JP6203065B2 - レーザ走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転する多面鏡での反射を介して周期的に走査されるレーザ光を、光路上に配置された受光器で受光することによって同期信号を検出するレーザ走査装置、及びかかるレーザ走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を備えた複合機等の電子写真式の画像形成装置に関する。

画像形成装置は、半導体レーザから射出されるレーザ光をポリゴンミラーを介して周期的に走査するレーザ走査ユニットを備えている。レーザ走査ユニットは、軸心周り（副走査方向）に定速回転する感光体ドラム上に、画像データで変調されたレーザ光を、その軸方向（主走査方向）に走査する。かかる走査によって感光体ドラム面上に静電潜像が形成される。レーザ走査ユニットは、レーザ光の走査路内であって感光体ドラムの走査範囲よりも走査方向の上流側の適所に配置されるＢＤ（Beam Detector）センサを有する。ＢＤセンサはレーザ光の通過タイミングを検出して、この検出時点に同期して感光体ドラムへの画像データの出力動作が開始される。

ところで、近年、画像形成装置の小型化の要請がある。レーザ走査ユニットは光学的な部品点数が多いことから、それらをより狭いスペースに収容し、しかも高精度に配置することは容易ではなく、複雑な配置構成を強いられる。この結果、レーザ走査ユニット内では、不要な反射光に起因する迷光の発生が避けがたいという問題が起きている。ＢＤセンサのセンサ面に入射する迷光は、本来の光路を経由したものではないため、すなわち正規のレーザ光の受光タイミングとは異なるタイミングで受光されることになるため、画像データの出力タイミングがずれ、画像品質の低下を招く場合がある。

特許文献１には、ＢＤ信号の入力許可範囲を１走査以上前のＢＤ周期を利用して決めることにより、可能な限りＢＤの入力許可範囲を狭め、耐ノイズ性向上を図る技術が記載されている。特許文献２には、ＢＤ信号の入力直後から設定時間のみＢＤ信号のノイズをマスクする技術が記載されている。

また、特許文献３、４には、レーザ光の乱反射等に起因して生じる迷光をＢＤセンサで受光して同期信号として誤検出することを抑止する技術が記載されている。すなわち、特許文献３に記載された発明では、正規光の出力が迷光の出力に比してＢＤセンサでの検出期間が長いと見なして、レーザ光検出器の出力をランプ信号発生回路でランプ出力として生成し、あるいはカウンタ回路を用いて出力期間を計測し、次いで比較器で閾値とランプ出力やカウント値とを比較することで迷光の誤検出を防止している。また、特許文献４に記載された発明では、ビーム光の強度に対するピークを検出するピーク検出部と、検出したピークレベルに応じて基準信号を設定する処理回路とを備えて、迷光の誤検知を防止している。さらに、特許文献５には、画像形成中に１つ前のＢＤ検知タイミングを基準にＢＤ誤検知の有無を判断し、ＢＤ誤検知有りの場合、変わった画像が形成されないように補正を加える画像形成装置が提案されている。

特開平８−２７６６１７号公報 特開平８−２４２３４３号公報 特開２００２−３１７７０号公報 特開２０１１−７０２０３号公報 特開２０１０−１７３２６４号公報

特許文献１に記載された発明では、基準となる１走査以上前のＢＤ周期で誤検知があった場合、マスク信号のタイミングがずれてしまい、正常なマスク処理ができなくなるという問題がある。特許文献２に記載された発明では、ＢＤの誤検知期間が正規のＢＤ検知期間とほぼ同じか長い場合、誤検知か否かを区別できない。また、特許文献２に記載された発明では、画像データ書き込み開始タイミングの基準を、ＢＤが検知状態から未検知状態になるタイミングとしているため、ＢＤ信号のジッター幅を十分小さくできない。

また、特許文献３、４に記載された発明では、迷光の影響を抑止するために、上述したように種々の誤検出の抑止回路を付設しており、却って構成を複雑に、昨今の省スペース化の要請に応えることを依然として困難なものにしている。しかも、特許文献３に記載された発明では、迷光によるＢＤ検出期間が正規のＢＤ検出期間に比してほぼ同一乃至は長い場合、両者を区別することは困難である。また、特許文献４に記載された発明では、迷光によるＢＤ検出レベルと正規のＢＤ検出レベルとの差が小さい場合、両者を区別することは困難である。一方、特許文献５に記載された発明は、定常ＡＰＣ（Auto Power Control）に移行するためのＡＰＣ強制点灯でＢＤ誤検知が最初に検出された場合に補正を加えるものではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、同期信号の誤検知を高精度で防止するレーザ走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、回転する多面鏡での反射を介して周期的に走査されるレーザ光を、光路上に配置された受光器で受光することによって同期信号を検出するレーザ走査装置において、前記多面鏡を回転させるモータの回転位相を検出するセンサと、前記センサで検出された回転位相信号から前記同期信号の検出タイミングに対応する所定のタイミングでマスク信号を生成し、前記同期信号の検出に対するゲートとして出力するマスク信号生成手段とを備えたものである。

本発明によれば、レーザ光を反射して走査させる多面鏡がモータによって回転させられ、そのモータの回転位相がセンサで検出される。マスク信号生成手段は、センサで検出された回転位相信号から、正規の同期信号の検出タイミングに対応する所定のタイミングでマスク信号の生成を行う。このマスク信号は、受光器で受光されたレーザレーザ光の受光信号に対するゲートとして機能する。従って、本来の光路上を経て受光器で受光される正規のレーザ光とは異なる迷光に起因する誤検知信号がマスク信号により遮断され、正規の同期信号のみが抽出される。マスク信号は、多面鏡を回転させるモータの機械的な回転に起因する回転位相から形成したので、多面鏡の回転が高い精度で検知され、正規のレーザ光の受光タイミングと対応させることが可能となり、従来技術のような走査中のレーザ光の受光器での受光タイミングでマスク信号を形成する場合における迷光その他の影響を受ける場合に比して、同期信号の誤検知が高精度で防止される。

また、前記マスク信号生成手段は、前記マスク信号を所定幅を有するパルスとして生成するパルス生成手段と、前記パルス生成手段を、前記回転位相信号の検出時点から直後の前記同期信号の検出タイミングに対応する時間の経過時に動作させる遅延手段とを備えたものである。この構成によれば、回転位相信号の検出時点からマスク信号の生成時点まで最短時間となるので、モータの回転むら等の影響は最小化される。

また、前記パルスは、前記同期信号の立ち下がり付近の期間又は立ち上がりエッジ付近の期間のみ少なくとも含むことを特徴とするものである。この構成によれば、２つに割れかかっているような同期信号も正確に区別される。

また、前記センサは、前記モータの各回転磁極の回転近傍に配置され、磁束変化を前記回転位相信号として検出する磁気センサであることを特徴とするものである。この構成によれば、他のセンサを用いる場合に比して小型化が図れる。また既設の回転制御用の磁気位置センサを兼用することも可能となる。

また、前記マスク信号の生成タイミングに関する情報が記録されたＥＥＰＲＯＭを備えたものである。この構成によれば、モータの個体ばらつきの補正が可能となる。

また、前記レーザ走査装置を備えた画像形成装置では、同期信号の誤検知が防止され、高品質プリント画像を提供することが可能となる。

本発明によれば、同期信号の誤検知が高精度で防止できる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ走査装置が適用される画像形成装置の一例の概略構成を示す正面図である。 レーザ走査装置の概略構成を示す上面図である。 レーザ走査装置の回路構成部を示す回路図である。 レーザ走査装置における各信号のタイムチャートである。 レーザ走査装置におけるポリゴン回転角と各位相の状態を説明するための図表である。

図１を用いて、本発明の第１の実施形態に係るレーザ走査装置が適用される画像形成装置の全体概略構成を説明する。画像形成装置は、画像形成部１０、中間転写部２０、二次転写部３０、定着部４０、給紙部５０、用紙搬送路６０、画像読取部７０、及び自動原稿搬送装置８０を備える。画像形成装置は、画像データを用紙に多色又は単色の画像形成処理を行う。

画像形成部１０は、レーザ走査装置１及び各色の画像形成部１０Ａ〜１０Ｄを備えている。レーザ走査装置１は、例えばユニット構成をなし、本実施形態では所要高さの側壁で囲繞された直方体形状の筐体１Ａを有する。筐体１Ａの内部には、色毎に必要な光学部品、電気部品等が配置されている。筐体１Ａ内における配置の詳細は、図２で後述する。レーザ走査装置１は、Ｂｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ色に変換された各色の画像データによって変調された各レーザ光束を画像形成部１０Ａ〜１０Ｄの感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの表面の軸方向（主走査方向）に沿って露光走査して、それぞれの静電潜像を形成する。代表して説明する画像形成部１０Ａは、感光体ドラム２Ａを備え、その周囲に回転方向（副走査方向）に沿って帯電器３Ａ、現像器４Ａ及びクリーナ部５Ａを備えている。

なお、中間転写部２０は、中間転写ベルト２１、駆動ローラ２２、従動ローラ２３、一次転写ローラ２４Ａ〜２４Ｄを備え、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの周面に形成されたトナー像を中間転写ベルト２１の表面に一次転写する。二次転写部３０は、中間転写ベルト２１の表面のトナー像を用紙へ二次転写する。定着部４０は、給紙部５０から用紙搬送路６０を経て給紙される用紙に、転写されたトナー像を加熱して定着し排紙トレイに排出する。

図２において、レーザ走査装置１は、レーザダイオード（以下、ＬＤという。）１１、集光レンズ１２、回転多面鏡であるポリゴンミラー１３、モータ１４、Ｆθレンズ１５、及び反射ミラー１６を少なくとも備えている。また、レーザ走査装置１は、反射ミラー１７及びフォトダイオード等のＢＤ（Beam Detector）センサ１８を備える。ＢＤセンサ１８は同期信号検出部として機能する。なお、以下では、ある１色を担当するレーザ走査装置部分を代表にして説明する。

ＬＤ１１は、１つの色を担当するものとして採用されたもので、平行光束を形成する集光レンズ１２を経てポリゴンミラー１３に向かうようにビーム状のレーザ光Ｌを射出する光源である。ＬＤ１１から射出されたレーザ光Ｌは、モータ１４と同期して定速回転状態にあるポリゴンミラー１３の各面で反射される。ポリゴンミラー１３は、図２の紙面に垂直な回転軸周りに矢印で示す方向に回転することで、レーザ光を等角度走査させる。

モータ１４は、各種のモータが採用可能であり、ここではブラシレスモータが採用可能である。モータ１４は、例えば３相２極のブラシレスモータの場合、ステータを構成する周方向等間隔の３個の界磁と、ロータを構成する２個（Ｎ極とＳ極の各１個）の磁極を備え、磁極の回転軌道の近傍であって周方向に等間隔に配置された、図３に示すように、例えば３個のホール素子等からなる磁気センサ１４１が配置されている。磁気センサ１４１での磁極の検出信号に関しては、図３を用いて詳述する。

ポリゴンミラー１３の回転によってレーザ光Ｌは周期的に走査される。所定の走査範囲内には、Ｆθレンズ１５を含む光学部品が配置されている。Ｆθレンズ１５及び反射ミラー１６を通過したレーザ光Ｌは、感光体ドラム２Ａ上を矢印Ｘで示す軸方向（主走査方向）に走査される。感光体ドラム２Ａは、図略の駆動手段で軸周りに定速回転されており、１走査毎の画像データによって光変調されたレーザ光が順次回転方向（副走査方向）に露光されることで表面に画像データに対応した静電潜像が形成される。

反射ミラー１７は、レーザ光Ｌの光路上であって、感光体ドラム２Ａに対して走査方向Ｘの上流側、すなわち有効露光範囲の上流側の適所に配置されている。レーザ光Ｌは反射ミラー１７を通過する間、ＢＤセンサ１８の受光面に一時的に入射される。ＢＤセンサ１８は、レーザ光Ｌを一時的に受光すると、受光レベルに応じた検出信号を生成する。

図３のブロック回路図において、磁気センサ１４１は、モータ１４の各相ｕ、ｖ、ｗに対応した磁気センサＰＳｕ、ＰＳｖ、ＰＳｗで構成され、回転制御用として使用される。磁気センサＰＳｕ、ＰＳｖ、ＰＳｗは、ロータが１回転する間に２個の磁極からの磁束強度に応じてハイ・ローのパルス信号を出力する。ここでは、磁気センサＰＳｕ、ＰＳｖ、ＰＳｗで検出された各位相信号は、マスク信号生成用としてマスク信号生成部１５０に導かれる。各位相信号は、まずインバータ部１５１でパルス成形される。

図４（Ａ）の（ａ）と図４（Ａ）の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）とから判るように、ポリゴンミラー１３とモータ１４とは同期回転しているため、磁気センサＰＳｕ、ＰＳｖ、ＰＳｗを介して得られた位相信号は、図４（Ａ）の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、互いに１２０°ずつ位相のずれたハイ・ローのパルス信号として出力される。なお、濃度の濃い部分をハイレベル期間として表す。

インバータ部１５１を構成する各相のインバータ１５１ｕ、１５１ｖ、１５１ｗは、パルス成形した位相信号の極性を反転して、次段のインバータ部１５２を構成するインバータ１５２ｕ、１５２ｖ、１５２ｗへ出力する。インバータ１５２ｕ、１５２ｖ、１５２ｗは、更に極性を反転して次段のアンド回路部１５３へ出力する。インバータ部１５１，１５２によって、磁気センサ１４１からの位相信号に同期した６つの状態信号が生成され、次段のアンド回路部１５３に供給される。

アンド回路部１５３は、位相Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの各信号を出力するためのアンド回路１５３Ａ，１５３Ｂ，…１５３Ｆを備える。そして、アンド回路１５３Ａには、インバータ１５１ｖとインバータ１５２ｕとの出力が入力され、アンド回路１５３Ｂには、インバータ１５１ｗとインバータ１５２ｖとの出力が入力され、アンド回路１５３Ｃには、インバータ１５１ｕとインバータ１５２ｗとの出力が入力され、アンド回路１５３Ｄには、インバータ１５１ｕとインバータ１５２ｖとの出力が入力され、アンド回路１５３Ｅには、インバータ１５１ｖとインバータ１５２ｗとの出力が入力され、アンド回路１５３Ｆには、インバータ１５１ｗとインバータ１５２ｕとの出力が入力される。

上記関係を、図４（Ａ）で確認すると、アンド回路１５３Ａでは、インバータ１５１ｖとインバータ１５２ｕとの出力が入力されるので、図４（Ａ）の波形（ｃ）のローレベル期間で、かつ図４（Ａ）の波形（ｂ）のハイレベル期間に移行した時点ｔ１（図４（Ａ）の波形（ｆ）参照）が対応する。これはまた、図５の位相Ａのハイ「１」、ロー「０」の状態に示すように、ポリゴン回転角３０°〜９０°〜１５０°でハイ「１」、すなわち、ポリゴン回転角３０°でローからハイに立ち上がっていることと対応している。

また、アンド回路１５３Ｂでは、インバータ１５１ｗとインバータ１５２ｖとの出力が入力されるので、図４（Ａ）の波形（ｄ）のローレベル期間で、かつ図４（Ａ）の波形（ｃ）のハイレベル期間に移行した時点ｔ３（図４（Ａ）の波形（ｆ）参照）が対応する。これはまた、図５の位相Ｂのハイ「１」、ロー「０」の状態に示すように、ポリゴン回転角１５０°〜２１０°〜２７０°でハイ「１」、すなわち、ポリゴン回転角１５０°でローからハイに立ち上がっていることと対応している。

また、アンド回路１５３Ｆでは、インバータ１５１ｗとインバータ１５２ｕとの出力が入力されるので、図４（Ａ）の波形（ｄ）のローレベル期間に移行し、かつ図４（Ａ）の波形（ｂ）のハイレベル期間である時点ｔ２（図４（Ａ）の波形（ｆ）参照）が対応する。これはまた、図５の位相Ｆのハイ「１」、ロー「０」の状態に示すように、ポリゴン回転角９０°〜１５０°〜２１０°でハイ「１」、すなわち、ポリゴン回転角９０°でローからハイに立ち上がっていることと対応している。

同様に確認することで、各アンド回路１５３Ａ〜１５３Ｆから対応する時点（ｔ１，ｔ２，…，ｔ６）でローレベルからハイレベルに立ち上がるパルスが生成される。

タイマ回路部１５４は、アンド回路１５３Ａ，１５３Ｂ，…１５３Ｆの出力端に接続された、それぞれ同一構成を有するタイマ回路１５４Ａ，１５４Ｂ，…１５４Ｆを備える。例えばタイマ回路１５４Ａは、例えばワンショットディレー回路が採用可能であり、アンド回路１５３Ａからの入力がローからハイへの立ち上がるパルス（トリガ）を所定の遅延時間を経て出力する遅延回路１５４Ａ１と、このトリガを受けて所定幅のワンショットのローパルスを発生するパルス発生回路１５４Ａ２とを備える。

タイマ回路部１５４の出力信号はアンド回路１５５でアンド処理される。アンド回路１５５の出力は、図４（Ａ）の波形（ｆ）に示すように、ハイレベル状態に対して、マスク期間のみローレベルになるマスク信号として機能するもので、露光制御部１００のＢＤ処理部１０２に出力される。このマスク信号は、従来のように誤検知の虞のあるＢＤ検知タイミングを利用せずに、ポリゴンミラー１３と一体回転するモータ１４の機械的な回転に起因する回転位相から形成するので、ポリゴンミラー１３の回転位置を高い精度で検知でき、正規のＢＤ信号の受光タイミングと対応させることが可能となる。

具体的には、図４（Ａ）の波形（ｆ）及び一部拡大した図４（Ｂ）を用いて、アンド回路１５３Ａの出力が、時点ｔ１でローからハイに立ち上がる例で説明する。時点ｔ１で、タイマ回路１５４Ａは、内部の遅延回路１５４Ａ１で期間Ｔ１だけローからハイへの立ち上がり信号（トリガ）を遅延させ、次に、内部のパルス発生回路１５４Ａ２がこの遅延されたトリガを受けると、幅Ｔ２のローパルスＦ１を出力する。期間Ｔ１，Ｔ２の設定は、タイマ回路１５４Ａの内部回路（遅延回路１５４Ａ１、パルス発生回路１５４Ａ２）の回路定数を調整したり、計時用のカウンタ値を調整したりすることで対応可能である。そして、これらの値は、所定の記憶部、例えばＥＥＰＲＯＭ１２１に記憶させておけばよい。これにより、モータ１４の個体ばらつきの補正が可能となる。

図４（Ａ）の波形（ｅ）は、ポリゴンミラー１３が６面を有する場合の各面に対するレーザ光のＢＤ信号である。マスク信号Ｆ１のロー期間は、図４（Ｂ）の波形（ｅ）に示す位相Ａに対応するＢＤ信号Ｅ１のロー期間を含むように、その遅延量、ロー期間が調整されている。なお、マスク信号Ｆ１のロー期間は、位相Ａに対応するＢＤ信号Ｅ１の立ち下がりエッジ付近の期間のみ少なくとも含むようにしてもよい。こうすることで、図４（Ｃ）の波形（ｇ）のような、２つに割れかかっているＢＤ信号も正確に区別できる。また、第１の実施形態では、アンド回路１５３Ａが位相信号を生成する時点ｔ１以降で最も早いタイミングで検出される正規のＢＤ信号に対応させてマスク信号を生成するようにしたので、ｔ２〜ｔ６のタイミングからマスク信号を生成する場合に比して、モータ１４の回転むらの影響を最小化できる。

図３において、露光制御部１００は、モータ１を回転制御するモータドライバ１０１、ＢＤセンサ１８からの信号をマスク信号でゲート処理し、抽出された正規のＢＤ信号を同期信号として出力するＢＤ処理部１０２、及びＬＤ１１を画像変調させるＬＤ制御部１１１を少なくとも備えている。ＬＤ制御部１１１は画像処理部１３０から受信されるプリント対象の画像データを主走査方向の画素データに従って順次ＬＤ１１を変調制御する。

なお、本実施例では、１つの位相信号の立ち上がり、立ち下がりを２つのマスク信号に対応するように生成したが、これに限定されず、採用するモータ１４の磁極数、相数、磁気センサ１４１の個数及びポリゴンミラー１３の面数を考慮して、所要数の位相信号を生成し、それらから各ＢＤ信号の発生タイミングに対応したマスク信号を形成すればよい。また、マスク信号の極性は問わず、要するにアンド回路１５５から出力されるマスク信号で、迷光等に起因する受光信号がＢＤ信号として誤検知されないよう遮断されればよい。

また、本発明に係る第２の実施形態として、磁気センサ１４１に代えて、ロータリーエンコーダやレゾルバーを利用してモータ１４の回転位相をより高精度で検出するようにしてもよい。

また、タイマ回路１５４は、アナログ回路の他、デジタル回路で構成してもよく、さらに、第３の実施形態として、後に構成を設定できる集積回路すなわち後にプログラムが可能なゲートアレイであるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を採用してもよい。ＦＰＧＡの場合、後にレーザ光のパワー変更、レーザのビーム形状の変更、また走査速度の調整があった場合、変更内容を露光制御部１００から設定することで対応できる。

また、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ レーザ走査装置
１１ ＬＤ
１３ ポリゴンミラー（多面鏡）
１４ モータ
１８ ＢＤセンサ
１４１，１４１ＰＳｕ，１４１ＰＳｖ，１４１ＰＳｗ 磁気センサ（センサ）
１５０ マスク信号生成部（マスク信号生成手段）
１５４Ａ１ 遅延回路（遅延手段）
１５４Ａ２ パルス生成回路（パルス生成手段）
１０２ ＢＤ処理部
１２１ ＥＥＰＲＯＭ

Claims (6)

1. 回転する多面鏡での反射を介して周期的に走査されるレーザ光を、光路上に配置された受光器で受光することによって同期信号を検出するレーザ走査装置において、
   前記多面鏡を回転させるモータの回転位相を検出するセンサと、
   前記センサで検出された回転位相信号から前記同期信号の検出タイミングに対応する所定のタイミングでマスク信号を生成し、前記同期信号の検出に対するゲートとして出力するマスク信号生成手段とを備えたレーザ走査装置。
2. 前記マスク信号生成手段は、前記マスク信号を所定幅を有するパルスとして生成するパルス生成手段と、前記パルス生成手段を、前記回転位相信号の検出時点から直後の前記同期信号の検出タイミングに対応する時間の経過時に動作させる遅延手段とを備えた請求項１に記載のレーザ走査装置。
3. 前記パルスは、前記同期信号の立ち下がり付近の期間又は立ち上がりエッジ付近の期間のみ少なくとも含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザ走査装置。
4. 前記センサは、前記モータの各回転磁極の回転近傍に配置され、磁束変化を前記回転位相信号として検出する磁気センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ操作装置。
5. 前記マスク信号の生成タイミングに関する情報が記録されたＥＥＰＲＯＭを備えた請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ走査装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ走査装置を備えた画像形成装置。