JP4366256B2

JP4366256B2 - 光ビーム走査型画像形成装置

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Publication number: JP4366256B2
Application number: JP2004189911A
Authority: JP
Inventors: 克之山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-06-28
Also published as: JP2005047265A; US7450145B2; US20050024480A1

Description

本発明は、レーザの点灯制御を改善する技術に関するものである。

電子写真方式により画像を記録するレーザビームプリンタ装置などでは、レーザビームで感光体上を走査して画像を形成することが必要となる。特にレーザビームを偏向するための回転多面鏡の安定した回転速度制御が重要である。

一般に回転多面鏡駆動モータの定速回転制御は、基準となる発振周波数と、実際に測定された回転多面鏡駆動モータの回転周波数との位相差が所定範囲内に収まるように、回転多面鏡駆動モータの駆動用ＩＣに印加する電圧を制御する方法（ＰＬＬ制御）がある。

回転多面鏡駆動モータの回転周波数（回転速度）を検知する技術には、主に２つの技術がある。１つは、回転体（回転多面鏡駆動モータ又は回転多面鏡）に備えられた多極に着磁された駆動用マグネット（以下、単に「マグネット」という）と、プリント基板上に設けられたホール素子或いはくし歯状電線（ＦＧセンサ）を用いる技術である。これは、回転体の回転によってマグネットも回転するので、当該マグネットの磁極がホール素子またはくし歯状電線のパターン（ＦＧパターン）を横切る際に、回転多面鏡駆動モータの回転に同期した電圧パルスを得るものである。

しかしながら、この技術では、マグネットの分割精度や、ホール素子間の位置精度、ＦＧパターンの分割精度に限界があること、マグネットの着磁ムラ（磁極間の磁力のバラツキや磁極間の分割具合等）、温度変化によるマグネットの磁力の変動等により、回転多面鏡駆動モータの定速制御を高精度に行うことは困難である。

これに対して、もう１つの技術は、画像の書出し位置を制御するために、光走査装置内に設けられた光ビームの走査タイミングを検知するセンサ（ＢＤセンサ）を使用するものであり、マグネットによる磁力変動の影響を全く受けないので、回転多面鏡駆動モータの定速回転制御を精度よく行うことができる。
このような安定した回転速度の制御をする装置が特許文献に開示されている。
特開平０９−１８３２５１号公報特開平８−１８３１９８号公報特開平１１−１３３３２３号公報特開２００１−２９００９０号公報特開２００２−６２５３号公報特開２００２−２３０９６号公報

しかし、ＢＤセンサに光ビームを入射するためには光ビームを強制点灯させる必要がある。ところで、ＢＤセンサに光ビームを入射するために光ビームを強制点灯させるタイミングは、走査している光ビームが有効画像領域を過ぎてからＢＤセンサの受光部に達するまでに連続発光を開始すればよいが、強制点灯している時の、書込み光学系の部品に反射したり、光学部品の角で屈折したり、ポリゴンミラーの角で反射したりした光、所謂フレア光が、感光体ドラムに達することにより不要な画像を書込んでしまうという問題がある。また、画像形成するための感光体上を不必要に多くレーザ露光してしまうことは好ましくなく、不必要にレーザを点灯してレーザ点灯寿命を短くしてしまうことも好ましくない。それらを防ぐためには、光ビームの強制点灯の時間はできるだけ短いことが望ましく、強制点灯の開始タイミングはできるだけ遅い方が望ましい。そこで従来、検知部を通過するタイミングに注目して点灯する手段が種々講じられている。

しかしながら、ポリゴンミラー回転時の毎周期に強制点灯によるレーザ発光が発生し、これがレーザ点灯寿命を短くする大きな要因となっている。なぜなら、描画したい画像域のデータに比較して、強制点灯する時間帯は、積算すると常に回転制御中の時間の５％程度を占める。

このため、待機中にポリゴンミラーの回転を停止させてしまえば、ある程度は点灯寿命を節約可能だが、次回ファーストプリント時間の遅延に、ポリゴンミラーの再起動時間が影響して遅くなってしまう。また、１度ビーム検知タイミングを消失してしまうと、検知タイミングを再発見するために感光体の画像域の露光が必要となってしまう。特に、画像形成開始直前で、常時このような露光が起こってしまうことは好ましくない。これらの理由から、常時回転を停止する手段をとることができないケースもある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ファーストプリント時間を維持したスタンバイ回転保持とレーザの長寿命化を両立させることができる光ビーム走査型画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有する。

本発明の光ビーム走査装置は、電子写真方式の画像形成装置に備えられる感光体に静電潜像を形成するための光ビーム走査装置において、画像信号に応じた光ビームを出射する光ビーム発生部と、回転駆動され、前記光ビームを偏向走査する複数の反射面を有する回転多面体と、前記回転多面体によって偏向走査された前記光ビームを検知したことに応じて信号を出力するビーム検知部と、前記光ビーム発生部から前記光ビームを出射させるレーザ点灯制御部と、前記感光体に静電潜像を形成する際には前記回転多面体を第１の速度で回転させ、前記感光体に静電潜像を形成しない非画像形成中には前記回転多面体を前記第１の速度よりも遅い第２の速度で回転するように制御する回転制御部であって、前記ビーム検知部から出力される信号の周期に基づいて前記回転多面体の回転速度の制御を行う回転制御部と、を有し、前記レーザ点灯制御部は、前記回転制御部が前記回転多面体を第１の速度で回転するように制御する場合、前記複数の反射面によって偏向走査された光ビームが前記ビーム検知部に入射する第１の周期に合わせて前記光ビーム発生部から前記光ビームを出射させ、前記回転制御部が前記回転多面体を前記第２の速度で回転するように制御する場合、前記複数の反射面によって偏向走査された光ビームが前記ビーム検知部に入射する、前記第１の周期よりも長周期である第２の周期に合わせて前記光ビーム発生部から前記光ビームを出射させることを特徴とする。

本発明によれば、回転多面体の制御と画像描画基準及びそのために必要なレーザ調整時のみレーザを点灯するよう制御することによって、レーザの点灯寿命を大きく改善することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置（レーザビームプリンタ）における要部構成を説明する斜視図である。

画像信号（ＶＤＯ信号）１０１は、レーザユニット１０２に入力され、オン／オフ変調されてレーザビーム１０３が出力される。スキャナモーター１０４が、回転多面鏡（ポリゴンミラー）１０５を定常回転させる。ポリゴンミラー１０５によって偏向されたレーザビーム１０７を被走査面である感光ドラム１０８上に結像レンズ１０６で焦点を結ばせる。従って、画像信号１０１により変調されたレーザビーム１０７は、感光ドラム１０８上を水平走査（主走査方向の走査）する。また、水平走査されたレーザビームが、光電変換素子１０９に照射されると水平同期信号（以下、ＢＤ信号と記す）を生成する。このＢＤ信号は、群線１１０を通って制御回路１１１へ導かれる。ここでＢＤ信号をポリゴンミラー１０５の面数で分周した信号が、スキャナモーター１０４のモーター同期信号に相当する。変調されたレーザービーム１０７により感光ドラム１０８上に形成される潜像は、現像器（図示せず）により可視化されトナー像となり、記録紙１１２に転写される。

図２は、スキャナモーターの制御回路を説明するブロック図である。

スキャナモーター１０４は、回転速度制御回路２３４から電源（例えば、＋２４Ｖ、図示せず）、ＧＮＤ（図示せず）、加速を伝えるための／ＡＣＣ信号１２３と減速を伝えるための／ＤＥＣ信号１２４を入力される。ここで、「／」は負論理を表す。この／ＡＣＣ信号１２３と／ＤＥＣ信号１２４を用い、加速・減速・速度維持の３つの指令を伝える。回転速度制御回路２３４は、／ＢＤ１１０を波形整形部２３１で矩形波固定長に整形後、分周回路２３２でポリゴンミラー１０５の面数で分周した信号ＢＤＮ１１３を用いて回転速度を検知し、次なる加減速指令を演算する。ここで、回転速度制御回路２３４が／ＢＤ１１０をポリゴンミラー１０５の１回転面数で分周して用いているのは、ポリゴンミラー面毎のバラツキの影響を受けないようにするためである。ＢＤＮ１１３を用いることによって、ポリゴンミラーのうち、ある１面の／ＢＤ１１０を常時参照して制御が行われることになる。

ＵＢＬ信号２５１は、／ＢＤ１１０を検知するためのレーザ１０２の強制点灯信号を示す。／ＢＤ１１０を基準に所定時間後、レーザ点灯制御回路２５０がＵＢＬ信号２５１を出力し、／ＢＤ１１０を検知後、続いて消灯させる。

図３、図４に回転速度制御回路２３４の速度制御指令の様子を示す図である。

スキャナモーター１０４を規定の回転数に立ち上げるまでの状態、つまり加速状態のときには、制御指令は、図４に示す加速状態の時間領域のように、加速指令（／ＡＣＣ＝Ｌ（ローレベル）、／ＤＥＣ＝Ｈ（ハイレベル））と回転保持指令（／ＡＣＣ＝／ＤＥＣ＝Ｈ）の２つの制御指令よりなる。これらの信号は、目標周期カウント値と比較回路により作成され、／ＢＤ信号１１０の周期が画像形成時の周期に比べて長い分だけ加速指令としてスキャナモーター１０４に伝えられる。つまり、回転数が低いほど加速指令の割合が多く、規定の回転数に近づくにつれて加速指令の割合が少なくなってくる。

一方、スキャナモーター１０４の回転数が、画像形成時の回転数より高いときには、制御指令は、図１１の減速状態の時間領域に示すように減速指令（／ＡＣＣ＝Ｈ、／ＤＥＣ＝Ｌ）と回転保持指令（／ＡＣＣ＝／ＤＥＣ信号＝Ｈ）の２つの制御指令よりなる。回転数が高いほど、速度維持状態に占める減速指令の割合が大きく、最終的には、速度維持状態（画像形成時の回転数）へと推移する。

この速度維持状態においては、回転保持指令（／ＡＣＣ＝／ＤＥＣ＝Ｈ）で回転が制御される。実際には、ノイズやドライバばらつきなどによる微小な加減速を補うために、１〜数パルス程度の加減速指令が適宜まばらに出力され、ほぼ回転速度が変化しないように制御される。以上がスキャナモーター制御信号を発生させる制御回路の説明である。

図５は、スキャナモーター１０４内部のスキャナモータードライバＩＣの積分回路の構成を示すブロック図である。

積分回路は、定電流回路１４０、１４１、スイッチング素子１４２、１４３、コンデンサ１４５、及び、アンプ１４４よりなっている。定電流回路１４０、１４１とスイッチング素子１４２、１４３はコンデンサ１４５の充放電回路を形成しており、／ＡＣＣ信号１２３＝Ｌが入力されると、スイッチング素子１４２がオンになり、定電流回路１４０からの電流がコンデンサ１４５に充電される。また、／ＤＥＣ信号１２４＝Ｌが入力されると、スイッチング素子１４３がオンになり、定電流回路１４１で設定された電流がコンデンサ１４５から放電される。したがって、このコンデンサ１４５の電圧は、／ＡＣＣ１２３、／ＤＥＣのオン時間に比例して増減する。この電圧を後段のアンプ１４４をとおし、駆動部（図示せず）へ伝える。駆動部では、この電圧値に比例した電流をスキャナモーターに供給し、スキャナモーターを回転させる。スキャナモーターの回転数が規定回転数より低いと、コンデンサ１４５の電圧が高くなり、スキャナモーターが加速され、逆に、スキャナモーターの回転数が規定回転数より回転数が高いと、コンデンサ１４５の電圧が低くなり、スキャナモーターは減速され、最終的には、スキャナモーターの回転数は目標速度量で安定することになる。

図６にレーザの点灯制御と回転周期検知信号／ＢＤ１１０の関係を示す。

図中のＵＢＬ信号２５１とは、／ＢＤ１１０を検知するための強制点灯指示を示す。前回検知の／ＢＤ１１０を基準に所定時間ｔ０後、強制点灯指示を出し、／ＢＤ１１０を検知後、続いて消灯する。レーザ点灯制御回路２５０は、画像形成部状態２４２に従って、図６に記載のＵＢＬ信号の出力状態を切替えるように演算動作する。
状態Ａは、回転停止時である。
状態Ｄは、画像を描画する直前である。
状態Ｅは、画像描画中である。

状態Ｄ，Ｅにおける動作を以下に説明する。
１／（ポリゴン面数）分周回路２３２は分周を行い、１／（保持回転数）分周回路２４４は分周をしないように制御される。レーザ点灯制御回路２５０は、波形整形部の出力９４０を基準に動作し、回転速度制御回路はＢＤＮ信号１１３を検知信号として動作する。回転速度制御回路２３４は（ｔ０＋ｔ１）を目標周期に設定される。ＵＢＬ信号は前回のＢＤ検知より計時してｔ０後に強制点灯指示する。ｔ１は点灯マージン時間であり、ポリゴンミラーの回転変動およびミラーバラツキによるＢＤ周期に変動分を見込んで、ＢＤ検知用に予めつけておくための時間である。本装置のレーザの光量安定調整はＵＢＬ点灯中に行われるため、画像描画直前ですることによって、画像描画中と同等の回転速度状態とレーザ光量安定化状態となる。

状態Ｃにおける動作を以下に説明する。
状態Ｃは、回転安定時およびその安定直前である。このとき、１／（ポリゴン面数）分周回路２３２は分周をせず、１／（保持回転数）分周回路２４４も分周をしないように制御される。レーザ点灯制御回路２５０および回転速度制御回路２３４は、ＢＤＮ信号１１３を検知信号として動作する。回転速度制御回路は（ｔ０Ｃ＋ｔ１）を目標周期に設定される。ＵＢＬ信号は前回のＢＤ検知より計時してｔ０Ｃ後に強制点灯指示する。ｔ１は点灯マージン時間であり、ポリゴンミラーの回転変動およびミラーバラツキによるＢＤ周期に変動分を見込んで、ＢＤ検知用に予めつけておくための時間である。ＢＤ検知されるタイミングは、回転制御部が基準とする面である。

状態Ｂにおける動作を以下に説明する。
状態Ｂは、スタンバイ回転保持時である。このとき、１／（ポリゴン面数）分周回路２３２は分周をせず、１／（保持回転数）分周回路２４４は、所定値にて分周をするように制御される。レーザ点灯制御回路２５０および回転速度制御回路２３４は、１／（保持回転数）分周回路２４４の出力信号２４５を検知信号として動作する。回転速度制御回路２３４は（ｔ０Ｂ＋ｔ１）を目標周期に設定される。ＵＢＬ信号２５１は前回のＢＤ検知より計時してｔ０Ｂ後に強制点灯指示する。ｔ１は点灯マージン時間であり、ポリゴンミラーの回転変動およびミラーバラツキによるＢＤ周期に変動分を見込んで、ＢＤ検知用に予めつけておくための時間である。ＢＤ検知されるタイミングは、回転制御部が基準とする面である。

１／（保持回転数）分周回路２４４による分周値は、ポリゴンミラーのオープン制御における回転安定度に依存して決定される。先に説明した図５相当の積分回路を備えており、またミラーとモータの慣性を含めて、これらの系は回転保持制御のままでも、ある程度の回転速度を保持できる。これに基づいて回転状態検知のための必要最低限の長周期とすることで、本発明のレーザ強制点灯回数の低減が極力達成される。これは、スタンバイ回転保持時に、ポリゴンモータの回転精度が不要であり、かつ、ファーストプリント時間短縮のため、スタンバイ時より描画時の回転精度まで早急に復帰できる程度であることを前提としている。

上記説明では、画像形成時も、回転多面体の制御を１回転基準で制御する例であるが、その他のポリゴンミラーの面数の整数倍の様々な場合においても、本発明は適用することができ、本発明の手段によって非画像描画時のレーザ発光時間を極めて短縮する効果がある。また、回転多面体の停止時からの起動時制御について説明していないが、本発明の本質とは関係しないので、詳細は省略している。例えば従来提案されている起動に関する発明を本発明の構成に合わせ備えてもよい。

従来、主にスタンバイなどの非画像形成時に不必要にレーザ強制点灯をおこなって、レーザの寿命を短くしていたが、以上説明したように本実施の形態によれば、状態Ｂ，状態Ｃの制御の効果的な利用によって、ファーストプリント時間を維持したスタンバイ回転保持と、レーザの長寿命化を両立したレーザプリンタを提供することができる。

本発明は、上述した実施形態の装置に限定されず、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、一つの機器から成る装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウエアのプログラムコードを記憶した記憶媒体等の媒体をシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、本発明が達成されることは云うまでもない。

この場合、記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体等の媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、或いはネットワークを介したダウンロードなどを用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは云うまでもない。

更に、記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは云うまでもない。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置における画像形成部の概要図である。スキャナモーターの制御回路を説明するブロック図である。回転速度制御回路の出力信号の状態図である。回転速度制御回路の動作時のタイミング図である。回転速度制御回路の積分・駆動回路の概要図である。レーザ制御部のタイミング図である。

Claims

電子写真方式の画像形成装置に備えられる感光体に静電潜像を形成するための光ビーム走査装置において、
画像信号に応じた光ビームを出射する光ビーム発生部と、回転駆動され、前記光ビームを偏向走査する複数の反射面を有する回転多面体と、
前記回転多面体によって偏向走査された前記光ビームを検知したことに応じて信号を出力するビーム検知部と、
前記光ビーム発生部から前記光ビームを出射させるレーザ点灯制御部と、
前記感光体に静電潜像を形成する際には前記回転多面体を第１の速度で回転させ、前記感光体に静電潜像を形成しない非画像形成中には前記回転多面体を前記第１の速度よりも遅い第２の速度で回転するように制御する回転制御部であって、前記ビーム検知部から出力される信号の周期に基づいて前記回転多面体の回転速度の制御を行う回転制御部と、を有し、
前記レーザ点灯制御部は、前記回転制御部が前記回転多面体を第１の速度で回転するように制御する場合、前記複数の反射面によって偏向走査された光ビームが前記ビーム検知部に入射する第１の周期に合わせて前記光ビーム発生部から前記光ビームを出射させ、前記回転制御部が前記回転多面体を前記第２の速度で回転するように制御する場合、前記複数の反射面によって偏向走査された光ビームが前記ビーム検知部に入射する、前記第１の周期よりも長周期である第２の周期に合わせて前記光ビーム発生部から前記光ビームを出射させることを特徴とする光ビーム走査装置。
前記レーザ点灯制御部は、前記第１の周期または前記第１の周期の整数倍である第２の周期で前記光ビーム発生部から前記光ビームを出射させることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム走査装置。
前記光ビーム発生部から前記光ビームを出射させる時間には、前記ビーム検知部から前記光ビームを検知したことに基づく信号が確実に出力されるように所定のマージン時間が含まれることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム走査装置。