JP2010181481A - 光走査装置及びこれを使用する画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光走査装置20は、少なくとも1つの像担持体110に向かう走査光路中の最終段の反射手段27以降のハウジング34内部に、光ビームの進行方向及び主走査方向に、距離を隔てた2箇所で、光ビームの副走査位置を検出するビーム位置検出手段50、51を配置する。
【選択図】図2
Description
レーザプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置における上述したさまざまな要求を満足させるために各種の技術が提案されている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
特許文献1及び2には、1対の非平行フォトダイオード間を走査ビームが通過する時間を計測し、時間差を求めることにより副走査方向の走査位置、すなわち書き込み開始位置を検知する副走査ビーム位置検出手段を設置し、光軸方向に空間を隔てていない設置場所で検出する技術が開示されている。
詳述すれば、特許文献2には、その図4を参照して説明するように、フォトダイオードPD1、PD1’の受光面は走査ビームに直交し、フォトダイオードPD2、PD2’の受光面はフォトダイオードPD1、PD1’の受光面に対して傾いている。この傾きをα1とする。また、上記ヒータ熱による温度変化前の走査ビームをL1、温度変化後の走査ビームをL2とした時、副走査方向に△Z(未知)ずれたとする。
この場合、1対の非平行フォトダイオード間、すなわち、非平行フォトダイオードPD1とPD2との間、或いは、非平行フォトダイオードPD1’とPD2’との間を走査ビームL1、L2が通過する時間T1、T2を計測し、T2−T1の時間差を求めることにより、副走査方向の走査位置、すなわち、書き込み開始位置をモニタ、検知することが記載されている。このような構成の場合においては、副走査ビーム位置検出において誤差が生じる。
特許文献3には、副走査ビーム位置を検出する手段として、対向する2以上の辺縁が平行で直線をなし、平行で直線をなす辺縁のうち、少なくとも1つの辺縁が副走査方向と非平行な角度を持つように配置された複数のセンサからなる、被走査面上での光ビームの走査位置を検出してビーム位置検出信号を出力する手段19を用いる技術が開示されている。
図12は光走査装置の従来例を示す平面展開図である。図12の従来の光走査装置106においては、レーザ光を発振する半導体レーザ21から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ22を透過し、アパーチャ23にてビーム整形され、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ24に入射する。
このシリンドリカルレンズ24は副走査方向にパワーを有しており、光偏向手段(ポリゴンミラー)25の反射面近傍に集光させる。光偏向手段25により反射された光ビームは、光偏向手段25の等速回転に伴って等角速度的に偏向され、走査レンズ26を透過し、感光体10上に至る。
光ビームは感光体10上を走査するのに先立って、同期検知装置30にて水平同期信号を得、走査ごとの同期を取る。図12で、符号28は同期ミラー、31は同期レンズ、32は光電変換素子、33は同期回路基板である。
光ビームの副走査位置は、光路中にある各光学素子(レンズやミラー)の取り付け姿勢や熱膨張による形状の変化などに起因して変化する。そのため、従来から副走査ビーム位置を補正することが行なわれている。
画像形成動作を伴う補正方法(中間転写手段上に通常の画像形成と同じようにして補正値検出パターン画像を形成し、それを検出することによって補正値を得る)の場合、トナーが消費されてしまう。
これは使用者が連続で画像を出力したいという要求に反して、出力を中断させるため、いわゆるダウンタイムを作ってしまい、画像形成装置の生産性を悪化させることになる。これらの不具合は、画像形成動作を伴わない補正動作を行なうことができれば解消することができる。
実際は、画像形成を全く行わないで画像補正を行なうことは難しく、画像形成を伴う補正にて定量的な補正を行ない、画像形成を伴わない補正にて相対的な(補間的な)補正を行なうことで、上記のような連続画像出力時に画像形成を中断するような不具合を解消する。
画像形成を伴わない補正方法としては、感光体上の光ビームの照射位置を測定し、その結果をフィードバックする方法が考えられる。感光体上のビーム照射位置は、感光体上もしくはその近傍で直接ビームを検出すれば、誤差の少ない検出が可能である。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、光走査装置内に光ビーム検出手段を搭載し、この光ビーム検出手段を光軸方向に空間を隔てた2箇所に配置することにより、これら2箇所での検出結果に基づいて、ビームの副走査方向の位置変動を正確に検出して感光体上での光ビーム照射位置を精度よく検出する光走査装置及びこの光走査装置を搭載する画像形成装置を提供することにある。
また、請求項2に記載の発明は、走査ビームの走査開始側及び走査終端側の2箇所に前記ビーム位置検出手段を配置する請求項1記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、それぞれのビーム位置検出手段において検出した2箇所の位置情報から光ビームの前記像担持体上での照射位置を算出し、その値に基づいて各光ビームの副走査位置の補正値を算出する請求項1又は2記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、像担持体上に光ビームを照射して静電潜像を形成する構成を有する光走査装置として請求項1乃至3のいずれか1項記載の光走査装置を使用する画像形成装置を特徴とする。
この画像形成装置101の、複数の感光体ドラム(感光体)110には、回転方向の順に帯電手段108、露光手段(光走査装置)106、現像手段102、転写手段112、113、クリーニング手段107、がそれぞれ配設されている。
帯電手段はローラ状に形成された導電性の帯電ローラ108からなり、この帯電ローラ108に帯電バイアス電圧が電源装置(図示せず)から供給され、感光体ドラム110表面を一様に帯電させる。
光走査装置(露光手段)106は、画像データに基づいて、点灯/消灯するレーザ光を感光体ドラム110表面に照射し、感光体ドラム110上に静電潜像を形成する。
現像手段102は、感光体ドラム110上に形成された静電潜像を、トナーを含む現像剤にて顕像化する。転写手段112は、感光体ドラム110上の顕像を感光体ドラム110から転写する。クリーニング手段107は、転写後に感光体ドラム110上に残留する現像剤を除去する。
給紙ローラ103bを構成する支持部材103eが存在する。転写材103aは定着手段104に搬送され、トナー像を定着させ、上部の排紙ローラ105に搬送されて画像形成装置外部に排紙される。図1において、感光体ドラム110と光走査装置106との位置関係は、光走査装置106が上方で感光体ドラム110が下方になっているが、逆の位置関係においても、同様に配置が可能である。
画像形成装置101内に配置する複数の感光体ドラム110は、等間隔に略一列に並べるのが一般的な構成である。現在、カラー画像形成のために、4つの色(黒(K)マゼンタ(M)シアン(C)イエロー(Y))を用いたプロセスが一般的であるが、最近では、カラー画像の色再現の向上のためにさらに多くの色を用いるプロセスも現われている。
また、2つずつの感光体ドラム110を等間隔にして互いには異なる距離に配置されているものもある。それらは作像プロセスに関するいろいろな理由で工夫されている例である。
光走査装置106は、4つの感光体ドラム110に各々1つのビームを照射している。光偏向手段25を挟んで両側に第2光学系を構成する走査レンズ26を配置している。感光体ドラム110間距離と両側の走査レンズ間の距離はほぼ同程度であり、ミラーの配置を工夫して、4つの感光体ドラム110へビームを照射するようにしている。
光ビームの進行方向に、空間を隔てた2箇所にビーム検出手段50、51を設け、走査光の走査開始側で、通常同期検知を行ない、画像の主走査方向の同期を取る。この同期検知の機能を含めて光ビームを検出する。
図2の正面図(a)、平面図(b)、及び側面図(c)において、第1のビーム検出手段50と第2のビーム検出手段51とがビームの進行方向A及び主走査方向Bに距離を隔てて配置されている。画像領域外のビームを受光して、副走査方向の位置を検出する。
検出手段としては、ラインCCDや非平行フォトダイオード(PD)などが挙げられる。ラインCCDでは、ビームが通過した位置のCCDの出力が大きいので、それにより副走査方向の位置が検出できる。非平行フォトダイオード(PD)では、2つの非平行フォトダイオード(PD)間を通過する時間をカウントすることで、副走査方向の位置を検出できる。
また、図2では第1のビーム検出手段50が上方(感光体ドラム110から遠い)、第2のビーム検出手段51が下方(感光体ドラム110に近い)に描いているが、その位置関係はそれに限定されるものではなく、逆でもよい。これら2つのビーム検出手段50、51でのビーム位置によって、その後の光路が把握できるので、感光体ドラム110上の照射位置を精度よく算出することができる。
光路中に反射手段が複数ある場合、それぞれの反射手段の取り付け姿勢の変化によるビーム位置の変化が重ね合わされるため、それぞれの反射手段での変化の方向が同じ場合は加算され、変化の方向が逆の場合は打ち消される。
そのため、光路中の1箇所でビーム位置を検出した場合、感光体ドラム110上のビーム位置を正確に検出できない場合がある。実際の変位は100μm程度である。しかし、以下の図3では、説明のためにこの変位を拡大して示している。
この時、矢印Cで示す箇所にビーム位置検出手段があった場合には、ビーム位置がほとんど変化していないので、出力もほとんど変化しないが、実際に感光体ドラム上のビーム位置bは、ビームaに対して図に示すようにかなりずれている。
この時、矢印Cで示す箇所と空間を隔てた別の箇所(矢印d)においてもビームを検出することにより、ビームの位置及び方向が得られるので、光走査装置から出射後の光路を精度よく算出することができる。このように、空間を隔てた2箇所でビームを検出することが重要である。
防塵部材53としては平板ガラスが一般的である。平板ガラスなどの平行平板はレンズのような作用がないため、光が透過した後の光の進行方向は平行である。この時、副走査方向にずれる量eは、屈折の法則と平行平板の厚さtを用いて算出できる。
図5は防塵部材での屈折を示す拡大図である。図5において、防塵部材53は厚さtを有している。図中の符号n1、n2は媒質の屈折率、θ1は入射角、θ2は屈折角、eはビームのずれ量である。
ずれ量eは以下のように求められる。
n1sinθ1=n2sinθ2
e=[t・cos(θ1−θ2)]/cosθ2
光ビームの進行方向に、空間を隔てた2箇所にビーム検出手段を設け、走査光の走査開始側で、通常同期検知を行ない、画像の主走査方向の同期を取る。この同期検知の機能を含めて光ビームを検出する。
図6の正面図(a)、平面図(b)、及び側面図(c)において、走査光の走査開始側及び終端側の空間にそれぞれ第1の検出手段50と第2の検出手段51とがビームの進行方向A及び主走査方向Bに距離を隔てて配置されている。画像領域外のビームを受光して、副走査方向の位置を検出する。
検出箇所が第1の実施の形態のように開始側のみの場合も、また、開始側と終端側の2箇所で行なう場合でも、実際の副走査ビーム位置の変化の傾向を予め把握しておくことが大事である。
副走査ビーム位置の連続的な補正は、光ビームの副走査位置を連続的に検知しながら、その結果に合せて、公知技術である特開2004−004191号公報に記載された副走査位置変換素子を動作させて、所望の位置に停止することができる。
副走査ビーム位置の不連続な(ピッチ単位)補正は、副走査位置変換素子などを用いずに位置補正する方法として、画像信号の副走査のタイミングを変化させることが挙げられる。
この場合、走査ピッチ単位での補正になる(例えば、600dpi画像では、42.3μmピッチ)。画像による補正を行なった際、その結果(データ(甲))を記憶すると同時に光ビームの副走査位置検出値(データ(乙))を記憶しておく。
光ビームの副走査位置検出値とデータ(乙)との差より、副走査位置の変化(相対値)を捉え、データ(甲)と合せて勘案することにより、副走査位置補正を行なうかどうかを算出する。
図8はピッチ単位で補正する例として4つのビームの副走査方向の時間経過に対する変位をグラフで示す第1の図である。図9はピッチ単位で補正する例として4つのビームの副走査方向の時間経過に対する変位をグラフで示す第2の図である。
図10はピッチ単位で補正する例として4つのビームの副走査方向の時間経過に対する変位をグラフで示す第3の図である。図11はピッチ単位で補正する例として4つのビームの副走査方向の時間経過に対する変位をグラフで示す第4の図である。
実際の画像形成装置においては、初期の色ずれは図8のようにゼロではなく、図9のように或る値を持っている。ビーム2やビーム4のように時間経過とともにプラスに変位するものとビーム1やビーム3のようにマイナス変位するものが分布している。
この時、K、M、C、Yのどの色のビームがどういう傾向で変化するかは予め解かっているので、開始時点での値(データ(甲))に変化する値(データ(乙))を合せることで、その時々の色ずれの大きさを予測することができる。
600dpiでは4つのビームの副走査位置のずれの最大値は、ピッチの3/4で約31μmである。仮に、色ずれが31μmになる時に補正を入れるとすると、図8(b)で太線が31μmを超える時刻(2分)でビーム2の副走査位置を1ピッチ補正して、図10(b)のようになる。
さらに時間が経って、再び31μmを超える時刻(7分20秒)で、次は、ビーム1及びビーム3の副走査位置を1ピッチ補正する(図11(b))。このような動作を繰り返し行なう。
本発明の画像形成装置によれば、それぞれのビーム位置検出手段において検出した2箇所の位置情報から光ビームの像担持体上での照射位置を算出し、その値に基づいて各光ビームの副走査位置の補正値を算出する。光ビームの副走査方向位置の補正を精度よくかつ画像形成を介さずに短時間で行なうことが可能であり、画像形成装置の生産性向上、寿命向上、経費節減・画質向上などに貢献することができる。
Claims (4)
- 変調された書き込みデータに応じて発光する光源と、該光源から発光された光を偏向走査する光偏向手段と、前記光源から前記光偏向手段の間に配置された第1光学系と、前記光偏向手段により偏向された走査光を前記像担持体上に結像する第2光学系と、該走査光学系を透過した走査光を前記像担持体に導くために反射する複数の反射手段と、前記光源、前記光偏向手段、前記第1光学系、前記第2光学系、前記反射手段を収容するハウジングと、を備え、電子写真方式を用いた画像形成装置の像担持体上に光ビームを照射する光走査装置において、
少なくとも1つの像担持体に向かう走査光路中の最終段の反射手段以降の前記ハウジング内部に、光ビームの進行方向及び主走査方向に、距離を隔てた2箇所で、光ビームの副走査位置を検出する第1のビーム検出手段と第2のビーム検出手段とからなるビーム位置検出手段を配置することを特徴とする光走査装置。 - 走査ビームの走査開始側及び走査終端側の2箇所に前記ビーム位置検出手段を配置することを特徴とする請求項1記載の光走査装置。
- それぞれのビーム位置検出手段において検出した2箇所の位置情報から光ビームの前記像担持体上での照射位置を算出し、その値に基づいて各光ビームの副走査位置の補正値を算出することを特徴とする請求項1又は2記載の光走査装置。
- 像担持体上に光ビームを照射して静電潜像を形成する構成を有する光走査装置として請求項1乃至3のいずれか1項記載の光走査装置を使用することを特徴とする画像形成装置。
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