JP6965800B2 - 光走査装置、およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Description
図1の(a)は、本発明の実施形態による画像形成装置100の外観を示す斜視図である。この画像形成装置100はプリンターである。その筐体の上面には排紙トレイ41が設けられ、その奥に開いた排紙口42から排紙されたシートを収容する。排紙トレイ41の前方には操作パネル51が埋め込まれている。プリンター100の底部には給紙カセット11が引き出し可能に取り付けられている。
図1の(b)は、図1の(a)の示す直線b−bに沿ったプリンター100の模式的な断面図である。プリンター100は電子写真式のカラープリンターであり、給送部10、作像部20、定着部30、および排紙部40を含む。
図1の(b)は光走査装置26の縦断面図を含む。図2は光走査装置26の上面図である。図2では、説明の便宜上、光走査装置26を覆っていた上板が除去されており、図1の(b)の示す光走査装置26の縦断面の位置が直線I−Iで示されている。光走査装置26は、ハウジング300、光源310、および走査光学系を含む。ハウジング300はたとえば直方体形状の筐体であり、特に、底板がアルミダイキャスト等の金属製品または繊維強化樹脂(FRP)等の硬質樹脂成形品であり、剛性が高い。ハウジング300は、底板の短辺が感光体ドラム25に共通の軸方向、すなわち主走査方向(図1の(b)、図2ではX軸方向である。)に平行であるように、プリンター100内のシャーシ(図は示していない。)によって支持されている。ハウジング300は、光源310と走査光学系とを底板で安定に支持すると共に、それらを上板と側壁とで周囲の環境から隔離して、塵埃と外光とから保護する。走査光学系は、ポリゴンミラー321とその駆動モーター(以下、「ポリゴンモーター」と呼ぶ。)322、および結像光学系を含む。結像光学系は、fθレンズ323、324、1次折り返しミラー325、および4枚の2次折り返しミラー326Y、326M、326C、326Kを含む。これらの光学素子を利用して走査光学系は、光源310からの光を周期的に偏向させながら感光体ドラム25の表面に結像させ、その光で感光体ドラム25の表面を主走査方向に走査する。
光源310は発光基板311と光源光学系とを含む。発光基板311は4個の半導体レーザー31Y、31M、31C、31Kとそれらの駆動回路31Dとを含む。光源光学系は、4つのコリメーターレンズ312、5枚のミラー313−317、およびシリンドリカルレンズ318を含み、半導体レーザー31Y−31Kのそれぞれから出射した光を整形する。
発光基板311はハウジング300の側壁の1つ、たとえば図2では主走査方向(X軸方向)に垂直な側壁の外面に取り付けられた印刷回路基板である。発光基板311の上には半導体レーザー31Y−31Kと駆動回路31Dとが実装されている。半導体レーザー31Y−31Kの個数は、画像データが表す色、Y、M、C、Kの数に等しい。半導体レーザー31Y−31Kはハウジング300の側壁に平行に、かつ等間隔に配置され、先端がハウジング300の側壁の穴を通してハウジング300の内部に挿し込まれている。図2は示していないが、半導体レーザー31Y−31Kの間では出射口の高さ(図2ではY軸方向の位置)が異なるので、それらからの出射光線も高さが異なる。駆動回路31Dは半導体レーザー31Y−31Kの駆動制御専用の電子回路であり、たとえば特定用途向け集積回路(ASIC)またはプログラム可能な集積回路(FPGA)として、単一または複数のチップに組み込まれている。駆動回路31Dは、プリンター100に内蔵の主制御部から画像データを受信し、その画像データの表すY−Kの階調値に基づいて半導体レーザー31Y−31Kの発光量を変調する。たとえば、駆動回路31Dは異なる色の階調値を異なる半導体レーザーに割り当て、その階調値が高いほどその半導体レーザーの発光強度を高くし、または連続発光時間を延長する。以下、Y−Kの階調値に基づいて発光量が変調される半導体レーザーをそれぞれ「Y−K色半導体レーザー」と呼ぶ。
コリメーターレンズ312は、半導体レーザー31Y−31Kの各出射口の前に1つずつ、その出射口と光軸が一致するように配置されている。コリメーターレンズ312は、半導体レーザー31Y−31Kから出射可能なレーザー光に対して透明なガラスまたは樹脂から成る屈折レンズまたは回折レンズであり、半導体レーザー31Y−31Kからの入射光を平行光に変換する。第1ミラー313はY色半導体レーザー31Yとコリメーターレンズ312との共通の光軸上に配置され、Y色半導体レーザー31Yからの出射光線を反射して偏向させる。第2ミラー314はM色半導体レーザー31Mとコリメーターレンズ312との共通の光軸上に配置され、M色半導体レーザー31Mからの出射光線を反射して偏向させる。第3ミラー315はC色半導体レーザー31Cとコリメーターレンズ312との共通の光軸上に配置され、C色半導体レーザー31Cからの出射光線を反射して偏向させる。第4ミラー316はK色半導体レーザー31Kとコリメーターレンズ312との共通の光軸上に配置され、K色半導体レーザー31Kからの出射光線を反射して偏向させる。これらのミラー313−316による偏向光をシリンドリカルレンズ318は透過させて第5ミラー317へ照射する。この照射光を第5ミラー317は反射してポリゴンミラー321へ照射する。シリンドリカルレンズ318は、半導体レーザー31Y−31Kから出射可能なレーザー光に対して透明なガラスまたは樹脂から成る屈折レンズまたは回折レンズであり、コリメーターレンズ312からの平行光を、ポリゴンミラー321の軸方向(Y軸方向)においてはポリゴンミラー321の側面に結像させ、その方向と照射方向との両方に直交する方向では平行光に保つ。
−ポリゴンミラー−
ポリゴンミラー321は、周が正多角形(図2では正7角形)の板状部材であり、いずれの側面にも鏡面加工が施されている。ポリゴンミラー321はポリゴンモーター322のシャフトに同軸に固定され、そのシャフトに従って回転しながら、各側面で第5ミラー317からの入射光LLを偏向させ、かつその偏向角φを周期的に変化させる。以下、ポリゴンミラーの側面を「偏向面」と呼ぶ。ポリゴンモーター322はたとえば直流ブラシレス(BLDC)モーターであり、図1の(b)が示すように、ハウジング300の底板に、それに対してシャフトが垂直であるように固定されている。ポリゴンモーター322は、同じ底板に実装された駆動回路(図は示していない。)からの電力でシャフトまわりのトルクをポリゴンミラー321に加える。
fθレンズは、一般に複数枚(図2では2枚)の非球面レンズ323、324で構成された複合レンズである。いずれのレンズ323、324も、半導体レーザー31Y−31Kから出射可能なレーザー光に対して透明なガラスまたは樹脂から成る屈折レンズまたは回折レンズである。fθレンズ323、324はポリゴンミラー321からの反射光線RLを透過させ、透過光線TLを1次折り返しミラー325と2次折り返しミラー326Y−326Kとの順に反射させて感光体ユニット21Y−21Kへ照射し、各感光体ドラム25の外周面に結像させる。ここで、ポリゴンミラー321からの反射光線RLは、ポリゴンミラー321の軸方向(Y軸方向)では拡散光である一方、底板に平行な方向では平行光である。したがって、fθレンズ323、324は次の2種類の光学的機能を持つ。(1)単一の屈折レンズとみなされた場合、レンズ面の曲率がポリゴンミラー321の軸方向(Y軸方向)とその方向に垂直な方向との間で異なる。この機能により、fθレンズ323、324からの透過光線TLは、ポリゴンミラー321の軸方向(Y軸方向)と底板に平行な方向とのいずれにおいても、感光体ドラム25の外周面上の1点に収束する。(2)像高(結像点の光軸からの距離)が入射角に比例する(すなわち、像高=焦点距離×入射角)。この機能により、fθレンズ323、324からの透過光線TLが感光体ドラム25の表面に結像すると、その結像点は、ポリゴンミラー321の等速回転に伴う偏向角φの等速変化に合わせて感光体ドラム25の軸方向、すなわち主走査方向(X軸方向)に等速度で移動する。実際、像高の変化速度は結像点の移動速度であり、入射角の変化速度はポリゴンミラー321の回転速度に比例する。具体的には、図2が示すように、偏向角φが最大値φRから変化量Δφだけ減少する間にfθレンズ323、324からの透過光線TLが1次折り返しミラー325の鏡面上を主走査方向(X軸方向)に距離Δρだけ移動する場合、この距離Δρが偏向角φの変化量Δφに比例する:Δρ∝Δφ。この距離Δρは感光体ドラム25の表面上を結像点が移動する距離に比例し、偏向角φの変化量Δφはポリゴンミラー521の回転角の変化量θの2倍である:Δφ=2θ。したがって、結像点の主走査方向における位置とポリゴンミラー321の回転角との間に線形性が確立される。特にポリゴンミラー321が等角速度で回転する場合、偏向角φが最大値φRから最小値φLまで連続的に減少する間、結像点が主走査方向に等速度で移動する。
1次折り返しミラー325と2次折り返しミラー326Y−326Kとはいずれも、板面に鏡面加工が施された細長い平板状部材である。図1の(b)、図2が示すとおり、いずれの折り返しミラー325、326Y−326Kも、長手方向がハウジング300の底板の短辺方向すなわち主走査方向(X軸方向)に平行であるように設置されている。1次折り返しミラー325はfθレンズ323、324からの透過光線TLをハウジング300の天井へ向けて反射する。この天井には2次折り返しミラー326Y−326Kが設置されており、1次折り返しミラー325からの反射光線を更に反射し、ハウジング300の上板のスリット(図は示していない。)を通して感光体ユニット21Y−21Kへ照射する。特に、1次折り返しミラー325からの反射光線のうち、Y色半導体レーザー31Yからのレーザー光線は第1−2次折り返しミラー326YによってY色感光体ユニット21Yへ照射され、M色半導体レーザー31Mからのレーザー光線は第2−2次折り返しミラー326MによってM色感光体ユニット21Mへ照射され、C色半導体レーザー31Yからのレーザー光線は第3−2次折り返しミラー326CによってC色感光体ユニット21Cへ照射され、K色半導体レーザー31Kからのレーザー光線は第4−2次折り返しミラー326KによってK色感光体ユニット21Kへ照射される。
光源310は更に走査開始(SOS)センサー330を含む。SOSセンサー330は光検出器を含み、ミラー331からの反射光を検出して通知信号(以下、「SOS信号」と呼ぶ。)を生成する。ミラー331は、ポリゴンミラー321から最大の偏向角φRへ反射された光線を反射してSOSセンサー330へ照射する。したがって、ポリゴンミラー321が光源310からの出射光線LLを最大の偏向角φRへ反射する度に、SOSセンサー330はSOS信号を有効化する(アクティブにする)。すなわち、SOS信号が正論理信号ならばそのパルスを立ち上げ、負論理信号ならばそのパルスを立ち下げる。こうして、SOS信号の有効化の周期はポリゴンミラー321によるレーザー光線の偏向周期、すなわち偏向角φが最大値φRから最小値φLまでの範囲を1往復する期間を表す。SOS信号は作像部20において、光源310だけでなく感光体ユニット21Y−21Kの全体の動作をポリゴンミラー321の回転に同期させるのに利用される。
図3の(a)は、Y色半導体レーザー31Yのパッケージを示す模式図である。他の半導体レーザー31M−31Kも構造は共通である。Y色半導体レーザー31Yはレーザー発振子361を含む。レーザー発振子361はたとえばレーザーダイオード(LD)であり、PN接合を含む半導体チップである。レーザー発振子361は、たとえば波長が可視域から赤外域までの範囲(数百nm−千数百nm)に属するレーザー光を数mW−十数mWの出力で放出可能である。レーザー発振子361による発光原理は次のとおりである。PN接合の活性層ではホールと電子との再結合、すなわち電子による励起状態から基底状態への遷移に伴って光が放出される。この光放出の過程には、電子の自然な状態遷移に伴うもの(自然放出)と、外部から入射した光による強制的な状態遷移に伴うもの(誘導放出)との2種類がある。自然放出によって活性層から出射した光は、PN接合を間に挟んで互いに対向する2枚の反射鏡での反射を繰り返すことにより活性層を往復し、誘導放出を促し続ける。外部からPN接合へ注入される電流量が小さく、励起状態の電子数よりも基底状態の電子数が多いうちは、活性層からの出射光量のほとんどを自然放出による光量が占めており、誘導放出による光量はわずかでしかない。注入電流量の増加に伴って基底状態に対する励起状態の電子数の割合が上昇し、注入電流量がある閾値(以下、「閾値電流」と呼ぶ。)を超えてその割合が逆転した場合、自然放出による光量を誘導放出による光量が凌駕する(発振)。こうして、光が増幅される。
光源310と走査光学系とはハウジング300内に収容されることで、周囲の環境から隔離されている。したがって、ポリゴンモーター322とその駆動回路とからの熱がハウジング300内に籠もりやすい。この熱に起因する光源光学系と走査光学系との各光学素子312−318、321、323−325、326Y−326Kの過大な変形とそれらの間での過大な相対変位とを抑える目的で光走査装置26は、ポリゴンモーター322からの放熱構造を更に備えている。
光源光学系が含む光学素子312−318と、走査光学系が含む光学素子321、323−325、326Y−326Kとは、ガラス製よりも樹脂製が望ましい。これは、各光学素子の製造コストが削減されやすいことによる。実際、ガラス製の光学素子が表面仕上げに研磨を必要とするのに対し、樹脂製の光学素子は金型で成形するだけでよい。特にコリメーターレンズ312はレンズ面に必要な加工精度が高く、またはレンズ面が非球面であって比較的複雑な形状であるので、ガラス製よりも樹脂製は工程性が高い。さらに、図3の(b)が示すように、半導体レーザー31Y−31Kの出射波長には一般に温度依存性があるので、これと光学素子の光学特性における波長依存性とに起因するデフォーカス等の不具合を抑えるには、コリメーターレンズ312は屈折レンズよりも回折レンズであることが望ましい。これは、コリメーターレンズ312の温度変動に伴う屈折率変化と熱膨張に伴う表面構造の変化とが焦点位置に与える波長依存性により、半導体レーザー31Y−31Kの温度変動に伴うデフォーカスを相殺可能だからである(たとえば、特許文献3参照)。この場合、回折レンズの複雑な表面構造を高精度に、かつ低コストで製造するには、ガラス製よりも樹脂製が有利である。これは、ガラスよりも樹脂が工程性だけでなく熱膨張性も高いので、コリメーターレンズ312の熱膨張に伴う焦点位置の波長依存性で半導体レーザー31Y−31Kの温度変動に伴う出射波長の変化を相殺しやすいからである。
図5は、プリンター100の電子制御系統の構成を示すブロック図である。この電子制御系統では、給送部10、作像部20、定着部30に加え、操作部50と主制御部60とがバス90を通して互いに通信可能に接続されている。
操作部50は、プリンター100に実装されたユーザーと外部の電子機器とに対するインタフェースの全体であり、ユーザーの操作または外部の電子機器との通信を通してジョブ処理の要求と印刷対象の画像データとを受け付け、それらを主制御部60へ伝える。図5が示すように、操作部50は操作パネル51と外部インタフェース(I/F)52とを含む。操作パネル51は、図1の(a)が示すように、押しボタン、タッチパネル、およびディスプレイを含む。このディスプレイに操作パネル51はグラフィックスユーザーインターフェース(GUI)画面を表示する。操作パネル51はまた、押しボタンの中からユーザーが押下したものを識別し、またはタッチパネルの中からユーザーが触れた位置を検出し、その識別または検出に関する情報を操作情報として主制御部60へ伝える。特に印刷ジョブの入力画面がディスプレイに表示されている場合、操作パネル51は、印刷対象のシートのサイズ、紙種、姿勢(縦置きと横置きとの別)、部数、画質等、印刷に関する条件をユーザーから受け付けて、これらの条件を示す項目を操作情報に組み込む。外部I/F52はUSBポートまたはメモリカードスロットを含み、それらを通してUSBメモリーまたはハードディスクドライブ(HDD)等の外付けの記憶装置から直に印刷対象の画像データを取り込む。外部I/F52は更に外部のネットワークに有線または無線で接続された通信ポートを含み、そのネットワークを通して他の電子機器から印刷対象の画像データを受信する。
主制御部60は、プリンター100の内部に設置された1枚の印刷回路基板に実装された集積回路である。図5が示すように、主制御部60は、CPU61、RAM62、およびROM63を含む。CPU61はマイクロプロセッサ(MPU/CPU)で構成され、各種ファームウェアを実行する。RAM62は、DRAM、SRAM等の揮発性半導体記憶装置であり、CPU61にファームウェアを実行する際の作業領域を提供し、操作部50が受け付けた印刷対象の画像データを保存する。ROM63は、書き込み不可の不揮発性記憶装置と書き換え可能な不揮発性記憶装置との組み合わせで構成されている。前者はファームウェアを格納し、後者は、EEPROM、フラッシュメモリー、ソリッドステートドライブ(SSD)等の半導体記憶装置またはHDDを含み、CPU61に環境変数等の保存領域を提供する。
作像部20のみならず、給送部10、定着部30、排紙部40はそれぞれ、専用の電子制御系統を含む。各系統は、所属の機能部10−40が備えた可動部材に駆動力を与えるモーター、ソレノイド等のアクチュエーターを制御する。これらの可動部材には、図1の(b)の示す搬送ローラー12、13、14、23R、24、31、32、43が含まれる。アクチュエーターに対する制御回路は、MPU/CPU、ASIC、FPGA等の電子回路であり、アクチュエーターの出力(制御量)に対する目標値を設定してアクチュエーターの駆動回路に指示する。たとえば、モーターからフィードバックされる実際の回転数に基づいて、そのモーターに対する印加電圧の目標値が指示される。駆動回路はスイッチングコンバーターであり、電界効果トランジスタ(FET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等のパワートランジスタをスイッチング素子として利用してアクチュエーターへの供給電力を調節することにより、その出力を目標値に維持する。
図6は、光源駆動部711のうちY色半導体レーザー31Yに対する専用回路800のブロック図である。専用回路800は、変調電流供給部810、バイアス電流供給部820、および電流切換部830を含む。これらを利用して専用回路800は、Y色半導体レーザー31Yへ電流IDを供給する。他の半導体レーザー31M−31Kの駆動回路も同様な構成である。
変調電流供給部810は、Y色半導体レーザー31Yが発光すべき期間、すなわち発光期間においてY色半導体レーザー31Yに、画像データで変調された電流を供給する。発光期間は、各偏向周期のうち、ポリゴンミラー321からの反射光がSOSセンサー330に照射する期間と、感光体ドラム25の上の結像点が書込対象の1ライン上を移動する期間との全体である。この1ラインの範囲は印刷対象のシートの幅方向における印刷可能範囲で決まる。
バイアス電流供給部820は、レーザー発振子LDが発光すべきであるか否かにかかわらず、その発振子LDにバイアス電流を供給し続ける。バイアス電流は、その量がたとえば数μA−数mAであり、レーザー発振子LDの閾値電流(たとえば数mA−数十mA)よりも十分に小さい。レーザー発振子LDにバイアス電流量が供給される間、レーザー発振子LDには発振が生じないので、実質上、光が放出されない。
電流切換部830は、Y色半導体レーザー31Yの発光期間であるか否かに応じてそのレーザー発振子LDへ供給すべき電流IDを、変調電流IMとバイアス電流IBとの和からバイアス電流IBのみへ、またはその逆に切り換える。具体的には、電流切換部830はタイミング生成部831とスイッチ832とを含む。
図7の(a)は、タイミング生成部831が利用する、SOS信号、CLK信号、およびSWT信号のタイミングチャートと、変調電流IM、およびレーザー発振子LDへの供給電流IDの波形との間の関係を示す図である。
CLK信号はたとえば、水晶発振子等の出力が数十n秒−数百n秒の周期PCL(数MHz−数十MHzの周波数)を持つデューティー比50%の矩形パルス波に整形されたものであり、そのパルスの立ち上がりがSOS信号の立ち下がりと一致するように位相が調節されている。
SOS信号はたとえば矩形パルス信号であり、ポリゴンミラー321によるレーザー光線LLの偏向角φが最大値φRに到達する度に、SOSセンサー330によるミラー331からの反射光の検出に応じて立ち下がり、その検出が続く間、低レベルを維持する。したがって、SOS信号の立ち下がりの間隔SCT、すなわち各立ち下がり時点T0から次の立ち下がり時点T5までの期間は、ポリゴンミラー321によるレーザー光線LLの偏向周期、すなわち偏向角φが最大値φRから最小値φLまでの範囲を1往復する数μ秒−数十μ秒の期間を表す。
SWT信号はたとえば矩形パルス信号であり、SOS信号の立ち下がり時点、すなわち偏向周期SCTの始点T0以降、タイミング生成部831内のカウンターが示すCLK信号の立ち上がり回数(以下、「クロック数」と呼ぶ。)が所定値へ到達する度にレベルが切り換わる。図7の(a)では、クロック数とSWT信号のレベルとの間の関係が次のとおりである。
図7の(b)は、(a)の示すレーザー発振子LDへの供給電流IDの立ち上がりとその近傍とを時間方向に拡大した図である。この図が示すとおり、供給電流IDの立ち上がり開始の時点T2におけるバイアス電流量が小さい値Ib1である場合よりも大きい値Ib2である場合(Ib2>Ib1)、供給電流IDは目標レベルItgに時間差Δtだけ早く到達する。このようにバイアス電流量が大きいほど供給電流IDの立ち上がりが早いので、レーザー発振子LDの発光が早い。しかし、その一方で、バイアス電流量が大きいほど消灯中にレーザー発振子LDで消費される電力量が大きい。したがって、レーザー発振子LDの応答速度と消灯中の消費電力量との間の兼ね合いでバイアス電流量は選択される。
温度監視部712は、図4の(a)の示す温度センサー400を通して光源光学系、特にコリメーターレンズ312の温度を監視する。具体的には、温度監視部711は温度センサー400から出力信号を取得し、その信号のレベルからコリメーターレンズ312の温度を推測する。温度センサー400の出力信号のレベルとコリメーターレンズ312の温度の推測値との間の関係は数表または数式の形にデータ化され、温度監視部712に内蔵の不揮発性記憶装置に格納されている。このデータを利用して温度監視部712は、温度センサー400の出力信号のレベルに対応するコリメーターレンズ312の温度の推測値を数表から検索し、または数式に従って算出する。
温度差調節部713は、Y−K色半導体レーザー31Y−31Kのそれぞれとその半導体レーザーからの光が通過するコリメーターレンズ32Y−32Kとの間の温度差が許容範囲内に留まるように、各半導体レーザーの電流量を調節する。これは次の理由に因る。
本発明の実施形態による光走査装置26では、上記のとおり、温度監視部712が、ポリゴンミラー321、ポリゴンモーター322、または放熱経路AFLからの熱伝達に伴う光源光学系、特にコリメーターレンズ32Y−32Kの温度上昇を監視する。この監視を通して得られた、半導体レーザー31Y−31Kと、それぞれと対を成すコリメーターレンズ32Y−32Kとの間の温度差に応じて温度差調節部713が半導体レーザー31Y−31Kごとにバイアス電流量の目標値IbY−IbKを調節する。これらの目標値IbY−IbKは実験またはシミュレーションにより、次の条件が満たされるように決定されている。コリメーターレンズ312の間では、ポリゴンミラー321、ポリゴンモーター322、および放熱経路AFLに対する位置の違いにより、ポリゴンモーター322からの熱伝達に伴う温度上昇量が異なる。一方、半導体レーザー31Y−31Kの間では典型的な動作温度が共通であるとみなされる場合、コリメーターレンズ32Y−32Kの間での温度上昇量の差がそのまま、半導体レーザー31Y−31Kとの間の温度差とみなせる。これらの温度差が、コリメーターレンズ32Y−32Kの設計条件から規定される許容範囲内に収まっていれば、コリメーターレンズ32Y−32Kの温度変動に伴う屈折率変化と熱膨張に伴う鋸歯形状の変化とに起因するそれらの焦点変位で、半導体レーザー31Y−31Kの温度変動に伴うデフォーカスが相殺可能である。一方、半導体レーザー31Y−31Kの動作温度はバイアス電流量が小さいほど低い値に調節可能である。したがって、コリメーターレンズとの温度差が大きい半導体レーザーほどバイアス電流量が減少して動作温度が低下するように、目標値IbY−IbKが決定されている。温度差調節部713は、温度監視部712が推定するコリメーターレンズ32Y−32Kの温度に応じて半導体レーザー31Y−31Kとの間の温度差を求め、各温度差に対応するバイアス電流量の目標値IbY−IbKを対応表から検索し、または数式に従って算出する。これらの目標値IbY−IbKに合わせて半導体レーザー31Y−31Kの温度が調節されるので、コリメーターレンズ32Y−32Kとの間の温度差が許容範囲内に維持される。こうして光走査装置26はコリメーターレンズ32Y−32Kの間の温度差にかかわらず、いずれの半導体レーザー31Y−31Kに対してもコリメーターレンズ32Y−32Kとの温度差を設計上の許容範囲内に留めてコリメーターレンズ32Y−32Kのデフォーカスを抑え、光源光学系の光学特性を良好に維持することができる。その結果、光源光学系の光学特性に起因するカラートナー像の色ずれもライン間におけるトナー濃度のむらも生じる危険性が低い。このように光走査装置26はトナー像の更なる高画質化が容易である。
(A)図1の示す画像形成装置100はカラーレーザープリンターである。本発明の実施形態による画像形成装置はその他に、モノクロレーザープリンター、コピー機、ファクシミリ等の単機能機、または複合機のいずれであってもよい。
21Y−21K 感光体ユニット
25 感光体ドラム
26 光走査装置
310 光源
311 発光基板
31Y−31K 半導体レーザー
32Y−32K コリメーターレンズ
313−317 ミラー
318 シリンドリカルレンズ
321 ポリゴンミラー
322 ポリゴンモーター
323、324 fθレンズ
325、326Y−326K 折り返しミラー
GT コリメーターレンズの温度
TTL 半導体レーザーの典型的な動作温度
JHY−JHK バイアス電流に伴って半導体レーザーごとに発生するジュール熱量
ID 半導体レーザーへの供給電流
IMH 変調電流のパルス高さ
Ith 半導体レーザーの閾値電流
IbY−IbK 半導体レーザーごとのバイアス電流量
Claims (15)
- 感光体に対する露光走査により前記感光体に画像を形成する光走査装置であり、
供給される電流量に応じた光量を放出する複数個の発光素子と、
各発光素子から放出された光を個別に透過させる前記複数個の発光素子と同数の光学素子を含み、各発光素子からの光を整形する光源光学系と、
前記光源光学系により整形された光を周期的に偏向させるポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーによる偏向光を前記感光体の表面に結像させる結像光学系と、
前記ポリゴンミラーを回転させるモーターと、
前記ポリゴンミラーと前記モーターとの周囲に外気を導いて前記ポリゴンミラーおよび前記モーターから熱を奪わせるための放熱経路と、
各発光素子の電流量を制御する光源制御部と
を備え、
前記光源制御部は、
前記ポリゴンミラー、前記モーター、または前記放熱経路からの熱伝達に伴う前記光源光学系の光学素子の温度を監視する温度監視部と、
各発光素子と、当該発光素子からの光が透過する前記光源光学系の光学素子との間の温度差が許容範囲内に留まるように、各発光素子の電流量または各光学素子の温度を調節する温度差調節部と
を含む
ことを特徴とする光走査装置。 - 前記光源制御部は、各発光素子が発光すべき期間には当該発光素子に、画像データで変調された電流を供給し、各発光素子が発光すべきでない期間には当該発光素子に、発光可能な下限よりも少ない量のバイアス電流を供給し、
前記温度差調節部は、各発光素子と、当該発光素子からの光が透過する前記光源光学系の光学素子との間の温度差が大きいほど、当該発光素子へ供給されるべきバイアス電流量を小さく設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 - 各発光素子は半導体レーザーであり、
当該半導体レーザーの閾値電流に基づいてバイアス電流量は選択されている
ことを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。 - 前記光源制御部はバイアス電流量を発光素子別に調節可能であり、
前記温度差調節部は、各発光素子と当該発光素子からの光が透過する前記光源光学系の光学素子との間の温度差に応じて、バイアス電流量を発光素子別に設定する
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の光走査装置。 - 前記光源制御部は、バイアス電流量が小さい発光素子ほど連続発光時間を延長することを特徴とする請求項2から請求項4までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記光源制御部は、各発光素子に対してバイアス電流量を小さく抑える期間を当該発光素子が発光すべきでない期間の一部に限ることを特徴とする請求項2から請求項5までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記光源光学系の光学素子を空冷し、または前記放熱経路に気流を起こして前記ポリゴンミラーと前記モーターとから熱を逃がすためのファン
を更に備え、
前記温度差調節部は、各発光素子と当該発光素子からの光が透過する前記光源光学系の光学素子との間の温度差に応じて、前記ファンの回転数を調節する
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 - 前記温度差調節部は、各発光素子と当該発光素子からの光が透過する前記光源光学系の光学素子との間の温度差が小さいほど、前記ファンの回転数を高く設定することを特徴とする請求項7に記載の光走査装置。
- 前記光源光学系の光学素子は、当該光学素子に光を入射させる発光素子の温度変動に起因するデフォーカスを、自身の温度変動に伴う光学特性の変化で相殺可能な回折光学素子であることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記光源光学系の光学素子はコリメーターレンズであることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記温度監視部は、前記ポリゴンミラー、前記モーター、または前記放熱経路の温度を実測し、当該温度の実測値と、前記ポリゴンミラー、前記モーター、または前記放熱経路に対する前記光源光学系の各光学素子の位置とから、当該光学素子の温度を推定することを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記温度監視部は、前記モーターまたは各発光素子の連続使用時間を計測し、当該連続使用時間の計測値と、前記ポリゴンミラー、前記モーター、または前記放熱経路に対する前記光源光学系の各光学素子の位置とから、当該光学素子の温度を推定することを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記温度差調節部は、前記複数個の発光素子の間での温度差を、前記複数個の発光素子の周囲における熱源の配置から推定することを特徴とする請求項1から請求項12までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記熱源には前記複数個の発光素子に対する駆動回路が含まれ、
前記温度差調節部は、当該駆動回路からの距離が近い発光素子ほど動作温度を高く推定する
ことを特徴とする請求項13に記載の光走査装置。 - シートにトナー像を形成する画像形成装置であり、
露光量に応じて帯電量が変化する感光体と、
前記感光体に対する露光走査により前記感光体に静電潜像を形成する請求項1から請求項14までのいずれかに記載の光走査装置と、
前記静電潜像をトナーで現像する現像部と、
前記現像部が現像したトナー像を前記感光体からシートへ転写する転写部と
を備えた画像形成装置。
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