(57)【要約】【課題】簡易な回路構成で、電源電圧の変動に対するレーザ光の光量の変動を抑制する。【解決手段】レーザ走査ユニット１は、レーザ素子１１を駆動する電源電圧Ｖｃｃを供給する電源ＶＣＣライン及びＬＤドライバ１１１を搭載するＬＤ制御基板１１０と、ＬＤドライバ１１１のＶＣＯＮＴへ入力される、レーザ素子１１の射出光量を設定する制御電圧を生成する加減算回路１２０とを含む。加減算回路１２０は、電源電圧Ｖｃｃをフィードバックして、基準信号電圧Ｖｒｅｆ＿１から、電源電圧Ｖｃｃの変動量に応じてレベル補正された制御電圧Ｖｒｅｆ＿２を生成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を介して電源に接続されると共に、入力される制御電圧に対応した光量でレーザ光の射出を行うレーザ素子を有するレーザ出力装置において、
前記電源の電圧レベルの変動量に応じて前記制御電圧のレベルを補正する補正回路を備えたレーザ出力装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ出力装置において、前記補正回路から出力される電圧のレベルを動作状況補正用の補正指令値で補正し、新たな制御電圧として出力する動作状況補正回路を備えたことを特徴とするレーザ出力装置。
【請求項３】
前記補正回路は、補正レベルを調整する回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ出力装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ出力装置と、前記レーザ出力装置から射出されたレーザ光を感光体上に走査させるレーザ走査装置とを備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を射出するレーザ出力装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置は、レーザ素子及びレーザドライバを備え、画素ＤＡＴＡに応じてレーザ素子を点灯、消灯制御して感光体上を露光走査し、静電潜像を形成する。画像形成装置を動作させる電源は商用交流電源を必要な直流電圧に変換して生成される。変換された直流電源はレーザ素子をドライブする基板にも供給される。ところで、レーザ素子をドライブする基板の電力負荷が大きい場合、ドライブ基板に供給される電源の電圧が負荷の変動状況に応じて変動を生じ得る。電源電圧に変動が生じると、レーザパワー、すなわちレーザ光の光量が変動して、形成画像に濃度ムラが生じ、画像品質を低下させることとなる。
【０００３】
特許文献１には、かかる電源電圧の変動を抑制するようにした画像形成装置が開示されている。すなわち特許文献１に記載の画像形成装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータとシリーズレギュレータとを付設して電源電圧を昇圧すると共にレーザ駆動電圧を超える電圧部分を切り捨てるようにした電源安定化回路を用いて、安定した駆動電源を得るようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５９８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、ＤＣ−ＤＣコンバータやシリーズレギュレータを付設するために、その分の回路部品が必要となり、さらに回路スペースやコストの増大を招いてしまうという問題がある。特に、画像形成装置に備えられる機能が増加し、またカラー且つマルチビームを採用した場合、画像形成に関わるドライブ基板の電力負荷がより大きくなって、電源変動が一層増大することが考えられることから、複数かつ高価なＤＣ−ＤＣコンバータやシリーズレギュレータを使用する必要があることから、その対策にはより高価な回路部品が複数必要となる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、電源電圧の変動分に対応してレーザ光量を設定する制御電圧を補正することでレーザ光の光量変動を抑止するレーザ出力装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板を介して電源に接続されると共に、入力される制御電圧に対応した光量でレーザ光の射出を行うレーザ素子を有するレーザ出力装置において、前記電源の電圧レベルの変動量に応じて前記制御電圧のレベルを補正する補正回路を備えたものである。
【０００８】
本発明によれば、レーザ素子は、例えば商用電源を変換して得られた直流の電源の供給を受けて駆動可能にされる一方、入力される制御電圧に対応した光量でレーザ光の射出を行う。このとき、電源の電圧レベルが変動すると、連動して制御電圧も変動してレーザ光の光量が変動するが、補正回路によって、この光量変動分に対応するように制御電圧を補正することで、レーザ光の光量変動が抑制される。
【０００９】
また、本発明は、前記補正回路から出力される電圧のレベルを動作状況補正用の補正指令値で補正し、新たな制御電圧として出力する動作状況補正回路を備えたことを特徴とする。この構成によれば、電源の電圧レベル変動の補正に加えて、動作環境や動作履歴に基づいて適正な補正が可能となる。
【００１０】
また、本発明は、前記補正回路が補正レベルを調整する回路を備えたことを特徴とする。この構成によれば、レーザ光の光量変動をより高精度で抑制することが可能となる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ出力装置と、前記レーザ出力装置から射出されたレーザ光を感光体上に走査させるレーザ走査装置とを備えた画像形成装置である。この構成によれば、用紙にプリントされる画像の濃度ムラが、電源電圧の変動に関わらず補正されるので、画像品質が維持される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な回路構成で、電源電圧の変動に対するレーザ光の光量の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るレーザ出力装置が適用される画像形成装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】図１の画像形成装置に適用されるレーザ出力装置の一実施形態の概略構成を示す上面図である。
【図３】レーザ走査ユニット１における、制御電圧を生成する回路部分の第１実施形態を示す回路図である。
【図４】レーザ走査ユニット１における、制御電圧を生成する回路部分の第２実施形態を示す回路図である。
【図５】レーザ走査ユニット１における、制御電圧を生成する回路部分の第３実施形態を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示すように、画像形成装置は、画像形成部１０、中間転写部２０、二次転写部３０、定着部４０、給紙部５０、用紙搬送路６０及び画像読取部７０を備えると共に、装置本体の上部に自動原稿搬送装置８０が搭載されている。画像形成装置は、原稿から読み取った画像データあるいは図外の外部装置から入力された画像データを用紙に多色又は単色の画像形成処理を行う。
【００１５】
画像形成部１０は、レーザ出力装置であるレーザ走査ユニット１及びそれぞれ同様な構造を有する各色の画像形成部１０Ａ〜１０Ｄを備えている。レーザ走査ユニット１は、筐体を有し、その内部に色毎に必要な光学部品が配置されている。レーザ走査ユニット１は、画像読取部７０で読み取られた画像データをＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ色に変換し、変換後の各色の画像データによって変調されたレーザ光で画像形成部１０Ａ〜１０Ｄの感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの表面を軸方向（主走査方向）に沿って露光走査して、それぞれの静電潜像を形成する。代表して説明する画像形成部１０Ａは、感光体ドラム２Ａを備え、その周囲に回転方向（副走査方向）に沿って帯電器３Ａ、現像器４Ａ及びクリーナ部５Ａを備えている。
【００１６】
中間転写部２０は、中間転写ベルト２１、駆動ローラ２２、従動ローラ２３、一次転写ローラ２４Ａ〜２４Ｄを備え、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの周面に形成されたトナー像を中間転写ベルト２１の表面に一次転写する。二次転写部３０は、中間転写ベルト２１の表面のトナー像を用紙へ二次転写する。定着部４０は、用紙に転写されたトナー像を加熱して定着し、排紙トレイに排出する。給紙部５０は、給紙カセットや手差しトレイを備えており、選択された用紙を、対応する給紙カセットから用紙搬送路６０に給紙する。
【００１７】
図２において、レーザ走査ユニット１は、構造的に、レーザ素子（以下、ＬＤという。）１１、集光レンズ１２、回転多面鏡であるポリゴンミラー１３、Ｆθレンズ１４、及び反射ミラー１５を備えると共に、反射ミラー１６及び同期信号検出部として機能するフォトダイオード等のＢＤ（Beam Detector）センサ１７を備える。
【００１８】
ＬＤ１１は、ある１色分を担当するレーザ素子で、平行光束を形成する集光レンズ１２を経てポリゴンミラー１３に向かうようにビーム状のレーザ光Ｌを射出する光源である。ＬＤ１１から射出されたレーザ光Ｌは、モータ等の回転駆動部１３ａによって定速回転状態にあるポリゴンミラー１３の各面で反射される。
【００１９】
ポリゴンミラー１３の回転によってレーザ光Ｌは走査される。所定の走査範囲内には、Ｆθレンズ１４を含む下記の光学部品が配置されている。Ｆθレンズ１４及び反射ミラー１５を通過したレーザ光Ｌは、感光体ドラム２Ａ上を矢印Ｘで示す軸方向に走査される。感光体ドラム２Ａは、図略の駆動手段で軸周りに定速回転されており、１走査毎の画像データによって光変調されたレーザ光が順次回転方向に露光されることで表面に画像データに対応した静電潜像が形成される。
【００２０】
図３に示す第１実施形態は、ＬＤ１１の制御電圧設定回路部分として、画素データであるスイッチングデータを出力するＬＳＵ-ＡＳＩＣ（Laser scanning Unit Application SpecificIntegrated Circuit）（以下、ＡＳＩＣという。）１０１と、ＡＳＩＣ１０１からの出力データに応じた基準信号Ｖｒｅｆ−１を生成する基準信号出力部１０２と、ＬＤ１１に対してレーザの点灯、消灯を制御する回路部を搭載したＬＤドライバ１１１とを含む。第１実施形態は、基準信号出力部１０２とＬＤ制御基板１１０との間に加減算回路１２０を介設したことを特徴とする。
【００２１】
ＬＤ１１は、対応する色のＬＤ制御基板１１０に搭載されている。ＬＤ制御基板１１０には、さらにＬＤドライバ１１１、電源電圧Ｖｃｃの供給ライン、制御電圧入力回路部（分圧抵抗ＲｃとＲｄ）等が少なくとも搭載されている。電源電圧Ｖｃｃは、図略の商用電源を所定の直流電圧に変換降圧して得られたＬＤ制御基板１１０及びＬＤ１１用の駆動電源で、ＬＤドライバ１１１の電源端子ＶＣＣに供給されている。ＬＤドライバ１１１のＶＣＯＮＴ端子には、制御電圧が入力される。ＬＤドライバ１１１及びＬＤ１１は、電源電圧Ｖｃｃで駆動され、ＬＤドライバ１１１は、ＶＣＯＮＴ端子への制御電圧に比例した光量のレーザ光を射出するようＬＤ１１を制御する。
【００２２】
ところで、電源電圧Ｖｃｃのレベルは、ＬＤ制御基板１１０などの電力負荷の変動に応じて変動し得る。特にＬＤ制御基板１１０がカラー用、且つマルチビーム方式の場合にはＬＤ制御基板１１０の電力負荷が大きいことから、その負荷変動に応じた電源電圧Ｖｃｃのレベルの変動はより大きくなる。電源電圧Ｖｃｃが変動すると、レーザ光の光量が変動するため、形成画像に濃度ムラが生じ、画像品質の低下を招く。
【００２３】
加減算回路１２０は、基準信号出力部１０２からの基準信号レベルＶｒｅｆ＿１に対して、電源電圧Ｖｃｃの変動分によるレーザ光の光量変化分を抑制するように補正を行う回路である。ＬＤドライバ１１１として、電源電圧Ｖｃｃの変動量に対してレーザ光の光量変化量が比例するものを採用している。そこで、電源電圧Ｖｃｃの変動分をＶＣＯＮＴ端子への制御電圧のレベルを補正することで、光量変動を抑制するようにしている。
【００２４】
加減算回路１２０は、基準信号レベルＶｒｅｆ＿１に対して、下記（式１）で示す出力電圧Ｖｒｅｆ＿２を生成する。加減算回路１２０は、オペアンプ１２１側の回路部分で基準信号レベルＶｒｅｆ＿１を加算するための回路を構成し、オペアンプ１２２側の回路部分で減算（差動）回路を構成している。出力電圧Ｖｒｅｆ＿２は、抵抗Ｒｃに入力され、抵抗Ｒｃと抵抗Ｒｄとで分圧されて、制御電圧としてＬＤドライバ１１１のＶＣＯＮＴ端子に入力される。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
なお、（式１）内のＲ１，Ｒｆは、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒｆの抵抗値を示す。また、Ｖｃｃ＿ｆｅｅｄｂａｃｋは、電源電圧Ｖｃｃを分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂを介して加減算回路１２０に導く、電源電圧に関するフィードバック電圧値である。
【００２７】
（式１）で示すように、電源電圧Ｖｃｃに関連する電圧値と基準信号レベルＶｒｅｆ＿１との差分に比例（＝Ｒ１／Ｒｆ：差動増幅）させた値を、基準信号レベルＶｒｅｆ＿１に加算して、抵抗Ｒｃ、Ｒｄの分圧後の制御電圧を形成するようにしたので、電源電圧Ｖｃｃの変動分によるレーザ光の光量変動をＶＣＯＮＴ端子への制御電圧の補正によって抑制することが可能となる。さらに、（Ｒ１／Ｒｆ）の値を適宜調整することで、光量の変動抑制をより精度良く行うことが可能となる。
【００２８】
また、第１実施形態によれば、レーザ光の光量調整をＶＣＯＮＴ端子への制御電圧のレベル補正で対応するので、ＬＤドライバ１１１の方式として、回路のダンピング定数で１ドット幅を変更可能なＴＴＬ／ＣＭＯＳ入力回路の他、回路のダンピング定数で１ドット幅を変更できないＬＶＤＳ入力回路のいずれも適用可能となる。また、ＴＴＬ／ＣＭＯＳ入力回路では、アクティブレベルがＨｉｇｈ、Ｌｏｗいずれの方式でも適用可能となる。なお、かかる利点は、後述する第２、第３実施形態でも同様である。
【００２９】
図４に示す第２実施形態は、図３に示す加減算回路１２０とＬＤ制御基板１１０との間に、ＤＡコンバータ１０３を介設したものである。
【００３０】
ＤＡコンバータ１０３は、駆動電源端子ＶＣＣと基準電圧入力端Ｖｒｅｆ２とを有する。駆動電源端子ＶＣＣ及び基準電圧入力端Ｖｒｅｆ２に加減算回路１２０の出力電圧Ｖｒｅｆ＿２が入力されることで、ＤＡコンバータ１０３は、最大で、ＬＤ制御基板１１０への電源電圧Ｖｃｃの変動分に対応した電圧Ｖｒｅｆ＿２を出力し得る。一方、ＤＡコンバータ１０３は、動作状況補正回路として機能し、ＡＳＩＣ１０１からの動作状況補正用の補正指令値を受けて出力電圧を補正指令値に応じて補正する。
【００３１】
感光体２のトナー付着性能は環境温度、湿度の影響を受けやすい。画像形成装置は、適所に、例えばレーザ走査ユニット１の近傍位置に図略の温度計、湿度計を備え、周期的乃至は必要時に計測を行っている。ＡＳＩＣ１０１は、これらの計測結果と予めテーブルデータとして図略のメモリに記憶している、基準に対する補正値との関係を利用して、対応する補正指令値を出力して、ＤＡコンバータ１０３に設定する。また、画像形成装置は、感光体２の劣化状態（レーザ光の走査回数、走査時間など）を累積管理しており、その劣化情報と予めテーブルデータとして図略のメモリに記憶している、基準に対する補正値との関係を利用して適正な補正指令値をＤＡコンバータ１０３に設定するようにしてもよい。あるいは両者を加味した補正指令値を出力するようにしてもよい。本実施形態では、補正指令値は、補正が不要な場合に標準値が設定され、一方、補正が必要な場合には補正分だけ、標準値から加減された値が設定される。このようにすることで、ＤＡコンバータ１０３は、入力された電圧Ｖｒｅｆ＿２を基準にＡＳＩＣ１０１から設定された補正指令値をＤＡ変換してＬＤ制御基板１１０側に出力する。従って、ＤＡコンバータ１０３は、ＬＤ制御基板１１０の電源電圧Ｖｃｃの変動に対する対応と同時に、感光体２の動作環境や動作履歴情報等を加味した補正（動作状況補正）を行い、効果的な光量変動の抑制を可能とする。なお、補正対象には、レーザ光の光量に影響を与える他の使用履歴の情報を含めてもよい。
【００３２】
図５に示す第３実施形態は、加減算回路１２０の一部が図３とは異なり、補正レベルを調整する回路を備える。すなわち、補正レベルを調整する回路は、オペアンプ１２１の反転入力端子に接続されている入力抵抗部を構成する抵抗Ｒｆと抵抗Ｒ１に、抵抗Ｒ２がさらに並列接続され、かつ抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２とその接続点（Ｖｒｅｆ＿１の入力位置）との間にスイッチ１２３が介設されている。スイッチ１２３は、抵抗Ｒ１のラインと抵抗Ｒ２のラインとを選択的に切り替えて接続可能にするもので、選択された側の抵抗が抵抗Ｒｆと並列回路を構成する。また、補正レベルを調整する回路は、オペアンプ１２２の反転入力端子と電源電圧Ｖｃｃのフィードバック側の分圧抵抗ＲａとＲｂの接続点との間に接続される抵抗Ｒ１に抵抗Ｒ２が並列接続され、かつ抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２とその接続点（Ｖｃｃ＿ｆｅｅｄｂａｃｋの入力位置）との間にスイッチ１２４が介設されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは、互いに抵抗値の異なる抵抗である。スイッチ１２４は、抵抗Ｒ１のラインと抵抗Ｒ２のラインとを選択的に切り替えて接続可能にするもので、選択された側の抵抗がオペアンプ１２２の反転入力端子と接続される。スイッチ１２３，１２４の切換は、制御手段、例えばＡＳＩＣ１０１からの指令信号によって行われる。
【００３３】
複数の抵抗から好適な抵抗を選択的に指定することで、補正レベルを調整、すなわち濃度ムラの補正をより高精度で行うことが可能となる。なお、第３実施形態では並列抵抗の数は２個（Ｒ１，Ｒ２）であるが、濃度ムラの補正精度等を考慮して所要の並列抵抗数（Ｒ１，Ｒ２，…Ｒｎ）を採用してもよい。この場合、スイッチ１２３，１２４は、ｎ個から択一的に１個以上の抵抗を選択し得るものであればよい。各抵抗の値は互いに相違しており、（式１）に示すように、電源電圧Ｖｃｃのフィードバックに関する電圧と基準信号レベルＶｒｅｆ＿１との差分の増幅率が濃度ムラの抑制により好適となる抵抗値の抵抗を選択すればよい。ＡＳＩＣ１０１は、各抵抗と濃度ムラの抑制状態とを予め実験結果のデータとして図略のメモリに記憶しておき、このデータに基づいて選択指令を行う。
【００３４】
また、第３実施形態に記載の加減算回路１２０を第２実施形態に適用して、電源電圧Ｖｃｃの変動に対応した制御電圧の補正に、補正レベルのより高精度の調整と装置の使用環境等における補正とを同時に行うことができる。
【００３５】
また、各実施形態では、ＬＤ制御基板１１０へ電源電圧Ｖｃｃと基準信号の電圧Ｖｒｅｆ＿１との差分の変動に対応させて実質的に制御電圧（ＶＣＯＮＴ端子へ入力される制御電圧とは一意に決定）を補正するようにしたが、要するに、ＬＤ制御基板１１０へ電源電圧Ｖｃｃの変動に対応させて、レーザ光の光量変動を抑制するように制御電圧を補正するものである。
【００３６】
なお、前記の各実施形態は、レーザ出力装置を画像形成装置に適用した例で説明したが、本発明は、濃度又はレーザ光量をより安定化させる必要のある、各種データの光書込装置をはじめ、レーザを出力する装置全般に適用することができる。
【００３７】
また、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１  光ビーム走査ユニット（レーザ出力装置）
２  感光体
１０３  ＤＡコンバータ（動作状況補正回路）
１１  ＬＤ
１１０  ＬＤ制御基板
１１１  ＬＤドライバ
１２０  加減算回路（補正回路）
１２１，１２２  オペアンプ（補正回路の一部）
１２３，１２４  スイッチ（補正回路の一部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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