JP3056229B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、画像形成装置に関するもので、とくに、レ
ーザ、LED等の光源からの光束を感光体上に結像して画
像を形成する光走査型画像形成装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 近年、デジタル画像、コンピュータ出力文書等の出力
装置として、光走査型画像形成装置（光プリンタ）が広
く普及してきている。これら光プリンタは、画像信号に
対応して変調された光束を感光体上に走査して、そこに
露光分布を与えて潜像を形成し、然る後、この潜像を紙
やフィルム等の出力媒体上に転写して可視化するもので
あり、潜像の可視化に際しては、周知の電子写真方式が
多く用いられている。

上記感光体上に露光分布を形成する方式としては、多
くのものが提案され、実施されている。そして、ほとん
どの方式において、結像系が用いられており、レーザ、
LED等の光源の像をこの結像系により感光体上に結像さ
せ、感光体上露光量、露光時間等を光源駆動電力の制御
やシャッタのON/OFFによって変調させることにより画像
信号に応じた露光分布を感光体上に形成している。

一方、最近の光プリンタの動向の１つとして画像の高
精細化があり、たとえば、400画素／インチ（dpi）、60
0dpiといった高密度の印字が要求されてきている。また
PWM（パルス幅変調）方式では、１画素の中を更に細か
く区切り、印字ドットの大きさ、太さを変化させること
により中間調の出力を実現させている。

このような要求にこたえる高精細な光プリンタでは、
印字ドットの細かさに対応して、感光体上に結像される
光源の像（以下、スポットという。）の大きさを微小に
する必要がある。たとえば、800dpiの出力密度の光プリ
ンタ、あるいは400dpiの出力でPWM方式の光プリンタで
は、スポットの大きさは走査方向において40μｍ（ガウ
ス分布の強度分布で、ピーク値より1/e²の値までの直）
程度以下に抑えなければならない。

このように微小の径のスポットを感光体上で実現する
結像系は、一般に、焦点深度が浅く、したがって、光源
と感光体間の結像関係を良好にするためには、結像系な
どに対する何らかの調整手段が必要とされる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、こうした調整手段を有する光プリンタ
であっても、感光体上のスポットの結像状態をモニター
するためには、調整時に感光***置にテレビカメラ等の
測定装置を設置しなければならず、また調整装置全体が
大掛かりになり、光プリンタ組立時の調整に時間、コス
トがかかるという問題点がある。さらに、市場におい
て、光プリンタに加わる振動、温度や湿度の変化、その
他何らかの原因で、ずれた結像状態を、作業者が調整す
ることは、ほとんど不可能である。

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするも
のである。すなわち、本発明は、市場等においても、特
別な測定装置なしで、装置の結像状態をモニターするこ
とができ、この結果に基づいて結像系などを手動または
自動的に調整して結像状態を調整することが可能な画像
形成装置を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、感光体と、画
像信号に応じた光を出射する光源と、前記光源から出射
した光を前記感光体に結像する結像光学系と、前記結像
光学系の少なくとも一部の可動部を光軸方向に移動させ
て前記感光体に照射される光のスポット径を調整する制
御手段と、を有する画像形成装置において、前記感光体
表面の電位を測定する電位測定手段を有し、前記制御手
段は、スポット径を調整する際、所定の画像信号に応じ
て前記感光体に潜像を形成させてその潜像の電位を前記
電位測定手段で測定し記憶する工程を前記可動部の位置
を変えて所定回数行い、記憶した複数の測定電位のうち
最も高い測定電位に対して所定割合以上の複数の測定電
位から最適な前記回動部の位置を設定するようにしたも
のである。

［作用］ 本発明によれば、最も高い測定電位に対して所定割合
以上の複数の測定電位から最適な結像光学系の少なくと
も一部の可動部の位置を設定するので、スポット径が最
も小さくなる位置で電位を測定していなくても、より最
適な結像光学系の可動部の位置を設定できる。

［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例のレーザビームプリンタ
の露光光学系配置の斜視図である。

第１図において、１は光源である半導体レーザ素子、
２は該半導体レーザ素子１から射出される発散光をほぼ
平行な光束に変換するコリメータレンズ、３は焦点調整
用の焦点補正レンズ、４は補正レンズ移動機構、６は回
転多面鏡、７はｆθレンズなどの走査レンズ、８は被走
査面である電子写真用の感光体ドラム、９は走査線上に
設けられた光検知素子によるビームディテクタ、10は該
感光体ドラム８上に電位を測定する電位センサである。

すなわち、半導体レーザ素子１から射出された発散レ
ーザ光は、コリメータレンズ２、焦点補正レンズ３によ
ってほぼ平行な光束となり、矢印Ｂの方向に一定回転数
で回転する回転多面鏡６の反射面に照射されたのち、偏
向されて走査レンズ７に入射する。

補正レンズ移動機構４は、図示されていない制御部か
らの信号によって焦点補正レンズ３を光軸方向に所定量
移動（矢印Ａの方向に移動）させることにより、走査レ
ンズ７の焦点位置を変化させ、感光体ドラム８上のレー
ザビームスポットの結像状態を制御するためのものであ
り、たとえば、モータ、ギア、位置センサなどによって
構成されている。

走査レンズ７は、回転多面鏡６によって偏向される平
行レーザビームを感光体ドラム８の面上にスポット状に
結像させ、等速走査させるいわゆるＦθ特性を有し、走
査されるレーザビームは、各走査ごとに、まず、ビーム
ディテクタ９上を通過し、走査開始信号（以下、BD信号
という。）を発生させ、このBD信号によってタイミング
制御される図示されていない画像信号制御回路によって
明滅する。またこの時、感光体ドラム８は矢印Ｃの方向
に回転しており、これにより感光体ドラム８の面上に画
像信号に対応した２次元露光分布が形成される。

第２図は本発明の第１実施例のレーザビームプリンタ
の感光体ドラム８まわりの静電複写機構の断面図であ
る。

第２図において、21は該感光体ドラム８上の残留トナ
ーを除去するためのクリーナ、22は残留電荷を消去する
ための前露光ランプ、23は該感光体ドラム８上に一定の
電荷を与える帯電器、24は該感光体ドラム８上に静電潜
像に対応したトナー像を形成させるための現像器、25は
転写紙にトナーを転写するための転写帯電器である。

矢印Ｃの方向に回転する感光体ドラム８は、クリーナ
21、前露光ランプ22によって表面の残留トナー、残留電
荷を取り除かれたのち、帯電器23によって所定の電位に
帯電する。

つぎに、第１図において説明した方式により、レーザ
ービームによって露光を受け、感光体特性に従い、露光
分布に応じた電位分布の潜像を形成する。現像器24は画
像出力動作時は、潜像に応じたトナー像を感光体ドラム
８上に形成するが、他の動作、たとえば、本発明の目的
であるビーム整形など、可視像を必要としない動作にお
いては、選択的に機能を切断することができる。

以上の構成において、本発明による焦点調整動作は、
以下に示す手順によって行なわれる。

第１図に示した露光光学系において、まず、補正レン
ズ移動機構４によって焦点補正レンズ３を所定位置に設
定したのち、半導体レーザ素子１を明滅させて所定の微
細な印字パターンに対応する露光を感光体ドラム８上に
与える。この印字パターンは、その画像形成装置に要求
される最高の分解能を用いるものであることが望まし
い。

第３図はそのような印字パターンの一例を示したもの
で、主走査方向１画素ごとに印字の有無を繰り返すもの
である。

感光体ドラム８は第２図で述べたように、露光以前に
一定電位に帯電しており、前述の露光を受けてこれに対
応する電位分布の潜像を形成する。感光体ドラム８上の
潜像は、感光体ドラム８の回転に従い、電位センサ10の
位置を通過する。この時、図示されていない制御部は電
位センサ10によって、感光体ドラム８上の電位を計測
し、同様に、図示されていないメモリ群（記憶素子）の
補正レンズ位置に対応した番地に記憶する。電位センサ
10は感光体ドラム８上の潜像電位に応じた出力信号を発
生するが、一般にその測定の空間的な分解能は印字パタ
ーンに比して充分大きく、したがって、出力は潜像電位
分布の面積的平均値となる。

つぎに、制御部は、補正レンズ移動機構４によって所
定量だけ焦点補正レンズ３を移動させたのち、再び前回
と同じ印字パターンで感光体ドラム８の露光を与え、同
様に、潜像電位を測定、記憶し、さらに、これを所定回
数繰り返す。

ここで、感光体ドラム８上の露光分布と電位分布の関
係を説明する。第４図は、感光体ドラム８上の一断面に
おける露光分布、感光体ドラム８の露光−電位特性（以
下、EV特性という。）および潜像の電位分布を表わす３
象限グラフである。感光体ドラム８には、正帯電および
負帯電の２種あるが、本発明においては、極性は問題に
ならないため、その絶対値でもって説明をする。

露光光学系の焦点位置が適正であり、感光体ドラム８
上のレーザビームが充分に小さい場合、露光分布は同図
のａで示すように、印字の有無による明暗の差が大き
く、コントラストの高い分布となる。逆に、露光光学系
の焦点位置がずれ、レーザビームが印字パターンに比し
て大きくなった場合は、同図のｂで示すように、明暗の
差が小さく、コントラストの低い分布を示す。

この露光分布が感光体ドラム８のEV特性によって潜像
電位分布に変換されるが、第４図で示すとおり、一般の
感光体におけるEV特性は線形でなく、高光量部で電位が
飽和する。したがって、コントラストが高く、局所的に
高光量部に達するような光量分布に対する電位分布は同
図のｄに示すように低電位において飽和し、このため、
平均電位V_dは、露光分布の平均光量が同一であるにもか
かわらず、低コントラスト露光分布に対する電位分布ｃ
における平均電位V_cに比して高い値を示す。

そこで、制御部は、前述の焦点補正レンズ３の移動、
露光、電位測定、記憶の一連の動作を所定回数行なった
のち、記憶した測定電位のうち、最大電位を与えるメモ
リ番地に対応する位置に焦点補正レンズ３を移動させる
ことにより、感光体ドラム８上のレーザスポットを最小
にすることができる。

第５図は測定電位から最適補正レンズ位置を決定する
方法を説明するためのものであり、横軸は補正レンズの
位置、縦軸は測定電位を示している。P₁,P₂,P₃,P₄,P₅,P
₆,P₇は本発明に従って電位測定を行なった時の補正レン
ズ位置と測定電位を表わす点である。

最も容易な方法は、点P₁〜P₇のうち、最高電位を示す
点P₅に対応する位置Ａに焦点補正レンズ３を移動させる
ことによる。また測定最高電位に対して所定に割合いに
なる電位V_sを閾値電位とし、これを越える電位を示す範
囲の中心Ｂに焦点補正レンズ３を移動させることによれ
ば、さらに厳密なスポット調整が可能である。

第６図は本発明の第２実施例のレーザビームプリンタ
の光学系配置の斜視図である。

前記第１図に示した第１実施例では、主走査方向およ
び副走査方向の焦点位置を同時に調整したが、この第２
実施例では、副走査方向のレーザビームスポント径のみ
を調整するための倒れ補正機能を有する走査系を例にし
ている。

第６図において、５は副走査方向のみに曲率を持つ倒
れ補正用のシリンドリカルレンズ、11は該シリドリカル
レンズ５を光軸方向に移動させるシリンドリカルレンズ
移動機構である。

すなわち、半導体レーザ素子１から射出されたレーザ
光は、コリメータレンズ２によって平行な光束となり、
つぎに、シリンドリカルレンズ５によって走査面とは垂
直方向（副走査方向）に集光され、矢印Ｂの方向に一定
回転数で回転する回転多面鏡６の反射面近傍にライン状
の像を形成したのち、偏向されて走査レンズ７に入射す
る。

シリンドリカルレンズ移動機構11は、図示されていな
い制御部からの信号によってシリンドリカルレンズ５を
光軸方向（矢印Ａの方向）に所定量移動させることによ
り、走査系の副走査方向の焦点位置を変化させ、感光体
ドラム８上のレーザビームスポットの結像状態を制御す
るためのものであり、たとえば、モータ、ギア、位置セ
ンサなどによって構成されている。

走査レンズ７は、走査面内（主走査方向）および副走
査方向で異なる結像特性を持ち、これはトーリック面あ
るいはシリンドリカル面などを使用することによって実
現される。

主走査方向においては、回転多面鏡６によって偏向さ
れる平行レーザビームを感光体ドラム８の面上にスポッ
ト状に結像させ、等速走査させるいわゆるＦθ特性を有
し、副走査方向においては、回転多面鏡６の反射面近傍
にシリンドリカルレンズ５に代わって集光されているレ
ーザビームを感光体面上に結像させ、反射面の倒れによ
る走査線の副走査方向の偏位を緩和するいわゆる倒れ補
正機能を有する。

この構成において、副走査方向のレーザスポット径の
調整を行なうために、まず、シリンドリカルレンズ移動
機構11によってシリンドリカルレンズ５を所定位置に設
定したのち、半導体レーザ素子１を明滅させて所定の印
字パターンに対応する露光を感光体ドラム８上に与え
る。この時の印字パターンは、前述した第３図と同じで
あってもよいが、副走査方向のスポット径変化に対する
平均電位変化の感度を上げるためには、露光分布が主走
査方向のスポット径に依存しないように、主走査方向に
は明または滅の状態が連続したものであることが望まし
い。

制御部は、前述した第１実施例における動作と同様
に、シリンドリカルレンズ移動、露光、電位測定、記憶
の一連の動作を所定回数行なったのち、記憶した測定電
位のうち、最大電位を与えるメモリ番地に対応する位置
にシリンドリカルレンズ５を移動させることにより、感
光体上の副走査レーザスポット径を最小にすることがで
きる。

さらに、上述した構成に主走査方向焦点位置調整機構
として、主走査方向に曲率を持つシリンドリカルレンズ
とその移動機構を付加すれば、主副両方向のスポットを
独立に調整することが可能である。

一般に、走査レンズの焦点面は像面湾曲を持ち、この
ため、走査線上の特定位置におけるスポットが最小とな
っても、他の領では、焦点ずれが許容範囲を越えてしま
う場合がある。このような場合は、あらかじめ設計値あ
るいは測定値によって走査領域全体の平均像面と電位測
定位置の焦点面との差を求めておき、前述の方法で求め
た補正レンズ位置に対し、相当量ずらした位置を真の補
正レンズ位置として採用すればよい。また電位センサの
数は１つに限定されるものではなく、走査線に沿って複
数個設置し、それぞれの位置における最適補正レンズ位
置から、走査線全領域において満足なスポットを与える
補正レンズ位置を推測する方法も効果的である。また電
位センサは固定される必要はなく、たとえば、１つのセ
ンサを主走査方向に移動させる機構を設け、これにより
複数点の電位を測定することによってもよい。

また通常、走査範囲中央部では走査光学系の性能がよ
く、適切なスポットサイズを与える光軸方向の領域いわ
ゆる焦点深度が深いが、両端部において走査光学系の性
能が劣化し、焦点深度が浅い場合が多いため、この位置
において電位を測定し、補正レンズ位置を決定すること
が望ましい。

走査線中央部以外に複数個の電位測定点を設けた場合
は、走査光学系像画の感光体表面に対する傾きを検出す
ることができる。たとえば、走査線前半に設けた電位測
定点と後半に設けた電位測定点において、それぞれの最
高電位を与える補正レンズ位置に所定量以上の差があっ
た場合は、像画の傾きが存在すると判断できる。この
時、走査光学系を走査面内で傾き調整可能な機構を設
け、前述の制御部によって駆動させることにより、傾き
調整可能な走査光学系を提供できる。

第７図は本発明の第３実施例のLEDプリンタを示した
断面図である。

同図において、71は多数のLED素子72を一列に配列し
たLEDアレイであり、73は該LEDアレイ71上の各LED素子7
2を感光体ドラム８上に結像させるセルフォックレンズ
アレイ（日本板ガラス株式会社製、以下、SLAとい
う。）であり、74と75は該SLA73を保持して一体で動く
フランジであり、76と77は基本78とフランジ74,75の間
に配置されて各フランジ74,75と基台78の間の距離を調
整するピエゾ圧電素子である。また10aと10bは電位セン
サである。

この第３実施例におけるピント調整の動作は、前述の
第１実施例とほぼ同様であり、ピント調整用の画像を感
光体ドラム８上に形成する光束をLEDアレイ71から射出
しながらピエゾ圧電素子76,77を用いてSLA73を所定量、
数ステップ光軸方向に移動させて、電位センサ10a,10b
でピント調整用電位測定を行なえばよい。

SLA73の移動量はピエゾ圧電素子76,77に加える電圧に
よって定まるため、SLA73の傾き調整は各ピエゾ圧電素
子76,77に加える圧電に差を与えて行ない、光路長調整
は各ピエゾ圧電素子76,77に加える電圧を同量だけ増減
することで行なえばよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、最も高い測定電位に対して所定割合
以上の複数の測定電位から最適な結像光学系の少なくと
も一部の可動部の位置を設定するので、スポット径が最
も小さくなる位置で電位を測定していなくても、より最
適な結像光学系の可動部の位置を設定できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を示したもので、第１図は第１
実施例のレーザビームプリンタの露光光学系配置の斜視
図、第２図は同じく静電複写機構の断面図、第３図は印
字パターンの一例についての説明図、第４図は感光体特
性を３象限グラフで示した説明図、第５図は測定電位と
ピント位置の関係をグラフで示した説明図、第６図は第
２実施例のレーザビームプリンタの露光光学系配置の斜
視図、第７図は第３実施例のLEDプリンタの断面図であ
る。 １…半導体レーザ素子、２…コリメータレンズ ３…焦点補正レンズ ４…補正レンズ移動機構 ５…シリンドリカルレンズ ６…回転多面鏡、７…操作レンズ ８…感光体ドラム、９…ビームディテクタ 10,10a,10b…電位センサ 11…シリンドリカルレンズ移動機構

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光体と、画像信号に応じた光を出射する
   光源と、前記光源から出射した光を前記感光体に結像す
   る結像光学系と、前記結像光学系の少なくとも一部の可
   動部を光軸方向に移動させて前記感光体に照射される光
   のスポット径を調整する制御手段と、を有する画像形成
   装置において、 前記感光体表面の電位を測定する電位測定手段を有し、
   前記制御手段は、スポット径を調整する際、所定の画像
   信号に応じて前記感光体に潜像を形成させてその潜像の
   電位を前記電位測定手段で測定し記憶する工程を前記可
   動部の位置を変えて所定回数行い、記憶した複数の測定
   電位のうち最も高い測定電位に対して所定割合以上の複
   数の測定電位から最適な前記回動部の位置を設定するこ
   とを特徴とする画像形成装置。