JP2012228837A - 露光装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで、周辺温度の変化に起因する光量変化を抑制する。
【解決手段】 露光装置２ａ〜２ｄにおいて、検出回路３２が、ＰＤセンサー２４の出力波形において、ＰＤセンサー２４上を光が走査されることにより形成されるパルスを検出し、コントローラー３３が、そのパルスの時間幅に基づいて、ドライバー回路３１でレーザーダイオード２１の光量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、露光装置および画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体ドラムに光を照射する露光装置を有する。そのような露光装置は、ポリゴンミラーなどでレーザー光を走査して、感光体ドラムにレーザー光を照射する（例えば、特許文献１〜３参照）。

このようなレーザー光の光量は、ドループ特性などに起因して変動する（例えば、特許文献３参照）。特許文献３記載の技術では、ドループ特性による光量変化を抑制するために、光源に内蔵されるモニター用フォトダイオードで光源の光量を測定して光源の光量を制御している。

特開２００３−２２２８１１号公報 特開平８−８３９５０号公報 特開平１１−２１６９０８号公報

上述の技術では、ＡＰＣ（Automatic Power Control）回路やＡＣＣ（Automatic Current Control）回路でレーザーダイオードの光量を制御しているが、レーザーダイオードの周辺温度が変化すると、ＡＰＣ回路やＡＣＣ回路によりレーザーダイオードの導通電流などを制御しても、レーザーダイオード自体の素子特性によって光量の温度ドリフトが発生してしまう。レーザーダイオードの光量が変動すると、感光体ドラム上に現像されるトナー画像の濃度も変動するため、印刷品質上、好ましくない。

このような周辺温度の変化を、サーミスターなどの温度センサーで検出し、その温度変化に応じてレーザーダイオードの光量を制御することも可能であるが、そのようにすると、回路構成が複雑になるとともに、温度センサーなどに起因して装置のコストが増加してしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、低コストで、周辺温度の変化に起因する光量変化を抑制することができる露光装置および画像形成装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る露光装置は、光源と、光源による光を主走査方向に走査する走査手段と、主走査同期信号を生成するために走査手段により走査された光を受光するセンサーと、センサーの出力波形において、センサー上を光が走査されることにより形成されるパルスを検出する検出回路と、そのパルスの時間幅に基づいて、光源の光量を制御するコントローラーとを備える。

これにより、周辺温度の変化に起因して光量が変化しても、主走査同期信号を生成するためのセンサーの出力波形におけるパルスの時間幅の変動に基づいて光量が補償される。このため、低コストで、周辺温度の変化に起因する光量変化を抑制することができる。

また、本発明に係る露光装置は、上記の露光装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、露光装置は、基準電圧に基づいて自動電力制御回路または自動電流制御回路で前記光源の光量を制御するドライバー回路をさらに備える。そして、コントローラーは、前記パルスの時間幅に基づいて、その基準電圧を制御する。

また、本発明に係る露光装置は、上記の露光装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、コントローラーは、検出回路により検出されるパルスの時間幅の平均値に基づいて光源による光の光量を制御する。

これにより、周辺温度は緩やかに変化するため、パルスの時間幅の平均値に基づいて光源による光の光量を制御することで、瞬間的なノイズなどの影響を抑制することができる。

また、本発明に係る露光装置は、上記の露光装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、光源は、温度上昇に伴い光量が減少し温度低下に伴い光量が増加する温度特性を有し、コントローラーは、検出回路により検出されるパルスの時間幅の平均値が所定の基準値より低い場合、光源の光量を増加させ、検出回路により検出されるパルスの時間幅の平均値が所定の基準値より高い場合、光源の光量を減少させる。

また、本発明に係る露光装置は、上記の露光装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、光源は、レーザー光を出射し、レーザー光の径は、周辺温度が低下すると大きくなり、周辺温度が上昇すると小さくなる。

本発明に係る画像形成装置は、上記の露光装置のいずれかと、露光装置からの光により静電潜像を形成する感光体ドラムと、感光体ドラム上の静電潜像に基づいてトナー現像を行う現像ユニットとを備える。

これにより、周辺温度の変化に起因して光量が変化しても、主走査同期信号を生成するためのセンサーの出力波形におけるパルスの時間幅の変動に基づいて光量が補償される。このため、低コストで、周辺温度の変化に起因する光量変化を抑制することができる。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、静電潜像が形成されない余白領域においても、走査手段は、光源による光をセンサー上に走査し、検出回路は、センサーの出力波形において、センサー上を光が走査されることにより形成されるパルスを検出し、コントローラーは、パルスの時間幅に基づいて、光源による光の光量を制御する。

これにより、副走査方向において静電潜像のない余白領域から静電潜像のある画像領域へ入ったときに、先頭から適切な光量で静電潜像が形成される。

本発明によれば、低コストで、露光装置における周辺温度の変化などに起因する光量変化を抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。 図２は、図１における露光装置の構成例を示す図である。 図３は、図２におけるドライバー回路の構成例を示す回路図である。 図４は、図２における検出回路の構成例を示す回路図である。 図５は、図２における検出回路の出力電圧におけるパルスの時間幅の温度特性について説明する図である。 図６は、図２に示す露光装置の動作について説明するフローチャートである。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式の印刷機能を有する装置である。

この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２ａ〜２ｄおよび現像ユニット３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体である。露光装置２ａ〜２ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザー光を照射して静電潜像を形成する装置である。露光装置２ａ〜２ｄは、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有する。

さらに、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲には、スコロトロン等の帯電器、クリーニング装置、除電器などが配置されている。クリーニング装置は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の残留トナーを除去し、除電器は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄを除電する。

現像ユニット３ａ〜３ｄには、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色のトナーが充填されているトナーカートリッジがそれぞれ装着され、トナーカートリッジからトナーが供給され、キャリアとともに現像剤を構成する。現像ユニット３ａ〜３ｄは、そのトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナー画像を形成する。

感光体ドラム１ａ、露光装置２ａ、および現像ユニット３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂ、露光装置２ｂ、および現像ユニット３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃ、露光装置２ｃ、および現像ユニット３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄ、露光装置２ｄ、および現像ユニット３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト４は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー画像を１次転写される環状の像担持体である。中間転写ベルト４は、駆動ローラー５に張架され、駆動ローラー５からの駆動力によって、感光体ドラム１ｄとの接触位置から感光体ドラム１ａとの接触位置への方向へ周回していく。

転写ローラー６は、搬送されてくる用紙を中間転写ベルト４に接触させ、中間転写ベルト４上のトナー画像を用紙に２次転写する。なお、トナー画像を転写された用紙は、定着器９へ搬送され、トナー画像が用紙へ定着される。

ローラー７は、クリーニングブラシを有し、クリーニングブラシを中間転写ベルト４に接触させ、用紙へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト４に残ったトナーを除去する。

センサー８は、トナー濃度調整に使用されるセンサーであって、中間転写ベルト４に光線を照射し、その反射光を検出する。トナー濃度調整の際、センサー８は、中間転写ベルト４の所定の領域に光線を照射し光線の反射光（測定光）を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。

図２は、図１における露光装置２ａ〜２ｄの構成例を示す図である。なお、図２に示す露光装置は、感光体ドラム１ａ用の露光装置２ａであり、感光体ドラム１ｂ〜１ｄ用の露光装置２ｂ〜２ｄも同様の構成を有する。

図２において、レーザーダイオード２１は、レーザー光を出射する光源である。レーザーダイオード２１から出射され走査されるレーザー光の径は、レーザーダイオード２１の周辺温度が低下すると大きくなり、レーザーダイオード２１の周辺温度が上昇すると小さくなる。

また、光学系２２は、レーザーダイオード２１からポリゴンミラー２３までの間、および／またはポリゴンミラー２３から感光体ドラム１ａおよびＰＤセンサー２４までの間に配置された各種レンズ群である。光学系２２には、ｆθレンズなどが使用される。

また、ポリゴンミラー２３は、感光体ドラム１ａの軸に対して垂直な軸を有し、その軸に垂直な断面が多角形であり、その側面がミラーとなっている素子である。ポリゴンミラー２３は、その軸を中心に回転し、レーザーダイオード２１から出射した光を感光体ドラム１ａの軸方向（主走査方向）に沿って走査する。

また、ＰＤセンサー２４は、主走査同期信号を生成するためにポリゴンミラー２３により走査された光を受光するセンサーである。ＰＤセンサー２４は、光が入射すると、光量に応じた出力電圧を誘起する。ＰＤセンサー２４は、光が走査される線上の所定の位置に配置され、光のスポットがその位置を通過するタイミングを検出するために使用される。

また、ドライバー回路３１は、レーザーダイオード２１を駆動する回路である。ドライバー回路３１は、画像形成のための駆動信号に基づき、レーザーダイオード２１を制御してレーザー光を出射させる。また、ドライバー回路３１は、基準電圧に基づいて自動電力制御回路（ＡＰＣ回路）または自動電流制御回路（ＡＣＣ回路）でレーザーダイオード２１の光量を制御する。

図３は、図２におけるドライバー回路３１の構成例を示す回路図である。

図３に示すドライバー回路３１では、基準電圧生成回路４１が、コントローラー３３からの光量制御信号に従って基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、ＡＰＣ回路４２が、その基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電力でレーザーダイオードＬＤ（図２におけるレーザーダイオード２１）を駆動する。ＡＰＣ回路４２は、モニター用フォトデテクターＰＤｍに導通する電流Ｉｍを、検出抵抗Ｒの両端電圧Ｖｍとして検出し、その電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるように、レーザーダイオードＬＤの電力を制御する。スイッチング素子ＳＷは、コントローラー３３からの画像制御信号に基づいてオン／オフし、レーザーダイオードＬＤを点灯／消灯させる。レーザーダイオードＬＤの点灯／消灯により、感光体ドラム１ａ上に、画像制御信号に基づく形状の静電潜像が形成される。なお、各走査において、ＰＤセンサー２４上をレーザー光のスポットが追加する期間は、レーザーダイオードＬＤが常に点灯するように制御される。

また、検出回路３２は、ＰＤセンサー２４の出力波形において、ＰＤセンサー２４上を光が走査されることにより形成されるパルスを検出する回路である。

図４は、図２における検出回路３２の構成例を示す回路図である。

図４に示す検出回路では、比較器ＣＭＰが、フォトデテクターＰＤ（図２におけるＰＤセンサー２４）に直列接続されて抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖｐと基準電圧Ｖｔｈとを比較し、電力増幅回路５２が、比較器ＣＭＰの出力を増幅して出力する。この基準電圧Ｖｔｈは、例えば、フォトデテクターＰＤ上にレーザー光のスポットが存在するときの抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖｐと、フォトデテクターＰＤ上にレーザー光のスポットが存在しないときの抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖｐとの中間の電圧とされる。

また、コントローラー３３は、検出回路３２により検出されたパルスの時間幅に基づいて、レーザーダイオード２１の光量を制御する。この実施の形態では、コントローラー３３は、そのパルスの時間幅に基づいて、光量制御信号でドライバー回路３１の基準電圧を制御する。また、この実施の形態では、コントローラー３３は、検出回路３２により検出されるパルスの時間幅の平均値に基づいてレーザーダイオード２１の光量を制御する。

図５は、図２における検出回路３２の出力電圧Ｖｏにおけるパルスの時間幅の温度特性について説明する図である。

図５（Ａ）は、基準温度（標準室温）でのレーザー光のスポットおよび検出回路３２の出力電圧Ｖｏの波形を示す図である。図５（Ｂ）は、周辺温度が基準温度より低いときのレーザー光のスポットおよび検出回路３２の出力電圧Ｖｏの波形を示す図である。図５（Ｃ）は、周辺温度が基準温度より高いときのレーザー光のスポットおよび検出回路３２の出力電圧Ｖｏの波形を示す図である。

この実施の形態では、図５に示すように、このレーザーダイオード２１は、温度上昇に伴い光量が減少し温度低下に伴い光量が増加する温度特性を有する。温度上昇によりレーザー光のスポット径が小さくなり、温度低下によりレーザー光のスポット径が大きくなる。このため、周辺温度が基準温度より低い場合、検出回路３２の出力電圧Ｖｏにおけるパルス幅Ｔ１は、周辺温度が基準温度である場合のパルス幅Ｔ０より大きくなり、周辺温度が基準温度より高い場合、検出回路３２の出力電圧Ｖｏにおけるパルス幅Ｔ２は、周辺温度が基準温度である場合のパルス幅Ｔ０より小さくなる。したがって、コントローラー３３は、検出回路３２により検出されるパルス幅（またはその平均値）が所定の基準値Ｔ０より低い場合、レーザーダイオード２１の光量を増加させ、検出回路３２により検出されるパルス幅（またはその平均値）が所定の基準値Ｔ０より高い場合、レーザーダイオード２１の光量を減少させる。これにより、レーザー光のスポット径が基準温度時の大きさに一致するように制御される。

次に、上記画像形成装置（特に露光装置２ａ〜２ｄ）の動作について説明する。図６は、図２に示す露光装置２ａの動作について説明するフローチャートである。なお、露光装置２ｂ〜２ｄの動作は、露光装置２ａの動作と同様であるので、その説明を省略する。

印字命令があると、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、中間転写ベルト４などは動作を開始する。これに伴い、露光装置２ａも動作を開始し、ポリゴンミラー２３は回転を開始する。

まず、コントローラー３３は、走査回数を計数するカウンターをリセットする（ステップＳ１）。また、コントローラー３３は、検出回路３２の出力電圧Ｖｏを監視する。このとき、検出回路３２の出力電圧Ｖｏは、図示せぬＤＡコンバーターによりデジタルデータに変換されてコントローラー３３に供給される。

そして、コントローラー３３は、検出回路３２の出力電圧Ｖｏにおけるパルスを検出すると、カウンターをインクリメントし（カウンター値を１だけ増加させ）、そのパルス幅のデータを図示せぬ記憶装置（メモリーなど）に記憶する（ステップＳ４）。

コントローラー３３は、カウンター値が所定の値（例えば、１０）であるか否かを判定する（ステップＳ５）。

カウンター値が所定の値ではない場合、コントローラー３３は、次のパルスを検出するために、引き続き検出回路３２の出力電圧Ｖｏを監視する（ステップＳ２）。

一方、カウンター値が所定の値である場合、コントローラー３３は、記憶しているパルス幅のデータに基づいて、パルス幅の平均値を計算する（ステップＳ６）。

コントローラー３３は、パルス幅の平均値が基準値（つまり、基準温度でのパルス幅）とほぼ同一であるか否かを判定する（ステップＳ７）。例えば、パルス幅の平均値と基準値との差が所定の値以下であれば、両者がほぼ同一であると判定される。

パルス幅の平均値が基準値とほぼ同一である場合には、温度補償が不要であるため、コントローラー３３は、ドライバー回路３１の基準電圧を現在の電圧に維持する。

一方、パルス幅の平均値が基準値とほぼ同一ではない場合には、コントローラー３３は、パルス幅の平均値が基準値より高いか否かを判定する（ステップＳ８）。

パルス幅の平均値が基準値より高い場合、コントローラー３３は、パルス幅の平均値と基準値との差に応じた電圧だけ、ドライバー回路３１の基準電圧を現在の電圧から下げる（ステップＳ９）。

一方、パルス幅の平均値が基準値より高くない場合（つまり、パルス幅の平均値が基準値より低い場合）、コントローラー３３は、パルス幅の平均値と基準値との差に応じた電圧だけ、ドライバー回路３１の基準電圧を現在の電圧から上げる（ステップＳ１０）。

例えば、コントローラー３３は、パルス幅の平均値と基準値との差とドライバー回路３１の基準電圧の変化量（あるいは基準電圧値）との対応関係を示すテーブルを有し、そのテーブルを参照して、パルス幅の平均値と基準値との差に応じたドライバー回路３１の基準電圧の変化量（あるいは基準電圧値）を特定する。

そして、ドライバー回路３１の基準電圧を決定すると、コントローラー３３は、その基準電圧を指定する光量制御信号をドライバー回路３１に供給する。ドライバー回路３１の基準電圧を低下させると、レーザーダイオード２１の光量が減少し、ドライバー回路３１の基準電圧を上昇させると、レーザーダイオード２１の光量が増加する。

このようにして、ドライバー回路３１の基準電圧を設定した後、ステップＳ１に戻る。このとき、記憶されているパルス幅のデータは破棄される。これにより、ステップＳ６において、所定の回数の走査ごとに、その所定の回数の走査におけるパルス幅の平均値が計算される。例えば、所定の値が１０である場合、走査が１０回されるごとに、パルス幅の平均値が計算され、ドライバー回路３１の基準電圧が更新される。

以上のように、上記実施の形態によれば、露光装置２ａ〜２ｄにおいて、検出回路３２が、ＰＤセンサー２４の出力波形において、ＰＤセンサー２４上を光が走査されることにより形成されるパルスを検出し、コントローラー３３が、そのパルス幅に基づいて、ドライバー回路３１でレーザーダイオード２１の光量を制御する。

これにより、周辺温度の変化に起因して光量が変化しても、ＰＤセンサー２４の出力波形におけるパルスの時間幅の変動に基づいて光量を制御するため、周辺温度の変化に起因する光量変化を抑制することができる。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施の形態において、静電潜像が形成されない余白領域においても、検出回路３２は、ＰＤセンサー２４の出力波形において、ＰＤセンサー２４上を光が走査されることにより形成されるパルスを検出し、コントローラー３３は、そのパルスの時間幅に基づいて、レーザーダイオード２１の光量を制御する。

また、上記実施の形態では、検出回路３２の出力電圧Ｖｏがローレベルである期間の幅をパルス幅として検出しているが、検出回路３２の回路構成によっては、検出回路３２の出力電圧Ｖｏがハイレベルである期間の幅をパルス幅として検出するようにしてもよい。

また、図３に示すドライバー回路３１では、ＡＰＣ回路４２が使用されているが、その代わりに、ＡＣＣ回路を使用するようにしてもよい。

また、上記実施の形態に係る画像形成装置は、カラー画像形成装置であるが、同様にしてモノクロ画像形成装置に本発明を適用可能である。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に内蔵される露光装置に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
２ａ〜２ｄ 露光装置
３ａ〜３ｄ 現像ユニット
２１ レーザーダイオード（光源の一例）
２３ ポリゴンミラー（走査手段の一例）
２４ ＰＤセンサー（センサーの一例）
３１ ドライバー回路
３２ 検出回路
３３ コントローラー

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源による光を主走査方向に走査する走査手段と、
   主走査同期信号を生成するために前記走査手段により走査された光を受光するセンサーと、
   前記センサーの出力波形において、前記センサー上を前記光が走査されることにより形成されるパルスを検出する検出回路と、
   前記パルスの時間幅に基づいて前記光源の光量を制御するコントローラーと、
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 基準電圧に基づいて自動電力制御回路または自動電流制御回路で前記光源の光量を制御するドライバー回路をさらに備え、
   前記コントローラーは、前記パルスの時間幅に基づいて、前記基準電圧を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記コントローラーは、前記検出回路により検出されるパルスの時間幅の平均値に基づいて前記光源の光量を制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の露光装置。
4. 前記光源は、温度上昇に伴い光量が減少し温度低下に伴い光量が増加する温度特性を有し、
   前記コントローラーは、前記検出回路により検出されるパルスの時間幅の平均値が所定の基準値より低い場合、前記光源の光量を増加させ、前記検出回路により検出されるパルスの時間幅の平均値が所定の基準値より高い場合、前記光源の光量を減少させること、
   を特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. 前記光源は、レーザー光を出射し、
   前記レーザー光の径は、周辺温度が低下すると大きくなり、周辺温度が上昇すると小さくなること、
   を特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の露光装置。
6. 請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の露光装置と、
   前記露光装置からの光により静電潜像を形成する感光体ドラムと、
   前記感光体ドラム上の前記静電潜像に基づいてトナー現像を行う現像ユニットと、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
7. 前記静電潜像が形成されない余白領域においても、前記走査手段は、前記光源による光を前記センサー上に走査し、前記検出回路は、前記センサーの出力波形において、前記センサー上を前記光が走査されることにより形成されるパルスを検出し、前記コントローラーは、前記パルスの時間幅に基づいて、前記光源による光の光量を制御することを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。

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