JP2009012433A - 画像形成装置、走査光学装置、及びそれらの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光部の光量を精度良く調整するとともに、光量調整に要する制御時間の増大を抑制する画像形成装置、走査光学装置及びそれらの制御方法を提供する。
【解決手段】本画像形成装置は、発光手段の閾値電流及びバイアス電流を導出する。さらに、本画像形成装置は、最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合にバイアス電流を発光手段に供給し、最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に閾値電流を超える電流を発光手段に供給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、感光体に静電潜像を形成するための走査光学装置を備える画像形成装置、走査光学装置及びそれらの制御方法に関するものである。

一般に、電子写真方式の画像形成装置は、感光体に静電潜像を形成するための走査光学装置を備える。走査光学装置は、光を照射するための半導体レーザを備え、照射する光の光強度（光量）を調整することにより、形成する画像の濃度を調整している。一般に、半導体レーザでは、入力される電流が一定以上になると、安定して光量が増大し始める。以下では、この一定の電流を閾値電流と称す。従来では、閾値電流より小さい電流と最大光量に対応する駆動電流との間で、濃度レベルの増加とともに比例して光量を増加させていたが、この方法では低濃度部の階調性が悪化していた。
特許文献１は、閾値電流を超える電流とゼロ電流との間で低濃度部の電流を制御し、閾値電流を超える電流と最大駆動電流との間で画像信号に応じて均等に電流制御する方法を提案している。
特開平０９−０６９６６２号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、画像情報がない領域にトナーが付着する画像カブリを発生させない電流量に低濃度部の駆動電流を決定するため、設定した駆動電流で感光体上を露光し、感光体電位を測定してカブリの発生を確認する必要がある。したがって、確認結果でカブリが発生していれば、再び駆動電流を設定することとなる。また、他の方法として、低濃度部の駆動電流を閾値電流に近い電流に設定する方法も考えられる。しかしながら、この方法においても、低濃度部の駆動電流用Ｄ／Ａを数回設定しなおして確認する必要がある。このように、従来技術では、精度良く濃度階調を再現するために数回に渡り駆動電流を設定しなおす必要があり、制御時間が増大していた。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、発光部の光量を精度良く調整するとともに、光量調整に要する制御時間の増大を抑制する画像形成装置、走査光学装置及びそれらの制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、形成する画像の濃度レベルに応じて静電潜像を形成するための光の光量を調整する画像形成装置として実現できる。画像形成装置は、入力される電流に対応した光量で光を発光する発光手段と、受光した光の光量に対応した電流を出力する受光手段と、発光手段によって発光された光の光量が線形に増加し始める電流となる閾値電流を導出するために、発光手段及び受光手段を用いて、閾値電流よりも大きい第１電流に対応する第１光量と、第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングするサンプリング手段と、前記第１電流、前記第２電流、サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から閾値電流を導出する導出手段と、導出された閾値電流の値から予め定められた差分電流の値を引くことにより、発光手段のバイアス電流を決定するバイアス電流決定手段と、最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合にバイアス電流を発光手段に供給し、最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に閾値電流を超える電流を発光手段に供給する電流供給手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、例えば、形成する画像の濃度レベルに応じて静電潜像を形成するための光の光量を調整する画像形成装置に備えられる走査光学装置として実現できる。走査光学装置は、入力される電流に対応した光量で光を発光する発光手段と、受光した光の光量に対応した電流を出力する受光手段と、発光手段によって発光された光の光量が線形に増加し始める電流となる閾値電流を導出するために、発光手段及び受光手段を用いて、閾値電流よりも大きい第１電流に対応する第１光量と、第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングするサンプリング手段と、前記第１電流、前記第２電流、サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から閾値電流を導出する導出手段と、導出された閾値電流の値から予め定められた差分電流の値を引くことにより、発光手段のバイアス電流を決定するバイアス電流決定手段と、最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合にバイアス電流を発光手段に供給し、最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に閾値電流を超える電流を発光手段に供給する電流供給手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、入力される電流に対応した光量で光を発光する発光手段と、受光した光の光量に対応した電流を出力する受光手段とを備え、形成する画像の濃度レベルに応じて静電潜像を形成するための光の光量を調整する画像形成装置の制御方法として実現できる。制御方法は、発光手段によって発光された光の光量が線形に増加し始める電流となる閾値電流を導出するために、発光手段及び受光手段を用いて、閾値電流よりも大きい第１電流に対応する第１光量と、第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングするステップと、前記第１電流、前記第２電流、サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から閾値電流を導出するステップと、導出された閾値電流の値から予め定められた差分電流の値を引くことにより、発光手段のバイアス電流を決定するステップと、最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合にバイアス電流を発光手段に供給し、最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に閾値電流を超える電流を発光手段に供給するステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明は、入力される電流に対応した光量で光を発光する発光手段と、受光した光の光量に対応した電流を出力する受光手段とを備え、形成する画像の濃度レベルに応じて静電潜像を形成するための光の光量を調整する画像形成装置に備えられる走査光学装置の制御方法として実現できる。制御方法は、発光手段によって発光された光の光量が線形に増加し始める電流となる閾値電流を導出するために、発光手段及び受光手段を用いて、閾値電流よりも大きい第１電流に対応する第１光量と、第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングするステップと、前記第１電流、前記第２電流、サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から閾値電流を導出するステップと、導出された閾値電流の値から予め定められた差分電流の値を引くことにより、発光手段のバイアス電流を決定するステップと、最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合にバイアス電流を発光手段に供給し、最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に閾値電流を超える電流を発光手段に供給するステップとを含むことを特徴とする。

本発明は、例えば、発光部の光量を精度良く調整するとともに、光量調整に要する制御時間の増大を抑制する画像形成装置、走査光学装置及びそれらの制御方法を提供できる。

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

以下では、図１乃至図６Ｂを参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタ１００全体の断面を示す図である。ここでは、画像形成装置として電子写真方式のプリンタ１００を一例に説明する。

プリンタ１００は、スキャナ部１１１、レーザ露光部１０１、作像部１０３、定着部１０４、給紙／搬送部１０５及び、これらを制御する不図示のプリンタ制御部を備える。

スキャナ部１１１は、原稿台に置かれた原稿に対して、照明を当てて原稿画像を光学的に読み取り、その像を電気信号に変換して画像データを生成する。レーザ露光部１０１は、生成された画像データに応じて変調されたレーザ光を、等角速度で回転する回転多面鏡１０６に入射させることにより反射走査光として感光ドラム１０２に照射する。

作像部１０３は、感光ドラム１０２及び転写ドラム１０８を備える。作像部１０３は、画像形成が開始されると、感光ドラム１０２を回転駆動し、帯電器によって感光ドラム１０２の表面を帯電させる。その後、レーザ露光部１０１によって感光ドラム１０２上に形成された静電潜像をトナーによって現像化し、そのトナー像を用紙に転写する。ここで、作像部１０３は、転写されずに感光ドラム１０２上に残った微小トナーをクリーナによって回収する。このように電子写真プロセスが実行される。

画像形成中には、給紙カセット１０７から給紙された用紙が転写ドラム１０８の所定位置に巻きつく。ここで、転写ドラム１０８が４回転する間に、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のトナーを持つそれぞれの現像ユニット（現像ステーション）が入れ替わりで電子写真プロセスを繰り返し実行する。これにより、４色のフルカラートナー像が用紙に転写される。トナー像の転写が完了すると、用紙は、転写ドラム１０８を離れ、定着部１０４へ搬送される。

定着部１０４は、ローラやベルトの組み合わせによって構成され、ハロゲンヒータなどの熱源を内蔵する。定着部１０４は、用紙上のトナーを、熱と圧力によって溶解、定着させる。

給紙／搬送部１０５は、給紙カセット１０７やペーパーデッキ１０９に代表される用紙収納庫を一つ以上有しており、プリンタ制御部の指示に応じて用紙収納庫に収納された複数の用紙の中から一枚づつ分離して給送する。用紙は上述したように作像部１０３の転写ドラム１０８に巻きつけられ、４回転した後に定着部１０４へ搬送される。また、用紙の両面に画像を形成する場合、給紙／搬送部１０５は、搬送経路１１０を介して、定着部１０４を通過した用紙を再び作像部１０３へ搬送する。

次に、図２を参照して、走査光学装置として機能するレーザ露光部１０１の基本的な動作について説明する。図２は、本実施形態に係るレーザ露光部１０１の構成を示す図である。

レーザ露光部１０１は、レーザ駆動装置３１、絞り３２、コリメータレンズ３５、ＢＤセンサ３６、ｆθレンズ３４及び回転多面鏡１０６を備える。また、レーザ露光部１０１には、当該レーザ露光部１０１を制御するために、レーザ駆動制御部５４、画像信号生成部５３及び画像クロック発生部６１が接続されている。

レーザ駆動装置３１は、発光手段として機能し、内部に備える半導体レーザ４３を用いて、回転多面鏡１０６に光りを照射する。半導体レーザ４３は、入力される電流に対応する光量で発光する。ＢＤセンサ３６は、回転多面鏡１０６からの反射光を受光し、検出信号２０１を画像クロック発生部６１に出力する。

ＢＤセンサ３６の検出信号２０１は、回転多面鏡１０６の回転とデータの書き込みの同期をとるための同期信号として用いられる。画像クロック発生部６１は、ＢＤセンサ３６からの同期信号に同期した画像クロックを画像信号生成部５３へ出力する。画像クロックが入力されると、画像信号生成部５３は、画像信号２０２を生成してレーザ駆動制御部５４に出力する。レーザ駆動制御部５４は、画像信号２０２に基づいて半導体レーザ４３を駆動することで、半導体レーザ４３からレーザ光を出射する。半導体レーザ４３の内部には、受光手段として機能するレーザ光の一部を検出するためのＰＤセンサが設けられる。

本実施形態に係るレーザ露光部１０１は、ＰＤセンサの検出信号を用いて半導体レーザ４３のＡＰＣ制御（光量調整）を行う。半導体レーザ４３から発光されたレーザ光は、コリメータレンズ３５及び絞り３２によりほぼ平行光となり、所定のビーム径で回転多面鏡１０６に入射する。回転多面鏡１０６は、矢印で示す方向に等角速度の回転を行う。入射した光ビームは、この回転に伴って連続的に角度を変える偏向ビームとなって反射される。偏向ビームとなった光は、ｆθレンズ３４により集光作用を受ける。一方、ｆθレンズ３４は同時に走査の時間的な直線性を保証するような歪曲収差の補正を行う。これにより、光ビームは、感光ドラム１０２上に示す矢印の方向に等速で結合走査される。

次に、図３を参照して、レーザ駆動制御部５４の動作について説明する。図３は、本実施形態に係るレーザ駆動制御部５４の構成を示すブロック図である。ここでは、説明を容易にするため、画像信号が２ビット（ＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ０）の場合の構成について説明する。しかしながら、本発明に係るプリンタ１００は、画像信号が２ビットに限定されるわけではない。

半導体レーザ４３には、電流源３０１、３０２、３０３、３０４が接続される。電流源３０１及び電流源３０２は、最小の光量でない光を発光させる場合に、画像信号に対応して駆動される駆動電流源である。電流源３０３は、差分電流を出力する差分電流源である。電流源３０４は、半導体レーザ４３のバイアス電流を出力する電流源である。ここで、閾値電流とは、半導体レーザ４３によって発光される光量が線形に増加し始める電流を示す。また、差分電流とは、閾値電流とバイアス電流との差分となる。閾値電流及び差分電流についての詳細な説明は、図５を用いて後述する。

さらに、電流源３０１には、スイッチ３０５が接続される。スイッチ３０５には、画像信号の上位ビットＤＡＴＡ１とフル点灯信号Ｓｆの論理和演算を行う論理素子３１２が接続される。したがって、スイッチ３０５は、論理素子３１２からの出力Ｄ１で電流源３０１の駆動を切り替える。また、電流源３０２には、画像信号の下位ビットＤＡＴＡ０とフル点灯信号Ｓｆと小点灯信号Ｓｈとの論理和演算をする論理素子３１３の出力Ｄ２で切り替わるスイッチ３０６が接続される。電流源３０３には、出力Ｄ１と出力Ｄ２の論理和演算をする論理素子３０８の出力Ｄａで切り替わるスイッチ３０７が接続される。したがって、駆動電流源３０１及び駆動電流源３０２の少なくとも一方が駆動された場合、差分電流源３０３は、必ず駆動されることとなる。

図３に示す３１４は、プリンタ制御部を示す。３１１は、ＡＰＣ制御部を示す。３０９は、電流−電圧変換部を示す。３１０は、増幅器を示す。プリンタ制御部３１４は、制御信号を出力することによりＡＰＣ制御部３１１を制御する。ＡＰＣ制御部３１１は、プリンタ制御部３１４からの制御信号に従ってスイッチ３０５、３０６、３０７を制御し、画像信号に応じた電流を半導体レーザ４３に供給する。半導体レーザ４３は、入力された電流に応じた光量で光を発光する。

発光された光の光量は、ＰＤセンサ４４でモニタされ、光量に応じた電流が発生する。ＰＤセンサ４４から出力される光量に応じた電流は、電流−電圧変換部３０９で電圧に変換される。さらに、変換された電圧は、増幅器３１０で増幅されて、ＡＰＣ制御部３１１に入力される。入力された電圧に応じて、ＡＰＣ制御部３１１は、各電流源（３０１〜３０４）の電流値を調整する。
また、ＡＰＣ制御部３１１は、１走査の非画像領域で入力された信号に応じて、上述した電流値の調整を行なう。さらに、ＡＰＣ制御部３１１は、スイッチ３０５、３０６、３０７を切り替えることで、１走査の画像領域内で入力された画像信号ＤＡＴＡ１及び画像信号ＤＡＴＡ０に応じて半導体レーザ４３の発光量を調整する。

次に、図４Ａ乃至図５を参照して、ＡＰＣ制御部３１１の詳細な動作について説明する。図４Ａは、本実施形態に係るＡＰＣ制御部３１１の機能ブロックを示す図である。図４Ｂは、本実施形態に係るＡＰＣ制御部３１１の回路構成を示す図である。図５は、本実施形態に係る半導体レーザ４３に入力される電流と、発光される光の光量との関係を示す図である。

ＡＰＣ制御部３１１は、入力される画像信号に応じた濃度レベルを実現するために、半導体レーザ４３から発光される光の光量を調整する。具体的には、ＡＰＣ制御部３１１は、図３に示す各電流源３０１〜３０４を制御して半導体レーザ４３に入力する電流を制御する。ここで、半導体レーザ４３の特徴について図５を参照して説明する。図５は、横軸に半導体レーザ４３に入力される電流を示し、縦軸に半導体レーザ４３から発光される光の光量を示す。Ｉｂはバイアス電流源３０４から出力されるバイアス電流示す。Ｉａは差分電流源３０３から出力される差分電流を示す。Ｉ０は駆動電流源３０２から出力される駆動電流を示す。Ｉ１は駆動電流源３０１から出力される駆動電流を示す。Ｉｔｈは閾値電流を示す。

図５に示すように、半導体レーザ４３に入力される電流と発光される光の光量との関係は非線形となる。具体的に、半導体レーザ４３の出力は、閾値電流Ｉｔｈまでは不安定であり、閾値電流Ｉｔｈを超えると線形に増加し始める。ＡＰＣ制御部３１１は、この閾値電流Ｉｔｈを導出することにより、再現する濃度レベルの増加とともに比例して光量を増加させるように光量制御を行う。
閾値電流Ｉｔｈを導出すると、ＡＰＣ制御部３１１は、差分電流Ｉａからバイアス電流Ｉａを決定する。この差分電流Ｉａは、閾値電流Ｉｔｈよりも低い不安定な領域において、バイアス電流を十分小さくするために予め定められた電流である。例えば、画像信号が０である場合、即ち、最小の濃度レベルである場合、ＡＰＣ制御部３１１は、バイアス電流Ｉｂのみを半導体レーザ４３に入力させる。しかし、バイアス電流Ｉｂが閾値電流Ｉｔｈ付近の値である場合、発光される光の光量が不安定であるため画像カブリ等が発生してしまう。したがって、バイアス電流Ｉｂを十分小さくするために差分電流Ｉａを設けている。一方、画像信号が１〜３である場合、ＡＰＣ制御部３１１は、閾値電流Ｉｔｈから最大光量Ｐを出力するための最大電流Ｉｆの間で、電流を均等に制御して画像信号に対応する濃度レベルを均等に制御する。

次に、図４Ａを参照して、上述した制御を行うためのＡＰＣ制御部３１１の機能ブロックについて説明する。ＡＰＣ制御部３１１は、サンプリング部４２２、導出部４２３、バイアス電流決定部４２４及び電流供給部４２１を備える。

電流供給部４２１は、電流供給手段として機能し、入力された画像信号に応じた電流を半導体レーザ４３に入力させる。具体的に、電流供給部４２１は、論理素子３１２、３１３に対して信号を入力することにより、スイッチ３０５、３０６、３０７を切り替えて、駆動させる電流源を制御する。さらに、電流供給部４２１は、各電流源が出力する電流値を調整する。

また、電流供給部４２１は、画像信号に対応する電流を半導体レーザ４３に入力するため、調整手段として機能する調整部４２５を備える。例えば、画像信号が最小の濃度レベルを示す場合、調整部４２５は、論理素子３１２、３１３に対しての信号を出力することなくバイアス電流源３０４のみを駆動させる。これにより、半導体レーザ４３には、バイアス電流Ｉｂのみが供給される。一方、画像信号が最小の濃度レベルを超える濃度レベルを示す場合、調整部４２５は、論理素子３１２、３１３に対しての信号を出力することにより、スイッチ３０５、３０６、３０７を切り替えて、画像信号に対応する所望の電流を出力させる。ここで、信号とは、フル点灯信号Ｓｆ及び小点灯信号Ｓｈを示す。したがって、調整部４２５は、画像信号が最小の濃度レベルを超える場合、当該画像信号に応じてフル点灯信号Ｓｆ及び小点灯信号Ｓｈの少なくとも一方を出力する。

サンプリング部４２２は、サンプリング手段として機能し、閾値電流Ｉｔｈよりも大きい第１電流に対応する第１光量と、第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングする。サンプリングした光量は、ＡＰＣ制御部３１１内のコンデンサに蓄積され、導出部４２３によって閾値電流Ｉｔｈを決定するために用いられる。

導出部４２３は、導出手段として機能し、第１電流、第２電流、サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から閾値電流Ｉｔｈを導出する。閾値電流Ｉｔｈを導出するため、導出部４２３は、算出手段として機能する算出部４２６及び閾値電流決定手段として機能する閾値電流決定部４２７を備える。算出部４２６は、第１電流、第２電流、サンプリングされた第１光量及び第２光量から、半導体レーザ４３に入力する電流と光量との関係を表す線形関数を算出する。閾値電流決定部４２７は、算出された線形関数において光量がゼロとなる電流を、閾値電流Ｉｔｈとして決定する。

バイアス電流決定部４２４は、導出された閾値電流Ｉｔｈの値から予め定められた差分電流Ｉａの値を引くことにより、半導体レーザ４３のバイアス電流Ｉｂを決定する。閾値電流Ｉｔｈ及びバイアス電流Ｉｂが決定されると、電流供給部４２１は、各電流源に対して、調整された電流値を出力するように制御する。

次に、図４Ｂを参照して、ＡＰＣ制御部３１１の回路構成について説明する。図４Ｂに示すように、ＡＰＣ制御部３１１は、アナログスイッチ４０２、４０７、コンデンサ４０３、４０４、比較器４０５、４１１、Ｄ／Ａ４０４、４１０、閾値電流演算部４１２、バイアス電流演算部４１３及び３分の１乗算器４０９を備える。ＡＰＣ制御（光量調整）は、図４Ａに示した機能ブロックがこれらのコンポーネントを制御することにより実行される。以下では、これらのコンポーネントを用いたＡＰＣ制御部３１１の制御について説明する。

まず、電流供給部４２１は、半導体レーザ４３のバイアス電流Ｉｂを決定するために、差分電流源３０３及びバイアス電流源３０４の仮の電流値を設定する。具体的に、電流供給部４２１は、バイアス電流Ｉｂと差分電流Ｉａを所定の電流に設定した上で、小点灯信号Ｓｈによってスイッチ３０６及び３０７をＯＮに設定する。これにより、駆動電流源３０２及び差分電流源３０３が駆動される。また、半導体レーザ４３を駆動する際には、バイアス電流源３０４が常に駆動されている。したがって、半導体レーザ４３には、第１電流となる駆動電流Ｉ０、差分電流Ｉａ及びバイアス電流Ｉｂが供給される。ここで設定されるバイアス電流Ｉｂは、前回使用された際の電流値に予め定められた電流値を加えた電流値であることが望ましい。これは、閾値電流Ｉｔｈを超える領域の特性を表す線形関数を導出するために必要となる。即ち、この場合、Ｉｂ＋Ｉａが前回の閾値電流を超えるように設定される。また、Ｉｂ＋Ｉａ＋Ｉ０が前回の閾値電流を超えるように設定してもよい。この場合、駆動電流Ｉ０についても前回使用された電流値が設定される。

半導体レーザ４３が発光すると、ＰＤセンサ４４から受光した光の光量に対応する電流（モニタ電流）が出力される。続いて、モニタ電流が電流−電圧変換部３０９によって電圧変換される。さらに、増幅器３１０によって増幅された電圧Ｖｐｄが１走査の非画像領域においてＡＰＣ制御部３１１に入力される。この電圧Ｖｐｄは、プリンタ制御部３１４からの小点灯信号Ｓｈによってアナログスイッチ４０７が切り替わりサンプリングされる。このサンプルした電圧Ｖｈ（第１光量）は、コンデンサ４０８に蓄えられて画像領域内でホールドされる。このようなサンプリングの処理に関しては、サンプリング部４２２によって統括的に制御される。

また、プリンタ制御部３１４から入力される光量設定値Ｐｏｗが３分の１乗算器４０９に入力され、光量設定値Ｐｏｗの３分の１の値がＤ／Ａ４１０に入力される。Ｄ／Ａ４１０は、入力された値に応じたアナログ電圧ＤＡｈを比較器４１１に出力する。比較器４１１は、サンプルホールドされた電圧Ｖｈと光量設定値Ｐｏｗの３分の１相当の電圧ＤＡｈとを比較し、差分信号ΔＩ０を出力する。光量設定値Ｐｏｗは、画像信号に対応する濃度レベル実現するために必要となる最大光量を示す。

電流供給部４２１は、この差分信号ΔＩ０を解消するように、駆動電流源３０２の電流Ｉ０の値を制御する。具体的に、サンプルホールドされた電圧ＶｈがＤＡｈよりも小さい場合、即ち設定値より光量が低い場合、電流供給部４２１は、ＤＡｈに近づけるように駆動電流源３０２に流す電流Ｉ０を増大させる。一方、サンプルホールドされた電圧ＶｈがＤＡｈよりも大きい場合、即ち設定値より光量が高い場合、電流供給部４２１は、ＤＡｈに近づけるように駆動電流源３０２に流す電流Ｉ０を低減させる。即ち、２ビットの画像信号（ＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ０）のうち、ＤＡＴＡ０が１である場合に出力する電流を設定している。ここで、電流Ｉｈ（＝Ｉｂ＋Ｉａ＋Ｉ０）は、最大光量の３分の１に設定されたこととなる。

次に、電流供給部４２１は、バイアス電流Ｉｂ、差分電流Ｉａ及び上述した駆動電流Ｉ０の値を固定したまま、フル点灯信号Ｓｆによってスイッチ３０５、３０６及び３０７をＯＮに設定する。これにより、駆動電流源３０１も駆動させる。したがって、半導体レーザ４３には、第２電流となるバイアス電流Ｉｂ、差分電流Ｉａ及び駆動電流Ｉ０、Ｉ１が供給される。ここで、ＡＰＣ制御部３１１に入力される電圧Ｖｐｄはアナログスイッチ４０２に入力される。このアナログスイッチ４０２は、プリンタ制御部３１４からのフル点灯信号Ｓｆによって切り替わりＶｐｄをサンプリングする。サンプリングされた電圧（第２光量）Ｖｆはコンデンサ４０３に蓄えられて画像領域内でホールドされる。さらに、プリンタ制御部３１４から入力される光量設定値ＰｏｗがそのままＤ／Ａ４０４に入力され、入力された値に応じたアナログ電圧ＤＡｆが比較器４０５に出力される。

比較器４０５は、サンプルホールドされた電圧Ｖｆと光量設定値Ｐｏｗとの電圧ＤＡｆを比較し、差分信号ΔＩ１を出力する。電流供給部４２１は、この差分信号ΔＩ１を解消するように、駆動電流源３０１の電流Ｉ１の値を制御する。つまり、サンプルホールドされた電圧ＶｆがＤＡｆよりも小さい場合、即ち設定値より光量が低い場合、電流供給部４２１は、ＤＡｆに近づけるように駆動電流源３０１に流す電流Ｉ１を増大させる。一方、サンプルホールドされた電圧ＶｆがＤＡｆよりも大きい場合、即ち設定値より光量が高い場合、電流供給部４２１は、ＤＡｆに近づけるように電流源３０１に流す電流Ｉ１を低減させる。即ち、２ビット画像信号（ＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ０）のうち、ＤＡＴＡ１が１である場合に出力する電流を設定している。ここで、電流Ｉｆ（＝Ｉｂ＋Ｉａ＋Ｉ０＋Ｉ１）は、最大光量に設定されたこととなる。さらに、Ｉｂ＋Ｉａ＋Ｉ１は、画像信号が２である場合の濃度レベルを再現するための電流（２／３Ｐｏｗ）となる。

さらに、上述した制御の中でコンデンサ４０３、４０８でそれぞれホールドされた電圧Ｖｆ、Ｖｈは、閾値電流演算部４１２に入力される。閾値電流演算部４１２は、導出部４２３によって統括的に制御され、閾値電流Ｉｔｈを導出する。具体的に、閾値電流演算部４１２では、図５に示すフル点灯に相当する電圧Ｖｆと、その時の電流値Ｉｆ（＝Ｉ１＋Ｉ０＋Ｉａ＋Ｉｂ）と、３分の１点灯に相当する電圧Ｖｈと、その時の電流値Ｉｈ（＝Ｉ０＋Ｉａ＋Ｉｂ）とから線形関数を算出する。さらに、算出された線形関数において電圧０Ｖとの交点となる閾値電流Ｉｔｈが算出される。

決定された閾値電流Ｉｔｈは、バイアス電流演算部４１３に出力される。バイアス電流演算部４１３は、バイアス電流決定部４２４によって統括的に制御される。具体的に、バイアス電流演算部４１３は、決定された閾値電流Ｉｔｈから予め決まった差分電流Ｉａを差し引いた電流であるバイアス電流Ｉｂを生成する。電流供給部４２１は、生成されたバイアス電流Ｉｂにバイアス電流源３０４を調整する。

こうして決定されたバイアス電流Ｉｂ及び差分電流Ｉａを用いて、ＡＰＣ制御部３１１は、再度上述した方法で駆動電流Ｉ０、Ｉ１を決定する。また、ここではバイアス電流Ｉｂを生成するのに、閾値電流Ｉｔｈから予め決まった差分電流Ｉａを引いて算出したが、バイアス電流Ｉｂを閾値電流Ｉｔｈに対する比で求め、その差分電流をＩａとしてもよい。つまり、Ｉｂ／Ｉｔｈ＝αとすると、Ｉａ＝Ｉｔｈ−Ｉｔｈ×αに従って、Ｉａを決定してもよい。

上述したように、バイアス電流Ｉｂ、差分電流Ｉａが決定されると、画像信号の下位ビットＤＡＴＡ０用のスイッチング電流（駆動電流）Ｉ０と、画像信号の上位ビットＤＡＴＡ１用のスイッチング電流（駆動電流）Ｉ１が決定する。図５に示すように、これらは、閾値電流ＩｔｈにＩ０を加算するとＰ／３相当の光量になり、同様に閾値電流ＩｔｈにＩ１を加算すると２Ｐ／３相当の光量になる。さらに、閾値電流ＩｔｈにＩ０とＩ１を加算すると最大光量となるＰ相当の光量となる。

したがって、上述したＡＰＣ制御が完了すると、決定したバイアス電流Ｉｂと、差分電流Ｉａと、画像信号の２ビットに対応した駆動電流Ｉ１、Ｉ０とを用いることで、画像信号に対応した濃度レベルを均等に再現することができる。具体的に、画像信号ＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ０の何れかのビットが立っている時は、論理素子３０８がアクティブになり、差分電流源３０３が駆動される。そのため、半導体レーザ４３には、バイアス電流Ｉｂと、差分電流Ｉａと、画像信号に応じた駆動電流Ｉ０及び駆動電流Ｉ１のうち少なくとも一方の電流とが入力される。これにより、ＡＰＣ制御部３１１は、閾値電流の発光点からフル点灯（光量Ｐ）までの間で、均等に３等分した光量制御を行うことができる。また、画像信号ＤＡＴＡ１及び画像信号ＤＡＴＡ０の何れもビットが立っていない場合、即ち画像信号が０の場合、論理素子３０８が非アクティブとなり、半導体レーザ４３には、バイアス電流Ｉｂしか流れなくなる。したがって、閾値電流Ｉｔｈから十分抑えられたバイアス電流Ｉｂのみで半導体レーザ４３が駆動されるため、画像カブリの発生を抑制できる。上述した制御は、数回の走査でのＡＰＣ制御で実現できるため、従来技術のように低濃度部の電流を決定するのに要する時間を必要としない。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、ＡＰＣ制御中に変化する半導体レーザ４３に入力される電流及びＡＰＣ制御における制御手順について説明する。図６Ａは、本実施形態に係るＡＰＣ制御時の電流の変化を示す図である。図６Ｂは、本実施形態に係るＡＰＣ制御の処理手順を示すフローチャートである。

図６Ａは、横軸に図６Ｂに示すＡＰＣ制御部３１１の処理シーケンスを示し、縦軸にその処理でのバイアス電流Ｉｂ、差分電流Ｉａ、駆動電流Ｉ０、Ｉ１を示す。以下では、図６Ｂに示すフローチャートに従って動作を説明する。

まず、画像形成を開始するため半導体レーザ４３を点灯すると、ステップＳ６０１において、ＡＰＣ制御部３１１は、バイアス電流Ｉｂ及び差分電流Ｉａを仮の電流値に設定する。続いて、ステップＳ６０２において、ＡＰＣ制御部３１１は、プリンタ制御部３１４から小点灯信号Ｓｈを取得することにより、駆動電流源３０２、差分電流源３０３及びバイアス電流源３０４を駆動させる。この状態で数回の走査を行う間に、ステップＳ６０３において、ＡＰＣ制御部３１１は、電流源３０２〜３０４に流す電流の総和をＩｈ（ホールド電圧Ｖｈ）に設定する。

次に、ステップＳ６０４において、ＡＰＣ制御部３１１は、プリンタ制御部３１４からフル点灯信号Ｓｆを取得し、全ての電流源（３０１〜３０４）を駆動させる。さらに、この状態で数回の走査を行う間に、ステップＳ６０５において、ＡＰＣ制御部３１１は、各電流源（３０１〜３０４）に流す電流の総和をＩｆ（ホールド電圧Ｖｆ）に設定する。

電流Ｉｈ、Ｉｆを設定すると、ステップＳ６０６において、ＡＰＣ制御部３１１は、これらの値から閾値電流Ｉｔｈを算出し、バイアス電流Ｉｂを決定する。ここまでの処理は、半導体レーザ４３の点灯を開始してから光量制御が収束するまでの初期調整となる。初期調整が終了すると、画像形成動作が可能となる。なお、画像形成中は、上述した制御フローを１走査毎に繰り返してもよい。また、初期調整は、例えば、プリンタ１００の電源投入時に行われることが望ましい。

画像形成の要求を受信すると、ステップＳ６０７において、ＡＰＣ制御部３１１は、１走査の非画像領域でプリンタ制御部３１４から小点灯信号Ｓｈを出力して、半導体レーザ４３を駆動する。続いて、ステップＳ６０８において、ＡＰＣ制御部３１１は、Ｓ６０７の駆動により得られる光量から、駆動電流Ｉ０を決定する。

次に、ステップＳ６０９において、ＡＰＣ制御部３１１は、プリンタ制御部３１４からフル点灯信号Ｓｆを取得して、半導体レーザ４３を駆動する。続いて、ステップＳ６１０において、ＡＰＣ制御部３１１は、Ｓ６０９の駆動により得られる光量から、駆動電流Ｉ１を決定する。さらに、ステップＳ６１１において、ＡＰＣ制御部３１１は、Ｓ６０６と同様に、同一走査内の非画像領域で閾値電流Ｉｔｈを算出し、バイアス電流Ｉｂ及び差分電流Ｉａを修正する。
半導体レーザ４３は、環境温度等により閾値電流Ｉｔｈが変動する。したがって、Ｓ６０７乃至Ｓ６１１の処理のように、画像形成毎に修正されることが望ましい。これらＳ６０７乃至Ｓ６１１の処理は、初期調整時に１度光量が収束した後の動作であるため、初期調整（Ｓ６０１乃至Ｓ６０６）と比較して短い時間で収束する。
光量を調整すると、同一走査の画像領域内（ステップＳ６１２）において、ＡＰＣ制御部３１１は、図６Ａの右表に示す画像信号に応じて半導体レーザ４３に流す電流を制御する。さらに、ステップＳ６１３において、ＡＰＣ制御部３１１は、レーザが消灯したか否かを判定する。レーザが消灯している場合、ＡＰＣ制御部３１１は、処理を終了する。一方、レーザが点灯している場合、ＡＰＣ制御部３１１は、処理をＳ６０７に遷移させる。つまり、Ｓ６０７乃至Ｓ６１２の一連の処理は、画像形成を開始してレーザが消灯するまで繰り返される。

上述したように、本実施形態に係るＡＰＣ制御部３１１は、閾値電流Ｉｔｈを算出し、画像信号に応じて切り替えるスイッチング電流（駆動電流Ｉ０、Ｉ１）が閾値電流を超えるように設定する。これにより、低濃度部の光量から高濃度部の最大光量まで均等な光量制御を行うことができる。さらには、画像信号が０の場合、即ち、最小の濃度レベルの場合に、差分電流Ｉａを流さない構成としたことで、確実に閾値電流Ｉｔｈより小さいバイアス電流Ｉｂのみで駆動することができ、画像カブリを抑制しうる。

また、本実施形態では画像信号が２ビットである場合について説明したが、３ビット以上であってもよく、２ビットである場合と同様の制御で実現することができる。以下では、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、画像信号が３ビットである場合について説明する。図７Ａは、画像信号が３ビットである場合のレーザ駆動制御部５４の構成を示すブロック図である。図７Ｂは、画像信号が３ビットである場合に設定される電流について説明する図である。ここでは、画像信号が２ビットである場合と異なる構成についてのみ説明を記載する。

レーザ駆動制御部５４は、図３に示す構成に加えて、駆動電流源７０１、スイッチ７０２及び論理素子７０３をさらに備える。駆動電流源３０１に接続されるスイッチ３０５は、論理素子７０３の出力Ｄ３によって切り替えられる。駆動電流源７０１に接続されるスイッチ７０２は、論理素子３１２の出力Ｄ１によって切り替えられる。駆動電流源３０２に接続されるスイッチ３０６は、論理素子３１２の出力Ｄ２によって切り替えられる。

したがって、差分電流源３０３に接続されるスイッチ３０７は、出力Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が入力される論理素子３０８の出力Ｄａによって切り替えられる。また、３ビットの画像信号（ＤＡＴＡ２、ＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ０）のうち、駆動電流源３０１はＤＡＴＡ２のビットに対応する。さらに、駆動電流源７０１はＤＡＴＡ１のビットに対応し、駆動電流源３０２はＤＡＴＡ０のビットに対応する。

さらに、駆動電流源７０１に設定される駆動電流Ｉ２は、駆動電流Ｉ０の２倍に設定される。さらに、図４に示す３分の１乗算器４０９を７分の１乗算器に変更する。このように変更することで、図７Ｂに示すように、各ビットに対応した駆動電流（スイッチング電流）が最大光量Ｐの７分のＸの光量に相当する。即ち、駆動電流源３０２は、最大光量Ｐの７分の１相当に設定される。また、駆動電流源７０１は、最大光量Ｐの７分の２相当に設定される。さらに、駆動電流源３０１は、最大光量Ｐの７分の４相当に設定される。これにより、図７Ｂに示すように、ＡＰＣ制御部３１１は、画像信号（１〜７）に応じて各スイッチを制御することで、低濃度部の光量から高濃度部の最大光量Ｐまでを均等に７等分した光量制御をすることが可能になる。また、画像信号が０の場合は、バイアス電流Ｉｂのみが半導体レーザ４３に入力される。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、閾値電流よりも大きい第１電流と当該第１電流よりも大きい第２電流を用いて、発光部（半導体レーザ４３）の閾値電流を導出する。さらに、画像形成装置は、閾値電流から予め定められた差分電流を引くことにより発光部のバイアス電流を決定する。これにより、画像形成装置は、最小の濃度レベルである場合にバイアス電流のみを発光部に入力し、最小の濃度レベルを超える濃度レベルである場合に閾値電流から最大電流との間で均等に電流を制御することができる。したがって、本発明は、安価な構成で閾値電流の光量に相当する低濃度部から最大光量に相当する高濃度部まで階調性が良好な画像形成装置及び光学走査装置を提供することができる。さらには、閾値電流とバイアス電流の差分電流を画像信号に応じて切り替えることができるため、画像信号によってはバイアス電流のみを流すことで低濃度部での画像カブリを抑制することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず様々な変形が可能となる。画像形成装置は、バイアス電流源、差分電流源及び複数の駆動電流源を備え、再現する濃度レベルに応じてバイアス電流源、差分電流源及び複数の駆動電流源のうち少なくとも１つを選択して発光部に入力する電流を調整してもよい。これにより、本画像形成装置は、容易な制御により均等に濃度レベルを調整することができ、低濃度レベルの画像カブリを抑制することができる。

また、本画像形成装置は、複数の駆動電流源のうち少なくとも１つの駆動電流源を駆動するときに、差分電流源が駆動されるように構成されてもよい。具体的に、本画像形成装置は、駆動電流源を駆動する場合に、自動的に差分電流源が駆動されるように構成することができる。言い換えると、本画像形成装置は、最小の濃度レベルを再現する場合に、自動的にバイアス電流のみでの発光部の駆動を実現できる。これにより、本画像形成装置は、低濃度レベルにおける画像カブリをさらに容易に抑制しうる。

また、本画像形成装置は、閾値電流を導出する際にサンプリングしたデータから、発光部に入力される電流と、発光部から出力される光量との関係を表す線形関数を算出してもよい。この場合、画像形成装置は、算出した線形関数において光量がゼロとなる電流を、閾値電流として決定することができる。よって、本画像形成装置は、処理負荷の少ない制御で閾値電流を求めることができる。

また、本画像形成装置は、サンプリングに用いられる第１電流の値を、前回決定された閾値電流の値に予め定められた電流の値を加えた値としてもよい。これにより、発光部からの出力が不安定な閾値電流以下の特性に影響を受けることなく、線形に増加する光量と電流との関係を確実に導出することができる。よって、本画像形成装置は、より精度のよい光量調整を行うことができる。

さらに、各駆動電流源は、濃度レベルを示す画像信号の各ビットに対応して電流を供給してもよい。これにより、本画像形成装置は、画像形成中において、画像信号に応じて調整する光量を容易に制御することができる。

本実施形態に係るプリンタ１００全体の断面を示す図である。 本実施形態に係るレーザ露光部１０１の構成を示す図である。 本実施形態に係るレーザ駆動制御部５４の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るＡＰＣ制御部３１１の機能ブロックを示す図である。 本実施形態に係るＡＰＣ制御部３１１の回路構成を示す図である。 本実施形態に係る半導体レーザ４３に入力される電流と、発光される光の光量との関係を示す図である。 本実施形態に係るＡＰＣ制御時の電流の変化を示す図である。 本実施形態に係るＡＰＣ制御の処理手順を示すフローチャートである。 画像信号が３ビットである場合のレーザ駆動制御部５４の構成を示すブロック図である。 画像信号が３ビットである場合に設定される電流について説明する図である。

符号の説明

４３：半導体レーザ
４４：ＰＤセンサ
３０１、３０２：駆動電流源
３０３：差分電流源
３０４：バイアス電流源
３０５、３０６、３０７：スイッチ
３０８、３１２、３１３：論理素子
３０９：電流−電圧変換部
３１０：増幅器
３１１：ＡＰＣ制御部
３１４：プリンタ制御部

Claims (9)

1. 形成する画像の濃度レベルに応じて静電潜像を形成するための光の光量を調整する画像形成装置であって、
   入力される電流に対応した光量で光を発光する発光手段と、
   受光した光の光量に対応した電流を出力する受光手段と、
   前記発光手段によって発光された光の光量が線形に増加し始める電流となる閾値電流を導出するために、前記発光手段及び前記受光手段を用いて、前記閾値電流よりも大きい第１電流に対応する第１光量と、該第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングするサンプリング手段と、
   前記第１電流、前記第２電流、前記サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から前記閾値電流を導出する導出手段と、
   前記導出された閾値電流の値から予め定められた差分電流の値を引くことにより、前記発光手段のバイアス電流を決定するバイアス電流決定手段と、
   最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に前記バイアス電流を該発光手段に供給し、該最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に前記閾値電流を超える電流を該発光手段に供給する電流供給手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記バイアス電流を出力するバイアス電流源と、
   前記差分電流を出力する差分電流源と、
   前記濃度レベルに対応する光量で光を発光させるための複数の駆動電流源とをさらに備え、
   前記電流供給手段は、
   前記バイアス電流源、前記差分電流源及び前記駆動電流源のうち少なくとも１つを選択して、前記濃度レベルに応じて前記発光手段に供給する電流を調整する調整手段を
   備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記調整手段は、
   前記複数の駆動電流源のうち少なくとも１つの駆動電流源から電流を供給させるときは、該差分電流源からも電流を供給させることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記導出手段は、
   前記第１電流、前記第２電流、前記サンプリングされた第１光量及び第２光量から、前記発光手段に入力する電流と光量との関係を表す線形関数を算出する算出手段と、
   前記算出された線形関数において光量がゼロとなる電流を、前記閾値電流として決定する閾値電流決定手段と
   を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
5. 前記第１電流の値は、前回決定された閾値電流の値に予め定められた電流の値を加えた値であることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 各駆動電流源は、前記濃度レベルを示す画像信号の各ビットに対応して電流を供給することを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 形成する画像の濃度レベルに応じて静電潜像を形成するための光の光量を調整する画像形成装置に備えられる走査光学装置であって、
   入力される電流に対応した光量で光を発光する発光手段と、
   受光した光の光量に対応した電流を出力する受光手段と、
   前記発光手段によって発光された光の光量が線形に増加し始める電流となる閾値電流を導出するために、前記発光手段及び前記受光手段を用いて、前記閾値電流よりも大きい第１電流に対応する第１光量と、該第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングするサンプリング手段と、
   前記第１電流、前記第２電流、前記サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から前記閾値電流を導出する導出手段と、
   前記導出された閾値電流の値から予め定められた差分電流の値を引くことにより、前記発光手段のバイアス電流を決定するバイアス電流決定手段と、
   最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に前記バイアス電流を該発光手段に供給し、該最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に前記閾値電流を超える電流を該発光手段に供給する電流供給手段と
   を備えることを特徴とする走査光学装置。
8. 入力される電流に対応した光量で光を発光する発光手段と、受光した光の光量に対応した電流を出力する受光手段とを備え、形成する画像の濃度レベルに応じて静電潜像を形成するための光の光量を調整する画像形成装置の制御方法であって、
   前記発光手段によって発光された光の光量が線形に増加し始める電流となる閾値電流を導出するために、前記発光手段及び前記受光手段を用いて、前記閾値電流よりも大きい第１電流に対応する第１光量と、該第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングするステップと、
   前記第１電流、前記第２電流、前記サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から前記閾値電流を導出するステップと、
   前記導出された閾値電流の値から予め定められた差分電流の値を引くことにより、前記発光手段のバイアス電流を決定するステップと、
   最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に前記バイアス電流を該発光手段に供給し、該最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に前記閾値電流を超える電流を該発光手段に供給するステップと
   を含むことを特徴とする画像形成装置の制御方法。
9. 入力される電流に対応した光量で光を発光する発光手段と、受光した光の光量に対応した電流を出力する受光手段とを備え、形成する画像の濃度レベルに応じて静電潜像を形成するための光の光量を調整する画像形成装置に備えられる走査光学装置の制御方法であって、
   前記発光手段によって発光された光の光量が線形に増加し始める電流となる閾値電流を導出するために、前記発光手段及び前記受光手段を用いて、前記閾値電流よりも大きい第１電流に対応する第１光量と、該第１電流よりも大きい第２電流に対応する第２光量とをサンプリングするステップと、
   前記第１電流、前記第２電流、前記サンプリングされた第１光量及び第２光量の関係から前記閾値電流を導出するステップと、
   前記導出された閾値電流の値から予め定められた差分電流の値を引くことにより、前記発光手段のバイアス電流を決定するステップと、
   最小の濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に前記バイアス電流を該発光手段に供給し、該最小の濃度レベルを超える濃度レベルに対応する光量で光を発光させる場合に前記閾値電流を超える電流を該発光手段に供給するステップと
   を含むことを特徴とする走査光学装置の制御方法。

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