JP4645205B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査手段により光ビームを走査して電子写真方式により画像を形成する光走査装置及び画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置として、光走査装置によってレーザビームを感光体に走査して、電子写真方式によって画像を形成する画像形成装置が知られている。画像形成プロセスとしては、レーザビームを帯電された感光体に走査露光することによって、感光体上に静電潜像を形成し、トナーにより現像する電子写真方式が一般的に用いられている。光走査装置は、レーザビームを回転する回転多面鏡に照射することによって感光体を走査露光している。

光走査装置においては、ＰＬＬ速度制御されたブラシレスＤＣモータ等により回転多面鏡を回転するための光偏向器が用いられている。ＰＬＬ速度制御とは、水晶発振器等によって生成された回転基準信号と、ロータの着磁パターンを検知するホール素子の出力信号等の、モータの回転に同期して発生する回転検知信号と、が同一周波数及び位相となるように調整した位相比較信号を低域通過フィルターによって変換した回転制御電圧信号に基づいて、モータのコイルに印加する駆動電流を制御する方法である。このような駆動電流の制御には、電力損失を少なくし且つ発熱を押さえるためにＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式が用いられることが多い。ＰＷＭ方式とは、独立して発振するＰＷＭ発振器から出力されるパルス幅変調用クロックとしての三角波と回転制御電圧信号とをＰＷＭ比較器へ入力することによって、ＰＷＭ発振器から出力された三角波の周波数で且つ回転制御電圧信号に比例したＤｕｔｙ比のパルス幅変調信号に応じた駆動電流をモータのコイルに印加する方法である。このようにして、モータを回転基準信号に応じた一定の速度で回転することができる。なお、ＰＷＭ発振器の発振周波数は、通常、電流駆動トランジスタの駆動能力内で且つ可聴周波数以上の周波数が選択されると共に、回転基準信号やモータの転流周波数より高い周波数が使用される。

このような画像形成装置では、白黒画像形成とカラー画像形成との切替えや、書込密度の変更、及び用紙の厚みの違い等によって、画像形成速度を変更する必要が生じたときには、像担持体の回転速度や用紙の搬送速度等を変更するとともに、回転多面鏡の回転速度を変更している（例えば、特許文献１参照）。
特開平２―１６５８０号公報

しかしながら上記従来技術では、回転多面鏡の回転速度を変更させると、回転多面鏡の回転速度に変動が生じるという問題があった。光走査装置では、一般的に回転多面鏡による像担持体の１回の走査毎に、レーザビームの走査開始位置を検知して、この検知信号を基準に所定時間毎に画像データに基づいたレーザビームを発光させて画像を記録しているが、回転多面鏡の回転速度変動が発生すると、走査開始位置が検知されてから、実際にレーザビームが感光体に到達するまでの時間が変化するため、感光体上の走査位置が変動し、例えば図１０に示すような、ジッタと呼ばれる画像の細かい歪みが発生するという問題があった。

このため、画像形成装置においては、回転多面鏡の非常に高精度な回転安全性が必要となるが、回転基準信号の周波数とＰＷＭ発振器の周波数との関係によって、安定した回転制御が困難な場合があった。具体的には、回転基準信号の周波数とＰＷＭ発振器の周波数との間に位相関係を持たせない方式、及び回転基準信号に同期してＰＷＭ発振器の発振を開始する方式が知られているが、いずれの方式においても、回転基準信号の周波数の整数倍とＰＷＭ発振器の発振周波数が近接すると、回転多面鏡の回転速度変動が発生することが見いだされた。

詳細には、回転基準信号の周波数とＰＷＭ発振器の周波数との間に位相関係を持たせない方式の場合には、回転基準信号の周波数の整数倍とＰＷＭ発振器の発振周波数が近接すると、位相関係の変動（ビート）が発生し、各相のコイルへ印加するパルス幅変調信号に応じた駆動電流のＯＮ時間が変動するので、結果的に回転多面鏡の回転速度変動が発生する。

また、回転基準信号に同期してＰＷＭ発振器の発振を開始する方式の場合には、回転基準信号の周期に同期してＰＷＭ発振器の発振を開始し、次の周期の発振開始に先立ち一度ＰＷＭ発振器から出力されるパルス幅変調用クロックをリセットする必要があるが、回転基準信号の周波数の整数倍とＰＷＭ発振器の発振周波数が近接すると、先行するリセット動作がパルス幅変調クロックの一周期分後れることがある。この場合には、１回転周期中に１相のコイルへの駆動電流のＯＮ時間が変動するので、結果的に回転多面鏡の回転速度変動が発生する。

更に、低域通過フィルターは、回転検知信号に含まれる誤差を抑制するために、モータの回転周期より短い周期の信号を抑制しているが、この低域通過フィルターの閾値を、ある回転数で最適に誤差を除去するように設定しても、回転数が変更されると、誤差を抑制することが困難となる。特に、モータが低速回転となるほど、ロータと回転多面鏡の慣性による回転安定化の働きが弱くなり、回転速度変動が大きくなり、結果的にジッタが大きくなりやすいという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので回転多面鏡としての光走査手段の回転速度変動による画質劣化を抑制することが可能な光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の光走査装置は、回転することによって光ビームを走査する走査手段と、前記走査手段の回転に応じた回転検知信号を出力する検知信号出力手段と、前記走査手段の目標回転速度に応じた周波数の回転基準信号を出力する回転基準信号出力手段と、前記回転基準信号出力手段から入力された回転基準信号と、前記回転検知信号との位相及び周波数が等しくなるように位相比較信号を出力する位相比較信号出力手段と、前記位相比較信号出力手段から入力された位相比較信号を前記走査手段の回転を制御するための回転制御電圧信号に変換する変換手段と、予め定められた周波数のパルス幅変調用クロックを前記回転基準信号の周期毎に前記回転基準信号に同期して出力するパルス幅変調用クロック出力手段と、前記回転制御電圧信号を前記パルス幅変調用クロックに応じてパルス幅変調した信号に基づいて、前記走査手段の回転を制御する回転制御手段と、を備えた光走査装置において、前記パルス幅変調用クロックの周波数ｆｐｗｍと、前記回転基準信号の周波数ｆｐｄとが以下の式によって表される光走査装置。
ｆｐｄ×（Ｎ＋０．２）＜ｆｐｗｍ＜ｆｐｄ×（Ｎ＋０．８） （Ｎ＝１６）

光走査手段の回転速度変動の周波数は、パルス幅変調用クロックの周波数と回転基準信号の周波数の整数倍との差によって求められる。なお、このときの整数倍の値は、回転基準信号の周波数の整数倍がパルス幅変調用クロックの周波数と最も近い値の周波数となるように定められる。この差が大きくなるほど、光走査手段の回転速度変動の周波数は高く高周波となるため、実際の変動は画質劣化に影響を及ぼさない。しかし、この差が小さくなるほど、光走査手段の回転速度変動の周波数は低くなり低周波となるため、より画質劣化に影響を及ぼすような光走査手段の回転速度変動となる。本発明の光走査装置では、光走査手段の回転速度変動を抑制することができる。従って、光走査手段の回転速度変動による画質劣化を抑制することができる。

また、前記パルス幅変調用クロックの周波数ｆｐｗｍと、前記回転基準信号の周波数ｆｐｄとが以下の式によって表すことができる。

ｆｐｗｍ＝ｆｐｄ（Ｎ＋０．５） （Ｎ＝１６）…・（２）
このため、パルス幅変調用クロックの周波数と、回転基準信号の周波数の上記整数倍との差とをより大きくすることができるので、光走査手段の回転速度変動を抑制することができる。従って、光走査手段の回転速度変動による画質劣化を抑制することができる。

前記回転基準信号は、画像品質に影響を及ぼす回転速度変動が発生するときの前記走査手段の回転速度以下の前記目標回転速度に応じた周波数とすることができる。
また、前記目標回転速度は、１８７５０．０ｒｐｍとすることができる。

本発明の画像形成装置は、請求項１または請求項２に記載の光走査装置と、前記光走査装置によって像担持体に画像データに応じた光ビームを走査することで画像を形成する画像形成手段と、を備えることによって、光走査手段の回転速度変動による画質劣化を抑制することが可能な画像形成装置を提供することができる。

また、前記画像形成装置は、光走査手段の回転速度を変更可能にすることによって、画像形成速度を変更した場合であっても、光走査手段の回転速度変動による画質劣化を抑制することができる。

更に、前記回転基準信号は、画像品質に影響を及ぼす回転速度変動が発生するときの前記走査手段の回転速度以下の前記目標回転速度に応じた周波数とすることによって、特に予め定められた速度より低い目標回転速度で画像を形成する場合であっても、光走査手段の回転速度変動による画質劣化を抑制することができる。

以上説明したように、本発明の光走査装置及び画像形成装置によれば、光走査手段の回転速度変動を抑制することができ、光走査手段の回転速度変動による画質劣化を抑制することができる、という効果を有する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
本第１の実施形態の画像形成装置１０は、図１に示すように、加熱定着ローラ５２Ａ及び加圧ローラ５２Ｂを備えた定着装置５２を含んで構成されており、ケーシング３１によって被覆され略箱状に形成されている。

画像形成装置１０の下部には、複数の用紙トレイ３７（本実施の形態においては３つの用紙トレイ３７Ａ、３７Ｂ、及び３７Ｃを図示）が配設されている。それぞれの用紙トレイ３７Ａ、３７Ｂ、及び３７Ｃには、例えば、Ｂ５サイズ、Ｂ４サイズ、Ａ４サイズ、及びＡ３サイズ等のサイズの異なる用紙４８が備えられている。用紙トレイ３７における用紙排出部近傍には半月ローラ３９が配設されており、指定された用紙トレイ３７から用紙４８が一枚ずつ送り出され、複数の搬送ローラ対４１によって所定方向に搬送される。また、画像形成装置１０によって用紙１２の両面（表面と裏面）への画像形成が指示された場合に、表面への画像形成が終了した用紙４８の表裏を反転させる用紙反転部１７が設けられている。

画像形成装置１０の一方の側面には、必要に応じて用紙４８を手差しで挿入する手差しトレイ２５が配設されている。手差しトレイ２５における用紙排出部近傍には、前述した用紙トレイ３７と同様に半月ローラ３９が配設されており、用紙４８を一枚ずつ送り出すことができるようになっている。

画像形成装置１０の上部には、定着装置５２によって所望の画像が定着された用紙４８が排出される排出トレイ２７が設けられている。

画像形成装置１０における用紙トレイ３７の上部には、スキャナで原稿を読み取りかつ各種画像処理を施した画像データ（本実施の形態における画像形成装置１０はカラー画像を対象としているため、画像処理を施すことによってイエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の４色の画像データに変換される）に基づいて感光体３３にビーム光を照射する光走査装置１３、及び用紙４８に所望の画像を定着する定着装置５２等を含んで構成される画像形成部１２が設けられている。

光走査装置１３は、光源、回転多面鏡３８、ｆθレンズ、シリンドリカルミラー、及び反射ミラー３６等によって構成されている。図示しない光源から射出されたレーザ光は、回転多面鏡３８によって偏向されかつｆθレンズ、シリンドリカルミラー、及び反射ミラー等を介して感光体３３に照射される。

また、感光体３３の周囲には、帯電器３９、ロータリー現像器４９、ＩＢＴベルトにより構成された中間転写体４３、感光体用クリーナー４４及び図示しない除電ランプが配設されている。

感光体３３は、図１に示される矢印Ａ方向に定速回転する。帯電体３９は、感光体３３を一様にマイナス帯電する。また、ロータリー現像器４９には、イエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の４色のトナー４６Ｙ、４６Ｍ、４６Ｃ、及び４６Ｂが供給されている。中間転写体４３は、複数のローラ４７に巻き掛けられており、ローラ４７が回転することによって図１に示される矢印Ｂ方向に一定速度で移動する。感光体用クリーナー４４は、中間転写体４３に転写されずに感光体３３上に残留したトナーを除去する。さらに、除電ランプは、感光体用クリーナー４４によって残留したトナーが除去された後に感光体３３を除電する。

さらに、中間転写体４３の周囲には、画像検出センサ５１及び中間転写体用クリーナー５０が配設されている。画像検出センサ５１は転写部５３よりも中間転写体４３の回転方向上流側に設けられており、中間転写体４３に形成されたトナー像の有無を検出するようになっている。中間転写体用クリーナー５０は、転写部５３よりも中間転写体４３の回転方向下流側に設けられており、中間転写体４３から用紙４８へのトナー像の転写が終了した後に中間転写体４３の表面に残留したトナーを除去するようになっている。

矢印Ａ方向に回転する感光体３３は、帯電器３９によって一様にマイナス帯電され、光走査装置１３から射出されるレーザ光によってまず第１色目の黒色の潜像が感光体３３上に形成される。この潜像は、ロータリー現像器４９の黒色の現像器によって黒色トナーで現像される。現像された黒色トナー像は中間転写体４３に転写される。感光体３３上に転写されずに残ったトナーは、図示しないクリーナーによって除去され、感光体３３は除電ランプにより除電される。

そして、感光体３３は再び帯電器３９によって一様にマイナス帯電され、第２色目のイエローの画像形成が行われる。このようにして、第３色目のマゼンタ、第４色目のシアンまで計４色のトナー像が中間転写体２６に順次転写される。４色のトナー像の中間転写体４３への転写が完了した時点で、中間転写体４３の表面に最終トナー像が形成される。

中間転写体４３の下方には、中間転写体４３に形成された最終トナー像を用紙４８に転写する転写部５３が設けられている。用紙４８は、前述したように指定されたサイズの用紙４８が備えられている用紙トレイ３７から搬送ローラ対４１によって転写部５３まで搬送される。

転写部５３の配設位置よりも用紙４８の搬送方向下流側には、定着装置５２が配設されている。定着装置５２では、最終トナー像が転写された用紙３８に加熱加圧処理を施すことによって所定の画像が用紙４８上に形成される。

図２に示すように、光走査装置１３は、レーザビームを射出するための半導体レーザ１６、コリメータレンズ２２、長方形の制限開口３２が形成された光ビームを整形するためのスリット部材２４を内蔵したレーザ出射ユニット１４、及び光偏向器６２を含んで構成されている。また、光走査装置１３には、半導体レーザ１６から出射されるレーザビームの光路に沿って、エキスパンダレンズ２６、シリンドリカルレンズ２８、及び折り曲げミラー３０がマルチビームレーザ出射ユニット１４側から順に配置されている。光偏向器６２は、このベースとなる制御基板６１を貫通して設けられた詳細を後述する回転体（ロータ）６３、ロータ６３に連結されロータ６３により軸心３８Ｃを中心として一方向へ回転するポリゴンミラー３８、このポリゴンミラー３８を回転するためのモータ７０、及びモータ７０の駆動制御を行うための駆動制御回路６４を含んで構成されている。本実施の形態では、ポリゴンミラー３８は、１２面で構成されるものとして説明するが、１２面に限られるものではない。

半導体レーザ１６から出射したレーザビーム２０は、円錐状に広がった後、コリメータレンズ２２により略平行光となり、その後、光軸周辺のビームの一部のみが制限開口３２を通過する。制限開口３２を通過したレーザビームは、球面凹レンズであるエキスパンダレンズ２６により拡散光とされた後、シリンドリカルレンズ２８により主走査方向に直行する方向には集束光となる。その後、折り曲げミラー３０により光路を曲げてｆθレンズ３４及びｆθレンズ３６を通過した後、ポリゴンミラー３８に入射する。

ポリゴンミラー３８は、周方向に複数の反射面３８Ａを備えて構成されており、ポリゴンミラー３８の回転により反射偏向されたレーザビーム２０は、ｆθレンズ３４、ｆθレンズ３６、及びシリンドリカルミラー４０を介して、感光体３３の走査開始位置（例えば、位置５７）から主走査方向へと感光体３３を走査する。なお、走査開始位置の近傍には、レーザ光の走査開始タイミングの同期をとるための光ビーム位置検出部５８が配置されている。光ビーム位置検出部５８は、レーザ光を反射する反射ミラー５６と、レーザ光による主走査開始（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｓｃａｎ：ＳＯＳ）のタイミングの同期をとるためにレーザ光を感知するセンサ部６０が設けられており、レーザ光を感知しないときは高レベルの信号（以下、Ｈ信号という）を出力し、レーザ光を感知したときには低レベルの信号（以下、Ｌ信号という）を出力するようになっている。

感光体３３は円柱状に形成され、その外周面がレーザビームに感応する感光面とされている。感光体３３は、その軸方向（矢印Ａ方向）がレーザビームの主走査方向と一致するように支持されている。すなわち、画像形成装置１０では、レーザ出射ユニット１４から出射されたレーザビーム２０が感光体３３上に各々光スポットとして収束し、この光スポットが主走査方向に沿って感光体３３上を移動して主走査線上に沿って潜像が記録される。また、感光体３３には副走査駆動手段（図示省略）が連結されており、この副走査駆動手段は、感光体３３に対する１回の光走査装置１３による主走査完了に同期し、感光体３３を所定量だけ回転させる。これにより、感光体３３が主走査方向及び副走査方向に走査されて、感光体３３に静電潜像が形成される。

光偏向器６２のロータ６３は、図３及び図４に示すように、底面部が開口されかつその周縁部にフランジを有する円柱形状のカバー部材６３Ａを備えており、当該カバー部材６３Ａの中空部に面する内側面上には、Ｎ極及びＳ極が交互に連結されたリング状の駆動マグネット６３Ｂが内接して設けられている。また、ロータ６３のカバー部材６３Ａには、反射面を１２面有する上記ポリゴンミラー３８が、連結部材６３Ｃによって回転軸６６を共有するように連結されている。これにより、ポリゴンミラー３８とロータ６３とは回転軸６６を中心に一体に回動可能とされている。なお、回転軸６６は、制御基板６１が設置されている光走査装置１３の樹脂製のハウジング６７に設けられた軸受６８によって鉛直方向に支持されている。

さらに、制御基板６１上において、駆動マグネット６３Ｂの内周部の円周方向に対向する位置にはステータコイル６９が固設されており、駆動マグネット６３Ｂの鉛直方向下方に対向する位置にはロータ６３の回転位置検出器としてのホール素子５６が３つ（ホール素子５６Ａ、５６Ｂ、及び５６Ｃ）設けられている。なお、本実施の形態では、駆動マグネット６３Ｂは、１２分割で着磁され、各ホール素子５６Ａ、５６Ｂ、及び５６Ｃは、８０°の位相角で配置されている。

すなわち、光偏向器６２では、上記回転軸６６を含むロータ６３、ステータコイル６９、及びホール素子５６によってブラシレスモータ（以下、モータという。）７０が構成されている。なお、この場合ステータコイル６９は３相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）であることが好ましい。

図５に示すように、モータ７０の駆動制御を行うための駆動制御回路６４は、ＰＬＬ制御部７１、ローパスフィルタ（以下ＬＰＦという）７２、パルス幅変調器７３、発振器７６、ドライブ回路７４、及びアンプ７５を含んで構成されている。駆動制御回路６４は、画像形成装置１０全体を制御するための制御回路基板８０に接続されている。

制御回路基板８０は、画像形成装置１０に設けられている各デバイス各々を制御するための制御部７７、予め定められた周波数のクロックを発振するための水晶発振器７８、及び設定されたモータ７０の回転速度に応じた周波数となるように、水晶発振器７８から出力された予め定められたクロックの周波数を分周するための、分周器７９を含んで構成されている。制御部７７には、画像形成装置１０における画像形成速度を示す画像形成速度情報及び各種情報を入力するための入力部８１がデータ授受可能に接続されている。

画像形成速度情報は、白黒画像形成、カラー画像形成、書込密度、及び画像形成速度等の入力された情報に基づいて用紙４８に画像を形成するためには画像形成速度の変更が必要となるような情報である。本実施の形態では、白黒画像形成を示す白黒画像形成情報またはカラー画像形成を示すカラー画像形成情報が入力されるものとして説明する
制御部７７は、図示を省略するメモリを備えており、各画像形成速度情報に、各画像形成速度に対応するポリゴンミラー３８の回転速度に応じた周波数（詳細後述）を示す周波数情報が対応付けて予め記憶されている。

本実施の形態では、水晶発振器７８は、９．０ＭＨｚの周波数のクロックを出力する。分周器７９には、入力部８１から入力された画像形成速度情報に応じた目標回転速度（以下、回転速度という）に応じた周波数となるように分周器７９の分周数を変更するように制御すると共に、画像形成装置１０全体を制御するための制御部７７が接続されている。分周器７９は、制御部７７の制御によって、分周数が変更されて、水晶発振器７８から出力されたクロックを分周し、ポリゴンミラー３８の回転速度に応じた周波数の回転基準信号を出力する。

ＰＬＬ制御部７１の一方の入力端子は、分周器７９を介して水晶発振器７８の出力端子に接続されている。ＰＬＬ制御部７１の他方の入力端子は、複数のホール素子５６Ａの内の、１つにアンプ７５を介して接続されている。ＰＬＬ制御部７１の出力端子は、ＬＰＦ７２を介してパルス幅変調器７３の一方の入力端子に接続されている。パルス幅変調器７３の他方の入力端子は、発振器７６の出力端子に接続されており、パルス幅変調器７３の出力端子は、ドライブ回路に接続されている。なお、ホール素子５６Ａ、５６Ｂ、及び５６Ｃは、各々ドライブ回路７４に接続されており、ドライブ回路７４には、モータ７０の３相のステータコイル６９が接続されている。

水晶発振器７８から出力されたクロックが、分周器７９によって制御部７７から入力された回転速度に応じた周波数となるように分周されて、回転速度に応じた周波数の基準クロックがＰＬＬ制御部７１へ入力されると、ＰＬＬ制御部７１では、入力された回転速度に応じた周波数の基準クロックと、ホール素子５６Ａからの出力信号とを比較して、位相及び周波数が同一となるように位相比較信号を出力する。ＬＰＦ７２は、ＰＬＬ制御部７１から出力された位相比較信号を積分電圧に変換して、回転制御電圧信号をパルス幅変調器７３へ出力する。パルス幅変調器７３では、ＬＰＦ７２から入力された回転制御電圧信号と、詳細を後述する予め定められた周波数のＰＷＭクロックを発振する発振器７６から入力されたＰＷＭクロックとに基づいて、パルス幅変調したデジタル信号を、パルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号という）としてドライブ回路７４へ出力する。なお、本実施の形態では、ＰＷＭクロックの周波数とＰＷＭクロックの周波数に位相関係を持たせないものとする。ドライブ回路７４は、ホール素子５６Ａ、５６Ｂ及び５６Ｃ各々から入力されたホール信号及び、入力されたＰＷＭ信号に基づいて、３相のステータコイル６９各々にＰＷＭ信号電圧に比例した駆動電流を、モータ７０のステータコイル６９へ供給する。

具体的には、例えば、図６に示すように、ホール素子５６Ａ、５６Ｂ及び５６Ｃ各々から入力されたホール信号Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３各々に応じて、３相のステータコイル６９のＵ相、Ｖ相、及びＷ相各々に、各ホール信号Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３各々がローレベルからハイレベルに切り替わったときに、対応する各Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相各々から電流を引き込み、各ホール信号Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３各々がハイレベルからローレベルに切り替わったときに、対応する各Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相各々へＰＷＭ信号電圧に比例した駆動電流を供給する。

また、ドライブ回路７４は、ホール素子５６Ａ、５６Ｂ、及び５６Ｃから入力されるホール信号を回転検知信号として、モータ７０の回転を検知する。図６に示したように、ホール素子５６Ａ、５６Ｂ、及び５６Ｃから入力されるホール信号によって、ステータコイル６９に供給される電流の流れは、Ｖ相からＵ相、Ｗ相からＵ相、Ｗ相からＶ相、Ｕ相からＶ相、Ｕ相からＷ相、Ｖ相からＷ相、及びＶ相からＵ相というように切替えられる。本実施の形態では、切替えパタンの一周期でモータ７０は１／６回転する。

このように駆動制御回路６４及び制御回路基板８０を構成することによって、モータ７０は、その回転速度を入力部８１によって入力された画像形成速度情報に応じた回転速度で回転するように制御される。すなわち、モータ７０の回転速度を制御することによって、ポリゴンミラー３８を回転させて、各反射面へのレーザ光の入射角を連続的に変化させることにより、レーザ光を偏向してミラー２８側に送りつつ、主走査方向に沿って各現像ユニットにおける感光体３３上に照射することができる。

ここで、ＰＬＬ制御部７１には、モータ７０の回転速度に応じた周波数の基準クロックが入力されるが、この周波数は、予めホール素子５６Ａ、５６Ｂ、及び５６Ｃから入力されるホール信号が、モータ７０の一回転に対して何パルス発生するかを考慮して予め定められる。すなわち、基準クロックの周波数は、画像形成装置１０の構造と、モータ７０の回転数に応じて予め定められる。

なお、本実施の形態では、モータ７０が１回転するときに、６サイクルのホール信号（モータ７０の回転検知信号）を発生するため、モータ７０を例えば２０００回転／分で回転させるには、基準クロックの周波数ｆｒｅｆは、ｆｒｅｆ＝２００００（ｒｐｍ）×６（パルス）／６０（秒）＝２０００（Ｈｚ）となる。

一方、発振器７６から出力されるＰＷＭクロックの周波数は、通常２０ＫＨｚから５０ＫＨｚの範囲が予め設定される。これは、上述のようにドライブ回路７４は、ＰＷＭ信号の振幅に応じてドライブ回路７４に含まれる図示を省略したスイッチング回路の切替え制御によってモータ７０への電流の入出力を切替えているので、可聴範囲の周波数を設定するとモータ７０から騒音が発生するという問題があるためである。但し、周波数が高くなると、ドライブ回路７４に含まれる図示を省略したスイッチング回路（トランジスタ）のスイッチング速度が追いつかなくなり、ドライブ回路７４が発熱して損失が大きくなるという問題があるため、ＰＷＭクロックの周波数としては、ドライブ回路７４の駆動能力内で且つ可聴周波数以上の周波数として、通常２０ＫＨｚから５０ＫＨｚの範囲が予め設定される。

なお、ＰＷＭクロックを出力する発振器７６は、製造時に特定の周波数のＰＷＭクロックを出力するように設定される。

また、本実施の形態の画像形成装置１０では、白黒画像形成時には、画像形成速度が２０３．２ｍｍ／ｓ、カラー画像形成時には、画像形成速度１５８．７５ｍｍ／ｓで書込みが行われるものとする。なお、このとき書込み密度は６００ｄｐｉであるものとする。

書込密度６００ｄｐｉで白黒画像を形成する時に画像形成速度が２０３．２ｍｍ／ｓであるとすると、モータ７０の回転数は、２4０００．０ｒｐｍであることから、基準クロックの周波数ｆｒｅｆは、２４００．０Ｈｚとなり、基準クロックの周期は４１６．７μｓとなる。なお、この場合、周波数２４００．０Ｈｚの基準クロックは、水晶発振器７８から出力された周波数９．０ＭＨｚのクロックを、分周器７９によって３７５０分周することによって生成される。

また、本実施の形態の画像形成装置１０では、書込密度６００ｄｐｉでカラー画像を形成する時には、画像形成速度が１５８．７５ｍｍ／ｓであるとすると、この画像形成速度のときの、モータ７０の回転数は、１８７５０．０ｒｐｍであることから、基準クロックの周波数ｆｒｅｆは、１８７５．０Ｈｚとなり、基準クロックの周期は、５３３．３μｓとなる。なお、この場合、周波数１８７５．０Ｈｚの基準クロックは、水晶発振器７８から出力された周波数９．０ＭＨｚのクロックを、分周器７９によって４８００分周することによって生成される。

なお、制御部７７の図示を省略するメモリには、白黒画像形成情報に対応付けて、基準クロックの周波数情報２４００．０Ｈｚが格納されるとともに、カラー画像形成情報に対応付けて、基準クロックの周波数情報１８７５．０Ｈｚが格納されるものとする。なお、メモリに記憶される画像形成速度情報及び周波数情報はこのような値に限られるものではない。

図９には、ＰＷＭクロックの周波数として２種類の周波数３７．５ＫＨｚ、及び３１．０ＫＨｚを定め、ＰＷＭクロックの周波数がこれら各々の値のときに、基準クロックの周波数を変化させることによってモータ７０の回転数を変化させたときの、用紙４８上に形成される画像の主走査方向の揺らぎ（以下、ジッタという）（図１２参照）発生量の測定結果を示した。

なお、図８に示すように、モータ７０の回転数の制御は、ＰＷＭクロックの周波数を３７．５ＫＨｚに定めた場合（図８（Ａ））、及び３１．０ＫＨｚに定めた場合（図８（Ｂ））各々について、各周波数の整数（Ｎ）倍となるような周波数の基準クロックを印加することによって行った（詳細後述）。

この結果、ＰＷＭクロックの周波数が３７．５ＫＨｚのときには、図９に示す実線９０の結果が得られ、ＰＷＭクロックの周波数が３１．０ＫＨｚのときには、図９に示す点線９２の結果が得られた。

図９に示されるように、モータの回転数が大きくなるほど、ジッタの発生量は低下するが、モータの回転速度が低速になるほど、ジッタの発生量は大きくなっている。特に、モータ７０の回転速度が低速になるほど、形成される画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動がポリゴンミラー３８に発生していることを示す１０μｍ以上のジッタが発生していることがわかる。

詳細には、画像形成速度が高速の２０３．２ｍｍ／ｓ（白黒画像形成時）であるときのモータの回転数２４０００．０ｒｐｍのときの、ジッタの発生量は１０μｍ以下であるため、形成される画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動はポリゴンミラー３８に発生していない。しかし、画像形成速度が低速の１５８．７５ｍｍ／ｓ（カラー画像形成時）であるときのモータの回転数１８７５０．０ｒｐｍのときの、ジッタの発生量は、１０μｍを超える値となっており、形成される画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動がポリゴンミラー３８に発生しているといえる。

すなわち、より低速回転となるほどポリゴンミラー３８の回転速度変動による画質劣化の影響が大きくなるといえる。

また、図９の実線９０及び点線９２の各々に示されるように、ジッタの発生量は、ＰＷＭクロックの周波数と基準クロックの周波数の整数（Ｎ）倍とが近接するような回転数のときに大きくなっていることが分かる。

ポリゴンミラー３８の回転速度変動（ビート）の周波数は、ＰＷＭクロックの周波数と基準クロックの周波数の整数（Ｎ）倍との差によって求められる。なお、このときのＮの値は、基準クロックの周波数のＮ倍とＰＷＭクロックの周波数との値が最も近くなるような値に定められる。この差が大きくなるほど、ポリゴンミラー３８のビートの周波数は高周波となるため、画質劣化に影響を及ぼすようなジッタは発生しない。しかしながら、この差が小さくなると、ビートの周波数は低い周波数となるため、画質に影響を及ぼすようなジッタとなる。

そこで、本実施の形態では、特に低速回転時として、カラー画像形成時の低速の画像形成速度１５８．７５ｍｍ／ｓを実現するためのモータ７０の回転数１８７５０．０ｒｐｍを実現するための基準クロックの周波数１８７５．０Ｈｚの、整数倍と一致するような周波数となるようにＰＷＭクロックの周波数として、上記３７．５ＫＨｚを予め定めた場合と、基準クロックの周波数１８７５．０ＨｚのＮ倍（Ｎは整数）とＮ＋１倍との中間となるような周波数となるようにＰＷＭクロックの周波数として、３１．０ＫＨｚを予め定めた場合各々について、モータ７０の回転数を変化させたときのジッタの発生量を測定した。

図９の実線９０に示すように、ＰＷＭクロックの周波数を３７．５ＫＨｚに予め定めた場合、カラー画像形成時の低速の画像形成速度１５８．７５ｍｍ／ｓを実現するためのモータ７０の回転数１８７５０．０ｒｐｍのときのジッタ発生量は、ポイント９０Ａに示すように、１０μｍ以上となり、形成される画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動がポリゴンミラー３８に発生していることを示している。

なお、このとき、白黒画像形成時の高速の画像形成速度２０３．２ｍｍ／ｓを実現するためのモータ７０の回転数２４０００．０ｒｐｍのときの、基準クロックの周期は、図８（Ａ）に示すように、ＰＷＭクロックの周期の１６倍の周期となるように基準クロックの周期を調整したときのモータの回転数２３４３８ｒｐｍと、ＰＷＭクロックの周期の１５倍の周期となるように基準クロックの周期を調整したときのモータの回転数２５０００ｒｐｍとの中間の値となっている。このときのジッタの発生量は、図９のポイント９０Ｂに示すように、１０μｍ以下となっており、画像品質に影響を及ぼす程の回転速度変動は発生していないことがわかる。

一方、図９の点線９２に示すように、ＰＷＭクロックの周波数を３１．０ＫＨｚに予め定めた場合、カラー画像形成時の低速の画像形成速度１５８．７５ｍｍ／ｓを実現するためのモータ７０の回転数１８７５０．０ｒｐｍのときのジッタ発生量は、ポイント９２Ａに示すように、１０μｍ以下となり、形成される画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動はポリゴンミラー３８に発生していないことが分かる。

なお、このとき、白黒画像形成時の高速の画像形成速度２０３．２ｍｍ／ｓを実現するためのモータ７０の回転数２４０００．０ｒｐｍのときの、基準クロックの周期は、図８（Ｂ）に示すように、ＰＷＭクロックの周期のＮ倍の周期とは一致しない。このときのジッタの発生量は、図９のポイント９２Ｂに示すように、１０μｍ以下となっており、画像品質に影響を及ぼす程の回転速度変動は発生していないことがわかる。

そこで、本発明の画像形成装置１０では、画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動がポリゴンミラー３８に発生することを抑制するために、発振器７６の周波数を、特に低速環境下で画像を形成するとき、すなわち、ポリゴンミラー３８の低速回転時に、この低速回転を実現するための基準クロックの周波数の、Ｎ倍（Ｎは整数）とＮ＋１倍との中間となるような周波数（例えば、３１．０ＫＨｚ）に、予め設定した。

なお、この低速とは、図９に示すように、ポリゴンミラー３８の回転数が、画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動が発生する閾値以下であるときの画像形成速度及び回転数（回転速度）であって、例えば、ジッタの発生量１０μｍ以下となるように予め測定結果によって定められた範囲の速度を示す。

次に本実施の形態の作用について説明する。

画像形成装置１０の図示を省略した電源スイッチにより画像形成装置１０に電力が供給されると、制御部７７では、図１０に示す処理ルーチンが実行されてステップ１００へ進み、ユーザによる入力部８１の操作指示によって、画像形成速度を示す画像形成速度情報が入力されると、ステップ１０２へ進む。画像形成速度情報としては、白黒画像形成、カラー画像形成、書込密度、及び画像形成速度等の、画像形成装置１０側で入力された情報に基づいて用紙に画像を形成するためには画像形成速度の変更が必要な情報である。本実施の形態では、白黒画像形成を示す白黒画像形成情報またはカラー画像形成を示すカラー画像形成情報が入力される。

次のステップ１０２では、上記ステップ１００で取得した画像形成速度情報に応じた、基準クロックの周波数情報を図示を省略したメモリから読取り、読取った周波数情報の周波数となるように、水晶発振器７８から出力されるクロックの周波数を分周するための分周数を示す情報を分周器７９へ出力する。分周器７９では、分周数を示す情報が入力されると、入力された分周数に基づいて水晶発振器７８から出力されるクロックの周波数を、上記ステップ１００で入力された画像形成速度情報に応じた周波数となるように分周した基準クロックを駆動制御回路６４のＰＬＬ制御部７１へ出力する。

基準クロックがＰＬＬ制御部７１へ入力されると、ＰＬＬ制御部７１では、入力された基準クロックと、ホール素子５６Ａからの出力信号（回転検知信号）とを比較して、位相及び周波数が同一となるように位相比較信号を出力する。ＬＰＦ７２は、ＰＬＬ制御部７１から出力された位相比較信号を積分電圧に変換して、回転制御電圧信号をパルス幅変調器７３へ出力する。パルス幅変調器７３では、ＬＰＦ７２から入力された回転制御電圧信号と、ポリゴンミラー３８の低速回転時にこの低速回転を実現するための基準クロックの周波数のＮ倍（Ｎは整数）とＮ＋１倍との中間となるような周波数（例えば、３１．０ＫＨｚ）に発振する周波数が予め設定された発振器７６から入力されたＰＷＭクロックとに基づいて、パルス幅変調したデジタル信号をＰＷＭ信号としてドライブ回路７４へ出力する。ドライブ回路７４は、ホール素子５６Ａ、５６Ｂ及び５６Ｃ各々から入力されたホール信号及び、入力されたＰＷＭ信号に基づいて、３相のステータコイル６９各々にＰＷＭ信号電圧に比例した駆動電流を、モータ７０のステータコイル６９へ供給する。

このように制御することによって、モータ７０は、その回転速度を入力部８１によって入力された画像形成速度情報に応じた回転速度で回転するように制御される。

次のステップ１０４では上記ステップ１００で取得した画像形成速度情報に応じた画像形成速度で画像を形成するように、画像形成装置１０に設けらている感光体３３の回転制御やその他各種デバイスの制御を行うとともに、入力された回転速度に応じた回転速度で回転するポリゴンミラー３８に画像データに応じたレーザ光を射出するように光走査装置１３を制御することによって、上記ステップ１００で設定された画像形成速度で記録用紙に画像を形成した後に、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、本発明の画像形成装置１０では、画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動がポリゴンミラー３８に発生することを抑制するために、発振器７６の周波数を、特に低速環境下で画像を形成するとき、すなわち、ポリゴンミラー３８の低速回転時に、この低速回転を実現するための基準クロックの周波数のＮ倍（Ｎは整数）とＮ＋１倍との中間となるような周波数にＰＷＭクロックの周波数を予め定めたので、ポリゴンミラー３８の回転速度変動を抑制することができ、ジッタの発生を抑制することができる。

例えば、上記実施の形態で説明したように、基準クロックとＰＷＭクロックとの間に位相関係を持たせない場合（図７（Ａ）参照）には、カラー画像形成時の低速の画像形成速度１５８．７５ｍｍ／ｓを実現するためのモータ７０の回転数１８７５０．０ｒｐｍを実現するための基準クロックの周波数が１８７５．０Ｈｚであるときに、ＰＷＭクロックの周波数を、基準クロックの周波数の整数倍（２０倍）の周波数３７．５ＫＨｚに近接する周波数として３７．８ＫＨｚに定めたとすると、ビートの周波数はＰＷＭ周波数と基準クロックの整数倍の周波数との差となり、最も長い周期で３７．８ＫＨｚ―（１８７５Ｈｚ×２０）＝３００Ｈｚとなる。また、ビートの周期は３３３μｓとなり、画質に影響を及ぼすようなジッタが発生する。

これは、ポリゴンミラー３８の回転速度変動（ビート）の周波数は、ＰＷＭクロックの周波数と基準クロックの周波数の整数（Ｎ）倍との差によって求められる。なお、このときのＮの値は、基準クロックの周波数のＮ倍とＰＷＭクロックの周波数との値が最も近くなるような値に定められる。この差が小さくなるほど、ビートの周波数は低い周波数となるため、画質に影響を及ぼすようなジッタとなるためである。

一方、ＰＷＭクロックの周波数と基準クロックの整数倍の周波数との差が、基準クロックの周波数の整数倍となるような周波数に近接するような値にＰＷＭクロックの周波数を定めた場合のＰＷＭクロックと基準クロックの周波数の差より大きくなるほど、ビートは高周波となるので、ビート周期は短くなり、画質劣化は目立たなくなる。

本実施の形態では、基準クロックの周波数のＮ倍（Ｎは整数）とＮ＋１倍との中間となるような周波数にＰＷＭクロックの周波数を予め定めているので、ポリゴンミラー３８の回転速度変動によるジッタの発生を抑制することができ、画質劣化を抑制することができる。

なお、上記実施の形態で説明したように、基準クロックとＰＷＭクロックとの間に位相関係を持たせない場合について説明したが、基準クロックとＰＷＭクロックとを同期式にした場合についても同様に、基準クロックの周波数のＮ倍（Ｎは整数）とＮ＋１倍との中間となるような周波数にＰＷＭクロックの周波数を予め定めれば、ポリゴンミラー３８の回転速度変動によるジッタの発生を抑制することができ、画質劣化を抑制することができる。

図７（Ｂ）に示すように、基準クロックとＰＷＭクロックとを同期式にした場合に、基準クロックの出力タイミングとＰＷＭクロックの出力タイミングとを同期させる（リセットさせる）必要があるが、実際には、完全に同期させることは難しい。具体的には、このリセットタイミングのずれが数ｎｓ以下の単位で発生することが知られている。しかし、基準クロックの周波数のＮ倍（Ｎは整数）とＮ＋１倍との中間となるような周波数にＰＷＭクロックの周波数を予め定めれば、ポリゴンミラー３８の回転速度変動によるジッタの発生を抑制することができ、画質劣化を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、白黒画像形成を示す白黒画像形成情報またはカラー画像形成を示すカラー画像形成情報が入力される場合を説明したが、このような形態に限られるものではない。

例えば、用紙の厚み及び書込み密度を示す情報等の画像形成情報各々を入力可能としてもよい。この場合、各画像形成情報情報に応じた画像形成速度を実現するためのポリゴンミラー３８の回転速度に応じた基準クロックの周波数を示す周波数情報を、予め制御部７７の図示を省略したメモリに記憶するとともに、ＰＷＭクロックの周波数を、用紙の厚み及び書込み密度を示す情報等に応じた画像形成速度の内、画像品質に影響を及ぼす程度の回転速度変動が発生する閾値を予めジッタの発生量の測定結果から求めて、この閾値以下の画像品質に影響を及ぼす画像形成速度に対応する基準クロックの周波数各々の整数倍と一致しないように、ＰＷＭクロックの周波数を予め定めるようにすればよい。

このようにすれば、入力部８１によって画像形成速度を変更する必要が生じるような情報が入力された場合であっても、ポリゴンミラー３８の回転速度変動を抑制することができるので、回転速度変動による画質低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ走査装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る光偏向器の、図２の矢印Ａ−Ａ方向に沿った概略断面図である。 本発明の実施の形態に係るローラの概略構成図である。 本発明の光偏向器及び画像制御部の電気的構成を示す概略ブロック図である。 ホール素子からのホール信号に対応して３相のステータコイル各々へ印加または引き込む駆動電流による駆動信号の波形を示すタイミングチャートである。 （Ａ）は、基準クロックとＰＷＭクロックとの間に位相関係が無く且つ基準クロックの周期がＰＷＭクロックの周期のＮ倍ではないときの基準クロックとＰＷＭクロックとの波形を示すタイミングチャートであり、（Ｂ）は、基準クロックとＰＷＭクロックとの間に位相関係が有り且つ基準クロックの周期がＰＷＭクロックの周期のＮ倍であるときの基準クロックとＰＷＭクロックとの波形を示すタイミングチャートである。 （Ａ）は、ＰＷＭクロックの周波数が３７．５ＫＨｚのときに、このＰＷＭクロックの周期のＮ倍の周期となるように基準クロックの周期を調整したときのモータ７０の回転数の測定結果を示した表であり、（Ｂ）は、ＰＷＭクロックの周波数が３１．０ＫＨｚのときに、このＰＷＭクロックの周期のＮ倍の周期となるように基準クロックの周期を調整したときのモータ７０の回転数の測定結果を示した表である。 ＰＷＭクロックの周波数が３７．５ＫＨｚ、及び３１．０ＫＨｚ各々のときに、モータの回転数を変化させたときのジッタの発生量を示す線図である。 本実施の形態の画像形成装置で実行される処理を示すフローチャートである。 基準クロックとＰＷＭクロックとの間に位相関係が無いときの基準クロックとＰＷＭクロックとの波形を示すタイミングチャートである。 従来の技術における、ジッタの発生量を示す模式図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 光走査装置
３８ ポリゴンミラー
５６ ホール素子
６２ 光偏向器
６４ 駆動制御回路
７０ モータ
７１ ＰＬＬ制御部
７２ ＬＰＦ
７３ パルス幅変調器
７４ ドライブ回路
７６ 発振器
７７ 制御部
７８ 水晶発振器
７９ 分周器
８０ 画像処理部

Claims (8)

1. 回転することによって光ビームを走査する走査手段と、
   前記走査手段の回転に応じた回転検知信号を出力する検知信号出力手段と、
   前記走査手段の目標回転速度に応じた周波数の回転基準信号を出力する回転基準信号出力手段と、
   前記回転基準信号出力手段から入力された回転基準信号と、前記回転検知信号との位相及び周波数が等しくなるように位相比較信号を出力する位相比較信号出力手段と、
   前記位相比較信号出力手段から入力された位相比較信号を前記走査手段の回転を制御するための回転制御電圧信号に変換する変換手段と、
   予め定められた周波数のパルス幅変調用クロックを前記回転基準信号の周期毎に前記回転基準信号に同期して出力するパルス幅変調用クロック出力手段と、
   前記回転制御電圧信号を前記パルス幅変調用クロックに応じてパルス幅変調した信号に基づいて、前記走査手段の回転を制御する回転制御手段と、を備えた光走査装置において、
   前記パルス幅変調用クロックの周波数ｆｐｗｍと、前記回転基準信号の周波数ｆｐｄとが以下の式によって表される光走査装置。
   ｆｐｄ×（Ｎ＋０．２）＜ｆｐｗｍ＜ｆｐｄ×（Ｎ＋０．８） （Ｎ＝１６）
2. 前記パルス幅変調用クロックの周波数ｆｐｗｍと、前記回転基準信号の周波数ｆｐｄとが以下の式によって表される請求項１に記載の光走査装置。
   ｆｐｗｍ＝ｆｐｄ（Ｎ＋０．５） （Ｎ＝１６）…・（１）
3. 前記回転基準信号は、画像品質に影響を及ぼす回転速度変動が発生するときの前記走査手段の回転速度以下の前記目標回転速度に応じた周波数である請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記目標回転速度は、１８７５０．０ｒｐｍ以下である請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の光走査装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光走査装置と、
   前記光走査装置によって像担持体に画像データに応じた光ビームを走査することで画像を形成する画像形成手段と、
   を備えた画像形成装置。
6. 前記画像形成装置は、画像形成速度を変更可能な請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記回転基準信号は、画像品質に影響を及ぼす回転速度変動が発生するときの前記走査手段の回転速度以下の前記目標回転速度に応じた周波数である請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記目標回転速度は、１８７５０．０ｒｐｍ以下である請求項５〜請求項７の何れか１項に記載の画像形成装置。

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