JP2009069639A - レーザ走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光源を有する複数の半導体レーザアレイ光源を組み合わせて多重露光する場合に光量制御を簡単な構成でかつ高精度に行うことのできるレーザ走査光学装置を得る。
【解決手段】互いに独立して駆動可能な複数個の発光源３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄを有する半導体レーザアレイ光源３０１，３０２を備えたレーザ走査光学装置。各光源３０１，３０２にはそれぞれの発光源の光量を検出する単一のセンサ（フォトダイオード）が内蔵されている。感光体ドラム１０２上の同一画素を多重露光するビームを同一の半導体レーザアレイ光源３０１，３０２から放射されるビームにて組み合わせ、かつ、多重露光するビームの組の総和光量を各半導体レーザアレイ光源３０１，３０２に内蔵した単一のセンサにて検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ走査光学装置、特に、電子写真方式の複写機やプリンタなどの画像形成装置にプリントヘッドとして搭載されるレーザ走査光学装置に関する。

近年、複写機やプリンタにおいては、高速高精細化の要求が強く、感光体上を複数のビームで副走査方向に所定の間隔で走査するマルチビーム方式が主流になっている。マルチビームによる描画では、各走査線の繋ぎ目部分の画質の乱れを目立たなくする多重露光が必要となる。多重露光において、各画素の濃度は、多重露光に使用されたビームの光量の総和となる。画素間でこの総和光量に差が発生すると、濃度むらとなるため、総和光量での光量の安定化、光量の制御方法が重要となっている。

特許文献１には、一つの半導体レーザアレイ光源から放射される複数のビームを、同一画素を多重露光するビームの組に分け、組み合わされたビームを光源の外に設けた光量検出機構に入射させてビームの組の総和光量を検出し、この検出結果により個々のビームの光量制御を行うことが記載されている。しかしながら、この光量制御では、光源の外に設けた光量検出機構を用いているため、構成が複雑になる。

前記以外には、個々の半導体レーザアレイ光源に内蔵された光量検出素子での検出結果を電気回路を用いて総和として求める方法が知られている。この方法では、電気回路の誤差により精度の良好な制御ができず、かつ、電気回路を設ける分高価になる問題点を有している。さらに、個々のビームごとに光量を検出する方法も知られているが、光量制御に時間がかかるため、高速化に対応できない。

一方、特許文献２には、複数の発光源の光量の総和から個々の発光源の光量をバランスをとって制御する方法が開示されている。但し、特許文献２は、複数の半導体レーザアレイ光源を用いて多重露光する場合の光量制御にまで言及することはない。
特開２００６−１０３２４８号公報 特開平８−２６４８７３号公報

そこで、本発明の目的は、複数の発光源を有する複数の半導体レーザアレイ光源を組み合わせて多重露光する場合に光量制御を簡単な構成でかつ高精度に行うことのできるレーザ走査光学装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、
被走査面上を複数のビームにて多重露光を行うレーザ走査光学装置において、
互いに独立して駆動可能な複数個の発光源を有するとともに、それらの発光源の光量を検出する単一のセンサを内蔵する複数の半導体レーザアレイ光源と、
前記複数の半導体レーザアレイ光源から放射されるそれぞれのビームを合成し、多重露光を行うための光学系と、を備え、
被走査面上の同一画素を露光する複数のビームは、一つの半導体レーザアレイ光源から放射されるビームで構成されていること、
を特徴とする。

本発明に係るレーザ走査光学装置においては、同一画素を多重露光するビームを同一の半導体レーザアレイ光源から放射されるビームにて組み合わせるようにし、かつ、多重露光するビームの組の総和光量を各半導体レーザアレイ光源に内蔵した単一のセンサにて検出するようにした。これにて、光源の外に光量検出手段を設けたり、光量の総和を求めるための電気回路を用いることなく、簡単な構成で、かつ、精度よく個々の発光源の光量を制御できる。

以下、本発明に係るレーザ走査光学装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示す画像形成装置は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色（Ｃ：シアン、Ｍ：マゼンタ、Ｙ：イエロー、Ｋ：ブラック）の画像を形成するように構成したものである。画像は、各画像形成ステーション１０１で形成され、中間転写ベルト１１２上で合成される。なお、各図面において、参照数字に付されているＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの文字はそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー、ブラック用の部材であることを意味している。

各画像形成ステーション１０１（１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｙ，１０１Ｋ）は、その概略を説明すると、感光体ドラム１０２（１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙ，１０２Ｋ）、レーザ走査光学ユニット１０３（１０３Ｃ，１０３Ｍ，１０３Ｙ，１０３Ｋ）、現像器１０４（１０４Ｃ，１０４Ｍ，１０４Ｙ，１０４Ｋ）などを含む。

各レーザ走査光学ユニット１０３から放射されたビームＢＣ，ＢＭ，ＢＹ，ＢＫが各感光体ドラム１０２を照射し、各色の画像を形成する。一方、画像形成ステーション１０１の直下には中間転写ベルト１１２がローラ１１３，１１４，１１５に無端状に張り渡され、矢印Ａ方向に回転駆動され、駆動ローラ１１３を設置した部分であって中間転写ベルト１１２に対向する部分（２次転写部）には２次転写ローラ１１６が配置されている。また、画像形成装置の下段には、積載されている転写材を１枚ずつ給紙する自動給紙部１３０が設置されている。

画像データは図示しない画像読取り装置（スキャナ）あるいはコンピュータなどからＣＭＹＫごとの画像データとして画像メモリ３５（図４参照）に送信され、これらの画像データに基づいて各レーザ走査光学ユニット１０３が駆動され、それぞれの感光体ドラム１０２上にトナー画像を形成する。このような電子写真プロセスは周知であり、その説明は省略する。

各感光体ドラム１０２上に形成されたトナー画像は矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト１１２上に順次１次転写され、４色の画像が合成される。一方、転写材は１枚ずつ給紙部１３０から上方に給紙され、２次転写部で転写ローラ１１６から付与される電界にて中間転写ベルト１１２から合成画像が２次転写される。その後、転写材は図示しない定着装置に搬送されてトナーの加熱定着が施され、画像形成装置の上面部に排出される。

２次転写部の直前には給紙された転写材を検出するためのＴＯＤセンサ１０６が設置され、転写材と中間転写ベルト１１２上の画像との同期をとっている。また、中間転写ベルト１１２上に形成されたレジスト補正用画像を検出するためのレジストセンサ１０５が設置されている。ベルト１１２上に各画像形成ステーション１０１ごとにレジスト補正用画像を形成し、該補正用画像をセンサ１０５で検出することで、各レーザビームＢＣ，ＢＭ，ＢＹ，ＢＫの発光タイミングを調整し、ＣＭＹＫの画像がベルト１１２上で正確に合成されるようにしている。

（レーザ走査光学ユニット、図２及び図３参照）
図２に示すように、各レーザ走査光学ユニット１０３は、概略、四つの発光源３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄをそれぞれ有する半導体レーザアレイ光源３０１，３０２と、結合位置調整部材（平行平板）３０７と、ビーム合成プリズム３１０と、第１シリンドリカルレンズ３１１と、所定の速度で回転駆動されるポリゴンミラー３１２と、ｆθ機能を有する走査レンズ３１３と第２シリンドリカルレンズ３１４と、水平同期センサ３１６とで構成されている。なお、本実施例において、各半導体レーザアレイ光源３０１，３０２はそれぞれ４本のビームを放射するが、図２では簡略化のためにそれぞれ２本のビームを放射する状態で描いている。

各半導体レーザアレイ光源３０１，３０２の発光源３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄから放射されたビーム（発散光）は、コリメータユニット３０４，３０３によって平行光とされ、発光源３０２ａ〜３０２ｄからのビームは結像位置調整部材（平行平板）３０７を透過してビーム合成プリズム３１０に導かれる。各ビームはここで同じ方向に結合され、第１シリンドリカルレンズ３１１によって副走査方向Ｚにほぼ平行に集光され、ポリゴンミラー３１２に導かれる。これらのビームはポリゴンミラー３１２の回転に基づいて主走査方向Ｙに等角速度で偏向され、走査レンズ３１３を透過することで必要な収差を補正され、第２シリンドリカルレンズ３１４を透過して感光体ドラム１０２上で結像する。この水平走査により感光体ドラム１０２上に静電潜像が形成される。

各レーザ走査光学ユニット１０３において、感光体ドラム１０２上での各走査ラインの書出し位置を検出するため、即ち、水平同期信号を得るため、ポリゴンミラー３１２で偏向されたビームの主走査方向上流側のビームは、ミラー３１５で反射され、水平同期センサ３１６に入射し、水平同期信号が生成される。なお、このような水平同期信号を生成する方法は周知であり、その説明は省略する。

ところで、半導体レーザアレイ光源３０１，３０２は、図３に示すように、それぞれ所定の間隔で配置された四つの発光源３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄを有しているとともに、各発光源の光量を検出する単一のセンサとして機能するフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２が内蔵されている。各発光源はそれぞれに対応した発光信号により発光する。

（制御部、図４参照）
次に、画像形成装置の制御部の構成を図４を参照して説明する。この制御部は、概略、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）３０と駆動用クロック発生回路３１と画像メモリ３５とで構成されている。ＣＰＵ３０は、ポリゴンミラー３１２を駆動するモータの制御を行い、水平同期センサ３１６に入射したビームが光電変換され、ＣＰＵ３０に入力される。ＣＰＵ３０はこの信号をデジタル化して水平同期信号ＨＳＹＮＣを生成する。

また、ＣＰＵ３０にはＴＯＤセンサ１０６からの転写材検出信号、レジストセンサ１０５からの補正用画像の検出信号が入力される。ＣＰＵ３０は、レジストセンサ１０５の検出信号に基づいて、画像の主走査位置及び副走査位置、主走査倍率などのレジスト補正値を演算する。また、ＣＰＵ３０は、水平同期信号を得るための強制発光を制御し、さらに、補正用画像を描画するための強制発光を制御する。

ＣＰＵ３０は、画像メモリ３５に対して、水平同期信号ＨＳＹＮＣと画像要求信号ＴＯＤを出力する。画像メモリ３５は、複数の副走査カウンタを搭載しており、信号ＴＯＤをトリガに水平同期信号ＨＳＹＮＣをカウントし、副走査レジストを合わせて、かつ、主走査レジストも合わせて、画像データＣ／Ｍ／Ｙ／ＫをＬＤドライバ３３，３４に出力する。この出力はＣＰＵ３０がレジスト補正結果を受けて演算した結果が含まれたタイミングで行われる。

また、ＬＤドライバ３３，３４に出力する画像データＤＡＴＡは、発光源３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄから放射されるビームの相対位置に応じて、感光体ドラム１０２上での主走査方向位置を調整する。そして、発光源３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄごとに強制発光信号を共通にしている。ＣＰＵ３０はそれ以外に画像形成装置内の各種機器を制御する。

（２重露光の態様、図５及び図６参照）
次に、感光体ドラム１０２上での多重露光（本実施例では２重露光としている）の態様について説明する。図５は、本実施例で２重露光した場合の感光体ドラム１０２上でのビーム配置を示している。各発光源３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄから放射される計８本のビームを、感光体ドラム１０２上で副走査方向Ｚに、３０１ａ，３０２ａ，３０１ｂ，３０２ｂ，３０１ｃ，３０２ｃ，３０１ｄ，３０２ｄの順に配置する。４本のビームごとに走査して２重露光するには、３０１ｃと３０１ａ、３０２ｃと３０２ａ、３０１ｄと３０１ｂ、３０２ｄと３０２ｂにて同一画素を露光する。その後も、常に、３０１ｃと３０１ａ、３０２ｃと３０２ａ、３０１ｄと３０１ｂ、３０２ｄと３０２ｂの４組で同一画素を露光する。

同一画素を露光するビームの組は同一の半導体レーザアレイ光源３０１，３０２から放射されるため、各光源３０１，３０２にそれぞれ内蔵されたフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２で一度に総和光量として検出可能である。

これに対して、それぞれの光源３０１，３０２から放射されるビームの組で２重露光する場合のビーム配置を比較例として図６に示す。この比較例では、各発光源３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄから放射される計８本のビームを、感光体ドラム１０２上で副走査方向Ｚに、３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄの順に配置する。４本のビームごとに走査して２重露光するには、３０２ａと３０１ａ、３０２ｂと３０１ｂ、３０２ｃと３０１ｃ、３０２ｄと３０１ｄにて同一画素を露光する。その後も、常に、３０２ａと３０１ａ、３０２ｂと３０１ｂ、３０２ｃと３０１ｃ、３０２ｄと３０１ｄの４組で同一画素を露光する。

同一画素を露光するビームの組は別々の半導体レーザアレイ光源３０１，３０２から放射されるため、総和光量は各光源３０１，３０２にそれぞれ内蔵されたフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２での光量検出値を電気回路を用いて合成することになる。これでは、電気回路の誤差により精度の良好な制御ができず、かつ、電気回路を設ける分高価になる。

（２重露光の発光制御、図７参照）
図７に本実施例での２重露光におけるタイミングチャートを示す。自動光量制御（以下、ＡＰＣと称する）は画像描画領域外で行う。なお、図７において、ＳＯＳとは水平同期信号を得るためのビーム（発光源３０１ａのビームのみを用いる）がセンサ３１６に入射するタイミングを示し、ＳＯＩとは画像描画開始タイミングを示し、ＥＯＩとは画像描画終了タイミングを示している。

まず、発光源３０１ｂ，３０１ｄを同時に点灯させると、その総和光量がフォトダイオードＰＤ１にて検出される。この総和光量に基づいて各発光源３０１ｂ，３０１ｄの光量制御（ＡＰＣ）を行う。ここでの光量制御は、予め発光源３０１ｂ，３０１ｄの印加電圧に対する発光特性を得ておき、検出された総和光量から各発光源３０１ｂ，３０１ｄの光量を推測し、必要な光量が得られるように駆動電圧をバランス設定する。なお、このような光量制御については前掲の特許文献２に詳しく記載されている。

次に、発光源３０１ａ，３０１ｃを同時に点灯させると、その総和光量がフォトダイオードＰＤ１にて検出される。この総和光量に基づいて各発光源３０１ａ，３０１ｃの光量制御（ＡＰＣ）を行う。

半導体レーザアレイ光源３０２に関しても前記と同様に、発光源３０２ｂ，３０２ｄを同時に点灯させてフォトダイオードＰＤ２で検出された総和光量に基づいて光量制御（ＡＰＣ）を行う。また、発光源３０２ａ，３０２ｃを同時に点灯させてフォトダイオードＰＤ２で検出された総和光量に基づいて光量制御（ＡＰＣ）を行う。

なお、本実施例では、図７に示したように、半導体レーザアレイ光源３０１，３０２の光量調整を同じタイミングで行うようにしたが、異なるタイミングで行ってもよい。

（制御手順、図８及び図９参照）
次に、前記ＣＰＵ３０による制御手順を説明する。図８は制御のメインルーチンを示し、電源が投入されると、まず、ＣＰＵ３０に内蔵されているＲＡＭやタイマを初期化し（ステップＳ１）、内部タイマをセットする（ステップＳ２）。その後、順次、プリント前設定（ステップＳ３）、画像メモリ処理（ステップＳ４）、プリント処理（ステップＳ５）、温度制御や紙詰まり検出などのその他の処理（ステップＳ６）を実行し、内部タイマの終了を待って（ステップＳ７でＹＥＳ）ステップＳ２へ戻る。

図９は前記ステップＳ３で実行されるプリント前設定のサブルーチンを示す。まず、２重露光モードか否かを判定する（ステップＳ１１）。２重露光モードであれば、図７に示した２重露光のために組み合わされるビームを発光させて総和光量を検出するＡＰＣ期間を設定し（ステップＳ１２）、検出された総和光量から各発光源の光量を補正するためのバランスを設定する（ステップＳ１３）。次に、２重露光に関するその他の設定を行い（ステップＳ１４）、メインルーチンに戻る。

通常の露光モードであれば（ステップＳ１１でＮＯ）、通常露光の光量制御を行うＡＰＣ期間を設定し（ステップＳ１５）、通常露光に関するその他の設定を行い（ステップＳ１６）、メインルーチンに戻る。

以上説明した実施例においては、同一画素を多重露光するビームを同一の半導体レーザアレイ光源３０１，３０２から放射されるビームにて組み合わせるようにし、かつ、多重露光するビームの組の総和光量を各半導体レーザアレイ光源３０１，３０２に内蔵した単一のセンサＰＤ１，ＰＤ２にてそれぞれ検出するようにした。これにて、光源３０１，３０２の外に光量検出手段を設けたり、光量の総和を求めるための電気回路を用いることなく、簡単な構成で、かつ、精度よく個々の発光源の光量を制御できる。

（他の実施例）
なお、本発明に係るレーザ走査光学装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、半導体レーザアレイ光源の設置個数は２個に限らず、それ以上の個数の光源を用いたマルチビーム形式であってもよい。また、一つの半導体レーザアレイ光源に含まれる発光源の個数も４個以外の任意の個数であってもよい。２重以上の多重露光であってもよい。さらに、画像形成ステーションの構成や制御部の構成などは任意であることは勿論である。

本発明に係るレーザ走査光学装置を搭載した画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明に係るレーザ走査光学装置の一実施例を示す概略斜視図である。 前記レーザ走査光学装置に組み込まれた半導体レーザアレイ光源を示す回路図である。 制御部を示すブロック図である。 ２重露光（本発明例）における感光体上でのビーム配列を示す説明図である。 ２重露光（比較例）における感光体上でのビーム配列を示す説明図である。 ２重露光における発光源の発光制御を示すタイミングチャート図である。 制御手順のメインルーチンを示すフローチャート図である。 プリント前設定のサブルーチンを示すフローチャート図である。

符号の説明

３０…ＣＰＵ
１０２…感光体ドラム
１０３…レーザ走査光学ユニット
３０１，３０２…半導体レーザアレイ光源
３０１ａ〜３０１ｄ，３０２ａ〜３０２ｄ…発光源
３１０…ビーム合成プリズム
３１２…ポリゴンミラー
３１３…走査レンズ
ＰＤ１，ＰＤ２…フォトダイオード

Claims (3)

1. 被走査面上を複数のビームにて多重露光を行うレーザ走査光学装置において、
   互いに独立して駆動可能な複数個の発光源を有するとともに、それらの発光源の光量を検出する単一のセンサを内蔵する複数の半導体レーザアレイ光源と、
   前記複数の半導体レーザアレイ光源から放射されるそれぞれのビームを合成し、多重露光を行うための光学系と、を備え、
   被走査面上の同一画素を露光する複数のビームは、一つの半導体レーザアレイ光源から放射されるビームで構成されていること、
   を特徴とするレーザ走査光学装置。
2. 二つ半導体レーザアレイ光源を備え、各半導体レーザアレイ光源は四つの発光源を有していることを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査光学装置。
3. さらに、前記単一のセンサにて検出された光量に基づいて前記各発光源の光量を補正する光量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ走査光学装置。

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