JP4866057B2 - 光学装置、画像形成装置、点灯位置変更方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機などで使用される光学装置及びその光学装置を有する画像形成装置などにおいて、光学装置で使用される発光源の点灯制御用クロックである画素クロックの変更や位相を変化させた場合の、発光源より出力される光ビーム点灯位置（点灯するタイミングのことである。）を変更する方法に関する。

主走査倍率を補正する手段を開示している文献としては、特許文献１、２等がある。これらの文献では、主走査倍率を補正するために、光ビームを主走査線上で検出する複数の光ビーム検出手段を用い、前記光ビーム検出手段の一つが光ビームを検出してから他方の光ビーム検知手段が光ビームを検出するまでの間を、所定のクロックのカウント数にて計測し、予め設定された基準カウント数と比較して書込みクロックを補正することによって主走査倍率を補正する手段を開示している。
特許第３３１５４７４号公報 特許第３５４８２１０号公報

近年、画像形成装置には、高精度、高機能化が求められており、主走査倍率を補正するためや、複数の印刷モードに対応するために、画素クロック周波数を変更する機能を有している。

このような機能を発揮するために画像形成装置内では、ライン間の同期を取るためのライン開始信号を生成するために行うＢＤ(Beam Detect)点灯や、光ビームの自動光量調整を行うためのＡＰＣ(Automatic Power Control)点灯を行っている。これら点灯の点灯位置はライン開始信号を基準として、画素クロックをカウントしたカウント数で設定し、設定した値と画素クロックカウント数が一致したタイミングで、ＢＤ点灯、ＡＰＣ点灯を行っている。図７はライン開始信号、画素クロック、ＢＤ点灯、ＡＰＣ点灯の開始タイミングを示すＢＤ点灯信号、ＡＰＣ点灯信号に関するタイミングチャートである。ライン開始信号が入力されたときカウンタによるカウント値が０となり順次カウントしていく。そして、カウント値がＮになったとき、ＢＤ点灯信号、ＡＰＣ点灯信号を入力する。

ただ、特許文献１、２のような手法にて主走査倍率を補正する場合など、画素クロック周波数が変化するときは、これらの点灯位置も変更する必要がある。

従来、画素クロック周波数変更後にこれらの点灯を確実に行うため、画素クロック周波数を変更する前にこれら点灯位置を変更後の画素クロック周波数に合わせた位置に設定し、その後、画素クロック周波数の変更を行っていた。

しかし、画素クロック周波数をＰＬＬ(Phase Locked Loop)回路を用いて生成している場合、ＰＬＬ回路の設定値を変更した直後に、目標の画素クロック周波数が得られるわけではなく、変更直後は周波数が振動し、所定の時間が経過した後に目標周波数に収束する。例として、図８に画素クロックの周波数を５０MHzから５１MHzへ変化させたときの出力周波数の変化例を示す。図８に示す「不安定期間」において周波数が振動している様子が窺える。このとき、周波数が安定するまでの不安定期間では、不安定なクロックにてカウントを行うため、予期しない位置にてＢＤ点灯やＡＰＣ点灯が行われる可能性がある。

図９に、不安定な周波数の画素クロックにてカウントを行うことによるＢＤ点灯やＡＰＣ点灯の信号入力のタイミングチャートを示す。目標周波数よりも高速のクロックが出力されている間は、カウントするスピードも速くなる。この場合、例えば図９の（１）のように目標位置よりも早い位置から点灯してしまう。結果的に、有効画像領域中で点灯して異常画像を出力する可能性があった。逆に、目標周波数よりも低速のクロックが出力されている間は、カウントするスピードも遅くなる。この場合、例えば図９の（２）のように、点灯開始位置が遅れ、光ビーム検知手段を過ぎた位置から点灯を開始してしまう。結果的に、ライン開始信号が生成できず対応する画像を出力できなくなる可能性があった。

本発明はこのような背景を鑑みてなされたもので、画素クロック周波数を変更した直後、不安定なクロックが出力される期間があった場合でも、適切にＢＤ点灯やＡＰＣ点灯などを行うようにそれらの点灯位置を変更する光学装置などを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の態様は、発光源の点灯タイミングを制御する点灯制御により光ビームを出力する発光源と、前記光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、前記偏向された光ビームを主走査線上で検知する光ビーム検出手段と、前記発光源の点灯制御用の画素クロックを生成するクロック生成手段を有する光学装置において、前記画素クロックに従い、発光源駆動データを作成し、この発光源駆動データを基に、発光源の点灯を制御する点灯制御を行うときの点灯位置を、前記画素クロックの変更要求に応じて有効画像領域の終端の位置から前記光ビーム検知手段の検知位置へ推移するときの、両位置の中間に変更する点灯位置変更手段と、を備えた光学装置において、前記点灯位置とは、前記光ビーム検知手段にて光ビームを検知するための点灯位置であることを特徴とする。
上記点灯位置を、前記可能性が起きてしまう状況から十分余裕のある位置に変更することで、画素クロックの周波数を変更した直後、出力周波数が不安定な状態で、多少点灯位置が前後することになっても適切な点灯が行うことが可能となる。

前記点灯位置を前記光ビーム検知手段にて光ビームを検知するための点灯位置であるか、前記発光源から出力される光ビームの自動光量調整を行うための点灯位置であるとすることにより、ＢＤ点灯やＡＰＣ点灯を、画素クロックの周波数を変更した場合でも適切に行うことが可能となる。

また、本発明の他の態様は、上記光学装置を有する画像形成装置に関するものである。これにより、上記点灯を安定して行うことのできる画像形成装置を提供できる。

また、本発明の他の態様は、画像形成装置に用いられる光学装置の発光源の点灯タイミングを制御する点灯制御用の画素クロックに従い、発光源駆動データを作成し、この発光源駆動データを基に、発光源の点灯制御を行うときの位置であって、前記光ビーム検知手段にて光ビームを検知するための点灯位置を有効画像領域の終端の位置から前記光ビーム検知手段の検知位置へ推移するときの、両位置の中間に変更させることを特徴とする。

本発明により、上記点灯位置を、予測しない位置で点灯が行われてしまう状況から十分余裕のある位置に変更することで、画素クロックの周波数を変更した直後、出力周波数が不安定な状態で、多少点灯位置が前後することになっても適切な点灯が行うことが可能となる。

以下、本発明の光学装置及び画層形成装置などを実施するための最良の形態について説明する。説明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照することにする。この光学装置はレーザダイオード（ＬＤ）を光源として使用し、感光体ドラム面上にレーザビームを照射させ静電潜像を形成する書き込み制御部として機能する。この書き込み制御部は単色のモノクロ画像形成装置だけでなく複数の色のカラー画像形成装置にも使用できる。

図１に画像形成装置の構成の概略図を示す。帯電器１０１によって、ドラム状の感光体１０７を帯電させる。帯電した感光体１０７に、光学装置１０２によって画像データに応じた光照射を行って潜像を形成する。形成された潜像は現像器１０３によってトナーの現像をする。現像した像は、給紙部１０４から送られるシート材等に転写部１０５によって転写する。シート材等に転写された像は、定着部１０６によって熱定着する。その後、クリーニング部１０８が感光体１０７をクリーニングして、余分なトナーを除去する。

カラー画像を形成する場合は、カラー構成色（シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）など）毎に像を形成し、シート材に各色の像を重ねて転写する事によりカラー画像を形成する。

図２に画像形成装置のハードウェア資源の概略ブロック図を示す。この画像形成装置は、原稿画像を読み取るスキャナ部２０１、読み取った信号をＡ(Analog)／Ｄ(Digital)変換して黒オフセット補正、シェーディング補正、画像処理を行うＩＰＵ(Image Processing Unit)２０２、プリンタ部の制御を行う書き込み制御用ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)２０３、半導体レーザの制御を行うＬＤ制御部２０４、感光体のドラム上に静電潜像データの結像を行う半導体のＬＤ２０５、装置全体の制御を実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)２０６、ＣＰＵ２０６が実行するために読み出す制御プログラムを格納した記録媒体としてのＲＯＭ(Read Only Memory)２０７、制御プログラムが一時的に使用するＲＡＭ(Random Access Memory)２０８、読み取った画像を画像データとして記憶する画像メモリ２０９、各装置間のデータのやりとりを行う内部システムバス２１２、システムバスとＩＰＵ２０２間のインターフェースを行うローカルＩ／Ｆ２１１、ユーザが指示を与え、画像表示を行う操作パネル２１０を有して構成されている。スキャナ部２０１で読みとった画像から感光体１０７上に静電潜像を形成し、プリンタ部にて印刷出力する際、ＣＰＵ２０６にて紙の副走査位置制御を行っており、書き込み制御用ＡＳＩＣ２０３に対し、主走査方向のライン開始信号が出力される。書き込み制御用ＡＳＩＣ２０３はライン開始信号を基準にして、ＩＰＵ２０２より画像データを受信し、画像データを元にＬＤ制御部２０４によりＬＤ２０５を点灯させる。

図３に光学装置１０２の構成を図示する。光学装置１０２に関する説明をする。半導体のＬＤ２０５からレーザのビーム光が発光される。発光されたビーム光はポリゴンミラー３０１がポリゴン制御部３０２の下で回転することにより一方向（主走査方向）に走査される。走査されたビーム光はＦθレンズ３０３を介して被走査媒体（感光体１０７）上に潜像を形成する。走査されたビーム光は被走査媒体の延長上にある光ビーム検知手段３０４を横切ることで検知され、その検知信号が出力される。出力された検知信号を用いて、ドット位置ズレ検出制御部３０５にて主走査方向の位置ズレを検出し、位置ズレを補正する補正データを画素クロック生成部３０６へ出力する。画素クロック生成部３０６は、補正データに基づく画素クロックを生成する。ＩＰＵ２０２は生成された画素クロックによるタイミングで画像処理を行う。出力された検知信号と、ＩＰＵ２０２で処理された画像データと、画素クロック生成部３０６によって生成された画素クロックに従い、ＬＤ駆動データ生成部３０７でＬＤ駆動データが生成される。生成されたＬＤ駆動データを基に、ＬＤ制御部２０４によってＬＤ２０５の点灯制御が行われる。

画像は一般的に複数ラインに渡るため、上記プロセスを各ライン毎に行う。そのため、画像書き出し位置を各ラインで揃える必要がある。書き出し位置が各ラインでずれていると、最終的に形成された画像で副走査方向のラインが曲がる、又は、ずれた形で現れてくるからである。そのため、画像書き出し位置を揃える手法として、光ビーム検知手段３０４を主走査線上に配置し、光ビーム検知手段３０４にビーム光が入射したときに出力される検知信号を基に各ライン開始信号を生成し、画像書き込みを行う。

また、カラー画像形成装置においては、光学装置１０２によって形成される潜像は、各色で主走査倍率が揃っている必要がある。転写された各色の画像幅がずれていると、最終的には色ずれとして現れてくるからである。

主走査倍率は環境や機械の温度の影響によって変化するため、各色で主走査倍率を揃える制御が必要となる。主走査倍率は画素クロック生成部３０６で画素クロックを可変する事で制御されており、画素クロック生成部５０９にはＰＬＬ回路が設けられ、位相可変機能を有している。

また、ＬＤ２０５の光量は機械温度などの影響によって変化する。ＬＤ２０５の光量が変化すると、被走査媒体上に生成される潜像も変化してしまうため、一定周期ごとにＬＤ２０５の光量を一定に保つよう制御する必要がある。この制御方法には、ＬＤ内部、もしくは外部に設置されたフォト・ダイオードによって検出した光量をフィードバックして制御する自動光量調整（ＡＰＣ）が一般的に知られている。ＡＰＣは有効画像領域外で行う事が一般的であり、よってＡＰＣを行うために必要なＬＤ点灯であるＡＰＣ点灯）も、有効画像領域外で行われる。

ビーム光の安全性を考慮すると、画像領域外ではＬＤ２０５を消灯させておく事が望ましい。しかし、画像領域外でＬＤ２０５を消灯させておくと光ビーム検知手段３０４にもビーム光が入射しなくなり、同様にＡＰＣ点灯も行わなくなるため、画像領域外の適切な位置にて、ＬＤ点灯を行うように制御する。

よって、ＢＤ点灯位置、ＡＰＣ点灯位置を設定して、主走査線上の望みの位置から光照射が行われるようにＬＤ２０５を制御する必要がある。なお、ＢＤ点灯は、ＢＤ点灯信号が出力されると点灯を開始し、光ビーム検知手段３０４にレーザ光が入射すると消灯する。これらの位置はライン開始信号を基準として、基準から経過した時間や、基準からカウントした画素クロックカウント数などで設定される。

ビーム光の安全性やＬＤの寿命を考慮すると、ＢＤ点灯は光ビーム検知手段５０４の直前で点灯を開始する事が望ましく、また、ＬＤ光量は画像領域中でできる限り一定に保つ必要があるので、ＡＰＣ点灯はラインが開始する直前に行うことが好ましい。

ＢＤ点灯用及びＡＰＣ点灯用信号は、カウンタ３０８、操作パネル２１０より入力可能な点灯位置設定値３１０、比較器３０９を用いて生成する。カウンタ３０２は画素クロック生成部３０６にて生成された画素クロックをカウントし、ライン開始信号でリセットされる。カウンタ値は比較器３０９にて、点灯位置設定値３１０と比較され、カウンタ値と設定値が等しくなったとき、点灯信号がＬＤ駆動データ生成部３０７へと出力される。

しかし、ＣＰＵ２０６から主走査倍率を可変するために画素クロック変更要求があり、画素クロックを可変した場合、前述のとおり、画素クロック生成部３０６から出力される画素クロック周波数が安定するまでの間、正しくＢＤ点灯やＡＰＣ点灯が行われない問題点が存在する。この問題点を解決する方法を説明する。

図４のフローチャートを用いて説明する。画像形成装置において、ＣＰＵ２０６から画素クロック変更要求があった場合（Ｓ０１）、まず、ＢＤ点灯位置、ＡＰＣ点灯位置を変更し（Ｓ０２）、その後画素クロックを変更する（Ｓ０３）ことにより、上記問題を解決する。ＢＤ点灯位置、ＡＰＣ点灯位置を変更するとは、これらの点灯位置を従来の場合（図９参照）よりもより早い位置へ推移させることをいう。画素クロックが安定するまで待った後、ＢＤ点灯位置、ＡＰＣ点灯位置を本来の位置に戻す（Ｓ０４）。

また、図５にＢＤ点灯位置の推移を表したタイミングチャートを図示し、図６にＡＰＣ点灯位置の推移を表したタイミングチャートを図示した。図５、６中の番号は、それぞれ図４のフローチャート内の番号と対応しており、各信号は各フローチャートの過程における、点灯信号を示す。

画素クロック変更要求があった場合、まずＢＤ点灯位置及びＡＰＣ点灯位置を、有効画像領域の終端の位置から光ビーム検知位置までの中間位置に変更する（図５のＳ０２、図６のＳ０２）。ここで「中間位置」とは、有効画像領域の終端の位置にビーム光が照射され、主走査の１ラインについて画像処理が完了したタイミングから、完了後に次の主走査ラインの画像処理を行うにあたり、光ビーム検知手段３０４がそのラインに照射する光ビームを検知するタイミングへ推移するときの、両タイミングの中間のタイミングをいう。なお、この中間位置は上記の２つのタイミングの間隔を２等分する位置で行うのが最良であるが、この位置から多少ずれた位置であっても本発明の目的を達成することはできる。

画素クロックが目標周波数よりも高速のクロックが出力されている間は、カウントするスピードも速くなり、逆に目標周波数よりも低速のクロックが出力されている間は、カウントするスピードも遅くなる。しかし、前述の位置に各点灯位置を変更すると、指定した点灯位置から有効画像領域及び光ビーム検知位置までの間隔が、本来の位置と比較して広くなる。このとき、画素クロック周波数を変更し、出力周波数が安定するまでの間に（図８参照）、目標周波数よりも高速のクロックでカウントしてしまい、目標点灯位置よりも速い位置で点灯を開始した場合でも、有効画像領域に対して十分な余裕を持っているので、画像領域中に点灯してしまい異常画像となることは無い。また、画素クロック周波数を変更し、出力周波数が安定するまでの間に（図８参照）、目標周波数よりも低速のクロックでカウントしてしまい、目標点灯位置よりも遅い位置で点灯を開始した場合でも、光ビーム検知位置に対して十分な余裕を持っているので、光ビーム検知が出来なくなることは無い。

その後、画素クロック周波数の安定を待って、各点灯位置を本来の位置に戻す（図５のＳ０４、図６のＳ０４）。

画素クロック周波数が安定した後に、各点灯位置を戻す必要は必ずしもないが、図５のＳ０２の位置でＢＤ点灯を行うと、図５のＳ０１の場合よりも点灯時間が増加する。ＬＤの安全性を考慮すると、不要な点灯は出来る限り避けるべきであり、またＬＤの寿命を考えた場合でも、点灯時間は出来る限り短くする事が理想であるため、ＢＤ点灯位置は画素クロック周波数が安定した後に、本来の位置に戻す事が望ましい。また、図６のＳ０２の位置でＡＰＣ点灯を行った場合、ＡＰＣ点灯で調整した光ビームの出力は、時間の経過と共に減少する。よって、図６のＳ０２の位置でＡＰＣ点灯を行った場合、ＡＰＣ点灯により画像形成に最適な光量に調整しても、画像形成を開始するまでの時間が図６のＳ０１の位置でＡＰＣ点灯を行った場合よりも長くなってしまい、画質の劣化が懸念される。よって、ＡＰＣ点灯位置は画素クロック周波数が安定した後に、本来の位置に戻すことが望ましい。

本形態を実施することにより、以下の効果を奏する。つまり、ＢＤ点灯位置、ＡＰＣ点灯位置を、問題点が起こる状況から十分余裕のある位置に変更することで、画素クロック周波数を変更した直後、出力周波数が不安定な状態で、多少点灯位置が前後することになっても適切な点灯が行うことが可能となる。このとき、本来の位置に戻すことを考慮すると、十分余裕のある位置として、有効画像領域の終端の位置から光ビーム検知手段の検知位置へ推移するまでの中間の位置に設定すると良い。

なお、上述した形態は本発明を実施するための最良の形態であるがこれに限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形することが可能である。

本発明の光学装置を搭載した画像形成装置であるレーザプリンタ、デジタル複写機などの開発が望まれる。

画像形成装置の構成の概略図を示したものである。 画像形成装置のハードウェア資源の概略ブロック図を示したものである。 光学装置１０２の構成を図示したものである。 ＢＤ点灯位置、ＡＰＣ点灯位置を変更する方法を図示したフローチャートである。 ＢＤ点灯位置の推移を表したタイミングチャートを図示したものである。 ＡＰＣ点灯位置の推移を表したタイミングチャートを図示したものである。 ライン開始信号、画素クロック、ＢＤ点灯、ＡＰＣ点灯の開始タイミングを示すＢＤ点灯信号、ＡＰＣ点灯信号に関するタイミングチャートである。 画素クロックの周波数を５０MHzから５１MHzへ変化させたときの出力周波数の変化例を示す。 不安定な周波数の画素クロックにてカウントを行うことによるＢＤ点灯やＡＰＣ点灯の信号入力のタイミングチャートを示す。

符号の説明

１０１ 帯電部
１０２ 光学装置
１０３ 現像部
１０４ 給紙部
１０５ 転写部
１０６ 定着部
１０７ 感光体
１０８ クリーニング部
２０１ スキャナ部
２０２ ＩＰＵ
２０３ 書き込み制御用ＡＳＩＣ
２０４ ＬＤ制御部
２０５ ＬＤ
２０６ ＣＰＵ
２０７ ＲＯＭ
２０８ ＲＡＭ
２０９ 画像メモリ
２１０ 操作パネル
２１１ ローカルＩ／Ｆ
２１２ 内部システムバス
３０１ ポリゴンミラー
３０２ ポリゴン制御部
３０３ Ｆθレンズ
３０４ 光ビーム検知手段
３０５ ドット位置ズレ検出制御部
３０６ 画素クロック生成部
３０７ ＬＤ駆動データ生成部
３０８ カウンタ
３０９ 比較器
３１０ 点灯位置設定値

Claims (4)

1. 発光源の点灯タイミングを制御する点灯制御により光ビームを出力する発光源と、
   前記光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向された光ビームを主走査線上で検知する光ビーム検出手段と、
   前記発光源の点灯制御用の画素クロックを生成するクロック生成手段を有する光学装置において、
   前記画素クロックに従い、発光源駆動データを作成し、この発光源駆動データを基に、発光源の点灯を制御する点灯制御を行うときの点灯位置を、前記画素クロックの変更要求に応じて有効画像領域の終端の位置から前記光ビーム検知手段の検知位置へ推移するときの、両位置の中間に変更する点灯位置変更手段と、を備えた光学装置において、
   前記点灯位置とは、前記光ビーム検知手段にて光ビームを検知するための点灯位置であることを特徴とする光学装置。
2. 発光源の点灯タイミングを制御する点灯制御により光ビームを出力する発光源と、
   前記光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向された光ビームを主走査線上で検知する光ビーム検出手段と、
   前記発光源の点灯制御用の画素クロックを生成するクロック生成手段を有する光学装置において、
   前記画素クロックに従い、発光源駆動データを作成し、この発光源駆動データを基に、発光源の点灯を制御する点灯制御を行うときの点灯位置を、前記画素クロックの変更要求に応じて有効画像領域の終端の位置から前記光ビーム検知手段の検知位置へ推移するときの、両位置の中間に変更する点灯位置変更手段と、を備えた光学装置において、
   前記点灯位置とは、前記発光源から出力される光ビームの自動光量調整を行うための点灯位置であることを特徴とする光学装置。
3. 請求項１または２に記載の光学装置を有する画像形成装置。
4. 画像形成装置に用いられる光学装置の発光源の点灯タイミングを制御する点灯制御用の画素クロックに従い、発光源駆動データを作成し、この発光源駆動データを基に、発光源の点灯制御を行うときの位置であって、前記光ビーム検知手段にて光ビームを検知するための点灯位置を有効画像領域の終端の位置から前記光ビーム検知手段の検知位置へ推移するときの、両位置の中間に変更させることを特徴とする点灯位置変更方法。

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