JP2005148628A

JP2005148628A - 走査光学装置

Info

Publication number: JP2005148628A
Application number: JP2003389421A
Authority: JP
Inventors: Hajime Motoyama; 肇本山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】低コストでかつ高精度な書出し位置の補正値の算出を可能とする。
【解決手段】ＢＤ周期のばらつきの測定を行う為のカウンタを、分割精度のばらつきによるＢＤ周期のばらつきをカウント可能なＢｉｔ数でかつＢＤ周期をフルカウントするためのＢｉｔ数より充分少ないＢｉｔ数とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数色の画像を重ねてカラー画像を形成するカラーレーザビームプリンタなどの走査光学装置に関する。

従来、図６に示されるような画像形成手段を有し、感光ドラム等の潜像担持体をレーザビームで走査露光することにより画像を形成する電子写真複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置が普及している。まず図６において、画像形成手段の基本動作を説明する。図６（ａ）は上視図、図６（ｂ）は側面図である。同図において、感光ドラム１０、帯電器１１、現像器１２、転写帯電器１３、回転多面鏡１５、回転多面鏡１５を回転駆動するポリゴンモータ１６、記録用光源であるレーザダイオード１７、反射鏡１８、ＢＤセンサ１９を示す。レーザダイオード１７は、不図示の駆動回路により画像信号に応じて点灯または消灯し、レーザダイオード１７から光変調されて発せられたレーザ光は回転多面鏡１５（ここでは４面のものを例にあげる）に向けて照射される。回転多面鏡１５は矢印方向に回転し、レーザ光はこの回転に伴い、その反射面で連続的に角度を変える偏向ビームとして反射される。この反射光は図示しないレンズ群により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡１８を経て感光ドラム１０の主走査方向に走査する。回転多面鏡１５の１つの面での走査は、１ラインの走査に対応し、回転多面鏡１５の回転によりレーザダイオード１７から発したレーザ光は１ラインづつ感光ドラム１０を主走査方向に走査する。また、感光ドラム１０は予め帯電器１１により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。また、感光ドラム１０は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は現像器１２により現像され、現像された可視像は転写帯電器１３により不図示の転写紙に転写される。可視像が転写された転写紙は、定着器１４に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。

ここで、感光ドラム１０の側部における主走査方向の走査開始位置近傍には、ＢＤセンサ１９が配置されている。回転多面鏡１５の各反射面で反射されたレーザ光は各々１ラインの走査に先立ってＢＤセンサ１９により検出される。ＢＤセンサにより検出され、出力されるＢＤ信号は主走査方向の走査開始基準信号として用いられ、この信号を基準として各ラインの主走査方向の書出し開始位置の同期が取られる。

このような光走査装置に用いられる回転多面鏡は、回転ムラが極めて小さく、０．０１％以下ので回転ムラ（回転ジッタ）を実現している。しかし、残留する回転ムラはレーザ走査ユニット内部の微妙な風の流れ等の外乱でも影響を受け、完全に抑えることは著しく困難である。ところがこのような走査手段においては、回転多面鏡の回転ムラが微小であっても生じると、ＢＤ出力に従って、走査ライン毎に常に一定のタイミングで画像の書き込みを行っていては、ＢＤ位置から画像書き込み位置までの時間が変動し、画像位置や、画像の長さにズレが生じることになる。

また、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）の４つの色を重ね合わせてカラー画像を形成するために、図６の画像形成手段を４組用いて図７に示されるようなカラー画像形成装置が考案されている。同図において図７と同じ数字は同一機能の部材を示し、またＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの記号はそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する部材を示している。同図において、感光ドラム１０は時計方向に回転して、帯電器１１により帯電された感光面は、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。静電潜像は現像器１２により現像され、可視像化され、転写帯電器１３により不図示の転写紙に転写される。転写紙は同図上右から左方向へ移動する。このとき転写帯電器１３Ｙ，１３Ｍ、１３Ｃ，１３Ｋの順にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像が、中間転写体や記録紙などの記録媒体上に転写され、カラー画像が形成される。転写紙上のカラー画像は定着器１４により定着される（例えば、特許文献１参照）。

このような装置では、ＢＤセンサ１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋの４つを有しているが、近年の装置の小型化、コストダウンの要求によりＢＤセンサの数量を削減する方法も提案されている。これは感光ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの側部における主走査方向の走査開始位置近傍それぞれに、ＢＤセンサ１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋを配置するのではなく、感光ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋのうち一つにＢＤセンサを設置し、そのＢＤセンサで検出されたＢＤ信号を元にＢＤセンサを有さない感光ドラムに用いるＢＤ信号を生成し、それを主走査方向の走査開始基準信号として用いる事により各ラインの主走査方向の書出し開始位置の同期を取る方式が考案されている。

また、ＢＤセンサ数を削減し、一つＢＤセンサの構成を採用すると、以下のようなメリットもあった。
・レーザ発光部を近接させた配置が可能となり、共通のレーザダイオード発光手段が採用できることで、さらに小型化やコストダウンができる。
・レーザ走査光学系の走査効率が大きくできる可能性があり、画像クロック等を低く抑えられる可能性がある。
特開平０３−１４２４１２

しかしながら、単純に、このＢＤセンサの数量を削減するには、感光ドラム１０Ｙ、１０Ｍと感光ドラム１０Ｃ、１０Ｋを走査する回転多面鏡１５の面が異なる為、たとえばＢＤセンサ１９Ｋの出力により感光ドラム１０Ｙの書出し開始位置を単純に決定した場合、回転多面鏡１５の機械的な分割精度が感光ドラム１０Ｙの書出し開始位置に影響し、従来用いられていた精度の回転多面鏡ではこの影響により、各色の印字位置精度が悪化し、画質に悪影響を与えると言う弊害を生じてしまう。またこの弊害を抑える高精度の回転多面鏡を使用するとコストアップを招く為、目的であるコストダウンを達成する事は不可能であった。

そこで、この回転多面鏡の機械的な精度不足をキャンセルする狙いで、ＢＤセンサを配置しなかった側の書き出し位置の決定について、そのラインを走査する回転多面鏡の反射面がＢＤセンサ１９で信号出力したタイミングまでさかのぼり基準として、書き出し開始位置までのポリゴンミラーの回転時間分ディレイさせることで行う提案がされている。

しかしながら、このようなレーザ走査手段においても、前述同様に、回転多面鏡の回転ムラが微小でもあると、画像位置にズレが生じることになる。特に、この構成ではＢＤの出力から画像位置までのポリゴンミラーの回転角度が大きい為、ポリゴンミラーの回転速度変動量に対する画像位置ズレが極めて大きくなってしまう問題があった。

この弊害を抑えるために、回転多面鏡の各面を認識しつつ、ＢＤ信号の周期を計測することにより、回転多面鏡の分割精度の影響による各面のＢＤ信号の周期のばらつきを認識し、その各面に合わせ、あらかじめ決められた補正値を割り振る、または計測した値より各色の補正値を演算し、その補正値により走査開始基準信号の補正を行うことにより印字精度の劣化を防ぐ方式が考えられた。

しかし、回転多面鏡の分割精度は可能な限り精度が高くなるよう作成されている為、ＢＤ周期のばらつきの測定は時間分解能を高くする必要がある。例えば、カウンタによりＢＤ周期を測定する為には、画像クロックの１０倍以上の周波数、つまり数百ＭＨｚから１ＧＨｚ程度の周波数が必要となる。さらにＢＤ周期をフルカウントする為には十数ｂｉｔから２０ｂｉｔ程度のカウンタが必要となる。

このような高速、かつ多ｂｉｔのカウンタをＩＣ化する為には特殊な半導体プロセスが必要となり、低コストな汎用的なプロセスによるＩＣ化が困難である為、本来の目的であるコストダウンを達成する弊害となっていた。

本発明の目的は、ＢＤ周期のばらつきの測定を行う為のカウンタを、分割精度のばらつきによるＢＤ周期のばらつきをカウント可能なＢｉｔ数でかつＢＤ周期をフルカウントするためのＢｉｔ数より充分少ないＢｉｔ数とする事により、低コストでかつ高精度な書出し位置の補正値の算出を可能とするものである。

本発明は、単一の回転多面鏡と第一と第ニのレーザ発光器と発光タイミングを検出する単一のＢＤ素子を備え、前記回転多面鏡の異なる反射面で同時に前記第一と第ニのレーザビームの偏向走査を行う走査光学装置において、前記ＢＤ素子を前記第一のレーザビームを検出し、前記第二のレーザビームは検出しない構成とするとともに、前記ＢＤ素子からのＢＤ信号の出力時間を測定するカウンタを有し、前記カウンタのフルカウントする時間は前記ＢＤ信号の出力の周期より小さいことを特徴とする。

また、前記カウンタが前記ＢＤ信号の出力の時間を測定する時、前記回転多面鏡を駆動するモータの回転数を画像形成を行う時の回転数よりも低くする制御を行うことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ＢＤ周期のばらつきの測定を行う為のカウンタを、分割精度のばらつきによるＢＤ周期のばらつきをカウント可能なＢｉｔ数でかつＢＤ周期をフルカウントするためのＢｉｔ数より充分少ないＢｉｔ数とする事により、低コストでかつ高精度な書出し位置の補正値の算出を可能とする。
さらにＢＤ周期のばらつきの測定を行うときにポリゴンモータの回転速度を低速回転とする事により、より高精度な書出し位置の補正値の算出を可能とするものである。

以下に、図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、各図において同一の参照番号を付した部材は同一部材を表すものとし、重複説明は省略する。

図１は本発明の実施形態の構成を示す上視図と断面図である。同図は従来例を示す図７に比べ、ＢＤセンサは１９Ｋ、ＫステーションのＢＤセンサのみであり、他のステーションのＢＤセンサは削除されている。

図２は、図１の装置におけるタイミングチャートを示す図である。同図において信号ＢＤ＿ＩｎはＢＤセンサ１９Ｋの出力信号を示す。信号ＢＤ＿Ｇａｔｅは信号ＢＤ＿Ｉｎのマスクを行っており、Ｌｏ期間のみ信号ＢＤ＿Ｉｎを受け付ける。また信号ＢＤ＿Ｉｎの入力によりＨｉとなり、ＢＤ＿ＭＡＲＧＩＮの期間遅延した後にＬｏとなる。信号ＡＰＣ＿ＫはＫステーションのＡＰＣタイミングを示す信号であり、Ｈｉの期間、Ｋステーション用のレーザ１７ＫのＡＰＣのサンプル動作を行う。またＬｏの期間はレーザのホールド動作を行う。前回の信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＡＰＣ＿ｓｔａｒｔの期間遅延した後Ｈｉとなり、今回の信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＡＰＣ＿ｅｎｄの期間遅延した後Ｌｏとなる。

信号ＭＡＳＫ＿Ｋは、Ｋステーションのレーザ１７Ｋによる画像露光のタイミングを示す信号であり、Ｌｏの期間、ビデオ信号を受けてレーザ１７Ｋが画像露光を行う。信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＭＡＲＧＩＮ＿Ｋの期間遅延した後Ｌｏとなり、ドラム後端の期間遅延した後Ｈｉとなる。

レーザ動作モード＿Ｋは、以上のレーザ１７Ｋの動作モードを示している。ＡＰＣ発光はＡＰＣのサンプル動作期間、強制ＯＦＦは消灯期間、ビデオデータ発光はビデオデータによる画像露光期間を示す。

信号ＡＰＣ＿ＹはＹステーションのＡＰＣタイミングを示す信号であり、Ｈｉの期間、Ｙステーション用のレーザ１７ＹのＡＰＣのサンプル動作を行う。またＬｏの期間はレーザのホールド動作を行う。前回の信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＡＰＣ＿ｓｔａｒｔの期間遅延した後Ｈｉとなり、今回の信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＡＰＣ＿ｅｎｄの期間遅延した後Ｌｏとなる。

信号ＭＡＳＫ＿ＹはＹステーションのレーザ１７Ｙによる画像露光のタイミングを示す信号であり、Ｌｏの期間、ビデオ信号を受けてレーザ１７Ｙが画像露光を行う。信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＭＡＲＧＩＮ＿Ｙの期間遅延した後Ｌｏとなり、ドラム後端の期間遅延した後Ｈｉとなる。

レーザ動作モード＿Ｙは以上の１７Ｙ、レーザの動作モードを示している。ＡＰＣ発光はＡＰＣのサンプル動作期間、強制ＯＦＦは消灯期間、ビデオデータ発光はビデオデータによる画像露光期間を示す。

信号ＡＰＣ＿ＭはＭステーションのＡＰＣタイミングを示す信号であり、Ｈｉの期間、Ｍステーション用のレーザ１７ＭのＡＰＣのサンプル動作を行う。またＬｏの期間はレーザのホールド動作を行う。前回の信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＡＰＣ＿ｓｔａｒｔの期間遅延した後Ｈｉとなり、今回の信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＡＰＣ＿ｅｎｄの期間遅延した後Ｌｏとなる。

信号ＭＡＳＫ＿ＭはＭステーションのレーザ１７Ｍによる画像露光のタイミングを示す信号であり、Ｌｏの期間、ビデオ信号を受けてレーザ１７Ｍが画像露光を行う。信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＭＡＲＧＩＮ＿Ｍの期間遅延した後Ｌｏとなり、ドラム後端の期間遅延した後Ｈｉとなる。レーザ動作モード＿Ｍは以上の１７Ｍ、レーザの動作モードを示している。ＡＰＣ発光はＡＰＣのサンプル動作期間、強制ＯＦＦは消灯期間、ビデオデータ発光はビデオデータによる画像露光期間を示す。

信号ＡＰＣ＿ＣはＣステーションのＡＰＣタイミングを示す信号であり、Ｈｉの期間、Ｃステーションのレーザ１７ＣのＡＰＣのサンプル動作を行う。またＬｏの期間はレーザのホールド動作を行う。前回の信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＡＰＣ＿ｓｔａｒｔの期間遅延した後Ｈｉとなり、今回の信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＡＰＣ＿ｅｎｄの期間遅延した後Ｌｏとなる。

信号ＭＡＳＫ＿ＣはＣステーションのレーザ１７Ｃによる画像露光のタイミングを示す信号であり、Ｌｏの期間、ビデオ信号を受けてレーザ１７Ｃが画像露光を行う。信号ＢＤ＿Ｉｎの立ち下がりよりＭＡＲＧＩＮ＿Ｃの期間遅延した後Ｌｏとなり、ドラム後端の期間遅延した後Ｈｉとなる。レーザ動作モード＿Ｃは以上の１７Ｃ、レーザの動作モードを示している。ＡＰＣ発光はＡＰＣのサンプル動作期間、強制ＯＦＦは消灯期間、ビデオデータ発光はビデオデータによる画像露光期間を示す。

以上の構成において、信号ＢＤ＿ＩｎよりそれぞれＭＡＲＧＩＮ＿Ｋ、ＭＡＲＧＩＮ＿Ｙ，ＭＡＲＧＩＮ＿Ｍ、ＭＡＲＧＩＮ＿Ｃの期間遅延させる事により、それぞれのステーションにおける書出し開始位置を調整し、各色の画像の位置を高精度に合わせる事が可能となる。このとき、回転多面鏡１５の分割面精度が理想的な正多角形ならばＢＤ周期は一定となる。つまり、ＭＡＲＧＩＮ＿Ｋ、ＭＡＲＧＩＮ＿Ｙ，ＭＡＲＧＩＮ＿Ｍ、ＭＡＲＧＩＮ＿Ｃはあらかじめ決められた一定の値を用いる事が可能である。しかし、実際に用いる回転多面鏡１５の分割面精度は理想的な値とならない為、Ｋステーションと異なる鏡面で露光を行うＹステーションおよびＭステーションの画像の位置精度を保つ為には、鏡面の面毎にＭＡＲＧＩＮ＿Ｙ，ＭＡＲＧＩＮ＿Ｍの値の補正を行う必要がある。この動作の説明を示したのが図３（ａ）、図３（ｂ）である。

図３（ａ）において信号ＢＤ＿Ｉｎおよび信号ＢＤ＿Ｇａｔｅは図２の信号と同一である。回転多面鏡１５が４面であるため、信号ＢＤ＿Ｉｎを４面分カウントし鏡面の基準信号Ｍｉｒｒｏｒ＿Ｒｉｆを生成する。この信号によりミラーの第一面、第二面、第三面、第四面を認識する。信号ＢＤ＿Ｇａｔｅの立ち下がりによりレジスタのアドレスがカウントアップする。このレジスタのアドレスでロードされる値がＭＡＲＧＩＮ＿Ｙ，ＭＡＲＧＩＮ＿Ｍの値となる。

このときのレジスタマップを図３（ｂ）に示す。ミラー面に相当するアドレスにＭＡＲＧＩＮ＿Ｙ，ＭＡＲＧＩＮ＿Ｍの値をあらかじめ格納しておくことにより、ミラー面毎、順次補正したＭＡＲＧＩＮ＿Ｙ，ＭＡＲＧＩＮ＿Ｍの値を遅延させる事が可能となり、各色の画像の位置を高精度に合わせる事が可能となる。以上の構成において、あらかじめミラー面に相当するアドレスにＭＡＲＧＩＮ＿Ｙ，ＭＡＲＧＩＮ＿Ｍの値を格納しておく必要がある。つまり回転多面鏡１５のミラー面を認識し、それに相当する補正値をレジスタに格納する必要がある。

次に本実施形態における４面のカウント動作について説明する。図4は本実施形態のブロック図であり、図６は同ブロック図における各部の動作波形である。図4においてBDセンサ９０１は図１におけるBDセンサと同一であり、BDセンサ９０１の出力波形をBD信号として同期回路９０３およびラッチ９１０に供給する。またこのときのBD信号を９２２に示す。発振回路９０２は画像クロックの基本周波数を生成する発振器であり、PLL回路９０９に画像クロック９２１を供給する。

またPLL回路９０９は高周波クロック９２５で表される画像クロック９２１の１６倍の周波数を生成し、高速カウンタ９０８および同期回路９０３に供給される。同期回路９０３はBD信号９２２と高周波クロック９２５を受けて、同期BD信号９２４と同期画像クロック９２３を生成する。同期回路９０３はBD信号９２２の立下りエッジを検出し同期画像クロック９２３と同一の周波数であり、かつBD信号９２２の立下りエッジに同期した同期画像クロック９２３を高周波クロック９２５を分周することにより出力する。

またBD信号９２２の立下りエッジより４周期の後に同期画像クロック９２３に同期した同期BD信号９２４を生成し、ＰＷＭ回路９０４およびカウンタ９１３に出力する。

同期画像クロック９２３はPWM回路９０４に入力される。高速カウンタ９０８は８ビットの同期カウンタで構成され、高周波クロック９２５によりカウント動作を行い、ラッチ９１０に出力を供給する。この時のカウント動作を９２８で示す。高速カウンタ９０８はＦＦ（Ｈ）までカウントした後、０（Ｈ）より再度カウントを開始し、停止することなく高周波クロック９２５により駆動される。ラッチ９１０はＢＤ信号９２２の立ち下がりにより高速カウンタ９０８のカウント値をラッチし、ラッチした値を出力としてメモリ９１１に供給する。メモリ９１１に供給される高速カウンタ９０８の出力を９２９で示す。

カウンタ９１３は９１２ＣＰＵからのリセット信号によりリセットされた後、同期ＢＤ信号９２４をカウントし、カウントした値をアドレス値としてレジスタ９０７およびメモリ９１１に供給する。これにより、ＣＰＵ９１２からのリセットの後、ＢＤ周期の測定値である高速カウンタの値が、あらかじめ決められたアドレスに順次格納される事となる。メモリ９１１に格納されたＢＤ周期の測定値はＣＰＵ９１２に送られて、補正値の演算処理を行い、補正値をレジスタ９０７に格納する。格納された補正値はカウンタ９１３で指定されるアドレスの補正値をＰＷＭ回路９０４に順次送る。ＰＷＭ回路９０４は画像コントローラ９０５からの多値ビデオデータをＰＷＭビデオ信号に変換しレーザ駆動回路９０６に供給する。

このときＰＷＭ回路９０４は同期回路９０３からの同期ＢＤ信号９２４、同期画像クロック９２３およびレジスタ９０７からの補正値から決定される出力タイミングによりＰＷＭビデオ信号を出力する。

以上の構成において、ポリゴンミラーの分割精度は高精度に作成されるが、ＢＤ周期のカウント値では３０（Ｈ）程度はばらつく程度である。このためＢＤ周期を高速クロックでフルカウントしても上位のｂｉｔは常に同じ値となり、ばらつきを判断する為には下位の６ｂｉｔあれば充分である為、高速カウンタ９０８の８ｂｉｔカウンタでＢＤ周期を測定する事が可能となる。

また、画像クロックの１６倍である高速クロックでも８ｂｉｔ程度の小さなカウンタであれば、高速動作するブロックを極力小さくすることが可能である為、安定した動作を行う事が可能となる。

（他の実施例）
第二の実施形態は第一の実形態においてポリゴンモータの回転数をＢＤ周期を測定する場合のみ低速回転を行うものである。低速回転することによりＢＤ周期の測定の分解能は相対的に向上する。また、分割精度はポリゴンミラーの機械的な精度によるものである為、回転速度に影響される事はない。よってＢＤ周期を測定する場合のみ低速回転を行ことにより、より高精度な補正値の算出が可能となる。

第一の実施形態の構成を示す上視図と断面図である。第一の実施形態の１ＢＤ周期のタイミングチャートである。第一の実施形態の回転多面鏡の１回転周期のタイミングチャートである。第一の実施形態のブロック図である。第一の実施形態のタイミングチャートである。従来の構成を示す図である。従来の構成を示す上視図と断面図である。

Claims

単一の回転多面鏡と第一と第ニのレーザ発光器と発光タイミングを検出する単一のＢＤ素子を備え、前記回転多面鏡の異なる反射面で同時に前記第一と第ニのレーザビームの偏向走査を行う走査光学装置において、
前記ＢＤ素子を前記第一のレーザビームを検出し、前記第二のレーザビームは検出しない構成とするとともに、
前記ＢＤ素子からのＢＤ信号の出力時間を測定するカウンタを有し、前記カウンタのフルカウントする時間は前記ＢＤ信号の出力の周期より小さいことを特徴とする走査光学装置。
前記カウンタが前記ＢＤ信号の出力の時間を測定する時、前記回転多面鏡を駆動するモータの回転数を画像形成を行う時の回転数よりも低くする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。