JP3562742B2

JP3562742B2 - 光ビーム出力制御装置

Info

Publication number: JP3562742B2
Application number: JP33095896A
Authority: JP
Inventors: 賢一郎朝田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2016-12-11
Also published as: JPH10170844A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、特に、複数の半導体レーザを備えたマルチビーム走査光学系を用いて画像を形成する画像形成装置の光ビーム出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザを用いて画像形成を行う装置、例えば半導体レーザビームプリンタでは、画像信号により変調される半導体レーザからの光ビーム（以下、レーザビーム）をポリゴンミラーや結像レンズ等を介して感光体上に照射し、感光体上を走査して画像を形成しているが、従来の半導体レーザビームプリンタでは、単一光源で像を形成していたため、この様なプリンタで高速性を要求する場合には、ポリゴンミラーを回転するポリゴンモータの回転数、あるいは画像信号の周波数等をより高速にする必要がある。
しかし、ポリゴンモータの回転数や画像信号の周波数を高速にするには限界があり、必ずしも所望とする処理速度で処理することはできなかった。
【０００３】
そこで、複数の半導体レーザ光源を備えたマルチレーザビームプリンタが提案されている。このマルチレーザビーム方式では複数のレーザビームを走査して記録を行うため、同時に記録できる情報量が増大することになり、ポリゴンモータの回転数や画像信号の周波数を低減できるようになり、安定した画像を高速に処理することが可能となる。尚、複数のレーザビームを走査して画像形成する装置としては、特公昭６３−４２４３２号公報記載の記録装置等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭６３−４２４３２号公報記載の記録装置の場合、実施例は２個のレーザ光源を持つマルチレーザ光源の場合で、１つの基準信号に対して、各レーザ光源からの光出力を順番に制御する方式であるが、一般的に複数個の半導体レーザが１チップ上に搭載された半導体レーザアレイでは、受光素子は１個であることが多く、リアルタイムに各レーザの光出力の制御をできないこと、また、互いのレーザ発光部の影響（光漏洩、発熱の問題等による）を受けて、正確な光出力の制御を実現し難いこと、また、発光部の間隔のばらつきを抑えるのが難しいこと、また、特殊な構成となるために、コストが高くなること等の問題があるため、図４に示すように、単独のレーザダイオードで独立した光学系を複数用いて構成するマルチビーム走査光学系の方が構成上有利な場合がある。
【０００５】
図４に示すマルチビーム走査光学系の構成を簡単に説明する。図中の符号１００及び１０１は各々単独のレーザ光源を持つ半導体レーザであり、各々の半導体レーザ１００，１０１から出射されたレーザビームはそれぞれコリメートレンズ２００，２０１によって平行光化され、プリズム３００によって２つのレーザビームが所定のピッチの走査ビームとして合成される。これらのレーザビームはポリゴンミラー４００の回転により偏向走査され、結像レンズ５００によって集光及びｆθ補正等されて、ドラム状の感光体６００上等に２つのビームとして露光走査される。
【０００６】
一般的に、感光体６００上を走査する２つのレーザビームの間隔は、出力画像の解像度程度とする必要があるが、半導体レーザ１００及び１０１のパッケージサイズ等の理由から図中に符号３００で示すようなビーム合成用のプリズム（プリズムに限らない）が必ず必要となる。
ここで、感光体６００上を走査する２つのレーザビームのビームパワーは、ほぼ同一にしておく必要があるが、プリズム３００のような光学素子を使ってレーザビームを合成した場合、各々の光路の光伝達効率が異なるために、２つの半導体レーザ１００，１０１の光出力を、光伝達効率を考慮した各々別の目標値に設定する必要がある。これは、２つの半導体レーザ１００，１０１の光出力を同じ目標値に設定すると、光伝達効率の違いにより感光体上での２つのレーザビームのビームパワーに差が生じるためである。
【０００７】
レーザビームの光出力の制御方法としては、例えば半導体レーザの後方から射出されるレーザビームの光出力を光検出手段で検出し、この光検出手段からの出力信号を比較手段で目標値に対応した基準信号と比較し、この比較手段からの比較出力に応じて制御手段により半導体レーザの出力強度を制御する方式があるが、２つ以上の半導体レーザを備えたマルチビーム走査光学系の場合は、上述したように、各々の半導体レーザに対して光出力の目標値となる値を別々に設定しなければならないという問題がある。
【０００８】
一方、レーザビームプリンターでは、作像プロセスの条件を検出して、その検出結果に基づいてビームパワーを変更設定するという作像安定化方法が採られるのが一般的である。この作像系に上記２ビームのマルチビーム走査光学系を適用すると、先に述べたように、２つの半導体レーザ各々の光出力の目標値を独立に設定して制御しなければならず、ビームパワーを変更設定する度に各々の目標値を再設定するのでは制御が非常に煩雑となる。
また、これは２ビームに限らず、より多くのレーザビームを備えたマルチビーム走査光学系ではより大変であり、例えば、ｎ個のレーザビームを備えている場合には、ｎ個のレーザビームの各々の目標値を設定しなければならず、制御が非常に煩雑で、且つ複雑になる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、上記不具合を解消すべく、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光ビームを用いたマルチビーム走査光学系であっても、光ビームの目標出力の設定値を１つ入力することによって、ｎ個の光ビームのビームパワーを感光体面上でほぼ同一に揃えることが可能な光ビーム出力制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光源と、ｎ個の光源から出射された光ビームの各々の光路を変更して所定のビーム間隔の平行ビームに合成する光合成手段と、平行ビームに合成された光ビームを偏向走査する手段と、偏向走査された光ビームを像担持体上に結像する手段を有するマルチビーム走査光学系を備え、該マルチビーム走査光学系からの光ビームによって感光部材からなる像担持体上を走査して潜像を形成し、該潜像を現像剤で可視像化し、該可視像を転写材に転写・定着して画像を得る画像形成装置の光ビーム出力制御装置において、前記光合成手段による合成前の各々の光ビームの光出力を検出する光検出手段と、光出力の目標値を設定する目標値設定手段と、前記光検出手段からの出力信号と前記目標値設定手段から出力される基準信号とを比較する比較手段と、該比較手段からの比較出力に応じて前記光ビームの光出力の強度を制御する制御手段を、ｎ個の光ビームのそれぞれに対して備えた構成とする。
そして、前記目標値設定手段は、第２個目以降の光ビームには、設定可変な基準信号補正値設定手段を光ビーム毎に備え、第２個目以降の光ビームの基準信号として、第１個目の光ビームの基準信号に対して各々の光ビーム毎に該第１個目の光ビームとの光路差による光伝達効率の差に基く基準信号補正値を演算したものを用いる構成とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す図であって、レーザビームプリンタのマルチビーム走査光学系と光ビーム出力制御装置の構成の一例を示すブロック図である。尚、この構成例は、２つの半導体レーザ１，２を用いた例である。
【００１２】
図１において、第１、第２の半導体レーザ１，２より出射された光ビーム（以下、レーザビーム）は、各々第１、第２のコリメートレンズ３，４により平行光化され、ビーム合成素子（例えばプリズム）５で合成された後、回転多面鏡よりなる光走査装置６に所定のビーム間隔で入射され偏向走査される。そして、ｆθレンズ等からなる結像レンズ７により、像担持体であるドラム状の感光体８の帯電された表面に結像される。この結像スポットが画像信号に応じて変調されながら、光走査装置６の回転に従って図中の矢印ｘ方向なる主走査方向に反復して移動すると同時に、感光体８が回転して副走査することにより、感光体８上に静電潜像が形成される。そして、感光体８上の静電潜像は、図示しない現像手段により現像剤で可視像化され、該可視像は図示しない転写手段で転写紙等の転写材に転写され、さらに図示しない定着手段により転写材上の画像が定着される。
【００１３】
図１において、符号９は同期検知用の光検出器であり、この光検出器９は、感光体８の軸心方向において、画像データ書込み領域外に設けられ、光走査装置６で偏向走査されたレーザビームを順次検出して、各々のレーザビームの同期信号（ライン同期信号ＬＳＹＮＣ）を発生させる。
また、信号処理回路１１は、画像信号（画像データ）に基づいて第１、第２のレーザ駆動回路１２，１３に信号を印加し、先に作られた同期信号ＬＳＹＮＣに同期して感光体８上の所定の位置より露光するように第１、第２の半導体レーザ１，２を変調する。
【００１４】
ところで、感光体８上を露光走査する２つのレーザビームのビームパワーは略等しく制御しておかないと画像ムラとなってしまう。第１、第２の半導体レーザ１，２の光出力の強度はそれぞれ第１、第２の制御回路（出力制御回路）１６，１７で制御されるが、２つのレーザビームの光路に差があるので（主としてビーム合成素子（例えばプリズム）５に起因する）、感光体８上での２つのレーザビームのビームパワーを略等しくするには、各光出力は、その光路差に起因する光伝達効率の差を考慮した目標値に制御される必要がある。
【００１５】
レーザビームの光出力の制御方法としては、第１、第２の半導体レーザ１，２のそれぞれに対応して各半導体レーザ１，２の後方（後方とは限らない）に射出されるレーザビームの光出力を検出する光検出器１４，１５を設け（例えば、半導体レーザのパッケージ内にフォトダイオードを設ける等）、レーザビームの光出力の目標値を設定する目標値設定手段１０から、第１の半導体レーザ１の光出力の目標値に対応した基準信号Ｖｒｅｆを第１の制御回路１６に与えると、光検出器１４によって検出されたレーザビームの光出力と基準信号Ｖｒｅｆとが第１の制御回路１６内の比較手段で比較され、第１の制御回路１６は検出値と目標値との誤差分をレーザ駆動回路１２に指示し、半導体レーザ１からの光出力の強度を一定に制御する。従ってこの場合、光検出器１４からの検出値と目標値（基準信号Ｖｒｅｆ）が略一致するようなパワーに制御される。尚、制御回路１６の構成及び光出力の具体的な制御動作については後述する。
【００１６】
一方、第２の半導体レーザ２からの光出力は、第１の半導体レーザ１と同じ基準信号Ｖｒｅｆを目標値として制御すると、光路の差（主としてビーム合成素子（例えばプリズム）５に起因する）の分、例えば１／α倍（第１と第２の光路の伝達効率の差を１／α倍とする）だけ異なるパワーに制御されるので、第２の半導体レーザ２の目標値設定手段としては、先の目標値設定手段１０からの基準信号Ｖｒｅｆを補正する基準信号補正値設定手段１８が設けられており、この基準信号補正値設定手段１８で予め設定された係数α倍だけ基準信号Ｖｒｅｆを補正し、
Ｖ’ｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ・α
を新たな目標値（第２の半導体レーザの光出力の基準信号）とする。
すなわち、Ｖ’ｒｅｆを新たな目標値に対応した基準信号として、第２の制御回路１７で光検出器１５によって検出されたレーザパワーとＶ’ｒｅｆを比較して、その誤差分をレーザ駆動回路１に指示して第２の半導体レーザ２からの光出力の強度を一定に制御することで、感光体９上での第２のレーザビームのビームパワーを第１のレーザビームのビームパワーと略一致させることができる。
【００１７】
基準信号補正値設定手段２１８の具体例としては、第１と第２のレーザビームの光路差による光伝達効率の差が１／α倍であったとすると、第１のレーザパワーの目標値Ｖｒｅｆに対して第２のレーザパワーの目標値をＶ’ｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ・α とすれば良いので、一般的な乗算回路を採用すれば良い。
尚、上記の値αは工場での調整時に１度測定し、設定しておけば、光学部品が交換されない限り一定値としておくことができる。
【００１８】
図３に示すように、第１、第２の半導体レーザ１，２の光出力を、同一目標値Ｖｒｅｆで制御すると、感光体８上でのビームパワーＰは、第１のレーザビームと第２のレーザビームとでΔＰのパワーの差が生じる。従って、上述したように、Ｖ’ｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ・α を第２の半導体レーザ２の目標値として設定することにより、感光体８上での第１と第２のレーザビームのビームパワーを一致させることができる。また、作像条件の設定変更等で、第１の半導体レーザ１の光出力の目標値Ｖｒｅｆを変更した場合にも、基準信号補正値設定手段２１８による補正により、そのα倍が第２の半導体レーザ２の制御目標値（Ｖ’ｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ・α ）となっているため、感光体８上の２つのレーザビームのビームパワーを常に一致させておくことができる。
【００１９】
次に、各半導体レーザ１，２の光出力を制御する第１、第２の制御回路（出力制御回路）１６，１７の具体的な構成及び光出力の制御動作の一例を示すが、第１、第２の制御回路１６，１７の構成及び光出力の制御動作は全く同じであり、入力される制御目標値が異なるだけなので、以下の説明は共通のものとする。図２に制御回路の構成例をブロック図で示す。
【００２０】
図２において、まず、レーザビームプリンタ等の本体側制御部（図示せず）から制御回路１６（１７）に出力制御動作を開始させるためのタイミング信号Ｔ_１が入力されると、ＪＫフリップフロップ２６がクリアされその出力信号がＬレベルになることによりアップダウンカウンタ２７のカウント動作を許可する。比較手段としての比較器２２の出力信号はＤフリップフロップ２３で発振器２８からのクロック信号によりラッチされ、このＤフリップフロップ２３の出力信号はアップダウンカウンタ２７に計数モード信号として加えられ、この計数モードを制御すると同時にＤフリップフロップ２４で発振器２８からのクロック信号によりラッチされる。Ｄフリップフロップ２３の非反転出力及びＤフリップフロップ２４の反転出力はノア回路２５に入力され、このノア回路２５の出力信号によりＪＫフリップフロップ２６がセットされる。
【００２１】
光検出器１４（１５）の受光素子（フォトダイオード等）１４ａにより検出され増幅器１４ｂで増幅されたレーザビームの光出力に比例した出力は、比較器２２で目標値設定手段（基準信号補正値設定手段）からの基準信号Ｖｒｅｆ（Ｖ’ｒｅｆ）と比較され、その比較結果に応じて比較器２２からは高レベル又は低レベルの信号が出力される。例えば、比較器２２の出力が高レベル（すなわち、半導体レーザ１（２）の光出力が基準信号Ｖｒｅｆ（Ｖ’ｒｅｆ）より大）の場合に、タイミング信号Ｔ_１によりアップダウンカウンタ２７のカウント動作が許可されると、アップダウンカウンタ２７はＤフリップフロップ２３の高レベル出力によりダウンカウンタとして動作する。そして、アップダウンカウンタ２７の出力はデジタルアナログ変換器２９でアナログ出力に変換され、その出力に応じてレーザ駆動回路１２（１３）から半導体レーザ１（２）への駆動電流が変化する。よって、この場合は、半導体レーザ１の駆動電流が減少し、光検出器１４（１５）の増幅器１４ｂからの出力電圧が低下する。そして、比較器２２の出力が高レベルから低レベルに反転すると、Ｄフリップフロップ２３の出力が低レベルになってノア回路１５の出力が高レベルになり、ＪＫフリップフロップ２６がセットされてアップダウンカウンタ２７のカウント動作を禁止する。
【００２２】
一方、比較器２２の出力が低レベル（すなわち、半導体レーザ１（２）の光出力が基準信号Ｖｒｅｆ（Ｖ’ｒｅｆ）より小）の場合に、タイミング信号Ｔ_１によりアップダウンカウンタ２７のカウント動作が許可されると、アップダウンカウンタ２７はＤフリップフロップ２３の低レベル出力によりアップカウンタとして動作する。そして、アップダウンカウンタ２７の出力はデジタルアナログ変換器２９でアナログ出力に変換され、その出力に応じてレーザ駆動回路１２（１３）から半導体レーザ１（２）への電流が変化する。よって、この場合は、半導体レーザ１（２）の駆動電流が増加し、光検出器１４（１５）の増幅器１４ｂからの出力電圧が上昇する。そして、比較器２２の出力が低レベルから高レベルに反転すると、Ｄフリップフロップ２３の出力が高レベルとなる。これにより、アップダウンカウンタ２７がダウンカウンタとして動作するようになる。この時、ノア回路２５の出力は低レベルのままで、ＪＫフリップフロップ２６がリセットされず、アップダウンカウンタ２７はカウント動作が許可されたままである。すなわち、アップダウンカウンタ２７は半導体レーザ１（２）の光出力が増加して基準信号Ｖｒｅｆ（Ｖ’ｒｅｆ）を越えた時にはカウント動作禁止とはならず、半導体レーザ１（２）の光出力が減少して基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｖ’ｒｅｆ）を越えた時に初めてカウント動作禁止となる。従って半導体レーザ１（２）の保持電流は常に一定となる。
【００２３】
また、上記の例とは逆に、アップダウンカウンタ２７は半導体レーザ１（２）の光出力が減少して基準信号Ｖｒｅｆ（Ｖ’ｒｅｆ）を越えた時には、カウント動作禁止とはならず、半導体レーザ１（２）の光出力が増加して基準信号Ｖｒｅｆ（Ｖ’ｒｅｆ）を越えた時にカウント動作禁止となるように設定しても半導体レーザ１（２）の保持電流は常に一定に維持される。
【００２４】
すなわち、図２において枠２１で囲んで示す部分は、比較器２２からの出力の変わり目を検出し、アップダウンカウンタ２７のカウント動作を許可し又は禁止するエッジ検出回路に相当する。そして、上述のように光検出器１４（１５）の増幅器１４ｂからの出力電圧が基準信号Ｖｒｅｆ（Ｖ’ｒｅｆ）を基準として一定値となるように、半導体レーザ１（２）からの光出力を制御する（光出力は常に一定値に保持される）。
【００２５】
以上、制御回路の構成及び制御動作の一例について説明したが、制御回路の構成は図２に限るものではなく、種々の構成が考えられる。例えば、図１に示す制御回路１６，１７を、比較器とサンプルホールド回路とからなるアナログ回路で構成することもできる。すなわち、半導体レーザ１，２から射出されたレーザビームは光検出器１４，１５により受光されて、その検出信号は制御回路１６，１７内の比較器により基準信号Ｖｒｅｆ，Ｖ’ｒｅｆと比較され、比較結果として誤差信号が出力される。制御回路１６，１７内の制御手段としてのサンプルホールド回路は比較器からの誤差信号を保持し、レーザ駆動回路１２，１３に出力する。このレーザ駆動回路２６はサンプルホールド回路からの信号に応じて半導体レーザ１，２に与える電流値を増減して光強度を一定にするものである。
【００２６】
以上、本発明の実施例として、２つの半導体レーザを用いたレーザビームプリンタのマルチビーム走査光学系及び光ビーム出力制御装置について説明したが、３つ以上のｎ個の半導体レーザを用いたマルチビーム走査光学系についても同様に実施可能であり、その場合は、各々の半導体レーザに対して光検出器、制御回路、レーザ駆動回路を備え、そして、目標値設定手段として、第２個目以降のレーザビームに対しては、設定可変な基準信号補正値設定手段をビーム毎に備え、第２個目以降のレーザビームの基準信号として、第１個目のレーザビームの基準信号Ｖｒｅｆに各々のレーザビームに対応する基準信号補正値α，β，・・・を演算した基準信号Ｖ’ｒｅｆ，Ｖ’’ｒｅｆ，・・・を用いる。これにより、感光体上のｎ個のレーザビームのビームパワーを常に一致させておくことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の半導体レーザを備えたマルチビーム走査光学系において、１つの光出力の目標値Ｖｒｅｆを与えるだけで、ｎ個の光ビームの通過する光路の差による光伝達効率の差を基準信号補正設定手段にて補正して各制御手段で光出力を適正に制御することができ、感光体上での各レーザビームのビームパワーを略同一に制御することができるため、プロセス制御や濃度制御時、あるいはプリンタ出力速度の変更時等に、レーザパワーが容易に設定可変となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図であって、レーザビームプリンタのマルチビーム走査光学系と光ビーム出力制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光ビーム出力制御装置の制御回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】感光体上のビームパワーと光出力の制御目標値との関係を示す図である。
【図４】従来のマルチビーム走査光学系の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１，２：半導体レーザ
３，４：コリメートレンズ
５：ビーム合成素子（例えばプリズム）
６：光走査装置（回転多面鏡等）
７：結像レンズ（ｆθレンズ等）
８：感光体（像担持体）
９：同期検知用の光検出器
１０：目標値設定手段
１１：信号処理回路
１２，１３：レーザ駆動回路
１４，１５：レーザパワー検出用の光検出器
１６，１７：制御回路
１８：基準信号補正値設定手段
２２：比較器

Claims

ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光源と、ｎ個の光源から出射された光ビームの各々の光路を変更して所定のビーム間隔の平行ビームに合成する光合成手段と、平行ビームに合成された光ビームを偏向走査する手段と、偏向走査された光ビームを像担持体上に結像する手段を有するマルチビーム走査光学系を備え、該マルチビーム走査光学系からの光ビームによって感光部材からなる像担持体上を走査して潜像を形成し、該潜像を現像剤で可視像化し、該可視像を転写材に転写・定着して画像を得る画像形成装置の光ビーム出力制御装置において、
前記光合成手段による合成前の各々の光ビームの光出力を検出する光検出手段と、光出力の目標値を設定する目標値設定手段と、前記光検出手段からの出力信号と前記目標値設定手段から出力される基準信号とを比較する比較手段と、該比較手段からの比較出力に応じて前記光ビームの光出力の強度を制御する制御手段を、ｎ個の光ビームのそれぞれに対して備え、前記目標値設定手段は、第２個目以降の光ビームには、設定可変な基準信号補正値設定手段を光ビーム毎に備え、第２個目以降の光ビームの基準信号として、第１個目の光ビームの基準信号に対して各々の光ビーム毎に該第１個目の光ビームとの光路差による光伝達効率の差に基く基準信号補正値を演算したものを用いることを特徴とする光ビーム出力制御装置。