JP2009149099A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体感度等の変動によりレーザ光量が変化しても、レーザ素子に最適なバイアス電流を印加する事によって、安定した階調性を確保する。
【解決手段】レーザ素子３１を光源とし、レーザ素子３１にバイアス電流および画像データに応じたレーザ駆動電流を供給し、変調されたレーザ光を感光体上に導光し走査露光して画像を形成する画像形成装置において、レーザ素子３１の発光量に応じてレーザ素子３１に印加するバイアス電流を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタル複写機やプリンタ等の画像形成装置において、レーザ光を変調して感光体上を走査露光して画像を形成する画像形成装置に関し、特に、レーザ素子にバイアス電流及びレーザ駆動電流を供給し、変調したレーザ光を帯電された感光体上に導光して走査露光し、潜像を形成し、該潜像を反転現像して画像を形成する画像形成装置に関するものである。

半導体レーザの応答特性を向上させるために、従来からいくつかの方法が提案されている。

特許文献１には、半導体レーザをパルスデューティ３０％以下のパルス幅変調した状態で最低濃度画像を形成できるようにバイアス電流設定回路の抵抗値を切り替えて最適なバイアス電流を制御する方法が提案されている。

また、特許文献２には、複数の画像形成モードに対し、バイアス電流目標値を切り替えて、レーザ光量を変化させることなくバイアス電流を制御する方法が提案されている。

特開２０００−１８７３７４号公報 特開２０００−３５５１１７号公報

しかしながら、パルス幅変調時の最低濃度画像によりバイアス電流を設定する方法では、最低濃度の補正のみに着目しているため、中間調の階調性が不十分であった。また、画像形成モードによりバイアス電流を制御する方法では、レーザ光量が変化した際にもバイアス電流はモード毎に固定であるため、半導体レーザの応答特性が変化し、画質が著しく劣化してしまう恐れがある。

本発明は、感光体感度の劣化等に追従しレーザ光量が変化した際にも、安定した階調性を実現する事を目的とする。

上記の目的は本発明に係る下記の画像形成装置によって達成される。

１． 半導体レーザを光源とし、前記半導体レーザにバイアス電流および画像データに応じたレーザ駆動電流を供給し、変調されたレーザ光を感光体上に導光し走査露光して画像を形成する画像形成装置において、
前記半導体レーザの光出力を検出して得られる信号を光量設定基準電圧と比較して当該半導体レーザの駆動電流を制御する自動光出力制御手段と、
前記自動光出力制御手段における前記光量設定基準電圧を感光体感度の変動に応じて変化させることで前記半導体レーザの発光量を変化させ、変化させた前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加する前記バイアス電流を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

２． 前記制御手段は、あらかじめ記憶された前記バイアス電流の補正係数に従い、前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加する前記バイアス電流を制御することを特徴とする１に記載の画像形成装置。

また、上記の目的は本発明に係る下記の画像形成装置によって達成される。

（１） 半導体レーザを光源とし、前記半導体レーザにバイアス電流および画像データに応じたレーザ駆動電流を供給し、変調されたレーザ光を感光体上に導光し走査露光して画像を形成する画像形成装置において、前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加する前記バイアス電流を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

（２） 半導体レーザを光源とし、前記半導体レーザにバイアス電流および画像データに応じたレーザ駆動電流を供給し、帯電手段により帯電された感光体上に変調されたレーザ光を導光し走査露光して画像を形成する画像形成装置において、帯電された前記感光体上の電位を検出する電位検出手段と、前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加するバイアス電流の補正係数を生成する補正係数生成手段を有し、非画像形成期間に所定の変調データにより変調された前記レーザ光を前記感光体上に導光して走査露光し、前記電位検出手段の検出結果に基づき前記補正係数を生成し、前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加するバイアス電流を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

（３） 半導体レーザを光源とし、前記半導体レーザにバイアス電流および画像データに応じたレーザ駆動電流を供給し、変調されたレーザ光を感光体上に導光し走査露光して画像を形成する画像形成装置において、現像された前記感光体上のトナー付着量を検出するトナー検出手段と、前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加するバイアス電流の補正係数を生成する補正係数生成手段を有し、非画像形成期間に所定の変調データにより変調された前記レーザ光を前記感光体上に導光して走査露光し、前記トナー検出手段の検出結果に基づき前記補正係数を生成し、前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加するバイアス電流を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

本発明により、感光体感度等の変動によりレーザ光量が変化しても、半導体レーザに最適なバイアス電流を印加する事によって、安定した階調性を確保できる。

画像形成装置の概略構成図。 画像形成手段の構成図。 レーザ走査露光の光学系の一例を示す斜視図。 レーザ素子の発光特性図。 半導体レーザの発光量が変化した場合の画像濃度を示す特性図。 駆動ＩＣを用いた制御回路のブロック図。

以下、図面を参照して本発明の画像形成装置の実施の形態についてを説明する。

図１は、画像形成装置の概略構成図、図２は画像形成手段の構成図である。

［画像形成装置］
画像形成装置Ａは、回転する感光体１の周囲に、帯電手段２、像露光手段（書き込み手段）３、現像手段４、転写手段５Ａ、除電手段５Ｂ、及びクリーニング手段６を配置した画像形成手段を有する。画像形成手段は、帯電手段２によって感光体１の表面に一様帯電を行った後に、像露光手段３のレーザビームＬによって原稿から読み取られた画像データに基づく露光走査を行って潜像を形成し、該潜像を現像手段４により反転現像して感光体１の表面にトナー像を形成する。

用紙収納部１１から給紙された用紙Ｓは転写位置へと送られる。転写位置において転写手段５Ａにより前記トナー像が用紙Ｓ上に転写される。その後に、用紙Ｓは除電手段５Ｂにより裏面の電荷が消去されて感光体１から分離され、搬送部１２により搬送され、引き続き定着手段１３により加熱定着され、排紙ローラ１４から排出される。

用紙Ｓの両面に画像形成を行う場合には、定着手段１３により加熱定着された用紙Ｓを、搬送路切り替え板１５により通常の排紙通路から分岐し、反転搬送部１６においてスイッチバックして表裏反転した後、再び画像形成部を通過し、用紙Ｓの裏面に画像を形成し、定着手段１３を経て、排紙ローラ１４から装置外に排出される。

感光体１の画像処理後の表面は、クリーニング手段６により表面に残留している現像剤が除去され、更に、除電器７による除電で感光体１の表面が均一化されて、一連の画像形成を終了する。

レーザビームＬと現像器４との間には、温度検出器８及び電位検出器９が配置され、現像器４と用紙給送部との間には、トナー検出器１０が配置され、レーザ露光後の電位やトナー付着量を検出して、後述するバイアス電流を制御する。

［レーザ走査露光の光学系］
デジタル複写機やプリンタ等のデジタル画像形成装置では通常、レーザビームＬで感光体１上を走査露光し、画像形成を行っている。図３はこのレーザ走査露光の光学系の一例を示す斜視図である。

半導体レーザから成るレーザ素子３１から出射したレーザビームＬはコリメートレンズ３２でコリメートされ、その後、スリット３３やシリンドリカルレンズ３４を経て、回転多面鏡３５で偏向され、ｆθレンズ３６と補正用シリンドリカルレンズ３７によってレーザビームＬを感光体１（図１に示す）上に結像し、回転多面鏡３５によって主走査露光し、感光体１の回転によって副走査を行って画像を形成している。３８はカバーガラスである。

上記のようなレーザ光を用いた画像形成装置Ａにおけるレーザ素子３１の光出力はレーザ素子３１に流れる電流や周囲温度等の変動により影響される。そこでレーザ素子３１の光出力を検出して得られる電圧を基準電圧と比較し、光出力を一定にする自動光出力制御、即ちＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が行われているが、記録速度の向上と共にレーザ発光制御系の応答速度を上げる必要が生じ、予めレーザ素子３１にバイアス電流を供給する方法がある。

図４は半導体レーザの発光特性図である。縦軸に半導体レーザの光出力Ｐを、横軸に駆動電流Ｉをとると、半導体レーザに流れる電流が閾値電流Ｉｔｈを越えると急激にレーザ発光するが、閾値電流Ｉｔｈ以下ではレーザ発光はせずにＬＥＤ発光となる。

そこで、この閾値電流Ｉｔｈ以下で、かつ、なるべくこの閾値電流Ｉｔｈに近いバイアス電流を予め供給しておくと、半導体レーザの発光の応答特性が良くなる。このバイアス電流値によって、特に中間調の階調性を適切に制御できる。

図５は半導体レーザの発光量が変化した場合の画像濃度を示す特性図である。横軸に濃度データＸを、縦軸に画像濃度Ｄをとると、バイアス電流一定の場合、半導体レーザの発光量が変化すると画像濃度は変化してしまう。

近年、半導体レーザ光出力制御駆動は、応答特性の優れたものが市販されている。このようなものとして、例えば、テキサスインスツルメンツ社製ＳＮ６５ＡＬＳ５４４（登録商標）等がある。

図６は駆動ＩＣを用いた制御回路のブロック図である。制御は基本的には制御手段であるＣＰＵ４３により行われるが、発光光源のレーザ素子ＬＤと光出力検出用のフォトダイオードＰＤは同一パッケージのレーザ光源ユニット４０であり、フォトダイオードＰＤで検出された光出力の信号を駆動ＩＣ４１によって光量設定基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、半導体レーザの駆動電流を制御する自動光出力制御（ＡＰＣ）を行う。なお、光量設定基準電圧Ｖｒｅｆは感光体感度等の変動に応じて変化し、適切な最高濃度となるように半導体レーザの発光量を変化させ、ＡＰＣを行う。また、駆動ＩＣ４１のバイアス端子Ｂにバイアス電流設定電圧Ｖｂを入力することによりバイアス電流を設定できるが、本発明ではＣＰＵ４３によりＤ／Ａコンバータ４２を制御し、このＤ／Ａコンバータ４２の出力電圧を駆動ＩＣ４１に入力している。

本実施形態においては、あらかじめ記憶された補正係数に従い半導体レーザの発光量に応じてバイアス電流設定電圧Ｖｂを駆動ＩＣに入力し、バイアス電流を制御する。補正係数の一例を表１に示す。

本発明の他の実施の形態においては、例えば、ある発光量において１画素毎にオン／オフを繰り返すパターンで露光し、その結果低下した感光体１の帯電電位の検出が電位検出器９より行われる（図２参照）。

又は、現像手段４の現像により形成されたトナー像の濃度の検出がトナー検出器１０により行われる（図２参照）。

帯電電位またはトナー像濃度の検出結果が所定の値と一致するようにバイアス電流を設定する。この後、順次、発光量を変えて上記動作を行い、発光量とバイアス電流設定電圧との対応テーブルを作成し、記憶手段へ記憶させる。なお、露光パターンは例えばパルスデューティ５０％のパルス幅変調でも良い。

以上に説明した画像形成装置のレーザ光の制御は、半導体レーザの発光量に応じて半導体レーザに印加するバイアス電流を制御するものであるから、従来、問題であった中間調画像を鮮明に形成でき、安定した画質の画像形成装置が提供される。

なお、本発明は、実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した範囲内で変更、変形が可能である。

１ 感光体
３ 像露光手段（書き込み手段）
４ 現像手段
７ 除電器
８ 温度検出器
９ 電位検出器
１０ トナー検出器
３１ レーザ素子
３２ コリメートレンズ
３３ スリット
３４ シリンドリカルレンズ
３５ 回転多面鏡
３６ ｆθレンズ
３７ 補正用シリンドリカルレンズ
３８ カバーガラス
４０ レーザ光源ユニット
４１ 駆動ＩＣ
４２ Ｄ／Ａコンバータ
４３ ＣＰＵ
Ａ 画像形成装置
Ｉｔｈ 閾値電流
Ｌ レーザビーム
ＬＤ レーザ素子
ＰＤ フォトダイオード

Claims (2)

1. 半導体レーザを光源とし、前記半導体レーザにバイアス電流および画像データに応じたレーザ駆動電流を供給し、変調されたレーザ光を感光体上に導光し走査露光して画像を形成する画像形成装置において、
   前記半導体レーザの光出力を検出して得られる信号を光量設定基準電圧と比較して当該半導体レーザの駆動電流を制御する自動光出力制御手段と、
   前記自動光出力制御手段における前記光量設定基準電圧を感光体感度の変動に応じて変化させることで前記半導体レーザの発光量を変化させ、変化させた前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加する前記バイアス電流を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、あらかじめ記憶された前記バイアス電流の補正係数に従い、前記半導体レーザの発光量に応じて前記半導体レーザに印加する前記バイアス電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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