以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念及び下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
<第1の実施形態>
<画像形成装置の構成>
以下では、図1乃至図7、及び図18を参照して、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る画像形成装置における一部のハードウェア構成を示す図である。101は、像担持体である感光ドラムを示し、一次帯電器102により所定の例えば−700Vの帯電電圧で帯電される。103はレーザ走査光を示す。レーザ走査光103は、図中の手前から奥に向かって感光ドラム101の軸方向に走査される。104は電位センサを示し、感光ドラム101の帯電電圧を測定する測定器である。
ここで、レーザ光を走査光に変換する仕組みについて説明をする。105は半導体レーザを示し、画像データに応じてレーザ光を生成する。106は、ポリゴンミラーを示し、半導体レーザ105からのレーザ光をドラム軸方向の走査光に変換する。107は、fθレンズを示し、感光ドラム101の画像領域dgで、レーザスポットの焦点が合うように走査光を光学的に補正する。109、は、BDセンサを示し、ポリゴンミラー106のレーザ照射面でのレーザ光走査光を検知して、主走査の基準信号であるBD信号110を生成する。
画像形成の際には、まず、感光ドラム101を均一に帯電し、感光ドラム101に対して画像に応じてレーザ光を照射する。これにより、感光ドラム101上に静電潜像が形成される。この静電潜像をトナーによって現像することにより、画像に応じたトナー画像が感光ドラム101上に形成される。この形成されたトナー画像を用紙上に転写し、定着器にて用紙上のトナーを、圧力と温度とを加えて用紙上に定着させることで永久可視画像を作成している。
しかし、一次帯電器102によって感光ドラム101を均一に帯電した際に電位ムラが発生することにより、形成した画像品質が低下するという問題がある。また、この電位ムラは、感光ドラム101の全体で発生する。つまり、画像形成位置(トナーで現像する位置)だけでなく、画像形成が行われない位置(トナーで現像しない位置)でも電位ムラが発生してしまう。したがって、従来から行われているように、画像形成位置の電位ムラを改善したとしても、画像カブリや画像エッジ部分のかすれといった問題が発生してしまう。そこで、本実施形態に係る画像形成装置は、さらに画像品質を向上させるために、感光ドラム101上で発生する電位ムラを、画像形成位置だけでなく、画像形成が行われない位置についても低減させることにより、画像品質を向上させる。
感光ドラム101の電位ムラを測定する場合、まず、感光ドラム101を帯電が安定する所定回転数で回転させ、一次帯電器102によって例えば−700Vとなるように帯電させる。電位センサ104は、主走査方向の任意位置に移動可能に配置されている。そこで、感光ドラム101の2次元面について、例えば主走査5ブロック、副走査10ブロックの50ブロックの電位を測定したい場合には、主走査のあるブロック位置に電位センサ104を移動させる。その後、当該ブロックを副走査10ブロック分測定する。この動作を、主走査の各ブロックについて行えば2次元面の50ブロック全ての感光ドラム101における帯電電位を測定することができる。このように、本実施形態に係る画像形成装置では、感光ドラムの表面を複数の領域に分割した分割領域において、当該表面電位を測定する。さらには、レーザ点灯時(露光位置)の電位ムラについては、感光ドラム101を一次帯電器102によって帯電させ、半導体レーザ105によって画像領域dgについて所定の露光量で露光を行い、上述と同様の測定動作を実行することで測定できる。
<電位ムラの測定方法>
次に、図2A及び図2Bを参照して、感光ドラム101の2次元面の測定方式について説明する。図2Aは、第1の実施形態に係る感光ドラムの周辺の構成例を示す図である。
201はドラム駆動モータであり、感光ドラム101をダイレクトに駆動する。通常、モータから感光ドラム101の回転軸まではギヤやベルトを介して減速させ駆動を行うが、感光ドラム101の軸上でギヤピッチの回転ムラやベルト噛み合いピッチの回転ムラが発生する。これにより、画像においてもピッチムラによる濃度ムラが発生する場合もあるため、ダイレクト駆動にするほうが望ましい。
207はドラムHP(ホームポジション)センサであり、感光ドラム101の画像領域外に設けられたHPマーク208を検知するための反射型のセンサである。このドラムHPセンサ207は感光ドラムの回転位相の原点を示す信号を生成する。よって、感光ドラム101は、ドラム駆動モータ201により所定の一定回転速度で駆動されているため、ドラムHPセンサ207からの信号の出力時間を測定することで、感光ドラム101の2次元面の副走査方向の位置を知ることができる。
202は電位センサ104を主走査方向に移動させるための駆動源であるステッピングモータである。ステッピングモータ202の駆動軸を反時計方向(CCW)に回転させると電位センサ104は主走査方向111側に移動する。ステッピングモータ202の駆動軸を時計方向(CW)に回転させると電位センサ104は主走査方向のCW方向に移動する。
205は電位センサのHPセンサであり、透過型のフォトインタラプタである。フォトインタラプタ205がHPフラグ206を検知すると、主走査方向の画像領域dg以外の所定基準位置で電位センサ104の移動が停止される。
感光ドラム101の電位ムラを測定する場合は、電位ムラを検知したい主走査位置にステッピングモータ202によって電位センサ104を移動させる。測定開始前には、確実に電位センサ104を基準位置に移動させるホームポジション動作が行われる。この動作は、ステッピングモータ202により電位センサ104を移動させ、CCW回転時のフォトインタラプタ205がHPフラグ206を検知した状態でモータを停止することで確実に電位センサ104が基準位置で停止している状態にすることができる。
その基準位置から主走査方向に所定距離移動させるためには、ステッピングモータ202を距離に応じたパルス数分だけ駆動させることで実現できる。ステッピングモータ202の動作としては、1パルスの駆動パルスで例えば駆動軸が0.36度回転する特性を有する。本実施形態による電位センサ104の移動機構では、モータ駆動軸に取り付けられたギヤの回転角度に応じて電位センサ104が移動するため、ステッピングモータ202の回転数、回転角度に応じて電位センサ104が移動する距離が確定する。よって、主走査方向のフォトインタラプタ205から複数の電位測定ポイントの距離を予め定め、距離に応じたステッピングモータ202の回転数、回転角度に応じた駆動パルス数を予め算出することで、主走査方向の任意位置の電位を測定することができる。
図2Bは、第1の実施形態に係る感光ドラムにおける1周分の電位ムラの測定方法を説明するための図である。感光ドラム101をダイレクトに駆動するドラム駆動モータ201はエンコーダが内蔵され、そのエンコーダからモータ駆動軸の回転速度、位相情報が出力される。ドラム駆動モータ201は、それらの速度、位相情報に応じてモータの駆動軸が一定回転になるように制御される。ダイレクトドライブモータであるためにモータ駆動軸と感光ドラム軸はダイレクトに接続されているので感光ドラム101は常に一定回転速度、一定位相になる。基準位置からのドラム面上の副走査方向の移動距離D(mm)は、基準位置であるHPマーク208をドラムHPセンサ207が検知してから所定のドラム回転速度V(mm/sec)と基準位置信号からの時間t(sec)を乗算することにより求められる。
D(mm)=V(mm/sec)×t(sec)………(1)
よって、基準位置から副走査方向の任意位置での時間は、
t(sec)=D(mm)/V(mm/sec)………(2)
となる。したがって、基準位置からの感光ドラム101の副走査方向の所定位置D(mm)の電位ムラは、基準信号から式(2)で求めたt(sec)後に電位センサ104にて感光ドラム101の電位をサンプリングすればよい。
221は感光ドラム101の基準位置を基準として2次元面に展開した様子を示す。224は主走査方向を示し、225は副走査方向を示す。220は基準位置を示す。ここでは、感光ドラム101の2次元面を主走査方向について1〜5のアドレスの5領域、副走査方向についてA〜Jのアドレスの10領域に分割し、2次元面として1A〜5Jまでの50領域に分割している。
上述したように、ここでは、感光ドラム101における電位ムラの測定方法について示したが、電位ムラを測定する代わりに、予め測定した電位ムラ情報を予め記憶しておいてもよい。予め測定したドラム電位ムラ情報の取得方法の一例を図18に示す。
図18は、予め測定した電位ムラ情報の取得方法を示す図である。1801は、感光ドラム101に貼付されたバーコードを示す。バーコード1801は、感光ドラム101の識別情報を保持する。この識別情報を用いて電位ムラ情報がいずれの感光ドラムに対応する情報であるかを識別することができる。
具体的には、感光ドラム101における電位ムラのデータを測定すると、バーコードリーダ1802でドラム識別情報が読み込まれ、この識別情報と共に電位ムラ情報がデータサーバ1803に格納される。その後、画像形成装置100にドラムを組み込む際にドラムに貼り付けられたバーコード1807をバーコードリーダ1808が読み込み、データサーバ1803からLAN1804を介して、対応する電位ムラ情報を取得し、画像形成装置100に格納される。以上のような仕組みにより、予め測定した電位ムラ情報を取得し、容易に電位ムラ補正を実行することができる。
図3A及び図3Bは、感光ドラムの2次元面の電位ムラを測定した結果を示す図である。図3Aの301は、感光ドラム101を550Vに帯電させ、レーザ光を走査しない場合のドラム2次元面の副走査アドレスD、Hにおける主走査方向の電位ムラを示す。横軸302、306はドラム2次元面の主走査アドレスを示している。縦軸305は、測定したドラム電位(V)を示す。また、308はレーザ駆動電流量を示す。
半導体レーザ105の特性として、レーザ発光の基準電流Ithを有しており、Ith320以下の電流ではLED発光領域、Ith以上の電流ではレーザ発光領域という特性を示す。つまり、ドラム2次元面の主走査のアドレス全域にわたりレーザ駆動電流307がIth320以下となっているため、半導体レーザ105はレーザ発光を行わない。したがって、図3Aでは、感光ドラム101がレーザ光で露光されない状態での測定結果となる。
この状態で、感光ドラム101の帯電感度が2次元面全域にわたり同一であれば、550Vで帯電を行えばドラム2次元面の全領域で帯電電圧は550Vであり、電位センサの測定結果も550Vである。しかし、帯電感度ムラがあると、例えばドラム2次元面の副走査アドレスDでの測定結果303では、主走査アドレス1で520V、主走査アドレス3で550Vといったように領域によって帯電特性が異なる。この特性は2次元面の領域ごとに異なり、例えば、ドラム2次元面の副走査アドレスHでの測定結果304では、主走査アドレス1で500V、主走査アドレス3で520Vといったように領域によって異なる。
図3Bの309は、感光ドラム101を550Vに帯電させ、レーザ光を走査させた場合のドラム2次元面の副走査アドレスC、Hにおける主走査方向の電位ムラを示す。横軸310、314はドラム2次元面の主走査アドレスを示す。縦軸313は、測定したドラム電位(V)を示す。また、縦軸316はレーザ駆動電流量を示す。
半導体レーザ105の特性として、レーザ発光の基準電流Ithを有しており、Ith320以下の電流ではLED発光領域、Ith以上の電流ではレーザ発光領域という特性を示す。つまり、ドラム2次元面の主走査のアドレス全域にわたりレーザ駆動電流315はIth320以上となっているため、レーザ発光が行われ感光ドラム101がレーザ光で露光される。
この状態で、感光ドラム101の帯電感度が2次元面全域にわたり同一であれば、例えば200V均一であり、電位センサの測定結果も200Vである。しかし、帯電感度ムラがあると、例えばドラム2次元面の副走査アドレスCでの測定結果311では、主走査アドレス1で170V、主走査アドレス3で200Vといったように領域によって帯電特性が異なる。この特性は2次元面の領域ごとに異なり、例えば、ドラム2次元面の副走査アドレスHでの測定結果312では、主走査アドレス1で150V、主走査アドレス3で165Vといったように領域によって異なる。
よって、感光ドラム101を所定電位で帯電させ、レーザ発光あり時のドラム2次元面の電位測定、レーザ発光無し時のドラム2次元面の電位測定を行うことで、レーザ発光を行わない場合の電位ムラ特性も測定することができる。
<電位ムラの補正方法>
図4A及び図4Bは、第1の実施形態に係る感光ドラムのレーザ非露光部における電位ムラ補正を示す図である。図4Aの401はドラム2次元面の副走査アドレスDにおける画像データが無くレーザ非点灯部分(非露光位置)であるドラム電位(第2電位)ムラの補正方法を示す。横軸403、407は、ドラム2次元面での主走査アドレスを示す。縦軸402は測定したドラム電位(V)を示す。また、縦軸406はレーザ駆動電流を示す。ここで、404は、感光ドラム101を550Vで帯電させレーザ非点灯時の測定結果を示す。つまり、Ith以下であるレーザ駆動電流409の場合の測定結果である。
感光ドラム101の特性としては、当該感光ドラム101上をレーザ光で露光することで帯電電位が低下する特性であり、レーザ光量に応じて電位低下量が決定される。本実施形態によれば、レーザ非点灯時である感光ドラム101における2次元面の電位を全て測定した後、測定結果の最低電圧、ここでは500Vに感光ドラム101の電位を合わせるようにレーザ駆動電流を増大させる。これにより、レーザ非点灯時の電位ムラを解消することができる。即ち、500V以上の電位ムラを有している領域に微小なレーザ光を露光することにより電位を500Vに補正する。
したがって、ドラム2次元面の電位ムラデータに応じてレーザを微小発光させるべく、画像データに従った非レーザ発光領域であっても、Ith以上の補正電流408でレーザをレーザ発光領域にて駆動する。これにより、電位ムラを含む測定結果404を、500V均一の帯電電位405のように補正することができる。
図4Bの410はドラム2次元面の副走査アドレスHにおける画像データが無くレーザ非点灯部分であるドラム電位ムラの補正方法を示す。横軸412、416はドラム2次元面での主走査アドレスを示す。縦軸411は測定したドラム電位を示す。また、縦軸415はレーザ駆動電流を示す。ここで、414は、感光ドラム101を550Vで帯電させレーザ非点灯時の測定結果を示す。つまり、Ith以下であるレーザ駆動電流418の場合の測定結果である。
図4Aと同様に、レーザ非点灯時の感光ドラム101における2次元面の電位を全て測定した後、測定結果の最低電圧、ここでは500Vに感光ドラム101の電位を合わせるようにレーザ駆動電流を補正する。即ち、レーザ駆動電流を増大させる。
したがって、ドラム2次元面の電位ムラデータに応じてレーザを微小発光させるべく、画像データに従った非レーザ発光領域であっても、Ith以上の補正電流417でレーザを駆動する。これにより、電位ムラを含む測定結果414を、500V均一の帯電電位413のように補正することができる。このように、図4A及び図4Bの電位ムラの補正方法は、第2補正手段における制御の一例である。
また、レーザ光による電位ムラの補正方法としては、予め測定した電位ムラを保存したメモリ等から、ドラム2次元面のレーザ非点灯時の電位ムラデータを読み出して、電位ムラを補正してもよい。この場合、例えば、レーザ光での露光量に応じて電位が低下するドラム特性であるため、最低電位を基準に、最低電位からの電位ムラ量に応じてレーザ発光光量を求めることが望ましい。また、2次元の各々の領域について、帯電電位を500Vにするために、所定の1領域についてレーザ電流を段階的に増加させ、電位センサ104によって読み取られた電位が500Vとなったレーザ電流を、当該領域についての補正量としてもよい。
図5A及び図5Bは、第1の実施形態に係る感光ドラムのレーザ露光部における電位ムラ補正を示す図である。図5Aの501はドラム2次元面の副走査アドレスCにおける画像データが有りレーザ点灯部分(露光位置)であるドラム電位(第1電位)ムラの補正方法を示す。横軸503、507は、ドラム2次元面での主走査アドレスを示す。縦軸502は測定したドラム電位を示す。また、縦軸506はレーザ駆動電流を示す。ここで、504は、感光ドラム101を550Vで帯電させた後のレーザ点灯時の測定結果を示す。つまり、Ith以下であるレーザ駆動電流508の場合の測定結果である。
本実施形態によれば、レーザ点灯時である感光ドラム101における2次元面の電位を全て測定した後、測定結果の最高電圧、ここでは200Vに感光ドラム101の電位を合わせるようにレーザ駆動電流を補正する。即ち、200V以下の電位ムラを有している領域において、レーザ光量を減少させることにより全てのドラム面のレーザ点灯時の電位を200Vに補正する。これにより、レーザ点灯時の電位ムラを解消することができる。
したがって、ドラム2次元面の電位ムラデータに応じてレーザの光量補正を行うべく、レーザ発光領域において補正電流509でレーザを駆動する。これにより、電位ムラを含む測定結果505を、200V均一の帯電電位504のように補正することができる。
図5Bの510はドラム2次元面の副走査アドレスHにおける画像データが有りレーザ点灯部分であるドラム電位ムラの補正方法を示す。横軸512、516はドラム2次元面での主走査アドレスを示す。縦軸511は測定したドラム電位を示す。また、縦軸515はレーザ駆動電流を示す。ここで、514は、感光ドラム101を550Vで帯電させレーザ非点灯時の測定結果を示す。つまり、Ith以下であるレーザ駆動電流517の場合の測定結果である。
図5Aと同様に、レーザ点灯時の感光ドラム101における2次元面の電位を全て測定した後、測定結果の最高電圧、ここでは200Vに感光ドラム101の電位を合わせるようにレーザ光量を下げる。即ち、レーザ駆動電流を減少させる。
したがって、ドラム2次元面の電位ムラデータに応じてレーザの光量補正を行うべく、レーザ発光領域において補正電流518でレーザを駆動する。これにより、電位ムラを含む測定結果514を、200V均一の帯電電位513のように補正することができる。このように、図5A及び図5Bの電位ムラの補正方法は、第1補正手段における制御の一例である。
また、レーザ光による電位ムラの補正方法としては、予め測定した電位ムラを保存したメモリ等から、ドラム2次元面のレーザ点灯時の電位ムラデータを読み出して、電位ムラを補正してもよい。この場合、例えば、レーザ光での露光量に応じて電位が低下するドラム特性であるため、最高電位を基準に、最高電位からの電位ムラ量に応じてレーザ発光光量を求めることが望ましい。また、2次元の各々の領域について、帯電電位を200Vにするために、各領域でレーザ点灯時のレーザ電流量を求めても良い。具体的には、電位ムラの測定結果が、200Vよりも低い領域についてレーザ電流を段階的に上げていき、電位センサ104によって読み取られた電位が200Vとなったレーザ電流を、その領域についての補正量としてもよい。
<レーザ駆動部>
図6は、第1の実施形態に係るレーザ駆動部の構成例を示す図である。従来の画像形成装置に用いられてきたレーザ駆動部としては、半導体レーザへのIth以下のバイアス電流制御部と、当該バイアス電流に加算した電流を制御し、レーザ発光量を制御する駆動電流制御部の構成であった。しかし、本実施形態に係るレーザ駆動部3は、2つの駆動電流制御部を備え、画像データに応じて何れの駆動電流制御部を用いるかを決定する。
図6の601は画像信号に応じたLaser_ON信号である。Laser_ON信号601が“L”であると、スイッチ608がONされ、スイッチ609はOFFとなる。したがって、電流設定電圧VL603に応じた電流量で定電流制御される定電流回路607に流れる電流iL(mA)とバイアス電流ib(mA)の加算された電流量であるib+iL(mA)がカレントミラー回路610に流れる。この場合、半導体レーザ105に流れる電流iP(mA)は同電流に制御されるためiP(mA)=ib+iL(mA)に制御される。
Laser_ON信号601が“H”であると、スイッチ609がONされ、スイッチ608はOFFとなる。したがって、電流設定電圧VD604に応じた電流量で定電流制御される定電流回路612に流れる電流iD(mA)とバイアス電流ib(mA)の加算された電流量であるib+iD(mA)がカレントミラー回路610に流れる。この場合、半導体レーザ105に流れる電流iP(mA)は同電流に制御されるためiP(mA)=ib+iD(mA)に制御される。
ここで、電流iLを設定する電流設定電圧VL603は、上述したレーザOFF時のドラム電位ムラに応じた補正電流量に対する電圧が設定される。さらにその補正電圧は、上述のドラムHPからの回転位相に応じて、逐次そのドラムの位相でのレーザOFF時のドラム電位ムラ量に応じた電圧が設定される。よって、画像データに応じてレーザOFFとなる領域においても、本実施形態では、レーザ駆動電流をドラムの電位ムラ特性に応じて制御することが可能となる。
また、電流iDを設定する電流設定電圧VD604は、上述したレーザON時のドラム電位ムラに応じた補正電流量に対する電圧が設定される。さらにその補正電圧は、上述のドラムHPからの回転位相に応じて、逐次そのドラムの位相でのレーザON時のドラム電位ムラ量に応じた電圧が設定される。よって、画像データに応じてレーザONとなる領域においても、レーザ駆動電流をドラムの電位ムラ特性に応じて制御することが可能となる。
図7は、第1の実施形態に係るレーザ駆動部のタイミングチャートである。縦軸701はレーザ駆動電流を示し、横軸702は主走査アドレスを示す。図7では、2次元ドラム面でのある副走査アドレス部での主走査アドレスに応じたドラム電位ムラを補正するためのレーサOFF時の電流量として704、レーザON時の電流量として703であることを示している。
補正したレーザ駆動電流704は、バイアス電流ibとレーザOFF時の補正電流iLを加算した電流ib+iL(mA)であり、主走査アドレスに応じてレーザOFF時は、この電流量でレーザ駆動される。補正したレーザ駆動電流703は、バイアス電流ibとレーザON時の補正電流iDを加算した電流ib+iD(mA)であり、主走査アドレスに応じてレーザON時は、この電流量でレーザ駆動される。
705はVideo_CLKであり、主走査アドレスに対する基準信号である。706はLaser_ON信号であり、主走査アドレスに対して、画像に応じてレーザをON/OFF制御し画像を形成するための露光制御を行う信号である。Vb707はバイアス電流を制御する基準電圧である。通常、半導体レーザ105は、長周期の温度特性によりIth電流が変化するわけであるが、このIth電流以下に設定されるバイアス電流が常にIthに対して所定値以下となるように制御される。本実施形態では、短周期である1ラインの走査を例と示しており、Ithの変化がないためにバイアス電流も一定であるためVb707も一定である。
708はレーザOFF時のドラム電位ムラを補正するためのレーザ光量に応じた定電流回路の基準電圧である。この基準電圧VL708をレーザOFF時のドラム電位ムラに応じた設定にすることで、レーザ駆動電流は、704のように補正される。709はレーザON時のドラム電位ムラを補正するためのレーザ光量に応じた定電流回路の基準電圧である。この基準電圧VD709をレーザON時のドラム電位ムラに応じた設定にすることで、レーザ駆動電流は、703のように補正される。
710はLaser_ON信号706に応じて、レーザ駆動電流の703、704が選択された後のレーザ駆動電流量を示している。Laser_ON信号706が“L”のときは、レーザ駆動電流704が選択され、Laser_ON信号706が“H”のときは、レーザ駆動電流703が選択される。この実現には、上述の図6のレーザ駆動部3の構成で初めて実現可能となり、従来のレーザ駆動部で実行することはできない。
711は、Laser_ON信号706に応じて、ドラム電位ムラ補正を行った後のレーザ光量を示している。従来では、Laser_ON信号706が“L”でOFFであった712に示す領域であっても、本実施形態ではレーザを微小発光させてドラムの電位ムラを補正する。さらには、Laser_ON信号706が“H”でONである713に示す領域においても、レーザ光量をドラム電位ムラに応じて変化させ電位ムラを補正する。
以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、帯電させた感光ドラムを露光した状態の電位ムラと、露光していない状態の電位ムラを解消するように、露光装置の露光量を補正する。また、露光した状態の電位ムラと、露光していない状態の電位ムラとを、感光ドラムの表面を複数の領域に分割した分割領域において測定する。これにより、本画像形成装置は、電位ムラの測定を高速に行うとともに、トナーにより現像されない位置(非露光位置)の電位ムラについても解消する。これにより、画像かぶりや文字等のエッジのかすれを低減させることができる。
<第2の実施形態>
次に、図8A乃至図11を参照して、第2の実施形態について説明する。本実施形態では、画像データとして8Bitの多値データとし、0(h)〜FF(h)の256パルス幅でレーザ点灯パルス幅を調整し、電位ムラを補正する。
図8A及び図8Bは、感光ドラムの2次元面における電位ムラの測定結果を示す図である。図8Aの801は、感光ドラム101を550Vに帯電させ、レーザ光を走査しない場合のドラム2次元面の副走査アドレスD、Hにおける主走査方向の電位ムラを示す。横軸802、806はドラム2次元面の主走査アドレスを示している。縦軸805は測定したドラム電位(V)を示す。また、縦軸308はレーザ点灯パルス幅を示す。
807に示すように、ドラム2次元面の主走査のアドレス全域にわたりレーザ点灯パルス幅は“0”となっているため、レーザ発光されずに感光ドラム101はレーザ光で露光されていない。この状態で、感光ドラム101の帯電感度が2次元面全域にわたり同一であれば、550Vで帯電を行えばドラム2次元面の全領域で帯電電圧は550Vであり、電位センサ104の測定結果も550Vとなる。しかし、帯電感度ムラがあると、例えばドラム2次元面の副走査アドレスDの測定結果803では、主走査アドレス1で520V、主走査アドレス3で550Vといったように領域によって帯電特性が異なる。この特性は2次元面の領域ごとに異なり、例えば、ドラム2次元面の副走査アドレスHの測定結果804では、主走査アドレス1で500V、主走査アドレス3で520Vといったように領域によって異なる。
図8Bの809は、感光ドラム101を550Vに帯電させ、レーザ光を走査させた場合のドラム2次元面の副走査アドレスC、Hにおける主走査方向の電位ムラを示す。横軸810、814はドラム2次元面の主走査アドレスを示している。縦軸813は測定したドラム電位(V)を示す。また、縦軸816はレーザ点灯パルス幅を示す。
815に示すように、ドラム2次元面の主走査のアドレス全域にわたりレーザ点灯パルス幅は“FF”(レーザとしては、主走査アドレス全領域で常時点灯状態)となっているため、レーザ発光が行われ感光ドラム101はレーザ光で露光される。この状態で、感光ドラム101の帯電感度が2次元面全域にわたり同一であれば、例えば200V均一であり、電位センサ104の測定結果も200Vとなる。しかし、帯電感度ムラがあると、例えばドラム2次元面の副走査アドレスCでの測定結果811では、主走査アドレス1で170V、主走査アドレス3で200Vといったように領域によって帯電特性が異なる。この特性は2次元面の領域ごとにことなり、例えば、ドラム2次元面の副走査アドレスHの測定結果812では、主走査アドレス1で150V、主走査アドレス3で165Vといったように領域によって異なる。
よって、感光ドラム101を所定電位で帯電させ、レーザ発光あり時のドラム2次元面の電位測定、レーザ発光無し時のドラム2次元面の電位測定を行うことで、レーザ発光を行わない場合の電位ムラ特性も測定することができる。
図9A及び図9Bは、第2の実施形態に係る感光ドラムのレーザ非露光部の電位ムラ補正を示す図である。図9Aの901はドラム2次元面の副走査アドレスDにおける画像データが“0(h)”でレーザ非点灯部分であるドラム電位ムラの補正を示す。横軸903、907は、ドラム2次元面での主走査アドレスを示す。縦軸902は測定したドラム電位を(V)示す。また、縦軸906はレーザ点灯パルス幅を示す。ここで、904は、感光ドラム101を550Vで帯電させたレーザ非点灯時の測定結果を示す。つまり、レーザ点灯パルス幅909が“0(h)”の場合の測定結果である。
第1の実施形態と同様に、本実施形態では、ドラム2次元面の電位ムラデータに応じてレーザを微小発光させるべく、非レーザ発光領域である画像データが“0(h)”の場合においても補正パルス幅908でレーザを駆動する。これにより、電位ムラを含む測定結果904を、500V均一の帯電電位905のように補正することができる。
図9Bの910はドラム2次元面の副走査アドレスHにおける画像データが“0(h)”でレーザ非点灯部分であるドラム電位ムラの補正を示す。横軸912、916は、ドラム2次元面での主走査アドレスを示す。縦軸911は測定したドラム電位を(V)示す。また、縦軸915はレーザ点灯パルス幅を示す。ここで、914は、感光ドラム101を550Vで帯電させたレーザ非点灯時の測定結果を示す。つまり、レーザ点灯パルス幅918が“0(h)”の場合の測定結果である。
第1の実施形態と同様に、本実施形態では、ドラム2次元面の電位ムラデータに応じてレーザを微小発光させるべく、非レーザ発光領域である画像データが“0(h)”の場合においても補正パルス幅917でレーザを駆動する。これにより、電位ムラを含む測定結果914を、500V均一の帯電電位913のように補正することができる。
また、レーザ光による電位ムラの補正方法としては、予め測定した電位ムラを保存したメモリ等から、ドラム2次元面のレーザ非点灯時の電位ムラデータを読み出して、電位ムラを補正してもよい。この場合、例えば、レーザ光での露光量に応じて電位が低下するドラム特性であるため、最低電位を基準に、最低電位からの電位ムラ量に応じてレーザ発光パルス幅を求めことが望ましい。また、2次元の各々の領域について、帯電電位を500Vにするために、所定の1領域についてレーザ発光パルス幅を段階的に増加させ、電位センサ104によって読み取られた電位が500Vとなったレーザ発光パルス幅を、当該領域についての補正量としてもよい。
図10A及び図10Bは、第2の実施形態に係る感光ドラムのレーザ露光部における電位ムラ補正を示す図である。図10Aの1001はドラム2次元面の副走査アドレスCにおける画像データが“FF(h)”でのレーザ点灯部分であるドラム電位ムラの補正を示す。横軸1003、1007は、ドラム2次元面での主走査アドレスを示す。縦軸1002は測定したドラム電位を(V)示す。また、縦軸1006はレーザ点灯パルス幅を示す。ここで、1005は、感光ドラム101を550Vで帯電させたレーザ点灯時の測定結果を示す。つまり、レーザ点灯パルス幅1008が“FF(h)”の場合の測定結果である。
したがって、本実施形態では、ドラム2次元面の電位ムラデータに応じてレーザの光量補正を行うべく、レーザ点灯パルス幅をパルス幅1009に補正する。これにより、電位ムラを含む測定結果1005を、200V均一の帯電電位1004のように補正することができる。
図10Bの1010はドラム2次元面の副走査アドレスHにおける画像データがFF(h)”でのレーザ点灯部分であるドラム電位ムラの補正を示す。横軸1012、1016は、ドラム2次元面での主走査アドレスを示す。縦軸1011は測定したドラム電位を(V)示す。また、縦軸1015はレーザ点灯パルス幅を示す。ここで、1014は、感光ドラム101を550Vで帯電させたレーザ点灯時の測定結果を示す。つまり、レーザ点灯パルス幅1017が“FF(h)”の場合の測定結果である。
したがって、本実施形態では、ドラム2次元面の電位ムラデータに応じてレーザの光量補正を行うべく、レーザ点灯パルス幅をパルス幅1018に補正する。これにより、電位ムラを含む測定結果1014を、200V均一の帯電電位1013のように補正することができる。
また、レーザ光による電位ムラの補正方法としては、予め測定した電位ムラを保存したメモリ等から、ドラム2次元面のレーザ点灯時の電位ムラデータを読み出して、電位ムラを補正してもよい。この場合、例えば、レーザ光での露光量に応じて電位が低下するドラム特性であるため、最高電位を基準に、最高電位からの電位ムラ量に応じてレーザ発光パルス幅を求めることが望ましい。また、2次元の各々の領域について、帯電電位を200Vにするために、各領域で測定を実行しレーザ点灯時のレーザ発光パルス幅を求めてもよい。具体的には、電位ムラの測定結果が、200Vよりも低い領域についてレーザ発光パルス幅を段階的に増加させ、電位センサ104によって読み取られた電位が200Vとなるレーザ発光パルス幅を、当該領域についての補正量としてもよい。
図11A乃至図11Cは、第2の実施形態に係るレーザ駆動部の構成例を示す図である。従来の画像形成装置に用いられてきたレーザ駆動部では、画像データに応じてレーザ光で感光ドラムを露光してトナーで現像した濃度が入力される画像データに対してリニアになるようにγ−LUTテーブルにてパルス幅を補正しレーザ点灯制御を行っていた。したがって、従来では、画像データ(8Bit)が“0(h)”の場合は、1画素内のパルス幅は“0”であった。
図11Aに示すように、本実施形態に係るレーザ駆動部1100は、γ−LUT1101での階調補正後、電位ムラLUT1102を通すことで、画像データが“0(h)”時のパルス幅をドラム2次元の領域ごとに補正する。さらにはFF(h)時のパルス幅も補正し、入力される0〜100%のパルス幅領域をドラムの電位ムラ特性に応じて、00(h)のパルス幅のオフセットパルス幅と、入力100%のパルス幅に対する、出力最大パルス幅を設定可能とする。これにより、オフセットと、パルス幅特性の傾きを任意に可変することができる。
図11Bは、横軸に画像データを示し、縦軸に補正前のパルス幅を示す。1116は、γLUT1101に定義された値となる。γ−LUT1101では、画像データを8Bitの多値データとしているため、入力画像データとしては0(h)〜FF(h)の256データとなる。
図11Cは、横軸にγLUT出力パルス幅を示し、縦軸に補正後のパルス幅を示す。ここでは入力画像データに対するレーザ駆動パルス幅のγ特性を示している。このγ特性は、入力画像データに対してレーザ露光によるトナーの濃度特性がリニアになるようなパルス幅の特性に設定されている。1118は、電位ムラLUT1102で補正された補正パルス幅を示す。ここでは、レーザOFF時とレーザFF点灯時の電位ムラデータから電位ムラを無くすように補正する補正データ特性を示している。
本実施形態では、ドラム電位ムラ特性に応じて、00(h)のγ入力パルス幅が入力された場合は、10(h)のパルス幅に補正し、FF(h)のγ入力パルス幅が入力された場合は、E0(h)に補正する。したがって、00(h)〜FF(h)のγ入力パルス幅が10(h)〜E0(h)となるように、オフセットと傾きが補正される。その後、レーザドライバ1103にパルス幅信号が出力され、レーザ1104が駆動される。
以上説明したように、画像データが“00(h)”でレーザ非点灯となる領域であっても、レーザを微小パルス幅で発光させてドラムの電位ムラを補正することができる。さらには、画像データが00(h)以外の領域でレーザを画像データに応じたパルス幅で点灯させる領域においても、レーザ光量をドラム電位ムラに応じて補正することができる。これにより、画像データが“00(h)”の場合においても感光ドラム101の電位ムラを補正することができる。
<第3の実施形態>
次に、図12乃至図15を参照して、第3の実施形態について説明する。図12は、第3の実施形態に係る補間の仕組みを説明する図である。1202は感光ドラム101の軸方向である主走査方向を示し、1203は感光ドラム101の回転方向である副走査方向を示す。1204は感光ドラム101の回転位置の基準信号を示しいる。この基準信号は感光ドラム101の1回転毎に発生する。感光ドラム101の半径はrとする。1201はドラム2次元面の展開図である。この2次元面の主走査方向は、画像書き込みの最大幅を示しており、例えば本実施形態では、画像書き込み幅はdgとなる。Videoクロックとしては700クロックとしている。また、副走査方向の長さ1206は、感光ドラム101の半径をrとすると2πrとなる。ドラム1回転分の走査数としては、600ライン相当となる。よって時間換算としては、主走査方向で700×VIDEO_CLK1周期時間となり、副走査方向で600ライン×1h走査時間となる。1h走査時間とは、走査基準信号であるBD信号の間隔を示す。
1208は感光ドラム101における2次元面1201のある1つの補正領域を示している。ここでは、主走査アドレス:1、副走査アドレス:Hの領域の中をさらに補間により細分化した例を示す。感光ドラム101の電位ムラを補正するためには、感光ドラム101の電位を測定する必要があるが、ドラム2次元面の測定領域が多いほど高精度な補正が可能となるが多大な測定時間が発生する。一方、測定領域が少ないほど補正精度は下がるが、測定時間を低減することができる。
しかし、製品としては、少ない測定時間で高精度な補正精度が必要という相反する技術課題を解決する必要がある。そこで、本実施形態では、測定領域として、ドラム主走査方向の電位ムラプロファイルを最低限再現化可能な複数のサンプル領域数と、副走査方向の電位ムラプロファイルを最低限再現可能な複数のサンプル領域数を測定する。例えば、1201に示すように主走査方向を5分割し、副走査方向を10分割した50領域において測定する。しかし、ドラム電位ムラについて主走査方向を5分割した測定である場合、例えば領域1と領域2との間で補正レベルが大きく変わってしまうため、電位ムラ補正を行ったとしてもこの領域の切り替わりで急激な濃度変化が起こってしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、高精度な電位ムラ補正を実現するために感光ドラム101の2次元面の測定領域間を線形補完し、所定数の補間データを追加する。
図13は、第3の実施形態に係る補間方法を示す図である。縦軸は設定電位(V)を示し、横軸は副走査補間アドレスを示す。Vα、Vβは、各々副走査アドレスのα、βにて実際にドラム電位を測定した電圧を示している。また、V1、V2、V3は、VαとVβから各々補間した電圧を示している。このように、VαとVβの2点を実測すればその間の電位ムラを予測し、補間データを作成し、滑らかに電位ムラを補正するためのデータを作成することができる。この補間の仕組みについて以下で詳細に説明する。測定領域間の補間データ数をnとし、m=n+1とすると、
V(n)=Vα+{(Vβ−Vα)/m}×n‥‥‥(3)
の式に当てはめて、線形補間できる。よって、図13のV1は、n=3、m=4として
V1=Vα+{(Vβ−Vα)/4}×1 ‥‥‥(4)
V2は、n=3、m=4として
V2=Vα+{(Vβ−Vα)/4}×2 ‥‥‥(5)
V3は、n=3、m=4として
V3=Vα+{(Vβ−Vα)/4}×3 ‥‥‥(6)
として補間データを作成することができる。ここでは、ドラム電位の測定データ間の補間データ作成例を説明したが、ドラム電位測定データから、感光ドラム101の露光時の露光量補正データを作成し、その露光補正データに対して補間データを作成してもよい。
図14は、第3の実施形態に係る補間データを作成する回路ブロック図である。1401は副走査アドレスカウンタである。Drum_HP信号1410はドラムの基準位置信号であり、ドラム1回転で1回出力される。この基準位置信号入力後のBD信号1411の入力を副走査アドレスカウンタ1401でカウントする。BD信号1411は上述のレーザスキャナーの1走査で1回出力される信号であり、1走査は通常1画素(600dpi=約42μm)である。したがって、Drum_HP信号1410の入力後にBD信号1411の入力回数をカウントすることにより、ドラム基準位置からの回転位置が把握可能となる。副走査アドレスカウンタ1401は、ドラム基準位置からの回転位置信号である副走査アドレス1407を出力する。
1402は主走査アドレスカウンタである。主走査イネーブル信号(ENB)1414は画像書き込み開始を示す信号であり、半導体レーザ105にてレーザ走査する際の感光ドラム101の画像領域部の先頭信号である。この主走査イネーブル信号1414の入力後にVideo_CLK1413の入力を主走査アドレスカウンタ1402でカウントする。Video_CLK1413は主走査の1画素(600dpi=約42μm)で1クロックの周期となる。したがって、主走査イネーブル信号1414の入力後にVideo_CLK1413の入力回数をカウントすることにより、感光ドラム101上における画像領域での主走査走査位置を把握することが可能となる。主走査アドレスカウンタ1402は、感光ドラム101上での走査位置信号である主走査アドレス1408を出力する。
補間部1403は、感光ドラム101の主走査アドレス1408及び副走査アドレス1407をもとに、主走査補間分割数1418と副走査補間分割数1417に応じてドラム電位ムラ測定データ1404のデータ間を補間する。補間されたデータは、レーザOFF部の電位ムラと電位ムラ補正レーザ電流量の関係を定義したハイライト部電位ムラLUT1421を通して、DAコンバータ1405に入力され、レーザのOFF側定電流回路の基準電圧VL1419が生成される。
さらに、補間されたデータは、レーザON部の電位ムラと電位ムラ補正レーザ電流量の関係を定義したダーク部電位ムラLUT1422を通して、DAコンバータ1406に入力され、レーザのON側定電流回路の基準電圧VD1420が生成される。このように、感光ドラム101の全領域について、電位ムラを測定した結果を補間することで測定データ以上の微小の領域で滑らかな電位ムラ補正を実行することができる。
図15は、第3の実施形態に係る補間データ作成のタイミングチャートである。1521は、電位ムラの測定タイミングを示し、1522は、補正データの作成タイミングを示す。
1501はDrum_HP信号であり、感光ドラム101が1回転するごとに1回出力される。1502、1508はBD信号でレーザスキャナー1走査に1回出力される。BDカウンタ1503、1509は、Drum_HPでリセットされ、Drum_HP信号1501、1506からのBD入力回数がカウントされる。1504は副走査方向についてのドラム電位ムラを測定したドラム1回転でのBD数/測定数となるアドレス分割数を示す。1505、1507は、分割された副走査アドレスの領域を示す。副走査補間カウント値1510は、副走査補間カウンタによってカウントされた値を示す。1511は上述した式(3)のVαを示し、1512はVβを示し、1513はmを示す。1514は、補間出力を示す。
1521に示すように、本実施形態の場合、ドラム1回転でBD1000発が入力される。アドレス分割数1504は、副走査方向についてのドラム電位ムラを測定したドラム1回転でのBD数(=1000)/測定数(=10)が設定され、本実施形態の場合100(D)が設定される。よって、副走査アドレス1505としては、電位ムラ測定領域のアドレスが出力されることになる。本実施形態の場合は、副走査の測定領域としてA〜Jの10領域に分割しているために、副走査アドレスについては1〜10の10領域が出力される。
1522を参照して、副走査アドレスが1から2での補間のタイミングを説明する。副走査補間BDカウンタは、副走査アドレスの切り替わりでリセットされ、BDをカウントする。そして領域分割数m1513に設定された値でカウントUPし、このカウントUP信号を副走査補間カウンタでカウントした値が、副走査補間カウント値1510である。この副走査補間カウント値1510は上述した式(3)のnに相当する。さらに、領域1でのドラム測定電位Vα1511、領域2でのドラム測定電位Vβ1512に基づいて、副走査補間カウント値1510に応じた補間出力1514が生成される。ここでは、副走査の測定データの補間タイミングを説明したが、主走査においても同様なタイミングで補間可能である。
以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、感光ドラムの表面を複数の領域に分割した分割領域において、露光した状態の電位及び露光していない状態の電位を測定し、各状態の電位ムラを半導体レーザの駆動電流を補正することにより解消する。さらに、本画像形成装置は、測定したデータ間を補間することにより、滑らかな補正を高速に実現することができる。また、測定したデータにより生成した補正データ間を補間してもよい。
<第4の実施形態>
次に、図16乃至図17を参照して、第4の実施形態について説明する。図16は、第4の実施形態に係る補間データを作成する回路ブロック図である。ここでは、図14と異なるブロックについてのみ説明する。したがって、図14の回路ブロック図と同一のブロックは、同一の番号を付し説明を省略する。
補間されたレーザOFF時の電位ムラデータ1602は、レーザOFF部の電位ムラとγLUTの画像データ00hの補正パルス幅の関係が定義されたハイライト部電位ムラLUT1421を通して、補正γLUT生成部1601に入力される。さらに、補間されたレーザON時の電位ムラデータ1603は、レーザON部の電位ムラとγLUTの画像データFFhの補正パルス幅の関係が定義されたダーク部電位ムラLUT1422を通して、補正γLUT生成部1601に入力される。
補正γLUT生成部1601では、00hとFFhの補正データから新たなγLUTテーブルを作成する。そして、画像データをγLUTに通して変換したパルス幅で感光ドラム101に露光することで、感光ドラム101の電位ムラが測定データ以上の微小の領域で滑らかな電位ムラ補正を実行することができる。
図17は、第4の実施形態に係る補間データ作成のタイミングチャートである。1721は、電位ムラの測定タイミングを示し、1722は、補正データの作成タイミングを示す。
1701はDrum_HP信号であり、感光ドラム101が1回転するごとに1回出力される。1702、1708はBD信号でレーザスキャナー1走査に1回出力される。BDカウンタ1703、1709は、Drum_HPでリセットされ、Drum_HP信号1701、1706からのBD入力回数がカウントされる。1704は副走査方向についてのドラム電位ムラを測定したドラム1回転でのBD数/測定数となるアドレス分割数を示す。1705、1707は、分割された副走査アドレスの領域を示す。副走査補間カウント値1710は、副走査補間カウンタによってカウントされた値を示す。1711は上述した式(3)のVαを示し、1712はVβを示し、1713はmを示す。1714は、補間出力を示す。
1721に示すように、本実施形態の場合、ドラム1回転でBD1000発が入力される。アドレス分割数1704は、副走査方向についてのドラム電位ムラを測定したドラム1回転でのBD数(=1000)/測定数(=10)が設定され、本実施形態の場合100(D)が設定される。よって、副走査アドレス1705としては、電位ムラ測定領域のアドレスが出力されることになる。本実施形態の場合は、副走査の測定領域としてA〜Jの10領域に分割しているために、副走査アドレスについては1〜10の10領域が出力される。
1722を参照して、副走査アドレスが1から2での補間のタイミングを説明する。副走査補間BDカウンタは、副走査アドレスの切り替わりでリセットされ、BDをカウントする。そして領域分割数m1713に設定された値でカウントUPし、このカウントUP信号を副走査補間カウンタでカウントした値が、副走査補間カウント値1710である。この副走査補間カウント値1710は上述した式(3)のnに相当する。さらに、領域1でのドラム測定電位Vα1711、領域2でのドラム測定電位Vβ1712に基づいて、副走査補間カウント値1710に応じたレーザOFF時の補間出力1714が生成される。同様に、レーザON時の補間出力1715も出力される。ここでは、副走査の測定データの補間タイミングを説明したが、主走査においても同様なタイミングで補間可能である。
以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、感光ドラムの表面を複数の領域に分割した分割領域において、露光した状態の電位及び露光していない状態の電位を測定し、各状態の電位ムラを半導体レーザの駆動パルス幅を補正することにより解消する。さらに、本画像形成装置は、測定したデータ間を補間することにより、滑らかな補正を高速に実現することができる。また、測定したデータにより生成した補正データ間を補間してもよい。
<第5の実施形態>
次に、図19A乃至図24Bを参照して、第5の実施形態について説明する。本実施形態では、感光ドラム101上で発生する電位ムラを補正するためのより具体的な補正方法について説明する。本実施形態に係るハードウェア構成は、図1に示すハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。なお、ここでは、図1に示す半導体レーザ105を半導体レーザ4として記載している。
<画像形成装置の制御構成>
まず、図19Aを参照して、本実施形態に係る画像形成装置の制御構成について説明する。図19Aは、第5の実施形態に係る画像形成装置の制御構成を示す概略図である。ここでは、主に本発明に関する構成について説明する。したがって、本発明に係る画像形成装置は、他の構成を含んで実現されてもよい。
画像形成装置100は、制御構成として、主にエンジン制御部17、画像制御部18、レーザ駆動部3及びバックアップメモリ16を備える。エンジン制御部17は、画像制御部18を制御して、レーザ駆動部3に含まれるEEPROM5から出力されるデータ信号31をバックアップメモリ16に格納する。さらに、エンジン制御部17は、バックアップメモリ16に格納された補正近似式を用いて、EEPROM5から出力される光量補正データの補正近似値25を演算する。さらに、エンジン制御部17は、感光ドラム101に所定のレーザが照射されるようレーザ駆動電流を制御するために、画像形成装置100に含まれる光量センサの入力結果に基づいて光量調整値24を生成する。また、エンジン制御部17は、感光ドラム101に備えられるEEPROM8に格納された感度データに基づいて、感度補正式26を生成する。
画像制御部18は、エンジン制御部17から画像制御信号23を介して、EEPROM5のデータ信号31の読み出し及びレーザ駆動回路6の状態制御を行う。また、画像制御部18は、スイッチング電流(Isw)補正データ27及びバイアス電流(Ib)補正データ28を生成する補正データ生成部19を備える。ここで、スイッチング電流とは、半導体レーザ4の変調部を駆動するための変調駆動電流を示す。補正データ生成部19に関する詳細は、図20を用いて後述する。
レーザ駆動部3は、半導体レーザ4から射出する光量を制御するために、レーザ駆動回路6、補正電流制御回路9及びEEPROM5を備える。レーザ駆動回路6は、半導体レーザ4の駆動電流を制御することにより、半導体レーザ4を所定光量(強度)で一定に発光させる。補正電流制御回路9については、図20を用いて後述する。半導体レーザ4は、レーザダイオード(以下、LDと称する。)4aと、LD4aから出力されるレーザ光をモニタするフォトダイオード(以下、PDと称する。)4bとを備える。PD4bはモニタするレーザビームの光量に応じた電流を出力する。
次に、図19Bを参照して、図19Aに示すレーザ駆動回路6の詳細な構成例について説明する。図19Bは、第5の実施形態に係るレーザ駆動部の構成例を示すブロック図である。
7は、LD4aが所定の光量で発光するように調整する光量調整可変抵抗である。PD4bから出力される、レーザビームの光量に応じたPD電流(Im)は光量調整可変抵抗7で電圧変換され、PD電圧信号71として出力する。PD電圧信号71は、基準電圧発生回路(Vref)72で生成される基準電圧73と共に光量制御回路(APC CTL)74に入力される。
光量制御回路74は、画像制御部18から入力されるモード制御信号10によりモード制御回路(MODE CTL)78において光量調整モードが設定される場合には、PD電圧信号71と基準電圧73とを比較する。さらに、スイッチング電流(Isw)設定値14を加減制御することにより半導体レーザ4を所定光量に調整する。同様に、例えば、所定光量の1/4設定時の駆動電流から半導体レーザ4の発光開始電流を求め、発光開始電流に対して所定電流を除算又は減算することによって得られる電流をバイアス電流(Ib)設定値20とし出力する。また、光量制御回路74は、モード制御信号10によりモード制御回路78において電流保持モードが設定される場合には、光量調整モード設定時に得られた結果に基づいたスイッチング電流(Isw)設定値14を保持する。
75は、スイッチング電流(Isw)制御部であり、スイッチング電流(Isw)設定値14及びスイッチング補正値12に基づいて電流ドライバの駆動信号77を出力する。76は、バイアス電流(Ib)制御部であり、バイアス電流(Ib)設定値20及びバイアス補正値13に基づいてバイアス電流(Ib)を生成し、電流ドライバ88出力信号と加算した駆動電流(Iop)86によって半導体レーザ4を駆動する。
モード制御信号10によりモード制御回路(MODE CTL)78においてデータ出力モードが設定される場合には、スイッチング電流(Isw)制御部75に応じた電流ドライバの駆動信号77が出力される。81は、差動入力を有する差動レシーバ(LVDS)であり、画像制御部18から入力される差動データ信号を受信する。出力選択回路(OUTPUT SELECT)83は、モード制御信号10によりモード制御回路78においてサンプルモードが設定される場合には、スイッチング信号a84をONに設定し、スイッチング信号b85をOFFに設定する。また、データ出力モード設定時には差動出力信号82に応じたスイッチング信号a84及びスイッチング信号b85を出力する。
88は、電流ドライバであり、トランジスタ88a及びトランジスタ88bのエミッタ端子を接続した差動増幅の構成となる。トランジスタ88aは、駆動信号77とスイッチング信号a84とに基づいて、LD4aをスイッチング駆動する。同様に、トランジスタ88bは、駆動信号77とスイッチング信号b85とに基づいて、負荷抵抗89をスイッチング駆動する。
<補正データ生成部及び補正電流制御回路の構成>
図20は、第5の実施形態に係る補正データ生成部及び補正電流制御回路の構成例を示すブロック図である。図20に示すように、補正データ生成部19は、感度補正係数演算部32、光量補正値演算部34、感度補正値演算部36及び加算器38を備える。感度補正係数演算部32は、画像形成装置100内に配備される光量センサの入力結果に基づいてエンジン制御部17にて決定される光量調整値(D)24と感度補正式26により感度補正係数33を生成する。光量補正値演算部34は、エンジン制御部17にて生成した補正近似値25に基づいて、感度補正係数33に応じた光量補正値35を演算する。
感度補正値演算部36は、レーザ駆動回路6からのバイアス電流(Ib)設定値20が入力され、感度補正式26に基づいてバイアス電流(Ib)設定値20により感度補正値を演算し、バイアス電流(Ib)補正データ28を出力する。バイアス電流(Ib)補正データ28は加算器38と後述するバイアス電流(Ib)補正格納部42に入力される。
加算器38はバイアス電流(Ib)補正データ28と光量補正値35を加算し、スイッチング電流(Isw)補正データ27を後述する補正格納部40に格納する。
補正電流制御回路9は、スイッチング電流(Isw)補正格納部40、バイアス電流(Ib)補正格納部42、乗算器44、スイッチング補正値生成部46及びバイアス補正値生成部47を備える。Isw補正格納部40には、上述したように、スイッチング電流(Isw)補正データ27が格納される。また、バイアス電流補正格納部42には、感度補正値演算部36からバイアス電流(Ib)補正データ28が入力される。乗算器44は、レーザ駆動回路6から出力されるスイッチング電流(Isw)設定値14と光量調整値(D)24を乗算し、スイッチング電流(Isw)調整値45を出力する。スイッチング補正値生成部46は、スイッチング電流(Isw)補正格納部40に格納されたスイッチング電流(Isw)補正格納データ41とスイッチング電流(Isw)調整値45とを用いてスイッチング補正値12を生成する。バイアス補正値生成部47は、レーザ駆動回路6から出力されるバイアス電流(Ib)設定値20とバイアス電流(Ib)補正格納部42に格納されたバイアス電流(Ib)補正格納データ43とを用いてバイアス補正値13を生成する。
<補正方法>
ここで、図21A及び図21Bを参照して、本実施形態における補正方法について説明する。図21Aは、感光ドラムの像面分布特性及び近似式生成方法を示す図である。図21Bは、第5の実施形態に係る補正データの生成方法を示す図である。図21Aにおいて、横軸は像高を示し、縦軸はドラム面光量を示す。また、2101は、100%発光時の4次近似式を示す。2102は、80%発光時の4次近似式を示す。2103は、60%発光時の4次近似式を示す。2104は、40%発光時の4次近似式を示す。2105は、20%発光時の4次近似式を示す。図21Bにおいて、横軸は像高を示し、縦軸は像面照度を示す。2111は、像面の照度を測定する際のブロックを示す。
ここでは、補正データ生成の仕様を、
像高(画像領域内):±150mm
像面照度測定/像高数:9(37.5mm等間隔)
像面照度/近似次数:4
補正ブロック数:25(12.5mm等間隔)
照度測定数:5(100%、80%、60%、40%、20%)
レーザ駆動電流(ILD)分解能:10bit
とする。
まず、半導体レーザ4の光量を調整する。具体的には、画像領域内像高(±150mm)を37.5mm等間隔で分割し、計9箇所での像面照度測定を行う。但し、像高の各位置の間隔は等間隔でなくともよい。9箇所の像高での照度を測定すると、最低照度となる像高を検出し、その像高での照度が所定値となるようレーザ駆動部3を光量調整モードにし、光量調整を行う。以上によって得られた光量を100%光量と定義し、この時に設定されるレーザ駆動電流(ILD)を100%光量駆動電流とする。
次に、像面照度を測定する。具体的には、100%光量駆動電流を含め、100%光量駆動電流に対して20%、40%、60%、80%光量駆動電流の各々の9箇所の像高における像面照度を測定する。
次に、近似式を算出する。具体的には、像面照度測定で得られる9箇所の像高における像面照度の測定値から4次近似式を生成する。
次に、補正値を算出する。具体的には、画像領域内像高(±150mm)を12.5mm等間隔で計25の補正ブロックで照度補正値の算出を行う。像高に対する補正ブロックの配置方法は像面照度測定時の像高と一致しなくともよい。4次近似式から、最低照度となる補正ブロックに対する他の24ブロックの像面照度差(X(k%)n)を算出する。ここでは、図21Bに示すように、補正ブロック24の像面照度が最低照度となる。像面照度差(X(k%)n)を、レーザ駆動電流(ILD)をフルスケールとして量子化し、補正データとする。レーザ駆動電流(ILD)分解能を10bitとした場合、補正ビットΔXは、100%光量駆動電流/1024となる。
最後に、算出した補正値を格納する。上述までの方法により、レーザ駆動電流の各光量駆動電流を100%、80%、60%、40%及び20%に設定した時の像面照度に対して、補正カウント値を算出する。その結果得られた補正カウント値をメモリ制御信号30を経由してEEPROM5に格納する。
<光量補正値生成方法>
図22は、第5の実施形態に係る光量補正値演算部における光量補正値の生成方法を説明するための図である。2201において、横軸は光量調整値Dを示し、縦軸は補正データPとしたときの補正データ特性を示す。また、2202において、横軸は像高dを示し、縦軸は補正係数ε(d)を示す。2201に示す曲線で表されたn次近似式はバックアップメモリ16に格納されている。補正係数ε(d)はバックアップメモリ16に格納されている。また、補正仕様として以下を想定する。
補正仕様
1.n次近似式P=150D(2−D)、2次
2.光量調整値(D)=70%
3.感度係数ε(d)ブロック数=24
さらに、以下では、像高d=−125mmにおける光量補正値35の算出方法について説明する。
まず、n次近似式による補正データを算出する。具体的には、光量調整値D=70%での補正データPは、150×0.7×(2−0.7)=136.5となる。続いて、感度係数による補正データを算出する。具体的には、像高d=−125mmにおける感度係数ε(−125)=0.8である場合、P’=150×(0.7×0.8)×{2−(0.7×0.8)}=121.0となる。
図23は、第5の実施形態に係る感光ドラムの電位補正方法を説明するための図である。2301において、横軸は、駆動電流Iopを示し、縦軸はレーザ光量Poを示す。2302は、補正前の光量分布とドラムの表面電位を示す。2303は、ハイライト電位VLを補正した後の光量分布とドラムの表面電位を示す。2304は、ハイライト電位VL及びダーク電位Vdを補正した後の光量分布とドラムの表面電位を示す。
補正前の感光ドラム101の光量分布に対し、光量補正値演算部34によって生成される光量補正値35により補正した結果、表面電位はハイライト電位VLのみが均一となる。これに対して、感度補正値演算部36にて生成されたバイアス電流(Ib)補正データ28を光量補正値35に加算した結果をスイッチング電流(Isw)補正データ27とする。さらに、バイアス電流(Ib)補正データ28に基づいて半導体レーザ4の駆動電流(Iop)を生成する。これにより、感光ドラム101の表面電位におけるダーク電位Vdが補正される。
次に、図24A及び図24Bを参照して、補正データ及び電流補正値の生成における制御手順について説明する。図24Aは、第5の実施形態に係る補正データ生成部における補正データの生成手順を示すフローチャートである。
まず、ステップS2401において、補正データ生成部19は、感度補正係数演算部32によりエンジン制御部17から光量調整値24を読み出す。さらに、ステップS2402において、補正データ生成部19は、感度補正係数演算部32によりエンジン制御部17から感度補正式26を読み出す。その後、ステップS2403において、補正データ生成部19は、感度補正係数演算部32により光量調整値24及び感度補正式26を用いて、感度補正係数33を算出する。
ステップS2404において、補正データ生成部19は、光量補正値演算部34によって感度補正係数33と補正近似値25とを用いて、光量補正値35を算出する。
ステップS2405において、補正データ生成部19は、感度補正値演算部36によってレーザ駆動回路6からバイアス電流(Ib)設定値20を読み出す。続いて、ステップS2406において、補正データ生成部19は、感度補正値演算部36によってエンジン制御部17から感度補正式26を読み出し、バイアス電流(Ib)設定値20と演算することにより感度補正値28を生成する。以下では、感度補正値28をバイアス電流(Ib)補正データ28とも称する。
ステップS2407において、補正データ生成部19は、加算器38によって光量補正値35に感度補正値28を加算し、スイッチング電流(Isw)補正データ27を生成する。
ステップS2408において、補正データ生成部19は、スイッチング電流(Isw)補正データ27をスイッチング電流(Isw)補正格納部40に格納する。また、ステップS2409において、補正データ生成部19は、バイアス電流(Ib)補正データ28をバイアス電流(Ib)補正格納部42に格納する。
図24Bは、第5の実施形態に係る補正電流制御回路における電流補正値の生成手順を示すフローチャートである。
まず、ステップS2411において、補正電流制御回路9は、乗算器44によって光量調整値24とスイッチング電流(Isw)設定値を乗算し、スイッチング電流(Isw)調整値45を生成する。
ステップS2412において、補正電流制御回路9は、スイッチング補正値生成部46によってスイッチング電流(Isw)補正格納データ41をIsw補正格納部40から読み出す。ステップS2413において、補正電流制御回路9は、スイッチング補正値生成部46によってスイッチング電流(Isw)調整値45からスイッチング電流(Isw)補正格納データ41を減算することによりスイッチング補正値12を生成する。
ステップS2414において、補正電流制御回路9は、バイアス補正値生成部47によってレーザ駆動回路6からバイアス電流(Ib)設定値20を読み出す。続いて、ステップS2415において、補正電流制御回路9は、バイアス補正値生成部47によってバイアス電流(Ib)補正格納データ43を読み出す。さらに、ステップS2416において、補正電流制御回路9は、バイアス補正値生成部47によってバイアス電流(Ib)設定値20とバイアス電流(Ib)補正格納データ43を加算することによりバイアス補正値13を生成する。