JP2005007587A

JP2005007587A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005007587A
Application number: JP2003170827A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugano; 高士菅野; Hidehiko Kinoshita; 秀彦木下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】感光ドラム上に画像を形成するための発光手段に最適な発光パターンを与え、画像データを作成し、高画質，高解像度の画像を得ること。
【解決手段】パルス幅変調信号出力手段が、画像データが所定の濃度レベル以上の時は、その濃度レベルが表すパルス幅よりもパルス幅を小さくする補正を行ない、所定の濃度レベル以下の時は、その濃度レベルが表すパルス幅よりもパルス幅を大きくする補正を行なうことで、読み取り画像と出力画像の差を小さくすることが可能であり、画像の高画質化，高解像度化を実現することができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像データをデジタルＰＷＭによって作成し、その画像データに応じて光ビームの発光を制御しつつ、光ビームを感光体上へ走査して画像を記録する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置は画像読み取り手段によって読み取った画像を画像データに変換し、画像クロックに同期して１画素毎に送信され、その画像データから生成されるパルス信号に基づいて発光が制御されるレーザ光を図３の感光体１１に照射させることによって潜像形成を行い、その後、トナー像を形成し定着器１７を通過させトナー像をシート材上に定着させる。所謂電子写真方式の画像形成装置においては、画像信号に応じてレーザ光のパルス幅を変調させることにより、高精度な階調表現を可能とするパルス幅変調（ＰＷＭ）の技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２７５１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような画像形成装置において、画像クロックが高速で、レーザの発光または消灯する時間が短時間である場合には、レーザの特性及びレーザ駆動回路の特性によりレーザが発光または消灯しない場合がある。
【０００５】
図２▲１▼のように、画像クロックが遅い場合は、１画素以内の画像データ幅に対するレーザの発光パルス幅は、画像データに応じたパルス幅を得られるが、画像クロックが高速の場合は、１画素以内の画像データ幅が小さい（短時間）ときには、レーザの発光がされず、また、画像データ幅が大きい（長時間）ときには、レーザが所定の画像データ幅よりも大きな幅で発光した状態になってしまう。特に１画素を４分割して高画質を得る手法を採用している場合は、図２▲２▼のように２５％と７５％のような、パルス幅が１画素に対しての割合が小さいときや大きいときは、画像入力データとパルス幅の比率が異なってしまうため補正しなければならない場合がある。また、図２▲２▼のような２５％と７５％の発光パルス幅は、レーザ素子及びレーザ駆動回路自体の個体差により安定して同じパルス幅が得られないので、できるだけ画像入力データと発光パルス幅の関係が直線性を示している部分を使用することが望ましい。
【０００６】
上記のように、レーザが発光または消灯しない場合があると、シート原稿に描かれている画像と異なった画像となってしまうことになる。高画質、高解像度を要求される今日の画像形成装置では、以上のような画像の再現性の不一致が問題になってしまう。
【０００７】
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、感光ドラム上に画像を形成するための発光手段に最適な発光パターンを与え、画像データを作成し、高画質，高解像度の画像を得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための一手段として、本発明の画像形成装置は以下の構成を備える。
【０００９】
請求項１の発明は、画像データに基づいて変調された光ビームを射出する半導体レーザと、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された前記光ビームにより像担持体上に潜像を形成する画像形成装置であって、前記画像データを記憶する記憶手段と、画像クロックから画像クロックの整数倍の高周波クロックを発生する高周波クロック発生手段と、前記記憶手段により記憶された画像データを、画像データのあらわす濃度レベルに応じ、前記高周波クロックにより１画素単位内で１画素以内のパルス幅変調信号として出力するパルス幅変調信号出力手段と、前記パルス幅変調信号出力手段の出力パルスによりレーザを駆動するレーザ駆動出力手段を備え、前記パルス幅変調信号出力手段は、画像データが所定の濃度レベル以上の時は、その濃度レベルが表すパルス幅よりもパルス幅を小さくする補正を行ない、所定の濃度レベル以下の時は、その濃度レベルが表すパルス幅よりもパルス幅を大きくする補正を行なうことを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記パルス幅変調信号出力手段から出力される１画素以内のパルス幅変調信号を補正する場合は、出力されるパルス幅変調信号の直前を補正し、１画素以内のパルス幅変調信号が１画素単位内の先頭に位置する場合は、パルス幅変調信号の直後を補正することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１記載の発明において、請求項１記載の発明において、前記パルス幅変調信号出力手段から出力される１画素以内のパルス幅変調信号を補正する場合は、出力されるパルス幅変調信号の直後を補正し、１画素以内のパルス幅変調信号が１画素単位内の後端に位置する場合は、パルス幅変調信号の直前を補正することを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１記載の発明において、前記パルス幅変調信号出力手段から出力される１画素以内のパルス幅変調信号を補正する場合は、出力されるパルス幅変調信号の両端を補正することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、画像入力データに対するパルス幅データの変換テーブルを示す図である。このテーブルは、１画素４ビットで構成された画像入力データに対して、３２ビットのパルス幅データに変換したときのテーブルである。通常、画像入力データの１ビットに対して、▲１▼〜▲４▼の１／４画素づつが対応し、レーザはそのパルス幅データに対応した発光を行う。（ａ）は、入力データに対して補正しないときのパルス幅データを示している。（ｂ）は、パルス幅を補正するための補正テーブルを示している。レーザの発光特性は、レーザの特性及びレーザ駆動回路の特性により図２のようになる。図２（ａ）は画像クロックが遅い場合の画像入力データに対する発光パルス幅の特性を示しており、図２（ｂ）は画像クロックが速い場合の画像入力データに対する発光パルス幅の特性を示している。図２（ａ）の発光特性の場合は、画像入力データと発光パルス幅の比が一致していることから、図１（ａ）のテーブルで問題ない。図２（ｂ）の発光特性の場合は、画像入力データと発光パルス幅の比が一致していないことから、発光パルス幅を補正する必要がある。特に２５％と７５％の部分はレーザ素子及びレーザ駆動回路自体の個体差によりパルス幅が異なってくるので、図２（ｂ）から、画像の安定性を考え、画像入力データと発光パルス幅の関係が直線性を示している領域になるように図１（ｂ）のテーブルで補正する。
【００１５】
図３は本発明を採用した一例として示した装置全体の断面図である。基本的な動作について図３を用いて説明する。１の原稿給紙装置上に積載された原稿は、１枚づつ順次２の原稿台ガラス面上に搬送される。原稿が搬送されると、３のスキャナー部分のランプが点灯し、かつ４のスキャナーユニットが移動して原稿を照射する。原稿の反射光はミラー５，６，７を介して８を通過し、その後イメージセンサー部９に入力される。イメージセンサー部９に入力された画像信号は、直接、あるいは、一旦図示しない画像メモリに記憶され、再び読み出された後、露光制御部１０に入力される。露光制御部１０が発生させる照射光によって感光体１１上に所望の画像が潜像される。次いで、現像器１３によって現像される。上記潜像とタイミングを合わせて転写部材積載部１４、あるいは１５より転写部材が搬送され、転写部１６に於いて、上記現像されたトナー像が転写部材上に転写される。転写されたトナー像は定着部１７にて転写部材に定着された後、排紙部１８より装置外部に排出される。転写後の感光体１１の表面をクリーナ２５で清掃し、クリーナ２５で清掃された感光体１１の表面を補助帯電器２６で除電して１次帯電器２８において良好な帯電を得られるようにした上で、感光体１１上の残留電荷を前露光ランプ２７で消去し、１次帯電器２８で感光体１１の表面を帯電し、この工程を繰り返すことで複数枚の画像形成を行う。
【００１６】
図４は露光制御部１０の構成を示している。図３において、３１はレーザ駆動装置であり、４３は半導体レーザである。半導体レーザ４３の内部にはレーザ光の一部を検出するＰＤセンサーが設けられ、ＰＤの検出信号を用いてレーザダイオードのＡＰＣ制御を行う。レーザ４３から発したレーザビームはコリメータレンズ３５及び絞り３２によりほぼ平行光となり、所定のビーム径で回転多面鏡３３に入射する。回転多面鏡３３は矢印の様な方向に等角速度の回転を行っており、この回転に伴って、入射した光ビームが連続的に角度を変える偏向ビームとなって反射される。偏向ビームとなった光はｆ−θレンズ３４により集光作用を受ける。一方、ｆ−θレンズは同時に走査の時間的な直線性を保証するような歪曲収差の補正を行う為に、光ビームは、像担持体としての感光体１１上に図の矢印の方向に等速で結合走査される。なお、３６は回転多面鏡３３からの反射光を検出するビームディテクト（以下、ＢＤと呼ぶ）センサであり、ＢＤセンサ３６の検出信号は回転多面鏡３３の回転とデータの書き込みの同期をとるための同期信号として用いられる。
【００１７】
従来よりこの種の画像形成装置のレーザ駆動回路に於いては、１走査中のレーザの光量を一定に保持するために、１走査中の光検出区間でレーザ光の出力を検出してレーザの駆動電流を１走査の間保持するという方法をとってきた。
【００１８】
以下、図５を用いて具体的な制御方法を述べる。この種の画像形成装置に於いては、図５のように１つのレーザ４３Ａと１つのフォトダイオード（以下、ＰＤと呼ぶ）センサー４３Ｂから構成されるレーザチップ４３を用いており、４１のバイアス電流源と４２のパルス電流源の２つの電流源をレーザ４３に適用することによって、レーザ４３Ａの発光特性の改善を図っている。また、レーザ４３Ａの発光を安定化させるために、ＰＤセンサー４３Ｂからの出力信号を用いてバイアス電流源４１に帰還をかけ、バイアス電流量の自動制御を行っている。即ち、シーケンスコントローラ４７からのフル点灯信号により論理素子４０がＯＮ信号をスイッチ４９へ出力することにより、バイアス電流源４１とパルス電流源４２からの電流の和がレーザ４３へ流れ、その時のＰＤセンサー４３Ｂからの出力信号は電流電圧変換器４４に入力され、ついで増幅器４５で増幅され、ＡＰＣ回路４６に入力され、次いでこのＡＰＣ回路４６からバイアス電流源４１に制御信号として供給される。この回路方式をＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌの略）回路方式と言い、現在レーザを駆動する回路方式として一般的である。レーザは温度特性を持っており、温度が高くなるほど一定の光量を得るための電流量は増加する。また、レーザは自己発熱するため、一定の電流を供給するだけでは一定の光量を得ることができず、これらは画像形成に重大な影響を及ぼす。このことを解決する手段として、１走査毎に前述したＡＰＣ回路方式を用いて、各走査毎の発光特性が一定になるように、各走査毎に一定に流す電流量を制御している。こうして一定光量制御されたレーザ光を、画素変調部４８で変調されたデータでスイッチ４９をＯＦＦ／ＯＮすることで画像を形成している。
【００１９】
次に図４と図９を用いて回転多面体の基本的な動作について説明する。回転多面体３３は図示しないモータによって所定回転で回転する。このモータの動作としては、図８のスキャナモータ制御部にてＢＤセンサ３６で１ライン毎に検出されるＢＤ信号の周期を周期比較部８２において基準周期発生部８３で生成された基準周期と比較し、その周期が目標周期になるように演算部８１において加減速信号を出力し安定に回転するように制御をする。画像の副走査方向への伸長を行う場合は、ＢＤ信号に対する目標周期を短くし回転多面体の回転速度が速くなるようにスキャナモータを制御させて画像形成させる。
【００２０】
図６に、実施形態の特徴を示すブロック図を示す。図６は、図５に記載されている変換部４８の内部構成である。
【００２１】
図６において、変換部４８内の出力回路部５１に入力される高周波クロックは、図示しないＰＬＬ回路から出力され、基本画像クロックのＮ倍の周波数をもつ。
【００２２】
画像データ変換部５０では、図示しない変換テーブルを格納するＲＡＭが存在し、入力される画像データを変換テーブルに応じて変換する。レーザの階調性を表すのに、単位時間内での点灯時間をＰＷＭ変調で制御することがよく行われているため、ここでの説明をＰＷＭ変調（特にデジタルＰＷＭ変調）に関する説明として行う。たとえばＡｂｉｔの入力データをＰＷＭ変調する場合、２^Ａビットのパルス幅信号に変換する。ここで、
２^Ａ＝ｎ
となるように定数を決めておく。この画像データ変換部５０では、入力データから、変換テーブル選択信号によって選択されたテーブルに基づいたパルス幅信号を生成し、出力回路にその信号を送信する。出力回路５１では、画像データ変換部５０から得られたパルス幅信号に応じて、図示しないＰＬＬ回路から出力される高周波クロックに同期した画像ＰＷＭ信号、高周波クロックに同期した画像クロック信号を出力し、画像ＰＷＭ信号はレーザ駆動回路に、画像クロック信号は図示しない画像処理部にそれぞれ送信される。
【００２３】
図７に、画像入力データとして４ビットデータが画像データ変換部５０に入力され、これが３２ビットのパルス幅データとして出力され、更に、このパルス幅データをもとに、出力回路５１で画像ＰＷＭ信号が出力されている様子を示す。変換テーブルは、図１の入力データ無変換テーブルが選択されているとする。そのときの画像ＰＷＭ信号に対するレーザ発光パルスも示してある。パルス幅データのＯＮ部分（ＨＩＧＨ部分）が非常に短いとき、レーザの特性及びレーザ駆動回路の特性により、図２の▲２▼の画像入力データが２５％のときのように、レーザ発光パルスが短くなってしまう場合がある。また、パルス幅データのＯＦＦ部分（ＬＯＷ部分）が非常に短いとき、図２の▲２▼の画像入力データが７５％のときのように、レーザ発光パルスのＯＦＦ部分が短くなってしまう場合がある。これらを補正するために、図１の（ａ）の入力データ補正テーブルのように、パルス幅データのＯＮ部分が短い場合、パルス幅を大きくするように補正（パルスを付加）し、パルス幅データのＯＦＦ部分が短い場合、パルス幅を小さくするように補正（パルスを削除）するような変換テーブルが選択できる変換テーブル信号を変換テーブル部５０に送信したときのパルス幅データ，レーザ発光パルスの様子を図８に示す。図７のパルス幅データが短い部分はパルス幅データを長くなるように補正し、パルス幅データが長い部分はパルス幅データを短くするように補正できる図１の入力データ補正テーブルを設定することによって、図８のように、レーザ発光パルスが画像データを忠実に再現することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザの特性及び、レーザ駆動回路の特性に応じた変換テーブルを画像データ変換部内部のＲＡＭに設定することによって、従来補正手段の無かった画像読み取り手段から読み取った画像及び、ＰＣ等の画像と画像形成装置から出力された画像の差を小さくすることが可能であり、高周波数の画像データの場合でも画像データに応じた画像を得ることができるので、画像の高画質化，高解像度化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像入力データに対するパルス幅データの変換テーブルを示す図
【図２】画像クロックが遅い場合と速い場合の１画素以内の画像入力データに対する発光パルス幅を示す図
【図３】本発明によるカラー画像形成装置の構成図
【図４】画像形成装置の露光制御部の構成図
【図５】レーザ制御回路の構成図
【図６】実施形態の制御ブロック図（変換部）
【図７】変換部における画像ＰＷＭ信号生成の例を示すタイミングチャート（変換テーブルは無変換のテーブル）
【図８】変換部における画像ＰＷＭ信号生成の例を示すタイミングチャート（変換テーブルはパルス幅データを補正するテーブル）
【図９】スキャナモータの制御部のブロック構成図

Claims

画像データに基づいて変調された光ビームを射出する半導体レーザと、前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された前記光ビームにより像担持体上に潜像を形成する画像形成装置であって、
前記画像データを記憶する記憶手段と、
画像クロックから画像クロックの整数倍の高周波クロックを発生する高周波クロック発生手段と、
前記記憶手段により記憶された画像データを、画像データのあらわす濃度レベルに応じ、前記高周波クロックにより１画素単位内で１画素以内のパルス幅変調信号として出力するパルス幅変調信号出力手段と、
前記パルス幅変調信号出力手段の出力パルスによりレーザを駆動するレーザ駆動出力手段を備え、前記パルス幅変調信号出力手段は、画像データが所定の濃度レベル以上の時は、その濃度レベルが表すパルス幅よりもパルス幅を小さくする補正を行ない、所定の濃度レベル以下の時は、その濃度レベルが表すパルス幅よりもパルス幅を大きくする補正を行なうことを特徴とする画像形成装置。
前記パルス幅変調信号出力手段から出力される１画素以内のパルス幅変調信号を補正する場合は、出力されるパルス幅変調信号の直前を補正し、１画素以内のパルス幅変調信号が１画素単位内の先頭に位置する場合は、パルス幅変調信号の直後を補正することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
前記パルス幅変調信号出力手段から出力される１画素以内のパルス幅変調信号を補正する場合は、出力されるパルス幅変調信号の直後を補正し、１画素以内のパルス幅変調信号が１画素単位内の後端に位置する場合は、パルス幅変調信号の直前を補正することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
前記パルス幅変調信号出力手段から出力される１画素以内のパルス幅変調信号を補正する場合は、出力されるパルス幅変調信号の両端を補正することを特徴とする請求項１の画像形成装置。