JP2006047549A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリゴンミラーのような複数の偏向面を備え、かつこの偏向面幅よりも広いスポット径を出射する複数ビームのオーバーフィルドスキャナ光学系などにおいて、各ビームの感光体面上光量プロファイルの差に起因する画像劣化を防ぐ。
【解決手段】 それぞれビームを出射する複数の光源と、複数の偏向面を有し、偏向面幅よりも広いスポット径の前記ビームを受けて偏向させる偏向器と、前記偏向器によって偏向させられたビームで感光体２２を走査する走査手段を有する光走査装置において、前記感光体面上での前記ビームの光量が走査方向に渡って略一定となるように補正する補正手段を有し、前記複数の光源ごとに別々の補正データに基づき補正することを特徴とする光走査装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、レーザプリンタや複写機などの画像形成装置に搭載される、光源から発光した光ビームを偏向して感光体を走査する光走査装置および画像形成装置に関するものである。

従来、レーザプリンタや複写機などに用いられる光走査装置（スキャナ）では、レーザビームをポリゴンミラーなどの光偏向手段により感光体上を走査するとともに、感光体を回転させることにより光走査方向と垂直な方向に露光して、感光体上に静電潜像が形成されるものがある。

また、光走査に用いられるポリゴンミラーより光源側に配置された光学系には、アンダーフィルド光学系と、オーバーフィルド光学系がある。

アンダーフィルド光学系は、ポリゴンミラーに入射するレーザビームの走査方向のスポット径よりも、ポリゴンミラーの偏向面の走査方向の長さの方が長い光学系であるので、アンダーフィルド光学系では、走査時にビームはひとつの偏向面のみに入射する。

これに対し、オーバーフィルド光学系は、ポリゴンミラーに入射するレーザビームの走査方向のスポット径よりも、ポリゴンミラーの偏向面の走査方向の長さの方が短い光学系であるのでオーバーフィルド光学系では、走査時にビームは複数の偏向面に入射する。

このようにオーバーフィルド光学系では、感光体に所定のスポットのビームを照射するのに必要な偏向面の走査方向長さが短いため、換言すれば、偏向面幅よりも広いスポット径であるため、同じ径のポリゴンミラーでアンダーフィルド光学系よりもより多くの反射面を形成できる。その結果、ポリゴンミラーの回転数を小さくしたり、描画スピードを上げたりすることができる。

しかし、オーバーフィルド光学系では、前述のように入射したビームの一部しか反射しないため、ビームの入射角度によって光量が変わる。具体的には、垂直にビームが入射したとき（入射角θ＝９０度）の反射光量をＰ⊥とすると、入射角θのときの反射光量はＰ⊥×ＣＯＳθになる（ただし、偏向面でビームの光分布がフラットであると仮定したとき）。すなわち、走査するときにポリゴンミラーの角度位置に応じて光量が変動することになる。また、ポリゴンミラーが回転により、偏向面で切り取られるビームの切り取り位置が変化することも走査方向に光量プロファイルが変化する原因である。図８に感光体を照射するビームの走査方向の分布を示す。感光体の走査方向中央付近でほぼ偏向面に対して垂直に入射するように配置されている場合を示している。画像中央で感光体面上光量は最大となり、端部に近づくほど光量が下がる。

したがって、オーバーフィルド光学系では、アンダーフィルド光学系よりもポリゴンミラーの走査方向の感光体面上光量が画質に影響があるほどばらつく。

この問題を解決するため、特許文献１では、レーザの駆動電流を感光体での走査位置に応じて補正する構成が示されている。

一方、プリンタ、複写機等の画像形成装置には、高速化が求められてきている。高速化の一手段として、複数のビームを用いて複数ラインを同時に走査することとが行われている。この構成により、走査速度が同じであっても、ビームの本数分だけ高速に描画できる。

特許文献２には、複数のビームを用いて複数ラインを同時に走査するオーバーフィルド光学系の構成について述べられている。
特開平９−２５８１３０号公報 特開平６−３０７８４６号公報

しかしながら、上述した従来の技術では次のような問題点があった。すなわち、まず、特許文献１にあっては、ビームは、ある間隔を持ってポリゴンミラーに入射する。図９は、ポリゴンミラーでのビームごとの光量分布を示す図である。この図では、ポリゴンミラー１００１のある偏向面を含む平面１００２での第１のビームの光量分布１００３と、第２のビームの光量分布１００４が示されている。各ビームは、平面１００２に垂直に入射している状態である。このような光量分布のときに、ポリゴンミラーが回転すると図１０のような感光体面上光量プロファイルとなる。１０１１は第１のレーザによる感光体面上光量プロファイルであり、１０１２は第２のレーザによる感光体面上光量プロファイルである。縦軸がかかれている位置で、ビームがポリゴンミラー面に垂直に入射している。このように、複数のビームが間隔を持ってポリゴンミラーに入射していることから、感光体面上においてビームごとにプロファイルが異なることになる。この光量プロファイルのビームごとの相違に起因して、モアレや濃度むらなどの画像劣化が生じるという問題がある。

また、前述の特許文献２には複数のビームを用いて複数ラインを同時に走査し、それぞれのレーザ光量をレーザ駆動電流で制御する構成が述べられているものの、ビームごとの感光体面上光量プロファイルの差が考慮されておらず、画像劣化防止にはならない。

本発明の目的とする処は、ポリゴンミラーのような複数の偏向面を備え、かつこの偏向面幅よりも広いスポット径を出射する複数ビームのオーバーフィルドスキャナ光学系などにおいて、各ビームの感光体面上光量プロファイルの差に起因する画像劣化を防ぐことにある。

上記目的を達成するため、本発明は、それぞれビームを出射する複数の光源と、複数の偏向面を有し、偏向面幅よりも広いスポット径の前記ビームを受けて偏向させる偏向器と、前記偏向器によって偏向させられたビームで感光体を走査する走査手段を有する光走査装置において、前記感光体面上での前記ビームの光量が走査方向に渡って略一定となるように補正する補正手段を有し、前記補正手段は、前記複数の光源ごとに別々の補正データに基づき補正することを特徴とする。そして、別々の補正データに基づき補正することにより、ビーム間隔に起因する感光体面上での走査方向光プロファイルがビームごとに異なってしまうのを補正でき、また、光源であるレーザなどのばらつきも含めてビーム差を補正できる。

本発明によれば、例えばオーバーフィルド光学系において、ビームごとの感光体面上の走査方向光量プロファイルの違いによる画像の劣化を防ぐことができる光走査装置を提供できると共に、この光走査装置を備えた画像形成装置を提供できる。

以下に、本発明の実施例を説明する。

この実施例１では、複数のレーザ駆動電流による光量むらを、各ビームごとに光量を補正するようにした構成について説明する。

図１は、複数ビーム（マルチビーム）として２ビームのレーザを用いた場合のスキャナ光学系の概略斜視図を示す。レーザ８１より出射された複数のビーム８７ａ・８７ｂは、コリメートレンズ８２により平行光として光学的に集光された後、偏向器に相当するポリゴンミラー８３の複数の偏向面で偏向され、感光体２２上で走査される。走査されるビーム８７ａ・８７ｂは、ｆθレンズ８４で走査速度を補正され、最終的に感光体２２上に画像信号に対応した潜像を形成する。

８６は、ビームを検知するセンサ（以下ＢＤセンサと呼ぶ）で、画像の水平同期信号（以下ＢＤ信号）を生成する。

なお、この実施例では、偏向面幅よりも広いビームのスポット径を受ける偏向器を用いた所謂オーバーフィルド光学系の場合について説明してある。

つぎに、図２と共にスキャナ光学系の制御系のブロック図を示す。前記したように８１はレーザで、ビーム８７ａ・ｂを出射する。８７ａ・ｂは複数ビームになっている。ビーム８７ａ・ｂはポリゴンミラー８３が実装されたポリゴンモータ（スキャナモータ）８３ａの高速回転によるポリゴンミラー８３の回転によって反射偏向されて感光体２２上で走査される。走査されるビーム８７ａ・ｂの走査線上にＢＤセンサ８６があり、所定のタイミングでビーム２０９が入射する。ＢＤセンサ８６は光―電圧変換を行い、ＢＤ信号２０７を生成する。ＢＤ信号はＣＰＵやロジック回路などからなる制御部２０４に入力される。制御部２０４は画像信号を受信すると共に、ＢＤ信号のタイミングをもとに、レーザ発光するタイミングを生成し、レーザ制御信号２０５でレーザ８１を制御する。また、制御部２０４でＢＤ信号の間隔を測定し、一定回転速度になるようにスキャナモータ制御信号２０６でポリゴンモータ８３ａの回転を制御する。また、画像信号が制御部２０４に入り、画像領域において画像信号に基づいてレーザ８１の発光が行われる。

図３を用いて、本実施例の補正手段について説明をする。

３０１はスキャナ系などに設けられるＮＶＲＡＭ（不揮発性メモリ）であり、レーザの感光体走査位置に対する電流補正値が各レーザごとに記録されている。電流補正値は、「補正値１」，「補正値２」として各レーザの電流制御部の「電流制御１」３０２や「電流制御２」３０３に入力される。また、それぞれの「電流制御１」３０２や「電流制御２」３０３には、位置信号がそれぞれ「位置１」，「位置２」として入力される。この位置信号は、ＢＤ信号がアクティブになってから計時することにより、ビームの感光体走査位置を算出する演算部（不図示）から出力されている。３０４と３０５はそれぞれ「駆動回路１」，「駆動回路２」で示す各レーザの駆動回路である。電流制御部の「電流制御１」３０２および「電流制御２」３０３から出力された電流値信号３１０・３１１の電流を画像信号に基づいて、レーザ（図１，２の８１に相当）の「レーザ１」，「レーザ２」で示される３０６・３０７を駆動する。また、光電変換素子であるフォトダイオード（ＰＤ）３０８は、レーザ３０６と３０７のビームを受け、ビーム光量に比例した大きさの信号を出力する。ＰＤ３０８の出力した信号は、サンプル・ホールド回路３０９に入力される。

つぎに、サンプル動作に関して説明する。スキャナ立ち上げ時や、スキャナ起動後の一走査間にサンプル動作を行う。まず、「駆動回路１」３０４により「レーザ１」３０６が発光される。「レーザ１」３０６から出射した光の一部はＰＤ３０８に入射する。このとき、「レーザ２」３０７は発光していないため、ＰＤ３０８には「レーザ１」３０６の光のみが入射する。ＰＤ３０８からは、「レーザ１」３０６の光量に比例した信号が出力され、サンプル・ホールド回路３０９に入力される。サンプル・ホールド回路３０９では、この値をサンプルし、「電流制御１」３０２に出力する。この「電流制御１」３０２では必要光量とサンプル・ホールド回路３０９からの出力信号を比較し、光量が低ければ電流を増大し、光量が高ければ電流を低減する。このようなフィードバック系により、一定時間後、駆動回路は、必要な光量になるような電流値を「駆動回路１」３０４に対して出力するようになる。サンプル後、サンプル・ホールド回路３０９はホールド状態となり、ホールド状態になる直前の出力値をコンデンサなどに電圧の形で記録しておく。また、「駆動回路１」３０４は、「レーザ１」３０６の発光を停止する。同様の動作を「レーザ２」３０７の系においても実行することで、各レーザは規定光量で発光するための値をサンプル・ホールド回路３０９に保持できる。

以上は、サンプル動作についての説明であるので。次に、感光体２２面上での光量プロファイルの補正について説明する。

ＮＶＲＡＭ３０１には、工場出荷時などに、各ビームの光量プロファイルに基づく補正データが記録される。位置ごとの「レーザ１」３０６の電流補正値がＮＶＲＡＭ３０１から「電流制御１」３０２に対し出力され、「レーザ２」３０７の電流補正値がＮＶＲＡＭ３０１から「電流制御２」３０３に対し出力される。また、ＢＤ信号がアクティブになり、制御部（不図示）に入力された後、各ビームの感光体２２面上走査方向の位置情報が制御部から「電流制御１」３０２・「電流制御２」３０３に入力される。電流制御部の３０２・３０３では、位置情報および電流補正値を元に、サンプル・ホールド回路からの電流値信号を補正する。具体的には、補正データが８０％となっていれば、電流信号により８０％の光量になるように電流を調整する。

画像信号は、「駆動回路１」３０４や「駆動回路２」３０５でパルス幅変調（ＰＷＭ）がかけられ「レーザ１」３０６や「レーザ２」３０７がＰＷＭ発光を行う。よって、各レーザの駆動電流を補正することにより画像データに対する影響なく、感光体２２面上の光量プロファイルを補正することができる。

以上の構成により、パルス幅変調で画像を形成する場合に、各レーザの３０６・３０７ごとに感光体２２面上の光量プロファイルを補正でき、感光体２２面上の光量プロファイルが均一でないことによる画像劣化や、感光体面上の光量プロファイルがビームごとに異なることによる画像劣化を防ぐことができる。

実施例２では、感光体２２面上の光量プロファイルを画像処理で補正する構成について説明する。

図４は、本実施例の全体構成を説明する図である。４０１は画像コントローラで、パソコンなどのホストコンピュータから画像データを受信し、画像形成を行うプリンタエンジン４０３に画像データを送信する。プリンタエンジン４０３は画像コントローラ４０１から送信されてきた画像データを用紙などに画像形成する。画像コントローラ４０１の通信部４０２とプリンタエンジン４０３の通信部４０４は、プリントのタイミングなどの情報をやり取りする。プリンタ４０３エンジンにはスキャナ４０５があり、その中にはＮＶＲＡＭ（不揮発性メモリ）４０６がある。ＮＶＲＡＭ４０６には、感光体２２面上光量プロファイルの補正データが各ビームごとに記録されている。補正データは、工場で記録されたり、本体上の感光体２２面と光量分布が一致する個所でセンサを用いて測定したデータが記録されたりする。本実施例では、ＮＶＲＡＭ４０６の補正データをプリンタエンジン４０３の通信部４０４から画像コントローラ４０１の通信部４０４に送信する。

図５は、本実施例の補正処理を説明する図である。同図を用いて、画像処理に基づく補正手段を詳細に説明する。

パソコンなどのホストコンピュータなどから画像コントローラ４０１を構成するＰＤＬ（Ｐａｇｅ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ）解析部５０１に画像データが送られ、ＰＤＬ解析部５０１で内部画像データに変換し、画像処理部５０２に送信される。画像処理部５０２ではＲＧＢからＣＹＭＫへの変換、エッジ処理などを行い、処理後のデータを補正部５０４に送信する。この補正部５０４では、感光体２２面上の光量プロファイルの補正を行う。プリンタエンジン４０３から送信されてきた補正データを通信部４０２が受け取り、補正部５０４に送信する。補正部では画像データに対し後述するような補正を行い、データをビデオ信号変換部に送信する。ビデオ信号変換部５０５では画像データをプリンタエンジン用のビデオ信号に変換し、プリンタエンジン４０３に送信する。ビデオ信号はＰＷＭがかかっており、ビデオ信号に基づきレーザを発光することで、意図した画像が描画される。プリンタエンジン４０３は、所定のタイミングで、ビデオ信号変換部５０５から送信されてくるビデオ信号を元に用紙に画像を形成する。プリンタエンジン４０３のスキャナ部４０５は、２つのビームで１つの感光体２２を走査する構成になっている。

次に、画像データの補正の例を説明する。

図６は、本実施例のおけるデータ補正の例である。説明を簡単にするため、走査方向の画素数を５、走査方向に直交する方向の画素数を４とした。画像データは８ビット（２５６階調）である。

（ａ）は、プリンタエンジン４０３から送信されてくる補正データである。走査方向位置は、画像中央を０とし、−２から＋２までの５画素である。それぞれの位置におけるビーム１とビーム２の補正データは表のとおりである。補正データは最大値を１００としてあり、値が８０であれば濃度を８０％にする必要があることを示している。

（ｂ）は、補正部に入力される画像データである。０から２５５までの２５６階調のデータである。数値が大きいほど濃度が高い。１ライン目がビーム１によって描画され、２ライン目がビーム２によって描画される。以下、順にビーム１、ビーム２によって描画される。表の左端の「ビーム１」とはビーム１によって描画されるデータであることを意味しており、「ビーム２」とはビーム２によって描画されるデータであることを意味している。

（ｃ）は、補正後の画像データである。たとえば、走査方向位置０の１ライン目のデータは、補正前は２１０であったのに対し、補正後には２１０×０．８＝１６８になる。同様にすべての画素に対し、補正する。

画像データの補正は、カラープリンタであれば、シアン・マゼンタ・イエロー・ブラックの４色に対して行われる。インラインカラー機のように色ごとに光学系がある場合、光学系ごとに補正データが記録されることになる。

補正後のデータは、前述のようにビデオ信号変換部５０５でＰＷＭがかけられたビデオ信号に変換され、プリンタエンジン４０３に送信される。補正後の画像データにより生成されたビデオ信号は、感光体２２面上では所定の光量プロファイルを形成することになる。

なお、本実施例では、すべての補正データをプリンタエンジン４０３から送信する構成について述べた。しかし、一部のデータをプリンタエンジン４０３から送信し、画像コントローラ４０１で補正して残りの補正データを取得したり、演算式をプリンタエンジン４０３から送付し画像コントローラ４０１で補正データを作ったりしても本構成は有効である。

また、本実施例のようにプリンタエンジン４０３と画像コントローラ４０１が分かれておらず、一体化されていても本構成は有効である。

以上の構成により、感光体２２面上の光量プロファイルを画像処理によりビームごとに補正することができ、ＯＦＳによる感光体２２面上の光量プロファイルのビーム間差に起因する画像劣化を防止することができる。

実施例３では、リアルタイムＡＰＣにより、それぞれのビームの光量を補正する方法について説明する。

実施例１では、レーザの駆動電流を補正することにより、光量プロファイルを補正する構成について説明した。この方法の場合、レーザごとに閾値電流や外部微分効率がばらつくことから、それらを考慮した補正値にするか、起動時などに閾値電流や外部微分効率を測定して補正値を補正する必要がある。本実施例は、レーザの閾値電流や外部微分効率を考慮しなくてもよい構成である。

全体構成は、実施例１と同様であるので、実施例１と異なる部分を中心に説明する。

図７は、本実施例の補正系を説明する図である。図３に示した第１の実施例との違いは、各レーザに対応するＰＤがあることである。

６０１はＮＶＲＡＭであり、「レーザ１」，「レーザ２」で示される各レーザの感光体走査位置に対する光量補正値がレーザごとに記録されている。光量補正値は、「補正値１」，「補正値２」として各レーザの電流制御部「電流制御１」６０２や「電流制御２」６０３に入力される。また、電流制御部の６０３や電流制御部の６０２には、感光体面上の走査方向の位置を示す位置信号が「位置１」，「位置２」としてそれぞれ入力される。この位置信号は、ＢＤ信号がアクティブになってから計時することにより、各ビームの感光体走査位置を算出する演算部（不図示）から出力されている。６０４と６０５は各レーザの「駆動回路１」，「駆動回路２」で示す駆動回路である。電流制御部の６０２・６０３から出力された電流値信号６１０・６１１の電流を画像信号に基づいてレーザ６０６・６０７を駆動する。また、ＰＤ６０８とＰＤ６１２は、各レーザの６０６と６０７のビームを受け、ビーム光量に比例した大きさの信号を出力する。各ＰＤ６０８・６１２の出力した信号は、それぞれサンプル・ホールド回路６０９・６１３に入力される。

まず、サンプル動作について説明する。

「レーザ１」６０６の発光時、ＰＤ６０８は「レーザ１」６０６の発光光量に比例した出力をサンプル・ホールド回路６０９に出力する。このサンプル・ホールド回路６０９では、ＰＤ６０８からの出力を「電流制御１」６０２に出力する。「電流制御１」６０２では、感光体２２面上の走査方向位置信号と光量補正信号から、光量の補正量を求め、サンプル・ホールド回路６０９から出力された信号に対して補正をかける。たとえば、２Ｖの出力がサンプル・ホールド回路６０９から入力されているのに対して、光量補正値が０．８だった場合には、２Ｖ×０．８＝１．６Ｖをレーザ光量に比例した値として受ける。この値と規定の電圧を比較し、規定の電圧の方が低ければ光量を落とすためにレーザ駆動電流を下げ、規定の電圧の方が高ければ光量を上げるためにレーザ駆動電流を上げる。

「レーザ１」６０６の消灯時には、サンプル・ホールド回路６０９は、直前の発光時の出力を維持する。

なお、他の「レーザ２」６０７の系に関しても同様の動作をする。

以上の構成により、リアルタイムＡＰＣによりレーザごとに感光体面上の光量プロファイルを補正でき、感光体面上の光量プロファイルが均一でないことによる画像劣化や、感光体面上の光量プロファイルがビームごとに異なることによる画像劣化を防ぐことができる。また、レーザの閾値電流や外部微分効率に依存しないため、補正が容易である。

また、本発明の光走査装置は、各種プリンタ，複写機などに広く用いることができると共に、この光走査装置を組み込んだ画像形成装置として実施できる。

さらにまた、本発明はこれら実施例に限らず、レーザを用いるスキャナおよびその画像形成装置に対して広く実施できる。

複数ビームスキャナ光学系の概略斜視図 スキャナ光学系の制御系を説明する図 第１の実施例の補正系を説明する図 第２の実施例の全体構成を説明する図 第２の実施例の補正処理を説明する図 第２の実施例におけるデータ補正の例を示す図 第３の実施例の補正系を説明する図 感光体を照射するビームの走査方向の分布を示す図 ポリゴンミラーでのビームごとの光量分布を示す図 ビームごとに感光体面上光量プロファイルが異なることを説明する図

符号の説明

２２ 感光体
８１ レーザ（マルチビーム）
８３ ポリゴンミラー（偏向面に対応）
８３ａ スキャナモータ（ポリゴンミラーのモータ）
３０１・４０６・６０１ ＮＶＲＡＭ
３０６・３０７ レーザ（マルチビームに対応）
５０１ ＰＤＬ解析部
５０４ 補正部（画像処理）
６０６・６０７ レーザ（マルチビームに対応）

Claims (4)

1. それぞれビームを出射する複数の光源と、
   複数の偏向面を有し、偏向面幅よりも広いスポット径の前記ビームを受けて偏向させる偏向器と、
   前記偏向器によって偏向させられたビームで感光体を走査する走査手段を有する光走査装置において、
   前記感光体面上での前記ビームの光量が走査方向に渡って略一定となるように補正する補正手段を有し、前記複数の光源ごとに別々の補正データに基づき補正することを特徴とする光走査装置。
2. 前記補正手段は、それぞれの光源の駆動電流を制御することで補正することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記補正手段は、画像データを補正することで感光体面上の光量を補正することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
4. 請求項１ないし３いずれかに記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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