JP6484059B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents
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Description
感光体と、
レーザ光を主走査方向の複数の区間に対して一定でない走査速度で走査することで、前記感光体に潜像を形成する走査手段と、
前記主走査方向のいずれの区間に対応するレーザ光であるかに応じて、レーザ光の発光間隔を補正する幅補正手段と、
前記主走査方向における第1区間における単位時間あたりの露光量より、前記第1区間における走査速度よりも早い第2区間における単位時間あたりの露光量が大きくなるように、潜像を形成するための前記レーザ光の輝度を補正する輝度補正手段と、
前記主走査方向のいずれの区間に対応するレーザ光であるかに応じて画像データにおける各画素の濃度値を補正する濃度補正手段と
を有することを特徴とする画像形成装置を提供する。
<画像形成装置>
図1は画像形成装置9の構成概略図である。光走査装置400の筐体410内には光源を駆動するレーザ駆動部300が収容されている。光走査装置400は画像信号生成部100から出力された画像信号および制御部1から出力される制御信号に基づき光源からレーザ光208を出力する。帯電器301は感光体である感光ドラム4の表面(画像形成面)を一様な電位に帯電させる。光走査装置400は一様に帯電した感光ドラム4の表面に画像データに応じたレーザ光を照射および走査することで静電潜像を形成する。感光ドラム4は静電潜像やトナー画像を担持する感光体や像担持体と呼ばれることもある。現像器302は感光ドラム4の表面に形成された潜像をトナーにより現像し、トナー画像を形成する。搬送ローラ5は給紙ユニット8から給紙された記録媒体を搬送する。トナー画像は、感光ドラム4と転写ローラとにより構成された転写部において記録媒体に転写される。定着器6は記録媒体に転写されたトナー画像に熱と圧力を加えて定着させる。なお、トナー画像は中間転写体に一次転写され、中間転写体から記録媒体に二次転写されてもよい。
図2(A)は光走査装置400の主走査断面を示し、図2(B)は光走査装置400の副走査断面を示している。光走査装置400の筐体410は、光源401、カップリングレンズ403、アナモフィックレンズ404、結像レンズ406および偏向器405等の各種光学部材を収納している。
図2に示すように、結像レンズ406は、入射面(第1面)412および出射面(第2面)413の2つの光学面(レンズ面)を有する。結像レンズ406は、主走査断面内において、偏向面411にて偏向されたレーザ光208が被走査面407上を所望の走査特性で走査させる。また、結像レンズ406は、被走査面407上でのレーザ光208のスポットを所望の形状にする。結像レンズ406により、副走査断面内においては、偏向面411の近傍と被走査面407の近傍とが共役の関係となっている。これにより、面倒れが補償(偏向面411が倒れた際の被走査面407上での副走査方向の走査位置ずれを低減すること)される。
θは偏向器405による走査角度(走査画角)を示す。Y[mm]はレーザ光208の被走査面407上での主走査方向の集光位置(像高)を示す。K[mm]は軸上像高における結像係数を示している。Bは結像レンズ406の走査特性を決定する係数(走査特性係数)である。本実施例において、軸上像高は、光軸上の像高(Y=0=Ymin)を指し、走査角度θ=0に対応する。また、軸外像高は、中心光軸(走査角度θ=0となるときの光軸)よりも外側の像高(Y≠0)を指し、走査角度θ≠0に対応している。最軸外像高とは、走査角度θが最大(最大走査画角)となるときの像高(Y=+Ymax、または−Ymax)を指す。Wは被走査面407上の潜像を形成可能な所定の領域(走査領域)の主走査方向の幅である。走査幅Wは、W=|+Ymax|+|−Ymax|で表される。走査領域の中央が軸上像高であり、走査領域の端部が最軸外像高となる。
さらに、式(2)を軸上像高における速度dY/dθ=Kで除すると、式(3)が得られる。
式(3)は、軸上像高の走査速度に対する各軸外像高の走査速度のずれ量(部分倍率)を表現したものである。本実施例に係る光走査装置400は、B=0の場合以外においては、軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なる。
ここで、Vminは最も遅い走査速度であり、Vmaxは最も速い走査速度である。本実施例の光学構成では、軸上像高(走査領域の中央部)で最も遅い走査速度となり、最軸外像高(走査領域の端部)で最も速い走査速度となる。
図4は、画像形成装置9における露光制御構成を示すブロック図である。画像信号生成部100は、ホストコンピュータやイメージスキャナから画像データ(画像信号)を受信し、画像データに対応するビデオ信号(VDO信号)を生成する画像変調部101を有している。CPU102はCPUバス103を介して画像変調部101を制御する。画像信号生成部100は画素幅補正手段としての機能、および、画像濃度を補正する濃度補正手段としての機能を有する。制御部1は、画像形成装置9の制御と、輝度補正手段として光源401の光量制御を実行する。制御部1はIC3を備えている。IC3はCPUコア2、クロック信号を生成するクロック生成部22およびPWM信号を生成するPWM生成部21を備えている。CPUコア2はシリアル通信線113を介してCPU102とシリアル通信を実行する。
次に部分倍率の補正について説明する。その説明に先立って部分倍率の要因および補正原理について図5(B)を用いて説明する。図5(B)は、BD信号とVDO信号の各タイミング、被走査面407上の潜像により形成したドットイメージを示している。図中の左から右に向かって時間が経過する。
図11は、部分倍率補正、輝度補正、および濃度補正を説明するタイミングチャートである。ここでは、部分倍率補正に関するタイミングチャートに絞って説明する。メモリ304には、光走査装置400の部分倍率特性を示す倍率情報313が記憶されている。この倍率情報313は工場で光走査装置400を組み立て後に個体ごとに測定されてメモリ304に記憶されてもよい。個体間のばらつきが少ない場合、倍率情報313は個体ごとに測定される必要なく、代表的な倍率情報313がメモリ304に記憶されてもよい。CPUコア2はシリアル通信線307を介してメモリ304から倍率情報313を読み出し、画像信号生成部100にあるCPU102に送出する。CPU102は、倍率情報313を基に部分倍率を補正するための倍率補正情報314を生成し、画像変調部101にある挿抜制御部128に送る。図11では、走査速度の変化率Cが35%である。これは、軸上像高を基準としたとき最軸外像高で35%の部分倍率が発生することを意味する。倍率補正情報314では、部分倍率が17%である像高に適用される倍率補正値がゼロに設定されている。また、最軸外像高に適用される倍率補正値が−18%(−18/100)に設定されている。さらに、軸上像高に適用される倍率補正値が+17%(+17/100)に設定されている。そのため、図11のVDO信号が示すように、主走査方向において、像高の絶対値が大きい主走査位置(端部付近)では画素片が抜き去られ、端部付近の画像長が短くなる。VDO信号が示すように、像高の絶対値が小さい主走査位置(中央付近)では画素片が挿入され、中央付近の画像長が伸ばされる。挿抜制御部128は、最軸外像高で−18%の補正を行うにために、100個の画素片からなる区画に対し18個の画素片を抜き去る。また、挿抜制御部128は、軸上像高で+17%の補正を行うためには、100個の画素片からなる区画に対し17個の画素片を挿入する。これにより、軸上像高(中央)の部分倍率を基準に見たときに、最軸外像高(端部)付近の部分倍率は100個の画素片からなる区画に対して35個の画素片が抜き去られたのと実質的に同じ部分倍率に補正される。これにより部分倍率が35%補正される。つまり、レーザ光208のスポットが被走査面407上を1画素の幅(42.3um(600dpi))だけ移動する移動時間に関して、最軸外像高での移動時間が軸上像高での移動時間の0.74倍に補正される。この移動時間は1画素あたりの走査時間と呼ばれてもよいし、1画素当たりの露光時間と呼ばれてもよい。
= 100[%]/(100[%]+35[%])
= 0.74 ・・・(5)
このような1画素未満の幅の画素片の挿抜により、潜像の画素幅が補正され、主走査方向に関して実質的に等間隔に各画素に対応する潜像が形成されるようになる。なお、軸上像高を基準とし、軸上像高付近では画素片の挿入も抜去も行わないような倍率補正手法が採用されてもよい。たとえば、挿抜制御部128は、軸上像高の画素幅を基準の画素幅のまま不変とし、像高が最軸外像高に近づくにつれて画素片の抜去割合を増加させてもよい。またその逆に、最軸外像高を基準とし、最軸外像高付近では画素片の挿入も抜去も行わないような倍率補正手法が採用されてもよい。挿抜制御部128は、最軸外像高の画素幅を基準の画素幅として不変とし、像高が軸上像高に近づくにつれて画素片の挿入割合を増加させてもよい。但し、軸上像高と最軸外像高の中間の像高の画素の画素幅が基準の画素幅(16個の画素片の幅に相当する画素幅)となるように画素片の挿抜を行う方が画質は良好となる。これは、基準の画素幅と画素片を挿抜された画素の画素幅との差の絶対値が小さい程、主走査方向における画像濃度が元の画像データの画像濃度に対して忠実なものとなるからである。
図4と図11を用いて輝度補正の基本的な動作について説明する。まず、輝度補正を行う理由について説明する。部分倍率補正では、像高Yの絶対値が大きくなるほど1画素の長さが短くなるように画素片が挿抜される。そのため、像高Yの絶対値が大きくなるほど光源401による1画素あたりの総露光量(積分光量)が低下する。つまり、部分倍率補正の弊害として露光量の低下が発生する画素についてはレーザ光208の輝度を補正することが必要となる。このように、輝度補正を適用することで、光源401の輝度を変化させることで、1画素への総露光量(積分光量)が各像高で均一となる。すなわち、主走査方向における画像濃度が概ね均一になる。
輝度補正によって部分倍率補正に起因した主走査方向の濃度ムラが軽減される。しかし、輝度補正だけでは十分に濃度ムラを低減できないこともあろう。そこで、濃度ムラをさらに低減するための濃度補正について説明する。
本実施例では、部分倍率補正に加えて輝度補正および濃度補正を合わせて実行する方法について、図4と図11などを参照しながら説明する。上述したように部分倍率補正に対して輝度補正が組み合わされるが、輝度補正に代えて濃度補正が組み合わされてもよい。ここでは、部分倍率補正に対して輝度補正と濃度補正を組み合わせることで、さらに濃度ムラを削減する上で有利となる。
= 35[%]/(100[%]+35[%])*100
= 26[%] ・・・(6)
輝度補正値と輝度の減衰率Rは比例関係にある。輝度補正値がFFhのときに輝度が26%減衰するように減衰率Rと輝度補正値との関係が設定されたと仮定する。この場合、輝度補正値が80hのときは輝度が13%減衰する。このような輝度の減衰率Rに対する輝度補正値の調整は、VI変換部306の回路定数を変更することで、容易に実現される。
なお、濃度補正部121は、演算器であっても、メモリなどで構成されたルックアップテーブルであってもよい。
図16を用いて実施例2を説明する。実施例1と同様に、部分倍率補正に加えて輝度補正および濃度補正を合わせて実行する方法である。実施例1では濃度補正手段がもつ主走査方向に対する分解能が、輝度補正手段がもつ主走査方向に対する分解能よりも高くすることの利点について説明した。実施例2では、さらに、濃度補正手段がもつ単位時間当たりの露光量に対する分解能についても輝度補正手段がもつ分解能よりも高くすることについて説明する。これにより実施例2は実施例1と同等以上の効果を得られる。実施例2における部分倍率補正、輝度補正および濃度補正の基本的な補正方法については、実施例1と同様である。実施例2におおいて実施例1と同様の部分については同様の参照符号を付すことで説明を簡明化する。
まず、実施例2の輝度補正について説明する。輝度補正の方法自体は実施例1と実施例1とでは基本的に同じであるが、輝度補正値が変更される。図16に示すように、印刷領域は主走査方向において複数のエリアに分割され、エリア毎に輝度補正値、つまりPWM信号のデューティが設定される。実施例1と同様に、PWM信号の原振周波数を128MHzとし、PWM信号の通信周波数を500kHzとし、印刷領域の全体における分割エリアの数を22エリアと仮定する。印刷領域における輝度補正情報315の輝度補正値は軸上像高でFFhであり、最軸外像高で00hであるものと仮定する。つまり、像高Yの絶対値が大きくなるほど、輝度補正値が小さくなるように予め設定され、輝度補正情報315としてメモリ304に記憶されている。輝度補正値がFFhであるときに輝度が18%減衰するようにVI変換部306の回路定数が調整されているものとする。この場合、発光部11は、PWM信号のデューティ(輝度補正値)にしたがって最軸外像高ではPapc1の輝度で発光し、軸上像高ではPapc1の0.82倍の輝度で発光する。つまり、最軸外像高の輝度は軸上像高の輝度の1.22倍となる。減衰率R%と輝度の変化率C´の関係は、次の式(8)により表せる。
よって、R=18[%]であれば、C´ = 22[%]が得られる。ここで、輝度補正部がもつ単位時間当たりの露光量に対する分解能は、1LSB(これは輝度補正値の最小単位に相当する。)あたり以下の式(9)に基づき算出される。
図16において画像濃度317は輝度補正だけを用いた場合に得られる画像濃度を示している。最軸外像高での印刷画像濃度が補正目標値となるようにレーザドライバIC16がレーザ電流ILを制御すれば、軸上像高での画像濃度と補正目標値と間には17%の差が生じることになる。実施例1と異なり、実施例2における輝度補正後の画像濃度317は、軸上像高を中心として軸外像高に対してなだらかに低下する特性となっている。
続いて、実施例2の濃度補正について説明する。濃度補正情報319に含まれている濃度補正値は、主走査方向を分割して得られる複数のエリアのうちの各エリアに対して割り当てられる。図16が示すように、軸上像高付近では濃度補正のための分割エリアの数は輝度補正のための分割エリアの数の2倍に設定されている。また、軸外像高付近では濃度補正のための分割エリアの数は輝度補正のための分割エリアの数の4倍に設定されている。つまり、主走査方向における濃度補正手段の分解能が輝度補正手段の分解能よりも増加されている。ここでは、印刷領域における濃度補正のための分割エリアの数は56に設定されている。また、濃度補正を用いて印刷領域において画像濃度のばらつきが0.5%以下となるように各分割エリアの画像濃度が補正される。ここで、濃度補正値は次のように予め設定されるものとする。濃度補正値が最小値である00hに設定されると画像濃度は100%のまま、つまり、画像濃度は補正されない。濃度補正値が最大値であるFFhに設定されると画像濃度が17%低減される。軸上像高近傍の分割エリアでは画像濃度が低減される必要があるため、濃度補正値がFFhに設定される。最軸外像高近傍の分割エリアでは画像濃度を変更する必要がないため、濃度補正値が00hに設定される。それ以外の分割エリアにおいては、補正後の画像濃度になるべく段差が発生しないように段階的に濃度補正値が設定される。ここで、濃度補正手段がもつ単位時間当たりの露光量についての分解能(1LSB当たり)は、以下の式(10)に基づき算出される。
式(9)と式(10)とを比較すると分かるように、実施例2においては、濃度補正手段がもつ単位時間当たりの露光量に対する分解能は、輝度補正手段がもつ単位時間当たりの露光量に対する分解能よりも高く設定されている。図16が示すように、輝度補正に加えて濃度補正が施された画像濃度318の補正目標値に対するばらつきは0.5%以下に削減される。よって、主走査方向において大凡均一な画像濃度が得られるようになる。
実施例3では濃度補正方法の他の例について説明する。実施例1では濃度補正部121が画像データを直接変更することで画像濃度を変更していた。なお、実施例3における部分倍率補正や輝度補正については実施例2と同様であるものと仮定する。もちろん実施例1で説明した部分倍率補正や輝度補正も実施例3に適用可能である。実施例3におおいて実施例2と同様の部分については同様の参照符号を付すことで説明を簡明化する。
図2(A)を用いて説明したように、レーザ光208の光路において偏向器405と感光ドラム4との間には、レーザ光208のスポットが感光ドラム4の表面上を移動する速度である走査速度が等速とならない結像レンズ406が設けられうる。結像レンズ406は走査レンズとして機能している。さらに図4ないし図6、図8、図11などを用いて説明したように、挿抜制御部128などは幅補正手段として機能する。つまり、挿抜制御部128などは画像データの各画素に対応する潜像の幅であってレーザ光208のスポットの移動方向における幅が一定となるように各画素に対応する潜像の露光時間(走査時間)を補正する。これにより、各露光位置での部分倍率が一定となる。さらに図12などを用いて説明したように輝度補正部330は、幅補正された各画素に対応する潜像の露光時間に応じて各潜像あたりの露光量が調整されるよう、各潜像についてのレーザ光208の輝度を補正する輝度補正手段として機能する。図11が示すように、VI変換部306などは感光ドラム4上の露光位置(主走査位置)のうち走査速度が速い位置ほど単位時間あたりの露光量が大きくなるようにレーザ光208の輝度を補正する。図11が示すように露光位置が印刷領域の端部に近くなるほど走査速度が速くなるため、輝度が増加される。この結果、感光体表面上でのレーザ光のスポットの移動速度が等速でない光学系を用いても、部分倍率のばらつきが少なく、かつ、画像濃度のムラの少ない画像形成装置9が提供されるようになる。
Claims (19)
- 感光体と、
レーザ光を主走査方向の複数の区間に対して一定でない走査速度で走査することで、前記感光体に潜像を形成する走査手段と、
前記主走査方向のいずれの区間に対応するレーザ光であるかに応じて、レーザ光の発光間隔を補正する幅補正手段と、
前記主走査方向における第1区間における単位時間あたりの露光量より、前記第1区間における走査速度よりも早い第2区間における単位時間あたりの露光量が大きくなるように、潜像を形成するための前記レーザ光の輝度を補正する輝度補正手段と、
前記主走査方向のいずれの区間に対応するレーザ光であるかに応じて画像データにおける各画素の濃度値を補正する濃度補正手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記レーザ光の光路において前記走査手段と前記感光体との間に設けられ、前記レーザ光が通過する光学系であって、前記レーザ光のスポットが前記感光体の表面上を移動する速度である走査速度が等速とならない、光学系をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記輝度補正手段は、前記感光体上の露光位置のうち走査速度が速い位置ほど単位時間あたりの露光量が大きくなるように前記レーザ光の輝度を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記濃度補正手段がもつ主走査方向に対する濃度補正の分解能は、前記輝度補正手段がもつ主走査方向に対する輝度補正の分解能以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記濃度補正手段がもつ単位時間当たりの露光量に対する濃度補正の分解能は、前記輝度補正手段がもつ単位時間当たりの露光量に対する輝度補正の分解能以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記濃度補正手段は、前記感光体の表面における前記レーザ光の走査位置に応じて前記画像データにおける各画素の濃度値を補正することで前記潜像の画像濃度を補正することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記濃度補正手段は、前記レーザ光のスポットの移動方向に関する長さが1画素未満の画素片に相当する時間にわたり光源を消灯することで、前記潜像の画像濃度を補正することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記レーザ光の走査速度は、前記感光体の画像形成領域の中央から端部にかけて速くなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記感光体の画像形成領域の中央における前記レーザ光の走査速度と前記感光体の画像形成領域の端部における前記レーザ光の走査速度との変化率は20%以上であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記幅補正手段は、前記レーザ光のスポットの移動方向に関する長さが1画素未満の画素片を前記画像データに挿入または前記画像データから抜き去ることより、各画素に対応する潜像の露光時間を補正することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記幅補正手段は、前記感光体の画像形成領域のうち前記レーザ光のスポットの移動方向における中央領域では前記画素片を挿入し、前記画像形成領域のうち前記レーザ光のスポットの移動方向における端部領域では前記画素片を抜き去ることを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
- 前記幅補正手段は、前記画像データを搬送するビデオ信号に同期したクロックの周波数を主走査方向の走査位置に応じて変更することで、各画素に対応する潜像の露光時間を補正することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記幅補正手段は、前記ビデオ信号に同期したクロックの周波数を、前記感光体の画像形成領域の中央から端部にかけて高くすることを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
- 第1電流を出力する定電流回路を有し、前記第1電流から前記輝度補正手段が出力する第2電流を差し引いて得られる第3電流を光源に供給することで、前記光源を駆動する駆動手段をさらに有し、
前記輝度補正手段は、前記感光体の表面における前記レーザ光の走査位置に応じて前記第2電流を変更することで当該レーザ光の輝度を補正することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 光源は前記画像データに応じて決定されるデューティを有するパルス幅変調信号を供給されて前記レーザ光を出力するように構成されており、
前記濃度補正手段は前記画像データに対応するデューティを制御することで各画素の濃度値を補正することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記輝度補正手段は、前記幅補正手段により補正された潜像ごとの露光時間にしたがって当該潜像ごとの露光量が補正されるよう、潜像を形成するための前記レーザ光の輝度を補正するように構成されており、
前記濃度補正手段は、前記輝度補正手段による前記レーザ光の輝度によって生じる画像濃度のレベル差が小さくなるよう、前記画像データの各画素の濃度値を補正するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記幅補正手段は、前記主走査方向において一画素あたりの潜像の幅が一定に近づくように、レーザ光の露光時間を補正することを特徴とする請求項1ないし16のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 感光体と、
レーザ光を主走査方向の複数の区間に対して一定でない走査速度で走査することで、前記感光体に潜像を形成し、
前記主走査方向のいずれの区間に対応するレーザ光であるかに応じて、レーザ光の発光間隔を補正し、
前記主走査方向における第1区間における単位時間あたりの露光量より、前記第1区間における走査速度よりも早い第2区間における単位時間あたりの露光量が大きくなるように、潜像を形成するための前記レーザ光の輝度を補正し、
前記主走査方向のいずれの区間に対応するレーザ光であるかに応じて画像データにおける各画素の濃度値を補正することを特徴とする画像形成方法。 - 前記レーザ光の輝度を補正する工程では、前記補正された潜像ごとの露光時間にしたがって当該潜像ごとの露光量が補正されるよう、潜像を形成するための前記レーザ光の輝度が補正され、
前記濃度値を補正する工程では、前記輝度を補正する工程による前記レーザ光の輝度の補正によって生じる画像濃度のレベル差が小さくなるよう、前記画像データの各画素の濃度値が補正されことを特徴とする請求項18に記載の画像形成方法。
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