JP5728862B2 - 光学装置および光学装置の制御方法、ならびに、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に用いて好適な光学装置および光学装置の制御方法、ならびに、画像形成装置に関する。

近年、１つの素子から数１０本（例えば４０本程度）のレーザビームを射出することができる、ＶＣＳＥＬ(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)と呼ばれる面発光レーザが実用化されている。そして、感光体を露光するレーザとしてこのＶＣＳＥＬを採用し、より高精細、高速画像形成を行う画像形成装置が提案されている。

一方、ＶＣＳＥＬを画像形成装置に搭載するためには、ＶＣＳＥＬの出射ビームを狙いの光量に調整する方法が必要となる。ＶＣＳＥＬは、バックビームが出射されない。そのため、出射ビーム（フロントビーム）の一部を、光ビームを２方向に分離する光分離手段により出射ビームの出射方向とは他の方向に導出してフロントモニタビームとして用いる方法が、既に知られている。

光分離手段としては、ハーフミラーやアパーチャミラーが用いられる。ハーフミラーは、入射した光ビームの一部を反射し残りを透過させる。アパーチャミラーは、入射した光ビームを全反射させるミラーの例えば中央部に、光ビームを通過させる開口部を備えるミラーである。

光分離手段で分離されたフロントモニタビームの光量（以下、フロントモニタ光量と呼ぶ）を、フォトダイオードといった受光素子で測定し、ＶＣＳＥＬの光量制御部に対してフィードバックすることで、ＶＣＳＥＬの出射ビームの光量を制御する。

ところが、従来の、フロントモニタビームを用いて光量制御を行なう方法では、光量制御を行う光量範囲の全域に亘って狙いの光量に正確に調整することが困難であった。

図１２を用いてより具体的に説明する。従来では、発光素子を所定光量で発光させた際の出射ビームに対するフロントモニタ光量を測定し、当該所定光量とフロントモニタ光量とによる１点と、原点とを通る一次式から、狙いの出射ビーム光量に対するフロントモニタ光量を算出し光量制御を行なっていた。図１２の例では、出射光量Ｐ₁で光ビームがレーザビーム光源から出射された際のフォトダイオードの出力（フロントモニタ光量）を出力Ｖｐｄ₁とした場合に、原点（０，０）と測定点（Ｐ₁，Ｖｐｄ₁）とから求めた一次式による直線４００に従い予測を行い、レーザビーム光源の光量制御を行う。例えば、出射光量Ｐ₂を得たければ、フォトダイオードの出力が出力Ｖｐｄ₂となるように、レーザビーム光源を制御する。

ここで、ＶＣＳＥＬでは、光ビームは、それぞれの発光点から、水平方向および垂直方向にある程度の広がり（発散角）を持って出射される。発散角（水平、垂直）が大きいほど、光ビームは、より大きな広がりを持って出射される。この発散角は、ＶＣＳＥＬの周辺温度の変化や、出射される光ビームの光量の大小により変化する。

光分離手段としてアパーチャミラーを用いた場合、発散角の変化に伴いアパーチャミラーの開口部を通過する光量と反射される光量との比率が変わり、出射ビーム光量と反射するフロントモニタ光量との比率が変化する。すなわち、発散角が大きくなるほど反射光量の比率が大きくなり、出射ビーム光量に対してフロントモニタ光量が大きくなる。そのため、実際の出射ビーム光量とフロントモニタ光量との関係は、一次式で表されない関数になる可能性が高い。

例えば、出射光量が多くなるに連れて発散角が大きくなるとした場合、出射光量が多くなるのに伴いアパーチャミラーによる反射光量の比率が高くなる。そのため、図１２の曲線４０１に例示されるように、測定点（Ｐ₁，Ｖｐｄ₁）よりも光量の多い領域において、フロントモニタ光量が一次式で予測される光量よりも多くなり、測定点（Ｐ₁，Ｖｐｄ₁）よりも光量の少ない領域において、フロントモニタ光量が一次式で予測される光量よりも少なくなる。

したがって、フロントモニタ光量をフィードバックして光量制御行う場合において、１点のＶＣＳＥＬの出射ビーム光量とフロントモニタ光量とから求める一次式からなる関係式に基づき、ある光量範囲を持つ光量制御を行なうと、曲線的な実際の関係との偏差分だけ光量調整精度が低くなる。すなわち、一次式による予測では、直線４００に従いフロントモニタ光量をＰＤ出力が出力Ｖｐｄ₂になるように制御を行うことで、出射光量Ｐ₂が得られることになる。しかしながら、実際には、フロントモニタ光量をＰＤ出力が出力Ｖｐｄ₂になるように制御を行うと、曲線４０１に従い、出射光量Ｐ₂よりも光量の少ない出射光量Ｐ₃しか得られないことになる。

このような問題は、バックビーム光量をフィードバックする方法で光量制御を行う場合にも起こり得るものである。

この問題を解決するために、特許文献１には、光量調整精度を高める目的で、フロントモニタビームの光学系において、光分離手段とフォトダイオードとの間にもアパーチャを設置し、フロントモニタビームも出射ビームと同じようにアパーチャの開口部を通過させるようにした技術が開示されている。この特許文献１によれば、発散角（水平、垂直）が等方的に変動しても、出射ビームとフロントモニタビームの光量比が一定に保たれ、光量調整制度が向上される。

しかしながら、上述の特許文献１では、発散角の水平成分と垂直成分とが異なる比率で変化した場合、その変動の仕方によって、図１３に例示されるように、１つの測定点と原点とから求めた一次式による関係式（直線４００）に対して、曲線４０２Ａおよび曲線４０２Ｂとして例示されるように、出射光量とフロントモニタ光量との実際の関係が、上下何れかに誤差として残ってしまうという問題点があった。

また、出射光量とフロントモニタ光量との実際の関係が、一次式による関係に対して上下何れの方向に振れるかは、個々の光源の特性により異なる。そのため、上述したような、発散角の変化に伴う光量調整精度の低下については、解消できていないという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出射ビームの光量制御における光量調整精度を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源から出力されたレーザビームの一部を、画像形成手段が画像を形成するための走査ビームとして照射対象に照射させ、レーザビームの他の部分をレーザビームの光量をモニタするためのモニタビームとして出力する照射手段と、モニタビームの光量を測定する測定手段と、レーザビームを異なる複数の光量で出力させたときの測定手段による複数の測定結果と、複数の光量とをそれぞれ対応付けて記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された複数の光量と、複数の光量にそれぞれ対応する測定結果とを用いて、レーザビームの設定光量に対するモニタビームの光量を予測する予測手段と、レーザビームの設定光量に対するモニタビームの光量が、予測手段で予測されたモニタビームの光量になるように照射手段を制御する制御手段とを備え、予測手段は、光源から設定光量でレーザビームを出力したときに測定手段で測定されたモニタビームの光量と設定光量に対して予測されるモニタビームの光量との差分が、制御手段により光量を制御されたレーザビームを用いて画像形成手段で形成される画像の画質に基づき予め決められた許容範囲内になる最小数の測定結果と、測定結果に対応する光量とを用いて予測を行うことを特徴とする。

また、本発明は、照射手段が、光源から出力されたレーザビームから、画像形成手段が画像を形成するための走査ビームと、走査ビームの光量をモニタするためのモニタビームとを抽出し、走査ビームを照射対象に照射させる照射ステップと、測定手段が、モニタビームの光量を測定する測定ステップと、予測手段が、レーザビームを異なる複数の光量で出力させたときの測定手段による複数の測定結果と、複数の光量とをそれぞれ対応付けて記憶する記憶手段に記憶された２以上の光量と、２以上の光量にそれぞれ対応付けて記憶された測定結果とを用いて、レーザビームの設定光量に対するモニタビームの光量を予測する予測ステップと、制御手段が、レーザビームの設定光量に対するモニタビームの光量が、予測ステップで予測されたモニタビームの光量になるように照射ステップを制御する制御ステップとを備え、予測ステップは、光源から設定光量でレーザビームを出力したときに測定ステップで測定されたモニタビームの光量と設定光量に対して予測されるモニタビームの光量との差分が、制御ステップにより光量を制御されたレーザビームを用いて画像形成手段で形成される画像の画質に基づき予め決められた許容範囲内になる最小数の測定結果と、測定結果に対応する光量とを用いて予測を行うことを特徴とする。

本発明によれば、出射ビームの光量制御における光量調整精度を向上できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態による光学装置に適用可能な画像形成装置の一例の構成を概略的に示す略線図である。 図２は、本発明の実施形態による光学装置の一例の構成を概略的に示す略線図である。 図３は、アパーチャミラーの一例の構成を示す略線図である。 図４は、本実施形態に適用可能な光学装置における光源部および受光部の一例の構成をより詳細に示すブロック図である。 図５は、ＲＯＭに記憶されるテーブルの一例の構成を示す略線図である。 レーザビームの出射パワーＰとモニタ電圧Ｖｐｄとの関係を示す関係式を求める方法を説明するための図である。 図７は、２点および１点の測定点を用いて行った場合の、予測したモニタ光量Ｖｐｄの誤差の比較例を示す略線図である。 図８は、測定点の数による誤差量の違いについて説明するための略線図である。 図９は、測定点の数による誤差量の違いについて説明するための略線図である。 図１０は、ＡＰＣの初期化動作を示す一例のタイミングチャートである。 図１１は、同期信号に同期したＡＰＣの一例のタイミングチャートである。 図１２は、従来技術による光量制御を説明するための略線図である。 図１３は、従来技術による光量制御を説明するための略線図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る光学装置の一実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による光学装置１００に適用可能な画像形成装置２０の一例の構成を概略的に示す。この画像形成装置２０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の各色を用いてカラー画像の形成を行うことができる、タンデムタイプのカラー画像形成装置である。

画像形成装置２０は、ＹＭＣＫ各色の画像を形成する画像形成部Ａが、転写紙１を搬送する搬送ベルト２に沿って一列に配置されている。搬送ベルト２は、その一方が駆動回転する駆動ローラと他方が従動回転する従動ローラである搬送ローラ３、４によって架設されており、搬送ローラ３、４の回転により図示の矢印方向に回転駆動される。

搬送ベルト２の下部には、転写紙１が収納された給紙トレイ５が備えられている。給紙トレイ５に収納された転写紙１のうち最上位置にある転写紙は、画像形成時には給紙され、途中レジストセンサ１４により画像の書込みを行う光学ユニットの動作とのタイミングが取られ、静電吸着によって搬送ベルト２上に吸着される。

吸着された転写紙１は、イエローの画像を形成するための第１の画像形成部に搬送され、ここでイエローの画像形成が行われる。第１の画像形成部は、感光体ドラム６Ｙとこの感光体ドラム６Ｙの周囲に配置された帯電器７Ｙ、露光器８、現像器９Ｙ、感光体クリーナ１０Ｙなどを構成要素として有する。感光体ドラム６Ｙの表面は、帯電器７Ｙで一様に帯電された後、露光器８によりイエローの画像に対応したレーザ光１１Ｙで露光され、静電潜像が形成される。

なお、静電潜像は、主・副走査方式の光ビーム書き込みで形成され、露光器８からのビーム走査を主走査、主走査に直交する感光体ドラムの回転を副走査とすることでドラム感光面へ２次元像の光ビーム書込みが行われる。

感光体ドラム６Ｙの表面に形成された静電潜像は、現像器９Ｙで現像され、感光体ドラム６Ｙ上にトナー像が形成される。このトナー像は、感光体ドラム６Ｙと搬送ベルト２上の転写紙１と接する位置（転写位置）で転写器１２Ｙによって転写され、転写紙１上にイエロー単色の画像を形成する。転写が終わった感光体ドラム６Ｙは、ドラム表面に残った不要なトナーを感光体クリーナ１０Ｙによってクリーニングされ、次の画像形成に備える。

このように、第１の画像形成部でイエロー単色を転写された転写紙１は、搬送ベルト２によってマゼンタの画像形成を行うための第２の画像形成部に搬送される。ここでも、上述の第１の画像形成部と同様にマゼンタのトナー像が感光体ドラム６Ｍ上に形成され、転写紙１上に既に形成されているイエローの画像に対して重ねて転写される。転写紙１は、さらにシアンの画像形成を行うための第３の画像形成部、続いてブラックの画像形成を行うための第４の画像形成部に搬送され、上述のイエロー、マゼンタの場合と同様に形成されたシアン、ブラックのトナー像が、直前に形成された画像に対して重ねて転写される。ＹＭＣＫ各色の転写が完了すると、カラー画像が形成されることになる。

第４の画像形成部を通過してカラー画像が形成された転写紙１は、搬送ベルト２から剥離され、定着器１３にて定着された後、排紙される。

図２は、図１に例示した画像形成装置２０の露光器８に含まれる光学装置１００の一例の構成を概略的に示す。光学装置１００は、レーザビームを出射する光源部と、光源部から出射されたレーザビームの光量を測定するために当該レーザビームを受光する受光部と、光源部から出射されたレーザビームを感光体ドラム１０４上に導くための光学系とを有する。なお、感光体ドラム１０４は、図１の感光体ドラム６Ｋ、６Ｃ、６Ｍおよび６Ｙを代表している。

光学装置１００において、光源部は、１または複数本のレーザビームを出射可能なレーザビーム光源２０８を有すると共に、レーザビーム光源２０８の駆動制御に関わる光源コントローラ２００、制御電圧計算部２０４およびドライバ２０６を有する。光源コントローラ２００は、例えばＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)として構成される。

レーザビーム光源２０８は、ＶＣＳＥＬ(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)を用いることができ、数１０チャネル（例えば４０チャネル）に対応する数１０本（例えば４０本）のレーザビームを出力可能とされている。なお、レーザビーム光源２０８が射出するレーザビーム本数は、４０本に限られない。また、レーザビーム光源２０８は、ＶＣＳＥＬに限られず、レーザダイオードアレイなどを用いてもよい。

光学系は、カップリング光学素子２１０、光分離素子２１２、光整形素子２１４、集光レンズ２１６、ポリゴンミラー１０３およびｆθレンズ１０５を有する。レーザビーム光源２０８から出射されたレーザビーム２５０は、カップリング光学素子２１０により平行光とされた後、光分離素子２１２によりモニタビーム２４０と走査ビーム２３０とに分離される。

本実施形態では、光分離素子２１２として、レーザビームを反射させる反射面と、レーザビームを透過させる開口部とを備えるアパーチャミラーを用いる。図３は、光分離素子２１２としてのアパーチャミラーの一例の構成を示す。この例では、アパーチャミラーは、反射面２１２ａと、反射面２１２ａの略中央部に設けられた矩形の開口部２１２ｂとを備える。モニタビーム２４０は、レーザビーム２５０が反射面２１２ａで反射されて形成される。走査ビーム２３０は、レーザビーム２５０が開口部２１２ｂを通過し波面を整形されて形成される。

光分離素子２１２から出射された走査ビーム２３０は、所定速度で回転するポリゴンミラー１０３により偏向され、ｆθレンズ１０５を通過して感光体ドラム１０４に照射される。走査ビーム２３０は、ポリゴンミラー１０３の回転に応じて感光体ドラム１０４を主走査方向に走査する。なお、感光体ドラム１０４の走査開始位置には、同期検知部２２０が配される。同期検知部２２０は、受光素子として例えばフォトダイオードを備え、光量補正を含む各種制御に対するタイミングを与える同期信号を出力する。同期検知部２２０の出力は、図示されないＣＰＵに供給される。

光分離素子２１２から出射されたモニタビーム２４０は、アパーチャミラーからなる光整形素子２１４を通過して波面を整形され、集光レンズ２１６で集光されて受光素子２１８および電圧変換部２０２を有する受光部に入射され、受光素子２１８に受光される。受光素子２１８は、例えばフォトダイオードであって、受光面で受光した光を、光電変換により受光光量に応じた電流に変換して出力する。電圧変換部２０２は、受光素子２１８から出力された電流を抵抗素子などにより電圧に変換し、モニタ電圧Ｖｐｄとして制御電圧計算部２０４に供給する。

制御電圧計算部２０４は、レーザビーム光源２０８を駆動するための駆動電流値を生成し、光源コントローラ２００に供給する。また、制御電圧計算部２０４は、受光部の電圧変換部２０２から供給されたモニタ電圧Ｖｐｄに基づき駆動電流値を更新し、更新した駆動電流値を光源コントローラ２００に対して出力する。

光源コントローラ２００は、画像形成装置２０における画像形成を制御するメインＣＰＵ（図示しない）からの制御信号を受信し、受信した制御信号に基づき、レーザビーム光源２０８の駆動制御を行う。このとき、光源コントローラ２００は、制御電圧計算部２０４から供給される駆動電流値をドライバ２０６に指示する駆動信号を生成する。駆動信号は、レーザビーム光源２０８の各チャネルそれぞれに対して独立して生成される。

また、光源コントローラ２００に対して図示されない画像処理部から画像データが供給された場合、光源コントローラ２００は、この画像データと、メインＣＰＵから受信した制御信号とに基づき、レーザビーム光源２０８を駆動するための駆動信号を生成する。

さらに、光源コントローラ２００は、メインＣＰＵからの命令に応答して、レーザビーム光源２０８に対するラインＡＰＣ(Auto Power Control)を実行する。ラインＡＰＣとは、レーザビームが主走査方向に走査される毎のタイミングでレーザビームの光量補正を行う制御をいう。

ドライバ２０６は、光源コントローラ２００から供給される、レーザビーム光源２０８の各チャネルそれぞれの駆動信号に基づき、レーザビーム光源２０８を各チャネル毎に駆動するための駆動電流をそれぞれ生成する。レーザビーム光源２０８は、ドライバ２０６から供給される各チャネルの駆動電流に従い点灯されて発光し、各チャネルのレーザビームを出射する。

図４は、本実施形態に適用可能な、光学装置１００における光源部および受光部の一例の構成をより詳細に示す。なお、図４において、図２と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

ＣＰＵ(Central Processing Unit)４００は、光学装置１００を含む画像形成装置２０における画像形成を制御するためのメインＣＰＵである。光源コントローラ２００は、ＣＰＵ４００からの制御信号を受信し、レーザビーム光源２０８の初期設定や、レーザビーム光源２０８に対するＡＰＣ(Auto Power Control)処理を開始する。また、光源コントローラ２００は、制御電圧計算部２０４から供給された制御電圧に基づき、レーザビーム光源２０８が当該制御電圧に応じた光量のレーザビーム２５０を出射するように、ドライバ２０６を駆動制御する。

制御電圧計算部２０４は、Ａ／Ｄ変換部３００、演算部３０２およびＲＯＭ(Read Only Memory)３０４を有し、電圧変換部２０２からアナログ信号として供給されたモニタ電圧ＶｐｄをＡ／Ｄ変換部３００でディジタル値に変換して演算部３０２に供給する。演算部３０２は、供給されたモニタ電圧Ｖｐｄと、後述するＲＯＭ３０４に記憶されるテーブルの値とに基づき、レーザビーム光源２０８に所定の光量のレーザビーム２５０を出射させるための制御電圧を計算する。計算されたこの制御電圧は、光源コントローラ２００に供給される。

このように、出射されたレーザビーム２５０を受光して当該レーザビーム２５０の出射光量Ｐをモニタし、モニタ結果に応じてレーザビーム２５０の出射光量Ｐを制御することで、ＡＰＣ動作が実現される。

ＲＯＭ３０４は、工場出荷時の各種調整値などが予め記憶される。この工場出荷時の各種調整値は、レーザビームの光量（出射パワー）と、当該レーザビームの光量に対するモニタビームの光量の測定値（モニタ電圧）とが対応付けられたテーブルを含む。演算部３０２は、ＲＯＭ３０４に記憶されるこのテーブルと、電圧変換部２０２から供給されるモニタ電圧Ｖｐｄとを用いて、光源コントローラ２００がＡＰＣ処理を行う際に用いるＡＰＣ信号を生成する。

なお、光センサ４１０は、後述する工場調整時におけるテーブル作成の際に走査ビーム２３０の光量を測定するために設けられる。この光センサ４１０の出力は、図示されない工場調整用のコンピュータに対して出力される。光センサ４１０は、工場出荷調整時に使用可能となっていればよく、光学装置１００に常に備えられている必要はない。

図５は、ＲＯＭ３０４に記憶されるテーブルの一例の構成を示す。図５の例では、レーザビームの光量を出射パワーとして示し、測定点として小さい出射パワーＰ₁と大きい出射パワーＰ₂の２点が設けられ、この２点の測定点それぞれで測定したモニタ電圧Ｖｐｄ₁およびＶｐｄ₂を、これら出射パワーＰ₁およびＰ₂にそれぞれ対応付けている。各光量は、レーザビーム光源２０８の発光点（チャネルｃｈ）毎に記憶される。

すなわち、図５において、チャネルｃｈ１に対し、小さい出射パワーＰ_1-1と当該出射パワーＰ_1-1を測定したモニタ電圧Ｖｐｄ_1-1が対応付けられると共に、大きい出射パワーＰ_2-1と当該出射パワー_2-1を測定したモニタ電圧Ｖpｄ_2-1が対応付けられる。同様に、チャネルｃｈ２に対し、小さい出射パワーＰ_1-2と当該出射パワーＰ_1-2を測定したモニタ電圧Ｖpｄ_1-2が対応付けられると共に、大きい出射パワーＰ_2-2と当該出射パワーＰ_2-2を測定したモニタ電圧Ｖpｄ_2-2が対応付けられる。このように、各チャネルｃｈに対して、２の出射パワーＰ₁およびＰ₂と、これら２の出射パワーＰ₁およびＰ₂をそれぞれ測定したモニタ電圧Ｖｄｐ₁およびＶｄｐ₂とが対応付けられて、ＲＯＭ３０４に記憶される。

なお、この例では、測定点を２点としているが、これはこの例に限られず測定点を３点以上としてもよい。この場合も、それぞれの測定点におけるモニタ電圧Ｖｐｄを、測定点の出射パワーＰと対応付けてＲＯＭ３０４に記憶させる。

なお、測定点が出射パワーＰ₁およびＰ₂の２点の場合、出射パワーＰ₁をレーザビーム光源２０８の光量制御範囲の下限、出射パワーＰ₂をレーザビーム光源２０８の光量制御範囲の上限とすると好ましい。光量制御範囲の上限および下限は、例えばＣＰＵ４００から指示される。また、測定点が３点の場合、上述した出射パワーＰ₁およびＰ₂をそれぞれレーザビーム光源２０８の光量制御範囲の上限および下限とし、３点目の測定点の出射パワーＰ₃を、出射パワーＰ₁およびＰ₂の中間の値とすることが考えられる。

このテーブルの作成方法について、概略的に説明する。例えば工場出荷時において、レーザビーム光源２０８の各チャネルが、図２の走査ビーム２３０が規定の出射光量Ｐで照射されている場合の受光素子２１８によるモニタ電圧Ｖｐｄの値を、制御電圧計算部２０４などにより取得する。制御電圧計算部２０４は、取得したモニタ電圧Ｖｐｄの値を、当該規定の出射光量Ｐおよびチャネル番号と対応付けて、ＲＯＭ３０４に記録する。

工場調整用のコンピュータ（図示しない）から、光源コントローラ２００を介してドライバ２０６を制御し、最初に調整を行うチャネル（チャネルｃｈ１とする）の動作イネーブル信号をＯＮし、駆動電流を徐々に上げていく。光センサ４１０は、チャネルｃｈ１のレーザビーム２５０に基づく走査ビーム２３０の光量が設定光量範囲内に達したことを検出すると、その旨を工場調整用のコンピュータに通知する。

当該通知を受領した工場調整用のコンピュータは、光源コントローラ２００を介し、制御電圧計算部２０４に対し、チャネルｃｈ１の走査ビーム２３０の光量が設定光量に達したことを通知する。なお、設定光量は、０以上の値であるものとする。制御電圧計算部２０４は、当該通知を受け取ると、その時点で受光素子２１８によるモニタ電圧Ｖｐｄを、ＲＯＭ３０４に書き込む。それと共に、工場調整用のコンピュータは、光センサ４１０の測定した走査ビーム２３０の光量値またはレーザビーム光源２０８の出射パワーも制御電圧計算部２０４に送信する。制御電圧計算部２０４は、送信された走査ビーム２３０の光量値またはレーザビーム光源２０８の出射パワーもＲＯＭ３０４に記録する。この作業を４０ｃｈ分繰り返す。

なお、光分離素子２１２（アパーチャミラー）で反射されるモニタビーム２４０の光量は、レーザビーム光源２０８から出射されるレーザビーム２５０の光量に対して十分小さいため、走査ビーム２３０の光量を、レーザビーム２５０の光量と見なすことができる。

このテーブルを利用した、レーザビーム２５０に対するＡＰＣ動作について説明する。演算部３０２は、光源コントローラ２００でのＡＰＣ動作の際に、このテーブルのデータに基づき、レーザビーム２５０の出射光量とモニタ電圧Ｖｐｄとの関係を示す関係式を求める。なお、ここでは、レーザビーム２５０の出射光量がレーザビーム光源２０８の出射パワーＰに比例するものとし、出射パワーＰとモニタ電圧Ｖｐｄとの関係を用いるものとする。

一方、光源コントローラ２００により、例えばＣＰＵ４００などから設定された光量でレーザビーム２５０が出射されると、出射されたレーザビーム２５０から光分離素子２１２で分離されてモニタビーム２４０が形成される。このモニタビーム２４０が受光素子２１８で受光されでモニタ電圧Ｖｐｄを得る。演算部３０２は、レーザビーム２５０の出射パワーＰとモニタ電圧Ｖｐｄとの関係を示す関係式から、当該モニタ電圧Ｖｐｄに対応するレーザビーム２５０の出射パワーＰを予測し、予測された出射パワーＰに対応する制御電圧を光源コントローラ２００に対して出力する。

レーザビーム２５０の出射パワーＰとモニタ電圧Ｖｐｄとの関係を示す関係式は、例えば次のように求められる。すなわち、図６を参照し、制御電圧計算部２０４は、レーザビーム２５０の出射パワーＰ₁およびＰ₂と、これら出射パワーＰ₁およびＰ₂にそれぞれ対応するモニタ電圧Ｖｐｄ₁およびＶｐｄ₂とを用い、モニタ電圧Ｖｐｄに対する出射パワーＰの一次式を作成する。そして、制御電圧計算部２０４は、この一次式に従い、モニタ電圧Ｖｐｄに対応する出射パワーＰを求め、求められた出射パワーＰに対応する制御電圧を出力する。なお、図６において、直線５０１は、作成した一次式に対応し、曲線５００は、出射パワーＰに対する実際のモニタ電圧Ｖｐｄを示す。

図７は、出射パワーＰに対して２点および１点の測定点を用いて行った場合の、予測したモニタ光量Ｖｐｄの誤差を比較した例である。横軸は、発光素子出力として出射パワーＰを表し、縦軸は、モニタ光量比誤差としてモニタ光量Ｖｐｄの予測の誤差を示す。従来の方法により１点の測定点を用いて予測を行った場合の例を曲線Ａに示し、本実施形態の方法により２点の測定点を用いて予測を行った場合の例を曲線Ｂに示す。このように、２点の測定点を用いて予測を行った方が、１点の測定点を用いて予測を行った場合に比べて全体的に誤差が小さく、また、出射パワーＰに対する誤差の変動も少ないことが分かる。したがって、本実施形態による方法を用いることで、出射ビームの光量制御をより高精度に行うことができる。

図８および図９を用いて、測定点の数による誤差量の違いについて、概略的に説明する。なお、図８（ａ）、図８（ｂ）および図９において、横軸はレーザビーム光源２０８の出射パワーＰ、縦軸はモニタ電圧Ｖｐｄをそれぞれ示し、曲線５１０は、出射パワーＰに対する実際のモニタ電圧Ｖｐｄの変化の例を示す。

図８（ａ）は、測定点がレーザビーム光源２０８に対する光量制御範囲の略中点の出射パワーＰ₀の１点のみの例を示す。この例の場合、出射パワーＰ₀と、対応するモニタ電圧Ｖｐｄ₀とから、原点を通る直線５１１を求め、この直線５１１に従いモニタ電圧Ｖｐｄを予測する。光量制御範囲内において直線５１１と曲線５００とで挟まれた領域５２０の面積が、予測したモニタ電圧Ｖpｄの誤差を示すことになる。

図８（ｂ）は、測定点として、レーザビーム光源２０８に対する光量制御範囲の両端の出射パワーＰ₁およびＰ₂の２点を用いた場合の例である。この例の場合、出射パワーＰ₁およびＰ₂と、対応するモニタ電圧Ｖｐｄ₁およびＶｐｄ₂とから、一次式による直線５１２を求め、この直線５１２に従いモニタ電圧Ｖｐｄを予測する。この場合も、光量制御範囲内において直線５１２と曲線５１０とで挟まれた領域５２１の面積が、予測したモニタ電圧Ｖpｄの誤差を示すことになる。

図８（ａ）の１点の測定点のみを用いた例では、測定点が光量制御範囲の略中点であるため、この測定点を中心に、誤差を示す領域５２０が光量制御範囲の両端に向かうに連れて広がってしまう。これに対し、図８（ｂ）の２点の測定点を用いる方法では、誤差を示す領域５２１が光量制御範囲内で閉じているため、１点の測定点を用いる方法に比べて誤差が小さくなることが期待できる。

出射パワーＰの測定点を、３個以上とすることもできる。図９は、測定点がレーザビーム光源２０８に対する光量制御範囲の両端の出射パワーＰ₁およびＰ₂と、略中央部の出射パワーＰ₃との３点を用いた場合の例を示す。この場合、例えば３点の測定点における出射パワーＰ₁、Ｐ₂およびＰ₃、ならびに、モニタ電圧Ｖｐｄ₁、Ｖｐｄ₂およびＶｐｄ₃を用いた最小二乗法により、モニタ電圧Ｖｐｄを予測するための直線５１３を求めることが考えられる。この３点の測定点を用いた方法では、図８（ｂ）で示した２点の測定点用いた方法に対して、誤差を示す領域５２２の面積がさらに小さくなることが期待できる。

これに限らず、３点の測定点を用いる場合には、曲線近似を用いてもよいし、隣接する２点の測定点を通る直線を組み合わせてもよい。また、測定点は、４点以上とすることもでき、この場合には、さらに精度が向上されることが期待される。なお、実際には、ＲＯＭ３０４に記憶させるテーブルを作成するための測定に要する時間やテーブルのデータサイズなどの制約があるため、測定点の数は、必要最小限に抑えるのが好ましい。すなわち、レーザビーム光源２０８を４０チャネルのＶＣＳＥＬとした場合、（測定点数×４０チャネル）回の測定が行われることになり、測定に長い時間を要すると共に、テーブルとして記憶するデータ量も多くなる。

そのため、測定点の数を、モニタ電圧Ｖpｄの誤差が予め決められた許容範囲内になる最小数とするとよい。許容範囲は、例えば、誤差を含んで予測されたモニタ電圧Ｖpｄを用いてレーザビーム光源２０８に対してＡＰＣ制御を行った際に、実際に用紙に形成される画像の画質に基づき決めることが考えられる。

次に、本実施形態に適用可能なＡＰＣの動作について、図１０および図１１のタイミングチャートを用いて説明する。なお、以下では、レーザビーム光源２０８がそれぞれ独立にレーザビーム２５０を出射可能な発光点を４０チャネル分有し、出射パワーＰの測定点を２点とした場合について説明する。

図１０は、ＡＰＣの初期化動作を示す一例のタイミングチャートである。図１０において、ＡＰＣ＿ＣＨは、ＡＰＣを行うチャネルを示し、ＬＤ＿ＯＮは、”Ｈ”でレーザビーム光源２０８からレーザビーム２５０を出射することを示す。また、モニタ電圧＿ＣＨは、モニタ電圧Ｖｐｄを取得するチャネルを示す。このように、初期化動作時においては、レーザビーム光源２０８の各チャネル毎にＡＰＣを行い、全チャネルすなわち４０チャネル分のＡＰＣを１セットのＡＰＣとして、この１セットのＡＰＣを繰り返し行う。

図１０のタイムチャートによる動作に先立って、先ず、画像形成装置２０の画像形成を制御するメインのＣＰＵ４００から、ＡＰＣを行う目標光量値（目標出射パワー）と、ＡＰＣスタート信号とが光源コントローラ２００に送信される。光源コントローラ２００は、受信したＡＰＣ目標出射パワーを制御電圧計算部２０４に送信する。

制御電圧計算部２０４において、演算部３０２が、ＲＯＭ３０４に記憶された、チャネル毎に、複数の出射パワーＰと当該出射パワーＰにそれぞれ対応する複数のモニタ電圧Ｖｐｄとを対応付けたテーブル（図５参照）を参照する。そして、そのテーブルから、２点の測定点による出射パワーＰ_1-1および対応するモニタ電圧Ｖｐｄ_1-1と、出射パワーＰ_2-1および対応するモニタ電圧Ｖｐｄ_2-1を読み出し、チャネルｃｈ１の出射パワーＰとモニタ電圧Ｖｐｄの関係式を求める。演算部３０２は、テーブルから求めたその関係式と、光源コントローラ２００から受信したＡＰＣ目標光量値により、フィードバックするモニタ電圧Ｖｐｄの目標値となる目標モニタ電圧を算出する。

演算部３０２は、以上の目標モニタ電圧の算出を、ＲＯＭ３０４に記憶されたテーブルを参照しながら４０チャネル分行なう。４０チャネル分の目標モニタ電圧の算出を終えると、制御電圧計算部２０４は、光源コントローラ２００に対し、目標モニタ電圧の計算終了と、レーザビーム光源２０８に対するＡＰＣを開始する際の初期駆動電流を送信する。

次に、光源コントローラ２００は、制御電圧計算部２０４から受信した初期駆動電流にてチャネルｃｈ１を点灯させ、チャネルｃｈ１が点灯中であることを制御電圧計算部２０４に送信する。制御電圧計算部２０４は、このチャネルｃｈ１点灯中の信号を受けて、その時点の受光素子２１８の出力を電圧変換器２０２を介して電圧として取得し、Ａ／Ｄ変換部３００にて電圧をデジタル値に変換する。

制御電圧計算部２０４は、このモニタ電圧Ｖｐｄのデジタル値と、上述したようにして求めたチャネルｃｈ１の目標モニタ電圧とを比較し、目標モニタ電圧に近付く駆動電流値を決定し、次回チャネルｃｈ１を点灯させる電流値として光源コントローラ２００に送信する。以後、図１０に示すように、チャネルｃｈ４０まで同様の処理を繰返し、再びチャネルｃｈ１から同様の処理を繰り返す。

チャネルｃｈ１〜ｃｈ４０までを１セットとした繰返し回数は、各チャネルのモニタ電圧値Ｖｐｄが安定し、且つ各チャネルの目標モニタ電圧値と略等しくなることが見込まれる回数を、予め光源コントローラ２００に設定しておく。以上で初期化動作は終了となる。初期化は、画像形成装置２０が印刷を開始する際の、レーザビーム光源２０８の駆動電流値を決定するために行なう。

図１１は、上述の初期化後の同期信号に同期したＡＰＣの一例のタイミングチャートを示す。なお、図１１において、同期信号ＤＥＰＴは、同期検知部２２０（図２参照）にて走査ビーム２３０が当該同期検知部２２０上を通過すると発生し、光源コントローラ２００に送信される信号である。同期信号ＤＥＰＴは、感光体１０４の書き込み開始位置を決める基準信号となり、走査ビーム２３０の走査毎に発生させる。図１１に領域として示すように、同期信号ＤＥＰＴと次の同期信号ＤＥＰＴとの間は、走査ビーム２３０により感光体ドラム１０４に露光を行う期間である画像領域と、その後、走査ビーム２３０が感光体ドラム１０４より外れる期間の非画像領域に分けられる。同期信号ＤＥＰＴに同期したＡＰＣは、非画像領域にて行なう。

上述した初期化処理が終了すると、以後は、同期信号ＤＥＰＴに同期してＡＰＣを行なう。同期信号ＤＥＰＴに同期したＡＰＣ動作は、上述の初期化処理におけるＡＰＣ動作と同様である。すなわち、レーザビーム光源２０８をチャネルｃｈ１から順番に点灯させ、点灯時のモニタ電圧Ｖｄｐを制御電圧計算部２０４に対してフィードバックし、次の駆動電流を決定する。

ここで、非画像領域の時間は限られているため、初期化処理が終了して通常の印刷動作に移行した場合、１回の非画像領域で行うことができるＡＰＣのチャネル数も限られてくる。図１１の例では、１回の非画像領域の期間において、３チャネル分のＡＰＣを行う例を示す。同期信号ＤＥＰＴに同期したＡＰＣは、画像形成装置２０の印刷動作中、レーザビーム光源２０８の周辺温度などが変化しても、レーザビーム光源２０８から出射されるレーザビーム２５０の光量を変動させないことを目的としている。このように、感光体ドラム１０４に対する走査ビーム２３０の走査における非画像領域毎に、複数のチャネル毎にＡＰＣを順次行っていくことで、この目的は達成できる。

２０ 画像形成装置
１００ 光学装置
１０３ ポリゴンミラー
１０４ 感光体ドラム
２００ 光源コントローラ
２０２ 電圧変換部
２０４ 制御電圧計算部
２０８ レーザビーム光源
２１２ 光分離素子
２１８ 受光素子
２２０ 同期検知部
２３０ 走査ビーム
２４０ モニタビーム
２５０ レーザビーム
３００ Ａ／Ｄ変換部
３０２ 演算部
３０４ ＲＯＭ

特開２００９−６５０６４号公報

Claims (8)

1. 光源から出力されたレーザビームの一部を、画像形成手段が画像を形成するための走査ビームとして照射対象に照射させ、該レーザビームの他の部分を該レーザビームの光量をモニタするためのモニタビームとして出力する照射手段と、
   前記モニタビームの光量を測定する測定手段と、
   前記レーザビームを異なる複数の光量で出力させたときの前記測定手段による複数の測定結果と、該複数の光量とをそれぞれ対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された複数の光量と、該複数の光量にそれぞれ対応する前記測定結果とを用いて、前記レーザビームの設定光量に対する前記モニタビームの光量を予測する予測手段と、
   前記レーザビームの設定光量に対する前記モニタビームの光量が、前記予測手段で予測されたモニタビームの光量になるように前記照射手段を制御する制御手段と
   を備え、
   前記予測手段は、
   前記光源から設定光量でレーザビームを出力したときに前記測定手段で測定された前記モニタビームの光量と該設定光量に対して予測されるモニタビームの光量との差分が、前記制御手段により光量を制御されたレーザビームを用いて前記画像形成手段で形成される画像の画質に基づき予め決められた許容範囲内になる最小数の前記測定結果と、該測定結果に対応する光量とを用いて前記予測を行う
   ことを特徴とする光学装置。
2. 前記予測手段は、
   前記記憶手段に記憶された２の測定結果と該２の測定結果にそれぞれ対応する２の光量とから求めた関係式に従い、前記予測を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記予測手段は、
   前記記憶手段に記憶された３の測定結果と該３の測定結果にそれぞれ対応する３の光量とから求めた関係式に従い、前記予測を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
4. 前記照射手段は、
   前記レーザビームを前記モニタビームと前記走査ビームとに分離する光分離手段を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光学装置。
5. 前記光分離手段は、
   前記光源から出力された前記レーザビームを反射させて前記モニタビームとする反射部と、該レーザビームを通過させて前記走査ビームとする開口部とが設けられた
   ことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記記憶手段に記憶される前記複数の光量による範囲は、前記レーザビームの光量に対して予め決められた光量制御範囲の最小光量と最大光量とを含む
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光学装置。
7. 照射手段が、光源から出力されたレーザビームから、画像形成手段が画像を形成するための走査ビームと、該走査ビームの光量をモニタするためのモニタビームとを抽出し、該走査ビームを照射対象に照射させる照射ステップと、
   測定手段が、前記モニタビームの光量を測定する測定ステップと、
   予測手段が、前記レーザビームを異なる複数の光量で出力させたときの前記測定手段による複数の測定結果と、該複数の光量とをそれぞれ対応付けて記憶する記憶手段に記憶された２以上の光量と、該２以上の光量にそれぞれ対応付けて記憶された前記測定結果とを用いて、前記レーザビームの設定光量に対する前記モニタビームの光量を予測する予測ステップと、
   制御手段が、前記レーザビームの設定光量に対する前記モニタビームの光量が、前記予測ステップで予測されたモニタビームの光量になるように前記照射ステップを制御する制御ステップと
   を備え、
   前記予測ステップは、
   前記光源から設定光量でレーザビームを出力したときに前記測定ステップで測定された前記モニタビームの光量と該設定光量に対して予測されるモニタビームの光量との差分が、前記制御ステップにより光量を制御されたレーザビームを用いて前記画像形成手段で形成される画像の画質に基づき予め決められた許容範囲内になる最小数の前記測定結果と、該測定結果に対応する光量とを用いて前記予測を行う
   ことを特徴とする光学装置の制御方法。
8. 請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光学装置と、
   前記走査ビームを用いて画像を形成する前記画像形成手段と
   を備える
   ことを特徴とする画像形成装置。

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