JP3147458B2

JP3147458B2 - デジタル画像形成法

Info

Publication number: JP3147458B2
Application number: JP01990092A
Authority: JP
Inventors: 好弘服部; 優濱道; 秀明児玉
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 2001-03-19
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH05216332A; US5311215A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法において強
度変調露光を用いたデジタル画像形成法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法を用いたデジタルプリンタな
どでは、一様に帯電した感光体を、画像データで変調し
たレーザビームで露光する。こうして得られた静電潜像
をトナーで現像して、さらにこのトナー像を紙に転写し
て、画像が紙に印字される。デジタル画像形成法の中に
は、レーザ強度を多値画像データで変調して階調を表現
するレーザ強度変調法がある。この方法では、レーザビ
ーム径は一定に保ち、多値画像データに対応してレーザ
ビームの強度を変調する。レーザ露光に用いる半導体レ
ーザの種類によってビーム径が変化する。そこで、本出
願人による特願平２−７１４０８号においては、半導体
レーザの種類に対応するビーム径についてコード化して
おき、現在装着している半導体レーザのビーム径（コー
ド入力）を検出して、そのビーム径に応じて階調補正デ
ータを変更して、適切なガンマ補正を行う。このコード
化は工場出荷時に行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】レーザビームを用いて
形成された潜像は、アナログ像であり、階調特性は、レ
ーザビーム径に大きく依存する。レーザビーム径はレー
ザ半導体の使用環境などにより変化する。したがって、
レーザビーム径の変化に対応して階調特性を調整するこ
とが望ましい。ビーム径の検出には、たとえば特開昭６
０−６８３５８号公報に開示された方法がある。通常
は、ビーム径を検出してビーム径を制御するいわゆるオ
ートフォーカスで用いる。しかし、プリンタにビーム径
検出器とビーム径制御装置の両方を備えるとコストが高
くなる。また、特開昭６１−２５１６４号公報には、光
ビームの強度を変化させることによって見かけ上のスポ
ット径を制御することが開示されているが、この方法に
よれば、簡単な構成でスポット径を制御できるが、光ビ
ームの強度変化に伴い、感光体上の潜像電位も変化する
ため、中間調濃度の画像の階調性を適切に制御すること
ができない。

【０００４】本発明の目的は、レーザビーム径の変化に
対応して階調を制御できるデジタル画像形成法を提供す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るデジタル第
1の画像形成法は、多値画像データに対応してレーザビ
ームの光強度を変調して感光体を露光するデジタル画像
形成法において、レーザビーム径を検出するビーム径検
出手段と、所定露光量のみで基準トナー像を作成しその
基準トナー像の濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
階調補正データを記憶する記憶手段とを備える。ここ
で、検出されたレーザビーム径と基準トナー像の濃度に
応じて、階調補正データを決定する。また。上記の所定
露光量は、現像電位がレーザビーム径の変化の影響を受
けない露光量である。本発明に係る第２のデジタル画像
形成法は、多値画像データに対応してレーザビームの光
強度を変調して感光体を露光するデジタル画像形成法に
おいて、レーザビーム径を検出するビーム径検出手段
と、所定露光量のみで基準トナー像を作成しその基準ト
ナー像の濃度を検出するトナー濃度検出手段と、階調補
正データを記憶する記憶手段とを備える。ここで、検出
されたレーザビーム径と基準トナー像の濃度に応じて、
階調補正データを決定する。また、上記の所定露光量
は、最大光量以外の光量であって、レーザビーム径の変
化に対する現像電位の変化率が、最大光量でのレーザビ
ーム径の変化に対する現像電位の変化率と等しくなる露
光量である。

【０００６】

【作用】強度変調露光方式のデジタル画像形成法におい
て、階調特性は、感光体の残留電位Ｖ_R、感度定数ｋ及
び光学系の光量分布定数ａによって決定され、光量分布
定数ａは、ビーム径により影響を受ける。そこで、感光
体の特性とともにビーム径を測定し、基準トナー像の濃
度を測定して、それらの測定値を用いて階調補正データ
を決定する。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を次の
順序で説明する。（ａ）強度変調露光と階調補正（ｂ）階調特性とビーム径（ｃ）反転現像系電子写真プロセスにおける自動濃度調
整（ｄ）階調補正法（ｅ)デジタルカラー複写機の構成（ｆ)画像信号処理（ｇ）レーザ光学系（ｈ）プリンタ制御のフロー

【０００８】(ａ）強度変調露光と階調補正中間調画像の複写においては、階調特性を考慮しなけれ
ばならない。一般に感光体の感光特性、トナーの特性、
使用環境等の種々の要因が絡み合って、光強度変調方式
で階調を制御する場合、再現すべき原稿の読取濃度レベ
ル（以下、入力レベルともいう）とレーザ光の発光強度
レベル（従って再現された画像濃度レベル）とは正確に
は比例せず、本来得られるべき比例特性からずれた特性
を示す。このような特性は一般にγ特性(階調特性)と呼
ばれ、特に中間調原稿に対する印字された再現画像の忠
実度が低下する大きな要因となっている。

【０００９】以下に、レーザ強度変調露光の下での階調
特性が、感光体の残留電位Ｖ_R，感度定数ｋ及び光学系
の光量分布定数ａによって決定されることを説明する。
一様露光下での感光体の光減衰曲線は、一般に次の数式
（１）により表される。

【数１】ここに、ｉは平均露光量、Ｖ₀は感光体の一様照射後で
の帯電による帯電電位、Ｖ_Rは残留電位、ｋは感度定数
を表す。

【００１０】これに対し、強度変調露光下では、感光体
ドラム４１を回転してレーザビームを主走査方向ｘに連
続して走査し、副走査方向にたとえば３００ｄｐｉのピ
ッチで走査したときには図１に示される様な露光分布を
生ずる。このような強度変調露光下での感光体の潜像分
布は、単に、感度定数ｋの変化でなく、副走査方向にも
つ露光分布によって決定される。

【００１１】以下では、レーザビームスポットの強度分
布がガウス分布を有しているとして、強度変調露光下で
の中間調の潜像分布を求める。強度変調露光下でのハー
フトーンの潜像は、（１）副走査方向にのみ露光量分布
が存在する、（２）変調によるレーザスポットの形状の
変化はない、という点で、解析が容易である。

【００１２】平均光量ｉを与えたときの主走査方向ｘ、
副走査方向ｙの光量分布ρ（ｉ，ｘ，ｙ）は、次の数式
（２）によって簡単に表される。

【数２】ここに、ρ_aは正規化された副走査方向の光量分布であ
る。潜像電位の分布は、数式（２）を数式（１）に代入
して、次のように求められる。

【数３】

【００１３】図２は、副走査方向ｙの光量分布、図３は
潜像電位分布をそれぞれ計算した結果を示している。

【００１４】図３の潜像電位分布を平均し、平均光量に
ついてプロットすると、図４において一点鎖線で示すよ
うになる。また、同じく図４において、実際に表面電位
計で観測された値を三角形のドットで示す。すなわち、
平均電位と観測された光減衰曲線とは一致しない。これ
に対して図４の破線は、表面（潜像）電位分布の最大値
と最小値の中間値Ｖ_ob（ｉ）を平均光量ｉについてプロ
ットしたグラフであり、三角形のドットで示す観測値と
非常によく一致した。このことは、感光体の個体差、レ
ーザビームにおけるスポット径の差に対しても、成立す
ることが確認され、強度変調露光で観測される「みかけ
の」光減衰曲線は、次の数式（４）でよく近似される。

【数４】ここに、ａ，ｂは、副走査方向での光量分布ρ_a（ｙ）
の極大値、極小値を表し、レーザスポット径により決定
される。なお、図４において、実線は、一様露光の場合
の光減衰曲線である。

【００１５】一方、強度変調露光では、ハーフトーンが
テクスチャを持たないことから、ハーフトーン濃度は、
トナー付着量によってのみ決定される。トナー付着量を
決定するパラメータとしては、「みかけの」光減衰曲線
から求めた現像電位（Ｖ_I−Ｖ_B）よりも、電位分布の平
均値から求めた現像電位のほうが、図５に示すように、
原点を通る直線となる点で適していた。

【００１６】潜像電位分布の平均値から求められる光減
衰曲線を「実効」光減衰曲線と呼び、次の数式（５）で
定義した。

【数５】ここに、ｄは副走査ピッチである。光量分関数を最大値
ａから最小値ｂまでのフラットな分布として近似する
と、次の数式（６）も近似式としてよく成立する。

【数６】

【００１７】レーザ強度変調露光において分布をもった
潜像に対してトナー付着量は次の様に決定される。
（１）露光後に潜像電位Ｖ（ｉ，ｙ）が現像バイアス電
位Ｖ_Bを越えた領域では、現像電位Ｖ（ｉ，ｙ）−Ｖ_Bに
比例したトナーが付着する。（２）Ｖ（ｉ，ｙ）がＶ_B
を越えない領域ではトナーは付着しない。すなわち、現
像電位は０であるに等しい。（１）、（２）により実効
光減衰曲線から現像電位分布を決定したものを実効現像
電位ΔＶ_efと定義する。実効現像電位が現像トナー量を
決める。現像が開始されるのは、露光量の極大値ａｉに
おける電位が現像バイアス電位Ｖ_Bを下回ったときから
であり、露光量の極小値ｂｉの電位が現像バイアス電位
Ｖ_Bを下回るまでの間は、現像バイアス電位Ｖ_Bを越えた
部分にだけトナーが付着する。

【００１８】すなわち、実効現像電位ΔＶ_efは、Ｖ
（ｃ）＝Ｖ_Bとなる光量をｃとして、次の数式（７）か
ら数式（９）で表される。ｃ＞ａｉのとき、

【数７】ａｉ＞ｃ＞ｂｉのとき、

【数８】ｂｉ＞ｃのとき、

【数９】

【００１９】感光体の表面電位Ｖ₀と現像バイアス電位
Ｖ_Bを変化させて、階調再現性を、上記数式（７）から
数式（９）により求めた実効現像電位ΔＶ_efとみかけの
現像電位について比較してみると、実効現像電位ΔＶ_ef
は、現像トナー量を決定するパラメータとして良好なパ
ラメータであることがわかった。特にコントラストの高
い反転現像系においても、低濃度部の階調の傾きを滑ら
かに再現させる効果がある。そして、数式（１）及び数
式（７）ないし数式（９）から、実効現像電位ΔＶ
_efは、露光量分布の極大値ａ，極小値ｂ、感光体の感度
定数ｋ及び残留電位Ｖ_Rの関数となっている。ここで極
大値ａと極小値ｂはレーザービーム径によって決定さ
れ、両者の関係はｂ≒１−（ａ−１）の近似式が広い範
囲で成立するので光学関係式のパラメータはａのみによ
って代表される。このように、強度変調下での感光体の
階調特性は、残留電位Ｖ_R，感度定数ｋ及び光量分布定
数ａによって決定される。このうち、残留電位Ｖ_Rと感
度定数ｋは感光体の感度特性を規定する。また、光量分
布定数ａはレーザビーム径の関数である。

【００２０】（ｂ）階調特性とビーム径このように、階調特性は、ビーム径によっても変化す
る。ビーム径が大きいと、低濃度が再現されなくなり、
かつ、べた部(濃度一定部分）のトナー付着量が多くな
る。すなわち、いわゆる「ガンマが立つ」現象が発生す
る。これは、レーザ強度変調方式の潜像形成の特徴に起
因するものである。図６は、低濃度部で、異なったビー
ム径で同じ露光エネルギーを与えたときの潜像電位分布
と反転現像系におけるトナー付着状況を示す。ここに、
Ｖ_Bは、現像バイアス電圧を表す。副走査方向に３点で
同じパワーでレーザビームを照射している。このとき、
潜像電位分布の振幅がビーム径によって異なる。電位分
布は、中心からはずれると指数関数的に変化する。した
がって、同じ露光エネルギーを与えるとき、ビーム径が
細いほうが、電位の谷が深く、また、指数関数的分布が
現れやすい。そこで、右側に示すレーザビーム径が細い
場合の方が、より小さい露光エネルギーを与えたときか
らトナーが付着しはじめる。これに対し、左側に示すレ
ーザ径が太い場合は、同じ露光エネルギーが与えられて
いるが、まだトナーは付着していない。図７は、図６の
場合よりレーザパワーが高い場合の潜像電位分布とトナ
ー付着状況を示す。ビーム径が太い左側の場合の方が均
一に露光できるので、トナーが多く付着する。右側に示
すビーム径が細い場合は、指数関数的分布による潜像電
位の山が現れ、その部分ではトナー付着量が少なくな
り、全体としてトナー付着量が少なくなる。

【００２１】図８は、ビーム径Ｗ_1/2を変化したときの
露光量と画像濃度の関係（階調特性）を示すグラフであ
る。ビーム径は、４５μｍから７５μｍまで７段階で変
化された。このとき、光量が低い領域と高い領域でビー
ム径により濃度が変化する。しかし、中間の光量では、
濃度がビーム径によりほとんど変化しない所（光量７
２）もある。ビーム径が細いと、低濃度での立ち上がり
は早くなるが、最大濃度は小さくなる。図９は、後述の
ＡＩＤＣセンサ２１０を用いて最大トナー付着量を一定
に制御した場合の階調特性のグラフを示す。このとき、
高光量での階調特性の変化は当然小さくなるが、低光量
での立ち上がりがビーム径によって著しく影響されるこ
とがわかる。

【００２２】（ｃ）反転現像系電子写真プロセスにおけ
る自動濃度調整ビーム径を検出して階調補正をするのと、ＡＩＤＣセン
サ２１０でトナー付着量（濃度）を自動的に補正するの
とは、動作上関連が深い。次に、自動濃度調整について
説明する。図１０は、感光体ドラム４１のまわりの帯電
チャージャ４３と現像器４５ｒの配置を図式的に示す。
ここで、感光体４１には、放電電位Ｖ_Cの帯電チャージ
ャ４３が対向して設置される。帯電チャージャ４３のグ
リッドには、グリッド電位発生ユニット２４３により負
のグリッド電位Ｖ_Gが印加されている。グリッド電位Ｖ_G
と感光体ドラムの表面電位Ｖ_Oとの関係は、ほぼＶ_O＝Ｖ
_Gとみなせるので、感光体ドラム４１表面での電位Ｖ
₀は、グリッド電位Ｖ_Gによって制御できる。なお、表面
電位Ｖ_Oは、表面電位計であるＶ_Oセンサ４４により検知
される。

【００２３】まず、レーザ露光前において、帯電チャー
ジャ４３によって感光体ドラム４１には負の表面電位Ｖ
_Oが、また、現像バイアス発生ユニット２４４により現
像器４５ｒのローラには、低電位の負のバイアス電圧Ｖ
_B（｜Ｖ_B｜＜｜Ｖ_O｜）が与えられる。すなわち、現像
スリーブ電位はＶ_Bである。レーザ露光によって感光体
ドラム４１上の照射位置の電位が低下して表面電位Ｖ_O
から静電潜像の減衰電位Ｖ_Iへ遷移する。減衰電位Ｖ_Iが
現像バイアス電位Ｖ_Bよりも低電位になると、現像器４
５ｒのスリーブ表面に運ばれて来た負電位のトナーが感
光体ドラム４１の上に付着する。Ｖ_OとＶ_Bの差は大きす
ぎると非露光部へのキャリア付着が発生し、小さすぎる
とトナーかぶりを生じるため、大きすぎても小さすぎて
もよくない。トナー付着量は、現像電位ΔＶ＝｜Ｖ_B−
Ｖ_I｜が大きいほど多い。一方、減衰電位Ｖ_Iは、同じ露
光量であっても表面電位Ｖ_Oが変化するにつれ変化す
る。そこで、Ｖ_OとＶ_Bの差をある程度の範囲内に維持し
つつ、たとえば差を一定にしつつ、表面電位Ｖ_Oおよび
現像電位Ｖ_Bを変化すれば、Ｖ_BとＶ_Iの差が変化するの
で、トナー付着量を変えることができ、濃度を制御する
ことができる。一方、所定の露光量での画像へのトナー
付着量は、ＡＩＤＣセンサ２１０により検出される。す
なわち、濃度制御の基本となる基準トナー像を感光ドラ
ム４１上の画像領域外に形成し、感光体ドラム４１の近
傍に設けられたＡＩＤＣセンサ２１０によって検出す
る。この検出値に対応して、現像バイアス電位Ｖ_Bとグ
リッド電位Ｖ_Gを変化させれば最大濃度レベルでのトナ
ー付着量を一定に保つ自動濃度制御を行うことができ
る。基準トナー像はＡＩＤＣセンサ２１０の付着能力が
０〜０．９mg/cm²の範囲であることを考慮して中間の濃
度レベルで作成するが、中間濃度レベルの値は次に説明
する第１の方法又は第２の方法によってそれぞれ決めら
れる。

【００２４】（ｄ）階調補正法本発明では、ビーム径変動に対し２種の階調補正方法を
用いる。第１の方法では、現像効率は現像効率として、
感光体のグリッド電位Ｖ_Gと現像バイアス電圧Ｖ_Bにより
補正し、ビーム径はビーム径の影響として光学系で階調
補正で補正する。現像効率は、トナー付着量を現像電位
で割った除算値として定義される。すなわち、ＡＩＤＣ
センサ２１０の検出パターンを、ビーム径の影響を受け
ない条件（図８の場合は，光量７２）で作成する。この
条件は、後で説明するように、グリッド電位Ｖ_G、現像
バイアス電圧Ｖ_B、レーザパワー、感光体感度によって
決まる。この方法の長所は、問題となる変動要因を個別
に補正するため、正確な階調補正ができることである。
一方、この方法の短所は、ガンマ補正テーブルの書き換
えに、単純なシフトや選び変えのような簡略化方式は使
えないことである。また、ビーム径が細い場合は、最大
付着量が減るので、付着量が適正化できない場合があ
る。このときには、階調数は低下する。図１１は、この
状況を示し、ビーム径（半値幅Ｗ_1/2)が細いばあいに
は、最大読取濃度が最大値２５６より低くなり、階調数
がかなり低下している。

【００２５】図１２は、この階調制御法を具体的に示
す。ＡＩＤＣセンサ２１０によって検出されたトナー付
着量から得られたＡＩＤＣレベル（ＬＢＡ）から、表１
に示すＡＩＤＣテーブルにより，各ＡＩＤＣレベルに対
応して、現像バイアス電圧Ｖ_Bとグリッド電圧Ｖ_Gが決定
され、現像効率が調整される。さらに、ＡＩＤＣテ−ブ
ルより、測定されたビーム径に対応して階調特性をあら
わすγ補正テーブル番号（Ｔ０〜Ｔ１１）が決定され
る。一方、測定されたビーム径からビーム径テーブルに
よってγ種類（Ｎ＝１〜６）が決定される（表２参
照）。そして、このγ補正テーブル番号とγ種類（Ｎ）
とから、γ補正テーブルが決定される。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】表１に示されるように、用意されるγ補正
テーブルは、Ｔ０（Ｎ）からＴ１１（Ｎ）（Ｎ＝１〜
６）までの１２×６＝７２個である。表１に示すよう
に、基準トナー像の作像条件の下で作像されたトナー像
についてＡＩＤＣセンサ２１０によって測定されたトナ
ー付着量は、０〜１１の濃度検出レベル（ＬＢＡ）に対
応させられる。各濃度検出レベルに対応して、現像バイ
アス電圧Ｖ_Bとグリッド電位Ｖ_Gが定められている。現像
バイアス電圧Ｖ_Bとグリッド電位Ｖ_Gは、光量レベルが０
から増加したときに初めて画像が再現される画像再現開
始光量を決定し、現像バイアス電圧Ｖ_Bとグリッド電位
Ｖ_Gの組み合わせの値は、画像再現開始光量の変化分だ
けγ補正カーブがほぼ平行移動させた形になるように選
択される。また、「現像効率」は、このトナー付着量を
現像電圧で割った除算値で定義される。また、目標のト
ナー付着量を得るために必要な現像電圧ΔＶｄは、目標
のトナー付着量（本実施例においては１ｍｇ／ｃｍ²）
を現像効率で割った除算値で定義される。図１３、図１
４および図１５は、それぞれ、ＬＢＡレベルが０、６、
１１の場合のそれぞれ３個のビーム径（γ種類）に対応
するγ補正テーブルの例を示す。いずれも、階調特性の
変化がビーム径により大きく変化することを示す。

【００２９】次に、第１の方法の変形例を説明する。Ａ
ＩＤＣセンサ２１０で選ぶγ補正テーブルは、ほぼ平行
にシフトしている（特開平３−１６４８７９号公報参
照）。そこで、ビーム径（Ｎ）からγ種類を決め、ＡＩ
ＤＣレベルからγ補正係数（シフト値Ｇ）を決めてもよ
い。シフト値Ｇは、γ補正テーブルからの読取値に対し
演算を行うための数値であり、階調特性が最適に表せる
ように決められる。表３は、ＡＩＤＣレベルとγ補正係
数の一例を示す。すなわち、図１６に示すように、ＡＩ
ＤＣセンサ２１０によって検出されたトナー付着量から
得られたＡＩＤＣレベル（ＬＢＡ）から、ＡＩＤＣテー
ブルにより現像バイアス電圧Ｖ_B、グリッド電圧Ｖ_G、お
よび、γ補正係数（シフト値Ｇ）が決定される（表３参
照）。一方、測定されたビーム径からビーム径テーブル
によりγ種類（Ｎ）が決定される。したがって、γ補正
テーブルとしては、ビーム径に対応して６種だけが用意
される。γ種類（Ｎ）に対応したγ補正テーブル関数ｆ
_N（ｘ）とシフト値Ｇからγ補正値ｙが次のように決定
される。

【００３０】

【表３】

【００３１】γ曲線は、読取レベルｘの３区間で直線で
近似され、γ補正値ｙは、シフト値Ｇより次のように計
算される。

【数１０】ｘ＝０〜ｘ_A ：ｙ＝ｘ×（ｆ_N（ｘ_A）＋Ｇ）／ｘ_A ｘ＝ｘ_A〜ｘ_B：ｙ＝ｆ_N（ｘ）＋Ｇｘ＝ｘ_B〜２５６：ｙ＝ｆ_N（ｘ_B）＋Ｇ＋（２５６−ｆ
_N（ｘ_B））×（ｘ−ｘ_B）／（２５６−ｘ_B）ここに、ｘ_Aとｘ_Bは、区間の境界を表わす値である。こ
れにより、γ補正テーブルのための記憶容量が削減で
き、基本の６個のみ用意すればよくなる。なお、γ補正
係数Ｇの決定には、操作パネルからの入力や、他のセン
サからの入力による係数を加えるとなおよい。

【００３２】本発明に係る第２の階調補正方法では、ビ
ーム径によりべた付着量が変化する現象を現像効率の変
化とこみで、すなわち、両者を区別せずに階調特性を補
正する。すなわち、ビーム径の変化によるべた付着量の
差を現像効率の変化と同一とみなして補正する。ＡＩＤ
Ｃセンサ２１０の検出パターンは、ビーム径の影響がべ
た付着量（現像効率）と同程度である作像条件で作成す
る。この作像条件は、現像バイアス電位Ｖ_Bの光量レベ
ルに対する関係を表す図１７に示すように、Δｙ／ｙ
（現像電位の変化）≒Δｘ／ｘ（最大光量レベルでのべ
た付着量のビーム径に対する変化）となる所定光量に対
応するグリッド電位Ｖ_G、現像バイアス電圧Ｖ_B、レーザ
パワー、感光体感度によって決まる。図１７の例では、
光量≒１００／２５６の点である。このとき、ガンマ補
正カーブは、図１８に示すようになる。この方法の長所
は、ガンマ補正テーブルがそれぞれ似通ってくるので、
単純なシフトや選び変えのような簡略化方式が使えるこ
とである。低濃度部では、ほぼ満足のいく補正が可能で
ある。一方、この方法の短所は、ビーム径と現像効率の
切りわけができないので、完璧な補正は期待できないこ
とである。

【００３３】本方法の一例では、１つだけ用意されたγ
補正曲線を補正係数を用いてシフトする。図１９に示す
ように、ＡＩＤＣセンサ２１０の測定値からシフト値Ｇ
が決定される（表４参照）。

【表４】

【００３４】一方、ビーム径からビーム径テーブル（表
５）によりテーブル補正係数ＢＧが決定される。この両
者の和として補正係数ＨＧ＝Ｇ＋ＢＧが選択される。こ
の補正係数ＨＧを用いて、先に説明したのと同様にγ補
正曲線が計算によりシフトされる。

【表５】

【００３５】図２０、図２１、図２２は、ＬＢＡレベル
が０、６、１１の場合のそれぞれ３個のビーム径（γ種
類）に対応するγ補正曲線の例を示す。いずれも、階調
特性の変化がビーム径により大きく変化することを示
す。

【００３６】さらに、他の方法では、簡略的にγ補正テ
ーブルの選択の補正を行う。この方法では、図２３に示
すように、γ補正テーブルを選択する。すなわち、ＡＩ
ＤＣセンサ２１０により得られたトナー付着量からγ補
正テーブル番号Ｔ１が決定される（表６参照）。

【表６】

【００３７】一方、測定されたビーム径からビーム径テ
ーブルによりテーブル修正コードＴ２（表７参照）が決
定される。そして、この両者の加算値ＨＴ＝Ｔ１＋Ｔ２
からγ補正テーブルＴ_HTが選択される。すなわち、１２
個のγ補正テーブルＴ₀〜Ｔ₁₂が、ＡＩＤＣレベル（Ｔ
１）に対応して用意されていていて、ビーム径が標準値
であれば、そのまま使用されるが、ビーム径が標準値か
らずれると、γ補正テーブルの選択がテーブル修正コー
ドに対応して変化され、γ補正テーブルはＨＴ値により
選択される。

【表７】

【００３８】(ｅ)デジタルカラー複写機の構成第２４図は、本発明の実施例に係るデジタルカラー複写
機の全体構成を示す断面図である。デジタルカラー複写
機は、原稿画像を読み取るイメージリーダ部１００と、
イメージリーダ部で読み取った画像を再現する複写部２
００とに大きく分けられる。イメージリーダ部１００の
構成は従来と同様である。ここに、スキャナ１０は、原
稿を照射する露光ランプ１２と、原稿からの反射光を集
光するロッドレンズアレー１３、及び集光された光を電
気信号に変換する密着型のＣＣＤセンサ１４を備えてい
る。スキャナ１０は、原稿読取時にはモータ１１により
駆動されて、矢印の方向(副走査方向)に移動し、プラテ
ン１５上に載置された原稿を走査する。露光ランプ１２
で照射された原稿面の画像は、ＣＣＤセンサ１４で光電
変換される。ＣＣＤセンサ１４により得られたＲ,Ｇ,Ｂ
の３色の多値電気信号は、読取信号処理部２０により、
イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、ブラック
(Ｋ)のいずれかの８ビットの階調データに変換され、同
期用バッファメモリ３０に記憶される。

【００３９】次いで、複写部２００において、プリント
ヘッド部３１は、入力される階調データに対して感光体
の階調特性に応じた階調補正(γ補正)を行った後、補正
後の画像データをＤ／Ａ変換してレーザダイオード駆動
信号を生成して、この駆動信号により半導体レーザ２６
４を発光させる。階調データに対応して発光強度を変調
してプリントヘッド部３１から発生されるレーザビーム
は、反射鏡３７を介して、回転駆動される感光体ドラム
４１を露光する。感光体ドラム４１は、１複写ごとに露
光を受ける前にイレーサランプ４２で照射され、帯電チ
ャージャ４３により一様に帯電されている。この状態で
露光をうけると、感光体ドラム４１上に原稿の静電潜像
が形成される。シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック
のトナー現像器４５a〜４５dのうちいずれか一つだけが
選択され、感光体ドラム４１上の静電潜像を現像する。
一方、複写紙は用紙カセット５０より給紙され、転写ド
ラム５１上に巻きつけられる。現像されたトナー像は、
転写チャージャ４６により複写紙に転写される。上記印
字過程は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン
（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色について繰り返して行
われる。このとき、感光体ドラム４１と転写ドラム５１
の動作に同期してスキャナ１０はスキャン動作を繰り返
す。その後、複写紙は、分離爪４７を作動させることに
よって転写ドラム５１から分離され、定着装置４８を通
って定着され、排紙トレー４９に排紙される。

【００４０】図２５と図２６は、実施例に係るデジタル
カラー複写機の制御系の全体ブロック図を示す。イメー
ジリーダ部１００はイメージリーダ制御部１０１により
制御される。イメージリーダ制御部１０１は、プラテン
１５上の原稿の位置を示す位置検出スイッチ１０２から
の位置信号によって、ドライブＩ／Ｏ１０３を介して露
光ランプ１２を制御し、また、ドライブＩ／Ｏ１０３お
よびパラレルＩ／Ｏ１０４を介してスキャンモータドラ
イバ１０５を制御する。スキャンモータ１１はスキャン
モータドライバ１０５により駆動される。一方、イメー
ジリーダ制御部１０１は、画像制御部１０６とバスによ
り結ばれている。画像制御部１０６はＣＣＤセンサ１４
および画像信号処理部２０のそれぞれとバスで互いに接
続されている。ＣＣＤセンサ１４からの画像信号は、画
像信号処理部２０に入力されて処理される。

【００４１】複写部２００には、複写動作一般の制御を
行うプリンタ制御部２０１が備えられる。ＣＰＵを備え
るプリンタ制御部２０１には、制御用のプログラムが格
納された制御ＲＯＭ２０２と各種データ(階調補正デー
タなど)が格納されたデータＲＯＭ２０３とが接続され
る。プリンタ制御部２０１は、これらＲＯＭのデータに
よってプリント動作の制御を行う。プリンタ制御部２０
１は、Ｖ₀センサ４４、ＡＩＤＣセンサ２１０およびビ
ーム径センサ２６５からのアナログ信号が入力される。
また、操作パネル２２１でのキー入力によって、パラレ
ルＩ／Ｏ２２２を介して、プリンタ制御部２０１に各種
データが入力される。プリンタ制御部２０１は、各セン
サ４４、２１０、操作パネル２２１およびデータＲＯＭ
２０３からのデータによって、制御ＲＯＭ２０２の内容
に従って、複写制御部２３１と表示パネル２３２とを制
御し、さらに、パラレルＩ／Ｏ２４１およびドライブＩ
／Ｏ２４２を介して帯電チャージャ４３のグリッド電位
Ｖ_Gを発生するＶ_G発生用高圧ユニット２４３および現像
器４５a〜４５dの現像バイアス電位Ｖ_Bを発生するＶ_B発
生用高圧ユニット２４４を制御する。プリンタ制御部２
０１は、また、イメージリーダ部１００の画像信号処理
部２０と画像データバスで接続されており、画像データ
バスを介して入ってくる画像濃度信号を基にして、γ補
正テーブルの格納されているデータＲＯＭ２０３の内容
を参照して発光レベルを定め、ドライブＩ／Ｏ２６１お
よびパラレルＩ／Ｏ２６２を介して半導体レーザドライ
バ２６３を制御している。半導体レーザ２６４は半導体
レーザドライバ２６３によって、その発光が駆動され
る。階調表現は、半導体レーザ２６４の発光強度の変調
により行う。

【００４２】(ｆ)画像信号処理図２７は、ＣＣＤカラーイメージセンサ１４から画像信
号処理部２０を介してプリンタ制御部２０１に至る画像
信号の処理の流れを説明するための図である。これを参
照して、ＣＣＤセンサ１４からの出力信号を処理して階
調データを出力する読取信号処理について説明する。画
像信号処理部２０においては、ＣＣＤセンサ１４によっ
て光電変換された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２１でＲ,
Ｇ,Ｂの多値デジタル画像データに変換される。この変
換された画像データはそれぞれ、シェーディング補正回
路２２でシェーディング補正される。このシェーディン
グ補正された画像データは原稿の反射光データであるた
め、log変換回路２３によってlog変換を行って実際の画
像の濃度データに変換される。さらに、アンダーカラー
除去・墨加刷回路２４で、余計な黒色の発色を取り除く
とともに、真の黒色データＫをＲ,Ｇ,Ｂデータより生成
する。そして、マスキング処理回路２５にて、Ｒ,Ｇ,Ｂ
の３色のデータがＹ,Ｍ,Ｃの３色のデータに変換され
る。こうして変換されたＹ,Ｍ,Ｃデータにそれぞれ所定
の係数を乗じる濃度補正処理を濃度補正回路２６にて行
い、空間周波数補正処理を空間周波数補正回路２７にお
いて行った後、プリンタ制御部２０１に出力する。

【００４３】図２８は、プリンタ制御部２０１における
画像データ処理のブロック図である。ここで、画像信号
処理部２０からの画像データ(８ビット)は、インターフ
ェース部２５１を介して、ファーストイン・ファースト
アウトメモリ(以下ＦＩＦＯメモリという)２５２に入力
される。このＦＩＦＯメモリ２５２は、主走査方向の所
定の行数分の画像の階調データを記憶することができる
ラインバッファメモリであり、イメージリーダ部１００
と複写部２００との動作クロック周波数の相違を吸収す
るために設けられる。ＦＩＦＯメモリ２５２のデータ
は、次にγ補正部２５３に入力される。データＲＯＭ２
０３のγ補正データがプリンタ制御部２０１によりγ補
正部２５３に送られ、γ補正部２５３は、入力データ
（ＩＤ）を補正して発光レベルをＤ／Ａ変換部２５４に
送る。なお、データＲＯＭ２０３には、各種階調補正デ
ータ（γテーブルなど）も格納されている。Ｄ／Ａ変換
部２５４で発光レベル（デジタル値）から変換されたア
ナログ電圧は、ドライブＩ／Ｏ２６１を介して半導体レ
ーザドライバ２６３に送られ、半導体レーザ２６４をそ
の値の光強度で発光させる。プリンタ制御部２０１は、
補正データをガンマ補正部２５３に送る。

【００４４】（ｇ）レーザ光学系レーザ光学系では、図２９に示されるように、半導体レ
ーザ２６４から出射されたレーザビームは、集光レンズ
３２とシリンドリカルレンズ３３を経てポリゴンミラー
３４に入射され、ポリゴンミラー３４の回転によってス
キャンされ、ｆθレンズ３５と折り返しミラー３６を経
て感光体ドラム４１（図示しない）を主走査方向に走査
する。ビーム径センサ２６５は、ＳＯＳミラー３８を介
してレーザ光が検出できる位置にある。ここに、ＳＯＳ
ミラー３８を介したビーム径センサ２６５までの光路長
は、感光体ドラム４１までの光路長と等しくしてあり、
感光体上でもビーム径センサ２６５上でもレーザビーム
は同様な状態にフォーカスされている。ビーム径センサ
２６５にはＣＣＤラインセンサを用い、ＣＣＤセンサの
チップはライン上に並んでおり、１つのチップの幅（チ
ップピッチｄ）はたとえば２０μｍである。図３０は、
レーザ光学系の他の例を示す。図２９との違いは、レー
ザビームがハーフミラー３７’を介して感光体ドラム４
１とビーム径センサ２６５とに入射することである。ビ
ーム径は主走査方向で一定でないので、ビーム径センサ
２６５を周辺に配置すると、特に周辺部のひずみの影響
をうける。そこで、この影響を除くために、ビーム径セ
ンサ２６５が、走査の中心でのビーム径を検知するよう
に配置される。これにより、ビーム径がさらに精度よく
測定でき、画像との対応もよい。

【００４５】ビーム径が５０〜６０μｍのレーザビーム
に対して、ビーム径センサ２６５の解像度が２０μｍで
はあるが、レーザビームがガウス分布をしているため、
ビーム径は、正確に求めることができる。ビーム径は次
のように測定される。図３１に示すように、ビーム径セ
ンサ２６５にレーザビームが照射している場合、図３２
に示すようにビーム径センサ２６５の各チップの受光量
が測定される。ビーム径センサ２６５のチップＩ，Ｉ＋
１，Ｉ＋２，…のピッチｄはたとえば２０μｍである。
この受光量分布から、レーザ光量分布がガウス分布をし
ているとしてビーム径が求められる。すなわち、ビーム
径の中心位置μは次の式で求められる。

【数１１】そして、ビーム径分布の標準偏差σ²を求める。

【数１２】これにより、レーザビームの光量分布は次式で表され
る。

【数１３】レーザビームの半値幅Ｗ_1/2は、標準偏差σと次の関係
にある。

【数１４】したがって、この式を用いてビーム径が決定される。

【００４６】（ｈ）プリンタ制御のフロー図３３は、プリンタ制御部２０１のメインフローを示
す。まず、初期設定を行った後（Ｓ１）、操作パネル２
２１の入力処理を行い（Ｓ２）、操作パネル２２１のス
タートキーが押下されるのを待機する（Ｓ３）。スター
トキーが押下されると、センサ入力処理（Ｓ４、図３４
参照）、スイッチ入力処理（Ｓ５）、光量レベル設定処
理（Ｓ６）、ＡＩＤＣ測定処理（Ｓ７）、グリッド電位
・現像バイアス電位設定処理（Ｓ８）、γ補正テーブル
作成処理（Ｓ９）を順次行い、次に、複写動作（Ｓ１
０、Ｓ１１）を行う。図３４は、センサ入力処理（Ｓ
４）のフローチャートを示す。ビーム径を測定し（Ｓ７
１、図３５参照）、続いて各種センサの入力処理を行
う。（Ｓ７２）

【００４７】図３５は、ビーム径測定（Ｓ７１）のフロ
ーを示す。変数Ｉを０に初期化した（Ｓ９１）後，ＣＣ
ＤセンサのデータＤ（Ｉ）を読み込み（Ｓ９２）、変数
Ｉをインクリメントする（Ｓ９３）。データ読み込みを
所定の数Ｎまで続ける（Ｓ９４）。次に、読み込んだデ
ータについて、上述の数式（１１）から（１４）までの
演算を行い（Ｓ９５）、半値幅Ｗ_1/2をメモリに記憶す
る（Ｓ９６）。さらに、こうして測定された半値幅Ｗ
_1/2から、表１、表５、表７に示すように各種値を決定
する。表１では、半値幅Ｗ_1/2に対応してγ補正テーブ
ル選択コードＮが決定される。表５では、半値幅Ｗ_1/2
に対応してシフト値ＢＧが決定される。また、表７で
は、半値幅Ｗ_1/2に対応してテーブル修正コードＴ２が
決定される。

【００４８】

【発明の効果】光強度変調法において、変調ビーム径の
ふれ幅に対して安定した階調性が得られた。ビーム径自
動調整機構を用いずに、ビーム径測定だけで画像調整が
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】感光体ドラム上での光量分布の図式的な図であ
る。

【図２】感光体ドラム上の計算による副走査方向の光量
分布曲線である。

【図３】感光体ドラム上の計算による副走査方向の潜像
電位分布曲線である。

【図４】種々の近似による光減衰曲線である。

【図５】現像特性のグラフである。

【図６】低濃度部で、異なったビーム径で同じ露光エネ
ルギーを与えたときの潜像電位分布と反転現像系におけ
るトナー付着状況を示す図である。

【図７】図６の場合より高濃度でのトナー付着状況を示
す図である。

【図８】ビーム径Ｗ_1/2を変化したときの露光量と画像
濃度の関係（階調特性）を示すグラフである。

【図９】ＡＩＤＣセンサを用いて最大トナー付着量を一
定に制御した場合の階調特性のグラフである。

【図１０】感光体ドラム４１のまわりの帯電チャージャ
４３と現像器（たとえば４５ｒ）の配置を図式的に示す
図である。

【図１１】本発明による第１の階調補正法による階調特
性のグラフである。

【図１２】本発明による第１の階調補正法を示す図であ
る。

【図１３】ＬＢＡレベルが０の場合のそれぞれ３個のビ
ーム径（γ種類）に対応するγ補正テーブルのグラフで
ある。

【図１４】ＬＢＡレベルが６の場合のそれぞれ３個のビ
ーム径（γ種類）に対応するγ補正テーブルのグラフで
ある。

【図１５】ＬＢＡレベルが１１の場合のそれぞれ３個の
ビーム径（γ種類）に対応するγ補正テーブルのグラフ
である。

【図１６】本発明による第１の階調補正法の変形例を示
す図である。

【図１７】ビーム径の影響がべた付着量（現像効率）と
同程度受ける条件を示す図である。

【図１８】本発明の第２の補正方法を用いたときのガン
マ補正カーブのグラフである。

【図１９】本発明による第２の階調補正法を示す図であ
る。

【図２０】ＬＢＡレベルが０の場合のそれぞれ３個のビ
ーム径（γ種類）に対応するγ補正カーブのグラフであ
る。

【図２１】ＬＢＡレベルが６の場合のそれぞれ３個のビ
ーム径（γ種類）に対応するγ補正カーブのグラフであ
る。

【図２２】ＬＢＡレベルが１１の場合のそれぞれ３個の
ビーム径（γ種類）に対応するγ補正カーブのグラフで
ある。

【図２３】本発明による第２の階調補正法の変形例を示
す図である。

【図２４】デジタルカラー複写機の全体構成を示す断面
図である。

【図２５】デジタルカラー複写機の制御系の一部のブロ
ック図である。

【図２６】デジタルカラー複写機の制御系の一部のブロ
ック図である。

【図２７】ＣＣＤセンサから画像信号処理部を介してプ
リンタ制御部２０１に至る画像信号の処理の流れを説明
するための図である。

【図２８】プリンタ制御部における画像データ処理のブ
ロック図である。

【図２９】レーザ光学系の一例の図である。

【図３０】レーザ光学系の他の例の図である。

【図３１】ビーム径測定を説明する図である。

【図３２】ＣＣＤセンサの測定値の図である。

【図３３】プリンタ制御部のメインフローチャートであ
る。

【図３４】センサ入力のフローチャートである。

【図３５】ビーム径測定のフローチャートである。

【符号の説明】

２６５…ビーム径センサ、４１…感光体ドラム、
４４…Ｖ₀センサ、２０１…プリンタ制御部、２０
３…データＲＯＭ、２１０…ＡＩＤＣセンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者児玉秀明大阪府大阪市中央区安土町２丁目３番13 号大阪国際ビルミノルタカメラ株式会社内 (56)参考文献特開平３−271762（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−67921（ＪＰ，Ａ) 特開平２−63848（ＪＰ，Ａ) 特開平２−201388（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−208368（ＪＰ，Ａ) 特開平３−271779（ＪＰ，Ａ) 特開平１−206368（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/04 - 15/04 120 G03G 15/00 303 G03G 21/00 370 - 500 B41J 2/44 H04N 1/23 H04N 1/407

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多値画像データに対応してレーザビーム
の光強度を変調して感光体を露光するデジタル画像形成
法において、レーザビーム径を検出するビーム径検出手段と、所定露光量のみで基準トナー像を作成しその基準トナー
像の濃度を検出するトナー濃度検出手段と、階調補正データを記憶する記憶手段とを備え、検出されたレーザビーム径と基準トナー像の濃度に応じ
て、階調補正データを決定し、上記の所定露光量は、現像電位がレーザビーム径の変化
の影響を受けない露光量であることを特徴とするデジタ
ル画像形成法。
【請求項２】多値画像データに対応してレーザビーム
の光強度を変調して感光体を露光するデジタル画像形成
法において、レーザビーム径を検出するビーム径検出手段と、所定露光量のみで基準トナー像を作成しその基準トナー
像の濃度を検出するトナー濃度検出手段と、階調補正データを記憶する記憶手段とを備え、検出されたレーザビーム径と基準トナー像の濃度に応じ
て、階調補正データを決定し、上記の所定露光量は、最大光量以外の光量であって、レ
ーザビーム径の変化に対する現像電位の変化率が、最大
光量でのレーザビーム径の変化に対する現像電位の変化
率と等しくなる露光量であることを特徴とするデジタル
画像形成法。