(57)【要約】【課題】複雑な回路を必要とすることなく、高速なスキャン動作を行うレーザ光の走査位置を高精度で検出する。【解決手段】レーザ光の走査位置を検出するためのバンディングセンサ２０は、フォトダイオード２１、２２により構成される。フォトダイオード２１は、副走査方向の下側方向に面積が漸次増加する三角形状に構成され、フォトダイオード２２は、副走査方向の上側方向に面積が漸次増加する三角形状に構成されている。走査位置算出部３０では、フォトダイオード２１、２２の出力差に応じて、レーザ光の走査位置の規定位置からのずれを検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査されるレーザ光の走査位置を少なくとも４段階以上検出可能な走査位置検出手段と、
前記走査位置検出手段からの出力に基づいて、走査されるレーザ光の走査位置のずれ量を算出する走査位置算出手段と、
を有するレーザ光走査装置。
【請求項２】
前記走査位置検出手段は、ずれ量を検出しようとする方向に面積が漸次変化するように構成された複数の光検出素子から構成される請求項１記載のレーザ光走査装置。
【請求項３】
前記走査位置検出手段は、ずれ量を検出しようとする方向の一方の方向に面積が漸次増加するように構成された第１の光検出素子と、ずれ量を検出しようとする方向の他方の方向に面積が漸次増加するように構成された第２の光検出素子とを有し、
前記走査位置算出手段は、前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子との出力差に基づいて、走査されるレーザ光の走査位置のずれ量を算出する請求項１記載のレーザ光走査装置。
【請求項４】
前記第１の光検出素子が、一方の方向に面積が漸次増加する三角形状であり、
前記第２の光検出素子が、他方の方向に面積が漸次増加する三角形状である請求項３記載のレーザ光走査装置。
【請求項５】
前記走査位置算出手段により検出されたレーザ光の走査位置のずれ量に基づいてレーザ光の強度を補正する補正手段をさらに有する請求項１から４のいずれか１項記載のレーザ光走査装置。
【請求項６】
ずれ量を検出しようとする方向が、レーザ光の主走査方向と走査面において直交する副走査方向である請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ光走査装置。
【請求項７】
走査されるレーザ光の走査位置を少なくとも４段階以上検出可能な走査位置検出手段と、前記走査位置検出手段からの出力に基づいて走査されるレーザ光の走査位置のずれ量を算出する走査位置算出手段とを有するレーザ光走査装置と、
前記レーザ光走査装置により潜像が形成される感光体と、
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、レーザ光源からのレーザ光を感光体等の被走査物上に走査するレーザ光走査装置に関し、特に、このレーザ光走査装置により感光体上に潜像を形成して画像形成を行うデジタルコピー機、プリンタシステム等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラー（回転多面鏡）等で走査させ、感光体上に潜像を形成するレーザプリンタ等の画像形成装置では、ポリゴンミラーの面倒れや、装置内の様々な駆動系からの振動による影響により、走査方向と直角な方向である副走査方向におけるレーザ光間のピッチ（走査ピッチ）が一様とならなくなる現象が発生する。その結果、印刷画像の副走査方向に帯状の濃度むらであるバンディングが発生し、印刷画像の品質低下を招く大きな原因となっている。
【０００３】
そのため、レーザ光の走査位置を１スキャンごとに検出し、この検出結果を用いてレーザ光の強度を補正することによりバンディングの発生を抑制するための方法が各種提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、図６に示すように、三角形状のスリットが形成されたカバーをフォトダイオード等の光検出素子の前面に配置して、レーザ光が通過する位置に応じて検出される出力パルスのパルス幅が変化することによりレーザ光のずれ量を測定する方法が開示されている。
【０００５】
この方法によれば、図６に示すように、レーザ光が図６（ｂ）の規定位置を通過した場合と比較して、上側の位置（図６（ａ））を通過した場合には出力されるパルス幅が広くなり、下側の位置（図６（ｃ））を通過した場合には出力されるパルス幅が狭くなる。そのため、このパルス幅を検出することによりレーザ光が中心からどれだけずれているかを測定することができる。
【０００６】
しかし、この従来技術によれば、出力されるパルス幅の差を検出するためには高速なクロック信号を有する回路が必要となるため、要求される分解能を実現することは現実的には不可能である。
【０００７】
例えば、レーザ光のスキャンスピードを１３５７９６３[ｍｍ／ｓｅｃ]、スリットの角度を４５度とした場合、要求される１０[μｍ]の副走査位置ずれに相当する時間は下記の式により計算される。
【０００８】
１０[μｍ]÷１３５７９６３[ｍｍ／ｓｅｃ]＝７．３６[ｎｓｅｃ]
そして、この時間差を検出するためには、少なくともその倍の基準クロックが必要となるため、下記の式に示すように高速なクロック信号が必要となる。
【０００９】
１÷７．３６[ｎｓｅｃ]×２≒２７２ＭＨｚ
このような高速なクロック信号により動作する回路を用いてレーザ光の位置を検出することは、レーザ光走査装置の装置構成が複雑になり、コストも高くなるため現実的ではない。
【００１０】
また、別の方法として、特許文献２には、図７に示すようなＰＳＤ（Position Sensitive Detector：光位置センサ）を用いてレーザ光の規定位置からのずれ量を測定する方法が開示されている。
【００１１】
しかし、このＰＳＤを用いた従来の方法によっても、高速なスキャンスピードや要求される分解能を満足することはできない。
【００１２】
例えば、上記の例と同様に、レーザ光のスキャンスピードを１３５７９６３[ｍｍ／ｓｅｃ]とし、要求される分解能として１０[μｍ]の副走査位置ずれを検出できることが要求されるものとする。そして、ＰＳＤの受光エリアを１ｍｍとすると、レーザ光がＰＳＤを通過するスキャン時間は、下記の式のようになる。
【００１３】
１[ｍｍ]÷１３５７９６３[ｍｍ／ｓｅｃ]＝０．７３６[μｓｅｃ]
しかし、一般的に市販されているＰＳＤの応答速度は速いものでもμｓｅｃ単位であるため、１μｓｅｃ以下のスキャン時間を検出することは現実的には不可能である。
【００１４】
さらに、別の方法として、特許文献３には、図８に示すように光検出素子を副走査方向に２分割し、レーザ光がスキャンされた際に、スキャン位置が中央の規定位置からずれた場合に、それぞれの光検出素子からの出力に差が生じることを検出するようにした方法が開示されている。
【００１５】
この方法によれば、図８（ａ）に示すようにレーザ光が中央の規定位置をスキャンした場合には、それぞれの光検出素子の出力差は、ＩA＝ＩBとなる。ここで、２分割された光検出素子からの出力電流をそれぞれＩA、ＩBとして表現する。
【００１６】
また、図８（ｂ）に示すように、レーザ光のスキャン位置が副走査方向の上側にずれた場合、出力差はＩA−ＩB＞０となる。さらに、図８（ｃ）に示すように、レーザ光のスキャン位置が副走査方向の下側にずれた場合、出力差はＩA−ＩB＜０となる。
【００１７】
このように、特許文献３に開示された方法によれば、２分割された２つの光検出素子の出力を比較することによりレーザ光のスキャン位置が中央の規定位置からずれているか否かを判定することができる。
【００１８】
しかし、この従来の方法では、光検出素子が主走査方向の分割線により副走査方向に分割されたような形状であるため、図９（ａ）に示す状態と図９（ｂ）に示す状態とを判別することができない。つまり、このような形状の光検出素子を用いたのでは、レーザ光のスキャン位置が、中央の規定位置なのか、上側にずれているのか、下側にずれているのかという３段階しか判定することができない。
【００１９】
【特許文献１】特許第２５７４４１９号公報
【特許文献２】特開２０００−２３８３３０号公報
【特許文献３】特開平３−４２６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述した従来のレーザ光走査装置では、高速なスキャン動作を行うレーザ光のスキャン位置を検出しようとした場合、複雑な回路が必要となったり、応答性能が要求される精度に追従できなかったり、副走査方向のずれ量を精度良く検出することができないという問題点があった。
【００２１】
本発明の目的は、複雑な回路を必要とすることなく、高速なスキャン動作を行うレーザ光の走査位置を高精度で検出することができるレーザ光走査装置および画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
［レーザ光走査装置］
上記目的を達成するために、本発明のレーザ光走査装置は、走査されるレーザ光の走査位置を少なくとも４段階以上検出可能な走査位置検出手段と、
前記走査位置検出手段からの出力に基づいて、走査されるレーザ光の走査位置のずれ量を算出する走査位置算出手段とを有する。
【００２３】
好ましくは、前記走査位置検出手段は、ずれ量を検出しようとする方向に面積が漸次変化するように構成された複数の光検出素子から構成される。
【００２４】
好ましくは、前記走査位置検出手段は、ずれ量を検出しようとする方向の一方の方向に面積が漸次増加するように構成された第１の光検出素子と、ずれ量を検出しようとする方向の他方の方向に面積が漸次増加するように構成された第２の光検出素子とを有し、
前記走査位置算出手段は、前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子との出力差に基づいて、走査されるレーザ光の走査位置のずれ量を算出する。
【００２５】
本発明では、ずれ量を検出しようとする方向に面積が漸次変化する第１および第２の光検出素子を配置し、この出力差に応じてレーザ光の走査位置のずれ量を算出するようにしているので、３段階での検出しかできなかった従来技術と比較して、高精度でレーザ光の走査位置の検出が可能となる。また、本発明によれば、第１および第２の光検出素子の出力差を検出するだけで、それぞれの出力幅を正確に検出する必要がないため、複雑な回路を必要とすることなく、高速なスキャン動作を行うレーザ光の走査位置を高精度で検出することが可能となる。
【００２６】
好ましくは、前記第１の光検出素子が、一方の方向に面積が漸次増加する三角形状であり、前記第２の光検出素子が、他方の方向に面積が漸次増加する三角形状である。
【００２７】
好ましくは、前記走査位置算出手段により検出されたレーザ光の走査位置のずれ量に基づいてレーザ光の強度を補正する補正手段をさらに有する。
【００２８】
好ましくは、ずれ量を検出しようとする方向が、レーザ光の主走査方向と走査面において直交する副走査方向である。
【００２９】
［画像形成装置］
また、本発明の画像形成装置は、走査されるレーザ光の走査位置を少なくとも４段階以上検出可能な走査位置検出手段と、前記走査位置検出手段からの出力に基づいて走査されるレーザ光の走査位置のずれ量を算出する走査位置算出手段とを有するレーザ光走査装置と、
前記レーザ光走査装置により潜像を形成する感光体とを備えている。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、複雑な回路を必要とすることなく、高速なスキャン動作を行うレーザ光の走査位置を高精度で検出することが可能になるという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態のレーザ光走査装置の構成を示す図である。
【００３２】
なお、レーザプリンタ等の画像形勢装置には、このようなレーザ光走査装置により感光体上に現像を行って画像の形成を行う画像形成手段が備えられているが、本発明とは直接関係しないため詳しい説明は行わない。
【００３３】
本実施形態のレーザ光走査装置は、図１に示されるように、レーザアレイ１０と、コリメータレンズ１１と、シリンドリカルレンズ１２と、ポリゴンミラー１３と、結像レンズ（ｆθレンズ）１４と、シリンドリカルミラー１５と、バンディングセンサ２０と、走査位置算出部３０と、レーザ制御部４０とを有している。そして、レーザ制御部４０の内部には、補正部４１が設けられている。
【００３４】
レーザアレイ１０から出力された複数のレーザ光は、コリメータレンズ１１により略平行に変換された後に、シリンドリカルレンズ１２により副走査方向に集光されてポリゴンミラー１３に結像される。そして、ポリゴンミラー１３に入射されたレーザ光は、ポリゴンミラー１３の回転により走査される。ポリゴンミラー１３により反射されたレーザ光は、結像レンズ１４により略等速度にて走査されるように変換された後に副走査方向に集光されてシリンドリカルミラー１５上に結像される。そして、シリンドリカルミラー１５により反射されたレーザ光は、感光体ドラム（図示せず）に入射し、感光体ドラムでは主走査方向に露光が行われるとともに、感光体ドラムの回転により副走査方向にも露光が行われ、感光体ドラム上に静電潜像が形成される。
【００３５】
そして、シリンドリカルミラー１５の端部には、レーザ光の副走査方向のずれを検出するための走査位置検出手段としてのバンディングセンサ２０が設けられている。
【００３６】
走査位置算出部３０は、バンディングセンサ２０からの出力に基づいて、走査されるレーザ光の走査位置の副走査方向におけるずれ量を算出する。
【００３７】
そして、レーザ制御部４０内の補正部４１は、走査位置算出手段３０により算出されたレーザ光の走査位置のずれ量に基づいてレーザ光の強度を補正することによりバンディングの発生を抑制する。
【００３８】
次に、図１中のバンディングセンサ２０の具体的な構成を図２を参照して説明する。
本実施形態におけるバンディングセンサ２０は、図２に示すように、フォトダイオード２１と、フォトダイオード２２とから構成される。
【００３９】
フォトダイオード２１は、副走査方向の下側方向に面積が漸次増加する三角形状に構成された光検出素子であり、フォトダイオード２２は、副走査方向の上側方向に面積が漸次増加する三角形状に構成された光検出素子である。なお、副走査方向とは、レーザ光の主走査方向と走査面において直交する方向を示している。そして、フォトダイオード２１、２２の出力信号は、それぞれ走査位置算出部３０に出力される。
【００４０】
このようにバンディングセンサ２０が構成されていることにより、走査位置算出部３０は、フォトダイオード２１とフォトダイオード２２との出力差を求めるだけで、レーザ光の走査位置を算出することが可能となる。
【００４１】
例えば、レーザ光が図２（ａ）に示すような位置を走査した場合、フォトダイオード２１、２２の出力波形は、図３（ａ）に示すような波形となる。この図３（ａ）の波形のように、フォトダイオード（ＰＤ）２２の出力波形のほうがフォトダイオード（ＰＤ）２１の出力波形よりも大きくなるのは、レーザ光が図２（ａ）の走査位置を通過した場合、フォトダイオード２１を通過する距離よりもフォトダイオード２２を通過する距離のほうが長くなるからである。
【００４２】
同様に、レーザ光が図２（ｂ）に示すような位置を走査した場合、フォトダイオード２１、２２の出力波形は、図３（ｂ）に示すようにほぼ同じ出力波形となる。
【００４３】
さらに、レーザ光が図２（ｃ）に示すような位置を走査した場合、フォトダイオード２１、２２の出力波形は、図３（ｃ）に示すように、フォトダイオード（ＰＤ）２１の出力波形のほうがフォトダイオード（ＰＤ）２２の出力波形よりも大きくなる。
【００４４】
そして、本実施形態のバンディングセンサ２０を構成するフォトダイオード２１、２２は、それぞれ、副走査方向に漸次面積が変化するように構成されている。そのため、図２（ａ）〜図２（ｃ）で示した位置以外の位置をレーザ光が走査した場合でも、出力波形の大きさは漸次変化する。
【００４５】
そのため、本実施形態のレーザ光走査装置によれば、フォトダイオード２１、２２の出力差を検出することができる範囲内で無段階で走査位置を算出することができ、３段階でしか走査位置を検出することができなかった従来のレーザ光走査装置と比較して、より細かい走査位置の検出が可能となる。
【００４６】
そして、レーザ制御部４０の補正部４１は、バンディング補正として、図４に示すようなグラフを参照してレーザ光の強度の補正を行う。ここで、ＬＤ（レーザダイオード）位置とは、副走査方向において上に位置するレーザ光との間隔（ピッチ）である。そして、ＬＤ−Ｐｏｗｅｒ補正量とは、“１２８”を標準値とした場合に、ＬＤの出力をどの値にするかを示す値である。つまり、ＬＤ−Ｐｏｗｅｒ補正量が“１２８”より大きい場合には、レーザ光強度を標準値より大きくすることを意味し、“１２８”より小さい場合には、レーザ光強度を標準値より小さくすることを意味している。
【００４７】
つまり、この図４に示すグラフに基づいてレーザ光強度を補正することにより、レーザ光の走査ピッチが規定値よりも狭い場合には、レーザ光の強度を減少させ、レーザ光のピッチが規定値よりも広い場合にはレーザ光の強度を増加する補正が行われる。
【００４８】
このようにして行われるバンディング補正の一例を図５に示す。
ここで、図５（ａ）は、走査位置にずれが無い理想的な状態を示している。この図５（ａ）では、感光体の回転方向（副走査方向）に９つの走査位置が示されている。そして、各走査位置間のピッチは規定値の間隔Ａで等間隔に配置されている。
【００４９】
ここで、実際の走査位置が、図５（ｂ）のようにずれているものとする。この図５（ｂ）では、上から２番目のレーザ光の走査位置が上方向にずれ、４番目のレーザ光の走査位置が下方向にずれ、５番目のレーザ光の走査位置が上方向にずれ、７番目のレーザ光の走査位置が下方向にずれ、８番目のレーザ光の走査位置が上方向にずれている。
【００５０】
そのため、規定値の間隔Ａよりも狭くなった場所は、人間の目には濃度が濃くなったように見え、規定値の間隔Ａよりも広くなった場合は、人間の目には濃度が薄くなったように見える。
【００５１】
そして、ここで上述したようなバンディング補正が行われると、図５（ｃ）に示すように、上方向の走査位置との間隔に応じてそれぞれのレーザ光強度が修正される。
【００５２】
この図５（ｃ）では、上方向のレーザ光の走査位置との間隔が“Ｂ”、“Ｄ”となり規定値“Ａ”よりも間隔が狭くなっている２、５、８番目のレーザ光の強度は標準値よりも小さくなるように修正されている。また、上方向のレーザ光の走査位置との間隔が“Ｃ”となり規定値“Ａ”よりも間隔が広くなっている３、４、６、７、９番目のレーザ光の強度は標準値よりも大きくなるように修正されている。
【００５３】
このような補正が行われることにより、補正する前と比較してバンディングの発生が人間の目に対して目立たなくなる。これは、人間の目はある範囲で画像の濃度を認識するため、その範囲内のトータルの濃度が近くなれば濃度むらとは認識され難くなるからである。
【００５４】
このため、上記のようにスキャンピッチが近づいた場合には、レーザ光の強度を下げ、スキャンピッチが離れた場合には、レーザ光の強度を上げる補正を行うことによりバンディングの発生が抑制されることになるのである。
【００５５】
本実施形態のレーザ光走査装置では、図２に示したようなバンディングセンサ２０を走査位置検出手段として設け、レーザ光の走査位置を少なくとも４段階以上の精度で検出し、検出された走査位置に基づいてバンディング補正を行うようにしている。そのため、本実施形態のレーザ光走査装置によれば、従来のレーザ光走査装置と比較して、より精度の高いバンディング補正を行うことが可能となる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、複雑な回路を必要とすることなく走査位置の検出が可能である。
例えば、レーザ光のスキャンスピードを１３５７９６３[ｍｍ／ｓｅｃ]とし、要求される分解能として１０[μｍ]の副走査位置ずれを検出できることが要求されるものとする。そして、フォトダイオード２１、２２の受光エリアを約１ｍｍとすると、レーザ光がフォトダイオード２１、２２を通過するスキャン時間は、下記の式のようになる。
１[ｍｍ]÷１３５７９６３[ｍｍ／ｓｅｃ]＝０．７３６[μｓｅｃ]
そして、一般的に市販されているフォトダイオードの応答速度は、ｎｓｅｃ単位であるため、０．７３６μｓｅｃ程度の時間であれば問題無く測定することが可能である。
【００５７】
さらに、２つのフォトダイオード２１、２２の出力差を検出するだけで、それぞれの出力幅を正確に測定する必要はないため、複雑な回路を必要とすることもない。
よって、本実施形態のレーザ光走査装置によれば、高いコストの原因となる複雑な回路を必要とすることなく、高速なスキャン動作を行うレーザ光の走査位置を高精度で検出することが可能となる。
【００５８】
[変形例１]
上記実施形態では、２つのフォトダイオード２１、２２によりバンディングセンサ２０を構成する場合を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上のフォトダイオードによりバンディングセンサ２０を構成する場合でも同様に本発明を適用することができるものである。
【００５９】
このように３つ以上のフォトダイオードによりバンディングセンサ２０が構成された場合でも、走査位置算出部３０は、複数のフォトダイオード間の出力差に基づいてレーザ光の走査位置を算出して、規定位置からのずれ量を算出することが可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、三角形状のフォトダイオード２１、２２によりバンディングセンサ２０を構成した場合を用いて説明しているが、副走査方向に漸次面積が増加または減少するような形状であればどのような形状であってもよい。
【００６１】
さらに、フォトダイオードの形状は、連続的に面積が変化する形状でなくても良く、副走査方向に段階的に面積が変化するような形状や、面積が変化しない形状が一部に含まれていてもよい。
【００６２】
つまり、フォトダイオードの形状がどのような形状であっても、バンディングセンサとして、走査されるレーザ光の走査位置を少なくとも４段階以上検出することが可能な走査位置検出手段を構成することができれば、３段階でしか走査位置を検出することができなかった従来のレーザ光走査装置と比較して、より高精度で走査位置の検出が可能となったと言える。
【００６３】
さらに、ずれ量を検出しようとする方向は、副走査方向に限定されるものではなく、フォトダイオード２１、２２をずれ量を検出しようとする方向に面積が漸次変化するように構成するようにすれば、他の方向の走査位置のずれ量を検出することも可能である。
【００６４】
[変形例２]
上記実施形態では、２つのフォトダイオード２１、２２の電圧出力差を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、漸次変化するパラメータ、例えば光電流値、面積値、検出時間値などを用いた場合でも同様に本発明を適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態のレーザ光走査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１中のバンディングセンサ２０の具体的な構成を示す図である。
【図３】フォトダイオード２１、２２の出力波形を走査位置に応じて示す図である。
【図４】補正部４１によって行われるバンディング補正のための。ＬＤ位置とレーザ光の強度との関係を示すグラフである。
【図５】バンディング補正の一例を示す図である。
【図６】従来のレーザ光の走査位置の検出方法の一例を示す図である。
【図７】従来のレーザ光の走査位置の検出方法の他の例を示す図である。
【図８】従来のレーザ光の走査位置の検出方法のさらに他の例を示す図である。
【図９】図８に示した従来の検出方法の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０    レーザアレイ
１１    コリメータレンズ
１２    シリンドリカルレンズ
１３    ポリゴンミラー
１４    結像レンズ
１５    シリンドリカルミラー
２０    バンディングセンサ
２１、２２    フォトダイオード（ＰＤ）
３０    走査位置算出部
４０    レーザ制御部
４１    補正部
【図１】
2007279540.tif 000003
【図２】
2007279540.tif 000004
【図３】
2007279540.tif 000005
【図４】
2007279540.tif 000006
【図５】
2007279540.tif 000007
【図６】
2007279540.tif 000008
【図７】
2007279540.tif 000009
【図８】
2007279540.tif 000010
【図９】
2007279540.tif 000011