(57)【要約】【課題】光ビームの出射開始タイミングを安定させること。【解決手段】半導体レーザ１２から出射された光ビームが感光ドラム２５の表面上を走査するように、光ビームを偏向する回転多面鏡１５ａと、複数の磁極を有するロータ１５ｄに設けられた回転多面鏡１５ａを回転させるモータ１５と、モータ１５の回転により発生する磁束変化を検出して、ホール素子信号３０を生成するホール素子１６と、ホール素子信号３０のモータ１５の回転速度に対応した周波数を除いた周波数のノイズを除去するフィルタ処理を行う回転信号処理部３００と、光ビームの走査方向における光ビームの感光ドラム２５上での露光開始位置を一定にするために、回転信号処理部３００によってフィルタ処理されたＦＧ信号２２に基づいて、光ビームの各走査周期における半導体レーザ１２からの光ビームの出射開始タイミングを制御する書き出し制御部３１及び画像制御部５と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された前記光ビームが感光体の表面上を走査するように、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、
複数の磁極を有するロータ部を有し、前記ロータ部に設けられた前記回転多面鏡を回転させるモータと、
前記モータの回転により発生する磁束変化を検出して、回転周期信号を生成する周期信号生成手段と、
前記モータの回転速度に応じたフィルタ処理であって、前記回転周期信号の前記モータの回転速度に対応した周波数を除いた周波数のノイズを除去するフィルタ処理を行うフィルタ手段と、
前記光ビームの各走査周期において前記光ビームの走査方向における前記光ビームの前記感光体上での露光開始位置を一定にするために、前記フィルタ手段によってフィルタ処理された前記回転周期信号に基づいて、前記光ビームの各走査周期における前記光源からの前記光ビームの出射開始タイミングを制御する露光制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記フィルタ手段は、前記モータの回転状態に応じて、前記フィルタ処理を行った前記回転周期信号、又は前記フィルタ処理を行っていない前記回転周期信号を出力する信号出力部を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
目標回転速度で回転するように、前記モータを制御する回転制御手段を備え、
前記回転制御手段は、前記信号出力部より出力された前記回転周期信号に基づいて、前記モータの回転状態を検出し、前記モータが前記目標回転速度で回転しているかどうかを示す状態信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記信号出力部は、前記状態信号に基づいて、前記モータが前記目標回転速度で回転している場合には、前記フィルタ処理を行った前記回転周期信号を二値化して出力し、前記モータが前記目標回転速度で回転していない場合には、前記周期信号生成手段にて生成された前記回転周期信号を二値化して出力することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記モータの回転速度に対応した周波数は、前記目標回転速度に対応した周波数を含む所定の範囲内の周波数であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記フィルタ手段は、前記所定の範囲内の周波数よりも高い周波数、及び前記所定の範囲内の周波数よりも低い周波数のノイズを除去することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記フィルタ手段は、前記所定の範囲内の周波数よりも高い周波数のノイズを除去することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記露光制御手段は、前記モータを前記目標回転速度で回転させたときの回転周期信号における前記ロータ部の所定の磁極の周期を記憶する記憶手段を有し、前記信号出力部より出力された前記回転周期信号と、前記記憶手段に記憶された前記所定の磁極の周期と、に基づいて、前記出射開始タイミングの基準となる基準信号を生成することを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記回転多面鏡は、複数の反射面を有し、
前記記憶手段は、前記基準信号に対し前記回転多面鏡の各々の前記反射面が所定の位相に到達するまでの時間を示す位相データを記憶し、
前記露光制御手段は、前記基準信号と、前記記憶手段に記憶された前記位相データと、に基づいて、前記回転多面鏡の前記反射面に対応した前記出射開始タイミングを制御することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特に回転多面鏡を回転させるモータの回転により発生する磁束変化を利用した露光制御を行う画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置は、光走査装置を備えている。光走査装置は、光源から出射される光ビームを回転多面鏡により偏向し、偏向された光ビームは、ｆθレンズを介して感光ドラムの上を走査して静電潜像を形成する。画像形成装置は、画像の主走査方向の書き出し位置を一定にするために光ビームの出射開始タイミングを決定する必要がある。光ビームの出射開始タイミングを決定するために、光走査装置は、一般に、光ビーム検出器（以下、ＢＤという）を備えている。ＢＤは、光源から出射され回転多面鏡により偏向された光ビームを受光したときに、ＢＤ信号を出力する。画像形成装置は、ＢＤ信号に基づいて光ビームの出射開始タイミングを決定する。しかし、ＢＤがＢＤ信号を生成するためには、ＢＤに加えて、ＢＤへ光ビームを入射させるための集光レンズやスリット等の光学部品を必要とする。そのため、部品数及び組立て工数が増加してコストアップになるという課題を生じる。
【０００３】
その課題を解決するために、例えば特許文献１では、ＢＤ信号と同等の出射開始タイミングを有する信号をモータの回転制御に用いられるＦＧ信号を用いて生成することで、ＢＤを必要としない画像形成方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６２７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＦＧ信号はＢＤ信号に比べてジッター（時間軸方向での信号波形の揺らぎ）が大きい。そのため、ＦＧ信号を用いてＢＤ信号を生成した場合には、光ビームの出射開始タイミングがばらつき、形成される画像の色ずれが大きくなる。これは、ＢＤ信号は光信号であり検出精度が良いのに対して、ＦＧ信号の元となる信号である、ホール素子が出力するホール素子信号は、磁界の変化を検出したときに出力される信号であり、そのためノイズが多くなるためである。
【０００６】
例えば、ホール素子信号のノイズを除去するために、アナログ回路を用いてホール素子信号にアナログフィルタ処理を施すことが考えられる。しかし、複数の回転速度モードに切替え可能な光走査装置において、ノイズの周波数帯は回転速度毎に異なる。そのため、フィルタ処理が施される周波数帯域が固定されるアナログフィルタでは、回転速度毎にノイズを除去できないという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、光ビームの出射開始タイミングを安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
【０００９】
（１）光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された前記光ビームが感光体の表面上を走査するように、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、複数の磁極を有するロータ部を有し、前記ロータ部に設けられた前記回転多面鏡を回転させるモータと、前記モータの回転により発生する磁束変化を検出して、回転周期信号を生成する周期信号生成手段と、前記モータの回転速度に応じたフィルタ処理であって、前記回転周期信号の前記モータの回転速度に対応した周波数を除いた周波数のノイズを除去するフィルタ処理を行うフィルタ手段と、前記光ビームの各走査周期において前記光ビームの走査方向における前記光ビームの前記感光体上での露光開始位置を一定にするために、前記フィルタ手段によってフィルタ処理された前記回転周期信号に基づいて、前記光ビームの各走査周期における前記光源からの前記光ビームの出射開始タイミングを制御する露光制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光ビームの出射開始タイミングを安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１、２の画像形成装置の全体構成を示す断面図
【図２】実施例１、２の光走査装置の構成を説明する図
【図３】実施例１、２のモータの構成と出力信号について説明する図
【図４】実施例１、２の光走査装置の制御を説明する制御ブロック図
【図５】実施例１、２の光走査装置による作像の制御シーケンスを示すフローチャート
【図６】実施例１、２の書き出し制御部の制御を説明する制御ブロック図
【図７】実施例１、２の書き出し制御部３１の処理を説明するフローチャート
【図８】実施例１、２のＦＧ信号２２の周期バラツキを示す図
【図９】実施例１、２の書き出し制御部の動作を示すタイミングチャート
【図１０】実施例１、２の位相データの生成処理を行う装置構成を示すブロック図
【図１１】実施例１、２の位相データの生成処理の信号を説明するタイミングチャート
【図１２】実施例１、２の位相データの生成処理のシーケンスを示すフローチャート
【図１３】実施例１の回転制御部、回転信号処理部を説明する制御ブロック図
【図１４】実施例１のカットオフ周波数の設定について説明する図
【図１５】実施例１のカットオフ周波数の設定変更について説明する図
【図１６】実施例１のデジタルフィルタ部の効果について説明する図
【図１７】実施例１のスイッチ部の出力信号の切り替えを説明する図
【図１８】実施例１の回転信号処理部の制御シーケンスを示すフローチャート
【図１９】実施例１の回転信号処理部の信号処理のタイミングを説明するタイミングチャート
【図２０】実施例１のバンドパスフィルタ演算部の回路構成を示す回路ブロック図
【図２１】実施例２の回転制御部、回転信号処理部を説明する制御ブロック図
【図２２】実施例２のカットオフ周波数の設定について説明する図
【図２３】実施例２のデジタルフィルタ部の効果について説明する図
【図２４】実施例２のローパスフィルタ演算部の回路構成を示す回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
［画像形成装置の構成］
図１は、実施例１の電子写真方式の画像形成装置１の全体構成を示す断面図である。画像形成装置１は、光走査装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、コントローラ１２０、画像読取部５００、感光ドラム２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋを含む画像形成部５０３、定着部５０４、及び給紙／搬送部５０５から構成される。画像読取部５００は、原稿台に置かれた原稿に対して、照明を当てて原稿の画像を光学的に読み取り、読み取った画像を画像データ（電気信号）へ変換する。コントローラ１２０は、画像読取部５００から画像データを受信し、受信した画像データを画像信号へ変換する。そして、コントローラ１２０は、画像信号を光走査装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋへ送信したり、光走査装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋの発光制御や後述するモータ１５（図２参照）の回転制御を行う。図１中の符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）に対応する構成であることを示す。なお、以下では、特定の感光ドラム等を指す場合を除き、符号の添字を省略することとする。
【００１４】
画像形成部５０３は、４つの画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）を有する。４つの画像形成ステーションＰは同じ構成を有し、無端の中間転写ベルト５１１の回転方向（時計回り方向）に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の順に並べられている。画像形成ステーションＰのそれぞれは、矢印方向（反時計回り方向）に回転する感光体である感光ドラム２５を有し、感光ドラム２５の周りには、回転方向（反時計回り方向）に沿って、帯電器３、現像装置４、及びクリーニング装置７が配置されている。
【００１５】
帯電器３は、回転する感光ドラム２５の表面を同じ電位で均一に帯電する。光走査装置２は、画像信号に従って変調された光ビームを出射して、感光ドラム２５の表面上に静電潜像を形成する。現像装置４は、感光ドラム２５上（感光体上）に形成された静電潜像をそれぞれの色のトナー（現像剤）を付着させて現像し、トナー像を形成する。一次転写部材６により、感光ドラム２５上のトナー像は中間転写ベルト５１１上に順次重畳して転写され、カラー画像が形成される。クリーニング装置７は、中間転写ベルト５１１に転写されずに感光ドラム２５上に残ったトナーを回収する。
【００１６】
記録媒体であるシートＳは、給紙／搬送部５０５の給紙カセット５０８又は手差しトレイ５０９から二次転写ローラ５１０へ搬送される。二次転写ローラ５１０は、中間転写ベルト５１１上のトナー像を一括して、シートＳへ転写する。トナー像が転写されたシートＳは、定着部５０４へ搬送される。定着部５０４は、シートＳを加熱及び加圧してトナーを融解して、シートＳにトナー像を定着させる。トナー画像が定着されたシートＳは、排出トレイ５１２へ排出される。
【００１７】
光走査装置２は、イエロー画像の光ビームの出射開始タイミングからそれぞれマゼンタ、シアン及びブラック画像の光ビームの出射を順次開始していく。副走査方向（感光ドラム２５の回転方向）における光走査装置２の出射開始タイミングを制御することにより、中間転写ベルト５１１上に色ずれのないフルカラーのトナー像が形成される。
【００１８】
［感光ドラムと光走査装置］
図２は、実施例１の光走査装置２の構成を説明する図である。光走査装置２は、レーザ制御部１１、半導体レーザ（光源）１２、コリメートレンズ１３、円柱レンズ１４、モータ１５、ｆθレンズ１７及び反射ミラー１８を有する。モータ１５は、ロータ部であるロータ１５ｂを有する。回転多面鏡１５ａはロータ１５ｂ上に設けられ、ロータ１５ｂと一体で回転する。本実施例においては、コントローラ１２０は、光走査装置２の外部で、画像形成装置１の本体側に設けられている。コントローラ１２０と光走査装置２とは、信号線を介して電気的に接続されている。半導体レーザ１２から出射されたレーザ光Ｌ（以下、光ビームＬという）は、コリメートレンズ１３及び円柱レンズ１４を経て、回転多面鏡１５ａへと進む。光ビームＬは、回転多面鏡１５ａにより偏向され、ｆθレンズ１７、反射ミラー１８を経由して感光ドラム２５上を矢印Ｘで示す主走査方向に走査して静電潜像を形成する。本実施例の光走査装置２には、感光ドラム２５上の画像領域に静電潜像を形成するための光ビームＬの書き出し開始タイミングを制御するＢＤ信号を出力するＢＤ（光ビーム検出器）は設けられていない。なお、ホール素子１６、ホール素子信号３０、画像信号４０、モータ制御信号４１については後述する。
【００１９】
［モータの構成］
図３は、回転多面鏡１５ａを駆動するモータ１５の構成と出力信号について説明する図である。図３（ａ）は、モータ１５の横断面図である。モータ１５は、３相１２極のブラシレスＤＣモータである。モータ１５の相数及び磁極数は、これらに限定されるものではない。また、回転多面鏡１５ａは、４つの反射面（偏向面）を有する。回転多面鏡１５ａの反射面の数は、これに限定されるものではない。回転多面鏡１５ａとロータ１５ｂは、モータ軸８１により一体で固定されている。
【００２０】
図３（ａ）において、破線で示すロータ１５ｂの内部には、ロータ１５ｂの内周面に６組の磁極が配列されたマグネット（永久磁石）１５ｄが装着されている。図３（ａ）において、モータ制御基板１５ｅに対するロータ１５ｂの位置は、説明の便宜上、実際より高い位置に描かれている。モータ軸受８２は、ロータ１５ｂに固定されたモータ軸８１を回転可能に支持する。巻き線１５ｃは、３相電流を駆動するよう、３つのスロット（コイル）がモータ制御基板１５ｅ上に配置されている。周期信号生成手段であるホール素子１６は、図３（ａ）では１個のみが図示されている。しかし、実際には、図３（ｂ）に示すように、巻き線１５ｃのスロットの数（３）と同じ数の３つのホール素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃが配置されている。
【００２１】
図３（ｂ）は、巻き線１５ｃ、マグネット１５ｄ、及びホール素子１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を示す図であり、各素子の位置関係を表している。図３（ｃ）は、ロータ１５ｂが時計回り方向に回転したときのマグネット１５ｄの通過位置、ホール素子信号３０ａ、及びＦＧ信号２２の関係を示すタイムチャートであり、横軸は時間を示す。図３（ｃ）では、マグネットＳ極とＮ極の１対を１組として、モータ１回転分のＳ極とＮ極を磁極位置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ及びＶＩとしている。具体的にはＳ１＆Ｎ１マグネット位置をＩ、Ｓ２＆Ｎ２マグネット位置をＩＩとし、同様にＳ３＆Ｎ３〜Ｓ６＆Ｎ６マグネット位置をＩＩＩ〜ＶＩとしている。
【００２２】
ホール素子信号３０ａは、ホール素子１６ａが出力する信号である。また、ＦＧ信号２２は、コントローラ１２０内でホール素子信号３０ａを二値化した回転周期信号である。モータ１５が回転すると（すなわち、ロータ１５ｂが回転すると）、ホール素子１６ａ周りの磁束が変化する。ホール素子１６ａは、ロータ１５ｂの回転に伴って、ホール素子１６ａ周りの磁束変化を電気信号であるホール素子信号３０ａへ変換し、実線で示す波形の（＋）出力と、破線で示す波形の（−）出力を生成する。そして、ホール素子１６ａから出力される（＋）と（−）の差動出力に対して、閾値を設け二値化することで、図３（ｃ）に示すＦＧ信号２２が得られる。なお、ホール素子信号３０ａに含まれているノイズは、二値化されたＦＧ信号２２でのジッターの発生要因となる。また、ＦＧ信号２２は、複数のホール素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃのそれぞれの出力であるホール素子信号３０ａ、３０ｂ及び３０ｃのうちのいずれか一つから生成することができる。以下の説明では、複数のホール素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃのうちの任意の一つをホール素子１６とし、そのホール素子１６から出力される信号をホール素子信号３０として説明する。本実施例では、モータ１５の回転検出手段としてホール素子１６を用いている。なお、ホール素子１６の代わりに、例えばロータ１５ｂの回転に伴って発生する磁束変化を検出するための磁気パターン、又は矩形状の検出パターンを用いてＦＧ信号２２を生成してもよい。
【００２３】
［光走査装置の制御部の構成］
図４は、コントローラ１２０による光走査装置２の制御を説明する制御ブロック図である。コントローラ１２０は、外部に設置されているＲＡＭ６４、ＲＯＭ６５、及び光走査装置２に設けられたＥＥＰＲＯＭ５９への書き込み及び読み出しを行って、光走査装置２の制御を実行する。コントローラ１２０は、回転制御部３３、回転信号処理部３００、書き出し制御部３１、画像制御部５を有している。回転制御手段である回転制御部３３は、モータ１５が目標回転速度（目標回転数ともいう）で回転するよう、モータ制御信号４１を出力してモータ１５の制御を行う。フィルタ手段である回転信号処理部３００は、モータ１５から出力されたホール素子信号３０にデジタル処理を行い、ＦＧ信号２２を書き出し制御部３１及び回転制御部３３へ出力する。書き出し制御部３１は、ＦＧ信号２２に基づいて基準信号３８を生成する。画像制御部５は、基準信号３８に基づいて、半導体レーザ１２からの光ビームの出射開始タイミングを決定し、レーザ制御部１１に画像信号４０（４０ａ、４０ｂ）を出力し、半導体レーザ１２（ＬＤ１、ＬＤ２）の発光を制御する。なお、書き出し制御部３１及び画像制御部５は、露光制御手段として機能する。
【００２４】
［光走査装置による作像制御シーケンス］
図５は、光走査装置２が感光ドラム２５上に静電潜像を作像する制御シーケンスを説明するフローチャートである。図５の処理は、ユーザが印刷するシートＳの種類（紙種）及び印刷する画像データを、印刷ドライバを介して画像形成装置１に送信することにより起動され、コントローラ１２０により実行される。ステップ（以下、Ｓという）５２１では、コントローラ１２０は、光走査装置２による作像処理を開始する。Ｓ５２２では、画像形成装置１を制御するコントローラ１２０が、シートＳの紙種に応じたモータ１５の目標回転速度をＲＯＭ６５から読み出し、読み出した目標回転速度に合わせてモータ１５の回転制御を開始する。トナー画像のシートＳへの定着を行う際、使用するシートＳの紙種により熱の伝わりやすさは異なる。そのため、紙種毎に定着部５０４における定着速度を変更する必要がある。そこで、感光ドラム２５の目標速度（表面速度）を紙種毎に変更する必要があり、モータ１５の目標回転速度も感光ドラム２５の目標速度（表面速度）に応じて設定する必要がある。コントローラ１２０は、紙種毎に感光ドラム２５の目標速度（表面速度）及びモータ１５の目標回転速度の設定を行う。例えば、本実施例の画像形成装置１のコントローラ１２０は、坪量６４ｇ／ｃｍ２の普通紙に画像形成する場合には、感光ドラム２５の目標速度（表面速度）を２００ｍｍ／ｓｅｃ、モータ１５の目標回転速度を３５４００ｒｐｍに設定する。一方、坪量１０６ｇ／ｃｍ２の厚紙に画像を形成する場合には、コントローラ１２０は、感光ドラム２５の目標速度（表面速度）を１００ｍｍ／ｓｅｃ、モータ１５の目標回転速度を１７７００ｒｐｍに設定する。
【００２５】
Ｓ５２３では、コントローラ１２０は、回転信号処理部３００により、モータ１５の回転によって出力されるホール素子信号３０をデジタル処理により二値化して、ＦＧ信号２２を生成し、書き出し制御部３１に出力する。Ｓ５２４では、コントローラ１２０は、書き出し制御部３１により、回転信号処理部３００から出力されたＦＧ信号２２に基づいて、主走査書き出しタイミングの基準信号３８を生成し、画像制御部５に出力する。Ｓ５２５では、コントローラ１２０は、画像制御部５により、書き出し制御部３１から出力された基準信号３８に基づいて半導体レーザ１２の発光開始タイミングを決定する。そして、コントローラ１２０は、画像制御部５により、決定した発光開始タイミングに応じて、印刷する画像データをデジタルデータに変換した画像信号４０をレーザ制御部１１に送信する。レーザ制御部１１は、受信した画像信号４０に基づいて半導体レーザ１２の発光を制御する。Ｓ５２６では、コントローラ１２０は、印刷する全ての画像信号４０が出力されて、画像形成が終了したかどうか判断する。コントローラ１２０は、画像形成が終了したと判断した場合には処理を終了し、画像形成が終了していないと判断した場合には、処理をＳ５２５に戻す。
【００２６】
［書き出し制御部の構成］
図６は、書き出し制御部３１の制御を説明する制御ブロック図である。書き出し制御部３１は、面特定部３４、基準信号生成部３６、及び記憶手段であるデータ格納部３７を有する。回転信号処理部３００は、モータ１５の回転に応じてホール素子１６から出力されるホール素子信号３０に基づいてＦＧ信号２２を生成し、書き出し制御部３１の面特定部３４及び基準信号生成部３６へ出力する。なお、回転信号処理部３００の詳細は後述する。面特定部３４は、ＦＧ信号２２に含まれる磁極毎の周期を計測し、計測した周期とデータ格納部３７に保存されたロータ１５ｂの特定の磁極における周期との関係から磁極を特定して面特定信号３５を生成し、基準信号生成部３６に出力する。ここで、面特定部３４は、ロータ１５ｂに設けられたマグネット１５ｄの磁極位置を特定する特定手段として機能する。面特定部３４は、ロータ１５ｂのマグネット１５ｄの磁極位置を特定することにより、特定された磁極を基準に後述する画像制御部５が回転多面鏡１５ａの反射面（偏向面）を特定するための基準信号３８を生成するための面特定信号３５を出力する。基準信号生成部３６は、面特定部３４から出力される面特定信号３５と、回転信号処理部３００から出力されるＦＧ信号２２とに基づいて、基準信号３８を生成し、画像制御部５に出力する。なお、画像制御部５がデータ格納部３７より読み出す位相データ３９については後述する。
【００２７】
［書き出し制御部の制御シーケンス］
図７は、基準信号３８を生成する書き出し制御部３１の処理を説明するフローチャートであり、図５のＳ５２４の処理を説明するフローチャートでもある。ここでは、図６の書き出し制御部３１での主走査書き出しタイミングの基準信号３８を生成する動作について説明する。
【００２８】
Ｓ７０１では、書き出し制御部３１は、面特定部３４によって、回転信号処理部３００から出力されたＦＧ信号２２に基づいて、モータ１５が１回転する毎に出力される周期信号である検出タイミング信号３２（図９参照）を生成する。Ｓ７０２では、書き出し制御部３１は、面特定部３４によって、モータ１５が１回転する毎に磁極位置（Ｉ〜ＶＩ）に応じて生成されるＦＧ信号２２の６つの周期（図３（ｃ）のＩ〜ＶＩ）それぞれを計測する。Ｓ７０３では、書き出し制御部３１は、面特定部３４により、Ｓ７０２で計測したＦＧ信号２２の各磁極位置の周期と、データ格納部３７に保存されたＦＧ信号２２の各磁極位置の周期と同様の周期パターンを有する磁極位置を特定するパターンマッチングを行う。Ｓ７０４では、書き出し制御部３１は、面特定部３４によって、特定した磁極が通過するタイミング（例えば図３（ｃ）のＩＩＩ）で面特定信号３５を生成し、基準信号生成部３６に出力する。Ｓ７０５では書き出し制御部３１は、基準信号生成部３６により面特定部３４から出力された面特定信号３５に基づいて、半導体レーザ１２からの出射開始タイミングの基準となる主走査書き出しタイミングの基準信号３８を生成し、画像制御部５に出力する。
【００２９】
［ＦＧ信号のパターンマッチングの説明］
図８は、ＦＧ信号２２の磁極毎の周期を示す図である。図３（ｃ）ではモータ１５のマグネット１５ｄによるホール素子信号３０ａを用いてＦＧ信号２２を生成することを説明した。図３（ｃ）で説明したように、マグネットＳ極とＮ極の１対を１組として、モータ１回転分のＳ極とＮ極を磁極位置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ及びＶＩとしている。具体的にはＳ１＆Ｎ１マグネット位置をＩ、Ｓ２＆Ｎ２マグネット位置をＩＩとし、同様にＳ３＆Ｎ３〜Ｓ６＆Ｎ６マグネット位置をＩＩＩ〜ＶＩとしている。
【００３０】
図８に示すように、実施例１のＦＧ信号２２の磁極位置Ｉ〜ＶＩにおける周期は、バラツキを示している。図８の横軸は磁極位置、縦軸はＦＧ周期（単位：μｓｅｃ）を示している。図８では、実線は、モータ１５を所定の回転速度で回転させたときの磁極位置Ｉ〜ＶＩに対するＦＧ信号２２の周期の測定値を示すグラフである。一方、破線は、磁極位置Ｉ〜ＶＩに対するＦＧ信号２２の周期の理論値を示している。磁極位置Ｉ〜ＶＩに対するＦＧ信号２２の周期の測定値は、マグネット１５ｄの着磁位置のバラツキにより１％程度のバラツキがある。また、モータ１５の個体差によっても、この周期特性は異なる。そのため、磁極位置Ｉ〜ＶＩに対するＦＧ信号２２の周期の測定値を予め測定しておき、ＦＧ信号２２の周期パターンとして書き出し制御部３１のデータ格納部３７に保存しておく。これにより、ＦＧ信号２２の磁極位置に対応する各周期を測定し、測定した各周期とデータ格納部３７に保存された磁極位置の周期とを比較することで、磁極位置Ｉ〜ＶＩを特定することができる。
【００３１】
モータ１５を所定の回転速度で回転させたときの磁極位置Ｉ〜ＶＩに対するＦＧ信号２２の周期を測定し、取得した測定値をＦＧ信号２２の周期パターンとして、書き出し制御部３１のデータ格納部３７に予め保存しておく。そして、画像形成開始前の準備動作において、書き出し制御部３１は、ＦＧ信号２２の周期を計測し（図７のＳ７０２）、計測した周期をデータ格納部３７に保存された周期パターンと照合（マッチング）を行う（図７のＳ７０３）。これにより、磁極位置Ｉ〜ＶＩを特定することができる。また、特定した磁極位置Ｉ〜ＶＩと、回転多面鏡１５ａの各反射面との位相関係（時間ずれ）も予め求めておく。詳細については後述する。これにより、ＦＧ信号２２に基づいて、磁極位置と回転多面鏡１５ａの反射面との位相関係から、回転多面鏡１５ａのそれぞれの反射面に対する光ビームの出射開始タイミングを決定することができる。
【００３２】
［書き出し制御部の動作を示すタイミングチャート］
図９は、回転信号処理部３００より入力されるＦＧ信号２２から基準信号３８を生成する書き出し制御部３１において生成される各信号の関係を説明するタイミングチャートである。図９（ａ）は、モータ１５を起動した直後の動作を示すタイミングチャートであり、図９（ｂ）は、モータ１５の定常回転時の動作を示すタイミングチャートである。
【００３３】
検出タイミング信号３２は、モータ起動信号４１で示されるモータ１５の起動開始を起点として、モータ１５が１回転する毎に所定のタイミングで、面特定部３４内部で出力される信号である。したがって、検出タイミング信号３２の周期は、モータ１５が１回転する周期に対応している。なお、モータ起動信号４１は、モータ１５を起動する際に回転制御部３３より出力されるモータ制御信号である。図９（ａ）に示すように、面特定部３４は、検出タイミング信号３２に基づいてＦＧ信号２２の各磁極位置Ｉ〜ＶＩの周期の計測を開始する。図９（ａ）では、起動時、ＦＧ信号２２は磁極位置Ｉから開始しているが、磁極位置はモータ１５の起動毎に異なる。面特定部３４は、ＦＧ信号２２の各磁極位置の周期（以下、ＦＧ信号２２の各周期という）を計測して、パターンマッチングを行う。例えば、光走査装置２の組立て時にＦＧ信号２２の各周期を測定し、測定された周期を、周期パターンとして書き出し制御部３１のデータ格納部３７に保存しておく。本実施例では、ＦＧ信号２２の各周期データが磁極位置ＩＩＩ→ＩＶ→Ｖ→ＶＩ→Ｉ→ＩＩの順の並んでいる周期パターンが、データ格納部３７に保存されているものとする。
【００３４】
面特定部３４は、画像形成前の準備動作時にＦＧ信号２２の各周期を計測した周期データを、データ格納部３７に保存された周期パターンのデータと照合する。そして、図９（ａ）では、面特定部３４は、磁極位置ＩＩＩの基準値（データ格納部３７に格納されている周期データ）と一致したＦＧ信号２２の周期データを特定して、面特定信号３５を生成する。本実施例では、面特定信号３５は、データ格納部３７に格納された基準値と一致する周期を有するＦＧ信号２２のスタートが磁極位置ＩＩＩに対応していることを示している。基準値は、モータ１５を所定の回転速度で回転させたときのモータ１５の１回転中に生成されるＦＧ信号２２の複数の周期のうちから選択された一つの周期を表していてもよいし、モータ１５の１回転中に生成されるＦＧ信号２２の周期パターンであってもよい。図９（ａ）の起動直後は、モータ１５の加速によりＦＧ信号２２の周期が変動しているため、面特定信号３５が出力されない。しかし、図９（ｂ）に示すように、モータ１５が所定の回転速度で定常回転している状態になると、安定的に面特定信号３５が出力される。そのため、本実施例では、回転多面鏡１５ａの反射面を特定するために、新たに検出器を設ける必要はない。
【００３５】
基準信号生成部３６は、面特定信号３５に同期した任意のタイミングでＦＧ信号２２を抽出して、基準信号３８を生成する。図９では、例として、面特定信号３５の一周期（立ち上がり）後のＦＧ信号２２の立ち下りタイミングに同期して基準信号３８が出力される。データ格納部３７には、モータ１５の１回転中での半導体レーザ１２からの光ビームの出射開始タイミングを決める位相データ３９も格納されている。位相データ３９は、基準信号３８に対して、回転多面鏡１５ａの複数の反射面のそれぞれが所定の角度（位相）に到達するまでの時間間隔を表す時間情報（時間ｔ１〜ｔ４）から構成されている。したがって、４つの反射面を有する回転多面鏡１５ａの場合、位相データ３９には４個の時間情報がデータ格納部３７に格納されている。画像制御部５は、書き出し制御部３１から出力される基準信号３８と位相データ３９とに基づいて、回転多面鏡１５ａの反射面毎の半導体レーザ１２の光ビームの出射開始タイミングを決定し、各感光ドラム２５の主走査方向Ｘの画像書き出し位置を一定にする。画像制御部５は、基準信号３８を基準に、位相データ３９の時間情報ｔ１〜ｔ４に基づくタイミングで、順次、画像信号４０（４０ａ、４０ｂ）をレーザ制御部１１へ出力する。なお、位相データ３９の生成方法については後述する。
【００３６】
以上説明したように、書き出し制御部３１は、ＦＧ信号２２から基準信号３８を生成し、画像制御部５に出力する。画像制御部５は、基準信号３８と位相データ３９に基づいて、各走査周期において感光ドラム２５の主走査方向Ｘの画像書き出し位置（露光開始位置）を一定にするための半導体レーザ１２からの光ビームの出射開始タイミングを決定する。
【００３７】
［位相データの生成］
図１０は、位相データ３９の生成処理を行うために必要な装置構成を示すブロック図である。破線で囲まれた部分は、光走査装置２の位相データ３９の取得に必要な工具１００である。工具１００は、ビーム検出器１０１（以下、工具ＢＤ１０１という）、ＦＧ−ＢＤ位相計測部１０３及び工具制御部１０４を有する。工具１００は、画像形成装置１を出荷する前に工場などで位相データ３９を取得するために、光走査装置２に取り付けられる。工具１００は、位相データ３９を取得した後、光走査装置２から取り外される。
【００３８】
位相データ３９を生成するために、工具ＢＤ１０１は、感光ドラム２５の主走査方向Ｘ（図２）における画像の書き出し位置に対応する位置に取り付けられる。工具制御部１０４は、回転制御部３３からモータ１５を起動させるモータ起動信号４１を出力してモータ１５の回転を開始させる指示信号を回転制御部３３に出力する。回転信号処理部３００は、モータ１５に設けられたホール素子１６から出力されるホール素子信号３０をＦＧ信号２２に変換する。回転制御部３３は、回転信号処理部３００から出力されるＦＧ信号２２の状態に応じてモータ制御信号４１をモータ１５に出力して、モータ１５の回転を制御する。次に、工具制御部１０４は、光走査装置２に設けられたレーザ制御部１１を制御して、半導体レーザ１２を発光させる。半導体レーザ１２から出射された光ビームＬは、回転多面鏡１５ａにより偏向され、工具ＢＤ１０１へ入射する。光ビームＬが工具ＢＤ１０１へ入射すると、工具ＢＤ１０１は、ビーム検出信号１０２（以下、ＢＤ信号１０２という）を出力する。ＦＧ−ＢＤ位相計測部１０３は、書き出し制御部３１でＦＧ信号２２に基づいて生成された基準信号３８とＢＤ信号１０２との時間差（位相時間ともいう）ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４を計測する。そして、ＦＧ−ＢＤ位相計測部１０３は、計測した位相時間ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４を含む位相データ３９を、書き出し制御部３１のデータ格納部３７へ保存する。このようにして、光走査装置２の位相データ３９の生成が行われる。
【００３９】
図１１は、図１０で説明した位相データ３９の生成処理における上述した各信号、すなわち、ＦＧ信号２２、面特定信号３５、基準信号３８、ＢＤ信号１０２、及び位相データ３９の関係を説明するタイミングチャートである。また、図１１は、ＦＧ信号２２から生成された基準信号３８と位相データ３９との位相関係を示している。基準信号３８は、モータ１５の１回転の周期を示す面特定信号３５の一周期後のＦＧ信号２２の立ち下りタイミングに同期して出力される。本実施例の回転多面鏡１５ａの反射面は４面あり、モータ１５が１回転してＦＧ信号が磁極位置に応じて６回出力される間に、ＢＤ信号１０２は４回出力される。位相データ３９は、基準信号３８とＢＤ信号１０２のタイミングとから求められる。すなわち、位相データ３９は、基準信号３８に対するＢＤ信号１０２との時間差（ずれ）を示している。位相データ３９は、基準信号３８が出力されたタイミングから回転多面鏡１５ａの各反射面に対応するＢＤ信号１０２までの時間を示す位相時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４から構成されている。
【００４０】
図１２は、図１０で説明した位相データ３９の生成処理の制御シーケンスを示すフローチャートである。図１２に示す処理は、工具１００が光走査装置２の所定の位置に設置された後に開始される。工具１００が所定の位置に設置されると、工具制御部１０４は、工具１００に設けられたＲＯＭ（不図示）に保存されているプログラムに従って、位相データ３９の生成処理を実行する。Ｓ１０１では、工具制御部１０４は、コントローラ１２０の回転制御部３３に指示信号を出力し、回転制御部３３は指示信号に基づいて、モータ起動信号４１を出力して、モータ１５を回転させる。そして、コントローラ１２０の回転信号処理部３００は、モータ１５から出力されるホール素子信号３０をＦＧ信号２２に変換して、回転制御部３３に出力する。Ｓ１０２では、コントローラ１２０の書き出し制御部３１は、回転信号処理部３００から出力されたＦＧ信号２２から面特定信号３５を生成し、面特定信号３５とＦＧ信号２２とから基準信号３８を生成し、工具１００のＦＧ−ＢＤ位相計測部１０３に出力する。Ｓ１０３では、工具制御部１０４は、基準信号３８を受信するとタイマをスタートさせると共に、光走査装置２のレーザ制御部１１を制御して、半導体レーザ１２から光ビームＬを出射させる。出射された光ビームＬは、回転多面鏡１５ａにより偏向されて工具ＢＤ１０１へ入射する。工具ＢＤ１０１は、光ビームＬが入射すると、ＢＤ信号１０２をＦＧ−ＢＤ位相計測部１０３に出力する。Ｓ１０４では、ＦＧ−ＢＤ位相計測部１０３は、タイマを参照して、基準信号３８と４つのＢＤ信号１０２との時間差ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４を計測する（ＦＧ−ＢＤ位相計測）。Ｓ１０５では、工具制御部１０４は、ＦＧ−ＢＤ位相計測部１０３により計測された時間差（位相差）情報である位相時間ｔ１〜ｔ４を、位相データ３９として、書き出し制御部３１のデータ格納部３７に格納し、位相データ３９の生成処理を終了する。その後、工具１００は、光走査装置２から取り外される。
【００４１】
［回転制御部、回転信号処理部の構成］
図１３は、モータ１５の回転制御を行う回転制御部３３、ホール素子信号３０のフィルタ処理を行う回転信号処理部３００の制御を説明する制御ブロック図である。回転制御部３３は、回転信号処理部３００から出力されるＦＧ信号２２に基づいてモータ１５の回転速度のフィードバック制御を行う。回転制御部３３は、選択されたシートＳの紙種に応じたモータ１５の目標回転速度をＲＯＭ６５から読み出す。回転制御部３３は、モータ１５の回転速度をＲＯＭ６５から読み出した目標回転速度に移行させるために、ＦＧ信号２２に基づいてモータ１５に対する回転の加速又は減速を指示するモータ制御信号４１をモータ１５に出力する。回転制御部３３は、ＦＧ信号２２により検出した回転周期に基づいて、ロータ１５ｂの回転速度が目標回転速度の所定の範囲内かどうか判断する。回転制御部３３は、ロータ１５ｂの回転速度が目標回転速度の所定の範囲内であると判断した場合には、モータ１５の回転状態を示す状態信号であるＦＧロック信号３０６を１に設定して回転信号処理部３００に出力する。一方、回転制御部３３は、ロータ１５ｂの回転速度が目標回転速度の所定の範囲から外れていると判断した場合には、ＦＧロック信号３０６を０に設定して回転信号処理部３００に出力する。また、回転制御部３３は、モータ１５の目標回転速度及びロータ１５ｂの磁極の数から目標ＦＧ周期データ３０５を算出し、算出したデータ値を回転信号処理部３００に出力する。回転制御部３３は、モータ１５の回転速度を変更する場合には、速度変更信号３０７のフラグをリセット（フラグ＝０）し、モータ１５の回転速度を変更しない場合には、速度変更信号３０７のフラグをセット（フラグ＝１）する。
【００４２】
図１３に示すように、回転信号処理部３００は、ＡＤ変換部３０１、デジタルフィルタ部２００、スイッチ部３０３、ＦＧ信号生成部３０４から構成されている。また、デジタルフィルタ部２００は、カットオフ周波数演算部２０３、バンドパスフィルタ演算部２０１から構成されている。ＡＤ変換部３０１は、モータ１５の回転周期信号であるホール素子信号３０をデジタル信号に変換して、デジタルホール素子信号３０２を生成し、デジタルフィルタ部２００及びスイッチ部３０３に出力する。デジタルフィルタ部２００は、後述するカットオフ周波数に応じてバンドパスフィルタ演算部２０１でデジタルホール素子信号３０２のノイズ除去を行うフィルタ処理を行って、整形ホール素子信号２０４を生成しスイッチ部３０３に出力する。カットオフ周波数演算部２０３は、回転制御部３３から出力された目標ＦＧ周期データ３０５及び速度変更信号３０７に基づいて、バンドパスフィルタ演算部２０１で使用するカットオフ周波数を算出する。スイッチ部３０３は、ＦＧロック信号３０６に応じて、出力信号を整形ホール素子信号２０４又はデジタルホール素子信号３０２に切り替えて、ＦＧ信号生成部３０４に出力する。すなわち、スイッチ部３０３は、ＦＧロック信号３０６がモータ１５の安定回転状態（ＦＧロック信号＝１）を示す場合には、整形ホール素子信号２０４を選択して、ＦＧ信号生成部３０４に出力する。一方、ＦＧロック信号３０６がモータ１５の回転速度移行状態（ＦＧロック信号＝０）を示す場合には、デジタルホール素子信号３０２を選択して、ＦＧ信号生成部３０４に出力する。ＦＧ信号生成部３０４は、スイッチ部３０３から出力された整形ホール素子信号２０４又はデジタルホール素子信号３０２を二値化してＦＧ信号２２を生成し、回転制御部３３及び書き出し制御部３１に出力する。なお、スイッチ部３０３及びＦＧ信号生成部３０４は、信号出力部として機能する。
【００４３】
［カットオフ周波数演算部によるカットオフ周波数設定］
図１４は、カットオフ周波数演算部２０３でのカットオフ周波数の設定について説明する図である。図１４（ａ）は、図１３の回転信号処理部３００のＡＤ変換部３０１から出力されたデジタルホール素子信号３０２の時間領域での波形を示す図であり、横軸は時間を示す。黒線で示すデジタルホール素子信号３０２は、灰色線で示す回転成分（正弦波）と、その他のノイズ成分を含んだ信号が合成された信号である。モータ１５は一定速度で回転しているため、デジタルホール素子信号３０２の波形は、理論的には灰色線で示す回転成分のみになる。
【００４４】
図１４（ｂ）は、デジタルホール素子信号３０２の周波数領域でのピークを示す図であり、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は強度を示す。モータ１５は一定速度で回転しているため、理論的にはモータ１５の回転速度と磁極数に応じた周波数においてのみ、ピークが出現する。例えば、回転速度３５４００ｒｐｍ±０．８５％の精度で回転する６組の磁極を有するロータ１５ｂを備えたモータ１５は、１秒間に５９０回転している。そして、ロータ１５ｂは６組の磁極を有しているため、理論上３５４０Ｈｚ（＝５９０Ｈｚ×６）±０．８５％付近のみにピークが出現する。そこで、カットオフ周波数演算部２０３は、周波数が３５４０Ｈｚ±０．８５％以外のノイズ成分のピークを低減するため、バンドパスフィルタ演算部２０１で使用するカットオフ周波数を算出する。なお、カットオフ周波数演算部２０３は、実施上、モータ１５の回転成分にフィルタ処理が行われないようにするため、回転成分の周波数３５４０ｒｐｍ±０．８５％の前後１０％のマージン領域を設けている。例えば、回転成分が３５４０Ｈｚの場合には、カットオフ周波数を次のように設定する。すなわち、カットオフ周波数を３５４０Ｈｚの前後１０％に当たる３１９０Ｈｚ（≒３５４０Ｈｚ×（１００％−１０％））（図１４（ｂ）のｆｃ２）、３９００Ｈｚ（≒３５４０Ｈｚ×（１００％＋１０％））（図１４（ｂ）のｆｃ１）に設定する。なお、このマージン量は、１０％に限定されるものではなく、任意の値に変更してもよい。また、ホール素子信号３０の周期とＦＧ信号２２の周期は一致するため、ここで示した回転成分の周波数３５４０Ｈｚは目標ＦＧ周期データ３０５と一致する。
【００４５】
図１５は、モータ１５の目標回転速度を図１４とは異なる目標回転速度に変更した場合のカットオフ周波数演算部２０３でのカットオフ周波数の設定について説明する図である。以下では例として、モータ１５の目標回転速度が３５４００ｒｐｍから１７７００ｒｐｍに変化し、目標ＦＧ周期データ３０５が３５４０Ｈｚから１７７０Ｈｚに変化した場合について説明する。図１５（ａ）は、図１３の回転信号処理部３００のＡＤ変換部３０１から出力されたデジタルホール素子信号３０２の時間領域での波形を示す図であり、横軸は時間を示す。目標ＦＧ周期データ３０５が１７７０Ｈｚのときの図１５（ａ）に示すデジタルホール素子信号３０２の波形は、目標ＦＧ周期データ３０５が３５４０Ｈｚの場合の図１４（ａ）の波形に比べて、周波数が低いため、波形の周期が長くなっている。
【００４６】
図１５（ｂ）はデジタルホール素子信号３０２の周波数領域でのピークを示す図であり、横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸は強度を示す。カットオフ周波数演算部２０３は、目標回転速度変更後の目標ＦＧ周期データ３０５に応じてカットオフ周波数を設定する。すなわち、カットオフ周波数演算部２０３は、周波数が１７７０Ｈｚ±０．８５％以外のノイズ成分のピークを低減するためのカットオフ周波数を設定する。なお、カットオフ周波数演算部２０３は、実施上、モータ１５の回転成分にフィルタ処理が行われないようにするため、回転成分の周波数１７７０Ｈｚ±０．８５％の前後１０％のマージンを設けている。例えば回転成分が１７７０Ｈｚの場合には、カットオフ周波数を次のように設定する。すなわち、カットオフ周波数を、１７７０Ｈｚの前後１０％に当たる１５９０Ｈｚ（≒１７７０Ｈｚ×（１００％−１０％））（図１５（ｂ）のｆｃ２）、１９５０Ｈｚ（≒１７７０Ｈｚ×（１００％＋１０％））（図１５（ｂ）のｆｃ１）に設定する。なお、このマージン量は、１０％に限定されるものではなく、任意の値に変更してもよい。このように、カットオフ周波数演算部２０３は、モータ１５の目標回転速度に応じたカットオフ周波数のフィルタ設定を行う。
【００４７】
［バンドパスフィルタの効果］
図１６は、デジタルフィルタ部２００の時間領域及び周波数領域上における効果について説明する図である。ＡＤ変換部３０１はデジタルホール素子信号３０２をデジタルフィルタ部２００に出力し、デジタルフィルタ部２００はデジタルホール素子信号３０２をフィルタ処理した後の整形ホール素子信号２０４を、スイッチ部３０３に出力する。図１６に示すように、ＡＤ変換部３０１から出力されたデジタルホール素子信号３０２には時間領域ではノイズによる波形の凹凸が見られ、周波数領域上では目標ＦＧ周期データ３０５（３５４０Ｈｚ±０．８５％の範囲）以外の周波数領域でもピークが見られる。一方、デジタルフィルタ部２００が生成した整形ホール素子信号２０４では、時間領域において波形の凹凸が低減し、周波数領域において目標ＦＧ周期データ３０５以外のピークが低減している。
【００４８】
［モータ回転速度切替時のデジタルフィルタの動作］
図１７は、モータ１５の回転速度が目標回転速度１から目標回転速度２（目標回転速度１＞目標回転速度２）に切り替わるときの、スイッチ部３０３からＦＧ信号生成部３０４への出力信号の切り替えを説明する図である。図１７の横軸は時間を示し、縦軸はモータ１５の回転速度を示している。スイッチ部３０３は、ＦＧロック信号３０６の状態に応じて、ＦＧ信号生成部３０４へ出力する信号を変更する。モータ１５が目標回転速度１で安定回転しているときには、回転制御部３３は安定回転（ＦＧロック時）を示すＦＧロック信号（ＦＧロック信号＝１）を出力する。このとき、デジタルフィルタ部２００のフィルタ機能は有効となり、スイッチ部３０３はデジタルフィルタ部２００から出力された整形ホール素子信号２０４をＦＧ信号生成部３０４へ出力する。モータ１５の回転速度が切り替わる際には、回転制御部３３から回転速度移行中（ＦＧ未ロック時）を示すＦＧロック信号（ＦＧロック信号＝０）が出力され、モータ１５の目標回転速度が目標回転速度１から目標回転速度２へと切り替わる。このとき、デジタルフィルタ部２００のフィルタ機能は無効となり、スイッチ部３０３はＡＤ変換部３０１から出力されたデジタルホール素子信号３０２をＦＧ信号生成部３０４へ出力する。その後、モータ１５が目標回転速度２で安定回転状態になると、再び安定回転（ＦＧロック時）を示すＦＧロック信号（ＦＧロック信号＝１）が出力され、デジタルフィルタ部２００のフィルタ機能は有効となる。そして、スイッチ部３０３はデジタルフィルタ部２００から出力された整形ホール素子信号２０４をＦＧ信号生成部３０４へ出力する。なお、モータ１５の回転起動時では回転速度０から目標回転速度に到達すると考え、同様の処理を適応する。
【００４９】
［回転信号処理部の制御シーケンス］
図１８は、図１３の回転信号処理部３００の制御シーケンスを示すフローチャートであり、図５に示すＳ５２３の処理に対応している。Ｓ６０１では、回転信号処理部３００は、ＡＤ変換部３０１により、ホール素子１６によりモータ１５の回転に応じて出力されるアナログ信号のホール素子信号３０から、デジタル信号であるデジタルホール素子信号３０２を生成する。Ｓ６０２では、回転信号処理部３００は、デジタルフィルタ部２００のカットオフ周波数演算部２０３により、回転制御部３３から入力されたモータ１５の回転速度変更を示す速度変更信号３０７のフラグの状態を判断する。回転制御部３３は、モータ１５の回転速度を変更する場合には、速度変更信号３０７のフラグをリセット（フラグ＝０）し、モータ１５の回転速度を変更しない場合には、速度変更信号３０７のフラグをセット（フラグ＝１）する。回転信号処理部３００は、カットオフ周波数演算部２０３により、速度変更信号３０７のフラグがセットされている（フラグ＝１）と判断した場合には、モータ１５の回転速度の変更は行われていないと判断する。そして、回転信号処理部３００は、カットオフ周波数の更新を行わず、処理をＳ６０４に進める。一方、回転信号処理部３００は、カットオフ周波数演算部２０３により、速度変更信号３０７のフラグがセットされていない（フラグ＝０）と判断した場合には処理をＳ６０３に進める。Ｓ６０３では、回転信号処理部３００は、デジタルフィルタ部２００のカットオフ周波数演算部２０３により、回転制御部３３から入力された目標ＦＧ周期データ３０５に基づいて、カットオフ周波数を再計算して、カットオフ周波数ｆｃ１、ｆｃ２を更新する。Ｓ６０４では、回転信号処理部３００は、デジタルフィルタ部２００のバンドパスフィルタ演算部２０１により、フィルタ処理を行って、整形ホール素子信号２０４を生成する。すなわち、バンドパスフィルタ演算部２０１は、ＡＤ変換部３０１から入力されたデジタルホール素子信号３０２に対して、ノイズ除去のためのカットオフ周波数ｆｃ１、ｆｃ２に応じたフィルタ処理を行って、整形ホール素子信号２０４を生成する。そして、バンドパスフィルタ演算部２０１は、生成した整形ホール素子信号２０４をスイッチ部３０３に出力する。
【００５０】
Ｓ６０５では、回転信号処理部３００は、スイッチ部３０３により、回転制御部３３から出力されたＦＧロック信号３０６に基づいて、スイッチ部３０３からＦＧ信号生成部３０４に出力する信号を選択する。回転信号処理部３００は、スイッチ部３０３により、回転制御部３３から出力されたＦＧロック信号３０６が、モータ１５の回転が安定状態でＦＧロック中（ＦＧロック信号３０６＝１）の場合には、処理をＳ６０６に進める。一方、回転信号処理部３００は、スイッチ部３０３により、回転制御部３３から出力されたＦＧロック信号３０６が、モータ１５の回転を変更中で不安定状態であり、ＦＧロックしていない（ＦＧロック信号３０６＝０）の場合には、処理をＳ６０８に進める。Ｓ６０６では、回転信号処理部３００は、スイッチ部３０３により、ＦＧ信号生成部３０４に整形ホール素子信号２０４を出力し、処理をＳ６０９に進める。Ｓ６０８では、回転信号処理部３００は、スイッチ部３０３により、ＦＧ信号生成部３０４にデジタルホール素子信号３０２を出力し、処理をＳ６０９に進める。Ｓ６０９では、回転信号処理部３００は、ＦＧ信号生成部３０４により、スイッチ部３０３から出力された信号に対して、閾値を設けて二値化することによりＦＧ信号２２を生成し、書き出し制御部３１及び回転制御部３３に出力する。なお、図５の処理Ｓ５２４に示すように、書き出し制御部３１では、入力されたＦＧ信号２２に基づいて、基準信号３８が生成される。また、モータ１５のモータ回転起動時では、モータ１５の回転を開始する前に、速度変更信号３０７のフラグをセット（速度変更信号＝１）しておく。そして、目標ＦＧ周期データ３０５が設定されたタイミングで、速度変更信号３０７のフラッグをセットし（速度変更信号＝１）、ＦＧロック信号を０に設定することで、上述した処理と同様の処理を行う。
【００５１】
［回転信号処理部の信号タイミング］
図１９は、回転信号処理部３００での信号処理のタイミングを説明するタイミングチャートであり、横軸は時間を示している。図１９に示す各信号波形は、上から順に、（ａ）はコントローラ１２０を駆動するＣＬＫ信号、（ｂ）はＡＤ変換部３０１が出力するデジタルホール素子信号３０２、（ｃ）はデジタルフィルタ部２００が出力する整形ホール素子信号２０４である。更に、（ｄ）は回転制御部３３がスイッチ部３０３に出力するＦＧロック信号３０６、（ｅ）はスイッチ部３０３がＦＧ信号生成部３０４に出力する信号である。
【００５２】
ＡＤ変換部３０１は、コントローラ１２０のＣＬＫ信号（図中、ＣＬＫで表示）を信号のサンプリング周期のクロックとして使用し、ＣＬＫ信号の立ち上がりタイミングに同期して、ＡＤ変換部３０１に入力されるホール素子信号３０の処理を開始する。ＡＤ変換部３０１は、ホール素子信号３０を受信すると、ＣＬＫ信号の立ち上がりタイミングでサンプリングを行い、デジタルホール素子信号３０２のデータであるＡ１、Ａ２、・・・を出力する。以下では、説明を簡単にするために、データＡ３に絞って説明を進めることとする。そしてデジタルフィルタ部２００は、ＡＤ変換部３０１が出力したデジタルホール素子信号３０２のデータＡ３が入力されると、次のＣＬＫ信号の立ち上がりタイミングで処理を開始し、データＢ３を整形ホール素子信号２０４としてスイッチ部３０３に出力する。
【００５３】
スイッチ部３０３は、ＡＤ変換部３０１が出力したデータＡ３（デジタルホール素子信号３０２）及びデジタルフィルタ部２００が出力したデータＢ３（整形ホール素子信号２０４）を受信し、次のＣＬＫ信号の立ち上がりタイミングで処理を開始する。スイッチ部３０３は、回転制御部３３から入力されたＦＧロック信号３０６が、モータ１５の回転速度切替時を示す０であれば、デジタルホール素子信号３０２のデータＡ３をＦＧ信号生成部３０４に出力する。一方、スイッチ部３０３は、回転制御部３３から入力されたＦＧロック信号３０６が、モータ１５の安定回転時を示す１であれば、整形ホール素子信号２０４のデータＢ３をＦＧ信号生成部３０４に出力する。図１９では、スイッチ部３０３が上述した処理を行うタイミング時に、ＦＧロック信号３０６が１だったときの場合を示している。そのため、スイッチ部３０３は、ＦＧ信号生成部３０４には整形ホール素子信号２０４のデータＢ３を出力する。また、モータ１５の回転速度の切替時でＦＧロック信号３０６は０の場合には、スイッチ部３０３は、ＡＤ変換部３０１が出力したデジタルホール素子信号３０２のデータ（例えば図中（ｅ）のデータＡ１）をＦＧ信号生成部３０４に出力する。なお、ＦＧ信号生成部３０４は、ＣＬＫ信号と同期して、スイッチ部３０３から出力された信号を二値化することで、ＦＧ信号２２を生成し、書き出し制御部３１及び回転制御部３３に出力する。なお、データＡ３を用いて回転信号処理部３００の処理の説明を行ったが、データＡ３に限らず、他のデータについても同様の処理が行われる。
【００５４】
［バンドパスフィルタ演算部の回路構成］
図２０は、図１３のデジタルフィルタ部２００のバンドパスフィルタ演算部２０１の回路構成を示す回路ブロック図である。バンドパスフィルタ演算部２０１は、ローパスフィルタ部、ハイパスフィルタ部、フィルタ係数演算回路４３０から構成されている。ローパスフィルタ部とハイパスフィルタ部は、それぞれ５段のバターワースフィルタを用いている。図２０に示すローパスフィルタ部は、減算器４０１、加算器４０７、４０８、４０９、乗算器４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、Ｄフリップフロップ回路（図中、ＤＦＦと表示）４１０、４１１から構成されている。一方、ハイパスフィルタ部は、減算器４５１、加算器４５７、４５８、４５９、乗算器４５２、４５３、４５４、４５５、４５６、Ｄフリップフロップ回路（図中、ＤＦＦと表示）４６０、４６１、４７０から構成されている。また、図中のａ１、ａ２、ｂ０〜ｂ２は、ローパスフィルタのフィルタ係数、ｃ１、ｃ２、ｄ０〜ｄ２は、ハイパスフィルタのフィルタ係数である。また、フィルタ係数演算回路４３０は、以下に示すフィルタ処理の数式に従って、フィルタ係数を算出する。なお、フィルタ係数演算回路４３０の回路図は省略する。Ｄフリップフロップ回路４１０、４１１、４６０、４６１、４７０は、入力されたデータを保持する回路である。そのため、バンドパスフィルタ演算部２０１は、起動開始時にリセット信号（不図示）を各Ｄフリップフロップ回路４１０、４１１、４６０、４６１、４７０に入力することで、Ｄフリップフロップ回路が保持しているデータを０にする初期化を行う。
【００５５】
ローパスフィルタ部は、以下の式（１）〜（７）に基づいて、フィルタ処理を実行する。なお、各式の導出過程の説明は省略する。式（１）は、ローパスフィルタ部の出力であるｙ１（ｎ）を算出する式である。式（１）のｘ１（ｎ）は、ローパスフィルタ部の入力であるデジタルホール素子信号３０２である。式（２）は、アナログカットオフ周波数ｆａ１を算出する式である。式（２）中のｆｃ１は、モータ１５の動作周波数である目標回転数から算出されたデジタルカットオフ周波数である。ｆｓはＡＤ変換部３０１でモータ１５のホール素子１６から出力されたホール素子信号３０をサンプリングするときに使用するサンプリング周波数であり、本実施例では、後述するＣＬＫ信号の周波数がサンプリング周波数である。なお、図２０では、ＣＬＫ信号の配線は省略している。式（３）〜（７）は、ローパスフィルタ部のフィルタ係数ｂ０、ｂ１、ｂ２、ａ１、ａ２を算出する算出式である。フィルタ係数演算回路４３０は、図１３に示すデジタルフィルタ部２００のカットオフ周波数演算部２０３が算出したカットオフ周波数ｆｃ１からフィルタ係数を算出する。なお、式（３）〜（７）では、（デジタル）カットオフ周波数ｆｃ１に基づいて、フィルタ係数を算出しているが、固定値でもよい。
【００５６】
【数１】
2018189823.tif 000003
【００５７】
続いて、ハイパスフィルタ部は、以下の式（８）〜（１４）に基づいて、フィルタ処理を実行する。なお、各式の導出過程の説明は省略する。式（８）は、ハイパスフィルタ部の出力であるｙ２（ｎ）を算出する式であり、ｙ２（ｎ）は整形ホール素子信号２０４でもある。式（８）のｘ２（ｎ）は、ハイパスフィルタ部の入力であるローパスフィルタ部の出力である。式（９）は、アナログカットオフ周波数ｆａ２を算出する式である。式（９）中のｆｃ２は、モータ１５の動作周波数である目標回転数から算出されたデジタルカットオフ周波数である。ｆｓはＡＤ変換部３０１でモータ１５のホール素子１６から出力されたホール素子信号３０をサンプリングするときに使用するサンプリング周波数であり、本実施例では、後述するＣＬＫ信号の周波数がサンプリング周波数である。なお、図２０では、ＣＬＫ信号の配線は省略している。式（１０）〜（１４）は、ハイパスフィルタ部のフィルタ係数ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｃ１、ｃ２を算出する算出式である。フィルタ係数演算回路４３０は、図１３に示すデジタルフィルタ部２００のカットオフ周波数演算部２０３が算出したカットオフ周波数ｆｃ２からフィルタ係数を算出する。なお、式（１０）〜（１４）では、（デジタル）カットオフ周波数ｆｃ２に基づいて、フィルタ係数を算出しているが、固定値でもよい。
【００５８】
【数２】
2018189823.tif 000004
【００５９】
以上説明したように、本実施例では、ホール素子信号に含まれるノイズに対して、モータの回転速度に応じてカットオフ周波数を可変するデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を行っている。これにより、モータの回転速度によって一意に決定されるＦＧ周期の周波数以外のノイズ成分を選択的に取り除くことができる。また、モータの速度変更時には、デジタルフィルタ処理を一度的に無効にし、モータの回転が安定したときに再び有効にすることで、フィルタ処理がモータの回転に影響を与えないようにしている。その結果、ＦＧ信号を用いて光ビームの出射開始タイミング決定を行った際、モータの回転速度が異なったとしても、画像の書き出し位置のばらつきを抑えることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、光ビームの出射開始タイミングを安定させることができる。
【実施例２】
【００６０】
実施例１では、デジタルホール素子信号のフィルタ処理を行うデジタルフィルタ部にバンドパスフィルタ演算部を実装した実施例について説明した。実施例２では、デジタルフィルタ部にバンドパスフィルタ演算部の代わりに、ローパスフィルタ演算部を実装した実施例について説明する。なお、実施例２における画像形成装置１及び光走査装置２の構成は、実施例１と同様であり、同じ構成品には同じ符号を用いることにより、説明を省略する。
【００６１】
［回転信号処理部の構成］
図２１は、本実施例のモータ１５の回転制御を行う回転制御部３３、ホール素子信号３０のフィルタ処理を行う回転信号処理部３００の制御を説明する制御ブロック図である。図２１において、回転制御部３３、書き出し制御部３１の機能及び構成は実施例１と同様であり、説明を省略する。回転信号処理部３００は、ＡＤ変換部３０１、デジタルフィルタ部２００、スイッチ部３０３、ＦＧ信号生成部３０４から構成されている。また、デジタルフィルタ部２００は、カットオフ周波数演算部２０３、ローパスフィルタ演算部２０５から構成されている。ＡＤ変換部３０１、スイッチ部３０３、ＦＧ信号生成部３０４の構成及び機能は実施例１と同様であり、説明を省略する。デジタルフィルタ部２００は、カットオフ周波数に応じて、ローパスフィルタ演算部２０５でデジタルホール素子信号３０２のノイズ除去を行うフィルタ処理を行って、整形ホール素子信号２０４を生成して、スイッチ部３０３に出力する。カットオフ周波数演算部２０３は、回転制御部３３から出力される目標ＦＧ周期データ３０５及び速度変更信号３０７に基づいて、ローパスフィルタ演算部２０５で使用されるカットオフ周波数を算出する。
【００６２】
［カットオフ周波数演算部によるカットオフ周波数設定］
図２２は、本実施例のカットオフ周波数演算部２０３でのカットオフ周波数の設定について説明する図である。図２２（ａ）は、図２１の回転信号処理部３００のＡＤ変換部３０１から出力されたデジタルホール素子信号３０２の時間領域での波形を示す図であり、横軸は時間を示す。黒線で示すデジタルホール素子信号３０２は、灰色線で示す回転成分（正弦波）と、その他のノイズ成分を含んだ信号が合成された信号である。モータ１５は一定速度で回転しているため、デジタルホール素子信号３０２の波形は、理論的には灰色線で示す回転成分のみになる。
【００６３】
図２２（ｂ）は、デジタルホール素子信号３０２の周波数領域でのピークを示す図であり、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は強度を示す。モータ１５は一定速度で回転しているため、理論的にはモータ１５の回転速度と磁極数に応じた周波数においてのみピークが出現する。例えば、回転速度３５４００ｒｐｍ±０．８５％の精度で回転する６組の磁極を有するロータ１５ｂを備えるモータ１５は、１秒間に５９０回転している。そして、ロータ１５ｂは６組の磁極を有しているため、理論上３５４０Ｈｚ（＝５９０Ｈｚ×６）±０．８５％付近のみにピークが出現する。そこで、カットオフ周波数演算部２０３は、周波数が３５４０Ｈｚ±０．８５％以外のノイズ成分のピークを低減するため、ローパスフィルタ演算部２０５で使用するカットオフ周波数を設定する。なお、カットオフ周波数演算部２０３は、実施上、モータ１５の回転成分にフィルタ処理が施されないようにするため、回転成分の周波数の前後１０％のマージン量を設けている。例えば、回転成分が３５４０Ｈｚの場合、カットオフ周波数を、３５４０Ｈｚの１０％増に当たる３９００Ｈｚ（≒３５４０Ｈｚ×（１００％＋１０％））（ｆｃ１）に設定している。なお、このマージン量は、１０％に限定されるものではなく、任意の値に変更してもよい。また、ホール素子信号３０の周期とＦＧ信号２２の周期は一致するため、ここで示した回転成分の周波数は目標ＦＧ周期データ３０５と一致する。
【００６４】
［ローパスフィルタの効果］
図２３は、本実施例のデジタルフィルタ部２００の時間領域及び周波数領域上における効果について説明する図である。ＡＤ変換部３０１はデジタルホール素子信号３０２をデジタルフィルタ部２００に出力し、デジタルフィルタ部２００はデジタルホール素子信号３０２をフィルタ処理した後の整形ホール素子信号２０４を、スイッチ部３０３に出力する。図２３に示すように、ＡＤ変換部３０１から出力されたデジタルホール素子信号３０２では時間領域ではノイズによる波形の凹凸が見られ、周波数領域上では目標ＦＧ周期データ３０５（３５４０Ｈｚ±０．８５％の範囲）以外の周波数領域でもピークが見られる。一方、デジタルフィルタ部２００が生成した整形ホール素子信号２０４では、時間領域において波形の凹凸が低減し、周波数領域において目標ＦＧ周期データ３０５より高周波数の帯域でのピークが低減している。
【００６５】
［ローパスフィルタ演算部の回路構成］
図２４は、実施例１の図２０に示すローパスフィルタ部と同様の回路構成を有する、実施例２のローパスフィルタ演算部２０５の回路構成を示す回路ブロック図である。ローパスフィルタ演算部２０５は、ローパスフィルタ部とフィルタ係数演算回路４３０から構成されている。ローパスフィルタ部は、５段のバターワースフィルタを用いている。ローパスフィルタ部は、減算器４０１、加算器４０７、４０８、４０９、乗算器４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、Ｄフリップフロップ回路（図中、ＤＦＦと表示）４１０、４１１、４７０から構成されている。また、図中のａ１、ａ２、ｂ０〜ｂ２は、ローパスフィルタのフィルタ係数である。また、フィルタ係数演算回路４３０は、以下に示すフィルタ処理の数式に従って、フィルタ係数を算出する。なお、フィルタ係数演算回路４３０の回路図は省略する。Ｄフリップフロップ回路４１０、４１１、４７０は、入力されたデータを保持する回路である。そのため、ローパスフィルタ演算部２０５は、起動開始時にリセット信号（不図示）を各Ｄフリップフロップ回路４１０、４１１、４６０、４６１、４７０に入力することで、Ｄフリップフロップ回路が保持しているデータを０にする初期化を行う。
【００６６】
ローパスフィルタ部は、以下の式（１５）〜（２１）に基づいて、フィルタ処理を実行する。なお、各式の導出過程の説明は省略する。式（１５）は、ローパスフィルタ部の出力であるｙ１（ｎ）を算出する式である。式（１）のｘ１（ｎ）は、ローパスフィルタ部の入力であるデジタルホール素子信号３０２である。式（２）は、アナログカットオフ周波数ｆａ１を算出する式である。式（２）中のｆｃ１は、モータ１５の動作周波数である目標回転数から算出されたデジタルカットオフ周波数である。ｆｓはＡＤ変換部３０１でモータ１５のホール素子１６から出力されたホール素子信号３０をサンプリングするときに使用するサンプリング周波数であり、本実施例では、後述するＣＬＫ信号の周波数がサンプリング周波数である。なお、図２４では、ＣＬＫ信号の配線は省略している。式（１７）〜（２１）は、ローパスフィルタ部のフィルタ係数ｂ０、ｂ１、ｂ２、ａ１、ａ２を算出する算出式である。フィルタ係数演算回路４３０は、図１３に示すデジタルフィルタ部２００のカットオフ周波数演算部２０３が算出したカットオフ周波数ｆｃ１からフィルタ係数を算出する。なお、式（１７）〜（２１）では、（デジタル）カットオフ周波数ｆｃ１に基づいて、フィルタ係数を算出しているが、固定値でもよい。
【００６７】
【数３】
2018189823.tif 000005
【００６８】
以上説明したように、本実施例においても、実施例１と同様に、ＦＧ信号を用いて光ビームの出射開始タイミング決定を行った際、モータの回転速度が異なっていても、画像の書き出し位置のばらつきを抑えることができる。また、本実施例のローパスフィルタは、実施例１のバンドパスフィルタと比べてノイズを除去できる範囲が限定されるが、回路規模を小さくすることができ、コストを抑えることができる効果を奏する。
以上説明したように、本実施例によれば、光ビームの出射開始タイミングを安定させることができる。
【符号の説明】
【００６９】
５        画像制御部
１５      モータ
１６      ホール素子
２２      ＦＧ信号
３０      ホール素子信号
３１      書き出し制御部
３００    回転信号処理部
【図１】
2018189823.tif 000006
【図２】
2018189823.tif 000007
【図３】
2018189823.tif 000008
【図４】
2018189823.tif 000009
【図５】
2018189823.tif 000010
【図６】
2018189823.tif 000011
【図７】
2018189823.tif 000012
【図８】
2018189823.tif 000013
【図９】
2018189823.tif 000014
【図１０】
2018189823.tif 000015
【図１１】
2018189823.tif 000016
【図１２】
2018189823.tif 000017
【図１３】
2018189823.tif 000018
【図１４】
2018189823.tif 000019
【図１５】
2018189823.tif 000020
【図１６】
2018189823.tif 000021
【図１７】
2018189823.tif 000022
【図１８】
2018189823.tif 000023
【図１９】
2018189823.tif 000024
【図２０】
2018189823.tif 000025
【図２１】
2018189823.tif 000026
【図２２】
2018189823.tif 000027
【図２３】
2018189823.tif 000028
【図２４】
2018189823.tif 000029