JP6573383B2

JP6573383B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は、レーザ光によって感光体上を走査して画像を形成する画像形成装置に関する。

レーザビームプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置は、半導体レーザから出射されるレーザ光により感光体上を走査することによって感光体表面に静電潜像を形成する。そして、当該画像形成装置は、トナーを用いて静電潜像を現像し、現像したトナー像をシートに転写・定着することによってシート上に画像を形成する。このような画像形成装置において、レーザ光の光量は形成する画像の濃度に影響を及ぼす。そのため、画像形成装置は、濃度検出用トナー像を形成してその濃度の検出結果からレーザ光の目標光量を設定する。また、画像形成装置が置かれた環境（温度・湿度）の検出結果や画像形成装置の状態によって目標光量を設定する画像形成装置もある。

画像形成装置は、設定した光量のレーザ光が半導体レーザから出射されるように半導体レーザに供給する電流の値を制御する。半導体レーザは温度特性を有しており、同一値の電流を供給しても半導体レーザ自身の温度によって出射するレーザ光の光量が異なる。そのため、画像形成装置は、半導体レーザに供給する電流の値を制御するＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）を実行する。画像形成装置はレーザドライバを備える。ＡＰＣにおいて、レーザドライバは半導体レーザに電流を供給する。そして、レーザドライバは、供給された半導体レーザが出射するレーザ光の光量をフォトダイオードなどを用いてモニタし、フォトダイオードが生成する電圧と目標光量に対応する電圧の比較結果に基づいて電流値をフィードバック制御する。例えば、半導体レーザに供給される電流の値はレーザドライバに接続されたコンデンサの電圧を制御することによって変更される。

一方、画像形成装置は、レーザ光の走査方向（主走査方向）における画像の書出し位置を一致させるために、非画像走査領域に配置された光電変換素子である受光素子（ＢｅａｍＤｅｔｅｃｔｏｒ：ＢＤ）に上記レーザ光を入射させることによって同期信号（ＢＤ信号）を生成する。画像形成装置は、当該ＢＤ信号の生成タイミングを基準に各走査周期における画像データに基づくレーザ光の出射タイミングを制御することによって各走査周期における主走査方向の画像書き出し位置を一致させている。
特許文献１は感光体上を走査するレーザ光の光量とＢＤに入射させるレーザ光の光量を異ならせる画像形成装置を開示している。

特開昭６０−２４５３６４号公報

しかしながら、感光体上を走査するレーザ光の光量とＢＤに入射させるレーザ光の光量を共通のフィードバックループによって制御するレーザ駆動回路を備える画像形成装置では次のような課題が生じる。即ち、レーザ光の１走査周期中の非画像走査期間において、感光体上を走査するレーザ光の光量のフィードバック制御とＢＤに入射させるレーザ光の光量のフィードバック制御の両方を行う必要がある。その際に、レーザ光の１走査周期中の非画像走査期間において、フォトダイオードが生成する電圧と比較するための目標光量に対応する電圧を切り換えなければならない。

本発明は、レーザ光の１走査周期中の非画像走査期間において、共通のフィードバックループによって感光体上を走査するレーザ光の光量のフィードバック制御とＢＤに入射させるレーザ光の光量のフィードバック制御の両方を行うことができる画像形成装置を提供することを、主たる目的とする。

本発明の画像形成装置は、感光体と、供給される電流の値に応じた光量のレーザ光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射されたレーザ光が前記感光体上を走査するように当該レーザ光を偏向する偏向手段と、前記レーザ光の走査方向における画像の書出し位置を一致させるための同期信号であって、前記偏向手段によって偏向されたレーザ光を受光する第１の受光素子を備え、前記第１の受光素子の受光光量に応じた波形の前記同期信号を出力する同期信号出力手段と、前記レーザ光の光量を制御するために、前記発光素子から出射されたレーザ光を受光する第２の受光素子を備え、前記第２の受光素子の受光光量に応じた電圧の受光信号を出力する受光信号出力手段と、前記レーザ光の目標光量に対応する基準電圧を出力する電圧出力回路と、前記発光素子を駆動する駆動回路であって、前記受光信号の電圧と前記基準電圧とを比較する比較回路と、前記比較回路による比較結果に基づいて充放電される光量制御用コンデンサと、を備え、前記光量制御用コンデンサの電圧に応じた値の電流を前記発光素子に供給する駆動回路と、前記基準電圧の値を制御するためのパルス信号を出力する制御部であって、前記感光体上を走査するレーザ光の目標光量に対応する周波数を有する第１のパルス信号と、前記第１の受光素子に入射するレーザ光の目標光量に対応し、前記第１のパルス信号よりも低周波数の第２のパルス信号と、を前記電圧出力回路に入力する制御部と、を備え、前記電圧出力回路は、前記第１のパルス信号および前記第２のパルス信号の論理和を出力する論理和回路と、一定電圧を出力する電源と、を備え、前記レーザ光が前記感光体上を走査していない期間において前記第２のパルス信号のパルスが前記論理和回路に入力されていない場合、前記一定電圧の振幅および前記第１のパルス信号の周波数に応じて前記一定電圧の周波数を有する変調信号を生成し、前記変調信号を平滑化することによって前記基準電圧を生成し、前記レーザ光が前記感光体上を走査していない期間において前記第２のパルス信号のパルスが入力されている場合、前記第２のパルス信号のパルス幅に対応する期間、前記一定電圧を平滑化することなく当該一定電圧の値を変調することによって前記基準電圧を生成することを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光の１走査周期中の非画像走査期間において、共通のフィードバックループによって感光体上を走査するレーザ光の光量のフィードバック制御とＢＤに入射させるレーザ光の光量のフィードバック制御の両方を行うことができる。

本実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を示す縦断面図。光走査装置の構成の一例を示す図。半導体レーザの一例を説明するための図。光走査装置の制御回路の構成を説明するためのブロック図。レーザ光の１走査周期中における制御シーケンスおよび画像形成装置の状態を示すタイミングチャート。抵抗およびコンデンサによるソース電圧の平滑化機能について説明するための図。

以下、本発明の実施の形態例を説明する。なお、本発明を電子写真方式のフルカラープリンタに適用した場合を例に挙げて説明する。

［実施形態例］
［画像形成装置の全体構成］
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を示す縦断面図である。
図１に示す画像形成装置１００は、感光体であるところの感光ドラム１０１ａ〜１０１ｄ、帯電装置１０２ａ〜１０２ｄ、現像器１０３ａ〜１０３ｄ、転写ブレード１０４ａ〜１０４ｄを有する。画像形成装置１００は、また、中間転写ベルト１０５、二次転写ローラ（１０６）、対向ローラ２１、定着装置１０７を有する。
画像形成装置１００は、排紙ローラ１０８、給紙カセット１０９、手差しトレイ１１０、レジローラ１１１、両面反転パス１１２、両面パス１１３、縦パスローラ１１４、光走査装置２００ａ〜２００ｄを有する。

感光ドラム１０１ａ〜１０１ｄは、帯電装置１０２ａ〜１０２ｄによって帯電される。帯電された各感光ドラムは、レーザ発光素子を光源とする各々の光走査装置２００ａ〜２００ｄから出射されるレーザ光（光ビーム）により露光される。レーザ光に露光されることによって各感光ドラム上には画像データに基づく静電潜像が形成される。その後、この静電潜像は各々の現像器１０３ａ〜１０３ｄによりトナーを用いて現像される。
そして、この感光ドラム１０１ａ〜１０１ｄ上それぞれに現像された各色のトナー像は、転写ブレード１０４ａ〜１０４ｄに印加される転写バイアスによって中間転写ベルト１０５に転写される。中間転写ベルト１０５は駆動ローラ１１、対向ローラ２１を含む複数のローラによって張架されており、図１に示す矢印方向に回転する。その後、中間転写ベルト１０５上に転写された４色のトナー像は、二次転写ローラ１０６で記録紙に一括転写される。そして、トナー像を担持した記録紙Ｓは定着装置１０７を通過して定着処理が施された後、排紙ローラ１０８等によって装置外に排出される。

記録紙Ｓは、給紙カセット１０９もしくは手差しトレイ１１０などから給紙される。図１に示すように二次転写ローラ１０６と対向ローラ２１は中間転写ベルト１０５を介して接触しており、それにより二次転写ローラ１０６と中間転写ベルト１０５との間には転写ニップ部が形成されている。記録紙Ｓは、レジローラ１１１によって転写ニップ部への搬送タイミングが調整されて転写ニップ部へ搬送される。なお、両面印刷時には、定着装置１０７を通った記録紙Ｓは両面反転パス１１２の方向に導かれて逆方向に反転搬送され、両面パス１１３へ搬送される。両面パス１１３を通った記録紙Ｓは再び縦パスローラ１１４を通り、１面目と同様に２面目の画像を作像、転写、定着した後に排出される。

画像形成装置１００は、上記画像形成プロセスによって中間転写ベルト１０５上に各色の濃度検出用トナー像を形成する。画像形成装置１００は、濃度検出用トナー像を検出するための光学センサ１１５を備える。光学センサ１１５は中間転写ベルト１０５および濃度検出用トナー像に光を照射し、中間転写ベルト１０５からの反射光および濃度検出用トナー像からの反射光を受光する。そして、反射光を受光した結果である受光信号は光学センサ１１５から後述する制御部３０４に入力される。また、画像形成装置１００は温度または湿度、あるいは温度および湿度の両方を検出する環境センサ１１６を備えている。環境センサ１１６の検出結果は後述する制御部３０４に入力される。

［スキャナ（光走査装置）の構成］
図１に示す４つの光走査装置は、それぞれが同一の機能構成であるため、代表して光走査装置２００ａを例に挙げて説明する。なお、説明の便宜上、光走査装置２００ａを光走査装置２００として示す。

図２は、光走査装置２００の構成の一例を示す図である。
光走査装置２００は、光源である半導体レーザ２０１（ＬＤ：レーザダイオード）、コリメータレンズ２０２、開口絞り２０３、シリンドリカルレンズ２０４、ポリゴンミラー２０５、ポリゴンミラー駆動部２０６を含んで構成される。光走査装置２００は、また、トーリックレンズ（ｆ−θレンズ）１（２０７）、ｆ−θレンズ２（２０８）を有する。

コリメータレンズ２０２は、半導体レーザ２０１から出射された光ビームを平行光束に変換する。開口絞り２０３は、通過する光ビームの光束を制限する。シリンドリカルレンズ２０４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２０３を通過した光束をポリゴンミラー２０５の反射面に主走査方向に長い楕円像として結像する。回転多面鏡であるポリゴンミラー２０５は、ポリゴンミラー駆動部２０６により図中矢印Ｃ方向に一定速度で回転しており、反射面上に結像したレーザ光を偏向する。

トーリックレンズは、ｆ−θ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。ｆ−θレンズ１（２０７）の主走査方向の表裏の両レンズ面は、非球面形状より成っている。ｆ−θレンズ２（２０８）は、ｆ−θ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倍率を有する。

ＢＤ２０９（ＢｅａｍＤｅｔｅｃｔｏｒ）は、レーザ光を受光する第１の受光素子である。ＢＤ２０９は、画像形成装置１００が備える感光ドラム１０１の画像形成領域外に相当する位置に設置され、反射ミラー２１０によって反射されたレーザ光を受光する。このようにして、ＢＤ２０９は、レーザ光の走査タイミング信号（ＢＤ信号／同期信号）を生成する。ＢＤ２０９は、同期信号出力手段として機能する。なお、同期信号とは、レーザ光の走査方向における画像の書出し位置を一致させるための信号である。
回転駆動されるポリゴンミラー２０５により偏向されたレーザ光はドラム軸に略平行に感光ドラム１０１上を移動（走査）する。

感光ドラム１０１は、駆動部２１１によって回転駆動される。これにより、副走査方向（感光ドラムの回転方向）に画像が書き込まれる。なお、レーザ光による感光ドラム１０１表面（感光体上）の走査は、感光ドラム１０１が帯電装置１０２により表面が帯電された後に行われる。また、感光ドラム１０１表面の電位は、照射されたレーザ光の強度に応じて電位が変位する。

［半導体レーザ］
図３は、半導体レーザ２０１の概略構成を説明するための図である。
光走査装置２００に備えられる半導体レーザ２０１はレーザ発光素子４０１（ＬＤ４０１）とフォトダイオード４０２（ＰＤ４０２）を有する。ＬＤ４０１は供給される電流の値に応じたレーザ光を出射する。ＬＤ４０１は、図３に示すように、感光ドラム１０１を走査するためのレーザ光を図右側へ放射（フロント光）するとともに、逆方向（図左側）にもフロント光に対しておよそ一定割合の光量のレーザ光を放射（リア光）する。

放射されたリア光は、第２の受光素子であるＰＤ４０２が受光する。ＰＤ４０２は、受光光量に応じた電圧の受光信号を出力する受光信号出力手段として機能する。そして、画像形成装置１００は、ＰＤ４０２が受光する光の強度をモニタし、モニタ結果に基づいて後述するＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）を実行する。

［レーザ制御回路およびＡＰＣ］
図４は、半導体レーザ２０１を制御するために画像形成装置１００が備えるレーザ制御回路の構成を説明するためのブロック図である。

本実施形態の画像形成装置１００は、レーザドライバ３０１、制御部３０４、目標電圧出力部（電圧出力回路）３１９、ＲＯＭ３１２、ＲＡＭ３１３を有する。ＲＯＭ３１２、ＲＡＭ３１３は、各種制御プログラム、設定値などを記憶する。制御部３０４は当該制御プログラムや設定値などに基づいてレーザドライバ３０１および目標電圧出力部３１９を制御する。

まず、レーザドライバ３０１について説明する。レーザドライバ３０１はＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）である。レーザドライバ３０１は、光走査装置２００に取り付けられたレーザ制御基板２１２に実装されている。レーザドライバ３０１は、ＲＭ端子、Ｖｒｅｆ端子、Ｃｈ端子、Ｒｓ端子、ＬＤ端子、ＰＤ端子を備える。ＲＭ端子にはＲＭ抵抗３０５が接続されている。Ｖｒｅｆ端子は後述する目標電圧出力部３１９に接続されている。Ｃｈ端子にはコンデンサ３１０（光量制御用コンデンサ）が接続されている。Ｒｓ端子にはＲｓ抵抗３１１が接続されている。ＬＤ端子には、半導体レーザ２０１のＬＤ４０１が接続されている。ＰＤ端子には半導体レーザ２０１のＰＤ４０２が接続されている。ＲＭ抵抗３０５、コンデンサ３１０、Ｒｓ抵抗３１１、および半導体レーザ２０１はレーザ制御基板２１２に実装されている。図４に示すように、ＲＭ抵抗３０５の他端の端子、コンデンサ３１０の他端の端子、およびＲｓ抵抗３１１の他端の端子は、それぞれ接地されている。
このように、レーザドライバ３０１を含む各構成は発光素子を駆動する駆動回路として機能する。

レーザドライバ３０１は比較回路３０６、スイッチ３０７、オペアンプ３０８、トランジスタ３２７（Ｔｒ３２７）、カレントミラー回路３０９、およびトランジスタ３３０（Ｔｒ３３０）を内蔵している。比較回路３０６の反転端子はＲＭ端子およびＰＤ端子の間に接続されている。ＬＤ４０１に電流が流れることによってＬＤ４０１から出射されるリア光はＰＤ４０２に入射する。ＰＤ４０２は受光光量に応じた値の電流Ｉ_ｐｄを出力する。比較回路３０６の反転端子の電圧Ｖ_ｐｄはＰＤ４０２の出力電流Ｉ_ｐｄおよびＲＭ抵抗３０５（抵抗値ＲＭ）によって以下の式（１）で定義される。

Ｖ_ｐｄ＝Ｉ_ｐｄ・ＲＭ・・・式（１）

一方、比較回路３０６の非反転端子には後述する目標電圧出力部３１９からＶｒｅｆが入力される。比較回路３０６は反転端子に入力される電圧Ｖ_ｐｄと非反転端子に入力される電圧Ｖｒｅｆとを比較する。

スイッチ３０７の一端の端子は比較回路３０６の出力端子に接続されている。スイッチ３０７の他端の端子は、コンデンサ３１０およびオペアンプ３０８の非反転端子に接続されている。スイッチ３０７は、後述するサンプルホールド信号３１８（Ｓ／Ｈ信号３１８）によってレーザ光の１走査周期中におけるＡＰＣを実行する期間にＯＮされ、その他の期間はＯＦＦされる。Ｓ／Ｈ信号３１８によってスイッチ３０７がＯＮの状態（接続状態）においてレーザ光の光量を制御するためのフィードバックループが形成される。フィードバックループが形成された状態において、レーザドライバ３０１は比較回路３０６の比較結果に基づいてコンデンサ３１０の電圧Ｖ_ｃｈをフィードバック制御する。

図４に示すように、オペアンプ３０８、Ｔｒ３２７、Ｒｓ抵抗３１１は定電流回路を構成する。コンデンサ３１０はオペアンプ３０８の非反転端子に接続されている。そのため、オペアンプ３０８の非反転端子の電圧はコンデンサ３１０の電圧Ｖ_ｃｈと等しくなる。オペアンプ３０８の反転端子はＲｓ端子に接続されている。Ｒｓ抵抗３１１（抵抗値：Ｒｓ）に電流Ｉ_１が流れるとすると、Ｒｓ端子の電圧は以下の式（２）で定義される。

Ｖ_Ｒｓ＝Ｉ_１・Ｒｓ・・・式（２）

オペアンプ３０８はＲｓ端子の電圧Ｖ_Ｒｓが電圧Ｖ_ｃｈと等しくなるようにＴｒ３２７のベース電圧を制御する。即ち、オペアンプ３０８、Ｔｒ３２７、Ｒｓ抵抗３１１を含む定電流回路は、電流Ｉ_１が電圧Ｖ_ｃｈに対応する値になるように電流Ｉ_１の値を制御する。

カレントミラー回路３０９は、トランジスタ３２５（Ｔｒ３２５）、トランジスタ３２６（Ｔｒ３２６）、トランジスタ３２８（Ｔｒ３２８）、およびトランジスタ３２９（Ｔｒ３２９）を有する。カレントミラー回路３０９が有する各トランジスタの接続は図４に示す様である。Ｔｒ３２５のエミッタ端子はＴｒ３２７のコレクタ端子に接続されている。

また、Ｔｒ３２９のコレクタ端子はＴｒ３３０のエミッタ端子に接続されている。Ｔｒ３３０はＬＤ４０１をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのスイッチであり、Ｔｒ３３０のベース端子には制御部３０４が出力するＰＷＭ信号３２２が入力される。このＰＷＭ信号３２２は入力画像データに基づいて生成される信号であり、ＬＤ４０１をＯＮ／ＯＦＦ制御するための信号である。例えば、ＰＷＭ信号３２２がＨｉｇｈ（ＯＮ信号）のとき駆動電流Ｉ_３はＬＤ４０１を流れる。一方、ＰＷＭ信号３２２がＬｏｗ（ＯＦＦ信号）のとき駆動電流Ｉ_３はＬＤ４０１を流れない。

カレントミラー回路３０９において、電流Ｉ_１は入力電流に相当し、電流Ｉ_２および駆動電流Ｉ_３は出力電流に相当する。即ち、カレントミラー回路３０９は、入力電流である電流Ｉ_１によってその電流値に対応する値の電流Ｉ_２を生成し、さらに電流Ｉ_２によってその電流値に対応する値の駆動電流Ｉ_３を生成する。従って、後述するＡＰＣによって電流Ｉ_１の値が制御されることによってＬＤ４０１に流れる駆動電流Ｉ_３の値が制御される。
即ち、カレントミラー回路３０９のミラー比（電流Ｉ_１：電流Ｉ_３＝１：Ｎ）とすると、電流Ｉ_３は以下の式（３）で定義される。

Ｉ_３＝Ｎ・Ｖ_Ｒｓ／Ｒｓ・・・式（３）

このように、レーザドライバ３０１は、コンデンサ３１０の値に応じた値の電流をＬＤ４０１に供給する。ＰＤ４０２は、ＬＤ４０１から出射されたレーザ光を受光する。レーザドライバ３０１は、ＰＤ４０２の受光結果（Ｖ_ｐｄ）と後述する目標電圧出力部３１９から入力される基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果に基づいてコンデンサ３１０の電圧Ｖｃｈをフィードバック制御する。基準電圧Ｖｒｅｆ＞Ｖ_ｐｄの場合はＬＤ４０１から出射されるレーザ光の光量が不足しているため、レーザドライバ３０１はＶｒｅｆ＝Ｖ_ｐｄになるようにコンデンサ３１０の電圧Ｖｃｈを増加させる（充電）。

一方、基準電圧Ｖｒｅｆ＜Ｖ_ｐｄの場合はＬＤ４０１から出射されるレーザ光の光量が過多であるため、レーザドライバ３０１はＶｒｅｆ＝Ｖ_ｐｄになるようにコンデンサ３１０の電圧Ｖｃｈを低下させる。基準電圧Ｖｒｅｆ＝Ｖ_ｐｄの場合はＬＤ４０１から出射されるレーザ光は目標光量であるため、レーザドライバ３０１はコンデンサ３１０を充放電せず、現状のＶｃｈを維持する。
このようなフィードバック制御によってレーザ光は電圧Ｖｒｅｆに対応する光量に制御される。なお、レーザドライバ３０１は必ずしもカレントミラー回路を備えていなくても良く、電流Ｉ_１がＬＤ４０１に流れるようにレーザドライバを構成しても良い。

次に、制御部３０４および目標電圧出力部３１９について説明する。制御部３０４はＣＰＵあるいはＡＳＩＣなどのＩＣである。制御部３０４は、レーザ制御基板２１２とは異なる、画像形成装置１００の本体側の回路基板に実装されている。一方、目標電圧出力部３１９はＩＣで構成しても良いし、ディスクリートデバイスを回路基板に実装することによって構成しても良い。目標電圧出力部３１９はレーザ制御基板２１２に実装されても良いし、画像形成装置１００の本体側の回路基板に実装されても良い。

制御部３０４は、光学センサ１１５からの濃度検出用トナー画像の検出結果および環境センサ１１６の検出結果の少なくとも一方に基づいてＰＷＭ信号３２０（第１のパルス信号）のパルス幅（デューティー比）を変調する。ＰＷＭ信号３２０（第１のパルス信号）のパルス幅は感光ドラム１０１上（感光体上）を走査するレーザ光の目標光量を示す。

画像形成中、制御部３０４はＰＷＭ信号３２０およびＧＡＴＥ信号３２１（第２のパルス信号）を出力する。なお、第２のパルス信号は、第１のパルス信号よりも低周波数のパルス信号である。
ＰＷＭ信号３２０は感光ドラム１０１上を走査するレーザ光の目標光量を示すパルス幅の一定周波数の信号である。一方、ＧＡＴＥ信号３２１はＢＤ２０９に入射させるレーザ光の目標光量を示すパルス信号である。

目標電圧出力部３１９は、電圧変換部３０２、ＯＲ回路３１７（論理和回路）、スイッチ３１６、コンデンサ３１４（平滑化用コンデンサ）、および抵抗３１５を備える。
ＯＲ回路３１７には制御部３０４から出力されるＰＷＭ信号３２０およびＧＡＴＥ信号３２１が入力される。ＯＲ回路３１７はＰＷＭ信号３２０およびＧＡＴＥ信号３２１の論理和を出力する。画像形成中、制御部３０４からＰＷＭ信号３２０およびＧＡＴＥ信号３２１が常に出力されているため、ＯＲ回路３１７はＰＷＭ信号３２０およびＧＡＴＥ信号３２１のいずれか一方に対応する信号を出力する。

電圧変換部３０２はＦＥＴ３２５（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｔｏｒ）、抵抗３２４、および抵抗３２３を備える。ＦＥＴ３２５のゲート端子はＯＲ回路３１７の出力に接続されている。ＦＥＴ３２５のドレイン端子には一電源電圧ＶＲが印加されている。電源電圧ＶＲは、バンドギャップ回路によって生成される一定電圧（例えば、１．４Ｖ）を出力する電源である。ＦＥＴ３２５のソース端子は抵抗３２３の一端に接続されている。抵抗３２３の他端は接地されている。ＦＥＴ３２５はＯＲ回路３１７からの出力３２１によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＦＥＴ３２５がＯＦＦの場合、ＦＥＴ３２５のソース端子の電圧は０Ｖになり、ＦＥＴ３２５がＯＮの場合、ＦＥＴ３２５のソース端子の電圧は基準電圧ＶＲからＦＥＴ３２５の電圧降下分を減算した値となる。

図４に示す抵抗３２３の一端はＦＥＴ３２５のソース端子に接続されている。抵抗３２３の他端はレーザドライバ３０１のＶｒｅｆ端子およびスイッチ３１６の端子ａに接続されている。コンデンサ３１４の一端はスイッチ３１６の端子ｂに接続されており、コンデンサ３１４の他端は接地されている。また、抵抗３１５の一端はスイッチ３１６の端子ｃに接続されており、抵抗３１５の他端は接地されている。スイッチ３１６にはＧＡＴＥ信号３２１が入力されている。スイッチ３１６は、ＧＡＴＥ信号がＨｉｇｈのとき端子ａと端子ｃとを接続し（非平滑化モード）、ＧＡＴＥ信号がＬｏｗのとき端子ａと端子ｂ（平滑化モード）とを接続する。

スイッチ３１６が端子ａと端子ｂとを接続することによって抵抗３２３とコンデンサ３１４とが接続された状態となる。この状態において抵抗３２３およびコンデンサ３１４はＦＥＴ３２５のスイッチ動作に伴い変調する振幅がＶＲのソース端子の電圧（ソース電圧）を平滑化する平滑化回路として機能する。
図６は、抵抗３２３およびコンデンサ３１４によるソース電圧の平滑化機能について説明するための図である。なお、便宜的にＦＥＴ３２５による電圧降下はないものとして説明する。

図６におけるＦＥＴ３２５ソース電圧は、ＯＲ回路３１７の出力によって電圧ＶＲと０Ｖ（ＧＮＤ）の２値を採る。ＯＲ回路３１７にはＰＷＭ信号３２０およびＧＡＴＥ信号３２１の論理和を出力する。図４に示すＤＵＴＹ７５％の期間において、制御部３０４はデューティー比７５％のＰＷＭ信号３２０かつＬｏｗのＧＡＴＥ信号３２１を出力している。そのため、ＯＲ回路３１７はデューティー比７５％のＰＷＭ信号３２１を出力し、ＦＥＴ３２５はその信号によってＯＮ／ＯＦＦ動作を実行する。このとき、ＦＥＴ３２５は、そのソース端子に電圧ＶＲの振幅およびＰＷＭ信号３２０の周波数（デューティー比７５％）を有する変調信号を生成する。このように、ＦＥＴ３２５は変調信号を生成する変調回路として機能する。
そして、この変調信号は抵抗３２３およびコンデンサ３１４によって平滑化される。このとき、変調信号を平滑化した基準電圧Ｖｒｅｆの値はＶＲの７５％の値となる。

同様に、図６に示すＤＵＴＹ５０％の期間において、制御部３０４はデューティー比５０％のＰＷＭ信号３２０かつＬｏｗのＧＡＴＥ信号３２１を出力している。そのため、ＯＲ回路３１７はデューティー比５０％のＰＷＭ信号３２０を出力し、ＦＥＴ３２５はその信号によってＯＮ／ＯＦＦ動作を実行する。このとき、ＦＥＴ３２５は、そのソース端子に電圧ＶＲの振幅およびＰＷＭ信号３２０の周波数（デューティー比５０％）を有する変調信号を生成する。そして、この変調信号は抵抗３２３およびコンデンサ３１４によって平滑化される。このとき、変調信号を平滑化した基準電圧Ｖｒｅｆの値はＶＲの５０％の値となる。そして、抵抗３２３およびコンデンサ３１４によって平滑化された基準電圧Ｖｒｅｆの値は電源電圧ＶＲの５０％の値となる。

さらに、図６に示すＤＵＴＹ２５％の期間において、制御部３０４はデューティー比２５％のＰＷＭ信号３２０かつＬｏｗのＧＡＴＥ信号３２１を出力している。そのため、ＯＲ回路３１７はデューティー比２５％のＰＷＭ信号３２０を出力し、ＦＥＴ３２５はその信号によってＯＮ／ＯＦＦ動作を実行する。このとき、ＦＥＴ３２５は、そのソース端子に電圧ＶＲの振幅およびＰＷＭ信号３２０の周波数（デューティー比２５％）を有する変調信号を生成する。そして、この変調信号は抵抗３２３およびコンデンサ３１４によって平滑化される。このとき、変調信号を平滑化した基準電圧Ｖｒｅｆの値はＶＲの２５％の値となる。そして、抵抗３２３およびコンデンサ３１４によって平滑化された基準電圧Ｖｒｅｆの値はＶＲの２５％の値となる。

図４に戻り説明を続ける。ＧＡＴＥ信号３２１がＨｉｇｈになることによって、スイッチ３１６は端子ａと端子ｃとを接続し、それによって抵抗３２３と抵抗３１５とが接続された状態となる。この状態において基準電圧Ｖｒｅｆは抵抗３２３および抵抗３１５の抵抗値によって規定される。

図４に示すＤＵＴＹ１００％の期間において、制御部ＨｉｇｈのＧＡＴＥ信号３２１が出力されている。このとき、如何なるパルス幅のＰＷＭ信号３２０がＯＲ回路３１７に入力されていても、ＯＲ回路３１７に出力はＨｉｇｈとなる。そのため、ソース電圧は電圧ＶＲとなり、基準電圧Ｖｒｅｆは、抵抗３２３（抵抗値：Ｒ１）および抵抗３１５（抵抗値：Ｒ２）によって以下の式で定義される。

Ｖｒｅｆ＝ＶＲ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・式（４）

ＶＲ、Ｒ１、Ｒ２は一定であるので、式（４）によればＧＡＴＥ信号３２１に基づく基準電圧Ｖｒｅｆは一定となる。

このように基準電圧ＶｒｅｆはＰＷＭ信号３２０およびＧＡＴＥ信号３２１の論理和であるＯＲ回路３１７の出力によって規定される。ＧＡＴＥ信号３２１、ＯＲ回路３１７、スイッチ３１６、抵抗３１５を用いずに、ＰＷＭ信号３２０のデューティー比を０から１００％の間で可変することによって基準電圧Ｖｒｅｆを設定する方法も考えられる。しかしながら、図４に示すように、平滑化回路の時定数によって平滑化回路に入力する信号のデューティー比を切り換えてから平滑化回路の出力が安定するまでにある程度時間を要する。基準電圧Ｖｒｅｆの値を高速に切り換えるために、本実施形態の画像形成装置１００は図４に示す目標電圧出力部３１９を用いている。

上述したように、基準電圧Ｖｒｅｆはレーザドライバ３０１の比較回路３０６の非反転端子に入力される。レーザドライバ３０１は基準電圧ＶｒｅｆとＶ_ｐｄとの比較結果に基づいてコンデンサ３１０の電圧Ｖｃｈを制御する。電圧Ｖｃｈの制御をＡＰＣと称する。
制御部３０４は、ＡＰＣを実行する際にＨｉｇｈのＳ／Ｈ信号３１８を出力する。スイッチ３０７はＨｉｇｈのＳ／Ｈ信号３１８に基づいて図示した２つの端子を接続する。この状態において、レーザドライバ３０１はＶ_ｐｄと基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果に基づいてコンデンサ３１０の電圧を制御する。

一方、後述するＯＦＦモードおよびＶＩＤＥＯモード（ＶＤＯモード）において制御部３０４はＬｏｗのＳ／Ｈ信号３１８を出力する。スイッチ３０７はＬｏｗのＳ／Ｈ信号３１８に基づいて図示した２つの端子を非接続状態にする。この状態において、レーザドライバ３０１はＶ_ｐｄと基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果をコンデンサ３１０の電圧に反映させないホールド状態となる。

［１走査周期タイミングチャート］
図５は、レーザ光の１走査周期中における制御シーケンスおよび画像形成装置１００の状態を示すタイミングチャートである。
図５に示すように、レーザ光の走査周期中、即ち画像形成中、制御部３０４は、ＰＷＭ信号３２０と共にＧＡＴＥ信号３２１をＯＲ回路３１７に入力する。また、ＧＡＴＥ信号３２１は目標電圧出力部３１９のスイッチ３１６にも入力される。制御部３０４は、一定周波数のＰＷＭ信号３２０を出力する。一方、制御部３０４はレーザ光がＢＤ２０９上を走査する直前にＧＡＴＥ信号３２１をＬｏｗからＨｉｇｈに変化させ、その後、レーザ光がＢＤ２０９を走査した直後にＧＡＴＥ信号３２１をＨｉｇｈからＬｏｗに変化させる。制御部３０４は１つ前の走査周期において生成したＢＤ信号の生成タイミングを基準とするタイミングでＧＡＴＥ信号３２１を変化させている。

上述したように、ＧＡＴＥ信号がＨｉｇｈの場合、スイッチ３１６は端子ａと端子ｃとを接続し、ＧＡＴＥ信号３２１がＬｏｗの場合、スイッチ３１６は端子ａと端子ｂとを接続する。

図５に示すＯＲ出力はＯＲ回路３１７の出力を示している。ＧＡＴＥ信号３２１がＨｉｇｈのときＯＲ出力はＨｉｇｈとなり、ＧＡＴＥ信号３２１がＬｏｗのときＯＲ出力はＰＷＭ３２０の周波数に応じた周波数のパルス信号を出力する。つまり、ＧＡＴＥ信号３２１がＨｉｇｈの場合、ＯＲ出力において如何なる周波数のＰＷＭ信号３２０もＧＡＴＥ信号３２１にマスクされる。

ＧＡＴＥ信号３２１がＨｉｇｈの場合、スイッチ３１６は端子ａと端子ｃとを接続するため、基準電圧Ｖｒｅｆは式（４）によって定義される。そして、レーザドライバ３０１は当該基準電圧Ｖｒｅｆを用いたＬＤ１_ＦＡＰＣを実行する。そして、ＧＡＴＥ信号３２１に基づく基準電圧Ｖｒｅｆに対応する光量に制御されたレーザ光がＢＤ２０９上を走査する。ＢＤ２０９は受光するレーザ光の光量に応じた波形の信号を出力する。

一方、ＧＡＴＥ信号３２１がＬｏｗの場合、スイッチ３１６は端子ａと端子ｂとを接続するため、基準電圧Ｖｒｅｆの値はＰＷＭ信号３２０を抵抗３２３およびコンデンサ３１４を含む平滑化回路によって定義される。レーザドライバ３０１は当該基準電圧Ｖｒｅｆを用いたＬＤ１_ＡＰＣを実行する。そして、ＰＷＭ信号３２０のパルス幅に基づく基準電圧Ｖｒｅｆに対応する光量に制御されたレーザ光が感光ドラム１０１上を走査する。

このように、本実施形態に係る画像形成装置１００は、レーザ光の１走査周期中の非画像走査期間において以下の２つの制御両方を行うことができる。２つの制御とは、共通のフィードバックループによって感光ドラム１０１上を走査するレーザ光の光量のフィードバック制御とＢＤに入射させるレーザ光の光量のフィードバック制御である。

上記説明した実施形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲が、これらの例に限定されるものではない。

１００・・・画像形成装置、１０１ａ〜１０１ｄ・・・感光ドラム、１０２ａ〜１０２ｄ・・・帯電装置、１０３ａ〜１０３ｄ・・・現像器、１０４ａ〜１０４ｄ・・・転写ブレード、１０５・・・中間転写ベルト、１０６（２１）・・・二次転写ローラ、１０７・・・定着装置、１０８・・・排紙ローラ、１０９・・・給紙カセット、１１０・・・手差しトレイ、１１１・・・レジローラ、１１２・・・両面反転パス、１１３・・・両面パス、１１４・・・縦パスローラ、２００ａ〜２００ｄ・・・光走査装置、３０１・・・ＡＰＣ制御回路、３０３・・・ＣＰＵ、３０４・・・レーザ制御部、３１９・・・ＢＤ光量制御部。

Claims

画像形成装置であって、
感光体と、
供給される電流の値に応じた光量のレーザ光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射されたレーザ光が前記感光体上を走査するように当該レーザ光を偏向する偏向手段と、
前記レーザ光の走査方向における画像の書出し位置を一致させるための同期信号であって、前記偏向手段によって偏向されたレーザ光を受光する第１の受光素子を備え、前記第１の受光素子の受光光量に応じた波形の前記同期信号を出力する同期信号出力手段と、
前記レーザ光の光量を制御するために、前記発光素子から出射されたレーザ光を受光する第２の受光素子を備え、前記第２の受光素子の受光光量に応じた電圧の受光信号を出力する受光信号出力手段と、
前記レーザ光の目標光量に対応する基準電圧を出力する電圧出力回路と、
前記発光素子を駆動する駆動回路であって、前記受光信号の電圧と前記基準電圧とを比較する比較回路と、前記比較回路による比較結果に基づいて充放電される光量制御用コンデンサと、を備え、前記光量制御用コンデンサの電圧に応じた値の電流を前記発光素子に供給する駆動回路と、
前記基準電圧の値を制御するためのパルス信号を出力する制御部であって、前記感光体上を走査するレーザ光の目標光量に対応する周波数を有する第１のパルス信号と、前記第１の受光素子に入射するレーザ光の目標光量に対応し、前記第１のパルス信号よりも低周波数の第２のパルス信号と、を前記電圧出力回路に入力する制御部と、を備え、
前記電圧出力回路は、
前記第１のパルス信号および前記第２のパルス信号の論理和を出力する論理和回路と、一定電圧を出力する電源と、を備え、
前記レーザ光が前記感光体上を走査していない期間において前記第２のパルス信号のパルスが前記論理和回路に入力されていない場合、前記一定電圧の振幅および前記第１のパルス信号の周波数に応じて前記一定電圧の周波数を有する変調信号を生成し、前記変調信号を平滑化することによって前記基準電圧を生成し、
前記レーザ光が前記感光体上を走査していない期間において前記第２のパルス信号のパルスが入力されている場合、前記第２のパルス信号のパルス幅に対応する期間、前記一定電圧を平滑化することなく当該一定電圧の値を変調することによって前記基準電圧を生成することを特徴とする、
画像形成装置。
前記電圧出力回路は、前記論理和回路の出力に応じてＯＮ／ＯＦＦされる第１のスイッチと、平滑化回路と前記一定電圧の値を変調する変調回路とを切り換える第２のスイッチを備え、
前記第２のスイッチは前記第２のパルス信号に同期して前記平滑化回路から前記変調回路に切り換えることを特徴とする、
請求項１に記載の画像形成装置。
前記平滑化回路は、平滑化用コンデンサと抵抗とを含むことを特徴とする、
請求項２に記載の画像形成装置。