JP2009300638A - レーザ走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の複雑化や画像形成の生産性を低下させることなく、ビームの主走査方向の位置ずれによる画像の劣化を抑制できるレーザ走査光学装置を得る。
【解決手段】副走査方向に異なる位置で発光する複数の発光点を有する光源を備え、該発光点から放射された複数のビームａ〜ｄにて一の感光体上を走査するレーザ走査光学装置。複数のビームのうち１走査ごとに主走査同期信号（ＳＯＳ信号）を得るためのビームを変更するとともに、書込みタイミングを決める遅延時間ｔ１，ｔ１’，ｔ２，ｔ３，ｔ４を制御する。奇数回の走査ではビームａにてＳＯＳ信号を得、偶数回の走査ではビームｄにてＳＯＳ信号を得る。
【選択図】図１０

Description

本発明は、レーザ走査光学装置、特に、複写機やプリンタなどの画像形成装置に搭載されて感光体上に静電潜像を形成するレーザ走査光学装置に関する。

一般に、この種のレーザ走査光学装置としては、画像形成の高速化、高精細化に対応するために、副走査方向に異なる位置で発光する複数の発光点（以下、マルチビームとも称する）を有する光源を用いている。また、主走査方向の同期信号の検出方法として、マルチビームのうちの一つのビームでＳＯＳセンサを照射して同期信号を出力させ、その他のビームは同期信号から主走査方向のビーム間隔を補正するように遅延させた同期信号により主走査方向のビーム位置を制御する方法が提案されている。

さらに、特許文献１には、光学素子の加工誤差、偏向器の反射面の位置や形状の誤差などによるビームの主走査方向の位置ずれを、マルチビームの各ビームのビデオスキューをビーム検知器により検知し、ビデオスキュー量が検知されたビームに対しては、ビデオスキュー量だけ逆方向に位相をずらした同期信号をビデオコントローラで生成することでビデオスキューを補正することが記載されている。

ところが、特許文献１に記載の画像形成装置では、マルチビームの走査位置又はビデオスキュー量を検知するための検知器が必要となり、装置の構成が複雑となる。また、画像処理モードによっては前述の主走査方向の位置ずれを許容できる場合もあるが、その場合でもビデオスキュー量の検知及び補正を行うため、その処理に時間が掛かり、画像形成の生産性が低下するという問題点を有している。
特開２００３−２６６７７０号公報

そこで、本発明の目的は、装置の複雑化や画像形成の生産性を低下させることなく、ビームの主走査方向の位置ずれによる画像の劣化を抑制できるレーザ走査光学装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明の一形態であるレーザ走査光学装置は、
副走査方向に異なる位置で発光する複数の発光点を有する光源と、
前記光源から出力された複数のビームを感光体上に走査する走査手段と、
画像領域外に配置され、前記光源のうちいずれかのビームの照射により主走査同期信号を出力する同期信号出力手段と、
前記光源を画像データに基づいて変調する駆動手段と、
前記主走査同期信号を出力するためのビーム以外のビームの主走査方向書込み位置を所定の遅延量に基づいて制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記複数の発光点のうちいずれの発光点から出力されたビームで前記同期信号出力手段を照射するかを選択し、同期信号出力手段を照射するビームを１走査ごとに変更可能であること、
を特徴とする。

前記レーザ走査光学装置において、制御手段は選択された画像処理モードに基づいて同期信号出力手段を照射するビームを１走査ごとに変更することが好ましい。選択された画像処理モードとは、スクリーン線数や角度による画像パターンの周期が光源のビーム本数と干渉し、各ビームが主走査方向の位置ずれがある場合に形成される画像に干渉による筋やむらが発生するものをいう。

前記レーザ走査光学装置においては、同期信号出力手段を照射するビームが１走査ごとに変更されるため、各ビームの主走査方向の位置ずれ量が一律でなくなり、ビーム本数と干渉する画像処理モードが選択された場合であっても、筋やむらのない画像を得ることができる。

以下、本発明に係るレーザ走査光学装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
まず、本発明に係るレーザ走査光学装置を備えた画像形成装置について図１を参照して説明する。この画像形成装置は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム方式で４色（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）の画像を形成するように構成したものである。画像は、各画像形成ステーション１０１で形成され、中間転写ベルト１１２上で合成される。なお、各図において、参照数字に付されているＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの文字はそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用の部材であることを意味している。

画像形成ステーション１０１（１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃ，１０１Ｋ）は、その概略を説明すると、感光体ドラム１０２（１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋ）、レーザ走査光学ユニット１（１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ）、現像器１０４（１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋ）などを含む。

各レーザ走査光学ユニット１から放射されたビームＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫが各感光体ドラム１０２を照射し、各色の画像を形成する。一方、画像形成ステーション１０１の直下には中間転写ベルト１１２がローラ１１３，１１４，１１５にて無端状に張り渡され、矢印Ａ方向に回転駆動され、駆動ローラ１１３を設置した部分であって中間転写ベルト１１２に対向する部分（２次転写部）には２次転写ローラ１１６が配置されている。また、画像形成装置の下段には、積載されている転写材を１枚ずつ給紙する自動給紙部１３０が設置されている。

画像データは図示しない画像読取り装置（スキャナ）あるいはコンピュータなどからＹＭＣＫごとの画像データとして記憶手段３１（図３参照）に送信され、これらの画像データに基づいて各レーザ走査光学ユニット１が駆動され、それぞれの感光体ドラム１０２上にトナー画像を形成する。このような電子写真プロセスは周知であり、その説明は省略する。

各感光体ドラム１０２上に形成されたトナー画像は、矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト１１２上に順次１次転写され、４色の画像が合成される。一方、転写材は１枚ずつ給紙部１３０から上方に給紙され、２次転写部で転写ローラ１１６から付与される電界にて中間転写ベルト１１２から合成画像が２次転写される。その後、転写材は図示しない定着装置に搬送されてトナーの加熱定着が施され、画像形成装置の上面部に排出される。

２次転写部の直前には給紙された用紙を検出するためのＴＯＤセンサ１０６が設置され、転写材と中間転写ベルト１１２上の画像との同期をとっている。また、中間転写ベルト１１２上に形成されたレジスト補正用画像を検出するためのレジストセンサ１０５が設置されている。ベルト１１２上に各画像形成ステーション１０１ごとにレジスト補正用画像を形成し、該補正用画像をセンサ１０５で検出することで、各レーザビームＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫの発光タイミングを調整し、ＹＭＣＫの画像がベルト１１２上で正確に合成されるようにしている。

（レーザ走査光学ユニット、図２及び図３参照）
次に、それぞれのレーザ走査光学ユニット１について説明する。各レーザ走査光学ユニット１は、光源部と、ポリゴンミラー４を含む走査部とで構成されている。光源部は、半導体レーザアレイ２（以下、ＬＤアレイとも記す）と、コリメータレンズ３と、スリット板８とで構成されている。走査部は、主走査同期信号（以下、ＳＯＳ信号とも記す）を出力するための光センサ５（以下、ＳＯＳセンサとも記す）と、走査レンズ６ａ，６ｂと、折返しミラー７とで構成されている。ポリゴンミラー４は駆動部１１（図３参照）に入力される駆動信号に基づいて所定の速度で回転駆動される。

ＬＤアレイ２は、副走査方向Ｚに異なる位置で発光する四つの発光点を有するもので、各発光点から放射されたビームは、コリメータレンズ３によって略平行光とされ、ポリゴンミラー４の各反射面にて等角速度で主走査方向Ｙに偏向され、走査レンズ６ａ，６ｂを透過し、折返しミラー７で反射して感光体ドラム１０２上で結像し、主走査方向Ｙに走査する。この主走査と感光体ドラム１０２の回転による副走査とで感光体ドラム１０２上に２次元の静電潜像が形成されていく。

走査レンズ６ａ．６ｂは、ポリゴンミラー４で等角速度に偏向されたビームを主走査方向Ｙに等速度に補正するｆθ特性、及び、ビームを感光体ドラム１０２上で結像させる結像特性を有している。

ＳＯＳセンサ５は、画像領域外に配置され、走査レンズ６ａ，６ｂを透過しかつ折返しミラー７で反射したビームが入射する。この、ＳＯＳセンサ５はポリゴンミラー４の走査速度の検出及び各ビームの主走査方向Ｙの同期をとるために用いられる。

前記レーザ走査光学ユニット１は図３に示す制御部によって制御される。四つのビームのそれぞれに対応する画像データＤａ〜Ｄｄは各変調回路３５ａ〜３５ｄに供給される。変調回路３５ａ〜３５ｄにおいて、各画像データＤａ〜ＤｄとデータクロックＤＣＫａ〜ＤＣＫｄとに基づいた信号が生成される。変調回路３５ａ〜３５ｄからの信号は、レーザ駆動回路１０ａ〜１０ｄを介してＬＤアレイ２の各発光点に供給され、ビームが発光される。

レーザ駆動回路１０ａ〜１０ｄは、水平及び垂直有効期間のみで駆動状態になるようにＣＰＵ３２からの制御信号で個別に駆動される。各レーザ駆動回路１０ａ〜１０ｄには、ＬＤアレイ２からのビーム光量を示す信号がフィードバックされ、その光量が一定となるようにＬＤアレイ２の各発光点の駆動が制御される。

ＬＤアレイ２から出力されるレーザビームは、前述のごとく、ポリゴンミラー４によって偏向され、感光体ドラム１０２上を走査する。ポリゴンミラー４の１面での走査による描画を１走査と称する。偏向されたビームの主走査方向Ｙの書込み位置は、走査領域の先端側に配置されたＳＯＳセンサ５によって検出されるＳＯＳ信号に基づいて制御される。即ち、ＳＯＳセンサ５のビーム検出信号は、ＣＰＵ３２を経由して画素クロック生成回路３４に供給され、ＬＤアレイ２の各発光点による画像の書込みタイミングが制御される。

（マルチビームによる描画、図４及び図５参照）
ＬＤアレイ２は四つのビームを同時に放射するマルチビームレーザであり、図４に示すように、各発光点ａ〜ｄは副走査方向Ｚに対して異なる位置になるように斜めに配置されている。副走査方向Ｚのピッチｚは画像の解像度によって決定され、主走査方向Ｙには、発光点ａを基準にすると、発光点ｂ，ｃ，ｄはＬ１，Ｌ２，Ｌ３のピッチを有している。

各発光点から出力されるビームａ〜ｄの発光タイミングは図５に示すとおりである。即ち、まず、ビームａを発光させてＳＯＳセンサ５上を走査し、ＳＯＳ信号を生成する。その後、ビームａはＳＯＳ信号から時間ｔ１だけ遅延して画像データに基づいて変調され、感光体ドラム１０２上を走査する。ビームｂ，ｃ，ｄは、ビームａからそれぞれ時間ｔ２，ｔ３，ｔ４だけ遅延して画像データに基づいて変調され、感光体ドラム１０２上を走査する。

（主走査方向のピッチずれとその補正、図６〜図８参照）
前記遅延時間ｔ２，ｔ３，ｔ４は、図４に示したビームの主走査方向ＹのピッチＬ１，Ｌ２，Ｌ３を主走査速度で除算した値である。そして、この遅延時間を変更することにより、各ビームでの主走査方向Ｙの書込みタイミングを変更し、仮に各ビームが主走査方向Ｙにずれを生じていても、主走査方向Ｙのピッチずれを補正することができる。

図６及び図７はビームａ〜ｄの感光体ドラム１０２上での位置を示している。図６は、ビームａ〜ｃは設計上の位置に配置されているが、点線で示すように、ビームｄのみがΔ３だけ主走査方向Ｙにずれている場合（第１例）を示している。図７は、ビームｂ〜ｄが点線で示すようにそれぞれ設計上の位置よりもΔ１，Δ２，Δ３だけ主走査方向Ｙにずれている場合（第２例）を示している。ここで、設計上の位置とは、副走査方向Ｚのピッチｚを所望の値に配置した場合に、設計上計算される主走査方向Ｙの位置である。ビームが設計上の位置からずれる理由としては、ＬＤアレイ２において製造過程で発光点の間隔がずれていたり、光学系の倍率や配置の誤差などによる。

図８（Ａ）はビームが図６に示したずれを生じている場合（第１例）に描画された画像のずれを示している。図８（Ｂ）はビームが図７に示したずれを生じている場合（第２例）に描画された画像のずれを示している。点線は設計上の描画位置を示している。

図８（Ａ）では、図６に示したように、ビームｄのみがΔ３だけずれており、書込みタイミングを設計上の位置として設定しているので、Δ３のずれがそのまま画像のずれとして現われている。同様に、図８（Ｂ）でも、図７に示したように、ビームｂ〜ｄのずれ量Δ１，Δ２，Δ３に伴って画像のずれとして現われている。

これらの画像ずれはビーム本数の周期で発生する。この場合、４本のビームで走査しているため、ずれの周期も４ラインごととなっている。これらのずれは、通常の画像では品質の劣化として問題にならないが、画像処理モードによっては、画像パターンの周期とビーム本数とが干渉することにより、画像に筋やむらが発生して品質が劣化する場合がある。

具体的には、画像処理によって、例えば、ビームａのみで描画された斜め線とビームｄのみで描画された斜め線が平行に形成されることを想定すればよい。この場合、ビームの主走査方向Ｙのずれがそのまま斜め線の間隔ずれとなり、筋やむらとして視認されてしまうのである。

（ずれの補正、図９〜図１１参照）
そこで、本実施例では、１走査ごとにＳＯＳ信号を得るためのビームを変更することとした。このような制御は、選択された画像処理モードでの画像パターンの周期がビーム本数と干渉し、画像に干渉による筋やむらが発生する場合に実行される。以下に詳述する。

制御手順は図９に示すとおりである。まず、画像処理モードが選択され（ステップＳ１）、選択された画像処理モードとビーム本数とが干渉するか否かを判定する（ステップＳ２）。干渉すると判定すると、ＳＯＳ信号を得るためのビームを１走査ごとに変更する処理を行い（ステップＳ３）、画像を描画する（ステップＳ５）。干渉しなければ、ＳＯＳ信号を得るためのビームを切り替える制御を行うことなく（ステップＳ４）、画像を描画する（ステップＳ５）。

具体的な制御タイミングは図１０に示すとおりである。即ち、ＳＯＳ信号を得るためのビームを１走査ごとにビームａとビームｄとで切り替える。同時に、ＳＯＳ信号からビームａに対する画像データを書き込むタイミングを時間ｔ１と時間ｔ１’とで切り替える。時間ｔ１，ｔ１’の差異は、ビームの主走査方向Ｙのピッチずれ量に基づくＳＯＳセンサ５の走査から画像データの書込みタイミングまでの時間差である。つまり、時間ｔ１，ｔ１’の差異はビームａとビームｄの主走査方向Ｙのずれ量Δ３を走査速度で割った値である。

図１１（Ａ）は、ビームが図６に示したずれを生じている場合（第１例）に前記補正制御を行ったときに描画された画像のずれを示している。図１１（Ｂ）はビームが図７に示したずれを生じている場合（第２例）に前記補正制御を行ったときに描画された画像のずれを示している。点線は設計上の描画位置を示している。

図１１（Ａ），（Ｂ）から明らかなように、ＳＯＳ信号を得るビームを１走査ごとに切り替えると、１走査ごとにずれを生じているビームによってＳＯＳ信号を得ていることから、そのずれが画像に現われる。しかしながら、そのずれは１走査ごとであるから、画像上でのずれ量は一律とはならず、画像パターンとの干渉が抑制され、筋やむらが目立たなくなる。

（ＬＤアレイの角度調整、図１２参照）
ＬＤアレイにあっては、初期のビーム位置が光学素子の温度変化や経時変化によって設計上の位置からずれてしまう場合がある。このような場合、ＬＤアレイ自体を回転させ、副走査方向Ｚに対する角度を変えて、各ビームａ〜ｄの副走査方向Ｚのピッチｚを調整することができる。

以上の調整を行うと、主走査方向Ｙのピッチもずれてしまうが、ビーム間隔が設計上であると想定して回転角度に対する主走査方向Ｙのピッチずれ量を計算し、画像データの書込みタイミングを補正すればよい。この補正によっても、図７に示した画像劣化が生じるのであるが、図１０に示したように、ＳＯＳ信号を得るビームを１走査ごとに変更することにより、画像劣化を抑制することができる。

（面発光レーザによる描画、図１３参照）
複数の発光点を有する光源として面発光レーザを用いることができる。面発光レーザでは、発光点が２次元に配置されており、例えば図１３に示すように、４×４の１６ビームでの走査が可能である。各ビームａ〜ｐの副走査方向Ｚのピッチｚは解像度により決定される等ピッチである。

このような面発光レーザを用いる場合も、主走査方向Ｙのピッチずれに対して、例えば、ＳＯＳ信号を得るビームを、奇数走査ではビームａとし、偶数走査ではビームｐとして１走査ごとに変更すればよい。

（他の実施例）
なお、本発明に係るレーザ走査光学装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、光源に内蔵される発光点数は４に限定されることはない。また、ビームを走査するための光学素子の種類や配置は任意である。

本発明に係るレーザ走査光学装置を搭載した画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明に係るレーザ走査光学装置の一実施例を示す平面図である。 レーザ走査光学装置の制御部を示すブロック図である。 ＬＤアレイの発光点を示す説明図である。 ビームの発光タイミングを示すチャート図である。 ビームの主走査方向のずれ（第１例）を示す説明図である。 ビームの主走査方向のずれ（第２例）を示す説明図である。 （Ａ）は第１例による画像のずれを示す説明図、（Ｂ）は第２例による画像のずれを示す説明図である。 画像のずれを補正するための制御手順を示すフローチャート図である。 画像のずれを補正するための制御タイミングを示すチャート図である。 （Ａ）は第１例によるずれを補正した画像を示す説明図、（Ｂ）は第２例によるずれを補正した画像を示す説明図である。 ＬＤアレイの角度調整を示す説明図である。 面発光レーザの発光点を示す説明図である。

符号の説明

１…レーザ走査光学ユニット
２…ＬＤアレイ
４…ポリゴンミラー
５…ＳＯＳセンサ
６ａ，６ｂ…走査レンズ
１０ａ〜１０ｄ…レーザ駆動回路
３２…ＣＰＵ
１０２…感光体ドラム
ａ〜ｄ…発光点（ビーム）
Ｚ…副走査方向

Claims (6)

1. 副走査方向に異なる位置で発光する複数の発光点を有する光源と、
   前記光源から出力された複数のビームを感光体上に走査する走査手段と、
   画像領域外に配置され、前記光源のうちいずれかのビームの照射により主走査同期信号を出力する同期信号出力手段と、
   前記光源を画像データに基づいて変調する駆動手段と、
   前記主走査同期信号を出力するためのビーム以外のビームの主走査方向書込み位置を所定の遅延量に基づいて制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記複数の発光点のうちいずれの発光点から出力されたビームで前記同期信号出力手段を照射するかを選択し、同期信号出力手段を照射するビームを１走査ごとに変更可能であること、
   を特徴とするレーザ走査光学装置。
2. 前記制御手段は選択された画像処理モードに基づいて前記同期信号出力手段を照射するビームを１走査ごとに変更することを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査光学装置。
3. 前記制御手段は、選択された画像処理モードでの画像パターンの周期が前記光源のビーム本数と干渉し、各ビームが主走査方向の位置ずれがある場合に形成される画像に干渉による筋やむらが発生するか否かを判断すること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ走査光学装置。
4. 前記制御手段は、前記同期信号出力手段を照射するビームを変更した際には、他のビームの主走査方向書込み位置を補正すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
5. 前記複数の発光点を有する光源の副走査方向に対する角度を調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
6. 前記複数の発光点を有する光源として面発光レーザを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。

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