JP3684096B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラープリンタ、カラー複写機、カラーファクシミリ等の、特に、複数のレーザスキャナ光学系を有し、複数ラインを複数の画像形成部で同時に画像形成する電子写真画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式のカラー画像形成装置においては、高速化のために複数の画像形成部を有し、それぞれの画像形成部で形成された異なる色のトナー像を搬送ベルト上に保持された記録材上に順次転写する方式が各種提案されている。
【０００３】
ところで、複数の画像形成部を有する装置の問題点としては、機械的精度等の原因により、複数の感光ドラムや搬送ベルト移動むらや、各画像形成部の転写位置での感光ドラム外周面と搬送ベルトの移動量の関係等が各色毎にばらばらに発生し、画像を重ね合わせたときに一致せず、色ずれ（位置ずれ）を生じることが挙げられる。特に、各画像形成部でレーザスキャナと感光体間の光学的距離に誤差があり、この誤差が各画像形成部間で異なると、感光ドラム上でのビームの主走査倍率に違いが発生し、色ずれ（位置ずれ）が発生する。また、各画像形成部でレーザスキャナや感光体が、ビーム走査方向（以下、主走査方向と記す）の位置がずれ、このずれが各画像形成部間で異なると、最終的な画像に色ずれ（位置ずれ）が発生する。
【０００４】
主走査倍率の違いに起因する色ずれ（位置ずれ）を低減させる為には、各色毎に図６に示す様な画像信号用のビデオクロック発生器を持ち、各色独立にビデオクロックの周波数を調整することにより主走査倍率の補正を行う方法が提案されている（例えば、特公平６−５７０４０に示されている）。図６はビデオクロック周波数を変化させる方法を説明する図である。同図はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路のブロック図を示している。同図において、１４は水晶発振器からの出力信号、１５はビデオクロック発生器の出力で可変されたビデオクロック、である。水晶発振器の出力をＭ分周した信号と、ビデオクロックをＮ分周した信号を位相比較器に入力し、位相比較器の出力をローパスフィルタを通し、電圧制御発振器に入力する。例えば、水晶発振器の出力をＭ分周した信号の位相がビデオクロックをＮ分周した信号の位相より進んでいた場合、電圧制御発振器の入力電圧は上昇し、ビデオクロックの位相を進める。水晶発振器の周波数をｆｉｎ、ビデオクロックの周波数をｆｏｕｔとすると、
ｆｏｕｔ＝ｆｉｎ×Ｎ／Ｍ
となる。検出された主走査倍率に応じてＮ／Ｍの値を調整することにより、ビデオクロック周波数は可変な構成となっている。
【０００５】
また、画像形成の高速化を図るため、複数のビームを用いて複数ラインを同時に走査することとが行われている。図７に複数ビーム、特に、２ビームによるスキャナ光学系の概略斜視図を示す。レーザ光源８１より出射された複数のビーム８７ａ，８７ｂは、コリメートレンズ８２によりコリメートされた後、ポリゴンミラー８３で走査される。走査されたビーム８７ａ，８７ｂはｆ−θレンズ８４で走査速度を補正され、最終的に感光体８５上に画像信号に対応した潜像を形成する。
【０００６】
複数ビームを用いた際の問題点として、光源である半導体レーザごとの発光波長の違いにより、主走査倍率が異なることが指摘されている（特開平６−２２７０３７）。この対策として、ビームごとにビデオクロック周波数を変えることにより主走査倍率をビームごとに補正する方法が提案されている（特開平６−２２７０３７）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術の項で述べた、複数画像形成部をもつ構成と、複数ビームにより複数ラインを同時に走査する構成と、ビデオクロック周波数を変えることで主走査倍率補正を行う構成を組み合わせることで、さらに高速で色ずれの少ない画像形成を実現できる。例えば、図８に示すようなビデオクロック周波数調整手段の構成が考えられる。発振器９０から出力されたクロックがビデオクロック周波数調整手段９１に入力される。ビデオクロック周波数調整手段では各ビームの主走査倍率が同じになるようにクロック周波数が補正される。ビデオクロック周波数可変手段から出力されたクロックは水平同期部（ＢＤ同期部）９５に入力され、水平同期信号（ＢＤ信号）に同期したビデオクロックがレーザ駆動部９３に入力される。レーザ駆動部９３で画像信号に応じてレーザ発生器９４を駆動する。この場合は同一のレーザスキャナ光学系に２つのレーザ発生器がある構成を示しており、それぞれのレーザに対して独立に主走査倍率補正ができる。以上は１色分の主走査倍率補正について説明したものであり、他に同じ構成が３色分あるのは図示してあるとおりである。
【０００８】
しかしながら、上記構成は、次に述べるような課題があげられる。
【０００９】
それぞれの画像形成部に複数の光源があるために、多くのビデオクロック周波数可変手段を持つ必要があり、高コストとなる。例えば、４つの画像形成部でそれぞれ４つのビームで走査する場合には、ビデオクロック周波数可変手段は１６個必要になる。
【００１０】
一方、いくつかのレーザでビデオクロックを共通にした場合には、特開平６−２２７０３７に述べられているように、レーザごとの波長の違いにより、ビームごとに主走査倍率が異なり、精度の低い画像となってしまう。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、低コストで精度よく主走査倍率を補正することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、各々が複数の光源と単一の光学系を有し、該複数の光源から発生される光ビームを前記光学系を介して感光体上に走査する画像形成部を複数組備え、該画像形成部が形成する相違なる色の画像を重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置であって、前記光ビームの波長の違いや変動による前記感光体上で光ビームの主走査方向の結像位置のずれを補償する補償手段を前記光学系内に設け、同一の画像形成部に含まれる光源に対応するビデオクロックの周波数を共通とし、且つ、各画像間の主走査方向倍率ずれを抑制するように、画像形成部間で独立した周波数を有するビデオクロックを発生可能にしたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（第１の実施例）
第１の実施例では、すべての色のビデオクロック発生手段が、ビデオクロック周波数を変えることが可能なビデオクロック発生手段である構成について説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施例に係る画像形成装置の全体を説明する図である。
【００２２】
本発明の実施例は、４色すなわち、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの画像形成部を備えたカラー画像形成装置を示すもので、同図において、１は静電潜像を形成する感光ドラム（ｋ，ｃ，ｍ，ｙは各々Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ用を示す）、２は画像信号に応じて露光を行い感光ドラム１上に静電潜像を形成するレーザスキャナ、３は用紙を各色の画像形成部に順次搬送する、転写ベルトを兼ねた無端状の搬送ベルト、４は、図示しないモータとギア等からなる駆動手段と接続され、搬送ベルト３を駆動する駆動ローラ、５は搬送ベルト３の移動に従って回転し、かつ搬送ベルト３に一定の張力を付与する従動ローラ、６は、搬送ベルト３上に形成された位置ずれ検知用パターンを検出する、搬送ベルトの両サイドに設けられた１対の光センサである。
【００２３】
以下、本発明の実施例の動作について説明する。
【００２４】
コンピュータなどからプリントすべきデータがプリンタに送られ、プリンタエンジンの方式に応じた画像信号生成が終了しプリンタ可能状態となると、用紙カセットから用紙が供給され搬送ベルト３に到達し、搬送ベルト３により用紙が各色の画像形成部に順次搬送される。搬送ベルト３による用紙搬送とタイミングを合せて、各色の画像信号が各レーザスキャナ２に送られ、感光ドラム３上に静電潜像が形成され、図示しない現像器でトナーが現像され、図示しない転写部で用紙上に転写される。図１では、それぞれの画像形成部で形成されたトナー像がＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に順次用紙上に重ねあわされる。その後用紙は搬送ベルトから分離され、図示しない定着器で熱によってトナー像が用紙上に定着され、外部へ排出される。
【００２５】
各画像形成部のスキャナ光学系については従来の技術の項に示したとおりで、走査の所定の位置でビームを検出し、水平同期信号を出力する。
【００２６】
画像形成部が複数あるために、各画像形成部のスキャナ光学系の主走査倍率が異なると、結果として画像に色ずれとして表れる。
【００２７】
この主走査倍率の違いによる色ずれを低減させる為、搬送ベルト３上に図２に示す様な位置ずれ検出用パターンを形成し、搬送ベルトの両サイドに設けられた１つのセンサ６でこれを読取り、各色の位置ずれ量を検出する。図２において、７、８、９、１０は各々Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのレーザ走査方向と搬送方向に延びた直線パターン、ａとｂは各々搬送ベルト３の手前側と奥側のパターンである。ａのパターンは光センサ６ａで、ｂパターンは光センサ６ｂで読取られ、レーザ走査方向に延びた直線パターンから搬送方向の位置ずれ量を、搬送方向に延びた直線パターンからレーザ走査方向の位置ずれ量をそれぞれ検出する。各色の主走査倍率は、搬送方向に延びた直線パターンａとｂ間の距離から算出される。
【００２８】
図３に実施例のレーザスキャナ光学系の主走査方向の断面図を示す。なお、簡単のため、図には１つのビームのみ示している。複数のビームのときも、レーザ光源３１からビームが出射され、光学系のごく近接した箇所を通って被走査面３８を走査する。図では、屈折素子（レンズ）と回折素子を用いた例を示している。レーザ光源３１から出射されたビームはコリメータレンズ３２によって略平行光に変換される。このビームは絞り３３によって光量を制限され、シリンダーレンズ３４に入射する。ポリゴンミラー３５によって変更されたビームは、屈折素子と回折素子とからなる光学系に入射される。本実施例では、図に示すように、ポリゴンミラー側にトーリックレンズ３６、被走査面側に複合光学素子３７を配している。複合光学素子３７は入射側の面が主走査方向のみパワーをもつ非球面（副走査方向は平面）、出射側が平面上に回折格子を付加した面からなっている。ここで、格子形状は例えば表面切除による鋸歯状の回折格子からなるフレネル状格子形状や、フォトエッチングによる階段状回折格子形状などが適している。複合光学素子３７から出射したビームは被走査面（感光体）３８上に結像・走査する。本実施例では、ビームの波長の違いや波長の変化によって生じる主走査方向の結像位置の変化を補償できるように、トーリックレンズ３６と複合光学素子３７のパワー配置を決定している。すなわち、主走査方向に正の分散をもつ屈折素子と、負の分散をもつ回折素子により走査光学系の倍率色収差を補償している（倍率色補償）。以上のレーザスキャナ光学系の構成により、ビームの波長の違いや変動による主走査倍率の変動を小さく押さえることができ、同一光学系のビームごとの主走査倍率をほぼ同じにすることができ、その結果、同一光学系のビームに対応するビデオクロックを共通にすることができる。また、非球面を用いた高画角収差補正により短光路長化を実現できる。
【００２９】
図４に実施例のビデオクロックを各画像形成部毎に独立に発生させるための構成を示す。レーザ５４ａ，５４ｂが同一の光学系に含まれるレーザである。この２つのレーザ５４ａ，５４ｂのビデオクロックを共通にしている。
【００３０】
水晶発振器５０から発生したクロックがＰＬＬ５１に入力される。ＰＬＬについては前述している。ＰＬＬは、図示していない出力クロック周波数制御手段により、内部の分周比を変え、すべての色の主走査倍率が同じになるような周波数のクロックが出力される。ＰＬＬから出力されたクロックは水平同期部（ＢＤ同期部）５２に入る。ＢＤ同期部はＩＣになっており、クロックを例えば１／Ｌドット精度で水平同期信号（ＢＤ信号）に同期させる。ＩＣ内部では、ＰＬＬによりクロック周波数をＬ倍し、ＢＤ信号に同期するようにしながらクロック周波数をＬ分周している。ＢＤ同期部から出力されたクロックはレーザ駆動部５３ａ及び５３ｂに入力され、レーザ５４ａ．５４ｂを図示していない画像データにより変調駆動する。
【００３１】
図４には４色の場合の例を示しているので、上記の構成が４組あり、それぞれのビデオクロックを調整することで主走査倍率を各色で揃えることができ、色ずれを低減できる。
【００３２】
上記構成の場合、ＰＬＬ５１に入力されたクロックの周波数は、ＰＬＬ５１により周波数を高くすることもできるので、水晶発振器５０の発振周波数をビデオクロックの発振周波数よりも小さくすることで放射ノイズ対策とすることも可能である。
【００３３】
第１の実施例により、同一の色のビーム間の主走査倍率ずれがなくなり、かつ、色ごとの主走査倍率ずれもなくなることから、色ずれの少ない高精度な画像を得ることができる。
【００３４】
（第２の実施例）
第２の実施例では、規準色のビデオクロック発生手段が固定された周波数のビデオクロックを発生し、規準色以外のビデオクロック発生手段が周波数が可変であるビデオクロックを発生する構成について説明する。
【００３５】
図５をもとに第２の実施例のビデオクロック発生手段の説明をする。
【００３６】
主走査倍率の規準となる色のビデオクロック発生手段にＰＬＬを含まず、ＢＤ同期部には常に一定の周波数のクロックが入力される。規準色以外の色のビデオクロック発生手段は、第１の実施例で示したビデオクロック発生手段と同様である。水晶発振器の発振周波数は、理想的なメカ的配置であるときのビデオクロック周波数に設定すればよい。
【００３７】
例えば、黒（Ｋ）を主走査倍率の規準色とする。その場合、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の主走査倍率がＫと同じになるようにＰＬＬによりビデオクロック周波数を調整する。
【００３８】
ビデオクロック発生に用いるＰＬＬの数が少なくなるので、安価にして高精度な画像を得ることができる。
【００３９】
（第３の実施例）
第３の実施例では、ビデオクロック周波数可変手段でビデオクロックのＮ倍の周波数を出力し、ＢＤ同期部で周波数を１／Ｎ倍してビデオクロックを生成する構成について説明する。
【００４０】
図４をもとに第３の実施例のビデオクロック発生手段の説明をする。なお、この例では、ＢＤ同期精度が１／４の例を説明する。
【００４１】
水晶発振器５０から出力されたクロックが、ＰＬＬ５１に入力される。ＰＬＬ５１では、各ビームの走査線の主走査倍率が同じになるような周波数の４倍の周波数のクロックを出力する。ＰＬＬ５１から出力されたクロックは、ＢＤ同期部５２に入力される。ＢＤ同期部５２ではＢＤ信号５５ａ，５５ｂに同期するようにＰＬＬ５１から入力されたクロックを４分周し、それぞれレーザ５４ａ，５４ｂに対応するビデオクロックを出力する。
【００４２】
ここまで１色のビデオクロック発生手段の説明をした。他の３色のビデオクロック発生手段も同様の構造をしている。
【００４３】
なお、ここでは、ＢＤ同期の精度が１／４ドットの場合を説明したが、この精度や要求される画質により決定されるものであり、１／２ドットや１／８ドット精度でも構わない。
【００４４】
以上の構成であると、ＢＤ同期部でＰＬＬによりクロックを逓倍する必要がない。一般にＰＬＬでクロックの周波数を変えるとクロックのジッタが大きくなるため、ビデオクロック発生手段中のＰＬＬの数は少ない方が良い。第３の実施例の構成では、ビデオクロック発生手段の中のＰＬＬは１つであるため、ジッタの悪化を最小限に押さえることができ、高精度の画像を得ることができる。
【００４５】
（その他の実施例）
前述の実施例では、倍率色補償手段が屈折素子と回折素子からなる例について説明した。しかし、倍率色補償を行える光学系であれば、他の光学系でも実現できる。例として、倍率色補償手段が屈折素子のみからなる構成、例えば、凹レンズと凸レンズの組合せによる構成で倍率色補償を行っても本発明は有効である。
【００４６】
主走査倍率の補正は適切なときに行う。例えば、１枚印刷した後次の紙を印刷するまでの間、温湿度などの環境が変わったとき、一定時間経過したとき、画像形成装置の立ち上げ時、画像形成部のユニット交換をした後、画像形成装置の本体ドアを開け閉めした後、工場での出荷前調整のときなどに行うことで効果を得ることができる。工場での出荷前調整では、光学部品やスキャナなどの機械的な調整よりも低いコストでの調整が期待できる。
【００４７】
前述の実施例は、４色の画像形成部からなる構成について説明した。しかし、２色や３色の画像形成部からなる構成でも本発明は有効である。また、５色以上の画像形成部からなる構成においても本発明は有効である。
【００４８】
前述の実施例では、色間で主走査倍率が変化する原因としてスキャナと感光体の距離がずれることを挙げた。しかし、この原因に限らず、例えば光学部品の位置ずれやレンズ等の屈折率の変化や変形などの理由により、主走査倍率を変化した場合の補正にも、本発明は有効である。
【００４９】
前述の実施例では、主走査倍率の補正のために本構成を用いた。しかし、画像倍率を微調整したい場合など、積極的に主走査倍率を調整したいときにも本構成は有効である。
【００５０】
前述の実施例では、レーザスキャナ光学系と感光体が一対一で対応している構成を示した。しかし、レーザスキャナ光学系と感光体は一対一で対応していなくても本発明は有効である。例えば、無端状の感光体やドラム状の感光体を使うことにより、複数のレーザスキャナ光学系と１個の感光体により画像形成部を構成することができる。この場合でも本発明は有効である。
【００５１】
前述の実施例では、ＰＬＬの源発振が１つの水晶発振器である場合を示した。しかし、ＰＬＬの源発振は１つである必要はなく、例えば、ＰＬＬごとに１つの源発振があっても良く、また、いくつかのＰＬＬごとに源発振があっても良い。
【００５２】
前述の実施例では、ビデオクロック周波数可変手段としてＰＬＬを用いた。しかし、ビデオクロック周波数可変手段は、ＶＣＯなどで構成されてもよい。ＶＣＯは入力電圧によって発振周波数が変わるので、補正量に応じて入力電圧を変えればよい。ＶＣＯとして電圧制御水晶発振器などジッタの小さい発振器を用いれば、ジッタの小さいビデオクロックを得ることができる。
【００５３】
前述の実施例では、同一光学系にあるレーザ光源の数を２とした例を示している。しかし、レーザ光源の数をさらに増やすことで、さらなる高速化を図ることも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の光源と単一の光学系を有し、該複数の光源から発生される光ビームを前記光学系を介して感光体上に走査する画像形成部を複数組備え、該画像形成部が形成する相違なる色の画像を重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置において、なるべ低コスト且つ高精度に、同一色内の光ビームを結像させ且つ各色間の画像位置を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る画像形成装置の全体を説明する図。
【図２】位置ずれ検出用パターンを説明する図。
【図３】第１の実施例のレーザスキャナ光学系の主走査方向の断面図。
【図４】第１と第３の実施例のビデオクロック発生手段を説明する図。
【図５】第２の実施例のビデオクロック発生手段を説明する図。
【図６】ビデオクロック発生器を説明する図。
【図７】複数ビームスキャナ光学系の概略斜視図。
【図８】従来の技術から考えることのできるビデオクロック周波数可変手段を説明する図。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ レーザスキャナー
３ 搬送ベルト
６ 光センサ
７、８、９、１０ 位置ずれ検出用パターン
１４ 水晶発振器からの出力信号
１５ ビデオクロック発生器の出力で可変されたビデオクロック
３１ レーザ光源
３２ コリメータレンズ
３３ 絞り
３４ シリンダーレンズ
３５ ポリゴンミラー
３６ 屈折素子
３７ 複合光学素子
３８ 被走査面
８１ レーザビーム光源
８２ コリメートレンズ
８３ ポリゴンミラー
８４ ｆ−θレンズ
８５ 感光体
８６ ＢＤセンサ
８７ ビーム

Claims (5)

1. 各々が複数の光源と単一の光学系を有し、該複数の光源から発生される光ビームを前記光学系を介して感光体上に走査する画像形成部を複数組備え、
   該画像形成部が形成する相違なる色の画像を重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置であって、
   前記光ビームの波長の違いや変動による前記感光体上で光ビームの主走査方向の結像位置のずれを補償する補償手段を前記光学系内に設け、同一の画像形成部に含まれる光源に対応するビデオクロックの周波数を共通とし、
   且つ、各画像間の主走査方向倍率ずれを抑制するように、画像形成部間で独立した周波数を有するビデオクロックを発生可能にしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 複数の画像形成部のうち、基準となる画像形成部のビデオクロック周波数を固定とし、他の画像形成部のビデオクロック周波数を可変とすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. ＰＬＬ回路を用いて前記ビデオクロックを周波数を可変に調整することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記ＰＬＬ回路から出力されたクロックを分周することで前記光ビームの各々の水平同期信号に同期したクロックを生成する手段を有することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記補償手段は、屈折素子と回折素子により構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。

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