JP4500385B2 - 光走査装置及びカラー記録装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタル複写機、及びレーザプリンタ等の複数のレーザビームを用いて光走査を行なう光走査装置及びカラー記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、特開平4−127115号公報に示すように、複数のドラム状の感光体を備え、各感光体に対して光書込みを行うための走査手段が1つの偏向器に対して対向して配備され同一ハウジング内に一体的に支持される構造が示されている。
【0003】
また、特開平9−58053号公報には、半導体レーザを変調する周波数を変えて光走査手段の倍率を補正し、ビームの倍率誤差による色ずれの解消方法が開示されている。
【0004】
これらの公報に開示された技術は、複数の感光体に光書き込みにより記録した各色の画像を1つに重ね合わせてカラー画像を形成するカラー記録装置に適用可能であり、図6に示すように印刷用紙Sの搬送誤差に伴い印刷用紙Sの全面に画像形成するのではなく画像サイズ(例えばA4サイズ)に対し一定の余白を設け、画像サイズよりも大きい印刷用紙Sを用いて記録し、画像サイズの4角にレジストレーションマークM116、M117、M116'、M117'を記録することで、後に該レジストレーションマークに沿って切り落とすなどで対処するのが一般的である。
【0005】
しかしながら、このレジストレーションマークを記録するには画像サイズ(例えばA4サイズ)よりも広い走査幅が必要となりポリゴンミラーや結像レンズが大型化し高速化や低コスト化に対して不利となるという問題がある。
【0006】
一方、環境温度の変化に伴う光学系の熱膨張、収縮などの影響を受けて、レジストレーションマーク間隔が経時的にずれるため、これを補正するために走査開始位置と走査終端側とで画像記録領域の外側でビーム位置を検出するためのセンサを設けられるが、上記レジストレーションマークM116、M117、M116'、M117'の書き込み走査に伴い、さらに走査幅の拡張が必要となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、請求項1及び2記載の発明は、レジストレーションマークを記録可能としつつも走査幅を最小限とし、小型かつ低コストな光走査装置を提供することを目的とする。また、請求項3及び4記載の発明は、前記レジストレーションマーク間隔の経時的なずれを補正するとともに、各走査光学系の画像倍率を一致させ色ずれのない高品位な画像を得る光走査装置、カラー記録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】
本発明は、前記目的を達成するため、以下の構成とした。
(1). 記録する規格の画像サイズよりも大きいサイズの印刷用紙を用いるとともに、前記画像サイズ内に所望の画像形成を行い、かつ、前記画像サイズを明示する4隅にレジストレーションマークを記録して、画像形成する光走査装置であって、
複数のレーザ光源からそれぞれ出射されたビームを同一の単一の偏向手段を用いて走査し、これら複数のビームの各々に対応した被走査面に結像させるレンズ群を各ビーム毎に設けた複数の走査光学系を備え、これら走査光学系を単一のハウジングに設けてなり、
前記複数の走査光学系中、1つの走査光学系である第一走査光学系について、
前記画像サイズを明示するために記録すべきレジストレーションマークの主走査方向の間隔に略等しい間隔で、走査始端側と走査終端側とにビーム位置を検出する検出器を設け、
上記レジストレーションマークの記録を行なうことなく、
上記検出器の間を走査する走査時間の、初期設定値からの変化量を検出し、
前記第一走査光学系とは異なる第二走査光学系について、
レジストレーションマークを記録可能に構成してなり、
検出された前記走査時間の初期設定値からの変化量に基づいて、レーザ光源を変調する基準周波数を変化させて、前記第二走査光学系により記録されるレジストレーションマークの間隔を補正することとした(請求項1)。
(2).(1)記載の光走査装置において、前記複数のレーザ光源中、少なくとも1つの走査時間を検出する前記第一走査光学系に対応するレーザ光源に2つの発光源を設け、これら2つの発光源から前記偏向手段に対し主走査方向で異なる入射角度をなしてビームが出射されるように前記2つの発光源を配置するとともに、前記主走査方向で先行して走査するビームについて走査始端側のほか走査終端側でのビーム位置を検出する検出器を設け、走査時間を検出することとした(請求項2)。
(3).(1)又は(2)記載の光走査装置において、前記走査時間の検出結果と同初期設定値とを比較し、その比に応じて全てのレーザ光源の基準周波数を変更することとした(請求項3)。
(4).複数の感光体に記録した各色の画像を重ね合わせてカラー画像を形成するカラー記録装置において、
請求項1、2又は3記載の光走査装置を具備していることとした(請求項4)。
【0009】
【発明の実施の形態】
カラー画像を形成するための光走査装置の構成主要部を示した図1および光走査装置の断面をカラー記録装置の感光体と共に示した図2により、本発明にかかる光走査装置及びカラー記録装置の構成を説明する。
【0010】
図1、図2に示すハウジング115内にフルカラー画像を形成するための4つの色に対応した書き込み用の走査ビームを出射する4つの走査手段が組み込まれている。図2に示すように、ハウジング115から出射されたビーム102、122、142、162はそれぞれに対応するドラム状をした感光体101、121、141、161に達し、該感光体上をそれぞれ走査して静電潜像を形成する。
【0011】
感光体101、121、141、161に形成された静電潜像はそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーにより可視像化され、タイミングを合わせて送られてくる記録紙上に順次重ね転写されて、該記録紙上にフルカラートナー像が形成される。記録紙上のフルカラートナー像は定着されて排出される。
【0012】
感光体101、121、141、161のまわりには帯電手段、現像手段、転写手段、などが配置され、また、前記転写手段の前後には記録紙の送り手段や定着手段などが配置されて全体としてカラー記録装置が構成されている。以下では、カラー記録装置の中、光走査装置の構成を主に説明する。図1、図2において、感光体101上に第1色目(イエロー)の画像190を形成するため走査するビーム102はレーザ光源103より出射されシリンダレンズ104、折返しミラー105を介してポリゴンミラー106の右端(図1では斜め右上側)に近い部分に入射される。
【0013】
ビーム102はポリゴンミラー106で走査され左右方向(図1では斜め右上方向)に2段に層状に形成されたfθレンズ107の右段部(図1では斜め右上側)を通り、折返しミラー108及び折返しミラー109で反射され、トロイダルレンズ110、折返しミラー111を介して感光体101上にスポット状に結像される。
【0014】
本例では、ポリゴンミラー106は、その回転軸方向J−Jが重力方向yと直交する方向(水平方向)を向くように設定されている。
【0015】
感光体121上に第2色目(マゼンタ)の画像191を形成するため走査するビーム122はレーザ光源123より出射されシリンダレンズ124を介してポリゴンミラー106の左端(図1では斜め左下側)に近い部分に入射される。
【0016】
ビーム122はポリゴンミラー106で走査されfθレンズ107の左段部(図1では斜め左下側)を通り、折返しミラー128、折返しミラー129で反射され、トロイダルレンズ130、折返しミラー131を介して感光体121にスポット状に結像される。
【0017】
図1において、ポリゴンミラー106は矢印向きに回転され、各ビーム102、122は矢印112の方向へ走査される。fθレンズ107の直後には折返しミラー113が配置されこの折返しミラー113で反射されたビームはセンサー基板114にて走査開始側でのビーム位置が各々検出されて、画像書き出しのタイミングをとる同期検知信号を発生する。
【0018】
ポリゴンミラー106を間にして前記第1色目の画像を形成する走査光学系に対向して第3色目(シアン)の画像193を形成する走査光学系が設けられている。この第3色目の画像を形成するべく感光体141を走査するビーム142の走査光学系の経路は第2色目の画像191を形成する感光体121を走査するビーム122の走査光学系に準じ、また、ポリゴンミラー106に対して対向する側に配置される第4色目(ブラック)の画像194を形成する感光体161を走査するビーム162の走査光学系の経路は第2色目の画像190を形成する感光体101を走査するビーム102の走査光学系の経路に準ずる。
【0019】
つまり、第3色目の画像193を形成する感光体141を走査するビーム142はレーザ光源24より出射されシリンダレンズ22を介してポリゴンミラー106の左端(図1では斜め左側)に近い部分に入射される。
【0020】
ビーム142はポリゴンミラー106で走査されfθレンズ147の左段部(図1では斜め左下側)を通り、折返しミラー168、折返しミラー169で反射され、トロイダルレンズ170、折返しミラー171を介して感光体141にスポット状に結像される。
【0021】
感光体161上に第4色目(ブラック)の画像194を形成するを走査するビーム162はレーザ光源16より出射されシリンダレンズ18、折返しミラー20を介してポリゴンミラー106の右端(図1では斜め右上側)に近い部分に入射される。
【0022】
ビーム162はポリゴンミラー106で走査され左右方向(図1では斜め右上方向)に2段に層状に形成されたfθレンズ147の右段部(図1では斜め右上側)を通り、折返しミラー148及び折返しミラー149で反射され、トロイダルレンズ150、折返しミラー151を介して感光体161上にスポット状に結像される。
【0023】
第4色目の画像を走査するビーム162、第3色目の画像走査するビーム142は矢印2の方向へ走査され、同様にfθレンズ147の直後に配置された折返しミラー143によりセンサー基板144にて走査開始側でのビーム位置を各々検出し、画像書き出しのタイミングをとる。
【0024】
さらに、第4色目の画像を形成するべく感光体161へと向う走査終端側のビーム162を折返しミラー148の前に配置した折返しミラー145で反射しセンサー基板146で検出している。
【0025】
このように、複数のレーザ光源16、24、103、123から出射されるビーム中、第4色目の画像を形成するビーム162について、走査終端側でのビーム位置を検出する検出器としてのセンサー基板146を設け、走査開始側でのビーム位置を検出する検出器としてのセンサー基板144とにより、走査時間を検出することとし、一方、第1色目の画像を形成するビーム102によりレジストレーションマークM117、M116、M117'、M116'を記録するようにした。
【0026】
こうして、走査時間を検出することによりレジストレーションマーク間隔の補正を目的としたレーザ光源24から折返しミラー151に至る走査光学系と、レジストレーションマークM117、M116、M117'、M116'を記録することを目的としたレーザ光源103から折返しミラー111に至る走査光学系を分離することで、走査幅を最小限としポリゴンミラーや結像レンズの大型化を回避でき、小型かつ低コストな光走査装置が提供できる。
【0027】
例えば、レジストレーションマーク間隔の補正を目的とした走査光学系と、レジストレーションマークを記録することを目的とした走査光学系とを分離しない場合を模式的に表現すると、図3(a)のようになる。図3(a)では、ビーム162によりレジストレーションマークM117、M116を書かせるとともに、これらレジストレーションマークM116とレジストレーションマークM117との間隔を補正するための走査時間を検出するセンサ基板144、146を設けている。
【0028】
この場合には、レジストレーションマークM116、M117の外側にセンサ基板144、146を配置する構成とせざるを得ないため、ビーム162による走査幅はレジストレーションマークM116、M117の間隔nよりも大きいセンサ基板144、146の間隔Nにせざるを得ない。
【0029】
これに対して、レジストレーションマーク間隔の補正を目的としたレーザ光源24から折返しミラー151に至る走査光学系と、レジストレーションマークを記録することを目的としたレーザ光源103から折返しミラー111に至る走査光学系とを分離、つまり機能を分離した場合には、図3(b)に示すように、センサ基板144、146の間隔をレジストレーションマークM116、M117の間隔nに略等しい間隔に縮めることができる。
【0030】
このため、走査幅を走査可能な最小限の間隔nにすることができ、ポリゴンミラーや結像レンズの大型化を回避でき、小型かつ低コストな光走査装置が提供できる。
【0031】
上記のごとく構成された、レーザ光源103から諸光学系を経てポリゴンミラー106さらに諸光学系を経て折返しミラー111に至る走査光学系、レーザ光源123から諸光学系を経てポリゴンミラー106さらに諸光学系を経て折返しミラー131に至る走査光学系、レーザ光源24から諸光学系を経てポリゴンミラー106さらに諸光学系を経て折返しミラー171に至る走査光学系、レーザ光源16から諸光学系を経てポリゴンミラー106さらに諸光学系を経て折返しミラー151に至る走査光学系の4つの走査光学系は箱状のハウジング115内に一体的に収容され、取付部115−1、115−2及びこれらと対称に設けられた図示しない取付部の4箇所で当該カラー記録装置の本体構造体に取付られている。
【0032】
前記の例では、レーザ光源103からビーム102、レーザ光源123からビーム122、レーザ光源24からビーム142、レーザ光源16からビーム162というように、各レーザ光源からそれぞれ1本ずつのビームが出射されるかのように説明したが、書き込み時間の短縮を図るべく実際には各レーザ光源からそれぞれ複数本のビームを出射する構成としている。
【0033】
以下に、単一のレーザ光源から2本のビームが出射されるようにし、これら2本のビームにより隣接したラインを先行ビームと後行ビームとで同時に走査する構成について説明する。図4に単一のレーザ光源から2本のビームが出射されるレーザ光源の構成を示す。
【0034】
図4において、半導体レーザ501、502は主走査方向Eに所定の間隔を離してベース部材503の裏側(図中斜め右側)から圧入されている。これら半導体レーザ501、502の発光点との配置を調節しビームを平行光束とするカップリングレンズ504、505がベース部材503に設けられたU状取付部510に接着保持されている。
【0035】
ベース部材503はホルダ部材506の裏側に重ねた状態でねじ508、508'により一体的に固定される。ここで、ホルダ部材506の裏側(図中斜め右側)には円柱状の支持部材506−1、506−1'が直立している。
【0036】
これらの支持部材506−1、506−1'の先端部にはねじ穴が形成されており、これらの支持部材506−1、506−1'の先端部を駆動基板507に突き当てた状態で駆動基板507の裏側からねじ508−1、508−1'により、ホルダ部材506は駆動基板507に固定されている。駆動基板507は画像データに応じて半導体レーザ501、502を変調する機能を有する。
【0037】
支持部材506−1、506−1'はベース部材503と駆動基板507との間隔を保持し、半導体レーザ501、502の導線部が駆動基板507に接触するのを防止している。
【0038】
このように一体的に構成されたレーザ光源は、ホルダ部材506の中央部に突出状に形成された円筒状の出射口506aを、ハウジング115に形成された嵌合穴509に嵌合させた状態で、ねじ512、514で締め付け、ハウジング115と一体的に固定する。
【0039】
前記した図1、図2におけるレーザ光源103、123、24、16は、図4に示した構成のレーザ光源で構成されている。
【0040】
このようにそれぞれ2つの光源を有する各レーザ光源からは、先行して走査するビームと後行して走査するビームの2本のビームが互いに交差する角度で出射され感光体上においても主走査方向に所定の間隔Lをもって同時に走査される。
【0041】
このように、各レーザ光源において、2つの発光源から前記偏向手段としての折返しミラーやポリゴンミラーに対し主走査方向で異なる入射角度をなしてビームが出射されるように2つの発光源(半導体レーザ501、502)を配置する。
【0042】
特に、第4色目の画像を走査するために設けられたレーザ光源16に代えて設けられた2ビーム出射用のレーザ光源から出射される2つのビームについては、先行ビームについて、走査開始側でのビーム位置を検出するセンサー基板144と、走査終端側のビーム位置を検出するセンサー基板146により走査時間を検出すれば、後行のビームについては先行ビームの走査時間に準じて書き込みの諸制御を行なえばよいので、後行ビームについて専用のセンサー基板を設ける必要はないし、また先行ビームのセンサ基板を利用することとし後行ビームを先行ビームの走査範囲まで走査する必要もない。
【0043】
仮に、後行ビームの走査範囲についてもセンサー基板144、146間の範囲にした場合には、走査光学系を構成するポリゴンミラーやレンズの有効径を大きくしなければならないが、先行ビームにつて走査始端側、走査終端側でのビーム位置を検出する検出器を設けておけば、後行ビームについて検知する必要はないので、後行ビームのために走査終端側の走査幅を広げずに済むのでポリゴンミラーの反射面幅を縮小でき大型化を回避でき、小型かつ低コストな光走査装置が提供できる。
【0044】
例えば、図5において先行ビーム162aの走査範囲をセンサー基板146の位置までとすると、後行ビーム162bについて走査時間を検知する場合には、後行ビーム162bの走査範囲をセンサー基板146の位置まで広げなければならず、ポリゴンミラーの反射面幅を大きくしなければならないが、先行ビームについて検出することでその必要ななくなる。なお、この場合のセンサー基板146の具体的な位置は後行ビーム162bの走査位置及びレジストレーションマークM116の位置などを考慮して定めるものとする。
【0045】
本例では第1色目の画像190にのみ印画領域を明示するレジストレーションマークM116、M117を書かせるが、一般にレジストレーションマークは印画サイズに常に等しく維持しなければならない。しかし、実際には、環境温度の変化により走査光学系を構成する折り返しミラー、レンズ、ポリゴンミラーなどが熱膨張、熱収縮する関係で屈折率が変化し印画領域幅が変化してしまう。
【0046】
そこで、印画領域幅を一定にするため、走査領域を補正する必要がある。以下、その補正制御方法について説明する。
図1においてレーザ光源103については駆動基板119、レーザ光源123については駆動基板139、レーザ光源24については駆動基板159、レーザ光源16については駆動基板179がそれぞれ設けられていて、これらの駆動基板119、139、159、179は、画像データに応じてそれぞれの半導体レーザを変調する機能を有する。
【0047】
駆動基板119、139、159、179各々の変調周波数f1、f2、f3f4は図示しない書込制御部から画像データと共に供給されるが、第4色目におけるレーザ光源24から射出される2本のビームの中、先行して走査するビームを用いて走査開始側で検出した信号と走査終端側で検出した信号との時間間隔t'を初期設定値t0と比較し、その比例倍分だけ全てのレーザ光源を変調する基準周波数f'を各々の初期設定値fに対して可変としている。
【0048】
例えば、走査開始側で検出した信号と走査終端側で検出した信号との時間間隔が初期設定値よりも短くなったらレジストレーションマークの間隔よりも印画領域が大きくなるので、その分だけ変調周波数を下げることで1ドット当たりの発光時間を延ばし、レジストレーションマークの間隔に合致した印画領域を実現するよう制御する。
【0049】
どの走査光学系も、経時、特に環境変化による波長変化やレンズ曲率の膨張、屈折率変動に応じて一様に倍率が変化する。そのため実施例では代表となる第4色目の走査光学系の倍率変化ΔZ4のみを検出しそれを第1色目を含む全ての走査光学系の倍率変化ΔZに適用することで部品点数を削減し制御を簡素化している。
【0050】
ここで、Z'…変化後の走査距離、Z0…初期設定時の走査距離、t'…変化後の信号の時間間隔、t0…初期設定時の信号の時間間隔、f0…初期設定時の変調周波数、f'…変化後の変調周波数、とすると、任意の走査光学系における倍率変化ΔZは、次の式で表現できる。
【0051】
ΔZ=Z'/Z0(mm)=t0/t'(sec)=f0(mm)/f'(Hz)
そこで、第4色目の走査光学系の倍率変化ΔZ4のみを検出し、上式を適用して、他の走査光学系について印画領域が一定となるように制御する。
【0052】
なお、実施例ではレーザ光源の変調周波数を可変するようにしたが、ポリゴンモータに供給する走査周波数を制御しポリゴンミラーの回転数を可変しても効果は同様である。また、実施例ではレーザ光源として2ビームのレーザ光源を用いたが、1ビームまたは2ビーム以上の複数ビームのレーザ光源を用いても同様である。
【0053】
以上に説明したように各色毎に、印画領域を合わせて走査することにより、色ずれのないカラー画像を得ることができる。また、走査装置を小型化できることにより、カラー画像記録装置全体としてもコンパクト化することができる。
【0054】
請求項1記載の発明では、走査幅を走査可能な最小限の間隔とすることができ、ポリゴンミラーや結像レンズの大型化を回避でき、小型かつ低コストな光走査装置を提供できる。
【0056】
請求項2記載の発明では、複数のレーザ光源中の少なくとも1つに2つの発光源を具備し前記偏向器に対して主走査方向での入射角度が異なるようビームを射出するとともに、その主走査方向で先に走査するビームについて走査終端側でのビーム位置を検出する検出器を設け、走査時間を検出したことにより、後に走査するビームのために走査終端側の走査幅を広げずに済むのでポリゴンミラーの反射面幅を縮小でき大型化を回避でき、小型かつ低コストな光走査装置が提供できる。
【0057】
請求項3記載の発明では、走査時間の検出結果と同初期設定値とを比較し、その比応じて全てのレーザ光源の基準周波数を可変したことにより、経時的な画像倍率の変動に対する補正制御を簡略化でき低コストかつ高品位な画像記録を実現できる光走査装置が提供できる。
【0059】
請求項4記載の発明では、色ずれのない高品位なカラー画像を記録することのできるコンパクトなカラー記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる光走査装置の構成主要部を示した斜視図である。
【図2】光走査装置の断面をカラー記録装置の感光体と共に示した図である。
【図3】図3(a)は走査時間を検出するためのビームとレジストレーションマークを書くためのビームを共通にした場合の走査領域、図3(b)は上記両ビームを分離した場合の走査領域をそれぞれ模式的に説明した図である。
【図4】2つの発光源を有するレーザ光源の分解斜視図である。
【図5】先行するビームと後行するビームの関係を説明した図である。
【図6】レジストレーションマーク及び画像サイズの関係を例示した図である。
【符号の説明】
16,103 レーザ光源
18、104 シリンダレンズ
20、105、108、109、111、148、149、151 折返しミラー
106 ポリゴンミラー
107、147 fθレンズ
110、150 トロイダルレンズ
144、146 (ビーム位置を検出する検出器としての)センサ基板
Claims (4)
- 記録する規格の画像サイズよりも大きいサイズの印刷用紙を用いるとともに、前記画像サイズ内に所望の画像形成を行い、かつ、前記画像サイズを明示する4隅にレジストレーションマークを記録して、画像形成する光走査装置であって、
複数のレーザ光源からそれぞれ出射されたビームを同一の単一の偏向手段を用いて走査し、これら複数のビームの各々に対応した被走査面に結像させるレンズ群を各ビーム毎に設けた複数の走査光学系を備え、これら走査光学系を単一のハウジングに設けてなり、
前記複数の走査光学系中、1つの走査光学系である第一走査光学系について、
前記画像サイズを明示するために記録すべきレジストレーションマークの主走査方向の間隔に略等しい間隔で、走査始端側と走査終端側とにビーム位置を検出する検出器を設け、
上記レジストレーションマークの記録を行なうことなく、
上記検出器の間を走査する走査時間の、初期設定値からの変化量を検出し、
前記第一走査光学系とは異なる第二走査光学系について、
レジストレーションマークを記録可能に構成してなり、
検出された前記走査時間の初期設定値からの変化量に基づいて、レーザ光源を変調する基準周波数を変化させて、前記第二走査光学系により記録されるレジストレーションマークの間隔を補正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、
前記複数のレーザ光源中、少なくとも1つの走査時間を検出する前記第一走査光学系に対応するレーザ光源に2つの発光源を設け、これら2つの発光源から前記偏向手段に対し主走査方向で異なる入射角度をなしてビームが出射されるように前記2つの発光源を配置するとともに、前記主走査方向で先行して走査するビームについて走査始端側のほか走査終端側でのビーム位置を検出する検出器を設け、走査時間を検出したことを特徴とする光走査装置。 - 請求項1又は2記載の光走査装置において、
前記走査時間の検出結果と同初期設定値とを比較し、その比に応じて全てのレーザ光源の基準周波数を変更することを特徴とする光走査装置。 - 複数の感光体に記録した各色の画像を重ね合わせてカラー画像を形成するカラー記録装置において、
請求項1乃至3の何れか1つに記載の光走査装置を具備していることを特徴とするカラー記録装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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