以下、実施形態を図面を参照しながら詳述する。まず、第1の実施の形態に係る画像形成装置について説明する。
図1は、画像形成装置1の概略断面図である。画像形成装置1は、リーダスキャナ部500、画像制御部2、露光部5、作像部503、定着部504、及び給紙部505で構成される。
リーダスキャナ部500は、原稿台に置かれた原稿に光を照射し、原稿からの反射光を受光することによって光学的に原稿画像を読み取る。
画像制御部2は、露光部5から出射される光ビーム(レーザ光)の光量を制御すると共にリーダスキャナ部500によって読み取られた原稿画像等を電気信号に変換して画像データを生成する。露光部5は、光学走査装置5a,5b,5c,5dで構成され、図2を用いて後述するように、上記画像データに応じて発光することによって感光体であるところの感光ドラム25の表面に潜像を形成する。
作像部503は、感光ドラム25、現像ユニット512、光学センサ506、クリーニングブレード507、及び記録紙を搬送する搬送ベルト511で構成され、感光ドラム25及び現像ユニット512の組は光学走査装置5a,5b,5c,5dの夫々に対応して設けられ、各組はシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の夫々の画像を作像する。
作像部503において、感光ドラム25の表面は帯電器によって帯電される。帯電器によって表面が帯電された感光ドラム25は、光学走査装置5a,5b,5c,5dから出射された光ビームによって露光されることで表面に静電潜像が形成される。現像ユニット512は、トナー用いて感光ドラム25に形成された静電潜像を現像する。作像部503は、現像ユニット512によって現像されたトナー像を搬送ベルト511によって搬送されるシート(記録媒体)上に転写する。作像部503は、イエロー(Y)の作像の開始から所定の時間が経過した後に、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の作像を順次行う。これにより、作像部503は搬送ベルト511によって搬送されるシート上にフルカラートナー像を転写することができる。
定着部504は、ハロゲンヒータ等の熱源を備え、上記フルカラートナー像が転写されたシート上のトナーを熱と圧力で溶解させることにより、当該シート上のトナーをシートに定着させる。
画像形成装置1において、作像部503は、不図示のCPUからの指示に応じて、搬送ベルト511上に濃度検出用トナーパターン(濃度検出用トナー像)を形成する。濃度検出用トナーパターンは、搬送ベルト511によって連続して搬送される二枚のシートの間に形成される。濃度検出用トナーパターンは、一枚のシートに対する画像を形成する毎に形成されても良いし、複数枚のシートに対する画像を形成する毎に形成されても良い。
濃度検出用トナーパターンは、光学センサ506(検出手段)によって検出される。光学センサ506は、検出結果(濃度検出用トナーパターンの濃度情報)をCPUに送信する。CPUは、当該検出結果に基づいて、後述するゲイン指示信号を後述するゲイン補正部53に送信する。ゲイン指示信号は、感光ドラム25の光ビームに対する感度の変動や画像形成装置1の周囲の温度変動による出力画像の濃度変動を抑制するための信号である。CPUは、出力画像が所望の濃度で形成されるように、ゲイン指示信号によって駆動電流Iswの値を制御する。
搬送ベルト511上に形成された濃度検出用トナーパターンは、クリーニングブレード507によって搬送ベルト511上から除去される。
図2は、図1における露光部5の構成を説明するのに用いられる図である。
図2において、光学走査装置5a,5b,5c,5dはいずれも同様の構成であるため、以下、代表例として光学走査装置5aについてのみ説明する。
光学走査装置5aは、レーザ駆動部11、半導体レーザ12(光源)、コリメートレンズ13、受光素子(例えば、Photo Detector。以下、PDとする。)14、シリンドリカルレンズ16、スキャナユニット17、ポリゴンミラー17a、f−θレンズ18、反射ミラー19、及びビーム検出センサ(Beam Dtector。以下、BDとする。)20で構成される。
レーザ駆動部11からの制御信号に基づいて半導体レーザ12から出射されたレーザビームL1,L2(光ビーム)は、コリメートレンズ13及びシリンドリカルレンズ16を夫々通過し、スキャナモータを有するスキャナユニット17によって回転駆動されるポリゴンミラー17aに到達する。ポリゴンミラー17aは、レーザビームL1,L2が感光ドラム25を走査するように当該レーザビームL1,L2を偏向する。
ポリゴンミラー17aによって偏向されたレーザビームL1,L2は、f−θレンズ18を通過することによって感光ドラム25上を略一定速度で走査するレーザビームに変換される。レーザビームL1は、非画像領域においてBD20に受光され、BD20は画像領域における書出し開始位置を決定するビーム検出信号(以下、「BD信号」という)21を出力する。
画像制御部2、レーザ駆動部11、半導体レーザ12、及びPD14は以下に詳述するレーザ制御システム300を構成する。
図3Aは、図2におけるレーザ制御システム300の構成を概略的に示すブロック図である。
図3Aにおいて、画像制御部2(決定手段)は、互いに直列に接続されたレーザ制御部52、ゲイン補正部53、及びA−Dコンバータ(以下、「ADC」という)54で構成される。
レーザ駆動部11は、光量調整用可変抵抗30、ゲイン制御回路39(電流供給手段)、EEPROM44、閾値電流算出回路45、バイアス電流算出回路46、光量制御モジュールAPC−H32,APC−M34,APC−L36(以下、単に「APC−H32」,「APC−M34」,「APC−L36」という)、スイッチSW31,SW40,SW47,SW50,SW51、V−I変換回路a41(電流供給手段)、V−I変換回路b48、加算回路49、及びコンデンサ33,35,37で構成される。
レーザ制御部52は、スイッチSW31、スイッチSW47、スイッチSW50に対して異なる3bitのスイッチ制御信号A,スイッチ制御信号B,スイッチ制御信号Cを夫々出力する。また、レーザ制御部52は、APC−H32及びスイッチSW40に対してサンプル/ホールド信号S/H1を出力し、APC−M34に対してサンプル/ホールド信号S/H2を出力し、APC−L36に対してサンプル/ホールド信号S/H3を出力する。なお、信号S/H1、信号S/H2、信号S/H3は同時にHighレベルになることがないように設計されている。レーザ制御部52は、BD信号の生成タイミングと不図示のカウンタのカウント値と信号出力タイミングを対応づけたテーブルとに基づいて各信号を出力する。
スイッチSW31は、端子31a、端子31b、端子31c、及び端子31dを備える。PD14は、スイッチSW31の端子31a及び光量調整用抵抗30の一端に接続されている。光量調整用抵抗30の他端は接地されている。
光電変換素子であるPD14は、光ビームを受光した光量に応じた電流を出力する。スイッチSW31の入力端子31aには、PD14から出力された電流及び光量調整用抵抗30の抵抗値に基づく電圧が入力される。PD14は個体差があるため、光量調整用抵抗30の抵抗値は、入力端子31aに印加される電圧が目標とする電圧となるように工場において調整される。
スイッチSW31の端子31bはAPC−H32に接続されている。スイッチSW31の端子31cはAPC−M34に接続されている。スイッチSW31の端子31dはAPC−L36に接続されている。スイッチSW31は、レーザ制御部52からの3bitのスイッチ制御信号Aに基づいて端子31aと端子31b〜端子31cのいずれかとの接続を切り換える。すなわち、図3Bに示すように、レーザ制御部52は、APC−H32を動作させる際にスイッチ制御信号Aとして端子31aと端子31bとを接続する第1の光量制御モード信号をスイッチSW31に送信する。同様に、レーザ制御部52は、APC−M34を動作させる際にスイッチ制御信号Aとして端子31aと端子31cとを接続する第2の光量制御モード信号をスイッチSW31に送信する。さらに、レーザ制御部52は、APC−L36を動作させる際にスイッチ制御信号Aとして端子31aと端子31dとを接続する第3の光量制御モード信号をスイッチ31に送信する。
スイッチSW50は、端子50a、端子50b、端子50c、及び端子50dを備える。端子50aは、トランジスタ42のベース端子に接続されている。また、端子50bには、レーザ制御部52から出力される強制ON信号が入力される。端子50cには、画像データに基づいて生成されたパルス信号であるPWM信号が入力される。端子50dには、レーザ制御部52から出力される強制OFF信号が入力される。スイッチSW50は、レーザ制御部52からの3bitのスイッチ制御信号Bに基づいて端子50aと端子50b〜端子50dのいずれかとの接続を切り換える。スイッチ制御信号Bは、強制ONモード信号、強制OFFモード信号、画像モード信号を含む。
即ち、図3Bに示すように、レーザ制御部52から強制ONモード信号が入力されることによって、スイッチSW50では、端子50aと50bとが接続される。端子50aと50bとが接続されることによって、トランジスタ42がオンとなり、V−I変換回路a41から出力される電流がトランジスタ42を介して加算回路49に出力される。また、レーザ制御部52から出力される強制OFF信号が入力されることによって、スイッチSW50では、端子50aと50dとが接続される。端子50aと50dとが接続されることによって、トランジスタ42がオフとなり、V−I変換回路a41からの電流はトランジスタ42を流れないので、当該電流は加算回路49に出力されない。さらに、レーザ制御部52からの画像モード信号が入力されることによって、スイッチSW50では、端子50aと50cとが接続される。端子50cには、PWM信号が入力されており、端子50aと50cとが接続されることによってPWM信号がトランジスタ42のベース端子に入力される。例えば、PWM信号がHighレベルの場合、トランジスタ42がオンとなり、V−I変換回路a41から出力される電流がトランジスタ42を介して加算回路49に出力される。一方、PWM信号がLowレベルの場合、トランジスタ42がオフとなり、V−I変換回路a41から出力される電流がトランジスタ42を流れないので、当該電流は加算回路49に出力されない。
レーザ制御部52は、図3Aに示すように、APC−H32に信号S/H1を出力する。レーザ制御部52は、APC−H32にHighレベルの信号S/H1を出力する際、スイッチSW31に第1の光量制御モード信号を出力し、スイッチSW50に強制ONモード信号を出力する。APC−H32は、Highレベルの信号S/H1を受信することによって、PD14からの出力電圧をサンプリングする。
同様に、レーザ制御部52は、図3Aに示すように、APC−M34に信号S/H2を出力する。レーザ制御部52は、APC−M34にHighレベルの信号S/H2を出力する際、スイッチSW31に第2の光量制御モード信号を出力し、スイッチSW50に強制ONモード信号を出力する。APC−M34は、Highレベルの信号S/H2受信することによって、PD14からの出力電圧をサンプルする。
同様に、レーザ制御部52は、図3Aに示すように、APC−L36に信号S/H3を出力する。レーザ制御部52は、APC−L36にHighレベルの信号S/H3を出力する際には、スイッチSW31に第3の光量制御モード信号を出力し、スイッチSW50に強制ONモード信号を出力する。APC−L36は、Highレベルの信号S/H3受信することによって、PD14からの出力電圧をサンプルする。
スイッチSW40は、端子40a、端子40b、及び端子40cを備える。図3Aに示すように、端子40aはゲイン制御回路39に接続され、端子40bは減算回路38を介してAPC−H32に接続され、端子40cは加算回路38aを介してV−I変換回路a41に接続される。スイッチSW40には、図3Aに示すように、信号S/H1が入力される。信号S/H1がHighレベルの場合、スイッチSW40では端子40bと端子40cとが接続される。一方、サンプルホールド信号S/H1がLowレベルの場合、スイッチSW40では端子40aと端子40cとが接続される。
スイッチSW47は、端子47a、端子47b、端子47c、及び端子47dを備える。図3Aに示すように、端子47aはAPC−M34に接続され、端子47bはバイアス電流算出回路46に接続され、端子47cはAPC−L36に接続され、端子47dはV−I変換回路b48に接続される。スイッチSW47は、スイッチ制御信号Cに基づいて端子47dと端子47a〜端子47cのいずれかとの接続を切り換える。スイッチ制御信号Cは、信号S/H2及び信号S/H3信号に同期している。すなわち、信号S/H2がHighレベルの場合には、レーザ制御部52は、端子47aと端子47dとを接続させるスイッチ制御信号CをスイッチSW47に出力する。当該スイッチ制御信号Cを受けて、スイッチSW47は端子47aと端子47dとを接続する。また、信号S/H3がHighレベルの場合には、レーザ制御部52は、端子47cと端子47dとを接続させるスイッチ制御信号CをスイッチSW47に出力する。当該スイッチ制御信号Cを受けて、スイッチSW47は端子47cと端子47dとを接続する。信号S/H2及び信号S/H3がいずれもLowレベルの場合、レーザ制御部52は、端子47bと端子47dとを接続させるスイッチ制御信号CをスイッチSW47に出力する。当該スイッチ制御信号Cを受けて、スイッチSW47は端子47bと端子47dとを接続する。
なお、以下の表1は、上記で説明したスイッチ制御信号A〜スイッチ制御信号C及び信号S/H1〜信号S/H3によって遷移する各構成要素の制御状態を示している。
Ith=IL−(APC−L36が制御する光量)/[(APC−M34が制御する光量)―(APC−L36が制御する光量)]×(IM−IL) …(1)
バイアス電圧算出回路46は、閾値電圧算出回路45の出力信号に任意の係数を乗じる又は除算することにより、バイアス電流Ibに相当する電圧の値を算出する。バイアス電流Ibは、閾値電流Ithに予め設定した係数αを乗じて、下記式(2)によって導き出される。
Ib=α×Ith (α≦1) …(2)
APC−H32、APC−M34、及びAPC−L36は夫々PD電圧に応じて半導体レーザ12の光量を制御する。PD電圧は、PDセンサ14にて発生した電流を光量調整用可変抵抗30によって変換した電圧である。APC−H32、APC−M34、及びAPC−L36は出力信号をSW51に夫々出力し、SW51の切り替えによって当該出力信号のうちのいずれか1つの出力信号がADC54に出力される。
APC−H32は、第1の光量制御において動作するモジュールである。APC−M34は、第2の光量制御において動作するモジュールである。APC−L36は、第3の光量制御において動作するモジュールである。APC−H32、APC−M34、及びAPC−L36はいずれも同様の構成であるため、以下、APC−H32の内部構成を例に各モジュールの内部構成を説明する。
図5は、図3AにおけるAPC−H32の内部構成の概略図である。
図5におけるAPC−H32(電圧制御手段)は、基準電圧生成回路62(基準電圧生成手段)、比較器63(コンパレータ)、端子64a,端子64bを備えるスイッチSW64、及び端子65a,端子65b,端子65cを備えるスイッチSW65で構成される。基準電圧生成回路62は、バンドギャップ回路等で形成され、基準電圧生成回路62が出力する電圧は温度変動の影響を受けにくい。基準電圧生成回路62から出力される基準電圧Vref1は、比較器63の一方の端子(−)及びスイッチSW65の端子65bに入力される。比較器63の他方の端子(+)は、スイッチSW31の端子31bに接続されている。比較器63の出力端子は、信号S/H1によってオン・オフ制御されるスイッチSW64の端子64aに接続される。スイッチSW64では、信号S/H1がHighレベルの場合には、端子64aと端子64bとが接続され、信号S/H1がLowレベルの場合には、端子64aと端子64bとの接続が解除される。端子64bはスイッチSW65の端子65aに接続される。
スイッチSW65は、レーザ制御部52からのCAL信号に基づいて端子65a及び端子65bのいずれかと端子65cとの接続を切り換える。本実施の形態では、端子65aと端子65cとが接続された状態とする。
比較器63は、PD電圧Vpdの値と基準電圧生成回路62で生成される基準電圧Vref1の値とを比較する。第1の光量制御モードにおいて、SW64はレーザ制御部52から出力される信号S/H1によってオンとなる。SW64がオンとなることによって、コンデンサ33(電圧設定手段)は、比較器63の比較結果に基づいて充放電される。すなわち、Vref1>Vpdである場合には、PD14に入射する光量がVref1に対応する目標光量よりも低いため、比較器63は、コンデンサ33を充電する。一方、Vref1<Vpdである場合には、PD14に入射する光量がVref1に対応する目標光量よりも高いため、比較器63は、コンデンサ33から電荷を放電させる。Vref1=Vpdである場合、PD14に入射する光量がVref1に対応する目標光量と等しいため、比較器63は、コンデンサ33の電圧を維持する。第1の光量制御モードが終了すると、信号S/H1がLowレベルになり、それにより、SW64がオフになる。SW64がオフになることによって、コンデンサ33の電圧Vch1がホールドされる。
なお、APC−M34及びAPC−L36は、APC−H32と比べて基準電圧生成回路から出力される電圧が夫々異なる。すなわち、APC−M34に備えられる基準電圧生成回路はVref2を出力し、APC−M36に備えられる基準電圧生成回路はVref3を出力する。本実施の形態では、Vref1>Vref2>Vref3の関係とする。具体的には、Vref2はVref1の50%の電圧であり、Vref3はVref1の25%の電圧である。
ホールドされたコンデンサ33の電圧Vch1は、後述する閾値電流算出回路45によって演算された閾値電流に対応する電圧が除算され、除算された電圧が後述するゲイン制御部39に入力する。そして、入力した電圧は、ゲイン制御部39によってゲイン調整されてVchg1に調整された後に、V−I変換回路a41に入力される。V−I変換回路a41は、Vchg1に応じた駆動電流Isw(スイッチング電流)を出力する。画像モードに設定されてSW50の端子50aと端子50cとが接続された状態において、HighレベルのPWM信号がトランジスタ42に入力されることによって、トランジスタ42は電流を導通可能な状態となり、駆動電流Iswが加算器49に供給される。一方で、LowレベルのPWM信号がトランジスタ42に供給されることによって、トランジスタ42は電流を導通不可能な状態となり、駆動電流Iswは加算器49に供給されない。
第1の光量制御モードにおいてAPC−H32の動作によってコンデンサ33の電圧Vch1が規定されたように、第2の光量制御モードにおいてAPC−M34が動作することにより、コンデンサ35の電圧Vch2が規定される。また、同様に、第3の光量制御モードにおいてAPC−L36が動作することにより、コンデンサ37の電圧Vch3が規定される。閾値電流算出回路45は、ホールドされたコンデンサの電圧Vch2に対応する電流値IM及びホールドされたコンデンサの電圧Vch3に対応する電流値ILに基づいて下記式(1)に示すように閾値電流Ithを算出する。
Ith=IL−(APC−L36が制御する光量)/[(APC−M34が制御する光量)―(APC−L36が制御する光量)]×(IM−IL) …(1)
バイアス電流算出回路46は、閾値電流算出回路45によって算出されるIthの値に下記式(2)のように任意の係数を乗算又は除算することにより、バイアス電流Ibの値を算出する。
Ib=α×Ith (α≦1) …(2)
V−I変換回路48は、バイアス電流算出回路46によって算出されたバイアス電流いbを加算器49に出力する。
加算器49は、駆動電流Iswが入力されていれば、バイアス電流Ibに駆動電流Iswを重畳した電流を半導体レーザ12に供給する。加算器49は、駆動電流Iswが入力されていなければ、バイアス電流Ibを半導体レーザ12に供給する。つまり、バイアス電流Ibは、PWM信号に関わらず半導体レーザ12に供給され、駆動電流IswはPWM信号がHighレベルの場合にのみ半導体レーザ12に供給される。
ゲイン制御回路39は、レーザ駆動部11がレーザ制御部52によって画像モード(VDO)に設定されると、レーザ制御部52から出力されるゲイン制御値に応じて半導体レーザ12の光量を制御する。ゲイン制御値は0%から100%の制御範囲に設定される。ゲイン制御回路39は、図4に示すように、半導体レーザ12の光量をIHからIthを除いた駆動電流の範囲に対応する光量の範囲、つまり、0からAPC−H32が制御する光量までの範囲で制御する。
図9(a)に示すように、半導体レーザ12の発光特性は、周囲の温度によって変動する。そのため、発光特性に関わらずゲイン制御値に一定値を用いると画像モードにおいて半導体レーザ12から出射される光ビームの光量が目標光量にならないという課題が生じる。
例えば、ゲイン制御値が70%に設定されていたとする。ゲイン制御値は、コンデンサ33の電圧Vch1から閾値電流算出回路45によって演算された閾値電流の値に対応する電圧を除算した電圧を70%に調整する。
ここで、図9(a)においてゲイン制御値が100%の場合のゲイン制御回路39への入力電圧が感光ドラム上を走査する光量1.000mWに相当すると仮定する。光量1.000mWに対して、温度25℃の場合、駆動電流はおよそ1.800mA必要であり、70%にゲイン制御した結果の駆動電流は、およそ1.26mAとなる。一方、温度50℃の場合、2.200mA必要であり、70%にゲイン制御した結果の駆動電流は、およそ1.54mAとなる。温度25℃,50℃における閾値電流Ithの値を夫々約0.96mA、1.12mAとすると、温度25℃の場合に半導体レーザ12に供給される電流の値は約2.22mA、温度50℃の場合に半導体レーザ12に供給される電流の値は約2.66mAとなる。温度25℃の場合に半導体レーザ12に約2.22mAを供給すると発光光量は約1.20mWとなり、温度50℃の場合に半導体レーザ12に約2.66mAを供給すると発光光量は約1.25mWとなる。このように、温度に関わらずゲイン制御値を一定値に固定すると上記のように感光ドラム上を走査する光量が異なってしまう。
そこで、本実施の形態にかかる画像形成装置は、温度に応じたゲイン制御値によってゲイン制御を実行することによって、感光ドラム上を走査するレーザ光の光量の上記温度に起因する差を抑制する。
図6は、図3Aのレーザ制御システム300によって実行されるゲイン制御値の調整処理の手順を示すフローチャートである。
図6の調整処理は、レーザ制御部52が制御信号によってレーザ駆動部11を駆動することによって行われる。
図6の調整処理は、環境温度Ta=25℃の条件における光学走査装置5a,5b,5c,5dの組み立て調整時に行われ、測定された光量と設定されたゲイン制御値の関係から後述するゲイン制御値の近似式(3)を生成する。
図6において、まず、Ta=25℃の条件下で表1における第1光量制御モードに設定し、光量調整用可変抵抗30を調整して、半導体レーザ12の光量を予め設定された光量に調整し(ステップS101)、第1光量制御モードにおけるAPC−H32の制御によって発生する駆動電流IHを測定する。次いで、Ta=25℃の条件下で第2光量制御モード及び第3光量制御モードに夫々設定して、第2光量制御モードにおけるAPC−M34の制御によって発生する駆動電流IM及び第3光量制御モードにおけるAPC−L36の制御によって発生する駆動電流ILを夫々測定する(ステップS102)。
次いで、表1における画像モードに設定し、ゲイン制御回路39に50%のゲイン制御値であるゲイン制御値1を設定して発光部の光量を測定し(ステップS103)、ゲイン制御回路39に25%のゲイン制御値であるゲイン制御値2を設定して発光部の光量を測定する(ステップS104)。
ステップS103のゲイン制御値1における光量は第2光量制御モード時の光量に相当し、ステップS104のゲイン制御値2における光量は第3光量制御モード時の光量に相当する。つまり、ステップS102において、ステップS103のゲイン制御値1に対応する駆動電流IM及びステップS104のゲイン制御値2に対応する駆動電流ILを夫々測定している。
次いで、ステップS103及びステップS104で測定された光量に基づいて、100%のゲイン制御値であるAPC−H32による制御時の発光部の光量を光量設定値「1.00」としたときのゲイン制御値1及びゲイン制御値2の各光量設定値(各光量を100%のゲイン制御値時の光量で正規化した値)を夫々算出し、図7(a)に示すグラフへプロットする。なお、光量設定値(ホールド状態のコンデンサ33の電圧)は、レーザ駆動部11が画像モードに設定されたときの画像形成装置1の画像濃度に相当する値である。
ゲイン制御値は各光量設定値からn次式(n≧1)によって算出することが可能であるが、本実施の形態では、図7(a)に示すように、光量設定値とゲイン制御値との関係が2次特性を有するため、ゲイン制御値は係数a,b,cを用いて下記式(3)の近似式によって算出することができる。
ゲイン制御値=a×(光量設定値)2+b×(光量設定値)+c …(3)
図6に戻り、ステップS103及びS104で測定された光量に基づいて、上記式(3)の光量設定値/ゲイン制御値の近似式(ゲイン制御近似値)を生成し(ステップS105)、ステップS102で測定された各駆動電流(IH、IM、IL)の値及び上記生成された近似式(3)のデータをEEPROMに格納して(ステップS106)、本処理を終了する。
図6の調整処理によれば、測定されたゲイン制御値50%やゲイン制御値25%の光量に基づいて光量設定値/ゲイン制御値の近似式(3)を生成する。これにより、所望の光量に対応する光量設定値から近似式(3)によってゲイン制御値を算出し、該算出されたゲイン制御値を用いて半導体レーザ12の光量を制御することにより、所望の光量を得ることができる。
図8は、図6の調整処理によって算出されるゲイン制御値を補正する補正処理の手順を示すフローチャートである。
図8の補正処理は、レーザ制御部52がレーザ駆動部11に制御信号を出力することによって行われる。
上記レーザ駆動部11によって制御される半導体レーザ12は、図9(a)に示すように、温度毎に駆動電流/光量特性が異なる。したがって、Ta=25℃の条件下で得られた上記近似式(3)から算出されたゲイン制御値を用いて半導体レーザ12の光量を制御したとき、Ta=25℃の条件下で制御された半導体レーザ12の光量と、Ta=50℃の条件下で制御された半導体レーザ12の光量とを比較すると、図9(b)に示すように、光量設定値0.200〜1.000の範囲において最大で+7%程度の差分が生じる。
これに対応して、図8の補正処理では、温度毎に駆動電流/光量特性が異なっても、温度に応じて半導体レーザ12の光量の差分が生じないように、ステップS105の近似式(3)によって算出されるゲイン制御値を補正する。
図8において、まず、ステップS106でEEPROMに格納されているTa=25℃の条件下で測定された各駆動電流(IH、IM、IL)の値及び近似式(3)のデータを読み出し(ステップS201)、所望の光量設定値を設定する(ステップS202)。
次いで、Ta=50℃の条件下で第1光量制御モードに設定して、第1光量制御モードにおけるAPC−H32の制御によって発生する駆動電流IH ’を測定し、その後、Ta=50℃の条件下で第2光量制御モード及び第3光量制御モードに夫々設定して、第2光量制御モードにおけるAPC−M34の制御によって発生する駆動電流IM ’及び第3光量制御モードにおけるAPC−L36の制御によって発生する駆動電流IL ’を夫々測定する(ステップS203)。
次いで、ステップS203で測定された第1光量制御モード時の駆動電流(IH ’)の値とステップS201で読み出された駆動電流(IH)の値との差分が予め設定された値より大きいか否かを判別する(ステップS204)。上記予め設定された値は、例えば、図9(b)に示す光量設定値における差分の情報などに基づいて予め算出された値である。
ステップS204の判別の結果、上記差分が予め設定された値より大きいときは、ステップS201で読み出された(Ta=25℃の条件下で測定された)各駆動電流(IH,IM,IL)の比とステップS203で測定された(Ta=50℃の条件下で測定された)各駆動電流(IH ’,IM ’ ,IL ’)の比とを対応させて(例えば、図10(a)に示すようなグラフにプロットして)下記補正近似式(4)を生成する(ステップS206)。
図10(a)のグラフにおけるTa=25℃の条件下で測定された駆動電流の比及びTa=50℃の条件下で測定された駆動電流の比は、第1光量制御モード時の駆動電流の値を「1.000」として、第2光量制御モード時の駆動電流の値及び第3光量制御モード時の駆動電流の値を夫々正規化することによって導き出される。
図10(a)に示すように、本実施の形態では、Ta=25℃時とTa=50℃時との駆動電流の比の関係が2次特性を有し、ゲイン制御値は駆動電流に対応するので、補正後のゲイン制御値は補正係数d,e,fを用いて下記式(4)の近似式によって算出することができる。
補正後のゲイン制御値=d×(ゲイン制御値)2+e×(ゲイン制御値)+f
…(4)
上記補正近似式(4)を用いて各ゲイン制御値から補正後のゲイン制御値を算出すると、本実施の形態では、補正後のゲイン制御値と光量設定値との関係は図10(b)のグラフに示される関係を呈する。
図8に戻り、例えば、Ta=50℃時において所望の光量を得たい場合、所望の光量設定値から近似式(3)によってゲイン制御値を算出し、さらに算出されたゲイン制御値から近似式(4)によって補正後のゲイン制御値を算出し(ステップS207)(算出手段)、当該算出された補正後のゲイン制御値をゲイン制御回路39に設定して(ステップS208)、本処理を終了する。
ステップS204の判別の結果、上記差分が予め設定された値以内のときは、ステップS201で読み出されたゲイン制御値の近似式(3)を用いて所望の光量設定値からゲイン制御値を算出し(ステップS205)、当該算出されたゲイン制御値をゲイン制御回路39に設定して(ステップS208)、本処理を終了する。
図8の補正処理によれば、ステップS203で(Ta=50℃時において)測定された第1光量制御モード時の駆動電流(IH ’)の値と、ステップS201で読み出された(Ta=25℃時において測定された)駆動電流(IH)の値との差分が予め設定された値より大きいときは、Ta=25℃の条件下で測定された各駆動電流(IH,IM,IL)の比と、Ta=50℃の条件下で測定された各駆動電流(IH ’ ,IM ’ ,IL ’)の比とを対応させて補正近似式(4)を生成し、当該補正近似式(4)を用いて所望の光量設定値から補正後ゲイン制御値を算出して設定するので(ステップS208)、Ta=25℃時とTa=50℃時で異なる駆動電流/光量特性の影響を抑制して所望の光量を得ることができる。具体的には、図11のグラフに示すように、補正後のゲイン制御値を用いることにより、Ta=25℃の時の半導体レーザ12の光量と、Ta=50℃時の半導体レーザ12の光量との差分を極小にすることができる。
また、半導体レーザ12は時間の経過に応じて耐久性が劣化するため、時間の経過に応じて駆動電流/光量特性が変化する。したがって、所望の光量設定値が同じであっても、異なる時間において測定された半導体レーザ12の光量を比較すると、差分が生じることがある。
本実施の形態では、これに対応して、図8の補正処理と類似の処理を行い、半導体レーザ12の耐久性が劣化しても、時間の経過に応じて半導体レーザ12の光量の差分が生じないように、ステップS105の近似式(3)によって算出されるゲイン制御値を補正する。
具体的には、異なる時間(第1の時間及び第2の時間)において、第1光量制御モード、第2光量制御モード及び第3光量制御モードの各駆動電流を測定し、第1の時間及び第2の時間における第1光量制御モードの駆動電流を比較し、比較結果が予め設定された値より大きいときは、第1の時間における各駆動電流の比と、第2の時間における各駆動電流の比を対応させて補正近似式(4)と類似する補正近似式を生成し、当該類似する補正近似式を用いて所望の光量設定値から補正後ゲイン制御値を算出し、さらに補正後ゲイン制御値をゲイン制御回路39に設定する。これにより、時間の経過に応じて変化する駆動電流/光量特性の影響を抑制して所望の光量を得ることができる。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る画像形成装置の制御方法について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第1の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下、第1の実施の形態と異なる構成、作用についてのみ詳細に説明する。
図12(a)は、本実施の形態における調整処理の手順を示すフローチャートである。
図12(a)の調整処理は、レーザ制御部52が制御信号によってレーザ駆動部11を駆動することによって行われる。
図12(a)の調整処理では、図6の調整処理に加えてADC54における検査処理をさらに行う。ADC54はアナログ信号(駆動電流も含む)に基づいて出力されるデジタル信号(駆動電流も含む)を制御するが、ADC54は周囲温度による影響を受けやすく、出力されるデジタル信号(駆動電流)にはばらつきが生じる。
これに対応して、図10(a)の調整処理では、後述する図12(b)の検査処理においてEEPROM44に格納されたADC54へ入力される基準電圧の値と、後述する図13(b)の検査処理においてADC54から出力された基準電圧の値とを対応させて後述する検査近似式(5)を生成し、該検査近似式(5)を用いてADC54から出力される駆動電流を補正する。
図12(a)において、まず、ステップS101〜S106を実行し、次いで、後述する図12(b)の検査処理により、検査信号CALによって検査モードに設定されたときのADC54へ入力される基準電圧を測定し、当該測定された基準電圧の値をEEPROM44に格納して(ステップS300)、本処理を終了する。なお、図12(a)の調整処理において、検査処理に対応するステップS300はステップS106の後に実行されるが、ステップS300は図12(a)の調整処理におけるどのタイミングで行われてもよい。
図12(b)は、図12(a)の調整処理における検査処理の手順を示すフローチャートである。
図12(b)の検査処理は、レーザ制御部52が制御信号によってレーザ駆動部11を駆動することによって行われる。
図12(b)において、まず、検査信号CALによってAPC−H32、APC−M34、及びAPC−L36を夫々検査モードに設定し(ステップS301)、SW51を順次切り替えて夫々の基準電圧をSW51の出力端子で測定する(ステップS302)。SW51の出力端子はADC54への入力端子へ接続されているため、ステップS302で測定された基準電圧はADC54へ入力される基準電圧となる。その後、測定された基準電圧の値をEEPROM44に格納して検査モードを解除して(ステップS303)、本処理を終了する。
図13(a)は、本実施の形態における補正処理の手順を示すフローチャートである。
図13(a)の補正処理は、レーザ制御部52が制御信号によってレーザ駆動部11を駆動することによって行われる。
図13(a)において、まず、ステップS201〜S203を実行し、次いで、後述する図13(b)の検査処理により、検査信号CALによって検査モードに設定されたときのADC54から出力された基準電圧を測定し、当該測定された基準電圧の値と、図12(b)のステップS303で格納された基準電圧の値とを対応させて後述する検査近似式(5)を生成し(ステップS400)、ステップS204以降の処理を行って、本処理を終了する。
図13(b)は、図13(a)の補正処理における検査処理の手順を示すフローチャートである。
図13(b)の検査処理は、レーザ制御部52が制御信号によってレーザ駆動部11を駆動することによって行われる。
図13(b)において、まず、検査信号CALによってAPC−H32、APC−M34、及びAPC−L36を夫々検査モードに設定し(ステップS401)、SW51を順次切り替えてADC54から夫々出力された基準電圧をゲイン補正部53によって全て測定すると、検査モードを解除する(ステップS402)。
次に、図12(b)のステップS303で格納された、ADC54へ入力される基準電圧の値を読み出してゲイン補正部53に出力し(ステップS403)、ADC54へ入力される基準電圧の値とステップS402で測定された、ADC54から出力された基準電圧の値とを対応させて(例えば、図14に示すようなグラフにプロットして)ゲイン補正部53が後述する検査近似式(5)を生成する(ステップS404)。
図14のグラフにおいて、横軸はADC54から出力された基準電圧の値を表し、縦軸はADC54へ入力される基準電圧の値を表す。
すなわち、本実施の形態では、ADC54へ入力される各基準電圧の値と、ADC54から出力された各基準電圧の値とを対応させて直線近似した近似特性を導き出す。その後、各基準電圧は駆動電流に対応することから、導き出された近似特性において各基準電圧を駆動電流に変換し、補正係数g,hを用いて下記式(5)の検査近似式を生成する。
補正後の駆動電流=g×(補正前の駆動電流)+h …(5)
なお、ステップS303で格納された、ADC54へ入力される基準電圧はステップS101〜S106を前提とするため、Ta=25℃時の基準電圧である一方、ステップS402で測定された、ADC54から出力された基準電圧はステップS201〜S203を前提とするため、Ta=50℃時の基準電圧である。しかしながら、基準電圧は温度の影響を殆ど受けないため、異なる温度の各基準電圧から上述した検査近似式(5)を生成しても、当該検査近似式(5)の信頼性を損ねることはない。
図13(b)に戻り、ステップS404で生成された検査近似式(5)を用いて、図13(a)のステップS203で測定された各駆動電流(IH ’,IM ’ ,IL ’)の値を補正し(ステップS405)、ステップS204以降を実行して本処理を終了する。
図12(a)〜図13(b)の検査処理によれば、ADC54へ入力される基準電圧の値とADC54から出力された基準電圧の値に基づいて検査近似式(5)を生成し(ステップS404)、当該生成された検査近似式(5)を用いて、図13(a)のステップS203で測定された各駆動電流(IH ’ ,IM ’,IL ’)の値を補正する。これにより、駆動電流からADC54の周囲温度による影響を除去することができ、所望の光量に対応する光量設定値から近似式(3)によってゲイン制御値を算出して所望の光量を正確に得ることができる。
なお、上述した各実施の形態では、ゲイン補正部53及びADC54は、レーザ駆動部11に設けられてもよい。
次に、本発明の第3の実施の形態に係る画像形成装置及びその制御方法について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第1の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下、第1の実施の形態と異なる構成、作用についてのみ詳細に説明する。
図15は、本実施の形態に係る画像形成装置1におけるレーザ制御システム300の構成を概略的に示すブロック図である。なお、図15では、図3Aのレーザ制御システム300と異なる構成のみ詳述する。
図15において、ADC54及びゲイン補正部53はレーザ駆動部11に設けられ、さらに、PDサンプル/ホールド回路(以下、「PD_SH」という)71がレーザ駆動部11に設けられる。PD_SH71、ADC54、ゲイン補正部53は夫々直列に接続され、PD_SH71は画像制御部2のレーザ制御部52に接続されている。
図16は、図15におけるPD_SH71の構成を説明するのに用いられるブロック図である。
図16において、PD_SH71は、分配回路72、スイッチSW73,74,75,79、及びコンデンサ76,77,78で構成され、SW79は3つの入力端子を有する。分配回路72の入力端子にはレーザ制御部52の出力端子が接続され、分配回路72の出力信号によって夫々制御されるSW73,74,75の入力端子にはPDセンサ14の出力端子が夫々接続されている。SW73,74,75の出力端子は、コンデンサ76,77,78に夫々接続され、且つレーザ制御部52の制御信号によって制御されるSW79の3つの入力端子に夫々接続されている。SW79の出力端子はADC54に接続されている。
PD_SH71は、異なるタイミングでSW73,74,75にPDサンプル信号を夫々出力することにより、SW73,74,75を夫々独立に制御する。PD_SH71は、PDセンサ14から出力された信号に基づいて電荷をコンデンサ76,77,78に夫々充放電させると共に、PDセンサ14から出力された信号をSW79に伝搬させる。当該伝搬された信号のうちレーザ制御部52からの制御信号によって選択された信号のみがSW79を介してPD_SH71の出力信号として出力される。
図17は、本実施の形態における補正処理の手順を示すフローチャートである。
図17の補正処理は、光学走査装置5a,5b,5c,5dが画像形成装置1に配備された後に、レーザ制御部52が制御信号によってレーザ駆動部11を駆動することによって行われる。
図17の補正処理では、半導体レーザ12の発光をPDセンサ14によって受光し、当該受光した光量に基づいて後述する補正近似式(7)を生成し、該補正近似式(7)を用いてゲイン制御値を補正するので、駆動電流に基づいて生成された補正近似式(4)を用いる図8の補正処理よりも精度良くゲイン制御値を補正することができる。
図17において、まず、レーザ駆動部11を第1光量制御モードに設定して初期の光量設定を行い(ステップS501)、さらに、レーザ駆動部11を、図18に示す定電流モード(ACC)1〜定電流モード3(以下、単に、「ACC1」、「ACC2」、「ACC3」という)に夫々設定して半導体レーザ12を発光させ、PD_SH71が半導体レーザ12を受光したPDセンサ14のPD電圧(以下、単にPD電圧という。)の値を測定する(ステップS502)。
ACC1は第1光量制御モードの光量に相当する光量が設定されたモードであり、APC−H32の制御によって半導体レーザ12が発光する。ACC2は、ACC1における光量の50%の光量が設定されたモードであり、ゲイン制御回路39によってゲイン制御値がゲイン制御値1に設定され、当該ゲイン制御値1によってゲイン調整されたAPC−H32の制御によって半導体レーザ12が発光する。ACC3は、ACC1における光量の25%の光量が設定されたモードであり、ゲイン制御回路39によってゲイン制御値がゲイン制御値2に設定され、当該ゲイン制御値2によってゲイン調整されたAPC−H32の制御によって半導体レーザ12が発光する。
次いで、レーザ駆動部11を第1光量制御モードに設定してゲイン補正部53によってPD電圧の値を測定する。第2光量制御モード及び第3光量制御モードに夫々設定して、第2光量制御モードにおけるPD電圧の値及び第3光量制御モードにおけるPD電圧の値を夫々測定する(ステップS503)。
次いで、ステップS503で測定されたPD電圧、すなわち、光量に基づいて、係数i,j,kを用いて光量設定値/ゲイン制御値の下記近似式(6)を生成する(ステップS504)。
具体的には、第1光量制御モードで測定された光量を光量設定値「1.00」としたときの第2光量制御モード及び第3光量制御モードにおける各光量設定値(各モードで測定された光量を第1光量制御モードで測定された光量で正規化した値)を夫々算出し、各光量設定値と各モードにおけるゲイン制御値との相関関係から光量設定値/ゲイン制御値の下記近似式(6)を生成する。
ゲイン制御値=i×(光量設定値)2+j×(光量設定値)+k …(6)
これにより、所望の光量に対応する光量設定値から近似式(6)によってゲイン制御値を算出し、該算出されたゲイン制御値を用いて半導体レーザ12の光量を制御することにより、所望の光量を得ることができる。
次いで、ステップS502及びS503で測定されたPD電圧の値に基づいて、上記近似式(6)によって算出されたゲイン制御値を補正する後述の補正近似式(7)を生成する(ステップS505)。
上述したように、第2光量制御モードは第1光量制御モードにおける光量の50%の光量が設定されたモードであり、第3光量制御モードは第1光量制御モードにおける光量の25%の光量が設定されたモードである。一方、ACC1では100%のゲイン制御値が設定され、ACC2では50%のゲイン制御値が設定され、ACC3では25%のゲイン制御値が設定される。すなわち、ACC1は第1光量制御モードに対応し、ACC2は第2光量制御モードに対応し、ACC3は第3光量制御モードに対応する。したがって、第1光量制御モードのPD電圧の値及びACC1のPD電圧の値、第2光量制御モードのPD電圧の値及びACC2のPD電圧の値、第3光量制御モードのPD電圧の値及びACC3のPD電圧の値は夫々等価となることが望ましい。
しかしながら、第1光量制御モード〜第3光量制御モードではPD14の出力信号(PD電圧)を基準電圧に基づいてフィードバック制御しているので、波形整形された一定の出力信号(PD電圧)が得られる。一方で、ACC1〜ACC3ではPD14の出力信号(PD電圧)にフィードバック制御等が施されず、半導体レーザ12の光量特性がPD14によってそのまま出力されるので、波形整形されない出力信号(PD電圧)が得られる。したがって、図19で表されるように、第1光量制御モード〜第3光量制御モードのPD電圧の値の各々及びACC1〜ACC3のPD電圧の値の各々は等価とならない。ここで、光量設定値/ゲイン制御値の上記近似式(6)は第1光量制御モード〜第3光量制御モードで測定された光量に基づいて生成されているため、ACC1〜ACC3において上記近似式(6)を用いて所望の光量に対応する光量設定値からゲイン制御値を算出し、該算出されたゲイン制御値を用いて半導体レーザ12の光量を制御しても、所望の光量を得ることができないことがある。
そこで、本実施の形態では、第1光量制御モード〜第3光量制御モードのPD電圧の値の各々及びACC1〜ACC3のPD電圧の値の各々のずれを解消する下記補正近似式(7)を生成する。
具体的には、第1光量制御モードのPD電圧の値で第2光量制御モード及び第3光量制御モードの各PD電圧の値を正規化し、ACC1のPD電圧の値でACC2及びACC3の各PD電圧の値を正規化し、図20に示すようなグラフにプロットする。本実施の形態では、第1光量制御モード〜第3光量制御モードのPD電圧の値とACC1〜ACC3のPD電圧の値との関係は図20に示すように2次特性を有する。また、ゲイン制御値はPD電圧に対応するので、係数l,m,nを用いて下記補正近似式(7)を生成することができる。
補正後のゲイン制御値=l×(ゲイン制御値)2+m×(ゲイン制御値)+n
…(7)
次いで、目標となる光量設定値を設定し(ステップS506)、ステップS504で生成した近似式(6)及びステップS505で生成した補正近似式(7)を用いて目標となる光量設定値に応じた補正後のゲイン制御値を算出し(ステップS507)(算出手段)、ステップS507で算出されたゲイン制御値をゲイン制御回路39に設定して(ステップS508)、本処理を終了する。
図17の処理によれば、第1光量制御モード〜第3光量制御モードのPD電圧の値の各々及びACC1〜ACC3のPD電圧の値の各々に基づいて算出された補正近似式(7)を生成し、光量設定値/ゲイン制御値の近似式(6)から得られたゲイン制御値を補正近似式(7)を用いて補正するので、ACC1〜ACC3において、第1光量制御モード〜第3光量制御モードのPD電圧の値の各々及びACC1〜ACC3のPD電圧の値の各々のずれの影響を抑制して所望の光量を得ることができる。
以上、本発明について、上述した各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上述した各実施の形態では、補正後のゲイン制御値の近似式のデータをEEPROM44に格納するように構成してもよい。
上述した各実施の形態では、検査処理において基準電圧を測定しているが、他の信号を測定してもよい。
上述した各実施の形態では、例えば、コンデンサ33を用いて電圧Vch1を制御しているが、データ(デジタルデータ)を記憶する図示しない記憶部と、記憶されたデータに基づいて電圧を出力する図示しないD/Aコンバータを用いて電圧Vch1を制御してもよい。