JP2009069663A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーザビームを使用して画像形成を行う、画像形成装置および画像形成方法を提供すること。
【解決手段】画像形成装置は、複数のレーザビームを使用して画像形成を行い、感光体ドラムへの静電潜像形成を制御するための制御装置３０８と、静電潜像を形成するため前記レーザビームの出力を制御するレーザ出力設定回路３０４と、レーザ出力設定回路３０４の設定値を使用してレーザビームを照射するためのレーザ素子をそれぞれ点灯させるための制御値を生成する出力レベル制御回路３０６と、制御信号に基づいてレーザ素子に点灯電流を供給するドライバ回路２０４とを含み、レーザ出力設定回路３０４は、各レーザ素子の点灯時間がフィードバックされて、各レーザ素子のレーザ出力設定を行っている。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成に関し、より詳細には、複数のレーザビームを使用して画像形成を行う、画像形成装置および画像形成方法に関する。

近年では、電子写真方式の画像形成装置は、画像形成のために主として半導体レーザを用いており、高速化・高密度化の要求は、ますます高まっている。高速化および高画質化の要求を満たす方法として、レーザビームを偏向するために使用する回転多面鏡の回転数を上げることが考えられる。しかしながら、画像形成装置内で用いる回転多面鏡を高速回転するには、現状では限界があり、また騒音や消費電力の増大を招く要因ともなる。

また、この代替策としてレーザビームの光源素子数を増加することが提案されている。レーザビームの光源素子数を増加させる場合、単一のレーザビームを照射する半導体チップを複数用いるマルチビーム化は、多光源になる程技術的難易度が高くなり非現実的である。次にマルチビームとして利用されている端面レーザダイオード（以下端面ＬＤとして参照する。）を用いたレーザアレイ（以下、ＬＡとして参照する。）の場合、現在の技術ではビーム数を増加させる程コストが上がり、さらに技術的にも困難性を伴うことが判明している。

これに対し、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emission Laser）は、端面ＬＤと比較すれば容易に光源数を増加させることが可能でコスト上昇も殆ど無く、消費電力が小さいという特徴を持っている。ＶＣＳＥＬは、既に様々な組成のものが開発されている。また、ＶＣＳＥＬを使用する画像形成技術についても提案されている。

例えば特開２００４−２８７２９２号公報（特許文献１）は、面発光型のレーザアレイを搭載した画像形成装置が開示されている。特許文献１では、面発光型のレーザアレイを搭載する場合に、位置ずれしないハーネスを開示する。

さらに、特開２００５−２５０３１９号公報（特許文献２）は、複数の発光点を２次元的に配設した光源と、この光源から射出したレーザビームをカップリングするカップリングレンズとを複数組み合わせて構成した光源装置を開示する。

また、特開２００６−２１５２７０号公報（特許文献３）は、複数の発光点が配列された光源を使用して、１回の偏向走査で形成される走査線の間隔を制御する光走査装置を開示する。
特開２００４−２８７２９２号公報 特開２００５−２５０３１９号公報 特開２００６−２１５２７０号公報

図８を使用してＶＣＳＥＬに配置されたレーザ素子での従来の熱クロストークの影響を説明する。なお、熱クロストークとは、隣接するレーザ素子が点灯して発生する熱が、基板を介して熱伝導することにより、点灯させるべきレーザ素子の出力特性を変化させる現象をいう。ＶＣＳＥＬの基板上に集積されたレーザ素子１は、点灯されていて、レベル８００で示されるレベルのレーザ出力を与えている。また、レーザ素子２は、レーザ素子１に近接して配置されており、レーザ素子１よりも僅かに遅れて点灯され、初期には、レベル８０２のレーザ出力を与えている。レーザ素子１が点灯した段階では、レーザ素子２は、定格出力のレベル８０２の出力を与えている。

しかしながら、レーザ１が点灯し続けると、ＶＣＳＥＬの基板を介した熱伝導によりレーザ素子２の温度が上がり、この結果、リーク電流やしきい値電位変動などにより、レーザ出力がレベル８０６で示されるように低下する。この減少は、レーザ素子１についても同様であり、互いに隣接するレーザ素子が相互に熱クロストークの影響を受ける。

特に多数のレーザ素子を高密度で実装すると、熱クロストークの影響が顕著に現れ、半導体チップの寿命が著しく低下することが分かっている。この問題を解決するためにＶＣＳＥＬ上の光源配置を不均一にすることで放熱性を向上させ、長寿命化と光量安定化を達成することも提案されている。

レーザ光出力の低下は、上述した光源配置を不均一にすることである程度は対応することができるが、光源配置を不均一にすることだけでは熱クロストークの影響をすべて取り除くことができない。熱クロストークの影響により光量が変動すると、感光体に形成される静電潜像にムラが生じる。このような静電潜像のムラは、結果的に印刷物の濃度ムラを与え、印刷画像品質を低下させる要因となっていた。

本発明は、複数のレーザビームを使用する画像形成装置において、熱クロストークにより発生するレーザビームの出力変動に伴う静電潜像ムラを低減することで印刷画像品質を向上する画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。

本発明では、基板上に２次元的に配置された複数のレーザ素子の点灯時間がモニタされる。モニタされた点灯時間は、画像形成期間にわたり連続して定義される設定期間ごとに積算して、積算点灯時間を計算する。積算点灯時間は、連続する設定期間ごとに計算されており、直前の設定期間での特定のレーザ素子のセットの積算点灯時間は、その時点で点灯させるべきレーザ素子の点灯電流を決定するためにフィードバックされる。積算点灯時間は、設定期間ごとにリセットされても良いし、複数のレーザ素子による静電潜像形成パターンの多様性及び画像特性に対応できるように、移動平均して、以後の設定期間の初期オフセット値として使用することができる。

すなわち、本発明によれば、
複数のレーザビームを使用して画像形成を行う画像形成装置であって、
感光体ドラムへの静電潜像形成を制御するための制御装置と、
前記静電潜像形成のため前記レーザビームの出力を制御する設定値を生成するレーザ出力設定回路と、
前記レーザ出力設定回路の前記設定値を使用して前記レーザビームを照射するためのレーザ素子を、それぞれ点灯させるための制御信号を生成する出力レベル制御回路と、
前記制御信号に基づいて前記レーザ素子に点灯電流を供給するドライバ回路とを含み、
前記レーザ出力設定回路は、前記各レーザ素子の点灯時間がフィードバックされ、前記各レーザ素子のレーザ出力設定を行う、画像形成装置が提供される。

前記レーザ素子は、単一基板上に複数集積され、面発光レーザを構成することができる。前記レーザ出力設定回路は、前記レーザ素子の前記点灯時間を設定期間の間積算し、前記設定期間内の積算点灯時間をモニタして保存回路に保存するレーザ動作モニタを含むことができる。

さらに、前記レーザ動作モニタは、前記積算点灯時間を登録し、前記レーザ出力設定回路は、直前の前記設定期間の前記積算点灯時間を使用して前記レーザ素子の前記点灯電流を制御することができる。

また、前記積算点灯時間は、前記設定期間の満了により前記制御装置に退避された後、クリアすることができる。また、前記制御装置は、前記積算点灯時間を使用して移動平均値を計算し、前記移動平均値を直後に開始される前記設定期間の初期オフセット値として設定することができる。前記制御装置は、前記点灯するべきレーザ素子および前記点灯するべきレーザ素子に隣接する他の複数のレーザ素子についての前記積算点灯時間から前記点灯するべきレーザ素子の光量補正値を計算することができる。

また、本発明によれば、
複数のレーザビームを使用して画像形成を行う画像形成方法であって、
画像形成期間内で複数の設定期間を割当て、直前の前記設定期間について、点灯するべきレーザの周りの複数のレーザ素子の積算点灯時間を取得するステップと、
前記複数のレーザ素子の前記積算点灯時間に基づいて点灯するべきレーザ素子の光量補正値を決定するステップと、
前記光量補正値を使用して前記点灯するべきレーザ素子に点灯電流を供給し、感光体ドラム上に静電潜像を形成するステップと
を含む、画像形成方法が提供される。

さらに、前記レーザ素子の点灯時間を取得して前記設定期間内で前記各レーザ素子ごとに積算し、前記積算点灯時間として登録するステップを含むことができる。前記積算点灯時間を、前記設定期間の満了により保存回路に保存し、以後に設定される前記設定期間での前記レーザ素子の点灯制御にフィードバックするステップを含むことができる。前記レーザ素子は、単一の基板上に集積され、面発光レーザを構成することができる。

以下、本発明を実施形態をもって説明するが、本発明は、後述する実施形態に限定されるものではない。図１は、画像形成装置の実施形態を示す。画像形成装置１００は、半導体レーザ、ポリゴンミラーなどの光学要素を含む光学装置１０２と、感光体ドラム、帯電装置、現像装置などを含む像形成部１１２と、中間転写ベルトなどを含む転写部１２２を含んで構成される。光学装置１０２は、半導体レーザ（図示せず）などの光源から放出されたレーザビームを、ポリゴンミラー１０２ｃにより偏向させ、ｆθレンズに入射させている。レーザビームは、図示した実施形態ではシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応した数発生されていて、ｆθレンズ１０２ｂを通過した後、反射ミラー１０２ａで反射される。

ＷＴＬレンズ１０２ｄは、レーザビームを整形した後、反射ミラー１０２ｅへとレーザビームを偏向させ、露光のために使用されるレーザビームＬとして感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａへと、レーザビームを像状照射する。感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａへのレーザビームＬの照射は、上述したように複数の光学要素を使用して行われるため、主走査方向および副走査方向に関して、タイミング同期が行われている。なお、以下、主走査方向を、レーザビームの走査方向として定義し、副走査方向を、主走査方向に対して直交する方向、多くの画像形成装置１００では、感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａの回転する方向として定義する。

感光体ドラム１０４は、アルミニウムなどの導電性ドラム上に、少なくとも電荷発生層と、電荷輸送層とを含む光導電層を備えている。光導電層は、それぞれ感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａに対応して配設され、コロトロン、スコロトロン、または帯電ローラなどを含んで構成される帯電器１０４ｂ、１０６ｂ、１０８ｂ、１１０ｂにより表面電荷が付与される。

各帯電器１０４ｂ、１０６ｂ、１０８ｂ、１１０ｂにより感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ上に付与された静電荷は、レーザビームＬにより像状露光され、静電潜像が形成される。感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ上に形成された静電潜像は、現像スリーブ、現像剤供給ローラ、規制ブレードなどを含む現像器１０４ｃ、１０６ｃ、１０８ｃ、１１０ｃにより現像され、現像剤像が形成される。

感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ上に担持された現像剤は、搬送ローラ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃにより矢線Ｂの方向に移動する中間転写ベルト１１４上に転写される。中間転写ベルト１１４は、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの現像剤を担持した状態で２次転写部へと搬送される。２次転写部は、２次転写ベルト１１８と、搬送ローラ１１８ａ、１１８ｂと含んで構成される。２次転写ベルト１１８は、搬送ローラ１１８ａ、１１８ｂにより矢線Ｃの方向に搬送される。２次転写部には、給紙カセットなどの受像材収容部１２８から上質紙、プラスチックシートなどの受像材１２４が搬送ローラ１２６により供給される。

２次転写部は、２次転写バイアスを印加して、中間転写ベルト１１４上に担持された多色現像剤像を、２次転写ベルト１１８上に吸着保持された受像材１２４に転写する。受像材１２４は、２次転写ベルト１１８の搬送と共に定着装置１２０へと供給される。定着装置１２０は、シリコーンゴム、フッソゴムなどを含む定着ローラなどの定着部材１３０を含んで構成されていて、受像材１２４と多色現像剤像とを加圧加熱し、印刷物１３２として画像形成装置１００の外部へと出力する。多色現像剤像を転写した後の中間転写ベルト１１４は、クリーニングブレードを含むクリーニング部１１６により転写残現像剤が除去された後、次の像形成プロセスへと供給されている。

なお、各感光体ドラム１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａの主走査方向の終点付近には、副走査ずれ検出装置（図示せず）が配設されていて、副走査方向のずれを検出している。

図２は、画像形成装置１００を矢線Ａの方向から見た光学装置１０２のブロック図である。図２に示すように、光学装置１０２は、ＣＰＵなどを含む制御回路２０２、半導体レーザを点灯するためのドライバ回路２０４、およびレーザアレイ２０６を収容する。さらに光学装置１０２は、ポリゴンミラー１０２ｃおよびｆθレンズ１０２ｂを収容している。ポリゴンミラー１０２ｃは、数千から数万ｒｐｍの周速で回転駆動されていて、ＬＡ２０６から照射されるレーザビームをポリゴンミラー１０２ｃに照射させている。

制御回路２０２は、画像読取部（図示せず）からの画像データを、例えば、６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉといった解像度から、４８００ｄｐｉの高解像度の画像ドットを生成する。さらに、制御回路２０２は、レーザ素子を所定のレーザ出力で出力させるため、レーザ出力制御を行い、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)、またはＰＭ(Power Modulation)信号を、ドライバ回路２０４に出力する。ドライバ回路２０４は、受け取った信号を使用して点灯電流をレーザ素子に供給し、所定の出力でＶＣＳＥＬといったレーザアレイ２０６を動作させる。

レーザアレイ２０６は、制御回路２０２からの制御信号に基づいてレーザビーム束を発生させる。レーザビーム束を構成するそれぞれのレーザビームは、高解像度化された静電潜像を感光体ドラム１０４ａ〜１１０ａ上に形成する。図２に示す破線で示された領域は、本実施形態での露光制御ブロック３００を構成する。なお、露光制御ブロックについては、より詳細に後述する。

図３は、本実施形態の露光制御ブロック３００の構成を、より詳細に示す。図３に示すように、露光制御ブロック３００は、制御回路２０２と、ドライバ回路２０４と、レーザアレイ２０６とを含んで構成されている。レーザアレイ２０６として、本実施形態では、ＶＣＳＥＬを実装し、感光体ドラムに対し、複数のレーザビームを照射させている。制御回路２０２は、さらに、高解像度化処理回路３０２と、レーザ動作モニタを含むレーザ出力設定回路３０４と、出力レベル制御回路３０６とを含んで構成されている。

高解像度化処理回路３０２、レーザ出力設定回路３０４、および出力レベル制御回路３０６は、各回路の処理を制御する制御装置である中央処理装置（ＣＰＵ）３０８により制御され、各処理を実行する。ＣＰＵ３０８は、レジスタメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどを含んで構成され、本実施形態の処理を実行するアセンブラプログラム、データ等を起動時にレジスタメモリに読み込んで、処理を実行する。なお、高解像度化処理回路３０２、レーザ出力設定回路３０４、および出力レベル制御回路３０６は、ＣＰＵ３０８と別体として構成された集積回路とすることもできるし、またＣＰＵ３０８に一体化された回路モジュールとして構成することもできる。

高解像度化処理回路３０２は、スキャナなどを含んで構成される画像取得部が取得した６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉなどの解像度の画像データを受け取り、本実施形態では、４８００ｄｐｉの解像度に相当する画像ドットを生成する。また、高解像度化処理回路３０２は、６００ｄｐｉまたは１２００ｄｐｉの入力画像データの画像ドットの濃度値を再現するように、画像ドットを生成させる。生成された高解像度の画像データは、ドライバ回路２０４に送られて、レーザアレイ２０６を画像データにしたがって変調する。

レーザ出力設定回路３０４は、特定のレーザ素子を点灯させるための画像データを受け取り、レーザ素子に対して出力を与えるための設定値にフィードバックさせて設定値を発生し、出力レベル制御回路３０６に渡す。レーザ出力設定回路３０４は、設定値を計算するための加算回路、乗算回路、およびラッチ／メモリ回路などを含んで構成されている。レーザ出力設定回路３０４は、点灯履歴をレーザ素子の出力制御にフィードバックさせるため、直前の設定期間での隣接したレーザ素子の点灯履歴をラッチ、メモリ回路、またはＣＰＵ３０８のレジスタメモリなどの保存回路から読み出して、その時点で点灯させるべきレーザ素子の設定値の計算にフィードバックして、光量設定を行っている。また、他の実施形態では、レーザ出力設定回路３０４に対して、ドライバ回路２０４から、レーザ素子それぞれの点灯時間を示す値がフィードバック入力されてもよい。ドライバ回路２０４からフィードバックされる点灯時間を示す値としては、種々の値を使用することができるが、本実施形態では、点灯時間を示す値として、特定のレーザ素子を点灯させるための画像データを点灯信号としてレーザ制御回路にフィードバックさせることができる。

レーザ出力設定回路３０４は、レーザ動作モニタを含んで構成されている。レーザ動作モニタは、ＶＣＳＥＬ２０６のレーザ素子数に対応するパルスカウンタとして実装することができ、フィードバックされる画像データをカウントする。このパルスカウンタは、イネーブル入力を備え、設定期間が開始されると、イネーブルされる。パルスカウンタは、画像データのパルスを、イネーブルがアサートされている期間にわたり、カウントする。パルスカウンタのカウント値は、設定された設定期間が終了した段階で保存回路に保持される。

なお、上述したレーザ動作モニタは、図３に示したように、レーザ素子の点灯をモニタするために専用のパルスカウンタとして実装することもできるが、レーザ素子それぞれの寿命をモニタするためのタイマカウンタがある場合、設定された設定期間ごとに当該タイマカウンタの値を読み取って、レーザ動作モニタを構成してもよい。

この結果、レーザ動作モニタは、点灯時間を、各レーザ素子が設定期間の間に点灯された総パルスカウンタ値として与える。生成された総パルスカウンタ値は、各レーザ素子ごとにラッチされるか、メモリ回路の異なるアドレスに退避されるか、またはＣＰＵ３０８のレジスタメモリを使用する場合には、レジスタメモリの他のアドレスに退避され、次の設定期間が開始された場合にも、前回の点灯履歴を保存することが可能とされている。以下、点灯時間の尺度として、レーザ動作モニタが生成する総パルスカウント値を使用して説明する。設定期間は、適宜設定することができ、画像形成が開始され、最後の画像ドットの出力が終了するまでの間、連続して一定間隔で与えられる限り、その値は特に限定されるものではない。設定期間は、例えば、レーザアレイ２０６の縦列に対応する副走査ラインの画像形成が終了する期間などとして設定することができる。

図４は、本実施形態のレーザアレイ２０６の基板上でのレーザ素子配置４００の実施形態を示す。図４に示した実施形態では、レーザアレイ２０６は、レーザ素子を４０個、２次元的に配列したＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emission Laser）として構成されている。レーザ素子は、それぞれに識別値が割り当てられ、素子制御および点灯履歴が管理されている。以下、レーザ素子４０２を点灯させる場合に、点灯履歴を検査する実施形態を説明する。

本実施形態で、画像形成を行う目的では、レーザアレイ２０６の全レーザ素子を同時に駆動することは希である。このため、レーザ素子の点灯履歴は、レーザアレイ２０６に実装されたレーザ素子全体を使用する必要はなく、基板の熱伝導率などを考慮して、上下左右両隣に隣接するレーザ素子の点灯履歴を参照することで対応することができる。なお、特定の実装形式および点灯方式に応じて、さらに遠くのレーザ素子の点灯時間を、レーザ出力制御へのフィードバックに使用してもよい。図４に示した実施形態では、レーザ素子４０２のレーザ出力は、破線で示した領域４０８に含まれる合計９のレーザ素子の点灯履歴を使用する。

図５は、レーザ出力設定回路３０４が含むレーザ動作モニタを使用する、設定期間ごとの積算処理の実施形態５００を示す。レーザ動作モニタは、画像形成を開始した時点から設定期間を設定し、画像形成するべきドットがなくなるまで、横軸のレーザアレイ点灯時間（ｓ）の間、設定期間を連続して割当てる。設定期間の間、レーザ動作モニタは、レーザ素子が点灯された期間に対応してパルスカウントを行い、設定期間の間の総パルスカウンタの値として点灯時間の尺度を与える。総パルスカウンタは、図４に示したレーザ素子の識別値ごとに設定されていて、設定期間の間の点灯時間が全レーザ素子について積算され、レーザ素子の識別値の総数に対応した総パルスカウント値が取得される。

図５に示した実施形態では、例示的にレーザ素子４０４およびレーザ素子４０６についてのパルスカウンタの処理実施形態を示す。設定期間が終了した時点で、総パルスカウント値は、保存回路に退避され、図５に示した実施形態では、パルスカウンタおよび総パルスカウント値は、後続する設定期間の開始に同期してリセットされる。このリセットに対応して前回の総パルスカウント値もリセットまたはクリアされる。パルスカウンタがリセットした後、パルスカウンタは、後続する設定期間での総パルスカウントを再開し、後続する設定期間での総パルスカウント値を取得して保存回路に保存させ、処理を画像形成が終了するまで継続する。保存回路により保存された設定期間Ｔ１でのレーザ素子ごとの総パルスカウント値は、後続する設定期間Ｔ２でのレーザ出力に点灯履歴を反映させるために利用される。

また、総パルスカウント値には、しきい値を設定することができ、図５では２つのしきい値レベルＴＨ０、ＴＨ１が示されている。なお、図５に示した実施形態では、設定期間が終了した後、総パルスカウンタはリセットされるものとして説明した。しかしながら、他の実施形態では、保存した総パルスカウント値を使用して移動平均を計算させることができる。この実施形態では、総パルスカウンタをリセットした後、保存した総パルスカウント値を使用して移動平均値を計算する。計算した移動平均値は、後続する設定期間における初期オフセット値として使用することができる。この実施形態では、過去のレーザ点灯履歴から推定される熱クロストークの影響を以後の制御に反映させることができ、より効率的で無駄ない制御が可能となる。

なお、設定期間ごとに総パルスカウンタをリセットする実施形態は、設定期間の間に処理対象のレーザ素子を冷却するための時間が確保できる場合に好ましく用いることができる。この様な実施形態は、例えば、判断するレーザ素子のセットが露光を行った後、同一のセットが露光を行うまでに比較的長期間確保できる、比較的低速の画像形成装置に実装することができる。また、移動平均を使用して初期オフセットを設定する実施形態は、設定期間としてレーザ素子が冷却されるだけ期間を確保できない場合や、レーザ素子が、画像形成するべき画像の特徴に応じて時間的に不均一に点灯される場合などに好ましく適用することができる。この様な場合として、領域４０８に含まれるレーザ素子が、識別値順にシーケンシャルにではなく、一定の関係を持って離間した複数のレーザ素子が点灯される実施形態を挙げることができる。

以下、本実施形態の画像形成装置１００が実行するレーザ出力設定処理について詳細に説明する。ここで、レーザアレイ２０６は、図４に示したレーザ素子配置および識別値が割り当てられたＶＣＳＥＬであるものとする。図４の実施形態では、レーザ出力を設定するべきレーザ素子の識別値をｎとすると、領域４０８のレーザ素子の識別値は、（ｎ−９）、ｎ、（ｎ＋９）として計算できる。

光量補正のために使用する点灯時間は、識別値（ｎ−９）、ｎ、（ｎ＋９）で与えられるレーザ素子に対応し、保存回路に退避させてある総パルスカウント値を読み出して計算に使用する。

レーザ出力設定処理は、（１）レーザ出力設定回路３０４がレーザ素子の点灯時間から光量補正値を計算する、（２）レーザ出力設定回路３０４が計算した光量補正値から、設定するべき点灯電流値を決定する、（３）レーザ出力設定部３０４が設定された点灯電流値を設定するための設定値を計算し、出力レベル制御回路３０６に出力するシーケンスで行われる。

上記シーケンス（１）の光量補正値の計算は、以下のように実行される。第１の実施形態では、識別値ｎで示されるレーザ素子ｎの光量補正値Ｄ（ｎ）は、総パルスカウント値Ｔｉを設定期間の間の点灯時間とし、当該点灯時間についての補正係数をＫｉとし、レーザ素子ｎの光量補正値をＤ（ｎ）として、下記式（１）を使用して計算される。

上記式中、ｎは、点灯するべきレーザ素子の識別値であり、ｉは正の整数値であり、（ｎ−９）、ｎ、（ｎ＋９）までの離散値を取る。なお、Ｋｉの値は、例えば定格出力で定時間レーザ発振を行った場合に、レーザ素子ｎの出力レベルに対する周囲レーザ素子の影響を実測して、ＲＯＭなどに登録しておくことができる。

また、光量補正値Ｄ（ｎ）計算の第２の実施形態では、熱クロストークの非線形性を考慮して、下記式（２）を使用して計算される。

上記式（１）および上記式（２）で示した補正値計算式は、レーザ素子間距離、熱クロストークへのセンシティビティなどにより適宜使用することができる。

さらに第３の実施形態では、総パルスカウント値について図５に示すように、しきい値レベルを設定し、総パルスカウント値が当該しきい値を超えたか否かに対応して寄与率αｊ（ｊは、正の整数である。）を割当て、レーザ素子ｎについての光量補正値Ｄ（ｎ）の計算を行う。

図６は、本実施形態のＣＰＵ３０８が、レーザ出力設定制御の第３の実施形態で使用するデータ構造６００を示す。図６に示すデータ構造６００は、レーザ素子の点灯時間および光量補正値の積（Ｔｉ×Ｋｉ）の値に対し、総パルスカウント値としきい値とを比較して、その寄与率αｊを変化させる実施形態である。熱クロストークは、点灯時間が長くなればなるほど、その時点で点灯するべきレーザ素子についての熱クロストークへの寄与率が大きくなる。このため、点灯時間が長いレーザ素子と、点灯時間が短いレーザ素子の寄与率を変えて熱クロストークの制御を行うことで、レーザ素子の点灯パターンなどにかかわらず、効率的な制御を行うことができる。

また、補正計数Ｋｉの値は、レーザ素子自体の特性および点灯時間にも依存する場合があり、この場合、Ｔ（ｉ）×Ｎ（ｉ）の値の方が良好な指標を与える場合もある。このため、図６に示した実施形態のデータ構造６００は、Ｔ（ｉ）×Ｎ（ｉ）の値に対し、しきい値６０２と、しきい値を超えたか否かを示すフラグ６０４と、熱クロストークに対する寄与率６０６とが登録されている。

ＣＰＵ３０８は、しきい値レベルＴＨＲ０以下、ＴＨＲ１以下、およびＴＨＲ１を超える場合について、それぞれ寄与率αｊを設定し、総パルスカウント値、すなわち（Ｔ（ｉ）×Ｎ（ｉ））の値が、しきい値で規定される区間において、同一区間にあるレーザ素子をカウントし、下記式（３）を使用して、光量補正値Ｄ（ｎ）を計算する。

上記式（３）中、寄与率は、α１＋α２＋α３＝１となるように規格化されている。上記式（１）〜（３）については、使用するレーザアレイ２０６の特性およびレーザ素子の駆動制御方式に応じて適宜選択することができ、またレーザ素子特性および基板特性、レーザ素子密度などを考慮して特定の実施形態に最適な光量補正係数計算式を、実験的に決定してもよい。

図７を使用して上記シーケンス（２）およびシーケンス（３）の処理について説明する。図７は、出力−点灯電流特性７００を示す。図７に示す出力−点灯電流特性７００は、縦軸が、レーザ出力の値であり、横軸は、当該設定値に対応するレーザ点灯電流Ｉｄの値を示す。レーザ素子は、定格設定時、ライン７０２で示す出力特性を示す。

レーザ素子が熱クロストークにより他のレーザ素子からの熱的影響を受けると、リーク電流またはしきい値レベルなどの変動により、出力特性が変動し、ライン７０４またはライン７０６で示す特性に変化する。多くの場合、レーザ素子は、熱クロストークにより発光効率が低下するので、ライン７０６の出力−点灯電流特性となる。この場合、熱クロストークのない場合に比較してレーザ光量が低下し、そのまま感光体ドラムを照射すると、階調再現性を劣化させ、また濃度ムラなどが発生する。

ＣＰＵ３０８は、計算された光量補正値Ｄ（ｎ）に適切な比例定数を乗じて、例えば線形関係を与える下記式（４）を使用して増加するべき点灯電流を計算することができる。

なお、定数Ｃは、ライン７０４およびライン７０６で与えられる出力−点灯電流特性を考慮して適宜、実験的に設定することができる。さらに、レーザ出力設定回路３０４は、計算された点灯電流値を読み出して使用し、ルックアップテーブルを参照して、８ビットまたは１６ビットのダイナミックレンジでＰＷＭ制御またはＰＭ制御を行うための設定値に変換する。

変換された設定値は、レーザ出力設定回路３０４から出力レベル制御回路３０６に送られる。出力レベル制御回路３０６は、設定値から制御信号としてＰＷＭ制御パルスまたはＰＭ制御パルスを生成し、ドライバ回路２０４に供給する。ドライバ回路２０４は、受領した制御信号にしたがって点灯電流を設定し、レーザ素子を点灯させる。なお、ＰＷＭ制御またはＰＭ制御については、これまで知られたいかなる方法でも用いることができ、また各処理回路の機能は、図３に示した実施形態に限定されるものではなく、いかなる実装形式で画像形成装置１００に実装することができる。

以上説明したように、本発明によれば、複数のレーザビームを照射するＶＣＳＥＬなどのレーザアレイにおける熱クロストークによるレーザ素子特性を改善することにより、画像ムラや階調再現性を改善することが可能となる。この結果、本発明では、より高画質の画像形成が可能な画像形成装置および画像形成方法が提供できる。

本発明の上記各機能回路は、半導体集積回路やＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)として実装されるマイクロコントローラとして実装することができ、アセンブラ言語などで記述された装置実行可能なプログラムにより各処理が行われる。また、当該プログラムおよびそのためのデータは、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、などの記録媒体に格納され、マイクロコントローラの起動時にレジスタメモリなどに読み込まれ、プログラムによる処理が可能とされる。

これまで本発明を実施形態をもって説明してきたが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本実施形態の画像形成装置を示した図。 画像形成装置を矢線Ａの方向から見た光学装置のブロック図。 本実施形態の画像形成装置のより詳細な露光制御ブロックを示した図。 本実施形態のレーザアレイの基板上でのレーザ素子配置の実施形態を示した図。 レーザ動作モニタを使用する、設定期間ごとの積算処理の実施形態を示した図。 本実施形態の制御装置が、レーザ出力設定制御の第３の実施形態で使用するデータ構造を示した図。 出力−点灯電流特性を示した図。 ＶＣＳＥＬに配置されたレーザ素子での従来の熱クロストークの影響を説明した図。

符号の説明

１００…画像形成装置、１０２…光学装置、１０２ａ、１０２ｅ…反射ミラー、１０２ｂ…ｆθレンズ、１０２ｃ…ポリゴンミラー、１０２ｄ…ＷＴＬレンズ、１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ…感光体ドラム、１０４ｂ、１０６ｂ、１０８ｂ、１１０ｂ…帯電器、１０４ｃ、１０６ｃ、１０８ｃ、１１０ｃ…現像器、１１２…像形成部、１１４…中間転写ベルト、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ…搬送ローラ、１１８…２次転写ベルト、１２０…定着装置、１２２…転写部、１２４…受像材、１３０…定着部材、１３２…印刷物、２００…光学系、２０２…制御回路、２０４…ドライバ回路、２０６…レーザアレイ（ＬＡ）、２０８…反射ミラー、２１０…同期検出装置、３００…露光制御ブロック、３０２…高解像度化処理回路、３０４…レーザ出力設定回路、３０６…出力レベル制御回路、３０８…ＣＰＵ、４００…レーザ素子配置、４０２、４０４、４０６…レーザ素子、４０８…領域、５００…積算処理の実施形態、６００…データ構造、６０２…しきい値、６０４…フラグ、６０６…寄与率、７００…出力−点灯電流特性

Claims (11)

1. 複数のレーザビームを使用して画像形成を行う画像形成装置であって、
   感光体ドラムへの静電潜像形成を制御するための制御装置と、
   前記静電潜像形成のため前記レーザビームの出力を制御する設定値を生成するレーザ出力設定回路と、
   前記レーザ出力設定回路の前記設定値を使用して前記レーザビームを照射するためのレーザ素子を、それぞれ点灯させるための制御信号を生成する出力レベル制御回路と、
   前記制御信号に基づいて前記レーザ素子に点灯電流を供給するドライバ回路とを含み、
   前記レーザ出力設定回路は、前記各レーザ素子の点灯時間がフィードバックされ、前記各レーザ素子のレーザ出力設定を行う、画像形成装置。
2. 前記レーザ素子は、単一基板上に複数集積され、面発光レーザを構成する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記レーザ出力設定回路は、前記レーザ素子の前記点灯時間を設定期間の間積算し、前記設定期間内の積算点灯時間をモニタして保存回路に保存するレーザ動作モニタを含む、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記レーザ動作モニタは、前記積算点灯時間を登録し、前記レーザ出力設定回路は、直前の前記設定期間の前記積算点灯時間を使用して前記レーザ素子の前記点灯電流を制御する、請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記積算点灯時間は、前記設定期間の満了により前記制御装置に退避された後、クリアされる、請求項３または４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御装置は、前記積算点灯時間を使用して移動平均値を計算し、前記移動平均値を直後に開始される前記設定期間の初期オフセット値として設定する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記制御装置は、点灯するべきレーザ素子および前記点灯するべきレーザ素子に隣接する他の複数のレーザ素子についての前記積算点灯時間から前記点灯するべきレーザ素子の光量補正値を計算する請求項３〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 複数のレーザビームを使用して画像形成を行う画像形成方法であって、
   画像形成期間内で複数の設定期間を割当て、直前の前記設定期間について、点灯するべきレーザの周りの複数のレーザ素子の積算点灯時間を取得するステップと、
   前記複数のレーザ素子の前記積算点灯時間に基づいて点灯するべきレーザ素子の光量補正値を決定するステップと、
   前記光量補正値を使用して前記点灯するべきレーザ素子に点灯電流を供給し、感光体ドラム上に静電潜像を形成するステップと
   を含む、画像形成方法。
9. さらに前記レーザ素子の点灯時間を取得して前記設定期間内で前記各レーザ素子ごとに積算し、前記積算点灯時間として登録するステップを含む、請求項８に記載の画像形成方法。
10. 前記積算点灯時間を、前記設定期間の満了により保存回路に保存し、以後に設定される前記設定期間での前記レーザ素子の点灯制御にフィードバックするステップを含む、請求項８または９に記載の画像形成方法。
11. 前記レーザ素子は、単一の基板上に集積され、面発光レーザを構成する、請求項８〜９のいずれか１項に記載の画像形成方法。

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