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JP2004109700A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents

Optical scanner and image forming apparatus Download PDF

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JP2004109700A
JP2004109700A JP2002274075A JP2002274075A JP2004109700A JP 2004109700 A JP2004109700 A JP 2004109700A JP 2002274075 A JP2002274075 A JP 2002274075A JP 2002274075 A JP2002274075 A JP 2002274075A JP 2004109700 A JP2004109700 A JP 2004109700A
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JP
Japan
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image
forming apparatus
wedge
image forming
color
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Application number
JP2002274075A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seizo Suzuki
鈴木 清三
Migaku Amada
天田 琢
Yoshiaki Hayashi
林 善紀
Kazuyuki Shimada
島田 和之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Priority to US10/609,577 priority patent/US7532227B2/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image forming apparatus and an optical scanner which can effectively correct relative color shift among respective colors and output an excellent color image with small color shift even in continuous printing as to an image forming apparatus using an optical scanner which scan laser beams projected by a plurality of light source units by a deflecting means to expose a plurality of image carriers. <P>SOLUTION: Provided is a write start position correcting means (140) which has at least one wedgelike prism in the optical path extending from a light source unit (150) to the deflecting means (130) and can change a beam spot position in a vertical scanning direction by rotating and adjusting the wedgelike prism almost on the optical axis, and beam spot positions on a photoreceptor (160Y etc.) are based on displacement data also recorded beforehand or based on displacement data measured by displacement detection means (300b). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関し、特にデジタルカラー複写機、カラーレーザプリンタの光走査装置、及び、これを用いた画像形成装置に適用することが好適なこれら装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、カラー画像形成装置の高速化に伴い、例えば、4つの感光体ドラムを記録紙の搬送方向に配列し、これらの各感光体ドラムに対応した複数の走査光学系で同時に露光して潜像をつくり、これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視像化したのち、これらの可視像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写し、カラー画像を得るデジタル複写機やレーザープリンタが実用化されている(所謂、4ドラムタンデム方式)。
【0003】
また、感光体ドラムを1つだけ有し、色の数だけ回転してこの回転の都度、露光、現像、転写を行ない、可視像を同一の記録紙に重ね転写(或いは中間転写体に一旦重ね転写してから記録紙に転写)してカラー画像を形成する1ドラム方式もある。
【0004】
4ドラムタンデム方式は1ドラム方式に対して、カラーもモノクロも同じ速度で出力できるため、高速プリントに有利である。その反面、4つの感光体に対応して、4つの走査光学系を有し、露光をするため装置が大型化する傾向があり小型化が課題となる。また各々の感光体書き込み現像したトナー像を記録紙に重ね転写する際に色ずれが生じ、これを低減することが課題である。
ここで、特に副走査方向の色ずれの発生原因としては以下の要因が挙げられる。
【0005】
▲1▼感光体の周方向(副走査方向)の送り速度むら
▲2▼中間転写体の周方向(副走査方向)の送り速度むら
▲3▼感光体間の位置誤差
▲4▼走査光学系間のビームスポット書き込み位置ずれ
▲5▼上記▲1▼〜▲4▼の環境変動または連続プリント時などの温度変動による位置ずれ
▲6▼各感光体上にマルチビームで同時に書き込みを行う場合、ポリゴンスキャナーの回転と感光体送り速度は、一般に非同期のため、副走査方向でビーム数だけずれるおそれがある。
【0006】
こうした色ずれを低減する方式として、以下の方法が知られている。
A.複数の走査手段を用いる画像形成装置において、各走査手段(ハウジング)全体を感光体に対し位置調整し、各感光体での走査線を一致させる発明が開示されている。しかし、調整のための機構が複雑になり、調整時間もかかる。また、重量の大きいハウジングを調整するため、温度変化などによる経時的な変化には対応できにくく、プリント中、もしくは使用環境における色ずれを高精度に補正することが困難である(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
B.前記問題の別の解決方法として、ガルバノミラーを用いて副走査ビーム位置を制御する方法が提案されている。しかしながら、ガルバノミラーは副走査位置を制御するには感度が高すぎるため外部振動の影響を受けやすく、更に良好なビームスポット径を確保するためには高い面精度が要求される(透過面の約4倍)といわれている(例えば特許文献2参照)。
【0008】
C.マルチビーム間のずれの問題を解決する手段として、中間転写基準信号とライン同期信号との位相関係に応じて複数のレーザビームのうち感光体に最初に画像を書き込むレーザビームを切り換えることにより副走査方向の各色毎の画像書き込み開始位置を調整して色ずれを補正する補正手段を備えたカラー画像形成装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。しかし、この方式をもってしても1ライン以下の補正は困難であり、例えば600dpi書き込みの場合は、少なくとも42μm以上の色ずれが発生する。
【0009】
一方、タンデム型のフルカラー複写機においては、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の各色に対応して4つの感光体ドラムを転写ベルトの搬送面に沿って列設し、ビーム走査装置により各感光体ドラムに対応して設けられたビームを走査して、当該感光体ドラム周面に静電潜像を形成すると共に該当する色のトナーで顕像化し、これを転写ベルトによって搬送される記録紙上に順次重ね転写して多色画像を形成するようになっていることから、各色ごとにばらばらの副走査対応方向の走査位置ずれが生じてしまうと画質の低下、色ずれなどをひきおこす。
【0010】
ここで、特に副走査方向の色ずれの発生原因は以下が挙げられる。
▲1▼感光体の周方向(副走査方向)の送り速度むら
▲2▼中間転写体の周方向(副走査方向)の送り速度むら
▲3▼感光体間の位置誤差
▲4▼走査光学系間のビームスポット書き込み位置ずれ
▲5▼上記▲1▼〜▲4▼の環境変動または連続プリント時などの温度変動による位置ずれ
▲6▼各感光体上にマルチビームで同時に書き込みを行う場合、ポリゴンスキャナーの回転と感光体送速度は、一般に非同期のため、副走査方向でビーム数だけずれるおそれがある。
【0011】
【特許文献1】
特開2001−133718号公報
【特許文献2】
特開2001−100127号公報
【特許文献3】
特開平10−239939号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、連続プリント時においても、各色間の相対的な色ずれを効果的に補正し、色ずれの少ない良好なカラー画像を出力できる光走査装置、画像形成装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
(1).複数の光源装置から出射されるレーザービームを偏向手段により走査し、複数の像担持体上を露光する光走査装置において、前記光源装置から偏向手段に至る光路中に、楔形状プリズムを少なくとも1つ有するとともに、該楔形状プリズムを略光軸まわりに回転調整することにより、副走査方向のビームスポット位置を可変とする書き込み開始位置補正手段を有し、前記書き込み開始位置補正手段を用いて画像データ書き込み中に像担持体上のビームスポット位置を制御することとした(請求項1)。
(2).(1)記載の光走査装置において、前記光源装置は少なくともレーザー光源とコリメートレンズとを有し、前記楔形状プリズムが以下の条件を満足することとした(請求項2)。
【0014】
1 < | m×fc×(n−1)×α} | < 30
ここで、  α: 楔形状プリズムの頂角、
n:プリズム硝材の屈折率、
fc:コリメートレンズ焦点距離
m:光源から被走査面に至る副走査横倍率
(3).(1)又は(2)記載の光走査装置において、前記楔形状プリズムの回転調整手段はステッピングモータを駆動源とするリードスクリュー型のアクチュエータであることとした(請求項3)。
(4).(3)記載の光走査装置において、前記ステッピングモータの駆動周波数Nは以下の関係を満足することとした(請求項4)。
【0015】
N= Δx/p×N/Tm
10 < N < 1000 [pps]
ここで、Δx:リードスクリューの最大変位量、
p:リードスクリューのねじピッチ
:ステッピングモータの1回転のパルス数、
Tm:中間転写体の1回転の時間[sec]
(5).複数の光源装置から出射されるレーザービームを偏向手段により走査し、複数の像担持体上を露光するカラー機用光走査装置において、各像担持体上の副走査方向の相対的な位置ずれを検知する位置ずれ検知手段と、前記光源装置から前記偏向手段に至る光路中に、楔形状プリズムを少なくとも1つ有するとともに、該楔形状プリズムを略光軸まわりに回転調整することにより、副走査方向のビームスポット位置を可変とする書き込み開始位置補正手段を有し、前記位置ずれ検知手段により計測された位置ずれデータに基づき、画像データ書込み中に前記像担持体上のビームスポット位置を制御することとした(請求項5)。
(6).複数の像担持体上を光走査装置で露光して静電潜像を形成したのち現像し、各像担持体上の可視像を中間転写体に重ね転写し、さらにこの中間転写体上の重ね転写像を同一のシート状媒体に一括転写してカラー画像を得る画像形成装置において、前記光走査装置として請求項1乃至5記載の光走査装置を用いることとした(請求項6)。
(7).(6)記載の画像形成装置において、前記中間転写体が回転体として構成されており、1回転の長さをL、中間転写体の線速度をvとしたとき、以下の条件を満足することとした(請求項7)。
【0016】
0.5 < L/v  < 5  [sec]
(8).(6)記載の画像形成装置において、複数の像担持体ががシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色に対応し、且つそのうちブラックを基準色とし、ブラックに対する相対的な色ずれを補正することとした(請求項8)。
(9).(6)記載の画像形成装置において、前記位置ずれ検知手段の検知時間T(位置ずれ検知を開始して、検知完了までの時間)は以下の条件を満足することとした(請求項9)。
 < 10×(L/V
ここで、
:プリント出力用紙の出力方向の長さ、
:感光体の線速
【0017】
【発明の実施の形態】
[1]請求項1の説明
図1は一実施形態としての光走査装置の主要部を、カラー画像形成装置の一部をなすドラム状をした像担持体(以下、感光体。)及び搬送ベルトと共に示す。感光体のまわりには、帯電手段、転写後の残トナーを除くクリーニング手段など電子写真プロセスに従いプロセス部材が配置され、また、転写ベルト205の下方には記録紙を収容し供給する給紙カセットなどの給紙手段、転写ベルト205の内側で感光体に対向する部位には転写手段、転写ベルト205の矢印で示す回転方向上流位置にはベルト帯電手段、下流位置にはベルト分離チャージャや定着手段なども配されているが、これらは周知であり、後述図8に準ずる構成であり、また繁雑となるのでここでは図示を省略している。
【0018】
本例は複数の感光体上を光走査装置で露光して静電潜像を形成したのち現像し、各感光体上の可視像を転写ベルト205に重ね転写し、さらにこの転写ベルト205上の重ね転写像を同一のシート状媒体(記録紙)に一括転写してカラー画像を得る画像形成装置をその要部について示している。
【0019】
なお、光走査装置からは、所定枚数のプリント毎に、色ずれ検知用のトナー像を形成するための光ビーム(レーザービーム或いは光ビームともいう。)が出射される。これにより色ずれ検知用トナー像330Zが3箇所ずつ、転写ベルト205上に形成されると、これらのトナー像による色ずれが色ずれ検知用センサ330により検知される。
【0020】
光走査装置は箱状の光学ハウジング(図示せず)に、以下に述べる光源装置150、ポリゴンミラー130、前記各種レンズ209、120やミラー110M、書き込み開始位置補正手段140、位置ずれ検知手段としての機能を有するビームスポット位置検知手段300a、300bなど走査結像光学系を含む部材を支持してなるユニットであり、感光体160Y、160M、160C、160Kの上方に位置している。この書き込み開始位置補正手段140は、楔形状プリズムの回転調整手段として図5により後述するような、ステッピングモータを駆動源とするリードスクリュー型のアクチュエータを具備している。
【0021】
なお、画像形成装置本体側に設置される色ずれ検知用センサ330も位置ずれ検知手段として用いられ、書き込み開始位置補正手段140による補正量を得るのに使用され、ビームスポット位置検知手段300a、300bなどと併用することができる。併用の場合の使用方法としては、例えば、色ずれ検知用センサ330は粗調整用、ビームスポット位置検知手段300a、300bは微調整用として使用する。書き込み開始位置補正手段140は画像データ書き込み中に感光体上のビームスポット位置を位置ずれ検知結果に基づいて補正制御する。
【0022】
光走査装置からのレーザービーム(光ビーム、走査ビームなどともいう。)による被走査面たる4つの感光体16Y、16M、16C、16Kは直線に沿って配列されていて、回転駆動されるようになっている。画像形成に際しては、光走査装置からの走査用レーザービームによりこれら感光体160Y、160M、160C、160Kに異なる色のトナー像で現像されるべき潜像を形成し、現像したのち、中間転写体としての転写ベルト205上にこれらカラートナー像を重ね転写する。
【0023】
光走査装置は、各感光体160Y、160M、160C、160Kにそれぞれ対応して異なる色の潜像を形成するためのレーザービームを出射する4つの光源装置150を有する。その一つを代表して説明すると、少なくとも光源としての半導体レーザー150aと、コリーメートレンズ150bとを有している。
【0024】
4つの光源装置150からのレーザービームはシリンダレンズ209を経てから、書き込み開始位置補正手段140を通り、偏向手段としてのポリゴンミラー130に向かう。
【0025】
さらに、ポリゴンミラー130により偏向走査されてfθレンズ120、折り返しミラー110M、トロイダルレンズ100を経て、各感光体160Y、160M、160C、160K上を露光走査する。各感光体上のビームスポット位置であって、副走査方向の位置ずれは、予め記録された位置ずれデータまたは位置ずれ検知手段により計測された位置ずれデータに基づき、書き込み開始位置補正手段140を用いて補正される。
【0026】
4つの光源装置150からのレーザービームはそれぞれ、上記のシリンダレンズ209からトロイダルレンズ100に至る走査光学系を経てそれぞれが対応する感光体に至る。ここで、ポリゴンミラー130は図示しないポリゴンモータに直結されていて回転駆動される。
【0027】
各感光体160Y、160M、160C、160Kの長手方向は主走査方向に対応しており、各感光体の有効画像領域の両外側に対応して、ビームスポット位置検知手段300a、300bが対向して配置されている。300aは書き込み開始位置検知用であり、300bは書き込み終端位置検知用である。
【0028】
本発明によれば、前記複数の光源装置150から出射されるレーザービームをポリゴンミラー150により走査し、複数の感光体160Y、160M、160C、160K上を露光する光走査装置において、光源150からポリゴンミラー150に至る光路中に、楔形状のプリズム(以下、楔形状プリズム)を少なくとも1つ有する。
【0029】
そして、楔形状プリズムと共に、楔形状プリズムを略コリメートレンズ150bの光軸のまわりに回転調整することにより、副走査方向のビームスポット位置を可変とする書き込み開始位置補正手段140を構成している。
【0030】
ここで楔形状プリズムによる副走査ビームスポット位置補正原理を図2により説明する。
図2において楔形状プリズムは符号1で示され、楔状(台形状)をしていて、例えば、符号O―Oをコリメートレンズ150bの光軸とすると、略光軸O−O回りに矢印3で示すように回動することにより、入射ビームに対し矢印4で示すように最大偏向角度φの範囲で偏向を行うことができ、結果として被走査面上の副走査ビームスポット位置を可変調節することができる。
【0031】
楔形状のプリズム1を用いることにより、従来の以下の方式に関して次のようなメリットがある。
単純な構成の楔形状プリズムを回動させるという簡単な動作にかかる制御であり、機械立ち上げ時またはプリント出力前などのバッチ毎の位置補正制御に比べ、画像データを書き込み中にビームスポット位置補正ができるため、図3に示すような立ち上がり区間Aと連続プリント時(符号B領域)間などのように、急激に温度変動が起きる場合や、中間転写体、感光体などの速度変動による位置ずれが発生した場合においても、このずれを図7で後述するような位置ずれ検知手段や位置ずれデータからの位置ずれデータに基づいてほぼリアルタイムな位置補正が可能となるため、色ずれの発生を大幅に低減することができる。
【0032】
図2において、プリズム頂角αを適度な角度に設定することにより適度な感度に設定することができる。そのため、ガルバノミラー方式などのように感度が高すぎることなく又振動による影響も少なく、精度の高いビームスポット位置決めが可能となる。
【0033】
楔形状プリズム1及びプリズムホルダー2は材質(例えば樹脂)や形状(例えば薄形形状)を選択することで重量が比較的軽いため、長尺の折り返しミラー、走査レンズ、ダハミラー、光源ユニットなどの比較的重量の重い光学素子をチルト/シフトしてビームスポット位置を補正する従来方式に比べ、応答速度が速く、高い周波数の位置ずれまで補正することが可能となる。
【0034】
また液晶偏向素子、電気光学素子(PLZTなど)のように、印加電圧を変えてビームスポット位置を補正する方式に比べ、電源OFF時も位置決めがずれることなく、しかも安価なに実現することができる。
【0035】
なお、われわれの経験上、相対的な色ずれ量は30μm以下に抑えることにより、事実上の色ずれが目立たない条件を得ることができ、本発明によりそれを実現することが可能となる。
【0036】
[2]請求項2の説明
図2に示すように楔形状のプリズム1をコリメートレンズ150bの光軸O―Oまわりに回転することにより、屈折により最大偏向角φの範囲で偏向角度が可変である。なお、最大偏向角度φは、楔形状プリズムの頂角をαとし、楔状プリズム1(プリズム硝材)の屈折率をnとしたとき、以下の(式1)で表すことができる。
φ=(n−1)×α  …(式1)
また、コリメートレンズ150bの焦点距離をfc、光源から被走査面に至る光学系全系の副走査横倍率をm、楔形状プリズム1について光軸O―Oまわりでの調整角をΔγとしたとき、感光体面上の副走査方向補正量ΔZは以下の(式2)で表される。
【0037】
【数1】

Figure 2004109700
【0038】
ここで、本発明はプリズムの頂角α[deg]は以下の(式3)の関係を満足するように設定することにより、ビームスポット位置ずれ補正を行うことを特徴としている。
【0039】
1 < | m×fc×(n−1)×α} | < 30   …(式3)
(3式)において、上限を超えると、光束に波面収差を発生し、ビームスポット形状が乱れたり(サイドローブの発生)、ビームスポット径の太りを生じる。下限を超えると、感度が鈍すぎ、書き込み開始位置の調整のために大きな回転角を与える必要があり、経時変化補正時などの場合に高速に応答することができない。
【0040】
つまり、(式3)の条件を満足することにより、ビームスポット径に太りを生じることなく、また、補正の感度が鈍すぎすこともなく、書き込み開始位置の調整のために大きな回転角を与えることなく、経時変化補正時などの場合に高速に応答することができる。なお、楔形状プリズム1の回転調整は、駆動源としてステッピングモータ、超音波モータなどを用いることにより容易に駆動制御可能である。
【0041】
[3]請求項7の説明
転写ベルト205(中間転写体)は図1の例では転写ベルト205として構成したが、ドラム状に構成することもできる。このように、中間転写体をベルト状、ドラム状の回転体として構成した場合、中間転写体における副走査ドット位置変動のイメージ図を図4(a)に示す。
【0042】
このように中間転写体は周期的に副走査方向にΔZ(前記したようにこれは副走査方向補正量と同じ)のドット位置ずれを発生する。1周期は回転体からなる中間転写体の1回転にかかる時間Tに相当する。中間転写体がドラム状またはベルト状の回転体で形成されており、かかる中間転写体(回転体)の1回転の長さをL、線速度をvとしたとき、
 = L/v    … (式4)で表され、
以下の(式5)に示す関係を満足することが望ましい。
0.5 < L/v  < 5  [sec]    … (式5)
上記(5式)において、上限を超えると、1周期が長過ぎるため振動などの外乱の影響を受けやすく、下限を超えると、ビームスポット位置補正制御に対する高い応答速度が要求されるため、楔形状プリズム回転の速度が追従することができない。従って、上記(5式)を満足することで、振動などの外乱の影響を受けにくく、また、ビームスポット位置補正制御に対する追従性もよい。
【0043】
図4(b)に本発明の実施によるビームスポット位置補正後の副走査方向での副走査ドットの位置ずれを示す。中間転写体上のドット位置ずれを書き込み光学系のビームスポット位置で補正することにより、低周波の大きな位置ずれ成分は良好に補正できている(但し、非常に高い周期の位置ずれまでは補正できない)。
【0044】
[4]請求項3、4の説明
本発明の実施例を図5に示す。楔形状プリズムの回転調整手段はステッピングモータを駆動源とするリードスクリュー型のアクチュエータであることを特徴としている。
【0045】
リードスクリュー型のアクチュエータの構成を説明すると、楔形状プリズム1はプリズムホルダー5に装着されている。ここで、プリズムホルダー5はコリメートレンズの光軸O−Oを回転軸として回転自在に支持されていて、その一部にアーム5aが形成されている。
【0046】
このアーム5aの自由端側の上面には不動部材の間に介在する伸張性のばね6の下端側が接していて、該アーム5aを押圧している。このため、楔形状プリズム1はプリズムホルダー5と共に光軸O−Oを回転軸(回転中心)として図5では時計まわりのモーメントが付与されている。
【0047】
このモーメントによる楔形状プリズム1はプリズムホルダー5の回転は、アーム5aの自由端側の下面に接している受け部材7により阻止されている。受け部材は円柱状をした軸体でその軸線方向、図中上側の先端部が円錐状をしており、この円錐の頂点部がアーム5aの自由端側の下面に接している。この接している部分をアクチュエータ作用点Pと称する。
【0048】
一方、受け部材7の上記頂点部の反対側、図中下側の端部にはナット8が固定(あるいは雌ねじが形成)されていて、このナット8にはステッピングモータ9の回転軸と一体の雄ねじが螺合されている。このねじをリードスクリューと称する。ステッピングモータ9は不動部材に固定されている。
【0049】
かかる構成の回転手段をリードスクリュー型のアクチュエータと称し、ステッピングモータ9を駆動することにより、楔形状プリズム1はプリズムホルダー5と共に光軸O−Oを回転軸(回転中心)として回転する。
【0050】
かかるリードスクリュー型のアクチュエータは、ステッピングモータ9を駆動源としているので、楔形状プリズム1の回転角をデジタルのパルス信号として駆動制御できるため、マイコンなどで位置ずれ量を演算した後、パルス信号として容易にフィードバック制御できる。
【0051】
ここで、リニアアクチュエータの変動量(=ナットの変位量=作用点Pの変位量)Δxは下式(式6)で与えられる。
Δx=R×tan(Δγ)         (式6)
(ここで、R:回転中心からアクチュエータ作用点までの距離、Δγ:楔形状プリズム回転角度とする。)
一方、前述のように中間転写体の1回転に要する時間Tは次式(式4)で表される。
 = L/v [sec]          (式4)
従って、感光体上の副走査方向補正量ΔZを制御するために必要な単位時間当たりのステッピングモータの駆動周波数Nは下式(式7)で与えられる。
【0052】
N=Δx/p×N/Tm        (式7)
(ここで、p:リードスクリューのねじピッチ、N:ステッピングモータ1回転当たりのパルス数とする。)
そこで、請求項4の発明では、以下の式を満足することにより、良好に色ずれを低減することができる。
10 < N < 2000 [pps]      (式8)
上限(2000pps、好ましくは1000pps)を超えると、ステッピングモータが応答できなくなるためビームスポット位置ずれ補正が追従することができない。 また下限を超えると、分解能が粗すぎるため、ビームスポット位置補正精度が不十分となる。
【0053】
一方、ステッピングモータのトルクTは下式で与えられる。
【0054】
【数2】
Figure 2004109700
【0055】
(ここで、p:リードスクリューのねじピッチ、T1:ばね(6)のテンションで発生するトルク、R:回転中心と作用点との距離を表す。)
ステッピングモータ最大応答パルス数Nmaxは、図6に示すような規格表(モータの特性図)を用いて、トルクTに対するプルインの駆動周波数から読みとることができる。
【0056】
したがって、式7における感光体上の副走査方向補正量ΔZを制御するために必要な単位時間当たりのパルス数Nは、
N < Nmax   (式10)
の条件を満たす必要がある。
【0057】
[5]請求項8の説明
図1に示したカラー画像形成装置の要部において、また、後述する図8のカラー画像形成装置において、副走査方向の色ずれを補正するためには、各色に対応する各走査光学系の走査線の位置を、それぞれについて中間転写体上に重ね合わせた時のずれがゼロに近くなるように補正することも考えられる。
【0058】
しかしながら、4色に対応するそれぞれのレーザービームの書き込み開始位置(走査位置)を調整する際に、4つの全部をそれぞれ所定の基準位置に合せようとすると、誤って大きな回転偏心を与え、光学性能(ビームスポット径)が劣化する恐れがある。また書き込み開始位置補正手段の部品点数も多くなりコストアップを引き起こす。
【0059】
そこで本発明は、4つのレーザービームの中の1つを基準とし、それに対して他の3つが合致するようにすることとし、その基準となる色を特定した。つまり、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(黒)の4つの色のうち、基準色を黒色(ブラック)としたことを特徴としている。
【0060】
走査光学系のうち黒の画像に対応するレーザービームを基準とし、その基準色のレーザービームによる走査位置に略一致するように、基準色以外の走査光学系からのレーザービームの走査位置を補正することを特徴としている。
【0061】
これにより、4色の内、3色を調整すればよいため、楔形状プリズム1は3つ用いることで足りる。即ち、「相対的な色ずれ」の補正を行うことで、色調の変化を十分に抑えた色再現性の高い画像を得ることができる。従って、例えば、図1に示すように、書き込み開始位置補正手段140も3つあればよい。
【0062】
本発明によれば、基準色を黒色としているため次のような利点を得ることができる。
黒色は他の色に対しコントラストが高いため、振動、温度変動などの外乱によるビームスポット径、ビームスポット位置変動劣化の影響が画像に現れやすい。従って、ブラックを基準色とすることで、かかるブラック用のレーザービームを扱う走査光学系の各光学部品を剛性高く固定することができ、外乱の影響を受けにくい走査光学系を実現することができる。
【0063】
[6]請求項5の説明
図3に示したとおり、複数枚の画像を連続プリント出力するなどの場合は、光走査装置内部ではポリゴンミラー130駆動用のポリゴンモーター(図示せず)、光源150aである半導体レーザーから発熱を生じ、光走査装置外部では、定着手段においてトナー定着時のヒーター熱などの影響により、画像形成装置内部の温度は急激に変化する。この場合、感光体上のビームスポット位置も急激に変動し、1枚目、数枚目、数十枚目と次第に出力カラー画像の色合いが変化することが大きな課題となっている。
【0064】
そこで本例は、図1において、各感光体160Y、160M、160C、160K上での走査ビームの副走査方向の相対的な位置ずれを検知する位置ずれ検知手段(ビームスポット位置検知手段と兼用)と、光源から偏向手段に至る光路中に、楔形状のプリズムを少なくとも1つ有し、該プリズムを略光軸回りに回転調整することにより、副走査方向のビームスポット位置を可変とする書き込み開始位置補正手段140を有し、前記位置ずれ検知手段により計測された位置ずれデータに基づき、画像データ書込み中に感光体上のビームスポット位置を制御する光走査装置を構成している。
【0065】
本例では、位置ずれ検知手段は、光走査装置の主走査方向の書き込み領域外に設けた非平行フォトダイオードセンサーによりビームスポット位置を検知している。本素子(非平行フォトダイオード(PD))は各感光体160Y、160M、160C、160Kのそれぞれに対する走査ビームの有効書き込み領域外(図1におけるビームスポット位置検知手段300a、300bなど)に設けるのが望ましく、その際、主走査方向の書き込み開始位置を決定する同期信号を検知する機能を兼ねても構わない。本例では兼ねている。
【0066】
図7において、フォトダイオードPD1(PD1’)の受光面は走査ビームに直交し、フォトダイオードPD2(PD2’)の受光面はフォトダイオードPD1(PD1’)の受光面に対して傾いている。この傾き角をα1とする。また、上記ヒーター熱による温度変化前の走査ビームをL1、温度変化後の走査ビームをL2としたとき、副走査方向にΔZ(未知)ずれたとする。この場合、1対の非平行フォトダイオード間、例えば、非平行フォトダイオードPD1とPD2との間(或いは、非平行フォトダイオードPD1’とPD2’との間)を走査ビームL1、L2が通過する時間T1、T2を計測し、T2−T1の時間差を求めることにより、副走査方向の走査位置(書き込み開始位置)をモニター、検知する。
【0067】
副走査方向の相対的なドット位置ずれ(=副走査方向補正量ΔZ)は、PD1とPD2との各受光面間のなす角度α1と、時間差T2−T1が既知であるので、計算により容易に求めることができる。この補正量を、書き込み開始位置補正手段140により補正する。
【0068】
本発明によれば、複数枚の画像を連続プリント出力するなどの場合に、感光体上のビームスポット位置が温度変化などにより急激に変動する場合においても、画像データ書込み中においても感光体上のビームスポット位置を補正可能である。
【0069】
なお、フォトダイオードPD1’とPD1との間を走査ビームが通過するに要する時間T0の変動を検知することにより、主走査方向の倍率変動をモニターすることも可能である。
[7]請求項9の説明
前記[6]請求項5の説明において、図1の例でいえば、各感光体160Y、160M、160C、160K上での走査ビームの副走査方向の相対的な位置ずれを検知する位置ずれ検知手段(ビームスポット位置検知手段300a、300bなど)、具体的には例えば、非平行フォトダイオードPD1、PD2による、走査ビームL1とL2の検知時間T(位置ずれ検知を開始して、検知完了までの時間)は以下を満足することを特徴とする。
 < 10×(L/V)      (式11)
(ここで、Lp:プリント出力用紙(記録紙)の出力方向(図1で矢印で示す転写ベルト205の移動方向)の長さ、Vp:感光体の線速とする。)
この(式11)は、少なくともプリントを5枚出力する間の、走査線位置ずれを検知することにより、急激な温度変動を生じた場合でも、色調変化が肉眼で確認できないことを示しており、検知時間Tが上式の範囲を外れた場合は、色調が問題となる可能性があることを表している。
【0070】
など、検知時間Tは、位置ずれ補正量を演算する時間も含んでいる(演算とはノイズ低減のために平均化、異常値処理などの位置ずれ検知精度を高め、走査線補正手段にフィードバックする補正量を算出する時間を表すものとする。)
[8]請求項6の説明
本発明の光走査装置を持つカラー画像形成装置の一例として、図1に示したものの他にも次の例を挙げることができる。図7には、複数の感光体(像担持体)上を光走査装置で露光して静電潜像を形成したのち現像し、各感光体上の可視像を転写ベルトに重ね転写し、さらにこの転写ベルト上の重ね転写像を同一のシート状媒体(記録紙)に一括転写してカラー画像を得るタンデム型カラー画像形成装置をその全体概要について示している。
【0071】
まず、装置内の下部側には水平方向に配設されて給紙カセット10から給紙される転写紙(図示せず)を搬送する中間転写ベルトとしての転写ベルト205’が設けられている。この搬送ベルト205’上にはイエローY用の感光体160Y’、マゼンタM用の感光体160M’、シアンC用の感光体160C’及びブラックK用の感光体160K’が上流側から順に等間隔で配設されている。
【0072】
なお、以下、符号に対する添字Y、M、C、Kを適宜付けて区別するものとする。これらの感光体160Y’、160M’、160C’、160K’は全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスに従いプロセス部材が順に配設されている。
【0073】
感光体160Y’を例に採れば、帯電手段としての帯電チャージャ161Y、走査結像光学系162Y、現像手段としての現像装置163Y、転写手段としての転写チャージャ164Y、クリーニング手段としてのクリーニング装置165Y等が順に配設されている。他の感光体160M’、160C’、160K’に対しても同様である(但し、符号は省略した)。即ち、本実施の形態では、感光体160Y’、160M’、160C’、160K’を各色毎に設定された露光、走査される被照射面とするものであり、各々に対して走査結像光学系162Y、162M、162C、162Kが1対1の対応関係で設けられている。
【0074】
また、転写ベルト205’の周囲には、感光体160Y’よりも矢印で示す搬送方向上流側に位置させてレジストローラ166と、ベルト帯電手段としてのチャージャ167が設けられ、感光体160K’よりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ168、除電チャージャ169、クリーニング装置170等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ168よりも搬送方向下流側には定着手段としての定着装置180が設けられ、排紙トレイ170に向けて排紙ローラ171で結ばれている。
【0075】
このような概略構成において、例えば、フルカラーモード(複数色モード)時であれば、各感光体160Y’、160M’、160C’、160K’に対してY、M、C、K用の各色の画像信号に基づき各々の走査結像光学系による光ビームの光走査で静電潜像が形成される。
【0076】
これらの静電潜像は現像装置163Yなど、各々の対応する色トナーの現像装置により現像されてトナー像となり、転写ベルト205’上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、フルカラー画像として定着された後、排紙される。
【0077】
また、黒色モード(単色モード)時であれば、感光体160Y’、160M’、160C’及びそのプロセス部材は非動作状態とされ、感光体160K’Kに対してのみ黒色用の画像信号に基づき走査結像光学系162Kによる光ビームの光走査で静電潜像が形成される。この静電潜像は黒色トナーで現像されてトナー像となり、転写ベルト205’上に静電的に吸着されて搬送される記録紙上に転写されることにより、黒色なるモノクロ画像として定着された後、排紙される。
【0078】
なお、120M1、120M2は2枚玉のfθレンズであり、各々fθレンズは光学ハウジング31に固定されているが、その際にプレート33M上に載置されている。プレート33Mはfθレンズ120M1、120M2の当接面側の全面又は一部と接触している。fθレンズ120M1、120M2の材質は非球面形状が容易かつ低コストなプラスチック材質からなり、具体的には低吸水性や高透明性、成形性に優れた合成樹脂が好適である。本例では、ポリゴンミラーは符号130Uで示す上段側ミラー、符号130Dで示す下段側ミラーからなる。
【0079】
かかるカラー画像形成装置において、光学ハウジング31に構成された光走査装置には、これまで説明した[1]〜[7]の説明にかかる発明が適用される。なお、図8には図示してないが、図1に示したような色ずれ検知用センサ330を適宜設けることもできる。
【0080】
ここで多数枚のカラー画像を連続プリントした場合、特に光走査装置内のポリゴンモータの発熱によと定着装置により急激な温度変動を発生する。そのためファーストプリントと複数枚出力した後のカラー画像において、色調が変動することが課題となっており、偏向手段と露光走査される被走査面の間に、楔形状プリズムを具備する光走査装置を用いることで、走査位置ずれを補正し、高精度な走査位置精度を実現できると共に、特に連続プリント出力時などのように急激に温度が変動する場合にも、色ずれの少ない良好なカラー画像を得ることができる。また、各発明に対応した利点がある。
【0081】
[10]数値実施例
(1)前提条件
・光学系性能
m=9.4、 fc=15 [mm],
・楔形状プリズム
α=2°、n=1.51(BK7)、
・リードスクリュー型アクチュエータ
T1=25×10−3 [Nm]、p=0.3 [mm], R=16 [mm]、N=20 [pulse/1回転]
・中間転写体
Lm=500mm, vm = 250 mm/s
(2)計算例
| m×fc×(n−1)×α} |=|9.4×15×(1.51−1)×(2°/180°×π)|=2.5
であり請求項2の範囲を満足する。
【0082】
【数3】
Figure 2004109700
【0083】
Δx=R×tan(Δγ)=16×tan(0.2)=3.2 [mm]
Tm=Lm/vm=2 [sec]
であり、請求項7の範囲を満足する。
【0084】
N=Δx/p×N/Tm = 3.2/0.3×20/2=106 [pps]
であり、請求項4の範囲を満足する。
【0085】
【数4】
Figure 2004109700
【0086】
図6と同様の規格表からNmaxを読みとり、
Nmax>Nを満足するステッピングモータを使用。
【0087】
【発明の効果】
請求項1記載の発明では、簡易な機構、手段により楔形状プリズムを動作させることで、走査位置ずれを補正し、高精度な走査位置精度を実現できる。
【0088】
請求項2記載の発明では、ビームスポット径に太りを生じることなく、また、補正の感度が鈍すぎすこともなく、書き込み開始位置の調整のために大きな回転角を与えることなく、経時変化補正時などの場合に高速に応答することができる。
【0089】
請求項3記載の発明では、ステッピングモータを駆動源としているので、楔形状プリズムの回転角をデジタルのパルス信号として駆動制御できるため容易にフィードバック制御できる。
【0090】
請求項4記載の発明では、ビームスポット位置ずれ補正を精度よく行なうことで良好に色ずれを低減することができる。
【0091】
請求項5記載の発明では、ビームスポット位置が急激に変動する場合においてもビームスポット位置を補正可能である。
【0092】
請求項6記載の発明では、楔形状プリズムを具備する光走査装置を用いることで、走査位置ずれを補正し、高精度な走査位置精度を実現できると共に、特に連続プリント出力時などのように急激に温度が変動する場合にも、色ずれの少ない良好なカラー画像を得ることができる。
【0093】
請求項7記載の発明では、振動などの外乱の影響を受けにくく、また、ビームスポット位置補正制御に対する追従性もよい。
【0094】
請求項8記載の発明では、ブラックを基準色とすることで、かかるブラック用のレーザービームを扱う走査光学系の各光学部品を剛性高く固定することができ、外乱の影響を受けにくい走査光学系を実現することができる。
【0095】
請求項9記載の発明では、急激な温度変動を生じた場合でも、色調変化が肉眼で確認できない程度の画質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光走査装置を含むカラー画像形成装置の要部構成を示した斜視図である。
【図2】楔形状プリズムによる副走査ビームスポット位置補正原理を説明した図である。
【図3】連続プリント時の光走査装置内温度変化を例示した図である。
【図4】図4(a)は中間転写体上の速度変動に伴う副走査ドット位置ずれを説明した図、図4(b)はビームスポット位置補正後の副走査ドット位置ずれを説明した図である。
【図5】書き込み開始位置補正手段としての、リードスクリュー型のアクチュエータを説明した概略構成図である。
【図6】ステッピングモータの駆動周波数とトルクの関係を示した図である。
【図7】ビームスポット位置検知手段としての非平行フォトダイオードセンサーによる検知原理を説明した図である。
【図8】カラー画像形成装置の一例を説明した図である。
【符号の説明】
1 楔形状プリズム
140 書き込み開始位置補正手段
160Y、160M、160C、160K、160Y’、160M’、160C’、160K’ 感光体
300a、300b (位置ずれ検知手段としての機能を有する)ビームスポット位置検知手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device and an image forming apparatus, and more particularly to an optical scanning device of a digital color copying machine and a color laser printer, and an image forming apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the speeding up of color image forming apparatuses, for example, four photosensitive drums are arranged in the direction of conveyance of recording paper, and latent images are simultaneously exposed by a plurality of scanning optical systems corresponding to these photosensitive drums. These latent images are visualized by a developing device using developers of different colors such as yellow, magenta, cyan, and black, and then these visible images are sequentially superimposed on the same recording paper. Digital copying machines and laser printers that obtain a color image by transferring a color image have been put to practical use (a so-called 4-drum tandem system).
[0003]
It has only one photoreceptor drum, rotates by the number of colors, performs exposure, development, and transfer each time this rotation is performed, and superimposes the visible image on the same recording paper (or temporarily transfers it to an intermediate transfer member). There is also a one-drum type in which a color image is formed by superimposing and transferring the image onto a recording paper).
[0004]
The four-drum tandem method is advantageous for high-speed printing because color and monochrome can be output at the same speed as one-drum method. On the other hand, there are four scanning optical systems corresponding to the four photoconductors, and the size of the apparatus for performing exposure tends to be large, and miniaturization is an issue. Another problem is to reduce color misregistration at the time of superimposing and transferring the toner images written and developed on the respective photoconductors onto recording paper.
Here, the following factors can be cited as causes of color misregistration particularly in the sub-scanning direction.
[0005]
(1) Uneven feed speed in the circumferential direction (sub-scanning direction) of the photoconductor
(2) Uneven feed speed in the circumferential direction (sub-scanning direction) of the intermediate transfer body
(3) Position error between photoconductors
(4) Beam spot writing position shift between scanning optical systems
(5) misalignment due to environmental fluctuations in (1) to (4) above or temperature fluctuations during continuous printing, etc.
{Circle over (6)} When writing is performed simultaneously on each photoconductor with a multi-beam, the rotation of the polygon scanner and the photoconductor feed speed are generally asynchronous, so that there is a possibility that the rotation will be shifted by the number of beams in the sub-scanning direction.
[0006]
The following method is known as a method for reducing such color shift.
A. In an image forming apparatus using a plurality of scanning units, there is disclosed an invention in which the position of each scanning unit (housing) as a whole is adjusted with respect to a photoconductor, and scanning lines on the respective photoconductors are matched. However, the mechanism for adjustment becomes complicated, and it takes an adjustment time. In addition, since a heavy housing is adjusted, it is difficult to cope with a temporal change due to a temperature change or the like, and it is difficult to accurately correct color misregistration during printing or in an environment of use (for example, see Patent Document 1). 1).
[0007]
B. As another solution to the above problem, a method of controlling a sub-scanning beam position using a galvanomirror has been proposed. However, since the galvanometer mirror is too sensitive to control the sub-scanning position, it is susceptible to external vibration, and high surface accuracy is required to secure a better beam spot diameter (about the transmission surface). (For example, see Patent Document 2).
[0008]
C. As a means for solving the problem of misalignment between multi-beams, sub-scanning is performed by switching a laser beam for writing an image on a photosensitive member first among a plurality of laser beams according to a phase relationship between an intermediate transfer reference signal and a line synchronization signal. There has been proposed a color image forming apparatus including a correction unit that corrects a color shift by adjusting an image writing start position for each color in the direction (for example, see Patent Document 3). However, even with this method, it is difficult to correct one line or less. For example, in the case of 600 dpi writing, a color shift of at least 42 μm occurs.
[0009]
On the other hand, in a tandem type full-color copying machine, four photosensitive drums corresponding to each color of cyan (C), magenta (M), yellow (Y), and black (K) are arranged along the transfer surface of the transfer belt. Arranged, a beam scanning device scans a beam provided corresponding to each photosensitive drum, forms an electrostatic latent image on the peripheral surface of the photosensitive drum, and visualizes the latent image with toner of a corresponding color, The multi-color image is formed by sequentially superimposing and transferring this on the recording paper conveyed by the transfer belt, so that if the scanning position shifts in the sub-scanning corresponding direction for each color, the image quality will be degraded. It causes deterioration and color shift.
[0010]
Here, the causes of the color misregistration particularly in the sub-scanning direction are as follows.
(1) Uneven feed speed in the circumferential direction (sub-scanning direction) of the photoconductor
(2) Uneven feed speed in the circumferential direction (sub-scanning direction) of the intermediate transfer body
(3) Position error between photoconductors
(4) Beam spot writing position shift between scanning optical systems
(5) misalignment due to environmental fluctuations in (1) to (4) above or temperature fluctuations during continuous printing, etc.
{Circle over (6)} When writing is performed simultaneously on each photoconductor with a multi-beam, the rotation of the polygon scanner and the photoconductor feeding speed are generally asynchronous, and thus may be shifted by the number of beams in the sub-scanning direction.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2001-133718 A
[Patent Document 2]
JP 2001-100127 A
[Patent Document 3]
JP-A-10-239939
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an optical scanning device and an image forming apparatus capable of effectively correcting relative color misregistration between each color even during continuous printing and outputting a good color image with little color misregistration. is there.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration to achieve the above object.
(1). In an optical scanning device that scans a laser beam emitted from a plurality of light source devices by a deflecting unit and exposes a plurality of image carriers, at least one wedge-shaped prism is provided in an optical path from the light source device to the deflecting unit. And a writing start position correcting means for changing the beam spot position in the sub-scanning direction by adjusting the rotation of the wedge-shaped prism about the optical axis. The beam spot position on the image carrier is controlled during writing (claim 1).
(2). In the optical scanning device described in (1), the light source device has at least a laser light source and a collimating lens, and the wedge-shaped prism satisfies the following condition (claim 2).
[0014]
1 <| m * fc * (n-1) * [alpha] | <30
Where α is the vertex angle of the wedge-shaped prism,
n: refractive index of prism glass material,
fc: focal length of collimating lens
m: Sub-scanning lateral magnification from the light source to the surface to be scanned
(3). In the optical scanning device described in (1) or (2), the rotation adjusting means of the wedge-shaped prism is a lead screw type actuator using a stepping motor as a driving source.
(4). In the optical scanning device described in (3), the driving frequency N of the stepping motor satisfies the following relationship (claim 4).
[0015]
N = Δx / p × N 0 / Tm
10 <N <1000 [pps]
Here, Δx: maximum displacement of the lead screw,
p: Lead screw thread pitch
N 0 : Number of pulses for one rotation of the stepping motor,
Tm: time of one rotation of the intermediate transfer member [sec]
(5). In a light scanning device for a color machine that scans laser beams emitted from a plurality of light source devices by deflecting means and exposes a plurality of image carriers, a relative displacement in a sub-scanning direction on each image carrier is determined. A displacement detecting unit for detecting, and at least one wedge-shaped prism in an optical path from the light source device to the deflecting unit, and rotating and adjusting the wedge-shaped prism about an optical axis in the sub-scanning direction. Having a write start position correcting means for making the beam spot position variable, and controlling the beam spot position on the image carrier during image data writing based on the positional shift data measured by the positional shift detecting means. (Claim 5).
(6). A plurality of image carriers are exposed by an optical scanning device to form an electrostatic latent image and then developed, and the visible images on each image carrier are overlaid and transferred onto an intermediate transfer member. In an image forming apparatus which collectively transfers a superimposed transfer image onto the same sheet-like medium to obtain a color image, the optical scanning device according to any one of claims 1 to 5 is used as the optical scanning device (claim 6).
(7). (6) In the image forming apparatus described in (6), the intermediate transfer body is configured as a rotating body, and the length of one rotation is L. m , The linear velocity of the intermediate transfer m In this case, the following condition is satisfied (claim 7).
[0016]
0.5 <L m / V m <5 [sec]
(8). (6) In the image forming apparatus described in (6), the plurality of image carriers correspond to four colors of cyan, magenta, yellow, and black, and black is used as a reference color to correct a relative color shift with respect to black. (Claim 8).
(9). (6) In the image forming apparatus described in (6), the detection time T of the displacement detection means is S (Time from start of displacement detection to completion of detection) satisfies the following condition (claim 9).
T S <10 × (L p / V p )
here,
L p : Length of printout paper in the output direction,
v p : Line speed of photoconductor
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[1] Description of Claim 1
FIG. 1 shows a main part of an optical scanning device according to an embodiment, together with a drum-shaped image carrier (hereinafter, photoconductor) and a conveyance belt which form a part of a color image forming apparatus. Around the photoreceptor, processing members such as a charging unit and a cleaning unit for removing residual toner after transfer are arranged in accordance with an electrophotographic process, and a paper cassette for storing and supplying recording paper is provided below the transfer belt 205. Paper transfer means, a transfer means at a position inside the transfer belt 205 facing the photoreceptor, a belt charging means at an upstream position in the rotation direction of the transfer belt 205 as indicated by an arrow, and a belt separation charger and a fixing means at a downstream position. However, these are well known, have a configuration according to FIG. 8 described later, and are not shown here because they are complicated.
[0018]
In this example, a plurality of photoconductors are exposed by an optical scanning device to form an electrostatic latent image, and then developed, and the visible images on each photoconductor are superimposedly transferred onto a transfer belt 205. 1 shows a main part of an image forming apparatus for obtaining a color image by collectively transferring the superimposed transfer image onto the same sheet-like medium (recording paper).
[0019]
The optical scanning device emits a light beam (also referred to as a laser beam or a light beam) for forming a toner image for color misregistration detection every predetermined number of prints. As a result, when the color misregistration detecting toner images 330 </ b> Z are formed on the transfer belt 205 in three places, color misregistration due to these toner images is detected by the color misregistration detecting sensor 330.
[0020]
The optical scanning device includes a box-shaped optical housing (not shown) and a light source device 150, a polygon mirror 130, the various lenses 209 and 120, a mirror 110M, a writing start position correcting unit 140, and a position deviation detecting unit. It is a unit that supports members including a scanning image forming optical system such as beam spot position detecting means 300a and 300b having a function, and is located above the photoconductors 160Y, 160M, 160C and 160K. The writing start position correcting means 140 includes a lead screw type actuator using a stepping motor as a driving source, as will be described later with reference to FIG. 5, as a rotation adjusting means for the wedge-shaped prism.
[0021]
The color shift detecting sensor 330 installed on the image forming apparatus main body side is also used as a position shift detecting unit, and is used for obtaining a correction amount by the writing start position correcting unit 140, and the beam spot position detecting units 300a and 300b are used. It can be used together with. As a usage method in the case of the combined use, for example, the color shift detection sensor 330 is used for coarse adjustment, and the beam spot position detection means 300a and 300b are used for fine adjustment. The writing start position correcting means 140 controls the correction of the beam spot position on the photosensitive member during the writing of the image data based on the detection result of the positional deviation.
[0022]
The four photoconductors 16Y, 16M, 16C, and 16K, which are surfaces to be scanned by a laser beam (also referred to as a light beam, a scanning beam, or the like) from the optical scanning device, are arranged along a straight line and are driven to rotate. Has become. At the time of image formation, a latent image to be developed with toner images of different colors is formed on the photoconductors 160Y, 160M, 160C, and 160K by a scanning laser beam from an optical scanning device, and after development, the intermediate image is formed as an intermediate transfer body. These color toner images are transferred onto the transfer belt 205 in a superimposed manner.
[0023]
The optical scanning device has four light source devices 150 that emit laser beams for forming latent images of different colors corresponding to the respective photoconductors 160Y, 160M, 160C, and 160K. Explaining one of them as a representative, it has at least a semiconductor laser 150a as a light source and a collimate lens 150b.
[0024]
The laser beams from the four light source devices 150 pass through the cylinder lens 209, pass through the writing start position correcting unit 140, and then go to the polygon mirror 130 as a deflecting unit.
[0025]
Further, the light is deflected and scanned by the polygon mirror 130, passes through the fθ lens 120, the return mirror 110M, and the toroidal lens 100, and is exposed and scanned on each of the photoconductors 160Y, 160M, 160C, and 160K. The position deviation in the sub-scanning direction, which is the beam spot position on each photoconductor, is determined by using the write start position correction unit 140 based on the position deviation data recorded in advance or the position deviation data measured by the position deviation detection unit. Is corrected.
[0026]
The laser beams from the four light source devices 150 pass through the scanning optical system from the cylinder lens 209 to the toroidal lens 100, respectively, and reach the corresponding photoconductors. Here, the polygon mirror 130 is directly connected to a polygon motor (not shown) and is driven to rotate.
[0027]
The longitudinal directions of the photoconductors 160Y, 160M, 160C, and 160K correspond to the main scanning direction, and the beam spot position detection units 300a and 300b face each other on both sides of the effective image area of each photoconductor. Are located. 300a is for detecting a write start position, and 300b is for detecting a write end position.
[0028]
According to the present invention, the laser beam emitted from the plurality of light source devices 150 is scanned by the polygon mirror 150 to expose the plurality of photoconductors 160Y, 160M, 160C, and 160K. The optical path to the mirror 150 has at least one wedge-shaped prism (hereinafter, a wedge-shaped prism).
[0029]
The wedge-shaped prism and the wedge-shaped prism are rotated around the optical axis of the substantially collimating lens 150b to constitute a writing start position correcting unit 140 that makes the beam spot position in the sub-scanning direction variable.
[0030]
Here, the principle of sub-scanning beam spot position correction by the wedge-shaped prism will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, the wedge-shaped prism is denoted by reference numeral 1 and has a wedge-like (trapezoidal) shape. For example, when the reference numeral OO is the optical axis of the collimating lens 150 b, the arrow 3 is approximately around the optical axis OO. By rotating as shown, the incident beam can be deflected within the range of the maximum deflection angle φ as shown by arrow 4, and as a result, the position of the sub-scanning beam spot on the surface to be scanned can be variably adjusted. Can be.
[0031]
The use of the wedge-shaped prism 1 has the following advantages with respect to the following conventional methods.
This is a control related to a simple operation of rotating a wedge-shaped prism with a simple configuration.Beam spot position correction during image data writing compared to position correction control for each batch, such as when starting up the machine or before printing output When the temperature fluctuates abruptly, for example, between the rising section A and the time of continuous printing (area B in FIG. 3) as shown in FIG. Even in the case of occurrence of color shift, the color shift can be greatly reduced because this shift can be corrected almost in real time based on the position shift detection means and position shift data from the position shift data, which will be described later with reference to FIG. Can be reduced.
[0032]
In FIG. 2, an appropriate sensitivity can be set by setting the prism vertex angle α to an appropriate angle. Therefore, unlike the galvanomirror method, the sensitivity is not too high, and the influence of the vibration is small, and the beam spot can be positioned with high accuracy.
[0033]
Since the weight of the wedge-shaped prism 1 and the prism holder 2 is relatively light by selecting a material (for example, resin) and a shape (for example, thin shape), a comparison between a long folding mirror, a scanning lens, a roof mirror, a light source unit, and the like is made. Compared to the conventional method in which the beam spot position is corrected by tilting / shifting an optical element having a large target weight, the response speed is faster, and it is possible to correct even a high-frequency position shift.
[0034]
In addition, compared to a method of correcting a beam spot position by changing an applied voltage, such as a liquid crystal deflecting element and an electro-optical element (PLZT, etc.), the present invention can be realized at a low cost without any displacement even when the power is turned off. .
[0035]
In our experience, by keeping the relative color shift amount to 30 μm or less, it is possible to obtain a condition in which the actual color shift is inconspicuous, and the present invention makes it possible to realize such a condition.
[0036]
[2] Description of Claim 2
As shown in FIG. 2, by rotating the wedge-shaped prism 1 around the optical axis OO of the collimating lens 150b, the deflection angle is variable within the range of the maximum deflection angle φ due to refraction. The maximum deflection angle φ can be expressed by the following (Equation 1), where α is the vertex angle of the wedge-shaped prism and n is the refractive index of the wedge-shaped prism 1 (prism glass material).
φ = (n−1) × α (Equation 1)
When the focal length of the collimating lens 150b is fc, the sub-scanning lateral magnification of the entire optical system from the light source to the surface to be scanned is m, and the adjustment angle of the wedge-shaped prism 1 around the optical axis OO is Δγ. The correction amount ΔZ in the sub-scanning direction on the photoconductor surface is represented by the following (Equation 2).
[0037]
(Equation 1)
Figure 2004109700
[0038]
Here, the present invention is characterized in that the deviation of the beam spot position is corrected by setting the vertex angle α [deg] of the prism so as to satisfy the following expression (3).
[0039]
1 <| m * fc * (n-1) * [alpha] | <30 (Equation 3)
In Equation (3), if the upper limit is exceeded, a wavefront aberration is generated in the light beam, and the beam spot shape is disturbed (side lobes are generated) and the beam spot diameter is increased. If the lower limit is exceeded, the sensitivity is too low, and it is necessary to give a large rotation angle to adjust the writing start position, and it is not possible to respond at high speed in the case of correction for a change over time.
[0040]
In other words, by satisfying the condition of (Equation 3), a large rotation angle is provided for adjusting the writing start position without increasing the beam spot diameter and without making the correction sensitivity too low. Therefore, it is possible to respond at a high speed in the case of time-dependent change correction. The rotation of the wedge-shaped prism 1 can be easily controlled by using a stepping motor, an ultrasonic motor, or the like as a driving source.
[0041]
[3] Description of Claim 7
The transfer belt 205 (intermediate transfer body) is configured as the transfer belt 205 in the example of FIG. 1, but may be configured in a drum shape. When the intermediate transfer member is configured as a belt-shaped or drum-shaped rotating member, an image diagram of the sub-scanning dot position variation in the intermediate transfer member is shown in FIG.
[0042]
In this way, the intermediate transfer member periodically generates a dot position shift of ΔZ (which is the same as the correction amount in the sub-scanning direction as described above) in the sub-scanning direction. One cycle is the time T required for one rotation of the intermediate transfer body composed of a rotating body. m Is equivalent to The intermediate transfer member is formed of a drum-shaped or belt-shaped rotary member, and the length of one rotation of the intermediate transfer member (rotary member) is L. m , Linear velocity v m And when
T m = L m / V m … (Expression 4)
It is desirable to satisfy the relationship shown in the following (Equation 5).
0.5 <L m / V m <5 [sec] (Equation 5)
In the above equation (5), when the value exceeds the upper limit, one cycle is too long, which is susceptible to disturbance such as vibration. When the value exceeds the lower limit, a high response speed to the beam spot position correction control is required. The rotation speed of the prism cannot follow. Therefore, by satisfying the above (Equation 5), it is less likely to be affected by disturbance such as vibration, and the follow-up property to the beam spot position correction control is good.
[0043]
FIG. 4B shows the positional deviation of the sub-scanning dots in the sub-scanning direction after the beam spot position correction according to the embodiment of the present invention. By correcting the dot position shift on the intermediate transfer member with the beam spot position of the writing optical system, a large low-frequency position shift component can be satisfactorily corrected (however, it cannot be corrected up to a position shift having a very high cycle). ).
[0044]
[4] Description of Claims 3 and 4
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention. The rotation adjusting means of the wedge-shaped prism is a lead screw type actuator driven by a stepping motor.
[0045]
Explaining the configuration of the lead screw type actuator, the wedge-shaped prism 1 is mounted on a prism holder 5. Here, the prism holder 5 is rotatably supported around the optical axis OO of the collimating lens as a rotation axis, and an arm 5a is formed in a part thereof.
[0046]
The lower end of an extensible spring 6 interposed between the immovable members is in contact with the upper surface on the free end side of the arm 5a, and presses the arm 5a. For this reason, the wedge-shaped prism 1 and the prism holder 5 are given a clockwise moment about the optical axis OO as a rotation axis (center of rotation) in FIG.
[0047]
The rotation of the prism holder 5 of the wedge-shaped prism 1 due to this moment is prevented by the receiving member 7 which is in contact with the lower surface on the free end side of the arm 5a. The receiving member is a cylindrical shaft having a conical top end in the figure in the axial direction, and the apex of the cone is in contact with the lower surface of the arm 5a on the free end side. This contact portion is referred to as an actuator action point P.
[0048]
On the other hand, a nut 8 is fixed (or a female screw is formed) to an end opposite to the apex of the receiving member 7 and at the lower side in the drawing, and the nut 8 is integrated with a rotating shaft of the stepping motor 9. The external thread is screwed. This screw is called a lead screw. The stepping motor 9 is fixed to a stationary member.
[0049]
The rotation means having such a configuration is referred to as a lead screw type actuator, and by driving a stepping motor 9, the wedge-shaped prism 1 rotates together with the prism holder 5 around the optical axis OO as a rotation axis (center of rotation).
[0050]
Since such a lead screw type actuator uses the stepping motor 9 as a drive source, the rotation angle of the wedge-shaped prism 1 can be drive-controlled as a digital pulse signal. Easy feedback control.
[0051]
Here, the variation amount of the linear actuator (= the displacement amount of the nut = the displacement amount of the action point P) Δx is given by the following equation (Equation 6).
Δx = R × tan (Δγ) (Equation 6)
(Here, R: distance from the rotation center to the actuator action point, Δγ: wedge-shaped prism rotation angle.)
On the other hand, as described above, the time T required for one rotation of the intermediate transfer member T m Is represented by the following equation (Equation 4).
T m = L m / V m [Sec] (Equation 4)
Accordingly, the driving frequency N of the stepping motor per unit time required to control the sub-scanning direction correction amount ΔZ on the photoconductor is given by the following equation (Equation 7).
[0052]
N = Δx / p × N 0 / Tm (Equation 7)
(Where, p: screw pitch of the lead screw, N 0 : Number of pulses per rotation of the stepping motor. )
Therefore, according to the fourth aspect of the invention, by satisfying the following expression, color shift can be satisfactorily reduced.
10 <N <2000 [pps] (Equation 8)
If the upper limit is exceeded (2000 pps, preferably 1000 pps), the stepping motor becomes unable to respond, so that the beam spot position deviation correction cannot follow. If the lower limit is exceeded, the resolution is too coarse and the beam spot position correction accuracy becomes insufficient.
[0053]
On the other hand, the torque T of the stepping motor is given by the following equation.
[0054]
(Equation 2)
Figure 2004109700
[0055]
(Here, p: screw pitch of the lead screw, T1: torque generated by the tension of the spring (6), R: distance between the rotation center and the point of action.)
The stepping motor maximum response pulse number Nmax can be read from the pull-in driving frequency with respect to the torque T using a standard table (motor characteristic diagram) as shown in FIG.
[0056]
Therefore, the number of pulses N per unit time required to control the sub-scanning direction correction amount ΔZ on the photoconductor in Expression 7 is:
N <Nmax (Equation 10)
Condition must be satisfied.
[0057]
[5] Description of Claim 8
In the main part of the color image forming apparatus shown in FIG. 1 and in the color image forming apparatus shown in FIG. 8 described later, in order to correct the color shift in the sub-scanning direction, the scanning of each scanning optical system corresponding to each color is performed. It is also conceivable to correct the position of the line so that the deviation of each line when superimposed on the intermediate transfer member is close to zero.
[0058]
However, when adjusting the writing start positions (scanning positions) of the laser beams corresponding to the four colors, if all four are to be adjusted to the respective predetermined reference positions, a large rotational eccentricity is erroneously given, and the optical performance is reduced. (Beam spot diameter) may be degraded. In addition, the number of components of the write start position correction means increases, which causes an increase in cost.
[0059]
Therefore, according to the present invention, one of the four laser beams is set as a reference, and the other three are matched with each other, and the reference color is specified. That is, the reference color is black (black) among the four colors Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black).
[0060]
The laser beam corresponding to the black image in the scanning optical system is used as a reference, and the scanning position of the laser beam from the scanning optical system other than the reference color is corrected so as to substantially match the scanning position of the laser beam of the reference color. It is characterized by:
[0061]
As a result, since only three of the four colors need to be adjusted, it is sufficient to use three wedge-shaped prisms 1. That is, by performing the correction of the “relative color shift”, it is possible to obtain an image with high color reproducibility in which a change in color tone is sufficiently suppressed. Therefore, for example, as shown in FIG. 1, only three write start position correcting means 140 are required.
[0062]
According to the present invention, since the reference color is black, the following advantages can be obtained.
Since black has a higher contrast than other colors, the influence of fluctuations in beam spot diameter and beam spot position due to disturbances such as vibration and temperature fluctuation is likely to appear in the image. Therefore, by using black as the reference color, each optical component of the scanning optical system that handles the black laser beam can be fixed with high rigidity, and a scanning optical system that is not easily affected by disturbance can be realized. .
[0063]
[6] Description of Claim 5
As shown in FIG. 3, in the case where a plurality of images are continuously printed out, heat is generated from a polygon motor (not shown) for driving the polygon mirror 130 and a semiconductor laser as the light source 150a inside the optical scanning device. Outside the optical scanning device, the temperature inside the image forming apparatus rapidly changes due to the influence of heater heat at the time of fixing the toner in the fixing unit. In this case, the beam spot position on the photoreceptor also fluctuates rapidly, and it is a major problem that the color tone of the output color image gradually changes to the first, several, and tens of sheets.
[0064]
Therefore, in this example, in FIG. 1, a displacement detecting unit (also used as a beam spot position detecting unit) for detecting a relative displacement of the scanning beam on each of the photoconductors 160Y, 160M, 160C, and 160K in the sub-scanning direction. Writing at least one wedge-shaped prism in the optical path from the light source to the deflecting means, and adjusting the rotation of the prism about the optical axis so as to change the beam spot position in the sub-scanning direction. The optical scanning device includes a position correcting unit 140 and controls a beam spot position on a photoconductor during image data writing based on the position shift data measured by the position shift detecting unit.
[0065]
In this example, the position shift detecting means detects the beam spot position by a non-parallel photodiode sensor provided outside the writing area in the main scanning direction of the optical scanning device. This element (non-parallel photodiode (PD)) should be provided outside the effective writing area of the scanning beam for each of the photoconductors 160Y, 160M, 160C and 160K (beam spot position detecting means 300a and 300b in FIG. 1). Desirably, at this time, it may also have a function of detecting a synchronization signal for determining a writing start position in the main scanning direction. In this example, it is also used.
[0066]
In FIG. 7, the light receiving surface of the photodiode PD1 (PD1 ') is orthogonal to the scanning beam, and the light receiving surface of the photodiode PD2 (PD2') is inclined with respect to the light receiving surface of the photodiode PD1 (PD1 '). This inclination angle is set to α1. Further, when the scanning beam before the temperature change due to the heater heat is L1 and the scanning beam after the temperature change is L2, it is assumed that the scanning beam is shifted by ΔZ (unknown) in the sub-scanning direction. In this case, the time when the scanning beams L1 and L2 pass between a pair of non-parallel photodiodes, for example, between the non-parallel photodiodes PD1 and PD2 (or between the non-parallel photodiodes PD1 ′ and PD2 ′). By measuring T1 and T2 and calculating the time difference between T2 and T1, the scanning position (writing start position) in the sub-scanning direction is monitored and detected.
[0067]
The relative dot displacement in the sub-scanning direction (= sub-scanning direction correction amount ΔZ) can be easily calculated by calculating the angle α1 between the light receiving surfaces of PD1 and PD2 and the time difference T2−T1. You can ask. This correction amount is corrected by the write start position correction means 140.
[0068]
According to the present invention, even when the beam spot position on the photoreceptor fluctuates rapidly due to a temperature change or the like, for example, when a plurality of images are continuously printed, the image on the photoreceptor is written even during image data writing. The beam spot position can be corrected.
[0069]
Note that it is also possible to monitor a change in magnification in the main scanning direction by detecting a change in the time T0 required for the scanning beam to pass between the photodiodes PD1 'and PD1.
[7] Description of Claim 9
[6] In the description of [5], in the example of FIG. 1, positional deviation detection for detecting a relative positional deviation of the scanning beam in the sub-scanning direction on each of the photoconductors 160Y, 160M, 160C, and 160K. Means (beam spot position detecting means 300a, 300b, etc.), specifically, for example, detection time T of scanning beams L1 and L2 by non-parallel photodiodes PD1, PD2. S (Time from the start of position shift detection to the completion of detection) satisfies the following.
T S <10 × (L p / V p (Equation 11)
(Here, Lp is the length of the output direction of the print output paper (recording paper) (the moving direction of the transfer belt 205 indicated by the arrow in FIG. 1), and Vp is the linear velocity of the photoconductor.)
This (Equation 11) indicates that, by detecting a scan line displacement during output of at least five prints, even when a sudden temperature change occurs, a color tone change cannot be confirmed with the naked eye. Detection time T S Is out of the range of the above expression, it indicates that the color tone may be a problem.
[0070]
Detection time T S Also includes the time for calculating the displacement correction amount (the calculation is to improve the displacement detection accuracy such as averaging and abnormal value processing for noise reduction, and to calculate the correction amount to be fed back to the scanning line correction means). It represents time.)
[8] Description of Claim 6
As an example of a color image forming apparatus having the optical scanning device of the present invention, the following example can be given in addition to the one shown in FIG. In FIG. 7, a plurality of photoconductors (image carriers) are exposed by an optical scanning device to form an electrostatic latent image, which is then developed, and the visible images on each photoconductor are overlaid and transferred onto a transfer belt. Further, a general outline of a tandem type color image forming apparatus which collectively transfers a superimposed transfer image on the transfer belt to the same sheet-like medium (recording paper) to obtain a color image is shown.
[0071]
First, a transfer belt 205 'as an intermediate transfer belt, which is arranged in a horizontal direction and conveys transfer paper (not shown) supplied from the paper supply cassette 10, is provided at a lower side in the apparatus. On the transport belt 205 ', a photosensitive member 160Y' for yellow Y, a photosensitive member 160M 'for magenta M, a photosensitive member 160C' for cyan C, and a photosensitive member 160K 'for black K are arranged at regular intervals in order from the upstream side. It is arranged in.
[0072]
Note that, hereinafter, the reference characters Y, M, C, and K are appropriately added to distinguish them. These photoconductors 160Y ', 160M', 160C ', and 160K' are all formed to have the same diameter, and process members are sequentially arranged around the photoconductors in accordance with an electrophotographic process.
[0073]
Taking the photoconductor 160Y 'as an example, a charging charger 161Y as a charging unit, a scanning image forming optical system 162Y, a developing device 163Y as a developing unit, a transfer charger 164Y as a transfer unit, a cleaning device 165Y as a cleaning unit, and the like are included. They are arranged in order. The same applies to the other photoconductors 160M ', 160C', and 160K '(however, reference numerals are omitted). That is, in this embodiment, the photoconductors 160Y ′, 160M ′, 160C ′, and 160K ′ are used as exposure surfaces that are set for each color and that are to be scanned. Systems 162Y, 162M, 162C, 162K are provided in a one-to-one correspondence.
[0074]
Around the transfer belt 205 ′, a registration roller 166 and a charger 167 as a belt charging unit are provided at a position upstream of the photoconductor 160Y ′ in the conveyance direction indicated by an arrow, and are provided with a charger 167 as a belt charging unit. A belt separation charger 168, a charge removing charger 169, a cleaning device 170, and the like are provided in this order on the downstream side. Further, a fixing device 180 as a fixing unit is provided downstream of the belt separation charger 168 in the transport direction, and is connected to a paper discharge tray 170 by a paper discharge roller 171.
[0075]
In such a schematic configuration, for example, in the full-color mode (multi-color mode), the image of each color for Y, M, C, and K is applied to each of the photoconductors 160Y ', 160M', 160C ', and 160K'. An electrostatic latent image is formed by optical scanning of a light beam by each scanning imaging optical system based on the signal.
[0076]
These electrostatic latent images are developed into toner images by a developing device for each corresponding color toner, such as a developing device 163Y, and are sequentially transferred onto transfer paper that is electrostatically attracted onto a transfer belt 205 ′ and conveyed. Then, the sheets are superposed, fixed as a full-color image, and then discharged.
[0077]
In the black mode (monochrome mode), the photoconductors 160Y ′, 160M ′, 160C ′ and their process members are set to a non-operating state, and only the photoconductor 160K′K is set based on a black image signal. An electrostatic latent image is formed by optical scanning of the light beam by the scanning imaging optical system 162K. This electrostatic latent image is developed with a black toner to become a toner image, and is transferred onto a recording sheet that is electrostatically attracted onto a transfer belt 205 ′ and conveyed, thereby being fixed as a black monochrome image. Is discharged.
[0078]
In addition, 120M1 and 120M2 are two-piece fθ lenses, each of which is fixed to the optical housing 31 and is placed on the plate 33M at that time. The plate 33M is in contact with the entire or a part of the contact surface side of the fθ lenses 120M1 and 120M2. The fθ lenses 120M1 and 120M2 are made of a plastic material having an easy aspherical shape and low cost, and specifically, a synthetic resin excellent in low water absorption, high transparency, and excellent moldability is preferable. In this example, the polygon mirror includes an upper mirror 130U and a lower mirror 130D.
[0079]
In such a color image forming apparatus, the invention described in the above-described [1] to [7] is applied to the optical scanning device configured in the optical housing 31. Although not shown in FIG. 8, a color misregistration detection sensor 330 as shown in FIG. 1 may be provided as appropriate.
[0080]
In this case, when a large number of color images are continuously printed, the fixing device causes a sharp temperature change, particularly due to the heat generated by the polygon motor in the optical scanning device. For this reason, it is a problem that the color tone fluctuates in the color image after the first print and a plurality of sheets are output, and an optical scanning device having a wedge-shaped prism between the deflecting unit and the surface to be scanned for exposure is used. By using this, it is possible to correct the scanning position deviation and realize high-precision scanning position accuracy, and to obtain a good color image with little color deviation even when the temperature fluctuates abruptly, especially during continuous printing. Obtainable. There are also advantages corresponding to each invention.
[0081]
[10] Numerical example
(1) Preconditions
・ Optical system performance
m = 9.4, fc = 15 [mm],
・ Wedge-shaped prism
α = 2 °, n = 1.51 (BK7),
・ Lead screw type actuator
T1 = 25 × 10 -3 [Nm], p = 0.3 [mm], R = 16 [mm], N 0 = 20 [pulse / 1 rotation]
・ Intermediate transfer member
Lm = 500 mm, vm = 250 mm / s
(2) Calculation example
| M × fc × (n−1) × α} | = | 9.4 × 15 × (1.51-1) × (2 ° / 180 ° × π) | = 2.5
And satisfies the scope of claim 2.
[0082]
[Equation 3]
Figure 2004109700
[0083]
Δx = R × tan (Δγ) = 16 × tan (0.2) = 3.2 [mm]
Tm = Lm / vm = 2 [sec]
Which satisfies the scope of claim 7.
[0084]
N = Δx / p × N 0 /Tm=3.2/0.3×20/2=106 [pps]
Which satisfies the scope of claim 4.
[0085]
(Equation 4)
Figure 2004109700
[0086]
Read Nmax from the same standard table as FIG.
Uses a stepping motor that satisfies Nmax> N.
[0087]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, by operating the wedge-shaped prism with a simple mechanism and means, it is possible to correct the scanning position shift and realize high-accuracy scanning position accuracy.
[0088]
According to the invention described in claim 2, the beam spot diameter does not increase, the sensitivity of the correction is not too slow, and a large rotation angle is not provided for adjusting the writing start position, and the change with time can be corrected. It is possible to respond quickly in the case of time.
[0089]
According to the third aspect of the invention, since the stepping motor is used as a drive source, the rotation angle of the wedge-shaped prism can be drive-controlled as a digital pulse signal, so that feedback control can be easily performed.
[0090]
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to satisfactorily reduce the color shift by accurately correcting the beam spot position shift.
[0091]
According to the fifth aspect of the present invention, the beam spot position can be corrected even when the beam spot position fluctuates rapidly.
[0092]
According to the sixth aspect of the present invention, by using the optical scanning device having the wedge-shaped prism, it is possible to correct the scanning position deviation and to realize a high accuracy of the scanning position, and particularly, to suddenly reduce the scanning position as in the case of continuous printing output. Even when the temperature fluctuates, a good color image with little color shift can be obtained.
[0093]
According to the seventh aspect of the present invention, the apparatus is less susceptible to disturbances such as vibrations, and has good follow-up to beam spot position correction control.
[0094]
According to the invention described in claim 8, by using black as the reference color, each optical component of the scanning optical system that handles the laser beam for black can be fixed with high rigidity, and the scanning optical system that is not easily affected by disturbance. Can be realized.
[0095]
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to obtain an image quality such that a change in color tone cannot be confirmed with the naked eye even when a rapid temperature change occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a main configuration of a color image forming apparatus including an optical scanning device.
FIG. 2 is a diagram illustrating a principle of correcting a sub-scanning beam spot position by a wedge-shaped prism.
FIG. 3 is a diagram illustrating a temperature change in the optical scanning device during continuous printing.
FIG. 4A is a diagram illustrating a sub-scanning dot position shift due to a speed variation on an intermediate transfer member, and FIG. 4B is a diagram illustrating a sub-scanning dot position shift after beam spot position correction; It is.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a lead screw type actuator as a write start position correction unit.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a driving frequency and a torque of a stepping motor.
FIG. 7 is a diagram illustrating a principle of detection by a non-parallel photodiode sensor as a beam spot position detecting unit.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a color image forming apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Wedge-shaped prism
140 write start position correction means
160Y, 160M, 160C, 160K, 160Y ', 160M', 160C ', 160K'
300a, 300b Beam spot position detecting means (having a function as position deviation detecting means)

Claims (9)

複数の光源装置から出射されるレーザービームを偏向手段により走査し、複数の像担持体上を露光する光走査装置において、
前記光源装置から偏向手段に至る光路中に、楔形状プリズムを少なくとも1つ有するとともに、該楔形状プリズムを略光軸まわりに回転調整することにより、副走査方向のビームスポット位置を可変とする書き込み開始位置補正手段を有し、
前記書き込み開始位置補正手段を用いて画像データ書き込み中に像担持体上のビームスポット位置を制御することを特徴とする光走査装置。
In an optical scanning device that scans laser beams emitted from a plurality of light source devices by deflecting means and exposes a plurality of image carriers,
A writing method in which at least one wedge-shaped prism is provided in an optical path from the light source device to the deflecting unit, and the beam spot position in the sub-scanning direction is made variable by rotating and adjusting the wedge-shaped prism substantially about the optical axis. Having a start position correcting means,
An optical scanning device, wherein a beam spot position on an image carrier is controlled during writing of image data using the writing start position correcting means.
請求項1記載の光走査装置において、前記光源装置は少なくともレーザー光源とコリメートレンズとを有し、
前記楔形状プリズムが以下の条件を満足することを特徴とする光走査装置。
1 < | m×fc×(n−1)×α} | < 30
ここで、  α: 楔形状プリズムの頂角、
n:プリズム硝材の屈折率、
fc:コリメートレンズ焦点距離
m:光源から被走査面に至る副走査横倍率
The optical scanning device according to claim 1, wherein the light source device has at least a laser light source and a collimating lens,
The wedge-shaped prism satisfies the following condition.
1 <| m * fc * (n-1) * [alpha] | <30
Where α is the vertex angle of the wedge-shaped prism,
n: refractive index of prism glass material,
fc: focal length of the collimating lens m: lateral scanning magnification from the light source to the surface to be scanned
請求項1又は2記載の光走査装置において、前記楔形状プリズムの回転調整手段はステッピングモータを駆動源とするリードスクリュー型のアクチュエータであることを特徴とする光走査装置。3. The optical scanning device according to claim 1, wherein the rotation adjusting means of the wedge-shaped prism is a lead screw type actuator driven by a stepping motor. 請求項3記載の光走査装置において、前記ステッピングモータの駆動周波数Nは以下の関係を満足することを特徴とする光走査装置。
N= Δx/p×N/Tm
10 < N < 1000 [pps]
ここで、Δx:リードスクリューの最大変位量、
p:リードスクリューのねじピッチ
:ステッピングモータの1回転のパルス数、
Tm:中間転写体の1回転の時間[sec]
4. The optical scanning device according to claim 3, wherein the driving frequency N of the stepping motor satisfies the following relationship.
N = Δx / p × N 0 / Tm
10 <N <1000 [pps]
Here, Δx: maximum displacement of the lead screw,
p: thread pitch of the lead screw N 0 : pulse number of one rotation of the stepping motor,
Tm: time of one rotation of the intermediate transfer member [sec]
複数の光源装置から出射されるレーザービームを偏向手段により走査し、複数の像担持体上を露光するカラー機用光走査装置において、
各像担持体上の副走査方向の相対的な位置ずれを検知する位置ずれ検知手段と、
前記光源装置から前記偏向手段に至る光路中に、楔形状プリズムを少なくとも1つ有するとともに、該楔形状プリズムを略光軸まわりに回転調整することにより、副走査方向のビームスポット位置を可変とする書き込み開始位置補正手段を有し、
前記位置ずれ検知手段により計測された位置ずれデータに基づき、
画像データ書込み中に前記像担持体上のビームスポット位置を制御することを特徴とする光走査装置。
In the optical scanning device for a color machine that scans laser beams emitted from a plurality of light source devices by deflecting means and exposes a plurality of image carriers,
Position shift detecting means for detecting a relative position shift in the sub-scanning direction on each image carrier,
In the optical path from the light source device to the deflecting means, at least one wedge-shaped prism is provided, and by rotating and adjusting the wedge-shaped prism substantially about the optical axis, the beam spot position in the sub-scanning direction is made variable. Having a writing start position correcting means,
Based on the displacement data measured by the displacement detecting means,
An optical scanning device, wherein a beam spot position on the image carrier is controlled during writing of image data.
複数の像担持体上を光走査装置で露光して静電潜像を形成したのち現像し、各像担持体上の可視像を中間転写体に重ね転写し、さらにこの中間転写体上の重ね転写像を同一のシート状媒体に一括転写してカラー画像を得る画像形成装置において、
前記光走査装置として請求項1乃至5記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
A plurality of image carriers are exposed by an optical scanning device to form an electrostatic latent image and then developed, and the visible images on each image carrier are overlaid and transferred onto an intermediate transfer member. In an image forming apparatus that collectively transfers a superimposed transfer image onto the same sheet-like medium to obtain a color image,
An image forming apparatus using the optical scanning device according to claim 1 as the optical scanning device.
請求項6記載の画像形成装置において、前記中間転写体が回転体として構成されており、1回転の長さをL、中間転写体の線速度をvとしたとき、以下の条件を満足することを特徴とする画像形成装置。
0.5 < L/v  < 5  [sec]
The image forming apparatus according to claim 6, wherein the intermediate transfer member is configured as a rotary member, rotation of the lengths L m, when the linear velocity of the intermediate transfer member was v m, satisfies the following conditions An image forming apparatus, comprising:
0.5 <L m / v m < 5 [sec]
請求項6記載の画像形成装置において、複数の像担持体ががシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色に対応し、且つそのうちブラックを基準色とし、ブラックに対する相対的な色ずれを補正することを特徴とする画像形成装置。7. The image forming apparatus according to claim 6, wherein the plurality of image carriers correspond to four colors of cyan, magenta, yellow, and black, and black is used as a reference color to correct a relative color shift with respect to black. An image forming apparatus comprising: 請求項6記載の画像形成装置において、前記位置ずれ検知手段の検知時間T(位置ずれ検知を開始して、検知完了までの時間)は以下の条件を満足することを特徴とする画像形成装置。
 < 10×(L/V
ここで、
:プリント出力用紙の出力方向の長さ、
:感光体の線速
7. The image forming apparatus according to claim 6, wherein a detection time T S (time from the start of the position shift detection to the completion of the detection) of the position shift detecting means satisfies the following condition. .
T S <10 × (L p / V p )
here,
L p : length of print output paper in the output direction,
v p : linear velocity of photoconductor
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