JP2008076579A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビーム広がりがあっても副走査方向に隣接するラインに影響が出ない光走査装置を提供する。
【解決手段】第1の間隔X1で配列されたN個の光源により1画素分の光ビームスポットを構成すると共に、該1画素分の光ビームスポットを構成するN個の光源を夫々第2の間隔X2により配列された光源ユニット10と、光源ユニット10において1画素分の光ビームスポットを構成するN個の光源に対して同じデータを生成するデータ生成部と、データ生成部からのデータに基づいて各光源をそれぞれ駆動する駆動部とを備えるようにした。
【選択図】図1
【解決手段】第1の間隔X1で配列されたN個の光源により1画素分の光ビームスポットを構成すると共に、該1画素分の光ビームスポットを構成するN個の光源を夫々第2の間隔X2により配列された光源ユニット10と、光源ユニット10において1画素分の光ビームスポットを構成するN個の光源に対して同じデータを生成するデータ生成部と、データ生成部からのデータに基づいて各光源をそれぞれ駆動する駆動部とを備えるようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置に用いられる光走査装置に関わり、特に複数の光源で1画素を形成する光走査装置に関する。
図11に電子写真プロセスを利用した一般的な画像形成装置の概略説明図を示す。
図11はレーザプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置の一般的構成を示しており、光源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を形成する。このとき、位相同期回路1009において、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、感光体1004上の静電潜像をコントロールする。また、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により偏向走査された半導体レーザユニット1001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。
図11はレーザプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置の一般的構成を示しており、光源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を形成する。このとき、位相同期回路1009において、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、感光体1004上の静電潜像をコントロールする。また、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により偏向走査された半導体レーザユニット1001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。
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きている。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アレイや面発光レーザなどが使用されている。
特開平07−276704号公報
特開平09−200431号公報
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きている。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アレイや面発光レーザなどが使用されている。
しかしながら、従来のマルチビームを有する光走査装置では、通常1つの光源で1つの画素を構成するため、各光源の発光レベルのばらつきがそのまま画像の濃度ばらつきにつながるという問題がある。
また、1つの光源で1つの画素を構成すると、1つの光源で静電潜像を生成するのに必要な光強度が必要となり、大きな電流を半導体レーザに流す必要がある。半導体レーザに大きな電流を流すと寿命が短くなってしまう問題がある。
そこで、画素密度より小さい間隔で光源を並べ、電流を少なくし光量を小さくした複数の光源を用いて1画素を構成することが考えられている。
また、1つの光源で1つの画素を構成すると、1つの光源で静電潜像を生成するのに必要な光強度が必要となり、大きな電流を半導体レーザに流す必要がある。半導体レーザに大きな電流を流すと寿命が短くなってしまう問題がある。
そこで、画素密度より小さい間隔で光源を並べ、電流を少なくし光量を小さくした複数の光源を用いて1画素を構成することが考えられている。
しかしながら、一般に複数の光源は、図12に示すように副走査方向に等間隔に並んでいるため、ビーム広がりによって副走査方向に隣接するラインに影響が出てしまう。
また、1画素を構成する各光源の光量を変えることにより、画素の重心位置を副走査方向に移動させ副走査方向の画素位置を補正することが考えられているが、この場合は光源ごとに駆動データが異なるため、図13に示すように光源ごとにデータ生成部を用意する必要がある。また副走査方向の位置補正が必要な場合は問題ないが、副走査方向の位置補正が必要ない場合はコスト高になってしまうという問題点があった。
また、1画素を構成する各光源の光量を変えることにより、画素の重心位置を副走査方向に移動させ副走査方向の画素位置を補正することが考えられているが、この場合は光源ごとに駆動データが異なるため、図13に示すように光源ごとにデータ生成部を用意する必要がある。また副走査方向の位置補正が必要な場合は問題ないが、副走査方向の位置補正が必要ない場合はコスト高になってしまうという問題点があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、ビーム広がりがあっても副走査方向に隣接するラインに影響が出ない光走査装置と、そのような光走査装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。また副走査方向の位置補正が必要な場合は低コストとなる光走査装置と、そのような光走査装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の光走査装置は、複数の光源から出射された複数の光ビームを主走査方向に沿って被走査媒体上を走査させることにより像を形成する光走査装置において、第1の間隔で配列されたN個の光源により1画素分の光ビームスポットを構成すると共に、該1画素分の光ビームスポットを構成するN個の光源を夫々第2の間隔により配列された光源ユニットと、該光源ユニットにおいて1画素分の光ビームスポットを構成するN個の光源に対して同じデータを生成するデータ生成手段と、該データ生成手段からのデータに基づいて各光源をそれぞれ駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする。
また本発明の画像形成装置は、本発明の光走査装置を備えたことを特徴とする。
また本発明の画像形成装置は、本発明の光走査装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、複数の光源を用いて1画素を形成する場合にビームの広がりによる隣接ラインへの影響をなくすことが可能となる。また、光源ユニットの各光源に流す電流を少なくできるので省電力化に貢献できる。さらには、1画素を形成複数の光源に対して、データ生成部を1つで同じ駆動データを供給する構成としたことによりコストダウンが可能となる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の光走査装置に適用される第1の実施形態に係る光源ユニットの構成を模式的に示した図である。なお、図1では光源の数N=4の場合について説明するが、これはあくまでも一例であり、光源の数は任意に設定可能である。
図1に示す光源ユニットにおいては、光源ユニット10の光源がLDアレイのような副走査方向に1列に並んだ場合を示しており、8chの光源を光源Aと光源B、光源Bと光源C、光源Cと光源D、光源Eと光源F、光源Fと光源G、光源Gと光源Hの間隔をX1、光源Dと光源Eの間隔をX2とし、ビームの広がり及び画素密度によりX1、X2を調整しX2>X1となるように配置するようにしている。これにより、光源A、B、C、Dを重ねてできたビームスポットと光源E、F、G、Hを重ねてできたビームスポットが重なることがなくなりビーム広がりによる副走査方向に隣接するラインへの影響をなくすことができる。上記した光源ユニットでは、複数の光源を用いて1画素を形成しているので各光源へ流す電流が少なくて済み、省電力が可能となる。
図1は、本発明の光走査装置に適用される第1の実施形態に係る光源ユニットの構成を模式的に示した図である。なお、図1では光源の数N=4の場合について説明するが、これはあくまでも一例であり、光源の数は任意に設定可能である。
図1に示す光源ユニットにおいては、光源ユニット10の光源がLDアレイのような副走査方向に1列に並んだ場合を示しており、8chの光源を光源Aと光源B、光源Bと光源C、光源Cと光源D、光源Eと光源F、光源Fと光源G、光源Gと光源Hの間隔をX1、光源Dと光源Eの間隔をX2とし、ビームの広がり及び画素密度によりX1、X2を調整しX2>X1となるように配置するようにしている。これにより、光源A、B、C、Dを重ねてできたビームスポットと光源E、F、G、Hを重ねてできたビームスポットが重なることがなくなりビーム広がりによる副走査方向に隣接するラインへの影響をなくすことができる。上記した光源ユニットでは、複数の光源を用いて1画素を形成しているので各光源へ流す電流が少なくて済み、省電力が可能となる。
図2は第2の実施形態に係る光源ユニットの構成を模式的に示した図である。なお、図2でも光源の数N=4の場合について説明するが、これはあくまでも一例であり、光源の数は任意に設定可能である。
図2に示す光源ユニットにおいては、光源装置11の光源が面発光レーザのような平面に配置した場合を示しており、8chの光源を光源Aと光源B、光源Bと光源C、光源Cと光源D、光源Eと光源F、光源Fと光源G、光源Gと光源Hの副走査方向の間隔をX1、光源Dと光源Eの副走査方向の間隔をX2とし、ビームの広がり及び画素密度によりX1、X2を調整しX2>X1となるように配置するようにしている。これにより、光源A、B、C、Dを重ねてできたビームスポットと光源E、F、G、Hを重ねてできたビームスポットが重なることがなくなり、ビーム広がりによる副走査方向に隣接するラインへの影響をなくすことができる。また上記した光源ユニットでも、上記同様、複数の光源を用いて1画素を形成しているので各光源へ流す電流が少なくて済み省電力が可能となる。
図2に示す光源ユニットにおいては、光源装置11の光源が面発光レーザのような平面に配置した場合を示しており、8chの光源を光源Aと光源B、光源Bと光源C、光源Cと光源D、光源Eと光源F、光源Fと光源G、光源Gと光源Hの副走査方向の間隔をX1、光源Dと光源Eの副走査方向の間隔をX2とし、ビームの広がり及び画素密度によりX1、X2を調整しX2>X1となるように配置するようにしている。これにより、光源A、B、C、Dを重ねてできたビームスポットと光源E、F、G、Hを重ねてできたビームスポットが重なることがなくなり、ビーム広がりによる副走査方向に隣接するラインへの影響をなくすことができる。また上記した光源ユニットでも、上記同様、複数の光源を用いて1画素を形成しているので各光源へ流す電流が少なくて済み省電力が可能となる。
図3は、本実施形態の光源ユニットにおける光源と駆動部とデータ生成部の構成を示した図である。この図3に示す構成は、図13に示した従来の構成とは異なり、光源ユニット10の光源A、B、C、Dの駆動データが1つのデータ生成部1aにより生成され、同じデータが光源ユニット10の各光源A、B、C、Dの駆動部2a、2b、2c、2dへ供給されている。同様に光源ユニット10の光源E、F、G、Hの駆動データも1つのデータ生成部1bにより生成され、同じデータが光源ユニット10の各光源の駆動部2e、2f、2g、2hへ供給されている。このような構成とすることにより、光源ユニット10の各光源A〜Hの全てに対してデータ生成部を用意する必要がなく、コストダウンが可能となる。
次に、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4に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を示す。なお、ここでは2光源で1画素を形成するものとして示す。図4(a)(b)は光源に与える発光信号であり、横軸が発光時間、縦軸が発光強度である。この図4(a)(b)に示す7つの走査パターンを示しており、パターン1は1画素走査中の光源12、13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。
また図4(c)(d)は、各走査パターンに対する走査光量であり、走査時間と走査光量は比例関係となっている。
図4に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を示す。なお、ここでは2光源で1画素を形成するものとして示す。図4(a)(b)は光源に与える発光信号であり、横軸が発光時間、縦軸が発光強度である。この図4(a)(b)に示す7つの走査パターンを示しており、パターン1は1画素走査中の光源12、13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。
また図4(c)(d)は、各走査パターンに対する走査光量であり、走査時間と走査光量は比例関係となっている。
図5は、図4に示した各走査パターンに対する感光体上の表面電位を示す。(a)(b)が走査パターンで(c)(d)が表面電位分布である。
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を形成する。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することが可能である。
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を形成する。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することが可能である。
次に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6に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を示す。なお、ここでは2光源で1画素を形成するものとして示す。(a)(b)は光源に与える発光信号であり横軸が発光時間、縦軸が発光強度である。この図においては、7つの走査パターンを示しておりパターン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。(c)(d)は各走査パターンに対する走査光量であり、走査強度と走査光量は比例関係となっている。
図6に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を示す。なお、ここでは2光源で1画素を形成するものとして示す。(a)(b)は光源に与える発光信号であり横軸が発光時間、縦軸が発光強度である。この図においては、7つの走査パターンを示しておりパターン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。(c)(d)は各走査パターンに対する走査光量であり、走査強度と走査光量は比例関係となっている。
図7には図6の各走査パターンに対する感光体上の表面電位を示す。(a)(b)が走査パターンで(c)(d)が表面電位分布である。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、画素を形成するためにパワー変調によってもがその濃度調整することが可能である。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源ユニットが実現可能である。
図8に上記した光源ユニットを搭載した光走査装置を示す。
図8における光源ユニット801(本実施形態の光源ユニット)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及びパルス変調信号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上記した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、上記したシリンダレンズ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(図示しない)、及び折り返しミラー807が各々位置決めされ支持される。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。
図8における光源ユニット801(本実施形態の光源ユニット)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及びパルス変調信号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上記した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、上記したシリンダレンズ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(図示しない)、及び折り返しミラー807が各々位置決めされ支持される。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。
図9は、図8に示した光走査装置を搭載した画像形成装置の一例を示した図である。
この図9において、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、現像ローラにトナーを供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だされ、感光体ドラム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で定着して排紙ローラ912により排紙トレイ910に排出される。
この図9において、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、現像ローラにトナーを供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だされ、感光体ドラム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で定着して排紙ローラ912により排紙トレイ910に排出される。
図10は、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一例を示した図である。
この図において、100a、100b、100c、100dは、本実施形態の光走査装置であり、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色に対応する。光走査装置100a〜100dからのビームが感光体110a、110b、110c、110dに照射され、感光体上に静電潜像を形成するように構成されている。
この図において、100a、100b、100c、100dは、本実施形態の光走査装置であり、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色に対応する。光走査装置100a〜100dからのビームが感光体110a、110b、110c、110dに照射され、感光体上に静電潜像を形成するように構成されている。
1a、1b…データ生成部、2a、2e…駆動部、10…光源ユニット、11…光源装置、12…光源、801…光源ユニット、900…光走査装置
Claims (8)
- 複数の光源から出射された複数の光ビームを主走査方向に沿って被走査媒体上を走査させることにより像を形成する光走査装置において、
第1の間隔で配列されたN個の光源により1画素分の光ビームスポットを構成すると共に、該1画素分の光ビームスポットを構成するN個の光源を夫々第2の間隔により配列された光源ユニットと、該光源ユニットにおいて1画素分の光ビームスポットを構成するN個の光源に対して同じデータを生成するデータ生成手段と、該データ生成手段からのデータに基づいて各光源をそれぞれ駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする光走査装置。 - 前記第1及び第2の間隔は画素密度により設定することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記1画素分の光ビームスポットを形成するN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請求項1又は2に記載の光走査装置。
- 前記1画素分の光ビームスポットを形成するN個の光源に対してパワー変調を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
- 前記1画素分の光ビームスポットを形成するN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請求項1又は2に記載の光走査装置。
- 前記光源ユニットは、LDアレイであることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の光走査装置。
- 前記光源ユニットは、面発光レーザであることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の光走査装置。
- 請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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