JP2007118202A - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成を行う発光点の発光負荷を軽減し、発光点の長寿命化が可能な光ビーム走査装置を提供すること。
【解決手段】独立変調可能な複数の発光点を有するマルチビーム光源と、光ビームを偏向して感光体表面を走査する光ビーム走査装置において、感光体表面を走査し画像形成を行う複数の画像形成用発光点と、走査基準信号生成若しくは光量補正の少なくとも一方を画像走査時に行う１つ以上の検知用発光点を設け、検知用発光点により生成する走査基準信号若しくは光量補正データに基づいて画像形成用の発光点の変調及び光量補正の少なくとも一方を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタル複写機やプリンタ等の光ビーム走査装置に関するもので、詳しくは、複数の光ビームを感光体表面に同時走査させる光ビーム走査装置の走査基準信号生成及び光量制御方法に関するものである。

デジタル複写機やプリンタ等の光ビームを用いた画像形成装置においては、近年の高速化や高解像度化に伴い、それぞれ独立変調可能な発光点を面状に展開配置した面発光型半導体レーザ（以下、面発光レーザ）をレーザ走査装置に用いられるようになっている。この面発光レーザは従来からレーザ走査装置に多用されている端面発光レーザに比べ、出力光量が比較的小さく、又、端面発光レーザのように、出力面の対向側に光量検知ＰＤを内蔵することが難しい。

更に、多くの発光点を設けた場合、画像形成中、発光点毎に公知の光量制御（以下、ＡＰＣ：Auto Power Control）を行うことは、限られた時間内に制御が煩雑となり極めて難しい。そのため、特許文献１では同時に発光させた複数本の光ビームの総和光量によりＡＰＣを行っている。

又、多発光点を持ったレーザ走査装置の走査開始信号生成においては、従来より走査先頭の発光点のレーザ光を、公知のビーム検知手段（以下、ＢＤ）で検知した信号に従って行っているが、面発光レーザを用いた場合、特許文献２）のような、複数の発光点の総光量を用いて行う手段が提案されている。
特開平８−２６４８７３号公報 特開２００４−００９４６５号公報

しかしながら、上記従来例においては、画像形成時に走査毎に行われるＡＰＣやＢＤ検知を、画像形成を行う発光点と共用するため、画像形成を行う発光点の寿命を減少させる欠点があった。

図８はレーザ走査装置のポリゴンミラー１面分の走査毎の分割時間内訳で、ドラム表面を走査する画像形成時間以外にＡＰＣやＢＤ検知にレーザを発光させるとレーザの通算発光時間が増加する。ここで、レーザの発光点の寿命は流れる通算電流量に影響されるので、その寿命は発光時間と出力光量にも依存する。実際に一般的な出力画像を形成する場合、レーザ発光時間は画像形成時間の１０％未満であり、又、ＡＰＣやＢＤ検知においては上限に近い光量を出力して行うため、結果としてＡＰＣやＢＤ検知は発光点に対する寿命への影響が大きく、光源の寿命短縮の要因となっている。

ところで、画像形成発光点の劣化については、従来より劣化発光点に隣接する発光点の光量アップで補う等の提案がなされているが、そのような手段では完全に補完することができないので、特に画質を求められる高解像度のレーザ走査装置においては、満足な画像出力は期待できない。

又、ＡＰＣを行う発光点とＢＤ検知を行う発光点又は発光点群が不一致の場合、ＢＤ検知のための発光光量の安定性を損ない、高精度な走査開始信号の生成ができない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、従来例の欠点を解消し、画像形成を行う発光点の発光負荷を軽減し、発光点の長寿命化が可能であるとともに、煩雑な光量調整も無く安定した光量調整が可能な光ビーム走査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、独立変調可能な複数の発光点を有するマルチビーム光源と、光ビームを偏向して感光体表面を走査する光ビーム走査装置において、感光体表面を走査し画像形成を行う複数の画像形成用発光点と、走査基準信号生成若しくは光量補正の少なくとも一方を画像走査時に行う１つ以上の検知用発光点を設け、検知用発光点により生成する走査基準信号若しくは光量補正データに基づいて画像形成用の発光点の変調及び光量補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記検知用発光点は、光源の副走査方向に最端の発光点であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、光源は複数の発光点を有する面発光型半導体レーザで、光量補正の検知手段は光源の被走査側（フロント光）に設けられていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、画像形成を行う発光点の発光負荷を軽減することができ、発光点の長寿命化が可能となる。又、煩雑な光量調整もなく安定した光量調整が可能となる。

請求項２記載の発明によれば、検知用の発光点と画像形成用の発光点の発光デュ―ティーの違いで、光量安定性が相互に影響することが低減でき、又、検知用の発光点が劣化した場合、検知用の発光点を変更しても、画像形成用の発光点に何ら変更を及ぼすこともなく、つまりは形成する画像に影響を及ぼすこともない。

請求項３記載の発明によれば、光源を面発光レーザとすることで、本発明が最も効果的となる。

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。

図１及び図２は本発明の実施例を示すもので、図１は面発光レーザを光源に用いたレーザ走査ユニットの概略図で、図２は面発光レーザの発光面を示す概略図である。

図１において、５はレーザ走査ユニットで、１４はポリゴンミラーで、１０は面発光レーザ１９を搭載した光源ユニットで、コリメータレンズ１２及びレーザ駆動回路基板４６を含んで構成されている。面発光レーザ１９で出射されたレーザ光は、コリメータレンズで略平行光となり、副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズ１３及びハーフミラー２３を経てハーフミラー２３で透過成分と反射成分となり、反射された光はポリゴンミラー１４に照射される。

ポリゴンミラー１４は、矢印の方向に回転しており、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、ｆθレンズ１５，１６により歪曲収差の補正等を受け、感光ドラム１８をその長手方向（主走査方向）に走査する。又、ハーフミラー２３を透過した一部のレーザ光は、レンズ２４によりフォトダイオード２５に集光される。

ここで、面発光レーザ１９は、図２にその発光面の概略図を示すように、４×５の計２０の発光点を持ち、各発光点が感光ドラム１８表面を走査する走査線の間隔が副走査方向に約１０．６μｍで、面発光レーザの発光面上では間隔ｈとなるように、発光点の連結線の角度がθとなるように調整組付けされている。

ところで、面発光レーザ１９の温度環境に対する出力光量は、図７のグラフに示すように、一定の入力条件において、温度上昇すると光量が低下する傾向を持っている。又、レーザ走査ユニット５においては、図２の上部にあって、副走査方向の最上流に配置される３，４の発光点を含む４つの発光点をＡＰＣとＢＤ検知を行う検知用発光点として設け、初期状態においては３の発光点によりＡＰＣとＢＤ検知を行なっている。レーザ走査ユニット５の走査開始信号生成は、ｆθレンズ１６と感光ドラム１８との間に設けたＢＤミラー１７とスリット２０、アナモフィックレンズ２１、ＢＤ検知センサ２２とで、走査光がスリット２０を通過する際にＢＤセンサの出力が図６に示すように設定電圧Ｖｓを超えた８７のタイミングをトリガーに行っている。

又、面発光レーザの発光について図３の制御ブロック図と、図４の光量制御構成図を用いて説明すると、面発光レーザ１９は駆動回路２６に接続され、コントローラ４５から駆動回路２６に送られるビデオ信号及び電流制御電圧Ｖ_ＣＴＬ により、発光及び出力光量が制御されている。面発光レーザの光量調整は、フォトダイオード２２の出力をＡ／Ｄ変換しコントローラ４５に取り込み、コントローラ４５内で演算処理し、光量制御設定値としてコントローラ内の不図示のレジストに記憶される。この光量制御設定値はレーザ発光ジョブ時にはＤ／Ａ変換されＶ_ＣＴＬ としてコントローラから出力される。

駆動回路２６内には面発光レーザの各発光点毎に図４の点線内で示される５１の光量制御回路が設けられており、光量制御回路５１は、スイッチング素子６１と電流源６０と抵抗６９とで構成されており、スイッチング素子６１は、ベースがコントローラ４５に、エミッタが他端をＶｃｃ電源に接続した発光点７２に、コレクタが抵抗６９を介してアースに接続された電流源６０に夫々接続されている。又、スイッチング素子６１と抵抗６９の間にはコントローラのＶ_ＣＴＬ 出力が接続されている。

次に、本実施の形態のレーザ走査装置の画像形成に係るシーケンスを図５のフローチャート用いて説明する。

画像形成時においては、先ずドラム面上をレーザ走査する前段階として、コントローラ４５のシーケンス制御信号に基づいて、検知用発光点３を図８の４２のタイミングで同時点灯し、フォトダイオード２５の出力に従い光量設定値Ｖ_{ＣＴＬ−ＳＯ}を設定して発光光量が所望の出力となるように光量設定する。

次に、画像形成用の各発光点についても、各発光点毎に上記発光光量検出を行い、各発光点毎に出力光量が設定値となるような光量設定値ＶＣＴＬ−Ｐｎ０
を発光点毎に作成する。ここで斯かる光量調整を行う際に、図８のＢＤ検知のタイミングで検知用発光点によりＢＤ検知を行い、シーケンスのタイミングを概略管理することで光量調整の画像形成前シーケンスにより感光ドラムを不要に露光することを防止している。

そして、画像形成時においては、ポリゴンミラーの１面走査毎に、感光体ドラム表面走査開始前に図８の４２のＡＰＣのタイミングで、検知用の発光点３を点灯しコントローラ４５で目標値との比較を行い、目標光量との比をＶ_{ＣＴＬ−ＳＯ}に乗じて出力光量設定値ＶＣＴＬ−Ｓ
を設定し、連続して図８の４３のタイミングでＢＤ検知を行う。

又、前記検知用発光点３の光量設定を行うと同時に、画像形成用発光点についても、検知用発光点の出力光量再設定に用いた前記目標値との比を全Ｖ_{ＣＴＬ−ＰＯ}にもそれぞれ乗じて、画像形成用発光点の出力光量設定値Ｖ_{ＣＴＬ−Ｐ} を設定する。更に、一面の画像作成後に続けて画像形成を行う場合は、画像形成の間隔毎に光量調整の画像形成前シーケンスを実施することで、経時的な検知用発光点と画像形成用発光点の光量差による走査線毎の光量不均一を生じることを防止している。

又、検知用発光点は、他の画像形成用の発光点に比べ発光デューテー高く比較的早く劣化を生じるため、検知用発光点の出力光量設定値Ｖ_{ＣＴＬ−Ｓ} が、その許容限界値V_{ＬＩＭＩＴ}から外れると、検知用発光点を図２の４の発光点に変更し、以後、発光点４を用いて光量調整とＢＤ検知を行う。

尚、以上説明した実施の形態においては、面発光レーザについてのみ説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば多発光点を有する端面発光型レーザを光源とするレーザ走査装置についても同様な効果を得ることができる。

又、光源の副走査方向端部の複数発光点を検知用発光点として用いる場合、本実施の形態では図２の３，４の発光点の順で副走査方向先端から使うように説明したが、これに限るものではなく、例えば４，３の発光点の順でも良い。

又、レーザ発光点の光量制御手段において、１つの検知用発光点と唯一のフォトダイオードを使用し、各発光点毎に出力可変で、光量検知データの一部をデジタル信号として演算する構成についてのみ説明したが、本発明はこれらに限るものではなく、光量測定に複数の検知用発光点を用いるもの、或は複数のフォトダイオードによる光量検知するもの、或はアナログ回路で構成された光量制御回路構成によるものであっても良い。

本発明に係る光ビーム走査ユニット概略図 本発明に係る面発光レーザの発光面の概略図 本発明に係る面発光レーザ制御ブロック図 本発明に係る面発光レーザの光量制御構成図 本発明に係る光ビーム走査装置の画像形成時フローチャート 走査基準信号生成センサの出力を示すグラフである。 面発光レーザの環境に対する出力光量変動を示す図である。 ポリゴン１面走査毎の分割時間を示す図である。 従来例の面発光レーザ発光面の概略図手である。

符号の説明

１ 検知用発光点
２ 画像形成用発光点
３，４ 発光点
５ レーザ走査ユニット
１０ 光源ユニット
１２ コリメータレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
１４ ポリゴンミラー
１５，１６ ｆθレンズ
１７ ＢＤミラー
１８ 感光体ドラム
１９ 面発光レーザ
２０ スリット
２１ アナモフィックレンズ
２２ ＢＤセンサ
２３ ハーフミラー
２４ レンズ
２５ フォトダイオード
２６ 駆動回路
４５ コントローラ
５１ 光量制御回路
６０ 電流源
６１ スイッチング素子
６９ 抵抗
７０ 光量制御電圧
７２ レーザ発光部
８７ トリガータイミング
８８ ＢＤセンサ出力
８９ ＢＤ設定電圧
９０ 出力光量変動
９９ 発光点
Ｇ 発光点群

Claims (3)

1. 独立変調可能な複数の発光点を有するマルチビーム光源と、光ビームを偏向して感光体表面を走査する光ビーム走査装置において、
   感光体表面を走査し画像形成を行う複数の画像形成用発光点と、走査基準信号生成若しくは光量補正の少なくとも一方を画像走査時に行う１つ以上の検知用発光点を設け、検知用発光点により生成する走査基準信号若しくは光量補正データに基づいて画像形成用の発光点の変調及び光量補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする光ビーム走査装置。
2. 前記検知用発光点は、光源の副走査方向に最端の発光点であることを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査装置。
3. 光源は複数の発光点を有する面発光型半導体レーザで、光量補正の検知手段は光源の被走査側（フロント光）に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査装置。

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