JP2005212429A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置において、複数ビームの書込素子のビーム間ばらつきを補正して、高画質化を図る。
【解決手段】 マルチラインスキャナにおいて所定の書込濃度状態または非書込状態を保持した書込素子Ｂによる描画走査ラインと、それに隣接する書込素子Ａによる描画走査ラインの相関が、面濃度として反映された画像形成を行い、さらに書込素子Ａの書込濃度を変化させた状態にて同様に、画像形成を行い、形成された各々の面画像の面濃度を測定する測定手段を備え、前記測定された３つ以上の複数の面濃度より、前記書込素子ＡとＢに関係する書込素子の画像形成濃度精度または画像形成位置精度に相当するパラメータを算出し、前記パラメータに基づいて画像濃度ムラを補正する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、特に画像信号によって変調された複数の画素書込素子を用いて像担持体上を一斉に走査し、画像を形成するレーザビームプリンタにおいて、画素形成濃度精度および画素形成位置精度のバラツキの自動的補正機能を実現する画像形成装置に関するものである。

近年の走査プリンタでは高速画像形成および高解像度化を実現するために、複数の書込素子を用いて、一斉同時に主走査して複数の副走査ラインを形成するもの（マルチライン走査装置）が多種ある。たとえば書込素子を２倍数並列に用いた場合、画像の解像度は維持したまま画像書込速度能力は２倍になる。しかしながら複数の書込素子を用いた場合、中間調書込能力のバラツキ、配列位置のバラツキが発生する。マルチライン走査装置においては副走査の配列と走査間隔のバラツキや書込画素の大きさがバラつく。これらのバラツキを抑えるため、市販されるプリンタ等の画像形成装置内のマルチライン走査装置は、バラツキ検知手段およびその補正手段で解決手段がとられている。

以下、４ビーム一斉同時主走査により感光体にレーザ書込を行うレーザプリンタの例をそれぞれ示す。

たとえば、複数ビームのうち隣接２ビームによる水平線作像または網点作像をおこない、ビーム間隔のムラを可視画像にすることによって視認判別できるようにする手段が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

たとえば、複数ビーム間隔のムラを、レーザの光量調節によって相殺する手段が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

たとえば、複数ビーム間隔の偏りを、寄り合ったビーム間による描画、離れあったビーム間による描画を行い、これら画像の比較によって確認判断する手段が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

画像形成装置が自動的にビーム間隔ムラ補正を行うように機能するには、これら従来技術を組み合わせることによって実現する。ビーム間隔のムラを画像濃度としてトナー濃度センサにて検知し、検知結果をＣＰＵ等の情報処理システムにおいて解釈し、レーザ光量の調節をする。
特開平１１−１７０５９７号公報 特開２００１−２８１５８９号公報 特開平１１−１７０５９７号公報

しかしながら、上記従来の解決手段には、次のような欠点がある。４つのビームなど、複数のビームを並列して画像形成をする場合、個々のビームの光量のムラとビーム間隔のムラを識別するのは容易でないため、正確にムラの補正が為されない場合が多い。例えば複数ビームのムラを測定するために画像形成されたトナー像が濃い場合、ビームの空間均質性が高く、トナー被覆率が高いことに起因するのか、もしくは画像形成ビームが強く、ビームスポットが大きいことに起因するのかは、単純に対象とする連続２ビームをつかった画像濃度の測定では識別できない。識別できなければ、光量によるビーム間隔の補正は正常に行うことができない。これらの原因を特定するために、個々のビームの光量を予め測定する手段を備えることが考えられるが、その手段をどこに備えるかによって測定誤差が大きくなってしまう問題がある。例えばビームの光学系精度を含んだ光量測定のためには、感光ドラムの側近に高精度フォトセンサなどを備えることが考えられるが、実際には、メンテナンス等によるドラムの交換などをも加味すると、ドラム表面とセンサ表面位置を高精度に一致させることは困難である。また、上記の問題は、特許文献１の発明における画像の読取比較においても同じように位置と濃度の測定は識別できない。

そこで、本発明はこれらの欠点を容易かつ安価に回避解決した画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明においては、２個以上の全ｎ個の複数画素書込素子からの書込を用いて、像担持体の副走査方向に連続した複数の走査ラインを一斉同時に主走査させながら、像担持体を相対的に移動させて副走査して順次書き込みすることにより画像を形成するマルチラインスキャナを備え、前記書込素子ｎ個のうち、所定の１個以上のａ個の書込素子Ａについて、所定の書込濃度状態または非書込状態を保持し、前記書込素子ｎ個のうち、前記書込素子Ａを除く残りの１個以上の（ｎ−ａ）個の書込素子Ｂについて、所定の書込濃度状態または非書込状態を保持し、前記書込素子Ａと書込素子Ｂの保持状態で構成される第１の書込素子状態にて前記像担持体の描画領域を複数回走査し面画像を形成する手段を備え、前記書込素子Ａの書込濃度をａ個一様に２回以上のｋ回変えたｋ個の保持状態と、前記書込素子Ｂの保持状態で構成される第（ｋ＋１）の書込素子状態にて前記像担持体の描画領域に複数回走査し面画像をｋ回形成する手段を備え、前記形成された２個以上の全（ｋ＋１）個の面画像の面濃度を測定する測定手段を備え、前記測定された２個以上の全（ｋ＋１）個の複数の面濃度より、前記書込素子Ａに関係する書込素子の画像形成濃度精度または画像形成位置精度に相当するパラメータを算出する、書込素子精度算出手段を備え、前記パラメータに基づいて前記書込素子Ａに関係する書込素子の画像濃度ムラを補正するように画像形成条件を補正する補正手段を備えることを特徴とする。

従来複数の書込素子の画像形成装置においては、書込素子の画像形成濃度精度または画像形成位置精度の高精度測定が困難ため自己調整機能の制御が容易でなかったが、本発明により、隣接して書き込む書込素子の近接効果を利用して測定された前記書込素子に関係する書込素子の画像形成濃度精度または画像形成位置精度に相当するパラメータを算出判断し、前記パラメータに基づいて前記書込素子に関係する書込素子の画像濃度ムラを補正することによって、特に画像濃度について高精度な画像形成条件を自己補正する補正手段を備えた画像形成装置が提供される。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

［実施形態例１］
図１−１は、本発明のマルチビームスキャナを備えた電子写真方式の画像形成装置の構成を示した図である。図１−２は図１−１の装置を側面からみた図である。本発明の説明に特に関与する部分を示し、その他の部分は簡単のため省略している。１０１は４ビームレーザであり、内蔵するモータによりビーム間隔を相対的に微調節することができ、また内蔵するレーザドライバによりビーム強度を相対的に微調節することができる。１０２はポリゴンミラーおよびその駆動装置、１０３はレーザ走査開始を検知するフォトセンサ、１０４はｆθレンズ、１０５はレーザ１０１に発光信号および微調節指示信号を供給する信号線、１０６は４ビームレーザ光であり、マルチビームスキャナ１００を構成している。１２１は感光ドラム、１２２は感光ドラムの駆動装置、１２３はドラム帯電器、１２４はドラム上の静電潜像にトナーを付着させる現像器、１２５はドラム上から紙等の記録媒体に転写する転写器、１２６は感光ドラムの上のトナー像濃度を測定するトナー濃度検知センサ、１２７は画像記録媒体の経路であり、感光ドラム１２１および感光ドラムの駆動装置１２２を含めてトナー像形成部１２０を構成している。

１５１は外部から画像データを入力し保持する画像データ保持部、１５２は保持部から受け取った画像データ濃度をレーザ発光量に変換する濃度変換テーブルを用いて変換する画像処理部であり、マルチビームスキャナ用画像処理部１５０を構成している。１９０は、画像形成装置のシステム制御部であり、本装置は、画像処理部１５０と、スキャナ部１００と、トナー像形成部１２０、がシステム制御部１９０の指示に従って連携し機能動作する。画像処理部１２０は装置外部から様々な形態の画像データを受け取り、マルチビームの発光量データを生成送信する。それを受け取ったスキャナ部１００は感光ドラム１２１上にビームを走査し、静電潜像を形成する。トナー像形成部１２０は静電潜像をトナーにて顕像化する。スキャナの１走査により４本の走査線が感光ドラム１２１上に６００ｄｐｉの解像度で１列に並列するようになっている。

本装置は、マルチビームスキャナ１５０およびトナー像形成部１２０の状態を微調するための自己調整シーケンスを備え、装置の環境変動や状況変動に応じてシステム制御部１９０が画像記録媒体への画像形成の合間等で本シーケンスを起動する。

次にこの自己調整シーケンスにおける動作を説明する。図２はそのフローを示している。自己調整シーケンスでは、感光ドラム１２１上に測定用パターンを形成し、トナー濃度センサ１２６を用いてこれを読み取り、画像形成位置精度または画像形成濃度精度に相当する値を算出する。この算出データに基づいて、精度が所定値以上のであれば、自己調整シーケンスを終了する。所定以下の場合画像形成媒体への画像形成時にトナー像形成部１２０または画像処理部１５２の微調整を行う。調整を行った場合は再度測定を行う。

次に図２にしたがって順次各ステップの内容を説明してゆく。まず感光ドラム１２１上に形成する測定用パターンについて説明する。本シーケンスでは各面は一辺が３００画素（約１３ｍｍ）の正方形を、３６面、副走査方向に一列に形成する。図３は、そのパターン３６面をわかりやすくするため９行４列に分類した図である。以下、４列を左からＡＢＣＤで表し、９行を上から数字で表し、パターン面を命名する。たとえば一番左の一番上はＡ１面である。

次にこの測定用パターンの各面の描画構造について説明する。各面は、それぞれマルチビームの４つのうち、副走査の走査線が隣接する２つを用いて描画されている。２つのビームの選択は列毎に分けられており、
Ａ列は第１と第２
Ｂ列は第２と第３
Ｃ列は第３と第４
Ｄ列は第４と第１
の各レーザで描画されている。

また各面は、２つのビームのうち一方の濃度を常時書込とし、もう一方の濃度を段階的に変化させて描画されている。１列目は変化側ビームが全消灯非書込状態、９列目は変化側ビームが全点灯全書込状態、５列目は変化側ビームが半点灯半書込状態である。

たとえば、
Ａ１面は第２レーザが全点灯全書込、第１レーザが全消灯非書込の状態である。
Ａ２面は第２レーザが全点灯全書込、第１レーザが１／８強度点灯書込の状態である。

Ａ３面は第２レーザが全点灯全書込、第１レーザが２／８強度点灯書込の状態である。

Ａ４からは引き続いて、第１レーザの点灯状態が順次変化し、
Ａ８面は第２レーザが全点灯全書込、第１レーザが７／８強度点灯書込の状態である。

Ａ９面は第２レーザが全点灯全書込、第１レーザが全点灯全書込の状態である。

図４は、Ａ１、Ａ３，Ａ５，Ａ７，Ａ９の画素を模式的に示した図である。次にこのパターン面のトナー濃度読み取りについて説明する。トナー濃度センサ１２６は、発光ダイオードと感光ドラム１２０上を反射したダイオード光をフォトダイオードセンサで検知する、反射型フォトセンサである。ダイオードに備えられたレンズは６００ｄｐｉより十分低い線数で３００ドット角の領域内を面濃度として一様に読み取るように設計されており、副走査方向移動にあわせてパターン３６面の中心がセンサ部を通過する。フォトダイオードの電流値はＡＤ変換素子にてデジタル値に変換してシステム制御部１９０に保持される。図５は検知された濃度をグラフ化した図である。縦軸は全データを最小値−最大値で規格化した濃度値、データはＡＢＣＤ列毎に群を分け、１〜９行を横軸としている。

次に読取データの解析と画像形成精度算出手段とシーケンス判断過程について説明する。図６はその計算過程を図示している。図５のデータの濃度５０％しきい値に相当する横軸値（変化側光量比率）を線形補間で算出する。

Ａ列は３．０、Ｂ列は５．５、Ｃ列は５．０、Ｄ列は４．５であった。
次に前記５０％値を平均する。

（３＋５．５＋５＋４．５）／４＝４．５である。

次に前記平均値と、各５０％値を比較し、ズレ量の大きい列に注目する。ここでは、
｜３．０−４．５｜＝１．５
｜５．５−４．５｜＝１．０
｜５．０−４．５｜＝０．５
｜４．５−４．５｜＝０．０
である。

次にあらかじめ定められた画像形成精度調整範囲値を０．５とすると、Ａ列のズレは最大１．５で０．５を上回るので、画像形成条件の微調整を施行を決定する。

Ａ列とＢ列は隣接する第１，２，３の３レーザの関係のズレが大きいことを示しており、Ａ列のズレ量とＢ列のズレ量は平均値を跨いでいることから第２レーザの副走査位置が第１レーザに寄りに位置ズレしていることが推測される。この補正量は、１．５と１．０小さいほう１．０が補正量のための参考パラメータとなる。

次に補正動作について説明する。システム制御部１９０は得られた参考パラメータを基にレーザ部１０１のモータ駆動またはレーザドライバの強度変更により、指定された方向または強度に微調を行う。参考パラメータの微調量への換算は、あらかじめ備えられた変換関数計算によって行われる。この計算式は本装置の設計に基づいて経験的に決められている。このようにして最大ズレ量を補正した後、もう一度測定パターンの形成に戻り画像形成精度調整範囲値を満たすまで微調は繰り返される。

上記補正位置を判断するまでのアルゴリズムについて補足説明する。図５のグラフの最小値は１ｌｉｎｅ３ｓｐａｃｅでの書込濃度を示し、最大値は２ｌｉｎｅ２ｓｐａｃｅでの書込濃度を示す。濃度の立ち上がりが中央部に出来上がるのは、書込濃度を増加するラインと既存のラインの近接効果を示している。近接効果とは、隣接する画素の裾広がりの重なりが顕像化を補助する効果であり、ここではレーザスポットまたは感光体の電位の裾広がりの重なりが顕像化されることを指す。図７はその裾部分の重なりイメージを図式化したものである。濃度変化の小さい低濃度部分は、レーザ強度の変化に伴う孤立画素の顕像化が不十分な領域であり、濃度変化の小さい高濃度部分は十分な重なりによって重なり部の濃度変化がなくなってきた状態を指している。中央部の濃度濃度変化の大きい位置には対象とする２ビームの書込画素間の位置関係成分と２ビームの強度（濃度）成分が反映される。これら濃度ムラと位置ズレ成分の分別は容易でない。しかし、複数ビームによるビームバラツキを抑え、画像の均質性を保つ目的で画像形成条件を調整するならば、上記５０％値の平均値からのバラツキを小さく抑えればよい。例えばＡ列のズレ量とＢ列のズレ量が平均値から同方向にある成分は、第２レーザの強度が比較的弱めであることが推測される。その他測定結果には多くの組み合わせが考えられるが、基本的には最大ズレ量部分に注目して微調を繰り返して収束させるよう動作する。

［その他の実施形態例］
実施形態例１については複数ビームのうち２つを選択して測定パターンを描画する例を示したが、２つ以上を用いても同様なデータを導き出す測定パターンの形成が可能であることは容易に想像できる。

例えば、各パターンを３つのビームで構成し、図８のように、
Ａ列は第４と第２レーザが全点灯全書込、第１レーザを変化させて書込、他レーザは全消灯
Ｂ列は第１と第３レーザが全点灯全書込、第２レーザを変化させて書込、他レーザは全消灯
Ｃ列は第２と第４レーザが全点灯全書込、第３レーザを変化させて書込、他レーザは全消灯
Ｄ列は第３と第１レーザが全点灯全書込、第４レーザを変化させて書込、他レーザは全消灯
としてもよい。

また、複数ビームのうち２つ以上を変化させて同様なデータを導き出す測定パターンの形成が可能であることも容易に想像できる。

例えば、各パターンを２つのビームで構成し、図９のように、
Ａ列は第１と第２レーザを変化させて書込、他レーザは全消灯
Ｂ列は第２第３レーザを変化させて書込、他レーザは全消灯
Ｃ列は第３第４レーザを変化させて書込、他レーザは全消灯
Ｄ列は第４第１レーザを変化させて書込、他レーザは全消灯
としてもよい。

また、画像形成装置の副走査速度や画像形成装置の環境等の条件が変化すると、図５のような比較は困難になるので一連の画像形成動作の中で、共通の濃度センサを用いるのが望ましい。また、ビーム群間（第４レーザと第１レーザ）の位置間隔調整は、副走査速度の微調によって行われることは言うまでもない。また、このように書込素子の精度を測定し、測定された情報に基づいて、高精度な書込素子のみを用いた高精度画像形成モードを備えることも可能である。

また、実施形態例１では微調量換算のため関数手段を用いているが、本発明の本質ではないので、あらかじめ用意される変換テーブルであっても良いし、状況によって可変する手段などであってもよい。また、微調制御の収束の条件および異常制御防止のため、判定手段による補正値が異常に大きいと判断された場合、パラメータによる微調は行わないと判断する判定手段を備えても良い。また、実施形態例１では、レーザの強度変調と表現しているが、レーザ点灯時間のＰＷＭ変調における積算露光量としても適用可能である。

本発明の実施形態例１における画像形成装置の一部の斜視概観図である。 本発明の実施形態例１における画像形成装置の一部の側面概観図である。 本発明の実施形態例１における自己調整シーケンスのフロー図である。 本発明の実施形態例１における測定パターンを分類して並べた図である。 本発明の実施形態例１における測定パターンを拡大し、ビーム走査ラインとの関係を示した図である。 本発明の実施形態例１における濃度測定結果を規格化して示したグラフである。 本発明の実施形態例１における濃度測定結果を規格化して示したグラフにおいて、算出ポイントを図示した図である。 本発明の実施形態例１における近接効果を表した図である。 本発明のその他の実施形態例における３ビームによる測定パターン描画部を拡大し、ビーム走査ラインとの関係を示した図である。 本発明のその他の実施形態例における２ビームによる測定パターン描画部を拡大し、ビーム走査ラインとの関係を示した図である。

符号の説明

１００ ４ビームマルチレーザスキャナ部
１０１ ４ビームレーザおよびビーム間隔調整モータ部およびレーザドライバと強度微調機能部
１０２ ポリゴンミラーおよびその駆動装置
１０３ レーザ走査開始検知センサ
１０４ ｆθレンズ
１０５ レーザに発光信号を供給する画像データ通信線
１０６ レーザ光線
１２０ トナー像形成部
１２１ 感光体ドラム
１２２ 感光体ドラム駆動装置
１２３ 帯電器
１２４ 現像器
１２５ 転写器
１２６ トナー濃度検知センサ
１５０ マルチビームスキャナ用画像処理部
１５１ 画像データ保持部
１５２ 画像データ濃度−レーザ発光量変換テーブル
１９０ システム制御部

Claims (12)

1. ２個以上の全ｎ個の複数画素書込素子からの書込を用いて、像担持体の副走査方向に連続した複数の走査ラインを一斉同時に主走査させながら、像担持体を相対的に移動させて副走査して順次書き込みすることにより画像を形成するマルチラインスキャナを備え、
   前記書込素子ｎ個のうち、所定の１個以上のａ個の書込素子Ａについて、所定の書込濃度状態または非書込状態を保持し、
   前記書込素子ｎ個のうち、前記書込素子Ａを除く残りの１個以上の（ｎ−ａ）個の書込素子Ｂについて、所定の書込濃度状態または非書込状態を保持し、
   前記書込素子Ａと書込素子Ｂの保持状態で構成される第１の書込素子状態にて前記像担持体の描画領域を複数回走査し面画像を形成する手段を備え、
   前記書込素子Ａの書込濃度をａ個一様に２回以上のｋ回変えたｋ個の保持状態と、前記書込素子Ｂの保持状態で構成される第（ｋ＋１）の書込素子状態にて前記像担持体の描画領域に複数回走査し面画像をｋ回形成する手段を備え、
   前記形成された２個以上の全（ｋ＋１）個の面画像の面濃度を測定する測定手段を備え、
   前記測定された２個以上の全（ｋ＋１）個の複数の面濃度より、前記書込素子Ａに関係する書込素子の画像形成濃度精度または画像形成位置精度に相当するパラメータを算出する、書込素子精度算出手段を備え、
   前記パラメータに基づいて前記書込素子Ａに関係する書込素子の画像濃度ムラを補正するように画像形成条件を補正する補正手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ａが１つであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記書込素子Ｂは全て非書込状態とすることを特徴とする、ｎが３以上かつａが２以上の請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記書込素子Ａの走査ラインの上または下に隣接位置する前記書込素子Ｂのうちの１つの走査ラインを、所定の書込濃度状態とし、残りの書込素子Ｂは全て非書込状態とすることを特徴とする、ｎが３以上の請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 前記書込素子Ａの走査ラインの上下に隣接位置する前記書込素子Ｂのうちの２つの走査ラインを、所定の書込濃度状態とし、残りの書込素子Ｂは全て非書込状態とすることを特徴とする、ｎが４以上の請求項１または２に記載の画像形成装置。
6. 前記複数の書込素子のうち、隣接する所定の２つを書込素子Ａとし、残りの書込素子Ｂは全て非書込状態とすることを特徴とする、ｎが３以上の請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記形成される２個以上の（ｋ＋１）個の面画像は、像担持体の副走査速度が一定の状態で連続して形成されることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記書込素子の画像濃度ムラを補正は、書込素子の書込濃度調節によって補正されることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記書込素子の画像濃度ムラを補正のうち、前記ｎ個の複数ビームの群間に相当する場合、像担持体の副走査速度の調節によって補正されることを特徴とすることを特徴とする前記請求項１乃至８に記載の画像形成装置。
10. 前記画像形成装置は、さらに、前記ｎ個の書込素子の中から選択された所定数の書込素子のみにて画像を形成する高精度画像形成モードを備え、前記パラメータから最も補正量が少ない所定数の書込素子を選択する選択手段を備え、前記高精度画像形成モードにおいては、前記選択手段により選択された書込素子によって画像形成を行うことを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の画像形成装置。
11. 前記パラメータを、所定値と比較判定するパラメータ判定手段を備え、前記判定手段によりパラメータによる補正値が異常に大きいと判断された場合、前記パラメータによる補正は行わないことを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の画像形成装置。
12. 前記複数画素書込素子はレーザ発光素子であり、前記レーザ発光素子のレーザ光を回転多面体にて反射走査させる光マルチビームスキャナを備えることを特徴とする請求項１乃至１１いずれかに記載の画像形成装置。