JP5026141B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真技術を用いてカラー画像を形成する画像形成装置及び画像形成方法に関し、特に、傾斜角が異なる反射面をもつポリゴンミラーでラスタースキャンして露光する画像形成装置及び画像形成方法に関する。

従来の複数の感光体ドラムを備えたカラー電子写真装置では、図８に示すようなタンデム方式を採用している。タンデム方式では、Ｋ（ブラック）、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の４色それぞれを中間転写ベルト上に作像する。そのため、それぞれの色に対して光源が必要となる。したがって、少なくとも４つのLD（レーザーダイオード）と、それぞれのLDを制御する手段が必要となる。LDで発光された光は、ポリゴンミラーによって偏向され、各色の感光体に露光される。ポリゴンミラーが回転することにより、感光体上を光がラスタースキャンする。このラスタースキャン方向の走査を主走査と呼ぶ。

この主走査は、ポリゴンミラーが一定の角速度で回転しているため、等角速度走査となる。等角速度走査では、感光体面上での走査スピードが異なり、各画素を同じ点灯時間で露光するように制御すると、画素の長さが一定にならない。画素の長さを一定にするためにｆθ補正を行い、主走査を等速走査させる必要がある。このｆθ補正はｆθレンズで行われる。また、１つの感光体に対して、ポリゴンミラーの全ての反射面を用いてラスタースキャンして露光している。しかし、ポリゴンミラーの反射角は、製造ばらつき等で全てが等しくはならないため、この反射角の補正を行う必要がある。これを面倒れ補正と呼ぶ。この面倒れ補正もｆθレンズで行われている。ｆθレンズは高額な部品である。低コストのプラスチック製のｆθレンズもあるが、温度特性や光学特性が劣る。

また、主走査の書き出し位置を制御するために、同期検知を行っている。同期検知のためには、同期検知用のセンサを、画像書込領域以外のエリアに配置する必要がある。そのため、１回のラスタースキャンに対する画像書込領域が減少する。この比率を有効走査期間率とすると、以下の式で表される。
有効走査期間率＝画像書込領域／ラスタースキャン領域
＝(書込ドット数／書込周波数)／(ポリゴンミラーが１回転するために必要な時間／ポリゴンミラーの面数)
(ポリゴンミラーが１回転するために必要な時間／ポリゴンミラーの面数)は、副走査の解像度と線速度で決まり、書込みドット数は、主走査書込幅と主走査解像度で決まるため、有効走査期間率が減少すると、書込周波数をあげる必要がある。以下に、走査用ポリゴンミラーに関連する従来技術の例をいくつかあげる。

特許文献１に開示された「画像形成装置」は、レーザー光源と走査用ポリゴンミラーを１組のみとして、４色で共用して部品コストや調整コストを削減し、省スペース化したものである。図９（ａ）に示すように、回転軸方向に対する反射面の傾斜角度が１面おきに大小となっている８面のポリゴンミラーを用いる。異なる傾斜角度の反射面で、回転軸方向に関して異なる方向にレーザービームを反射する。主走査方向に２分割されているｆθ補正レンズを用いて、それぞれレーザービームの進行方向を更に２方向に分ける。合計４方向へのレーザービームを作り出し、４色分の画像露光を行う。このようにして、単一光源のレーザービームを、１個のポリゴンミラーで反射しながら回転走査する。

特許文献２に開示された「画像形成装置」は、レーザー光源と走査用ポリゴンミラーを１組のみとして、４色で共用して部品コストや調整コストを削減し、省スペース化したものである。図９（ｂ）に示すように、回転軸方向に対する反射面の傾斜角度が１面おきに大小となっている８面のポリゴンミラーを用いる。異なる傾斜角度の反射面で、回転軸方向に関して異なる方向にレーザービームを反射する。ｆθ補正レンズは、回転軸方向に２分割され、うち１つが主走査方向に３分割され、合計４分割されている。レーザービームを、１方向と３方向への合計４方向へ分け、合計４色分の画像露光をする。このようにして、単一のレーザービームを１個のポリゴンミラーで反射しながら回転走査する。

特許文献３に開示された「画像形成装置」は、部品を共用して生産性を上げ、ポリゴンミラーの回転数を上げずに低消費電力で高速に画像形成するものである。図９（ｃ）に示すように、回転軸に直交する座面に対して垂直な４つの反射面と、垂直から所定角度傾けた４つの反射面が交互に形成された１つのポリゴンミラーを用いる。反射された光ビームは、副走査方向に約４°の差をもつことになるため、１面おきに副走査方向に光路が切り換わる。図９（ｄ）に示すように、ポリゴンミラーの反射面の傾斜角度を４面毎にして、光路を４方向に切り換えることも可能である。
特開2003-266785号公報 特開2003-270581号公報 特開2005-292377号公報

しかし、従来の画像形成方法では、次のような問題がある。書込周波数をあげると、消費電流が増加し、不要輻射が増加し、コストも高くなる。２つまたは４つの傾斜角度の反射面をもつポリゴンミラーを用いる方法では、２つまたは４つのｆθ補正レンズを用いる必要があるので、構成が複雑で高コストになる。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、ポリゴンミラーでラスタースキャンして露光する画像形成装置において、高画質の画像を低コストで形成することである。

上記の課題を解決するために、感光性の像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に静電潜像を形成するための光ビームを発生する露光用光源と、前記露光用光源を制御する点灯制御手段と、前記光ビームを主走査方向に偏向させるポリゴンミラーと、前記静電潜像に現像剤を供給して前記静電潜像を可視化像とする現像手段と、前記可視化像を転写材に転写する転写手段と、前記転写材上の現像剤を前記転写材上に定着させる定着手段とを具備する画像形成装置のポリゴンミラーに、前記ポリゴンミラーの回転軸に対して全て異なる角度で傾斜する５つの反射面を備え、前記反射面のうちの１つは同期検知部にのみ入射するように傾斜した同期検知用反射面であり、前記点灯制御手段は、ｆθ補正を行う補正手段を備える画像形成装置の構成とした。

また、感光性の像担持体を帯電させ、露光用光源から発せられた光ビームを、全て異なる傾斜角の５つの反射面を備えるポリゴンミラーで主走査方向に偏向させ、前記露光用光源の点灯制御でｆθ補正を行い、前記反射面のうちの１つである同期検知用反射面からは、同期検知部にのみに光ビームを入射させ、帯電された像担持体に静電潜像を形成し、静電潜像に現像剤を供給して静電潜像を可視化像とし、前記可視化像を転写材に転写し、前記転写材上の現像剤を前記転写材上に定着させる画像形成方法の構成とした。

上記のように構成したことにより、ポリゴンミラーでラスタースキャンして露光する画像形成装置において、高画質な画像を低コストで形成できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例１は、露光用光源からの光ビームを、全て異なる角度で傾斜する４つの反射面を備えるポリゴンミラーで主走査方向に偏向させ、露光用光源の点灯制御でｆθ補正を行う画像形成装置である。

図１は、本発明の実施例１における画像形成装置の構成を示す機能ブロック図である。図１において、ポリゴンミラー１は、全て異なる角度で傾斜する４つの反射面があり、露光用光源からの光ビームを主走査方向に偏向する回転反射鏡である。レーザーダイオード（LD）２は、帯電された像担持体（感光ドラム）に静電潜像を形成するためのレーザー光を発生する露光用光源である。同期検知部３は、ポリゴンミラーの回転位置を検出する手段である。感光体４は、レーザー光により静電潜像が形成される像担持体（感光ドラム）である。シアン（Ｃ）とマゼンタ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）と黒（Ｋ）の４つがある。ポリゴンミラー制御部５は、ポリゴンミラーの回転を制御する手段である。レーザーダイオード制御部６は、レーザーダイオードの発光を制御する手段である。同期検知制御部７は、同期検知部の信号からポリゴンミラーの回転位置を取得する手段である。CPU８は、露光関連の各部を制御する演算処理装置である。CPU８とレーザーダイオード制御部６で、点灯制御手段を構成している。点灯制御手段は、ｆθ補正を行う補正手段を備える。

図２は、ポリゴンミラーの反射面の傾斜角度を示す図である。図３は、画像形成装置の構成を示す機能ブロック図である。図３において、ミラー９は、ポリゴンミラーからの光ビームを反射する平面鏡である。帯電器10は、像担持体（感光ドラム）を帯電させる帯電手段である。現像器11は、静電潜像に現像剤を供給し静電潜像を可視化する現像手段である。定着器12は、転写材（紙）上の未定着の現像剤を転写材上に定着させる手段である。２次転写ローラ13は、中間転写ベルトの可視化像を転写材（紙）に転写するための補助手段である。中間転写ベルト14は、可視化像を像担持体（感光ドラム）上の可視化像を転写材（紙）に転写する転写手段である。紙15は、印刷用紙である。給紙ローラ16は、紙を供給する手段である。図４は、４面ポリゴンミラーと感光体像面までの光路を示す図である。図５は、ポリゴンミラーの回転角に対する像面での変位量を示すグラフである。

上記のように構成された本発明の実施例１における画像形成装置の機能と動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、画像形成装置の機能の概要を説明する。感光性の像担持体（感光体４）を帯電手段で帯電させる。露光用光源（LD２）からの光ビームを、ポリゴンミラー１で主走査方向に偏向させる。ポリゴンミラー１の４つの反射面は、全て異なる角度で傾斜している。露光用光源（LD２）を制御する点灯制御手段中の補正手段でｆθ補正を行う。補正手段は、ポリゴンミラー１から像担持体（感光体４）までの光路長に応じたパラメータに基づいてｆθ補正を行う。あるいは、ポリゴンミラー１から像担持体（感光体４）までの光路長が全て等しくなるように、ミラーなどで調整する。このようにして、露光用光源（LD２）からの光ビームで、帯電された像担持体（感光体４）に静電潜像を形成する。静電潜像に現像手段で現像剤を供給して、静電潜像を可視化像とする。可視化像を、転写手段で転写材に転写する。転写材上の未定着の現像剤を、定着手段で転写材上に定着させる。

次に、図２を参照しながら、ポリゴンミラーの反射面の傾斜角を説明する。それぞれの反射面は、全て異なる角度で傾斜している。
（傾斜角ａ）＞（傾斜角ｂ）＞（傾斜角ｃ）＞（傾斜角ｄ）
したがって、一つのLD２から出た光が、ポリゴンミラー１の異なる傾斜角の反射面によって反射されると、４面それぞれに応じて光路が変わる。これにより、一つのLD２で４色全ての感光体に露光することができる。

次に、図３を参照しながら、画像形成装置の動作を説明する。点灯制御手段の制御により、LDで画像に応じた光ビームを発生する。このとき、点灯制御手段の補正手段でｆθ補正を行っておく。LDからの光ビームは、ポリゴンミラー１に当てられると、色ごとに異なる傾斜角の反射面によって反射され、ポリゴンミラー１の回転に応じて偏向される。偏向された光ビームは、それぞれ異なるミラー９に入射して反射され、対応する感光体ドラム４に入射する。このようにして、感光体ドラム４上に潜像を形成する。これ以降の動作は従来のものと同じである。

次に、図４を参照しながら、４面ポリゴンミラーと感光体像面までの光路を説明する。ポリゴンミラー１が図４中の矢印の方向に等角速度で回転するとき、LD２からの光ビームは、感光体像面では、図４中の矢印に示すように、上から下にラスタースキャンされる。そのときの像高（感光体像面での露光位置）をＨとし、光路長をＬとすると、以下の関係式が成り立つ。
Ｈ＝Ｌ×tanθ
この場合、θが0の時、最も画素が密となり、θの絶対値が大きくなるに従い、画素が粗になっていく。この状態では、主走査方向にドットムラが発生する。したがって、これを補正するために、LD２の点灯制御を行う。

次に、図５を参照しながら、ポリゴンミラーの回転角に対する像面での変位量を説明する。これは、光路長Ｌ＝１とした時の回転角θと、回転角が−π/４からπ/４まで変化するときの像面での変位量を示すグラフである。この回転角に対する変位量を補正する点灯制御を行う。すなわち、像面での画素密度が一定となるように、あらかじめ画像データを逆方向に変形させておく。

以上のような動作を行うことにより、LDの光源を１つにすることが可能となる。また、１つの感光体に対するポリゴンミラーの反射面が１つとなることから、面倒れ補正を行う必要がなくなる。ｆθ補正を点灯制御で行うので、ｆθレンズが不要となる。これらのことでコストダウンできる。LDから各感光体ドラムまでの光路長が異なる場合は、図５に示す特性が各色で異なる。その場合、光路長Ｌをパラメータとし、点灯制御を行うことで補正が可能となる。さらには、折り返しミラー等でLDから各感光体ドラムまでの光路長を等しくすることで、各色での点灯制御を共通化できる。

ポリゴンミラーを４面とすることで、ポリゴンミラーの小型軽量化が可能となる。そのため、回転速度を上げることが可能である。しかし、１つの感光体に対して１回のラスタースキャンを行うためには、ポリゴンミラーを１回転させる必要がある。ポリゴンミラーの１回転で複数回のラスタースキャンを行うには、複数の光源から同時に光ビームをポリゴンミラーに入射させる。すなわち、露光用光源をマルチビームLDで構成することにより、高速化できる。

上記のように、本発明の実施例１では、画像形成装置を、露光用光源からの光ビームを、全て異なる角度で傾斜する４つの反射面を備えるポリゴンミラーで主走査方向に偏向させ、露光用光源の点灯制御でｆθ補正を行う構成としたので、高画質な画像を低コストで形成できる。

本発明の実施例２は、露光用光源の点灯制御でｆθ補正を行い、露光用光源からの光ビームを、全て異なる角度で傾斜する５つの反射面を備えるポリゴンミラーで主走査方向に偏向させ、反射面の１面からは同期検知部にのみに光ビームを入射させる画像形成装置である。

図６に、本発明の実施例２における画像形成装置の構成を示す機能ブロック図を示す。実施例２における画像形成装置の基本的な構成は実施例１と同じであるが、ポリゴンミラーが５面である点が異なる。図６において、ポリゴンミラー17は、全て異なる角度で傾斜する５つの反射面があり、露光用光源からの光ビームを主走査方向に偏向する回転反射鏡である。図７は、画像形成装置の構成を示す機能ブロック図である。

ポリゴンミラーの５つの反射面の傾斜角は、全て異なる。そのうちの１つは、同期検知部３にのみ入射するように傾斜した反射面である。例えば、
(傾斜角ａ)＞(傾斜角ｂ)＞(傾斜角ｃ)＞(傾斜角ｄ)＞(傾斜角ｅ)
とする。傾斜角ａと傾斜角ｂと傾斜角ｃと傾斜角ｄは、それぞれＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の４色用の反射面の傾斜角である。傾斜角ｅは、同期検知部３用の反射面の傾斜角である。

これによって、図７に示すように、同期検知部３への光路は、感光体ドラム４への光路と異なるため、有効走査期間率を大きくすることができ、コストダウンが可能となる。また、同期検知部３の走査長は、画像書込の走査長より短くてよいため、同期検知部３に入射する光の反射面は、他の反射面より短くできる。例えば、４面の中心角をそれぞれ85°とし、１面の中心角を20°とする。これらの構成と動作により、高画質な画像が低コストで形成できる。また、露光用光源をマルチビームLDで構成することにより、高速化できる。

本発明の画像形成装置は、電子写真技術を用いてカラー画像を形成するデジタル複写機やレーザープリンタとして最適である。

本発明の実施例１における画像形成装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例１における画像形成装置の４面ポリゴンミラーの反射面の傾斜角度を示す図である。 本発明の実施例１における画像形成装置の概念図である。 本発明の実施例１における画像形成装置の４面ポリゴンミラーと感光体像面までの光路を示す図である。 本発明の実施例１における画像形成装置の４面ポリゴンミラーの回転角に対する変位量を示すグラフである。 本発明の実施例２における画像形成装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例２における画像形成装置の概念図である。 従来のカラー電子写真装置の概念図である。 従来のポリゴンミラーの概念図である。

符号の説明

１・・・ポリゴンミラー（４面）、２・・・レーザーダイオード（LD）、３・・・同期検知部、４・・・感光体、５・・・ポリゴンミラー制御部、６・・・レーザーダイオード制御部、７・・・同期検知制御部、８・・・CPU、９・・・ミラー、10・・・帯電器、11・・・現像器、12・・・定着器、13・・・２次転写ローラ、14・・・中間転写ベルト、15・・・紙、16・・・給紙ローラ、17・・・ポリゴンミラー（５面）。

Claims (10)

1. 感光性の像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に静電潜像を形成するための光ビームを発生する露光用光源と、前記露光用光源を制御する点灯制御手段と、前記光ビームを主走査方向に偏向させるポリゴンミラーと、前記静電潜像に現像剤を供給して前記静電潜像を可視化像とする現像手段と、前記可視化像を転写材に転写する転写手段と、前記転写材上の現像剤を前記転写材上に定着させる定着手段とを具備する画像形成装置において、前記ポリゴンミラーは、前記ポリゴンミラーの回転軸に対して全て異なる角度で傾斜する５つの反射面を備え、前記反射面のうちの１つは同期検知部にのみ入射するように傾斜した同期検知用反射面であり、前記点灯制御手段は、ｆθ補正を行う補正手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記同期検知用反射面は、他の４つの反射面より短いことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記補正手段は、前記ポリゴンミラーから前記像担持体までの光路長に応じたパラメータに基づいてｆθ補正を行う手段を備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記ポリゴンミラーから前記像担持体までの光路長が全て等しくなるように調整する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記露光用光源は複数の光ビームを発生する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 感光性の像担持体を帯電させ、露光用光源から発せられた光ビームを、全て異なる傾斜角の５つの反射面を備えるポリゴンミラーで主走査方向に偏向させ、前記露光用光源の点灯制御でｆθ補正を行い、前記反射面のうちの１つである同期検知用反射面からは、同期検知部にのみに光ビームを入射させ、帯電された像担持体に静電潜像を形成し、静電潜像に現像剤を供給して静電潜像を可視化像とし、前記可視化像を転写材に転写し、前記転写材上の現像剤を前記転写材上に定着させることを特徴とする画像形成方法。
7. 前記同期検知用反射面は、他の４つの反射面より短いことを特徴とする請求項６記載の画像形成方法。
8. 前記ポリゴンミラーから前記像担持体までの光路長に応じたパラメータに基づいてｆθ補正を行うことを特徴とする請求項６記載の画像形成方法。
9. 前記ポリゴンミラーから前記像担持体までの光路長が全て等しいことを特徴とする請求項６記載の画像形成方法。
10. 前記露光用光源は、複数の光ビームを発することを特徴とする請求項６記載の画像形成方法。
    

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