(57)【要約】【課題】光ビームの走査ピッチムラを小さくしできる走査光学ユニットを有する画像形成装置を提供すること。【解決手段】レーザ光源と、当該レーザ光源からの光ビームを偏向走査する偏向手段と、偏向された前記光ビームを感光体に導くレンズとを配設する走査光学ユニットを有する画像形成装置において、前記レンズを通過した光ビームの走査高さを検出する検出手段を配備し、前記検出手段の検出結果に基づき前記走査光学ユニットの光軸方向位置を補正する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。【選択図】図２
2009000895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、当該レーザ光源からの光ビームを偏向走査する偏向手段と、偏向された前記光ビームを感光体に導くレンズとを配設する走査光学ユニットを有する画像形成装置において、前記レンズを通過した光ビームの走査高さを検出する検出手段を配備し、前記検出手段の検出結果に基づき前記走査光学ユニットの光軸方向位置を補正する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記検出手段は光軸方向に移動可能であり、前記制御手段は前記検出手段を移動して検出した複数の測定結果に基づいて前記走査光学ユニットの補正量および補正方向を求めることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記検出手段は走査光学ユニットに配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づき前記走査光学ユニットの光軸方向位置を補正すると同時に当該補正により変化した主走査方向の焦点位置をコリメータレンズの移動により補正することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記走査高さとは、前記偏向手段のミラー各面の走査垂直方向の角度バラツキにより発生する高さバラツキであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体を光走査で露光して感光体上に潜像を形成する走査光学ユニットを有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル方式の画像形成装置にあっては、感光体上の潜像形成手段としてレーザビームを使用した光走査による走査光学ユニットが使用されるが、この走査光学ユニットは清掃や点検に便利なようユニット化された状態で、画像形成装置本体（以下、装置本体という）に対し着脱可能に収納する形式が多くとられる。
【０００３】
また、感光体とレーザ光源を含む走査光学ユニットとの位置関係を高精度に位置決めすることは、高画質を得る上で重要な条件の一つとなっている。
【０００４】
図８は、走査光学ユニットの光学系構成の一例を示す図である。
【０００５】
図９は、ポリゴンミラーによって偏向された光ビームの結像状態を示す図である。
【０００６】
図１０は、感光体上の副走査方向に形成された主走査方向の走査ラインを示す図である。
【０００７】
一般的に走査光学ユニットにおいては、図８に示すように、レーザ光源からの光ビームはコリメータレンズを透り、偏向手段であるポリゴンミラーにて偏向し、ｆθレンズで等速運動になるように補正され、シリンドリカルレンズでポリゴンミラー各面の傾き（面倒れ）が補正される。各面からの反射した光ビームは、正常時には図９（ａ）に示す光路で感光体上に結像し、感光体面上の副走査方向に図１０（ａ）に示すような等間隔ピッチで走査される。
【０００８】
しかしながら、装置への組み付け誤差や、シリンドリカルレンズの性能（ロットのばらつき）や、装置内の稼働環境変動によりシリンドリカルレンズの経時変化等で図９（ｂ）で示すように結像面（位置）が感光体面と一致せず、正常時よりｈだけずれた位置に結像する不具合が生じる。すなわち、シリンドリカルレンズによる結像面が図９（ｂ）においては、感光体面より手前で結像し、ポリゴンミラー面が上方に傾いた場合（点線で表示）は、感光体面では正常時よりｈだけ下部の着点Ｐ１を走査する。また、ポリゴンミラー面が下方に傾いた場合（一点鎖線で表示）は、感光体面では正常時よりｈだけズレて上部の着点Ｐ２を走査することになる。当該ズレが、ポリゴンミラーの各面毎に異なって現れる。
【０００９】
すなわち、結像面（位置）が感光体面と一致しないと、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すような副走査方向に周期的なピッチムラが発生する。
【００１０】
例えば、ポリゴンミラーの回転数が５６０ｒｐｓで、感光体の周速度（プロセス速度）が３００ｍｍ／ｓとすると、ミラー１回転で３００／５６０＝０．５３ｍｍのピッチで問題のミラー面による走査が繰り返されるので、可視感度は高い領域にある。
【００１１】
上記のような結像面が感光体面とが一致しない不具合回避するため、従来技術として、結像された光ビームの径（例えば、図９（ｂ）の結像での径ｄ）をビーム検出手段にて検出し、その検出データを基に走査光学ユニットを光軸方向他に調整し、焦点を理想的な位置に調整する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許２６７０１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前述したような結像面（位置）が感光体面とが一致しない不具合により生じる周期的なピッチムラの補正に関し、光ビームの焦点位置を検出するのではなく、光ビームの走査高さを測定し、走査光学系の変化によるピッチムラを低減できる走査光学ユニットを有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、下記の構成によって達成される。
【００１４】
レーザ光源と、当該レーザ光源からの光ビームを偏向走査する偏向手段と、偏向された前記光ビームを感光体に導くレンズとを配設する走査光学ユニットを有する画像形成装置において、前記レンズを通過した光ビームの走査高さを検出する検出手段を配備し、前記検出手段の検出結果に基づき前記走査光学ユニットの光軸方向位置を補正する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１５】
光ビームの走査高さの測定により偏向手段の傾きの影響による周期的なピッチムラを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
はじめに、本発明に係わる画像形成装置について説明する。
【００１７】
以下の本発明の実施の形態における説明は、本発明の用語や技術範囲を限定するものではない。
【００１８】
図１は画像形成装置の全体構成を示す模式図である。
【００１９】
図１において、１０は像担持体であすな感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２は画像書き込み手段である走査光学ユニット、１２Ａは、前記走査光学ユニット１２の装置本体への挿入口である。１３は現像手段である現像器、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５はクリーニングブレード、１６は現像スリーブ、２０は中間転写ベルトを示す。画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１，現像器１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図では（Ｙ）系列のみの構成について参照符号を付けており、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および黒色（Ｋ）の構成要素については参照符号を省略した。
【００２０】
各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。
【００２１】
中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、転写器２５、クリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。
【００２２】
中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。
【００２３】
感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図の矢印で示す反時計方向に回転する。
【００２４】
読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は走査光学ユニット１２に内設されたレーザ光源である半導体レーザ８１（図２参照）で光信号に変換され、感光体１０上に投射される。
【００２５】
現像器１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近において同方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。
【００２６】
中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０6〜１０12Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．１〜１．０ｍｍの半導電性フィルム基体の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として厚さ５〜５０μｍのフッ素コーティングを行った、２層構成のシームレスベルトである。
【００２７】
２５は転写器で、トナーと反対極性の直流が印加され、感光体１０上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。転写器２５としてはコロナ放電器の他に転写ローラを用いることもできる。
【００２８】
２６は転写ローラで、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像を転写材Ｐの表面に再転写する。
【００２９】
２８はクリーニング装置で、中間転写ベルト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられている。トナー像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０は、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ２７で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード２９によって周面上に残ったトナーが清掃される。
【００３０】
４０は加熱手段である定着装置で第１定着ローラ４１と圧着手段である第２定着ローラ４２を有している。
【００３１】
７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。
【００３２】
Ｂ１は制御部で、画像形成プロセス制御、定着温度制御、転写材搬送制御、駆動部制御等を行う。
【００３３】
次に、図１に基づいて画像形成プロセスを説明する。
【００３４】
画像記録のスタートにより不図示の感光体駆動モータの始動によりイエロー（Ｙ）の感光体１０は矢印で示す反時計方向に回転され、同時にスコロトロン帯電器１１の帯電作用により感光体１０に電位の付与が開始される。
【００３５】
感光体１０は電位を付与されたあと、走査光学ユニット１２によって第１の色信号、すなわち、Ｙの画像データに対応する電気信号による画像の書き込みが開始され、感光体１０の表面に原稿画像のＹの画像に対応する静電潜像が形成される。
【００３６】
前記の静電潜像は現像器１３により非接触の状態で反転現像され、感光体１０の回転に応じＹのトナー像が感光体１０上に形成される。
【００３７】
当該感光体１０上に形成されたＹのトナー像は、転写器２５の作用により、中間転写ベルト２０上に転写される。
【００３８】
その後、前記感光体１０はクリーニング装置１４によって清掃され、次の画像形成サイクルにはいる（以下、Ｍ、Ｃ、Ｋのクリーニングプロセスにても同様故、説明を省略する）。
【００３９】
次いで中間転写ベルト２０は、前記Ｙのトナー像と同期が取られ、走査光学ユニット１２によってマゼンタ（Ｍ）の色信号すなわちＭの画像データに対応する電気信号による画像書き込みが行われ、Ｍの画像形成手段１によりＭのトナー像が感光体１０上に形成され、転写器２５において、前記のＹのトナー像の上から重ね合わせて形成される。
【００４０】
同様のプロセスにより、Ｙ、Ｍの重ね合わせトナー像と同期が取られ、シアン（Ｃ）の画像形成手段１により、感光体１０上に形成された、Ｃの色信号によるＣの画像データに対応するトナー像が、転写器２５において、前記のＹ、Ｍ、のトナー像上へ重ね合わせて形成され、更にＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像と同期が取られ、黒色（Ｋ）の画像形成手段１により、感光体１０上に形成された、Ｋの色信号によるＫの画像データに対応するトナー像が、転写器２５において、前記のＹ、Ｍ、Ｃ、のトナー像上へＫのトナー像が重ね合わせて形成され、中間転写ベルト２０上にＹ、Ｍ、Ｃ、およびＫの重ね合わせトナー像が形成される。
【００４１】
重ね合わせトナー像が担持されている中間転写ベルト２０は矢印のように時計方向に送られ、転写材Ｐが紙カセット７２より、紙送り出しローラ７０によって送り出され、搬送ローラ７３を経て、タイミングローラ７１へ搬送され、当該タイミングローラ７１の駆動によって、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像と同期がとられて、トナーと反対極性の直流電圧がに印加されている転写ローラ２６の領域に給送され、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像が転写材Ｐの面に転写される。
【００４２】
その後、中間転写ベルト２０は走行し、除電ローラ２７で残留トナーの電荷が弱められ、当該中間転写ベルト２０に当接したクリーニングブレード２９により清掃され、次の画像形成サイクルに入る。
【００４３】
重ね合わせトナー像が転写された転写材Ｐは、更に定着装置４０へと送られ、第１定着ローラ４１と第２定着ローラ４２の間のニップ部Ｔで転写材Ｐは挟持搬送されながら熱と圧力とが加えられることにより、重ね合わせトナー像は溶融定着され、転写材Ｐ上へ画像形成が完成する。
【００４４】
次に、本発明に関する走査光学ユニットについて説明する。
【００４５】
図２は、装置本体に収納された走査光学ユニットの平面図である。
【００４６】
図３は、走査光学ユニットを支持する挿入部の透視図である。
【００４７】
図４は、走査光学ユニットの透視図である。
【００４８】
図５は、走査光学ユニットの挿入口から見た背面図である。
【００４９】
図２において、走査光学ユニット１２は、半導体レーザ８１、光ビームを偏光走査する偏向手段であるポリゴンミラー８２、ｆθレンズ８３、シリンドリカルレンズ８４、位置決めピン８６、当該位置決めピン８６と一体のピン支持部材９４およびこれらを載設する定盤８５、および当該定盤８５を内設し、底板４２の所定の位置に固定する筺体８７等からなっている。
【００５０】
読み取り装置８０（図１参照）からの画像データに対応する電気信号は半導体レーザ８１で光信号に変換される。当該光信号は、不図示のスライド機構にて焦点位置調整可能なコリメータレンズ８０を通り、回転する前記ポリゴンミラー８２で走査光に変換されて、ｆθレンズ８３で等速直線運動になるよう補正され、シリンドリカルレンズ８４でポリゴンミラー８２の傾き誤差が補正され、感光体１０上に走査される。３０Ａ、３０Ｂは前記走査光学ユニット１２を装置本体に挿入する際のガイドレールで装置本体に固定されている。
【００５１】
図２、図４において、前記筐体８７は、上蓋９０、筐体本体９１、底板９２等からなっており、筐体本体９１のレーザ光が走行する部分の開口部は不図示の防塵用の透明ガラスが設けられてあり、半導体レーザ８１、ポリゴンミラー８２、ｆθレンズ８３等は筐体８７中は密閉されている。筐体本体９１の底板９２には走査光学ユニット１２を挿入口１２Ａから装置本体に挿入の際、前記筐体８７の左右側面部８７Ａ、８７Ｂは、前記ガイドレール３０Ａ、３０Ｂに沿って挿入され前記主走査方向（シリンドリカルレンズ８４と平行方向）を規制している。
【００５２】
挿入後、走査光学ユニット１２は、前記定盤８５に配設された位置調整ピン８６と前記ガイドレール３０Ａ、３０Ｂの位置調整穴８９とが係合し、位置調整ピン８６の端部が所定の位相位置にある偏芯カム９６に突き当たり位置が決定される。なお、偏芯カム９６は回転軸９６Ａを介して駆動部Ｍからの動力で回動する。
【００５３】
位置決定された状態では、本体装置側に固定される押し板３１の押し板バネ３２がＦ方向から前記筐体本体９１の背面に作用し、前記位置調整ピン８６が前記偏芯カム９６面を押す状態を保っている。
【００５４】
また、走査光学ユニット１２の上下位置は、前記位置調整ピン８６と位置調整穴８９との係合と、装置本体の不図示の枠体に取り付けられた支持板８８の支点８８１との３点で決まる。以上に構成で走査光学ユニット１２と感光体１０との位置関係が決定される。
【００５５】
以下、本発明について説明する。
【００５６】
前述したが、走査光学ユニットを装置本体へ組み付けの際の誤差や、装置内の稼働環境変動により走査光学系が変化し、図９（ｂ）で示すような光路で感光体上に結像し、結像面（着点）が感光体面と一致しない不具合が生じ、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すような周期的なピッチムラが発生する。
【００５７】
本発明は、上記のような周期的なピッチムラを回避するためのものである。
【００５８】
図６は、図２の光学系を拡大した略図である。
【００５９】
図７は、非画像領域で走査される光ビームを検知するＶ型センサ素子を示す図である。
【００６０】
図６において、半導体レーザ８１から光ビームが感光体１０面の非画像領域に到達する光路長（パス）に相当する位置に図７に示すＶ型センサ素子を配置する。
【００６１】
前記ポリゴンミラー８２の各面で偏向された光ビームＬ１は、画像領域での走査（実線）により画像を形成し、非画像領域を継続走査（点線）後、次の面からの光ビームによる走査が開始される。
【００６２】
本発明においては、装置本体側に不図示の支持部材で保持したミラーＭ１を非画像領域配置し、非画像領域を走査する過程で、光ビームＬ１はミラーＭ１で反射し、ミラーＭ１を介して対称な、感光体１０上への光路長の位置に配置されたＶ型センサ素子Ｓ１上にラインＡなるようにポリゴンミラー８２面から走査結像し、図１０（ａ）に示すように副走査方向に等ピッチで走査する。なお、前記Ｖ型センサ素子Ｓ１は不図示の駆動機構により前記定盤８５のスライド溝ｍ（図４参照）に沿って移動可能なスライド機構に搭載され光軸ＬＣ方向に移動可能となっている。
【００６３】
しかしながら、前述した走査光学系の変化で結像面（位置）が感光体面と一致しない不具合が生じ、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すような周期的なピッチムラが発生する場合がある。
【００６４】
図６、図７において、走査光学系（シリンドリカルレンズ）の変化が無い（正常の）場合に、ラインＡのような主走査を行い、Ｖ型センサ素子Ｓ１を時間ｔ１で通過する。しかし、結像面がα（図９（ｂ）参照）変化した場合は結像位置が移動して（光路長が変化して）ラインＢのようにｈだけずれた主走査となり、通過時間はｔ２となる。本実施の形態では通過時間ｔ２をｔ１に近づける方向に走査高さを補正してピッチムラを低減させている。
【００６５】
図１１は、Ｖ型センサ素子の出力に相当するセンサ位置方向（Ｘ）と高さのバラツキ（Ｙ）を表した一例を示すグラフである。
【００６６】
図１１（ａ）は、Ｖ型センサ素子が設計通りの位置にある場合で、走査光学系の位置ズレがなく、ピッチズレも発生していない。
【００６７】
図１１（ｂ）は、Ｖ型センサ素子が１ｍｍズレた場合、ピッチズレが１．３μｍとなり、そのズレ量を補正する必要がある。
【００６８】
すなわち、Ｖ型センサ素子Ｓ１で検知された信号は、制御部Ｂ１にて処理され、制御部Ｂ１は、駆動部Ｍを介して前記偏芯カム９６を所定の角度だけ回動させるように制御する。その結果、走査光学ユニット１２は前記偏芯カム９６の回動に相当する距離だけ、前記ガイドレール３０Ａ、３０Ｂに沿って前記押し板バネ３２に抗して光軸ＬＣ方向にスライドし、ポリゴンミラー８２からの光ビームの走査高さ位置を移動させ、通過時間ｔ２（ズレ量＝１．３μｍ）をｔ１（ズレ量＝０）に近づけるように制御することによって副走査方向のピッチムラを減少させることができる。なお、走査光学ユニット１２を基準位置（ズレ量＝０）から移動する方向については、Ｖ型センサ素子Ｓ１を基準位置から光軸方向に移動させ複数箇所を測定し、基準位置に近づく方向か、または遠ざかる方向かを確認し、移動方向が決定され、かつ、補正量も決定することができる。また、補正により変化した主走査方向の焦点位置は、前記補正と同時にコリメータレンズ８１Ａを不図示のスライド機構により移動させ補正することができる。
【００６９】
上記のような走査高さの検出を所定のプリント枚数毎または装置本体の始動時に実施することによってピッチムラを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】画像形成装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】装置本体に収納された走査光学ユニットの平面図である。
【図３】走査光学ユニットを支持する挿入部の透視図である。
【図４】走査光学ユニットの透視図である。
【図５】走査光学ユニットの挿入口から見た背面図である。
【図６】図２の光学系を拡大した略図である。
【図７】非画像領域で走査される光ビームを検知するＶ型センサ素子を示す図である。
【図８】走査光学ユニットの光学系構成の一例を示す図である。
【図９】ポリゴンミラーによって偏向された光ビームの結像状態を示す図である。
【図１０】感光体上の副走査方向に形成された主走査方向の走査ラインを示す図である。
【図１１】Ｖ型センサ素子の出力に相当するセンサ位置方向（Ｘ）と高さのバラツキ（Ｙ）を表した一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１  画像形成手段
１０  感光体
１２  走査光学ユニット
３０Ａ、３０Ｂ  ガイドレール
３１  押し板
３２  押し板バネ
８０  コリメータレンズ
８１  半導体レーザ
８２  ポリゴンミラー
８３  ｆθレンズ
８４  シリンドリカルレンズ
８５  定盤
９６  偏芯カム
８６  位置調整ピン
Ｓ１  Ｖ型センサ素子
【図１】
2009000895.tif 000003
【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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