JP4523440B2

JP4523440B2 - 多色画像形成装置

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Publication number: JP4523440B2
Application number: JP2005029622A
Authority: JP
Inventors: 智宏中島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: JP2006212986A

Description

本発明は、多色画像形成装置に関し、さらに詳しくは、複数設置された像担持体の被走査面に対して光ビームを照射して潜像を書き込む光走査装置におけるレジストずれ補正に関する。

複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置などの画像形成装置においては、潜像担持体として用いられる感光体への静電潜像を形成する装置の一つとしてレーザ光などの光ビームを用いる光書込装置、いわゆる、光走査装置が用いられる場合がある（例えば、特許文献１，２）。

一方、光走査装置には、複数のレーザ光源を用いてこれら光源から出射された光ビームを偏向手段として用いられる回転多面鏡およびｆθレンズや面倒れ補正レンズさらにはミラーなどを備えた結像手段を介してそれぞれ複数設けられた感光体に導き、各感光体上にて画像情報に応じた画像を形成することができる多色画像形成装置も提案されている（例えば、特許文献３）。

上述した光走査装置を用いる画像形成装置の一つとして、複数の像担持体である感光体を並置し、各感光体に対してそれぞれ異なる色の画像を形成し、形成された画像を転写体に順次転写して重畳画像を形成してこの重畳画像を一括転写したりあるいは各感光体間を移動する記録紙に対して順次重畳転写する方式の多色画像形成装置があり、感光体が並置されている構成をタンデム方式と称している（例えば、特許文献４）。

ところで、カールソンプロセスを用いた画像形成装置においては、感光体ドラムの回転に従って潜像形成、現像、転写が行われる。従って、複数の感光体ドラムを転写体の搬送方向に沿って配列し、各色の画像形成ステーションで形成したトナー像を重ねる多色画像形成装置においては、感光体ドラムの偏心や径のばらつきによる潜像形成から転写までの時間、各色の感光体ドラム間隔の違い、転写体、例えば、転写ベルトや記録紙を搬送する搬送ベルトの速度変動や蛇行によって、各トナー像の副走査方向のレジストずれにより色ずれや色変わりとなって画像品質を劣化させる。
同様に、光走査装置においても、感光体ドラムに形成する静電潜像の主走査倍率および書込み位置を正確に合わせなければ、主走査方向のレジストずれにより色ずれや色変わりの要因となる。

従来、レジストずれは、光走査装置側での原因によるもの、光走査装置以外の原因によるものの区分けなく、転写体に記録されたレジストずれ検出パターンにより装置の立上げ時やジョブ間等で定期的に検出し、副走査方向については、ポリゴンミラー１面おきで書き出しのタイミングを合わせることにより先頭ラインの位置を補正し、主走査方向については、走査始端で発生される同期検知信号からのタイミングを調節することにより書出し位置を補正する構成（例えば、特許文献５〜７）また、走査始端から走査終端に至る走査時間を検出することにより画素クロックの周波数を合わせる等により各色間の全幅倍率を合せるようにした構成（例えば、特許文献８）などが提案されている。

一方、走査系の構成として、多色画像形成装置において各感光体を対象とした場合に走査系の構成が煩雑化するのを抑えるために、各色に対応する光源からのビームを単一の偏向器であるポリゴンミラーで一括して走査し、折返しミラーを複数用いて各々対応する感光体に導くようにした構成も提案されている（例えば、特許文献９）。

特開平６−１４８５５３号公報特開平１０−２３２３６０号公報特開２００２−１３７４５０号公報特開２００２−１４８５５１号公報特公平７−１９０８４号公報特開２００１−２５３１１３号公報特開２００３−１６４７０３号公報特開平９−５８０５３号公報特開２００２−１４８５５１号公報

近年、多色画像形成装置においては、高画質化への要求とともに、色ずれや色変わりに対する精度向上が要求される傾向にあるばかりでなく、高速化が年々進んでいることから１ジョブにおけるプリント枚数も増加しており、プリント中の温度変動に伴って色ずれが発生しやすい状況にある。
そのため、上記レジストずれ検出パターンを用いた補正を頻繁に行わないと画質を保てなくなりつつあり、１ジョブにおける最初から最後まで画質を一定に保つには、ジョブの途中、つまり、１ジョブ内でのプリント動作が行われている途中で割り込みをかけて一旦、プリント動作を休止し、上記レジストずれ検出パターンを用いた補正を行っている。
一方、高速化に伴って、感光体ドラムへの負荷がそれだけ高まり、寿命を延ばすには径の拡大が余儀なくされ、光走査装置に対しても、より自由度の高いドラム間隔に適用できる方式が望まれている。そこで、特許文献９に開示されているような構成とした場合、感光体ドラム径の拡大とともにドラム間隔も大きくなり、ハウジングが大きくなってしまうことから、光学素子として用いられる樹脂製品での熱変形や剛性不足等色ずれに対して条件が厳しくなりつつある。
そのため、多色画像形成装置の高速化が進むにつれて、レジストずれ検出パターンを用いた補正を頻繁に行なう必要が生じている。

しかしながら、これに要する時間が長くなると、電源投入からプリント可能となるまでの立ち上げ時間が長くなり、プリント動作を途中でプリント動作を給紙することになれば、せっかく高速化してもプリント作業の生産性を向上させることができなくなる。さらに加えて、補正のたびにレジストずれ検出に用いられるパターン形成のために無駄なトナー消費が増えることにも繋がる。

しかも、高速化に際しては、ポリゴンミラーの高速回転による発熱も顕著となり、これにより樹脂部品を用いた結像光学素子の熱変形やハウジングの熱歪みが発生しやすくなる虞もある。

本発明の目的は、上記従来の多色画像形成装置、特に複数の光ビームを用いる光走査装置を備えた多色画像形成装置における問題に鑑み、色ずれなどの異常画像の原因となるレジストずれの制御に際してプリント作業が中断されるダウンタイムの低減を可能にしてプリント生産性の悪化を防止できると共に、生起のプリントに用いられる以外で消費されるトナーや電力の低減が可能となる構成を備えた多色画像形成装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、上記光走査手段毎に設けられて、上記複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査位置を補正する走査位置補正手段と、上記各光走査手段の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の、副走査方向における書込み位置を、上記光走査手段のいずれかにおける静電像の形成タイミングを複数の光源ユニットで一律に可変することで補正する副走査レジスト補正手段と、上記基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成されて上記転写体上で重ね合わされる画像同士の書込位置ずれを検出する色ずれ検出手段とを備え、上記走査位置補正手段は、基準となる光源ユニットの走査ラインに、もう一方の走査ラインの走査位置を機械的に合わせるとともに、上記副走査レジスト補正手段は、基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の重なり具合を、主走査方向における少なくとも２箇所以上で検出し、潜像を形成するタイミングを可変することで副走査レジストを電気的に合わせることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、上記光走査手段毎に備えられ、複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査線傾きを補正する傾き補正手段と、上記各光走査手段の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の副走査方向での走査線傾きを補正する副走査スキュー補正手段と、上記基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成されて上記転写体上で重ね合わされる画像同士の書込位置ずれを検出する色ずれ検出手段とを備え、上記傾き補正手段は、基準となる光源ユニットの走査ラインにもう一方の走査ラインの傾き（乃至は曲がり）を機械的に合わせるとともに、光走査手段間において、副走査スキュー補正手段は、基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の重なり具合を、主走査方向における少なくとも２箇所以上で検出し、静電像を形成するタイミング、画素クロックの周期により設定される画像データの構成を一律に組み替えることで、走査ラインの傾き（乃至は曲がり）を電気的に合わせることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、上記複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの主走査倍率を補正する倍率補正手段を光走査手段毎に備えるとともに、上記各光走査装置の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の主走査方向における書込み位置が主走査方向に沿った少なくとも２箇所以上で揃うように補正する主走査レジスト補正手段を有し、上記複数の光源ユニットからの光ビームを検出するビーム位置検出手段を上記光走査手段毎に備え、基準となる光源ユニットに対する、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査位置、または走査線傾き、もしくは主走査倍率を検出するとともに、光走査手段内において、上記倍率補正手段は、光走査手段毎に、走査開始側および走査終端側において光ビームを検出するセンサを備え、基準となる光源ユニットの主走査倍率にもう一方の主走査倍率を合わせ、光走査手段間において、基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の重なり具合を、主走査方向における少なくとも２箇所以上で検出し、画素クロックの位相を可変することで、主走査レジストを電気的に合わせることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちの一つに記載の多色画像形成装置において、少なくとも上記複数の光源ユニット、ポリゴンミラーを収容するハウジング部材を光走査手段毎に備え、上記複数のハウジング部材を共通の基体上に保持してなることを特徴としている。

本発明によれば、走査位置補正手段は、基準となる光源ユニットの走査ラインに、もう一方の走査ラインの走査位置を機械的に合わせるとともに、上記副走査レジスト補正手段は、基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の重なり具合を、主走査方向における少なくとも２箇所以上で検出し、潜像を形成するタイミングを可変することで副走査レジストを電気的に合わせることができるので、光走査手段内では２色間の走査位置を、基準となる光源ユニットの走査ラインに、もう一方の走査ラインを機械的に合わせ、そして、光走査手段間では基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の重なり具合を検出することで電気的に走査レジストを補正するようにして別々の事象での補正が行える。これにより、補正に関わる制御を単純化してダウンタイムを低減させることが可能となる。

請求項４記載の発明によれば、少なくとも上記複数の光源ユニット、ポリゴンミラーを収容するハウジング部材を光走査手段毎に備え、上記複数のハウジング部材を共通の基体上に保持した構成とすることにより、ハウジングが小型化でき熱変形や歪みの影響を受け難くできるうえ、各々の相対的な位置も一定に保つことができるので、経時まで良好な画像品質を維持することが可能となる。

以下、実施例に基づき本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本実施例による多色画像形成装置に適用される光走査装置を４位置（ステーション）に作像位置を設定した場合を対象として、４ステーションを走査する光走査装置の構成を示している、以下にその機能と構成とを合わせて説明する。

同図において光走査装置は、２ステーションずつ２分して、各々個別に光走査ユニットを構成し、走査方向を揃えて並置されている。
図１において、４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は転写体の移動方向１０５に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写し重ね合わせることでカラー画像を形成する。
図示するように各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、ポリゴンミラー１０６により光ビームを走査する。ポリゴンミラーの回転方向は同一であるので、各々の書出し開始位置が一致するように画像を書き込んでいく。
また、実施例では、各感光体に対して半導体レーザを一対配備し、副走査方向に記録密度に応じて１ラインピッチ分ずらして走査することにより、２ラインずつ同時に走査するようにしている。
各光走査ユニットの構成は同一であるので、ここでは、その一方について説明する。

各光源ユニットからのビーム２０１、２０２は、光源ユニット毎に射出位置が副走査方向に異なる部位、実施例では光源ユニット１０７と１０９との射出位置が所定高さ、実施例では６ｍｍだけ異なるよう配備し、光源ユニット１０９からのビームは入射ミラー１１１により折り返し、直接ポリゴンミラー１０６へと向かう光源ユニット１０７からのビームに主走査方向を近接させてポリゴンミラー１０６に入射される。

シリンダレンズ１１３、１１４は、一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、ポリゴンミラー１０６の偏向点までの光路長が等しくなるように配備してあり、各光ビームは偏向面で主走査方向に線状となるように収束され、後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、偏向点と感光体面上とが副走査方向に共役関係とすることで面倒れ補正光学系をなす。

非平行平板１１７は、いずれか一面を主または副走査方向にわずかに傾けたガラス基板であり、光軸周りに回転制御することで、基準となる光源ユニット１０７からのビームに対する相対的な走査位置を調整する。

ポリゴンミラー１０６は６面ミラーで、実施例では２段に構成され、偏向に用いていない中間部をポリゴンミラーの内接円より若干小径となるように溝を設けて風損を低減した形状としている。１層の厚さは約２ｍｍである。尚、上下のポリゴンミラーの位相は同一である。

ｆθレンズ１２０も２層に一体成形、または接合され、各々、主走査方向にはポリゴンミラーの回転に伴って感光体面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、各ビーム毎に配備されるトロイダルレンズ１２２、１２３とにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。

各色ステーションは、ポリゴンミラーから感光体面に至る各々の光路長が一致するように、また、等間隔で配列された各感光体ドラムに対する入射位置、入射角が等しくなるように複数枚、実施例では１ステーションあたり３枚ずつ、の折り返しミラーが配置される。

各色ステーション毎に光路を追って説明すると、光源ユニット１０７からのビーム２０１は、シリンダレンズ１１３を介し、ポリゴンミラー１０６の上段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の上層を通過し、折り返しミラー１２６で反射されトロイダルレンズ１２２を通過し、折り返しミラー１２７、１２８で反射されて感光体ドラム１０２に導かれ、第２のステーションとしてマゼンタ画像を形成する。

光源ユニット１０８からのビーム２０２は、非平行平板１１７、シリンダレンズ１１４を介して入射ミラー１１１で反射され、ポリゴンミラー１０６の下段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の下層を通過し、折り返しミラー１２９で反射されトロイダルレンズ１２３を通過し、折り返しミラー１３０、１３１で反射
されて感光体ドラム１０１に導かれ、第１のステーションとしてイエロー画像を形成する。

もう一方の光走査ユニットも同様な構成で、説明は省くが、光源ユニット１０９からのビームは感光体ドラム１０４に導かれ、第４のステーションとしてブラック画像を、また、光源ユニット１１０からのビームは感光体ドラム１０３に導かれ、第３のステーションとしてシアン画像を形成する。

図３には、トロイダルレンズの支持筐体の構成を示す。トロイダルレンズ３０５は、樹脂製でレンズ部を囲うようにリブ部３０６が形成され、中央部には位置決め用の突起３０７が形成されている。
支持板３０１は板金でコの字状に形成され、トロイダルレンズ３０５の突起３０７を立曲げ部に形成した切欠３１６に係合し、また、リブの下面を立曲げ部３１０に突き当てて位置決めし、一対の板ばね３０３によりリブの上面より付勢して両端を保持する。板ばね３０３はトロイダルレンズ３０５を支持板３０１に重ね合わせた状態で外側から填め込み、一端を開口３１３から内側に出し開口３１４に挿入して固定する。
中央部にはねじ穴３１２に調節ねじ３０８を螺合し、板ばね３０２を同様に外側よりはめ込んで下側リブの内側に引っ掛けて同様に固定し、調節ねじ５０８の先端にリブの下面が確実に当接するように付勢する。板ばねの穴３１９は調節ねじ３０８を貫通する穴である。

トロイダルレンズ３０５は長尺で、剛性が低いため、わずかな応力が加わるだけで変形（反り）を生じ易く、また、周囲温度の変化に伴って上下に温度分布があると熱膨張差によっても変形してしまうが、このように支持板に沿わせることで形状を安定的に保ち、後述する傾け調整の際に局部的に応力が加わってもトロイダルレンズを変形させることがない（母線の直線性を保持する）ようにしている。

トロイダルレンズを装着した支持板は、レンズ中央部に形成された突起３１８をハウジング側に設けられた凹部３０９に嵌合して位置決めを行ない、図中上向きに付勢するよう両端のハウジング取付面との間に板ばね３０４を架橋して支持する。
一端には支持板に形成した嵌合穴３１６を貫通してステッピングモータ３１５が固定され、シャフトの先端に形成された送りねじを可動筒３１７のねじ穴に螺合し、可動筒３１７の先端をハウジング受け面に突き当てることで、ステッピングモータ３１５の回転により副走査方向（トロイダルレンズの高さ方向）に変位可能としている。これにより、ステッピングモータ３１５の正逆回転に追従してトロイダルレンズ３０５は光軸と直交する面内で突起３１８の係合部を支点として回動調節γでき、それに伴って副走査方向におけるトロイダルレンズの母線が傾いて、トロイダルレンズの結像位置としての走査ラインが傾けられる。この構成が書込位置補正手段の一つである走査線の傾き補正手段として用いられる。
実施例では、第１、第３のステーションのトロイダルレンズに回転支点端の方向を揃えて配備され、ユニット毎に基準となる第２、第４のステーションの走査ラインにもう一方の走査ラインが平行となるように傾き調整がわれる。

図４はトロイダルレンズの装着状態を光軸方向から見た図である。
トロイダルレンズ３０５は両端を立曲げ部３１０の縁、中央を調節ねじ３０８の先端で支持され、調節ねじ３０８の突出し量が立曲げ部３１０に足りない場合には、トロイダルレンズの母線３１２が下側に凸となるよう反る。逆に突出し量が超えると上側に凸に反る。従って、これらの調節ねじを調整することによってトロイダルレンズの焦線が副走査方向に湾曲され、走査ラインの曲がりが補正できる。

一般に、走査ラインの曲がりは光学系を構成する光学素子の配置誤差や成形時の反り等に起因し、これをキャンセルする方向にトロイダルレンズ３０５を湾曲させることによって直線性を矯正する、あるいは、各走査ライン間の湾曲の方向と量を揃えることができる。
なお、上記した調節ねじは主走査方向に沿った複数箇所に配備してもよく、中央部と立曲げ部３１０との中間の計３箇所に配備することにより、Ｍ型やＷ型の曲がりについても補正が可能となる。
実施例では、全てのトロイダルレンズに配備され、組付時に各ステーションの走査ラインが真直になるように合わせている。

図１５は、上記した光学系の副走査断面を示す図であるが、トロイダルレンズ１２３の近傍で、各光源３０１、３０２からのビーム２０１が交差する光路となっている。これは、各ビームがトロイダルレンズ１２３で副走査方向に離れた部位を通過すると、上記した傾き補正によりトロイダルレンズを傾けられた際、ビーム間で主走査倍率の差が発生したり、曲がりの形状がビーム間で異なることで上記したレンズ形状を操作する方法では一律に補正するのが難しくなるためで、トロイダルレンズ１２３で各ビームを近接させることでビーム間の差異をなるべく発生させないよう配慮している。

図１２は、走査ラインの傾きを電気的に揃える実施例を示す。
実施例では、各ユニット内では上記したように、基準となるステーションに対し他のステーションの傾きを合わせるが、ユニット間では各ユニットの基準となるステーション同士の傾きを電気的に合わせるようにしている。
いま、基準となるステーション同士の傾きの差がＳだけあったとすると、走査ラインピッチＰで割った余りΔＳが最小となるように係数ｋを定めて主走査領域をｋ＋１分割し、各分割領域毎に書き出しタイミングがずれるよう画像データの記録位置をシフトする。
例えば、実施例ではｋ＝３であるから、１ラインに相当する主走査に沿った画像データを４等分し、ラインバッファに記憶する際に、左から第２の領域では１ライン分、第３の領域では２ライン分、第４の領域では３ライン分というように記録するタイミングを順次ずらして入力する。つまり、もともとのラインにおける画像データは、第２の領域では１ライン前の走査で記録され第４の領域では３ライン前の走査で記録されるように、画像データの構成を組替える。なお、この境界部で発生するジャギー（階段状のギザギザ）は徐々にパルス幅を可変する等のスムージング技術により目立ち難くすることができる。

図１３は曲がりに対する画素データ構成の様子を示すが、仮に２次曲線とみなせば分割位置は、±√（Ｓ／２Ｐ）、±√（Ｓ／Ｐ）で与えられ、同様に適応できる。

画像記録領域の走査開始側および走査終端側には、ユニット毎にフォトセンサを実装した基板１３８、１３９および１４０、１４１が配備され、各ステーションにおいて走査されたビームを検出する。
実施例では、基板１３８、１４０が同期検知センサをなし、この検出信号を基に各々書き込み開始のタイミングをはかるよう共用している。

一方、基板１３９、１４１は終端検知センサをなし、同期検知センサとの検出信号の時間差を計測することで走査速度の変化を検出し、検出された走査速度の変化に対して、各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数を反比例倍して再設定することで、各ステーションによって記録された画像の転写ベルト上での全幅倍率を安定的に保持することができる。
また、いずれかのセンサを図６に示すように主走査方向に垂直なフォトダイオード１５２と非平行なフォトダイオード１５３とで構成することにより、フォトダイオード１５２からフォトダイオード１５３に至る時間差Δｔを計測することで、光ビームの副走査位置のずれΔｙを検出できる。これにより、副走査方向における書込位置の補正、つまり、副走査レジスト補正が行えることになる。

つまり、副走査位置のずれΔｙはフォトダイオード１５３の傾斜角γ、光ビームの走査速度Ｖを用いて、
Δｙ＝（Ｖ／ｔａｎγ）・Δｔ
で表され、実施例では、Δｔが常に一定となるように、後述する光軸偏向手段、またはポリゴンミラー同士の回転位相を制御することで、各色画像の副走査レジストがずれないよう照射位置を保持することができる。
さらに、上記センサを走査開始側と走査終端側のいずれにも配備するようにすれば、各端の副走査位置ずれの差、つまり走査線の傾きが検出できる。

図２は、光源ユニットの斜視図を示す。全ての光源ユニットは同一構成である。
半導体レーザ３０１、３０２およびカップリングレンズ３０３、３０４は、各色走査手段毎に射出軸に対して主走査方向に対称に配備され、半導体レーザはパッケージの外周を嵌合して各々ベース部材３０５、３０６に裏側より圧入され、ホルダ部材３０７の裏面に、各々３点を表側から貫通したねじを螺合して当接させて保持し、カップリングレンズはホルダ部材に相反する方向に開くよう形成したＶ溝部３０８、３０９に外周を突き当て、板ばね３１０、３１１により内側に寄せてねじ固定される。この際、半導体レーザの発光点がカップリングレンズの光軸上になるようベース部材の当接面（光軸に直交する面）上での配置を、また、カップリングレンズからの射出光が平行光束となるようＶ溝上（光軸上）での位置を調節して固定している。
各々の射出光の光軸は射出軸Ｃに対して互いに交差する方向となるよう傾けられ、実施例ではこの交差位置をポリゴンミラー反射面の近傍となるように支持部材の傾斜を設定している。

駆動回路が形成されたプリント基板３１２はホルダ部材に立設した台座にネジ固定により装着し、各半導体レーザのリード端子をスルーホールに挿入してハンダ付けすることで光源ユニット３００が一体的に構成される。
光源ユニットは、ハウジングの壁面に高さを異ならしめて形成した係合穴に各ホルダ部材の円筒部３１３を挿入して位置決めし、当接面３１４を突き当ててネジ止めされる。この際、円筒部を基準として傾け量γを調整することで、ビームスポット間隔を記録密度に応じた走査ラインピッチＰに合わせることができる。この構成が走査線傾き補正およびスキュー補正に用いられる。

図１６および図１７はハウジング２００の概要を示す。
上記した光源ユニット１０９、１１０、ポリゴンミラー１０６、ｆθレンズ１２０等光学系を構成する光学素子は各々ハウジング２０１の所定の部位に配置を保って装着され、カバー２０１で密閉される。図示しないが、トロイダルレンズ等はハウジングの下側より装着され、一体ユニットとなす。

実施例ではイエロー、マゼンタのステーションを１ユニット、シアン、ブラックのステーションを１ユニットとして、別々のハウジングに収容される。
ハウジング２０１は樹脂で成形され、外壁には４箇所の支持部が形成される。
前側の一対の支持部２０５には、位置決めピン２０３とねじの貫通穴２０４が形成され、図１７に示すように、本体フレームを構成する支持部材２０８に位置決めピン２０３を基準として装着され、ねじ止めされる。一方、ポリゴンモータ側の一対の支持部２０６は板ばね２０７で上から抑え付けるのみで設置平面上で拘束しない。
従って、転写ベルトの搬送方向に自由膨張を可能とし、ポリゴンモータの発熱に伴うハウジングの変形が発生し難くしている。

支持部材２０８は各ユニットに共通であり板金で形成され、感光体ドラムとの間を仕切るように配置され、各ビームは開口２０９を通して感光体ドラムを照射する。

次に、図７を用いて主走査、副走査方向でのレジストずれ補正に用いられる書込制御回路の動作について説明する。
まず、書き込み制御回路は画素クロック生成部１４０１を備え、画素クロック生成部１４０１において、カウンタ１４０３では、高周波クロック生成回路１４０２で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路１４０４ではこのカウント値と、デューティ比に基いてあらかじめ設定される設定値Ｌ、および画素クロックの遷移タイミングとして外部から与えられ、位相シフト量を指示する位相データ信号とを比較し、カウント値が上記設定値Ｌと一致した際に画素クロック制御回路１４０５から画素クロックＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号ｌを、そして位相データ信号と一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立上がりを指示する制御信号ｈを出力する。この際、カウンタ１４０３は制御信号ｈと同時にリセットされ再び０からカウントを行なうことで、連続的なパルス列が形成できる。

このような処理により、１クロック毎に位相データＨを与え、順次パルス周期が可変された画素クロックＰＣＬＫを生成する。

実施例では、画素クロックＰＣＬＫは、高周波クロックＶＣＬＫの８分周とし、１／８クロックの分解能で位相が可変できるようにしている。
図８は、１／８クロックだけ位相を遅らせた例である。
デューティ５０％とすると設定値Ｌ＝３が与えられ、カウンタ４０３で４カウントされ画素クロックＰＣＬＫを立ち下げる。１／８クロック位相を遅らせるとすると位相データＨ＝６が与えられ、７カウントで立上げる。同時にカウンタがリセットされるので、４カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が１／８クロック分縮められたことになる。

このような処理により生成された画素クロックＰＣＬＫは、光源駆動部４０５に与えられ、画素クロックＰＣＬＫを基準に、画像処理部４０６により読み出された画像データを各画素に割り当てて変調データを生成し、半導体レーザを駆動する。
このように位相をシフトする画素を所定間隔で配置することによって、走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪、いわゆる、主走査方向レジストを補正することができる。

実施例では、図１０に示すように主走査領域を複数の区間に分割し、分割区間毎に位相をシフトする画素の間隔とシフト量を以下に示す如く設定し位相データとして与えている。いま、主走査位置ｘに対する倍率の変化をＬ（ｘ）とすると、ビームスポット位置ずれの変化Ｍ（ｘ）はその積分値で表される。
Ｍ（ｘ）＝∫Ｌ（ｘ）ｄｘ
分割区間の始点と終点でビームスポット位置ずれが０となるように補正することを想定すると、任意の分割区間の倍率の変化に伴う分割区間幅のずれをΔｍ、位相シフトの分解能をσ（一定）、分割区間内の画素数をＮとすると、位相をシフトする画素の間隔は、
Ｄ≒Ｎ／（Δｍ／σ）但し、Ｄは整数
で示され、Ｄ画素毎にσずつ位相をシフトすればよい。
上記実施例では、σは１／８画素となる。
従って、この場合、分割区間のちょうど中間位置でビームスポット位置ずれ残差が最大となるが、この残差が許容範囲内となるように各分割位置、分割区間の数を決めてやればよい。

図９は、実施例におけるビームスポット位置ずれ制御を機能を主として説明するために用いるブロック図である。
上記したように、実施例では、各ユニット内では基準となるステーションに対し他のステーションの走査位置を合わせ、ユニット間では各ユニットの基準となるステーション同士の画像の重なり具合を検出し、一方のユニットについて書き出しのタイミングや画素クロックの周期を一律に補正するようにしている。
画像の重なり具合は、各ユニットの基準ステーション転写ベルト１０５上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることで、主走査倍率、副走査レジスト、走査ラインの傾きを一方のステーションを基準として相対的なずれとして検出し、定期的に補正制御が行なわれる。

補正制御は、例えば、装置の立ち上げ時やジョブ間等のタイミングで行ない、１ジョブのプリント枚数が多くなる場合には、その間の温度変化によるずれを抑えるために、途中で割り込みをかけて補正がかけられる。

検出手段は、照明用のＬＥＤ素子１５４と反射光を受光するフォトセンサ１５５、および一対の集光レンズ１５６とからなり、実施例では、画像の中央と左右両端２ヵ所に配備され、各ユニットで基準となるブラックとマゼンタとのトナー像により、主走査ラインと約４５°傾けたラインパターンを形成し、転写ベルトの移動に応じて検出時間差を読み取っていく。

図１１は、その一例を示すが、転写体の移動に沿って検出ライン上のトナー像を読み取る。
紙面上下が主走査方向に相当し、検出時間差ｔｍｋの理論値ｔ０との差より各色の副走査レジストを、また、検出時間差ｔｋ、ｔｍの差より各色の主走査レジストのずれを求める。
ここで、光源数が複数、実施例では２ビームでこのパターンが形成されるので、図１４に示すように主走査方向では光源間の波長差によりｄだけ凹凸が発生し、副走査方向ではピッチ誤差によりＤ１とＤ２に示すように組み合わせによりライン幅が異なる。２ビームの場合、ポリゴンミラーの１面で走査されるライン間隔が狭まると、隣接面で走査される次のラインとの間隔は広がってしまう。
そこで、実施例では、光源を全て用い、いずれかの光源からのビームがポリゴンミラーの隣接する２面以上で走査されるように、検出位置に沿って少なくとも３ライン以上にかかるようなライン幅を設定してラインパターンを形成し、検出位置に沿ってラインの両縁を検出してその中間点を求めることで、ピッチ誤差を全て含めた形で平均化されたずれが検出でき、各光源毎に個別に検出して平均値を求めるのと同様な効果があり、ピッチ変動や主走査倍率変動の影響を受けない。

ところで、この際、ラインパターンをどの光源から書き始めるかによって、検出毎にライン幅が変わってしまう可能性があるため、ラインパターンの先頭行は常に特定の光源で形成するようにしておく必要がある。
こうして検出された副走査レジストについては、ポリゴンミラー１面おき、つまり光源数をｎとするとｎラインピッチｎ・Ｐ、実施例では２Ｐを単位として面位相を選択し、各光源の走査ラインのうち、最もレジストずれが小さくなる走査ラインを通常プリント時の先頭行として選択することで一方のユニットの副走査方向における書出しタイミングを各ステーション共通に補正し、ポリゴンミラー同士の回転位相を所定値に制御することで、トナー像によって検出された副走査
レジストずれのうち、書出しタイミングによって補正できない１走査ラインピッチＰ以下の余分ΔＰをも補正できるようにしている。
また、傾きについては上記した画素データの組替えにより一方のユニットにおける各ステーション共通に補正する。

一方、ユニット内においては、上記したようにフォトダイオード１５２、１５３を用いてステーション間の走査位置ずれを常に監視することができる。
実施例では、このフォトダイオード１５２、１５３を主走査方向における走査領域の両端に配備することで走査線の傾きも検出できるようにし、フィードバック補正によりレジスト位置と傾きとを機械的に補正して、基準となるステーションの走査位置に合わせ込むように制御され、主走査倍率については、上記したように同期検知信号と終端検知信号との検出時間をもとに、ステーション間の倍率変化を常に監視し、基準となるステーションの倍率に合うように各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数を補正しているので、各ユニット間の基準となるステーションにおける画像の重なり具合さえ合わせれば、全てのステーションの色ずれが補正できる。

このように、実施例では、トナー像検出による定期的な補正を最小限で済ませることで、プリント動作を中断する時間をかけることなく各色画像の重ね合わせ精度が保たれるようにしている。
また、４ステーションを２ステーションずつに分け、同一方向に回転するポリゴンミラーで走査するようにして各ステーションの走査方向を揃え、主走査方向の倍率変動があってもレジストずれが発生し難くくするとともに、ユニット間の補正を電気的な補正のみで対応できるようにすることで、より補正にかける時間が短くなるよう配慮している。なお、主走査方向においては、上記したように主走査領域を複数に分割した各区間毎に画素クロックの周期を可変することで中間像高における倍率の歪みを低減し、主走査方向の全域に渡って倍率が均一になるようにしている。
従って、各分割位置毎にレジストずれを検出するセンサを設ければ良いのだが、コストアップとなるうえ補正時間もかかる。

実施例では、センサ数を最小限とするため、あらかじめ、温度変化に伴って生じる各分割区間毎の倍率変化を予測して重み付けられた位相データを、所定区間の倍率の変化量に対応してデータテーブルに記憶させておくことで対処している。そのため、センサを主走査領域における中央と両端の３箇所に配置して主走査領域を２分した各区間の倍率の変化量を検出し、上記３箇所で基準となるステーションとのレジストずれがゼロとなるように、各分割区間毎の倍率変化を予測する。

図５には、光軸変更手段である非平行平板の支持部に関する斜視図が示されている。
図５において非平行平板３２１は、円筒状のホルダ部材３２２中央枠内に固定され、軸受部３２３を形成した支持部材３２４にホルダ部材に形成した一対の鍔部３２６を切欠に合わせて挿入し、水平に戻すことで鍔部３２６が裏側に引っ掛かり、支持部材に密着した状態で嵌合部３２５を基準に回転可能に保持される。
支持部材３２４は、上記したように底面を基準にハウジングにねじ止めされ、軸受部３２３の回転中心が光源ユニットの射出軸と中心が合うように高さＨが各々設定されており、回転によってビームの射出軸をわずかに傾けることができる。

ホルダ部材の一端にはレバー部３２７が形成され、支持部材に形成した貫通穴３３０に係合され固定されているステッピングモータ３２８の軸先端に形成した送りネジを螺合しており、その上下動に伴って非平行平板３２１を回動可能としている。なお、この際のバックラッシュをとるため、ホルダ部材のピン３３１と支持部材のピン３３２との間にスプリング３２９により引張力をかけ、一方向に片寄せする構成としている。
いま、この回転角をγ、非平行平板の頂角をε、カップリングレンズの焦点距離をｆｃ、光学系全系の副走査倍率をζとすると、感光体面での副走査位置の変化は、
Δｙ＝ζ・ｆｃ・（ｎ−１）ε・ｓｉｎγ 但しｎは非平行平板の屈折率
で与えられ、微小回転角の範囲では回転角にほぼ比例して可変できる。
実施例では、非平行平板の頂角εは、約２°である。

このような非平行平板以外にも、図２０に示す液晶偏向素子等を光軸変更手段として用いても同様である。
液晶偏向素子は上下の電極間に電位差を与えることで、右図断面に示すように電位の傾斜が発生し、液晶の配向が変化して屈折率分布を発生させ、光線を屈曲させることができる。従って、副走査方向に電極を設ければ、印加電圧に応じて感光体面での走査位置を可変できる。

図１８は上記光走査装置を搭載した多色画像形成装置１０００の例を示す。
感光体ドラム９０１の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、光走査装置９００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ９０４、ドラムに残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース９０５が配置される。感光体ドラムへは上記したようにポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン、実施例では５ライン同時に画像記録が行われる。

上記した画像形成ステーションは転写ベルト９０６の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。

一方、記録紙は給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により供給され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、転写ベルトよりカラー画像が転写されて、定着ローラ９１０で定着して排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１１に排出される。
以上まとめると、本願実施例においては、各ハウジングに収められた２色間の色ずれ補正を各々行い、その基準となる色同士の色ずれを電気的な補正により一律に行うことで、補正の手順を単純化することができる。

このように、２色毎に分割することで、共通のハウジング９００を２セット用意すれば良く、実施例では４色であるが、すでにインクジェットプリンタで実施されているような中間色を加えた６色等への展開も容易に行うことができる。

図２１は、上述した６色を対象とした多色画像形成装置１０００’の場合を示す例であるが、イエロー９１４、マゼンタ９１５、シアン９１６、ブラック９１８の他に、階調性向上のためのグレー９１７、および光沢性向上のための透明トナー９１９を加えている。

図１９は、ポリゴンミラーの位相を制御する回路のブロック図である。
ポリゴンミラー４０１、４０２はロータ４０３に装着され、回路基板４０４に回転自在に支持される。

一般に、ロータマグネットは円周方向に等分するようにＳ極とＮ極が配列され、また、回路基板上には、回転位置検出手段としてのホール素子４０５、４０６が設けられており、ポリゴンモータの回転につれ各極の境目がホール素子上を通過する毎に、一定周期の回転位置検出信号が発生される。
ポリゴンミラーは、回転数に応じて一定の周波数のパルス信号ｆ０が外部から入力され回転するが、このパルス信号と上記した回転位置検出信号とをＰＬＬ回路に入力することで、回転位置検出信号が一定周期となるように位相を制御した駆動周波数ｆｄを生成してポリゴンミラーを等速で回転する。各ポリゴンミラーには、同一周波数のパルス信号ｆ０を入力され回転数は等しい。

一方、ポリゴンミラーにより偏向された光ビームは、各走査の開始端で同期検知センサ４０７、４０８で検出され、各面毎に同期検知信号が発生される。各面の分割角度は一定であるので、こちらも一定周期のパルス信号となる。
従って、ポリゴンミラーの面数と１回転に対応した回転位置検出信号とのパルス数が等しくなるように極数を設定すれば、周波数が等しくなるので位相制御が容易になる。
通常、ホール素子の配置とポリゴンミラーの各面とは周方向に角度を合わせて取り付けているわけではないので、ホール素子からの回転位置検出信号と同期検知信号とは各々位相が異なる。

実施例では、各々の光走査ユニットでのポリゴンミラーにおいて、光ビームが同期検知センサを通過する際のポリゴンミラーの回転角が合うように、同一像高に同期検知センサを配置してある。また、いずれか一方、図ではポリゴンミラー４０１を基準としたもう一方の同期検知信号の位相差を加算器に入力することで、ＰＬＬ回路から出力された駆動周波数ｆｄの位相を制御し、同期検知信号同士の検知タイミング所定値となるようにポリゴンミラーの回転位相ｔを制御している。

実施例では、この際の回転位相ｔを以下のように設定している。
上記転写ベルトの移動速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、転写ベルト上で検出されたレジストずれをｄ（ｍｍ）、ポリゴンミラーの走査周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、
回転位相ｔは、
ｔ＝ｄ／ｖ−ｋ／ｆここで、ｋはｔを最小とする整数
常に、この条件を満たすように制御することにより、各光走査ユニット間のレジストずれｄは、１ライン以下まで良好に補正できる。
なお、走査周波数ｆは、記録密度ＤＰＩを用いて表すと、
ｆ＝ｖ・ＤＰＩ／２５．４
であり、ポリゴンミラーの回転数Ｒは、面数ｎを用いて、
Ｒ＝６０×ｆ／ｎとなる。

本発明実施例による光走査装置を４ステーションに設けた場合の構成を示す図である。図１に示した光走査装置に用いられる光源ユニットの構成を示す図である。図１に示した光走査装置に用いられるトロイダルレンズの支持構成を示す図である。図３に示したトロイダルレンズの装着状態を光軸方向から見た図である。図３に示したトロイダルレンズの光軸変更手段である非平行平板の支持部の構成を示す図である。本発明実施例による光走査装置における副走査方向のずれを検知するための構成を示す図である。本発明実施例による光走査装置の光書込制御に用いられる制御部の構成を示すブロック図である。図７に示した制御部で実行される書込制御の態様を説明するためのタイミングチャートである。本発明実施例による光走査装置で実行される書き込み時でのビームスポットずれ制御に用いられる構成を説明するためのブロック図である。図７に示した制御部で実行される走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪を補正する際の原理を説明するための図である。本発明実施例による光走査装置において実行される主走査倍率、副走査方向ずれの検知に用いられるパターンの状態を示す図である。走査ラインの傾きを電気的に揃える実施例を示す走査ラインの曲がりに対する画素データ構成の様子を示す図である。２ビームを対象とした場合の主走査方向および副走査方向でのずれ検知状態を説明するための図である。光走査装置における副走査方向断面図である。光走査装置のハウジング構成を示す図である。図１６に示したハウジングの設置状態を示す図である。本発明実施例による光走査装置を搭載した画像形成装置の一例を示す図である。光走査装置に用いられるポリゴンミラーの位相を制御する回路を説明するためのブロック図である。光走査装置における光軸変更手段の一つとして用いる液晶偏向素子の構成およびその作用を示す図である。図１８に示した画像形成装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１０６ポリゴンミラー
１０７，１０８光源ユニット
１５３，１５４フォトセンサ
３０８調整ネジ
３１５ステッピングモータ
１０００，１０００’ 画像形成装置
１４０１画素クロック生成部

Claims

複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、
上記光走査手段毎に設けられて、上記複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査位置を補正する走査位置補正手段と、
上記各光走査手段の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の、副走査方向における書込み位置を、上記光走査手段のいずれかにおける静電像の形成タイミングを複数の光源ユニットで一律に可変することで補正する副走査レジスト補正手段と、
主走査方向で少なくとも２カ所以上に備えられていて、上記基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成されて上記転写体上で重ね合わされる画像同士の書込位置ずれを検出する色ずれ検出手段とを備え、
上記走査位置補正手段は、基準となる光源ユニットの走査ラインに、もう一方の走査ラインの走査位置を機械的に合わせるとともに、上記副走査レジスト補正手段は、基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の重なり具合を、主走査方向における少なくとも２箇所以上で検出し、潜像を形成するタイミングを可変することで副走査レジストを電気的に合わせることを特徴とする多色画像形成装置。
複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、
上記光走査手段毎に備えられ、複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査線傾きを補正する傾き補正手段と、
上記各光走査手段の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の副走査方向での走査線傾きを、いずれかの光走査手段における主走査領域を複数区間に分割し、分割区間毎の静電像を形成するタイミングを複数の光源ユニットで一律に可変することで補正する副走査スキュー補正手段と、
主走査方向で少なくとも２カ所以上に備えられていて、上記基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成されて上記転写体上で重ね合わされる画像同士の書込位置ずれを検出する色ずれ検出手段とを備え、
上記傾き補正手段は、基準となる光源ユニットの走査ラインにもう一方の走査ラインの傾き（乃至は曲がり）を機械的に合わせるとともに、
光走査手段間において、副走査スキュー補正手段は、基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の重なり具合を、主走査方向における少なくとも２箇所以上で検出し、静電像を形成するタイミング、画素クロックの周期により設定される画像データの構成を一律に組み替えることで、走査ラインの傾き（乃至は曲がり）を電気的に合わせることを特徴とする多色画像形成装置。
複数の光源ユニットからの光ビームを同一位相のポリゴンミラーにより走査し、各光ビームに対応した像担持体上に結像光学系により結像して静電像を各々形成する光走査手段を複数備え、上記像担持体に形成された静電像を各色トナーにより現像し、転写体上で重ね合わせてカラー画像を形成する多色画像形成装置において、
上記複数の光源ユニットのうち、基準となる光源ユニットに対して、それ以外の光源ユニットからの光ビームの主走査倍率を補正する倍率補正手段を光走査手段毎に備えるとともに、上記各光走査装置の基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の主走査方向における書込み位置が主走査方向に沿った少なくとも２箇所以上で揃うように補正する主走査レジスト補正手段を有し、
上記複数の光源ユニットからの光ビームを検出するビーム位置検出手段を上記光走査手段毎に備え、基準となる光源ユニットに対する、それ以外の光源ユニットからの光ビームの走査位置、または走査線傾き、もしくは主走査倍率を検出するとともに、
光走査手段内において、上記倍率補正手段は、光走査手段毎に、走査開始側および走査終端側において光ビームを検出するセンサを備え、基準となる光源ユニットの主走査倍率にもう一方の主走査倍率を合わせ、
光走査手段間において、基準となる光源ユニットからの光ビームにより形成された画像同士の重なり具合を、主走査方向における少なくとも２箇所以上で検出し、画素クロックの位相を可変することで、主走査レジストを電気的に合わせることを特徴とする多色画像形成装置。
請求項１乃至３のうちの一つに記載の多色画像形成装置において、
少なくとも上記複数の光源ユニット、ポリゴンミラーを収容するハウジング部材を光走査手段毎に備え、上記複数のハウジング部材を共通の基体上に保持してなることを特徴とする多色画像形成装置。