JP4438300B2

JP4438300B2 - 光走査装置、画像形成装置、および画像形成システム

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Publication number: JP4438300B2
Application number: JP2003076637A
Authority: JP
Inventors: 悟伊藤; 天田　　琢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2004286888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査装置、画像形成装置、および画像形成システムに関し、特に、レーザプリンタ、デジタル複写機、およびレーザファクシミリ等のレーザ書込光学系の光書込ユニットにおいて、２以上の光ビームにより被走査媒体上に形成されるビームスポットの副走査方向の間隔を補正する光走査装置、画像形成装置、および画像形成システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
感光体上に像を書き込む光走査装置による記録（書き込み）速度を向上させる手段として、偏向手段であるポリゴンミラーの回転速度を上げる方法があった。しかし、この方法ではモータの耐久性や騒音、振動、及びレーザの変調スピード等が問題となり限界がある。そこで一度に複数の光ビームを走査して複数ラインを同時に記録する従来技術が考案されていた。
【０００３】
複数のレーザビームを出射するマルチビーム光源装置の方式として、例えば１パッケージ内に複数の発光点（発光チャンネル）をもつマルチビーム半導体レーザ（例えば、半導体レーザアレイ）を用いる方式があるが、製造プロセス上チャンネル数を増加することが困難であり、また熱的／電気的なクロストークの影響を除去することが難しく、短波長化が困難であるといった理由により、現在では高価な光源手段である。
【０００４】
一方シングルビーム半導体レーザは、現在でも短波長化が比較的容易であり、低コストにて製造することが可能であるため、種々の工業分野にて汎用的に用いられている。このシングルビーム半導体レーザ（あるいは上記のマルチビーム半導体レーザ）を光源とし、ビーム合成手段を用いて複数のレーザビームを合成する光源装置及び複数ビーム走査装置に関する従来技術が、多数考案されていた。
【０００５】
しかし、半導体レーザアレイを光源手段として用いる方法と比較し、ビーム合成手段を用いて複数のレーザビームを合成する方法の場合には、環境変動／経時等の影響により、被走査面におけるビームスポット配列（ビームピッチ；走査線間隔）が変動するといった問題が発生しやすかった。
【０００６】
上述した問題を解決する従来技術として、特許文献１が開示するところのマルチビーム走査光学装置があった。特許文献１のマルチビーム走査光学装置は、複数の光源から出射される光ビームをビーム合成プリズムを用いて合成する走査装置であって、ビーム合成プリズムの、光路に沿ったシフト、及び主走査断面内又は副走査断面内の傾き調整により、光ビームの出射方向を調整することで、被走査面上のビームスポット位置を調整していた。
【０００７】
また、特許文献２が開示するところのマルチビーム走査装置は、主走査方向に沿って配置された複数のフォトセンサに、先端エッジ部が主走査方向に対して一定角度だけ傾けて遮光マスクが配置されており、２つのレーザビームの副走査方向のピッチ幅を検出していた。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２２７５６３号公報
【特許文献２】
特開平９−３２５２８８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１および特許文献２を含む従来技術では、メカ機構を用いて光ビームの光路を偏向することにより被走査面上のビームスポット配列を調整するものであった。しかしながら、メカ機構を有する調整機構の場合、部品数増加に伴う信頼性の低下（短寿命化）及びユニットの大型化、バックラッシュ等による制御時のヒステリシスの発生、振動、騒音及び熱の発生等、種々の問題が発生する恐れがあった。
【００１０】
また、電気光学効果によりプリズムの屈折率変化を利用する方法や、音響光学素子を用いて回折により光ビームを偏向する方法を用いた従来技術では、高い駆動電圧が要求されるため取り扱いが煩雑であり、また発熱等の問題が発生するなど、実用的ではなかった。
【００１１】
また、感光体ドラムの回転むらに起因する走査線ピッチむらを補正（タンデム光走査装置における感光体ドラム間の画像情報の重ね合わせ精度の向上）するために光路変更素子として液晶素子を用いる従来技術も開示されているが、本発明のようなセンサによるビームスポットの検出結果をフィードバックして、光源から射出される光ビームを偏向するものではなかった。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数の光ビームを射出して感光体上を走査し、被走査面でのビームスポット配列（ビームピッチ）の環境変動又は経時によるビームスポット配列の変動を補正（フィードバック調整）することが可能な光走査装置、画像形成装置、および画像形成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】
かかる目的を達成するため、本発明は、光源からの複数の光ビームを光スポットとして被走査媒体上の被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、複数の光ビームを出射する光源手段と、光源手段から出射される複数の光ビームをそれぞれ独立に偏向する電気信号にて駆動される液晶素子によるビーム偏向手段と、ビーム偏向手段により偏向された複数のビームが入射し、複数のビームを一括して偏向し、被走査面上を走査させるポリゴンミラーによる走査手段と、被走査面における複数の光スポット配列の位置を検知する光スポット位置検知手段と、光スポット位置検知手段による検知結果と光スポットの所定位置との差を求める光スポット間隔演算手段と、光スポット間隔演算手段による演算結果に基づいて、ビーム偏向手段を駆動／制御するための駆動手段と、を有し、ビーム偏向手段の液晶素子は、オフセット電圧０の方形パルスを用いて、該方形パルスの実効値電圧に対して偏向角が線形に変化する領域を用いて駆動され、光スポット位置検知手段は、主走査方向に配備される少なくとも２つの光センサを備え、光スポットが走査時に入射する光センサの辺縁がそれぞれ直線状をなし、少なくとも２つの光センサの互いの辺縁の距離が副走査方向で異なることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明によれば、ビーム偏向手段は、上記方形パルスの振幅値の変化によりビームを偏向させる液晶素子であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明によれば、ビーム偏向手段は、上記方形パルスのデューティ比の変化によりビームを偏向させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明によれば、光スポット間隔演算手段は、２ビーム間の光スポット位置の差をとることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明によれば、上記の光走査装置を有する画像形成装置であって、その光走査装置が被走査面を走査することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明によれば、上記の画像形成装置は、１つの被走査媒体に対し、上記の光走査装置を複数主走査方向に直列に配置したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明によれば、画像形成システムは、上記の画像形成装置を複数、画像記録媒体の搬送方向に直列に配列することを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、一実施形態における動作および構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における画像形成装置の構成を示す図である。
図１に示されているように、画像形成装置は、感光体ドラム（被走査面）１６と、光走査装置２０と、ビーム位置検出回路と、ビーム間隔演算回路と、ビーム偏向素子駆動回路とを有する。
【００２９】
図１に示されているように、光走査装置２０は、半導体レーザアレイ（ＬＤアレイ）１１ａ、１１ｂと、カップリングレンズ１２ａ、１２ｂと、シリンドリカルレンズ１３と、ポリゴンミラー（偏光器）１４と、走査光学系１５と、光源装置１８と、光ビーム検出手段（同期検知板および同期検知センサ）１９と、液晶偏向素子４０ａ、４０ｂとを有する。
また、図１には、一実施形態における光走査装置２０（２ビーム走査装置）の光学的配置が示されている。
【００３０】
光源装置１８を出射した２本の光ビーム２１ａ、２１ｂは、シリンドリカルレンズ１３の作用により偏向器であるポリゴンミラー１４の偏向反射面上に（副走査方向に結像し、主走査方向に長い）線像として結像されたのち、走査光学系（走査レンズ）１５により、被走査面（感光体ドラム）１６上をビームスポットとして走査される。
このような、光源装置１８から出射された光ビームを被走査面上にビームスポットとして走査する装置を、『光走査装置』２０と呼ぶことにする。
【００３１】
本実施例では、光源装置１８は、半導体レーザアレイ１１ａ、１１ｂとカップリングレンズ１２ａ、１２ｂとにより構成されているが、このような構成に限定されるものではない。
【００３２】
光走査装置２０を画像形成装置の光書込装置として利用する場合、光ビームは出力画像データに対応して変調されるが、その変調開始タイミングのための電気信号（同期信号）は、光ビーム検出手段（同期検知センサ）１９に光ビームが入射することにより得られる。
【００３３】
ポリゴンミラー（偏光器）１４に入射する２本の光ビーム２１ａと２１ｂは、主走査断面内にて互いに平行ではない構成である。
このような構成により、感光体ドラム（被走査面）１６における２つのビームスポットの主走査方向の間隔：ＰＹを確保することができる。従って変調開始タイミングを設定するための同期検知信号を、（一つの同期検知板を用いて）両光ビームに対して独立に検出することが可能となる。
【００３４】
図４は、本発明の一実施形態における被走査面（感光体ドラム）１６上のビームスポット配列を示す図である。ここでは、光走査装置２０が４本の光ビームを射出して被走査面１６上に像を形成する場合について示されている。
図４に示されるように、被走査面１６上における４つのビームスポット（ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃ、ＢＳｄ）は、その走査密度に応じ、副走査方向に所定の間隔（ビームピッチ：ＰＺ）を維持することが要求される。
【００３５】
環境（温度／湿度）変動や経時の影響等により、上記ビームピッチ：ＰＺは変動する恐れがある。このために、光源装置１８は光ビームの液晶偏向素子４０を具備する。また、光ビーム検出手段１９においてＰＺを検出できるようなセンサを追加し、ビーム位置検出回路にてビーム位置を検出し、各ビームスポット間の間隔をビーム間隔演算回路にて算出し、所定のピッチからのずれがあれば、ビーム偏向素子駆動回路にて当該ビームをビームスポットが所定のピッチになるように偏向させる。
【００３６】
図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態における「ビーム合成プリズム」を用いて４ビームを合成した４ビーム光源装置２０の一例を示す図である。
以下、ビーム偏向素子として液晶偏向素子４０（液晶偏向素子４０ａ〜４０ｄ）を用いた例を、図５（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
【００３７】
ビーム合成プリズム１７より上流側（光源装置１８側）に、ビーム偏向素子として、電気信号にて駆動される液晶偏向素子４０を光ビームの光路に配設した。
図５（ａ）では、１つの液晶素子を複数（図５（ａ）では４つ）のエリアに分割した構造の例が示されている。
また、図５（ｂ）では、４つの独立した液晶偏向素子４０ａ〜４０ｄを共通の保持部材２９に保持した構造の例が示されている。
【００３８】
被走査面１６となる複数の感光体が異なる感度特性（波長依存性）を示す場合には、光源を構成する半導体レーザ（半導体レーザアレイ１１）の発振波長を対応する感光体に応じて異ならせる必要があり、その場合にはその発振波長に対応する波長依存性を示す液晶偏向素子４０を具備する必要が生じる。図５（ｂ）の構成ように、複数の独立した液晶偏向素子４０ａ〜４０ｄを共通の保持部材２９に保持した構造とすることで、異なる波長のレーザビームを任意に偏向することが可能となる。
【００３９】
一方、図５（ａ）のように、液晶偏向素子４０の波長依存性が低い（広範囲にわたる波長対応が可能である）場合には、一つの液晶素子が各光ビームに対応し独立に変調可能な有効エリアを複数（４エリア）有する構成も可能である。
【００４０】
従来は光ビームを偏向する偏向器として、
▲１▼機械的な方法（光路内に配設されたミラー、プリズム等を可動する）、
▲２▼電気光学素子を利用する方式（電気光学素子材料によるプリズムの屈折率変化を利用し、光路を偏向する）、
▲３▼音響光学素子を利用する方式（超音波により圧電体内に回折格子を発生させ、光路を偏向する）
のような偏向器が提案、実用化されてきたが、いずれの方式も装置が大型化する、振動／騒音／熱が発生する、低電圧駆動が困難、などの理由による不具合があった。
【００４１】
本実施例では、光ビームを偏向する偏向器として液晶偏向素子４０を使用することにより、装置の小型化、振動等の発生の抑制、低電圧駆動が可能となる。
図１２（ａ）は、本発明の一実施形態における液晶偏向素子４０の構成の一例を示す図である。また、図１２（ｂ）は、本発明の一実施形態における液晶偏向素子４０による光ビームの偏向を示す図である。
以下、本実施例における液晶偏向素子４０の構成および動作について説明を進める。
【００４２】
図１２（ａ）に示されるように、液晶偏向素子４０は、液晶と、配向膜と、透明電極と、ガラス基板と、スペーサとから構成される。また、駆動／制御系（ビーム偏向素子駆動回路）が透明電極に接続されており、液晶偏向素子４０に入射する光ビームの偏向角を調整するためのパルスを液晶偏向素子４０へ出力する。
また、図１２（ｂ）に示される液晶でのビーム偏向角は、液晶の屈折率の異方性に略比例する。
【００４３】
図２の（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における液晶偏向素子４０の駆動パルスを示す図である。
【００４４】
駆動／制御系は、液晶偏向素子４０の駆動を図２（ａ）ように、オフセット電圧０のデューティ５０％の矩形波で行えば、駆動信号はＤＣ成分を持たないので液晶を焼き付けることなく、パルスの振幅を変えることにより光ビームの偏向角を変えることができる。駆動／制御系としてＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）を使えば微小な偏向角を精度良く調整できる。
【００４５】
また、駆動／制御系は、図２（ｂ）のようにパルス幅も変化させることにより、より微小な調整を行うことができる。
【００４６】
図３は、本発明の一実施形態における液晶偏向素子４０の偏向特性を示すグラフである。液晶偏向素子４０は、パルスの実効値電圧により、その偏向角が変化する。本実施例では、駆動／制御系は、線形に偏向角が変化する領域（Ｖ１−Ｖ２）を使用して液晶偏向素子４０の駆動を行う。
【００４７】
本実施例では、光走査装置２０からのビームスポットは図４のような配列で被走査面１６上を走査する。
【００４８】
図６は、本発明の一実施形態における光ビーム検出手段１９およびビーム位置検出回路の第１の例を示す図である。図６に示されるように、ビーム位置検出回路は、互いの辺縁のなす角度がθであるようにフォトダイオード（ＰＤ）ＰＤ１、ＰＤ２を配置した同期検知板が光ビームを検知すると、ビーム位置検出信号を出力する。
【００４９】
図８は、本発明の一実施形態において、光ビーム検出手段１９として第１の例を用いた場合のビーム間隔演算回路およびビーム位置検出回路を示す図である。
ビーム間隔演算回路は、４個の光ビームがフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を通過する時間間隔によりビーム位置を計測する。
図８に示されているように、ビーム間隔演算回路は、ＰＤ１、ＰＤ２ビーム分離回路と、ＢＳａ〜ＢＳｄビーム通過時間計測回路と、副走査位置演算回路とを有する。
【００５０】
ＰＤ１、ＰＤ２ビーム分離回路は、ビーム位置検出手段（同期検知板）１９からのＰＤ１、ＰＤ２のビーム位置検出信号からＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｂ、ＢＳｄのパルスを分離する。
【００５１】
分離されたそれぞれのパルスで各ビームがＰＤ１、ＰＤ２を通過する時間間隔をＢＳａ〜ＢＳｄビーム通過時間計測回路により計測クロックにて計測する。ＢＳａ〜ＢＳｄビーム通過時間計測回路は、各々の計測結果を副走査ピッチ演算回路へ出力する。
【００５２】
図７は、本発明の一実施形態において、光ビーム検出手段１９として第１の例を用いた場合のビーム位置検出のタイミングチャートである。以下、図７を用いて、本実施例における各ビームスポットの副走査方向の間隔の調整動作について詳細に説明する。
【００５３】
ＰＤ１、ＰＤ２上を４個の光ビームが通過すると、図７に示すように各々４個のパルスを生じる。図７には、ＰＤ１ビーム位置検出回路により検出されたＰＤ１における４つのパルスを示すＰＤ１ビーム位置検出信号と、ＰＤ２ビーム位置検出回路により検出されたＰＤ２における４つのパルスを示すＰＤ２ビーム位置検出信号とが示されている。
【００５４】
図７に示されているように、ＰＤ１ビーム分離回路は、ＰＤ１位置検出信号を、ＰＤ１−ＢＳａビーム位置検出信号と、ＰＤ１−ＢＳｂビーム位置検出信号と、ＰＤ１−ＢＳｃビーム位置検出信号と、ＰＤ１−ＢＳｄビーム位置検出信号とに分離する。
また、ＰＤ２ビーム分離回路は、ＰＤ２位置検出信号を、ＰＤ２−ＢＳａビーム位置検出信号と、ＰＤ２−ＢＳｂビーム位置検出信号と、ＰＤ２−ＢＳｃビーム位置検出信号と、ＰＤ２−ＢＳｄビーム位置検出信号とに分離する。
【００５５】
図７に示されているように、ＢＳａビーム通過時間計測回路は、ＰＤ１−ＢＳａビーム位置検出信号が入力されてからＰＤ２−ＢＳａビーム位置検出信号が入力されるまでの時間間隔ＴＢＳａを計測する。
また、ＢＳｂビーム通過時間計測回路は、ＰＤ１−ＢＳｂビーム位置検出信号が入力されてからＰＤ２−ＢＳｂビーム位置検出信号が入力されるまでの時間間隔ＴＢＳｂを計測する。
また、ＢＳｃビーム通過時間計測回路は、ＰＤ１−ＢＳｃビーム位置検出信号が入力されてからＰＤ２−ＢＳｃビーム位置検出信号が入力されるまでの時間間隔ＴＢＳｃを計測する。
また、ＢＳｄビーム通過時間計測回路は、ＰＤ１−ＢＳｄビーム位置検出信号が入力されてからＰＤ２−ＢＳｄビーム位置検出信号が入力されるまでの時間間隔ＴＢＳｄを計測する。
【００５６】
４個の光ビームがＰＤ１、ＰＤ２を通過する時間間隔ＴＢＳａ、ＴＢＳｂ、ＴＢＳｃ、ＴＢＳｄが、各ビーム通過時間計測回路から副走査位置演算回路に入力されると、副走査位置演算回路は、以下に示す式（１）〜（４）を用いて、それぞれの光ビームの副走査方向の位置ＰＺＢＳａ、ＰＺＢＳｂ、ＰＺＢＳｃ、ＰＺＢＳｄを算出する。
ＰＺＢＳａ＝ｖ＊ＴＢＳａ／ｔａｎθ・・・（１）
ＰＺＢＳｂ＝ｖ＊ＴＢＳｂ／ｔａｎθ・・・（２）
ＰＺＢＳｃ＝ｖ＊ＴＢＳｃ／ｔａｎθ・・・（３）
ＰＺＢＳｄ＝ｖ＊ＴＢＳｄ／ｔａｎθ・・・（４）
ここで、ｖは感光体上のビームスポット速度である。
【００５７】
次に、副走査位置演算回路は、以下に示す式（５）〜（７）を用いて、ビームスポットＢＳａとビームスポットＢＳｃとの副走査方向の間隔ＰＺＢＳａ−ｃと、ビームスポットＢＳｃとビームスポットＢＳｄとの副走査方向の間隔ＰＺＢＳｃ−ｄと、ビームスポットＢＳｄとビームスポットＢＳｂとの副走査方向の間隔ＰＺＢＳｄ−ｂとを算出する。
ＰＺＢＳａ−ｃ＝ＰＺＢＳａ−ＰＺＢＳｃ・・・（５）
ＰＺＢＳｃ−ｄ＝ＰＺＢＳｃ−ＰＺＢＳｄ・・・（６）
ＰＺＢＳｄ−ｂ＝ＰＺＢＳｄ−ＰＺＢＳｂ・・・（７）
【００５８】
ビーム偏向素子駆動回路は、この各ビームの副走査方向のビームスポット位置（副走査方向の間隔）から各々ビーム間の所定ピッチに設定するには、どのビームをどれだけ偏向させれば良いかが分かるので制御すべきビームの偏向角を、所定量制御する。
【００５９】
なお、予め各ビーム位置に応じた制御量を記憶装置に記憶させておき、ビーム間隔演算回路は、その記憶された制御量を用いて補正量の演算を迅速に行うとしてもよい。記憶装置としては、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、もしくは、ＥＰＲＯＭ等が考えられる。
【００６０】
図９（ａ）は、本発明の一実施形態における光ビーム検出手段１９の第２の例を示す図である。また、図９（ｂ）は、本発明の一実施形態において、光ビーム検出手段１９として第２の例を用いた場合のビーム位置検出回路により出力されたビーム位置検出信号を示す図である。
以下、図９を用いて、本発明の一実施形態の変形例におけるレーザビームの検出動作について説明する。
【００６１】
図９（ａ）は、光ビーム検出手段１９として、光ビームの入射側（ＰＤの検出開始位置を示す辺縁）と出射側（ＰＤの検出終了位置を示す辺縁）とが互いに非平行であるような形状を持つ（もしくはマスクにより前記形状となるようにしても良い）１個のセンサ（ＰＤ）を用いる場合を示している。
ビーム位置の検出は、光源装置１８を１ビームずつ点灯させて測定する。１ビームずつ順次検出するので回路構成が簡単になる。
【００６２】
図９（ａ）に示されているように、ビームスポットがＰＤの検出開始位置を通過してから検出終了位置を通過するまでの時間は、副走査方向の下方向（進行方向）に進むにしたがって長くなる。このことにより、副走査方向における各ビームスポット間隔を求めることができる。
【００６３】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示される１個のＰＤにより構成されるビーム位置検出回路により検出されたビームスポットＢＳａ、ＢＳｂのビーム位置検出信号を示す図である。
図９（ｂ）に示されているように、ビームスポットＢＳｂの検出時間ｔ２からビームスポットＢＳａの検出時間ｔ１を引いた値をΔｔとする。
本例において、ビーム通過時間計測回路に、接続されているビーム位置検出回路からビーム位置検出信号が入力されると、ビーム通過時間計測回路は、以下に示す式（８）を用いることにより、副走査方向におけるビームスポットＢＳａ、ＢＳｂ間隔を求めることができる。
ＢＺＢＳａ−ｂ＝ｖ＊Δｔ／ｔａｎφ・・・（８）
（φは、ＰＤにおけるＰＤの検出開始位置を示す辺縁とＰＤの検出終了位置を示す辺縁とがなす角度）
【００６４】
図１０、１１は電荷結合素子（ＣＣＤ）を使った例である。
図１０は、本発明の一実施形態における光ビーム検出手段１９の第３の例を示す図である。図１０のように、光ビーム検出手段１９としてＣＣＤを使うことにより、光ビーム検出手段１９は、ビームの走査位置を直接検出し、動作環境等に左右されにくい計測することが可能となる。
【００６５】
図１１は、本発明の一実施形態における光ビーム検出手段１９の第４の例を示す図である。図１１に示されるように、本例では、光ビーム検出手段１９を２次元ＣＣＤとしている。２次元ＣＣＤにより、ビームの副走査方向のビーム位置検出ができるばかりでなく、主走査方向のビームプロファイルを計測することができる。
【００６６】
図２において光ビームが光ビーム検出回路１９に入射すると光ビーム検知信号が発生する。この光ビーム検知信号および、ポリゴンミラー１４上のマークとそのマ−クを検出するファイバーセンサ（図示せず）からのマーク位置検出信号は、発光制御回路に入力される。発光制御回路は、レーザーダイオード（ＬＤ）の発光を次に２通りで制御する。
第１は、ポリゴン面を計数するために、毎走査ラインの始端または、終端で発光させ、光ビーム検知信号が入力された後消灯する。
第２は、計測を行うために１走査ラインの全期間（つぎのビーム位置検出信号が入力されるまで）発光させる。発光制御回路はＬＤ発光信号をＬＤ駆動回路へ出力する、ＬＤ駆動回路は、ＬＤ点灯信号がアクティブの時にＬＤ駆動電流を出力する。
【００６７】
図１７および図１８は本発明の一実施形態における発光制御回路の概略的な回路図であり、図１５は、本発明の一実施形態におけるそのタイミングチャートである。
【００６８】
図１７は、ポリゴン面を計数して、同一のポリゴン面でＬＤを発光させる発光制御回路を示す図である。以下、図１７を用いて、本実施形態における発光制御回路の構成および動作について説明する。
図１７に示される発光制御回路は、ある設定した時間になると、ＬＤを発光させる。また、図１７の発光制御回路は、光ビーム検出信号（ＤＥＴＰ）が入力されると、ＬＤを消灯させる。
【００６９】
図１７に示されているように、発光制御回路は、ラインカウンタ（ＬｉｎｅＣｏｕｎｔｅｒ）５１と、Ｄ−ｔｙｐｅフリップフロップ（ＤＦＦ）（ｌｃ＿ｅｎ）５２と、ＡＮＤゲート５３と、ＯＲゲート５４と、ＮＯＴゲート５５、５６とを有する。
【００７０】
ラインカウンタ５１は、ＤＡＴＡ端子に入力された１ラインの時間係数用データをロード（ＬＤ）端子に入力されるＤＥＴＰ信号により自カウンタに取り込み、クロックｓ＿ｃｌｋによりカウントダウンし、カウント値が０になったところで端子Ｅｑ０からＥｑ０信号を出力する。
【００７１】
ＤＦＦ５２は、Ｄ端子へのＥｑ０信号入力によりＱ端子がＬｏｗレベルになる。ラインカウンタ５１のＥＮ端子に、そのＤＦＦ５２のＱ端子から出力されたＬｏｗレベル信号が入力されると、ラインカウンタ５１のカウントは停止する。この期間、ＤＦＦ５２の／Ｑ端子がＨｉｇｈレベルとなり、計測用ＬＤのＯＮ信号として出力される。
【００７２】
ＤＦＦ５２のＤ端子にＤＥＴＰ信号が入力されると、Ｑ端子はＨｉｇｈとなる。ラインカウンタ５１のＥＮ端子に、ＤＦＦ５２のＱ端子から出力されたＨｉｇｈレベル信号が入力されると、ラインカウンタ５１は再びカウントダウンを開始する。また、ＤＦＦ５２の／Ｑ端子の信号レベルはＬｏｗになり、計測用ＬＤのＯＮ信号は出力されなくなる。
【００７３】
図１８は、ポリゴン面を計数して、特定のポリゴン面でＬＤを発光させる発光制御回路を示す図である。以下、図１８を用いて、本実施形態における発光制御回路の構成および動作について説明する。
図１８に示される発光制御回路は、常に同一ポリゴン面で１走査期間ＬＤを発光させる回路であって、マーク位置検出信号（ＭＡＲＫＥＲ）の入力から、指定したポリゴン面通過後１走査期間ＬＤを発光させる。
マーク位置検出信号は、例えば図１のように、ポリゴンミラー１４の上部にマークを付け、そのマークを反射型のフォトセンサで読み取るという方法が考えられる。
【００７４】
図１８に示されているように、発光制御回路は、回路６０と、ステートマシン（ＰＭＣｏｕｎｔｅｒＣｏｎｔＳｔａｔｅＭａｃｉｎｅ）６１と、ＰＭＳカウンタ（ＰＭＳＣｏｕｎｔｅｒ）６２と、ＰＭＮカウンタ（ＰＭＮＣｏｕｎｔｅｒ）６３と、ＯＲゲート６４とを有する。
【００７５】
図１８に示されているように、回路６０は、Ｄ−ｔｙｐｅフリップフロップ、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート、およびＮＯＴゲートなどで構成される。ＰＭＮカウンタ６３は、ポリゴン面数を計数するカウンタである。ＰＭＳカウンタ６２は、計測したいポリゴン面でＬＤを点灯させる信号を出力するためのカウンタである。また、ステートマシン６１は、ＰＭＮカウンタ６３およびＰＭＳカウンタ６２のカウントを制御するためのステートマシンである。
【００７６】
図１９は、本発明の一実施形態におけるステートマシン６１の動作を示す図である。図１９に示されるように、ステートマシン６１は、状態Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２の３つの状態間を遷移する。
ステートマシン６１は、状態Ｓ０でＣｎｔＥｎ端子からＬｏｗレベルの信号を出力する。ここで、ステートマシン６１のＰＤ端子にＬｏｗレベルのＤＥＴＰ信号が入力されると、ステートマシン６１は、状態Ｓ１に遷移する。
状態Ｓ１に遷移すると、ステートマシン６１は、ＣｎｔＥｎ端子からＨｉｇｈレベルの信号を出力する。ここで、クロックｓ＿ｃｌｋの１クロック分経過すると、ステートマシン６１は、状態Ｓ２に遷移する。
状態Ｓ２に遷移すると、ステートマシン６１は、ＣｎｔＥｎ端子からＬｏｗレベルの信号を出力する。ここで、ステートマシン６１のＰＤ端子にＨｉｇｈレベルのＤＥＴＰ信号が入力されると、ステートマシン６１は、状態Ｓ０に遷移する。
【００７７】
以下、図１８の発光制御回路の動作について説明する。
ステートマシン６１のＰＤ端子がＨｉｇｈ（ＤＥＴＰ信号がＨｉｇｈ）になった後の１クロックの期間、ＣｎｔＥｎ端子からＨｉｇｈ信号が出力され、ＰＭＳカウンタ６２およびＰＭＮカウンタ６３のカウントをイネーブルにする。
ＰＭＳカウンタ６２は、ＰＭＮカウンタ６３のカウント値が０になった時に出力されるＥｑ０信号、またはＭＡＲＫＥＲ信号がＬｏｗからＨｉｇｈになったｓ＿ｃｌｋ１クロックだけ回路６０から出力される信号により、選択ポリゴン面番号をＤＡＴＡ端子からロードする。
なお、ＭＡＲＫＥＲ信号を常にインアクティブに保持すると、面の特定はできないが、同一ポリゴン面での計測ができる。
【００７８】
［光走査装置の適用例（１）］
以下、本発明の一実施形態における光走査装置の第１の適用例について説明する。
本適用例では、ポリゴンミラー１４の特定の面において偏向される光ビームを用いて、光スポットの位置を測定する。
本実施例では、静電像が形成される感光手段（感光体）と、静電像をトナーで顕像化する現像器と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写（及び定着）する転写装置とを有する電子写真プロセスを利用した画像形成装置において、上述した光走査装置を光書込装置として適用するものとする。
【００７９】
本適用例における光走査装置は、複数ビームを同時に射出して走査することによりプリント速度の高速化／プリント密度の高密度化を図ることが可能となる。また、上述のように被走査面（すなわち感光体）１６上の光スポット配列の変動を抑制することができるため、本画像形成装置により高品位な出力画像を得ることが可能となる。
【００８０】
光スポット配列を検出するタイミングは、プリントアウトするためにオペレータ（サービスマン、ユーザ等）が画像形成装置のスタートボタンを押下した後としても良いし、多数枚を出力する場合には数枚（〜数十枚）毎としても構わない。またプリントアウト時（ビーム走査時）以外の期間、液晶素子に電気信号を入力しない場合には、前回の調整値を記憶するメモリ機能を付加しておくとしてもよい。
【００８１】
光走査装置２０を、本適用例における画像形成装置の光書込装置として使用した場合には、画像形成装置本体の操作パネルからオペレータが操作することにより、画像形成装置から出力画像（評価チャート）を出力可能にすることができる。出力画像のパターン（評価チャート）としては、例えば別の先願（特開平１０−６２７０５『評価チャート及び画像記録装置』）に示すパターンを用意しておけばよい。
すなわち、光走査装置２０はＮ本の光ビームを射出して感光体ドラム１６上を走査する場合、例えば、図１３に示されるような評価チャートを用いるとしてもよい。
図１３では、第１の光ビームと第２の光ビームとで感光体ドラム１６上に主走査方向にそれぞれ形成される２ドットラインが光源装置１８からの光ビームの本数Ｎの整数倍の周期で副走査方向に繰り返すパターンＡ１と、第２の光ビームと第３の光ビームとで感光体ドラム１６上に主走査方向にそれぞれ形成される２ドットラインが光源装置１８からの光ビームの本数Ｎの整数倍の周期で副走査方向に繰り返すパターンＡ２と、・・・第Ｎの光ビームと第１の光ビームとで感光体ドラム１６上に主走査方向にそれぞれ形成される２ドットラインが光源装置１８からの光ビームの本数Ｎの整数倍の周期で副走査方向に繰り返すパターンＡＮとを複数個それぞれ主走査方向に隣接して並設して構成された評価チャートが示されている。
画像形成装置のオペレータは、評価チャートを目視して、ビームピッチのずれを検出する。
このように、オペレータが出力画像によりその画像品質を確認する構成とすることで、光走査装置におけるビームスポット配列の変動が出力画像に及ぼす影響のみならず、現像／転写／定着などの工程が出力画像に及ぼす影響を含めて、出力画像の劣化を補正することが可能となる。
さらにビームスポット配列検出手段（ビーム位置検出回路）および制御手段（ビーム間隔演算回路）の一方あるいは両方を省略することも可能となり、光走査装置の低コスト化を図ることができる。
【００８２】
また、デジタルカラー複写機、カラープリンタ等の画像出力装置においては、図１４に示されているように、各色（例えば、ブラック：Ｋ、シアン：Ｃ、マゼンタ：Ｍ、イエロー：Ｙ）に対応する感光手段（例えば感光体ドラム１６Ｋ、１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｙ）を、画像記録媒体（例えば紙）の搬送方向に直列に配列したタンデム方式が採用されることが多い。
画像形成装置が、このような各色に対応する感光体ドラムを有する構成により、１感光体ドラム型の画像出力装置の場合（４色に対応して４回の書込が必要）と比較して、４倍の出力画像を得ることが可能となる。
【００８３】
各色に対応する光走査装置を２０Ｋ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｙと呼ぶことにする。すべての光走査装置２０Ｋ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｙから出射されるビームの本数が各々１本の場合には、この光走査装置を適用した画像出力装置によりフルカラー（４色）画像を得ることができる。
それに対し、４つの光走査装置の少なくとも一つ（例えばブラックに対応する光走査装置２０Ｋ）を本発明の一実施形態における構成の４ビーム光走査装置とし、この４ビーム光走査装置のみで光走査を行うことにより、１本のビームで走査する場合と比較して４倍の高密度化が可能となる。
また、記録媒体の搬送速度（及びプロセス速度）を４倍に変更すれば、画像出力枚数を４倍に増加することが可能となる。またフルカラー画像時においても、文字画像についてはブラックにて書き込むことが多く高解像度も要求されることが多いため、上記の４ビーム光走査装置２０Ｋ（ブラック）に付加して、他の光走査装置（２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｙ；１ビーム）も同時に書き込むことにより、文字／写真／線画イメージ等が混在した画像においても、より高品位な出力画像を得ることが可能となる。
【００８４】
［光走査装置の適用例（２）］
以下、本発明の一実施形態における光走査装置の第２の適用例について説明する。
図１６は、本発明の一実施形態における分割走査型の画像形成装置を示す図である。
図１６に示されるように、走査光学系（光走査装置２０）を主走査方向に並列して配備し、有効書き込み幅を分割して走査している。このように走査光学系を並列して配備することにより、有効書き込み幅を大きくできる。また、同じ有効書き込み幅であれば、光学素子、偏向器を小型化でき、メカ公差や温度変動によるビームウエスト位置変動が小さくなり、波面収差が低減できる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態によれば、光源からの複数の光ビームを光スポットとして被走査面１６上を主走査方向に走査する光走査装置２０は、複数の光ビームを出射する光源装置１８と、光源装置１８の複数の光源から出射される光ビームに対応して、各光ビームを独立に偏向するための複数の液晶偏向素子４０と、複数のビームを一括して偏向し被走査面上を走査させるポリゴンミラー１４と、被走査面１６における複数の光スポット配列の位置を検知するビーム位置検出回路と、その検出結果から当該光スポットの所定位置との差を求めるビーム間隔演算回路と、その演算結果に基づきビーム偏向手段を駆動／制御するためのビーム偏向素子駆動回路とを有する。従って、被走査面１６でのビームスポット配列（ビームピッチ）の環境変動又は経時によるビームスポット配列の変動を補正（フィードバック調整）することが可能となる。
【００８６】
また、本実施形態によれば、電気信号にて駆動される液晶偏向素子４０により、光ビームを偏向させる。従って、可動部なく、また低消費電力にて被走査面でのビームスポット配列が調整可能となる。
【００８７】
また、本実施形態によれば、液晶偏向素子４０をオフセット電圧０の方形パルスで駆動し、パルスの振幅値の変化によりビームを偏向させるので被走査面１６でのビームスポット配列の調整を簡便な回路にて行うことができる。
【００８８】
また、本実施形態によれば、液晶偏向素子４０は、オフセット電圧０の方形パルスで駆動され、パルスのデューティ比と振幅値の変化によりビームを偏向させるので、高分解能にビームスポット配列の調整を行うことができる。
【００８９】
また、本実施形態によれば、光ビーム検出手段１９は、光スポットが走査時に入射するセンサの辺縁が直線状をなし、互いの辺縁の距離が副走査方向で異なる、少なくとも２つの光センサを主走査方向に配備している。従って、一回の走査で各光スポットの相対位置（ピッチ）を独立に検出することが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態によれば、光ビーム検出手段１９は、光スポットが走査時に入射および出射するセンサの辺縁が直線状をなし、互いの辺縁が角度を持つ光センサを配備している。従って、各光スポットの位置検出を簡便な回路にて行うことが可能となる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、光ビーム検出手段１９として光スポットの走査経路に配備した電荷結合素子を用いる。従って、光スポット位置検出における動作環境変動の影響を小さくすることができる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、光ビーム検出手段１９として１次元配列の電荷結合素子を用いる。従って、簡便に光スポット位置を検出することができる。
【００９３】
また、本実施形態によれば、光ビーム検出手段１９として２次元配列の電荷結合素子を用いる。従って、光スポット位置の検出だけでなく光スポット形状の検査も行うことができる。
【００９４】
また、本実施形態によれば、光スポット配列の位置を検知する際に、ポリゴンミラー１４の同一面で走査される時のみ光スポットの位置を検知することにより、ポリゴンミラー１４の各面の違いによる検知のバラツキを小さくすることができる。
【００９５】
光スポット配列の位置を検知する際にポリゴンミラー１４の特定の面で走査される時のみ光スポットの位置を検知することにより、検知バラツキをさらに小さくできる。
【００９６】
また、本実施形態によれば、光スポット間隔として２ビーム間の光スポット位置の差をとることにより、２ビーム間のピッチを精度良く求めることができる。
【００９７】
また、本実施形態によれば、光走査装置２０を、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の光走査装置として使用する。従って、複数の光ビームを同時に走査することが可能となるため、プリント速度の高速化、高密度化、および高品位化を図ることが可能となる。また、シングルビーム光源装置と同じプリント速度および走査密度を達成するには、ポリゴンスキャナの回転数を低減することが可能となるため、消費電力の低減や振動、騒音、および熱発生の低減に繋がり、環境に対する負荷を低減することが可能となる。
【００９８】
また、本実施形態によれば、光走査装置２０を、電子写真プロセスを用いたタンデム式の多色画像出力装置（画像形成装置）の光走査装置として使用する。従って、単色及び多色の出力画像の高密度化、高速度化、及び出力画像の高品位化を図ることができる。
【００９９】
また、本実施形態によれば、光走査装置２０を主走査方向に直列に配置して画像形成装置を構成したため、出力画像の色ずれが少なく、繋ぎ目での画像劣化が少ない画像形成装置を提供できる。
【０１００】
なお、上記の実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能となる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被走査面でのビームスポット配列の環境変動又は経時によるビームスポット配列の変動を、可動部なく、また低消費電力にて補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における液晶偏向素子の駆動パルスを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における液晶偏向素子の偏向特性を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態における被走査面（感光体ドラム）上のビームスポット配列を示す図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態における「ビーム合成プリズム」を用いて４ビームを合成した４ビーム光源装置の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態における光ビーム検出手段およびビーム位置検出回路の第１の例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態において、光ビーム検出手段として第１の例を用いた場合のビーム位置検出のタイミングチャートである。
【図８】本発明の一実施形態において、光ビーム検出手段として第１の例を用いた場合のビーム間隔演算回路およびビーム位置検出回路を示す図である。
【図９】（ａ）は、本発明の一実施形態における光ビーム検出手段の第２の例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態において、光ビーム検出手段として第２の例を用いた場合のビーム位置検出回路により出力されたビーム位置検出信号を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態における光ビーム検出手段の第３の例を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態における光ビーム検出手段の第４の例を示す図である。
【図１２】（ａ）は、本発明の一実施形態における液晶偏向素子の構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態における液晶偏向素子による光ビームの偏向を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態における評価チャートを示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態における光走査装置の第１の適用例を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態における発光制御回路における入力信号および出力信号のタイミングチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態における光走査装置の第２の適用例を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態における同一ポリゴン面でＬＤを発光させるための発光制御回路を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態における特定ポリゴン面でＬＤを発光させるための発光制御回路を示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態におけるステートマシンの状態遷移を示す図である。
【符号の説明】
１１、１１ａ〜１１ｄ半導体レーザアレイ（ＬＤアレイ）
１２、１２ａ〜１２ｄカップリングレンズ
１３シリンドリカルレンズ
１４ポリゴンミラー（偏向器）
１５走査光学系
１６、１６Ｋ、１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｙ感光体ドラム（被走査面）
１８光源装置
１９光ビーム検出手段（同期検知板；同期検知センサ）
２０、２０Ｋ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｙ光走査装置
４０、４０ａ、４０ｂ液晶偏向素子
５１ラインカウンタ
５２Ｄ−ｔｙｐｅフリップフロップ
５３ＡＮＤゲート
５４、６４ＯＲゲート
５５、５６ＮＯＴゲート
６０回路
６１ステートマシン
６２ＰＭＳカウンタ
６３ＰＭＮカウンタ
ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳａ〜ＢＳｄ被走査面におけるビームスポット
ＰＤ１、ＰＤ２フォトダイオード
ＰＹ、ＰＺ２つのビームスポットの間隔
ＰＺＢＳａ〜ＰＺＢＳｄビームスポットの副走査方向の位置
Ｓ０〜Ｓ２状態
ＴＢＳａ〜ＴＢＳｄ時間間隔
ｖビームスポット速度

Claims

光源からの複数の光ビームを光スポットとして被走査媒体上の被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
前記複数の光ビームを出射する光源手段と、
前記光源手段から出射される前記複数の光ビームをそれぞれ独立に偏向する電気信号にて駆動される液晶素子によるビーム偏向手段と、
前記ビーム偏向手段により偏向された前記複数のビームが入射し、前記複数のビームを一括して偏向し、前記被走査面上を走査させるポリゴンミラーによる走査手段と、
前記被走査面における複数の光スポット配列の位置を検知する光スポット位置検知手段と、
前記光スポット位置検知手段による検知結果と前記光スポットの所定位置との差を求める光スポット間隔演算手段と、
前記光スポット間隔演算手段による演算結果に基づいて、前記ビーム偏向手段を駆動／制御するための駆動手段と、を有し、
前記ビーム偏向手段の前記液晶素子は、オフセット電圧０の方形パルスを用いて、該方形パルスの実効値電圧に対して偏向角が線形に変化する領域を用いて駆動され、
前記光スポット位置検知手段は、主走査方向に配備される少なくとも２つの光センサを備え、光スポットが走査時に入射する前記光センサの辺縁がそれぞれ直線状をなし、前記少なくとも２つの光センサの互いの辺縁の距離が副走査方向で異なることを特徴とする光走査装置。
前記ビーム偏向手段は、
前記方形パルスの振幅値の変化によりビームを偏向させる液晶素子であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
前記ビーム偏向手段は、
前記方形パルスのデューティ比の変化によりビームを偏向させることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
前記光スポット間隔演算手段は、
２ビーム間の光スポット位置の差をとることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査装置を有し、前記光走査装置が前記被走査面を走査することを特徴とする画像形成装置。
１つの被走査媒体に対し、請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査装置を複数主走査方向に直列に配置したことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
請求項５記載の画像形成装置を複数、画像記録媒体の搬送方向に直列に配列することを特徴とする画像形成システム。