JP2009042586A

JP2009042586A - レーザプリンタ

Info

Publication number: JP2009042586A
Application number: JP2007208862A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kataoka; 慶二片岡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】レーザプリンタにおいて、露光部で生じたボウと称される走査線曲がりを精度良く、かつ経時変化にも対応して補正することで色ずれのないカラー印刷を実現する。
【解決手段】液晶プリズム素子をポリゴンミラーと光記録材料間に配置し、この液晶プリズム素子におけるビーム通過する位置のプリズム頂角ａは、そのビームが光記録材料に到達する光走査位置の中心光走査位置までの距離の２乗あるいは４乗にしたがって変化した形状をしており、平行平板上に形成した透明電極に印刷結果から算出された電圧を印加可能な構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、単色またはカラーのレーザプリンタに関するものである。

コンピュータからのデータを印刷するレーザプリンタは、特に、カラーを印刷する場合おいて、多段の印刷部をもつタンデム配置型カラープリンタが高速化に適している。

このタンデム配置型カラープリンタの概要を図５に示す。

ここでは、４段の印刷部をもつプリンタを示している。例えば、１段目ではイエロー、２段目ではマゼンタ、３段目ではシアン、４段目では黒色の印刷をする。

Ｐ１からＰ４は、それぞれ１段目から４段目の感光ドラム、Ｃ１からＣ４は帯電器、Ｌ１からＬ４は光走査光学系による露光部、Ｄ１からＤ４は現像器を示している。

例えば、１段目では帯電器Ｃ１により感光ドラムＰ１を一様に帯電させ、露光部Ｌ１では計算機から入力される信号に応じて露光パターンを形成し、光導電材料である感光ドラム上に帯電パターンを形成する。この帯電パターンは現像器Ｄ１で現像され、イエロートナーのパターンとなる。

トナーのパターンは転写ベルトＴに転写され、次段の転写部に運ばれる。このようにして、次々と異なったカラーのトナーによる印刷パターンが転写ベルト上で重ね刷りされ、印刷用紙Ｓの上に転写され、最終的に印刷用紙Ｓ上のトナー像は熱で定着される。

このタンデム配置型印刷部を有するカラープリンタにおいては、各段間の印刷位置ずれは色ずれとなって現れるので、この色ずれを小さく抑えることが課題である。

印刷幅方向（あるいはレーザ光の走査方向）の色ずれに関して、レーザ走査で行うプリンタにおいては、データの印刷時間を制御することで補正可能である。一方、用紙走行方向（あるいは副走査方向）の色ずれは、光学系部のミラーの調整などにより光走査線を副走査方向に微小に移動させることで実現可能である。

しかし、タンデムに構成している各光学系部が形成する光走査線は、それぞれ異なったボウと称される曲がりが発生することがあり、色ずれ補正を難しくすることがよく知られている。

図４に、ボウ発生の一例を示す。ポリゴンミラー３に入射したビーム２の場合は、走査レンズ４を通り、光記録材料の表面（図示せず）で理想的な直線の光走査線６を形成する。一方、ビーム２と異なり、ビーム１の場合はポリゴンミラー３及び走査レンズ４に斜めに入射しているため、ボウと称される曲線状の光走査線５となっている。

このボウは、光学系部の配置誤差、構成部品の製作誤差などにより、予測不能な状態で発生する。そのため、光学系組み立ての過程で、走査レンズ４と光記録材料間の位置、例えば、図４の矢印７で示す位置にミラーを配置し、このミラーを局部的にネジで変形させることにより、ボウを補正することが広く行われてきている。しかし、この方法は予測が困難で、作業性が悪く、精度の良い補正は非常に困難である。また、この補正方法は自動化が困難で、環境温度変化による経時変化には全く対応できないものであった。

この走査線曲がり（ボウ）を補正するため、例えば、以下のような構成が知られている。

特許文献１には、ポリゴンミラーと光記録材料間に液晶偏向素子列を配置することが記載されている。本特許文献１によると、複数の液晶偏向素子を主走査方向に列をなして配列させ、それぞれの液晶偏向素子に異なった電圧を印加することでボウを補正している。

また、特許文献２には、液晶偏向素子の光路上の角度を主走査方向に変化させることで、偏向角を主走査方向に可変とすることで、走査線曲がりを補正する構成が記載されている。

特許第３８３３５４２号公報特開２００６−１３３２８７号公報

特許文献１に記載の方法は、各部に印加する電圧を調整することで複雑な形状をしたボウの補正には有効である。しかしながら、電圧印加が精確でない場合、列をなしている各液晶偏向素子の繋ぎ目を通過するビームでは、光記録材料上で光スポットが分裂し、印刷画質が劣化する可能性がある。

また、特許文献２に記載の構成では、走査線の曲がりあるいは傾きに関して一方向にしか補正できない課題がある。即ち、走査線の曲がりに関しては上に凸形状のものもあれば、下に凸形状のものがある。走査線の傾きに関しては右に上がっているものもあれば、右に下がっているものがある。

最も望ましいのは、両方の方向に補正可能であり、走査線が用紙の縁あるいは定められた印刷領域に対して平行な直線に補正できていることである。そして、タンデム配置型印刷部をもつカラーレーザプリンタにおいては、各段の露光部で生じたボウを精度良く、かつ経時変化にも対応して補正することを可能にし、色ずれのない高精度なカラー印刷を実現することが必要である。

従って、本発明の目的は、各段の露光部で生じたボウを、光学系部を開くことなく、外部から電気制御によりボウ補正を可能にすることである。

また、更に、ボウ補正は走査線の滑らかさを失わず、単純な動作で高精度補正を可能とすることを目的とする。

上記した課題を解決するため、本発明のレーザプリンタでは、光源と、光源からの光ビームを偏向走査するポリゴンミラーと、少なくとも1枚の走査レンズとを有する光走査光学系と、該光走査光学系によるビームパターンで帯電パターンが形成される光記録材料と、前記光走査光学系により前記光記録材料上に形成される光パターンを現像する現像部とを有するレーザプリンタにおいて、前記光走査光学系のポリゴンミラーと前記光記録材料間に配置された、平行平板状の透明電極を２つ有した液晶プリズム素子と、該液晶プリズム素子の該透明電極間に電圧を印加可能な電圧印加手段とを備え、前記液晶プリズム素子は、前記透明電極間に液晶プリズムを備え、副走査方向に角度を有するプリズム頂角が主走査方向位置で変化した形状であり、該プリズム頂角は、ビームが前記液晶プリズムを通過して前記光記録材料上に到達した光走査位置の中心光走査位置までの距離の２乗或いは４乗の成分を保有した形状をしていることを特徴とするレーザプリンタ。

また、前記液晶プリズム素子は、前記液晶プリズムに対向した対向プリズムを有し、該対向プリズムの屈折率が、前記液晶プリズムの異常光線屈折率と常光線屈折率との中間であることを特徴とする。

また、光源と、光源からの光ビームを偏向走査するポリゴンミラーと、少なくとも1枚の走査レンズとを有する複数の光走査光学系と、該光走査光学系によるビームパターンで帯電パターンが形成される複数の光記録材料と、前記光走査光学系により前記光記録材料上に形成される光パターンを現像する複数の現像部とを有するカラーレーザプリンタにおいて、前記複数の光走査光学系のそれぞれに、前記ポリゴンミラーと前記光記録材料間に配置された、平行平板状の透明電極を２つ有した液晶プリズム素子と、該液晶プリズム素子の該透明電極間に電圧を印加可能な電圧印加手段とを備え、前記液晶プリズム素子の各々は、前記透明電極間に液晶プリズムを備え、副走査方向に角度を有するプリズム頂角が主走査方向位置で変化した形状であり、該プリズム頂角は、ビームが前記液晶プリズムを通過して前記光記録材料上に到達した光走査位置の中心光走査位置までの距離の２乗或いは４乗の成分を保有した形状をしていることを特徴とする。

さらに、前記液晶プリズム素子の各々は、それぞれの前記液晶プリズムに対向した対向プリズムを各々有し、該各対向プリズムの屈折率が、前記各液晶プリズムの異常光線屈折率と常光線屈折率との中間であることを特徴とする。

本発明のレーザプリンタにおいては、各段の露光部で生じた走査線曲がり（ボウ）を電気信号で外部から補正でき、しかも上に凸形状あるいは下に凸形状の走査線曲がりに対しても直線状の走査線に補正可能であるため、ずれの無い高精度な印刷を常に得ることができる。

以下、図面を参照しながら本実施例について説明する。

本実施例では、タンデム配置型のカラーレーザプリンタに適用した構成にて説明する。

一般に、タンデム配置型のカラーレーザプリンタで観察される走査線の曲がり、いわゆるボウは、図６に示すように、単純な２次曲線あるいは４次曲線で近似可能である。

図６に、ボウの曲がりの最大値が、−０．２ｍｍ，−０．１ｍｍ，０ｍｍ，０．１ｍｍ，０．２ｍｍである場合の発生例を示す。横軸はビームの主走査方向の走査位置、縦軸は副走査方向の走査位置である。本発明は、このボウを繋ぎ目が無く、滑らかに補正する素子を実現するものである。

本発明のレーザプリンタでは、図４に示す如く、走査レンズ４と光記録材料間の位置７に、図３に示した液晶プリズム素子８を挿入する。

図７に、液晶プリズム素子８を挿入した図を示す。液晶プリズム素子８が無い場合は生じていた光走査線５のボウが，直線状の光走査線５１のように補正されることになる。図示していないが、光記録材料（例えば、感光ドラム等）は、光走査線５１の位置に適宜設けられる。

なお、本実施例では、走査レンズ４が１枚の場合で説明しているが、複数の走査レンズを有する光走査光学系にも本発明は適用可能である。その場合、液晶プリズム素子８は、ポリゴンミラー３と光記録材料間の何れかの位置に適宜配置する。

図２に液晶プリズム素子８の走査方向の中央部９における素子断面形状を、図１に液晶プリズム素子８の中央部９と端部との中間位置１０における素子断面形状をそれぞれ示す。

本発明の液晶プリズム素子８は、図１及び図２に示した断面形状が主走査方向に対して滑らかに変化するように形成される。例えば、中央部９から中間位置１０を通り端部まで滑らかに変化する。本実施例では、液晶プリズム素子８は、中央部９を中心軸として対称形とした。

図１において、液晶プリズム１３は頂角ａを有する。１４，１５は透明電極、２０は液晶配向膜である。対向プリズム１６は、液晶プリズム１３と接する面側に配向膜（図示なし）が形成される。

液晶プリズム素子８は、図示するように、各ガラス板１７，１８，１９で封じられる。入射するレーザ光の偏光方向をｙ方向とすると液晶はｙ方向に沿って配向しており、異常光線屈折率ｎ_ｅとして動作する。

透明電極１４，１５に電圧を印加すると、液晶がｚ方向（中央部９におけるビーム進行方向）に配向するようになり、結果として屈折率は電圧により異常光線屈折率ｎ_ｅから常光線屈折率ｎ_ｏまで連続的に変化することになる。液晶プリズム１３の屈折率をｎ_Ｌ、対向プリズム１６の屈折率をｎ_Ｇとすると、ビームの偏向角度ｂは、
ｂ＝ａ（ｎ_Ｌ−ｎ_Ｇ）・・・（式１）
と算出できる。

式１から、ｎ_Ｇを異常光線屈折率ｎ_ｅと常光線屈折率ｎ_ｏの間の値に設定すれば、ビームの偏向角度ｂは、副走査方向のプラス、マイナスの両方向に可能となり、図６で示した上に凸のボウも下に凸のボウも、どちらでも補正できることになる。

ビームの偏向角度ｂの電圧変化による変化量を△ｂ、液晶プリズム１３の屈折率変化を△ｎ_Ｌとすると、
△ｂ＝ａ△ｎ_Ｌ・・・（式２）
となる。

液晶プリズム素子８による最大ボウ補正量を０．４ｍｍ、素子８から光記録材料（感光体）までの距離Ｌを２００ｍｍとすると、必要な最大ビーム偏向角度△ｂは０．４／２００ラジアンである。液晶プリズム１３の最大屈折率変化量の△ｎ_Ｌは０．２程度であるので、プリズム頂角ａの最大は、
ａ＝０．０１ラジアン
即ち、素子８のｙ方向高さを５ｍｍとすると、液晶プリズム１３の液晶底辺の長さｄは約５０ミクロンに設定すれば良いことがわかる。

以下に、図６に示した最大Ｗ_ｍ＝±０．２ｍｍのボウを、本発明に適用する液晶プリズム素子８で補正可能なプリズム頂角ａの設計例を示す。

発生しているボウＷを次式で仮定する。

Ｗ＝Ｗ_ｍ（Ｘ／２００）^２・・・（式３）
（但し、Ｘは光記録材料上の主走査方向走査位置（図６の横軸））
簡単のために、異常光線屈折率ｎ_Ｇ＝（ｎ_ｅ＋ｎ_ｏ）／２に設定する。

プリズム頂角ａは、式２から
ａ＝△ｂ／△ｎ_Ｌ＝（２Ｗ／Ｌ）／（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）
＝２（Ｘ／２００）^２／Ｌ・・・（式４）
但し、最大△ｎ_Ｌ＝ｎ_ｅ−ｎ_ｏ＝０．２、液晶プリズム素子８と光記録材料間の距離をＬとしている。

従って、液晶プリズム１３の頂角を式４に従って形成しておくと、最大±０．２ｍｍのボウを補正できる。

液晶プリズム１３が飽和印加電圧Ｖｓで屈折率ｎ_ｏからｎ_ｅに変わるとすると、印加電圧Ｖによる液晶の屈折率ｎＬは次式で与えられる。

ｎ_Ｌ＝（ｎ_ｏ−ｎ_ｅ）Ｖ／Ｖｓ＋ｎ_ｅ・・・（式５）
式４で設計した頂角ａの液晶プリズム素子８による発生できるボウ、即ち、補正できるボウｂＬは次式となる。但し、簡単のために、ｎ_Ｇ＝（ｎ_ｅ＋ｎ_ｏ）／２に設定している。

ｂＬ＝ａＬ（ｎ_ｏ−ｎ_ｅ）（Ｖ／Ｖｓ−１／２）
＝０．４（Ｘ／２００）^２（Ｖ／Ｖｓ−１／２）・・・（式６）
式６から、式４の頂角ａをもつ液晶プリズム素子８は、印加電圧Ｖｓボルトで、最大０．２ｍｍのボウを補正できる。最大０．１ｍｍのボウの場合、印加電圧は３Ｖｓ／４を印加すれば良い。従って、この場合、０．２ｍｍ以下のボウであれば、電圧の調整で任意ボウを補正できる。

上記した通り、本発明は、印刷結果をセンサで読み取り、この結果から発生しているボウの検出は可能であるので、この検出結果から、本発明に適用する液晶プリズム素子に印加する電圧を自動的に決定し、ボウを補正することで、ずれのない印刷を可能にできる。

また、タンデム配置型のカラーレーザプリンタで問題となる、走査線の曲がり、即ちボウによる色ずれを効果的に補正でき、高品質なカラー印刷が可能となる。

なお、本実施例では、カラーレーザプリンタにて説明したが、勿論、モノクロレーザプリンタのボウ補正にも、本発明は適用可能である。

本発明で用いる液晶プリズム素子の走査方向中央部９及び端部の中間部１０における断面図である。本発明で用いる液晶プリズム素子の走査方向中央部９での断面図である。本発明の液晶プリズム素子の概略斜視図である。走査線曲がりを説明する走査光学系の概略図である。タンデム配置型カラーレーザプリンタの要部概略図である。走査線曲がりの発生例を示したグラフである。本発明の液晶プリズム素子をした走査光学系の概略図である。

符号の説明

１：走査線曲がり発生ビーム、２：走査線曲がり非発生のビーム、３：ポリゴンミラー、４：走査レンズ、５：走査線曲がりの例、６：理想的な走査線、７：挿入位置（矢印）、８：液晶プリズム素子、９：中央部、１０：中央部９と端部との中間部、１１：入射ビーム、１２：偏向ビーム、１３：液晶プリズム、１４，１５：透明電極、１６：対向プリズム（配向膜付）、１７，１８，１９：ガラス板。

Claims

光源と、光源からの光ビームを偏向走査するポリゴンミラーと、少なくとも1枚の走査レンズとを有する光走査光学系と、該光走査光学系によるビームパターンで帯電パターンが形成される光記録材料と、前記光走査光学系により前記光記録材料上に形成される光パターンを現像する現像部とを有するレーザプリンタにおいて、
前記光走査光学系のポリゴンミラーと前記光記録材料間に配置された、平行平板状の透明電極を２つ有した液晶プリズム素子と、該液晶プリズム素子の該透明電極間に電圧を印加可能な電圧印加手段とを備え、
前記液晶プリズム素子は、前記透明電極間に液晶プリズムを備え、副走査方向に角度を有するプリズム頂角が主走査方向位置で変化した形状であり、
該プリズム頂角は、ビームが前記液晶プリズムを通過して前記光記録材料上に到達した光走査位置の中心光走査位置までの距離の２乗或いは４乗の成分を保有した形状をしていることを特徴とするレーザプリンタ。
前記液晶プリズム素子は、前記液晶プリズムに対向した対向プリズムを有し、該対向プリズムの屈折率が、前記液晶プリズムの異常光線屈折率と常光線屈折率との中間であることを特徴とする請求項１記載のレーザプリンタ。
光源と、光源からの光ビームを偏向走査するポリゴンミラーと、少なくとも1枚の走査レンズとを有する複数の光走査光学系と、該光走査光学系によるビームパターンで帯電パターンが形成される複数の光記録材料と、前記光走査光学系により前記光記録材料上に形成される光パターンを現像する複数の現像部とを有するカラーレーザプリンタにおいて、
前記複数の光走査光学系のそれぞれに、前記ポリゴンミラーと前記光記録材料間に配置された、平行平板状の透明電極を２つ有した液晶プリズム素子と、該液晶プリズム素子の該透明電極間に電圧を印加可能な電圧印加手段とを備え、
前記液晶プリズム素子の各々は、前記透明電極間に液晶プリズムを備え、副走査方向に角度を有するプリズム頂角が主走査方向位置で変化した形状であり、
該プリズム頂角は、ビームが前記液晶プリズムを通過して前記光記録材料上に到達した光走査位置の中心光走査位置までの距離の２乗或いは４乗の成分を保有した形状をしていることを特徴とするカラーレーザプリンタ。
前記液晶プリズム素子の各々は、それぞれの前記液晶プリズムに対向した対向プリズムを各々有し、該各対向プリズムの屈折率が、前記各液晶プリズムの異常光線屈折率と常光線屈折率との中間であることを特徴とする請求項３記載のカラーレーザプリンタ。