JPH1191165A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザの発するレーザ光の強度を検出
するフォトダイオードの周囲温度が一定であり、レーザ
光の光量制御が安定した画像形成装置を提供する。 【解決手段】 半導体レーザと、画像信号により変調さ
れた信号により半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆
動装置と、半導体レーザの発するレーザ光の一部が照射
され、該レーザ光の強度を検出するフォトダイオード
と、該フォトダイオードの検出値に応じて半導体レーザ
の駆動時の光量を所定値に負帰還制御する手段と、レー
ザ光より画像を形成する手段と、を備える画像形成装置
において、フォトダイオードの周辺温度を常に所定の温
度に制御する温度調整手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像信号により変調さ
れたレーザ光を用いて画像を形成する画形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ光を用いた画像形成装置に
おいては、感光体上にレーザ光を感光体上に走査させ、
画素ごとにレーザ光の強度や、点灯時間を入力信号の値
に応じて変調させて感光体上に静電潜像を形成する。こ
の感光体上の静電潜像は、現像器により現像され、記録
媒体に転写及び定着されるか、もしくは現像器により現
像され、現像を一旦中間転写体に転写した後に、記録媒
体に転写及び定着される電子写真プロセスを経て最終出
力画像となる。

【０００３】従来、半導体レーザの駆動電流は、内蔵さ
れたフォトダイオードが検出する発光強度が目標強度に
なるようにするための手段により負帰還制御されてい
る。この制御は、ＡＰＣ（Automatic Power Control）
と称される。図２を用いてＡＰＣの動作の一例について
簡単に説明する。

【０００４】半導体レーザ２０１を流れる電流はトラン
ジスタ２０３を制御することによる駆動電流ｉ１、トラ
ンジスタ２０４を駆動することによるバイアス電流ｉ２
の二種類に大分される。バイアス電流ｉ２は、半導体レ
ーザ２０１がＬＥＤ発光するための閾値を僅かに下回る
程度に設定され、常時半導体レーザ２０１に流れるよう
になっている。このバイアス電流は所定のレベルのレー
ザ駆動信号が入力されているときに半導体レーザ２０１
が発するレーザ光の発光強度が一定になるように制御さ
れる。画像形成時には、トランジスタ２０３のベースに
画像に応じたパルス信号が印加され、このパルスの波高
値と抵抗器２０５により決定される電流値が、駆動電流
ｉ１となる。

【０００５】フォトダイオード２０２は半導体レーザ２
０１と同一のケース内に設けられ、半導体レーザ２０１
のレーザ光の一部がこのフォトダイオード２０２に照射
される様になっている。レーザ光が入射されたフォトダ
イオード２０２はレーザ光の強度に応じた電流を出力す
る。電流電圧変換器２０７はフォトダイオード２０２の
出力電流を所定の変換率で電圧信号に変換する。スイッ
チ２０８は図示しない制御部により制御されるもので、
画像形成中の後述するＢＤ点灯期間で行われるＡＰＣ制
御時にオンされる。ホールドコンデンサ２０９はスイッ
チ２０８がオンされた時に、電流電圧変換器の出力電圧
と等しくなるように電荷が蓄積される。減算器２１０は
所定の電圧値Ｖ０からホールドコンデンサ２０９のホー
ルド電圧値Ｖ１を差し引いた電圧値を出力する。トラン
ジスタ２０４のベースには減算器２１０の出力がバッフ
ァアンプ２１１を介して印加され、その電圧値と抵抗器
２０６で決定される電流値がバイアス電流となる。

【０００６】以上より、半導体レーザ２０１の発光強度
は駆動電流ｉ１とバイアス電流ｉ２の合計値で決定され
る。図２の方式では一定レベルの画像信号に対する駆動
電流ｉ２が固定値であるから温度変化や経時変化による
レーザ光の強度の変動を無くすための制御はバイアス電
流ｉ２をＡＰＣにより制御することで行う。

【０００７】次にＡＰＣの動作について図３を参照しな
がら説明する。

【０００８】画像形成時、半導体レーザ２０１は図３に
示すレーザ駆動信号３０１により駆動される。ここで、
ＢＤ点灯期間では、水平方向（走査方向）の画像信号の
書き出しのタイミングの基準となる水平同期信号ＢＤを
生成するために、所定の時間、レーザを点灯し続ける。
これは、画像形成領域外の場所、例えば走査の開始位置
付近にて行われる。このＢＤ点灯と同期して制御部（図
示せず）は図３に示すＡＰＣモード信号３０２によりス
イッチ２０８をオンにする。フォトダイオード２０２は
ＢＤ点灯時の半導体レーザ２０１のレーザ光を受光し、
それに応じた電流値を出力する。電流電圧変換器２０７
により電圧信号に変換された出力によりオン状態のスイ
ッチ２０８を介してホールドコンデンサ２０９は充電／
放電され、ＢＤ点灯中にはホールドコンデンサ２０９の
電圧Ｖ１は、電流電圧変換器２０７の出力電圧と等しく
なる。ＢＤ点灯終了時より所定の時間だけ早い時期にス
イッチ２０８は再びオフになるが、ホールドコンデンサ
２０９の電圧Ｖ１は保持されている。減算器２１０の２
つの入力端子のうちのプラス側の入力端子には、あらか
じめ決められた電圧Ｖ０が入力されている。他方の入力
端子にはホールドコンデンサ２０９が保持している電圧
値Ｖ１が入力される。この減算器２１０の出力は（Ｖ０
−Ｖ１）が出力されるようになっている。この（Ｖ０−
Ｖ１）によりバイアス電流が決定する。すなわち、半導
体レーザ２０１の発光強度が通常より小さい場合、Ｖ１
は小さく、（Ｖ０−Ｖ１）は大きくなり、バイアス電流
が増加するようになっている。また、逆に発光強度が通
常より大きい場合、Ｖ１は大きく、（Ｖ０−Ｖ１）は大
きくなり、バイアス電流が減少するようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この発光強
度検出用フォトダイオード２０２による温度特性により
同じ発光強度でも、レーザの周囲温度により、検出電流
にばらつきが生じる。その結果、レーザの発光強度が周
囲温度により変化し、画像に影響が出てしまうという不
具合があった。

【００１０】そこで本発明は、半導体レーザの発するレ
ーザ光の強度を検出するフォトダイオードの周囲温度が
一定であり、レーザ光の光量制御が安定した画像形成装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による画像形成装
置は、半導体レーザと、画像信号により変調された信号
により前記半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動装
置と、前記半導体レーザの発するレーザ光の一部が照射
され、該レーザ光の強度を検出するフォトダイオード
と、該フォトダイオードの検出値に応じて前記半導体レ
ーザの駆動時の光量を所定値に負帰還制御する手段と、
前記レーザ光より画像を形成する手段と、を備える画像
形成装置において、前記フォトダイオードの周辺温度を
常に所定の温度に制御する温度調整手段を備えることを
特徴とする。

【００１２】ここに、本発明による画像形成装置は、前
記所定の温度は、装置本体の使用温度範囲及び前記半導
体レーザの周囲温度と前記装置本体の温度との温度差に
より決定されていることを特徴とする。

【００１３】また、本発明による画像形成装置は、前記
温度調整手段は少なくとも前記フォトダイオードを入れ
るケースに接触する温度測定手段を備え、該温度測定手
段の測定する温度に基づいて前記フォトダイオードの周
辺温度を常に所定の温度に制御することを特徴とする。

【００１４】更に、本発明による画像形成装置は、前記
温度調整手段は前記フォトダイオードを加熱する加熱手
段を備えることを特徴とする。

【００１５】ここに、本発明による画像形成装置は、前
記所定の温度は、装置本体の使用温度範囲の上限値及び
前記半導体レーザの周囲温度と前記装置本体の温度との
温度差により決定されていることを特徴とする。

【００１６】又は、本発明による画像形成装置は、前記
温度調整手段は前記フォトダイオードを冷却する冷却手
段を備えることを特徴とする。

【００１７】ここに、本発明による画像形成装置は、前
記所定の温度は、装置本体の使用温度範囲の下限値及び
前記半導体レーザの周囲温度と前記装置本体の温度との
温度差により決定されていることを特徴とする。

【００１８】更に、本発明による画像形成装置は、前記
温度測定手段による測定結果が、所定の範囲を超えた場
合は、画像形成動作を禁止するか、エラー表示を行う手
段を備えることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】

［実施形態１］以下、図面を参照して実施形態１を詳細
に説明する。

【００２０】図４に実施形態１のカラー画像形成装置を
組み入れた複写機の概略断面図を示す。このカラー複写
機は、上部にデジタルカラー画像リーダ部、下部にデジ
タルカラー画像プリンタ部（画像形成装置）を有する。
リーダ部において、原稿３０を原稿台ガラス３１上に載
せ、露光ランプ３２により露光走査することにより、原
稿３０からの反射光像を、レンズ３３によりフルラカー
センサ３４に集光し、カラー色分解画像信号を得る。カ
ラー色分解画像信号は、（図示しない）増幅回路を経
て、（図示しない）ビデオ処理ユニットにて処理を施さ
れ、プリンタ部に送出される。

【００２１】プリンタ部において、像担持体である感光
体ドラム１は矢印方向に回転自在に担持され、感光体ド
ラム１の周りに前露光ランプ１１、コロナ帯電器２、レ
ーザ露光光学系３、電位センサ１２、色の異なる４個の
現像器４ｙ，４ｃ，４ｍ，４Ｂｋ、ドラム上光量検知手
段１３、転写装置５、クリーニング器６が配置されてい
る。

【００２２】レーザ露光光学系３において、リーダ部か
らの画像信号は、レーザ出力部（不図示）にて光信号に
変換され、変換されたレーザ光がポリゴンミラー３ａで
反射され、レンズ３ｂ及びミラー３ｃを通って、感光体
ドラム１の面に投影される。

【００２３】プリンタ部画像形成時には、感光体ドラム
１を矢印方向に回転させ、前露光ランプ１１で除電した
後の感光体ドラム１を帯電器２により一様に帯電させ
て、各分解色ごとに光像を照射し、潜像を形成する。

【００２４】次に、４個の現像器４ｙ，４ｃ，４ｍ，４
Ｂｋのうちの色に応じた所定の現像器を動作させて、感
光体ドラム１上の潜像を現像し、感光体ドラム１上に樹
脂を基体としたトナー画像を形成する。現像器は、偏心
カム２４ｙ，２４ｃ，２４ｍ，２４Ｂｋの動作により、
各分解色に応じて択一的に感光体ドラム１に接近するよ
うにしている。

【００２５】さらに、感光体ドラム１上のトナー画像
を、記録材カセット７ａ、７ｂ又は７ｃより搬送系及び
転写装置５を介して感光体ドラム１と対向した位置に供
給された記録材に転写する。転写装置５は、本例では転
写ドラム５ａ、転写帯電器５ｂ、記録材を静電吸着させ
るための吸着帯電器５ｃと対向する吸着ローラ５ｇ、内
側帯電器５ｄ、外側帯電器５ｅとを有し、回転駆動され
るように軸支された転写ドラム５ａの周面開口域には誘
電体からなる記録材担持シート５ｆを円筒状に一体的に
張設している。記録材担持シート５ｆとしてはポリカー
ボネートフィルム等の誘電体シートを使用している。

【００２６】ドラム状とされる転写装置、つまり転写ド
ラム５ａを回転させるに従って感光体ドラム上のトナー
像は転写帯電器５ｂにより記録材担持シート５ｆに担持
された記録材上に転写する。

【００２７】このように記録材担持シート５ｆに吸着搬
送される記録材には所望数の色画像が転写され、フルカ
ラー画像を形成する。

【００２８】フルカラー画像形成の場合、このようにし
て４色のトナー像の転写を終了すると記録材を転写ドラ
ム５ａから分離爪８ａ、分離押し上げコロ８ｂ及び分離
帯電器５ｈの作用によって分離し、熱ローラ定着器９を
介してトレイ１０に排紙する。他方、転写後感光体ドラ
ム１は、表面の残留トナーをクリーニング器６で清掃し
た後再度画像形成工程に供する。

【００２９】記録材の両面に画像を形成する場合には、
定着器９を排出後、すぐに搬送パス切替ガイド１９を駆
動し、搬送縦パス２０を経て、反転パス２１ａにいった
ん導いた後、反転ローラ２１ｂの逆転により、送り込ま
れた際の後端を先頭にして送り込まれた方向と反対向き
に退出させ、中間トレイ２２に収納する。その後再び上
述した画像形成工程によってもう一方の面に画像を形成
する。

【００３０】また、転写ドラム５ａの記録材担持シート
５ｆ上の粉体の飛散付着、記録材上のオイルの付着等を
防止するために、ファーブラシ１４と記録材担持シート
５ｆを介して該ブラシ１４に対向するバックアップブラ
シ１５や、オイル除去ローラ１６と記録材担持シート５
ｆを介して該ローラ１６に対向するバックアップブラシ
１７の作用により清掃を行う。このような清掃は画像形
成前もしくは後に行い、また、ジャム（紙づまり）発生
時には随時行う。

【００３１】また、本例においては、所望のタイミング
で偏心カム２５を動作させ、転写ドラム５ｆと一体化し
ているカムフォロワ５ｉを作動させることにより、記録
材担持シート５ａと感光体ドラム１とのギャップを任意
に設定可能な構成としている。例えば、スタンバイ中ま
たは電源オフ時には、転写ドラムと感光体ドラムの間隔
を離す。

【００３２】図１は、本実施形態における半導体レーザ
の実装図である。これは、レーザ露光光学系３のレーザ
出力部にある。円盤状の基台１０２に半導体レーザ及び
フォトダイオードを入れるケース１０１を基台１０２の
中央にあいた穴より電極を通した形で固定する。半導体
レーザ及びフォトダイオードのケース１０１にはケース
の表面温度を検出するためのサーミスタ１０４がケース
に接触するように固定されている。サーミスタ１０４の
両端は図示しない制御部に接続されている。基台１０２
には、円盤状の面状ヒータ１０３が、基台１０２に接触
するように固定されている。これは、基台１０２に固定
されている半導体レーザ及びフォトダイオードのケース
１０１の近傍を加熱するような位置である。基台１０２
は熱伝導が十分良好な材質でできているため、このヒー
タ１０３により半導体レーザ及びフォトダイオードのケ
ース１０１をすみやかに加熱することが可能である。ヒ
ータ１０３は図示しない電源に接触され、その電源は図
示しない制御部によりオン／オフが可能である。

【００３３】すなわち、制御部はサーミスタ１０４によ
り検出される半導体レーザ及びフォトダイオードのケー
ス１０１の表面温度が所定の値より低い場合、ヒータ用
電源をオンし、所定の値より高い場合、ヒータ用電源を
オフする。

【００３４】また、ヒータ１０３を制御する基準温度は
たとえば以下のように決定される。

【００３５】半導体レーザ及びフォトダイオードのケー
ス１０１が装置内に実装される個所の、環境温度に対す
る差分をΔａ（℃）とすると、装置の使用温度範囲の最
高温度ｋ（℃）に対して制御温度Ｔを Ｔ＝ｋ＋Δａ（℃） に設定する。

【００３６】ｋ＝３５（℃）、Δａ＝５（℃） のときは、半導体レーザ１０１の制御温度Ｔは Ｔ＝３５＋５＝４０（℃） となる。

【００３７】図５は半導体レーザ及びフォトダイオード
のケース１０１に内蔵されたフォトダイオードがある発
光強度のレーザ光を検出したときの出力電流の温度特性
を示した１例のグラフである。

【００３８】装置の使用温度範囲が１０℃から３５℃で
あった場合、半導体レーザ及びフォトダイオードのケー
ス１０１の実装位置の温度上昇分を５℃とすると、半導
体レーザ及びフォトダイオードのケース１０１の使用温
度範囲５０１は１５℃から４０℃である。図５の温度特
性のグラフから明らかなように、この範囲におけるフォ
トダイオードの出力電流変動は、２５℃時の測定値２．
００ｍＡを基準にすると最大約３％の変動があり、１５
℃時に２％増の２．０４ｍＡとなり、４０℃時に３％減
の１．９４ｍＡとなる。

【００３９】本実施形態において、ヒータの温度調整制
御値を４０℃、許容範囲を±５℃と設定した場合、フォ
トダイオードの出力電流変動は４０℃の測定値を基準に
しても最大約１％以内に抑えることができる。

【００４０】［実施形態２］適当なサーミスタ１０４を
選ぶことにより、調整温度を例えば１５℃付近のフォト
ダイオードの通常の周囲温度範囲以下にして、実施形態
１における加熱手段であるヒータを冷却手段であるペル
チエ素子などに置き換える。

【００４１】この場合、制御部はサーミスタ１０４によ
り検出される半導体レーザ及びフォトダイオードのケー
ス１０１の表面温度が所定の値より高い場合、ベルチエ
素子用電源をオンにし、所定の値より低い場合、ベルチ
エ素子用電源をオフにする。

【００４２】この実施形態でも実施形態１と同様のフォ
トダイオードの周辺温度を一定にして、フォトダイオー
ドの光量対出力電流が安定化するという効果が得られ
る。

【００４３】［実施形態３］実施形態１において、サー
ミスタ１０４が検出する温度が制御温度範囲の上限値を
上回ること又は下限値を下回ることを検出した場合、或
いは、それが一定時間よりも長引いたことをタイマーや
モノマルチバイブレータなどにより検出した場合に制御
部がハードウエアを通して直接的に、或いは装置の主制
御部に通知して間接的に、画像形成動作を禁止したり、
エラー表示手段にエラー表示を行わせる。

【００４４】［実施形態４］実施形態２において、サー
ミスタ１０４が検出する温度が制御温度範囲の上限値を
上回ること又は下限値を下回ることを検出した場合、或
いは、それが一定時間よりも長引いたことをタイマーや
モノマルチバイブレータなどにより検出した場合に制御
部がハードウエアを通して直接的に、或いは装置の主制
御部に通知して間接的に、画像形成動作を禁止したり、
エラー表示手段にエラー表示を行わせる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ォトダイオードの周囲温度を所定温度に制御することに
より、フォトダイオードの周囲温度が安定し、フォトダ
イオードの受光量対出力電流の温度特性の影響を小さく
することができる。その結果、フォトダイオードはレー
ザ光の強度を安定して検出できるため、精度の良いレー
ザ光源の光量制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体レーザ及びフォトダイオー
ドのケース、サーミスタ、ヒータを含む組立品の実装図
である。

【図２】本発明及び従来例におけるＡＰＣ回路を含むレ
ーザ駆動回路の回路図である。

【図３】本発明及び従来例におけるＡＰＣのタイミング
を示すタイミングチャートである。

【図４】本発明及び従来例におけるカラー画像形成装置
を組み入れた複写機の概略断面図である。

【図５】フォトダイオードの出力電流の温度特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０１ ケース １０２ 基台 １０３ ヒータ １０４ サーミスタ １０５ ヒータ電極 ２０１ 半導体レーザ ２０２ フォトダイオード

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、 画像信号により変調された信号により前記半導体レーザ
   を駆動する半導体レーザ駆動装置と、 前記半導体レーザの発するレーザ光の一部が照射され、
   該レーザ光の強度を検出するフォトダイオードと、 該フォトダイオードの検出値に応じて前記半導体レーザ
   の駆動時の光量を所定値に負帰還制御する手段と、 前記レーザ光より画像を形成する手段と、を備える画像
   形成装置において、 前記フォトダイオードの周辺温度を常に所定の温度に制
   御する温度調整手段を備えることを特徴とする画像形成
   装置。
2. 【請求項２】 前記温度調整手段は少なくとも前記フォ
   トダイオードを入れるケースに接触する温度測定手段を
   備え、該温度測定手段の測定する温度に基づいて前記フ
   ォトダイオードの周辺温度を常に所定の温度に制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記温度調整手段は前記フォトダイオー
   ドを加熱する加熱手段を備えることを特徴とする請求項
   ２に記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記温度調整手段は前記フォトダイオー
   ドを冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項
   ２に記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記所定の温度は、装置本体の使用温度
   範囲及び前記半導体レーザの周囲温度と前記装置本体の
   温度との温度差により決定されていることを特徴とする
   請求項１に記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記所定の温度は、装置本体の使用温度
   範囲の上限値及び前記半導体レーザの周囲温度と前記装
   置本体の温度との温度差により決定されていることを特
   徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 前記所定の温度は、装置本体の使用温度
   範囲の下限値及び前記半導体レーザの周囲温度と前記装
   置本体の温度との温度差により決定されていることを特
   徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記温度測定手段による測定結果が、所
   定の範囲を超えた場合は、画像形成動作を禁止するか、
   エラー表示を行う手段を備えることを特徴とする請求項
   ２に記載の画像形成装置。