のネマチック液晶」で、スペーサ3により所定間隙に保たれた1対の透明配向膜2A、2Bの間に薄層状に密封されている。
【0064】
配向膜2A、2Bは、透明電極6Aを有するガラス基板5Aと、透明電極6Bを有するガラス基板5Bとにより挟持されている。透明電極6A、6BはITO等で薄膜状に形成され、それぞれガラス基板5A、5Bの面に所定の形状(例えば矩形形状)で一様に形成されている。
【0065】
配向膜2A、2Bは、液晶分子1Aの分子軸方向が図面に直交する方向となるように、液晶1に対する配向を行う。
このような状況で、透明電極6A、6B間に「直流もしくは300Hz程度以下の低周波の電圧」を印加させると、液晶1内に、図の上下方向(前記「配向方向」と直交する方向)を格子配列方向とする回折格子パターンが形成される(特開平8−313941号公報「0054」)。図3(b)は、このように形成された回折格子パターンにおける屈折率分布である。
【0066】
この状態で光束を液晶偏向素子に入射させると、透過光は上記回折格子パターンにより(図3(a)の上下方向に)回折光を生じる。上記低周波の電圧の電圧値を変化させると、形成される回折格子パターンの格子ピッチが変化し、回折角が変化する(特開平8−313941号公報「0057」)。
【0067】
従って、例えば「回折の1次光」に着目すれば、1次光の偏向角を調整することにより、光束を所定方向(上に説明した場合では、図1(a)の上下方向)に所望の偏向角で偏向させることができる。
【0068】
また、図3の液晶偏向素子の透明電極6A、6B間に印加する電圧を高周波電圧にすると、液晶1に配向方向に直交する方向の回折格子パターンが現れ、図3(a)の「図面に直交する方向の回折光」を得ることができる。この場合は、液晶に印加する高周波電圧の「包絡電圧」を増減させることにより、回折角を変化させることができる(特開平8−313941号公報「0060」)。
【0069】
以上、従来から知られた「電気信号により光束を偏向させるタイプの液晶偏向素子」につき簡単に説明した。
【0070】
この発明では、これら公知の液晶偏向素子(電気信号により駆動するものに限らず、上には説明しなかったが、磁気信号により駆動するものでもよい)を用い、光束の偏向により光スポットの走査位置調整を行う。
【0071】
上に説明したように、図2の液晶偏向素子では、電気抵抗膜と、これに組合せられる対の電極(たとえば、電気抵抗膜4Aと電極7A1、7A2)の組合せの数が大きくなるに従い、回折光を生じるようになる。
【0072】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を説明する。
図4は光走査装置の実施の1形態を示している。
図4(a)に示すように、光源装置(光源とカップリングレンズとを含む)10から射出した光束は、平行光束(弱い収束もしくは発散光束でも良い)で、被走査面上で所望形状の光スポット径を得るための開口絞り(図示されず)を通過し、線像結像光学系をなす(副走査方向にのみ正のパワーを持つ)シリンドリカルレンズ12に入射し、副走査方向にのみ集束され、光偏向走査手段のポリゴンミラー14の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。
【0073】
ポリゴンミラー14の等速回転に伴い、偏向反射面に反射された光束は等角速度的に偏向する偏向光束となり、「走査結像光学系」としてのfθレンズ16を構成する2枚のレンズ161、162を順次透過し、液晶偏向素子手段18を透過し、ゴースト光除去手段600の「主走査方向に長いスリット開口部」を通過して被走査面20に到達し、fθレンズ16の作用により被走査面20上に光スポットとして集光し、被走査面20を光走査する。
【0074】
液晶偏向素子手段18は「主走査方向に長い長尺形状」で、被走査面20上において光スポットの位置調整を行わせるためのものである。光スポットの位置調整は、副走査方向、または、主走査方向と副走査方向に関して行われる。
【0075】
符号22で示す「コントローラ」はマイクロコンピュータ等で構成され、液晶偏向素子手段18の各液晶偏向素子における調整偏向量を設定し、このように設定された調整偏向量を実現するように液晶偏向素子手段18を制御駆動する。コントローラ22はまた、画像形成装置全体を制御する「システムコントローラ」における機能の一として設定することもできる。即ち、コントローラ22は「液晶偏向素子手段を制御する制御手段」である。
【0076】
図4(b)は、図4(a)における「ポリゴンミラー14の偏向反射面と被走査面20との間の光学配置」を副走査方向(図面に直交する方向)からみた状態を示している。液晶偏向素子手段18は、図4(a)に示すように「走査結像光学系としてのfθレンズ16のレンズ162と被走査面20との間」に配設されているが、液晶偏向素子手段の配設位置はこれに限らない。
【0077】
例えば、液晶偏向素子手段18に代えて、液晶偏向素子手段18Aを、図4の(b)に示す如く、ポリゴンミラー14の偏向反射面とfθレンズ16におけるレンズ161との間に配設することもできる。このように液晶偏向素子手段を光偏向走査手段の側に近接して配設するほど、液晶偏向素子手段の主走査方向の長さを短縮でき、コスト的には有利である。
【0078】
しかしながら反面、以下の如き問題がある。図4(b)に示す液晶偏向素子手段18Aに入射する偏向光束は等角速度的に偏向している。ポリゴンミラー14の偏向反射面による偏向の起点から、液晶偏向素子手段18Aに至る距離をDとし、偏向光束の偏向角をξとすると、偏向角:ξのときに偏向光束(の主光線)が液晶偏向素子手段18Aに入射する位置は、D・tanξである。
【0079】
すると、偏向光束の微小偏向角:Δξに対応する液晶偏向素子手段18Aの主走査方向の幅:ΔSは「ΔS=D・Δξ/cos2ξ」となるから、偏向角:ξが大きくなるほど、偏向光束が液晶偏向素子手段18A上を移動する距離は大きくなる。
【0080】
従って、仮に、液晶偏向素子手段18Aにおける各液晶偏向素子の主走査方向のサイズを同一とし、複数の液晶偏向素子を等ピッチで主走査方向に配列したとすると、個々の液晶偏向素子に対応する「被走査面上における主走査方向の領域(以下、各液晶偏向素子の「担当補正領域」と呼ぶ)」は、偏向角の大きい位置にある液晶偏向素子ほど大きくなる。このため、光スポットの位置の調整は、偏向光束の偏向角が大きくなるほど粗雑化する。
【0081】
これを避けるためには、液晶偏向素子の主走査方向のサイズを、偏向角:0から最大偏向角の側に向って次第に小さく、液晶偏向素子の配列ピッチを、偏向角:0から最大偏向角に向って次第に細かくすれば良いが、偏向反射面の近傍では、偏向光束は主走査方向に絞られていず、かなりの光束径(数mm程度)を有するので、上記サイズを然程小さくできない。このような理由で、液晶偏向素子手段は、走査結像光学系よりも被走査面側にあることが好ましい。
【0082】
図4(a)、(b)に示す液晶偏向素子手段18のように、fθレンズ16と被走査面20との間に配設する場合は、偏向光束自体が細く絞り込まれており、なお且つ、偏向光束の偏向が、fθレンズ16の作用により等速化されているので、主走査方向に同じサイズの液晶偏向素子を等ピッチで連続的に配列しても、光スポット位置の良好な調整が可能で、液晶偏向素子の配列ピッチを然程細かくする必要もない。液晶偏向素子手段18を被走査面20に近づけるほど、この効果は顕著になる。
【0083】
図5を参照して、液晶偏向素子手段による「光スポットの位置調整」を説明する。先に説明したように、液晶偏向素子は電気的もしくは磁気的な駆動信号に応じて透過光束を偏向させる機能を持ち、その偏向方向は任意に設定できる。
【0084】
図5(a)において左右方向は主走査方向である。符号Li(i=1〜10)は「電気信号で駆動される液晶偏向素子」を示している。即ち、この例では10個の液晶偏向素子L1〜L10が主走査方向に、互いに密接して連続的に配列されている。また、この例において液晶偏向素子Liは互いに同サイズで等ピッチ配列されている。説明の具体性のため、液晶偏向素子Liは、図2に即して説明したタイプのものとする。
【0085】
符号Di(i=1〜10)は液晶偏向素子Liを駆動するドライバ回路を示している。これらドライバ回路Diはコントローラ22により制御駆動される。
【0086】
液晶偏向素子Liの偏向方向を副走査方向に設定すれば、液晶偏向素子列180は、副走査方向を偏向方向とする副走査液晶偏向素子を複数個、主走査方向に配列してなる「副走査液晶偏向素子列」となる。
【0087】
若干補足すると、個々の液晶偏向素子Liは対応するドライバ回路Diにより個別独立に駆動されるが、この例において、液晶とこれを挟持する配向膜、さらに透明電極は互いに共通している。そして、図2に示す駆動電圧を印加される電極とこれらを連結する透明抵抗膜の部分が液晶偏向素子Li(i=1〜10)ごとに独立している。
【0088】
図5(b)は「走査位置検出手段」の1形態を示している。走査位置検出手段による走査位置検出に関しては後に述べる。
図5(b)に示す走査位置検出手段23は、液晶偏向素子Liと同数のエリアセンサP1〜P10の受光面が主走査方向に配列している。
【0089】
走査位置検出手段23は、各エリアセンサPiの受光面が「被走査面と光学的に等価な位置」を占めるように配設され、偏向光束もしくは偏向光束の一部を分離した検出光束で走査されるようになっている。
【0090】
エリアセンサPiの受光面は、液晶偏向素子列180における液晶偏向素子Liと対応し、設計上の光スポットがエリアセンサPiの中心に結像するとき、この光スポットを形成する偏向光束が「対応する液晶偏向素子Liの中心」を通るように、液晶偏向素子列180との位置関係を定められている。
【0091】
エリアセンサPiは固定板23Sに固定的に設けられている。固定板23Sは熱膨張率:1.0×10−5/℃以下の材質、具体的には、ガラス(熱膨張率0.5×10−5/℃)や、アルミナ等のセラミック材質(熱膨張率:0.7×10−5/℃、炭化珪素(熱膨張率:0.4×10−5/℃)等からなり、温度変動による影響(エリアセンサPiの受光面位置の移動、相対位置関係の変動により正確な検出が妨げられる)を実質的になくしている。
【0092】
また、エリアセンサPi相互間に発生する電気ノイズの影響をなくすため、固定板23Sの材質は上記の如き「非導電性材料」が好適である。図5(b)における領域RYは被走査面における「有効書込幅に対応する領域」である。
【0093】
ここで、液晶偏向素子列180が「副走査液晶偏向素子列」である場合を例に取り、図4の光走査装置における「走査線曲がり」を補正する場合を説明する。
【0094】
例えば、光走査による画像形成プロセスを行うに先立ち、ポリゴンミラー14を回転させ、光源装置1の光源を発光させる。
【0095】
光源の発光は時間的に間欠的に行い、発光ごとに上記偏向光束もしくは検出光束が、走査位置検出手段23の各エリアセンサP1〜P10に順次に入射するようにする。走査位置検出手段23はエリアセンサPi(i=1〜10)が検出する光スポットの「副走査方向の位置」をコントローラ22に向けて出力する。
【0096】
図5(c)において「10個の黒丸」が、このように検出された副走査方向の位置を示している。この図における破線は「理想上の走査線」で、主走査方向に直線的である。
【0097】
コントローラ22は、検出された10個の「副走査方向の光スポット位置(走査位置)」に基づき、最小2乗法等により、走査線の形態を「多項式」として近似する。この多項式が「検出された走査線曲がり」であり、これを図5(c)に実線で示す。
【0098】
コントローラ22は次いで、このような走査線曲がりを補正するため、副走査液晶偏向素子列の、液晶偏向素子Liにおける「副走査方向の光束偏向の向きと偏向角(調整偏向量)」を算出する。図5(c)の領域Si(i=1〜10)は、副走査液晶偏向素子列における液晶偏向素子Liが「偏向光束を偏向させるべき領域(前記「担当補正領域」)」を示し、各領域Siにおける上向き若しくは下向きの矢印は「偏向の向き」を表している。
【0099】
コントローラ22は、液晶偏向素子Liに上記「偏向の向きと偏向量」を実現すべき信号を決定し、ドライバ回路Di(i=1〜10)に印加する。この例では、液晶偏向素子Liに印加する電圧の正負と接地させる電極の選定により「偏向の向き」を制御し、この電圧をパルス電圧として印加し、そのデュ−ティ比を調整することにより「偏向角」を制御する。
【0100】
このようにして、画像形成プロセスの開始される以前に、副走査液晶偏向素子列の液晶偏向素子Li(i=1〜10)における調整偏向量とを実現する。勿論、検出された走査線曲がりが「補正を必要としない程度に微小」である場合には、副走査液晶偏向素子列による走査線曲がりの補正を行う必要は無い。
【0101】
図5(d)は、副走査液晶偏向素子列により補正された走査線の状態を示している。Yi(i=1〜10)は、被走査面20の走査領域における「各液晶偏向素子Liが補正を担当する部分(補正担当領域)」を示している。
【0102】
実線で示す走査線は若干「ギクシャク」しているように見えるが、これは図5(c)において走査線曲がりを「極端に強調」して描いたことに起因する。現実の走査線曲がりは最大の場合でも0.1〜0.2mm程度であるので、例えば、1個の液晶偏向素子Liが「30mmの走査領域」の補正を担当するものとしても、実質的に直線状態の走査線を実現できる。
【0103】
副走査液晶偏向素子列における液晶偏向素子の数を更に増やし、液晶偏向素子Liの担当補正領域を小さくすることにより走査線曲がりを「より精緻」に補正できることは当然である。
【0104】
特に、副走査液晶偏向素子列における副走査液晶偏向素子Liの主走査方向の幅を十分に小さく(例えば2〜5mm程度)することにより、隣接する副走査液晶偏向素子間の偏向量変化を「実質的に連続的な変化」と見なし得るようにでき、走査線を「実質的に連続した直線」に補正することもできる。
【0105】
走査線曲がりの形態の1つである「走査線の傾き」も、上記と同様にして補正できることは容易に理解されるであろう。
【0106】
上の説明では、走査位置検出手段により光スポットの走査位置を検出して「補正すべき走査線曲がり」を特定し、これに合わせて液晶偏向素子Liの調整偏向量を設定している。このようにすると、走査線曲がりが経時的に変化したり、fθレンズ16を樹脂レンズとして構成した場合に環境変化で走査線曲がりが変化しても、走査位置検出を随時行うことにより、補正すべき走査線曲がりに応じて、常に適正な補正を行うことが可能である。
【0107】
上には液晶偏向素子列180を「副走査液晶偏向素子列」として、走査線曲がり・走査線の傾きの補正を行う場合を説明した。
【0108】
図5(a)における液晶偏向素子Liの偏向方向を主走査方向に設定すれば、液晶偏向素子列180は、主走査方向を偏向方向とする主走査液晶偏向素子を複数個、主走査方向に配列した「主走査液晶偏向素子列」となる。
【0109】
このような主走査液晶偏向素子列を、上記の副走査液晶偏向素子列と共に用いれば、走査線曲がりと共にfθ特性等の等速性を補正することが可能である。ただし、主走査液晶偏向素子列を構成する主走査液晶偏向素子としては、図1に即して説明したタイプで「回折光を発生させない」ものを用いる。
【0110】
主走査液晶偏向素子列により等速性の補正を行う場合は、走査位置検出手段22のエリアセンサPiが検出する光スポットの「主走査方向の位置」を求め、これを用いてコントローラ22により光走査の「等速性(理想の等速走査からのずれ)」を上記走査線曲がりの場合と同様にして求め、求められた等速性を補正するために液晶偏向素子Liにおける主走査方向の調整偏向量を設定し、偏向光束の主走査方向への偏向量を補正することにより、等速性の補正を実行できる。
【0111】
主走査液晶偏向素子列における液晶偏向素子の数を増やし、液晶偏向素子Liの担当補正領域を小さくする程、等速性の「より精緻な補正」が可能で、主走査液晶偏向素子列における主走査液晶偏向素子Liの主走査方向の幅を十分に小さく(例えば2〜5mm程度)することにより、隣接する主走査液晶偏向素子間の偏向量変化を「実質的に連続的な変化」と見なし得るようにでき、このようにすれば、光走査を実質的に等速で行うことができる。
【0112】
上の説明では、走査位置検出手段により光スポットの走査位置を検出して「補正すべき等速性」を特定し、これに合わせて液晶偏向素子Liの偏向量を設定している。このようにすると、等速性が経時的に変化したり、fθレンズ16を樹脂レンズとして構成した場合に、環境変化で等速性が変化しても、走査位置検出を随時行うことにより、補正すべき走査線曲がりに応じて、常に適正な補正を行うことが可能である。
【0113】
走査線曲がりと等速性とを補正する場合は、例えば、図6(b)に示すように、主走査液晶偏向素子列181と副走査液晶偏向素子列182とを、結像光束の透過方向へ重ねて一体化したものを「液晶偏向素子手段」として用い、主走査液晶偏向素子列181により等速性の補正を行い、副走査液晶偏向素子列182により走査線曲がりを補正することができる。なお、図6(b)において、図面に直交する方向が主走査方向である。
【0114】
図6(b)のように、主走査液晶偏向素子列181と副走査液晶偏向素子列182とを重ねて一体化する代わりに、これらを互いに分離して配設しても良い。
【0115】
このように、液晶偏向素子手段として、主走査液晶偏向素子列181と、副走査液晶偏向素子列182とを用いる場合、主走査液晶偏向素子列を構成する液晶偏向素子としては、上記のように、図1に即して説明したタイプの「回折光を生じさせない」ものを用いる必要がある。
【0116】
一方、副走査液晶偏向素子列を構成する液晶偏向素子としては上に図2のタイプを例示したように「回折光を生じるもの」を用いることができる。このタイプは偏向角が大きいので、走査線曲がりの補正を行うのに適している。
【0117】
ここで、走査位置検出手段による走査位置の検出を説明する。上に説明した例では、走査位置検出手段23はエリアセンサPiの受光面が被走査面と光学的に等価な位置を占めるように配設され、偏向光束もしくは偏向光束の一部を分離した検出光束で走査されるが、この場合の具体例を図7(a)、(b)に示す。
【0118】
図7(a)で、図面に直交する方向が主走査方向、上下方向が副走査方向である。因みに、図4に示す光走査装置における走査位置検出は、図7(a)に示す如き方式で行われ、液晶偏向素子手段18は、主走査方向に偏向される結像光束の光路上において「副走査方向に対して若干傾け」て配設されている。
【0119】
このため、結像光束はその一部が液晶偏向素子手段18の入射側面で反射されて検出光束LSとなり、上記入射側の面を反射面として被走査面20と等価な面に配置された走査位置検出手段23の受光面位置に光スポットを形成し、走査位置を検出される。
【0120】
図7(b)でも、図面に直交する方向が主走査方向、上下方向が副走査方向である。主走査方向に偏向され、液晶偏向素子手段18を透過した結像光束は、結像光束光路上において「副走査方向に対して傾け」て配設された反射面部材19により反射され、反射面部材19の反射面に関して被走査面20と等価な面に配置された走査位置検出手段23の受光面位置に光スポットを形成し、走査位置を検出される。
【0121】
反射面部材19は、これを透明ガラスで構成して常時図示の位置に設置し、結像光束の一部を反射により走査位置検出手段23側へ分離するようにしても良いし、結像光束の光路に出入可能とし、走査位置検出を行うときにのみ図示の位置に設置するようにしてもよい。
【0122】
図7(a)、(b)に示したのは、偏向光束による光スポットを直接検出して、走査位置の検出を行う場合であるが、走査位置検出は、必ずしも光スポットの検出により行う必要はない。走査位置検出の別例を、図7(c)、(d)に示す。
【0123】
図7(c)において、符号25は「被走査面の実体」をなす光導電性の感光体を示している。走査位置は感光体25の感光面に対する光スポット位置であるから、画像形成プロセスにより走査線1ライン分を感光体25に書込み、得られる静電潜像を可視化して線状のトナー画像LTIを得ると、このトナー画像LTIは走査線を可視化したものとなっている。
【0124】
トナー画像LTIをランプ26で照射し、結像系27によりイメージセンサ28上に結像させて読取り、その結果に基づき走査線曲がりを検出できる。この場合、ランプ26、結像系27、イメージセンサ28が「走査位置検出手段」を構成する。
【0125】
図7(d)において、符号29は、中間転写媒体としての中間転写ベルトを示している。図7(c)の場合と同様にして感光体25上に形成した線状のトナー画像LTIを、転写手段30により中間転写ベルト29上に転写し、転写されたトナー画像LTIをランプ26で照射し、結像系27によりイメージセンサ28上に結像させて読取り、その結果に基づき走査線曲がりを検出する。この場合も、ランプ26、結像系27、イメージセンサ28が「走査位置検出手段」を構成する。
【0126】
図7(c)、(d)の場合とも、線状のトナー画像LTIは、検出後、図示されないクリーニング手段により感光体25、中間転写ベルト29から除去される。
【0127】
等速性の検出のために、主走査方向の走査位置検出を行うには、「副走査方向に適宜の長さとなる直線状の画像」を互いに平行となるようにして主走査方向に必要な本数だけ書込み、これを可視化する。
【0128】
各「副走査方向の直線」の間隔は、等間隔を理想とするように形成する。これら直線を可視化したものを、感光体上もしくは中間転写ベルト上で検出し、各直線間の間隔を調べることにより等速性を知ることができる。
【0129】
以上は、走査位置検出手段により走査位置を検出する場合であるが、走査位置検出手段を持たない場合には以下の如くにすれば良い。即ち、この場合には、上記の如くして形成したトナー画像を転写紙上に転写・定着し、転写紙上に得られた画像に基づき走査線曲がり(走査線の傾きを含む)、等速性を測定し、その結果に基づき、液晶偏向素子手段の各液晶偏向素子における偏向量を決定する。
【0130】
図7(a)の例では、液晶偏向素子手段18を副走査方向に対して傾けることにより、結像光束の一部を走査位置検出手段23の方向へ向けて反射させているが、図6(a)に示すように、例えば、主走査液晶素子列において、液晶を封入するためのスペーサ3A、3Bの大きさを異ならせることにより、ガラス基板5a(透明電極や透明抵抗膜、配向膜が形成されている)とガラス基板5b(透明電極や配向膜が形成されている)とに角度を持たせ、ガラス基板5aの傾きにより「走査位置検出手段側へ反射される反射光束」を得るようにしてもよい。
【0131】
以上、図4に示す光走査装置を例にとって、液晶偏向素子手段による走査線曲がり・等速性の補正を説明した。
【0132】
勿論、光学系が環境変動の影響を受けない場合や、環境変動の影響を自動的に補正するように構成されている場合には、予め測定により走査線曲がりや等速性を測定し、そのデータによる補正用データをコントローラに記憶させておいて、上記の如き補正を行えば良い。
【0133】
ここで図4にもどり、ゴースト光除去手段600によるゴースト光の除去を、図8を参照して説明する。
説明の簡単のために、液晶偏向素子手段は上述の「副走査液晶偏向素子列」であり、個々の副走査液晶偏向素子の偏向量を調整して、上述の如く走査線曲がりを補正するものとする。図8(a)において、液晶偏向素子手段18は、図2に即して説明したタイプの「副走査方向を偏向方向とする液晶偏向素子」を主走査方向へ配列したもので回折光を発生する。
【0134】
図8(a)は、このような液晶偏向素子手段18に結像光束(偏向光束)が入射した場合に発生する回折の0次光、±1次光、±2次光を示している。0次光は「正規の光走査光束」として用いられる光束であり、±1次光、±2次光は被走査面に対するゴースト光となる。
【0135】
そこで、このようなゴースト光をゴースト光除去手段600により除去する。ゴースト光除去手段600は「主走査方向(図8(a)で図面に直交する方向)に長いスリット開口部」を有し、スリット開口部以外は「遮光性」である。このスリット光除去手段600により、ゴースト光となる±1次光、±2次光を被走査面(図の右方)に対して遮断し、正規の光走査光束である0次光のみを、スリット開口部を介して被走査面側へ通過させる。このようにして被走査面に対してゴースト光となる光が除去される。
【0136】
図8(b)は、液晶偏向素子手段18Bに結像光束が入射したときに発生する回折の0次光と±1次光と±2次光とを示している。液晶偏向素子手段18Bは、図3に示した回折を利用して偏向を行う液晶偏向素子を主走査方向(図面に直交する方向)へ配列したものである。この場合には、0次光は回折の影響を受けず、偏向もされないので、偏向角の変化する+1次光を「正規の光走査光束」として用い、この正規の光走査光束以外の「被走査面に対してゴースト光となる0次光、−1次光、±2次光をゴースト光除去手段600(図8(a)に示すものと同様のもの)により被走査面に対して遮断する。従って、正規の光走査光束である+1次光のみがゴースト光除去手段600のスリット開口部を通過して被走査面に向う。
【0137】
図8(c)は、図8(a)の場合において、正規の光走査光束である0次光と、ゴースト光である+1次光とを示している。これらの光束は、ゴースト光除去手段600のスリット開口部の位置において、副走査方向(図の上下方向)に光束幅:bを有している。また、0次光と+1次光のそれぞれの主光線が副走査方向に成す角を図の如くθとし、液晶偏向素子手段とゴースト光除去手段600との距離を図の如くLとし、ゴースト光除去手段600におけるスリット開口部の副走査方向の幅をΔとする。
【0138】
このとき、ゴースト光除去手段600によりゴースト光(+1次光)が完全に遮断される条件は「L・tanθ>(b+Δ)/2」であるから、ゴースト光除去手段600を液晶偏向素子手段から離すべき距離:Lは前記(1)式、即ち、「L>(1/2)(b+Δ)/tanθ」を満足すればよいことになる。容易に理解されるように、図8(b)に示す液晶偏向素子手段18Bを用いる場合も同じ条件になる。
【0139】
図4(a)に示すゴースト光除去手段600は、独立した専用の部材で、長尺の遮光板にスリット開口部を穿設したものであるが、このようにせずに、光走査装置のハウジングに設けられた防塵ガラスや光路折返しミラー等に「スリット開口部を有する遮光層を印刷等により形成したもの」をもって、ゴースト光除去手段としても良いことは前述の通りである。
【0140】
図9は光走査装置の実施の別形態を示している。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図4におけると同一の符号を用いた。この実施の形態においては、液晶偏向素子手段として、図4(b)に即して説明した液晶偏向素子手段18Aを、ポリゴンミラー14とfθレンズ16との間に配設している。
ゴースト光除去手段600Aは、fθレンズ16を構成する一方のレンズ162の射出側に印刷形成された「スリット開口部を有する遮光層」として形成されている。勿論、液晶偏向素子手段18Aとゴースト光除去手段600Aとは、前記(1)式を満足するように設けられる。
【0141】
図10(a)は、光走査装置の実施の別形態を説明図的に示している。この光走査装置は、光源から複数光束が放射され、被走査面が2以上の光スポットで光走査されるマルチビーム方式の光走査装置である。このように光走査装置はマルチビーム走査方式のものとして構成することもできる。
【0142】
光源装置40は半導体レーザによる発光源401、402と、カップリングレンズ403、404とを有している。発光源401、402から放射された各光束は、それぞれカップリングレンズ403、404によりカップリングされ、平行光束(あるいは弱い発散性もしくは弱い収束性の光束)となり、シリンドリカルレンズ42により副走査方向に集束され、ポリゴンミラー44の偏向反射面近傍に、互いに副走査方向に分離した「主走査方向に長い線像」として結像する。
【0143】
ポリゴンミラー44が等速回転すると、各光束は等角速度的に偏向する偏向光束となって液晶偏向素子手段48を透過し、fθレンズ46を構成するレンズ461、462を順次透過し、光路折曲げミラー47により光路を折曲げられ、被走査面の実体を成す光導電性の感光体50(矢印方向に等速回転する)の感光面上に、副走査方向に互いに分離した光スポットを形成し、感光体50を2走査線同時に光走査する。
【0144】
偏向光束の一方は、光走査領域へ向う途上で光センサ49により検出され、光センサ49の出力に基づき各光スポットの光走査開始の同期が取られる。
【0145】
図10(c)に示すように、発光源401、402からの各光束FL1、FL2は、副走査方向(図面に直交する方向)から見て、ポリゴンミラーの偏向反射面441の部分で「主走査方向に交叉する」ように設定されている。
【0146】
このようにすると、被走査面50上で(主走査方向に)同一位置に結像する光束はレンズ461、462の同一部分を通るため、各光束FL1、FL2に関する等速性が同一のものとなる。また、各光束FL1、FL2がレンズ461、462において「光軸に関して副走査方向において同じ側」を通るようにすることにより、被走査面50上における各走査線の走査線曲がりは「実質的に同じ」になる。
【0147】
従って、液晶偏向素子手段48により、主・副走査方向の偏向量を調整することにより、走査線曲がり・等速性を2光束同時に補正し、光束FL1、FL2によるマルチビーム走査を良好に行うことができる。
【0148】
発光源401、402からの光束FL1、FL2が、図10(b)に示すように「偏向反射面441の部分で主走査方向に交叉しない」と、被走査面50上で同一位置に結像する光束がレンズ461、462の同一部分を通らないため、等速性や走査線曲がりが、光束FL1とFL2で同一にならず、従って、単一の液晶偏向素子手段48によっては、各光束について等速性や走査線曲がりを補正することはできない。
【0149】
この実施の形態において、液晶偏向素子手段48はポリゴンミラー44とレンズ461との間に配備されるので、前述したところに従い、ある程度、偏向反射面から離れた位置に配置することにより、偏向角の大きい部分における液晶偏向素子の配列ピッチが余り小さくならないようにする。
【0150】
この実施の形態において、ゴースト光除去手段600Bは、光路折曲げミラー47の反射面に「主走査方向に長いスリット開口部(反射面)を持つ遮光層(光吸収層)」として印刷により形成されている。液晶偏向素子手段48とゴースト光除去手段600Bとは、前記(1)式を満足するように設けられる。
【0151】
図11は画像形成装置の実施の1形態を示している。この画像形成装置はモノクロームのレーザプリンタであり、感光媒体が光導電性の感光体で、光走査により形成される静電潜像を可視化して得られるトナー画像を、シート状の記録媒体に転写・定着する。
【0152】
レーザプリンタ100は、感光媒体111として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。感光体111の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115が配備されている。帯電手段としては帯電ローラ112に代えて「コロナチャージャや帯電ブラシ」を用いることもでき、転写ローラ114に代えて「コロナ放電式の転写手段」を用いることもできる。
【0153】
レーザビームLBにより光走査を行う光走査装置117が設けられ、帯電ローラ112と現像装置113との間で「光書込による露光」を行うようになっている。さらに、符号116は定着装置、符号118はカセット、符号119はレジストローラ対、符号120は給紙コロ、符号121は搬送路、符号122は排紙ローラ対、符号123はトレイ、符号Pは「シート状の記録媒体」としての転写紙を示している。
【0154】
画像形成プロセスが実行されるとき、光導電性の感光体111が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ112により均一帯電され、光走査装置117のレーザビームLBの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は現像装置113により反転現像され、感光体111上にトナー画像が形成される。
【0155】
シート状記録媒体である転写紙Pを収納したカセット118は、画像形成装置100本体に脱着可能で図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ120により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ対119に捉えられる。
【0156】
レジストローラ対119は、感光体111上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Pは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ114の作用によりトナー画像を静電転写される。
【0157】
トナー画像を転写された転写紙Pは定着装置116へ送られ、定着装置116においてトナー画像を定着され、搬送路121を通り、排紙ローラ対122によりトレイ123上に排出される。トナー画像が転写された後の像担持体111の表面は、クリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【0158】
光走査装置117は、図4や図9あるいは図10に即して説明したものであり、液晶偏向素子手段、ゴースト光除去手段を有し、被走査面(感光体111)上における光スポットの位置を副走査方向、または、主走査方向と副走査方向に調整しつつ、光走査による画像書込みを行う。
【0159】
このようにして走査線曲がりや走査線の傾き、あるいはこれらと等速性が有効に補正される。また、液晶偏向素子手段での回折により生じるゴースト光が良好に除去される。従って、極めて良好な画像書込みが実現され、歪みのない良好なモノクローム画像を形成することができる。
【0160】
図12は、画像形成装置の実施の別形態を示している。
この画像形成装置は、光導電性の感光体を感光媒体とし、カラー画像を形成するためのものである。形成されるべきカラー画像は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の4色の成分画像を形成し、これら成分画像を同一のシート状記録媒体上で重ね合せることにより得られる。
【0161】
符号151、152はポリゴンミラーを示す。これらポリゴンミラー151、152は同一形状のもので共通の軸に固定的に設けられ、一体として回転するようになっており、図示されない駆動手段と共に「光偏向走査手段」を構成する。
【0162】
図示されていないが「4つの光源装置」が設けられている。4つの光源装置のうち2つからの光束はポリゴンミラー151に入射し、他の2つからの光束はポリゴンミラー152に入射する。各光源装置からポリゴンミラー151、152に至る光路上の光学配置は、図4の光走査装置のものと同様である。
【0163】
ポリゴンミラー152により偏向される偏向光束LSY、LSKはそれぞれ、イエロー成分画像、黒成分画像を書込むための光束である。
偏向光束LSYはイエロー色成分の画像情報で強度変調され、走査結像光学系としてのfθレンズを構成するレンズLNY1、LNY2(保持体PTYに保持されている)を透過し、光路折曲げミラーMY1、MY2、MY3により順次反射され、光導電性の感光体150Yの感光面(被走査面の実体を成す)に導光され、上記感光面を光走査する。
【0164】
感光体150Yは円筒状で、矢印方向へ回転しつつ帯電器CYにより均一帯電された状態で、偏向光束LSYの光スポットで光走査され、イエロー成分画像を書込まれてイエロー潜像を形成される。
【0165】
偏向光束LSKは黒色成分の画像情報で強度変調され、fθレンズを構成するレンズLNK1、LNK2(保持体PTKに保持されている)を透過し、光路折曲げミラーMK1、MK2、MK3により順次反射され、光導電性の感光体150Kの感光面に導光され、上記感光面を光走査する。
【0166】
感光体150Kは円筒状で、矢印方向へ回転しつつ帯電器CKにより均一帯電された状態で、偏向光束LSKの光スポットで光走査され、黒成分画像を書き込まれて黒潜像を形成される。
【0167】
ポリゴンミラー151により偏向される偏向光束LSM、LSCはそれぞれ、マゼンタ成分画像、シアン成分画像を書込むための光束である。
偏向光束LSMはマゼンタ色成分の画像情報で強度変調され、fθレンズを構成するレンズLNM1、LNM2(保持体PTMに保持されている)を透過し、光路折曲げミラーMM1、MM2、MM3により順次反射され、光導電性の感光体150Mの感光面に導光され、上記感光面を光走査する。
【0168】
感光体150Mは円筒状で、矢印方向へ回転しつつ帯電器CMにより均一帯電された状態で、偏向光束LSMの光スポットで光走査され、マゼンタ成分画像を書き込まれてマゼンタ潜像を形成される。
【0169】
偏向光束LSCはシアン色成分の画像情報で強度変調され、fθレンズを構成するレンズLNC1、LNC2(保持体PTCに保持されている)を透過し、光路折曲げミラーMC1、MC2、MC3により順次反射され光導電性の感光体150Cの感光面に導光され、上記感光面を光走査する。
【0170】
感光体150Cは円筒状で、矢印方向へ回転しつつ帯電器CCにより均一帯電された状態で、偏向光束LSCの光スポットで光走査され、シアン成分画像を書き込まれてシアン潜像を形成される。
【0171】
各感光体の光走査は、説明中の例では「シングルビーム走査方式」で行うが、各光源装置として図10に示す如きのも用いて「マルチビーム走査方式」で行ってもよい。また、各感光体を帯電する帯電器としてコロナ放電式のものを例示したが、帯電ローラや帯電ブラシ等の接触式のものを用いても良い。
【0172】
感光体150Y、150M、150C、150Kに形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各潜像は、それぞれ対応する現像装置153Y、153M、153C、153Kにより、対応する色のトナー(イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、黒トナー)により現像されて可視化される。
【0173】
このようにして、感光体150Yにはイエロートナー画像、感光体150Mにはマゼンタトナー画像、感光体150Cにはシアントナー画像、感光体150Kには黒トナー画像がそれぞれ形成される。これら各色トナー画像は、以下のようにしてシート状の記録媒体である転写紙P上に転写される。
【0174】
感光体150Y、150M、150C、150Kに、図の下方から接するように無端状の搬送ベルト154がプーリ155、156に掛け回されて設けられており、搬送ベルト154の内周面側において、転写器157Y、157M、157C、157K(コロナ放電式のものを例示したが、転写ローラ等の接触式のものを用いることもできる)が、ベルト面を介して対応する感光体150Y〜150Kに対向するように設けられている。
【0175】
シート状記録媒体としての転写紙Pは積載収納されているカセット158内から給紙され、送り込みローラ159により搬送ベルト154上に乗せ掛けられ、帯電器160による帯電を受けて搬送ベルト154の外周面に静電吸着されて保持される。搬送ベルト154は反時計回りに回転し、転写紙Pを周面に保持して搬送する。
【0176】
転写紙Pは上記の如く搬送されつつ、先ず、感光体150Y上のイエロートナー画像を転写器157Yにより転写され、続いて、感光体150M、150C、150K上の、マゼンタ、シアン、黒の各色トナー画像を順次、転写器157M、157C、157Kにより転写される。各色トナー画像の転写は、これらトナー画像が互いに位置合わせされて重なり合うように行われる。
【0177】
このようにして転写紙P上にカラー画像が形成される。カラー画像を形成された転写紙Pは、除電器161により除電され、自身の腰の強さにより搬送ベルト154から剥離し、定着装置162によりカラー画像を定着され、排出ローラ163により、画像形成装置の天板を兼ねたトレイ164上に排出される。
【0178】
トナー画像を転写された後の各感光体は、対応するクリーナ165Y、165M、165C、165Kにより残留トナーや紙粉等を除去される。また、搬送ベルト154は除電器166により除電され、クリーナ167によりクリーニングされる。
【0179】
以上が画像形成プロセスのあらましである。
図12に示した実施の形態における各色トナー画像の転写紙への転写方式に代えて周知の「中間転写ベルトに各色トナー画像を転写してカラー画像とし、このカラー画像を転写紙に転写する転写方式」を行うようにしてもよい。
【0180】
前述の如く、このカラー画像形成装置において、走査結像光学系はfθレンズであり各偏向光束ごとに1組ずつ、全部で4組が設けられ、各組は2枚のレンズで構成されている。これら4組のfθレンズは「互いに光学的に等価」で、各光源装置から対応する感光体に至る光路長も互いに等しく設定されている。これらは光学ハウジング175内に設けられている。
【0181】
レンズLNY1、LNM1、LNC1、LNK1は同一の樹脂材料で構成され、レンズLNY2、LNM2、LNC2、LNK2も同一の樹脂材料で構成されている。これらレンズの材料樹脂としては、低吸水性や高透明性、成形性に優れたポリカーボネートやポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が好適である。樹脂材料で構成すると非球面の形成も容易であるし、材料費も安いため、カラー画像形成装置の低コスト化上有利である。
【0182】
反面、樹脂レンズは温・湿度変化の影響で光学特性が変化するので、走査線曲がり・走査線の傾きや等速性も環境変化に応じて変動する。そこで、液晶偏向素子手段(主走査液晶偏向素子列および副走査液晶偏向素子列)170Y、170M、170C、170Kを、各感光体150Y、150M、150C、150Kを光走査する偏向光束の光路上に図の如く設け、先に説明した如くして、各感光体上における光スポットの位置を主走査方向および副走査方向に調整することにより走査線曲がり・等速性を補正する。
【0183】
液晶偏向素子手段170Y〜170Kの個々において発生するゴースト光を除去するゴースト光除去手段600Y、600M、600C、600Kは、光学ハウジング175の底部の「各光走査光束を射出する窓部を塞ぎハウジング内部を防塵する防塵ガラス」に、主走査方向に長いスロット開口部を持つ遮光層として印刷により形成されて構成されている。液晶偏向素子手段170Y〜170Kとゴースト光除去手段600Y〜600Kとは、前記(1)式を満足するように設けられる。
【0184】
図12に示すようなタンデム式のカラー画像形成装置では、各感光体上に形成される画像における走査線曲がりや走査線の傾きが、感光体相互で互いに異なると「色ずれ」の問題が顕著に現れるので、上記のようにして走査線曲がりや走査線の傾きを各光束ごとに補正して、これらが実質的に同じになるようにすることにより「色ずれ」の問題を有効に軽減若しくは防止することができる。
【0185】
なお、図12に図示していないが、各偏向光束LSY〜LSKが対応感光体上に形成する光スポットの走査位置はそれぞれ、図5(b)に即して説明した走査位置検出手段23(各被走査面と光学的に等価な位置に配置される)と同様のものにより検出され、偏向光束の一部を走査位置検出手段に導くため、液晶偏向素子手段170Y〜170Kは(図では明らかでないが)、図7(a)で説明したように各偏向光束の光路上で副走査方向に対して若干傾けて配置され、検出光束を各走査位置検出手段に向けて反射する。
【0186】
上記のように、全ての走査結像光学系を樹脂レンズで構成するのではなく、そのうちの1組、例えばレンズLNK1、LNK2の組を「走査位置基準となる光学系」として、温度変動による影響をなくすため熱膨張率の小さいガラス(熱膨張率:0.5×10−5/℃))で構成し、偏向光束LSY、LSM、LSCの光路内に設けた液晶偏向素子手段170Y、170M、170Cにより、偏向光束LSY、LSM、LSCによる光走査における走査線曲がりや走査線の傾き、等速性を、レンズLNK1、LNK2により結像される偏向光束LSKの走査線曲がりや走査線の傾き、等速性に合わせるように補正を行っても良い。
【0187】
この場合、レンズLNK1、LNK2によるfθレンズは、他のfθレンズと光学特性を等価にし、他のfθレンズの光路内に液晶偏向素子列装置を用いることによる光路長の差を補正するために、液晶偏向素子列手段170Kに代えて、これと光学的厚さ(物理的な厚さに屈折率を掛けたもの)が等価な透明平行平板を用いる。また、ゴースト光除去手段600Kに代えて「通常の防塵ガラス」を用いる。
【0188】
このようにすると、液晶偏向素子列手段を全ての偏向光束の光路上に搭載する必要が無く、また高価なガラスレンズは基準となる走査結像光学系のみに使用され、他の走査結像光学系は安価なプラスチックレンズを使用できるので、全体として安価なカラー画像形成装置を実現でき、色ずれの少ない高品質のカラー画像を得ることが可能になる。
【0189】
上に、図4(図9、図10)に示した光走査装置は、1以上の光源10(10、40)からの光束を光偏向走査手段14(14、44)により偏向させ、偏向された光束を1以上の走査結像光学系16(16、46)により、光源に応じた被走査面20(20、50)に向けて集光させ、被走査面上に光スポットを形成して光走査を行う光走査装置において、各光源から各光源に対応する被走査面に至る光路上に設けられ、被走査面上における光スポットの位置を副走査方向または主走査方向および副走査方向に補正的に調整するための1以上の液晶偏向素子手段18(18A、48)と、この1以上の液晶偏向素子手段を制御する制御手段22(図10に図示されず)と、液晶偏向素子手段により副走査方向に発生し、正規の光走査光束に対するゴースト光となる回折次数の光束を、各液晶偏向素子手段に対応する被走査面に対して遮断するゴースト光除去手段600(600A、600B)とを有する(請求項1)。
【0190】
図12に示した画像形成装置における光走査装置部分は、1以上の光源からの光束を光偏向走査手段151、152により偏向させ、偏向された光束を1以上の走査結像光学系LNY1、LNT2〜LNK1、LNK2により、光源に応じた被走査面150Y〜150Kに向けて集光させ、被走査面上に光スポットを形成して光走査を行う光走査装置において、各光源から各光源に対応する被走査面に至る光路上に設けられ、被走査面上における光スポットの位置を副走査方向または主走査方向および副走査方向に補正的に調整するための1以上の液晶偏向素子手段170Y〜170Kと、この1以上の液晶偏向素子手段を制御する制御手段(図示されず)と、液晶偏向素子手段により副走査方向に発生し、正規の光走査光束に対するゴースト光となる回折次数の光束を、各液晶偏向素子手段に対応する被走査面に対して遮断するゴースト光除去手段600Y〜600Kとを有する(請求項1)。
【0191】
また、上記各光走査装置において、液晶偏向素子手段18、18A、48、170Y〜170Kは、光偏向走査手段と、この光偏向走査手段により偏向走査される被走査面との間に配置され(請求項2)、ゴースト光除去手段600、600A、600B、600Y〜600Kは光偏向走査手段と被走査面との間に配され、正規の光走査光束のみを通過させる「主走査方向に長いスリット開口部」を有し、ゴースト光を被走査面に対して遮断する(請求項3)。
【0192】
上記ゴースト光除去手段600、600A、600B、600Y〜600Kは、液晶偏向素子手段18、18A、48、170Y〜170Kにより偏向される光ビームの全幅:b、ゴースト光除去手段におけるスリット開口部のスリット幅:Δ、液晶偏向素子手段とスリット開口部との距離:L、液晶偏向素子手段により得られる正規の光走査光束とこの正規の光走査光束に最も近いゴースト光との、主光線同士が成す角:θが、条件:
L>(1/2)(b+Δ)/tanθ
を満足するように形成され、配置されている(請求項4)。
【0193】
また、主走査方向に長いスリット開口部を有するゴースト光除去手段600A、600B、600Y〜600Kは、光偏向走査手段と被走査面との間の光路上に配置される光学素子の何れかに一体化されている(請求項5)。
【0194】
また、図11、図12に示す画像形成装置は、感光媒体111、150Y〜150Kに光走査を行って、画像形成を行う画像形成装置において、感光媒体に光走査を行う光走査装置として、請求項1〜5の任意の1に記載のものを用いうるものである(請求項6)。
【0195】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光走査装置と画像形成装置とを実現できる。
この発明の光走査装置は液晶偏向素子手段を用いることにより、走査線曲がり、あるいは走査線曲がりと等速性とを補正できるとともに、液晶偏向素子手段で回折により副走査方向に発生するゴースト光をゴースト光除去手段により有効に除去できるので、ゴースト光の影響を除去した良好な光走査を実現できる。
【0196】
従って、この発明の画像形成装置は、かかる光走査装置を用いることにより良好な画像形成を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】液晶偏向素子の1例を説明するための図である。
【図2】液晶偏向素子の別の例を説明するための図である。
【図3】液晶偏向素子の他の例を説明するための図である。
【図4】光走査装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図5】液晶偏向素子手段による走査線曲がりの補正を説明するための図である。
【図6】液晶偏向素子手段の2例を説明するための図である。
【図7】走査位置検出手段による走査位置検出を説明するための図である。
【図8】液晶偏向素子手段により発生するゴースト光と、ゴースト光除去手段とを説明するための図である。
【図9】光走査装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図10】光走査装置の実施の他の形態を説明するための図である。
【図11】画像形成装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図12】画像形成装置の実施の別形態を説明するための図である。
【符号の説明】
18 液晶偏向素子手段
600 ゴースト光除去手段
Claims (6)
- 1以上の光源からの光束を光偏向走査手段により偏向させ、偏向された光束を1以上の走査結像光学系により、光源に応じた被走査面に向けて集光させ、上記被走査面上に光スポットを形成して光走査を行う光走査装置において、
各光源から各光源に対応する被走査面に至る光路上に設けられ、上記被走査面上における光スポットの位置を副走査方向、または、主走査方向と副走査方向とに、補正的に調整するための1以上の液晶偏向素子手段と、
この1以上の液晶偏向素子手段を制御する制御手段と、
上記液晶偏向素子手段により副走査方向に発生し、正規の光走査光束に対するゴースト光となる回折次数の光束を、各液晶偏向素子手段に対応する被走査面に対して遮断するゴースト光除去手段とを有することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1記載の光走査装置において、
液晶偏向素子手段が光偏向走査手段と被走査面との間に配置されたことを特徴とする光走査装置。 - 請求項1または2記載の光走査装置において、
ゴースト光除去手段が光偏向走査手段と被走査面との間に配され、正規の光走査光束のみを通過させる主走査方向に長いスリット開口部を有し、ゴースト光を上記被走査面に対して遮断することを特徴とする光走査装置。 - 請求項3記載の光走査装置において、
液晶偏向素子手段により偏向される光束の全幅:b、ゴースト光除去手段におけるスリット開口部のスリット幅:Δ、上記液晶偏向素子手段と上記スリット開口部との距離:L、上記液晶偏向素子手段により得られる正規の光走査光束とこの正規の光走査光束に最も近いゴースト光との、主光線同士が副走査方向において成す角:θが、条件:
L>(1/2)(b+Δ)/tanθ
を満足することを特徴とする光走査装置。 - 請求項3または4記載の光走査装置において、
主走査方向に長いスリット開口部を有するゴースト光除去手段が、光偏向走査手段と被走査面との間の光路上に配置される光学素子の何れかに一体化されたことを特徴とする光走査装置。 - 感光媒体に光走査を行って、画像形成を行う画像形成装置において、
感光媒体に光走査を行う光走査装置として、請求項1〜5の任意の1に記載のものを用いることを特徴とする画像形成装置。
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