JP4233847B2 - 光走査装置と画像形成装置、並びに画像情報処理システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機やレーザープリンタなどの画像形成装置に用いられる光走査装置であって、複数の光源を備え、それぞれの光源から射出される光束が同一の被走査面を等速度的に光走査するように構成された光走査装置と、この光走査装置を備えた画像形成装置、並びにこの画像形成装置を備えた画像情報処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年画像形成装置のデジタル化が進み、半導体レーザを光源とした機器が次々と開発されてきている。そのようなデジタル機器が市場において一般的に使用されはじめ、出力スピードに関しても従来のアナログ機器並のスピードが要求されるようになった。
この市場からの要求に応えるため、光書込装置としては回転多面鏡の回転速度の向上を図ったがそれにも限界があり、光源の複数光源化（ＬＤ合成）や発光点の複数化（半導体レーザアレイ：ＬＤＡ）による高速化が図られるようになり、光源部の構成についても様々な方法が提案されている。
【０００３】
ところで、複数の発光点を有する光源（ＬＤＡ）により被走査面上を光走査させる場合、同時に偏向走査する複数の光束同士のつなぎの部分、つまり一つの偏向反射面で偏向走査される光束の集まりと、次の偏向反射面により偏向走査される光束の集まりのつなぎの部分で、走査線の曲がりと呼ばれる現象により、走査線の間隔、つまり副走査ビームピッチの像高間の差が、走査光学系の光軸近傍を通ってきた光束同士の間隔に比べて大きくなる、という課題を有する。ここで、光源から射出された光束が偏向器で偏向される方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。
【０００４】
また、複数の光源部を有する書込光学系（走査光学系）において、主走査平面から見て、少なくとも２以上の光束が交差するように配置されている光書込光学系の場合、被走査面上に到達した光束は、主走査方向において必然的に間隔を有してしまう。すなわち、先行する光束（結像スポット）に対してある任意のピッチだけ副走査方向に離れて後行する光束は、先行する光束の後を追うように被走査面上を走査する。ここで、光束の走査と同時に、被走査媒体が副走査方向に移動するため、先行する光束と後行する光束との副走査方向のピッチは、狭まる又は広がってしまう。すなわち、先行する光束の走査位置が、後行する光束の走査位置に対して被走査媒体の進行方向にある場合には副走査方向のピッチは広がり、被走査媒体の進行方向の反対側にある場合には副走査方向のピッチは縮まる。この現象のため、被走査媒体上における静電潜像の副走査方向のピッチが、走査している光束のピッチからずれてしまうという課題が発生する。
【０００５】
光束を被走査媒体面上に走査して画像を形成する画像形成装置において、静電潜像の副走査方向のピッチが、走査している光束のピッチからずれてしまうと、静電潜像のピッチが狙い値からずれることになり、画像の副走査方向のピッチが等間隔でなくなる、つまりばらつきが大きくなる。その結果、ピッチ間隔が広いところと狭いところが現れるようになる。
この画像の副走査方向のピッチのばらつき、つまりピッチ偏差は、あるレベルより大きくなると、人間の目で識別可能なレベルの濃度ムラとなって現れ、出力画像の品質を著しく低下させてしまう。すなわち電子写真等では、被走査媒体面上を結像スポットが走査し画像を形成する際に、各結像スポットの走査線間隔にムラがあると、トナーやインク等の画像を形成する物質の副走査方向における重なり度合いが場所（像高）によって違いが生じることになり、出力画像の濃度ムラとして現れる。
【０００６】
なお、本願発明者による実験の結果から、隣り合った走査線間隔の偏差（間隔の差、幅）δが、δ ＜ ０．３６＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝となるように画像形成装置を構成したとき、人間の目には濃度むらとして識別されないことが判っている。ここで、Ｗは被走査面上の副走査方向のビームスポット径をガウシャンビームに近似させ、強度分布のピークを１に規格化したときの１／ｅ２のビームスポット径であり、Ｐｓは副走査方向の画像ピッチである。
【０００７】
走査線の曲がりに起因する光走査の不全を有効に軽減することができる光走査装置として、複数の発光部からの出射光束による被走査面上における走査軌跡のそれぞれの間隔の有効主走査領域における平均値が等しくなるように設定した光走査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、走査光学系を副走査方向においてテレセントリックに構成することで走査線の曲がりを実質的に無くし、走査線間隔の像高間の差を低減させる光学システムが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
一方、被走査面上における走査線の副走査方向のピッチ間隔を等間隔とする方法として、副走査方向に等速回転する被走査媒体に対して光束を斜めに入射させる光走査装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０６−２７３６８８号公報
【特許文献２】
特開平０７−２０９５９６号公報
【特許文献３】
特開２０００−２９２７１９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に示された従来の方法では、複数のＬＤＡを組み合わせて光源部を構成する場合に、各ＬＤＡの保持部材の加工誤差や組み付け時のばらつき等のいわゆる公差が生じた場合、偏向器の偏向反射面で同時に偏向走査される複数の光束の走査線間隔のばらつきが、偏向反射面間の光束のつなぎの部分（以下、「つなぎ部」という。）で大きくなってしまうという課題が残る。
また、特許文献２に示された従来の方法では、走査光学系をテレセントリックに構成するという限定が入り、適用可能な光学系が限られてしまう。
一方、特許文献３に示された従来の方法は、複数の光束が交差する構成の光走査装置については考慮がされていない。
【００１１】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、複数の発光点を備えた光源により被走査面上を走査する構成とした走査光学系であっても、加工誤差や組み付け時のばらつき等が生じた場合に、つなぎ部における走査線や静電潜像の間隔と狙いとする間隔との誤差量を低減することができる光走査装置と画像形成装置、並びに画像情報処理システムを提供することを目的とする。
【００１２】
また本発明は、複数の光束が交差する構成とした走査光学系であっても、被走査面上における走査線の副走査方向のピッチ間隔を等間隔とすることができる光走査装置と画像形成装置、並びに画像情報処理システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の発光点が副走査方向に並んで配置されて構成された光源を複数備えた光走査装置であって、副走査方向にある任意の間隔を有して配置された複数の光源と、光源から射出された光束を偏向走査する偏向器と、光源から射出された光束を偏向器に導く第１結像光学系と、偏向器により偏向された光束を被走査面に集光する第２結像光学系、とを有してなり、それぞれの光源により形成される結像スポットが互いに補完する位置関係になるように設定されていて、中央像高におけるそれぞれの光源により形成される結像スポットの中心点の間隔が書込密度により一義的に決定される走査線の間隔より狭くなるように複数の光源の位置関係が設定されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、光走査装置により被走査面に静電潜像が形成される画像形成装置であって、光走査装置が本発明にかかる光走査装置であることを特徴とする。
【００２３】
本発明は、画像形成装置と、この画像形成装置に画像出力の要求を通信ネットワークを介して入力する複数の機器とで構成された画像情報処理システムであって、画像形成装置が本発明にかかる画像形成装置であることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置と画像形成装置、並びに画像情報処理システムの実施の形態について説明する。
【００２５】
先ず、本発明にかかる光走査装置について説明する。
図１は、本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す偏向回転面（走査平面）に平行な面内に展開した光学配置図である。
符号１Ａ，１Ｂはライン上に並んだｍ個（ｍ＝２，３，４，・・・）の発光点を有する光源としての半導体レーザアレイ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ Ａｒｒａｙ：ＬＤＡ）、５は光源１Ａ，１Ｂから射出された光束を偏向走査する偏向器、２Ａ，２Ｂは光源１Ａ，１Ｂから射出された光束を偏向器５に導くカップリングレンズ（第１結像光学系）、３Ａと３Ｂは開口絞り、４は線像結像光学系であるシリンダレンズ、６は偏向器５により偏向された光束を被走査面に集光する２枚のレンズから構成された第２結像光学系、７は被走査媒体、を示している。
【００２６】
ここで、偏向器５は、ポリゴンミラー等であり、図示しない駆動機構により回転軸５Ｂを軸として矢印方向に等角速度回転している。
また、第２結像光学系６を構成するレンズの数は２枚に限定するものではない。また、第２結像光学系６として反射光学系を用いてもよい。
【００２７】
光源１Ａ，１Ｂから射出された光束は主走査平面内（偏向走査平面内）で交差されるように配置されていて、図１の例では、偏向反射面５Ａ近傍で交差するように配置されている。ただし、光束が交差する場所は、主走査平面内であれば、発光点から被走査媒体７までの間であればよく、偏向反射面５Ａの近傍に限らず、偏向反射面５Ａより光源１Ａ，１Ｂ側、あるいは被走査媒体７側で交差するように配置しても構わない。
ここで、光源１Ａ，１Ｂから射出された光束が偏向器５で偏向走査される方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。
なお、光源１Ａ，１Ｂは、副走査方向にある任意の間隔を有して配置されている。ある任意の間隔とは、画素密度によって決定される間隔である。
【００２８】
光源１Ａ，１Ｂから射出された発散光束は、カップリングレンズ２Ａ，２Ｂにより以後の光学系に適したビーム形態にカップリングされる。なお、カップリングされた各光束は、同じビーム形態であり、「平行ビーム」とすることも「収束性もしくは発散性のビーム」とすることもできる。
【００２９】
カップリングレンズ２Ａ，２Ｂを通過した光束は、それぞれ開口絞り３Ａ，３Ｂにより光束幅を規制され、シリンダレンズ４により偏向器５の偏向反射面５Ａ近傍にて主走査方向の線像として結像する。
偏向器５は、入射光束を等角速度的に偏向する。光源１Ａ，１Ｂから射出され偏向器５で偏向された光束８Ａ，８Ｂは、第２結像光学系６を通過して被走査媒体７に入射し、被走査面である被走査媒体７の表面に結像スポット７Ａ，７Ｂとして結像する。結像スポット７Ａ，７Ｂは，偏向器５の回転により被走査面上を間隔Ｐｍをもって、図１の紙面下方向に光走査される。結像スポット７Ａと７Ｂの主走査方向の間隔Ｐｍは，光束が主走査平面内で交差するように配置されている関係上、必然的に発生する。
【００３０】
偏向器５で偏向された光束８Ａ，８Ｂは、被走査媒体７への入射に先立って、同期検知光学系１００により検出される。すなわち、ミラー１０３により反射され、同期検知用光学系１０２を通過してフォトダイオード等から構成される同期検知素子１０１に導光されて検出される。同期検知素子１０１は、光束８Ａ，８Ｂを検出すると信号を発し、この信号が図示しない同期検知回路によって演算処理され、あるタイミングの後に、書込開始信号が発信される。
「あるタイミング」とは、光束が同期検知素子１０１の検知位置から書込開始位置に至るまでの時間である。結像スポット７Ａ，７Ｂは、主走査方向に間隔Ｐｍを有しているため、結像スポット７Ａに対する書込開始信号が発せられて被走査媒体７の表面上に光書込が開始され、上記のタイミングの後に結像スポット７Ｂが書込開始位置に到達したとき、結像スポット７Ｂに対する書込開始信号が発せられて被走査媒体７の表面上に光書込が開始される。
【００３１】
次に、偏向反射面で偏向走査される複数の光束の被走査面上での位置関係について説明する。図３は、ｔ番目の偏向反射面で偏向走査される光束と、ｔ＋１番目の偏向反射面で偏向走査される光束の被走査面上での位置関係を示す模式図である。なお、図３の例は４本の光束を同時に走査させる場合の例である。
ｔ番目の偏向反射面で偏向走査される光束について、Ｌ１〜Ｌ４は走査線の番号、Ｓ１〜Ｓ４は走査線Ｌ１〜Ｌ４の曲がり量、Ｘは基準走査位置（光束が光学系の光軸上を通ってきた場合の走査線の走査位置）を示す。また、ｔ＋１番目の偏向反射面で偏向走査される光束については、走査線の番号をＬ１´〜Ｌ４´、基準走査位置をＸ´で示す。なお、走査線の曲がり量はＳ１〜Ｓ４で示す。
【００３２】
走査線Ｌ１，Ｌ２と走査線Ｌ３，Ｌ４とは、基準走査位置Ｘを中心に紙面上下に分かれて走査するように配置されている。これは、走査線Ｌ３，Ｌ４に対応する発光点が、走査線Ｌ１，Ｌ２に対応する発光点に対して、走査光学系の光軸の副走査方向において反対側に配置されていることを示す。
このような場合、走査線の形状は図３に示すように、基準走査位置Ｘに対して走査線Ｌ１，Ｌ２と走査線Ｌ３，Ｌ４で逆の形状になって現れる。また、走査線の曲がり量は、基準走査位置Ｘに近い走査線ほど小さく、
ｓ１＞ｓ２
ｓ３＜ｓ４
の関係がある。
【００３３】
ｔ番目の偏向反射面で偏向走査される光束と、ｔ＋１番目の偏向反射面で偏向走査される光束のつなぎの部分、つまり図３における走査線Ｌ４とＬ１´においては、走査線の曲がりは逆方向である。前述の通り、走査線の曲がり量が基準走査位置Ｘから離れるほど大きくなり、また、ｔ番目とｔ＋１番目の偏向反射面で偏向走査される光束のつなぎの部分の走査線の曲がりが逆方向であることより、走査線Ｌ４とＬ１´は、他の走査線に比べて像高間の走査線間隔の差（Ｐｈ０とＰｈ１の差）が大きくなる。つまり、走査線Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、Ｌ３とＬ４の像高間の走査線間隔の差より、つなぎの部分の走査線Ｌ４とＬ１´の像高間の走査線間隔の差の方が大きくなる。
なお、図３では４本の光束を同時に走査させる場合を例に説明したが、つなぎの部分の走査線の像高間の差が他の走査線の像高間の差に比べて大きくなるのは、光源の発光点の数が２以上の場合において成り立つ。
【００３４】
次に、被走査面上に形成される結像スポットの位置関係について説明する。
図２は、光源１Ａ，１Ｂから射出された光束が被走査面上に形成する結像スポットの位置関係を示す模式図である。ここで、光源１ＡをＬＤＡ１、光源１ＢをＬＤＡ２と表し、各光源から射出された光束が形成する結像スポットに対応する発光点をｃｈ１〜ｃｈ４で示す。
なお、図２は、ＬＤＡの発光点の数が４個の場合の例を示すが、本発明において、ＬＤＡの発光点の数は４個に限るものではなく、２個以上であればよい。
【００３５】
図２に示すように、ＬＤＡ１，ＬＤＡ２により形成される結像スポットは互いに補完する位置関係、つまり千鳥配置になるように設定されている。このように設定することで、副走査方向の走査間隔をＬＤＡの数だけ分割することができ（図２の例では半分）、高密度化を図ることができる。
【００３６】
理想的な走査線の副走査方向の間隔（以下、「所望の間隔」という。）は、書込密度により一義的に決定され、たとえば、６００ｄｐｉの場合は４２．３μｍ、１２００ｄｐｉの場合は２１．２μｍである。一般的な画像形成装置は、所望の間隔をもって狙いとする画素密度としている。
図２の例では、光源１Ａ，１Ｂから射出した光束の形成する結像スポットは、結像スポットの走査方向、つまり主走査方向に対して略垂直に並んでいる（略副走査方向に並んでいる）。これは光源１Ａ，１Ｂが備える発光点が副走査方向に略平行に並んで配置されていることによる。
【００３７】
図５は、光源が備える発光点の配置位置の関係を示す模式図であり、（ａ）は発光点が副走査方向に略平行に並んで配置された場合、（ｂ）は発光点が副走査方向に傾きをもって配置された場合、である。
光源から射出された光束が形成する結像スポットが、図２に示したように、副走査方向に略平行に並んでいる場合、発光点も図５（ａ）に示すように副走査方向に略平行に並んでいる。
なお、図５（ｂ）に示すように、光源をカップリングレンズの光軸を回転中心として回転させることにより、光源の発光点を傾かせることもできる。この場合、たとえば、発光点ｃｈ１とｃｈ２の副走査方向の間隔は、見かけ上、Ｐ１２からＰ１２´になる。ここで、光源の回転角をθとすると、
Ｐ１２´＝Ｐ１２ｃｏｓθ
の関係が成り立つ。
【００３８】
同様に、被走査面上の結像スポットも副走査方向に対して傾き、主走査方向、副走査方向のそれぞれの結像倍率に基づき、各結像スポットの間隔は投影される。なお、図２に示した例と同様に、傾いた結像スポットの間を補完的に結像スポットを走査させる構成をとることができる。
また、光源の発光点を傾けることにより副走査方向の走査間隔をより狭くすることができ、さらなる高密度化を図ることができる。
【００３９】
図４は、被走査面上における走査線の間隔（以下、「走査線間隔」という。）を示す模式図である。
ＬＤＡ１の発光点ｃｈ１による結像スポットとＬＤＡ２の発光点ｃｈ１による結像スポットの間隔をＰ１、ＬＤＡ２の発光点ｃｈ１による結像スポットとＬＤＡ１の発光点ｃｈ２による結像スポットの間隔をＰ２、・・・、というように、ＬＤＡ１とＬＤＡ２が有する発光点による結像スポットの間隔をそれぞれＰ１〜Ｐ７とする。
ＬＤＡ１の発光点ｃｈ１による結像スポットと発光点ｃｈ４による結像スポットの間隔の中心点Ｐａと、ＬＤＡ２の発光点ｃｈ１による結像スポットと発光点ｃｈ４による結像スポットの間隔の中心点Ｐｂとの間隔をＰｃとする。
一般的には、各走査線間隔Ｐ１〜Ｐ７が等しくなるように設定する。ただし実際には、走査線の曲がり量が異なるため、各走査線間隔を均一にすることはできないが、間隔Ｐｃの距離を調節することにより、間隔Ｐ１〜Ｐ７が略等しくなるように構成することができる。間隔Ｐｃは、ＬＤＡ１とＬＤＡ２の位置関係や、カップリングレンズとＬＤＡの位置関係を変えること等により調節することができる。
【００４０】
図６と図７は、それぞれ像高と走査線間隔との関係を示す線図と図表であり、ここでは、狙いの画素密度が１２００ｄｐｉの場合の例である。ここで、光源ＬＤＡｎ（ｎ＝１，２）の発光点ｃｈｍ（ｍ＝１〜４）を「ＬＤＡｎｃｈｍ」と表記する。
図６と図７は、間隔Ｐ１〜Ｐ７が各像高で略等しくなっていることを示している。また、走査像高０における各ＬＤＡによる結像スポットの中心点の間隔Ｐｃは２０．８μｍであり、ＬＤＡ２ｃｈ２とＬＤＡ１ｃｈ３による結像スポットの間隔に等しい。図６において、つなぎ部分はＬＤＡ２ｃｈ４とＬＤＡ１ｃｈ１´の間隔で示しており、図６中の記号「×」で示した点をつないだ線が、つなぎ部の間隔の像高による変化を示す。図６に示すように、間隔は像高０で最も広くなり、像高±１５０で最も狭くなる。
【００４１】
このように構成すると、つなぎ部の走査線間隔は、狙いの走査線間隔、つまり所望の間隔２１．２μｍ（ここでは１２００ｄｐｉであるため）に対して、変化量は−４．７〜＋２．７μｍであり、狙い値に対してマイナス側に偏っている。この場合、実際に試作すると加工誤差や組み付け誤差の影響により、つなぎ部の走査線間隔は狙い値に対して−１２．７〜＋９．１μｍとなり、やはり狙い値に対してマイナス側に偏ってしまい、走査線間隔のばらつきにより、濃度ムラを引き起こし、出力画像の劣化が生じた。
【００４２】
そこで、本発明では、像高±１５０ｍｍにおけるＰ１〜Ｐ７の走査線間隔と、つなぎ部の走査線間隔の差を低減することにより、つなぎ部の走査線間隔の偏りの低減を図り、出力画像の劣化の防止を図った。
図８と図９は、そのときの各走査線間隔を示した線図と図表である。
つなぎ部の走査線間隔の差を低減するのは、走査像高０における光源ＬＤＡ１とＬＤＡ２による結像スポットの中心点の間隔Ｐｃを狭くすることで実現することができる。間隔Ｐｃを狭くするのは、前述の通り、光源同士の間隔を狭めることで実現することができる。図８に示した例では、走査像高０における各ＬＤＡによる結像スポットの中心点の間隔Ｐｃは１８．４μｍである。
【００４３】
つなぎ部の走査線間隔の差を低減する配置としたため、各走査線間隔Ｐ１〜Ｐ７は均等ではなくなり、間隔の広い部分と狭い部分が交互に現れる。このとき、つなぎ部の走査線間隔の設計値は-２．３〜＋５．１μｍである。この状態で試作すると、やはり加工誤差や組み付け誤差の影響を受け、つなぎ部の走査線間隔は狙い値に対して-７．２〜＋７．８μｍと、ばらつきは大きくなり、偏りを完全に取ることはできなかったが、狙い値に対して略バランスよく間隔の広い部分と狭い部分を発生させることができた。中央像高（走査像高０）において、狙いの走査線間隔より広くなっているが、中央像高近傍は、加工誤差や組み付け誤差等の影響を受けにくいので、試作結果は上記の範囲に収まった。
【００４４】
これは、つなぎ部の走査線間隔が、加工誤差や組み付け誤差等により狭い方に変動しやすいことが原因である。このことは、図３における基準走査位置Ａより離れた位置を走査する走査線ほど変動量が大きいことによる。本発明は、これを逆手にとり、予めつなぎ部の走査線間隔を広めにシフトさせて構成することで、加工ばらつき等の影響が加味されても、狙いの走査線間隔から大きく狂わず、上記のように狙い値に対して略バランスよく走査線間隔の広い部分と狭い部分を発生させることができた。これは、走査光学系Ａ，Ｂが、走査像高０における各ＬＤＡにより形成される結像スポットの中心点の間隔が狙いの走査線間隔より狭くなるように設定されていることにより達成している。
なお、このことは、走査有効範囲における最終端、つまり主走査方向端部における光束同士のつなぎ部の走査線間隔と、つなぎ部の前後の走査線間隔（図４におけるＰ１とＰ７）との差が小さくなるように設定されている、とも言うことができる。本例では、最終端でのつなぎ部とその前後の走査線の間隔の差（偏差）が大きいため、そこの部分の差が小さくなる様に設定したが、走査光学系の設計によっては収差の発生状態が異なり、中間像高で偏差が大きくなる走査光学系もあり、偏差が大きい像高の差が小さくなる様に設定することが本発明の意図である。
【００４５】
以上説明した実施の形態によれば、中央像高（走査像高０）における各ＬＤＡにより形成される結像スポットの中心点の間隔が狙いの走査線間隔より狭くなるように走査光学系Ａ，Ｂを設定することで、加工誤差や組み付け時のばらつき等が生じた場合であっても、つなぎ部における走査線や静電潜像の間隔と狙いとする間隔との誤差量を低減することができる。
【００４６】
なお、以上説明した実施の形態において、走査線間隔に代えて、被走査媒体上に形成される静電潜像の間隔を前述の条件となるように設定することによっても、前述の効果を得ることができる。
【００４７】
次に、走査線の副走査方向のピッチ間隔を等間隔とする光走査装置について説明する。
図１０は、光源を１Ａ，１Ｂに代えて、１Ａ´、１Ｂ´とした場合の被走査面上に形成される結像スポットの位置関係を示す模式図である。光源１Ａ´と１Ｂ´は、半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）である。
光源１Ａ´，１Ｂ´により形成される結像スポット７Ａ´，７Ｂ´は、主走査方向にピッチ間隔Ｐｍを有しており、また、副走査方向にピッチ間隔Ｐｓを有している。書込密度により画像のピッチ（本発明の課題がない場合はピッチ間隔と置き換えられる）は一義的、たとえば、６００ｄｐｉの場合は４２．３μｍ、１２００ｄｐｉの場合は２１．２μｍ、に決まる。被走査媒体７は、結像スポット７Ａ´と７Ｂ´が被走査媒体７上を主走査方向に走査する際に、副走査方向に移動速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）で移動している。
【００４８】
図１１は、図１０に示した位置関係にある結像スポットにより、被走査媒体７上に形成される静電潜像（画像）の位置関係を示す模式図である。
光源１Ａ´から射出された光束は、同期検知信号およびそれに伴ってあるタイミングの後に発信される書込開始信号により、データ書込開始位置から被走査媒体７上に結像スポット７Ａ´として集光され、結像スポットの光エネルギーにより光電変換が行われて、それが走査されることにより図に示すデータ書込開始位置から被走査媒体７上に静電潜像９Ａを形成する。
光源１Ｂ´から射出された光束は、主走査方向のピッチ間隔Ｐｍにより起こるタイミングの遅れの後、被走査媒体７上をデータ書込開始位置から結像スポット７Ｂ´が光走査され、結像スポット７Ａ´と同様に被走査媒体７上に静電潜像を形成する。
【００４９】
このとき、被走査媒体７は、図に示す矢印の方向に移動しているものとする。被走査媒体７が移動していないとき、光源１Ｂ´による静電潜像は、図に示すデータ書込開始位置から９Ｂ１のように被走査媒体７上に形成される。被走査媒体７が移動している場合、その移動に伴い静電潜像が形成される位置は９Ｂ１から９Ｂ２にずれて、その位置から静電潜像が形成される。この現象により、副走査方向の静電潜像のピッチは、被走査媒体が移動していないときにＰｓｇであったものが、Ｐｓｇ´になり、静電潜像の副走査ピッチは広がる。
一方、被走査媒体の移動方向が図１１に示した方向と逆方向であった場合には、被走査媒体が移動していないときに対して静電潜像の副走査ピッチは狭まる。したがって、被走査媒体７上での副走査方向の光束のピッチＰｓは、被走査媒体７の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）および移動方向について考慮し設定しなければならない。
【００５０】
図１２は、被走査媒体７が副走査方向に移動する場合の静電潜像の形成される位置（方向）を示した模式図である。被走査媒体７の移動方向は、図１１に示した例と同じである。被走査媒体７が移動しない場合（停止時）は、静電潜像９Ａおよび９Ｂ２（９Ｂ１）は図１２中の実線のように形成される。しかし、被走査媒体７が移動すると、移動により静電潜像は、図１２中の点線のように移動方向に対して斜めに形成される。静電潜像９Ｂ２が形成されるとき、９Ａは９Ａ´の位置にあり、主走査方向の間隔Ｐｍと副走査方向の間隔Ｐｓｇは保たれて静電潜像が形成される。
【００５１】
図１４（ａ）は、静電潜像の副走査ピッチが等間隔（均一）に形成された場合の画像の模式図である。このように静電潜像が形成される場合、各ドットが均一に重なり合うため、濃度ムラは発生しない。しかし、静電潜像の副走査ピッチが不均一になった場合（被走査媒体の移動方向は図１０と同じ場合）は、図１４（ｂ）に示すように各ドットの重なり合いにムラが生じ、画像に濃度ムラが発生する。図１４（ｂ）の例では、光源１Ａ´による光束による静電潜像と光源１Ｂ´による光束による静電潜像の間隔が、被走査媒体の移動と主走査方向のピッチ間隔により広がった場合である。光源１Ａ´および光源１Ｂ´による光束は、同一の周期で走査するため、静電潜像Ａ１，Ａ２、および、静電潜像Ｂ１，Ｂ２の副走査方向ピッチは、被走査媒体７の移動の有無に関わらず変化しない。このことは、図１４（ａ）も図１４（ｂ）も同じである。副走査ピッチ間隔に影響を与えるのは、前述した被走査媒体７の移動に伴う光源１Ｂ´による光束の位置のズレによる静電潜像の位置ズレの影響のみである。
【００５２】
ここで、この主走査方向の間隔Ｐｍと被走査媒体の移動に伴う光源１Ａ´および光源１Ｂ´による光束の静電潜像の間隔のズレ量、つまり図１２における「Ｐｓｇ´−Ｐｓｇ」の関係を導く。なお、各記号の意味は以下の通りである。
Ｒｍ：偏向器の１分間の回転数（ｒｐｍ）
ｎ：偏向器の面数
θ：被走査媒体上の画像形成範囲を結像スポットが走査するときの偏向器の回転角（ｄｅｇ）
Ｅｒ：θと偏向反射面の分割角度θ０との比
L ：画像形成範囲（走査長）（ｍｍ）
Ｐｍ：２つの光束の主走査方向のピッチ間隔（ｍｍ）
Ｖ ：被走査媒体の副走査方向移動速度（ｍｍ／ｓ）
ρ：副走査方向の１インチ幅の走査本数（ｄｏｔ ｏｒ ｌｉｎｅ）
τ：画像形成範囲（走査長）Ｌを結像スポットが走査するのにかかる時間
【００５３】
結像スポットの１走査にかかる時間ｔ０は、
ｔ０＝６０／（Ｒｍ＊ｎ） （ｓｅｃ）
である。また、偏向器の１つの偏向反射面の分割角度θ０（図１参照）は、
θ０＝３６０／ｎ （ｄｅｇ）
であるため、画像形成範囲Ｌを走査するための偏向器の回転角との比Ｅｒは、
Ｅｒ＝θ／θ０＝θ／（３６０／ｎ）
で求めることができる。
【００５４】
画像形成範囲Ｌを結像スポットが走査するのにかかる時間τは、
τ＝６０／（Ｒｍ＊ｎ）＊Ｅｒ （ｓｅｃ）
となり、主走査ピッチＰｍを結像スポットが走査するのにかかる時間ｔは、
ｔ＝Ｐｍ／Ｌ＊τ＝Ｐｍ／Ｌ＊６０／（Ｒｍ＊ｎ）＊Ｅｒ （ｓｅｃ）
である。この間の被走査媒体の副走査方向の移動量が副走査ピッチの変化量になるため、静電潜像の間隔のズレ量ΔＰ（図１２におけるＰｓｇ´−Ｐｓｇ）は、
ΔＰ＝Ｖ＊ｔ＝Ｖ＊Ｐｍ／Ｌ＊６０／（Ｒｍ＊ｎ）＊Ｅｒ （ｍｍ） （式１）
により求めることができる。
一方、結像スポットの走査周波数ｆｖは、
ｆｖ＝（Ｒｍ／６０）＊ｎ＝ρ／２５．４＊Ｖ （１／ｓ）
である。これより、副走査方向の走査位置（静電潜像の間隔）のズレ量ΔＰは、
ΔＰ＝Ｐｍ／Ｌ＊２５．４／ρ＊Ｅｒ （ｍｍ）
より求めることもできる。
【００５５】
次に、１つの偏向反射面で同時に偏向走査する結像スポットの発光点の合計がＮ個からなる場合、結像スポットの走査周波数ｆｖＮは、
ｆｖＮ＝ｆｖ／Ｎ＝ρ／２５．４＊Ｖ／Ｎ （１／ｓ）
である。よって、副走査方向の走査位置（静電潜像の間隔）のズレ量ΔＰは、
ΔＰ＝Ｐｍ／Ｌ＊２５．４／ρ＊Ｎ＊Ｅｒ （ｍｍ） （式２）
ここで、Ｒｍ＝２９５２７ｒｐｍ、ｎ＝６、Ｅｒ＝０．７、Ｌ＝３００ｍｍ、Ｐｍ＝２０ｍｍ、Ｖ＝５００ｍｍ／ｓ、ρ＝１２００、Ｎ＝８の書込光学系で検討したところ、式１または式２より、
ΔＰ＝７．９ （μｍ）
と求まる。この書込光学系の副走査方向は１２００ｄｐｉであるため、画像ピッチは、
２１．２ （μｍ）
であり、上記検討結果から、静電潜像のピッチが約１／３ほどずれる。
【００５６】
これを補正するためには、２つの結像スポットの副走査方向の間隔を下記の通り設定するとよい。なお、被走査媒体の副走査方向の移動を考慮した場合の結像スポットの副走査ピッチをＰｓ０とする。また、下記の「先行する結像スポット」とは、同一偏向反射面により偏向走査される光束のうち、同期検知素子による検出が先である光束により形成される結像スポットのことである。
【００５７】
（１）先行する結像スポットと後行する結像スポットの位置関係が、図１０に示すように、被走査媒体の移動方向と同じ側に先行する結像スポットが配置される場合（先行する結像スポットの走査線により形成される静電潜像が先行画像の場合）には、
Ｐｓ０＝Ｐｓ−ΔＰ （式３）
とする。
【００５８】
（２）先行する結像スポットと後行する結像スポットの位置関係が、図１０に示す例と逆で、被走査媒体の移動方向と反対側に先行する結像スポットが配置される場合（後行する結像スポットの走査線により形成される静電潜像が先行画像の場合）には、
Ｐｓ０＝Ｐｓ＋ΔＰ （式４）
とする。
【００５９】
このように設定することにより、被走査媒体を照射している結像スポットの副走査方向のピッチ間隔Ｐｓは、画像の副走査ピッチ間隔と異なるが、静電潜像の副走査ピッチ間隔を画像としての所望の間隔とすることができる。
【００６０】
ここで、画像形成範囲を結像スポットが走査するときの各走査位置（像高）における副走査方向のピッチについて説明する。
電子写真等では、被走査媒体面上を結像スポットが走査して画像を形成する際、各走査位置における結像スポットの間隔にムラがあると、トナーまたはインク等の画像を形成する物質の副走査方向における重なり度合いが位置によって差が生じて、出力画像に濃度ムラが発生する。本願発明者の実験結果から、隣り合った走査線間隔の偏差（間隔の差、幅）δを、
δ＜０．３６＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
となるように構成することで、人間の目には濃度ムラとして識別されないことが判っている。ここで、Ｗは被走査面上の副走査方向のビームスポット径をガウシャンビームに近似させ、強度分布のピークを１に規格化したときの１／ｅ２のビームスポット径であり、Ｐｓは副走査方向の画像ピッチである。
【００６１】
たとえば、
Ｗ＝８５μｍ、Ｐｓ＝４２．３μｍ（６００ｄｐｉ）の場合、
δ＜２６．５ （μｍ）
Ｗ＝６０μｍ、Ｐｓ＝２１．２μｍ（１２００ｄｐｉ）の場合、
δ＜２０．２ （μｍ）
と求まる。
上記の例は、偏差（幅）であるので、狙い値に対しては±δ／２となる。よって、上記（１）（２）の場合において、結像スポットの各走査位置（像高）における結像スポットの間隔のムラが以下の関係式を満足するように構成した場合、走査線間隔の偏差（ムラ）が発生しても人間の目には濃度ムラとして識別されない。なお、δ＝０．３６＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝とする。
【００６２】
（１） の場合
Ｐｓ−ΔＰ−δ／２ ＜ Ｐｓ０ ＜ Ｐｓ−ΔＰ＋δ／２ （式５）
よって、式１より、
Ｐｓ０ ＞ Ｐｓ−Ｖ＊Ｐｍ／Ｌ＊６０（Ｒｍ＊ｎ）＊Ｅｒ−０．１８＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
Ｐｓ０ ＜ Ｐｓ−Ｖ＊Ｐｍ／Ｌ＊６０（Ｒｍ＊ｎ）＊Ｅｒ＋０．１８＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
また、式２より、
Ｐｓ０ ＞ Ｐｓ−Ｐｍ／Ｌ＊２５．４／ρ＊Ｎ＊Ｅｒ−０．１８＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
Ｐｓ０ ＜ Ｐｓ−Ｐｍ／Ｌ＊２５．４／ρ＊Ｎ＊Ｅｒ＋０．１８＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
【００６３】
（２）の場合
Ｐｓ＋ΔＰ−δ／２ ＜ Ｐｓ０ ＜ Ｐｓ＋ΔＰ＋δ／２ （式６）
よって、式１より、
Ｐｓ０ ＞ Ｐｓ＋Ｖ＊Ｐｍ／Ｌ＊６０（Ｒｍ＊ｎ）＊Ｅｒ−０．１８＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
Ｐｓ０ ＜ Ｐｓ＋Ｖ＊Ｐｍ／Ｌ＊６０（Ｒｍ＊ｎ）＊Ｅｒ＋０．１８＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
また、式２より、
Ｐｓ０ ＞ Ｐｓ＋Ｐｍ／Ｌ＊２５．４／ρ＊Ｎ＊Ｅｒ−０．１８＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
Ｐｓ０ ＜ Ｐｓ＋Ｐｍ／Ｌ＊２５．４／ρ＊Ｎ＊Ｅｒ＋０．１８＊√｛Ｗ＾２−Ｐｓ＾２｝
【００６４】
次に、光源を半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）とした場合について説明する。
図１３は、光源１Ａおよび１Ｂにより被走査面上に形成される結像スポットの位置関係を示す模式図である。光源１Ａによる結像スポット７Ａ１〜７Ａ４は、副走査方向においてピッチ間隔ＰＡ１〜ＰＡ３で並んでいる。同様に光源１Ｂによる結像スポット７Ｂ１〜７Ｂ４は、副走査方向においてピッチ間隔ＰＢ１〜ＰＢ３で並んでいる。この場合も主走査方向に間隔Ｐｍを有しているため、被走査媒体の移動により静電潜像の副走査ピッチ間隔はズレてしまうため、前述の光源をＬＤとした場合と同様の補正を行う必要がある。
その場合、光源１Ｂによる結像スポット７Ｂ１〜７Ｂ４は、光源１Ａによる結像スポット７Ａ１〜７Ａ４に対して、一様に位置ズレを起こし、副走査ピッチ間隔Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１は、光源１Ｂによる結像スポットにより同じ量だけずれる。よって、副走査ピッチ間隔Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２も同じ量だけずれて、Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１が広がればＰ１２，Ｐ２２，Ｐ３２が狭まることは、ＬＤＡ内部ではピッチ間隔は動かないことと図１３とから明らかである。
【００６５】
以上説明した実施の形態によれば、光源により形成される結像スポットの副走査方向の間隔を画像としての所望の間隔と異ならせることで、被走査面上に形成される静電潜像の副走査方向の間隔を画像としての所望の間隔となるようにすることができる。
【００６６】
また、光源により形成される結像スポットの副走査方向の間隔を不均一にすることで、被走査面上に形成される静電潜像の副走査方向の間隔が均一になるようにすることができる。
【００６７】
なお、これまで説明した実施の形態では、光走査装置が備える光源部の数は２であったが、本発明にかかる光走査装置が備える光源部の数は２に限定するものではない。図１５は、本発明にかかる光走査装置の別の実施の形態を示す偏向回転面（走査平面）に平行な平面内に展開した光学配置図であり、３つの走査光学系を備えた場合の例である。光源１Ａ，１Ｂ，１Ｃから射出された光束は、主走査平面、ここでは偏向器５の偏向反射面５Ａ近傍で交差するように配置されており、偏向反射面５Ａによりそれぞれ別の方向（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）に偏向され、各結像スポットは被走査媒体７上を主走査方向においてそれぞれ間隔を有して走査する。このような場合も同様に、主走査方向における各結像スポットの間隔と被走査媒体の移動により、静電潜像の副走査ピッチはズレてしまうため、やはり上記のような補正を行う必要がある。
【００６８】
次に、本発明にかかる画像形成装置と画像情報処理システムについて説明する。
図１６は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図であり、符号３０は本発明にかかる画像形成装置を示す。画像形成装置３０は、本発明にかかる光走査装置、光走査装置によって露光され静電潜像が形成される感光体ドラム、静電潜像をトナーで顕像化する現像手段、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段、などの電子写真プロセスを実行する手段を有してなる。
感光体ドラム２０の周囲には、帯電器４５、現像器３７、転写器４０、除電・クリーナー等の電子写真プロセスにしたがうプロセス部材が順に配置されている。前述の光走査装置は、電子写真プロセスの露光プロセスを実行するもので、帯電器４５で均一に帯電された感光体ドラム２０の表面を光走査して静電潜像を形成する。
【００６９】
以下、画像形成装置３０による画像形成について説明する。
ランプ３３が、コンタクトガラス３２上に置かれた原稿３１を照らす。照射された原稿３１による画像は、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３でスキャナレンズブロック３４へ導かれ、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）により画像データ３５として処理されて、光書込光学装置３６に転送される。光書込光学装置３６は、画像データ３５に基づいてＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、帯電器４５により一様に帯電した感光体ドラム２０上に光スポットを照射する。照射された光スポットの走査により感光体ドラム２０の表面に静電潜像が形成され、現像器３７により感光体ドラム２０上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像をつくる。次に、転写器４０により、給紙トレイ３８から給紙ローラー３９により感光体ドラム２０に導かれた記録紙に感光体ドラム２０上のトナー像を転写し、定着器４１により記録紙に融解固着する。その後、記録紙は、排紙ローラー４４により排紙トレイ４２に排出される。
除電・クリーナー４３は、感光体ドラム２０上の残留トナーを除去し、感光体ドラム２０を除電する。
【００７０】
画像形成装置３０は、本発明にかかる光走査装置を備えているため、加工誤差や組み付け時のばらつき等が生じた場合であっても、つなぎ部における走査線や静電潜像の間隔と狙いとする間隔との誤差量を低減することができ、出力画像の高品質化を図ることができる。また、走査線の副走査方向のピッチ間隔を等間隔とすることで、出力画像の高品質化を図ることもできる。
【００７１】
なお、本発明にかかる画像形成装置と、図示しないコンピュータなどの電子演算装置やファクシミリなどの機器とを、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やインターネットなどの通信ネットワークを介して接続することにより、複数の機器から通信ネットワークを介して入力される画像出力の要求を１台の画像形成装置で処理することができる画像情報処理システムを形成することができる。
また、通信ネットワーク上に複数の画像形成装置を接続すれば、通信ネットワークに接続された各機器から各画像形成装置の状態、たとえば、ジョブの混み具合、電源が入っているかどうか、故障しているかどうか、等を知ることができ、一番状態の良い、つまり使用者の希望に一番適した画像形成装置を選択して、画像出力を行うことができるようになる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、加工誤差や組み付け時のばらつき等が生じた場合であっても、つなぎ部における走査線や静電潜像の間隔と狙いとする間隔との誤差量を低減することができる。
【００７３】
また本発明によれば、被走査面上に形成される静電潜像の副走査方向の間隔を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す偏向回転面（走査平面）に平行な面内に展開した光学配置図である。
【図２】上記光走査装置の光源から射出された複数の光束が被走査面上に形成する結像スポットの位置関係を示す模式図である。
【図３】上記光走査装置の光源から射出されて偏向反射面で偏向走査される複数の光束の被走査面上での位置関係を示す模式図である。
【図４】上記光走査装置の被走査面上における各走査線の間隔を示す模式図である。
【図５】光源が有する発光点の配置位置の関係を示す模式図であり、（ａ）は発光点が副走査方向に略平行に並んで配置された場合、（ｂ）は発光点が副走査方向に傾きをもって並んで配置された場合、である。
【図６】像高と走査線間隔との関係を示す線図である。
【図７】上記像高と走査線間隔との関係を示す図表である。
【図８】つなぎ部の走査線間隔の差を低減した場合の、像高と走査線間隔との関係を示す線図である。
【図９】上記像高と走査線間隔との関係を示す図表である。
【図１０】光源が半導体レーザの場合の、被走査面上に形成される結像スポットの位置関係を示す模式図である。
【図１１】上記位置関係にある結像スポットにより被走査面上に形成される静電潜像の位置関係を示す模式図である。
【図１２】被走査媒体が副走査方向に移動する場合の静電潜像の形成される位置（方向）を示した模式図である。
【図１３】光源が半導体レーザアレイの場合の、被走査面上に形成される結像スポットの位置関係を示す模式図である。
【図１４】静電潜像の副走査ピッチが均一に形成された場合の出力画像の様子を示す模式図である。
【図１５】本発明にかかる光走査装置の別の実施の形態を示す偏向回転面（走査平面）に平行な面内に展開した光学配置図である。
【図１６】本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ 光源（半導体レーザアレイ）
２Ａ，２Ｂ 第１結像光学系（カップリングレンズ）
３Ａ，３Ｂ 開口絞り
４ シリンダレンズ
５ 偏向器
６ 第２結像光学系
７ 被走査媒体
７Ａ，７Ｂ 結像スポット
８Ａ，８Ｂ 光束
９Ａ，９Ｂ 静電潜像
１００ 同期検知光学系
ｃｈ 発光点
Ｌ 走査線の番号
Ｘ 基準走査位置
ｓ 走査線の曲がり量
Ｐ 発光点の間隔
Ｐｍ 結像スポットの主走査方向の間隔
Ｐｓ 結像スポットの副走査方向の間隔

Claims (3)

1. 複数の発光点が副走査方向に並んで配置されて構成された光源を複数備えた光走査装置であって、
   副走査方向にある任意の間隔を有して配置された複数の光源と、上記光源から射出された光束を偏向走査する偏向器と、上記光源から射出された光束を上記偏向器に導く第１結像光学系と、上記偏向器により偏向された光束を上記被走査面に集光する第２結像光学系、とを有してなり、
   それぞれの光源により形成される結像スポットが互いに補完する位置関係になるように設定されていて、
   中央像高におけるそれぞれの光源により形成される結像スポットの中心点の間隔が書込密度により一義的に決定される走査線の間隔より狭くなるように上記複数の光源の位置関係が設定されていることを特徴とする光走査装置。
2. 光走査装置により被走査面に静電潜像が形成される画像形成装置であって、
   上記光走査装置が請求項１記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
3. 画像形成装置と、この画像形成装置に画像出力の要求を通信ネットワークを介して入力する複数の機器とで構成された画像情報処理システムであって、
   上記画像形成装置が請求項２記載の画像形成装置であることを特徴とする画像情報処理システム。

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