JP4868841B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関し、さらに詳しくは、デジタル複写機およびレーザプリンタ等の書込系に用いられる光走査装置に適用され、特に複数色のトナー像を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関するものである。
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り潜像形成から転写までに要する時間が異なったり、各色の感光体ドラム間隔の相違や、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や傾きにより、色ずれや色変わりが発生して画像品質を劣化させている。
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書込み位置および走査ラインの傾きや湾曲を正確に合わせなければ、各色版の位置ずれにより色ずれや色変わりの要因となる。
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書込み位置および走査ラインの傾きや湾曲を正確に合わせなければ、各色版の位置ずれにより色ずれや色変わりの要因となる。
特許文献１または、特許文献２、特許文献３には、この位置ずれは光走査装置によるもの、光走査装置以外によるものの区分けなく、転写体上に形成された位置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、書込み位置については、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する技術が開示されている。
また傾き、曲がりについては、特許文献４に示されるように折返しミラーを傾斜あるいは湾曲させたり、特許文献５や特許文献６に示されるように、機械的に光学素子の姿勢や形状を可変することによって、各色版の走査ラインの軌跡を揃え位置ずれを補正している。
また、ＬＥＤアレイなどの固体走査ヘッドを用いた方式においては、特許文献７に示すように主走査方向に沿った所定画素数毎にグループ化し位置ずれを書出しのタイミングで補正した例が開示されている。一方、高速化に伴って、マルチビーム化が進みつつあり、特許文献８に示されるように、２次元レーザアレイを用いて一括走査することで、複数ラインを同時に形成する方式が提案されている。
特公平７−１９０８４公報
特開２００１−２５３１１３公報
特開２００３−１５４７０３公報
特許第３０４９６０６号
特開２００２−１８２１４５公報
特開２００３−２６２８１６公報
特開２００２−１２０３９０公報
特許第３１９８９０９号
また傾き、曲がりについては、特許文献４に示されるように折返しミラーを傾斜あるいは湾曲させたり、特許文献５や特許文献６に示されるように、機械的に光学素子の姿勢や形状を可変することによって、各色版の走査ラインの軌跡を揃え位置ずれを補正している。
また、ＬＥＤアレイなどの固体走査ヘッドを用いた方式においては、特許文献７に示すように主走査方向に沿った所定画素数毎にグループ化し位置ずれを書出しのタイミングで補正した例が開示されている。一方、高速化に伴って、マルチビーム化が進みつつあり、特許文献８に示されるように、２次元レーザアレイを用いて一括走査することで、複数ラインを同時に形成する方式が提案されている。
昨今、多色画像形成装置においては高速化が年々進むことで、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷に用いられるようになりつつあり、高画質化への要求とともに、色ずれや色変わりに対する見方が厳しくなっている。その反面、１ジョブにおけるプリント枚数の増加に伴ってプリント中の温度変動による位置ずれが発生し易い状況となっている。そのため、上記位置ずれ検出パターンを用いた補正を実施しても、ジョブ中にずれてしまい、ジョブの途中に割り込みをかけて一端プリント動作を休止し、位置ずれ検出パターンを用いた補正を頻繁に行わないと安定的にプリント品質を保てず、これに要する時間が長いとプリント速度は速くなっても生産性は向上できないという課題がある。
この対策として、ページ間など記録紙に転写されない領域で、転写体上に位置ずれ検出パターンを形成し補正することが考えられる。しかしながら、機械的に光学素子の姿勢や形状を可変する方式は、アナログ的に走査ラインの軌跡を可変できるので補正範囲が広く精度も良い反面、ページ間に相当する１秒に満たない短時間で動作することは困難である。
そのうえ、マルチビーム化によって１つの光学素子の異なる位置を複数の光ビームが通過するため、光学素子の姿勢や形状が変わるとビーム間でビームスポットが不均一になるなど、かえって色変わりの要因となる可能性もある。このようなことから、ジョブ中など限られた時間では、補正範囲が狭くても、より高速で確実に傾きや曲がりを補正できる電気的な補正によって行う方式が望まれている。
この対策として、ページ間など記録紙に転写されない領域で、転写体上に位置ずれ検出パターンを形成し補正することが考えられる。しかしながら、機械的に光学素子の姿勢や形状を可変する方式は、アナログ的に走査ラインの軌跡を可変できるので補正範囲が広く精度も良い反面、ページ間に相当する１秒に満たない短時間で動作することは困難である。
そのうえ、マルチビーム化によって１つの光学素子の異なる位置を複数の光ビームが通過するため、光学素子の姿勢や形状が変わるとビーム間でビームスポットが不均一になるなど、かえって色変わりの要因となる可能性もある。このようなことから、ジョブ中など限られた時間では、補正範囲が狭くても、より高速で確実に傾きや曲がりを補正できる電気的な補正によって行う方式が望まれている。
本発明は、かかる課題に鑑み、複数の画像形成ステーションによって形成された画像を重ね合わせるタンデム方式の多色画像形成装置において、ジョブ中におけるプリント品質を安定的に保つため、主走査方向に沿って複数の分割区間に分け、各々において副走査方向のレジストおよび主走査方向のレジストを分割区間毎に調整または補正することにより、短時間で確実に各色版の位置ずれを補正できるようにし、プリントができないダウンタイムを最小限とし、プリント生産性を向上するとともに、プリント以外の余計な動作をなくすことで、消費電力を削減した光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、画像情報に基づいて変調される複数の発光源を有し、前記各発光源から出射された光ビームが像担持体上に所定の副走査方向ピッチにて照射されるように該各発光源を配列して一括走査する光走査装置において、前記複数の発光源と同数のラインバッファを備え、前記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数の分割区間に分割するとともに、前記分割区間毎にシフトして前記各発光点に対応したラインバッファに転送することにより、前記画像情報の１ラインを形成する発光源を前記分割区間毎に切り換えて発光させながら画像形成を行うことを特徴とする。
本発明は、像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、画像情報の１ラインを形成する発光源を分割区間毎に切り換えて画像形成を行うことにより、走査ラインの傾きや曲がりを、分割区間を境として階段状に近似し補正するものである。
請求項２は、前記発光源を変調する画素クロックの疎密を前記分割区間毎で且つ前記各発光源共通に設定することを特徴とする。
本発明は、発光源を変調する画素クロックの疎密を分割区間毎に設定することにより、主走査方向における部分的な倍率誤差による画像の歪みを、分割区間を境として階段状に近似し補正することができる。
本発明は、像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、画像情報の１ラインを形成する発光源を分割区間毎に切り換えて画像形成を行うことにより、走査ラインの傾きや曲がりを、分割区間を境として階段状に近似し補正するものである。
請求項２は、前記発光源を変調する画素クロックの疎密を前記分割区間毎で且つ前記各発光源共通に設定することを特徴とする。
本発明は、発光源を変調する画素クロックの疎密を分割区間毎に設定することにより、主走査方向における部分的な倍率誤差による画像の歪みを、分割区間を境として階段状に近似し補正することができる。
請求項３は、前記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を、前記分割区間毎に前記各発光源の中から選択的に設定可能としたことを特徴とする。
本発明は、画像情報の先頭ラインを形成する発光源を分割区間毎に各発光源の中から選択的に設定することにより、分割区間毎の副走査レジストずれに対応する分だけ画像データをシフトすることができる。
請求項４は、前記複数の発光源はモノリシックに形成された２次元素子アレイにより構成され、副走査方向に所定ピッチｄにより配列された発光源列を主走査方向に複数ｎ列に配置すると共に、前記各発光源列を副走査方向にｄ／ｎずつずらして配列したことを特徴とする。
本発明は、複数の発光源をモノリシックに形成された２次元素子アレイにより構成し、副走査方向に所定ピッチで配列された発光源列を主走査方向に複数ｎ並列し、各発光源列を副走査方向に上記発光源ピッチｄのｎ分の１ずつずらして配列してなることにより、発光源ピッチを狭めなくても走査ラインのピッチが高密度化でき、階段状に補正しても段差が目立たない高品位な画像記録が行える。
本発明は、画像情報の先頭ラインを形成する発光源を分割区間毎に各発光源の中から選択的に設定することにより、分割区間毎の副走査レジストずれに対応する分だけ画像データをシフトすることができる。
請求項４は、前記複数の発光源はモノリシックに形成された２次元素子アレイにより構成され、副走査方向に所定ピッチｄにより配列された発光源列を主走査方向に複数ｎ列に配置すると共に、前記各発光源列を副走査方向にｄ／ｎずつずらして配列したことを特徴とする。
本発明は、複数の発光源をモノリシックに形成された２次元素子アレイにより構成し、副走査方向に所定ピッチで配列された発光源列を主走査方向に複数ｎ並列し、各発光源列を副走査方向に上記発光源ピッチｄのｎ分の１ずつずらして配列してなることにより、発光源ピッチを狭めなくても走査ラインのピッチが高密度化でき、階段状に補正しても段差が目立たない高品位な画像記録が行える。
請求項５は、前記各発光源からの光ビームを共通に検出する光検出手段を備え、該光検出手段で検出された各光ビームの強度が一定となるように前記各発光源の出力を制御することを特徴とする。
本発明は、複数の発光源の光量を共通の光検出手段で検出するので、全ての発光源の光量を均一化でき、上記したように分割区間を境として画素データを繋ぎ合わせて１ラインを形成しても、境界が目立たない高品位な画像記録が行える。
請求項６は、前記像担持体上における副走査方向の配列ピッチを調整するピッチ調整手段を備えることを特徴とする。
像担持体上における副走査方向の配列ピッチを調整することにより、副走査方向における光学系の倍率βがずれてしまっても、像担持体上で確実に所望の走査ラインピッチが得られるように補正でき、色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
請求項７は、前記配列ピッチをｐ、ｋを自然数、前記画像情報を構成する画素ピッチをＰとした場合、前記配列ピッチｐはｐ＝Ｐ／ｋに設定してなることを特徴とする。
配列ピッチｐを、ｐ＝Ｐ／ｋに設定することにより、列方向に発光源を順次切り換えていくだけで、１走査ラインの１／ｎの分解能で傾きや曲がりが補正でき、階段状に補正しても段差が目立たない高品位な画像記録が行える。
本発明は、複数の発光源の光量を共通の光検出手段で検出するので、全ての発光源の光量を均一化でき、上記したように分割区間を境として画素データを繋ぎ合わせて１ラインを形成しても、境界が目立たない高品位な画像記録が行える。
請求項６は、前記像担持体上における副走査方向の配列ピッチを調整するピッチ調整手段を備えることを特徴とする。
像担持体上における副走査方向の配列ピッチを調整することにより、副走査方向における光学系の倍率βがずれてしまっても、像担持体上で確実に所望の走査ラインピッチが得られるように補正でき、色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
請求項７は、前記配列ピッチをｐ、ｋを自然数、前記画像情報を構成する画素ピッチをＰとした場合、前記配列ピッチｐはｐ＝Ｐ／ｋに設定してなることを特徴とする。
配列ピッチｐを、ｐ＝Ｐ／ｋに設定することにより、列方向に発光源を順次切り換えていくだけで、１走査ラインの１／ｎの分解能で傾きや曲がりが補正でき、階段状に補正しても段差が目立たない高品位な画像記録が行える。
請求項８は、請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置を備え、像担持体に形成された静電像をトナーにより現像して画像記録を行う画像形成装置において、前記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、前記画像情報の先頭ラインを記録する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に副走査方向のレジストを補正することを特徴とする。
本発明の光走査装置を備え、像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、上記画像情報の先頭ラインを記録する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に副走査方向のレジストを補正することにより、傾きや曲がりなどが混在した走査ラインの歪みであっても、各成分に分離して個別に補正するといった面倒な手間が必要なく、機械的な補正手段によって走査ラインの形状自体を修正しなくても、簡単、かつ確実に傾きや曲がりが補正できるので、高品位な画像記録が行える。
本発明の光走査装置を備え、像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、上記画像情報の先頭ラインを記録する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に副走査方向のレジストを補正することにより、傾きや曲がりなどが混在した走査ラインの歪みであっても、各成分に分離して個別に補正するといった面倒な手間が必要なく、機械的な補正手段によって走査ラインの形状自体を修正しなくても、簡単、かつ確実に傾きや曲がりが補正できるので、高品位な画像記録が行える。
請求項９は、請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置を複数備え、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て転写体上で重ね合わせてカラー画像記録を行う画像形成装置において、前記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、前記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に転写体上で重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれを補正することを特徴とする。
本発明の光走査装置を備えたカラー画像記録を行う画像形成装置において、像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、上記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に転写体上で重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれを補正することにより、傾きや曲がりなどが混在した走査ラインの歪みであっても、各成分に分離して個別に補正するといった面倒な手間が必要なく、ジョブを休止することなく短時間で、かつ確実に補正が行える。
本発明の光走査装置を備えたカラー画像記録を行う画像形成装置において、像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、上記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に転写体上で重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれを補正することにより、傾きや曲がりなどが混在した走査ラインの歪みであっても、各成分に分離して個別に補正するといった面倒な手間が必要なく、ジョブを休止することなく短時間で、かつ確実に補正が行える。
請求項１０は、前記転写体上で重ね合わされた各色トナー像の位置ずれを検出する色ずれ検出手段を備え、該該色ずれ検出手段の検出結果に基づいて前記分割区間毎の先頭ラインを形成する発光源を選択することを特徴とする。
本発明は、転写体上で重ね合わされた各色トナー像の位置ずれを検出し、その検出結果に基づいて分割区間毎の先頭ラインを形成する発光源を選択することにより、分割区間毎の副走査方向のレジストずれを検出し補正を行うことができる。
請求項１１は、前記発光源を変調する画素クロックの疎密を前記分割区間毎に、且つ各発光源共通に設定して、前記各分割区間の主走査倍率を補正することを特徴とする。
本発明は、発光源を変調する画素クロックの疎密を分割区間毎に設定して、各分割区間の主走査倍率を補正することにより、主走査方向における部分的な倍率の差まで補正できるので、高品位な画像記録が行える。
本発明は、転写体上で重ね合わされた各色トナー像の位置ずれを検出し、その検出結果に基づいて分割区間毎の先頭ラインを形成する発光源を選択することにより、分割区間毎の副走査方向のレジストずれを検出し補正を行うことができる。
請求項１１は、前記発光源を変調する画素クロックの疎密を前記分割区間毎に、且つ各発光源共通に設定して、前記各分割区間の主走査倍率を補正することを特徴とする。
本発明は、発光源を変調する画素クロックの疎密を分割区間毎に設定して、各分割区間の主走査倍率を補正することにより、主走査方向における部分的な倍率の差まで補正できるので、高品位な画像記録が行える。
本発明によれば、画像情報に応じて変調される複数の発光源を有し、各発光源からの光ビームを、像担持体上で副走査方向に所定のピッチをもつように配列して一括走査する光走査装置において、上記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、上記画像情報の１ラインを形成する発光源を分割区間毎に切り換えて画像形成を行うので、走査ラインの傾きや曲がりを、分割区間を境として階段状に近似し補正することができ、機械的な補正手段によって走査ラインの形状自体を修正しなくても、歪みのない画像記録が行え、色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る４ステーションを走査する光走査装置の構成図である。本実施形態は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した方式を示す。
この光走査装置５００は、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１に示すように各感光体ドラムを走査する光走査装置５００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、本実施形態では、各感光体に対して、図２に示すように副走査方向に等間隔ｄで配列したｋ個の発光点列をｎ列に２次元配列した面発光型半導体レーザアレイを配備し、各発光点列をｄ／ｎずつ等間隔にずらして配置することで、記録密度Ｐに対応して各発光点からのビームスポットを感光体上で１ラインピッチずつずらした隣接ラインを走査させ、ｋ×ｎライン、図２では、ｋ＝４、ｎ＝８なので３２ライン分ずつ同時に走査するようにしている。
図１は本発明の実施形態に係る４ステーションを走査する光走査装置の構成図である。本実施形態は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した方式を示す。
この光走査装置５００は、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１に示すように各感光体ドラムを走査する光走査装置５００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、本実施形態では、各感光体に対して、図２に示すように副走査方向に等間隔ｄで配列したｋ個の発光点列をｎ列に２次元配列した面発光型半導体レーザアレイを配備し、各発光点列をｄ／ｎずつ等間隔にずらして配置することで、記録密度Ｐに対応して各発光点からのビームスポットを感光体上で１ラインピッチずつずらした隣接ラインを走査させ、ｋ×ｎライン、図２では、ｋ＝４、ｎ＝８なので３２ライン分ずつ同時に走査するようにしている。
次に各光走査ユニットの構成は同一であるので、ここでは、その一方について図１を参照して説明する。各光源ユニットからの３２本のビーム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、図１では光源ユニット１０７と１０８との射出位置が所定高さ、実施例では６ｍｍ、だけ異なるように配備し、光源ユニット１０８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。
またシリンダレンズ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。
副走査方向における光学倍率βは、記録密度Ｐおよび発光点間隔ｄを用いて、Ｐ＝β・ｄ／ｎで表され、実施例では発光点間隔ｄを約４２μｍ、βは約４倍に設定することで、１２００ｄｐｉに相当する走査ラインピッチを得ている。
また非平行平板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。
またシリンダレンズ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。
副走査方向における光学倍率βは、記録密度Ｐおよび発光点間隔ｄを用いて、Ｐ＝β・ｄ／ｎで表され、実施例では発光点間隔ｄを約４２μｍ、βは約４倍に設定することで、１２００ｄｐｉに相当する走査ラインピッチを得ている。
また非平行平板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。
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。
次に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。
また光源ユニット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。
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。本実施形態では、基板１３８、１４０は同期検知センサであり、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構成し、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。
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。本実施形態では、基板１３８、１４０は同期検知センサであり、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構成し、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。
図３は、本発明の光源ユニットの斜視図である。全ての光源ユニットは同一構成である。モノリシックに２次元配列された面発光型半導体レーザアレイ３０１からの複数の光ビームはカップリングレンズ３０３に入射する直前でハーフミラー３０４により２分され、通過した光ビームはカップリングレンズ３０３のｘ、ｙ、ｚ方向の配置調整によって、光軸に対して対称に配列され、平行光束として射出される。一方、ハーフミラー３０４で折り返された光ビームは収束レンズ３０８、折返しミラー３０９を介してモニタＰＤ３１０に導かれ、時系列に各発光点毎のビーム強度を順次検出し、各々が一定となるように注入電流を加減してビーム強度を一定に保つ。
半導体レーザアレイ３０１とモニタＰＤ３１０は同一基板３１３上に実装され、同基板には半導体レーザアレイを駆動する制御回路が形成され、ホルダ部材３０２に保持される。
ホルダ部材３０２には、上記カップリングレンズ３０３、ハーフミラー３０４、収束レンズ３０８、および折返しミラー３０９が一体で保持され、カップリングレンズの光軸と同軸に形成した円筒部３１１を中心にγ回転可能に配備してあり、調節ネジ３１４を上下することで、上記したように記録密度Ｐに対して各光ビームのスポットが１ラインピッチずつずれるように設置角度を微調整できるようにする、あるいは、各発光点列を主走査方向に直行する方向に揃えることで、各発光点列毎に各発光点の同期検知タイミングを一致させ、いずれか１発光点の同期検知にて各走査ラインの書き始めが揃うようにしている。
尚、上記各光ビームスポットのピッチ調整により、各発光点列が主走査方向に直行する方向から傾いた場合であっても、各走査ラインの書き始めを所定量ずつ遅延してタイミングをずらすことによって書き始めが揃うようにできる。
また、カップリングレンズ３０３から射出された各光ビームはカップリングレンズの焦点位置近傍で一端交差し発散していくが、この交差近傍にアパーチャ３１２を配備し、各々の射出径が揃うようにしている。
半導体レーザアレイ３０１とモニタＰＤ３１０は同一基板３１３上に実装され、同基板には半導体レーザアレイを駆動する制御回路が形成され、ホルダ部材３０２に保持される。
ホルダ部材３０２には、上記カップリングレンズ３０３、ハーフミラー３０４、収束レンズ３０８、および折返しミラー３０９が一体で保持され、カップリングレンズの光軸と同軸に形成した円筒部３１１を中心にγ回転可能に配備してあり、調節ネジ３１４を上下することで、上記したように記録密度Ｐに対して各光ビームのスポットが１ラインピッチずつずれるように設置角度を微調整できるようにする、あるいは、各発光点列を主走査方向に直行する方向に揃えることで、各発光点列毎に各発光点の同期検知タイミングを一致させ、いずれか１発光点の同期検知にて各走査ラインの書き始めが揃うようにしている。
尚、上記各光ビームスポットのピッチ調整により、各発光点列が主走査方向に直行する方向から傾いた場合であっても、各走査ラインの書き始めを所定量ずつ遅延してタイミングをずらすことによって書き始めが揃うようにできる。
また、カップリングレンズ３０３から射出された各光ビームはカップリングレンズの焦点位置近傍で一端交差し発散していくが、この交差近傍にアパーチャ３１２を配備し、各々の射出径が揃うようにしている。
図４はトロイダルレンズの支持筐体の構成を示す図である。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よりはめ込み、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５０３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にかん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３０２を架橋して支持する。
一端には支持板に形成したかん合穴３２６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３１６のねじ穴に螺合し、可動筒３１６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、ステーション間の走査ラインが平行となるように傾きが補正される。
一端には支持板に形成したかん合穴３２６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３１６のねじ穴に螺合し、可動筒３１６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、ステーション間の走査ラインが平行となるように傾きが補正される。
図５はトロイダルレンズの装着状態を光軸方向からみた図である。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。
尚、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。本実施形態では、全てのトロイダルレンズに配備され、各ステーション毎に走査ラインが真直になるように曲がりが補正される。
一方、ステーション間の副走査レジストの補正は、まず、ポリゴンミラー１面おき、つまり発光点数がｋ×ｎであるから、実施例では３２ラインピッチ単位で最もレジストずれが小さくなる書出しタイミングを設定し、それ以下の余分をユニット内では後述する非平行平板３２１により走査位置をずらす、ユニット間では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補正する。
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。
尚、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。本実施形態では、全てのトロイダルレンズに配備され、各ステーション毎に走査ラインが真直になるように曲がりが補正される。
一方、ステーション間の副走査レジストの補正は、まず、ポリゴンミラー１面おき、つまり発光点数がｋ×ｎであるから、実施例では３２ラインピッチ単位で最もレジストずれが小さくなる書出しタイミングを設定し、それ以下の余分をユニット内では後述する非平行平板３２１により走査位置をずらす、ユニット間では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補正する。
図６は光軸変更手段である非平行平板の支持部における斜視図である。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かん合部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。
また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。
尚、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、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。本実施形態では、非平行平板の頂角εは、約２°である。
また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。
尚、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、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。本実施形態では、非平行平板の頂角εは、約２°である。
図７は本発明の書込制御回路のブロック図である。動作について説明する。この書込制御回路６００は、位相データ信号とカウンタ値を比較して画素クロックを生成する画素クロック生成部４０１と、画像データをフレーム単位に記憶するフレームメモリ５０２と、フレームメモリ５０２から必要な画像データを読み出す画像処理部４０６と、画像処理部４０６により処理された画像データをライン単位に一旦記憶するラインバッファ５０１と、画素クロック生成部４０１により生成された画素クロックに基づいて画像データにより変調する書込制御部４０７と、書込制御部４０７により変調されたデータを感光体に書き込む光源駆動部４０５とを備えて構成される。
半導体レーザアレイの各々の発光点に対し同数のラインバッファ５０１を備え、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて各発光点を独立に変調する。この際の画素クロックＰＣＬＫの生成方法について以下に説明する。まず、画素クロック生成部４０１であるが、カウンタ４０３では、高周波クロック生成回路４０２で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路４０４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Ｈ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ＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号ｌを、位相データＨ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４０３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。こうして、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。
本実施形態では、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おり、各分割区間の境界で主走査レジストずれが補正されるように、主走査方向に沿った画素間隔の疎密を調整し分割区間毎の倍率を補正する。
半導体レーザアレイの各々の発光点に対し同数のラインバッファ５０１を備え、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて各発光点を独立に変調する。この際の画素クロックＰＣＬＫの生成方法について以下に説明する。まず、画素クロック生成部４０１であるが、カウンタ４０３では、高周波クロック生成回路４０２で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路４０４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Ｈ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ＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号ｌを、位相データＨ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４０３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。こうして、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。
本実施形態では、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おり、各分割区間の境界で主走査レジストずれが補正されるように、主走査方向に沿った画素間隔の疎密を調整し分割区間毎の倍率を補正する。
図８はＰＣＬＫの位相を１／８クロックだけ遅らせた例を示すタイミングチャートである。ＰＣＬＫのデューティを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。こうして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、分割区間毎の倍率を補正することができる。本実施形態では、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。本実施形態では、σは１／８画素となる。従って、あらかじめ設定する分割数を、分割区間の中間位置で発生するビームスポット位置ずれ残差が許容範囲内となることを目安に決めてやればよい。本実施形態では８等分割に設定している。当然、分割区間幅を変えて偏分割としてもよい。
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、分割区間毎の倍率を補正することができる。本実施形態では、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。本実施形態では、σは１／８画素となる。従って、あらかじめ設定する分割数を、分割区間の中間位置で発生するビームスポット位置ずれ残差が許容範囲内となることを目安に決めてやればよい。本実施形態では８等分割に設定している。当然、分割区間幅を変えて偏分割としてもよい。
図９は、本発明のビームスポット位置ずれ制御を示すブロック図である。上記したように、ユニット毎に基準となるステーションに対して他のステーションの走査ラインの傾き、曲がりは初期的には機械的な調整により合わせられる。一方、経時については、画像の重なり具合を、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、主走査方向に分割した各分割区間での副走査レジストを特定のステーションを基準として相対的なずれとして検出、または予測し、分割区間毎に先頭ラインを書出す発光点を選択する。つまり、書出しタイミングを分割区間毎に設定することで、傾き、曲がり、レジストずれの各成分に分離することなく、各々を電気的に補正している。
図７と図１４を用いてこの動作を説明する。ラスター展開されたもとの画像データは、少なくともｋ×ｎライン分が画像処理部４０６によって読み出され、上記分割区間に対応させて分割され、分割区間の数に対応して領域分割されたフレームメモリ５０２に各々一時保存される（図１４（ａ））。一時保存された分割区間毎の各画像データはフレームメモリから順に読み出されて、前後の関係を参照しながら中間調に対応したマトリクスパターンに順じて画素が並び替えられた後（図１４（ｂ））、上記副走査レジストに相当する所定ライン分だけシフトして再度繋ぎ合わせることでプリント用の画像データを作成し（図１４（ｃ））、このプリント用の画像データにおける各ラインの画素データを順に各発光点に対応したラインバッファ５０１に転送する。従って、もとの画像データにおける各ラインの画素データは分割区間毎に異なる発光点を変調して書込まれることになる。尚、本実施形態では図１０で説明した分割区間の数と一致させているが、この限りではない。
ところで、トナー像の検出パターンの検出手段は、図１に示す照明用の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、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が、各分割区間毎に検出手段を配備しても、本実施形態のように中央部と左右両端部との３ヶ所のみに配備し、左右両端部の差により傾きを、左右両端部と中央部との差により曲がりを検出し、中間に配置された各部のずれを予測してもよい。
図７と図１４を用いてこの動作を説明する。ラスター展開されたもとの画像データは、少なくともｋ×ｎライン分が画像処理部４０６によって読み出され、上記分割区間に対応させて分割され、分割区間の数に対応して領域分割されたフレームメモリ５０２に各々一時保存される（図１４（ａ））。一時保存された分割区間毎の各画像データはフレームメモリから順に読み出されて、前後の関係を参照しながら中間調に対応したマトリクスパターンに順じて画素が並び替えられた後（図１４（ｂ））、上記副走査レジストに相当する所定ライン分だけシフトして再度繋ぎ合わせることでプリント用の画像データを作成し（図１４（ｃ））、このプリント用の画像データにおける各ラインの画素データを順に各発光点に対応したラインバッファ５０１に転送する。従って、もとの画像データにおける各ラインの画素データは分割区間毎に異なる発光点を変調して書込まれることになる。尚、本実施形態では図１０で説明した分割区間の数と一致させているが、この限りではない。
ところで、トナー像の検出パターンの検出手段は、図１に示す照明用の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、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が、各分割区間毎に検出手段を配備しても、本実施形態のように中央部と左右両端部との３ヶ所のみに配備し、左右両端部の差により傾きを、左右両端部と中央部との差により曲がりを検出し、中間に配置された各部のずれを予測してもよい。
図１１は検出パターンの一例を示す図である。紙面上下が主走査方向に相当し、検出時間差ｔｋｍ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。
図１２は、各分割区間毎に先頭ラインを書出す発光点を選択することで、走査ラインの傾きを電気的に揃える例を示す。いま、図１２（ａ）のように基準となるステーションとの両端の分割区間における副走査レジストずれがΔＳだけあったとすると、一端の分割区間から数えてｉ番目の分割区間の書出す発光点は、（ΔＳ／Ｐ・ｊ）・ｉで算出される最も近い整数で決定される分だけ順にシフトして設定すればよい（図１２（ｂ））。ここで、Ｐは１ラインピッチ、ｊはあらかじめ設定された分割区間の数である。例えば、ｊ＝８で、約３ライン分に相当する傾きが発生していたとすると、走査ラインの概要は図１２（ａ）に示のようになる。
図１３は曲がりの補正例であり、例では直線補間として中央の分割区間を基準として順にシフトして設定すれば同様に適応できる（図１３（ｂ））。さらに、図２に示す副走査方向に等間隔ｄで配列したｋ個の発光点列が各走査ラインに対応するように副走査方向における光学倍率βを設定、つまり、記録密度ＰがＰ＝β・ｄとなるようにし、ｋ×ｎの発光点のうちｋ個だけを選択的に使用して画像記録を行うようにすれば、一度に走査するライン数はｋラインとなってしまうが、列方向の発光点をひとくくりとして、その中のいずれかの発光点を任意に選択することで１ラインピッチＰの１／ｎの分解能で傾きや曲がりが補正できる。これを本実施形態に適用すると、点灯する発光点を、（ｎ・ΔＳ／Ｐ・ｊ）・ｉで算出される最も近い整数で決定される分だけ列方向に順にシフトして設定すればよい。
図１２は、各分割区間毎に先頭ラインを書出す発光点を選択することで、走査ラインの傾きを電気的に揃える例を示す。いま、図１２（ａ）のように基準となるステーションとの両端の分割区間における副走査レジストずれがΔＳだけあったとすると、一端の分割区間から数えてｉ番目の分割区間の書出す発光点は、（ΔＳ／Ｐ・ｊ）・ｉで算出される最も近い整数で決定される分だけ順にシフトして設定すればよい（図１２（ｂ））。ここで、Ｐは１ラインピッチ、ｊはあらかじめ設定された分割区間の数である。例えば、ｊ＝８で、約３ライン分に相当する傾きが発生していたとすると、走査ラインの概要は図１２（ａ）に示のようになる。
図１３は曲がりの補正例であり、例では直線補間として中央の分割区間を基準として順にシフトして設定すれば同様に適応できる（図１３（ｂ））。さらに、図２に示す副走査方向に等間隔ｄで配列したｋ個の発光点列が各走査ラインに対応するように副走査方向における光学倍率βを設定、つまり、記録密度ＰがＰ＝β・ｄとなるようにし、ｋ×ｎの発光点のうちｋ個だけを選択的に使用して画像記録を行うようにすれば、一度に走査するライン数はｋラインとなってしまうが、列方向の発光点をひとくくりとして、その中のいずれかの発光点を任意に選択することで１ラインピッチＰの１／ｎの分解能で傾きや曲がりが補正できる。これを本実施形態に適用すると、点灯する発光点を、（ｎ・ΔＳ／Ｐ・ｊ）・ｉで算出される最も近い整数で決定される分だけ列方向に順にシフトして設定すればよい。
図１５は本発明の光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。
この画像形成装置は、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。
この画像形成装置は、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。
図１６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。上記したように、４ステーション分の光走査手段を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ており、１走査ピッチ以下の副走査レジスト位置の調整は、各ユニット内のステーション間では上記非平行平板を用いて走査位置を可変することで、ユニット間ではポリゴンミラーの位相を調整しタイミングを可変することで合わせている。ポリゴンミラー１４０１、１４０２はロータ１４０３に装着され、回路基板１４０４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１４０５、１４０６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が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１４０７、１４０８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。
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１４０５、１４０６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が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１４０７、１４０８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。
本実施形態では、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１６ではポリゴンミラー１４０１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。本実施形態では、この際の回転位相ｔを以下のように設定している。即ち、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を最小とする整数である。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。
尚、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。
尚、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。
以上の通り本発明によれば、画像情報に応じて変調される複数の発光源を有し、各発光源からの光ビームを、像担持体上で副走査方向に所定のピッチｐをもつように配列して一括走査する光走査装置において、上記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、上記画像情報の１ラインを形成する発光源を分割区間毎に切り換えて画像形成を行うことにより、走査ラインの傾きや曲がりを、分割区間を境として階段状に近似し補正することができるので、機械的な補正手段によって走査ラインの形状自体を修正することなく、歪みのない画像記録が行え、色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記発光源を変調する画素クロックの疎密を分割区間毎に設定することにより、主走査方向における部分的な倍率誤差による画像の歪みを、分割区間を境として階段状に近似し補正できるので、光学系を構成する走査レンズの形状誤差など像担持体上での走査速度を不均一とする要因があっても、歪みのない画像記録が行え、色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を分割区間毎に選択的に設定することにより、分割区間毎の副走査レジストずれに対応する分だけ画像データをシフトすることで、傾きや曲がりなどが混在した走査ラインの歪みであっても、各成分に分離して個別に補正するといった面倒な手間が必要なく、ジョブを休止することなく短時間で、かつ確実に補正が行える。従って、経時に至るまで色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記発光源を変調する画素クロックの疎密を分割区間毎に設定することにより、主走査方向における部分的な倍率誤差による画像の歪みを、分割区間を境として階段状に近似し補正できるので、光学系を構成する走査レンズの形状誤差など像担持体上での走査速度を不均一とする要因があっても、歪みのない画像記録が行え、色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を分割区間毎に選択的に設定することにより、分割区間毎の副走査レジストずれに対応する分だけ画像データをシフトすることで、傾きや曲がりなどが混在した走査ラインの歪みであっても、各成分に分離して個別に補正するといった面倒な手間が必要なく、ジョブを休止することなく短時間で、かつ確実に補正が行える。従って、経時に至るまで色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また複数の発光源はモノリシックに形成された２次元素子アレイからなるとともに、副走査方向に所定ピッチで配列された発光源列を主走査方向に複数ｎ並列し、各発光源列を副走査方向に上記発光源ピッチｄのｎ分の１ずつずらして配列してなることにより、発光源ピッチを狭めなくても走査ラインのピッチが高密度化でき、階段状に補正しても段差が目立たない高品位な画像記録が行える。従って、複数の発光源をノリシックに配列した場合においても、熱干渉によって光量が変動してしまうことがなく、全ての発光源の光量を均一化でき、上記したように分割区間を境として画素データを繋ぎ合わせて１ラインを形成しても、境界が目立たない高品位な画像記録が行える。
また上記各発光源からの光ビームを検出する共通の光検出手段を備え、該光検出手段で検出された各光ビームの強度が一定となるように上記各発光源の出力を制御することにより、複数の発光源の光量を共通の光検出手段で検出するので、全ての発光源の光量を均一化でき、上記したように分割区間を境として画素データを繋ぎ合わせて１ラインを形成しても、境界が目立たない高品位な画像記録が行える。
また上記像担持体上における副走査方向の配列ピッチｐを調整する、ピッチ調整手段を備えることにより、副走査方向における光学系の倍率βがずれてしまっても、像担持体上で確実に所望の走査ラインピッチが得られるように補正でき、色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記配列ピッチｐを、上記画像情報を構成する画素ピッチＰのｋ分の１に設定してなることにより、列方向に発光源を順次切り換えていくだけで、１走査ラインの１／ｎの分解能で傾きや曲がりが補正でき、階段状に補正しても段差が目立たない高品位な画像記録が行える。
また上記各発光源からの光ビームを検出する共通の光検出手段を備え、該光検出手段で検出された各光ビームの強度が一定となるように上記各発光源の出力を制御することにより、複数の発光源の光量を共通の光検出手段で検出するので、全ての発光源の光量を均一化でき、上記したように分割区間を境として画素データを繋ぎ合わせて１ラインを形成しても、境界が目立たない高品位な画像記録が行える。
また上記像担持体上における副走査方向の配列ピッチｐを調整する、ピッチ調整手段を備えることにより、副走査方向における光学系の倍率βがずれてしまっても、像担持体上で確実に所望の走査ラインピッチが得られるように補正でき、色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記配列ピッチｐを、上記画像情報を構成する画素ピッチＰのｋ分の１に設定してなることにより、列方向に発光源を順次切り換えていくだけで、１走査ラインの１／ｎの分解能で傾きや曲がりが補正でき、階段状に補正しても段差が目立たない高品位な画像記録が行える。
また画像情報に応じて変調される複数の発光源を有し、各発光源からの光ビームを、像担持体上で副走査方向に所定のピッチｐをもつように配列して一括走査する光走査手段を備え、上記像担持体に形成された静電像をトナーにより現像し、画像記録を行う画像形成装置において、上記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、上記画像情報の先頭ラインを記録する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に副走査方向のレジストを補正することにより、傾きや曲がりなどが混在した走査ラインの歪みであっても、各成分に分離して個別に補正するといった面倒な手間が必要なく、機械的な補正手段によって走査ラインの形状自体を修正しなくても、簡単、かつ確実に傾きや曲がりが補正できるので、高品位な画像記録が行える。
また画像情報に応じて変調される複数の発光源を有し、各発光源からの光ビームを、像担持体上で副走査方向に所定のピッチｐをもつように配列して一括走査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記録を行う画像形成装置において、上記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、上記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に転写体上で重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれを補正することにより、傾きや曲がりなどが混在した走査ラインの歪みであっても、各成分に分離して個別に補正するといった面倒な手間が必要なく、ジョブを休止することなく短時間で、かつ確実に補正が行える。従って、経時に至るまで色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記転写体上で重ね合わされた各色トナー像の位置ずれを検出する色ずれ検出手段を備え、検出結果に基いて上記分割区間毎の先頭ラインを形成する発光源を選択することにより、分割区間毎の副走査方向のレジストずれを検出し補正を行うことで、経時に至るまで色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記発光源を変調する画素クロックの疎密を分割区間毎に設定して、各分割区間の主走査倍率を補正することにより、主走査方向における部分的な倍率の差まで補正できるので、高品位な画像記録が行える。
また上記転写体上で重ね合わされた各色トナー像の位置ずれを検出する色ずれ検出手段を備え、検出結果に基いて上記分割区間毎の先頭ラインを形成する発光源を選択することにより、分割区間毎の副走査方向のレジストずれを検出し補正を行うことで、経時に至るまで色ずれや色変わりのない高品位な画像記録が行える。
また上記発光源を変調する画素クロックの疎密を分割区間毎に設定して、各分割区間の主走査倍率を補正することにより、主走査方向における部分的な倍率の差まで補正できるので、高品位な画像記録が行える。
４０１ 画素クロック生成部、４０２ 高周波クロック生成部、４０３ カウンタ、４０４ 比較回路、４０５ 光源駆動部、４０６ 画像処理部、４０７ 書込制御部、４０８ 画素クロック制御回路、５０１ ラインバッファ、５０２ フレームメモリ、６００ 書込制御回路
Claims (11)
- 画像情報に基づいて変調される複数の発光源を有し、前記各発光源から出射された光ビームが像担持体上に所定の副走査方向ピッチにて照射されるように該各発光源を配列して一括走査する光走査装置において、
前記複数の発光源と同数のラインバッファを備え、
前記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数の分割区間に分割するとともに、前記分割区間毎にシフトして前記各発光点に対応したラインバッファに転送することにより、前記画像情報の１ラインを形成する発光源を前記分割区間毎に切り換えて発光させながら画像形成を行うことを特徴とする光走査装置。 - 前記発光源を変調する画素クロックの疎密を前記分割区間毎で且つ前記各発光源共通に設定することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
- 前記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を、前記分割区間毎に前記各発光源の中から選択的に設定可能としたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
- 前記複数の発光源はモノリシックに形成された２次元素子アレイにより構成され、副走査方向に所定ピッチｄにより配列された発光源列を主走査方向に複数ｎ列に配置すると共に、前記各発光源列を副走査方向にｄ／ｎずつずらして配列したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光走査装置。
- 前記各発光源からの光ビームを共通に検出する光検出手段を備え、該光検出手段で検出された各光ビームの強度が一定となるように前記各発光源の出力を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光走査装置。
- 前記像担持体上における副走査方向の配列ピッチを調整するピッチ調整手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光走査装置。
- 前記配列ピッチをｐ、ｋを自然数、前記画像情報を構成する画素ピッチをＰとした場合、前記配列ピッチｐはｐ＝Ｐ／ｋに設定してなることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
- 請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置を備え、像担持体に形成された静電像をトナーにより現像して画像記録を行う画像形成装置において、
前記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、前記画像情報の先頭ラインを記録する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に副走査方向のレジストを補正することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置を複数備え、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て転写体上で重ね合わせてカラー画像記録を行う画像形成装置において、
前記像担持体上の画像記録領域を主走査方向に沿って複数区間に分割するとともに、前記画像情報の先頭ラインを形成する発光源を選択的に設定して、分割区間毎に転写体上で重ね合わされた各色トナー像間の副走査方向のレジストずれを補正することを特徴とする画像形成装置。 - 前記転写体上で重ね合わされた各色トナー像の位置ずれを検出する色ずれ検出手段を備え、該色ずれ検出手段の検出結果に基づいて前記分割区間毎の先頭ラインを形成する発光源を選択することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
- 前記発光源を変調する画素クロックの疎密を前記分割区間毎に、且つ各発光源共通に設定して、前記各分割区間の主走査倍率を補正することを特徴とする請求項８乃至１０の何れか一項に記載の画像形成装置。
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