JP2004195827A

JP2004195827A - 画像形成装置

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Publication number: JP2004195827A
Application number: JP2002367837A
Authority: JP
Inventors: Juichi Ogawara; 寿一大河原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】熱変動等に起因する画像劣化を防止したレーザービーム素子を用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】レーザー光（110,120）を画像領域外の受光素子（106）へ一定期間照射し、その出力信号に基いて解析する制御手段（ＰＤ解析回路113）と、基準クロックSG2に対して、互いに同期し、かつ複数種類の周波数および同一周波数で位相の異なる複数のクロックSG4，SG5を生成し、入力データに基づき基準クロックより光変調信号を生成してレーザー発光素子を制御する光変調装置（光変調信号生成回路108,109）とを備え、該光変調装置は、当該光変調装置で生成される光変調信号の２のＮ乗倍の周波数に基き、レーザー発光素子消灯の所定の遅延時間を設定する遅延手段（光変調信号生成回路108,109）を有し、レーザー受光素子の解析結果に基づき、遅延時間を設定する構成としてある。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、熱変動等に起因する画像劣化を防止したレーザービーム発光素子を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置には、回転多面鏡により偏向されるレーザービームを感光体上に照射し、静電潜像を形成するタイプのものがある。このレーザービームの発生手段として、レーザーダイオードを用いる場合が多い。
【０００３】
このレーザーダイオードは、電流が供給された後、レーザを発光するまでに遅延を有する。従って、レーザ発光強度と発光時間との積として表される発光量の期待値に対し、発光遅延時間分のズレが存在する。このズレは、一般に、レーザーダイオードをその定格発光強度に対して小さな発光強度で使用する場合ほど顕著である。
【０００４】
これら発光量および発光期間における期待値に対するズレは、レーザーダイオードの個体差および周囲温度などによって変動し、まったく予測することができない。
従って、レーザーダイオードを使用した高速光変調を行う回路は、次に説明する発光特性に関する課題をもっている。
【０００５】
レーザーダイオードの発光量および発光期間における期待値からのズレは、レーザービームプリンタ（画像形成装置）においては、直接変調型の高速光変調回路を使用すれば、基本画素をさらに分割処理することによって、ディザ法や誤差拡散法などによる、所謂面積階調による中間調画像の表現における画素面積の縮小を実現して、解像度劣化などの弊害を改善することが期待できる。
【０００６】
しかし、期待発光量のズレは、重大欠点である予期せぬモアレやビートなどを発生させ、形成画像の画質を劣化させるために、高速高精細のレーザービームプリンタに採用することが難しい。
そこで、発光素子における期待発光量のズレを補正することができる光変調装置およびその方法が提案された（特許文献１）。
【０００７】
この特許文献１の提案は、次の通りである。
即ち、図６において、図中左下の遅延回路DL4は、クロックS0を遅延することにより、入力データDPから得られる変調信号を所定時間遅延させた遅延信号を生成させる。これら変調信号および遅延信号は図中右上のＯＲゲートOR1により加えられ、スイッチSW7を制御し、レーザーダイオードLDの発光をオン・オフする。
【０００８】
図中右上のフォトダイオードPDから出力されるレーザーダイオードLDの発光状態を示すモニタ信号の積分値は、比較器CMP2（図の右下）により発光制御の設定電圧Vref2と比較され、その比較結果ΔV2により遅延回路DL4の遅延時間が設定される。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１９８４３１号公報（段落番号0036−0048、図７）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に提案された遅延装置（遅延回路）には遅延バッファを用いて、時間設定をしているが、熱変動等により遅延バッファ素子の特性が変動する場合があるので、時間制御が正確に行えず、画像形成装置の画像品質が劣化を起こすおそれがある。
【００１１】
そこで本発明の課題は、熱変動等に起因する画像劣化を防止したレーザービーム素子を用いた画像形成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】
前記課題を解決するために請求項１の発明は、回転多面鏡により、偏向されるレーザービームを感光体上に照射し、静電潜像を形成する画像形成装置において、
前記レーザービーム（図１の例えば１１０）の偏向方向の画像領域外におけるレーザービーム受光可能位置にレーザー受光素子（１０６）を配置し、該レーザー受光素子上に一定期間照射するようにレーザー発光素子（例えば１１１）を発光させ、該レーザー受光素子の出力信号をＡＤ変換し、解析する制御手段（ＰＤ解析回路１１３）と、
基準クロック（図３のＳＧ２）に対して、互いに同期し、かつ複数種類の周波数および同一周波数で位相の異なる複数のクロック（図３のＳＧ４，ＳＧ５）を生成し、入力データに基づき前記基準クロックより光変調信号を生成して前記レーザー発光素子を制御する光変調装置（図１の第１，第２の光変調信号生成回路１０８，１０９）とを備え、
該光変調装置は、当該光変調装置で生成される光変調信号の２のＮ乗倍（Ｎは自然数）の周波数に基き、前記レーザー発光素子消灯の所定の遅延時間を設定する遅延手段（第１，第２の光変調信号生成回路１０８，１０９）を有し、
前記レーザー受光素子の解析結果に基づき、前記遅延時間を設定する構成としてある。
【００１３】
このようにすれば、遅延手段が光変調装置の２のＮ乗倍の周波数に基き、高精度（熱変動などなし）に遅延時間を設定できるので、階調性が向上し、より高画質画像を得ることが可能となる。
【００１４】
また、請求項２では、請求項１記載の画像形成装置において、
当該画像形成装置は、複数のレーザー発光素子（図１の第１，第２のレーザーダイオード１１１，１２１）と、該レーザー発光素子から発せられたレーザービーム（第１，第２のレーザービーム１１０，１２０）に基いて、一度に複数ラインの静電潜像を形成する手段とを備え、
前記複数のレーザー発光素子の発光状態に基づき、前記遅延時間を設定する構成としてある。
【００１５】
このようにすれば、複数の発光素子のそれぞれの発光状態に対して遅延時間を設定することが可能となるので、発光素子選択の自由度が向上する。従って、画像形成装置に実装したレーザー発光素子の発光特性にバラツキがあった場合にも、高画質画像を得ることが可能となる。
【００１６】
また、請求項３では、請求項１〜請求項２記載の画像形成装置において、
前記遅延時間を前記光変調信号の最小パルス時間より、小さくする構成としてある。
【００１７】
このようにすれば、例えば図５に示すように、光変調信号ａの最小パルス時間Ｔ2より遅延時間Ｔ1を小さくすることにより、不連続ドットが、連続ドットになることを防止するので、画像変化を防止し、結果的に画像劣化を防止することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は各実施形態に対応した画像形成装置の書込部の概略構成図、図２は書込部における制御系動作の全体像を示した図、図３は光変調信号生成の詳細なタイムチャート、図４は光変調信号生成の説明に使用するタイムチャートである。
【００１９】
（１）第１の実施形態
図１に示すように、書込部Ｋにおいては、感光体ドラムへの静電潜像形成用に第１，第２のレーザービーム１１０，１２０を用いる。
第１，第２のレーザーダイオード１１１，１２１から、それぞれ出射された第１，第２のレーザービーム１１０，１２０は、ポリゴンミラー１０２に入射する。
【００２０】
ポリゴンミラー１０２は正確な多角形をしており、一定方向に一定速度で回転する。この回転速度は、感光体ドラム１０３の回転速度と書込密度とポリゴンミラー１０２の面数によって決定する。
【００２１】
ポリゴンミラー１０２に入射した第１，第２のレーザービーム１１０，１２０は、その反射光がポリゴンミラー１０２の回転によって偏向される。偏向された第１，第２のレーザービーム１１０，１２０は、ｆθレンズ１０４に入射する。ｆθレンズ１０４は、入射した角速度が一定のレーザービーム走査光を、感光体ドラム上で等速走査するように変換して、感光体ドラム上で最小点となるように結像する。
【００２２】
また、走査開始端には、書込開始基準を検知する同期検知素子１０５を配置し、第１，第２のレーザービーム１１０，１２０の書込開始タイミングを設定している。
ｆθレンズ１０４の好ましい例は、低コスト化及び軽量化の目的からプラスチックレンズを採用する。さらに好ましくは、面倒れ補正機能も有しており、感光体上での正確なレーザービーム走査位置制御を行うことを可能にする。ここに面倒れ補正機能とは、ポリゴンミラーの中心軸に垂直な方向に対する反射面の角度誤差による、レーザービームの走査位置誤差を補正する機能をいう。
【００２３】
また、走査後端に配置した受光素子１０６に、それぞれ第１，第２のレーザービーム１１０，１２０を一定時間発光させて入射する。受光素子１０６からの出力信号をＰＤ解析回路１１３が、ＡＤ変換・解析を行い、発光時間を算出し。第１，第２のレーザービーム１１０，１２０遅延時間設定信号を出力する（後述）。
符号１０７は周波数逓倍回路、符号１０８，１０９はそれぞれ第１，第２の光変調信号生成回路である。
【００２４】
次に、本実施形態の動作を、図１〜図４を参照しつつ、詳細に説明する。
なお、実回路では、発光素子（レーザーダイオード）は発光遅延および消灯遅延を有するが、消灯遅延は発光遅延に比較して、十分小さいため、以下の説明では消灯遅延を「０」としている。そして、実回路では、発光遅延と消灯遅延の遅延差が発光遅延となる。
【００２５】
また、周波数逓倍回路１０７は、ＰＬＬ回路などにより構成してもよいし、書込クロック（図３（ａ））が固定の場合は、水晶発振器などの発振器により生成することも可能である。
また、第１，第２の光変調信号生成回路１０８，１０９は、フリップフロップ（FF）やゲート（GATE）などにより構成する（図２）。
【００２６】
図１〜図４に示すように、第１，第２の受光素子（ＰＤ）１０６ａ，１０６ｂに一定時間照射するように、第１，第２のレーザーダイオード（LD）１１１，１２１を点灯させる。そして、PD解析回路１１３において、点灯時間（第２の光変調信号生成回路１０９の光出力波形）とPD出力（受光素子１０６の出力）との時間比較（Ｔｉ−Ｔｏ）を行い、遅延時間を算出し（図４）、第１の光変調信号生成回路１０８に遅延時間設定信号ＳＧ１を出力する（図１）。
【００２７】
第１の光変調信号生成回路１０８では、周波数逓倍回路１０７のクロック信号ＳＧ２（図３（ａ））に基いて、同期検知素子１０５からの同期信号ＳＧ３（図１）に同期した画像クロック信号ＳＧ４（1/32分周）、ならびに光出力波形PWM用のクロック信号ＳＧ５（1/4分周）を生成する（図３（ｂ））。それと共に、同時に遅延時間設定信号ＳＧ１により設定された時間分遅延したクロック信号ＳＧ６，ＳＧ７も生成する（図３（ｃ））。
【００２８】
第２の光変調信号生成回路１０９では、入力クロックＳＧ８と書込みデータD（図１）により、PWM変調された光出力波形をそれぞれに対応して生成し（図３（ｄ），（ｅ））、それらを重畳して出力信号ＳＧ９とし（図３（ｆ））、第１，第２のレーザーダイオード（LD）１１１，１２１を発光させる（図２）。
【００２９】
このようにすれば、遅延手段が光変調装置の２のＮ乗倍の周波数に基き、高精度（熱変動などなし）に遅延時間を設定できるので、階調性が向上し、より高画質画像を得ることが可能となる。
【００３０】
（２）第２の実施形態
複数のレーザービーム（第１のレーザービーム１１０と第２のレーザービーム１２０）のそれぞれの遅延時間設定信号を、ＰＤ解析回路１１３において算出し、発光素子（第1のレーザーダイオード１１１と第２のレーザーダイオード１２１）毎に、最適な遅延時間を設定する。
【００３１】
このようにすれば、複数の発光素子のそれぞれの発光状態に対して遅延時間を設定することが可能となるので、発光素子選択の自由度が向上する。例えば、画像形成装置に実装した発光素子の発光特性にバラツキがあった場合にも、高画質画像を得ることが可能となる。
【００３２】
（３）第３の実施形態
請求項３においては、図１の遅延時間設定信号に「遅延時間＜最小パルス幅」となる、制限回路を設けた構成とする。
【００３３】
図５は本実施形態のタイムチャートである。
図５において、Ｔ0は発光遅延、Ｔ1は遅延時間、Ｔ2は最小パルス時間とする。
また、ａは光変調信号、ｂは光変調信号ａのままであって「遅延なし」の光波形、ｃは光変調信号ａに対して、Ｔ0時間を遅延時間と設定した場合の光波形、ｄは光変調信号ａに対して、Ｔ1時間を遅延時間と設定した場合の光波形である。
【００３４】
図５において、遅延時間Ｔ1を発光遅延Ｔ0のままで制御すると、光波形ｃのように、本来は不連続であったドットが、連続ドット（レベルがハイのまま）となってしまい、画像の濃度が大きくなってしまう。
【００３５】
これに対し、遅延時間Ｔ1の設定時の最大値を制限する回路（最大値制限回路）を設け、「最小パルス時間Ｔ2＞遅延時間Ｔ1」となるようにする。このようにすれば、光波形ｄに示すように、不連続ドットを不連続ドットのままにすることにより、画像の濃度が大きく変化することを防止でき、結果的に画像劣化を防止できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を発揮することができる。
請求項１記載の発明によれば、高精度（熱変動などなし）に遅延時間を設定できるので、階調性が向上し、より高画質画像を得ることが可能となる。
【００３７】
また、請求項２記載の発明によれば、全ての発光素子に対応できるので、発光素子選択の自由度が向上する。
また、請求項３記載の発明によれば、不連続ドットが、連続ドットになることを防止するので、画像変化を防止し、結果的に画像劣化を防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に対応した画像形成装置の書込部の概略構成図である。
【図２】同書込部における制御系動作の全体像を示した図である。
【図３】同書込部における、光変調信号生成の詳細なタイムチャートである。
【図４】光変調信号生成の説明に使用するタイムチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態における、タイムチャートである。
【図６】従来例のブロック図である。
【符号の説明】
Ｄ書込みデータ
Ｋ書込部
ＳＧ１遅延時間設定信号
ＳＧ２周波数逓倍回路のクロック信号
ＳＧ３同期検知素子からの同期信号
ＳＧ４画像クロック信号（1/32分周）
ＳＧ５光出力波形PWM用のクロック（1/4分周）
ＳＧ６，ＳＧ７遅延時間設定信号により設定された時間分遅延したクロック
ＳＧ８入力クロック
ＳＧ９ PWM変調された光出力波形を重畳した出力信号
Ｔ0 発光遅延
Ｔ1 遅延時間
Ｔ2 最小パルス時間
ａ光変調信号
ｂ光変調信号ａのままであって「遅延なし」の光波形
ｃ光変調信号ａに対して、Ｔ0時間を遅延時間と設定した場合の光波形
ｄ光変調信号ａに対して、Ｔ1時間を遅延時間と設定した場合の光波形
１０２ポリゴンミラー
１０３感光体ドラム
１０４ｆθレンズ
１０５同期検知素子
１０６受光素子
１０７周波数逓倍回路
１０８第１の光変調信号生成回路
１０９第２の光変調信号生成回路
１１０第１のレーザービーム
１１１第１のレーザーダイオード
１１３ＰＤ解析回路
１２０第２のレーザービーム
１２１第２のレーザーダイオード
ＤＬ４従来例の遅延回路
Ｓ０従来例のクロック
ＤＰ従来例の入力データ
ＯＲ従来例のＯＲゲート
ＳＷ７従来例のスイッチ
ＬＤ従来例のレーザーダイオード
ＰＤ従来例のフォトダイオード
ＣＭＰ２従来例の比較器
Vref２従来例の発光制御の設定電圧
ΔＶ2 従来例の比較結果

Claims

回転多面鏡により、偏向されるレーザービームを感光体上に照射し、静電潜像を形成する画像形成装置において、
前記レーザービームの偏向方向の画像領域外におけるレーザービーム受光可能位置にレーザー受光素子を配置し、該レーザー受光素子上に一定期間照射するようにレーザー発光素子を発光させ、該レーザー受光素子の出力信号をＡＤ変換し、解析する制御手段と、
基準クロックに対して、互いに同期し、かつ複数種類の周波数および同一周波数で位相の異なる複数のクロックを生成し、入力データに基づき前記基準クロックより光変調信号を生成して前記レーザー発光素子を制御する光変調装置とを備え、
該光変調装置は、当該光変調装置で生成される光変調信号の２のＮ乗倍（Ｎは自然数）の周波数に基き、前記レーザー発光素子消灯の所定の遅延時間を設定する遅延手段を有し、
前記レーザー受光素子の解析結果に基づき、前記遅延時間を設定することを特徴とする画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置において、
当該画像形成装置は、複数のレーザー発光素子と、該レーザー発光素子から発せられたレーザービームに基いて、一度に複数ラインの静電潜像を形成する手段とを備え、
前記複数のレーザー発光素子の発光状態に基づき、前記遅延時間を設定することを特徴とする画像形成装置。
請求項１〜請求項２記載の画像形成装置において、
前記遅延時間を前記光変調信号の最小パルス時間より、小さくすることを特徴とする画像形成装置。