JP2010179629A

JP2010179629A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2010179629A
Application number: JP2009027408A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Sofue; 文孝祖父江
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】２次元面発光レーザアレイの取り付け角度に誤差があっても、形成されたドットの位置ずれが目立たない高品位な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】照射された光によりその表面に画像を担持する像担持体１１と、前記像担持体に光を照射する２次元配列された複数の光源２００と、複数の光源から照射された光を像担持体の表面を走査させるための走査手段２０２を有する画像形成装置であって、前記走査手段により走査される方向を主走査方向、像担持体が回転する方向を副走査方向としたときに、主走査方向を行、副走査方向を列として、ｍ行×ｎ列からなる２次元配列された複数の光源は、副走査方向の解像度がａ［ｄｐｉ］の場合、前記列数ｎは、以下の数式で求められる値以下の整数であることを特徴とする画像形成装置。
ｎ＝｛７２．７２（μｍ）×ａ（ｄｐｉ）｝／２５４００（μｍ）
【選択図】図１

Description

本発明は、画像情報を基に画素変調された光源により静電記録媒体等の像担持面上に導光し、その面上に静電潜像から成る画像を形成するデジタル画像形成装置の露光制御部、特に２次元面発光レーザビームスキャナを備えた画像形成装置に関する。

従来の２次元面発光レーザアレイとして、例えば特許文献１に開示されている２次元面発光レーザアレイでは、半導体基板上に複数のレーザを所定のパターンで２次元配置することで構成されている。そして、この２次元面発光レーザは画像信号に応じて各レーザが駆動され、各レーザから照射されるレーザ光を走査ミラーにより主走査方向に走査することによって像担持体上に静電潜像から成る画像を形成している。

また、例えば特許文献２に開示されている２次元面発光レーザアレイでは、２次元面発光レーザアレイから照射されるレーザ光を主走査方向には拡大、副走査方向には拡大もしくは縮小する光学系を設けて走査ミラーを必要としない構成となっている。そのため、ポリゴンミラーによる騒音が発生しない画像形成を行える構成となっている。

特開平５−２９４００５号公報特開平９−２００４３１号公報

しかし、上述した２次元面発光レーザアレイは、その取り付けに高い精度が要求される。もし、取り付け角度が理想的な角度からずれた場合の画像形成は、特許文献１で開示された２次元面発光レーザアレイの構成では、図１２（ａ）に示すように各発光点が照射する像担持体上の位置が理想的な位置からずれてしまう。そのため、レーザアレイのレーザ発光点の位置調整が設計値からわずかでも傾いて取り付けられた状態では、主走査方向にも副走査方向にもずれた位置に結像される。これにより感光ドラム１１上の発光点Ａ，Ｄ，Ｇと発光点Ｂ，Ｅ，Ｈ及び発光点Ｃ，Ｆ，Ｉのドットの間隔が狭くなるためドットが重なり合い、逆に発光点Ｇ〜Ｂ間、発光点Ｈ〜Ｃ間、発光点Ｉ〜Ａ’間のスポット間隔が広くなり隙間ができるため粗密が生じる。さらに像担持体上の発光点Ｉと次の走査の発光点Ａ’との間のスポット間隔が広がるためノコギリ状にドットが形成される。

また、前記特許文献２で開示された２次元面発光レーザアレイの構成では、理想的な配置から取り付け角度がずれた場合の画像形成は、図１２（ｂ）に示すように主走査方向にドットが重なり合う部分と隙間の部分とでスポットの粗密が生じる。また、主走査方向の位置ずれだけでなく、副走査方向にもドットの位置ずれ（図中のΔｎ）も生じてしまう。特に拡大光学系を有する構成の場合、２次元面発光レーザアレイの取り付け角度のずれによる像担持体上の発光点の位置ずれが光学系により大きく拡大されてしまうため、さらに高度な取り付け精度が要求される。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、２次元面発光レーザアレイの取り付け角度に誤差があっても、それによるドットの位置ずれが目立たない、高品位な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するため、以下（１）、（２）の構成を備えるものである。

（１）照射された光によりその表面に画像を担持する像担持体と、前記像担持体に光を照射する２次元配列された複数の光源と、前記複数の光源から照射された光を前記像担持体の表面を走査させるための走査手段を有する画像形成装置であって、前記走査手段により走査される方向を主走査方向、像担持体が回転する方向を副走査方向としたときに、前記主走査方向を行、前記副走査方向を列として、ｍ行×ｎ列からなる前記２次元配列された複数の光源は、副走査方向の解像度がａ［ｄｐｉ］の場合、前記列数ｎは、以下の数式で求められる値以下の整数であることを特徴とする画像形成装置。

（２）照射された光によりその表面に画像を担持する像担持体と、前記像担持体に光を照射する２次元配列された複数の光源と前記複数の光源から照射された光を前記像担持体の表面を走査させるための走査手段を有する画像形成装置であって、像担持体の回転方向を副走査方向、前記副走査方向に直角の方向を主走査方向としたときに、前記主走査方向を行、前記副走査方向を列とし、ｍ行×ｎ列からなる前記２次元配列された複数の光源は、主走査方向の解像度がａ［ｄｐｉ］の場合、前記行数ｍは、以下の数式で求められる値以下の整数であることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、２次元面発光レーザアレイの取り付け角度に誤差があっても、それによるドットの位置ずれを目立たなくし、高品位な画像を形成する画像形成装置を提供することができる。

本実施例１に係る画像形成装置の構成を示す断面図本実施例１に係る画像形成装置の露光制御部の構成図本実施例１に係るマルチビーム駆動部２００が設計値どおり理想的に配置されたときの画像形成を示した図本実施例１に係るマルチビーム駆動部２００が傾いて配置された場合の画像形成を示した図本実施例１に係る人間の視認特性を示した図２次元配列された光源の配置を視認限界以下にした時の構成図実施例２に係る画像形成装置の構成を示す断面図実施例２に係るレーザダイオードアレイ３０１が、ｘ行×ｙ列の２次元状に形成されたレーザ発光点の配置図実施例２に係るレーザダイオードアレイ３０１が設計値どおり理想的に配置されたときの画像形成を示す図実施例２に係るレーザダイオードアレイ３０１が傾きを持って配置された場合の画像形成を示した図実施例２に係る解像度に応じて視認限界以下のピッチになる行数を規定した図従来技術におけるレーザアレイが傾きを持った場合の画像形成図

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明の画像形成装置及びその制御方法について説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す断面図であり、この図１を用いてデジタル複写機の基本的な動作について説明する。

同図の原稿給紙装置１において、原稿給紙装置１上に積載された原稿は、１枚づつ順次原稿台ガラス２面上に搬送される。原稿が搬送されると、スキャナ部分のランプ３が点灯し、かつスキャナユニット４が移動して原稿を照射する。原稿の反射光はミラー５、６、７を介してレンズ８を通過し、その後イメージセンサ部９に入力された画像信号は、直接、あるいは、一旦図示しない画像メモリに記憶され、再び読み出された後、露光制御部１０に入力される。露光制御部１０が発生させる照射光によって像担持体である感光ドラム１１上に作られた潜像は、電位センサ（電位検出センサ）１００によって感光ドラム１１上の電位が所望の値になっているか監視されている。感光ドラム１１上に形成された潜像画像は、現像器１３によってトナー像として現像される。

上記潜像とタイミングを合わせて転写部材積載部１４、或いは転写部材積載部１５より記録用紙、記録用のフィルム等の転写部材（転写材）が搬送され、転写部１６において、上記現像されたトナー像が転写部材上に転写される。転写されたトナー像は定着部１７にて転写部材に定着された後、排紙用の搬送路２１を通り排紙部（以下排紙ローラと記す）１８より装置外部に排出される。

転写後の感光ドラム１１の表面をクリーナ２５で清掃し、クリーナ２５で清掃された感光ドラム１１の表面を補助帯電器２６で除電して１次帯電器２８において良好な帯電を得られるようにする。更に感光ドラム１１上に残った残留電荷を前露光ランプ２７で消去し、次の画像形成のために１次帯電器２８で感光ドラム１１の表面を、再び帯電するという工程を繰り返すことで複数枚の画像形成を行う。

なお、本実施例の画像形成装置には転写材の後端を検知するセンサ１９と、片面プリントされた転写部材をそのまま排出するか、搬送路２２、２３、２４に導くかの切り替えを行うためのフラッパ２０がある。両面プリント時には、センサ１９により転写材の後端が検知されると排紙ローラ１８を逆回転させて、フラッパ２０を搬送路２２、２３、２４に導く方向に切り替わる制御が行われている。

図２は、本実施例に係る画像形成装置の露光制御部１０の構成を示す図である。図２において、マルチビーム及び駆動部を含むマルチビーム駆動部２００があり、不図示の点灯信号生成部からの点灯信号に応じて、複数のレーザを発光させる。本実施例では９本のビームが２次元配列された２次元面発光レーザアレイで構成されている。マルチビーム駆動部２００（以下レーザアレイ２００と記す）から発光された複数のレーザビームはコリメータレンズ２０１により所定のビーム径を持つレーザビームにコリメート（平行化）される。このレーザビームは走査手段である回転多面鏡２０２に入射し、その回転に伴って、各々偏向される。偏向されたレーザビームはｆθレンズ２０３により等角速度走査から等線速度の走査に変換され、感光ドラム１１上に結像される。また、非画像領域に照射されたレーザビームのうち、ＢＤ（ビームディテクト）折り返しミラー２０４に照射されたレーザは、レーザビームの位置検出を行うためにＢＤセンサ２０５に入射される。ＢＤセンサ２０５からの出力信号により、レーザビームの発光のタイミング制御が行われ、所定の位置に所望の画像の静電潜像が形成される。

図３はレーザアレイ２００から出た、９本のレーザビームが感光ドラム面上に結像する様子とレーザビームの発光タイミングを描いた図である。図３（ａ）は、本実施例の２次元面発光レーザアレイの９本のレーザ発光点が、理想的に配置された状態を示している。設計値どおりに配置されていれば、図３（ｂ）のＳｔｅｐ１〜３に示すように、レーザ発光点Ａ，Ｂ，ＣとＤ，Ｅ，ＦとＧ，Ｈ，Ｉが、図３（ｃ）に示した発光タイミングで順番に発光すれば像坦持体上の光点が副走査方向に一列に並ぶように設計されている。

しかし図４（ａ）に示すように、レーザアレイ２００のレーザ発光点の位置調整が設計値からわずかでも傾いて取り付けられた図４（ｂ）に示す補正前の状態では、主走査方向にも副走査方向にもずれた位置に結像される。これにより感光ドラム１１上の発光点Ａ，Ｄ，ＧとＢ，Ｅ，ＨとＣ，Ｆ，Ｉのドットの間隔が狭くなり、また、発光点Ｇ〜Ｂ間、Ｈ〜Ｃ間、Ｉ〜Ａ間の間隔が広くなる。主走査方向のずれに関しては、図４（ｃ）に示すようにずれ量に応じて発光タイミングを補正した制御をすることで図４（ｂ）の補正後の状態のように感光ドラム上の発光点が１直線に並ぶように補正することができる。しかし、副走査方向のずれについては、発光点の位置の制御ができないためドットの粗密による位置ずれが生じたままとなる。この位置ずれにより、発光点Ａ，Ｄ，ＧとＢ，Ｅ，ＨとＣ，Ｆ，Ｉでは形成された画像の濃度が濃くなり、また、発光点Ｇ〜Ｂ間、Ｈ〜Ｃ間、Ｉ〜Ａ間では形成された画像の濃度が薄くなるため、画像形成したときの濃度ムラやピッチムラの原因となってしまう。

図５（ａ）は、人間の目のコントラスト感度と空間周波数の関係を示す図である。人間のコントラストの視認限界は６０ｃｐｄといわれ、単位ｃｐｄはｃｙｃｌｅｐｅｒｄｅｇｒｅｅの略であり、視野角１度における明暗の周期を示している。また、図５（ｂ）に示すように一般的な人間の明視距離は２５ｃｍ（２５００００μｍ）だといわれている。明視距離とは、像がぼやけないで見える最小の距離のことで、この距離より近づくと像がぼやけてコントラストを認識しづらくなり、逆に離れると空間周波数は高くなりコントラストを認識しづらくなる。図５（ｂ）に示した明視距離の２５ｃｍ(ｙ＝２５００００μｍ)から見たときの視野角１度の幅ｗ（ｗ＝ｙ×ｔａｎ１°）は、４３６３μｍとなる。この時の人間の視認限界である空間周波数６０ｃｐｄの１サイクルの幅（４３６３μｍ／６０ｃｐｄ）は７２．７２μｍとなり、この周期の幅以下にドット間の位置ずれである濃度ムラやピッチムラが収まれば、視認限界以下となり人間の目には殆ど認識できない。この人間の視覚特性に着目して成された本実施例に示す２次元面発光レーザアレイでは、回転多面鏡により走査される走査方向を行、像担持体が回転する副走査方向を列として、その列数を規定している。すなわち１インチ（２５４００μｍ）当りの２次元配置ｍ行×ｎ列のマルチビームの列数は、ドットの合計がこの７２．７２μｍ以下に配置されていれば、傾けて配置されたとしても、人間の目では認識できないため光源の位置ずれの影響を殆ど受けない。よって、副走査方向の解像度をａ［ｄｐｉ］とした場合、形成された画像が光源の位置ずれの影響を受けない２次元配列された光源の列数ｎの値は、図５（ｂ）に示した下記の数式よって求められる値以下の整数とすることで規定できる。

例えば、図６（ａ）に示すように、副走査方向に１２００ｄｐｉの解像度を持つ画像形成装置の場合は、人間の視認限界７２．７２μｍ当りの副走査方向に並ぶドットの数は上記式よりｎ＝３ドット、すなわち列数はｎ＝３列までとなる。よって副走査方向の光源の列数を３列以下にすることで位置ずれによるムラがほぼ見えなくなる。しかし、それ以上の列数にすると人間の目は、光源の位置ずれで生じたドットの位置ずれによる濃度ムラやピッチムラを認識することができる。

また、図６（ｂ）に示すように、副走査方向の解像度が２４００ｄｐｉの場合、人間の視認限界７２．７２μｍ当りの副走査方向に並ぶドットの数は上記の数式より列数をｎ＝６列以下にすることでムラがほぼ見えなくなる。その結果、２次元面発光レーザアレイの取り付け角度に誤差があっても、人間の視認限界以下の幅に光源の列数を抑えることでドットの位置ずれを目立たなくし、高品位な画像を形成する画像形成装置を提供することが可能となる。

図７では本実施例２を適用する画像形成装置の構成を示したもので、図７（ａ）は本実施例２の画像形成装置の断面図である。図７（ｂ）は上述した図２で示した露光制御部の構成とは別の構成を有した本実施例２の露光制御部の構成図で、図中に示したレーザダイオードアレイ３０１（以下レーザアレイ３０１と記す）には主走査１ライン分のレーザ発光点を有している。レーザアレイ３０１から照射されたレーザビームは、集光点３０７へと各ビームを集光させるフィールドレンズ３０２と各ビームをそれぞれの結像点に結像させるオルソメタレンズ３０３を通過し、ハーフミラー３０４に入射される。ハーフミラー３０４では、各ビームそれぞれ光をある一定の割合で分離し、折り返しミラー３０８方向と集光レンズ３０５の２方向に導く。集光レンズ３０５の方向に分離された各ビームは、フォトダイオード３０６へ集光される。また、折り返しミラー３０８方向に分離された各ビームは、像担持体である感光ドラム１１の回転方向（副走査方向）に対し直角の方向である主走査のライン上へ結像され画像形成を行う。

レーザアレイ３０１は、図８のレーザ発光点の配置図に示すようにｘ行×ｙ列の２次元状に発光点が形成されており、それぞれが主走査の各ラインの１画素に対応する。

図９にはレーザアレイ３０１が、設計値どおり理想的な配置が成されたときの画像形成のステップを示す。本実施例を理解し易くするため、図９（ａ）に示すような３行×３列のレーザアレイで説明する。図９（ｂ）では、感光ドラム１１の回転方向（副走査方向）は下向きである。Ｓｔｅｐ１では、画像形成を行う感光ドラムの目標の主走査ライン上に、最初に各レーザ発光点のスポットが来るように１行目のレーザ発光点を発光させ、画像形成を行う。その次に、同じ目標のライン上にレーザ発光点のスポットが来る２行目、次に３行目というように、順番に点灯させて主走査の１ラインを形成する。図９（ｃ）は、そのときの各レーザ発光点の発光タイミングを示したもので、画像形成開始のタイミングを示す画像基準信号から決められた時間後にレーザ発光点Ａ〜Ｉを発光させることで、主走査方向にラインが形成される。

しかし、図１０（ａ）に示すように、レーザアレイ３０１のレーザ発光点の配置が設計値から少しでも傾きを持って配置された場合、図９と同じタイミングで発光させると、ラインが直線上に並ばなくなり、光学系により位置ずれはさらに拡大される。この副走査方向の位置ずれに対しては図１０（ｂ）に示すように各レーザ発光点の書き出しのタイミングを制御することで補正することできる。しかし、図１０（ｃ）に示すようにレーザ発光点Ａ，Ｄ，Ｇやレーザ発光点Ｂ，Ｅ，Ｈやレーザ発光点Ｃ，Ｆ，Ｉ間の間隔が狭くなった状態、また、レーザ発光点Ｇ，Ｂやレーザ発光点Ｈ，Ｃ間の間隔が広くなった状態のようにスポット間に粗密が生じたままとなる。この主走査方向の位置ずれによって、画像形成されたドットに濃度の濃淡が現れピッチムラが発生して画像に影響を及ぼしてしまう。

この主走査方向のピッチムラによる影響を抑えるため、上述した実施例１の図５を用いて説明したように、解像度に応じて視認限界以下のピッチになるように行数を規定することで、ピッチムラがほぼ見えなくなる。主走査方向を行、副走査方向を列としてｍ行×ｎ列の２次元配列された複数の光源において、画像形成されたドットの合計を空間周波数６０ｃｐｄの１サイクルの幅、すなわち視認限界７２．７２μｍ以下にする必要がある。主走査方向の解像度をａ［ｄｐｉ］とした場合、形成された画像が光源の位置ずれの影響を受けない２次元配列された光源の行数ｍは、図５（ｂ）に示した数式の列数ｎを行数ｍと読み替へた下記の数式により算出した値以下の整数とすることで同様に規定できる。

例えば図１１に示すように、解像度ａが１２００ｄｐｉの場合は、人間の視認限界７２．７２μｍ当りの主走査方向に並ぶドットの数は上記式よりｍ＝３ドット、すなわち行数は最大３行までとなる。また、解像度ａが２４００ｄｐｉの場合は、最大６行までの発光点を作ることで画像形成されたドットのピッチムラがほぼ見えなくなる。その結果、レーザアレイ３０１の取り付け角度に誤差があっても、人間の視認限界以下に光源の行数を抑えることで高品位な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することができる。

１０露光制御部
１１感光ドラム（像担持体に対応）
１３現像器
１６転写部
１７定着部
２００マルチビーム駆動部（２次元配列された複数の光源に対応）
２０１コリメータレンズ
２０２回転多面鏡（走査手段に対応）
２０３ｆθレンズ
２０４ＢＤ折り返しミラー
２０５ＢＤセンサ
３０１レーザダイオードアレイ（２次元配列された複数の光源に対応）
３０２フィールドレンズ
３０３オルソメタレンズ
３０４ハーフミラー
３０５集光レンズ
３０６フォトダイオード
３０７集光点
３０８折り返しミラー

Claims

照射された光によりその表面に画像を担持する像担持体と、
前記像担持体に光を照射する２次元配列された複数の光源と、
前記複数の光源から照射された光を前記像担持体の表面を走査させるための走査手段を有する画像形成装置であって、
前記走査手段により走査される方向を主走査方向、像担持体が回転する方向を副走査方向としたときに、前記主走査方向を行、前記副走査方向を列として、ｍ行×ｎ列からなる前記２次元配列された複数の光源は、副走査方向の解像度がａ［ｄｐｉ］の場合、列数ｎは、以下の数式で求められる値以下の整数であることを特徴とする画像形成装置。
照射された光によりその表面に画像を担持する像担持体と、
前記像担持体に光を照射する２次元配列された複数の光源と
前記複数の光源から照射された光を前記像担持体の表面を走査させるための走査手段を有する画像形成装置であって、
像担持体の回転方向を副走査方向、前記副走査方向に直角の方向を主走査方向としたときに、前記主走査方向を行、前記副走査方向を列とし、ｍ行×ｎ列からなる前記２次元配列された複数の光源は、主走査方向の解像度がａ［ｄｐｉ］の場合、行数ｍは、以下の数式で求められる値以下の整数であることを特徴とする画像形成装置。