JP4566723B2 - レーザスキャナ及びそれを適用する画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はレーザスキャナ及びそれを適用する画像形成装置、例えばMEMS (Micro Electro Mechanical Syatem) 技術によるスキャンデバイスを用いた電子写真方式の画像形成装置に使用するレーザスキャナ及びそれを適用する画像形成装置装置に関する。

従来の電子写真方式の画像形成装置に使用するレーザスキャナでは、画像データに応じて発光するレーザビーム光を回転するポリゴンミラーに照射して感光体上を走査することで、静電潜像を形成するのが広く一般的である。

しかし、近年求められている画像形成の高速化や高解像度化を実現するためには、副走査の走査数を決定するポリゴンミラーの回転を高速化しなくてはならない。既に、ポリゴンミラーをより高速で回転させるには物理的に限界に近いレベルまで到達しており、今後も飛躍的に速度アップを望むのは厳しい状況である。

こうした課題に対し、ポリゴンミラーに替わり例えばMEMS技術により形成したミラーをねじれ往復運動させ、これにレーザビームを照射することにより感光体上を走査するレーザスキャナが考案されている。

このようなレーザスキャナの従来の概略構成を図７に示す。

入力された画像信号（図示せず）に応じて、レーザドライバ４０１から照射されたレーザビーム光４０３は、ねじれ往復運動するトーションミラー４０２によって反射され、回転する感光ドラム１０４上を走査して静電潜像を形成する。

この場合に、トーションミラー４０２は、図８のねじれ運動の位相角６０２で動作する。トーションミラー４０２は等角速度運動をするため、全ての期間においてレーザビーム光を照射して作像することはできず、ENB (Enable) の期間６０１だけレーザ発光するようにする。その結果、走査線６０３が感光ドラム上に描かれる。

図９は、レーザビームが感光面を走査した様子を示す図である。５０３はトーションミラーのねじれ往復運動による主走査方向、５０４が感光ドラムの回転による副走査方向である。トーションミラー往復運動の往路である前述のENBの期間６０１だけレーザビームを照射することにより、走査線５０１のみが感光ドラム上に静電潜像を形成し、ミラーの復路である破線で示した５０２の部分は、レーザを照射しない。５０２の部分もレーザ照射し画像形成をすると、走査線の角度が交互に入れ替わるため正常な画像を得ることができないので、このような方法をとる。
特開２００２−２６７９９５号公報

しかしながら、上述従来の方法では、トーションミラーの復路の部分において画像形成が出来ないため解像度が低下してしまう。解像度を上げるためには副走査速度を下げなくてはならない。あるいは、復路のトーションミラーの速度を往路より高速にする複雑な制御が必要である。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、簡単な構成でトーションミラーの復路時の画像形成を実現して、解像度を高め画像形成の高速化を可能とするレーザスキャナ及びそれを適用する画像形成装置を提供する。

かかる課題を解決するために、本発明のレーザスキャナは、入力された画像信号に応じてレーザビームを出射するレーザビーム出射手段と、前記レーザビームを反射し、前記レーザビームに感光体上を走査させる２つのトーションミラーと、前記レーザビーム出射手段から出射される前記レーザビームを前記２つのトーションミラーのいずれかに向かって反射する反射ミラーとを備え、該２つのトーションミラーは、互いに同期しながら互いに逆位相で第１の回転方向及び前記第１の方向とは反対方向の第２の回転方向に往復ねじれ運動をし、前記反射ミラーは、前記２つのトーションミラーのうち前記第１の回転方向に運動しているトーションミラーに前記レーザビームが照射されるように、入射する前記レーザビームに対する位置が制御されることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、上記レーザスキャナと、前記レーザビームによって走査されることによって形成される静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、前記現像手段によって現像されるトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体上に転写されるトナー像を定着させる定着手段とを有することを特徴とする。

ここで、前記レーザビーム発光手段は、入力された画像信号に応じ主走査１ライン毎に交互に発光し、それぞれの発光するレーザビームが前記２つのトーションミラーの一方を照射する２つのレーザビーム発光部を有する。この場合に、前記画像形成装置が、前記２つのレーザビーム発光部に主走査１ライン毎に交互に画像信号を入力する制御手段を更に有する。

又、前記レーザビーム発光手段は、入力された画像信号に応じ発光する１つのレーザビーム発光部と、前記レーザビーム発光部によるレーザビームを前記２つのトーションミラーに交互に照射するよう方向を変える折り返しミラーとを有する。

本発明により、簡単な構成でトーションミラーの復路時の画像形成を実現して、解像度を高め画像形成の高速化を可能とするレーザスキャナ及びそれを適用する画像形成装置を提供できる。

請求項１記載の発明によれば、レーザビームの方向を変える１つの反射ミラーと２つのトーションミラーとの簡単な構成の追加により、画像処理部の変更無しにトーションミラーの復路時の画像形成を実現して、解像度を高め画像形成の高速化を可能とした。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態のレーザスキャナ及びそれを適用する画像形成装置を詳細に説明する。

＜実施形態１のレーザスキャナの構成及び動作例＞
図１に、実施形態１のレーザスキャナの構成例を示す。

入力された画像信号（図示せず）に応じて、第１のレーザドライバ１０１Ａから照射されたレーザビーム光１０３Ａは、ねじれ往復運動する第１のトーションミラー１０２Ａによって、回転する感光ドラム１０４上を走査して静電潜像を形成する。同様に入力された画像信号（図示せず）に応じて、第２のレーザドライバ１０１Ｂから照射されたレーザビーム光１０３Ｂは、ねじれ往復運動する第２のトーションミラー１０２Ｂによって、回転する感光ドラム１０４上を走査して静電潜像を形成する。尚、本実施形態では、入力される画像信号が、第１のレーザドライバ１０１Ａと第２のレーザドライバ１０１Ｂとに１主走査毎に交互に入力されることになり、各レーザドライバは図３に従い後述するように、１行置きに画像形成する。

図２に、実施形態１のレーザスキャナの動作例を示す。

２つのトーションミラー１０２Ａと１０２Ｂのねじれ運動の位相角は、図２のミラーＡ位相角３０２ＡとミラーＢ位相角３０２Ｂに示すように互いに逆位相になる。トーションミラー１０２Ａと１０２Ｂは等角速度運動をするため、全ての期間においてレーザビーム光を照射して作像することはできず、それぞれＡレーザの発光ENB信号３０１Ａ、Ｂレーザの発光ENB信号３０１Ｂがハイの期間だけレーザ発光する。その結果、ＡとＢの走査を合成した走査線３０３が感光ドラム上に描かれる。

図３は、レーザビームが感光面を走査した様子である。

２０３はトーションミラーのねじれ往復運動による主走査方向、２０４が感光ドラムの回転による副走査方向である。トーションミラー１０２Ａの往復運動の往路である前述のＡレーザの発光ENB信号３０１Ａのハイの期間だけレーザビームを照射することにより、走査線２０１Ａのみが感光ドラム上に静電潜像を形成し、ミラーの復路である破線で示した２０２Ａの部分は、レーザを照射しない。同様に、トーションミラー１０２Ｂの往復運動の往路である前述のＢレーザの発光ENB信号３０１Ｂがハイの期間だけレーザビームを照射することにより、走査線２０１Ｂのみが感光ドラム上に静電潜像を形成し、ミラーの復路である破線で示した２０２Ｂの部分は、レーザを照射しない。

このような構成及び動作とすることで、副走査方向の走査速度を下げることなく、あるいは復路のミラー運動を高速化することなく、副走査方向の解像度を向上することができ、結果的に画像形成の速度を上げることができる。

＜実施形態２のレーザスキャナの構成及び動作例＞
図４に、実施形態２のレーザスキャナの構成例を示す。

入力された画像信号（図示せず）に応じて、レーザドライバ７０１から照射されたレーザビーム光１０３は、１主走査毎に異なる２つの位置（反射角度）に交互に移動する折り返しミラー７０５で折り返され、後述する２つのトーションミラー１０２Ａ，１０２Ｂを照射する。折り返しミラーがＡの位置（図示せず）にある場合、レーザビーム光１０３はねじれ往復運動する第１のトーションミラー１０２Ａによって、回転する感光ドラム１０２上を走査して静電潜像を形成する。同様に、折り返しミラーがＢの位置（図示せず）にある場合、入力された画像信号（図示せず）に応じて、第２のレーザドライバ１０１Ｂから照射されたレーザビーム光１０３Ｂは、ねじれ往復運動する第２のトーションミラー１０２Ｂによって、回転する感光ドラム１０４上を走査して静電潜像を形成する。尚、本実施形態では、実施形態１とは異なり、入力される画像信号は従来と同様に副走査方向の連続する行を順にレーザドライバ７０１に入力することで、画像形成できる。従って、実施形態１に比較して、画像信号の制御が簡単である。

図５に、実施形態２のレーザスキャナの動作例を示す。

２つのトーションミラー１０２Ａと１０２Ｂのねじれ運動の位相角は、図５のミラーＡ位相角８０２ＡとミラーＢ位相角８０２Ｂに示すように互いに逆位相になる。トーションミラー１０２Ａと１０２Ｂは等角速度運動をするため、全ての期間においてレーザビーム光を照射して作像することはできず、レーザ発光ENB信号８０１がハイの期間だけレーザ発光する。その結果、ＡとＢの走査を合成した走査線８０３が感光ドラム上に描かれる。

レーザビームが感光面を走査した様子は、実施形態１と同様に図３のようになる。この場合に、実施形態２では、トーションミラー１０２Ａの往復運動の往路で、且つ折り返しミラー７０５がＡの位置にある期間だけレーザビームを照射することにより、走査線２０１Ａのみが感光ドラム上に静電潜像を形成し、ミラーの復路である破線で示した２０２Ａの部分は、レーザを照射しない。同様に、トーションミラー１０２Ｂの往復運動の往路で、且つ折り返しミラー７０５がＢの位置にある期間だけレーザビームを照射することにより、走査線２０１Ｂのみが感光ドラム上に静電潜像を形成し、ミラーの復路である破線で示した２０２Ｂの部分は、レーザを照射しない。

このような構成及び動作とすることで、副走査方向の走査速度を下げることなく、あるいは復路のミラー運動を高速化することなく、副走査方向の解像度を向上することができ、結果的に画像形成の速度を上げることができる。更に、画像信号の入力制御が簡略化される。

＜本実施形態のレーザスキャナを適用する画像形成装置の構成例＞
図６に、上記本発明のレーザスキャナを適用する画像形成装置の構成例を示す。図６には、画像形成装置の例としてカラー複合機を示すが、他の装置である複写機やプリンタであっても、あるいは装置の一部を構成するレーザスキャナを含む部品であってもよいのは自明である。本発明の画像形成装置は、本発明のレーザスキャナを適用するものであればこれらをも含む概念である。

画像形成装置50は上部にカラー画像リーダ部1 (以下、「リーダ部1」と記す)、下部にカラー画像プリンタ部2 (以下、「プリンタ部2」と記す)を有する。

まずリーダ部1の構成について説明する。

1101は原稿台ガラス(プラテン)、1102は自動原稿給紙装置(ADF)であり、この自動原稿給紙装置1102の代わりに、鏡面圧板もしくは白色圧板(図示せず)を装着する構成でもよい。原稿を照明する光源1103及び1104は、ハロゲンランプ、蛍光灯、キセノンランプなどの類の光源を使用する。1105及び1106は光源1103及び1104の光を原稿に集光する反射傘、1107、1108、1109はミラー、1110は原稿からの反射光または投影光をCCD(電荷結合素子)イメージセンサ(以下、CCDと称する)1111上に集光するレンズである。

1112はCCD1111が実装されている基板、1100は画像形成装置全体を制御する制御部、1113はデジタル画像処理部である。

1114は、光源1103及び1104と反射傘1105及び1106と、ミラー1107を収容するキャリッジである。1115は、ミラー1108及び1109を収容するキャリッジである。なお、キャリッジ1114は速度Vで、キャリッジ1115は速度V/2で、CCD1111の電気的走査方向(主走査方向X)に対して直交する副走査方向Yに機械的に移動することによって、原稿の全面を走査する。1116は、他のデバイスとの外部インターフェイス(I/F)である。

次に、カラープリンタ部2の構成を説明する。

制御部1100からの制御信号をプリンタ制御I/F1218で受け、プリンタ制御I/F1218からの制御信号に基づいてプリンタ部2は動作する。

感光ドラム1202は反時計方向へ回転し、上記本実施形態のレーザスキャナ1201により感光ドラム1202上に静電潜像が形成され、回転軸1200の周りにブラック、イエロー、マゼンダ、シアンの各色に対応する現像器1221、1222、1223、1224を配置して構成される。感光ドラム1202上にトナー画像を形成する際に、カラー画像の形成を行う場合は、回転カラー現像器1203をステッピングモータ(不図示)の回転により、現像を行う各分解色に応じて1221〜1224の所定の現像器を択一的に回転軸1200を中心に感光ドラム1202に近接(または接触)させた現像位置に回転動作させて現像を行う。現像器1221〜1224からは、感光ドラム1202上の電荷に応じた量のトナーが供給され、感光ドラム1202上の静電潜像が現像される。

尚、本実施形態においては、現像器1221〜1224は、回転カラー現像器1203に対して容易に着脱可能な構成となっている。そして、回転カラー現像器203には、時計方向にブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色に対応した設置位置が指定されており、各色の現像器1221〜1224は指定された色の位置に装着される。そして、黒単色画像を現像する際にはブラック現像器1221のみが使用され、ブラック現像器1221のスリーブ(図示せず)が感光ドラム1202と対向する位置まで回転カラー現像器1203を回転させ、トナー供給を行う。フルカラー画像を現像する際には現像器1221〜1224全ての現像器が使用され、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順に、各現像器のスリーブが感光ドラム1202と対向する可視化位置1226まで回転カラー現像器1203を回転させる。感光ドラム1202上に形成されたトナー像は、感光ドラム1202の反時計方向への回転により、時計方向に回転する中間転写体1205に転写される。中間転写体1205への転写は、黒単色画像の場合には中間転写体1205の1回転で、フルカラー画像の場合は同４回転で完了する。中間転写体1205は、特定のシートサイズ、例えばＡ４サイズ以下の画像を形成するときには、中間転写体1205に2面の画像が形成可能である。

一方、上段カセット1208または下段カセット1209からピックアップローラ1211または1212によりピックアップされ、給紙ローラ1213または1214により搬送されるシート(記録紙)は、搬送ローラ1215によりレジストローラ(レジR)1219まで搬送される。そして、中間転写体1205への転写が終了するタイミングで、中間転写体1205と転写ベルト1206の間にシートが搬送される。その後、シートは、転写ベルト1206により搬送されると共に中間転写体1205に圧着され、中間転写体1205上のトナー像がシートに転写される。シートに転写されたトナー像は、定着ローラ及び加圧ローラ1207により加熱及び加圧されシートに定着される。画像が定着されたシートは、フェイスアップ排紙口1217に排出される。

なお、シートに転写されずに残る中間転写体1205上の残トナーは、画像形成シーケンス後半の後処理制御でクリーニングされる。後処理制御では、シートに転写終了後の中間転写体205上の残トナーは廃トナーとして、クリーニングR1230により元々のトナー極性の逆極性に帯電され、逆極性の残トナーは感光ドラム1202に再度転写される。感光ドラムユニット内では、逆極性残トナーがブレード(図示しない)によりドラム表面から掻き取られ、感光ドラムユニット内に一体化されている廃トナーボックス231まで搬送される。こうして、中間転写体1205上の残トナーが完全にクリーニングされて後処理制御は終了する。

実施形態１のレーザスキャナの構成例を示す図である。 実施形態１のレーザスキャナの動作を示すタイミングチャートである。 本実施形態によって作像された静電潜像の模式図である。 実施形態２のレーザスキャナの構成例を示す図である。 実施形態２のレーザスキャナの動作を示すタイミングチャートである。 本実施形態のレーザスキャナを適用する画像形成装置の概略断面図である。 従来のＭＥＭＳレーザスキャナの構成を示す図である。 従来のＭＥＭＳレーザスキャナの動作を示すタイミングチャートである。 従来のＭＥＭＳレーザスキャナによって作像された静電潜像の模式図である。

符号の説明

１０１ レーザドライバ
１０２ トーションミラー
１０３ レーザビーム光
１０４ 感光ドラム
２０１ 往路の主走査線
２０２ 復路の主走査線
２０３ 主走査方向
２０４ 副走査方向
３０１ レーザ発光タイミング
３０２ トーションミラー位相角
３０３ 合成走査線
７０１ レーザドライバ
７０５ 折り返しミラー
８０１ レーザ発光タイミング
８０２ トーションミラー位相角
８０３ 合成走査線
８０５ 折り返しミラー角度

Claims (2)

1. 入力された画像信号に応じてレーザビームを出射するレーザビーム出射手段と、
   前記レーザビームを反射し、前記レーザビームに感光体上を走査させる２つのトーションミラーと、
   前記レーザビーム出射手段から出射される前記レーザビームを前記２つのトーションミラーのいずれかに向かって反射する反射ミラーとを備え、
   該２つのトーションミラーは、互いに同期しながら互いに逆位相で第１の回転方向及び前記第１の方向とは反対方向の第２の回転方向に往復ねじれ運動をし、前記反射ミラーは、前記２つのトーションミラーのうち前記第１の回転方向に運動しているトーションミラーに前記レーザビームが照射されるように、入射する前記レーザビームに対する位置が制御されることを特徴とするレーザスキャナ。
2. 請求項１に記載のレーザスキャナと、
   前記レーザビームによって走査されることによって形成される静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、
   前記現像手段によって現像されるトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
   前記記録媒体上に転写されるトナー像を定着させる定着手段とを有することを特徴とする画像形成装置。

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