JP2008310281A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光源の熱的な劣化を抑制する。
【解決手段】書込み領域の走査を行なう際の同期信号を得るために、走査ごとに光源10の1列目のVCSEL1,1〜VCSEL4,1から10列目のVCSEL1,1〜VCSEL4,1を列ごとに順番に選択して発光させる。これにより、光ビームを射出することに起因する光源10の熱的な負担を、40個のVCSELに均等に負担させることができ、光源10の長寿命化を図ることが可能となる。
【選択図】図3

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、複数の光ビームにより被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
従来カールソンプロセスを用いて画像を形成する画像形成装置としては、例えば、回転する感光ドラムの表面を、光ビームで走査することにより、感光ドラム表面に潜像を形成し、この潜像を可視化して得られたトナー像を、記録媒体としての用紙上に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置が知られている。近年、この種の画像形成装置は、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷によく用いられるようになり、画像の高密度化及び画像出力の高速化への要求が一層高まっている。
一般に、画像出力の高速化を図る方法としては、光ビームを偏向させるポリゴンミラーの回転数と感光ドラムの回転数を高くして、プリント速度を増加させることが考えられる。しかしながら、ポリゴンミラーの回転数を高くすると、その駆動系からの騒音や振動が増加するとともに消費電力も増大し、装置の耐久性が低下してしまう。また、画像出力の高速化は、画像の高密度化に対しトレードオフの関係になっているため、ポリゴンミラーの回転数を高くしていくと、それにともなって画質が低下するという不都合もある。
そこで、画像の高密度化及び画像出力の高速化を同時に両立させる方法として、光源をマルチビーム化し、一度に複数本の光ビームにより感光ドラムを走査する方法が提案されている(例えば、特許文献1、及び特許文献2参照)。特許文献1及び特許文献2に記載の方法は、複数の発光部を有する面発光型のレーザから射出される光ビームを、一括して偏向させることにより、感光ドラム上を一度に複数本の光ビームで走査することが可能な方法である。
ここで用いられる例えばVCSEL(vertical cavity surface emitting laser)などに代表される面発光型のレーザは、1つの素子に発光部を2次元配列することが容易であるため、端面発光型のレーザに比べて、1度の走査に用いる光ビームの数を増やすことが容易である。しかしながら、この種の面発光型レーザは高出力化が困難であるとともに、発光部どうしの熱干渉により素子の寿命が比較的短いという不都合がある。
特開2005−250319号公報 特開2004−287292号公報
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、光源の熱的な劣化を抑制することが可能な光走査装置を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、ランニングコストの低減を図ることが可能な光走査装置を提供することにある。
本発明は第1の観点からすると、複数の光ビームを偏向して、被走査面上の書き込み領域を主走査方向へ走査する光走査装置であって、前記光ビームを射出する複数の発光部が、前記主走査方向、及び前記主走査方向に直交する副走査方向に平行な面内に2次元的に配置された光源と;前記複数の発光部から射出された前記光ビームを偏向する偏向器と;前記光ビームを受光して、前記受光した光ビームに応じた同期信号を出力する受光素子と;前記光源のいずれかの発光部を、走査ごとに選択して発光させることにより、前記選択した発光部からの光ビームを、前記偏向器を介して前記受光素子に入射させる制御装置と;を備える光走査装置である。
これによれば、前記被走査面の書込み領域を走査する際には、書き込み領域の走査前に、光源の複数の発光部のうちからいずれかの発光部を走査ごとに選択して発光させることにより、同期信号を出力する受光素子に光ビームを入射させる。このため、走査ごとに繰り返し同期用の光ビームを射出することに起因する熱的な負担を、複数の発光部に負担させることができ、結果的に光源の長寿命化を図ることが可能となる。
また、本発明は第2の観点からすると、画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と;前記光走査装置により潜像が形成される感光体と;前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と;前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と;を備える画像形成装置である。
これによれば、画像形成装置は、本発明の光走査装置を備えている。したがって、光走査装置の光源の劣化が効果的に抑制され、結果的に装置の寿命及びランニングコストを低減することが可能となる。
また、本発明は第3の観点からすると、多色画像に関する情報から得られる各色ごとの潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に重ね合わせて定着させることにより、多色画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と;前記光走査装置により各色に応じた潜像がそれぞれ形成される複数の感光体と;前記感光体の被走査面にそれぞれ形成された潜像を顕像化する現像手段と;前記現像手段により顕像化された各色ごとのトナー像を前記記録媒体に重ね合わせて定着させる転写手段と;を備える画像形成装置である。
これによれば、画像形成装置は、本発明の光走査装置を備えている。したがって、光走査装置の光源の劣化が効果的に抑制され、結果的に装置の寿命及びランニングコストを低減することが可能となる。
《第1の実施形態》
以下、本発明の第1の実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。図1には、本実施形態に係る画像形成装置200の概略構成が示されている。
画像形成装置200は、カールソンプロセスを用いて、トナー像を普通紙(用紙)上に転写することにより、画像を印刷するプリンタである。この画像形成装置200は、図1に示されるように、光走査装置100、感光ドラム201、帯電チャージャ202、トナーカートリッジ204、クリーニングケース205、給紙トレイ206、給紙コロ207、レジストローラ対208、転写チャージャ211、定着ローラ209、排紙ローラ212、排紙トレイ210、上記各部を統括的に制御する主制御装置(不図示)、及びこれらを収容するハウジング215などを備えている。
前記ハウジング215は略直方体状で、+X側及び−X側の側壁に、内部空間と連通する開口が形成されている。
前記光走査装置100は、ハウジング215の内部上方に配置され、画像情報に基づいて変調された光ビームを主走査方向(図1におけるY軸方向)へ走査することにより、感光ドラム201の表面上の領域(以下、書込み領域)を走査して、書込み領域に潜像を形成する装置である。なお、光走査装置100の構成については後述する。
前記感光ドラム201は、その表面に、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。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202が配置され、2時の位置にトナーカートリッジ204が配置され、6時の位置に転写チャージャ211が配置され、10時の位置にクリーニングケース205が配置されている。
前記帯電チャージャ202は、感光ドラム201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201の表面を所定の電圧で帯電させる。
前記トナーカートリッジ204は、トナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム201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201の表面に供給する。
前記クリーニングケース205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201の表面に接するように配置されている。感光ドラム201の表面に吸着されたトナーは、感光ドラム201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205の内部に回収される。
前記転写チャージャ211は、感光ドラム201の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、帯電チャージャ202とは逆極性の電圧が印加されている。
前記給紙トレイ206は、ハウジング215の+X側の側壁に形成された開口から+X側端が突出した状態で配置され、外部から供給される用紙213を複数枚収容することが可能となっている。
前記給紙コロ207は、給紙トレイ206から用紙213を1枚ずつ取り出し、1対の回転ローラから構成されるレジストローラ対208を介して、感光ドラム201と転写チャージャ211によって形成される隙間に導出する。
前記定着ローラ209は、1対の回転ローラから構成され、用紙213を加熱するとともに加圧し、排紙ローラ212へ導出する。
前記排紙ローラ212は、1対の回転ローラなどから構成され、ハウジング215の−X側の側壁に形成された開口から−X側端が突出した状態で配置された排紙トレイ210に対し、定着ローラ209から送られる用紙213を順次スタックする。
次に、光走査装置100の構成について説明する。図2は光走査装置100の概略構成を示す図である。図2に示されるように、光走査装置100は、光源10と、光源10を起点としてX軸と約70度の角度をなす直線上に順次配列された、カップリングレンズ11、アパーチャ部材12、線像形成レンズ13、及びポリゴンミラー15と、該ポリゴンミラー15の+X側に順次配置された第1走査レンズ16、第2走査レンズ17、反射ミラー18と、感光ドラム201へ入射する前の光ビームを受光する受光素子19、光源10を駆動する光源駆動装置101などを備えている。
前記光源10は、発光点として例えばVCSELが2次元配置された面発光型半導体レーザアレイであり、図3に示されるように、発光面(図3における+x側の面)上に、40のVCSELが、y軸と角度θ1をなす直線L1と平行な方向を行方向とし、z軸と平行な方向を列方向として、4行10列のマトリクス状に配置されている。各VCSELは、ニア・フィールド・パターンの直径が4μmであり、それぞれのVCSELからは波長が780nmで主走査方向及び副走査方向の発散角が7±1度の光ビームが射出される。また、本実施形態では、行間隔Dsは20μm、列間隔Dmは30.0μmとなっており、各VCSELのz軸方向(副走査方向)に関し隣り合うVCSELの間隔dは2.0μmとなっている。なお、以下の説明においては、図3に示されるように、m行目のn列目に位置するVCSELを便宜上VCSELm,n(m=1,2,3,4、n=1,2,3…10)と表現するものとする。
図2に戻り、前記カップリングレンズ11は、焦点距離が46.5mmのレンズであり、光源10からの光ビームを平行光にするとともに、射出側の焦点位置でカップリングする。
前記アパーチャ部材12は、矩形状又は楕円形状の開口を有し、該開口中心がカップリングレンズ11の焦点位置又はその近傍に位置するように配置されている。光源10から射出される複数の光ビームは、カップリングレンズ11によって略平行光とされた後、アパーチャ部材12の開口を通過することで、そのビーム形状が所望の形状に整形される。
前記線像形成レンズ13は、副走査方向に屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、入射面がアパーチャ部材12から10.3mmの位置に配置されている。この線像形成レンズ13は、カップリングレンズ11を透過した光ビームそれぞれを、ポリゴンミラー15の反射面近傍で副走査方向に関して結像させる。
なお、カップリングレンズ11の入射面11aと射出面11b、及び線像形成レンズ13の入射面13aと射出面13bそれぞれの、主走査方向の近軸曲率半径Rm、及び副走査方向の近軸曲率半径Rsと、各レンズ11,13それぞれの、中心の肉厚D(mm)、及び屈折率Nは、次表1に示されるとおりである。
前記ポリゴンミラー15は、上面が半径7mmの円に内接する正方形となった4角柱状の部材である。このポリゴンミラー15は、その4つの側面が偏向面となっており、不図示の回転機構によってZ軸に平行な軸回りに一定の角速度で回転されている。これにより、ポリゴンミラー15に入射した光ビームはY軸方向に走査される。
第1走査レンズ16は、fθ特性を有する走査レンズであり、その入射面がポリゴンミラー15の回転中心から+X方向へ46.3mm隔てたところに位置するように配置されている。
第2走査レンズ17は、副走査方向に屈折力を有する特殊トロイダル面レンズであり、その入射面が、第1走査レンズ16の射出面から+X方向へ89.7mm隔てたところに位置し、かつ、その射出面と感光ドラム201の表面の光学的距離が141.4mmになるように配置されている。
第1走査レンズ16の入射面16aと射出面16b、及び第2走査レンズ17の入射面17aと射出面17bそれぞれの、主走査方向の近軸曲率半径Rm、及び副走査方向の近軸曲率半径Rsと、各レンズ16,17それぞれの、中心の肉厚D(mm)及び屈折率Nは次表2に示されるとおりである。
また、第1走査レンズ16及び第2走査レンズ17それぞれの、入射面16a,17a及び射出面16b,17bの形状は、次式(1)及び次式(2)で示される関数で表される。ただし、Y、Zは光軸位置を原点とする主走査方向及び副走査方向の座標であり、各係数a、bの値は表3に示されるとおりである。
前記受光素子19は、例えば入射する光ビームの強度に応じた電気信号(光電変換信号)を出力する素子であり、ポリゴンミラー15によって走査され、感光ドラム201の書込み領域に入射する前の光ビームを受光し、該受光した光ビームの強度に応じた信号を出力する。なお、光学的レイアウトを示す図2では、受光素子19は感光ドラム201の−Y側に配置されているが、これに限らず、受光素子19は、例えば反射ミラーなどを介して感光ドラム201の上面に入射する前の走査光が入射するように配置されていればよい。
前記光源駆動装置101は、受光素子19から出力される同期信号をモニタしつつ光源10を駆動する。
次に、上述のように構成された画像形成装置200の動作について説明する。画像形成装置200が上位装置から画像情報を受信すると、光走査装置100の光源駆動装置101は、光源10に形成されたVCSELm,nのうち、例えば、1列目に配置された4つのVCSEL1,1〜VCSEL4,1を選択して発光させることにより、光源10から4本の光ビームを射出させる。
上記4つのVCSEL1,1〜VCSEL4,1から射出された4本の光ビームは、カップリングレンズ11、アパーチャ部材12をそれぞれ通過した後に、線像形成レンズ13によってポリゴンミラー15の偏向面に集光される。そして、回転するポリゴンミラー15に偏向されることによってY軸方向に走査される。この走査された光ビームは、第1走査レンズ16及び第2走査レンズ17を介して、感光ドラム205表面の書込み領域に入射する前に、まず受光素子19によって受光される。
光源駆動装置101は、受光素子19から出力される同期信号をモニタすることにより、VCSEL1,1〜VCSEL4,1から射出された4本の光ビームが、受光素子19に入射したことを検知して、検知からディレイ時間T1を経過した後に、画像情報に基づいて、光源10に形成された40個のVCSEL〜VCSEL40をそれぞれ駆動する。これにより、感光ドラム201の書込み領域は、VCSEL〜VCSEL40からそれぞれ射出された40本の光ビームによって走査される。なお、上述のディレイ時間T1は、被走査面上におけるビームスポットの移動速度、受光素子19と感光ドラム205の書込み領域との距離、及び光源10のVCSELの配置位置によって決定される時間である。
感光ドラム201の書込み領域の1回目の走査が終了すると、次に、光源駆動装置101は、2列目に配置された4つのVCSEL1,2〜VCSEL4,2を選択して発光させることにより、光源10から4本の光ビームを射出させる。そして、1回目の走査と同様に、VCSEL1,2〜VCSEL4,2からの光ビームが受光素子19へ入射したことを検知すると、検知からディレイ時間T2が経過した後に、画像情報に基づいて、光源10に形成された40個のVCSELm,nをそれぞれ駆動して、感光ドラム201の書込み領域を各VCSELm,nからそれぞれ射出された40本の光ビームによって走査する。
以降、3回目の走査、4回目の走査と繰り返す際には、光源駆動装置101は、列単位に順番に4つのVCSEL1,3〜VCSEL4,3、VCSEL1,4〜VCSEL4,4、…、VCSEL1,n〜VCSEL4,nを選択して発光させることにより得られる同期信号をモニタして、感光ドラム201の書込み領域の走査を行う。そして、図3において最も+y側にある10列目のVCSEL1,10〜VCSEL4,10を選択した後は、再度1列目のVCSEL1,1〜VCSEL4,1からの選択を行う。
一方、感光ドラム201の表面は、帯電チャージャ202によって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、ポリゴンミラー15により偏向された光ビームにより、感光ドラム201が走査されると、光ビームを照射したところの感光層においてキャリア(電荷)が生成され、その部分では電荷移動がおこり電位が低下する。したがって、図1の矢印の方向に回転している感光ドラム201が、画像情報に基づいて変調された光ビームにより走査されることにより、感光ドラム201の表面には電荷の分布によって規定される静電潜像が形成される。
感光ドラム201の表面に静電潜像が形成されると、トナーカートリッジ204の現像ローラにより、感光ドラム201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204の現像ローラは感光ドラム201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201と同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム201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201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チャージャ211により用紙213に付着された後、定着ローラ209により定着されることで、用紙上に画像として形成される。このようにして画像が形成された用紙213は、排紙ローラ212により排紙され、順次排紙トレイ210にスタックされる。
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置100によると、書込み領域の走査を行なう際の同期信号を得るために、走査ごとに光源10の1列目のVCSEL1,1〜VCSEL4,1から10列目のVCSEL1,1〜VCSEL4,1を、列ごとに順番に選択して発光させる。これにより、同期信号を得るための光ビームを射出することに起因する光源10の熱的な負担を、40個のVCSELに均等に負担させることができ、光源10の長寿命化を図ることが可能となる。
また、本実施形態では、光源10に形成された1列目のVCSELから10列目のVCSELまでを順番に列ごとに選択して発光させているが、これに限らず、1列目のVCSELから10列目のVCSELを列単位にランダムに選択してもよい。このようにしても、同期信号を得るための光ビームを射出することに起因する光源10の熱的な負担を、40個のVCSELに均等に負担させることができ、光源10の長寿命化を図ることが可能となる。なお、ランダムにVCSELを選択する場合には、前後する走査で異なるVCSELを選択することで、効果的に光源10の熱的な劣化を低減することが可能となる。
また、本実施形態では、光源10のVCSELを列単位に選択して発光させているが、これに限らず、更に各列のVCSELのうちから1つ又は複数のVCSELを選択して発光させてもよい。また、VCSELは行単位に選択して発光させてもよい。
図4は、光源10の表面に生じる温度分布を示すシミュレーション結果である。図4では、温度が最も低い部分が黒色に着色され、温度が高くなる部分が、温度に応じた濃度の灰色で着色されている。この図4から、光源10に形成されたVCSELを発光させた場合には、光源10の中心が最も温度が高くなり、中心から離れるにつれて温度が次第に低くなっていることがわかる。この理由は、光源10の中央部近傍は複数のVCSELに囲まれているため放熱効率が低く、中央部から離れるにつれて放熱効率が高くなるためである。
したがって、例えば光源10に形成されたVCSELのうち、光源10の中央から主走査方向(y軸方向)に最も離れた1列目と10列目のVCSEL、又は副走査方向(z軸方向)に最も離れた1行目と4行目のVCSELの中から、いずれかのVCSELを選択して発光させることにより、光ビームを受光素子19へ入射させて同期信号を得ることとしてもよい。このようにすることで、VCSELからの発熱に起因する光源10の劣化の進行を遅延させることが可能となる。
また、一例として、図5(A)及び図5(B)に黒丸で示されるように、光源10の外縁部などに、書込み領域の走査の際には発光させず、受光素子19から同期信号を得るためだけに発光させるVCSEL(以下、同期用VCSELという)を設け、同期信号を得る場合には、同期用VCSELを選択して発光させるようにしてもよい。この場合には、同期信号を得るための熱的な負担を同期用VCSELのみに負担させることで、書込み領域を走査するためのVCSELの熱的な負担を軽減することができ、結果的に光源10の長寿命化を図ることが可能となる。
また、本実施形態においては、同期信号を得るために選択したVCSELからの光ビームが、書込み領域を走査する光ビームよりも大きくなるように、光源10を駆動することで、受光素子19から出力される同期信号のS/N比を高くすることが可能となる。
また、例えば、画像を形成する記録媒体によって、書込み領域を走査する光ビームの強度を変更しても、受光素子19へ入射する光ビームの強度は固定したままでもよい。これにより、書込み領域を走査する光ビームの強度が高く設定された場合には、光源10への熱的な負担が緩和される。
なお、上記実施形態では、光走査装置100が単色の画像形成装置200(プリンタ)に用いられる場合について説明したが、画像形成装置は一例として図6に示されるように、カラー画像に対応し、複数の感光ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。図6に示されるタンデムカラー機は、ブラック(K)用の感光ドラムK1、帯電器K2、現像器K4、クリーニング手段K5、及び転写用帯電手段K6と、シアン(C)用の感光ドラムC1、帯電器C2、現像器C4、クリーニング手段C5、及び転写用帯電手段C6と、マゼンダ(M)用の感光ドラムM1、帯電器M2、現像器M4、クリーニング手段M5、及び転写用帯電手段M6と、イエロー(Y)用の感光ドラムY1、帯電器Y2、現像器Y4、クリーニング手段Y5、及び転写用帯電手段Y6と、光走査装置900と、転写ベルト902と、定着手段901などを備えている。
光走査装置900では、例えば光源10における複数の発光部はブラック用、シアン用、マゼンダ用、イエロー用に分割されている。そして、ブラック用の各発光部からの光ビームは感光ドラムK1に照射され、シアン用の各発光部からの光ビームは感光ドラムC1に照射され、マゼンダ用の各発光部からの光ビームは感光ドラムM1に照射され、イエロー用の各発光部からの光ビームは感光ドラムY1に照射されるようになっている。なお、光走査装置900は、各色毎に個別の光源10を備えていても良い。また、各色毎に光走査装置900を備えていても良い。
各感光ドラムは、図6中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光ドラム表面に光走査装置900によりビームが照射され、感光ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段901により記録紙に画像が定着される。
《第2の実施形態》
次に第2の実施形態にかかる画像形成装置について図7〜図11に基づいて説明する。なお、前述した第1の実施形態にかかる画像形成装置と同一もしくは同等の構成部分には同一の符号を用いるとともにその説明を省略もしくは簡略するものとする。
図7は、第2の実施形態にかかる画像形成装置の光源10’を示す図である。この光源10’は、発光点として例えばVCSELが2次元配置された面発光型半導体レーザアレイであり、第1の実施形態にかかる光源10と比較して、発光点の配列が異なっている。図7に示されるように、光源10’では、発光面(図7における+x側の面)上に、40のVCSELが、y軸と角度θ2をなす直線L2と平行な方向を行方向とし、z軸と平行な方向を列方向として、5行8列のマトリクス状に配置されている。本実施形態では、行間隔Dsは16μm、列間隔Dmは30.0μmとなっており、各VCSELのz軸方向(副走査方向)に関し隣り合うVCSELの間隔dは2.0μmとなっている。なお、以下の説明においては、図7に示されるように、m行目のn列目に位置するVCSELを便宜上VCSELm,n(m=1,2,3,4,5、n=1,2,3…8)と表現するものとする。
また、光源10’のVCSELm,nそれぞれは、図8に示される光源駆動装置101によって駆動されるようになっている。図8に示されるように、この光源駆動装置101は、8つの駆動ユニット112と、8つの画像データ出力ユニット111と、書込データ制御回路114と、同期点灯制御回路113とを備えている。
前記駆動ユニット112は、一例として図9に示される駆動ユニット112のように、光源10’に形成されたn列目のVCSELm,n(m=1,2,3,4)をそれぞれ点灯する5つの駆動回路122を有している。これらの駆動回路122は、入力される駆動信号に基づいて対応するVCSELm,nを駆動(点灯)する。本実施形態では、光源10’のVCSELは、1行目のVCSELが1ch〜8chに割り当てられ、2行目のVCSELが9ch〜16chに割り当てられ、3行目のVCSELが17ch〜24chに割り当てられ、4行目のVCSELが25ch〜32chに割り当てられ、5行目のVCSELが33ch〜40chに割り当てられている。そこで、駆動ユニット112の駆動回路122を以下、Nch駆動回路122とも表示するものとする。
前記画像データ出力ユニット111は、一例として図9に示される画像データ出力ユニット111のように、5つのNch駆動回路122に対応する5つのNch画像データ出力回路121を有している。これらのNch駆動回路122は、予め上位装置などから供給された画像データを保有(バッファ)しており、後述する書込データ制御回路114から供給される書込ゲート信号に同期して、画像データに基づいて変調した駆動信号をNch駆動回路122へ出力する。
前記書込データ制御回路114は、受光素子19からの同期検知信号をモニタし、この同期検知信号と、同期点灯制御回路113から供給される列情報とに基づいて、画像データ出力ユニット111〜111それぞれと、同期点灯制御回路113とに所定のタイミングで、書込ゲート信号を出力する。なお、本実施形態では、書込ゲート信号が、駆動ユニット112の各駆動回路122に供給されることで、駆動ユニット112に対応するn列目のVCSELが点灯される。したがって、以下では、駆動ユニット112に供給される書込ゲート信号をn列目書込ゲート信号とも表示するものとする。
前記同期点灯制御回路113は、駆動ユニット112〜112のいずれかを選択して、書込データ制御回路114からのゲート信号に基づいて、選択した駆動ユニット112〜112に対して、対応するVCSELm,nを点灯させるための同期点灯信号を出力するとともに、書込データ制御回路114へ、選択した駆動ユニット112〜112に関する情報を出力する。なお、本実施形態では、同期点灯信号が、駆動ユニット112の各駆動回路122に供給されることで、駆動ユニット112に対応するn列目のVCSELが点灯される。したがって、以下では、駆動ユニット112に供給される同期点灯信号をn列目同期点灯信号とも表示するものとする。
以下、本実施形態にかかる光源駆動装置101を有する光走査装置100の動作について説明する。
図10(A)には、上述した、同期検知信号と、n列目同期点灯信号と、n列目書込ゲート信号とが示されている。図10(A)に示される各信号は、一例として1列目のVCSELm,1を点灯させることによって、同期検知信号の変化(立ち下がり)をモニタし、この同期検知信号の変化に同期して、光源10’のVCSELm,nの変調を行う場合に観察できる信号である。
図10(A)に示されるように、光源駆動装置101の同期点灯制御回路113は、初回の走査を開始してから所定時間経過後の時刻tにおいて、書込データ制御回路114からの書込ゲート信号(不図示)に同期して、駆動ユニット112に供給される1列目同期点灯信号をHとする。駆動ユニット112の1ch駆動回路122、9ch駆動回路122、17ch駆動回路12217、25ch駆動回路12225、33ch駆動回路12233は、1列目同期点灯信号の立ち上がりに同期して、光源10’の1列目の対応するVCSELm,1を点灯する。これにより、光源10’からは光ビームが射出される。そして、この光ビームは図2におけるポリゴンミラー15によって主走査方向へ走査され受光素子19に入射する。
受光素子19に光ビームが入射すると、時刻tからの微少時間だけ、同期検知信号はLとなる。書込データ制御回路114は、同期検知信号の立ち上がりに同期して、時刻tに同期点灯制御回路113への書込ゲート信号の出力を停止する。これにより、1列目同期点灯信号はLとなり、光源10’の1列目のVCSELm,1が消灯する。
次に、書込データ制御回路114は、同期検知信号の立ち下がり時刻tから所定時間T11経過後の時刻tに、1列目書込ゲート信号を所定時間Hとする。これによって画像データ出力ユニット111の1ch画像データ出力回路122、9ch画像データ出力回路122、17ch画像データ出力回路12217、25ch画像データ出力回路12225、33ch画像データ出力回路12233では、1列目ゲート信号の立ち上がりに同期して、画像データに基づいて変調された駆動信号が、駆動ユニット112の1ch駆動回路122、9ch駆動回路122、17ch駆動回路12217、25ch駆動回路12225、33ch駆動回路12233に出力される。これにより、光源10’の1列目VCSELm,1それぞれは画像情報に基づいて変調(駆動)される。
また、書込データ制御回路114は、2列目書込ゲート信号から8列目書込ゲート信号までを、時刻tから所定の時間T経過するごとに順次所定時間だけHとする。これにより、光源10’の1列目のVCSELm,1と同様に2列目から8列目のVCSELm,nが変調され、感光ドラム201の書込領域には、初回の走査による潜像が形成される。なお、時間Tは隣接するVCSELのy軸方向の距離Dmに応じて決定される。
感光ドラム201の1回目の走査が完了すると、図10(B)に示されるように、同期点灯制御回路113は、2回目の走査を開始してから所定時間経過後の時刻tにおいて、書込データ制御回路114からの書込ゲート信号(不図示)に同期して、駆動ユニット112に供給される2列目同期点灯信号をHとする。駆動ユニット112の2ch駆動回路122、10ch駆動回路12210、18ch駆動回路12218、26ch駆動回路12226、34ch駆動回路12234は、2列目同期点灯信号の立ち上がりに同期して、光源10’の2列目の対応するVCSELm,2を点灯する。これにより、光源10’からは光ビームが射出される。そして、この光ビームは図2におけるポリゴンミラー15によって主走査方向へ走査され受光素子19に入射する。
受光素子19に光ビームが入射すると、時刻tからの微少時間だけ、同期検知信号はLとなる。書込データ制御回路114は、同期検知信号の立ち上がりに同期して、時刻tに同期点灯制御回路113への書込ゲート信号の出力を停止する。これにより、2列目同期点灯信号はLとなり、光源10’の2列目のVCSELm,2が消灯する。
次に、書込データ制御回路114は、同期検知信号の立ち下がり時刻tから所定時間T21(=T11−T)経過後に、1列目書込ゲート信号を所定時間Hとする。これによって画像データ出力ユニット111の1ch画像データ出力回路122、9ch画像データ出力回路122、17ch画像データ出力回路12217、25ch画像データ出力回路12225、33ch画像データ出力回路12233では、1列目ゲート信号の立ち上がりに同期して、画像データに基づいて変調された駆動信号が、駆動ユニット112の1ch駆動回路122、9ch駆動回路122、17ch駆動回路12217、25ch駆動回路12225、33ch駆動回路12233に出力される。これにより、光源10’の1列目VCSELm,1それぞれは画像情報に基づいて変調(駆動)される。
また、書込データ制御回路114は、2列目書込ゲート信号から8列目書込ゲート信号までを、時刻tから所定の時間T経過するごとに順次所定時間だけHとする。これにより、光源10’の1列目のVCSELm,1と同様に2列目から8列目のVCSELm,nが変調され、感光ドラム201の書込領域には2回目の走査による潜像が形成される。
すなわち、本実施形態では、初回の走査では図11(A)に示されるように、光源10’の1列目のVCSELm,1を点灯させて走査を開始することで同期検知信号を変化させ、2回目の走査では図11(B)に示されるように、2列目のVCSELm,2を点灯させて走査を開始することで同期検知信号を変化させる。3回目の走査以降は、図11(C)に代表的に示されるように、3列目のVCSELm,3、4列目のVCSELm,4と順次走査毎に同期検知信号を変化させるために点灯させるVCSELm,nを選択する。
これにより、本第2の実施形態においても、同期信号を得るための光ビームを射出することに起因する光源10’の熱的な負担を、40個のVCSELに均等に負担させることができ、光源10’の長寿命化を図ることが可能となる。
なお、上記各実施形態では、本発明の光走査装置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。
本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置200の概略構成を示す図である。 光走査装置100のレイアウト図である。 光源10を示す図である。 光源10の温度分布を説明するための図である。 図5(A)及び図5(B)は、光源10の変形例を説明するための図(その1、その2)である。 多色画像を形成するための画像形成装置を示す図である。 光源10’を示す図である。 本発明の第2の実施形態にかかる光源駆動装置101のブロック図である。 画像データ出力ユニット111及び駆動ユニット112の構成を説明するための図である。 図10(A)及び図10(B)は、光源駆動装置101の動作を説明するための図(その1、その2)である。 図11(A)〜図11(C)は、光源10’の動作を説明するための図(その1〜その3)である。
符号の説明
10,10’…光源、11…カップリングレンズ、12…アパーチャ部材、13…線像形成レンズ、15…ポリゴンミラー、16…第1走査レンズ、17…第2走査レンズ、18…反射ミラー、19…受光素子、100…光走査装置、101…光源駆動装置、111…画像データ出力ユニット、112…駆動ユニット、113…同期点灯制御回路、114…書込データ制御回路、200…画像形成装置、201…感光ドラム、202…帯電チャージャ、204…トナーカートリッジ、205…クリーニングケース、206…給紙トレイ、207…給紙コロ、208…レジストローラ対、209…定着ローラ、210…排紙トレイ、211…転写チャージャ、212…排紙ローラ、213…用紙、215…ハウジング。

Claims (12)

  1. 複数の光ビームを偏向して、被走査面上の書き込み領域を主走査方向へ走査する光走査装置であって、
    前記光ビームを射出する複数の発光部が、前記主走査方向、及び前記主走査方向に直交する副走査方向に平行な面内に2次元的に配置された光源と;
    前記複数の発光部から射出された前記光ビームを偏向する偏向器と;
    前記光ビームを受光して、前記受光した光ビームに応じた同期信号を出力する受光素子と;
    前記光源のいずれかの前記発光部を、走査ごとに選択して発光させることにより、前記選択した発光部からの光ビームを、前記偏向器を介して前記受光素子に入射させる制御装置と;を備える光走査装置。
  2. 前記制御装置は、前後する走査ごとに異なる前記発光部を選択して発光させることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記制御装置は、前記複数の発光部を、順番に選択して発光させることを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
  4. 前記光源は、前記副走査方向へ隣接して配置された前記発光部の列を複数含み、
    前記制御装置は、前記発光部を列ごとに選択して発光させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光走査装置。
  5. 前記制御装置は、前記複数の発光部を列ごとに順番に選択して、発光させることを特徴とする請求項4に記載の光走査装置。
  6. 前記制御装置は、前記光源の前記主走査方向に関して最も端にある前記発光部、又は前記副走査方向に関して最も端にある前記発光部を選択して発光させることを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
  7. 前記光源は、前記受光素子に入射する光ビームのみを射出する同期検知用の発光部を少なくとも1つ含み、
    前記制御装置は、走査ごとに前記同期検知用の発光部のみを選択して発光させることにより、前記受光素子に光ビームを入射させることを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
  8. 前記制御装置は、2以上の前記発光部を発光させることにより、前記受光素子に前記光ビームを入射させることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の光走査装置。
  9. 前記制御装置は、前記受光素子に入射する前記光ビームの強度が、前記被走査面に入射する前記光ビームの強度よりも大きくなるように、前記発光部を発光させることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の光走査装置。
  10. 前記制御装置は、前記受光素子に入射する前記光ビームの強度が予め設定された強度となるように、前記発光部を発光させることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の光走査装置。
  11. 画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載の光走査装置と;
    前記光走査装置により潜像が形成される感光体と;
    前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と;
    前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と;を備える画像形成装置。
  12. 多色画像に関する情報から得られる各色ごとの潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に重ね合わせて定着させることにより、多色画像を形成する画像形成装置であって、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載の光走査装置と;
    前記光走査装置により各色に応じた潜像がそれぞれ形成される複数の感光体と;
    前記複数の感光体の被走査面にそれぞれ形成された潜像を顕像化する現像手段と;
    前記現像手段により顕像化された各色ごとのトナー像を前記記録媒体に重ね合わせて定着させる転写手段と;を備える画像形成装置。
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