JP2006137144A - 光書き込み装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストな簡単に構成でドループの影響を排除することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】ドループ率をａ［％］に抑えるよう目標を設定した場合、現時点のＬＤ光量がＰｉであるとするとドループ率が目標値をオーバーしてしまうので、ＬＤの光量をＰａになるよう設定し直せばドループ率を目標値まで下げることができる。光量の調整は、外部から与える電圧値を変化することにより調整可能なＬＤドライバ６１によって行う。外部端子６２から入力される外部電圧値を光量がＰａになる値に設定する。そしてＬＤ端子に接続するＬＤドライバ６１の端子６３より、光量がＰａになる電流をＬＤに供給する。
【選択図】図６

Description

本発明は、光ビームを用いて像担持体上に画像を書き込む光書き込み装置、及び光書き込みにより形成された白黒、カラー画像、または複数色を重ね合わせる画像を記録媒体上に形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ、印刷機などの画像形成装置に関する。

半導体ＬＤの特性としてＬＤを直流点灯させた場合、その初期のＬＤ発光光量と、その後の発光が安定したとこの光量が若干異なるドループというものがあり、通常このドループの値が大きいほど、初期のＬＤ発光量とその後のＬＤ発光量の差が大きくなる。この特性により、半導体ＬＤを感光体に露光するための素子として使用する画像形成装置においては、例えばベタ画像を印刷した場合、左端の方が右端より濃度が濃くなったりする。かつ、ＬＤのケース温度が高温の時、通常画像形成中に発光させるＬＤの光量が低い時、またはＬＤに流すバイアス電流が少ない時などは、ドループ値がより大きくなり、画像上での濃淡が一層目立つようになる。また、一般的に赤色半導体ＬＤのドループ値が高いといわれている。

また、この種の技術として特許文献１および２に開示された発明が公知であり、前者はドループ作成の悪いレーザであっても、より安定した光量制御を可能とし、高品位の画像を得るようにしたもので、後者は画像データに基づいて一主走査での光量を調整してドループ特性を補正し、画像上に濃度差のない画像を得るようにしたものである。

具体的には、特許文献１には、レーザの光量を検出する光検出手段と、１走査中のレーザの第１駆動電流を１走査の間一定に制御する第１制御手段と、１走査中のレーザの第２駆動電流をレーザのオン時間に応じて可変制御する第２制御手段と、画素変調信号に応じて前記第２制御手段によって制御された前記第２駆動電流をオンオフする切替手段とを有し、前記第１制御手段によって制御された第１駆動電流と前記切替手段によってオンオフされた前記第２駆動電流との和でレーザを駆動するレーザ制御手段を備えていることが記載されている。

また、特許文献２には、１つのチップ上に複数のレーザダイオード発光源が配列されたレーザダイオードアレイと、前記各レーザダイオード発光源毎に画像データを生成する画像データ生成手段とを有し、前記画像データに基づいて変調される善意レーザダイオード発光源からのレーザビームを回転他面強によって走査させて感光面上に画像を記録する画像形成装置において、レーザダイオード発光源の光出力を一走査時間内で調整する光出力調整手段を有し、画像データに基づいて当該画像データに対応するレーザダイオード発光源の光出力を調整することが記載されている。
特開平１１−２９１５４７号公報 特開２００２−０８６７９３号公報

ところで、前記特許文献１及び２記載の発明では、ドループの特徴を示すＬＤ発光の形態と、印刷する画像データより、ドループの影響を打ち消すようにＬＤに流す電流を制御している。例えば特許文献１では、前記第１制御手段によって制御された第１駆動電流と前記切替手段によってオンオフされた前記第２駆動電流との和でレーザを駆動するように構成されており、装置が複雑になりコストが上がるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、簡単な構成でドループの影響を排除することができる画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、レーザダイオードから出射される光ビームの光量を調整する機能を有する制御手段を備え、画像信号に応じて変調された前記光ビームを走査することによって像担持体上に光書き込みを行う光書き込み装置において、形成される画像に濃淡を生み出す原因となる光ビームのドループのドループ値を、光ビームの光量を上げることにより目標値まで下げ、かつその光量が光ビームの絶対最大定格発光量を超えないようにしたことを特徴とする。

第２の手段は、レーザダイオードから出射される光ビームの光量を調整する機能を有する制御手段を備え、画像信号に応じて変調された前記光ビームを走査することによって像担持体上に画像を形成する光書き込み装置において、前記光ビームのドループのドループ値が大きくなる領域でレーザダイオードの出力光量を制限することを特徴とする。

第３の手段は、第１の手段において、光ビームを偏向する手段の光透過効率を最適化し、前記光ビームの光量を上げたときに前記像担持体上での光量を元に戻すことを特徴とする。

第４の手段は、第１の手段において、前記レーザダイオードに供給するバイアス電流を調整する手段を備え、前記バイアス電流を調整する手段により当該バイアス電流を増加させ、前記光ビームのドループを目標値まで下げることを特徴とする。

第５の手段は、第４の手段において、前記バイアス電流を調整する手段は、前記バイアス電流によるレーザダイオードの微弱発光量が画像形成に影響がでない範囲に抑制することを特徴とする。

第６の手段は、第１ないし第５のいずれかの手段において、前記レーザダイオードがドループ値の大きい赤色レーザダイオードからなることを特徴とする。

第７の手段は、第１ないし第６の手段に係る光書き込み装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。

なお、後述の実施形態において、レーザダイオードは符号６０に、光ビームの光量を調整する機能を有する制御手段はＬＤドライバ６１に、像担持体は感光体ドラム６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋに、バイアス電流を調整する手段はＬＤドライバ６１にそれぞれ対応する。

本発明によれば形成される画像に濃淡を生み出す原因となる光ビームのドループのドループ値を、光ビームの光量を上げることにより目標値まで下げ、かつその光量が光ビームの絶対最大定格発光量を超えないようにしたので、簡単な構成でドループの影響を排除することがてきる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す図である。この画像形成装置は、搬送ベルトに沿って画像形成部が並んだ直接方式のタンデムタイプといわれるカラー画像形成装置である。図１に示すようにこのカラー画像形成装置では、異なる色（イエロー：Ｙ、マゼンタ：Ｍ、シアン：Ｃ、ブラック：Ｋ）の画像を形成する画像形成部（画像形成ユニット）が、転写紙１を搬送する搬送ベルト２の搬送方向に沿って一列に配置されている。搬送ベルト２は、その一方が駆動回転する駆動ローラと他方が従動回転する従動ローラである搬送ローラ３、４によって架設されており、搬送ローラ３，４の回転により矢印方向に回転駆動される。搬送ベルト２の下部には、転写紙１が収納された給紙トレイ５が配置されている。収納された転写紙１のうち最上位置にある転写紙は、画像形成時には給紙され、途中レジストセンサ１４により各ユニットとのタイミングが取られ、静電吸着によって搬送ベルト２上に吸着される。

吸着された転写紙１は、先ず、第１の画像形成部（イエロー）に搬送され、ここでイエローＹの画像形成が行われる。第１の画像形成部（イエロー）は、感光体ドラム６Ｙと感光体ドラム６Ｙの周囲に配置された帯電器７Ｙ、露光器８、現像器９Ｙ、感光体クリーナ１０Ｙから構成されている。感光体ドラム６Ｙの表面は、帯電器７Ｙで一様に帯電された後、露光器８によりイエローの画像に対応したレーザー光１１Ｙで露光され、静電潜像が形成される。

形成された静電潜像は現像器９Ｙで現像され、感光体ドラム６Ｙ上にトナー像が形成される。このトナー像は感光体ドラム６Ｙと搬送ベルト２上の転写紙１と接する位置（転写位置）で転写器１２Ｙによって転写され、転写紙１上に単色（イエロー）の画像が形成される。転写が終わった感光体ドラム６Ｙは、ドラム表面に残った不要なトナーを感光体クリーナ１０Ｙによってクリーニングされ、次の画像形成に備えることとなる。

このように、第１の画像形成部（イエロー）で単色（イエロー）を転写された転写紙１は、搬送ベルト２によって第２の画像形成部（マゼンタ）に搬送される。ここでも、同様に感光体ドラム６Ｍ上に形成されたトナー像（マゼンタ）Ｍは、転写紙上に重ねて転写される。転写紙は、さらに第３の画像形成部（シアン）、第４の画像形成部（ブラック）に搬送され、同様に形成されたトナー像が順次転写されてフルカラーのカラー画像を形成してゆく。第４の画像形成部を通過してカラー画像が形成された転写紙１は、搬送ベルト２から剥離され、定着器１３にて定着された後、排紙される。なお、図１では、感光体ドラム６、帯電器７、現像器９、感光体クリーナ１０のそれぞれに各色毎の色を示す符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを付して、４色各色の画像形成部が並設されていることを示す。

図２は本実施形態に係る光学ユニットの概略構成を示す平面図である。同図において、ＬＤユニットＢＫ３１およびＬＤユニットＹ３２からの光ビームはシリンダレンズＣＹＬ＿ＢＫ３３、ＣＹＬ＿Ｙ３４を通り、反射ミラーＢＫ３５および反射ミラーＹ３６によってポリゴンミラー３７の下方面に入射し、ポリゴンミラー３７が回転することにより光ビームを偏向し、ｆθレンズＢＫＣ３８およびｆθレンズＹＭ３９を通り、第１ミラーＢＫ４０および第１ミラーＹ４１によって折り返される。一方、ＬＤユニットＣ４２およびＬＤユニットＭ４３からの光ビームは、ＣＹＬ＿Ｃ４４およびＣＹＬ＿Ｍ４５を通り、ポリゴンミラー３７の上方面に入射し、ポリゴンミラー３７が回転することにより光ビームを偏向し、ｆθレンズＢＫＣ３８およびｆθレンズＹＭ３９を通り、第１ミラーＣ４６および第１ミラーＭ４７によって折り返される。主走査方向の書き出し位置より上流側にはシリンダミラーＣＹＭ＿ＢＫＣ４８およびＣＹＭ＿ＹＭ４９さらにはセンサＢＫＣ５０およびセンサＹＭ５１が備わっており、ｆθレンズＢＫＣ３８およびｆθレンズＹＭ３９を通った光ビームがＣＹＭ＿ＢＫＣ４８およびＣＹＭ＿ＹＭ４９によって反射集光されて、センサＢＫＣ５０およびセンサＹＭ５１に入射するような構成となっている。これらのセンサは、主走査方向の同期を取るための同期検知センサである。

また、ＬＤユニットＢＫ３１およびＬＤユニットＣ３２からの光ビームでは、共通のＣＹＭ＿ＢＫＣ４８ならびにセンサＢＫＣ５０を使用している。ＬＤユニットＹ３２およびＬＤユニットＭ４３についても同様である。同じセンサに２色の光ビームが入射することとなるので、各色の光ビームのポリゴンミラー３７への入射角を異なるようにすることで、それぞれの光ビームがセンサに入射するタイミングを変え、時系列的にパルス列として出力されるようになっている。図からも分かるように、ＢＫとＣおよびＹとＭは逆方向に走査される。

図３にＬＤのドループの様子を示す。図中の上の信号がＬＤのＯｎ−Ｏｆｆ信号であり、下の信号がＯｎ−Ｏｆｆ信号に伴うＬＤの光量を示している。光量の波形からも分かるように、ＬＤの点灯光量は立上りの時は大きくなり（図中Ｐ１）、その後一定の光量（図中Ｐ２）に落ち着く。ドループはＬＤ自身の温度が高い時、点灯させるＬＤ光量が小さい時、およびＬＤ待機時（点灯しない時）にＬＤに流す電流（以下バイアス電流）が小さい時に、より大きくなる傾向があり図４のようになる。また、ドループの大きさを定義する式として、一般的に
ドループ率＝（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２×１００ ［％］
が使用される。このドループ率が大きければ大きいほど、画像担持体、ここでは感光体ドラム６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの画像書込み開始部とそれ以降の部分で濃淡が生じてしまう。

このドループ率を抑える対策として、２つの方法がある。１つはＬＤの点灯光量をある一定以上の値に設定する方法であり、他の１つは光ビームを感光体の主走査方向に偏向中（画像データ送信中）、ＬＤを発光させない時にＬＤ端子に微弱に流す電流量（バイアス電流）を大きくする方法である。

まず、ＬＤの点灯光量をある一定以上の値に設定する方法について説明する。図５は一般的なＬＤの光量とドループ率の関係のグラフである。いま、ドループ率を図中のａ［％］に抑えるよう目標を設定した場合、現時点のＬＤ光量が図中Ｐｉであるとするとドループ率が目標値をオーバーしてしまうので、ＬＤの光量をＰａになるよう設定し直せばドループ率を目標値まで下げることができる。光量の調整は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、外部から与える電圧値を変化することにより調整可能なＬＤドライバ６１によって行う。外部端子６２から入力される外部電圧値を光量がＰａになる値に設定する。そしてＬＤ端子に接続するＬＤドライバ６１の端子６３より、光量がＰａになる電流がＬＤに供給される。

ただし、前記のように最初に設定していた光量Ｐｉから、ドループ値を考慮した光量Ｐａまで上げると、感光体ドラム６Ｃ，６Ｍ，６Ｙ，６Ｋ上での光量も変わってしまうので、このままで画像を印刷すると濃度が濃くなってしまう。そこで、ＬＤの光量はＰａにしたまま、感光体ドラム６Ｃ，６Ｍ，６Ｙ，６Ｋ上の光量を元に戻す方法として、図２に示した光学ユニットのミラー群の透過効率を意図的に落とす方法がある。例えば、現在のミラー群の透過効率がＴｉだとすると、感光体上の光量を元に戻すには透過率を
Ｔｉ×（Ｐａ／Ｐｉ）
になるようにすれば良い。透過率を落とす方法としては光学ユニットのミラー群の１つのミラーを選んで、Ｐａ透過率を変化させるコーティングをすれば良い。また、１つのミラーで透過率を変化しきれない場合は、２つ以上のミラーにコーティングをしても良い。

次に２つ目の方法である光ビームを感光体ドラム６Ｃ，６Ｍ，６Ｙ，６Ｋの主走査方向に偏向中（画像データ送信中）、ＬＤ６０を発光させない時にＬＤ端子６３に微弱に流す電流量（バイアス電流）を大きくする方法について説明する。バイアス電流を流す様子を図７のタイミングチャートに示す。図７は画像データ信号とＬＤへの電流６５とＬＤ発光量６６との関係を示すもので、図中のＬＤ６０に流す電流６５の電流量がバイアス電流である。図８にＬＤに流す電流Ｉとその時の発光量Ｐの関係を示す。

通常、バイアス電流は図中のＬＥＤ発光領域内の電流値に設定する。図９に一般的なバイアス電流の量とドループ率の関係を表すグラフを示す。いま、ドループ率を図中ａ％に抑えるよう目標を設定した場合、もし、現時点のバイアス電流量が図中Ｉｂｉであるとドループ率が目標値をオーバーしてしまうので、バイアス電流量をＩｂａに設定しなおせばドループ率を目標値まで下げることができる。バイアス電流値の設定は図６のＬＤドライバＩＣ６１で行う。まず、ＬＤドライバＩＣ６１の機能により図８にあるＬＥＤ発光領域とＬＤ発光領域の境目の閾値電流Ｉｔｈを検出する。つぎにＬＤドライバＩＣ６１の外付け抵抗６４によりＩｔｈより差し引く分Ｉｓの値を決定する。Ｉｓの値は外付け抵抗６４の値に合せて変更する。この実施形態では、Ｉｔｈから差し引いてＩａになるような抵抗値６４を外付けする（図６（ａ））。

ただし、前記のように最初に設定していたバイアス電流Ｉｂｉから、ドループ値を考慮したバイアス電流Ｉｂａまで上げると、図８の電流と発光量のグラフで示したように、ＬＤにバイアス電流を流している時の発光量がＰｂｉからＰｂａに増加してしまう。結果、図７におけるＬＤ発光量を示すグラフのバイアス電流時の発光量６６が増加し、感光体ドラム６が若干露光され、不必要なところで薄い画像が印刷される可能性が出てくる。この場合は、ＬＤのＬＥＤ１２の発光領域を拡大した図１０で示すように、感光体ドラム６に影響を与えない発光量Ｐｂｃの時の電流値Ｉｂｃまで下げるように、ＬＤドライバＩＣの外付け抵抗６４を変更する。

本実施形態では、感光体への影響から、ドループ値を目標光量まで下げられなかったが、光量を上げて光学ユニットの透過効率を落とすという最初の対策と併用することによって、ドループ値を目標値まで下げることができる。いま、バイアス電流が図１０のＩｂｃに設定され、感光体上の光量が、
ＬＤ Ｏｎ時＝Ｐｉ｀、
バイアス電流時＝Ｐｂｉ｀
とする（図１１点線）。この状態からまず、図６のＬＤドライバ６１の端子６２の外部電圧を変化させ、感光体の光量をＰａ｀まで上げる。ＬＤ６０の光量を上げても閾値電流Ｉｔｈの検知量は変化しないので、バイアス電流点灯時のＬＤ６０の発光量は変化しない（図１１実線）。次に、光学ユニットの透過効率をコーティングされたレンズを使用することで低下させ、感光体上の光量をＰｉ｀に戻す。その状態を図１２に示す。この時、ＬＤ点灯時の光量はもとの光量に戻るが、バイアス電流時の光量は光学ユニットの透過効率を落とした分だけ減少する（図１２実線）。ゆえに、バイアス電流を流す余裕が増え、ドループ値を目標値まで下げることが可能になる。

今までのようにドループ目標値をａ［％］にするには、光学ユニットの透過効率は、元々の透過率の（Ｐｂｃ／Ｐｂａ）を掛けた数値まで落とし、バイアス電流をＩｂａまで流すようＬＤドライバＩＣ６１の外付け抵抗６４を変更することにより、感光体の光量は図１１、図１２の元々の光量と同じになり（図中点線）、ドループは目標値ａ［％］になる。

この事は、最初に光量アップをする方法のみを取った場合にも言え、ドループ値を目標値まで下げるためにアップした光量値が、使用しているＬＤの絶対最大定格値を超えてしまう場合も、バイアス電流を増やす方法と併用することにより、ＬＤの発光量を絶対最大定格値以内でドループ値を目標値まで下げることが可能となる。

また、以上の対策を取ることにより、一般的にドループ率が高いとされる赤色ＬＤも画像形成装置の感光体書込み用ＬＤとして使用が可能となる。

以上のように本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
１） 光量を上げるとドループ値が低くなる作用を利用し、ＬＤドライバ６１によりＬＤ６０の光量を上げることにより、ドループが原因の印刷される画像の濃淡ムラを減らすことができる。

２） １）で感光体２上での光量が大きくなってしまった場合に、光学ユニットの透過率を下げることにより、感光体上の光量を元に戻しているので、画像を光量アップ前の画像濃度に戻すことができる。

３） バイアス電流を上げるとドループ値が低くなる作用を利用し、ＬＤドライバ６１によりバイアス電流を増やすことにより、ドループが原因の印刷される画像の濃淡ムラを減らすことができる。

４） ３）で不必要な薄い印刷画像を作ってしまうバイアス電流によるＬＤ６０の微弱な発光量を、ＬＤドライバ６１でバイアス電流を調整することにより、微弱な発光量を画像に影響しないレベルまで下げ、不必要な薄い印刷画像をなくすことができる。

５） 処理の組み合わせによりドループ値を下げる役割を分担できるので、それぞれに発生する副作用を低減でき、よりドループ値を目標値まで低減する可能性を高くすることができる。

６） ドループ値の高い赤色半導体ＬＤに採用し、ドループ値を画像形成装置として必要な数値まで下げられるので、赤色ＬＤも画像形成装置の画像書込みＬＤとして使用することが可能となる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す図である。 本実施形態に係る光学ユニットの概略構成を示す平面図である。 ＬＤのドループの状態を示す特性図である。 ＬＤのドループ発生の問題点を示す図である。 一般的なＬＤの光量とドループ率の関係を示す特性図である。 ＬＤとそのドライバとを示す回路図である。 本実施形態におけるバイアス電流を流したときの画像データ信号とＬＤへの電流とＬＤ発光量との関係を示すタイミングチャートである。 本実施形態におけるＬＤに流す電流Ｉとその時の発光量Ｐの関係を示す図である。 一般的なバイアス電流の量とドループ率の関係を表す図である。 ＬＤのＬＥＤ発光領域を拡大したときの電流値と発光量との関係を示す図である。 ＬＤの光量を上げたときの閾値電流と感光体上の光量との関係を示す図である。 図１１の特性に対して光学ユニットの透過効率を変更した（下げた）ときの閾値電流と感光体上の光量との関係を示す図である。

符号の説明

１ 転写紙
２ 搬送ベルト
３，４ 搬送ローラ
５ 排紙トレイ
６ 感光体ドラム
７ 帯電器
８ 露光器
９ 現像器
１０ 感光体クリーナ
１１ レーザ光
１２ 転写器
１３ 定着器
６０ ＬＤ
６１ ＬＤドライバ
６２ 外部電圧
６４ 外付け抵抗

Claims (7)

1. レーザダイオードから出射される光ビームの光量を調整する機能を有する制御手段を備え、画像信号に応じて変調された前記光ビームを走査することによって像担持体上に光書き込みを行う光書き込み装置において、
   形成される画像に濃淡を生み出す原因となる光ビームのドループのドループ値を、光ビームの光量を上げることにより目標値まで下げ、かつその光量が光ビームの絶対最大定格発光量を超えないようにしたことを特徴とする光書き込み装置。
2. レーザダイオードから出射される光ビームの光量を調整する機能を有する制御手段を備え、画像信号に応じて変調された前記光ビームを走査することによって像担持体上に画像を形成する光書き込み装置において、
   前記光ビームのドループのドループ値が大きくなる領域でレーザダイオードの出力光量を制限することを特徴とする光書き込み装置。
3. 光ビームを偏向する手段の光透過効率を最適化し、前記光ビームの光量を上げたときに前記像担持体上での光量を元に戻すことを特徴とする請求項１記載の光書き込み装置。
4. 前記レーザダイオードに供給するバイアス電流を調整する手段を備え、
   前記バイアス電流を調整する手段により当該バイアス電流を増加させ、前記光ビームのドループを目標値まで下げることを特徴とする請求項１記載の光書き込み装置。
5. 前記バイアス電流を調整する手段は、前記バイアス電流によるレーザダイオードの微弱発光量が画像形成に影響がでない範囲に抑制することを特徴とする請求項４記載の光書き込み装置。
6. 前記レーザダイオードがドループ値の大きい赤色レーザダイオードからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光書き込み装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光書き込み装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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