JP2000351234A

JP2000351234A - 電子写真装置のレーザ制御装置

Info

Publication number: JP2000351234A
Application number: JP11164550A
Authority: JP
Inventors: Sachikazu Kono; 祥和河野; Kenji Mochizuki; 健至望月; Takashi Nakazawa; 敬中澤; Katsuhiro Ono; 勝弘小野
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】電子写真装置において、光学レンズの設計誤
差から発生するレーザビームの走査方向に対しての印刷
濃度、ドット径、線幅等のむらを低減する。【解決手段】レーザビームの感光体上の走査位置によ
って、記憶手段に予め記憶している補正データに従って
レーザの発光光量を変化させることにより、感光体上の
全走査位置に対して印刷した画像の濃度、ドット径、線
幅等を均一にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザの発光光量
を制御するレーザ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザを用いた電子写真記録装置
において、画像データに応じてレーザの発光光量を一定
もしくは多段階に変調させ、感光体上を走査露光し、高
画質な画像の印刷を行っていた。ここで言う多段階の変
調とは、どのような画像データを記録するかに応じて変
調するものであり、感光体の走査位置に応じて変調する
ものではない。すなわち同一の画像データが、感光体の
走査中央に位置していても、走査端に位置していてもそ
れを勘案することなく、同一の変調をするものである。

【０００３】また、高画質な画像を常に安定して印刷す
るために、感光体上に任意のテスト画像を現像し、その
ときの濃度をセンサーにて検出し、その検出結果を帯電
器の帯電電位、現像機の現像バイアス電圧、レーザの露
光量等にフィードバックして印刷品質を一定に保つ制御
が行われていた。その一例として、特開昭６０−２６０
０６７に制御方法が開示されている。ここで言うレーザ
光量等の制御は、感光体の全ての走査位置に対して同様
に行なうものであり、感光体の走査位置に応じて制御す
るものではない。すなわち感光体の走査中央と走査端で
濃度が異なっていても、それを勘案することなく同一の
制御をするものである。

【０００４】しかし、帯電、露光、現像、転写、定着と
様々なプロセスを経由して印刷が行われる電子写真装置
においては、機械的、電気的精度の問題から印刷した画
像の感光体の走査位置によって濃度にむらが発生してし
まう問題がある。その原因の一つとして、感光体上の全
走査位置に対してレーザのビームスポット径が一定でな
いことがある。これは図１１に示すように光学レンズの
設計および加工精度の限界により生じる像面湾曲等の収
差に起因するものである。その結果、印刷した画像の濃
度、ドット径、線幅等が画像の位置によって変化してし
まっていた。

【０００５】上記課題を解決するため、特開平７−２７
０６９９号では、ガルバノミラーを用いた光走査装置
で、被走査面上の光軸位置と走査面両端で光量を変化さ
せて、被走査面上でのスポット径を一定としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年レーザビームプリ
ンタ等の電子写真装置では、高速印刷などのため回転多
面鏡が用いられている。しかし回転多面鏡を用いたと
き、多数の反射面が回転することにより光軸に対して面
の出入りが発生し、被走査面で主走査方向に光軸に対し
て左右非対称な像面湾曲が発生するなど複雑である。

【０００７】本発明の目的は、高速印刷を行う電子写真
装置などで、回転多面鏡を用いたレーザビームの走査位
置に応じてレーザの発光光量を変化させ、印刷した画像
の走査位置による濃度、ドット径、線幅等のむらを低減
することができる高精度の印刷ができる電子写真装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、感光体上を帯電する帯電器と、帯電された
感光体上を走査露光するレーザを用いた露光光学部と、
レーザの発光光量を多段階に変調することができるレー
ザ制御装置と、走査露光した画像領域を現像する現像機
と、現像された画像を被記録物に転写する転写器とを有
する記録装置のレーザ制御装置において、被走査面であ
る感光体上の全走査位置に対して印刷した画像の濃度、
ドット径、線幅等を均一にするためにレーザの発光光量
を感光体上の走査位置によって変化させる補正パターン
を記憶した記憶手段を設けたことにある。記憶手段を設
けることにより、被走査面上の複雑な補正が可能とな
り、安価で、かつ高精度の印刷品質を得ることができ
る。

【０００９】また、本発明の他の特徴は、記憶手段は、
感光体上の全走査位置に対してレーザのビームスポット
径が一定でないことを勘案して、感光体上の各走査位置
におけるレーザのビームスポット径と発光光量は負の相
関を有する発光光量補正パターンを記憶していることに
ある。

【００１０】上記手段を用いることにより、レーザビー
ムの走査位置によってレーザの発光光量を変化させ、印
刷した画像の位置による濃度、ドット径、線幅等のむら
を低減することができる。

【００１１】また、高速印刷の電子写真装置で精度向上
のため、ＢＤセンサなどのビーム検知器によって得られ
た書き出し位置検出信号に同期させながら出力する出力
手段を設けた。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係る半
導体レーザを用いたレーザ制御装置を図を用いて説明す
る。まず最初に、本発明の一実施例に係る記録装置の
構成及び動作原理について、図２を用いて説明する。図
２に示すように、記録装置は感光体２０１の周囲に順に
帯電器２０２、半導体レーザ制御装置を備えた露光光学
部２０３、現像機２０４、転写器２０５、クリーナ２０
６、イレーザ２０７が配置された構成となっている。

【００１３】帯電器２０２で感光体２０１上を一様帯電
し、露光光学部２０３で画像データ２１０に基づき、感
光体２０１上を走査露光する。次に現像機２０４により
帯電したトナーを画像領域に現像し、その後、転写器２
０５でトナーを用紙２０９上に転写する。クリーナ２０
６で感光体２０１上に残留したトナーを除去し、イレー
ザ２０７で一様除電し、始めの帯電に戻る。一方、用紙
２０９上に転写されたトナーは定着器２０８によって用
紙２０９上に固着される。以上が本発明の一実施例に係
る記録装置の構成及び動作原理の説明である。

【００１４】次に、本発明の一実施例に係る露光光学部
２０３の構成及び動作原理について、図３を用いて説明
する。図３に示すように、露光光学部２０３は半導体レ
ーザ制御装置３０１、半導体レーザ３０２、回転多面鏡
３０３、ビーム検知器３０４で構成されている。

【００１５】半導体レーザ制御装置３０１は、画像デー
タ２１０に基づき半導体レーザ３０２に適当な駆動電流
ＩＬを流す。半導体レーザ３０２は駆動電流ＩＬに基づ
き発光し、レーザビームは回転多面鏡３０３によって偏
向され、感光体２０１上を走査露光する。この時、書き
出し位置をそろえるために書き出し直前のレーザビーム
をミラー４０３で反射させビーム検知器３０４に導き、
書き出し位置検出信号ＢＤＴを得ている。また、半導体
レーザ３０２に内蔵されている発光光量測定用のフォト
ディテクターから発光光量に比例した電流ＩＰが半導体
レーザ制御装置３０１に流れる。以上が本発明の一実施
例に係る露光光学部２０３の構成及び動作原理の説明で
ある。

【００１６】次に、本発明の一実施例に係る半導体レー
ザ制御装置３０１の構成及び動作原理について、図１を
用いて説明する。図１に示すように、半導体レーザ制御
装置３０１はモード切換回路１０１、アナログスイッチ
１０２、ＡＰＣ回路１０３、１０４、アドレスカウンタ
１０５、差動増幅器１０６、ＲＯＭ１０７、Ｄ／Ａコン
バータ１０８、ドライバＩＣ１０９、１１０、１１１で
構成されている。

【００１７】図３のビーム検知器３０４によって得られ
た書き出し位置検出信号ＢＤＴは、モード切換回路１０
１に入力される。ここで、モード切換回路１０１の構成
及び動作原理について、図４を用いて説明する。書き出
し位置検出信号ＢＤＴは、タイマ４０１、４０２のトリ
ガ端子Ｔに入力され、その後、図４に示すような論理回
路を通して信号Ｍ１、Ｍ２、Ｓ１、Ｓ２となって図５に
示すようなタイミングでドライバＩＣ１０９、１１０、
アナログスイッチ１０２、アドレスカウンタ１０５にそ
れぞれ入力される。ここで、タイマ４０１、４０２と
は、通常高周波のクロックをカウンタで計数し、設定さ
れた数値になると、信号を発するもの（プログラマブル
タイマ）で簡単に構成されるものであり、書き出し位置
検出信号ＢＤＴに同期して、図５に示すようなパルスＰ
ａ、Ｐｂを出力する。それらの幅はそれぞれＴａ、Ｔｂ
になるように予め外部素子により設定されている。

【００１８】書き出し位置検出信号ＢＤＴから印字モー
ドとなり記録が開始され、書き出し位置検出信号ＢＤＴ
から時間Ｔａ経過すると、レーザビームは感光体２０１
上の記録を終了し、第１制御モードとなる。次に、書き
出し位置検出信号ＢＤＴから時間Ｔｂ経過すると、第２
制御モードとなり、そして再び次のラインの書き出し位
置検出信号ＢＤＴが来る。

【００１９】信号Ｓ１、Ｓ２は、図１のアナログスイッ
チ１０２をコントロールする信号である。

【００２０】信号Ｓ１は半導体レーザ３０２のＰＤ出力
をＡＰＣ回路１０３、１０４のどちらと接続するかをコ
ントロールする信号であり、Ｓ１が論理１であれば、Ａ
ＰＣ回路１０３と接続し、論理０であれば、ＡＰＣ回路
１０４と接続する。つまり、ＡＰＣ回路１０３は第１制
御モード用のＡＰＣ回路であり、ＡＰＣ回路１０４は
第２制御モード用のＡＰＣ回路である。

【００２１】また、信号Ｓ２はアナログスイッチ１０２
の動作をコントロールする信号であり、Ｓ２が論理１
であれば、アナログスイッチ１０２は信号Ｓ１に従って
切換を行い、論理０であれば、ＡＰＣ回路部１０３、
１０４のどちらとも接続しない状態になる。

【００２２】次に、ドライバＩＣ１１１の構成及び動作
原理について、図６を用いて説明する。ドライバＩＣ１
１１は内部にスイッチと電流源を持ち、切換信号ＣＶＤ
によってスイッチを開閉する。切換信号ＣＶＤが論理１
であれば、スイッチを閉じ、出力電流ＩＬは駆動電流制
御信号ＩＬＣの電圧値に応じた電流を出力し、切換信号
ＣＶＤが論理０であれば、スイッチを開き、出力電流Ｉ
Ｌ１は０となる。また、ドライバＩＣ１０９、１１０も
同様の構成である。

【００２３】次に、半導体レーザ制御装置３０１の各モ
ードについての一連の動作を図８のフローチャートを用
いて順に説明する。

【００２４】まず始めに、ＳＴＥＰ１として第１制御モ
ード、第２制御モードにおける発光光量目標値Ｐ１、Ｐ
２を予め設定する。発光光量目標値Ｐ１、Ｐ２は、多段
階に変調する発光光量の範囲を決めることであり、最小
発光光量をＰ１、最大発光光量をＰ２として設定する。

【００２５】次に、ＳＴＥＰ２の第１制御モードについ
て説明する。

【００２６】第１制御モード時、モード切換回路１０１
の出力信号Ｍ１が論理１となり、ドライバＩＣ１０９に
入力される。制御信号Ｍ１が論理１になると、駆動電流
制御信号ＩＬＣ１の電圧値に応じた電流値ＩＬ１が半導
体レーザ３０２に流れ、半導体レーザ３０２は発光す
る。発光光量はフォトディテクタＰＤによって測定さ
れ、発光光量に比例した電流ＩＰがアナログスイッチ１
０２に流れる。このとき、図５に示したようにアナログ
スイッチ１０２のコントロール信号Ｓ１、Ｓ２は共に論
理１であるため、アナログスイッチ１０２はＡＰＣ回路
１０３と接続される。ＡＰＣ回路１０３は、予め設定
されている第１制御モードの発光光量目標値Ｐ１と実際
の発光光量値を比較し、発光光量値が目標値に比べて小
さい場合は駆動電流制御信号ＩＬＣ１を増加させるよう
に制御する。その結果、駆動電流ＩＬ１が増加し、半導
体レーザ３０２の発光光量値が上がる。また、発光光量
値が目標値に比べて大きい場合は駆動電流制御信号ＩＬ
Ｃ１を減少させるように制御する。その結果、駆動電流
ＩＬ１が減少し、半導体レーザ３０２の発光光量値が下
がる。

【００２７】このような上記ＡＰＣ制御を行うことによ
り、発光光量が安定し、第１制御モードが終わる頃に
は、半導体レーザ３０２の発光光量は第１制御モードの
発光光量目標値Ｐ１と等しくなる。また、このときの駆
動電流制御信号ＩＬＣ１の電圧値は、次の第１制御モー
ドまで保持される。

【００２８】次に、ＳＴＥＰ３の第２制御モードについ
て説明する。

【００２９】第２制御モード時、モード切換回路１０１
の出力信号Ｍ２が論理１となり、ドライバＩＣ１１０に
入力される。切換信号Ｍ２が論理１になると、駆動電流
制御信号ＩＬＣ２の電圧値に応じた電流値ＩＬ２が半導
体レーザ３０２に流れ、半導体レーザ３０２は発光す
る。発光光量はフォトディテクタＰＤによって測定さ
れ、発光光量に比例した電流ＩＰがアナログスイッチ１
０２に流れる。このとき、図５に示したようにアナログ
スイッチ１０２のコントロール信号Ｓ１は論理０、Ｓ２
は論理１であるため、アナログスイッチ１０２はＡＰＣ
回路１０４と接続される。ＡＰＣ回路１０４は、予め
設定されている第２制御モードの発光光量目標値Ｐ２と
実際の発光光量値を比較し、第１制御モードと同様のＡ
ＰＣ制御を行う。この結果、発光光量が安定し、第２制
御モードが終わる頃には、半導体レーザ３０２の発光光
量は第２制御モードの発光光量目標値Ｐ２と等しくな
る。また、このときの駆動電流制御信号ＩＬＣ２の電圧
値は、次の第２制御モードまで保持される。

【００３０】次に、ＳＴＥＰ４として半導体レーザ３０
２を発光光量Ｐ２で強制発光させながらビーム検知器３
０４を通過し、安定した書き出し位置検出信号ＢＤＴを
得ている。

【００３１】次に、ＳＴＥＰ５の印字モードについて説
明する。

【００３２】第１制御モード、第２制御モードにより保
持されている駆動電流制御信号ＩＬＣ１、ＩＬＣ２を差
動増幅器１０６に入力する。この差動増幅器１０６は入
力された２つの電圧値の差を出力するものである。差動
増幅器１０６から出力された差電圧をＤ／Ａコンバータ
１０８の基準電圧端子に入力する。ここで、Ｄ／Ａコ
ンバータ１０８は基準電圧端子に入力された電圧値を数
ビットのデジタル信号に従い、分割して出力するもので
ある。本実施例では、差電圧ＲＥＦを８ビットの補正デ
ータに従い、分割して出力電圧を駆動電流制御信号ＩＬ
Ｃとして、ドライバＩＣ１１１に入力する。ドライバＩ
Ｃ１１１は駆動電流制御信号ＩＬＣの電圧値に応じた電
流値ＩＬを画像データ２１０に従って半導体レーザ３０
２に流す。

【００３３】図７に、半導体レーザ３０２の駆動電流
（補正データ）と発光光量の関係を示す。８ビットの補
正データが（０）であれば、駆動電流ＩＬはＩＬ１と等
しくなり、半導体レーザ３０２の発光光量Ｐは第１制御
モードの発光光量目標値Ｐ１と等しくなる。また、８ビ
ットの補正データが（２５５）であれば、駆動電流ＩＬ
はＩＬ２と等しくなり、半導体レーザ３０２の発光光量
Ｐは第２制御モードの発光光量目標値Ｐ２と等しくな
る。このように、８ビットの補正データを（０）から
（２５５）の区間で変調することにより、半導体レーザ
３０２の発光光量を２５６段階に変調することができ
る。つまり、第１制御モードの発光光量目標値Ｐ１、第
２制御モードの発光光量値Ｐ２はＡＰＣ制御により、常
に一定に保たれているため、その区間を８ビットの補正
データによって２５６分割することにより、半導体レー
ザ３０２の電流と光量の特性が変化した場合でも安定し
た光量補正ができる。

【００３４】次に、図１のＲＯＭ１０７に記憶されてい
る補正データについて説明する。ＲＯＭ１０７は感光体
上の全走査位置に対して印刷した画像の濃度、ドット
径、線幅等を均一にするようなレーザ光量補正データを
予め記憶しておく必要がある。ここで、レーザビームの
スポット径とは通常、図９に示すようにビームの中心の
強度Ｉｏをｅ²で割った強度Ｉｏ／ｅ²で定めている。光
量Ｐは強度Ｉを距離Ｘで積分した値である。

【００３５】ビームの中心から距離Ｘにおける露光量Ｅ
は（１）式で与えられる。

【００３６】

【数１】

【００３７】ここで、rはビームスポット半径、vはビー
ム走査速度、ｉは添字である。

【００３８】今、２個のビームスポットＢ１、Ｂ２を考
え、スポット半径をそれぞれｒ１、ｒ２、光量をそれぞ
れＰ１、Ｐ２とする。（１）式に代入すると、露光量Ｅ
１、Ｅ２はそれぞれ（２）、（３）式になる。

【００３９】

【数２】

【００４０】

【数３】

【００４１】Ｂ１、Ｂ２の現像される領域が等しくなる
条件を求める。現像に必要な露光量をＥ≧Ｅ０とし、
Ｂ１、Ｂ２とも｜Ｘ｜≦Ｘ０の領域が現像されるとす
る。（２）、（３）式にＸ＝Ｘ０を代入し、Ｅ１＝Ｅ２
＝Ｅ０とおいて（Ｐ２／Ｐ１）について解くと（４）式
になる。

【００４２】

【数４】 ξ＝ｒ２／ｒ１、η＝Ｘ０／ｒ１とおくと（５）式にな
る。

【数５】

【００４３】ξ、ηの実用的な範囲、０．８≦ξ≦１．
２、０．８≦η≦１．２において（５）式の関係を図１
０に示す。Ｐ2／Ｐ1はξの増加に対して単調減少して
いる。従って、感光体上のビームスポット径の大きい走
査位置で発光光量を小さく、ビームスポット径の小さい
走査位置で発光光量を大きくなるようなレーザ光量補正
データをＲＯＭ１０７に記憶させておけば良い。

【００４４】また、ＲＯＭ１０７に記憶されている補正
データは図１のアドレスカウンタ１０５によって順次読
み出される。このアドレスカウンタ１０５はモード切換
回路１０１からの信号Ｓ２によってコントロールされて
おり、信号Ｓ２が論理０で動作、論理１で停止する。図
５に示すように印字モードのときのみＣＬＫに同期して
アドレスカウンタ１０５が動作し、ＲＯＭ１０７に記憶
されている補正データを順次読み出し、感光体上の全走
査位置に対して印刷した画像の濃度、ドット径、線幅等
を均一にするようにレーザ光量を変化させる。

【００４５】以上が本発明の一実施例の説明である。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、レーザビームの走査位
置によってレーザの発光光量を予め記憶している補正デ
ータに従って変化させることにより、感光体上の全走査
位置に対して印刷した画像の濃度、ドット径、線幅等が
均一なレーザ制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体レーザ制御装
置の構成図である。

【図２】本発明の一実施例に係る記録装置の構成図で
ある。

【図３】図１の半導体レーザ制御装置を備えた露光光
学部の構成図である。

【図４】図１のモード切換回路の構成図である。

【図５】半導体レーザ制御装置の各信号及び各モード
のタイミングを示す図である。

【図６】図１のドライバＩＣの構成図である。

【図７】レーザ駆動電流とレーザ発光光量の関係を示
す図である。

【図８】半導体レーザ制御処理のフローチャート図で
ある。

【図９】レーザビームのスポット径を示す図である。

【図１０】レーザ光量とビームスポット径の関係を示
す図である。

【図１１】感光体上のビームスポットを示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１・・・モード切換回路、１０２・・・アナログスイッ
チ、１０３、１０４・・・ＡＰＣ回路、１０５・・・アドレス
カウンタ、１０６・・・差動増幅器、１０７・・・ＲＯＭ、１
０８・・・Ｄ／Ａコンバータ、１０９、１１０、１１１・・・
ドライバＩＣ、２０１・・・感光体、２０２・・・帯電器、２
０３・・・露光光学部、２０４・・・現像機、２０５・・・転写
器、２０６・・・クリーナー、２０７・・・イレーザ、２０８
・・・定着器、２０９・・・用紙、２１０・・・画像データ、３
０１・・・半導体レーザ制御装置、３０２・・・半導体レー
ザ、３０３・・・回転多面鏡、３０４・・・レーザビーム検知
器、４０１、４０２・・・タイマ、４０３・・・ミラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 1/113 (72)発明者小野勝弘茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内Ｆターム(参考） 2C362 AA03 AA61 AA68 BA04 BB37 CB75 2H045 AA01 CA88 CA97 CB35 CB42 2H076 AB02 AB05 AB12 AB16 AB55 AB61 AB66 DA03 DA17 DA22 DA32 DA41 5C072 AA03 BA17 CA06 CA14 HA02 HA09 HA13 HB02 HB08 HB10 JA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光体と、感光体上をレーザ光によって
走査露光する回転多面鏡とＦθレンズを用いた露光光学
部と、レーザの発光光量を制御する電子写真装置のレー
ザ制御装置において、前記レーザの発光光量が予め設定した第１発光光量目標
値になるように第１レーザ駆動電流を制御する第１制御
モードと、レーザの発光光量が第１発光光量目標値より
も強い予め設定した第２発光光量目標値になるように第
２レーザ駆動電流を制御する第２制御モードと、第１レ
ーザ駆動電流値から第２レーザ駆動電流値までの範囲の
電流値を分割し、分割した電流値でレーザの発光光量を
感光体上の印刷領域内の走査位置によって変化させる補
正データを記憶した記憶手段を設けたことを特徴とする
レーザ制御装置。
【請求項２】記憶手段は、感光体上の各走査位置にお
けるレーザのビームスポット径と発光光量は負の相関を
有する発光光量補正パターンを記憶していることを特徴
とする請求項１記載のレーザ制御装置。
【請求項３】請求項１記載のレーザ制御装置におい
て、記憶手段に記憶した補正データをビーム検知器によ
って得られた書き出し位置検出信号に同期させながら出
力する出力手段を設けたことを特徴とするレーザ制御装
置。