JP4107578B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機およびレーザプリンタ等の書込系に用いられる光走査装置に適用され、特に複数色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
カールソンプロセスを用いた画像形成装置においては、感光体ドラムの回転に従って潜像形成、現像、転写が行われる。従って、複数の感光体ドラムを転写体の搬送方向に沿って配列し、各色の画像形成ステーションで形成したトナー像を重ねる多色画像形成装置においては、感光体ドラムの偏心や径のばらつきによる潜像形成から転写までの時間、各色に対応して設けられた各感光体ドラム間の間隔の異なり、転写体、例えば、転写ベルトや記録紙を搬送する搬送ベルトの速度変動や蛇行などによって、各トナー像のレジストずれが生じ、これにより色ずれや色変わりとなって画像品質を劣化させる。
また、感光体ドラムに潜像を形成する光走査装置においても、感光体ドラム上の潜像形成位置を正確に合わせなければ色ずれや色変わりの要因となる。
【0003】
従来、このレジストずれは、光走査装置によるもの、光走査装置以外によるものの区分けなく、転写体に記録されたレジストずれ検出パターンにより副走査位置を検出し、書き出しのタイミングを合わせるとともに、副走査方向に対してミラーをスキューさせることで走査ラインの傾きを補正している(例えば特許文献1、2参照)。
【0004】
また、走査ラインの曲がりは、副走査方向にパワーを有する走査レンズを主走査方向に沿って変形させる例(例えば特許文献3参照)や、光ビームに対して走査レンズの光軸をずらす例(例えば特許文献4参照)、走査面に直交する面内で走査レンズを傾ける例(例えば特許文献5参照)等が提案されている。
【0005】
一方、結像手段を各色ビームに共通、かつ副走査方向にパワーを持たない走査レンズと、各色ビーム個別の走査レンズとで構成する例が開示されている(例えば特許文献6、7参照)。
【0006】
上記したように複数の画像形成ステーションを転写体の搬送方向に沿って配列し色重ねを行う多色画像形成装置においては、各画像形成ステーション(以下、単にステーションという。)で形成された潜像同士の転写位置におけるレジスト位置を確実に合わせないと色ずれや色変わりの要因となる。
【0007】
しかしながら、光走査装置においては、初期にレジストずれの原因となる各ステーション間の走査位置のずれを調整したとしても、環境温度の変化に伴ってハウジングの変形や走査レンズの屈折率変動等が生じるため、経時的な変動は避けられない。
【0008】
そこで、定期的に上記したレジストずれの検出を行って補正をかけることで対処しているが、走査ラインの主走査、副走査の書き出し位置の他、走査ラインの傾きや曲がりまで補正しようとすると時間もかかり、調整機構が複雑化し大掛かりになるという問題がある。
【0009】
従来、レジストずれの補正は、各ステーションにおける書出しのタイミングを電気的に変えることによって行われ、書出しのタイミングをポリゴンミラー1面毎の同期検知信号をトリガとすることで容易に合わせることができる。
【0010】
しかしながら、走査ラインの傾きや曲がりは、メカ的に補正せざるを得ず、走査ラインの傾き(又は走査ラインの曲がり)を調整するための光学素子動きにつれて走査ラインの曲がり(又は走査ラインの傾き)も変動してしまうため調整が厄介なうえ、調整結果を検出するにはレジストずれ検出パターンを転写体に記録する必要があり、複数回繰り返すには無駄なトナーの消費量が増え、その間装置は記録不可状態となり立ち上げ時間が長くなるため、頻繁に行うことは避けたい。
また、極小まで追い込むことができず、正確に合わせることが難しく、経時まで安定した走査位置精度を維持することができなかった。
【0011】
【特許文献1】
特許第3049606号公報
【特許文献2】
特許第3078830号公報
【特許文献3】
特許第3111515号公報
【特許文献4】
特開平11−64758号公報
【特許文献5】
特開昭64−52116号公報
【特許文献6】
特開平2−250020号公報
【特許文献7】
特開平7−43627号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数の画像形成ステーションを有する多色画像形成装置において、画像形成時の経時的に発生する走査ラインの傾き及び曲がりを補正する手段を提供することを課題とする。
【0013】
本発明は、前記課題を達成するため、以下の構成とした。
(1). 複数の光源手段と、光源手段からの各光ビームを偏向し主走査を行う偏向手段と、走査された各光ビームを各々に対応した像担持体に結像する複数の結像手段と、各々の像担持体 上に形成した画像を順次転写する転写体と、転写体に記録された検出パターンより、走査ラインの曲がり及び傾きを含む各々のレジストずれを、主走査方向に沿った3箇所以上の位置で検出する検出手段とを有する画像形成装置において、前記複数の結像手段の各々を構成する光学素子のうち、同一の光学素子にそれぞれ走査軌跡可変手段を備え、前記走査軌跡可変手段は、前記複数の同一の光学素子を、主走査方向の一端に当接し走査ラインの傾き及び曲がり補正の共通の支点となる1つの固定点と、前記レジストずれ検出結果に基づいて作動する第1の可動点と第2の可動点で支持しており、前記第1の可動点は、前記固定点と他側の一端にあり、前記第1の可動点の作動により、前記光学素子を光軸と直交する面内で回転させて走査ラインの傾きを補正し、第2の可動点は、主走査方向において前記固定点と前記第1の可動点の間にあり、前記第2の可動点の作動により、前記光学素子の焦線を副走査方向に反らして走査ラインの曲がりを補正し、さらに、前記それぞれの走査軌跡可変手段について前記1つの固定点を前記複数の結像手段における主走査方向の任意の同一側に揃えていることとした(請求項1)。
(2). (1)記載の画像形成装置において、前記複数の結像手段の各々は、各光ビーム共通に設けられる光学素子と、各光ビームに対応して各々設けられ、前記走査軌跡可変手段を備える光学素子とからなることとした(請求項2)。
(3). (1)記載の画像形成装置において、前記複数の結像手段の各々は、副走査方向にパワーを持たない光学素子と、副走査方向にパワーを有し、前記走査軌跡可変手段を備える光学素子とからなることとした(請求項3)。
(4). (1)記載の画像形成装置において、前記走査軌跡可変手段は、前記複数の結像手段の各々を構成する光学素子のうち、各光ビームに対応して設けられる被走査面に最も近い光学素子の各々に配備してなることとした(請求項4)。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を述べるが、主走査方向、副走査方向の各用語については、次の考え方に従う用い方とした。通常『主走査方向』及び『副走査方向』とは、被走査面でビームスポットが走査される方向とその直交方向を意味するが、本文では、光路の各場所で、(被走査面の)主走査方向と副走査方向に対応する方向を(広い意味で)各々『主走査方向』、『副走査方向』と呼んでいる。
【0015】
[1] 光走査装置
1.1対向する方向からポリゴンミラーに入射され双方向に走査される例
図1は、光走査装置の実施の一形態を示している。図1に示しているのは、図6に「画像形成部」を示すタンデム式のカラー画像形成装置における「1つの感光体ドラムを光走査する部分」である。
【0016】
図6に示すタンデム式のカラー画像形成装置の「画像形成部」は、被走査面を具備した4つの感光体ドラム601、602、603、604を転写体である転写ベルト605の移動方向aに沿って配列し、これら感光体ドラム601〜604に光源手段からの光ビームで光走査で書き込み形成される静電潜像を互いに異光学ハウジングに一体的に構成なる色のトナーで可視化し、得られるトナー画像を順次、転写ベルト605に転写し、重ね合わせてカラー画像を得、このカラー画像を図示されないシート状記録媒体、例えば転写紙に転写・定着してカラー画像形成を行なう。
【0017】
感光体ドラム601〜605の被走査面を光走査する光走査装置は、主走査を行なう「偏向手段」であるポリゴンミラー606が共通化され、ポリゴンミラー606により偏向された光ビームを対応する感光体ドラムに結像させる「結像手段」をなすfθレンズも、その一部は複数の感光体ドラムに共用されている。
【0018】
光走査装置は例えば、単一のポリゴンミラー606により全ての光ビームを走査している。光源ユニット607、608はポリゴンミラー606の「同じ偏向反射面で偏向される光ビームを発光する2つの半導体レーザ」を対として、同一ユニット(例えば後述する光学ハウジング301)内に設けられている。各光源ユニット607、608からの光ビームは対向する方向からポリゴンミラー606に入射され、双方向に走査される。
【0019】
なお、図6の実施の形態に関しては後に詳述する。
【0020】
図1を参照すると、図1に示されているのは、例えば図6の構成において、光源ユニット607からの2つの光ビームにより感光体ドラム601、602を光走査する光走査装置の主要部に相当する。
【0021】
図1において、感光体ドラム602を光走査するための光源手段としての半導体レーザ101と、「別の感光体ドラム(601)を露光する光源手段としての半導体レーザ102」とから出射された光ビームL1、L2は、各々カップリングレンズ103、104にて平行光束に変換された後、平行四辺形プリズムと台形プリズムとを組み合わせた合成プリズム105の同じ面から入射する。
【0022】
半導体レーザ101からの光ビームL1は合成プリズム105(の台形プリズム)をそのまま透過し、半導体レーザ102からの光ビームL2は合成プリズム105(の平行四辺形プリズム)の平行な反射面対で順次反射され、半導体レーザ101からの光ビームL1に「近接、副走査方向に所定の収束角をもって射出」される。
【0023】
各光ビームはL1、L2は、シリンダレンズ106aとシリンダレンズ106bからなる一対のシリンダレンズ106のうち、シリンダレンズ106aの「中心軸から偏心した位置」に入射され、その中間で一旦副走査方向に交差した後、副走査方向を拡大し3mmの間隔をもった平行なビームとしてシリンダレンズ106bより射出され、光ビームの方向を副走査方向に微小変更する液晶偏向素子107、108を通過し、折り返しミラー120を介してポリゴンミラー606に入射される。
【0024】
各光ビームL1、L2は、シリンダレンズ106の作用により一旦、ポリゴンミラー606の偏向反射面位置近傍に「主走査方向に長い線像」として結像し、線状に収束された後、偏向された各光ビームは主走査方向にのみパワーを有する(副走査方向にパワーを持たない)短冊状の光学素子であるfθレンズ109、ポリゴン面倒れ補正機能を有するトロイダルレンズ110により感光体ドラム602の被走査面上にスポット状に結像される。
【0025】
ここで、液晶偏向素子107、108は、後側のシリンダレンズ106bに貼り付けられて配備され、これら液晶偏向素子には、同一画像形成中は一定の電圧が印加され各光ビームを副走査方向へ偏向させる機能により所定の傾け角が維持されている。
【0026】
各半導体レーザ101(102)は「複数の発光源が10数μmのピッチでアレイ上に配列されてモノリシックに形成されており、副走査方向にアレイ状に配列してもよく、上記結像光学系(カップリングレンズ103(104)、シリンダレンズ106、fθレンズ109、トロイダルレンズ110)の副走査横倍率βを発光源のピッチ:dに対して、
β=p/d
となるように設計することにより、各発光源からの光ビームが感光体ドラム上に形成する光スポットが、記録密度に応じた画素ピッチ:pで隣接することになる。
【0027】
なお、本例では、上記したようにfθレンズ109から射出する光ビームが上下(副走査方向)に所定間隔離していることで、各半導体レーザからの光ビームL1、L2を分離し、別々の感光体ドラムに折り返しミラー112、114により導くことができる。図1において、半導体レーザ102からの光ビームL2の光路は途中から省略してある。当然、液晶偏向素子107、108を各色光ビーム毎に別々に配備してもよい。
【0028】
図6に示すタンデム式のカラー画像形成装置の「画像形成部」における走査は、後述するように、光源ユニット607からの光ビームと光源ユニット608からの光ビームとで、対向する方向から共通のポリゴンミラー606に光ビームが入射され、双方向に走査するように構成した。
【0029】
つまり、光源ユニット607からの光ビームを用いた光走査装置で感光体ドラム601、602で構成される2つのステーションを一方向に走査し、光源ユニット608からの光ビームを用いた光走査装置で感光体ドラム603、604でのそれぞれにより構成される2つのステーションを向きの異なる他の一方向に走査する。
【0030】
1.2 1つの方向からポリゴンミラーに入射され1つの方向に走査される例
これに対して、図2の例は、タンデム式のカラー画像形成装置の「画像形成部」における別の走査方式に係る光走査装置を感光体ドラムの配置とともに例示したものであり、図6の例に準じて配置した感光体ドラム601'、602'、603'、604'のそれぞれにより構成される4つのステーション分を同じ一方向に走査する。
【0031】
図3に示した例では、図1の構成部材にダッシュ符号を付して対応させている。各感光体ドラム601'〜604'に導かれる全ての光ビームは共通のポリゴンミラー606'の同一面で走査される。その関係でポリゴンミラーの反射面の大きさは回転軸方向に長さが大きくなっている。光源手段としての半導体レーザ101'、102'、101”、102”からの4つの光ビームは各々カップリングレンズ103'、104'、103”、104”を介し、光軸を中心に所定角度回転した合成プリズム105'により、主走査方向にはポリゴンミラー面近傍で交差するように、副走査方向には所定間隔をもって平行となるよう射出され、同様にシリンダレンズ106'a、106'bからなる一対のシリンダレンズ106'によって、ポリゴンミラー606'上で副走査方向に3mm間隔で1列に並ぶ2つの光ビームを主走査方向上に2組入射せしめる。
【0032】
本例では、シリンダレンズ106'を主走査方向に長く形成し、母線に対して半導体レーザ101'、102”からの光ビームが、また、半導体レーザ101”、102'からの光ビームが各々副走査方向に対称に入射される。fθレンズ109'は共通で、各々光路長が合うように折り返しミラーが配置される。
【0033】
液晶偏向素子612a、612bはブラックの画像を記録する光ビームを除き、その他の各光ビームの通過位置に対応して主走査方向に扁平に配列され一体化されており、後側のシリンダレンズ106'bに貼り付けられて配備される。
【0034】
上記光源手段から、上記カップリングレンズ、上記シリンダレンズ、上記液晶偏向素子などを経て、折り返しミラー620で折り返されてから、ポリゴンミラー606'により偏向される4つの光ビームは同一方向に走査され、共通のfθレンズ109'を経たのち、各感光体ドラム601'〜604'に対応して配置された折り返しミラーMRや、トロイダルレンズ714、175、176、717などを介して、それぞれ対応する感光体ドラム601'、602'、603'、604'上にそれぞれ結像、走査される。
【0035】
1.3 同期検知センサを用いた光ビームの副走査方向での位置ずれ検知
図1に示した光走査装置において、主走査方向上、画像記録領域の走査開始側に同期検知センサ113、走査終端側に同期検知センサ114が配備される。図1に示した光走査装置については、走査開始側の同期検知センサを符号113'、走査終端側の同期検知センサを符号115'でそれぞれ示した。これら同期検知センサ113、113'、及び115、115'は構成及び機能は同じであるので、図1に示した同期検知センサ113,115で説明する。
【0036】
図1に示した光走査装置において、主走査方向の書き込み開始のタイミングを同期検知センサ113で、また、双方のセンサ間の走査時間を計測することで、画像幅(全幅倍率)の変化を検出し、半導体レーザを変調する画周波数を検出された画像幅の変化に対して反比例倍して画像幅を一定に保っている。
【0037】
各々の同期検知センサ113、115は、図4に示すように主走査方向に垂直なフォトダイオード401と、このフォトダイオード401に非平行なフォトダイオード402を有する。本例では、フォトダイオード402はフォトダイオード401に対して角度θをなしている。
【0038】
例えば、工場出荷時において当該光走査装置を駆動して同期検知センサ113について、また、同期検知センサ115について、フォトダイオード401のエッジを光ビームLが通過した時点と、フォトダイオード402のエッジを光ビームが通過した時点を計測することにより、光ビームLがフォトダイオード401からフォトダイオード402に至る時間差(Δt)を計測しておく。この時間差(Δt)に相当する距離を図4にΔtで示す。
【0039】
工場出荷後、ユーザーサイドにおいて、経時的な誤差を調整するため、上記工場出荷時と同様の検査を行なう。つまり、光ビームL'がフォトダイオード401からフォトダイオード402に至る時間差(Δt')を計測する。この時間差(Δt)に相当する距離を図4にΔt'で示す。
【0040】
ここで、距離Δtと距離Δt'との差をΔTとすると、フォトダイオード402の傾斜角θ、光ビームの走査速度Vは既知であるので、光ビームLと、光ビームL'との副走査方向でのずれ量をΔyとすると、
Δy=(V/tanθ)・ΔT
で表すことができ、時間差(Δt)が一定であれば副走査位置ずれが生じていないことになる。本例では、走査開始側の同期検知センサ113におけるずれ量Δyと走査終端側の同期検知センサ115におけるずれ量Δyとの平均値をもって算出している。
【0041】
1.4 同期検知センサ保持構造
同期検知センサ113、115などの保持構造を説明する。これら保持構造は同期検知センサ113、115共に同じ構造であるので、ここでは、主走査方向上流側の同期検知センサ113について、図3に示す保持構造により支持される。図3(a)は取付面を水平(副走査方向に垂直な面)とした例、図3(b)は取付面を垂直(主走査方向に垂直な面)とした例で、ここでは、図3(a)を用いて説明する。
【0042】
同期検知センサ113に相当するセンサを図3では、符号301で示している。センサ301は前記したフォトダイオード401、402を具備している。センサ301は基板302に実装され、樹脂製のL字状をしたホルダ部材303にネジ止めされている。ホルダ部材303は「光軸方向に垂直な板状部」と「副走査方向に垂直な板状部」とが直角に連結された形状をなしていて、「光軸方向に垂直な板状部」には角穴304が形成されている。「副走査方向に垂直な板状部」は光学ハウジング310の取付面に載せられて後述するように位置決めされてネジ止めされる。
【0043】
センサ301は角穴304に臨むようにして「光軸方向に垂直な板状部」の外側にネジ止めされる。「光軸方向に垂直な板状部」の内側には角穴304を介して、センサ301と同軸となるようにして、結像レンズ305がその段差部312を用いて一対のスナップ爪306に抱え込まれて位置決め支持される。
【0044】
ホルダ部材303の「副走査方向に垂直な板状部」には光軸方向から見てセンサ301を挟んで主走査方向の外側(上流側)に基準穴307、走査方向の内側(下流側)に長穴308が設けられ、光学ハウジング310の取付面から突出したピン311に長穴308を挿入しかつ、基準穴307を介して位置決めされてネジ止めされる。なお、終端検知側の同期検知センサ115を保持するためのホルダ部材は、図3(a)に示した形状に対して対称の形状となる。
【0045】
ここで、画像の主走査方向中央からセンサまでの距離、実施例では同期像高をH、センサ301から基準穴307までの距離をx、光学ハウジング、ホルダ部材303の熱膨張係数を各々S、sとすると、
s・x=S・H
なる関係となるようホルダ部材303の材質を選択すれば、光学ハウジング、実施例ではアルミダイキャスト製、が温度変化により延びてもセンサ位置は変化しない。少なくとも、S<sであればずれが少なくて済み、正確に画像幅の変化を検出できる。
【0046】
従来、レジストずれの補正は各ステーションにおける書出しのタイミングを可変してこのタイミングを変えることにより行われ、書出しのタイミングはポリゴンミラー1面毎の同期検知信号をトリガとして決定されるため、記録密度に応じた副走査ピッチを最小単位としてしか合わせることができず、最大で副走査ピッチPの1/2に相当するレジストずれが生じていた。
【0047】
本例では、後述するように、この副走査ピッチPの1/2に相当するレジストずれ、および、次のレジストずれ検出までの期間におけるレジストずれは前記したした液晶偏向素子107、108、612a、612bを用いて補正することができる。
【0048】
図3(b)に示した保持構造は、前記したように、取付面を垂直(主走査方向に垂直な面)とした例である。図3(a)に示した例では、ホルダ部材303は「光軸方向に垂直な板状部」と「副走査方向に垂直な板状部」とが直角に連結された形状をなしていて、「光軸方向に垂直な板状部」には角穴304が形成されていたが、図3(b)に示した例では、ホルダ部材303は「光軸方向に垂直な板状部」と「主走査方向に垂直な板状部」とが直角に連結された形状をなしていて、「光軸方向に垂直な板状部」については、図3(a)において説明したのと同じ構成によりセンサ301及び結像レンズ305が取付けられているので、同じ符号で示した。光学ハウジング310の取付面は主走査方向に垂直な面として構成されているので、ホルダ部材303の「主走査方向に垂直な板状部」が、基準穴307'を介して光学ハウジング310の取付面にネジ止めされる。その他は、図3(a)において説明した内容と同様であるので説明を省略する。
【0049】
1.5 液晶偏向素子による光軸変更
レジストずれを補正する液晶偏向素子として、符号107、108、612a、612bなどで示したが、その光軸変更の内容を説明する。
ここでは、前記した光軸偏向手段である液晶偏向素子107、108、612a、612bなどを代表して図16に液晶偏向素子を符号1で示す。
【0050】
図16において、液晶偏向素子1は液晶を封入した基板を光源からポリゴンミラーに至る光路中に配備し、液晶に電源2により電界をかけて配向方向を変更することで、入射した光ビームLの屈曲方向を変える矢印の向きに変えるなどの方法を用いても構わない。
【0051】
具体的には、特開平8-313941号公報にあるように、「誘導異方性が負の液晶を一定の方向に初期配向する配向膜と透明電極が形成されたガラス基板で挟持し、駆動部より光を偏向させようとする方向に応じた直流又は交流の電圧を透明電極に印加することにより光を所望の角度に偏向させると共に、電圧を変化させることにより偏向方向を変える」ことを利用して実施することができる。
【0052】
1.6タンデム式カラー画像形成装置の画像形成部(図6参照)
図6において、ポリゴンミラー606は4つの感光体ドラム601〜604の配列方向略中央部に配置されている。光源ユニット607は感光体ドラム601、602を露光走査する光ビームを出射するためのものであり、該光源ユニット607より出射した光ビームは、「シリンダレンズ106、液晶偏向素子107、108」などからなる可動ミラーモジュール609、折り返しミラー120を介して、ポリゴンミラー606の片側より入射されて、偏向走査される。
【0053】
光源ユニット608は感光体ドラム603、604を露光走査する光ビームを出射するためのものであり、該光源ユニット608より出射した光ビームは、前記光源ユニット608からの光ビームの光路上に配置されたものと同じ構成の光学系、例えば、可動ミラーモジュール610、折り返しミラー121を介して、ポリゴンミラー606の前記片側の反対側から入射されて、偏向走査される。
【0054】
図1で説明したように、光源ユニット607からの光ビームL1、L2は上下2段となっていて、光源ユニット608からの光ビームについても同様に上下2段であり、各上下2段ずつの光ビームの組は、ポリゴンミラー606を間にして互いに反対側の方向へ向かう。
【0055】
例えば、光源ユニット607からの1組の光ビームは共通のシリンダレンズ109の中心軸から対称に偏心して入射され、ポリゴンミラー面へは平行に入射され偏向される。光源ユニット608からの1組の光ビームについても同様に構成された光学系を介して同様にポリゴンミラーにより偏向される。
【0056】
ポリゴンミラー606の上記片側より入射、偏向走査された光ビームの1つは共通のfθレンズ109を経て、感光体ドラム601には折り返しミラー615、636に折り返されてからトロイダルレンズ618を経て導かれる。ポリゴンミラー606の上記片側より入射、偏向走査された光ビームの他の1つも共通のfθレンズ109を経て、感光体ドラム602には折り返しミラー112、114に折り返されてからトロイダルレンズ110を経て導かれる。
【0057】
ポリゴンミラー606の上記片側の反対側より入射、偏向走査された光ビームの1つは、共通のfθレンズ614を経たのち、前記した感光体601を走査する光ビーム用の光学系と同じように配置された折り返しミラー(符号省略)やトロイダルレンズ618'を経て感光体604に導かれ、また、他の1つの光ビームについてもfθレンズ614を経たのち、前記した感光体602を走査する光ビーム用の光学系と同じように配置された折り返しミラー(符号省略)、トロイダルレンズ110'を経て感光体603に導かれる。
【0058】
光源ユニット607は、前記した複数の半導体レーザ101、102、カップリングレンズ103、104、合成プリズム105などを保持するホルダと、これら半導体レーザの駆動回路を実装するプリント基板を背面に取り付けた構成としている。光源ユニット608についても同様である。光源ユニット607、608は光ビームを射出する円筒部を中心に回転可能な構成としており、回転調整により上下段の各光ビームL1、L2の主走査位置を微調整する。
【0059】
図6に示した構成におけるfθレンズ109、614はガラス研磨による円筒面レンズに非球面成分を薄膜状に樹脂成形により貼り合わせたハイブリッドレンズである。トロイダルレンズ618、110は射出成形によりレンズ部632と、それを囲うように形成された箱状のリブ部633、主走査方向の両端から突出したフランジ部634とが一体的に形成され、フランジ部634の一端部には成形時に樹脂を注入するゲート部635が設けられている。トロイダルレンズ618'、110'についても同様である。
【0060】
トロイダルレンズ618、110などは長尺であるがゆえに、成形時のくせ、例えば、射出成形後の部分的な冷却時間差、により一様に反りを有するため、各レンズのゲート方向を揃えて設置している。さらに、フランジ部634を薄板状とし、リブ部633で補強されたレンズ部632に比べ副走査断面の断面係数を低くすることで、ねじり応力がかかってもこの部分で吸収されるようにしている。
【0061】
各感光体ドラム601〜604は個別に直接モータ軸に連結され共通の駆動周波数で、図では矢印で示すように右回転に回転される。転写ベルト605は駆動ローラ625と2本の従動ローラ627、628により所定の張力で保持され、駆動ローラ625に連結されたモータ626により左回りに回転される。
【0062】
なお、本例では、各感光体ドラムと転写ベルトとが接触する各転写位置の間隔は駆動ローラ625の周長の整数倍に設定されており、駆動ローラの偏心等で生じる周期的な速度変動の位相が合うように配慮している。
【0063】
また、駆動ローラ625の軸方向に沿って転写ベルト605上に形成する各画像の基準位置を読み取る検出器629がベルト中央部とベルト端部の3箇所に配備される。各検出器629はそれぞれ、CCDエリアセンサ631と対物レンズ630とからなる。
【0064】
各検出器629は、基準色(ブラック)、およびその他の色(シアン、マゼンタ、イエロー)のトナー像を並列して形成した主走査、副走査方向に交差した十字ラインの検出パターン3を読み取り、副走査ラインより副走査のレジストずれ量を検出すると同時に、ベルト端部2箇所の各検出パターン3について、該検出パターンを形成する十字ラインの交差点位置の差より走査ラインの傾き、ベルト端部2箇所の交差点位置の中点とベルト中央部の交差点位置の差より曲がりを各々検出する。
【0065】
図5は、感光体ドラムDR1、DR2における書き込み位置WRと転写位置TRとの関係を示す。符号Oで示したのは、各感光体ドラムの回転中心である。書き込み位置WRと転写位置Tとはαの角度に設定されるため一定の角速度で回転すればこの間の時間tは一定である。
【0066】
各色の副走査レジストは前記した検出パターン3により検出され、各々、定期的にポリゴンミラーの1面おき、1走査ラインピッチpを単位として書き込み開始タイミングが調節され副走査方向レジストが合わせられるので、感光体ドラム径Dを用い、
D・α/2=N・P+Δp (但し、Nは自然数)
Δpは同期検知タイミングの位相差により生じる書き込み開始タイミングのずれまた、各色感光体ドラムの基準色感光体ドラムからの転写位置間隔Bを用い
B=M・P+Δp (但し、Mは自然数)
で表される。
【0067】
つまり、Dやα、Bが各々異なっていても速度変動がなく、書き込み位置が変動しない限りは、各々の書き込み開始タイミングのずれΔpだけが、残ることになる。
【0068】
このΔpは最大で1ピッチの1/2、Δp≦p/2 であり、本例では、この分を上記液晶偏向素子に印加するバイアス電位により副走査方向に光軸を可変して、Δpが0になるように制御し初期値として再設定する。
【0069】
ところで、実施例では、4つの光源がモノリシックに形成される半導体レーザアレイを用い、ポリゴンミラーの各面毎に4ラインを同時走査されるが、その場合も同様で、液晶偏向素子により一括して光軸が変更される。
【0070】
図7は、光源ユニットにおける半導体レーザアレイが4つの発光源を有する場合である。符号LD−1〜LD―4は、これら4つの発光源から放射された光ビームが感光体ドラムDR1上の書き込み位置WRに形成する光スポットの位置を示している。このように、本例の半導体レーザアレイを用いてマルチビーム走査を行なうと、一度に走査線4本分を光走査することができる。
【0071】
図7において、符号Nとあるのは、4本の光ビームを同時に偏向させるポリゴンミラーの偏向反射面を意味し、N+1は、この偏向反射面の次の偏向を行なう偏向反射面を示している。図の如く、偏向反射面が1面切り換わるごとに、4本の走査線が光走査される。
【0072】
感光体ドラムDR1がに書き込み位置WRで書き込み開始するとき、同一の偏向反射面で偏向される複数の光ビームが形成する光スポットLD−1、LD−2、LD−3、LD−4の各位置の中から、前述の検出器629(図6参照)により検出された検出パターン3の「基準色のレジスト位置(図7の右側)」との差が最も小さくなる光ビーム(図ではLD−3)を「先頭ラインの書き込み用の光スポット」として選択されるように書き込み制御されるので、前記した書き込み開始タイミングのずれΔpだけが残ることには変わりない。
【0073】
図10は「先頭ライン書き込みの発光源の選択を行なうための回路」のブロック図を示す。半導体アレイにおける発光源(前記例の半導体レーザ102、103などが相当する)を表すのにここでは、上記光スポットLD−1〜LD―4と同じ符号を用いた。図10に示すように、画像データは前段のマルチプレクサMP1により4ライン毎にバッファメモリM1〜M4に振り分けられて一時保存される。
【0074】
後段のマルチプレクサMP2では、基準位置データに基づき、先頭ラインを選択し、出力先の半導体レーザを切り換えて、ポリゴンミラー1面毎の同期信号に同期してバッファメモリM1〜M4の記憶内容を読み出し、書込制御部WCTを介して半導体レーザアレイの発光源LD−1〜LD−4を駆動する。このとき、同一の偏向反射面による偏向で書き込まれなかった画像データは、次の偏向反射面による偏向まで保存され記録される。
【0075】
この際、同期検知センサ(113,115など)による同期検知信号をトリガとして画像を書き出すまでの主走査タイミングは各ステーション毎に主走査レジスト位置の検出結果に基づき、基準色と各々の画像領域との中央位置が一致するように書込制御部WCTで再設定され、各画像領域が重なり合うようにしている。
【0076】
なお、上記した副走査、主走査レジスト位置の設定は印刷ジョブ前の準備期間、あるいはジョブ間の待機期間を利用して、画像形成装置の使用環境に適合するよう定期的に行われる。
【0077】
同期検知センサ113,115は、各ステーション毎に上記したホルダ部材303により光学ハウジング内に支持され、光ビームは、図1に示すように、トロイダルレンズ(例えば、トロイダルレンズ110)から感光体ドラム602に至る光路中の書込領域外の両端において、光学ハウジングに取付けられたミラー116、117により折返されて、同期検知センサ113、115に導かれる。
【0078】
図9は液晶偏向素子(1、107、108、612a、612bなど)の駆動回路におけるブロック図を示す。液晶偏向素子には各々パルス状の電圧が印加され、その電圧またはパルス幅に応じて液晶の配列がリニアに変化し、通過する光軸を任意に傾けることができる。
【0079】
基準クロックを基に、パルス生成部901では、液晶偏向素子駆動用のパルス列が生成される。このパルス列を入力したゲイン調整部902では前記図4で説明した同期検知センサにより検知した走査位置データ「時間差(Δt')」に応じて増減される電圧を液晶偏向素子の電極903に供給する。つまり、時間差(Δt)が一定となるように、光軸の方向をフィードバック制御する。
【0080】
また、ゲイン調整部902では、上記したように定期的に転写ベルト605上に記録した検出パターン3により検出されたレジストずれ量δに基づいて時間差(Δt)の基準値を書きかえる。
【0081】
本例では、図1に示したように、感光体ドラムに近い位置に同期検知センサ113、115などが配備されるため、レジストずれ量δと時間差(Δt)とはほぼ比例関係にあり、
(Δt)=j・δ 、jはあらかじめ設定された係数により求まる。
【0082】
従って、感光体ドラム上においてもレジストずれが生じないように制御できる。
【0083】
なお、時間差(Δt)の検出は常に行われ、画像記録の合間(ページ間)等で光軸の方向を維持するように印加電圧が調節される。
【0084】
同様に、トロイダルレンズを感光体近傍に配備し、間に余分な光学素子を介さないことで、検出結果にほぼ比例した調整量を与えることにより感光体面上での走査位置を正確に補正できる。
【0085】
このように、長期レンジでは、定期的な転写ベルト上でのレジスト検出により時間差(Δt)をレジストずれ量に応じて設定し直し、短期レンジでは、その設定値が維持されるように光学ハウジング内に配備した同期検知センサ(113、115、113'、115')で監視し、液晶偏向素子(107、108、612a、612b)で補正するようにしている。
【0086】
図8(1)には画像上における副走査方向の記録ピッチ変動の一例を示す。
この変動は例えば、感光体ドラムの速度変動により1回転周期で生じる大きなうねり図8(2)と転写ベルトの速度変動により駆動ローラ1回転周期で生じる小さなうねり図8(3)との合成によりなり、上記したように各色の書き込みタイミングが合っていても、速度変動によってレジスト位置が周期的に変化することになる。
【0087】
従来、これらにより生じるレジストずれを低減するため、各色の転写位置の間隔(ステーション間隔)を感光体ドラムの周長の整数倍、かつ駆動ローラの周長の整数倍となるように設定しており、転写する瞬間での感光体ドラム転写位置の周速、および転写ベルト転写位置の周速が各色で等しくなるように配慮している。
【0088】
上記液晶偏向素子の実施例では、レジストが一様にずれた場合を説明したが、このように駆動ローラ625の速度変動等によって時間的に転写ベルトの速度が変動する場合にも、同様な構成で対処できる。
【0089】
上記したように定常的に生じるものについては、配置設計により低減できることを説明したが、例えば、転写ベルト605の張力を保持している従動ローラ628の負荷変動等によって非定常的に生じるものもあり、これらの補正が可能である。
【0090】
その場合、駆動ローラ625に連結するモータ626のエンコーダや転写ベルト605上にキャタピラー状の検出パターン3を形成する等によって振幅と周期を検出し、液晶偏向素子のゲイン調整部902(図9参照)に入力して偏向方向を一定周期で振幅するように制御すればよく、走査位置が上記速度変動と極性が反転するように位相を合わせることで、速度変動によるレジスト位置の変動をキャンセルできる。
【0091】
なお、位相は転写ベルト605周上の1箇所にあらかじめレジストマーク等を形成しておくことでタイミングを合わせればよい。
【0092】
1.7走査軌跡可変手段(その1)
図11により走査ラインの傾き、および曲がりを補正する「走査軌跡可変手段その1」の例を説明する。図11において、符号201はトロイダルレンズを示し、これまで説明したトロイダルレンズ110、110'、618、618'、714、715、716、717などを代表して示したものである。
【0093】
本例では、トロイダルレンズの光軸方向が光学ハウジング310の取付面に沿う態様となっている。トロイダルレンズ201は感光体ドラムに対向して、光学ハウジング310の底面に光軸方向、副走査方向を揃えて配置され、箱状のリブ202の主走査方向の中央部に設けられた突起205を光学ハウジング310に形成された凹部203に係合して主走査方向(長手方向)を規制し、主走査方向の両端部に設けられたフランジ部204、204の下端(図中の副走査方向上のうら側部)を同様に光学ハウジング310にそれぞれ対応して形成された凹部206、206に係合させて光軸方向(短手方向)を規制している。突起205と係合する凹部203はトロイダルレンズ201の主走査方向を位置決めする係合部である。
【0094】
さらに、箱状のリブ202の下面(図中、副走査方向のうら側)を、主走査方向の一方の側(図中斜め左上側)で光軸方向におけるほぼ中央の「第1の支持点」1ヵ所と、他方の側(図中斜め右下側)で光軸方向の入射側(図中、斜め右上側)の「第2の支持点」、同じく光軸方向の出射側(図中、第2の支持点よりも斜め左下側)の「第3の支持点」の2ヵ所の計3点で受け、上方からそれぞれ板ばね207、207によって押圧し支持している。これら板ばね207、207は、光学ハウジング310に設けた台座420にねじ止め固定されている。
【0095】
上記「第1の支持点」は、図11においてトロイダルレンズ201のうら側に位置することから、直接示すのが困難であるので、便宜上、表側の対応する位置に符号▲1▼で示した。同様に、上記「第2の支持点」を符号▲2▼で、上記「第3の支持点」を符号▲3▼でそれぞれ示した。
【0096】
本例では、「第2の支持点」を基準突き当てとして、光学ハウジング310の底面から突出した突起208で位置決めし、「第1の支持点」及び「第3の支持点」には、光学ハウジング310の裏側から貫通穴209、210を通してステッピングモータ211、212からそれぞれ延びる軸213、214の各先端部を直接突き当てている。なお、これらの軸213、214軸は内蔵された送りネジ等で伸縮するようになっている。
【0097】
走査ラインの傾き調整:
ステッピングモータ211の駆動により、「第1の支持点」のみを可変すると、「第2の支持点」、「第3の支持点」を結ぶ回転軸を中心に、トロイダルレンズ202が光軸に直交する面内で回動調節γができ、図15に示すように焦線も傾きに応じて走査ラインが傾けられる。図15では、トロイダルレンズ201を光軸に直交する平面内にて角度γの傾きに応じて、被走査面上での走査ラインが調整前(実線)に対して調整後(1点鎖線)のように傾くように調整可能である。
【0098】
なお、図11に示した例では「第2の支持点」と「第3の支持点」とは、厳密に光軸方向に並んでいるわけではないので、トロイダルレンズ201は厳密にいえば、光軸に直交する面内で回転するわけではないが、トロイダルレンズの主走査方向の長さに比べて、「第2の支持点」と「第3の支持点」との主走査方向でのずれ量が小さいので、略光軸に直交する面内で回転することとなり、走査ラインの傾き調整が可能である。
【0099】
走査ラインの曲がり調整
ステッピングモータ212の駆動により、「第3の支持点」のみを可変すると、「第1の支持点」と「第2の支持点」とを結ぶ回転軸を中心に、トロイダルレンズ201が光軸を含み副走査断面で回動する。つまり図14において角度βの調整をすることができ、曲面の傾きに応じて見かけ上の曲率を変えて走査ラインを反らすことができ、光学系を構成する光学素子の配置誤差等に起因する走査ラインの曲がりをキャンセルするように発生させて補正し、1点鎖線で示した走査ライン(補正前)と実践で示した走査ライン(補正後)の比較でわかるように、直線性を改善することができる。
【0100】
このように、図11に示したようなトロイダルレンズ201を保持する手段及び3点で支持する手段、そのうち2点での支持手段を可変とする構成からなる走査軌跡可変手段10を、前記図1、図2、図6などに示した光走査装置の、ブラックを含めた全てのトロイダルレンズに配備している。但し、図1、図2、図6などには走査軌跡可変手段10は図示してない。なお、符号415は、トロイダルレンズ201に光ビームを導く折り返しミラー216の取付部を示している。
【0101】
1.8走査軌跡可変手段(その2):参考例
図12により走査ラインの傾き、および曲がりを補正する「走査軌跡可変手段その2」の例を説明する。本例にかかる走査軌跡可変手段(その2)では、走査ラインの傾きを調整(補正)する手段と、走査ラインの曲がりを調整(補正)する手段とからなる。図12において、符号501はトロイダルレンズを示し、これまで説明したトロイダルレンズ110、110'、618、618'、714、715、716、717などを代表して示したものである。
【0102】
図12に示したようなトロイダルレンズ501を可動に保持する手段である走査軌跡可変手段11を、前記図1、図2、図6などに示した光走査装置の、ブラックを含めた全てのトロイダルレンズに配備している。但し、図1、図2、図6などには走査軌跡可変手段11は図示してない。
【0103】
1.8.1走査ラインの傾き調整
図12(a)は感光体ドラム側から光学ハウジング301の下面側を見た図である。図12(a)において、トロイダルレンズ501は射出成形によるレンズ部(符号501の引き出し線の部位)とそれを囲うように形成された箱状のリブ515、主走査方向の両端から突出したフランジ部504とが一体的に形成され、フランジ部504の一端には成形時に樹脂を注入するゲート部が設けられている。
【0104】
図12(a)では、図の複雑化を避けるため、トロイダルレンズ501及びその取付手段について代表して説明しており、他のトロイダルレンズについても、同じような手段により取り付けられている。
【0105】
図12(a)、(b)、(c)において、トロイダルレンズ501は、箱状のリブ515の中央部に設けられた突起502を光学ハウジング301に形成された凹部503に係合させることで主走査方向(長手方向)を位置決めされ、長手方向一端部に設けられたフランジ部504aの下面を光学ハウジング301に形成された支持台505Aの基準面505aに、他端部に設けられたフランジ部504bを光学ハウジング301に形成された支持台505Bの基準面505bに、それぞれ突き当てて光軸方向をそれぞれ位置決めされている。これら基準面505a、505bは共に、トロイダルレンズ501の光軸方向に垂直な仮想平面と平行である。
【0106】
トロイダルレンズ501は副走査方向については、フランジ部504aの側部を図12(c)にも示す光学ハウジング301に形成した支持台506Aの基準突き当て部506aに当て、もう一方のフランジ部504bを図12(b)に示す移動突き当て部508に突き当ててそれぞれ位置決めしている。
【0107】
ここで、移動突き当て部508は支持板301aに取り付けられたモータ支持台512に取り付けられたステッピングモータ507の回転軸に形成された雄ねじ510に螺合された一種のナットである円筒部511の先端部に形成された突起状の部位である。円筒部511は外径部断面形状がD形をしている。
【0108】
この円筒部511を、モータ支持台512に形成されたD形の穴514に摺動可能に嵌合、貫通させた状態で、ステッピングモータ507をモータ支持台512の直立面513にねじ止め固定されている。ステッピングモータ507が回転されると、円筒部511は穴514に案内されて副走査方向に移動する。ステッピングモータ507を正逆転すれば、円筒部511は進退移動する。
【0109】
トロイダルレンズ501は、フランジ部504aについては板ばね509a、フランジ部504bについては板ばね509bによって、それぞれ光軸方向、副走査方向で加圧することで位置保持される。板ばね509aは支持台506Aにねじ5によりその基端部が固定され、板ばね509bはモータ支持台512にねじ6によりその基端部が固定されている。
【0110】
ここで、板ばね509a、509bは押圧部が二股に分岐していて、板ばね509aについては分岐した一方はフランジ部504aを基準突き当て部506aに押し当て、分岐した他方はフランジ部504aを基準面505aに押し当てている。同様に、板ばね509bの分岐した一方はフランジ部504bを移動突き当て部508に押し当て、分岐した他方はフランジ部504bを基準面505bに押し当てている。
【0111】
前記したように、ステッピングモータ507の正逆回転に応じて円筒部511が副走査方向に進退移動するので、ステッピングモータ507の回転量及び方向を制御することでトロイダルレンズ501の一端側を副走査方向に移動させることができ、これによって、トロイダルレンズ501は基準突き当て部506aを支点として当該トロイダルレンズ501の光軸に垂直な平面内で回転され、焦線の傾きが変化するので走査線の傾きを調整することができる(図15参照)。
【0112】
なお、図12(a)、(b)、(c)において、符号523で示したのは折り返しミラーの取付部であり、主走査方向に沿って2つ設けられていて、これに、トロイダルレンズ501へ光ビームを導く折り返しミラー(図示されず)が取り付けられて、光学ハウジング301の上側に配置されたfθレンズから開口301cを経て導かれる光ビームをトロイダルレンズ501へ向けて折り返す。
【0113】
1.8.2 走査ラインの曲がり調整
走査ラインの曲がりを補正する手段について説明する。
図12(a)において、トロイダルレンズ501の板ばね509a、509bによる副走査方向への押し当て側と反対側の側面には、取っ手状に曲げることにより台形状の概形をした第1の板ばね516と、概形がコの字状をしていてその長手方向の両端部がR状に湾曲している第2の板ばね517を組み合わせた組板ばねが配備される。
【0114】
第1の板ばね516は、長手方向の両端部がそれぞれ2つに分岐して対向する一対の板状曲げ部(合計4つの曲げ部)518を有している。一方、トロイダルレンズ501のリブ515のうち、板ばね509a、509bによる副走査方向への押し当て側と反対側のリブ515には、板状曲げ部(合計4つの曲げ部)518と係合可能に切欠き519が4つ形成されている。
【0115】
図12(a)に示すように、第1の板ばね516の内側に第2の板ばね517を収めた状態で4つの板状曲げ部(合計4つの曲げ部)518を4つの切欠き519に噛み合わせる。
【0116】
ここで、第1の板ばね516の長手方向の中央部にはステッピングモータ530がカシメにより取付けられている。このステッピングモータ530の回転軸には、調整ねじ521が形成されており、この第1の板ばね516の長手方向の中央位置には、調節ねじ521のねじ部外径より大きい形の穴516aが開けられている。
【0117】
また、第2の板ばね517の主走査方向に長い長手方向中央部にはこの調節ねじ521と螺合するねじ穴517aが形成されていて、調節ねじ521が穴516aを経てねじ穴517aに螺合されている。
【0118】
この螺合状態のもとで、第2の板ばね517の長手方向の両端R部が、第1の板ばね516の台形形状の足に相当する傾斜部に当接することで、これら第1の板ばね516と第2の板ばね517とは副走査方向で離間状態にあり、このため、ねじ521は十分な締め代を有している。
【0119】
ステッピングモータ530を駆動することにより調節ねじ521を締め付けると、第2の板ばね517が第1の板ばね516に引き付けれらるが、これに応じて第2の板ばね517の長手方向両端のR部が第1の板ばね516の上記対向する傾斜部を押圧して押し広げようとする。この押し広げようとする力は板状曲げ部518を介して切欠き519に伝わり、主走査方向での切欠き519の間隔をあけるように力が作用することからリブ515に沿って圧縮力、または引っ張り力を発生させ、トロイダルレンズ501の焦線を副走査方向に自然に反らすことができる。
【0120】
因みに、圧縮力を働かせると板ばね516側に凹となり、引っ張り力を働かせると凸となる。同様の構成は、ブラック画像用を含めた全てのトロイダルレンズに配備し、ポリゴンミラー206への斜入射に伴う曲がり、光学系を構成する光学素子の配置誤差等に起因する曲がりを補正し、直線性を改善する。
【0121】
各色の画像形成を行う光学系のトロイダルレンズに基準突き当て側を揃えて本例に係る、走査ラインの曲がりを補正する手段と同一の機構を設けることができ、前記した同期検知センサでの検出結果に基づき、ブラックの走査ラインを基準として他の走査ラインをこのブラックの走査ラインに平行、かつ曲がりの方向と量が揃うように合わせる。
【0122】
全ての走査ラインが平行、かつ直線となるように合わせる自動補正がなされ、上記した画像を書き出すタイミング補正と合わせることで、各ステーションで記録した画像を精度よく重ね合わせ、色ずれのない高品位なカラー画像を形成することができる。
【0123】
[2] 光走査装置を搭載した画像形成装置の例
これまで説明した構成の光走査装置(図2又は図6で説明した光走査装置)を搭載した画像形成装置の例を図13により説明する。
例えば、感光体ドラム601(601')の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ902、光走査装置を構成する光学ハウジング301、光走査装置からの光ビームにより感光体ドラム上に記録された静電潜像に、帯電したトナーを付着させて顕像化する現像ローラ903、現像ローラ903にトナーを補給するトナーカートリッジ904、感光体ドラム201上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。
【0124】
感光体ドラム601(601')へは前記したようにポリゴンミラー606(又は606')のミラー1面毎の走査により複数ライン、実例では4ラインの同時画像記録が行われる。
【0125】
転写ベルト605への転写順に配置された感光体ドラム604、603、602、601(604'、603'、602'、601')の下部がそれぞれ転写ベルト605に対向した転写部を以って構成される各画像形成ステーションは、転写ベルト605の移動方向に並列されていて、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト605上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
【0126】
各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。一方、記録紙は給紙トレイ907から給紙コロ908により供給され、レジストローラ対909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、2次転写部901にて記録紙上に転写ベルト605よりカラー画像が転写される。カラー画像が転写された記録紙は定着ローラ910で画像が定着されて排紙ローラ912を経て排紙トレイ911に排出される。
【0127】
本例のように、複数色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置にあっては、各ライン間の結像特性のばらつきを低減し高品位なカラー画像形成を可能にする。
【0128】
[3] 補足事項
本発明の走査軌跡可変手段は図11、図12に示した何れのタイプのものを使用することもできる。これらの走査軌跡可変手段の適用対象となる光走査装置は、図1に示したものは、偏向手段の双方向から光ビームを入射して各被走査面に走査光を導くタイプであり、図2に示したものは、偏向手段の一方向からのみ光ビームを入射して各被走査面に走査光を導くタイプのものである。
【0129】
上記何れの走査軌跡可変手段についても、図6、図2の何れの光走査装置に対しても適用可能である。光走査装置は、複数の光ビームについて、偏向手段、結像手段や折り返しミラーなどの光学部材の一部を共有して、各被走査面(感光体ドラム)を走査する。
【0130】
前記図11、図12などにより例示した走査軌跡可変手段は、図2、図6などに示した各光走査装置について、同一の光学素子、本例ではトロイダルレンズ618、618'、110、110'、714、715、716、717の1個ずつに対応してそれぞれ設けられ、それぞれのトロイダルレンズに作用して被走査面上における走査ラインの傾きと曲がりとを変えることができる。
【0131】
同一の光学素子に作用して、走査ラインの傾きと、曲がりとを調整することにより、従来、個別に設ける方式では一方を調節した後に、もう一方を調節するとそれによって前者がずれるというふうに、繰り返し行って追い込まないと正確に合わせられなかったが、これらの調整をまとめて行うことができ、他の光学素子はそのまま維持されるので、1回の調整で追い込むことができ、時間の無駄を省くことができるうえ、正確に合わせることが可能となるので、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像記録が行える。
【0132】
例えば、図1、図6に示した光走査装置では、2つの光源(半導体レーザ101、102)を備えた光源ユニット609からの各光ビームを感光体ドラム601、602に導く光路上に結像手段が複数設けられており、これら複数の結像手段の各々は、感光体ドラム601走査用の光ビームと、感光体ドラム602走査用の光ビームの、各光ビーム共通に設けられる光学素子(シリンダレンズ106、fθレンズ109)と、各光ビームに対応して各々設けられ、前記走査軌跡可変手段を備える光学素子(トロイダルレンズ110、618)とからなる。
【0133】
同様に、2つの光源を備えた光源ユニット608からの各光ビームを感光体ドラム603、604に導く光路上にも、感光体ドラム603走査用の光ビームと、感光体ドラム604走査用の光ビームの、各光ビーム共通に設けられる光学素子(シリンダレンズ、fθレンズ)と、各光ビームに対応して各々設けられ、前記走査軌跡可変手段を備える光学素子(トロイダルレンズ110'、618')とからなる。図2に示した光走査装置についても、これに準ずる。
【0134】
このように、複数の結像手段のうち、走査軌跡可変手段を備える光学素子(例えば、トロイダルレンズ)以外の結像手段については各ステーション(各感光体ドラム)で共通とすることで、かかる光走査装置をカラー画像形成装置に適用することで、環境変化に応じて個別に姿勢変化等、相対的なレジストずれを発生する要因を回避でき、経時まで色ずれや色変わりのない安定したカラー画像記録を行なうことができる。
【0135】
例えば、図1、図6に示した光走査装置では、複数の結像手段の各々は、副走査方向にパワーを持たない光学素子(fθレンズ)と、副走査方向にパワーを有し、走査軌跡可変手段を備える光学素子(トロイダルレンズ)とからなるように構成した。図2に示した光走査装置についてもこれに準ずる。走査軌跡可変手段を備える光学素子(トロイダルレンズ)以外は副走査方向にパワーを持たないことで、環境変化に応じて個別に光軸方向が変化することがなく、相対的なレジストずれを発生しないので、経時まで色ずれや色変わりのない安定したカラー画像記録を行なうことができる。
【0136】
例えば、図1、図6に示した光走査装置では、被走査面たる感光体ドラムに最も近い位置に光学素子(トロイダルレンズ)が設けられていて、これら各光学素子に対して、走査軌跡可変手段が付帯される。従って、走査軌跡可変手段の後段には結像手段が存在せず、後段の光学素子に影響されることなく、被走査面における走査ラインの走査軌跡を確実に可変できるので、正確に合わせることが可能となり、経時まで色ずれや色変わりのない安定したカラー画像記録が行える。
【0137】
図11、図12で説明した走査軌跡可変手段は、光学素子(トロイダルレンズ)の支持姿勢を少なくとも2方向にチルト調整する姿勢可変手段を有している。図11の例でいえば、ステッピングモータ211とステッピングモータ214が該当する。図12の例でいえば、ステッピングモータ570とステッピングモータ530が該当する。これらステッピングモータの駆動により、光学素子(トロイダルレンズ)の支持姿勢を少なくとも2方向にチルト調整することで、光学素子(トロイダルレンズ)そのものに細工する必要がなく、いかなる光学素子にも適応できるうえ、各々の調整機構を同時に動作しても相互に影響し合うことないので、調整に要する時間の無駄を省くことができ正確に調整できるので、経時まで色ずれや色変わりのない安定したカラー画像記録が行える。
【0138】
図11で説明した走査軌跡可変手段は、光学素子(トロイダルレンズ201)の主走査方向中央部に設けられた突起205と係合する係合部としての凹部203と、該光学素子(トロイダルレンズ201)の基準面(図11において光学ハウジング310に対向する側の、図中下側の面)を主走査平面に略平行な状態で3点で支持して副走査方向の位置決めを行う突起208、軸213,214を有し、これら3点の支持点のうち、第2の支持点(突起208)、第3の支持点(軸214)を主走査方向の一端側における入射側、出射側にそれぞれ設け、前記第1の支持点(軸213)を主走査方向の他端側に設け、レジストずれ検出結果に基づいて、第1の支持点(軸213)、第3の支持点(軸214)を駆動することで、各支持点の相対的な部位を可変とする。これにより、簡単な構成で、かつ、確実な調整が行えるので、コストをかけず、色ずれや色変わりのない安定したカラー画像記録が行える。
【0139】
前記第1、第2いずれかの支持点を固定部位とするとともに、各光ビームに対応した各々の光学素子(トロイダルレンズ618、618'、110、110')において、これら光学素子に対応して設けられた前記各走査軌跡可変手段について主走査方向の任意の同一端側(これを基準側という。)に配備する。これにより、傾きや曲がりの調整を行っても、上記基準側の走査軌跡は固定されるので、この基準側でタイミング補正による書出し位置の調整を行うことで調整制御が単純化され、調整に要する時間の無駄を省くことができるうえ、正確に合わせることが可能となるので、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像記録が行える。
【0140】
前記第1の支持点の部位を可変することにより、被走査面上における走査ラインの傾きを調整するが、単純な動作で確実な調整が可能であり、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像記録が行える。
【0141】
前記第2、第3いずれかの支持点を可変にすることにより、被走査面上における走査ラインの曲がりを調整するが、単純な動作で確実な調整が可能となるので、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像記録が行える。
【0142】
図13で説明した画像形成装置は、一例として、図1、図6又は図2に示した光走査装置を具備し、かつ、これらの光走査装置は図11又は図12に示した走査軌跡可変手段を具備しているので、複数の光源手段と、光源手段からの各光ビームを偏向し主走査を行う偏向手段と、走査された各光ビームを各々に対応した像担持体(感光体ドラムの被走査面)に結像する複数の結像手段と、各々の像担持体上に形成した画像を順次転写する転写体(転写ベルト605)と、該転写体に記録された画像より各々のレジストずれを主走査方向に沿った複数の位置で検出する検出手段(検出器629)とを有する画像形成装置である。
【0143】
かかる画像形成装置において、前記複数の結像手段の各々を構成する光学素子のうち、同一の光学素子(トロイダルレンズ)は走査軌跡可変手段を備え、上記検出手段によるレジストずれ検出結果に基づいて、被走査面における走査ラインの軌跡(走査ラインの曲がり、傾き)を各々補正することができる。
【0144】
つまり、走査線の傾き、および曲がりの調整を1回の検出パターンの記録で済ますことができ、トナー消費量が低減され、調整に要する余分な通電時間を省くことができるので、環境に配慮したカラー画像形成装置が提供できる。
【0145】
一例として、図13に示した画像形成装置において、前記複数の結像手段の各々を構成する光学素子(トロイダルレンズ)に対して図11又は図12に示した走査軌跡可変手段を具備する構成としたが、例えば、前記複数の結像手段の各々を構成する光学素子(トロイダルレンズ)のうち、基準となる画像を記録する結像手段以外の同一の光学素子(トロイダルレンズ)に走査軌跡可変手段を備え、レジストずれを主走査方向に沿った複数の位置で検出する検出手段(検出器629)によるレジストずれ検出結果に基づいて、前記基準となる画像の被走査面における走査ラインの軌跡に合わせることとすることもできる。
【0146】
例えば、図6において、感光体ドラム601、602、603、604がそれぞれ、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックに対応する色のトナー像を形成する像担持体であるとするとき、基準となる画像を記録する結像手段が感光体ドラム601を走査するものであるとき、この感光体601を走査する結像手段である光学素子(トロイダルレンズ618')については走査軌跡可変手段を設けずに、他の光学素子(トロイダルレンズ618、110、110')について、走査規制可変手段をそれぞれ設けた構成とするのである。
【0147】
このように構成し、基準となる1つの感光体ドラム上の画像に対して、他の感光体ドラム上の画像を合わせることができるので、視覚的に色ずれは感じられない。
【0148】
これにより、簡易な構成により、傾き、および曲がりの調整を1回の検出パターンの記録で済ますことができ、トナー消費量が低減され、調整に要する余分な通電時間を省くことができるので、環境に配慮したカラー画像形成装置が提供できる。
【0149】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、1回の調整結果の検出で、各ステーション間のレジストずれをより正確に補正することが可能で、経時、特に環境温度変化に対して色ずれや色変わりのない良好なカラー画像を得ることのできる画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光走査装置の斜視図である。
【図2】光走査装置の斜視図である。
【図3】図3(a)はセンサの保持手段を説明した分解斜視図、図3(b)は取付態位が異なるセンサの保持手段を説明した分解斜視図である。
【図4】走査線の副走査方向のずれを検知するためのフォトダイオード間を通過する光ビームの時間差を模式的に説明した図である。
【図5】感光体ドラムにおける書き込み位置WRと転写位置TRとの関係を説明した図である。
【図6】タンデム式のカラー画像形成装置の要部構成を説明した斜視図である。
【図7】検出パターンに基づく書き込み制御について説明した図である。
【図8】図8(1)は画像上における副走査方向の記録ピッチ変動の一例を示し、図8(2)は図8(1)のうねりの要素である大きなうねり、図8(3)は図8(1)のうねりの要素である小さなうねりをそれぞれ示した図である。
【図9】液晶偏向素子を駆動する回路のブロック図である。
【図10】半導体レーザアレイの発光源を選択する回路のブロック図である。
【図11】走査軌跡可変手段の一例を説明した分解斜視図である。
【図12】走査軌跡可変手段の一例を説明した分解斜視図である。
【図13】画像形成装置の概略構成を説明した図である。
【図14】走査線の曲がり調整を模視的に説明した図である。
【図15】走査線の傾き調整を模視的に説明した図である。
【図16】液晶偏向素子による光軸偏向の様子を説明した斜視図である。
【符号の説明】
10、11 走査軌跡可変手段
Claims (4)
- 複数の光源手段と、光源手段からの各光ビームを偏向し主走査を行う偏向手段と、走査された各光ビームを各々に対応した像担持体に結像する複数の結像手段と、各々の像担持体 上に形成した画像を順次転写する転写体と、転写体に記録された検出パターンより、走査ラインの曲がり及び傾きを含む各々のレジストずれを、主走査方向に沿った3箇所以上の位置で検出する検出手段とを有する画像形成装置において、
前記複数の結像手段の各々を構成する光学素子のうち、同一の光学素子にそれぞれ走査軌跡可変手段を備え、
前記走査軌跡可変手段は、前記複数の同一の光学素子を、主走査方向の一端に当接し走査ラインの傾き及び曲がり補正の共通の支点となる1つの固定点と、前記レジストずれ検出結果に基づいて作動する第1の可動点と第2の可動点で支持しており、
前記第1の可動点は、前記固定点と他側の一端にあり、前記第1の可動点の作動により、前記光学素子を光軸と直交する面内で回転させて走査ラインの傾きを補正し、
第2の可動点は、主走査方向において前記固定点と前記第1の可動点の間にあり、前記第2の可動点の作動により、前記光学素子の焦線を副走査方向に反らして走査ラインの曲がりを補正し、
さらに、前記それぞれの走査軌跡可変手段について前記1つの固定点を前記複数の結像手段における主走査方向の任意の同一側に揃えていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、
前記複数の結像手段の各々は、各光ビーム共通に設けられる光学素子と、
各光ビームに対応して各々設けられ、前記走査軌跡可変手段を備える光学素子とからなることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、
前記複数の結像手段の各々は、副走査方向にパワーを持たない光学素子と、
副走査方向にパワーを有し、前記走査軌跡可変手段を備える光学素子とからなることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、
前記走査軌跡可変手段は、前記複数の結像手段の各々を構成する光学素子のうち、各光ビームに対応して設けられる被走査面に最も近い光学素子の各々に配備してなることを特徴とする画像形成装置。
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