JP4417680B2 - ビーム光走査装置と画像形成装置 - Google Patents

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Description

この発明は、たとえば、複数のレーザビーム光により単一の感光体ドラム上を同時に走査露光して上記感光体ドラム上に単一の静電潜像を形成するためのビーム光走査装置、および、これを用いたデジタル複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置に関する。
近年、画像形成速度の高速化を図るために、マルチビーム方式、つまり、複数のレーザビーム光を発生させ、これら複数のレーザビーム光により複数ラインずつの同時走査が行なわれるようにしたデジタル複写機が開発されている。
このようなマルチビーム方式のデジタル複写機においては、レーザビーム光を発生する複数の半導体レーザ発振器、これら複数のレーザ発振器から出力される各レーザビーム光を感光体ドラムへ向けて反射し、各レーザビーム光により感光体ドラム上を走査するポリゴンミラーなどの多面回転ミラー、および、コリメータレンズやf−θレンズなどを主体に構成される、ビーム光走査装置としての光学系ユニットを備えている。
このようなビーム光走査装置としては、同期クロックをディレイラインで一定時間遅延させてビーム光の走査方向(主走査方向)の露光位置を制御するようにしたものがある(例えば、特許文献1)。
しかしながら、この発明では、同期クロックをディレイラインで一定時間遅延させているが、この場合、デューティー比が変動する可能性があり、信頼性に欠けるという問題があった。
米国特許第6,208,367号公報 特開平7−205476号公報
上記したように、ビーム光走査装置として、同期クロックをディレイラインで一定時間遅延させてビーム光の走査方向(主走査方向)の露光位置を制御するようにしたものがあるが、この場合、デューティー比が変動する可能性があり、信頼性に欠けるという問題があった。
この発明の目的は、信頼性を向上させてビーム光の走査方向(主走査方向)の露光位置を常に正確に制御できるビーム光走査装置および画像形成装置を提供することである。
この発明のビーム光走査装置は、ビーム光を発生するビーム光発生手段と、このビーム光発生手段から発生されたビーム光を被走査面へ向けて反射し、前記ビーム光により前記被走査面を走査する走査手段と、前記被走査面上あるいは同等の位置に配置され、前記走査手段により前記被走査面を走査するビーム光を検知するビーム光検知手段と、前記ビーム光検知手段の出力を遅延し、互いに遅延量の異なる複数の遅延信号を出力するディレイラインと、前記ディレイラインから出力される複数の遅延信号から1つを選択する遅延信号選択手段と、クロック信号を発生するクロック発生手段と、前記遅延信号選択手段から出力される遅延信号に前記クロック発生手段により発生されたクロックを同期させ、同期クロックを発生するクロック同期手段と、このクロック同期手段が発生するクロックを基準とし、前記ビーム光の画像形成範囲を設定する画像形成範囲設定手段と、前記ビーム光の画像形成範囲が所定の位置になるよう前記遅延信号選択手段と前記画像形成範囲設定手段とを制御する制御手段とから構成されている。
また、この発明の画像形成装置は、ビーム光により像担持体上を走査露光することにより前記像担持体上に画像を形成する画像形成装置であって、ビーム光を発生するビーム光発生手段と、このビーム光発生手段から発生されたビーム光を前記像担持体へ向けて反射し、前記ビーム光により前記像担持体を走査する走査手段と、前記像担持体上あるいは同等の位置に配置され、前記走査手段により前記像担持体を走査するビーム光を検知するビーム光検知手段と、前記ビーム光検知手段の出力を遅延し、互いに遅延量の異なる複数の遅延信号を出力するディレイラインと、前記ディレイラインから出力される複数の遅延信号から1つを選択する遅延信号選択手段と、クロック信号を発生するクロック発生手段と、前記遅延信号選択手段から出力される遅延信号に前記クロック発生手段により発生されたクロックを同期させ、同期クロックを発生するクロック同期手段と、このクロック同期手段が発生するクロックを基準とし、前記ビーム光の画像形成範囲を設定する画像形成範囲設定手段と、前記ビーム光の画像形成範囲が所定の位置になるよう前記遅延手段と前記画像形成範囲設定手段とを制御する制御手段とから構成されている。
本発明のビーム光走査装置および画像形成装置は、信頼性を向上させてビーム光の走査方向(主走査方向)の露光位置を常に正確に制御できる。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係るビーム光走査装置が適用される画像形成装置としてのデジタル複写機の構成を示すものである。すなわち、このデジタル複写機は、たとえば、画像読取手段としてのスキャナ部1、および、画像形成手段としてのプリンタ部2から構成されている。スキャナ部1は、図示矢印方向に移動可能な第1キャリジ3と第2キャリジ4、結像レンズ5、および、光電変換素子6などから構成されている。
図1において、第1キャリジ3および第2キャリジ4は、キャリジ駆動用モータ(図示せず)によって読取タイミング信号に同期して右から左方向に移動する。また、原稿Oの情報は、結像レンズ5を介して光電変換素子6の受光面に集光される。
原稿台に載置された原稿Oの画像は、スキャナ部1によって1ラインごとに順次読取られる。
プリンタ部2は、光学系ユニット13、および、電子写真方式の画像形成部14から構成されている。すなわち、原稿Oからスキャナ部1で読取られた画像信号は、図示しない画像処理部で処理が行なわれた後、半導体レーザ発振器からのレーザビーム光(以降、単にビーム光と称す)に変換される。ここに、本実施の形態では、半導体レーザ発振器を複数個(2個以上)使用するマルチビーム光学系を採用している。
光学系ユニット13内に設けられた複数の半導体レーザ発振器は、図示しない画像処理部から出力されるレーザ変調信号にしたがって発光動作し、これらから出力される複数のビーム光は、ポリゴンミラーで反射されて走査光となり、ユニット外部へ出力されるようになっている。詳述は後述する。
光学系ユニット13から出力される複数のビーム光によって、感光体ドラム15上には、画像信号に応じた静電潜像が形成される。
感光体ドラム15の周辺には、その表面を帯電する帯電チャージャ16、現像器17、転写チャージャ18、および、クリーナ20などが配設されている。感光体ドラム15は、帯電チャージャ16によって帯電される。
感光体ドラム15上に形成された静電潜像は、現像器17からのトナー(現像剤)により現像される。現像によりトナー像を形成された感光体ドラム15は、供給される用紙P上に転写チャージャ18によって転写される。
トナー像が転写された用紙Pは、定着器26でトナー像が定着され、外部の排紙トレイ28に排紙される。
また、用紙Pへの転写が終了した感光体ドラム15は、その表面の残留トナーがクリーナ20によって取り除かれて、初期状態に復帰し、次の画像形成の待機状態となる。
以上のプロセス動作を繰り返すことにより、画像形成動作が連続的に行なわれる。
次に、光学系ユニット13について説明する。
図2は、光学系ユニット13の構成と感光体ドラム15の位置関係を示している。光学系ユニット13は、たとえば、4つのビーム光発生手段としての半導体レーザ発振器31a,31b,31c,31dを内蔵していて、それぞれのレーザ発振器31a〜31dが、同時に1走査ラインずつの画像形成を行なうことで、ポリゴンミラーの回転数を極端に上げることなく、高速の画像形成を可能としている。
すなわち、レーザ発振器31aはレーザドライバ32aで駆動され、出力されるビーム光は、図示しないコリメータレンズを通過した後、光路変更手段としてのガルバノミラー33aに入射する。ガルバノミラー33aで反射されたビーム光は、ハーフミラー34aとハーフミラー34bを通過し、多面回転ミラーとしてのポリゴンミラー35に入射する。
ポリゴンミラー35は、ポリゴンモータドライバ37で駆動されるポリゴンモータ36によって一定速度で回転されている。これにより、ポリゴンミラー35からの反射光は、ポリゴンモータ36の回転数で定まる角速度で、一定方向に走査することになる。ポリゴンミラー35によって走査されたビーム光は、図示しないf−θレンズのf−θ特性により、これを通過することによって、一定速度で、ビーム光通過検知手段およびビーム光位置検知手段としてのビーム光検知装置38の受光面、および、感光体ドラム15上を走査することになる。
レーザ発振器31bは、レーザドライバ32bで駆動され、出力されるビーム光は、図示しないコリメータレンズを通過した後、ガルバノミラー33bで反射し、さらにハーフミラー34aで反射する。ハーフミラー34aからの反射光は、ハーフミラー34bを通過し、ポリゴンミラー35に入射する。ポリゴンミラー35以降の経路は、上述したレーザ発振器31aの場合と同じで、図示しないf−θレンズを通過し、一定速度でビーム光検知装置38の受光面および感光体ドラム15上を走査する。
レーザ発振器31cは、レーザドライバ32cで駆動され、出力されるビーム光は、図示しないコリメータレンズを通過した後、ガルバノミラー33cで反射し、さらにハーフミラー34cを通過し、ハーフミラー34bで反射し、ポリゴンミラー35に入射する。ポリゴンミラー35以降の経路は、上述したレーザ発振器31a,31bの場合と同じで、図示しないf−θレンズを通過し、一定速度でビーム光検知装置38の受光面および感光体ドラム15上を走査する。
レーザ発振器31dは、レーザドライバ32dで駆動され、出力されるビーム光は、図示しないコリメータレンズを通過した後、ガルバノミラー33dで反射し、さらにハーフミラー34cで反射し、ハーフミラー34bで反射し、ポリゴンミラー35に入射する。ポリゴンミラー35以降の経路は、上述したレーザ発振器31a,31b,31cの場合と同じで、図示しないf−θレンズを通過し、一定速度でビーム光検知装置38の受光面および感光体ドラム15上を走査する。
なお、レーザドライバ32a〜32dは、それぞれオートパワーコントロール(APC)回路を内蔵しており、後で説明する主制御部(CPU)51から設定される発光パワーレベルで常にレーザ発振器31a〜31dを発光動作させるようになっている。
このようにして、別々のレーザ発振器31a,31b,31c,31dから出力された各ビーム光は、ハーフミラー34a,34b,34cで合成され、4つのビーム光がポリゴンミラー35の方向に進むことになる。
したがって、4つのビーム光は、同時に感光体ドラム15上を走査することができる。
ガルバノミラー33a,33b,33c,33dは、副走査方向のビーム光相互間の位置関係を調整(制御)するためのものであり、それぞれを駆動するガルバノミラー駆動回路39a,39b,39c,39dが接続されている。
ビーム光検知装置38は、上記4つのビーム光の通過位置、通過タイミングおよびパワーをそれぞれ検知するためのものであり、その受光面が感光体ドラム15の表面と同等になるよう、感光体ドラム15の端部近傍に配設されている。このビーム光検知装置38からの検知信号を基に、それぞれのビーム光に対応するガルバノミラー33a,33b,33c,33dの制御(副走査方向の画像形成位置制御)、レーザ発振器31a,31b,31c,31dの発光パワー(強度)の制御、および、発光タイミングの制御(主走査方向の画像形成位置制御)が行なわれる(詳細は後述する)。これらの制御を行なうための信号を生成するために、ビーム光検知装置38には、ビーム光検知装置出力処理回路40が接続されている。
次に、ビーム光検知装置38について説明する。
図3は、ビーム光検知装置38の構成とビーム光の走査方向の関係を模式的に示している。4つの半導体レーザ発振器31a,31b,31c,31dからのビーム光a〜dは、左から右へとポリゴンミラー35の回転によって走査され、ビーム光検知装置38上を横切る。
ビーム光検知装置38は、第1の光検知部としての縦に長い2つのセンサパターンS1,S2、この2つのセンサパターンS1,S2に挟まれるように配設された第2,第3の光検知部としての7つのセンサパターンSA,SB,SC,SD,SE,SF,SG、および、これら各センサパターンS1,S2,SA,SB,SC,SD,SE,SF,SGを一体的に保持する保持部材としての保持基板38aから構成されている。なお、センサパターンS1,S2,SA〜SGは、たとえば、フォトダイオードによって構成されている。
ここに、センサパターンS1は、ビーム光の通過を検知して、後述する積分器のリセット信号(積分動作開始信号)を発生するパターン、センサパターンS2は、同じくビーム光の通過を検知して、後述するA/D変換器の変換開始信号を発生するパターンである。さらに、後で詳細を説明するが、センサパターンS1,S2は、主走査方向の各種制御を行なう上での基準となるパターンである。また、センサパターンSA〜SGは、ビーム光の通過位置を検知するパターンである。
センサパターンS1,S2は、図3に示すように、ガルバノミラー33a〜33dの位置に関係なく、ポリゴンミラー35によって走査されるビーム光a〜dが必ず横切るように、ビーム光の走査方向に対して直角方向に長く形成されている。たとえば、本例では、ビーム光の走査方向の幅W1,W3が200μmであるのに対し、ビーム光の走査方向に直角な方向の長さL1は2000μmである。
センサパターンSA〜SGは、図3に示すように、センサパターンS1とS2の間で、ビーム光の走査方向と直角な方向に積み重なるように配設されていて、その配設長さはセンサパターンS1,S2の長さL1と同一となっている。なお、センサパターンSA〜SGのビーム光の走査方向の幅W2は、たとえば、600μmである。
また、感光体ドラム15上でのビーム光のパワーを検知するためには、たとえば、図3に破線矢印PaあるいはPbで示したように、ビーム光がセンサパターンSAあるいはSG上を通過するように、ビーム光の通過位置を制御し、センサパターンSAあるいはSGからの出力を取込むようにしている。
図4は、ビーム光検知装置38のセンサパターンSA〜SGのパターン形状を拡大して示したものである。
センサパターンSB〜SFのパターン形状は、たとえば、32.3μm×600μmの長方形であり、ビーム光の走査方向と直角方向に約10μmの微少なギャップGが形成されている。したがって、ギャップ間の配設ピッチは42.3μmになっている。また、センサパターンSAとSB、センサパターンSFとSGのギャップも約10μmになるように配設されている。なお、センサパターンSA,SGのビーム光の走査方向と直角方向の幅は、センサパターンSB〜SFの幅よりも大きくしてある。
このように構成されたビーム光検知装置38の出力を用いた制御の詳細は後述するが、42.3μmピッチに形成されたギャップが、ビーム光a,b,c,dの通過位置を所定のピッチ(本例では42.3μm)間隔に制御するための目標となる。すなわち、ビーム光aはセンサパターンSBとSCによって形成されたギャップG(B−C)が、ビーム光bはセンサパターンSCとSDによって形成されたギャップG(C−D)が、ビーム光cはセンサパターンSDとSEによって形成されたギャップG(D−E)が、ビーム光dはセンサパターンSEとSFによって形成されたギャップG(E−F)が、それぞれ通過位置の目標となる。
次に、制御系について説明する。
図5は、主にマルチビーム光学系の制御を主体にした制御系を示している。すなわち、51は全体的な制御を司る主制御部で、たとえば、CPUからなり、これには、メモリ52、コントロールパネル53、外部通信インタフェイス(I/F)54、レーザドライバ32a,32b,32c,32d、ポリゴンミラーモータドライバ37、ガルバノミラー駆動回路39a,39b,39c,39d、信号処理手段としてのビーム光検知装置出力処理回路40、同期回路55、および、画像データインタフェイス(I/F)56が接続されている。
同期回路55には、画像データI/F56が接続されており、画像データI/F56には、画像処理部57およびページメモリ58が接続されている。画像処理部57にはスキャナ部1が接続され、ページメモリ58には外部インタフェイス(I/F)59が接続されている。
ここで、画像を形成する際の画像データの流れを簡単に説明すると、以下のような流れとなる。
まず、複写動作の場合は、先に説明したように、原稿Oの画像は、スキャナ部1で読取られ、画像処理部57へ送られる。画像処理部57は、スキャナ部1からの画像信号に対し、処理の処理を施こす。
画像処理部57からの画像データは、画像データI/F56へと送られる。画像データI/F56は、4つのレーザドライバ32a,32b,32c,32dへ画像データを振り分ける役割を果たしている。
同期回路55は、各ビーム光のビーム光検知装置38上を通過するタイミングに同期したクロックを発生し、このクロックに同期して、画像データI/F56から各レーザドライバ32a,32b,32c,32dへ、画像データをレーザ変調信号として送出する。
このようにして、各ビーム光の走査と同期を取りながら画像データを転送することで、主走査方向に同期がとれた(正しい位置への)画像形成が行なわれるものである。
また、同期回路55には、非画像領域で各レーザ発振器31a,31b,31c,31dを強制的に発光動作させ、各ビーム光のパワーを制御するためのサンプルタイマ、後で説明するビーム光の通過(走査)位置制御、および、各ビーム光間のビーム光パワー制御を実行する場合に主制御部51による強制発光で各ビーム光が感光体ドラム15を露光してしまうのを防ぐためのドラム上発光禁止タイマなどが含まれている。
コントロールパネル53は、複写動作の起動や、枚数設定などを行なうマンマシンインタフェースである。
本デジタル複写機は、複写動作のみでなく、ページメモリ58に接続された外部I/F59を介して外部から入力される画像データをも形成出力できる構成となっている。
また、本デジタル複写機が、たとえば、ネットワークなどを介して外部から制御される場合には、外部通信I/F54がコントロールパネル53の役割を果たす。
ガルバノミラー駆動回路39a,39b,39c,39dは、主制御部51からの指示値にしたがってガルバノミラー33a,33b,33c,33dを駆動する回路である。したがって、主制御部51は、ガルバノミラー駆動回路39a,39b,39c,39dを介して、ガルバノミラー33a,33b,33c,33dの各角度を自由に制御することができる。
ポリゴンモータドライバ37は、先に述べた4つのビーム光を走査するポリゴンミラー35を回転させるためのポリゴンモータ36を駆動するドライバである。主制御部51は、このポリゴンモータドライバ37に対し、回転開始、停止と回転数の切換えを行なうことができる。回転数の切換えは、記録ピッチ(解像度)を変更する際に行なう。
レーザドライバ32a,32b,32c,32dは、先に説明した同期回路55からのビーム光の走査に同期したレーザ変調信号にしたがってレーザ光を発光させる以外に、主制御部51からの強制発光信号により、画像データとは無関係に強制的にレーザ発振器31a,31b,31c,31dを個別に発光動作させる機能を持っている。
この機能は、各レーザ発振器31a,31b,31c,31dの動作状態を確認する以外に、後で説明するビーム光の通過(走査)位置制御や、各ビーム光間のビーム光パワー制御を実行する際にビーム光検知装置38上を各ビーム光が走査するよう各レーザ発振器31a,31b,31c,31dを強制的に発光動作させる際に用いられる。ただし、先に説明したように、同期回路55内のドラム上発光禁止タイマによって感光体ドラム15上を露光するのを防ぐことができるようになっている。
また、主制御部51は、それぞれのレーザ発振器31a,31b,31c,31dが発光動作するパワーを、各レーザドライバ32a,32b,32c,32dに対して設定する。発光パワーの設定は、プロセス条件の変化や、ビーム光の通過位置検知などに応じて変更される。
メモリ52は、制御に必要な情報を記憶するためのものである。たとえば、各ガルバノミラー33a,33b,33c,33dの制御量、ビーム光の通過位置を検知するための回路特性(増幅器のオフセット値)、および、各ビーム光に対応した印字エリア情報などを記憶しておくことで、電源立ち上げ後、即座に光学系ユニット13を画像形成が可能な状態にすることができる。
以下、主走査方向のビーム光位置制御(印字エリア設定)について詳細に説明する。
図6は、ビーム光検知装置38のセンサパターンS1,S2と感光体ドラム15の位置関係、および、後述するサンプルタイマによる各ビーム光a〜dの発光エリア、画像データによる露光エリア(印字エリア)、並びに、ドラム上発光禁止タイマ出力の位置関係をタイムチャートとあわせて示した図である。
図に示すように、ビーム光検知装置38のセンサパターンS1の出力により、サンプルタイマはリセットされ、図示しないクロックを「0」からカウントし始める。サンプルタイマが所定の値に達すると、サンプルタイマの出力は‘H’となり、4つのレーザ発振器31a〜31dを発光動作させる。サンプルタイマにセットされる値は、通常、図に示すように、各ビーム光a〜dが感光体ドラム15を通過し、次のポリゴンミラー面により、各ビーム光a〜dが走査される前に各ビーム光a〜dが発光するような値である。
次のポリゴンミラー面によって、各ビーム光a〜dの走査が開始し、先頭のビーム光がセンサパターンS1に達すると、サンプルタイマがリセットされ、上に説明した動作を繰り返す。すなわち、各レーザ発振器31a〜31dは、画像形成に関係ない領域で、1ラインごとにある一定時間強制的に発光させられる。この強制的な発光時間中には、各レーザ発振器31a〜31dごとにレーザ光の発光パワーを所定の値に保つためのオートパワーコントロール(APC)が実行される。
ここで、ドラム上発光禁止タイマについて説明する。強制的な発光には、サンプルタイマの出力による発光の外に、先に説明したように、主制御部51が直接各レーザドライバ32a〜32dに対して行なう強制発光動作がある。この強制発光動作は、主制御部51が任意に各レーザ発振器31a〜31dを発光させるものであり、各レーザ発振器31a〜31dの動作状態をチェックする以外に、後で説明するビーム光の通過(走査)位置制御や、各ビーム間のビーム光パワー制御を実行する際に、ビーム光検知装置38上にビーム光を走査させる際に用いられる。
ただし、レーザ発振器31a〜31dが連続発光した状態では、感光体ドラム15上を露光することになり、次のような不具合が生じる。
すなわち、感光体ドラム15が停止している状態では、感光体ドラム15のある特定箇所を集中して露光することになり、感光体ドラム15の局所的劣化を招く恐れがある。また、感光体ドラム15が回転している状態では、トナーの大量付着(消費)や、キャリア付着を招く恐れがある。
ドラム上発光禁止タイマは、これらの不具合を防ぐためのもので、このタイマを動作させた場合には、図6のタイムチャートに示したように、感光体ドラムエリアを包括する領域で主制御部51による強制発光を禁止する。すなわち、ビーム光検知装置38のセンサパターンS1の出力を基準に、ビーム光がビーム光検知装置38上を通過し、感光体ドラム15に差しかかる前のタイミング(S1出力からTOFF1経過後)から強制発光が禁止され(ドラム上発光禁止タイマの出力:H)、感光体ドラム15上を通過し終えるタイミング(S1出力からTOFF2経過後)に強制発光禁止が解除される(ドラム上発光禁止タイマの出力:L)。
一方、画像データ(テスト画像データを含む)による発光は、通常、図6に示したごとく、感光体ドラム15の印字エリア上で行なわれる。ここでは詳細に説明しないが、通常、先に説明したような、複数のビーム光をハーフミラーで合成し、走査するような構造では、ビーム光の主走査方向の位置関係は一定でない。
この図においては、一例として、ビーム光aが先頭で、以下、ビーム光b,c,dと続いた場合を示した。図に示すように、ビーム光aを基準にすると、ビーム光bはΔTab、ビーム光cはΔTac、ビーム光dはΔTad遅れているという具合である。
さて、このような位置(位相)関係を持つ各ビーム光a〜dの露光エリアをピタリと一致させるには、図に示したように、画像データによる発光タイミングを、ビーム光aを基準にして、ビーム光bはΔTab、ビーム光cはΔTac、ビーム光dはΔTadだけずらすことが必要となる。
通常、この露光エリアの設定には、基準のクロックを基に1クロック単位(1画素単位)で調整されるのが一般的である。しかし、本例の光学系構成においては、ビーム光同志の位置関係が1クロック単位でずれているという保証はなく、それ以上の細かい調整が必要となる。
図7は、遅延パルスを用いた1クロック以下の細かい単位で印字エリア(露光エリア)を設定するための構成と、先に述べた強制露光によるドラム露光を避けるための構成を示すもので、これは図5に示したブロック図のうち、印字エリアに関係する部分のみを抜き出したものである。
図7において、40aはビーム光検知装置出力処理回路40内に設けられた主走査方向ビーム光位置検知回路で、第1のカウンタ111、第2のカウンタ112、および、ラッチ回路113などによって構成されている。
同期回路55は、4つの水晶発振器114a〜114d、水晶発振器114a〜114dの出力から1つの出力を選択するセレクタ115、クロックセレクタ115が出力するクロックを基準に動作し、ビーム光検知装置38のセンサパターンS出力でリセットされるサンプルタイマ120およびドラム上発光禁止タイマ122、ビーム光検知装置38のセンサパターンS1の出力パルスを複数の遅延パルス(D1〜D10)にするディレイライン117、ディレイライン117が出力する複数の遅延パルスから各ビームに最適な遅延パルスを選択する遅延パルスセレクタ118a〜118d、遅延パルスセレクタ118a〜118dが出力する遅延パルスにクロックセレクタ115が出力するクロックを同期させるクロック同期回路116a〜116d、クロック同期回路が出力する同期クロックを基に各ビームの画像転送クロックを作成し画像データ1/F56に出力する画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119a〜119dなどによって構成されている。
以下、図7について更に詳細に説明する。
まず、強制発光によるドラム露光を避けるための構成について説明する。図に示すように、主制御部51は、レーザドライバ32a〜32dに対し、それぞれ個別に強制発光信号を送ることにより、レーザ発振器31a〜31dを強制的に発光させることができる。
ただし、レーザドライバ32a〜32dは、ドラム上発光禁止タイマ122から、ドラム上発光禁止信号が出力されている間は、主制御部51からの強制発光信号が効力を失う構成となっている。これにより、主制御部51から強制発光信号が出力されていても、レーザ発振器31a〜31dを発光動作させないようになっている。
ドラム上発光禁止タイマ122の動作は、主制御部51からの起動/停止信号によって制御される。すなわち、主制御部51からドラム上発光禁止タイマ122に対して、停止信号が出力されている場合には、タイマ動作は停止し、レーザドライバ32a〜32dに対してドラム発光禁止信号を出力しない。したがって、主制御部51は、ドラム上発光禁止タイマ122を停止信号により停止させ、レーザドライバ32a〜32dに対して強制発光信号を出力することで、連続的にレーザ発振器31a〜31dを発光動作させることができる。
一方、主制御部51が、起動信号によってドラム上発光禁止タイマ122を起動した場合には、主制御部51からレーザドライバ32a〜32dに対して強制発光信号を出力していても、レーザドライバ32a〜32dに対してドラム上発光禁止タイマ122からドラム上発光禁止信号が出力されている間は、レーザ発振器31a〜31dは発光動作しない。
ドラム上発光禁止タイマ122の動作タイミングは、先に図6で説明した通りである。すなわち、ポリゴンミラー35によってビーム光が走査されている場合、ビーム光検知装置38のセンサパターンS1上を走査することによって、センサパターンS1から出力されるパルス信号を基準にドラム上発光禁止タイマ122は動作する。
すなわち、センサパターンS1からパルス信号が出力されると、時間TOFF1経過後、ビーム光が感光体ドラム15に到達する前にドラム上強制発光禁止信号が‘H’(ハイ)になり、主制御部51による強制発光動作は停止する。そして、センサパターンS1からパルス信号が出力されて、時間TOFF2経過し、ビーム光が感光体ドラム15上を通り過ぎると、ドラム上強制発光信号は‘L’(ロウ)になり、主制御部51による強制発光動作が有効になる。
以上説明したように、主制御部51は、レーザドライバ32a〜32dに対し強制発光信号を出力し、ドラム上発光禁止タイマ122に対し起動信号を出力することで、ビーム光の動きを意識することなく、感光体ドラム15上を露光せずにビーム光検知装置38上を任意のビーム光で露光することができる。
なお、後でビーム光の通過(走査)位置制御や、各ビーム光間のビーム光パワー制御について詳細に説明するが、特に断りのない限り、このドラム上発光禁止タイマ122を起動し、感光体ドラム15上を露光しないものとして説明する。
次に、1クロック以下の細かい単位で印字エリア(露光エリア)を設定するための構成について説明する。先に説明したように、ビーム光検知装置38のセンサパターンS1は、サンプルタイマ120によって強制的に発光されているビーム光a,b,c,dのうちのどれかによって(場合によっては、2つ以上のビーム光によって)露光され、信号レベルが‘L’(ロウ)から‘H’(ハイ)になる(図8参照)。この信号は、先に説明したように、サンプルタイマ120に入力され、各レーザ発振器31a〜31dの強制発光が解除される。
したがって、ビーム光a,b,c,dは消失し、センサパターンS1の出力はパルス出力となる。(サンプルタイマ120の応答が遅い場合は、先頭ビーム光の通過によってパルス信号となる場合もある。)
センサパターンS1の出力は、同期回路55内のディレイライン117にも入力されている。このディレイライン117は、入力された信号をある一定時間ずつ遅延させる機能がある。図に示したディレイライン117は、出力として10個のタップを持っている。従って、図8に示すようにセンサパターンS1出力(パルス)は、ある一定時間(△td)位相のずれたD1〜D10のパルスとして出力される。
本実施例の場合、図8に示すように各ディレイライン出力端子間の遅延量(△td)は、クロック周期(T)の約1/10となっている。本例では、ディレイライン117の遅延量の設定をクロック周期(T)の約1/10としたが、さらに精密な印字エリアの設定精度が必要な場合には、1タップあたりの遅延量をもっと小さくし、タップの数を増やせばよい。
ビーム光a〜dに対応する遅延パルスセレクタ118a〜118dは、ディレイライン117が出力する遅延パルスD1〜D10の中から各ビームに最適な遅延パルスを1つ選択し、後段のクロック同期回路116a〜116dに出力する。どの遅延パルスを選択するかは、主制御部51によって指定される。その方法については後に詳しく述べる。
次にクロック同期回路116a〜116dおよび画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119a〜119dの動作について図のタイミングチャートを用いて説明する。先に説明したようにクロック同期回路116a〜116dには、クロックセレクタ115で選択されたクロックと、遅延パルスセレクタ118a〜118dで選択された遅延パルスが入力される。
クロック同期回路116*(特に断りがない限り*はa〜dのいずれかを示す)の動作は、入力クロックと同じ周波数で、入力された遅延パルスに同期したクロックを出力するというものである。
図9には、遅延パルスとしてD3が入力された場合の同期クロックD3、遅延パルスD4が入力された場合の同期クロックD4、遅延パルスD5が入力された場合の同期クロックD5を示した。それぞれの場合ともに、入力クロックとして入力されたクロックセレクタ115の出力と同じ周波数で入力された遅延パルスの後縁から△TSYNCだけ遅れた同期クロックが出力されるのが分かる。
このようにして得られた同期クロックは画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119*に入力され、主制御部51は、印字エリア設定信号を用いて、この同期クロックをもとに1クロック単位(1画素単位)で各ビームごとに印字エリアを設定することができる。つまり、選択された遅延パルスに同期したクロックを基準として画像転送クロックの出力タイミングと出力数を設定することが可能である。
ここでは簡単な例として遅延パルスD4を選択し、同期クロックD4を用いて1画素(ドット)目〜5画素(ドット)目までを印字エリアとする場合と、2画素(ドット)目〜6画素(ドット)目までを印字エリアとする場合のクロックパルスの出力状態を示した。それぞれ同期クロックD4の1クロック目〜5クロック目と2クロック目〜6クロック目に対応したタイミングで、クロックパルスが出力されるのが分かる。
このように数ドット程度の範囲で設定する印字エリア設定は、後で説明する主走査方向ビーム位置情報を取得する際に重要な役目を果たすが、通常の画像形成時には、先に説明したように、各ビーム光a〜dの発光エリアが感光体ドラム15上の所定の位置になるよう設定するのが普通である。ここでいう所定の位置とは、使用される用紙サイズや綴じ代設定などによって変化する。
さて、このようにして得られた画像転送クロック(印字エリア信号)は、画像データ1/F56へと送られ、各ビーム光a〜dに対応した画像データ(レーザ変調信号)が、この画像転送クロック(印字エリア信号)に同期して出力される。レーザトライバ32aへ32dは、この画像データ(レーザ変調信号)によってレーザ発振器31a〜31dを変調する。
このようにして、主制御部51は、各ビーム光ごとに、遅延パルスセレクタ118a〜118dに対する遅延クロック選択信号により、1/10クロック(1/10画素)単位で印字エリアを微妙にシフトすることが可能で、画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119a〜119dに対する印字エリア設定信号により、1クロック単位(1画素単位)で印字エリアを設定することが可能となる。
次に、主制御部51が1クロック単位(1画素単位)、および、1/10クロック単位(1/10画素単位)で印字エリアを設定するための各ビーム光a〜dについての主走査方向ビーム位置情報の取得方法の原理について、図10を参照して説明する。
図10は、先に説明した画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119aに通常の画像形成時に比べ非常に小さな値を設定した場合を示している。図に示すように、たとえば、主制御部51がビーム光aに対し、遅延パルスD1を選択し、印字エリアを「1〜5」に設定し、画像データI/F56に対し、テスト印字指令として、ベタ黒(印字エリア内でレーザ発光)を指示すると、ビーム光aは印字エリア「1〜5」の部分を露光する。
このように、印字エリアの設定が小さい値であると、ビーム光は感光体ドラム15の領域に達せず、ビーム光検知装置38上を露光することになる。このような状態で、センサパターンS1の下流側に位置するセンサパターンS2の出力をモニタすれば、主制御部51は、どれくらいの印字エリアを設定した場合にセンサパターンS2が応答するかを知ることができる。図10の例では、印字エリアを「6〜10」に設定すると、センサパターンS2が応答し始めることが分かる。
このようにして、主制御部51は、ビーム光aのセンサパターンS1の出力に対する相対的な位置関係を1クロック(1画素)きざみで検知することが可能である。
次に、1クロック(1画素)以下の単位で、ビーム光aのセンサパターンS1の出力に対する相対的な位置関係を検知する方法について、図11を参照して説明する。図10で説明したように、ビーム光aは遅延パルスD1を選択した場合、印字エリアを「6〜10」に設定すると、センサパターンS2が応答した。そこで、主制御部51は、印字エリアの設定を「5〜9」に減らし、遅延パルスの選択を変更する。
図11に示すように、遅延パルスの選択をD1→D2→D3と変更するにしたがって、印字エリアは1/10クロック(1/10画素)単位で右へ移動する。本例では、遅延パルスD5を選択したときに、センサパターンS2が応答し始める。
したがって、主制御部51は、ビーム光aがセンサパターンS1の出力を基準にして、印字エリアを5画素分と設定した場合、エリア「5〜9」の設定で、遅延パルスD5を選択すると印字エリアの右端がセンサパターンS2を露光するということが検知できる。
なお、先頭のビーム光との位置関係によっては、印字エリアによってセンサパターンS1が再度露光され、2つ目のパルスが出力されるという不具合が生じる可能性があるが、最初のパルス出力のみを有効とする回路を設けることで、この問題を避けることができる(ここでは詳細を説明しない)。
このような検知動作をビーム光b,c,dについても行なえば、それぞれのビーム光が先頭ビーム光によるセンサパターンS1の出力に対して、どのような位置関係にあるかがわる。主制御部51は、実際の印字動作に際し、この位置関係を基にそれぞれのビーム光a〜dに対する遅延パルスの選択と印字エリアの設定を行なえば、1/10クロック(1/10画素)の精度で印字エリアを合わせることができる。
なお、主制御部51は、このようにして得た各ビーム光a〜dに関する情報をメモリ52に記憶しておく。このメモリ52は、不揮発性が望ましい。
また、改めて主走査方向の印字エリア設定を行なう場合でも、メモリ52にこれらの情報を記憶しておけば、微妙な調整のみで済ませることが可能で、制御に余分な時間を使わなくてもよいという利点がある。
次に、ビーム光検知装置出力処理回路40における主走査方向ビーム光位置検知回路40aの動作について説明する。
先に説明したように、主制御部51は、各ビーム光a〜dに対する遅延パルスの選択変更や印字エリアの変更を行ないながら、センサパターンS2の出力をモニタすることで、主走査方向のビーム光位置を検出することが可能となる訳であるが、ここでは、センサパターンS2の出力をどのように主制御部51に取り込むかを説明する。
図12は、センサパターンS2をビーム光a〜dが全く露光していない場合の動作を示すタイミングチャートである。センサパターンS1は、先に説明したように、サンプルタイマ120によって各レーザ発振器31a〜31dが強制的に発光するので、必ず1走査に1回、先頭のビーム光がセンサパターンS1を露光することによって、パルス状の信号を出力する。
第1のカウンタ111は、センサパターンS1からのパルス信号をカウントするカウンタであって、たとえば、「0〜7」をエンドレスでカウントし、カウント値「7」の後半には、図に示すようにキャリ信号を出力する。第2のカウンタは、センサパターンS2の出力をカウントするカウンタである。
第2のカウンタ112は、先に説明した第1のカウンタ111のキャリ信号を遅延した信号によって、クリア(リセット)される。したがって、第2のカウンタ112は、8走査ごとにカウント値は「0」になる。
ラッチ回路113は、第2のカウンタ112の出力値をラッチ(保持)するものである。ラッチ回路113のラッチタイミングは、第1のカウンタ111のキャリ信号の前縁である。したがって、ラッチ回路113は、第2のカウンタ112がリセットされる前の値を保持することができる。
ラッチ回路113にラッチされる値の更新は、第1のカウンタ111が次のキャリ信号を出力するときに行なわれ、ラッチ回路113には、常に直前(最新)の第2のカウンタ112のカウント値が保持されることになる。主制御部51は、このラッチ回路113に保持されている値(主走査方向ビーム位置情報)を読むことで、最新の情報を得ることができる。
さて、図12の場合は、センサパターンS2が全くビーム光を検知しないので、第2のカウンタ112の値は常に「0」となり、ラッチ回路113に保持される値も「0」である。したがって、主制御部51は、センサパターンS2がビーム光を検出していないということを、このラッチされている「0」という値で知ることができる。
図13は、センサパターンS2がビーム光を常に検出している場合の動作を示すタイミングチャートである。この図は、センサパターンS2がビーム光を常に検出している場合の動作を示すタイミングチャートである。
図13に示すように、センサパターンS2の出力をカウントする第2のカウンタ112は、センサパターンS2の出力によって「0〜8」までをカウントしている。この動作を簡単に説明すると、カウンタのキャリ出力遅延信号によって、第2のカウンタ112は0クリア(リセット)されるが、すぐにセンサパターンS2の出力が入力され、カウント値は「1」となる。
その後、1走査ごとにセンサパターンS2の出力によってカウントアップし、8走査目にはカウント値は「8」となり、第1のカウンタ111がキャリ信号を出すタイミングで、ラッチに値8が保持されることになる。ラッチ回路113に値「8」 が保持された後、第2のカウンタ112は再び0クリア(リセット)され、「1」からカウントを始める。
このようにして、センサパターンS2が常にビーム光を検出している状態では、ラッチ回路113に保持される値は「8」となる。したがって、主制御部51は、ラッチ回路113の値が「8」である場合には、センサパターンS2が常にビーム光を検出している状態であるという判断ができる。
図14は、センサパターンS2がビーム光を検出したりしなかったり、微妙な場合のタイミングチャートである。センサパターンS2は、ビーム光を検出したりしなかったりであるので、第2のカウンタ112のカウント値はある走査では増加し、ある走査では増加しない。この例の場合は、1走査おきにセンサパターンS2が信号を出力しているので、ラッチ回路113に保持される値は「4」となる。したがって、主制御部51は、ラッチ回路113に保持されている値「4」を読取ることで、印字エリアのエッジとセンサパターンS2の信号が微妙な位置関係にあるということが判断できる。
このようにして、複数回のセンサパターンS2の出力をカウントすることのメリットは、
1)上記のように印字エリアとセンサパターンS2の微妙な位置関係が把握できる。
2)主制御部51は、8走査単位で情報を読取ればよく、1走査ごとに読む場合に比べ負荷が軽い。
などの点があげられる。
また、情報の取込み単位としては、ポリゴンミラー面ごとの面精度などを考慮し、ポリゴンミラー面数の複数倍とするのが好ましい。
次に、ビーム光パワーと印字エリア設定精度との関係について説明する。
図15は、同じ遅延パルスを選択し、印字エリアの設定クロック数も同じ場合で、ビーム光パワーが異なった場合の露光エリアを模擬的に表わしたものである。この図は、ビーム光パワーは、Aの場合が最も強い状態を表わしており、以下、B,Cの順でビーム光パワーは弱くなっている。
図に示すように、あるエネルギ以上で露光される領域を考えると、ビーム光パワーが強いほど、その領域は大きくなる。ここで、センサパターンS2の応答について考えてみると、同じ印字エリア設定の場合であっても、センサパターンS2の応答に違いが出てくることがわかる。
図に示したように、ちょうどビーム光の露光エリアのエッジがセンサパターンS2のエッジと同じような位置にあるときは、ビーム光パワーによって、センサパターンS2が応答する場合としない場合にわかれる。図の例では、ビーム光パワーがAとBの場合は、閾値レベルTHにセンサパターンS2の出力a,bが達し、前述した第2のカウンタ112はこれをカウントするが、ビーム光パワーがCの場合には、センサパターンS2の出力cが閾値レベルTHに達せず、第2のカウンタ112はこの出力をカウントできない。
したがって、複数のビーム光の印字エリアを精度よく揃えるためには、印字エリアの制御を行なう前に、各ビーム光同志のパワーを同じにしておかなければならない。
次に、ビーム光の通過(走査)位置制御について詳細に説明する。
図16は、図3のビーム光検知装置38を用いたときのビーム光の通過位置制御を説明するための図であり、図5のブロック図のうちのビーム光通過位置制御に着目し、その制御に関連する部分を抜き出して詳細に示したものである。
先に説明したように、ビーム光検知装置38のセンサパターンS1,S2からは、ビーム光が通過したことを示すパルス状の信号が出力される。また、複数のセンサパターンSA〜SGからは、ビーム光の通過位置に応じてそれぞれ独立した信号が出力される。
この複数のセンサパターンSA〜SGのうち、センサパターンSA,SGの各出力信号は、増幅器61,62(以後、増幅器A,Gと言うこともある)にそれぞれ入力される。なお、増幅器61,62の各増幅率は、CPUからなる主制御部51によって設定されるようになっている。
また、先に説明したように、ガルバノミラー33a〜33dを制御して、ビーム光の通過位置をセンサパターンSAあるいはSG上とし、センサパターンSAあるいはSGの出力をモニタすることで、感光体ドラム15上での相対的なビーム光パワーを検知するようになっている。
さらに、複数のセンサパターンSA〜SGのうち、センサパターンSB〜SFの各出力信号は、センサパターンSB〜SFのうち隣り合う出力信号の差を増幅する差動増幅器63〜66(以後、差動増幅器B−C,C−D,D−E,E−Fと言うこともある)にそれぞれ入力される。ここに、差動増幅器63は、センサパターンSB,SCの各出力信号の差を増幅し、差動増幅器64は、センサパターンSC,SDの各出力信号の差を増幅し、差動増幅器65は、センサパターンSD,SEの各出力信号の差を増幅し、差動増幅器66は、センサパターンSE,SFの各出力信号の差を増幅する。
増幅器61〜66の各出力信号は、それぞれ選択回路(アナログスイッチ)41に入力される。選択回路41は、主制御部(CPU)51からのセンサ選択信号により、積分器42へ入力する信号を選択する。選択回路41にて選択された増幅器の出力信号は、積分器42に入力されて積分される。
一方、センサパターンS1から出力されるパルス状の信号も、積分器42に入力されている。このセンサパターンS1からのパルス状の信号は、積分器42をリセットすると同時に新たな積分動作を開始させるリセット信号(積分動作開始信号)として用いられる。なお、積分器42の役割は、ノイズの除去作用と、ビーム光検知装置38の取付け傾きの影響除去などであるが、詳しくは後述する。
積分器42の出力は、A/D変換器43へ入力される。また、センサパターンS2から出力されるパルス状の信号も、A/D変換器43へ入力されている。A/D変換器43のA/D変換動作は、センサパターンS2からの信号が変換開始信号として印加されることによって開始される。すなわち、ビーム光がセンサパターンS2を通過するタイミングでA/D変換が開始される。
このように、センサパターンS1からのパルス信号により、ビーム光がセンサパターンSA〜SGを通過する直前に積分器42をリセットすると同時に積分動作を開始させ、ビーム光がセンサパターンSA〜SG上を通過している間は、積分器42はビーム光の通過位置を示す信号を積分する。
そして、ビーム光がセンサパターンSA〜SG上を通過し終えた直後に、センサパターンS2からのパルス信号をトリガに、積分器42で積分した結果をA/D変換器43でA/D変換することにより、ノイズが少なく、ビーム光通過位置検知についてはビーム光検知装置38の取付け傾きの影響が除去された検知信号をデジタル信号に変換することができる。
なお、A/D変換を終了したA/D変換器43は、主制御部51に対し、処理が終了したことを示す割込信号INTを出力するようになっている。
ここに、増幅器61〜66、選択回路41、積分器42、および、A/D変換器43は、ビーム光検知装置出力処理回路40を構成している。
このようにして、デジタル信号に変換されたビーム光検知装置38からのビーム光パワー検知信号およびビーム光位置検知信号は、感光体ドラム15上での相対的なビーム光パワー情報あるいはビーム光位置情報として主制御部51に入力され、それぞれのビーム光の感光体ドラム15上での光パワーやビーム光の通過位置などが判断される。
さて、このようにして得られた感光体ドラム15上での相対的なビーム光パワー検知信号やビーム光位置検知信号に基づいて、主制御部51では、各レーザ発振器31a〜31dに対する発光パワーの設定や、各ガルバノミラー33a〜33dの制御量が演算される。それらの演算結果は、必要に応じてメモリ52に記憶される。主制御部51は、この演算結果をレーザドライバ32a〜32dおよびガルバノミラー駆動回路39a〜39dへ送出する。
ガルバノミラー駆動回路39a〜39dには、図16に示したように、この演算結果のデータを保持するためのラッチ44a〜44dが設けられており、主制御部51が一旦データを書込むと、次にデータを更新するまでは、その値を保持するようになっている。
ラッチ44a〜44dに保持されているデータは、D/A変換器45a〜45dによりアナログ信号(電圧)に変換され、ガルバノミラー33a〜33dを駆動するためのドライバ46a〜46dに入力される。ドライバ46a〜46dは、D/A変換器45a〜45dから入力されたアナログ信号(電圧)にしたがってガルバノミラー33a〜33dを駆動制御する。
なお、本例では、センサパターンSA〜SGの増幅された出力信号は、選択回路41によりその1つのみが選択されて積分され、A/D変換されているため、一度にセンサパターンSA〜SGの出力信号を主制御部51に入力することはできない。
したがって、ビーム光のパワーを検知する際には、ビーム光の通過位置をセンサパターンSAあるいはSG上に移動させ、それに対応したセンサパターンからの出力信号が主制御部51に入力されるように、選択回路41を切換える必要がある。
また、ビーム光がどこを通過しているか分からない状態においては、選択回路41を順次切換え、センサパターンSA〜SGの全てのセンサパターンからの出力信号を主制御部51に入力して、ビーム光の通過位置を判定する必要がある。
しかし、一旦、どのあたりをビーム光が通過しているかが認識できると、ガルバノミラー33a〜34dを極端に動かさない限り、ビーム光の通過する位置はほぼ予想でき、常に全てのセンサパターンの出力信号を主制御部51に入力する必要はない。
次に、プリンタ部2の電源投入時における概略的な動作について、図17に示すフローチャートを参照して説明する。なお、スキャナ部1の動作については省略する。
本複写機の電源が投入されると、主制御部51は、定着器26内の定着ローラを回転させるとともに、定着器26の加熱制御を開始する(S311,S312)。次に、ビーム光パワー制御ルーチンを実行し、各ビーム光の感光体ドラム15上でのパワーが同一になるよう制御する(S313)。
各ビーム光の感光体ドラム15上でのパワーが同一になるよう制御されると、オフセット補正ルーチンを実行し、ビーム光検知装置出力処理回路40のオフセット値を検知して、その補正処理を行なう(S314)。次に、ビーム光通過位置制御ルーチンを実行する(S315)。
次に、主走査方向ビーム光位置制御ルーチンを実行する(S316)。次に、感光体ドラム15を回転させ、感光体ドラム15の表面などの条件を一定にするなどのプロセス関連の初期化を実行する(S317)。
このように、一連の初期化を実行した後は、定着器26の温度が所定の温度に上昇するまで、定着ローラを回転し続け、待機状態となる(S318)。定着器26の温度が所定の温度まで上昇すると、定着ローラの回転を停止し(S319)、複写指令待ち状態となる(S320)。
複写指令待ちの状態(S320)で、コントロールパネル53から複写(プリント)指令を受信しない場合、ビーム光通過位置制御ルーチンを実行後、たとえば、30分が経過すると(S321)、自動的にビーム光パワー制御ルーチンを実行し(S322)、さらに、自動的にオフセット補正ルーチンを実行し(S323)、その後、再びビーム光通過位置制御ルーチンおよび主走査方向ビーム光位置制御ルーチンを実行する(S324,S325)。これが終了すると、ステップS320に戻り、再び複写指令待ち状態になる。
複写指令待ちの状態(S320)で、コントロールパネル53から複写指令を受信すると、解像度変更の指令があるか否かをチェックする(S326)。このチェックの結果、解像度変更の指令がある場合は、ポリゴンモータ36の回転数を指令された解像度に適した値に切換える(S327)。
次に、水晶発振器114a〜114dも解像度に適したものを選択する(S328)。さらに、ビーム光パワー制御ルーチンを実行し(S329)、その後、オフセット補正ルーチンを実行し(S330)、その後、ビーム光通過位置制御ルーチンを実行し(S331)、その後、主走査方向ビーム光位置制御ルーチンを実行し(S332)、複写動作を実行する(S333)。
一方、ステップS326のチェックの結果、解像度変更の指令がない場合は、ポリゴンモータ36の回転数、水晶発振器の変更などはないので、ビーム光パワー制御ルーチンを実行し(S329)、オフセット補正ルーチンを実行し(S330)、ビーム光通過位置制御ルーチンを実行し(S331)、主走査方向ビーム光位置制御ルーチンを実行し(S332)、複写動作を実行する(S333)。
そして、複写動作が終了すると、ステップS320に戻り、前記動作を繰り返す。
このようにして、複写動作の合間にも、ビーム光パワー制御ルーチン、ビーム光通過位置制御ルーチン、主走査方向ビーム光位置制御ルーチンをそれぞれ実行し、多量の連続複写に対しても常に最適な状態で画像を形成するものである。
次に、図17のステップS316,S325,S332における主走査方向ビーム光位置制御ルーチンについて、図18に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、主制御部51は、ビーム光aの主走査方向ビーム光位置情報を取得する(S341)。ここで、主走査方向ビーム光位置情報というのは、先に説明したろように、ビーム光検知装置38のパターンS2がちょうど露光エリア(印字エリア)のエッジとなるような、画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119a〜119dへの設定値と遅延パルスセレクタ118a〜118dに対する選択情報を得るということである。この情報の取得方法については後で詳細に説明する。
同様にして、ビーム光b、ビーム光c、ビーム光dに対しても主走査方向ビーム光位置情報を取得する(S342〜S344)。
さて、このようにして各ビーム光a〜dの主走査方向ビーム光位置情報を得た後、主制御部51は、実際の画像形成(複写、プリント)に必要な印字エリアの設定を行なう(S345)。実際の画像形成(複写、プリント)に必要な印字エリアの設定は、上記各ビーム光a〜dの主走査方向ビーム光位置情報と画像形成(複写、プリント)に用いる紙サイズ、綴じ代設定などに応じて設定される。
たとえば、ビーム光a〜dの主走査方向ビーム光位置情報として、図19に示すような情報が得られたとする。すなわち、ビーム光aは印字エリア(開始〜終了)が5〜9で遅延パルスがD5、ビーム光bは印字エリア(開始〜終了)が12〜16で遅延パルスがD8、ビーム光cは印字エリア(開始〜終了)が18〜22で遅延パルスがD2、ビーム光dは印字エリア(開始〜終了)が20〜24で遅延パルスがD7とする。
実際の画像形成に用いる紙サイズを例えばA4横方向とし、綴じ代などの設定がないとすると、600dpiの解像度の場合、印字エリアは7015(≒297×600÷25.4)画素分となる。
ここで、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2と、上記実際の印字エリアの左端との距離が100画素分あるとすれば、それぞれのビーム光に対する印字エリアの設定は、図20に示すように設定すればよい。すなわち、ビーム光aは印字エリア設定(開始〜終了)を109〜7124、ビーム光bは印字エリア設定(開始〜終了)を116〜7131、ビーム光cは印字エリア設定(開始〜終了)を122〜7137、ビーム光dは印字エリア設定(開始〜終了)を124〜7139とする。
このようにして設定した上で、各ビーム光a〜dに対する遅延パルスを、ビーム光aに対してはD5、ビーム光bに対してはD8、ビーム光cに対してはD2、ビーム光dに対してはD7を選択すれば、各ビーム光a〜dの印字エリアは、画像形成に用いる用紙上でも1/10画素の精度で一致することになる。
図21、図22、図23は、図18のステップS341におけるビーム光aの主走査方向ビーム光位置情報を取得するためのルーチンを説明するためのフローチャートである。ここではビーム光aについて説明するが、ビーム光b〜dについても同様である。
まず、主制御部51は、ビーム光aの情報を得るための準備として、他のビーム光に対する画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119b〜119dに、たとえば、印字開始「7400」、印字終了「7401」を設定する(S351)。このステップS351は、ビーム光a以外による印字(露光)エリアを、ビーム光検知装置38上から遠ざけ、かつ、感光体ドラム15も露光しない場所に移すためのステップである。このステップS351は、ビーム光a〜d同志の干渉を避けるのに必要なステップである。
すなわち、本ステップS351の場合、ビーム光b〜dの印字(露光)エリアを「7400〜7401」とすることにより、ビーム光b〜dが、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2を露光することはない。したがって、ビーム光aだけに関する正確な情報が取得可能となる。
次に、主制御部51は、初期設定として、遅延パルスセレクタ118aで遅延パルスD1が画像形成に用いられるように設定する(S352)。次に、主制御部51は、画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119aに印字開始位置として「1」、印字終了位置として「5」を設定する(S353)。
次に、主制御部51は、画像データI/F56にベタ黒テストデータをセットし、ベタ黒テストデータによってレーザ発振器31aを発光させ、第1のカウンタ111に対するリセット信号を解除する(S354)。これにより、第1のカウンタ111は動作を開始する。先にも説明したように、この操作により、ビーム光検知装置38のセンサパターンS1を基準として、ビーム光aの印字エリア1〜5(5ドット分のエリア)が露光されることになる。
次に、主制御部51は、第1のカウンタ111からの割込み信号(カウンタキャリシグナル)によりラッチ回路113に保持されているデータを取込み第1のカウンタ111にリセットをかけ(S355)、その値が「8」であるか否かを判定する(チェック1、S356)。
この判定の結果、取込んだデータが「8」でない場合には、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2が露光されていない状態であるので、画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119aの設定値(印字開始と終了)に「1」を加え、印字エリア(露光エリア)を1画素分シフトさせた後、第1のカウンタ111のリセットを解除し(S357)、再度、第1のカウンタ111からの割込み信号を待つ。
一方、ステップS356の判定の結果、取込んだデータが「8」の場合には、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2が露光されているという状態を示すものであるが、さらに、画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119aの設定値(印字開始と終了)に「1」を加え、印字エリア(露光エリア)を1画素分シフトさせた後、第1のカウンタ111のリセットを解除する(S358)。
次に、主制御部51は、第1のカウンタ111からの割込み信号(カウンタキャリシグナル)によりラッチ回路113に保持されているデータを取込み(S359)、その値が「8」であるか否かを判定する(チェック2、S360)。
この判定の結果、取込んだデータが「8」でない場合には、先の処理と同様に、ステップS357に戻る。その後、もう一度、最初のチェック(チェック1)を行なう。
一方、ステップS360の判定の結果、取込んだデータが「8」の場合には、画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119aの設定値(印字開始と終了)から「2」を引き、画像転送クロック生成部(印字エリア設定部)119aにセットする(S361)。このときの値をビーム光aに対する1画素単位での主走査方向ビーム光位置情報としてメモリ52に記憶する(S362)。
以上の操作により、主制御部51は、5画素分の印字エリア(露光エリア)を1画素分ずつシフトさせ、何画素分シフトさせたときに印字エリア(露光エリア)がビーム光検知装置38のセンサパターンS2に到達するかを認識することができ、その直前の値をメモリ52に記憶させることができる。
なお、本例において、チェック2を実行する理由は、光学ユニット内で発生することのある不要な迷光によってビーム光検知装置38のセンサパターンS2が応答したような場合でも、これを見分け、正しい制御を行なうことを可能にするために必要であるからである。
通常、本来の主ビーム光に対して迷光の光エネルギは非常に小さく、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2が応答することはない。しかし、まれに、何らかの原因でセンサパターンS2が応答することもあり得る。このような誤った応答を除外するには、本例に示したように、センサパターンS2が応答し始めてから何画素分か余分に印字エリア(露光エリア)をシフトさせても、センサパターンS2が確実に応答(光を検知)するということを確認すればよい。
なお、本例においては、説明を簡単にするために、印字エリア(露光エリア)を5画素分とし、上記確認のためのシフト量を1画素分のみとしたが、この値に限定されるものではなく、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2の大きさとの関係などを考慮し、印字エリア(露光エリア)の大きさや、上記確認の回数を決めればよい。
さて、このようにして、1画素単位でのビーム光aの主走査方向ビーム光位置情報が得られたならば、次に主制御部51は、1/10画素単位での主走査方向ビーム光位置情報を得るための動作を行なう。
現時点(S362)では、遅延パルスD1が選択された状態で、1画素単位での印字エリア(露光エリア)の設定によって、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2が応答する一歩手前に印字エリア(露光エリア)が設定されている。この状態から、主制御部51は、遅延パルスをD1からD2に切換え(パルスの位置を1/10クロックずらし)第1のカウンタ111のリセットを解除し、割込み信号を待つ(S363)。
第1のカウンタ111からの割込み信号を検知すると、主制御部51は、ビーム光位置検知出力回路40内の主走査ビーム位置検知回路のラッチ回路113の値を取込み、第1のカウンタ111にリセットをかける(S364)。
次に、主制御部51は、ラッチ回路113の値が「8」か否かを判定し(S365)、印字エリア(露光エリア)がビーム光検知装置38のセンサパターンS2に達したかどうかをチェックする。
このチェックの結果、ラッチの値が「8」でない場合は、まだ印字エリア(露光エリア)がセンサパターンS2に達していないということであるので、ステップS363に戻り、さらに、1/10クロック位相のずれた遅延パルスを選択し、上記と同様な判定動作を行なう。
ステップS365のチェックの結果、ラッチの値が「8」である場合には、印字エリア(露光エリア)がセンサパターンS2に達したということであるので、このときの遅延パルスを画像形成(複写、プリント)時に用いるとともに、選択した遅延パルスをメモリ52に記憶する(S366)。
以上のようにして、主制御部51は、印字エリア(露光エリア)の設定と、遅延パルスの選択により、印字エリア(露光エリア)を1/10画素程度の単位で移動させることが可能で、このときのビーム光検知装置38のセンサパターンS2の応答を見ることで、1/10画素程度の精度でビーム光aの主走査方向ビーム光位置情報を得ることができる。
なお、本実施の形態においては、印字エリア(露光エリア)をビーム光走査方向の下流側へ順々にずらし、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2が応答するポイントを見つけるという動作を示したが、本発明は、この方法に限定されるものではない。
たとえば、印字エリア(露光エリア)を更にビーム光走査方向の下流側へ順々にずらし、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2が応答しなくなるポイントを見つけ、これを各ビーム光a〜dの主走査方向ビーム光位置情報としてもよい。
また、たとえば、印字エリア(露光エリア)を、あらかじめビーム光走査方向の下流側へ設定しておき、順々に上流側へずらすことにより、ビーム光検知装置38のセンサパターンS2の応答するポイントを探したり、応答しなくなるポイントを探してもよい。
また、冒頭に述べたように、ビーム光の順番や、重なり具合がどのような状態であっても問題ない。例えば、これまで説明で用いてきたビーム光の状態とは異なる図24,25,26に示したどのような状態であっても、4つのビーム光の走査範囲を一致させることができる。
また、ビーム光が複数あることに限定されるものでもない。例えば、1つのビームであっても、基準となる位置に対して正確に画像を形成する必要がある際には、これまでに説明してきた方法を用いることでサブミクロンの精度で、画像形成範囲を規定することが可能になる。
以上説明したように上記発明の実施の形態によれば、信頼性を向上させてビーム光の走査方向(主走査方向)の露光位置を常に正確に制御できるビーム光走査装置および画像形成装置を提供することができる。
なお、本願発明は、上記(各)実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題(の少なくとも1つ)が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果(の少なくとも1つ)が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
本発明の実施の形態に係るデジタル複写機の構成を概略的に示す構成図。 光学系ユニットの構成と感光体ドラムの位置関係を示す図。 ビーム光検知装置の構成を概略的に示す構成図。 ビーム光検知装置の要部構成を概略的に示す構成図。 光学系の制御を主体にした制御系を示すブロック図。 ビーム光検知装置と感光体ドラムとの位置関係、および、サンプルタイマによる各ビーム光の露光エリア(印字エリア)、並びに、画像データによる発光エリアの位置関係をタイムチャートとあわせて示した図。 遅延パルスを用いて1クロック以下の細かい単位で印字エリア(露光エリア)を設定するための構成を示すブロック図。 遅延パルスを説明するための図。 遅延パルスと同期クロックとを説明するための図。 各ビーム光についての主走査方向ビーム位置情報の取得方法の原理を説明する図。 ビーム光のビーム光検知装置の出力に対する相対的な位置関係を検知する方法を説明する図。 主走査方向ビーム光位置検知回路の動作を説明するための図。 主走査方向ビーム光位置検知回路の動作を説明するための図。 主走査方向ビーム光位置検知回路の動作を説明するための図。 ビーム光パワーが異なった場合の露光エリアを模擬的に表わした図。 ビーム光の通過位置制御およびオフセット検出・補正処理を説明するためのブロック図。 プリンタ部の電源投入時における概略的な動作を説明するフローチャート。 主走査方向ビーム光位置制御ルーチンを説明するフローチャート。 ビーム光a〜dの主走査方向ビーム光位置情報の例を示す図。 ビーム光a〜dに対する印字エリアの設定例を示す図。 ビーム光の主走査方向ビーム光位置情報取得ルーチンを説明するフローチャート。 ビーム光の主走査方向ビーム光位置情報取得ルーチンを説明するフローチャート。 ビーム光の主走査方向ビーム光位置情報取得ルーチンを説明するフローチャート。 ビーム光の状態例を示す図。 ビーム光の状態例を示す図。 ビーム光の状態例を示す図。
符号の説明
1…スキャナ部、2…プリンタ部、3…第1キャリッジ、4…第2キャリッジ、5…結像レンズ、6…光電変換素子、13…光学系ユニット、14…画像形成部、15…感光体ドラム、38…ビーム光検知装置、51…主制御部、116a,116b,116c,116d…クロック同期回路、117…ディレイラン、118a、118b,118c,118d…遅延パルスセレクタ、119a,119b,119c,119d…画像転送クロック生成部。

Claims (3)

  1. ビーム光を発生するビーム光発生手段と、
    このビーム光発生手段から発生されたビーム光を被走査面へ向けて反射し、前記ビーム光により前記被走査面を走査する走査手段と、
    前記被走査面上あるいは同等の位置に配置され、前記走査手段により前記被走査面を走査するビーム光を検知するビーム光検知手段と、
    前記ビーム光検知手段の出力を遅延し、互いに遅延量の異なる複数の遅延信号を出力するディレイラインと、
    前記ディレイラインから出力される複数の遅延信号から1つを選択する遅延信号選択手段と、
    クロック信号を発生するクロック発生手段と、
    前記遅延信号選択手段から出力される遅延信号に前記クロック発生手段により発生されたクロックを同期させ、同期クロックを発生するクロック同期手段と、
    このクロック同期手段が発生するクロックを基準とし、前記ビーム光の画像形成範囲を設定する画像形成範囲設定手段と、
    前記ビーム光の画像形成範囲が所定の位置になるよう前記遅延信号選択手段と前記画像形成範囲設定手段とを制御する制御手段と、
    を具備することを特徴とするビーム光走査装置。
  2. 第1のビーム光を発生する第1のビーム光発生手段と、
    第2のビーム光を発生する第2のビーム光発生手段と、
    前記第1、第2のビーム光発生手段から発生された前記第1及び第2のビーム光を被走査面へ向けて反射し、前記第1及び第2のビーム光により前記被走査面を走査する走査手段と、
    前記被走査面上あるいは同等の位置に配置され、前記走査手段により前記被走査面を走査する前記第1及び第2のビーム光を検知する第1のビーム光検知手段と、
    この第1のビーム光検知手段よりビーム光走査方向下流に配置され、前記走査手段により前記被走査面を走査する第1及び第2のビーム光を検知する第2のビーム光検知手段と、
    クロック信号を発生するクロック発生手段と、
    前記第1のビーム光検知手段の出力を遅延し、互いに遅延量の異なる複数の遅延信号を提供するディレイラインと、
    前記ディレイラインから提供される前記複数の遅延信号から1つの遅延信号をそれぞれ選択する第1及び第2の遅延信号選択手段と、
    前記第1の遅延信号選択手段により選択された遅延信号に、前記クロック発生手段により発生されたクロックを同期させ、第1の同期クロックを発生する第1のクロック同期手段と、
    前記第2の遅延信号選択手段により選択された遅延信号に、前記クロック発生手段により発生されたクロックを同期させ、第2の同期クロックを発生する第2のクロック同期手段と、
    前記第1のクロック同期手段から出力される前記第1の同期クロックを基準にして、前記第1のビーム光の画像形成範囲を設定する第1の画像形成範囲設定手段と、
    前記第2のクロック同期手段から出力される前記第2の同期クロックを基準にして、前記第2のビーム光の画像形成範囲を設定する第2の画像形成範囲設定手段と、
    前記第2のビーム光検知手段からの前記第1及び第2のビーム光の検知出力に基づいて、前記第1及び第2のビーム光の前記被走査面上での画像形成範囲が一致するよう前記第1及び第2の遅延信号選択手段、及び前記第1及び第2の画像形成範囲設定手段を制御する制御手段と、
    を具備することを特徴とするビーム光走査装置。
  3. ビーム光により像担持体上を走査露光することにより前記像担持体上に画像を形成する画像形成装置であって、
    ビーム光を発生するビーム光発生手段と、
    このビーム光発生手段から発生されたビーム光を前記像担持体へ向けて反射し、前記ビーム光により前記像担持体を走査する走査手段と、
    前記像担持体上あるいは同等の位置に配置され、前記走査手段により前記像担持体を走査するビーム光を検知するビーム光検知手段と、
    前記ビーム光検知手段の出力を遅延し、互いに遅延量の異なる複数の遅延信号を出力するディレイラインと、
    前記ディレイラインから出力される複数の遅延信号から1つを選択する遅延信号選択手段と、
    クロック信号を発生するクロック発生手段と、
    前記遅延信号選択手段から出力される遅延信号に前記クロック発生手段により発生されたクロックを同期させ、同期クロックを発生するクロック同期手段と、
    このクロック同期手段が発生するクロックを基準とし、前記ビーム光の画像形成範囲を設定する画像形成範囲設定手段と、
    前記ビーム光の画像形成範囲が所定の位置になるよう前記遅延手段と前記画像形成範囲設定手段とを制御する制御手段と、
    を具備することを特徴とする画像形成装置。
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