JP2005258195A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置で発生する画像濃度むらをリアルタイムに補正することを可能にする。
【解決手段】 画像データに基づいて画像形成体１０に画像形成を行い、形成された画像を転写紙に転写する画像形成装置であって、前記画像形成体１０の画像形成領域外に濃度補正用画像を形成し、該濃度補正用画像の濃度変動を検出手段１２によって検出し、該濃度変動に基づいて画像を形成する際のレーザビームの強度をフィードバック制御して前記濃度変動を低減する。通常画像形成時に画像むらを解消するための制御手順を進めることができ、通常画像形成作業以外に補正制御に要する特別な行程を必要とすることなくリアルタイムで画像むらを低減して安定した濃度の画像形成が可能になる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子写真複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を有する複合機等の画像形成装置に関するものである。

画像形成装置は、一般に、原稿読み取り装置で取得した画像データや外部機器などから取得した画像データに基づいて書き込み信号を生成し、この書き込み信号に従ってレーザ光を感光体ドラム上で走査して画像形成（潜像化）を行う。この潜像は、トナーによって顕像化し、そのまま又は転写ベルトなどの中間転写体を介して転写紙に転写している。
なお、レーザ光によって画像を形成する際には、レーザ光の出力を所定の出力に調整するために、ＡＰＣ（オートパワーコントロール）制御なども行われている。

しかし、レーザ光の出力変動や感光体へのトナー供給の不均等などによって、特に副走査方向（転写紙の搬送方向に相当）において画像濃度のむらが生じるという問題がある。
また、中間転写体を用いる場合、感光体から中間転写体に画像を転写する際に、転写が均等になされず、その結果画像濃度にむらが生じてしまう場合もある。これに対し、中間転写体に所定の画像を一周に亘って形成し、中間転写体の初期位置を検出するとともに前記画像を読み取って補正用の画像パターンを生成し、この補正用パターンを基にして通常画像動作形成時にレーザビームの強度を制御する画像形成装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平５−２６８４４０号公報

しかし、特許文献１に示される制御方法では、装置構成が複雑になり、予め通常画像の形成に先立ってパターンを作成し補正制御を実施するための時間が必要になり効率が悪いという問題がある。また補正用パターンを作成する間は、通常の画像形成ができないという問題があり、さらに画像ムラが時によって変動する場合には頻繁に補正用パターンを作成する必要があり、さらに効率を悪くするという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、リアルタイムで画像むらを解消する制御が可能となり、通常画像形成作業以外に特別な行程を必要とすることなく画像の濃度むらを低減することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の画像形成装置のうち、請求項１記載の発明は、画像データに基づいて画像形成体に画像形成を行い、形成された画像を転写紙に転写する画像形成装置であって、前記画像形成体の画像形成領域外に濃度補正用画像を形成し、該濃度補正用画像の濃度変動を検出手段によって検出し、該濃度変動に基づいて画像を形成する際のレーザビームの強度をフィードバック制御して前記濃度変動を低減することを特徴とする。

請求項２記載の画像形成装置の発明は、請求項１記載の発明において、前記画像形成体が感光体ドラムまたは中間転写体であることを特徴とする。

請求項３記載の画像形成装置の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記濃度変動の周期性を検出し、該周期と半周期ずれた位相で濃度変動をもたらすようなレーザビーム強度の変動調整を行うことを特徴とする。

請求項４記載の画像形成装置の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記濃度補正用画像は、中間調画像で形成されることを特徴とする。

請求項５記載の画像形成装置の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記レーザビーム強度の調整は、中間調画像の濃度以下の出力域で行われることを特徴とする。

請求項６記載の画像形成装置の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記濃度補正画像は、走査方向終端の光学系レンズ最大走査幅の余裕領域内に形成することを特徴とする。

請求項７記載の画像形成装置の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記レーザビーム強度のフィードバック制御は、前記濃度変動に基づいて調整されたバイアス電流を駆動電流に付加して行うことを特徴とする。

すなわち、本発明によれば、画像形成体の画像形成領域外に形成された濃度補正用画像が検出手段によって検出され、レーザビームの強度が画像の濃度むらを低減するようにフィードバック制御される。
なお、濃度補正用画像を形成する画像形成体は感光体ドラムの他、転写ベルトなどの中間転写体であってもよい。濃度補正用画像は、通常の画像形成領域を超える位置に形成される。ただし、その形成領域は、光学系レンズ最大走査幅内に限られる。特には、走査方向終端の余裕領域に形成するのが望ましい。

濃度補正用画像は、画像濃度が明瞭に現れる中間調画像によって形成するのが好ましい。また、画像濃度のむらは中間調画像以下の濃度で顕著に現れることから、通常画像として中間調画像以下の濃度で形成する際にのみレーザビーム強度の調整を行うようにして、レーザビームを全点灯する際には、制御を行わないものとしてもよい。

濃度補正では、一走査ライン毎に所定の濃度となるように補正をしてもよく、濃度変動の周期性を見出して、この周期性に基づいて濃度変動を低減（好適には打ち消す）するような周期で強度調整をすることもできる。

レーザビームの強度は、レーザの駆動電流の大小によって変化する。したがってレーザビームの強度調整に際しては、駆動電流を直接に大小を調節してもよいが、バイアス電流を付加するようにして、このバイアス電流を調整するものにより構成することができる。

すなわち、本発明の画像形成装置によれば、画像データに基づいて画像形成体に画像形成を行い、形成された画像を転写紙に転写する画像形成装置であって、前記画像形成体の画像形成領域外に濃度補正用画像を形成し、該濃度補正用画像の濃度変動を検出手段によって検出し、該濃度変動に基づいて画像を形成する際のレーザビームの強度をフィードバック制御して前記濃度変動を低減するので、通常画像形成時に画像むらを解消するための制御手順を進めることができ、通常画像形成作業以外に補正制御に要する特別な行程を必要とすることなくリアルタイムで画像むらを低減して安定した濃度の画像形成が可能になる。

以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
画像形成装置は、図１に示すように、転写体である感光体ドラム１０と、該感光体ドラム１０にレーザ光を照射するためのレーザ装置２５とを備えている。レーザ装置２５は、ＬＤ駆動回路２４によって駆動制御されており、該ＬＤ駆動回路２４には図示しない画像処理部で画像データを処理して書き込みデータが入力されている。レーザ装置２５は、レーザ出力部と平行光を得るコリメータユニットとを備えており、その照射先にはレーザ光を偏向させるポリゴンミラー２６が配置されている。該ポリゴンミラー２６の偏向先にはｆθレンズ、シリンドリカルレンズなどからなる走査レンズ系２７が配置されており、該走査レンズ系２７を通してレーザ光が前記感光体ドラム１０に照射される。該照射に際してはポリゴンミラーの回転によってレーザ光の主走査がされ、感光体ドラム１０の回転によって副走査がされるように構成されている。

前記走査レンズ系２７から照射可能な領域は、図１においてレンズ走査幅として示される。また、走査レンズ系２７から照射されたレーザ光が所望のｆθ特性を有することを保証される領域は、ｆθ特性幅で示される。通常画像は、このｆθ特性幅内で形成されるように画像走査幅が設定される。
また感光体ドラム１０の一端側近傍（走査方向始端側）には、前記レンズ走査幅内で同期信号とレーザ光との同期をとるための同期検出部１１が配置されている。さらに、感光体ドラム１０の他端側近傍（走査方向終端側）には、レンズ走査幅内の走査方向終端付近の画像濃度を検出する濃度検出手段１２が配置されている。濃度検出手段１２は、例えば、感光体ドラム１０に検査光を照射する発光手段と感光体ドラム１０からの反射光を受光する受光手段とによって構成することができる。

濃度検出手段１２では反射光から得られる出力がＡ／Ｄ変換されて、濃度補正回路１３に入力される。濃度補正回路１３では、前記出力に基づいて濃度判定がなされ、所定の濃度が得られるように濃度補正するためのフィードバック信号が生成される。この実施形態では、フィードバック信号は、ＬＤ駆動回路２４の駆動電流に付加されるバイアス電流としてＬＤ駆動回路２４に加えられている。なお、ＬＤ駆動回路２４では、レーザ光の光路に配したセンサ（図示しない）によってレーザ光の出力を検知して所定のレーザ光出力が得られるようにレーザ装置を制御するラインＡＰＣ制御機能を有している。なお、画像形成装置としては、上記構成以外は公知の構成とすることが本発明としては特定のものに限定されない。

次に、上記画像形成装置における画像補正の手順について説明する。
原稿読み取り装置や外部機器から通信手段などによって取得された画像データによって書き込み信号が生成され、上記ＬＤ駆動回路２４に入力される。また。ＬＤ駆動回路２４には、感光体ドラム１０の画像走査幅外であってレンズ走査幅内に、走査方向終端側で濃度補正用画像を生成するための書き込み信号が加えられる。この書き込み信号は、例えば画像形成装置全体を制御する制御部（図示しない）などによって生成することができる。なお、濃度補正用画像は、好適には中間調の画像で形成するように書き込み信号を生成する。

ＬＤ駆動回路２４では、通常画像および補正用画像を生成するための制御信号が生成され、一走査ライン毎の画素分がサンプルホールドされ同期信号に同期させてレーザ装置２５に出力される。レーザ装置２５では、制御信号に従ってレーザ光が出力され、回転するポリゴンミラー２６で偏向されて走査レンズ系２７を通して感光体ドラム１０に走査方向に沿って照射される。この際には、同期検出部１１においてレーザ光と同期信号との同期がなされる。

感光体ドラム１０へのレーザ光照射直後には、感光体ドラム１０に形成された潜像が、トナーを用いた現像手段（図示しない）によって直ちに顕像化される。
濃度検出手段１２では、検査光を照射し濃度補正用画像からの反射光を受光することによって画像を読み込んで補正用の出力信号を得る。上記主走査を一走査ライン毎に繰り返すことで副走査方向に沿って通常画像および補正用画像が形成される。
上記主走査におけるタイミング波形を図２に示す。図２に示すように通常画像と補正用画像のデータが同期信号に同期させて一走査ライン分がサンプルホールドされて感光体ドラム１０に照射されている。形成された濃度補正用画像から濃度検出手段１２で濃度検出用の信号を得ている。

図３は、濃度検出手段１２で得た信号を基にＢＩＡＳ電流値を設定してＬＤ駆動回路２４に入力しているブロック図を示すものである。濃度検出手段１２で得た信号が入力された濃度補正回路１３では、濃度補正用画像における副走査方向の濃度変動を判定し、該濃度変動を小さくするようにＬＤ駆動電流を変化させるためのＢＩＡＳ電流値を設定する。このＢＩＡＳ電流設定値は、ＬＤ駆動回路２４に入力され、ＬＤ駆動電流のＢＩＡＳ設定を行う。図４は、ＬＤ駆動電流とレーザ光出力との関係を示している。ＢＩＡＳ設定は、応答性を改善し濃度を変化させることができる。ＢＩＡＳ電流を濃度ムラに応じて変化させることにより、レーザ光出力が調整されて画像形成に際し副走査方向の濃度変動を抑制する。

副走査方向の画像むらには一定の周期で画像濃度が変動することによって起こる場合もあり、次の実施形態では、この濃度変動の周期性を利用して濃度補正の制御を行うものについて説明する。

図５は、濃度検出手段１２によって得られた濃度の変化を時間変化（副走査方向変化）とともに示したものである。濃度Ｄが上下振幅幅ΔＤ、周期Ｔで変動していることが検出されている。濃度補正回路１３では、画像濃度を前記同期信号と同期させた時間とともに記録保持し、その変化を認識することで上記周期性を判別することができる。この検出信号に対し、半周期ずらした濃度変動をもたらすようにレーザ光の出力を調整すると、図６に示すように本来の濃度変動に、調整した濃度変動が重畳され、互いに打ち消し合うことで濃度変動が解消される。濃度補正に際しては、前記実施形態で説明したように、上記補正用信号に基づいたＢＩＡＳ設定を変化させてレーザ光出力を変化させることで目的を達成することができる。

上記各実施形態では、感光体ドラムに補正用画像を形成して画像補正を行う場合について説明したが、中間転写体に補正用画像を形成して画像補正を行うことも可能である。図７は、カラー画像のために、レーザ駆動回路、レーザ装置、光学系を含む書き込みユニット３０Ｙ（イエロー用）、３０Ｍ（マゼンダ用）、３０Ｃ（シアン用）、３０Ｋ（黒色用）、感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを有している。なお、感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの回転方向に沿って書き込みユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋの前方側にはそれぞれ現像手段１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋが配置され、さらにその前方であって後述する転写ベルト１５との接触部分を超えた位置に画像濃度検出手段１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋが配置されている。また、感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋに接触するようにして中間転写体である転写ベルト１５が回転可能に配置されている。感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋに形成された各色の画像は転写ベルト１５に転写され、さらに転写紙に転写されるように構成されている。

上記画像形成装置では、各色に対応して書き込みユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋによって感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋに通常画像と補正用画像とが潜像され、各現像手段１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋで顕像された後に、転写ベルト１５に転写される。転写ベルトに転写された補正用画像は濃度検出手段１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋによって読みとられ、図示しない濃度補正回路によって補正用の駆動信号が生成される。これにより各書き込みユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋにおけるレーザ光の出力が調整され、各色の濃度むらが解消される。なお、各色の補正用画像は、主走査方向で位置をずらして形成することで他色の影響を完全に排して濃度を検出することができる。

なお、この実施形態では、すべての色の画像形成について濃度補正をするものとして説明したが、特に濃度むらが生じやすい色を選択して濃度補正をするようにしてもよく、補正対象となる色数は任意である。又、感光体、転写ベルトに作成した補正用画像を必要時にクリーニングする図示なきクリーニング機能があることは言うまでもない。
以上本発明について上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記説明に限定されるものではなく、本発明の範囲内において当然に適宜変更することができる。

本発明の一実施形態における感光体ドラムに関連する一部を示す図である。 同じく、主操作制御におけるタイミング波形を示す図である。 同じく、レーザ光の制御ブロック図である。 同じく、レーザ駆動電流に対するレーザ光出力特性を示す図である。 同じく、検出された濃度変動信号を示す図である。 同じく、検出された濃度変動と補正用変動と、補正後の濃度変動を示す図である。 本発明の他の実施形態における転写体周辺を示す図である。

符号の説明

１０ 感光体ドラム
１０Ｙ 感光体ドラム
１０Ｍ 感光体ドラム
１０Ｃ 感光体ドラム
１０Ｋ 感光体ドラム
１１ 同期検出部
１２ 濃度検出手段
１２Ｙ 濃度検出手段
１２Ｍ 濃度検出手段
１２Ｃ 濃度検出手段
１２Ｋ 濃度検出手段
１３ 濃度補正回路
１４Ｙ 現像手段
１４Ｍ 現像手段
１４Ｃ 現像手段
１４Ｋ 現像手段
１５ 転写ベルト
２４ ＬＤ駆動回路
２５ レーザ装置
２６ ポリゴンミラー
２７ 走査レンズ系
３０Ｙ 書き込みユニット
３０Ｍ 書き込みユニット
３０Ｃ 書き込みユニット
３０Ｋ 書き込みユニット

Claims (7)

1. 画像データに基づいて画像形成体に画像形成を行い、形成された画像を転写紙に転写する画像形成装置であって、前記画像形成体の画像形成領域外に濃度補正用画像を形成し、該濃度補正用画像の濃度変動を検出手段によって検出し、該濃度変動に基づいて画像を形成する際のレーザビームの強度をフィードバック制御して前記濃度変動を低減することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像形成体が感光体ドラムまたは中間転写体であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記濃度変動の周期性を検出し、該周期と半周期ずれた位相で濃度変動をもたらすようなレーザビーム強度の変動調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記濃度補正用画像は、中間調画像で形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記レーザビーム強度の調整は、中間調画像以下の濃度の出力域で行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記濃度補正画像は、走査方向終端の光学系レンズ最大走査幅の余裕領域内に形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記レーザビーム強度のフィードバック制御は、前記濃度変動に基づいて調整されたバイアス電流を駆動電流に付加して行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。

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