JP5865280B2 - レーザー光制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザー光制御装置及び画像形成装置に関し、特に、画像信号に応じたレーザー光の照射を開始させる発光開始タイミングを生成する技術に関する。
画像形成装置には、露光部として、レーザーダイオード等の発光部から発射されるレーザー光を感光体ドラムの表面に照射して静電潜像を形成するレーザー走査ユニットが備えられている。このレーザー走査ユニットは、ポリゴンミラー(回転多面体)の面と、発光部からのレーザー光照射タイミングとを同期させるために、PINフォトダイオード等を用い
たBDセンサーを備えている。レーザー走査ユニットは、BDセンサーを発光部とは異なる位置に有し、発光部からのレーザー光がポリゴンミラーにより反射される反射光をBDセンサーが受光した時点でBD信号(タイミング信号)を生成し、このBD信号を、画像信号に応じたレーザー光を発光部に照射開始させる照射開始タイミングの生成に用いている。
特開2011−81233号公報
しかしながら、上記のようにBD信号を生成するには、PINフォトダイオードと増幅回路
等の周辺回路を設ける必要があり、或いは、フォトICとして製造されている専用デバイスを用いる必要があるため、コスト面での負担が大きい。また、ポリゴンミラーを回転駆動するためのポリゴンモーターの回転や位相をモニターすることで、発光部による上記走査開始のタイミングを生成することもできるが、これはポリゴンミラーの面精度等を無視しているため、あくまでも予測であり精度に課題が残る。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、PINフォトダイオード及びその増幅回路等の周辺回路を必要とすることなく、画像信号に応じたレーザー光を発光部に照射開始させる照射開始タイミングを精度よく生成することを目的とする。
本発明の一局面に係るレーザー光制御装置は、画像信号に応じたレーザー光を、当該レーザー光を感光体ドラムの表面に走査させる複数の反射面を有する回転多面体に向けて発光する発光部と、
前記レーザー光が前記回転多面体により反射される反射光を受光可能な位置に前記発光部と共に配置され、前記発光部から発光される光と、前記反射光とを受光する受光部と、
前記発光部を駆動制御し、前記受光部から受光量に応じて出力される電圧に応じて、前記発光部の基準光量を一定に保つ制御を行う発光制御部と、
前記受光部から出力される電圧と、前記受光部が前記発光部から前記基準光量の光を受光したときの前記受光部の出力電圧に等しい基準電圧とを比較する比較回路とを備え、
前記発光制御部は、前記受光部から出力される電圧が前記基準電圧よりも大きいことを示す出力を前記比較回路から受信したタイミングを、前記発光部による前記画像信号に応じたレーザー光の発光開始タイミングの生成に用いるものである。
本発明によれば、PINフォトダイオード及びその増幅回路等の周辺回路を必要とすることなく、画像信号に応じたレーザー光を発光部に照射開始させる照射開始タイミングを精度よく生成することができる。
本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構造を示す正面断面図である。 図1に示した露光装置によるレーザービーム走査を示す斜視図である。 画像形成装置の制御系の構成概略を示すブロック図である。 ポリゴンモーターとタイミング信号生成部との位置関係を示す図である。 タイミング信号生成部の内部構成を示す図である。 フォトダイオードにポリゴンミラーからの反射光が入光した場合におけるフォトダイオードの出力電圧の波形を示す図である。 半導体レーザーによるレーザー光照射期間と、BD信号を取得するタイミングの関係を示すタイミングチャートである。
以下、本発明の一実施形態に係るレーザー光制御装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置1の構造を示す正面断面図である。
本発明の一実施形態に係る画像形成装置1は、例えば、コピー機能、プリンター機能、スキャナー機能、及びファクシミリ機能のような複数の機能を兼ね備えた複合機である。画像形成装置1は、装置本体11に、操作部47、画像形成部12、定着部13、給紙部14、原稿給送部6、及び画像読取部5等を備えて構成されている。
操作部47は、画像形成装置1が実行可能な各種動作及び処理について操作者から画像形成動作実行指示や原稿読取動作実行指示等の指示を受け付ける。
画像形成装置1が原稿読取動作を行う場合、原稿給送部6により給送されてくる原稿、又は原稿載置ガラス161に載置された原稿の画像を画像読取部5が光学的に読み取り、画像データを生成する。画像読取部5により生成された画像データは内蔵HDD又はネットワーク接続されたコンピューター等に保存される。
画像形成装置1が画像形成動作を行う場合は、原稿読取動作により生成された画像データ、又はネットワーク接続されたコンピューターから受信した画像データ、又は内蔵HDDに記憶されている画像データ等に基づいて、画像形成部12が、給紙部14から給紙される記録媒体としての記録紙Pにトナー像を形成する。画像形成部12の画像形成ユニット12M、12C、12Y、及び12Bkは、感光体ドラム121と、感光体ドラム121へトナーを供給する現像装置122と、トナーを収容するトナーカートリッジ(不図示)と、帯電装置123と、露光装置124と、一次転写ローラー126とをそれぞれ備えている。露光装置124は、本発明の一実施形態であるレーザー光制御装置(後述)を備える。
カラー印刷を行う場合、画像形成部12のマゼンタ用の画像形成ユニット12M、シアン用の画像形成ユニット12C、イエロー用の画像形成ユニット12Y及びブラック用の画像形成ユニット12Bkは、それぞれに、画像データを構成するそれぞれの色成分からなる画像に基づいて、帯電、露光及び現像の工程により感光体ドラム121上にトナー像を形成し、トナー像を一次転写ローラー126により中間転写ベルト125上に転写させる。
中間転写ベルト125上に転写される各色のトナー画像は、転写タイミングを調整して中間転写ベルト125上で重ね合わされ、カラーのトナー像となる。二次転写ローラー210は、中間転写ベルト125の表面に形成されたカラーのトナー像を、中間転写ベルト125を挟んで駆動ローラー125aとのニップ部Nにおいて、給紙部14から搬送路190を搬送されてきた記録紙Pに転写させる。この後、定着部13が、記録紙P上のトナー像を熱圧着により記録紙Pに定着させる。定着処理の完了したカラー画像形成済みの記録紙Pは、排出トレイ151に排出される。
尚、画像形成装置1において、両面印刷を行う場合は、画像形成部12より一方の面に画像が形成された記録紙Pを、排出ローラー対159にニップされた状態とした後、記録紙Pを排出ローラー対159によりスイッチバックさせて反転搬送路195に送り、搬送ローラー対19により、ニップ部N及び定着部13に対して記録紙Pの搬送方向上流域に再度搬送する。これにより、画像形成部12により記録紙の他方の面に画像が形成される。
図2は、図1に示した露光装置124によるレーザービーム走査を示す斜視図である。以下、露光装置124をレーザー走査ユニット240と称して説明する。各画像形成ユニット12M、12C、12Y、12Bkは、同様の構成からなるレーザー走査ユニット240を備えている。
レーザー走査ユニット240は、主走査方向に延びる走査ラインをレーザー光により走査するレーザービーム走査機構である。レーザー走査ユニット240は、ポリゴンモーター241、ポリゴンミラー242、半導体レーザー2431、コリメーターレンズ244、fθレンズ245、及びシリンドリカルレンズ248を備える。
ポリゴンミラー(回転多面体)242は、複数の鏡面からなる反射面を有し、各反射面で感光体ドラム121の表面に向けてレーザー光を反射させる。ポリゴンモーター241は、ポリゴンミラー242を図2の矢印A方向に回転させる駆動力をポリゴンミラー242に供給する。
半導体レーザー(発光部)2431は、レーザー光を発光させるものであり、入力される画像信号に応じて、後述する半導体レーザー駆動制御部1012(図3)により変調される。半導体レーザー2431は、後述するレーザー光源243(図3)内に設けられている。コリメーターレンズ244は、半導体レーザー2431から射出されたビームLを通過させて平行光とする。
半導体レーザー2431から射出されたビームLは、シリンドリカルレンズ248を通過した後、ポリゴンミラー242の反射面242aに線像として結像する。ポリゴンミラー242は図2の矢印A方向に一定速度で回転し、反射面242aによって偏向された各ビームLは図2の矢印B方向に移動しながらfθレンズ245に入射する。
fθレンズ245は、ポリゴンミラー242によって偏向されたレーザー光を感光体ドラム121の軸方向に対して等速度で水平走査させる。fθレンズ245を通過したビームLは、感光体ドラム121の表面上にビームスポットとして結像し、ポリゴンミラー242及び感光体ドラム121の回転により感光体ドラム121の表面(被走査面)を主走査方向に光走査して画像信号に従った記録を行う。
次に、画像形成装置1の制御系の構成を説明する。図3は画像形成装置1の制御系の構成概略を示すブロック図である。図4は、ポリゴンモーター241とタイミング信号生成部247との位置関係を示す図である。なお、以下の説明では、主に本発明に関係する構成を中心に説明する。
画像形成装置1は、制御ユニット100を備える。制御ユニット100は、画像形成装置1の全体的な動作制御を司るものである。制御ユニット100は、画像形成制御部101を備える。
画像形成制御部101は、画像形成時に動作する各部動作機構の駆動制御を司る。例えば、画像形成制御部101は、各画像形成ユニット12M、12C、12Y、12Bkの駆動制御を担当する。画像形成制御部101は、レーザー走査ユニット240に関しては、ポリゴンモーター駆動制御部1011と、半導体レーザー駆動制御部1012とを備え、感光体ドラム121に関しては、モーター駆動制御部1013を備える。
ポリゴンモーター駆動制御部1011は、クロック信号出力回路(以下、「CLK信号出力回路」)401から出力されるクロック信号(以下、「CLK信号」)に基づいてポリゴンモーター241が予め定められた目標回転速度となるように駆動する。ポリゴンモーター駆動制御部1011は、CLK信号出力回路401と、移相回路402と、PLL回路(Pulse-Locked loop:位相同期回路)403と、モータードライバー404と、エンコーダー405とを備える。
ポリゴンモーター駆動制御部1011によるポリゴンモーター241の回転数制御について説明すると、操作者からの画像形成開始要求等を受けて、ポリゴンモーター駆動制御部1011はCLK信号出力回路401から予め定められた周波数で出力されるCLK信号を、移相回路402を介してPLL回路(Pulse-Locked loop:位相同期回路)403に入力させる。PLL回路403は入力されたCLK信号の周波数とポリゴンモーター241に取り付けられたエンコーダー405が出力したポリゴンモーター241の回転周波数とを比較してその位相差を出力し、モータードライバー404が当該位相差を解消するように調整した駆動電流をポリゴンモーター241に供給し、ポリゴンモーター241を当該駆動電流に応じて回転駆動させ、その回転速度(単位時間当たりの回転数)を目標回転速度に収束させる。
半導体レーザー駆動制御部(発光制御部)1012は、半導体レーザー2431を駆動するドライバーである。半導体レーザー駆動制御部1012は、ポリゴンモーター241の回転数が上記目標回転数に収束した状態のときに、画像読取部5に読み取られて図略のメモリーに格納された画像データ等の画像形成対象データを、数ライン分ずつ、内蔵するバッファに読み出し、半導体レーザー2431を駆動して、当該画像データの示す画像信号に基づいて変調される光線束を半導体レーザー2431から射出させる。
例えば、半導体レーザー駆動制御部1012は、半導体レーザー2431に基準光量(予め定められた一定の光量)での発光を行わせるためのバイアス電流を発生させるバイアス電流発生回路と、上記画像データの示す画像信号に応じた露光電流を発生させる露光電流発生回路とを内蔵している。このバイアス電流は、半導体レーザー2431を、予め定められた基準光量で発光させる電流である。
半導体レーザー駆動制御部1012は、上記バイアス駆動電流に、上記画像信号に応じて変調した上記露光電流を重畳し、当該重畳電流を半導体レーザー2431の画像形成時における露光用の駆動電流として用い、半導体レーザー2431を高速に発光及び消光させて、上記画像信号に基づいた感光体ドラム121面上の露光(画像書き込み)を主走査方向1ラインずつ行う。
レーザー光源243は、半導体レーザー(LD)2431及びフォトダイオード(PD)2432を備える。フォトダイオード(受光部)2432は、例えば、半導体レーザー2431のレーザー光照射面の裏側に配設されている。フォトダイオード2432は、半導体レーザー2431が照射する上記レーザー光の漏れ光を受光する。この漏れ光の光量は、半導体レーザー2431が照射する上記レーザー光の光量に比例して変動する。フォトダイオード2432は、受光した漏れ光の受光量に応じた電圧を出力し、半導体レーザー駆動制御部1012にフィードバックする。半導体レーザー駆動制御部1012は、当該フォトダイオード2432から当該出力電圧を得て、この出力電圧が基準電圧(フォトダイオード2432が上記基準光量の光を受光したときの出力電圧)となるように、上記バイアス電流を変化させることで、半導体レーザー2431による発光を上記一定の基準光量に保持する制御を行う。
また、図4に示すように、レーザー光源243は、ポリゴンミラー242の面に対向する位置に配置されている。回転するポリゴンミラー242の面の向きが、半導体レーザー2431が照射するレーザー光(ビームL)に直交する向き(図4に実線で示す向き)になったとき、当該ポリゴンミラー242の面により例えば正反射される当該レーザー光の反射光が、フォトダイオード2432に受光される構成とされている。すなわち、フォトダイオード2432は、半導体レーザー2431の上記漏れ光を受光すると共に、ポリゴンミラー242の面からの当該反射光が入射されるタイミングにおいては当該反射光も受光する。
タイミング信号生成部247は、同期信号(BD信号)としてのパルス波を生成して半導体レーザー駆動制御部1012に出力する。タイミング信号生成部247から出力される同期信号は、ポリゴンミラー242の回転動作と、半導体レーザー2431による画像書出タイミングの同期を取るために用いられる。フォトダイオード2432は、受光量に応じた出力電圧を、半導体レーザー駆動制御部1012に出力すると共に、タイミング信号生成部247にも出力する。
モーター駆動制御部1013は、画像形成時に、予め定められた標準速度となるようにドラムモーター500の回転駆動を制御すると共に、中間転写ベルト125の駆動ローラー125aの駆動源である図略のモーターの回転駆動を、中間転写ベルト125の走行速度が感光体ドラム121の周速と同一になるように制御する。
なお、制御ユニット100は、各画像形成ユニット12M、12C、12Y、12Bkの半導体レーザー2431による画像データの書き出しを行う前に、各画像形成ユニット12M、12C、12Y、12Bk間での画像データ書き出しタイミングを同期させる(すなわち、各画像形成ユニット12M、12C、12Y、12Bkが、互いに予め定められた一定の時間差を保った書出タイミングで、半導体レーザー2431による主走査方向走査ライン毎に画像データの書き出しを行う状態にする)。これにより、中間転写ベルト125上に形成される各色のトナー像を位置ずれなく重ね合わせ、生成されるカラートナー像に色ずれが発生しないようにしている。
本発明の一実施形態に係るレーザー光制御装置は、半導体レーザー2431と、フォトダイオード2432と、半導体レーザー駆動制御部1012と、タイミング信号生成部247とを備えた装置である。
次に、タイミング信号生成部247の構成を説明する。図5はタイミング信号生成部247の内部構成を示す図である。図6は、フォトダイオード2432にポリゴンミラー242からの反射光が入光した場合におけるフォトダイオード2432の出力電圧の波形を示す図である。
タイミング信号生成部247は、比較回路2471を有している。比較回路2471の正端子(+側)には、フォトダイオード2432がその受光量に応じて出力する出力電圧が入力されている。また、比較回路2471の負端子(−側)には、上記基準電圧、すなわち、フォトダイオード2432の受光量が、半導体レーザー2431の上記基準光量を受光したときの出力電圧に等しい電圧(VCONT)が入力されている。フォトダイオード2432には、上述したように、半導体レーザー2431からの上記漏れ光と、ポリゴンミラー242からの上記反射光とが入力される。
上記のように、回転するポリゴンミラー242の面の向きが、半導体レーザー2431が照射するレーザー光に直交する向きになったとき、当該ポリゴンミラー242の面により正反射される当該レーザー光の反射光が、フォトダイオード2432に受光されるため、このとき、フォトダイオード2432は、上記漏れ光に当該反射光が重畳された光を受光する。これにより、図6に示すように、当該反射光の受光時には、フォトダイオード2432からの出力電圧は、上記漏れ光を受光した場合の受光量を示す電圧V1に、当該反射光分に対応する電圧V2のパルス成分が加算された波形となる。これに基づいて、比較回路2471の負端子に上記基準電圧VCONTを入力することで、当該パルス成分が加算されたときに、比較回路2471から出力電圧VoutとしてHigh信号を出力させる。当該High信号は、半導体レーザー駆動制御部1012に入力される。これにより、フォトダイオード2432に上記反射光が受光されたタイミングが抽出される。
このように、上記High信号が半導体レーザー駆動制御部1012に入力されると、半導体レーザー駆動制御部1012は、当該High信号をBD信号として用いる。このHigh信号は、ポリゴンミラー242の面の位置が所定位置(ポリゴンミラー242の面の位置が半導体レーザー2431のレーザー光に対して直交する位置)に回転移動したときに出力されるため、このHigh信号に基づいて、半導体レーザー2431による画像信号に基づいたレーザー光照射開始のタイミングを生成することで、ポリゴンミラー242の面の位置と、半導体レーザー2431による画像信号に基づいたレーザー光の照射開始タイミングを同期させることが可能となる。
このため、本実施形態に係るレーザー光制御装置によれば、レーザー光源243を、ポリゴンミラー242の面に対向する位置であって上記反射光を受光可能な位置に配置し、フォトダイオード2432からの出力電圧と基準電圧との比較結果をタイミング信号生成部247から半導体レーザー駆動制御部1012に入力することで、画像信号に応じたレーザー光を半導体レーザー2431に照射開始させる照射開始タイミングを生成でき、BDセンサーを用いてBD信号を生成する場合のようなPINフォトダイオードやその増幅回路等の周辺回路を必要としない。
なお、ポリゴンミラーを回転駆動するためのポリゴンモーターの回転や位相をモニターすることで、PINフォトダイオードやその増幅回路等の周辺回路を必要とせずにBD信号を生成することもできるが、この場合、ポリゴンミラーの面精度等を無視しているため、あくまでも予測であり精度に課題が残るが、本実施形態に係るレーザー光制御装置によれば、半導体レーザー2431によるレーザー光照射時におけるポリゴンミラー242の面の位置に基づいてBD信号を生成することになるため、ポリゴンミラー242の面精度を正確に反映させた上で、BD信号を生成可能である。
次に、ポリゴンミラー242からの上記反射光を得るための半導体レーザー2431によるレーザー光照射の制御を説明する。図7は、半導体レーザー2431によるレーザー光照射期間と、BD信号を取得するタイミングの関係を示すタイミングチャートである。
半導体レーザー駆動制御部1012は、(1)当該BD信号を得るための半導体レーザー2431による照射期間Aと、(2)上述した半導体レーザー2431による発光を基準光量に保持する制御を行うために半導体レーザー2431に照射を行わせる期間Bと、(3)画像信号に基づいた露光を行うためレーザー光の照射期間C、の3つの期間で半導体レーザー2431を点灯させる。
図7に示すように、半導体レーザー駆動制御部1012は、ポリゴンミラー242の面が半導体レーザー2431からのレーザー光に直交する状態となると想定されるタイミングの前後の期間Aに、BD信号を得るための半導体レーザー2431による照射期間を設定する。
なお、例えばBDセンサーを別個に設けてBD信号を生成する構成の場合、半導体レーザー2431による発光を基準光量に保持する制御時に、フォトダイオード2432がポリゴンミラー242からの反射光を受光し、フォトダイオード2432の出力電圧に上記反射光分の電圧のパルス成分が加算されると、生成されるバイアス電流が上記基準光量に応じた値にならず、半導体レーザー2431の照射光量を上記基準光量に保てない不具合が発生する。このため、フォトダイオード2432がポリゴンミラー242からの反射光を受光するタイミングを外して半導体レーザー2431を点灯させ、半導体レーザー2431による発光を基準光量に保持する制御を行っている。
これに対して、本実施形態では、BD信号を得るために、フォトダイオード2432がポリゴンミラー242からの反射光を受光するタイミングで半導体レーザー2431を点灯させる必要がある。このため、本実施形態では、半導体レーザー駆動制御部1012は、期間AにBD信号を得るための半導体レーザー2431にレーザー光照射を行わせるものの、上記不具合を考慮して、図7に示すように、半導体レーザー2431による発光を基準光量に保持する制御を行う期間Bは、期間Aを避けた時期に設定される。
また、半導体レーザー駆動制御部1012により、半導体レーザー2431に、画像信号に応じたレーザー光の照射を行わせる期間Cは、上記期間A及びB以外の時間帯となる。これにより、ポリゴンモーター241の面の位置に対して、半導体レーザー2431に画像信号に応じたレーザー光の照射を開始させる照射開始タイミングの同期を取り、更に、半導体レーザー2431の照射光量を上記基準光量に保つ調整を行った上で、感光体ドラム121の表面に対して画像信号に従った露光を行うことが可能である。
なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係る画像形成装置の一実施形態として複合機を用いて説明しているが、これは一例に過ぎず、他の画像形成装置、例えば、プリンター、コピー機、ファクシミリ装置等でもよい。
また、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。図1乃至図7を用いて上記各実施形態に示した構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明の構成及び処理はこれに限定されるものではない。
1 画像形成装置
11 装置本体
12 画像形成部
121 感光体ドラム
124 露光装置
100 制御ユニット
101 画像形成制御部
1012 半導体レーザー駆動制御部
240 レーザー走査ユニット
241 ポリゴンモーター
242 ポリゴンミラー
242a 反射面
243 レーザー光源
2431 半導体レーザー
2432 フォトダイオード
247 タイミング信号生成部
2471 比較回路

Claims (4)

  1. 画像信号に応じたレーザー光を、当該レーザー光を感光体ドラムの表面に走査させる複数の反射面を有する回転多面体に向けて発光する発光部と、
    前記レーザー光が前記回転多面体により反射される反射光を受光可能な位置に前記発光部と共に配置され、前記発光部から発光される光と、前記反射光とを受光する受光部と、
    前記発光部を駆動制御し、前記受光部から受光量に応じて出力される電圧に応じて、前記発光部の基準光量を一定に保つ制御を行う発光制御部と、
    前記受光部から出力される電圧と、前記受光部が前記発光部から前記基準光量の光を受光したときの前記受光部の出力電圧に等しい基準電圧とを比較する比較回路とを備え、
    前記発光制御部は、前記受光部から出力される電圧が前記基準電圧よりも大きいことを示す出力を前記比較回路から受信したタイミングを、前記発光部による前記画像信号に応じたレーザー光の発光開始タイミングの生成に用いるレーザー光制御装置。
  2. 前記発光制御部は、前記発光開始タイミングを生成するために前記反射光を前記受光部に受光させるための前記発光部による発光を、前記画像信号に応じたレーザー光を前記発光部に発光させる期間から外れた期間に行わせる請求項1に記載のレーザー光制御装置。
  3. 前記発光制御部は、前記反射光の受光時以外の期間に、前記受光部から出力される前記電圧に応じて前記発光部の基準光量を一定に保つ制御を行う請求項1又は請求項2に記載のレーザー光制御装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のレーザー光制御装置と、
    前記レーザー光制御装置から照射されるレーザー光により前記感光体ドラムの表面に形成される静電潜像を用いてトナー画像を生成し、当該トナー画像を記録媒体に直接的又は間接的に転写させることにより画像形成を行う画像形成部とを備える画像形成装置。
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