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技術 光走査装置及び画像形成装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 本山肇
出願日 2011年1月26日 (9年2ヶ月経過) 出願番号 2011-014040
公開日 2012年8月16日 (7年7ヶ月経過) 公開番号 2012-155134
状態 特許登録済
技術分野 レーザービームプリンタ 機械的光走査系 FAXの走査装置
主要キーワード 低光量領域 光量閾値 光ビーム特性 濃度検査 エッジエミッタ 最低光量 レーザー特性 シーケンス信号
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

FFPのばらつき、光学組立精度のばらつき、感光体感度のばらつき、及び耐久劣化等による画質不均一性を容易に防止する。

解決手段

光走査装置は画像データに応じて複数の光ビームによって感光体15を露光して感光体に潜像を形成する。光走査装置は、複数の光ビームを発生するLD100を有し、ポリゴンミラー1002によって複数の光ビームで感光体を走査する。コントローラ1027はレーザードライバ1029によってLDを制御して、所定の目標光量に応じて光ビームの光量を制御する。コントローラは光ビームの光量が予め規定された光量閾値範囲を外れると、レーザードライバによってLDを制御して光ビームの数を変更するとともに、ポリゴンミラーの回転数を変更する。この際、光ビームの数を減少した場合には、ポリゴンミラーの回転数を増加させる。

概要

背景

近年、レーザー光走査装置露光装置として用いた画像形成装置において、生産性向上又は解像度向上のためレーザー光走査装置の光源としてマルチビームレーザダイオードが用いられている。

いま、PSをレーザー走査及び当該走査に直交する垂直方向プロセススピードDPIを解像度、RMSをポリゴンミラー回転数、Nをポリゴンミラーの反射面数、そして、Mをビーム数とすると、その関係は式(1)で表される。

PS=RMS/60(25.4/DPI)(N×M) 式(1)
式(1)から、ポリゴンミラーの回転数、ポリゴンミラーの反射面数、及びビーム数の少なくとも1つを増加させると、生産性向上又は解像度向上が達成できることが分かる。

ところが、ポリゴンミラーの回転数は、近年40000RPM〜50000RPMとなってきており、その回転数は限界に近くなってきている。さらに、ポリゴンミラーを高速で回転させると、ポリゴンミラー自体の昇温及び騒音等の弊害が顕著となる。このため、ポリゴンミラーの回転数をこれ以上増加させることは困難である。

一方、ポリゴンミラーの外径を一定として、その反射面を増加させると、不可避的にポリゴンミラーの光学特性が悪化して、スポット径肥大する。このことは、画質劣化を招き、反射面を多くすることは解像度向上とは相容れない。

さらに、スポット径を一定として、ポリゴンミラーの反射面を増加させると、反射面の一辺の長さを一定にする必要性から、ポリゴンミラーの外径が大きくなってしまい、これによって、駆動電流が増大して温度が上昇するばかりでなく、騒音等の弊害が発生する。

一方、エッジエミッタレーザーダイオード(エッジエミッタLD)に対して近年面発光レーザーダイオード(VCSEL)が光源として検討されている。VCSELはウェハ表面からレーザー光を出射するため、ウェハ端面からレーザー光を出射するエッジエミッタLDに対して2次元的に発光点を配置することが可能である。このため、VCSELを光源として用いればビーム数の増加に容易に対応できるというメリットがある。

ところで、光走査装置で用いられる光源には、光量制御の範囲を広くする必要がある。レーザー光源の光量は、プロセススピードと比例し、感光体感度光学効率、及びビーム数と反比例する。

感光体の感度は製造工程において不可避的にばらつき、しかも、感光体は耐久劣化に起因する感度変化特性を有している。感光体の感度が変化した場合、同一のプロセス量帯電露光、及び現像を行っても像の濃度が異なる場合がある。このような濃度変動を抑えるため感光体感度の変化に応じて露光量を制御することが行われている。

例えば、濃度調整シーケンスにおいて、予め定められた検査用の画像データに応じて感光体を露光し、感光体の表面電位及びトナー像の濃度をセンサ等で測定する。そして、トナー像の濃度が目標濃度となるように、レーザーの光量を制御する。この際、感光体の感度の変動を満足する光量が光源に要求されるため、レーザーには光量レンジの制御を広くする必要となる。

さらに、光学系においては感光体上に結像されるスポットの光量を、要求仕様を満足するようにレーザーのチップ面の光量を制御する。光学系には組立て精度によるばらつき、レンズ及びミラー透過率及び反射率の製造時のばらつき、そして、レーザーの出射角FFP)のばらつき等様々な要因のばらつきがある。そして、感光体上の光量とレーザーのチップ面光量の関係もばらついている。これらのばらつきを考慮して、レーザーには広い光量レンジの制御が要求されている。

例えば、レーザー光量の設定を行う際、電源投入時等のセットアップ時において、感光体に形成した基準パッチ電位を測定し、感光体上の1周以上にわたる基準パッチの平均電位及び電位ばらつきを求めて、感光体の露光量(つまり、レーザー光量)を補正するようにしたものがある(特許文献1参照)。

概要

FFPのばらつき、光学系組立精度のばらつき、感光体感度のばらつき、及び耐久劣化等による画質の不均一性を容易に防止する。光走査装置は画像データに応じて複数の光ビームによって感光体15を露光して感光体に潜像を形成する。光走査装置は、複数の光ビームを発生するLD100を有し、ポリゴンミラー1002によって複数の光ビームで感光体を走査する。コントローラ1027はレーザードライバ1029によってLDを制御して、所定の目標光量に応じて光ビームの光量を制御する。コントローラは光ビームの光量が予め規定された光量閾値範囲を外れると、レーザードライバによってLDを制御して光ビームの数を変更するとともに、ポリゴンミラーの回転数を変更する。この際、光ビームの数を減少した場合には、ポリゴンミラーの回転数を増加させる。

目的

本発明の目的は、FFPのばらつき、光学系組立精度のばらつき、感光体感度のばらつき、及び耐久劣化等による画質の不均一性を容易に防止することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

画像データに応じて複数の光源から出射される複数の光ビームによって感光体露光して該感光体に潜像を形成する光走査装置において、前記複数の光源は、前記複数の光ビームによって前記感光体の副走査方向に同時に複数の走査線を形成するように配列されており、前記複数の光ビームを前記感光体に走査させる走査手段と、前記複数の光源を制御して、所定の目標光量に応じて前記光ビームの光量を制御する光量制御手段と、前記光量制御手段によって制御された前記光ビームの光量が予め規定された光量閾値範囲を外れると露光に用いる光源の数を変更して、当該変更された光源の数に応じて前記回転多面鏡回転数を変更する変更手段とを有し、前記変更手段は前記光源の数を減少した際には、当該減少させた光源の数に応じて前記回転多面鏡の回転数を増加させることを特徴とする光走査装置。

請求項2

前記光ビームの走査に応じて前記感光体に形成された潜像の電位潜像電位として検知する電位検知手段を有し、前記目標光量は前記潜像電位に応じて決定されることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。

請求項3

前記光ビームの走査に応じて前記感光体に形成された潜像を現像した結果として得られるトナー像の濃度をトナー濃度として検知する濃度検知手段を有し、前記目標光量は前記トナー濃度に応じて決定されることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。

請求項4

前記光源の各々は前記光ビームを発生する半導体レーザーであり、前記半導体レーザーのファーフィールドパターンを記憶する記憶手段を備え、前記変更手段は前記ファーフィールドパターンで示される前記光ビームの広がり角に応じて前記光ビームの数を変更するようにしたことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の光走査装置。

請求項5

請求項1〜4いずれか1項に記載の光走査装置と、該光走査装置によって露光される感光体と、前記感光体に形成された潜像を現像してトナー像とする現像装置とを有し、前記トナー像を記録媒体転写して画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置

技術分野

0001

本発明は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置で用いられる光走査装置に関する。

背景技術

0002

近年、レーザー光走査装置露光装置として用いた画像形成装置において、生産性向上又は解像度向上のためレーザー光走査装置の光源としてマルチビームレーザダイオードが用いられている。

0003

いま、PSをレーザー走査及び当該走査に直交する垂直方向プロセススピードDPIを解像度、RMSをポリゴンミラー回転数、Nをポリゴンミラーの反射面数、そして、Mをビーム数とすると、その関係は式(1)で表される。

0004

PS=RMS/60(25.4/DPI)(N×M) 式(1)
式(1)から、ポリゴンミラーの回転数、ポリゴンミラーの反射面数、及びビーム数の少なくとも1つを増加させると、生産性向上又は解像度向上が達成できることが分かる。

0005

ところが、ポリゴンミラーの回転数は、近年40000RPM〜50000RPMとなってきており、その回転数は限界に近くなってきている。さらに、ポリゴンミラーを高速で回転させると、ポリゴンミラー自体の昇温及び騒音等の弊害が顕著となる。このため、ポリゴンミラーの回転数をこれ以上増加させることは困難である。

0006

一方、ポリゴンミラーの外径を一定として、その反射面を増加させると、不可避的にポリゴンミラーの光学特性が悪化して、スポット径肥大する。このことは、画質劣化を招き、反射面を多くすることは解像度向上とは相容れない。

0007

さらに、スポット径を一定として、ポリゴンミラーの反射面を増加させると、反射面の一辺の長さを一定にする必要性から、ポリゴンミラーの外径が大きくなってしまい、これによって、駆動電流が増大して温度が上昇するばかりでなく、騒音等の弊害が発生する。

0008

一方、エッジエミッタレーザーダイオード(エッジエミッタLD)に対して近年面発光レーザーダイオード(VCSEL)が光源として検討されている。VCSELはウェハ表面からレーザー光を出射するため、ウェハ端面からレーザー光を出射するエッジエミッタLDに対して2次元的に発光点を配置することが可能である。このため、VCSELを光源として用いればビーム数の増加に容易に対応できるというメリットがある。

0009

ところで、光走査装置で用いられる光源には、光量制御の範囲を広くする必要がある。レーザー光源の光量は、プロセススピードと比例し、感光体感度光学効率、及びビーム数と反比例する。

0010

感光体の感度は製造工程において不可避的にばらつき、しかも、感光体は耐久劣化に起因する感度変化特性を有している。感光体の感度が変化した場合、同一のプロセス量帯電露光、及び現像を行っても像の濃度が異なる場合がある。このような濃度変動を抑えるため感光体感度の変化に応じて露光量を制御することが行われている。

0011

例えば、濃度調整シーケンスにおいて、予め定められた検査用の画像データに応じて感光体を露光し、感光体の表面電位及びトナー像の濃度をセンサ等で測定する。そして、トナー像の濃度が目標濃度となるように、レーザーの光量を制御する。この際、感光体の感度の変動を満足する光量が光源に要求されるため、レーザーには光量レンジの制御を広くする必要となる。

0012

さらに、光学系においては感光体上に結像されるスポットの光量を、要求仕様を満足するようにレーザーのチップ面の光量を制御する。光学系には組立て精度によるばらつき、レンズ及びミラー透過率及び反射率の製造時のばらつき、そして、レーザーの出射角FFP)のばらつき等様々な要因のばらつきがある。そして、感光体上の光量とレーザーのチップ面光量の関係もばらついている。これらのばらつきを考慮して、レーザーには広い光量レンジの制御が要求されている。

0013

例えば、レーザー光量の設定を行う際、電源投入時等のセットアップ時において、感光体に形成した基準パッチ電位を測定し、感光体上の1周以上にわたる基準パッチの平均電位及び電位ばらつきを求めて、感光体の露光量(つまり、レーザー光量)を補正するようにしたものがある(特許文献1参照)。

先行技術

0014

特開2000−56522号公報

発明が解決しようとする課題

0015

前述のように、FFPのばらつき、光学系組立精度のばらつき、感光体感度のばらつき、および耐久劣化等に起因する画質の不均一を防止するため、レーザー素子には幅広い光量レンジが要求されている。ところが、例えば、レーザー光の立ち上がり時間は高光量においては速く、低光量においては遅いという特性を有している。そして、光量に応じた立ち上がり特性相違によって露光電位プロファイルが影響を受けて、画質の均一化が困難となってしまう。さらに、低光量となると、発振波長の第2ピークに対する余裕度SMSR)が低くなって、感光体上のスポットが肥大化する。これによっても、画質が劣化してしまうという問題点がある。

0016

従って、本発明の目的は、FFPのばらつき、光学系組立精度のばらつき、感光体感度のばらつき、及び耐久劣化等による画質の不均一性を容易に防止することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0017

上記の目的を達成するため、本発明による光走査装置は、画像データに応じて複数の光源から出射される複数の光ビームによって感光体を露光して該感光体に潜像を形成する光走査装置において、前記複数の光源は、前記複数の光ビームによって前記感光体の副走査方向に同時に複数の走査線を形成するように配列されており、前記複数の光ビームを前記感光体に走査させる走査手段と、前記複数の光源を制御して、所定の目標光量に応じて前記光ビームの光量を制御する光量制御手段と、前記光量制御手段によって制御された前記光ビームの光量が予め規定された光量閾値範囲を外れると露光に用いる光源の数を変更して、当該変更された光源の数に応じて前記回転多面鏡の回転数を変更する変更手段とを有し、前記変更手段は前記光源の数を減少した際には、当該減少させた光源の数に応じて前記回転多面鏡の回転数を増加させることを特徴とする。

発明の効果

0018

本発明によれば、光ビームの光量に応じてビーム数に決定するとともに、光ビームの数に応じて回転多面鏡の回転数を決定するようにしたので、光ビームの光量範囲を狭くすることができ、一定の光ビーム特性において露光を行うことができる。さらに、ビーム数に応じて回転多面鏡の回転数を変更するので、生産性に対する影響を防止することができる。この結果、FFPのばらつき、光学系組立精度のばらつき、感光体感度のばらつき、及び耐久劣化等による画質の不均一性を容易に防止することができるという効果がある。

図面の簡単な説明

0019

本発明の実施の形態による光走査装置の一例が用いられる画像形成装置の一例を示す断面図である。
図1に示す光走査装置の一例の構成を詳細に示す図である。
図2に示すレーザーダイオード(LD)及びレーザードライバの構成の一例を説明するための図である。
レーザービームの数(ビーム数)による感光ドラムの感度と各レーザービームの光量との関係を示す図であり、(A)は光学効率が低い場合の関係を示す図、(B)は光学効率が高い場合の関係を示す図である。
図2に示す光走査装置においてビーム数の決定を説明するためのフローチャートである。
ビーム数とポリゴンモータの回転数との関係を示す図である。
図2に示す光走査装置で感光ドラムを露光する際の画像データの流れを示す図であり、(A)は16ビームで露光を行う際の画像データの流れを示す図、(B)は10ビームで露光を行う際の画像データの流れを示す図である。
図2に示す感光ドラムにおいて必要とする光量を得るためのLDのFFPと各LD素子の光量との関係を示す図である。

実施例

0020

以下本発明の実施の形態による光走査装置の一例を用いた画像形成装置について説明する。

0021

図1は、本発明の実施の形態による光走査装置の一例が用いられる画像形成装置の一例を示す断面図である。なお、図1に示す画像形成装置は、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、及びブラック(K)の各色を重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置である。

0022

図示の画像形成装置1Aは、4つの感光ドラム(感光体)14、15、16、及び17を有しており、これら感光ドラム14、15、16、及び17に対面して中間転写体である中間転写ベルト無端ベルト)13が配置されている。

0023

この中間転写ベルト13は、駆動ローラ13a、二次転写対向ローラ13b、及びテンションローラ従動ローラ)13cに張設され、断面視において、略三角形状に規定されている。そして、この中間転写ベルト13は、図中時計回りに回転する(実線矢印で示す方向に回転する)。

0024

感光ドラム14、15、16、及び17は、中間転写ベルト13の回転方向に沿って配置されており、図示の例では、中間転写ベルト13の回転方向の最上流側から順に感光ドラム14、15、16、及び17が配置されている。

0025

感光ドラム14の周囲には、帯電器27、現像器23、及びクリーナー31が配置されている。同様にして、感光ドラム15、16、及び17の周囲には、それぞれ帯電器28、29、及び30、現像器23、24、25、及び26、及びクリーナー31、32、33、及び34が配置されている。

0026

帯電器27、28、29、及び30は、それぞれ感光ドラム14、15、16、及び17の表面を均一に帯電する。

0027

感光ドラム14、15、16、及び17の上方には、光走査装置(露光制御部ともいう)22が配置され、光走査装置22は、後述するようにして、画像データに応じて感光ドラム14、15、16、及び17の表面をレーザービーム(光ビーム)によって走査する。

0028

なお、図示の例では、感光ドラム14、15、16、及び17は、それぞれマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、及びブラック(K)のトナーに対応しているものとする。

0029

ここで、図1に示す画像形成装置1Aによる画像形成プリント)動作について説明する。

0030

図示の画像形成装置1Aは、2つのカセット給紙部1及び2と、1つの手差し給紙部3とを有している。これらカセット給紙部1及び2と手差し給紙部3とからは選択的に記録紙(転写紙)Sが給紙される。

0031

カセット給紙部1及び2は、それぞれカセット4及び5を有しており、手差し給紙部3は、トレイ6を有している。転写紙Sは、カセットカセット4及び5又はトレイ6上に積載されており、ピックアップローラ7によって、最上位に位置する転写紙Sから順次ピックアップされる。そして、ピックアップされた転写紙Sは、フィードローラ8Aとリタードローラ8Bからなる分離ローラ対8によって、最上位に位置する転写紙Sのみ分離される。

0032

カセット給紙部1又は2から送り出された転写紙Sは、搬送ローラ対9、10、及び11によってレジストローラ対12へ送られる。一方、手差し給紙部3から送られた転写紙Sは、直ちにレジストローラ対12に送られる。そして、転写紙Sはレジストローラ対12によって一旦その移動が停止されるとともに、斜行状態矯正される。

0033

ところで、画像形成装置1Aには、原稿給紙装置1が備えられ、原稿給紙装置1は、積載された原稿を1枚ずつ順番原稿台ガラス19上に搬送する。原稿が原稿台ガラス19上の所定位置へ搬送されると、スキャナユニット4Aによって原稿面照射されて、原稿からの反射光がミラー等を介してレンズに導かれる。そして、この反射光は、イメージセンサ部(図示せず)に光学像として結像される。

0034

イメージセンサ部は、結像した光学像を、光電変換によって電気信号に変換する。この電気信号は、画像処理部(図示せず)に入力される。画像処理部は、電気信号をデジタル信号に変換した後、当該デジタル信号に対して必要な画像処理を施して、画像データとする。

0035

この画像データは、直接的又は一旦画像メモリ(図示せず)に格納された後に、光走査装置(露光制御部)22に入力される。光走査装置22は、画像データに応じて半導体レーザー(図示せず)を駆動する。これによって、半導体レーザーからレーザービーム(光ビーム)が発光される。

0036

レーザービームは、ポリゴンミラー(回転多面鏡)を含む走査系を介して感光ドラム14、15、16、及び17の表面を照射する。このレーザービームは、感光ドラム14、15、16、及び17上を主走査方向(感光ドラム14、15、16、及び17の軸方向)に沿って走査される。

0037

感光ドラム14、15、16、及び17は、図中実線矢印で示す方向(副走査方向)に回転しており、これによって、感光ドラム14、15、16、及び17は、レーザービームによって副走査方向にも走査されることになる。レーザービームの走査によって、感光ドラム14、15、16、及び17上には、画像データに応じた静電潜像が形成されることになる。

0038

図示の例では、まず、最上流側に位置する感光ドラム14が、マゼンタ成分の画像データに基づいてレーザービームLMによって露光される。これによって、感光ドラム14上に静電潜像を形成する。そして、感光ドラム14上の静電潜像は、現像器23によって現像されて、マゼンタ(M)トナー像とされる。

0039

次に、感光ドラム14の露光開始から所定の時間が経過すると、感光ドラム15が、シアン成分の画像データに基づいてレーザービームLCによって露光される。これによって、感光ドラム15上に静電潜像を形成する。そして、感光ドラム15上の静電潜像は、現像器24によって現像されて、シアン(C)トナー像とされる。

0040

さらに、感光ドラム15の露光開始から所定の時間が経過すると、感光ドラム16が、イエロー成分の画像データに基づいてレーザービームLYによって露光される。これによって、感光ドラム16上に静電潜像を形成する。そして、感光ドラム16上の静電潜像は、現像器25によって現像されて、イエロー(Y)トナー像とされる。

0041

そして、感光ドラム16の露光開始から所定の時間が経過すると、感光ドラム17が、ブラック成分の画像データに基づいてレーザービームLBによって露光される。これによって、感光ドラム17上に静電潜像を形成する。そして、感光ドラム17上の静電潜像は、現像器25によって現像されて、ブラック(K)トナー像とされる。

0042

感光ドラム14上のMトナー像は、転写帯電器90によって中間転写ベルト13上に転写される。同様にして、感光ドラム15、16、及び17から、それぞれCトナー像、Yトナー像、及びKトナー像が、転写帯電器91、92、及び93によって中間転写ベルト13上に転写される。

0043

これによって、中間転写ベルト13上に、順次Mトナー像、Cトナー像、Yトナー像、及びKトナー像が重ね合わされて、転写されることになり、中間転写ベルト13上には、一次転写像としてカラートナー像が形成される。

0044

なお、転写後、感光ドラム14、15、16、及び17に残留するトナーは、それぞれクリーナー31、32、33、及び34によって除去される。

0045

レジストローラ対12で一旦停止した転写紙Sは、レジストローラ対12の駆動によって2次転写位置T2に搬送される。ここでは、中間転写ベルト13上のカラートナー像と転写紙Sの先端との位置を合わせるタイミングで、レジストローラ対12が回転駆動されて、転写紙Sが2次転写位置T2に搬送される。

0046

2次転写位置T2には、2次転写ローラ40と2次転写対向ローラ13bとが配置されており、2次転写位置T2において、中間転写ベルト13上のカラートナー像が2次転写像として転写紙S上に転写される。

0047

2次転写位置T2を通過した転写紙Sは、定着装置35へ送られる。この定着装置35は、定着ローラ35A及び加圧ローラ35Bを有している。転写紙Sは、定着ローラ35Aと加圧ローラ35Bとによって形成されるニップ部を通過する際、定着ローラ35Aによって加熱されるとともに、加圧ローラ35Bによって加圧される。これによって、2次転写像を転写紙S上に定着する。

0048

定着処理済み転写紙Sは、搬送ローラ対36によって排出ローラ対37へ送られ、排出ローラ対37によって排出トレイ38上へ排出される。

0049

図示の画像形成装置1Aでは、所謂両面印刷モードによって画像形成を行うことができる。

0050

両面印刷モードの際には、定着装置35を通過した定着処理済み転写紙Sは、縦パス58を通って反転パス59へ送られる。この際、フラッパ60は縦パス58を開いた状態となっており、定着処理済み転写紙Sは、搬送ローラ対36、61、及び62と逆転ローラ対63とによって反転パス59に搬送される。

0051

矢印a方向に搬送されている定着処理済み転写紙Sの後端が、ポイントPを通過した時点で、逆転ローラ対63が逆転駆動される。これによって、定着処理済み転写紙Sは、後端側を先頭にして矢印b方向に搬送される。この結果、定着処理済み転写紙Sにおいて、2次転写像が形成された面が上側になる。

0052

なお、ポイントPには、可撓性転写紙付きフラッパ64が配置されている。このフラッパ64は、縦パス58から反転パス59への転写紙Sの進入を可能とするとともに、反転パス59から縦パス58への転写紙Sの侵入を不可能とする。

0053

さらに、ポイントPには、検知レバー65が配置されている。この検知レバー65は、転写紙Sの後端がポイントPを通過したことを検知する。

0054

前述のように、逆転ローラ対63の逆転によって、矢印b方向に搬送された定着済み転写紙Sは、再給紙パス67内に送られる。そして、定着済み転写紙Sは、複数の再給紙パス内搬送ローラ対68と搬送ローラ対11とによって中継されて、再度レジストローラ対12に送られる。

0055

定着処理済み転写紙Sは、レジストローラ対12で斜行状態を補正された後、2次転写位置T2に送られる。そして、主走査方向・副走査方向における倍率補正が行なわれた画像データに基づいて2回目の画像形成が行なわれ、前述した片面画像形成と同一のプロセスを経て、転写紙Sは、排出トレイ38に排出される。

0056

ところで、画像形成装置の高速化及び高画質化対処するため、レーザー光源に用いる半導体レーザーにおいてビーム数を複数にすることによってポリゴンミラーによる一度の走査で複数の走査ライン(走査線)を露光することが行われている。特に、端面発光レーザーから面発光レーザーが実用化され、このような多ビーム化が容易となっている。

0057

ここで、多ビームの半導体レーザーを画像形成装置に用いた例について説明する。

0058

図2は、図1に示す光走査装置22の一例の構成を詳細に示す図である。図2を参照すると、図示の光走査装置22は、発光素子として半導体レーザー(ここでは、レーザー光源(LD100)を用いており、LD100で複数(m本、mは2以上の整数)のレーザービームの照射を行う。

0059

画像形成装置1Aの高速化及び高画質化のため、LD100におけるレーザービーム(光ビームともいう)の数を複数にして、ポリゴンミラーによる一度の走査で複数の走査ライン(走査線)の露光を行うようにしている。

0060

光走査装置(露光制御部)22は、FIFOメモリ先入れ先出しメモリ)1028を有している。このFIFOメモリ1028には、前述の画像データが書き込まれ、コントローラ1027は、FIFOメモリ1028から画像データData1〜Data16を読み出し、レーザードライバ1029に与える。そして、レーザードライバ1029は、コントローラ1027の制御下で、LD100を駆動する。これによって、半導体レーザー1029aからレーザービームが発光(出射)されることになる。後述するように、コントローラ1027はレーザードライバ1029に基準電圧Vcont1〜Vcont16と制御信号cont1〜cont16とを与えて、レーザードライバ1029を制御する。

0061

LD100から発光(出射)されたレーザービームは、コリメータレンズ及び絞り1013によってほぼ平行な光に変換された後に、所定のビーム径でポリゴンミラー(回転多面鏡)1002に入射する。ポリゴンミラー1002は、コントローラ1027からの制御信号によって制御されたモーター(ポリゴンモータともいう)1003によって等角速度で回転駆動されている。ポリゴンミラー1002の回転に伴って、レーザービームL1は連続的に角度を変える偏向ビームに変換される。

0062

偏向ビームは、f—θレンズ等のレンズ群1014によって、歪曲収差の補正等を受けた後感光ドラム15の主走査方向(感光ドラム15の軸方向)に走査されて、感光ドラム15上に潜像1016が形成される。図示の例では、ポリゴンミラー1002の1つの面は1回の走査に対応し、レーザービームのビーム数が16本(つまり、m=16)の場合には、ポリゴンミラー1002の回転によって、レーザービームは16走査ラインずつ感光ドラム15の主走査方向に走査される。

0063

図示の例では、感光ドラム1010の側部において、主走査方向の走査開始位置近傍又は相当する位置に、BD(ビーム検知)センサ1017が配置されている。ポリゴンミラー1002の各反射面で反射されたレーザービームは各々の走査に先立って、BDセンサ1017によって検出される。BDセンサ1019からの検出信号BD信号)は、主走査方向の走査開始基準を示す走査開始基準信号としてコントローラ1027に与えられる。

0064

コントローラ1027は、BD信号に基づいて各走査ラインの主走査方向の書き出し開始位置の同期を取って、メモリ1028及びレーザードライバ1029を制御する。つまり、コントローラ1027は、BD信号に応じて書き出しシーケンスを生成して、シーケンス信号をFIFOメモリ1028に与えるとともに、制御信号cont1〜cont16をレーザードライバ1029に与える。

0065

さらに、図示のように、感光ドラム15の近傍には、濃度センサ1010が配置されている。濃度センサ1010は現像後の感光体15上の画像濃度トナー濃度)を検知する。そして、濃度センサ1010は濃度検知信号をコントローラ1027に送る。コントローラ1027は、濃度検知信号に応じて感光ドラム15の感度を求めて、最適な露光量となるようにレーザードライバ1029に基準電圧Vcont1〜Vcont16を与える。

0066

図3は、図2に示すレーザーダイオード(LD)100及びレーザードライバ1029の構成の一例を説明するための図である。

0067

図3を参照すると、図示の例では、LD100は、複数のレーザーダイオードLD1〜LD16を有しており、これらレーザーダイオードLD1〜LD16はパッケージ内に収納されている。また、レーザードライバ1029は、複数のドライバ回路driver1〜driver16を備えている。なお、レーザーダイオードLD1〜LD16は、これらレーザーダイオードから出射されたレーザービームによって感光ドラムの副走査方向に同時に複数の走査線が形成されるように配列されている。

0068

レーザーダイオードLD1〜LD16のカソード端子共通端子として接地され、レーザーダイオードLD1〜LD16のアノード端子は、それぞれドライバ回路driver1〜driver16に接続されている。そして、レーザーダイオードLD1〜LD16には、後述するように、それぞれドライバ回路driver1〜driver16によって点灯電流が供給される。

0069

ドライバ回路driver1〜driver16は、その構成が同一であるので、ここでは、ドライバ回路driver1に注目して、その動作説明を行う。

0070

図3において、ホトダイオードPD1は、レーザーダイオードLD1〜LD16の光量をモニタするためのものである。ホトダイオードPD1は、レーザーダイオードLD1〜LD16の放射光又はその一部が照射される位置に設置される。

0071

図示のように、ホトダイオードPD1のアノード端子は接地されており、カソード端子は抵抗器R1を介して電源Vccに接続されている。これによって、ホトダイオードPD1にはバイアス印加され、そのカソード端子の出力がモニタ出力となる。

0072

ホトダイオードPD1のカソード端子は、エラーアンプOP1のプラス(+)入力端子に接続される。エラーアンプOP1のマイナス(−)入力端子には、基準電圧Vcont1が印加されている。エラーアンプOP1の出力端子アナログスイッチSW1に接続される。

0073

アナログスイッチSW1の動作を制御するコントロール端子には、制御信号cont1が与えられる。この制御信号cont1信号は、図2で説明したコントローラ1027で生成されるシーケンス信号である。アナログスイッチSW1の出力は、コンデンサC1の一端に接続されるとともに、定電流源CC1の制御信号となる。また、コンデンサC1の他端は接地される。

0074

定電流源CC1は、印加される電圧(つまり、制御信号)に応じた電流を出力する。この電流出力には、PNPトランジスタQ10及びQ11のエミッタ端子が接続される。PNPトランジスタQ10のコレクタ端子は、ドライバ回路driver1の出力となり、レーザーダイオードLD1のアノード端子に接続される。

0075

PNPトランジスタQ11のコレクタ端子には、抵抗器RD1の一端が接続され、抵抗器RD1の他端は接地される。PNPトランジスタQ10のベース端子には、インバータQ12を介してデータ信号(画像データ)data1が入力される。同様に、PNPトランジスタQ11のベース端子には、バッファQ13を介してデータ信号data1が入力される。このデータ信号data1は、図2に示すメモリ1026から供給されることになる。

0076

なお、ドライバ回路driver2〜driver16の構成は、ドライバ回路driver1と同様であるが、ドライバ回路driver2の構成要素にはそれぞれ符号「2」が付され、他のドライバ回路driver3〜driver16についても同様にそれぞれ符号「3」〜「16」が付されている。

0077

まず、レーザーダイオードLD1がオートパワーコントロールAPC)モードとなるように、コントローラ1027は、制御信号cont1及びデータ信号data1をともにハイレベルHiレベル)とする。この際、コントローラ1027は、ドライバ回路driver2〜driver16に与える制御信号cont2〜cont16とデータ信号data2〜data16を、ロウレベルLoレベル)とする。

0078

ドライバ回路driver1において、データ信号data1はHiレベルであるため、インバータQ12の出力はLoレベルとなる。この結果、PNPトランジスタQ10は、オン(ON)となる。一方、PNPトランジスタQ11は、オフ(OFF)となる。

0079

PNPトランジスタQ10がONすると、定電流源CC1から供給される電流によってレーザーダイオードLD1が点灯する。レーザーダイオードLD1の光量が増加すると、ホトダイオードPD1の出力電流も増大する。これによって、エラーアンプOP1に入力される電圧(ホトダイオードPD1の出力)は低下することになる。

0080

ホトダイオードPD1の出力は、エラーアンプOP1によって基準電圧Vcont1と比較され、エラーアンプOP1の出力電圧は低下する。エラーアンプOP1の出力電圧が低下すると、定電流源CC1の出力電流も低下する。そして、定電流源CC1の出力電流が低下すると、レーザーダイオードLD1の光量が低下する。このように、ドライバ回路driver1は、負帰還回路を構成しており、ホトダイオードPD1の出力と基準電圧Vcont1とが同一の電圧となるように、一定の光量でレーザーダイオードLD1が点灯することになる。なお、他のレーザーダイオードLD2〜LD16も、同様にして、APCモードで制御される。

0081

続いて、印字モードとなると、コントローラ1027は、制御信号cont1信号〜cont16をLoレベルとする。一方、コントローラ1027は、FIFOメモリ1028を制御して、データ信号data1〜data16を出力する。制御信号cont1がLoレベルであるので、アナログスイッチSW1はOFFとなる。これによって、APCモード時の電圧がコンデンサC1に保持されることになる。定電流源CC1の制御端子には、コンデンサC1の電圧が印加されるため、定電流源CC1の出力はAPCモード時と同一の電流値となる。

0082

データ信号data1がHiレベルの場合には、PNPトランジスタQ10がONするので、レーザーダイオードLD1は点灯する。一方、データ信号data1がLoレベルの場合には、PNPトランジスタQ10がOFFするので、レーザーダイオードLD1は消灯する。これによって、画像データに応じてレーザーダイオードLD1の点滅駆動が行われて、感光ドラム15の露光が行われることになる。

0083

なお、LD100は、同一の環境においては、同一の電流値で一定の光量で点灯することが知られており、これによって、点灯時においては、レーザーダイオードLD1〜LD16はAPCモードと同等の一定光量で点灯することになる。

0084

一方、データ信号data1がHiレベルの場合には、PNPトランジスタQ11はOFFする。データ信号data1がLoレベルの場合には、PNPトランジスタQ11はONする。このため、抵抗器RD1には定電流源CC1からの電流が印加される。これによって、データ信号data1の状況に影響されることなく、定電流源CC1より供給される電流は一定となる。

0085

一般的に、定電流源CC1の高速駆動、特に、画像形成を行う際に数十MHzで定電流源CC1を動作させることは困難である。ところが、図3に示す例においては、PNPトランジスタQ10及びQ11は高速動作を必要とするが、定電流源CC1は高速動作を必要としない。このため、図3に示すレーザードライバ1029を用いれば、画像形成が容易となる。なお、他のレーザーダイオードLD2〜LD16も印字モードにおいてレーザーダイオードLD1と同様に動作する。

0086

図4は、レーザービームの数(ビーム数)による感光ドラムの感度と各レーザービームの光量との関係を示す図である。そして、図4(A)は光学効率が低い場合の関係を示す図であり、図4(B)は光学効率が高い場合の関係を示す図である。

0087

図4(A)に示すように、光学効率が低い場合、つまり、LD100のFFP(ファーフィールドパターン)が広く、かつ光学部品の透過率及び反射率のばらつきが低い場合において、1ビーム当たりの光量(mW)が増加すると(約0.4mW〜約1.0mW)と、感光ドラム15の感度(μJ/cm2)も増加する(約0.23〜約0.357)。つまり、1ビーム当りの光量の変化に応じて、感光ドラム15の感度は約0.23〜約0.35までばらつくことになる。

0088

また、各レーザービームの最大光量定格を1mW、画像の劣化を伴わずに使用できる最低光量を0.3mWとすると、16ビームの場合には、感光ドラム15の感度のばらつき(範囲)において、図4(A)に示すように、各ビームの光量は0.4mWから1mW以内である。このため、16ビームで画像形成を行えば問題ないことがわかる。

0089

図4(B)に示すように、光学効率が高い場合、つまり、LD100のFFPが狭く、かつ、光学部品の透過率及び反射率のばらつきが高い場合には、16ビームを用いた際には感光ドラムの感度が高いと、各ビームの光量は0.3mW以下とする必要がある。この場合に、全体の露光量を16ビームの場合と同様にして、10ビームで露光・走査を行うようにすれば、1ビーム当りの光量が大きくなって、感光ドラム15の感度に拘わらず、1ビーム当りの光量は、0.3mWから0.7mWの範囲である。このため、低光量時においても画像形成に問題ないことがわかる。

0090

続いて、使用するビーム数の決定について説明する。図5図2に示す光走査装置においてビーム数の決定を説明するためのフローチャートである。

0091

図2図4、及び図5を参照して、感光ドラム15を16ビームで多重露光して、感光ドラム15に潜像を形成する。この潜像を現像して感光ドラム15に濃度検知用画像パッチを形成する。そして、濃度センサ(濃度検知手段)1010によって当該画像パッチの濃度を検出する(ステップS501)。

0092

続いて、コントローラ1027は、濃度検知信号が示す検知濃度が予め規定された適正濃度範囲にあるか否かを判定する(ステップS502)。検知濃度が適正濃度範囲にあると(ステップS502において、YES)、コントローラ1027は処理を終了する。

0093

一方、検知濃度が適正濃度範囲にないと(ステップS502において、NO)、コントローラ1027は適正濃度範囲となるレーザー光量(所定の目標光量)を算出する(ステップS503)。そして、コントローラ1027は当該レーザー光量が適正光量範囲(0.3mWから1mWの範囲)であるか否かを判定する(ステップS504)。

0094

算出されたレーザー光量が適正光量範囲(予め規定された光量閾値範囲)を外れると(ステップS504において、NO)、コントローラ1027はビーム数を切り替えて(この場合、ビーム数を、例えば、10とする:ステップS505)、ステップS503に処理を戻す。

0095

算出されたレーザー光量が適正光量範囲であると(ステップS504において、YES)、コントローラ1027はステップS501に処理を戻して、当該レーザー光量によって感光ドラム15を露光して画像パッチを形成する。そして、当該画像パッチの濃度を検知する。

0096

図4(A)に示す例では、16ビームを用いた際にはビーム光量が適正光量範囲から外れることがないから、コントローラ1027は16ビームを用いて適正光量範囲となるレーザー光量を算出することになる。そして、前述のように、算出されたレーザー光量に基づいて再度濃度検査用画像パッチが感光ドラム15に形成されて、その濃度が検出される。検知濃度が適正濃度範囲にあれば、その後の画像形成は当該処理で選択されたビーム数及び光量で行われることになる。

0097

一方、図4(B)に示す例では、16ビームを用いた際、算出されたレーザー光量が適正光量範囲とならない場合がある。この場合には、コントローラ1027はビーム数を16ビームから10ビームに切り替えて再度レーザー光量を算出することになる。

0098

また、ビーム数を切り替えた場合においても生産性を一定に保つ必要がある。このため、前述の式(1)で示すように、ビーム数Nを切り替えた際生産性PSを一定に保つため、コントローラ1027はポリゴンモータの回転数RMSを切り替える。

0099

図6はビーム数Nとポリゴンモータの回転数RMSとの関係を示す図である。

0100

図6に示すように、16ビームを用いて露光する際には、ポリゴンモータの回転数は約23000RPMである。一方、10ビームを用いて露光する際には、ポリゴンモータの回転数は約36000RPMとなる。つまり、レーザービームの数(ビーム数)を変更した際には、ポリゴンミラーの回転数を変更する。この際、ビーム数を減少した場合には、ポリゴンミラーの回転数を増加させる。

0101

コントローラ1027は、算出したレーザー光量、ビーム数、及びポリゴンモータ回転数において、感光ドラム15に再度画像パッチを形成する。そして、感光ドラム15上の画像パッチの濃度を濃度センサ1010で検知する。コントローラ1027は検知濃度が適正濃度範囲にあれば、その後画像形成を行う際には算出したビーム光量、ビーム数、及びポリゴンモータ回転数を用いることになる。

0102

ここで、画像形成の際における画像データの流れについて説明する。

0103

図7図2に示す光走査装置で感光ドラムを露光する際の画像データの流れを示す図である。そして、図7(A)は16ビームで露光を行う際の画像データの流れを示す図であり、図7(B)は10ビームで露光を行う際の画像データの流れを示す図である。

0104

図7(A)において、画像データにおける数字は副走査方向(感光ドラムの回転方向)に画像データの行数を示している。画像データの1行目から順次、図2に示すFIFOメモリ1028に入力され、FIFOメモリ1028に記憶される。書き出し信号であるBD信号がコントローラ1027に入力されると、コントローラ1027はFIFOメモリ1028から1行目〜16行目までの画像データをそれぞれ画像データdata1〜data16として出力する。これによって、16行同時に露光されることになる。

0105

そして、17行目〜32行目までの画像データがFIFOメモリ1028に記憶されると、次のBD信号がコントローラ1027に入力される。そして、次の走査の際には、コントローラ1027は17行目〜32行目までの画像データをそれぞれ画像データdata1〜data16として出力して、同様にして16行同時に露光する。

0106

図7(B)において、画像データにおける数字は副走査方向の画像データの行数を示す。画像データの1行目から順次、図2に示すFIFOメモリ1028に入力されて、FIFOメモリ1028に記憶される。

0107

ここでは、ポリゴンモータの回転数は16ビームの時よりも大きいため、BD信号は10行目の画像データがFIFOメモリ1028に入力された時点で、コントローラ1027に与えられる。書き出し信号であるBD信号がコントローラ1027に入力されると、コントローラ1027は、FIFOメモリ1028から1行目〜10行目までの画像データをそれぞれ画像データdata1〜data10として出力する。この場合、画像データdata11〜data16は出力されないから、10行同時に露光されることになる。

0108

11行目〜20行目までの画像データがFIFOメモリ1028に入力されると、BD信号がコントローラ1027に入力される。次の走査の際には、コントローラ1027は、FIFOメモリ1028から11行目〜20行目までの画像データをそれぞれ画像データdata1からdata10としてり出力して、同様に10行同時に露光することになる。

0109

このようにして、各ビームの光量を0.3mWから0.7mWの範囲として露光が行われるため、低光量時における応答性の低下及びスポット径の肥大等の弊害を防ぐことが可能となる。

0110

なお、上述の実施の形態においては、回転数36000RPMはポリゴンモータの回転数限界に近い。このため、生産性を一定に保つためには、10ビームから16ビームにおいて露光を行う必要がある。

0111

図8は、図2に示す感光ドラムにおいて必要とする光量を得るためのLD100のFFPと各LD素子の光量との関係を示す図である。

0112

図8において、LD100のFFPが大きい、つまり、レーザービームの広がり角が大きい場合には、光学系のカップリング効率が低下する。このため、各レーザーダイオードLD1〜LD16のチップ面における必要光量は大きくなる。また、光の広がり角が小さい場合には、光学系のカップリング効率が向上するため、各レーザーダイオードLD1〜LD16のチップ面の必要光量は小さくなる。

0113

図8に示すように、16ビームの場合には、FFPが約6.6°の際各レーザーダイオードLD1〜LD16のチップ面の光量は約0.3mWとなる。

0114

よって、光走査装置の組立調整の際に、LD100のFFPを予め測定して、光走査装置に実装されたメモリ(記憶手段:図示せず)に記憶する。そして、画像形成装置に光走査装置を実装して、画像形成を行う際に、コントローラ1027はメモリに記憶されたFFPを読み出して、チップ面光量がどの程度になるか予測する。

0115

例えば、画像形成の際に、FFPが約6.6°以上の場合には、コントローラ1027はビーム数を16ビームとし、当該16ビームに対応するポリゴンモータ回転数とする。これによって、各ビームの光量を0.3mW以上として画像形成を行うことができる。

0116

また、FFPが約6.6°より小さい場合には、コントローラ1027はビーム数を10ビームとし、当該10ビームに対応するポリゴンモータ回転数とする。これによって、各ビームの光量を0.3mW以上として画像形成を行うことができる。

0117

上述の例では、レーザー光量を決定する際に用いるトナー画像の濃度を濃度センサで検知する例について説明したが、トナー画像濃度に限らずレーザー光量を決定するパラメータを検出するようにすれば、同様にして適用することができる。

0118

例えば、電位センサ(電位検知手段)によって感光ドラム(感光体)表面の露光後の電位(潜像電位)を検出して、当該潜像電位に応じてレーザー光量及びビーム数とポリゴンモータの回転数とを決定するようにしてもよい。

0119

以上のように、本実施の形態によれば、レーザービームの光量に応じてビーム数に決定するとともに、レーザービームの数に応じてポリゴンミラーの回転数を決定するようにしたので、レーザービームの光量範囲を狭くすることができ、一定のレーザービーム特性において露光を行うことができる。さらに、ビーム数に応じてポリゴンミラーの回転数を変更するので、生産性に対する影響を防止することができることになる。

0120

なお、上述した露光制御を用いないと、レーザービームの光量を低光量とする必要がある。この場合には、光走査装置を立ち上げる際に加速的に電力を極短時間でレーザー素子に供給する必要がある。このため、レーザー駆動回路が複雑化して、コストアップの要因となる。

0121

さらに、上記のような駆動時における問題を解決できたとしても、低光量領域におけるレーザー特性は不安定であるから、いずれにしても画質の低下を招いてしまう。

0122

上述の説明から明らかなように、図2において、LD100及びレーザードライバ1029がマルチビーム発生手段として機能する。また、コントローラ1027、ポリゴンミラー1002、及びポリゴンモータ1003が走査手段として機能する。そして、コントローラ1027及びレーザードライバ1029が光量制御手段として機能し、コントローラ1027が変更手段として機能することになる。

0123

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

0124

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を、画像形成装置が備えるコンピュータに実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有する制御プログラムを、画像形成装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

0125

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアプログラム)を、ネットワーク又は各種記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

0126

15感光ドラム
100レーザーダイオード(LD)
1002ポリゴンミラー(回転多面鏡)
1003ポリゴンモータ
1010濃度センサ
1017BDセンサ
1027コントローラ
1028FIFOメモリ
1029 レーザードライバ

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