JP2006088567A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ光を像担持体に重複して照射する画像形成装置において、発光位置の主走査方向のズレに起因するスジの発生を効果的に防止できる画像形成装置の提供。
【解決手段】副走査方向に沿って複数個の発光素子を等間隔で配置した発光素子アレイによって主走査方向に沿って重複走査をして像担持体上に画像を形成する画像形成装置であって、重複走査による主走査方向の露光位置ズレによって発生するピーク露光強度の低下が、主走査方向の露光位置ズレがない場合に比較して２０％以下であることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、光ビームを重複走査させて感光体上に静電潜像を形成する複写機やプリンタなどの画像形成装置であって、特に画像ムラの少ないものに関する。

面発光レーザは１チップから多数のビームを出力させるアレイ化が容易であり、このような面発光レーザから複数の光ビームを出射させて感光体表面を同時に主走査するマルチビーム走査により、高解像度化が実現できる（特許文献１）。

前記マルチビーム走査において、人間の目に対して感度の高い周波数で発生するアレイ巾のバンティングを防ぐ方法として、繋ぎ目の光量を補正する方法（特許文献２）や、二重露光方式などがある。

二重露光方式は、副走査方向に沿って２回露光を行なっているから、ポリゴンミラーの面倒れやビーム間隔誤差などの５μｍ程度の副走査方向のズレによって発生するスジを目立たなくする効果が高い。
特開２００１−２１５４２３号公報 特開２００３−１８２１３９号公報

しかしながら、マルチビーム走査によって生じるスジは、副走査方向の走査位置のズレによって生じるものの他に、スキャナモータのジッタやポリゴンミラーの振動、ビデオ信号のタイミングのずれなどに起因する主走査方向のズレによって生じるものがある。

そして、画像形成中にこうした振動等が発生して２回の露光間で主走査方向の走査位置にズレが発生すると、感光体上の照射位置がずれて露光エネルギーが部分的に低下して画像濃度の低下を生じさせ、その結果、スジが生じることがある。

前述の主走査方向のズレによって生じるスジを生じさせないためには、光ビームで感光体を露光する露光部を設計するときは、主走査方向の走査位置のズレが生じないように設計する必要があった。しかしながら、これらのズレを完全に防ぐ設計は非常に困難で、また、装置の接地環境等で生じる振動に対しては、前記露光部を有する画像形成装置が稼動中に適切な補正を実施し、主走査方向の走査位置のズレが生じないようにすることが必要となっている。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、主走査方向のズレに起因するスジの発生を効果的に防止できる画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、副走査方向に沿って複数個の発光素子を等間隔で配置した発光素子アレイによって主走査方向に沿って重複走査をして像担持体上に画像を形成する画像形成装置であって、重複走査による主走査方向の露光位置ズレによって発生するピーク露光強度の低下が、主走査方向の露光位置ズレがない場合に比較して２０％以下であることを特徴とする画像形成装置に関する。

二重露光において、１回目走査と２回目走査とで露光位置がずれているときは、露光位置が一致しているときに比較して、露光強度のピーク値が低下し、感光体上の潜像電位分布のピークが変化する故に、画像濃度の低下が生じる。

ここで、画像の濃度差を検知できる人間の目の限界値は０．０１であり、本発明者らが検討したところでは、画像の濃度差が前記限界値に達するときの露光量の低下は２０％程度であった。

前記画像形成装置においては、主走査方向の露光位置ズレによって発生するピーク露光強度の低下が前記露光位置ズレがない場合に比較して２０％以下であるから、前記露光強度の低下によって生ずる画像濃度のムラは人間の目では検知できない程度である。

したがって、前記画像形成装置によれば、主走査方向の露光位置ズレによって人間の目に検知できる程度の画像欠陥が生じることはない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、ピーク露光強度が主走査方向の露光位置ズレがない場合に比較して２０％以下であるための露光位置の主走査方向の許容露光位置ズレ量Ｓが、像担持体上の画像が占める面積である画像カバレッジが２０％のときについて、主走査方向の光ビーム直径Ｌと、ある画素が点灯してから消灯するまでの主走査方向の画素数である連続点灯長さＴとから、下記の式

Ｓ＝ａＬ²＋ｂＴ²＋ｃ（ａ、ｂ、ｃは実験的に定められた定数）

で定義される画像形成装置に関する。

電子写真式の画像形成装置においては、ある区画における画像濃度は、画像が占める面積、即ち画像カバレッジとして定義される。主走査方向のズレが同一の場合、画像濃度の変化は、画像カバレッジが大きければ小さく、画像カバレッジが小さければ大きい。したがって、画像カバレッジが２０％程度のハイライト画像においては、主走査方向のズレ量に対する画像濃度の変化は大きい。

前記画像形成装置は、露光位置のズレに対する画像変化が最も大きな画像カバレッジについて、許容露光位置ズレ量Ｓと、光ビーム直径Ｌおよび連続点灯長さＴとの関係を求めたものである。このような画像カバレッジにおいて、許容露光位置ズレ量Ｓを与える光ビーム直径Ｌおよび連続点灯長さＴとを求めることにより、全ての画像カバレッジにおいてスジのような画像欠陥が生じることのない許容露光位置ズレ量Ｓを決定できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色のトナーを用いて像担持体上に画像を形成するとともに、前記連続点灯長さＴと前記光ビーム直径Ｌとから前記関係式によって求められる許容露光位置ズレ量Ｓが４種類のスクリーンの中で最も小さいスクリーンをイエローのスクリーンとする画像形成装置に関する。

電子写真式の画像形成装置においては、画像は点の集合体、換言すれば網目パターン、さらに換言すればスクリーン状に形成される。そして、スクリーンを形成する点の形状には、主走査方向の露光位置ズレの影響が現れ易い、言いかえれば位置ズレに弱いものと、主走査方向の露光位置ズレの影響が現れ難い、言いかえれば位置ズレに強いものとがある。

ここで、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色で画像を形成する場合、スジ（バンディング）やモアレなどの画像欠陥が発生しないように、スクリーンのローテーションを行ない、色毎に異なる形態のスクリーンを選択する必要がある。したがって、全ての色について、最適な、即ち露光位置ズレに強いスクリーンを選択することはできない。

そこで、露光位置ズレによる濃度変化を目立ちにくくするために、濃度変化の視覚に与える重みが最も小さいことが知られているイエローについて、位置ズレに弱いスクリーンを選択するのが好ましい。

前記画像形成装置においては、位置ズレに弱いスクリーンをイエローに適用することで、露光位置ズレによる濃度変化を目立たなくする効果がある。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置であって、主走査方向の重複走査において、２回の露光での発光量の比率を変化させることが可能な画像形成装置に関する。

前記画像形成装置は、露光エネルギー分布の型崩れが小さくなるから、主走査方向の露光位置ズレの影響を最小限に抑えることができる故に、振動の多い場所に設置して使用するのに好適である。

以上説明したように、本発明によれば、多重露光を用いる露光装置での主走査方向のズレに起因するスジの発生も効果的に防止できる画像形成装置が提供される。

１．実施形態１

本発明の画像形成装置の一例である電子写真プロセスを用いたカラー画像形成装置について以下に説明する。

実施形態１に係るカラー画像形成装置１０００は、図１に示すように、矢印方向に回転する感光体１と、感光体１の表面を帯電させる帯電器２と、感光体１の表面を露光する露光装置３と、トナーを用いて現像する現像装置４と、トナー像の１次転写を行う１次転写装置５と、１次転写装置５によってトナー像が転写される中間転写ベルト６と、中間転写ベルト６のトナー像を用紙に転写する２次転写装置７と、用紙を収納する用紙トレイ８と、用紙を所定方向に搬送する用紙搬送ロール９と、残ったトナーを除去するクリーニング装置１１と、画像データに基づいて後述する面発光レーザアレイ１２を駆動させるためのデータを生成する画像処理ユニット４０とを備えている。

感光体１は、帯電器２によって表面を帯電される。帯電された感光体１の表面は、露光装置３によって画像部あるいは背景部が選択的に露光され、静電潜像が生成される。現像装置４は、トナーを用いて静電潜像を可視像化してトナー像を形成する。そして、感光体１に形成されたトナー像は、一次転写装置５によって中間転写ベルト６上に転写される。

中間転写ベルト６上のトナー像は、２次転写装置７により、用紙トレイ８から用紙搬送ロール９等により搬送されてきた用紙上に転写される。定着装置１０は、用紙に転写されたトナー像を溶融定着する。なお、一次転写後に感光体１上に残ったトナーは、クリーニング装置１１によって、感光体１表面から回収される。

カラー画像形成装置は、帯電・露光・現像・１次転写を、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンダ），Ｃ（シアン），Ｋ（黒）の各々について４回繰り返すことによって、フルカラー画像を形成する。このとき、現像装置４は、各サイクル毎に９０度回転することによって現像するトナーの色を切り替える。

なお、４色のトナー像は中間転写ベルト６上に重ね合わせられていく。したがって、用紙搬送ロール９は、４色の画像形成が終了するまで、２次転写装置７に用紙を搬送しない。また、２次転写装置７は、中間転写ベルト６と接する場合は、用紙が搬送されるまでの間は中間転写ベルト６に触れない様にリトラクトされる。

露光装置３は、図２に示すように、複数のビームを出射する面発光レーザアレイ１２と、複数のビームを主走査方向に走査するポリゴンミラー１９とを備えている。

面発光レーザアレイ１２は、複数のビームを発生する。図２では簡略化のため２本のビームのみを示している。なお、アレイ化が容易な面発光レーザアレイ１２は、数十本のビームを発生することができ、また、ビームの配列も１列に限ることなく、２次元的に配列することも可能である。本実施の形態では、面発光レーザアレイ１２は２次元的に配置され、レーザ素子数は２ｍ［個］であるものとする。ここで、面発光レーザアレイ１２は、図３に示すように発光素子が２次元的に配列されている。

面発光レーザアレイ１２から射出されたビームは、図２に示すように、コリメートレンズ１３により略並行光とされる。ハーフミラー１４は、ビームの一部を分離してレンズ１５を介して光量検出用センサ１６に導く。なお、面発光レーザアレイ１２は、端面発光レーザとは異なり、共振器の後ろ側からビームを出射することができない。そこで、光量制御用のモニタ信号を得るために、面発光レーザアレイ１２から出射されたビームの一部は、分離された後、上記のように光量検出用センサ１６に導かれる。

ハーフミラー１４を通過したビームは、アパチャー１７で整形される。アパチャー１７は、複数のビームを均等に整形するため、コリメートレンズ１３の焦点位置近傍に配置されるのが望ましい。

アパチャー１７によって整形されたビームは、副走査方向にのみパワーを有するシリンダレンズ１８によってポリゴンミラー１９の反射面近傍で主走査方向に長い線状に結像され、折り返しミラー２０によってポリゴンミラー１９の方向に反射される。

ポリゴンミラー１９は、スキャナーモータ（図示せず。）によって回転し、ビームを主走査方向に偏向反射する。ポリゴンミラー１９によって偏向反射されたビームは、主走査方向にのみパワーを有するＦθレンズ２１，２２によって、主走査方向において感光体１上に結像され、かつ感光体１上を略等速で移動するように結像される。Ｆθレンズ２１，２２を通過したビームは、副走査方向にのみパワーを有するシリンダミラー２４，２５によって、感光体１上で結像される。

また、露光装置３は、ポリゴンミラー１９の各反射面での走査開始の同期を取る必要があるため、走査開始前のビームを反射するピックアップミラー２６と、ピックアップミラー２６で反射されたビームを検出する同期用光量検出センサ２７とを備えている。

なお、後述する２ｍチャンネルＬＤドライバ３０は、入力画像データに基づいて面発光レーザアレイ１２を駆動させ、図示されないレーザ駆動量制御部によって各レーザの光量を所定量になるように制御している。

画像処理ユニット４０は、図４に示すように、ｍラインの画像データを出力するイメージコントローラ１００と、２ｍラインのビットマップデータを出力するラインバッファ／タイミングコントローラ１１０と、２ｍチャンネル分のデータのタイミング調整を行う２ｍチャンネルタイミング調整回路１２０と、ページ同期信号ＰＳを発生するＭ／Ｃコントローラ１３０とを備えている。

Ｍ／Ｃコントローラ１３０は、画像形成開始を示すページ同期信号を発生する。ラインバッファ／タイミングコントローラ１１０は、ページ同期信号を検出すると、当該ページ同期信号に対応したページ同期信号ＰＳと、露光装置３から供給される同期信号（ＳＯＳ）に対応するライン同期信号ＬＳと、イメージコントローラ１００に供給する。イメージコントローラ１００は、ページ同期信号ＰＳ及びライン同期信号ＬＳに応答してｍライン分の画像データを出力する。

ラインバッファ／タイミングコントローラ１１０は、ｍライン分のラインバッファを有し、２ｍライン分毎のデータを、ｍライン分ずつシフトしながら出力する。

例えば、Ｎ走査目では、ラインバッファの前半のｍライン分を（Ｎ−１）回目の走査時のデータで更新し、更に、後半のｍライン分のデータをイメージコントローラ１００から供給されるデータで更新する。（Ｎ＋１）回目の走査では、ラインバッファの前半のｍライン分をＮ走査目データで更新し、後半のｍライン分のデータを（Ｎ＋１）回目の走査データで更新する。

ラインバッファ／タイミングコントローラ１１０は、図５に示すように、ｍラインビットマップインタフェース１１１と、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２と、第１のｍビットデータラッチ１１３と、第２のｍビットデータラッチ１１４とを備えている。

ｍラインビットマップインタフェース１１１は、イメージコントローラ１００から画像データが供給されると、ｍライン分のビットマップデータを、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２及び第２のｍビットデータラッチ１１４に供給する。同時に、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２は、先の主走査時に書き込まれたデータを読み出して、第１のｍビットデータラッチ１１３に供給する。

第１のｍビットデータラッチ１１３及び第２のｍビットデータラッチ１１４は、Ｐクロックに同期して、各々のデータをラッチして出力する。そして、第１のｍビットデータラッチ１１３及び第２のｍビットデータラッチ１１４から出力されたデータは、合わせられて２ｍラインデータＸピクセルデータとして、２ｍチャンネルタイミング調整回路１２０に供給される。

図６に示すように、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２は、画像形成開始のためのページ同期信号ＰＳが供給されるとリセットされ、ページ同期信号ＰＳがアクティブになるとデータ転送を開始する。

イメージコントローラ１００は、ライン同期信号ＬＳ０のタイミングでライン番号１〜ｍの画像データを出力して、ｍラインビットマップインタフェース１１１に供給する。ｍラインビットマップインタフェース１１１は、ライン番号１〜ｍのビットマップデータを、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２に書き込むと共に、第２のｍビットデータラッチ１１４に供給する。同時に、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２は、ｍライン分のデータを読み出して、第１のｍビットデータラッチ１１３に供給する。

この第１のｍビットデータラッチ１１３と第２のｍビットデータラッチ１１４の出力を合わせて、２ｍライン分のビットマップデータとして出力する。

ここで、ライン同期信号ＬＳ０のタイミングでは、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２には、データが入っていない。そこで、第２のｍビットデータラッチ１１４は、ライン番号１〜ｍに対応するデータのみを出力する。

次のライン同期信号ＬＳ１のタイミングでは、イメージコントローラ１００は、ライン番号（ｍ＋１）〜２ｍの画像データを、ｍラインビットマップインタフェース１１１に供給する。ｍラインビットマップインタフェース１１１は、ライン番号（ｍ＋１）〜２ｍのビットマップデータを、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２に書き込むと共に、第２のｍビットデータラッチ１１４に供給する。同時に、ｍラインＸピクセルＦＩＦＯメモリ１１２は、ライン番号１〜ｍのビットマップデータを読み出して、第１のｍビットデータラッチ１１３に供給する。

これによってライン同期信号ＬＳ１のタイミングでは、ライン番号１〜２ｍのビットマップデータがラインバッファ／タイミングコントローラ１１０から出力される。

以上のような構成により、ラインバッファ／タイミングコントローラ１１０は、２ｍライン分のデータの後半部が常に新しい走査線に対応するように制御している。つまり、ラインバッファ／タイミングコントローラ１１０は、連続する２ｍライン分のデータ（但し、１走査目はｍライン分）を、ライン同期信号ＬＳ毎に、ｍライン分シフトして出力する。具体的には、１主走査期間毎に、ライン番号１〜２ｍのデータ、ライン番号（ｍ＋１）〜３ｍのデータ、ライン番号（２ｍ＋１）〜４ｍのデータ、…を出力することで、同一データによる重ね書きを実現している。

そして、図４に示す２ｍチャンネルタイミング調整回路１２０は、面発光レーザアレイ１２の各発光点が副走査方向に１列に並んでいないのを考慮して、各走査線の主走査方向のデータ出力タイミングを調整し、タイミング調整済みのビットマップデータを露光装置３の２ｍチャンネルＬＤドライバ３０に供給する。

以上のように構成されたカラー画像形成装置は、２次元的に配置されたレーザ素子数２ｍの面発光レーザアレイ１２を用い、感光体１上での走査線間隔ｑとして、Ｎ走査目で２ｍ本のビームの主走査を行って走査線を形成し、副走査方向の移動量をＰ＝ｍ・ｑとして、次の（Ｎ＋１）回目の走査で次の２ｍ本のビームの主走査を行う。このとき、Ｎ走査目と（Ｎ＋１）回目の走査で重複して露光される領域は、同一走査線に対して同一データが供給される。

Ｎ回目、（Ｎ＋１）回目、（Ｎ＋２）回目の走査では、図７に示すように、それぞれ同時に８ラインが形成される。このとき、１回の走査が終了する毎に副走査方向に４ライン（移動量Ｐ＝４ｑ）分送られ、次の走査が行われる。したがって、走査間で重複して露光された領域は、４ライン周期で発生する。

（Ｎ＋１）回目の走査では、Ｎ走査目に対して１回の走査幅の半分（４ライン分）ずらして露光を行う。以下同様に、（Ｎ＋２）回目以降の走査でも、前回の走査に対して１回の走査幅の半分ずらして露光を行う。したがって、全体的に各走査線は２回走査（二重露光）される。

さらに、走査間で隣接重複している露光領域は、図８に示すように、Ｎ回目と（Ｎ＋２）回目、（Ｎ＋１）回目と（Ｎ＋３）回目、（Ｎ＋２）回目と（Ｎ＋４）回目、…の走査で発生する。これらの隣接重複した露光領域は、（Ｎ＋１）回目、（Ｎ＋２）回目、（Ｎ＋３）回目、…の走査の時に、さらに露光されている。そのため全体としては１ライン当たり２回走査（二重露光）を行っているものの、ラインが隣接重複する領域では３回走査を行っている。

ここで、各走査線は２回の露光で形成されるので、１回当たりのビームの光量は半分で済む。（Ｎ＋１）回目、（Ｎ＋２）回目走査の重複した露光領域で発生する電荷量も相対的に半分程度に減少する。この結果、画像上の濃度変化を小さくすることができた。更に、各走査間の副走査方向の移動量についても半分になるので、走査間で発生する重複露光領域の発生周期も半分になる。したがって、主搬送方向に沿った画像スジは見えなくなり、高画質の画像が得られる。

しかしながら、カラー画像形成装置１０００においても、ポリゴンミラー１９を回転させるスキャナモータのジッタやポリゴンミラー１９そのものの振動、および画像処理ユニット４０に入力される画像信号のタイミングのずれなどによって、感光体１の表面に、主走査方向の画素位置のズレ、即ち露光位置ズレが生じることがある。

本来は、Ｎ−１回目とＮ回目とＮ＋１回目との走査の何れにおいても、主走査方向の走査開始位置は同一のはずであるが、たとえば、Ｎ回目とＮ＋１回目との走査において主走査方向の露光位置ズレが生じると、Ｎ回目とＮ＋１回目との走査で描かれる画像は、露光位置ズレが生じなかったＮ−１回目とＮ回目との走査で描かれる画像よりも濃度が低下する。これが、図９に示すように走査中連続するために、主走査方向に沿ったスジが生じる。

１回目走査と２回目走査、またはＮ回目走査とＮ＋１回目走査とで主走査方向の露光位置ズレが生じると、図１０に示すように露光位置ズレがないときに比較して露光エネルギーのピークである露光量ピークが低くなる。

そして、画像カバレッジ２０％の条件で画像を形成したときの露光量ピークと画像濃度との関係を調べると、たとえば図１１に示すような関係が得られる。

ここで、濃度差を検知する人間の目の限界値は０．０１であり、露光量ピークが１００％、即ち主走査方向の露光位置ズレがないときの露光量に対応する画像濃度は０．２である。したがって、画像濃度が０．１９（＝０．２−０．０１）以上あれば、人間の目には画像の濃度さは検知されない。そして、０．１９の画像濃度に対応する露光量ピークは主走査方向の露光位置ズレがないときの露光量の８０％である。

故に、カラー画像形成装置１０００において、露光量ピークの低下が、主走査方向の露光位置ズレがないときの露光量に比較して２０％以内になるようにすれば、人間の目に検知されるほどの画像ムラは生じないことが判る。

フルカラートナー画像は、露光装置３および現像装置４において、Ｙ，Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナーによって網目パターン即ちスクリーンを形成し、これを重ねることにより、形成される。そして、主走査方向の露光位置ズレと濃度変化との関係は、スクリーンの形態によっても異なる。

トナー画像の形成に使用されるスクリーンの例を図１２において（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図１２において（Ａ）に示すスクリーンは２００Ｃであり、（Ｂ）に示すスクリーンは２００Ｒであり、（Ｃ）に示すスクリーンは３００Ｃである。ここで、Ｃはcluster型の、Ｒはrotation型のスクリーンであることを示す。つまり、２００Ｃは、２００linepair per inchのピッチであってcluster型のスクリーンである。図１２に示すスクリーンは、何れも画像カバレッジが２０％である。図１２に示すように、スクリーン２００Ｃ。スクリーン２００Ｒ、スクリーン３００Ｃは、夫々網点の列の主走査方向に対する角度が約７０度、約２７度、約０度であり、平均連続点灯距離は１２６μｍ、２８０μｍ、８４μｍである。ここで、連続点灯長さは、図１３に示すように、光ビームが点灯してから消灯するまでの画素数から求められる長さであるが、スクリーン２００Ｃ，２００Ｒ、３００Ｃのように連続点灯長さが場所によって変化する場合には、それらの値の平均値である平均連続点灯長さを求める。

スクリーン２００Ｃについて、１回目露光と２回目露光との主走査方向の露光位置ズレを３０μｍに固定したときの、画像カバレッジの大きさと画像濃度低下の大きさとの関係を求め、その結果を図１４に示す。図１４から明らかなように、画像濃度低下は、画像カバレッジが２０％のときに最大になる。

次に、スクリーン２００Ｃ、２００Ｒ、３００Ｃの夫々について、画像カバレッジを２０％に固定したときの主走査方向の露光位置ズレ量ｓと画像濃度差Ｄｅとの関係を求め、図１５に示す。図１５から明らかなように、スクリーン２００Ｒは、スクリーン２００Ｃおよび３００Ｃに比較して同じ露光位置ズレ量ｓに対する画像濃度変化Ｄｅが小さく、主走査方向の露光位置ズレに強い。

ここで、主走査方向の露光位置ズレに強いスクリーン２００Ｒは、連続点灯長さが２８０μｍと、スクリーンＣの１２６μｍ、スクリーン３００Ｃの８４μｍに比較して長い。そこで、主走査方向の露光位置ズレを２０μｍに固定したときの、スクリーンの連続点灯長さと露光量ピーク強度の低下量との関係を求めると、図１７および図１８に示すように、スクリーンの連続点灯長さが１０μｍと小さな場合に比較して５０μｍと大きな場合の方が露光量ピーク強度の低下量が小さいことが判る。また、主走査方向の露光位置ズレ量と露光量ピーク強度の低下量との関係を、スクリーンの連続点灯長さが１０μｍ、３０μｍ、５０μｍのそれぞれの場合について求めると、図１８に示すように、連続点灯長さが５０μｍの場合が、最も露光量ピーク量の低下が小さなことが判る。

また、画像濃度は、主走査方向のビーム直径によっても変化する。たとえば、主走査方向の露光位置ズレ量ｓを１７μｍまたは３０μｍに固定したときの光ビームの主走査方向の径を５０μｍ〜２００μｍの間で変化させたときの画像濃度差Ｄｅの変化を求める。図１９に示すように、露光位置ズレ量ｓを１７μｍおよび３０μｍの何れの場合においても光ビームの主走査方向の直径が大きい方が画像濃度差Ｄｅは小さく、言いかえれば主走査方向の露光位置ズレに対して強い。これは、ビーム直径５０μｍとビーム直径１００μｍとについて露光位置ズレ量ｓ（μｍ）と露光強度ピーク（％）との関係を示す図２０、図２１、図２２からも明らかである。

但し、ビーム直径が過大になると、低濃度域での画像の濃度が高くなり、階調再現性が悪くなるから、主走査方向のビーム直径を太くしたときは、副走査方向のビーム直径を小さくすることや、階調補正（ＴＲＣ）を行なうことが好ましい。

以上の事項から、カラー画像形成装置１０００においては、連続点灯長さＴと主走査方向のビーム直径Ｌとから、露光強度のピーク値の低下が２０％になる露光位置ズレ量、即ち許容露光位置ズレ量Ｓを以下の式：

Ｓ＝ａＬ²＋ｂＴ²＋ｃ

によって定義できる。なお、定数ａ、ｂ、ｃは実験的に求めることができる。

上述の式によって与えられる主走査方向の露光位置ズレ量Ｓに基いて露光装置３の公差設計を行なう手順について説明する。

たとえば、露光装置３において、シリンダミラー２４，２５に撓みがあると、図２３に示すように主走査方向に光ビームが歪むから、主走査方向の露光位置ズレが生じる。シリンダミラー２４，２５の撓み量と主走査方向の露光位置ズレ量ｓとの間には、図２４に示すように比例関係がある。

露光装置３においては、露光位置ズレ量ｓに影響を及ぼす要因は、シリンダミラー２４，２５の撓み以外にも種々あるから、各要因に起因する露光位置ズレ量ｓの和が許容露光位置ズレ量Ｓよりも小さくなるように、露光位置ズレ量ｓに対する影響の大きな要因については大きな割合で、露光位置ズレ量ｓに対する影響の小さな要因については小さな割合で各要因に対して許容露光位置ズレ量Ｓを振り分ければよい。

更に、カラー画像形成装置１０００においては、図１に示すようにＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色のトナーを用いているから、バンディングなどの画像欠陥を避けるために、スクリーンローテーション、即ち異なる色のトナーには異なるスクリーンを選択することが必要である。したがって、前記４色全てに、最適な、換言すれば主走査方向の露光位置ズレに強いスクリーンを用いることはできない。

一方、前記４色の画像のうち、視覚に与える重みは、Ｙの画像が最も小さいことが知られている。

そこで、カラー画像形成装置１０００においては、Ｙ画像については主走査方向の露光位置ズレに弱いスクリーンを選択するように画像処理ユニット４０を制御する。

更に、二重露光を行なう場合において、２回の走査での露光強度の比率調整を行なうことによっても、主走査方向の露光位置ズレによる濃度変化を目立ちにくくすることができる。

二重露光を行なうときは、たとえば１走査目と２走査目との露光量の比率は、通常１００％：１００％であるが、全体の光量総和は一定に保ちながら、１走査目の露光量を１８０％に増大させ、２走査目の露光パワーを２０％まで減少させると、図２５および図２６に示すように、主走査方向の露光位置に２０μｍのズレが生じても露光エネルギー全体の形崩れが小さくなり、その結果露光位置ズレｓの影響を小さくすることができる。

面発光レーザアレイを平行に走査させる隣接露光を行なう場合においてアレイ間に副走査方向のズレが生じると、図２８に示すようにアレイ境界の部分で露光量の低下が生じ、スジが発生するという課題があった。

これに対して図２９に示すように、１露光目と２露光目との露光量が１００％：１００％になるように二重露光した場合には、副走査方向の露光位置ズレによる露光量（露光エネルギー）の低下は小さく、また周波数が倍になるから、前記露光量の低下によって生じる画像濃度ムラは人間の目に対して目立ち難い。

つまり、二重露光は、副走査方向の露光位置ズレによる画像ムラの低減に効果がある。

しかしながら、二重露光方式において［００８４］欄に示す比率調整を行なう場合、１走査目と２走査目とのどちらかの露光量が極端に小さい場合、隣接露光を行なったときと同様にバンディングが生じるという懸念が発生する。

そこで、露光装置３において、たとえば図２７に示すように、Ｎ走査目の露光量とＮ＋１走査目の露光量との比率がたとえば１５０：５０になるように面発光レーザアレイ１２の光量を制御すれば、図３０に示すように１露光目と２露光目との露光量が１００％：１００％になるように二重露光した場合と同様に副走査方向の露光位置ズレによる画像ムラを小さくできる上に、上述のように主走査方向の露光位置ズレによる画像ムラも小さくすることができる。

なお、カラー画像形成装置１０００においては、露光装置３で常にこのような光量制御を行なう代りに、前記光量制御と通常の光量制御との間で選択可能に構成し、振動が多い場所に設置する場合には前記光量制御を選択できるようにしてもよい。

以上のように、カラー画像形成装置１０００は、隣接露光で生じるスジの発生する空間周波数を高くすることで、画像に表れるスジの視認性を下げて高画質の画像を形成することができるだけでなく、二重露光によって画像に現れる主走査方向スジを低減し、高画質の画像を形成することができる。この結果、例えば特開平４−１４９５２３号公報や特開平４−１４９５２２号公報に記載されたような調整機構や回路を使用することなく、装置の小型化を図ることもできる。

なお、本実施形態では、走査密度が２４００ｄｐｉ、レーザ素子数が３６素子の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、実施形態１に係るカラー画像形成装置の構成を示す概略図である。 図２は、図１に示すカラー画像形成装置の備える露光装置の構成を示す概略斜視図である。 図３は、図１に示すカラー画像形成装置の備える面発光レーザアレイの一例を示す平面図である。 図４は、図１に示すカラー画像形成装置の備える画像処理ユニットの構成を示すブロック図である。 図５は、図１に示すカラー画像形成装置の備えるラインバッファ／タイミングコントローラの詳細な構成を示すブロック図である。 図６は、図５に示すラインバッファ／タイミングコントローラにおけるページ同期信号ＰＳ、走査番号、アクセスデータ（Ｄａｔａ＿０）、ＳＯＳ信号、２ｍ本の画像データ（Ｄａｔａ＿１）の関係を示すタイミングチャートである。 図７は、図１に示すカラー画像形成装置において、面発光レーザアレイのレーザ素子数が８素子の場合の走査線を示す説明図である。 図８は、図１に示すカラー画像形成装置について、副走査方向位置に対する露光エネルギーを表した露光プロファイルである。 図９は、図１に示すカラー画像形成装置において、主走査方向の露光位置ズレが生じるとスジが生じる理由を説明する説明図である。 図１０は、図１に示すカラー画像形成装置において、主走査方向の露光位置ズレがないときとあるときとの露光量ピークの大きさを比較したグラフである。 図１１は、露光量ピークと画像濃度との関係を示すグラフである。 図１２は、図１に示すカラー画像形成装置において、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像を形成するときに選択できるスクリーンの形態を示す概略図である。 図１３は、連続点灯長さの定義についての説明図である。 図１４は、画像カバレッジと画像濃度変化との関係を示すグラフである。 図１５は、スクリーンの形態と主走査方向の露光位置ズレ量ｓと画像濃度変化との関係を示すグラフである。 図１６は、図１に示すカラー画像形成装置において、連続点灯長さ１０μｍの条件で露光したときの、主走査方向の露光位置ズレがないときとあるときとの露光量ピークの大きさを比較したグラフである。 図１７は、図１に示すカラー画像形成装置において、連続点灯長さ５０μｍの条件で露光したときの、主走査方向の露光位置ズレがあるときの露光量ピークの低下を示すグラフである。 図１８は、連続点灯長さと主走査方向の露光位置ズレ量と露光量ピークの大きさとの関係を示すグラフである。 図１９は、主走査方向の露光ズレ量ｓが１７μｍおよび３０μｍのときの露光装置における光ビームの径と画像濃度差との関係を示すグラフである。 図２０は、光ビームの主走査方向のビーム直径が５０μｍおよび１００μｍのときの主走査方向の露光位置ズレ量と露光量ピークの大きさとの関係を示すグラフである。 図２１は、ビーム直径が５０μｍの場合における主走査方向の露光位置ズレがあるときの露光量ピークの低下を示すグラフである。 図２２は、ビーム直径が１００μｍの場合における主走査方向の露光位置ズレがあるときの露光量ピークの低下を示すグラフである。 図２３は、図１に示すカラー画像形成装置において、露光装置のシリンダミラーに撓みがあると主走査方向に光ビームが歪むことを示す説明図である。 図２４は、シリンダミラーの撓み量と露光位置ズレ量ｓとの関係を示すグラフである。 図２５は、図１に示すカラー画像形成装置で二重露光を行なう場合において、主走査方向のズレｓを２０μｍとし、１走査目と２走査目とで露光量を変化させたときの露走査方向の露光位置と露光エネルギー密度との関係を示すグラフである。 図２６は、主走査方向のズレｓを２０μｍとし、１走査目と２走査目との露光量の比率と、画像濃度変化の大きさとの関係を示すグラフである。 図２７は、露光装置の備える面発光レーザアレイのレーザ素子数が８素子の場合において、Ｎ走査目の露光量とＮ＋１走査目の露光量との比率を１５０：５０になるように露光を行なうときの走査線を示す説明図である。 図２８は、図１に示すカラー画像形成装置において、隣接露光を行なったときの副走査方向の露光位置と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。 図２９は、図１に示すカラー画像形成装置において、Ｎ走査目とＮ＋１走査目との露光量の比率を１００％：１００％に設定して二重露光を行なったときの副走査方向の露光位置と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。 図３０は、図１に示すカラー画像形成装置において、Ｎ走査目とＮ＋１走査目との露光量の比率を１００％：１００％に設定して二重露光を行なったときの副走査方向の露光位置と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 感光体
２ 帯電器
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 一次転写装置
６ 中間転写ベルト
７ 次転写装置
８ 用紙トレイ
９ 用紙搬送ロール
１０ 定着装置
１１ クリーニング装置
１２ 面発光レーザアレイ
１３ コリメートレンズ
１４ ハーフミラー
１５ レンズ
１７ アパチャー
１８ シリンダレンズ
１９ ポリゴンミラー
２０ ミラー
２６ ピックアップミラー
２７ 同期用光量検出センサ
３０ ドライバ
４０ 画像処理ユニット
２１，２２ ｆ−θレンズ
２４，２５ シリンダミラー
１００ イメージコントローラ
２００Ｃ スクリーン
２００Ｒ スクリーン
３００Ｃ スクリーン
１０００ カラー画像形成装置

Claims (4)

1. 副走査方向に沿って複数個の発光素子を等間隔で配置した発光素子アレイによって主走査方向に沿って重複走査をして像担持体上に画像を形成する画像形成装置であって、
   重複走査による主走査方向の露光位置ズレによって発生するピーク露光強度の低下が、主走査方向の露光位置ズレがない場合に比較して２０％以下であることを特徴とする画像形成装置。
2. ピーク露光強度が主走査方向の露光位置ズレがない場合に比較して２０％以下であるための許容露光位置ズレ量Ｓは、像担持体上の画像が占める面積である画像カバレッジが２０％のときについて、主走査方向の光ビーム直径Ｌと、ある画素が点灯してから消灯するまでの主走査方向の画素数である連続点灯長さＴとから、下記の式
   Ｓ＝ａＬ²＋ｂＴ²＋ｃ（ａ、ｂ、ｃは実験的に定められた定数）
   で定義される請求項１に記載の画像形成装置。
3. イエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色のトナーを用いて像担持体上に画像を形成するとともに、イエローのトナー画像形成時には、前記連続点灯長さＴと前記光ビーム直径Ｌとから前記関係式によって求められる許容露光位置ズレ量Ｓが他の３色のズレ量よりも小さくなるような条件で露光を行なう請求項２に記載の画像形成装置。
4. 主走査方向の重複走査において、２回の露光での発光量の比率を変化させることが可能な請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。

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