JP2007114518A

JP2007114518A - 光走査装置、画像形成装置及び副走査位置補正方法

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Publication number: JP2007114518A
Application number: JP2005306250A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Suzuki; 光夫鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】レーザ光のビームスポットの位置ずれを高精度化し、高速カラー画像の高画質化を実現することのできる光走査装置、画像形成装置及び副走査位置補正方法を提供する。
【解決手段】レーザ光の経路に液晶偏向素子１９と、レーザ光検出器２０とを設ける。液晶偏向素子１９は、光源ユニット１８とポリゴンミラー１２との間に設け、レーザ光検出器２０は、主走査方向上流で且つ画像領域端部の外側の領域に設ける。レーザ光検出器２０で、レーザ光の副走査位置を検出し、これと基準の副走査位置とのずれを補正するように、液晶偏向素子１９を駆動してレーザ光を偏向する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光走査装置、画像形成装置及び副走査位置補正方法に関する。

近年、カラーレーザプリンタ等のカラー画像形成装置として、駆動機構により回転駆動される複数の感光体に対して複数のレーザ光源からレーザ光を照射することで静電潜像を形成し、これらの静電潜像を現像装置において各色トナーで現像し、これを転写材上に重ね合わせて転写することでカラー画像を得るタンデム型のカラー画像形成装置が広く知られている。

このようなタンデム型のカラー画像形成装置においては、感光体に形成する静電潜像の書き出しタイミングを各色毎に正確に合わせなければ、レジスト位置ずれ（副走査レジストずれ）が生じてしまいに、形成画像の色ずれの要因となる。また、各色毎に有する複数の光走査装置間で走査ビームの走査線の傾き量や傾き方向が異なることによっても、色ずれが発生する。

さらに、感光体へと向かうレーザ光は各色毎に異なる経路を通るように構成されているので、カラー画像形成装置が設置される環境温度や装置内の温度上昇の影響により走査結像レンズが熱変形し走査ビームの位置が変動しやすい（特に樹脂製レンズの場合が顕著）。

走査位置のずれの補正は、装置の立ち上げ時やジョブ間などにレジスト位置ずれ検出パターンを転写体上に形成し、該検出パターンを検出することで行う。

しかし、例えば、連続プリント動作時には、定着装置やポリゴンミラーを駆動するポリゴンモータの発熱によって走査位置がさらに変動してしまうため、１ジョブのプリント枚数が多いと徐々に色ずれが増大するという問題もある。

また、高速プリント機の場合、感光体の長寿命を確保するためにその外径を大きくしているので、光走査装置から出射されるレーザ光の各色毎の間隔の広幅化が要求されている。

一つの光偏向器で全て４色分の偏向を行う一偏向器方式の光走査装置では、光路長を考慮すると感光体の間隔に対して対応できる自由度が低く、間隔が長くなる等、高速プリント機への対応が困難であった。

さらに、光偏向器の回転中心に対して互いに２色分を対向して走査するため、２色分の走査方向が互いに異なるので、走査レンズの主走査方向の温度分布が屈折率の局部的な変動を誘発するほか、同期検知のタイミングに誤差が生じ易く、結果として色ずれが発生するという問題があった。

このような問題点に対応する画像形成装置に関する技術としては、次のものが提案されている。

特許文献１では、折り返しミラーを主走査対応方向と直角且つ該ミラーの反射面と平行な軸まわりに変位させる走査速度均一調整機構と、走査線の位置を副走査対応方向に補正する機能を有する光学素子を主走査対応方向と直角且つ副走査対応方向と直角な軸まわりに変位させる走査線傾き調整機構と、を備える光走査装置及び該光走査装置を搭載した画像形成装置が提案されている。このように構成することにより、走査速度均一性を高精度に調整し、絶対位置制度の良好な画像を得ることが可能となっている。

また、特許文献２では、複数の光ビームの副走査方向の検出をポリゴンミラーの１つの特定反射面による走査で各１０回実行し、得られた測定データの平均値を計測した後、該平均値の差を計測し、平均値の差と基準値との差を算出し、該差から相対位置ずれ量を算出し、該相対位置ずれ量に基づいて光ビームの副走査方向の間隔の補正を実行する光ビーム走査光学装置が提案されている。このように構成することにより、光ビームの相対位置ずれ量を精度良く得ることが可能となっている。
特開２００３−３３７２９４号公報特開２０００−２０６４２９号公報

しかし、上記の技術は、以下の問題点を有している。

特許文献１の技術では、中間転写ベルト上のトナーマークを検出してレーザビームの副走査位置を検出するため、線幅が異なったり、湿度によってトナー像品質がばらついたりといったことが生じ、検出精度が低い。また、光学素子（反射ミラー）の一端を固定して走査線の傾きを調整するため、他端での光軸高さの変化量が大きく、光学特性（特にレーザビーム径：ピーク光量の１／ｅ²）が劣化するというデメリットがある。

また、特許文献２の技術では、ポリゴンミラーの特定面のみを抽出するためのセンサが必要となり、装置の複雑化、コストアップを避けられない。また、特定面を抽出するためには、ポリゴンミラーの面数分多くの時間を要してしまうのでパフォーマンスが悪い。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ光のビームスポットの位置ずれを高精度化し、高速カラー画像の高画質化を実現することのできる光走査装置、画像形成装置及び副走査位置補正方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、レーザビームを出力する光源装置と、該光源装置から出力されるレーザビームを偏向する偏向走査手段と、走査結像レンズと、をそれぞれ複数組有し、複数の像担持体に潜像を形成する光走査装置であって、前記レーザビームの副走査位置を検出する検出手段と、前記レーザビームを偏向することで副走査位置を変動させる偏向手段と、前記検出手段により検出された副走査位置に基づいて前記偏向手段を制御する制御手段と、を前記像担持体毎に複数具備し、前記検出手段は、走査結結像レンズの後段に配設され、前記偏向手段は、前記光源装置と前記偏向走査手段との間に配設されており、前記制御手段は、基準となる副走査位置と前記検出手段により検出された副走査位置との差を補正するように前記偏向手段を制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記検出手段は、２つの受光素子を有し、前記２つの受光素子の少なくとも一方は、前記レーザビームが走査される領域において互いに非平行に形成された受光領域を有し、前記２つの受光素子は、隣接する端縁が互いに平行になるように、主走査方向に隣接して配置されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の光走査装置において、前記複数の偏向走査手段は、同じ基準クロックで同期回転するポリゴンミラーからなり、前記検出手段は、前記ポリゴンミラーの全周面で偏向されるレーザビームを検出することで副走査位置を検出することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記制御手段は、前記検出手段が出力する複数のパルス信号の時間間隔を順次記憶し、記憶された複数の前記時間間隔を２つのグループに分離し、時間間隔の短いほうのグループの平均値から前記レーザビームの副走査位置を演算することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の光走査装置において、前記検出手段が出力する複数のパルス信号の時間間隔の計測回数は、前記ポリゴンミラーの反射面数の偶数倍であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の光走査装置において、１つの前記光源装置から出力されるレーザビームは、対応する前記偏向手段に全て入射することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記制御手段は、前記レーザビームの副走査位置の演算結果に基づいて前記偏向手段を制御し、任意の前記像担持体に走査されるレーザビームに対して他の像担持体に走査されるレーザビームが副走査方向に合致するように、前記レーザビームの副走査位置を補正することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記偏向手段は、液晶素子からなり、前記制御手段は、前記液晶素子を駆動する駆動電圧と前記レーザビームの副走査位置の変動量が略比例する関係にある範囲内で前記偏向手段を制御することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記偏向手段が前記レーザビームの副走査位置を変動させる範囲は、副走査方向の画素密度以上であることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項８または９に記載の光走査装置において、前記液晶素子から成る前記偏向手段を駆動する駆動電圧は、前記像担持体に結像する前記レーザビームのスポット径の変動が駆動電圧変化前後で±１０％以内に収まるような電圧であることを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項８から１０のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記液晶素子から成る前記偏向手段を駆動する駆動電圧は、偏向手段の透過率変動が駆動電圧変化前後で±１％以内となるような電圧であることを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記走査結像レンズの副走査倍率は、０.７以上であることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項１から１２のいずれか１項に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置である。

請求項１４記載の発明は、請求項１から１２のいずれか１項に記載の光走査装置を有して行う副走査位置補正方法であって、前記レーザビームの副走査位置を前記検出手段において検出する検出工程と、前記検出手段で検出された副走査位置と、予め記憶されている基準となる副走査位置と、の差から副走査位置の変動量を前記制御手段において演算する演算工程と、前記偏向手段を制御することで、前記演算工程により演算された副走査位置の変動量を補正する補正工程と、を行うことを特徴とする。

本発明により、レーザビームの副走査位置を検出する検出手段と、レーザビームを副走査方向に偏向する偏向手段と、を光源装置毎に設け、制御手段が該検出手段で検出した副走査位置に応じて前記偏向手段を駆動することでレーザビームの副走査位置を補正するので、高精度にレーザビームを検出しながらレーザビームの副走査位置を補正することが可能となる。また、副走査位置をレーザビームのみで検出するので、中間転写体に検出パターンを生成して位置ずれの検出を行う必要がなくなるので、トナーの使用量を少なくすることができ、省資源化に寄与することが可能となる。

以下、本発明の光走査装置、画像形成装置及び画像形成方法について、実施の形態に即して説明する。

＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

＜画像形成装置＞
図１は、本実施形態の画像形成装置の概略構成を示す。画像形成装置１は、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色毎のトナー像をそれぞれ形成し、これを重ね合わせることでフルカラーの画像を形成するタンデム型の画像形成装置であり、原稿台２と、読み取り装置３と、光走査装置１０と、感光体４（ＹＭＣＫ）と、現像装置５（ＹＭＣＫ）と、中間転写ベルト６と、転写ローラ７、定着装置８と、給紙トレイ９と、を有する。

原稿台２は、印刷を予定する原稿、すなわち読み取りの対象となる原稿を載せるための台である。なお、原稿台２の下面はコンタクトガラスから形成される。

読み取り装置３は、原稿台２に載せられた原稿を読み取る装置であり、原稿にレーザ光を照射し、原稿からの反射光を受光することで原稿内容を読み取る。

光走査装置１０は、画像データ（読み取った原稿内容）に基づいて、書き込み用のレーザ光を各色に対応する感光体４に照射する。なお、光走査装置１０の構成については後で詳述する。

感光体４（ＹＭＣＫ）は、ＹＭＣＫ各色毎に設けられたドラム形状の像担持体である。各感光体４は、同一径であり、中間転写ベルト６に等間隔で圧設されている。作像時には、帯電された感光体４に光走査装置１０からのレーザ光が照射され、感光体４上に各色に対応した静電潜像が形成される。

現像装置５（ＹＭＣＫ）は、現像剤であるトナーを保持し、感光体４に形成された静電潜像をトナー現像し感光体４にトナー像を形成する。ここでは、現像装置５は、対応する感光体４に対応した色のトナー（現像剤）を保持する。

中間転写ベルト６は、各感光体４に形成された各色トナー像を順次重ね合わせて転写するための転写体である。各色トナー像を順次重ね合わせることで中間転写ベルト６上にはカラー画像が形成される。

転写ローラ７は、中間転写ベルト６上に形成されたカラー画像を、給紙トレイ９から搬送される記録紙上に転写するためのローラである。定着装置８は、記録紙上に転写されたカラー画像を熱定着する。給紙トレイ９は、記録紙を保持、ストックする。

なお、感光体４（ＹＭＣＫ）は、すべて同一の方向に回転する。また、中間転写ベルト６は、感光体４の回転方向とは、逆の方向で移動する。図１では、感光体４ＹＭＣＫは反時計回りに回転し、中間転写ベルト６は時計回りに移動する。

＜作像動作＞
本実施形態の画像形成装置１における作像動作（画像形成動作）について説明する。

読み取り装置３により原稿台２に置かれた原稿を読み取り、読み取った内容を画像データとして光走査装置１０に送信する。光走査装置１０は、該画像データに基づいて書き込みレーザを照射し、帯電した感光体４上に各色毎に対応した静電潜像を形成する。該静電潜像を各色対応の現像装置５でトナー現像してトナー像を形成し、該トナー像を中間転写ベルト６上に順次重ねて転写することでカラー画像を形成する。転写ローラ７は該カラー画像を記録紙に転写し、定着装置８は記録紙上に転写されたカラー画像を熱定着する。熱定着後、カラー画像が熱定着された記録紙、すなわち印刷物を画像形成装置１の機外（排紙トレイ）に排紙する。

＜光走査装置＞
次に、本実施形態の画像形成装置１が具備する光走査装置１０について、図２、図３を参照して説明する。図２は、光走査装置１０を側面から見たものを示し、図３は光走査装置を構成する光走査ユニット１１を上方から見たものを示す。なお、図３においては、便宜上、２つ設けられている折り返しミラー１４、レーザ光検出器２０のうち一方のみを表示している。

本実施形態の光走査装置１０は、同一の構成を有する２つの光走査ユニット１１ａ、１１ｂを、同一の向きで並べることで形成される。

各光走査ユニット１１は、ポリゴンミラー１２と、走査結像レンズ１３と、折り返しミラー１４と、ポリゴンケース１５と、透過ガラス１６と、防塵ガラス１７と、光源ユニット１８と、液晶偏向素子１９と、レーザ光検出器２０と、を光学ハウジング２１上に有して構成される。

なお、各光走査ユニット１１は、光源ユニット１８を２つ垂直方向に重ねて有しており、これに対応して、液晶偏向素子１９も垂直方向に重ねて有している。また、折り返しミラー１４は、各光源ユニット１８からのレーザ光経路を形成するために複数設けられている。また、レーザ光検出器２０は各レーザ光の経路上に１つ設けられている。

＜光学ハウジング＞
光学ハウジング２１は、各光走査ユニット１１のベースとなるハウジングであり、各部材を保持する。

光学ハウジング２１を形成する材料としては、熱伝導率の高い金属材料を用い、特に、熱膨張率が走査結像レンズ１３の熱膨張率に近いものを用いる。具体的には亜鉛、マグネシウム、アルミニウムやこれらの金属材料の合金を用いる。

表１に、代表的な金属材料の熱膨張率の代表値を示す。

例えば、走査結像レンズ１３の材料としてポリカーボネート（熱伝導率７．０×１０^-5）を用いている場合には、熱膨張率の値が近い亜鉛を光学ハウジング２１の材料として用いる。

光学ハウジング２１を形成する材料として、熱伝導率が高く、走査結像レンズ１３の熱膨張率に近い熱膨張率を有する金属材料を用いることにより、ポリゴンミラー１２の回転駆動や光走査装置１０外の構成である定着装置８などの発熱によって光学ハウジング２１内の温度が上昇しても、走査結像レンズ１３の局部的な温度上昇は生じず、温度分布、特に主走査方向の温度分布が平坦化されるので、感光体４上でのビームスポットの位置ずれを抑制することが可能となる。また、上記の効果が各色レーザ光について生じるので、画像形成時の色ずれが少ない高画質な画像を形成することができる。

＜ポリゴンミラー＞
ポリゴンミラー１２は、偏向走査手段としての光偏向器に設けられた正多角形（図３では正六角形）の反射鏡であり、駆動モータにより時計回りに回転駆動し、光源ユニット１８から出力されるレーザ光を反射面で反射することで偏向走査する。なお、各光走査ユニット１１の走査方向を同一にするために、光走査ユニット１１ａのポリゴンミラー１２の回転方向と、光走査ユニット１１ｂのポリゴンミラー１２の回転方向と、は同一となっている。

なお、本実施形態の光走査ユニット１１は、２色分のレーザ光を出力するために、２つの光源ユニット１８を垂直方向（副走査方向）に重ねて有しており、ポリゴンミラー１２は同一の反射面で２つのレーザ光を偏向走査する。

本実施形態の光走査装置１０においては、少なくとも一方の光源ユニット１８からのレーザ光は、入射角αを有してポリゴンミラー１２の反射面に入射される。

この入射角αは、『０＜α≦５』の範囲で設定する。何故なら、入射角αが５°以上の場合には、被走査面（感光体４）上での走査線曲がり量が大きく、且つ、ビームスポットが太径化するので、結果として形成画像が劣化してしまうからである。また、本実施形態の光走査装置１０においては、ポリゴンミラー１２の同一の偏向反射面で２つのレーザ光を偏向操作するので、双方のレーザ光の入射角αが０°の場合にはポリゴンミラー１２を厚くする必要があり、高速回転時の風損が増大してしまうからである。

ポリゴンミラー１２の駆動回路について説明する。

光走査ユニット１１ａのポリゴンミラー１２と、光走査ユニット１１ｂのポリゴンミラー１２との回転数制御、回転位相制御は、駆動回路によってなされる。

該駆動回路は、ポリゴンミラー１２を駆動する駆動モータ毎に設けられていた回路（外部からの基準クロックにより回転数を定速制御するためのＰＬＬ回路部と、モータへ電流を供給するドライバ部からなる）を一体化したものであり、基板及び電源系統、ノイズフィルタ機能を集約している。

このように駆動回路を構成することにより、対ノイズ性を向上させること、配線パターン、モータハーネスを最短距離で接続すること、電磁波ノイズを低減させることが可能となる。さらに、回路基板の小型化や部品点数の削減による低コスト化を実現できる。

なお、光走査ユニット１１ａのポリゴンミラー１２と、光走査ユニット１１ｂのポリゴンミラー１２とを、位相を制御せずに回転させると、両ポリゴンミラー１２の反射面が任意の位相関係となるため、最大１面分（副走査方向の画素密度分。６００ｄｐｉのときは４２．３μｍ、１２００ｄｐｉのときは２１．２μｍ、２４００ｄｐｉのときは１０．６μｍとなる。１つの光学ユニット１８から出力されるレーザビーム本数が複数の場合、上記密度を複数本乗する値）の位相ずれを生じ、該位相ずれは副走査方向の色ずれとなって現れる。

そこで、本実施形態の光走査装置１０においては、該駆動回路を用いて、ポリゴンミラー１２の回転位相をロータ磁石より検知し、その結果に基づいて一方の光偏向器の回転基準クロックに対して位相を調整し、位相関係が『所望の位相関係』となるように制御する。

なお、『所望の位相関係』とは、感光体４ＹＭＣＫ間を移動する中間転写ベルト６上へトナー像を転写する予め決定されているタイミングで走査を開始できるような２つの光偏向器のポリゴンミラー１２の位相関係のことである。

図４は、ポリゴンミラー１２とロータ磁石２２を示す。図中、（Ａ）はポリゴンミラー１２の形状が正六角形のものを示し、（Ｂ）はポリゴンミラー１２の形状が正八角形のものを示す。

ポリゴンミラー１２の中央部にはロータ磁石２２が固着されており、ポリゴンミラー１２の面数とロータ磁石の磁極数（Ｎ極、Ｓ極の数）は同じになっている。また、Ｎ極とＳ極の位相とポリゴンミラー１２との位相関係は任意であるが、２つの光偏向器に対しては同じ位相関係となっている。

同じ位相関係とするために、ロータ磁石２２をポリゴンミラー１２に固着した後、着磁ヨークを用いて着磁を行う。着磁の際には、ポリゴンミラー１２の各面と着磁ヨークの位相関係が常に同じになるように位相合わせを行う。

このように位相あわせを行うことにより、ポリゴンミラー１２の各面とロータ磁石２２の位相関係を一定にすることができる。また、ロータ磁石２２の磁極数とポリゴンミラー１２の面数を同じにしているので、ホール素子出力とポリゴンミラー１２の位相を２つの光偏向器間において同一にすることが可能となる。従って、２つの光偏向器からのホール素子出力に基づいた制御を駆動回路で行うことで、画像形成装置毎に定められる『所望の位相関係』を実現することが可能となる。

＜走査結像レンズ＞
走査結像レンズ１３は、レーザ走査に用いるレンズであり、ポリゴンミラー１２で偏向走査された２つのレーザ光を等速走査する。本実施形態の光走査装置１０では、該走査結像レンズ１３として、樹脂材料からなるレンズを用いている。

なお、走査結像レンズ１３の原材料として樹脂材料を採用した場合、ガラス材料を採用した場合と比較して、等速走査を行うための非球面形状を容易に実現できる反面、温度上昇の影響による屈折率や形状の変化量が比べて大きくなってしまう。

そこで、本実施形態の光走査装置１０においては、走査結像レンズ１３の温度上限は４５℃以下で且つ主走査方向の温度分布が２℃以下となるようにしている。これにより、感光体４上に照射されるレーザ光のビームスポット位置のずれやビーム径の変動、走査線曲がりが抑制され、形成画像の高画質化を実現できる。

また、上記の温度分布であれば、１本のレーザ光における変動量の抑制だけでなく、色毎のレーザ光の相対的な差も抑制することが可能となるので、形成画像において、色ずれの発生を抑制することが可能となる。

また、走査結像レンズ１３は、主走査方向中央部を光学ハウジング２１に接着することで固定接合される。このように主走査方向中央部で接着することにより、走査結像レンズ１３が熱膨張により拡大変形しても、接着処理を行った主走査方向中央部を基準に両端に向かって広がっていく。したがって、熱膨張によって主走査方向に異変形することがなく、主走査方向の倍率誤差が局部的に大きく悪化することを抑制することができる。なお、接着の態様は、部品点数削減や固定工程簡素化を達成できるものであればよい。

＜折り返しミラー＞
折り返しミラー１４は、レーザ光を感光体４上に導光するための反射鏡である。

＜ポリゴンケース、透過ガラス＞
ポリゴンケース１５は、ポリゴンミラー１２を覆うカバー部材である。ポリゴンケース１５の一側面には開口が形成されており、該開口はレーザ光を透過する透過ガラス１６により覆われている。ポリゴンミラー１２に入射するレーザ光及びポリゴンミラー１２で偏向走査されるレーザ光は、該開口及び透過ガラス１６を透過する。

ポリゴンケース１５及び透過ガラス１６により、ポリゴンミラー１２と走査結像レンズ１３とは空間的に遮蔽されるので、ポリゴンミラー１２の高速回転により発生する高温の気流が走査結像レンズ１３にあたらなくなり、走査結像レンズ１３の主走査方向の温度分布の発生量を抑制することが可能となる。また、高温の気流による走査結像レンズ１３の風損の発生を回避することが可能となる。

＜防塵ガラス＞
防塵ガラス１７は、光学ハウジング２１の下面に設けられた開口に嵌入されるガラス部材であり、折り返しミラー１４で折り返されたレーザ光を透過する。防塵ガラス１７により光走査ユニット１１は外部と空間的に遮蔽されているので、粉塵やトナー浮遊体などが光走査ユニット１１内に進入するのを防止することが可能となっている。

＜光源ユニット＞
光源装置としての光源ユニット１８は、光源である半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるレーザビームの収差補正をするコリメートレンズからなり、書き込み用のレーザ光を出力する。なお、光源ユニット１８は、各光走査ユニット１１に２つ垂直方向に重ねて設けられている。

各光源ユニット１１に設けられている２つの光源ユニット１８は、出力するレーザ光が上述の入射角α（０＜α≦５）でポリゴンミラー１２に入射するように配置されている。

＜液晶偏向素子＞
次に、図５を参照して、液晶偏向素子１９について説明する。

偏向手段としての液晶偏向素子１９は、液晶２３と、配向膜２４と、透明電極２５と、ガラス板２６と、スペーサ部材２７と、を有して構成され、液晶駆動回路２８から矩形波電圧を透明電極２５に入力することによって液晶２３の分子配列を変化させることで、入射するレーザ光を偏向する。

なお、液晶偏向素子１９は、光源ユニット１３の近傍に、光源ユニット１３からの光束がすべて入射するように配置される。このように配置することにより、色あたりの液晶素子数を１つにすることができるので、液晶素子１９間のばらつきの影響を低減できるとともに低コスト化が可能となる。

図６は、液晶偏向素子１９で偏向されるレーザ光を示す。液晶駆動回路２８から矩形波電圧が入力された場合には、レーザ光は図に示すように所定の偏向角で副走査方向に偏向され、矩形波電圧が入力されない場合には、レーザ光は偏向されずに液晶偏向素子１９を透過する。

液晶偏向素子１９の偏向角は、液晶駆動回路２７から入力される駆動波形のパルス幅Ｄｕｔｙあるいは波高値により任意に調整することが可能となっている。

図７は、液晶偏向素子１９に印加する駆動電圧に対するレーザ光の副走査位置変動量をグラフ化したものである。図中、横軸は液晶偏向素子１９に印加する駆動電圧を表し、縦軸はレーザ光の副走査位置変動量を表す。

印加する駆動電圧と副走査位置変動量との関係は、完全な比例関係にあるのではなく、低電圧域（Ｖ１以下）では逓増し、高電圧域（Ｖ２以上）では逓減する。そこで、本実施形態では、印加する駆動電圧と副走査位置変動量とが略比例関係（変化量が最小二乗法における直線近似で相関係数ｒが０．８以上となる関係）となるＶ１からＶ２の範囲でレーザ光の副走査位置を変化させることで、レーザ光の副走査位置の調整を行う。この略比例関係となる範囲内で副走査位置の調整を行うことにより、後述する制御手段３４での制御処理を容易にすることが可能となる。

また、ポリゴンミラー１２の１面分に相当する１ラインを補正するために、レーザ光の副走査位置の変化量として最大で副走査画素密度に相当する範囲を確保している。

この駆動電圧と副走査位置変動量との関係は、光走査装置の組み立ての段階で測定され、該関係は、後述する制御回路３４のメモリ３５に記憶される。

副走査画素密度に相当する範囲を確保するためには液晶偏向素子１９の偏向角が大きいことが必要であるが、大き過ぎると偏向するための応答速度の低下やコストアップなどのデメリットが生じてしまうので、偏向角は３度以下に設定する。

偏向角を３度以下に設定した場合には、副走査画素密度に相当する範囲を確保するために、走査結像レンズ１３として副走査倍率が０．７以上のレンズを用いる。但し、必要以上に副走査倍率が高いと、光学特性や寸法、取り付け精度に対する影響が大きくなるため、副走査倍率は１．２以下とする。なお、最も望ましいのは０．９以上１．１以下である。

なお、液晶偏光素子１９を駆動すると、駆動前後でレーザ光の感光体４上でのビームスポット径（ピーク光量の１／ｅ²）が劣化してしまう場合がある。この劣化量が±１０％以上であると、レーザ光検出器２０の検出精度の悪化や形成画像の劣化（特に階調性、解像度）を招いてしまうので、ビームスポット径の劣化量が±１０％の範囲に収まるように電圧を印加する。

また、液晶偏向素子１９のレーザ光透過率の変動率が±１％以上であると、走査方向における光量ムラが大きくなり形成画像が劣化してしまう。そこで、液晶偏光素子１９には、電圧印加前後でレーザ光透過率の変動率が±１％以内となるように電圧を印加する。

なお、一つの液晶偏向素子１９では偏向角が小さく、所望の偏向角が得られない場合には、図８に示すように液晶偏向素子１９を複数並べて配置して、複数段階で偏向することで得られる偏向角を複数倍にすることも可能である。

＜レーザ光検出器／構成＞
次に、レーザ光検出器２０について説明する。

図９は、レーザ光検出器２０をポリゴンミラー１２の反射面から見た図である。なお、図中、Ｄは最大素子幅（主走査方向の受光面の全幅）を、Ｈは副走査方向の有効検出高さを、θは第１（第２）の受光素子２９（３０）の傾斜辺の角度を表す。また、矢印は、主走査方向に走査されるレーザ光を示す。

検出手段としてのレーザ光検出器２０は、レーザ光の受光面に、第１の受光素子２９と、第２の受光素子３０と、を有し、内部回路として、第１の増幅器（ＡＭＰ１）３１と、第２の増幅器（ＡＭＰ２）３２と、比較器（ＣＭＰ）３３と、を有する。

第１（第２）の受光素子２９（３０）は、レーザ光を検出する毎に電気信号を出力する。

図９に示すように、第１（第２）の受光素子２９（３０）は、受光面においてコの字型の形状を有し、該コの字型の開口は副走査方向を向いている。コの字型の一方の端辺は副走査方向に平行であり、コの字型の他方の端辺は副走査方向と所定の角度θを形成している。

また、図９に示すように、第１の受光素子２９と第２の受光素子３０とは、コの字型を噛み合わせる形で、且つ、副走査方向に平行な端辺同士が平行に隣接し、副走査方向に所定の角度θを有する端辺同士が平行に隣接するように配設されている。

なお、第１の受光素子２９と第２の受光素子３０の隣接部の間隔はいずれの箇所においても同一であり、その間隔は走査されるレーザ光のスポット径より小さいものとなっている。

コの字型の一方の端辺を副走査方向に平行（主走査方向に対して垂直）にすることにより、レーザ光が副走査方向にずれた場合でも、センサ出力のタイミングが変化しないので、水平同期信号を得るのに好適となる。

なお、コの字型の１辺が副走査方向に対して形成する角度θが３０°未満の場合、後述するＴ_Sの変動量が少なく、検出感度が悪くなるという問題が生じ、また、６０°を超過する場合には、最大素子幅（主走査方向の受光面の全幅）Ｄに対する副走査方向の有効検出高さＨが小さくなってしまうため必要な有効検出高さＨを確保するためには受光面を広く設定する必要があり、受光面が画像領域内に入りこむ問題や走査結像レンズが長大化してしまう問題などが生じる。

したがって、これらの問題を回避するために、コの字型の１辺が副走査方向に対して形成する角度θは、３０°〜６０°の範囲で設定する。

なお、副走査方向の高さＨを１〜３ｍｍに、受光面の全幅Ｄを５ｍｍ以下に、角度θを４５°に設定すると、上述の問題をバランスよく解決でき好適である。

第１の増幅器３１は、第１の受光素子２９がレーザ光を検出する毎に出力する信号の電流電圧変換及び電圧増幅を行う。また、第２の増幅器３２は、第２の受光素子２２０がレーザ光を検出する毎に出力する信号の電流電圧変換及び電圧増幅を行う。

比較器３３は、第１の増幅器３１からの出力信号と第２の増幅器３２からの出力信号との電圧比較を行い、第２の増幅器３２の出力信号レベルが第１の増幅器３１の出力信号レベルを下回ったときに比較信号として信号を出力する。

このように比較器３３は、第１の増幅器３１の出力信号と第２の増幅器３２の出力信号のクロスポイントを検知するので、レーザ光の光量が変化しても検出精度が劣化することがないので高精度な検出が可能となる。

比較信号について、具体的に説明する。図１０は、レーザ光が矢印の方向に主走査されたときに、第１の増幅器３１、第２の増幅器３２が出力する出力信号及び比較器３３が出力する比較信号のタイミングチャートを示す。

走査されたレーザ光が第１の受光素子２９、第２の受光素子３０において検出されることにより、第１の増幅器３１、第２の増幅器３２から、図に示すようなパルス信号が出力される（図中、ＡＭＰ１出力信号、ＡＭＰ２出力信号）。比較器３３は、２つのパルス信号に基づいて、第２の増幅器３２の出力信号レベルが第１の増幅器３１の出力信号レベルを下回っている間立ち下がる比較信号を出力する。

ここで、比較信号の立下りから立下りまでの時間間隔Ｔ_Sは、レーザ光が走査される副走査の位置（高さ）に依存する。したがって、Ｔ_Sの変化量からレーザ光の副走査位置の変化量を得ることができる。

上に示す式は、副走査位置の変化量δの算出式である。なお、ｖは走査されるレーザ光の主走査方向の速度を、ΔＴ_Sは時間間隔Ｔ_Sの変化量を、θは受光素子のコの字型の１辺が副走査方向に対して形成する角度を表す。

なお、光源ユニット１８がレーザ光を同時に複数出力するようなマルチビーム光源ユニットであり、ポリゴンミラー１２の１反射面で該複数のレーザ光を同時に走査する構成の場合、画像領域を超えてレーザ光検出器２０を走査するときのみ複数のレーザ光のうち任意の１つがレーザ光検出器２０を走査するように、他のレーザ光については受光素子に検知されない程度に減光するかあるいは消光する。複数のレーザ光がレーザ検出器２０を走査してしまうと、比較器３３が出力する比較信号が誤ったものとなってしまうからである。

なお、実際にポリゴンミラー１２を駆動させると、面倒れやジターが発生するため、上記時間間隔Ｔ_Sに誤差（ばらつき）が生じる。そこで、本実施形態では、誤差成分による検出精度の悪化を防止するため、以下のような対応を行う。

図１１は連続回転しているポリゴンミラー１２から得られる比較信号を示す。時間間隔は大きく２種類に大別できる。１つは、レーザ光検出器２０を走査のすることによる立下り間の時間間隔Ｔ_Sであり、もう１つは、レーザ光検出器２０を走査後、再度レーザ光検出器２０を検出するまでの立下り間の時間間隔Ｔ_Lである。

Ｔ_SとＴ_Lとの比率は、走査幅やポリゴンミラー１２の回転速度（走査速度）等により決まるものであるが、その比率は『Ｔ_S：Ｔ_L＝１：２００〜４００』と差が顕著なものとなる。

図１２は、上記時間間隔をグラフ化したものであり、横軸は時間間隔を、縦軸は発生頻度を表す。ポリゴンミラー１２による時間間隔のばらつきの影響を軽減するために、時間間隔の計測データを内部メモリに蓄積し、これを２つの時間間隔のグループに分け、時間間隔の短い方のグループの平均値をレーザビームの副走査位置と判断している。なお、２つの時間間隔のグループの差が大きいことから、Ｔ_SとＴ_Lの中間時間間隔を演算してフィルタをかけることにより、時間間隔の長短を判断する。

なお、上記の計測は、ポリゴンミラー１２の特定の反射面についてのみ行うのではなく、全反射面について行う。特定の面のみに特化してしまうと、その特定の反射面のみが他の反射面と比較して比べて面倒れや面の傷、打痕や平面度などが異なる場合に、レーザ光検出器２０による副走査位置の検出精度が劣化してしまうからである。

また、ばらつき成分の存在を考慮すると、上述の時間間隔の計測サンプル数は多ければ多いほどよいが、検出時間が長くなってしまうというデメリットがある。したがって、計測サンプル数は、画像形成時間（光走査装置１０の光源を画像信号に基づいて発光制御している時間）と次の画像形成までの時間である非画像形成時間（プリントページ間）内で走査される回数以下とする。

実際にはＴ_Sの平均化するためのサンプル数は１００〜５００程度となる。なお、ポリゴンミラー１２の１面分のサンプル数が２（Ｔ_S、Ｔ_L）であり、面倒れ、ジターがポリゴンミラーの１回転分（全周面）の周期を持つので、サンプル数はポリゴンミラー１２の反射面数の偶数倍にすることが好ましい。サンプル数をポリゴンミラー１２の反射面数の偶数倍にすることにより、面倒れ、ジターのばらつきの影響を抑えることができる。

＜レーザ光検出器／配置位置＞
レーザ光検出器２０の光走査ユニット１１上での配置位置について、図３を参照して説明する。

レーザ光検出器２０は、主走査方向上流で且つ画像領域端部の外側の領域に、受光面（第１の受光素子２９及び第２の受光素子３０を有する面）が光軸に対して略垂直となるように配置する。

なお、画像領域端部の外側１０ｍｍ以内の領域に配置することが好ましい。画像領域端部から１０ｍｍ以上外側の領域に配置されると、走査結像素子（走査結像レンズ１３等）の光学特性（像面湾曲、倍率誤差）が低下し、受光面に入射するレーザ光のスポット径や走査時間のばらつきが大きくなり、検出精度が劣化するためである。なお、外側５ｍｍ以下の領域にレーザ光検出器２０を配置すれば、より検出精度を向上させることができる。

また、上述のように、レーザ光の副走査位置を主走査方向の走査時間間隔で測定するので、温度変動などによる主走査方向の倍率誤差変動は、検出精度に直接影響する。そのため、レーザ光検出器２０の配置される端部領域での倍率誤差変動が画像領域での倍率誤差変動よりも大きいと、画像領域と検出領域との連関が逆転し不具合となる（例えば、検出領域での変動が大きいと画像領域での変動が少なくても異常な変動と認識してしまう）。そこで、本実施形態では、走査結像素子の主走査方向での倍率誤差の変動量が小さくなるように設定している。

＜回路構成＞
次に、図１３を参照して、制御回路３４について説明する。

制御手段としての制御回路３４は、各色毎のレーザ光経路上に設けられたレーザ光検出器２０と液晶偏向素子１９との間に設けられた回路であり、レーザ光検出器２０の比較器３３から出力される比較信号からＴ_S値及び副走査位置変動量を演算処理し、該演算結果に基づいて液晶偏向素子１９の液晶駆動回路２８を制御してレーザ光の副走査位置の調整制御を行う。

制御回路３４は、メモリ３５を有する。メモリ３５には、上述のように、印加する駆動電圧と対応する副走査位置変動量がテーブルとして記憶されている。また、メモリ３５には、画像形成装置製造時の検査工程で検出された比較信号のＴ_S、あるいは画像形成装置の電源ＯＮ時に検出された比較信号のＴ_Sが、基準の副走査位置を示すＴ_S値（以下、基準Ｔ_S値）として記憶される。

この基準の副走査位置は、後述する補正制御において非常に重要なものである。よって、その計測は少なくとも３回以上同一の計測を行う。なお、その計測結果のうちの１つが他の副走査位置検出結果よりも著しく異なる場合（３回以上の平均＋標準偏差σよりも大きい）には、その副走査位置計測結果を削除し、再計測及び再チェックを行うといった処理を行うと、より正確な基準の副走査位置を得ることができる。

制御回路３４は、メモリ３５に記憶される基準Ｔ_S値と、比較器３３から入力される比較信号（その時点での比較信号）のＴ_S値とから、差分であるΔＴ_Sを算出し、予め登録されているｖ及びθの値に基づいて副走査位置変動量を演算する。そして、該副走査位置変動量を補正しうる駆動電圧（図７参照）をメモリ３５に記憶されるテーブルから取得し、液晶駆動回路２８が透明電極２５に該駆動電圧を印加するように液晶駆動回路２８を制御する。

＜光走査装置の動作＞
次に、本実施形態の光走査装置１０（光走査ユニット１１）の動作について説明する。

各色感光体４に対応する光源ユニット１３から出射されたレーザ光は液晶偏向素子１５を透過し、光偏向器のポリゴンミラー１２へ入射する。回転駆動するポリゴンミラー１２の反射面で偏向走査されたレーザ光は走査結像レンズ１３を透過し、折り返しミラー１４で折り返されて対応する感光体４上に静電潜像を形成する。

また、画像領域の主走査方向上流側にはレーザ光検出器２０が配置されており、レーザ光の走査毎に該レーザ光検出器２０でをレーザ光を検出する。ここで検出された信号（比較信号）は制御回路３４に入力され、該信号から現時点でのＴ_S値を演算し、該Ｔ_S値と予めメモリ３５に登録してある基準Ｔ_S値との差分ΔＴ_Sを算出し、予め登録されているｖ及びθの値に基づいて副走査位置変動量を演算する。そして、該副走査位置変動量を補正しうる駆動電圧（図７参照）をメモリ３５に記憶されるテーブルから取得し、液晶駆動回路２８が透明電極２５に該駆動電圧を印加するように液晶駆動回路２８を制御する。液晶偏向素子１９は該副走査位置変動量を補正しうるようにレーザ光を偏向するので、結果としてレーザ光の副走査位置を一定に保つことができる。

このように、レーザ光検出器２０による検出結果に応じて液晶偏向素子１９をフィードバック制御するので、結果としてレーザ光の副走査位置の変動を抑制することが可能となり、色ずれの少ない高画質のカラー画像を形成することが可能となる。

また、副走査位置をレーザ光のみで検出するので、従来のように中間転写体に検出パターンを生成して位置ずれの検出を行う必要がなくなるので、トナーの使用量を少なくすることができ、省資源化に寄与することが可能となる。

なお、このフィードバック補正は、任意の基準色に相当するレーザ光の副走査位置の変動に対して、他の色のレーザ光の副走査位置が中間転写ベルト上で合致するように他の色に対応する液晶偏向素子１９を駆動する。

この任意の基準色を予め設定しておくことにより、その色に相当する液晶偏向素子１９を削除することができるので、装置の低コスト化も可能である。その際には、駆動しない状態での液晶偏向素子１９の横倍率と等価な平板ガラスを挿入する。

＜第２の実施形態＞
次に、図１４を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図１４は本実施形態の画像形成装置１の光走査装置１０を側面から見たものを示す。

本実施形態の画像形成装置１では、光走査装置１０は４つの光走査ユニット１１ａ〜ｄから構成されている。各光走査ユニット１１が有する光源ユニット１８、液晶偏向素子１９、レーザ光検出器２０が１つずつであり、各光走査ユニット１１が１本のレーザ光に対応するという点以外は第１の実施形態と同一の構成であるので、説明を省略する。このように構成することにより、各感光体への走査特性が全て同じとなるので、温度変化による走査特性のばらつき量を少なくすることが可能となる。

＜付記事項＞
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例を示すものにすぎず、本発明の実施の形態を限定する趣旨のものではない。よって、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施を行うことが可能である。

例えば、レーザ光検出器２０の第１の受光素子２９、第２の受光素子３０の形状は、図９に示すような形状に限らず、例えば、図１５や図１６のような形状にすることも可能である。

図１５は、第１の受光素子２９、第２の受光素子３０を双方とも２個の素子に分割し２個の受光領域を形成したものである。それぞれの受光領域は電気的に接続されているので、検出される信号自体は図１０に示すものと同じものとなる。図１６は、第１の受光素子２９を２個の素子に分割したものであり、この形状であっても検出される信号は図１０に示すものと同じものとなる。

なお、受光素子の形状を一般化して表記すれば、第１の受光素子２９の形状が、レーザ光が走査される領域において互いに非平行に形成された受光領域を有した形状であり、第１の受光素子２９と第２の受光素子３０の隣接する端縁が互いに平行になるように主走査方向に隣接して配置された形状となる。この形状であれば、上記実施形態のレーザ光検出器２０としての目的動作を達成することが可能となる。

第１の実施形態の画像形成装置の構成を示す図である。第１の実施形態の光走査装置を側面から見た図である。光走査ユニットを上方から見た図である。ポリゴンミラー１２とロータ磁石２２を示す図である。液晶偏向素子を示す図である。液晶偏向素子によるレーザ光の偏向を説明するための図である。液晶偏向素子に印加する駆動電圧とレーザ光の副走査位置変動量との関係を示すグラフ図である。液晶偏向素子を複数並べた状態を示す図である。レーザ光検出器の正面図である。レーザ光検出器により検出される各信号を説明するための図である。信号の時間間隔を説明するための図である。時間間隔の発生分布をグラフ化した図である。制御回路を説明するための図である。第２の実施形態の光走査装置を側面から見た図である。レーザ光検出器の受光面を示す図である。レーザ光検出器の受光面を示す図である。

符号の説明

１画像形成装置
１０光走査装置
１９液晶偏向素子
２０レーザ光検出器
２９第１の受光素子
３０第２の受光素子
３３比較器
３４制御回路

Claims

レーザビームを出力する光源装置と、該光源装置から出力されるレーザビームを偏向する偏向走査手段と、走査結像レンズと、をそれぞれ複数組有し、複数の像担持体に潜像を形成する光走査装置であって、
前記レーザビームの副走査位置を検出する検出手段と、
前記レーザビームを偏向することで副走査位置を変動させる偏向手段と、
前記検出手段により検出された副走査位置に基づいて前記偏向手段を制御する制御手段と、
を前記像担持体毎に複数具備し、
前記検出手段は、走査結結像レンズの後段に配設され、
前記偏向手段は、前記光源装置と前記偏向走査手段との間に配設されており、
前記制御手段は、基準となる副走査位置と前記検出手段により検出された副走査位置との差を補正するように前記偏向手段を制御することを特徴とする光走査装置。
前記検出手段は、２つの受光素子を有し、
前記２つの受光素子の少なくとも一方は、前記レーザビームが走査される領域において互いに非平行に形成された受光領域を有し、
前記２つの受光素子は、隣接する端縁が互いに平行になるように、主走査方向に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
前記複数の偏向走査手段は、同じ基準クロックで同期回転するポリゴンミラーからなり、
前記検出手段は、前記ポリゴンミラーの全周面で偏向されるレーザビームを検出することで副走査位置を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
前記制御手段は、前記検出手段が出力する複数のパルス信号の時間間隔を順次記憶し、記憶された複数の前記時間間隔を２つのグループに分離し、時間間隔の短いほうのグループの平均値から前記レーザビームの副走査位置を演算することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査装置。
前記検出手段が出力する複数のパルス信号の時間間隔の計測回数は、前記ポリゴンミラーの反射面数の偶数倍であることを特徴とする請求項４記載の光走査装置。
１つの前記光源装置から出力されるレーザビームは、対応する前記偏向手段に全て入射することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光走査装置。
前記制御手段は、前記レーザビームの副走査位置の演算結果に基づいて前記偏向手段を制御し、
任意の前記像担持体に走査されるレーザビームに対して他の像担持体に走査されるレーザビームが副走査方向に合致するように、前記レーザビームの副走査位置を補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査装置。
前記偏向手段は、液晶素子からなり、
前記制御手段は、前記液晶素子を駆動する駆動電圧と前記レーザビームの副走査位置の変動量が略比例する関係にある範囲内で前記偏向手段を制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光走査装置。
前記偏向手段が前記レーザビームの副走査位置を変動させる範囲は、副走査方向の画素密度以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光走査装置。
前記液晶素子から成る前記偏向手段を駆動する駆動電圧は、前記像担持体に結像する前記レーザビームのスポット径の変動が駆動電圧変化前後で±１０％以内に収まるような電圧であることを特徴とする請求項８または９に記載の光走査装置。
前記液晶素子から成る前記偏向手段を駆動する駆動電圧は、偏向手段の透過率変動が駆動電圧変化前後で±１％以内となるような電圧であることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の光走査装置。
前記走査結像レンズの副走査倍率は、０.７以上であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光走査装置。
請求項１から１２のいずれか１項に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。
請求項１から１２のいずれか１項に記載の光走査装置を有して行う副走査位置補正方法であって、
前記レーザビームの副走査位置を前記検出手段において検出する検出工程と、
前記検出手段で検出された副走査位置と、予め記憶されている基準となる副走査位置と、の差から副走査位置の変動量を前記制御手段において演算する演算工程と、
前記偏向手段を制御することで、前記演算工程により演算された副走査位置の変動量を補正する補正工程と、を行う副走査位置補正方法。