(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が二次元配置された構造を備えた光ビーム発生手段と、前記光ビーム発生手段から出射された光ビームを偏向する光ビーム偏向手段と、前記光ビーム偏向手段により偏向された前記光ビームの走査線の傾きを検出する光ビーム検出手段と、前記光ビーム発生手段から出射された前記光ビームを走査制御する光ビーム制御手段と、を備えた光走査装置において、
前記光ビーム制御手段は、前記光ビーム検出手段によって検出された前記走査線の傾きに基づいて、光走査に用いる光源を前記複数の発光素子のうちの第一の発光素子から、該第一の発光素子とは主走査方向位置及び副走査方向位置が異なる第二の発光素子へ切り換えるとともに、前記第二の発光素子への切り換えによって生じた前記光ビームの主走査方向位置のずれを補正することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記光ビーム制御手段は、前記第二の発光素子の点滅開始タイミングを補正することにより、前記光ビームの主走査方向位置のずれを補正することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光ビーム検出手段は、主走査方向の前記光ビームの通過と、副走査方向の前記光ビームの位置と、を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記光ビーム制御手段は、前記光ビーム検出手段から出力される副走査方向の光ビーム位置信号を計測し、該光ビーム位置信号に基づいて前記走査線の傾きを算出する演算手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の光走査装置を複数備え、前記光ビーム制御手段は、複数の前記光走査装置のうちから選択した一の光走査装置について光走査に用いる光源を前記第一の発光素子から前記第二の発光素子に切り替えるとともに、他の光走査装置について光走査に用いる光源の走査線が前記第二の発光素子の走査線に合うように前記他の光走査装置の前記発光素子を切り替えることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
光走査の基準となる光源を画像形成ジョブの開始前に設定す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。
【請求項７】
画像形成部と、該画像形成部の所定の領域に光ビームを走査して前記画像形成部に潜像を形成する請求項１乃至６の何れか一項に記載の光走査装置と、前記潜像を現像して可視化像を形成する現像手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロミラーをトーションバー軸の周りに揺動させ、ミラーに反射した光ビームを走査するマイクロスキャナを用いた光走査装置の光走査線の傾き補正に関し、レーザープリンター、バーコードリーダー、ディスプレー等の光学機器に適用可能な発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来の光走査装置において、光ビームを走査する光偏向器としてポリゴンミラーが多く用いられている。ポリゴンミラーは高速に回転して光ビームを走査するが、ポリゴンミラーを用いた画像形成では、より高い解像度の画像及び高速の画像形成を達成するには、ポリゴンミラーをさらに高速に回転させる必要がある。しかし、ミラーの高速回転を達成するには、軸受けの耐久性を向上し、発熱、騒音の対策を行う必要がある。従って、ポリゴンミラーを使用した高速走査には限界がある。
そこで近年、光ビームを走査する光走査装置は、シリコンマイクロマシニング技術を利用した微小ミラー（マイクロミラー）を揺動させる構成の物が提案されている。例えば、特許文献１では磁界発生手段を用いてマイクロミラーを揺動させている。また、特許文献２では静電誘導発生手段を用いてマイクロミラーを揺動させている。また、特許文献３では静電引力によってマイクロミラーを揺動させている。
【０００３】
この様なシリコンマイクロマシニング技術を利用した光走査装置は、ポリゴンミラーを用いた光走査装置に比べ高速走査が可能になる上、マイクロミラーデバイスのサイズは数ｍｍで実現出来るので、ポリゴンミラーよりも装置の小型化が可能である。
しかし、ポリゴンミラーやマイクロミラーなど、いずれの偏向器を用いても、偏向器の形状ばらつきによる副走査方向の位置ずれによる画像劣化が問題となる。
例えば、ポリゴンミラーは複数の偏向ミラー面から構成されているが、各偏向ミラー面がポリゴンミラーの回転中心軸に対して傾斜していると、所謂面倒れが発生する。その結果、光走査面上での光ビームの走査位置が副走査方向において基準走査位置からずれてしまい、画像品質の劣化が生じてしまう。
面倒れを補正する方法として、偏向器の前後に副走査方向にのみに作用する一対のシリンドリカルレンズを配置することが有効な手段である。例えば、光源と偏向ミラーとの間にシリンドリカルレンズを配置して面倒れを補正する。
【０００４】
また、マイクロミラーデバイスを用いた光走査装置においても、振動ミラー自体は薄い基板からなる為、振動に伴う空気抵抗によって基板全体がミラー揺動方向と直交する方向に変形するという欠点があり、変形により振動ミラー上での光の反射位置によってピント位置が被走査面からずれるという問題が同様に生じている。
さらに、光走査装置を運用中に、走査装置の使用環境変動、振動、或いは経時変化によって、副走査方向の光ビーム基準走査位置が変動してしまうことがある。所謂光走査線の傾きが発生してより大きな画像劣化の要因になっている。
この様な問題を解決するため、特許文献４では、走査結像レンズを光軸から副走査方向に回転させて走査線の傾きを補正しし、画質の維持を図っている。
【特許文献１】特開２００２−７８３６８公報
【特許文献２】特開平８−２１１３２０号公報
【特許文献３】特許第３０１１１４４号公報
【特許文献４】特開２００６−２５９００５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、メカニカルな方法での傾き補正には、その精度に限界がある。また、シリンドリカルレンズなどを配置すると部品点数が多くなり、光学系の小型化が困難となる。その結果、画像形成装置の小型化が難しくなる。また装置のコスト低減が出来ない一因になる。また、面倒れ防止機構には部品寸法誤差や組み立て寸法誤差が存在するため、組み立て後の調整が必要となり、専用の調整冶具等が必要とされる場合もあり、光走査線の傾き補正は複雑な工程を必要とした。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、マトリックス発光素子構造を備えた光ビーム発生手段から出射された副走査方向の光ビーム位置を検出して、光ビームのずれを補正するように光ビーム発生手段を制御することにより、メカニカルな方法以外の簡便な方法で副走査方向のずれを補正した光走査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の発光素子が二次元配置された構造を備えた光ビーム発生手段と、前記光ビーム発生手段から出射された光ビームを偏向する光ビーム偏向手段と、前記光ビーム偏向手段により偏向された前記光ビームの走査線の傾きを検出する光ビーム検出手段と、前記光ビーム発生手段から出射された前記光ビームを走査制御する光ビーム制御手段と、を備えた光走査装置において、前記光ビーム制御手段は、前記光ビーム検出手段によって検出された前記走査線の傾きに基づいて、光走査に用いる光源を前記複数の発光素子のうちの第一の発光素子から、該第一の発光素子とは主走査方向位置及び副走査方向位置が異なる第二の発光素子へ切り換えるとともに、前記第二の発光素子への切り換えによって生じた前記光ビームの主走査方向位置のずれを補正することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記光ビーム制御手段は、前記第二の発光素子の点滅開始タイミングを補正することにより、前記光ビームの主走査方向位置のずれを補正することを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記光ビーム検出手段は、主走査方向の前記光ビームの通過と、副走査方向の前記光ビームの位置と、を検出することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記光ビーム制御手段は、前記光ビーム検出手段から出力される副走査方向の光ビーム位置信号を計測し、該光ビーム位置信号に基づいて前記走査線の傾きを算出する演算手段を備えていることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の光走査装置を複数備え、前記光ビーム制御手段は、複数の前記光走査装置のうちから選択した一の光走査装置について光走査に用いる光源を前記第一の発光素子から前記第二の発光素子に切り替えるとともに、他の光走査装置について光走査に用いる光源の走査線が前記第二の発光素子の走査線に合うように前記他の光走査装置の前記発光素子を切り替えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一項において、光走査の基準となる光源を画像形成ジョブの開始前に設定することを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、画像形成部と、該画像形成部の所定の領域に光ビームを走査して前記画像形成部に潜像を形成する請求項１乃至６の何れか一項に記載の光走査装置と、前記潜像を現像して可視化像を形成する現像手段と、を備えた画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数光ビームを発生するマトリクス形状発光素子構造を有する光源を用いて光走査するとともに、副走査方向の位置ずれ（光走査傾き）が生じた場合に、その位置ずれに対応した光源を選択して光走査傾きを補正するようにしたので、光走査線の傾斜補正部材を設置する必要がなくなる。従って、部品点数の減少、光走査装置及び画像形成装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［画像形成装置］
本発明が適用される画像形成装置について説明する。図１は本発明に係る光走査装置を用いた画像形成装置の概略図である。
本画像形成装置は、感光体１４５の廻りに現像手段１４２、光走査装置１４３、帯電手段１４４、クリーニング手段１４６、転写手段１４９を備えている。画像形成装置全体の動作を制御する画像形成装置制御部１５３により画像形成の開始を指示されると、感光体１４５は図示の矢印Ａ方向に回転して、光走査装置１４３は駆動を開始して同期信号を生成し、帯電手段１４４により感光体１４５を帯電し、光走査装置１４３にて図示していない外部入力装置から入力された画像データに対応し、同期信号に同期して光ビーム発生装置１５２を用いて光ビームを生成し、感光体１４５面上に潜像を形成する。不図示の入力装置から入力された画像データの濃度に対応した画像の階調値を表す０〜２５５の整数値画像データが入力され、その入力データに対応してビーム発光時間（幅）が設定される。設定されたビーム発光時間設定データは光ビーム発生装置１５２のビーム発生部（図示しない）に供給され、ビーム発生部で生成された信号は光ビーム発生装置１５２のビーム駆動部（図示しない）に供給され、発光源であるレーザーダイオードに電流を供給し、レーザーダイオードを発光させ感光体１４５面上に潜像を形成する光ビームを生成する。この光ビームにより感光体１４５上に潜像が形成され、現像手段１４２にて像可視化剤により可視化像を得る。
用紙収納部１４０に収納された用紙は、給紙手段１４１により給紙され、レジスト部１５１により用紙搬送タイミングと書き込みタイミングを合わせ、所定の位置に像可視化剤による顕在像を転写手段１４９にて転写可能とする。用紙に転写された像可視化剤による顕在像は定着手段１４７で定着され、入力された画像データが用紙上に可視化固定される。
【００１１】
［光走査装置］
上述の光走査装置１４３について説明する。図２は、本発明にかかる光走査装置１４３の概略図である。図２に示すように、光走査装置１４３は、光学系ハウジング５０内に偏向ミラー４０、光ビーム発生手段４４、コリメートレンズ４５、fθレンズ６３を備え、像担持体６０の主走査線上に光ビーム検知手段４９を備えている。
複数ビームを発生可能な光ビーム発生手段４４から出射された光ビームは、出射されたビームを平行光に修正するコリメートレンズ４５を通過し、偏向ミラー４０にて主走査方向にビームを走査される。偏向ミラーで反射されたビームはｆθレンズを介して像担持体６０面上に結像される。像担持体６０に結像された光ビームは主走査方向に往復走査を行う。光走査線上には、光ビーム検出手段４９が配設され、光ビーム検知手段４９は、主走査方向ビーム通過を検知する光ビーム通過検知器４７と、副走査方向のビーム位置を検知する副走査方向位置検知器４８とから構成されている。本光走査装置の偏向ミラー４０による光ビーム走査においては、従来の回転型ポリゴンミラーと異なり、光走査方向の変換点が存在する。そのため、光ビーム６２は、像担持体６０上を往復走査する。
光ビームが像担持体６０を走査中に、後述する光ビーム制御部３００が所定の間隔で光ビームを点滅する事により、像担持体６０に像を形成する。形成画像の画質を左右する要因として、像担持体６０に光ビームを走査させて形成される画素の位置精度が重要であることが知られている。一般的に画像劣化させないためには、隣り合う画素位置の変動を１／２画素以内に収めなければならないと言われている。本発明では、光ビーム検知手段４９からの光ビーム検出結果に基づいて、光ビーム発生手段４４の発光素子を選択することにより画像劣化を防止する。画質劣化と画素の位置変動との関係、及び画質劣化の防止方法については後述する。
【００１２】
［偏向ミラー］
ここで、本発明に適用される偏向ミラー４０について、図３に基づいて説明する。
図３は、本発明に適用される偏向ミラー４０の一実施形態である偏向ミラー４０ａの斜視図である。
偏向ミラー４０ａは、シリコンからなる支持基板１と可動板７とを備え、支持基板１に可動板７の対向する２つの端部の中央部が支持部材２で支持されている。可動板７の支持部材２が配置されていない対向する２つの端面には可動電極４が設けられ、可動電極４に対向する位置の支持基板１端面に固定電極３が設けられている。
可動電極４とその可動電極４に対向する固定電極３の間には例えば５μｍのギャップを設けていて、この電極間に電圧を印加する事により電極間に静電引力が働き、可動板７の端面が固定電極３に引き寄せられ、可動板７が揺動する。
【００１３】
この様に構成される偏向ミラー４０ａの動作を図４に基づいて説明する。
図４は、偏向ミラーの動作について説明する図である。図４において、可動板７に付設された可動電極４は支持基板１に引き出され、図示しないパッドを介して接地される。固定電極３と可動電極４の位置関係が図４（ａ）の状態において、固定電極３に、例えば３０Ｖの電圧を印加すると、固定電極３と可動電極４との間に働く静電力と梁（支持部材２）の捻り剛性により、可動板７は図中時計回りに振れる。図４（ｂ）に示す様に、可動板７が支持基板１に対して水平位置に達した時点で固定電極３への電圧印加をＯＦＦにすると、可動板７は慣性モーメントにより時計回り方向に更に振れる。最終として、図４（ｃ）に示す様に、慣性モーメントと梁（支持部材２）の捻り剛性とが釣り合う位置まで振れる。最大振れ角まで到達すると可動板７は一時停止し、その後、振れてきた方向と逆向きに振れを開始する。図４では反時計回りに振れ始める。反時計方向に振れ始めた後、適時固定電極３に再度電圧を印加すると、固定電極３と可動電極４との間に働く静電力と梁（支持部材２）の捻り剛性により、可動板７は図中反時計回りに振れる。再び可動板が支持基板１に対して水平位置に達した時点で固定電極３への電圧印加をＯＦＦすると、可動板７は慣性モーメントにより反時計回り方向に更に振れる。最終として、図４（ａ）に示す様に、慣性モーメントと梁（支持部材２）の捻り剛性とが釣り合う位置まで振れる。
この様な固定電極３への電圧印加周波数を可動板の共振周波数に合わせることにより、変位の大きい振れ角で可動板７を揺動させることが出来る。
【００１４】
図５は、偏向ミラー４０の他の実施形態である偏向ミラー４０ｂの斜視図である。可動板７の支持部材２が配置されていない対向する２つの端部は櫛歯形状をなしており、可動板７の櫛歯形状部分と対向する支持基板１の端部も櫛歯形状をなしている。各櫛歯形状部分は、互いに微少ギャップを隔ててかみ合う形となっている。そして、可動板７の櫛歯形状部分端面には可動電極４が、支持基板１の櫛歯形状部分端面には固定電極３が設けられている。この櫛歯形状が駆動用電極として作用する。この様に電極を櫛歯形状にする事により、電極面積が大きく出来、従って駆動トルクをより大きくすることが出来、可動板７の振れ角をより大きくする事が出来る。この様に、揺動する可動板７の反射面５に光ビームを照射すると、可動板７の揺動により入射光が反射面５により偏向する事ができる。
【００１５】
図６は、可動板７の揺動周波数について説明する図である。この図において、支持部材２は捩り梁構造になっている。支持部材２に支持された可動板７は、支持部材２を軸にして回転揺動を可能とする。可動板７の揺動周波数ｆｙは以下の式（１）で近似される。
ｆｙ＝１／２π√（Ｋｙ／Ｉｙ）
・・・・・・・・・・（１）
但し、ｆｙ：可動板７の共振周波数、Ｉｙ：慣性モーメント、Ｋｙ：バネ定数、である。
また、バネ定数Ｋｙは、梁幅ａ、梁高さｂ、梁長さＬｙとすると、次式（２）で与えられる。
Ｋｙ＝（Ｊｐ×Ｇ）  ／Ｌｙ、
Ｊｐ＝０．１４１×ａ×ｂ＾３、
Ｇ＝Ｅｙ／（２（１＋ι））、
・・・・・・・・・・（２）
但し、Ｅｙ：ヤング率、ι：ポアソン比、である。
また、慣性モーメントＩｙは可動板７の、横幅ｄ、長さｅ、厚さｃとすると、次式（３）で与えられる。
Ｉｙ＝Ｍｙ×（ｅ＾２＋ｃ＾２）／１２、
Ｍｙ＝ρ（ｄ×ｅ×ｃ）
・・・・・・・・・・（３）
上記式（１）乃至（３）から、共振周波数ｆｙは上記支持部材２と可動板７の形状によって決定されることがわかる。
【００１６】
［光ビーム発生手段］
光ビーム発生手段４４について説明する。光ビーム発生手段４４は、複数の光ビームを発生可能な面発光レーザー４４ａを備えている。図７は、面発光レーザーの例であり、（ａ）は面発光レーザーの概略図、（ｂ）は面発光レーザーの備える発光素子について説明する図である。
図７の面発光レーザーは、独立に変調可能な複数の発光領域（発光点）が二次元アレイ状に配備されたマトリックス発光素子構造を備えている。この面発光レーザーの場合、１２００ｄｐｉの分解能を持つ光素子構造で構成され、この複数光源を用いることで６００ｄｐｉの像形成が可能である。そして、複数の光源を走査し、１回の走査で複数の走査線を同時に走査するマルチビーム走査装置を構成する事が出来る。例えば、副走査方向に並ぶ３つの光源を選択して、主走査方向に走査しながら適時光源を画像データに対応して点滅せしめると、副走査方向に１度の主走査方向の光ビーム走査で３行の副走査位置の画像形成が可能となる。
【００１７】
図７（ｂ）に示すように、この面発光レーザーは主走査方向に１０個（１０列）の発光点と、副走査方向に４個（４行）の発光点の合計４０個の発光点を備えている。図中、左上から右に向かって順に１番光源、２番光源・・・と呼ぶ。図では１４番光源が基準光源となっている。各列の間隔はＬ＝２１．１μｍ、各行の間隔はＤ＝２１．１μｍであるが、隣り合う番号を有する光源同士は、副走査方向にΔｄ＝Ｄ／ｋだけずれて配置されている。ただし、ｋは主走査方向の発光点の数である。図７の例ではｋ＝１０であるので、Δｄ＝Ｄ／ｋ＝２．１１μｍとなっている。従って、この面発光レーザーは、副走査方向の光ビームの位置変動を１／１０画素単位で修正することができるものである。
すなわち、このような面発光レーザーを用いることで、面発光レーザーの有する複数光源のうちから選択された任意のｎ番目光源を用いて、光ビームを主走査基準位置ＦＳＢで往復走査する設定がなされている場合に、光ビームの位置が主走査基準位置ＦＳＢから副走査方向に変動している事を副走査方向位置検知器４８が検知したとしても、その変動分を修正可能なｍ番目の光源を用いて往復走査する設定に変更すれば、光ビームを主走査基準位置ＦＳＢで往復走査する事が出来る。
この時、ｎ番目の光源位置とｍ番目の光源位置が異なるので、像形成の為の点滅開始タイミング等の修正が必要となるが、これについては後述する。
前述の様に、主走査基準位置ＦＳＢの変動（主走査基準位置の傾き）が生じたとしても、上記構成にする事により、画像品質の劣化を防ぐ事が出来る。
【００１８】
ここで、画質劣化と画素の位置変動との関係について説明する。
一般に画像劣化していると認められるか否かの閾値は、隣り合う画素位置が１／２画素を超える変動をしているか否かにより決せられると言われている。即ち、画質劣化しないために許される位置変動△ｄは、
１／４画素  ＜  △ｄ  ＜  １／２画素  が必須値であり、
１／８画素  ＜  △ｄ  ＜  １／４画素  が期待値であり、
１／１６画素＜  △ｄ  ＜  １／８画素  がｂｅｓｔ値とされている。
よってマトリックス発光素子の副走査方向の間隔を（１／ｋ）画素とすると、（１／ｋ）は、１／４＜（１／ｋ）＜１／２が必須値であり、１／８画素＜（１／ｋ）＜１／４画素は期待値であり、１／１６＜（１／ｋ）＜１／８  が実現出来れば、画質劣化低減に効果がある。
図７の例では、１／１０画素ずつ副走査方向の位置がコントロール可能であり、ｂｅｓｔ値の要件を満たしているので、画像劣化抑止の効果が期待出来る。
【００１９】
［光ビーム検出手段］
光ビーム検知手段４９について図８、図９に基づいて説明する。前述のように、光ビーム検知手段４９は、主走査方向ビーム通過を検知する光ビーム通過検知器４７と、副走査方向のビーム位置を検知する副走査方向位置検知器４８とから構成されている。
まず、副走査方向位置検知器４８について説明する。図８は、副走査方向位置検知器４８について説明する図であり、（ａ）は光検出器と光検出位置について説明する図、（ｂ）は光検出位置と光電流との関係を示す図である。副走査方向位置検知器４８は、光ビームが主走査方向に走査するときの副走査方向の位置を検出する手段である。副走査方向位置検知器４８は、光検出器を備えており、光検出器の光入射位置により発生する光電流を検知する事が可能である。図８（ｂ）に示すように、光入射位置と発生する光電流の間には所定の関係が存在する。即ち、光電流を計測する事により、光入射位置を知る事が可能である。
【００２０】
主走査基準位置ＦＳＢを例えば、面発光レーザー４４ａが備える複数光源のうち、図８（ａ）に示す光検出位置０を往復走査する光源を設定したと仮定する。しかし、何らかの理由で光ビーム往復走査の位置が副走査方向に変動し、副走査方向位置検知器４８によって光電流が約７０％と検出されたとすると、光検知位置＋１の位置であることがわかる。従って、変動方向と、変動量を知る事が出来る。この情報に基づいて、面発光レーザー４４ａが備える複数光源の中から、主走査基準位置ＦＳＢを光走査可能とする新たな光源を選択する。このようにして新たに選択された光源を用いて、像担持体６０に画像形成する場合、当初選択されていた光源と新たに選択された光源とで面発光レーザー４４ａの主走査方向の位置が異なっていると、画像形成を開始するタイミング等がずれるので、光ビーム通過検知器４７からの光ビーム検知情報に基づいて画像形成タイミングを調整する。
【００２１】
光ビーム通過検知器４７について説明する。図９は光ビーム通過検知器４７について説明する図であり、（ａ）は検知器の概略を示す図、（ｂ）は検知回路の概要を示す図である。
（ａ）に示すように、光ビーム通過検知器４７は受光窓に入射した光ビームを検出している。光ビームの検出には、応答特性の良いフォトダイオード等を用いるのが良い。受光窓に入射した光ビームは、図示しないフォトダイオードによって光起電力を生じ（ｂ）に示す回路に入力され、オペアンプによって増幅されて電圧の変化としてＶｏより出力される。そして、図１７に示すように、第一基準点Ｌｂ１と往路方向終端部Ｌｅ１を光ビームが往復する時間Ｔａに応じて、発光素子の点滅開始タイミングを求め、そのタイミングにて発光素子を発光させる。詳細は後述する。
このように、光ビーム検知手段４９を光ビーム通過検知器４７と副走査方向位置検知器４８の２系統の受光素子で構成することで、副走査方向の位置ずれを適時演算可能となり、また画像形成タイミングを制御することが出来、画像劣化防止実施可能とすることが出来る。
【００２２】
［光走査装置制御手段］
光走査装置１４３を制御する光走査制御装置について、図１０の制御系ブロック図に基づいて説明する。
光走査制御装置は、光ビーム発生手段４４の光ビーム発生及び偏向ミラー４０により偏向された光ビームが往復走査しながら特定光走査範囲Ｌｘで光ビームを点滅する様に制御する光ビーム制御部３００と、光ビームを入射させ、偏向ミラー４０により光ビームを偏向・出射させる光走査機構３０１と、光ビームの通過タイミングと副走査位置を検出する光ビーム検知／演算部３０４と、マイクプロセッサー（ＭＰＵ）、リードオンリーメモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）等からなる中央制御演算処理部３０３から構成されている。
【００２３】
副走査方向位置検知器４８で副走査位置を検知し、位置検知信号処理部２５２で副走査位置を１／１０ラインの精度で認識可能とする様に信号演算処理をし、副走査位置に係わる諸演算回路２５３では、副走査方向位置検知器４８の基準位置からの変動方向、及び変量を算出する。副走査方向位置検知器４８の基準位置は例えば、図８ｂで、光検出位置０にて光電流５０％の個所を機構上設計してあるとすると、副走査方向位置検知器４８が検知した光電流量と前記基準位置である。光電流５０％との比較から、前記基準位置からの変動方向、及び変動量が算出可能となる。
図２に示す、副走査方向位置検知器４８は光走査線上の左右に配置され、其々で副走査方向位置を検知可能とする事により、光走査線の傾射量、傾斜方向、左右変位量差分等を検知、演算することが出来る。
【００２４】
［第一の実施形態］
上述の構成を備えた光走査装置１４３による第一の実施形態に係る画質劣化防止方法について図１１に基づいて説明する。
図７（ａ）の面発光レーザー４４ａにおいて、１４番光源が主走査基準位置ＦＳＢを走査する基準光源として設定され、一度に４番光源、１４番光源、２４番光源の３光源を走査する設定がなされていたとする。この時、図１１に示す様に、例えば偏向ミラー４０が傾斜して、像担持体６０上には副走査方向に変動した像７１が結像されたとする。副走査方向位置検知器４８による計測結果から、主走査基準位置ＦＳＢに対する変位量△ｐを得た場合、基準光源を１４番光源から他の光源に変更する事で、その変位量△ｐを補正する。具体例を示せば、像担持体６０上での変動が副走査方向に△ｐ＝（１＋１／１０）画素の場合、主走査基準位置ＦＳＢを走査する基準光源を、１４番光源に対して副走査方向に△ｐ＝（１＋１／１０）だけ離れている２５番光源と設定する事により、像担持体６０上の主走査基準位置ＦＳＢを走査する光源を再設定する事が出来る。この設定は光ビーム制御部３００が行う。この再設定により、新たに１５番光源、２５番光源、３５番光源の３光源を走査して画像形成が行われる。
【００２５】
ここで、変更前の光源位置と変更後の光源位置が主走査方向で異なるので、像形成の為の点滅開始タイミングの修正が必要である。これについて説明する。
図１２は、像担持体６０上における光ビームの走査と、偏向ミラー４０の揺動波形を示す図である。光ビーム発生手段４４から発せられた光ビームは、偏向ミラー４０に入射されることにより偏向・出射されて像担持体６０上を往復走査する。光ビームは最大で走査全領域Ｌａ（往路方向終端部Ｌｅ１と復路方向終端部Ｌｅ２の間）を往復走査し、特定光走査範囲Ｌｘにて点滅制御されて、像担持体６０上に潜像が書き込まれる。光ビームが往復走査する軌跡線を主走査基準位置ＦＳＢとして設定する。
図１２において、像担持体６０の往路方向端部（図中右側端部）と往路方向終端部Ｌｅ１との間、及び、像担持体６０の復路方向端部（図中左側端部）と復路方向終端部Ｌｅ２との間の任意の位置に、それぞれ光ビーム検知手段４９を配置する。光ビーム通過検知器４７は、光ビームの主走査方向における第一基準点Ｌｂ１、第二基準点Ｌｂ２の通過を検出する。また、副走査方向位置検知器４８は、光ビームが第一副走査監視点Ｌｃ１、第二副走査監視点Ｌｃ２を通過する際に、光ビームの主走査基準位置ＦＳＢで往復走査を行っているか否かを監視し、主走査基準位置ＦＳＢから副走査方向への位置ずれ度合いを検出する。
【００２６】
光ビームの点滅制御と像担持体６０への画像形成タイミングについて説明する。光ビームによる往路方向への走査が開始されると、第一基準点Ｌｂ１の通過を図中右側に配置された光ビーム通過検知器４７が検知する。光ビームは往路方向終端部Ｌｅ１で折り返し、復路方向への走査を開始する。そして、光ビームが復路方向における走査で第一基準点Ｌｂ１を通過すると、図中右側に配置された光ビーム通過検知器４７が検知する。光ビームが第一基準点Ｌｂ１を通過して往路方向終端部Ｌｅ１で折り返し第一基準点Ｌｂ１を通過するまでの時間Ｔａは、光走査制御装置に備えられた光信号検知／演算部３０４によって測定される。測定された光ビーム走査時間Ｔａに基づいて、第一基準点Ｌｂ１を通過してから点滅開始するまでの時間が算出され、形成画像データに応じた点滅が開始され、復路方向の画像形成が開始される。復路方向の走査が終了すると、往路方向と同様に、光ビームが第二基準点Ｌｂ２を通過して復路方向終端部Ｌｅ２で折り返し第二基準点Ｌｂ２を通過するまでの時間Ｔｄが光信号検知／演算部３０４によって測定され、光ビーム走査時間Ｔｄに基づいて、光ビームが点滅開始するまでの時間が算出され、形成画像データに応じた点滅が開始され往路方向での画像形成が行われる。このように、像担持体６０への画像形成は、第一基準点Ｌｂ１又は第二基準点Ｌｂ２からの走査時間により調整する。
【００２７】
この様に、光ビームの往復時に像担持体６０に画像を形成する際、以下のよう、特定光走査範囲Ｌｘでの点滅の回数は、特定走査範囲Ｌｘに形成する画素密度より算出される、例えば、画素密度Ｍｄｐｉ（ドット／インチ）とすると全画素数はＬ×Ｍ個である。
この様に、本実施形態では、光ビーム検知手段４９からの検出情報に基づいて光走査線の副走査方向への傾きを検出する副走査方向位置検知器４８を備えたので、光ビームの副走査方向の位置ずれが生じても、その位置ずれに対応した像担持体６０への画像形成制御を行う事により画質悪化を防止することが出来る。さらに、光源は複数光ビームを発生する、マトリクス形状発光素子構造を有する複数光源である事により、光ビームの副走査方向の位置ずれが生じても、その位置ずれに対応した光源を選択することにより、光ビームの光走査傾きを補正して、その位置ずれに対応した、像担持体への画像形成制御を可能とする事が出来る。
【００２８】
［第二の実施形態］
本発明第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、光走査線が傾斜した場合の画質劣化防止方法について説明する。
図１３は、光学系ハウジング５０が傾いた状態を示す図である。光学系ハウジング５０が図中の矢印Ｃ方向に変動する事により、光走査線が主走査基準位置ＦＳＢに対して傾斜して走査している状況を示している。この様な状態では、像担持体６０に形成される像が変形したり、傾斜により像担持体６０上に形成されるビームスポット形状が変形して画像むらが生じたりする。
この様に、光走査装置１４３を運用中に光走査装置１４３の使用環境変動、或いは経時変化によって、副走査方向の光ビーム基準走査位置が変動した場合、従来一般的にはメカニカルな方法で修正を行っていた。例えば、使用環境変動の一つである温度上昇による影響が生じた場合、光走査を一時停止し、温度が定常状態へ回復するのを待ったり、或いは、光学系ハウジング５０に構成された、図示しない光走査ミラーの位置補正を試みたりしていた。
本実施形態ではメカニカルな方法を用いずに、面発光レーザー４４ａの発光素子を順次変更することにより走査線の傾斜補正を行う。以下では便宜上、一つの基準光源から発せられる走査線の傾斜補正について説明するが、マルチビーム走査においても同様に補正が可能である。
【００２９】
図１４は、第二の実施形態に係る画質劣化防止方法について説明する図である。図中、四角い枠で囲われた部分は、面発光レーザー４４ａ及びその発光素子を示している。以下の説明では６番光源を基準光源と仮定して説明する。
図１４に示すように、主走査基準位置ＦＳＢに対して基準光源の光走査線ＳＬθはθだけ傾斜している。即ち、光ビーム走査を行うと基準光源は主走査基準位置ＦＳＢに対して主走査方向へ角度θをもって矢印Ｄ方向へ移動し、各画素がＳＬθ上に形成される。このため、像担持体６０上の像は変形又はゆがんだ状態で形成される。
しかし、基準光源が傾斜している光走査線ＳＬθ上を走査している時であっても、像担持体６０上の主走査基準位置ＦＳＢ上の決められた画素形成位置に対応する光源が、面発光レーザー４４ａ内に少なくも１つ存在する。その対応した光源を発光させることにより、主走査基準位置ＦＳＢ上に画素を形成する。
【００３０】
図１５（ａ）乃至（ｄ）は、第ｎ画素から第ｎ＋３画素までの画素形成の流れを示す図である。（ａ）では第ｎ画素と１番光源とが対応しているので１番光源を発光させて画素を形成する。１画素分走査が進み、（ｂ）では第ｎ＋１画素と２番光源とが対応しているので２番光源を発光させて画素を形成する。さらに１画素分走査が進み、（ｃ）では第ｎ＋２画素と３番光源とが対応しているので３番光源を発光させて画素を形成する。さらに１画素分走査が進み、（ｄ）では第ｎ＋３画素と４番光源とが対応しているので４番光源を発光させて画素を形成する。
この様に、像担持体６０上の主走査基準位置ＦＳＢ上の決められた画素形成位置に対応する面発光レーザー４４ａの光源を順次選択して発光させて画素を形成する事により、像担持体６０への潜像形成位置をコントロールする事ができる。
【００３１】
［傾斜角度θの算出］
ここで、基準光源の光走査線ＳＬθが主走査基準位置ＦＳＢに対して有する傾斜角度θを算出する方法について、その一例を説明する。
図１６は、像担持体６０上で主走査基準位置ＦＳＢに対して光走査線ＳＬθが傾斜している様子を示す図である。副走査方向位置検知器４８により、第一副走査監視点Ｌｃ１での主走査基準位置ＦＳＢに対する光ビームの変位量が＋△ｐ１と検知され、第二副走査監視点Ｌｃ２での主走査基準位置ＦＳＢに対する光ビームの変位量が−△ｐ２と検知されたとする。この時、Ｌｃ１とＬｃ２の間における光ビームの変位量△ｐａは、△ｐａ＝｜＋△ｐ１−（−△ｐ２）｜で与えられる。△ｐａと、Ｌｃ１とＬｃ２の距離から、傾斜角度θが求められる。また、△ｐ１と△ｐ２との関係から、主走査基準位置ＦＳＢと傾斜した光走査線ＳＬθの交点位置が求められる。
【００３２】
副走査方向位置検知器４８からの光ビームの変位量データは、図１０に示す光信号検知／演算部３０４の位置検知信号処理部２５２に入力され、副走査位置に係わる諸演算回路２５３にて、検知信号の平均値処理、積分値処理、微分値処理、変動周波数分析処理といった数値演算処理が行われる。この様な数値演算処理によって求められた主走査基準位置ＦＳＢと傾斜した光走査線ＳＬθの交点位置関係や傾斜角度θ等の数値に基づいて、光ビーム制御部３００の光源選択手段は、変動を修正可能な光源を選択する。なお、基準光源によるビーム走査の主走査基準位置ＦＳＢからの変動修正は、フィードバック制御理論に基づいた方法で行われ、適切な光源選択が高速演算処理で実現できる。
このように、光ビーム検知手段４９から出力される光ビームの位置検知信号に基づいて走査線の傾き量及び傾きの方向を算出する演算手段を具備しているので、より適切な画像劣化防止を実現することが出来る。また、この演算結果に基づいて光走査線の傾きを補正するので、より適切な画像劣化防止を実現することができる。
【００３３】
［第三の実施形態］
さて、前述の様な揺動型ミラーの振れ角は一般的に１０°以下程度であり、ポリゴンミラーによる光ビームの振れ角４０°程度まで走査角を得るのは困難とされている。この為、揺動型ミラーを用いた光走査装置を用いた画像形成には、走査幅を確保する為に光路長を長く取る必要があり、光走査装置のサイズが大きくなってしまう欠点が有った。
揺動型ミラーを用いた光走査装置の利点である小型化、高速性、省電力性を生かしつつ、ポリゴンミラーと同等の画像形成の記録幅を確保する為に、揺動型ミラーを用いた光走査装置を複数個隣接して配置して画像形成を実現する方法が提案されている。しかし、各々独立して光走査装置を隣接して配置して画像形成を行う場合、各光走査装置の光走査の位相、及び光走査軌跡がお互いに合っていないと、開始位置の位置ずれ、また、走査周期の不一致による主走査方向の記録幅の変動、或は、副走査ラインピッチの誤差が累積され、隣接する走査線の継ぎ目がずれる恐れがある。
【００３４】
本発明では、第一、第二の実施形態に係る光走査装置をモジュール化して、モジュール毎に光走査線の変動を修正できるようにする。
光走査モジュールについて説明する。図１７は本発明の光走査装置をモジュール化した光走査モジュール２０３の概要を示す図である。光走査モジュール２０３には、光ビームを発生させる光ビーム発生手段４４と、光ビームを偏向する偏向ミラー４０と、等角走査を等速走査へ変換する変換用ｆθレンズ２０７、変換用ｆθレンズ２０８を備えている。また、図示していないが、このモジュールは変換用ｆθレンズ２０８を通過した光ビームのうち特定光走査範囲Ｌｘ外の光ビームを反射するミラーと、反射された光ビームを検出する光ビーム検知手段４９を備えており、モジュール毎に光ビームの変動補正が可能となっている。
【００３５】
図１８は、複数の光走査モジュール２０３が像担持体である感光体の長軸方向に隣接して配置された様子を示す図である。この図では単一感光体に対して４つの光走査モジュール２０３が配設されている。
各光走査モジュール２０３は、感光体２１１面上を分割して任意の範囲を光走査可能である。光ビーム発生手段４４から出射された光ビームは、光ビーム偏向手段である偏向ミラー４０により偏向され、感光体２１１の長軸方向である主走査方向に走査される。走査光路上には等角走査を等速走査へ変換する変換用ｆθレンズ２０７、２０８、光路変更ミラー２０９が配設され、感光体２１１面上に微小レーザービームスポット２１２を結像する。微小レーザービームスポット２１２は主走査基準位置ＦＳＢに形成され、各光走査モジュール２０３の主走査基準位置ＦＳＢが一致する必要がある。
しかし、図１８では各光走査モジュール２０３の主走査基準位置ＦＳＢに対して光走査線ＳＬが各々傾斜した状態で、主走査基準位置ＦＳＢが不一致な状態を示している。この様な状態では、画像形成開始位置のずれ、また、走査周期の不一致による主走査方向の記録幅の変動、或は、副走査ラインピッチの誤差が累積され、隣接する走査線の継ぎ目がずれ、画像劣化が著しく大きくなる。この様な不具合を改善するため、光走査モジュール２０３ごとに第一の実施形態、第二の実施形態に記載された方法で、光走査線ＳＬの変動を修正する。
【００３６】
まず、複数の光走査モジュール２０３のうちから任意のモジュールを選び、このモジュールについて光走査線の変動を修正し、主走査基準位置ＦＳＢを走査する光源を設定する。そして、この修正された光走査モジュール２０３の光走査線にあわせて、他の光走査モジュール２０３の光走査線を修正する。
このように、複数の光走査装置を有している場合に、任意の光走査装置の走査線に対して他の光走査装置の走査線をあわせる様に、変動した走査線の傾きを補正することにより、複数の光装置で構成された場合に画像劣化の防止が可能となる。
【００３７】
［第四の実施形態］
これまで述べてきた光走査線ＳＬの変動修正タイミングについて説明する。
図１０に示す制御系ブロックの副走査位置に係わる諸演算回路２５３は、像担持体６０への画像形成を開始する毎に複数回の光ビーム走査を行い、複数の光ビームの検知結果を平均したデータに基づいて主走査基準位置ＦＳＢを走査できる光源を決定する。その後、画像形成を実施する。この作業は一連のジョブが終了し、新たなジョブが開始される毎に実施する。このジョブ毎の選択された光源の選択情報も、制御系ブロックのＲＡＭ２３３に記憶され、画像形成装置の運用情報として管理する。
このように、画像形成する基準光源を画像形成ジョブの開始前に設定することにより、新しいジョブ毎に主走査基準位置ＦＳＢを決定する事が出来、過去の画像劣化の影響を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る光走査装置を用いた画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明にかかる光走査装置の概略図である。
【図３】本発明に適用される偏向ミラーの一実施形態の斜視図である。
【図４】偏向ミラーの動作について説明する図である。
【図５】本発明に適用される偏向ミラー他の実施形態の斜視図である。
【図６】可動板の揺動周波数について説明する図である。
【図７】面発光レーザーの例であり、（ａ）は面発光レーザーの概略図、（ｂ）は面発光レーザーの備える発光素子の説明図である。
【図８】副走査方向位置検知器について説明する図であり、（ａ）は光検出器と光検出位置の説明図、（ｂ）は光検出位置と光電流との関係を示す図である。
【図９】光ビーム通過検知器について説明する図であり、（ａ）は検知器の概略図、（ｂ）は検知回路の概要を示す図である。
【図１０】光走査装置を制御する光走査制御装置の制御系ブロック図である。
【図１１】光走査装置による画質劣化防止方法について説明する図である。
【図１２】像担持体上における光ビームの走査と、偏向ミラーの揺動波形を示す図である。
【図１３】光学系ハウジングが傾いた状態を示す図である。
【図１４】第二の実施形態に係る画質劣化防止方法について説明する図である。
【図１５】第ｎ画素から第ｎ＋３画素までの画素形成の流れを示す図である。
【図１６】光走査線が主走査基準位置に対して傾斜している様子を示す図である。
【図１７】光走査モジュールの概略図である。
【図１８】複数の光走査モジュール２０３が像担保体である感光体の長軸方向に隣接して配置された様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…支持基板、２…支持部材、３…固定電極、４…可動電極、５…反射面、７…可動板、４０、４０ａ、４０ｂ…偏向ミラー、４４…光ビーム発生手段、４４ａ…面発光レーザー、４５…コリメートレンズ、４７…光ビーム通過検知器、４８…副走査方向位置検知器、４９…光ビーム検知手段、５０…光学系ハウジング、６０…像担持体、６２…光ビーム、６３…レンズ、７１…像、１４０…用紙収納部、１４１…給紙手段、１４２…現像手段、１４３…光走査装置、１４４…帯電手段、１４５…感光体、１４６…クリーニング手段、１４７…定着手段、１４９…転写手段、１５１…レジスト部、１５２…光ビーム発生装置、１５３…画像形成装置制御部、２０３…光走査モジュール、２０７…ｆθレンズ、２０８…ｆθレンズ、２０９…光路変更ミラー、２１１…感光体、２１２…微小レーザービームスポット、２３３…ＲＡＭ、２５２…位置検知信号処理部、２５３…諸演算回路、３００…光ビーム制御部、３０１…光走査機構、３０３…中央制御演算処理部、３０４…演算部
【図１】
0005167880.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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