以下、本発明の一実施形態を図1〜図11に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ10の概略構成が示されている。
プリンタ10は、カールソンプロセスを用いて、例えば、黒、イエロー、マゼンダ、シアンのトナー像を普通紙(用紙)上に重ね合わせて転写することにより、多色画像を印刷するタンデム方式のカラープリンタである。このプリンタ10は、図1に示されるように、光走査装置100、4本の感光ドラム30A、30B、30C、30D、転写ベルト40、位置ずれ検出装置45、給紙トレイ60、給紙コロ54、第1レジストローラ対56、第2レジストローラ対52、定着ローラ50、排紙ローラ58、及び上記構成部品を収容するほぼ直方体状のハウジング12などを備えている。
ハウジング12には、上面に印刷が終了した用紙が排出される排紙トレイ12aが形成され、その排紙トレイ12aの下方に光走査装置100が配置されている。
光走査装置100は、感光ドラム30Aに対しては、上位装置(パソコン等)から供給された画像情報に基づいて変調された黒色画像成分の光ビームを走査し、感光ドラム30Bに対してはシアン画像成分の光ビームを走査し、感光ドラム30Cに対してはマゼンダ画像成分の光ビームを走査し、感光ドラム30Dに対してはイエロー画像成分の光ビームを走査する。なお、光走査装置100の構成については後述する。
4本の感光ドラム30A、30B、30C、30Dは、表面に光ビームが照射されると、その部分が導電性となる性質をもつ感光層が形成された円柱状の部材であり、光走査装置100の下方にX軸方向に沿って等間隔に配置されている。
感光ドラム30Aは、ハウジング12内部の−X側端部にY軸方向を長手方向として配置され、不図示の回転機構により図1における時計回り(図1の矢印に示される方向)に回転されるようになっている。そして、その周囲には、図1における12時(上側)の位置に帯電チャージャ32Aが配置され、2時の位置にトナーカートリッジ33Aが配置され、10時の位置にクリーニングケース31Aが配置されている。
帯電チャージャ32Aは、長手方向をY軸方向として、感光ドラム30Aの表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、感光ドラム30Aの表面を所定の電圧で帯電させる。
トナーカートリッジ33Aは、黒色画像成分のトナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム32Aとは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム30Aの表面に供給する。
クリーニングケース31Aは、Y軸方向を長手方向とする長方形状のクリーニングブレードを備え、該クリーニングブレードの一端が感光ドラム30Aの表面に接するように配置されている。感光ドラム30Aの表面に吸着されたトナーは、感光ドラム30Aの回転に伴いクリーニングブレードにより剥離され、クリーニングケース31Aの内部に回収される。
感光ドラム30Bは、感光ドラム30Aの+X側に所定間隔隔てて配置され、不図示の回転機構により、図1における時計回り(矢印に示される方向)に回転されるようになっている。そして、その周囲には、前述の感光ドラム30Aと同様の位置関係で、帯電チャージャ32B、トナーカートリッジ33B及びクリーニングケース31Bがそれぞれ配置されている。
帯電チャージャ32Bは、前述した帯電チャージャ32Aと同様に構成され、感光ドラム30Bの表面を所定の電圧で帯電させる。
トナーカートリッジ33Bは、シアン画像成分のトナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム32Bとは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム30Bの表面に供給する。
クリーニングケース31Bは、クリーニングケース31Aと同様に構成され、同様に機能する。
感光ドラム30Cは、感光ドラム30Bの+X側に所定間隔隔てて配置され、不図示の回転機構を介して、図1における時計回り(矢印に示される方向)に回転されるようになっている。そして、その周囲には、前述の感光ドラム30Aと同様の位置関係で、帯電チャージャ32C、トナーカートリッジ33C及びクリーニングケース31Cがそれぞれ配置されている。
帯電チャージャ32Cは、前述した帯電チャージャ32Aと同様に構成され、感光ドラム30Cの表面を所定の電圧で帯電させる。
トナーカートリッジ33Cは、マゼンダ画像成分のトナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム32Cとは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム30Cの表面に供給する。
クリーニングケース31Cは、クリーニングケース31Aと同様に構成され、同様に機能する。
感光ドラム30Dは、感光ドラム30Cの+X側に所定間隔隔てて配置され、不図示の回転機構により、図1における時計回り(矢印に示される方向)に回転されるようになっている。そして、その周囲には、前述の感光ドラム30Aと同様の位置関係で、帯電チャージャ32D、トナーカートリッジ33D及びクリーニングケース31Dがそれぞれ配置されている。
帯電チャージャ32Dは、前述した帯電チャージャ32Aと同様に構成され、感光ドラム30Dの表面を所定の電圧で帯電させる。
トナーカートリッジ33Dは、イエロー画像成分のトナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム32Dとは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム30Dの表面に供給する。
クリーニングケース31Dは、クリーニングケース31Aと同様に構成され、同様に機能する。
以下、感光ドラム30A、帯電チャージャ32A、トナーカートリッジ33A及びクリーニングケース31Aを合わせて第1ステーションと呼び、感光ドラム30B、帯電チャージャ32B、トナーカートリッジ33B及びクリーニングケース31Bを合わせて第2ステーションと呼び、感光ドラム30C、帯電チャージャ32C、トナーカートリッジ33C及びクリーニングケース31Cを合わせて第3ステーションと呼び、感光ドラム30D、帯電チャージャ32D、トナーカートリッジ33D及びクリーニングケース31Dを合わせて第4ステーションと呼ぶものとする。
転写ベルト40は、無端環状の部材で、感光ドラム30Aの下方に配置された従動ローラ40aと、感光ドラム30Dの下方に配置された従動ローラ40cと、これらの従動ローラ40a、40cより少し低い位置に配置された駆動ローラ40bに、上端面が感光ドラム30A、30B、30C、30Dそれぞれの下端面に接するように巻回されている。そして、駆動ローラ40bが図1における反時計回りに回転することにより、反時計回り(図1の矢印に示される方向)に回転される。また、転写ベルト40の+X側端部近傍には、上述した帯電チャージャ32A、32B、32C、32Dとは逆極性の電圧が印加された転写チャージャ48が配置されている。
位置ずれ検出装置45は、転写ベルト40の−X側に配置され、図1及び図2を総合するとわかるように、転写ベルト40の−Y側端部を照明するLED42aとその反射光を受光するフォトセンサ41a、転写ベルト40の中央部を照明するLED42bとその反射光を受光するフォトセンサ41b、転写ベルト40の−Y側端部を照明するLED42cとその反射光を受光するフォトセンサ41cを備えている。
そして、図2に示されるように、転写ベルト40上に、Y軸方向に沿って形成されたトナー像の検出パターン43A、43B、43Cを、LED42a、42b、42cによりそれぞれ照明し、反射光をフォトセンサ41a、41b、41cでそれぞれ受光することにより得られる検出信号の時間差などに基づいて、後述するように、Y軸方向のレジスト及び倍率、X軸方向におけるレジスト及び傾きを、第1ステーションで形成されたトナー像のパターンを基準とする相対的な位置ずれとして検出する。なお、第1ステーションからの相対的な位置ずれを検出するのは、各ステーションで形成されたトナー像を重ね合わせるときに、第1ステーションにおけるトナー像に、他のステーションで形成されるトナー像が重なり合うように、後述する光走査装置100の制御を行なうためである。
以下、図3を用いてY軸方向のレジスト及び倍率、X軸方向におけるレジスト及び傾きの検出方法について簡単に説明する。なお、図3は転写ベルトの平面図であるが、図中のty、t1、t2、t3等は後述するラインパターンがフォトセンサ41a、41b、41cにより検出されたときの検出時間差を表すものとする。
検出パターン43A、43B、43Cそれぞれは、検出パターン43Cについて代表的に示されるように、Y軸に平行な4本のラインパターンY,M,C,Kと、Y軸と45度の角度をなす4本のラインパターンY’,M’,C’,K’から構成されている。ラインパターンY,Y’は第4ステーションで転写されたものであり、ラインパターンM,M’は第3ステーションで転写されたものであり、ラインパターンC,C’は第2ステーションで転写されたものであり、ラインパターンK,K’は第1ステーションで転写されたものである。
検出パターン43A、43B、43Cのそれぞれは転写ベルト40上に形成されると、転写ベルト40の駆動とともに−X方向へ移動する。そして、LED42a、42b、42cによりそれぞれ照明されるとともに、その反射光がフォトセンサ41a、41b、41cによりそれぞれ受光される。
ここで、図3に示されるように、検出パターン43Aと検出パターン43CにX軸方向の位置ずれが生じていたとすると、例えば、検出パターン43AのラインパターンYを検出したときの時刻と、検出パターン43CのラインパターンYを検出した時刻とでは時間tyの差がある。したがって、この時間tyと転写ベルトの速度に基づいて第4ステーションで形成されるトナー像の傾きを検出することができる。同様に、検出パターン43Aと検出パターン43Cの他のラインパターンM,C,Kについて同様の処理を行えば、第1〜第4ステーションで形成されるトナー像の傾きを検出できる。各パターンの傾きに関する情報は、後述する光走査装置100へ供給され、第1ステーションで形成されるパターンを基準とした補正が行なわれる。
また、検出パターン43BのラインパターンYを検出した時刻から、他のラインパターンM,C,Kを検出した時刻までの時間t1、t2、t3をそれぞれ計測することで、第1ステーションのラインパターンKを基準とした、ラインパターンY,M,Cの、X軸方向の位置ずれを検出することができる。例えば、X軸方向の位置ずれがない場合には、t2はt1の2倍となり、t3はt1の3倍となる。しかしながら、位置ずれが生じた場合には上記の関係は成立しなくなるため、上記時間t1と、t2及びt3との関係から、ラインパターンKを基準とするラインパターンY,M,Cそれぞれの、X軸方向の位置ずれを検出することができる。ここで検出されたX軸方向の位置ずれに関する情報は、後述する光走査装置100に供給され、この位置ずれに関する情報に基づいた補正が行なわれる。
また、検出パターン43Aにおいて、ラインパターンYを検出してからラインパターンY’が検出されるまでの時間と、ラインパターンMを検出してからラインパターンM’が検出されるまでの時間と、ラインパターンCを検出してからラインパターンC’が検出されるまでの時間と、ラインパターンKを検出してからラインパターンK’が検出されるまでの時間は、各ラインパターンY,M,C,K,Y’,M’,C’,K’にY軸方向の位置ずれがない場合には同一となる。しかしながら、図4(A)に示されるように、ラインパターンK,K’に対し、ラインパターンY,Y’が−Y方向へずれている場合には、ラインパターンK,Kに係る検出時間t0と、ラインパターンY,Y’に係る検出時間t1を比較すると、時間t1は時間t0よりも小さくなる。一方、ラインパターンY,Y’が+Y方向へずれている場合には、時間t1は時間t0よりも大きくなる。したがって、時間t0と時間t1を比較することで、第1ステーションで形成されたラインパターンK、K’に対する第4ステーションで形成されたラインパターンY,Y’の相対的なY軸方向の位置ずれを検出できる。また、同様の処理をラインパターンM,M’及びラインパターンC,C’について行うことにより、第1ステーションで形成されたラインパターンK、K’に対する第2ステーション及び第3ステーションで形成されたラインパターンM,M’及びラインパターンC,C’の相対的なY軸方向の位置ずれを検出できる。
同様に検出パターン43B、43Cについても、第1ステーションで形成されたラインパターンK、K’に対する第1〜第3ステーションでそれぞれ形成されたラインパターンM,M’、ラインパターンC,C’及びラインパターンY,Y’の相対的なY軸方向の位置ずれが検出できる。
また、図4(B)に示されるように、Y軸方向におけるフォトセンサ42aの位置を基準位置とし、この基準位置と検出パターン43Aの位置が一致するときのラインパターンK、K’に係る検出時間をt0とすると、例えば、図4(C)に示されるように、検出パターン43Cが+Y方向にずれた場合の、ラインパターンK、K’に係る検出時間t0’は、t0よりも大きくなる。一方、−Y方向にずれた場合のラインパターンK、K’に係る検出時間t0’は、t0よりも小さくなる。したがって、検出時間t0とt1を比較することで、検出パターン43Aの絶対的なY軸方向の位置ずれも検出できる。また、同様の処理を、検出パターン43Cに対し行うことで、検出パターン43Cの絶対的なY軸方向の位置ずれも検出できる。
上述したY軸方向の位置ずれに関する情報は、後述する光走査装置100へ供給され、該光走査装置100の制御により、ラインパターンK、K’を基準とした補正が行われる。
なお、この位置ずれ検出装置45の構成は、特許第3644923号公報に開示され、公知であるためここでの説明は省略する。
図1に戻り、給紙トレイ60は、転写ベルト40の下方に配置されている。この給紙トレイ60は略直方体状のトレイであり、内部に印刷対象としての複数枚の用紙61が積み重ねられて収納されている。そして、給紙トレイ60の上面の+X側端部近傍には矩形状の給紙口か形成されている。
給紙コロ54は、給紙トレイ60から用紙61を一枚ずつ取り出し、一対の回転ローラから構成されるレジストローラ56を介して、転写ベルト40と転写チャージャ41によって形成される隙間に導出する。
定着ローラ50は、一対の回転ローラから構成され、用紙61を過熱するとともに加圧し、レジストローラ52を介して、排紙ローラ58へ導出する。
排紙ローラ58は一対の回転ローラから構成され、導出された用紙61を排紙トレイ12aに順次スタックする。
次に、光走査装置100の構成について説明する。この光走査装置100は、図2及び図5を総合するとわかるように、感光ドラム30Aのほぼ上方(+Z側)に配置された6つの偏向面を有するポリゴンミラー104、このポリゴンミラー104の+X方向に順次配置されたfθレンズ105、及び反射ミラー106A、106B、106C、106D、反射ミラー106Dの−Y側に配置された同期センサ120、fθレンズ105の下方に配置されたトロイダルレンズ107A、このトロイダルレンズ107Aの+X方向に順次配置されたトロイダルレンズ107B、107C、107D、感光ドラム30A、30B、30Cのほぼ上方にそれぞれ配置された反射ミラー108A、108B、108C、ポリゴンミラー104を基点としてX軸と所定の角度θをなす直線上に配置された、第2シリンダレンズ103、第1シリンダレンズ102(以下、これらを合わせて走査光学系ともいう)及び光源ユニット130などを備えている。
ここで、Z軸を中心にXY座標を角度θ回転することにより定まる座標系をxy座標系とし、以下、前記直線上に配置された第2シリンダレンズ103、第1シリンダレンズ102、及び光源ユニット130などの説明には当該xy座標系を用いるものとする。
図6(A)は光源ユニット130の概略斜視図であり、図6(B)は光源ユニット130の内部に収容された光学系などを示す概略斜視図である。
光源ユニット130は、図6(A)及び図6(B)を総合するとわかるように、略直方体状のケーシング131と、その内部に収納された基板140、レーザアレイ141、受光素子142、ハーフミラー143、収束レンズ144、反射ミラー145、カップリングレンズ146などを備えている。
ケーシング131は、図6(A)に示されるように、前面(+x側の面)の+y側の端部近傍に+x側に突出した円形の凸部132が形成され、その突出した面の中心には正方形の開孔132aが形成されている。そして、ケーシング131のy軸方向の両側面には、中央付近に長手方向をZ軸方向とする長孔133aが形成された長方形板状のブラケット133が固定されている。このケーシング131は、各ブラケット133の−x側から長孔133aに挿入された螺子などにより、ハウジング12に設けられた不図示の支持部に取りつけられている。したがって、長孔133aと挿入された螺子との関係で規定される範囲内で、yZ平面に平行な面内での位置調整が可能である。本実施形態では、図6(A)に示されるように、例えば、送りねじ機構を構成する可動部134をブラケット133の下方に当接させ、この可動部134を上下に駆動することにより、ケーシング131のZ軸方向の位置及び回転の調整を行う。ここでは光源ユニット130は、図6(A)における手前側(+x側)からみて時計回りに角度α回転した状態で支持されている。
基板140は、図6(B)に示されるように、長方形板状でケーシング131内部の−x側の内壁面に固定されている。
レーザアレイ141は、発光源が2次元配列された面発光型半導体レーザアレイである。このレーザアレイ141は、基板140の+X側の面の、+y側の端部近傍に実装され、一例として、図7に示されるように、行間及び列間がd1の10行4列のマトリクス状に配置された40個の発光源を有している。本実施形態では、40個の発光源のうち、黒丸で表示された1行目、4行目、7行目、10行目に配置された発光源のみを駆動するものとし、他はダミー光源となっている。
ここで、1行目に配置された4つの発光源を第1発光源群G1、4行目に配置された4つの発光源を第2発光源群G2、7行目に配置された4つの発光源群を第3発光源群G3、10行目に配置された4つの発光源群を第4発光源群G4と呼ぶものとし、第1発光源群G1を構成する発光源を、1列目から順に発光源G1−1、発光源G1−2、発光源G1−3、発光源G1−4と呼び、第2発光源群G2を構成する発光源を、1列目から順に発光源G2−1、発光源G2−2、発光源G2−3、発光源G2−4と呼び、第3発光源群G3を構成する発光源を、1列目から順に発光源G3−1、発光源G3−2、発光源G3−3、発光源G3−4と呼び、第4発光源群G4を構成する発光源を、1列目から順に発光源G4−1、発光源G4−2、発光源G4−3、発光源G4−4と呼ぶものとする。
なお、図7では上述したように、ケーシング131が角度α回転した状態で支持されているため、レーザアレイ141もx軸を中心に角度α回転した状態で示されている。
図6(B)に戻り、受光素子142は、基板141の+x側の面の、−y側の端部近傍に実装され、受光した光ビームの強度に応じた信号を出力する。
ハーフミラー143は、レーザアレイ141の+x側に配置され、レーザアレイ141からの光ビームを透過するとともに、その一部を−y方向へ分岐する。
集光レンズ144は、ハーフミラー143によって分岐された光ビームを、反射ミラー145を介して、受光素子142に集光する。
カップリングレンズ146は、ハーフミラー143の+x側に配置され、ハーフミラー143を透過した光ビームが、ケーシング131の開孔132aの位置で一旦集光するように整形する。
第1シリンダレンズ102及び第2シリンダレンズ103は、図2及び図5を総合するとわかるように、プリンタ10のハウジング12に不図示の支持部材を介して固定され、第1シリンダレンズ102は、光源ユニット130から射出された光ビームを所定の形状に整形し、第2シリンダレンズ103は、第1シリンダレンズを通過した光ビームを、ポリゴンミラー104の偏向面へ集光する。
ポリゴンミラー104は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には6面の偏向面が形成されている。そして、Z軸に平行な軸Pを中心に、不図示の回転機構により、図2に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。したがって、上述した光源ユニット130から射出し、第1シリンダレンズ102及び第2シリンダレンズ103を経由して、ポリゴンミラー104の偏向面に集光された光ビームは、ポリゴンミラー104の回転により、一定の角速度でY軸に沿って偏向される。
fθレンズ105は、光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー104により、一定の角速度で偏向される光ビームの像面をY軸に対して等速移動させる。
反射ミラー106A、106B、106C、106Dは、長手方向をY軸方向とし、fθレンズを経由した光ビームを折り返し、トロイダルレンズ107A、107B、107C、107Dそれぞれに導光する。
トロイダルレンズ107Aは、長手方向をY軸方向とし両端がハウジング12に対し固定された支持板110Aに安定的に支持されている。そして、反射ミラー106Aにより折り返された光ビームを、Y軸方向を長手方向とする反射ミラー108Aを介して、感光ドラム30Aの表面に結像する。
トロイダルレンズ107B、107C、107Dは、長手方向をY軸方向とし、一端(+Y側)がハウジング12に対し固定され、他端(−Y側)が、例えば回転モータと送りねじ機構を備える駆動機構112B、112C、112Dにより支持された支持板112B、112C、112Dに安定的に支持されている。そして、反射ミラー106B、106C、106Dによりそれぞれ折り返された光ビームを、Y軸方向を長手方向とする反射ミラー108B、108C、108Dを介して、感光ドラム30B、30C、30Dの表面にそれぞれ結像する。
同期センサ120は、受光した光ビームの強度に応じた信号を出力する。
上述のように構成された光走査装置100の光ビームの光路は図8に示されるような光学的レイアウト図で示すことができる。
以下、図8を参照して光走査装置100の走査光学系の動作とカールソンプロセスについて説明する。各発光源群G1、G2、G3、G4からの複数の光ビームは、カップリングレンズ146により一旦交差され、第1シリンダレンズ102により副走査方向の間隔が拡張されて第2のシリンダレンズ103に入射する。第2のシリンダレンズ103は、入射した発光源群G1、G2、G3、G4それぞれから射出される光ビームをポリゴンミラー104の偏向面の近傍に集光する。ポリゴンミラー104で偏向された光ビームは、光ビーム同士の間隔を広げつつ、fθレンズ105に入射する。
fθレンズ105に入射した発光源群G1からの光ビームは、反射ミラー106Dで反射されトロイダルレンズ107Dへ入射する。そして、トロイダルレンズ107Dにより感光ドラム30Dの表面に集光される。
fθレンズ105に入射した発光源群G2からの光ビームは、反射ミラー106Cで反射されトロイダルレンズ107Cへ入射する。そして、トロイダルレンズ107Cにより、反射ミラー108Cを介して感光ドラム30Cの表面に集光される。
fθレンズ105に入射した発光源群G3からの光ビームは、反射ミラー106Bで反射されトロイダルレンズ107Bへ入射する。そして、トロイダルレンズ107Bにより、反射ミラー108Bを介して感光ドラム30Bの表面に集光される。
fθレンズ105に入射した発光源群G4からの光ビームは、反射ミラー106Aで反射されトロイダルレンズ107Aへ入射する。そして、トロイダルレンズ107Aにより、反射ミラー108Aを介して感光ドラム30Aの表面に集光される。
このようにして感光ドラム30A、30B、30C、30D上にそれぞれ形成された発光源群G1、G2、G3、G4からの光ビームの集光点は、ポリゴンミラー104が回転することにより、図2の矢印Bに示される方向に一括して移動(走査)される。
ここで、図7に示されるように、レーザアレイ141はx軸を中心に角度α回転して固定されているため、発光源群G1、G2、G3、G4をそれぞれ構成する4つの発光源は、隣り合う間隔をd2(=d1・sinα)として副走査方向に等間隔に配置されているのと等価である。したがって、各感光ドラム30A、30B、30C、30Dは、一回の走査で4つの発光源による4ライン走査が行われることとなる。
一方、感光ドラム30A、30B、30C、30Dそれぞれの表面の感光層は、帯電チャージャ32A、33B、33C、32Dにより所定の電圧で帯電されることにより、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、上述したように、感光ドラム30A、30B、30C、30Dがそれぞれ走査されると、光ビームが集光したところの感光層が導電性を有するようになり、その部分では電荷移動がおこり電位が零となる。したがって、図1の矢印の方向にそれぞれ回転している感光ドラム30A、30B、30C、30Dに対し、画像情報に基づいて変調した光ビームを走査することにより、それぞれの感光ドラム30A、30B、30C、30Dの表面に、電荷の分布により規定される静電潜像を形成することができる。
感光ドラム30A、30B、30C、30Dそれぞれの表面に静電潜像が形成されると、図1に示されるトナーカートリッジ33A、33B、33C、33Dの現像ローラにより、感光ドラム30A、30B、30C、30Dそれぞれの表面にトナーが供給される。このときトナーカートリッジ33A、33B、33C、33Dそれぞれの現像ローラは感光ドラム30A、30B、30C、30Dと逆極性の電圧により帯電しているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム30A、30B、30C、30Dと同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム30A、30B、30C、30Dの表面のうち電荷が分布している部分にはトナーが付着せず、走査された部分にのみトナーが付着することにより、感光ドラム30A、30B、30C、30Dの表面に静電潜像が可視化されたトナー像が形成される。そして、このトナー像は転写ベルト40に転写される。
次に、上述のように構成された光走査装置100の制御回路200について図9を用いて説明する。制御回路200は、図9に示されるように、高周波クロック生成回路201、トロイダルレンズ制御回路202、カウンタ203、比較回路204、画素クロック生成回路205、画像処理回路207、フレームメモリ208、ラインバッファ2101〜21016、書込み制御回路211及び光源駆動回路213などを有している。
高周波クロック生成回路201は、位置ずれ検出装置45から供給される主走査方向の位置ずれに関する情報に基づいて、クロック信号VCLKを生成する。具体的には、基準倍率と、位置ずれ検出装置45により検出された検出パターン43A及び43CのラインパターンK、K’の基準位置からの絶対的な位置ずれに関する情報に基づいて得られた倍率との誤差がキャンセルされるようなクロック信号VCLKを出力する。
トロイダルレンズ制御回路202は、位置ずれ検出装置45から供給される各パターンの傾きに関する情報に基づいて、トロイダルレンズ107B、107C、107Dを駆動し、第2〜第4ステーションで転写されるトナー像の傾きを、第1ステーションで形成されるトナー像の傾きに一致させる。
カウンタ203は、高周波クロック生成回路201で生成されたクロック信号VCLKをカウントし、そのカウント値を比較回路204へ供給する。
比較回路204は、カウンタ203から供給されるカウント値と、メモリ206に格納されたデューティー比に基づいて予め設定された設定値L、及び、画素クロックの遷移タイミングとして、走査位置と走査光学系の特性から決定される設計上の位相データHN(N=1、2、3…)とを比較する。そして、カウント値がLと一致しているときには制御信号sig_Lを出力し、カウント値が位相データHNと一致しているときには制御信号sig_Hを出力するとともに、カウンタ203にリセット信号を供給する。
画素クロック生成回路205は、比較回路204から供給される制御信号sig_Lの立ち下り時に1となり、制御信号sig_Hの立ち下り時に0となる画素クロック信号PCLKを出力する。
以下、この画素クロック信号の生成方法について、図10(A)を用いて説明する。図10(A)には、高周波クロック生成回路201により生成された波長がTであるクロック信号VCLKが示されている。クロック信号VCLKは1周期毎にカウンタ203によりカウントされ、そのカウント値contが比較回路に供給される。比較回路204は、カウント値contと、メモリ206に格納された設定値L及び位相データHとを比較する。ここでは、デューティー比を50パーセントとして設定値Lの値が3であり、位相データHNが7であるとすると、比較回路204はカウント値contが3になると、制御信号sig_Hを立ち上げ、カウント値contが3から変化すると制御信号sig_Hを立ち下げる。そして、カウント値contが7になると、制御信号sig_Lを立ち上げ、カウント値contが7から変化すると制御信号sig_Hを立ち下げる。画素クロック信号生成回路205は、制御信号sig_Hが立ち下がると画素クロック信号PCLKを0とし、制御信号sig_Lが立ち下がると画素クロック信号PCLKを1とする。上記の動作を繰り返すことにより、画素クロック信号生成回路205で、クロック信号VCLKが8分周された画素クロック信号PCLKが生成される。本実形態では、8分周された画素クロック信号を基本画素クロック信号とし、1/8クロックの分解能で位相変調できるようになっている。
次に、一例として図10(B)を用いて、画素クロック信号VCLKを1/8クロックだけ位相を遅らせた場合を説明する。図10(B)には、高周波クロック生成回路201により生成された波長がTであるクロック信号VCLKと、カウンタ203からのカウント値contが示されている。ここで、位相データHNを6に変更すると、比較回路204はカウント値contが3になると、制御信号sig_Hを立ち上げ、カウント値contが3から変化すると制御信号sig_Hを立ち下げる。そして、カウント値contが6になると、制御信号sig_Lを立ち上げ、カウント値contが6から変化すると制御信号sig_Hを立ち下げる。画素クロック信号生成回路205は、制御信号sig_Hが立ち下がると画素クロック信号PCLKを0とし、制御信号sig_Lが立ち下がると画素クロック信号PCLKを1とする。上記の動作を繰り返すことにより、画素クロック信号PCLKの位相を1/8クロック分だけ遅らせることができる。すなわち、本実施形態では、位相データLの値を任意に設定することで、PCLKを1/8クロックの分解能で位相変調できるようになっている。
図9に戻り、フレームメモリ208は、上位装置214から供給されるラスター展開された画像データを一時的に格納する。
画像処理回路207は、フレームメモリ208に格納されたデータを読み出し、レーザアレイ141の各発光源ごとの画素データを作成し、発光源それぞれに対応したラインバッファ2101〜21016へ供給する。ここでは、ラインバッファ2101〜2104に第1発光源群G1の発光源に対応する画素データが格納され、ラインバッファ2105〜2108に第2発光源群G2の発光源に対応する画素データが格納され、ラインバッファ2109〜21012に第3発光源群G3の発光源に対応する画素データが格納され、ラインバッファ21013〜21016に第4発光源群G4の発光源に対応する画素データが格納されるものとする。
光源駆動回路213は、図11に示されるように、レーザアレイ141の第1発光源群G1を駆動する光源駆動部1a、1b、1c、1d、第2発光源群G2を駆動する光源駆動部2a、1b、1c、2d、第3発光源群G3を駆動する光源駆動部3a、3b、3c、3d、第4発光源群G4を駆動する光源駆動部4a、4b、4c、4dと、光量設定回路213aを備えている。光源駆動部1a〜1d,2a〜2d,3a〜3d,4a〜4dそれぞれは、書き込み制御回路211から供給される画像情報に応じて変調された駆動信号に基づいて対応する発光源G1−1、G1−2、G1−3、G1−4、G2−1、G2−2、G2−3、G2−4、G3−1、G3−2、G3−3、G3−4、G4−1、G4−2、G4−3、G4−4を光量設定回路213により設定されたパワーでそれぞれ駆動する。
光量設定回路213aは、非画像領域の走査時にそれぞれの発光源を順次個別に駆動して、その光量を光源ユニット130の受光素子142を介してモニタし、所定の光量になるように光源駆動部1a〜1d,2a〜2d,3a〜3d,4a〜4dそれぞれから出力されるパワーを設定する。本実施形態では、例えば、発光源群G1、G2、G3、G4それぞれの発光源から射出される光ビームの光量の総和が発光源群相互間で等しくなるようにそれぞれの発光源へ供給されるパワーを設定する。
書込制御回路211は、同期センサ120からの信号をトリガとして、発光源ごとの画素データを読み出し、画素クロック生成回路205から供給されるクロック信号PCLKに重畳させ、発光源ごとにそれぞれ独立した変調データを生成する。そして、位置ずれ検出装置45からのX軸方向(副走査方向)の位置ずれ情報に基づいて、発光源群ごとに最初に変調データを供給する光源駆動回路213の駆動部1a〜1d,2a〜2d,3a〜3d,4a〜4dを選択し、これを基点に駆動部1a〜1d,2a〜2d,3a〜3d,4a〜4dを順送りに選択しつつ変調データを供給する。
具体的に第1発光源群G1について説明すると、一回の走査により4ラインの走査を行って、転写ベルト40上にトナー像を形成する場合には、先頭ラインは発光源G1−1により走査される。例えばトナー像を副走査方向に1ライン分ずらして形成したいときには、先頭ラインを走査する発光源としてG1−2を選択して、これを基点として、まず、発光源G1−2,G1−3,G1−4を用いた3ラインで走査し、2回目以降の走査では、第1発光源群G1の全ての発光源群G1−1、G1−2,G1−3,G1−4を用いた4ラインで走査する。同様に、先頭行を走査する発光源としてG1−3,G1−4を選択すれば、それぞれ、2ライン分或いは3ライン分副走査方向へトナー像をずらすことができる。したがって、位置ずれ検出装置45により副走査方向の位置ずれが検出された場合に上記補正処理を行うと、通常行われているポリゴンミラー104への入射タイミングを可変する場合に比べて、細かくトナー像の位置を調整することができる。通常、上記補正処理は、位置ずれ状況に応じ、ポリゴンミラー104への入射タイミングを可変する処理と合わせて行われる。
また、変調データを光源駆動回路213へ供給する際には、各発光源の規則的な配置を考慮して、各発光源による走査開始位置が一致するタイミングでそれぞれの変調データが光源駆動回路213へ供給される。具体的には、発光源G4−1を基準とすると、それぞれの発光源は主走査方向に関し、表1のような光学的距離を有する。なお、Mは光学系の倍率である。したがって、同期センサ120からの信号をトリガとして、それぞれの発光源群G1、G2、G3、G4には表1に示される光学的距離を走査速度で除した時間だけ遅延させたタイミングで光源駆動回路213へ変調データがそれぞれ供給される。例えば、表1から各ステーション間では、3M・d1sinαずつ、変調データを供給するタイミングをずらせばよいことがわかる。また、位置ずれ検出装置45から主走査方向の位置ずれが検出された場合には、その位置ずれに応じた分だけさらにタイミングを遅延させればよい。
上記のように構成された制御回路200を有する光走査装置200では、上位装置214からの画像情報を受信すると、画像情報に基づく変調データにより光源ユニット130が駆動され、第1ステーション、第2ステーション、第3ステーション、及び第4ステーションで、各色画像成分のトナー像が転写ベルト40上に重ねあわせて形成される。そして、このトナー像は、図1に示されるように、給紙トレイ60から取り出された用紙61に、転写チャージャ41によって転写され、定着ローラ50により定着される。このようにして画像が形成された用紙61は、排紙ローラ58により排紙され、順次排紙トレイ12aにスタックされる。
以上説明したように、本実施形態にかかる光走査装置100によると、光源ユニット130のレーザアレイ141には、第1〜第4ステーションにそれぞれ対応した、4つの発光源群G1、G2、G3、G4を有し、それぞれの光源群G1、G2、G3、G4の複数の発光源からそれぞれ射出される複数の光ビームは、fθレンズ105を通過するまでは、共通の走査光学系(第1シリンダレンズ102、第2シリンダレンズ、ポリゴンミラー104、fθレンズ105)により導光される。したがって、それぞれのステーションごとに光源ユニットを設ける必要がなく、装置の簡素化が実現されている。
そして、周囲環境の経時変化などによりハウジングが変形しても、レーザアレイ141の光源相互間の相対的位置関係は一定に維持される。また、走査光学系を共通にする部分では、光ビーム相互間の位置関係のずれが小さいので、ステーション相互の光ビームのスポット位置のずれが小さくなり、走査精度の向上を図ることが可能となる。
さらに、レーザアレイ141に形成された発光源群G1、G2、G3、G4それぞれの発光源は、主走査方向と角度αをなす方向へ等間隔に配列されている。したがって、一度の走査で4つのラインを走査することができ、走査速度の向上を図ることが可能となる。
また、組立て時の光軸調整時などには、光源ユニット130のみを調整すればよく、例えば、それぞれのステーションごとに光源ユニットがある場合のように、光源ユニット相互間の調整が不要になり、部品点数を減少させるだけでなく、組立てコストも合わせて削減することが可能となる。
また、光源ユニット130は、所定平面に対し回動可能に支持されているため、光源ユニット130を回動させることにより、それぞれのステーションのラインピッチを同時に調整することができる。この場合に、発光源群ごとに発光源の数が異なる場合には、発光源群相互間で、発光源の個数と主走査方向の発光ピッチの積が等しくなるように発光源を配置することで、光源ユニット130の回動により、均等な割合でそれぞれのステーションのラインピッチを同時に調整することが可能となる。
また、各発光源はマトリクス状に規則正しく配置されているため、第1〜第3ステーションの走査を行うタイミングは、第4ステーションへの光ビームを受光する同期センサ120からの信号をトリガとして、発光源の配列の規則性に基づいて算出することができる。すなわち、ステーション相互間の走査タイミングは、第4ステーションの走査タイミングから一定間隔に設定すればよく、それぞれのステーションごとに調整するが必要ない。したがって、調整時間を削減することができ結果的に組立てコストを削減することが可能となる。
また、走査が非画像領域で行なわれている場合には、各発光源からの光量を受光素子142によりモニタし、それぞれの発光源群から出力される光量が相互に等しくなるように揃えられるので光量差にともなう色変わりの発生を回避することができる。また、発光源の光量調整は、発光源群ごとに各発光源を同時に駆動して行ってもよく、この場合には、例えば、各発光源群を構成する発光源の数が増加した場合にも短時間で光量調整を行うことが可能となり、より高速な画像形成にも対応することができる。
また、制御回路200は、発光源群ごとに先頭ラインを走査する発光源を選択する。したがって、通常行われているポリゴンミラー104への入射タイミングを可変する場合に比べて、細かく副走査方向における走査開始位置を調整することができる。
また、本実施形態にかかる画像形成装置10によると、ハウジングの変形などに起因する発光源相互間の位置ずれが抑制されるため、走査系全体の位置ずれ量を少なくすることができ、用紙に形成される画像の高品質化を図ることが可能となる。また、位置ずれを補正する回数及び時間を短縮することができるので、装置の稼働率が向上しランニングコストを低減することができる。
また、転写ベルト40上に形成された、検出パターン43A〜43Bに基づいて、適宜、トナー像の重ね合わせ誤差が補正されるので、トナー像の重ね合わせ精度の向上を図ることができ、結果的に用紙に形成される画像の高品質化を図ることができる。
なお、本実施形態では、レーザアレイ141のうち、図5に示されるように、1行目、4行目、7行目、10行目に形成された発光源を用いるものとしたが、これに限らず、他の行の発光源を用いてもよいし、又は、1行目、4行目、7行目、10行目の発光源と他の行の発光源を組み合わせて用いてもよい。要は、レーザアレイ141に、各ステーションに用いられる発光源群が構成されていればよい。
また、本実施形態では、発光源が行方向と列方向が垂直なマトリクス状に配置されたレーザアレイ141を用いた場合について説明したが、図12に示されるように、列方向を副走査方向に一致させ、行方向を角度α傾けたものを用いてもよい。この場合には、発光源群G1、G2、G3、G4それぞれの主走査方向に関する位置が一致しているため、相互に同一のタイミングで各発光源を駆動することができる。
また、上記実施形態では、本発明の光走査装置100がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。
10…プリンタ、12…ハウジング、30A〜30B…感光ドラム、40…転写ベルト、50…定着ローラ、45…位置ずれ検出装置、100…光走査装置、102…第1シリンダレンズ、103…第2シリンダレンズ、105…fθレンズ105、104…ポリゴンミラー、106A〜106D…反射ミラー、107A〜107D…トロイダルレンズ、108A〜108C…反射ミラー、120…同期センサ、130…光源ユニット、ケーシング131、134…可動部、141…レーザアレイ、143…ハーフミラー、収束レンズ…144、145…反射ミラー、142…受光素子、202…トロイダルレンズ制御回路、213…光源駆動回路、213a…光量設定回路、213…光源駆動回路、G1…第1発光源群、G2…第2発光源群、G3…第3発光源群、G4…第4発光源群、G1−1,1−2,G1−3,G1−4,G2−1,G2−2,G2−3,G2−4,G3−1,G3−2,G3−3,G3−4,G4−1,G4−2,G4−3,G4−4…発光源