JP4877169B2 - レーザ走査光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ走査光学装置、特に、電子写真方式の複写機やプリンタなどの画像形成装置にプリントヘッドとして搭載されるレーザ走査光学装置に関する。

近年、複写機やプリンタにおいては、高速高精細化の要求が強く、感光体上を複数のビームで副走査方向に所定の間隔で走査するマルチビーム方式が主流になっている。従来、ＶＣＳＥＬなどのマルチビーム光源を用いているが、この種の光源では感光体面上での必要光量を一つのビームで得ることができない。そこで、感光体上の同一画素を複数の発光源からのビームで多重露光し、その総和光量で必要光量を確保している。このような多重露光において、各画素の濃度は、多重露光に使用されたビームの光量の総和となる。画素間でこの総和光量に差が発生すると、濃度むらとなるため、総和光量での光量の安定化、光量の調整方法が重要となっている。

マルチビーム光源を用いた多重露光にあっては、特許文献１に、複数の発光源の総和光量を検出し、予め調整された各発光源の分配率に基づいて総和光量検出結果から個々の発光源の光量をバランスをとって調整する方法が開示されている。しかし、この光量制御方法では、全ての発光源に光量制御機構やバランス調整機構を設ける必要があり、高価になる。

また、従来から一般的には使用されている時分割のラインＡＰＣ（自動パワー制御、１ビームごとに時分割し、各ラインの全ビームの光量制御を画像描画領域外で行う方式）では、ビーム数が増加すれば、その増加分だけ光量制御時間が増加し、高速化には向かないという問題点を有していた。
特開平８−２６４８７３号公報

そこで、本発明の目的は、複数の発光源を組み合わせて多重露光する場合に、簡単な構成でかつ短時間で光量制御を行うことのできるレーザ走査光学装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、第１の発明は、
被走査面上を複数のビームにて多重露光を行うレーザ走査光学装置において、
互いに独立して駆動可能な複数の発光源と、
前記複数の発光源から放射された複数のビームを同時に走査して被走査面上を露光するための光学系と、
前記複数の発光源を組み合わせて被走査面上の同一画素を多重露光する制御手段と、
多重露光のために組み合わされた発光源から放射されるビームの光量を検出する光量検出手段と、
前記光量検出手段で検出された光量を、多重露光のために組み合わされた発光源のうち一つの発光源にフィードバックさせて、組み合わされた発光源の光量を調整する光量調整手段と、
を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、
被走査面上を複数のビームにて多重露光を行うレーザ走査光学装置において、
互いに独立して駆動可能な複数の発光源と、
前記複数の発光源から放射された複数のビームを同時に走査して被走査面上を露光するための光学系と、
前記複数の発光源を組み合わせて被走査面上の同一画素を多重露光する制御手段と、
前記制御手段からの光量可変信号に基づいて前記各発光源の光量を可変する光量可変手段と、
を備え、
前記光量可変手段は多重露光のために組み合わされた発光源のうち一つの発光源の光量を調整すること、
を特徴とする。

本発明に係るレーザ走査光学装置においては、同一画素を多重露光する複数のビームの総和光量の制御を、多重露光のために組み合わされた発光源のうち一つの発光源に集中させ、他のビームは定電流駆動としている。これにて、光量調整手段を削減することができ、構成の簡略化やコストの低減を図ることができる。また、全ての発光源の光量を調整することに比べて光量調整時間の短縮化を図ることができる。

以下、本発明に係るレーザ走査光学装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示す画像形成装置は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色（Ｃ：シアン、Ｍ：マゼンタ、Ｙ：イエロー、Ｋ：ブラック）の画像を形成するように構成したものである。画像は、各画像形成ステーション１０１で形成され、中間転写ベルト１１２上で合成される。なお、各図面において、参照数字に付されているＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの文字はそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー、ブラック用の部材であることを意味している。

各画像形成ステーション１０１（１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｙ，１０１Ｋ）は、その概略を説明すると、感光体ドラム１０２（１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙ，１０２Ｋ）、レーザ走査光学ユニット１０３（１０３Ｃ，１０３Ｍ，１０３Ｙ，１０３Ｋ）、現像器１０４（１０４Ｃ，１０４Ｍ，１０４Ｙ，１０４Ｋ）などを含む。

各レーザ走査光学ユニット１０３から放射されたビームＢＣ，ＢＭ，ＢＹ，ＢＫが各感光体ドラム１０２を照射し、各色の画像を形成する。一方、画像形成ステーション１０１の直下には中間転写ベルト１１２がローラ１１３，１１４，１１５に無端状に張り渡され、矢印Ａ方向に回転駆動され、駆動ローラ１１３を設置した部分であって中間転写ベルト１１２に対向する部分（２次転写部）には２次転写ローラ１１６が配置されている。また、画像形成装置の下段には、積載されている転写材を１枚ずつ給紙する自動給紙部１３０が設置されている。

画像データは図示しない画像読取り装置（スキャナ）あるいはコンピュータなどからＣＭＹＫごとの画像データとして図示しない画像メモリに送信され、これらの画像データに基づいて各レーザ走査光学ユニット１０３が駆動され、それぞれの感光体ドラム１０２上にトナー画像を形成する。このような電子写真プロセスは周知であり、その説明は省略する。

各感光体ドラム１０２上に形成されたトナー画像は矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト１１２上に順次１次転写され、４色の画像が合成される。一方、転写材は１枚ずつ給紙部１３０から上方に給紙され、２次転写部で転写ローラ１１６から付与される電界にて中間転写ベルト１１２から合成画像が２次転写される。その後、転写材は図示しない定着装置に搬送されてトナーの加熱定着が施され、画像形成装置の上面部に排出される。

２次転写部の直前には給紙された転写材を検出するためのＴＯＤセンサ１０６が設置され、転写材と中間転写ベルト１１２上の画像との同期をとっている。また、中間転写ベルト１１２上に形成されたレジスト補正用画像を検出するためのレジストセンサ１０５が設置されている。ベルト１１２上に各画像形成ステーション１０１ごとにレジスト補正用画像を形成し、該補正用画像をセンサ１０５で検出することで、各レーザビームＢＣ，ＢＭ，ＢＹ，ＢＫの発光タイミングを調整し、ＣＭＹＫの画像がベルト１１２上で正確に合成されるようにしている。

（レーザ走査光学ユニット、図２参照）
図２に示すように、各レーザ走査光学ユニット１０３は、概略、独立して駆動可能な四つの発光源３０１ａ〜３０１ｄを有する半導体レーザアレイ３０１と、光量検出手段であるフォトダイオード３０２と、ビーム分離プリズム３１０と、第１シリンドリカルレンズ３１１と、所定の速度で回転駆動されるポリゴンミラー３１２と、ｆθ機能を有する走査レンズ３１３と第２シリンドリカルレンズ３１４と、水平同期センサ３１６とで構成されている。

半導体レーザアレイ３０１の発光源３０１ａ〜３０１ｄから放射されたビーム（発散光）は、コリメータユニット３０４によって平行光とされ、ビーム分離プリズム３１０に導かれる。分離された各ビームの一部はフォトダイオード３０２に入射し、その光量（同時にオンされたビームの総和光量）を検出される。

プリズム３１０で分離された他のビームは、第１シリンドリカルレンズ３１１によって副走査方向Ｚにほぼ平行に集光され、ポリゴンミラー３１２に導かれる。これらのビームはポリゴンミラー３１２の回転に基づいて主走査方向Ｙに等角速度で偏向され、走査レンズ３１３を透過することで必要な収差を補正され、第２シリンドリカルレンズ３１４を透過して感光体ドラム１０２上で結像する。感光体ドラム１０２上で各ビームは副走査方向Ｚに並び主走査方向Ｙに走査される。この水平走査により感光体ドラム１０２上に静電潜像が形成される。

各レーザ走査光学ユニット１０３において、感光体ドラム１０２上での各走査ラインの書出し位置を検出するため、即ち、水平同期信号を得るため、ポリゴンミラー３１２で偏向されたビームの主走査方向上流側のビームは、ミラー３１５で反射され、水平同期センサ３１６に入射し、水平同期信号が生成される。なお、このような水平同期信号を生成する方法は周知であり、その説明は省略する。

前記レーザ走査光学ユニット１０３は図示しないＣＰＵによって制御され、このようなレーザによる描画の制御は周知であり、制御機構の詳細は説明を省略する。

（２重露光の態様、図３参照）
ここで、感光体ドラム１０２上での多重露光（本実施例では２重露光としている）の態様について説明する。図３は、本実施例で２重露光した場合の感光体ドラム１０２上でのビーム配置を示している。各発光源３０１ａ〜３０１ｄから放射される４本のビームを、感光体ドラム１０２上で副走査方向Ｚに、３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの順に配置する。４本のビームごとに走査して２重露光するには、前の走査時の３０１ｃ，３０１ｄに対して次の走査時の３０１ａ，３０１ｂを重ねて露光する。これにて、３０１ｃ，３０１ａの組と３０１ｄ，３０１ｂの組が常に同一画素を露光することになる。

また、ｎ走査目で駆動する発光源３０１ｃ，３０１ｄの発光信号と、ｎ＋１走査目で駆動する発光源３０１ａ，３０１ｂの発光信号は同じ画像データに基づくものである。そして、同一画素を露光するビームの組はフォトダイオード３０２で総和光量として検出される。

（光量安定化制御及び光量調整制御、図４〜図６参照）
図４に各発光源３０１ａ〜３０１ｄの光量制御回路を示し、図５に光量安定化制御を模式的に示す。発光源３０１ａ，３０１ｂは基本的には同じ光量制御回路、発光源３０１ｃ，３０１ｄは基本的には同じ光量制御回路にて構成され、同じ制御が行われる。従って、回路及び制御に関して、発光源３０１ａ，３０１ｃについて説明する。

発光源３０１ａは、概略、スイッチング部５１ａ、定電流駆動部５２ａ、比較部５３ａ、ＳＨ部５４ａにて構成され、ＶＩＤＥＯａ信号及びＳＨａ信号によって駆動される。発光源３０１ｃは、概略、スイッチング部５１ｃ、定電流駆動部５２ｃ、基準電圧発生部５５ｃにて構成され、ＶＩＤＥＯｃ信号及びＳＨａ信号によって駆動される。また、フォトダイオード３０２の出力は発光源３０１ａ，３０１ｂの比較部５３ａ，５３ｂにそれぞれ接続されている。

発光源３０１ｃに関しては、基準電圧発生部５５ｃの電圧に応じた定電流が定電流駆動部５２ｃで生成される。ＳＨａ信号又はＶＩＤＥＯｃ信号がオフの場合、スイッチング部５１ｃからこの定電流が流れるため、発光源３０１ｃは発光しない。ＳＨａ信号又はＶＩＤＥＯｃ信号がオンすると、発光源３０１ｃからこの定電流が流れるため、発光源３０１ｃが発光する。また、可変抵抗器ＶＲｃの抵抗値を増減することで、発光源３０１ｃの光量を調整することも可能である。

発光源３０１ａに関しては、ＳＨ部５４ａのコンデンサ電圧に応じた定電流が定電流駆動部５２ａで生成される。ＳＨａ信号又はＶＩＤＥＯａ信号がオフの場合、スイッチング部５１ａからこの定電流が流れるため、発光源３０１ａは発光しない。ＳＨａ信号又はＶＩＤＥＯａ信号がオンすると、発光源３０１ａからこの定電流が流れるため、発光源３０１ａが発光する。

ここで、光量安定化制御について説明する。ＳＨａ信号がオンすると、発光源３０１ｃ，３０１ａが同時に発光し、フォトダイオード３０２への入射光量に応じた電流が抵抗器ＶＲａに流れ込み、比較部５３ａの＋端子に電圧が発生する。この電圧と基準電圧ＬＤＰＣａとが比較部５３ａで比較され、ＳＨ部５４ａのコンデンサに電圧が充放電される。このコンデンサの充放電により定電流駆動部５２ａへの電圧が変化し、発光源３０１ａからの電流を変化させることで、発光源３０１ａの光量が調整される。これにより、２重露光される発光源３０１ｃ，３０１ａの組のうち、発光源３０１ａにのみ光量検出結果をフィードバックさせ、総和光量を調整する。発光源３０１ｃは定電流制御である。なお、発光源３０１ｄ，３０１ｂの組に関しても同様に発光源３０１ｂにのみフォトダイオード３０２による光量検出結果をフィードバックさせ、総和光量を調整する。

次に、光量調整制御について説明する。各発光源３０１ａ〜３０１ｄは図６に示すように、駆動電流に対する発光光量が温度に依存する。即ち、所定の電流Ｂであっても１０℃〜６０℃ではＢ’の範囲で光量が変動する。そこで、環境温度に応じた光量調整制御を行うことが好ましい。

温度変化によって（あるいは、他の要因によって）光量の減少が検出されると、基準電圧ＬＤＰＣａ信号を変更することで、比較部５３ａでの比較結果が変更される。これにて、発光源３０１ａ，３０１ｃの総和光量が調整される。前記光量安定化制御はこの光量調整制御とともに実行することで、より効果的な光量制御が可能となる。

（発光制御、図７参照）
水平同期信号は、図７に示すように、ＶＩＤＥＯａ信号により発光源３０１ａを所定の強度で発光させた際におけるセンサ３１６の出力から得ている。このセンサ３１６の出力に基づいて、所定のタイミングでＶＩＤＥＯａ，ＶＩＤＥＯｂ，ＶＩＤＥＯｃ，ＶＩＤＥＯｄ信号を駆動し、各発光源３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄにて感光体ドラム１０２上を走査（描画）する。

また、ＳＨａ，ＳＨｂ信号を時分割したタイミングで動作させることで、フォトダイオード３０２の出力を発光源３０１ｃ，３０１ａの総和と、発光源３０１ｄ，３０１ｂの総和を分割して得ることができる。これにより前記光量安定化制御を行う。

（実施例の効果）
以上説明した実施例においては、同一画素を２重露光する発光源の組（３０１ｃと３０１ａ、３０１ｄと３０１ｂ）の総和光量を、一つの発光源３０１ａ，３０１ｂの光量を制御することで、所定の総和光量とすることができる。他の発光源３０１ｃ，３０１ｄに関しては定電流駆動を行うだけでよい。従って、比較部やＳＨ部を削減でき、構成が簡略化され、コストが低減される。また、全ての発光源の光量を調整することに比べて光量調整時間が短縮化される。

（他の実施例）
なお、本発明に係るレーザ走査光学装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、半導体レーザアレイの設置個数は１個に限らず、複数個の半導体レーザアレイを用いたマルチビーム形式であってもよい。また、一つの半導体レーザアレイに含まれる発光源の個数も４個以外の任意の個数であってもよく、２重以上の多重露光であってもよい。さらに、画像形成ステーションの構成や制御部の構成などは任意であることは勿論である。

本発明に係るレーザ走査光学装置を搭載した画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明に係るレーザ走査光学装置の一実施例を示す概略斜視図である。 ２重露光における感光体上でのビーム配列を示す説明図である。 光量制御回路を示すブロック図である。 光量安定化制御を模式的に示すチャート図である。 発光源の駆動電流に対する発光光量の温度依存特性を示すグラフである。 発光制御タイミングを示すチャート図である。

符号の説明

５１ａ〜５１ｄ…スイッチング部
５２ａ〜５２ｄ…定電流駆動部
５３ａ，５３ｂ…比較部
５４ａ，５４ｂ…ＳＨ部
５５ｃ，５５ｄ…基準電圧発生部
１０２…感光体ドラム
１０３…レーザ走査光学ユニット
３０１…半導体レーザアレイ
３０１ａ〜３０１ｄ…発光源
３０２…フォトダイオード
３１２…ポリゴンミラー
３１３…走査レンズ

Claims (2)

1. 被走査面上を複数のビームにて多重露光を行うレーザ走査光学装置において、
   互いに独立して駆動可能な複数の発光源と、
   前記複数の発光源から放射された複数のビームを同時に走査して被走査面上を露光するための光学系と、
   前記複数の発光源を組み合わせて被走査面上の同一画素を多重露光する制御手段と、
   多重露光のために組み合わされた発光源から放射されるビームの光量を検出する光量検出手段と、
   前記光量検出手段で検出された光量を、多重露光のために組み合わされた発光源のうち一つの発光源にフィードバックさせて、組み合わされた発光源の光量を調整する光量調整手段と、
   を備えたことを特徴とするレーザ走査光学装置。
2. 被走査面上を複数のビームにて多重露光を行うレーザ走査光学装置において、
   互いに独立して駆動可能な複数の発光源と、
   前記複数の発光源から放射された複数のビームを同時に走査して被走査面上を露光するための光学系と、
   前記複数の発光源を組み合わせて被走査面上の同一画素を多重露光する制御手段と、
   前記制御手段からの光量可変信号に基づいて前記各発光源の光量を可変する光量可変手段と、
   を備え、
   前記光量可変手段は多重露光のために組み合わされた発光源のうち一つの発光源の光量を調整すること、
   を特徴とするレーザ走査光学装置。

Images