JP2004025841A - レーザ走査制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像形成装置から出力された画像の倍率の差や、両面印刷時の表裏画像倍率の差を無くし、画像の高画質化を実現することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を発光する光源を画素単位の画像データに応じて駆動し、該光源から発光されたレーザ光により像担持体上を主走査方向に回転多面鏡を介して走査するためのレーザ走査制御装置であって、 前記像担持体上の前記レーザ光により走査される主走査1ライン上の1つ以上の補正点毎に、該補正点に位置する各画素に対して画素長を伸張させることによって、前記主走査ラインの走査倍率を補正し、前記回転多面鏡の回転速度を変化させることにより、副走査方向の倍率を補正することで、出力倍率を補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【選択図】   図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光源から発光されたレーザ光で潜像担持体上を走査することにより、潜像担持体上に潜像を形成する画像形成装置およびその走査倍率補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、レーザビームプリンタ、デジタル複写機などの画像形成装置においては、レーザビーム駆動回路により半導体レーザを駆動し、この半導体レーザから発光されたレーザビームを画像信号によって変調し、この変調後のレーザビームを回転多面鏡(ポリゴンミラー)によって感光ドラム上にラスタスキャンすることにより潜像形成を行うように構成されている。
【0003】
この際、複数の半導体レーザを有する装置においては、各半導体レーザからのレーザビームにより照射される感光ドラム上の各位置に応じて、潜像画像の倍率が異なる問題があり、また、両面印字可能な画像形成装置においては、定着器の熱によりシート材中の水分が蒸発し、定着後の紙サイズが収縮することにより、両面での潜像画像の比率が同じであっても印字後の画像サイズが異なる問題がある。
【0004】
これに対し、これらの整合をとるために画像データを転送する画像クロックを任意点で付加することにより画像データ間の長さを制御し、印字される画像サイズを補正するという方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)
【特許文献1】
特開2000−238342号
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例では、画像クロックを補正するため、補間する画像データが固定であり、画像クロックを微小に長くした場所においてスペースが発生し、印字品質を損なう可能性がある。
【0006】
本発明の目的は、印字品質を落とすことなく、主・副走査倍率を適正に補正することができるレーザ走査制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ走査制御方法は、レーザ光を発光する光源を画素単位の画像データに応じて駆動し、該光源から発光されたレーザ光により像担持体上を主走査方向に回転多面鏡を介して走査するためのレーザ走査制御装置であって、前記像担持体上の前記レーザ光により走査される主走査1ライン上の1つ以上の補正点毎に、該補正点に位置する各画素に対して画素長を伸張させることによって、前記主走査ラインの走査倍率を補正し、前記回転多面鏡の回転速度を変化させることにより、副走査方向の倍率を補正することで、出力倍率を補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【0008】
また、本発明は、前記補正手段は、補正点に位置する画素の画素分割変調された画素データの所定ビットを次ビットとして付加することで該補正点に位置する画素に対して画素長を伸張することを特徴とする。
【0009】
また、本発明は、前記補正手段は、あらかじめ定められた画像出力倍率となるように主走査及び副走査方向の倍率調整をすることを特徴とする。
【0010】
また、本発明は、前記補正手段は、シート材の両面に画像を出力する際には、表裏の出力画像倍率を各々変化させることを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、前記補正手段は、シート材の両面に画像を出力する際には、シート材の初めに画像形成をする面への画像伸長を次に画像形成する面への画像伸長よりも大きくすることを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、前記補正手段は、シート材の両面に画像を出力する際に、シート材の種類に応じて表裏の出力画像倍率を変化させることを特徴とする。
【0013】
また、本発明は、前記補正手段は、基本クロックから基本クロックの整数倍の高周波クロックを発生する高周波クロック発生手段を有し、前記各画素長は、前記高周波クロック複数個で構成され、画素長を伸張する場合には、構成する高周波クロック数を増やすことを特徴とする。
【0014】
また、本発明は、前記補正手段は、リング状のシフトレジスタを有し、前記リング状のシフトレジスタは前記高周波クロックに同期し、前記高周波クロックの周期と同一幅のパルスと前記画像データから前記シフトレジスタに振り分けられたビットデータとの論理積を、レーザを駆動する出力パルスとし、画素長を伸長させる場合は、前記パルスが、巡回するリング状のシフトレジスタのレジスタ数を増やすことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0016】
図1は本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を模式的に示す縦断面図である。画像形成装置は、複数枚の原稿を積載可能な原稿給紙装置1と、副走査方向に移動可能に構成されているスキャナユニット4とを備える。原稿給紙装置1は、積載されている複数枚の原稿をその先頭から1枚ずつ原稿台ガラス2上へ搬送する。スキャナユニット4は、原稿台ガラス2上に搬送された原稿を照明するためのランプ3と、原稿台ガラス2上の原稿からの反射光を反射ミラー6に導くための反射ミラー5とを搭載する。反射ミラー6は、反射ミラー7と協働して反射ミラー5からの反射光をレンズ8に導き、レンズ8は、上記反射光をイメージセンサ部9に結像する。イメージセンサ部9は、結像された光像を電気信号に変換し、この電気信号は所定の処理が施された後に、画像信号として露光制御部10に入力される。
【0017】
露光制御部10は、入力された画像データに基づきレーザ光を発光し、このレーザ光で感光ドラム11上を露光走査する。このレーザ光の露光走査により、感光ドラム11上には、レーザ光に応じた潜像が形成される。この感光ドラム11上に形成された潜像は、現像器13から供給されたトナーによりトナー像として可視像化される。
【0018】
また、上記レーザ光の照射開始と同期したタイミングで、カセット14またはカセット15からシートが給紙され、このシートは搬送路を介して転写部へ向けて搬送される。この搬送されたシート上には、転写部16により、感光ドラム11上のトナー像が転写される。トナー像が転写されたシートは、定着部17に搬送される。
【0019】
定着部17においては、シート上のトナー像が熱圧されてシート上に定着される。この定着部17を通過したシートは、排紙ローラ対18を経て外部に排出される。
【0020】
トナー像の転写後における感光ドラム11の表面は、クリーナ25で清掃された後に、補助帯電器26で除電される。そして、感光ドラム11の表面の残留電荷が前露光ランプ27で消去されて一次帯電器28において良好な帯電が得られる状態にされた後に、一次帯電器28で感光ドラム11の表面が帯電される。
【0021】
上記一連の工程を繰り返すことにより、複数枚の画像形成が可能になる。
【0022】
また、本画像形成装置においては、両面印刷を可能にするための両面パス29が設けられている。両面印刷時には、片面印字後のシートが反転されて両面パス29に導かれ、このシートは、両面パス29を介して感光ドラム11に再度搬送される。そして、シートの他面には、上述したと同様に、対応する画像が形成される。
【0023】
図2は図1の露光制御部10の構成を模式的に示すブロック図である。露光制御部10は、外部から入力された画像データを画素変調し、該画素変調された画像信号を画像クロックに同期させて出力する画像処理回路36と、画像処理回路36から出力された画素変調された画像データに基づき半導体レーザ43を駆動するレーザ駆動装置31とを有する。半導体レーザ43の内部には、レーザ光の一部を検出するフォトダイオードセンサ(PDセンサ;図示せず)が設けられ、レーザ駆動装置31は、PDセンサの検出信号を用いて半導体レーザ43のAPC(Auto Power Control)制御を行う。半導体レーザ43から発光されたレーザ光は、コリメータレンズおよび絞りなどを有する光学系を介してほぼ平行光になり、所定のビーム径でポリゴンミラー(回転多面鏡)33に入射する。ポリゴンミラー33は、所定方向に等角速度で回転しており、この回転に伴い、ポリゴンミラー33に入射したレーザ光は、連続的に角度を変える偏向ビームとなって反射される。偏向ビームとなって反射されたレーザ光は、f−θレンズ34により集光作用を受ける。また同時に、f−θレンズ34は走査の時間的な直線性を保証するような歪曲収差の補正を行うので、f−θレンズ34を通過したレーザ光は、感光ドラム11上に所定方向に等速で結合走査される。感光ドラム11の一方の端部近傍には、ポリゴンミラー33から反射されたレーザ光を検出するビームディテクトセンサ37が設けられており、このセンサの検出信号はポリゴンミラー33の回転とデータの書き込みの同期をとるための同期信号として用いられる。
【0024】
このようなレーザ駆動装置31においては、1走査中のレーザ光の光量を一定に保持するために、1走査中の光検出区間でレーザ光の出力を検出して半導体レーザ43の駆動電流を1走査の間保持するという駆動方式を採用している。
【0025】
図3は図2のレーザ駆動装置の構成を示すブロック図である。1つのレーザ43Aと1つのフォトダイオード(以下、PDと呼ぶ)センサ43Bから構成されるレーザチップ43を用いており、バイアス電流源41とパルス電流源42の2つの電流源をレーザ43に適用することによって、レーザ43Aの発光特性の改善を図っている。また、レーザ43Aの発光を安定化させるために、PDセンサー43Bからの出力信号を用いてバイアス電流源41に帰還をかけ、バイアス電流量の自動制御を行っている。
【0026】
即ち、シーケンスコントローラ47からのフル点灯信号により論理素子40がON信号をスイッチ49へ出力することにより、バイアス電流源41とパルス電流源42からの電流の和がレーザ43へ流れ、その時のPDセンサー43Bからの出力信号は電流電圧変換器44に入力され、ついで増幅器45で増幅され、APC回路46に入力され、次いでこのAPC回路46からバイアス電流源41に制御信号として供給される。この回路方式をAPC(Auto Power Controlの略)回路方式と言い、現在レーザを駆動する回路方式として一般的である。
【0027】
レーザは温度特性を持っており、温度が高くなるほど一定の光量を得るための電流量は増加する。また、レーザは自己発熱するため、一定の電流を供給するだけでは一定の光量を得ることができず、これらは画像形成に重大な影響を及ぼす。このことを解決する手段として、1走査毎に前述したAPC回路方式を用いて、各走査毎の発光特性が一定になるように、各走査毎に一定に流す電流量を制御している。こうして一定光量制御されたレーザ光を、画像処理回路36で変調されたデータでスイッチ49をOFF/ONすることで画像を形成している。
【0028】
図4は図3の画像処理回路とその周辺回路の構成を示すブロック図である。出力回路63に入力される高周波クロックは、PLL60から出力され、基本クロックのN倍の周波数をもつ。上記画像処理回路36の変調回路62では、画像データを変調する。レーザの階調性を表すのに、単位時間内での点灯時間をPWM変調で制御することがよく行われているため、ここでの説明をPWM変調(特にデジタルPWM変調)に関する説明として行う。たとえばAbitの入力データをPWM変調する場合、2ビットのパルス幅信号に変換する。ここで、
=n
となるように定数を決めておく。
【0029】
この変調回路62では、入力される画像データからパルス幅信号を生成し、出力回路63にその信号を送信する。出力回路63では、変調回路62から得られたパルス幅信号に応じて、PLL回路60から出力される高周波クロックに同期したPWM信号、高周波クロックに同期した画像クロック信号を出力し、PWM信号はレーザ駆動装置に、画像クロック信号は画像データ生成部85にそれぞれ送信される。
【0030】
図5に、画像データとして3ビットデータが変調回路62に入力され、これが8ビットのパルス幅データとして出力され、更に、このパルス幅データをもとに、出力回路63でPWM信号が出力されている様子を示す。
【0031】
カウンタ回路65のカウント値は、画像イネーブル信号生成回路90において生成された画像イネーブル信号(図6の画像イネーブル信号=Low、つまり画像有効エリア)において、画像クロック入力によってインクリメントされる。また、ORゲート68を介して、無効画像エリア(画像イネーブル信号=Hi)においては、BDセンサ36の出力BDによってリセットされ、有効画像エリアにおいては、コンパレータ67の出力CPによってリセットされる。レジスタ91に格納されている、走査ライン上で幅を伸長する画素数の情報である伸張画素数データは、変換テーブル66で、1走査ライン上の画素数をこの伸長画素数データに1を加えた値で割った値REF_CNTに変換される。
【0032】
例えば、伸張画素数データテーブルレジスタ91内に図9の伸張画素数データテーブルが存在し、その中の紙種Aが図4の操作部92により選択されていて、1走査ライン上に7200画素ある場合で、伸長画素数データとして2が設定され、シート材の表面への画像形成を行うとすると、この設定値に対応した値として変換テーブル65に設定されているREF_CNT=2400が出力される。コンパレータ67では、CNTとREF_CNTが比較され、双方が一致したとき一致出力CP=Hiを出力する。この出力CPは、変調画素選択信号として、出力回路63に送信される。このときのシート材の裏面への画像形成時には、図9の伸張画素数データテーブルの裏面の方のデータとして0が設定され、画像を伸張しないようになる。
【0033】
尚、伸張画素数データは、図9のテーブルのように予め数種類の材質のシート材によって、画像読み取り手段によって読み取られた画像あるいは、両面印刷を画像形成装置によって出力する際のシート材に含まれる水分量を湿度センサ等で検出し、CCD等を用いてシート原稿と出力画像とのライン長の差を検出し、1画素当たりの伸長幅で、図1に示した主走査方向の画像の差分Xcを割った値が設定されるようにしてもよい。
【0034】
この変調画素選択部64が出力回路63に変調画素選択信号を送信している際、出力回路では通常と動作が異なる。通常、n個の高周波クロックで(画像PWM信号、画像クロック信号の)1つの周期を生成していたのに対し、このときだけこの周期と異なるPWMデータ、クロック信号を出力する。本実施形態では、(n+1)個の高周波クロックで1周期を生成する構成を以降に示す。
【0035】
次に、図10に変調回路62、出力回路63のブロック図を示す。画像データは変調回路62に入力され、この図では8ビットのパルス幅データに変調され、各ビットは72−1〜72−8の2入力AND回路の一方に入力する。また72−9は72−8と同じデータが入力される。71−1〜71−9はDタイプフリップフロップであり、高周波クロックの立ち上がりでDの入力をQに出力する。これらは前記2入力AND回路72−1〜72−9の入力の一方に接続される。それと同時に71−1〜71−8のフリップフロップは、71−1の出力が71−2の入力に、71−2の出力が71−3の入力にといった縦続に接続されている。またフリップフロップ71−8の出力は2入力セレクタ回路73及び2入力セレクタ回路74にも接続される。フリップフロップ71−9の出力は、2入力セレクタ回路73にも接続される。
【0036】
2入力AND回路72−1〜9の出力は、9入力OR回路76に接続され、その出力をPWM信号として出力する。2入力セレクタ回路73は、変調制御部80の出力によって、フリップフロップ71−8、71−9の出力を選択し、2入力OR回路77の入力の一方に接続される。2入力セレクタ回路74の他方の入力はGNDに接続されている。変調制御部70の出力によって、2入力セレクタ回路74の場合は、フリップフロップ71−8の出力を71−9に入力させるか否かを制御する。変調制御部70は、コンパレータ67から出力される変調画素選択信号を元に、セレクタ回路73〜74のセレクタを所定の値に切り換える。
【0037】
78は、クロック信号を出力するフリップフロップで、71−1が出力するパルスの立ち上がりで、電源のHiレベルをラッチし、71−5の出力パルスで、そのHiレベルをLowにリセットして、71−1から71−8または71−9をデータが周回する周期と同周期(高周波クロック8クロックまたは9クロック分)のクロック信号を生成する。2入力OR回路77の入力の他方はタイミング信号が入力され、その出力はフリップフロップ71−1に入力される。
【0038】
次に動作を説明する。フリップフロップ71−1〜9に入力される高周波クロックに同期して、高周波クロック1クロック分の幅のタイミング信号生成回路93から出力される信号を、タイミング信号として入力する。これにより、フリップフロップ71−1〜9で構成される環状(リング状)のシフトレジスタの出力の1ヶ所が常に“1”となるようになる。変調制御部では、64が出力する画素選択信号を受け、前記環状のシフトレジスタの大きさを制御するようにセレクタ回路73、74を切り換える。1画素を高周波クロック8クロックで構成する場合は、セレクタ回路73ではフリップフロップ71−8の出力を選択し、セレクタ回路74ではGNDを選択する。
【0039】
1画素を構成する場合は、セレクタ回路73ではフリップフロップ71−9の出力または、71―8の出力を選択し、セレクタ回路74はフリップフロップ71−8の出力または、GNDを選択する。これらの切換で、フリップフロップ71−1〜71−9の出力が高周波クロックの9クロックまたは8クロックに1回“1”が出力されるようになる。72−1〜9はPWM画像データが設定されており、1画素毎にデータを変化させる。その設定されたデータと高周波クロック8クロックまたは9クロックに1度の“1”をAND演算し各AND出力をOR演算することで、高周波クロック8クロックまたは9クロックで構成されたPWM信号を出力することができる。
【0040】
ここでPWM画像データについて図8と図10を用いた例で説明する。フリップフロップ71−5(AND回路72−5)から出力されるデータより1画素の画像データが開始されるとする。入力する1画素の画像データの波形を図8の▲1▼に示す。▲1▼のようなPWM画像データが72−1〜72−8へ入力される場合を考える。画素長を伸長する場合には、セレクタ回路74をフリップフロップ71−8の出力を71−9に入力させるようにすることで、図8の▲2▼の波形のようにフリップフロップ71−8の画像データ番号4の画像データを、フリップフロップ71−8から出力された画像データの直後に再度出力する。
【0041】
それにより、画像データ番号4の画像データが1画素に2つ入力されて、画像伸長された画像データが得られる。また、画素長を伸長しない場合には、セレクタ回路74をフリップフロップ71−8の出力を71−9に入力させないようにすることで、画像データ番号4の画像データは1画素に1つしか入力されない。それにより、画像伸長されない画像データが得られる。
【0042】
以上の構成の変調部における走査ライン長補正動作のタイミングチャートを図6に示す。図6では、変調画素数データとして2が設定され、変換テーブルからREF_CNT=2400が出力されているとする。図6に示すように1走査の有効画像領域でカウンタ65の出力CNTが2400に達するとコンパレータ67の一致出力CPがHiになり、この後のクロック入力で、CNTはリセットされる。カウンタ65はこの動作を繰り返し、CP=Hiは変調画素選択信号として2回1走査ライン上ほぼ均等な間隔に位置する画素が伸長されるように出力回路63に送信される。出力回路63では、CP=Hiが送信されたときだけ、1画素の構成を高周波クロック9クロック分の幅になるよう設定し、その他の時は8クロックになるように制御することで、図11の原稿画像と画像形成装置から出力されたシート材上の画像との倍率差Xa、Xbを電気的に補正し等しくすることが可能
になる。
【0043】
次に図2と図7を用いて回転多面体の基本的な動作について説明する。回転多面体33は図示しないモータによって所定回転で回転する。このモータの動作としては、図9のスキャナモータ制御部にてBDセンサ36で1ライン毎に検出されるBD信号の周期を周期比較部82において基準周期発生部83で生成された基準周期と比較し、その周期が目標周期になるように演算部81において加減速信号を出力し安定に回転するように制御をする。
【0044】
基準周期発生部83には、図9の基準周期テーブルが格納されており、例えば、トナー画像を定着した後に収縮しない紙種に画像形成するためのBD信号基準周期を100.00%とすると、図4の操作部92により紙種Aが選択されているとする。そのときのシートの表面に画像形成する際には、図9のテーブルにおける紙種AのテーブルのBD信号基準周期(表面)を参照し、BD信号基準周期を100.03%とする。続いて、シートの裏面に画像形成する際には、図9のテーブルにおける紙種AのテーブルのBD信号基準周期(裏面)を参照し、BD信号基準周期を100.00%として、スキャナモータの制御を行い画像形成させる。つまり、BD信号に対する目標周期を短くし回転多面体の回転速度が速くなるようにスキャナモータを制御させることで、画像の副走査方向への伸長を行う。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザが形成する潜像画素のうち、画素カウンタを制御することによって決定した所定数の画素に対して、その画像PWM信号および画像クロック信号を構成する高周波クロックの数を増やして周期を伸長すること及び、回転多面鏡の回転速度を変更し副走査方向のライン数を増減させることによって、従来補正手段の無かった画像読み取り手段から読み取った画像と、画像形成装置から出力された画像の倍率の差や、両面印刷時の表裏画像倍率の差を無くし、画像の高画質化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるカラー画像形成装置の構成図
【図2】画像形成装置の露光制御部の概略構成図
【図3】レーザ制御装置の構成図
【図4】画像処理回路とその周辺回路のブロック図
【図5】画像処理回路におけるPWM信号生成の例を示すタイミングチャート
【図6】画素幅伸長画素選択動作を示すタイミングチャート
【図7】スキャナモータの制御部のブロック構成図
【図8】PWM画像データの説明図
【図9】伸長画素数データと基準周期のテーブル
【図10】変調回路、出力回路のブロック図
【図11】原稿画像と画像形成装置から出力された画像の倍率差を示す図

Claims (8)

  1. レーザ光を発光する光源を画素単位の画像データに応じて駆動し、該光源から発光されたレーザ光により像担持体上を主走査方向に回転多面鏡を介して走査するためのレーザ走査制御装置であって、
    前記像担持体上の前記レーザ光により走査される主走査1ライン上の1つ以上の補正点毎に、該補正点に位置する各画素に対して画素長を伸張させることによって、前記主走査ラインの走査倍率を補正し、前記回転多面鏡の回転速度を変化させることにより、副走査方向の倍率を補正することで、出力倍率を補正する補正手段を備えることを特徴とするレーザ走査制御装置。
  2. 前記補正手段は、補正点に位置する画素の画素分割変調された画素データの所定ビットを次ビットとして付加することで該補正点に位置する画素に対して画素長を伸張することを特徴とする請求項1記載のレーザ走査制御装置。
  3. 前記補正手段は、あらかじめ定められた画像出力倍率となるように主走査及び副走査方向の倍率調整をすることを特徴とする請求項2のレーザ走査制御装置。
  4. 前記補正手段は、シート材の両面に画像を出力する際には、表裏の出力画像倍率を各々変化させることを特徴とする請求項2記載のレーザ走査制御装置。
  5. 前記補正手段は、シート材の両面に画像を出力する際には、シート材の初めに画像形成をする面への画像伸長を次に画像形成する面への画像伸長よりも大きくすることを特徴とする請求項2記載のレーザ走査制御装置。
  6. 前記補正手段は、シート材の両面に画像を出力する際に、シート材の種類に応じて表裏の出力画像倍率を変化させることを特徴とする請求項2記載のレーザ走査制御装置。
  7. 前記補正手段は、基本クロックから基本クロックの整数倍の高周波クロックを発生する高周波クロック発生手段を有し、前記各画素長は、前記高周波クロック複数個で構成され、画素長を伸張する場合には、構成する高周波クロック数を増やすことを特徴とする請求項2記載のレーザ走査制御装置
  8. 前記補正手段は、リング状のシフトレジスタを有し、前記リング状のシフトレジスタは前記高周波クロックに同期し、前記高周波クロックの周期と同一幅のパルスと前記画像データから前記シフトレジスタに振り分けられたビットデータとの論理積を、レーザを駆動する出力パルスとし、画素長を伸長させる場合は、前記パルスが、巡回するリング状のシフトレジスタのレジスタ数を増やすことを特徴とする請求項1記載のレーザ走査制御装置。
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