JP2006044029A - 多色画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステーション間の副走査レジストずれを1ライン以下に至るまで高精度に補正し、経時的に条件が変化しても補正位置を安定的に保持して、色ずれや色変わりのない、高品位な画像を形成することを可能にした多色画像形成装置を得る。
【解決手段】複数の光走査手段により形成された静電像を各色トナーで現像し、各トナー像を転写体105上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置。重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれ量dを検出するレジストずれ検出手段156と、各ポリゴンミラー106間の回転位相tを検出する回転位相検出手段を備え、転写体の移動速度をv、ポリゴンミラーの走査周波数をfとすると、上記回転位相tが
t=d/v−k/f kはtを最小とする整数
なる条件を満たすよう制御してレジストずれ量dを補正する。
【選択図】図1
【解決手段】複数の光走査手段により形成された静電像を各色トナーで現像し、各トナー像を転写体105上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置。重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれ量dを検出するレジストずれ検出手段156と、各ポリゴンミラー106間の回転位相tを検出する回転位相検出手段を備え、転写体の移動速度をv、ポリゴンミラーの走査周波数をfとすると、上記回転位相tが
t=d/v−k/f kはtを最小とする整数
なる条件を満たすよう制御してレジストずれ量dを補正する。
【選択図】図1
Description
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ等の光書き込み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ものである。
カールソンプロセスを用いた画像形成装置においては、像担持体としての感光体ドラムの周囲に各プロセスを実行するユニットを配置し、感光体ドラムの回転に従って、光書き込みによる潜像形成、トナーによる現像、トナー像の転写体への転写が行われる。上記ドラムとその周囲に配置された各ユニットからなる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、各ステーションの感光体ドラムに色毎の画像を書き込んでこれらを対応する色トナーで現像し、各トナー像を重ねて転写することによりカラー画像を形成することができる。しかしながら、このような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り、潜像形成から転写までの時間がばらつき、また、各色の感光体ドラム間隔のばらつきが生じる。これらのばらつきによって、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が発生し、これが各色トナー像の副走査方向のレジストずれとなって色ずれや色変わりとなり、形成される画像の品質を劣化させる。同様に、光走査装置においても、感光体ドラムに形成する静電潜像の主走査倍率および書き込み位置を正確に合わせなければ、レジストずれを生じ色ずれや色変わりの要因となる。
従来、上記レジストずれは、光走査装置によるものであるのか、または光走査装置以外によるものか区分けがなく、転写体にレジストずれ検出パターンを記録し、画像形成装置の立上げ時やジョブ間等で定期的に上記レジストずれ検出パターンを検出し、副走査方向については、ポリゴンミラーの偏向反射面1面おきで書き込みのタイミングを合わせることにより先頭ラインの位置を補正し、主走査方向については、走査始端で発生される同期検知信号からのタイミングを調節することにより書き込み位置を補正することが行われている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。また、走査始端から走査終端に至る走査時間を検出し、検出した走査時間に画素クロックの周波数を合わせることにより各色間の全幅倍率を合せることも行われている(例えば、特許文献4参照)。
さらには、複数のポリゴンミラー同士の回転位相を合わせる制御方法も提案されている。例えば、特定のポリゴンミラーで走査された光ビームの検出信号を基準として、他のポリゴンミラーで走査された光ビームの検出信号との位相を比較することで走査位置を合わせる例が提案されている(例えば、特許文献5参照)。
一般に、光走査装置は、記録画像の画素データに基づいて所定の画素クロックで変調される半導体レーザを有する光源と、光源からの光ビームを放射状に偏向走査するポリゴンミラーと、走査された光ビームを感光体ドラム面上にスポット状に結像するとともに隣接する画素のスポット間隔が均等となるよう配列するfθ特性を有する走査光学系とを有してなる。そして、多色画像形成装置に対応した光走査装置の一例として、特許文献5に開示されているように、各色に対応して光走査ユニットを配備した例がある。また、4色分のステーションを2組の光走査ユニットで各2色ずつ対応する例が提案されている(例えば、特許文献6参照)。しかし、このように複数のポリゴンミラーを用いる場合には、各ポリゴンミラーの偏向反射面同士の回転位相が合っていないと、書き込みタイミングがそれぞれ異なるので、その間の感光体ドラムの移動により照射位置がずれ、感光体ドラムに形成される静電潜像の位置がずれてしまう。
また、各ステーション間で副走査方向のレジストずれを正確に合わせたとしても、ポリゴンミラーを起動するたびにレジスト位置がずれてしまう。このようなポリゴンミラー面の回転位相は特許文献5に記載されている方法等で補正できるが、光走査ユニット数が多ければそれだけ比較対象が増大してコストがかかり、騒音や振動面でも不利である。その点、特許文献6に開示されている方法によれば、光走査ユニットを少なくすることができるという利点がある。しかし、単一のポリゴンミラーで複数の感光体ドラムに対応した複数の光ビームを走査する場合、同一ユニット内での画像間の照射位置は、正確に1ラインピッチの整数倍としておかないとレジストずれが発生するので、所望の精度を出すのにコストが高くなるという難点がある。
また、いずれの従来技術にせよ、ポリゴンミラーの発熱や定着装置の熱によって、光走査ユニットが配置される装置内の温度は変動しやすく、フレームの熱変形等によって照射位置は容易にずれてしまい、あらかじめ、ポリゴンミラー面の回転位相を合わせたとしてもレジストずれが発生してしまう結果となる。
本発明は、複数の画像形成ステーションによって形成された複数のトナーによる画像を重ね合わせるタンデム方式の多色画像形成装置において、各ステーション間の副走査レジストずれを1ライン以下に至るまで高精度に補正し、経時的に条件が変化しても補正位置を安定的に保持することで、色ずれや色変わりのない、高品位な画像を形成することを可能にした多色画像形成装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、光源からの光ビームをポリゴンミラーにより走査し像担持体上に静電像を形成する光走査手段を複数備え、これらの光走査手段により形成された静電像を各色トナーにより現像し、各トナー像を転写体上で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おいて、重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれ量dを検出するレジストずれ検出手段と、各ポリゴンミラー間の回転位相tを検出する回転位相検出手段とを備え、上記転写体の移動速度をv、ポリゴンミラーの走査周波数をfとすると、上記回転位相tが
t=d/v−k/f
ここで、kはtを最小とする整数
なる条件を満たすよう制御してレジストずれ量dを補正することを特徴とする。
t=d/v−k/f
ここで、kはtを最小とする整数
なる条件を満たすよう制御してレジストずれ量dを補正することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、光源からの光ビームをポリゴンミラーにより走査し像担持体上に静電像を形成する光走査手段を複数備え、これらの光走査手段により形成された静電像を各色トナーにより現像し、各トナー像を転写体上で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おいて、重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれ量dを主走査方向における複数箇所で検出するレジストずれ検出手段と、各ポリゴンミラー間の回転位相tを検出する回転位相検出手段と、像担持体上の走査ライン同士の傾きを調整する傾き可変手段とを備え、傾き可変手段は、複数箇所のレジストずれが揃うように主走査ラインの傾きを調整するとともに、回転位相tが、検出されたレジストずれ量dに基づいて決定された所定値となるよう制御してレジストずれ量dを補正することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、複数の発光源を有する光源からの光ビームを単一のポリゴンミラーにより走査し、各発光源からの光ビームに対応した像担持体上に静電像を形成する光走査手段を複数備え、これらの光走査手段により形成された静電像を各色トナーにより現像し、各色トナー像を転写体上で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おいて、重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれ量dを検出するレジストずれ検出手段と各ポリゴンミラー間の回転位相tを検出する回転位相検出手段とを備え、回転位相tが、検出されたレジストずれ量dに基づいて決定された所定値となるように制御してレジストずれ量dを補正するとともに、像担持体上の走査ライン位置を調整し各色トナー像間の副走査方向のレジストを補正する照射位置可変手段を備えていることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の多色画像形成装置において、回転位相検出手段が、ポリゴンミラーにより走査された光ビームを検出する光検知手段からなることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の多色画像形成装置において、回転位相検出手段が、ポリゴンミラーの面数に対応した検出信号を発生することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項4乃至5のいずれかに記載の多色画像形成装置において、回転位相検出手段は、同期検知信号をもとに回転位相を検出することを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項6に記載の多色画像形成装置において、各光走査手段における同期検知信号から画像書き出しまでのタイミングを略同一としてなることを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の多色画像形成装置において、各像担持体上における走査方向が揃っていることを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の多色画像形成装置において、ポリゴンミラーに所定の基準クロックを入力して走査周波数fを制御するとともに、ポリゴンミラーの回転に応じて一定周期の回転位置検出信号を発生する回転位置検出手段を備え、回転位置検出信号に対する基準クロックの位相を可変して回転位相tを制御することを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項9に記載の多色画像形成装置において、回転位置検出手段が、ポリゴンミラーの回転に応じて回転位相検出手段と同一周期の検出信号を発生することを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、1ライン以下まで照射位置を補正して、各色画像のレジストを揃えることができるので、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
請求項2記載の発明によれば、各色画像相互間がスキューすることによって各色画像の位置ずれがあっても、レジストずれを正確に把握して補正することができるので、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
請求項3記載の発明によれば、各光走査ユニット間のずれをポリゴンミラーの回転位相で補正し、また、各ユニット内でのずれを、照射位置可変手段で1ライン以下まで高精度に補正することができるので、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
請求項4記載の発明によれば、ポリゴンミラー面の回転角を正確に把握して補正することができるので、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
請求項5記載の発明によれば、ポリゴンミラーの1回転に対応した各々の周波数が等しくなるので、制御回路が簡素化され、調整精度も向上し、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
請求項6記載の発明によれば、同期検知センサを共用できるので、部品構成が簡素化され、低コストで生産効率のよい画像形成装置を提供することができる。
請求項7記載発明によれば、同期検知信号同士の発生タイミングと書き込み位置が揃えられるので、調整精度が向上し、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
請求項8記載の発明によれば、同期検知信号同士の発生タイミングと書き込み位置を揃えることができるので、調整精度が向上し、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
請求項9記載の発明によれば、回転位置検出手段とポリゴンミラー面の配置は一定であるため、ポリゴンミラー面の位相を確実に制御することができ、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
請求項10記載の発明によれば、各々のポリゴンミラーの走査周波数を揃えることができるので、制御回路が簡素化され、調整精度も向上し、色ずれや色変わりのない高品位な多色画像を得ることができる。
以下、本発明にかかる多色画像形成装置の実施例について図面を参照しながら説明する。図1は、4つの画像形成ステーションを走査する光走査装置の例であって、4つの画像形成ステーションを2ステーションずつに2分し、各ステーションが個別に光走査ユニットを構成し、走査方向を揃えて並置した方式の例を示す。図1において、4つの感光体ドラム101、102、103、104は転写体としての転写ベルト105の移動方向に沿って等間隔で配列され、各感光体ドラムに形成された異なる色のトナー像を順次転写し重ね合わせることでカラー画像を形成するように構成されている。
各感光体ドラム101、102、103、104を光走査する光走査装置は図示されないハウジングに組み込まれて一体的に構成され、光偏向器としてのポリゴンミラー106により光ビームを走査する。ポリゴンミラー106と他方のポリゴンミラーの回転方向は同一で、いずれも図1において右方向に向かって、かつ、光ビームを水平面内で偏向反射するように配置され、各光ビームの偏向走査による書き込み開始位置が一致するように各感光体ドラムに画像を書き込んでいく。また、図1に示す実施例では、各感光体ドラムに対して半導体レーザを一対配備し、副走査方向に記録密度に応じて1ラインピッチ分ずらして走査することにより、2ラインずつ同時に走査するようにしている。
2分された2ステーションずつの光走査ユニットの構成は同一であるので、ここでは、その一方の2ステーションについて説明する。二つの光源ユニット107,108からの光ビーム201、202は、光源ユニット毎に射出位置が副走査方向に異なる部位に、すなわち光源ユニット107と108との射出位置が所定高さだけ、実施例では6mmだけ異なるよう配備されていて、光源ユニット108からの光ビームはポリゴンミラー106の近くに配置された入射ミラー111により折り曲げられ、ポリゴンミラー106に向かうように構成されている。他方の光源ユニット107からの光ビームは直接ポリゴンミラー106へ向かい、光源ユニット107、108からの光ビームは主走査方向を近接させてポリゴンミラー106に入射されるようになっている。
光源ユニット107、108からポリゴンミラー106に向かう各光ビーム201,202の進路上にはシリンダレンズ113、114が配置されている。シリンダレンズ113、114は、一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、ポリゴンミラー106の偏向点までの光路長が等しくなるように配備してある。各光ビームはシリンダレンズ113、114により副走査方向にのみ収束されて、ポリゴンミラー106の偏向反射面で主走査方向に長い線像が結ばれる。後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、上記線像が結ばれる偏向点と、被走査面としての感光体面とが副走査方向に共役関係となっている。かかる関係にすることによって、各偏向反射面に倒れがあっても被走査面での光ビームの収束位置が影響を受けないようにした面倒れ補正光学系を構成している。
一方の光源ユニット107の前方には、シリンダレンズ113の手前に非平行平板117が配置されている。非平行平板117は、いずれか一面を主走査方向または副走査方向にわずかに傾けたガラス基板であり、光軸周りに回転制御することで、基準となる光源ユニット108からの光ビームによる走査位置に対して相対的な走査位置を調整することができるようになっている。したがって、非平行平板は被走査面における光ビームの照射位置可変手段をなしている。
ポリゴンミラー106は6面ミラーで、図示の実施例では2段に構成され、偏向に用いていない中間部をポリゴンミラーの内接円より若干小径となるように溝を設けることにより、風損を低減した形状としている。したがって、ポリゴンミラー106の偏向反射面は2層構成となっていて、1層の厚さは約2mmとなっている。なお、上下2層の偏向反射面の位相は同一である。上記偏向反射面で偏向反射された光ビームの進路上にはfθレンズ120が配置されている。fθレンズ120も2層に一体成形され、または二つのレンズが接合され、各レンズ層の主走査方向の形状は、ポリゴンミラー106の回転に伴って感光体面上で光ビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となっている。このfθレンズ120と、光ビーム毎に配備されたトロイダルレンズ122、123とにより、各光ビームを感光体面上にスポット状に結像し、かつ、上記のように各光ビームを等速で走査させることにより、感光体面上に潜像を記録するようになっている。
各色の画像に対応するステーションは、ポリゴンミラー106およびもう一つのポリゴンミラーから各感光体面に至る各々の光路長が一致するように、また、等間隔で配列された各感光体ドラムに対する入射位置と入射角が等しくなるように複数枚、実施例では1ステーションあたり3枚の折り返しミラーが配置されている。
各色の画像を形成するステーション毎に光路を追って説明すると、光源ユニット107からの光ビーム201は、非平行平板117、シリンダレンズ113を介し、ポリゴンミラー106の上段に至り、この上段の偏向反射面で偏向された後、fθレンズ120の上層を通過し、ミラー126で反射されてトロイダルレンズ122を通過し、ミラー127、128で反射されて感光体ドラム102に導かれ、第2のステーションとしてマゼンタ画像を形成する。光源ユニット108からの光ビーム202は、シリンダレンズ114を通過し、入射ミラー111で反射され、ポリゴンミラー106の下段で偏向反射された後、fθレンズ120の下層を通過し、ミラー129で反射されてトロイダルレンズ123を通過し、ミラー130、131で反射されて感光体ドラム101に導かれ、第1のステーションとしてイエロー画像を形成する。
もう一方のポリゴンミラーを含み、二つの画像形成ステーションを構成する光走査ユニットも同様な構成である。詳細な説明は省くが、光源ユニット109からのビームは上記の各光学素子と同様の光学素子を経て感光体ドラム104に導かれ、第4のステーションとしてブラック画像を形成する。また、光源ユニット110からのビームは感光体ドラム103に導かれ、第3のステーションとしてシアン画像を形成する。
図3は、トロイダルレンズの支持筐体の構成例を示す。図3において、トロイダルレンズ305は樹脂製で、レンズ部を上下から囲うようにリブ部306が形成され、長さ方向の中央部には上下リブ部306の前端に位置決め用の突起307が形成されている。トロイダルレンズ305は支持板301で支持される。支持板301は板金でU字状に形成され、前側の立ち曲げ部に、トロイダルレンズ305の突起307が係合する切り欠き316が形成されている。支持板301の長さ方向両端寄りの位置には、底板による立ち曲げ部310が形成されている。トロイダルレンズ305は、その突起307が上記切り欠き316に係合し、また、リブの下面が立ち曲げ部310の上面に突き当てられて上下方向の位置決めがなされ、一対の板ばね303により上記リブ306の上面から支持板301に押し付けるように付勢して、トロイダルレンズ305の両端部を支持板301で保持するようになっている。板ばね303は横向きのU字状に形成されていて、トロイダルレンズ305を支持板301に重ね合わせた状態で外側より嵌め込み、一端を支持板301の底板に形成した開口313から支持板301の内側に出し、さらに支持板301の底板と立ち曲げ部との境界に形成された開口314に挿入することによって、トロイダルレンズ305を支持板301に固定している。
支持板301の底板中央部には複数の上記開口313に隣接してそれぞれねじ孔312が形成され、各ねじ孔312に調節ねじ308が支持板301の底面側から螺合されている。調節ねじ308は板ばね302の孔319を貫通し、板ばね302は支持板301の外側から嵌め込まれてトロイダルレンズ305の下側リブの内側に引っ掛けられて固定され、調節ねじ308の先端にトロイダルレンズ305のリブの下面が確実に当接するように付勢している。トロイダルレンズ305は長尺で、剛性が低いため、わずかな応力が加わるだけで変形(反り)を生じ易く、また、周囲温度の変化に伴って上下に温度分布(温度差)があると熱膨張差によっても変形してしまう。しかし、図3に示すように、トロイダルレンズ305を支持板301に沿わせることで形状を安定的に保ち、後述する傾き調整の際に局部的に応力が加わっても、トロイダルレンズ305を変形させることがない(母線の直線性を保持する)ようにしている。
トロイダルレンズ305を装着した支持板301は、レンズ中央部に形成された突起307を支持板301側に設けられた凹部316に嵌合させて位置決めされる。そして、図3、図4においてトロイダルレンズ305を上向きに付勢するよう、長さ方向一端側のハウジング取り付け面との間に板ばね304を架橋してハウジングに支持している。支持板301の他端部には、ステッピングモータ315が、そのシャフトを、支持板301に形成した嵌合孔316に貫通させて固定されている。上記シャフトの先端には送りねじが形成され、この送りねじは可動筒317のねじ孔に螺合され、可動筒317の先端はハウジング受け面に突き当てられている。したがって、ステッピングモータ315が回転駆動されると、トロイダルレンズ305が副走査方向(トロイダルレンズの高さ方向)に変位することができる。これにより、ステッピングモータ315の正逆回転に追従して、トロイダルレンズ305は光軸と直交する方向の面内で突起307の係合部を支点として回動調節することができる。この回動調節の方向をγ方向とする。この回動調節に伴って副走査方向におけるトロイダルレンズ305の母線が傾き、トロイダルレンズ305の結像位置としての走査ラインを傾けることができる。図1に示す実施例では、基準となる第4の画像形成ステーションを除く他のステーションのトロイダルレンズに、回転支点端の方向を揃えて、上記構成の走査ラインの傾きを調整する傾き可変手段が配備されている。
図4は、トロイダルレンズ305の装着状態を光軸方向からみた図である。トロイダルレンズ305は、長さ方向両端部が支持板301の立ち曲げ部310の縁で、中央が調節ねじ308の先端で支持され、調節ねじ308の突出し量が立ち曲げ部310の高さに足りない場合には、トロイダルレンズ305の母線312が下側に凸となるよう反る。逆に調節ねじ308の突出し量が立ち曲げ部310の高さを超えるとトロイダルレンズ305の母線312が上側に凸に反る。従って、これらの調節ねじを調整することによってトロイダルレンズの焦線が副走査方向に湾曲され、走査ラインの曲がりを補正することができる。一般に、走査ラインの曲がりは光学系を構成する光学素子の配置誤差や成形時の反り等に起因し、これをキャンセルする方向にトロイダルレンズ305を湾曲させることによって直線性を矯正することができ、あるいは、各走査ライン間の湾曲の方向と量を揃えることができる。
なお、上記した調節ねじは主走査方向に沿って複数箇所に配備してもよい。図示の例のように、中央部と立ち曲げ部310との中間の計3箇所に配備することにより、M型やW型の走査ライン曲がりについても補正が可能となる。また、図1に示す実施例では、基準となる第4の画像形成ステーションを含めた全てのトロイダルレンズに配備され、製造時にその他のステーションの走査ラインを、基準となる走査ラインの曲がりの方向と曲がり量とに揃うように合わせ、この状態を保ったまま、上記した傾き調整を行うことができるようにしている。
図1において、画像記録領域の走査開始側および走査終端側には、フォトセンサを実装した基板138、139が配備され、各ステーションにおいて走査されたビームを検出するようになっている。基板138は同期検知センサを構成し、この検出信号を基に各々書き込み開始のタイミングをはかるよう共用している。一方、基板139は終端検知センサを構成し、同期検知センサとの検出信号の時間差を計測することで走査速度の変化を検出するようになっている。検出された走査速度の変化に対応して、各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数を反比例倍して再設定することで、各ステーションによって記録される画像の、転写ベルト上での全幅倍率を安定的に保持することができる。
また、いずれかのセンサを、図6に示すように主走査方向に垂直なフォトダイオード152と非平行なフォトダイオード153とで構成することにより、フォトダイオード152からフォトダイオード153に至る時間差Δtを計測することで、光ビームの副走査位置のずれΔyを検出することができる。副走査位置のずれΔyは、フォトダイオード153の傾斜角γ、光ビームの走査速度Vを用いて、
Δy=(V/tanγ)・Δt
で表される。実施例では、Δtが常に一定となるように、後述する光軸変更手段を制御し、またはポリゴンミラー同士の回転位相を制御することで、各色画像の副走査方向のレジストがずれないように照射位置を保持することができる。
Δy=(V/tanγ)・Δt
で表される。実施例では、Δtが常に一定となるように、後述する光軸変更手段を制御し、またはポリゴンミラー同士の回転位相を制御することで、各色画像の副走査方向のレジストがずれないように照射位置を保持することができる。
図2は、光源ユニットの例を示す斜視図である。全ての光源ユニットは図2に示す構成と同一構成である。半導体レーザ501、502およびカップリングレンズ503、504は、各色に対応した画像信号を光走査する走査手段に、射出軸に対して主走査方向に対称に配備されている。半導体レーザ501,502はそのパッケージの外周が各々ベース部材505、506に裏側より圧入され、ベース部材505、506に固定されている。ベース部材505、506は、ホルダ部材307の裏面に重ねられ、ホルダ部材507の表側から貫通したねじをベース部材505、506の各3点に螺合して締め付けることにより、ホルダ部材507に当接させられて保持されている。ホルダ部材507には、その左右両側に、互いに外側に向かって開くV溝508、509が形成され、これらのV溝508、509にカップリングレンズ503,504がその外周を突き当てて配置されている。各カップリングレンズ503,504は、板ばね510、511がホルダ部材507にねじ固定されることにより、上記V溝508、50の内側に寄せられ、V溝508、50で位置決めされて固定されている。
このように半導体レーザ501,502を固定するに際し、半導体レーザ501,502の発光点がカップリングレンズ503,504の光軸上になるようにベース部材505、506の当接面(光軸に直交する面)上での配置を調節して、また、カップリングレンズ503,504からの射出光が平行光束となるように上記V溝508、509上(光軸上)での位置を調節して固定している。各半導体レーザ501,502からの射出光の光軸は射出軸Cに対して互いに交差する方向となるよう傾けられている。実施例ではこの交差位置をポリゴンミラーの偏向反射面の近傍となるようにベース部材505、506の傾斜を設定している。
駆動回路が形成されたプリント基板512は、ホルダ部材507に立設した台座にねじにより装着し、各半導体レーザ501,502のリード端子をプリント基板512のスルーホールに挿入してハンダ付けすることで光源ユニット500が一体的に構成される。光源ユニット500は、各ホルダ部材507の円筒部513が光走査装置のハウジングの壁面に高さを異ならしめて形成された係合孔に挿入されて位置決めされ、ホルダ部材507の当接面514が上記ハウジングの壁面に突き当てられネジ止めされることによって組み立てられている。この組み立てに際して、各ホルダ部材507の円筒部513を基準としてこの円筒部513に倣い回転させて傾け量γを調整することで、被走査面におけるビームスポット間隔を記録密度に応じた副走査方向の走査ラインピッチPに合わせることができる。
次に、図7、図8を参照しながら、書き込み制御回路の動作について説明する。まず、画素クロック生成部601について説明する。カウンタ603では、高周波クロック生成回路602で生成された高周波クロックVCLKをカウントする。比較回路604ではこのカウント値と、デューティ比に基づいてあらかじめ設定される設定値L、および画素クロックの遷移タイミングとして外部のメモリ607から与えられ、位相シフト量を指示する位相データHとを比較し、カウント値が上記設定値Lと一致したときに画素クロックPCLKの立下りを指示する制御信号Lを、位相データHと一致したときに画素クロックPCLKの立ち上がりを指示する制御信号hを画素チェック制御回路608に向けて出力する。カウンタ603は制御信号hと同時にリセットされ再び0からカウントを行なうことで、連続的なパルス列を形成することができる。こうして、1クロック毎に位相データHを与えることにより、画素チェック制御回路608において順次パルス周期が可変された画素クロックPCLKを生成する。実施例では、画素クロックPCLKは、高周波クロックVCLKの8分周とし、1/8クロックの分解能で位相が可変できるようにしている。
図8は、1/8クロックだけ位相を遅らせた例である。デューティ50%とすると設定値L=3が与えられ、カウンタ603で4カウントされ画素クロックPCLKを立ち下げる。1/8クロック位相を遅らせるとすると位相データH=6が与えられ、7カウントで立上げる。同時にカウンタ603がリセットされるので、4カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が1/8クロック分縮められたことになる。
こうして生成された画素クロックPCLKは、書き込み制御部609を経て光源駆動部605に与えられ、画素クロックPCLKを基準に、画像処理部606により読み出された画像データを各画素に割り当てて変調データを生成し、半導体レーザを駆動するように構成されている。このように、位相をシフトする画素を所定間隔で配置することによって、走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪を補正することができる。
実施例では、図10に示すように、主走査領域を複数の区間に分割し、分割区間毎に位相をシフトする画素の間隔とシフト量を以下に示す如く設定し、位相データとして与えている。いま、主走査位置xに対する倍率の変化をL(x)とすると、ビームスポット位置ずれの変化M(x)は次の式のようにその積分値で表される。
M(x)=∫L(x)dx
分割区間の始点と終点でビームスポット位置ずれが0となるように補正することを想定し、任意の分割区間の倍率の変化に伴う分割区間幅のずれをΔm、位相シフトの分解能をσ(一定)、分割区間内の画素数をNとすると、位相をシフトする画素の間隔は、
D≒N/(Δm/σ) 但し、Dは整数
で示され、D画素毎にσずつ位相をシフトすればよい。上記実施例では、σは1/8画素となる。従って、この場合、分割区間のちょうど中間位置でビームスポット位置ずれ残差が最大となるが、この残差が許容範囲内となるように各分割位置、分割区間の数を決めればよい。
M(x)=∫L(x)dx
分割区間の始点と終点でビームスポット位置ずれが0となるように補正することを想定し、任意の分割区間の倍率の変化に伴う分割区間幅のずれをΔm、位相シフトの分解能をσ(一定)、分割区間内の画素数をNとすると、位相をシフトする画素の間隔は、
D≒N/(Δm/σ) 但し、Dは整数
で示され、D画素毎にσずつ位相をシフトすればよい。上記実施例では、σは1/8画素となる。従って、この場合、分割区間のちょうど中間位置でビームスポット位置ずれ残差が最大となるが、この残差が許容範囲内となるように各分割位置、分割区間の数を決めればよい。
図9は、実施例におけるビームスポット位置ずれ制御を示すブロック図である。一般に、各色画像の重ね合わせ精度は、図1に示す転写ベルト105上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることで、主走査倍率、副走査レジスト、走査ラインの傾きを、基準となるステーションからのずれとして検出し、定期的に補正制御が行なわれている。補正制御は、例えば、装置の立ち上げ時やジョブ間等のタイミングで行ない、1ジョブのプリント枚数が多くなる場合には、その間の温度変化によるずれを抑えるために、途中で割り込みをかけて補正がかけられる。検出手段は、図1に示すように、照明用のLED素子154と、上記転写ベルト105上のトナー像からの反射光を受光するフォトセンサ155、およびこのフォトセンサ155の前方に配置された集光レンズ156とを有してなる。実施例では、検出手段が画像の左右両端と中央の3ヵ所に配備されている。検出パターンは、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのトナー像を主走査方向から約45°傾けて、所定ピッチで並列させたシェブロンパッチと呼ばれるラインパターン群からなり、転写ベルト105の移動に応じて基準色であるブラックとの検出時間差を読み取っていくように構成されている。
図11は、その一例を示す。図11において、上記検出手段による検出ラインは、トナーによる上記ラインパターン群からなる検出パターンを横切るように設定されていて、転写体の移動に伴い検出ライン上の検出パターンを読み取る。図11において紙面上下が主走査方向に相当し、左からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの順にラインパターンが形成されている。左側のラインパターンと右側のラインパターンの傾き方向が互いに逆向きになっている。これらのラインパターンを上記検出ラインに沿って検出し、基準色であるブラックとの検出時間差tyk、tmk、tckとこれらの理論値との差より、各色の副走査レジストを、また、傾き角の異なる一組のラインパターンの検出時間差tk、tc、tm、tyの理論値との差より、各色の主走査レジストのずれを求める。
走査ラインの傾きずれについては、両端の副走査レジスト差より求め、上記したトロイダルレンズの傾き調整手段を駆動し補正する。副走査レジストについては、各検出値の平均より求め、ポリゴンミラーの偏向反射面1面おき、つまり1走査ラインピッチPを単位として副走査方向における書き込みタイミングを合わせる。
さらに、昨今のカラー画像への要求品質の高まりに伴い1走査ラインピッチP以下の精度でレジストずれを合わせる必要があるため、光走査ユニット毎に基準となるステーションによる照射位置、実施例ではイエローおよびシアンの照射位置に対し各々マゼンタおよびブラックの照射位置を後述する光軸変更手段を用いて微調整する。
また、光走査ユニット間、言いかえれば、イエローとシアンとのレジストずれについては後述するようにポリゴンミラー同士の回転位相を所定値に制御することで、トナー像によって検出された副走査レジストずれのうち、書出しタイミングによって補正できない1走査ラインピッチP以下の余分をも補正できるようにしている。
また、ページ間においても、上記したようにフォトダイオード152、153を用い、画像記録中に蓄積された計測値を基にフィードバック補正することにより、照射位置を安定的に保つことができる。
主走査倍率については、両端の主走査レジストレジスト差より求め、各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数と同期検知信号からのタイミングを調整することで、画像の全幅と書出し位置を揃える。
ページ間においては、上記したように同期検知信号と終端検知信号との検出時間を基に、倍率変化を常に監視し、温度変化があっても全幅が変化しないように基準周波数を補正するとともに、中間像高においても倍率の歪みが生じないように、あらかじめ、温度変化に伴って生じる分割区間毎の倍率変化を予測して重み付けられた位相データを、全幅倍率の可変量に対応してデータテーブルより読み出し、主走査方向の全域に渡って倍率が均一になるようにしている。
このように、実施例では、トナー像検出による定期的な補正に加え、ジョブ中の変動を監視し、ページ間でも補正をかけることで、ジョブ中においてもわざわざプリント動作を中断することなく各色画像の重ね合わせ精度が保たれるようにしている。
図5は光軸変更手段である非平行平板の支持部の例を斜視図で示す。非平行平板321は、円筒状のホルダ部材322の中央枠内に嵌められて固定され、円形の窓形の軸受部323を形成した支持部材324の上記軸受部323に、ホルダ部材322に一体に形成した円筒状の嵌合部325を挿入している。ただし、この嵌合部325には一対の突起326が半径方向外側に向けて形成されていて、この一対の突起326を、上記軸受部323に形成されている切り欠きに合わせて挿入し、ホルダ部材322を回転させて非平行平板321を水平に戻すようになっている。こうすることで、突起326が支持部材324の裏側に引っ掛かり、支持部材324に密着した状態で嵌合部325を基準に回転可能に保持される。支持部材324は、底面を基準にハウジングにねじ止めされ、軸受部323の回転中心が光源ユニットの射出軸中心に合うように、高さHが設定されており、非平行平板321とともにホルダ部材322を回転することによって、ビームの射出軸をわずかに傾けることができるように構成されている。
ホルダ部材322の一端にはレバー部327が半径方向外方に向かって形成されている。支持部材324は一側上部が庇状に折り曲げられ、この折り曲げ部に貫通孔330が形成されている。上記折り曲げ部にはステッピングモータ328が固定され、ステッピングモータ328の軸が上記貫通孔330を貫通し、ステッピングモータ328の軸の先端に形成されている送りねじが上記ホルダ部材322のレバー部327に螺合している。したがって、ステッピングモータ328の軸の回転によって上記レバー部327が上下動し、これに伴って非平行平板321とともにホルダ部材322が回動することができるようになっている。なお、ホルダ部材322の回動時のバックラッシュをとるため、ホルダ部材322のピン331と支持部材324のピン332との間にスプリング329を掛けて引張力を与え、一方向に片寄せする構成としている。
いま、非平行平板321の回転角をγ、非平行平板321の頂角をε、カップリングレンズの焦点距離をfc、光学系全系の副走査倍率をζとすると、感光体面での副走査位置の変化は、
Δy=ζ・fc・(n−1)ε・sinγ nは非平行平板の屈折率
で与えられ、微小回転角の範囲では回転角にほぼ比例して可変できる。実施例では、非平行平板321の頂角εは約2°である。このような非平行平板の代わりに、従来例で開示されている液晶偏向素子やガルバノミラーを光軸変更手段として用いても同様である。
Δy=ζ・fc・(n−1)ε・sinγ nは非平行平板の屈折率
で与えられ、微小回転角の範囲では回転角にほぼ比例して可変できる。実施例では、非平行平板321の頂角εは約2°である。このような非平行平板の代わりに、従来例で開示されている液晶偏向素子やガルバノミラーを光軸変更手段として用いても同様である。
図12は、上記光走査装置を搭載した多色画像形成装置の例を示す。この例は、4色に対応した画像を形成することができ、4つ感光体ドラムを有する4つの画像形成ステーションからなるタンデム方式の画像形成装置である。ここでは、ひとつの画像形成ステージョンについて具体的に説明する。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901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が配置されている。これらの各部材によって、感光体ドラム901に対し、帯電、露光、現像、転写、などのプロセスからなる電子写真プロセスが実行され、転写紙に多色(カラー)画像が形成される。これまで説明してきた光走査装置は、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する。感光体ドラム901へは上記したようにポリゴンミラー1面毎の走査により複数ライン、実施例では5ライン同時に画像記録が行われる。
上記した画像形成ステーションは転写ベルト906の移動方向に並列され、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906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。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、転写ベルト906により上記記録紙にカラー画像が転写され、このカラー画像は定着ローラ910で定着され排紙ローラ912により排紙トレイ911に排出される。
図13は、ポリゴンミラーの位相を制御する回路のブロック図である。ポリゴンミラー401、402はポリゴンモータのロータ4031,4032に装着され、回路基板4041,4042に回転自在に支持されている。一般に、ポリゴンモータのロータマグネットは円周方向に等分するようにS極とN極が配列され、また、回路基板4041,4042上には、回転位置検出手段としてのホール素子405、406が設けられている。ポリゴンモータ401,402の回転につれ上記ロータマグネットの各極の境目がホール素子405、406上を通過する毎に、一定周期の回転位置検出信号が発生される。
ポリゴンミラー401、402は、回転数に応じた一定の周波数のパルス信号f0が外部から入力され回転するが、このパルス信号と上記した回転位置検出信号とをPLL回路411,412に入力することで、回転位置検出信号が一定周期となるように位相を制御した駆動周波数fdを生成してポリゴンミラー401、402を等速で回転駆動する。各ポリゴンミラー401、402には同一周波数のパルス信号f0が入力され回転数は等しい。一方、ポリゴンミラー401、402により偏向された光ビームは、同期検知センサ407、408により各走査の開始端で検出され、ポリゴンミラー401、402の偏向反射面毎に同期検知信号が発生される。上記各偏向反射面の分割角度は一定であるので、上記同期検知信号も一定周期のパルス信号となる。従って、ポリゴンミラー401、402の面数と、ポリゴンミラー401、402の1回転に対応した回転位置検出信号とのパルス数が等しくなるように各ポリゴンモータの極数を設定すれば、モータの駆動周波数が等しくなるので位相制御が容易になる。
通常、ポリゴンモータの回転位置を検出するホール素子の配置とポリゴンミラーの各面とは周方向に角度を合わせて取り付けているわけではないので、ホール素子からの回転位置検出信号と同期検知信号とは各々位相が異なる。実施例では、各々の光走査ユニットでのポリゴンミラーにおいて、光ビームが同期検知センサを通過する際のポリゴンミラーの回転角が合うように、同一像高に同期検知センサを配置してある。また、複数のポリゴンミラーのいずれか一方、図13ではポリゴンミラー401を基準とし、もう一方の同期検知信号の位相差を加算器414に入力することで、PLL回路412から出力された駆動周波数fdの位相を制御し、同期検知信号同士の検知タイミングが所定値となるようにポリゴンミラーの回転位相tを制御している。
実施例では、この際の回転位相tを以下のように設定している。上記転写ベルトの移動速度をv(mm/s)、転写ベルト上で検出されたレジストずれをd(mm)、ポリゴンミラーの走査周波数をf(Hz)とすると、回転位相tは、
t=d/v−k/f ここで、kはtを最小とする整数
となる。常に、この条件を満たすように制御することにより、各光走査ユニット間のレジストずれdは、1ライン以下まで良好に補正することができる。なお、走査周波数fは、記録密度DPIを用いて表すと、
f=v・DPI/25.4
であり、ポリゴンミラーの回転数Rは、面数nを用いて、
R=60×f/n
となる。
t=d/v−k/f ここで、kはtを最小とする整数
となる。常に、この条件を満たすように制御することにより、各光走査ユニット間のレジストずれdは、1ライン以下まで良好に補正することができる。なお、走査周波数fは、記録密度DPIを用いて表すと、
f=v・DPI/25.4
であり、ポリゴンミラーの回転数Rは、面数nを用いて、
R=60×f/n
となる。
図14は、4つの光走査装置により各々に対応した感光体ドラムを走査するようにした画像形成装置の例で、このような構成においても本発明を適用することができる。図14において、転写ベルト165の移動方向に4つの画像形成ステーションが配置されている。各画像形成ステーションに対応させて光走査ユニットが配備され、各光走査ユニットにより、各光走査ユニットに対応する感光体ドラム161、162、163、164に各色の画像信号で変調された光ビームが走査され、各色の静電潜像を形成するようになっている。各光走査ユニットの構成を、一つの光走査ユニットで代表して説明する。光源ユニット110からほぼ平行光束で射出された光ビームは、シリンダレンズ116により副走査方向にのみ収束させられてポリゴンミラー109の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像されるようになっている。上記光ビームはポリゴンミラー109が回転駆動されることにより偏向され、fθレンズ121を通ってミラー135で反射され、トロイダルレンズ124に入射し、ミラー136で反射されて感光体ドラム161に導かれ、被走査面としての感光体ドラム161の表面上を走査するようになっている。図1に示す実施例と同様に、走査開始側には同期検知センサ140が、走査終端側には終端検知センサ141が配備されている。
他の感光体ドラム162,163,164を有してなる他の光走査装置の構成も、上記感光体ドラム161を有してなる光走査装置と同様に構成されている。図14に示す実施例が図1に示す実施例と異なる点は、4つの光走査装置が上下方向に並べられて、転写体としての転写ベルト165が上下方向に配置され、転写紙をしたから上に向かって搬送しながら、各感光体ドラム上のトナー像を重ねて転写するようになっている点である。各光走査装置の感光体ドラム161、162、163、164は水平方向に平行に配置され、各光偏向器としてのポリゴンミラーは水平面内において回転駆動されて光ビームを水平面内において偏向し、この水平方向の偏向光ビームの進路上にfθ機能を有する第1の走査結像光学系が位置している。第1の走査結像光学系を透過した光ビームは、ミラー、第2の走査結像光学系、ミラーを介して各感光体ドラムに導かれ、各感光体ドラム面を走査して静電潜像による画像を形成するように構成されている。
101 像担持体としての感光体ドラム
105 転写体としての転写ベルト
106 光偏向器としてのポリゴンミラー
107 光源ユニット
117 非平行平板
120 fθレンズ
138 同期検知センサを構成する基板
105 転写体としての転写ベルト
106 光偏向器としてのポリゴンミラー
107 光源ユニット
117 非平行平板
120 fθレンズ
138 同期検知センサを構成する基板
Claims (10)
- 光源からの光ビームをポリゴンミラーにより走査し像担持体上に静電像を形成する光走査手段を複数備え、これらの光走査手段により形成された静電像を各色トナーにより現像し、各トナー像を転写体上で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おいて、
上記重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれ量dを検出するレジストずれ検出手段と、上記各ポリゴンミラー間の回転位相tを検出する回転位相検出手段とを備え、
上記転写体の移動速度をv、ポリゴンミラーの走査周波数をfとすると、上記回転位相tが
t=d/v−k/f
ここで、kはtを最小とする整数
なる条件を満たすよう制御してレジストずれ量dを補正することを特徴とする多色画像形成装置。 - 光源からの光ビームをポリゴンミラーにより走査し像担持体上に静電像を形成する光走査手段を複数備え、これらの光走査手段により形成された静電像を各色トナーにより現像し、各トナー像を転写体上で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おいて、
上記重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれ量dを主走査方向における複数箇所で検出するレジストずれ検出手段と、上記各ポリゴンミラー間の回転位相tを検出する回転位相検出手段と、上記像担持体上の走査ライン同士の傾きを調整する傾き可変手段とを備え、
上記傾き可変手段は、複数箇所のレジストずれが揃うように主走査ラインの傾きを調整するとともに、上記回転位相tが、検出されたレジストずれ量dに基づいて決定された所定値となるよう制御してレジストずれ量dを補正することを特徴とする多色画像形成装置。 - 複数の発光源を有する光源からの光ビームを単一のポリゴンミラーにより走査し、各発光源からの光ビームに対応した像担持体上に静電像を形成する光走査手段を複数備え、これらの光走査手段により形成された静電像を各色トナーにより現像し、各色トナー像を転写体上で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おいて、
上記重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれ量dを検出するレジストずれ検出手段と上記各ポリゴンミラー間の回転位相tを検出する回転位相検出手段とを備え、
上記回転位相tが、検出されたレジストずれ量dに基づいて決定された所定値となるように制御してレジストずれ量dを補正するとともに、上記像担持体上の走査ライン位置を調整し各色トナー像間の副走査方向のレジストを補正する照射位置可変手段を備えていることを特徴とする多色画像形成装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の多色画像形成装置において、回転位相検出手段は、ポリゴンミラーにより走査された光ビームを検出する光検知手段からなることを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の多色画像形成装置において、回転位相検出手段は、ポリゴンミラーの面数に対応した検出信号を発生することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項4乃至5のいずれかに記載の多色画像形成装置において、回転位相検出手段は、同期検知信号をもとに回転位相を検出することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項6に記載の多色画像形成装置において、各光走査手段における同期検知信号から画像書き出しまでのタイミングを略同一としてなることを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の多色画像形成装置において、各像担持体上における走査方向が揃っていることを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の多色画像形成装置において、ポリゴンミラーに所定の基準クロックを入力して走査周波数fを制御するとともに、ポリゴンミラーの回転に応じて一定周期の回転位置検出信号を発生する回転位置検出手段を備え、上記回転位置検出信号に対する基準クロックの位相を可変して回転位相tを制御することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項9に記載の多色画像形成装置において、回転位置検出手段は、ポリゴンミラーの回転に応じて回転位相検出手段と同一周期の検出信号を発生することを特徴とする多色画像形成装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007233210A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置および画像形成装置 |
JP2012234087A (ja) * | 2011-05-06 | 2012-11-29 | Canon Inc | 光走査装置及び画像形成装置 |
US8867973B2 (en) | 2010-09-15 | 2014-10-21 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus and image forming method that corrects test pattern data and image data based on color displacement amount |
-
2004
- 2004-08-04 JP JP2004227650A patent/JP2006044029A/ja active Pending
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