JP6053314B2

JP6053314B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6053314B2
Application number: JP2012100971A
Authority: JP
Inventors: 中畑　浩志; 浩志中畑; 間宮　敏晴; 敏晴間宮; 雄太岡田; 慎一郎細井; 泰友古田
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Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-04-26
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Description

本発明は、感光体を露光するための複数の光ビームを出射する光源を備える電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、光源から出射された光ビームを回転多面鏡によって偏向し、回転多面鏡によって偏向された光ビームによって感光体を走査することで感光体上に静電潜像を形成する画像形成装置が知られている。このような画像形成装置は、回転多面鏡によって偏向された光ビームを検出する光学センサを備える。光学センサによって生成される同期信号を基準として光源から光ビームを出射させることで、光ビームが感光体上を走査する方向（主走査方向）における静電潜像（画像）の書き出し位置を一致させている。

また、画像形成速度の高速化、画像の高解像度化を図るために、光ビームを出射する複数の発光素子が図９（ａ）に示すように配列された光源を備える画像形成装置が知られている。図９（ａ）中、Ｘ軸方向は主走査方向に対応し、Ｙ軸方向は感光体の回転方向（副走査方向）に対応する。このような画像形成装置では、工場における組立工程において光源を図９（ａ）中に示す矢印方向に回転し、Ｙ軸方向の発光素子の間隔を調整する。このように光源を回転させることによって、感光体上における各発光素子から出射された光ビームの副走査方向における露光位置間隔を画像形成装置の解像度に対応する間隔に調整していた。

図９（ａ）に示す矢印方向に光源を回転させると、Ｙ軸方向における発光素子の間隔が変動するとともにＸ軸方向における発光素子の間隔も変動する。そのため、従来の画像形成装置は、光学センサによって生成される水平同期信号を基準に各発光素子毎に定められたタイミングで各発光素子から光ビームを出射させて、静電潜像の主走査方向の書き出し位置を一致させている。

上記の組立工程において、画像形成装置の光源の設置状態やレンズやミラーなどの光学部材の光学特性によって、画像形成装置毎に光源を回転させる角度（調整量）が異なる。そのため、複数の画像形成装置の間で、光源の回転調整後のＸ軸方向の発光素子間隔が一致しないことがある。ここで、光学センサによって生成される同期信号を基準として各発光素子毎に設定される光ビームの出射タイミングをすべての画像形成装置において同一に設定すると、主走査方向における静電潜像の書き出し位置が主走査方向にずれた画像形成装置が発生するおそれがある。

このような組立工程において光源を回転させることで生じる主走査方向の静電潜像の書き出し位置のずれを抑制するために、特許文献１は、第１の発光素子及び第２の発光素子それぞれから出射される光ビームによって複数の水平同期信号を生成し、複数の水平同期信号の生成タイミング差から第１の発光素子の光ビームの出射タイミングに対する第２の発光素子の光ビームの出射タイミングを設定する画像形成装置を開示している。

また、特許文献２には、ｆθレンズに樹脂製のレンズを採用し、ｆθレンズとは異なる集光レンズ（ＢＤレンズ）を通過した光ビームを同期信号を生成する光学センサに入射させるように構成した光走査装置が開示されている。

特開２００８−８９６９５号公報特開２０１１−８９６９５号公報

しかしながら、特許文献２に示すＢＤレンズをｆθレンズと同様の樹脂製のレンズを用いると次のような課題が生じる。ＢＤレンズは、主走査方向に対応する方向に光ビームを屈折させる特性を有する。回転多面鏡の回転によって光走査装置内部の温度が上昇するとＢＤレンズの光ビームを屈折させる特性が変動し、結果として水平同期信号の生成タイミングを変動させてしまうおそれがある。特許文献１に示す画像形成装置では、検出される複数の水平同期信号の生成タイミングがＢＤレンズの特性変動の影響を受けてしまい、複数の水平同期信号の生成タイミング差が変動し、静電潜像の書き出し位置の補正精度が低下してしまう。

本発明は上記課題を鑑みてなされたもので、本発明の画像形成装置は、複数の発光素子から出射される複数の光ビームが回転駆動される感光体の回転方向の異なる位置を露光するように前記複数の発光素子が配置された光源を備え、同期信号を基準に前記複数の発光素子それぞれの前記光ビームの出射タイミンを制御する画像形成装置であって、前記複数の光ビームが前記感光体上を走査するように前記複数の光ビームを偏向する偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された前記複数の光ビームが入射し、入射した前記複数の光ビームを当該複数の光ビームが前記感光体上を走査する走査方向に屈折させる樹脂製の第１のレンズと、前記偏向手段によって偏向された光ビームが入射するように当該光ビームの光路上に配置され、当該光ビームを前記走査方向に対応する方向に屈折させるガラス製の第２のレンズと、前記第２のレンズを通過した光ビームを受光して前記同期信号を生成する受光素子と、前記複数の発光素子に含まれる第１の発光素子及び第２の発光素子それぞれから異なるタイミングで光ビームを出射させ、前記第１の発光素子から出射された光ビームを受光した前記受光素子が生成する第１の同期信号と前記第２の発光素子から出射された光ビームを受光した前記受光素子が生成する第２の同期信号との生成タイミング差を測定し、当該測定結果と前記第１の発光素子から出射された光ビームを受光した前記受光素子が生成する第１の同期信号の生成タイミングとに基づいて、前記複数の発光素子間の相対的な光ビームの出射タイミングを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本願発明によれば、ガラス製の第２のレンズを通過した光ビームによって第１の同期信号および第２の同期信号を生成するため、第２のレンズの特性変動による第１の同期信号と第２の同期信号の生成タイミング差の変動を抑制することができ、当該生成タイミング差を用いて複数の発光素子の相対的な光ビームの出射タイミングを制御することによって光ビームの走査方向における各発光素子の書出し位置のずれを抑制することができる。

カラー画像形成装置の概略断面図光走査装置の斜視図、上面図、断面図、及び要部構成図光走査装置の斜視図、上面図、断面図、及び要部構成図光学ユニットの分解図光源の概略図、感光ドラム上におけるレーザ光の露光位置の相対位置関係を示す図、及びＢＤの概略図ＢＤレンズの斜視図、及び断面図本実施例に係る画像形成装置の制御ブロック図本実施例に係る１走査周期中のタイミングチャート本実施例に係る画像形成装置に備えられるＣＰＵが実行する制御フロー従来の光走査装置、及び画像形成装置を説明する図

（実施例１）
図１は、複数色のトナーを用いて画像形成するデジタルフルカラープリンター（カラー画像形成装置）の概略断面図である。なお、実施例をカラー画像形成装置を例に説明するが、実施の形態はカラー画像形成装置に限られるものではなく単色のトナー（例えば、ブラック）のみで画像形成する画像形成装置であっても良い。

まず、図１を用いて本実施例の画像形成装置１００について説明する。画像形成装置１００には色別に画像を形成する４つの画像形成部１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｂｋが備えられている。ここでのＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを表している。画像形成部１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｂｋはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを用いて画像形成を行う。

画像形成部１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｂｋには感光体であるところの感光ドラム１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｂｋが備えられている。感光ドラム１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｂｋの周りには、帯電装置１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｂｋ、光走査装置１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｂｋ、現像装置１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ、１０５Ｂｋがそれぞれ設けられている。また、感光ドラム１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｂｋの周りには、ドラムクリーニング装置１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｂｋが配置されている。

感光ドラム１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｂｋの下方には無端ベルト状の中間転写ベルト１０７が配置されている。中間転写ベルト１０７は、駆動ローラ１０８と従動ローラ１０９及び１１０とに張架され、画像形成中は図中の矢印Ｂ方向に回転する。また、中間転写ベルト１０７（中間転写体）を介して、感光ドラム１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｂｋに対向する位置には一次転写装置１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｂｋが設けられている。

また、本実施形態の画像形成装置１００は、中間転写ベルト１０７上のトナー像を記録媒体Ｓに転写するための２次転写装置１１２、記録媒体Ｓ上のトナー像を定着するための定着装置１１３を備える。

ここでかかる構成を有する画像形成装置１００の帯電工程から現像工程までの画像形成プロセスを説明する。各画像形成部における当該画像形成プロセスは同一であるため、画像形成プロセスを画像形成部１０１Ｙを例にして説明し、画像形成部１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｂｋにおける画像形成プロセスについては説明を省略する。

まず画像形成部１０１Ｙの帯電装置により回転駆動される感光ドラム１０２Ｙを帯電する。帯電された感光ドラム１０２Ｙ（像担持体上）は、光走査装置１０４Ｙから出射されるレーザ光によって露光される。これによって、回転する感光体上に静電潜像が形成される。その後、該静電潜像は現像装置１０５Ｙによってイエローのトナー像として現像される。

以下、転写工程以降の画像形成プロセスについて画像形成部を例にして説明をする。一次転写装置１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｂｋが転写ベルトに転写バイアスを印加することによって各画像形成部の感光ドラム１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｂｋ上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像はそれぞれ中間転写ベルト１０７に転写される。これによって中間転写ベルト１０７上で各色のトナー像が重ね合わされる。

中間転写ベルト１０７に４色のトナー像が転写されると、中間転写ベルト１０７上に転写された４色トナー像は２次転写装置１１２にて、手差し給送カセット１１４または給紙カセット１１５から２次転写部Ｔ２に搬送されてきた記録媒体Ｓ上に再び転写（２次転写）される。そして、記録媒体Ｓ上のトナー像は定着装置１１３で加熱定着され、排紙部１１６に排紙され、記録媒体Ｓ上にフルカラー画像が得られる。

なお、転写が終了したそれぞれの感光ドラム１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｂｋは、ドラムクリーニング装置１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｂｋによって残留トナーを除去され、その後、上記の画像形成プロセスが引き続き行われる。

次に、図２を用いて光走査装置１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｂｋの構成を説明する。なお、各光走査装置の構成は同一であるので、以下の説明では色を示す添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋを省略する。光走査装置１０４は光学箱２００を備え、光学箱２００内部には以下で説明する各種光学部材が収容されている。

図２Ａ（ａ）は光走査装置１０４の斜視図、図２Ａ（ｂ）は光走査装置１０４の上面図、図２Ｂ（ｃ）は図２Ｂ（ｂ）におけるＡ−Ａ’の断面図、図２Ｂ（ｄ）は主要な光学部品の構成を示した斜視図である。（ａ）に示すように、光学箱２００（筐体）には後述する光学ユニット２０１が取り付けられている。光学箱２００の内部には、レーザ光が感光ドラム上を所定の方向に走査するように光学ユニット２０１から出射されたレーザ光を偏向する偏向手段であるところの回転多面鏡２０２が備えられている。回転多面鏡２０２は（ｃ）に示すモータ２０３によって回転駆動される。回転多面鏡２０２によって偏向されたレーザ光はｆθレンズ２０４（第１のレンズ）に入射する。第１のｆθレンズ２０４は、レーザ光が入射する入射面側に設けられた位置決め部２１９によって位置決めされている。第１のｆθレンズ２０４を通過したレーザ光は、反射ミラー２０５、反射ミラー２０６（図２Ｂ（ｃ）、（ｄ）参照）によって反射され、ｆθレンズ２０７に入射する。ｆθレンズ２０７を通過したレーザ光は反射ミラー２０８によって反射され、防塵ガラス２０９を通過して感光ドラム上に導かれる。回転多面鏡２０２によって等角速度で走査されるレーザ光がｆθレンズ２０４とｆθレンズ２０７により感光体上に結像し、かつ感光体上を等速度で走査するようになる。

ｆθレンズ２０４及びｆθレンズ２０７は、回転多面鏡２０２によって偏向されたレーザ光が感光体上を等速に走査する走査光に変換するための光学部材である。ｆθレンズ２０４、ｆθレンズ２０７の少なくとも一方は、入射したレーザ光を主走査方向に屈折させる屈折力（特性）を有する。本実施例では、ｆθレンズ２０４及びｆθレンズ２０７がともに入射したレーザ光を主走査方向に屈折させる屈折力を有する。また、ｆθレンズ２０４、ｆθレンズ２０７の少なくとも一方は、樹脂製のレンズである。本実施例では、ｆθレンズ２０４、ｆθレンズ２０７は共に樹脂製のレンズである。

本実施例の光走査装置１０４は光ビーム分離手段であるビームスプリッター２１０を有する。ビームスプリッター２１０は、光学ユニット２０１から出射され、回転多面鏡２０２に向かうレーザ光の光路上に配置されている。本実施例において、ビームスプリッター２１０は光学ユニット２０１と回転多面鏡２０２との間に配置されている。ビームスプリッター２１０に入射したレーザ光は透過光である第１のレーザ光（第１の光ビーム）と反射光である第２のレーザ光（第２の光ビーム）とに分離される。

ビームスプリッター２１０のレーザ光が入射する面である入射面（光学ユニット２０１側の面）には一定の反射率（透過率）となるようコーティング（膜）が形成されている。第１のレーザ光が出射する出射面（回転多面鏡２０２側の面）はこの出射面によってレーザ光が内面反射が発生しても、内面反射されたレーザ光が入射面で反射された第２のレーザ光と異なる方向に導かれるように入射面に対しわずかな角度差を有している。即ち、入射面と出射面は平行ではない。

第１のレーザ光は回転多面鏡２０２によって偏向され、上述の如く感光ドラムに導かれる。第２のレーザ光は、図２Ａ（ａ）に示す集光レンズ２１５を通過した後、後述する光学センサ（受光素子）であるフォトダイオード２１１（以下、ＰＤ２１１）に入射する。集光レンズ２１５は、ＰＤ２１１とビームスプリッター２１０とを結ぶ線分上に配置される。光走査装置１０４の小型化、及びコストを抑制するために第２のレーザ光の光路上には反射ミラーが配置されていない。ＰＤ２１１は、受光光量に応じた検知信号を出力し、出力された検知信号に基づいて後述する自動光量制御（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）が行われる。

また、本実施例の光走査装置１０４は、感光ドラム上において画像データに基づくレーザ光の出射タイミングを決定するための同期信号を生成するＢｅａｍＤｅｔｅｃｔｏｒ２１２（以下、ＢＤ２１２とする。）を備える。図２Ｂ（ｄ）に示すように、回転多面鏡２０２によって偏向されたレーザ光（第１のレーザ光）は、ｆθレンズ２０４を通過し、反射ミラー２０５、反射ミラー２１６によって反射され、後述するＢＤレンズ２１４に入射する。そして、ＢＤレンズ２１４を通過したレーザ光がＢＤ２１２に入射する。

図２Ｂ（ｄ）に示すように、光学箱２００は上下に開放面を備える形状であるため、光学箱２００は、上フタ２１７と下フタ２１８が取り付けられて内部が密閉される。

図３は、光走査装置１０４に取り付けられる光学ユニット２００の分解斜視図である。図３は後述するレンズ鏡筒側から見た斜視図である。

光学ユニット２０１は、レーザ光（光ビーム）を出射する光源であるところの半導体レーザ３０２（例えば、垂直共振器型面発光レーザ（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬＡＳＥＲ））及び半導体レーザ３０２を駆動するための電気基板３０３（以下、基板３０３とする。）を備える。以下では、半導体レーザ３０２をＶＣＳＥＬ３０２として説明する。図３（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ３０２は基板３０３に実装されている。

レーザホルダ３０１は鏡筒部３０４を備え、鏡筒部３０４の先端にはコリメータレンズ３０５が取り付けられている。コリメータレンズ３０５は、ＶＣＳＥＬ３０２から出射されるレーザ光（発散光）を平行光に変換する。コリメータレンズ３０５は、光走査装置１０４の組み立て時に特定の治具でＶＣＳＥＬ３０２から出射されるレーザ光の照射位置やピントを検出しながら、レーザホルダ３０１への設置位置が調整される。コリメータレンズ３０５の設置位置が決定されると、コリメータレンズ３０５と鏡筒部３０４との間に塗布された紫外線硬化型の接着剤に紫外線を照射することでコリメータレンズ３０５はレーザホルダ３０１に接着固定される。ＶＣＳＥＬ３０２は基板３０３に電気的に接続されており、基板３０３から供給される駆動信号によってＶＣＳＥＬ３０２はレーザ光を出射する。

次に、図３を用いてレーザホルダ３０１へのＶＣＳＥＬ３０２が実装された基板３０３の固定方法について説明する。図３において基板３０３をレーザホルダ３０１へ固定するための基板支持部材３０７は、弾性を有する材質でできている。図３（ａ）に示すように基板支持部材３０７は、ビス３０９に螺合する３箇所のビス穴が形成された締結部３１０、３１１、３１２、ビス３０８を通過させる３箇所の開口３１３、３１４、３１５を備える。ビス３０９は、基板３０３に設けられた開口３１６、３１７、３１８を通過して基板支持部材３０７に設けられたビス穴に螺合する。また、ビス３０８は、基板支持部材３０７の開口を通過してレーザホルダ３０１に設けられたビス穴に螺合する。

光学ユニットを組み立てる際に、まず、基板支持部材３０７をビス３０８でレーザホルダ３０１に固定する。次にレーザホルダ３０１に設けられた不図示の突き当て部に基板３０３に実装されたＶＣＳＥＬ３０２を突き当てる。基板支持部材３０７と基板３０３との間にはすき間が存在する。次に、ビス３０９を締結することにより基板支持部材３０７がレーザホルダ３０１側を凸とする弓形に弾性変形させる。弾性変形した状態の基板支持部材３０７の復元力によって基板３０３が突き当て部に押し付けられて、ＶＣＳＥＬ３０２がレーザホルダ３０１に固定される。

ＶＣＳＥＬ３０２のチップ面上には複数の発光素子が図４（ａ）に示すようにアレイ状に配置されている。図４（ａ）のように各発光素子が配列されているため、各発光素子から出射されたレーザ光Ｌ１からＬｎは、主走査方向において感光ドラム１０２上の異なる位置に結像する。また、各発光素子から出射されたレーザ光Ｌ１からＬｎは、副走査方向（回転方向）において異なる位置に結像する。なお、複数の発光素子の配置は２次元配置であっても良い。

図４（ａ）中のＤ１は、Ｘ軸方向において最も離れた発光素子１と発光素子Ｎとの間隔（距離）である。複数の発光素子のうち発光素子ＮはＸ軸方向において発光素子１から最も離れているため、図４（ｂ）に示すように感光ドラム１０２上の主走査方向において複数のレーザ光のうちレーザ光Ｌｎの結像位置Ｓｎはレーザ光Ｌ１の結像位置Ｓ１から最も離れた位置となる。本実施例では、レーザ光Ｌ１がレーザ光Ｌｎよりも先行して感光ドラム１０２を走査するように発光素子１及び発光素子Ｎが光源２０１に配置されている。このように、発光素子１及び発光素子Ｎを配置することによって、後述するＢＤ２１２にはレーザ光Ｌ１がレーザ光Ｌｎよりも先に入射する。

図４（ａ）中のＤ２は、Ｙ軸方向において最も離れた発光素子１と発光素子Ｎとの間隔（距離）である。Ｙ軸方向において最も離れているため、図４（ｂ）に示すように感光ドラム１０２上の副走査方向において複数のレーザ光のうちレーザ光Ｌｎの結像位置Ｓｎはレーザ光Ｌ１の結像位置Ｓ１から最も離れた位置となる。

Ｙ軸方向の発光素子間隔Ｐｙ＝Ｄ２／Ｎ−１は、画像形成装置の解像度に対応する間隔（例えば、１２００ｄｐｉの場合には約２１μｍ）であり、感光体上における副走査方向の隣接するレーザ光の結像位置間隔が所定の解像度に対応する間隔になるように、組立工程において光源２０１を回転調整することで設定される値である。また、Ｘ軸方向の発光素子間隔Ｐｘ＝Ｄ１／Ｎ−１は、Ｙ軸方向の発光素子間隔をＰｙに調整することよって一義的に決まる値である。ＢＤ２１２によって同期信号が生成されてから各発光素子からレーザ光を出射させるタイミングは、所定の治具を用いて組立工程において発光素子毎に設定され、初期値として後述するメモリに記憶される。なお、この初期値はＰｘに対応した値である。

図４（ｃ）は、ＢＤ２１２の概略図である。ＢＤ２１２は光電変換素子が配列された受光面２１２ａを備える。受光面２１２ａにレーザ光が入射することで同期信号が生成される。本実施例のＢＤ２１２は、レーザ光Ｌ１及びレーザ光ＬｎをＢＤ２１２に入射させることによってそれぞれのレーザ光に対応する複数のＢＤ信号を生成する。
受光面２１２ａの主走査方向の幅はＤ３に、副走査方向に対応する方向の幅はＤ４に設定されている。図４（ｃ）に示すように、発光素子１から出射されたレーザ光Ｌ１及び発光素子Ｎから出射されたレーザ光ＬｎはＢＤ２１２の受光面２１２ａを走査する。受光面２１２ａの副走査方向に対応する方向の幅Ｄ４は、Ｄ４＞Ｄ２×α（α：レンズを通過したレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌｎの間隔の副走査方向の変動率）となるように設定される。また、発光素子１と発光素子Ｎとを同時に点灯させた場合であっても、レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌｎが同時に受光面２１２ａに入射しないように、受光面２１２ａの主走査方向の幅Ｄ３は、Ｄ３＜Ｄ１×β（β：レンズを通過したレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌｎの間隔の主走査方向の変動率）に設定されている。

図６は、本実施例の画像形成装置の制御ブロック図である。本実施例の画像形成装置は、ＣＰＵ６０１、カウンタ６０２、レーザドライバ６０３を備える。また、本実施例の画像形成装置は、クロック信号生成部（ＣＬＫ信号生成部）６０４、画像処理部６０５、メモリ６０６、ポリゴンミラー２０４を回転駆動させるモータ２０３を備える。ＣＰＵ６０１は、メモリ６０６に記憶された制御プログラムに従って画像形成装置を制御する。クロック信号生成部６０４はＢＤ２１２からの出力よりも高周波であって、所定周波数のクロック信号（ＣＬＫ信号）を生成し、ＣＰＵ６０１及びレーザドライバ６０３にクロック信号を出力する。ＣＰＵ６０１はクロック信号に同期してレーザドライバ６０３、モータ２０３に制御信号を送信する。

モータ２０３には不図示の速度センサが備えられており、速度センサは回転速度に比例した周波数信号を発生するＦＧ方式（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＧｅｎｅｒａｔｏｒ方式）を採用している。モータ２０３からＣＰＵ６０１にはポリゴンミラー２０４の回転速度に応じた周波数のＦＧ信号が出力される。ＣＰＵ６０１の内部には計数手段であるところのカウンタ６０２が備えられており、カウンタ６０２はＣＰＵ６０１に入力されるクロック信号をカウントする。ＣＰＵ６０１は、ＦＧ信号の発生周期をカウンタ６０２のカウント値に基づいて測定し、ＦＧ信号の発生周期が所定の周期であればポリゴンミラー２０４の回転速度が所定の速度に達していると判定する。

ＣＰＵ６０１にはＢＤ２１２から出力されるＢＤ信号が入力される。ＣＰＵ６０１は、入力されるＢＤ信号に基づいて発光素子１〜発光素子Ｎからのレーザ光の出射タイミングを制御するための制御信号をレーザドライバ６０３に送信する。レーザドライバ６０３には、画像処理部６０５から出力された画像データが入力される。レーザドライバ６０３は、ＣＰＵ６０１から送信される制御信号に基づくタイミングで、画像データに基づく駆動電流を各発光素子に供給する。

図９（ｂ）に示すように、各レーザ光Ｌ１〜Ｌｎの結像位置Ｓ１〜Ｓｎは主走査方向において異なる。従来の画像形成装置では、ある１つの発光素子からレーザ光を出射させて１つのＢＤ信号を生成していた。そして、生成されたＢＤ信号を基準として複数の発光素子毎に設定された光ビームの出射タイミング（固定の設定値）に基づいて各発光素子からレーザ光を出射させることで主走査方向の静電潜像（画像）の書き出し位置を一致させていた。

画像形成中、結像位置Ｓ１〜Ｓｎの相対位置関係が常に一定であれば、各発光素子からレーザ光を出射するタイミングを各発光素子毎に設定された固定の設定値に基づいて制御しても、画像の書き出し位置を一致させることが可能である。しかしながら、レーザ光が出射されると光源の温度が上昇し、光源の温度上昇に伴い、各発光素子から出射されるレーザ光の波長が変動する。また、ポリゴンミラー２０４を回転させることによってモータ２０３が昇温し、その熱の影響によって走査レンズの光学特性が変動する。このようなレーザ光の波長変動や走査レンズの光学特性の変動に伴い、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、各発光素子から出射されたレーザ光の光路が変動し、結像位置Ｓ１〜Ｓｎの相対位置関係が変化する。つまり、感光ドラム上における露光位置配列が変動する。すると、各レーザ光によって形成される静電潜像の主走査方向の書き出し位置が一致しないという課題が生じる。

そこで、本実施例の画像形成装置は、発光素子１から出射されるレーザ光Ｌ１及び発光素子Ｎから出射されるレーザ光Ｌｎによって２つのＢＤ信号を生成する。ＣＰＵ６０１は、２つのＢＤ信号の生成タイミング差（検出タイミング差）に基づいて複数の発光素子の相対的なレーザ光の出射タイミングを制御する。以下において詳しく説明する。

図７は、発光素子１〜発光素子Ｎのレーザ光の出射タイミングとＢＤ２１２のＢＤ信号出力タイミングを示すタイミングチャートである。（１）はＣＬＫ信号を示しており、（２）はＢＤ２１２からのＢＤ信号の出力タイミングを示している。また、（３）〜（６）は発光素子１、発光素子２、発光素子３、発光素子Ｎのレーザ光の出射タイミングを示している。

レーザ光の１走査周期中において、まず、ＣＰＵ６０１は発光素子１及び発光素子Ｎからレーザ光が出射されるようにレーザドライバ６０３を制御する。その結果、図７に示すように、ＢＤ２１２は、レーザ光Ｌ１の検出に応じてＢＤ信号７０１を出力し、レーザ光Ｌｎの検出に応じてＢＤ信号７０２を出力する。ＣＰＵ６０１は、ＢＤ信号７０１が入力されたことに応じてＣＬＫ信号のカウントを開始し、ＢＤ信号７０２が入力されたことに応じてカウント値Ｃａを取得する。カウント値Ｃａは、図７中のＢＤ信号７０１とＢＤ信号７０２の生成タイミング差ＤＴ１を示す検出データである。

メモリ６０６には基準カウント値データＣｒｅｆとＣｒｅｆに対応するカウント値Ｃ１からＣｎが記憶されている。基準カウント値データＣｒｅｆはある任意の状態において生成される複数のＢＤ信号の生成タイミング差Ｔｒｅｆに相当する参照データ（所定のデータ）である。ここでは、上記初期状態において生成される複数のＢＤ信号の生成タイミング差であるとする。カウント値Ｃ１からＣｎそれぞれは、生成される複数のＢＤ信号の生成タイミング差がＴｒｅｆの場合に主走査方向における各発光素子の書き出し位置を一致させるためのカウント値（書き出しタイミングデータ）である。カウント値Ｃ１からカウント値Ｃｎはそれぞれ、図７中のＴ１からＴｎに対応する。

ＣＰＵ６０１は、ＢＤ信号７０１とＢＤ信号７０２の生成タイミング差ＤＴ１に相当するカウント値ＣａとＣｒｅｆとを比較する。比較結果がＣａ＝Ｃｒｅｆの場合、ＣＰＵ６０１は、ＢＤ信号７０１が生成されてからのＣＬＫ信号のカウント値がＣ１（Ｔ１経過後）になったことに応じて発光素子１を点灯させる。つまり、図７に示すように、ＢＤ信号７０１が生成されてからのＣＬＫ信号のカウント値がＣ１（Ｔ１経過後）になったことに応じて発光素子１による静電潜像形成期間が開始される。また、ＢＤ信号７０１が生成されてからのＣＬＫ信号のカウント値がＣｎ（Ｔｎ経過後）になったことに応じて発光素子Ｎを点灯させる。つまり、図７に示すようにＢＤ信号７０１が生成されてからのＣＬＫ信号のカウント値がＣｎ（Ｔｎ経過後）になったことに応じて発光素子Ｎによる静電潜像形成期間が開始される。これにより、主走査方向における発光素子１によって形成される静電潜像（画像）と発光素子Ｎによって形成される静電潜像（画像）との書き出し位置を一致させることができる。

本実施例では、レーザ光Ｌ１によって生成されるＢＤ信号を基準に各発光素子のレーザ光出射タイミングを制御しているが、レーザ光Ｌｎによって生成されるＢＤ信号を基準に各発光素子のレーザ光の出射タイミングを制御しても良い。また、レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌｎによって生成される複数のＢＤ信号に基づいて決定される任意のタイミングを基準に各発光素子のレーザ光の出射タイミングを制御しても良い。

ここで、Ｃｒｅｆの決定方法について説明する。まず、工場における調整時に、光源の温度が基準温度（例えば、２５℃）の状態において、ポリゴンミラー２０４を回転駆動してレーザ光Ｌ１及びレーザ光ＬｎをＢＤ２１２に入射させる。そして、レーザ光Ｌ１によって生成されるＢＤ信号とレーザ光Ｌｎによって生成されるＢＤ信号の検出タイミング差ＤＴｒｅｆを測定器に入力する。測定器には、クロック信号生成部６０４からＣＬＫ信号が入力されており、検出タイミング差ＤＴｒｅｆをカウント値に変換する。測定器は、このカウント値をＣｒｅｆに決定してメモリ６０６に記憶させる。

また、調整時において感光ドラム面上の潜像書き出し位置に相当する位置には受光装置が配置されており、受光装置はポリゴンミラー２０４によって偏向されたレーザ光Ｌ１及びＬｎを受光する。受光装置は、レーザ光Ｌ１の受光タイミング及びレーザ光Ｌｎの受光タイミングを示す受光信号を測定器に送信する。測定器は、レーザ光Ｌ１によって生成されたＢＤ信号と受光装置がレーザ光Ｌ１を受光したことによって生成する受光信号との生成タイミング差をカウント値に変換する。このカウント値がＣ１となり、測定器はＣ１をＣｒｅｆに対応させてメモリに記憶させる。一方、測定器は、レーザ光Ｌ１によって生成されたＢＤ信号と受光装置がレーザ光Ｌｎを受光したことによって生成する受光信号とのタイミング差をカウント値に変換する。このカウント値がＣｎとなり、測定器はＣｎをＣｒｅｆに対応させてメモリに記憶される。測定器は、調整時にこれらの処理を各発光素子に対して行いＣ１〜Ｃｎをメモリに記憶させる。

なお、メモリには、Ｃ１とＣｎを記憶させておき、図４（ａ）のＸ軸方向において発光素子１と発光素子Ｎとの間に位置する発光素子Ｍ（発光素子２から発光素子Ｎ−１）の書き出しタイミングデータを記憶しておかなくても良い。この場合、ＣＰＵ６０１は、発光素子Ｍの書き出しタイミングデータを、Ｃ１、Ｃｎ、及び発光素子１と発光素子Ｎに対する発光素子ＭのＸ軸方向の配置位置に基づいて演算する。即ち、ＣＰＵ６０１は、以下の数式１に基づいて発光素子１と発光素子Ｎとの間に位置する発光素子Ｍの書き出しタイミングデータＣｍ（カウント値）を演算する。
Ｃｍ＝（Ｃｎ−Ｃ１）×（ｍ−１）／（ｎ−１）＋Ｃ１
＝Ｃ１×（ｎ−ｍ）／（ｎ−１）＋Ｃｎ×（ｍ−１）／（ｎ−１）・・・式１
例えば、光源２０１が４個の発光素子１から発光素子４を備える場合、ＣＰＵ６０１は、発光素子２及び発光素子３の書き出しタイミングデータＣ２およびＣ３を次の式に基づいて演算する。
Ｃ２＝Ｃ１＋（Ｃ４−Ｃ１）×１／３
＝Ｃ１×２／３＋Ｃ４×１／３・・・式２
Ｃ３＝Ｃ１＋（Ｃ４−Ｃ１）×２／３
＝Ｃ１×１／３＋Ｃ４×２／３・・・式３
次に、ＢＤ信号７０３とＢＤ信号７０４の生成タイミング差がＤＴ２である場合について説明する。図５に示すように、ＢＤ２１２は、レーザ光Ｌ１の検出に応じてＢＤ信号７０３を出力し、レーザ光Ｌｎの検出に応じてＢＤ信号７０４を出力する。ＣＰＵ６０１は、図７に示すＢＤ信号７０３とＢＤ信号７０４との生成タイミング差ＤＴ’１をカウント値Ｃ’ａとして検出する。ＣＰＵ６０１は、カウント値Ｃ’１とＣｒｅｆとを比較する。ここでは、Ｃ’ａ＝Ｃｒｅｆの場合を例に説明する。ＣＰＵ６０１は、Ｃ’ａとＣｒｅｆとの差分に基づいて書き出しタイミングデータＣｎを補正してＣ’ｎを算出する。
Ｃ’ｎ＝Ｃｎ×Ｋ（Ｃｒｅｆ−Ｃ’１）（Ｋは１を含む任意の係数）・・・式４
ＣＰＵ６０１は、ＢＤ信号７０３が生成されてからのカウンタ６０２のカウント値が補正した書き出しタイミングデータＣ’ｎになったことに応じて発光素子Ｎを点灯させる。ＢＤ信号の生成タイミング差が変動しても、主走査方向における発光素子１によって形成される画像と発光素子Ｎによって形成される画像との書き出し位置を一致させることができる。

ここで、係数Ｋは、ＢＤ上での時間間隔の変化量（Ｃｒｅｆ−Ｃ’１）に対して乗算する係数であり、光走査装置に備えられるｆθレンズ２０４、ｆθレンズ２０７、ＢＤレンズ２１４の光学特性によって決定する。

ここで、図５を用いてＢＤレンズ２１４について説明する。図５（ａ）中のＸ軸方向は、主走査方向に対応し、Ｙ軸方向は副走査方向に対応する。つまり、ＢＤレンズ２１４に入射するレンズは、ＢＤレンズ２１４の入射面（後述するレンズ５０２の入射面）を走査する。また、図５（ａ）中の一点鎖線の矢印は、ＢＤレンズ２１４の光軸及び入射するレーザ光の進行方向を示している。図５（ｂ）は、ＢＤレンズ２１４の断面図である。

ＢＤレンズ２１４は、ガラス製のレンズ５０２（第２のレンズ）と樹脂製のレンズ５０１（第３のレンズ）によって構成されている。レンズ５０２は、レンズ５０２に入射したレーザ光をＸ軸方向に屈折させる屈折力を有する。また、レンズ５０１は、レンズ５０１に入射したレーザ光をＹ軸方向に屈折させる屈折力を有する。レンズ５０１は、レンズ５０１に入射したレーザ光をＸ軸方向に屈折させる屈折力を有さないレンズである。ＢＤレンズ２１４を通過したレーザ光はＢＤ２１２に入射する。

レンズ５０１は、レンズ５０２を保持する保持部５０３と光ビームを透過させる透過部５０４を備える。図５（ａ）に示すように、レンズ５０２は円形状であり、保持部５０３はレンズ５０２の外形部５０６より微小に大きい円形状である。図５（ｂ）に示すように、レンズ５０２が保持部５０３に嵌合することによって、レンズ５０１はレンズ５０２を保持する。レンズ５０１は、保持部５０３及び透過部５０４を支持する、保持部５０３及び透過部５０４に一体的に成型された支持台５０５を備え、支持台５０５が光学箱２００の底面に設置される。

ガラス製のレンズは樹脂製のレンズに比べて熱によって特性が変動し難い。そのため、回転多面鏡２０２を駆動するモータ２０３によって光学箱内部が昇温しても、レンズ５０２のＸ軸方向の屈折力は樹脂製のレンズに比べて変動し難い。本実施例の画像形成装置は、複数の発光素子を点灯させて複数のＢＤ信号を生成して、複数のＢＤ信号の生成タイミング差に基づいて各発光素子のレーザ光の出射タイミングを制御するである。この制御の精度を確保するためには、ＢＤレンズ２１４を通過したレーザ光のＸ軸方向の屈折方向がＢＤレンズ２１４乃至光学箱２００内部の温度の影響を受け難い構成を採用することが望ましい。そこで、ＢＤレンズ２１４を構成するレンズ５０２にガラス製のレンズを採用している。

一方、コストを抑えるために、ｆθレンズ２０４、ｆθレンズ２０７に樹脂製のレンズを採用している。そのため、ｆθレンズ２０４、ｆθレンズ２０７の昇温によって屈折力が変化し易く、図９に示すような課題が生じてしまう。

次に、図８を用いてＣＰＵ６０１が実行する制御フローを説明する。画像形成装置に画像データが入力されたことに応じて本制御が開始される。まず、ＣＰＵ６０１は、画像データが入力されたことに応じてモータ４０７を駆動してポリゴンミラー２０４を回転させる（ステップＳ８０１）。続くステップＳ２において、ＣＰＵ６０１は、ポリゴンミラー２０４の回転速度が所定の回転速度に達したか否かを判定する（ステップＳ８０２）。ステップＳ８０２において、ポリゴンミラー２０４の回転速度が所定の回転速度に達していないと判定された場合、ＣＰＵ６０１は、ポリゴンミラー２０４の回転速度を加速させ（ステップＳ８０３）、制御をステップＳ８０２に戻す。

ステップＳ８０２において、ポリゴンミラー２０４の回転速度が所定の回転速度に達していると判定された場合、ＣＰＵ６０１は、発光素子１を点灯させる（ステップＳ８０４）。続いて、ＣＰＵ６０１は、発光素子１から出射されたレーザ光Ｌ１によってＢＤ信号が生成されたか否かを判定する（ステップＳ８０５）。ステップＳ８０５において、レーザ光Ｌ１によってＢＤ信号が生成されていないと判定された場合は、ＢＤ信号の生成が確認されるまでステップＳ８０５に制御を戻す。一方、ステップＳ８０５において、レーザ光Ｌ１によってＢＤ信号が生成されたと判定された場合は、ＣＰＵ６０１は、ＢＤ信号が生成されたことに応じてカウンタにＣＬＫ信号のカウントを開始する（ステップＳ８０６）。

ステップＳ８０５の後、ＣＰＵ６０１は、発光素子１を消灯させ（ステップＳ８０７）、発光素子Ｎを点灯させる（ステップＳ８０８）。続いて、ＣＰＵ６０１は、発光素子Ｎから出射されたレーザ光ＬｎによってＢＤ信号が生成されたか否かを判定する（ステップＳ８０９）。ステップＳ８０９において、レーザ光ＬｎによってＢＤ信号が生成されていないと判定された場合は、ＢＤ信号の生成が確認されるまでステップＳ８０９に制御を戻す。一方、ステップＳ８０９において、レーザ光ＬｎによってＢＤ信号が生成されたと判定された場合、ＣＰＵ６０１は、ＢＤ信号が生成されたことに応じてカウンタ６０２によるＣＬＫ信号のカウント値をサンプルし（ステップＳ８１０）、続くステップＳ８１１において発光素子Ｎを消灯させる。

ステップＳ８１１後、ＣＰＵ６０１は、サンプルされたカウント値ＣとＣｒｅｆとを比較してＣ＝Ｃｒｅｆであるか否かを判定し（ステップＳ８１２）、Ｃ＝Ｃｒｅｆと判定された場合、ＣＰＵ６０１は、レーザ光Ｌ１によって生成されたＢＤ信号を基準とする各発光素子に対応するレーザ光の出射タイミングをＣ１からＣｎに設定する（ステップＳ８１３）。一方、ステップＳ８１２においてＣ＝Ｃｒｅｆ（Ｃ≠Ｃｒｅｆ）と判定された場合、ＣＰＵ６０１は、Ｃｃｏｒ＝Ｃ−Ｃｒｅｆを演算し（ステップＳ８１４）、Ｃｃｏｒに基づいてレーザ光Ｌ１によって生成されたＢＤ信号を基準とする各発光素子に対応するレーザ光の出射タイミングをＣ’１からＣ’ｎに設定する（ステップＳ８１５）。

ステップＳ８１３またはステップＳ８１５の後、ＣＰＵ６０１は、各ステップにおいて設定されたレーザ光の出射タイミングに基づいて画像データに基づくレーザ光を光源から出射させて感光ドラムを露光する（ステップＳ８１６）。ステップＳ８１６の後、ＣＰＵ６０１は、画像形成が終了したか否かを判定し（ステップＳ８１７）、画像形成が終了していないと判定された場合、制御をステップＳ８１４に戻す。一方、ステップＳ８１７において、ＣＰＵ６０１は、画像形成が終了したと判定された場合、本制御を終了させる。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置は、ＢＤレンズ２１４の少なくとも一部に主走査方向に対応する方向に屈折力を有するガラス製のレンズを用いた。そのため、本実施例の画像形成装置は、主走査方向に対応する方向に屈折力を有する樹脂製のＢＤレンズを用いた場合に比べて、ＢＤ２１２に通過したレーザ光の光路が温度によって変動し難い。

２０１光源
２１２ＢＤ
２１４ＢＤレンズ
４０１ＣＰＵ
５０１樹脂製のレンズ
５０２ガラス製のレンズ

Claims

複数の発光素子から出射される複数の光ビームが回転駆動される感光体の回転方向の異なる位置を露光するように前記複数の発光素子が配置された光源を備え、同期信号を基準に前記複数の発光素子それぞれの前記光ビームの出射タイミンを制御する画像形成装置であって、
前記複数の光ビームが前記感光体上を走査するように前記複数の光ビームを偏向する偏向手段と、
前記偏向手段によって偏向された前記複数の光ビームが入射し、入射した前記複数の光ビームを当該複数の光ビームが前記感光体上を走査する走査方向に屈折させる樹脂製の第１のレンズと、
前記偏向手段によって偏向された光ビームが入射するように当該光ビームの光路上に配置され、当該光ビームを前記走査方向に対応する方向に屈折させるガラス製の第２のレンズと、
前記第２のレンズを通過した光ビームを受光して前記同期信号を生成する受光素子と、
前記複数の発光素子に含まれる第１の発光素子及び第２の発光素子それぞれから異なるタイミングで光ビームを出射させ、前記第１の発光素子から出射された光ビームを受光した前記受光素子が生成する第１の同期信号と前記第２の発光素子から出射された光ビームを受光した前記受光素子が生成する第２の同期信号との生成タイミング差を測定し、当該測定結果と前記第１の発光素子から出射された光ビームを受光した前記受光素子が生成する第１の同期信号の生成タイミングとに基づいて、前記複数の発光素子間の相対的な光ビームの出射タイミングを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
前記第２のレンズを通過した光ビームが入射するように当該光ビームの光路上の前記第２のレンズと前記受光素子との間に配置され、入射した光ビームを前記感光体の回転方向に対応する方向に屈折させる樹脂製の第３のレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記第３のレンズは入射した前記光ビームを前記走査方向に対応する方向に屈折させる屈折力を有し、前記第２のレンズが有する前記走査方向に対応する方向の屈折力は、前記第３のレンズが有する前記走査方向に対応する方向の屈折力よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記第３のレンズは前記第２のレンズを通過した前記光ビームを透過させる透過部と前記第２のレンズを保持する保持部とを備えることを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
前記保持部は、前記第２のレンズの外形部が嵌合することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記複数の発光素子は、前記複数の光ビームが前記走査方向の異なる位置を露光するように前記光源に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の画像形成装置。