JP2004345220A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一画面中の写真領域についても文字領域についても共に良質の画像が得られる画像形成装置。
【解決手段】像露光手段はレーザ発光体の発光強度を可変とする機能を有し、画像処理部においては画像情報の画像領域及び文字領域の判別を可能としていて、制御部は判別された写真・文字の領域別に書き込み画素のレーザパワー強度を写真領域では相対的に強く、文字領域では相対的に弱くして像露光を行うよう制御する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真プロセスを利用するデジタル方式を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル方式による画像形成装置では、画像読み取り部でＣＣＤ等の撮像素子によって読み取られた画像データ、または外部から電気信号としてコントローラに入力された画像データを用いて、像露光手段は像露光を行い像担持体上に静電潜像を形成している。
【０００３】
半導体レーザを用いた像露光手段は、一様帯電して回転する像担持体に対して、主走査方向に画像データに基づくドットラインの露光を行い、像担持体の回転によって副走査が行われて、ドットの集合体として画像（静電潜像）が形成される。
【０００４】
デジタル方式によって形成される画像について、良質の画像を得るための提案が多くなされている。
【０００５】
特許文献１においては、像担持体に形成されるドットライン上のトナー量を一定に保って、色安定性を向上させ、理想のライン線画像を形成することが記載されている。
【０００６】
特許文献２においては、像担持体上に横ドットライン集合体パターンを形成し、反射濃度を検出し、反射濃度からドットラインの線幅を判断するという手段を用いてドットライン幅を一定に保つよう制御することが記載されている。
【０００７】
特許文献３においては、現像装置内のトナー濃度を検出することによって、像露光手段の書き込み光量を制御して、線画像の縦／横線幅比を良好に保つように制御することが記載されている。
【０００８】
特許文献４においては、離間した複数本の１ドットラインから成るパッチ画像を形成し、該パッチ画像の画像濃度を検出し、検出結果に基づいて画像濃度を調整し、線画像の画像濃度を安定化させることが記載されている。
【０００９】
特許文献５においては、画像データから画像データを出力するに必要なトナー消費量を算出し、トナー残量と比較して全データが出力可能なように判定された画像領域に応じて画像補正を行い、画像劣化を最小限に抑えて出力動作を完遂させることが記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−５０１５５号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開２００１−８０１１３号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開平１１−１７４７５４号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開２００１−４２５７９号公報
【００１４】
【特許文献５】
特開２００１−２３２９０３号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
写真部と文字部とを有した画像について同じ強さのレーザパワーで画像形成を行うと、写真部において濃淡のはっきりした適当と判断されるトナー付着量の場合には、文字部については相対的にトナー付着量が多くなり、文字画像については文字ラインの先鋭性を欠く傾向が認められ、その際には不必要なトナーが消費されていることとなる。
【００１６】
本発明の第１の目的は、写真部においては相対的にトナー付着量を多くして濃淡のはっきりしたきれいな画像が形成され、文字部においては相対的にトナー付着量を少なくして文字ラインのエッジが潰れないシャープな画像が形成されると共に、トナー消費量を低減する画像形成装置を提供することにあり、第２の目的は第１の目的で述べた画像形成が長期に亘って継続して得られる画像形成装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決し、かつ第１及び第２の目的を達成するために本発明は以下のように構成している。
【００１８】
請求項１記載の発明は、「画像読み取り部で読み取った画像情報又は外部から入力した画像情報の画像処理を行う画像処理部と、一様帯電した像担持体上に像露光を行い静電潜像を形成する像露光手段と、該静電潜像を現像してトナー像とする現像手段と、該トナー像を転写材上に転写する転写手段と、これらの制御を行う制御部とを有した画像形成装置において、
前記像露光手段はレーザ発光体の発光強度を可変とする機能を有し、前記画像処理部においては前記画像情報の写真領域及び文字領域の判別を可能としていて、判別部は判別された写真・文字の領域別に書き込み画素のレーザパワー強度を変えるよう制御を行うことを特徴とする画像形成装置。」である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、「レーザパワーの強度を写真領域では相対的に強く、文字領域では相対的に弱くして像露光を行う制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。」である。
【００２０】
この請求項１、２記載の発明によれば、写真部と文字部とを有した画像について写真部においては濃淡のはっきりした画像が、また文字部においては文字ラインの潰れないシャープな画像が得られると共に、トナー消費量も低減する効果が生じる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、「画像読み取り部で読み取った画像情報又は外部から入力した画像情報の画像処理を行う画像処理部と、一様帯電した像担持体上に像露光を行い静電潜像を形成する像露光手段と、該静電潜像を現像してトナー像とする現像手段と、該トナー像を転写材上に転写する転写手段と、これらの制御を行う制御部とを有した画像形成装置において、
前記現像手段の下流側には像担持体上に形成されたドットライン幅の検知を可能とする反射濃度センサを有し、
前記像露光手段はレーザ発光体の発光強度を可変とする機能を有し、前記画像処理部においては前記画像情報の写真領域及び文字領域の判別を可能としていて、制御部は予め像露光手段によって形成したドットラインのライン幅を前記反射濃度センサを用いて検出し、適正とするレーザパワー強度を決定し、該適正とするレーザパワー強度に基づいて判別された写真・文字の領域別に書き込み画素のレーザパワー強度を変えるよう制御を行うことを特徴とする画像形成装置。」である。
【００２２】
請求項４記載の発明は、「決定した適正とするレーザパワー強度に基づいて、レーザパワーの強度を写真領域では相対的に強く、文字領域では相対的に弱くして像露光を行う制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。」である。
【００２３】
この請求項３、４記載の発明によれば、適時露光条件の修正が行われるので、長期に亘って写真部においては濃淡のはっきりした画像が、また文字部においてはライン潰れのないシャープな画像が得られると共に、トナー消費量も低減する効果が生じる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（１）本発明の画像形成条件設定を適用するモノクロ画像形成を行う画像形成装置に共通する装置の構造とその動作を図７によって説明する。但し、本発明はかかる構造に限定されるものではなく、カラー画像を形成するカラー画像形成装置も含まれる。。
【００２５】
前記装置は画像読み取り部１０、レーザ書き込み部２０、画像形成部３０、給紙部４０及び原稿載置部５０等より構成される。
【００２６】
画像読取り部１０において画像走査が行われて撮像素子１５によって得られた原稿画像の画像データは、図示しない画像信号処理部によって処理され、画像信号としてメモリに一旦格納される。また外部から入力した画像信号も一旦メモリに格納される。次いで前記の画像信号がレーザ書き込み部２０に入力される。
【００２７】
画像形成部３０は、制御部の制御によってメモリからの画像信号が、駆動モータ２１、ポリゴンミラー２２、ｆθレンズ２３、ミラー２４，２５，２６及び図示しない半導体レーザ、補正レンズ等からなるレーザ書き込み部２０に入力されると画像記録動作を開始する。すなわち、像形成体である感光体ドラム３１は矢示のように時計方向に回転し、帯電前露光を行って除電する除電器３６によって除電された後、帯電器３２により本実施例においてはマイナスの電荷を与えられているので、レーザ書き込み部２０によるレーザビームＬによって感光体ドラム３１上には原稿像に対応した静電潜像が形成される。その後、感光体ドラム３１上の前記静電的な潜像は、現像器３３の直流成分に交流成分を重畳したバイアス電圧を印加した現像スリーブ３３Ａの担持する現像剤によって反転現像が行われ可視のトナー像となる。
【００２８】
一方、給紙部４０に装填された給紙カセット４１Ａ又は４１Ｂからは指定のサイズの転写紙Ｐを１枚ずつ搬出ローラ４２Ａによって搬出し、搬出ローラ４３及びガイド部材４２を介して画像の転写部に向かって給紙する。給紙された転写紙Ｐは、感光体ドラム３１上のトナー像と同期して作動するレジストローラ４４によって感光体ドラム３１上に送出される。この転写紙Ｐには、転写器３４の作用により、感光体ドラム３１上のトナー像が転写され、分離器３５の除電作用によって感光体ドラム３１上から分離されたのち、搬送ベルト４５を経て定着器３７へ送られ、加熱ローラ３７Ａ及び加圧ローラ３７Ｂによって溶融定着された後、排紙ローラ３８，４６により装置外のトレイへ排出される。
【００２９】
前記感光体ドラム３１はさらに回転を続け、その表面に転写されずに残留したトナーは、クリーニング装置３９において圧接するクリーニングブレード３９Ａにより除去清掃さたのち、再び除電器３６によって除電された後帯電器３２により一様に電荷の付与を受けて、次回の画像形成のプロセスに入る。
【００３０】
本実施例においては、前記感光体ドラム３１はマイナス帯電する有機半導体層としてフタロシアニン顔料をポリカーボネイトに分散したものを接地された金属製のシリンダ状の基板上に塗布してあり、電荷輸送層を含めた感光体層の膜厚２５μｍであって、ドラム径φ８０ｍｍで矢示方向に３２０ｍｍ／ｓの周速（Ｖｐ）で駆動回転される。
【００３１】
前記帯電器３２は回転する感光体ドラム３１の周囲を所定の極性・電位に一様に帯電処理するスコロトロン帯電手段で、ワイヤ〜グリッド間距離７．５ｍｍ、グリッド〜感光体間距離１ｍｍ、ワイヤ〜バックプレート間距離１２ｍｍの帯電極構成をしていて、グリッド印加電圧を可変出力とし、帯電電流値−７００μＡをもってバイアス電圧を印加し、感光体ドラム３１の帯電電位はグリッド電圧を調整することで−７５０Ｖとしている。
【００３２】
レーザ走査方式をとったレーザ書き込み部２０では、後に説明する可変のレーザパワー駆動電源を有していて、レーザ波長７００ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）を用い、その最大出力パワーは１ｍＷでパルス幅変調して画像形成を行っている。
【００３３】
現像器３３は、感光体ドラム３１に対向して回転する現像スリーブ３３Ａにより感光体ドラム３１上の静電潜像をトナー像として現像する。接触或いは非接触による現像が、イメージ露光と反転現像との組み合わせで２成分現像剤を用いての現像が行われる。現像スリーブ３３Ａはマグネットロールの周囲にステンレス溶射表面加工を施したアルミ製のスリーブを被せた構成とし、現像スリーブ３３Ａのローラ径φ４０ｍｍ、線速（Ｖｓ）４２０ｍｍ／ｓで回転し、感光体ドラム３１との線速比（Ｖｓ／Ｖｐ）は１．３としている。現像スリーブ３３Ａには直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスによって現像が行われるが、直流成分としては−２５０Ｖ〜−６５０Ｖ間、本実施例においては−６００Ｖ（表面標準出力）の現像バイアスを印加して反転現像が行われる。
【００３４】
現像剤としては２成分現像剤が好ましく用いられ、非磁性トナーと磁性キャリアを含有する２成分現像剤のトナーとしては、体積平均粒径が３〜９μｍの重合トナーが好ましい。重合トナーを用いることにより、高解像力であり、濃度が安定しかぶりの発生が極めて少ない画像形成装置が可能となる。
【００３５】
重合トナーは次のような製造方法により製造される。
トナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状とがバインダー樹脂の原料モノマー又はプレポリマーの重合及びその後の化学的処理により形成されて得られる。より具体的には、懸濁重合又は乳化重合等の重合反応と必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て得られ、重合トナーでは、原料モノマー又はプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させトナーを製造することから、トナーの粒度分布及び形状の均一な球形トナーが得られる。
【００３６】
トナーは体積平均粒径が３μｍを下回ると、かぶりの発生やトナー飛散が起こりやすくなる。上限９μｍは本実施の形態が目標とする高画質を形成することを可能する粒径の上限である。
【００３７】
キャリアとしては、体積平均粒径が３０〜６５μｍで磁化量が２０〜７０ｅｍｕ／ｇの磁性粒子からなるフェライトコアのキャリアが好ましい。３０μｍよりも粒径の小さなキャリアではキャリア付着が生じやすくなる。また、６５μｍよりも粒径の大きなキャリアでは、均一な濃度の画像が形成されない場合が生じうる。
【００３８】
転写器３４はコロトロンの転写極で、ワイヤ〜感光体間距離８ｍｍ、ワイヤ〜バックプレート間距離１２ｍｍの構成となっていて、転写電流２００μＡの定電流制御によって感光体ドラム３１上のトナー像の転写紙上への転写を行う。この際、転写と同時にＬＥＤ露光による分離補助手段も用いられる。
【００３９】
分離器３５はコロトロンの分離極で、ワイヤ〜感光体間距離８ｍｍ、ワイヤ〜バックプレート間距離１２ｍｍの構成となていて、ＡＣ成分１００μＡ、ＤＣ成分−２００μＡの分離電流によって転写紙の感光体ドラム３１からの分離を促している。
【００４０】
本実施形態の画像形成装置では、現像器３３の下流側には感光体ドラム３１に対向して発光素子と受光素子とから成り反射濃度を検知してトナー付着量を検知する画像濃度センサ６１が設けられていて、現像を終えた顕画像の画像濃度の検知が行われる。
【００４１】
（２）本実施形態の画像形成装置は、次の２つの機能を有している。
▲１▼ パッチ画像を形成しその反射濃度を測定することによって、希望する線幅のドットラインをもって書き込み記録をするのに必要とする発光強度値を求める。
【００４２】
▲２▼ 画像処理部では画像データを写真領域及び文字領域の判別を行って、レーザパワーの強度を写真領域では相対的に強く、文字領域では相対的に弱くして像露光を行う。
【００４３】
図２には上記機能を果たす本実施形態の制御回路図の概要を示している。１１０は演算制御処理を行うＣＰＵで、画像形成プログラムやパッチ画像形成プログラム、写真／文字領域判定プログラム等を記憶したＲＯＭ１１１、レーザの発光強度値等を記憶したＲＡＭ１１２、ドットライン幅／レーザパワー対応テーブルや写真／文字領域でのレーザパワー比率を記憶したテーブル１１３等が接続されていて、ＣＰＵ１１０はインターフェース１２０を介して外部機器に接続されている。
【００４４】
インターフェース１２０の入力側には、撮像素子１５から画像データを入力する画像読み取り部１０、γ補正等の画像信号処理と共に写真／文字判別処理を行う画像信号処理部６０、感光体ドラム３１上に記録されたパッチ画像の反射濃度の読み取りを行う画像濃度センサ６１が接続される。またインターフェース１２０の出力側には、γ補正等の画像処理がなされ、写真領域と文字領域とでレーザパワー強度を異にして像露光を行うレーザ書き込み部３０が接続される。
【００４５】
（３）本実施形態の画像形成装置では、例えば所定のプリント枚数毎、あるいはウォーミングアップ時にレーザ書き込み部２０から出力されるドットライン幅が所定のドットライン幅となるようレーザパワー強度の設定を行っている。このレーザパワー強度設定に当たっては、ＣＰＵ１１０はＲＯＭ１１１からパッチ画像形成プログラムを呼び出して感光体ドラム３１上に既に設定されて使用しているレーザパワーをもってドットライン幅検出用のパッチ画像を形成する。本実施例ではドットラインを複数本例えば３本連続して出力して感光体上に記録し、次に３ドット分の未露光部分を作る。これらを繰り返してドットライン幅検出用のパッチ画像を形成する。
【００４６】
ＣＰＵ１１０は画像濃度センサ６１によってパッチ画像の反射濃度の読み取りを行い、黒地部・白地部の繰り返す時間比からライン幅が求められる。なおこの時のライン幅は孤立の３ドットラインに対応している。図３に示す特性図は、３ドットラインのライン幅と画像濃度センサ３１による検知信号値との関係を示している。この検出されたライン幅と使用しているレーザパワーとから最適とするレーザパワーの調整が行われる。図４には孤立３ドットライン幅とレーザパワーとの関係を示す特性図で、レーザパワーを強くするとドットライン幅は広くなることを示している。
【００４７】
ＣＰＵ１１０はパッチ画像検出によって検出されたドットライン幅が希望するドットライン幅よりも狭いと検出されたときはレーザパワーを強くし、検出されたドットライン幅が希望するドットライン幅よりも広いと検出されたときはレーザパワーを弱く変更し、再度パッチ画像を形成する。形成されたパッチ画像から再度ドットライン幅を検出し、希望するドットライン幅と比較しレーザパワー強度を変更する動作を繰り返すことによって希望するドットライン幅の記録がなされるに適当とするレーザパワー値が求まる。このようにして求まった希望するドットライン幅に記録がなされるレーザパワー値は、その後の画像記録時に出力する基準レーザパワー値として用いられる。
【００４８】
（４）本実施形態の画像形成装置では、写真領域に対してはレーザパワーの強度を相対的に強く、文字領域に対しては相対的に弱くして像露光を行う制御がなされる。
【００４９】
画像記録時にはＣＰＵ１１０はＲＯＭ１１１から画像形成プログラムを呼び出して画像記録を行う。ＣＰＵ１１０は画像読み取り部１０で撮像素子１５によって読み取った原稿の画像データを画像信号処理部６０で画像信号処理を行ったのち、一旦メモリ内に格納する。
【００５０】
画像信号処理部においては、γ補正等の画像信号処理と共に、原稿画像について写真領域であるか文字領域であるかの判別を行う。判別は例えば画面を小範囲の集合の形に分割し、小範囲内のドットについてドットの濃度分布のヒストグラムをとることによって容易に該小範囲が写真領域内にあるか文字領域内にあるかの判別がなされる。即ち文字領域では白地部分と文字部分との２つの濃度値にピークを有しており、写真領域では階調的な濃度分布を有していることからも判別がなされる。
【００５１】
ＣＰＵ１１０はレーザパワーの強度を写真領域では相対的に強く、文字領域では相対的に弱くして像露光を行うようレーザ駆動電源の制御を行う。写真領域に対してのレーザパワー値は先の（３）で説明した基準レーザパワー値が用いられ、本実施例においてはレーザ駆動源から４９０μＷ出力をもって像露光を行い、文字領域ではレーザ駆動電源から４４０μＷの写真領域に対して９０％に相当する出力をもって像露光を行っている。
【００５２】
このような像露光条件に設定し、写真領域５０％、文字領域５０％の原稿を使用し、５００枚のプリントを行い、画質について評価を行ったところ、写真部については濃淡のはっきりした奇麗な画像が得られ、文字部については文字ラインのエッジが潰れないシャープな画像が得られた。またトナー消費量の差について検討したところ、領域ごとにレーザパワーを変えない従来例と比較して約５％のトナー消費量が削減されていることが認められた。
【００５３】
本発明においては、レーザ駆動電源からの写真領域での出力（μＷ単位）に対して文字領域での出力（μＷ単位）は９５％〜８０％の間にあるよう出力設定がなされていることが望ましい。文字領域での出力を９５％以上に設定したときは文字ラインのエッジに潰れが認められることがあって、本発明の効果は充分に認められない。また文字領域での出力を８０％以下に設定したときは文字ラインに掠れ等が生じて文字の先鋭さが欠けるようになる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１、２記載の発明によれば、写真部と文字部とを有した画像について写真部においては濃淡のはっきりした画像が、また文字部においては文字ラインの潰れないシャープな画像が得られると共に、トナー消費量も低減する効果が生じる。
【００５５】
請求項３、４記載の発明によれば、適時露光条件の修正が行われるので、長期に亘って一画面中の写真部においては濃淡のはっきりした画像が、また文字部においては文字ラインの潰れないシャープな画像が得られると共に、トナー消費量も低減する効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の構造を示す断面図。
【図２】本実施形態の制御回路図。
【図３】ライン幅と検知信号値との関係を示す特性図。
【図４】ライン幅とレーザパワーとの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１０ 画像読み取り部
１５ 撮像素子
２０ レーザ書き込み部
３１ 感光体ドラム
３２ 帯電器
６０ 画像信号処理部
６１ 画像濃度センサ
１１０ ＣＰＵ

Claims (4)

1. 画像読み取り部で読み取った画像情報又は外部から入力した画像情報の画像処理を行う画像処理部と、一様帯電した像担持体上に像露光を行い静電潜像を形成する像露光手段と、該静電潜像を現像してトナー像とする現像手段と、該トナー像を転写材上に転写する転写手段と、これらの制御を行う制御部とを有した画像形成装置において、
   前記像露光手段はレーザ発光体の発光強度を可変とする機能を有し、前記画像処理部においては前記画像情報の写真領域及び文字領域の判別を可能としていて、判別部は判別された写真・文字の領域別に書き込み画素のレーザパワー強度を変えるよう制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. レーザパワーの強度を写真領域では相対的に強く、文字領域では相対的に弱くして像露光を行う制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 画像読み取り部で読み取った画像情報又は外部から入力した画像情報の画像処理を行う画像処理部と、一様帯電した像担持体上に像露光を行い静電潜像を形成する像露光手段と、該静電潜像を現像してトナー像とする現像手段と、該トナー像を転写材上に転写する転写手段と、これらの制御を行う制御部とを有した画像形成装置において、
   前記現像手段の下流側には像担持体上に形成されたドットライン幅の検知を可能とする反射濃度センサを有し、
   前記像露光手段はレーザ発光体の発光強度を可変とする機能を有し、前記画像処理部においては前記画像情報の写真領域及び文字領域の判別を可能としていて、制御部は予め像露光手段によって形成したドットラインのライン幅を前記反射濃度センサを用いて検出し、適正とするレーザパワー強度を決定し、該適正とするレーザパワー強度に基づいて判別された写真・文字の領域別に書き込み画素のレーザパワー強度を変えるよう制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
4. 決定した適正とするレーザパワー強度に基づいて、レーザパワーの強度を写真領域では相対的に強く、文字領域では相対的に弱くして像露光を行う制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。

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