JP2006058795A - 光ビーム走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２本の光ビームの書き込み開始位置の各画素間隔（繋ぎ目）を確実、且つ、容易に調整する。
【解決手段】 各光ビ−ムに対応して光ビームの走査ライン基準位置を検出する同期検知手段と、同期検知手段による同期検知信号に基づいて画像開始位置までの主走査方向の距離を変更する第１の変更手段と、副走査方向の画像位置を変更する第２の変更手段と、感光体上に主走査方向及び副走査方向の各々に複数の顕像ラインを形成する顕像ライン形成手段と、顕像ラインを検知する顕像ライン検知手段と、この顕像ライン検知手段の検知信号により前記顕像ラインが検知範囲内か否かを判定し、検知信号に含まれる特定信号の位置又は間隔を算出して前記主走査方向、及び副走査方向の夫々のライン画像位置又は間隔を特定するための信号処理を行う信号処理手段と、光ビームの画像書込開始位置を変更することにより、複数本のライン画像の位置又は間隔を予め定め設定された目標値に追従させるように制御する制御手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の光ビームを繋ぎ合わせて使用する光ビームの位置調整装置に関わり、特に、レーザ書き込み部を備えるプリンタ、複写機、ＦＡＸ装置などの画像形成装置に好適なものである。

複写機のデジタル化が進む中で、Ａ１、Ａ０等の広幅用紙に対応した複写機においてもデジタル化が進む傾向にあり、さらなる高画質化が要求されている。現在Ａ１、Ａ０等の広幅用紙に対応のデジタル複写機の光書き込み装置は、ＬＥＤアレイを用いて書き込む方式が主流であるが、これはレーザ光（光ビーム）をポリゴンミラー等で偏向走査して書き込む方式に比較してコスト高であり、画質的にも劣ることは否めない。ただし、Ａ０幅でのレーザ光走査による書き込みを考えた場合、光路長の長さ、レンズの大型化、反射ミラーの長尺化等からユニットの大型化、コスト高が課題となる。そこで、従来からレーザ光の主走査方向に２つの書き込み系を繋ぎあわせて広幅の走査幅を得る方法が種々提案されている。
例えば、光ビームの主走査方向に複数の部分露光範囲を持ち、各部分露光範囲は別の光ビームによって露光する分割走査を行う。そして、隣り合う部分露光範囲が重なりあっている重複露光範囲を有し、その重複部分の現像後の濃度を検出することにより、光ビームの位置関係を判断し、所望の位置関係となるよう制御する技術が開示されている（特許文献１）。
また同期センサ、光ビーム位置センサを有し、主走査ライン方向に複数の光ビームを繋ぐにあたり、光ビーム位置センサの信号に応じて光ビームの点灯位置を変更するようにした技術なども各種提案されている（特許文献２〜特許文献４）。
また、１つのポリゴンで２つの書き込み系の光ビームを走査し、画像のほぼ中央部から光ビ−ム走査を開始し、主走査方向に光ビ−ムを繋ぎ合わせる方式により低コストで、コンパクトな広幅対応の書き込み系を達成するようにした技術も提案されている（特許文献５）。
特許第３２８７２８９号 特開平１０−１０２２１号公報 特開２０００−２３５１５５公報 特開２０００−２６７０２７公報 特開２０００−１８７１７１公報

しかしながら、主走査方向に２つの書き込み系を繋ぎあわせて広幅の走査幅を得る場合には、温度変動によって生じる走査線の副走査方向へのズレ、即ちハウジングやレンズ系の熱膨張によって光路が微妙に変化するという欠点があった。このような２本の繋ぎ目のズレを調整するにあたっては、２本の光ビームの書き込み開始位置を正確に検出し、その調整を容易に行うことが求められている。
そこで、本発明は２本の光ビームの書き込み開始位置の各画素間隔（繋ぎ目）を確実、且つ、容易に調整することができる光ビーム走査装置、及びそのような光ビーム走査装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、感光体上で少なくとも複数本の光ビームの走査ラインを繋げて主走査方向を分割して走査する画像形成装置において、各光ビ−ムに対応して光ビームの走査ライン基準位置を検出する同期検知手段と、前記同期検知手段による同期検知信号に基づいて画像開始位置までの主走査方向の距離を変更する第１の変更手段と、副走査方向の画像位置を変更する第２の変更手段と、前記感光体上に主走査方向及び副走査方向の各々に複数の顕像ラインを形成する顕像ライン形成手段と、前記顕像ラインを検知する顕像ライン検知手段と、該顕像ライン検知手段の検知信号により前記顕像ラインが検知範囲内か否かを判定し、前記検知信号に含まれる特定信号の位置又は間隔を算出して前記主走査方向、及び副走査方向の夫々のライン画像の位置又は間隔を特定するための信号処理を行う信号処理手段と、前記光ビームの画像書込開始位置を変更することにより、複数本のライン画像位置又は間隔を予め設定された目標値に追従させるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光ビーム走査装置において、前記信号処理手段は、前記顕像ライン検知手段の検知信号により前記顕像ラインが検知範囲内か否かの判定を行う際に、前記顕像ラインの信号レベル、ライン幅、変化率の少なくとも１つを用いて判定を行うことを特徴とする。
また請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光ビーム走査装置において、前記信号処理手段は、当該光ビーム走査装置の動作に対応した特定の期間に前記信号処理手段による判定を行うことを特徴とする。
また請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光ビーム走査装置において、前記信号処理手段は、前記顕像ライン検知手段により前記顕像ラインを検知したときに、前記顕像ラインを形成する複数のラインのライン幅、又はライン濃度を近似させることを特徴とする。
また請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光ビーム走査装置において、前記顕像ラインを前記感光体に形成する際に、その形成位置を使用条件に応じて変更し、形成位置に応じて前記顕像検知手段により検知を行う位置を変更することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光ビーム走査装置を備えている画像形成装置であることを特徴とする。

請求項１の本発明によれば、調整工程において主走査方向と副走査方向にそれぞれ複数本の顕像ラインを作成し、その顕像ラインの位置又は間隔を検知する場合に、顕像ライン検知手段の検知信号により検知タイミングを決定するようにしているので的確なタイミングで検知を行うことができるため、高精度の位置又は間隔の検知を行うことができる。
請求項２の本発明によれば、調整工程において主走査方向と副走査方向にそれぞれ複数本の顕像ラインを作成し、その顕像ラインの位置又は間隔を検知する場合に、顕像ライン検知手段の検知出力の信号レベル、ピーク値に対する比率、信号幅（時間間隔）、信号変化率を適宜利用して検知を行うようにしているので、位置又は間隔を精度よく算出することができる。
請求項３の本発明によれば、調整工程において、主走査方向と副走査方向にそれぞれ複数本の顕像ラインを作成し、その位置又は間隔を検知する際に、顕像ライン検知手段により、そのラインを検知する各タイミングを顕像ラインの感光体表面の特定部分に限定しているので誤動作を防止することができる。
請求項４の本発明によれば、調整工程において、主走査方向と副走査方向にそれぞれ複数本の顕像ラインを作成し、その位置又は間隔を検知するに際に、複数本の顕像ラインの幅、濃度を近似させているので、顕像ラインの位置又は間隔を算出するときの誤差を減少させることができる。
請求項５の本発明によれば、調整工程において、主走査方向と副走査方向にそれぞれ複数本の顕像ラインを作成し、その位置又は間隔を検知する際に、顕像ラインの形成場所を例えば感光体表面上で変更、すなわち顕像ライン検知手段が検知する位置を変更しているので、感光体上の顕像ライン検知手段の光源による光照射履歴による異常画像等の副作用を防止することができる。
請求項６記載の発明によれば、上記請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光ビーム走査装置を画像形成装置に適用したことで、上記請求項１乃至請求項５の効果が得られる画像形成装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態としての光ビーム走査装置の構成及び動作を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態としての光ビーム走査装置の概略構成を示す斜視図であり、デジタル複写機等の画像形成装置の光書き込み装置に用いた例を示すものである。また、以下に説明する２本の光ビームの書き込み開始位置の調整は、例えば電源投入時や所定のコピー枚数に達したときのどの任意のタイミングにおいて行うものとする。
図１に示す光ビーム走査装置（光書き込み装置）は、光ビームを出射する光源として半導体レーザ（ＬＤ）光源１−１、１−２を２つ備え、各半導体レーザ光源（以下、単に「光源」という）１−１、１−２の出射ビームに対してそれぞれコリメートレンズ２−１、２−２と、シリンドリカルレンズ３−１、３−２が配設されている。コリメートレンズ２−１、２−２、シリンドリカルレンズ３−１、３−２を介してそれぞれ導光された２つの光ビームを偏向する偏向手段として複数の偏向面を有する単一のポリゴンミラー４が設けられている。このポリゴンミラー４で偏向された２つの光ビームを被走査面である感光体ドラム１０上にそれぞれ結像する結像手段としては、第１Ｆθレンズ５−１、５−２と第２Ｆθレンズ６−１、６−２がそれぞれ設けられており、さらに走査方向変更手段として、２系統の光路のそれぞれに２枚のミラー、即ち第１ミラー７−１、７−２と第２ミラー８−１、８−２が配設されている。さらにまた、結像光学系の光路上には、第１、第２ミラーにより走査方向を変更された走査光を被走査面である感光体ドラム１０に導くための第３ミラー９−１、９−２が配設されている。このように図１に示す光ビーム走査装置においては、２系統の光書き込み系を備えており、ポリゴンミラー４は２系統の光書き込み系で共用される構成になっている。尚、本実施の形態ではポリゴンミラー４より左側半分の光書き込み系を第１書き込み系Ｉ、右側半分の光書き込み系を第２書き込み系ＩＩと呼ぶものとする。

第１書き込み系Ｉにおいて、半導体レーザ光源１−１は、図示しない駆動装置により制御され、画像信号に応じて変調されたレーザ光を出射する。このレーザ光はコリメートレンズ２−１で平行光とされ、シリンドリカルレンズ３−１を経てポリゴンミラー４に入射される。ポリゴンミラー４は、図示しないモータにより回転されており、ポリゴンミラー４に入射されたレーザビームは偏向面で反射され偏向走査される。そしてポリゴンミラー４で偏向走査された光ビームは第１、第２Ｆθレンズ５−１、６−１によってそれぞれ等角速度偏向から等速偏向に変更され、第１、第２ミラー７−１、８−１により走査方向を変更された後、第３ミラー９−１によって反射されて、被走査面である感光体ドラム１０の方向に導かれ、感光体ドラム１０上の所定走査位置の中央から一方側の端部に向かって走査する。
第２書き込み系ＩＩは、第１書き込み系Ｉと同様の構成であり、第１書き込み系を、ポリゴンミラー４を中心に１８０°回転させた位置に配置されている。そして、ＬＤ光源１−２から出射したレーザ光はコリメートレンズ２−２で平行光とされた後、シリンドリカルレンズ３−２を経てポリゴンミラー４に入射し、ポリゴンミラー４で偏向走査され、第１、第２Ｆθレンズ５−２、６−２、第１、第２、第３ミラー７−２、８−２、９−２を経て感光体１０に至り、感光体ドラム１０上の所定走査位置の中央から、第１書き込み系Ｉとは逆方向の端部に向かって走査される。
なお、図１中の符号１１−１、１１−２はそれぞれ、第１、第２書き込み系Ｉ、ＩＩの第１の同期検知センサで、各同期検知センサ１１−１、１１−２はレーザビームの走査領域外に設けられ、レーザビームの１走査毎にレーザビームの走査タイミングを検知する。また、図示しない書き込み制御回路は、第１の同期検知センサ１１−１、１１−２で検知されたタイミングに応じて第１、第２書き込み系Ｉ、ＩＩのレーザビームの走査タイミングと書き込み開始位置との同期を取るように制御を行っている。

さらに、本実施の形態の光ビーム走査装置には環境変動による書き込み倍率変動を検出するための検知センサとして第２の同期検知センサ１３−１、１３−２と、第３ミラー９−１、９−２を回転駆動するステッピングモータ１４−１、１４−２が設けられている。また、ドラム１０上には複数の間隔検出用ライン（顕像ライン）１６−ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・ｎ）がドラムの周方向に形成されており、この間隔検出用ライン１６−ｎを検出するためのライン間隔センサ（顕像ライン検知手段）１５が設けられている。
また、ドラム１０にはドラムマーク１７−１と、このドラムマーク１７−１を検出するドラムセンサ１７が設けられている。
これら第２の同期検知センサ１３−１、１３−２、ステッピングモータ１４−１、１４−２、ライン間隔センサ１５、ドラムセンサ１７は制御部３０に接続されている。なお、制御部３０については後述する。

図２は、図１に示す光ビーム走査装置を上方から見た概略平面図であり、図中のＭの２点鎖線は走査光が第１、第２ミラー７−１、８−１（７−２、８−２）で反射される位置（第１、第２ミラーの反射面）を、Ｍ’の２点鎖線は走査光が第３ミラー９−１（９−２）で反射される位置（第３ミラーの反射面）をそれぞれ示しており、Ｑの１点鎖線は感光体ドラム１０の中心線を、Ｒの１点鎖線は走査面上での結像光学系の光軸（走査ビームの光軸）をそれぞれ示している。また、図中の矢印１３はポリゴンミラー４の回転方向を、矢印１４は感光体ドラム１０上で走査線が走査される方向（ビーム走査方向）を示している。また、図３、図４は図２の光ビーム走査装置をＡ方向から見たときの光路の概略を示す図であり、図３は第１書き込み系Ｉだけの光路の概略を、図４は第１書き込み系Ｉと第２書き込み系ＩＩの光路の概略を示している。
尚、上記構成の光ビーム走査装置は、通常、埃等の付着を嫌うため、図示しない光学箱内部に密閉され、精度良く固定、配置されている。ただし、レーザの出射口は開放する必要があるため、光学箱にはレーザ出射口を設け、その出射口には図４に示す防塵ガラス１２−１、１２−２等を配置して埃等の侵入を防いでいる。
以上、本発明に係る光ビーム走査装置の一構成例を示したが、本発明の光ビーム走査装置では、同一の感光体ドラム（被走査面）１０上で分割走査される２つの走査線が１つのポリゴンミラー４により偏向走査されているため、ポリゴンミラー等の偏向手段を複数使用した場合と比較して、偏向手段自体の同期を取る必要がない。このため、副走査方向で二つの走査線の書き出しタイミングを容易に揃えることができ、副走査方向の走査線の位置ズレを防止することができる。

図５は本実施の形態の光ビーム走査装置のブロック図である。
ライン間隔センサ１５は、２次元の位置センサ（ＰＳＤ（Position Sensing Device））を用いて構成される。ＰＳＤは、行２５６×列２５６画素（計６５５３６画素）により構成され、各画素間隔（ピッチ）は約８μｍである。
ライン間隔センサ１５には、制御部３０からクロックＣＬＫ、スタート信号ＳＴが与えられ、主走査方向（行）に対応した出力信号ＶＸ１、副走査方向（列）に対応した出力信号ＶＹ１とトリガ信号Ｔｒｉｇ１を出力する。
ライン間隔センサ１５から出力される出力信号ＶＸ１は、オペアンプＯＰ１、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、可変抵抗ＶＲ１からなる増幅器３２−１に入力される。増幅器３２−１の出力はＡＤ変換器（ＡＤＣ１）３３−１によりデジタル信号ＤＸ１に変換後、制御部３０に入力される。ＡＤ変換器（ＡＤＣ１）３３−１の入力信号取り込みはトリガ信号Ｔｒｉｇ１の立下りタイミングで開始され、立ち上がりまでにＡＤ変換される。ＡＤ変換されたデジタル信号は次の立下りタイミングまで保持され、保持されている間に制御部３０に取り込まれる。
同様に出力信号ＶＹ１はオペアンプＯＰ２、抵抗器Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、可変抵抗ＶＲ２からなる増幅器３２−２に入力される。その増幅器３２−２の出力はＡＤ変換器（ＡＤＣ２）３３−２によりデジタル信号ＤＹ１に変換後、制御部３０に入力される。ＡＤ変換、制御部３０への取り込みも出力信号ＶＸ１で行った処理と同様に行う。

第１の同期検知センサ１１−１の同期検知信号ＤＥＴ１−１は、遅延回路３４−１で遅延され、遅延同期検知信号ＤＤＥＴ１となり制御部３０へ入力される。遅延回路３４−１は制御部３０からの遅延用信号Ｓ１により１ｎＳ間隔（例えばドラム１０上の主走査方向１μｍに対応）により０〜２５６ｎＳ範囲で遅延時間を変更する。第２の同期検知センサ１３−１の同期検知信号ＤＥＴ１−２は制御部３０へ入力される。
同様に第１の同期検知センサ１１−２の同期検知信号ＤＥＴ２−１は遅延回路３４−２で遅延され、遅延同期検知信号ＤＤＥＴ２となり制御部３０へ入力される。遅延回路３４−２は制御部３０からの遅延用信号Ｓ２により１ｎＳ間隔で、且つ、０〜２５６ｎＳ範囲で遅延時間を変更する。第２の同期検知センサ１３−２の同期検知信号ＤＥＴ２−２は制御部３０へ入力される。
ライン間隔センサ１５用のＬＥＤ光源３５からの光は、ドラム１０上で反射され、図示しないエリアセンサであるライン間隔センサ１５の受光部に入射される。
ＨＰセンサ３６−１、３６−２は、第３ミラー９−１、９−２の基準位置を検出するために設けられ、これらＨＰセンサ３６−１、３６−２は走査ラインの位置を変更するために第３ミラー９−１、９−２を回転した時に基準信号を発生する。そして、基準位置を示す基準信号と制御部３０の内部で発生するステッピングモータ駆動用パルスのパルス数により、制御装置３０は各ミラー位置、即ち回転角度を調整できる。調整量はライン間隔センサ１５の信号から得られる制御値によって決められる。
ステッピングモータ１４−１、１４−２は、走査ライン、換言すれば書き込み開始位置を副走査方向に移動させるように副走査方向書き込み開始位置移動手段を構成している。
なお、各ステッピングモータ１４−１、１４−２と第３ミラー９−１、９−２間には図示していないが減速機構が設けられており、折り返しミラーの回転角度は微小ピッチで設定できるように構成されている。
操作部３７は、外部から各種情報を入力するための入力部と、表示を行うための表示部が設けられている。不揮発性メモリ３８は、当該光ビーム走査装置が各種操作を実行するためのプログラムや、各種情報などが記憶されている。光ビーム点灯部３９−１、３９−２は、制御部３０の制御に基づいて半導体レーザ光源１−１、１−２の点灯制御を行う。

以下、上記した本実施の形態の光ビーム走査装置による光ビーム（レーザビーム）位置調整について説明する。
図６は、本実施の形態の光ビーム走査装置における各部の相対位置を示した図であり、この図６には第２ミラー８−１、８−２、第３ミラー９−１、９−２、第１の同期検知センサ１１−１、１１−２、第２の同期検知センサ１３−１、１３−２、ライン間隔センサ１５、ドラム１０、ドラム上の間隔検知用ライン１６−ｎ（トナー顕像、複数ｎ＝１，２，３，…ｎ）、第１、第２作像ビームの各部の相対位置と、第１の同期検知センサ１１−１、１１−２に至る光ビームの光路ａ、ｃ、ドラム１０に至る画像形成のための光路ｂ、ｄが描かれている。光ビームの光路ｂ’、ｄ’は繋ぎ目で画像を重畳して描画できることを示している。
黒丸（光路ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応）、白丸（光路ｂ’、ｄ’に対応）は、各第２、第３ミラー８−１、８−２、９−１、９−２上の光ビーム反射位置を示す。なお、光ビームはドラム１０上でドットを形成し、その直径（主走査方向、副走査方向の幅）は４０〜１００μｍである。
図７は、第１書込み系の第１の同期検知センサ１１−１、第２の同期検知センサ１３−１、第１、第２書込み系の書き込み開始位置を示した図である。なお、第２書込み系の第１の同期検知センサ１１−２、第２の同期検知センサ１３−２の構成は省略されている。
上記図６に示したように、第１、第２作像ビームは交差しているため、第１の同期検知センサ１１−１の第１ビームドットと、第１の同期検知センサ１１−２の第２ビームドットは中央の繋ぎ目を基準として左右逆になっている。

図８は、第１書込み系のＬＤ点灯信号ＬＤＳ、第１の同期検知センサ１１−１の同期検知信号ＤＥＴ−１、遅延同期検知信号ＤＤＥＴ、第１の同期検知センサ１１−２の同期検知信号ＤＥＴ−２、画素クロックＣＬＫの関係を示すタイミングチャートであり、第１、第２書込み系独立で有している（なお、ここでは代表して各一つの記号としてある）。
遅延同期検知信号ＤＤＥＴは、図５に示した遅延回路３４−１により同期検知信号ＤＥＴ−１を時間ＴＤ１だけ遅延させた信号である。クロック数に換算される遅延同期検知信号ＤＤＥＴと同期検知信号ＤＥＴ−２の間隔ＴＬ１は倍率（変動）を検出する。
第１書込み系による光ビ−ムは、ポリゴンミラー４の回転によって偏向され、まず仮想感光体面（第３ミラー９−１、９−２が長手方向に十分長いと仮定して、第３ミラー９−１、９−２を反射し、ドラム（感光体面）１０に達した場合の感光体面を実際上のミラー８−１、８−２を反射した光ビームの延長線上に設けた面）上に配置された同期検知センサ１１に入射する。この時、半導体レーザ光源１−１、１−２は、図８（ａ）のＬＤ信号ＬＤＳによって、連続点灯の状態となっていて光ビ−ムが、第１の同期検知センサ１１−１に入射される。なお、第１書き込み系のＬＤ信号はＬＤＳ１、第２書き込み系のＬＤ信号はＬＤＳ２となるが、ここでは２つを代表してＬＤＳとした。以降他の信号も第１、第２と同様な場合は同様な表記を用いることとする。

第１の同期検知センサ１１−１に光ビ−ムが入射されると、図８（ｂ）に示すように、光ビ−ムの水平同期をとるための同期検知信号ＤＥＴ−１がアサートされる。同期検知信号ＤＥＴ−１は、主走査方向の基準位置（タイミング）を確定するために使用される。同期検知信号ＤＥＴ−１がアサートされた後、光源１は一時消灯する。時間ＴＤ１を変更することにより書き込み開始位置を変更する。
また、図８（ｃ）に示す遅延同期検知信号ＤＤＥＴは、遅延回路３４の出力信号であり、同期検知信号ＤＥＴ−１に対して時間ＴＤ１遅延している。遅延時間ＴＤ１を増減させると画像領域（書き込み開始位置であるＤＯＴ１位置）が主走査方向に移動する。遅延時間ＴＤ１を増加させるとＤＯＴ１は中央（繋ぎ目）から遠ざかり、２本ラインの間隔は増加する。遅延時間Ｄ１は、後述する遅延用信号Ｓ１により変更される。
遅延用信号Ｓ１はライン間隔センサ１５の信号ＶＸ１を使用し、制御部３０で算出された値に基づいて制御部３０から出力される。
２本ラインの間隔は、第１、第２書き込み系の遅延時間の合計ＴＤ（＝ＴＤ１＋ＴＤ２）により制御できる。遅延時間ＴＤ２に関しては、図示していないが遅延時間ＴＤ１と同様に決められている。各遅延時間ＴＤ１、ＴＤ２の設定は２ビームの繋ぎ目画素間隔が適正な値となっているとき（６００ｄｐｉでは４２．３±１０μｍ）遅延回路３４の調整範囲（例０〜２５６ｎＳ）の中央付近に来ているのが望ましい。

画素クロックＣＬＫは遅延された遅延同期検知信号ＤＤＥＴを基準として発生し、ＬＤ点灯信号は遅延同期検知信号ＤＤＥＴから所定のクロック数後（本実施の形態ではＮｇ１クロック）に書き込み開始タイミングとなり画像デ−タに基づいた変調を開始する。主走査方向ビーム調整用２本ライン描画のための第１書き込み系の画像データはＮｓ１後にドット点灯（ＤＯＴ１に対応）させる値となっている。第２書き込み系の画像データは（図示していない）Ｎｓ２後にドット点灯（ＤＯＴ２に対応）させる値となっている。各ビームにＤＯＴ１、ＤＯＴ２を発生させることにより、主走査方向調整用の副走査方向２本ライン（潜像）をドラム１０上に形成させる。ＤＯＴ１、ＤＯＴ２のドット数によりライン長は決まるがライン長、数ｍｍに対応したドット数にする。
副走査方向調整用の主走査方向の２本ラインを作成するため、１主走査ライン上で（画像領域に含まれる）書き込み開始位置から数ｍｍの間、ＬＤ１−１、１−２を連続点灯、消灯する走査をし、その後画像領域のＬＤ１−１、１−２を消灯した走査を（ドラム上で０．５ｍｍ分）繰り返し、再度書き込み開始位置から主走査方向に数ｍｍの間、ＬＤ１−１、１−２を連続点灯、消灯する走査を行う。各潜像ラインは図示していない静電写真プロセスによりトナーのついた顕像ラインとなる。上記主副ライン作成は、後述するような主副各２本ライン計４本の検出用ライン画像１６となるようにタイミングが設定されている。

図９はライン間隔センサ１５の入力信号であるクロック信号ＣＬＫ、スタート信号ＳＴと主副方向の出力信号Ｖｏ、トリガ信号Ｔｒｉｇの関係を示す図である。
スタート信号ＳＴ（ＬでＯＮ）がＯＮ後、アナログ出力信号Ｖｏとトリガ信号ＴｒｉｇがクロックＣＬＫに同期して出力される。トリガ信号Ｔｒｉｇはアナログ出力信号Ｖｏとも同期していて、図５に示した後段の増幅器３２−１、３２−２、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）３３−１、３３−２を経て制御部３０に入力される。クロックＣＬＫ、スタート信号ＳＴはＸ方向（主走査方向）、Ｙ方向（副走査方向）独立して入力させることも可能であるが、説明の図を簡略化するため、それぞれ１の信号で示す。また、出力信号もＸ方向（主走査方向）、Ｙ方向（副走査方向）独立して出力されているが簡略化するためそれぞれ１つの信号で示す。
ライン間隔センサ１５の各画素は、スタート信号ＳＴの１周期間ＴＳＳの受光により電荷を発生させる。その電荷は行、列ごとに蓄えられ、電圧に変換され出力される。よって１周期間ＴＳＳのアナログ出力信号、即ちセンサ（ＰＳＤ）１画面分に対応する信号は位置センサ１個あたり、行方向２５６個の値で構成されるシリアル信号ＶＸと列方向２５６個の値で構成されるシリアル信号ＶＹの計５１２個のアナログ値により成る。出力信号は２次元画像の行、列方向への射影に対応した信号となっている。なお、出力信号Ｖｏの値は、出力時より１つ前の１周期間ＴＳ（蓄積時間）に対応したものである。なお、１周期間ＴＳＳは、ほぼ蓄積時間に等しい。実際は電荷転送、リセット時間を必要とするので蓄積時間はＴＳＳより小となる。

図１０の検出用ライン画像を検知したときのライン間隔センサの出力信号ＶＸ（ＶＹも同様）を示す。なお、図１０の１５ａ（破線内）はライン間隔センサ１５の検知領域を示すものであり、主副各ラインを同時に検知することが出来る事を示している。
図１１（ａ）（ｃ）、図１２（ａ）（ｂ）はライン間隔センサ１５の出力Ｖｏ（ＶＸ１、ＶＹ１を代表）を示すものである。トナーラインがあるところを「＋」方向にしてある。なお、破曲線（図１２（ｂ）は除く）はＡＤ変換後、信号処理されて得られる放絡線を示す。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の信号を微分したものであり、図１１（ｄ）は、図１１（ｃ）の信号を微分したものである。
図１１（ａ）は、２本の顕像ラインであるトナー像ライン（間隔検知用ラインを構成している４本ラインのうちの２本。以下同様）の太さがほぼ同じ場合のライン間隔センサの出力信号を示す。なお、図１１（ａ）の破曲線は、ＡＤ変換後、信号処理されて得られる放絡線を示す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の信号を微分したものであり、図１１（ａ）の信号の変化率を表している。
２本のライン間隔を得るには、図１１（ａ）の信号のピーク位置間隔を求めることにより行うようにしている。なお、別の方法として、２つの山状信号の同一レベルでかつ傾きが同じ位置の間隔を求める方法がある。さらに別の方法として、図１１（ｂ）の信号のゼロクロス点間隔を求めることにより行う方法がある。
トナー像ラインの２本の間隔を求めるいずれ方法においても、ライン間隔センサ１５の検知領域に検知対象となるトナー像ラインが２本あることを前提としている。しかし、その検知対象となるトナー像ラインの２本が間欠的に検知領域に入ってくるため、検知領域内にそのライン２本が有るか否かを判定する必要がある。

検知領域内に対象となるトナー像ラインの２本が有るか否かの判別方法について説明する。
第１の判別方法としては、ライン間隔センサ１５において検知領域全域に対応する１周期内の出力信号（検知信号）の信号レベルが予め設定されているレベルＶ１を超える部分が２箇所あり、各部分の幅（時間）がＴＳ以上の場合は対象となるトナー像ラインの２本があるとみなす方法がある。
第２の判別方法としては、ライン間隔センサ１５において検知領域全域に対応する１周期内の出力信号（検知信号）の信号レベルが、そのピーク値との比が予め設定されている値ＲＶ１を超える部分が２箇所あり、各部分の幅（時間）がＴＳ以上の場合は対象となるトナー像ラインの２本があるとみなす方法がある。
検知対象ライン以外のトナー像による誤動作を防ぐため前述した判別方法を実施する期間は、ドラム周上の定められた検知区間のみとし、他の区間はライン間隔検知をしない方法も同時に動作させることができる。

図１３は検知区間をドラム周上にｎ点設けたときのタイミングを示す図である。ドラムマーク１７−１を検出するドラムセンサ１７の信号ＳＤにより、ドラム周上の基準位置（ｔ０に対応）を決め、その基準値からの位置により検知区間をドラム周上に設ける。
なお、間隔検知用ライン１６−ｎはその検知区間内に作成される。
ここで検知区間が固定していると、ライン間隔センサ１５内の光源によるドラム面の照射位置も固定することになる。その場合ドラム面の照射位置に光照射の履歴が残り画像作成時斑点状の異常部分を生じさせることがある。そこで異常部分が発生する場合には、検知区間を異常部分が発生しない時間間隔で適宜ずらす方法をとることにより、照射位置が分散され光照射の履歴が無視出来るレベルとなり、異常画像発生を防止することができる。
図１３は、ドラムセンサ１７の信号であるドラム信号からそれぞれｔ１、ｔ２・・・ｔｎ−１、ｔｎ時間後に検知区間ａ（各時間Ｔ１）を設け、ライン間隔センサ１５で検知するタイミングを示している。その検知時、ライン間隔センサ１５はこの図には示していない光源３５で感光体を光照射する必要がある。タイミングを固定した場合は感光体上の同一個所にその光照射が行われることとなる。感光体の特性や光強度により、履歴が残り検知位置以外の領域と感光体の挙動が異なり画像形成時に斑点状の異常を生ずることがある。経時や感光体の使用頻度に応じて検知区間ａから検知区間ｂに変更することにより、光照射部分を分散し履歴のレベルを減少させることにより異常画像等の副作用を防ぐようにしている。

次に、図１１（ａ）の出力値のピーク値位置からライン間隔を算出方法について説明する。そのピーク値間隔（ライン間隔センサ１５の画素間隔数に換算した値としてはＮＸ）を求めることによりＬＸを求める。
ＬＸ＝８ＮＸ（μｍ）
８（μｍ）：ライン間隔センサ１５の主走査方向画素間隔
なお、ここではライン間隔センサ１５とドラムの倍率は１／１
ＬＹも同様に求められる。
ＬＹ＝８ ＮＹ（μｍ）
なお、図１１（ａ）における２つの山状形の信号が同一レベルで且つ傾きが同じ位置の間隔から算出する方法や、図１１（ａ）を微分した図１１（ｂ）の信号のゼロクロス点間隔から算出する方法を採用した場合も、前述したピーク値間隔を算出した方法でライン間隔を算出することができる。
ところで、図１２（ｂ）はトナーラインが近接していて、ライン間隔センサ１５の出力信号のピーク位置Ｐ２、Ｐ３を検出しにくいだけでなく、そのピーク位置Ｐ２、Ｐ３がトナーライン（破線）の位置Ｐ１、Ｐ２と異なってしまいライン間隔やライン位置を検出できなくなる。トナーラインが重なっている場合、副走査方向の調整位置としては理想の状態）も当然検知できない。
そこで、本実施の形態では、ライン間隔センサ１５で検知する場合に、予め設定されたビーム制御値により、トナーライン間隔を検知しやすい間隔になるよう設定して検出を行う。つまり、オフセットを設けるようにする。そのトナーライン間隔を目標値（オフセット値を含む値）に追従させる制御を行った後、オフセット分を除いたビーム制御値にする。これにより、トナーラインが近接している場合、または完全に重複している場合においても、検知制御が可能となる。

図１４はドラム１０がドラムの偏心等により上下動し、主走査方向の書き込み開始位置が変動することを示している。なお、上下動による副走査方向の書き込み開始位置の変動は、光ビームの延長線がドラムの回転中心に近接している場合、無視出来るレベルである。
第１書き込み系の光ビームｂ、第２書き込み系の光ビームｄを示す。そしてドラム１０が上下方向のＨ２において繋ぎ目が適正、即ち第１、第２書き込み系の書き込み開始ドット（位置）間のドット間隔が、４２．３±１０μｍ（６００ｄｐｉの場合）となっているところを示す。ドラムがＨ２の位置から上方向Ｈ１、下方向Ｈ２間で上下動した場合、繋ぎ目にある各書き込み開始位置のドット間隔はＬＸ２０（適正値）を挟んでからＬＸ１０、ＬＸ３０間で変動することを示している。
検出用ライン画像１６−ｎを作成するに当たり、同期検知信号ＤＥＴ基準の時間で管理した同一（ＴＤ１一定）タイミングでＬＤを制御して作成しても、図１４で説明したように上下動で書き込み開始位置が変動し、したがって、その変動量と同じだけ主走査方向のライン間隔が変動する。
その様子と補正の関係を図１５に示す。間隔検出用ライン１６ｎをライン間隔センサ１５により検知することにより、そのライン間隔変動を検出する（図１５のライン間隔：補正前）。各ライン間隔：補正前はドラム信号を基点にドラム一周分検出される。補正値とはライン間隔を適正値にするため（したがって書き込み開始位置のドット間隔を適正値ＬＸ２にする）ためにライン間隔をどれだけ変更すればよいかを示す値である。

図１５において縦軸は主走査方向のライン間隔ＬＸ、横軸は、ドラム位置（ドラム信号を起点とした走査ライン数に置き換えられている値）、サイン波状実線はライン間隔：補正前を示す。間隔検知センサ１５を使用して求めたライン間隔ＬＸは適正値ＬＸ２を挟んで最小値ＬＸ１、最大値ＬＸ３の値を示している。
適正値ＬＸ２になっているとき、図１４の繋ぎ目にある各書き込み開始位置のドット間隔ＬＸ２０は４２．３±１０μｍ（６００ｄｐｉの場合）となっている。以下に、図１４と図１５の間隔値の関係を示す（厳密には＝記号とはならないが実用上＝としても問題なし）。
ＬＸ１＝ＬＸ１０＋一定値（設定値）
ＬＸ２＝ＬＸ２０＋一定値（設定値）
ＬＸ３＝ＬＸ３０＋一定値（設定値）
上記一定値は、０．２〜１．０ｍｍの任意の設定値。ライン間隔センサ１５の検知範囲、ラインの太さ等を考慮して設定する。
ライン間隔ＬＸはドラム位置によって変化するので、繋ぎ目にある各書き込み開始位置のドット間隔も変化する。ライン間隔ＬＸの適正値ＬＸ２からの偏差ΔＬｘｍはドラム位置によって変化する。

図１５においては、ドラム信号がアサート（Ｌ→Ｈ）になってからドラム周方向距離ｌｍ（主走査本数、すなわち同期検知信号の数ｍ）の位置Ｐｍにおける偏差をΔＬｘｍで示してある。（位置が異なったＰｍ’の補正値例ΔＬｘｍ’も示されている）偏差ΔＬｘｍはドラム回転によって周期的に変化する成分ΔＬｘｍ１とドラム回転によっては変化しない（他の原因によって変動する）成分ΔＬｘ２で構成されている。
ΔＬｘｍ＝ΔＬｘｍ１＋ΔＬｘ２
この式の各値ΔＬｘｍ、ΔＬｘｍ１、ΔＬｘ２は極性を持つ。
偏差ΔＬｘｍの極性は、＋においては間隔が適正値より広すぎることを示し、−は狭すぎることを示す。ΔＬｘｍ１は、サイン波状実線（ライン間隔：補正前）がドラム上下動中心（一点破線）より上の場合（＋）とし、下の場合を−とする。ΔＬｘ２は適正間隔が（二点破線）より上の場合に（＋）とし、下の場合に（−）とする。
なお、右辺の極性説明は式の解釈をするためであり、ΔＬｘｍを右辺の２つの成分に分解する必要はない。実際はΔＬｘｍの極性はライン間隔ＬＸがＬＸ２より上の場合（＋）とし、下の場合は（−）とすればよい。
この図１５からドラム上の位置Ｐｍ（ドラム信号立ち上がりＬ→Ｈから主走査ラインｍ本目の位置）ではライン間隔の偏差ΔＬｘｍ間隔だけラインを小にすればよいことがわかる。ライン間隔センサ１５によるライン間隔の検出は主走査ライン毎には行われない。ドラム周（副走査）方向において数十ｍｍ間隔で検知が行われる。
そこで、ライン間隔の検出が行われていない区間の偏差ΔＬｘｍは実際にセンサで検出された値から補間によって求められる。ライン間隔センサ１５により求められた偏差と補間により求められた偏差の偏差集合ΔＬｘｎ（１，２，３・・・ｎ）はドラム一周分の各主走査ラインに対応させることが出来る。

偏差集合ΔＬｘｎ（１，２，３・・・ｎ）は、図５に示した遅延回路３４−１、３４−２により書き込み開始位置を補正するための補正値ΔＬｘｎｃを作成するために使用される。遅延回路３４−１、３４−２が１ｎＳ遅延で１μｍ書き込み開始位置が移動する場合（遅延時間と移動量の関係はシステムにより異なる。換算式のみで対応できる）は、ΔＬｘｎの１μｍ以下に相当する部分を四捨五入し極性（＋においては間隔が適正値より広すぎることを示し−は狭すぎる）を考慮すればよい。
補正値ΔＬｘｎｃは、ドラム位置（従ってドラム信号Ｌ→Ｈからの主走査ライン数。ここではｎにより示されている）との関係がわかるような方式で、不揮発メモリ３８に保持される。その各ライン間隔の補正値ΔＬｘｍｃは必要に応じて、画像形成がなされていないタイミングで更新される。更新は間隔検知用ライン１６−ｎを作成し、ドラム一周分のΔＬｘｎを検知し、その値を元にした補正値ΔＬｘｎｃを不揮発メモリに上書きすることにより行う。Ｐｆはドラム上の画像開始位置を示す。装置の画像形成タイミングによりＰｆは（ドラム信号基準に見た場合）移動する。Ｐｓはライン間隔が適正になっている位置を示している。
コピー、プリントを行うときの画像形成に当たっては、主走査書き込み開始位置を、補正値ΔＬｘｎをドラム信号に同期させ使用することによりドラム１０上で適正にする（ライン間隔が適正値ＬＸ２となっている）。
なお、主走査書き込み開始位置の変更は、遅延回路３４−１、３４−２を使用して行うため、補正値ΔＬｘｎｃは遅延用信号Ｓ１、Ｓ２として制御部３０から出力されている。遅延用信号Ｓ１、Ｓ２を補正値ΔＬｘｎから作成するに当たっては第１、第２書き込み系各書き込み位置移動の合計が前記偏差ΔＬｘｍを０にするように考慮されている。
ドラム信号からの位置（第１同期検知信号がアサートされた数ｍ）に対応した補正値ΔＬｘｍｃが用意されているので、ドラム上のどの位置でも補正が出来、設定値からの偏差の少ない書き込み開始位置調整が出来る。補正後は図１５の偏差を持ったサイン波状のライン間隔：補正前の曲線はＬＸ２の値を示している２点鎖線（直線状）となる。
間隔検出用ライン１６−ｎの間隔を今まで説明してきた調整を、画像書き込み工程中を除いて、常時行うと間隔の偏差ΔＬｘｍはより少なくなるが、常時制御する方法はトナー消費、電力消費、機械の損耗を伴うため得策ではない。ΔＬｘｍ≦±１０μｍを保持できれば十分である。
ライン間隔センサ１５の検知領域は２×２ｍｍほどであり、図１０の間隔検知ラインのライン長はその検知領域の縦横長さほどの長さでよい。

次に、間隔検出用ライン１６−ｎと副走査の方向の光ビーム調整の関係に付いて説明する。
本実施の形態では、従来、主走査方向の１ライン分を２分割し、２分割した各ラインを繋ぎ目部分で延長し、ライン間隔センサ１５でその繋ぎ目部分を検知しても、各ラインが接近しているため出力信号は、図１１（ｃ）の様になりライン間隔を検知することが非常に困難となる。
そこで、間隔検出用ライン１６−ｎを作成するに当たり、副走査方向のライン間隔をライン間隔センサ１５で検出するのに都合の良い間隔（例えば約０．５ｍｍ）にする。
なお、このライン間隔は環境、経時によって変化する。このような変化をライン間隔センサ１５で検知し所定の値に保持することにより繋ぎ目補正をする。その都合の良い間隔は片方の光ビームの書き込みを予め決められた走査本数（例えば１２本）遅延させることにより行う。繋ぎ目補正を行った後の調整工程ではない本来の画像作成工程では、前記した予め決められた走査本数（例えば１２本）遅延分を削除し光ビーム走査を行うようにすればよい。

本実施の形態としての光ビーム走査装置の概略構成を示す斜視図。 本実施の形態としての光ビーム走査装置を上方から見た概略平面図。 光ビーム走査装置の第１書き込み系だけの光路の概略図。 光ビーム走査装置の第１書き込み系と第２書き込み系の光路の概略図。 本実施の形態の光ビーム走査装置のブロック図。 本実施の形態の光ビーム走査装置における各部の相対位置を示した図。 第１書込み系の第１の同期検知センサ、第２の同期検知センサ、第１及び第２書込み系の書き込み開始位置を示した図。 各部の出力信号と画素クロックの関係を示すタイミング図。 クロック信号、スタート信号、出力信号Ｖｏ、トリガ信号Ｔｒｉｇの関係を示す図。 検出用ライン画像を検知したときのライン間隔センサの出力信号ＶＸを示した図。 ライン間隔センサの出力を示した図。 ライン間隔センサの出力を示した図。 検知区間をドラム周上にｎ点設けたときのタイミング図。 主走査方向の書き込み開始位置の変動を示した図。 主走査方向の書き込み開始位置の変動と補正の関係を示した図。

符号の説明

１ 半導体レーザ（ＬＤ）光源１、２ コリメートレンズ、３ シリンドリカルレンズ、４ ポリゴンミラー、５ 第１Ｆθレンズ、６ 第２Ｆθレンズ、７ 第１ミラー、８ 第２ミラー、９ 第３ミラー、１０ 感光体ドラム、１１ 第１の同期検知センサ、１３ 第２の同期検知センサ、１４ ステッピングモータ、１５ ライン間隔センサ、１６ 間隔検出用ライン（顕像ライン）、１７ ドラムセンサ、１７−１ ドラムマーク、３０ 制御部

Claims (6)

1. 感光体上で少なくとも複数本の光ビームの走査ラインを繋げて主走査方向を分割して走査する画像形成装置において、各光ビ−ムに対応して光ビームの走査ライン基準位置を検出する同期検知手段と、前記同期検知手段による同期検知信号に基づいて画像開始位置までの主走査方向の距離を変更する第１の変更手段と、副走査方向の画像位置を変更する第２の変更手段と、前記感光体上に主走査方向及び副走査方向の各々に複数の顕像ラインを形成する顕像ライン形成手段と、前記顕像ラインを検知する顕像ライン検知手段と、該顕像ライン検知手段の検知信号により前記顕像ラインが検知範囲内か否かを判定し、前記検知信号に含まれる特定信号の位置又は間隔を算出して前記主走査方向、及び副走査方向の夫々のライン画像位置又は間隔を特定するための信号処理を行う信号処理手段と、前記光ビームの画像書込開始位置を変更することにより、複数本のライン画像の位置又は間隔を予め設定された目標値に追従させるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする光ビーム走査装置。
2. 請求項１に記載の光ビーム走査装置において、前記信号処理手段は、前記顕像ライン検知手段の検知信号により前記顕像ラインが検知範囲内か否かの判定を行う際に、前記顕像ラインの信号レベル、ライン幅、変化率の少なくとも１つを用いて判定を行うことを特徴とする光ビーム走査装置。
3. 請求項１または２に記載の光ビーム走査装置において、前記信号処理手段は、当該光ビーム走査装置の動作に対応した特定の期間に前記信号処理手段による判定を行うことを特徴とする光ビーム走査装置。
4. 請求項１に記載の光ビーム走査装置において、前記信号処理手段は、前記顕像ライン検知手段により前記顕像ラインを検知したときに、前記顕像ラインを形成する複数のラインのライン幅、又はライン濃度を近似させることを特徴とする光ビーム走査装置。
5. 請求項１に記載の光ビーム走査装置において、前記顕像ラインを前記感光体に形成する際に、その形成位置を使用条件に応じて変更し、形成位置に応じて前記顕像検知手段により検知を行う位置を変更することを特徴とする光ビーム走査装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光ビーム走査装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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