JP2007030360A - マルチビーム走査装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーザビームを用いて複数ライン分の画像データを同時に記録する際、各レーザビームの画像形成開始位置を揃えて良好な画質の画像を形成すると共に、有効走査範囲が狭くならないようする。
【解決手段】マルチビーム発生手段１０３により発生された２ｎ本のレーザビームを走査する走査手段１０４と、各レーザビームの走査の同期を取るための同期検出信号を発生するビーム検出手段１０６を有するマルチビーム走査装置において、ビーム検出手段１０６に入射されるレーザビームは、第１の半導体レーザアレイ１０２のある１つのレーザ素子により発生するレーザビームと、第２の半導体レーザアレイ１０２のある１つのレーザ素子により発生するレーザビームであり、その２本のレーザビームの同期検出信号から、２ｎ本のマルチビームの主走査方向の画像形成開始位置を制御するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光ビームを同時に走査するマルチビーム走査装置およびそれを用いた画像形成装置に係り、特に多数のビームを用いた場合にも主走査方向の走査（画像形成）開始位置を揃え、良質な画質を得ることができるマルチビーム走査装置およびそれを用いた画像形成装置に関するものである。

レーザプリンタやデジタル複写機等の電子写真装置においては、感光体ドラムを一様に帯電した後、レーザビームを用いた露光装置により記録情報に応じた静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像して、転写部において用紙に転写し、更に定着して用紙上に画像を形成している。

従来、この種の画像形成装置として、複数のレーザビームをポリゴンミラーにより走査することにより、複数ラインを同時に走査するマルチビーム走査装置を備えたマルチビーム画像形成装置が提案されている。このようなマルチビーム画像形成装置は、ポリゴンミラーの１面で複数ラインの画像を形成するので、低速回転のポリゴンモータ、低出力の半導体レーザを用いて高速な画像形成を行えるという特長を有する。

マルチビーム画像形成装置において、複数のレーザビームを用いて複数ライン分の画像データを同時に記録するには、それぞれのレーザビームにおける主走査方向の画像形成開始位置を揃える必要があり、良好な画質を得るためには必要不可欠である。

そのため一般に、画像形成を開始する前に、有効走査範囲外の所定位置に配置されたビーム検出手段にレーザビームを照射させ、そのビーム検出信号から所定の時間間隔を主走査方向の画像形成開始位置とする制御方式が用いられている。

例えば複数のレーザビームが主走査方向に揃っている場合は、１つのレーザビームを使う画像形成装置と同様に、複数のレーザビームのうち１つのレーザビームを発光し、１つのビーム検出手段に照射させ、そのビーム検出信号により、全てのレーザビームの主走査方向の画像形成開始位置を制御することができる。しかしこのような方法では、複数のレーザビームの合成を高精度化する点で限界があり、また高精度に合成させることができたとしても、環境変化や振動等の影響で、主走査方向の合成の精度が経時的に低下してしまうことは避けられない。従って、各レーザビームによる主走査方向の画像開始位置を常に安定して揃えることは困難である。

このような問題を解決するために特許文献１（特開平１０−２０２９４３号公報）には、複数のレーザビームのそれぞれのビームの主走査方向の画像形成開始位置を制御する方式が開示されている。

図７は、この方式を説明するための画像形成装置の一部概略図である。図中の１はポリゴンミラー、２は結像レンズ系、３はミラー、４は感光体ドラム、５は同期検出部、６はレーザ制御部である。

ＬＤ１，ＬＤ２は第１及び第２の半導体レーザ光源で、この２つの光源ＬＤ１，ＬＤ２から出射されたレーザビームは、ポリゴンミラー１の偏向反射面で反射され、水平方向に振られた後、ｆθレンズ等の結像レンズ系２により集束光となる。更にミラー３により光路を下方向に曲げられ、感光ドラム４上で２つの光スポットＳ１，Ｓ２（図８参照）として集光され、感光ドラム４上を主走査方向に同時に走査して静電潜像を形成する。

上記第１及び第２の半導体レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２は、図８に示すように光スポットＳ１，Ｓ２が解像度分に相当する僅かの距離Ｐを隔てて形成されるように、主走査方向に並べて配置されている。このため感光体４上や同期検出部５を走査する２つの光スポットＳ１，Ｓ２の位置は、主走査方向に距離Ｌだけずれた状態となり、同期検出部５の受光面５ａを通過する際にこの距離Ｌの分の時間差が生じる。

従って半導体レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２を発光させると、同期検出部５の受光面５ａより、図９（ａ）のように各光スポットＳ１，Ｓ２に対応したビーム検出信号が得られる。このビーム検出信号に基いてづいてレーザ制御部６で同図（ｂ），（ｃ）のように画像データの送信タイミングを決めることで、各レーザビームの主走査方向の画像形成開始位置を常に安定して制御することができる。

一方、特許文献２（特開平６−３４４５９２号公報）には、主走査方向に並べて２つのビーム検出手段を配置し、第１のビーム検出手段で第１の半導体レーザのビームを検出し、第２のビーム検出手段で第２の半導体レーザのビームを検出することにより、主走査方向の画像形成開始位置を揃える基準となる同期信号(ビーム検出信号)を発生する方法が開示されている。
特開平１０−２０２９４３号公報 特開平６−３４４５９２号公報

しかし、前記特許文献１記載の制御方式においては、半導体レーザ光源をアレイ状に形成して、更にレーザビームの数を増加した場合、例えば１０本のレーザビームにすると、有効走査範囲が狭くなるという問題を生じる。

即ち、図１０に示すように１０本のレーザビームのスポットＳ１〜Ｓ１０を主走査方向及び副走査方向に所定の間隔でずらした場合、レーザビームによる走査は図１１のように表わされる。レーザビームの有効走査範囲は、走査線Ｓ１〜Ｓ１０の全てがオーバラップする範囲であるから、画像形成開始位置Ｘより所定の範囲Ｒ１となる。従って、図１０のように結像するとオーバラップ部が少なくなり、有効走査範囲が狭くなるという問題を避け難い。

また前記特許文献２記載の制御方法においても、主走査線上に複数のビーム検出手段を並べて配置するために、ビーム検出のための走査範囲が長くなり、その結果、有効走査範囲が狭くなるという問題がある。

本発明の目的は、このような従来の制御方式が有する問題を解決し、複数のレーザビームの主走査方向の合成精度が経時変化等により低下しても、各レーザビームの主走査方向の走査開始位置を常に安定に制御することができると共に、レーザビームの数が増加しても有効走査範囲が狭くならないようなマルチビーム走査装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明の第1の手段は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のレーザ素子からなる第１及び第２の半導体レーザアレイと、その第１及び第２の半導体レーザアレイにより発生するレーザビームを合成して２ｎ本のレーザビームを生成するマルチビーム発生手段と、そのマルチビーム発生手段により発生された２ｎ本のレーザビームを走査する走査手段と、各レーザビームの走査の同期をとるための同期検出信号を発生するビーム検出手段とを備えたマルチビーム走査装置において、
前記ビーム検出手段に入射されるレーザビームは、前記第１の半導体レーザアレイのある１つのレーザ素子により発生するレーザビームと、第２の半導体レーザアレイのある１つのレーザ素子により発生するレーザビームであり、
その２本のレーザビームの同期検出信号に基いて、前記２ｎ本のマルチビームの主走査方向の走査開始位置を制御する制御部を備えたことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は、感光体と、その感光体の表面を帯電する帯電装置と、帯電した感光体上に記録情報に応じてレーザビームを照射して静電潜像を形成するマルチビーム走査装置と、その静電潜像をトナーによって現像する現像装置と、形成されたトナー像を記録体に転写する転写装置とを備えた画像形成装置において、前記マルチビーム走査装置が前記第１の手段のマルチビーム走査装置であることを特徴とするものである。

本発明によれば複数本のレーザビームのうち、２本のレーザビームについてビーム検出を行い、その検出信号に基づいて、マルチビームの主走査方向の走査開始位置を揃えることができるので、良質な画像を得ることができ、且つマルチビームの有効走査範囲を広くすることができる。

以下、本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、本発明の実施形態に係るマルチビーム画像形成装置の一部概略構成図である。図において１００は感光体ドラムであり、図示しないモータにより回転駆動される。この感光体ドラム１００の表面は、図示しない帯電装置により一様に帯電された後、後述するマルチビーム走査装置を用い記録情報に応じてレーザビームが照射され、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置（図示せず）により現像され、更に転写装置（図示せず）で記録紙などに転写され、記録紙上に画像が形成される。

１０１と１０２は半導体レーザアレイ（以下ＬＤＡと略記）を示し、各々画像データに応じて複数本のレーザビームを発生する。ＬＤＡ１０１及びＬＤＡ１０２により発生したレーザビームは、ビームスプリッタ１０３に入って合成される。合成された複数のレーザビームは、感光体ドラム１００の表面を走査する走査手段であるポリゴンミラー１０４の偏向反射面に照射される。ポリゴンミラー１０４からのレーザビームはｆθレンズ１０５等の結像手段を通して感光体ドラム１００上に結像される。

結像された複数のレーザビームの光スポットは副走査方向に所定の間隔をおいて形成され、且つ感光体ドラム１００の表面を等速走査される。例えば解像度が６００ｄｐｉの場合、副走査方向に４２．３μｍずらして感光体ドラム１００上に結像される。

また、第１のＬＤＡ１０１と第２のＬＤＡ１０２から発生する複数のレーザビームは、主走査方向に所定の間隔をおいて形成され、且つ、それぞれの第ｍ（ｍは１以上の任意の整数）番目のレーザビームの主走査方向の位置が揃うよう調整して、ビームスプリッタ１０３で合成される。

図２に、５素子（ｎ＝５）のＬＤＡを用いた時の、感光体上に結像される１０本のレーザビーム（Ｓ１〜Ｓ１０）の位置関係を示す。即ち本実施形態では、奇数番号のレーザビームＳ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９がＬＤＡ１０１によって発生され、偶数番号のレーザビームＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０がＬＤＡ１０２によって発生され、Ｓ１とＳ２、Ｓ３とＳ４、・・・Ｓ９とＳ１０が副走査方向に揃うように結像される。

図１の１０６はビーム検出手段であり、感光体ドラム１００と隣接した位置に配置される。即ち、図のようにレーザビームの走査可能範囲をＲ２、有効走査範囲をＲ１、画像形成開始位置をＸとすると、ビーム検出手段１０６はＲ２の範囲内であって、画像形成開始位置Ｘの前に配置される。

ビーム検出手段１０６は図３に示すように、レーザビームを光電変換する２つのフォトダイオード（以下ＰＤ１、ＰＤ２と略記）を備えている。本実施形態ではＰＤ１、ＰＤ２と変換回路によりフォトＩＣ１０８が形成されている。変換回路の詳細は省略するが、ＰＤ１及びＰＤ２の出力ＰＤ１ＯＵＴ及びＰＤ２ＯＵＴを比較し、その比較結果に応じてオン及びオフのデジタル信号を発生する回路である。図３は、フォトＩＣ１０８の概略構成図である。

本実施形態では図２に示すように、レーザビームＳ１とＳ２、Ｓ３とＳ４、…Ｓ９とＳ１０の光スポットが副走査線方向に位置がほぼ揃い、各ペアは主走査方向、副走査方向に対して、位相をずらすように結像されているために、１つのビーム検出手段では、これらのレーザビームのペアを検出することはできない。そこで、例えばＬＤＡ１０１の第ｍ番目のレーザビームとＬＤＡ１０２の第（ｍ＋１）番目のレーザビームのビーム検出を行う。

今、図４に示すようにビーム検出手段１０６のＰＤ１及びＰＤ２上を２本のレーザビーム、例えばＬＤＡ１０１の第１番目のＳ１とＬＤＡ１０２の第２番目のＳ４が走査されると、まず第１番目のレーザビームＳ１がＰＤ１を照射している時間だけＰＤ１はオンし、レーザビームがＰＤ１を照射しなくなるとＰＤ１はオフする。同様にレーザビームＳ１がＰＤ２を照射するとＰＤ２がオンし、レーザビームがＰＤ２を照射しなくなるとＰＤ２はオフする。続いて２本目のレーザビームＳ４が照射され、同様の動作を行う。

フォトＩＣ１０８内の変換回路は、ＰＤ１ＯＵＴとＰＤ２ＯＵＴとを比較し、例えばＰＤ１ＯＵＴ＞ＰＤ２ＯＵＴのときＬ（低）レベルの検出信号を出力し、逆にＰＤ２ＯＵＴ＞ＰＤ１ＯＵＴのときＨ（高）レベルの検出信号を出力するような動作をする。

ここで、Ｓ１とＳ４の主走査方向の間隔は、当然、ビーム検出手段１０６のＰＤ１とＰＤ２の主走査方向の幅より広くなければならない。そうしないと、Ｓ１の検出時にＳ４のレーザビームが、ビーム検出手段１０６に入射してしまうため、誤検出を招く。

図５の（ａ）は、ビーム検出手段１０６（フォトＩＣ１０８）より得られる検出信号の波形図を示すもので、最初のパルス（ａ１）はレーザビームＳ１がＰＤ１、ＰＤ２を走査したときに発生した信号を表わし、２番目のパルス（ａ２）はレーザビームＳ４がＰＤ１、ＰＤ２を走査したときに発生した信号を表わす。これらの検出信号（ａ１），（ａ２）は、図１の制御部１０７に送られる。

制御部１０７は、図５の（ｂ）のように、検出信号の最初のパルス（ａ１）から所定時間Ｔ１後に１ビーム目（Ｓ１）の主走査方向における画像形成開始位置の基準となるＳ１用基準パルス（ｂ）を発生する。Ｔ１の時間は、Ｓ１用基準パルス（ｂ）が検出信号の２番目のパルス（ａ２）を超えるような時間となる。また同図（ｃ）のように、検出信号の最初のパルス（ａ１）から所定時間Ｔ３後に３ビーム目（Ｓ３）の主走査方向の画像形成開始位置の基準となるＳ３用基準パルス（ｃ）を発生する。なお（Ｔ３−Ｔ１）の時間は、図２に示すレーザビームＳ１とレーザビームＳ３の主走査方向の間隔に相当する時間となる。

以降同様に、同図（ｄ），（ｅ），（ｆ）のように、５ビーム目（Ｓ５）、７ビーム目（Ｓ７）、９ビーム目（Ｓ９）の主走査方向の画像形成開始位置の基準となる基準パルス（ｄ），（ｅ），（ｆ）を、ビームの間隔に相当する時間で発生し、これらを基準として、画像データの送信タイミングを制御して、ＬＤＡ１０１によるレーザビームの主走査方向の画像形成開始位置を揃える。

一方、同図の（ｇ）のように検出信号の２番目のパルス（ａ２）から所定時間Ｔ２後に２ビーム目（Ｓ２）の主走査方向の画像形成開始位置の基準となるＳ２用基準パルス（ｇ）を発生する。なお（Ｔ１−Ｔ２）の時間は、レーザビームＳ１とレーザビームＳ４の主走査方向の間隔に相当する時間となる。また同図（ｈ）のように、検出信号の２番目のパルスから所定時間Ｔ４後に４ビーム目（Ｓ４）の主走査方向の画像形成開始位置の基準となるＳ４用基準パルス（ｈ）を発生する。なお（Ｔ４−Ｔ２）の時間は、レーザビームＳ２とレーザビームＳ４の主走査方向の間隔に相当する時間となる。

以降同様に、同図（ｉ），（ｊ），（ｋ）のように、６ビーム目（Ｓ６）、８ビーム目（Ｓ８）、１０ビーム目（Ｓ１０）の主走査方向の画像形成開始位置の基準となる基準パルス（ｉ），（ｊ），（ｋ）を、ビームの間隔に相当する時間で発生し、これらを基準として、画像データの送信タイミングを制御して、ＬＤＡ１０２によるレーザビームの主走査方向の画像形成開始位置を揃える。

なお本実施形態ではＬＤＡ１０１の第1番目のレーザビームＳ１とＬＤＡ１０２の第２番目のレーザビームＳ４を用いたが、例えば第３番目のレーザビームＳ３と第６番目のレーザビームＳ６など他のレーザビームを用いて、ビーム検出を行ってもよい。

以上説明した本実施形態によれば、レーザビームＳ１〜Ｓ１０による走査が図６に示すように行われるため、従来に比較して有効走査範囲Ｒ１を広くすることができる。また、２つのＬＤＡの主走査方向の合成精度が変化しても、それに応じて各ＬＤＡの基準パルスが得られるので、主走査方向の画像形成開始位置を揃えることができる。

図５では２つの検出信号（ａ１），（ａ２）を基にした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の検出信号を基にして制御することも可能である。

本発明の実施形態に係るマルチビーム画像形成装置の一部概略構成図である。 そのマルチビーム画像形成装置により形成されるマルチビームの位置関係を示す説明図である。 そのマルチビーム画像形成装置に用いられるビーム検出手段（フォトＩＣ）の説明図である。 そのビーム検出手段（フォトＩＣ）の動作説明図である。 画像形成開始位置の基準となる基準パルスの発生を説明するためのタイミングチャートである。 本発明のマルチビーム画像形成装置におけるマルチビームの有効走査範囲を示す説明図である。 従来のマルチビーム画像形成装置の主要部の概略構成図である。 従来のマルチビーム画像形成装置における同期信号検出部の説明図である。 その同期信号検出部の動作説明図である。 従来のマルチビーム画像形成装置により形成されるマルチビームの位置関係を示す説明図である。 従来のマルチビーム画像形成装置におけるマルチビームの有効走査範囲を示す説明図である。

符号の説明

１００：感光体ドラム、１０１、１０２：半導体レーザアレイ、１０３：ビームスプリッタ、１０４：ポリゴンミラー、１０５：ｆθレンズ、１０６：ビーム検出手段、１０７：制御部、１０８：フォトＩＣ、ＰＤ１，ＰＤ２：フォトダイオード、Ｓ１〜Ｓ１０：レーザビーム。

Claims (2)

1. ｎ個（ｎは２以上の整数）のレーザ素子からなる第１及び第２の半導体レーザアレイと、その第１及び第２の半導体レーザアレイにより発生するレーザビームを合成して２ｎ本のレーザビームを生成するマルチビーム発生手段と、そのマルチビーム発生手段により発生された２ｎ本のレーザビームを走査する走査手段と、各レーザビームの走査の同期をとるための同期検出信号を発生するビーム検出手段とを備えたマルチビーム走査装置において、
   前記ビーム検出手段に入射されるレーザビームは、前記第１の半導体レーザアレイのある１つのレーザ素子により発生するレーザビームと、第２の半導体レーザアレイのある１つのレーザ素子により発生するレーザビームであり、
   その２本のレーザビームの同期検出信号に基いて、前記２ｎ本のマルチビームの主走査方向の走査開始位置を制御する制御部を備えたことを特徴とするマルチビーム走査装置。
2. 感光体と、その感光体の表面を帯電する帯電装置と、帯電した感光体上に記録情報に応じてレーザビームを照射して静電潜像を形成するマルチビーム走査装置と、その静電潜像をトナーによって現像する現像装置と、形成されたトナー像を記録体に転写する転写装置とを備えた画像形成装置において、
   前記マルチビーム走査装置が請求項１記載のマルチビーム走査装置であることを特徴とする画像形成装置。

Images