JP2006198896A - 多色画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】色ずれ補正に用いるトナーパッチを、ポリゴンミラーの隣接する複数面で走査した複数行を含むラインパターンにより形成し、形成されたライン幅中心によりレジストずれを検出する。
【選択図】 図1
Description
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込み位置を正確に合わせなければ、主走査方向のレジストずれが生じ、色ずれや色変わりの要因となる。
一方、こういった多色画像形成装置においては、高速化、高密度化が年々進んでいる。この対応策としてポリゴンモータの回転数を増加する方法があるが、軸受寿命に限界があり、発熱、振動が抑えきれなくなっていることから、より低い回転数で複数のビームを同時に走査することで、高速化、高密度化が実現できるマルチビーム光源を用いる方式が提案されている。
しかしながら、マルチビーム光源は光源間のピッチや波長の差があるため、特許文献3に示されるように複数のラインを一組として個別にレジストずれ検出を行うことで光源間のずれを回避する例が提案されている。
さらに、副走査方向の走査位置を補正する手段として液晶偏向素子を用いた例が開示されている(例えば、特許文献5、特許文献6 参照。)。
マルチビーム光源からの複数のビームは感光体面で互いに記録密度に応じた副走査ピッチとなるよう調節されるが、このピッチを正確に合わせるには手間がかかり、実質的に調整誤差をゼロにするのは困難であるうえ、温度変動や結像光学系の倍率変化によっても変動してしまうため、副走査ピッチは必ずしも均一でない。
また、光源毎に波長が異なりモードホップ等で変化するため、主走査方向にも倍率が若干異なる。
したがって、どの光源からのビームを組み合わせてラインを形成するか、あるいは、どの光源から書き出すかによって、レジストずれを検出するパターンの線幅や、縁のアウトラインの凹凸状態が異なることで検出精度が低下し、色ずれの補正が正確に行われず、この誤検知によって、かえって色ずれを増加させてしまうことも有り得る。
これに対し、各光源毎にパターンを個別に形成し、レジストずれを各色間に加えて各光源間についても検出することで正確に把握することができるが、検出するパターンが倍増してしまうため補正に要する時間がそれだけ多くかかり、プリントができない時間、いわゆるダウンタイムが増え生産性を落としてしまうという問題がある。
さらに、近年、低コスト化に伴って光源やポリゴンミラーを収納するハウジングに樹脂が用いられるようになり、ポリゴンミラーの発熱によってハウジングが歪み易くなっているため、色ずれを抑えるうえでレジストずれチェックの頻度も増やさざるを得ない状況にもあり、色ずれ補正にかける時間はなるべく短い方が好ましい。
また、光源を変調するクロックや、タイミングを制御する制御回路においても負担が増大し、コストアップを招くことにもなるため、補正方法も単純な方が好ましい。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の多色画像形成装置において、前記ラインパターンは、nを前記複数の発光源の光源数とするとき、該n個の発光源を全て用い、前記レジストずれ検出手段において隣接するn+1行以上が検出されるライン幅を有することを特徴とする。
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の多色画像形成装置において、前記ラインパターンは、前記複数の発光源のうち、常に特定の発光源からの光ビームを先頭行として書き出すようにすることを特徴とする。
請求項6に記載の発明では、請求項1ないし5に記載の多色画像形成装置において、前記レジストずれ検出手段により検出された、転写体の移動方向におけるずれ量にもとづいて、前記各発光源の副走査方向での書き出しタイミングを一律に補正することを特徴とする。
請求項7に記載の発明では、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記レジストずれ検出手段により検出された、転写体の移動方向におけるずれ量にもとづいて前記複数の発光源のうち、画像形成時の先頭行を形成する発光源を選択することを特徴とする。
請求項9に記載の発明では、請求項1ないし8のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記レジストずれ検出手段により検出された、転写体の移動方向に直交する方向におけるずれ量にもとづいて、前記各発光源の主走査方向での書込みタイミングを一律に補正することを特徴とする。
請求項10に記載の発明では、請求項1ないし9のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記レジストずれ検出手段を転写体の移動方向に直交する方向における複数箇所に備えるとともに、前記レジストずれの検出位置を境界とした各領域で、前記各発光源を変調する画素クロックの周期を一律に補正することを特徴とする。
請求項11に記載の発明では、請求項1ないし10のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記ポリゴンミラーにより走査された光ビームを検出するビーム検出手段を備えるとともに、各発光源の主走査倍率の変化を検出し、その平均値により少なくとも1ジョブ中にわたって前記補正状態を保持することを特徴とする。
また、形成するパターン数も少なくて済み無駄なトナー消費を抑えることができる。
曲がり補正手段を、結像光学系を構成する光学素子のうち、複数の発光源からのビーム間隔が副走査方向に最も近接している光学素子に配備することにより、曲がり補正に伴う光学素子の姿勢変化や形状変化によって発生する主走査倍率の偏りがあっても、各発光源間の相対的なずれを小さくできるので、色ずれ補正精度を向上でき高品位な画像形成が行える。
レジストずれ検出手段により検出された、ずれ量にもとづいて、各発光源の主走査方向、あるいは副走査方向での書き出しタイミングを一律に補正することにより、各発光源の色ずれに対応したタイミング制御回路における演算が各発光源で共通で済み、単純化されるので、色ずれ補正にかかる時間が短縮でき、プリントジョブの生産性が向上する。
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。したがって、温度変動等に伴うプリント間での画質変化を低減できるうえ、色ずれ補正の頻度が削減でき、生産性が向上する。
同図において符号101、102、103、104は感光体ドラム、105は転写体、106はポリゴンミラー、107、108、109、110は光源ユニット、111は入射ミラー、113、114はシリンダレンズ、117は非平行平板、120はfθレンズ、122、123はトロイダルレンズ、126、127、128、129、130、131は折り返しミラー、138、139、140、141はフォトセンサを実装した基板、154はLED素子、155はフォトセンサ、156は集光レンズ、157はラインパターン、161、162は光のビームをそれぞれ示す。
同図は4ステーションを2ステーションずつ2分して、各々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を示す。
4つの感光体ドラム101、102、103、104は転写体105の移動方向に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写し重ね合わせることでカラー画像を形成する。
図示するように各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、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の回転方向は同一であるので、各々の書出し開始位置が一致するように画像を書き込んでいく。
また、同図では、各感光体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。
各光源ユニットは、光源ユニット毎に射出位置が副走査方向に異なる部位、本実施形態では光源ユニット107と108との射出位置が所定高さ、本実施形態では6mm、だけ異なるよう配備し、光源ユニット108からのビーム161、162は入射ミラー111により折り返し、直接ポリゴンミラー106へと向かう光源ユニット107からのビームに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。
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り、各光ビームは偏向面で主走査方向に線状となるように収束され、後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、偏向点と感光体面上とが副走査方向に共役関係とすることで面倒れ補正光学系をなす。
ポリゴンミラー106は6面ミラーで、同図では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て風損を低減した形状としている。1層の厚さは約2mmである。尚、上下のポリゴンミラーの位相は同一である。
fθレンズ120も2層に一体成形、または接合され、各々、主走査方向にはポリゴンミラーの回転に伴って感光体面上で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し、各ビーム毎に配備されるトロイダルレンズ122、123とにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。
各色ステーションは、ポリゴンミラーから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、入射角が等しくなるように複数枚、同図では1ステーションあたり3枚ずつ、の折り返しミラーが配置される。
光源ユニット108からのビーム162は、非平行平板117、シリンダレンズ114を介して入射ミラー111で反射され、ポリゴンミラー106の下段で偏向された後、fθレンズ120の下層を通過し、折り返しミラー129で反射されトロイダルレンズ123を通過し、折り返しミラー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。
もう一方の光走査ユニットも同様な構成で、説明は省くが、光源ユニット109からのビームは感光体ドラム104に導かれ、第4のステーションとしてブラック画像を、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。
同図において符号301は支持板、302、303、304は板ばね、305はトロイダルレンズ、306はリブ部、307は突起、308は調節ねじ、310は立曲げ部、312はねじ穴、313、314は開口、315はステッピングモータ、316は切欠、317は可動筒、318は突起、319は板ばねの穴、326は板ばね、327はハウジングに設けられた凹部をそれぞれ示す。
トロイダルレンズ305は、樹脂製でレンズ部を囲うようにリブ部306が形成され、中央部には位置決め用の突起307が形成されている。
支持板301は板金でコの字状に形成され、トロイダルレンズ305の突起307を立曲げ部に形成した切欠316に係合し、また、リブの下面を立曲げ部310に突き当てて位置決めし、一対の板ばね303によりリブの上面より付勢して両端を保持する。板ばね303はトロイダルレンズ305を支持板301に重ね合わせた状態で外側よりはめ込み、一端を開口313から内側に出し開口314に挿入して固定する。中央部にはねじ穴312に調節ねじ308を螺合し、板ばね302を同様に外側よりはめ込んで下側リブの内側に引っ掛けて同様に固定し、調節ねじ308の先端にリブの下面が確実に当接するように付勢する。
板ばねの穴319は調節ねじ308を貫通する穴である。
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があると熱膨張差によっても変形してしまうが、このように支持板に沿わせることで形状を安定的に保ち、後述する傾け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。
一端には支持板に形成した切欠316を貫通してステッピングモータ315が固定され、シャフトの先端に形成された送りねじを可動筒317のねじ穴に螺合し、可動筒317の先端をハウジング受け面に突き当てることで、ステッピングモータ315の回転により副走査方向(トロイダルレンズの高さ方向)に変位可能としている。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は光軸と直交する面内で突起318の係合部を支点として回動調節でき、それに伴って副走査方向におけるトロイダルレンズの母線が傾いて、トロイダルレンズの結像位置としての走査ラインが傾けられる。
実施例では、第1、第3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配備され、ユニット毎に基準となる第2、第4のステーションの走査ラインにもう一方の走査ラインが平行となるように傾き調整がわれる。
トロイダルレンズ305は両端を立曲げ部310の縁、中央を調節ねじ308の先端で支持され、調節ねじ308の突出し量が立曲げ部310に足りない場合には、板ばね302の力によってトロイダルレンズの母線が下側に凸となるよう反る。逆に突出し量が超えると上側に凸に反る。したがって、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が補正できる。
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、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た複数箇所に配備してもよく、中央部と立曲げ部310との中間の計3箇所に配備することにより、M型やW型の曲がりについても補正が可能となる。
実施例では、全てのトロイダルレンズに配備され、組付時に各ステーションの走査ラインが真直になるように合わせている。
各発光源401、402からカップリングレンズ403、404を介して射出したビームは、光源ユニットを光軸周りに回転調整することによって被走査面でピッチPを得るように光路が設定される。この際、各ビーム161はシリンダレンズ113によってポリゴンミラー106の偏向面上で交差され、トロイダルレンズ123の近傍で再度交差する。
各ビームがトロイダルレンズ123で副走査方向に離れた部位を通過すると、上記した傾き補正によりトロイダルレンズを傾けられた際、ビーム間で主走査倍率の差が発生したり、曲がりの形状がビーム間で異なることで、上記したレンズ形状を操作する方法では一律に補正するのが難しくなるためで、トロイダルレンズ123で各ビームを近接させることでビーム間の差異をなるべく発生させないよう配慮している。
実施例では、各ユニット内では上記したように、基準となるステーションに対し他のステーションの傾きを合わせるが、ユニット間では各ユニットの基準となるステーション同士の傾きを電気的に合わせるようにしている。
いま、基準となるステーション同士の傾きの差がSだけあったとすると、走査ラインピッチPで割った余りΔSが最小となるように係数kを定めて主走査領域をk+1分割し、各分割領域毎に書き出しタイミングがずれるよう画像データの記録位置をシフトする。
例えば、実施例ではk=3であるから、1ラインに相当する主走査に沿った画像データを4等分し、ラインバッファに記憶する際に、左から第2の領域では1ライン分、第3の領域では2ライン分、第4の領域では3ライン分というように記録するタイミングを順次ずらして入力する。
つまり、もともとのラインにおける画像データは、第2の領域では1ライン前の走査で記録され、第4の領域では3ライン前の走査で記録されるように、画像データの構成を組替える。
なお、この境界部で発生するジャギー(階段状のギザギザ)は徐々にパルス幅を可変する等のスムージング技術により目立ち難くすることができる。
同図は曲がりに対する画素データ構成の様子を示すが、仮に2次曲線とみなせば分割位置は、±√(S/2P)、±√(S/P)で与えられ、同様に適応できる。
曲がり補正に伴う光学素子の姿勢変化や形状変化によって発生する主走査倍率の偏りがあっても、各発光源間の相対的なずれを小さくできるので、色ずれ補正精度を向上でき高品位な画像形成が行える。
画像記録領域の走査開始側および走査終端側には、図1に示すように、ユニット毎にフォトセンサを実装した基板138、139および140、141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。実施例では、基板138、140は同期検知センサとなし、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、141は終端検知センサをなし、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し、検出された走査速度の変化に対して、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た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。
同図において符号152、153はフォトダイオードをそれぞれ示す。
いずれかのセンサを同図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、それとは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β、光ビームの走査速度Vを用いて
Δy=(V/tanβ)・Δt
で表され、実施例では、Δtが常に一定となるように、後述する光軸偏向手段、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、各色画像の副走査レジストがずれないよう照射位置を保持することができる。
さらに、上記センサを走査開始側と走査終端側のいずれにも配備するようにすれば、各端の副走査位置ずれの差、つまり走査線の傾きが検出できる。
同図において符号401、402は半導体レーザ、403、404はカップリングレンズ、405、406はベース部材、407はホルダ部材、408、409はV溝部、410、411は板ばね、412はプリント基板、413は円筒部、414は当接面をそれぞれ示す。
半導体レーザ401、402およびカップリングレンズ403、404は、各色走査手段毎に射出軸に対して主走査方向に対称に配備され、半導体レーザはパッケージの外周をかん合して各々ベース部材405、406に裏側より圧入され、ホルダ部材407の裏面に、各々3点を表側から貫通したねじを螺合して当接させて保持し、カップリングレンズはホルダ部材に相反する方向に開くよう形成したV溝部408、409に外周を突き当て、板ばね410、411により内側に寄せてねじ固定される。
この際、半導体レーザの発光点がカップリングレンズの光軸上になるようベース部材の当接面(光軸に直交する面)上での配置を、また、カップリングレンズからの射出光が平行光束となるようV溝上(光軸上)での位置を調節して固定している。
各々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、実施例ではこの交差位置をポリゴンミラー反射面の近傍となるように支持部材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412はホルダ部材に立設した台座にネジ固定により装着し、各半導体レーザのリード端子を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400が一体的に構成される。
光源ユニットは、ハウジングの壁面に高さを異ならしめて形成した係合穴に各ホルダ部材の円筒部413を挿入して位置決めし、当接面414を突き当ててネジ止めされる。
この際、円筒部を基準として傾け量δを調整することで、ビームスポット間隔を記録密度に応じた走査ラインピッチPに合わせることができる。
図10はハウジングの装着状態を示す図である。
両図において符号200は光学ユニット、201は光学系のハウジング、202はカバー、203は位置決めピン、204は貫通穴、205は支持部、206は支持部、207は板ばね、208は支持部材、209は開口をそれぞれ示す。
上記した光源ユニット109、110、ポリゴンミラー106、fθレンズ120等光学系を構成する光学素子は各々ハウジング201の所定の部位に配置を保って装着され、カバー202で密閉される。
図示しないが、トロイダルレンズ等はハウジングの下側より装着され、一体ユニットとなす。
実施例ではイエロー、マゼンタのステーションを1ユニット、シアン、ブラックのステーションを1ユニットとして、別々のハウジングに収容される。
ハウジング201は樹脂で成形され、外壁には4箇所の支持部が形成される。
前側の一対の支持部205には、位置決めピン203とねじの貫通穴204が形成され、本体フレームを構成する支持部材208に位置決めピン203を基準として装着され、ねじ止めされる。一方、ポリゴンモータ側の一対の支持部206は板ばね207で上から抑え付けるのみで設置平面上で拘束しない。
したがって、転写ベルトの搬送方向に自由膨張を可能とし、ポリゴンモータの発熱に伴うハウジングの歪みを発生し難くしている。
支持部材208は各ユニットに共通であり板金で形成され、感光体ドラムとの間を仕切るように配置され、各ビームは開口209を通して感光体ドラムを照射する。
同図において符号501は画素クロック生成部、502は高周波クロック生成回路、503はカウンタ、504は比較回路、505は光源駆動部をそれぞれ示す。
次に、同図を用い、書込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501であるが、カウンタ503では、高周波クロック生成回路502で生成された高周波クロックVCLKをカウントし、比較回路504ではこのカウント値と、デューティ比に基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と一致した際に画素クロックPCLKの立下りを指示する制御信号lを、位相データHと一致した際に画素クロックPCLKの立上がりを指示する制御信号hを出力する。この際、カウンタ503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、連続的なパルス列が形成できる。
こうして、1クロック毎に位相データHを与え、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。
デューティ50%とすると設定値L=3が与えられ、カウンタ503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、光源駆動部505に与えられ、画素クロックPCLKを基準に、画像処理部506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。
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、同図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すると、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。
したがって、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てやればよい。
上記したように、実施例では、各ユニット内では基準となるステーションに対し他のステーションの走査位置を合わせ、ユニット間では各ユニットの基準となるステーション同士の画像の重なり具合を検出し、一方のユニットについて書き出しのタイミングや画素クロックの周期を一律に補正するようにしている。
こうすることにより、各発光源の色ずれに対応したタイミング制御回路における演算が各発光源で共通で済み、単純化されるので、色ずれ補正にかかる時間が短縮でき、プリントジョブの生産性が向上する。
画像の重なり具合は、各ユニットの基準ステーションが転写ベルト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一方のステーションを基準として相対的なずれとして検出し、定期的に補正制御が行なわれる。
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。したがって、温度変動等に伴うプリント間での画質変化を低減できるうえ、色ずれ補正の頻度が削減でき、生産性が向上する。
検出手段は、照明用のLED素子154と反射光を受光するフォトセンサ155、および一対の集光レンズ156とからなり、実施例では、画像の中央と左右両端2ヵ所に配備され、各ユニットで基準となるブラックとマゼンタとのトナー像により、主走査ラインに沿った横線パターンと、主走査ラインに対し約45°傾けた傾斜線パターンとからなるラインパターン157を形成し、転写ベルトの移動に応じて検出時間差を読み取っていく。
同図において符号Pk1は基準色の横線パターン、Pk2は基準色の傾斜線パターン、
Pm1はマゼンタの横線パターン、Pm2はマゼンタの傾斜線パターン、tkmは両横線パターンの検出時間差、tk、tmはそれぞれの色の横線パターンと傾斜線パターンの検出時間差をそれぞれ示す。
紙面上下が副走査方向に相当し、検出時間差tmkの理論値t0との差から各色の副走査レジストを、また、検出時間差tk、tmの差から各色の主走査レジストのずれを求める。
ここで、光源数が複数、実施例では2ビームでこのパターンが形成されるので、同図(a)に示すように主走査方向では光源間の波長差があると、dだけ凹凸が発生する。dはビームによって書き出し位置が微妙にずれることにより、傾斜線を描いても、一方のビームによる傾斜線を基準とした理想の傾斜ラインから、他方のビームによる傾斜線がずれてしまう量を表している。同図は2番目のラインがdだけ突出している状態を示している。
副走査方向ではピッチ誤差があると同図(b)、(c)にD1あるいはD2で示すように、組み合わせによりライン幅が異なる。2ビームの場合、ポリゴンミラーの1面で走査されるライン間隔が狭まると、隣接面で走査される次のラインとの間隔は広がってしまう。
そこで、実施例では、光源を全て用い、いずれかの光源からのビームがポリゴンミラーの隣接する2面以上で走査されるように、光源数がn個の場合、検出位置に沿ってn+1ライン以上にかかるようなライン幅を設定してラインパターンを形成し、検出位置に沿ってラインの両縁を検出してその中間点を求めることで、ピッチ誤差を全て含めた形で平均化されたずれが検出でき、各光源毎に個別に検出して平均値を求めるのと同様な効果があり、ピッチ変動や主走査倍率変動の影響を受けない。ライン幅の上限は特に定義しないが、実用的にはポリゴンの2ないし3面分程度あれば十分である。
このようにすることで、各発光源による走査ラインピッチの調整誤差や変動の影響を受けることなく、また、ライン幅を確保することで縁部のトナー散りの影響等によるS/N比を上げることができるので正確にレジストずれが検出でき、色ずれ補正精度を向上でき高品位な画像形成が行える。しかも、光源毎にレジストずれを検出しなくても、1回の計測のみで各光源間の平均値が求められ、色ずれ補正にかかる時間が短縮でき、プリントジョブの生産性が向上する。
また、形成するパターン数も少なくて済み無駄なトナー消費を抑えることができる。
こうして検出された副走査レジストについては、ポリゴンミラー1面単位、つまり光源数をnとするとnラインピッチn・P、実施例では2Pを単位として面位相を選択し、各光源の走査ラインのうち、最もレジストずれが小さくなる走査ラインを通常プリント時の先頭行として選択することで一方のユニットの副走査方向における書出しタイミングを各ステーション共通に補正し、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ΔPをも補正できるようにしている。
各レジスト検出毎のラインパターンを書き出す発光源の違いによるライン幅の変化がないので、色ずれ補正精度を向上でき高品位な画像形成が行える。
また、傾きについては上記した画素データの組替えにより一方のユニットにおける各ステーション共通に補正する。傾き補正に伴う光学素子の姿勢変化によって発生する主走査倍率の偏りや走査ラインの曲がりがあっても、各発光源間の相対的なずれを小さくできるので、色ずれ補正精度を向上でき高品位な画像形成が行える。
実施例では、このフォトダイオード152、153を主走査方向における走査領域の両端に配備することで走査線の傾きも検出できるようにし、フィードバック補正によりレジスト位置と傾きとを機械的に補正して、基準となるステーションの走査位置に合わせ込むように制御され、主走査倍率については、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もとに、ステーション間の倍率変化を常に監視し、基準となるステーションの倍率に合うように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補正しているので、各ユニット間の基準となるステーションにおける画像の重なり具合さえ合わせれば、全てのステーションの色ずれが補正できる。
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を最小限で済ませることで、プリント動作を中断する時間をかけ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。
また、4ステーションを2ステーションずつに分け、同一方向に回転するポリゴンミラーで走査するようにして各ステーションの走査方向を揃え、主走査方向の倍率変動があってもレジストずれが発生し難くくするとともに、ユニット間の補正を電気的な補正のみで対応できるようにすることで、より補正にかける時間が短くなるよう配慮している。
したがって、各分割位置毎にレジストずれを検出するセンサを設ければ良いのだが、コストアップとなるうえ補正時間もかかる。実施例では、センサ数を最小限とするため、あらかじめ、温度変化に伴って生じる各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、所定区間の倍率の変化量に対応してデータテーブルに記憶させておくことで対処している。
そのため、センサを主走査領域における中央と両端の3箇所に配置して主走査領域を2分した各区間の倍率の変化量を検出し、上記3箇所で基準となるステーションとのレジストずれがゼロとなるように、各分割区間毎の倍率変化を予測する。
同図において符号621は非平行平板、622はホルダ部材、623は軸受部、624は支持部材、625はかん合部、626は鍔部、627はレバー部、628はステッピングモータ、629はスプリング、630は貫通穴、631、632はピンをそれぞれ示す。
図18は光軸偏向手段の他の方法を示す図である。
図17において、非平行平板621は、円筒状のホルダ部材622中央枠内に固定され、軸受部623を形成した支持部材624にホルダ部材に形成した一対の鍔部626を切欠に合わせて挿入し、水平に戻すことで鍔部326が裏側に引っ掛かり、支持部材に密着した状態でかん合部625を基準に回転可能に保持される。
支持部材624は、上記したように底面を基準にハウジングにねじ止めされ、軸受部623の回転中心が光源ユニットの射出軸と中心が合うように高さHが各々設定されており、回転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。
ホルダ部材の一端にはレバー部627が形成され、支持部材に形成した貫通穴630に係合され固定されているステッピングモータ628の軸先端に形成した送りネジを螺合しており、その上下動に伴って非平行平板621を回動可能としている。
なお、この際のバックラッシュをとるため、ホルダ部材のピン631と支持部材のピン632との間にスプリング629による引張力をかけ、一方向に片寄せする構成としている。
Δy=ζ・fc・(n−1)ε・sinγ
ただし、nは非平行平板の屈折率
で与えられ、ζ・fc・(n−1)ε=K(定数)とおけるので、微小回転角の範囲では、
Δy≒Kγ
と近似できるため、回転角にほぼ比例して可変できる。
実施例では、非平行平板の頂角εは、約2°である。
このような非平行平板以外にも、図18に示す液晶偏向素子等を光軸偏向手段として用いても同様の効果が得られる。
液晶偏向素子は上下の電極間に電位差を与えることで、液晶の配向が変化し、図示するように屈折率分布を発生させて光線を屈曲させることができる。
同図において符号900は光走査装置、901は感光体ドラム、902は帯電チャージャ、903は現像ローラ、904はトナーカートリッジ、905はクリーニングケース、906は転写ベルト、907は給紙トレイ、908は給紙コロ、909はレジストローラ対、910は定着ローラ、911は排紙トレイ、912は排紙ローラをそれぞれ示す。
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、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ904、ドラム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。感光体ドラム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出され、転写ベルトからカラー画像が転写されて、定着ローラ910で定着されて排紙ローラ912により排紙トレイ911に排出される。
同図において符号801、802はポリゴンミラー、803はロータ、804は回路基板、805、806はホール素子、807、808は同期検知センサをそれぞれ示す。
ポリゴンミラー801、802はロータ803に装着され、回路基板804に回転自在に支持される。
一般に、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、回路基板上には、回転位置検出手段としてのホール素子805、806が設けられており、ポリゴンモータの回転につれ各極の境目がホール素子上を通過する毎に、一定周期の回転位置検出信号が発生される。
ポリゴンミラーは、回転数に応じて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を等速で回転する。
各ポリゴンミラー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、ポリゴンミラーにより偏向された光ビームは、各走査の開始端で同期検知センサ807、808で検出され、各面毎に同期検知信号が発生される。
各面の分割角度は一定であるので、こちらも一定周期のパルス信号となる。
したがって、ポリゴンミラーの面数と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極数を設定すれば、周波数が等しくなるので位相制御が容易になる。
通常、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。
また、いずれか一方、同図ではポリゴンミラー801を基準としたもう一方の同期検知信号の位相差を加算器に入力することで、PLL回路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−i/f ここで、iはtを最小とする整数
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。
106 ポリゴンミラー
107、108 光源ユニット
120 fθレンズ
122、123 トロイダルレンズ
126、127、128 折り返しミラー
154 LED素子
155 フォトセンサ
156 集光レンズ
157 ラインパターン
Claims (11)
- 複数の光源ユニットからの光ビームを、ポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査装置を備え、前記各静電像を各色トナーにより現像し、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、前記転写体上に各色のトナーパッチを形成してレジストずれを検出するレジストずれ検出手段を備えるとともに、前記各光源ユニットのうち、少なくとも1つは複数の発光源を有し、前記像担持体上に複数ラインを同時に形成するマルチビーム光源ユニットからなり、前記トナーパッチを、前記複数の発光源のうち、いずれかの発光源からの光ビームを前記ポリゴンミラーの隣接する複数面で走査した複数行を含むラインパターンにより形成し、形成されたラインパターンのライン幅中心によりレジストずれを検出することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1に記載の多色画像形成装置において、前記ラインパターンは、nを前記複数の発光源の光源数とするとき、該n個の発光源を全て用い、前記レジストずれ検出手段において隣接するn+1行以上が検出されるライン幅を有することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1または2に記載の多色画像形成装置において、前記ラインパターンは、前記複数の発光源のうち、常に特定の発光源からの光ビームを先頭行として書き出すようにすることを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1ないし3のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、さらに、前記像担持体上における走査ラインの傾きを機械的に補正する傾き補正手段を備え、該傾き補正手段を、前記結像光学系を構成する光学素子のうち、前記複数の発光源からのビーム間隔が副走査方向に最も近接している光学素子に配備することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1ないし4のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、さらに、前記像担持体上における走査ラインの曲がりを機械的に補正する曲がり補正手段を備え、該曲がり補正手段を、前記結像光学系を構成する光学素子のうち、前記複数の発光源からのビーム間隔が副走査方向に最も近接している光学素子に配備することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1ないし5のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記レジストずれ検出手段により検出された、転写体の移動方向におけるずれ量にもとづいて、前記各発光源の副走査方向での書き出しタイミングを一律に補正することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1ないし6のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記レジストずれ検出手段により検出された、転写体の移動方向におけるずれ量にもとづいて前記複数の発光源のうち、画像形成時の先頭行を形成する発光源を選択することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1ないし7のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記ポリゴンミラーにより走査された光ビームの走査位置を検出するビーム検出手段を備えるとともに、各発光源の副走査位置の変化を検出し、その平均値により少なくとも1ジョブ中にわたって前記補正状態を保持することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1ないし8のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記レジストずれ検出手段により検出された、転写体の移動方向に直交する方向におけるずれ量にもとづいて、前記各発光源の主走査方向での書込みタイミングを一律に補正することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1ないし9のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記レジストずれ検出手段を転写体の移動方向に直交する方向における複数箇所に備えるとともに、前記レジストずれの検出位置を境界とした各領域で、前記各発光源を変調する画素クロックの周期を一律に補正することを特徴とする多色画像形成装置。
- 請求項1ないし10のいずれか1つに記載の多色画像形成装置において、前記ポリゴンミラーにより走査された光ビームを検出するビーム検出手段を備えるとともに、各発光源の主走査倍率の変化を検出し、その平均値により少なくとも1ジョブ中にわたって前記補正状態を保持することを特徴とする多色画像形成装置。
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