JP2011227230A - 光走査装置、および光走査装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

光走査装置、および光走査装置を備えた画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単な構成からなり、光ビームによる被走査体上での射出の開始位置(潜像の形成開始位置など)にずれが発生するのを抑制することができる光走査装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】レーザ走査装置2は、A方向の走査時に、レーザビームLBをBD23L1とBD23L2が検知してからBD23R1とBD23R2が検知するまでの期間に基づいて、偏向ミラー25の走査角度を算出する。レーザ走査装置2は、算出した走査角度が基準角度となるように制御する。制御部9は、A方向の走査時にBD23L1とBD23L2がレーザビームLBを検知したタイミングから期間TDTL経過後にA方向の走査における画像の書き出しを行う。制御部9は、A方向の走査時にBD23R1とBD23R2がレーザビームLBを検知したタイミングから期間TDTR経過後にB方向の走査における画像の書き出しを行う。
【選択図】 図4

Description

本発明は、光ビームで被走査体を走査する光走査装置、およびこの光走査装置を備えた画像形成装置に関する。
レーザプリンタ等の画像形成装置は、感光体に潜像を形成する光走査装置を備えている。光走査装置には、レーザビームを偏向ミラー(ガルバノミラー)によって往復走査させて、感光体上の潜像形成領域に潜像を形成するものがある。光走査装置は、レーザビームの走査範囲が一定になるように、偏向ミラーの最大走査角を制御している。
光走査装置は、例えば、周辺環境の温度変化による偏向ミラーの駆動回路特性の変化などに起因して、偏向ミラーの最大走査角が変化してしまうことがあった。この結果、光走査装置は、レーザビームによる潜像の形成開始位置にずれやばらつきが生じて、画質に影響が出てしまうことがあった。
そこで、特許文献1に記載の光走査装置は、走査ユニットの走査範囲の両端部に、走査ユニットが照射するレーザビームを検知する光センサ(光検出器)を設けている。光走査装置は、往路および復路の走査時に、光センサが出力するレーザビームの検知信号に基づいて偏向ミラーの駆動を制御している。これにより、光走査装置は、偏向ミラーの最大走査角の安定化を図ることで、レーザビームによる潜像の形成開始位置にずれが生じるのを抑制することができる。
このような光走査装置では、一般的に光センサがレーザビームを検知する位置から潜像の形成開始位置までの距離と、往路および復路の走査時における偏向ミラーの走査速度とに基づいて、光センサがレーザビームを検知した時点を基準として、潜像の形成開始を行うタイミングを決定している。
特開2004−110030号公報
しかしながら、このような光走査装置では、往路および復路の走査毎に、煩雑な演算処理をして、偏向ミラーの走査速度に基づいてタイミングを決定しなければならず、複雑な構成となってしまう。
そこで、本発明は、簡単な構成からなり、光ビームによる被走査体上での射出の開始位置(潜像の形成開始位置など)にずれが発生するのを抑制することができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
この発明の光走査装置は、偏向ミラーで光ビームを第1走査方向および第2走査方向に往復させて、被走査体の走査領域を含む走査範囲を走査する。光走査装置は、2つの検知手段と駆動制御手段と書出手段とを備える。検知手段は、走査範囲内であって第1走査方向における走査領域の上流側の第1走査位置および下流側の第2走査位置に配置され、それぞれが光ビームを受光すると検知信号を出力する。駆動制御手段は、第1走査位置の検知手段から検知信号が出力されてから第2走査位置の検知手段から検知信号が出力されるまでの期間が、光ビームを所定速度で走査させた場合の基準時間となるように偏向ミラーの走査速度を制御する。この所定速度とは、光ビームの基準となる走査速度を示す。書出手段は、第1走査方向における前記走査領域の上流側端部を示す第1書出位置から下流側端部を示す第2書出位置までの範囲に前記光ビームによる書き出しを行う。
書出手段は、第1走査位置の検知手段から検知信号が出力されてから、基準時間に基づいて定められた第1走査位置から第1書出位置までの走査時間を示す第1所定時間の経過後に、第1走査方向の書き出しを開始し、第1走査位置又は第2走査位置の検知手段から検知信号が出力されてから、基準時間に基づいて定められた検知信号を出力した検知手段の走査位置から走査範囲の下流側端部を経て第2書出位置までの走査時間を示す第2所定時間の経過後に、第2走査方向の書き出しを開始する。
この構成では、第1走査方向の走査時において、走査領域の上流側および下流側に配置された検知手段が光ビームを受光して検知信号を出力する。駆動制御手段は、第1走査位置の検知手段から検知信号が出力されてから第2走査位置の検知手段から検知信号が出力されるまでの期間を、光ビームを所定速度で走査させた場合の基準時間となるように偏向ミラーの走査速度を制御する。また、第1走査方向の走査時において、第1走査位置の検知手段が光ビームを受光すると検知信号を出力する。書出手段は、第1走査位置の検知手段から検知信号が出力されると、偏向ミラーが所定速度で走査しているとみなして定めた第1所定時間の経過後に、第1走査方向の画像の書き出しを開始する。また、書出手段は、第1走査位置又は第2走査位置の検知手段から検知信号が出力されると偏向ミラーが所定速度で走査しているとみなして定めた第2所定時間の経過後に、第2走査方向の画像の書き出しを開始する。
書出手段は、第2走査位置の検知手段から検知信号が出力されてから、偏向ミラーの適正速度に基づいて定められた第2走査位置から走査範囲の下流側端部を経て第2書出位置までの走査時間を示す第2所定時間の経過後に、第2走査方向の書き出しを開始する構成であることが好ましい。
この構成では、第1走査方向の走査時において、第2走査位置の検知手段が光ビームを受光すると検知信号を出力する。書出手段は、第2走査位置の検知手段から検知信号が出力されると偏向ミラーが適正速度で走査しているとみなして定めた第2所定時間の経過後に、第2走査方向の画像の書き出しを開始する。
これにより、光走査装置は、光ビームを受光してから偏向ミラーが適正速度で走査しているとみなす時間を短時間にすることができるため、光ビームによる被走査体上での射出の開始位置(潜像の形成開始位置など)にずれが発生するのをより抑制することができる。
検知手段は、第1走査方向に沿って隣接して配置された第1検知器および第2検知器を備える構成であることが好ましい。この場合、第1検知器および第2検知器は、光ビームの光量に応じた出力信号を出力する。そして、検知手段は、第1検知器および第2検知器からの出力信号の大小関係が入れ替わるときに検知信号を出力する。
一般的な光走査装置では、レーザダイオードの発光特性の温度依存性、偏向ミラーの反射面の反射率の変化、レンズ特性や偏向ミラー揺れなどにより光ビームのスポット形状が変化してしまう。この結果、光走査装置は、このような光ビームのスポット形状が変化すると、検知手段で光ビームを検知するタイミングが変化する。このとき、光走査装置は、偏向ミラーの走査角度が変化したものとして偏向ミラーの回転角度を補正するので、光ビームによる潜像の形成開始位置にずれが生じしまう。
しかし、検知手段は、第1検知器および第2検知器を備えるため、光ビームのスポットが変化しても、第1検知器および第2検知器からの出力信号の大小関係が入れ替わったタイミングを検出する時間のずれが僅かである。この結果、検知手段は、光ビームを検知する精度を向上させることができる。このため、光走査装置は、光ビームによる被走査体上での射出の開始位置(潜像の形成開始位置など)にずれが発生するのをより抑制することができる。
第1検知器および第2検知器は、それぞれ光ビームの光量に応じた電流を出力する。検知手段は、第1電流電圧変換手段と第2電流電圧変換手段と第1バイアス手段と第1比較手段とを更に備える構成であることが好ましい。この場合、第1電流電圧変換手段は、第1検知器が出力した電流を電圧に変換する。第2電流電圧変換手段は、第2検知器が出力した電流を電圧に変換する。第1バイアス手段は、第1電流電圧変換手段が出力した電圧にバイアス電圧を加える。第1比較手段は、第2電流電圧変換手段が出力した電圧と第1バイアス手段が出力した電圧との比較結果に応じた信号を出力する。検知手段は、第1比較手段からの信号に応じて検知信号を出力する。
この構成では、第1検知器および第2検知器からの出力電流を電圧に変換した後、第1検知器又は第2検知器のいずれかに基準バイアスを加えている。これにより、光走査装置は、検知手段がノイズを出力しても、両検知手段の出力信号の大小関係が入れ替わるタイミングを誤検出するのを防止できる。すなわち、光走査装置は、光ビームによる被走査体上での射出の開始位置(潜像の形成開始位置など)にずれが発生するのをより抑制することができる。
この発明の画像形成装置は、上述の光走査装置を備える。これにより、画像形成装置は、感光体に伸縮のない画像を形成することができる。
この発明の光走査装置および画像形成装置は、簡単な構成からなり、光ビームによる被走査体上での射出の開始位置(潜像の形成開始位置など)にずれが発生するのを抑制することができる。
本発明の実施形態に係る画像形成装置のレーザ走査装置を含む要部の概略構成を示す図である。 走査MEMSの概略構成を示す外観図、および往復回転中の偏向ミラーの回転角度と時間との関係を示す図である。 レーザ走査装置の主要な構成を示すブロック図である。 画像形成装置の印刷処理を説明するためのフローチャートである。 画像形成装置の印刷処理を説明するためのフローチャートである。 信号選択部の各論理回路の回路図である。 コンパレータの入力信号と出力信号を示した図である。 レーザ走査装置の各部の出力信号を示した図である。 MEMS駆動部の回路図である。 レーザ走査装置の図3とは一部構成が異なるブロック図である。 図10に示したレーザ走査装置の各部の出力信号を示した図である。
以下に、本発明の実施形態について詳述する。以下の実施形態では、光ビーム、被走査体、走査領域および光走査装置を、それぞれ、レーザビーム、感光体ドラム、潜像形成領域およびレーザ走査装置として説明する。
まず、レーザ走査装置を備えた画像形成装置の概略について説明する。図1に示すように、画像形成装置1は、レーザ走査装置2、感光体ドラム5、現像器7、帯電器(図示せず)、クリーニングユニット(図示せず)、転写ローラ(図示せず)、定着ユニット(図示せず)、制御部9などを備え、用紙にトナー像を印刷処理する。
レーザ走査装置2は、感光体ドラム5に対して、画像データに応じたレーザビームLBを往復走査して、感光体ドラム5に露光処理を行い、静電潜像を形成する。
感光体ドラム5は、矢印5Yの方向へ回転し、レーザ走査装置2から射出されるレーザビームLBによって、その表面に静電潜像が形成される。
現像器7は、静電潜像が形成された感光体ドラム5にトナーを供給して、静電潜像をトナー像に顕像化する。
転写ローラは、感光体ドラム5の回転方向において現像器7の下流側に配置されている。転写ローラは、感光体ドラム5との間に用紙を挟み込んで、感光体ドラム5が担持するトナー像を用紙に転写する。トナー像が転写された用紙は、定着ユニットで加熱および圧着され、排紙トレイ(図示せず)に排出される。
帯電器は、レーザ走査装置2によって感光体ドラム5の表面が露光処理される前に、感光体ドラム5の表面を帯電させる。
クリーニングユニットは、用紙への転写処理を行った後に、感光体ドラム5の表面に残留するトナーを除去する。
制御部9は、画像形成装置1の各部を制御する。
次に、レーザ走査装置2の詳細を説明する。図1に示すように、レーザ走査装置2は、レーザダイオード21、アークサインレンズ22、ビーム検知センサ23L1(第1検知器に相当)、ビーム検知センサ23L2(第2検知器に相当)、ビーム検知センサ23R1(第1検知器に相当)、ビーム検知センサ23R2(第2検知器に相当)、偏向ミラー25を有する走査MEMS26、およびレーザ走査制御部3を備えている。なお、以下の説明では、ビーム検知センサをBDと称する。また、BD23L1、BD23L2、BD23R1、およびBD23R2を総称してビーム検知センサ群23と称する。また、BD23L1およびBD23L2、BD23R1およびBD23R2は、本発明の検知手段に相当する。
レーザダイオード21から出射されたレーザビームLBは、偏向ミラー25によって偏向され、偏向ミラーの往復回転によって、感光体ドラム5の表面を往復しながら走査する。以下の説明では、レーザビームLBが感光体ドラム5を走査する方向について、偏向ミラー25が図1に示す25A方向に回転するときにレーザビームLBが感光体ドラム5を走査する方向を、A方向(第1走査方向に相当:感光体ドラム5の左側面5Lから右側面5Rへの方向)と定義する。また、偏向ミラー25が図1に示す25B方向に回転するときにレーザビームLBが感光体ドラム5を走査する方向を、B方向(第2走査方向に相当:感光体ドラム5の右側面5Rから左側面5Lへの方向)と定義する。レーザビームLBは、偏向ミラー25と感光体ドラム5の間に設けられたアークサインレンズ22を通過して、感光体ドラム5上を等速で走査する。なお、図1では、レーザビームLBを点線の矢印で表している。
以下の説明では、感光体ドラム5上の潜像形成領域50(第1書出位置Kから第2書出位置Jまでの範囲)を走査するレーザビームLBの走査角を有効走査角(θIMG)と定義する。偏向ミラー25がA方向又はB方向に最大に回転したとき、レーザビームLBは感光体ドラム5上の潜像形成領域50を含む走査範囲(第1走査端部Qから第2走査端部Pまでの範囲)を走査する。この時のレーザビームLBの走査角を最大走査(θMAX)と定義する。図1において、感光体ドラム5の中点5Cと偏向ミラー25がレーザビームを反射する点Oを結ぶ線Lで、有効走査角(θIMG)を分割した右側の角度を右有効走査角(θIMG(R))、左側の角度を左有効走査角(θIMG(L))と定義する。図1において、線Lで最大走査角(θMAX)を分割した右側の角度を右最大走査角(θMAX(R))、左側の角度を左最大走査角(θMAX(L))と定義する。
ビーム検知センサ群23は、走査MEMS26に取り付けられている偏向ミラー25の往復回転の制御などに用いられる。BD23L1とBD23R1およびBD23L2とBD23R2は、それぞれ線Lに対して対称に配置されている。また、BD23L1とBD23L2は、隣接して配置され、レーザビームLBが感光体上の潜像形成領域を走査するのを遮らないように、有効走査角(θIMG)の範囲外(走査領域外)で、かつ最大走査角(θMAX)の範囲内である第1走査位置に配置されている。BD23L1とBD23L2は、アークサインレンズ22を通過後のレーザビームLBを受光する。BD23R1とBD23R2も同様に第2走査位置に配置されている。BD23L2とBD23R1は、線L側に配置されている。BD23L1の端部からBD23L2の端部までをレーザビームLBが走査する角度を走査角θBDL、BD23R1の端部からBD23R2の端部までをレーザビームLBが走査する角度を走査角θBDRと定義する。
なお、偏向ミラー25の回転角は、偏向ミラー25で反射されたレーザビームLBの走査角と等しい。
走査MEMS26は、ガルバノミラーによりレーザビームLBを走査するための機構部であり、図2(A)に示すように、偏向ミラー25とミラー駆動部27を有している。ミラー駆動部27は、略コの字状の鉄心271と、この鉄心271に巻かれたインダクタ272を有している。インダクタ272は、端子33T3と端子33T4に接続されており、両端子に入力される駆動電流によって偏向ミラー25を往復回転させる。偏向ミラー25は、反射面252を有しており、回転軸251を中心として回動自在である。また、偏向ミラー25は、表裏に磁極を有し、ミラー駆動部27のコの字状の鉄心271の開口周囲に形成される磁界の向きに応じて、予め設定された角度の範囲内で往復回転する。これにより、偏向ミラー25は、レーザダイオード21から出射されたレーザビームLBで所定の走査範囲内を走査する。
なお、MEMSとは、微小電気機械システム(MicroElectro Mechanical Systems)のことである。
図2(B)に示すように、偏向ミラー25は、レーザ走査制御部3により制御されて、単振動様に周期的に往復回転する。図2(B)において、時間軸の上側をBD23L1とBD23L2が配置されている側、時間軸の下側をBD23R1とBD23R2が配置されている側とする。また、図の単振動様の曲線の頂点と谷点で、A方向の走査とB方向の走査とが切り替わる。
期間TDTL(第1所定時間に相当)は、レーザビームLBが所定速度でA方向に走査された場合に、2つの検知センサ(BD23L1とBD23L2)により検知されてから、第1書出位置Kを通過するまで(画像を書き出すまで)の時間である。この所定速度とは、レーザビームLBの基準となる走査速度を示す。レーザビームLBは、所定速度で走査するように制御される。画像形成装置1は、レーザビームLBが所定速度で常に走査すると、最も良好な画像を形成することができる。
期間TDTR(第2所定時間に相当)は、レーザビームLBが所定速度でA方向に走査されて2つの検知センサ(BD23R1とBD23R2)により検知されてから、第2走査端部Pにて折り返した後に、所定速度でB方向に走査されたレーザビームLBが第2書出位置Jを通過するまで(画像を書き出すまで)の時間である。
期間TIMGは、レーザビームLBがA方向に走査されて2つの検知センサ(BD23L1とBD23L2)により検知されてから、異なる2つの検知センサ(BD23R1とBD23R2)により検知されるまでの計測時間である。
次に、レーザ走査装置2の制御に関して説明する。図3に示すように、レーザ走査装置2は、ビーム検知センサ群23、走査MEMS26、レーザ走査制御部3を備えている。なお、図3において、レーザダイオード21およびその駆動部については図示を省略している。
レーザ走査制御部3は、信号処理部31とMEMS駆動部33(駆動制御手段に相当)を備えている。
信号処理部31は、ビーム検知センサ群23から受け取った信号に基づいてクロック信号を生成し、MEMS駆動部33に出力する。
MEMS駆動部33は、このクロック信号に基づいて走査MEMS26の偏向ミラー25の回転角度を制御する。また、MEMS駆動部33は、最大走査角(最大回転角)θMAXが一定になるように制御する。
信号処理部31は、信号選択部41、計時部43(駆動制御手段に相当)、比較部45(駆動制御手段に相当)、PWM制御部47(駆動制御手段に相当)、および記憶部49を備えている。信号選択部41は、論理回路51,52、選択部55、および選択制御部56を備えている。PWM制御部47はメモリ47Mを備えている。
また、レーザビームLBが図1に示したA方向に走査されたときに、BD23L1、BD23L2、BD23R1およびBD23R2が出力する信号をそれぞれ、信号BDL1A、信号BDL2A、信号BDR1A、および信号BDR2Aとする。
記憶部49は、ルックアップテーブル、基準時間TTG、期間TDTL、および期間TDTRが記憶されている。ルックアップテーブルは、制御値RVに応じたPWM制御値を記憶している。制御値RVは、右最大走査角θMAX(R)又は左最大走査角θMAX(L)と基準角度θMAXKとのずれを示す値である。PWM制御値は、クロック1およびクロック2のデューティ比を調整する補正値である。基準角度θMAXKとは、レーザビームLBが所定速度で走査された場合における右最大走査角θMAX(R)又は左最大走査角θMAX(L)を示す。
基準時間TTGは、レーザビームLBが所定速度でA方向に走査され、2つの検知センサ(BD23L1とBD23L2)により検知されてから2つの検知センサ(BD23R1とBD23R2)により検知されるまでの時間である。基準時間TTGには、レーザビームLBの所定速度、および2つの検知センサ(BD23L1とBD23L2)と2つの検知センサ(BD23R1とBD23R2)の間の距離に基づいて、予め算出した所定の時間が設定されている。
期間TDTLには、基準時間TTG、2つの検知センサ(BD23L1とBD23L2)と2つの検知センサ(BD23R1とBD23R2)との間の距離、および2つの検知センサ(BD23L1とBD23L2)と第1書出位置Kの間の距離に基づいて、予め算出した所定の時間が設定されている。
期間TDTRには、基準時間TTG、2つの検知センサ(BD23L1とBD23L2)と2つの検知センサ(BD23R1とBD23R2)との間の距離、および2つの検知センサ(BD23L1とBD23L2)から第2走査端部Pを経て第2書出位置Jまでの距離に基づいて、予め算出した所定の時間が設定されている。
信号選択部41は、レーザビームLBがA方向に走査された際に、ビーム検知センサ群23からの信号を選択して計時部43に送る。
BD23L1とBD23L2の出力信号は、論理回路51に入力される。BD23R1とBD23R2の出力信号は、論理回路52に入力される。
論理回路51,52は、それぞれビーム検知センサ群23から信号が入力されると、その信号に応じた出力信号TL1,TL2を選択部55に出力する。
選択部55は、選択制御部56から出力された信号SEL1,SEL2に応じて、論理回路51,52が出力した信号のいずれかを選択して、計時部43に出力する。選択部55は、マルチプレクサ(不図示)で構成されているが、これに限らず他のゲート回路で構成されていても良い。
計時部43は、選択部55から信号を受け取ると、期間TIMG(トリガ信号の出力間隔)を計測し、計測結果を比較部45に出力する。
比較部45は、計時部43から受け取った期間TIMGを基準時間TTGと比較して、右最大走査角θMAX(R)又は左最大走査角θMAX(L)と基準角度θMAXKとのずれを示す制御値RVを算出してPWM制御部47へ出力する。
PWM制御部47は、ルックアップテーブルを参照して、比較部45から受け取った制御値RVに応じて、クロック1およびクロック2のデューティ比を調整する補正値であるPWM制御値(A方向の走査用のPWM制御値およびB方向の走査用のPWM制御値)を算出する。そして、PWM制御部47は、これらのPWM制御値をメモリ47Mに一時的に記憶させる。また、PWM制御部47は、制御部9から制御信号を受け取ると、メモリ47MからPWM制御値を読み出して、デューティ比を調整してクロック1およびクロック2を出力する。また、PWM制御部47は、選択制御部56に、信号VC1と信号VC2を出力する。
次に、印刷中における画像形成装置1におけるレーザ走査装置2の制御処理を説明する。なお、このフローチャートは、走査MEMS26の偏向ミラー25が往復回転を始めてから繰り返し行っている処理を示すものであり、初期状態の処理は省略している。また、レーザビームLBの走査中には必ずBD23L1、BD23L2、BD23R1、およびBD23R2を通過しているものとする。
図4に示すように、画像形成装置1では、制御部9が、操作部(図示せず)で受け付けた印刷指示を検出すると、レーザ走査制御部3に制御信号を出力して、次の走査がA方向の走査であるかを確認する(S1)。制御部9は、次の走査がA方向の走査の場合には(S1:Y)、S2の処理を行う。また、次の走査がB方向の走査の場合は(S1:N)、S14の処理を行う。
A方向の走査の場合、制御部9は、PWM制御部47へ制御信号を出力し、PWM制御部47は、制御信号を受け取ると、メモリ47Mで記憶するA方向の走査用のPWM制御値を読み出し、PWM制御を開始する。すなわち、PWM制御部47は、このPWM制御値に応じたデューティ比のクロック1をMEMS駆動部33に出力する(S2)。
計時部43は、BD23L1とBD23L2がレーザビームLBを検知して選択部55が出力した信号が立ち下がるまで待って(S3:N)、信号が立ち下がったら(S3:Y)、期間TIMGの計測を開始する(S4)。
また、制御部9(書出手段に相当)は、S3で選択部55が出力した信号が立ち下がったタイミングから期間TDTL経過後を画像の書き出しタイミングとして設定する(S5)。
制御部9は、A方向の走査での書き出しタイミングになるまで待つ(S6:N)。制御部9は、書き出しタイミングになると(S6:Y)、画像データに対応させて、レーザダイオード21からレーザビームLBを射出し、感光体ドラム5上に1ライン分の画像の書き出す(S7)。
制御部9は、1ラインの画像の書き出しが終了するまで(S8:N)、S7の処理を続ける。制御部9は、1ラインの画像の書き出しが終了すると(S8:Y)、S9に移行する。
S9では、計時部43は、BD23R1とBD23R2でレーザビームLBを検知して選択部55が出力した信号が立ち下がるまで待って(S9:N)、信号が立ち下がったら(S9:Y)、期間TIMGの計測を終了する(S10)。
信号処理部31の比較部45は、計時部43が計測した期間TIMGと基準時間TTGとを比較して制御値RVを算出して出力する。また、PWM制御部47は、ルックアップテーブルを参照して、比較部45から受け取った制御値RVに応じてA方向の走査用およびB方向の走査用のPWM制御値を算出する。そして、PWM制御部47は、これらのPWM制御値をメモリ47Mに一時的に記憶させる(S11)。
また、制御部9は、A方向の走査が第2走査端部Pまで到達するまで待って(S12:N)、A方向の走査が第2走査端部Pに到達すると(S12:Y)、1ページ分の印刷および印刷ジョブが終了したかを判定する(S13)。制御部9は、印刷および印刷ジョブが終了していなければ(S13:N)、S14に移行する。一方、制御部9は、印刷および印刷ジョブが終了していれば(S13:Y)、印刷処理を終了する。
図5に示すように、制御部9は、S1において次の走査がA方向の走査でない場合、且つS13において印刷が終了していない場合には、PWM制御部47に制御信号を出力する。PWM制御部47は、メモリ47Mで記憶するB方向の走査用のPWM制御値を読み出し、PWM制御を開始する。すなわち、PWM制御部47は、このPWM制御値に応じたデューティ比のクロック2をMEMS駆動部33に出力する(S14)。
制御部9は、図4のS9で選択部55が出力した信号が立ち下がったタイミングから期間TDTR経過後を画像の書き出しタイミングとして設定する(S15)。
制御部9は、B方向の走査での書き出しタイミングになるまで待つ(S16:N)。制御部9は、書き出しタイミングになると(S16:Y)、画像データに対応させて、レーザダイオード21からレーザビームLBを射出し、感光体ドラム5上に1ライン分の画像の書き出す(S17)。
制御部9は、1ラインの画像の書き出しが終了するまで(S18:N)、S17の処理を続け、1ラインの画像の書き出しが終了すると(S18:Y)、S19に移行する。
また、S19では、制御部9は、B方向の走査が第1走査端部Qまで到達するまで待って(S19:N)、B方向の走査が第1走査端部Qに到達すると(S19:Y)、1ページ分の印刷および印刷ジョブが終了したかを判定する(S20)。制御部9は、印刷および印刷ジョブが終了していなければ(S21:N)、S2に移行する。一方、制御部9は印刷および印刷ジョブが終了していれば(S21:Y)、印刷処理を終了する。
以上のように、制御部9は、A方向の走査時にBD23L1とBD23L2とがレーザビームLBを検知して選択部55が出力した信号が立ち下がったタイミングから期間TDTL経過後にA方向の走査での画像の書き出しを行う。制御部9は、A方向の走査時にBD23R1とBD23R2とがレーザビームLBを検知して選択部55が出力した信号が立ち下がったタイミングから期間TDTR経過後にB方向の走査での画像の書き出しを行う。このように、制御部9は、A方向の走査時にビーム検知センサ群23が検知してから画像の書き出し開始までをレーザビームLBが所定速度で走査しているとみなすことで、画像の書き出しタイミングを容易に決定することができる。
次に、レーザ走査装置2では、上記のように処理を行うために論理回路51,52を、図6に示すように、2つのアンプと、1つのバイアス電源と、1つのコンパレータと、を備えた構成としている。
図6(A)に示すように、BD23L1とBD23L2の出力電流は、論理回路51に入力される。論理回路51では、アンプA1(第1電流電圧変換手段に相当)は、BD23L1の出力電流の増幅と電流−電圧変換を行う。アンプA1が出力した電圧V1には、基準バイアス電圧E1(第1バイアス手段に相当)が加えられて、電圧V3(=V1+E)がコンパレータCP1(第1比較手段に相当)に入力される。また、アンプA2(第2電流電圧変換手段に相当)は、BD23L2の出力電流の増幅と電流−電圧変換を行う。アンプA2が出力した電圧V2はコンパレータCP1に入力される。コンパレータCP1は、電圧V2と電圧V3とを比較し比較結果に応じた信号を出力する。すなわち、電圧V2の方が電圧V3よりも大きいときには、出力電圧(検知信号に相当:以下、出力信号と称する。)TL1をLowとし、電圧V2の方が電圧V3よりも小さいときに、出力信号TL1をHighとする。
論理回路51で生成された出力信号TL1は、選択部55に送られる。
なお、詳細な説明は省略するが、図6(B)に示すように論理回路52も、BD23R1およびBD23R2の出力電流を、上記の論理回路51と同様に処理して選択部55に出力する。なお、論理回路52の出力信号をTL2とする。
上記の各論理回路51,52の動作について、模式的に図7を用いて説明する。
図7(A)に示すように、レーザビームLBのA方向走査時には、論理回路51のコンパレータCP1には、BD23L1の出力電流を増幅・変換・バイアスした電圧V3が先に入力され、その後、BD23L2の出力電流を増幅・変換した電圧V2が入力される。このとき、コンパレータCP1の出力信号TL1は、電圧V2が電圧V3よりも大きな期間にLowになる。
論理回路51で検出したいタイミングは、コンパレータCP1の2つの入力電圧がともに変化しながら大小関係が入れ替わる(同じ値になる)ときである。これは、BD23L1とBD23L2の間のある位置をレーザビームが通過するときであり、図7(A)における入力電圧曲線の交点C1である。
なお、詳細な説明は省略するが、図7(B)に示すように、論理回路52で検出したいタイミングは、BD23R1とBD23R2の間のある位置をレーザビームが通過するときであり、入力電圧曲線の交点C3である。
また、図7には、レーザビームのスポットが変化して、スポット径が大きいときとスポット径が小さいときを示している。本発明では、図1に示したようにBD23L1とBD23L2、およびBD23R1とBD23R2を、それぞれ隣接して設置している。そのため、図7に示したように、各ビーム検知センサを走査するレーザビームLBの光量が変化しても、コンパレータで2つの入力電圧の大きさが入れ替わったことを検出するタイミング(以下、交点検出タイミングと称する。)の時間のずれは殆ど問題にならないほど僅かである。したがって、この交点検出タイミングを基準として、潜像の形成開始位置を決定することで、光量の変化に起因する走査開始位置のずれ発生を抑制できる。つまり、隣接する2つのビーム検知センサの出力を用いることで、レーザビームLBの検知タイミングの精度を向上させることができる。
なお、BD23L1とBD23L2、およびBD23R1とBD23R2を、それぞれ隣接して設置しているが、レーザビームのスポットの大きさが変化してもコンパレータCP1およびコンパレータCP2の2つの入力電圧がともに変化しながら大小関係が入れ替わる(同じ値になる)のであれば、各ビーム検知センサを隣接させずに若干隙間を設けても良い。
コンパレータCP1,CP2は、2つの入力電圧の大きさが入れ替わると出力信号TL1をHighからLowに切り替える。そのため、図7に示す入力電圧の曲線の交点C1、C3では、出力信号が立ち下がる。図6に示した回路構成では、論理回路51,52が有するコンパレータCP1,CP2の特性上、出力信号が立ち上がるときはジッタが大きい。つまり、出力信号が立ち下がるときを利用する方が立ち上がるときを利用するより精度が良いので、ここでは、コンパレータの出力信号の立ち下がりをトリガ信号として利用する場合に関して説明する。なお、コンパレータの出力信号の立ち上がりを立ち下がりと同程度の精度にしたい場合、論理回路51,52に、コンパレータの立ち上がり特性を改善する回路を付加すれば良い。
上記のように各論理回路51,52において、一方のアンプの出力に基準バイアスを加えることで、ビーム検知センサ群23のいずれかがノイズを出力した場合に、コンパレータが誤検出するのを防止できる。
また、上記のように、BD23L1とBD23L2の出力電流が論理回路51に入力され、BD23R1とBD23R2の出力電流が論理回路52に入力されるように構成することで、レーザビームLBの検知タイミングの精度を向上させることができる。
なお、BD23L1およびBD23L2と、BD23R1およびBD23R2と、はレーザビームの走査範囲の両端部に配置しており、信号の出力タイミングが異なる。このため、論理回路52を削除して、BD23L1およびBD23L2が出力した信号を検知する場合と、BD23R1およびBD23R2が出力した信号を検知する場合とで、論理回路51を使用するように構成しても良い。これには、BD23L1およびBD23L2が出力した信号を検知した後に、BD23R1およびBD23R2が出力した信号を検知するように論理回路51への接続を切り替えるか、BD23R1およびBD23R2が出力した信号を検知した後に、BD23L1およびBD23L2が出力した信号を検知するように、論理回路51への接続を切り替えればよい。
次に、PWM制御部47と選択制御部56の出力信号について説明する。図8に示すように、選択制御部56が選択部55に出力する信号SEL1と信号SEL2は、いずれも、High−Lowの2値信号である。信号SEL1は、B方向の走査の開始時点(図8中の点P4)でHighに切り替わり、A方向の走査の開始時点(図8中の点P2)でLowに切り替わる。また、信号SEL2は、B方向の走査中のゼロクロス点(図8中の点P1)でHighに切り替わり、A方向の走査中のゼロクロス点(図8中の点P3)でLowに切り替わる。なお、信号VC1と信号VC2から信号SEL1と信号SEL2を生成するのは、ゼロクロス回路で行っている。
図8の論理表に示すように、選択部55は、信号SEL1がLow(図8では0と表記、以下同様)で信号SEL2がHigh(図8では1と表記、以下同様)のときに論理回路51の出力信号TL1を選択する。信号SEL1と信号SEL2がともにLowのときに論理回路52の出力信号TL2を選択する。そして、選択部55は、選択した信号を計時部43に出力する。
また、PWM制御部47は、あるA方向の走査中に決定したA方向の走査用のPWM制御値(クロック1のデューティ比を設定する値)を、次のA方向の走査でのPWM制御値として使用する。また、PWM制御部47は、B方向の走査時の位相がA方向の走査時の位相の逆相からなるため、あるA方向の走査中に決定したA方向の走査用のPWM制御値に基づいて、B方向の走査用のPWM制御値(クロック2のデューティ比を設定する値)を決定する。PWM制御部47は、決定したB方向の走査用のPWM制御値を、次のB方向の走査でのPWM制御値として使用する。PWM制御部47は、A方向の走査用又はB方向の走査用のPWM制御値に基づいて、MEMS駆動部33を制御するクロック1とクロック2をMEMS駆動部33に出力する。クロック1およびクロック2は、PWM信号である。
PWM制御部47は、A方向の走査のときには、クロック1を出力し、クロック2は出力せず、B方向の走査のときには、クロック2を出力し、クロック1は出力しない。クロック1およびクロック2は、図8のVC1と同位相の電圧から生成される。この電圧は、走査MEMS26の駆動電流(偏向ミラー25の回転角と同じ)に対して、同位相である。
また、PWM制御部47は、信号VC1(MEMS駆動電圧と同位相)と信号VC2(MEMS駆動電圧よりも90度だけ位相が遅れている)を選択制御部56に出力する。
このように、PWM制御部47は、A方向の走査における期間TIMGと基準時間TTGとを比較してずれを算出し、算出結果に基づいてクロック1およびクロック2を調整するという簡単な構成で、A方向の走査およびB方向の走査における偏向ミラー25の回転角度を調整することができる。この結果、レーザ走査装置2は、潜像の形成開始位置のずれ発生を抑制できる。
次に、MEMS駆動部33の具体的な構成の一例を説明する。図9に示すように、MEMS駆動部33は、抵抗R1〜抵抗R6、トランジスタQ1〜トランジスタQ6、ダイオードD1〜ダイオードD4、およびコンデンサC1を備えたHブリッジ回路を備えた構成にすると良い。MEMS駆動部33は、駆動入力端子33T1と駆動入力端子33T2でPWM制御部47からのクロックを受けて、駆動出力端子33T3と駆動出力端子33T4から駆動電圧を走査MEMS26に送って、走査MEMS26に取り付けられている偏向ミラー25を駆動する。MEMS駆動部33は、PWM制御部47から受け取ったクロック1およびクロック2を基にして、極性の向きが異なる駆動電流を交互に走査MEMS26のインダクタ272に印加する。これによって、MEMS駆動部33は、インダクタ272に流れる電流の向きをA方向の走査時とB方向の走査時とで交互に反転させ、それぞれの走査中で大きさを調節する。これにより、インダクタ272が巻かれた鉄心271の開口周辺に形成される磁界の向きの反転と磁界の強さとを変化させて、偏向ミラー25を往復回転させる。
なお、レーザ走査装置は、図10に示すように構成することも可能である。図10に示すように、レーザ走査装置2Aでは、論理回路51,52の出力信号TL1,TL2を選択部55と選択制御部56Aとに入力する構成である。この場合、図11に示すように、選択制御部56は、論理回路51,52の出力信号TL1,TL2の立ち下がりを検出したことを基にして、論理回路51,52の出力信号を選択部55に選択させる構成である。
選択制御部56Aは、論理回路51の出力信号TL1が一時的にHighからLowに切り替わると、信号SELをHigh(図11では1と表記、以下同様。)に切り替える。選択制御部56Aは、論理回路52の出力信号TL2が一時的にHighからLowに切り替わると、信号SELをLow(図11では0と表記、以下同様。)に切り替える。したがって、図11の論理表に示すように、選択部55は、信号SELがHighのときに論理回路51の出力信号TL1を選択する。選択部55は、信号SELがLowのときに論理回路52の出力信号TL2を選択する。
また、選択部55は、論理回路51,52の出力信号TL1,TL2の立ち下がりの検出時点で出力信号TL1,TL2の選択を切り替えると、信号処理に時間的な余裕がない可能性がある。この場合に、選択部55は、出力信号TL1,TL2の立ち下がりを検知してから信号処理に必要な時間を計時するタイマを設けて、このタイマで計時を行い、タイマが計時を完了したら、論理回路51,52の出力信号TL1,TL2の選択を切り替えるように構成すれば良い。
このように構成した場合も、図3に示したレーザ走査装置2と同様に、レーザビームのスポットが変形しても、選択した信号の交点検知タイミングは殆ど変化しないので、レーザビームによる潜像の形成開始位置のずれを抑制できる。
なお、上述の実施例では、本発明に係る光走査装置を、感光体ドラム5上に静電潜像を形成するレーザ走査装置に適用しているが、本発明に係る光走査装置は、これに限らず、光で被走査体を往復走査する光走査装置であれば適用できる。例えば、感光フィルムに潜像を形成する光走査装置にも適用することができる。
なお、上述の実施例では、図5のS15にて、BD23R1とBD23R2でレーザビームLBを検知したタイミングから期間TDTR経過後を画像の書き出しタイミングとして設定した。しかし、BD23L1とBD23L2でレーザビームLBを検知したタイミングから所定の期間経過後を画像の書き出しタイミングとして設定してもよい。
なお、上述の実施例では、画像形成装置1の制御部9が、画像の書き出しタイミングを設定するものとしたが、レーザ走査装置2(2A)にサブ制御部を設けて、このサブ制御部が画像の書き出しタイミングを設定するようにしても良い。
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。更に、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1…画像形成装置
2,2A…レーザ走査装置
3…レーザ走査制御部
5…感光体ドラム
7…現像器
9…制御部
21…レーザダイオード
22…アークサインレンズ
23…ビーム検知センサ群
23L1,23L2,23R1,23R2…ビーム検知センサ
25…偏向ミラー
26…走査MEMS
27…ミラー駆動部
31…信号処理部
33…MEMS駆動部
41…信号選択部
43…計時部
45…比較部
47…PWM制御部
47M…メモリ
49…記憶部
51,52…論理回路
55…選択部
56…選択制御部

Claims (5)

  1. 偏向ミラーで光ビームを第1走査方向および第2走査方向に往復させて、被走査体の走査領域を含む走査範囲を走査する光走査装置において、
    前記走査範囲内であって前記第1走査方向における前記走査領域の上流側の第1走査位置および下流側の第2走査位置に配置され、それぞれが前記光ビームを受光すると検知信号を出力する検知手段と、
    前記第1走査位置の前記検知手段から検知信号が出力されてから前記第2走査位置の前記検知手段から検知信号が出力されるまでの期間が、前記光ビームを所定速度で走査させた場合の基準時間となるように前記偏向ミラーの走査速度を制御する駆動制御手段と、
    前記第1走査方向における前記走査領域の上流側端部を示す第1書出位置から下流側端部を示す第2書出位置までの範囲に前記光ビームによる書き出しを行う書出手段と、を備え、
    前記書出手段は、前記第1走査位置の前記検知手段から検知信号が出力されてから、前記基準時間に基づいて定められた前記第1走査位置から前記第1書出位置までの走査時間を示す第1所定時間の経過後に、前記第1走査方向の書き出しを開始し、前記第1走査位置又は前記第2走査位置の前記検知手段から検知信号が出力されてから、前記基準時間に基づいて定められた該検知信号を出力した前記検知手段の走査位置から前記走査範囲の下流側端部を経て前記第2書出位置までの走査時間を示す第2所定時間の経過後に、前記第2走査方向の書き出しを開始する光走査装置。
  2. 前記書出手段は、前記第2走査位置の前記検知手段から検知信号が出力されてから、前記基準時間に基づいて定められた該第2走査位置から前記走査範囲の下流側端部を経て前記第2書出位置までの走査時間を示す前記第2所定時間の経過後に、前記第2走査方向の書き出しを開始する請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記検知手段は、前記第1走査方向に沿って隣接して配置され、前記光ビームの光量に応じた出力信号を出力する第1検知器および第2検知器を備え、該第1検知器および該第2検知器からの出力信号の大小関係が入れ替わるときに前記検知信号を出力する請求項1又は2に記載の光走査装置。
  4. 前記第1検知器および第2検知器の出力信号は、それぞれ前記光ビームの光量に応じた電流であって、
    前記検知手段は、前記第1検知器が出力した電流を電圧に変換する第1電流電圧変換手段と、前記第2検知器が出力した電流を電圧に変換する第2電流電圧変換手段と、前記第1電流電圧変換手段が出力した電圧にバイアス電圧を加える第1バイアス手段と、前記第2電流電圧変換手段が出力した電圧と前記第1バイアス手段が出力した電圧との比較結果に応じた信号を出力する第1比較手段と、を更に備え、前記第1比較手段からの信号に応じて前記検知信号を出力する請求項3に記載の光走査装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の光走査装置を備えた画像形成装置。
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