JP2006212986A - 多色画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に静電像を形成する光走査手段を複数備え、形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査位置を補正する走査位置補正手段を光走査手段毎に備え、基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の、副走査方向における書込み位置を補正する副走査レジスト補正手段を有する。
【選択図】図9
Description
同様に、光走査装置においても、感光体ドラムに形成する静電潜像の主走査倍率および書込み位置を正確に合わせなければ、主走査方向のレジストずれにより色ずれや色変わりの要因となる。
そのため、上記レジストずれ検出パターンを用いた補正を頻繁に行わないと画質を保てなくなりつつあり、1ジョブにおける最初から最後まで画質を一定に保つには、ジョブの途中、つまり、1ジョブ内でのプリント動作が行われている途中で割り込みをかけて一旦、プリント動作を休止し、上記レジストずれ検出パターンを用いた補正を行っている。
一方、高速化に伴って、感光体ドラムへの負荷がそれだけ高まり、寿命を延ばすには径の拡大が余儀なくされ、光走査装置に対しても、より自由度の高いドラム間隔に適用できる方式が望まれている。そこで、特許文献9に開示されているような構成とした場合、感光体ドラム径の拡大とともにドラム間隔も大きくなり、ハウジングが大きくなってしまうことから、光学素子として用いられる樹脂製品での熱変形や剛性不足等色ずれに対して条件が厳しくなりつつある。
そのため、多色画像形成装置の高速化が進むにつれて、レジストずれ検出パターンを用いた補正を頻繁に行なう必要が生じている。
図1において、4つの感光体ドラム101、102、103、104は転写体の移動方向105に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写し重ね合わせることでカラー画像を形成する。
図示するように各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、ポリゴンミラー106により光ビームを走査する。ポリゴンミラーの回転方向は同一であるので、各々の書出し開始位置が一致するように画像を書き込んでいく。
また、実施例では、各感光体に対して半導体レーザを一対配備し、副走査方向に記録密度に応じて1ラインピッチ分ずらして走査することにより、2ラインずつ同時に走査するようにしている。
各光走査ユニットの構成は同一であるので、ここでは、その一方について説明する。
されて感光体ドラム101に導かれ、第1のステーションとしてイエロー画像を形成する。
支持板301は板金でコの字状に形成され、トロイダルレンズ305の突起307を立曲げ部に形成した切欠316に係合し、また、リブの下面を立曲げ部310に突き当てて位置決めし、一対の板ばね303によりリブの上面より付勢して両端を保持する。板ばね303はトロイダルレンズ305を支持板301に重ね合わせた状態で外側から填め込み、一端を開口313から内側に出し開口314に挿入して固定する。
中央部にはねじ穴312に調節ねじ308を螺合し、板ばね302を同様に外側よりはめ込んで下側リブの内側に引っ掛けて同様に固定し、調節ねじ508の先端にリブの下面が確実に当接するように付勢する。板ばねの穴319は調節ねじ308を貫通する穴である。
一端には支持板に形成した嵌合穴316を貫通してステッピングモータ315が固定され、シャフトの先端に形成された送りねじを可動筒317のねじ穴に螺合し、可動筒317の先端をハウジング受け面に突き当てることで、ステッピングモータ315の回転により副走査方向(トロイダルレンズの高さ方向)に変位可能としている。これにより、ステッピングモータ315の正逆回転に追従してトロイダルレンズ305は光軸と直交する面内で突起318の係合部を支点として回動調節γでき、それに伴って副走査方向におけるトロイダルレンズの母線が傾いて、トロイダルレンズの結像位置としての走査ラインが傾けられる。この構成が書込位置補正手段の一つである走査線の傾き補正手段として用いられる。
実施例では、第1、第3のステーションのトロイダルレンズに回転支点端の方向を揃えて配備され、ユニット毎に基準となる第2、第4のステーションの走査ラインにもう一方の走査ラインが平行となるように傾き調整がわれる。
トロイダルレンズ305は両端を立曲げ部310の縁、中央を調節ねじ308の先端で支持され、調節ねじ308の突出し量が立曲げ部310に足りない場合には、トロイダルレンズの母線312が下側に凸となるよう反る。逆に突出し量が超えると上側に凸に反る。従って、これらの調節ねじを調整することによってトロイダルレンズの焦線が副走査方向に湾曲され、走査ラインの曲がりが補正できる。
なお、上記した調節ねじは主走査方向に沿った複数箇所に配備してもよく、中央部と立曲げ部310との中間の計3箇所に配備することにより、M型やW型の曲がりについても補正が可能となる。
実施例では、全てのトロイダルレンズに配備され、組付時に各ステーションの走査ラインが真直になるように合わせている。
実施例では、各ユニット内では上記したように、基準となるステーションに対し他のステーションの傾きを合わせるが、ユニット間では各ユニットの基準となるステーション同士の傾きを電気的に合わせるようにしている。
いま、基準となるステーション同士の傾きの差がSだけあったとすると、走査ラインピッチPで割った余りΔSが最小となるように係数kを定めて主走査領域をk+1分割し、各分割領域毎に書き出しタイミングがずれるよう画像データの記録位置をシフトする。
例えば、実施例ではk=3であるから、1ラインに相当する主走査に沿った画像データを4等分し、ラインバッファに記憶する際に、左から第2の領域では1ライン分、第3の領域では2ライン分、第4の領域では3ライン分というように記録するタイミングを順次ずらして入力する。つまり、もともとのラインにおける画像データは、第2の領域では1ライン前の走査で記録され第4の領域では3ライン前の走査で記録されるように、画像データの構成を組替える。なお、この境界部で発生するジャギー(階段状のギザギザ)は徐々にパルス幅を可変する等のスムージング技術により目立ち難くすることができる。
実施例では、基板138、140が同期検知センサをなし、この検出信号を基に各々書き込み開始のタイミングをはかるよう共用している。
また、いずれかのセンサを図6に示すように主走査方向に垂直なフォトダイオード152と非平行なフォトダイオード153とで構成することにより、フォトダイオード152からフォトダイオード153に至る時間差Δtを計測することで、光ビームの副走査位置のずれΔyを検出できる。これにより、副走査方向における書込位置の補正、つまり、副走査レジスト補正が行えることになる。
Δy=(V/tanγ)・Δt
で表され、実施例では、Δtが常に一定となるように、後述する光軸偏向手段、またはポリゴンミラー同士の回転位相を制御することで、各色画像の副走査レジストがずれないよう照射位置を保持することができる。
さらに、上記センサを走査開始側と走査終端側のいずれにも配備するようにすれば、各端の副走査位置ずれの差、つまり走査線の傾きが検出できる。
半導体レーザ301、302およびカップリングレンズ303、304は、各色走査手段毎に射出軸に対して主走査方向に対称に配備され、半導体レーザはパッケージの外周を嵌合して各々ベース部材305、306に裏側より圧入され、ホルダ部材307の裏面に、各々3点を表側から貫通したねじを螺合して当接させて保持し、カップリングレンズはホルダ部材に相反する方向に開くよう形成したV溝部308、309に外周を突き当て、板ばね310、311により内側に寄せてねじ固定される。この際、半導体レーザの発光点がカップリングレンズの光軸上になるようベース部材の当接面(光軸に直交する面)上での配置を、また、カップリングレンズからの射出光が平行光束となるようV溝上(光軸上)での位置を調節して固定している。
各々の射出光の光軸は射出軸Cに対して互いに交差する方向となるよう傾けられ、実施例ではこの交差位置をポリゴンミラー反射面の近傍となるように支持部材の傾斜を設定している。
光源ユニットは、ハウジングの壁面に高さを異ならしめて形成した係合穴に各ホルダ部材の円筒部313を挿入して位置決めし、当接面314を突き当ててネジ止めされる。この際、円筒部を基準として傾け量γを調整することで、ビームスポット間隔を記録密度に応じた走査ラインピッチPに合わせることができる。この構成が走査線傾き補正およびスキュー補正に用いられる。
上記した光源ユニット109、110、ポリゴンミラー106、fθレンズ120等光学系を構成する光学素子は各々ハウジング201の所定の部位に配置を保って装着され、カバー201で密閉される。図示しないが、トロイダルレンズ等はハウジングの下側より装着され、一体ユニットとなす。
ハウジング201は樹脂で成形され、外壁には4箇所の支持部が形成される。
前側の一対の支持部205には、位置決めピン203とねじの貫通穴204が形成され、図17に示すように、本体フレームを構成する支持部材208に位置決めピン203を基準として装着され、ねじ止めされる。一方、ポリゴンモータ側の一対の支持部206は板ばね207で上から抑え付けるのみで設置平面上で拘束しない。
従って、転写ベルトの搬送方向に自由膨張を可能とし、ポリゴンモータの発熱に伴うハウジングの変形が発生し難くしている。
まず、書き込み制御回路は画素クロック生成部1401を備え、画素クロック生成部1401において、カウンタ1403では、高周波クロック生成回路1402で生成された高周波クロックVCLKをカウントし、比較回路1404ではこのカウント値と、デューティ比に基いてあらかじめ設定される設定値L、および画素クロックの遷移タイミングとして外部から与えられ、位相シフト量を指示する位相データ信号とを比較し、カウント値が上記設定値Lと一致した際に画素クロック制御回路1405から画素クロックPCLKの立下りを指示する制御信号lを、そして位相データ信号と一致した際に画素クロックPCLKの立上がりを指示する制御信号hを出力する。この際、カウンタ1403は制御信号hと同時にリセットされ再び0からカウントを行なうことで、連続的なパルス列が形成できる。
図8は、1/8クロックだけ位相を遅らせた例である。
デューティ50%とすると設定値L=3が与えられ、カウンタ403で4カウントされ画素クロックPCLKを立ち下げる。1/8クロック位相を遅らせるとすると位相データH=6が与えられ、7カウントで立上げる。同時にカウンタがリセットされるので、4カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が1/8クロック分縮められたことになる。
このように位相をシフトする画素を所定間隔で配置することによって、走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪、いわゆる、主走査方向レジストを補正することができる。
M(x)=∫L(x)dx
分割区間の始点と終点でビームスポット位置ずれが0となるように補正することを想定すると、任意の分割区間の倍率の変化に伴う分割区間幅のずれをΔm、位相シフトの分解能をσ(一定)、分割区間内の画素数をNとすると、位相をシフトする画素の間隔は、
D≒N/(Δm/σ) 但し、Dは整数
で示され、D画素毎にσずつ位相をシフトすればよい。
上記実施例では、σは1/8画素となる。
従って、この場合、分割区間のちょうど中間位置でビームスポット位置ずれ残差が最大となるが、この残差が許容範囲内となるように各分割位置、分割区間の数を決めてやればよい。
上記したように、実施例では、各ユニット内では基準となるステーションに対し他のステーションの走査位置を合わせ、ユニット間では各ユニットの基準となるステーション同士の画像の重なり具合を検出し、一方のユニットについて書き出しのタイミングや画素クロックの周期を一律に補正するようにしている。
画像の重なり具合は、各ユニットの基準ステーション転写ベルト105上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることで、主走査倍率、副走査レジスト、走査ラインの傾きを一方のステーションを基準として相対的なずれとして検出し、定期的に補正制御が行なわれる。
紙面上下が主走査方向に相当し、検出時間差tmkの理論値t0との差より各色の副走査レジストを、また、検出時間差tk、tmの差より各色の主走査レジストのずれを求める。
ここで、光源数が複数、実施例では2ビームでこのパターンが形成されるので、図14に示すように主走査方向では光源間の波長差によりdだけ凹凸が発生し、副走査方向ではピッチ誤差によりD1とD2に示すように組み合わせによりライン幅が異なる。2ビームの場合、ポリゴンミラーの1面で走査されるライン間隔が狭まると、隣接面で走査される次のラインとの間隔は広がってしまう。
そこで、実施例では、光源を全て用い、いずれかの光源からのビームがポリゴンミラーの隣接する2面以上で走査されるように、検出位置に沿って少なくとも3ライン以上にかかるようなライン幅を設定してラインパターンを形成し、検出位置に沿ってラインの両縁を検出してその中間点を求めることで、ピッチ誤差を全て含めた形で平均化されたずれが検出でき、各光源毎に個別に検出して平均値を求めるのと同様な効果があり、ピッチ変動や主走査倍率変動の影響を受けない。
こうして検出された副走査レジストについては、ポリゴンミラー1面おき、つまり光源数をnとするとnラインピッチn・P、実施例では2Pを単位として面位相を選択し、各光源の走査ラインのうち、最もレジストずれが小さくなる走査ラインを通常プリント時の先頭行として選択することで一方のユニットの副走査方向における書出しタイミングを各ステーション共通に補正し、ポリゴンミラー同士の回転位相を所定値に制御することで、トナー像によって検出された副走査
レジストずれのうち、書出しタイミングによって補正できない1走査ラインピッチP以下の余分ΔPをも補正できるようにしている。
また、傾きについては上記した画素データの組替えにより一方のユニットにおける各ステーション共通に補正する。
実施例では、このフォトダイオード152、153を主走査方向における走査領域の両端に配備することで走査線の傾きも検出できるようにし、フィードバック補正によりレジスト位置と傾きとを機械的に補正して、基準となるステーションの走査位置に合わせ込むように制御され、主走査倍率については、上記したように同期検知信号と終端検知信号との検出時間をもとに、ステーション間の倍率変化を常に監視し、基準となるステーションの倍率に合うように各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数を補正しているので、各ユニット間の基準となるステーションにおける画像の重なり具合さえ合わせれば、全てのステーションの色ずれが補正できる。
また、4ステーションを2ステーションずつに分け、同一方向に回転するポリゴンミラーで走査するようにして各ステーションの走査方向を揃え、主走査方向の倍率変動があってもレジストずれが発生し難くくするとともに、ユニット間の補正を電気的な補正のみで対応できるようにすることで、より補正にかける時間が短くなるよう配慮している。なお、主走査方向においては、上記したように主走査領域を複数に分割した各区間毎に画素クロックの周期を可変することで中間像高における倍率の歪みを低減し、主走査方向の全域に渡って倍率が均一になるようにしている。
従って、各分割位置毎にレジストずれを検出するセンサを設ければ良いのだが、コストアップとなるうえ補正時間もかかる。
図5において非平行平板321は、円筒状のホルダ部材322中央枠内に固定され、軸受部323を形成した支持部材324にホルダ部材に形成した一対の鍔部326を切欠に合わせて挿入し、水平に戻すことで鍔部326が裏側に引っ掛かり、支持部材に密着した状態で嵌合部325を基準に回転可能に保持される。
支持部材324は、上記したように底面を基準にハウジングにねじ止めされ、軸受部323の回転中心が光源ユニットの射出軸と中心が合うように高さHが各々設定されており、回転によってビームの射出軸をわずかに傾けることができる。
いま、この回転角をγ、非平行平板の頂角をε、カップリングレンズの焦点距離をfc、光学系全系の副走査倍率をζとすると、感光体面での副走査位置の変化は、
Δy=ζ・fc・(n−1)ε・sinγ 但しnは非平行平板の屈折率
で与えられ、微小回転角の範囲では回転角にほぼ比例して可変できる。
実施例では、非平行平板の頂角εは、約2°である。
液晶偏向素子は上下の電極間に電位差を与えることで、右図断面に示すように電位の傾斜が発生し、液晶の配向が変化して屈折率分布を発生させ、光線を屈曲させることができる。従って、副走査方向に電極を設ければ、印加電圧に応じて感光体面での走査位置を可変できる。
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、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ904、ドラム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が配置される。感光体ドラムへは上記したようにポリゴンミラー1面毎の走査により複数ライン、実施例では5ライン同時に画像記録が行われる。
各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。
以上まとめると、本願実施例においては、各ハウジングに収められた2色間の色ずれ補正を各々行い、その基準となる色同士の色ずれを電気的な補正により一律に行うことで、補正の手順を単純化することができる。
ポリゴンミラー401、402はロータ403に装着され、回路基板404に回転自在に支持される。
ポリゴンミラーは、回転数に応じて一定の周波数のパルス信号f0が外部から入力され回転するが、このパルス信号と上記した回転位置検出信号とをPLL回路に入力することで、回転位置検出信号が一定周期となるように位相を制御した駆動周波数fdを生成してポリゴンミラーを等速で回転する。各ポリゴンミラーには、同一周波数のパルス信号f0を入力され回転数は等しい。
従って、ポリゴンミラーの面数と1回転に対応した回転位置検出信号とのパルス数が等しくなるように極数を設定すれば、周波数が等しくなるので位相制御が容易になる。
通常、ホール素子の配置とポリゴンミラーの各面とは周方向に角度を合わせて取り付けているわけではないので、ホール素子からの回転位置検出信号と同期検知信号とは各々位相が異なる。
上記転写ベルトの移動速度をv(mm/s)、転写ベルト上で検出されたレジストずれをd(mm)、ポリゴンミラーの走査周波数をf(Hz)とすると、
回転位相tは、
t=d/v−k/f ここで、kはtを最小とする整数
常に、この条件を満たすように制御することにより、各光走査ユニット間のレジストずれdは、1ライン以下まで良好に補正できる。
なお、走査周波数fは、記録密度DPIを用いて表すと、
f=v・DPI/25.4
であり、ポリゴンミラーの回転数Rは、面数nを用いて、
R=60×f/nとなる。
107,108 光源ユニット
153,154 フォトセンサ
308 調整ネジ
315 ステッピングモータ
1000,1000’ 画像形成装置
1401 画素クロック生成部
Claims (11)
- 複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、
上記複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査位置を補正する走査位置補正手段を光走査手段毎に備えるとともに、
上記各光走査手段の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の、副走査方向における書込み位置を補正する副走査レジスト補正手段を有することを特徴とする多色画像形成装置。 - 請求項1記載の多色画像形成装置において、
上記副走査レジスト補正手段は、いずれかの光走査手段における静電像を形成するタイミングを複数の光源ユニットで一律に可変することを特徴とする多色画像形成装置。 - 複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、
上記複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査線傾きを補正する傾き補正手段を光走査手段毎に備えるとともに、
上記各光走査手段の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の、スキューを補正するスキュー補正手段を有することを特徴とする多色画像形成装置。 - 請求項3記載の多色画像形成装置において、
上記スキュー可変手段は、いずれかの光走査手段における主走査領域を複数区間に分割し、分割区間毎の静電像を形成するタイミングを複数の光源ユニットで一律に可変することを特徴とする多色画像形成装置。 - 複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、
上記複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの主走査倍率を補正する倍率補正手段を光走査手段毎に備えるとともに、
上記各光走査装置の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の主走査方向における書込み位置が主走査方向に沿った少なくとも2箇所以上で揃うように補正する主走査レジスト補正手段を有することを特徴とする多色画像形成装置 - 請求項5記載の多色画像形成装置において、
上記主走査レジスト補正手段は、主走査領域を複数に分割した各境界で書込み位置が揃うように補正することを特徴とする多色画像形成装置。 - 請求項6記載の多色画像形成装置において、
上記主走査レジスト補正手段は、いずれかの光走査手段における主走査方向における画素クロックのパルス周期を複数の光源ユニットで一律に可変することを特徴とする多色画像形成装置。 - 請求項1または7記載の多色画像形成装置において、
上記複数の光源ユニットからの光ビームを検出するビーム位置検出手段を上記光走査手段毎に備え、基準となる光源ユニットに対する、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査位置、または走査線傾き、もしくは主走査倍率を検出することを特徴とする多色画像形成装置。 - 請求項1または7記載の多色画像形成装置において、
上記各光走査手段の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成され、上記転写体上で重ね合わされた画像同士の書込み位置のずれを検出する色ずれ検出手段を、主走査方向における少なくとも2箇所以上に備えることを特徴とする多色画像形成装置。 - 請求項1または7記載の多色画像形成装置において、
上記各光走査手段における複数の光源ユニットからの光ビームの走査方向を揃えることを特徴とする多色画像形成装置。 - 請求項1または7記載の多色画像形成装置において、
少なくとも上記複数の光源ユニット、ポリゴンミラーを収容するハウジング部材を光走査手段毎に備え、上記複数のハウジング部材を共通の基体上に保持してなることを特徴とする多色画像形成装置。
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