JP2010184398A - 画像形成装置、光学走査装置、及びそれらの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザへ電流を供給するＤ／Ａコンバータに対して、適切な基準電圧を設定し、光量の補正精度を向上する画像形成装置、光学走査装置、及びそれらの制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の画像形成装置は、ＡＰＣの実行により、半導体レーザへ電流を供給する電流値を決定し、当該電流値の電流を第１のＤ／Ａコンバータから出力させる。さらに、画像形成装置は、電流／電圧変換部において当該電流値を電圧値に変換するとともに、当該電圧値を、光量補正を実行するための第２のＤ／Ａコンバータの基準電圧に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置、画像形成装置において使用される光学走査装置、及びそれらの制御方法に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等、電子写真方式の画像形成装置において使用される光学走査装置では、感光ドラムにおける主走査方向の１走査中に発光するレーザの光量を一定に保つべく、自動光量制御（ＡＰＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が知られている。光学走査装置は、ＡＰＣにおいて、１走査中のビーム検出区間（ＢＤ区間）でレーザの光量を検出し、当該検出結果に基づいてレーザの駆動電流を制御する。

一般的に、ＡＰＣには、レーザから発光される光量が一定に保たれたとしても、ビームが照射される感光ドラム上の１走査区間における中央部と両端部とで、その照度が不均一になる問題がある。これは、光学走査装置の回転多面鏡（ポリゴンミラー）へ入射されるビームの強度が、集光光学系の光軸近傍で最大となるようにガウス分布を形成しているためである。これにより、感光ドラム上の被走査面における照度は、像高が大きくなる（感光ドラムの端部へ向かう）につれて小さくなる傾向がある。その結果、形成される画像に濃度むらが発生するという問題がある。

この問題に対し、例えば、特許文献１では、感光ドラム上の１走査区間を複数ブロックに分割し、各ブロックに対して半導体レーザから発光する光量を補正するための補正データを記憶装置に保持する画像形成装置が提案されている。さらに、当該画像形成装置は、各ブロックの補正データをブロック間で線形補間することにより１走査区間の補正データを算出し、当該補正データを用いて半導体レーザの駆動電流を制御する。これにより、感光ドラムの端部における光量を補正している。

ここで、図１４及び図１５は、上述の従来技術における画像形成装置及びレーザ駆動部の構成例を示す図である。図１４における画像形成装置１において、エンジン制御部３の内部にＤ／Ａコンバータ５７とローパスフィルタ（ＬＰＦ）５８とを備える。

Ｄ／Ａコンバータ５７は、１走査中のＢＤ区間におけるＡＰＣの実行に際し、サンプルホールドされた基準信号５６を基準電圧として使用する。ここで、基準電圧とは、半導体レーザが出力する最大の光量に対応した電圧値であって、レーザ制御回路２１に接続されたコンデンサ５１に保持されている電圧である。Ｄ／Ａコンバータ５７は、半導体レーザが発光する光量を補正すべく、エンジン制御部３で生成された上述の補正データに基づいて、デジタル・アナログ変換を実行し、補正データ電圧信号をアナログ信号として出力する。当該信号は、ＣＲ等で構成されたローパスフィルタ５８へ入力される。ローパスフィルタ５８においてフィルタリングが施され、出力された補正データ電圧信号４３は、レーザ制御回路２１へ入力される。レーザ制御回路２１内部のパルス電流源は、入力された補正データ電圧信号４３に応じて、半導体レーザの駆動電流を制御することにより、発光される光量を可変とする。当該制御によって、１走査中の光量が補正される。

しかしながら、上述の従来技術では、光学走査装置が出力するビームが多ビーム（例えば、３２ビーム等）の場合、画像形成装置はビームごとにＡＰＣを実行するため、１走査中に全てのビームに対してＡＰＣを実行することが困難となる。この場合、ＡＰＣにより設定された各ビームに対応した電圧を複数のコンデンサへ長時間保持することが必要となり、各コンデンサが回路内のリーク電流等の影響を受けやすくなる。その結果、コンデンサの電圧値が変動するとともに、Ｄ／Ａコンバータ５７の基準電圧が変動し、光量の補正が正しく行われなくなるという問題がある。

この問題に対しては、電流出力型のＤ／Ａコンバータを用いて、半導体レーザの駆動電流を制御することにより、光量の補正を行う手法が有効である。この場合、Ｄ／Ａコンバータに対して設定する基準電圧を、半導体レーザに対して所望の電流を供給することが可能な範囲で適切に設定する必要がある。

特開２００３−２９９５４号公報

しかしながら、上述の電流出力型のＤ／Ａコンバータを用いて半導体レーザの駆動電流を制御する手法には、以下のような問題がある。例えば、Ｄ／Ａコンバータから半導体レーザへ出力する電流の補正範囲が、設定した基準電圧に対応する電流の最大値よりも小さい場合、Ｄ／Ａコンバータの動作領域を十分に使用することができない。これにより、半導体レーザが発光する光量の補正精度が劣化してしまうという問題がある。また、画像形成装置に使用される半導体レーザや光学走査装置の光学特性に依存して、光量の補正精度が異なってしまうという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、半導体レーザへ電流を供給するＤ／Ａコンバータに対して、適切な基準電圧を設定し、光量の補正精度を改善する画像形成装置、光学走査装置、及びそれらの制御方法を提供することを目的としている。

本発明は、例えば、画像形成装置として実現できる。画像形成装置は、量子化された電流値の電流により駆動され、電流値に応じた光量のレーザを出力する光源を備え、光源から出力されるレーザにより像担持体を走査する画像形成装置であって、光源から出力されるレーザの光量を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、レーザの光量の最大値が予め定められた光量となるように、光源に出力する電流の最大値を決定する決定手段と、決定手段により決定された電流の最大値を電圧値に変換する変換手段と、変換手段により変換された電圧値に対応する電流値を最大値として電流値を量子化し、光源から出力されるレーザの光量が可変となるように、量子化された電流値に基づいて光源に出力する電流を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、例えば、光学走査装置として実現できる。光学走査装置は、量子化された電流値の電流により駆動され、電流値に応じた光量のレーザを出力する光源を備え、光源から出力されるレーザにより走査対象を走査する光学走査装置であって、光源から出力されるレーザの光量を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、レーザの光量の最大値が予め定められた光量となるように、光源に出力する電流の最大値を決定する決定手段と、決定手段により決定された電流の最大値を電圧値に変換する変換手段と、変換手段により変換された電圧値に対応する電流値を最大値として電流値を量子化し、光源から出力されるレーザの光量が可変となるように、量子化された電流値に基づいて光源に出力する電流を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、例えば、画像形成装置の制御方法として実現できる。制御方法は、量子化された電流値の電流により駆動され、電流値に応じた光量のレーザを出力する光源を備え、光源から出力されるレーザにより像担持体を走査する画像形成装置の制御方法であって、光源から出力されるレーザの光量を検出する検出ステップと、検出ステップの検出結果に基づいて、レーザの光量の最大値が予め定められた光量となるように、光源に出力する電流の最大値を決定する決定ステップと、決定ステップにより決定された電流の最大値を電圧値に変換する変換ステップと、変換ステップにより変換された電圧値に対応する電流値を最大値として電流値を量子化し、光源から出力されるレーザの光量が可変となるように、量子化された電流値に基づいて光源に出力する電流を制御する制御ステップとを実行することを特徴とする。

本発明は、例えば、光学走査装置の制御方法として実現できる。制御方法は、量子化された電流値の電流により駆動され、電流値に応じた光量のレーザを出力する光源を備え、光源から出力されるレーザにより走査対象を走査する光学走査装置の制御方法であって、光源から出力されるレーザの光量を検出する検出ステップと、検出ステップの検出結果に基づいて、レーザの光量の最大値が予め定められた光量となるように、光源に出力する電流の最大値を決定する決定ステップと、決定ステップにより決定された電流の最大値を電圧値に変換する変換ステップと、変換ステップにより変換された電圧値に対応する電流値を最大値として電流値を量子化し、光源から出力されるレーザの光量が可変となるように、量子化された電流値に基づいて光源に出力する電流を制御する制御ステップとを実行することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、半導体レーザへ電流を供給するＤ／Ａコンバータに対して、適切な基準電圧を設定し、光量の補正精度を改善する画像形成装置、光学走査装置、及びそれらの制御方法を提供できる。

本実施形態に係る画像形成装置のブロック構成例を示す図である。 本実施形態に係るレーザ制御回路１６３のブロック構成例を示す図である。 本実施形態に係るレーザ制御回路１６３におけるＤＡＣ２０６、２０９から出力される電流の電流値２２５、２２４とＬＤ１６５ａの光量Ｐｏとの関係を示す図である。 本実施形態に係るレーザ制御回路１６３におけるＤＡＣ２０６、２０９から出力される電流の電流値２２５、２２４とＬＤ１６５ａの光量Ｐｏとの関係を示す図である。 本実施形態に係るレーザ制御回路１６３における、画像形成の際の動作モードを示す図である。 本実施形態に係るレーザ制御回路１６３における動作状態の遷移を示す図である。 光学走査装置における半導体レーザ１６５及びレーザ駆動部１６６の周辺の構成例を示す図である。 本実施形態に係る光量補正の前後における、感光ドラム１９上の主走査方向の光量分布と、半導体レーザ１６５のチップ面の光量分布とを示す図である。 光量補正前における感光ドラム１９上の光量分布の一例を示す図である。 感光ドラム１９上の各ドラム位置ブロック１００１における光量１００３、補正率１００４、補正データ１００５、及びＬＤ１６５ａの電流値１００６の一例を示す図である。 本実施形態の比較例となるレーザ制御回路のブロック構成例を示す図である。 本実施形態の比較例となるレーザ制御回路１００におけるＤＡＣ１０２、１０３から出力される電流Ｉｂ、Ｉｓｗの電流値とＬＤ１１０ａの光量Ｐｏとの関係を示す図である。 本実施形態に係るレーザ制御回路１６３における光量補正の制御手順を示すフローチャートである。 従来技術における画像形成装置の構成例を示す図である。 従来技術におけるレーザ駆動部の構成例を示す図である。

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される実施形態は、本発明の上位概念、中位概念及び下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の実施形態によって限定されるわけではない。

＜画像形成装置の構成＞
以下では、図１乃至図１３を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置のブロック構成例を示す図である。なお、図１は、画像形成装置１６１の中でも光学走査に係る部分についてのみ示している。画像形成装置１６１は、光学走査装置（レーザスキャナユニット）１６２、バックアップメモリ１７６、エンジン制御部（ＣＰＵ）１７７、レーザスキャナ制御部１７８、及び画像制御部１８０を備える。光学走査装置１６２は、ＣＰＵ１７７からの指示に基づいて、レーザスキャナ制御部１７８によって制御される。

図７は、図１に示す光学走査装置における半導体レーザ１６５及びレーザ駆動部１６６の周辺の構成例を示す図である。感光ドラム（像担持体）１９に対して画像が形成される画像領域において、光源である半導体レーザ１６５から出力されたレーザビーム（Ｌ１）は、シリンドリカルレンズ１４を介してポリゴンミラー１５へ到達する。ポリゴンミラー１５は、スキャナモータユニット１６の駆動により等角速度で回転している。そのため、レーザビーム（Ｌ１）は、ポリゴンミラー１５によって偏向され、ｆθレンズ１７へ到達する。さらに、レーザビーム（Ｌ１）は、ｆθレンズ１７によって、走査対象である感光ドラム１９をその回転方向と直角方向に等速で走査するように変換される。ｆθレンズ１７を出射したレーザビーム（Ｌ１）は、反射ミラー１８において反射し、感光ドラム１９を照射することにより露光する。その結果、感光ドラム１９上に静電潜像が形成される。当該静電潜像は、トナーによって現像された後、記録用紙に対して転写及び定着されることにより、当該記録用紙に画像形成（印字）される。

一方、感光ドラム１９に対して画像が形成されない非画像領域において、半導体レーザ１６５から出力されたレーザビーム（Ｌ２）は、ポリゴンミラー１５によって偏向された後、ｆθレンズ１７を介してビーム検出（以下では、「ＢＤ」と称する。）センサ２０へ到達する。ＢＤセンサ２０によってレーザビーム（Ｌ２）が検出されることにより、レーザビーム（Ｌ１）の走査開始等のタイミングが検出される。

図２は、本実施形態に係るレーザ制御回路１６３のブロック構成例を示す図である。レーザ制御回路１６３は、レーザダイオード（以下では、「ＬＤ」と称する。）とする）１６５ａの駆動電流を制御することにより、ＬＤ１６５ａを所定の光量で発光させる。半導体レーザ１６５は、ＬＤ１６５ａと、ＬＤ１６５ａから出力されるレーザビームを検出するフォトダイオード（以下では、「ＰＤ」と称する。）１６５ｂとを備える。ＰＤ１６５ｂは、検出したレーザビームの光量に応じた電流を、ＡＰＣ制御部２０７へ出力する。

ＡＰＣ制御部２０７は、ＬＤ１６５ａから発光されるレーザビームの光量を調整可能な電子ＶＲを内蔵する。電子ＶＲは、ＰＤ１６５ｂ及びレーザ制御回路１６３の電源に接続され、ＶＲ制御部２０８によって制御される。

電子ＶＲの設定は、図１のＣＰＵ１７７からの通信信号１８３を用いた指示により、レーザスキャナ制御部１７８によって実行される。具体的には、当該設定は、光学走査装置１６２内部のＥＥＰＲＯＭ１６４に記憶されている値が、ＶＲ制御部２０８へ読み込まれることにより行われる。なお、ＥＥＰＲＯＭ１６４には、予め出荷時に工場等で電子ＶＲの設定値が書き込まれている。また、当該設定は、図２のＣＳ（チップセレクト）１７３、ＳＣＫ（シリアルクロック）１７４、ＤＩＯ（データＩ／Ｏ）１７５を用いたシリアル通信により実現される。

ＶＲ制御部に対する電子ＶＲの設定値が設定されると、画像形成装置では、後述する自動光量制御（ＡＰＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が実施される。

＜レーザ制御回路の動作モード＞
次に、図５及び図６を参照して、レーザ制御回路１６３における、画像形成の際の動作モードについて説明する。

図５は、本実施形態に係るレーザ制御回路１６３における、画像形成の際の動作モードを示す図である。レーザ制御回路１６３における動作モードは、図５に示すように、レーザスキャナ制御部１７８から出力されるＡＰＣ制御信号２１１、バイアスＡＰＣ制御信号２１２、及びデータ出力制御信号２１４の３つの制御信号の状態に基づいて決定される。例えば、制御信号２１１、２１２、２１４が各々、ハイレベル（Ｈ）、ハイレベル（Ｈ）、ローレベル（Ｌ）の場合、レーザ制御回路１６３の動作モードは、データ出力モード（ＤＡＴＡ ＯＵＴ）と決定される。また、決定された動作モードに応じて、ＡＰＣ制御部２０７の動作状態、及び出力選択部２０２の出力状態が図５に示す状態へ制御される。

また、図６は、本実施形態に係るレーザ制御回路１６３における動作状態の遷移を示す図である。レーザ制御回路１６３は、制御信号２１１、２１２、２１４により、図６に示すように状態が遷移するように制御される。レーザ駆動部１６６の駆動により、ＬＤ１６５ａから出力したレーザビーム（Ｌ２）は、非画像領域において、ＢＤセンサ２０へ入射する。レーザビーム（Ｌ２）を検出したＢＤセンサ２０は、ローレベルの信号を出力する。レーザ制御回路１６３は、当該出力信号の立ち下りエッジを基準として、光量制御モード（ＡＰＣ、Ｂｉａｓ ＡＰＣ）、レーザ強制消灯モード（ＯＦＦ）、データ出力モード（ＤＡＴＡ ＯＵＴ）、レーザ強制消灯モード（ＯＦＦ）、光量制御モード（ＡＰＣ）の順で制御される。

以下では、図２を参照して、図５及び図６に示したレーザ制御回路１６３の各動作モードにおける、ＡＰＣ制御部２０７の動作状態及び出力選択部２０２の出力状態について説明する。

（１）光量制御モード（ＡＰＣ、Ｂｉａｓ ＡＰＣ）
光量制御モードにおいて、ＡＰＣ制御部２０７は、ＡＰＣを実行することにより、バイアス電流（Ｉｂ）用のＤ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）２０６、及びスイッチング電流（Ｉｓｗ）用のＤＡＣ２０９に設定する量子化データを更新する。また、出力選択部２０２は、画像制御部１８０からのデータ出力（ＶＤＯｎ信号２０３ａ及び／ＶＤＯｎ信号２０３ｂ）によらず、ＬＤ１６５ａが発光するように、トランジスタ２０１ａ、２０１ｂへスイッチング信号２３１、２３２を強制出力する。なお、光量制御モードにおけるレーザ制御回路１６３の処理は、後述するように、ＡＰＣモード（ＡＰＣ）、及びバイアスＡＰＣモード（Ｂｉａｓ ＡＰＣ）の２段階で実行される。

（２）レーザ強制消灯モード（ＯＦＦ）
レーザ強制消灯モードにおいて、ＡＰＣ制御部２０７は、光量制御モードで設定した設定値を保持する。また、出力選択部２０２は、ＶＤＯｎ信号２０３ａ及び／ＶＤＯｎ信号２０３ｂによらず、ＬＤ１６５ａが消灯するように、トランジスタ２０１ａ、２０１ｂへスイッチング信号２３１、２３２の出力を停止する。

（３）データ出力モード（ＤＡＴＡ ＯＵＴ）
画像形成装置が記録用紙に対してプリントを行う画像領域において、レーザ制御回路１６３はデータ出力モードとなる。データ出力モードにおいて、ＡＰＣ制御部２０７は、光量制御モードで設定した設定値を保持し続けるとともに、当該設定値を用いて光量補正を実行する。また、出力選択部２０２は、ＶＤＯｎ信号２０３ａ及び／ＶＤＯｎ信号２０３ｂに応じて、スイッチング信号２３１、２３２を出力する。これにより、ＬＤ１６５ａ及び抵抗２００の何れかに電流が流れ、ＬＤ１６５ａにおける発光及び消灯の制御が行われる。

（４）リセットモード（ＲＥＳＥＴ）
リセットモードにおいて、ＡＰＣ制御部２０７は、光量制御モードで設定した設定値を初期化する。また、出力選択部２０２は、ＶＤＯｎ信号２０３ａ及び／ＶＤＯｎ信号２０３ｂによらず、ＬＤ１６５ａが消灯するように、トランジスタ２０１ａ、２０１ｂへスイッチング信号２３１、２３２の出力を停止する。

＜比較例＞
次に、本発明の比較例となるレーザ制御回路の動作について説明する。図１１は、本実施形態の比較例となるレーザ制御回路のブロック構成例を示す図である。本実施形態と比較して、比較例では、図１に示す画像形成装置のブロック構成の中でレーザ制御回路が図１１に示す構成となる。

ＣＰＵ１７７からＡＰＣの実行を指示されたレーザスキャナ制御部１７８は、ＡＰＣ制御信号、バイアスＡＰＣ制御信号、及びデータ出力制御信号を用いて、レーザ制御回路１００へ制御信号を出力する。これにより、レーザ制御回路１００はＡＰＣを開始する。

ＡＰＣに際して、まず、バイアス電流（Ｉｂ）用のＤＡＣ１０２、及びスイッチング電流（Ｉｓｗ）用のＤＡＣ１０３に対して、それらが出力する電流の最大値に対応する電圧が、基準電圧として設定される。当該基準電圧により、ＤＡＣ１０２、１０３の動作領域、すなわち、ＤＡＣ１０２、１０３が出力する電流の最大値が設定される。その後、ＡＰＣ制御部１０１の制御によるＡＰＣの結果、ＤＡＣ１０２、１０３から出力される電流Ｉｂ、Ｉｓｗの値が決定される。このとき、ＡＰＣ制御部１０１からＤＡＣ１０２、１０３に対して量子化データ１２１、１２２が設定されるとともに、これらに応じてＤＡＣ１０２、１０３からＩｂ、Ｉｓｗが出力される。さらに、Ｉｓｗ用のＤＡＣ１０３は、ＬＤ１１０ａから出力される光量を調整すべく、光量補正制御部（ＳＤ−ＣＴＬ）１０５の制御により、ＡＰＣによって設定されたＩｓｗを補正した後、出力する。

比較例において、Ｉｓｗ用のＤＡＣ１０３にはゲイン制御部１０４が接続され、その制御により、基準電圧（ゲイン）が可変に設定される。このとき、基準電圧は、ＤＡＣ１０３がＬＤ１１０ａに対して所望の電流を供給することが可能な範囲で、適切に設定される必要がある。

図１２は、本実施形態の比較例となるレーザ制御回路１００におけるＤＡＣ１０２、１０３から出力される電流Ｉｂ、Ｉｓｗの電流値とＬＤ１１０ａの光量Ｐｏとの関係を示す図である。図１２では、ＡＰＣの結果、Ｉｂ、Ｉｓｗは１０ｍＡ、２１．６ｍＡに設定されるごとに、ＤＡＣ１０２、１０３に対して所定の基準電圧（ゲイン１）が与えられた場合を示している。また、当該基準電圧が設定された場合に、ＤＡＣ１０２、１０３がそれらの電流値を出力するための量子化データは、５１、２２０（１０進数）となっている。なお、当該量子化データは、８ｂｉｔ、２５６階調（０〜２５５）で設定されている。ここで、図１２のＤより、当該基準電圧の場合、Ｉｓｗの電流値はＤＡＣ１０３が出力可能な最大値の半分以下であり、ＬＤ１１０ａの光量補正の際に、ＤＡＣ１０３の動作領域が十分に使用されないことになる。

このような場合、比較例では、ゲイン制御部１０４からＤＡＣ１０３へ設定する基準電圧を調整する。例えば、図１２のＤに示すように、基準電圧を半分に設定（ゲイン１／２）することにより、ＤＡＣ１０３の動作領域における使用部分が増加し、光量の補正精度が２倍に改善する。その一方で、ＤＡＣ１０３が出力する電流値のうち、光量補正時に使用可能な値は、８ｂｉｔの量子化データによる２５６階調の中で２２０階調に留まる。従って、ＤＡＣ１０３の動作領域における使用範囲をフルスケールにするためには、ＤＡＣ１０３において光量補正後に出力される電流値の最大値と、ＤＡＣ１０３に設定される基準電圧に対応する電流値を等しくする必要がある。

後述する本実施形態に係る画像形成装置のレーザ制御回路１６３では、Ｉｓｗ用のＤＡＣに設定する基準電圧を、ＡＰＣにより決定された電流値に基づいて設定することで、当該ＤＡＣの動作領域をフルスケールで使用する。

＜レーザ制御回路の動作＞
次に、本実施形態に係るレーザ制御回路１６３における動作について説明する。

（ＡＰＣ）
ＣＰＵ１７７からＡＰＣの実行を指示されたレーザスキャナ制御部１７８は、ＡＰＣ制御信号２１１、バイアスＡＰＣ制御信号２１２、及びデータ出力制御信号２１４により、レーザ制御回路１６３をＡＰＣモードとする。ＡＰＣモードにおいて、出力選択部２０２は、トランジスタ２０１ａをＯＮにしてＬＤ１６５ａに対して電流を流すことにより、光源であるＬＤ１６５ａからレーザビームを発光させる。これに対して、ＰＤ１６５ｂは、ＬＤ１６５ａから発光されたレーザビームを検出し、当該検出結果に基づいて、レーザビームの光量に応じたＰＤ電流２１９を出力する。ＰＤ電流２１９はＡＰＣ制御部２０７に入力され、その内部の電子ＶＲにより電圧値へ変換される。ＡＰＣ制御部２０７は、当該電圧値と、予め定められた基準電圧とを比較し、それらが等しくなるまで、ＤＡＣ２０９へ設定する量子化データ２２０を調整する。なお、本実施形態において当該量子化データは、８ｂｉｔ、２５６階調（０〜２５５）で設定される。

ここで、図３及び図４は、本実施形態に係るレーザ制御回路１６３におけるＤＡＣ２０６、２０９から出力される電流の電流値２２５、２２４とＬＤ１６５ａの光量Ｐｏとの関係を示す図である。図３及び図４のＡは、ＬＤ１６５ａの電流対光量（Ｉ−Ｌ）特性を示す。本実施形態では、ＡＰＣによって調整される光量（以下では、「調整光量」と称する。）を、２０ｍＷとした場合を一例して説明する。なお、ＤＡＣ２０６、２０９の基準電圧は、調整光量に基づいて予め定められる。なお、図３はＡＰＣ及びバイアスＡＰＣの際、図４はＡＰＣ及びバイアスＡＰＣの終了後の状態を示している。

図３のＢ及びＣは、ＡＰＣ制御部２０７からＤＡＣ２０６、２０９へ出力される量子化データ２１３、２２０と、ＤＡＣ２０６、２０９から出力される電流値２２４、２２５とを示す。なお、量子化データ２１３、２２０として各々、最大値の２５５（１０進数）が設定されると、ＤＡＣ２０６、２０９は、５０ｍＡの電流をその最大値として出力可能である。

図３のＢに示すように、ＡＰＣ及びバイアスＡＰＣの実行の際に、量子化データ２１３は常に０（１０進数）であり、電流値２２４も０ｍＡである。すなわち、ＡＰＣにおいてＤＡＣ２０６は用いられず、ＤＡＣ２０９のみが用いられる。また、図３のＣは、ＡＰＣの結果、ＬＤ１６５ａが発光する光量を調整光量である２０ｍＷへ制御するための電流値２２５は４０ｍＡ、量子化データ２２０は２０４（１０進数）となることを示している。

ＤＡＣ２０９から出力された電流は、電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換部２２６により電圧変換され、その電圧値２２７はＤＡＣ２２８に入力される。この電圧値２２７は、ＤＡＣ２２８において基準電圧として設定される。

後述するように、データ出力モードにおいて、ＤＡＣ２２８は、当該基準電圧の設定に基づいて、光量補正制御部（ＳＤ−ＣＴＬ）２１７から入力される量子化データ２３０に応じた電流値２２９を出力する。当該電流値２２９の変化により、ＬＤ１６５ａが発光する光量が補正される。なお、ＡＰＣモード及びバイアスＡＰＣモードにおけるＡＰＣの実行中には、量子化データ２３０として常に最大値の２５５（１０進数）が設定される。このため、ＤＡＣ２２８から出力される電流Ｉｓｗの電流値２２９は、ＤＡＣ２０９から出力される電流値２２５と等しくなる。

（バイアスＡＰＣ）
上述のＡＰＣが終了すると、ＣＰＵ１７７は、レーザスキャナ制御部１７８に対して、バイアスＡＰＣを実行するように指示する。レーザスキャナ制御部１７８は、ＡＰＣ制御信号２１１、バイアスＡＰＣ制御信号２１２、及びデータ出力制御信号２１４により、レーザ制御回路１６３をバイアスＡＰＣモードとする。これにより、レーザ制御回路１６３においてバイアスＡＰＣが実行され、データ出力モードにおいてＤＡＣ２０６が出力するバイアス電流Ｉｂの電流値２２４が決定される。当該電流値は、図３のＡにおけるＩｂであって、レーザ閾値電流の電流値に相当するものである。

バイアスＡＰＣに際して、ＡＰＣ制御部２０７は、まず、ＡＰＣのターゲットとなる光量を適当な値に定める。さらに、当該光量をターゲットとしてＡＰＣを実行することにより、ＡＰＣ制御部２０７からＤＡＣ２０９へ出力する量子化データ２２０と、ＤＡＣ２０９から出力される電流の電流値２２５とが求められる。

図３は、一例として、ターゲットの光量を、調整光量の１／４の光量としてバイアスＡＰＣが実行された場合を示している。その際、ＡＰＣ制御部２０７では、調整光量の基準電圧の１／４の電圧値と、ＰＤ電流２１９に対応した電圧値とが等しくなるように、ＡＰＣが実行される。図３のＣでは、当該ＡＰＣの結果、ＬＤ１６５ａが発光する光量を調整光量の１／４の光量へ制御するための電流値２２５が２３．８ｍＡであることを示し、量子化データ２２０が１２１（１０進数）となることを示している。

ＡＰＣ制御部２０７は、ＡＰＣモード及びバイアスＡＰＣモードにおけるＡＰＣの実行により求められた量子化データ２２０を用いて、レーザ閾値電流に相当する電流値Ｉｂを算出する。当該算出方法の一例としては、まず、図３のＩ−Ｌ特性におけるレーザ閾値電流値を超える範囲を一次関数で近似する。当該一次関数は、１／４光量及び調整光量と、それらに対応する量子化データとから求められる。さらに、当該一次関数に基づいて、光量０に対応する量子化データが算出されるとともに電流値Ｉｂが算出される。

ＡＰＣ制御部２０７は、電流値ＩｂをＤＡＣ２０６から出力させるべく、算出した量子化データをＤＡＣ２０６に対して設定する。図４のＢは、バイアスＡＰＣの結果、電流値２２４が１８．４ｍＡ、量子化データ２１３が９４（１０進数）となることを示している。

量子化データ２１３及び電流値２２４を決定した後、ＡＰＣ制御部２０７は、データ出力モードにおいて用いる電流値２２５及び量子化データ２２０を決定する。具体的には、ＡＰＣ制御部２０７は、ＡＰＣモードにおいて求められた電流値と、バイアスＡＰＣモードにおいて求められたバイアス電流Ｉｂとの差分を、ＤＡＣ２０９が出力する電流値２２５と決定する。また、当該電流値をＤＡＣ２０９が出力するための量子化データ２２０を決定する。例えば、図３のＣにおける量子化データ２０４（１０進数）と、図４のＢにおける量子化データ９４（１０進数）との差分である１１０（１０進数）が、図４のＣに示す量子化データ２２０として設定される。なお、当該演算は、ＡＰＣモード及びバイアスＡＰＣモードの実行の際に、レーザのＩ−Ｌ特性が変化しないという想定に基づいている。

以上により求められた量子化データ２１３、２２０は、ＤＡＣ２０６、２０９に対して設定される。これにより、ＬＤ１６５ａから発光されるレーザビームの光量が、調整光量へと制御される。次に、レーザ制御回路１６３は、データ出力モードにおける感光ドラム１９上の１主走査区間におけるレーザの各照射位置の光量のばらつきである光量分布を均一化すべく、ＬＤ１６５ａから感光ドラム１９へ照射する光量を補正する。以下では、光量補正の方法について説明する。

（光量補正）
図８は、本実施形態に係る光量補正の前後における、感光ドラム１９上の主走査方向の光量分布と、半導体レーザ１６５のチップ面の光量分布とを示す図である。なお、図８のＡ乃至Ｄで、横軸は感光ドラム１９上の主走査方向位置を示し、縦軸は光量を示している。図８のＣのように半導体レーザ１６５のチップ面における光量分布を均一とすると、レーザビームが照射された感光ドラム１９上における光量分布は図８のＡのように不均一となる。そこで、図８のＤのように半導体レーザ１６５のチップ面における光量分布を補正することにより、図８のＢのように感光ドラム１９上における光量分布を均一化する。

ここで、図９は、光量補正前における感光ドラム１９上の光量分布の一例を示す図である。まず、レーザ制御回路１６３は、図９に示すように、感光ドラム１９の表面における１主走査区間を複数のブロックに分割し、各ブロックの位置における光量を測定する。さらに、レーザ制御回路１６３は、当該測定結果に基づいて、各ブロック位置の光量の最小値（最小光量）を基準として、各ブロック位置に対して半導体レーザ１６５から発光するレーザビームの光量を補正するための補正データを算出する。当該補正データは、実測した光量分布の最小光量に対する比率である補正率により算出される。なお、各ブロック位置に関するデータは、ＥＥＰＲＯＭ１６４に予め出荷時に工場等で書き込まれている。

図１０は、図９に示す感光ドラム１９上の各ドラム位置ブロック１００１における光量１００３、補正率１００４、補正データ１００５、及びＬＤ１６５ａの電流値１００６の一例を示す図である。なお、補正データは、補正率に基づいて求められる８ｂｉｔの量子化データであって、光量補正制御部２１７からＤＡＣ２２８に対して設定される設定値となる。また、データ名１００２は図９に示す同一の符号と対応している。

ここで、一例として、ドラム位置ブロック１０における補正データの算出方法について説明する。まず、図９の光量分布おいて、最小光量となるのはドラム位置ブロック０及び２４であって、当該光量の実測値は、図１０より２００μＷである。また、ドラム位置ブロック１０の光量の実測値は、図１０より２５８μＷである。これらの値を用いることにより、光量の補正率は、ドラム位置ブロック１０の光量を最小光量で減算し、当該減算結果を最小光量で除算することにより、
補正率＝（２５８［μＷ］−２００［μＷ］）／２００［μＷ］＝２９［％］
と求められる。さらに、補正データは、８ｂｉｔの量子化データとして、
補正データ＝２５５×（１００［％］−光量補正率［％］）／１００＝１８１（１０進数）
と求められる。同様の演算により求められた各ブロック位置における補正データは、ＥＥＰＲＯＭ１６４に格納される。

次に、データ出力モードへの移行に際し、ＥＥＰＲＯＭ１６４に格納された補正データは、レーザスキャナ制御部１７８内部の補正データ格納部１７９へ読み出され、保存される。当該補正データは、ドラム位置ブロック０から順番に、補正データ格納部１７９から光量補正制御部（ＳＤ−ＣＴＬ）２１７へ送信される。なお、当該送信処理は、クロック信号であるＩｓｗＳＤＣＬＫ１７０、書き込みイネーブル信号であるＩｓｗＷＥＮ１７１、及び補正データ信号であるＩｓｗＳＤＤＡＴＡ１７２を用いて実行される。

データ出力モードへ移行したレーザ制御回路１６３は、画像領域において、光量補正制御部２１７からＤＡＣ２２８に対して、８ｂｉｔに量子化された補正データ２３０を位置ブロック０から順に送信する。ＤＡＣ２２８は、当該補正データに基づき、ＡＰＣ及びバイアスＡＰＣにより決定された電流値を補正して、電流を出力する。例えば、図１０によると、感光ドラム１９上における位置ブロック１０の位置をレーザビームが走査する際には、１８１（１０進数）という補正データがＤＡＣ２２８に与えられる。すると、ＤＡＣ２２８は、図４のＤに示すように決定された電流値２１．６ｍＡを１８１／２５５倍した電流値１５．３ｍＡの電流を出力する。

レーザ制御回路１６３によって、以上の光量補正が全てのドラム位置ブロックにおいて実行されることにより、半導体レーザ１６５のチップ面の光量分布は図８のＤのようになり、感光ドラム１９上の光量分布は図８のＢのように均一となる。

＜レーザ制御回路の制御手順＞
最後に、本実施形態に係る光量補正の制御手順について説明する。図１３は、本実施形態に係るレーザ制御回路１６３における光量補正の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１３０１において、ＡＰＣ制御部２０７は、ＡＰＣを実行する。上述のように、ＡＰＣ制御部２０７は、ＬＤ１６５ａからレーザビームを発光させ、ＰＤ１６５ｂにそれを検出させる。ＡＰＣ制御部２０７は、ＰＤ１６５ｂにおける当該検出結果に基づいて、ＡＰＣを実行する。これにより、ＡＰＣ制御部２０７は、バイアス電流（Ｉｂ）及びスイッチング電流（Ｉｓｗ）を用いてＬＤ１６５ａへ供給する電流の電流値を決定する。なお、データ出力モードにおいて、当該電流値は、光量補正後にＬｄ１６５ａへ供給される電流の最大値となる。その後、ステップＳ１３０２へ移行する。

ステップＳ１３０２において、ＡＰＣ制御部２０７は、バイアスＡＰＣを実行する。上述のように、ＡＰＣ制御部２０７は、バイアスＡＰＣによりバイアス電流Ｉｂの電流値２２４を決定する。なお、ＤＡＣ２０６には、当該電流値２２４を出力するための量子化データ２１３が設定される。その後、ステップＳ１３０３へ移行する。

ステップＳ１３０３において、ＡＰＣ制御部２０７は、ＤＡＣ２２８における出力電流であるＩｓｗの最大値を決定する。さらに、ＡＰＣ制御部２０７は、当該電流値の電流をＤＡＣ２０９が出力するように、量子化データ２２０をＤＡＣ２０９へ設定する。その後、ステップＳ１３０４へ移行する。

ステップＳ１３０４において、Ｉ／Ｖ変換部２２６は、ＤＡＣ２０９から出力される電流の電流値２２５を電圧値２２７に変換し、ＤＡＣ２２８へ出力する。その後、ステップＳ１３０５へ移行する。

ステップＳ１３０５において、ＤＡＣ２２８は、入力された電圧値２２７を基準電圧として設定する。これにより、ＤＡＣ２２８から出力される電流の最大値がＡＰＣ制御部２０７により決定された値に設定される。その後、ステップＳ１３０６へ移行する。

画像形成装置がデータ出力モードとなると、ステップＳ１３０６において、ＤＡＣ２２８は、上述のように予め算出された補正データに基づいて、Ｉｓｗを可変とすることにより、光量補正を実行する。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、ＡＰＣの実行により、半導体レーザへ電流を供給する電流の最大値を決定し、当該電流値の電流を第１のＤ／Ａコンバータから出力させる。さらに、画像形成装置は、電流／電圧変換部において当該電流値を電圧値に変換するとともに、当該電圧値を、光量補正を実行するための第２のＤ／Ａコンバータの基準電圧に設定する。当該処理により、第２のＤ／Ａコンバータにおける光量補正後に出力される量子化された電流値の最大値を、半導体レーザへ供給される電流の最大値に設定することができるため、当該Ｄ／Ａコンバータの動作領域をフルスケールで使用することができる。その結果、第２のＤ／Ａコンバータから出力される電流値の量子化の分解能を改善できるとともに、光量の補正精度を改善できる。

１３：コリメートレンズ
１４：シリンドリカルレンズ
１５：ポリゴンミラー
１６：スキャナモータユニット
１７：ｆθレンズ
１８：反射ミラー
１９：感光ドラム
２０：ＢＤセンサ
１６１：画像形成装置
１６２：光学走査装置（レーザスキャナユニット）
１６３：レーザ制御回路
１６４：ＥＥＰＲＯＭ
１６５：半導体レーザ
１６５ａ：レーザダイオード（ＬＤ）
１６５ｂ：フォトダイオード（ＰＤ）
１６６：レーザ駆動部
１７６：バックアップメモリ
１７７：エンジン制御部（ＣＰＵ）
１７８：レーザスキャナ制御部
１７９：補正データ格納部
１８０：画像制御部
２００：抵抗
２０１ａ、２０１ｂ：トランジスタ
２０２：出力選択部
２０４：動作設定部（ＳＩＯ−ＣＴＬ）
２０６、２０９、２２８：Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）
２０７：ＡＰＣ制御部
２０８：ＶＲ制御部（ＶＲ−ＣＴＬ）
２１７：光量補正制御部（ＳＤ−ＣＴＬ）
２２６：電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換部
２１１：ＡＰＣ制御信号
２１２：バイアスＡＰＣ制御信号
２１４：データ出力制御信号

Claims (8)

1. 量子化された電流値の電流により駆動され、該電流値に応じた光量のレーザを出力する光源を備え、前記光源から出力されるレーザにより像担持体を走査する画像形成装置であって、
   前記光源から出力されるレーザの光量を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記レーザの光量の最大値が予め定められた光量となるように、前記光源に出力する電流の最大値を決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定された電流の最大値を電圧値に変換する変換手段と、
   前記変換手段により変換された前記電圧値に対応する電流値を最大値として該電流値を量子化し、前記光源から出力されるレーザの光量が可変となるように、量子化された電流値に基づいて前記光源に出力する電流を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、
   像担持体に対して同じ光量でレーザを照射した場合の１主走査区間における各照射位置の光量のばらつきを補正するための補正データに応じて、レーザの光量が可変となるように、前記光源へ出力する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。
3. 前記像担持体の表面を複数の領域に分割し、各領域において前記光源から照射されるレーザの光量を測定する測定手段と、
   前記測定手段による測定結果に基づいて、前記補正データを算出する算出手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記算出手段は、
   前記測定手段により測定された各領域の光量を、前記測定手段により測定された全ての領域の光量における最小値で減算し、減算結果を該最小値で除算することにより、前記補正データを算出することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記算出手段により算出された前記補正データを記憶する記憶手段を更に備え、
   前記制御手段は、
   前記記憶手段に記憶された前記補正データを参照して、前記光源へ出力する電流を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
6. 量子化された電流値の電流により駆動され、該電流値に応じた光量のレーザを出力する光源を備え、前記光源から出力されるレーザにより走査対象を走査する光学走査装置であって、
   前記光源から出力されるレーザの光量を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記レーザの光量の最大値が予め定められた光量となるように、前記光源に出力する電流の最大値を決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定された電流の最大値を電圧値に変換する変換手段と、
   前記変換手段により変換された前記電圧値に対応する電流値を最大値として該電流値を量子化し、前記光源から出力されるレーザの光量が可変となるように、量子化された電流値に基づいて前記光源に出力する電流を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする光学走査装置。
7. 量子化された電流値の電流により駆動され、該電流値に応じた光量のレーザを出力する光源を備え、前記光源から出力されるレーザにより像担持体を走査する画像形成装置の制御方法であって、
   前記光源から出力されるレーザの光量を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップの検出結果に基づいて、前記レーザの光量の最大値が予め定められた光量となるように、前記光源に出力する電流の最大値を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップにより決定された電流の最大値を電圧値に変換する変換ステップと、
   前記変換ステップにより変換された前記電圧値に対応する電流値を最大値として該電流値を量子化し、前記光源から出力されるレーザの光量が可変となるように、量子化された電流値に基づいて前記光源に出力する電流を制御する制御ステップと
   を実行することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
8. 量子化された電流値の電流により駆動され、該電流値に応じた光量のレーザを出力する光源を備え、前記光源から出力されるレーザにより走査対象を走査する光学走査装置の制御方法であって、
   前記光源から出力されるレーザの光量を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップの検出結果に基づいて、前記レーザの光量の最大値が予め定められた光量となるように、前記光源に出力する電流の最大値を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップにより決定された電流の最大値を電圧値に変換する変換ステップと、
   前記変換ステップにより変換された前記電圧値に対応する電流値を最大値として該電流値を量子化し、前記光源から出力されるレーザの光量が可変となるように、量子化された電流値に基づいて前記光源に出力する電流を制御する制御ステップと
   を実行することを特徴とする光学走査装置の制御方法。

Images