JP6381283B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
レーザ走査光学系を露光装置として用いた画像形成装置では、生産性や解像度を向上させる目的で、光源のレーザのマルチビーム化が進んでいる。例えば、
PS :レーザ光の走査方向と略垂直方向の感光体表面の移動速度(プロセススピード)
DPI:解像度
RMS:回転多面鏡の回転数
N :回転多面鏡の面数
M :光源のレーザのビーム数
とした場合、その関係は以下の式で表される。
PS=(RMS/60)×(25.4/DPI)×(N×M)
図13(a)は、従来の暗電流キャンセル手段である暗電流キャンセル回路500として、暗電流によるオフセット成分を減算回路で減算する構成を示している。電流電圧変換回路は、オペアンプAMP200(以下、オペアンプをAMPとする)と抵抗R200から構成され、フォトダイオード1002(以下、PD1002)で生成された電流を電圧信号に変換する。AMP200の出力は、サンプルホールド回路に入力される。ここで、サンプルホールド回路は、電界効果トランジスタ(FET)等で構成されるスイッチSW200(以下、スイッチをSWとする)、コンデンサC200、AMP201、否定回路NOT200(以下、NOT200とする)で構成される。サンプルホールド回路は、入力されたPD_Control信号により、サンプルモード又はホールドモードに切り替わる。なお、PD_Control信号は、後述するコントローラ1027から暗電流キャンセル回路500に出力される信号である。コントローラ1027は、ハイレベルのPD_Control信号を出力することでNOT200を介してSW200をオフにし、これによりサンプルホールド回路はホールドモードになる。一方、コントローラ1027は、ローレベルのPD_Control信号を出力することでNOT200を介してSW200をオンにし、これによりサンプルホールド回路はサンプルモードになる。AMP201の出力とAMP200の出力は、差動増幅回路に入力される。ここで、差動増幅回路は、AMP202、抵抗R201、R202、R203、R204で構成される。差動増幅回路は、レーザ光量の検出信号PD_outを出力する。
Voff=−Idark×R200
となる。サンプルホールド回路は、PD_Control信号によりサンプルモードに制御されることでSW200がオンし、コンデンサC200に電圧Voffが充電される。
Von=−(Ilight+Idark)×R200
となる。
R201=R202=R203=R204
とあらかじめ設定することにより、差動増幅回路から出力される電圧Vpdは、
Vpd=Voff−Von
となる。更に、
Vpd=−Idark×R200+(Ilight+Idark)×R200
=Ilight×R200
となる。
よって、差動増幅回路から出力される電圧(Vpd=PD_out)は、暗電流Idarkの影響を受けないことがわかる。このように、差動増幅回路から出力される電圧Vpd(=PD_out)を用いて自動光量制御(オートパワーコントロール;以下、APCとする)を行うことにより、暗電流の影響をキャンセルした精度のよい光量制御を行うことが可能となる。
F=4×π×Fθ×(DPI/25.4)2×PS/(N×M) …式(B)
Fθ :Fθレンズの係数
PS :レーザ光の走査方向と略垂直方向の感光体表面の移動速度(プロセススピード)
DPI:解像度
N :ポリゴンミラーの面数
M :ビーム数
式(B)からわかるように、レーザ光源のスイッチング周波数Fは、プロセススピードPS及び解像度DPIの二乗に比例する。即ち、画像形成装置の生産性や解像度を向上することによって、レーザ光源のスイッチング周波数Fは、より高い周波数となる。
(Po_M×Iop_L−Po_L×Iop_M)/(Po_M−Po_L)
で表される。図14(a)に示すように、閾値電流値Ithは、破線で示す直線とX軸との交点として求められる。
Ib=Ith×α
α:バイアス係数(1以下(α<1))
で決定される。ここで、バイアス係数αが1に近いほど、スイッチング速度は速くなる。即ち、スイッチング速度を高速化するためには、バイアス係数αを1に近い値にした方がよい。以上のように、バイアスAPCを実行して閾値電流値Ithを求め、バイアス電流Ibを決定して、レーザダイオードに印加する電流の制御を行っている。
Voff=−(Idark+Ioffset)×R200
となる。
Von=−(Ilight+Idark)×R200
となる。
また、差動増幅回路から出力される電圧Vpdは、
Vpd=Voff−Von
となり、更に、
Vpd=−(Idark+Ioffset)×R200
+(Ilight+Idark)×R200
=(Ilight−Ioffset)×R200
となる。
図14(b)を用いて、暗電流キャンセル回路500に微小光量が与える影響を説明する。図14(b)は、図14(a)と同様に横軸が電流、縦軸が光量を示すグラフである。スイッチング速度を速くするためにバイアス係数αを1(α=1)とした場合、バイアス電流Ib=閾値電流値Ithとなる。バイアス電流Ibをレーザダイオードに印加したときの微小発光による光量をPoffsetとすると、この光量Poffsetが保持され、誤差となる。まずPo_Mの光量でバイアスAPCを行ったとき、レーザダイオードから出射される実際の光量は、微小発光によるオフセット分の光量Poffsetが影響し、
Po_M’=Po_M+Poffset
となる。このため、このときの電流値Iop_M’が保持されることなる。次にPo_Lの光量でバイアスAPCを行ったとき、レーザダイオードから出射される実際の光量は、微小発光によるオフセット分の光量Poffsetが影響し、
Po_L’=Po_L+Poffset
となる。このため、このときの電流値Iop_L’が保持されることなる。
(Po_M×Iop_L’−Po_L×Iop_M’)/(Po_M−Po_L)
となる。このとき、
Ith’>Ith
となり、計算された閾値電流値Ith’が実際の閾値電流値Ithより大きくなる。これにより、微小光量が更に大きくなる。
図1は、本実施例のカラー画像を得る画像形成装置の構成を示す図である。図1を用いて画像形成の基本的な説明を行う。カラー画像形成装置は、2つのカセット給紙部1、2と、1つの手差し給紙部3を有している。記録媒体である転写紙Sは、カセット給紙部1、2、手差し給紙部3(以下、単に各給紙部1、2、3という)から、選択的に給紙される。転写紙Sは、各給紙部1、2、3のカセット4、5又はトレイ6上に積載されており、ピックアップローラ7によって最上位の転写紙から順に搬送路に向けて繰り出される。ピックアップローラ7によって繰り出された転写紙Sは、搬送手段としてのフィードローラ8Aと、分離手段としてのリタードローラ8Bからなる分離ローラ対8によって、最上位の転写紙のみ分離される。その後、転写紙Sは、回転停止しているレジストローラ対12へ送られる。この場合、レジストローラ対12までの距離が長いカセット4、5から給送された転写紙Sは、複数の搬送ローラ対9、10、11に中継されてレジストローラ対12へ送られる。レジストローラ対12へ送られた転写紙Sは、転写紙先端がレジストローラ対12のニップ部に突き当たって所定のループを形成すると、一旦移動が停止される。このループの形成により転写紙Sの斜行状態が矯正される。
マルチビームの半導体レーザを画像形成装置に用いた例を以下に説明する。図2は図1で4台用いられている露光装置22中の1台(シアン色に相当)の構成を模式的に示す図である。電子写真方式の画像形成装置は、図2に示すように、入力された画像データに対応する潜像を感光ドラム15上に形成するように、感光ドラム15に対してレーザ光を照射する露光ユニットを備える。本実施例における露光ユニットは、レーザ光を出射する16個の発光点(発光素子)LD1〜LD16を備える、即ち発光点を複数備えるモノリシックなレーザ光源1001を備える。レーザ光源1001から出射された複数のレーザ光は、コリメータレンズ1013を介して平行レーザ光となり、ビームスプリッタ1010に入射する。ビームスプリッタ1010は、レーザ光源1001から出射される光ビームの光路に関してレーザ光源1001と回転多面鏡1012との間に設けられている。本実施例のビームスプリッタ1010は、ビームスプリッタ1010に入射するレーザ光の光量を100%としたときに、その約1%の光量のレーザ光が反射し、約99%のレーザ光が透過するものとする。ビームスプリッタ1010によって反射されたレーザ光は、受光素子(光電変換素子)であるPDユニット1031のフォトダイオード1002(以下、PD1002)に入射する。PD1002は、受光結果である入射したレーザ光の光量に応じた値の検出電流を出力する。
ここで、レーザドライバ1029の構成について説明する。なお、説明を平易にするために、LDの数を減らし、LDの数を2つとした構成を例に実施例の説明を進める。図3(i)、図3(ii)は図2で示した露光装置22の1走査の動作シーケンスを示す図である。ここで、図3(i)はBD1017から出力されるBD信号の波形を、図3(ii)は露光装置22の動作モードを示し、横軸はいずれも時間を示す。露光装置22の動作モードには、APCモード、OFFモード、VIDEOモードがある。そして、APCモードは、第1の光量制御モードであるL_APCモードと第2の光量制御モードであるM_APCモード、第3の光量制御モードであるH_APCモードを含む。即ち、露光装置22の動作モードは、OFFモード、VIDEOモード、そして、APCモードとしてL_APCモード、M_APCモード、H_APCモードの5種類のモードがある。これらのモードのうち、M_APCモード、L_APCモードは、それぞれ異なる光量でAPCを行い、それぞれの光量となっているときの電流値をサンプリングすることにより、閾値電流値を決定するモードである。即ち、M_APCモードとL_APCモードは、バイアス電流Ibiasの値を決定するためのバイアスAPCを実行するモードである。また、H_APCモードは感光ドラム上を露光するための光量を目標光量に制御するためのAPCモードである。OFFモードは、発光点を非点灯の状態にさせるとともに各APCモードでサンプリングした電流値を保持するモードである。VIDEOモードは、レーザが入力されるPWM信号に基づいて感光ドラム15の露光を行うモードである。
続いて、1走査周期内における各種モードについて図6のタイミングチャートを用いて説明する。1走査周期において、LD1の第1の光量制御モードにおけるLD1から出射されるレーザ光がBD1017に入射することによってBD信号が生成される。BD信号のパルスBDnから次のパルスBDn+1までを1走査周期とする。1走査周期において、レーザドライバ1029は図6に示す制御モードのように遷移する。図6の「ON」と記載された期間において、各スイッチはオンとなり、「ON」以外の期間において、各スイッチはオフとなる。
図7に示すように、LD1のL_APCモードにおいて、コントローラ1027は、SW3をオンに制御する。また、コントローラ1027は、Driver1のSW6−1、SW9−1、SW10−1及びSW13−1をオンに制御し、SW4−1、SW5−1、SW7−1およびSW8−1をオフに制御する。SW4−1、SW5−1をオフに制御することによって、Driver1のコンデンサC1−1を含むサンプルホールド回路およびコンデンサC2−1を含むサンプルホールド回路はAMP10からの出力をサンプルしない。
図8に示すように、LD1のM_APCモードにおいて、コントローラ1027は、SW2をオンに制御する。また、コントローラ1027は、Driver1のSW5−1、SW8−1、SW10−1及びSW13−1をオンに制御し、SW4−1、SW6−1、SW7−1およびSW9−1をオフに制御する。SW4−1、SW6−1をオフに制御することによって、Driver1のコンデンサC1−1を含むサンプルホールド回路およびコンデンサC3−1を含むサンプルホールド回路はAMP10からの出力をサンプルしない。
図9に示すように、LD1のH_APCモードにおいて、コントローラ1027は、SW1をオンに制御する。また、コントローラ1027は、SW4−1、SW7−1、SW11−1、SW12−1及びSW13−1をオンに制御し、SW5−1、SW6−1、SW8−1およびSW9−1をオフに制御する。
(Po_M×Iop_L−Po_L×Iop_M)/(Po_M−Po_L)
で表される。
(Vref2×C3−1−Vref3×C2−1)/(Vref2−Vref3)
以上の式を用いた演算により、バイアス回路102−1は閾値電流値Ithを決定し、決定した閾値電流値Ithに基づいて、定電流源CC2−1によりバイアス電流IbiasをLD1に供給する。
図10に示すように、OFFモードにおいて、コントローラ1027は、SW12−1をオンに制御し、他のスイッチをオフに制御する。SW4−1、SW5−1、SW6−1がオフであるため、コンデンサC1−1、C2−1、C3−1の電圧は保持される。また、SW13−1がオフであるため、定電流源CC1−1の出力はLD1に供給されない。SW12−1がオンであるため、バイアス回路102−1で決定された閾値電流値Ithに基づき定電流源CC2−1からバイアス電流IbiasがLD1に供給される。このため、LD1にはバイアス電流Ibiasのみが供給され、LD1は微小発光した状態となる。なお、バイアス回路102−1には、コンデンサC2−1、C3−1が保持している電圧が供給されている。なお、OFFモードにおけるDriver2の動作は、Driver1と同様であるため、説明を省略する。
図11に示すように、VIDEOモードにおいて、コントローラ1027は、SW7−1、SW11−1、SW12−1をオンに制御する。一方、VIDEOモードにおいて、コントローラ1027は、SW4−1、SW5−1、SW6−1、SW8−1、SW9−1、SW10−1をオフに制御する。
次に、図12を用いて本実施例のプリントシーケンスを説明する。コントローラ1027はジョブを受信すると、不図示のROMに記憶されたプログラムに従って、不図示のRAMを一時的なデータの記憶領域として用いながら、以下の印字シーケンスを開始する。S402でコントローラ1027は、スキャナモータ1003に制御信号を出力し、スキャナモータ1003の回転を開始する。S403でコントローラ1027は、閾値電流値Ithからバイアス電流値Ibを求めるためのバイアス係数αに第一の係数であるα1=0.5を設定する。このときのバイアス係数αは、バイアス回路102−1の供給できるバイアス電流の最大値Ibmaxに対して閾値電流値Ithより十分低くなる係数α1に決定する(Ith>α1×Ibmax)。このように、バイアス電流Ibは最大でも閾値電流値より大きくならない値に設定する。
1001 レーザ光源
1002 フォトダイオード
1027 コントローラ
AMP10 エラーアンプ
CC1−1、CC2−1 定電流源
Claims (13)
- 画像形成装置であって、
感光体に静電潜像を形成するための光ビームを出射する発光素子を備える光源と、
回転駆動され、前記光源から出射された光ビームが前記感光体上を走査するように当該光ビームを偏向する回転多面鏡と、
前記発光素子から出射された光ビームを受光する受光素子と、
前記発光素子に電流を供給する電流供給手段であって、少なくとも前記光ビームが前記感光体上を走査する期間において、画像データに関わらず前記発光素子にバイアス電流を供給し、前記画像データに基づいて前記発光素子に前記バイアス電流に重畳させるスイッチング電流を供給する電流供給手段と、
前記電流供給手段から前記発光素子に前記スイッチング電流が供給されていない状態において前記受光素子から出力される暗電流成分を前記受光素子の受光結果から除去する除去手段と、
第1の目標光量に対応する第1の比較電圧と前記第1の目標光量よりも大きい第2の目標光量に対応する第2の比較電圧を出力する出力手段と、
第1のコンデンサと第2のコンデンサを備え、前記光ビームを受光した前記受光素子からの出力から前記暗電流成分を除去したことによって得られる電圧と前記第1の比較電圧との比較結果に基づいて前記第1のコンデンサを充電あるいは放電し、かつ前記光ビームを受光した前記受光素子からの出力から前記暗電流成分を除去したことによって得られる電圧と前記第2の比較電圧との比較結果に基づいて前記第2のコンデンサを充電あるいは放電する充放電手段と、
前記第1のコンデンサおよび前記第2のコンデンサの電圧の値に基づいて閾値電流の値を演算し、当該閾値電流の値に1以下の補正係数を乗算した値を前記バイアス電流の値として設定するバイアス電流制御手段と、を備え、
前記バイアス電流制御手段は、前記第1のコンデンサおよび前記第2のコンデンサが電荷を保持していない状態から所定時間は前記補正係数として第1の補正係数を用いて前記バイアス電流の値を設定し、その後、前記補正係数を前記第1の補正係数よりも値が大きい第2の補正係数に切り換えて、前記第2の補正係数を用いて得られたバイアス電流の値を設定し、
前記電流供給手段によって前記発光素子に前記第2の補正係数を用いて得られたバイアス電流と当該バイアス電流に前記スイッチング電流が供給されることによって前記静電潜像が形成されることを特徴とする画像形成装置。 - 前記バイアス電流制御手段が前記第1の補正係数から前記第2の補正係数に切り換えるタイミングは、前記画像データに基づく画像形成動作前であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス電流制御手段が前記第1の補正係数から前記第2の補正係数に切り換えるタイミングは、前記回転多面鏡が目標回転数に達したタイミングであり、
前記回転多面鏡が前記目標回転数に達したタイミングの後に前記画像形成動作が開始されることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記回転多面鏡により偏向された光ビームを検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果に基づき前記回転多面鏡が前記目標回転数に達したか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。 - 電流が供給されることによって前記発光素子から出射された光ビームを受光した前記受光素子の受光結果に基づき前記電流供給手段が前記発光素子に供給する前記スイッチング電流の値を制御するスイッチング電流制御手段を備え、
前記出力手段は、前記第2の目標光量以上の第3の目標光量に対応する第3の比較電圧を出力し、
前記充放電手段は、第3のコンデンサを備え、前記光ビームを受光した前記受光素子からの出力から前記暗電流成分を除去したことによって得られる電圧と前記第3の比較電圧との比較結果に基づいて前記第3のコンデンサを充電あるいは放電し、
前記スイッチング電流制御手段は、前記第3のコンデンサの電圧に基づいて、前記スイッチング電流の値を制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記発光素子から出射される光ビームの光量を補正するために前記電流供給手段から前記発光素子に供給される電流の値を補正する補正手段と、
少なくとも前記光ビームが前記感光体上を走査する期間の前記スイッチング電流が供給される際に前記補正手段によって前記電流供給手段から前記発光素子に供給される電流の値が補正され、前記バイアス電流の値を制御するべく前記受光素子に前記光ビームを入射させるために前記電流供給手段が前記発光素子から供給される電流の値が前記補正手段によって補正されないように、前記発光素子に供給する電流に対する前記補正手段の作用状態を切り換える切り換え手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記切り換え手段は、前記バイアス電流の値を制御するべく前記受光素子に前記光ビームを入射させる場合、前記補正手段を当該電流に作用させないことを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 前記切り換え手段は、前記スイッチング電流の値を制御するべく前記受光素子に前記光ビームを入射させる場合、前記補正手段によって当該電流の値を補正することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記補正手段は、前記発光素子から出射される光ビームの光量波形の立ち上がりを補正するために前記発光素子に供給する電流に作用することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記光源から出射される光ビームの光路に関して前記光源と前記回転多面鏡との間に設けられ、前記光源から出射された光ビームを前記回転多面鏡に向かう光ビームと前記受光素子に向かう光ビームとに分離するビームスプリッタを備え、
前記受光素子は、前記ビームスプリッタにより分離された光ビームを受光することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記光源は、前記発光素子を複数備える面発光レーザであり、
前記電流供給手段、前記充放電手段、および前記バイアス電流制御手段は、前記複数の発光素子それぞれに対して個別に備えられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記光源は、前記発光素子を複数備える面発光レーザであり、
前記電流供給手段、前記補正手段、前記充放電手段、および前記バイアス電流制御手段は、前記複数の発光素子それぞれに対して個別に備えられていることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記感光体と、
前記感光体上に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、
前記現像手段により現像されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至12いずれか1項に記載の画像形成装置。
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