JP2008076579A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

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

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の構成を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の構成を模式的に示した図である。 本実施形態の光走査装置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。 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した図である。 図４に示す各走査パターンに対する感光体上の表面電位を示した図である。 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を示した図である。 図６に示す各走査パターンに対する感光体上の表面電位を示した図である。 本実施形態の光源ユニットを搭載した光走査装置を示した図である。 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。 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。 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である。 従来の光走査装置の構成を模式的に示した図である。 従来の光走査装置の光走査装置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。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。

Images