JP2007298701A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数ビームを用いた光走査装置において、ビームピッチを感光体上にて書き込み密度から算出される理想的なピッチに調整して色ずれの少ない画像形成装置を提供する。
【解決手段】光ビームを出射する複数の光源と前記光源を保持する部材からなる光源ユニット２０〜２３を有し、光学系を介して被走査面上に主走査方向に間隔を持つ複数のビームスポットを形成する光走査装置であり、複数の光ビームにおける副走査方向のビームピッチを調整する調整機構を設け、調整機構を介して書込密度から算出される理想のピッチＰに対し光書き込みを行う感光体５の移動条件に応じて小さくまたは大きく調整する。
【選択図】図５

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関する。

近年、レーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置において、光ビームを走査して画像の記録を行う光走査装置を備えており、該光走査装置の記録速度を向上させる方法の一つとして回転偏向器（ポリゴンスキャナ）の回転速度を上げる方法がある。しかし、回転偏向器の回転速度を上げる方法では該回転偏向器の振動、高速で回転することにより生じる騒音、モータの耐久性などが問題となり、記録密度を向上させることは難しい。

特許第３６８１５５５号公報 特許第３６７０８５８号公報 特開２００４−２８７３８０号公報 特開２００４−１３０７４号公報

そこで、光ビームを複数本用いることにより、回転偏向器の回転数を抑えながら記録密度の向上を図るマルチビーム光走査装置が開発されている。マルチビーム光走査装置においては、複数のビームを用いるため、被走査面上での副走査方向の複数のビームピッチを書込密度に調整することが必要であり、特許文献１及び特許文献２等に複数のビームピッチの調整手法が開示されている。すなわち、特許文献１には被走査面上で複数ビームが主走査方向に間隔を有するので、わち半導体レーザユニットの光源の光軸に略平行な直線の周りの回転調整または走査光学系の光軸に略平行な直線の周りの回転調整により、被走査面上での副走査方向のピッチ調整も容易にすることが開示されている。また、特許文献２にはホルダ部材を走査光学系の光軸を回転中心として回動調整するだけの単純な作業で第１、２の半導体レーザアレイの各発光点によるビームスポット列間の副走査相対位置の調整が可能となり、組立効率を向上させることが開示されている。

ところで、近年のカラー化のニーズに対応すべく、例えばＢｋ（黒）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｙ（イエロー）の４色のトナーを重ね合わせることにより、カラー画像を形成するカラー画像形成装置が知られている。カラー画像形成装置においても、生産性向上のための記録速度の向上が図られており、マルチビーム光走査装置が採用されているが、カラー画像形成装置では複数色のトナーを重ね合わせるために、ステーション毎に複数のビームピッチを調整し、且つステーション間にて複数色の色合わせが必要となる。例えば、特許文献３である特開２００４−２８７３８０には、走査線曲がり及び走査線傾きの補正を正確に行える構成を備え、各色間の相対的な色ずれを効果的に補正し、色ずれの少ない良好なカラー画像の出力に寄与する光走査装置が開示されている。

さらに、ユーザによる幅広い紙種への対応が要求されており、普通紙のみならず、はがきや剥離紙、ＯＨＰシート、トレーシングペーパなどの薄紙等にも対応できることが望まれている。画像形成装置における印字プロセスは、光走査装置によって、像担持体へ潜像が形成され、現像手段によって、該潜像上へトナーを現像した後、転写紙上へトナーを転写し、定着ユニットを通過することで、画像定着が行われ、画像形成装置外へ排出される。一連の印字プロセスにおける線速は、紙種により異なり、通常、画像形成装置には複数の線速を有し、各モード（紙種、あるいはモノクロ、カラーの切り替え）に応じて、線速を可変としている。

このように、画像形成装置の記録密度の向上とカラー画像の高画質化が求められていることにより、カラー画像形成における色ずれの低減要求が高まっている。その中で、複数のビームのピッチの調整や色ずれの低減などの方法は上記特許文献３に開示されているが、実際に上記特許文献３にて調整を行う複数ビームのピッチや工場出荷時に調整を行う複数ビームのピッチは、厳密には感光体上にて副走査方向の書込密度に対応していない。例えば、特許文献４である特開２００４−１３０７４号では、複数ビームのピッチが、ハウジングに対し光源ユニットを回転して画素密度に応じて調整しているが、感光体上にて２つのビームが主走査方向に間隔を持っているため、同じ主走査位置に対して書込時間に差が生じ、その時間内に感光体が移動した分だけビームの位置がずれるという問題が生じる。

本発明は、上記した問題を解決するため、複数ビームを用いた光走査装置において、ビームピッチを感光体上にて書き込み密度から算出される理想的なピッチに調整して色ずれの少ない画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、光ビームを出射する複数の光源と前記光源を保持する部材からなる光源ユニットを有し、光学系を介して被走査面上に主走査方向に間隔を持つ複数のビームスポットを形成する光走査装置において、前記複数の光ビームにおける副走査方向のビームピッチを調整する調整機構を設け、該調整機構を介して書込密度から算出される理想のピッチに対し光書き込みを行う感光体の移動条件に応じて小さくまたは大きく調整することを特徴とする光走査装置を提案する。

なお、本発明は、前記副走査方向の理想のビームピッチからの調整量は、主走査方向でのビームピッチをＬｂｐ、光源の数をｎ、副走査方向の解像度をρ、定数をＣとすると、Ｌｂｐ×ｎ×Ｃ／ρを満足すると、効果的である。

さらに、本発明は、前記副走査方向のビームピッチの調整機構は、前記光源ユニットを回転して調整すると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記副走査方向のビームピッチの調整機構は、駆動手段を介して前記光源ユニットを回転させることにより調整を行うと、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記副走査方向のビームピッチの調整機構は、前記光源ユニットよりビーム照射方向下流側の前記光学系の構成要素を変位または回転させると、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記副走査方向のビームピッチ調整機構は、駆動手段を介して前記光源ユニットよりビーム照射方向下流側の前記光学系の構成要素を変位または回転させることにより調整を行うと、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記副走査方向のビームピッチ調整は、複数の線速に対応し、かつ複数の解像度に対して予め記憶手段に記憶されている調整値を読み出して調整を行うと、効果的である。

また、上記目的を達成するために、本発明は、請求項１〜７記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置を提案する。
なお、 本発明は、前記画像形成装置がタンデム式のカラー機の場合、各ステーションに配置される前記光走査装置のビームピッチ調整値は各々独立して調整可能とすると、効果的である。

さらに、本発明は、各ステーションに配置される前記光走査装置のビームピッチは、各ステーションのドラムの回転速度の設定値から決定されると、効果的である。

請求項１の構成によれば、感光体上での複数のビームピッチは、複数のビームが順次露光されることで、走査開始間隔内に感光体の回転による被走査面の移動により生じる副走査方向のビームピッチのずれを、書込密度から算出される理想のビームピッチに合わせることが可能である。

請求項２の構成によれば、理想のビームピッチに合わせるための調整値を算出することが可能である。
請求項３の構成によれば、複数のビームピッチにて理想の値からのずれ量を容易に調整することが可能である。

請求項４の構成によれば、複数のビームピッチにて理想の値からのずれ量を高精度且つ容易に補正することができる。
請求項５の構成によれば、複数のビームピッチにて理想の値からのずれ量を容易に補正することができる。

請求項６の構成によれば、複数のビームピッチにて理想の値からのずれ量を高精度且つ容易に補正することができる。
請求項７の構成によれば、線速と解像度が変更された際にも、ビームピッチを再調整する必要なく、理想のビームピッチにて露光走査することができる。

請求項８及び９の構成によれば、タンデム機において各ステーション間にて位置ずれを抑えることができ、高画質の画像を得ることができる。
請求項１０の構成によれば、位置ずれを抑えるために微小に異なるドラムの回転速度に対しても、ビームピッチを理想の値に調整し、各ステーション間にて位置ずれを抑えることができ、高画質の画像を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係る光走査装置を具備した画像形成装置の一例であるカラーレーザプリンタを示す概略図である。このカラーレーザプリンタは、装置本体１の下部に給紙部２が配置され、その上方に作像部３を配置した構成となっている。作像部３には、給紙側を下で、排紙側を上となるように傾斜して配置された転写ベルト８が設けられている。転写ベルト８の上部走行辺には、下から順にマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、黒（Ｂｋ）用の４つのステーションである作像ユニット４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋが並列配置されている。

各作像ユニット４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋは、像担持体としての感光体ドラム５が設けられ、該感光体ドラム５は図示していない駆動手段によって時計方向へ回転駆動されるとき、帯電ローラ６により一様に帯電された後、光走査装置１０によってレーザ光による書込みが行われ、感光体ドラム５上には静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置７によって現像されてトナー像となり、このとき作像ユニット４Ｍではマゼンタトナー像、作像ユニット４Ｃではシアントナー像、作像ユニット４Ｙではイエロートナー像、作像ユニット４Ｂｋでは黒トナー像がそれぞれ形成される。これらトナー像に同期して給紙部２から転写材が給紙され、転写ベルト８により搬送された転写材に順次重ね転写される。

転写後の転写材は、転写ベルト８から分離されて定着装置１１へ搬送され、定着装置１１でトナー像が永久画像として転写紙に溶融定着された後、機外に排出される。また、転写後の感光体ドラム５には転写しきれなかったトナーが残るが、該残トナーはクリーニング装置９によって除去され次にプリントに備えられる。

図２は上記光走査装置１０の構成を示す説明図である。
図２において、４つの光源ユニット２０，２１，２２，２３から出射された光ビームを対称な２方向に振り分けて偏向走査する光偏向器２４と、この光偏向器２４を中心にして上記２方向に偏向走査される光ビームを、それぞれ対応した感光体ドラムの被走査面上に導いて結像させる光学系を備えており、これらの構成部材は一つの光学ハウジング２５内に配置される。

図３は光走査装置内の光源ユニット２０〜２３における副走査方向のビームピッチの調整機構を示す分解斜視図である。
図３において、この光源ユニット２０〜２３は、半導体レーザ１０１、１０２、ベース部材１０３、押え部材１０４、１０５、コリメートレンズ１０６、１０７、ホルダ部材１０８、光学ハウジングの取り付け壁１０９、ネジ１１０、１１１、アパーチャ１１２、スプリング１２１、ストッパ部材１２２及び調整ネジ１２３を具備している。半導体レーザ１０１及び１０２は、各々主走査方向に所定角度、例えば微小に傾斜したベース部材１０３の裏側に形成した図示していない嵌合穴に個別に円筒状ヒートシンク部１０１−１及び１０２−１を嵌合し、押え部材１０４、１０５の突起１０４−１及び１０５−１をヒートシンク部の切欠部に合わせて発光源の配置方向を合わせ、背面側からネジ１１０で固定されている。また、コリメートレンズ１０６及び１０７は、各々その外周をベース部材１０３の半円状の取り付けガイド面１０３−２及び１０３−３に沿わせて光軸方向の調整を行い、発光点から射出した発散ビームが平行光束となるように位置決めされて接着されている。なお、本実施形態では上述したように各半導体レーザ１０１、１０２からのビームが主走査面内で交差するように設定されているため、ビームに沿って嵌合穴及び半円状の取り付けガイド面１０３−２、１０３−３を傾けて形成している。ベース部材１０３は、ホルダ部材１０８に、円筒状係合部１０３−１を係合し、ネジ１１１が貫通孔１０８−２を介してネジ穴１０３−４、１０３−５に螺合されて固定され光源ユニット２０〜２３を構成する。

このように構成された光源ユニット２０〜２３は、光学ハウジング２５の取り付け壁１０９に設けた基準穴１０９−１にホルダ部材１０８の円筒部１０８−１を嵌合し、表側よりスプリング１２１を挿入してストッパ部材１２２を円筒部突起１０８−３に係合することでホルダ部材１０８は取り付け壁１０９の裏側に密着して保持される。この時、スプリング１２１の一端を取り付け壁１０９の突起１０９−２に引っかけることで円筒部１０８−１の中心を回転軸とした回転力を発生し、回転力を係止するように設けた調整ネジ１２３により、光軸の周りθにユニット全体を回転しピッチを調整する。アパーチャ１１２は、各半導体レーザ毎に対応するスリットが設けられ、光学ハウジングに取り付けられて光ビームの射出径を規定する。

図４（ａ）には、主走査方向に間隔を持った２つの半導体レーザ１０１、１０２を有する光源ユニット２０〜２３からのビームＬＤ１、ＬＤ２の被走査面上での位置を示す。光源ユニット２０〜２３のホルダ１０８を光学ハウジング２５の取り付け壁１０９に対して回転させることにより、被走査面上でのビームスポットも図４（ｂ）に示すように回転する。通常、工場出荷時のビームピッチの調整においては、図４（ｂ）に示す副走査方向のビームピッチを書込密度から算出される理想ピッチＰとなるように、ホルダ１０８を回転させ調整を行う。なお、調整は機械出荷時に行われ、また各作像ユニットごと独立して行われる。

図５は、感光体上での走査線の模式図を示す説明図である。
図５（ａ）では、ピッチ調整が行われた２つの光ビームは感光体上の被走査面が静止していれば、光偏向器により副走査方向に理想のピッチＰを保ちながら主走査方向に走査される。しかし、実際の感光体は回転しているため、光ビームによる露光位置は図５（ｂ）に示すように感光体の回転により移動し、感光体が静止している場合の走査線に比べて、傾きを持って走査される。この際、２つの光ビームは主走査方向に間隔を持っているため、主走査方向の同じ位置に照射を行う際には２ビーム間にて時間差が生じてしまう。それによって、先に照射を行った光ビームＬＤ１に対し、時間を隔てて照射された光ビームＬＤ２は感光体がその時間内に回転するために、理想のビームピッチＰよりも大きくもしくは小さく潜像が形成されてしまう。これは感光体の回転方向に対して、先に照射を行うビームの位置によって異なり、図５（ｂ）に示すように、先に照射を行う光ビームＬＤ１が他方の光ビームＬＤ２に対し、感光体の進行方向側にあれば、光ビームの照射時間間隔内に感光体が進むことで、ビームピッチＰ１は理想の書込密度から算出されるビームピッチＰよりも大きくなる。他方、図５（ｃ）に示すように、感光体の進行方向と逆の位置にある光ビームＬＤ１が先に照射を行う場合は、上述とは逆になり、ビームピッチＰ２は理想のビームピッチＰよりもは小さくなる。なお、図示していないが、走査方向が図５（ｂ）、（ｃ）の感光体の回転方向と逆の場合も同様である。

理想のビームピッチからのずれ量は、線速と光ビームの照射時間間隔にて表され、副走査方向の理想のビームピッチＰからの調整量は、主走査方向でのビームピッチをＬｂｐ、光源の数をｎ、副走査方向の解像度をρ、定数をＣとすると、
Ｌｂｐ×ｎ×Ｃ／ρ
を満足する。ここで定数Ｃは上述の主走査方向でのビームピッチＬｂｐ、光源の数ｎ、解像度（副走査方向）ρに依存しない項目であり、光偏向器であるポリゴンスキャナ一面にて走査できる幅に依存する。なお、上記理想のビームピッチからのずれ量の算出式は示す通りでなく、上記の算出式にて用いられる因子（主走査方向でのビームピッチＬｂｐ、光源の数ｎ、解像度ρ、光偏向器であるポリゴンスキャナ一面にて走査できる幅）を用いて表すことのできる因子（例えばプロセス線速と光ビームの照射時間間隔）によってもずれ量を算出できる。

かくして理想の副走査方向のビームピッチＰからのずれ量を算出し、光源ユニットの回転にて調整を行うことで、感光体上での副走査方向のビームピッチを書込密度から算出される理想的なピッチとすることができる。

図６は、光源ユニット２０〜２３における副走査方向のビームピッチの調整機構を示し、本例は図３におけるビームピッチの調整機構の調整ネジ１２３をステッピングモータ１２４に代え、電気的に駆動させて光源ユニット２０〜２３を回転させるように構成としている。なお、図６に示すビームピッチの調整機構における他の構成は図３のものと同一である。本実施形態のように、光源ユニット２０〜２３の回転をステッピングモータ１２４により行うことで、高精度且つ容易に調整を行うことができる。

さらに、図３におけるビームピッチの調整機構は調整ネジ１２３によるため、機械出荷時に調整するものであるが、本実施形態では各モード（複数の解像度、プロセス線速、ドラムの回転速度）における副走査方向のずれ量を事前に設定値を算出し、画像形成装置内の制御部のメモリ等の記憶しておけば、画像形成時にユーザにより選択されたモードにより、事前に記憶している値を用いてステッピングモータ１２４を回転させ、感光体上の副走査方向のビームピッチを容易に感光体上での厳密な書込密度に切り替えることができる。

図７は、光源ユニット２０〜２３よりビーム照射方向下流側の光路中にプリズム６０を配置した副走査断面を示している。光源ユニット２０〜２３から出射された光ビームを被走査面に到達するまでの光路中にプリズム６０を通過させることで、プリズム６０により光ビームは屈折され、プリズム入射前ビームピッチＬｂｐがプリズム透過後はＬ'ｂｐとなり、被走査面上での副走査方向のビームピッチを変化させることができる。なお、図７において６０はプリズムの初期位置、６１はプリズムを回転させた場合、６２、６４はプリズムを透過した光ビームの位置、６３、６５は回転させたプリズムを透過する光ビームの位置を示している。図７からも明らかなようにプリズム６０を回転させることで副走査方向のビームピッチが変化する。従って、プリズム６０の位置制御をステッピングモータ等電気的に駆動させることのできる駆動手段を用いることで、副走査方向のずれに対する補正値を事前に画像形成装置内の制御部のメモリ等に記憶しておき、ユーザにより選択されたモードに対する補正値を駆動手段に適用することで、調整の待ち時間をとらずに感光体上の副走査方向のビームピッチを容易に感光体上での厳密な書込密度に切り替えることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず各種改変することができるものである。
例えば、上記実施形態では副走査方向のビームピッチの調整機構は、調整ネジ１２３やステッピングモータ１２４によって光源ユニット２０〜２３を調整回転させているが、その駆動手段としては例えば超音波モータやピエゾ素子などを用いることができる。

また、副走査方向のビームピッチの調整機構は、光源ユニット２０〜２３よりビーム照射方向下流側の光学系の構成要素を変位または回転させることにより調整を行うことができるが、その光学系の構成要素とは上述のプリズムのみに限定するものではなく、例えば長尺レンズ、回折格子などを用いてもよい。

本発明が適用される画像形成装置の概略図である。 本発明に係る光走査装置の一実施形態を示す平面図である。 本発明に係る光走査装置のビームピッチを調整する調整機構の一実施形態を示す分解斜視図である。 主走査方向に間隔を持った２つの半導体レーザからのビームの被走査面上での位置を示す説明図である。 感光体上での走査線の模式図を示す説明図である。 本発明に係る光走査装置のビームピッチを調整する調整機構の他の実施形態を示す分解斜視図である。 本発明に係る光走査装置のビームピッチを調整する調整機構のさらに他の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

５ 感光体ドラム
１０ 光学ユニット（光走査装置）
２３ 光源ユニット
６０ プリズム
１２３ 調整ネジ
１２５ ステッピングモータ

Claims (10)

1. 光ビームを出射する複数の光源と前記光源を保持する部材からなる光源ユニットを有し、光学系を介して被走査面上に主走査方向に間隔を持つ複数のビームスポットを形成する光走査装置において、
   前記複数の光ビームにおける副走査方向のビームピッチを調整する調整機構を設け、該調整機構を介して書込密度から算出される理想のピッチに対し光書き込みを行う感光体の移動条件に応じて小さくまたは大きく調整することを特徴とする光走査装置。
2. 前記副走査方向の理想のビームピッチからの調整量は、主走査方向でのビームピッチをＬｂｐ、光源の数をｎ、副走査方向の解像度をρ、定数をＣとすると、
   Ｌｂｐ×ｎ×Ｃ／ρ
   を満足することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記副走査方向のビームピッチの調整機構は、前記光源ユニットを回転して調整することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記副走査方向のビームピッチの調整機構は、駆動手段を介して前記光源ユニットを回転させることにより調整を行うことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記副走査方向のビームピッチの調整機構は、前記光源ユニットよりビーム照射方向下流側の前記光学系の構成要素を変位または回転させ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。
6. 前記副走査方向のビームピッチ調整機構は、駆動手段を介して前記光源ユニットよりビーム照射方向下流側の前記光学系の構成要素を変位または回転させることにより調整を行うことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
7. 前記副走査方向のビームピッチ調整は、複数の線速に対応し、かつ複数の解像度に対して予め記憶手段に記憶されている調整値を読み出して調整を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光走査装置。
8. 請求項１〜７記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
9. 前記画像形成装置がタンデム式のカラー機の場合、各ステーションに配置される前記光走査装置のビームピッチ調整値は各々独立して調整可能とすることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 請求項９に記載の画像形成装置において、各ステーションに配置される前記光走査装置のビームピッチは、各ステーションのドラムの回転速度の設定値から決定されることを特徴とした画像形成装置。

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