JP2013010264A - 露光装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光装置において、画像領域に要求される光源光量が十分に得られるようにする。
【解決手段】 制御信号生成部４１は、ポリゴンミラーによる１回の走査期間内の光量補正区間において、光量補正後の光量設定値にレーザーダイオードＬＤの光量を設定するための光量制御信号をドライバー回路４４に供給し、また、画像領域において、画像形成のための光線をレーザーダイオードＬＤから出射させる。そして、光量補正区間の開始タイミングＴｃから画像領域の開始タイミングＴｉまでの時間Ｔが、レーザーダイオードＬＤの光量が光量設定値に対応する所定の光量に上昇するために要する時間以上に設定されており、その所定の光量は、その光量設定値で得られる画像濃度に対して色差ΔＥが３となる画像濃度に対応する光量である。
【選択図】 図３

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。

あるレーザー走査装置は、走査光学系で、半導体レーザーから出射したレーザー光を走査対象面上に走査する。走査対象面へ入射するレーザー光の光量は、光学系の特性に起因して走査位置に応じて変化する。そのため、走査対象面へ入射するレーザー光の光量を走査方向において一定にするために、例えば半導体レーザーの出射光量が走査位置に応じた補正係数で補正される（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−２９１５４８号公報

上述のような装置は、例えば、レーザープリンターなどの画像形成装置に内蔵され、感光体ドラム上に静電潜像を形成するために使用される。

そのため、主走査方向の同期信号を得るために位置検出センサーが設けられることがある。その場合、位置検出センサー上にもレーザー光が走査され、位置検出センサーの出力から同期信号が得られる。また、光源の基準光量の自動制御のために自動出力制御（ＡＰＣ：Automatic Power Control）回路が設けられることがある。

それらの場合、各走査において、位置検出センサーで同期信号を得る区間（以下、同期検知区間という）、および／またはＡＰＣ回路で光源光量を調整する区間（以下、ＡＰＣ制御区間という）が設定される。

また、画像領域（静電潜像を形成するための区間）の端部では、光学系の光軸と光線の進行方向とのなす角度が大きくなるため、光学系の特性（透過率など）に起因して光量減衰が大きくなり、感光体ドラムなどの対象物へ入射する光量が小さくなる。この光学系での光量減衰を補償して、走査方向において、対象物へ入射する光量を一定にするために、画像領域の端部では、光源光量が大きくなるように補正される。

したがって、各走査において、同期検知区間またはＡＰＣ制御区間が終了した後に、画像領域が設定されている場合、画像領域の端部に設定される光量と同期検知区間またはＡＰＣ制御区間での光量との差が大きくなり、例えば図６に示すように、光量制御が間に合わず、光源光量が、光量補正による要求量（図中の光量設定値）に比べ小さくなってしまう可能性がある。

このように光源光量が要求量より小さくなると、画像領域の端部の画像濃度（印刷画像のトナー濃度）が画像領域中央の濃度より低くなってしまい、印刷画質の低下につながる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、画像領域の端部に要求される光源光量が十分に得られる露光装置、およびその露光装置を有する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、光源による光線を走査する走査装置と、光源を駆動するドライバー回路と、ドライバー回路に制御信号を供給して光源を制御する制御信号生成部とを備える。制御信号生成部は、走査装置による１回の走査期間内の所定の光量補正区間において、光量補正の光量設定値に光源の光量を設定するための制御信号をドライバー回路に供給し、また、所定の画像領域において、画像形成のための光線を光源から出射させる。そして、光量補正区間の開始タイミングから画像領域の開始タイミングまでの時間が、光源の光量が光量設定値に対応する所定の光量に上昇するために要する時間以上に設定されており、その所定の光量は、その光量設定値で得られる画像濃度に対して色差ΔＥが３となる画像濃度に対応する光量である。

これにより、画像領域の端部に要求される光源光量が十分に得られる。また、画像領域の端部において、色差ΔＥが３以下に抑えられるため、濃度不足が視覚上認識されない。

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、光源の電流制御に使用するローパスフィルターをさらに備える。光量設定値に対する光量設定値と所定の光量との差の割合をＫパーセントとし、ローパスフィルターの時定数をτとし、光量補正区間の開始タイミングから画像領域の開始タイミングまでの時間をＴとすると、光量補正区間の開始タイミングから画像領域の開始タイミングまでの時間は、式（１）の条件を満たす。
１−ｅｘｐ（−Ｔ／τ）≧（１００−Ｋ）／１００ ・・・（１）

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、露光装置は、光源の光量調整用の自動出力制御回路をさらに備える。自動出力制御回路は、光量補正区間以外において、光源の光量調整を行う。

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、制御信号生成部は、光量補正区間において、所定の光量補正単位区間ごとに、光量設定値に光源の光量を設定するための制御信号をドライバー回路に供給する。そして、光量補正区間の開始タイミングから画像領域の開始タイミングまでの時間は、光量補正単位区間より長い。

また、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で、感光体上に光線を照射して静電潜像を形成する。

本発明によれば、露光装置、およびその露光装置を有する画像形成装置において、画像領域の端部に要求される光源光量が十分に得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係る露光装置を有す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におけるコントローラーの構成例を示す回路図である。 図４は、図１に示す露光装置による光量補正について説明する図である。 図５は、基準光量からの光量変化率と、各光量変化率における画像濃度変化量との関係の一例を示す図である。 図６は、画像領域端部での光量不足を説明する図である。

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露光装置を有す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。

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、コントローラー３１は、検出回路３２からの同期信号に基づいて、レーザーダイオード２１の光量を制御する。検出回路３２は、ＰＤセンサー２４の出力に基づいて同期信号を生成する回路である。

図３は、図２におけるコントローラー３１の構成例を示す回路図である。

コントローラー３１は、制御信号生成部４１、Ｄ／Ａコンバーター４２，４５、ローパスフィルター４３、ドライバー回路４４、およびＡＰＣ回路４６を有する。なお、図３中のレーザーダイオードＬＤは、図２におけるレーザーダイオード２１である。

制御信号生成部４１は、ドライバー回路４４に制御信号を供給してレーザーダイオードＬＤの出射光量を制御する。この実施の形態では、制御信号生成部４１は、画像制御信号および光量制御信号を生成するデジタル回路である。画像制御信号は、印刷すべき画像に対応する静電潜像を感光体ドラム１ａ上に形成するための制御信号である。光量制御信号は、主走査方向における各位置（つまり、各走査における各タイミング）に応じて光量補正を行うための制御信号であって、光量補正の光量設定値にレーザーダイオードＬＤの光量を設定するための信号である。

図４は、図１に示す露光装置による光量補正について説明する図である。この実施の形態では、制御信号生成部４１は、ポリゴンミラー２３による１回の走査期間内の所定の光量補正区間において、光量制御信号を、Ｄ／Ａコンバーター４２およびローパスフィルター４３を介してドライバー回路４４に供給する。また、この実施の形態では、制御信号生成部４１は、ポリゴンミラー２３による１回の走査期間内の所定の画像領域において画像制御信号をＤ／Ａコンバーター４５を介してドライバー回路４４に供給する。この画像領域は、光量補正区間内に設定されている。

そして、その光量補正区間の開始タイミングＴｃからその画像領域の開始タイミングＴｉまでの時間が、レーザーダイオードＬＤの光量が光量設定値に対応する所定の光量に上昇するために要する時間以上に設定されている。その所定の光量は、その光量設定値で得られる画像濃度に対して色差ΔＥが３となる画像濃度に対応する光量である。

また、この実施の形態では、制御信号生成部４１は、光量補正区間において、所定の光量補正単位区間ごとに、光量設定値にレーザーダイオードＬＤの光量を設定するための光量制御信号をドライバー回路４４に供給する。光量補正単位区間は、光量補正区間を所定の数に分割して得られ、各光量補正単位区間内では光量設定値は図４に示すように一定とされる。そして、光量補正区間の開始タイミングから画像領域の開始タイミングまでの時間は、その光量補正単位区間より長くなっている。

Ｄ／Ａコンバーター４２は、制御信号生成部４１からの光量制御信号をアナログ信号に変換する回路である。Ｄ／Ａコンバーター４２の次段には、レーザーダイオードＬＤの電流制御に使用するローパスフィルター４３が設けられている。ローパスフィルター４３は、コンデンサーＣと抵抗Ｒとからなり、時定数τ（＝Ｒ×Ｃ）を有する。

図５は、基準光量からの光量変化率と、各光量変化率における画像濃度変化量（つまり、基準光量による画像濃度と、その光量変化率と基準光量の積により得られる光量による画像濃度との色差ΔＥ）との関係の一例を示す図である。図５に示す関係は、例えば実験により予め求められる。色差ΔＥが３以下である場合には、視覚上、濃度変化が認識されないので、視覚上、濃度変化が認識されないようにするための光量変化率の上限値Ｋが図５に示す関係から特定される。そして、この実施の形態では、光量補正区間の開始タイミングＴｃから画像領域の開始タイミングＴｉまでの時間Ｔは、この光量変化率の上限値Ｋ（パーセント）、ローパスフィルター４３の時定数τなどによる式（１）の条件を満たす。

ドライバー回路４４は、レーザーダイオードＬＤを駆動する回路である。ドライバー回路４４は、画像制御信号およびローパスフィルター４３を介して供給される光量制御信号に対応する光量になるようにレーザーダイオードＬＤの光量を制御する。

また、ドライバー回路４４は、Ｄ／Ａコンバーター４５の出力電圧（つまり、画像制御信号）に従ってレーザーダイオードＬＤを点灯／消灯させる。この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、ＡＰＣ回路４６は、基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電力でレーザーダイオードＬＤを駆動する。ＡＰＣ回路４６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。

ＡＰＣ回路４６は、各走査におけるＡＰＣ制御区間でレーザーダイオードＬＤの基準駆動電流値を計測し、その後、その走査の期間においてその基準駆動電流値を維持する。そして、ドライバー回路４４は、その基準駆動電流値を基準として、光量制御信号に基づいて光量補正を行う。ＡＰＣ回路４６は、上述の光量補正区間以外において、レーザーダイオードＬＤの光量調整（つまり、基準駆動電流値の計測）を行い、光量補正区間では、光量調整を行わない。

次に、上記画像形成装置の動作について説明する。

露光装置２ａ〜２ｄは、ポリゴンミラー２３で １ラインごとに主走査方向にレーザー光を走査する。ポリゴンミラー２３のあるミラー面による１回の走査で、主走査方向における走査位置は、走査開始位置から移動していき、ＰＤセンサー２４および感光体ドラム１ａ（１ｂ，１ｃ，１ｄ）の上を通過する。そして、ポリゴンミラー２３の次のミラー面による１回の走査で、主走査方向における走査位置は、再度、走査開始位置から移動していき、ＰＤセンサー２４および感光体ドラム１ａ（１ｂ，１ｃ，１ｄ）の上を通過する。

各走査において、露光装置２ａ〜２ｄでは、同期検知区間においてＰＤセンサー２４および検出回路３２による同期信号が検出され、光量補正区間の開始タイミングＴｃが同期信号の検出タイミングから特定される。そして、光量補正区間の開始タイミングＴｃの前に、ＡＰＣ回路４６は、光量調整を行う。

その後、光量補正区間の開始タイミングＴｃになると、制御信号生成部４１は、ドライバー回路４４への光量制御信号の供給を開始する。光量制御信号は、Ｄ／Ａコンバーター４２およびローパスフィルター４３を介してアナログ信号としてドライバー回路４４に印加される。このアナログ信号としての光量制御信号は、制御信号生成部４１により指定される光量設定値に対応する電圧を有する。

最初の光量補正単位区間についての光量設定値は、ポリゴンミラー２３、光学系２２などの光学特性に起因する画像領域端部の光量低下を補償するために、画像領域中央付近より高い値とされる。また、図４に示すように、最初の光量補正単位区間についての光量設定値は、ＡＰＣ制御区間、同期検知区間などを含む非光量補正区間でのレーザーダイオードＬＤの光量の値より高くなる。

光量補正区間の開始タイミングＴｃで光量補正が開始され、かつ、最初の光量補正単位区間についての光量設定値が非光量補正区間でのレーザーダイオードＬＤの光量の値より高いため、レーザーダイオードＬＤの光量は、図４に示すように、ローパスフィルター４３の時定数τに支配される曲線（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ），ｔはＴｃからの時間）で上昇していく。

そして、画像領域の開始タイミングＴｉを含む光量補正単位区間まで、光量設定値は、最初の光量補正単位区間についての光量設定値と同一とされ、画像領域の開始タイミングＴｉになるまでに、レーザーダイオードＬＤの光量は、図４に示すように、その光量設定値より許容光量差ΔＱだけ低い光量に到達する。なお、この許容光量差ΔＱは、色差ΔＥが３となる画像濃度変化に対応する光量変化量であり、光量設定値と光量変化率の上限値Ｋとの積となる。

このため、画像領域端部での光量不足が解消され、光量不足に起因する画像濃度不足も解消される。

以上のように、上記実施の形態によれば、制御信号生成部４１は、光量補正区間において、光量補正の光量設定値にレーザーダイオードＬＤの光量を設定するための光量制御信号をドライバー回路４４に供給し、また、画像領域において、画像形成のための光線をレーザーダイオードＬＤから出射させる。そして、光量補正区間の開始タイミングＴｃから画像領域の開始タイミングＴｉまでの時間Ｔが、レーザーダイオードＬＤの光量が光量設定値に対応する所定の光量に上昇するために要する時間以上に設定されており、その所定の光量は、その光量設定値で得られる画像濃度に対して色差ΔＥが３となる画像濃度に対応する光量である。

これにより、画像領域の端部に要求されるレーザーダイオードＬＤの光量が十分に得られる。また、画像領域の端部において、色差ΔＥが３以下に抑えられるため、濃度不足が視覚上認識されない。

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。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（感光体の例）
２ａ〜２ｄ 露光装置
２１ レーザーダイオード（光源の一例）
２３ ポリゴンミラー（走査装置の一例）
４１ 制御信号生成部
４３ ローパスフィルター
４４ ドライバー回路
４６ 自動出力制御回路

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源による光線を走査する走査装置と、
   前記光源を駆動するドライバー回路と、
   前記ドライバー回路に制御信号を供給して前記光源を制御する制御信号生成部とを備え、
   前記制御信号生成部は、前記走査装置による１回の走査期間内の所定の光量補正区間において、光量補正の光量設定値に前記光源の光量を設定するための前記制御信号を前記ドライバー回路に供給し、また、所定の画像領域において、画像形成のための光線を前記光源から出射させ、
   前記光量補正区間の開始タイミングから前記画像領域の開始タイミングまでの時間が、前記光源の光量が前記光量設定値に対応する所定の光量に上昇するために要する時間以上に設定されており、
   前記所定の光量は、その光量設定値で得られる画像濃度に対して色差が３となる画像濃度に対応する光量であること、
   を特徴とする露光装置。
2. 前記光源の電流制御に使用するローパスフィルターをさらに備え、
   前記光量設定値に対する前記光量設定値と前記所定の光量との差の割合をＫパーセントとし、前記ローパスフィルターの時定数をτとし、前記光量補正区間の開始タイミングから前記画像領域の開始タイミングまでの時間をＴとすると、前記光量補正区間の開始タイミングから前記画像領域の開始タイミングまでの時間は、式（１）の条件を満たすこと、
   を特徴とする請求項１記載の露光装置。
   １−ｅｘｐ（−Ｔ／τ）≧（１００−Ｋ）／１００ ・・・（１）
3. 前記光源の光量調整用の自動出力制御回路をさらに備え、
   前記自動出力制御回路は、前記光量補正区間以外において、前記光源の光量調整を行うこと、
   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. 前記制御信号生成部は、前記光量補正区間において、所定の光量補正単位区間ごとに、前記光量設定値に前記光源の光量を設定するための前記制御信号を前記ドライバー回路に供給し、
   前記光量補正区間の開始タイミングから前記画像領域の開始タイミングまでの時間は、前記光量補正単位区間より長いこと、
   を特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の露光装置。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の露光装置で、感光体上に前記光線を照射して静電潜像を形成することを特徴とする画像形成装置。

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