JP2008173866A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】細線の再現性を向上させた画像形成装置および画像形成方法の提供。
【解決手段】像担持体の軸方向(主走査方向)に発光部がライン状に配列したラインヘッド101K〜101Yを用いて、軸方向と直交する方向(副走査方向)に移動する像担持体41K〜41Y上に光書き込みを行う。各発光部は像担持体が副走査方向に1画素分移動する期間連続的に点灯するようにラインヘッド制御回路73で制御される。各発光部に対して各画素を書き込む際に毎回光量補正値を転送する。像担持体上に主走査方向の細線を描く場合と、副走査方向の細線を描く場合の書き込み光エネルギーが異なるように前記光量補正値を修正する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、細線の再現性を向上させた画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
ラインヘッドを用いる画像形成装置では、光源にLEDを用いるものや、有機EL素子を用いるものが知られている。このようなラインヘッドにおいては、感光体(像担持体)の移動により潜像が変形する場合がる。この点について、図6(a)、(b)の説明図で説明する。LEDラインヘッドは、発光部の光パワーが大きいので、点灯時間を短くして時分割駆動を行う。特に近年のLEDでは光パワーは十分に大きいので、副走査方向に1画素分感光体が移動する時間に対して、数分の1〜数十分の1の露光時間で足りるので、点灯している間の感光体の移動による潜像の変形は考慮しなくてよい。
図6(b)は、後述するような本実施形態に示される露光条件に対して、LEDの点灯時間の割合を1画素移動時間の1/10に設定した場合の感光体上の表面電位の分布(潜像分布)を示している。光パワーの分布は正円なので、表面電位の分布もほぼ正円状になっていることがわかる。X方向は感光体の軸方向(主走査方向)、Y方向は前記軸方向と直交する方向(副走査方向)である。
有機ELラインヘッドは、発光部の光パワーがLEDよりも小さいので、点灯時間を長く取らざるを得ない。特に、副走査方向に1画素分感光体が移動する期間ほぼ全て点灯している場合、1画素分の長さだけ副走査方向に移動しながら点灯することになるので、図6(a)の表面電位分布でわかるように潜像が副走査方向に伸びる(変形する)ことになる。この例では結像スポットサイズ60μmに対して42.3μm移動しながら露光している。
特許文献1には、レーザーなどの光ビームを用いた感光体への書き込みにおいて、レーザーのパルス幅を制御して細線の幅を制御する方法が示されている。特許文献2には、縦ライン(副走査方向)のデューティーを100%以外に変化させて、細線の潜像をコントロールする方法が開示されている。
特開2001−158127号公報 特開平10−193683号公報
上記のように有機ELなど比較的光量の低い光源を使用して露光する場合で特に1画素分の時間だけ点灯して細線を露光する場合、縦(副走査方向)に伸びた1画素幅の細線と、横(主走査方向に伸びた1画素幅の細線とでは線幅が異なることになる。特にCADなどで図面を印刷する場合には、例えば寸法線等で1画素幅の細線を多用するが、縦方向と横方向の細線の幅あるいは濃度が異なると画質が劣化して、非常に見苦しいものとなった。
特許文献1あるいは特許文献2に記載の方法は、パルス幅で細線の幅を調整するものであるが、階調をパルス幅で制御する場合には適用できないという問題があった。また、特許文献1、2ともレーザー走査による露光を前提とした技術であって、ラインヘッドにそのまま適用することは難しいという問題があった。
本発明は、従来技術のこのような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、露光光源としてラインヘッドを用いた場合に、細線の再現性を向上させた画像形成装置および画像形成方法を提供することにある。
上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、像担持体の軸方向(主走査方向)に発光部がライン状に配列されたラインヘッドを用いて、前記軸方向と直交する方向(副走査方向)に移動する像担持体上に光書き込みを行う際に、前記各発光部は前記像担持体が副走査方向に1画素分移動する期間連続的に点灯するように制御されており、かつ前記各発光部に対して各画素を書き込む際に毎回光量補正値を転送するように構成され、前記像担持体上に主走査方向の細線を書き込む場合と、副走査方向の細線を書き込む場合の書き込み光エネルギーが異なるように前記光量補正値を修正することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、前記主走査方向の細線の光量補正値を、前記副走査方向の細線の光量補正値よりも少なくして制御することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、前記細線の線幅を、前記各発光部の駆動パルスのパルス幅の制御で制御することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、前記像担持体に書き込まれる細線の方向が前記主走査方向か、前記副走査方向かを判断する手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、前記各発光部は有機EL素子を使用することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、像担持体の周囲に帯電手段と、前記のいずれかに記載のラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも2つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式でカラー画像形成を行うことを特徴とする。
本発明の画像形成方法は、像担持体の軸方向(主走査方向)に発光部がライン状に配列されたラインヘッドを用いて、前記軸方向と直交する方向(副走査方向)に移動する像担持体上に光書き込みを行う際に、
前記各発光部は前記像担持体が前記副走査方向に1画素分移動する期間連続的に点灯するように制御する段階と、前記各発光部に対する光量補正値を形成する段階と、前記各画素を書き込む際に各発光部に対して毎回前記光量補正値を転送する段階と、前記像担持体上に主走査方向の細線を書き込む場合と副走査方向の細線を書き込む場合の書き込み光エネルギーが異なるように前記光量補正値を修正する段階と、からなることを特徴とする。
また、本発明の画像形成方法は、前記画像形成は、前記ラインヘッドを複数用いて同時に複数色のカラー画像形成を行うことを特徴とする。
本発明の実施形態においては、露光光源としてラインヘッドを用いた場合に、1画素分の感光体移動時間に対して、露光時間が長い場合でも、縦線と横線の線幅を等しくすることが可能となり、細線の再現性が向上する。また、発光部として、有機EL素子を用いているので、発光部の直径を小さくしなくて済み、発光部の光パワーを大きく取ることができる。このため、発光効率の高くない有機EL材料でも使用可能となる。
本発明の実施形態について説明する。最初に、本発明の実施形態にかかる「解像度」について説明する。本発明の実施形態においては、「解像度」を次のように定義する。LEDヘッドなどのような、アレイ状の光源を用いたラインヘッドにおいては、感光体(像担持体)の移動方向と直交する方向を主走査方向とすると、主走査方向の解像度は発光部の配列ピッチで決定され、可変することはできない。
本発明の実施形態においては、ラインヘッドの「解像度」とは、主走査方向の発光部のピッチの逆数であると定義する。さらに厳密には、「解像度」は、感光体表面に投影された発光部の像の主走査方向のピッチの逆数である。しかしながら、副走査方向においては、光源の点灯消灯の周波数を制御することで解像度を自由に変化させることができる。このように副走査方向の解像度は自由に設定できるので、副走査方向の画像処理の単位を副走査方向の「画素」とし、その画素ピッチの逆数を副走査方向の解像度と定義する。
次に、本発明の実施形態における有機ELヘッドの制御について説明する。有機EL素子など光パワーの比較的小さい発光素子を光源に用いる場合は、感光体に十分な露光エネルギーを与える必要がある。図7は、有機EL素子の駆動パルスを示すタイミングチャートである。図7において、tは時間、tsは走査周期(副走査方向に画素1つ分感光体が移動する時間)である。すなわち、tsは時刻0でパルスをオンにして、時刻Taでパルスをオフにするまでの時間に相当する。図7に示すすように、有機EL素子の各発光部は、走査周期tsのほぼ全ての時間駆動パルスにより点灯される。
次に、有機EL素子を用いたラインヘッドで感光体を露光した場合の潜像の分布について、図2、図3の特性図により説明する。ここでは、半減露光エネルギー0.8μJ/cm2、初期帯電電位-600Vの有機感光体(OPC)に、1画素期間露光時の平均露光エネルギーが0.3μJ/cm2で露光した場合の潜像分布を示すものとする。また、結像スポットサイズは1/e2の直径で主走査方向、副走査方向とも60μmであるとする。副走査方向の解像度は主走査方向と同じである。すなわち、主走査のスポットのピッチと同じ距離だけ副走査方向に点灯しながら感光体が移動する。さらに、感光体の膜中を電荷が移動する際の電荷の広がり(ぼやけ)は考慮していない。
図2は、主走査方向(X方向)のライン、すなわち横線の潜像分布を示した3次元グラフである。図2の主走査方向においては、発光部の位置で露光位置が決まってしまうため、波形図のピークにデコボコが見られる。図3は、副走査方向(Y方向)のライン、すなわち縦線の潜像分布を示している。副走査方向においては1つの発光部が連続して点灯して露光するため、波形図に主走査方向のようなデコボコは見られない。
上記の2次元の潜像分布をラインの方向とは直角断面の平均の潜像分布にしたものが、図4の特性図である。図4でわかるように、主走査方向のライン(横線)の方が、副走査方向のライン(縦線)の分布より幅が広くピークの高さは若干低い。これは主走査方向のラインが、ラインと直角方向に1画素分移動しながら露光するためである。
図4に示したように、横線の方が潜像の分布が広がるので、線幅が広がってしまう。そこで、本発明の実施形態においては、横線を印刷する場合には、該当画素に対応する発光部だけ光量を下げる制御を行う。具体的には、各発光部の光量補正値を一定の比率で低下させる制御を行う。なお、このとき画素毎の光量補正値を修正すると、厳密には画像濃度の均一性が保てなくなるが、そのような現象はハーフトーン画像では顕著であるが、本発明の対象となる細線の画像に対しては影響が少ないので、問題はない。
図1は、本発明の制御を行うための制御部のブロック図である。プリンタの制御部71に対して、外部のホストコンピュータ70などから印刷すべき画像データや、図形、文字を定義した印刷コマンド列などのデータが送出される。印刷コマンド列は、プリンタコントローラ72で解釈され、外部から送られた画像データと合わせて2次元の画像データに展開される。この画像データに対して、位置や大きさの変換、カラーの場合はプリンタの持っている現像剤の色(多くの場合、シアン、マゼンタ、イエロー)への変換、網点や万線などの階調スクリーン処理が行われる。
プリンタコントローラ72でラインヘッドの各画素の階調データに変換された階調データがラインヘッド制御回路73に送られる。ラインヘッド制御回路73は、各色のラインヘッド101K、101C、101M、101Yに画像データを出力し、各感光体41K,41C、41M、41Yに露光処理がなされる。プリンタコントローラ72とエンジンコントローラ74間では、所定のデータが送受信される。
本発明の実施形態では、横線の光量補正値を修正するので、プリンタコントローラ72から横線に相当する画素のデータが送出される際には、横線に該当することを示す情報(フラグなど)を階調データと同時にラインヘッド制御回路73に転送する。ラインヘッド制御回路73では、その情報に基づき本来の補正値に一定の係数を乗算して光量補正値を形成し、各ラインヘッド101K〜101Yに送出する。このように、本実施形態を実現するために、各画素を描画するためのデータがラインヘッド制御回路73に転送される度に、毎回、階調値と光量補正値をラインヘッドに転送する回路構成がラインヘッド制御回路73に設けられている。
なお、各画素が横線か否かを判断するためには上記のように各画素ごとに情報を付加する必要があるので、プリンタコントローラ72からラインヘッド制御回路73へ転送するデータ量が増えてしまう。このようなデータ量の増大を避けるためには、ラインヘッド制御回路73側で該当画素が横線に含まれる画素かどうかを判別する判別回路を設ければよい。具体的には、該当画素を中心として例えば5個×5個の正方形状の範囲の画素について、該当画素から横方向(主走査方向)に連続する画素が点灯し、それ以外の画素が消灯している場合は横線であると判断する。このような画像認識技術は既に多数発表されているが、回路規模を大きくしないためになるべく簡便な方法であることが望ましい。
光量をどの程度補正するかは、使用する電子写真プロセスの特性によるので、一概には決められない。例えば、図4において、−200V程度から0V側にかけて現像されるとすると、理想的には−200Vをスライスレベルとした電位分布線の幅を縦線と横線とで等しくすればよい。しかし、実際には、幅を同じくするために露光エネルギーが減少させると、ピークの電位も低く(絶対値が大きく)なるので、必ずしもあるスライスレベルの幅で一致させる必要はない。
図5は、横線の光パワーを縦線の65%となるように光量補正値を制御した結果を示す特性図である。図5において、表面電位が−200Vにおける横線の潜像の幅は、まだ縦線より若干大きいが、実際現像される線幅は十分に細くなる。このように、本発明の実施形態においては、縦線と横線の書き込み光エネルギーが異なるように光量補正値を制御している。
なお、既に述べたように有機EL素子は、1画素の点灯時間は十分長いので、細線に対して階調制御を行わない場合は、パルス幅制御で細線の線幅を制御することも可能である。この場合には、例えば、図7において、パルスのオンタイムを走査周期tsよりも短い0〜Tbとする。
また、パルス幅を増加させる側に制御する場合において、横線、すなわち主走査方向に伸びた細線の場合は1画素分の期間を超えて、パルス幅を増加させることも可能である。この場合には、パルスのオンタイムを走査周期tsよりも長い0〜Tcとする。
上記の場合は、横線の線幅が広がるものとしていたが、露光エネルギーが異なったり、現像プロセスが異なったりする場合は、縦線と横線の線幅の関係が逆転する場合もありうる。そのような場合でも上記と同様に制御可能である。
発光素子として、有機EL素子を用いる場合には、本発明の実施形態においては発光部の直径を小さくしなくてよいので、発光部の光パワーを大きく取ることができる。このため、発光効率の高くない有機EL材料でも使用可能となる。本発明の実施形態では、通常のラインヘッドに比べて高密度に露光画素を配するので、画素の数は飛躍的に増加する。従来用いられてきたLEDを光源とするラインヘッドに本発明を適用することも可能であるが、多数のLEDが設けられたLEDアレイチップを基板上に位置精度よく実装し、かつ通常より画素数が多いためにチップと基板を接続するボンディングの数も増加するため、製造が難しくなる。
これに対して有機EL素子を光源に用いる場合には、ガラス基板上に1度に多数の画素を高密度かつ高精度に形成できるので本発明の実施形態として最適である。また、本発明の実施形態では、回路構成が簡単になり、発光部と同一のガラス基板上に薄膜トランジスタで駆動回路を作ることが容易になる。薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、高温ポリシリコン、有機トランジスタなど種種のものが利用できる。
本発明の実施形態においては、4つの感光体に4つのラインヘッドで露光し、4色の画像を同時に形成し、1つの無端状中間転写ベルト(中間転写媒体)に転写する、タンデム式カラープリンター(画像形成装置)に用いるラインヘッドを対象としている。図8は、発光素子として有機EL素子を用いたタンデム式画像形成装置の一例を示す縦断側面図である。この画像形成装置は、同様な構成の4個の有機EL素子アレイを用いたラインヘッド101K、101C、101M、101Yを、対応する同様な構成である4個の感光体ドラム(像担持体)41K、41C、41M、41Yの露光位置にそれぞれ配置したものであり、タンデム方式の画像形成装置として構成されている。
図8に示すように、この画像形成装置は、駆動ローラ51と従動ローラ52とテンションローラ53が設けられており、テンションローラ53によりテンションを加えて張架されて、図示矢印方向(反時計方向)へ循環駆動される中間転写ベルト(中間転写媒体)50を備えている。この中間転写ベルト50に対して所定間隔で配置された4個の像担持体としての外周面に感光層を有する感光体41K、41C、41M、41Yが配置される。
前記符号の後に付加されたK、C、M、Yはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味し、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエロー用の感光体であることを示す。他の部材についても同様である。感光体41K、41C、41M、41Yは、中間転写ベルト50の駆動と同期して図示矢印方向(時計方向)へ回転駆動される。各感光体41(K、C、M、Y)の周囲には、それぞれ感光体41(K、C、M、Y)の外周面を一様に帯電させる帯電手段(コロナ帯電器)42(K、C、M、Y)と、この帯電手段42(K、C、M、Y)により一様に帯電させられた外周面を感光体41(K、C、M、Y)の回転に同期して順次ライン走査する本発明の上記のようなラインヘッド101(K、C、M、Y)が設けられている。ラインヘッド101(K、C、M、Y)は、感光体(像担持体)41K、41C、41M、41Y上に光書き込みを行う。
また、このラインヘッド101(K、C、M、Y)で形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像(トナー像)とする現像装置44(K、C、M、Y)と、この現像装置44(K、C、M、Y)で現像されたトナー像を一次転写対象である中間転写ベルト50に順次転写する転写手段としての一次転写ローラ45(K、C、M、Y)と、転写された後に感光体41(K、C、M、Y)の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置46(K、C、M、Y)とを有している。
ここで、各ラインヘッド101(K、C、M、Y)は、有機EL素子アレイの方向が感光体ドラム41(K、C、M、Y)の母線に沿うように設置される。そして、各有機EL素子アレイ露光ヘッド101(K、C、M、Y)の発光エネルギーピーク波長と、感光体41(K、C、M、Y)の感度ピーク波長とは略一致するように設定されている。
現像装置44(K、C、M、Y)は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用いるもので、その一成分現像剤を例えば供給ローラで現像ローラへ搬送し、現像ローラ表面に付着した現像剤の膜厚を規制ブレードで規制し、その現像ローラを感光体41(K、C、M、Y)に接触あるいは押厚させることにより、感光体41(K、C、M、Y)の電位レベルに応じて現像剤を付着させることによりトナー像として現像するものである。
このような4色の単色トナー像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ45(K、C、M、Y)に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト50上に順次一次転写され、中間転写ベルト50上で順次重ね合わされてフルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ66において用紙等の記録媒体Pに二次転写され、定着部である定着ローラ対61を通ることで記録媒体P上に定着され、排紙ローラ対62によって、装置上部に形成された排紙トレイ68上へ排出される。
なお、図8中、63は多数枚の記録媒体Pが積層保持されている給紙カセット、64は給紙カセット63から記録媒体Pを一枚ずつ給送するピックアップローラ、67は二次転写ローラ66の二次転写部への記録媒体Pの供給タイミングを規定するゲートローラ対、66は中間転写ベルト50との間で二次転写部を形成する二次転写手段としての二次転写ローラ、69は二次転写後に中間転写ベルト50の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレードである。
図9は、有機EL素子アレイを用いたラインヘッド101を拡大して示す概略の斜視図である。図9において、有機EL素子アレイ81は、長尺のハウジング80中に保持されている。長尺のハウジング80の両端に設けた位置決めピン89をケースの対向する位置決め穴に嵌入させると共に、長尺のハウジング80の両端に設けたねじ挿入孔88を通して固定ねじをケースのねじ穴にねじ込んで固定することにより、各ラインヘッド101が所定位置に固定される。
ラインヘッド101は、ガラス基板82上に有機EL素子アレイ81の発光素子(有機EL素子)83を載置し、同じガラス基板82上に形成された駆動回路85により駆動される。屈折率分布型ロッドレンズアレイ(SLA)65は結像光学系を構成し、発光素子83の前面に配置される屈折率分布型ロッドレンズ84を俵積みしている。ロッドレンズアレイ85には、前記のような「セルフォックレンズアレイ」(略称SLA、日本板硝子株式会社の商標名)が多用されている。
有機EL素子アレイ81から射出された光ビームは、SLA65により等倍正立像として被走査面に結像する。このように、ガラス基板82上に有機EL素子83を配列しているので、発光素子の光量を損なうことなく像担持体に照射することができる。また、有機EL素子は静的な制御が可能であるので、ラインヘッドの制御系を簡略化できる。
以上、本発明の画像形成装置と画像形成方法について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。
本発明の実施形態を示すブロック図である。 本発明の実施形態を示す特性図である。 本発明の実施形態を示す特性図である。 本発明の実施形態を示す特性図である。 本発明の実施形態を示す特性図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態を示す画像形成装置の縦断側面図である。 本発明にかかるラインヘッドの斜視図である。
符号の説明
41…感光体(像担持体)、42…帯電手段、44…現像手段、45…一次転写部材、50…中間転写ベルト、65…屈折率分布型ロッドレンズアレイ(SLA)、71…プリンタの制御部、72…プリンタコントローラ、73…ラインヘッド制御回路、81…有機EL素子アレイ、82…基板、83…画像形成用の発光素子、84…屈折率分布型ロッドレンズ、101…ラインヘッド

Claims (8)

  1. 像担持体の軸方向(主走査方向)に発光部がライン状に配列されたラインヘッドを用いて、前記軸方向と直交する方向(副走査方向)に移動する像担持体上に光書き込みを行う際に、前記各発光部は前記像担持体が副走査方向に1画素分移動する期間連続的に点灯するように制御されており、かつ前記各発光部に対して各画素を書き込む際に毎回光量補正値を転送するように構成され、前記像担持体上に主走査方向の細線を書き込む場合と、副走査方向の細線を書き込む場合の書き込み光エネルギーが異なるように前記光量補正値を修正することを特徴とする、画像形成装置。
  2. 前記主走査方向の細線の光量補正値を、前記副走査方向の細線の光量補正値よりも少なくして制御することを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記細線の線幅を、前記各発光部の駆動パルスのパルス幅の制御で制御することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記像担持体に書き込まれる細線の方向が前記主走査方向か、前記副走査方向かを判断する手段を設けたことを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記各発光部は有機EL素子を使用することを特徴とする、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 像担持体の周囲に帯電手段と、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも2つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式でカラー画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
  7. 像担持体の軸方向(主走査方向)に発光部がライン状に配列されたラインヘッドを用いて、前記軸方向と直交する方向(副走査方向)に移動する像担持体上に光書き込みを行う際に、
    前記各発光部は前記像担持体が前記副走査方向に1画素分移動する期間連続的に点灯するように制御する段階と、前記各発光部に対する光量補正値を形成する段階と、前記各画素を書き込む際に各発光部に対して毎回前記光量補正値を転送する段階と、前記像担持体上に主走査方向の細線を書き込む場合と副走査方向の細線を書き込む場合の書き込み光エネルギーが異なるように前記光量補正値を修正する段階と、からなることを特徴とする、画像形成方法。
  8. 前記画像形成は、前記ラインヘッドを複数用いて同時に複数色のカラー画像形成を行うことを特徴とする、請求項7に記載の画像形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010089482A (ja) * 2008-09-12 2010-04-22 Ricoh Co Ltd 画像形成装置、バーコード印字制御方法、プログラム及び記録媒体

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