(57)【要約】【課題】  ドループ特性の悪いレーザであっても、レーザの光量変動を抑えつつ低濃度部での濃度変動を抑え、高品位な画像を得る画像形成装置を提供ずる。【解決手段】  １走査中の画像信号に基づいてレーザのドループ量（発光特性変動）を予測し、バイアス電流を補正するように構成する。【選択図】        図３
2006150903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像信号に応じて画素変調信号を生成し、この画素変調信号に応じてレーザビームを像担持体上に照射して画像情報を書き込み、これを可視像化し、その像を転写部材上に転写、定着して画像を形成する画像形成装置であって、
レーザの光量を検出する光検出手段と、
１走査中のレーザのパルス電流又はバイアス電流を１走査の間一定に制御する第１制御手段と、
１走査中のレーザのバイアス電流をレーザのオン時間に応じて可変制御する第２制御手段と、
画素変調信号に応じてパルス電流をオンオフする切替手段と、
パルス電流と切替手段によってオンオフされたバイアス電流との和でレーザを駆動するレーザ制御手段を備え、
レーザの発光特性を検出して記憶する第１のモードと、
記憶されたレーザの発光特性に応じて画像を形成する第２のモードを有すること特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
バイアス電流は予め定められた値で固定され、１走査中に第１制御手段でパルス電流を一定に制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
パルス電流は予め定められた値で固定され、１走査中に第１制御手段でバイアス電流を一定に制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
１走査中に第１制御手段でパルス電流とバイアス電流を一定に制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
第１制御手段は、画像形成領域外においてサンプルした光量を電圧値に変換して１走査の間一定に保持し、この値と予め設けられた基準電圧とを比較することで第１差分信号を生成し、第１差分信号に応じてパルス電流又はバイアス電流を一定に制御する手段であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】
第２制御手段は、画像形成領域でサンプルした光量を電圧値に変換した値をＡ／Ｄ変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、画像形成領域内で光検出手段により画素毎に検出された電圧値をＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と、第１及び第２Ａ／Ｄ変換手段より出力された値を演算して第２差分信号を出力する演算手段と、演算手段が出力する第２差分信号をレーザのオン時間に応じて記憶する記憶手段と、記憶手段によりレーザのオン時間に応じて読み出された第２差分信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換手段とを有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
第１のモードは画像形成とは無関係の時に１走査時間以上フル点灯させ、第２制御手段により生成される第２差分信号を記憶するモードであり、第２のモードは画像形成中に第２制御手段により記憶された第２差分信号を読み出しＤ／Ａ変換手段により変換出力された補正信号により第２駆動電流を制御するモードであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源からの画素変調されたレーザ光を感光体や静電記録媒体等の像担持面上に導光して、その面上に、例えば、静電潜像から成る画像情報を形成するようにしたデジタル画像形成装置、特に、そのレーザ制御部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、画像形成装置のレーザ駆動回路においては、１走査中のレーザの光量を一定に保持するために、１走査中の光検出区間でレーザ光の出力を検出してレーザの駆動電流を１走査の間保持するという制御方法をとっていた。
【０００３】
以下、この制御方法を図１１を用いて具体的に説明する。この種の画像形成装置においては、図１１のように、１つのレーザ７３Ａと１つのフォトダイオード（以下、ＰＤと呼ぶ）センサ７３Ｂから構成されるレーザチップ７３を用いる。そして、このレーザ７３にバイアス電流源７１とパルス電流源７２の２つの電流源を適用することによって、レーザ７３Ａの発光特性の改善を図っている。
【０００４】
また、レーザ７３Ａの発光を安定化させるために、ＰＤセンサー７３Ｂからの出力信号を用いてバイアス電流源７１に帰還をかけ、バイアス電流量の自動制御を行っている。すなわち、ＰＤセンサー７３Ｂからの出力信号は電流電圧変換器７４に入力され、ついで増幅器７５で増幅され、ＡＰＣ回路７６に入力され、このＡＰＣ回路７６からバイアス電流源７１に制御信号として供給される。この回路方式をＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌの略）回路方式と言い、現在レーザを駆動する回路方式としては、一般的である。
【０００５】
レーザは温度特性を持っており、温度が高くなるほど一定の光量を得るための電流量は増加する。また、レーザは自己発熱するため、一定電流を供給するためでは一定の光量を得ることができず、これらは画像形成に重大な影響を及ぼす。このことを解決する手段として、１走査毎に前述したＡＰＣ回路方式を用いて、各走査毎の発光特性が一定になるように、各走査毎に流す電流量を一定に制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、レーザには、図１２に示すように、レーザのオン時間に応じたドループ特性があり、１走査中の駆動電流量を一定に制御しても光量は若干減少してしまう。この現象は、パルス制御しても同様であり、ドループ特性の悪いレーザであれば、図１２のように、レーザのオン時間が長いほど濃度差が生じてしまう。これは、例えば、ネガトナーを使用したバックグランド露光形式のデジタル複写機であれば、白地はフル点灯で画像形成するため、白地の左右で濃度差が生じてしまい、カブリ等を引き起こしたり、画像品位を低下させる原因となっていた。また、こうした不具合を解消するために、使用するレーザの選別が必要となり、コスト的にも高くなっていた。
【０００７】
このような従来の問題点を解決するため、例えば、下記特許文献２では、レーザの光量を検出する光検出手段と、１走査中のレーザの第１駆動電流を１走査の間一定に制御する第１制御手段と、１走査中のレーザの第２駆動電流をレーザのオン時間に応じて可変制御する第２制御手段と、画素変調信号に応じて第２制御手段によって制御された第２駆動電流をオンオフする切替手段とを有し、第１制御手段によって制御された第１駆動電流と切替手段によってオンオフされた第２駆動電流との和でレーザを駆動するレーザ制御手段を備え、かつレーザの発光特性を検出して記憶する第１のモードと、記憶されたレーザの発光特性に応じて画像を形成する第２のモードを有するもので、ドループ特性の悪いレーザであっても、より安定した光量制御が可能となり、したがって、高品位の画像が得られるというものである。
【０００８】
例えば図１３のようにバイアス電流Ｉｂにパルス電流Ｉｐを重畳してレーザ発光させて光量Ｐ１が得られる。そして１走査の間にレーザ発光特性が変動してバイアス電流Ｉｂにパルス電流Ｉｐを重畳したときの光量はＰ２に低下する。そこで、例えば特許文献２では、パルス電流Ｉｐを補正してＩｐ２にしてレーザ発光量をＰ１に保つ。
【特許文献１】特開平１０−１６６６４９号公報
【特許文献２】特開平１１−２９１５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしこの構成ではパルス電流を調整してレーザの光量変動は抑えることができる一方で、バイアス電流が一定のためレーザの発光特性が悪化し特に低濃度の画像再現性が低下する。
【００１０】
例えば図１３のようにパルス電流Ｉｐを補正してＩｐ２を重畳した場合、レーザ発光量はＰ１で変動しないが、パルス電流量が変動する。このパルス電流量が大きくなるとレーザの発光遅延時間は増大する。
【００１１】
例えば図１０のように１走査中にレーザ発光特性が変動し、それを補正するためにパルス電流量を補正した場合レーザの発光量は変わらないが、パルス電流量が大きくなるため入力される画像データに対し１走査中の発光遅延時間が増大する。この発光遅延時間は発光時間が短い低濃度になるほどその割合が大きくなり、画像再現性が低下する。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、１走査中の画像信号に基づいてレーザのドループ量（発光特性変動）を予測し、バイアス電流を補正することのできる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上述の課題を解決するため、画像形成装置を以下（１）の構成とする。
【００１４】
（１）入力された画像信号に応じて画素変調信号を生成し、この画素変調信号に応じてレーザビームを像担持体上に照射して画像情報を書き込み、これを可視像化し、その像を転写部材上に転写、定着して画像を形成する画像形成装置であって、レーザの光量を検出する光検出手段と、１走査中のレーザのパルス電流又はバイアス電流を１走査の間一定に制御する第１制御手段と、１走査中のレーザのバイアス電流をレーザのオン時間に応じて可変制御する第２制御手段と、画素変調信号に応じてパルス電流をオンオフする切替手段と、パルス電流と切替手段によってオンオフされたバイアス電流との和でレーザを駆動するレーザ制御手段を備え、レーザの発光特性を検出して記憶する第１のモードと、記憶されたレーザの発光特性に応じて画像を形成する第２のモードを有すること特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１５】
ドループ特性の悪いレーザであっても、レーザの光量変動を抑えつつ低濃度部での濃度変動を抑えることが可能になる。そして高品位な画像を得る画像形成装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって説明する。
【００１７】
図１は、実施例１のデジタルプリンタ装置の断面図である．同装置の基本的な動作に付いて図１を用いて説明する。原稿給紙装置１上に積載された原稿は、１枚ずつ順次原稿台ガラス２面上に搬送される。原稿が搬送されると、スキャナー３部分のランプが点灯し、スキャナーユニット４が移動して原稿を照射する。原稿の反射光は、ミラー５，６，７を介してレンズ８を通過し、その後イメージセンサー部９に入力される。イメージセンサー部９に入力された画像信号は、直接、あるいは、一旦図示しない画像メモリに記憶され、再び読み出された後、露光制御部１０に入力される。露光制御部１０が発生する照射光によって感光体１１上に作られた潜像は、現像器１２、あるいは１３によって現象される。上記潜像とタイミングを合わせて転写部材積載部１４、あるいは１５より転写部材が搬送され、転写部１６において、上記現象されたトナー像が転写部材上に転写される。転写されたトナー像は定着部１７にて転写部材に定着された後、排紙部１８より装置外に排出される。
【００１８】
図２は上記露光制御部１０の構成を示す。図２において、３１は半導体レーザである。半導体レーザ３１の内部には、レーザ光の一部を検出するＰＤセンサーが設けられ、ＰＤの検出信号を用いてレーザダイオードのＡＰＣ制御を行う。半導体レーザ３１が発したレーザビームは、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３３に入射される。回転多面鏡３３は、矢印方向に等角速度の回転を行っており、この回転に伴って、入射した光ビームが連続的に角度を変える変更ビームとなって反射される。偏向ビームとなった光は、ｆ−θレンズ３４により集光作用を受ける。一方、ｆ−θ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ため、光ビームは、像担持体としての感光体１１上に矢印方向に等速で結合走査される。
【００１９】
なお、３６は回転多面鏡３３からの反射光を検出するビームディテクト（以下、ＢＤと呼ぶ）センサであり、ＢＤセンサ３６の検出信号は回転多面鏡３３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。
【００２０】
次に、実施例１のレーザ制御回路により制御方法を図３を用いて説明する。なお、本実施例は、図１２に示すようなレーザ光波形が、ＰＤセンサー出力波形で観測できることに着目したものである。図３は、本実施例のレーザ制御回路の構成を示すブロック図である。同図において、レーザチップ１０５は、図２における半導体レーザ３１の内部構成を示したものであり、レーザダイオード１０５ＡとＰＤセンサー１０５Ｂとより構成されている。１０１はレーザ１０５Ａのバイアス電流源、１０２はレーザ１０５Ａのパルス電流源である。画像信号であるＤＡＴＡは変調部１０８において画素変調され、その出力信号によりＯＮ／ＯＦＦするスイッチ１０９によって、レーザ１０５Ａの発光は制御される。また、ＰＤセンサー１０５Ｂの出力信号は電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器１０４で電圧信号に変換され、増幅器１０３で増幅されＡＰＣ回路１０６−１に入力される。
【００２１】
ＡＰＣ回路１０６−１は、例えば、図４に示す回路を内蔵している。これらの回路は、増幅されたＰＤセンサー出力ＶＰＤをアナログスイッチ２０２を使って、シーケンスコントローラ１０７からのサンプル／ホールド信号Ｓ／Ｈでサンプルし、抵抗２０１とコンデンサー２０３とで決まる時定数でこの電圧値（ＶＳＨ）を１走査の間ホールドする。そして、このＶＳＨと予め設定された基準電圧ＶＲＥＦとを比較器２０４で比較することで、その差信号ＶＡＰＣを出力し、このＶＡＰＣに応じてバイアス電流源の電流を制御する。すなわち、基準電圧ＶＲＥＦとして設定されている目標バイアス発光値となるようにバイアス電流源の電流を制御することによって、半導体レーザのバイアス光量が所望の光量となるようにＡＰＣ制御を行う。
【００２２】
このＡＰＣ回路１０６−１に入力される増幅されたＰＤセンサー出力ＶＰＤは、ＡＰＣ回路１０６−１から出力されるＶＳＨとともに電流制御部１０６−２にも入力され、電流制御部１０６−２は１走査中のレーザのオン時間に応じた電流量を補正する補正信号をバイアス補正電流源１１０に出力し、バイアス電流源１０１とバイアス補正電流源１１０の和で表されるバイアス電流量で、１走査中のバイアス駆動電流量を制御する。この電流制御部１０６−２の構成と動作を図５と図６及び９を用いて説明する。
【００２３】
図５において、３０１ＡはＶＳＨをＷＳＹＮＣのタイミングでデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ、３０１Ｂは入力されたアナログ値ＶＰＤを画素毎にデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ、３０２はＡ／Ｄコンバータ３０１Ａ及び３０１Ｂが出力したＶＳＨのデジタル値ＶＳＨＤとＶＰＤのデジタル値ＶＰＤＤを入力し、ＶＳＨＤからＶＰＤＤを減算する減算器、３０３は減算器３０２から出力されたＶＳＨＤとＶＰＤＤの差分データＶＣＯＭｉを画素毎に保存するＲＡＭやＦｉＦｏ等の読み書き自由なメモリ、３０５はＲＳＹＮＣがＬｏｗあるいは画素変調信号ＶＤがＬｏｗのタイミングでリセット信号を出力する論理素子、３０４は論理素子３０５が出力するリセット信号のタイミングでリセットしてメモリ３０３から出力されたデジタルの差分データＶＣＯＭｏをアナログの差分データＶＣＯＲに変換するＤ／Ａコンバータである。このＤ／Ａコンバータ３０４が出力する補正信号ＶＣＯＲに応じてバイアス補正電流源１１０を制御する。
【００２４】
このときのシーケンスを図６及び図９を用いて説明する。まず、画像形成シーケンス以外の時（図６）、例えば、前回転中や後回転中、あるいは紙間において、シーケンスコントローラ１０７からの命令によってフル点灯させる。そして、シーケンスコントローラ１０７からのＳ／Ｈ信号によりＶＳＨを得る。このＶＳＨをライトリセット信号ＷＳＹＮＣ信号のタイミングでＡ／Ｄ変換したデジタル値ＶＳＨＤと、ＰＤが出力するＶＰＤを画素毎にＡ／Ｄ変換したデジタル値ＶＰＤＤとを比較し、得られた画素毎の差分データＶＣＯＭｉを、シーケンスコントローラ１０７からのライトリセット信号ＷＳＹＮＣとアドレスに応じ画素毎にメモリ３０３に保存する。このメモリは最小１走査の差分データを保存できるものであればよい。こうして、１走査中の光量ダウン分を、走査開始時電圧（ＶＳＨ）と画素毎のＰＤ検出電圧（ＶＰＤ）との電位差（ＶＣＯＭｉ）として検出し記憶することで、レーザのオン時間に対応したドループ特性を特定できる。
【００２５】
次に、ドループ特性をメモリに保存した後、画像形成シーケンスに移り（図９）、シーケンスコントローラ１０７からのリードリセット信号ＲＳＹＮＣあるいは画素変調信号に応じて、画素毎に保存した差分データＶＣＯＭｉを読み出す（ＶＣＯＭｏ）。すなわち、レーザのオン時間が１画素内であれば（図９（２）の１））、ドループ特性はほとんど影響しないため（ほとんど光量はダウンしないため）、メモリの内容は読み出さず、レーザのオン時間が１画素以上であれば（図９（２）の２））、レーザのオン時間に応じた画素数分だけメモリから差分データＶＣＯＭｏを読み出す。したがって、１走査以上レーザをオンする場合は、図９（１）のように、１走査分保存した差分データＶＣＯＭｏを全て読み出す。そして、この読み出された差分データＶＣＯＭｏをＤ／Ａコンバータ３０４に入力して、アナログ値ＶＣＯＲに変調し、このＶＣＯＲを用いてバイアス補正電流源１１０を制御する。
【００２６】
したがってバイアス電流は図１４のように、１走査毎に一定になるようＡＰＣ制御され、このＡＰＣ制御されたバイアス電流Ｉｂ１とＶＣＯＲによって制御されたバイアス補正電流Ｉｂ２の和で表されるバイアス電流分、パルス電流源１０２による一定電流Ｉｐを画素変調に応じてＯＮ／ＯＦＦしたものを加算した電流で、レーザを駆動することで画像を形成する。
【００２７】
従来は、図１０のように、一定のバイアス電流で光量を制御していたので、レーザの発光特性が悪化し特に低濃度の画像再現性が低下する。しかし本発明によれば、図７、図８、図１４に示すように、バイアス電流を制御して１走査の間一定のパルス電流Ｉｐを保持するため、１走査のレーザ光量維持と低濃度の画像再現性維持の両立が可能となる。またいつでも発光特性を検出できるため、レーザの発光特性の経時変化にも柔軟に対応でき、常に安定したレーザ制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の構成を示す断面図
【図２】露光制御部１０の構成を示す図
【図３】実施例のブロック図
【図４】ＡＰＣ内部の構成を示す図
【図５】電流制御部の構成を示す図
【図６】実施例のタイミングチャート１
【図７】ドループ補正の説明図
【図８】ドループ補正の説明図
【図９】実施例のタイミングチャート２
【図１０】レーザ発光遅延時間を示す図
【図１１】従来例のブロック図
【図１２】ドループの説明図
【図１３】従来のドループ補正の説明図
【図１４】本件のドループ補正の説明図
【符号の説明】
【００２９】
３１  半導体レーザ
３２  絞り
３３  回転多面鏡
３４  ｆ−θレンズ
３５  コリメータレンズ
３６  ビームディテクトセンサ（ＢＤセンサ）
１０１  バイアス電流源
１０２  パルス電流源
１０３  増幅器
１０４  電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器
１０５  レーザチップ
１０５Ａ  レーザダイオード
１０５Ｂ  ＰＤセンサー
１０６−１  ＡＰＣ回路
１０６−２  電流制御部
１０７  シーケンスコントローラ
１０８  変調部
１１０  バイアス補正電流源
【図１】
2006150903.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006150903.tif 000013
【図１２】
2006150903.tif 000014
【図１３】
2006150903.tif 000015
【図１４】
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