(57)【要約】【課題】画像中心と画像端部におけるレーザスポット径を補正し、かつ、レーザスポット間隔を一定に補正し、良好な画像を提供する。【解決手段】変調波形発生部２０は、回転多面鏡からの反射レーザ光に基づいて生成される所定の基準信号（ＢＤ）に応じて変調波形信号ＭＷを生成する。クロック変調部１０は、基準クロックＣＬＫ＿ｉを変調波形信号ＭＷに応じて変調して出力クロックＣＬＫ＿Ｏを発生する。信号変換部３０は、出力クロックＣＬＫ＿Ｏに基づき像担持体に作像するための画像データＤＡＴＡに応じたレーザ駆動信号３５を発生する。レーザ光発生部４０は、レーザ駆動信号３５に基づいて、レーザ光を発光する。【選択図】図５
2009292083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転多面鏡の各面での反射によるレーザ光の走査により像担持体上へレーザ書き込みする画像形成装置において、
基準クロックを変調波形信号に応じて変調して出力クロックを発生するクロック変調部と、
前記回転多面鏡からの反射レーザ光に基づいて生成される所定の基準信号に応じて前記変調波形信号を生成する変調波形発生部と、
前記クロック変調部から発生した出力クロックに基づき、前記像担持体に作像するための画像データに応じたレーザ駆動信号を発生する信号変換部と、
前記レーザ駆動信号に基づいて前記レーザ光を発光するレーザ光発生部と
を備えた画像形成装置。
【請求項２】
前記クロック変調部は、ＰＬＬ回路を含み、このＰＬＬ回路は、
基準クロックと出力クロックの位相差を検出する周波数位相比較器と、
前記位相差に応じて充放電信号を発生するチャージポンプ回路と、
前記充放電信号に応じた差信号を発生するループフィルタと、
前記差信号と前記変調波形信号とを加算する加算器と、
この加算器の出力信号に応じて発振し前記出力クロックを出力する電圧制御発振器とを有する
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記変調波形発生部は、
クロックをカウントするとともに前記基準信号でリセットされるカウンタと、
このカウンタの出力カウント値をアドレスとして印加されるメモリと、
このメモリから出力されるデジタルデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器とを有し、
前記メモリに所定の変調波形に対応するデジタルデータを格納した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４】
前記基準信号は、反射レーザ光に基づいて像担持体上の主走査方向の走査開始位置を表す信号である請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
回転多面鏡の各面での反射によるレーザ光の走査により像担持体上へレーザ書き込みする画像形成装置用のクロック発生装置であって、
基準クロックを変調波形信号に応じて変調して出力クロックを発生するクロック変調部と、
前記回転多面鏡からの反射レーザ光に基づいて生成される所定の基準信号に応じて前記変調波形信号を生成する変調波形発生部とを備え、
前記クロック変調部は、ＰＬＬ回路を含み、このＰＬＬ回路は、
基準クロックと出力クロックの位相差を検出する周波数位相比較器と、
前記位相差に応じて充放電信号を発生するチャージポンプ回路と、
前記充放電信号に応じた差信号を発生するループフィルタと、
前記差信号と前記変調波形信号とを加算する加算器と、
この加算器の出力信号に応じて発振し前記出力クロックを出力する電圧制御発振器とを有する
ことを特徴とするクロック発生装置。
【請求項６】
前記変調波形発生部は、
クロックをカウントするとともに前記基準信号でリセットされるカウンタと、
このカウンタの出力カウント値をアドレスとして印加されるメモリと、
このメモリから出力されるデジタルデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器とを有し、
前記メモリに所定の変調波形に対応するデジタルデータを格納したことを特徴とする請求項５に記載のクロック発生装置。
【請求項７】
前記基準信号は、反射レーザ光に基づいて像担持体上の主走査方向の走査開始位置を表す信号である請求項５または６に記載のクロック発生装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載のクロック発生装置と、
このクロック発生装置により発生されたクロックに基づき、画像データをレーザ駆動信号に変換する信号変換部と、
この信号変換部から出力されるレーザ駆動信号に基づいてレーザ光を発生するレーザ光発生部と
を備えたことを特徴とするレーザ光発生装置。
【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（ポリゴンミラー）を用いたレーザ走査系により画像露光を行う複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真による画像形成装置、クロック発生装置およびレーザ光発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式の画像形成装置では、等角速度で回転している回転多面鏡（ポリゴンミラー）に対して、レーザ発光素子からデータで変調されて射出されたレーザ光が入射される。このレーザ光の反射（進行）方向は、ポリゴンミラー４３の回転に伴って等角速度で偏向される。進行方向が偏向されたレーザ光は、ｆ−θレンズを介して感光ドラムに入射されて感光ドラムを露光走査する。ポリゴンミラーからのレーザ光（ビーム光）を検出するビームディテクトセンサ（以下、ＢＤセンサ と呼ぶ）の出力を基準として所定時間後に、画像データに基づいてレーザドライバがレーザを駆動し、レーザ光による露光走査（主走査）が開始される。また、このＢＤセンサによりレーザ光が検出された後、ＡＰＣ（auto power control）制御が行われる（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、感光ドラム上のレーザスポット径は図１に示すようにレーザの入射角度の違いにより、主走査範囲内の両端部と中央部とでレーザスポット径が異なってしまう。すなわち、両端部に近づくほどレーザの入射角度がきつくなるのに対し、中央部ではほぼ正面からの入射角となるため、中央部ではほぼ円形であるが、端部では横に広がり大きなスポット径となり、中央部よりも端部のスポット径が大きくなる。
【０００４】
この問題点を解決する為にレーザをＰＷＭ駆動する方法が考えられる。すなわち、図２に示すようにレーザの発光時間をＰＷＭ駆動にて制御し中央部の発光時間ｔ１と端部における発光時間ｔ２とが異なるように制御し、感光ドラム面上のレーザスポット径を補正する。
【特許文献１】特開２００５−２３４０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記ＰＷＭにてレーザスポット径を補正する場合、主走査方向における隣接するドットの間隔（すなわちレーザスポット間隔）が補正できないという問題があった。
【０００６】
図３にドット間隔とレーザ入射角の関係を示す。中央付近のレーザスポット間隔はＬ２に対し、画像端部付近のレーザスポット間隔はＬ１であり、レーザ入射角の違いからＬ１＞Ｌ２となる。つまり、主走査方向の画像記録領域の中央部ではレーザスポット間隔が比較的短く、両端部においてはレーザスポット間隔が比較的長くなってしまうため、良好な画像を得ることが出来なかった。
【０００７】
本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、回転多面鏡の各面での反射によるレーザ光の走査により像担持体上へレーザ書き込みする画像形成装置において、主走査範囲内の中心部と両端部におけるレーザスポット径およびレーザスポット間隔を一定に補正し、良好な画像を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による画像形成装置は、回転多面鏡の各面での反射によるレーザ光の走査により、像担持体上へレーザ書き込みする画像形成装置において、基準クロックを変調波形信号に応じて変調して出力クロックを発生するクロック変調部と、前記回転多面鏡からの反射レーザ光に基づいて生成される所定の基準信号に応じて前記変調波形信号を生成する変調波形発生部と、前記クロック変調部から発生した出力クロックに基づき、前記像担持体に作像するための画像データに応じたレーザ駆動信号を発生する信号変換部と、前記レーザ駆動信号に基づいて前記レーザ光を発光するレーザ光発生部とを備えたものである。
【０００９】
本発明では、回転多面鏡からの反射レーザ光に基づいて生成される所定の基準信号に応じて変調波形信号を生成し、信号変換部に入力するクロックとして、基準クロックを前記変調波形信号に応じて変調して生成した出力クロックを利用する。これにより、主走査範囲の中央部と両端部とで信号変換部から出力されるレーザ駆動信号のパルス幅およびパルス間隔が変化し、その結果、レーザスポット径およびレーザスポット間隔が均一になる。
【００１０】
前記クロック変調部は、例えばＰＬＬ回路により構成することができる。このＰＬＬ回路は、基準クロックと出力クロックの位相差を検出する周波数位相比較器と、前記位相差に応じて充放電信号を発生するチャージポンプ回路と、前記充放電信号に応じた差信号を発生するループフィルタと、前記差信号と前記変調波形信号とを加算する加算器と、この加算器の出力信号に応じて発振し前記出力クロックを出力する電圧制御発振器とを有する。
【００１１】
前記変調波形発生部は、例えば、クロックをカウントするとともに前記基準信号でリセット（クリア）されるカウンタと、このカウンタの出力カウント値をアドレスとして印加されるメモリと、このメモリから出力されるデジタルデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器とを有し、前記メモリに所定の変調波形に対応するデジタルデータを格納したものである。前記基準信号は、例えば、反射レーザ光に基づいて生成される、像担持体上の主走査方向の走査開始位置を表す信号である。
【００１２】
本発明は、回転多面鏡の各面での反射による反射レーザ光の走査により、像担持体上へレーザ書き込みする画像形成装置用のクロック発生装置として把握することもできる。また、このクロック発生装置と、このクロック発生装置により発生されたクロックに基づき、画像データをレーザ駆動信号に変換する信号変換部と、この信号変換部から出力されるレーザ駆動信号に基づいてレーザ光を発生するレーザ光発生部とを備えたレーザ光発生装置として把握することもできる。
【００１３】
本発明の他の構成および作用効果については以下に詳述する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、像担持体上の主走査方向の走査開始位置を表す基準信号に応じて変調波形信号を生成し、この前記変調波形信号に応じて基準クロックを変調して生成した出力クロックに基づいてレーザ駆動信号を発生することにより、主走査範囲の中央部と両端部とで信号変換部から出力されるレーザ駆動信号のパルス幅およびパルス間隔を変化させる。これにより、レーザスポット径およびレーザスポット間隔を均一にすることが可能となる。その結果、良好な画像を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図４に、本実施の形態における、ポリゴンミラーを用いたレーザ走査系を有する電子写真方式の画像形成装置のレーザスキャナ周りの構成を示す。
【００１７】
レーザドライバ４１は、レーザチップ４７内のレーザ発光素子の発光をＯＮ／ＯＦＦ制御する。レーザチップ４７には、レーザ発光素子から発光されたレーザ光の光量を検知するＰＤセンサも内蔵されており、上述したように、このＰＤセンサより検知されたレーザ光量を用いてＡＰＣ(auto power control)制御が行われる。
【００１８】
レーザ発光素子から発光されたレーザ光は、コリメータレンズ４５および絞り４２によりほぼ平行光となり、所定のビーム径で回転多面鏡（ポリゴンミラー）４３に入射される。
【００１９】
ポリゴンミラー４３は、ポリゴンモータ（図示省略）により図４に示した矢印の方向に等角速度で回転駆動されており、このポリゴンミラー４３に入射されたレーザ光の反射（進行）方向は、ポリゴンミラー４３の回転に伴って等角速度で偏向される。
【００２０】
進行方向が偏向されたレーザ光（反射レーザ光）は、ｆ−θレンズ４４を介して感光ドラム（像担持体）４８に入射されて感光ドラム４８を露光走査する。この際、ｆ−θレンズ４４は、ポリゴンミラー４３により進行方向が偏向されたレーザ光の感光ドラム４８までの光路長差に起因する主走査速度の変化を補正し、主走査速度が一定になるように作用する。
【００２１】
ＢＤセンサ４６は、前述のとおり、ポリゴンミラー４３からのレーザ光（ビーム光）を検出するビーム検出センサである。このＢＤセンサ４６の出力に同期した動作が行われる。ＢＤセンサ４６の出力は、感光ドラム４８上の主走査方向の走査開始位置を表す基準信号を構成する。この基準信号に基づいて、ＡＰＣ制御が行われ、基準信号発生から所定時間後に、感光ドラム４８上に作像するための画像データに基づいてレーザドライバ４１がレーザを駆動し、レーザ光による露光走査（主走査）が開始される。
【００２２】
次に、図５に本実施の形態におけるクロック発生装置６０を含む変調レーザ光発生装置１００の概略構成を示す。
【００２３】
変調レーザ光発生装置１００は、ラインバッファメモリ５０と、クロック発生装置６０と、信号変換部３０と、レーザ光発生部４０とにより構成される。
【００２４】
ラインバッファメモリ５０は、記録対象の画像データのうち１または複数ラインの画像データを一時的に格納するメモリである。
【００２５】
クロック発生装置６０は、回転多面鏡の各面での反射によるレーザ光の走査により感光ドラム４８上へレーザ書き込みする画像形成装置用のクロック発生装置であり、クロック変調部１０と変調波形発生部２０とにより構成される。クロック変調部１０は、基準クロック（入力クロック）ＣＬＫ＿ｉを受けて、変調波形ＭＷに応じてクロック周期が変調された出力クロックＣＬＫ＿Ｏを生成する回路である。変調波形発生部２０は、クロック（ＣＬＫ）およびＢＤ信号に応じて、変調波形ＭＷを生成する回路である。クロック変調部１０および変調波形発生部２０の具体的な回路構成については後述する。クロック（ＣＬＫ）は基準クロックＣＬＫ＿ｉと同じであってよい。
【００２６】
信号変換部３０は、クロック発生装置６０により発生された出力クロックＣＬＫ＿Ｏに基づき、ラインバッファメモリ５０から出力される画像データＤＡＴＡをレーザ駆動信号３５に変換する回路である。したがって、出力クロックＣＬＫ＿Ｏがレーザ駆動クロックとして機能する。
【００２７】
レーザ光発生部４０は、信号変換部３０から出力されるレーザ駆動信号３５に基づいてレーザ光４９を発生する回路である。
【００２８】
図６に、図５の変調レーザ光発生装置１００の各部の具体的な構成例を示す。
【００２９】
クロック変調部１０は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）制御を利用して、基準クロックＣＬＫ＿ｉからその周波数の（Ｙ／Ｘ）倍の周波数の出力クロックＣＬＫ＿Ｏを発生する。ここに、Ｙ，Ｘは後述する二つの分周器のそれぞれの分周比に相当している。
【００３０】
クロック変調部１０は、１／Ｘ分周器１１、周波数位相比較器１２、チャージポンプ回路１３、ループフィルタ１４、電圧加算器１５、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１７、１／Ｙ分周器１８にて構成されている。
【００３１】
周波数位相比較器１２は、１／Ｘ分周されたＣＬＫ＿ｉと、１／Ｙ分周されたＣＬＫ＿Ｏの位相差を検出し、この位相差に応じてチャージポンプ回路１３を制御する信号を出力する。
【００３２】
チャージポンプ回路１３は、当該位相差に応じてループフィルタ１４を充放電する充放電信号を出力する。これにより、ループフィルタ１４の一端に当該位相差に応じた電圧差信号１６が発生する。
【００３３】
単なるＰＬＬ制御の場合、つまり、本発明に係る周波数変調を行わない場合は、この電圧差信号１６がＶＣＯ１７に印加され、それに応じて一定の周期のクロックが発生する。これに対して、本発明の場合、電圧加算器１５により変調波形信号ＭＷが電圧差信号１６へ加算され、この加算出力信号がＶＣＯ１７に入力されことにより、その入力電圧が変調制御される。その結果、出力クロックＣＬＫ＿Ｏの周波数が同様に変調制御される。
【００３４】
変調波形発生部２０は、カウンタ２１と、メモリ２３と、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器２５とにより構成される。
【００３５】
カウンタ２１は、クロックＣＬＫに従ってフリーランカウント動作を行っており、ＢＤ信号によって周期的にリセットされる。したがって、カウンタ２１はＢＤ信号の周期に同期したカウント動作を繰り返す。このカウンタ２１の出力カウント値は０から１ずつ増加していき、ＢＤ信号の周期に対応する所定値に達したあと０に戻る。
【００３６】
この出力カウント値がメモリ２３のアドレスとして印加される。したがって、メモリ２３からはそのアドレス０から前記所定値に相当するアドレス値まで、各アドレスに格納されているデータをクロックＣＬＫにしたがって順次出力する。このデータを受けるＤ／Ａ変換器２５は、メモリ２３から出力されるデジタルデータをアナログ信号に変換して出力する。このアナログ信号は変調波形信号ＭＷとなる。この変調波形の形状（すなわち変調プロファイル）はメモリ２３内のデータによって任意に設定することができる。このように、カウンタ２１、メモリ２３およびＤ／Ａ変換器２５の組み合わせを利用することにより、メモリ２３に格納するデータにより変調プロファイルの変更がプログラマブルでかつ極めて容易となる。
【００３７】
なお、メモリ２３へのデータセットは、図示しない制御コントローラ上のＣＰＵが同じく図示しない不揮発メモリ上のプログラムを読み出して実行することにより設定することができる。
【００３８】
信号変換部３０は、出力クロックＣＬＫ＿Ｏを入力クロックとし、Ｄ入力端にラインバッファメモリ５０からの出力データを受けるＤ型フリップフロップ３１により構成される。このＤ型フリップフロップ３１により、ラインバッファメモリ５０からの画像データを、出力クロックＣＬＫ＿Ｏに同期化してレーザ駆動信号３５を生成する。なお、画像データは、画像処理回路（図示せず）からラインバッファメモリ５０へ水平同期信号（ＢＤ信号に相当）に従って入力される。
【００３９】
レーザ光発生部４０は、レーザドライバ４１とレーザチップ４７とにより構成される。レーザドライバ４１は、レーザ駆動信号３５により駆動されて、レーザチップ４７にレーザ光４９を発光させる信号を生成する。レーザチップ４７から出力されるレーザ光４９は、出力クロックＣＬＫ＿Ｏの周波数（周期）に応じた時間間隔だけ発光することになる。
【００４０】
図７に本実施の形態における各部の動作波形とレーザスポットの関係を示す。
【００４１】
本実施の形態では、変調波形信号ＭＷは、ＢＤ信号の１周期内の両端部で高く、中央部で低い凹状に湾曲した形状としている。変調波形信号ＭＷに応じて、出力クロックＣＬＫ＿ＯはＢＤ信号の周期毎に変調がかかった周波数拡散動作を示す。すなわち、この例では、レーザ駆動クロックとしての出力クロックＣＬＫは、ＢＤ信号に同期したカウンタ出力に応じて生成された変調波形（ＭＷ）に応じて入力クロックが変調されたものであり、周期内の端部に近いほど周波数が高く中央部に近いほど周波数が低くなっている。これにより、レーザスポット間隔およびレーザスポット径が補正される。
【００４２】
さらに図８に拡大して示すように、変調波形の高い電圧部分で出力クロックＣＬＫ＿Ｏの周波数が高く（周期が短く）、変調波形の低い電圧部分で出力クロックの周波数が低く（周期が長く）なっているので、出力クロックＣＬＫ＿Ｏの波形から分かるように、レーザ駆動信号３５（Ｄフリップフロップ３１のＱ出力）のパルス幅が主走査範囲の両端部で狭く中央部で広くなる。したがって、従来のような別途のＰＷＭ制御を行うことなく、本実施の形態による構成により、端部ドット７０３と、中央ドット７０４の主走査方向でのドットサイズも均一に補正することができる。その結果、良好な画像を得ることが可能となる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、クロック変調部はＰＬＬ回路を利用したが、ＰＬＬ回路に限るものではない。変調波形発生部２０はカウンタ、メモリおよびＤ／Ａ変換器の組み合わせで構成したが、これに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の画像形成装置におけるレーザの入射角度の違いによる感光ドラム上レーザスポット径の変化の説明図である。
【図２】従来のレーザの発光時間のＰＷＭ駆動によるレーザスポット径の補正の説明図である。
【図３】従来のレーザスポット間隔の問題点の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態における画像形成装置のレーザスキャナ周りの構成を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるクロック発生装置を含む変調レーザ光発生装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５に示した変調レーザ光発生装置の各部の具体的な構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における各部の動作波形とレーザスポットの関係を示した図である。
【図８】本発明の実施の形態における１周期の主走査範囲でのレーザ駆動信号の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…クロック変調部
１１…分周器
１２…周波数位相比較器
１３…チャージポンプ回路
１４…ループフィルタ
１５…電圧加算器
１６…電圧差信号
１７…電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１８…分周器
２０…変調波形発生部
２１…カウンタ
２３…メモリ
２５…Ｄ／Ａ変換器
３０…信号変換部
３１…Ｄ型フリップフロップ
３５…レーザ駆動信号
４０…レーザ光発生部
４１…レーザドライバ
４３…ポリゴンミラー（回転多面鏡）
４５…コリメータレンズ
４６…ＢＤセンサ（ビーム検出センサ）
４７…レーザチップ
４８…感光ドラム
４９…レーザ光
５０…ラインバッファメモリ
６０…クロック発生装置
１００…変調レーザ光発生装置
【図１】
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【図２】
2009292083.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009292083.tif 000008
【図７】
2009292083.tif 000009
【図８】
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