JP5928183B2 - レーザビーム走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビーム走査装置、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搭載されるレーザビーム走査装置に関する。

一般に、電子写真方式による画像形成装置においては、感光体上に静電潜像を形成するために、レーザダイオードから放射されるレーザビームにて感光体上を走査している。近年では、高密度走査や高速走査の要求から、複数のレーザダイオードからそれぞれ出力されたレーザビームで走査する、いわゆるマルチビーム方式が用いられている。しかし、マルチビーム方式では、それぞれのレーザダイオードの光量に微妙な差を生じており、光量をモニターしつつ光量制御信号に補正をかけている。各レーザダイオードの光量を検出するには単一のフォトダイオードを用いるのがコストの面から好ましい。

特許文献１では、単一の光量センサからの出力信号を制御手段のいずれかに切り換えて入力する信号切換え手段を設けることが提案されている。特許文献２では、光出力検出手段の検出値に対して記憶されている補正係数に応じた補正を行うことが提案されている。特許文献３では、受光信号を増幅する手段で生じるオフセットを除去するための補償電流を流すことを提案している。

しかしながら、単一の受光素子からの受光出力を複数の発光素子の光量制御に用いるため、各発光素子ごとに振り分ける振分け回路を備えている場合、振分け回路でどうしても誤差を生じてしまい、画像に筋状のノイズが発生する問題点を有している。

特開平７−１９９０９６号公報 特開平９−０４８１５２号公報 特開２００５−０６４００１号公報

本発明の目的は、複数の発光素子の光量を単一の受光素子でモニターして各発光素子の光量を制御する場合でも高品質な画像を得ることのできるレーザビーム走査装置を提供することにある。

本発明の一形態であるレーザビーム走査装置は、
複数の発光素子からそれぞれ放射されるレーザビームにて感光体上を走査するレーザビーム走査装置において、
それぞれレーザビームを放射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子をそれぞれ変調駆動する駆動手段と、
前記発光素子から放射されたレーザビームを受光する受光素子と、
前記受光素子からの受光信号を入力され、該受光信号に基づいて前記複数の発光素子ごとに電流を生じせしめ、それぞれの電流をそれぞれ複数の電圧に変換して出力する振分け手段と、
前記振分け手段から出力される電圧と前記複数の発光素子ごとの光量制御信号とを比較する比較手段と、
前記比較手段にて比較された出力に基づいて前記駆動手段から前記複数の発光素子ごとに印加する電流に反映させる発光信号生成手段と、
それぞれの前記光量制御信号と、それぞれの前記比較手段にて比較された出力との関係を示す第１のデータと、
前記受光素子からの受光信号を、前記振分け手段を通すことなく、前記比較手段のいずれかに入力させるスキップ回路と、
それぞれの前記光量制御信号と、前記スキップ回路を通じて前記振分け手段から出力された電圧とそれぞれの前記光量制御信号とを前記比較手段にて比較された出力との関係を示す第２のデータと、
前記第２のデータに基づいて前記第１のデータを補正し、前記光量制御信号を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする。

前記レーザビーム走査装置においては、スキップ回路を備えることによって、受光素子からの受光信号を、振分け手段を通すことなく、モニター電流をそれぞれ複数の電圧に変換して出力する振分け手段に入力させる。この入力に基づいて生成された第２のデータによって第１のデータを補正し、光量制御信号を補正することにより、振分け手段を通すことによる誤差の影響が排除される。これにて、画像に筋状のノイズが発生するなどの不具合が除去される。

本発明によれば、複数の発光素子の光量を単一の受光素子でモニターして各発光素子の光量を制御する場合でも高品質な画像を得ることができる。

画像形成装置を示す概略構成図である。 前記画像形成装置に搭載されているレーザビーム走査ユニットの概略構成を示す斜視図である。 前記レーザビーム走査ユニットの制御部を示すブロック図である。 前記制御部を構成する光量制御部の詳細を示すブロック図である。 光量制御に用いるデータ（２５℃の場合）を示すグラフである。 光量制御に用いるデータ（３５℃の場合）を示すグラフである。 制御手順（メインルーチン）を示すフローチャート図である。 制御手順（プリント前調整のサブルーチン）を示すフローチャート図である。 制御手順（プリント処理のサブルーチン）を示すフローチャート図である。

以下、本発明に係るレーザビーム走査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画像形成装置１０（複写機やプリンタ）であって、感光体ドラム１１を中心として構成されている。即ち、感光体ドラム１１の周囲に、その回転方向Ａに沿って、帯電チャージャ１２、レーザビーム走査ユニット１３、現像ユニット１４、転写チャージャ１５、分離チャージャ１６、残留トナーのクリーニングユニット１７、残留電化のイレーサランプ１８が配置されている。さらに、現像ユニット１４の直後には、感光体ドラム１１上に形成されたトナー濃度を検出するための濃度センサ２１が配置されている。

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画像データとして画像メモリ３５（図３参照）に送信され、これらの画像データに基づいてレーザビーム走査ユニット１３が駆動され、感光体ドラム１１上に静電潜像を形成し、さらに現像ユニット１４で現像することによりトナー画像を形成する。このような電子写真方式による画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。

用紙Ｐは図示しない給紙部から１枚ずつ矢印Ｂ方向に搬送され、用紙検出センサ１９で検出されたことをトリガとして前記画像形成プロセスが開始される。用紙Ｐは感光体ドラム１１からトナー画像を転写された後、定着ユニット２０に送り込まれ、トナーに対して加熱定着が施される。

（レーザビーム走査ユニット、図２参照）
レーザビーム走査ユニット１３は、図２に示すように、光源部３００（半導体レーザアレイ３０１、コリメータレンズ３０４、第１シリンドリカルレンズ３１１とからなる）と、所定の回転数で回転駆動されるポリゴンミラー３１２と、走査レンズ３１３と、第２シリンドリカルレンズ３１４とで構成されている。さらに、主走査方向の同期信号（水平同期信号とも記す）を得るためにビームを水平同期センサ（フォトダイオード）３１６に導くための平面ミラー３１５及び図示しない集光用レンズが設置されている。この水平同期センサ３１６は感光体ドラム１１と光学的に等価な位置に設置されている。

半導体レーザアレイ３０１は独立して発光駆動可能な二つの発光素子ＬＤａ，ＬＤｂを有し（説明の簡略化のために二つの発光素子として説明するが、それ以上の発光素子を有していてもよい）、各発光素子ＬＤａ，ＬＤｂは副走査方向Ｚに所定の間隔で配置されている。各発光素子ＬＤａ，ＬＤｂから放射されたレーザビームは、コリメータレンズ３０４で平行光に変換され、第１シリンドリカルレンズ３１１でポリゴンミラー３１２に主走査方向Ｙに平行な線状に結像される。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ｆθ特性を与えられ、かつ、必要な収差を補正され、第２シリンドリカルレンズ３１４を透過することでポリゴンミラー３１２に面倒れ誤差を補正され、感光体ドラム１１上で結像する。レーザビームによる主走査方向Ｙの走査と感光体ドラム１１の回転（副走査）にて、感光体ドラム１１上に２次元の静電潜像が形成される。

ポリゴンミラー３１２で偏向されて走査レンズ３１３及び第２シリンドリカルレンズ３１４を透過したビームのうち主走査方向Ｙの先頭部分のビームは、ミラー３１５で反射され、水平同期センサ３１６で受光されることで、水平同期信号が生成される。また、この水平同期信号に同期して画像メモリ３５（図３参照）が制御され、画像データが変調信号として半導体レーザアレイ３０１の駆動回路３３に送られる。

（制御部、図３参照）
次に、前記レーザビーム走査ユニット１３の制御部の構成を図３を参照して説明する。この制御部は、概略、ＣＰＵ３０と駆動用クロック発生回路３１とドットクロック回路３２とＬＤ駆動回路３３を含む光量制御部３４と画像メモリ３５とで構成されている。ＣＰＵ３０は、ポリゴンミラー３１２の駆動モータ３の制御を行い、水平同期センサ３１６に入射したビームが光電変換されて信号ＳＯＳとしてＣＰＵ３０に入力される。ＣＰＵ３０はこの信号ＳＯＳをデジタル化して同期信号ＨＳＹＮＣを生成する。さらに、ＣＰＵ３０には用紙検出センサ１９からの画像要求信号ＴＯＤ、濃度センサ２１からの濃度信号ＩＤが入力される。

さらに、ＣＰＵ３０は、半導体レーザアレイ３０１の各発光素子ＬＤａ，ＬＤｂの発光光量を制御する信号ＬＤＰＣａ，ＬＤＰＣｂをＬＤ駆動回路３３へ出力し、それぞれの発光素子ＬＤａ，ＬＤｂに択一的に水平同期信号を得るための発光を制御する。選択された水平同期信号を得るための発光信号Ｓ／Ｈａ，Ｓ／Ｈｂのいずれかと水平同期センサ３１６に入射したビームが光電変換された信号ＳＯＳとで論理和回路が形成され、発光信号Ｓ／Ｈａ，Ｓ／Ｈｂのいずれかがインアクティブのときの同期信号は、ノイズとしてキャンセルされる。また、それぞれのビームで感光体ドラム１１上に露光、現像された所定のパターンを濃度センサ２１によって測定することができる。

ＣＰＵ３０は、画像メモリ３５に対して、水平同期信号ＨＳＹＮＣと画像要求信号ＴＯＤを出力する。画像メモリ３５は、副走査カウンタを搭載しており、画像要求信号ＴＯＤをトリガに水平同期信号ＨＳＹＮＣをカウントし、主走査方向のレジストも合わせて、画像データＤＡＴＡａ，ＤＡＴＡｂをＬＤ駆動回路３３に出力する。この画像データＤＡＴＡａ，ＤＡＴＡｂは、ＣＰＵ３０によって、各発光素子ＬＤａ，ＬＤｂの主走査方向Ｙの相対位置に応じて感光体ドラム１１上の主走査方向Ｙの位置を調整される。

また、光量制御部３４には、前記ＬＤ駆動回路３３に加えて、光量メモリ３６及び温度センサ３７が設置されている。光量メモリ３６は、光量制御信号ＬＤＰＣと光量との関係を示す第１のデータ及び第２のデータ（後述する）を記憶する。光量メモリ３６はＣＰＵ３０と通信することで、読出し、書込みが行われる。温度センサ３７は光量制御部３４内の温度を検出し、その出力信号はＣＰＵ３０に入力される。

さらに、ＣＰＵ３０には、プリント処理のための種々の機器、センサ類が接続されており、画像形成に関する種々の制御をも行う。

（光量制御部、図４参照）
次に、光量制御部３４の詳細を図４を参照して説明する。半導体レーザアレイ３０１は、二つの発光素子ＬＤａ，ＬＤｂのそれぞれの光量を検出するための受光素子（フォトダイオードＰＤ）が内蔵されている。感光体ドラム１１への描画は、発光素子ＬＤａ，ＬＤｂによって１走査で２ライン同時に行われる。

フォトダイオードＰＤから出力される受光信号は振分け回路（カレントミラー回路）５１に入力される。振分け回路５１の出力側は、電源に接続された抵抗ＶＲａ，ＶＲｂと比較回路ＯＰａ，ＯＰｂの入力端子Ａ１，Ａ２に接続されている。この振分け回路５１は、入力された受光信号に基づいて発光素子ＬＤａ，ＬＤｂごとに、同一の電流を生じせしめ、振り分けた電流をそれぞれ複数の電圧に変換して端子Ａ１，Ａ２に出力する。端子Ａ１，Ａ２は比較回路ＯＰａ，ＯＰｂの一方入力端子であり、比較回路ＯＰａ，ＯＰｂの他方入力端子Ｂ１，Ｂ２には光量制御信号ＬＤＰＣａ，ＬＤＰＣｂが入力される。

比較回路ＯＰａ，ＯＰｂの出力側と発光素子ＬＤａ，ＬＤｂのドライバー５３ａ，５３ｂとの間には、サンプルホールド回路５２ａ，５２ｂと容量ＣＳＨａ，ＣＳＨｂからなる負帰還回路が接続されている。ドライバー５３ａ，５３ｂには画像データＤＡＴＡａ，ＤＡＴＡｂが入力される。

また、光量制御部３４には、振分け回路５１の出力側及び前記端子Ａ１，Ａ２に接続されている端子ＶＰＤＩＮａ，ＶＰＤＩＮｂを切換え可能、かつ、中立位置にも設定可能な機械的な接点５６からなるスキップ回路５５を備えている。このスキップ回路５５にはフォトダイオードＰＤから出力される受光信号が入力される。

ＬＤ駆動回路３３の通常動作での発光素子ＬＤａ，ＬＤｂの光量調整は、スキップ回路５５の接点５６を中立位置に設定した状態で行われる。即ち、光量調整を行う発光素子ＬＤａ，ＬＤｂの発光信号Ｓ／Ｈａ，Ｓ／Ｈｂのいずれかをアクティブにし、アクティブになった方は負帰還回路が形成され、従来から周知の自動パワー制御が働く。詳しくは、光量調整電圧ＬＤＰＣａ，ＬＤＰＣｂと、フォトダイオードＰＤからの出力電流を抵抗ＶＲａ，ＶＲｂに流して生じる電圧とを、比較回路ＯＰａ，ＯＰｂで比較する。そのときの差分は、サンプルホールド回路５２ａ，５２ｂに外付けの容量ＣＳＨａ，ＣＳＨｂにチャージ又はディスチャージされ、出力端子ＬＯＵＴａ，ＬＯＵＴｂから発光素子ＬＤａ，ＬＤｂに出力される駆動電流が調整される。

ところで、前記の調整が行われる場合に、フォトダイオードＰＤからの電流をＬＤ駆動回路３３内で発光素子ＬＤａ，ＬＤｂごとにスイッチさせる、あるいは、同一の電流を両方に供給するのは振分け回路５１にて行われる。しかし、フォトダイオードＰＤの電流が微小（通常、１μｍ以下）であるため、振分け回路５１での誤差が重畳されてしまい、自動パワー制御にこの誤差が重畳した状態で駆動電流が発光素子ＬＤａ，ＬＤｂへ出力されてしまう。

そこで、本実施例では、光量補正時には、フォトダイオードＰＤからの出力を、振分け回路５１には流すことなく、スキップ回路５５を通じて、比較回路ＯＰａ，ＯＰｂの＋端子であるＡ１，Ａ２のいずれかに供給することにした。これにより、振分け回路５１内の誤差に影響されることなく、発光素子ＬＤａ，ＬＤｂの光量を適切に補正することができる。即ち、複数の発光素子の光量を単一の受光素子でモニターして各発光素子の光量を制御する場合でも高品質な画像を得ることができる。

（光量補正、図５及び図６参照）
図５（Ａ）は、光量制御部３４内の温度が２５℃の場合における、光量調整電圧ＬＤＰＣａと発光素子ＬＤａの光出力（ｍＷ）との関係を示している。光出力は光量センサ３８（図４参照）にて測定している。同様に、図５（Ｂ）は、光量制御部３４内の温度が２５℃の場合における、光量調整電圧ＬＤＰＣｂと発光素子ＬＤｂの光出力（ｍＷ）との関係を示している。なお、縦軸は、光出力でなくても、それを表わすサンプルホールド回路５２ａ，５２ｂの外付け容量ＣＳＨａ，ＣＳＨｂの電圧であってもよい。

図５（Ａ），（Ｂ）において、線分Ｘは振分け回路５１を通じた場合の通常制御時のデータ（第１のデータ）であり、線分Ｙはスキップ回路５５を通じた場合の補正用のデータ（第２のデータ）である。第２のデータ（線分Ｙ）ではその延長線が原点を指しており、所望の光出力が得られている。しかし、第１のデータ（線分Ｘ）では振分け回路５１の誤差により、所望の光出力が得られていない。そこで、第１及び第２のデータを光量メモリ３６に記憶させておき、所望の光量Ｌを出力するには、ＬＤＰＣａをＭ１ではなく、Ｍ２とするように補正する。この補正は、発光素子ＬＤａ，ＬＤｂごとに行う。また、光量メモリ３６には、第２のデータによって補正された第１のデータを記憶させるようにしてもよい。

また、図６（Ａ），（Ｂ）も、光量制御部３４内の温度が３５℃の場合における光量調整電圧と発光素子の光出力との関係を同様に示している。従って、温度が３５℃の場合は図６（Ａ），（Ｂ）における第１及び第２のデータを用いて光量制御を行うことになる。それ以外の温度に対しても第１及び第２のデータを作成しておき、同様の補正を行う。

（制御手順、図７〜図９参照）
図７に電源投入時にＣＰＵ３０が実行するメインルーチンを示す。電源が投入されると、まず、ＣＰＵ３０のＲＡＭやタイマ及び制御用の各種パラメータなどの初期化を実行する（ステップＳ１）。次に、１ルーチンの長さを規定する内部タイマをセットし（ステップＳ２）、プリント前調整（ステップＳ３）及び画像メモリ処理（ステップＳ４）を実行する。続いて、プリント処理（ステップＳ５）を実行し、紙詰まりの検出などのその他の処理（ステップＳ６）を実行した後、内部タイマの終了を待って（ステップＳ７でＹＥＳ）、前記ステップＳ２に戻る。

図８に前記ステップＳ３で実行するプリント前調整のサブルーチンを示す。ここでは、スキップ回路５５を発光素子ＬＤａ，ＬＤｂを択一でアクティブにし（ステップＳ３１）、光出力に関する前記第２のデータを取得する（ステップＳ３２）。次に、スキップ回路５５をインアクティブにして通常状態に戻し（ステップＳ３３）、光出力に関する前記第１のデータを取得する（ステップＳ３４）。そして、光量メモリ３６にそれらのデータを格納し（ステップＳ３５）、メインルーチンに戻る。

図９に前記ステップＳ５で実行するプリント処理のサブルーチンを示す。ここでは、要求される光量調整電圧ＬＤＰＣａ，ＬＤＰＣｂを受ける（ステップＳ５１）。そして、光量メモリ３６から前記第１及び第２のデータを読み出し（ステップＳ５２）、図５及び図６で説明したようにＬＤＰＣａ，ＬＤＰＣｂを補正する（ステップＳ５３）。その後、プリント処理に必要なその他の設定を行い（ステップＳ５４）、メインルーチンに戻る。

（他の実施例）
なお、本発明に係るレーザビーム走査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、図２に示した走査光学系の構成や図３に示した制御部の構成などは任意である。また、本発明は、モノクロ画像形成装置に限らず、カラー画像形成装置に適用することも可能である。

以上のように、本発明は、レーザビーム走査装置に有用であり、特に、複数の発光素子の光量を単一の受光素子でモニターして各発光素子の光量を制御する場合でも高品質な画像を得ることができる点で優れている。

１１…感光体ドラム
１３…レーザビーム走査ユニット
３０…ＣＰＵ
３３…ＬＤ駆動回路
３４…光量調整部
３６…光量メモリ
３７…温度センサ
３５…画像メモリ
５１…振分け回路
５５…スキップ回路
３０１…半導体レーザアレイ
ＬＤａ，ＬＤｂ…発光素子
ＰＤ…フォトダイオード（受光素子）
Ａ１，Ａ２…端子
ＯＰａ，ＯＰｂ…比較回路

Claims (6)

1. 複数の発光素子からそれぞれ放射されるレーザビームにて感光体上を走査するレーザビーム走査装置において、
   それぞれレーザビームを放射する複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子をそれぞれ変調駆動する駆動手段と、
   前記発光素子から放射されたレーザビームを受光する受光素子と、
   前記受光素子からの受光信号を入力され、該受光信号に基づいて前記複数の発光素子ごとに電流を生じせしめ、それぞれの電流をそれぞれ複数の電圧に変換して出力する振分け手段と、
   前記振分け手段から出力される電圧と前記複数の発光素子ごとの光量制御信号とを比較する比較手段と、
   前記比較手段にて比較された出力に基づいて前記駆動手段から前記複数の発光素子ごとに印加する電流に反映させる発光信号生成手段と、
   それぞれの前記光量制御信号と、それぞれの前記比較手段にて比較された出力との関係を示す第１のデータと、
   前記受光素子からの受光信号を、前記振分け手段を通すことなく、前記比較手段のいずれかに入力させるスキップ回路と、
   それぞれの前記光量制御信号と、前記スキップ回路を通じて前記振分け手段から出力された電圧とそれぞれの前記光量制御信号とを前記比較手段にて比較された出力との関係を示す第２のデータと、
   前記第２のデータに基づいて前記第１のデータを補正し、前記光量制御信号を補正する補正手段と、
   を備えたことを特徴とするレーザビーム走査装置。
2. 前記スキップ回路は、切換え可能な機械的な接点で構成されていること、を特徴とする請求項１に記載のレーザビーム走査装置。
3. 前記第１のデータ及び前記第２のデータ、又は、前記第２のデータによって補正された前記第１のデータを記憶する記憶手段を備えたこと、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザビーム走査装置。
4. 前記補正手段は前記複数の発光素子ごとに前記光量制御信号を補正すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザビーム走査装置。
5. 前記第１のデータ及び前記第２のデータは、装置内の温度に応じて作成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレーザビーム走査装置。
6. 前記振分け手段はカレントミラー回路であること、を特徴とする請求項１に記載のレーザビーム走査装置。

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