JP2008026434A - 光走査装置、光走査方法、画像形成装置、カラー画像形成装置、プログラム、記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 被走査媒体上に形成される１画素内の副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうち、Ｍ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって副走査方向に対して画素密度以上の位置ずれ補正を可能にする場合に、Ｍ個の光源の駆動部のコストを低減する。
【解決手段】 光源駆動制御手段５０は、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光、走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に、各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じ画素データを与えてＭ個の光源の駆動制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光走査装置、光走査方法、画像形成装置、カラー画像形成装置、プログラム、記録媒体に関する。

図２３は電子写真プロセスを利用したレーザプリンタ，デジタル複写機等の一般的な画像形成装置の構成例を示す図である。図２３を参照すると、光源ユニットである半導体レーザユニット１００１から発光されたレーザ光は、回転するポリゴンミラー１００２により偏向走査（スキャン）され、走査レンズ（ｆθレンズ）１００３を介して被走査媒体である感光体１００４上に光スポットを形成し、その感光体１００４を露光して静電潜像が形成される。このとき、位相同期回路１００９は、クロック生成回路１００８により生成された変調信号を、ポリゴンミラー１００２により偏向走査された半導体レーザの光を検出するフォトディテクタ１００５に同期した位相に設定する。すなわち、位相同期回路１００９では、１ライン毎に、フォトディテクタ１００５の出力信号に基づいて、位相同期のとられた画像クロック（画素クロック）を生成して、画像処理ユニット１００６とレーザ駆動回路１００７へ供給する。このようにして、半導体レーザユニット１００１は、画像処理ユニット１００６により生成された画像データと位相同期回路１００９により１ライン毎に位相が設定された画像クロックに従い、レーザ駆動回路１００７を介して半導体レーザの発光時間をコントロールすることにより、被走査媒体（感光体）１００４上の静電潜像をコントロールすることができる。

ところが近年、印刷速度（画像形成速度）の高速化，画像の高画質化の要求が高まり、それに対して、偏向器であるポリゴンモータの高速化や、レーザ変調の基準クロックとなる画素クロックの高速化で対応してきたが、どちらの高速化にも限界が近づいてきており、従来の方法では対応しきれなくなってきている。

そこで、複数の光源を用いたマルチビームを採用することで、高速化対応がなされている。マルチビームによる光走査方法では、偏向器の偏向により同時に走査できる光束が増えることにより、偏向器であるポリゴンモータの回転速度や、画素クロック周波数の低減が可能となり、高速にかつ安定した光走査及び画像形成が可能となる。

上記マルチビームを構成する光源としては、シングルビームのレーザチップを組み合わせる方法や、複数個の発光素子を一つのレーザチップに組み込んだＬＤアレイなどを用いる方法が使用されている。

上記マルチビームを構成するＬＤアレイなどの半導体レーザは、きわめて小型であり、かつ駆動電流により高速に直接変調を行うことが出来るので、近年レーザプリンタ等の光源として広く用いられている。しかし、半導体レーザの駆動電流と光出力との関係は、温度により変化する特性を有するので、半導体レーザの光強度を所望の値に設定しようとする場合に問題となる。特に複数の光源を同一チップ上に構成する面発光レーザの場合、光源間の距離が短いため、発光，消光による温度変化や温度クロストークなどの影響が顕著であり、光量変動の要因となりやすい。

例えば、特許文献１には、複数の光源を２次元に配置し、複数の光束を偏向器で偏向することにより被走査媒体上を走査する光走査装置において、発光点間の発熱によるクロストークの影響を発生させずに発光点の配置密度を最大とする例が示されている。

また、特許文献２には、面発光レーザを用いた画像形成装置において、画素単位で各チップの発光強度を可変する手段及び発光時間を制御する手段を有することで、画素の静電潜像を制御する方法が示されている。

また、特許文献３には、面発光レーザを用いた走査装置において、光源の配置を規定した構成とすることにより熱ストロークの問題を回避し、かつ、記録画像の高密度化を実現する方法が示されている。

特開２００１−２７２６１５号公報 特開２００３−７２１３５号公報 特開２００１−３５０１１１号公報

しかしながら、複数の光源を有する従来の光走査装置では、一般に、１光源で１画素を構成するため、１画素の大きさよりも高い精度での位置ずれ補正を行うことができないという問題があった。

このような問題を解決するため、本願の発明者は、被走査媒体上に形成される１画素内の副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうち、Ｍ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって副走査方向に対して画素密度以上の位置ずれ補正を可能にする仕方を案出した。しかしながら、この仕方において、Ｍ個の光源に対して個別の画素データを与える場合には、Ｍ個の光源の駆動部のコストが高くなってしまう。

本発明は、被走査媒体上に形成される１画素内の副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうち、Ｍ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって副走査方向に対して画素密度以上の位置ずれ補正を可能にする場合に、Ｍ個の光源の駆動部のコストを低減することの可能な光走査装置、光走査方法、画像形成装置、カラー画像形成装置、プログラム、記録媒体を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複数の光源からの複数の光ビームを主走査方向に走査する光走査装置において、複数の光源を駆動制御する光源駆動制御手段を備え、複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、前記光源駆動制御手段は、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光、走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に、各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じ画素データを与えてＭ個の光源の駆動制御を行うことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、画素ごとにＭ個の光源の発光をＮ個の光源の中から切り替える機能を有していることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、各画素の濃度調整を行うために１画素を形成するＭ個の光源に対してパルス幅変調を行うことを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、各画素の濃度調整を行うために１画素を形成するＭ個の光源に対してパワー変調を行うことを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、各画素の濃度調整を行うために１画素を形成するＭ個の光源に対してパルス幅変調とパワー変調を同時に行うことを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項３記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、走査パターンに対する感光体上の表面電位分布において現像閾値以下に電位が下がる面積とパルス幅との関係を考慮して各画素の濃度調整を行うことを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光走査装置において、前記光源には、面発光レーザが用いられることを特徴としている。

また、請求項８記載の発明は、複数の光源からの複数の光ビームを主走査方向に走査する光走査方法において、複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じデータを与えてＭ個の光源の駆動制御を行うことを特徴としている。

また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置である。

また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置を有することを特徴とするカラー画像形成装置である。

また、請求項１１記載の発明は、複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じデータを与えてＭ個の光源の駆動制御を行う光源駆動制御処理をコンピュータに実現させるためのプログラムである。

また、請求項１２記載の発明は、複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じデータを与えてＭ個の光源の駆動制御を行う光源駆動制御処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

請求項１乃至請求項１２記載の発明によれば、複数の光源からの複数の光ビームを主走査方向に走査する光走査装置において、複数の光源を駆動制御する光源駆動制御手段を備え、複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、前記光源駆動制御手段は、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光、走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に、各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じ画素データを与えてＭ個の光源の駆動制御を行うので（すなわち、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうち、Ｍ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源に同じデータを与えて発光、走査させることで）、駆動回路の共通化が可能となり、低コストにて画素の大きさよりも高い精度で画素の副走査方向の位置補正が可能な光走査装置を実現できる。

特に、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、画素ごとにＭ個の光源の発光をＮ個の光源の中から切り替える機能を有しており、光源列を切り替える機能を持つことで、より高い精度での位置決めが可能な光走査装置を実現できる。

また、請求項３記載の発明によれば、光源のパルス幅変調を行うことによって、画素の濃度調整が可能な光走査装置を実現できる。

また、請求項４記載の発明によれば、光源のパワー変調を行うことによって、画素の濃度調整が可能な光走査装置を実現できる。

また、請求項５記載の発明によれば、光源のパルス幅変調とパワー変調を同時に行うことによって、画素の濃度調整が可能な光走査装置を実現できる。

また、請求項６記載の発明によれば、請求項３記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、走査パターンに対する感光体上の表面電位分布において現像閾値以下に電位が下がる面積とパルス幅との関係を考慮して各画素の濃度調整を行うので、濃度調整のリニアリティを高めることを特徴とする光走査装置を実現できる。

また、請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光走査装置において、前記光源には、面発光レーザが用いられるので、一般的な半導体レーザを使用する場合と比べて、消費電力を低減することが可能となり、また光源の配列を形成しやすい構造のため、光源ユニット部の構造を簡略化でき、コストダウンを図ることが可能となる。

また、請求項９記載の発明によれば、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置であるので、高精度な画像形成装置が可能となる。

また、請求項１０記載の発明によれば、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置を有することを特徴とするカラー画像形成装置であるので、高精度なカラー画像形成装置が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明において、１画素とは、純粋な１画素のことであり（例えば１２００ｄｐｉの画素とは約２１μｍ角の画素のことを意味し）、ディザマトリックスのように複数の画素（例えば４×４の画素）を合成した結果の１画素を意味するものではない。

図１は本発明の光走査装置の構成例を示す図である。図１を参照すると、本発明の光走査装置（複数の光源からの複数の光ビームを主走査方向に走査する光走査装置）は、複数の光源を駆動制御する光源駆動制御手段５０を備え、複数の光源の場合（具体的には、例えば、複数の光源が２次元に配列された２次元アレイの場合）、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、前記光源駆動制御手段５０は、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成されるように、複数の光源の駆動制御を行うことを特徴としている。

本発明の光走査装置について、具体的に説明する。

いま、図２３の一般的な画像形成装置（書込み光学系）において、光源ユニット１００１が図２に示すように、格子状に複数の光源（複数の半導体レーザ）が配置された半導体レーザアレイ、または、同一チップ上に複数光源（複数の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ，面発光型半導体レーザ）が格子状に配置された面発光レーザアレイから構成されるとき、複数の光源の配列方向が図２３のポリゴンミラーのような偏向器の回転軸に対してある角度θを有するように、光源ユニット１００１の配置，角度を調整する。

このとき、図２において、縦配列方向ａの４個の光源を左から光源ａ１，ａ２，ａ３，ａ４とし、これら４光源ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の中から例えばａ２，ａ３の２光源を発光，走査して１画素を形成する場合を考える（４個の光源から作られる１つの仮想光源列によって１画素が形成される場合を考える）。形成する画素密度を１２００ｄｐｉとしたとき２光源間の距離は４８００ｄｐｉ相当となり画素密度に対して光源密度が４倍となっている。よって、この場合、後述のように、１画素を構成する複数の光源の光量比などを変えることで、画素の重心位置を副走査方向にずらすことが可能となり、光源密度以上の高精度な画素形成が実現できる。

なお、図２および以後の図において、白い丸は発光させていない光源、黒い丸は発光させている光源を表している。図２の例では、縦配列方向ａについては、４個の光源ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の中からａ２，ａ３の２光源を発光，走査して、１番目の画素を形成し、また、縦配列方向ｂについては、４個の光源ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の中からｂ２，ｂ３の２光源を発光，走査して、２番目の画素を形成し、また、縦配列方向ｃについては、４個の光源ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４の中からｃ２，ｃ３の２光源を発光，走査して、３番目の画素を形成して、３個の画素を形成している。

図３には、図２のように４個の光源のうち、副走査方向の走査位置が隣り合う２個の光源（図２の例では、中央２光源）を発光，走査して、副走査方向にＬ個の仮想光源列１〜Ｌが並んだＬ個の画素を形成する例が示されている。なお、この例では、全体の光源数は（４×Ｌ）個である。

ここで、１画素に対して複数光源（図２，図３の例では２光源）を発光させて走査を行なうときには、次のような利点がある。すなわち、本発明の光源として面発光レーザを用いた場合には、面発光レーザの出力は従来のレーザに比べて出力が弱いために１光源での走査では現像に十分な光量を得られない可能性がある。そこで、十分な光量を得るために、１画素に対して複数の光源を発光させて走査を行うのが好ましい。

また、４個の光源のうち、副走査方向の走査位置が隣り合う２個の光源を発光させる利点について説明する。４光源のうち２光源を発光させて走査する場合に、光源間の距離は図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す３つのパターンがある。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）のそれぞれのパターンで走査した場合の静電潜像シミュレーションの結果を図５に示す。図５から、光源間の距離が１番短い図４（ａ）のパターンが潜像電荷分布の幅が広がっていないことが分かる。このことから、光源間の距離が１番短い隣り合う光源（副走査方向の走査位置が隣り合う光源）を走査に用いることで、高い解像度を実現できることが分かる。

また、１画素内の副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個の光源（Ｎ≧２）のすべてを発光，走査するのではなく、副走査方向の走査位置が隣り合うＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ）の光源を発光させて走査を行うのが好ましい。この利点について説明する。図６には、１画素に対して従来のように１光源で走査を行った場合（図６（ａ））と、副走査方向に並んだ４光源のうちの中央２光源で走査を行った場合（図６（ｂ））と、副走査方向に並んだ４光源すべてで走査した場合（図６（ｃ））とにおける、画素と光源との関係が示されている。なお、図６の例では、それぞれの画素に走査される光量（光源数×光源の出力）は一定となっている。また、画素の大きさに比べて走査されるビーム径（光の強度が最大値の１／ｅ^２以下になる位置の幅）が大きく、画素内に走査される光はそれぞれが重なっている。

図７には、図６の条件で走査を行った場合の露光強度の分布がそれぞれ示されている。図７から、１画素に対して副走査方向に並んだ４光源のうちの中央２光源で走査を行なう場合には、従来のように１光源で走査を行った場合と同程度の露光強度分布が得られていることが分かる。これに対し、１画素に対して副走査方向に複数光源を用意しそのすべての光源を用いて走査を行った場合には、露光強度，静電潜像の副走査方向の幅が広がってしまうために画素の精度が下がる。

従って、１画素に対して副走査方向に複数光源（光源数Ｎ）を用意し、その中の連続する複数光源（光源数Ｍ≦（Ｎ−１））を選択することによって、露光強度，静電潜像の副走査方向への幅の広がりを抑えると同時に、副走査方向に１画素よりも高い精度で位置ずれ補正が可能となる。

すなわち、本発明において、副走査方向に画素の位置ずれがない場合には、図８（ａ）に示すように、副走査方向の走査位置が隣り合う中央２光源（光源１２と光源１３，光源２３と光源２４，・・・光源Ｌ２と光源Ｌ３）を発光，走査させることにする。画素が下にずれた場合には、図８（ｂ）に示すように、上の隣り合う２光源（光源１１と光源１２，光源２１と光源２２，・・・光源Ｌ１と光源Ｌ２）を発光，走査させることで、画素位置を補正することができる。また同様に、画素が上にずれた場合には、図８（ｃ）に示すように、下の隣り合う２光源（光源１３と光源１４，光源２３と光源２４，・・・光源Ｌ３と光源Ｌ４）を発光，走査させることで、画素位置を補正することができる。

このように、本発明の光走査装置において、Ｍが（Ｎ−１）≧Ｍ≧２である場合に、前記Ｍ個の光源は、副走査方向の走査位置が隣り合っているのが好ましい。

ここで、例えば図３の例のように、画素１は光源１２と光源１３、画素２は光源２２と光源２３、画素Ｌは光源Ｌ２と光源Ｌ３を発光、走査させることによって、Ｌ個の画素を同時に形成する場合に、本発明では、同じ仮想光源列１内の光源（図３の例では、光源１２と光源１３）には同じデータを与え駆動制御している。同様に、仮想光源列２の光源（図３の例では、光源２２と光源２３）にも同じデータを与え、また、仮想光源列Ｌの光源（図３の例では、光源Ｌ２と光源Ｌ３）にも同じデータを与えて、駆動制御するようにしている。

このように、各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じ画素データを与えてＭ個の光源の駆動制御を行うことにより、駆動回路の共通化が可能となり、低コストにて画素の大きさよりも高い精度で画素の副走査方向の位置補正が可能となる。

さらに、本発明では、１画素を形成するＭ個の光源に対してパルス幅変調を行なって、各画素の濃度調整を行うことができる。パルス幅変調による画素の濃度調整の方法について説明する。図９は、パルス幅変調を行った場合の光源に与えるデータとその光走査で与えられる光量の一例を示す図である。図９の上部には図３の光源１２、光源１３に与える発光信号が示されている。ここで、横軸は発光時間、縦軸は発光強度である。図９では、７つの走査パターンが示されており、パターン１は１画素走査中の光源の発光時間がゼロであり、パターン２、３と増えるにつれて走査時間が増加している。パターン７が通常どおり１画素走査中すべてで光源を発光させたパターンである。図９の下部には、各走査パターンに対する走査光量が示されており、走査時間と走査光量は比例関係となっている。

また、図１０は、図９の各走査パターンに対する感光体上の表面電位の一例を示す図である。図１０の上部には走査パターンが示され、図１０の下部には表面電位分布が示されている。表面電位分布において現像閾値以下に電位が下がった部分にトナーが付着し画素が形成される。パターン７では現像閾値以下の幅が１画素の幅と一致しているが、パターン６、５と小さくなるにつれて現像閾値以下の幅は１画素の幅よりも狭くなっている。このパターンでは１画素は通常の画素に比べて濃度が低くなっている。つまり電位が現像閾値よりも下がった部分の面積の大きさが画素の濃度と対応する。よって、パルス幅を変化させることで画素の濃度調整を行なうことができる。

また、本発明では、１画素を形成するＭ個の光源に対してパワー変調を行なって、各画素の濃度調整を行うことができる。パワー変調による画像の濃度調整の方法について説明する。図１１はパワー変調を行った場合の光源に与えるデータとその光走査で与えられる光量の一例を示す図である。図１１の上部には図３の光源１２、光源１３に与える発光信号が示されている。ここで、横軸は発光時間、縦軸は発光強度である。図１１では、７つの走査パターンが示されており、パターン１は１画素走査中の光源の発光強度がゼロであり、パターン２、３と増えるにつれて発光強度が増加している。パターン７が通常どおり１画素走査中通常の発光強度で光源を発光させたパターンである。図１１の下部には、各走査パターンに対する走査光量が示されており、走査強度と走査光量は比例関係となっている。

また、図１２は図１１の各走査パターンに対する感光体上の表面電位の一例を示す図である。図１２の上部には走査パターンが示され、図１２の下部には表面電位分布が示されている。パルス幅変調時と同様に表面電位分布において現像閾値以下に電位が下がった部分にトナーが付着し画素が形成されるので、パワー変調によっても、画素の濃度調整を行なうことができる。

同様に、パルス幅変調とパワー変調を同時に行うことで、より細かい濃度設定が可能な光走査装置が実現可能である。

図１３はパルス幅変調を行った時のシミュレーション結果である潜像電荷分布幅を示す図である。ここで、潜像電荷分布幅とは、図１０の感光体表面電位と同値である。パルス幅と潜像電荷分布は理想的には比例しているが、シミュレーション結果からパルス幅と潜像電荷分布幅は比例関係では無い。パルス幅２５％以下のパターンでは、現像閾値電圧に達する領域が無く、潜像電荷分布幅がゼロとなっている。濃度調整のリニアリティを確保するためには、このような特性を考慮する必要がある。

本発明では、走査パターンに対する感光体上の表面電位分布において現像閾値以下に電位が下がる面積とパルス幅との関係を考慮して各画素の濃度調整を行うことで、濃度調整のリニアリティを高めることができる。

図１４は画像データをパルス幅変調信号として生成するパルス変調信号生成回路の一例を示す図である。図１４のパルス変調信号生成回路１０は、高周波クロック生成回路１１と、変調データ生成回路１２と、シリアル変調信号生成回路１３とから構成されている。ここで、高周波クロック生成回路１１では、一般に画像形成装置で必要とされる画素クロックという１画素を表す基本的な周期よりも格段に高速な高周波クロックＶＣＬＫを生成する。また、変調データ生成回路１２は、図示しない画像処理ユニットなどの外部から与えられた画像データに基づいて所望ビットパターンを表す変調データを生成する。また、シリアル変調信号生成回路１３は、変調データ生成回路１２から出力される変調データを入力して、それを高周波クロックＶＣＬＫに基づいてシリアルなパルスパターン列（パルス列）に変換し、パルス幅変調信号ＰＷＭとして出力する。例えば外部からの変調データをシリアル変調信号生成回路１３へ直接入力するようにすれば、変調データ生成回路１２を省略することが出来る。

このようなパルス変調信号生成回路１０の最大の特徴は、シリアル変調信号生成回路１３に変調データを入力し、画素クロックよりもはるかに高速な高周波クロックに基づき、変調データのビットパターンに対応するパルス列をシリアルに出力してパルス幅変調信号ＰＷＭを生成することにある。シリアル変調信号生成回路１３には例えばシフトレジスタを利用すればよい。

また、図１５はパワー変調信号を生成するパワー変調信号生成回路の一例を示す図である。図１５のパワー変調信号生成回路１８では、変調データ生成回路１２に入力される画像データは各光源における発光量を示しており、変調データ生成回路にて強度変調された信号は、高周波クロック生成回路１１で生成される画素クロックよりはるかに高速な高周波クロックに基づき、変調データの発光強度に対応するパワー信号をシリアルに出力してパワー変調信号ＰＭを生成することができる。

また、図１６は、２光源を制御するときに、その制御データとして、画像データと画像補正データを用いる場合の回路構成例を示す図である。ここで、画像データとは、コピー機におけるスキャナ画像や、プリント時のデータを示している。一方、画像補正データとは、後述のような副走査画素位置検出手段から出力される副走査方向の画素位置補正データなどの画像データに対して副走査方向の画素位置補正を行うためのデータである。ここで、副走査画素位置検出手段としては、トナー画像の位置ずれ及び濃度検出を簡素な構成にて検出することができるようにした例えば特許第３６４４９２３号に記載されている技術を用いることができる。

すなわち、特許第３６４４９２３号に記載されているカラー画像形成装置は、搬送方向と直交する主走査方向に少なくとも３個以上の複数位置に位置検出用トナーパッチを作成し、これらの位置検出用トナーマークの位置ずれを３個以上のセンサにより検出する。そして、各画像形成部が形成するトナー画像の濃度を補正するために搬送ベルト上に作成した濃度検出用トナーパッチの濃度を位置検出用トナーマーク検出用の上記３個以上のセンサの少なくとも１つを利用して検出する。これにより、トナー画像の位置ずれ及び濃度検出を簡素な構成にて検出することが出来る。このトナー画像の位置ずれ量を上記画素位置補正データ、つまり画像補正データとして入力することで、副走査方向の画素位置ずれ補正を行うことができる。

図１６において、画像データは変調データ生成回路１により変調データに変換され、シリアル変調信号生成回路１に入力される。シリアル変調信号生成回路１、２では変調データと高周波クロック生成回路から出力される高周波クロックに基づいてパルス幅変調信号を出力することができる。

図１７は本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の一例を示す図である。図１７を参照すると、光源ユニット８０１の背面には、半導体レーザの制御を司る駆動回路及び画素クロック生成装置が形成されたプリント基板８０２が装着され、光軸と直交する光学ハウジングの壁面にスプリングにより当接され、調節ネジ８０３により傾きが合わせられ姿勢が保持される。尚、調節ネジ８０３はハウジング壁面に形成された突起部に螺合される。光学ハウジング内部には、シリンダレンズ８０５、ポリゴンミラーを回転するポリゴンモータ８０８、ｆθレンズ８０６、トロイダルレンズ、および折り返しミラー８０７が各々位置決めされ支持され、また、同期検知センサを実装するプリント基板８０９は、ハウジング壁面に光源ユニットと同様、外側より装着される。光学ハウジングは、カバー８１１により上部を封止し、壁面から突出した複数の取付部８１０にて画像形成装置本体のフレーム部材にネジ固定される。

このとき、半導体レーザとして、図２に示すような複数光源を有する半導体アレイまたは面発光レーザ（面発光レーザアレイ）を用いることができる。半導体レーザ（面発光レーザ）から出射された光はシリンダレンズ８０５を介して、ポリゴンミラーでその回転に伴い偏向走査され、偏向走査された光束はｆθレンズ８０６、トロイダルレンズ、および折り返しミラー８０７などを介して図示されていない感光体ドラムに入射する。また、走査光は、感光体に走査されない領域や、途中ミラー等による反射光として、センサにより検知される。このときセンサで検知される信号としては、ポリゴンミラーの回転に伴う走査方向である主走査方向の２点間の時間間隔を同期検知センサにより検出したり、主走査方向に対し９０度回転した方向の副走査方向への位置ずれ量などを位置検出センサで測定し、その値をＬＤ制御、変調回路やその前段の変調データ生成部へフィードバック制御することにより、画素位置の補正を行うことができる。

次に、複数の光源を用いて構成するマルチビーム走査装置（マルチビーム光学系）について説明する。

図１８はマルチビーム走査装置の一例を示す図である。図１８の例では、２個の発光源が間隔ｄｓ＝２５μｍでモノリシックに配列された半導体レーザアレイ（４チャンネル）を２個（３０１，３０２）用いている（８個の光源としている）。

図１８において、半導体レーザアレイ３０１，３０２は、コリメートレンズ３０３，３０４との光軸を一致させ、主走査方向に対称に射出角度を持たせ、ポリゴンミラー３０７の反射点で射出軸が交差するようレイアウトされている。各半導体レーザアレイ３０１，３０２より射出された複数のビームは、シリンダレンズ３０８を介してポリゴンミラー３０７で一括して走査され、ｆθレンズ３１０、トロイダルレンズ３１１により感光体３１２上に結像される。バッファメモリには各発光源ごとに１ライン分の印字データが蓄えられ、ポリゴンミラー１面毎に読み出されて、４ラインずつ同時に記録が行なわれる。

また、マルチビームを構成するＬＤ毎の波長誤差により生じる光学的走査長さの差、倍率差を補正するために、画素クロックについて位相シフトを行うことにより、位相シフトの精度まで走査長さの差を補正し、走査光のばらつきを緩和することが可能となる。

図１９には、複数の面発光レーザが２次元アレイ状に配置された２次元面発光レーザアレイを光走査装置の光源ユニットに用いた例が示されている。図１９の例では、横方向に３個、縦方向に４個、計１２個の発光源（面発光レーザ）を有する２次元面発光レーザアレイが示されている。

図２０は本発明の画像形成装置の構成例を示す図である。図２０を参照すると、被走査面である感光体ドラム９０１の周囲には、感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、光走査装置９００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３、現像ローラ９０３にトナーを供給するトナーカートリッジ９０４、ドラム９０１に残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース９０５が配置されている。感光体ドラム９０１へは上記したように１面毎に複数ライン同時に潜像記録が行われる。記録紙は、給紙トレイ９０６から給紙コロ９０７により供給され、レジストローラ対９０８により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送り出され、感光体ドラム９０１を通過する際に転写チャージャ９０６によってトナーが転写され、定着ローラ９０９で定着されて排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１０に排出される。上記画像形成装置の光走査装置９００に本発明の光走査装置を適用することにより、高精度なドット位置補正が可能となり、高画質な画像を得ることができる。

また、本発明は、カラー画像形成装置にも適用可能である。図２１には、本発明を、複数の感光体を有する画像形成装置であるタンデムカラー機に搭載した例が示されている。タンデムカラー機は、シアン，マゼンダ，イエロー，ブラックの各色に対応した別々の感光体が必要であり、光走査光学系はそれぞれの感光体に対応して、別の光路を経て潜像を形成する。したがって、各感光体上で発生する主走査ドット位置ずれは異なる特性を有する場合が多い。

図２１において、１８は転写ベルト、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは各色に対応した感光体、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは各色に対応した光走査装置である。

ここで、光走査装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに本発明の光走査装置を用いることにより、副走査ドット位置ずれが良好に補正された高画質な画像を得ることができる。特に画質の面では副走査方向の位置ずれに対して本発明は有効であり、各ステーション間の色ずれを効果的に低減した、色再現性の良い画像が得られる。

図２２は、本発明の光走査装置の光源駆動制御手段５０のハードウェア構成例を示す図である。この例では、光源駆動制御手段５０は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１０４、ＨＤ（ハードディスク）１０５、ＦＤＤ（フレキシブルディスクドライブ）１０６などが、バス１００によって接続され構成されている。

ＣＰＵ１０１は、装置全体を制御する。ＲＯＭ１０２には、制御プログラムが記憶されている。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ１０４は、ＣＰＵ１０１の制御にしたがってＨＤ１０５に対するデータのリード／ライトの制御を行なう。ＨＤ１０５は、ＨＤＤ１０４の制御にしたがって書き込まれたデータを記憶する。ＦＤＤ１０６は、ＣＰＵ１０１の制御にしたがってＦＤ（フレキシブルディスク）１０７に対するデータのリード／ライトの制御を行なう。ＦＤ１０７は、着脱自在になっており、ＦＤＤ１０６の制御にしたがって書き込まれたデータ記憶する。

なお、本発明を実施するための上述した最良の形態で説明した光源駆動制御手段５０における処理は、コンピュータ（例えばＣＰＵ１０１）に実現させるプログラムの形で提供することができる。

また、本発明を実施するための上述した最良の形態で説明した光源駆動制御手段５０における処理をコンピュータに実現させるためのプログラムは、ハードディスク（１０５）、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、上記記録媒体を解して、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。

本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機等に利用可能である。

本発明の光走査装置の構成例を示す図である。 光源ユニットの一例を示す図である。 副走査方向にＬ個の仮想光源列１〜Ｌが並んだＬ個の画素を形成する例を示す図である。 ４光源のうち２光源を発光させる場合の光源間の距離のパターンを示す図である。 図４（ａ），（ｂ），（ｃ）のそれぞれのパターンで走査した場合の静電潜像シミュレーションの結果を示す図である。 副走査方向の走査位置が隣り合うＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ）の光源を発光させて走査を行う利点を説明するための図である。 図６の条件で走査を行った場合の露光強度の分布を示す図である。 画素位置を補正する処理を説明するための図である。 パルス幅変調を行った場合の光源に与えるデータとその光走査で与えられる光量の一例を示す図である。 図９の各走査パターンに対する感光体上の表面電位の一例を示す図である。 パワー変調を行った場合の光源に与えるデータとその光走査で与えられる光量の一例を示す図である。 図１１の各走査パターンに対する感光体上の表面電位の一例を示す図である。 パルス幅変調を行った時のシミュレーション結果である潜像電荷分布幅を示す図である。 画像データをパルス幅変調信号として生成するパルス変調信号生成回路の一例を示す図である。 パワー変調信号を生成するパワー変調信号生成回路の一例を示す図である。 ２光源を制御するときに、その制御データとして、画像データと画像補正データを用いる場合の回路構成例を示す図である。 本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の一例を示す図である。 マルチビーム走査装置の一例を示す図である。 光源ユニットの一例を示す図である。 本発明の画像形成装置の構成例を示す図である。 カラー画像形成装置の一例を示す図である。 本発明の光走査装置の光源駆動制御手段のハードウェア構成例を示す図である。 一般的な画像形成装置の構成例を示す図である。

符号の説明

５０ 光源駆動制御手段
１１ 高周波クロック生成回路
１２，１４ 変調データ生成回路
１３，１５ シリアル変調信号生成回路
８０１ 光源ユニット
１００ バス
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）
１０５ ＨＤ（ハードディスク）
１０６ ＦＤＤ（フレキシブルディスクドライブ）
１０７ ＦＤ（フレキシブルディスク）

Claims (12)

1. 複数の光源からの複数の光ビームを主走査方向に走査する光走査装置において、複数の光源を駆動制御する光源駆動制御手段を備え、複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、前記光源駆動制御手段は、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光、走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に、各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じ画素データを与えてＭ個の光源の駆動制御を行うことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、画素ごとにＭ個の光源の発光をＮ個の光源の中から切り替える機能を有していることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、各画素の濃度調整を行うために１画素を形成するＭ個の光源に対してパルス幅変調を行うことを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、各画素の濃度調整を行うために１画素を形成するＭ個の光源に対してパワー変調を行うことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、各画素の濃度調整を行うために１画素を形成するＭ個の光源に対してパルス幅変調とパワー変調を同時に行うことを特徴とする光走査装置。
6. 請求項３記載の光走査装置において、前記光源駆動制御手段は、走査パターンに対する感光体上の表面電位分布において現像閾値以下に電位が下がる面積とパルス幅との関係を考慮して各画素の濃度調整を行うことを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光走査装置において、前記光源には、面発光レーザが用いられることを特徴とする光走査装置。
8. 複数の光源からの複数の光ビームを主走査方向に走査する光走査方法において、複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じデータを与えてＭ個の光源の駆動制御を行うことを特徴とする光走査方法。
9. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
11. 複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じデータを与えてＭ個の光源の駆動制御を行う光源駆動制御処理をコンピュータに実現させるためのプログラム。
12. 複数の光源の場合、複数の光源の発光位置と複数の光源からの光ビームの配列が異なっていることがあることを考慮して光ビームの副走査方向の配列を仮想光源列と称するとき、副走査方向に異なる位置を走査可能なＮ個（Ｎ≧２）の光源のうちのＭ個（（Ｎ−１）≧Ｍ≧１）の光源を発光，走査させることによって１画素を形成する仮想光源列が副走査方向にＬ個（Ｌ≧２）並んでＬ個の画素が形成される時に各仮想光源列内の発光、走査に用いるＭ個の光源に対して同じデータを与えてＭ個の光源の駆動制御を行う光源駆動制御処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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