JP5754955B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザービームプリンタ等の感光体上に複数のレーザ光を偏向する光走査装置を利用して画像形成を行う画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置には、感光体ドラム上を光走査して画像形成を行うレーザービームプリンタ等がある。このようなレーザービームプリンタでは、レーザー発光素子から出射されたレーザー光をレンズ系で集光し、スキャナモータの回転に伴いポリゴンミラーで偏向走査する走査光学系が用いられている。

このレーザービームプリンタでは、印字速度の高速化、高解像度化に対応するため、発光するレーザーの数を増やして複数のビームを同時に走査して画像形成を行う技術が提案されている。例えば、面発光レーザー（以下ＶＣＳＥＬと言う）を利用する場合には、発光点のアレイ化が容易であり、１つのチップ上に多くの発光点を並べて構成できる。

ところで、レーザービームプリンタには、画像形成中において走査面上でのビームの光量を一定に保つため、自動光量制御（以下ＡＰＣと言う）を行うものがある。このＡＰＣには、その方式の一つとして、レーザーを一定期間点灯して、レーザーに内蔵又は外部に設けた光検出を行う光量検出手段（ＰＤ：フォトダイオード）によってレーザー光の発光光量を検出する。そして、検出された光量に応じてレーザーの駆動電流をフィードバック制御する方式のものがある。

なお、このＡＰＣでは、ＰＤがレーザー発光素子の発光端面においてレーザー出射側と反対の端面から発光するレーザー光（リア光）を検出する。ＡＰＣを実施するタイミングとしては、ビームが感光体上の画像領域外を走査する非画像領域の期間において実施する。これにより、画像形成に影響をおよぼすことなくＡＰＣを実施可能である。

また、複数のビームを走査する走査光学系では、各ビームに対応したＰＤをレーザー素子数と同数持つことは配置上困難であり、配置できたとしても高コストになる。このため、複数のビームを走査する走査光学系では、複数のビームを単一のＰＤで受光し、複数のレーザー素子を順次点灯してＡＰＣを行うことで、レーザー素子毎に光量を制御するものがある。

しかし、レーザー発光点を増やしやすいＶＣＳＥＬ等の場合には、ビームの出射方向が半導体基板に対して垂直方向となるので、端面発光の半導体レーザーのように同一パッケージ内にＰＤを配置することが困難である。

そこで、従来、ＶＣＳＥＬ等の場合には、前面に出射した光をハーフミラーで分離し、ＰＤに入射させるように構成し、単一のＰＤでＡＰＣを行う方式のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この方式は、面発光レーザーから出射した光を、コリメータレンズで平行光にしてアパーチャーで絞った後の光束を、ハーフミラーで感光体上に向かう光とＰＤ上に向かう光とに分離し、単一のＰＤでＡＰＣを行う方式である。

特開２００２−４０３５０号公報

しかしながら、ＶＣＳＥＬ等のリア光を検出できないレーザー発光素子のＡＰＣを行う場合には、以下の問題があった。

レーザー発光素子としてＶＣＳＥＬを用いた場合には、感光ドラムに向かう光（フロント光）を検出しなければ、ＡＰＣを行うことができない。そのためＶＣＳＥＬを用いた場合には、フロント光の光量を同期信号を生成可能な光量まで徐々に光量を上げていく調整を行い、その後、同期信号によって非画像領域を検出し、その非画像領域でＡＰＣを行う。

しかしながら、ＶＣＳＥＬは、図３に示すように駆動電流に対して温度の影響によって光量が変動する。このためＶＣＳＥＬでは、Ｔ２のような温度特性の場合、バイアス電流の値から徐々に電流値を上げていき同期信号を生成可能な光量までフロント光の光量を調整するのに時間がかかってしまう。

本発明の目的は、迅速に走査同期検出行い自動光量制御を迅速かつ高精度で実行可能とし、しかも廉価に製造可能な画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の画像形成装置は、感光体と、前記感光体を露光するためのレーザー光を出射するレーザー発光素子と、前記レーザー発光素子から出射されたレーザー光が前記感光体上を走査するように前記レーザー光を偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡を回転させる駆動手段と、前記レーザー光の走査線上に配置され、前記レーザー光の一走査周期に含まれる前記レーザー光が前記感光体上を走査する以外の期間に前記レーザー発光素子から出射される前記レーザー光を受光し、受光光量に応じたレベルの同期信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力される前記同期信号に基づいて、前記一走査周期中における画像データに基づく前記レーザー発光素子の発光タイミングを制御する発光タイミング制御手段と、前記レーザー発光素子の温度を検出する温度検出手段と、複数の温度それぞれに対応する、前記レーザー発光素子に供給する電流値と出射されるレーザー光の光量との関係を示す複数のデータを格納する記憶手段と、前記レーザー発光素子に供給する電流を制御する電流制御手段であって、前記記憶手段に記憶されたデータと前記駆動手段によって回転多面鏡を起動させる際に前記温度検出手段によって検出される温度とに基づいて、前記駆動手段によって回転多面鏡が起動された後の最初の同期信号を生成するために前記レーザー発光素子に供給する電流を、前記受光素子に入射する前記レーザー光の光量が前記同期信号を生成可能な所定のレベル以上かつ前記レーザー発光素子の許容最大光量以下になるように、制御する電流制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、迅速に走査同期検出行い自動光量制御を迅速かつ高精度で実行可能とし、しかも廉価に製造可能とするという効果がある。さらに、例えば、端面発光レーザーのようにリア光を用いたＡＰＣが行えないレーザーにおいても、光学系の影響を受けず走査光を直接ＡＰＣして高精度なＡＰＣが行える。また、例えば、ハーフミラーを用いることが無いため構成を簡易化して廉価に製造できると共に、ハーフミラー分だけ省スペースとなり小型化できる。

本発明の実施の形態に係る光走査装置の概略構成を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る光走査装置を備えた画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る光走査装置に係わる、電流値と温度検出値と光量の関係からレーザー走査起動時の電流値を決めるための個々のパラメータについて示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置で行われる第１のテーブル更新処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置で行われる第２のテーブル更新処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る光走査装置で用いるレーザー発光素子の特性である温度、電流値、光量の各パラメータを示すテーブルである。 本発明の実施の形態に係る光走査装置で同期検出できなかったときに行われる同期検出リカバー処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置で行われるＡＰＣ開始時のレーザー駆動電流を決定する処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る画像形成装置に使用する光走査装置の構成を模式的に示す図１で、１００は、光走査装置の全体を示す。この光走査装置１００は、光源１０１、コリメータレンズ１０２、開口絞り１０３、シリンドリカルレンズ１０４、ポリゴンミラー１０５、スキャナモータ１０６、トーリックレンズ１０７及び回折光学素子１０８を備える。更に、光走査装置１００は、反射ミラー１０９、光量検出手段である光量検出センサ（光量検出用ＰＤセンサ）１１４、光源用温度検出器１１０及びＣＰＵ２０９（制御部１２０）を備える。この制御部１２０は、受光手段（１１４）からの出力に基づいて画像データに基づくレーザー発光素子の発光タイミングまたはレーザー光の光量を制御する発光制御手段としての機能を備える。

さらに、この制御部１２０は、受光手段（１１４）からの出力に基づいて画像データに基づくレーザー発光素子の発光タイミング又はレーザー光の光量を制御する発光制御手段としての機能を備える。

この制御部１２０は、記憶手段２０８に記憶された複数のデータから温度検出手段（１１０）によって検出される温度に最も近い温度に対応するデータを選択する。そして、この制御部１２０は、レーザー光の走査を開始する際にレーザー光を受光することに応じた受光手段（１１４）からの出力の出力レベルが発光タイミングを制御可能な所定の出力レベル以上とする。かつ、この制御部１２０は、レーザー発光素子の許容最大光量に対応する出力レベル以下になるようにデータに基づいてレーザー発光素子に供給する電流を制御する電流制御手段としての機能を備える。

この光走査装置１００で用いられる光源１０１は、垂直共振器型面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：本明細書ではＶＣＳＥＬと表記する）である。この光源１０１では、発光素子面から垂直にレーザー発光を行うため、端面発光レーザーのようにレーザー発光面と反対側から出射するリア光によってＡＰＣができない。

しかし、この光源１０１を用いた場合には、１回の主走査によって複数本の主走査ラインを形成することができるので、ポリゴンミラー１０５の回転数を低減することができる。あるいは逆に、回転数を低減しない場合には、高速で画像を形成することが可能である。

この光源１０１から出射された光ビームは、コリメータレンズ１０２を透過する際に平行光束に変換されて、開口絞り１０３を通過し、その際に光ビームの光束が制限されて整えられる。

この開口絞り１０３を通過した光ビームは、シリンドリカルレンズ１０４へ向けて出射される。このシリンドリカルレンズ１０４は、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り１０３を通過した光束をポリゴンミラー１０５の反射面に主走査方向に線像として結像させる。

このポリゴンミラー（光偏向機）１０５は、スキャナモータ１０６により図中矢印Ｃ方向に一定速度で回転しており、反射面上に結像されたレーザー光を偏向走査し、トーリックレンズ１０７へ向けて出射する。

このトーリックレンズ１０７は、ｆθ特性を有する光学素子であり主走査方向と副走査方向とで互いに異なる屈折率を有する屈折部として構成されている。トーリックレンズ１０７の主走査方向の表裏の両レンズ面は、非球面形状に形成されている。このトーリックレンズ１０７を透過した光束は、屈折されて回折光学素子１０８へ出射される。

この回折光学素子１０８は、ｆθ特性を有する光学素子であり主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する長尺の回折部として構成されている。この回折光学素子１０８を透過して回折された光束は、画像形成装置が備える感光体ドラム１１１（感光体上）へ向けて出射される。

この光走査装置１００では、光量検出手段である光量検出センサ１１４が、感光体ドラム１１１の露光面の画像形成する画像領域外に相当する位置（非画像領域）に配置されている。この光量検出センサ１１４は、レーザー光の走査線上に配置され、レーザー光の一走査周期に含まれるレーザー光が感光体上を走査する以外の期間にレーザー発光素子から出射されるレーザー光を受光する受光手段を構成する。

また、この光走査装置１００では、回折光学素子１０８で回折された光束が感光体ドラム１１１へ向けて出射され、主走査を開始する位置に、反射ミラー１０９が配置されている。さらに、この光走査装置１００では、反射ミラー１０９に反射した光束が、光量検出センサ１１４のレーザー光の検出面に入射するように構成されている。

このように構成された光走査装置１００では、ポリゴンミラー１０５による主走査によって、光源１０１から放射される複数のレーザー光のスポットが、感光体ドラム１１１の露光面上の軸方向に直線状に移動するよう照射される。これによって感光体ドラム１１１の露光面上には、１回の主走査により所定幅の帯状の静電潜像が書き込まれる。感光体ドラム１１１は、ＣＰＵ２０９が制御する駆動部１１２によって回転駆動されることによって副走査方向に移動されながら、主走査による静電潜像の書き込みが繰り返えされて画像全体が露光される。

［制御構成］
次に、本実施の形態に係る光走査装置を備えた画像形成装置における制御の要部について、図２のブロック図を参照して説明する。

この画像形成装置では、例えばコピーを行う場合に、ＣＰＵ２０９の制御により図示しないスキャナで印刷する画像を取り込み、取り込まれた画像に画像処理を施して印刷用の画像データを画像生成部２０１で生成する。

この画像生成部２０１で生成された画像データは、ビデオコントロール２０２へ送られ主走査タイミングと副走査タイミングを制御し、一定のタイミングで画像データがＬＤ駆動部へ送信される。ここで、主走査タイミングと副走査タイミングは、タイミング信号発生器２１３からのタイミング信号が基準となる。

画像データを受信したＬＤ駆動部では、所定の光量で画像データを変調してレーザー発光するようにレーザー発光素子２０５に電流を送る。この際に、所定の光量でレーザー点灯できるように電流制御部２１２が電流を制御する。

これと共に、ＣＰＵ２０９がポリゴンモータ１０６を駆動制御して、複数の鏡面を持つポリゴンミラー１０５を回転させる。ここで、ポリゴンモータの回転は、副走査タイミングに合う回転数となるように制御される。このため、ポリゴン回転制御部２０４は、タイミング信号発生器２１３による回転制御信号で変調されたビデオ信号と主走査タイミングを合わせて回転するようにポリゴンミラー１０５の回転数を制御する。

このように回転制御されるポリゴンミラー１０５の回転によって、レーザー発光素子２０５から発せられたレーザー光は、走査され感光ドラム上１１１上に照射される。この際、レーザー発光素子２０５から出射されたレーザー光の一部は、ポリゴンミラー１０５で走査されてコリメータレンズ等の光学系を通り反射ミラー１０９によって反射されて光量検出センサ１１４により検出される。なお、このミラー１０９は、走査光路上の一部に設置されているので、走査しているレーザー光の多くが感光ドラム上に照射される。

また、この光走査装置では、光源用温度検出器１１０で構成された温度検出手段２０７がレーザー発光素子２０５付近に設置されていてレーザー発光素子２０５の温度を検出する。この温度検出手段２０７では、レーザー発光素子２０５の温度を直接的に検出できない場合に、レーザー発光素子２０５の近傍や周囲の部材の温度から間接的にレーザー発光素子２０５の温度を推定して得るように構成しても良い。

この温度検出手段２０７で検出された温度検出値は、ＣＰＵ２０９へ送られ、その後、書き換え可能な記憶手段２０８に格納される。また、この記憶手段２０８には、光量検出手段２０６によって初期ＡＰＣで調整されたときの光量値も格納される。さらに、この記憶手段２０８には、レーザー発光素子の温度検出結果と、発光素子に印加する電流値と、光量とがテーブルにされたデータとして格納される。

この記憶手段２０８に格納された温度検出値と光量と電流値とのデータは、レーザー走査同期を検出する走査同期検出手段としてのＣＰＵ２０９がレーザー駆動制御を行うのに利用される。この走査同期検出手段としてのＣＰＵ２０９は、レーザー走査起動時のレーザー走査同期を検出する際に、温度検出手段２０７が検出した温度検出値に基づいてレーザー発光素子の発光量を目標光量に適合させるための電流量を、算出する。すなわちＣＰＵ２０９は、温度検出手段２０７が検出した温度検出値に基づいてレーザー発光素子の発光量が目標光量に到達するようになる電流量を、温度検出値と光量と電流値との関係と照合して算出する。そして、光量決定手段としてのＣＰＵ２０９は、算出した電流値を電流制御部２１２に送り、その電流値に基づいて駆動電流制御をすることにより自動光量制御（ＡＰＣ）による光量制御開始時のレーザー駆動を開始する。なお、算出方法は、後述する。

次に、レーザー走査を開始する際のレーザー駆動制御において、電流値を算出するための補正データについて説明する。

［補正データ］
まず、記憶手段に格納された電流値と温度検出値と光量の関係からレーザー走査起動時の電流値を決めるための個々のパラメータについて、図３を参照して説明する。

図３は、温度Ｔ１〜Ｔ３においてレーザー発光素子に印加する電流値と出力されるレーザー光量の関係を示す。ここで、記憶手段２０８に格納されている電流値と温度検出値と光量データとにおいて、例えば、温度Ｔ１での光量Ｐ１を出力するための電流値をＩＴ１Ｐ１とする。

さらに、Ｐ１は、ＡＰＣ初期光量目標値とする。光量Ｐ２は、設計上必要な光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量である。Ｐ４は、同期検出ができる最小光量であり、このＰ４を下回ると波形レベルが低く、立ち上がり又は立下りのデータ曲線が寝てしまい、同期検出が不正確となる。

また、Ｐ３は、Ｐ２（ＡＰＣ−Ｈ光量）の数分の１の光量であり、Ｐ２とＰ３を補完して、しきい値Ｔｈを求めるためのＡＰＣ−Ｌ光量である。ここでは、２段階のＡＰＣのうち、高い光量のＡＰＣをＡＰＣ−Ｈ、低い光量で調整するＡＰＣをＡＰＣ−Ｌとする。Ｔｈは、レーザー発光素子に流す電流値を０から上げていく時にレーザー出力が始まるポイントである。なお、レーザー点灯させるときは、しきい値の数十％のバイアス電流を流し発光遅延を防いでいる。

工場出荷時はレーザー発光素子の典型的な特性として、この光量Ｐ１、温度Ｔ１、電流値ＩＴ１Ｐ１、ＩＴ１Ｐ２、ＩＴ１Ｐ３、ＩＴ１Ｐ４を１組として記憶手段２０８に格納しておく。すなわち、この１組のパラメータは、図６に示すように、温度をある間隔でふったときの光量Ｐ２〜Ｐ４と光量Ｐ２〜Ｐ４を出力するための電流値をテーブルとして、記憶手段２０８に格納しておく。温度Ｔ１は工場出荷後最初の動作で電流算出に用いるため、初期動作時の温度である。これらのデータはレーザー発光素子固有の値であるため、事前に測定して検出した値である。

図３のグラフに示す温度Ｔ１と異なる温度Ｔ２，Ｔ３での電流と光量の関係から理解されるように、レーザー発光素子の特性は、温度により発光光率が大きく異なる。ここで、温度はＴ１＜Ｔ３＜Ｔ２の関係にある。

工場出荷時は、レーザー発光素子の典型的な特性がテーブルとして記憶手段に格納されている。この光走査装置では、レーザー発光素子の特性にばらつきがあること及び経年変化に対応するため所要のタイミングで、温度、光量及び電流値のテーブルのデータを更新して記憶手段２０８に格納する。

次に、第１のテーブル更新処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。

ＣＰＵ２０９は、テーブル更新シーケンスフラグが立つまで、待機する（ステップＳ４０２でＮＯ）。このテーブル更新シーケンスフラグは、画像形成装置の電源が入ってから一定の時間又は連続ジョブでの所定印刷枚数等、レーザー発光素子の温度が変動すると考えられるタイミングで立てられる。

ＣＰＵ２０９は、テーブル更新シーケンスフラグが立っていると判定した場合（ステップＳ４０２でＹＥＳ）には、このテーブル更新シーケンスを開始し、温度検出手段によりレーザー発光素子の温度を測定する（ステップＳ４０３）。そして、ＣＰＵ２０９は、測定した温度検出結果、レーザー発光素子２０５の駆動電流値、光量検出値のデータを、記憶手段２０８に格納する（ステップＳ４０４）。

ここで、ＣＰＵ２０９は、レーザー発光素子の特性上、レーザー発光する直前に電流を流しておくバイアス電流値を決定するため、レーザー発光し始めるときの電流しきい値を算出する。さらにＣＰＵ２０９は、複数段階の光量値で電流を制御し光量調整する。例えば、同期検出を行える設計上最大の光量ＡＰＣ−ＨでＡＰＣを行い、その数分の１のＡＰＣ−Ｌ光量を調整する。このテーブル更新シーケンスでは、ＡＰＣ−Ｈでの光量と電流値、ＡＰＣ−Ｌでの光量と電流値も記憶手段２０８に格納する（ステップＳ４０５）。

そして、ＣＰＵ２０９は、印刷ジョブが終了するまで待機し（ステップＳ４０６でＮＯ）、印刷ジョブが終了したと判定したときにステップＳ４０７へ進む。

次に、ＣＰＵ２０９は、印刷ジョブの終了後、光量Ｐ４でＡＰＣを行いそのときの光量と電流値と温度検出結果とを、記憶手段２０８に格納し（ステップＳ４０７）、この第１のテーブル更新処理を終了する。

ここで、上述したテーブル更新シーケンスでは、テーブル更新シーケンスフラグが立っているかどうかでシーケンス動作が開始されるように説明した。しかし、このテーブル更新シーケンスは、常に温度検出値をモニタし、ある所定温度の温度変化があった場合にテーブル更新シーケンスを実行するようにしても良い。

上述のようにテーブル更新シーケンスを続けていくと、レーザー発光素子の温度によりテーブルの数が増えていく。そこで、これに対応するため、温度検出値をモニタし、テーブルを更新する第２のテーブル更新シーケンスについて、図５のフローチャートを参照して説明する。

この第２のテーブル更新処理は、テーブル更新の指令を受けたときに開始する。このテーブル更新シーケンスが開始すると、ＣＰＵ２０９は、温度検出値を測定する（ステップＳ５０２）。

次に、ＣＰＵ２０９は、温度テーブルに達したかどうかを判断する（ステップＳ５０３）。この温度テーブルは、図６に示すような温度、電流値、光量の各パラメータのテーブルの温度部分である。図６のテーブルでは、例えば温度が５℃であるときをＴ５と示している。レーザー走査装置の使用可能温度が５℃から５０℃の場合、例えば５℃おきにＴ５、Ｔ１０・・・Ｔ５０のテーブルを持つ。ここで温度テーブルに達するという意味は、例えば現在の温度が３４℃の時、温度上昇し３５℃（Ｔ３５）に達した時である。

ＣＰＵ２０９は、各温度テーブルに達するまで待機する（ステップＳ５０３でＮＯ）。そして、ＣＰＵ２０９は、各温度テーブルに達したと判断したときに（ステップＳ５０３でＹＥＳ）、そのときの温度と光量、電流値を記憶手段２０８に格納する（ステップＳ５０４）。

次に、ＣＰＵ２０９は、印刷ジョブが終了するまで待機する（ステップＳ５０５でＮＯ）。そして、ＣＰＵ２０９は、印刷ジョブが終了したと判断したら（ステップＳ５０５でＹＥＳ）、温度検出を行う（ステップＳ５０６）。

次に、記憶手段２０８は、光量Ｐ３でＡＰＣを行い、そのときの電流値と光量を記憶手段に格納し（ステップＳ５０６）、第２のテーブル更新シーケンスを終了する。

以上説明したように、第２のテーブル更新シーケンスでは、ユーザーの印刷動作使用温度範囲でレーザー発光素子の温度と電流と光量のテーブルが更新されていく。よって、温度が変っても次の印刷動作で同期検出するために必要な光量を出力する電流を、更新されたテーブルを利用して補正できる。また、この第２のテーブル更新シーケンスでは、レーザー発光素子の経年変化にも対応できる。

次に、上述したテーブルを用いて同期検出を行うときに電流量を決定する方法に係る、テーブルを用いてＡＰＣ開始時のレーザー駆動電流を決定する処理について、図８のフローチャートを参照して説明する。

［基本動作］
ＣＰＵ２０９は、ＡＰＣ開始時の処理により、印刷開始されるまで待機する（ステップＳ８０１でＮＯ）。そして、ＣＰＵ２０９は、印刷が開始されたと判断したら（ステップＳ８０１でＹＥＳ）、そのときのレーザー発光素子の温度を温度検出手段で検出する（ステップＳ８０２）。ここでは、例えばＴ１とする。そして、ＣＰＵ２０９は、記憶手段２０８に格納されている図６に示すテーブルを参照し（ステップＳ８０３）、温度検出手段で検出された温度Ｔ１と一致するテーブルがあるかを探す。

ここで、一致したテーブルがある場合には、例えば、図３で示す光量Ｐ１に対する電流ＩＴ１Ｐ１に決定する。また、例えば温度検出値がＴ３で記憶手段に格納されているテーブルの温度と一致しない場合には、温度テーブルにおいて検出値と隣り合う値から電流量と光量を補完する（ステップＳ８０４）。その補完方法は、線形補完等により行う。例えば、図３に示すように温度検出値がＴ３でテーブルの温度データのＴ１とＴ２の間にＴ３がある場合には、光量と電流との関係を線形補完して求め、ＩＴ３Ｐ１の電流値を決定する。このように、温度検出結果の前若しくは後、又は前後の温度検出値データから温度検出結果を補完して駆動電流を算出し、決定する。

次に、ＣＰＵ２０９は、補完して決定された走査同期検出手段２０９で同期検知を行うために十分な目標光量が得られるようレーザー発光素子を駆動できる電流値でレーザー発光する（ステップＳ８０５）。その後、ＣＰＵ２０９は、目標光量までＡＰＣを行って（ステップＳ８０６）、光量制御開始時のレーザー駆動電流を決定するための駆動電流制御の処理を終了する。

次に、テーブルを用いてＡＰＣ開始時のレーザー駆動電流を決定する場合の動作の具体例について、図２のブロック図を参照して説明する。

この光走査装置を備えた画像形成装置では、印刷が開始されたときに、温度検出手段２０７が、その時点におけるレーザー発光素子の温度を検出し、その検出値をＣＰＵ２０９に送る。

すると、ＣＰＵ２０９は、記憶手段２０１に格納されているテーブルから印刷開始時の温度に対応する光量と電流値を探す。ＣＰＵ２０９は、温度検出手段２０７が検出した温度と同じ温度の温度テーブルがない場合に、線形補完等で電流値と光量とを補完算出する。ＣＰＵ２０９は、決定した電流値を電流制御部２１２に送信する。すると、電流制御部２１２は、定電流を生成し、これをＬＤ駆動部２０３へ送る。

次に、ＣＰＵ２０９は、ポリゴンミラー１０５が定常回転していることを確認した後、レーザー発光素子２０５を制御して、光量検出手段上を走査するようにレーザー発光させる。

レーザー発光素子２０５から出射したレーザー走査光がミラー１０９で反射して光量検出センサ１１４に入射すると、光量検出センサ１１４は、同期検出しタイミング信号発生手段に同期信号を送る。これと共に光量検出センサ１１４は、光量検出による出力をＡ／Ｄ変換器２１０でＡ／Ｄ変換し、光量調整部２１１に送信し、自動光量制御の処理（ＡＰＣ）を開始させる。

このＡＰＣでは、一般的に光量検出手段で光量検出し出力された電流値を電圧変換回路により電圧変換し又は光量検出手段から電圧として出力されたものを電圧増幅して出力する。そして、この電圧増幅された出力は、目標光量となる基準値と同等になるようにレーザー発光素子に印加する電流にフィードバックされる。

次に、このときのフィードバックの流れについて、図２のブロック図を参照して説明する。

このＡＰＣでは、レーザー光を受光した光量検出手段で受光した光量に応じて出力された出力値が、Ａ／Ｄ変換器２１０でＡ／Ｄ変換され光量制御部２１１に送られる。

この出力値を受信した光量制御部２１１は、Ａ／Ｄ変換された光量値を目標光量となる基準値と比較し、基準値よりも光量が高ければ電流値を下げ、基準値よりも低ければ電流値を上げる命令を、電流制御部２１２に送る。

電流制御部２１２は、内部に電流源を備え、光量制御部からの命令に従って定電流をＬＤ駆動部２０３に供給する。ＬＤ駆動部２０３は、タイミング信号発生手段から、光量検出手段の信号を受けて次に光量を検出するためのタイミングを受信し、そのタイミングで電流制御部２１２からの電流値でレーザー発光させる。すると、光量検出手段は、レーザー発光されたときの光量を検出し、目標光量に制御するためフィードバックする。なお、このフィードバック制御には、数走査を要する場合がある。

このフィードバック制御では、１度目の走査で同期検出できているので、次の走査において、先ほどの同期検出信号を元に光量検出手段上を走査するタイミングのみでレーザー発光させる。これによりドラム上に露光する走査光は、始めの１走査のみとすることができる。

［同期検知リカバリシーケンス］
次に、ＣＰＵ２０９で決定した電流値でレーザー発光した時に同期検出できなかったためリカバーを行う場合の同期検出リカバー処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。

この図７に示す同期検出リカバー処理では、温度検出値がＴ１であった場合を例にとって説明する。この図７に示す同期検出リカバー処理は、Ｐ２からＰ３の光量の間の値Ｐ１の光量をターゲットにして電流値としてＩＴ１Ｐ１をレーザー発光素子に印加したときの光量で走査同期検出ができなかった場合を想定したものである。

この同期検出リカバー処理は、印刷処理の開始当初に開始される。この同期検出リカバー処理が開始されると、ＣＰＵ２０９は、ＡＰＣを開始する（ステップＳ７０１）。そして、ＣＰＵ２０９は、電流制御部２１２で出力される電流値をＩＴ１Ｐ１としてレーザー発光させる（ステップＳ７０２）。

次に、ＣＰＵ２０９は、同期検出が成功したか否かを判別し、光量検出手段の出力が同期検出レベルの範囲に入っているため、同期検出が成功したと判断した場合（ステップＳ７０３でＹＥＳ）にステップＳ７０４へ進む。

そして、ＣＰＵ２０９は、電流値ＩＴ１Ｐ１からＡＰＣを開始する（ステップＳ７０４）。ここでＡＰＣは、ＡＰＣ−Ｈから始めても良いし、ＡＰＣ−Ｌから始めても良い。その後、ＣＰＵ２０９は、本同期検出リカバー処理を終了する。

また、前述のステップＳ７０３において、ＣＰＵ２０９は、光量検出手段の出力が同期検出レベルの範囲外のため同期検出に失敗したと判断した場合（ステップＳ７０３でＮＯ）に、ステップＳ７０５へ進む。

ここでＣＰＵ２０９は、そのときの光量検出手段の出力が光量Ｐ３を下回っているか否かを判断する（ステップＳ７０５）。そしてＣＰＵ２０９は、Ｐ３を下回っていないと判別した場合（ステップＳ７０５でＮＯ）に、同期検出をできない原因が光量の過不足によるものではないので、光量検出手段のエラーとする（ステップＳ７０９）。その後、ＣＰＵ２０９は、本同期検出リカバー処理を終了する。

また、ＣＰＵ２０９は、光量がＰ３を下回っていると判別した場合（ステップＳ７０５でＹＥＳ）は、ＩＴ１Ｐ１よりも光量が高くなるＩＴ１Ｐ２の電流値でレーザーを発光させる（ステップＳ７０６）。

次に、ＣＰＵ２０９は、このときの光量で同期検出ができるか否か（光量検出手段の出力が光量Ｐ４を下回っているか否か）を判断する（ステップＳ７０７）。そしてＣＰＵ２０９は、同期検出ができると判断した場合（ステップＳ７０７でＮＯ）には、その後ステップＳ７０４へ進みＡＰＣ動作に移る。

また、ＣＰＵ２０９は、光量がＰ４を下回るため同期検出が失敗であると判断した場合（ステップＳ７０７でＹＥＳ）に、レーザー発光素子の故障が考えられるためエラーを出す（ステップＳ７０８）。その後、ＣＰＵ２０９は、本同期検出リカバー処理を終了する。

上述したように、この同期検出リカバー処理によれば、印刷動作始めの同期検出ができなくてもテーブルにある他の光量でレーザー点灯させることで、低光量から順にＡＰＣを行うよりも早く同期検出ができ、ＡＰＣができる。また、この同期検出リカバー処理では、上記のように光量をＩＴ１Ｐ１からＡＰＣを始めても良いが、ＩＴ１Ｐ３から初めることによってＡＰＣ−Ｌから開始しても良い。

なお、本実施の形態に係る光走査装置を備えた画像形成装置では、工場出荷時に、テーブルに代表的な１組のデータが入れられているものとして説明した。しかし、この画像形成装置では、レーザー発光素子の平均的な温度と電流と光量のテーブルを、図６のようにＴ５〜Ｔ５０まで書き込まれたものを格納しておいてもよい。さらに、レーザー発光素子個々によるテーブルの値のばらつきの補正は、前述した図５に示す第２のテーブル更新処理において順次更新していくことが可能である。

要するに、本実施の形態に係る画像形成装置に備えられる、レーザー発光素子２０５から出射されたレーザー光を偏向走査する光走査装置には、走査されるレーザー光の光量を検出する光量検出手段１１４が配設されている。この光量検出手段１１４は、ポリゴンミラー１０５が主走査を行う際に、感光体ドラム１１１の露光面の画像形成する領域外（非画像領域）に相当する所定位置を走査するレーザー光のスポットを受光するよう配置構成する。本実施の形態では、レーザー光を反射ミラー１０９に反射させて光量検出手段１１４に入射させるように構成したものについて説明したが、レーザー光が直接光量検出手段１１４に入射するように構成しても良い。この場合には、反射ミラー１０９を省略して構成を簡素化できる。

また、この光走査装置は、光量検出手段１１４からの出力によりレーザー走査同期を検出する走査同期検出手段２０９を備える。この光走査装置は、レーザー発光素子２０５の温度を、直接的又は間接的に検出して得られた温度検出値を出力する光源用温度検出器１１０で構成された温度検出手段２０７を備える。この光源用温度検出器１１０は、サーミスタ等の一般に汎用されている温度検出手段を用いることができる。

この光走査装置は、レーザー発光素子２０５の温度検出結果と、レーザー発光素子２０５に印加する電流値と、光量との関係のデータを書き換え可能に格納する記憶手段２０８を備える。

さらに、この光走査装置は、レーザー発光素子２０５の光量制御をするために電流を出力する電流制御手段と、電流制御手段が光量制御を開始するときに出力する駆動電流を算出して決定する光量決定手段とを備える。

この光走査装置では、光量決定手段が、記憶手段２０８からレーザー発光素子２０５の温度検出結果、電流値及び光量とのデータを読み出す。この読み出した温度検出結果、電流値及び光量とのデータは、温度検出手段２０７で検出された温度検出値と照合される。

そして、温度検出手段２０７で検出された温度検出値に対応した、光量制御を開始するときに走査同期検出手段２０９で同期検知を行うために十分な目標光量が得られるレーザー発光素子を駆動する駆動電流を算出する。このようにして算出された駆動電流の値は、電流制御手段に出力される。

電流制御手段は、受信した駆動電流の値に基づいて、レーザー発光素子を駆動し、ＡＰＣ同期検出ができる光量で発光させる。これにより、光走査装置では、走査同期検出を迅速に行え、初期自動光量制御を迅速に行うことができる。

本実施の形態に係る光走査装置では、図３に示すＰ２からＰ３の光量の間の値Ｐ１の光量をターゲットにした電流値であるＩＴ１Ｐ１をレーザー発光素子に印加して走査同期検出を実行する。

すなわち、光量決定手段は、Ｐ１の光量を決定するため、まず初めに、設計上必要な自動光量制御用光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）を検出する。これと共に、光量決定手段は、光源１０１の温度を光源用温度検出器１１０により検出する。

次に、光量決定手段は、光源用温度検出器１１０で検出したレーザー発光素子の温度を参照して、Ｐ２（ＡＰＣ−Ｈ光量）の所定数分の１の光量である自動光量制御用光量最小値ＡＰＣ−Ｌ光量を算出する。なお、ここでは、自動光量制御用光量最小値ＡＰＣ−Ｌ光量は、同期検出ができる最小光量Ｐ４より所定量大きな値としている。

次に、光量決定手段は、自動光量制御用光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量以下の値と自動光量制御用光量最小値ＡＰＣ−Ｌ光量との間で、比例配分等で相対的に決定される同期検出用の光量Ｐ１を決定する。なお、同期検出用の光量Ｐ１を決定する場合には、光源用温度検出器１１０で検出した光源１０１の温度を参照する。

さらに、光量決定手段は、記憶手段２０８に格納されている電流値と温度検出値と光量データを参照して、例えば、温度Ｔ１での同期検出用の光量Ｐ１を出力するための電流値ＩＴ１Ｐ１を決定する。そして、光量決定手段は、決定した電流値ＩＴ１Ｐ１を光源１０１に印加して走査同期検出を実行する。

上述のようにして走査同期検出を実行するため、光量決定手段は、レーザー走査起動時にレーザー発光素子が発光する目標光量の条件を、以下のように設定している。

この目標光量の条件は、第１に、設計上必要な光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量以下で、かつ同期検出ができる最小光量以上となることである。

目標光量が設計上必要な光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）以下に設定された場合には、走査同期検出の開始時に、光量決定手段が垂直共振器型面発光レーザー光源１０１に対して過剰な駆動電流を印加することを防止できる。このように設定した場合には、垂直共振器型面発光レーザー光源１０１に過剰な駆動電流が流れて不都合な事態となることを回避できる。

また、目標光量を同期検出ができる最小光量Ｐ４以上に設定した場合には、走査同期検出の開始時から光量検出手段である光量検出センサ１１４が光源１０１から出射されたレーザー光を確実に受光することになる。よって、このように設定した場合には、走査同期検出の開始時に回折光学素子１０８の回転状態を直ちに検出できるので、回折光学素子１０８の駆動制御を適切に実行できる。

なお、走査同期検出の開始時に光量検出センサ１１４が光源１０１から出射されたレーザー光を受光しなかったときには、回折光学素子１０８の回転が遅いと誤って判断されてしまう場合がある。このような場合には、回折光学素子１０８の回転速度を上げる制御が行われるので、回折光学素子１０８が過剰な高速で回転されて不都合を生じる虞がある。

そこで、目標光量を同期検出ができる最小光量Ｐ４以上に設定することによって、回折光学素子１０８が必要以上の高速で回転されることを抑制できる。

また、目標光量の条件は、第２に、できるだけ光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）に近づけることである。

このように設定した場合には、走査同期検出の開始時に光量検出センサ１１４が光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）に近い目標光量の値を検出することになる。この場合には、検出された目標光量の値と光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）の値との差が少ない。よって、光量決定手段は、駆動電流の値を目標光量の値から徐々に高めて、光源１０１から出力される光量を光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）に合わせるための制御を比較的短い時間で実行できる。

特に、この光走査装置１００では、主走査を開始する画像領域外（非画像領域）の位置だけで光量検出センサ１１４がレーザー光を受光するように構成されている。このため、光量検出センサ１１４は、１回の主走査の動作に対して１回だけレーザー光を受光するタイミングが訪れるだけとなる。

よって、光量決定手段は、光量検出センサ１１４から１つの出力を受信してから、１回の主走査が終了するのを待って次の出力を受信することになる。すなわち、光量検出センサ１１４は、１回の主走査分の時間を挟んで飛び飛びに光量検出値を出力するので、光量決定手段が光量制御を行う際に待ち時間が大幅に長くなる。

そこで、光量制御を行う場合には、目標光量の値と光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）の値との差を少なくして、光量制御で変動させる光量の幅を小さくする。これにより、この光源１０１の光量制御では、目標光量の値から短時間で光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）の値に到達させることができる。

なお、光量検出手段として、従来のハーフミラーを利用したものでは、ハーフミラーで反射したレーザー光が常に光量検出センサに入射するので制御動作に待ち時間がない。このため、目標光量の値と光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）の値との差が大きくても、比較的短時間で光量制御を完了させることができる。

これに対して、この光量決定手段では、上述のように、目標光量の値を光量最大値ＡＰＣ−Ｈ光量（Ｐ２）の値に接近させることで、光量制御に要する時間を短縮している。

また、この光走査装置１００では、直接光量検出センサ１１４に光源１０１のレーザー光が入射するよう構成し又は全反射ミラーである廉価な反射ミラー１０９を利用する構成である。よって、この光走査装置１００では、高価なハーフミラーを使用しない分、廉価に製造できる。

また、ハーフミラーを使用した場合には、ハーフミラーの反射率等において大きな誤差があるので、光量検出センサ１１４での検出結果も誤差が大きくなる。しかし、この光走査装置１００では、光量検出センサ１１４が、直接的にレーザー光を受光するので、ハーフミラーの誤差を含まない分、高精度で光量を検出できる。

１１４ 光量検出センサ
２０５ レーザー発光素子
２０７ 温度検出手段
２０９ ＣＰＵ
２１２ 電流制御部

Claims (6)

1. 感光体と、
   前記感光体を露光するためのレーザー光を出射するレーザー発光素子と、
   前記レーザー発光素子から出射されたレーザー光が前記感光体上を走査するように前記レーザー光を偏向する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡を回転させる駆動手段と、
   前記レーザー光の走査線上に配置され、前記レーザー光の一走査周期に含まれる前記レーザー光が前記感光体上を走査する以外の期間に前記レーザー発光素子から出射される前記レーザー光を受光し、受光光量に応じたレベルの同期信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子から出力される前記同期信号に基づいて、前記一走査周期中における画像データに基づく前記レーザー発光素子の発光タイミングを制御する発光タイミング制御手段と、
   前記レーザー発光素子の温度を検出する温度検出手段と、
   複数の温度それぞれに対応する、前記レーザー発光素子に供給する電流値と出射されるレーザー光の光量との関係を示す複数のデータを格納する記憶手段と、
   前記レーザー発光素子に供給する電流を制御する電流制御手段であって、前記記憶手段に記憶されたデータと前記駆動手段によって回転多面鏡を起動させる際に前記温度検出手段によって検出される温度とに基づいて、前記駆動手段によって回転多面鏡が起動された後の最初の同期信号を生成するために前記レーザー発光素子に供給する電流を、前記受光素子に入射する前記レーザー光の光量が前記同期信号を生成可能な所定のレベル以上かつ前記レーザー発光素子の許容最大光量以下になるように、制御する電流制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記記憶手段は、画像形成のときの前記レーザー発光素子の温度検出結果と、前記レーザー発光素子に供給する駆動電流値と、前記受光素子の光量検出値とのデータが、テーブル更新シーケンスが実行されて得られた、前記レーザー発光素子の温度検出結果、前記レーザー発光素子の駆動電流値、光量検出値のデータに基づいて書き換えられて更新されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記電流制御手段は、
   前記レーザー発光素子の駆動電流を算出して決定するために、前記記憶手段から読み出した前記レーザー発光素子の温度検出結果、駆動電流値及び光量検出値とのデータと、前記温度検出手段で検出された温度とを照合して、適合する前記温度検出結果が見つからない場合に、前記記憶手段から読み出したデータにおける前記温度検出手段で検出された温度と隣り合う値から駆動電流値と光量検出値を補完によって算出し、算出したデータに基づいて前記電流制御手段が前記レーザー発光素子に供給する電流を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記温度検出結果を補完して前記駆動電流を算出する方法は、線形補完で行うことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記電流制御手段による目標光量への光量の制御は、複数の異なる前記目標光量に対し各々の前記レーザー発光素子に供給する電流を決定して前記複数の異なる目標光量のうち低光量のものから前記レーザー発光素子に供給する電流の制御を開始し、
   前記低光量での前記レーザー発光素子に供給する電流の制御開始のときに、同期検知するのに光量が不足した場合に前記複数の異なる目標光量のうち、前記低光量よりも高い光量で前記レーザー発光素子に供給する電流の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記電流制御手段は、目標の光量を設計上必要な光量最大値の光量に近づけるように設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。

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