JP4815363B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力される画像信号に応じて光書き込みを行う光走査装置、及びこの光走査装置を備えた複写機、プリンタ、ＦＡＸ、印刷機（全てカラーも含む）等の画像形成装置に関する。

光ビーム走査装置を用いた画像形成装置では、光ビームを画像データにより変調し、偏向手段（以下ポリゴンミラー）を回転することにより主走査方向に等角速度偏向し、ｆθレンズにより等角速度偏向を等速度偏向に補正し、像担持体（以下感光体）上に走査するように構成されている。しかしながら、従来の装置において、レンズの特性のばらつきにより、機械毎に画像倍率が異なってしまう問題がある。また、特にプラスチックレンズを用いた場合には、環境温度の変化や、機内温度の変化等によって、プラスチックレンズの形状、屈折率が変化する。このため、感光体の像面での走査位置、及び主走査方向の倍率誤差が発生し、高品位の画像を得られなくなる。さらに、複数のレーザビーム、レンズを用いて、複数色の画像を形成する装置においては、それぞれの倍率誤差によって色ずれが発生し、高品位の画像を得られなくなる。従って、各色の画像倍率をできる限り合せる必要がある。

このようなことから、光ビームを走査することによって画像形成を行う画像形成装置において、環境温度の変化や、機内温度の変化等、様々な要因により発生する主走査方向の画像倍率誤差を補正する技術が、特許文献１あるいは２に記載されている。これら特許文献１及び２記載の発明は、２つの光ビーム検出手段のうち一方が光ビームを検出してから、他方が光ビームを検出するまでの時間を計測し、その結果によって画素クロック周波数を変更し、画像倍率を補正している。
特開２００２−９６５０２号公報 特開平９−５８０５３号公報

しかし、前記特許文献１及び２記載の発明では、光ビーム検出手段に入射する光ビームは、ｆθレンズを通っている。ここで前述しているように、環境温度の変化や、機内温度の変化等によってレンズの形状、屈折率が変化し、画像倍率が変化する。また、感光体上の画像位置については、走査開始側の位置はほとんど変化せず、走査終了側の位置が大きく変化してしまう。このような状況で画像品質を保つためには、２点間の計測、補正を頻繁に行う必要があるが、連続印刷時に画素クロック周波数を変更することは困難である。また、カラー画像形成装置、特に対向振分走査方式の画像形成装置では、倍率誤差がそのまま色ずれとなってしまう。カラー画像形成装置においては、倍率誤差より色ずれを抑えることが重要であり、常に色ずれがない状態を保つ必要がある。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、画像倍率補正の頻度を抑えた上で、できる限り画像品質を保つことができるようにすることにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、画像データに応じて点灯制御される光源と、前記光源から出力される光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、前記偏向手段により偏向された光ビームを等角速度走査から等速度走査に補正するｆθレンズと、前記偏向手段により偏向される光ビームを主走査線上の２カ所で検出する第１及び第２の光ビーム検出手段とを備えた光走査装置において、走査開始側の第１の光ビーム検出手段に入射する光ビームについては前記ｆθレンズを通さず、走査終了側の第２の光ビーム検出手段に入射する光ビームについてはｆθレンズを通し、前記第１の光ビーム検出手段が光ビームを検出してから前記第２の光ビーム検出手段が光ビームを検出するまでの時間差を計測する計測手段と、前記計測手段によって計測した時間差から主走査方向の画像倍率を補正する補正手段とを備え、前記補正手段が前記計測手段によって計測した時間差の計測結果から算出される倍率誤差の２倍分を補正することを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記補正手段が前記光ビームの点灯制御用クロックの周期を１カ所以上１画素単位で可変制御することにより画像倍率を補正することを特徴とする。

第３の手段は、画像形成装置において、第１又は第２の手段による光走査装置と、回転又は移動する像担持体上に前記光源から出力される光ビームを照射することにより潜像を形成し、この潜像を顕像化して可視画像を形成する作像手段とを備えていることを特徴とする。

なお、後述の実施形態では、光源はＬＤユニット１２０に、偏向手段はポリゴンミラー１０１に、ｆθレンズは符号１０３に、第１の光ビーム検出手段は第１の同期センサ１２３ａに、第２の光ビーム検出手段は第２の同期センサ１２３ｂに、ノンパワーのレンズはノンパワーレンズ１０３ａに、計測手段及び補正手段は倍率誤差検出部２０３に、像担持体は感光体１０６に、作像手段は帯電器１０７、現像ユニット１０８、転写器１０９、クリーニングユニット１１０及び除電器１１１に、それぞれ対応する。

本発明によれば、走査開始側の第１の光ビーム検出手段に入射する光ビームについてはｆθレンズを通らず、走査終了側の第２の光ビーム検出手段に入射する光ビームについてはｆθレンズを通ることから、第１の光ビーム検出手段で検出される側の光ビームは温度変動によって走査位置の変化は生じない。そのため、第１の光ビーム検出手段による検出信号によって画像データの書き込み制御を行う場合、画像倍率の変化が、ｆθレンズ主走査方向中央に対して走査開始側と走査終了側の両方に発生するため、画像倍率変化に伴う画像位置ずれが走査開始側と走査終了側に分散される。また、第１及び第２の光ビーム検出手段で検出された走査時間には、ｆθレンズの走査終了側の半分の変化分しか含まれないが、それを用いて画像倍率を補正することができ、画像倍率補正の頻度を抑えた上で、できる限り画像品質を保つことが可能となる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

１．第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図である。図１において、光学ユニットとして構成される光ビーム走査装置（光学ユニット）１は、画像データに基づいて点灯するレーザダイオード（以下ＬＤと称す）と、ＬＤから出射されたレーザビーム（以下、光ビームとも称す）Ｌを平行光束化する図示しないコリメートレンズと、副走査方向に平行な線状に焦点を結ぶ図示しないシリンダレンズと、シリンダレンズからの光が入射し、当該光を偏向するポリゴンミラー１０１と、ポリゴンミラー１０１を高速で回転駆動するポリゴンモータ１０２と、ポリゴンミラー１０１により偏向された光ビームの等角速度走査を等速度走査に変換するｆθレンズ１０３と、ＢＴＬ１０４と、ミラー１０５とからなる。このような構成により、ＬＤから出射された光ビームＬは、図示しないコリメートレンズにより平行光束化され、シリンダレンズを通り、ポリゴンモータ１０２によって回転するポリゴンミラー１０１によって偏向され、ｆθレンズ１０３及びＢＴＬ１０４を通って折り返しミラー１０５によって反射され、感光体上１０６を走査する。なお、ＢＴＬとは、Barrel Toroidal Lens（バレル・トロイダル・レンズ）の略で、副走査方向のピント合わせ（集光機能と副走査方向の位置補正（面倒れ等））を行っている。

感光体１０６の回りには、帯電器１０７、現像ユニット１０８、転写器１０９、クリーニングユニット１１０、及び除電器１１１が配置され、これらにより作像手段が構成され、通常の電子写真プロセスである帯電、露光、現像、転写によって記録紙Ｐ上に画像が形成される。そして図示しない定着装置によって記録紙Ｐ上の画像が定着される。

図２は画像形成装置における光ビーム走査装置、画像形成制御部及び光学ユニットを示す概略構成図である。この図は、図１の光ビーム走査装置１を上から見た平面図に、さらに周辺の制御系を付加したものである。制御系としては、プリンタ制御部２０１、画素クロック発生部２０２、倍率誤差検出部２０３、同期検出用点灯制御部２０４、ＬＤ制御部２０５、ポリゴンモータ駆動制御部２０６、及び書出開始位置制御部２０９が設けられている。プリンタ制御部は複数色に対して１つであるが、それ以外は複数色それぞれが同じものを備えている。なお、画素クロック発生部２０２は、さらに基準クロック発生部２０２１、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）クロック発生部２０２２及び位相同期クロック発生部２０２３から構成されている。また、光ビーム走査装置１の主走査方向両端部には光ビームを検出する第１及び第２の同期検知センサ１２３ａ，１２３ｂが設けられている。ＬＤユニット１２０から出射され、ポリゴンミラー１０１によって反射されてｆθレンズ１０３を透過した光ビームＬが第１及び第２のミラー１２１ａ，１２１ｂによって反射され、第１及び第２のレンズ１２２ａ，１２２ｂによって集光されて第１及び第２の同期検知センサ１２３ａ，１２３ｂにそれぞれ入射する。また、書出開始位置制御部２０９には、第１の同期センサ１２３ａからスタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰが、また、画素クロック生成部２０２から画素クロックＰＣＬＫが入力される。

この構成では、光ビームＬが、第１の同期検知センサ１２３ａに入射するとスタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰが出力され、第２の同期検知センサ１２３ｂに入射するとエンド側同期検知信号ＸＥＤＥＴＰが出力される。これらは倍率誤差検出部２０３に入力される。倍率誤差検出部２０３では、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰの立ち下がりエッジからエンド側同期検知信号ＸＥＤＥＴＰの立ち下がりエッジまでの時間を計測し、基準時間差と比較し、その差分に相当する補正量、具体的には、画素クロック周波数を変更する補正データを生成して画素クロック生成部２０２に送り、画像倍率を補正する。

補正データは、基準クロック発生部２０２１から出力される基準クロックＦＲＥＦの周波数設定値とＰＬＬ回路の分周比：Ｎの設定値の両方、もしくはどちらか一方である。

第１の同期検知センサ１２３ａから出力されるスタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰは、同時に画素クロック生成部２０２に送られる。画素クロック生成部２０２では、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰに同期した画素クロックＰＣＬＫを位相同期クロック発生部２０２３で生成し、ＬＤ制御部２０５及び同期検出用点灯制御部２０４に送る。同期検出用点灯制御部２０４は、最初にスタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰを検出するために、ＬＤ強制点灯信号ＢＤをＯＮしてＬＤを強制点灯させる。また、同期検出用点灯制御部２０４はスタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰを検出した以降の走査では、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰと画素クロックＰＣＬＫに基づいて、フレア光が発生しない程度で確実にスタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰが検出できるタイミングでＬＤ強制点灯信号ＢＤを生成し、ＬＤ制御部２０５に送る。また、エンド側同期検知信号ＸＥＤＥＴＰを検出する場合についても同様で、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰと画素クロックＰＣＬＫに基づいて、フレア光が発生しない程度で確実にエンド側同期検知信号ＸＤＥＴＰが検出できるタイミングでＬＤを点灯させるＬＤ強制点灯信号ＢＤを生成し、ＬＤ制御部に送る。

ＬＤ制御部２０５では、同期検知用点灯制御部２０４から出力される同期検知用強制点灯信号ＢＤ及び位相同期クロック発生部２０２３から出力される画素クロックＰＣＬＫに同期した画像信号に応じてレーザを点灯制御する。そして、ＬＤユニット１２０からレーザビームＬが出射され、ポリゴンミラー１０１で偏向され、ｆθレンズ１０３を通り、感光体１０６上を走査することになる。ポリゴンモータ制御部２０６は、プリンタ制御部２０１からの制御信号により、ポリゴンモータを規定の回転数で回転制御する。

図３は本実施形態に係る４ドラム方式のカラー画像形成装置、ここでは直接転写方式のタンデム形画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の４色の画像を重ね合わせたカラー画像を形成するために４組の画像形成部（感光体１０６、現像ユニット１０８、帯電器１０７、転写器１０９、図示しないクリーニングユニット１１０）と４組の光学ユニット（光ビーム走査装置１）を備えている。従って、図１に示した画像形成装置を４つ並べた構成であり、転写ベルトＢによって矢印方向に搬送される記録紙Ｐ上に１色目の画像を形成し、次に２色目、３色目、４色目の順に画像を転写することにより、４色の画像が重ね合わさったカラー画像を記録紙上に形成し、図示しない定着装置によって記録紙上の画像が定着される。

なお、転写ベルトＢはローラＲ間に張設され、搬送用モータＭによって駆動される。光学ユニットについては、図２に示したものが４組備えられている。この場合、各色で独立に光ビーム走査装置を備えているので、それぞれ倍率補正を行うことになる。

図４は書出開始位置制御部２０９の構成を示すブロック図である。書出開始位置制御部２０９は、主走査ライン同期信号発生部２０９１と主走査ゲート信号発生部２０９２と副走査ゲート信号発生部２０９３とからなる。主走査ゲート信号発生部２０９２は主走査カウンタ２０９２１、コンパレータ２０９２２及び主走査ゲート信号生成部２０９２３から構成され、副走査ゲート信号発生部２０９３は副走査カウンタ２０９３１、コンパレータ２０９３２及び副走査ゲート信号生成部２０９３３から構成されている。

主走査ライン同期信号発生部２０９１は主走査ゲート信号発生部２０９２内の主走査カウンタ２０９２１、副走査ゲート信号発生部２０９３内の副走査カウンタ２０９３１を動作させるための信号ＸＬＳＹＮＣを生成する。主走査ゲート信号発生部２０９２は主走査方向の画像書出タイミングを決定する信号ＸＬＧＡＴＥを生成する。副走査ゲート信号発生部２０９３は副走査方向の画像書出しタイミングを決定する信号ＸＦＧＡＴＥを生成する。

主走査ゲート信号発生部２０９２は、前記ＸＬＳＹＮＣと画素クロックＰＣＬＫで動作する主走査カウンタ２０９２１と、カウンタ値とプリンタ制御部からの第１の補正データを比較し、その結果を出力するコンパレータ２０９２２と、コンパレータ２０９２２の比較結果からＸＬＧＡＴＥを生成するゲート信号生成部２０９２３とから構成されている。副走査ゲート信号発生部２０９３は、プリンタ制御部２０１からの制御信号とＸＬＳＹＮＣと画素クロックＰＣＬＫで動作する副走査カウンタ２０９３１と、カウンタ値とプリンタ制御部２０１からの第２の補正データを比較し、その結果を出力するコンパレータ２０９３２と、コンパレータ２０９３２の比較結果からＸＦＧＡＴＥを生成するゲート信号生成２０９３３とから構成されている。書出開始位置制御部２０９は主走査については画素クロックＰＣＬＫの１周期単位、つまり１ドット単位で、副走査についてはＸＬＳＹＮＣの１周期単位、つまり１ライン単位で書出位置を補正できる。

図５は図２に示した画像形成装置の前段の一例を示すブロック図である。この画像形成装置の前段にはラインメモリ２１０が設けられ、ＸＦＧＡＴＥのタイミングで画像データを、ＸＬＧＡＴＥが‘Ｌ’の区間だけ画像クロックＰＣＬＫに同期して出力するようになっている。これにより前記出力された画像信号はＬＤ制御部２０５に送られ、そのタイミングでＬＤが点灯する。従って、プリンタ制御部２０１によってコンパレータ２０９２２，２０９３２に設定される補正データを変えることで、ＸＬＧＡＴＥ、ＸＦＧＡＴＥのタイミングを変更することができ、これにより画像信号の入力タイミングも変わり、主走査方向、副走査方向の画像書出開始位置が変わることになる。

図６は書出開始位置制御部２０９の信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。このタイミングチャートから分かるようにＸＬＳＹＮＣによってカウンタがリセットされ、画素クロックＰＣＬＫでカウントアップしていく。カウンタ値はプリンタ制御部２０１によって設定された補正データ（この場合‘Ｘ'）とコンパレータ２０９２２により比較されている。カウンタ値がＸと等しくなった時点でコンパレータ２０９２２よりその旨を示す出力がされ、ゲート信号生成部２０９２３によってＸＬＧＡＴＥが‘Ｌ'（有効）になる。ＸＬＧＡＴＥは主走査方向の画像幅分だけ‘Ｌ'となる信号である。副走査については、ＸＬＳＹＮＣでカウントアップしていくことが異なるが同等に動作する。

前記画素クロック生成部２０２は、先にも触れたが基準クロック発生部２０２１、ＶＣＯ（ Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）クロック発生部２０２２、及び位相同期クロック発生部２０２３から構成されている。

図７はＶＣＯクロック発生部（ＰＬＬ回路：Phase Locked Loop）２０２２の構成を示すブロック図である。ＶＣＯクロック発生部２０２２は基準クロック発生部２０２１からの基準クロック信号ＦＲＥＦと、ＶＣＬＫを１／Ｎ分周器２０２２１でＮ分周した信号を位相比較器２０２２２に入力する。位相比較器２０２２２では、両信号の立ち下がりエッジの位相比較が行われ、誤差成分を定電流出力する。そしてＬＰＦ（ローパスフィルタ）２０２２３によって誤差成分から不要な高周波成分や雑音が除去され、ＶＣＯ２０２２４に送られる。ＶＣＯ２０２２４ではＬＰＦ２０２２３の出力に依存した発振周波数を出力する。従って、プリンタ制御部２０１からＦＲＥＦの周波数と分周比：Ｎを変化させることによってＶＣＬＫの周波数を変更することができる。

位相同期クロック発生部２０２３では、画素クロック周波数の８倍の周波数に設定されているＶＣＬＫから、画素クロックＰＣＬＫを生成し、さらに、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰに同期した画素クロックＰＣＬＫを生成している。

図８は倍率誤差検出部２０３の詳細を示すブロック図である。倍率誤差検出部２０３は時間差カウント部２０３１と比較制御部２０３２とから構成され、時間差カウント部２０３１はさらにカウンタ２０３１１とラッチ２０３１２とから構成されている。これらの要素から構成された倍率誤差検出部２０３は、スタート側同期検知センサ１２３ａとエンド側同期検知センサ１２３ｂとの間で２点間計測が開始されると、まず、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰでカウンタ２０３１１がクリアされ、クロックＶＣＬＫでカウンタ２０３１１がカウントアップし、エンド側同期検知信号ＸＥＤＥＴＰの立ち下がりエッジでカウント値をラッチする。そして、倍率誤差検出部２０３は、カウント値（時間差：Ｔ）と予め設定してある基準カウント値（時間差Ｔ０）とを比較制御部２０３２で比較し、その差分データを倍率誤差データとして求める。この倍率誤差データは、プリンタ制御部２０１に送られる。プリンタ制御部２０１では、倍率誤差データからＦＲＥＦの周波数の設定値と分周比：Ｎを補正データとして画素クロック生成部２０２に送る。画素クロック生成部２０２では、前記補正データに基づいて画素クロックＰＣＬＫの周波数を変更し、出力する。

図９は環境変動（この場合、温度変動）による走査位置の変化を示す図である。同図から分かるようにｆθレンズ１０３の中央部については、温度変動によって走査位置はほとんど変化しない。しかし、第１及び第２の同期検知センサ１２３ａ，１２３ｂが設置されている端部については走査位置が大きく変化する。第１及び第２の同期センサ１２３ａ，１２３ｂの位置は変わらないので、温度変動によって同期センサ１２３ａ，１２３ｂに入射する時のポリゴンミラー１０１の角度が異なることになる。図９の第２の同期検知センサ１２３ｂに入射している３本の光ビームは、それぞれポリゴンミラーの角度が異なる場合を示している。この結果、第１の同期検知センサ１２３ａから第２の同期検知センサ１２３ｂの走査時間（カウント値）が変わることになる。これに対応するため本実施形態では、スタート側の第１の同期検知センサ１２３ａは、ｆθレンズ１０３を通過していない光ビームを検知している。即ち、ｆθレンズ１０３の端部に形成された平板１０３ａを通過したビームを検知している。このビームについては、温度変動によって走査位置は変化しない。そのため計測されたカウント値については、ｆθレンズ１０３の右半分の変化分しか含まないことになる。よって、変動分を２倍することで、左半分の変化分も補正できることになる。

補正前の周波数をｆｏとすると、補正後の周波数をｆ′は、
ｆ′ ＝ ｆｏ ×Ｔ０ ／（２Ｔ−Ｔ０）
で求めることができる。なお、本実施形態ではｆθレンズ１０３の特性が左右均等で、温度変化についても同等であるとして単純に２倍しているが、予め特性を測定し、その値を使って補正しても良いことはいうまでもない。

図１０は本実施形態における画像倍率補正の処理手順を示すフローチャートである。まず、プリンタ制御部２０１は当該プリンタ制御部２０１内に記憶してある補正データを各制御部に設定し、画素クロック周波数等を設定する（ステップＳ１０１）。この設定には、前回の補正動作によって決定した補正データを用いる。もしくは補正が一度も行われていなければ、予め設定しておくデフォルトを用いる。ポリゴンモータ制御部２０６はポリゴンモータ１０２を規定の回転数で回転させ、ＬＤ制御部２０５はスタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰが出力するようにＬＤを点灯させる（ステップＳ１０２）。そして、エンド側同期検知信号ＸＥＤＥＴＰも検出するためＬＤを点灯させ、倍率誤差検出部２０３はＸＤＥＴＰとＸＥＤＥＴＰとの出力時点を求め、スタート側とエンド側との２点間の時間差を計測する（ステップＳ１０３）。この計測結果から、プリンタ制御部２０１は画像倍率を補正する必要があるかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。この判断は、倍率補正分解能によって決定される。時間差から求められる誤差が補正分解能の１／２以上の誤差であれば、ＬＤ制御部２０５は、一旦、ＬＤを消灯し（ステップＳ１０５）、プリンタ制御部２０１は画像倍率を補正するために必要な周波数の設定値を算出して画素クロック生成部２０２に与える。画素クロック生成部２０２はこの設定値に基づいてあらためて、画素クロックＰＣＬＫを生成する（ステップＳ１０６）。そして再度、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰを検出するようにＬＤを点灯させ（ステップＳ１０７）、画像形成動作を開始する（ステップＳ１０８）。補正分解能の１／２より小さい誤差であれば、補正を行わず、ステップＳ１０４からステップＳ１０８にスキップして画像形成動作を開始する。そして、ステップＳ１０８で画像形成動作が終了した後（ステップＳ１０９）、ＬＤを消灯し、ポリゴンモータ１０２を停止し（ステップＳ１１０）、処理を終える。この制御は各色について行われる。

２．第２の実施形態
この第２の実施形態は、第１の実施形態において説明した画素クロックＰＣＬＫについて、さらに、プリンタ制御部２０１からの補正データにより、立ち上がりの位相をＶＣＬＫの半周期分だけ早めたり遅くしたりしている。

図１１は画素クロックＰＣＬＫのタイミングを示すタイミングチャートである。プリンタ制御部２０１からの補正データが、‘００ｂ’の場合は補正なし、‘０１ｂ’の場合は１／１６ＰＣＬＫ分だけ位相を遅らす（周期を長くする）、‘１０ｂ’の場合は１／１６ＰＣＬＫ分だけ位相を早める（周期を短くする）。補正データは画素クロックＰＣＬＫに同期して送られ、次のＰＣＬＫの立ち上がりエッジの位相が補正される。補正データが‘００ｂ’の場合、ＰＣＬＫはＶＣＬＫの８倍の周期となるが、補正データが‘０１ｂ’の場合はＶＣＬＫの半周期分、つまり１／１６ＰＣＬＫ分だけ立ち上がりエッジの位相が遅れている。以後、元のＰＣＬＫに対し、１／１６ＰＣＬＫ分だけ遅れることになる。図１１の例では、位相シフトを３回行っているので、トータル３／１６ＰＣＬＫ分だけＰＣＬＫの位相が遅れる、つまり、画像倍率が３／１６ＰＣＬＫ分だけ補正されたことになる。

本実施形態の場合、前述の第１の実施形態と同様、倍率誤差検出部２０３で倍率誤差データを求め、プリンタ制御部２０１に送る。プリンタ制御部２０１では、倍率誤差データから周期を可変する画素数と、位相を早めるか遅らすかを算出し、補正データとして位相同期クロック発生部２０２３に送る。位相同期クロック発生部２０２３では、図１１に示したタイミングチャートのように、画素クロックＰＣＬＫの周期を変更し、画像倍率を補正する。例えば、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰからエンド側同期検知信号ＸＥＤＥＴＰまでの基準カウント値（基準時間差：Ｔ０）‘２００００’として、補正を実行した時に計測した値が‘２０００５’だったとする。この場合、
（２０００５−２００００）×２＝１０ＶＣＬＫ
分だけ画像が縮んでいることになる。よって、１／１６ＰＣＬＫ×２０だけ位相を遅らす（周期を延ばす）ことになる。

図１２は周期を変化させる画素を示すが、仮にＸＤＥＴＰとＸＥＤＥＴＰとの２点間に相当するドット数を３２ドットとする。ＰＣＬＫ１６パルス中、４つのパルスについて位相を補正する。このとき、４画素連続してＰＣＬＫの周期を変更すると、全体として倍率は補正されているが、その箇所の画像が局所的に延びたり（縮んだり）してしまう。そこで、
可変画素の周期＝画像幅／可変画素数
＝３２／４
＝８
という計算式により、８ドット周期で変化させることによって、周期を変化させる画素を画像幅内に均等に分散させることができる。周期を算出する式については、特に前記式に限定するわけではなく、画像領域内で分散させることができればどのような式を導入しても良いことはいうまでもない。

また、本実施形態では、画素クロックの周波数の変更と併用して倍率を補正しても良い。その場合、画素単位での周期の変更は、画素クロック周波数の可変ステップの間を補う時に使用すれば、精度（分解能）の向上になる。

また、本実施形態では、周期を変更する画素を画像幅内に均等に分散させ、さらに、主走査ライン毎にその位置を変更し、周期を変更する画素が副走査方向に同じ位置にならないようにしても良い。

図１３はこの例を示す図である。図１３において、２点間距離は３２ドットとし、８ドット周期で変更する画素を４画素挿入することとする。画素クロックＰＣＬＫで動作するカウンタによって周期を変更する画素の位置を決定し、１ライン目では、‘１’からカウントアップし、カウンタ値が‘８’、‘１６’、‘２４’、‘３２’、の時に周期を変更する。２ライン目以降は、 位置の可変量＝可変画素の周期×３／７
＝８×３／７
≒３
とい計算式により、ライン毎に３ドットずつ位置を変更していく。変更量が変更画素の周期を超えた場合には、超えた分だけ、初期（１ライン目）に対して変更していく。具体的には、１ライン目では、‘１’からカウントアップしていたのに対し、２ライン目では、３ドットだけずらすため、カウンタのスタート値を‘１＋３＝４’とする。これにより、３ドット分だけ周期を変更する画素の位置がずれる（早まる）。３ライン目では、さらに３ドットだけずらすため、カウンタのスタート値を‘４＋３＝７’とする。これにより、さらに３ドット分だけ周期を変更する画素の位置がずれる（早まる）。４ライン目では、‘７＋３＝１０’となるが、変更する画素の周期＝８を超えているので、超えた分‘１０−８＝２’をカウンタのスタート値とする。

以上のようにカウンタのスタート値をライン毎に変えることによって周期を変更する画素の位置を変える。位置の可変量を算出する式については、特にこれに限定するわけではなく、ライン毎にランダムに位置が変更できれば良い。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

３．第３の実施形態
図１４は第３の実施形態に係る直接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置の概略構成を示す図である。この実施形態は、第１の実施形態に対して、画像位置ずれ補正用パターンを検出するための第１及び第２のセンサ１２６ａ，１２６ｂを設けたものである。これら第１及び第２のセンサ１２６ａ，１２６ｂの検出出力がプリンタ制御部２０１の入力となる。第１及び第２のセンサ１２６ａ，１２６ｂは反射型の光学センサであり、転写ベルトＢ上に形成された画像位置ずれ補正用パターン（横ラインパターンと斜め線パターン）を検出し、その検出結果に基づき、プリンタ制御部２０１が各色間の主走査方向、副走査方向の画像位置ずれ、主走査方向の画像倍率を補正する。画像位置ずれ補正用パターンは図１５に示すように副走査方向に予め設定された間隔で形成されている。位置ずれ補正用パターンは主走査方向に所定の長さを有し、転写ベルトＢの両端部それぞれ形成される横ラインパターンＢＫ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１、ＢＫ３，Ｃ３，Ｍ３，Ｙ３と、前記パターン群の副走査方向であって転写ベルトＢの回転方向下流側に転写ベルトの長手方向（回転方向）に対して４５°傾けてそれぞれ形成される斜め線パターンＢＫ２，Ｃ２，Ｍ２，Ｙ２、ＢＫ４，Ｃ４，Ｍ４，Ｙ４を含む。第１のセンサ１２６ａで一方端に形成された補正用パターンＢＫ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１、ＢＫ２，Ｃ２，Ｍ２，Ｙ２を検出し、第２のセンサ１２６ｂで他方端に形成された補正用パターンＢＫ３，Ｃ３，Ｍ３，Ｙ３、ＢＫ４，Ｃ４，Ｍ４，Ｙ４を検出する。これらの検出出力に基づいてプリンタ制御部２０１で色ずれ（位置ずれ）量を算出する。この色ずれ補正については後述する。

また、この実施形態では、図１６の画像形成装置における光ビーム走査装置、画像形成制御部及び光学ユニットを示す概略構成図に示すように、第１及び第２のセンサ１２６ａ，１２６ｂの検知出力がプリンタ制御部２０１に入力される。そして、書出開始位置制御部２０９には、第１の同期センサ１２３ａからスタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰが、また、画素クロック生成部２０２から画素クロックＰＣＬＫが入力される。

なお、画像形成装置、光ビーム走査装置、画像形成制御部については、第１の実施形態と同様である。但し、光ビーム走査装置、画像形成制御部について、ブラックについては、図１６に示すように図２と同じ構成になるが、その他の色については、第２の同期センサ１２３ｂ、第２のレンズ１２２ｂ、第２のミラー１２１ｂ２及び倍率誤差検出部２０３は設けられていない。また、プリンタ制御部２０１については、各色共通である。

このように構成されたカラー画像形成装置では、第１及び第２のセンサ１２６ａ，１２６ｂで検出した画像位置ずれ補正用パターンＢＫ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１、ＢＫ２，Ｃ２，Ｍ２，Ｙ２、ＢＫ３，Ｃ３，Ｍ３，Ｙ３、ＢＫ４，Ｃ４，Ｍ４，Ｙ４の信号は、プリンタ制御部２０１に送られ、ＢＫに対する各色のずれ量（時間）が算出される。斜め線パターンＢＫ２，Ｃ２，Ｍ２，Ｙ２、ＢＫ４，Ｃ４，Ｍ４，Ｙ４は、主走査方向の画像位置、画像倍率がずれることで検出タイミングが変わり、横ラインパターンは、副走査方向の画像位置がずれることで検出タイミングが変わる。

具体的には、主走査方向については、パターンＢＫ１からパターンＢＫ２の時間を基準とし、パターンＣ１からパターンＣ２の時間と比較し、そのずれ分ＴＢＫＣ１２を求める。さらにパターンＢＫ３からパターンＢＫ４の時間を基準とし、パターンＣ３からパターンＣ４の時間と比較し、そのずれ分ＴＢＫＣ３４を求める。すると、‘ＴＢＫＣ３４−ＴＢＫＣ１２’がシアン画像のブラック画像に対する倍率誤差となるので、その量に相当する分だけ画素クロックの周波数を変更することになる。そして補正後の画素クロックを用いて同じパターンを形成し、同様にＴＢＫＣ１２とＴＢＫＣ３４を求める。‘（ＴＢＫＣ３４＋ＴＢＫＣ１２）／２’がシアン画像のブラック画像に対する主走査ずれとなり、そのずれ量分だけ書出開始タイミングを書込クロックの１周期単位で変更する。以上、シアン画像について述べたが、マゼンタ、イエローについても同様である。

副走査方向については、各色の位置にずれが生じていないときの理想の時間間隔をＴｃとし、パターンＢＫ１からパターンＣ１の時間をＴＢＫＣ１、パターンＢＫ３からパターンＣ３の時間をＴＢＫＣ３とすると、‘（（ＴＢＫＣ３＋ＴＢＫＣ１）／２）−Ｔｃ’がシアン画像のブラック画像に対する副走査ずれとなり、その分だけ書出開始タイミングを１ライン単位で変更することになる。この考え方もマゼンタ、イエローについて同様である。

なお、倍率誤差の検出と主走査ずれの検出を、別のパターンを用いて行った例を示したが、倍率誤差補正による時間変化分を求めることによって倍率誤差の補正と主走査位置の補正を同じパターンで行うことができる。

図１７は本実施形態における補正処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順では、第１の実施形態における図１０の画像倍率補正の処理手順に対してステップＳ１０３の処理に代えてステップＳ１０３ａでＢＫでの処理を、また、ステップＳ１０８の処理に代えてステップＳ１０８ａで画像位置補正動作の処理を実行し、ステップＳ１０９の画像形成終了の判定処理を省略したものである。これは、ステップＳ１０３ａでブラックのみ２点間計測を行っているためである。すなわち、本実施形態では画像位置補正動作（ステップＳ１０８ａ）の前にステップＳ１０３ａを実施して２点間計測による倍率補正を行う。この倍率補正は第１の実施形態における処理とは異なり、ブラックについてのみ行う。その他の各処理は第１の実施形態と同様である。

また、図１８は本実施形態における画像形成動作の処理手順を示すフローチャートである。この画像形成動作の処理手順では、図１０のフローチャートにおけるステップＳ１０１，Ｓ１０２、ステップＳ１０８ないしステップＳ１１０の処理を行う。ただし、図１７で示す画像位置補正動作を行っているので、２点間計測による倍率補正を行わない。代わりに、画像位置補正動作によって算出された画素クロック周波数に基づいて設定する。

なお、本実施形態では、１色（ここではブラック）のみについて２点間計測を行って画像位置補正を行っているが、第１の実施形態のように各色とも図１６に示した光ビーム走査装置１及び画像形成制御部を備えた構成とすることもできる。図１９は、その際の制御手順を示すフローチャートである。この処理手順では、第１の実施形態と同様の倍率補正動作を各色について行った後（ステップＳ１０１−ステップＳ１０７）、画像位置補正動作を行う（ステップＳ１０８ａ）。画像形成動作自体は第１の実施形態と同等の工程で実行される。

４．第４の実施形態
図２０は第４の実施形態に係る直接転写方式のタンデム型の画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像を重ね合わせたカラー画像を形成するために４組の画像形成部と１つの光ビーム走査装置を備えている。各色とも、感光体の回りには、帯電器、現像ユニット、転写器、クリーニングユニット、除電器が備わっており、通常の電子写真プロセスである帯電、露光、現像、転写により記録紙上に画像が形成される。転写ベルトによって矢印方向に搬送される記録紙上に１色目の画像を形成し、次に２色目、３色目、４色目の順に画像を転写することにより、４色の画像が重ね合わさったカラー画像を記録紙上に形成することができる。そして図示していないが定着装置によって記録紙上の画像が定着される。図１に示した第１の実施形態とはレーザビーム走査装置が異なり、感光体回りの画像形成部については同様なので説明は省略する。

本実施形態のレーザビーム走査装置１は、１つのポリゴンミラー１３０１を用いて、ポリゴンミラー１３０１面の上方と下方で異なる色のレーザビームＬ１，Ｌ２を偏向走査させ、さらに、ポリゴンモータ１３０７によって回転駆動されるポリゴンミラー１３０１を中心に対向振分走査させることで、４色分のレーザビームＬをそれぞれの感光体上１０６ＢＫ，１０６Ｃ，１０６Ｍ，１０６Ｙ（以下、１０６ＢＫＣＭＹのように色の略称によって各色に対する各部の対応関係を示す。）を走査する。各色のレーザビームは、ポリゴンミラー１３０１によって偏向し、ｆθレンズ１３０２ＢＫＣ，１３０２ＭＹを通り、第１ミラー１３０３ＢＫＣＭＹ、第２ミラー１３０４ＢＫＣＭＹで折り返され、ＢＴＬ１３０５ＢＫＣＭＹを通り、第３ミラー１３０６ＢＫＣＭＹで折り返され、感光体１０６ＢＫＣＭＹ上を走査する。

なお、感光体１０６ＢＫＣＭＹの周りには、帯電器１０７ＢＫＣＭＹ、現像ユニット１０８ＢＫＣＭＹ、転写器１０９ＢＫＣＭＹ、クリーニングユニット１１０ＢＫＣＭＹ、及び除電器１１１ＢＫＣＭＹがそれぞれ配置されている。

図２１は光ビーム走査装置を示すが、図２０の光ビーム走査装置を上から見た図である。なお、図２０では符号は省略している。ＬＤユニットＹ及びＬＤユニットＢＫからの光ビームは、ＣＹＬ（シリンダレンズ）を通り、反射ミラーによってポリゴンミラーの下方面に入射し、ポリゴンミラーが回転することにより光ビームを偏向し、ｆθレンズを通り、第１ミラーによって折り返される。ＬＤユニットＭ及びＬＤユニットＣからの光ビームは、ＣＹＬ（シリンダレンズ）を通り、ポリゴンミラーの上方面に入射し、ポリゴンミラーが回転することにより光ビームを偏向し、ｆθレンズを通り、第１ミラーによって折り返される。本実施形態では、主走査方向書出両端部にはＣＹＭ１＿ＢＫＣ、ＣＭＹ１＿ＭＹ、ＣＹＭ２＿ＢＫＣ、ＣＭＹ２＿ＭＹ（シリンダミラー）、同期センサ１＿ＢＫＣ、同期センサ１＿ＭＹ、同期センサ２＿ＢＫＣ、同期センサ２＿ＭＹが備わっており、ｆθレンズを通った光ビームがＣＹＭ１＿ＢＫＣ、ＣＭＹ１＿ＭＹ、ＣＹＭ２＿ＢＫＣ、ＣＭＹ２＿ＭＹによって反射集光されて、同期センサ１＿ＢＫＣ、同期センサ１＿ＭＹ、同期センサ２＿ＢＫＣ、同期センサ２＿ＭＹに入射するような構成となっている。同期センサ１＿ＢＫＣ、同期センサ１＿ＭＹは、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰを検出するための同期検知センサの役割を果たしていて、同期センサ２＿ＢＫＣ、同期センサ２＿ＭＹは、エンド側同期検知信号ＸＥＤＥＴＰを検出するための同期検知センサの役割を果たしている。また、ＬＤユニットＣからの光ビームとＬＤユニットＢＫからの光ビームでは、共通のＣＹＭ１＿ＢＫＣ、ＣＹＭ２＿ＢＫＣ、同期センサ１＿ＢＫＣ、同期センサ２＿ＢＫＣを使用している。ＬＤユニットＹとＬＤユニットＭについても同様である。同じセンサに２つの光ビームが入射することになるので、それぞれ検出できるように、それぞれ入射するタイミングが異なるようにしてある。しかし、各色の光ビームに対し、それぞれセンサを設けるようにしてもかまわない。図からも分かるように、ＣとＢＫに対し、ＹとＭが逆方向に走査している。

画像形成制御部については、同じ同期検知センサに２つの光ビームが入射する構成にした場合は、スタート側同期検知信号ＸＤＥＴＰをそれぞれの色の同期検知信号に分離するための分離回路を備える必要があり、図２に示した画像形成制御部において、図示しない分離回路によって分離した各色の同期検知信号を各色の位相同期クロック発生部、同期検出用点灯制御部、及び倍率誤差検出部に送ることになる。各色の光ビームに対し、それぞれ同期検知センサを設けるようにした場合は、各色とも第２図と同じ構成となる。

本構成の画像形成装置の場合、ＢＫを基準に考えると、ＢＫに対して走査方向が逆のＹ、Ｍについては、画像倍率が変化するとその分、主走査方向の画像位置ずれとなってしまう。Ｃについては、倍率変化分が同じであれば、位置ずれとはならない。よって、倍率補正精度がそのまま主走査位置ずれ補正精度にも影響を及ぼすことになる。

本実施形態においても、第３の実施形態における補正手段が適用できる。第３の実施形態では、何かの不具合で１色でも２点間計測が正常に行われなかった場合は、全ての色について補正を行わなかったが、本実施形態の場合、同走査方向に色について、２点間計測が正常に行われなかった場合についてのみ、補正を行わず、走査方向が逆に色については、２点間計測結果によって補正を行う。

その他、特に説明しない各部は前述の第１及び第３の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

以上のように第１ないし第４の実施形態によれば、
１）画像倍率補正の頻度を従来よりも少なくした上で、できる限り画像品質を保つことができる。
２）色ずれ補正の頻度を従来よりも少なくした上で、できる限り画像品質を保つことができる。
３）容易に倍率補正を行うことができる。
４）倍率誤差、画像位置の補正精度を向上させることができる。
等の効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置における光ビーム走査装置、画像形成制御部及び光学ユニットを示す概略構成図である。 第１の実施形態に係るタンデム型の画像形成装置を示す概略構成図である。 図２における書出開始位置制御部の構成を示すブロック図である。 図２に示した画像形成装置の前段の一例を示すブロック図である。 図２及び図４の書出開始位置制御部の信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。 図２におけるＶＣＯクロック発生部を示すブロック図である。 図２の倍率誤差検出部の詳細を示すブロック図である。 図２の画像形成装置におけるｆθレンズの環境変動（温度変動）による走査位置の変化を示す図である。 第１の実施形態における画像倍率補正の処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態における位相同期クロック発生部から出力される画素クロックＰＣＬＫの出力タイミングを示すタイミングチャートである。 周期を変化させる画素を示す図である。 周期を変化させる画素を画像幅内に均等に分散させ、さらに、主走査ライン毎にその位置を変化させ、周期を変化させる画素が副走査方向に同じ位置にならないようにする例を示す図である。 第３の実施形態に係る直接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置の概略構成を示す図である。 転写ベルト上に形成する画像位置ずれ補正用パターンを示す図である。 第３の実施形態に係る画像形成装置における光ビーム走査装置、画像形成制御部及び光学ユニットを示す概略構成図である。 第３の実施形態における補正処理の処理手順を示すフローチャートである。 第３の実施形態における画像形成動作の処理手順を示すフローチャートである。 第３の実施形態の変形例における補正処理の処理手順を示すフローチャートである。 第４の実施形態に係る直接方式のタンデム型の画像形成装置を示す概略構成図である。 図２０の光ビーム走査装置を上から見た図である。

符号の説明

１ 光ビーム走査装置
１０１ ポリゴンミラー
１０３ ｆθレンズ
１０３ａ ノンパワーレンズ
１０６ 感光体ドラム
１０７ 帯電器
１０８ 現像ユニット
１０９ 転写器
１１０ クリーニングユニット
１１１ 除電器
１２０ ＬＤユニット
１２３ａ，１２３ｂ 同期検知センサ
１２６ａ，１２６ｂ センサ
２０１ プリンタ制御部
２０２ 画素クロック生成部
２０３ 倍率誤差検出部
２０４ 同期検知用点灯制御部
２０５ ＬＤ制御部
２０６ ポリゴンモータ制御部
２０９ 書出開始位置制御部
２０２１ 基準クロック発生部
２０２２ ＶＣＯクロック発生部
２０２３ 位相同期クロック発生部

Claims (3)

1. 画像データに応じて点灯制御される光源と、
   前記光源から出力される光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段により偏向された光ビームを等角速度走査から等速度走査に補正するｆθレンズと、
   前記偏向手段により偏向される光ビームを主走査線上の２カ所で検出する第１及び第２の光ビーム検出手段と、
   を備えた光走査装置において、
   走査開始側の第１の光ビーム検出手段に入射する光ビームについては前記ｆθレンズを通さず、走査終了側の第２の光ビーム検出手段に入射する光ビームについてはｆθレンズを通し、
   前記第１の光ビーム検出手段が光ビームを検出してから前記第２の光ビーム検出手段が光ビームを検出するまでの時間差を計測する計測手段と、
   前記計測手段によって計測した時間差から主走査方向の画像倍率を補正する補正手段とを備え、
   前記補正手段が前記計測手段によって計測した時間差の計測結果から算出される倍率誤差の２倍分を補正することを特徴とする光走査装置。
2. 前記補正手段が前記光ビームの点灯制御用クロックの周期を１カ所以上１画素単位で可変制御することにより画像倍率を補正することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 請求項１または２に記載の光走査装置と、
   回転又は移動する像担持体上に前記光源から出力される光ビームを照射することにより潜像を形成し、この潜像を顕像化して可視画像を形成する作像手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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