JP2006337762A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期センサに到達する光量が一定となるようにして、複数の光ビーム間の点灯タイミングを一致させる
【解決手段】光ビームが同期センサ１２を通過する際に出力される同期検知信号を基準として各光ビームの点灯消灯タイミングを決定する光走査装置において、複数の光ビームの発光量を走査方向で各々変化させる走査光量可変回路３５と、ＬＤ１，２のビーム出射点から同期センサ１２の受光面までのビームの到達量の変化率をビーム毎に記憶するビーム透過率記憶部３５とを有し、予め記憶した各ビームの変化率に応じて光量設定信号をビーム毎に制御することにより、各光ビームが同期センサ１２に到達したとき到達光量が一定となるように各光ビーム発光量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像信号に応じて変調された光ビームを偏向し、偏向ビームを被走査面上に光スポットとして集光させる光走査装置及びこの走査装置を備えた画像形成装置に関する。

レーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置は、ビーム光を偏向器であるポリゴンミラー等の走査装置により像担持体である感光体の被走査面上で主走査方向に走査するとともに、被走査面を副走査方向に移動させて感光体上に１ライン分ずつ画像を書き込む光走査装置が用いられている。このような光走査装置としては、画像信号に応じて独立に変調駆動可能な複数の光源からの複数の光ビームを、これら光ビームに共通の走査装置により夫々等角速度的に偏向し、各偏向ビームを共通の走査結像レンズにより感光体上の被走査面上に副走査方向に互いに分離した光スポットとして集光させ、被走査面上の複数ラインを同時的に略等速に走査するマルチビーム式の光走査装置も提供されている。

これら光走査装置は、書込み制御部を備え、主走査タイミングを検出する同期センサからの同期信号が入力されると、その同期信号に基づいて走査方向の各画素位置に対応したビーム点灯タイミングを決定するようにしている。同期センサとしてはフォトセンサＩＣ等が用いられるが、これらのセンサは入射光量により出力タイミングが異なる特性を持つため、複数ビームを有する画像形成装置で同期センサに入射する各ビーム光量にばらつきがある場合、ビーム間の画像領域開始タイミングが一致しなくなってしまう。

また、ビーム間の画像領域開始タイミングが一致しなくなってしまう場合、各色毎にＬＤを有するフルカラー画像形成装置の構成では、これに起因して色ずれが生じてしまう。また、単色でもマルチビーム画像形成装置の構成においても画像に影響が生じてしまう。

そこで、例えば特許文献１においては、同期センサの位置調整を行ってビーム光源から出射される光ビームの同期検知を高精度に行うことが提案されている。
特開２００２−１３９６８６号公報

しかしながら、上述したように、ビーム間の画像領域開始タイミングが一致しない原因としては、同期センサに入射する各ビーム光量のばらつきがあり、このようなばらつきは上記特許文献１のように、同期センサの位置調整では補正できない。

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、同期センサに到達する光量が一定となるようにして、複数の光ビーム間の点灯タイミングを一致させることにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、光偏向手段を含む光学走査素子を介して光源から出射される複数の光ビームを受光面に走査する光走査手段と、前記光偏向手段からの各走査ビームを検知する同期検知手段とを有する光走査装置において、前記複数の光ビームの発光量を走査方向で各々変化させる走査光量可変手段と、前記光源手段のビーム出射点から前記同期検知手段の受光面に到達するビーム光量の到達率をビーム毎に記憶する記憶手段とを備え、前記走査光量可変手段が予め記憶した各ビームの前記到達率に応じて前記光量設定信号をビーム毎に制御することにより、各光ビームが前記同期検知手段に到達したとき到達光量が一定となるように各光ビーム発光量を制御することを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記同期検知手段は、光ビームの走査開始側に設けられた光センサからなることを特徴とする。

第３の手段は、第１又は第２の手段において、前記走査光量可変手段が、ビーム走査幅内を所定の数に分割し、分割された各々の分割領域毎に光量設定信号を制御し、各々の分割領域毎に光量設定信号を切り替えて走査中の光量を変更することを特徴とする。

第４の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、前記光量設定信号は電流値であることを特徴とする。

第５の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、前記光量設定信号は、電圧値であることを特徴とする。

第６の手段は、第５の手段において、前記電圧値が前記光量設定信号に応じた光量基準電圧を発生するＤ／Ａコンバータにより生成されることを特徴とする。

第７の手段は、第５の手段において、前記電圧値が前記光ビームの発光量に対応したパルスを発生するパルス幅変調手段と、このパルス幅変調手段からの出力を平滑化させるローパスフィルタ手段とから生成されることを特徴とする。
第８の手段は、第１ないし第７のいずれかの手段に係る光走査装置と、この光走査装置によって像担持体に潜像を形成し、形成された潜像を可視化する画像形成手段とを画像形成装置が備えていることを特徴とする。

第９の手段は、第８の手段において、前記像担持体が光導電性の感光体であって、前記画像形成手段が光走査により形成される潜像をトナー像として可視化することを特徴とする。

第１０の手段は、第８又は第９の手段において、前記同期検知手段は、像担持体から外れた位置に設けられていることを特徴とする。

後述の実施の形態において、光源はＬＤ１，２に、光偏向手段はポリゴンミラー９に、光学走査素子はコリメートレンズ３，４、アパーチャ５，６、シリンダレンズ７，８、ポリゴンミラー９、ｆθレンズ１０及び折返しミラー１１に、像担持体は感光体ドラム１６に、同期検知手段は同期センサ１２に、走査光量可変手段は書き込み制御部１３に、記憶手段はビーム透過率記憶部３３に、Ｄ／Ａコンバータは符号４１に、パルス幅変調手段はパルス幅変調回路４２に、ローパスフィルタ手段はＬＰＦ回路４３にそれぞれ対応する。

本発明によれば、複数ビーム間の画像領域開始タイミングを一致させることが可能となり、各色毎に光源手段を有するフルカラー画像形成装置では、高精度な色合わせが可能となり、また、単色のマルチビーム画像形成装置の構成において高精度な位置合わせが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る光走査装置の基本的な構成および光ビームの光路を示す斜視図である。この光走査装置は、２つの光ビームで走査するマルチビーム走査光学系の光走査方式のものである。この光走査装置は、２つのレーザダイオード（以下、ＬＤと称する）１，２で構成された光源装置と、光源装置からのレーザビームを整形するコリメートレンズ３，４及びアパーチャ５，６と、所定の方向に集光するシリンダレンズ７，８と、光偏向器としてのポリゴンミラー９と、走査結像レンズであるｆθレンズ１０と、ｆθレンズ１０からのビームを装置外に導く折返しミラー１１と、１ライン毎の点灯開始タイミングを一致させるための同期検知手段である同期センサ１２と、この同期センサ１２からの同期信号と外部からの画像データと光量設定データが入力される書込み制御部１３と、この書込み制御部１３によって制御される光源駆動部１４とから構成される。

主走査タイミングを検出する同期センサ１２からの同期信号が書込み制御部１３に入力されると、書込み制御部１３はその同期信号に基づいて走査方向の各画素位置に対応したビーム点灯タイミングを決定する。また、外部からの画像データと光量設定データに応じて、点灯消灯制御信号および光量設定信号を生成する。光源駆動部１４に点灯消灯制御信号および光量設定信号が入力されると、ＬＤ１，２に駆動信号が供給され、ＬＤ１，２を点灯制御する。ＬＤ１，２から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３、４とアパーチャ５，６を介して整形され、シリンダレンズ７，８を透過した後、回転偏向させるためのポリゴンミラー９によって入射したレーザ光が偏向走査される。このポリゴンミラー９は、図示しないポリゴンモータによって所定の回転数で回転駆動される。ポリゴンミラー９によって反射されたレーザ光は、ｆθレンズ１０を透過し、折返しミラー１１で反射され、さらに防塵ガラス１５を透過して、外部の像担持体である感光体ドラム１６の被走査面に集光される。

このように光走査装置では、１ライン毎の点灯開始タイミングを一致させるための同期センサ１２を有し、光ビームがこの同期センサ１２を通過する際に出力される同期検知信号を基準として各光ビームの書き出しタイミングを決定している。

なお、この光走査装置を用いた画像形成装置は、従来と同様に、感光体ドラム１６に集光され、潜像となった画像を、現像装置によって顕像化し、記録媒体である転写紙に直接、又は中間転写媒体を解して間接的に転写紙に転写するようにすればよい。

図２は、本実施形態に係る光走査装置の構成を示す平面図、図３は図２の書込み制御部１３の詳細な構成を示すブロック図である。この実施形態では、ポリゴンミラー９とｆθレンズ１０との間と、ｆθレンズ１０と折返しミラー１１との間にそれぞれ走査結像レンズ１７，１８が配置されている。また、ＬＤ１，２、コリメートレンズ３，４、ポリゴンミラー９、ｆθレンズ１０、折返しミラー１１、同期センサ１２、走査結像レンズ１７，１８等の部品は、書込みユニットハウジング２１内に納められている。なお、図１のアパーチャ５，６とシリンダレンズ７，８の図示は省略している。

図２における書込み制御部１３は、光量設定回路３１とデータ信号発生回路３２とから構成され、ＬＤ１，２の各ビームの出射点から同期センサ１２の受光面までにビーム光量が減衰し、ビームの到達光量が出射光量よりも小さくなるので、出射した光量と実際に到達した光量の比に基づいて実際の到達光量から光源の光量を算出するための補正データ（以下、透過率と称す）を記憶するビーム透過率記憶部３３が光量設定部３１に接続されている。前記補正データを使用して光源の出射光量を制御すれば、各光源と各同期検知センサ１２の受光面までの到達ビームのばらつきを補正することができる。

光量設定部３１は、図３により詳細に示すように、Ｄ１，２の各光ビームの発光量を走査方向で各々変化させる走査光量可変回路３５、この走査光量可変回路３５からの分割エリア設定信号と外部からの光量設定データとにより光量を設定する光量設定信号発生回路３６、この光量設定信号発生回路３６からの光量設定信号とビーム透過率記憶部３３からの透過率データであるαとにより光源駆動部１４に対する光量設定信号を生成する１／α回路３７とから構成されている。また、図１の光走査装置と同様に、１ライン毎の点灯開始タイミングを一致させるための同期センサ１２を有し、光ビームが同期センサ１２を通過する際に出力される同期検知信号を基準として各光ビームの書き出しタイミングを決定している。同期センサ１２としてはフォトセンサＩＣ等が用いられるが、これらのセンサは入射光量により出力タイミングが異なる特性を持つ。

図４は入射レーザパワーとセンサ出力タイミングとの関係を表した一例を示す。この特性のセンサの場合、センサに入射されるビーム光量が０．４ｍＷの場合に対して、０．３ｍＷのときは約４０ｎｓ遅れてセンサ出力を行う。このように、センサの特性により入射光量に対するセンサ出力タイミングが異なるため、複数ビームを有する画像形成装置で光走査装置の同期センサに入射する各ビーム光量にばらつきがある場合、ビーム間の画像領域開始タイミングが一致しなくなってしまう。この入射光量のばらつきは、ビーム出射点での光量を一定に合わせたとしても、光源であるＬＤのビーム出射点から同期センサの受光面までのビーム透過率にばらつきがあるため、センサ受光面の光量にばらつきが生じてしまう。

図５は、ＬＤ１とＬＤ２の２個のレーザダイオードの同期検出をする場合の一例を示すタイミングチャートである。すなわち、ＬＤ１の出射点での光量はＰ１であり、同期センサ１２の受光面までの透過率をＡとすると、受光面での光量はＰ１×Ａとなる。一方、ＬＤ２の出射点での光量はＰ２であり、センサ受光面までの透過率をＢとすると、受光面での光量はＰ１×Ｂとなる。図５はセンサ受光面での光量が異なる場合、すなわち、Ｐ１×Ａ≠Ｐ２×Ｂとなる場合の例であり、このときＬＤ１、ＬＤ２の各々については同期センサ１２に入射する各ビーム光量が異なるため、ビーム間の画像領域開始タイミングは一致しない。

このように、同期センサは入射光量により出力タイミングが異なる特性を持つため、複数ビームを有する画像形成装置で同期センサに入射する各ビーム光量にばらつきがある場合、ビーム間の画像領域開始タイミングが一致しなくなってしまう。また、ビーム間の画像領域開始タイミングが一致しなくなってしまう場合、各色毎にＬＤを有するフルカラー画像形成装置の構成では、これに起因して色ずれが生じてしまう。また、単色でもマルチビーム画像形成装置の構成においても画像に影響が生じてしまう。このため、複数のＬＤについてセンサ受光面での入射光量を一定に制御することが望ましい。

そこで、本実施形態では、図３に示すように、光量設定部３１に、レーザ光走査幅内を所定の数に分割する分割エリア設定データを入力し、各々の分割エリア毎に光量設定信号を設定する走査光量可変回路３５を設け、センサ走査位置での光量を変更可能とすることにより、複数のＬＤについてセンサ受光面での入射光量が一定になるように制御することができるようにした。

図６は、ＬＤ１とＬＤ２の２個のレーザダイオードの同期検出をする場合について、センサ受光面での入射光量を一定にした場合の一例を示す。図６では、走査領域を１０分割としたときのチャートであるが、これらの分割領域のうち、同期センサ１２を通過するタイミングに相当する「エリア０」の光量の制御を行う。光量制御を「エリア０」のみでなく、エリア「１」〜「９」について各々制御できる構成であっても良い。

このとき「エリア０」でのＬＤ１の出射点での光量はＰｉｎ／Ａであり、同期センサ１２の受光面までの透過率をＡとすると、受光面での光量はＰｉｎとなる。一方、「エリア０」でのＬＤ２の出射点での光量はＰｉｎ／Ｂであり、同期センサ１２の受光面までの透過率をＢとすると、受光面での光量はＰｉｎとなり、ＬＤ１のセンサ受光面光量と等しくなる。このように、Ｄ１、ＬＤ２の各々は同期センサ１２に入射する各ビーム光量が等しくなるため、ビーム間の画像領域開始タイミングも一致する。

このように、同期センサ１２は入射光量により出力タイミングが異なる特性を持つが、複数ビームを有する画像形成装置で同期センサに入射する各ビーム光量を一定とすることにより、ビーム間の画像領域開始タイミングを一致させることが可能となる。さらに、各色毎にＬＤを有するフルカラー画像形成装置においては、高精度な色合わせが可能となる。また、単色でもマルチビーム画像形成装置の場合に高精度な位置合わせが可能となる。

なお、複数の光源のビーム出射点から同期センサの受光面までのビーム透過率をビーム毎に記憶するビーム透過率記憶部３３は、図２の書込みユニット２１内に配置しても良いし、書込み制御部内や画像形成装置本体側に配置しても良い。

ビーム透過率は、書込みユニット２１内に配設されるポリゴンミラー９、ｆθレンズ１０、折り返しミラー１１、防塵ガラス１５等の光路内の光学要素に大きく影響されるため、ビーム透過率を記憶するビーム透過率記憶部３３を書込みユニット２１内に配置すると、保守等による書込みユニット２１の交換の際には、ビーム透過率記憶部３３から書込みユニット固有の透過率データを読み出すだけでよいので、メンテナンスが容易となる。一方、書込みユニット２１外にビーム透過率記憶部３３を設けた場合、書込みユニット２２を交換する際には、書込みユニット固有の透過率データをビーム透過率記憶部３３に設定し直す必要がある。

図７は光量設定信号発生回路３６の詳細な構成を示すブロック図である。この実施の形態では光量設定信号発生回路３６にＤＡコンバータ４１を使用した構成としている。これにより、デジタル信号の光量設定データが入力されると、ＤＡコンバータ４１はレーザ光量に対して比例関係となる電圧値を出力するので、光量制御について簡素な構成で、光量設定データを光量設定信号に変換することが可能となり、同期センサ１２の通過タイミングでのビーム光量とすることが可能となる。

図８は光量設定信号発生回路３６の別の実施の形態を示すブロック図である。この実施の形態においては、光量設定信号発生回路３６をパルス幅変調回路４２とローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路４３により構成している。パルス幅変調回路４２にデジタル信号の光量設定データが入力されると、レーザ光量に対応したデューティーのＰＷＭ信号が生成される。ＰＷＭ信号はローパスフィルタ回路４３にて平滑化され、レーザ光量に比例関係となる電圧値を出力する。このように光量設定信号発生回路をパルス幅変調回路４２とローパスフィルタ回路４３とで構成したことにより、光量制御について簡素で低コストな構成で光量設定データを光量設定信号に変換することが可能となり、同期センサ通過タイミングでのビーム光量とすることが可能となる。

上述した実施の形態では、光量設定部３１からの光量設定信号を、レーザ光量に対して比例関係となる電圧値とすることにより、光量制御が簡素な構成で、かつ容易に制御することができる。光量設定信号は電流値であっても良いことは勿論である。

光走査装置の基本的な構成および光ビームの光路を示す斜視図である。 本発明に係る光走査装置の一実施の形態を示す構成図である。 図２の書込み制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 入射レーザパワーとセンサ出力タイミングとの関係を表した一例を示すグラフである。 ２個のレーザダイオードの同期検出をする場合の一例を示すタイミングチャートである。 ２個のレーザダイオードの同期検出をする際に同期センサ受光面での入射光量を一定にした場合の一例を示すタイミングチャートである。 光量設定信号発生回路の詳細な構成を示すブロック図である。 光量設定信号発生回路の別の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１，２ レーザダイオード（ＬＤ）
３，４ コリメートレンズ
９ ポリゴンミラー
１０ ｆθレンズ
１１ 折返しミラー１１
１２ 同期センサ
１３ 書込制御部
１４ 光源駆動部
１６ 感光体ドラム
２１ 書込みユニット
３１ 光量設定部
３２ データ信号発生回路
３３ ビーム透過率記憶部
３５ 走査光量可変回路
３６ 光量設定信号発生回路
３７ １／α回路
４１ ＤＡコンバータ
４２ パルス幅変調回路
４３ ローパスフィルタ回路

Claims (10)

1. 光偏向手段を含む光学走査素子を介して光源から出射される複数の光ビームを受光面に走査する光走査手段と、
   前記光偏向手段からの各走査ビームを検知する同期検知手段と、
   を有する光走査装置において、
   前記複数の光ビームの発光量を走査方向で各々変化させる走査光量可変手段と、
   前記同期検知手段の受光面に到達する各ビーム光量の到達量に基づいて前記各光源の発光量を算出するための補正データを前記光ビーム毎に記憶する記憶手段と、
   を備え、前記走査光量可変手段が、予め記憶した各ビームの前記補正データに応じて前記光量設定信号をビーム毎に制御することにより、各光ビームが前記同期検知手段に到達したときの到達光量が一定となるように各光ビーム発光量を制御することを特徴とする光走査装置。
2. 前記同期検知手段は、光ビームの走査開始側に設けられた光センサからなることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記走査光量可変手段は、ビーム走査幅内を所定の数に分割し、分割された各々の分割領域毎に光量設定信号を制御し、各々の分割領域毎に光量設定信号を切り替えて走査中の光量を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
4. 前記光量設定信号は、電流値であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記光量設定信号は、電圧値であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記電圧値は、前記光量設定信号に応じた光量基準電圧を発生するＤ／Ａコンバータにより生成されることを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
7. 前記電圧値は、前記光ビームの発光量に対応したパルスを発生するパルス幅変調手段と、このパルス幅変調手段からの出力を平滑化させるローパスフィルタ手段とから生成されることを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光走査装置と、
   この光走査装置によって像担持体に潜像を形成し、形成された潜像を可視化する画像形成手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。
9. 前記像担持体が光導電性の感光体であって、前記画像形成手段が光走査により形成される潜像をトナー像として可視化することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
10. 前記同期検知手段は、像担持体から外れた位置に設けられていることを特徴とする請求項８又は９記載の画像形成装置。

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