JP4136796B2 - 周波数変調装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光ドラムなどの像担持体上を走査するレーザビームのオン/オフ制御に用いられる画像クロックを生成する周波数変調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置においては、一般に、半導体レーザから発光するレーザ光をオン、オフしながら、このレーザ光を回転多面鏡(ポリゴンミラー)で走査し、感光体に照射することによって、潜像形成が行われ、トナー像へと現像し、そのトナー像を記録媒体上に転写することにより画像形成が行われる。
【0003】
このような画像形成装置においては、入力される画像データに応じてレーザ光のON/OFF制御をするレーザ制御部に必要な画像クロックとその画像クロックを生成する上で基準となる基準クロックは常に一定のクロックが用いられてきた。その理由は、この基準クロックが一定でないと、画像クロックが正しい周波数として生成できず、その周波数に揺らぎを生じてしまい、レーザのON/OFFタイミングが正規のタイミングからずれ、それにより感光体上に形成される潜画像のドット形成位置が微妙にずれ、その結果、画像ひずみや色ずれ色むらが発生するからである。
【0004】
また、ポリゴンミラーと感光体との間にf−θレンズが設けられている。これは、f−θレンズがレーザ光の集光作用、走査の時間的な直線性を保証するような歪曲収差の補正作用などの光学特性を有し、これにより、f−θレンズを通過したレーザ光は、感光体上に所定方向に等速で結合走査される。しかしながら、このf−θレンズの特性のずれにより感光体上へ照射されるレーザ光が理想的な画像形成位置からずれることがある。そこで、このf−θレンズの特性による画像の位置ずれを基準の画像クロックを変調することにより、レーザ光のオン/オフタイミングを微調し、感光体上に形成されるドットの位置を補正する周波数変調技術が用いられている。
【0005】
【特許文献1】
特開平2−282763号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように基準クロックが常に一定の場合、画像信号を制御する回路部とレーザのON/OFF信号を生成する画像制御回路間の画像データの転送に使用される基準クロックにおいて、放射ノイズが発生し、その放射ノイズレベルが国際的な放射ノイズ規格に規定されている値を超える場合が多い。
【0007】
その為、この基準クロックに揺らぎを持たせるよう周波数変動装置を用いて画像クロックに揺らぎを持たすことにより、放射ノイズのある特定周波数におけるピークノイズを低減させることが可能であるが、従来この基準クロックにこのような周波数の揺らぎを持たせると画像クロックにおいてもこのような揺らぎを生じ、その結果として、レーザのON/OFFタイミングが正規のタイミングからずれ、それにより感光体上に形成される潜画像のドット形成位置が微妙にずれ、その結果、画像ひずみや色ずれ色むらを発生させてしまうという問題があり、使用することが非常に難しかった。
【0008】
特にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色の感光体をそれぞれ独立に有し、それぞれの感光体にそれぞれ1つのレーザによる露光装置を有する画像形成装置においては、画像クロックを生成するために必要な基準クロックが各色4つのレーザの画像制御信号としてそれぞれ使用されるため、基準クロック信号は4本必要となり、放射ノイズの発信源が4倍に増えることになり、放射ノイズレベルはより厳しくなってしまうという問題を抱えていた。
【0009】
本発明の目的は、画像クロックに起因する特定周波数帯の放射ノイズのピークレベルを低減させるために基準クロックの周波数に揺らぎを持たせた際の、画像ひずみや色ずれ色むらの発生を防止することができる周波数変調装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、レーザビームで走査される像担持体を有する画像形成装置に用いられる周波数変調装置であって、一定周波数の基準クロックを発生する基準クロック発生手段と、前記基準クロックに基づいて所定の周波数の揺らぎを有するクロックを出力する第一の周波数制御手段と、前記第一の周波数制御手段で出力された前記所定の周波数の揺らぎを有するクロックに基づいてほぼ前記基準クロックに近い一定周波数のクロックを生成する第二の周波数制御手段と、前記レーザビームで走査される主走査ラインを複数の画素から構成される複数のセグメントに分割するセグメント分割手段と、を備え、第二の周波数制御手段は、更に、生成した該一定周波数のクロックと前記複数のセグメントそれぞれに対する変倍係数とに基づいて、前記複数のセグメントにそれぞれ対応する画像クロックを生成することを特徴とする。
【0011】
また、前記基準クロックの所定の周波数の揺らぎとは、揺らぎのないクロックの周波数に対し±3%以下の揺らぎであることを特徴とする。
【0012】
また、前記周波数変調装置は、前記基準クロックの所定の周波数の揺らぎを発生させるための周波数変動装置を有し、前記周波数変動装置は、基準となる一定のクロックに対し、ある所定の周期を持って所定の周波数の揺らぎ一定のクロックを付加することにより所定の周波数の揺らぎを有する前記基準クロックを発生させることを特徴とする。
【0013】
また、前記周波数変動装置は、前記周波数変動装置により生成された基準クロックの周波数の揺らぎ成分を計測する計測手段を有し、その結果に基づいて前記複数のセグメントにそれぞれ対応する変調係数を決定することを特徴とする。
【0014】
また、前記周波数変動装置により生成される基準クロックの揺らぎの周期は、主走査ラインの区間信号に同期させた周期を有し、前記基準クロックの揺らぎの周期に応じて各セグメントの周波数の変動係数を設定することにより、前記基準クロックに対し前記補助クロックを加減することにより前記基準クロックの周波数の揺らぎ成分を低減した画像クロックを生成することを特徴とする。
【0015】
また、像担持体上のレーザビームで走査される主走査ラインを画素単位で複数のセグメントに分割する第一のセグメント分割手段、基準クロックを入力し、該基準クロックに任意に可変可能な変調係数を乗算して補助クロックを算出する第一の補助クロック算出手段と、予め設定されている初期周期値と前記補助クロック周期とに基づいて、前記複数のセグメントのうち少なくとも一部分において周波数が異なる画像クロックを生成する第一の画像クロック生成手段とを有する第一の周波数変調装置と、像担持体上のレーザビームで走査される主走査ラインを画素単位で複数のセグメントに分割する第ニのセグメント分割手段、基準クロックを入力し、該基準クロックに任意に可変可能な変調係数を乗算して補助クロックを算出する第ニの補助クロック算出手段と、予め設定されている初期周期値と前記補助クロック周期とに基づいて、前記複数のセグメントのうち少なくとも一部分において周波数が異なる画像クロックを生成する第ニの画像クロック生成手段とを有する第ニの周波数変調装置とを有し、前記第一の周波数変調装置により生成された第1クロックを前記第2の周波数変調装置の基準クロックとして入力し、前記第一の周波数制御装置における基準クロックに対し、主走査ライン区間に同期した周波数の揺らぎを有する第1クロックを生成し、前記第ニの周波数変調装置において、第一の周波数変調装置により生成された第1クロックの揺らぎを低減するように各セグメントにおける変調係数を設定して、周波数の揺らぎ成分を低減した画像クロックを生成することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0017】
図1は本発明の一実施形態に係る画像形成装置の露光ユニットの構成を模式的に示す図である。
【0018】
電子写真方式の画像形成装置は、図1に示すように、入力された画像データに対応する潜像を感光ドラム15上に形成するように、感光ドラム15に対してレーザ光を照射する露光ユニットを備える。この露光ユニットは、拡散レーザ光を発光するレーザ光源1を備える。レーザ光源1から発光されたレーザ光は、コリメータレンズ13を介して平行レーザ光L1へ変換され、このレーザ光L1は、スキャナモータ3によって回転駆動中のポリゴンミラー2に照射される。そして、ポリゴンミラー2に照射されたレーザ光L1は、ポリゴンミラー2により反射されて、f−θレンズ14へ至る。
【0019】
このf−θレンズ14を通過したレーザ光は、感光ドラム15上に主走査方向に等速で結合走査され、このレーザ光の走査すなわちスキャン動作により、感光ドラム15上に潜像16が形成される。レーザ光のスキャン動作の開始は、ビームデテクトセンサ(以下、BDセンサという)17により検出される。感光ドラム15に対するレーザ光のスキャン開始に当たる時間にレーザ光源1は強制点灯され、BDセンサ17は、レーザ光源1の強制点灯期間にポリゴンミラー2により反射されて入力されたレーザ光を検出し、主走査毎の画像形成書き出しタイミングの基準信号となるビームデテクト信号(以下、BD信号という)を出力する。
【0020】
次に、レーザ光源1の駆動制御に用いられる画像クロックの周波数変調構成について図2を参照しながら説明する。図2はレーザ光源1の駆動制御に用いられる画像クロックの周波数変調構成を示すブロック図であり、感光体と露光手段が4つずつ、つまり、図1の構成を4つタンデムに搭載された4ドラム系カラー画像形成装置における回路での一例である。
【0021】
レーザ光源1の駆動制御に用いられる画像クロックの周波数変調構成においては、図2に示すように、一定周波数を保った基準となる基準クロック21を発生する基準クロック発生手段20と、イメージコントロール回路101と、PWM−IC104とが設けられている。イメージコントロール回路101には、周波数制御装置102とDELAY計測手段103とが設けられている。
【0022】
ここで、周波数制御装置102の内部構成とそれにより生成される画像クロックについて図8、図9および図10を参照しながら説明する。図8は図2の周波数制御装置102内部構成を示すブロック図、図9はセグメントとセグメント内の画像クロック18の周期との関係を示すグラフ、図10はセグメント内の画像クロック18の周期を多段階に可変させたときの関係を示すグラフである。
【0023】
周波数制御装置102は、図8に示すように、変倍係数設定レジスタ22と、補助画素発生回路24と、初期周期設定レジスタ26と、変調クロック制御回路30と、画素数設定レジスタ31と、変調クロック発生回路28とを有する。
【0024】
変倍係数設定レジスタ22には、基準クロック発生手段20から発生される基準クロック信号21の周期比率を可変するための変倍係数23が格納されている。補助画素発生回路24は、基準クロック信号21および変倍係数23に基づいて補助画素周期25を発生する。この補助画素周期25により、主走査倍率が補正される。すなわち、図1のポリゴンミラー2とf−θレンズ14の光学系に起因して感光ドラム15上の主走査のドットの幅またはドット間隔が均一ではなくなるので、補助画素周期25を用いて、ドット幅またはドット間隔が均一になるように1走査区間中における画像クロックの周波数の補正が行われる。例えば、ポリゴンミラー2のような回転走査系の場合、感光ドラム15の主走査方向の両端部は走査スピードが速くなる傾向があり、また感光ドラム15の主走査中央部は逆に走査速度が遅くなる傾向にあるので、感光ドラム15両端近傍部分の画像クロックの周波数を速くし、感光ドラム15中央部の画像クロックの周波数を遅くするように補正することにより、感光ドラム15上のドット幅またはドット間隔を均一にすることが可能になる。
【0025】
ここで、周波数制御装置102では、1主走査ラインを複数のセグメントに分割し、セグメント毎に一定の画像クロック18を生成する第1の制御方法と、分割された各セグメント内において画像クロックの周波数変調を行う第2の制御方法とのいずれか一方を実行可能である。
【0026】
まず、1主走査ラインを複数のセグメントに分割し、セグメント毎に一定の画像クロック18を生成する第1の制御方法について図9を参照しながら説明する。
【0027】
例えば基準クロック信号21の周期をτref、変倍係数23をαとし、補助画素周期25の周期をΔτとすると、Δτは次の(1)式で表される。
Δτ=α・τref …(1)
ここで、変倍係数23(=α)は、周期Δτが画像クロック18の周期より充分に短くなるような値に設定されている。
【0028】
初期周期設定レジスタ26においては、変調クロック発生回路28から出力される画像クロック18の周期の初期値27(τvdo)が格納されている。
【0029】
変調クロック制御回路30は、主走査方向に走査する1ライン内を、任意数の画素で構成するセグメントに分割し、複数のセグメントを形成する。そして、変調クロック制御回路30は、画像エリア周波数変調設定値110に基づいて、各セグメント内で画像クロック周期が所定範囲の揺らぎを有するように管理する。セグメント内の画素数は、画素数設定レジスタ31内の画素数設定値32によって設定される。各セグメント間での画素数は、同一数でも異なる値でもよい。
【0030】
ここで、変調クロック制御回路30の動作の詳細について説明する。変調クロック制御回路30は、BDセンサ17から出力される書き出し基準となる信号であるBD信号29が入力されると、最初のセグメント(セグメント0)に対する変調クロック制御信号33を生成し、変調クロック発生回路28に出力する。この変調クロック制御信号33を受けた変調クロック発生回路28は、初期周期27(τvdo)の画像クロック18を出力する。
【0031】
次のセグメント(セグメント1)に対して、変調クロック制御回路30は、次のセグメント(セグメント1)に対する変調クロック制御信号33を生成し、変調クロック発生回路28に出力する。この変調クロック制御信号33を受けた変調クロック発生回路28は、補助画素周期25と初期周期27(τvdo)に基づいて次の(2)式で表される周期を有する変調クロック信号ΔT1を画像クロック18として生成する。
ΔT1=τvdo+α・τref …(2)
ここで、αはセグメント1に対する変倍係数である。
【0032】
同様に、さらに次のセグメント(セグメント2)に対しては、変調クロック制御回路30は、さらに次のセグメント(セグメント2)に対する変調クロック制御信号33を変調クロック発生回路28に出力する。この変調クロック制御信号33を受けた変調クロック発生回路28は、補助画素周期25と初期周期27(=τvdo)に基づいて次の(3)式で表される周期を有する変調クロック信号ΔT2を画像クロック18として生成する。
ΔT2=τvdo+α・τref+β・τref …(3)
ここで、βはセグメント2に対する変倍係数である。
【0033】
また、セグメント2以降にさらにセグメントがある場合も、同様の手順で、そのセグメントに対する変調クロック信号が生成され、画像クロック18として出力される。
【0034】
以上のように、変調クロック制御回路30の制御により、1主走査ライン内で複数の周期を有する画像クロック18が変調クロック発生回路28から出力される。
【0035】
次に、各セグメント内において画像クロックの周波数変調を行う第2の制御方法について図10を参照しながら説明する。
【0036】
初期セグメント(セグメント0)から画像クロック18の周波数を可変する場合、図10(a)に示すように、初期周期をτvdo、1セグメント当りの画素数をn、変調係数(セグメント0)をαおよび基準クロック周期をτrefとすると、セグメント0での1画素当りの周期△τaおよびセグメント0の総周期△T0は、次の(4)および(5)式で表される。
Δτa=(α・τref)/n …(4)
ΔT0=τvdo+{n・(n+1)/2}・{(α・τref)/n}
=τvdo+{(n+1)/2・(α・τref)} …(5)
【0037】
初期セグメント(セグメント0)の画像クロック18の周波数を固定し、以降のセグメントの画像クロック18の周波数を可変する場合、図10(b)に示すように、セグメント0の総周期を△T0とすると、次の(6)式で表される。
△T0=n・τvdo …(6)
【0038】
一方、初期セグメントの次のセグメントすなわちセグメント1に対しては、変調係数(セグメント1)をβ、基準クロック周期をτrefとすると、セグメント1での1画素当りの周期Δτbおよびセグメント1の総周期ΔT1は、次の(7)および(8)式で表される。
Δτb=(β・τref)/n …(7)
ΔT1=τvdo+{n・(n+1)/2}・{(β・τref)/n}
=τvdo+{(n+1)/2}・(β・τref) …(8)
【0039】
そして、さらに以降の各セグメントに関しても、同様の式で1画素当りの周期Δτbおよび各セグメントの総周期ΔTn(n≧2)を表すことができる。
【0040】
次に、レーザ光源1の駆動制御に用いられる画像クロックの周波数変調構成について図2を参照しながら説明する。イメージコントロール回路101に入力されたBD信号、105a、105b、105c、105dのうち、105aを用い、このBD信号を前記図8のBD信号29として入力し、図2に示す第1の周波数制御装置102により生成されたMCLK106を生成する。MCLKは、基準クロック起因の特定周波数帯における放射ノイズを低減するために、基準クロック21にある特定周期をもって周波数に揺らぎを設けられたクロックであり、その特定周期と周波数の揺らぎ量はあらかじめ周波数制御装置102のレジスタに設定され、その設定値通りに基準クロックが変調されて出力される。
【0041】
DELAY計測手段103は、4つの露光装置のBDセンサ17よりそれぞれ得られたBD信号、105a、105b、105c、105dを入力し、周波数制御装置102の基準BD信号となったBD信号a 105aに対する他のBD信号のDELAY量を計測し、その測定結果を4つのPMW−IC104にそれぞれ送信する。
【0042】
PWM−IC104では、入力されたMCLK106とそれぞれのBD信号105とDELAY計測手段103からの計測結果を元に、画像クロックIMG_CLK107を生成する。そのPWM−IC104内にある周波数デコード値メモリ109には、イメージコントロール回路101の周波数制御手段102に設定された周波数設定をデコードし、ほぼ基準クロック21になるように周波数補正をかけるための補正係数が保持されており、入力されるそれぞれのBD信号とDELAY計測手段103からの基準BD信号105aからの遅延量とから、周波数デコード値メモリ109に格納されたデータを基準BD信号105aからの遅延した分だけデータの読み出しアドレスをずらすことで、各PWM−ICに適した補正係数を設定でき、この補正係数によって、PWM−IC104内にも搭載されてある周波数制御装置102によって、ほぼ基準クロック21に近いクロックを生成することが可能となる。
【0043】
さらにPWM−IC104では、各露光ユニットに搭載されてあるfθレンズの特性ムラを補正するためのfθ特性補正値メモリ108を搭載し、ほぼ基準クロックにデコードされた画像クロックにさらにこのfθレンズの特性を補正することにより、感光体上の画像形成位置を高精度に合わせることが可能となっている。
【0044】
図3は、図2において生成されるMCLK106と、図2のPWM−IC内でのMCLK106に対する周波数補正係数の生成に関して示したグラフである。
【0045】
図4は、図2の回路構成において生成されるクロックの流れを図示したブロック図であり、基準クロック入力200から入力された基準クロック(REFCLK)21はBDに同期した周波数変調201され、MCLK106を生成する。生成されたMCLK106はPWM−IC内でほぼ基準クロックに近い周波数へとデコード202され、そのクロック205をもとにさらにfθ特性の補正係数をかけ周波数変調203をすることにより、IMG_CLK107を得るのである。
【0046】
次に本発明の他の実施形態に関する図5について説明する。図5は本発明の他の実施形態における回路構成を表す。
【0047】
まず、基準クロック発生手段20より生成された一定の周波数を有する基準クロック21は、スプレッドスペクトラムクロックジェネレータ(以下SSCGと略す)110に入力される。このSSCG110は、入力された基準クロック21の周波数に揺らぎを加える装置であり、これにより基準クロック21起因の周波数帯における放射ノイズを低減するのである。このSSCG110により生成されたSSCG_CLK111はそれぞれの露光ユニットのレーザに対し設けられたPWM−IC104a、104b、104c、104dに入力される。ここではPWM−IC104aを用いて内部の回路構成について説明を続ける。SSCG_CLK111はPWM_IC104a内でまず、FVコンバータ112aに入力され、周波数を電圧値に変換する。この電圧値から基準クロックから周波数がどれだけずれているかを測定し、その結果をもとにし、補正係数演算手段113aにて基準クロックからのズレ分を修正するように補正係数を決定し、PWM−IC104a内の周波数制御装置102aにてSSCG_CLK111に補正係数を乗算し、ほぼ基準クロック21に等しいクロックを得ることができる。また、ここにおいても図2の実施例と同様、さらにPWM−IC104では、各露光ユニットに搭載されてあるfθレンズの特性ムラを補正するためのfθ特性補正値メモリ108を搭載し、ほぼ基準クロックにデコードされた画像クロックにさらにこのfθレンズの特性を補正することにより、感光体上の画像形成位置を高精度に合わせることが可能となっている。
【0048】
図6は、図5におけるSSCG_CLK111の周波数の揺らぎと、それをFVコンバータにて電圧値に変換し、周波数補正係数を生成するまでをグラフ化したものである。
【0049】
また、図7は図5の回路構成において生成されるクロックの流れを図示したブロック図であり、基準クロック入力200から入力された基準クロック(REFCLK)21はSSCGにて周波数変調204され、SSCG_CLK111を生成する。生成されたSSCG_CLK111はPWM−IC内でほぼ基準クロックに近い周波数へとデコード202され、そのクロック205をもとにさらにfθ特性の補正係数をかけ周波数変調203をすることにより、IMG_CLK107を得るのである。
【0050】
このように図2および図5の回路構成によって、PWM−ICに入力するクロックに揺らぎを持たせることにより、従来基準クロックの特定周波数帯で発生した放射ノイズを低減でき、しかも画像にはその周波数の揺らぎによる画像の位置ズレを発生させることなく画像形成ができるのである。
【0051】
また、本実施例の図2及び図5では、4つの露光装置を有する4ドラム系エンジンのカラー画像形成装置を例をして取り上げ、PWM−ICを4つ並べた系を説明したが、本発明においては、1つのPWM−ICを有する1ドラム系の画像形成装置であっても、さらに4ドラム以上の複数ドラムを有する画像形成装置であっても活用できる技術であることはいうまでもない。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基準クロックの周波数の揺らぎ成分を低減した画像クロックを生成することによって、基準クロックに起因する特定周波数帯の放射ノイズのピークレベルを低減しつつ、画像ひずみや色ずれ色むらの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の露光ユニットの構成を模式的に示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る周波数変調構成を示すブロック図である。
【図3】MCLK106と、PWM−IC内でのMCLK106に対する周波数補正係数の生成に関して示したグラフである。
【図4】図2の回路構成において生成されるクロックの流れを図示したブロック図である。
【図5】本発明の他の実施形態に係る周波数変調構成を示すブロック図である。
【図6】SSCG_CLK111の周波数の揺らぎと、それをFVコンバータにて電圧値に変換し、周波数補正係数を生成するまでをグラフ化したものである。
【図7】図5の回路構成において生成されるクロックの流れを図示したブロック図である。
【図8】周波数制御装置101内部構成を示すブロック図である。
【図9】セグメントとセグメント内の画像クロック18の周期との関係を示すグラフである。
【図10】セグメント内の画像クロック18の周期を多段階に可変させたときの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 ポリゴンミラー
14 f−θレンズ
15 感光ドラム
17 BDセンサ
Claims (2)
- レーザビームで走査される像担持体を有する画像形成装置に用いられる周波数変調装置であって、
一定周波数の基準クロックを発生する基準クロック発生手段と、
前記基準クロックに基づいて所定の周波数の揺らぎを有するクロックを出力する第一の周波数制御手段と、
前記第一の周波数制御手段で出力された前記所定の周波数の揺らぎを有するクロックに基づいてほぼ前記基準クロックに近い一定周波数のクロックを生成する第二の周波数制御手段と、
前記レーザビームで走査される主走査ラインを複数の画素から構成される複数のセグメントに分割するセグメント分割手段と、を備え、
第二の周波数制御手段は、更に、生成した該一定周波数のクロックと前記複数のセグメントそれぞれに対する変倍係数とに基づいて、前記複数のセグメントにそれぞれ対応する画像クロックを生成することを特徴とする周波数変調装置。 - 前記第二の周波数制御手段は、前記第一の周波数制御手段で出力したクロックの所定の周波数の揺らぎを低減するように設定した補正係数を保持する保持手段を備え、前記補正係数に基づいて前記一定周波数のクロックを生成することを特徴とする請求項1に記載の周波数変調装置。
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