(57)【要約】【課題】感光体表面に対する記録密度を高めることができるレーザ露光装置を提供する。【解決手段】レーザ露光装置は、ポリゴンミラー１２が３９０〜４１５ｎｍの波長のレーザビームを偏向して感光体１７の表面上に結像させるとともに感光体１７上を走査するに際し、フォトセンサユニット１３がポリゴンミラー１２で偏向したレーザビームを検知して感光体１７の表面上の走査を開始するための基準信号を出力する。基準信号のスルーレートは、この基準信号に重畳されるノイズレベルをＮ［ボルト］とし、当該ノイズによってレーザビームの主走査方向における時間のずれの許容時間をＴｎ［秒］とした場合に、Ｎ／Ｔｎ［ボルト／秒］より高いレベルにある。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを偏向して記録媒体上に結像させるとともに前記記録媒体上を走査する偏向器と、該偏向器で偏向したレーザビームを検知して前記記録媒体上の走査を開始するための基準信号を出力するビーム検知手段とを備えるレーザビーム露光装置において、
前記レーザビームの波長は３９０〜４１５ｎｍであり、
前記基準信号のスルーレートが、当該基準信号に重畳されるノイズレベルをＮ［ボルト］とし、当該ノイズによってレーザビームの主走査方向における時間のずれの許容時間をＴｎ［秒］とした場合に、Ｎ／Ｔｎ［ボルト／秒］より高いレベルであることを特徴とするレーザ露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオードを用いた電子写真プロセスを利用する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式による画像形成は、感光体表面を一様に帯電し、そこにレーザビーム等を露光することによって静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像化し、このトナー像を記録媒体に転写するという電子写真プロセスを利用して行なわれている。静電潜像は、一様に帯電した感光体表面を露光すると感光体表面の電位が明減衰する現象によって形成される。
【０００３】
感光体表面の露光は、レーザ露光装置から発光されるレーザビームを照射することによって行なう。この場合には、長波長のレーザ光であるいわゆる赤色レーザ光（６３０〜７８０ｎｍ程度）を用いることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。これは、赤色レーザ光は短波長の青色レーザ光（３５０〜５５０ｎｍ程度）よりも格段に露光パワーが高く、しかも赤色レーザ光を発するレーザダイオードが安価であるという理由による。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３―１１３４７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電子写真プロセスにおいて一般に用いられている赤色レーザ光は、その波長が６３０〜７８０ｎｍ程度の長波長であるためにビーム径を小径に絞ることが困難である。このため、感光体表面に対する記録密度をある程度以上には高めることができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、感光体表面に対する記録密度を高めることができるレーザ露光装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１のレーザ露光装置は、レーザビームを偏向して記録媒体上に結像させるとともに前記記録媒体上を走査する偏向器と、該偏向器で偏向したレーザビームを検知して前記記録媒体上の走査を開始するための基準信号を出力するビーム検知手段とを備えるレーザビーム露光装置において、前記レーザビームの波長は３９０〜４１５ｎｍであり、前記基準信号のスルーレートが、当該基準信号に重畳されるノイズレベルをＮ［ボルト］とし、当該ノイズによってレーザビームの主走査方向における時間のずれの許容時間をＴｎ［秒］とした場合に、Ｎ／Ｔｎ［ボルト／秒］より高いレベルであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るレーザ露光装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ露光装置の構成図である。
【００１０】
図１に示すレーザ露光装置１０は、電子写真プロセスを利用する画像形成装置に用いられるが、画像形成装置本体の説明は省略する。レーザ露光装置１０は、レーザビームの発光源である半導体レーザ１１、所定方向に回転しながら半導体レーザ１１からのレーザを反射してレーザビームの進行方向を連続的に変える、走査手段としてのポリゴンミラー１２（偏向器）、このポリゴンミラー１２で反射したレーザビームを受光して走査開始の基準信号であるビーム検知信号を出力するフォトセンサユニット１３（ビーム検知手段）、このフォトセンサユニットからの出力を受信するイメージプロセッサ１４、このイメージプロセッサ１４と画像データラインによって接続されたレーザドライバ１５から構成されている。レーザドライバ１５は駆動電流ラインによって半導体レーザ１１に接続されている。半導体レーザ１１は波長が３９０〜４１５ｎｍの青色レーザビームを発光する。
【００１１】
１回の走査における一連の動作は、先ず、図示した有効画像領域の外に配置されたフォトセンサユニット１３にレーザビームが照射される所定タイミングで、図示しないコントローラからの点灯信号がレーザドライバ１５に入力される。この点灯信号を受信したレーザドライバ１５は半導体レーザ１１からレーザビームをフォトセンサユニット１３に向けて照射する。
【００１２】
レーザビームを受光したフォトセンサユニット１３はビーム検知信号をイメージプロセッサ１４に出力し、これを受けてイメージプロセッサ１４は所定の遅延時間ＴＤ後に、有効画像データを第１画素から順次、レーザドライバ１５に出力する。
【００１３】
レーザドライバ１５は、この有効画像データを画像データの値に応じたＤＵＴＹを有するパルス信号に変換して、このパルス信号に基づいて駆動電流を流す。半導体レーザ１１は、この駆動電流を点灯電流として、レーザビームを発光する。このレーザビームが回転するポリゴンミラー１２によって偏向されながら結像レンズ１６を介して感光体１７（記録媒体）の表面に照射される。
【００１４】
図２は、図１におけるフォトセンサユニット１３の構成図である。
【００１５】
図２に示すように、フォトセンサユニット１３（ビーム検知手段）は、フォトダイオード１３０（以下、ＰＤ１３０）、このＰＤ１３０から流れる電流を電圧変換するための抵抗１３１、及びこの抵抗１３１の出力電圧と比較電圧との比較結果を出力するコンパレータ１３２とから構成されている。
【００１６】
ＰＤ１３０は、例えばシリコンＰＩＮフォトダイオードであり、レーザビームの強度に応じた出力電流を流し、この出力電流を抵抗１３１によって電圧変換した値が比較値を超えた場合には、コンパレータ１３２は、Ｈｉレベルのビーム検知信号をイメージプロセッサ１４に出力する。イメージプロセッサ１４では、このビーム検知信号の立ち上がりエッジを基準として、遅延時間ＴＤ経過後に画像データをレーザドライバ１５に出力する。
【００１７】
ここで、レーザビームの波長に対し、フォトセンサユニット１３の分光感度が適合していない場合の不具合について説明する。
【００１８】
フォトセンサユニット１３のＰＤ１３０は、図３に示すような赤色レーザ及び赤外レーザの波長帯域に対応しており、６８０ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲で、０．４Ａ／Ｗ以上の高い分光感度特性を有するものとする。一方、半導体レーザ１１は、高解像度の画像形成を目的として波長が３９０〜４１５ｎｍのビームを射出する青色レーザが用いられているとする。
【００１９】
この場合、ビーム検知信号を得るために、ＰＤ１３０にレーザビームが入射してもビームの波長に対するＰＤ１３０の分光感度が０．１５Ａ／Ｗ程度しかないために、抵抗１３１の出力値ａのピークレベルは図４の（ａ）に示すように比較値ｂに対してマージンを充分に確保できず、比較値ｂのレベルを緩やかな傾斜で超えることとなる。このような状態では、このノイズの影響を受けた場合に、図４の（ｂ）に示すように出力値ａが比較値ｂを超える時刻が本来の時刻よりもＴｎだけ早くなってしまい、ビーム検知信号がＴｎだけ早く出力してしまう。このようなビーム検知信号がイメージプロセッサ１４に入力されると、画像データの第１画素の出力もこれに応じてずれてしまい、図５に示すように、ノイズの影響を受けたラインの露光は、ライン全体がＴｎ分だけずれてしまう。これにより、結果として再現性の悪いレーザ露光となってしまう。
【００２０】
そこで、図１のレーザ露光装置１０では、フォトセンサユニット１３のＰＤ１３０が、分光感度特性として、青色レーザの波長帯域に対し適切な感度レベルを有するものを用いている。
【００２１】
図６は、図２におけるフォトダイオード１３０の波長に対する分光感度を示す図である。
【００２２】
図６に示すように、ＰＤ１３０は７５０ｎｍの波長に対して分光感度のピークを示し、そのピークにおける分光感度レベルは０．５Ａ／Ｗである。ＰＤ１３０はまた、青色レーザの波長帯域内である３９０〜４１５ｎｍの波長に対しても、ピーク感度の４０％にあたる０．２０Ａ／Ｗ以上の分光感度レベルを保っている。
【００２３】
このレベルの分光感度が適切である理由を以下に説明する。
【００２４】
図７は、ノイズレベルＮと露光ラインのずれ時間Ｔｎとの関係を示す図である。図７には出力値ａが比較値ｂを超える付近での特性が示されている。露光ラインのずれ量を露光ラインのずれ時間Ｔｎの間にずれる量以下に軽減するためには、Ｎ／Ｔｎ以上のスルーレートで出力値ａが比較値ｂを急峻に超えていくことが必要である。ここで、ラインのずれ量の許容量としては、通常１／８画素周期までが妥当と考えられ、又、１画素周期の一般的な値として、１／２５ＭＨｚ＝４０ｎＳを想定すると、Ｔｎは５ｎＳとなり、露光ラインのずれ量としては、この値以下に抑えられなければならない。ノイズレベルＮの成分としては、電源ノイズ、熱雑音等が考えられ、抵抗１３１を数１０ＫΩとした場合、おおよそ５０ｍＶ程度と想定できる。これらの数値から、出力値ａに要求されるスルーレートは、
５０ｍＶ／０．００５μＳ＝１０Ｖ／μＳ
以上となる。
【００２５】
次に、このスルーレートを満たすためにＰＤ１３０が流すべき電流値Ｉｍを求める。
【００２６】
スルーレートは、抵抗１３１の値Ｒ及び出力値ａのラインに掛かる浮遊容量Ｃによる時定数Ｃ・Ｒで、レーザビームがＰＤ１３０に照射されてから時間Ｃ・Ｒ後の出力値ａのレベルを除算した結果となる。ここで、時間Ｃ・Ｒ経過後の出力値ａのレベルは、
Ｉｍ・Ｒ（１−ｅ＊（−Ｔ／Ｃ・Ｒ））
にＴ＝Ｃ・Ｒを代入して、図８に示すように、０．６３Ｉｍ・Ｒとなる。浮遊容量としては、ＰＤ１３０、変換抵抗１３１、コンパレータ１３２が同一ユニット内にあるため、５ｐＦ程度が妥当な値であると考えられる。よって、スルーレートは、
０．  ６３Ｉｍ・Ｒ／Ｃ・Ｒ
となる。
【００２７】
このスルーレートが、１０Ｖ／μＳ以上となるためのＩｍの条件は、Ｃ＝５ｐＦを上式に代入して計算すると、Ｉｍ＞０．０７７ｍＡとなる。
【００２８】
一方、感光体７の表面に照射されるレーザビームのパワーは、通常０．４ｍＷ程度であり、同レベルのビームがＰＤ１３０にも照射される。これをもとにＰＤ１３０の必要最低限の分光感度レベルを算出すると、
０．  ０７７（ｍＡ）／０．４ｍＷ＝０．１９（Ａ／Ｗ）
となる。
【００２９】
よって、ＰＤ１３０が図６に示すように、３９０〜４１５ｎｍの波長帯域において、０．２（Ａ／Ｗ）の分光感度特性を有していれば、抵抗１３１で電流電圧変換される出力値ａが図９に示すように要求されるスルーレートで比較値ｂを越えていくことができる。これよって、ノイズによるラインずれ時間Ｔｎのレベルは、図９に示すように、極めて微小なレベル（画素周期の１／８）に留まることとなる。これに伴って、図５における露光ラインのずれも改善される。
【００３０】
以上のように、本実施の形態にかかるレーザ露光装置によれば、レーザの露光ラインの第一画素データの出力タイミングをとるための基準信号を出力するフォトダイオード１３０の分光感度特性が３９０〜４１５ｎｍの波長帯域でも充分な感度レベルをもつので、ノイズの影響を受けてもレーザビームのフォトセンサユニット１３への入力タイミングを正確にビーム検知信号としてイメージプロセッサ１４に伝達し、良好なレーザ露光制御を実現できる。従って、青色レーザビームによって感光体表面に対する記録密度を高めることができることとなる。
【００３１】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００３２】
〔実施態様１〕レーザビームを偏向して記録媒体上に結像させるとともに前記記録媒体上を走査する偏向器と、該偏向器で偏向したレーザビームを検知して前記記録媒体上の走査を開始するための基準信号を出力するビーム検知手段とを備えるレーザビーム露光装置において、前記レーザビームの波長は３９０〜４１５ｎｍであり、前記基準信号のスルーレートが、当該基準信号に重畳されるノイズレベルをＮ［ボルト］とし、当該ノイズによってレーザビームの主走査方向における時間のずれの許容時間をＴｎ［秒］とした場合に、Ｎ／Ｔｎ［ボルト／秒］より高いレベルであることを特徴とするレーザ露光装置。
【００３３】
〔実施態様２〕レーザビームを偏向して記録媒体上に結像させるとともに前記記録媒体上を走査する偏向器と、該偏向器で偏向したレーザビームを検知して前記記録媒体上の走査を開始するための基準信号を出力するビーム検知手段とを備えるレーザビーム露光装置において、前記レーザビームの波長帯域は３９０〜４１５ｎｍであり、前記ビーム検知手段は、前記波長帯域内のレーザビームに対して０．２Ａ／Ｗ以上の分光感度を有することを特徴とするレーザ露光装置。本レーザ露光装置によれば、３９０〜４１５ｎｍの波長のレーザビーム即ち青色レーザに対して、ビーム検知手段が０．２Ａ／Ｗ以上の良好な分光感度を有するので、青色レーザによる記録媒体上の走査を開始のタイミングを良好にとることができ、もって感光体表面に対する記録密度を高めることができる。
【００３４】
〔実施態様３〕レーザビームを偏向して記録媒体上に結像させるとともに前記記録媒体上を走査する偏向器と、該偏向器で偏向したレーザビームを検知して前記記録媒体上の走査を開始するための基準信号を出力するビーム検知手段とを備えるレーザビーム露光装置において、前記レーザビームの波長帯域は３９０〜４１５ｎｍであり、前記ビーム検知手段は、前記波長帯域内のレーザビームに対して分光感度のピーク値の４０％以上の感度を有することを特徴とするレーザ露光装置。本レーザ露光装置によれば、３９０〜４１５ｎｍの波長のレーザビーム即ち青色レーザに対してビーム検知手段は分光感度のピーク値の４０％以上の感度を有するので、青色レーザによる記録媒体上の走査を開始のタイミングを良好にとることができ、もって感光体表面に対する記録密度を高めることができる。
【００３５】
〔実施態様４〕前記ビーム検知手段は、レーザビームを検知するための検知センサとしてシリコンＰＩＮフォトダイオードを備えることを特徴とする実施態様１乃至３のいづれか１に記載のレーザ露光装置。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１のレーザビーム露光装置によれば、３９０〜４１５ｎｍの波長のレーザビーム即ち青色レーザをビーム検知手段が検知して記録媒体上の走査を開始するために出力する基準信号のスルーレートが基準信号に重畳されるノイズレベルをＮ［ボルト］とし、当該ノイズによってレーザビームの主走査方向における時間のずれの許容時間をＴｎ［秒］とした場合に、Ｎ／Ｔｎ［ボルト／秒］より高いレベルであるので、青色レーザによる記録媒体上の走査を開始のタイミングを良好にとることができ、もって感光体表面に対する記録密度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ露光装置の構成図である。
【図２】図１におけるフォトセンサユニット１３の構成図である。
【図３】赤色レーザの波長帯域に対応したフォトダイオードの分光感度特性を示す図である。
【図４】青色レーザビームの照射に対して、赤色レーザの分光感度を持ったフォトダイオードを使用した場合の図２における抵抗１３１の出力レベルを示す図であり、（ａ）はその一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す出力レベルがノイズの影響を受けた場合を示す図である。
【図５】青色レーザビームの照射に対し、赤色レーザの分光感度を持ったフォトダイオードを使用した場合のレーザ露光への影響を示す図である。
【図６】図２におけるフォトダイオード１３０の波長に対する分光感度を示す図である。
【図７】ノイズレベルＮと露光ラインのずれ時間Ｔｎとの関係を示す図である。
【図８】抵抗１３１の出力ａと時間との関係を示す図である。
【図９】青色レーザビームの照射に対して、青色レーザの分光感度を持ったフォトダイオードを使用した場合の図２における抵抗１３１の出力レベルを示す図である。
【符号の説明】
１１  半導体レーザ
１２  ポリゴンミラー
１３  フォトセンサユニット
１４  イメージプロセッサ
１５  レーザドライバ
１６  結像レンズ
１７  感光体
１３０  フォトダイオード
１３１  抵抗
１３２  コンパレータ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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