JP2006192574A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】如何なるＦＦＰ特性のレーザ素子が使われても、ドラム面での潜像のために必要な最低光量を確保しつつ、バイアス発光によるレーザ光量を小さくし消光比を上げることで、画像形成のためのコントラストの確保を光学ユニットの調整のみで実現すること。
【解決手段】像担持体と、レーザ発光素子と、多値画像を表すデータに対応して前記レーザを駆動する駆動電流制御手段と、前記レーザから照射された光を前記像担持体に走査する回転多面鏡及び光学手段をする画像形成装置において、前記レーザ光が前記像担持体に向かう光路中に光透過率が制御可能なフィルタと、前記像担持体の表面に潜像を形成するために必要な前記レーザの最低光量が確保できるような光透過率になるように前記フィルタを制御する制御回路とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、感光体に帯電、露光、現像を繰り返して画像を形成するレーザープリンタやデジタル複写機等に利用する画像形成装置に関するもので、特にレーザ素子としてブルーレーザを使用した装置に関するものである。

従来、画像形成装置の潜像形成用の露光手段として使用されている赤色レーザ、赤外レーザでは温度変化によるレーザダイオードの発光量の変化を補償するために、閾値レベルのバイアス成分を画像信号に重畳しているが、上記バイアス成分により僅かにレーザダイオードが発光し、このため、画像信号によって形成される画像の一面に薄く“かぶり”が生じるという問題があった。

しかし、レーザダイオードを高速で駆動するためには、予め閾値電流をレーザダイオードにバイアス成分として流す必要があるが、この場合も温度補償と同じくバイアス光による“かぶり”が生じるという問題があり、この問題を解決するために図１４に示すような従来技術として光学フィルタ４１を使用して光量を低下させるとともに、バイアス発光時の画像の濃度を画像濃度検出センサ４２で検出し、画像の濃度が一定以下になるようにバイアス印加電流を制御するという方法があった（特許文献１）。

近年、デジタルカラー複写機、プリンタにおいて更なる高画質、高精彩が求められる中でスポット系を小さく絞ることができるため、高精細な画像を形成することが可能なブルーレーザを露光手段として使用することが考えられている。

しかし、高出力のブルーレーザは寿命が未だ余り長くないため、画像形成装置で使用する際、レーザの寿命をできるだけ長くするために、できるだけ小さな出力（光量）で使用する必要があり、そのため、レーザスキャナを構成する光学効率を上げなければならない。

ところで、ブルーレーザのバイアス発光は、赤色、赤外レーザに比べ格段に大きく、レーザチップ面光量で１ｍＷ近くになる。赤色、赤外レーザの潜像露光時のチップ面光量が約２〜３ｍＷであることから考えると、バイアス発光時の光量と画像形成時の光量の差が小さくコントラストが取れないという問題が生じる。

特許第２９２６７６４号公報

そこで、従来技術にあった光学フィルタを使用して光量を低下させることが考えられる。ブルーレーザは高出力のため光量を低下させても十分に画像形成時の光量が確保できる。

しかし、画像潜像に必要なドラム面光量は、レーザのＦＦＰ特性によって大きく変わるため、光学フィルタを使用してバイアス光量を下げても、ＦＦＰ特性がある範囲内のものを使用しなければ潜像に必要なドラム面光量を得ることができないため、レーザをＦＦＰ特性によって選別しなければならず、コストアップ要因となっていた。

又、バイアス発光時にドラムに形成された画像の濃度を検出し、画像の濃度を所定の濃度以下にするようにバイアス制御を行う際に、高圧の設定値等によって画像の濃度が変化するため、光学要因として切り分けることが難しかった。

本発明は、如何なるＦＦＰ特性のレーザ素子が使用されても、ドラム面での潜像のために必要な最低光量を確保しつつ、バイアス発光によるレーザ光量を小さくし消光比を上げることで、画像形成のためのコントラストの確保を光学ユニットの調整のみで実現することを目的としている。

そこで、本発明では、像担持体と、レーザ発光素子と、多値画像を表すデータに対応して前記レーザを駆動する駆動電流制御手段と、前記レーザから照射された光を前記像担持体に走査する回転多面鏡及び光学手段をする画像形成装置において、前記レーザ光が前記像担持体に向かう光路中に光透過率が制御可能なフィルタと、前記像担持体の表面に潜像を形成するために必要な前記レーザの最低光量が確保できるような光透過率になるように前記フィルタを制御する制御回路とを有することを特徴とする。

前記フィルタが複数のＮＤフィルタを配列し、可動することで透過光量を可変することを特徴とする。

前記フィルタが角度によって透過する光量を可変することができるミラーであることを特徴とする。

前記フィルタが電圧を印加することで透過光量を可変することができる液晶フィルタであることを特徴とする。

前記レーザ発光素子がブルーレーザであることを特徴とする。

前記制御回路は、前記レーザ発光素子のＦＦＰのランクに応じて入力された値によって、前もって決められた透過光になるように前記フィルタを制御することを特徴とする。

前記制御回路は、前記像担持体表面相当位置に配置された光量検知センサにより前記レーザ発光素子の光量を検知し、該光量が前もって決められた光量になるように前記フィルタを制御することを特徴とする。

前記像担持体表面相当位置に配置された光量検知センサにより前記レーザ発光素子の光量を検知し、ＡＰＣ制御することを特徴とする。

本発明によれば、ＦＦＰのランクによってフィルタを透過させる光量を変えて、ドラム面に到達する光量は常に潜像形成に必要最低限の光量を確保することができるので、ブルーレーザをＦＦＰ特性により選別する必要がなくなり、ブルーレーザ自体のコストダウンを図ることが可能となる。

又、レーザスキャナ内のドラム面相当位置に光量検知センサを配置し、バイアス発光時の光量を光量検知センサで測定しながらフィルタの透過効率を変化させ、光量検知センサを使ってＡＰＣ制御を行うため、確実に消光比を上げて画像のコントラスト（諧調）を確保することが可能となる。

更に、スキャナ内の要因として切り分けることができ精度良く制御することが可能となり、自動的に調整することが可能となるのでサービス性も向上する。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明を採用した一例として示した装置全体の断面図である。基本的な動作について図１を用いて説明する。

原稿給紙装置１上に積載された原稿は、１枚ずつ順次原稿台ガラス面２上に搬送される。原稿が搬送されると、スキャナ部分３のランプが点灯し、且つ、スキャナユニット４が移動して原稿を照射する。原稿の反射光はミラー５, ６, ７を介してミラー８を通過し、その後、イメージセンサー部９に入力される。イメージセンサー部９に入力された画像信号は、直接、或は、一旦図示しない画像メモリに記憶され、再び読み出された後、露光制御部１０に入力される。露光制御部１０が発生させる照射光によって感光体１１上に作られた潜像は、電位センサ１００によって、感光体１１上の電位が所望の値になっているか監視され、次いで、現像器１３によって現像される。

上記潜像とタイミングを合わせて転写部材積載部１４又は１５より転写部材が搬送され、転写部１６において、上記現像されたトナー像が転写部材上に転写される。転写されたトナー像は、定着部１７にて転写部材に定着された後、排紙部１８より装置外部に排出される。転写後の感光体１１の表面をクリーナ２５で清掃し、クリーナ２５で清掃された感光体１１の表面を補助帯電器２６で除電して１次帯電器２８において良好な帯電を得られるようにした上で、感光体１１上の残留電荷を前露光ランプ２７で消去し、１次帯電器２８で感光体１１の表面を帯電し、この工程を繰り返すことで複数枚の画像形成を行う。

図２は露光制御部１０の構成を示している。

図２において、３１はレーザ駆動装置であり、３７はレーザドライバ、３８はビデオコントローラ、３９は透過光制御回路、４３は半導体レーザである。半導体レーザ４３の内部にはレーザ光の一部を検出するＰＤセンサーが設けられ、ＰＤの検出信号を用いてレーザドライバ３７によってレーザダイオードのＡＰＣ制御を行う。レーザ４３から発したレーザビームは、コリメータレンズ３５及び絞り３２によりほぼ平行光となり、透過光制御回路３９によって所望の光量に減衰した後、所定のビーム径で回転多面鏡３３に入射する。回転多面鏡３３は矢印のような方向に等角速度の回転を行っており、この回転に伴って、入射した光ビームが連続的に角度を変える偏向ビームとなって反射される。偏向ビームとなった光はｆ−θレンズ３４により集光作用を受ける。

一方、ｆ−θレンズは同時に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ために、光ビームは、像担持体としての感光体１１上に図の矢印の方向に等速で結合走査される。尚、３６は回転多面鏡３３からの反射光を検出するビームディテクト（以下、ＢＤと呼ぶ）センサであり、ＢＤセンサ３６の検出信号は回転多面鏡３３の回転とデータの書き込みの同期を取るための同期信号としてビデオコントローラ３８で用いられる。透過光制御回路３９はビデオコントローラ３８からの制御信号によってレーザ光の光透過率を変化するように制御する。

次に、本実施形態のレーザ制御回路の動作について詳細を説明する。

先ず、図１０に従来使用していた赤色レーザ、赤外レーザのレーザ出力と電流の関係を示す。縦軸の出力は、レーザダイオードのチップ面での発光出力であり、実際ドラム面上に静電潜像を描く場合のチップ面出力は約３ｍＷ程度であるため、画像信号が０の時（殆ど発光していない状態（バイアス発光））と画像信号がＦＦの時（フル点灯）の間に充分な出力差があるため画像形成時のコントラスト（諧調）を十分取ることができた。

図１１及び図１２はレーザ光のＦＦＰを説明する図である。

レーザ光は半導体チップの前方、後方に広がりをもって出射されており、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）と呼ばれる水平放射角（θ//）と垂直放射角（θ⊥）で表される。ドラム面の光量はコリメータレンズ等の光学効率やＦＦＰから計算されるがＦＦＰによる影響が大きく、チップ面出力が５ｍＷや１０ｍＷと小さいため、ドラム面１１で必要な最低光量を確保するためには、水平放射角（θ//）と垂直放射角（θ⊥）の関係が図１３に示すような領域になるものを選別して使用する必要があった。

図３に本発明で使用するブルーレーザのレーザ出力と電流の関係を示す。図１０と同様に縦軸の出力は、レーザダイオードのチップ面での発光出力である。

ブルーレーザは、赤色、赤外レーザと比べ発光出力が大きいが、寿命を確保するために光学部品の光学効率を上げて、レーザの出力を低くして使用するので、やはり実際ドラム面１１上に静電潜像を描く場合のチップ面出力は約３ｍＷ程度となる。

しかし、閾値電流（Ｉth）でのチップ面での発光出力が１ｍＷ近くになるため、画像信号が０の時と画像信号がＦＦの時の間に殆ど差がなく、画像形成時のコントラスト（諧調）を十分取ることができない。そこで、図４に示すように、フィルタを使い全体の光量を下げることで、閾値電流（Ith ）近傍の発光量をドラム面１１上に画像が載らない程度の光量に下げて、画像信号が０の時（殆ど発光していない状態（バイアス発光））と画像信号がＦＦの時（フル点灯）の間に充分な出力差があるため、画像形成時のコントラスト（諧調）が取れるようにする。ブルーレーザは先に記述したように赤色、赤外レーザと比べ高出力であるので、多少光量を下げても出力が足りなくなることはない。

又、ドラム面光量は先に記載したようにＦＦＰによる影響が大きいが、規格内のものを全て選別することなく使用するために、図５に示すようにランク分けを行い、そのランクに従って透過光制御回路３９によりレーザ光の透過光量を変化させることで、どのランクの物が入ってもドラム面１１に到達する光量は常に同じになるような構成を採っている。例えば、ＦＦＰが小さいも（図５のランク１）は放射角が小さく集光していると考えることができるため、透過光制御回路３９では透過光量を小さくするように制御すれば良い。つまり、ＦＦＰが大きくなるに従って、透過光量を大きく制御することでＦＦＰのランクがどんなものでもドラム面１１に到達する光量は常に同じになる。

図６〜図８に透過光制御回路３９として例を挙げてどのようにして光量を変化させるか説明する。

図６に示すように、光学濃度が０．１ずつ変化しているＮＤフィルタを配置し、どの濃度のＮＤフィルタをレーザ光が通過するかで、ドラム面１１に到達する光量を低下させる。図６では一例として０．３の濃度から０．６の濃度までと一番右端に濃度４．０のＮＤフィルタを配置している。濃度４．０のＮＤフィルタは透過率が０．０１％と殆ど透過しないため、レーザシャッタとして使用することができる。

具体的には、装置本体を工場において組み立てる際に、レーザスキャナに貼り付けられたレーザのＦＦＰランクを、装置の操作部（図示せず）から入力するとビデオコントローラ３８若しくは装置本体のコントローラ（図示せず）により透過光制御回路３９へＮＤフィルタの移動量データが送信され、レーザ光の光路位置にある濃度（例えば０．３の濃度）のＮＤフィルタを移動し、レーザから出射されたビーム光量を５０％に低下させるようにする。

尚、ここでは、工場での組立時について明記したが、サービスマンによりレーザスキャナがサービスパーツとして取り替えられた場合には、装置本体の操作部からサービスモード等のモードによりレーザのＦＦＰランク入力することで、同様の制御を行うことができる。

又、レーザシャッタとして使用するためには、設定されたＮＤフィルタの位置をホームポジション位置を記憶しておき、サービスマンによるメンテナンス等によりレーザ光が外に漏れる恐れがある場合に、ＮＤフィルタの位置を濃度４．０のＤフィルタの位置に移動するように制御すれば良い。

図７は角度を変えることで透過光が変わるハーフミラーをレーザ光の光路中に置き、ハーフミラーの角度を透過光制御回路３９で変えることでレーザの透過光を変化させ、ドラム面１１に到達する光量を低下させる。

この場合は装置本体を工場において組み立てる際に、レーザスキャナに貼り付けられたレーザのＦＦＰランクを、装置の操作部（図示せず）から入力するとビデオコントローラ３８若しくは装置本体のコントローラ（図示せず）により透過光制御回路３９へハーフミラーの回転量データが送信され、ハーフミラーの透過光量が５０％になるような角度にハーフミラーを回転させ、レーザから出射されたビーム光量を５０％に低下させるようにする。

サービスマンによりレーザスキャナがサービスパーツとして取り替えられた場合には、装置本体の操作部からサービスモード等のモードによりレーザのＦＦＰランク入力することで、同様の制御を行うことができる。

図８は高分子分散液晶材料を使用して透過光量を変化させる構成である。

高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）は、液晶と高分子媒体を１：１で混合し、透明電極で挟むことで構成されており、ＰＤＬＣフィルムを挟む透明電極に電圧を印加しない場合、高分子媒体と液晶液滴間の間の屈折率が異なるので、入射光はフィルムの中で散乱するため不透明となり、電圧を印加すると液晶が電場の方向に配列し、媒体との屈折率の差が小さくなるので入射光の散乱が抑制され透明となる。この場合、印加する電圧を変化させると電場の方向に配列する液晶の量が多くなるため、光の透過率を変化させることができるようになる。

このＰＤＬＣフィルムをレーザ光の光路中に置き、ＰＤＬＣフィルムに印加する電圧を透過光制御回路３９で変えることでレーザの透過光を変化させ、ドラム面１１に到達する光量を低下させる。

この場合も他の例と同じく、工場での組立時またはサービスパーツとしての交換時に、装置本体の操作部からサービスモード等のモードによりレーザのＦＦＰランク入力することで、上記制御を行うことができる。

ここでは、ＰＤＬＣフィルムについて記述したが、ＰＤＬＣフィルムに特化するものではなく、電圧を印加することで透過光量を変えることのできる液晶フィルタ等を使用することも可能である。

本実施の形態のように構成することで、レーザをＦＦＰにより選別する必要がなくなるため、レーザダイオード自体のコストを大幅に下げることが可能となる。

＜実施の形態２＞
以下、図９に示す実施の形態に基づいて本発明を説明する。

基本的な構成、動作は実施の形態１と同じであるので、本実施の形態に特徴的な点に関して説明していく。

４０はドラム面相当位置のレーザ光量を検出するための光量検知センサである。この光量検知センサ４０はＢＤセンサ３６と同じくレーザスキャナ筐体内で且つドラム面に相当する位置に配置し、レーザ光はミラー等で反射させて両センサまで導かれる。

以下に本発明の特徴的な動作について説明する。

先ず、レーザドライバ３７によりレーザダイオード４３にバイアス電流が流され（画像データが０の状態）、その時のドラム面相当位置での光量を測定するために、透過光制御回路３９を制御し、レーザダイオードから出射されたレーザ光が減衰しないように光量制御部材を透光率１００％にし、光量検知センサ４０でその光量を検知する。このときの光量から画像に“かぶり”が生じないな光量をビデオコントローラ３８で演算し、透過光量が演算した光量になるように透過光制御回路３９を制御する。

その後、レーザをフル点灯（画像データをＦＦの状態）にし、その時のドラム面相当位置での光量が画像作像時の必要最低限の光量になるように、レーザダイオード４３に流す電流量をビデオコントローラ３８及びレーザドライバ３７が演算制御する。

このようにドラム面相当位置のレーザ光量を検出するための光量検知センサ４０を使用することで、バイアス発光時には画像に“かぶり”が生じないな光量をビデオコントローラ３８で演算し、透過光量が演算した光量になるように透過光制御回路３９を制御し、その状態で光量検知センサ４０を使用してＡＰＣを行うため、消光比を上げて画像のコントラスト（諧調）を確保することが可能となる。

本実施の形態では、ＢＤセンサ３６とは別に光量検知センサ４０を配置するように構成したが、ＢＤセンサ３６を用いて同様の制御を行うことも可能である。

本発明に係る画像形成装置の構成図である。 本発明の実施のの形態の露光制御部の構成を示す図である。 ブルーレーザのＩ−Ｌ特性図である。 本発明の実施の形態１で実現するブルーレーザのＩ−Ｌ特性図である。 ブルーレーザのＦＦＰランクを示す図である。 本発明の実施の形態１で使用する透過光制御回路の例１を示す図である。 本発明の実施の形態１で使用する透過光制御回路の例２を示す図である。 本発明の実施の形態１で使用する透過光制御回路の例３を示す図である。 本発明の実施の形態２の露光制御部の構成を示す図である。 赤色、赤外レーザのＩ−Ｌ特性図である。 レーザチップの発光状態を示す図である。 レーザのＦＦＰを説明する図である。 赤色、赤外レーザの選別方法を表す図である。 従来例の露光制御部の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 露光制御部
１１ 感光体
３１ レーザ駆動装置
３４ ｆ−θレンズ
３５ コリメータレンズ
３６ ＢＤセンサ
３７ レーザドライバ
３８ ビデオコントローラ
３９ 透過光制御回路
４０ 光量検知センサ
４３ 半導体レーザ

Claims (8)

1. 像担持体と、レーザ発光素子と、多値画像を表すデータに対応して前記レーザを駆動する駆動電流制御手段と、前記レーザから照射された光を前記像担持体に走査する回転多面鏡及び光学手段をする画像形成装置において、
   前記レーザ光が前記像担持体に向かう光路中に光透過率が制御可能なフィルタと、前記像担持体の表面に潜像を形成するために必要な前記レーザの最低光量が確保できるような光透過率になるように前記フィルタを制御する制御回路とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記フィルタが複数のＮＤフィルタを配列し、可動することで透過光量を可変することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記フィルタが角度によって透過する光量を可変することができるミラーであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記フィルタが電圧を印加することで透過光量を可変することができる液晶フィルタであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記レーザ発光素子がブルーレーザであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記制御回路は、前記レーザ発光素子のＦＦＰのランクに応じて入力された値によって、前もって決められた透過光になるように前記フィルタを制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 前記制御回路は、前記像担持体表面相当位置に配置された光量検知センサにより前記レーザ発光素子の光量を検知し、該光量が前もって決められた光量になるように前記フィルタを制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
8. 前記像担持体表面相当位置に配置された光量検知センサにより前記レーザ発光素子の光量を検知し、ＡＰＣ制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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