JP4554463B2 - 露光装置、画像形成装置、および露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームプリンタ、複写機等に搭載される露光装置、画像形成装置、および露光方法に関するものであり、特に、反射面によりビームを偏向して走査を行う露光装置に関する。

従来、図８に示すような構成を備えた露光装置が知られている。図８は、従来型の露光装置の概略図である。図８の露光装置８０は、単一（つまり１本）のビームを射出する光源８１、コリメータレンズ８２、シリンドリカルレンズ８３、ポリゴンミラー８４、Ｆθレンズ８５、および、ミラー８６を備えている。ポリゴンミラー８４は、複数の連続した反射面を備えている。より詳しくは、ポリゴンミラー８４は、各側面が反射面となっている多角柱形状をしており、回転軸を中心に、図中の矢印Ａ方向に回転するミラーである。なお、以下では、Ｆθレンズ８５とミラー８６とからなる光学系を走査光学系と称する。

光源１から射出されたビームは、まず、コリメータレンズ８２によって平行光にされる。平行光となったビームは、シリンドリカルレンズ８３によって、ポリゴンミラー８４の回転軸方向におけるビーム径が小さくされる。ポリゴンミラー８４の回転軸方向におけるビーム径が小さくなったビームは、次に、ポリゴンミラー８４によって反射される。そして、ポリゴンミラー８４によって反射されたビームは、さらに、Ｆθレンズ８５により集光された後、ミラー８６によって反射される。そして、ミラー８６によって反射されたビームは、露光対象である感光体ドラム８７の表面上に照射される。

このようにして感光体ドラム８７の表面上に照射されたビームは、ポリゴンミラー８４の、図中の矢印Ａ方向への回転に伴って、図中の矢印Ｂ方向（以下、主走査方向と称する）に感光体ドラム８７の表面上を走査する。

また、ポリゴンミラー８４の回転に伴い、感光体ドラム８７も、図中の矢印Ｃ方向に回転する。したがって、感光体ドラム８７の回転によって、ミラー８６によって反射されたビームによる、感光体ドラム８７の表面上における、図中の矢印Ｄ方向（以下、副走査方向と称する）に関する走査が行われる。

また、ポリゴンミラー８４の一つの反射面によるビームの反射が行われると、該反射面に隣接した反射面によるビームの反射が行われる。この場合、各反射面により反射されたビームによる、上記主走査方向に関する感光体ドラム８７の表面上の走査開始位置は、互いに同じ位置となる。

このようにポリゴンミラー８４を用いることにより、シリンドリカルレンズ８３から射出したビームを、ポリゴンミラー８４の各反射面にて同様に反射できると共に、該ビームを上記複数の反射面によって連続して反射することができる。

したがって、反射面を１つしか備えない構成よりも、ポリゴンミラー８４を備える構成の方が、通常は、高速な露光（走査）を行うことができる。

また、近年、ポリゴンミラーを用いる代わりに、単一の反射面を備えた反射鏡を用い、かつ、高速に露光（走査）可能な方式も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式では、反射面は単一であるものの、走査光学系を複数配置している。そして、この方式においては、上記反射面により反射されたビームは、反射面の回転に伴って、それぞれの走査光学系に入射する。
特開平１１−２４９０４２号公報（１９９９年９月１７日公開）

しかしながら、上記従来の構成では、以下のような問題を生じる。

すなわち、図８の構成では、ポリゴンミラー８４は、上述したように、各側面が反射面となっている多角柱形状をしており、回転軸を中心に、図中矢印Ａ方向に回転する。この回転軸と反射面とがなす角度、回転軸方向における反射面の長さ、反射面の反射率などが、複数の反射面で互いに異なると、感光体ドラム８７上に形成されるビームスポットに関し、位置ずれや光量の変動が生じる。したがって、上記位置ずれや光量の変動を防ぐためには、ポリゴンミラー８４を非常に高い加工精度で製造する必要がある。このため、ポリゴンミラー８４の製造コストが高額となっていた。

また、回転軸と反射面とがなす角度が反射面ごとに異なることにより生じる不具合を低減するために、ポリゴンミラーの回転軸方向におけるビーム径を小さくする必要があった。したがって、シリンドリカルレンズ８３を用いることが必須であった。

一方、ポリゴンミラー８４の代わりに、単一の反射面を備えた反射鏡を用いれば、このような問題は生じない。しかし、反射面の回転速度を従来型の露光装置と同一とすると、例えば反射面の数が６面である従来型のポリゴンミラーに比較して、走査速度（単位時間あたりに走査される画像領域の、副走査方向における長さ）は、１／６に低下する。走査速度も同じとするには、反射面の回転速度を従来の６倍にする必要がある。ところが、現状でも、反射面は数万ｒｐｍと十分に高速回転しており、これ以上の高速化は困難である。

この点、特許文献１の方式によれば、例えば、６個の走査光学系を配置することにより、反射面の回転速度が、反射面の数が６面であるポリゴンミラーと同じであっても、走査速度は同一とすることができる。

しかしながら、特許文献１の方式では、走査光学系を複数備える必要がある。また、走査光学系の数だけ感光体ドラムが必要になる。さらに、全ての走査光学系を印刷紙が通過するための搬送系も別途必要になる。このため、装置の製造コストが増加し、装置サイズも増大するという問題が生じる。さらに、複数の走査光学系があるということは、各走査光学系間で、感光体ドラムの表面上に形成されるビームスポットの位置ズレが当然、発生する。このため、各部品の精度や組立て精度を高精度にする必要があり、単一の反射面としたメリットが損なわれる。よって、特許文献１の方式では、十分な解決策になっていなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現できる露光装置、画像形成装置および露光方法を提供することにある。

本発明に係る露光装置は、上記課題を解決するために、ビームを射出するビーム射出手段と、該ビーム射出手段から射出されたビームを回転可能な反射面によって偏向する偏向手段とを備え、上記反射面の回転に伴い、偏向後のビームを感光材の表面上に走査させて該感光材の表面を露光する露光装置において、上記偏向手段は、上記反射面として単一の反射面を備え、上記単一の反射面により偏向された後の上記複数本のビームを上記感光材の表面上の異なる位置に照射することを特徴としている。

上記の構成によれば、偏向手段が有する反射面は、単一の反射面である。それゆえ、偏向手段自体が、ポリゴンミラーよりも簡易な構成となっている。また、反射面が１つしかないので、反射面と反射面の回転軸とがなす角度が反射面ごとに異なる、ということはない。このため、反射面と反射面の回転軸とがなす角度の反射面毎の差異による不具合を低減するための、シリンドリカルレンズを設ける必要がない。以上の理由から、ポリゴンミラーによりビームを偏向する構成よりも、装置構成を簡略化できる。

さらに、上記反射面により偏向された複数本のビームを感光材の表面上の異なる位置に照射するので、感光材の表面上を、複数本のビームによって同時に走査できる。このため、ポリゴンミラーによりビームを偏向する構成に劣らない走査速度を実現できる。

したがって、上記の構成によれば、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現できる露光装置を提供できる。

本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記感光材は、回転可能な感光体ドラムであり、上記感光体ドラムの周長をＬと、上記感光体ドラムの単位時間あたりの回転数をｂと、上記反射面の回転に伴い、偏向後のビームが上記感光体ドラムの表面を走査する際の走査方向を主走査方向と、上記感光体ドラムの回転方向とは逆の方向を副走査方向と、主走査方向への１回の走査によって上記感光体ドラムの表面上に形成される画像領域の副走査方向長さをｄ_１とすると、上記反射面の上記単位時間あたりの回転数ａは、Ｌとｄ_１との単位を同一とした場合、
ａ＜Ｌ×ｂ／ｄ_１
で示される構成であってもよい。

上記の構成によれば、偏向手段の単一の反射面が１回転するために要する時間は、感光体ドラムの表面が、上記長さｄ_１の分だけ回転するために要する時間よりも長くなる。それゆえ、主走査方向への１回の走査によって感光体ドラムの表面上に形成される画像領域と、主走査方向への次の１回の走査によって感光体ドラムの表面上に形成される画像領域との間に、重複部分は生じない。すなわち、感光体ドラムの表面上の同じ領域が続けて露光されることはない。したがって、感光体ドラムの表面上に形成される静電潜像の品位低下を防止できる。

本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記複数本のビームがそれぞれ主走査方向に沿って感光体ドラムの表面上に形成する像であって、隣り合う像についての、感光体ドラムの表面に沿った副走査方向の間隔は一定であり、該間隔をｄ_２とすると、上記回転数ａは、ｄ_１とｄ_２との単位を同一とした場合、
ａ＝Ｌ×ｂ／（ｄ_１＋ｄ_２）
で示される構成であってもよい。

上記の構成によれば、複数本のビームが主走査方向に沿って感光体ドラムの表面上に形成する像であって、隣り合う像についての、感光体ドラムの表面に沿った副走査方向の間隔は一定値ｄ_２であり、かつ、主走査方向への１回の走査によって感光体ドラムの表面上に形成される画像領域と、主走査方向への次の１回の走査によって感光体ドラムの表面上に形成される画像領域との間の間隔は、上記ｄ_２に等しくなる。それゆえ、主走査方向に沿って感光体ドラムの表面上に形成される像の全てについて、感光体ドラムの表面に沿った副走査方向の間隔が一定となる。それゆえ、感光体ドラムの回転による副走査方向への走査を、常に一定間隔で行うことができる。したがって、ムラのない高品位な静電潜像を、感光体ドラムの表面上に形成できる。

本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記ビーム射出手段からの複数本のビームの出力をオンにするかオフにするかを切り換える出力制御手段をさらに備え、上記出力制御手段は、上記複数本のビームの光路上に上記偏向手段の反射面がない期間は、上記ビーム射出手段からのビームの出力をオフにする構成であってもよい。

ビームの光路上に偏向手段の反射面がない間は、ビーム射出手段からのビームの出力をオフにすることにより、反射面以外の部分によってビームが反射されることを防止できる。それゆえ、反射面以外の部分によって反射されたビームが感光材の表面上に照射されることはなくなる。したがって、感光材の表面上に不要なビームが入射することによる、静電潜像の品位低下を防止できる。

本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記偏向手段の反射面以外の部分であって、反射面の回転に伴って上記複数本のビームが入射する部分は、該ビームの反射を防止する表面処理がなされていてもよい。

上記の構成によれば、偏向手段の反射面以外の部分であって、反射面の回転に伴って上記複数本のビームが入射する部分は、該ビームの反射を防止する表面処理がなされていることにより、反射面以外の部分によってビームが反射されることを防止できる。それゆえ、反射面以外の部分によって反射されたビームが感光材の表面上に照射されることはなくなる。したがって、感光材の表面上に不要なビームが入射することによる、静電潜像の品位低下を防止できる。

本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記ビーム射出手段は、単一のビームを射出する光源と、上記光源から射出された単一のビームを上記複数本のビームに分割する分割手段とを備えていてもよい。

上記の構成によれば、光源から射出された単一のビームを分割手段によって分割することにより、複数本のビームを得ることができる。

また、本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記ビーム射出手段は、複数の発光部を備え、各発光部が単一のビームを射出する構成であってもよい。

上記の構成によれば、ビーム射出手段が複数の発光部を備え、各発光部が単一のビームを射出することにより、複数本のビームを簡単な構成によって得ることができる。

また、本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記分割手段は、複数の光変調素子を備え、全ての光変調素子が、上記光源から射出された単一のビームを反射することにより、上記複数本のビームに分割するものであって、上記各光変調素子は、上記光源から射出された単一のビームを反射させるか、透過させるかを切り換える構成であってもよい。

上記の構成によれば、全ての光変調素子が、光源から射出された単一のビームを反射させるか、透過させるかを切り換えるので、ビーム射出手段からのビームの出力をオンにするかオフにするかを、ビーム毎に切り換えることができる。

また、本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記ビーム射出手段は、上記分割手段により分割された上記複数本のビームを集光する集光手段を備えると共に、上記集光手段で集光されたビーム毎に、自素子に入射するビームを反射させるか、透過させるかを切り換える光変調素子を個別に備えており、上記反射または透過したビームが上記反射面によって偏向される構成であってもよい。

上記の構成によれば、上記ビーム射出手段は、上記分割手段により分割された上記複数本のビームを集光する集光手段を備えると共に、上記集光手段で集光されたビーム毎に、自素子に入射するビームを反射させるか、透過させるかを切り換える光変調素子を個別に備えているので、ビーム射出手段からのビームの出力をオンにするかオフにするかを、ビーム毎に切り換えることができる。また、集光手段によって集光されることによりビーム径が小さくなったビームを光変調素子に照射するので、小さくなったビーム径に応じて、光変調素子を小型化できる。光変調素子を小型化することにより、ビームを反射させるか、透過させるかの切り換えがより高速となるので、各ビームの出力をオンにするかオフにするかの切り換えを、より高速に行うことができる。

また、本発明に係る露光装置は、上記の露光装置において、上記分割手段は回折格子であってもよい。

分割手段として回折格子を用いることにより、複数本のビームを簡単な構成によって得ることができる。

本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記した露光装置を備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記した露光装置を備えていることにより、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現できる露光装置を備えた、画像形成装置を実現できる。

本発明に係る露光方法は、上記課題を解決するために、ビームを射出するビーム射出ステップと、射出したビームを回転可能な反射面によって偏向する偏向ステップとを有し、上記反射面の回転に伴い、偏向後のビームを感光材の表面上に走査させて該感光材を露光する露光方法において、上記ビーム射出ステップでは、複数本のビームを同時に射出し、上記偏向ステップでは、上記複数本のビームを、単一の反射面により同時に偏向することを特徴としている。

上記の方法によれば、偏向手段が有する反射面は、単一の反射面である。それゆえ、偏向手段自体が、ポリゴンミラーよりも簡易な構成となっている。また、反射面が１つしかないので、反射面と反射面の回転軸とがなす角度が反射面ごとに異なる、ということはない。このため、反射面と反射面の回転軸とがなす角度の反射面毎の差異による不具合を低減するための、シリンドリカルレンズを設ける必要がない。以上の理由から、ポリゴンミラーによりビームを偏向する構成よりも、装置構成を簡略化できる。

さらに、複数本のビームを感光材の表面上の異なる位置に照射するので、感光材の表面上を、複数本のビームによって同時に走査できる。このため、ポリゴンミラーによりビームを偏向する構成に劣らない走査速度を実現できる。

したがって、上記の構成によれば、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現できる露光方法を提供できる。

本発明に係る露光装置は、以上のように、上記偏向手段は、上記反射面として単一の反射面を備え、上記単一の反射面により偏向された後の上記複数本のビームを上記感光材の表面上の異なる位置に照射するので、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現できる露光装置を提供できる。

また、本発明に係る画像形成装置は、以上のように、本発明に係る露光装置を備えているので、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現できる露光装置を備えた、画像形成装置を実現できる。

また、本発明に係る露光方法は、以上のように、上記ビーム射出ステップでは、複数本のビームを同時に射出し、上記偏向ステップでは、上記複数本のビームを、単一の反射面により同時に偏向するので、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現可能な露光方法を提供できる。

本発明の一実施形態について図１ないし図７に基づいて説明すると、以下の通りである。

まず、本実施の形態の露光装置を備えた画像形成装置について、図１に基づいて説明する。図１は、本実施の形態の露光装置を備えた画像形成装置の概略図である。

画像形成装置１は、露光装置（光走査装置）２および感光体ドラム３を備えている。露光装置２は、マルチビーム光源装置（ビーム射出手段）１１、コリメータレンズ１２、偏向ミラー（偏向手段）１３、Ｆθレンズ１４、ミラー１５、および制御部（回転制御部、出力制御部）１６を備えている。

マルチビーム光源装置１１は、同時に６本のビームを射出する装置である。なお、マルチビーム光源装置１１の具体的な構成については、後述する。コリメータレンズ１２は、マルチビーム光源装置１１から射出された各ビームを平行光にするレンズである。

偏向ミラー１３は、図中の矢印Ａ方向に回転可能な単一の反射面１３ｓを備えており、コリメータレンズ１２によって平行化された各ビームを、この反射面１３ｓによって同時に偏向するものである。Ｆθレンズ１４は、偏向ミラー１３により偏向された各ビームを集光するためのレンズである。ミラー１５は、Ｆθレンズ１４により集光された各ビームを、露光対象である感光体ドラム３の表面上に照射させるための鏡である。

感光体ドラム３は、表面に感光材料が塗布された、円筒形状の部材である。この感光体ドラム３は、円形の各底部の中心を通る線を回転軸として、図中Ｃ方向に回転可能に構成されている。また、感光体ドラム３は、図示しない帯電器により帯電されている。

制御部１６は、反射面１３ｓの回転と、感光体ドラム３の回転とを制御する部材である。また、制御部１６は、図示しないセンサが検出した反射面１３ｓの回転角度に基づいて、マルチビーム光源装置１１からの出力をオンにするかオフにするかを制御する部材である。

マルチビーム光源装置１１から射出された６本のビームは、まず、コリメータレンズ１２によって平行光にされる。平行光となった各ビームは、次に、偏向ミラー１３によって反射される。

偏向ミラー１３によって反射された各ビームは、Ｆθレンズ１４によって集光される。その後、各ビームは、ミラー１５によって反射され、感光体ドラム３の表面上の異なる位置（より具体的には、後述する副走査方向において互いに異なる位置）に、６つのビームスポットを形成する。

感光体ドラム３の表面上に照射された６本のビームは、偏向ミラー１３の反射面１３ｓの回転に伴って、図中の矢印Ｂ方向（以下、主走査方向と称する）に向かって、感光体ドラム７の表面上を走査する。

また、反射面１３ｓの回転に伴い、感光体ドラム３も、図中の矢印Ｃ方向に回転する。したがって、感光体ドラム３の回転によって、反射面１３ｓによって反射されたビームによる、感光体ドラム３の表面上における、図中の矢印Ｄ方向（以下、副走査方向と称する）に関する走査が行われる。

このような、反射面１３ｓの回転による主走査方向への走査と、感光体ドラム３の回転による副走査方向への走査とによって、露光された感光体ドラム３の表面上には、静電潜像が形成される。

このようにして形成された静電潜像は、図示しない現像装置によって顕像化された後、図示しない転写器によって、紙などの記録材に転写される。

本実施の形態の露光装置２では、同時に照射される６本のビームがそれぞれ主走査方向に沿って感光体ドラム３の表面上に形成する像であって、隣り合う像についての、感光体ドラム３の表面に沿った副走査方向の間隔は、一定となっている。また、この間隔をｄ_２（ｍｍ）と、感光体ドラム３の周長をＬ（ｍｍ）と、感光体ドラム３の１分あたりの回転数をｂ（ｒｐｍ）と、主走査方向への１回の走査によって感光体ドラム３の表面上に形成される画像領域の副走査方向長さをｄ_１（ｍｍ）とすると、反射面１３ｓの１分あたりの回転数ａ（ｒｐｍ）は、以下の式（１）で示される関係を満たすように、制御部１６によって制御されている。

ａ＝Ｌ×ｂ／（ｄ_１＋ｄ_２） … （１）
上記式（１）で示される関係が満たされているとき、反射面１３ｓが１回転するために要する時間１／ａ（分）は、以下の式（２）で示される。

１／ａ＝（ｄ_１＋ｄ_２）／Ｌ×ｂ … （２）
ここで、Ｌ×ｂは、感光体ドラム３の表面の回転速度を示している。よって、上記式（２）からは、（反射面１３ｓが１回転するために要する時間）＝（感光体ドラム３の表面が上記長さｄ_１に上記間隔ｄ_２を加えた長さの分だけ回転するために要する時間）という関係が導かれる。よって、反射面１３ｓが１回転する期間に、感光体ドラム３の表面は、上記長さｄ_１に上記間隔ｄ_２を加えた長さの分だけ回転するということが分かる。このとき、主走査方向への１回の走査によって感光体ドラム３の表面上に形成される画像領域と、主走査方向への次の１回の走査によって感光体ドラム３の表面上に形成される画像領域との間の間隔は、上記ｄ_２に等しくなる。したがって、主走査方向に沿って感光体ドラム３の表面上に形成される像の全てについて、感光体ドラム３の表面に沿った副走査方向の間隔が一定となる。

このように、同時に照射される６本のビームがそれぞれ主走査方向に沿って感光体ドラム３上に形成する像であって、隣り合う像についての、感光体ドラム３の表面に沿った副走査方向の間隔が一定であり、かつ、制御部１６が、上記式（１）の関係を満足するように、反射面１３ｓの１分あたりの回転数ａを制御することにより、主走査方向に沿って感光体ドラム３の表面上に形成される像の全てについて、感光体ドラム３の表面に沿った副走査方向の間隔が一定となる。それゆえ、感光体ドラム３の回転による副走査方向への走査を、常に一定間隔で行うことができる。したがって、ムラのない高品位な静電潜像を、感光体ドラム３の表面上に形成できる。

本実施の形態においては、反射面の数が６面であるポリゴンミラーを用いる構成と同一の走査速度（単位時間あたりに走査される画像領域の、副走査方向における長さ）を確保すべく、マルチビーム光源装置１１から射出されるビームの数が６本の場合について記載している。しかしながら、射出されるビームの数は、６本に限られない。ビームの数が多くなるほど、反射面１３ｓが１回転する間に走査される画像領域の、副走査方向における長さは増加するので、より高速な走査を行うことができる。

また、本実施の形態においては、制御部１６は、上記式（１）で示される関係を満たすように、反射面１３ｓの１分あたりの回転数ａを制御している。しかしながら、制御部１６は、以下の式（３）で示される関係を満たすように、上記回転数ａを制御してもよい。

ａ＜Ｌ×ｂ／ｄ_１ … （３）
上記式（３）で示される関係が満たされているとき、反射面１３ｓが１回転するために要する時間１／ａ（分）は、以下の式（４）で示される。

１／ａ＞ｄ_１／Ｌ×ｂ … （４）
上述したように、Ｌ×ｂは、感光体ドラム３の表面の回転速度を示している。よって、上記式（４）からは、（反射面１３ｓが１回転するために要する時間）＞（感光体ドラム３の表面が上記長さｄ_１の分だけ回転するために要する時間）という関係が導かれる。このとき、主走査方向への１回の走査によって感光体ドラム３の表面上に形成される画像領域と、主走査方向への次の１回の走査によって感光体ドラム３の表面上に形成される画像領域との間に、重複部分は生じない。すなわち、感光体ドラム３の表面上の同じ領域が続けて露光されることはない。したがって、感光体ドラム３の表面上に形成される静電潜像の品位低下を防止できる。

また、本実施の形態においては、図１に示すように、６本のビームが主走査方向に沿って感光体ドラムの表面上に形成する像は、副走査方向において互いに等間隔に並んでいる。この構成によれば、感光体ドラム３の表面上に形成される静電潜像に生じるムラが少なくなるという利点がある。しかしながら、６本のビームが主走査方向に沿って感光体ドラムの表面上に形成する像は、必ずしも、副走査方向において互いに等間隔に並んでいる必要はない。

また、上記の説明では感光材として感光体ドラムを用いたが、感光材はこれに限らず、例えば印画紙であってもよい。印画紙を用いる場合は、印画紙を搬送するための搬送系を別途設けることになる。このとき、同時に照射される６本のビームがそれぞれ印画紙の表面上に形成する像であって、隣り合う像についての、印画紙の搬送方向における間隔は一定とすることが好ましい。また、一定としたこの間隔をｄ_４（ｍｍ）と、印画紙の搬送速度をｖ（ｍｍ／分）と、印画紙の表面上に照射された６本のビームが１回の走査によって印画紙の表面上に形成する画像領域の、印画紙の搬送方向長さをｄ_３（ｍｍ）とするとき、制御部１６は、以下の式（５）で示される関係を満たすように、反射面１３ｓの１分あたりの回転数ａを制御することが好ましい。

ａ＝ｖ／（ｄ_３＋ｄ_４） … （５）
上記式（５）で示される関係が満たされているとき、反射面１３ｓが１回転するために要する時間１／ａ（分）は、以下の式（６）で示される。

１／ａ＝（ｄ_３＋ｄ_４）／ｖ … （６）
上記式（６）は、（反射面１３ｓが１回転するために要する時間）＝（印画紙が上記長さｄ_３に上記間隔ｄ_４を加えた長さの分だけ搬送されるために要する時間）という関係を示している。よって、反射面１３ｓが１回転する期間に、印画紙は、上記長さｄ_３に上記間隔ｄ_４を加えた長さの分だけ搬送されるということが分かる。このとき、６本のビームが１回の走査によって印画紙の表面上に形成する画像領域と、６本のビームが次の１回の走査によって印画紙の表面上に形成する画像領域との間の間隔は、上記ｄ_４に等しくなる。それゆえ、印画紙の表面上に形成される像の全てについて、印画紙の搬送方向における間隔が一定となるので、印画紙の搬送による走査を、常に一定間隔で行うことができる。したがって、ムラのない高品位な静電潜像を、印画紙の表面上に形成できる。

また、感光材として印画紙を用いる場合、制御部１６は、以下の式（７）で示される関係を満たすように、上記回転数ａを制御してもよい。

ａ＜ｖ／ｄ_３ … （７）
上記式（７）で示される関係が満たされているとき、反射面１３ｓが１回転するために要する時間１／ａ（分）は、以下の式（８）で示される。

１／ａ＞ｄ_３／ｖ … （８）
上記式（８）は、（反射面１３ｓが１回転するために要する時間）＞（印画紙が上記長さｄ_３の分だけ搬送されるために要する時間）という関係を示している。このとき、６本のビームが１回の走査によって印画紙の表面上に形成する画像領域と、６本のビームが次の１回の走査によって印画紙の表面上に形成する画像領域との間に、重複部分は生じない。すなわち、印画紙の表面上の同じ領域が続けて露光されることはない。したがって、印画紙の表面上に形成される静電潜像の品位低下を防止できる。

上記の説明では、露光装置２の制御部１６が反射面１３ｓの１分あたりの回転数ａを制御するとしたが、これに代えて、またはこれと共に、画像形成装置１の図示しない制御部が、感光体ドラム３の１分あたりの回転数ｂまたは印画紙の搬送速度ｖを制御してもよい。

なお、上記の説明で用いた各単位は例示であり、同種の量に同じ単位を用いる限り、上記と異なる単位を用いてもよい。

次に、マルチビーム光源装置１１について、図２〜図７を用いて説明する。なお、同一の機能を有する部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

図２は、マルチビーム光源装置１１の一構成例を示す概略図である。図２に示すマルチビーム光源装置１１は、光源２１と、光変調素子アレイ２４とを備えている。

光源２１は、単一の光ビームを射出する部材である。

光変調素子アレイ２４は、図３に示すように、８個の光変調素子３０を備えている。この光変調素子３０は、それぞれ、光源２１から射出された単一のビームを反射させるか透過させるかを、自身に印加される電圧に応じて切り換える光変調素子である。

図３では、各光変調素子３０は、自身に電圧が印加されている時はビームを反射させ、電圧が印加されていない時はビームを透過させる。

なお、図３では、光変調素子アレイ２４は、８個の光変調素子３０を備えている。しかし、光変調素子３０の数は、複数本のビームをマルチビーム光源装置１１から射出できるように複数個設けられていれば、特に限定されない。

また、図３では、各ビームが主走査方向に沿って感光体ドラム３の表面上に形成する像を副走査方向において等間隔に並ばせるための構成として、光変調素子３０を、一直線上に等間隔に配列している。しかしながら、光変調素子３０の配列は、これに限られるものではない。図４は、光変調素子３０の他の配列例を示す図である。例えば、図４に示すように、光変調素子３０を、マトリクス状に配列し所定の角度θだけ傾けた構成としてもよい。この場合も、各光変調素子３０同士の間隔および所定の角度θを適宜調節することにより、各ビームが主走査方向に沿って感光体ドラム３の表面上に形成する像を副走査方向において等間隔に並ばせることができる。

図２に示すマルチビーム光源装置１１では、光変調素子３０によって反射したビームを、装置外部に出力する構成となっている。よって、各光変調素子３０に対して電圧を印加するか否かを、露光装置２の制御部１６が制御することにより、マルチビーム光源装置１１からビームを外部に出力するか否かを切り換えられる。

具体的には、制御部１６は、図示しないセンサによって反射面１３ｓの回転角度を検出し、検出した回転角度に基づいて、マルチビーム光源装置１１から射出されるビームの光路上に反射面１３ｓがあるか否かを判断する。マルチビーム光源装置１１から射出されるビームの光路上に反射面１３ｓがある期間には、制御部１６は、光変調素子３０に対して電圧を印加するように、図示しない電圧供給源を制御する。一方、マルチビーム光源装置１１から射出されるビームの光路上に反射面１３ｓがない期間には、制御部１６は、光変調素子３０へ電圧を印加しないように、図示しない電圧供給源を制御する。

これにより、マルチビーム光源装置１１から射出されるビームの光路上に反射面１３ｓがある期間には、マルチビーム光源装置１１からのビームの出力をオンにでき、マルチビーム光源装置１１から射出されるビームの光路上に反射面１３ｓがない期間には、マルチビーム光源装置１１からのビームの出力をオフにできる。その結果、反射面１３ｓ以外の部分によって反射されたビームが感光体ドラム３の表面上に照射されることはなくなるので、感光体ドラム３の表面上に不要なビームが入射することによる、静電潜像の品位低下を防止できる。

図２の構成によれば、光源２１から射出された単一のビームを、複数の光変調素子３０によって反射させることにより、複数本のビームに分割できる。その際、分割されたそれぞれのビームについて、ビームの出力をオンにするかオフにするかを、個別に切り換えることができるので、各ビームにより露光パターンを形成できる。

図５は、マルチビーム光源装置１１の他の構成例を示す概略図である。図２に示すマルチビーム光源装置１１では、光変調素子３０によって反射されたビームを、装置外部に出力する構成となっているが、図５に示すように、光変調素子３０を透過したビームを、装置外部に出力する構成とすることもできる。

ところで、上述したように、図３の構成における光変調素子３０は、自身に電圧が印加されている時はビームを反射させる一方、電圧が印加されていない時はビームを透過させる。しかし、これとは逆に、自身に電圧が印加されている時はビームを透過させる一方、電圧が印加されていない時はビームを反射させる構成の光変調素子を用いてもよい。

図６は、マルチビーム光源装置１１のさらに他の構成例を示す概略図である。図６に示すマルチビーム光源装置１１は、光源２１と、回折格子（分割手段）２２と、光学レンズ（集光手段）２３と、光変調素子アレイ２４とを備えている。なお、特許請求の範囲に記載した分割手段に相当する部材は、図６の構成においては、回折格子２２である。

回折格子２２は、光源２１から射出された単一のビームを、複数本のビームに分割する部材である。光学レンズ２３は、回折格子２２によって分割されたビームを集光する部材である。

光源２１から射出された単一のビームは、まず、回折格子２２によって、複数本のビームに分割される。その後、この複数本のビームは、光学レンズ２３によって光変調素子アレイ２４上に集光される。光変調素子アレイ２４上に集光されたビームは、それぞれのビームと１対１に対応する光変調素子３０によって反射または透過される。光変調素子３０によって反射されたビームは、コリメータレンズ１２に入射する。

図６の構成によれば、回折格子２２による分割後の各ビームを、該ビームに対応する光変調素子３０によって反射または透過させるので、回折格子２２による分割後の各ビームについて、ビームの出力をオンにするかオフにするかを、個別に切り換えることができる。また、回折格子２２による分割後の各ビームを光学レンズ２３によって集光することにより、各ビームのビーム径が小さくなる。したがって、小さくなったビーム径に応じて、光変調素子３０を小型化できる。また、光変調素子３０を小型化することにより、ビームを反射させるか透過させるかの切り換えがより高速となる。したがって、光変調素子３０を小型化すれば、各ビームの出力をオンにするかオフにするかの切り換えを、より高速に行うことができる。

図６は、簡略化のため、回折格子２２によってビームを３本に分割する場合を記載しているが、回折格子以外の部材によってビームを分割してもよい。また、分割後のビームの数は、３本に限らず、２本でもよいし、４本以上でもよい。

回折格子を用いてビームを分割する構成とすれば、複数の光学素子を用いてビームを分割する構成に比べて、ビームが経由する光学素子の数を減らすことができる。したがって、ビームの光量損失を低減できる。また、回折格子を用いる場合は、分割後の各ビームの光量が均一となるように、格子溝深さと格子断面形状とを最適化することが好ましい。

また、図６では、光変調素子３０によって反射されたビームを、装置外部に出力する構成となっているが、光変調素子３０を透過したビームを、装置外部に出力する構成とすることもできる。

また、マルチビーム光源装置１１として、例えばマルチビームレーザ、面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬ）などの、２個以上の発光部を有する光源装置を用いてもよい。これらの光源装置を用いる構成では、露光装置２の制御部１６は、各発光部へ電圧を印加するか否かを切り換えることにより、マルチビーム光源装置１１からのビームの出力をオンにするかオフにするかを切り換えることができる。さらに、ビームを分割するための光学系が不要になるので、マルチビーム光源装置１１を小型化できる。

また、マルチビーム光源装置１１として２個以上の発光部を有する光源装置を用いた場合も、図４に示した構成と同様にして、各発光部を、マトリクス状に配列し所定の角度θだけ傾けた構成としてもよい。この場合も、各発光部同士の間隔および所定の角度θを適宜調節することにより、各ビームが主走査方向に沿って感光体ドラム３の表面上に形成する像を副走査方向において等間隔に並ばせることができる。

図７は、マルチビーム光源装置１１のさらに他の構成例を示す概略図である。図７に示すマルチビーム光源装置１１は、光源４１ａ・４１ｂ、コリメータレンズ４２ａ・４２ｂ、反射面４３ａ・４３ｂ、偏光ビームスプリッタ４４、および、光検出器４５を備えている。

２つの光源４１ａ・４１ｂは、それぞれ単一のビームを射出する部材である。コリメータレンズ４２ａ・４２ｂは、それぞれ、光源４１ａ・４１ｂから射出されたビームを平行光にするレンズである。反射面４３ａ・４３ｂは、それぞれ、コリメータレンズ４２ａ・４２ｂによって平行光となったビームを反射させる部材である。

偏光ビームスプリッタ４４は、自身に入射する各ビームをそれぞれ分割する部材である。

光検出器４５は、自身に入射したビームから、各光源の相対的な位置情報や光量情報を検出する部材である。

光源４１ａから射出されたビームは、コリメータレンズ４２ａによって平行化された後、反射面４３ａによって反射される。反射面４３ａによって反射されたビームは、偏光ビームスプリッタ４４によって、２本のビームに分割される。偏光ビームスプリッタ４４は、この２本のビームのうち一方については、偏向することなく透過させることにより、マルチビーム光源装置１１の外部に射出する。また、偏光ビームスプリッタ４４は、上記２本のビームのうち他方については、偏向することにより、光検出器４５に入射させる。

一方、光源４１ｂから射出されたビームは、コリメータレンズ４２ｂによって平行化された後、反射面４３ｂによって反射される。反射面４３ｂによって反射されたビームは、偏光ビームスプリッタ４４によって、２本のビームに分割される。偏光ビームスプリッタ４４は、この２本のビームのうち一方については、偏向することなく透過させることにより、光検出器４５に入射させる。また、偏光ビームスプリッタ４４は、上記２本のビームのうち他方については、偏向することにより、マルチビーム光源装置１１の外部に射出する。

このようにして、偏光ビームスプリッタ４４からは、光源４１ａから射出されたビームの一部と、光源４１ｂから射出されたビームの一部とが、マルチビーム光源装置１１の外部に射出される。一方、光検出器４５は、光源４１ａから射出されたビームの他の一部と、光源４１ｂから射出されたビームの他の一部とを受光する。そして、光検出器４５は、受光したビームに基づいて、光源４１ａ・４１ｂの相対的な位置情報や、光源４１ａ・４１ｂから射出された各ビームの光量情報を検出する。

図７の構成によれば、コリメータレンズ４２ａ・４２ｂ、反射面４３ａ・４３ｂ、および偏向ビームスプリッタ４４の設定を適宜変更することにより、光源４１ａ・４１ｂから射出された各ビームをマルチビーム光源装置１１の外部へ射出する際の、ビーム同士の間隔やビームの射出方向を任意に設定できる。

なお、ここでは偏光ビームスプリッタを用いているが、自身に入射したビームを分割し、分割後のビームのうち少なくとも１本を透過させ、少なくとも他の１本を偏向させることができる手段であれば、他の手段を用いてもよい。

なお、図７に示した例では、光源の数を２つとして説明したが、光源の数は３つ以上でもよい。

上述したマルチビーム光源装置１１の各構成においては、マルチビーム光源装置１１から射出されるビームの光路上に反射面１３ｓがない期間には、マルチビーム光源装置１１からのビームの出力をオフにしている。しかし、これに限らず、偏向ミラー１３の反射面１３ｓ以外の部分であって、反射面１３ｓの回転に伴ってビームが入射する部分には、ビームの反射を防止する表面処理を施してもよい。そのような処理としては、例えば、艶消しの黒色塗装や表面を粗面加工することで、正反射する光量を減少させる方法と、反射光を上下に回折させてＦθレンズに入射しないように、反射面１３の図中の上下方向断面が波型や三角形状とする、もしくは、光源波長オーダーの回折格子を形成する方法が挙げられる。このようにビームの反射を防止する表面処理を施すことによっても、反射面１３ｓ以外の部分によって反射されたビームが感光体ドラム３の表面上に照射されることはなくなるので、感光体ドラム３の表面上に不要なビームが入射することによる、静電潜像の品位低下を防止できる。

以上のように、本実施の形態の露光装置２によれば、マルチビーム光源装置１１は、複数本のビームを同時に射出し、偏向ミラー１３は、単一の反射面１３ｓを備え、上記複数本のビームを、単一の反射面１３ｓにより同時に偏向することにより、偏向後の上記複数本のビームを、感光体ドラム３の表面上の異なる位置に照射する。

上記の構成によれば、偏向ミラー１３が備えている反射面１３ｓは、単一の反射面である。それゆえ、偏向ミラー１３は、ポリゴンミラーよりも簡易な構成となっている。また、反射面が１つしかないので、反射面と反射面の回転軸とがなす角度が反射面ごとに異なる、ということはない。このため、反射面と反射面の回転軸とがなす角度の反射面毎の差異による不具合を低減するための、シリンドリカルレンズを設ける必要がない。以上の理由から、ポリゴンミラーによりビームを偏向する構成よりも、装置構成を簡略化できる。

さらに、６本のビームを感光体ドラム３の表面上の異なる位置に照射するので、感光体ドラム３の表面上を、６本のビームによって同時に走査できる。このため、６つの反射面を有するポリゴンミラーにより１本のビームを偏向する構成に劣らない走査速度を実現できる。さらに、ビーム数を１２本、２４本と増やせば、走査速度を２倍、４倍とすることができる。

したがって、上記の構成によれば、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現可能な露光装置２を提供できる。

以下に、本実施の形態の露光装置２における露光処理フローについて説明する。

まず、マルチビーム光源装置１１により、６本のビームを同時に射出する（Ｓ１；ビーム射出ステップ）。

次に、マルチビーム光源装置１１から射出した６本のビームを、偏向ミラー１３の単一の反射面１３ｓにより同時に偏向し、偏向後の６本のビームを感光体ドラム３の表面上の異なる位置（より具体的には、副走査方向において互いに異なる位置）に照射する（Ｓ２；偏向ステップ）。

以上のステップの結果、感光体ドラム７の表面上に照射された６本のビームは、偏向ミラー１３の反射面１３ｓの回転に伴って、図１中の矢印Ｂ方向（主走査方向）に向かって、感光体ドラム３の表面上を走査する。

また、反射面１３ｓの回転に伴い、感光体ドラム３も、図１中の矢印Ｃ方向に回転する。したがって、感光体ドラム３の回転によって、反射面１３ｓによって反射されたビームによる、感光体ドラム３の表面上における、図中の矢印Ｄ方向（副走査方向）に関する走査が行われる。

このような、反射面１３ｓの回転による主走査方向への走査と、感光体ドラム３の回転による副走査方向への走査とによって、露光された感光体ドラム３の表面上には、静電潜像が形成される。

上記の方法によれば、偏向ミラー１３が備えている反射面１３ｓは、単一の反射面である。それゆえ、偏向ミラー１３は、ポリゴンミラーよりも簡易な構成となっている。また、反射面が１つしかないので、反射面と反射面の回転軸とがなす角度が反射面ごとに異なる、ということはない。このため、反射面と反射面の回転軸とがなす角度の反射面毎の差異による不具合を低減するための、シリンドリカルレンズを設ける必要がない。以上の理由から、ポリゴンミラーによりビームを偏向する構成よりも、装置構成を簡略化できる。

さらに、６本のビームを感光体ドラム３の表面上の異なる位置に照射するので、感光体ドラム３の表面上を、６本のビームによって同時に走査できる。このため、６つの反射面を有するポリゴンミラーにより１本のビームを偏向する構成に劣らない走査速度を実現できる。さらに、ビーム数を１２本、２４本と増やせば、走査速度を２倍、４倍とすることができる。

したがって、上記の方法によれば、従来よりも装置構成を簡略化しつつ、従来に劣らない走査速度を実現可能な露光方法を提供できる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、複写機やプリンタといった画像形成装置における露光装置、およびこの露光装置を備えた画像形成装置に利用可能である。

本発明の一実施形態に係る露光装置を備えた画像形成装置の概略図である。 図１の露光装置におけるマルチビーム光源装置の一構成例を示す概略図である。 図１の露光装置におけるマルチビーム光源装置が備える光変調素子アレイの概略図である。 図３の光変調素子アレイにおける光変調素子の他の配置例を示す図である。 図１の露光装置におけるマルチビーム光源装置の他の構成例を示す概略図である。 図１の露光装置におけるマルチビーム光源装置のさらに他の構成例を示す概略図である。 図１の露光装置におけるマルチビーム光源装置のさらに他の構成例を示す概略図である。 従来型の露光装置の概略図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 露光装置
３ 感光体ドラム（感光材）
１１ マルチビーム光源装置（ビーム射出手段）
１３ 偏向ミラー（偏向手段）
１３ｓ 反射面
１６ 制御部（出力制御手段）
２１ 光源
２２ 回折格子（分割手段）
２３ 光学レンズ（集光手段）
３０ 光変調素子（分割手段）
４１ａ・４１ｂ 光源（発光部）

Claims (7)

1. ビームを射出するビーム射出手段と、該ビーム射出手段から射出されたビームを回転可能な反射面によって偏向する偏向手段とを備え、上記反射面の回転に伴い、偏向後のビームを感光材の表面上に走査させて該感光材の表面を露光する露光装置において、
   上記ビーム射出手段は、複数本のビームを同時に射出し、
   上記偏向手段は、上記反射面として単一の反射面を備え、
   上記単一の反射面により偏向された後の上記複数本のビームを上記感光材の表面上の異なる位置に照射し、
   上記ビーム射出手段は、
   単一のビームを射出する光源と、
   上記光源から射出された単一のビームを上記複数本のビームに分割する分割手段を備え、
   上記分割手段は、複数の光変調素子を備え、全ての光変調素子が、上記光源から射出された単一のビームを反射することにより、上記複数本のビームに分割するものであって、
   上記各光変調素子は、印加される電圧に応じて、上記光源から射出された単一のビームを反射させるか、透過させるかを切り換えることを特徴とする露光装置。
2. 上記感光材は、回転可能な感光体ドラムであり、
   上記感光体ドラムの周長をＬと、
   上記感光体ドラムの単位時間あたりの回転数をｂと、
   上記反射面の回転に伴い、偏向後のビームが上記感光体ドラムの表面を走査する際の走査方向を主走査方向と、
   上記感光体ドラムの回転方向とは逆の方向を副走査方向と、
   主走査方向への１回の走査によって上記感光体ドラムの表面上に形成される画像領域の副走査方向長さをｄ_１とすると、
   上記反射面の上記単位時間あたりの回転数ａは、Ｌとｄ_１との単位を同一とした場合、
   ａ＜Ｌ×ｂ／ｄ_１
   で示されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 上記複数本のビームがそれぞれ主走査方向に沿って感光体ドラムの表面上に形成する像であって、隣り合う像についての、感光体ドラムの表面に沿った副走査方向の間隔は一定であり、該間隔をｄ_２とすると、
   上記回転数ａは、ｄ_１とｄ_２との単位を同一とした場合、
   ａ＝Ｌ×ｂ／（ｄ_１＋ｄ_２）
   で示されることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 上記ビーム射出手段からの複数本のビームの出力をオンにするかオフにするかを切り換える出力制御手段をさらに備え、
   上記出力制御手段は、上記複数本のビームの光路上に上記偏向手段の反射面がない期間は、上記ビーム射出手段からのビームの出力をオフにすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の露光装置。
5. 上記偏向手段の反射面以外の部分であって、反射面の回転に伴って上記複数本のビームが入射する部分は、該ビームの反射を防止する表面処理がなされていることを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の露光装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の露光装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
7. ビームを射出するビーム射出ステップと、射出したビームを回転可能な反射面によって偏向する偏向ステップとを有し、上記反射面の回転に伴い、偏向後のビームを感光材の表面上に走査させて該感光材を露光する露光方法において、
   上記ビーム射出ステップでは、複数本のビームを同時に射出し、
   上記偏向ステップでは、上記反射面として単一の反射面を用いて上記複数本のビームを同時に偏向することにより、偏向後の上記複数本のビームを上記感光材の表面上の異なる位置に照射し、
   上記ビーム射出ステップは、
   単一のビームを射出する光源から射出された単一のビームを上記複数本のビームに分割する分割ステップを含み、
   上記分割ステップは、上記光源から射出された単一のビームを、複数の光変調素子によって反射させる光変調ステップにより、上記複数本のビームに分割するものであって、
   上記光変調ステップでは、上記各光変調素子に印加する電圧を制御することにより、上記光源から射出された単一のビームを反射させるか、透過させるかを切り換えることを特徴とする露光方法。

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