JP4391356B2 - Ld制御装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
LDはLDが置かれた環境、もしくはLD自体の発熱に起因する温度変動によって、発光量が変動するという性質を持っている。一方、レーザプリンタのような装置ではLD光量が一定であることが望まれる。このため、LDに付随したPD(フォトダイオード)でLDの発光量を検出して、制御部分にフィードバックすることで光量を一定に調節するという制御が一般的に行なわれている(図13参照)。
この制御方法としては、例えば、サンプル&ホールド信号(S/H信号)に基いて断続的にAPCを行う方法がある(図14参照)。この制御方法では、待機状態においてサンプル信号に基づいてサンプルモードに移行してAPCによる光量調節を行ない、信号出力時にはホールドモードに移行して、LD駆動電流をサンプルモード時と同じ電流値に固定する定電流駆動を行っている。
従来のこの種の技術では、APC動作時にLD制御装置から制御信号としてサンプル信号と同時にLD点灯信号が送出される。サンプル信号は図13のS/Hスイッチを切り替え、LD点灯信号はLDを点灯させる。そして、LDの光強度に比例したPDの電流値を電圧に変換して、その電圧と光量の基準となる基準電圧をコンパレータによって比較することでLD光量が一定に制御されている。
このようにLDがAPC制御によってLDの出力光量が一定に保たれている場合にLDに劣化が起きると、しきい値電流の増大、微分効率の低下等の現象によって駆動電流が増大するという現象が引き起こされる。そこで、従来のこの種の技術では、LD劣化による不具合を防止するため、LDの動作状態においてLD駆動電流の大きさを監視して、ある規定値以上にLD駆動電流が流れた場合にLDが劣化したと判定して機械を停止したり、機械外部にLDが劣化したという情報を報告するという制御が行われている。
また、特許文献4では、レーザ光射出部に各々大きさが異なる複数の駆動電流が供給された場合に検出された各々大きさが異なる複数の光量値に基づいて、レーザ光射出部の劣化状態を表す微分効率又は微分効率の比を算出するので、レーザ光射出部の個々の画像形成装置の単体バラツキや設置場所の温度等の影響を除去した正確な劣化状態を検出することができるとしている。また、特許文献5では、半導体レーザの駆動電流の電流値と出力光量との比を算出し、その比が基準値を越えたかどうかで半導体レーザの劣化が判別することで、半導体レーザの特性のバラツキに合わせて基準値を個々に設定することなく、固定の基準値で済むようにしたとしている。
また、特許文献6では、レーザ駆動でレーザ動作電流と出力光量の比が所定値になると異常と判断する技術が開示されている。また、特許文献7では、レーザ駆動で誤差電流が予め設定した閾値を超えた時、レーザ出力ユニット異常とする技術が示されている。また、特許文献8では、LDの劣化を検知した時、通報、機械停止し、また、劣化を押さえるために間引き制御を行う技術が開示されている。
そこで、本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、簡潔な手法でしかもLDの微妙な劣化をも精度よく検知し、LD劣化を精度よく検知できないことで発生する不具合を防止することができるLD制御装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
また、請求項2記載の発明は、上記LD制御装置において、前記劣化状態検出手段で検出される前記LD劣化が進行していることを外部に通知する通知手段を備えたことを特徴とする。
更に、請求項3記載の発明は、上記LD制御装置において、前記劣化状態検出手段で検出される前記LD劣化が進行している場合に機械を停止する停止手段を備えたことを特徴とする。
加えて、請求項4記載の発明は、上記LD制御装置において、前記劣化状態検出手段で検出される前記LD劣化が進行している場合に当該LDを変調駆動するためのデータを間引く間引き手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項5記載の発明は、上記何れか一つのLD制御装置を備えた画像形成装置であることを特徴とする。
(第1実施例)
第1実施例では、本発明のLD制御装置及び画像形成装置を実施するための最良の形態であるレーザプリンタ(画像形成装置)について図1〜図7を用いて説明する。このレーザプリンタは受光素子であるPD(フォトダイオード)からの出力電流をフィードバックしてLD(レーザダイオード)に対してAPC(オートマチックパワーコントロール)を行うLD制御装置を備え、また、LD制御装置は、後述するように、LD光量の基準となる基準電圧によってLD光量を可変する可変手段と、プリント処理等の通常動作以外の時に、基準電圧を通常動作時よりも高く設定する設定手段と、基準電圧が高く設定されたときにLDを点灯させて、その時にLD駆動装置から出力される電流を検出する電流検出手段と、基準電圧が高く設定された状態において、電流検出手段による電流検出値と、所定の値との対比により劣化が進行していることを検出する劣化状態検出手段とを備えている。
レーザプリンタの構成例を図1に示す。レーザプリンタでは、図1に示すようにLDU(レーザダイオード・ユニット)1内部において、LDから射出されたレーザビームがLDU1内部のコリメートレンズによって平行光線となり、回転多面鏡(以下ポリゴンミラーという)2によって偏向走査された後、f−θレンズ等から構成される結像レンズ3及び反射ミラー7を経由してドラム状の感光体4の帯電した表面に画像を結像する。この際にレーザビームは画像信号に基づいて変調されて点灯、消灯を繰り返し、ポリゴンミラー2の回転に従って主走査方向に反復して走査されると同時に、感光体4が回転して副走査を行うことによって感光体4上に静電潜像を形成する。
形成された静電潜像は帯電した現像剤(トナー)によって現像され、さらに現像剤とは反対の電荷を与えられた転写紙等の転写材が感光体4に密着させられることで現像剤が転写材に転写される。そして、転写材が感光体4から分離した後、加熱されることで現像剤が転写材上に融着して定着が行われる。ここで、感光体4上の走査領域外に配置された同期検知用受光部5は同期検知ミラー6が反射したレーザビームを検知し、LD制御部は、同期検知用受光部5によって得られた検知信号を基に、画像が感光体4上に書き込まれる期間である有効走査期間を割り出している。
そして、有効走査期間外にAPC制御用にLDを点灯し、サンプル&ホールド信号(S/H信号)をサンプル状態にすることで、LDパッケージに内蔵されたPDで発生するモニタ電流をAPC回路内蔵のLDドライバ13にフィードバックしてAPCを行う。そして、有効走査期間内においてはS/H信号をホールド状態にしてドライバの出力電流を一定値に固定している。
そして、I/V変換回路16においてPDを流れる電流値が電圧に変換される。その変換後の電圧と光量の基準となる基準電圧がコンパレータ17によって比較された結果に基づいてホールド・コンデンサ18が充電もしくは放電されて、コンデンサの電圧値が変化することで、電流発生回路15の出力電流がコントロールされ、LD光量が一定に制御される。そして画像書込み時には、S/H信号がホールド信号に変って、S/HスイッチがOFFに切り替わる。その結果、ホールド・コンデンサ18の値が一定値に固定されるため、電流発生回路15からLDに流れる電流は一定値に固定される。
そして、パルス幅変調(以下PWM)部から送出される画像データ信号に基づいて、LDドライバ内部のLD変調用スイッチ回路が切り替わり、LD光源を変調して感光体4(図1)に画像の書き込みが行われる。このようにしてLD光量を可変する可変手段が実現されている。ここで、コンパレータ17での比較対象となる光量基準電圧は、IPU12からのデジタル制御信号によってコントロールされ、8ビット256段階のアナログ電圧値を出力するDAC(DAコンバータ)19の出力電圧値を分圧抵抗で分圧することによって生成された電圧であるものとする。
さらに、CPU11からの制御信号によってIPU12を介してLDドライバ13に、LDを点灯するためのDATA信号もしくは強制点灯信号と、APC制御を行うためにS/HスイッチをONするサンプル信号を送信して、LDドライバ13のAPC動作を行わせるものとする。その後、APC駆動中のLDドライバ13から出力される電流を電流検出手段によってモニタして、変換された電圧値とあらかじめ劣化判定用に設定された電圧値を比較することでLDの劣化判定を行うものとする。これにより、劣化状態検出手段が実現される。具体的にLDドライバ13の出力電流をモニタする方法としては、図4に示す方法を用いるものとする。
図4中でLDドライバ13から出力された電流は、電流−電圧変換回路によって、電圧値に変換される。この電圧値をあらかじめ決められた電圧値とコンパレータ17(図3)によって比較を行うことによって、LDの劣化状態の判定を行い、劣化と認められるときは、IPU12(図2)を介してCPU11(図2)に信号を送付するものとする。CPU11はLD劣化の信号を元にして、操作表示部20にLD劣化の旨を表示することで、外部にLD劣化を知らせるとともに、それ以上LDの劣化が進行するのを防ぐために、IPUから送出される画像信号を間引いて機械を動作させるものとする。
前記一連の劣化判定動作をフローチャートにしたものが図5である。このフローでは、まず、ステップS1でDACの設定を最大にして、光量設定値を最大にし、ステップS2に移ってLDドライバにAPC制御信号を与え、APC動作を開始し、ステップS3に移ってLD駆動電流のモニタ値から生成された劣化判定信号を読み取り、その後、ステップS4へ進む。ステップS4では、LDが劣化しているかどうかを確認し、劣化していなければステップS5へ進んでDACの設定値を元に戻して光量設定値を元に戻して動作フローを終了する。ステップS5で劣化していると判断した場合はステップS6へ進んで操作表示部20(図2)に劣化の旨を通知し、機械を停止する。
しかしながら、LDが劣化してくると図6に示されるように、この特性が変化して、閾値電流が増大するとともに、微分効率の傾きが低下することで、劣化が進行していないLDと同一光量を光らせるのに必要なLD駆動電流量が増加していくことになる。また、図6に示されるように、劣化が進行するとI−Lカーブの直線性が鈍り、曲線を描くようになることも知られている。
このため、従来の劣化判定方法では、画像形成装置であれば、プリント状態において常時LD駆動電流値を監視して、LD駆動電流が増大したことを検知することで劣化と判定したり、所定の複数の電流値にて各々光量を検出して、ADコンバータでデジタル値に変換した上で、それを記録装置に記録し、ソフト・プログラム的に電流の差を計算することで各測定ポイント間の微分効率を算出して、ソフト・プログラム的に各微分効率を比較することで、劣化と判定したりする方法が採用されている。本発明のLD制御装置及び画像形成装置を実施するための最良の形態であるレーザプリンタにおけるLD劣化判定では、LD劣化時の2つの性質、
(1)LD劣化時には、閾値電流が増大し、微分効率の傾きが低下することで、LD駆動電流量が増大するという性質
(2)劣化時にはI−Lカーブの直線性が鈍り、曲線を描くようになるという性質
を同時に合わせて利用している。
したがって、駆動電流量の大小によってLDの劣化判定を行うのには、できる限り大きな光量にて、駆動電流量測定・劣化判定する方が、精度よく測定を行うことができる。さらに、LD劣化によって単純に微分効率の傾きが小さくなっただけと仮定しても、図8から分かるように、光量が大きいほど正常時の駆動電流量との差異が大きくなることが分かるので、光量が大きい方が、劣化判定しやすいことが分かる。
一方、一般的にLDを用いた画像形成装置においては、実際にプリント動作を行う場合、感光体特性や感光体ドラムの回転速度から決まる感光体ドラム面上の像面光量と、感光体に結像を行う光学系の光利用効率によって決まる光量でLDを発光させている。このため、プリント動作のLD光量は、LDの絶対最大定格光量に対してかなり余裕を持った光量であることが非常に多い。
このため、この実施の形態におけるLD劣化判定では、プリント動作時以外において、できる限りLDを大きな光量で発光させた上で、LD駆動電流の測定を行うものとする。この結果、本発明を実施するための最良の形態である第1実施例におけるLD制御装置及びこれを用いたレーザプリンタ(画像形成装置)では、次に上げるLD劣化時の2つの性質、
(1)LD劣化時には、閾値電流が増大し、微分効率の傾きが低下することで、LD駆動電流量が増大するという性質
(2)劣化時にはI−Lカーブの直線性が鈍り、曲線を描くようになるという性質
を合わせて利用することができ、微分効率の比較を行うよりも単純・簡潔な構成で測定が可能であると同時に、単純にプリント動作等の通常動作時に、駆動電流測定を行うのよりも、LDの微妙な劣化をも精度よく検知することができる。そして、LD劣化を精度よく検知できないことで発生する不具合を防止することができる。また、LDを変調駆動するためのデータを間引くなどして、LDの発光時間を減らすことでそれ以上LD劣化が進行するのを遅らせるようにしているので、LD劣化が進行してLD劣化を原因とした不具合が発生するのを遅延させることができる。
ここでは、第2実施例としてのレーザプリンタについて図9〜図12を用いて説明する。この例のレーザプリンタは、受光素子であるPD(フォトダイオード)からの出力電流をフィードバックしてLD(レーザダイオード)に対してAPC(オートマチックパワーコントロール)を行うLD制御装置を備え、また、LD制御装置は、LD光量の基準となる基準電圧によってLD光量を可変する可変手段と、プリント処理等の通常動作以外の時に、基準電圧を通常動作時よりも高く設定する設定手段と、基準電圧が高く設定されたときにLDを点灯させて、その時にLDから出力される光量を検出する光量検出手段と、所定の電流値でLD駆動電流を制限する制限手段と、基準電圧が高く設定された状態において、光量検出手段による光量検出値と、所定の値との対比により劣化が進行していることを検出する劣化状態検出手段とを備えている。
なお、説明が第1実施例と重複する部分については極力省略して説明を行う。光学系および現像プロセスは第1実施例にて説明したレーザプリンタと全く同等である。このため、第2実施例では第1実施例にて説明した光学系および、現像プロセスと同等のものを使うものとして説明を省略する。また、書き込み制御部の回路構成も第1実施例と基本的に同等であるので説明を省略する。また、第2実施例においても第1実施例と同様にして、機械起動時などプリント動作時以外における、あらかじめ設定した所定の時期において、図9のようにCPUからDAコンバータ制御信号を送信し、IPUを介して前記DAコンバータの出力電圧値を最大にして、LDの光量設定値が最大になるよう制御を行うものとする。また、第2実施例において使用するLDドライバが備えている制限手段は、LDが劣化するのを防止するため、LD駆動電流を測定する際にLD駆動電流を制限するものとする。さらに、第2実施例においては、LDドライバに特定の信号を入力することをトリガーとして、LDドライバ内部で自動的にLD劣化判定を行う回路を内蔵しているものとする。
LDドライバは、図10に示されたような内部構成をもつ。LDドライバ内部においては、LDドライバ外部から入力された光量基準となる基準電圧信号を元にして、LDドライバ内部の分圧抵抗によって、所定の基準電圧より低い電圧が常時生成されている。LDドライバは、外部から劣化判定を行うトリガーとなる信号が入力されると、LDドライバに内蔵された制御回路によって生成される信号に基づいて、LDドライバ内部で生成される基準電圧より低い所定の電圧を用いてAPC制御を開始することで、外部基準電圧信号より低い、あらかじめ設定された所定の光量となるようにLD駆動電流を流す。
さらに、LDドライバは、LDドライバに内蔵された制御回路において、外部から入力された前述の劣化判定を行うトリガーとなる信号をきっかけとして、同じくLDドライバ内部の内部クロック21によるクロック信号に基づいてカウンタ回路22を用いてカウント動作を行うことで、あらかじめ設定された一定の時間が経過してAPC動作が安定したところで、内蔵された制御回路から自動的にホールド信号を生成してAPC制御から定電流制御に移行する。
そしてLD光強度に比例してPDに流れ込んだ電流をI/V変換回路16において電圧に変換して、この信号をLDドライバに内蔵のコンパレータ17において、光量の基準として外部から入力された基準電圧信号と比較し、基準電圧信号に基づいた所定の光量になったところで、前記コンパレータ出力を基に、LDドライバに内蔵された制御回路は、前記カウンタのカウントアップを停止したのちにLDドライバを通常動作に移行させる。このようにして光量検出手段や制限手段が機能する。
また、ここでもし仮にカウンタ値がオーバーフローしたときには、LDドライバに内蔵された制御回路は、LDに異常な電流値が流れたものと判断して、LD劣化の旨をLDドライバ外部端子を通じて、IPUを介してCPUに伝達するとともに、LDドライバ内部でLD強制消灯信号を生成して、LDを消灯する。このようにして劣化状態検出手段が機能する。一方、CPUは、前記劣化信号を基にして、LDが劣化したと判断した場合、操作表示部20に、LDが劣化した旨を表示するとともに機械を停止する。
また、第2実施例において、LDドライバ内部の制御回路においてハードウエア的に自動で生成される制御信号に基づいて行われる前記劣化判定動作をフローチャートとして示したものが図12である。図12の動作では、まず、劣化判定動作信号が与えられると、ステップS21で光量基準電圧を内部生成電圧に切り替え、ステップS22へ移ってAPC動作を開始してSAMPLE信号を生成し、その後、ステップS23へ進む。ステップS23では、所定クロック数を経過するまで確認動作を繰り返し、経過した場合はステップS24へ進んで定電流動作に移行してHold信号を生成し、カウンタを1bitアップする。
その後、ステップS26へ進んでPD生成電圧が基準電圧よりも大きいかどうかをチェックし、PD生成電圧の方が小さい場合はステップS27へ進んでカウンタをストップし、さらにステップS28へ進んで光量基準電圧を外部電圧に切り替え、通常動作へ移行し、動作フローを終了する。ステップS26でPD生成電圧の方が大きい場合はステップS29へ進んでカウンタ値がオーバーフローしているかどうかを確認し、オーバーフローしていなければステップS25へ戻り、オーバーフローしている場合はステップS30へ移ってLD劣化検知信号を出力し、LDを強制消灯して動作フローを終了する。
したがって、本発明を実施するための最良の形態である第2実施例におけるLD制御装置及びこれを用いたレーザプリンタ(画像形成装置)では、簡潔な手法でしかもLDの微妙な劣化をも精度よく検知することができる。そして、LD劣化を精度よく検知できないことで発生する不具合を防止することができる。また、LD制御装置を停止することによっても、LD劣化によって発生する不具合を防止することができる。
Claims (5)
- 受光素子からの出力電流をフィードバックして、LDに対してオートマチックパワーコントロールを行うLD制御装置であって、
前記LDの光量基準となる基準電圧によって当該LDの光量を可変する可変手段と、
通常動作以外の時に、前記基準電圧を通常動作時よりも高く設定する設定手段と、
前記設定手段により前記基準電圧が高く設定された場合に前記LDを点灯させた時点で当該LDから出力される光量を検出する光量検出手段と、
所定の電流値で前記LDへ供給するLD駆動電流を制限する制限手段と、
前記光量検出手段により得られる前記光量の検出値と所定の値とを対比した結果により前記LDの劣化状態が進行していることを検出する劣化状態検出手段と、を備え、
前記制限手段は、前記基準電圧を分圧した当該基準電圧よりも低い所定の電圧を用いて前記オートマチックパワーコントロールを開始することにより予め設定された所定の光量となるように前記LD駆動電流を前記LDへ供給し、所定時間経過した後に当該オートマチックパワーコントロールから定電流制御へ移行すると共に、カウンタ動作に伴って当該定電流制御中の当該LD駆動電流に当該所定の電圧に基づいてV/I変換して得られる決められた割合の電流値を徐々に加算し、
前記劣化状態検出手段は、前記カウンタ動作のカウンタ値がオーバーフローしたときに前記LDに異常な電流が流れたものと判断して前記LDの劣化状態を検出することを特徴とするLD制御装置。 - 請求項1記載のLD制御装置において、
前記劣化状態検出手段で検出される前記LD劣化が進行していることを外部に通知する通知手段を備えたことを特徴とするLD制御装置。 - 請求項1記載のLD制御装置において、
前記劣化状態検出手段で検出される前記LD劣化が進行している場合に機械を停止する停止手段を備えたことを特徴とするLD制御装置。 - 請求項1記載のLD制御装置において、
前記劣化状態検出手段で検出される前記LD劣化が進行している場合に当該LDを変調駆動するためのデータを間引く間引き手段を備えたことを特徴とするLD制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項記載のLD制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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