(57)【要約】      （修正有）【課題】画像形成装置における周波数変調装置及び光学走査装置に関し、高周波レーザ駆動時の波形補正を正確にかつ簡素な構成で実現する。【解決手段】半導体レーザ１１の光強度に応じて画像データ２に対する補正データ９を格納する記憶手段ＥＥＰＲＯＭ１５に基づいて１画素以内のパルス幅変調信号８として発光することにより、画像補正を行う。【選択図】図１
2008087212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに基づいて変調された光ビームを射出する半導体レーザと、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された前記光ビームにより像担持体上に潜像を形成する光学走査手段、
前記半導体レーザの光強度に応じて前記画像データに対する補正データを格納する記憶手段、
前記記憶手段に格納された前記補正データを前記画像データのあらわす濃度レベルに応じ、前記高周波クロックにより１画素単位内で１画素以内のパルス幅変調信号として出力するパルス幅変調信号出力手段を備える画像形成装置であって、
前記半導体レーザの光強度に応じてパルス幅変調信号出力手段において前記記憶手段の結果に基づいて前記画像データを変換し、半導体レーザの光ビームを変調することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
画像データに基づいて変調された光ビームを射出する半導体レーザと、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された前記光ビームにより像担持体上に潜像を形成し、
前記画像データに対する補正データを格納する書き換え可能な記憶手段を備える光学走査装置、
前記光学走査装置を含み、前記記憶手段により記憶された画像データを画像データのあらわす濃度レベルに応じ、前記高周波クロックにより１画素単位内で１画素以内のパルス幅変調信号として出力するパルス幅変調信号出力手段を備える画像形成装置であって、
前記半導体レーザの発光パルス幅を測定する光波形測定手段、
前記光波形測定手段の測定結果に基づいて、前記画像データの出力パルス幅を可変制御するパルス幅制御手段、
前記記憶手段に格納されている前記補正データを書き換えるデータ変換手段、
前記光波形測定手段、パルス幅制御手段及び前記調整装置から構成され、前記画像形成装置外に配備される光学調整装置を以って、
前記光波形測定手段出力が所定値となるようパルス幅制御手段を制御した結果を前記記憶手段に格納し、
パルス幅変調信号出力手段において前記記憶手段の結果に基づいて前記画像データを変換し、半導体レーザの光ビームを変調することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２の光学走査装置を含くむ画像形成装置であって、
レーザ光量を制御する光量制御手段、
半導体レーザの発光光量に応じて前記記憶手段に格納する補正データを複数有し、
前記光量制御手段に基づいて発光されるレーザ光量に対応して前記記憶手段の補正データを選択し、パルス幅変調信号出力手段において前記記憶手段の結果に基づいて前記画像データを変換し、半導体レーザの光ビームを変調することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
画像データに基づいて変調された光ビームを射出する半導体レーザと、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された前記光ビームにより像担持体上に潜像を形成し、
前記画像データに対する補正データを格納する書き換え可能な記憶手段を備える光学走査装置、
前記光学走査装置を含み、前記記憶手段により記憶された画像データを画像データのあらわす濃度レベルに応じ、前記高周波クロックにより１画素単位内で１画素以内のパルス幅変調信号として出力するパルス幅変調信号出力手段を備える画像形成装置であって、
前記半導体レーザのパルス発光時の平均光量を測定する光量測定手段、
前記光量測定手段の測定結果に基づいて、前記画像データの出力パルス幅を可変制御するパルス幅制御手段、
前記記憶手段に格納されている前記補正データを書き換えるデータ変換手段、
前記光量測定手段、パルス幅制御手段及び前記調整装置から構成され、前記画像形成装置外に配備される光学調整装置を以って、
前記光量測定手段出力が所定値となるようパルス幅制御手段を制御した結果を前記記憶手段に格納し、
パルス幅変調信号出力手段において前記記憶手段の結果に基づいて前記画像データを変換し、半導体レーザの光ビームを変調することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４の光学走査装置を含くむ画像形成装置であって、
レーザ光量を制御する光量制御手段、
半導体レーザの発光光量に応じて前記記憶手段に格納する補正データを複数有し、
前記光量制御手段に基づいて発光されるレーザ光量に対応して前記記憶手段の補正データを選択し、パルス幅変調信号出力手段において前記記憶手段の結果に基づいて前記画像データを変換し、半導体レーザの光ビームを変調す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】
画像形成装置における周波数変調方法に関し、画像データをデジタルPWMによって作成し、その画像データに応じて光ビームの発光を制御しつつ、光ビームを感光体上へ走査して画像を形成する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来例として、特開2003-039722公報では半導体レーザの複数のレーザビームに対し、半導体レーザに内蔵されるフォトダイオードを用いて積分光量（レーザ光量と発光時間の積）をパルス幅について検知し、変調信号のパルス幅及びバイアス電流を制御する。これにより、温度変化による積分光量の差を補正し、画像劣化を防止するとある。
【特許文献１】特開2003-039722号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、変調信号の高速化に伴い、半導体レーザに内蔵されるフォトダイオードは、レーザダイオードのビーム広がり角のばらつき、光軸ズレ等のカップリング効率の悪化が発生し、応答周波数を著しく低下させる。
【０００４】
更に半導体レーザに内蔵されているため、フォトダイオードとレーザダイオード結像位置を保つことができないため、レーザ光量を正確に把握できない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、この問題を解決するため、本発明の画像形成装置は以下に示す構成を備える。すなわち、本発明にかかる第1の目的は、画像データに基づいて変調された光ビームを射出する半導体レーザと、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された前記光ビームにより像担持体上に潜像を形成し、前記画像データに対する補正データを格納する書き換え可能な記憶手段を備える光学走査装置、前記光学走査装置を含み、前記記憶手段により記憶された画像データを画像データのあらわす濃度レベルに応じ、前記高周波クロックにより１画素単位内で１画素以内のパルス幅変調信号として出力するパルス幅変調信号出力手段を備える画像形成装置であって、前記半導体レーザの発光パルス幅を測定する光波形測定手段、前記光波形測定手段の測定結果に基づいて、前記画像データの出力パルス幅を可変制御するパルス幅制御手段、前記記憶手段に格納されている前記補正データを書き換えるデータ変換手段、前記光波形測定手段、パルス幅制御手段及び前記調整装置から構成され、前記画像形成装置外に配備される光学調整装置を以って、前記光波形測定手段出力が所定値となるようパルス幅制御手段を制御した結果を前記記憶手段に格納し、パルス幅変調信号出力手段において前記記憶手段の結果に基づいて前記画像データを変換し、半導体レーザの光ビームを変調することを特徴とする画像形成装置を提供することである。
【発明の効果】
【０００６】
画像データに基づいて変調された光ビームを射出する半導体レーザと、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された前記光ビームにより像担持体上に潜像を形成し、前記画像データに対する補正データを格納する書き換え可能な記憶手段を備える光学走査装置、前記光学走査装置を含み、前記記憶手段により記憶された画像データを画像データのあらわす濃度レベルに応じ、前記高周波クロックにより１画素単位内で１画素以内のパルス幅変調信号として出力するパルス幅変調信号出力手段を備える画像形成装置であって、前記半導体レーザの発光パルス幅を測定する光波形測定手段、前記光波形測定手段の測定結果に基づいて、前記画像データの出力パルス幅を可変制御するパルス幅制御手段、前記記憶手段に格納されている前記補正データを書き換えるデータ変換手段、前記光波形測定手段、パルス幅制御手段及び前記調整装置から構成され、前記画像形成装置外に配備される光学調整装置を以って、前記光波形測定手段出力が所定値となるようパルス幅制御手段を制御した結果を前記記憶手段に格納し、パルス幅変調信号出力手段において前記記憶手段の結果に基づいて前記画像データを変換し、半導体レーザの光ビームを変調することにより画像の高画質化，高解像度化を簡素な構成で実現するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の画像形成装置は、画像データに基づいて変調された光ビームを射出する半導体レーザと、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された前記光ビームにより像担持体上に潜像を形成し、前記画像データに対する補正データを格納する書き換え可能な記憶手段を備える光学走査装置、前記光学走査装置を含み、前記記憶手段により記憶された画像データを画像データのあらわす濃度レベルに応じ、前記高周波クロックにより１画素単位内で１画素以内のパルス幅変調信号として出力するパルス幅変調信号出力手段を備える。
【０００８】
図7は本実施形態における光学走査装置の構成図である。
【０００９】
光学走査装置は、半導体レーザ11、レーザ駆動ユニット12及びコリメートレンズ12から構成されるレーザユニット10を有している。
【００１０】
非画像領域において、レーザユニット11から出射したレーザービームL1はシリンドリカルレンズ31を入射しポリゴンミラー32に到達する。ポリゴンミラー32は、スキャナモータユニット33によって等角速度で回転している。ポリゴンミラー32に到達したレーザービームはポリゴンミラー32によって偏光され、f-θレンズ34によって感光ドラム36の回転方向と直角方向に等速走査となるように変換され、反射ミラー35にて反射し、ビーム検出センサ37に受光させる。
【００１１】
画像領域ではレーザービームL2はレーザービームL1同様にf-θレンズ34を出射した後、反射ミラー35を経由して感光ドラム36上を照射することにより潜像形成を行う。感光ドラム36に形成された潜像はトナー現像後、用紙に転写・定着することにより画像印字される。
【００１２】
図8は本実施形態におけるレーザ駆動回路13の構成を表すブロック図である。
【００１３】
半導体レーザ11は、レーザダイオード（以下ＬＤと略す）11a及び、このＬＤ11a出力されるレーザー光をモニタするフォトダイオード（以下ＰＤと略す）11bにて構成される。ＰＤ11bはモニタするレーザービームの強度（光量）に応じた電流を出力する。ＰＤ11bから出力される、レーザービームの強度に応じたＰＤ電流40は電流−電圧変換回路42にて電圧変換され、ＰＤ電圧信号43として出力する。符号41は、ＬＤ11aが所定の光量を発光するように調整する光量調整可変抵抗である。ＰＤ電圧信号43は、基準電圧発生回路44で生成される基準電圧45ともに差動増幅器46に入力され、両者の極性を含む差分が増幅される。
【００１４】
符号48は、サンプル・ホールド（以下Ｓ／Ｈと略す）制御回路であり、符号51はホールドコンデンサで、不示図のエンジン制御回路から入力されるＳ／Ｈ制御信号49が、サンプル要求時には差動増幅器46の出力信号に応じてＳ／Ｈ制御回路48にてホールドコンデンサ51に充放電電流を入出力し、ホールド要求時はＳ／Ｈ制御回路48とホールドコンデンサ51間を開放するように制御する。
【００１５】
Ｓ／Ｈ制御信号39によりサンプル要求がされると、ＰＤ電圧信号43と基準電圧45の差分に応じた信号が増幅されてＳ／Ｈ制御回路に入力され、ＰＤ電圧信号43が基準電圧45より大きいとき、ホールドコンデンサ51からＳ／Ｈ制御回路48を介して差動増幅器出力が放電電流を吸い込む。ＰＤ電圧信号43が基準電圧45より小さいとき、Ｓ／Ｈ制御回路48を介してホールドコンデンサ51へ、差動増幅器出力が充電電流を出力する。ＰＤ電圧信号43が基準電圧45と等しい場合、充放電は行われない。ホールドコンデンサ51の両端の電圧は、レーザー・ダイオード駆動電流発生回路52に入力され、ホールドコンデンサ51の両端の電圧に応じたレーザー駆動の電流値を決定する。
【００１６】
符号54は差動出力を有するレシーバであり、画像制御部1から入力される画像PWM信号8を受信し、非反転ビデオ（以下ＶＤＯと略す）信号55をドライバa57に、反転ビデオ信号（以下／ＶＤＯと略す）信号56をドライバb58に各々出力する。ＬＤ11aは、ドライバa57に接続され、駆動電流発生回路52にて決定された駆動電流値を以って、ＶＤＯ信号55にてオン／オフ駆動された発光動作を行う。
【００１７】
図1に本実施形態における画像制御部1の構成を示すブロック図を示す。
【００１８】
基本テーブル4はROM等の読み出し専用メモリで構成され、画像入力データ2に相当するデータが格納されている。変換テーブルはRAM等の書き込み可能なメモリで構成され、基本テーブル4から入力される基本データ信号5に対して、EEPROM13から入力される補正データ出力信号9を基にデータ変換し、その結果を書き込んだ後、変換データ信号7とする。画像データ変換部3は変換データ信号7に基づいて半導体レーザ10の発光駆動に対応する画像パルス幅変調（PWM）信号8に変換する。
【００１９】
レーザユニット10内の14はレーザ駆動回路で、画像データ変換部3から出力される画像パルス幅変調（PWM）信号8に基づいて半導体レーザ11を発光駆動する。
【００２０】
図2は画像入力データに対するレーザの発光特性で、破線は理想的なレーザの発光特性を示している。これに対し、実線が実際の特性で、半導体レーザ10及びレーザ駆動回路12の発光遅延及び消灯遅延が主な要因で、画像入力データと発光パルス幅の比が一致していない。画像入力データと発光パルス幅の比を一致させるためには以下に示すように入力画像データを変換する必要がある。
【００２１】
・ 入力画像データ2：25[%]→実際の発光データ31[%]
・ 入力画像データ2：50[%]→実際の発光データ56[%]
・ 入力画像データ2：75[%]→実際の発光データ81[%]
[入力画像データ2補正方法]
図3に  基本データ及び補正データを基に変換された変換データの内容を説明するテーブル表を示す。
【００２２】
変換テーブル6は基本データ信号5に対して、入力される補正データ出力信号9に応じてデータ変換する。レーザの階調性を表すのに、単位時間内での点灯時間をPWM変調で制御することがよく行われているため、ここでの説明をPWM変調（特にデジタルPWM変調）に関する説明として行う。例えばAbitの入力データをPWM変調する場合、2Aビットのパルス幅信号に変換する。ここで、
2A  ＝  n
となるように定数を決めておく。以下にA=4について例に挙げて述べる。
【００２３】
1画素4ビットで構成された画像入力データに対して、64ビットのパルス幅データに変換したときのテーブルである。通常、画像入力データの1ビットに対して、(1)〜(4)の1/4画素ずつが対応し、レーザはそのパルス幅データに対応した発光を行う。図３の(1)は、入力データに対して変換しないときのパルス幅データを示している。画像入力データ2のデータ数は、実際の使用形態に則っており、使用しないデータ（例えば『0101』等）は省略してある。一方、図３の(2)は、パルス幅を補正するための変換テーブルを示している。1/4画素ずつを各16ビットのパルス幅データに変換にした場合、1bit当り約6%の補正が可能となる。
【００２４】
図4に入力画像データ2に対する半導体レーザ10における発光パルスの補正方法を説明するタイムチャートを示す。
【００２５】
図4(1)において入力画像データ2が1画素の25[%]比率である場合、補正データ出力信号9が1画素の31[%]の時に半導体レーザ10の発光パルス波形が入力画像データ2に一致する。このため、入力画像データ2が1画素の25[%]比率の場合、1画素の31[%]比率で発光するように基本データを書き換える。図3における比率25[%]である『0001』、『0010』『0100』及び『1000』がこれに対応する。(2)および(3)の場合も同様なので説明を省略する。
[補正データ出力信号9設定方法]
図5に光波形測定及び補正データ書き込みの構成を示すブロック図を示す。半導体レーザ11、レーザ駆動ユニット12及びコリメートレンズ11は図1記載の光学走査装置のレーザユニット10である。
【００２６】
16は焦点調整工具で対物レンズ17と試具レンズ18から構成される。試具レンズ18は不示図の駆動モータにより稼動可能な構成となっている。焦点調整工具16はレーザユニット10に対向する位置に光学プローブ19が接続されており、試具レンズ18を稼動することにより光学プローブ19接続面で結像するように調整する。焦点調整工具19は光学プローブ19を経由して光波形測定装置20に接続される。光波形測定装置20は、高速オシロスコープで、半導体レーザ11から出射される発光パルス波形を測定する。
【００２７】
図6にレーザ調整装置21における光波形測定及び補正データ書き込み方法を示すフローチャートを示す。
【００２８】
（1）光量調整
22はレーザ発光制御装置で、発光制御信号23の基づいて駆動ユニット13内の駆動回路14の発光制御を行う。レーザ発光制御装置23から光量調整（APC）発光するよう発光制御信号23を出力する。駆動回路14内の光量調整可変抵抗41を用いて所定光量となるよう調整する。所定光量範囲内になるよう調整した後、レーザ発光制御装置23から半導体レーザ11を消灯するよう発光制御信号23を出力する。
【００２９】
（2）補正データ生成
28は調整基本テーブルで、例えば、1画素の25[%]比率、50[%]、75比率[%]比率の3種類の調整用基本データ29を出力する。調整データ発生回路26は調整用基本データ29に基づき、駆動回路14を変調駆動するパルス信号である調整データ27を生成する。
【００３０】
レーザ発光制御装置23からデータ発光するよう発光制御信号23を出力する。駆動回路14は調整データ27に従って、半導体レーザ11が発光駆動する。光波形測定装置20は半導体レーザ11の発光パルス波形を測定する。発光パルス波形が所定パルス幅でない場合はパルス幅可変装置24において、例えばパルス幅を広げるようなパルス幅可変データ25を調整データ発生回路27介して調整データ27を出力する。発光パルス波形が所定範囲内になるよう調整した後、レーザ発光制御装置23から半導体レーザ11を消灯するよう発光制御信号23を出力する。発光パルス波形が所定範囲内になるよう調整した時のパルス幅可変装置24の補正データ30はEEPROM15に書き込む。補正データ30は画像形成装置に搭載した場合は、読み出し専用の補正データ出力信号19として変換テーブル6に入力される。
【００３１】
また、光量調整において所定光量値を複数設定し、各光量値に対して補正データを生成し、EEPROM15内に格納することが可能であることは言うまでもない。
【００３２】
更に、図5記載の光波形測定装置に対して、光学プローブ19及び光波形測定装置20の代わりに不示図の光強度測定装置を配備すれば半導体レーザの平均光量を測定することが可能となり、この結果を以って、上記を実施することが可能である。
［産業上の利用可能性］
画像形成装置における周波数変調方法に関し、画像データをデジタルPWMによって作成し、その画像データに応じて光ビームの発光を制御しつつ、光ビームを感光体上へ走査して画像を形成する画像形成装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態における画像制御部1の構成を示すブロック図
【図２】画像入力データに対するレーザの発光特性
【図３】基本データ及び補正データを基に変換された変換データを示すテーブル表
【図４】入力画像データ2に対する半導体レーザ10における発光パルスの補正方法を示すタイムチャート
【図５】光波形測定及び補正データ書き込みの構成を示すブロック図
【図６】光波形測定及び補正データ書き込み方法を示すフローチャート
【図７】本実施形態における光学走査装置の構成図
【図８】本実施形態におけるレーザ駆動回路35の構成を表すブロック図
【符号の説明】
【００３４】
１  画像制御部
２  画像入力データ
３  画像データ変換部
４  基本テーブル
５  基本データ信号
６  変換テーブル
７  変換データ信号
８  画像パルス幅変調（PWM）信号
９  補正データ出力信号
10  レーザユニット
11  半導体レーザ
11a  レーザダイオード（ＬＤ）
11b  フォトダイオード（ＰＤ）
12  コリメートレンズ
13  レーザ駆動ユニット
14  駆動回路
15  EEPROM
16  焦点調整工具
17  対物レンズ
18  試具レンズ
19  光学プローブ
20  光波形測定装置
21  レーザ調整装置
22  レーザ発光制御装置
23  レーザ発光制御信号
24  パルス幅可変装置
25  パルス幅可変データ
26  調整データ発生回路
27  調整データ
28  調整用基本テーブル
29  調整用基本データ
30  補正データ
31  シリンドリカルレンズ
32  ポリゴンミラー
33  スキャナモータユニット
34  f-θレンズ
35  反射ミラー
36  感光ドラム
37  ビーム検出センサ
40  フォトダイオード(PD)出力電流
41  光量調整可変抵抗
42  電流-電圧変換回路
43  フォトダイオード(PD)電圧信号
44  基準電圧発生回路
45  基準電圧
46  差動増幅器
47  差動増幅器出力信号
48  サンプルホールド(S/H)制御回路
49  サンプルホールド(S/H)制御信号
50  サンプルホールド(S/H)信号
51  ホールドコンデンサ
52  駆動電流発生回路
53  駆動電流設定抵抗
54  レシーバ
55  非反転ビデオ信号(VDO)
56  反転ビデオ信号(/VDO)
57  ドライバa
58  ドライバb
59  レーザダイオード(LD)駆動電流
60  負荷抵抗
【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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【図６】
2008087212.tif 000008
【図７】
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【図８】
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