JPH0815631A

JPH0815631A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH0815631A
Application number: JP14826694A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Murakami; 和則村上; Tomonori Ikumi; 智則伊久美
Original assignee: TEC CORP
Current assignee: TEC CORP
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で中央領域から端領域までの印刷濃
度を略均一にする。【構成】レーザ光をポリゴンミラーに当てて偏向走査
し、その走査光を感光体ドラムの感光面に照射し、かつ
走査ビームの感光面での走査速度の変化により発生する
ｆθ誤差を１走査における各ドットの時間幅を電気的に
可変制御して補正するものにおいて、１走査における各
ドットの点灯時間内に非点灯時間を設け、その非点灯時
間を中央領域から端領域に行くに従って短くなるように
設定し、これにより１走査の中央領域から端領域までの
露光光量を均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザプリンタ
の感光体ドラムを露光するのに使用する光走査装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、レーザプリンタは、感光体ドラ
ムの表面を均一に帯電した後、走査レーザ光で感光体ド
ラムの表面を露光して感光体ドラムに静電潜像を形成
し、その静電潜像をトナーで現像して顕像化した後、そ
のトナー像を転写紙に転写し、その転写紙のトナーを熱
定着することにより印刷を行っている。

【０００３】このようなレーザプリンタでは走査レーザ
光を出射するための光走査装置を使用している。

【０００４】そして従来、光走査装置としては、例え
ば、特公平５−１５３３９号公報のものが知られてい
る。この公報のものは、半導体レーザ光をポリゴンミラ
ーで偏向走査し、像形成面（感光体表面）において走査
中心から端に行くに従い走査速度が速くなる光学系を使
用し、その光学系に対してデータクロックを電圧制御発
振器を用いて走査中央から端に行くに従い周波数が高く
なるように制御してｆθ特性を電気的に補正し、また、
これに伴って発生する端部での露光エネルギーの減少分
を半導体レーザ光のパワーを上げることにより見かけ上
の印刷濃度（静電潜像をトナー現像して転写紙に転写し
た結果の印刷濃度）を走査中央部と端部で均一になるよ
うにしている。

【０００５】すなわち、走査速度が速くなる分、端部で
は感光ドラム上の露光エネルギーが減少し、中央部から
端部に行くに従い印刷濃度が薄くなる現象が発生するた
め、端部に行くに従い半導体レーザ光の発光エネルギー
が段階的に高くなるように制御して露光光量を制御し印
刷濃度の均一化を図っている。

【０００６】このため、公報のものでは、半導体レーザ
のドライブ回路に半導体レーザ光のパワーを段階的に変
更できる回路を付加している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来装置で
は、半導体レーザのドライブ回路に半導体レーザ光のパ
ワーを段階的に変更できる回路を付加しなければなら
ず、構成が複雑化する問題があった。

【０００８】そこで本発明は、簡単な構成で露光光量を
制御でき、走査の中央領域から端領域までの印刷濃度を
略均一化できる光走査装置を提供する。

【０００９】また、本発明は、簡単な構成で露光光量を
制御でき、走査の中央領域から端領域までの印刷濃度を
略均一化できるとともに全領域の印刷濃度を容易に調整
できる光走査装置を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
光ビームを回転反射体で偏向して走査ビームとし、この
走査ビームを像形成面に結像するとともに、走査ビーム
の像形成面での走査速度の変化により発生するｆθ誤差
を１走査における各ドットの時間幅を電気的に可変制御
して補正する光走査装置において、ビームの１ドット点
灯時間内に非点灯時間を設け、この非点灯時間を１走査
の中央領域から端領域に行くに従って短くなるように設
定し、端領域では非点灯時間が最も短くなるか又はゼロ
となるものである。

【００１１】請求項２対応の発明は、光ビームを回転反
射体で偏向して走査ビームとし、この走査ビームを像形
成面に結像するとともに、走査ビームの像形成面での走
査速度の変化により発生するｆθ誤差を１走査における
各ドットの時間幅を電気的に可変制御して補正する光走
査装置において、ビームの１ドット点灯時間内に非点灯
時間を設け、この非点灯時間を１走査の中央領域から端
領域に行くに従って短くなるように設定するとともに非
点灯時間を可変可能としたものである。

【００１２】

【作用】このような構成の本発明においては、回転反射
体からの走査ビームが像形成面走査するとき中央領域で
は１ドット点灯時間内に比較的長い非点灯時間が設けら
れるが、端領域に行くに従って非点灯時間が短くなり、
端領域では非点灯時間が最も短くなるか又はゼロとな
る。これにより像形成面の中央領域から端領域まで１ド
ットを形成する光量が略等しくなる。

【００１３】また、本発明においては、非点灯時間を可
変することにより像形成面の中央領域から端領域までの
全領域にわたって１ドットを形成する光量を減少させる
ことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１５】図１は光走査装置の部分構成を示す平面
図、図２は光走査装置の全体構成を示す一部断面した側
面図である。

【００１６】図において１はベースで、このベース１の
中央部にスキャナモータ２を固定している。前記スキャ
ナモータ２は回転反射体であるポリゴンミラー３を回転
駆動する。

【００１７】前記ベース１の上面縁部にハウジング４を
例えばねじにより固定している。なお、ねじ以外で固定
してもよい。

【００１８】前記ハウジング４は、上部背面側に放熱板
５に固定した半導体レーザ素子６、この半導体レーザ素
子６からのレーザ光（光ビーム）を調整するコリメータ
レンズを接着固定したコリメータ鏡筒７、このコリメー
タ鏡筒７を１次元スライド可能に取付けたコリメータ鏡
筒保持部材８からなる光出射ユニット９を貫通させて固
定している。

【００１９】前記光出射ユニット９の前方に位置した前
記ハウジング４の上部内面にシリンドリカルレンズ１
０、収束レンズ（平凸レンズ）１１、折り返しミラー１
２を一体化した結像ユニット１３を例えばねじにより固
定している。なお、ねじ以外で固定してもよい。

【００２０】前記結像ユニット１３は、シリンドリカル
レンズ１０を平板状のレンズホルダ１９に固定し、この
レンズホルダ１９を内部フレームにスライド自在に装着
している。そして前記ハウジング４の上部に前記レンズ
ホルダ１９に連通する矩形の開口孔２０を形成し、その
開口孔２０を通して前記レンズホルダ１９のスライド調
整ができるようになっている。

【００２１】前記半導体レーザ素子６からのレーザ光
は、コリメータ鏡筒７のコリメータレンズ、シリンドリ
カルレンズ１０及び収束レンズ１１を通って前記折り返
しミラー１２に反射し、その折り返しミラー１２からの
反射レーザ光が前記ポリゴンミラー３の反射面で反射し
て偏向走査される。すなわち、前記ポリゴンミラー３の
回転に伴って水平面上を走査する走査光（走査ビーム）
となる。

【００２２】前記ポリゴンミラー３からの走査光は、前
記ハウジング４の前面の貫通孔に装着した補正レンズ１
４を通過した後、折返しユニット１５に固定した折返し
ミラー１６及び１７に順次反射してから像形成面である
感光体ドラム１８の感光面に照射するようになってい
る。

【００２３】前記折返しユニット１５は前記ハウジング
４の前面外側に例えばねじにより固定している。なお、
ねじ以外で固定してもよい。前記補正レンズ１４は、図
３に示すように、入射面ａ1 が主走査方向に回転軸を持
つ包絡線が偶数次の高次多項式で表わされる非球面で、
出射面ａ2 が光軸方向に回転軸を持つ包絡線が偶数次の
高次多項式で表わされる非球面となっている。

【００２４】このような構成の光走査装置の組立ては、
先ずハウジング４に光出射ユニット９、結像ユニット１
３及び補正レンズ１４を固定する。このとき、光出射ユ
ニット９のコリメータレンズと半導体レーザ素子６の芯
だし調整をオートコリメータ等を利用して別途行う。

【００２５】また、ポリゴンミラー３の反射面に相当す
る位置に２次元エリアセンサ等を配置し、大まかなコリ
メータの光軸方向１次元調整とシリンドリカルレンズ１
０の副走査方向位置調整を行う。

【００２６】次にスキャナモータ２と結合し、ピント面
に相当する位置に配置したビーム径評価装置を見ながら
コリメータの光軸方向調整をしっかりと行う。

【００２７】そしてハウジング４に折返しユニット１５
を取付けて光走査装置が完成する。こうすることで、折
返しユニット１５のミラー１６，１７の精度や汚れに影
響されずに、しかもスキャナモータ２の回転軸に垂直に
近い面内で偏向走査でき、光走査装置やビーム径評価装
置のセッティングが簡単になる。

【００２８】次にｆθ補正を光学的に行っていない、換
言すれば電気的に補正する必要がある、本光走査装置の
設計値について述べる。

【００２９】図４はシュミレーション結果を示す図で、
(a) はｆθ誤差（正規走査位置に対する実走査位置のず
れ）、(b) は主走査像面湾曲、(c) は副走査像面湾曲、
(d)は走査線湾曲を示している。走査位置は、中央から
片側へ１１０mmまでの位置で、グラフは各位置での誤差
量を示している。

【００３０】なお、このシュミレーションは、補正レン
ズ１４の軸外し量を１．４３４mm、入射ビームのスキュ
ー角を３．４０６°、仮想収束点ｙ座標を−３０．４０
１２mm、ポリゴンミラー３の内接円半径を１４mm、２２
０mmの走査のためのポリゴンミラー３の走査角を４２
°、ポリゴンミラー３の反射面の楕円半径をａ＝ｂ＝１
２０．２９７mm、補正レンズ１４の厚さを５mm、補正レ
ンズ１４の入射面中央半径を１２．１３６６mm、補正レ
ンズ１４の頂点ｙ座標を３８．２mmとして行った。

【００３１】すなわち、ポリゴンミラー３は、内接円半
径１４mm、走査角４２°、反射面の（楕）円半径１２
０．２９７mmで３．４０６°のスキュー角を持って回転
中心から３０．４０１２mm（ポリゴンミラー回転軸に垂
直な面（ｘ−ｙ面）へのｙ軸斜影成分）に主走査成分が
集光されるように構成している。また、副走査集光位置
はポリゴン反射面である。

【００３２】前記補正レンズ１４は、ポリゴンミラー３
で偏向走査された走査光を結像し面倒れ補正するレンズ
であるが、入射面は主走査方向に平行な直線を回転対称
軸とする回転体形状であり、走査角０°のときの走査面
位置を中心に左右対称形で、主走査方向断面形状は以下
に示す偶数時の高次多項式で表わされる。

【００３３】そのときの係数は、入射面２次係数が０．
００７３６１、入射面４次係数が６．７３２４４６×１
０^-7、入射面６次係数が−６．８４８１６３×１
０^-10、入射面８次係数が４．３８３０７７×１０^-13
となる。

【００３４】また、出射面は走査角０°のときの光軸回
転中心として回転対称構造で、主走査方向断面形状は以
下に示す偶数時の高次多項式で表わされる。そのときの
係数は、出射面２次係数が０．００８１２１、出射面４
次係数が１．４０９５７３×１０^-6、出射面６次係数が
−４．２４２６８９×１０^-10、出射面８次係数が４．
０４３８５９×１０^-14となる。

【００３５】また、入射面と出射面の中心軸は、図５の
(a) ，(b) に示すように、同一平面内に無い。その軸外
し量は−１．４３４mmで出射面軸は光軸を通る。非球面
の一般式は、下記式で示され、非球面係数の２次の項を
Ｒに換算すると、Ａ２＝１／２Ｒとなる。但し、入射面
のＲは６７．９２５mm、出射面のＲは６１．５７mm、ｋ
は入射面、出射面とも−１である。

【００３６】

【数１】次にこの光走査装置のｆθ誤差（各走査位置に対する走
査速度）について述べる。

【００３７】走査速度は中心から端に行くに従って速く
なるが、設計的には中心と片側１１０mm走査できる位置
を基準にしているので、理想走査位置からの実走査位置
のずれは図７に示すようになり、６５mm付近で最大の
４．６５mm程中心よりになる。また、中央の走査速度ｖ
₀に対する各走査位置の走査速度ｖ_xの比を示すと図６
に示すようになる。すなわち、中心から６５mm付近が平
均スピードで、中心から１１０mmの位置では約１．３７
倍となる。

【００３８】このｆθ誤差を補正する１つについて述べ
る。図７に示すように、有効走査領域が２２０mmである
Ａ４サイズでドット密度が３００ｄｐｉの場合を例にし
て述べると、主走査領域の片側、すなわち中心位置＝０
から１１０mmまでを５mmずつに分割してそれぞれ領域
(1),(2),(3),…(22)とする。

【００３９】ｆθ誤差の補正方法は、デジタル的なパル
ス幅変調方式で、平均１ドット時間の１／１６の周期を
持つ基準クロックを用意し、この基準クロックの１０〜
１６個で１ドットを構成する。

【００４０】その選択は、表１に示すように走査スピー
ドの速い端領域（領域(20),(21),(22)など）ほど基準ク
ロックが１０〜１２個程度とパルス数の少ないものを選
択し、走査スピードの遅い中央領域（領域(1),(2),(3)
など）ほど基準クロックが１５，１６個とパルス数の多
いものを選択する。

【００４１】すなわち、領域(1) 〜(8) の０〜４０mmの
範囲では図８の(a) に示すように、基準クロックの１５
個か１６個を選択する。領域(9) 〜(13)の４０〜６５mm
の範囲では図８の(b) に示すように、基準クロックの１
４個か１５個を選択する。領域(14)〜(17)の６５〜８５
mmの範囲では図８の(c) に示すように、基準クロックの
１３個か１４個を選択する。領域(18)，(19)の８５〜９
５mmの範囲では図８の(d) に示すように、基準クロック
の１２個か１３個を選択する。領域(20)，(21)の９５〜
１０５mmの範囲では図８の(e) に示すように、基準クロ
ックの１１個か１２個を選択する。領域(22)の１０５〜
１１０mmの範囲では図８の(f) に示すように、基準クロ
ックの１０個か１１個を選択する。

【００４２】ｆθ誤差の補正はデジタルでその分解能は
１／１６なので、各領域で２種類のパルス数を選択して
３００ｄｐｉ、５mm、５９ドットのうち何ドットをどち
らのパルス数にするかを累積誤差計算を行って求める。
表１では領域(1) は１５パルスで１ドットのものを３２
ドット、１６パルスで１ドットのものを２７ドット選択
する。以下、表１に従って領域(22)まで選択を決め、こ
れに基づいて１走査における各ドットを制御すればｆθ
誤差を電気的にデジタルクロック補正できることにな
る。

【００４３】

【表１】こうして決められる各ドットに対して１走査である２２
０mmの幅に対して図９に示すように、中央領域部をＡ領
域とし、端領域部をＣ領域とし、中央領域部と端領域部
との間の領域部をＢ領域とし、この各領域に対して図１
０に示すような１ドット点灯時間幅内において非点灯時
間を設けてＡ〜Ｃの各領域における露光時の光量を略等
しくし印刷濃度を均一にする。

【００４４】すなわち、Ａ領域は走査スピードの遅い領
域で、例えば領域(1) 〜(11)が対応する。このＡ領域で
は１ドットはパルス数が１４個〜１６個で、その１ドッ
ト点灯時間幅内に１〜１０パルス程度の非点灯時間を設
ける。例えば１ドットが１６パルスの場合に、最初の６
パルスを点灯し、次の４パルスを消灯し、次の６パルス
を点灯するというような制御を行う。これを図に示すと
図１０の(a) に示すようになり、Ｃ領域に比べて露光光
量がオーバぎみになるのを非点灯時間ｔ1 で調整する。

【００４５】また、Ｂ領域は、例えば領域(12)〜(19)が
対応し、このＢ領域では１ドットはパルス数が１２個〜
１５個で、その非点灯時間ｔ2 はＡ領域の非点灯時間ｔ
1 よりも短く設定する。例えば１ドットが１４パルスの
場合に、最初の６パルスを点灯し、次の３パルスを消灯
し、次の５パルスを点灯するというような制御を行う。
これを図に示すと図１０の(b) に示すようになる。

【００４６】また、Ｃ領域は走査スピードの速い領域
で、例えば領域(20)〜(22)が対応する。このＣ領域では
１ドットはパルス数が１０個〜１２個で、その非点灯時
間ｔ3はＢ領域の非点灯時間ｔ2 よりもさらに短く設定
する。場合によって非点灯時間ｔ3 はゼロであってもよ
い。例えば１ドットが１２パルスの場合に、最初の６パ
ルスを点灯し、次の１パルスを消灯し、次の５パルスを
点灯するというような制御を行う。これを図に示すと図
１０の(c) に示すようになる。

【００４７】以上のように１ドットの点灯時間内に非点
灯時間を設け、その非点灯時間を調整することにより、
半導体レーザ素子６からのレーザ光のパワーを変調する
回路を付加させること無く、簡単に１走査における各ド
ットの露光光量を略均一に調整できる。

【００４８】従って、静電潜像に対するトナーの付着量
が略一定となり、トナー像を転写紙に転写して得られる
画像の濃度を主走査方向で略一定にできる。すなわち、
走査の中央領域から端領域までの印刷濃度を略均一化で
きる。

【００４９】なお、この実施例では、１ドットの点灯時
間の中央部に非点灯時間を設けたが必ずしもこれに限定
するものではなく、１ドットの点灯時間の端部に非点灯
時間を設けても、また１ドットの点灯時間内に略均一に
分散させてもよい。

【００５０】次に本発明の他の実施例を図面を参照して
説明する。なお、光装置装置の機構は前記実施例と同様
であり、またｆθ誤差補正の方法についても前記実施例
と同様である。さらに、１走査における各ドットの露光
光量を略均一に調整する方法も前記実施例と同様であ
る。

【００５１】先ず、前記実施例と同様に、Ａ領域、Ｂ領
域、Ｃ領域における各ドットの１ドット点灯時間内にお
ける非点灯時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 をそれぞれ設定して走
査の中央領域から端領域までの印刷濃度を略均一に調整
する。

【００５２】このような調整を行った後に、画像全体の
印刷濃度を低下させるために、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域
における各ドットの非点灯時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 にさら
に別の非点灯時間ｔ10，ｔ20，ｔ30を付加する。

【００５３】すなわち、Ａ領域における各ドットの１ド
ット点灯時間内における非点灯時間は、図１１の(a) に
示すようにｔ1 ＋ｔ10に設定する。また、Ｂ領域におけ
る各ドットの１ドット点灯時間内における非点灯時間
は、図１１の(b) に示すようにｔ2 ＋ｔ20に設定する。
さらに、Ｃ領域における各ドットの１ドット点灯時間内
における非点灯時間は、図１１の(c) に示すようにｔ3
＋ｔ30に設定する。

【００５４】この場合、非点灯時間ｔ10，ｔ20，ｔ30
は、端部の印刷濃度を見て中央部の印刷濃度が端部に合
うように決めてやればよい。すなわち、各領域における
１ドットの時間幅が異なるため付加する非点灯時間ｔ1
0，ｔ20，ｔ30もｔ10＞ｔ20＞ｔ30を満足するように設
定することにより、印刷濃度を下げたときの印刷濃度の
均一化が図れる。

【００５５】このように非点灯時間を調整することによ
り、全体的に各ドットを小さくでき、例えば写真モード
のようにベタ印刷するような場合に画像を鮮明にでき、
またトナーの消費量も節約できる。

【００５６】なお、この実施例では、非点灯時間ｔ1 ＋
ｔ10、ｔ2 ＋ｔ20、ｔ3 ＋ｔ30は、１／１６の分解能で
ディスクリートにしか選択できないが、アナログ的な制
御を行えばよりきめの細かい制御が可能となる。

【００５７】なお、この実施例においても１ドットの点
灯時間の中央部に非点灯時間を設けたが必ずしもこれに
限定するものではなく、１ドットの点灯時間の端部に非
点灯時間を設けても、また１ドットの点灯時間内に略均
一に分散させてもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、１ドットの点灯
時間内に非点灯時間を設けるという簡単な構成で露光光
量を制御でき、それにより走査の中央領域から端領域ま
での印刷濃度を略均一化できる光走査装置を提供でき
る。

【００５９】また、本発明によれば、１ドットの点灯時
間内に非点灯時間を設け、その非点灯時間を可変すると
いう簡単な構成で露光光量を制御でき、走査の中央領域
から端領域までの印刷濃度を略均一化できるとともに全
領域の印刷濃度を容易に調整できる光走査装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す光走査装置の部分構成
を示す平面図。

【図２】同実施例の光走査装置の全体構成を示す一部断
面した側面図。

【図３】同実施例の補正レンズの構成を示す図。

【図４】同実施例のｆθ誤差、主走査像面湾曲、副走査
像面湾曲、走査線湾曲のシュミレーション結果を示す
図。

【図５】同実施例の補正レンズの入射面と出射面の中心
軸の関係を示す図。

【図６】同実施例の主走査位置に対する走査速度比の変
化を示すグラフ。

【図７】同実施例の主走査位置に対する走査位置累積誤
差を示すグラフ。

【図８】同実施例の主走査の各位置における１ドットの
サイズを示す図。

【図９】同実施例の主走査方向の領域分けの一例を示す
図。

【図１０】同実施例の各領域の１ドット点灯時間に対す
る非点灯時間の関係を示す図。

【図１１】本発明の他の実施例の各領域の１ドット点灯
時間に対する非点灯時間の関係を示す図。

【符号の説明】

２…スキャナモータ３…ポリゴンミラー６…半導体レーザ素子１８…感光体ドラム（像形成面）ｔ1 〜ｔ3 …印刷濃度均一化のための非点灯時間ｔ10〜ｔ30…印刷濃度可変のための非点灯時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを回転反射体で偏向して走査ビ
ームとし、この走査ビームを像形成面に結像するととも
に、前記走査ビームの前記像形成面での走査速度の変化
により発生するｆθ誤差を１走査における各ドットの時
間幅を電気的に可変制御して補正する光走査装置におい
て、ビームの１ドット点灯時間内に非点灯時間を設け、
この非点灯時間を１走査の中央領域から端領域に行くに
従って短くなるように設定し、端領域では前記非点灯時
間が最も短くなるか又はゼロとなることを特徴とする光
走査装置。
【請求項２】光ビームを回転反射体で偏向して走査ビ
ームとし、この走査ビームを像形成面に結像するととも
に、前記走査ビームの前記像形成面での走査速度の変化
により発生するｆθ誤差を１走査における各ドットの時
間幅を電気的に可変制御して補正する光走査装置におい
て、ビームの１ドット点灯時間内に非点灯時間を設け、
この非点灯時間を１走査の中央領域から端領域に行くに
従って短くなるように設定するとともに前記非点灯時間
を可変可能としたことを特徴とする光走査装置。