JP2010066505A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】迅速かつ高精度に走査線の傾き及び湾曲特性を検出することができると共に、立ち上がり時や大量印字時の画質調整時間を短縮することができ、ユーザの使い勝手を向上してトナーの消費をも抑えることが可能な光走査装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】光源10から射出されるレーザビーム1を偏向走査手段12と走査結像光学系とにより像担持体4表面に走査して潜像を形成する光走査装置32において、像担持体4の直前の画像領域内におけるレーザビーム1の光路上にレーザビーム1を検出するレーザビーム検出手段P1,P2を有し、レーザビーム検出手段P1,P2の検出情報に基づいて像担持体4上の走査線の傾き及び湾曲を検出する走査線検出手段3を設けた。
【選択図】図3
【解決手段】光源10から射出されるレーザビーム1を偏向走査手段12と走査結像光学系とにより像担持体4表面に走査して潜像を形成する光走査装置32において、像担持体4の直前の画像領域内におけるレーザビーム1の光路上にレーザビーム1を検出するレーザビーム検出手段P1,P2を有し、レーザビーム検出手段P1,P2の検出情報に基づいて像担持体4上の走査線の傾き及び湾曲を検出する走査線検出手段3を設けた。
【選択図】図3
Description
本発明は、複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、詳しくは感光体に静電潜像を書き込む光走査装置に関する。
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それぞれ独立した複数の走査結像レンズを有する光走査手段により複数の異なる色の情報をレーザビーム(走査ビーム)で書き込むことにより静電潜像をそれぞれ形成し、各静電潜像を複数の顕像化手段によって互いに異なる色の顕像にそれぞれ顕像化し、転写材上に重ね合わせて転写してカラー画像を得るタンデム型のカラー画像形成装置が知られている。ここで用いられる光走査手段は、それぞれ読み出される各色の画像情報信号に応じて駆動制御される半導体からレーザビームを射出し、射出されたレーザビームはポリゴンミラー、レンズ等の光学部品を介して一様に帯電された感光体表面に集光されると共に主走査方向に走査される。回転移動する感光体表面には、所定間隔をおいて複数の走査ビームに対応した画像信号が書き込まれ、静電潜像が形成される。
このようなタンデム型のカラー画像形成装置では、各色毎に有する複数の光走査装置間で走査線の傾き量や傾き方向が異なると色ずれが発生して画質を劣化させてしまうという問題点がある。また、感光体表面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る必要があり、これがずれるとレジスト位置ずれとなり色ずれが発生してしまう。さらに、感光体へと向かうレーザビームはそれぞれ異なる経路を通るように構成部品が配置されるため、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すると、走査線の位置が変動してしまうという問題点があり、これは特に樹脂製レンズの場合に顕著である。
上述した問題点を解決すべく、各色に相当するレーザビームを感光体へと導くための複数の折り返しミラーを主走査方向と直角かつ折り返しミラーの反射面と平行な軸回りに変位させ、レーザビームの走査速度を均一に調整する機構と、レーザビームの走査線位置を副走査方向に補正する機能を有する光学素子を主走査方向と直角かつ副走査方向と直角な軸回りに変位させるレーザビームの走査線傾き調整機構とをそれぞれ備え、走査速度均一性を高精度に調整して絶対位置精度の良好な画像を得ることが可能な光走査装置及びこれを搭載した画像形成装置が、例えば「特許文献1」に開示されている。また、レーザビームを検出するレーザビーム検出手段を走査光路内に複数有すると共にレーザビーム検出手段からの検出情報に基づいて感光体上の走査線の傾きを検出する走査線傾き検出手段とを有し、光学特性の劣化を抑制してジョブ中の色ずれにも対応可能な光走査装置が、例えば「特許文献2」に開示されている。さらに、走査結像手段と回折光学素子及び複数の受光素子を備えたレーザビーム検出手段とを有し、複数の受光素子がパターンを構成するドットまたはラインの主走査方向光束幅よりも広い幅の受光面を有し、走査ビームを所定の位置に調整及び補正してビームの位置ずれを抑える光走査装置が、例えば「特許文献3」に開示されている。
上述した従来のカラー画像形成装置では、連続プリント動作に伴う定着装置や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ことがあり、1ジョブでのプリント枚数が多い場合にはプリント作業中に徐々に色ずれが拡大してしまうという問題点がある。また、装置の立ち上げ時やジョブ間等に転写体に対してトナーパターンを形成して位置ずれを検出することにより走査線の傾きや湾曲を検出する従来の方式では、検出までに画像形成を行う必要があるため調整終了までに時間を要すると共にトナーが無駄に消費されるという問題点がある他、線幅が異なったり湿度によりトナー像(パターン像)の品質がばらつきやすかったりするため、検出精度が低いという問題点がある。また、最終折り返しのレーザビームを画像領域外の一点で検知しても、傾き補正や湾曲補正を行うことができないという問題点がある。
本発明は上述の問題点を解決し、迅速かつ高精度に走査線の傾き及び湾曲特性を検出することができると共に、立ち上がり時や大量印字時の画質調整時間を短縮することができ、ユーザの使い勝手を向上してトナーの消費をも抑えることが可能な光走査装置及びこれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
請求項1記載の発明は、光源から射出されるレーザビームを偏向走査手段と走査結像光学系とにより像担持体表面に走査して潜像を形成する光走査装置において、前記像担持体の直前の画像領域内における前記レーザビームの光路上に前記レーザビームを検出するレーザビーム検出手段を有し、前記レーザビーム検出手段の検出情報に基づいて前記像担持体上の走査線の傾き及び湾曲を検出する走査線検出手段を有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、さらに前記走査線検出手段は前記レーザビームの走査方向と直交する方向に走査位置のずれを検出可能な幅を有すると共に画像領域の幅の範囲を検出可能であ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、さらに前記走査線検出手段は前記レーザビームの走査方向及びこれと直交する方向との双方において走査位置のずれを検出可能な幅を有することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3の何れか1つに記載の光走査装置において、さらに前記走査線検出手段の検出結果に基づいて補正量を決定して補正を行う制御手段を有することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1ないし4の何れか1つに記載の光走査装置において、さらに前記走査線検出手段は移動可能であり、潜像形成時には前記光路上より退避することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1ないし5の何れか1つに記載の光走査装置において、さらに前記走査線検出手段は走査方向に移動可能であり、検出時において前記像担持体の回転中心軸と平行な方向に移動することを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項5記載の光走査装置において、さらに前記像担持体表面への前記レーザビームの入射光路が上方から下方へと構成され、潜像非形成時に前記走査線検出手段が前記画像領域を上方から塞ぐことを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項6記載の光走査装置において、さらに前記走査線検出手段は検出時において前記像担持体の回転中心軸に対して高精度に位置決めされることを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項6記載の光走査装置において、さらに前記走査線検出手段は検出時において前記像担持体の表面の任意の位置に対して高精度に位置決めされることを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項1ないし9の何れか1つに記載の光走査装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。
本発明によれば、迅速かつ高精度に走査線の傾き及び湾曲特性を検出することができ、装置の立ち上がり時や大量印字時における画質調整時間を短縮することにより、ユーザの使用性を向上することができると共にトナーの消費を抑えることが可能な光走査装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態を採用した光走査装置32を示している。同図において、符号10はレーザビームを射出する光源を、符号11は後述する光学ハウジング内に配置されたレーザ透過部材を、符号12は偏向走査手段としてのポリゴンミラーを、符号14は走査結像レンズのfθレンズ群を構成する第1のレンズ(走査レンズともいう)を、符号15は走査線を補正する手段である液晶偏向素子を、符号16はミラーを、符号17はfθレンズ群を構成する第2のレンズ(走査結像レンズともいう)を、符号19はハーフミラー(半透鏡)を、符号20は像担持体としての感光体を、符号21は中間転写ベルトを、符号22ないし24は色ずれ検出手段としての検出部を、符号P1はレーザビーム検出手段としての走査上流側のレーザビーム検出器を、符号P2はレーザビーム検出手段としての走査下流側のレーザビーム検出器をそれぞれ示している。上記構成中、第1のレンズ14、液晶偏向素子15、ミラー16、第2のレンズ17等によって走査結像光学系が構成されており、光走査装置32はカラー対応しており、イエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色分の走査結像光学系を有し、各色に相当するレーザビームが各感光体20Y,20M,20C,20Kに集光するように構成されている。
光源10は、半導体レーザとカップリングレンズとシリンドリカルレンズとにより構成される光源装置を各色Y,M,C,Kに対応して4組有している。各半導体レーザから射出されるY,M,C,Kの各色成分画像を書き込むための光束は、カップリングレンズにより以降の光学系に適合する光束形態(平行光束あるいは弱い発散性あるいは収束性の光束)に変換され、シリンドリカルレンズにより副走査方向に収束されてポリゴンミラー12の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像として結像される。本実施形態では、光源10として半導体レーザを用いた例を示したが、光源10の一要素または光源10自体となり得る構成として面発光レーザを用いてもよい。
ポリゴンミラー12の回転により同一方向に偏向された4色分の偏向光束は、走査結像レンズの第1のレンズ14を通過する。ブラック(K)成分画像を書き込む光束(例えばレンズの上端の位置)はミラー16Kで反射された後に第2のレンズ17を透過し、ハーフミラー19Kで分岐(透過及び反射)されて一方の透過光束は被走査面の実体をなす感光体20K上に光スポットとして集光し、感光体20K上を矢印方向に光走査する。他方の反射光束はレーザビームを検知するレーザビーム検出器P1K,P2Kへ結像され、これらの受光部を走査する。各レーザビーム検出器P1K,P2Kはそれぞれ固定用基板B1,B2に実装固定されている。
第1のレンズ14及び第2のレンズ17としては非球面形状の作成が容易かつ低コストであるプラスチックが用いられ、具体的には低吸湿性、高透過率、成形性に優れたポリカーボネートやポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が好適である。イエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色成分画像を書き込む光束もそれぞれブラック(K)と同様に、ミラーで反射された後にレンズ及びハーフミラーを透過し、反射してドラム状の感光体20Y,20M,20C上に光スポットとして結像し、各色とも同一の矢印方向に走査される。この光走査により各感光体20に対応する各色成分画像の静電潜像が形成される。なお、図1においてブラック以外の各色に相当する光学素子には符号を付していないが、各色Y,M,Cの部品はブラックと光学的に同位置に配置されている。
各感光体20上に形成された各静電背像は、後述する現像装置により対応する色のトナーで可視化された後に中間転写ベルト21上に転写される。転写の際、各色トナー画像は互いに重ね合わせられてカラー画像が形成される。中間転写ベルト21上に形成されたカラー画像は、シート上の記録媒体上に転写されて定着される。カラー画像転写後の中間転写ベルト21は、図示しないクリーニング装置によってクリーニングされる。
上述したように光走査装置32は、カラー画像を構成する2以上の色成分画像に対応する複数の光源装置から射出された各光束をポリゴンミラー12によって同一方向に偏向走査し、各偏向光束を走査結像レンズのうち第1のレンズ14により各色共通に透過し、それぞれの走査結像手段に設けられた第2のレンズ17により各色成分画像に対応する感光体20に向けて個別的に集光させて光走査を行う。従って、各色成分に相当する4つの走査結像手段を有する光走査装置といえる。
第1のレンズ14の直後には、走査線を補正する機能を有する光学素子として液晶偏向素子15が配設されている。液晶偏向素子15は、電気的に制御することにより、レーザビームの射出方向を局部的に任意に偏向して微調整することが可能な素子である。各検出部22,23,24は、別の光源からの光束を集光レンズで集光して中間転写ベルト21の所定位置に照射し、反射光をレンズによって受光素子上に結像するように構成されている。色ずれ検出を行う場合には、各光束により1回の走査中に両端及び中央の3箇所に検知用のパターン21aが書き込まれ、これが可視化されて中間転写ベルト21上に転写される。このとき、各色の検知用のパターン21aは、中間転写ベルト21上において互いに副走査方向に等間隔となるように形成される。これら検知用のパターン21aは、各検出部22,23,24によって副走査方向のレジスト位置のずれを検出される。
図2は、本発明の一実施形態を適用可能な光走査装置を搭載した画像形成装置33を示している。この画像形成装置33では、図1に示した構成を単一の光学ハウジング内に収納した光走査装置32を有している。画像形成装置33は、4個の感光体20Y,20M,20C,20Kを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置であり、光走査装置32は各感光体20Y,20M,20C,20Kが並設された作像部の上方に配設されている。画像形成装置33の内部には、その上方から順に光走査装置32、現像装置25、感光体20、中間転写ベルト21、定着装置31、給紙カセット30が配設されており、中間転写ベルト21には各色に対応した感光体20Y,20M,20C,20Kが順に等間隔で配設されている。
各感光体20Y,20M,20C,20Kはそれぞれ同一の直径に形成されており、その周囲には電子写真プロセスを実行する各部材が順に配設されている。感光体20Yを例に説明すると、図示しない帯電チャージャ、現像装置25Y、図示しない転写チャージャ、図示しないクリーニング装置等が順に配設されており、感光体20Yの表面には光走査装置32から射出された画像信号に基づくレーザビームLYが照射される。他の感光体20M,20C,20Kも同様に構成されており、本実施形態では各感光体20Y,20M,20C,20Kを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各感光体20Y,20M,20C,20Kに対して光走査装置32から各レーザビームLY,LM,LC,LKがそれぞれ照射されるように構成されている。
上述の構成より、図示しない帯電チャージャによって一様に帯電された感光体20Yは、矢印A方向に回転することによりレーザビームLYを副走査方向に照射されてその表面に静電潜像が形成される。形成された静電潜像には現像装置25Yからイエロのトナーが供給され、これにより静電潜像が可視化されてイエロのトナー像が形成される。同様に各感光体20M,20C,20Kの表面にも静電潜像が形成され、これがそれぞれ可視化されてマゼンタ、シアン、ブラックのトナー像がそれぞれ形成される。
各感光体20Y,20M,20C,20Kの下方には、複数のローラ26,27,28に巻き掛けられ図示しないモータの作動によって矢印B方向に走行駆動される中間転写ベルト21が配設されている。各感光体20Y,20M,20C,20Kの表面にそれぞれ形成されたイエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー像は中間転写ベルト21上に順次重ね合わせて転写され、中間転写ベルト21上にフルカラー画像が形成される。その後、給紙トレイ30から転写紙が矢印C方向に給送され、中間転写ベルト21上に形成されたフルカラー画像は転写ローラ29によって転写紙上に転写される。画像が転写された転写紙は、定着装置31に送られて定着処理がなされた後に排出され、これによりフルカラー画像が得られる。
上述した従来の技術では、トナー像によって走査線の傾きや湾曲の検出を行っていたが、検出のためのトナー像を形成する工程及びこれをクリーニングする工程が必要となり画像形成効率が低下してしまうという問題点があった。また上記特許文献2にはレーザビームの傾き検出手段を光走査装置内部の走査線上に複数配置して潜像形成部以外で検出する例が開示されているが、光走査装置内部では複数箇所のミラー等のレーザビーム折り返し部やレンズあるいは窓等の透過部があってそれぞれに機械的なばらつきを有しているため、高精度な検知が困難であった。高精度な走査線の検出は感光体表面と最終折り返し部または最終透過部の間、すなわち感光体表面までにこれ以上レーザ走査特性に影響のある部品がない位置にあることが望ましい。また感光体表面から離れれば離れるほどレーザビームのスポット径が大きくなるため、できるだけ近い方が高精度の検出に適しているともいえる。
ここで、本発明の特徴部について説明する。図3は本発明の一実施形態を採用した光走査装置を搭載した画像形成装置としてのカラータンデム電子写真装置を示している。光走査装置から射出されたレーザビーム1は、各色の最終ミラー2で折り返された後に各色の感光体4の表面に到達する。最終ミラー2から感光体4の表面に至るレーザビーム1の光路中には、走査線検出手段3が配設されている。走査線検出手段3は、レーザビーム1の主走査方向及び副走査方向の双方に検知可能な幅を有する受光素子を備えており、受光によって走査線の傾き及び湾曲を検知可能に構成されている。この走査線検出手段3は感光体4の回転中心軸に高精度に回動可能となるように支持されており、調整時にのみ回動して光路上に移動するように構成されている。また、走査線検出手段3が調整時に回動して高精度に位置決めされるように、走査線検出手段3の位置決めは感光体4の回転中心軸と構造上精度の高い部分(例えば感光体中心軸保持部のフレーム)で突き当たり位置決めされるように構成されている。
図4を用いて走査線検出手段3を高精度に位置決めさせる具体例を説明する。走査線検出手段3は保持部材5によって支持されており、保持部材5は感光体4の中心軸6に回動自在に支持されたアーム7によって中心軸6の半径方向に精度良く位置決めされると同時に、保持部材5上に配設されたギャップコロ8によって感光体4の表面との距離を一定に保持される。さらにこの画像形成装置では、感光体4の表面に上方からレーザビームを入射する構成であるので、感光体4の表面に異物等の落下や光暴露による感光特性の劣化が懸念されるが、潜像非形成時には保持部材5がシャッタの役目を果たすので上述の不具合の発生を防止することができる。この場合には保持部材5を感光体4の表面へのレーザビーム入射開口部よりも大きくする必要がある。
走査線検出手段3によって検出された走査線の傾き及び湾曲の検知情報は、光走査装置内に設けられた図示しない制御手段によって補正量を決定され、補正手段によって自動的に補正される。傾き特性の補正は、例えば所定のミラーまたはレンズを回動可能に支持し、光走査装置内のミラーあるいはレンズ支持部をモータによって変位させる構成が挙げられ、湾曲特性の補正は、例えば補正用のレンズを透過させて同様に傾きを変位させる構成、反射ミラーの中央に応力を加えて撓ませる構成等、様々な構成が挙げられる。
上述の構成により、迅速かつ高精度に走査線の傾き及び湾曲特性を検出することができ、装置の立ち上がり時や大量印字時における画質調整時間を短縮することにより、ユーザの使用性を向上することができると共にトナーの消費を抑えることが可能な光走査装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。また、走査線検出手段がレーザビームの走査方向と直交する方向に走査位置のずれを検出可能な幅を有すると共に画像領域の幅の範囲を検出可能な構成、あるいは走査線検出手段がレーザビームの走査方向及びこれと直交する方向との双方において走査位置のずれを検出可能な幅を有する構成とすることにより、画質調整時間の短縮及びトナー消費量の低減を効果的に行うことができる。また、制御手段が自動的に補正を行うことにより、ユーザの使い勝手が向上し操作性を向上することができる。また、走査線検出手段を移動可能とすることにより、調整工程と画像形成工程とを短時間で切り換えることができ、さらに調整時間の短縮を図ることができる。また、像担持体に対する高精度な位置決めが可能であることにより、高画質化が達成される。さらに、潜像非形成時に走査線検出手段が画像領域を塞ぐことにより、像担持体の劣化を防止することができる。
図5は、本発明の他の実施形態を採用した光走査装置を搭載した画像形成装置を示している。この画像形成装置では、走査線検出手段3が走査方向と平行に移動し、走査方向と直交する向きに検知可能な幅を有する受光素子を備えている。走査線検出手段3は、感光体4の中心軸に対して高精度に平行移動する必要があるため支持軸9に移動自在に取り付けられており、この支持軸9は感光体4の中心軸を支持する同一のフレームに位置決めされている。支持軸9に移動自在に支持された走査線検出手段3は、例えばボールねじ機構によって高精度に平行移動される。補正量の制御は、所定の枚数カウンタ情報や温度情報により調整開始が命令され、画像形成動作を中断して走査線検出手段3を図5の矢印方向に移動させながら所定の間隔あるいは位置でレーザビームを走査し、傾き特性及び湾曲特性を検知して上述と同様に補正を行う。この構成においても、潜像形成時には図5の矢印上流側である画像領域外へと走査線検出手段3を退避させ、副走査方向の位置合わせのみに使用することも可能である。
上述した各実施形態では、画像形成装置としてタンデム型のフルカラーレーザプリンタを用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限られず、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらを複合した複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。
1 レーザビーム
3 走査線検出手段
4,20 像担持体(感光体)
6 中心軸
10 光源
12 偏向走査手段(ポリゴンミラー)
32 光走査装置
33 画像形成装置
P1,P2 レーザビーム検出手段(レーザビーム検出器)
3 走査線検出手段
4,20 像担持体(感光体)
6 中心軸
10 光源
12 偏向走査手段(ポリゴンミラー)
32 光走査装置
33 画像形成装置
P1,P2 レーザビーム検出手段(レーザビーム検出器)
Claims (10)
- 光源から射出されるレーザビームを偏向走査手段と走査結像光学系とにより像担持体表面に走査して潜像を形成する光走査装置において、
前記像担持体の直前の画像領域内における前記レーザビームの光路上に前記レーザビームを検出するレーザビーム検出手段を有し、前記レーザビーム検出手段の検出情報に基づいて前記像担持体上の走査線の傾き及び湾曲を検出する走査線検出手段を有することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1記載の光走査装置において、
前記走査線検出手段は前記レーザビームの走査方向と直交する方向に走査位置のずれを検出可能な幅を有すると共に画像領域の幅の範囲を検出可能であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1または2に記載の光走査装置において、
前記走査線検出手段は前記レーザビームの走査方向及びこれと直交する方向との双方において走査位置のずれを検出可能な幅を有することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1ないし3の何れか1つに記載の光走査装置において、
前記走査線検出手段の検出結果に基づいて補正量を決定して補正を行う制御手段を有することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1ないし4の何れか1つに記載の光走査装置において、
前記走査線検出手段は移動可能であり、潜像形成時には前記光路上より退避することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1ないし5の何れか1つに記載の光走査装置において、
前記走査線検出手段は走査方向に移動可能であり、検出時において前記像担持体の回転中心軸と平行な方向に移動することを特徴とする光走査装置。 - 請求項5記載の光走査装置において、
前記像担持体表面への前記レーザビームの入射光路が上方から下方へと構成され、潜像非形成時に前記走査線検出手段が前記画像領域を上方から塞ぐことを特徴とする光走査装置。 - 請求項6記載の光走査装置において、
前記走査線検出手段は検出時において前記像担持体の回転中心軸に対して高精度に位置決めされることを特徴とする光走査装置。 - 請求項6記載の光走査装置において、
前記走査線検出手段は検出時において前記像担持体の表面の任意の位置に対して高精度に位置決めされることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1ないし9の何れか1つ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。
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