JP4500666B2

JP4500666B2 - 走査光学装置の照射位置調整方法

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Publication number: JP4500666B2
Application number: JP2004373063A
Authority: JP
Inventors: 一身佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006178281A

Description

本発明は、レーザビームプリンタやデジタル複写機等の電子写真方式を用いた画像形成装置に搭載される走査光学装置の照射位置調整方法に関するものである。

従来より、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機等に用いられる走査光学装置においては、画像信号に応じて光源手段から光変調されて出射した光束を偏向器によって偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子（結像素子）によって感光性を有する記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その記録媒体面上を光走査して画像記録を行っている。

図13は特許文献１（特開２００３−１４００７１）にて開示されるこの種の従来の走査光学装置の主要部概略図である。図13に示す走査光学装置において、光源手段91から出射した発散光束はコリメータレンズ92により略平行光束とされる。そして、絞り93によって該光束（光量）を制限して、副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンダレンズ（シリンドリカルレンズ）94に入射する。

シリンダレンズ94に入射した略平行光束は、主走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で出射し、副走査断面内においては集束して、回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る偏向器95の偏向面（反射面）95ａにほぼ線像として結像する。

偏向器95の偏向面95ａで偏向反射された光束は、ｆθ特性を有する走査光学素子（ｆθレンズ）96を介して、被走査面としての感光ドラム面98上に導光し、偏向器95を矢印Ａ方向に回転させることによって感光ドラム面98上を矢印Ｂ方向に光走査する。これによって、感光ドラム面98上に画像記録を行っている。

また、最近は、複数（例えば４個）の走査光学装置を有するカラー画像形成装置が提案されている（特許文献２、３参照）。また、一つの走査光学装置で各色に対応した複数のレーザ光束を出射する走査光学装置を備えた画像形成装置等が提案されている（特許文献４参照）。

特開２００３−１４００７１号公報特開平６−１８３０５６号公報特開平１０−１８６２５４号公報特開２００３−１４００７０号公報

しかしながら、従来のカラー画像形成装置における走査光学装置は、筐体の内部に配置された偏向器を駆動すると、回転部（コイル）と駆動回路（駆動ＩＣ）がそれぞれ発熱し、筐体や光学素子に熱が伝達してしまう。また、半導体レーザの駆動によっても、同じくレーザの発熱や駆動回路の発熱が筐体やレーザホルダー、光学素子等に熱が伝達してしまう。その結果、筐体や光学素子の熱膨張が発生し、レーザ光束の感光ドラムへの照射位置のズレを起こしてしまう。

また、走査光学装置を画像形成装置に組み付ける際には、板金やモールドによって構成された画像形成装置内のフレームに、ビスを用いて固定されるのが一般的である。しかし、そのビスの種類や位置、点数および締め付けトルクによって、走査光学装置の筐体を変形させ、レーザ光束の像担持体ドラムへの照射位置のズレを起こしてしまう。そこで本発明は、連続記録等によるレーザ光束の感光ドラムへの照射位置のズレを抑制できる走査光学装置の照射位置調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る走査光学装置の照射位置調整方法の代表的な構成は、レーザ光源から出射されたレーザ光束が、駆動手段により駆動される偏向器によって偏向走査された後、少なくとも一枚以上の走査レンズを透過して、像担持体上に照射する走査光学装置の照射位置調整方法であって、少なくとも一枚以上の走査レンズのうち前記像担持体に最も近い側にある走査レンズの位置を初期設定位置に調整した後に、前記偏向器を駆動させて前記像担持体上に照射したレーザ光束の照射位置が前記偏向器の駆動時間に応じて変動する変動方向及び変動量を予め測定し、前記変動方向とは逆方向に、前記変動量の漸近値の略半分だけ、前記像担持体上におけるレーザ光束の照射位置がずれるように、前記走査レンズの位置を調整することを特徴とする。

以上説明したように、本出願に係る発明によれば、走査光学装置におけるレーザ光束の像担持体に対する位置（照射位置）をあらかじめ測定して分かっている変動量に基づいて調整しておくことによって、駆動中の照射位置の変動をなるべく小さく抑えることができる。特にカラー画像形成装置のように複数の色を重ね合わせて画像を形成する装置においては、その色ズレを抑えることができ、高精度な走査線の重ね合わせが可能になる。その結果、極めて簡易な方法で画像の品質劣化を抑制できる。

本発明に係る走査光学装置の照射位置調整方法の実施形態について、図を用いて説明する。

（画像形成装置）
図１は本実施形態に係るカラー画像形成装置の構成図である。図１に示すように、画像形成装置上部に、走査光学装置51、52が配置されている。走査光学装置51、52の下方には、像担持体としての感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫが設けられている。

画像情報に基づいて各々光変調されたレーザ光束（レーザビーム）ＬＣ、ＬＭ、ＬＹ、ＬＢＫが走査光学装置51、52から出射し、各々対応する像担持体としての感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上を照射して潜像を形成する。

この潜像は、１次帯電器２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２ＢＫによって各々一様に帯電している感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上に形成される。そして、画像形成手段である現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４ＢＫによって各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの画像に可視像化される。

一方、給送トレイ21上に積載された転写材Ｐは、給送ローラ22によって１枚ずつ順に給送され、レジストローラ23によって画像の書き出しタイミングに同期をとって転写ベルト７上に送り出される。駆動ローラ24は、回転ムラの小さな駆動モータ（図示しない）と接続しており、転写ベルト７の送りを精度よく行っている。

感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上に可視像化されたシアンの画像、マゼンダの画像、イエローの画像、ブラックの画像が、転写ベルト７上を搬送されてくる転写材Ｐに転写ローラ５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５ＢＫによって順に静電転写されることによってカラー画像が形成される。

この後、感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上に残っている残留トナーは、クリーナ６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６ＢＫによって除去されて、次のカラー画像を形成するために再度１次帯電器２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２ＢＫによって一様に帯電される。

その後、転写材Ｐは、転写材Ｐ上に形成されたカラー画像が定着器25によって熱定着された後、排出ローラ26などによって搬送されて装置外に出力される。

（走査光学装置）
図２は走査光学装置の構成図である。図２に示すように、走査光学装置51、52は同一の構成であるので、走査光学装置51を例にとり説明する。走査光学装置51は、レーザ光束を発するレーザ光源である半導体レーザ101ａ、101ｂと、半導体レーザ101ａ、101ｂから発せられたレーザ光束を偏向する偏向器と、該偏向器で偏向された各レーザ光束を感光ドラム１上に走査する1枚目の走査レンズ103ａ、103ｂ、及び、2枚目の走査レンズ105ａ、105ｂと、を備えている。

走査光学装置51では、半導体レーザ101ａ、101ｂから出射されたレーザ光束は、回転多面鏡であるポリゴンミラー102を備えた偏向器によってそれぞれ異なる方向に偏向、走査される。ポリゴンミラー102によって偏向、走査されたレーザ光束Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ１枚目の走査レンズ103ａ、103ｂを透過し、折り返しミラー104ａ、104ｂによって方向を変えられて、２枚目の走査レンズ105ａ、105ｂを透過し、感光ドラム１上に結像する。このような走査光学系は光学箱106に内包されている。

そして、このような走査光学装置51、52を２個並列に並べることで、４つの感光ドラム１Ｃ〜１ＢＫ上に走査光を導いている。

図３は２枚目の走査レンズ105ａ、105ｂをレーザ光束Ｂ１、Ｂ２の出射される側から見た図である。図３に示すように、走査レンズのうちで感光ドラム１に最も近い側にある2枚目の走査レンズ105ａ、105ｂの位置を調整することによって、感光ドラム１に対するレーザ光束の位置を、特定の方向に特定の値だけずらした位置に調整する。

すなわち、感光ドラム１に最も近い走査レンズ105ａ、105ｂの位置を調整することによって、装置の使用によって生じるレーザ光束の感光ドラム１への照射位置のズレを補正する位置に、照射位置を調整する。

具体的には、最も感光ドラム１に近い側の走査レンズ105ａ、105ｂは、レーザ光束を走査する方向である主走査方向（矢印Ｘ方向）、主走査方向と直交する副走査方向（矢印Ｙ方向）、Ｘ−Ｙ平面内における回転方向（矢印θ方向）に調整される。

これにより、走査光学装置51、52の各レーザ光束Ｂ１、Ｂ２の４本の走査線を重ね合わせたときの位置ズレを補正することが可能である。２枚目の走査レンズ105ａ、105ｂは、調整後、光学箱106に固定される。

このように、走査レンズ105ａ、105ｂは、光学箱106に設けられた取り付け基準面内で、移動可能かつ接着固定可能である。このため、カラー画像形成装置において、高精度な走査線の重ね合わせができる。

ここで、２枚目の走査レンズ105ａ、105ｂをＸ、Ｙ、θ方向に調整する方法について説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、２枚目の走査レンズ105ａ、105ｂを副走査方向（矢印Ｙ方向）に移動することで、感光ドラム１上の走査線Ｌ１の位置（副走査方向における照射位置）を調整することができる。

また、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、２枚目の走査レンズ105ａ、105ｂを主走査方向（矢印Ｘ方向）に移動することで、感光ドラム１上の走査線Ｌ１の片倍率差（主走査方向における照射位置）を調整することができる。

さらに、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、２枚目の走査レンズ105ａ、105ｂをＸ−Ｙ平面内における回転方向（矢印θ方向）に移動（回転）することで、感光ドラム１上の走査線Ｌ１の傾きを調整することができる。

以上、図４〜図６に示すような調整を行い、感光ドラム１Ｃ〜１ＢＫ上の４つの走査線の相対差を少なくすることができ、カラー画像の品位を向上させることができる。

（調整値）
ここで、走査レンズ105ａ、105ｂの調整値について、図７〜図１２を用いて説明する。まず、筐体（光学箱106）の内部に配置された偏向器の駆動によって、ポリゴンミラー102を回転駆動させる駆動手段としての回転部（コイル）と駆動回路（駆動ＩＣ）がそれぞれ発熱し、筐体や光学素子に熱が伝達してしまう。また半導体レーザ101ａ、101ｂの駆動によっても同じくレーザの発熱や駆動回路の発熱が筐体やレーザホルダー、光学素子等に熱が伝達してしまう。その結果、筐体や光学素子の熱膨張が発生し、レーザ光束の副走査方向（矢印Ｙ方向）、主走査方向（矢印Ｘ方向）、レーザ光束の光軸に対し垂直な面内での回転方向（Ｘ−Ｙ平面内における回転方向（矢印θ方向））に照射位置ズレが発生してしまうことがある。

そこで、走査光学装置51の駆動時間に対して照射位置が変化する方向と逆方向に、その変化量の漸近値の略半分だけ、照射位置をずらした位置に調整する。以下その調整値について具体的に説明する。

（Ｙ方向の位置調整）
まず、走査レンズ105ａ、105ｂの位置を副走査方向（矢印Ｙ方向）に調整し、レーザ光束（走査線Ｌ１）を、図７（ａ）のような初期設定位置（画像の副走査方向位置が設計値にくる位置）に調整し、連続駆動（記録）する。この場合、上述のごとく、レーザ光束の副走査方向（矢印Ｙ方向）の照射位置ズレが発生してしまう。

従って、図８（ａ）に示すように、走査レンズ105ａ側において、記録開始直後の画像におけるレジストは良いが、連続記録するに従って、画像の副走査方向の位置がずれていく。そして、最終的には、漸近値Ｒａ＝６０μｍまで、照射位置が副走査方向に変動してしまう。同様に、走査レンズ105ｂ側においては、最終的には漸近値Ｒｂ＝−５０μｍまで、照射位置が副走査方向に変動してしまう。

そこで、本実施形態においては、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、あらかじめ漸近値Ｒａの半分の正負逆である−３０μｍの位置にレーザ光束がくるように、走査レンズ105ａを、調整しておく。これによって、図８（ｂ）に示すように、記録開始から連続記録終盤にかけて、照射位置の副走査方向の変動を絶対値で３０μｍ以下に抑えることができる。

また、同様に漸近値Ｒｂの半分の正負逆である２５μｍの位置にレーザ光束がくるように走査レンズ105ｂを調整しておく。これによって、図８（ｂ）に示すように、記録開始から連続記録終盤にかけて、照射位置の副走査方向の変動を絶対値で２５μｍ以下の変動に抑えることができる。

その結果、走査レンズ105ａ、105ｂ側で相対差が１１０μｍあった走査線Ｌ１の副走査方向の位置ズレが５５μｍ以内におさまることになる。これにより、各色に対応したレジ位置および、画像を重ね合わせた時の副走査方向の色ズレを、連続記録した場合でも、半分に抑えるこができる。

（Ｘ方向の位置調整）
次に、走査レンズ105ａ、105ｂの位置を主走査方向（矢印Ｘ方向）の位置を調整し、レーザ光束（走査線Ｌ１）を、図９（ａ）のような初期設定位置（画像の副走査方向位置が設計値にくる位置）に調整し、連続駆動（記録）する。この場合、上述のごとく、レーザ光束の主走査方向（矢印Ｘ方向）の照射位置ズレ（片倍率のズレ）が発生してしまう。

従って、図10（ａ）に示すように、走査レンズ105ａ側において、記録開始直後の画像における片倍率は良いが、連続記録するに従って、画像の主走査方向の片倍率がずれていく。そして、最終的には、漸近値Ｊａ＝２０μｍまで、照射位置が主走査方向に変動してしまう。同様に、走査レンズ105ｂ側も、最終的には漸近値Ｊｂ＝２０μｍまで、照射位置が主走査方向に変動してしまう。

そこで、本実施形態においては、図９（ｂ）に示すように、あらかじめ漸近値Ｊａの半分の正負逆である片倍率−１０μｍの位置にレーザ光束がくるように、走査レンズ105ａを調整しておく。これによって、図10（ｂ）に示すように、記録開始から連続記録終盤にかけて、照射位置の主走査方向の変動量を最大で±１０μｍ、相対差を最大で２０μｍに抑えることができる。

また同様に、漸近値Ｊｂの半分の正負逆である−１０μｍの位置にレーザ光束がくるように走査レンズ105ｂを調整しておく。これによって、図10（ｂ）に示すように、記録開始から連続記録終盤にかけて、照射位置の主走査方向の変動量を最大で±１０μｍ、相対差を最大で２０μｍに抑えることができる。

その結果、主走査方向の画像のズレを、連続記録した場合でも、半分に抑えることができる。

（θ方向の位置調整）
次に、走査レンズ105ａ、105ｂの位置をＸ−Ｙ平面内における回転方向（矢印θ方向）の位置を調整し、レーザ光束（走査線Ｌ１）を、図11（ａ）のような初期設定位置（画像の副走査方向位置が設計値にくる位置）に調整し、連続駆動（記録）する。この場合、上述のごとく、矢印θ方向に照射位置ズレが発生する。すなわち、走査線Ｌ１の主走査方向両端が副走査方向にずれ、照射位置の左右ズレ（傾きのズレ）が発生してしまう。

従って、図12（ａ）に示すように、走査レンズ105ａ側において、記録開始直後の画像における傾きは良いが、連続記録するに従って、画像の傾きが大きくなり、最終的には、傾き（照射位置の主走査方向両端の副走査方向のズレ）が漸近値Ｋａ＝−２０μｍとなるまで傾いてしまう。同様に、走査レンズ105ｂ側においても、最終的には漸近値Ｋｂ＝２０μｍまで、照射位置が変動してしまう。

そこで、本実施形態においては、図11（ｂ）、図11（ｃ）に示すように、あらかじめ漸近値Ｋａの半分の正負逆である傾き１０μｍの位置にレーザ光束（走査線Ｌ１）がくるように走査レンズ105ａを調整しておく。これによって、図12（ｂ）に示すように、記録開始から連続記録終盤にかけて、照射位置の傾きの変動量が最大で±１０μｍ、相対差を最大で２０μｍに抑えることができる。

また同様に、漸近値Ｋｂの半分の正負逆である−１０μｍの位置にレーザ光束がくるように走査レンズ105ｂを調整しておく。これによって、図12（ｂ）に示すように、記録開始から連続記録終盤にかけて、照射位置の傾きの変動量が最大で±１０μｍ、相対差を最大で２０μｍに抑えることができる。

その結果、主走査方向両端における副走査方向の照射位置の左右差を抑えるとともに、カラー画像の場合の、θ方向の色ズレを抑制することができる。

このように、感光ドラム１に最も近い走査レンズ105ａ、105ｂを、Ｘ、Ｙ、θ方向に調整した後に接着等の手段によって光学箱106に対して固定する。

また、本実施形態では、Ｘ、Ｙ、θ方向に調整する構成について説明したが、本発明は、かかる構成に限定されるものではなく、いずれか１つの方向、いずれか２つの方向等、全ての方向に調整しない構成にも適用できる。

尚、図１に示す走査光学装置51、52は、画像形成装置内において、板金によって形成されたフレーム部材にビスによって組みつけられている（不図示）。このフレーム部材は、一般的に各固定点によって形成される平面の精度が０．１〜０．５ｍｍ程度である。従って、走査光学装置51、52単独で調整しても、画像形成装置内においては、組付け時に走査光学装置51、52の変形が起こり、レーザ光束の感光ドラム１Ｂｋ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｃへの照射位置のズレを起こしてしまう。

そこで、ビスの種類や取り付け位置、取り付け点数および締め付けトルクの設定に応じて決まるレーザ光束の感光ドラム１への照射位置の変化量分だけ、あらかじめ逆符号に調整しておくことによって、画像形成装置への取り付け時の照射ズレを防止することができる。

そして、上記連続駆動等の熱による照射位置の変動や、取り付けによる照射位置の変動を考慮して、走査レンズ105ａ、105ｂをＸ、Ｙ、θ方向に調整することもできる。

尚、本実施形態では、１つのポリゴンミラー102によって２系統の走査線を得ることのできる走査光学装置51、52について記載したが、１つのポリゴンミラーで１つの走査線を得ることができる走査光学装置や１つのポリゴンミラーによって１つの走査線を得る走査光学装置を４対並列させてカラー画像を得る装置においても同様の方法を用いることができる。

本実施形態に係る走査光学装置を備えた画像形装置の構成図である。（ａ）走査光学装置の上視図である。（ｂ）走査光学装置の側断面図である。走査線の調整を説明する図である。Ｙ方向における走査線の調整を説明する図である。Ｘ方向における走査線の調整を説明する図である。 θ方向における走査線の調整を説明する図である。Ｙ方向における走査線の調整を説明する図である。Ｙ方向における照射位置の変動を示す図である。Ｘ方向における走査線の調整を説明する図である。Ｘ方向における照射位置の変動を示す図である。 θ方向における走査線の調整を説明する図である。 θ方向における照射位置の変動を示す図である。従来例における走査光学装置の構成図である。

符号の説明

Ｂ１、Ｂ２、Ｌ…レーザ光束、Ｌ１…走査線、Ｐ…転写材、１…感光ドラム（像担持体に対応）、２…１次帯電器、４…現像器（画像形成手段に対応）、７…転写ベルト、21…給送トレイ、22…給送ローラ、23…レジストローラ、24…駆動ローラ、25…定着器、26…排出ローラ、51、52…走査光学装置、101ａ、101ｂ…半導体レーザ（レーザ光源に対応）、102…ポリゴンミラー、103ａ、103ｂ…走査レンズ、104ａ、104ｂ…折り返しミラー、105ａ、105ｂ…走査レンズ、106…光学箱

Claims

レーザ光源から出射されたレーザ光束が、駆動手段により駆動される偏向器によって偏向走査された後、少なくとも一枚以上の走査レンズを透過して、像担持体上に照射する走査光学装置の照射位置調整方法であって、
少なくとも一枚以上の走査レンズのうち前記像担持体に最も近い側にある走査レンズの位置を初期設定位置に調整した後に、前記偏向器を駆動させて前記像担持体上に照射したレーザ光束の照射位置が前記偏向器の駆動時間に応じて変動する変動方向及び変動量を予め測定し、前記変動方向とは逆方向に、前記変動量の漸近値の略半分だけ、前記像担持体上におけるレーザ光束の照射位置がずれるように、前記走査レンズの位置を調整することを特徴とする走査光学装置の照射位置調整方法。
前記像担持体におけるレーザ光束の照射位置が前記偏向器の駆動時間に応じて変動する変動方向は、該レーザ光束の副走査方向であることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置の照射位置調整方法。
前記像担持体におけるレーザ光束の照射位置が前記偏向器の駆動時間に応じて変動する変動方向は、該レーザ光束の主走査方向であることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置の照射位置調整方法。
前記像担持体におけるレーザ光束の照射位置が前記偏向器の駆動時間に応じて変動する変動方向は、レーザ光束の光軸に対し垂直な面内での回転方向であることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置の照射位置調整方法。