JP2006137132A - 走査線位置ずれ補正方法・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度や湿度等の環境変動、装置設置状態の変化などの外乱があっても適切な補正量を算出することができ、走査線位置ずれを高精度に補正できる画像形成装置、走査線位置ずれ補正方法を提供する。
【解決手段】レーザビームの走査状態を検出するためのレーザビーム検出手段Ｐ１、Ｐ２と、トナーパターンを検出するためのトナーパターン検出手段２２〜２４と、レーザビームの走査状態を補正するための補正手段としての液晶偏向素子１５を有し、レーザビーム検出手段Ｐ１、Ｐ２とトナーパターン検出手段２２〜２４の検出値に基づいて液晶偏向素子１５を制御手段５により制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置、特に複数色のトナー像の重ね合わせによりカラー画像を形成するフルカラー画像形成装置、該画像形成装置に用いられるレーザ書込光学系の走査線位置ずれ補正方法に関する。

電子写真技術を用いたデジタル複写機及びレーザプリンタ等の画像形成装置において、感光体の回転に従って潜像が形成され、現像、転写が行われる。
高速化と高解像度の要望から、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、各色の画像形成部で形成したトナー像を重ね合わせることでカラー画像を形成するカラー画像形成装置では、各色の感光体ドラムに対し光走査装置を各々配置して画像形成を行う複数のレーザ光源によるマルチレーザプリンタが主流となってきている。
装置の小型化と高画質化と高速化を図るレーザビームのマルチ化によって、益々、レーザビーム間の距離は狭まる傾向にあり、走査線の幅も狭くピッチ間隔も短くなり、走査線同士の位置決め条件はより厳しくなってきている。
温度変動や湿度変動、装置設置状態の変化などの外乱によって、画像形成装置を形成する光学素子間の位置関係に変化が生じることによる光ビームの位置ずれに伴う変動による画像への悪影響が生じている。

また、装置の稼動によりポリゴンミラーや定着部で発生する熱により、走査結像光学系を構成する光学素子間での温度の違いや同一光学素子内での温度の偏りによって、被走査面（像担持体）上での走査状態に変動が生じ、画像出力の悪化を招くこととなる。
温度変動等の外乱によって各色を構成する光学系によって走査状態の位置ずれ発生量が異なるので、各感光体に形成される潜像を各色のトナーで現像し、重ね合わせて可視化すると、色ずれとなって現れて画像の品質を劣化させる。

特開平１０−５８７４６号公報には、トナーパターン、潜像パターンを形成し、走査線ピッチむら検出して補正する技術が開示されている。
特開２００１−２８１５７２号公報には、被走査面(像担持体)上におけるレーザビームを検出し、主走査・副走査方向のビーム径の変動を測定し、ビーム径制御手段となる光学素子を制御してビーム径と副走査ピッチを補正する技術が開示されている。

特開平１０−５８７４６号公報 特開２００１−２８１５７２号公報 特開２００１−３０６１４９号公報

上述した従来技術では、トナーパターンあるいは、レーザビームのみを検出して走査状態の補正を行っていた。すなわち、トナーパターンでの位置ずれ結果のみ、あるいは、走査結像光学系による像担持体上での位置ずれのみに基づく補正であったため、使用状態に応じた適切な補正量を算出することができなかった。
各走査線に対応したレーザビームの走査位置を修正幅分だけ移動させる場合に、トナーパターンのみでは、各レーザビームの像担持体上での修正前の通過位置を把握することができず、補正手段によりレーザビームを適切に目標位置へ移動することができない。
それぞれの走査線の被走査面(像担持体)と転写媒体が異なる場合などには、潜像形成以後の転写工程において、ずれ要因が発生している場合などには、各レーザビームの走査位置のずれと差違がある場合もあり、一意的に重ねずれ量から、それぞれのレーザビームにおける走査位置の補正量を求めることができず、重ね合わせずれの解消が困難だった。

加えて、重ね合わされた複数の走査線同士の位置ずれである、走査線間の副走査ビームピッチむら、走査線間の位置ずれと走査線間における倍率誤差等の重ね合わせのずれ要因が複数ある場合には、各走査線単独での走査状態の変動も含まれるので、両者を同時に検出することができないため、精度の良い走査線の重ね合わせをすることはできなかった。

そこで、本発明は、温度や湿度等の環境変動、装置設置状態の変化などの外乱があっても適切な補正量を算出することができ、走査線位置ずれを高精度に補正できる画像形成装置、走査線位置ずれ補正方法の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、光源から放射されたレーザビームを、偏向走査手段により主走査方向に偏向走査し、走査結像光学系により該レーザビームを像担持体上に光スポットとして集光させ、前記像担持体上に形成された潜像を顕像化する現像手段を有する画像形成装置において、前記レーザビームの走査状態を検出するためのレーザビーム検出手段と、トナーパターンを検出するためのトナーパターン検出手段と、前記レーザビームの走査状態を補正するための補正手段を有し、前記レーザビーム検出手段と前記トナーパターン検出手段の検出値に基づいて前記補正手段を制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置において、前記レーザビーム検出手段は、副走査方向に応じて主走査方向の受光部の幅又は受光素子の間隔が変化する構成を有していることを特徴とする。

請求項３記載の発明では、請求項２記載の画像形成装置において、前記レーザビーム位置検出手段が、少なくとも一つの隣接する辺縁が角度を有する複数の受光部からなるレーザビーム検出器１と、前記レーザビーム検出器１を構成する複数の受光部のいずれかと平行な辺縁を有する受光部を持つレーザビーム検出器２からなることを特徴とする。

請求項４記載の発明では、請求項３記載の画像形成形成装置において、前記レーザビーム検出器１と前記レーザビーム検出器２は、走査領域の書込開始前と書込終了後の領域に分けて設けられていることを特徴とする。

請求項５記載の発明では、請求項１乃至４のうちの何れかに記載の画像形成装置において、前記レーザビーム検出手段を走査結像光学系毎に配置したことを特徴とする。

請求項６記載の発明では、請求項１乃至５のうちの何れかに記載の画像形成装置において、前記補正手段の制御により補正されたレーザビーム位置を前記レーザビーム検出手段で再度検出して、偏差が所定範囲内になるまで上記補正制御を繰り返すことを特徴とする。

請求項７記載の発明では、請求項１乃至６のうちの何れかに記載の画像形成装置において、複数の光源からのレーザビームを副走査方向に分離して同一の像坦持体上に同時に走査させるマルチビームを用いることを特徴とする。

請求項８記載の発明では、請求項７記載の画像形成装置において、特定のレーザビームを基準ビームとして、各基準ビームの走査位置ずれを前記補正手段により調整し、その後、前記基準ビームと対となる各レーザビームの副走査ビームピッチを補正することを特徴とする。

請求項９記載の発明では、請求項７記載の画像形成装置において、特定のレーザビームを基準ビームとして、各基準ビームと対となる各レーザビームの副走査ビームピッチを前記補正手段により調整し、その後、前記基準ビームを基準として走査位置ずれを補正することを特徴とする。

請求項１０記載の発明では、請求項８又は９記載の画像形成装置において、複数のレーザビームによるトナーパターンのエッジ部を形成する光ビームを基準ビームとすることを特徴とする。

請求項１１記載の発明では、請求項１乃至１０のうちの何れかに記載の画像形成装置における走査線位置ずれ補正方法において、走査線としての前記レーザビームを補正するためにフィードバック制御を用いることを特徴とする。

請求項１２記載の発明では、請求項１乃至１０のうちの何れかに記載の画像形成装置における走査線位置ずれ補正方法において、走査線としての前記レーザビームを補正するためにフィードフォワード制御を用いることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、像担持体上の走査状態（開始・終了点位置ずれ、倍率誤差）を光学センサである非平行な受光部からなるレーザビーム検出器により検出することができる。同時にレーザビーム検出手段の各レーザビームの像担持体における副走査座標を検出でき、補正前での各走査線の走査方向の原点出しを行うことができる。それぞれの走査線に目標値への補正量を適切に与えることができる。
走査結像光学系を共用する部分から、それぞれの像担持体上に分離する副走査方向に像担持体を配置したタンデム型カラー画像形成装置において、温度変動に伴う各像担持体上でのレーザビームの走査状態の変動により、色ずれが発生して場合に、各色ごとの状態をそれぞれのレーザビーム検出手段によって検出し、それぞれ現在のレーザビーム位置を原点として、開始点・終了点位置ずれ、倍率誤差については個別に、副走査ビームピッチむら、走査位置ずれについては、トナーパターン検出手段による重ねずれ量からそれぞれのレーザビームに対する補正量を算出し、色ずれの低減を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、レーザビームの走査位置が副走査方向への移動に伴う、受光部の検出時間あるいは、検出時間差が一定の関係を有するようにレーザビーム検出器内の受光部を設定することにより、副走査方向の移動量や光ビームごとの絶対座標を算出することができる。レーザビームが受光部を通過する時間あるいは受光部間を通過する時間差から、副走査方向の位置座標が算出することができる。

請求項３記載の発明によれば、平行な受光部間での走査線の検出データから、主走査倍率の変動による検出時間の伸縮の影響を算出できので、隣接する辺縁が角度を有する受光部間での検出時間差から前記伸縮の影響を取り除き、正味の検出時間の変動を算出できる。この検出時間の変動から、像坦持体上で重ね合わされた走査線同士のピッチ間隔の変動、位置ずれ、走査線間での傾きの違い等を算出することができる。

請求項４記載の発明によれば、像担持体の走査領域の書込開始前と終了後に非平行にレーザビーム検出器を設置することにより、開始側と終了側の間で生じる倍率誤差による検出時間の変動を検出できる。開始側と終了側の距離とレーザビーム検出器を構成する受光部間の距離の関係から、各レーザビーム検出器の受光時間に対する倍率誤差の影響を排除することができる。

請求項５記載の発明によれば、走査結像光学系毎にレーザビーム検出手段を設けることによって、すべての像担持体上でのレーザビームの走査位置を検出することができ、トナーパターン検出手段で検出された位置ずれの補正方法を、あらかじめ指定した像担持体を基準に補正を行わず、走査結像光学系毎に各補正手段に対する補正量が最小となる組み合わせを制御部で求めることができ、補正に要する時間を短縮することができる。
また、補正手段の稼動により発生するレーザビームの光量分布やビームスポットの変動等の影響を削減することができる。

請求項６記載の発明によれば、各レーザビームによる走査線の像担持体の書込タイミングと像担持体上での走査位置ずれ（開始点、終了点、倍率誤差）等のそれぞれ走査線の状態を把握することにより、トナーパターンにより得られる走査線同士の重ね合わせのずれ状態の解消のための、走査線間の相対的なずれ修正のために、補正手段に与えられる補正量について各レーザビームの個別条件を反映させる修正を行うことができる。
これにより、各レーザビーム間での走査状態が変動した場合にも、重ね合わせずれを所定量以内に補正することができる。

請求項７記載の発明によれば、タンデム型画像形成装置の同一の像担持体に２以上のレーザビームによって書込走査が行われるときに、温度変動等の外乱による走査状態の変動が生じたときに、２以上のレーザビームで形成されるマルチビーム光学系についてそれぞれの像担持体における副走査ビームピッチむらや走査間位置ずれを補正することができる。
タンデム型画像形成装置の場合に、同一の像担持体に、マルチビームにより複数で書き込むことができるので、高速化に対応することができる。画像出力と走査線位置ずれ補正を並列して行うことができるので、走査線の補正処理を行っても画像出力時間を短縮することができ、装置稼動に伴う定着部のヒータの稼働時間やポリゴンの駆動時間等を削減することができ、消費電力の削減が可能となる。

請求項８乃至１０のうちの何れかに記載の発明によれば、温度変動や走査結像光学系毎や光学素子内での温度偏差により、像坦持体上で重ね合わされた走査線同士の副走査ビームピッチずれ、位置ずれ、倍率誤差が同時に生じている場合に、一のずれ要因を改善しても、残りのずれ要因を解消することができないが、走査ビーム毎に応じた補正手段を可変することにより、解決することができる。
非平行なレーザビーム検出手段による位置ずれデータを初期値として、演算部によって、トナーパターン位置ずれに対応した補正手段への補正値を算出し、補正手段を補正値分修正する制御した後での走査状態を検出し、目標値との差違が所定値以内にするフィードバック制御を行うことによって、各走査線それぞれの位置ずれと形状の変動を抑えつつ、各々の走査線同士のピッチ間隔、位置ずれを補正することができる。複数の走査線による走査線間隔の変動と位置ずれをそれぞれ、軽減するように補正することが可能となる。個別の走査線変動を修正しつつ、全体の重ね合わせずれ状態を同時に補正することが可能となる。

請求項１１記載の発明によれば、トナーパターンの位置ずれデータを初期値として、演算部により、像担持体のビーム位置を補正手段への補正値を算出し、補正手段を修正する制御した後での走査状態を検出するフィードバック制御を行う。
これにより、検出結果と目標値との差違が所定値以内にするフィードバック制御を行うことによって、各走査線それぞれの位置ずれと形状の変動を抑えつつ、各々の走査線同士のピッチ間隔、位置ずれを補正することができる。
また、レーザビーム検出手段によって、各像担持体中での絶対的な座標を検出できているため、位置ずれ補正のために必要となるフィードバック制御のループ回数を削減することができ、補正に要する時間を削減でき、画像出力に要する時間を削減できるので、消費電力を削減することができる。

請求項１２記載の発明によれば、フィードフォワード制御では、装置内外の温度変動や湿度変動や装置の傾斜等の外乱による各レーザビームの走査状態の変動やトナーパターンの位置ずれの関係を、予め補正ルールとして設定（同定）することによって、外乱の影響を最小限にして、位置ずれの変動を最小限にすることができる。温度変動による画像の劣化を時間遅れなく補正することができる。
請求項１１又は１２記載の発明によれば、フィードバック制御あるいはフィードフォワワード制御を用いた画像処理装置によって、位置ずれ検出、補正動作、位置ずれ偏差の確認という一連の制御ループにより、補正後の位置ずれ量の状態を検出しながら、適切な位置ずれ偏差の目標値にスムーズに補正することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１乃至図１２に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて、本実施形態における画像形成装置の構成の概要を説明する。ローラ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ間に張設された中間転写ベルト２１の展張面に沿ってドラム状の感光体２０Ｙ（イエロー）、２０Ｍ（マゼンタ）、２０Ｃ（シアン）、２０Ｋ（ブラック）が並設されている。
感光体２０Ｙの周囲には、反時計回り方向に順に、露光手段としての共通の光走査装置１０５、現像手段１０６Ｙ、中間転写ベルト２１の内側に設けられる図示しない１次転写ローラ、図示しないクリーニング手段、図示しない除電手段等が配置されている。感光体２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋにおいても同様である。

各色の画像情報に基づいて各々レーザビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４で各感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に各色成分画像の静電潜像が形成され、各現像手段１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋにより可視像化される。
各色のトナー像は中間転写ベルト２１上に順次重ね合わせて転写される。重ね合わせ画像は、給紙カセット１１１から所定のタイミングで給紙される転写紙（記録媒体）に２次転写ローラ１０２ｄにより一括転写される。カラー画像転写後、中間転写ベルト２１はクリーニング手段で清掃される。転写紙は定着装置１１４へ送られてここで熱と圧力によりカラー画像を定着される。
定着を終えた転写紙は、装置本体を略垂直に搬送されて装置上面の排紙トレイ１１０に排出される。

図２に、本実施形態における画像形成装置の光走査装置１０５を含む要部を示す。光走査装置１０５は４色(シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）)の走査結像光学系を有し、各色に相当するレーザビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が各感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに集光するようになっている。
光源１０は、半導体レーザ１０ａとカップリングレンズ１０ｂとシリンドリカルレンズ１０ｃから構成される光源部を４組有している。各レーザビームから放射された光束は、カップリングレンズ１０ｂにより平行光束あるいは弱い発散性もしくは収束性の光束に変換され、シリンドリカルレンズ１０ｃにより、副走査方向に収束され、ポリゴン防音ガラス１１を透過し、偏向走査手段であるポリゴンミラー１２の偏向反射面の主走査方向に長い線像として結像される。

ポリゴンミラー１２で偏向走査されたレーザビームは、走査結像光学系を構成するｆθレンズの第一レンズ１４を透過し、ブラック成分画像を書き込む光束（レンズの上端部）は、折返しミラー１６Ｋで反射され、ｆθレンズの第二レンズ１７Ｋを透過し、ハーフミラー１９Ｋを透過または反射する。透過した一方の光束は像担持体であるドラム状の感光体２０Ｋ上に光スポットを形成し、矢印方向に走査される。
反射された他方の光束はレーザビームを検知するレーザビーム検出手段としてのレーザビーム検出器Ｐ１Ｋ(上流側)とＰ２Ｋ(下流側)へ反射される。レーザビーム検出器Ｐ１、Ｐ２は各々固定基板Ｇ１、Ｇ２に実装固定している。

ｆθレンズの材質は非球面形状が容易かつ低コストなプラスティックからなる。材質の具体例としては、低吸水性や高透過率、成形生に優れたポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が優れる。温度変動等外乱による変動が少ない硝材も用いられる。
イエロー、マゼンタ、シアンの各色成分を書き込むレーザビームについても上と同様に、それぞれの光路に折返しミラーで分離され、各感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ上に光スポットを結像し、各色とも同一方向に走査され、各感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃにそれぞれの色成分画像の静電潜像を形成する。ブラックに対応する素子には符号にＫを付記している。イエローマゼンタ、シアンともに光学的な同位置に配置している。イエローマゼンタ、シアンについては各々符号にＹ、Ｍ、Ｃを付記して説明を省略する。

ｆθレンズ群１４、１７Ｋは、非球面形状の形成が容易であり、かつ、低コストなプラスティック樹脂からなり、低吸水性、高透過率、成形性に優れるポリカーボネートやポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が適している。
また、複数のレーザビームが共通なｆθレンズ１４を通過する構成にすることによって、個別にｆθレンズの取り付け誤差や温度変動の違いによるレンズ間での走査状態の差異の発生を抑えることができる。

温度変動等によりレーザビームの副走査ビームピッチずれが生じ、走査線間隔がずれるときに、走査線を補正する手段である液晶偏向素子１５が設置されている。液晶偏向素子１５を電気的に制御することによりレーザビームの射出方向を任意に偏向することができる素子である。
液晶偏向素子１５は、図３に示すように、レーザビーム検出器Ｐ１、Ｐ２、トナーパターン検出手段２２〜２４の検出情報に基づいて制御手段５により制御される。
制御手段５はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を含むマイクロコンピュータであり、画像形成装置のメインコントローラが兼ねることができる。

液晶偏向素子１５の偏向角は駆動電圧波形の波高値またはパルス幅デューティにより任意に可変可能である。
例えば、画像出力の開始信号の入力より、走査結像光学系を透過したレーザビームの走査位置をレーザビーム検出器Ｐ１ＫとＰ２Ｋにより検出し、像担持体上に走査線の重なり状態を検出するためのトナーパターン２１ａが形成される。形成されたトナーパターン２１ａをトナーパターン検出手段２２〜２４により、それぞれの走査線の重なり状態を検出する。
トナーパターンより算出された走査線ピッチむら、走査線位置ずれ等の重ねずれ要因を補正する過程で、前記レーザビームの走査位置の変動による修正を加えた修正値を、補正手段である液晶偏向素子１５に加え制御することにより補正を行う。
同時に各走査線の倍率誤差、開始・終了点位置ずれ、走査線曲がりや傾き等の走査状態の変動を補正するために、光源１０に加えられる画像データのパルスを走査状態の変動に応じて制御することによって補正することができる。

図４に走査線ピッチずれ補正のフィードバック制御を示す。トナーパターン検出手段２２〜２４により検出された走査線ずれ値を初期値とし、制御手段５の演算部により算出された修正量(ずれ補正角度)を補正手段である液晶偏向素子１５（三角プリズム角度制御）に与え、レーザビーム検出器Ｐ１Ｋ、Ｐ２Ｋによって補正後のレーザビームの走査位置を検出し、目標値との差異を比較する。
このループ処理を繰り返すことによる、走査されるレーザビームの検出値と目標値の差異が一定以下に修正するフィードバック制御により、良好な走査線の重ね合わせを保つことができ、気温上昇や、設置状態の変化等の外乱に対しても、走査線ピッチずれのない良好な画像出力を形成することができる。

重ね合わせの位置ずれやピッチずれ等の異なる位置ずれ成分を含む走査状態をより適切に制御するために、基準となるレーザビームを定め、ずれ要因別の補正によって、すでに補正された位置関係に影響を及ぶすことがないように、光学素子による姿勢制御や補正方法、手順を決定する。
記録走査領域外にトナーパターンを形成する一例として、ページ間の画像出力同士の隙間にトナーパターンを形成することによって、主走査方向の開始端から終了端までにおける走査状態の変動を光学センサにより検出することができる。
また、トナーパターンを記録走査領域枠外における画像出力の両端外に形成することによって、１画像出力内部での走査線の変動を測定することができ、レーザビーム検出器Ｐ１Ｋ、Ｐ２Ｋの検出データとあわせて、より精度よく位置ずれ補正を行うことができる。

以下に走査線位置ずれ補正について詳述する。
図２で示した、中間転写ベルト２１に各色のトナーの走査線を重ね合わせるタンデム型画像形成装置において、温度変動や装置の設置環境および装置内を構成する光学系毎や光学素子内での温度の偏りよって、光学素子のレイアウト配置に変動が生じ、色ずれや色毎の副走査ピッチずれが発生したときに、トナーパターン２１ａをトナーパターン検出手段２２〜２４により検出することによって、重ね合わされたトナーパターンから色ずれやピッチずれを求めることができる。
しかし、トナーパターンだけでは、それぞれの走査結像光学系において、レーザビームが各像担持体の副走査方向のどの位置を走査しているのかを求めることはできない。そこで、レーザビーム検出手段を設けることによって、トナーパターンを形成したそれぞれのレーザビームによる像担持体上における副走査方向のビーム位置を求めることができる。
これにより、それぞれの像担持体における絶対的なレーザビームの走査位置を明確にすることができ、レーザビームを像担持体内で移動させるべき方向と移動量を明確にすることができる。
これにより、トナーパターンの位置ずれや走査線ピッチずれを補正するため、それぞれの走査線の相対的位置関係から、それぞれの像担持体におけるビーム位置の適切な修正量を求め、既出の絶対的なレーザビームの走査位置を原点として、それぞれの補正手段（液晶偏向素子１５）によって制御することができる。

中間転写ベルト２１に各色のトナーの走査線を重ね合わせるタンデム型の画像形成装置において、走査線位置ずれ発生したときに、トナーパターンを検出することによって、重ね合わされた走査線間での走査線位置ずれを求めることができる。
上記方法で算出したそれぞれの像担持体における絶対的な位置関係を明確にすることができ、トナーパターンの位置ずれを補正するために、補正手段となる光学素子（液晶偏向素子１５）を制御するための適切な制御量を算出することができる。
本実施形態では、補正手段として液晶偏向素子１５を用いており、レーザビーム検出器Ｐ１Ｋ、Ｐ２Ｋにより走査位置を検出し、修正が必要な変異が生じたときに、所定の位置ずれ量になるように偏向駆動させ走査位置の補正を行う。
補正手段としては、上記液晶偏向素子１５の他、光学素子（楔形プリズム、ビーム合成光源モジュール、走査レンズ、ミラー等）の姿勢を制御することにより走査位置、副走査ビームピッチ、倍率誤差を補正することができる。

補正手段の他例として、図５にビーム合成光源モジュールの一例を示す。ビーム合成光源モジュールをθ回転させることによって、レーザビームＢ１と、レーザビームＢ２の副走査ビームピッチｐを可変することができる。モジュールの回転に伴う走査開始点の移動については、光源１０に印加する画像データにパルス変調を印加することによって解消することができる。
図６に楔形プリズムによる副走査の位置ずれ補正の一例を示す。頂角αの楔形プリズム６を図のように配置しγ回転させることにより、レーザビーム単独での副走査方向の位置を可変することができる。
また、走査線の位置ずれ、走査線間での倍率誤差が生じたときには、光源１０に印加する画像データに、それぞれの位置ずれに応じたパルス変調を印加して、補正することができる。

また、トナーパターンを検出できない場合には、それぞれの像担持体におけるレーザビーム検出器Ｐ１、Ｐ２のビーム位置のみから位置ずれ補正を行うことになり、像担持体上から中間転写体等への潜像ないしトナー像が形成されていく過程での位置ずれについて、レーザビーム検出手段では検出することができなかった従来の短所を本発明は補っている。
これにより、装置内外の温度変動や、経時変化や装置設置面の変化による光学素子の取り付け位置ずれよって生じる位置ずれに対して、トナーパターンのみで位置ずれを補正する場合に比べ、レーザビーム検出器Ｐ１、Ｐ２により、同時に各レーザビームによる走査位置の絶対座標と走査状態を検出できるので、走査面上に形成される光スポットの走査位置の補正をより適切に行うことができ、走査線位置ずれを改善した色ずれの生じにくい画像を形成することができる。

図７に、レーザビーム検出器の一例を示す。
図７において、符号７は検出器ケーシングを、符号８ａ、８ｂ、８ｃは受光部を示す。受光部自体の形が、副走査方向に応じて主走査方向の受光部の幅または受光部間隔が変化するレーザビーム検出器である。図７（ａ）、（ｂ）では受光部８ａ、８ｂの幅が変化し、図７（ｃ）では、受光部８ｂ、８ｃの間隔が変化する。
走査位置が副走査方向に変動すると、走査によってレーザビームが受光部上を通過する時間と、副走査方向の変位に一定の関係が成り立つので、受光部上の通過時間から、像担持体上での一意的に副走査方向の絶対座標を求めることができる。
よって、必ずしも、レーザビーム検出器を構成する受光部は図８、図９に示すような直線な辺からなっている必要はない。受光部を構成する素材や製造コスト等を考慮して、上記関係が成り立つ中から適切な形状を設定すればよい。

図８に、レーザビーム検出手段の他の例を示す。
像担持体の走査方向に設けられたレーザビーム検出手段は、レーザビームの副走査方向における走査位置の変動量を検出するために、副走査方向の座標に応じて受光素子の幅または、受光幅を変化させることによるレーザビームが通過する検出時間差、検出時間長さの違いから、レーザビームの位置ずれを算出することができる。
また、副走査方向における隣接する受光部辺縁の間隔を変化させることによって、レーザビームの受光部間での検出時間差から副走査方向のビーム位置を算出することができる。
これにより、各像担持体上におけるレーザビームの副走査方向の走査位置ずれを求めることができ、各像担持体上を通過したレーザビーム位置の補正前の絶対値位置情報となる。
各走査線を重ね合わせたトナーパターンより検出された走査線位置ずれと、走査線ピッチずれから得られる各レーザビームを副走査方向に修正するときの現状の原点出しを行うことができ、適切なレーザビームの走査位置の移動修正を行うことができる。

また、互いに平行な辺縁を有する受光部ａと受光部ａ’をレーザビームが通過する時間差から、１走査毎での走査時間を算出することができる。走査時間の変動から、主走査倍率誤差を算出することができる。
また、図８のレーザビーム検出器１における受光部ａと受光部ｂをレーザビームが通過する時間差の増減は、副走査方向の位置ずれに比例するので、レーザビームの副走査方向の位置ずれを同時に算出することができる。
トナーパターンが形成される像担持体が中間転写体であれば、最終的な画像として形成されることなく、定着部等で取り除くことが可能であり、トナークリーニング機構によって除去することもでき、出力画像への汚れ等を避けることができる。

図９に、走査領域の書込開始前と書込終了後の領域に分けて設けられるレーザビーム検出器１及びレーザビーム検出器２の位置関係の一例を示す。
温度変動や装置内での温度偏差が発生したときに、光学素子のレイアウト状態や、硝材の透過率の変動によって、レーザビーム検出器を構成する受光部のうち平行部（受光部ａと受光部ａ’）間での走査毎の走査時間の差違から主走査による倍率誤差を求めることができる。
同時に、主走査時間の変化量から、レーザビーム検出器Ｐ１の隣接する辺縁の角度θをなす受光部ａと受光部ｂ間での走査時間の変動から主走査方向の変化分を考慮して、副走査方向の位置検出精度を向上することができる。
二点同期に対応しており、全体倍率の補正（クロック補正）と副走査位置の補正を共用できる。

上記の方法で各レーザビームの像担持体上での位置検出の精度を高めることができ、光学センサ（トナーパターン検出手段）によりトナーパターンを検出することによって、重ね合わされた最終的な色ずれやピッチずれが求められ、色ずれやピッチずれを所定値以下に抑えるために、走査結像光学系毎に副走査方向のレーザビームの移動量を適切に行うことができる。
これにより、走査線位置ずれ及び走査線ピッチずれを良好に保つことができる。
また、各レーザビーム検出器を構成する受光素子の出力データを適宜組み合わせることによって、各レーザビーム検出器における副走査位置ずれ、走査ピッチずれ、倍率誤差等の光走査状態のパラメータについて、他の要因による受光素子間での走査時間の増減に関する寄与分を算出することができる。
また、１回の光走査から同時に複数の走査状態に関するパラメータを得ることができるので、異なる光走査による走査状態の変動の虞がなくなる。
位置決めのときに、予め記憶した時間差と副走査ずれのテーブルまたは関係式を、計測した受光部間の時間差について参照することによって、副走査位置ずれを求めることもできる。

図２に示したように、レーザビーム検出手段を各像担持体に対応する走査結像光学系に設けることにより、同時に、それぞれの像担持体上を走査されるレーザビームの走査状態を検出することができる。
これによりトナーパターンを形成したときの各像担持体上に結像したレーザビームの像担持体上における副走査方向の絶対値座標を検出でき、それぞれの走査線を調整するときの、原点として利用することができる。また、それぞれの主走査方向における走査時間の差異から、倍率誤差の補正をレーザビームに印加される画像データをパルス制御することによって補正することができる。
全ての走査結像光学系にレーザビーム検出器を設置することにより、修正量が少なくなる像担持体を適宜に検出データから基準とすることができるので、補正手段の修正幅を抑えることができる。
中間転写体上にトナーパターンを形成することによって、光学センサにより位置ずれを検出した後は、画像記録領域外のトナーはクリーニング機構によって、定着前にトナーを回収することができ、画像出力を汚すことなく良好な画像出力を得ることができる。

トナーパターンの位置ずれデータを初期値として、制御手段５の演算部により、像担持体のビーム位置で補正手段への補正値を算出し、補正手段を修正する制御をした後で再度ビーム位置を検出し、検出結果と目標値との差違が所定範囲以内になるまで、処理を繰り返す。
これにより、補正手段への修正量が適切に反映されない場合にも、本発明ではレーザビーム検出手段によって、各像担持体中での絶対的な座標を検出できているため、適切な位置へと補正することができる。

同一の像担持体上に同時に走査させるマルチビーム光源の一例を図５に示す。
複数のレーザビームからなるマルチビームを用いて、走査結像光学系を構成する光学素子を共有する場合に、各レーザビームを各色の像担持体に分離するような画像形成装置に用いることによって、それぞれの像担持体上への分離ができ、温度変動や装置内での温度の偏りによって生じる分離に伴う走査線ずれを本発明により補正を行うことができる。
マルチビームを用いることによって、一つの像担持体上で複数のレーザビームにより同時に書込走査を行うことによって、画像出力の高速化を図ることができる。また、同一の像担持体上に結像するマルチビーム同士のレーザビームの走査位置関係について、レーザビーム検出器により求めることができ、マルチビーム内の副走査ビームピッチの補正を行うことにより、温度変動等の外乱による位置ずれの影響を軽減することができる。
各走査線の開始位置ずれや倍率誤差にはそれぞれのレーザビームに印加するパルス変調によって補正を行うことができる。

図１０に、走査位置ずれの補正方法の一例を示す。
初めに、特定の基準ビームＢ３に対して、補正手段を用いてレーザビームＢ４の副走査方向の位置ずれ補正と、主走査方向の倍率誤差を補正した後に、副走査ビームピッチの差違についてビーム合成光源モジュール等の補正手段を制御することにより補正する。
特定の基準ビームＢ３はその走査位置ずれ状態によって、他のレーザビームＢ４の修正量を軽減するものを選択することができる。これによりより迅速に位置ずれ補正を行うことができ、画像出力の高速化に対応することができる。

図１１に、位置ずれ補正方法の他例を示す。図１０の方法では、走査線ピッチずれ補正を行うと同時に、走査線の副走査方向の位置移動を招くことになるため、位置ずれに対する補正が再度必要となる。
この手間を省くために、先に走査線ピッチ間隔を揃えた上で、位置補正を行う補正方法により、補正手段の補正回数と補正量を軽減することができ、位置補正にかかる時間を短縮することができる。

走査線が重なったトナーパターンのエッジ部を基準ビームとして、他の走査線との位置ずれを算出することによって、補正手段の補正方向が同じになり、位置ずれの方向を一方向にすることができ、補正量の算出方法、補正手段の制御方法を統一することができる。
また、トナーパターンを複数のラインにより構成する場合に、画像データの入力状態によって、エッジ部を形成する光源がマルチビームの場合に必ずしも同一の光源と限らず、その時々の画像出力データとのタイミングで、光源が変わってくるために、エッジ部を形成するレーザビームを基準ビームとして制御部で補正することができる。
これにより制御部の位置ずれ算出部や補正にかかわる回路及びルールを簡素化することができ、よって制御回路の校正を簡素化でき、設計工数や部品点数の削減を図ることができる。

トナーパターン検出とレーザビーム検出により算出した位置ずれを、補正手段により解消しているが、フィードバック制御により補正結果を再度検出して所定値以上なら修正していくことを繰り返すことによって、より適切な位置ずれ補正を行うことができる。
図４に、フィ−ドバック制御を用いた位置ずれ補正方法の一例として、走査線ピッチずれ補正のフィードバック制御のサブルーチンを示す。形成されたトナーパターンを、トナーパターン検出手段によって検出した走査線ピッチずれ値を初期値として、演算部でそれぞれの走査線ピッチずれを解消するための補正手段の補正量を算出し、補正手段を制御する。
このとき、温度変動等の外乱が加わってくるので、必ずしも、走査線ピッチずれを所定値内に制御できるか限らないので、再度レーザビーム検出手段によって、ビーム位置の検出を行い、検出値が目標範囲内にあるか比較を行う。
これ送り返すことによって、走査線ピッチずれの補正を行う。

図１２に、フィードフォワード制御を用いることを特徴とする位置ずれ補正方法の一例を示す。
フィードフォワード制御により、温度変動等の外乱によって走査線の位置ずれの影響が出る前に、外乱を打ち消すような補正を行うことによって走査線の位置ずれを未然に防ぐもので、フィードバック制御よりも早く補正を行うことができる。
そのためには、事前に、外乱に対する走査線の位置ずれ量と補正量の関係について、モデルを同定したテーブルを制御手段５に有する必要がある。

画像形成装置を構成する走査結像光学系の特徴に合わせて、上述した位置ずれ補正方法を適宜実行することによって、走査線の位置ずれによる画像の劣化を防ぎ、高画質な画像出力を得ることができる。
トナーパターンから検出した位置ずれデータから算出した補正量と、各像担持体におけるレーザビームの絶対位置の検出をレーザビーム検出器により行うので、適切な補正量を補正手段に与えることができる。
また、補正にかかる移動時間を軽減することができる。

本発明の一実施形態における画像形成装置の概要正面図である。 光走査装置を含む要部斜視図である。 制御ブロック図である。 走査線位置ずれ補正のフィードバック制御を示すフローチャートである。 ビーム合成光源モジュールの斜視図である。 楔形プリズムによる副走査の位置ずれ補正の一例を示す図である。 レーザビーム検出器を示す図である。 レーザビーム検出器の他例を示す図である。 レーザビーム検出器の他例を示す図である。 走査線位置ずれの補正方法の一例を示す図である。 走査線位置ずれの補正方法の他例を示す図である。 走査線位置ずれ補正のフィードフォワード制御を示すフローチャートである。

符号の説明

ａ、ｂ、ａ'、８ａ、８ｂ、８ｃ 受光部
１２ 偏向走査手段としてのポリゴンミラー
１５ 補正手段としての液晶偏向素子
２０ 像担持体としての感光体
２２、２３、２４ トナーパターン検出手段
Ｐ１、Ｐ２ レーザビーム検出器

Claims (12)

1. 光源から放射されたレーザビームを、偏向走査手段により主走査方向に偏向走査し、走査結像光学系により該レーザビームを像担持体上に光スポットとして集光させ、前記像担持体上に形成された潜像を顕像化する現像手段を有する画像形成装置において、
   前記レーザビームの走査状態を検出するためのレーザビーム検出手段と、トナーパターンを検出するためのトナーパターン検出手段と、前記レーザビームの走査状態を補正するための補正手段を有し、前記レーザビーム検出手段と前記トナーパターン検出手段の検出値に基づいて前記補正手段を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記レーザビーム検出手段は、副走査方向に応じて主走査方向の受光部の幅又は受光素子の間隔が変化する構成を有していることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２記載の画像形成装置において、
   前記レーザビーム位置検出手段が、少なくとも一つの隣接する辺縁が角度を有する複数の受光部からなるレーザビーム検出器１と、前記レーザビーム検出器１を構成する複数の受光部のいずれかと平行な辺縁を有する受光部を持つレーザビーム検出器２からなることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３記載の画像形成形成装置において、
   前記レーザビーム検出器１と前記レーザビーム検出器２は、走査領域の書込開始前と書込終了後の領域に分けて設けられていることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のうちの何れかに記載の画像形成装置において、
   前記レーザビーム検出手段を走査結像光学系毎に配置したことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５のうちの何れかに記載の画像形成装置において、
   前記補正手段の制御により補正されたレーザビーム位置を前記レーザビーム検出手段で再度検出して、偏差が所定範囲内になるまで上記補正制御を繰り返すことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６のうちの何れかに記載の画像形成装置において、
   複数の光源からのレーザビームを副走査方向に分離して同一の像坦持体上に同時に走査させるマルチビームを用いることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７記載の画像形成装置において、
   特定のレーザビームを基準ビームとして、各基準ビームの走査位置ずれを前記補正手段により調整し、その後、前記基準ビームと対となる各レーザビームの副走査ビームピッチを補正することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項７記載の画像形成装置において、
   特定のレーザビームを基準ビームとして、各基準ビームと対となる各レーザビームの副走査ビームピッチを前記補正手段により調整し、その後、前記基準ビームを基準として走査位置ずれを補正することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項８又は９記載の画像形成装置において、
    複数のレーザビームによるトナーパターンのエッジ部を形成する光ビームを基準ビームとすることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１乃至１０のうちの何れかに記載の画像形成装置における走査線位置ずれ補正方法において、
    走査線としての前記レーザビームを補正するためにフィードバック制御を用いることを特徴とする走査線位置ずれ補正方法。
12. 請求項１乃至１０のうちの何れかに記載の画像形成装置における走査線位置ずれ補正方法において、
    走査線としての前記レーザビームを補正するためにフィードフォワード制御を用いることを特徴とする走査線位置ずれ補正方法。
    

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