JP5151557B2 - マルチビーム画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の半導体レーザ素子を光ビーム発生手段として画像を形成するマルチビーム画像形成装置において、画像形成時に発生するレーザ素子のドループ補正に関するものである。

レーザプリンタやデジタル複写機等の電子写真装置においては、感光体を一様に帯電した後、レーザビームを用いた光ビーム発生手段により記録情報に応じた静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像して、転写部において用紙に転写し、更に定着して用紙上に画像を形成している。

図６にマルチビーム画像形成装置の概略構成を示す。トナー像を形成する感光体７００は帯電装置７０１によって均一に帯電された後、ホスト装置７０７から送信される画像データにより変調された光走査装置７０２からのレーザビームにより露光され、感光体７００上に静電潜像が形成される。その後現像装置７０３により感光体７００上の潜像が現像されトナー像が形成される。感光体７００上に形成されたトナー像は、転写装置７０４で印刷用紙７０８に転写される。トナー像が転写された印刷用紙７０８は定着装置７０５へ搬送され印刷用紙７０８上に定着される。また、転写装置で転写されなかった感光体７００上の残留トナーは清掃装置７０６によって除去される。

従来、この種の画像形成装置として、複数のレーザビームをポリゴンミラー等により走査することにより、複数ラインを同時に走査し画像を形成するマルチビーム画像形成装置が提案されている。このようなマルチビーム画像形成装置は、ポリゴンミラーの１面で複数ラインの画像を形成するので低速回転のポリゴンモータ、低出力の半導体レーザを用いて高速な画像形成を行える特長を有する。

マルチビームを発生する手段として、複数の半導体レーザを光学的に合成して複数のレーザビームを発生する方式や、複数の半導体レーザ素子を直列に配列し１パッケージ化した半導体レーザアレイによる方式や、複数の半導体レーザ素子を２次元に配列し１パッケージ化した面発光レーザによる方式がある。レーザ合成方式は走査位置の精度や、更なる多ビーム化のために構成が複雑化してしまう。レーザアレイ方式は、多ビームになるにつれ半導体レーザ素子配列の精度の面で有利であるが、複数の半導体レーザ素子で構成されるため、各半導体レーザ素子の発光時に発生する熱により、半導体レーザアレイ自身が発熱する結果、各半導体レーザ素子の発光光量が変動してしまう問題がある。この現象はドループと呼ばれている。

図７にドループによる光量変動の一例を示す。半導体レーザ素子の光量は、周知技術であるＡＰＣ（Auto Power Control）回路により画像形成範囲で使用する基本光量Ｐoに設定される。図７に示す、トナー被覆率１００％のべた印字を行った場合、半導体レーザ素子は連続発光をするため発熱量が増大する。この大きな自己発熱によりＡＰＣで設定した光量Ｐoに対し、光量が徐々に低下してしまうドループ現象が発生し、走査開始端と走査終了端で光量変動ΔＰが生じ、濃度ムラによる画質劣化が発生する。

このようなドループ補正の例として、特許文献１のように、印刷する特定画素に着目し、半導体レーザ発光時間と直前のn個の画素データに基づいて発光レベル補正信号を生成する構成が知られている。

特開平９-３１４９０８号公報

しかしながら、この補正方式では個々の画素に補正信号を生成する演算を必要とし、きわめて高速高性能の演算装置を必要とする。近年のカラー印刷等においては印刷データ情報自体が膨大でありかつ高速出力を要求されるため、上記の方式はコストパフォーマンスの点からも必ずしも現実的ではない。

図８に半導体レーザアレイにおけるドループによる光量変動の一例を示す。５つの半導体レーザ素子を１次元に直列に配置した５素子半導体レーザアレイを用いて画像データを走査する５チャンネル型光走査装置を用いる。図８に示すように、たとえばＣＨ（チャンネル）３に対応する半導体レーザ素子の光量変動に注目する。ＣＨ３の半導体レーザ素子の光量は、ＡＰＣにより光量Ｐoに設定される。これが画像形成範囲で使用するＣＨ３の光量となる。

ＣＨ３の半導体レーザ素子は画像形成範囲において、画像データに基づき光量Ｐで発光する。ＣＨ３半導体レーザ素子の自己発熱により半導体レーザアレイが発熱し、ＣＨ３の半導体レーザ素子の光量は徐々に低下していく（点線）。一定時間経過後、ＣＨ２とＣＨ４の半導体レーザ素子が発光すると、半導体レーザアレイの発熱量はさらに増え、ＣＨ３の半導体レーザ素子の光量は低下していく。続いてＣＨ１と５が発光すると、ＣＨ３の光量はさらに低下し、最終的にＣＨ３の光量は設定Ｐに対しΔＰ１だけ低下して１走査の印字を終える。この大きな光量変動により画像形成範囲に画像濃度の変動が起きてしまう。

上述したドループは各半導体レーザ素子の発光時間に関係し、各半導体レーザ素子が連続発光した場合が一番影響が大きい。また連続発光だけでなく発光／消灯を繰り返し行った場合にも発光時間の累積が熱の累積となり同様に影響が出る。

図９はドループの影響が顕著に現れやすい画像パターンの一例を模式的に示す。最初の走査でべた印字と網点を連続的に形成する画像データを印字する際には、上述したとおりべた印字領域において連続発光によりレーザ光量は低下してしまう。そのためその後の領域(a)で網点印字を行うと設定した光量では印字できず薄くなってしまう。またその次の走査において、最初に発光しない領域(b)で網点印字を行った場合は、設定した光量で印字できる。この結果、べた印字の連続発光後の網点と無印字の後の網点との濃淡差により、網点部に明らかな濃度ムラが発生し画質劣化を起こす。

本発明は、複数の半導体レーザ素子で構成された半導体レーザアレイを光ビーム発生手段とするマルチビーム画像形成装置において、ホスト装置から送信される画像データから各半導体レーザ素子の走査方向に複数領域に分割された印字エリアの印字率を計数する印字率計数手段と、印字率計数手段の結果から各半導体レーザ素子の発光光量を制御する光量制御手段を備え、各半導体レーザ素子の印字率に応じてドループ補正を行うことようにしたことを特徴とする。

本発明は、各半導体レーザ素子の画像形成時の印字エリア毎の印字率を計数し、このデータに応じてあらかじめ設定した補正計数を用いて各半導体レーザ素子の発光時の発熱による光量変動を補正して、画像形成時の各半導体レーザ素子の発光光量を制御するため、走査内の濃度ムラを抑え、画質劣化を抑制することができるとともに、簡潔な制御回路構成により高速で光量補正処理が可能である。

以下に本発明を図面に基づき説明する。

本発明の実施例を図１から図６を用いて説明する。図１に本発明実施例の概略を示す。本実施例は光ビーム発生手段１０１と走査手段１０２で構成された光走査装置１００と、印字率計数手段１０３、光量制御手段１０４を有する。
光ビーム発生手段１０１から発生した複数のレーザビームは、走査手段であるポリゴンミラー１０２の偏向反射面に照射され、ｆθレンズ１０５等の結像手段を通して感光体８００上に結像し、その表面を走査する。

光ビーム発生手段１０１は、本実施例では２０個の半導体レーザ素子を１次元に配列して２０本のレーザビームを発生する２０素子半導体レーザアレイを用いる。

前述したように、ドループはホスト装置７０７から送信される画像データに依存する。そのため本実施例においては、各半導体レーザ素子の印字率を計数する印字率計数手段１０３を設け、また各半導体レーザ素子のドループによる光量補正値を決定し各半導体レーザ素子の光量を制御する光量制御手段１０４を設けた。

図２に印字率計数手段１０３と光量制御手段１０４の構成を示す。印字率計数手段１０３は画素カウンタ２０２、印字率保持手段２０３、ラインメモリ２０４で構成される。また光量制御手段１０４は、光学補正テーブル２０５、光量設定手段２０６、レーザドライバ２０７で構成される。

ホスト装置７０７からは、１走査毎に２０ラインの画像データ２００と転送クロック２０１が送信される。送信された画像データ２００は印字率計数手段１０３内の画素カウンタ２０２に入力され、１走査内の画素数を転送クロック２０１に基づいてカウントする。画素カウンタ２０２でカウントされたカウント値は１００％印字された場合の画素数と比較されて１走査内の印字率に換算され、印字率保持手段２０３に次の走査まで保持される。印字率保持手段２０３は画像形成範囲を複数印字エリアに分割し、画素カウンタ２０２から送信される印字率を印字エリア毎に保持する。

図３に印字率保持データの一例を示す。印字率保持手段２０３は、各印字エリアの半導体レーザ素子（ＣＨ１〜ＣＨ２０）毎の印字率と、各半導体レーザ素子の印字率を合計した印字エリア毎の合計印字率とを保持している。したがって印字エリア毎の合計印字率は、最大で２０００％（１００％×２０素子分）となる。

一方画像データ２００は画素カウンタ２０２の入力と同時に印字率計数手段１０３のラインメモリ２０４にも入力され、転送クロック２０１で順次メモリに書き込まれていく。書き込まれた画像データ２００は次の走査までラインメモリ２０４に保持され、次の走査で順次読み出されるとともに、次の新しい画像データ２００がラインメモリ２０４に書き込まれる。以上の処理を走査毎に行い画像データを１走査遅延させて印字率計数手段１０３にストアし、印字率計数の処理時間を与える。

印字率保持手段２０３からの出力は、画像データが、走査方向の何番目の印字エリアで、どの程度ＯＮ／ＯＦＦしているかを示す。つまり印字エリア毎にレーザ発光量を計数した結果であり、その結果を元に光量制御手段１０４内の光学補正テーブル２０５に記憶されている光量補正値を読み出す。

図４に光学補正テーブル２０５の一例を示す。光学補正テーブル２０５は、その内部に情報として各半導体レーザ素子自身の印字率に対して与える補正値を決める素子補正テーブル３００と、各印字エリア毎の全半導体レーザ素子の合計印字率に対し各半導体レーザ素子の補正値を決める合計補正テーブル３１０と、各印字エリア固有の補正係数を決める印字エリア補正テーブル３２０を有する。たとえば全印字エリアが同じ印字率の場合ならば、光量変動は印字エリア１よりも印字エリア２、３、４となるにつれ大きくなる。つまり前印字エリアの累積印字率により後印字エリアの補正値が変わるためにこの印字エリア補正テーブル３２０が必要である。

例えば、印字エリア１においては、直前の印字エリアがないため補正係数は必要ではない。印字エリア２においては、印字エリア１の合計印字率に光量変動が左右されてしまうため、エリア補正係数が必要となる。本実施例においては各印字エリア毎の補正係数は
印字エリア１：なし
印字エリア２：Ｋ１（印字エリア１の合計印字率が１０００％のため）
印字エリア３：Ｋ１（印字エリア１と２の合計印字率：累積が１５５０％のため）
印字エリア４：Ｋ２（印字エリア１と２と３の合計印字率：累積が３１５０％のため）
となる。具合的には、ＣＨ３の印字エリア２の場合、
自身の印字率３０％：補正値Ｐx
合計印字率５５０％：補正値Ｐｂ
印字エリア２：係数Ｋ１
であり、補正光量Ｌは下記の式で与えられる。

Ｌ＝Ｋ１×（Ｐx＋Ｐｂ）
このように印字率計数手段１０３で計数した結果に基づき、発光光量の制御を行う光量制御手段１０４で算出された設定値で２０素子半導体レーザを発光させる。これら補正テーブルの補正値はあらかじめ画像形成装置に各種パラメータを与えて実施された印字試験に基づいて最適画像が得られる値が決定される。

光量設定手段２０６は光学補正テーブル２０５に基づきレーザドライバ２０７の駆動電圧を決定し、各半導体レーザ素子の発光光量を制御する。上述したとおり光量変動は徐々に発生するため、レーザドライバ２０７の駆動電圧は最初の印字エリアから最終印字エリアまで徐々に変える必要がある。

以上説明したように、各半導体レーザ素子の画像形成時の補正光量は、各印字エリアにおける各レーザ素子の印字率による光量補正値と合計印字率による光量補正値、および印字エリア毎の補正係数で決定される。

このように印字率計数手段１０３で計数した結果に基づき、発光光量の制御を行う光量制御手段１０４で設定された設定値で２０素子半導体レーザを発光させる。

図５に本実施例を適用したドループ補正結果をＣＨ３の半導体レーザ素子に注目して示す。画像形成範囲内は走査方向に４印字エリアに分割されており、１走査前の対応する半導体レーザの印字率及び全半導体レーザ素子の印字率に基づき、光学補正テーブル２０５により発光光量が決められている。ＣＨ３の半導体レーザ素子は印字エリア１の開始でＡＰＣ制御された光量で発光し、印字エリア１の終了まで徐々に駆動電圧を上げて、光量変動（低下）を抑える。印字エリア毎に同様の制御をすることで、ＣＨ３の半導体レーザ素子の発光光量は画像形成範囲内で一定となり、濃度ムラによる画質劣化を抑制できる。また、ＣＨ３以外についてもこの光量補正を行うことで同様の効果を示した。

なお本実施例では１次元に配列された半導体レーザアレイを例に取って説明したが、２次元配列された面発光レーザについても同様の原理で補正を行うことができる。ただし、面発光半導体レーザの場合にはレーザ素子の配列密度が１次元レーザアレイより高く、最適な印字結果を得るためには、これに応じた各半導体レーザ素子間の熱的影響およびドループ特性に応じた補正をさらに加味しなければならない。

本発明の概略を示す模式図である 本発明の印字率計数手段と光量制御手段の構成を示すブロック図である 本発明の印字率保持手段のデータ構造を示す説明図である 本発明の光学補正テーブルの構成を示す説明図である 本発明を適用したときのドループ補正効果を示す模式図である マルチビーム画像形成装置の構成図である ドループによる光量変動現象を示す模式図である 半導体レーザアレイのドループによる光量変動を示す模式図である ドループによる印字品質への影響を示す模式図である

符号の説明

１００ 光走査装置
１０１ 光ビーム発生手段
１０３ 印字率計数手段
１０４ 光量制御手段
２０５ 光学補正テーブル
２０６ 光量設定手段
３００ 素子補正テーブル
３１０ 合成補正テーブル
３２０ 印字エリア補正テーブル
７０７ ホスト装置

Claims (2)

1. 複数の半導体レーザ素子で構成された半導体レーザアレイを光ビーム発生手段とするマルチビーム画像形成装置において、
   ホスト装置から送信される画像データに基づき、走査方向に分割された複数印字エリアの各半導体レーザ素子印字率を計数する印字率計数手段と、前記印字率計数手段の結果に基づいて前記各半導体レーザ素子の発光光量を制御する光量制御手段を備え、
   前記印字率計数手段による各印字エリアの印字率に基づき、前記光量制御手段により前記各半導体レーザ素子の各印字エリアの補正光量を算出し、発光光量を制御することでドループ補正を行うことを特徴とするマルチビーム画像形成装置。
2. 請求項１に記載されたマルチビーム画像形成装置において、
   前記光量制御手段は、光学補正テーブルと光量設定手段とを有し、
   前記光学補正テーブルは、各半導体レーザ素子自身の印字率による補正値を保持する素子補正テーブルと、各印字エリアの全半導体レーザ素子の合計印字率による補正値を保持する合計補正テーブルと、各印字エリアの累積印字率による光量変動を補正する補正係数を保持するエリア補正テーブルで構成され、
   前記光量制御手段においては、前記３つの補正テーブルから前記各半導体レーザ素子の各エリアの補正光量を、
   （補正光量）＝（エリア補正係数）×（（素子補正テーブル補正値）＋（合計補正テーブル補正値））で算出し、発光光量を制御することでドループ補正を行うことを特徴とするマルチビーム画像形成装置。

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