JP5102727B2

JP5102727B2 - 電子写真装置

Info

Publication number: JP5102727B2
Application number: JP2008233442A
Authority: JP
Inventors: 嘉孝嵯峨
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP2010067833A

Description

本発明は、半導体レーザアレイを搭載したマルチビームプリンタなどの電子写真装置に係り、特に半導体レーザアレイの制御技術に関するものである。

マルチビームプリンタなどの電子写真装置においては、半導体レーザアレイの多チャンネル化、印刷速度の高速化(走査周期の短周期化)がますます進む傾向にある。このように半導体レーザアレイの多チャンネル化、印刷速度の高速化がさらに進むと、一走査期間内に全発光チャンネルのＡＰＣを完了させることができなくなり、複数回の走査期間を費やして、全発光チャンネルのＡＰＣを実施することになる。

前述のように複数回の走査期間を費やして、全発光チャンネルのAPCを実施しようとした場合、各発光チャンネルのAPCの実行間隔が長くなり、すなわち、発光素子１個に注目すると、単位時間あたりのＡＰＣの実行回数が少なくなり、発光素子の発熱による光出力変化周期に対して、光出力補正周期が長くなるため、APCによる光出力変動の抑制効果が小さくなり、結果的には画質が劣化するという問題がある。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、APCによる光出力変動の抑制効果が大きく、高画質の画像が得られる電子写真装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第1の手段は、複数の発光源を有する半導体レーザアレイと、その半導体レーザアレイの光出力強度を検出する光出力検出手段と、前記半導体レーザアレイの各発光源への電流供給量を制御する電流供給手段とを備え、前記半導体レーザアレイから出射された複数のビームを走査して感光体上に静電潜像を形成する電子写真装置において、
前記半導体レーザアレイの各発光源を一個づつ発光させたときの光出力を前記光出力検出手段で検出し、その検出結果に基づいて、各発光源が所望の光出力で発光するように前記電流供給手段で各発光源に供給する電流量を制御して自動発光量制御を行い、その自動発光量制御は、前記半導体レーザアレイの各発光源の光出力変動を推定し、光出力変動が大きい発光源の光量制御を優先して行うことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記半導体レーザアレイの発光源の数が、一走査期間内で実施できる光量制御の回数よりも多いことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記光出力変動の推定値がある一定値を超えた発光源のみに光量制御を実施することを特徴とするものである。

本発明は前述したような構成になっており、前述の一定時間間隔でAPCを実施する従来技術と比較すると、光出力変動の大きい発光源のAPC回数が増加し、光出力変動の小さい発光源のAPC回数が減少するため、画像データに依存する発光源毎の光出力変動のバラツキが抑制できる。そのため、高画質の画像が得られる電子写真装置を提供することが可能となる。

次に本発明の実施例を図面とともに説明する。図1は、半導体レーザアレイを制御する装置の概略構成図である。

半導体レーザアレイ1は、20個のレーザダイオード発光源LD1〜LD20と、各発光源の光出力を検出するフォトダイオード10を内蔵している。レーザダイオード発光源LD1〜LD20は順番に一列に並んでおり、LD1とLD20が両端に配置されている。半導体レーザアレイ1の各発光源から出射したレーザビームは、一定速度で回転する回転多面鏡(図示しない)で反射し、ｆθレンズ(図示しない)を通り、感光ドラム(図示しない)上を走査する。感光ドラムは一定速度で回転しており、ビームが感光ドラムを走査している期間中にON/OFFすると、ドラム上に静電潜像が形成される。

書き出し位置検出センサ6は、感光ドラムより先に走査ビームが通過する位置に設置され、ビームを受光すると、書き出し位置検出信号BDを APC選択制御部3 と書込み制御部5 へ送信する。

コントローラ7は、一走査期間内に20ライン分の画像データを、1ライン分づつ順番に出力する。

書込み制御部5は、コントローラ7より送信される20ライン分の画像データを一度RAMに記憶し、解像度変換、エッジ補正、ガンマ補正等の画像処理を実施し、画像データ変調信号VD1〜VD20を出力する。画像データを書込み制御部5の内部RAMでバッファするため、コントローラ7がN回目の走査用の画像データをRAMに書き込む間は、(N-1)回目の走査用の画像データに基づいて、実際に発光源をON/OFFする画像データ変調信号VD1〜VD20が出力される。

APC選択制御部3は、各発光源の光出力変動量を推定し、光出力変動量が大きいと推定した発光源を次走査期間にAPCを実行する発光源として選択する。また、非画像領域走査期間を検出し、選択した発光源について、APCイネーブル信号(APC_ENBXsel) と LD発光信号(LD_APC_ONXsel)を適切なタイミングで出力する。(“Xsel”はAPC実行光源に選択した発光源No.を示す)
セレクタ4は、APC選択制御部3が出力するLD発光信号(LD_APC_ON1〜20) と書込み制御部5が出力するLD発光信号(VD1〜20) のどちらをLD駆動部2へ出力するかを選択しており、走査ビームが画像領域にある間はVD1〜20を選択し、走査ビームが非画像領域にある間はLD_APC_ON1〜20を選択する。

LD駆動部2は、セレクタ4の出力信号LD_ON1〜20のON/OFFに従って、LD1〜LD20に供給する電流をON/OFFする。また、各発光源毎にAPC回路を備えており、APC_ENB1〜20がON期間中に、光出力検出部8の出力信号PDの値が所望の値となるように供給電流量を制御する。

光出力検出部8は、フォトダイオード10で検出した信号を増幅し、LD駆動部2へ光出力モニタ信号PDを送信する。

図2に、LD駆動部2の構成を示す。

LD駆動部2は、20個のLD101〜120へ電流を供給するために、20個のLDドライバ201〜220で構成される。LDドライバ201〜220は、APCにより光出力が一定となるように電流量を補正した変調電流I_MODを供給するAPC制御部28 と、バイアス電流I_Bを供給するバイアス電流制御部29 と、LD発光信号LD_ONXに従って変調電流I_MODの供給/停止を制御するスイッチ27から構成され、発光源に対して駆動電流I_OPを供給する。LDドライバ201〜220の構成は共通であるが、所望の光出力設定値REF_DATA とバイアス電流設定値BIAS_DATA は各LDに固有の値を設定する。

APC制御部28が供給する変調電流I_MODは、電流源21が供給し、電流の大きさはサンプル/ホールドコンデンサ20に充電した電荷により発生する電圧に比例する。サンプル/ホールドコンデンサ20の充放電は、スイッチ22が導通状態にある間に差動増幅器23が実行する。スイッチ22は、LD発光信号LD_ONXがON、かつ、APC実行期間を示す信号APC_ENBXがONの場合に導通するスイッチである。(“X”は1〜20のうち1つの発光源No.を示す) 差動増幅器23は、＋端子と−端子の電圧差に比例した大きさの電流を駆動し、＋端子電圧の方が−端子電圧より大きい場合には電流を供給し、−端子電圧の方が＋端子電圧より大きい場合には電流を引き抜く。−端子には光出力モニタ信号PDを接続し、＋端子にはD/Aコンバータ24の出力を接続する。所望の光出力設定値REF_DATAは、D/Aコンバータ24の変換結果が、ある1個の発光源が目標とする光出力で発光したときの光出力モニタ信号値PDと等しくなるように設定している。差動増幅器23は、スイッチ22が導通状態の期間中に、REF_DATAのD/A変換結果と、光出力モニタ信号PDの値が等しくなるように、サンプル/ホールドコンデンサ20の充電電荷量、すなわち、変調電流I_MODの大きさを調整する。サンプル/ホールドコンデンサ20の充電電荷はリークするため、APC動作を実行しない場合には、充電電荷の減少と共に変調電流が減少し、光出力が低下するので、光出力の低下が画質に影響する前にAPCを実行しなければならない。本実施例においては、20回走査する間に少なくとも1回のAPCが実行されると、サンプル/ホールドコンデンサのリークによる充電電荷減少は画質に影響しないものとする。

バイアス電流制御部29は、発光源がレーザ発光を開始する閾値未満の電流I_Bを常時供給する。バイアス電流I_Bは電流源25が供給し、その電流量はD/Aコンバータ26の出力値により設定できる。D/Aコンバータ26の出力値は、バイアス電流データBIAS_DATAにより、閾値電流値よりもある一定量だけ小さい値に設定される。バイアス電流I_Bを常時供給することにより、発光信号LD_ONXに対するレーザ発光の応答性が向上する。

図3に、APC選択制御部3の構成を示す。

APC選択制御部3は、発光画素数カウンタ30、LD発光時間記憶レジスタ301〜320、光出力変動推定部321〜340、APC優先度判別部31 から構成される。

発光画素数カウンタ30は、コントローラ7からライン毎に順次送信される画像データのうち、LDが発光する画素数をカウントし、ライン毎(LD1〜LD20毎)の発光画素数、すなわち、LD発光時間を算出し、対応する発光時間記憶レジスタ301〜320に発光時間算出結果を書き込む。LD発光時間記憶レジスタの値T1(N)〜T20(N)は光出力変動推定部321〜340へ送られる。T1(N)〜T20(N)はN回目の走査で使用する画像データより算出した各発光源の発光時間を示す。

光出力変動推定部321〜340は、各発光源の発光時間と、隣接する発光源の発光時間と、前回のAPC終了後から現在までの発光時間の履歴と、APC回路内のサンプル/ホールドコンデンサ20からのリーク電流量より光出力変動量を推定する。変動量の推定値Δ1(N)〜Δ20(N)はAPC優先度判別部31へ送られる。Δ1(N)〜Δ20(N)はN回目の走査で使用する画像データより算出した、各発光源の光出力変動量推定値である。

図4に、光出力変動推定部321〜340の構成を示す。図中で使用している添字”X” は、注目している発光源No.を表し、添字 ”X-1” 及び ”X+1” は隣接発光源No.を表す。

光出力変動推定部321〜340は、変動算出A部35 と、変動算出B部36と、変動算出C部37から構成される。

変動算出A部35は、N回目の走査で使用する画像データより算出した、注目する発光源の発光時間TX(N) と、隣接する発光源の発光時間TX-1(N)、及び、TX+1(N) から、N回目走査時に発生する光出力変動量PX(N) ＝ [α-1×TX-1(N)] ＋ [α0×TX(N)] ＋ [α+1×TX+1(N)] を算出する。係数α0の値は発光素子の自己発熱による光出力変動量により決定し、係数α-1 とα+1 の値は半導体レーザアレイ素子の熱クロストーク量により決定する。これらの係数値は、20個の発光源毎に設定し、例えば、半導体レーザアレイの端に配置された発光源LD1の光出力変動を推定する推定部321では、α-1＝ゼロに設定する。

変動算出B部36は、N回目走査時に発生する光出力変動量PX(N) と、前回APC実行してから(N-1)回目の走査までの発光時間履歴を元に、光出力変動量 δX(N) ＝ [β0×PX(N)] ＋ [β1×PX(N-1) ] ＋ [β2×PX(N-2)] ＋ [γ0×δX(N-1)] を算出する。レジスタ361は(N-1)回目走査時の光出力変動量PX(N-1) を記憶/出力し、レジスタ362は(N-2)回目走査時の光出力変動量PX(N-2) を記憶/出力し、レジスタ363は前回APC実行してから(N-1)回目の走査までの光出力変動量δX(N-1) を記憶/出力し、各レジスタ361、362、363はBD信号のタイミングで現在の入力を記憶(ラッチ)し、注目発光源がN回目走査時のAPC実行発光源に選択されたときにAPC優先度判別部31が出力するCLEARX信号によりゼロにクリアされる(“X”は1〜20のうち注目している発光源No.を示す)。係数β0は現在(N回目走査時)の発光状態の光出力変動量への影響度を表し、係数β1 、β2 、γ0 は過去(前回APC実行してから(N-1)回目の走査まで)の発光状態の光出力変動量への影響度を表す。例えば、半導体レーザアレイ素子の放熱性が高い場合には熱が蓄積しにくいため、係数β1 、β2 、γ0 の値を小さく設定し、さらに、半導体レーザアレイ素子を冷却する手段を搭載する場合には、発光素子の温度上昇による光出力変動を小さくできるため、係数β0 、β1 、β2 、γ0 の値をより小さく設定する。

変動算出C部37は、変動算出B部36で算出した変動量δX(N) に対して、LDドライバ(例えば201)のAPC制御で使用するサンプル/ホールドコンデンサ(例えば20)のリーク電流による光出力変動量を加算し、APC優先度判別部31に送信する光出力変動量ΔX(N) ＝δX(N) ＋ [LEAKX] ＋ [L(N-1)]を算出する。レジスタ371は一走査時間あたりにサンプル/ホールドコンデンサからリークする電流による光出力変動量LEAKX を記憶し、レジスタ372は前回APC実行してから(N-1)回目の走査までにサンプル/ホールドコンデンサからリークした電流による光出力変動量L(N-1) ＝ [LEAKX] × [APCなしで連続走査した回数] が記憶され、レジスタ372はBD信号のタイミングで現在の入力を記憶(ラッチ)し、注目発光源がN回目走査時のAPC実行発光源に選択されたときにAPC優先度判別部31が出力するCLEARX信号によりゼロにクリアされる(“X”は1〜20のうち注目している発光源No.を示す)。一走査時間あたりのリーク電流による光出力変動量LEAKXは、LDドライバの特性、発光源に供給する電流量、等により決定し、本実施例においては、注目している発光源が全く発光しないような画像データを受信した場合にも、20回走査の間に少なくとも1回は、APC実行する光源としてAPC優先度判別部31に選択されるような値を設定している。

APC優先度判別部31は、20個の発光源の光出力変動量推定値Δ1(N)〜Δ20(N)のうち、値が大きい上位4個の値に対応する発光源を選択し、次走査(N回目の走査)のタイミングでAPCを実行する発光源として記憶しておき、上位4個の値を算出した光出力変動推定部に対してクリア信号CLEARXsel (“Xsel”はAPC実行光源に選択した発光源No.を示す) を送信する。ここで、APCを実行する発光源の選択数を”4個” としたが、選択数には、一走査期間内で実施できる光量制御回数の上限値を設定している。光出力変動推定部321〜340 が N回目の走査時の光出力変動の推定値を演算している間、実際の各発光源のON/OFFは、書き込み制御部5が出力する(N-1)回目の走査データに基づいた画像データ変調信号VD1〜VD20で実行されているため、APC優先度判別部31は、”N回目走査時にAPC実行する発光源4個” と “(N-1)回目走査時にAPC実行する発光源4個” を記憶する。”N回目走査時にAPC実行する発光源4個” を選択/記憶した後に、“(N-1)回目走査時にAPC実行する発光源4個” の記憶に従って、APC_ENBXsel 及び LD_APC_ONXsel をLD駆動部2へ出力するため(“Xsel”はAPC実行光源に選択した発光源No.を示す)、書き込み制御部5の出力する画像データ変調信号VD1〜VD20と、光出力変動量の推定値が対応し、各回の走査において光出力変動の大きい発光源のAPCを実行することができる。

以上説明したように本発明によれば、一定時間間隔でAPCを実施する場合と比較して、光出力変動の大きい発光源のAPC回数が増加し、光出力変動の小さい発光源のAPC回数が減少するため、画像データに依存する発光源毎の光出力変動のバラツキを抑制でき、画質劣化を抑制することができる。

本発明の実施例に係る半導体レーザアレイを制御する装置の概略構成図である。本発明の実施例に係るLD駆動部の構成図である。本発明の実施例に係るAPC選択制御部の構成図である。本発明の実施例に係る光出力変動推定部の構成図である。

符号の説明

1:半導体レーザアレイ
2:LD駆動部
3:APC選択制御部
4:セクタ
5:書き込み制御部
6:書き込み位置検出センサ
7:コントローラ
8:光出力検出部
10:フォトダイオード
20:サンプル/フールディングコンデンサ
21:電流源
22:スイッチ
23:差動増幅器
24:D/Aコンバータ
25:電流源
26:D/Aコンバータ
27:スイッチ
28:APC制御部
29:バイアス電流制御部
30:発光画素カウンタ
31:APC優先度判別部
35:変動算出A部
36:変動算出B部
37:変動算出C部
201〜220:LPドライバ
301〜320:LD発光時間記憶レジスタ
321〜340:光出力変動推定部
361〜363,371,372:レジスタ

Claims

複数の発光源を有する半導体レーザアレイと、
その半導体レーザアレイの光出力強度を検出する光出力検出手段と、
前記半導体レーザアレイの各発光源への電流供給量を制御する電流供給手段とを備え、
前記半導体レーザアレイから出射された複数ビームを走査して感光体上に静電潜像を形成する電子写真装置において、
前記半導体レーザアレイの各発光源を一個づつ発光させたときの光出力を前記光出力検出手段で検出し、その検出結果に基づいて、各発光源が所望の光出力で発光するように前記電流供給手段で各発光源に供給する電流量を制御して自動光量制御を行い、
その自動光量制御は、前記半導体レーザアレイの各発光源の光出力変動を推定し、光出力変動が大きい発光源の光量制御を優先して行うことを特徴とする電子写真装置。
請求項１記載の電子写真装置において、前記半導体レーザアレイの発光源の数が、一走査期間内で実施できる光量制御の回数よりも多いことを特徴とする電子写真装置。
請求項１記載の電子写真装置において、前記光出力変動の推定値がある一定値を超えた発光源のみ光量制御を実施することを特徴とする電子写真装置。