JP2009139719A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で正弦振動している共振型光偏向素子の走査時間を算出することができ、共振型光偏向素子にばらつきがあっても、個体差に応じて正確に走査時間を検出することができる光走査装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】光走査装置は、感光体（像担持体）１１上のレーザ光の走査位置を検出する走査位置検出部７０１と、走査位置検出部７０１からの少なくとも３回連続した検出信号を受け、走査時間を算出する走査時間算出部７０２とを備える。また、走査時間算出部７０２の算出結果に応じた画像クロックを生成するクロック生成部７０３を備える。更に、走査時間算出部７０２の算出結果に応じて感光体１１の回転速度を制御する回転速度制御部７０４を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、入力された画像信号に基づいてレーザ光源から画素変調されて出力されたレーザ光を、感光体や静電記録媒体等の像担持面上に導光して、その面上に例えば静電潜像からなる画像情報を形成する光走査装置及び画像形成装置に関する。

近年、微細加工技術の発達により、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systemの略）によるシリコン製の共振型光偏向素子を光走査装置に用いる提案がなされつつある。

この共振型光偏向素子を光走査装置に用いれば、従来のスキャナモータにより回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー）による光走査装置よりも小型軽量化・低消費電力化が可能になる。また、共振型光偏向素子は、半導体プロセスを用いて製造されるため、大量生産が可能であり、またシリコン単結晶であるため、理論上金属疲労が無く長寿命であるという利点がある。

この共振型光偏向素子を用いた光走査装置の画像クロックや１走査時間は、共振型光偏向素子の光偏向角度や共振周波数で決まるが、大量生産すると製造時にばらつきが大きくなってしまい、各光偏向素子間で個体差がでてしまうという問題があった。

光偏向素子間でばらつきがあると、光走査装置間で画像の位置ずれや画像の大きさが異なるという問題が起きてしまう。

上記問題を解決するために、共振型光偏向素子のばらつきに応じた画像クロックの調整や感光体としての感光ドラムの回転速度の調整を、製造工程中に操作パネルから入力する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平０９−２３０２７９号公報

しかし、この上記従来技術によれば、各種調整のために、作業者の手を煩わせることになり作業場での工数も増えてしまう。また、温度による特性の変化があった場合には対応ができない。そのためにも、自動で共振型光偏向素子の光偏向角度や共振周波数を検出する構成である方が望ましい。

本発明の目的は、簡単な構成で正弦振動している共振型光偏向素子の走査時間を算出することができ、共振型光偏向素子にばらつきがあっても、個体差に応じて正確に走査時間を検出することができる光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の光走査装置は、入力された画像信号に基づく画素変調信号に従って出力されたレーザ光を共振型光偏向素子に照射し、その反射光により像担持体上を正弦振動走査して記録媒体上に画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置に用いる光走査装置において、前記像担持体上のレーザ光の走査位置を検出する走査位置検出手段と、前記走査位置検出手段からの少なくとも３回連続した検出信号を受け、走査時間を算出する走査時間算出手段とを備えることを特徴とする。

請求項６記載の画像形成装置は、入力された画像信号に基づく画素変調信号に従って出力されたレーザ光を共振型光偏向素子に照射し、その反射光により像担持体上を正弦振動走査して記録媒体上に画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置において、前記像担持体上のレーザ光の走査位置を検出する走査位置検出手段と、前記走査位置検出手段からの少なくとも３回連続した検出信号を受け、走査時間を算出する走査時間算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明の光走査装置及び画像形成装置によれば、簡単な構成で正弦振動している共振型光偏向素子の走査時間を算出することができ、共振型光偏向素子にばらつきがあっても、個体差に応じて正確に走査時間を検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成図である。

図１において、画像形成装置としてのデジタル複写機の構成と動作を併せて説明する。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２面上に搬送される。原稿が原稿台ガラス２上に搬送されると、スキャナ部分のランプ３が点灯し、かつスキャナユニット４が移動して原稿を照射する。

原稿からの反射光は、ミラー５，６，７を介してレンズ８を通過し、イメージセンサ部９に入力されて結像され、光電変換されて画像信号となる。画像信号は、直接、あるいは、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（静電潜像）は、電位センサ（電位検出センサ）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によって感光体１１上の潜像が現像される。ここで、露光制御部１０は、本発明の光走査装置を構成する。

上記潜像とタイミングを合わせて転写部材積載部１４、あるいは転写部材積載部１５より記録用紙、記録用のフィルム等の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画像が転写部材上に転写される。

転写部材に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、排紙用の搬送路２１を通り、排紙ローラ１８より装置外部に排紙される。

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する。

そして、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の表面を帯電する。この工程を繰り返すことで複数枚の画像形成を行う。

尚、本デジタル複写機は、更に、転写部材の後端を検知するセンサ１９、片面印刷（画像形成）された転写部材をそのまま排紙するか、搬送路２２，２３，２４に導くかの切り替えを行うためのフラッパ２０を備える。両面印刷時には、センサ１９により転写部材の後端が検知されると、排紙ローラ１８を逆回転させ、フラッパ２０を、搬送路２２，２３，２４に導く方向に切り替える。

図２は、図１における露光制御部（光走査装置）の平面構成図である。

図２において、半導体レーザ発光部３１のチップ４３には、レーザ光の一部を検出するＰＤセンサ（光量検出手段）が設けられ、ＰＤセンサの検出信号を用いてレーザ発光ダイオードのＡＰＣ制御（オートパワーコントロール；自動光量制御）を行う。

半導体レーザ発光部３１から発したレーザ光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、所定のビーム径で光偏向素子３３に入射する。光偏向素子３３は、矢印で示す左右の方向に往復振動を行っている。

この振動の往路中（同図の光偏向素子３３の半時計回り方向の振動）に入射したレーザ光が連続的に角度を変える偏向ビームとなって反射され、偏向ビームとなった光はｆａｒｃｓｉｎθレンズ３４により集光作用を受ける。

ｆａｒｃｓｉｎθレンズ３４は、正弦振動の走査光を１走査の間、略等速運動に変換する作用があり、レーザ光は、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、光偏向素子３３からの反射光を検出するビームディテクト（ＢＤ）センサ３６があり、ＢＤセンサ３６の検出信号は、光偏向素子３３による走査と画像データの書き込みの同期を取るための同期信号として用いられる。

図３は、図２における光偏向素子による走査位置と走査時間の関係を示す図である。

図３において、縦軸が像高（走査位置）、横軸が走査時間であり、ＢＤセンサ３６は像高１２５ｍｍに位置しており、Ｔ１〜Ｔ３は、光偏向素子３３からの光がＢＤセンサ３６に入力された連続３回の時間を示している。

また、同図は、画像領域が２１０ｍｍ（像高±１０５ｍｍ）、光偏向素子３３の振動振幅が３００ｍｍ（像高±１５０ｍｍ）、共振周期がＴの光走査装置の例を表している。像高と走査時間の関係は、図のような正弦波（Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ）：Ａ＝振動振幅、ω＝２π／Ｔ、φ＝位相）になる。この正弦波Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ）、つまり
Ａｓｉｎ（（２π／Ｔ）ｔ＋φ）（１）
が求まれば、ＢＤ像高位置から式（１）の振幅が０（像高０）になる時間が算出できる。そして、これによって１走査の半分の時間が求まる。

従って、１走査時間がわかるため画像クロックが算出でき、主走査方向に均一な画素密度で画像を形成することが可能になる。また共振周期Ｔから必要な副走査速度がわかるため、その速度に応じて感光体１１の回転速度を制御すれば、副走査方向にも均一な画素密度で画像を形成することが可能になる。

同図において、Ｔ１の検出時間を０とすると、２回目に検出された時間がＴ２、３回目に検出された時間がＴ３になる。同図から明らかなようにＴ１〜Ｔ３の時間、つまりＴ１を０とした時の時間Ｔ３は、光偏向素子の共振周期Ｔに一致する。

Ｔ＝Ｔ３ （２）
また、ＢＤ像高の位置をＢで表すと、Ｂ＝Ａｓｉｎφより
ｓｉｎφ＝Ｂ／Ａ （３）
時間Ｔ２に関して、（１）及び（２）より
Ｂ＝Ａｓｉｎ（（２π／Ｔ３）Ｔ２＋φ） （４）
（３）及び（４）より
ｓｉｎφ＝ｓｉｎ（（２π／Ｔ３）Ｔ２＋φ）
＝ｓｉｎ（２π／Ｔ３）Ｔ２*ｃｏｓφ
＋ｃｏｓ（２π／Ｔ３）Ｔ２*ｓｉｎφ （５）
（５）より
ｔａｎφ＝ｓｉｎ（２π／Ｔ３）Ｔ２／（１−ｃｏｓ（２π／Ｔ３）Ｔ２）
∴φ＝arctan{sin(2π/T3)T2/(1-cos(2π/T3)T2)} （６）
また、式（１）の振幅が０になる時間は（２π／Ｔ３）ｔ＋φ＝πであるから、
ｔ＝（π−φ）Ｔ３／（２π） （８）
従って、ＢＤ像高（時間Ｔ２）から１走査の半分（像高０）までの時間は
ｔ−Ｔ２＝（π−φ）Ｔ３／（２π）−Ｔ２ （９）
よって、往路１走査（２倍のＢＤ像高）にかかる時間は
２（ｔ−Ｔ２）＝（π−φ）Ｔ３／π−２*Ｔ２ （１０）
となる。

往路１走査の時間は式（６）と式（１０）から求まるため、設計値の走査時間と、この実測から求められた走査時間との比を算出すれば、必要な画像クロックを算出することが可能になる。

次に、図３の正弦波を１つのＢＤセンサ３６の検出信号で算出する方法について図４及び図５のブロック図と図６のタイムチャートを用いて説明する。

図４は、図２の露光制御部（光走査装置）におけるＢＤイネーブル生成部、カウンタ、及びレジスタのブロック図である。

図４において、ＢＤイネーブル生成部４０１は、連続して入力されたＢＤ信号から連続３回分の間イネーブル信号（ＢＤイネーブル信号）Ｓ４０１を出力すると共に、ある連続した２回分の間イネーブル信号Ｓ４０５を出力する。

図５は、図４におけるＢＤイネーブル生成部のブロック図である。また、図６は、図５のＢＤイネーブル生成部のタイムチャートである。

図５において、光偏向素子３３の走査時間を算出するモードではない時（ＭＯＤＥ＝０）は、論理素子５０１に０が入力されるため、論理素子５０１の信号Ｓ５０１は０となり、Ｄフリップフロップ５０２の信号Ｓ５０５も０になる。そのため、論理素子５０７及び５０９の出力が０となり、イネーブル信号Ｓ４０１及びＳ４０５は０のままである。

次に、走査時間を算出するモードになった場合（ＭＯＤＥ＝１）、論理素子５０１に１が入力され、この時の２ビットアップカウンタ５０３の信号Ｓ５０２は０であるため、デジタルコンパレータ５０４の信号Ｓ５０３は０のままである。

この信号Ｓ５０３が反転素子５０５に入力され、反転素子５０５の信号Ｓ５０４（＝１）が論理素子５０１に入力され、論理素子５０１は１を出力する（図６のＳ５０１）。すると、Ｄフリップフロップ５０２は、信号Ｓ５０１が１になった直後のＢＤ入力から１を出力し始める（図６のＳ５０５）。

信号Ｓ５０５が１になると、２ビットアップカウンタ５０３がイネーブルされ、ＢＤをカウントし始め、カウント値（信号）Ｓ５０２が２になると、デジタルコンパレータ５０４で比較されて（Ｓ５０２≧２）、１が出力される（信号Ｓ５０３）。

信号Ｓ５０３が１になると、反転素子５０５で反転され、０が論理素子５０１に入力される。論理素子５０１が０を出力すると、Ｄフリップフロップ５０２の信号Ｓ５０１が０になり、２ビットアップカウンタ５０３のイネーブルをディスイネーブル状態にする（図６のＳ５０５）。

また、この２ビットカウンタ５０３のイネーブル信号は、Ｄフリップフロップ５０６にも入力され、ＢＤに同期した信号Ｓ５０６及びその反転信号Ｓ５０７を出力する。信号Ｓ５０７は論理素子５０７に入力され、論理素子５０７は信号Ｓ５０５とＳ５０７の論理積信号である信号Ｓ４０５を出力する。

更に、Ｄフリップフロップ５０６の信号Ｓ５０６は、次段のＤフリップフロップ５０８に入力され、Ｄフリップフロップ５０８はＢＤに同期した信号Ｓ５０８を論理素子５０９に出力する。論理素子５０９は、入力した信号Ｓ５０５とＳ５０８の論理積信号である信号Ｓ４０１を出力する。

上述した動作を再度実行したい場合は、一度不図示のＣＰＵでモード解除（ＭＯＤＥ＝０）後、再度走査時間算出モード（ＭＯＤＥ＝１）にすればよい。

図６によれば、このＳ４０１が連続した３回分のＢＤイネーブル信号になっており、Ｓ４０５が連続した２回分のＢＤイネーブル信号になっていることがわかる。

こうして、ＢＤイネーブル生成部４０１から出力されたイネーブル信号Ｓ４０１及びＳ４０５は、それぞれ図４のカウンタ４０４及び４０６のイネーブル信号として出力される。

カウンタ４０４は、走査時間算出モードでは無い時（ＭＯＤＥ＝０）、クリアされ、走査時間算出モード時（ＭＯＤＥ＝１）に参照クロックＣＬＫを入力し、イネーブル信号Ｓ４０１がイネーブル（＝１）の間カウントし、カウント値Ｓ４０２を出力する。

同様に、カウンタ４０６は、走査時間算出モードでは無い時（ＭＯＤＥ＝０）、クリアされ、走査時間算出モード時（ＭＯＤＥ＝１）に参照クロックＣＬＫを入力し、イネーブル信号Ｓ４０５がイネーブル（＝１）の間カウントし、カウント値Ｓ４０３を出力する。

そして、それぞれのカウンタ４０４，４０６で出力されたカウント値Ｓ４０２及びＳ４０３は、カウンタがディスイネーブル（＝０）になった時、レジスタ４０７及び４０８にラッチされ、不図示のＣＰＵによってバスを介してこれらの値が読み取られる。

不図示のＣＰＵは、レジスタ４０７にラッチされたカウント数と参照クロックＣＬＫの１クロック当たりの時間から、光偏向素子の共振周期（Ｔ３）を算出し、副走査方向の解像度が所望の解像度になるよう感光体の回転数を制御する。

また、レジスタ４０８のカウント数と参照クロックＣＬＫの１クロック当たりの時間から、前述した時間Ｔ２を算出し、Ｔ２及びＴ３から前述した演算を行うことで、式（６）と式（１０）とから走査時間が求まる。そのため、不図示の電圧制御発信器（ＶＣＯ）の電圧を制御することで画像クロックを補正することが可能になる。

例えば、図３のような場合、１走査時間の設計値が１００μｓのところが、走査時間算出モード時に１０２μｓと算出されたとすると、走査時間が２％遅くなっているため、不図示の電圧制御発信器（ＶＣＯ）の電圧を制御して画像クロックを２％遅くすればよい。

同様にして、共振周期Ｔ３が設計値より２％速くなっていれば、感光体１１の回転速度を２％速める制御をすればよい。

図７は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の制御ブロック図である。

本発明の光走査装置は、入力された画像信号に基づく画素変調信号に従って出力されたレーザ光を、共振型光偏向素子に照射し、その反射光により像担持体上を正弦振動走査して記録媒体上に画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置に用いる。

本発明の光走査装置は、感光体（像担持体）１１上のレーザ光の走査位置を検出する走査位置検出部７０１と、走査位置検出部７０１からの少なくとも３回連続した検出信号を受け、走査時間を算出する走査時間算出部７０２とを備える。

更に、本発明の光走査装置は、走査時間算出部７０２の算出結果に応じた画像クロックを生成するクロック生成部７０３を備える。

更に、本発明の光走査装置は、走査時間算出部７０２の算出結果に応じて感光体１１の回転速度を制御する回転速度制御部７０４を備える。

ここで、走査時間算出部７０２は、走査位置検出部７０１から入力された信号とその２回後に入力された信号から共振型光偏向素子３３の共振周期を算出する。そして、３回連続して入力された信号のうち連続した２回の信号から共振型光偏向素子３３による感光体１１上の走査時間を算出する。

また、本発明の光走査装置は、走査時間を算出する走査時間算出モードを有し、走査時間算出モード時に決定した画像クロック及び感光体１１の回転速度で画像を形成する。

尚、上記各部は、画像形成装置として配置されていてもよい。

以上、述べてきたように、走査時間算出モードを設け、このモード時に連続して３回のＢＤを検知し演算することで、光偏向素子の共振周期と走査時間が算出できる。そして、それに合わせた画像クロック補正と感光体の回転速度補正を行うことで、光偏向素子の製造ばらつきや温度特性による変化を吸収した光光走査装置の提供が可能になる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成図である。 図１における露光制御部（光走査装置）の平面構成図である。 図２における光偏向素子による走査位置と走査時間の関係を示す図である。 図２の露光制御部（光走査装置）におけるＢＤイネーブル生成部、カウンタ、及びレジスタのブロック図である。 図４におけるＢＤイネーブル生成部のブロック図である。 図５のＢＤイネーブル生成部のタイムチャートである。 本発明の実施の形態に係る光走査装置の制御ブロック図である。

符号の説明

１１ 感光体
３３ 光偏向素子
７０１ 走査位置検出部
７０２ 走査時間算出部
７０３ クロック生成部
７０４ 回転速度制御部

Claims (6)

1. 入力された画像信号に基づく画素変調信号に従って出力されたレーザ光を共振型光偏向素子に照射し、その反射光により像担持体上を正弦振動走査して記録媒体上に画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置に用いる光走査装置において、
   前記像担持体上のレーザ光の走査位置を検出する走査位置検出手段と、
   前記走査位置検出手段からの少なくとも３回連続した検出信号を受け、走査時間を算出する走査時間算出手段と、
   を備えることを特徴とする光走査装置。
2. 更に、前記走査時間算出手段の算出結果に応じた画像クロックを生成するクロック生成手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 更に、前記走査時間算出手段の算出結果に応じて前記像担持体の回転速度を制御する回転速度制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
4. 前記走査時間算出手段は、前記走査位置検出手段から入力された信号とその２回後に入力された信号から前記共振型光偏向素子の共振周期を算出し、３回連続して入力された信号のうち連続した２回の信号から前記共振型光偏向素子による前記像担持体上の走査時間を算出することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
5. 前記走査時間を算出する走査時間算出モードを有し、前記走査時間算出モード時に決定した画像クロック及び前記像担持体の回転速度で画像を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置。
6. 入力された画像信号に基づく画素変調信号に従って出力されたレーザ光を共振型光偏向素子に照射し、その反射光により像担持体上を正弦振動走査して記録媒体上に画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置において、
   前記像担持体上のレーザ光の走査位置を検出する走査位置検出手段と、
   前記走査位置検出手段からの少なくとも３回連続した検出信号を受け、走査時間を算出する走査時間算出手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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