JP4906081B2

JP4906081B2 - 光ビーム走査装置

Info

Publication number: JP4906081B2
Application number: JP2006240608A
Authority: JP
Inventors: 芳夫神崎; 英俊金井; 雄久前田; 真也田中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: JP2007148356A; US7508408B2; US20070097201A1

Description

本発明は、光ビーム走査装置に関し、特に、MFP装置やプリンタ装置などの画像形成装置に用いる光ビーム走査装置に関する。

MFP装置やプリンタ装置などの画像形成装置では、レーザダイオード（LD）からのレーザ光を変調して、ポリゴンミラーによって偏向走査する光ビーム走査装置で、感光体ドラム上に潜像を形成している。レーザダイオードの出力レーザ光を一定のレベルに保持するために、初期化動作を行う。そのために、レーザダイオードの出力レベルをフォトダイオード（PD）で検出する。この初期化動作に関する従来の技術の例を次に示す。

特許文献１に開示された「半導体レーザ駆動装置」は、周囲温度が上昇してレーザダイオードの発振しきい値電流が増加しても、バイアス電流と発振しきい値電流だけでは半導体レーザが発光しないようにすることができる半導体レーザ駆動装置である。電流出力型のDACを構成する発光電流生成回路が、発光電流生成回路におけるDACの基準電流に、初期化回路から入力されるディジタルデータ信号に応じた制御回路からの制御電流を加算する。これによって得られた補助電流を、初期化回路から入力されるディジタルデータ信号に応じた電流値に加えて、発光電流とする。

特許文献２に開示された「半導体レーザ駆動回路」は、レーザダイオードの特性に応じた時間で微分量子効率の検出を行うことができ、レーザダイオードの特性に応じて微分量子効率の検出時間を短縮することができる半導体レーザ駆動回路である。外付けの抵抗の抵抗値を変えることによって、ロジック回路に供給するクロック信号の周波数を変えて、初期化の各工程の時間を変える。スイッチをオンさせてサンプルホールドコンデンサの充電を行うとき、第１の演算増幅器よりも出力電流が大きくなるように設計され第２の演算増幅器を作動させる。２つの演算増幅器によって、サンプルホールドコンデンサを充電する。
特開2004-153118号公報特開2005-129842号公報

しかし、従来の光ビーム走査装置では、次のような問題がある。ポリゴンミラーからの正反射光が、LD（レーザダイオード）に内蔵されたPD（フォトダイオード）に入射することで、LD発光動作が正常に行われなくなることがある。LD発光動作が正常に行われないと、画像が正常に形成されない。また、レーザダイオード毎の特性に応じた閾値電流や発光電流の検出のための初期化動作を行うLDドライバ制御回路を使用した装置では、初期化動作中に、ポリゴンミラーからの正反射光が、LDに内蔵されたPDに入射することで、初期化動作が正常に行われないことがある。初期化失敗により、バイアス電流が多くなり、画像に乱れが発生する。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、画像形成装置などの光ビーム走査装置において、レーザ光の戻り光の悪影響を排除して、LDドライバ制御回路の初期化を正常に行えるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明では、レーザ光を発生する発光源と、前記発光源の点灯を制御するとともに前記発光源の電流に対する発光量の検出を行う手段を備えた制御部と、前記発光源からの光ビームを走査する偏向手段とを備えた光ビーム走査装置において、前記制御部は、前記偏向手段の反射面に対して前記光ビームの入射角が略90度になるタイミングでの前記発光源の光量を設定する光量設定手段を有し、前記制御部に、前記偏向手段の反射面に対して前記光ビームが略90度で入射するタイミングで生じるノイズを相殺するように、前記光量設定手段に光量を設定する手段を設けた。

上記のように構成したことにより、正反射になるタイミングではLD発光量を減らすことで、LD発光量の検出信号が見かけ上大きくなってしまうようなノイズが混入しても、検出信号の値を実際の発光量に対応する値に修正できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例１は、発光源からの光ビームが、ポリゴンミラーの反射面に略90度で入射する時には、発光源を点灯せずに発光量の検出も行わない光ビーム走査装置である。

図１は、本発明の実施例１における光ビーム走査装置の概念図である。図１において、LDユニット１は、レーザダイオード（LD）からレーザ光を射出するユニットである。ポリゴンミラー２は、レーザ光を偏向走査する回転多面鏡である。Ｆ-θレンズ３は、レーザ光を収束させる結像レンズである。反射ミラー４は、感光体にレーザ光を導く鏡である。感光体ドラム５は、帯電した表面に潜像を形成するドラム状の感光体である。同期検知ミラー６は、受光素子にレーザ光を導く鏡である。受光素子７は、同期検知用のレーザ光を検知する素子である。図２は、点灯制御方法を説明するためのタイムチャートである。図３は、初期化方法を説明するためのタイムチャートである。

図４は、画像形成装置の構成を示す機能ブロック図である。図４において、レーザダイオード８は、レーザ光を発生するダイオードである。LDドライバ９は、レーザダイオードを駆動する回路である。制御部10は、光ビーム走査装置を制御する回路である。ROM11は、プログラムなどを格納した読出専用メモリである。RAM12は、データなどを一時的に記憶するランダムアクセスメモリである。CPU13は、制御プログラムを実行する中央処理装置である。書込制御ASIC14は、レーザ光による書込みを制御する専用ICである。画像処理部15は、画像データから書込み信号を生成する処理手段である。操作・表示部16は、オペレータのための表示手段と入力手段である。コントローラ17は、画像データの取込みなどを制御する装置である。スキャナ部18は、紙原稿から画像を取り込む装置である。ネットワークインタフェース19は、ネットワークを介して他装置と通信する手段である。ポリゴンモータドライバ20は、ポリゴンモータを駆動する回路である。ポリゴンモータ21は、ポリゴンミラーを回転するモータである。

上記のように構成された本発明の実施例１における光ビーム走査装置の動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、光ビーム走査装置の機能の概要を説明する。LDユニット１では、レーザダイオード（LD）から射出されたレーザ光が、コリメートレンズによって平行光線となる。次いで、ポリゴンミラー２によって偏向走査された後、Ｆ-θレンズ３等から構成される結像レンズ及び反射ミラー４によって、感光体ドラム５の帯電した表面に画像を結像する。このレーザビームは、画像信号に基づいて変調されて、点灯、消灯を繰り返す。主走査方向に反復して走査されると同時に、感光体５が回転して副走査を行うことによって、感光体５上に静電潜像を形成する。また、受光素子７にレーザ光が入射することで、ポリゴンミラー２の各面毎で同期検知信号を生成する。

次に、図１と図４を参照しながら、画像形成装置の動作を説明する。感光体５上の走査領域外に配置された同期検知ミラー６からの反射レーザ光を、受光素子７が検知すると、LD制御部15は、受光素子７によって得られた同期検知信号を基準として、LD制御に必要な各種信号のタイミング生成を行う。感光体５上に形成された静電潜像は、帯電した現像剤・トナーによって現像される。さらに転写部で、現像剤とは反対の電荷を与えられた転写紙等の転写材が、感光体５に密着させられることで、現像剤が転写材に転写される。そして、転写材が感光体５から分離した後、定着部で加熱および加圧されることで、現像剤が転写材上に融着して定着が行われる。

次に、図１と図２を参照しながら、レーザダイオードの点灯制御方法を説明する。発光源からの光ビームが、ポリゴンミラーの反射面に略90度で入射する時には、発光源を点灯せずに発光量の検出も行わない制御について説明する。LDユニット１から出たレーザ光が、ポリゴンミラー２に略90度の入射角で当ると、入射光路と反射光路が同じである正反射光となり、レーザダイオードに内蔵されたフォトダイオード（PD）にレーザ光が入射する。これを避けるために、次のように点灯制御する。同期検知信号を基準として画素クロックで動作するカウンタと制御回路を使用して、ポリゴンミラー２に対してレーザ光の入射角が略90度となるタイミングを避けて、APC（Automatic Power Control）や同期検知等に必要な点灯制御を行う。ポリゴンミラー２に対して、レーザ光の入射角が略90度となるタイミングは、光学系のレイアウトから予め分かっている。

APC点灯制御は、図２に示すXAPCON信号により、同期検知の前に行われる。同期点灯制御も、図２に示すBDON信号により、同期検知の前に行われる。APC点灯制御や同期点灯制御を、図２の斜線で示したタイミングを避けて行うように、制御部に対してタイミング設定を行う。ポリゴンモータの回転数が変更されると、レーザ光の入射角が略90度となるタイミングも変わるので、動作条件（線速や解像度）が変更された場合には、制御部へのタイミング設定を変える必要がある。制御部への各タイミング設定は、制御部に搭載されたCPU上で動作するソフトウエアにて行う。

次に、図３と図４を参照しながら、LDドライバを制御する書込制御ASICの初期化方法を説明する。書込制御ASIC14を用いた制御部10で、ポリゴンミラー２に対するレーザ光の入射角が略90度となるタイミングを避けて、初期化動作を行う。初期化動作は、レーザダイオード毎の特性に応じた閾値電流と発光電流の検出である。LD制御に関連するタイミング設定を、制御部10に対して行った後、図３に示すLDOFF信号を解除して初期化を開始する。LDが所定のタイミングで発光して、受光素子７に入射すると、同期検知信号が発生する。この信号を、図４に示す制御部15で処理することで、主走査カウンタが動作し始める。

ソフトウエアにより任意のタイミングでLDOFF信号をアクティブ（Highレベル）にすると、LDが消灯する。再び点灯させるためには、再度初期化が必要となる。ここで、２回目の初期化に必要な期間（図３の斜線で示した部分）が、ポリゴンミラー２から反射したレーザ光がPDに入射しないタイミングとなるように、初期化開始信号を、図３のＴ秒の位置に発生させる。すなわち、制御部は、同期検知信号に基づいて、略90度入射タイミングの直後に初期化開始信号を発生する。以上の制御により、図３のタイミング図に斜線で示した時間が最も長い場合でも、戻り光の影響を受けないで、書込制御ASICの初期化動作を行うことができる。

上記のように、本発明の実施例１では、光ビーム走査装置を、発光源からの光ビームが、ポリゴンミラーの反射面に略90度で入射する時には、発光源を点灯せずに発光量の検出も行わない構成としたので、ポリゴンミラーからの正反射光を避けて、LD発光動作と初期化動作を常に正常に行うことができる。

本発明の実施例２は、発光源からの光ビームがポリゴンミラーの反射面に略90度で入射する時には、発光源を点灯せずに、光量検出異常であるとしてリトライする光ビーム走査装置である。

本発明の実施例２における光ビーム走査装置の基本的な構成は、実施例１と同じである。正反射のタイミングで発光量の検出を行い、光量検出異常であるとしてリトライを行う点が異なる。図５は、本発明の実施例２における光ビーム走査装置で、光量設定信号と光量検出信号の関係を示すタイミング図である。

図５を参照しながら、LDを消灯して発光量検出動作をリトライする方法を説明する。図５（ａ）に示すように、光量設定信号を常に一定値とすると、LDは連続的に点灯されるので、PDから出力される光量検出信号は、図５（ｂ）に示すように、正反射のときの戻り光により、光量検出閾値を超える。そこで、図５（ｃ）に示すように、光量設定信号を、正反射となるタイミングではLDを消灯するように設定する。

このように設定して、消灯期間にも発光量の検出を行う。すると、図５（ｄ）に示すように、光量検出信号は、消灯検出閾値を下回るので、発光量が閾値より下がったことを検出して、光量検出信号の異常と判断する。光量検出に失敗した場合は、発光量検出をリトライするように設定しておくので、発光量検出が成功するまで、発光量検出を繰り返す。正反射となるタイミングを過ぎると、光量設定信号は通常値に戻り、LDは点灯するので、実際の発光量を正確に検出できる。

上記のように、本発明の実施例２では、光ビーム走査装置を、発光源からの光ビームがポリゴンミラーの反射面に略90度で入射する時には、発光源を点灯せずに、光量検出異常であるとしてリトライする構成としたので、ポリゴンミラーからの正反射光を避けて、LD発光動作と初期化動作を常に正常に行うことができる。

本発明の実施例３は、発光源からの光ビームがポリゴンミラーの反射面に略90度で入射する時の光量を、正反射によるノイズを相殺するような値に設定する光ビーム走査装置である。

本発明の実施例３における光ビーム走査装置の基本的な構成は、実施例１と同じである。光量検出信号中における正反射のノイズを相殺するように、光量設定信号により光量を制御する点が異なる。図６と図７は、本発明の実施例２における光ビーム走査装置で、光量設定信号と光量検出信号の関係を示すタイミング図である。図８は、光量設定信号発生回路のブロック図である。

図６を参照しながら、正反射のときにLDの光量を低減する方法を説明する。光量検出動作は、図６（ａ）に示す同期検知信号を基準として行われる。図６（ｂ）に示すように、光量設定信号を常に一定の値にすると、LDは連続的に点灯されるので、PDから出力される光量検出信号には、図６（ｃ）に示すように、正反射のときの戻り光によるノイズがのる。そこで、同期検知信号を基準として画素クロックで動作するカウンタと制御回路を使用して、ポリゴンミラー２に対してレーザ光の入射角が略90度となるタイミングで、発光源の光量を変える。図６（ｄ）に示すように、光量設定信号を、正反射となるタイミングではLDを減光するように設定する。発光量の検出信号のノイズを相殺するように光量を設定することにより、見かけ上の光量検出信号を、目標の検出値に修正することができる。正反射期間では、図６（ｅ）に示すように、光量検出信号は、他の期間と同じ値となる。この値に基づいてLDの光量を調整する。このとき、実際の光量は、目標の光量からずれているが、この領域を走査の必要範囲外とすることにより、光量がずれていても問題とならない。通常の画像形成装置の光学系レイアウトでは、この領域は走査範囲外となっている。

図７を参照しながら、正反射のタイミングで、発光源を減光する方法を説明する。図７（ａ）に示すように、光量設定信号を一定値すると、図７（ｂ）に示すように、正反射のときの戻り光によるノイズで、光量検出信号は光量検出閾値を超えてしまう。これを避けるために、図７（ｃ）に示すように、正反射となるタイミングでは、発光量検出信号のノイズを相殺するように、光量設定信号の示す発光量を予め設定しておく。こうすることにより、見かけ上の光量検出信号を、正常な場合に近い値に修正することができる。LDの減光により、光量検出信号はノイズがない場合と同じになる。正反射が起こる期間では、図７（ｄ）に示すように、光量検出信号は、他の期間とほぼ同じ値となる。この値に基づいてLDの光量を調整することになる。

光量検出器は、ノイズが混入して検出値が閾値を超えてしまった場合には異常終了するようにしてある。しかし、正反射が起こるタイミングで発光源を減光して、光量検出信号が閾値を超えないように制御することで、発光量検出が異常終了となることを防止する。LDを減光することで、発光量検出は異常終了せず、発光量検出を継続できる。減光された期間の発光量の検出結果には特に意味はないが、これに基づいて発光量を調節しても、走査範囲外なので実害はない。発光量の検出結果を無視するようにしてもよい。減光期間後に発光量を再び検出することで、実際の発光量が得られる。あるいは、減光期間前後の検出結果から発光量を計算することにより、実際の発光量を得てもよい。

次に、図８を参照しながら、光量設定信号発生回路について説明する。光量設定信号は、発光源の光量を設定する光量設定信号を発生する光量設定信号発生回路と、同期検知信号を基準として画素クロックで動作するカウンタに基づいて、光量変化タイミングが決定される。これにより、同期検知信号に同期した制御が可能となり、ポリゴンミラー２に対して、レーザ光の入射角が略90度となり、ノイズが混入するタイミングでの光量可変制御や消灯制御が可能となる。また、光量設定信号は、D/Aコンバータ等により生成される電圧値とすることにより、簡素な構成にて発光量設定が可能となり、光量検出閾値との比較も容易な構成となる。また、電圧値を生成する手段は、設定光量に対応したパルスを発生するパルス幅変調手段と、このパルス幅変調手段からの出力を平滑化させるローパスフィルタ（LPF）手段により構成してもよい。

上記のように、本発明の実施例３では、光ビーム走査装置を、発光源からの光ビームがポリゴンミラーの反射面に略90度で入射する時の光量を、正反射によるノイズを相殺するような値に設定する構成としたので、ポリゴンミラーからの正反射光を避けて、LD発光動作と初期化動作を常に正常に行うことができる。

本発明の光ビーム走査装置は、MFP装置やプリンタ装置などの画像形成装置の光ビーム走査装置として最適である。

本発明の実施例１における光ビーム走査装置の概念図である。本発明の実施例１における光ビーム走査装置の点灯制御方法を説明するためのタイムチャートである。本発明の実施例１における光ビーム走査装置の初期化方法を説明するためのタイムチャートである。本発明の実施例１における光ビーム走査装置を搭載した画像形成装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明の実施例２における光ビーム走査装置で、光量設定信号と光量検出信号の関係を示すタイミング図である。本発明の実施例３における光ビーム走査装置で、光量設定信号と光量検出信号の関係を示すタイミング図である。本発明の実施例３における光ビーム走査装置で、光量設定信号と光量検出信号の関係を示すタイミング図である。本発明の実施例３における光ビーム走査装置の光量設定信号発生回路のブロック図である。

符号の説明

１・・・LDユニット、２・・・ポリゴンミラー、３・・・Ｆ-θレンズ、４・・・反射ミラー、５・・・感光体ドラム、６・・・同期検知ミラー、７・・・受光素子、８・・・レーザダイオード、９・・・LDドライバ、10・・・制御部、11・・・ROM、12・・・RAM、13・・・CPU、14・・・書込制御ASIC、15・・・画像処理部、16・・・操作・表示部、17・・・コントローラ、18・・・スキャナ部、19・・・ネットワークインタフェース、20・・・ポリゴンモータドライバ、21・・・ポリゴンモータ。

Claims

レーザ光を発生する発光源と、前記発光源の点灯を制御するとともに前記発光源の電流に対する発光量の検出を行う手段を備えた制御部と、前記発光源からの光ビームを走査する偏向手段とを備えた光ビーム走査装置において、前記制御部は、前記偏向手段の反射面に対して前記光ビームの入射角が略90度になるタイミングでの前記発光源の光量を設定する光量設定手段を有し、
前記制御部に、前記偏向手段の反射面に対して前記光ビームが略90度で入射するタイミングで生じるノイズを相殺するように、前記光量設定手段に光量を設定する手段を設けたことを特徴とする光ビーム走査装置。
前記制御部に、前記発光源の光量を設定する光量設定信号を発生する光量設定信号発生回路と、同期検知信号を基準として画素クロックで動作するカウンタに基づいて光量変化タイミングを決定する手段とを設けたことを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査装置。
前記光量設定信号発生回路は、光量に対応した電圧を発生するD/Aコンバータを有することを特徴とする請求項２記載の光ビーム走査装置。
前記光量設定信号発生回路は、光量に対応したパルス幅のパルスを発生するパルス幅変調手段と、前記パルス幅変調手段からの出力を平滑化するローパスフィルタとを有することを特徴とする請求項２記載の光ビーム走査装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の光ビーム走査装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。