JP6049502B2 - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ(多機能プリンタ)に好適なものである。
従来、複数の発光部(発光点)を有する光源手段(多ビーム光源)を用いた光走査装置として、多ビーム光源からの複数光束を被走査面としての感光ドラム(感光体)面上に走査レンズ(fθレンズ)を用いてスポット形成する光走査装置が提案されている。これらの光走査装置において、複数ビーム間で波長差が生じても画像の長さが一致するように電気的な補正を行っていた。特許文献1では、主走査方向における画像の両端部にセンサーを配置して、複数ビームの各ビームの画像長さ(全体倍率)を測定する手段と、測定した長さに応じてそれを補正する手段と、を有する画像形成装置に関する技術が開示されている。
特開平5−328045号公報
ここで、走査レンズ(fθレンズ)の製造誤差が発生すると、画像領域中で主走査方向の位置に応じて主走査方向のピント位置が変化し(主走査方向の像面湾曲)、画像領域中で各ビームの主走査方向の印字位置ずれ(部分倍率ずれ)が発生するという課題がある。
しかしながら、特許文献1では、全ビームの画像の長さ(全体倍率)は補正できるものの、画像領域中の複数ビームの主走査方向位置(部分倍率)は補正できない。何故なら、画像の両端部のセンサーで画像領域中の主走査方向の位置を測定することができないからである。
これにより、多ビーム光源を用いた光走査装置において、fΘレンズの主走査方向の像面湾曲により画像領域中でビームごとに主走査方向の印字位置ずれ(部分倍率ずれ)が発生し、モアレやジッタ−の画像不良が生じる。また異なる複数の画像を重ね合わせて画像形成を行うカラー画像形成装置においては、色ごとに印字位置ずれが生じる、所謂色ずれが発生する。
本発明の目的は、被走査面の画像領域にスポット像として結像させる安価な結像光学手段を用いても画像領域中での主走査方向の各ビームの印字位置ずれを低減でき、高精細な画像が形成できる簡易な構成の光走査装置を提供することにある。及びそれを用いた画像形成装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る光走査装置は、第1及び第2の発光点の夫々から間欠的に出射する第1及び第2の光束を偏向し、被走査面を主走査方向に光走査する偏向器と、前記偏向器により偏向された前記第1及び第2の光束を前記被走査面に集光し、前記第1及び第2の光束の夫々による複数のスポットを前記被走査面に形成する結像光学系と前記第1の光束による複数のスポットのうち主走査方向において互いに隣接する第1及び第2のスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差と、前記第2の光束による複数のスポットのうち主走査方向における位置が前記第1及び第2のスポットと同じである第3及び第4のスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差と、互いに異なるように前記第1及び第2の発光点を制御することで、前記結像光学系の主走査断面内における像面湾曲による前記被走査面での前記第1及び第2の光束の印字位置ずれを低減する制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、上記光走査装置を用いた画像形成装置も本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、被走査面の画像領域にスポット像として結像させる安価な結像光学手段を用いても画像領域中での主走査方向の各ビームの印字位置ずれを低減でき、高精細な画像が形成できる簡易な構成の光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提供できる。
(a)は本発明の第1の実施形態に係る光走査装置の主走査断面内のピントずれを示す模式図、(b)は同一時刻におけるビーム間隔の説明図、(c)はビーム間隔ずれを測定して発光タイミングを補正する全系を示す模式図である。 本発明の第1の実施形態に係る光走査装置の主走査断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る光走査装置の偏向面近傍の主走査断面拡大図である。 本発明の第1の実施形態に係る光走査装置の光路展開図である。 本発明の第1の実施形態に係る光走査装置の光源を示す模式図である。 (a)は主走査方向のピントずれが無い場合の被走査面の画像領域におけるドット位置の模式図、(b)は主走査方向のピントずれが有る場合の被走査面の画像領域におけるドット位置の模式図、(c)は主走査方向におけるピント1mmディフォーカスで発生する発光点1に対する発光点16のドットずれ(敏感度)を示すグラフである。 本発明の第1の実施形態における補正値の決定を示すフローである。 本発明の第2の実施形態における補正値の決定を示すフローである。 本発明の第3の実施形態における補正値の決定を示すフローである。 本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の要部概略図である。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明において、主走査方向とは回転多面鏡の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向(回転多面鏡で光束が反射偏向(偏向走査)される方向)、副走査方向とは回転多面鏡の回転軸と平行な方向である。また、主走査断面とは主走査方向と結像光学系の光軸を含む平面、副走査断面とは結像光学系の光軸を含み主走査断面と垂直な断面である。
《第1の実施形態》
(画像形成装置)
図10は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の模式図で、副走査方向の要部断面を示す。図9において、60はカラー画像形成装置、71、72、73、74は後に詳述する光走査装置、121、122、123、124は各々像担持体(感光体)としての感光ドラム、31、32、33、34は各々現像器、51は搬送ベルトである。
本実施形態におけるカラー画像形成装置60には、パーソナルコンピュータ等の外部機器52からR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ53によって、入力したコードデータがY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、B(ブラック)の各画像データ(ドットデータ)に変換される。これらの画像データは、光走査装置71、72、73、74に入力される。
そして、光走査装置71、72、73、74からは、各画像データに応じて変調された光ビーム41、42、43、44が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム121、122、123、124の感光面が主走査方向に走査される。
本実施形態におけるカラー画像形成装置60では、光走査装置71、72、73、74により4ビームを走査するが、各々のビームがY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、B(ブラック)の各色に対応している。そして、各々平行して設けられる感光ドラム121、122、123、124の各ドラム面上に、画像信号(画像情報)に対応した潜像に応じたトナー像が現像器31、32、33、34により各々形成される。
このように本実施形態では、各光走査装置および各現像器により、各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の静電潜像に応じたトナー像を各々対応する感光ドラム面上に高速印字している。その後、トナー像を被転写材である記録材に転写する転写器、更に転写されたトナー像を被転写材に定着する定着器により、記録材に多重転写された1枚のフルカラー画像を形成している。
外部機器52としては、例えばCCDセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置60とで、カラーデジタル複写機が構成される。
(光走査装置)
以下、図面を用いて本発明の第1の実施形態に係る光走査装置について説明する。図1(a)は本発明の第1の実施形態に係る光走査装置の主走査断面内のピントずれを示す模式図、(b)は同一時刻におけるビーム間隔の説明図、(c)はビーム間隔ずれを測定して発光タイミングを補正する全系を示す模式図である。また、図2は本実施形態に係る光走査装置の主走査断面図、図3は偏向面近傍の主走査断面拡大図である。
図中、1は間欠的に複数のビームを同時に出射する光源手段であり、図5に示すように16個の発光点(LD1〜LD16)を有する半導体レーザーより成っている。2は矩形形状の開口絞りであり、光源手段1から射出した光束を副走査方向のみ光束幅を規制している。3はコリメータレンズであり、開口絞り2を通過した光束を主走査方向、副走査方向共に略平行光束に変換している。4はシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有している。5は主走査方向に光束幅を規制する矩形形状の開口絞りであり、副走査方向はビーム幅より広い開口幅になっている。
なお、開口絞り2及び5、コリメータレンズ3、そしてシリンドリカルレンズ4等の各要素は入射光学手段の一要素を構成している。
6は偏向素子としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラー(回転多面鏡)より成り、モーター等の駆動手段(不図示)により図中矢印A方向に一定速度で回転している。11はfθ特性を有する走査レンズ(fθレンズ)であり、被走査面の画像領域にスポットとして光束を集光させる。なお、このスポットは、光源手段が発生させる発光点と共役な位置にある集光点であることが望ましいが、これ以外でもビームウェストが局所的に小さくなる場所としても構わない。
走査レンズ11は、レンズ11aおよび11bを備え、副走査断面内において光偏向器6の偏向面又はその近接位置と被走査面としての感光ドラム面12又はその近傍との間を略共役関係にする。これにより、光偏向器の面倒れ補正機能を有している。
本実施形態において、画像情報に応じて光源手段1より光変調され射出した光束は、開口絞り2及び5によってその光束断面の大きさが制限され、コリメータレンズ3により略平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ4に入射する。開口絞り5は、主走査方向の光束幅を規制する絞りであり、光源からの16個の光束の幅を規制している。シリンドリカルレンズ4に入射した光束のうち、主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束し、光偏向器6の偏向面6aにほぼ焦線の像(主走査方向に長手の線像)にて結像する。
光偏向器6の偏向面で反射偏向された光束は、走査レンズ11により感光ドラム面12上にスポット状に結像され、光偏向器6を矢印A方向に回転させることによって、感光ドラム面12上を矢印13方向(主走査方向)に等速度で光走査する。これにより、記録媒体である感光ドラム面12上に画像記録を行っている。
このとき、感光ドラム面12上を光走査する前に感光ドラム面12上の走査開始位置のタイミングを決定する。その為に、光偏向器5で反射偏向された光束をBDミラー7を介してBDレンズ8によりBDセンサー9に導光している。そしてBDセンサー9からの出力信号を検知して得られた同期信号(BD信号)を用いて発光点1から16の感光ドラム面12上への画像記録の走査開始位置タイミングを決定している。
BDレンズ8は、主走査断面内においてはBDセンサー9にビームを結像させ、副走査断面内においては光偏向器6の偏向面とBDセンサー9のセンサー面とを光学的に略共役にし、倒れ補正機能(面倒れ補正系)を有している。これにより、光偏向器6の反射面が副走査方向に傾いてもBDセンサー9のセンサー面から光束が外れ難くしている。
なお、BDミラー7、BDレンズ8、そしてBDセンサー9等の各要素は、同期位置検出系(以下、BD検出系)の一要素を構成している。
図3において、201は、コリメータレンズ3の光軸を、202は発光点としてのLD1からの光束の主光線(開口絞り5の中心を通る光線)を示している。また、203は発光点としてのLD16からの光束を示している。204は、コリメータレンズ3の光軸201とfθレンズ11の光軸の交点であり、以下軸上偏向点と記す。
205はfθレンズ11の光軸であり、画像中心へ向かう光束の光軸と平行な直線である。210は、画像中心へ向かう光束を偏向する際の偏向面の状態を、211はBDセンサー9の中心に向かう光束を偏向する場合の偏向面の状態を示す。また、本実施形態では、LD1及びLD16と、コリメータレンズ3の光軸201のなす角度が1degになっている。LD1及びLD16とコリメータレンズ3の光軸201とのなす角度は、発光点の主走査方向の幅Wmと、コリメータレンズ3の焦点距離fcolにより
で計算できる。
(マルチビームを出射する光源)
図5に示すように、光源1は互いに主走査方向に間隔を有し副走査方向にずれて配置された複数個の発光点(LD1〜LD16)を備える。同図において、横軸が反射面の主走査方向、縦軸が副走査方向を示す。同図において、LD1〜LD16は、50μm間隔に一次元配列されており、主走査方向、副走査方向共に等間隔で配置されている。また、副走査の解像度に応じてレーザーを傾けて配置するとともに、入射光学系や走査光学系のばらつきによって、被走査面で所望の副走査間隔になるように光軸回りに回転角度を変えられる構成となっている。
また、LD16からのビームとLD1からのビームとでは、入射角(コリメータ3の光軸201とfθレンズ11の光軸205のなす角)が異なる。従って、被走査面12上では、LD1からのビームが走査下流側つまり走査先方、LD16からのビームが走査上流側(走査後方)のビームとなる。また、LD1〜16からの少なくとも一つのビームの同期位置検出信号により書きだしタイミングが決定される構成となっており、本実施形態では最も走査後方ビームであるLD16からのビームのみで書き出しタイミングを検知している。
図3で、BDミラー7に向かう光束200は、偏向器6の偏向面が矢印の方向に回転して211の状態の時に、走査角(走査レンズの光軸205となす角)が54deg.でBDスリットの中心に光束が向かうように構成されている。なお、本実施形態の絞り5は軸上偏向点204(コリメータレンズの光軸201とfθレンズの光軸205の交点)から22.5mmの位置に配置されている。
後述する表1は、本実施形態における光走査装置の設計値を示す。
(コリメータレンズ)
本実施形態のコリメータレンズ3の出射面は、以下の数式で表される回転対称非球面形状で構成されている。
出射面を非球面形状とすることにより、マルチビーム間の被走査面における焦点位置差を低減させ、スポット径差の発生を抑制している。
(シリンドリカルレンズ)
本実施形態では、シリンドリカルレンズ4の入射面に回折面を設け、環境変動によるスポット径変動を抑制している。位相関数は、以下の式で表される。
但し、mは回折次数、E1からE10、F0からF10は位相係数である。ここで、F0からF10が副走査方向のパワーを表す項となっている。
(走査光学系)
第1、第2の走査レンズ(fθレンズ)11a、11bの形状は、以下の関数により表される。ここで、夫々の走査レンズと光軸との交点を原点とし、光軸に対して走査開始側と走査終了側で、光軸をX軸、主走査面内において光軸と直交する方向をY軸、副走査面内で光軸と直交する方向をZ軸とする。
但し、Rは曲率半径、K、B4、B6、B8、B10は非球面係数である。
本実施形態では主走査方向の形状を光軸に対し、対称に構成している、即ち走査開始側と走査終了側の非球面係数を一致させている。
また、副走査方向は光軸に対して走査開始側と走査終了側で第2走査レンズ11bの1面の副走査面(光軸を含み主走査面と直交する面)内の曲率をレンズの有効部内において連続的に変化させており、主走査、副走査方向の形状を光軸に対して対称に構成している。副走査方向の形状は、光軸に対して走査開始側と走査終了側で光軸をX軸、主走査面内において光軸と直交する方向をY軸、副走査面内で光軸と直交する方向をZ軸とするとき、以下の連続関数で表せる。
r1、r2、r4面の副走査方向関数
(r’は副走査方向曲率半径、D2、D4、D6、D8、D10は係数)
係数のサフィックスsは走査開始側、eは走査終了側を表している。
ここで、副走査方向の曲率半径とは、主走査方向の形状(母線)に直交する断面内における曲率半径である。
(r’は副走査方向曲率半径、D2、D4、D6、D8、D10は係数)
係数のサフィックスsは走査開始側、eは走査終了側を表している。
本実施形態の走査レンズ11は、レンズ11a、11bを光透過性のパワーを有するプラスティックレンズで構成し、軽量化を達成するとともに、非球面を用いることにより設計上の自由度を向上させることも可能としている。なお、走査レンズ11はガラス製であってもよく、更に回折のパワーを有する光学素子であってもよい。ガラス材料や回折面で構成した場合は、環境特性に優れた光走査装置を提供することが可能となる。
また本実施形態では、走査レンズを2枚の結像光学素子で構成しているが、これに限らず、1枚もしくは3枚以上で構成しても上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。
表1に本実施形態における光走査装置の各数値を示す。ここで「E−x」は「10−x」を示している。
R1面は走査レンズ11aの光偏向器6側の面、R2面は走査レンズ11aの被走査面12側の面、R3面は走査レンズ11bの光偏向器6側の面、R4面は走査レンズ11bの被走査面12側の面である。
(主走査断面内のピント位置ずれと主走査方向の印字位置ずれ)
図1(a)に、走査レンズ11の主走査断面内のピント位置ずれと、主走査方向の印字位置ずれの関係の模式図を示す。。1a、1cは光源手段1の主走査方向に最も離間した発光点、1bは光軸近傍の発光点を示している。また、発光点1aからの光束を破線、発光点1cからの光束を一点鎖線で示している。光源手段1は、図5に示すように発光点を16個有する面発光レーザーであり、図5の発光点であるLD1が図1(a)の1c、図5の発光点であるLD8が図1(a)の1b、図5の発光点であるLD16が図1(a)の1aに相当している。また、LD8とLD1もしくはLD16との主走査方向の間隔をWとしている。
発光点1bから出た光束の主光線は、コリメータレンズ3の光軸近傍を通過し、主走査絞り5を通る。発光点1a、1bから出た光束の主光線は、コリメータレンズ3の軸外を通過し、主走査絞り5でお互い交差して偏向器6に入射する。なお、主走査絞り5と、走査レンズ11の軸上へ光束が偏向される状態の偏向器6の偏向面と、の距離をLとしている。偏向器6で偏向された光束は、走査レンズ11を通過し、被走査面12に結像している。
ここで、走査11の主走査断面内のピント位置ずれが発生した場合に、主走査方向の印字位置ずれ(部分倍率ずれ)が発生する理由を説明する。図1(a)では、走査レンズ11の製造誤差で主走査方向のピント位置が14のように湾曲した場合(主走査像面湾曲が発生している場合)を示している。偏向光束は矢印13の方向に走査しており、書き出し側14aから中央部14bにおいては、主走査ピント位置が被走査面と一致している状態を示す。
一方、中央部14bから書き終わり手前部14cではプラス方向に主走査像面が湾曲した状態、中央部14bから書き終わり側14dではマイナス側に主走査像面が湾曲していることを示している。
即ち、図1(a)では、走査レンズ11の焦点距離が部分的に設計値からずれて、主走査方向のピントずれが発生していることを示している。ここで、複数ビームをビーム走査方向に重ねると、図1(b)のように、ピントがプラス側にある状態(書き終わり手前部14c)では、被走査面12上でビーム1c’’とビーム1a’’の間隔が、本来の間隔(ビーム1c’とビーム1a’の間隔)より広くなる。一方、逆にピントがマイナス側にずれた状態(書き終わり側14d)では、ビーム1c’’とビーム1a’’との間隔が本来の間隔(ビーム1c’とビーム1a’との間隔)より狭くなる。
また、単一ビームを考えると、1つの列の中に並んでいる複数のスポットのうち隣接する2つのスポットを形成する位置の差が、同じ列の中に並んでいる別の隣接する2つのスポットを形成する位置の差とは異なることとなる。即ち、偏向手段が主走査方向に沿って単一ビームを走査する際、被走査面上には主走査方向に沿って(直線に近い形状で)スポットの列(複数のスポット)が形成されるが、走査レンズの焦点距離が部分的に設計値からずれる。すると、2つのスポットの主走査方向の間隔がずれてくる。
以上のように、像面湾曲がない場合は、発光点1cを先頭に発光点1b、1aの順にそれぞれ所定の時間間隔で主走査方向の同一位置を通過する。一方、主走査方向のピントずれ(像面湾曲)が発生すると、発光点1aと1cの主走査方向の間隔が主走査方向のピントずれ量と方向に応じて所望の値からずれてしまうという問題が発生する。
ここで、図6(a)、(b)に一定間隔でレーザーを発光制御した場合の被走査面におけるドット位置の模式図を示す。同図において、左右方向が副走査方向であり、上下方向が主走査方向である。図6(a)に示すように、主走査方向のピントずれがない場合は、LD1〜LD10(LD11〜LD16は省略)が主走査方向に等間隔にドットが形成される。一方、主走査方向に像面湾曲がある場合は、LD1〜LD10(LD11〜LD16は省略)が主走査方向に等間隔にドットが形成されない。
図6(b)に、主走査方向のピント位置が、設計称呼位置に対してずれている(像面湾曲がある)場合のドット位置を示す。像面湾曲(ピントずれ)がある場合は、図6(b)に示すように、ピントずれが発生して像高は、本来形成されるべきドット位置(図6(a))に対して主走査方向にずれた位置にドットが形成される。この主走査方向のずれが、多色を重ねた場合の色ずれとなってしまう。また、ずれがビーム周期(本実施形態では16ビーム)で副走査方向に繰り返されるため、モアレが発生して画像品質を劣化させてしまう。
図6(c)に、ピント1mmディフォーカスで発生するLD1に対するLD16のドットずれ、いわゆる敏感度を示す。同図において、横軸は被走査面における主走査方向の位置(像高)を示しており、縦軸は上記の敏感度を示す。同図において、像高(横軸)のプラスは書き出し側、マイナスは書き終わり側を示し、ドットずれ(縦軸)のマイナスはLD1とLD16の主走査間隔が広がることを示す。また、プラス側(書き始め側)の敏感度が書き終わり側より高いのは、偏向器6の偏向面の走査レンズ11の光軸方向の変位(サグ)の量がプラス側(書き始め側)の方が大きいためである。
(組み立て出荷時における全ビームの発光タイミング誤差の測定)
1)測定系
本実施形態では、主走査方向の像面湾曲(ピントずれ)が発生している走査レンズ11を用いてもドットずれ量を低減できるように、走査光学系の組み立て出荷時に図1(c)に示す複数のセンサーで全ビームの発光タイミング誤差を測定する。図1(c)において、走査ビーム検知のために、被走査面(ドラム表面)相当位置に、ナイフエッジからなるスリット100a等とフォトディテクター100b等で構成される光量検知系が配置される。
2)フロー説明
図7に、本実施形態における組み立て出荷時の測定に関するフローチャートを示す。先ず、LD16からのビームをBDセンサー9で検知する。そして、得られたBDタイミングを基準にして、全ビームを図1(c)に示すスリット100aを介してフォトディテクター100bで検知する。これにより、ビーム16のBD信号に対してビーム1〜16がスリット100aを通過する時間T0(LD1)、T0(LD2)・・・T0(LD16)が測定される。
次に、上記BDタイミングを基準にして、全ビームをスリット101aを介してフォトディテクター101bで検知する。これにより、ビーム16のBD信号に対してビーム1〜16がスリット101aを通過する時間T1(LD1)、T1(LD2)・・・T1(LD16)が測定される。同様に、上記BDタイミングを基準にして、全ビームをスリット102aを介してフォトディテクター102bで検知する。これにより、ビーム16のBD信号に対してビーム1〜16がスリット102aを通過する時間が測定される。
更に、上記BDタイミングを基準にして、全ビームをスリット103aを介してフォトディテクター103bで検知する。これにより、ビーム16のBD信号に対してビーム1〜16がスリット103aを通過する時間が測定される。同様に、上記BDタイミングを基準にして、全ビームをスリット104aを介してフォトディテクター104bで検知する。これにより、ビーム16のBD信号に対してビーム1〜16がスリット104aを通過する時間が測定される。
全ビームの測定が終了しない場合は、LD16からのビームによるBDセンサー9での検知に戻る。全ビームの測定が終了すると、測定されたT0(LD1)〜T4(LD16)の80個の値を基に、ビームずれ最小化算出手段250(図1(c))はビームごとに関数近似する。そして、全ビームの画像領域全域でのビーム間隔ずれが最小になる主走査方向発光タイミング(主走査方向間隔補正データ)を算出する。
算出された各ビームの発光タイミング(主走査方向間隔補正データ)は、主走査方向に分割された複数のブロックである第1ブロック、第2ブロック(本実施形態では32ブロック)毎にメモリーである補正データ格納手段300に格納される。組み立て出荷時の測定はこれで終了する。
(発光タイミング制御による補正)
出荷後には、発光制御手段400が、補正データ格納手段300に格納された複数のブロック毎の補正データに基づく発光タイミングで全ビームの発光を制御する。具体的には、1つの列の中に並んでいる複数のスポットのうち隣接する2つのスポットを形成する際の発光タイミングの差が、同じ列の中に並んでいる別の隣接する2つのスポットを形成する際の発光タイミングの差とは異なるものとする。
即ち、偏向手段が主走査方向に沿って単一ビームを走査する際、被走査面上には主走査方向に沿って(直線に近い形状で)スポットの列(複数のスポット)が形成されるが、走査レンズ11の焦点距離が部分的に設計値からずれると、発光タイミングの差を異ならせる。
(数値例)
本実施形態は、主走査方向の解像度Rが2400dpi、主走査絞りから偏向面までの距離L=22.5mm、発光点の主走査間隔W=0.74mm、fΘ光学系の主走査焦点距離ffΘ=200.0mm、入射光学系の主走査焦点距離fcol=25mmとした。
これにより、以下の式が成立する。
これは、以下の条件式を満足している。
を満足している。
本条件式は、主走査方向のピントが1mmずれたときの軸上におけるドットずれ量の範囲を規定している。光路展開図を示す図4に関連して、以下の等式が成立する。
W/2=fcol×tanα
M/2=L×tanα
M/2=ffθ×tanβ
X/2=1×tanβ
これより、X=L×W/(fcol×ffθ)となる。ここで、一般的に主走査方向解像度Rが2400dpiの画像形成装置では、ピント変化1mmで1/10画素乃至2画素の誤差に抑える必要がある。1インチが25.4mmであることから、上述した条件式を満足する必要があることが理解される。
上記条件式の上限を超えると、ピントずれが1mmあるときのドットずれがモアレとして画像を劣化させるのでよくない。また、下限を超えると、主走査方向の発光点間隔が狭いレーザーを用いる必要があるのでコストアップになる。また、高出力レーザーを使用する必要がありコストアップになってしまうのでよくない。
以上のように、16ビームすべての発光タイミングを主走査方向の5か所で測定し、主走査印字位置ずれが最小になるように各ビームの発光タイミングを算出する。そして、走査領域を32分割して各領域ごとに各光源の発光タイミングを補正することにより、低価格で高精細な光走査装置を提供できる。また、カラー画像形成装置に用いる場合は、色ずれのない高精細なカラー画像装置を提供できる。
《第2の実施形態》
本実施形態において、第1の実施形態と異なる点は、各ビームの発光タイミングの算出方法であり、その他の構成は第1の実施形態と同様である。本実施形態の補正値算出フローを図8に示す。
本実施形態では、ビーム1がスリット100aを通過してからビーム2がスリット100aを通過するまでの時間差ΔT0(1−2)を測定する。同様にビーム2がスリット100aを通過してからビーム3が通過するまでの時間差ΔT0(2−3)を測定する。以下、ΔT0(3−4)、ΔT0(4−5)・・・ΔT0(15−16)を測定する。スリット101aを通過する時間も同様にΔT1(1−2)、ΔT1(2−3)・・・ΔT1(15−16)を測定する。
102a、103a、104aについても同様にΔT2(1−2)、ΔT2(2−3)・・・ΔT2(15−16)、ΔT3(1−2)、ΔT3(2−3)・・・ΔT3(15−16)、ΔT4(1−2)、ΔT4(2−3)・・・ΔT4(15−16)を測定する。そして、測定されたΔT0(1−2)〜ΔT4(15−16)の80個の値をビーム間差ごと(ΔT0(1−2)、ΔT1(1−2)、ΔT2(1−2)、ΔT3(1−2)、ΔT4(1−2)を)に関数近似する。
関数近似で算出された各ビーム間の時間誤差からビーム間隔ずれが最小になるように主走査方向発光タイミング(主走査方向間隔補正データ)=誤差の逆符号を算出する。算出された各ビームの発光タイミング(主走査方向間隔補正データ)は、不図示のメモリーにブロックごと(本実施形態では32ブロック)に書き込まれ、画像領域全域における全ビームの書き出し位置が略一致するように補正する。なお、本実施形態の書き出しタイミング(BDタイミング)は、ビーム16のBD信号に対してビーム16のみスリット102aを通過する時間T2(LD16)を別途測定して決めている。
本実施形態の方法で補正値を求めると、第1の実施形態と異なり、電気的なトリガー信号にBD信号使用することなく時間算出できる、即ち、光偏向器6の同一の偏向面のデータから補正データを算出できるので、補正精度を向上させることができる。
以上のように、16ビームすべての発光タイミング差を主走査方向の5か所で測定し、主走査印字位置ずれが最小になるように各ビームの発光タイミングを算出することにより、同一の偏向面で測定した誤差データから補正値を算出できる。また、走査領域を32分割して領域ごとに各光源の発光タイミングを補正することにより、低価格で高精細な光走査装置を提供できる。また、カラー画像形成装置に用いる場合は、色ずれのない高精細なカラー画像装置を提供できる。
《第3の実施形態》
本実施形態において、第2の実施形態と異なる点は、補正値を面ごとに異ならせていることである。他の構成は第2の実施形態と同様である。本実施形態の補正値算出のフローを図9に示す。
本実施形態では、光偏向器6のポリゴンミラーの面数分(5面分)の各ビームの書き出し位置補正値を測定している。第2の実施形態と同様、補正値は以下のように工場出荷時に工具を用いて測定し、メモリーに書き込むことにより各ビームの発光タイミングを補正できるようにしている。
本実施形態では、偏向面であるポリゴンミラー面をBD周期を測定することにより特定している。即ち、ポリゴンミラーを製造する時に発生する角度分割誤差をBDタイミングの変化として測定することにより、面を特定している。面特定が終了したら、第2の実施形態と同様に、各面について時間差を測定する。つまりビーム1がスリット100aを通過してからビーム2がスリット100aを通過するまでの時間差ΔT0(1−2)−A面を測定する。
同様に、ビーム2がスリット100aを通過してからビーム3が通過するまでの時間差ΔT0(2−3)を測定する。以下、ΔT0(3−4)−A面、ΔT0(4−5)−A面・・・ΔT0(15−16)−A面を測定する。スリット101aを通過する時間も同様にΔT1(1−2)−A面、ΔT1(2−3)−A面・・・ΔT1(15−16)−A面を測定する。
また102a、103aについても同様にΔT2(1−2)−A面、ΔT2(2−3)−A面・・・ΔT2(15−16)−A面、ΔT3(1−2)−A面、ΔT3(2−3)−A面・・・ΔT3(15−16)−A面を測定する。104aについても、ΔT4(1−2)−A面、ΔT4(2−3)−A面・・・ΔT4(15−16)−A面を測定する。そして、次のポリゴンミラー面でも同様の測定を行い、5面分(A面、B面、C面、D面、E面)の測定を行う。
測定されたΔT0(1−2)−A面〜ΔT4(15−16)−E面の400個の値を各面、各ビーム間差ごと(ΔT0(1−2)−A面、ΔT1(1−2)−A面、ΔT2(1−2)−A面、ΔT3(1−2)−A面、ΔT4(1−2)−A面)に関数近似する。関数近似で算出された各ビーム間の時間誤差からビーム間隔ずれが最小になるように主走査方向発光タイミング(主走査方向間隔補正データ)=誤差の逆符号を算出する。
算出された各ビームの発光タイミング(主走査方向間隔補正データ)は、不図示のメモリーにブロックごと(本実施形態では32ブロック)に書き込まれ、画像領域全域における各面ごとの全ビームの印字位置が副走査方向に一致するようにされる。なお、本実施形態の書き出しタイミング(BDタイミング)は、ビーム16のBD信号に対してビーム16のみスリット102aを通過する時間T2(LD16)をポリゴンミラー面ごとに測定して決定している。即ち、書き出しタイミングも面ごとに変えている(T2(LD16)−A面〜T2(LD16)−E面)。
本実施形態の方法で補正値を求めると、ポリゴンミラーの製造ばらつきで発生する面ごとの部分倍率誤差も補正できるので、より、補正精度を向上させることができる。本実施形態では、第2の実施形態と同様、ビーム間の時間差をポリゴン面ごとに測定したが、第1の実施形態と同様、BDタイミング基準で面ごとに測定してもよい。また測定センサー0―を5つ用いたが、精度を向上させるためには5以上のセンサーを使用してもよい。更に、主走査方向に32ブロックに分割して補正データを格納しているが、分割数を64にしてより高精度化してもよい。
以上のように、ポリゴン面ごとに16ビームすべての発光タイミング差を主走査方向の5か所で測定し、主走査印字位置ずれが最小になるように各ビームの発光タイミングを算出する。これにより、ポリゴンミラーの製造誤差で発生するビーム間部分倍率誤差も補正できるのでより安価なポリゴンミラーを使用しても高精細な光走査装置を提供できる。また、カラー画像形成装置に用いる場合は、色ずれのない高精細なカラー画像装置を提供できる。
《第4の実施形態》
本実施形態において、第3の実施形態と異なる点は、補正値を面ごとかつビームごとに記憶するのではなく、隣接するビームは同一の補正値を記憶することである。これによりメモリー容量を削減でき、より安価な高精細用光走査装置を提供できる。本実施形態のその他の構成は第3の実施形態と同様である。
本実施形態では、ポリゴンミラーの面数分(5面分)の奇数ビームの書き出し位置補正値を測定している。第2の実施形態と同様、補正値は以下のように工場出荷時に工具を用いて測定し、メモリーに書き込むことにより各ビームの発光タイミングを補正している。
即ち、本実施形態ではポリゴンミラー面をBD周期を測定することにより特定している。つまり、ポリゴンミラーを製造する時に発生する角度分割誤差をBDタイミングの変化として測定することにより面を特定している。面特定が終了したら、第2の実施形態と同様に、各面について時間差を測定する。即ち、ビーム1がスリット100aを通過してからビーム3がスリット100aを通過するまでの時間差ΔT0(1−3)−A面を測定する。同様に、ビーム3がスリット100aを通過してからビーム5が通過するまでの時間差ΔT0(3−5)を測定する。
以下、ΔT0(5−7)−A面、ΔT0(7−9)−A面・・・ΔT0(13−15)−A面を測定する。スリット101aを通過する時間も同様にΔT1(1−3)−A面、ΔT1(3−5)−A面・・・ΔT1(13−15)−A面を測定する。また102a、103aについても同様にΔT2(1−3)−A面、ΔT2(3−5)−A面・・・ΔT2(13−15)−A面、ΔT3(1−3)−A面、ΔT3(3−5)−A面・・・ΔT3(13−15)−A面を測定する。同様に、104aについても、ΔT4(1−3)−A面、ΔT4(3−5)−A面・・・ΔT4(13−15)−A面を測定する。
そして、次のポリゴンミラー面でも同様の測定を行い、5面分(A面、B面、C面、D面、E面)の測定を行う。測定されたΔT0(1−3)−A面〜ΔT4(13−15)−E面の200個の値を各面、各奇数ビーム間差ごと(ΔT0(1−3)−A面、ΔT1(1−3)−A面、ΔT2(1−3)−A面、ΔT3(1−3)−A面、ΔT4(1−3)−A面)に関数近似する。関数近似で算出された各ビーム間の時間誤差からビーム間隔ずれが最小になるように主走査方向発光タイミング(主走査方向間隔補正データ)=誤差の逆符号を算出する。
算出された各ビームの発光タイミング(主走査方向間隔補正データ)は、不図示のメモリーにブロックごと(本実施形態では32ブロック)に書き込まれ、画像領域全域における各面ごとの全ビームの主走査印字位置が副走査方向に一致するように補正する。偶数ビームの印字タイミングは、設計上のビーム間隔から算出される発光タイミングに隣接する発光タイミング誤差を付加して決定することができる。また、隣接する奇数ビームの平均値で発光タイミングを決定してもよい。
なお、本実施形態の書き出しタイミング(BDタイミング)は、ビーム16のBD信号に対してビーム16のみスリット102aを通過する時間T2(LD16)をポリゴンミラー面ごとに測定して決定している。即ち、書き出しタイミングも面ごとに変えている(T2(LD16)−A面〜T2(LD16)−E面)。
本実施形態では、奇数ビームを測定して補正値を求めたが、LD1とLD16(両端の発光点)を測定し、補正量を(ビーム数−1)で除算して他のビームの補正値を算出してもよい。
本実施形態の方法で補正値を求めると、格納するデータ容量が小さいので、安価なメモリーを使用できる。また、測定するビームの数が少ないので製造タクトを短縮できるというメリットを有する。
以上のように、ポリゴン面ごとに奇数ビームの発光タイミング差を主走査方向の5か所で測定し、主走査印字位置ずれが最小になるように各ビームの発光タイミングを算出する。これにより、測定データを削減でき、製造コストが削減できるだけでなく、より安価なメモリーを使用しても高精細な光走査装置を提供できる。また、カラー画像形成装置に用いる場合は、色ずれのない高精細なカラー画像装置を提供できる。
(変形例1)
上述した実施形態では、副走査方向に複数の光源(発光点)を備えるマルチビーム方式であって、走査線に応じて補正量が変化する光走査装置について説明した。即ち、第1のビームにより形成される複数のスポットのうち隣接する第1スポットと第2スポットのためにビームを出射するタイミングの差を前提とした。そして、第2のビームにより形成される複数のスポットのうち、第1スポット及び第2スポットと主走査方向の位置が同じであり互いに隣接する第3スポットと第4スポットのために光源手段がビームを出射するタイミングの差とが、互いに異なるものとした。
しかしながら、本発明はこのようなマルチビーム方式の光走査装置に限らず、単一の光源(発光点)を備えるシングルビーム方式の光走査装置についても適用できる。即ち、単一ビームを走査する際、被走査面上には主走査方向に沿ってスポットの列(複数のスポット)が形成されるが、走査レンズ11の焦点距離が部分的に設計値からずれると、隣接する2つのスポットを形成する際の発光タイミングの差を異ならせる。
即ち、上述した手法を用い、ピント位置が被走査面よりも手前(光源側)かその逆か、ピント位置に集光する光束の角度分布が主走査断面で見た時にどのようになっているか、によって、発光タイミング制御による補正を行う。このように構成することによって、ピント位置(ビームウェストが最も細い位置、集光位置)と被走査面との(光軸方向、光の進行方向における)位置関係が主走査方向の位置によって異なる場合であっても、スポットのピッチが均一に近い走査線を形成できる。
なお、発光タイミングの決定に関しては、予め測定データを持っておいて、その測定データに基づいて発光タイミングを決定する他に、演算によって求めても良い。
(変形例2)
上述した実施形態では、ブロック内で異なる発光タイミングを備えるものとしたが、ブロック内は同じで、異なるブロックとの間で発光タイミングを異ならせても良い。
(変形例2)
上述した実施形態では、画像領域を4区間に等間隔で分割し、LD16のBDタイミングを基準にしてビーム間隔ずれが最小になる時間を算出したが、より高精度な補正を行うために分割区間を増やしてもよい。また、図6(c)に示すように、書き出し側の方がドットずれ敏感度が高いので、書き出し側の方がセンサーを多くしてもよい。更に、本実施形態では偏向器6の偏向面でのビーム蹴られ量のないLD16のBDタイミングを基準にしたが、偏向器6の偏向面で蹴られない他のビームのBDタイミングを基準にしてもよい。
(変形例3)
また、全ての発光点が、主走査方向の位置に応じて2以上のグループにグループ化されており、各グループで補正データが異なるようにすることもできる。
(変形例4)
上述した実施形態では、間欠的にビームを出射するのに光源手段(発光点)に依る発光自体を間欠的に行ったが、光源手段の直後にシャッター等の遮光部材を設け、この遮光部材による遮光を間欠的に行っても良い。なお、ビームの数(発光点の数)は、少なくとも3個以上であれば何個でも良い。
1・・光源手段、6・・光偏向器、11・・走査レンズ、300・・補正データ格納手段、400・・発光制御手段

Claims (14)

  1. 第1及び第2の発光点の夫々から間欠的に出射する第1及び第2の光束を偏向し、被走査面を主走査方向に光走査する偏向器と、
    前記偏向器により偏向された前記第1及び第2の光束を前記被走査面に集光し、前記第1及び第2の光束の夫々による複数のスポットを前記被走査面に形成する結像光学系と
    前記第1の光束による複数のスポットのうち主走査方向において互いに隣接する第1及び第2のスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差と、前記第2の光束による複数のスポットのうち主走査方向における位置が前記第1及び第2のスポットと同じである第3及び第4のスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差と、互いに異なるように前記第1及び第2の発光点を制御することで、前記結像光学系の主走査断面内における像面湾曲による前記被走査面での前記第1及び第2の光束の印字位置ずれを低減する制御手段と、
    を備えることを特徴とする光走査装置。
  2. 前記結像光学系の主走査断面内における像面湾曲に基づく、前記第1及び第2の発光点の発光タイミングの補正データが格納される格納手段を更に備え、前記制御手段は、前記補正データに基づいて前記第1及び第2の発光点を制御することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記第1及び第2の発光点の夫々の前記発光タイミングの差が互いに等しい場合に前記結像光学系を通過した前記第1及び第2の光束の夫々によって、前記被走査面の画像領域に前記複数のスポットが形成されるタイミングに基づく、前記第1及び第2の発光点の発光タイミングの補正データが格納される格納手段を更に備え、前記制御手段は、前記補正データに基づいて前記第1及び第2の発光点を制御することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  4. 前記第1及び第2のスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差と、前記第1の光束による複数のスポットのうち前記第1及び第2のスポットとは異なる第5及び第6のスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差と、は互いに異なることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光走査装置。
  5. 前記第1の光束による複数のスポットは、第1及び第2のスポット群を含み、
    前記第1及び第2のスポット群の夫々において、互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差は一定であり、
    前記第1のスポット群において前記第2のスポット群に最も近いスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングと、前記第2のスポット群において前記第1のスポット群に最も近いスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングと、の差は、前記第1のスポット群において互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差、及び前記第2のスポット群において互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差、の夫々とは異なることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光走査装置。
  6. 前記第1のスポット群において互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差と、前記第2のスポット群において互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第1の発光点の発光タイミングの差と、は互いに異なることを特徴とする請求項に記載の光走査装置。
  7. 前記第3及び第4のスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差と、前記第2の光束による複数のスポットのうち前記第3及び第4のスポットとは異なる第7及び第8のスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差と、は互いに異なることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光走査装置。
  8. 前記第2の光束による複数のスポットは、第3及び第4のスポット群を含み、
    前記第3及び第4のスポット群の夫々において、互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差は一定であり、
    前記第3のスポット群において前記第4のスポット群に最も近いスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングと、前記第4のスポット群において前記第3のスポット群に最も近いスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングと、の差は、前記第3のスポット群において互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差、及び前記第4のスポット群において互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差、の夫々とは異なることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光走査装置。
  9. 前記第3のスポット群において互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差と、前記第4のスポット群において互いに隣接する2つのスポットを形成する際の前記第2の発光点の発光タイミングの差と、は互いに異なることを特徴とする請求項に記載の光走査装置。
  10. 主走査方向及び副走査方向において互いに間隔を空けて配置された、前記第1及び第2の発光点を含む3つ以上の発光点を備え、
    前記被走査面上に形成される複数のスポットは、複数のスポット群を含み、
    該複数のスポット群の夫々において、スポットを形成する際の前記3つ以上の発光点の夫々の発光タイミングの間隔は一定であり、
    前記スポット群毎に前記3つ以上の発光点の発光タイミングを制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光走査装置。
  11. 前記制御手段は、前記スポット群同士での最も近い2つのスポットを形成する際の前記3つ以上の発光点の夫々の発光タイミングの差と、前記複数のスポット群の夫々における前記3つ以上の発光点の夫々の発光タイミングの間隔と、に基づいて前記3つ以上の発光点の発光タイミングを制御することを特徴とする請求項10に記載の光走査装置。
  12. 前記第1及び第2の光束を前記偏向器の偏向面に集光する入射光学系と、前記第1及び第2の発光点と前記偏向器との間に配置され、前記第1及び第2の光束の主走査方向における光束幅を規制する絞りと、を備え、
    前記絞りから前記偏向面までの距離をL、前記第1及び第2の発光点の主走査方向での間隔をW、前記結像光学系の主走査断面内での焦点距離をffΘ、前記入射光学系の主走査断面内での焦点距離をfcol、主走査断面内での解像度をR、とするとき、
    なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光走査装置。
  13. 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光走査装置と、該光走査装置によって前記被走査面に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を有することを特徴とする画像形成装置。
  14. 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光走査装置と、外部機器から出力されたコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力するプリンタコントローラと、を有することを特徴とする画像形成装置。
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