JP4341908B2 - 画素クロック及びパルス変調信号生成装置、光走査装置並びに画像形成装置 - Google Patents

画素クロック及びパルス変調信号生成装置、光走査装置並びに画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機、その他、広く画像形成装置における画素クロックの生成およびレーザ駆動信号としてのパルス変調信号の生成技術に関し、詳しくは、画素クロックおよびパルス変調信号のきめ細かな制御を実現する画素クロックおよびパルス変調信号生成装置、並びに、それを備えた光走査装置、画像形成装置に関する。
レーザプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置の一般的構成を図16に示す。図16において、半導体レーザユニット1001から発光されたレーザ光は、回転するポリゴンミラー1002によりスキャンされ、走査レンズ1003を介して被走査媒体である感光体1004上に光スポットを形成し、その感光体1004を露光して静電潜像を形成する。このとき、1ライン毎に、フォトディテクタ1005の出力信号に基づいて、1ライン毎、位相同期のとられた画像クロック(画素クロック)を生成して画像処理ユニット1006とレーザ駆動回路1007へ供給する。このようにして、半導体レーザユニット1001は、画像処理ユニット1006により生成された画像データと位相同期回路1009により1ライン毎に位相が設定された画像クロックに従い、半導体レーザの発光時間をコントロールすることにより、被走査媒体1004上の静電潜像をコントロールする。
このような走査光学系において、ポリゴンスキャナ等の偏向器の偏向反射面の回転軸からの距離のばらつきは、被走査面上を走査する光スポット(走査ビーム)の走査速度ムラを発生させる。この走査速度ムラは画像の揺らぎとなり画像品質の劣化となる。高品位の画質を要求する場合は走査ムラの補正を行う必要がある。
さらに、マルチビーム光学系の場合、各発光源の発振波長に差があると、走査レンズの色収差が補正されていない光学系の場合に露光位置ずれが発生し、各発光源に対応するスポットが被走査媒体上を走査する時の走査幅は、発光源ごとに差が生じてしまい、画像品質の劣化の要因になってしまうため、走査幅の補正を行う必要がある。
従来、走査ムラ等の補正を行う技術としては、基本的に画素クロックの周波数を変化させて、走査線に沿った光スポット位置を制御する方法が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2)。また、画素クロックの位相を制御し、走査のバラツキを補正する方法もある(例えば、特許文献3)。さらには、レーザ駆動信号として、所望パターンのパルス変調信号を任意に生成し、動作速度が早い場合でも、画像のきめ細かな高階調性を実現する方法もある(例えば、特許文献4)。
特開平11−167081号公報 特開2001−228415号公報 特開2003−98465号公報 特開2003−103831号公報
しかしながら、画素クロックの周波数を変化させる従来方式(周波数変調方式)は、一般に画素クロック制御部の構成が複雑であり、かつ、その複雑さは周波数変調幅が微小になるにつれて増大するため、きめ細かな制御ができないという問題がある。また、画素クロックの位相を制御する従来方式や所望パターンのパルス変調信号を生成する従来方式は、それぞれが個別に制御され、高精度に1画素の長さを制御できないという問題がある。
本発明の目的は、1画素の長さが制御可能とし、高精度に走査幅の揺らぎを補正できる画素クロック及びパルス変調信号生成装置、並びに、それを備えた光走査装置、画像形成装置を提供することにある。
本発明の画素クロック及びパルス変調信号生成装置は、高周波クロックを生成する高周波クロック生成手段と、画素の長さを指示する画素制御データに基づいて画素クロックの位相シフト量を指示する位相データを生成するとともに、画像データに対応した所望のビットパターンを表す変調データを生成し、前記画素制御データに基づいて前記変調データの長さを変化させる変調データ生成手段と、前記高周波クロックと前記位相データと水平同期信号とに基づいて画素クロックを生成する画素クロック生成手段と、前記変調データを入力し、前記画素クロックと高周波クロックに基づいて、前記位相データで指示された画素クロックの位相シフト量に応じた長さのシリアルパルス列のパルス変調信号を出力するシリアル変調信号生成手段とを有することを基本とする。
本発明によれば、画像処理装置において、高精度に1画素の長さを制御可能とすることができ、高精度に走査幅の揺らぎを補正できる。
図1に、本発明による画素クロック生成及びパルス変調信号生成装置を適用した画像形成システムの全体構成例を示す。図1において、100は本発明による画素クロック及びパルス変調信号生成装置であり、高周波クロック生成部110、画素クロック生成部120、変調データ生成部130及びレーザ駆動信号部(シリアル変調信号生成部)140からなる。200はレーザ駆動部、300は走査光学系、400はドット位置ずれ検出・制御部、500は画像処理部である。画素クロック生成部120で生成された画素クロックは、変調データ生成部130、レーザ駆動信号生成部140、ドット位置ずれ検出・制御部400、画像処理部500等に供給される。
走査光学系300では、半導体レーザ301からのレーザ光は、コリメータレンズ302、シリンダーレンズ303を通り、ポリゴンミラー304によりスキャン(走査)され、fθレンズ306を通り、ハーフミラー310で反射(一部透過)し、トロイダルレンズ307を通り、感光体305に入射することにより、感光体305上の被走査面上に画像(静電潜像)を形成する。この走査レーザ光のハーフミラー310での透過光の始点、終点を、被走査面上と時間的相関性を持つ被検出面上に配置したフォトディテクタA308、フォトディテクタB309により検出し、水平同期信号1、2としてドット位置ずれ検出・制御部400に入力する。ドット位置ずれ検出・制御部400では、フォトディテクタA308、フォトディテクタB309の間をレーザ光が走査される時間を測定し、あらかじめ定めた基準の時間と比較するなどしてずれ量を求め、そのずれ量を補正するため、画素の長さを指示する画素制御データを生成し、画素クロックに同期して変調データ生成部130に与える。また、画像処理部500からは、画像処理された画像データが、画素クロックに同期して変調データ生成部に与えられる。変調データ生成部130では、画素制御データと画像データに基づいて、高周波クロックと画素クロックの遷移タイミングを指示する位相データ、変調データを生成し、画素クロックに同期して、位相データは画素クロック生成部120に、変調データはレーザ駆動信号生成部140に、それぞれ出力する。高周波クロック生成部110は画素クロック、パルス変調信号(PM信号)の基準となる高周波クロックVCLKを生成し出力する。画素クロック生成部120では、高周波クロックVCLKと位相データ基づいて、周期が変化する画素クロックを生成する。この画素クロックは、水平同期信号1に同期して出力される。レーザ駆動信号生成部140では、高周波クロックVCLK、画素クロックPCLK、変調データからシリアルのパルス変調信号(PM信号)を生成し、レーザ駆動部を介して半導体レーザ301を駆動する。以後、このレーザ駆動信生成部140をシリアル変調信号生成部(回路)と称すことにする。
後述するように、変調データ生成部130では、画素を長くする場合、変調データにデータを追加し、画素を短くする場合、変調データのデータを削除する。これにより、シリアル変調信号生成部140から出力されるシリアルのパルス変調信号は、1画素の長さを変化することができるので、走査速度ムラやドットの位置ずれ等を補正することが可能となり、感光体305には走査幅揺らぎのない画像を形成することが出来る。
図2に本発明にかかる画素クロック及びパルス変調信号生成装置の一実施例の構成図を示す。図2は、図1中のブロック100の部分を一部表現を変えて示したものである(例えば、高周波クロック生成部を高周波クロック生成回路と変更する等)。
図2において、高周波クロック生成回路110は、画素クロックPCLK、パルス変調信号(PM信号)の基準となる高周波クロックVCLKを生成する。該高周波クロック生成回路110では、例えば、図3に示すような1周期の1/4ずつ位相のずれた4相の高周波クロックVCLK1〜VCLK4を生成し、VCLK1だけあるいはVCLK1とVCLK3を画素クロック生成回路120に与え、VCLK1〜VCLK4全てをシリアル変調信号生成回路140に与える。
画素クロック生成回路120では、高周波クロック生成回路110からの高周波クロックVCLK(例えば、VCLK1)、フォトデイテククタA308で検出された水平同期信号1、変調データ生成回路130からの位相データから画素クロックPCLKを生成する。画素クロックPCLKは水平同期信号1に同期して出力され、また、位相データによりPCLKの1クロックごとにその周期が変化して出力される。図4及び図5に、画素クロック生成回路120で生成される画素クロックの一例を示す。図4及び図5では、画素クロックPCLKは通常の場合、高周波クロックVCLKを8分周したクロックとして示している。
図4には、高周波クロックVCLKと水平同期信号1と画素クロックPCLKの関係を示す。水平同期信号1が立ち下がった(図4のイ)ことにより、画素クロックPCLKが一時“H”固定の状態となる(図4のロ)。そして、水平同期信号1が立ち下がってからある設定した回数(ここでは20回)のVCLKの変化のところ(図4のハ)で、画素クロックPCLKが“L”となりクロックが再び出力され始める。このようにすることにより、図4のイとハの間隔は、常にVCLK半周期の精度で一定となる。
図5には、高周波クロックVCLK及び位相データと画素クロックPCLKの関係を示す。図5における位相データと画素クロックPCLKの位相シフト量の関係を図6に示す。図5(a)において、例えば、イは位相データが“1”であることから、画素クロックPCLKの位相が1/16PCLKだけ進んで、その周期が長くなっている。ロは位相データが“2”であることから、画素クロックPCLKの位相が2/16PCLKだけ進んで、その周期が長くなっている。同様に図5(b)において、ニは位相データが“−1”であることから、画素クロックPCLKの位相が1/16PCLKだけ遅れて、その周期が短くなっている。ホは位相データが−2であることから、画素クロックPCLKの位相が2/16PCLKだけ遅れて、その周期が短くなっている。
このように、画素クロック生成回路120では、位相データに従って1クロックごとに周期が長くなったり、短くなったりする画素クロックPCLKを出力する。なお、画素クロック生成回路120には、例えば特開2003−98465に記載のものを使用することができる。
図2において、シリアル変調信号生成回路140は、高周波クロック生成回路110からの高周波クロックVCLKと画素クロック生成回路120からの画素クロックPCLKに基づいて、変調データ生成回路130から与えられるパラレルの変調データ(画像データに対応した所望ピットパターンを表わす)をシリアルに変換しパルス変調信号(PM信号)として出力する。図7に、このPM信号の出力の様子を示す。ここでは高周波クロックとしては図3で示した位相がずれた4つのクロックVCLK1〜VCLK4が与えられ、また、変調データは最大38bit幅を持つデータ(D0〜D37)となっている。パルス変調信号(PM信号)は、変調データの各ビットのデータがVCLK1〜VCLK4の各クロックの立ち上がりで順次出力される。そして、このPM信号は画素クロックPCLKの位相シフト量に応じた長さのパルス列をとる。つまり、図7において、位相データ“0”の時は、変調データのD0〜D31の32bitがシリアルに変換されPM信号として出力され、位相データ”1”の時は変調データのD0〜D33の34bitがシリアルに変換されPM信号として出力される。その他の位相データについても同様である。図8に位相データとPM信号として出力される変調データの対応を示す。なお、シリアル変調信号生成回路140は基本的にはシフトレジスタで構成され、例えば特開2003−103831に記載のものを使用することができる。
図2において、変調データ生成回路130は、ドット位置ずれ検出・制御部400からの1画素の長さを指定する画素制御データと画像処理部500からの画像データをもとに変調データ,位相データを生成し、画素クロックPCLKに同期して出力する。該変調データ生成回路130では、画素制御データに基づき変調データを伸長あるいは縮小する。
変調データ生成回路130の構成例を図9に示す。ルックアップテーブル(LUT)131は、画像データに対応した所望のビットパターンを表わす変調データを記憶している(例えば、特開2003−103831参照)。まず、画像データをアドレスとして、該LUT131から、入力された画像データに対応する変調データ(これを第1変調データする)を得る。次に、データ伸縮回路132にて、画素制御データに基づき第1変調データにデータの追加、データの削除を行い、第2変調データとして出力する。
データの追加、削除は、図10に示すように、第1変調データの最後のbitに追加、あるいは最後のbitを削除してもよいし、第1変調のデータの任意のbitに追加、あるいは任意のbitを削除してもよい。第1変調データの最後のビットに追加あるいは削除する方式は、簡単な構成で1画素の長さを長くあるいは短くすることができ、また、第1変調データの任意のビットに追加あるいは削除する方式は、回路をフレキシブルに構成することができる。また、データの追加、削除を行うbitは変調データのデータパターンに応じて決めるようにしてもよい。この方式は、1画素の濃度変化を小さくして、1画素の長さを長くしたり短くすることができる。さらにデータを追加する場合、その追加するデータパターンはその変調データのデータパターンに依存するようにしてもよい。このようにすれば、例えばその変調データにおける黒のパターンの割合の変化が小さくなるようにすることができる。
変調データ割当回路133にて、画素制御データに基づき、第2変調データの各bitを出力である変調データの各bitに割り当て、変調データとして出力する。同時に、位相データ生成回路134から、画素制御データに基づいて位相データを出力する。図9では、簡単化のため画素クロックPCLKの信号線を省略したが、変調データと位相データは画素クロックに同期して出力される。
図11、図12に変調データ、位相データ出力の様子を示す。ここでは通常、変調データは32bitとして、画素制御データと1画素の長さは図13のようになっているとしている。また、位相データと画素クロックPCLKの位相シフト量は図6のようになっているとしている。
まず、図11について説明する。図11は変調データにデータを追加して1画素の長さを伸すケースである。
図11(イ)のクロックでは、画素制御データは“0”なので、画像データDATA(m−1)に対応した第2変調データとしてDPM(m−1)[31:0]の32bitのデータが得られ、変調データD0〜D31それぞれにDPM(m−1)[0]〜DPM(m−1)[31]をロのクロックで出力する。図11(ロ)のクロックでは、画素制御データは“1”なので、画像データDATA(m)に対応した第2変調データとしてDPM(m)[32:0]の33bitのデータが得られる。そして、変調データD0〜D31それぞれにDPM(m)[0]〜DPM(m)[31]をハのクロックで出力し、DPM(m)[32]はニのクロックにおける変調データD0に出力する。図11(ハ)のクロックでは、画素制御データは“0”なので、画像データDATA(m+1)に対応した第2変調データとしてDPM(m+1)[31:0]の32bitのデータが得られる。そして、ここでは変調データD0には先程のDPM(m)[32]を、D1〜D31にはDPM(m+1)[0]〜DPM(m+1)[30]をニのクロックで出力する。DPM(m+1)[31]は、ホのクロックにおける変調データD0に出力する。図11(ニ)のクロックでは、画素制御データは“1”なので、画像データDATA(m+2)に対応した第2変調データとしてDPM(m+2)[32:0]の33bitのデータが得られる。そして、この時位相データとして“1”をホのクロックで出力する。ホのクロックは位相データが”1”であることから位相シフトがおこり、そのクロックは長くなる。そのため変調データ幅も長くなりD0〜D33となる。よってD0には先程のDPM(m+1)[31]を、D1〜D33にDPM(m+2)[0]〜DPM(m+2)[32]をホのクロックで出力する。図11(ホ)のクロックでは、画素制御データは“0”なので、画像データDATA(m+3)に対応した第2変調データとしてDPM(m+3)[31:0]の32bitのデータが得られ、変調データD0〜D31それぞれにDPM(m+3)[0]〜DPM(m+3)[31]をヘのクロックで出力する。
図11のように位相データ、変調データを出力し、位相データは画素クロック生成回路120に、変調データはシリアル変調信号生成回路140に与えることにより、1/32画素幅で1画素の長さを伸ばすことができる。
次に、図12について説明する。図12は変調データのデータを削除して1画素の長さを短くするケースである。
図12(イ)のクロックでは、画素制御データは“0”なので、画像データDATA(m−1)に対応した第2変調データとしてDPM(m−1)[31:0]の32bitのデータが得られ、変調データD0〜D31それぞれにDPM(m−1)[0]〜DPM(m−1)[31]をロのクロックで出力する。図12(ロ)のクロックでは、画素制御データは“−1”なので画像データDATA(m)に対応した第2変調データとしてDPM(m)[30:0]の31bitのデータが得られる。そして、変調データD0〜D30それぞれにDPM(m)[0]〜DPM(m)[30]を、D31には次の画像データDATA(m+1)に対応する変調データDPM(m+1)[0]をハのクロックで出力する。図12(ハ)のクロックでは、画素制御データは“0”なので、画像データDATA(m+1)に対応した第2変調データとしてDPM(m+1)[31:0]の32bitのデータが得られる。そして、ここではDPM(m+1)[0]は一つ前の変調データD31に出力しているので、D0〜D30にDPM(m+1)[1]〜DPM(m+1)[31]を、D31には次の画像データDATA(m+2)に対応する変調データDPM(m+2)[0]をニのクロックで出力する。図12(ニ)のクロックでは、画素制御データは“−1”なので、画像データDATA(m+2)に対応した第2変調データとしてDPM(m+2)[30:0]の31bitのデータが得られる。そして、この時位相データとして“−1”をホのクロックで出力する。ホのクロックは位相データが“−1”であることから位相シフトがおこりそのクロックは短くなる。そのため変調データ幅も短くなりD0〜D29となる。DPM(m+2)[0]は一つ前の変調データD31に出力しているので、D0〜D29にはDPM(m+2)[1]〜DPM(m+2)[30]をホのクロックで出力する。図12(ホ)のクロックでは、画素制御データは“0”なので、画像データDATA(m+3)に対応した第2変調データとしてDPM(m+3)[31:0]の32bitのデータが得られ、変調データD0〜D31それぞれにDPM(m+3)[0]〜DPM(m+3)[31]をヘのクロックで出力する。
図12のように位相データ、変調データを出力し、位置データは画素クロック生成回路120に、変調データはシリアル変調信号生成回路140に与えることにより、1/32画素幅で1画素の長さを短くすることができる。
以上のように、実施例では、1画素の長さを1/32画素という細かいステップで、長くしたり短くしたりできるので、ドット位置ずれ補正をより細かい精度で行うことが可能となる。
図14に、本発明の画素クロック及びパルス変調信号生成装置を搭載した光走査装置を示す。光源ユニット601の背面には半導体レーザの制御を司る駆動回路及び画素クロック及びパルス変調信号生成装置が形成されたプリント基板602が装着され、光軸と直交する光学ハウジングの壁面にスプリングにより当接され、調節ネジ603により傾きが合わせられ姿勢が保持される。尚、調節ネジ803はハウジング壁面に形成された突起部に螺合される。光学ハウジング内部には、シリンダレンズ605、ポリゴンミラーを回転するポリゴンモータ608、fθレンズ606、トロイダルレンズ(図示せず)、および折り返しミラー607が各々位置決めされて支持され、また、同期検知センサを実装するプリント基板609は、ハウジング壁面に光源ユニットと同様、外側より装着される。光学ハウジングは、カバー611により上部を封止し、壁面から突出した複数の取付部610にて画像形成装置本体のフレーム部材にネジ固定される。
図15に、図14の光走査装置を搭載した画像形成装置の構成例を示す。被走査面である感光体ドラム701の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ702、光走査装置700により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ703、現像ローラにトナーを供給するトナーカートリッジ704、ドラムに残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース705が配置される。感光体ドラム701へは1面毎に複数ライン同時に潜像記録が行われる。記録紙は給紙トレイ706から給紙コロ707により供給され、レジストローラ対708により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、感光体ドラム701を通過する際に転写チャージク709によってトナーが転写され、定着ローラ710で定着して排紙ローラ711により排紙トレイ712に排出される。
本発明の画素クロック及びパルス変調信号生成装置を適用した画像形成装置の一実施例を示す全体構成図である。 本発明の画素クロック及びパルス変調信号生成装置の基本構成図である。 画素クロックやパルス変調信号の基準となる高周波クロックの一例を示す図である。 高周波クロックと水平同期信号との関係を示す図である。 高周波クロック、画素クロック、位相データの関係を示す図である。 位相データと位相シフト量との関係を示す図である。 本発明によるパルス変調信号の出力の様子を示す図である。 位相データと変調データとの関係を示す図である。 本発明の変調データ生成回路の一実施例の構成図である。 本発明による変調データのデータの追加、削除の様子を示す図である。 本発明による変調データ、位相データの出力の様子(画素の長さを長くするケース)を示す図である。 本発明による変調データ、位相データの出力の様子(画素の長さを短くするケース)を示す図である。 画素制御データと1画素の長さとの関係を示す図である。 本発明の画素クロック及びパルス変調信号生成装置を搭載した光走査装置の構成例を示す図である。 光走査装置を搭載した画像形成装置の構成例を示す図である。 従来の画像形成装置の全体構成図である。
符号の説明
100 画素クロック及びパルス変調信号生成装置
110 高周波クロック生成部
120 画素クロック生成部
130 変調データ生成部
140 レーザ駆動信号生成部(シリアル変調信号生成部)
200 レーザ駆動部
300 走査光学系
400 ドット位置ずれ検出・制御部
500 画像処理部

Claims (12)

  1. 高周波クロックを生成する高周波クロック生成手段と、
    画素の長さを指示する画素制御データに基づいて画素クロックの位相シフト量を指示する位相データを生成するとともに、画像データに対応した所望のビットパターンを表す変調データを生成し、前記画素制御データに基づいて前記変調データの長さを変化させる変調データ生成手段と、
    前記高周波クロックと前記位相データと水平同期信号とに基づいて画素クロックを生成する画素クロック生成手段と、
    前記変調データを入力し、前記画素クロックと高周波クロックに基づいて、前記位相データで指示された画素クロックの位相シフト量に応じた長さのシリアルパルス列のパルス変調信号を出力するシリアル変調信号生成手段と、
    を有することを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  2. 前記変調データ生成手段は、
    前記位相データで指示される画素クロックの位相シフト量に応じて、前記画素制御データに基づいて長さが変化する前記変調データを構成する複数のデータを2つの連続する画素クロックに分けて出力することを特徴とする請求項1に記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  3. 請求項1又は2記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置において、
    前記変調データ生成手段は、前記画素制御データに基づいて、前記変調データの追加あるいは削除を行うことを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  4. 請求項3記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置において、
    画素を長くする場合は前記変調データの最後にデータを追加することを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  5. 請求項3記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置において、
    画素を短くする場合は前記変調データの最後のデータを削除することを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  6. 請求項3記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置において、
    画素を長くする場合は前記変調データの任意の位置にデータを追加することを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  7. 請求項3記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置において、
    画素を短くする場合は前記変調データの任意の位置のデータを削除することを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  8. 請求項6記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置において、
    前記変調データにデータを追加する位置は前記変調データのパターンに依存することを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  9. 請求項7記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置において、
    前記変調データのデータを削除する位置は前記変調データのパターンに依存することを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  10. 請求項4、6、8のいずれか1項に記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置において、
    前記変調データに追加するデータは前記変調データパターンに依存することを特徴とする画素クロック及びパルス変調信号生成装置。
  11. 光源から出力される光束を、偏向器により走査方向に沿って被走査媒体上を走査させる光走査装置において、
    請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画素クロック及びパルス変調信号生成装置を有することを特徴とする光走査装置。
  12. 請求項11記載の光走査装置を露光手段として用いて画像形成することを特徴とする画像形成装置。
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