JP3567645B2

JP3567645B2 - 画像記録装置

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Publication number: JP3567645B2
Application number: JP26688696A
Authority: JP
Inventors: 秀樹福永; 英彦山口
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2016-10-08
Also published as: JPH10109440A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザアレイを備えた画像記録装置に関し、特に、高画質および高密度の画像記録を高速で実現することができ、且つ、各半導体レーザ素子の光量のバラツキや変動による画質劣化を防いだ画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真方式による光プリンタやディジタル複写機等の画像記録装置では、画質の向上が要求され、記録画像の高精度化、すなわち高密度化等を達成するための技術開発が進んでいる。
【０００３】
従来の画像記録装置として、ポリゴンミラーを有したレーザビーム走査装置を用いたものが知られている。この画像記録装置は、レーザ光源から画像信号に応じて変調されたレーザビームを出射し、このレーザビームをポリゴンミラーで主走査方向に走査して副走査方向に回転する感光体ドラムを露光し、感光体ドラム上に静電潜像を形成し、この静電潜像に基づいて画像記録を実現している。
【０００４】
しかし、レーザビーム走査装置を用いた画像記録装置によると、ポリゴンミラーの回転速度の高速化の制約により、記録速度の高速化に限界がある。また、ポリゴンミラーを回転させるモータの騒音や信頼性の点で問題を生じている。
【０００５】
そこで、記録速度の高速化を図るため、ポリゴンミラーを使用しないで記録画像のパターンに応じて駆動されることにより複数の光ビームを出射するアレイ状光源を使用した画像記録装置が検討されている。
【０００６】
このポリゴンミラーを使用しない従来の画像記録装置として、ＬＥＤアレイや蛍光表示管、液晶シャッターアレイ等のイメージバーを用いたものが提案されているが、これらは光量の少ない点から高速化に限界があり、更に、高解像度のための微小スポットの形成やスポットの集積化が困難である。
【０００７】
そこで、そのような問題に対処してなされた従来の画像記録装置として、例えば、特開昭６４−４２６６７号公報に示されるものがある。この画像記録装置は、半導体レーザ素子をアレイ状に配列して成るレーザアレイを感光体ドラムに近接配置して感光体ドラムを直接露光する構成を有している。この画像記録装置によると、レーザアレイを高速で駆動し、感光体ドラムをレーザアレイの駆動速度に応じた回転速度で駆動することによって高速の画像記録が行える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の画像記録装置によると、レーザアレイを感光体ドラムに直接対面させて配置しているので、レーザアレイから出射されるレーザビームの結像度が十分でないことから、例えば、昨今要求されている１２００ｄｐｉといった高密度の画像記録を高画質で行うことができない。一方、レーザアレイと感光体ドラムの間にセルフォックレンズアレイを配置して結像度を上げようとしても、各レンズ素子が画素密度の高密度化に伴ってレンズ口径が小さくなるので、ＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）が低下して記録密度が低下する。
【０００９】
また、レーザアレイの各半導体レーザ素子間に光量のバラツキがあるため、画質を劣化させるという問題を生ずる。また、レーザアレイの使用条件の違いやレーザアレイの各半導体レーザ素子の雰囲気温度が変化したり、各半導体レーザ素子の経時的な特性が変化すると、光量が変動して画質を劣化させるという問題を生ずる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、高画質及び高密度の画像記録を高速で実現することができる画像記録装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、光量のバラツキや変動による画質劣化を防ぐことができる画像記録装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点に鑑み、上記の目的を達成するため、複数の半導体レーザ素子を少なくとも主走査方向にアレイ状に配列したレーザアレイと、前記複数の半導体レーザ素子から出射される各レーザビームによって複数の光スポットが露光され、前記レーザアレイと相対的に副走査方向に移動することによって画像信号に応じた静電潜像が形成される感光体とを備えた画像記録装置において、前記レーザアレイの前記主走査方向の両端に位置する半導体レーザ素子を含む前記複数の半導体レーザ素子から出射される前記各レーザビームを、口径内に含むとともに共通の集光点に集光する集光手段と、前記集光点、或いはその近傍に配置され、この配置位置において前記複数のレーザビームを含むのに十分大きい口径を有して前記各レーザビームを前記感光体上に結像させる結像手段と、前記各レーザビームの光量を個別に検出する光検出手段と、前記光検出手段が検出した前記各レーザビームの光量に基づいて前記複数の半導体レーザ素子の駆動条件を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録装置を提供する。
上記構成によれば、レーザアレイを用いることで、ビーム光量が多くなるので、画像記録の高速化が可能となり、高密度化のためのスポットの集積化が可能となる。また、画素密度に応じて配置された半導体レーザ素子から出射された各レーザビームを集光点に集光させ、集光点あるいはその近傍に配置した結像レンズ系によって感光体上に結像するようにしたので、レーザビームのビーム径に対して十分大きな口径を有した結像レンズ径を使用することが可能になり、ＭＴＦおよび焦点深度を画素密度に応じた値にすることができる。その結果、高画質および画素密度の高い画像を高速で記録することが可能となる。また、所定のタイミングで、各レーザビームの光量を個別に検出し、この検出結果に基づいて各半導体レーザ素子の駆動条件を制御することで、各レーザビームの光量のバラツキや変動を少なくして画質劣化を防ぐことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図である。なお、同図において、Ｘは光軸方向、Ｙは主走査方向、Ｚは副走査方向をそれぞれ示す。
この画像記録装置１Ａは、ｎ×ｍ個の面発光半導体レーザ素子（以下「レーザ素子」と略す。）２ａをアレイ状に配置し、各レーザ素子２ａからレーザビーム３を同時に独立して出射可能な半導体レーザアレイ２と、各レーザ素子２ａから出射された複数のレーザビーム３を結像レンズ系５の主点である集光点４ａを集光させるフィールドレンズ等の集光レンズ系４と、個々のレーザビーム３を発散光から収束光に変換して感光体ドラム７上に集光させ、かつレーザ素子２ａの発光パターンを所望の倍率にて投影させる結像レンズ系５と、主走査方向Ｙおよび副走査方向Ｚの投影倍率を変えるアフォーカルレンズ６と、レーザビーム３によって露光されることにより静電潜像を形成する感光体ドラム７と、各レーザビーム３の光量を個別に検出する光量検出ユニット１０Ａとを備えている。
【００１４】
また、この画像記録装置１Ａは、感光体ドラム７の周囲に、帯電器、現像器、転写器等を設け、転写器の前段には給紙部、転写部の後段には定着器、排紙部等を設けている。これらの各ユニットは、説明上図示を省略する。
【００１５】
結像レンズ系５は、例えば、オルソメタレンズ群、クセノタール系レンズ、あるいはダブルガウス系レンズが適用される。なお、結像レンズ系５は、集光点４ａ近傍に配置されてもよい。
【００１６】
感光体ドラム７は、例えば、３００ｍｍの長さを有し、図示しない支持ローラによって回転可能に支持され、レーザビーム３の結像点５ａが感光体面７ａと一致するように位置決めされている。
【００１７】
光量検出ユニット１０Ａは、主走査方向Ｙに平行に配置されたガイドレール１００と、ガイドレール１００に沿って主走査方向Ｙに移動する支持台１０１と、支持台１０１に支持され、各レーザビーム３の光量を個別に検出する光検出器１０２と、主走査方向Ｙに互いに離間して配置された一対のプーリ１０３Ａ、１０３Ｂと、プーリ１０３Ａを回動させるパルスモータ、ＤＣサーボモータ等のモータ１０４と、一対のプーリ１０３Ａ、１０３Ｂ間に張架されたベルト１０５と、支持台１０１とベルト１０５とを連結する連結部材１０６とを備えている。
【００１８】
光検出器１０２は、集光レンズ系４、結像レンズ系５およびアフォーカルレンズ６を通過し、感光体ドラム７に照射される直前の各レーザビーム３の光量を検出できるよう配置される。
【００１９】
図２はレーザアレイ２の要部正面図である。
レーザアレイ２は、主走査方向Ｙに沿って所定の間隔で設けられたｎ本のＹ方向基線Ｎと、Ｙ方向基線Ｎに対して角度θを有した所定の間隔で設けられたｍ本のθ方向基線Ｍとの各交点にｎ×ｍ個の開口径Ｄのレーザ素子２ａを形成している。例えば、長さ３００ｍｍの感光体ドラムに６００ｄｐｉの解像度で画像記録を行う場合、レーザアレイ２のスポット数は７２００個となり、３インチウェハを用いた場合、ｎを６以上、ｍを１２００以下、θ方向基線Ｍの間隔を４０μｍとすると、主走査方向Ｙの全長は５０ｍｍ以下となる。また、スポット間隔を更に狭くすることが可能である場合は、ｎを６以下にしても良い。また、更に高解像度の１２００ｄｐｉで画像記録を行う場合も、主走査方向Ｙの全長が５０ｍｍ以下となるようにレーザ素子２ａを主走査方向Ｙと副走査方向Ｚに配列させるのが良い。また、４インチウェハを用いる場合には、主走査方向の全長が７０ｍｍ以下となるようにレーザ素子２ａを配列させることが望ましい。
【００２０】
図３は光検出器１０２の受光面を示す図である。
光検出器１０２は、副走査方向Ｚの全てのレーザビーム３が入射するように構成された矩形状（円形状）の単一の光検出素子１０２ａを備えている。レーザアレイ２は、主走査方向Ｙおよび副走査方向Ｚに２次元状に配列されているが、副走査方向Ｚの長さが主走査方向Ｙに比べて十分短いため、このように構成しても支障なくレーザビーム３の光量を個別に検出することができる。
【００２１】
図４はこの装置１Ａの制御系の主要部を示すブロック図である。
この装置１Ａは、装置１Ａ全体の制御を行うＣＰＵ２０を有し、ＣＰＵ２０のバス２０ａに、ＣＰＵ２０のプログラム（テストモード用のプログラム、画像記録モード用のプログラム等）を記憶するＲＯＭ２１と、各種の情報を記憶するＲＡＭ２２と、Ａ／Ｄ変換器２３を介して光検出器１０２から出力される検出値をラッチするラッチ回路２４と、モータ１０４を駆動するモータ駆動回路２５と、基本クロックを出力するクロック発生回路２６と、Ｄ／Ａ変換器２７を介して接続され、レーザアレイ２を駆動する駆動信号を出力するレーザ駆動回路２８と、補正データメモリ２９と、画像信号を記憶した画像メモリ２０と、画像メモリ２０から画像信号を読み出し、その画像信号を処理して記録パターンに応じた記録信号を出力する信号処理回路３１とを接続している。
【００２２】
ＲＡＭ２２には、各レーザ素子２ａ毎に所定の光量の基準値が予め記憶されている。この基準値は、各レーザ素子２ａについて同一のものであってもよく、装置１Ａ各部の特性等に応じて異なるものであってもよい。
【００２３】
補正データメモリ２９には、各レーザ素子２ａの駆動電流値の情報が補正データとして予め記憶されている。
【００２４】
ＣＰＵ２０は、オペレータによって本装置１Ａの電源が投入された際、テストモードを実行し、オペレータの記録操作によって画像記録モードを実行するようになっている。
【００２５】
次に、本装置１Ａの動作を図５を参照して説明する。
図５は光検出器１０２のホームポジションを示す概略図である。
（１）テストモード
オペレータが、本装置１Ａの電源を投入すると、ＣＰＵ２０に装置起動信号が入力される。ＣＰＵ２０は、その装置起動信号に基づき、ＲＯＭ２１に記憶されているテストモード用のプログラムに従い、以下に説明する如くテストモードを実行する。
光検出器１０２は、図５に示すように、レーザビーム３ａ、３ｂ、３ｃの外側に位置するホームポジションで待機している。
ＣＰＵ２０は、補正データメモリ２９に予め記憶されている補正データをＤ／Ａ変換器２７に出力する。Ｄ／Ａ変換器２７は、補正データメモリ２９からの補正データをデジタルからアナログに変換してレーザ駆動回路２８に出力する。レーザ駆動回路２８は、Ｄ／Ａ変換器２７の出力に基づき、クロック発生回路２６から出力される基本クロックに同期してレーザアレイ２の各レーザ素子２ａを順次駆動し、各レーザ素子２ａは順次発光してレーザビーム３を順次出射する。
【００２６】
一方、ＣＰＵ２０は、各レーザ素子２ａの順次発光に同期するよう光検出器１０２を主走査方向Ｙへ移動させる。すなわち、ＣＰＵ２０は、モータ駆動回路２５を制御してモータ１０４を駆動させる。モータ１０４の駆動によりプーリ１０３Ａが回転すると、ベルト１０５が走行し、連結部材１０６が支持台１０１をガイドレール１００に沿って移動させる。光検出器１０２は、図４に示すホームポジションから主走査方向Ｙに沿って矢印の方向に移動し、各レーザ素子２ａからのレーザビーム３の光量を個別に検出する。Ａ／Ｄ変換器２３は、光検出器１０２からの光量の検出値をアナログからデジタルに変換し、ラッチ回路２４に出力する。ラッチ回路２４は、クロック発生回路２６から出力される基本クロックに同期して光検出器１０２からの検出値を順次ラッチしてＣＰＵ２０に出力する。ＣＰＵ２０は、光検出器１０２の位置に対応してラッチ回路２４の出力値（検出値）をＲＡＭ２２に記憶する。なお、主走査方向Ｙの同一の位置でレーザ素子２ａが副走査方向Ｚに複数存在する場合は、主走査方向Ｙの同一の位置における各レーザ素子２ａを順次駆動して各レーザビーム３の光量を検出してもよい。
【００２７】
ＣＰＵ２０は、各レーザ素子２ａ毎にＲＡＭ２２が記憶する光量の検出値と基準値とを比較し、検出値が基準値となるような駆動電流値を演算して求め、その値を補正データとして補正データメモリ２９に記憶する。ＣＰＵ２０は、全てのレーザ素子２ａについて光量検出が終了すると、モータ駆動回路２５を制御して光検出器１０２を図４に示すホームポジションに戻し、次回の検出動作に備える。このようにして、テストモードが終了する。
【００２８】
（２）画像記録モード
上記テストモードが終了し、オペレータが、記録操作を行うと、ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１に記憶されている画像記録モード用のプログラムに従い、以下に説明する如く画像記録モードを実行する。
この画像記録モードでは、光検出器１０２は図５に示すホームポジションに待機している。
信号処理回路３１は、画像メモリ３０から画像信号を読み出し、その画像信号を処理して記録パターンに応じた記録信号をＤ／Ａ変換器２７に出力する。これと同時に、ＣＰＵ２０は、補正データメモリ２９に記憶されているテストモード後の補正データをＤ／Ａ変換器２７に出力する。Ｄ／Ａ変換器２７は、信号処理回路３１からの記録信号および補正データメモリ２９からの補正データをデジタルからアナログに変換してレーザ駆動回路２８に出力する。レーザ駆動回路２８は、ＣＰＵ２０の制御の下に、Ｄ／Ａ変換器２７を介して入力した記録信号および補正データに基づいてレーザアレイ２の各レーザ素子２ａを、例えば同時に駆動する。レーザアレイ２の各レーザ素子２ａからはレーザビーム３が出射される。各レーザ素子２ａから出射されたレーザビーム３は、集光レンズ系４によって集光点４ａに集光され、結像レンズ系５によってアフォーカルレンズ６を介して感光体面７ａ上に上記テストモードで設定された基準値の所定の光量で結像される。感光体ドラム７は、レーザビーム３によって露光されることにより静電潜像を形成する。その後、静電潜像は、現像器によってトナー現像され、そのトナー像が転写器によって給紙部から給紙された記録用紙に転写され、更に定着器によって定着された後、記録用紙は排紙部への送られる。
【００２９】
次に、本装置１Ａの効果を説明する。
（１）レーザアレイ２を用いることで、ビーム光量が多くなるので、画像記録の高速化が可能となり、高密度化のためのスポットの集積化が可能となる。また、画素密度に応じて配置された半導体レーザ素子２ａから出射された各レーザビーム３を集光点４ａに集光させ、集光点４ａあるいはその近傍に配置した結像レンズ系５によんて感光体ドラム７上に結像するようにしたので、レーザビーム３のビーム径に対して十分大きな口径を有した結像レンズ系５を使用することが可能になり、ＭＴＦおよび焦点深度を画素密度に応じた値にすることが可能となる。
（２）本装置１Ａの起動時に、半導体レーザ素子２ａから出射された各レーザビーム３の光量を個別に検出し、この検出結果に基づいて各半導体レーザ素子２ａの駆動条件を制御することで、光量変動の主要因が長時間の経時変化によるものである場合に、各レーザビーム３の光量のバラツキや変動を少なくして画質劣化を抑制することが可能となる。
（３）光学素子（集光レンズ系４、結像レンズ系５、アフォーカルレンズ６）の後段で光量の検出を行っているので、光学素子４、５、６の熱膨張による光量変動を補正することができる。
（４）感光体ドラム７上とほぼ等価な位置で光量を検出するため、各レーザ素子２ａから出射されたレーザビーム３の光路の違いによって生じる光学素子４、５、６のけられも含めた全体の光量を検出できるため、感光体ドラム７上に実際の画像を形成するレーザの光量の補正が可能となり、精度の高い光量補正を行うことができる。
（５）１つの光検出素子１０２ａを使用することにより、複数の光検出素子を使用するのに比べ、光量検出のための光検出素子の感度のバラツキによる光量検出値の狂いが生じることがなく、全ての半導体レーザ素子２ａの光量は同一の光検出素子１０２ａからの出力で制御されるため、極めて安定した制御を行うことができる。
（６）光検出器１０２は、レーザビーム３の光量を検出しているので、強度を検出するのと異なり、単一の受光素子で済むことから、構成を簡素化することができる。
（７）光検出素子１０２ａは、副走査方向Ｚの全てのレーザビーム３が入射するように構成されているので、光検出器１０２を副走査方向Ｚに移動させることなく、主走査方向Ｙにのみ移動させる構成を採用することができ、移動機構の簡素化を図ることができる。
【００３０】
図６は本発明の第２の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図である。
この画像記録装置１Ｂは、第１の実施の形態に係る画像記録装置１Ａとは、光量検出ユニット１０Ｂが異なるものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。なお、この図において第１の実施の形態と同一の部分には同一の引用数字、符号を付したので重複する説明は省略する。
【００３１】
この光量検出ユニット１０Ｂは、例えば、集光点４ａを通る軸線を中心とする軸１１０と、軸１１０に対して回動可能に支持された軸受１１１と、軸受１１１に接合されたアーム１１２と、アーム１１２の先端に立設された支持台１１３と、支持台１１３に配置された光検出器１０２と、アーム１１２を回動させる図示しないモータとを備えている。
【００３２】
光学素子４、５、６から出射されるレーザビーム３の角度が各レーザ素子２ａ毎に異なるため、直線的に光検出器１０２を移動させた場合、光検出器１０２の受光面での反射率が変わり、実際の光量と検出される光量が異なる。特に入射角度が大きい場合は、検出誤差の要因となるが、この第２の実施の形態によれば、レーザビーム３が光検出器１０２に直角に入射するため、精度の高い光量検出を行うことができる。
【００３３】
図７は本発明の第３の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図である。
この画像記録装置１Ｃは、第１の実施の形態に係る画像記録装置１Ａと同一の光量検出ユニット１０Ａをレーザアレイ２と集光レンズ系４との間に配置したものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。なお、この図において第１の実施の形態と同一の部分には同一の引用数字、符号を付したので重複する説明は省略する。
【００３４】
本装置のように拡大投影型の場合、光学素子４、５、６の後方の感光体ドラム７の近傍では、レーザビーム３の像は広がっており、ここで光量を検出すると、光検出器１０２を広い範囲で移動させなければならず、装置が大型化する。従って、この第３の実施の形態のように、レーザアレイ２側で光量を検出すれば、光検出器１０２の移動範囲は狭くて済むため、装置を小型化にすることができる。
【００３５】
図８は本発明の第４の実施の形態を示す図である。
この第４の実施の形態では、光検出器１０２は、主走査方向Ｙに並べて配置された２つの光検出素子１０２ａ、１０２ｂを備え、その２つの光検出素子１０２ａ、１０２ｂの間隔を光検出器１０２が横切るレーザビーム３の光路の幅の半分としたものである。これにより、２つのレーザ素子２ａの光量を同時に検出することができ、光量補正の高速化が図れる。
【００３６】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
この第５の実施の形態では、ＣＰＵ２０は、テストモードを画像記録期間外に定期的に実行するようにしたものである。
この第５の実施の形態によれば、レーザアレイ２近傍の温度等のように光量変動の主要因が短い周期によるものの場合、画像作製期間外に定期的に光量補正を行うことにより、常に一定の光量が保たれ、画像の劣化を防止することが可能となる。
【００３７】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。
この第６の実施の形態では、レーザアレイ２に基準のレーザ素子２ａ、あるいはレーザアレイ２の近傍に基準の光源を設け、光量補正を行う際、この基準のレーザ素子２ａ、あるいは基準の光源の光量と同じになるように補正するものである。これにより、レーザビーム３の光量のバラツキをより抑えることができる。
【００３８】
図９の（ａ），（ｂ）は、本発明の第７の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図であり、（ａ）は画像記録モード時の状態を、（ｂ）はテストモード時の状態をそれぞれ示す。
【００３９】
この画像記録装置１Ｄは、第１の実施の形態に係る画像記録装置１Ａとは、光量検出ユニット１０Ｃと、アフォーカル系が異なるものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。なお、この図において第１の実施の形態と同一の部分には同一の引用数字、符号を付したので重複する説明は省略する。
【００４０】
光量検出ユニット１０Ｃは、副走査方向Ｚに平行に配置されたガイドレール１２０と、ガイドレール１２０に沿って副走査方向Ｚに移動する支持部材１２１と、支持部材１２１に支持され、各レーザビーム３の光量を個別に検出する光検出器１０２と、副走査方向Ｚに互いに離間して配置された一対のプーリ１２２Ａ、１２２Ｂと、プーリ１２２Ａを回動させるモータ１２３と、一対のプーリ１２２Ａ、１２２Ｂ間に張架されたベルト１２４と、支持部材１２１とベルト１２４を連結する連結部材１２５を備えている。
【００４１】
光検出器１０２は、副走査方向Ｚに移動するように構成され、画像記録モードの時、各レーザビーム３の光路から外れた位置に配置され、テストモードの時、受光面に全てのレーザビーム３が照射される位置に配置される。
【００４２】
アフォーカル系は、レーザビーム３を副走査方向に拡散させるアナモフィックレンズ８と、レーザビーム３を副走査方向に収束させる感光体面７ａ上に結像させるシリンドリカルミラー９から構成されている。
【００４３】
図１０は光検出器１０２の受光面を示す図である。
光検出器１０２は、テストモードの配置位置における全てのレーザビーム３の照射領域より大なる受光領域の単一の光検出素子１０２Ａを備えており、レーザアレイ２から順次出射されるレーザビーム３の光量を同一位置で個別に検出できるようになっている。
【００４４】
この第７の実施の形態によれば、光検出器１０２が同一位置でレーザアレイ２の各レーザ素子２ａの光量を個別に検出するようになっているため、光検出器１０２を各レーザ素子２ａの出射タイミングに合わせて主走査方向に移動させる必要がなく、光検出器１０２の移動機構の構成を簡素化することができる。
【００４５】
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。
この第８の実施の形態では、レーザアレイ２と集光レンズ系４の間に第７の実施の形態と同一の光量検出ユニット１０Ｃを配置したものである。
この第８の実施の形態によると、光検出器１０２の形状や位置が光学系に依存しないため、光学系が変わった場合でも大きな設計変更なしに対応ができるという利点がある。
【００４６】
次に、本発明の第９の実施の形態を説明する。
この第９の実施の形態では、集光レンズ系４と結像レンズ５の間に第７の実施の形態と同一の光量検出ユニット１０Ｃを配置したものである。
この第９の実施の形態によると、光検出器１０２の形状や位置が殆ど光学系に依存しないため、結像レンズ系５やアフォーカル系が変わった場合でも大きな設計変更なしに対応ができるという利点がある。
【００４７】
次に、本発明の第１０の実施の形態を説明する。
この第１０の実施の形態では、シリンドリカルミラー９と感光体ドラム７の間に第７の実施の形態と同一の光量検出ユニット１０Ｃを配置したものである。
この第１０の実施の形態によると、全ての光学系の影響を含んだ状態で感光体面７ａとほぼ等価な光量検出が可能で、最も精度の高い光量補正を行うことができる。
【００４８】
図１１は本発明の第１１の実施の形態の画像記録装置に係る結像レンズ系５を示す側面図である。
この実施の形態では、第７の実施の形態の画像記録装置１Ｄにおいて、結像レンズ系５を第１から第４のレンズ５Ａ〜５Ｄより成るクセノタール型レンズと、第２のレンズ５Ｂと第３のレンズ５Ｃの間に配置された絞り３２より構成し、図示を省略しているが、絞り３２と第３のレンズ５Ｃの間に第７の実施の形態と同一の光量検出ユニット１０Ｃを配置したものである。
【００４９】
この第１１の実施の形態では、レーザビーム３が集光される位置に光検出器１０２が配置されるため、光検出器１０２を小型化できるという利点がある。また、光検出素子１０２ａの同じ位置に全てのレーザビーム３が照射されるため、光検出素子１０２ａの面内によって異なる感度のバラツキの影響をなくすことができる。
【００５０】
なお、第７の実施の形態から第１１の実施の形態において、光検出器１０２の配置位置によっては単一の光検出素子１０２ａで全てのレーザビーム３の照射領域をカバーできない場合がある。このような場合には、図１２の（ａ）に示すような２つの光検出素子１０２Ａを有する光検出器１０２で検出したり、図１２の（ｂ）に示すような３つ以上の光検出素子１０２Ａを有する光検出器１０２で検出しても良い。
【００５１】
図１３の（ａ），（ｂ）は本発明の第１２の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図であり、（ａ）は画像記録モードを、（ｂ）はテストモードをそれぞれ示す。
この画像記録装置１Ｅは、第７の実施の形態に係る画像記録装置１Ｄとは、光量検出ユニット１０Ｄが異なるものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。尚、この図において、第７の実施の形態と同一の部分には、同一の引用数字、符号を付したので重複する説明は省略する。
【００５２】
光量検出ユニット１０Ｄは、各レーザビーム３の光路から外れた位置に配置された光検出器１０２と、結像レンズ系５とアナモフィックレンズ８の間に配置され、画像記録モードのとき各レーザビーム３の光路の外側に位置し、テストモードのとき各レーザビーム３の光路に位置して、各レーザビーム３を光検出器１０２に導く反射ミラー１３０と、画像記録モード時と試験モード時に反射ミラー１３０を変位させる可動機構部（後述）より構成されている。
【００５３】
図１４は、可動機構部を示す図である。
可動機構部は、反射ミラー１３０に設けられた主走査方向Ｙに平行なシャフト１３１と、シャフト１３１を回転自在に軸支した軸受１３２と、反射ミラー１３０のレーザアレイ２と反対側の端部に形成された突起１３３と、駆動信号に基づいて図示しないプランジャーを突出させて、突起１３３を押圧することにより、反射ミラー１３０をシャフト１３１を中心に矢印方向に回転させるソレノイド１３４と、シャフト１３１の外周部に巻回されると共に一端が反射ミラー１３０に、他端が軸受１３２に固定され、反射ミラー１３０を矢印と反対方向に付勢するスプリング１３５より構成されている。
【００５４】
この実施の形態では、テストモードでは、ソレノイド１３４がオンして、プランジャーを突出することにより反射ミラー１３０の突起１３３を押圧し、反射ミラー１３０をシャフト１３１を中心に矢印方向に回転させ、結像レンズ系５を通過した全てのレーザビーム３が光検出器１２に入射するようにする。一方、画像記録モードでは、ソレノイド１３４がオフになり、プランジャーによる反射ミラー１３０の突起１３３の押圧が解かれる。このため、スプリング１３５の弾性力によって反射ミラー１３０がシャフト３２を中心に矢印と反対方向に回転し、反射ミラー１３０が各レーザビーム３の光路の外側に位置する。テストモードと画像記録モードの他の動作は、第７の実施の形態と同一なので説明を省略する。この実施の形態でも、第７の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００５５】
なお、反射ミラー１３０を集光レンズ系４と結像レンズ系５の間に配置した場合、レーザビーム３は集光レンズ系４の焦点距離の位置で全レーザビームが集光される。従って、集光レンズ系４の焦点距離の位置に光検出器１０２を配置することにより、光検出器１０２を小型化にすることができ、且つ、光検出器１０２の光検出素子１０２ａの面内によって異なる感度のバラツキの影響もなくすことができる。
【００５６】
また、第１２の形態においても、反射ミラー１３０をレーザアレイ２と集光レンズ系４の間、アナモフィックレンズ８とシリンドリカルミラー９の間、シリンドリカルミラー９と感光体ドラム７の間に配置しても良い。この場合、各レーザビーム３を特定の位置に集光するような曲率を有する反射ミラーを用いることにより、レーザビーム３を集光させ、光検出器１０２の小型化や、感度のバラツキの低減を図るようにしても良い。
【００５７】
図１５の（ａ），（ｂ）は、本発明の第１３の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図であり、（ａ）は画像記録モードを、（ｂ）はテストモードをそれぞれ示す。
この画像記録装置１Ｆは、第１２の実施の形態の画像記録装置１Ｅにおいて反射ミラー１３０と光検出器１０２の間に集光レンズ１３６を配置したものであり、他は第１２の実施の形態と同様に構成されている。尚、この図において、第１２の実施の形態と同一の部分には、同一の引用数字、符号を付したので重複する説明は省略する。
【００５８】
この実施の形態では、反射ミラー１３０で反射した各レーザビーム３を集光レンズ１３６によって光検出器１０２上に集光させるようになっているため、光検出器１０２を小型化することができる。また、光検出器１０２の光検出素子１０２ａ上の同一位置に全てのレーザビーム３が照射されるため、光検出素子１０２ａの面内によって異なる感度のバラツキの影響をなくすことができる。
【００５９】
尚、第１２、及び第１３の実施の形態では、光量検出時に反射ミラー１３０を変位させたが、反射ミラーとして入射した光の一部を反射し、残りを透過させる平行平面板のミラーを用いた場合には、それを光路内に固定しても良い。
【００６０】
また、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。
例えば、感光体はベルト状であってもよい。
また、レーザアレイと感光体とが相対的に副走査方向Ｚに移動する構成なら、レーザアレイのみを移動してもよく、レーザアレイおよび感光体が移動してもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像記録装置によると、画素密度に応じて配置された半導体レーザ素子から出射された各レーザビームを集光点に集光させ、集光点、或いはその近傍に配置した結像レンズ系によって感光体上に結像するようにしたので、レーザビームのビーム径に対して十分な大きな口径を有した結像レンズ径を使用することが可能になり、ＭＴＦ及び焦点深度を画素密度に応じて値にすることができる。その結果、高画質及び高密度の画像記録を高速で実現することができる。
【００６２】
また、所定のタイミングで各レーザビームの光量を個別に検出し、この検出結果に基づいて複数の半導体レーザ素子の駆動条件を制御することで、各レーザビームの光量のバラツキや変動を少なくして画質劣化を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図。
【図２】第１の実施の形態に係るレーザアレイの要部正面図。
【図３】第１の実施の形態に係る光検出器の受光面を示す説明図。
【図４】第１の実施の形態に係る制御系の主要部を示すブロック図。
【図５】第１の実施の形態に係る光検出器のホームポジションを示す概略図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図。
【図９】本発明の第７の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図。
【図１０】第７の実施の形態に係る光検出器の受光面を示す説明図。
【図１１】本発明の第１１の実施の形態の画像記録装置に係る結像レンズ系５を示す側面図。
【図１２】本発明に係る光検出器の応用例を示す説明図。
【図１３】本発明の第１２の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図。
【図１４】第１２の実施の形態に係る可動機構部を示す説明図。
【図１５】本発明の第１３の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｆ画像記録装置
２半導体レーザアレイ
２ａ半導体レーザ素子
３、３ａ〜３ｃレーザビーム
４集光レンズ系
４ａ集光点
５結像レンズ系
５Ａ第１のレンズ
５Ｂ第２のレンズ
５Ｃ第３のレンズ
５Ｄ第４のレンズ
６アフォーカルレンズ
７感光体ドラム
７ａ感光体面
８アナモフィックレンズ
９シリンドリカルミラー
１０Ａ〜１０Ｅ光量検出ユニット
２０ＣＰＵ
２０ａバス
２１ＲＯＭ
２２ＲＡＭ
２３Ａ／Ｄ変換器
２４ラッチ回路
２５モータ駆動回路
２６クロック発生回路
２７Ｄ／Ａ変換器
２８レーザ駆動回路
２９補正データメモリ
３０画像メモリ
３１信号処理回路
３２絞り
１００ガイドレール
１０１支持台
１０２光検出器
１０２ａ光検出素子
１０３Ａ、１０３Ｂプーリ
１０４モータ
１０５ベルト
１０６連結部材
１１０軸
１１１軸受
１１２アーム
１１３支持台
１２０ガイドレール
１２１支持台
１２２Ａ、１２２Ｂプーリ
１２３モータ
１２４ベルト
１２５連結部材
１３０反射ミラー
１３１シャフト
１３２軸受
１３３突起
１３４ソレノイド
１３５スプリング
Ｄ開口径
Ｍ θ方向基線
ＮＹ方向基線
Ｗレーザアレイの幅
Ｘ光軸方向
Ｙ主走査方向
Ｚ副走査方向
θ 角度

Claims

複数の半導体レーザ素子を少なくとも主走査方向にアレイ状に配列したレーザアレイと、前記複数の半導体レーザ素子から出射される各レーザビームによって複数の光スポットが露光され、前記レーザアレイと相対的に副走査方向に移動することによって画像信号に応じた静電潜像が形成される感光体とを備えた画像記録装置において、
前記レーザアレイの前記主走査方向の両端に位置する半導体レーザ素子を含む前記複数の半導体レーザ素子から出射される前記各レーザビームを、口径内に含むとともに共通の集光点に集光する集光手段と、
前記集光点、或いはその近傍に配置され、この配置位置において前記複数のレーザビームを含むのに十分大きい口径を有して前記各レーザビームを前記感光体上に結像させる結像手段と、
前記各レーザビームの光量を個別に検出する光検出手段と、
前記光検出手段が検出した前記各レーザビームの光量に基づいて前記複数の半導体レーザ素子の駆動条件を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録装置。
前記光検出手段は、前記複数の半導体レーザ素子から出射される少なくとも１つのレーザビームの照射領域より大なる受光領域を有する光検出素子を備え、前記光検出素子を前記主走査方向に移動させることで前記各レーザビームの光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記光検出手段は、前記複数の半導体レーザ素子から出射される少なくとも１つのレーザビームの照射領域より大なる受光領域を有する光検出素子を備え、前記光検出素子を前記各レーザビームに直交するように前記集光点を通る軸線を中心として円弧で移動させることで前記各レーザビームの光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記光検出手段は、前記複数の半導体レーザ素子から出射される複数のレーザビームの照射領域より大なる受光領域を有する光検出素子を備え、前記複数の半導体レーザ素子から前記各レーザビームを個別に出射させることで前記各レーザビームの光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記光検出手段は、前記複数の半導体レーザ素子から出射される複数のレーザビームの照射領域より大なる反射領域を有する反射ミラーと、前記反射ミラーによって反射させられた前記複数のレーザビームの照射領域より大なる受光領域を有する光検出素子を備え、前記複数の半導体レーザ素子から前記各レーザビームを個別に出射させることで前記各レーザビームの光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記光検出素子は、前記反射ミラーによって反射させられた前記レーザビームを集光レンズを介して所定の受光位置で受光する構成の請求項５記載の画像記録装置。
前記反射ミラーは、所定の曲率の反射面を有し、前記光検出素子は、前記反射ミラーによって反射させられた前記複数のレーザビームを所定の受光位置で受光する構成の請求項５記載の画像記録装置。
前記光検出手段は、前記複数の半導体レーザ素子から出射される複数のレーザビームの照射領域より大なる透過反射領域を有し、前記照射領域が前記透過反射領域に入るように配置されたハーフミラーと、前記ハーフミラーによって反射させられた前記複数のレーザビームの照射領域より大なる受光領域を有する光検出素子を備え、前記複数の半導体レーザ素子から前記各レーザビームを個別に出射させることで前記各レーザビームの光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記制御手段は、装置起動信号の入力に基づいて、前記駆動条件の制御を行う構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記制御手段は、画像記録期間外に定期的に、前記駆動条件の制御を行う構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記レーザアレイは、基準の半導体レーザ素子を備え、前記光検出素子は、前記基準の半導体レーザ素子から出射されるレーザビームの光量を検出し、前記制御手段は、前記光検出手段による光量検出に基づいて他の前記半導体レーザ素子の前記駆動条件を制御する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記制御手段は、各半導体レーザ素子毎に光量の基準値を記憶するメモリを備え、前記光検出手段が検出した前記光量と前記メモリが記憶する基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動条件を制御する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記光検出手段は、単一の光検出素子により前記光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記光検出手段は、主走査方向の検出移動距離に応じた間隔を有して主走査方向に配列された複数の光検出素子により前記光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記光検出素子は、前記結像手段を通過し、前記感光体に照射される直前で前記各レーザビームの前記光量を検出する構成の請求項２、３、或いは４記載の画像記録装置。
前記光検出手段は、前記複数の半導体レーザ素子から出射され、前記集光手段に入射する前で前記各レーザビームの前記光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記光検出手段は、前記複数の半導体レーザ素子から出射され、前記集光手段で集光される集光点で前記各レーザビームの前記光量を検出する構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記集光手段は、フィールドレンズである構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記結像手段は、オルソメタレンズ群、クセノタール系レンズ、あるいはダブルガウス系レンズである構成の請求項１記載の画像記録装置。
前記レーザアレイは、複数の半導体レーザ素子が主走査方向に平行な複数ラインに配列された構成の請求項１記載の画像記録装置。