JP2013072917A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の出射タイミングを決定するタイミング信号を正確に生成すること。
【解決手段】受光部２７１の出力端子はオープンコレクタ又はオープンドレインの出力バッファＢＦに接続されている。ワンショット回路２５はＢＤセンサー２７の信号線Ｌと並列に接続される。そして、ワンショット回路２５の出力はオープンコレクタのトランジスタＴｒ１を介して信号線Ｌ１に接続されている。ＢＤセンサー２７とワンショット回路２５の出力はワイヤードＯＲ接続となっている。信号生成部２９の入力端子には信号線Ｌが接続され、信号線Ｌの信号に基づいてタイミング信号ＢＤを生成して露光制御部３０３に出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源から出射された光を像担持体の主走査方向に走査することによって静電潜像を形成する光走査装置及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に用いられている光走査装置は、光源とポリゴンミラーを有し、光源を出射したレーザー光が、回転駆動しているポリゴンミラーに反射して感光体ドラムの主走査方向に走査することによって感光体ドラム上に静電潜像を形成する。

このような光走査装置において、レーザー光が走査する光路上であって主走査方向始端側又は終端側にＢＤ（Beam Detect）センサーを配置し、ＢＤセンサーの受光面にレーザー光が入射したときに出力される受光信号を用いて、光源がレーザー光を出射するタイミング、即ち感光体ドラムへの書き出しタイミングが決定される。

レーザー光の出射タイミングを決定するためのタイミング信号は、受光信号に基づいて信号生成回路が生成する。そして、受光信号のパルス幅（ＢＤセンサーがレーザー光を受光していることを示す論理状態の期間）は、ＢＤセンサーの受光部の主走査方向の幅で決定する。この受光部の幅はコストに関わるため、コストダウンや装置の小型化等の要因で受光部の小さいＢＤセンサーを用いる場合が多い。

しかし、受光部が小さいと、その分受光信号のパルス幅が短くなるため、信号生成回路に内蔵されたフィルター回路によって受光信号がノイズとして排除され、受光信号が認識されない可能性があった。

そこで、受光信号のパルス幅を延長するために、ＢＤセンサーと信号生成回路の間にワンショット回路を直列に接続して、信号生成回路がワンショット信号に基づいてタイミング信号を生成する方法がある。また、特許文献１〜４には、ワンショット回路を用いて信号の出力時間を可変する方法が記載されている。

特開平５−３１６７９４号公報 特開平８−２３３０５号公報 特開２００６−１５９５６０号公報 特開平１０−１７７１４４号公報

しかし、ＢＤセンサーと信号生成回路の間にワンショット回路を直列に接続した場合、受信信号のダウンエッジに対してワンショット信号のダウンエッジが遅延する。そのため、光源の出射タイミングを決定するタイミング信号も遅延することになり、レーザー光による感光体ドラムへの書き出しタイミングにズレが生じて画質悪化を招いてしまう。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、受光信号におけるＢＤセンサーの受光を示す論理状態への変化タイミングを遅延させず、且つ受光を示す論理状態を延長可能な光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明の光走査装置は、レーザー光を出射する光源と、前記光源が出射したレーザー光を反射して、当該レーザー光を像担持体の周面上において主走査方向に走査させる偏向手段と、前記偏向手段が反射したレーザー光の走査路上における前記主走査方向始端側又は終端側に配置され、当該レーザー光を受光して受光信号を出力する受光手段と、前記受光信号を入力して、当該受光信号における前記受光手段が前記レーザー光を受光している状態を示す論理状態の期間よりも長い予め定められたパルス幅のワンショット信号を生成するワンショット信号生成手段と、前記受光信号と前記ワンショット信号の論理和の信号を入力して、当該信号に基づいて前記光源によるレーザー光の出射タイミングの基準となるタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段と、を備える。

この構成によれば、タイミング信号生成手段は受光信号とワンショット信号の論理和の信号を入力するため、受光信号の論理状態の変化（ダウンエッジ又はアップエッジ）を直接取り込むことができる。つまり、タイミング信号生成手段は受光信号の論理状態の変化に対して遅延することなくタイミング信号を生成することができる。従って、タイミング信号の遅延を考慮してレーザー光の出射タイミングを補正する必要がなく、このための補正回路を設置する必要がない。また、受光信号に遅延することなくタイミング信号が生成されることによって、光源の出射タイミングのズレを防ぐことができ、つまりは、像担持体の周面上に形成される画像のズレを防ぐことができる。

更に、ワンショット信号生成手段が受光信号におけるレーザー光を受光している状態を示す論理状態の期間、即ち受光信号のパルス幅を予め定められた時間延長した信号をワンショット信号として生成して出力し、タイミング信号生成手段は受光信号とワンショット信号の論理和の信号を入力する。このため、タイミング信号生成手段が有するフィルター回路が入力信号（受光信号とワンショット信号の論理和の信号）をノイズとして除去することがなく、受光手段の受光タイミングを確実にタイミング信号生成手段に伝達することができる。従って、タイミング信号生成手段は、受光信号が出力されると確実にタイミング信号を出力することができる。

請求項２に記載の発明の光走査装置は、請求項１に記載の光走査装置であって、前記ワンショット信号生成手段の出力端子と前記受光手段の出力端子とはワイヤードＯＲ接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、余分なトランジスタを用いずに論理和を簡単に構成することができ、回路を小型化することができる。

請求項３に記載の発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に画像データに基づいたレーザー光を照射する光走査装置と、を備え、前記光走査装置は請求項１又は２に記載のものである。

この構成によれば、請求項１及び２と同様の効果を得ることができる。

この発明によれば、タイミング信号生成手段は受光手段の受光タイミングに遅延することなくタイミング信号を出力することができる。従って、光源の出射タイミングのズレを防ぎ、像担持体の周面に形成される画像のジッターを最小限に抑えることができる。

更に、タイミング信号生成手段が有するフィルター回路が入力信号（受光信号とワンショット信号の論理和の信号）をノイズとして除去することがないため、タイミング信号生成手段は受光手段の受光タイミングに応じてタイミング信号を確実に出力する。つまり、光走査装置としての品質、信頼性を向上させることができる。

画像形成装置の内部構造の概略図。 ポリゴンミラーの反射面にレーザー光を照射した状態を示す模式図。 レーザー光の照射制御系を示すブロック図。 タイミング信号出力部の回路図。 タイミング信号出力部のタイミングチャート。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る光走査装置を備えた画像形成装置の内部構成を概略的に示す図である。尚、本実施の形態では、画像形成装置としてプリンターを例に説明するが、この他にコピー機、ファクシミリ機、これら複数の機能を備えた複合機等、電子写真方式を採用した画像形成装置であればよい。また、本実施の形態で説明する画像形成装置はカラープリンターであるが、モノクロプリンターであっても構わない。

画像形成装置１は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）の各色別の画像形成部２（２Ｍ、２Ｃ、２Ｙ及び２Ｋ）を含むタンデム式のカラープリンターである。各画像形成部２Ｍ、２Ｃ、２Ｙ及び２Ｋは、現像装置３、帯電器５、光走査装置６、トナー供給部７、クリーナー２１及び１次転写ローラー９を含む。

トナー供給部７は、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナーを貯蔵する。現像装置３は、トナー供給部７から供給されるトナーを感光体ドラム（像担持体）４に供給する。

感光体ドラム４は、後述する転写ベルト８の下方に位置し、転写ベルト８の外表面に接触した状態で配設されている。転写ベルト８の回転方向Ｂの上流側から、マゼンタ用感光体ドラム４、シアン用感光体ドラム４、イエロー用感光体ドラム４、及びブラック用感光体ドラム４が並設されている。また、感光体ドラム４は、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等から構成され、図１における時計回りの方向（図示のＡ方向）に回転する。

感光体ドラム４の対向する位置には、１次転写ローラー９が転写ベルト８の内表面に接触した状態で転写ベルト８を介して配置されている。１次転写ローラー９は、転写ベルト８の回転により従動回転するローラーであり、感光体ドラム４とで転写ベルト８をニップして、感光体ドラム４に形成された各色のトナー像を転写ベルト８に１次転写させる１次転写部Ｔを構成する。１次転写部Ｔにおいて、転写ベルト８に各色のトナー像が多重転写される。これにより、転写ベルト８にはカラーのトナー像が形成される。

帯電器５は、感光体ドラム４の周面を一様に帯電する。光走査装置６は、外部装置から送信された画像データに基づくレーザー光を感光体ドラム４の周面に導くポリゴンミラー（偏向手段）２８を有している。ポリゴンミラー２８は、後述するモーターによって回転しつつ、各感光体ドラム４の周面上にレーザー光を主走査方向に走査して、各周面に静電潜像を形成する。尚、主走査方向とは、レーザー光が感光体ドラム４の長手方向に走査される方向である。ポリゴンミラー２８は複数の感光体ドラム４間で共用されている。

現像装置３は感光体ドラム４にトナーを供給する。これにより、静電潜像にトナーが付着され、感光体ドラム４にトナー像が形成される。クリーナー２１は、各感光体ドラム４の周面上に配置され、周面上の残留トナー等を除去する。

転写ベルト８は、感光体ドラム４の列の上方に配置されると共に、外表面が感光体ドラム４の周面に接触した状態となるように、従動ローラー１０と駆動ローラー１１との間に張設されている。また、転写ベルト８は、テンションローラー１９によって上方に付勢されている。駆動ローラー１１は、図略の駆動源による駆動力を受けて回転して、転写ベルト８を回転駆動させる。従動ローラー１０は、転写ベルト８の回転によって従動回転する。これにより、転写ベルト８はＢ方向（反時計回りの方向）に回転する。

また、転写ベルト８は、駆動ローラー１１に巻回されている部位が屈曲した状態となっており、この屈曲部位は、転写ベルト８に１次転写されたトナー像が用紙Ｐに２次転写される２次転写位置Ｐ１として設定されている。この２次転写位置Ｐ１には、転写ベルト８を介して駆動ローラー１１に対向する２次転写ローラー１８が設けられている。２次転写ローラー１８は、駆動ローラー１１との間でニップを形成して、該ニップを通過する用紙Ｐに、転写ベルト８の外表面上のトナー像を２次転写する。

２次転写位置Ｐ１の下方には、一対のレジストローラー１７が配設されている。レジストローラー１７は、用紙Ｐを２次転写位置Ｐ１に向けて適切なタイミングで搬送すると共に、用紙Ｐの斜め送りを修正する。

２次転写位置Ｐ１の上方には、２次転写位置Ｐ１でトナー像の２次転写が施された用紙Ｐに対して定着処理を施す定着装置１４が設けられている。定着装置１４は、加熱ローラー１４ａと加圧ローラー１４ｂを有しており、この１対のローラーが定着ニップ部ＮＰを形成している。用紙Ｐが定着ニップ部ＮＰを通過することによって、加熱ローラー１４ａが用紙Ｐを加熱しつつ、加圧ローラー１４ｂが用紙Ｐを押圧することによって、２次転写されたトナー像が用紙Ｐ上に定着する。

光走査装置６の下方位置には、用紙束を収納する給紙カセット１２が配置されている。給紙カセット１２と２次転写位置Ｐ１との間には、用紙Ｐを給紙カセット１２から２次転写位置Ｐ１まで用紙Ｐを案内する用紙搬送路１３が設けられている。用紙搬送路１３には、上述のレジストローラー１７が配設されている。また、用紙搬送路１３には、レジストローラー１７の他に、用紙Ｐを案内するための複数のローラー対が適所に配設されている。

加熱ローラー１４ａ及び加圧ローラー１４ｂは、用紙Ｐが定着ニップ部ＮＰを通過した後、排出ローラー対１５１に向けて搬送する。画像形成装置１の上面には、定着装置１４によって定着処理が施された用紙Ｐが排出される排出部１６が形成されており、この排出部１６と定着装置１４との間には、用紙Ｐを案内するための用紙排出路１５が設けられている。用紙Ｐは排出ローラー対１５１の駆動によって用紙排出路１５に搬送され、排出部１６に排出される。

図２は、ポリゴンミラー２８の反射面２８２にレーザー光ＬＢを照射した状態を示す模式図である。図３は、レーザー光の照射制御系を示すブロック図である。尚、図３ではコリメータレンズ及びｆθレンズ等の光学部品については図示を省略している。

レーザー光生成部３０は、レーザー光ＬＢを発光する光源３１及び光源３１を駆動する駆動回路等から構成される。光源３１は、例えば半導体レーザーが用いられる。

ポリゴンミラー２８は、モーター３２の駆動によって回転軸２８１を中心に矢印Ｒ１の方向に回転し、レーザー光生成部３０で生成されたレーザー光ＬＢを反射する。ポリゴンミラー２８は、例えば正六角形の側面を有しており、６個の側面が反射面２８２に相当する。

露光制御部３０３は、レーザー光生成部３０にレーザー光ＬＢを照射させて感光体ドラム４に静電潜像を描画させる制御をする。即ち、露光制御部３０３は、モーター３２によりポリゴンミラー２８を回転させながら、記憶部３０１に記憶されている画像データをレーザー光生成部３０に送り、レーザー光生成部３０にレーザー光ＬＢを出射させる。光源３１が出射したレーザー光ＬＢは、回転するポリゴンミラー２８を照射し、反射面２８２で偏向されて、感光体ドラム４上に走査ラインＳＬを主走査方向Ｄに描画する。１つの反射面２８２で１本の走査ラインＳＬが描画される。こうして回転する感光体ドラム４に１本の走査ラインＳＬの描画を繰り返すことにより、副走査方向に沿って静電潜像が描画される。副走査方向は感光体ドラム４の回転方向Ｒ２に対応している。

図４は、タイミング信号出力部３０５の回路図である。タイミング信号出力部３０５は、ＢＤセンサー（受光手段）２７、ワンショット回路２５及び信号出力部（タイミング信号生成手段）２９を備える。ＢＤセンサー２７は、図２に示すように、レーザー光の走査範囲内のうちレーザー光ＬＢが感光体ドラム４の走査を開始する前（主走査方向始端側）であってレーザー光ＬＢを受光可能な光路上に設置される。尚、ＢＤセンサー２７の配置位置は、主走査方向終端側であってもよい。

ＢＤセンサー２７はフォトセンサーであり、受光部２７１がレーザー光を受光すると光電変換により受光信号を出力する。受光部２７１の出力端子はオープンコレクタ又はオープンドレインの出力バッファＢＦの出力端子に接続されている。出力バッファＢＦの出力端子、即ちＢＤセンサー２７の出力端子には信号線Ｌが接続され、信号線Ｌは抵抗Ｒを介して電源電圧ＶＤＤにプルアップされている。受光部２７１がレーザー光を受光している間（受光信号Ｓ１がローレベル）、出力バッファＢＦはローレベルの信号を信号線Ｌに伝達する。逆に、受光部２７１がレーザー光ＬＢを受光していない間（受光信号Ｓ１がハイレベル）、出力バッファＢＦはハイレベルの信号を信号線Ｌに伝達する。

ワンショット回路２５は信号線Ｌに対して並列に接続される。そして、ワンショット回路２５の出力はオープンコレクタ又はオープンドレインのトランジスタＴｒ１を介して信号線Ｌ１に接続されている。ＢＤセンサー２７とワンショット回路２５の出力はワイヤードＯＲ接続となっている。

ワンショット回路２５は、受光信号Ｓ１を入力して、受光信号Ｓ１のパルス幅（受光信号Ｓ１において受光部２７１がレーザー光ＬＢを受光していることを示す論理状態の期間）を予め定められた時間延長させた信号をワンショット信号Ｓ２として出力する。尚、ワンショット回路２５としては、例えば東芝社製ＴＣ７４ＨＣ１２３ＡＰ／ＡＦ等のもの巣テーブルマルチバイブレーター回路を用いることができる。

信号生成部２９の入力端子には信号線Ｌが接続され、信号線Ｌの信号に基づいてタイミング信号ＢＤを生成する。タイミング信号ＢＤは、光源３１によるレーザー光の出射タイミングを決定するための信号である。露光制御部３０３は、タイミング信号ＢＤを基準として、レーザー光生成部３０に対するレーザー光ＬＢを出射させる指示を行う。

一般的には、信号生成部２９は受光信号Ｓ１に基づいてタイミング信号ＢＤを生成する。しかし、コストダウンや装置の小型化等の理由で受光部２７１の面積が小さいＢＤセンサー２７が用いられると、受光部２７１の受光時間が短くなり、受光信号Ｓ１のパルス幅短くなる。すると、信号生成部２９が有するフィルター回路２９１によって受光信号Ｓ１がノイズとして排除されてしまい、受光信号Ｓ１が認識されない可能性があった。

図５は、タイミング信号出力部３０５のタイミングチャートである。例えば、フィルター回路２９１が静電気ノイズによるパルス幅として最大１００ｎｓｅｃを想定して設計されている場合、パルス幅が１００ｎｓｅｃより短い信号はノイズとして認識される。仮に受光部２７１の主走査方向の幅が０．２ｍｍであるとし、レーザー光ＬＢが２ｋｍ／ｓｅｃでこの受光部２７１を走査すると、受光信号Ｓ１のパルス幅Ｔ１は１００ｎｓｅｃより短くなり、受光信号Ｓ１はフィルター回路２９１によって除去されてしまう。

受光信号Ｓ１がノイズとして除去されないためには、パルス幅Ｔ１が予め定められた時間以上（例えば、１００ｎｓｅｃ以上）であればよい。そこで、パルス幅Ｔ１を延長するためにＢＤセンサー２７と信号生成部２９の間にワンショット回路を直列に挿入すると、受光信号Ｓ１に対してワンショット信号Ｓ２のダウンエッジが遅延するため、更にはタイミング信号の出力が遅延する。露光制御部３０３は、このタイミング信号を基準としてレーザー光生成部３０に対するレーザー光ＬＢを出射させる指示を行っているため、タイミング信号のズレはレーザー光ＬＢの出射タイミングのズレとなり、つまりは、感光体ドラム４への書き出しタイミングのズレへと繋がる。

例えば、遅延時間Ｔ２を１０ｎｓｅｃとし、光源３１が１ドット分のレーザー光を３０ＭＨｚの周波数で出射しているとすると、感光体ドラム４の周面における主走査方向の書き出し位置が１／３ドット分ずれることになる。この書き出し位置のズレは、画質悪化の原因となる。そこで、書き出し位置のズレを補正するためにタイミング信号の遅延を補正する補正回路等を用いると、余分な回路を設計・配置することとなり、手間がかかっていた。

以上より、信号生成部２９が受光信号Ｓ１のダウンエッジをそのまま取り込むことができ、且つ受光信号Ｓ１がノイズ除去されないようにする必要がある。そこで、ワンショット回路２５をＢＤセンサー２７の出力、即ち信号線Ｌに対して並列に接続する。そして、信号生成部２９は、受光信号Ｓ１とワンショット信号Ｓ２の論理和の信号を取り込む。こうすることで、信号生成部２９は受光信号Ｓ１のダウンエッジを直接取り込むことができ、且つ受光信号Ｓ１のパルス幅が延長されたワンショット信号Ｓ２を取り込むことができる。

図５を用いて説明する。まず、レーザー光ＬＢの照射による光電変換によって受光部２７１がローレベルの受光信号Ｓ１を出力する（時間ｔ１）。これにより、信号線Ｌの電位がローレベルとなる。

ワンショット回路２５は、受光信号Ｓ１の入力を受けて、受光信号Ｓ１のダウンエッジのタイミングより時間Ｔ２遅延してワンショット信号Ｓ２を出力する（時間ｔ２）。ＢＤセンサー２７とワンショット回路２５の出力はワイヤードＯＲ接続となっているため、信号生成部２９には受光信号Ｓ１とワンショット信号Ｓ２の論理和の信号が入力信号として入力される。

この入力信号がフィルター回路２９１によって除去されないために、入力信号のパルス幅（つまり信号線Ｌの電位がローレベルである期間）を十分長く（例えば１００ｎｓｅｃ以上）する必要がある。入力信号がノイズとして除去されない最低限のパルス幅をＴ４とすると、ワンショット信号Ｓ２のパルス幅は、少なくともＴ４−Ｔ２＝Ｔ３となるようにワンショット回路２５が設計される。こうすることで、信号線Ｌのパルス信号はフィルター回路２９１に除去されず、信号生成部２９はＢＤセンサー２７の受光タイミングを確実に取り込むことができ、受光信号Ｓ１に遅延することなくタイミング信号ＢＤを出力することができる。

以上、説明したように、ＢＤセンサー２７の出力である信号線Ｌとワンショット回路２５を並列に接続し、信号生成部２９が受光信号Ｓ１とワンショット信号Ｓ２の論理和の信号を取り込むことにより、信号生成部２９は受光信号Ｓ１のダウンエッジを直接取り込むことができる。即ち、信号生成部２９は受光信号Ｓ１に遅延することなくタイミング信号ＢＤを出力することができるため、レーザー光ＬＢの出射タイミングのズレを防ぐことができる。

更に、受光信号Ｓ１のパルス幅を予め定められた時間延長した信号をワンショット回路２５が生成してワンショット信号Ｓ２として出力し、信号生成部２９が受光信号Ｓ１とワンショット信号Ｓ２の論理和の信号を入力するため、フィルター回路２９１が信号生成部２９に入力した信号をノイズとして除去することがなく、ＢＤセンサー２７の受光タイミングが確実に信号生成部２９に伝達される。

１ 画像形成装置
２ 画像形成部
４ 感光体ドラム
６ 光走査装置
２５ ワンショット回路
２８ ポリゴンミラー
２７ ＢＤセンサー
２７１ 受光部
２９ 信号生成部
２９１ フィルター回路
３０ レーザー光生成部
３１ 光源
３２ モーター
３０３ 露光制御部
３０５ タイミング信号出力部
Ｔｒ１ トランジスタ
ＢＦ 出力バッファ
Ｒ 抵抗

Claims (3)

1. レーザー光を出射する光源と、
   前記光源が出射したレーザー光を反射して、当該レーザー光を像担持体の周面上において主走査方向に走査させる偏向手段と、
   前記偏向手段が反射したレーザー光の走査路上における前記主走査方向始端側又は終端側に配置され、当該レーザー光を受光して受光信号を出力する受光手段と、
   前記受光信号を入力して、当該受光信号における前記受光手段が前記レーザー光を受光している状態を示す論理状態の期間よりも長い予め定められたパルス幅のワンショット信号を生成するワンショット信号生成手段と、
   前記受光信号と前記ワンショット信号の論理和の信号を入力して、当該信号に基づいて前記光源によるレーザー光の出射タイミングの基準となるタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段と、
   を備えた光走査装置。
2. 前記ワンショット信号生成手段の出力端子と前記受光手段の出力端子とはワイヤードＯＲ接続されている請求項１に記載の光走査装置。
3. 像担持体と、
   前記像担持体に画像データに基づいたレーザー光を照射する光走査装置と、
   を備え、前記光走査装置は請求項１又は２に記載のものである画像形成装置。

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