JP2012237772A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射位置のずれとピントずれを従来よりも精度良く測定する。
【解決手段】偏向器８４からの光線の瞳を偏向器４０の主走査方向において複数に分割する瞳分割レンズ９３、９４と、副走査方向において複数に分割する瞳分割レンズ９１、９２とを光検知素子８８に対して配置する。光検知素子８８は、瞳分割レンズ９１、９２、９３、９４により分割されて形成された４本の光線の結像位置を検知する。ＣＰＵ１０１は、この４本の結像位置からピントずれ量と結像位置ずれ量を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置などで使用される光走査装置に関する。

画像形成装置などで使用される光走査装置は、感光体上に静電潜像を形成するための光ビームを出射する光源を備える。感光体上における当該光ビームの結像位置の精度と光ビームのスポット径（ビームウエスト位置）の精度が画像形成装置の性能を左右する。感光体上における光ビームの結像位置が所望の位置に結像しないとカラーの画像形成装置の場合色ずれにつながり、スポット径が理想状態から変動すると、細線の再現性が低下する。このような光ビームの結像位置やスポット径の変動は、樹脂製の光学部品を採用することによって顕在化する傾向にある。なぜなら、温度や湿度などの環境変動によって、樹脂製の光学部品の形状や屈折率が変化してしまうからである。

スポット径の変動は所謂ピントずれである。そこで、特許文献１では、オートフォーカス（ＡＦ）機構を採用した光走査装置が提案されている。この光走査装置によれば、Ｖ字に構成された開口スリットを前面に設置したフォトダイオードモジュールにより、ピントおよび照射位置変動を観測している。

特開２００６−２５８８３８号公報

ところで、画像形成装置に使用される光走査装置では次のような現象が発生する。
・間欠プリントや連続プリントなどプリントモードの違いに依存して画像形成装置の内部における昇温具合が変わる。
・画像形成装置の周囲の気温が低い状態において急に画像形成装置を立ち上げる状況と、気温が高い状態において画像形成装置の周囲の温度を急に冷やした状況など、周辺環境に依存して昇温具合が変わる。
このように画像形成装置内での昇温分布の変動によりスポットの崩れ方が変わると、特許文献１に記載の発明では、照射位置のずれとピントずれを精度良く測定することは困難である。

そこで、本発明は、照射位置のずれとピントずれを従来よりも精度良く測定することを目的とする。

本発明は、光線を出力する光源と、
光線が通過する光学部品と、
光学部品を通過した光線が感光体上を所定の方向に移動するように前記光線を偏向する偏向器と、
偏向器からの光線を前記光線の前記感光体上における移動方向において複数に分割する第１光分割手段と、
偏向器からの光線を前記移動方向と直交した方向において複数に分割する第２光分割手段と、
第１光分割手段によって分割された複数の光線と、第２光分割手段によって分割された複数の光線とを検知する結像位置検知手段と、
第１光分割手段によって分割された複数の光線の前記検知手段の上の結像位置から走査方向における光線のスポット径の目標径に対するずれ量であるピントずれ量と光線の結像位置の目標位置に対するずれ量である結像位置ずれ量を決定し、第２光分割手段によって分割された前記複数の光線の前記検知手段の上の結像位置から走査方向と直交した方向におけるピントずれ量と結像位置ずれ量を決定するずれ量決定手段と
を備えることを特徴とする光走査装置を提供する。

本発明によれば、偏向器からの光線を感光体上における光線の移動方向において複数に分割するとともに、当該移動方向と直交した方向において複数に分割し、それぞれの光線の結像位置を検知する。光線の移動方向における複数の結像位置と、当該移動方向に直交した方向おける複数の結像位置は、それぞれの方向における結像位置ずれ量とピントずれ量を示している。よって、これらの結像位置から結像位置ずれ量とピントずれ量が求まる。このようにＶ字スリットを用いずに、光分割手段を採用しているため、照射位置のずれとピントずれを従来よりも精度良く測定することが可能となる。

画像形成装置の一例を示す図。 図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、実施例にかかる結像位置ずれとピントずれを高精度に検出して補正する光走査装置４０の概略構成を示す図。 図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、瞳分割部品８７および光検知素子８８の概略図。 図４（Ａ）は初期状態を示し、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は変動状態を示す図。 ピントずれと結像位置ずれの補正に関与する制御ユニットを示す図。 ピントずれと結像位置ずれの検知処理を示すフローチャート。 ピントずれと結像位置ずれの補正処理を示すフローチャート 実施例２にかかる瞳分割部品と光検知素子とを一体に構成したユニットを示す図。 図９（Ａ）は、偏向器８４からの熱風の影響を受けやすい瞳分割部品８７および光検知素子８８の配置を示し、図９（Ｂ）は、熱風緩和部材７２を示し、図９（Ｃ）は、熱風緩和部材として、光学レンズ８６、８５を利用できるようにした、瞳分割部品８７と光検知素子８８との配置を示した図。 副走査方向（感光ドラムの回転方向）の画像位置を補正する方法を示す図。

［実施例１］
図１には複数の感光体（感光ドラム）を備え、それぞれの感光体に対して個別の光走査装置が設けられたタンデム型のレーザービームプリンタを示している。本発明は、タンデム型の多色画像形成装置を一例として取り上げるが、１つの感光ドラム上に多色の画像を形成するロータリー型の多色画像形成装置や単色画像形成装置にも適用できる。本発明の特徴は主に光走査装置４０の内部構成だからである。

画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）の各色毎にトナー像を形成する４基の作像エンジン１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋ）を備えている。各作像エンジンの構成は同一であるため、以下では作像エンジン１０Ｙを例に説明する。作像エンジン１０Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１１Ｙ、感光体ドラム１１Ｙを一様に帯電させる帯電器１２Ｙ、感光体ドラムに形成された静電潜像を現像する現像器１３Ｙを備えている。作像エンジン１０Ｙは、光走査装置４０Ｙから照射される光ビームを用いて画像を形成する作像手段として機能する。光走査装置４０Ｙは、画像データに応じた光ビームでもって帯電器１２Ｙによって均一に帯電された感光体ドラム１１Ｙの表面を走査および露光することによって感光体ドラム１１Ｙ上に静電潜像を形成する。当該静電潜像は、現像器１３Ｙが保持するトナーによって現像される。作像エンジン１０Ｙによって形成されたトナー像は、中間転写ベルト２０に一次転写され、次に、給紙カセット２から搬送されてきた記録材に対して転写ローラ６０によって２次転写される。記録材上のトナー像は定着器３によって加熱および加圧されて、記録材上に定着する。

このように画像形成装置１では、各色の画像情報に応じて光走査装置４０（４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂｋ）が各作像エンジンの感光体ドラムを所定のタイミングで露光する。良質な画質の成果物を得るためには、各作像エンジンによって形成されるトナー像が記録材上でずれることなく重なるように各光走査装置によって各感光体ドラム上の静電潜像の形成位置を高精度に制御する必要がある。さらに、感光体ドラム上での光ビームのスポット径が想定通りの微小なもの（所定のスポット径）になっていることも必要である。異なる色の複数のトナー画像を重ね合わせた際に、各トナー画像の位置が目標位置からずれていたり、スポット径が目標サイズよりも肥大していたりすると、色ずれや画像がさつき、細線の再現性不足などの現象が発生するため、画像の品質が低下してしまう。このため、さらなる高画質化を進めるにあたっては、画像形成装置１で高精度に色合わせを行う色ずれ補正機構や感光体ドラム上で所望のスポット径を保証するスポット径保証機構が必要となってくる。

一般に、色ずれ補正機構は、中間転写ベルト２０上にそれぞれ色の異なる複数のパッチを形成し、撮像センサーでそのパッチを読み取り、読取結果からパッチ間の相対的な形成位置のずれを検出する。そして、相対的な形成位置のずれの検出結果に基づいて、トナー像の形成位置を補正する構成が主流である。しかし、このパッチ手法では、色ずれ補正シーケンスを実行することで、画像を形成できない時間が発生してしまう。よって、ユーザビリティの観点から、このパッチ色ずれ補正シーケンスを頻繁に実行することができない。例えば、この色ずれ補正シーケンスは例えば１０００枚の記録材に画像を形成する毎に自動的に実行される。

スポット径保証機構は、一般に、オートフォーカス機能によって実現できるが、ビームウエスト位置が感光体ドラムの表面に対して光源側にいるのか光源反対側にいるのかの検出をしてからレンズの駆動方向を決定する必要がある。この検出作業は、画像形成装置の生産性の向上を図ろうとする際に、妨げになっていた。

また、上記の２つの課題を解決するために光走査装置４０内に位置ずれとスポットずれをそれぞれ読みとる機構を個別に設けることも考えられるが、スペースの制約などが大きく設計の自由度を落としてしまう。そこで、本実施例では、結像位置ずれとピントずれ（スポット径ずれまたはビームウエスト位置ずれ）を補正可能な簡易、かつ小型化可能な構成を提案する。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、実施例にかかる結像位置ずれとピントずれを高精度に検出して補正する光走査装置４０の概略構成を示している。光走査装置４０の内部および外周部には、光線（光ビーム）を射出する光源８０、光ビームを反射または偏向する偏向器８４、光ビームを被走査面上へ誘導して結像する複数の光学部品、これら種々の光学関連部品を固定保持するための図示せぬ筐体が設けられている。光ビームを被走査面上へ誘導して結像する複数の光学部品としては、集光レンズである光学レンズ８１、シリンドリカルレンズなどの光学レンズ８２、ｆθレンズとして機能する光学レンズ８５、８６などがある。光学レンズ８１、８２は、光源が出力する光線が通過する光学部品の一例である。また、偏向器８４は、光学部品を通過してきた光線を偏向して走査する偏向器（回転多面鏡やガルバノミラーなど）の一例である。

光源８０より射出された光は入射光ビーム域に設けられた光学レンズ８１、８２を通過し、さらに、アパーチャー８３を通過する。アパーチャー８３は、不要箇所の光を除去する絞りとして機能する。アパーチャー８３を通過した光は、偏向器８４へと案内される。偏向器８４に入射する光は、副走査方向に集光され線状形状の光ビームに整形されている。

偏向器８４により感光ドラム上を所定の方向に移動するように走査された光は、主に主走査方向（感光体上での光ビームの移動方向に対応）への屈折力（以後、パワーと称す。）を有した光学レンズ８５と、主に副走査方向へのパワーを有した光学レンズ８６を通過し、感光体ドラムの表面上へ案内される。偏向器８４によって等角速度走査された光は、光学レンズ８５、８６のｆθ特性により、感光体ドラムの表面では等速度走査される。

光の走査域は、画像形成に寄与する画像域と画像形成に寄与しない非画像域とに分けられる。とりわけ、図２（Ａ）では画像域が三角形によって示されている。非画像域に走査された光ビームＧは、後述する瞳分割部品８７へと案内される。光ビームＧは瞳分割部品８７によって複数本の光ビームに分割され、光検知素子８８に到達する。図２（Ａ）においては、瞳分割部品８７や光検知素子８８が、走査方向で上流側の非画像域に配置されているが、走査方向で下流側の非画像域に配置されてもよい。

光学レンズ８１、８２は、それぞれ主走査方向、または主走査方向と副走査方向の両方向に光ビームを屈折させるパワーを持つ光学レンズである。光学レンズ８１、８２を光軸方向で移動させることで、感光体ドラムの表面に結像する光ビームのピントを調整することができる。

光検知素子８９は、フォトディテクタなどＢＤ（ビームディテクト）センサーであり、主走査方向（感光体ドラム上で光ビームが移動する方向）の書き出し開始タイミングを決定する基準信号であるＢＤ信号を出力する。光検知素子８９も非画像域に配置される。図２（Ａ）では、光検知素子８９が主走査方向で上流側の非画像域に配置されているが、下流側の非画像域に配置されていてもよい。

図２（Ｂ）は、光学レンズ８２を移動する移動機構を示している。光学レンズ８１についても同様の移動機構を採用できる。光学レンズ８２は、不図示のレール上を移動可能に構成された固定台７７に保持固定されている。固定台７７は、光ビームの光軸方向に平行に設けられた溝７８を有する。溝７８には、光走査装置４０の筐体に設けられたレール状の突起部が係合する。これにより、光学レンズ８２が光軸に対して左右上下に回転しないように保持される。

モーター７５の回転軸にはネジ部７６が設けられている。ネジ部７６は、固定台７７に設けられたねじ穴に螺合している。つまり、ネジ部７６とねじ穴はねじ機構を形成している。モーター７５の動力によってねじ部９６を回転させることで、固定台７７および光学レンズ８２が光学レンズ８２の光軸方向に沿って移動する。なお、光学レンズ８１に関しても同様に、光学レンズ８１の光軸に沿って光学レンズ８１を移動させる構成が備えられており、図２（Ａ）に示すように光学レンズ８１を矢印方向に移動させることができる。光学レンズ８１及び光学レンズ８２はそれぞれ独立に駆動される。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、瞳分割部品８７および光検知素子８８の概略構成を示している。矢印Ｊは光ビームの走査方向を示している。瞳分割部品８７は４つの瞳分割レンズ９１、９２、９３、９４を備えている。瞳分割部品８７は、少なくとも瞳分割レンズ９１及び９２、瞳分割レンズ９３及び９４が走査された光ビームＧのスポット径の内部に同時に位置する瞬間が生じるように、偏向器８４と光検知素子８８との間の光ビームＧの光路上に設けられている。瞳分割レンズ９１、９２、９３、９４は、それぞれパワーを有した光学レンズである。瞳分割レンズ９１、９２は、副走査方向へ光線を分割するレンズであり、瞳分割レンズ９３、９４は、主走査方向へ光線を分割するレンズである。なお、ここでは、主走査方向と副走査方向とでそれぞれ２つずつのレンズを採用しているが、これは最も説明が簡潔になるからである。よって、本発明の技術思想としては、レンズの個数が３つ以上であってもよい。このように、瞳分割レンズ９３、９４は、偏向器からの光線を偏向器の走査方向において複数に分割する第１光分割手段の一例である。また、瞳分割レンズ９１、９２は、偏向器からの光線を偏向器の走査方向と直交した方向において複数に分割する第２光分割手段の一例である。以降、瞳分割レンズ９３、９４を第１分割ユニットと総称し、瞳分割レンズ９１、９２を第２分割ユニットと総称する。

瞳分割部品８７へ入射した光ビームＧは瞳分割レンズ９１、９２により副走査方向に分割され、瞳分割レンズ９３、９４により主走査方向に分割される。分割された４つの光ビームは光検知素子８８の検知面上に結像する。光検知素子８８は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子により構成されたエリアセンサであり、それぞれ分割された光線の集光ポイントの位置を検知する。光検知素子８８は、第１光分割ユニットによって分割された複数の光線の結像位置と、第２光分割ユニットから出力される複数の光線の結像位置とを検知する結像位置検知手段の一例である。

図３（Ｂ）に示した分割された４つの光ビームの集光ポイント９５、９６、９７、９８は、それぞれ瞳分割レンズ９１、９２、９３、９４に対応している。集光ポイント９５、９６間の距離をＺとして、集光ポイント９７、９８間の距離をＹと定義する。本実施例では、距離Ｙ、Ｚからピント位置（ピントずれ）と結像位置を推定する。ここで、初期の集光ポイント間距離（間隔）を光走査装置４０製造した時などの光ビームの結像位置及びピントが高精度に調整された状態で所定の治具を用いて検出し、光走査装置４０に搭載されたメモリなどに集光ポイント間距離のデータを記録しておく。このデータは、ＡＦ機能を用いて集光ポイントを調整する際の集光ポイント９５、９６間の距離の目標値と、集光ポイント９７、９８間の距離の目標値となる。これらを目標値として目標値からのずれに応じて光学レンズ８１及び８２それぞれを移動させるモーターをフィードバック制御する。これにより、光走査装置４０に環境変動や耐久変動が発生しても、副走査方向と主走査方向のそれぞれでの結像位置ずれやピントずれを補正できるようになる。なお、結像位置は、露光位置や照射位置と呼ばれることもある。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）を用いて、ピントずれと結像位置ずれを１回の走査で検出する仕組みを説明する。図４（Ａ）は初期状態（理想状態）を示しており、図４（Ｂ）は変動状態を示している。説明の簡略化のため副走査方向だけについて説明する。画像形成装置１の本体内では、光走査装置４０が駆動することで発熱したり、定着器３などの他のユニットからも熱が発生したりする。この熱の伝搬によって、ピントずれや結像位置が変動してしまう。図４（Ｂ）が示すように、ピントずれが発生すると光検知素子８８の検知面上に集光された２つの光ビーム間の距離がＺ１からＺ２へ変動する。

図４（Ｃ）は光ビームの結像位置が理想的な位置にある状態においてピントずれが生じている場合とピントずれが生じていない場合とで瞳分割部品８７によって分割された光ビームの光検知素子８８上における結像位置の変動の様子を示す図である。実線はピントずれが生じていない場合の光ビームの光路を示しており、一点鎖線はピントずれが生じている場合の光ビームの光路を示している。

図４（Ｃ）に示すように、瞳分割部品８７に入射する光ビームＧの光束の端部の入射角は、ピントずれが生じている場合とピントずれが生じていない場合とで異なる。そのため、瞳分割部品８７によって分割された光ビームの結像位置も異なる。すなわち、ピントずれが生じている場合における２つの光ビーム間の距離Ｚ４は、ピントずれが生じていない場合における２つの光ビーム間の距離Ｚ１は異なっている。そのため、Ｚ１とＺ４との差分からピントずれ量を判定することができる。

結像位置ずれが発生すると、２つの光ビームの結像位置の中間位置Ｃ１がＣ２へ変動する。ここで、Ｚ１とＣ１は既知であるため、ピントずれ量は距離Ｚ２を測定することで得られ、結像位置ずれ量は中間位置Ｃ２を測定することで得られる。

ここで、図４（Ａ）が示す初期状態におけるデータであるＺ１およびＣ１は、光検知素子８８の検知面上の画素位置についての光線の重心位置から算出された数値データである。Ｚ１およびＣ１は、画像形成装置１の本体または光走査装置４０に設けられた電気基板上のメモリ内に格納されている。

なお、本実施例では、副走査方向で２つの結像点の位置データが必要となり、主走査方向でも２つの結像点の位置データが必要となる。１回の走査でこれら４つの位置データを取得するため、光検知素子８８から得られる位置データを走査のタイミングに基づいて、副走査方向における２つの結像点の位置データなのか、主走査方向における２つの結像点の位置データなのかを区別する必要がある。さらに、主走査方向に関しては、単純には、２つの結像点の位置データを取得できない。これは光ビームの走査方向と、結像点の間隔の方向が同一だからである。つまり、光ビームを連続して点灯したまま結像点を測定しようとすると、光ビームの軌跡は直線となってしまうため、２つの結像点を分離できなくなってしまう。そこで、本実施例では、瞳分割レンズ９３と９４との中心を横切る走査タイミングで瞬間的に光源８０が発光するように発光タイミングを制御する。つまり、瞳分割レンズ９１、９２に光ビームが入射するタイミングで１度目の点灯を行い、一旦消灯させた後、瞳分割レンズ９３と９４との中心を横切るタイミングで光源を点灯させる。この時、瞳分割レンズ９３によって分離された光ビームのスポットと瞳分割レンズ９４によって分割された光ビームのスポットとが光検知素子上でつながらないように消灯させる。なお、副走査方向についての結像点の位置データを取得するタイミングでは、常に光ビームを点灯しておいてもよい。これは、２つの結像点の軌跡が２本の直線となるからである。よって、２本の直線の距離を測定すれば、その測定値がＹとなる。もちろん、瞳分割レンズ９１、９２の中心を横切る走査タイミングでのみ光源８０が発光するように発光タイミングを制御してもよい。このように、１回の走査において、主走査方向の結像点の位置データを取得するタイミングと、副走査方向の結像点の位置データを取得するタイミングとが存在する。

本実施例では、このように４つの結像点の位置を測定することで、ピントずれと照射位置ずれを１回の走査で検出することが可能となる。また、本発明では、省スペースでありながら両者を精度よく検出することが可能となる。

検出したピントずれを光学レンズ８１および光学レンズ８２の移動量（モーター７５の駆動量）に変換し、移動量だけ光学レンズ８１および光学レンズ８２を光軸方向へ移動することで、ピントが補正される。ピントずれ量に対する移動量は予めテーブル化しておくか、数式化しておき、このテーブルや数式をメモリに格納しておくものとする。

同様に、主走査方向の結像位置ずれを画像域における光ビームの主走査方向の書き出し開始位置の調整量に変換し、この調整量だけ書き出し開始位置を調整することで、主走査方向の結像位置ずれが減少する。同様に、副走査方向の結像位置ずれを画像域における光ビームの副走査方向の書き出し開始位置の調整量に変換し、この調整量だけ書き出し開始位置を調整することで、副走査方向の結像位置ずれが減少する。結像位置ずれ量に対する調整量も予めテーブル化しておくか、数式化しておき、このテーブルや数式をメモリに格納しておくものとする。

このようにピントずれと結像位置ずれを低下させることで、パッチ方式と比較して、補正時間を大幅に削減できる。つまり、上述したダウンタイムを削減できるため、ユーザビリティを向上しつつ、色ずれの少ない良質が画像を提供できるようになる。

本実施例では、光検知素子８９が光ビームを検出したことに応じて出力するＢＤ信号などの基準信号をもとに決められたタイミングで単発的に発光する定点発光を採用する。それによって、主走査方向のピントずれと結像位置ずれも精度良く検知可能となる。よって、主走査方向のピントずれと結像位置ずれも副走査方向と同様にリアルタイムで補正をすることが可能となる。なお、定点発光は、ＢＤ信号が入力されると基準クロックのカウントをスタートするカウンタを使用して実現できる。カウンタの値が所定値ｔ１になると、所定秒間だけ光源８０が発光することで、副走査方向のピントずれと結像位置ずれを求めるための２つの結像点の位置データが得られる。次に、カウンタの値が所定値ｔ２になると、所定秒間だけ光源８０が発光することで、主走査方向のピントずれと結像位置ずれを求めるための２つの結像点の位置データが得られる。その後、カウンタの値が所定値ｔ３からｔ４までの間は画像域に相当するため、画像データに応じて光量を調整しつつ光源８０が発光する。

図５は、ピントずれと結像位置ずれの補正に関与する制御ユニットを示している。ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２に記憶されているプログラムやデータにしたがってピントずれと結像位置ずれの検知処理とその補正処理について統括的に制御する。また、ＣＰＵ１０１は図示しない基準クロック生成部から出力される基準クロックをカウントするカウンタや所定の制御を行ってからの画像形成枚数をカウントするカウンタを内蔵する。メモリ１０２は、不揮発性の記憶媒体であるＲＯＭや揮発性の記憶媒体であるＲＡＭなどにより構成されている。結像点算出部１０３は、光検知素子８８が出力するデータから結像点の位置データや距離Ｙ、Ｚおよび中間位置Ｃを算出する。なお、結像点算出部１０３の機能をＣＰＵ１０１が実行してもよい。結像点検出制御部１０４は、結像点を検出するための光源８０の発光制御などを担当する。駆動制御部１０５は、ＣＰＵ１０１によって算出された移動量だけ光学レンズ８１、８２を移動するようモーター７５を制御する。光源駆動部１０６は、ＣＰＵ１０１からの点灯指示や消灯指示に応じて光源８０を点灯／消灯する。画像処理部１０７は、画像データに応じてＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成して光源駆動部１０６に供給する。搬送制御部１０８は、記録材の搬送タイミングを制御する。ＣＰＵ１０１は、副走査方向の画像の書き出し開始タイミングと、記録材の搬送タイミングとを同期させることで、記録材の記録面の所望の位置に画像が形成される。

図６は、ＣＰＵ１０１が実行するピントずれと結像位置ずれの補正処理を示すフローチャートである。補正処理は、前回補正処理を実行した後の画像形成枚数が閾値枚数を超えたときや、画像形成装置の内部温度が閾値温度を超えたときにＣＰＵ１０１によって起動される。ＣＰＵ１０１は、内部カウンタによって画像形成枚数をカウントし、不図示の温度センサーにより内部温度を計測する。ＣＰＵ１０１は、偏向器８４の偏向速度（ポリゴンミラーの場合は回転速度）が安定したことを確認してから、光源８０の駆動を開始する光源駆動部１０６に指示する。

Ｓ６０１で、ＣＰＵ１０１は、ＢＤセンサーとして機能する光検知素子８９からＢＤ信号（基準信号）が出力されたかどうかを判定する。ＢＤ信号が出力されたことを結像点検出制御部１０４に通知し、Ｓ６０２に進む。Ｓ６０２で、ＣＰＵ１０１は、結像点検出制御部１０４に指示してカウンタをリセットさせる。

Ｓ６０３で、ＣＰＵ１０１は、結像点検出制御部１０４に指示してカウンタからカウンタ値を取得させ、カウンタ値が所定値ｔ１であるかどうかを判定させる。所定値ｔ１は、光ビームＧが光検知素子８９に検出されたタイミング（カウンタリセットタイミング）から光ビームＧが副走査方向の瞳分割レンズ９１、９２を通過するタイミングまでの時間（カウント値）に対応している。カウンタ値がｔ１になると、結像点検出制御部１０４は、定点発光指示を光源駆動部１０６に出力し、Ｓ６０４に進む。

Ｓ６０４で、ＣＰＵ１０１は、光源駆動部１０６に指示して、受信した定点発光指示に基づいて所定時間だけ光源８０を発光させる。Ｓ６０５で、ＣＰＵ１０１は、結像点算出部１０３に指示して、光検知素子８８から出力される画素データから副走査方向における２つの結像点（集光ポイント９５、９６）の位置データを算出させる。１つの結像点当たり複数の画素データが光を受光したことを示すデータとなる。そのため、結像点算出部１０３は、これらの複数画素の位置の重心を算出することで、算出した受信を結像点の位置データに決定する。結像点の位置データは、一旦、メモリ１０２に格納される。

Ｓ６０６で、ＣＰＵ１０１は、結像点検出制御部１０４に指示して、カウンタからカウンタ値を取得させ、カウンタ値が所定値ｔ２であるかどうかを判定させる。所定値ｔ２は、光ビームＧが光検知素子８９に検出されたタイミング（カウンタリセットタイミング）から光ビームＧが主走査方向の瞳分割レンズ９３、９４を通過するタイミングまでの時間（カウント値）に対応している。カウンタ値がｔ２になると、結像点検出制御部１０４は、定点発光指示を光源駆動部１０６に出力し、Ｓ６０７に進む。

Ｓ６０７で、ＣＰＵ１０１は、光源駆動部１０６に指示し、受信した定点発光指示に基づいて所定時間だけ光源８０を発光させる。Ｓ６０８で、ＣＰＵ１０１は、結像点算出部１０３に指示して、光検知素子８８から出力される画素データから主走査方向における２つの結像点の位置データを算出させる。１つの結像点当たり複数の画素データが光を受光したことを示すデータとなる。そのため、結像点算出部１０３は、これらの複数画素の位置の重心を算出することで、算出した受信を結像点の位置データに決定する。結像点の位置データは、一旦、メモリ１０２に格納される。

Ｓ６０９で、ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２から副走査方向の結像点の位置データを読み出し、距離Ｚ２と中間位置Ｃ２を算出し、メモリ１０２に格納する。さらに、ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２から読み出した目標距離Ｚ１と距離Ｚ２との差分を求め、この差分を副走査方向のピントずれ量に換算する。ＣＰＵ１０１は、メモリから読み出した目標中間位置Ｃ１と中間位置Ｃ２との差分を求め、この差分を副走査方向の結像位置ずれ量に換算する。つまり、ＣＰＵ１０１は第２光分割ユニットによって分割された複数の光線のうち第１光線の結像位置と第２光線の結像位置との距離を算出する第２結像位置間距離算出手段と、算出した距離Ｚ２と所定の目標距離Ｚ１との差分を算出する差分算出手段として機能する。また、ＣＰＵ１０１は、第２光分割ユニットによって分割された複数の光線のうち第１光線の結像位置と第２光線の結像位置との中点Ｃ２を算出する第２中点算出手段と、第２中点算出手段が算出した中点Ｃ１と所定の目標点Ｃ２との距離を算出する第２中点間距離算出手段として機能する。

同様に、ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２から主走査方向の結像点の位置データを読み出し、距離Ｙ２と中間位置Ｃ４を算出し、メモリ１０２に格納する。さらに、ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２から読み出した主走査方向の目標距離Ｙ１と距離Ｙ２との差分を求め、この差分を主走査方向のピントずれ量に換算する。ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２から読み出した主走査方向の目標中間位置Ｃ３と中間位置Ｃ４との差分を求め、この差分を主走査方向の結像位置ずれ量に換算する。ＣＰＵ１０１は、第１光分割ユニットによって分割された複数の光線のうち第１光線の結像位置と第２光線の結像位置との距離Ｙ２を算出する第１結像位置間距離算出手段と、算出した距離Ｙ２と所定の目標距離Ｙ１との差分を算出する差分算出手段として機能する。また、ＣＰＵ１０１は、第１光分割ユニットによって分割された複数の光線のうち第１光線の結像位置と第２光線の結像位置との中点Ｃ４を算出する第１中点算出手段と、第１中点算出手段が算出した中点Ｃ４と所定の目標点Ｃ３との距離を算出する第１中点間距離算出手段として機能する。

このように、ＣＰＵ１０１は、第１光分割ユニットによって分割された複数の光線の結像位置から走査方向における光線のスポット径の目標径に対するずれ量であるピントずれ量と、光線の結像位置の目標位置に対するずれ量である結像位置ずれ量を決定するずれ量決定手段として機能する。同様に、ＣＰＵ１０１は、第２光分割ユニットによって分割された複数の光線の結像位置から走査方向と直交した方向におけるピントずれ量と結像位置ずれ量を決定するずれ量決定手段として機能する。

図７は、ピントずれと結像位置ずれの補正処理を示すフローチャートである。補正処理は、検出処理に引き続いて実行される。とりわけ、ピントずれについてはオートフォーカスによって修正される。

Ｓ７０１で、ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２から各ずれ量のデータを読み出す。Ｓ７０２で、ＣＰＵ１０１は、主走査方向の結像位置ずれ量のデータを上述した関数またはテーブルによって主走査方向の画像書き出し開始位置の調整量に換算する。同様に、副走査方向の結像位置ずれ量のデータを上述した関数またはテーブルによって副走査方向の画像書き出し開始位置の調整量に換算する。このように、ＣＰＵ１０１は、第１中点間距離算出手段が算出した中点Ｃ４と所定の目標点Ｃ３との距離に対応した調整量を関数またはテーブルを用いて決定する第１調整量決定手段と、第２中点間距離算出手段が算出した中点Ｃ２と所定の目標点Ｃ１との距離に対応した調整量を関数またはテーブルを用いて決定する第２調整量決定手段として機能する。

Ｓ７０３で、ＣＰＵ１０１は、決定した主走査方向の画像書き出し開始位置の調整量だけ主走査方向の画像書き出し開始位置を調整するとともに、決定した副走査方向の画像書き出し開始位置の調整量だけ副走査方向の画像書き出し開始位置を調整する。このように、ＣＰＵ１０１は、第１光分割ユニットによって分割された複数の光線の結像位置の第１目標位置に対するずれ量として求められた走査方向における結像位置ずれ量に対応した第１調整量だけ走査方向における光源からの光線の書き出し開始タイミングを調整する調整手段として機能する。同様に、ＣＰＵ１０１は、第２光分割ユニットによって分割された複数の光線の結像位置の第２目標位置に対するずれ量として求められた走査方向に直交した方向おける結像位置ずれ量に対応した第２調整量だけ走査方向と直交した方向における光源からの光線の書き出し開始タイミングを調整する調整手段として機能する。

Ｓ７０４で、ＣＰＵ１０１は、主走査方向のピントずれ量と副走査方向のピントずれ量のデータを上述した関数またはテーブルによって光学レンズ８１、８２の移動量に換算する。つまり、算出した距離Ｙ２と所定の目標距離Ｙ１との差分に対応した移動量を関数またはテーブルを用いて決定する第１移動量決定手段と、算出した距離Ｚ２と所定の目標距離Ｚ１との差分に対応した移動量を関数またはテーブルを用いて決定する第２移動量決定手段として機能する。

Ｓ７０５で、ＣＰＵ１０１は、決定した移動量のぶんだけ光学レンズ８１、８２を移動するよう駆動制御部１０５に指示する。駆動制御部１０５は、駆動量に応じてモーター７５を駆動する。このように、駆動制御部１０５やモーター７５は、走査方向についてのピントずれ量と、走査方向に直交した方向についてのピントずれ量とに対応した移動量だけ光学部品を光線の光軸方向に沿って移動させる移動手段として機能する。

Ｓ７０６で、ＣＰＵ１０１は、ピントずれ量と結像位置ずれ量が十分に小さくなったかどうかを確認するための確認処理を実行する。この確認処理では、上述したＳ６０１ないしＳ６０９を再度実行する。Ｓ７０７で、ＣＰＵ１０１は、補正終了条件が満たされたかどうかを判定する。補正終了条件は、確認処理によって取得された４つのずれ量が対応する閾値以下になったことである。なお、ずれ量の補正処理を多数の回数にわたって実行すると、ダウンタイムが増加してユーザビリティが低下する。そこで、補正処理回数が閾値回数を超えたことも補正終了条件としてもよい。いずれか１つの補正終了条件が満たされると、ＣＰＵ１０１は、補正処理を終了する。いずれの補正終了条件も満たされていなければ、ＣＰＵ１０１は、Ｓ７０１に戻り、補正処理を繰り返す。

実施例１によれば、偏向器からの光線の瞳を偏向器の走査方向において複数に分割するとともに、走査方向と直交した方向において複数に分割し、それぞれの光線の結像位置を検知する。従来のようにＶ字スリットを伴うセンサーを用いずに、光分割ユニットを採用しているため、照射位置のずれとピントずれを従来よりも精度良く測定することが可能となる。照射位置のずれとピントずれを従来よりも精度良く測定することが可能となるため、ずれの補正精度も高まることになる。

また、本発明によれば、１回の走査で照射位置ずれ量とピントずれ量を測定できるため、ビームウエスト位置と書き出しタイミングなどの調整を従来よりも短時間で実行することが可能となる。なそ、複数回の測定結果からＣＰＵ１０１が平均値を計算し、この平均値を調整処理に使用してもよい。

［実施例２］
実施例２では、第１光分割ユニット、第２光分割ユニットおよび検知手段を一体化する構造について提案する。この構造は、瞳分割部品８７および光検知素子８８の相対的な位置関係が光走査装置４０の昇温によってずれてしまうことを抑制し、照射位置ずれ量とピントずれ量を精度よく算出することを可能とする。

図８は、実施例２にかかる瞳分割部品８７と光検知素子８８とを一体に構成したユニット８００を示している。ここでは、実施例１と共通する説明は省略する。図８に示したユニット８００では、瞳分割部品８７および光検知素子８８を一体的に支持および固定されている。これにより、昇温などによって光走査装置４０の筐体の形状が変形した場合においても、瞳分割レンズ９１、９２、９３、９４と光検知素子８８の相対位置が大きく変わってしまうことを抑制できる。その結果、照射位置ずれ量とピントずれ量を精度よく算出できる。

［実施例３］
実施例３では、偏向器と検知手段を結ぶ直線上と、偏向器と第１光分割ユニットとを結ぶ直線上と、偏向器と第２光分割ユニットとを結ぶ直線上との少なくとも一か所に、偏向器からの熱風を緩和する部材を配置した構造について提案する。これにより、光走査装置４０の偏向器８４からの熱風が瞳分割部品８７および光検知素子８８に与える影響が抑制され、照射位置ずれ量とピントずれ量を精度よく算出することが可能となる。

図９（Ａ）は、偏向器８４からの熱風の影響を受けやすい瞳分割部品８７および光検知素子８８の配置を示している。この例では、反射ミラー７１によって光ビームＧを折り返して瞳分割部品８７へ導いている。省スペース化のために、このような配置を採用しなければならないときに注意すべき点は、偏向器８４が回転することで発生する熱風が直接的に瞳分割部品８７と光検知素子８８に当たってしまうことである。熱が照射位置ずれ量とピントずれ量の精度を低下させることは上述したとおりである。

図９（Ｂ）は、熱風緩和部材７２を示した図である。瞳分割部品８７と偏向器８４とを結ぶ直線上に何もなければ熱風が直接的にあたってしまう。同様に、光検知素子８８と偏向器８４とを結ぶ直線上に何もなければ熱風が直接的にあたってしまう。よって、これら２本の直線上に熱風緩和部材７２を配置することで熱風が瞳分割部品８７と光検知素子８８に直接的に当たってしまうことを緩和できる。なお、熱風緩和部材７２の形状と大きさは、十分な熱風防止効果が期待できる大きさでなければならず、実験やシミュレーションによって決定すればよい。

図９（Ｃ）は、熱風緩和部材として、光学レンズ８６、８５を利用できるようにした、瞳分割部品８７と光検知素子８８との配置を示している。このように、瞳分割部品８７と偏向器８４とを結ぶ直線上と光検知素子８８と偏向器８４とを結ぶ直線上とに光学レンズ８６、８５が存在するため、熱風が瞳分割部品８７と光検知素子８８に直接的に当たってしまうことを緩和できる。

このように、瞳分割部品８７と光検知素子８８に対して熱風緩和部材を設けることで、瞳分割部品８７と光検知素子８８相対位置関係が大きく崩れることを抑制できる。その結果、照射位置ずれ量とピントずれ量を精度よく算出できる。

図１０は、副走査方向（感光ドラムの回転方向）の画像位置を補正する方法示す図である。画像を形成する際にはプリントコントローラがＩＴＯＰ信号を生成し、エンジンコントローラのＣＰＵ１０１に送信する。ＣＰＵ１０１は、ＩＴＯＰ信号を受信してから所定時間が経過したタイミングで画像形成を開始する。多色画像を形成する画像形成装置１では、図１０に示すように、中間転写ベルト２０の最上流側に位置するイエローの作像エンジン１０Ｙが最初に画像形成を開始する。他の色の作像エンジン１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、作像エンジン１０Ｙからの距離に対応した時間だけ画像形成タイミングを遅延させて画像形成を開始する。

画像の形成が開始されてから用紙の搬送を開始する画像形成装置では、ＩＴＯＰ信号が任意のタイミングで生成される。用紙はＩＴＯＰ信号に基づいて給紙カセット２から搬送される。一方、用紙の搬送が開始されてから画像形成を開始する画像形成装置では、搬送路上に設けられたセンサーによって用紙を検出し、このセンサーの出力信号がＩＴＯＰ信号となる。

図１０において、０補正は、補正をしない場合の画像の書き出しタイミングを示している。副走査方向の画像位置の補正は書き出しタイミングをずらすことによって実行される。そこで、ＣＰＵ１０１は、ＩＴＯＰ信号からのＢＤ信号のカウント数を補正値に合わせて変更する。図１０により、−３段階補正するケースと、＋３段階補正するケースとが例示されている。ＣＰＵ１０１は、結像位置ずれ量に応じた補正値でカウント数を補正することで、副走査方向の画像位置の補正することができる。

Claims (10)

1. 光線を出力する光源と、
   前記光線が通過する光学部品と、
   前記光学部品を通過した光線が感光体上を所定の方向に移動するように前記光線を偏向する偏向器と、
   前記偏向器からの光線を前記光線の前記感光体上における移動方向において複数に分割する第１光分割手段と、
   前記偏向器からの光線を前記移動方向と直交した方向において複数に分割する第２光分割手段と、
   前記第１光分割手段によって分割された複数の光線と、前記第２光分割手段によって分割された複数の光線とを検知する検知手段と、
   前記第１光分割手段によって分割された複数の光線の前記検知手段の上の結像位置から前記移動方向における前記光線のスポット径の目標径に対するずれ量であるピントずれ量と前記光線の結像位置の目標位置に対するずれ量である結像位置ずれ量を決定し、前記第２光分割手段によって分割された前記複数の光線の前記検知手段の上の結像位置から前記移動方向と直交した方向におけるピントずれ量と結像位置ずれ量を決定するずれ量決定手段と
   を備えることを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１光分割手段によって分割された複数の光線の結像位置の第１目標位置に対するずれ量として求められた前記移動方向における結像位置ずれ量に対応した第１調整量だけ前記移動方向における前記光源からの光線の書き出し開始タイミングを調整するとともに、前記第２光分割手段によって分割された複数の光線の結像位置の第２目標位置に対するずれ量として求められた前記移動方向に直交した方向おける結像位置ずれ量に対応した第２調整量だけ前記移動方向と直交した方向における前記光源からの光線の書き出し開始タイミングを調整する調整手段
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記移動方向についての前記ピントずれ量と、前記移動方向に直交した方向についての前記ピントずれ量とに対応した移動量だけ前記光学部品を前記光線の光軸方向に沿って移動させる移動手段
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記第１光分割手段によって分割された複数の光線のうち第１光線の結像位置と第２光線の結像位置との距離Ｙ２を算出する第１結像位置間距離算出手段と、
   前記算出した距離Ｙ２と所定の目標距離Ｙ１との差分を算出する差分算出手段と、
   前記算出した距離Ｙ２と前記所定の目標距離Ｙ１との差分に対応した移動量を関数またはテーブルを用いて決定する第１移動量決定手段と
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記第２光分割手段によって分割された複数の光線のうち第１光線の結像位置と第２光線の結像位置との距離を算出する第２結像位置間距離算出手段と、
   前記算出した距離Ｚ２と所定の目標距離Ｚ１との差分を算出する差分算出手段と、
   前記算出した距離Ｚ２と前記所定の目標距離Ｚ１との差分に対応した移動量を関数またはテーブルを用いて決定する第２移動量決定手段と
   を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の光走査装置。
6. 前記第１光分割手段によって分割された複数の光線のうち第１光線の結像位置と第２光線の結像位置との中点Ｃ４を算出する第１中点算出手段と、
   前記第１中点算出手段が算出した中点Ｃ４と所定の目標点Ｃ３との距離を算出する第１中点間距離算出手段と、
   前記第１中点間距離算出手段が算出した中点Ｃ４と所定の目標点Ｃ３との距離に対応した調整量を関数またはテーブルを用いて決定する第１調整量決定手段と
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
7. 前記第２光分割手段によって分割された複数の光線のうち第１光線の結像位置と第２光線の結像位置との中点Ｃ２を算出する第２中点算出手段と、
   前記第２中点算出手段が算出した中点Ｃ１と所定の目標点Ｃ２との距離を算出する第２中点間距離算出手段と、
   前記第２中点間距離算出手段が算出した中点Ｃ２と所定の目標点Ｃ１との距離に対応した調整量を関数またはテーブルを用いて決定する第２調整量決定手段と
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
8. 前記第１光分割手段、前記第２光分割手段および前記検知手段を一体化したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 前記偏向器と前記検知手段を結ぶ直線上と、前記偏向器と前記第１光分割手段とを結ぶ直線上と、前記偏向器と前記第２光分割手段とを結ぶ直線上との少なくとも一か所に、前記偏向器からの熱風を緩和する部材を配置したことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載された光走査装置と、
    前記光走査装置から照射される光線を用いて画像を形成する作像手段と
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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