JP5799789B2 - 画像形成装置、画像形成方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、光学ユニットの主走査方向のずれを検出する画像形成装置、画像形成方法、プログラムおよび記録媒体に関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる光源は、出力枚数の高速化のためにマルチビーム化されている。マルチビームのビーム数が多くなると、２次元に発光点を配置するＶＣＳＥＬ（面発光レーザーダイオード）と呼ばれるレーザー素子が利用される。ＶＣＳＥＬレーザー素子は、発光点の数が多いため高解像度の出力装置に好適であるが、高解像度であることから、少しの調整ずれにより画質が劣化しやすい。

このように、マルチビーム光学系の画像形成装置は、光学系ユニットの調整ずれのリスクがあり、画質が劣化したときにその原因が、光学系ユニットにあるのかを調べるために所定の画像パターン（評価チャート）を出力し、その出力画像を基に光学系ユニットにおけるずれの有無を調べる技術がある。

例えば、特許文献１では、隣接するビーム間の主走査方向に位相ずれがある場合に、印字濃度が異なるパターンを出力することにより、位相ずれの有無を検出している。

上記したずれを検出するための画像パターンは、マルチビームによる走査ラインが飛び越さない走査方式を前提としているが、ＶＣＳＥＬレーザー素子の場合、走査ラインが飛び越さない走査方式の他に、走査ラインを飛び越し走査する方式がある。このような飛び越し走査する方式に、従来の画像パターンを適用しても、光学ユニットの主走査方向のずれを検出できないという問題があった。

本発明は上記した課題に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、飛び越し走査方式のＶＣＳＥＬ光学系において、主走査方向のずれを検出するための評価チャートを形成する画像形成装置、画像形成方法、プログラムおよび記録媒体を提供することにある。

本発明は、２次元状に配置された発光点を飛び越し走査方式により走査することにより所定媒体上に画像を形成する形成手段を備え、前記形成手段は、主走査方向に互いに所定間隔離れた位置にある発光点により形成される第１のパターンと、前記主走査方向に隣接する発光点により形成される第２のパターンを含む所定のチャートを形成することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、飛び越し走査方式における光学ユニットの主走査方向のずれの有無を検出することができ、これにより主走査方向のタイミングを精度良く設定することができる。

本発明の画像形成装置の全体構成を示す。 光学装置に組み込まれたＶＣＳＥＬの構成を示す。 光学装置が感光体ドラムを露光する構成を示す。 飛び越し走査の走査位置を説明する図である。 感光体上における露光位置の詳細を示す。 ＶＣＳＥＬの発光点と感光体上における露光位置との関係を示す。 本発明の発光パターンにより形成される評価チャートの構成を説明する図である。 ずれが発生したときの画像と正常なときの画像を示す。 トナー付着域の違いを説明する図である。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。本発明は、発光点が２次元状に配置されたＬＤアレイを用いて、飛び越し走査方式によって露光を行う画像形成装置において、走査方向の両端近傍の発光点で構成する露光群のパターンと、走査方向の中央部の発光点で構成する露光群のパターンにより、マルチビームの主走査方向のずれを検出する評価チャートを形成する。

図１は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す。画像形成装置１００は、ポリゴンミラー１０２ａなどの光学要素を含む光学装置１０２と、感光体ドラム、帯電装置、現像装置などを含む画像形成部１１２と、中間転写ベルトなどを含む転写部１２２により構成される。光学装置１０２は、半導体レーザーとして図示しないＶＣＳＥＬ２００（図２、図３を参照）を含んで構成される。図１に示す例では、ＶＣＳＥＬ２００から射出された光ビームは、一旦、図示しない第１シリンドリカルレンズにより集光され、ポリゴンミラー１０２ａにより、反射ミラー１０２ｂへと偏向される。

ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）２００とは、同一チップ上に複数の光源（半導体レーザー）を格子状に配置した面発光型半導体レーザーである。ＶＣＳＥＬ２００を使用した画像形成装置としては様々な技術があり、本発明の画像形成装置１００の光学装置１０２には、これらの公知技術と同様の構成で、ＶＣＳＥＬ２００が組み込まれている。

図２は、光学装置１０２に組み込まれたＶＣＳＥＬ２００の構成を示す。ＶＣＳＥＬ２００は、図２に示すように、複数の光源ｃｈ１〜ｃｈ４０（複数の発光点）が斜め格子状に配置された面発光型半導体レーザーアレイを構成している。

画像形成装置１００は、ｆθレンズを使用しないポストオブジェクト型の光学装置１０２を構成する。ｃｈ１〜ｃｈ４０からなる光ビームＬは、図示した実施例では、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応した数のビームが発生し、ポリゴンミラー１０２ａにより偏向されたビームＬは、反射ミラー１０２ｂで反射され、第２シリンドリカルレンズ１０２ｃで再度集光された後に感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａを露光している。

光ビームＬの照射は、上述したように複数の光学要素を使用して行われるため、主走査方向および副走査方向のタイミングの同期がとられる。以下、主走査方向を、光ビームの走査方向として定義し、副走査方向を、主走査方向に対して直交する方向として定義する。

感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａは、アルミニウムなどの導電性ドラム上に、少なくとも電荷発生層と、電荷輸送層とを含む光導電層を備えている。光導電層は、それぞれ感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａに対応して配設され、コロトロン、スコロトロン、または帯電ローラなどで構成される帯電器１０４ｂ、１０６ｂ、１０８ｂ、１１０ｂにより表面電荷が付与される。

各帯電器１０４ｂ、１０６ｂ、１０８ｂ、１１０ｂにより感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ上に付与された静電荷は、光ビームＬにより像状露光され、静電潜像が形成される。感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ上に形成された静電潜像は、現像スリーブ、現像剤供給ローラ、規制ブレードなどを含む現像器１０４ｃ、１０６ｃ、１０８ｃ、１１０ｃにより現像され、現像剤像が形成される。

感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ上に担持された現像剤は、搬送ローラ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃにより矢線Ａの方向に移動する中間転写ベルト１１４上に転写される。中間転写ベルト１１４は、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの現像剤を担持した状態で２次転写部へと搬送される。２次転写部は、２次転写ベルト１１８と、搬送ローラ１１８ａ、１１８ｂにより構成される。２次転写ベルト１１８は、搬送ローラ１１８ａ、１１８ｂにより矢線Ｂの方向に搬送される。２次転写部には、給紙カセットなどの受像材収容部１２８から上質紙、プラスチックシートなどの受像材１２４が搬送ローラ１２６により供給される。

２次転写部は、２次転写バイアスを印加して、中間転写ベルト１１４上に担持された多色現像剤像を、２次転写ベルト１１８上に吸着保持された受像材１２４に転写する。受像材１２４は、２次転写ベルト１１８の搬送と共に定着装置１２０へと供給される。定着装置１２０は、シリコーンゴム、フッソゴムなどを含む定着ローラなどの定着部材１３０により構成され、受像材１２４と多色現像剤像とを加圧加熱し、印刷物１３２として画像形成装置１００の外部へと排出する。排出口には、印刷物１３２の画像を検査するための読み取りセンサー１３３が配置されており、出来上がった印刷物１３２を読み取る。多色現像剤像を転写した後の転写ベルト１１４は、クリーニングブレードを含むクリーニング部１１６により転写残現像剤が除去された後、次の像形成プロセスへと供給される。

図３は、ＶＣＳＥＬ２００を含む光学装置１０２が感光体ドラム１０４ａを露光する構成を示す。ＶＣＳＥＬ２００から射出された光ビームＬは、光ビーム束を整形するために使用される第１シリンドリカルレンズ２０２により集光され、反射ミラー２０４および結像レンズ２０６を経た後、ポリゴンミラー１０２ａにより偏向される。ポリゴンミラー１０２ａは、数千〜数万回転するスピンドルモータなどにより回転駆動されている。ポリゴンミラー１０２ａで反射された光ビームＬは、反射ミラー１０２ｂで反射された後、第２シリンドリカルレンズ１０２ｃにより再整形され、感光体ドラム１０４ａ上を露光する。

また、光ビームＬの副走査方向への走査開始タイミングを同期するため、反射ミラー２０８が配置されている。反射ミラー２０８は、副走査方向の走査を開始する以前で、光ビームＬを、フォトダイオードなどを含む同期検出装置２１０へと反射させる。同期検出装置２１０は、当該光ビームを検出すると、副走査を開始させるために同期信号を発生させ、ＶＣＳＥＬ２００への駆動制御信号の生成処理などの処理を同期する。

ＶＣＳＥＬ２００は、ＧＡＶＤ（Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ Ｖｉｄｅｏ Ｄｅｖｉｃｅ：ビデオ処理ゲートアレイ）ボード２０１から送付されるパルス信号により駆動され、後述するように、画像データの所定の画像ビットに対応する位置に光ビームＬが露光され、感光体ドラム１０４ａ上に静電潜像を形成する。

図４は、ｃｈ１〜ｃｈ４０の４０ビームからなる光ビームＬによって、感光体上での飛び越し走査が行われる、その走査位置を説明する図である。４０ビームの光ビームは、一括でポリゴンミラーにより主走査方向に走査される。４０ビームは、その走査ラインをお互いに飛び越すようにして走査している。図４は、ポリゴンミラー５面分によって、４０ビームが走査される様子を示す。

図５は、感光体上における露光位置の詳細を示す。感光体上での露光解像度は４８００ｄｐｉであり、従って、図５の画素間の間隔（マス目）は約５．２μｍとなる。ある時点での走査Ｓ１とその次のポリゴンミラー面による走査Ｓ２を説明する。まず、ポリゴンミラー面は一度に４０ビームをスキャンする。ビームは４０チャンネルで、中央部の２０チャンネル（ｃｈ２０）目と２１チャンネル（ｃｈ２１）目の間は近接している。その他のチャンネルの間は、１走査ラインの間隙を作って主走査方向に走査するような位置関係に構成されている。

チャンネル２０とチャンネル２１との中間点ａの位置が、副走査方向におけるレンズ群の中央であり、副走査方向に対称になっている。あるポリゴン面で、このような位置関係で水平走査が行われると、次の面では図中のＳ２で示すラインを走査し、Ｓ１のラインの２１チャンネル（ｃｈ２１）と２２チャンネル（ｃｈ２２）との隙間を、今度は１チャンネル（ｃｈ１）が走査するように構成されている。また、Ｙ、Ｃ、Ｍについても同様である。このようにして、４８００ｄｐｉ解像度の書込みユニットが構成されている。

このような、全体としては４０ビームからなる飛び越し走査光学系であり、中央の２０−２１ｃｈ間が近接していることにより、８の倍数で飛び越しができる。８の倍数で処理できることは、画像処理のための回路を構成する上でも扱いやすくなる。また、光源としてＶＣＳＥＬ（面発光レーザーダイオード）を利用した場合に光源配置の自由度が高いという利点がある。また、通常の飛び越し走査よりも、１ｃｈ〜４０ｃｈ間の副走査ビーム間隔が狭くなり、最も外側のビームが光軸よりそれ程遠ざかることがなくなるので、副走査ビームピッチのばらつき、ビームスポット径のばらつきが低減できる。また、走査レンズの有効範囲も小さくでき、光学素子の小型化も可能となる、という利点がある。

図６（ａ）は、ＶＣＳＥＬの発光点が感光体上のどの位置に露光するかを示す。ＣＨ２０とＣＨ２１の間を除き、副走査方向の各チャンネルは、飛び越し走査を行うために、図５の５．２μｍの２倍の１０．４μｍのピッチで感光体上を露光する。また、主走査方向については、ＣＨ４とＣＨ５の間が約２ｍｍ程度、離れている。

ＣＨ４とＣＨ５とＣＨ２５の３ビームで感光体上に網点を形成しようとすると、ＣＨ４とＣＨ５は、ある時刻における露光位置が図６（ａ）のように感光体上において、２ｍｍ程度離れることになる。そのため、ＣＨ４を露光後、一定の時刻の後、ＣＨ５を露光させる必要がある。
露光のタイミングは、図６（ｂ）に示すように、ＣＨ４を点灯してからＣＨ５を点灯させるまでのタイミングｔを適切に調整するように、ＧＡＶＤボード２０１を設定する必要がある。

飛び越し走査の場合、図６（ｃ）に示すＳＡとＳＣが同一ポリゴン面によるマルチビーム走査となり、ＳＢの走査線は別のポリゴン面による、マルチビーム走査となる。従来、画素Ａと画素Ｂのパターンの場合、異なる走査の調整であるから、まず画素Ａと画素Ｃが正しく主走査方向の座標上に構成される必要がある。光源がＣ点の画素位置を露光する時刻には、ＳＡを走査するビームは、Ａ’点の画素位置を露光している。従って、画素Ａと画素Ｃが主走査方向の並んだ位置に構成するためには、主走査方向のクロックタイミングを正しく設定する必要があり、これにより高画質化が可能である。また、このようなＳＡとＳＣの走査ラインをチェックするには、従来の評価チャートでは評価ができない。

図９（ａ）は、ＣＨ４とＣＨ５でタイミングが正しく合った場合の露光の状態を示し、図９（ｂ）は、ＣＨ４とＣＨ５でタイミングが正しくないときの露光を示す。（ｂ）のような状態では形成される画像が劣化してしまうため、サービスマンが簡単に検査できるような、評価チャートが必要となる。

図７は、本発明の発光パターンにより形成される評価チャートの構成を説明する図である。図３のＧＡＶＤボード２０１は、外部インターフェースによりコンピュータと接続され、外部から画像データを転送するとともに、評価用チャートを発生させる機能を有している。この評価チャートを、図７により説明する。

評価チャートは、ＣＨ４とＣＨ５による平行線「＝」型の露光群のパターン（第１のパターン）と、ＣＨ２４とＣＨ２５による平行線「＝」型の露光群のパターン（第２のパターン）が主走査方向に繰り返され、また、ＣＨ２８とＣＨ２９による平行線「＝」型の露光群のパターン（第１のパターン）と、ＣＨ７とＣＨ８による平行線「＝」型の露光群のパターン（第２のパターン）が主走査方向に繰り返されている。以下同様にして、ＶＣＳＥＬの発光点のうち、主走査方向の両端の発光点による平行線型の露光群の第１のパターン３０１と、主走査方向の中央部の発光点による平行線型の露光群の第２のパターン３０２により、マルチビームの主走査方向のずれを検出する評価チャートを構成している。

図８は、ＣＨ４、５と、ＣＨ２４、２５の部分を拡大した図を示す。ＣＨ４とＣＨ５については、図６（ｂ）のタイミングｔが正しくない場合に、図８に示すように、ずれ量が大きくなるが、ＣＨ２４とＣＨ２５については、主走査方向の距離がＣＨ４、ＣＨ５と比べると短いので、タイミングｔ’が正しくない場合でも、主走査方向のずれ量が少ない。

それぞれの露光位置の主走査方向のずれ量が異なることによって、非線形なトナー付着特性を持つ電子写真エンジンでは、付着するトナーの量が異なってしまう。そのため、それぞれの露光群におけるトナー付着量の違いが、濃度差として現れるので、これを利用して、タイミングｔの調整が可能となる。

タイミングｔの正しい設定値が分かった後で、他のタイミング（例えばＣＨ４とＣＨ６やＣＨ４とＣＨ７など）は、発光点の主走査方向の距離の比を基に再設定することにより、全体的に正しいタイミングの設定が可能となる。

図９は、トナー付着域の違いを説明する図である。主走査方向にずれの無い場合（ａ）と、ずれのある場合（ｂ）に応じてトナー付着域４０１、４０２がそれぞれ異なるので（トナー付着域の幅、面積が異なる）、付着するトナーの量が異なり、これが濃度差として現れる。

本発明は、前述した実施例の機能を実現するソフトウエアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施例の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれる。さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれる。また、本発明の実施例の機能等を実現するためのプログラムは、ネットワークを介した通信によってサーバから提供されるものでも良い。

１０２ 光学装置
１０２ａ ポリゴンミラー
１０２ｂ、２０４、２０８ 反射ミラー
１０２ｃ 第２シリンドリカルレンズ
１０４ａ 感光体ドラム
２００ ＶＣＳＥＬ
２０２ 第１シリンドリカルレンズ
２１０ 同期検出装置
２０１ ＧＡＶＤ

特開２００２−１３７４４７号公報

Claims (7)

1. ２次元状に配置された発光点を飛び越し走査方式により走査することにより所定媒体上に画像を形成する形成手段を備え、前記形成手段は、主走査方向に互いに所定間隔離れた位置にある発光点により形成される第１のパターンと、前記主走査方向に隣接する発光点により形成される第２のパターンを含む所定のチャートを形成することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記離れた位置にある発光点は、前記主走査方向の両端に位置する発光点であり、前記隣接する発光点は、前記主走査方向の中央部付近に位置する発光点であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記第１、第２のパターンは、前記発光点が位置する主走査方向のずれ量に応じた濃度差として検出されるパターンであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記第１、第２のパターンは、それぞれ副走査方向に１走査ライン離れ、破線状の平行線により構成されていることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. ２次元状に配置された発光点を飛び越し走査方式により走査することにより所定媒体上に画像を形成する形成工程を備え、前記形成工程は、主走査方向に互いに所定間隔離れた位置にある発光点により形成される第１のパターンと、前記主走査方向に隣接する発光点により形成される第２のパターンを含む所定のチャートを形成することを特徴とする画像形成方法。
6. 請求項５記載の画像形成方法をコンピュータに実現させるためのプログラム。
7. 請求項５記載の画像形成方法をコンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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