JP4323670B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元面発光レーザアレイを用いた画像形成装置に関し、特にレーザの長寿命化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の２次元面発光レーザアレイを用いた画像形成装置の一例を示す図である。図５に於いて、５１は２次元面発光レーザアレイ、５２は結像光学系、５３はハーフミラー、５４は感光ドラム、５５は駆動回路である。駆動回路５５は画像データが入力されると、画像データに応じて２次元面発光レーザアレイ５１を構成する複数のレーザすべてに対し、点灯、非点灯の駆動を行う。２次元面発光レーザアレイ５１から発したレーザ光は、結像光学系５２及びハーフミラー５３を介して感光ドラム５４に照射され、感光ドラム５４上に静電潜像が形成される。この時、２次元面発光レーザアレイ５１を構成するすべてのレーザを画像データに応じて点灯もしくは非点灯とすることで感光ドラム５４上に主走査方向１ライン分の静電潜像が形成される。以下、同様に主走査方向に１ラインづつ静電潜像を形成し、その後、図示しない現像手段で現像、記録紙に転写、更に定着して記録紙へ画像形成を行う。
【０００３】
次に、２次元面発光レーザアレイ５１を構成する複数のレーザの配列について図６を用いて説明する。図６（ａ）はレーザアレイ５１の平面図、図６（ｂ）は各レーザによって感光ドラム上に形成された主走査方向１ライン分の静電潜像を示している。図６（ａ）中、丸印で示すのが、２次元面発光レーザアレイ５１を構成する複数のレーザである。レーザアレイ５１は副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列のｍ×ｎの複数のレーザから構成されている。図６では説明の簡素化の為、ｍ＝４、ｎ＝３の場合を図示している。複数のレーザは主走査方向である行線上と、行線に対して角度θを有し第１行上のレーザ上を通る列線上に配列され、レーザと隣り合うレーザとの間隔は図６（ａ）に於けるａ，ｂ，ｃがそれぞれ一定になるように等間隔でマトリクス状に配列されている。
【０００４】
ここで、例えば、主走査６００ｄｐｉ×副走査６００ｄｐｉの画像形成装置を作製する場合、仮に感光ドラム５４の長さを３００ｍｍ、感光ドラム５４の回転速度を２５０ｍｍ／ｓとすると、２次元面発光レーザアレイ５１は７０００個以上のレーザで構成する必要があり、例えば、１２行×６００列で構成すると計７２００個のレーザを配列することで、主走査６００ｄｐｉ×副走査６００ｄｐｉを達成できる。
【０００５】
これら複数のレーザを、感光ドラム５４の回転速度と同期させ、感光ドラムが１画素分、つまり１６９μｓの間に、第１行、第２行、…第１２行と順にすべてのレーザを駆動することで、主走査方向の１ラインの静電潜像が形成される。なお、６００ｄｐｉの場合の１画素分は、１インチ／６００ｄｐｉ＝４２．３μｍであるので、感光ドラムが１画素分だけ回転するのに要する時間は、４２．３μｍ／２５０ｍｍ＝１６９μｓである。この様な画像形成装置は電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等広く用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１画素に対し１つのレーザを点灯させて感光体表面に静電潜像を形成する画像形成装置に於いては、レーザの寿命は有限であり、レーザが寿命になると発光照度が低下したり、点灯しなくなった場合には副走査１ラインが画像抜けしたり、画質の低下が発生したりするという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、レーザアレイの長寿命化を可能とし、画質の低下を抑制できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列とｎ′列が交互に配置され、ｍ行×２ｎ列のマトリクス構造の複数のレーザから成る２次元面発光レーザアレイを備え、前記２次元面発光レーザアレイを画像データに応じて駆動することにより感光体上に静電潜像を形成する画像形成装置であって、前記２次元面発光レーザアレイのうちｍ行×ｎ列のレーザと、ｍ行×ｎ′列のレーザとに切り換え、ｍ行×ｎ列のレーザとｍ行×ｎ′列のレーザを各々独立して駆動する手段を備えたことを特徴とする画像形成装置によって達成される。
【０００９】
また、本発明の目的は、主走査方向にｎ列、副走査方向にｍ行とｍ′行が交互に配置され、２ｍ行×ｎ列のマトリクス構造の複数のレーザから成る２次元面発光レーザアレイを備え、前記２次元面発光レーザアレイを画像データに応じて駆動することにより感光体上に静電潜像を形成する画像形成装置であって、前記２次元面発光レーザアレイのうちｍ行×ｎ列のレーザと、ｍ′行×ｎ列のレーザとに切り換え、ｍ行×ｎ列のレーザとｍ′行×ｎ列のレーザを各々独立して駆動する手段を備えたことを特徴とする画像形成装置によって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態の構成を示す図である。なお、図１は２次元面発光レーザアレイの構成を示し、この図１のレーザアレイが図６の画像形成装置に２次元面発光レーザアレイ５１として用いられるものとする。図１（ａ）は２次元面発光レーザアレイの平面図、図１（ｂ）、（ｃ）は２次元面発光レーザアレイの各レーザによって感光ドラム上に形成された主走査方向１ライン分の静電潜像を示している。
【００１１】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように図６の２次元面発光レーザアレイに対し、各列間に更にレーザを配置し、ｍ行×２ｎ列のマトリクス構造となっている。即ち、列方向のレーザ数が２ｎとなっていて、第１列と第２列の間に第２′列のレーザ、第２列と第３列の間に第３′列、第３列と第４列の間に第４′列というように各列間に更にレーザが配置されている。なお、図１（ａ）に於いては説明の簡素化のため、ｍ＝４、ｎ＝３の場合を図示している。また、複数のレーザは主走査方向である行線上と、行線に対し角度θを有する列線上に配置され、且つ、ａ，ｂ，ｃがそれぞれ一定となるように等間隔でマトリクス状に配置されている。
【００１２】
ここで、この２次元面発光レーザアレイを用いて画像形成を行う場合、ｍ行×ｎ列上に配列されたレーザとｍ行×ｎ′列上に配列されたレーザとを切り換えて画像形成を行う。具体的には、駆動回路５５内にレーザを切り換える回路が設けられており、画像形成を行う毎に使用するレーザをｍ行×ｎ列上に配列されたレーザとｍ行×ｎ′列上に配列されたレーザとに切り換えられる。
【００１３】
例えば、画像Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを順に形成しようとすると、まず、画像Ａを形成する時は駆動回路５５は図１（ａ）に示すようにｍ行×ｎ列上に配列されたレーザ（１，１）、（２，１）、（３，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）、…を選択する。これは、感光ドラム上では図１（ｂ）に対応している。この状態で、駆動回路５５は画像データに応じて各々のレーザを駆動し、各レーザを点灯又は非点灯となるように駆動する。２次元面発光レーザアレイから出射したレーザ光は結像光学系５２、ハーフミラー５３を介して感光ドラム５４上に照射され、感光ドラム５４上に主走査方向１ラインの静電潜像が形成される。以下、駆動回路５５は感光ドラム５４の回転に同期しつつ画像データに応じてレーザの駆動を行い、感光ドラム５４上に主走査方向１ラインづつ静電潜像を形成していく。また、図示しない現像手段、転写手段、定着手段を用いて現像、転写、定着を行うことにより画像Ａの画像形成を完了する。
【００１４】
次に、画像Ｂの画像形成を行う場合は、駆動回路５５は図１（ａ）に示すようにｍ行×ｎ′列上に配列されたレーザ（３，１′）、（１，２′）、（２，２′）、（３，２′）、（１，３′）、…を選択する。これは、感光ドラム上では図１（ｃ）に対応している。駆動回路５５は同様に画像データに応じてレーザを駆動し、感光ドラム５４上に主走査方向１ラインづつ静電潜像を形成し、画像Ｂの画像形成を行う。また、画像Ｃの画像形成を行う場合は、画像Ａと同様にｍ行×ｎ列上に配列されたレーザを用い、画像Ｄの場合は画像Ｂと同様にｍ行×ｎ′列上に配列されたレーザを用いて画像形成を行う。このように画像形成を行う毎にｍ行×ｎ列上のレーザとｍ行×ｎ′列のレーザとを交互に切り換えて画像形成を行う。
【００１５】
本実施形態では、このようにレーザを交互に切り換えて使用しているので、各レーザの発光時間、発光回数を半減でき、レーザの長寿命化が可能である。また、レーザとレーザの間に更にレーザを配置しているので、熱的クロストークを抑制でき、光量変動を低減可能である。なお、同じ画像データをもとにｍ行×ｎ列のレーザを用いて画像を形成した場合とｍ行×ｎ′列のレーザを用いて画像を形成した場合では、感光ドラム５４上に形成される潜像に１／２画素分のずれが起こるが、全画素が１／２画素分ずれるため、最終的に記録紙に形成された画像では全く問題ない。また、使用するレーザの切り換えは記録紙一枚毎に限ることなく、例えば、５枚、１０枚というように所定枚数毎に切り換えてもよいし、あるいは時間を決めておいて、例えば、１時間毎、２時間毎というように所定時間毎に切り換えてもよい。
【００１６】
次に、図１の２次元面発光レーザアレイに故障が生じた場合の動作について説明する。まず、図１の２次元面発光レーザアレイのいずれかのレーザの出力値が所定値を下回っており、レーザの故障が発生した場合は他のレーザを代替することによって画質の低下を補償する。例えば、図２（ａ）に示すようにレーザ（２，２）が故障し点灯しなくなると、副走査方向の１ライン（１画素幅）で画像抜けが発生し、レーザ（２，２）の故障により光強度が低下しても副走査の１ライン（１画素幅）で画質の低下が発生する。
【００１７】
本実施形態では、図５の画像形成装置内に２次元面発光レーザアレイの各レーザの故障を検出する検出手段（図示せず）を備え、検出手段の検出結果は図示しない制御部に送られる。制御部ではこのように各レーザの故障を監視している。ここで、図２（ａ）に示すようにレーザ（２，２）が故障したとすると、検出手段の検出結果に基づいて制御部はレーザ（２，２）の故障を検知し、駆動回路５５にレーザ（２，２）の代わりに用いるレーザを指示する。即ち、レーザ（２，２）が含まれているｍ行×ｎ列のレーザを用いて画像を形成する場合、ｍ行×ｎ′列に含まれ、且つ、感光ドラム５４上において主走査方向にレーザ（２，２）と１／２画素ずれて隣り合うレーザ（３，２′）、（１，３′）をレーザ（２，２）の代わりに駆動するように駆動回路５５に通知する。
【００１８】
従って、画像形成時にレーザ（２，２）の代わりにレーザ（３，２′）、（１，３′）を駆動すると、図２（ｂ）に示すように主走査方向においてレーザ（３，２′）、（１，３′）の位置で点灯又は非点灯となり、レーザ（２，２）の故障に対し、画質の低下を最小限に抑制することができる。なお、ｍ行×ｎ列の他のレーザが故障した場合は、同様にｍ行×ｎ′列に含まれ、且つ、主走査方向で故障レーザに１／２画素ずれて隣り合うレーザを代わりに使用する。例えば、レーザ（２，３）が故障したとすると、レーザ（３，３′）、（１，４′）をレーザ（２，３）の代わりに使用する。
【００１９】
また、ｍ行×ｎ′列のレーザが故障すると、ｍ行×ｎ列に含まれ、且つ、主走査方向において故障レーザに１／２画素ずれて隣り合うレーザを代わりに使用する。例えば、レーザ（２，２′）が故障したとすると、レーザ（３，１）、（１，２）を代わりに使用する。なお、レーザの故障を検出する検出手段としては、例えば、レーザの電流を検出することによりレーザの故障を検出するもの、あるいはレーザの光量を検出することによりレーザの故障を検出するもの等を用いることができる。
【００２０】
図３は本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。図３は２次元面発光レーザアレイの構成を示し、これが図５の画像形成装置に２次元面発光レーザアレイ５１として配置されている。本実施形態では、図３（ａ）に示すように図６の２次元面発光レーザアレイに対し、更に行間にレーザ行を配置し、２ｍ行×ｎ列のマトリクス構造となっている。即ち、行方向のレーザ数が２ｍとなっていて、第１行と第２行の間に第１′行のレーザ、第２行と第３行の間に第２′行のレーザ、第３行の隣に第３′行のレーザが配置されている。複数のレーザは主走査方向の行線上と、行線に対し角度θを有する列線上に配置され、且つ、ａ，ｂ，ｃがそれぞれ一定となるように等間隔でマトリクス状に配置されている。
【００２１】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に図５の画像形成装置内の駆動回路５５にレーザを切り換える回路が設けられ、画像形成を行う毎に使用するレーザが切り換えられる。即ち、ｍ行×ｎ列上に配列されたレーザとｍ′行×ｎ列上に配列されたレーザとに切り換えられる。例えば、画像Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…を順に画像形成しようとすると、まず、画像Ａに対してはｍ行×ｎ列上のレーザ、即ち、レーザ（１，１）、（２，１）、（３，１）、（１，２）、（２，２）、…が用いられる。これは、感光ドラム上では図３（ｂ）に対応している。駆動回路５５はこれらのレーザを画像データに応じて駆動し、感光ドラム５４上に主走査方向１ラインづつ静電潜像を形成して画像形成を行う。
【００２２】
次に、画像Ｂに対してはｍ′行×ｎ列上に配列されたレーザ、即ち、レーザ（１′，１）、（２′，１）、（３′，１）、（１′，２）、（２′，２）、…が用いられる。これは、感光ドラム上では図３（ｃ）に対応している。駆動回路５５はこれらのレーザを画像データに応じて駆動し、画像形成を行う。以下、画像Ｃに対してはｍ行×ｎ列上のレーザ、画像Ｄに対してはｍ′行×ｎ列上のレーザというように交互に切り換えて画像形成を行う。
【００２３】
本実施形態では、このように画像形成を行う毎に使用するレーザを切り換えているので、第１の実施形態と全く同様に各レーザの発光時間、発光回路を半減でき、レーザの長寿命化が可能である。また、熱的クロストークを抑制でき、光量変動を低減可能である。なお、同じ画像データをもとにｍ行×ｎ列のレーザを用いて画像形成した場合とｍ′行×ｎ列のレーザを用いて画像形成した場合とでは感光ドラム上の潜像に１／２画素分のずれが起こるが、全画素が１／２画素分ずれるため、最終的な画像上では問題ない。なお、使用するレーザの切り換えは記録紙一枚毎に限ることなく、例えば、５枚、１０枚というように所定枚数毎に切り換えてもよいし、あるいは時間を決めておいて、例えば、１時間毎、２時間毎というように所定時間毎に切り換えてもよい。
【００２４】
また、本実施形態では図３のいずれかのレーザが故障した時は他のレーザを代替することによって画質の低下を補償する。そのため、図５の画像形成装置内に２次元面発光レーザアレイの各レーザの故障を検出する検出手段が設けられ、図示しない制御部で検出手段の検出結果によって各レーザの故障を監視している。例えば、図４（ａ）に示すように第２行第２列のレーザ（２，２）が故障したとすると、制御部はレーザ（２，２）が含まれているｍ行×ｎ列のレーザを用いて画像形成を行う場合、図４（ｂ）に示すようにｍ′行×ｎ列に含まれ、且つ、感光ドラム５４の表面上で主走査方向に故障レーザと１／２画素ずれて隣り合うレーザ（１′，２）、（２′，２）をレーザ（２，２）の代わりに駆動するように駆動回路５５に通知する。この結果、感光ドラム５４上においてレーザ（１′，２）、（２′，２）の位置にレーザ光が照射され、画質の低下を最小限に抑制することができる。
【００２５】
また、例えば、ｍ行×ｎ列のレーザ（２，３）が故障すると、同様にｍ′行×ｎ列に含まれ、且つ、感光ドラム５４の表面上で主走査方向に１／２画素ずれて隣り合うレーザ（１′，３）、（２′，３）が故障レーザの代替として用いられる。更に、ｍ′行×ｎ列のレーザ、例えば、レーザ（２′，３）が故障すると、ｍ行×ｎ列に含まれ、且つ、感光ドラム５４の表面上に１／２画素ずれて隣り合うレーザ（２，３）、（３，３）が故障レーザの代わりに用いられる。他のレーザが故障した場合も全く同様である。なお、レーザの故障を検出する検出手段としては、前述のようにレーザの電流を検出することによりレーザの故障を検出するもの、レーザの光量を検出することによりレーザの故障を検出するもの等を用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、２次元面発光レーザアレイをｍ行×２ｎ列のマトリクス構造とし、ｍ行×ｎ列のレーザとｍ行×ｎ′列のレーザに切り換えて駆動することにより、各レーザの発光時間、発光回数を低減でき、レーザアレイを長寿命化することができる。また、２ｍ行×ｎ列のマトリクス構造とし、ｍ行×ｎ列のレーザとｍ′行×ｎ列のレーザに切り換えて駆動することにより、同様にレーザアレイを長寿命化できる。更に、レーザ間にレーザを設けているので、熱的クロストークを抑制でき、光量変動を低減できる。また、故障レーザの代わりに他のレーザを代替しているので、画像抜け、画質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１の実施形態の２次元面発光レーザアレイが故障した場合の代替レーザを説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図４】図３の実施形態の２次元面発光レーザアレイが故障した場合の代替レーザを説明するための図である。
【図５】従来例の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５の装置に用いられる２次元面発光レーザアレイを示す図である。
【符号の説明】
５１ ２次元面発光レーザアレイ
５２ 結像光学系
５３ ハーフミラー
５４ 感光ドラム
５５ 駆動回路

Claims (12)

1. 副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列とｎ′列が交互に配置され、ｍ行×２ｎ列のマトリクス構造の複数のレーザから成る２次元面発光レーザアレイを備え、前記２次元面発光レーザアレイを画像データに応じて駆動することにより感光体上に静電潜像を形成する画像形成装置であって、前記２次元面発光レーザアレイのうちｍ行×ｎ列のレーザと、ｍ行×ｎ′列のレーザとに切り換え、ｍ行×ｎ列のレーザとｍ行×ｎ′列のレーザを各々独立して駆動する手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記駆動手段は、所定の記録紙枚数毎に前記ｍ行×ｎ列のレーザとｍ行×ｎ′列のレーザを交互に切り換えて駆動することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記駆動手段は、所定時間毎に前記ｍ行×ｎ列のレーザとｍ行×ｎ′列のレーザを交互に切り換えて駆動することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記２次元面発光レーザアレイの各レーザの故障を検出する手段を有し、前記検出手段によりレーザの故障が検出された時は故障レーザの代わりに他のレーザを代替する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記代替手段は、前記ｍ行×ｎ列のいずれかのレーザが故障した時は、ｍ行×ｎ′列に含まれ、且つ、感光体上において主走査方向に故障レーザに隣り合うレーザを故障レーザの代わりに代替することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記代替手段は、前記ｍ行×ｎ′列のいずれかのレーザが故障した時は、ｍ行×ｎ列に含まれ、且つ、感光体上において主走査方向に隣り合うレーザを故障レーザの代わりに代替することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
7. 主走査方向にｎ列、副走査方向にｍ行とｍ′行が交互に配置され、２ｍ行×ｎ列のマトリクス構造の複数のレーザから成る２次元面発光レーザアレイを備え、前記２次元面発光レーザアレイを画像データに応じて駆動することにより感光体上に静電潜像を形成する画像形成装置であって、前記２次元面発光レーザアレイのうちｍ行×ｎ列のレーザと、ｍ′行×ｎ列のレーザとに切り換え、ｍ行×ｎ列のレーザとｍ′行×ｎ列のレーザを各々独立して駆動する手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 前記駆動手段は、所定の記録紙枚数毎に前記ｍ行×ｎ列のレーザとｍ′行×ｎ列のレーザを交互に切り換えて駆動することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記駆動手段は、所定時間毎に前記ｍ行×ｎ列のレーザとｍ′行×ｎ列のレーザを交互に切り換えて駆動することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
10. 前記２次元面発光レーザアレイの各レーザの故障を検出する手段を有し、前記検出手段によりレーザの故障が検出された時は故障レーザの代わりに他のレーザを代替する手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
11. 前記代替手段は、前記ｍ行×ｎ列のいずれかのレーザが故障した時は、ｍ′行×ｎ列に含まれ、且つ、感光体上において主走査方向に故障レーザに隣り合うレーザを故障レーザの代わりに代替することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記代替手段は、前記ｍ′行×ｎ列のいずれかのレーザが故障した時は、ｍ行×ｎ列に含まれ、且つ、感光体上において主走査方向に隣り合うレーザを故障レーザの代わりに代替することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。

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