JP2000187374A

JP2000187374A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000187374A
Application number: JP10367174A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Motoi; 俊博本井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】デジタル複写機等の画像形成装置ではレーザ
光の安定化には従来からレーザ駆動電流やバイアス電流
を制御する種々の方法が提案されて来た。しかし、いず
れの方法も一定光の単一制御であり、レーザをパルス幅
変調して画像を形成する場合の最低濃度画像を形成する
には複雑な回路や精度等が要求され、コストが掛かる等
の問題点があった。【解決手段】本発明は実際に画像形成に使用されるパ
ルス幅変調されたレーザ光を使用して走査露光し、その
結果に基づいてバイアス電流を制御するため、上記最低
濃度の画像を安定して鮮明に形成できる応答性の良い、
安価な回路で構成した画像形成装置を提供できるように
なった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はデジタル複写機や
プリンタ等、レーザ光を変調して感光体上を走査露光
し、画像を形成する画像形成装置のレーザ光の制御に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】デジタル複写機やプリンタ等のデジタル
画像形成装置では通常、レーザビームで感光体上を走査
露光し、画像形成を行っている。図１はこのレーザ走査
露光の光学系の１例である。半導体レーザからなるレー
ザ素子１から出射したレーザビームはコリメートレンズ
２でコリメートされ、その後スリットやシリンドリカル
レンズ３を経て、回転多面鏡４で偏向され、ｆθレンズ
５と補正用シリンドリカルレンズ６によってレーザビー
ムを感光体１０（図２に示す）上に結像し、前記回転多
面鏡４によって主走査露光し、感光体１０の回転によっ
て副走査を行って画像を形成している。

【０００３】上記の様なレーザ光を用いた画像形成装置
におけるレーザ素子１の光出力はレーザ素子１に流れる
電流や周囲温度等の変動により影響される。そこでレー
ザ素子１の光出力を検出して得られる電圧を基準電圧と
比較し、光出力を一定にする自動光出力制御、即ちＡＰ
Ｃ制御が行われてきたが、記録速度の向上と共にレーザ
波高制御系の応答速度を上げる必要が生じ、予めレーザ
素子１にバイアス電流を供給する方法が使用されてい
る。図２はレーザ素子１の発光特性の図であり、図３は
レーザ素子１の発光遅れ時間を示した図である。図２に
示すように縦軸にレーザ素子１の光出力Ｐを、横軸に駆
動電流Ｉを取ると、レーザ素子１は該素子に流れる電流
が閾値電流Ｉ_thを越えると急激にレーザ発光するが、閾
値電流Ｉ_th以下ではレーザ発光はせずにＬＥＤ動作とな
る。そこでこの閾値電流Ｉ_th以下で且つ、なるべくこの
閾値電流Ｉ_thに近いバイアス電流を予め供給しておく
と、レーザ素子１の発光の応答性がよくなることが知ら
れている。特にパルス幅変調方式のレーザ露光では応答
速度が重要であると共に、バイアス電流値によって低濃
度部の適切な露光量を制御することができる。

【０００４】レーザ素子１の応答性を改良し、周囲環境
の変動に対してバイアス電流を制御して露光時の光出力
を制御する種々の方法が提案されており、例えば特開平
８−１３９８６９号公報では、バイアス電流を一定割合
で段階的に上昇させて行き、レーザ素子の光出力検出手
段によって検出した結果から最適なバイアス電流を制御
する方法が、また特開平６−６５３６号公報では、感光
体をレーザビームで走査露光した後、感光体上の電位や
トナー付着量を検出し、その結果と未露光時の感光体の
電位を比較して最適なバイアス電流を制御する方法等が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】レーザ出力を検出して
バイアス電流を制御する前記方法は閾値電流Ｉ_th以下の
ＬＥＤ領域での微少な光出力を高精度に検出する具体的
手段が困難であり、制御回路も複雑であり、コストアッ
プにつながる等の問題がある。また感光体の未露光時の
電位とレーザビームで走査露光して後の電位とを比較す
る方法も、基本は駆動電流を制御しながらバイアス電流
を設定するもので、いずれも一定露光に対する駆動電流
の定電流制御であり、パルス光露光に対応したバイアス
電流を微妙に制御する方法ではない。また、これらの方
法は定電流制御であり、基準値、制御のための検出対象
とともに電流値で把握して制御すれば、パルス幅変調に
よる露光量制御を正確に行うことができるという考えに
立っていた。

【０００６】半導体レーザをパルス幅変調した場合図３
に示すように、パルス幅Ｗの入力パルスＰ₁に対し、光
出力の応答性波形Ｐ_Oはレーザの発光（発振）遅れ時間
ｔ_dのためにＷｏの期間のみ発光する。この発光遅れ時
間は個々の半導体レーザによって異なるが、閾値電流Ｉ
_thとスロープ効率が同じ半導体レーザなら等しい発光遅
れ時間となり、パルス変調時の平均光出力も同じになる
はずである。しかし実際には半導体レーザ内部の活性領
域幅や不純物密度の差等により生産工程でバラツキがあ
るため、発光遅れ時間は個々に異なり、閾値電流のみで
光出力を制御する方法ではパルス変調による平均光出力
に差を生じて、光出力を正確に制御することはできず、
特にパルス変調されたレーザによる低濃度部画像の形成
に変動を生ずる等の問題点があった。

【０００７】本発明は画像形成装置のレーザ光の制御を
従来の光出力を検出して制御する方法やバイアス電流を
制御する単純な制御における前記のような問題を解決
し、レーザをパルス幅変調して画像形成する場合に適し
たバイアス電流の制御方法によって低濃度部の画像に変
動の無い画像形成装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は（１）レ
ーザ素子にバイアス電流及びレーザ駆動電流を供給し、
変調したレーザ光を帯電された感光体上に導光して走査
露光し、潜像を形成し、該潜像を反転現像して画像を形
成する画像形成装置に於いて、帯電された前記感光体上
の電位を検出する電位検出手段と、該電位検出手段の出
力に基づいて前記バイアス電流を制御する制御手段を有
し、画像形成に先立ち、下記条件を満足する光出力Ｅを
持つようにパルス変調されたレーザパルス光で前記感光
体を露光し、露光された前記感光体の電位を前記電位検
出手段で検出し、検出結果に基づいて前記制御手段によ
り前記バイアス電流を制御することを特徴とする画像形
成装置、０＜Ｅ≦０．３Ｅ_MAX （但し、Ｅ_MAXは前記走査露光における最高出力値であ
る、）、（２）レーザ素子にバイアス電流及びレーザ駆
動電流を供給し、変調したレーザ光を帯電された感光体
上に導光して走査露光し、潜像を形成し、該潜像を反転
現像して画像を形成する画像形成装置に於いて、反転現
像された前記感光体のトナー付着量を検出するトナー検
出手段と、該トナー検出手段の出力に基づいてバイアス
電流を制御する制御手段を有し、画像形成に先立ち、下
記条件を満足する光出力Ｅを持つようにパルス変調され
たレーザパルス光で前記感光体を露光し、反転現像され
た前記感光体のトナー付着量を前記トナー検出手段によ
り検出し、検出結果に基づいて前記制御手段により前記
バイアス電流を制御することを特徴とする画像形成装
置、０＜Ｅ≦０．３Ｅ_MAX （但し、Ｅ_MAXは前記走査露光における最高出力値であ
る）、（３）レーザ素子にバイアス電流及びレーザ駆動
電流を供給し、変調したレーザ光を帯電された感光体上
に導光して走査露光し、潜像を形成し、該潜像を反転現
像して画像を形成する画像形成装置に於いて、帯電され
た前記感光体上の電位を検出する電位検出手段と、該電
位検出手段の出力に基づいて前記バイアス電流を制御す
る制御手段を有し、画像形成に先立ち、最小画像濃度が
形成されるようにパルス変調されたレーザパルス光で前
記感光体を露光し、露光された前記感光体の電位を前記
電位検出手段で検出し、検出結果に基づいて前記制御手
段により前記バイアス電流を制御することを特徴とする
画像形成装置、並びに、（４）レーザ素子にバイアス電
流及びレーザ駆動電流を供給し、変調したレーザ光を帯
電された感光体上に導光して走査露光し、潜像を形成
し、該潜像を反転現像して画像を形成する画像形成装置
に於いて、反転現像された前記感光体のトナー付着量を
検出するトナー検出手段と、該トナー検出手段の出力に
に基づいて前記バイアス電流を制御する制御手段を有
し、画像形成に先立ち、最小画像濃度が形成されるよう
にパルス変調されたレーザパルス光で前記感光体を露光
し、反転現像された前記感光体のトナー付着量を前記ト
ナー検出手段により検出し、検出結果に基づいて前記制
御手段により前記バイアス電流を制御することを特徴と
する画像形成装置、によって達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】図４〜図６を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図４は本発明の実施の形態に係る画
像形成装置を示す図、図５は図４に示す画像形成装置の
制御回路のブロック図、図６は図４に示す画像形成装置
の制御のフローチャートである。

【００１０】１０はドラム状の感光体であり、帯電器１
１によって該感光体が時計方向に回転しつつ一様に帯電
され、図１に示したレーザ光学系から出力されるレーザ
ビームＬが感光体１０上を走査露光して潜像を形成す
る。形成された該潜像が現像器１２によって反転現像さ
れ、給紙部１７から転写紙が給紙されて感光体１０の表
面に密着し、感光体１０のトナー像が転写器１３によっ
て転写紙に転写され、分離器１４で感光体１０から転写
紙が分離されて、図示していない定着器で定着される。
一方、感光体１０は回転してクリーナー１５で表面がク
リーニングされ、残留トナーが除去され、更に除電器１
６による除電で、感光体１０の表面が均一化されて、一
連の画像形成を終了する。更にレーザビームＬと現像器
１２の間に電位検出器１８及び温度検出器２０が、又現
像器１２と給紙部１７の間にトナー検出器１９が設置さ
れていて、レーザ露光後の電位やトナー付着量を検出し
て、後述するバイアス電流を制御する。

【００１１】本発明の実施にあたっては勿論、半導体レ
ーザの光出力の一部を検出する光検出器を別途設置した
り、又駆動回路を個別部品で構成してもよいが、半導体
レーザと光出力検出用のフォトダイオードを同じパッケ
ージに組み込んだレーザ光源ユニットがあり、又近年、
前記検出器からの信号でレーザの駆動電流を制御し、前
記バイアス電流も外付け抵抗によって変更可能な、応答
性の良い自動光出力制御用の駆動ＩＣが、例えばテキサ
スインスツルメンツＳＮ６５ＡＬＳ５４１／Ａや三菱電
機製Ｍ６１８８０ＦＰ型など各社から提供されているの
で、これらを利用することが有用である。

【００１２】図５は駆動ＩＣを用いた本実施の形態の制
御回路のブロック図である。制御は基本的には、ＣＰＵ
５１によって行われるが、レーザ素子ＬＤと検出用フォ
トダイオードＰＤは同一のパッケージにレーザユニット
５０として装着されていて、フォトダイオードＰＤで検
出された光出力の信号を駆動ＩＣ５２によって基準電圧
Ｖ_ref（例えば１．４Ｖ）と比較し、レーザ素子ＬＤの
駆動電流を制御するＡＰＣ制御を行う。また駆動ＩＣ５
２のＲＳ端子にバイアス抵抗ＲＢを接続することによっ
て、バイアス電流を設定できるが、本発明ではバイアス
抵抗ＲＢを抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ８の８種類用意しておき、
アナログスイッチ５３を使用して前記ＲＳ端子とバイア
ス抵抗ＲＢの内、抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ８のどれか一つの抵
抗を接続して前記バイアス電流を段階的に切り替えて設
定できるよう構成されている。一例としてバイアス電流
を６ｍＡ〜２０ｍＡまで２ｍＡステップで８段階切り替
えるよう、抵抗Ｒ１〜Ｒ８の例を表１に示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】そして、このスイッチ動作は感光体の電位
検出器１８またはトナー検出器１９からの信号をＣＰＵ
５１に送り、この信号に基づいたＣＰＵ５１からのアナ
ログスイッチ５３へ送る信号によって抵抗が選ばれてバ
イアス電流が制御され設定される。

【００１５】次に、前記のバイアス電流制御を図６を用
いて説明する。

【００１６】電源投入、即ちメインスイッチのオンの
後、バイアス電流値が閾値電流Ｉ_th以下になるように、
バイアス抵抗ＲＢが設定される（Ｆ１）。この設定はア
ナログスイッチ５３により抵抗Ｒ１〜Ｒ８を選択するこ
とによって行われる。次のステップＦ２でＡＰＣ制御が
開始される。ＡＰＣ制御はレーザビームによる１ライン
操作毎に実施される制御であり、以下のバイアス電流設
定工程及びそれに続く画像形成工程を通して、画像形成
終了まで行われる。

【００１７】本実施の形態においては、デューティ比１
００％の最高出力のパルス幅変調光で露光した時に最高
濃度がえられ、デューティ比３０％のパルス幅変調光で
露光したときに多階調画像における第１ステップの濃
度、即ち最小濃度が得られるような設定が行われる。Ｆ
３では、最小濃度を与えるデューティ比３０％にパルス
幅変調した駆動電流でレーザ素子ＬＤを駆動して露光が
行われる。最小濃度を与える露光はデューティ比３０％
以下の変調パルスで露光行うことが望ましい。最小濃度
を与える露光におけるデューティ比を前記の３０％より
も低いどのような値にするかはあらかじめ決定される。

【００１８】次に、露光の結果低下した感光体１０の帯
電電位の検出が電位検出器１８により行われるか、また
は現像により形成されたトナー像の濃度の検出がトナー
検出器１９により行われる（Ｆ４）。

【００１９】帯電電位またはトナー像濃度の検出の結果
が最小濃度を与える帯電電位かまたは最小濃度であれ
ば、最小画像濃度の形成が可能なバイアス電流が設定さ
れたと判断されてバイアス電流設定工程が終了する（Ｆ
５）。このようにして、最小濃度を与えるバイアス電流
値が設定される。例えば、階調数２５６の画像を形成す
る系において、最小画像濃度１を与えるバイアス電流が
設定される。そして、画像形成（Ｆ７）に移行し、画像
形成後に制御は終了する。

【００２０】帯電電位またはトナー像濃度の検出の結
果、最小濃度を与える電位に達していないかまたは最小
濃度に達していない場合には、バイアス抵抗ＲＢがバイ
アス電流が増加する方向に切り替えられ（Ｆ６）、ステ
ップＦ３に戻って、再び、デューティ比３０％の変調光
による露光が行われる。

【００２１】ステップＦ３からＦ６に至る制御サイクル
が繰り返されて最小濃度を与えるバイアス電流、言い換
えると図２における閾値電流Ｉ_thが検出され、設定され
る。

【００２２】以上説明した画像形成装置のレーザ光の制
御は実際に画像形成されるパルス幅変調されたレーザ光
を使用して制御されるので、従来問題であった最低濃度
の画像を安定して鮮明に形成でき、中間調画像を形成す
る安価で安定した品質の画像形成装置を提供する。

【００２３】請求項に記載した本発明の構成要素と前記
の実施の形態の構成部間の対応関係は次のとおりであ
る。

【００２４】但し、本発明は実施の形態に限られるもの
ではなく、請求項に記載した範囲内で変更、変形が可能
である。

【００２５】レーザ素子・・・レーザ素子１、レーザ素子ＬＤ感光体・・・感光体１０電位検出手段・・・電位検出器１８トナー検出手段・・・トナー検出器１９制御手段・・・ＣＰＵ５１、アナログスイッチ５３、バ
イアス抵抗ＲＢ切替スイッチ・・・アナログスイッチ５３バイアス電流制御抵抗・・・バイアス抵抗ＲＢ

【００２６】

【発明の効果】実際に画像が形成されるパルス幅変調さ
れたレーザ光を使用して走査露光し、その結果に基づい
てバイアス電流を制御するため、特に低濃度側の画像を
鮮明に形成でき、中間調画像を形成する安価で安定した
品質の画像形成装置を提供できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ光学系の一例を示す図である。

【図２】レーザ素子の発光特性を示す図である。

【図３】レーザ素子の発光遅れ特性を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す
図である。

【図５】図４に示す画像形成装置の制御回路のブロック
図である。

【図６】図４に示す画像形成装置の制御のフローチャー
トである。

【符号の説明】

１レーザ素子２コリメートレンズ３シリンドリカルレンズ４回転多面鏡５ｆθレンズ１０感光体１１帯電器１２現像器１３転写器１４分離器１５クリーナー１６除電器１７給紙部１８電位検出器１９トナー検出器２０温度検出器５０レーザユニット５１ＣＰＵ５２駆動ＩＣ５３アナログスイッチＬレーザビームＬＤレーザ素子ＰＤフォトダイオードＲＢバイアス抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ素子にバイアス電流及びレーザ駆
動電流を供給し、変調したレーザ光を帯電された感光体
上に導光して走査露光し、潜像を形成し、該潜像を反転
現像して画像を形成する画像形成装置に於いて、帯電さ
れた前記感光体上の電位を検出する電位検出手段と、該
電位検出手段の出力に基づいて前記バイアス電流を制御
する制御手段を有し、画像形成に先立ち、下記条件を満
足する光出力Ｅを持つようにパルス変調されたレーザパ
ルス光で前記感光体を露光し、露光された前記感光体の
電位を前記電位検出手段で検出し、検出結果に基づいて
前記制御手段により前記バイアス電流を制御することを
特徴とする画像形成装置。０＜Ｅ≦０．３Ｅ_MAX （但し、Ｅ_MAXは前記走査露光における最高出力値であ
る。）
【請求項２】レーザ素子にバイアス電流及びレーザ駆
動電流を供給し、変調したレーザ光を帯電された感光体
上に導光して走査露光し、潜像を形成し、該潜像を反転
現像して画像を形成する画像形成装置に於いて、反転現
像された前記感光体のトナー付着量を検出するトナー検
出手段と、該トナー検出手段の出力に基づいてバイアス
電流を制御する制御手段を有し、画像形成に先立ち、下
記条件を満足する光出力Ｅを持つようにパルス変調され
たレーザパルス光で前記感光体を露光し、反転現像され
た前記感光体のトナー付着量を前記トナー検出手段によ
り検出し、検出結果に基づいて前記制御手段により前記
バイアス電流を制御することを特徴とする画像形成装
置。０＜Ｅ≦０．３Ｅ_MAX （但し、Ｅ_MAXは前記走査露光における最高出力値であ
る。）
【請求項３】レーザ素子にバイアス電流及びレーザ駆
動電流を供給し、変調したレーザ光を帯電された感光体
上に導光して走査露光し、潜像を形成し、該潜像を反転
現像して画像を形成する画像形成装置に於いて、帯電さ
れた前記感光体上の電位を検出する電位検出手段と、該
電位検出手段の出力に基づいて前記バイアス電流を制御
する制御手段を有し、画像形成に先立ち、最小画像濃度
が形成されるようにパルス変調されたレーザパルス光で
前記感光体を露光し、露光された前記感光体の電位を前
記電位検出手段で検出し、検出結果に基づいて前記制御
手段により前記バイアス電流を制御することを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項４】レーザ素子にバイアス電流及びレーザ駆
動電流を供給し、変調したレーザ光を帯電された感光体
上に導光して走査露光し、潜像を形成し、該潜像を反転
現像して画像を形成する画像形成装置に於いて、反転現
像された前記感光体のトナー付着量を検出するトナー検
出手段と、該トナー検出手段の出力に基づいて前記バイ
アス電流を制御する制御手段を有し、画像形成に先立
ち、最小画像濃度が形成されるようにパルス変調された
レーザパルス光で前記感光体を露光し、反転現像された
前記感光体のトナー付着量を前記トナー検出手段により
検出し、検出結果に基づいて前記制御手段により前記バ
イアス電流を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】前記制御手段が、切替スイッチ及び複数
のバイアス電流制御用抵抗を有し、該切替スイッチによ
り該バイアス電流制御用抵抗を選択して前記バイアス電
流を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１項に記載の画像形成装置。