JPH0980332A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチビーム方式の画像形成装置において、
複数のスポットの副走査方向のピッチを容易に正確に調
整できるようにして、バンディング等による画質の低下
を防ぐ。 【解決手段】 副走査方向にパワー成分を有する複数の
光学素子であるシリンダレンズからなる複数のレンズ３
ａ，３ｂ，４がある。ＬＤアレイ１から出力される近接
した２本のビームは、カップリングレンズ２で平行ビー
ムになり、レンズ３ａ，３ｂからなるビームコンプレッ
サ３により副走査方向に圧縮された平行ビームに変換さ
れ、レンズ４によりポリゴンミラーのミラー面５ａ上に
結像する。レンズ３ａを若干左又は右に平行移動し、レ
ンズ４ａも同方向に平行移動して再びミラー面５ａに結
像するようにしたズーム光学系は、ミラー面５ａ上の像
の倍率が変るから、感光体上の複数のスポットのピッチ
を調整することが出来る。レンズ３ａ，３ｂ，４のうち
のいずれか１個だけ左又は右に平行移動しても、同様な
作用が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はマルチビームを用
いて感光体上に静電潜像を形成する光走査型の画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザダイオードから出力される画像信
号に応じて変調されたレーザビームを、副走査方向に移
動する感光体上にスポットとして結像させ、主走査方向
にスキャンすることにより静電潜像を形成し、現像によ
ってトナー像に変換したのち用紙上に転写定着して画像
を形成するレーザビームプリンタ（以下単に「プリン
タ」ともいう）が知られている。

【０００３】このようなプリンタは、その高解像度によ
る高い画質とプリントアウトの高速性とにより、更に量
産によるコストダウンにも支えられて広く用いられるよ
うになったが、用途が広くなるに従って、ユーザからは
更に高い解像度と高速性に対する要望が強くなってきて
いる。

【０００４】一般的に、高解像度と高速性とは相反関係
にあるため、解像度を上げようとすればプリントアウト
の時間が長くなり、高速性を追求すれば解像度が低下す
る傾向がある。したがって、いずれのレベルを上げる場
合にも、ビーム偏向手段である例えばポリゴンミラーの
回転数を上げるか、その面数を増加させる必要がある。

【０００５】しかしながら、現在のプリンタのポリゴン
ミラーは、その回転数をこれ以上に上げると寿命が急速
に劣化する限界近くまで達しており、その面数を増加さ
せると分留りが悪くなってコストが上がるのみならず、
所定の画像幅を得るために装置の大型化が避けられな
い。さらに、画像信号に応じたレーザ光の変調周波数も
上げる必要があるから、周波数の上昇による回路上のト
ラブルも発生し易くなるという問題があった。

【０００６】そのため、複数の例えばＮ個の互いに近接
したビームを用いて同時にＮ本のラインをスキャンする
ことにより、ポリゴンミラーの回転数，面数及び変調周
波数を上げることなく、Ｎ倍の高速性すなわちプリント
アウトの時間を１／Ｎに短縮出来るマルチビーム方式の
プリンタが現れるに至った。高速性を或る程度抑えれ
ば、その分だけ高解像度が得られることはいうまでもな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マルチ
ビームを用いた場合には、各スキャンラインの（副走査
方向の）ピッチＰが、例えば画素密度６００ｄｐｉ（ド
ット／インチ）の場合は４２.３３μｍ、４００ｄｐｉ
の場合は６３.５μｍに正しく設定される必要がある
が、単一のビームを用いたシングルビーム方式の場合に
は不要であったピッチの調整とその保持が極めて難かし
くなる。

【０００８】もし、ピッチの調整が不充分であったり、
温度変化や経時変化等によってピッチが狂ったりする
と、得られた画像のスキャンラインが周期的に不等間隔
になり、その結果ピッチが微細であるだけにバンディン
グ、すなわち帯状濃度ムラが目立った画像となって、画
像品位すなわち画質が著るしく低下するという問題があ
った。

【０００９】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構成でスキャンラインのピッチを容易に
正確に調整出来るようにすることを目的とする。また、
他の目的は、調整されたピッチを常に正確に保持出来る
ようにすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、それぞれ画像信号に応じて変調されたレ
ーザ光のビームを出力する複数のビーム発生手段と、該
複数のビーム発生手段が出力する複数の発散ビームを平
行ビームに変換するカップリングレンズと、該カップリ
ングレンズを通過した複数の平行ビームの形状を変える
ためにそれぞれ光軸上に配置された少くとも副走査方向
のパワー成分を有する複数の光学素子と、該複数の光学
素子を通過した前記複数のビームを主走査方向に偏向す
るビーム偏向手段と、該ビーム偏向手段により偏向され
た複数のビームをそれぞれ感光体上にスポットとして結
像する結像手段とからなる光書き込み装置を備え、複数
のスポットが感光体上を主走査方向にスキャンして形成
される各スキャンラインの副走査方向のピッチが予め設
定された値になるように、複数のビーム発生手段を配置
してなる画像形成装置において、感光体上の複数のスキ
ャンラインのピッチを変化させるために、光軸上に配置
された複数の光学素子のうちの少くとも１つを移動又は
回動させる光学素子駆動手段を設けたものである。

【００１１】それぞれ上記の光学素子駆動手段が、光学
素子を光軸方向に平行移動させる手段であるとよい。ま
たは、ほぼ主走査方向に沿う軸を中心として光学素子を
回動させる手段であってもよい。あるいは、光学素子を
複数のビームの光路上に出し入れする手段であってもよ
い。

【００１２】上記の画像形成装置において、それぞれ次
のようにするとよい。すなわち、感光体上の複数のスキ
ャンラインのピッチを検出するピッチ検出手段を設け、
光学素子駆動手段が、ピッチ検出手段により検出された
スキャンラインのピッチと予め設定された値との差に応
じて光学素子を移動又は回動させる手段を有するとよ
い。

【００１３】また、光書き込み装置周辺の温度を検出す
る温度検出手段を設け、光学素子駆動手段が、温度検出
手段により検出された温度に応じて光学素子を移動又は
回動させる手段を有してもよい。

【００１４】あるいは、光学素子駆動手段による光学素
子の移動又は回動に応じて複数のビーム発生手段がそれ
ぞれ出力するビームのパワーを変更するビームパワー変
更手段を設けるとよい。

【００１５】さらに、複数のビームの光路上に配置した
アパーチャと、該アパーチャの径を光学素子駆動手段に
よる光学素子の移動又は回動に応じて変更するアパーチ
ャ径変更手段とを設けてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照しながら具体的に説明する。図２は、この発明
の実施の一形態である光書き込み装置の一例を示す斜視
図であり、図３は、図２に示した光書き込み装置の光学
系の配置を示す平面図である。

【００１７】図２に示した光書き込み装置１０は、その
筐体１１の側面に設けたＬＤ（レーザダイオード）ユニ
ット１２と、筐体１１の底面にそれぞれ光軸に沿って配
置したビームコンプレッサ３，シリンダレンズ４，ポリ
ゴンミラー５，ｆθレンズ６，長尺ミラー１４と、同期
ミラー１５及びＰＳＤ（ポジションセンシティブ・ダイ
オード）１６と、長尺ミラー１４の下部に設けたビーム
射出窓１７とから構成され、ビーム射出窓１７の下方に
は表面の感光体面８ａを支持する感光体ドラム８が設け
られている。

【００１８】ＬＤユニット１２は、それぞれ図３に示し
た複数のビーム発生手段であるＬＤアレイ１と、カップ
リングレンズ２及び図示しない複数のＬＤドライバを含
む駆動回路とからなり、この実施の形態ではそれぞれ画
像信号に応じて２個のＬＤドライバにより駆動される２
個のＬＤ（レーザダイオード）を固定的に１つのケース
に収めたＬＤアレイ１から射出された２本の発散性のレ
ーザビームが、カップリングレンズ２を介して、互いに
僅かな交角をもった２本の平行ビームとなって出力され
る。ＬＤユニット１２の背面には、温度検出手段である
サーミスタ１３が密接して設けられ、常にＬＤユニット
１２の温度がモニタされている。

【００１９】ＬＤユニット１２から出力された２本の平
行ビームは、それぞれ主走査（水平）方向にはパワーが
なく、副走査（垂直）方向にのみパワーを有する正，負
のシリンダレンズ３ａ，３ｂからなるビームコンプレッ
サ３によって、副走査方向のビーム径だけが圧縮された
平行ビームに変換され、同様に副走査方向にのみパワー
を有する正のシリンダレンズ４によって、平行ビームの
副走査方向成分のみが収斂してポリゴンミラー５のミラ
ー面５ａ上に結像される。

【００２０】これら正又は負のシリンダレンズ３ａ，３
ｂ，４は、複数のビームの形状を変えるために光軸上に
配置された、少くとも副走査方向のパワー成分を有する
複数の光学素子（以下これらをまとめて「光学素子群」
という）を構成している。

【００２１】図示しないポリゴンモータによって矢示Ａ
（反時計）方向に定速で回転駆動されるビーム偏向手段
であるポリゴンミラー５は、そのミラー面５ａに入射す
るレーザビームを反射して、反時計方向に（図２では左
から右へ）偏向する。ポリゴンミラー５によって偏向さ
れたレーザビームは、次にｆθレンズ６に入射する。

【００２２】２個の負のトーリックレンズ６ａと正のト
ーリックレンズ６ｂとからなる結像手段であるｆθレン
ズ６は、主走査方向と副走査方向とでそれぞれ異なる合
成焦点距離を有しているから、偏向レーザビームの平行
のままで入射する主走査方向成分と、ポリゴンミラー５
のミラー面５ａに結像され発散ビームとなって入射する
副走査方向成分とを、それぞれ感光体面８ａ上に結像す
るように作用する。

【００２３】ｆθレンズ６を通った偏向レーザビーム
は、次の長尺ミラー１４に入射する直前のタイミング
で、長尺ミラー１４の前側方に設けた同期ミラー１５に
より反射され、ｆθレンズ６に対して感光体面８ａと共
軛の位置に設けたＰＳＤ１６に入射する。ＰＳＤ１６
は、後述するように、ピッチ検出手段であるピッチ検出
部を構成するセンサとして作用すると共に、画像の主走
査方向の位置の基準となる同期信号を出力するためのセ
ンサとしても作用する。

【００２４】偏向レーザビームは、同期ミラー１５に入
射した後、長尺ミラー１４によって下方に反射され、筐
体１１の底面のビーム射出窓１７を通って感光体ドラム
８の感光体面８ａ上にスポットとなって結像し、矢示Ｂ
（時計）方向に回転する感光体ドラム８によって副走査
方向に移動する感光体面８ａを主走査方向である矢示Ｃ
方向にスキャンして、スキャンラインＳＬを形成する。

【００２５】図４は、図２及び図３に示して説明した光
学系を光軸に沿って展開し、互いにその光軸が僅かな交
角をもつ２本のレーザビームの副走査方向成分を１本の
ビームで代表して示す光路図である。２個のＬＤからな
るＬＤアレイ１のいずれか一方のＬＤから出力されたレ
ーザ光の発散ビームは、カップリングレンズ２により平
行ビームになって、正，負のシリンダレンズ３ａ，３ｂ
からなるビームコンプレッサ３によってビーム径を圧縮
された平行ビームとなり、正のシリンダレンズ４によっ
てポリゴンミラー５のミラー面５ａ上に結像する。

【００２６】なお、ビームコンプレッサ３によりビーム
径が圧縮されると、その圧縮比だけ２本のビームの各光
軸の交角は拡大し、もしビームエキスパンダによりビー
ム径を伸長すると、その伸長比だけ各光軸の交角は縮小
する。すなわち、ビーム径と各ビームの光軸の交角とは
反比例の関係になっている。

【００２７】複数のビームの光軸の互いの交角が拡大す
れば、複数のスキャンラインＳＬのピッチが拡がるか
ら、ビームコンプレッサ又はビームエキスパンダを交換
してビーム径を圧縮又は伸長することにより、スキャン
ラインＳＬのピッチを拡大又は縮小することも出来る。

【００２８】また、ｆθレンズ６によって偏向レーザビ
ームの副走査方向成分は、ミラー面５ａと感光体面８ａ
とが共軛の関係になっているから、ポリゴンミラー５の
各ミラー面５ａに面倒れ（副走査方向の傾き）の誤差が
あって、ミラー面５ａで反射されたビームが図４上で多
少上下に偏向しても、感光体面８ａ上のスポットが形成
するスキャンラインは全く上下（副走査方向）に動かな
いようになっている。

【００２９】図４において、カップリングレンズ２はコ
リメータとして作用する通常の正のレンズであるから、
主走査方向にも副走査方向にも等しいパワーを有し、ｆ
θレンズ６の主走査方向成分の焦点位置は感光体面８ａ
上にあり、副走査方向のパワー成分はミラー面５ａの像
を感光体面８ａ上に結像させるように作用する。光学素
子群を構成するビームコンプレッサ３の正，負のシリン
ダレンズ３ａ，３ｂ及びシリンダレンズ４は、それぞれ
副走査方向のパワー成分のみを有し、主走査方向にはゼ
ロである。

【００３０】そのため、２点鎖線で示したビームの主走
査方向成分は、ＬＤアレイ１からカップリングレンズ２
までは発散ビーム、カップリングレンズ２からｆθレン
ズ６までは平行ビームで、ｆθレンズ６以降は収斂ビー
ムとなり、感光体面８ａ上にポイントとなって結像す
る。したがって、この光学系によるＬＤの主走査方向の
横倍率βの絶対値は、ｆθレンズ６の主走査方向の焦点
距離をカップリングレンズ２の焦点距離で割った値にな
る。

【００３１】以下、特に断らない限り、光学系のこの発
明に関係する副走査方向成分のみについて説明するが、
焦点距離，間隔及び像の倍率（正しくは横倍率）をそれ
ぞれ示す記号ｆ，ｄ及びβは、すべて絶対値をとるもの
とし、前半の光学系によるＬＤアレイ１に対するミラー
面５ａ上の像の倍率をβ1 、後半のｆθレンズ６による
ミラー面５ａに対する感光体面８ａ上の像の倍率をβ2
とする。したがって、ＬＤアレイ１に対する感光体面８
ａ上の像の倍率はβ1 とβ2 との積である。

【００３２】図５は、ピッチが正常及び異常な場合に形
成される画像のスキャンラインの一例をそれぞれ示す図
であり、図５の（Ａ）は正常なピッチ、同図の（Ｂ）は
異常が発生した場合のスキャンラインの状態をそれぞれ
示している。

【００３３】画素密度が６００ｄｐｉの時の相隣るスキ
ャンラインの基準ピッチＰｓは４２.３３μｍであり、
２個のＬＤ即ちＬＤａとＬＤｂからなるＬＤアレイ１を
用いた場合の感光体面８ａの副走査方向の移動速度は、
シングルビームの場合に比べて１スキャンあたり２倍に
なるから、同じＬＤ例えばＬＤａが出力するビームのス
ポットによるスキャンラインＳＬ１ａと次のスキャンラ
インＳＬ２ａとのピッチすなわち送りピッチＰｎは、基
準ピッチＰｓの２倍の８４.６６ μｍになる。

【００３４】図５の（Ａ）に示したように、ＬＤａとＬ
Ｄｂによる感光体面８ａ上のスキャンラインＳＬ１ａと
ＳＬ１ｂのピッチＰｐが基準の４２.３３ μｍである場
合は、ＬＤｂによるスキャンラインＳＬ１ｂと、次のス
キャンにおけるＬＤａによるスキャンラインＳＬ２ａと
のピッチすなわち残りピッチＰｒはＰｒ＝Ｐｎ−Ｐｐ＝
４２.３３μｍ になって、基準ピッチＰｓ及びピッチＰ
ｐと同じであるから、ピッチの同期的バラツキによるバ
ンディングは生じない。

【００３５】しかしながら、図５の（Ｂ）に示したよう
に、ピッチＰｐに誤差εが生じてＰｓ＋εになると、残
りピッチＰｒはＰｓ−εになるから、両者の差は２εす
なわち誤差の２倍になって現れる。

【００３６】例えば、ε≒８μｍ程度の僅かな誤差が発
生してピッチＰｐが５０μｍになると、残りピッチはＰ
ｒ＝３４.６６ μｍ≒３５μｍになるから、画像のスキ
ャンラインのピッチは交互にほぼ１０：７になり、バン
ディングが認められるようになる。

【００３７】図６は、感光体面８ａ上に結像されたＬＤ
アレイ１の２個のＬＤであるＬＤａ，ＬＤｂの像（スポ
ット）ＬＤａ′，ＬＤｂ′と、それによるスキャンライ
ンＳＬ１ａ，ＳＬ１ｂとの関係の一例を示す図であり、
図５の（Ａ）に示した正常なスキャンラインの一部を拡
大して示したものである。

【００３８】ＬＤアレイ１のＬＤａ，ＬＤｂは、（β1
×β2）倍に拡大（又は縮小）された像ＬＤａ′，ＬＤ
ｂ′になるが、ＬＤアレイ１上のＬＤａ，ＬＤｂの間隔
は、ＬＤアレイ１が製造された時に既に決っているか
ら、（β1×β2）倍になった時に基準ピッチＰｓ（４
２.３３ μｍ）になるとは限らず、一般に基準ピッチよ
り大きくなる場合の方が多い。

【００３９】したがって、図６に示したように、ＬＤア
レイ１のＬＤａ，ＬＤｂを結ぶ直線を主走査方向のスキ
ャンラインに対して予め傾けて設定し、その像ＬＤ
ａ′，ＬＤｂ′の間隔の副走査方向成分が基準ピッチＰ
ｓになるようにすることにより、倍率β1，β2の自由度
すなわち光学系や機構系の設計の自由度を確保する方法
がとられている。

【００４０】そのため、ＬＤａ，ＬＤｂにそれぞれ入力
する画像信号の位相を、像ＬＤａ′，ＬＤｂ′の間隔の
主走査方向成分だけズラす必要が生じるが、スキャンラ
インＳＬａ，ＳＬｂ毎にそれぞれの同期信号に同期をと
ることにより、簡単に解決出来る。

【００４１】そのような場合に、像ＬＤａ′，ＬＤｂ′
の間隔の主走査方向成分が存在するために、１個の同期
センサによってスキャンライン毎のライン同期をそれぞ
れのタイミングで検出可能であるだけでなく、後述する
ように、１個のＰＳＤによってスキャンラインＳＬａ，
ＳＬｂのピッチＰｐを検出することが出来るという利点
がある。

【００４２】しかしながら、ＬＤアレイ１のＬＤａ，Ｌ
Ｄｂの間隔は比較的正確であるが、両者を結ぶ直線と主
走査方向との傾角の設定や、光学系の各素子とその設定
位置等の製作誤差のために、感光体面８ａ上の像ＬＤ
ａ′，ＬＤｂ′の間隔の副走査方向成分（スキャンライ
ンのピッチＰｐ）が、必ずしも基準ピッチＰｓと正確に
一致するとは限らない。そのために、ピッチＰｐが基準
ピッチＰｓと一致するように調整する必要が生じる。

【００４３】図１は、この発明のスキャンラインのピッ
チを調整する第１の実施の形態である光学素子駆動手段
の作用を説明するための光路図であり、図４に光路図と
して示した光学系の前半部分、すなわち光学素子群を含
むＬＤアレイ１からポリゴンミラー５のミラー面５ａま
でを拡大して示したものである。

【００４４】図１において、カップリングレンズ２とビ
ームコンプレッサ３の正，負のシリンダレンズ３ａ，３
ｂとシリンダレンズ４の各副走査方向の焦点距離をそれ
ぞれｆ1，ｆ2，−ｆ3，ｆ4とし、各シリンダレンズ３
ａ，３ｂ，４及びミラー面５ａの各間隔をそれぞれｄ
2，ｄ3，ｄ4 とする。なお、カップリングレンズ２とシ
リンダレンズ３ａとの間隔は、その間のビームが常に平
行ビームであるから、問題としないでよい。

【００４５】また、それぞれ副走査方向の成分で考え
て、ＬＤアレイ１のＬＤａ，ＬＤｂのピッチをＰｄ、ミ
ラー面５ａ上のＬＤａ，ＬＤｂの像のピッチをＰｍとす
れば、感光体面８ａ上の像ＬＤａ′，ＬＤｂ′のピッチ
はＰｐであるから、各ピッチＰｄ，Ｐｍ，Ｐｐの関係は
数１に示すようになる。

【００４６】

【数１】Ｐｍ＝β1×Ｐｄ Ｐｐ＝β2×Ｐｍ ∴Ｐｐ＝β1×β2×Ｐｄ

【００４７】標準の状態では、正のシリンダレンズ３ａ
に入射した平行ビームは、負のシリンダレンズ３ｂから
再び平行ビームとして射出されるから、間隔 ｄ2＝ｆ2
−ｆ3であり、間隔ｄ3 は無関係になる。シリンダレン
ズ３ｂから射出された平行ビームは、シリンダレンズ４
によってミラー面５ａに結像するから、間隔ｄ4＝ｆ4に
なっている。この標準の状態における光学素子群の合成
焦点距離をｆ0とすれば、ｆ0及びβ1 は数２に示すよう
になる。

【００４８】

【数２】ｆ0＝ｆ2×ｆ4／ｆ3 β1＝ｆ0／ｆ1 ＝ｆ2×ｆ4／(ｆ1×ｆ3)

【００４９】図１に示した標準の状態から、それぞれ破
線で示したように、先ずシリンダレンズ３ｂを微少量Δ
ｄだけ左方に平行移動すると、射出していた平行ビーム
は弱い発散ビームに変化し、ＬＤアレイ１の像はミラー
面５ａより右へ少しシフトする。次に、シリンダレンズ
４を微少量Δｄ′だけ左方に平行移動して、ＬＤアレイ
１の像をミラー面５ａの位置に戻すと、光学素子群の合
成焦点距離がｆ0 より大きくなるから、倍率β1 は標準
の状態の時より若干増大する。

【００５０】図示しないが同様に、標準の状態からシリ
ンダレンズ３ｂ，４をそれぞれ微少量右方に平行移動し
て、しかもＬＤアレイ１の像をミラー面５ａに結ばせる
ようにすると、合成焦点距離が逆にｆ0 より小さくな
り、倍率β1 は標準の状態より若干減少する。

【００５１】すなわち、光学素子群のシリンダレンズ３
ｂ，４は副走査方向成分のズームレンズを構成し、それ
ぞれバリエータ，コンペンゼータとして作用するから、
倍率β1 が標準の状態を中心として増減する。したがっ
て、数１に示した倍率β2 とＬＤアレイ１のピッチＰｄ
が一定であっても、感光体面８ａ上のピッチＰｐは倍率
β1 に比例して変化する。

【００５２】ズームレンズを構成するバリエータとコン
ペンゼータは、シリンダレンズ３ｂ，４に限定されるも
のではなく、３個のシリンダレンズ３ａ，３ｂ，４のう
ちのいずれか１つをバリエータ、他の１つをコンペンゼ
ータとしてもよい。また、ズームレンズは少くとも２個
のレンズを移動すれば構成出来るが、３個又はそれ以上
のレンズを移動させてもよい。

【００５３】図７は、この発明の第２の実施の形態であ
る光学素子駆動手段の一例を示す光路図であり、図８は
その原理を説明するための図である。図８に示した焦点
距離ｆの正のレンズ７の光軸に沿って入射する平行光
は、レンズ７の焦点Ｆに結像する。一方、破線で示した
光軸と傾角θをなして入射する平行光は、焦点Ｆを含み
光軸に垂直な焦点面上の結像点Ｆｅに結像する。

【００５４】レンズ７の主点Ｈと焦点Ｆとの距離は、い
うまでもなく焦点距離ｆである。一方、主点Ｈと結像点
Ｆｅとの距離をｆｅとすれば、ｆｅ＝ｆ／cos θにな
る。したがって、光軸に沿って入射する平行光に対し
て、レンズ７をθだけ傾けると、焦点Ｆより右側の結像
点Ｆｅ′に結像する。すなわち、ｆｅはレンズがθだけ
傾いた時の有効焦点距離であり、傾角θの正負にかかわ
らず常にｆｅ＞ｆになる。

【００５５】同様に、レンズ７が負のレンズの場合で
も、ｆｅの絶対値は常にｆの絶対値より大きくなり、レ
ンズ７がシリンダレンズであってもこの関係は変らな
い。したがって、予めレンズ７を光軸に対して傾角θだ
け傾けて設定しておけば、その傾角θを増減することに
より、その有効焦点距離ｆｅを増減させることが出来
る。

【００５６】図７は、図１に示した第１の実施の形態に
おいて、シリンダレンズ３ａ及び３ｂをそれぞれ予め傾
角θ及びθ′だけ傾けて設定し、それぞれの有効焦点距
離ｆｅをｆ2 及び−ｆ3 としたものであり、標準の状態
におけるビームの発散，平行，収斂は全く同じである。
また、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００５７】図７において、先ずシリンダレンズ３ａを
傾角θが増大する時計方向に微小角回動させると、その
有効焦点距離がΔｆｅだけ増えるから結像点が右に移動
し、シリンダレンズ３ｂから射出する平行ビームは若干
発散ビームになる。次に、シリンダレンズ３ｂを同様に
傾角θ′が増大する時計方向に回動させて、その有効焦
点距離の絶対値の増分がシリンダレンズ３ａの有効焦点
距離の増分と同じΔｆｅになるようにすれば、射出する
ビームは平行ビームに戻る。

【００５８】したがって、シリンダレンズ４によるＬＤ
アレイ１の像はミラー面５ａ上から動かないが、数２に
示した合成焦点距離ｆ0 の式においてｆ4 は変らず、ｆ
2 ，ｆ3が共にΔｆｅだけ増えることになる。しかる
に、ビームコンプレッサ３はｆ2＞ｆ3 の関係になって
いるから、増分は同じでもその合成焦点距離は標準の状
態の合成焦点距離ｆ0 より小さくなり、倍率β1 は減少
する。

【００５９】反対に、シリンダレンズ３ａ，３ｂを共に
傾角θ，θ′が減少する反時計方向に微小角回動させ
て、有効焦点距離ｆ2，ｆ3を同じ値だけ減少させれば、
倍率β1 は増大する。すなわち、２個のシリンダレンズ
３ａ，３ｂを傾角θ，θ′の正負に関らず、その有効焦
点距離の絶対値の変化分が同じになるように、傾角θ，
θ′の絶対値を共に増大又は減少させることにより、感
光体面８ａ上のピッチＰｐを変えることが出来る。

【００６０】図１に示した第１の実施の形態すなわちズ
ームレンズ方式は、ピッチＰｐを調整するためにはオー
ソドックスであり、収差の点でも無理がないが、実際の
機構上の問題として、光学素子を光軸に沿って横ブレを
生じることなく平行移動させることは容易ではない。

【００６１】それに対して、図７に示した第２の実施の
形態すなわち光学素子をほぼ主走査方向に沿う軸を中心
として回動させることにより、個々の光学素子の有効焦
点距離を変える方式は、機構上精度を出し易く、製造も
容易である。理論的には収差の点で多少とも劣るが、回
動範囲がそれほど広いものでないから、実際上の問題は
ない。

【００６２】以上説明した第１及び第２の実施の形態
は、複数の光学素子のうち少くとも２個以上の光学素子
を駆動して、感光体面８ａ上にスポットを形成したまま
そのピッチＰｐを調整するものであったが、もっと機構
を簡単にして、製造が容易でコストを抑えるために、複
数の光学素子のうちの１個だけ駆動する場合について説
明する。

【００６３】この場合は、スポットを感光体面８ａ上で
なく、その前後に結像させることにより、２個のスポッ
トを形成するビームの各主光線の感光体面８ａに入射す
る位置が、相対的に変化することを利用するものであ
る。したがって、感光体面８ａ上におけるスポットのボ
ケの発生が考えられる。

【００６４】しかしながら、実際に感光体面８ａに入射
する時のビームの開き角は極めて小さいものであるか
ら、光学系が無収差であったとしても、スポットが幾何
光学的な点であってその前後のズレに比例してスポット
の径が増大するものではなく、物理光学的に求められる
理論的なスポットの径を最小値として、その前後のビー
ムは鼓状になっているから、結像点が多少移動してもス
ポット径は殆んど変化しない。

【００６５】この発明の第３の実施の形態は、特に図示
はしないが、図１において光学素子群のうちいずれか１
個だけを光軸方向に移動するものである。

【００６６】例えば、シリンダレンズ４を標準の状態か
ら光軸に沿って左又は右へ平行移動すると、その移動量
Δｄ分だけＬＤアレイ１の像はミラー面５ａから左又は
右へ移動する。像の縦倍率αはその横倍率βの自乗であ
るから、感光体面８ａ上にあったスポットはΔｄのβ2
の自乗倍だけ左又は右（図４）に移動し、その移動に応
じてピッチＰｐは拡大又は縮小する。

【００６７】光学素子群の他のシリンダレンズ３ａ又は
３ｂを１個だけ光軸にそって平行移動させても、その移
動量Δｄに対する感光体面８ａ上のスポットの移動量の
割合は、それより後の光学素子の影響で変るが、移動方
向はすべて平行移動させたシリンダレンズと同方向であ
り、その効果も同様である。

【００６８】この発明の第４の実施の形態は、図７にお
いて光学素子群のうちいずれか１個だけをほぼ主走査方
向に沿う軸を中心として回動させるものである。図７に
おいて回動させる光学素子、例えばシリンダレンズ３ａ
だけを予め光軸に対して傾角θだけ傾けて設定し、他の
シリンダレンズ３ｂ，４は傾けない（光軸に垂直）状態
を標準の状態とする。

【００６９】シリンダレンズ３ａの傾角θを減少させる
反時計方向、又は増加させる時計方向に微小角回動させ
ると、カップリングレンズ２から入射する平行ビームの
シリンダレンズ３ａによる結像点が、標準の状態に対し
てそれぞれ左又は右に移動するから、第３の実施の形態
においてシリンダレンズ３ａを光軸に沿って左又は右に
平行移動させた場合と同じ効果が得られる。これは光学
素子群の他のシリンダレンズ３ｂ又は４だけを予め傾け
て設定し、そのシリンダレンズを反時計方向又は時計方
向に回動させても同様である。

【００７０】図９は、この発明の第５の実施の形態であ
る光学素子駆動手段の一例を示す斜視図であり、光学素
子を複数のビームの光路上に出し入れするものである。
いうまでもなく、図１に示したシリンダレンズ３ａ，３
ｂ，４のうちいずれか１個を、そのまま光路上に出し入
れしたのではパワーが強すぎて微小量の調整等は不可能
であるから、少くとも副走査方向に若干のパワー成分を
有する１個又は複数個の弱い正又は負のレンズを設け、
その弱いレンズを光路上に出し入れすることにより、ス
ポットの結像点を感光体面８ａの前後に移動させる。

【００７１】図９に示した光学素子駆動手段は、弱いレ
ンズ２０と、２つの開口２１ａ，２１ｂを有し開口２１
ｂに弱いレンズ２０を固設した可動板２２と、その可動
板２２を常に（図上で）右方向に付勢するスプリング２
３と、通電時にスプリング２３に抗して可動板２２を左
方向に引寄せるソレノイド２４とにより構成されてい
る。

【００７２】常時はソレノイド２４がオフであるから、
可動板２２はスプリング２３によって右方向に偏位し、
光路上にパワーのない開口２１ａがあり、光学素子群は
標準の状態になっている。通電時はソレノイド２４が作
用して可動板２２を左方向に偏位させ、開口２１ｂに固
設された弱いレンズ２０が光路上に挿入される。

【００７３】弱いレンズ２０のパワーは挿入される光路
上の位置によって異なるが、一般に同程度のスポットの
移動量が得られるためには、いずれかの結像点に近い位
置ほどパワーを強く、離れるほどパワーを弱くする。ま
た、パワーが正であればスポットは感光体面８ａの前方
（図４で左側）に、負であれば後方にそれぞれ移動す
る。

【００７４】光学素子駆動手段（図９）すなわち弱いレ
ンズが１個であれば、標準の状態とそうでない状態の２
つの状態しか切換えられないが、正及び負のそれぞれ互
いにスポットの移動量の異なる弱いレンズを複数個設
け、それらの組合せを変えるようにすれば、広い範囲を
細かく調整することが出来る。また、弱いレンズを複数
個設け、その組合せを変えることにより変倍を行えば、
スポットを感光体面８ａ上に結像させたまま、ピッチＰ
ｐを変えることも可能になる。

【００７５】図１０は、ピッチ検出手段であるピッチ検
出部の構成の一例を示すブロック図である。図１０に示
したピッチ検出部３０は、図２に示したＰＳＤ１６と、
位置信号回路３１及びピッチ信号回路３２とにより構成
され、ピッチ検出部３０が出力するピッチ信号は、次段
の誤差アンプ３３に出力される。

【００７６】ＰＳＤ１６は、図２に示されたように、そ
の長さ方向が副走査方向に一致するように設定された細
長い半導体素子であって、表面側がＰ型で裏面側がＮ型
の半導体からなるＰＮ接合面を有している。Ｎ型半導体
は裏面の導電層を介して正にバイアスされ、Ｐ型半導体
の長さ方向の両端に２個の電極１６ａ，１６ｂが設けら
れている。

【００７７】両電極１６ａ，１６ｂ間の中心点からそれ
ぞれの電極までの距離を１にノーマライズし、中心点を
原点として上方（電極１６ａ側）を正にとり、ｘの位置
にスポットが入射した時に電極１６ａ，１６ｂからそれ
ぞれ出力される電流をＩａ，Ｉｂとする。光が入射しな
い時は、ＰＮ接合面が逆バイアスであるから電流は流れ
ない。

【００７８】ｘの位置にスポットが入射すると、ＰＮ接
合面の入射点でスポットの光量に比例した電流がＰ型半
導体に流れ込み、電極１６ａ，１６ｂから電流Ｉａ，Ｉ
ｂとしてそれぞれ出力されるが、電流Ｉａ，Ｉｂは入射
点と各電極との間の距離に比例するＰ型半導体の抵抗値
に反比例して分配されるから、その比は（１＋ｘ）：
（１−ｘ）になる。

【００７９】したがって、入射点の位置はｘ＝（Ｉａ−
Ｉｂ）／（Ｉａ＋Ｉｂ）として求められる。ここで分母
の（Ｉａ＋Ｉｂ）はスポットの光量に比例した値である
から、位置ｘは光量の大小に関係なく得られる。また、
スポットがボケて或る大きさを持っていたり、光量ムラ
がある場合でも、位置ｘはスポットの光量の重心の位置
として求められる。

【００８０】図２に示したように、ポリゴンミラー５に
よって偏向されたビームが、同期ミラー１５で反射され
てＰＳＤ１６に入射すると、図６に示したように、先ず
ＬＤアレイ１のＬＤａが出力したビームのスポットＬＤ
ａ′がＰＳＤ１６に入射し、図１０に示したように、Ｐ
ＳＤ１６の電極１６ａ，１６ｂから出力された電流Ｉ
ａ，Ｉｂが位置信号回路３１に入力する。

【００８１】位置信号回路３１は、入力した電流Ｉａ，
Ｉｂの差をその和で除算して、中心点を原点とし±１を
範囲とした位置ｘに対応するスポットＬＤａ′の位置信
号をピッチ信号回路３２に出力すると共に、電流Ｉａ，
Ｉｂの和信号を整形し、スポットＬＤａ′の同期信号と
して出力する。次に、ＬＤｂが出力したビームのスポッ
トＬＤｂ′がＰＳＤ１６に入射すると、位置信号回路３
１は、同様にスポットＬＤｂ′の位置信号とその同期信
号とを出力する。

【００８２】ピッチ信号回路３２は、先に入力したスポ
ットＬＤａ′の位置信号を記憶して置き、次に入力した
スポットＬＤｂ′の位置信号との差を演算し、スポット
ＬＤａ′，ＬＤｂ′によりそれぞれ形成されるスキャン
ラインＳＬａ，ＳＬｂのピッチＰｐに対応するピッチ信
号として、誤差アンプ３３に出力する。

【００８３】この発明の第６の実施の形態である光学素
子駆動手段は、ピッチ検出部３０から入力するピッチ信
号のレベルを、誤差アンプ３３によって基準ピッチＰｓ
に対する参照電圧Ｖref と比較し、その差信号に応じて
光学素子を移動又は回動させ、ＬＤａ′，ＬＤｂ′によ
り形成されるスキャンラインＳＬａ，ＳＬｂのピッチＰ
ｐが基準ピッチＰｓになるように調整する。

【００８４】したがって、例えば製造時に標準治具等に
よって基準ピッチＰｓのスキャンラインに相当する光信
号をＰＳＤ１６に入射して、誤差アンプ３３の出力がゼ
ロになるように参照電圧Ｖref を調整しておけば、環境
条件が変ったり、使用中の発熱による温度上昇でＬＤア
レイ１の各ＬＤの間隔が拡がったりしても、スキャンラ
インＳＬのピッチＰｐは常に基準ピッチＰｓに保持され
る。

【００８５】また、図６に示したようにスポットＬＤ
ａ′，ＬＤｂ′を結ぶ直線がスキャンラインに対して傾
いているために、スポットＬＤａ′，ＬＤｂ′が互いに
異なるタイミングでＰＳＤ１６に入射するから、極めて
近接しているため分離が困難なスキャンラインＳＬａ，
ＳＬｂのピッチＰｐを１個のセンサ（ＰＳＤ１６）によ
って検出することが出来る。さらに、１個のセンサでス
ポットＬＤａ′，ＬＤｂ′の同期信号が得られる。

【００８６】しかしながら、スキャンラインのピッチを
検出して調整する手段は、動作中は有効に作用するが、
動作の初期にスキャンを開始する時点では作用しないと
いう問題がある。スキャンを開始した後から作用して
も、その画像の先端部にはバンディングが生じている恐
れがある。

【００８７】この発明の第７の実施の形態である光学素
子駆動手段は、図２に示したＬＤユニット１２の背面に
密接した温度検出手段であるサーミスタ１３により、動
作開始の前に周囲温度を検出し、検出された温度に応じ
て光学素子を移動又は回動させて、ＬＤａ′，ＬＤｂ′
により形成されるスキャンラインＳＬａ，ＳＬｂのピッ
チが基準ピッチＰｓになるように調整する。

【００８８】したがって、動作の初期においても光学素
子が調整されているから、画像の先端部であってもバン
ディングを生じることがない。さらに、動作中に周囲温
度やＬＤアレイ１の温度が変化しても、その温度変化に
応じて光学素子を調整するから、バンディングの発生を
防ぐことが出来る。さらに。この第７の実施の形態によ
る検出した温度に応じた調整と、第６の実施の形態によ
る検出したピッチに応じた調整とを併用すれば、互いに
他をカバーし合ってよりよい結果が得られる。

【００８９】上記の第１乃至第７の実施の形態である光
学素子駆動手段によって、光学素子が移動したり回動し
たりすると、ＬＤアレイ１から感光体面８ａに至る光路
上の光学系の光伝達効率が変化したり、スポットの径が
僅かではあるが変化したりするから、ＬＤの出力が一定
であっても、感光体面８ａ上の光量（露出量）が変っ
て、画像濃度が変動する恐れがある。

【００９０】画像濃度の変動が緩やかであれば目立たな
いが、急に変動したりすれば濃度ムラとして気付かれる
場合がある。そのため、図示しないよく知られた制御装
置例えばＣＰＵ等により、光学素子の移動又は回動に応
じて、各ＬＤ毎に設けたＬＤドライバに指令して、各Ｌ
Ｄの発光出力を制御することにより、感光体面８ａ上の
光量を一定に保つことが出来る。

【００９１】それぞれ副走査方向の成分で、感光体面８
ａ上のスポット径は、光学素子群の合成焦点距離ｆ0 に
比例し、カップリングレンズ２から射出される平行ビー
ムの径に反比例する。したがって、光学素子を移動又は
回動させることにより、光学素子群の合成焦点距離ｆ0
が変化した場合は、平行ビームの光路中に設けたアパー
チャの径を変えて、スポット径を一定又は許容範囲に保
つことが出来る。

【００９２】図１１は、そのためのアパーチャ径変更手
段の一例を示す斜視図である。図１１に示したアパーチ
ャ径変更手段は、カップリングレンズ２とビームコンプ
レッサ３との間の平行ビームの光路に設けること以外
は、図９に示した弱いレンズを出し入れする光学素子駆
動手段とほぼ同じであるから、同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。

【００９３】可動板２２に対応する可動板２６には、２
個の開口２１ａ，２１ｂに代えて、主走査方向には長
く、副走査方向は互いに幅の異なる２個のアパーチャ２
７ａ，２７ｂが設けられている。そのため、常時とソレ
ノイド２４の通電時とでは、アパーチャを通過する平行
ビームの副走査方向の径が変化する。

【００９４】したがって、光学素子の移動又は回動によ
る光学素子群の合成焦点距離ｆ0 の変化に応じて、ｆ0
の値が大きくなった時には幅の広いアパーチャが、ｆ0
の値が小さくなった時には幅の狭いアパーチャがそれぞ
れ光路内にあるように、ソレノイド２４の通電をオン・
オフすることにより、スポットの径が変らないようにす
ることが出来る。

【００９５】このようなアパーチャ径の切換えは、弱い
レンズの出し入れと異なり、スポットの径は或る程度の
許容幅が許されるから、ピッチＰｐの調整の範囲内であ
れば、２つのアパーチャ径を切換えることで済み、３つ
以上のアパーチャを切換える必要はない。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による画
像形成装置は、簡単な構成でマルチビームによる複数の
スキャンラインのピッチを、容易かつ正確に調整するこ
とが出来る。また、調整されたピッチを常に正確に保持
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のスキャンラインのピッチを調整する
第１の実施の形態である光学素子駆動手段の一例を示す
光路図である。

【図２】この発明の実施の一形態である光書き込み装置
の一例を示す斜視図である。

【図３】図２に示した光書き込み装置の光学系の配置を
示す平面図である。

【図４】図２及び図３に示した光学系を光軸に沿って展
開した光路図である。

【図５】スキャンラインのピッチが正常及び異常な場合
のスキャンラインの一例を示す図である。

【図６】感光体面上の２個のスポットと、それによるス
キャンラインとの関係の一例を示す図である。

【図７】この発明の第２の実施の形態である光学素子駆
動手段の一例を示す光路図である。

【図８】図７に示した光学素子駆動手段の原理を説明す
るための図である。

【図９】この発明の第５の実施の形態である光学素子駆
動手段の一例を示す斜視図である。

【図１０】ピッチ検出手段であるピッチ検出部の構成の
一例を示すブロック図である。

【図１１】アパーチャ径変更手段の一例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１：ＬＤアレイ（複数のビーム発生手段） ２：カップリングレンズ ３ａ，３ｂ，４：シリンダレンズ（光学素子） ５：ポリゴンミラー（ビーム偏向手段） ５ａ：ミラー面 ６：ｆθレンズ（結像手段） ８ａ：感光体面 １０：光書き込み装置 １３：サーミスタ（温度検出手段） １６：ＰＳＤ（ポジションセンシティブ・ダイオード） ２０：弱いレンズ（光学素子） ３０：ピッチ検出部（ピッチ検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 英俊 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 小野 健一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ画像信号に応じて変調されたレ
   ーザ光のビームを出力する複数のビーム発生手段と、該
   複数のビーム発生手段が出力する複数の発散ビームを平
   行ビームに変換するカップリングレンズと、該カップリ
   ングレンズを通過した複数の平行ビームの形状を変える
   ためにそれぞれ光軸上に配置された少くとも副走査方向
   のパワー成分を有する複数の光学素子と、該複数の光学
   素子を通過した前記複数のビームを主走査方向に偏向す
   るビーム偏向手段と、該ビーム偏向手段により偏向され
   た複数のビームをそれぞれ感光体上にスポットとして結
   像する結像手段と、 からなる光書き込み装置を備え、 前記複数のスポットが前記感光体上を主走査方向にスキ
   ャンして形成される各スキャンラインの副走査方向のピ
   ッチが予め設定された値になるように、前記複数のビー
   ム発生手段を配置してなる画像形成装置において、 前記感光体上の複数のスキャンラインのピッチを変化さ
   せるために、前記光軸上に配置された複数の光学素子の
   うちの少くとも１つを移動又は回動させる光学素子駆動
   手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像形成装置において、 前記光学素子駆動手段が、前記光学素子を前記光軸方向
   に平行移動させる手段であることを特徴とする画像形成
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の画像形成装置において、 前記光学素子駆動手段が、ほぼ前記主走査方向に沿う軸
   を中心として前記光学素子を回動させる手段であること
   を特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の画像形成装置において、 前記光学素子駆動手段が、前記光学素子を前記複数のビ
   ームの光路上に出し入れする手段であることを特徴とす
   る画像形成装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   画像形成装置において、 前記感光体上の複数のスキャンラインのピッチを検出す
   るピッチ検出手段を設け、 前記光学素子駆動手段が、前記ピッチ検出手段により検
   出されたスキャンラインのピッチと予め設定された値と
   の差に応じて前記光学素子を移動又は回動させる手段を
   有することを特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   画像形成装置において、 前記光書き込み装置周辺の温度を検出する温度検出手段
   を設け、 前記光学素子駆動手段が、前記温度検出手段により検出
   された温度に応じて前記光学素子を移動又は回動させる
   手段を有することを特徴とする画像形成装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   画像形成装置において、 前記光学素子駆動手段による光学素子の移動又は回動に
   応じて前記複数のビーム発生手段がそれぞれ出力するビ
   ームのパワーを変更するビームパワー変更手段を設けた
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   画像形成装置において、 前記複数のビームの光路上に配置したアパーチャと、 該アパーチャの径を前記光学素子駆動手段による光学素
   子の移動又は回動に応じて変更するアパーチャ径変更手
   段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。