JP4487752B2

JP4487752B2 - マルチビーム画像形成装置

Info

Publication number: JP4487752B2
Application number: JP2004353562A
Authority: JP
Inventors: 勝弘小野; 順信坂本; 健至望月
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: US20060139441A1; JP2006159586A; US7425975B2

Description

本発明は、マルチビームを同時に走査するマルチビーム走査装置を用いた画像形成装置に係り、特に多数のビームを用いた場合にも画像形成開始位置を揃え、良質な画質を得ることができるマルチビーム画像形成装置に関するものである。

レーザプリンタ、ディジタル複写機等の電子写真装置においては、感光体ドラムを一様に帯電した後、レーザビームを用いた露光装置により記録情報に応じた静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像し、転写部において用紙に転写し、更に定着して用紙に画像を形成している。

従来、この種の画像形成装置として、複数のレーザビームをポリゴンミラーにより走査することにより、複数ラインを同時に走査するマルチビーム走査装置を備えたマルチビーム画像形成装置が提案されている。このようなマルチビーム画像形成装置は、ポリゴンミラーの１面で複数ラインの画像を形成するので、低速回転のポリゴンモータ、低出力の半導体レーザを用いて高速な画像形成を行えるという特徴を有する。

マルチビーム画像形成装置において、複数のレーザビームを用いて複数ライン分の画像データを同時に記録するには、それぞれのレーザビームの画像形成開始位置を揃える必要があり、良好な画質を得るためには必要不可欠である。そのため、一般に、画像形成を開始する前に、有効走査範囲外の所定位置に配置されたビーム検出手段にレーザビームを照射させ、そのビーム検出信号から所定の時間間隔を画像形成開始位置とする制御方式が用いられている。

例えば複数のレーザビームが主走査方向に揃っている場合は、１つのレーザビームを使う画像形成装置と同様に、複数のレーザビームのうち１つのレーザビームを発光し、１つのビーム検出手段に照射させ、そのビーム検出信号により、全てのレーザビームの画像形成開始位置を制御することができる。しかしこのような方法では、複数のレーザビームの合成を高精度化する点で限界があり、また高精度に合成させることができたとしても、環境変化や振動等の影響で、合成の精度が経時的に低下してしまうことは避けられない。従って、各レーザビームによる主走査方向の画像開始位置を常に安定して揃えることは困難である。

このような問題を解決するために特許文献１（特開平１０−２０２９４３号）には、複数のレーザビームのそれぞれのビームの画像形成開始位置を制御する方式が開示されている。

図１３は上記の方式を説明するための画像形成装置の一部概略図を示すもので、１はポリゴンミラー、２は結像レンズ系、３はミラー、４は感光体ドラム、５は同期検出部、６はレーザ制御部である。

ＬＤ１，ＬＤ２は第１及び第２の半導体レーザ光源で、この２つの光源ＬＤ１，ＬＤ２からのレーザビームは、ポリゴンミラー１の偏向反射面で反射され、水平方向に振られた後、ｆθレンズ等の結像レンズ系２により集束光となる。更にミラー３により光路を下方向に曲げられ、感光ドラム４上で２つの光スポットＳ１，Ｓ２として集光され、感光ドラム４上を主走査方向に同時に走査して静電潜像を形成する。

上記第１及び第２の半導体レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２は図１４に示すように光スポットＳ１，Ｓ２が解像度分に相当する僅かの距離Ｐを隔てて形成されるように、主走査方向に並べて配置されている。このため感光体４上や同期検出部５を走査する２つの光スポットＳ１，Ｓ２の位置は、主走査方向に距離Ｌだけずれた状態となり、同期検出部５の受光面５ａを通過する際にこの距離Ｌの分の時間差が生じる。

従って図１５に一例を示すようなタイミングで、半導体レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２を発光させると、同期検出部５の受光面５ａより各光スポットＳ１，Ｓ２に対応した同期信号出力（Ａ），（Ｂ）が得られる。この同期信号（Ａ）（Ｂ）に基づいてレーザ制御部６により半導体レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２を制御することにより、各レーザビームの主走査方向開始位置を常に安定して制御することができる。

しかしながら上記制御方式においては、半導体レーザ光源をアレイ状に形成して、更にレーザビームの数を増加した場合、例えば１０本のレーザビームにすると、有効走査範囲が狭くなるという問題を生じる。

即ち、図１６に示すように１０本のレーザビームのスポットＳ１〜Ｓ１０を主走査方向及び副走査方向に所定の間隔でずらした場合、レーザビームによる走査は図１７のように表わされる。レーザビームの有効走査範囲は、走査線Ｓ１〜Ｓ１０の全てがオーバラップする範囲であるから、画像形成開始位置Ｘより所定の範囲Ｒ１となる。従って、図１６のように結像するとオーバラップ部が少なくなり、有効走査範囲が狭くなるという問題を避け難い。

一方、特許文献２（特開平６−３４４５９２）には、主走査方向に並べて２つのビーム検出手段を配置し、第１のビーム検出手段で第１の半導体レーザのビームを検出し、第２のビーム検出手段で第２の半導体レーザのビームを検出することにより、画像形成開始位置を揃える基準となる同期信号(ビーム検出信号)を発生する方法が開示されている。

しかしながら、この方法も主走査線上に複数のビーム検出手段を並べて配置するために、ビーム検出のための走査範囲が長くなり、その結果、有効走査範囲が狭くなるという問題がある。

特開平１０−２０２９４３号公報特開平６−３４４５９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記のような従来の制御方式が有する問題を解決したマルチビーム画像形成装置を提供することにある。

具体的には、本発明の目的は、複数のレーザビームの合成精度が経時変化等により低下しても、各レーザビームの主走査方向の画像開始位置を常に安定に制御することができると共に、レーザビームの数が増加しても有効走査範囲が狭くならないようなマルチビーム画像形成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、それぞれｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレーザ素子からなる第１及び第２の半導体レーザアレイと、第１及び第２の半導体レーザアレイにより発生するレーザビームを合成して２ｎ本のレーザビームを生成するマルチビーム発生手段と、該マルチビーム発生手段により発生された２ｎ本のレーザビームを感光体上に走査する走査手段と、各レーザビームの走査の同期を取るための同期検出信号を発生するビーム検出手段とを有するマルチビーム走査装置を備えたマルチビーム画像形成装置において、上記第１の半導体レーザアレイから発生するｎ個のレーザビーム（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，・・・Ｓ２ｎ−１）と上記第２の半導体レーザアレイから発生するｎ個のレーザビーム（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，・・・Ｓ２ｎ）の感光体上の結像位置は、Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５・・・Ｓ２ｎ−１が主走査方向及び副走査方向に所定の間隔をおいて、Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，・・・Ｓ２ｎが主走査方向及び副走査方向に所定の間隔をおいて、且つＳ１とＳ２，Ｓ３とＳ４・・・Ｓ２ｎ−１とＳ２ｎそれぞれが主走査方向に揃うように形成され、上記ビーム検出手段は、走査される上記レーザビームの主走査方向に所定間隔Ｌ１だけずらした位置であって副走査方向に並べて配置された第１及び第２のビーム検出手段よりなり、上記第１のビーム検出手段により前記第１の半導体レーザアレイのｎ本のレーザビームのビーム検出を行い、上記第２のビーム検出手段により前記第２の半導体レーザアレイのｎ本のレーザビームのビーム検出を行い、上記第１及び第２のビーム検出手段からの検出信号に基づき、２ｎ本のマルチビームの画像形成開始位置を制御する制御部を備え、前記走査手段とビーム検出手段との間に、光学素子を挿入し、該光学素子は前記第１及び第２の半導体レーザアレイにより発生するレーザビームを前記第１及び第２のビーム検出手段の両方を通過するような形状に変形し、前記制御部は、前記第１の半導体レーザアレイから発生したレーザビームが第２のビーム検出手段を通過するときには消灯し、第２の半導体レーザアレイから発生したレーザビームが第１のビーム検出手段を通過するときには消灯するように制御したことに一つの特徴を有する。

本発明によれば複数本のレーザビームのそれぞれについてビーム検出を行い、その検出信号に基づいて、マルチビームの画像形成開始位置を揃えることができるので、良質な画像を得ることができる。また２個のビーム検出手段を、主走査方向にはほぼ同じ位置で副走査方向に並べて配置する構成であるため、ビーム検出手段が主走査方向に占める面積を少なくすることができるからマルチビームの有効走査範囲を広くすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図を参照して説明する。

（実施例１）
図１は、本発明にかかるマルチビーム画像形成装置の第１の実施例を示す一部概略構成図である。図において１００は感光体ドラムであり、図示しないモータにより回転駆動される。この感光体ドラム１００の表面は、図示しない帯電装置により一様に帯電された後、記録情報に応じてレーザビームが照射され、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置（図示省略）により現像され、更に転写装置（図示省略）で記録紙などに転写され、画像が形成される。

１０１及び１０２は半導体レーザアレイ（以下ＬＤＡと略す）を示し、各々画像データに応じて複数本のレーザビームを発生する。ＬＤＡ１０２により発生したレーザビームは偏向手段となるミラー１１１により反射された後、ビームスプリッタ１０３に入り、ＬＤＡ１０１から出たレーザビームと合成される。合成された複数のレーザビームは、感光体ドラム１００の表面を走査する走査手段であるポリゴンミラー１０４の偏向反射面に照射される。ポリゴンミラー１０４からのレーザビームはｆθレンズ１０５等の結像手段を通して感光体ドラム１００上に結像される。結像された複数のレーザビームの光スポットは副走査方向に所定の間隔をおいて形成され、且つ感光体ドラム１００の表面を等速走査される。例えば解像度が６００ｄｐｉの場合、副走査方向に４２．３μｍずらして感光体上に結像される。

また、第１のＬＤＡ１０１と第２のＬＤＡ１０２から発生する複数のレーザビームは、主走査方向に所定の間隔をおいて形成され、且つ、それぞれの第ｍ（ｍは２以上の任意の整数）番目のレーザビームの主走査方向の位置が揃うよう調整して、ビームスプリッタ１０３で合成される。

図２に、５素子（ｎ＝５）のＬＤＡを用いた時の、感光体上に結像される１０本のレーザビーム（Ｓ１〜Ｓ１０）の位置関係を示す。即ち本実施例では、奇数のレーザビームＳ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９がＬＤＡ１０１によって発生され、偶数のレーザビームＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０がＬＤＡ１０２によって発生され、Ｓ１とＳ２、Ｓ３とＳ４、・・・Ｓ９とＳ１０が主走査方向に揃うように結像される。

一方、図１の１０６及び１０７はビーム検出手段であり、感光体ドラム１００と隣接した位置に配置される。即ち、図のようにレーザビームの走査可能範囲をＲ２、有効走査範囲をＲ１、画像形成開始位置をＸとすると、ビーム検出手段１０６、１０７はＲ２の範囲内であって、画像形成開始位置Ｘの前に配置される。また、この実施例では後述のように２つの検出手段１０６、１０７が副走査方向に並べて配置される。

ビーム検出手段１０６及び１０７は、レーザビームを光電変換する２つのフォトダイオード（以下ＰＤ１、ＰＤ２と称す）を備えている。本実施例ではＰＤ１、ＰＤ２と変換回路によりフォトＩＣ１０８が形成されている。変換回路の詳細は省略するが、ＰＤ１及びＰＤ２の出力ＰＤ１ＯＵＴ及びＰＤ２ＯＵＴを比較し、その比較結果に応じてオン及びオフのデジタル信号を発生する回路である。図３はフォトＩＣ１０８の略図である。

今、図４に示すようにビーム検出手段１０６または１０７に形成されたＰＤ１及びＰＤ２上を２本のレーザビーム、例えばＳ１とＳ３が走査されると、まず１ビーム目のレーザビームＳ１がＰＤ１を照射している時間だけＰＤ１はオンし、レーザビームがＰＤ１を照射しなくなるとＰＤ１はオフする。同様にレーザビームＳ１がＰＤ２を照射するとＰＤ２がオンし、レーザビームがＰＤ２ＰＤ２を照射しなくなるとＰＤ２はオフする。続いて２本目のレーザビームＳ３が照射され、同様の動作を行う。フォトＩＣ１０８内の変換回路は、ＰＤ１ＯＵＴとＰＤ２ＯＵＴとを比較し、例えばＰＤ１ＯＵＴ＞ＰＤ２ＯＵＴのときＬ（低）レベルの検出信号を出力し、逆にＰＤ２ＯＵＴ＞ＰＤ１ＯＵＴのときＨ（高）レベルの検出信号を出力するような動作をする。

図５の（ａ）は、フォトＩＣ１０８より得られる検出信号の波形図を示すもので、最初のパルスはレーザビームＳ１がＰＤ１、ＰＤ２を走査したときに発生した信号を表わし、２番目のパルスはレーザビームＳ３がＰＤ１、ＰＤ２を走査したときに発生した信号を表わす。これらの検出信号は、図１の制御部１２０に加えられる。制御部１２０は、図５の（ｂ）のように、最初のパルスより所定の距離Ｌ又は所定時間Ｔ後を画像形成開始位置として１ビーム目の画像データを発生し、同図（ｃ）のように、２番目のパルスから所定の距離Ｌ又は所定時間Ｔ後を画像形成開始位置として２ビーム目の画像データを発生するようにＬＤＡ１０１、ＬＤＡ１０２を制御する。

なお、本実施例においては、図２に示すようにレーザビームＳ１とＳ２、Ｓ３とＳ４、…Ｓ９とＳ１０の光スポットが主走査線方向の位置が揃うように結像されているために、１つのビーム検出手段では、これらのレーザビームのペアを検出することはできない。

このため、本発明の第１実施例では、図６に示すように２つのビーム検出手段１０６と１０７を用い、これを主走査方向にはほぼ同じ位置であって、副走査方向に並べて配置する構成にした。そして、ビーム検出時には偏向手段１１１によりレーザビームＳ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９はビーム検出手段１０６を走査し、レーザビームＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０はビーム検出手段１０７を走査するようにした。

即ち、図１のＬＤＡ１０２とビームスプリッタ１０３の光路内に、プリズムやガルバノミラー等の偏向手段１１１を配置して、ビーム検出手段１０６及び１０７により各レーザビームを検出する際には、プリズムの頂角やガルバノミラーの反射面角度を調節して、図７に示すように、ＬＤＡ１０２のレーザビームの光路を変える。本実施例では、ＬＤＡ１０１のレーザビームＳ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９はビーム検出手段１０６を通過し、ＬＤＡ１０２のレーザビームＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０は偏向手段１１１により光路が変えられ、ビーム検出手段１０７の上面を通過するように構成されている。この結果、全てのレーザビームのビーム検出が可能になる。ビーム検出後は、偏向手段１１１により、図２のレーザビームの位置関係に戻し、ビーム検出信号に基づき、画像形成開始位置を制御する。

以上説明した実施例によれば、レーザビームＳ１〜Ｓ１０による走査が図８に示すように行われるため、従来に比較して有効走査範囲Ｒ１を広くすることができる。

（実施例２）
図９及び１０は本発明の第２の実施例を示すもので、有効走査範囲が狭くならないように、ビーム検出手段１０６と１０７を主走査方向にわずかな間隔Ｌ１だけずらし、副走査方向に並べて配置したものである。またビーム検出時は、ｆθレンズ１０５と、ビーム検出手段１０６，１０７との間の光路中に、シリンドリカルレンズ１１０が配置されるように構成される。このシリンドリカルレンズ１１０が挿入されると、レーザビームの形状は図１１に示すように縦長のビームＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０…になる。

なお図９において図１と同じ構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。図１では第２の半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）１０２からの光ビームをビームスプリッタ１０３に導く光路に偏向手段１１１を配置したが、図９の実施例では光ビームを偏向する必要はないので通常の反射ミラー１０９が用いられている。

次に図１２を参照して制御部１２０の動作について説明する。同図において（ｂ）〜（ｆ）はＬＤＡ１０１の発光タイミングを示し、（ａ）はビーム検出手段１０６の検出信号波形を示す。また（ｈ）〜（ｉ）はＬＤＡ１０２の発光タイミングを示し、（ｇ）はビーム検出手段１０７の検出信号波形を示す。

まず最初に、（ｂ）に示すように、ＬＤＡ１０１のレーザビームがビーム検出手段１０６を通過するタイミングを見計らってＬＤＡ１０１を所定時間発光させる。このＬＤＡ１０１から発光した光はシリンドリカルレンズ１１０によって図１１のＳ１０に示すような縦長のスポットに変換されてビーム検出手段１０６を通過する。第１のレーザビームＳ１０がビーム検出手段１０６を通過すると、この検出手段から同図（ａ）の１発目のパルス信号が出力する。その後第１レーザビームＳ１０は消光し、ビーム検出手段１０７を通過するタイミングでは発光していないため、この検出手段１０７からは検出信号を発生しない。

一方、ＬＤＡ１０２は同図（ｈ）に示すようにＬＤＡ１０２により発生するレーザビームＳ２０がビーム検出手段１０６を通過中は消灯されており、ビーム検出手段１０７を通過するタイミングで所定時間発光させられる。この結果ビーム検出手段１０７からは同図（ｇ）の１発目のパルスのような検出信号が発生する。次にＬＤＡ１０１は同図（ｃ）のように所定時間発光される。この第３ビームがビーム検出手段１０６を通過すると検出手段１０６から同図（ａ）の２発目のパルスのような検出信号が発生する。

上記の第３のビームはビーム検出手段１０６を通過したタイミングで消灯され、ビーム検出手段１０７を通過するときには消灯されている。

同様にＬＤＡ１０２は、同図（ｉ）のタイミングで所定時間発光される。このタイミングはビーム検出手段１０６を通過するときは消灯し、ビーム検出手段１０７を通過するときには発光するタイミングであるためビーム検出手段１０７より同図（ｇ）の２発目のパルスのような検出信号が発生する。

以下同様にＬＤＡ１０１が同図（ｄ）（ｅ）（ｆ）のように発光され、ＬＤＡ１０２は同図（ｊ）（ｈ）（ｌ）のようなタイミングで発光される。この結果ビーム検出手段１０６からは同図（ａ）のような検出信号が発生し、ビーム検出手段１０７からは同図（ｇ）のような検出信号が発生し、全てのレーザビームのビーム検出手段が行われる。

制御部１２０ではビーム検出手段１０６，１０７によるビーム検出手段に基づいて画像形成開始位置を決定する。即ちＬＤＡ１０１による画像データの画像開始位置を、検出手段１０６の同期検出信号からＬの時間間隔を置いたタイミングとすると、ＬＤＡ１０２による画像データの画像開始位置は検出手段１０７の同期検出信号から（Ｌ−Ｌ１）の時間間隔をおいたタイミングとなる。

ビーム検出後はシリンドリカルレンズ１１０が取り除かれる。このため、ＬＤＡ１０１，ＬＤＡ１０２により形成されるレーザビームの位置関係は図２のような関係になる。

本発明にかかるマルチビーム画像形成装置における主要部の第１の実施例を示す構成概略図である。本発明装置により形成されるマルチビームの位置関係を示す説明図である。本発明装置に用いられるフォトＩＣの説明図である。本発明装置に用いられるビーム検出手段の動作説明図である。本発明における画像形成開始位置のタイミングを説明する説明図である。本発明におけるビーム検出手段の配置の一実施例を示す説明図である。図２に示す位置関係のマルチビームを検出する方式の一実施例を示す説明図である。本発明におけるマルチビームの有効走査範囲を示す説明図である。本発明にかかるマルチビーム画像形成装置における主要部の第２の実施例を示す構成概略図である。本発明におけるビーム検出手段の配置の他の実施例を示す説明図である。本発明装置の第２の実施例の動作を説明する説明図である。本発明装置の第２の実施例の動作を説明する各部波形図である。従来のマルチビーム画像形成装置の主要部の概略構成図である。従来装置の同期信号検出部の説明図である。従来装置の同期信号検出部の動作説明図である。従来装置により形成されるマルチビームの位置関係を示す説明図である。従来装置におけるマルチビームの有効走査範囲を示す説明図である。

符号の説明

１００：感光体ドラム
１０１、１０２：半導体レーザアレイ
１０３：ビームスプリッタ
１０４：ポリゴンミラー
１０５：ｆθレンズ
１０６、１０７：ビーム検出手段
１０８：フォトＩＣ
１０９：反射ミラー
１１０：シリンドリカルレンズ
１１１：偏向手段

Claims

それぞれｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレーザ素子からなる第１及び第２の半導体レーザアレイと、第１及び第２の半導体レーザアレイにより発生するレーザビームを合成して２ｎ本のレーザビームを生成するマルチビーム発生手段と、該マルチビーム発生手段により発生された２ｎ本のレーザビームを感光体上に走査する走査手段と、各レーザビームの走査の同期を取るための同期検出信号を発生するビーム検出手段とを有するマルチビーム走査装置を備えたマルチビーム画像形成装置において、
上記第１の半導体レーザアレイから発生するｎ個のレーザビーム（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，・・・Ｓ２ｎ−１）と上記第２の半導体レーザアレイから発生するｎ個のレーザビーム（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，・・・Ｓ２ｎ）の感光体上の結像位置は、Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５・・・Ｓ２ｎ−１が主走査方向及び副走査方向に所定の間隔をおいて、Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，・・・Ｓ２ｎが主走査方向及び副走査方向に所定の間隔をおいて、且つＳ１とＳ２，Ｓ３とＳ４・・・Ｓ２ｎ−１とＳ２ｎそれぞれが主走査方向に揃うように形成され、
上記ビーム検出手段は、走査される上記レーザビームの主走査方向に所定間隔Ｌ１だけずらした位置であって副走査方向に並べて配置された第１及び第２のビーム検出手段よりなり、
上記第１のビーム検出手段により前記第１の半導体レーザアレイのｎ本のレーザビームのビーム検出を行い、上記第２のビーム検出手段により前記第２の半導体レーザアレイのｎ本のレーザビームのビーム検出を行い、
上記第１及び第２のビーム検出手段からの検出信号に基づき、２ｎ本のマルチビームの画像形成開始位置を制御する制御部を備え、
前記走査手段とビーム検出手段との間に、光学素子を挿入し、該光学素子は前記第１及び第２の半導体レーザアレイにより発生するレーザビームを前記第１及び第２のビーム検出手段の両方を通過するような形状に変形し、
前記制御部は、前記第１の半導体レーザアレイから発生したレーザビームが第２のビーム検出手段を通過するときには消灯し、第２の半導体レーザアレイから発生したレーザビームが第１のビーム検出手段を通過するときには消灯するように制御したことを特徴とするマルチビーム画像形成装置。