JP2013225054A - 光走査装置および画像形成装置並びにシェーディング補正制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】シェーディング特性の個体ばらつきや経時的な変化にも対応でき、シェーディング補正を高精度で簡易に行うことができる光走査装置および画像形成装置並びにシェーディング補正制御方法およびプログラムを提供する。
【解決手段】被走査面の異なる像高位置に対する設計上のもしくは予め検出された光量比の分布をシェーディング特性テーブルとして記憶し、被走査面の少なくとも３つの像高位置に対する被走査面からの反射光量もしくは被走査面への入射光量を検出して関数近似により光量比の分布を算出し、記憶された光量比の分布と算出された光量比の分布とに基づいて、光源手段を制御してシェーディング補正を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置および画像形成装置並びにシェーディング補正制御方法およびプログラムに関し、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等に好適なものである。

従来より、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）等の光走査装置においては、画像信号に応じて光源手段から放射した光束を光変調している。そして、光変調された光束を例えばポリゴンミラーから成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像光学系によって像担持体としての感光体上にスポット状に集光させ光走査して画像記録を行っている。結像光学系を透過、若しくは反射部材により反射された光束は、被走査面としての感光体上での走査速度がほぼ一定になるように補正されるが、光強度については像高によって強弱が生じる。

この原因としては、先ず、光源手段から光束が出射されて感光体等の被走査面に到達するまでの間に通過する結像レンズ、反射ミラー等の光学素子の光利用効率（透過率、反射率）が光束の入射角によって異なることにある。また、結像レンズ等の厚みが像高によって異なること、被走査面上での等速性が結像光学系により補正しきれなかったこと等にもある。このような像高による光強度の強弱を、シェーディングと呼ぶ。このシェーディングは、形成画像の主走査方向の濃度に影響を与えることから、画像形成装置ではシェーディングを補正する必要がある。

このようなシェーディングを補正する画像形成装置は、従来から種々提案されている。シェーディング特性検出として、特許文献１の画像形成装置では、感光体面上でシェーディング特性を検出する移動可能な光量測定部を有し、得られたシェーディング特性検出結果に基づいてシェーディングを補正している。

また、シェーディング補正の具体化として、光走査装置内に光束を反射させるための反射部材として反射ミラーを用いた場合に、反射ミラーの反射率を光束の入射角度により変化させるように膜設計を行うことでシェーディングを補正している例もある。

特開２００３−５１１９号公報

しかしながら、特許文献１においては、感光体面上で光量測定部を主走査方向に移動させながら走査領域全域の光量を測定し、シェーディング特性を検出するため、シェーディング特性の検出に時間がかかるという問題点がある。

また近年、カラー画像形成装置の小型化の要求が強まっているため、これまで４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対して一対一で設けられていた偏向手段を各色で共用しようとしている。このように偏向手段を共用するには、偏向手段の偏向面に対して副走査断面内で斜め方向から複数の光束を入射させる、所謂、副走査方向斜入射系の構成にすることが必要となる。更に、１つの偏向手段で偏向された複数の光束を、それぞれ離間して配置された複数の感光体に導く必要があるため、光路を曲げる反射ミラーが多用される。

但し、この副走査方向斜入射系の構成を用いると、偏向手段で偏向された光束は結像レンズ上での副走査断面内において中央部から外れた位置を透過することとなり、結像レンズを樹脂で成型した場合、光束は複屈折の影響を受けてしまう。複屈折の影響を受けた光束は、光束内の偏光成分比が変化する。

本来、結像レンズに入射する前の光束は、主走査方向に平行な方向の偏光（Ｐ偏光）の成分のみを有するが、複屈折を持つ結像レンズ透過後の光束はＰ偏光成分が減少し、主走査方向に垂直な方向の偏光（Ｓ偏光）の成分が生じる。また、この偏光成分比は結像レンズの複屈折の生じ方に大きく左右されるため、像高により偏光成分比がうねりを持つことがある。

このＰ偏光成分とＳ偏光成分を有する光束は、反射ミラーで反射されて各感光体面上に導かれるが、従来は上述したように反射ミラーの反射率を入射角度により変化させるように膜設計を行うことでシェーディング補正を達成することがある程度は可能であった。しかし、結像レンズの複屈折により偏光成分比がうねりを持つため、反射ミラーの膜設計のみではシェーディング特性を所望の値まで補正することは困難となってきた。

また光走査装置に反射ミラーが多用されるようになったため、反射ミラーの反射率の製造誤差によりシェーディング特性が光走査装置の個体により大きくばらつくという問題点が発生する。シェーディング特性のばらつきは、反射ミラーの反射率ばらつきによるものに限った事ではなく、光源手段としての半導体レーザの圧入角度、光偏光器の偏向面や感光体の感光面の膜ムラ等によっても発生してしまう。

また、画像形成装置を使用し続けることにより塵埃等の浮遊物が結像レンズや反射ミラーに付着したり、感光体が劣化したりすることで、シェーディング特性が経時的に変化してしまうといった問題点もある。

本発明の目的は、シェーディング特性の個体ばらつきや経時的な変化にも対応でき、シェーディング補正を高精度で簡易に行うことができる光走査装置および画像形成装置並びにシェーディング補正制御方法およびプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光走査装置の代表的な構成は、光源手段と、偏向面を含み、回転可能な偏向手段と、前記光源手段からの光束を前記偏向面に導く入射光学系と、前記偏向面からの前記光束を被走査面に導く結像光学系と、を備え、前記偏向手段を回転させることによって、前記結像光学系からの前記光束で前記被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、前記被走査面の前記主走査方向における異なる像高位置に対する設計上の光量比の分布もしくは予め検出された光量比の分布をシェーディング特性テーブルとして記憶する記憶手段と、前記被走査面の前記主走査方向における少なくとも３つの像高位置に対する前記被走査面からの反射光量もしくは前記被走査面への入射光量を検出する光検出手段と、前記光検出手段の出力から前記被走査面の前記主走査方向における異なる像高位置に対する光量比の分布を関数近似により算出する算出手段と、前記記憶手段に記憶された光量比の分布と前記算出手段で算出された光量比の分布とに基づいて、前記光源手段を制御してシェーディング補正を行う制御手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光走査装置を備えた画像形成装置も本発明の他の一側面を構成する。

更に、本発明に係るシェーディング補正制御方法の代表的な構成は、光源手段と、偏向面を含み、回転可能な偏向手段と、前記光源手段からの光束を前記偏向面に導く入射光学系と、前記偏向面からの前記光束を被走査面に導く結像光学系と、を備え、前記偏向手段を回転させることによって、前記結像光学系からの前記光束で前記被走査面を主走査方向に走査する光走査装置におけるシェーディング補正制御方法であって、前記被走査面の前記主走査方向における異なる像高位置に対する設計上の光量比の分布もしくは予め検出された光量比の分布をシェーディング特性テーブルとして記憶手段に記憶する記憶ステップと、前記被走査面の前記主走査方向における少なくとも３つの像高位置に対する前記被走査面からの反射光量もしくは前記被走査面への入射光量を光検出手段で検出する光検出ステップと、前記光検出手段の出力から前記被走査面の前記主走査方向における異なる像高位置に対する光量比の分布を関数近似により算出手段で算出する算出ステップと、前記記憶手段に記憶された光量比の分布と前記算出手段で算出された光量比の分布とに基づいて、前記光源手段を制御してシェーディング補正を行う制御ステップと、を有することを特徴とする。

また、シェーディング補正制御プログラムも本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、シェーディング特性の個体ばらつきや経時的な変化にも対応でき、シェーディング補正を高精度で簡易に行うことができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態の光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の要部斜視図、（ｂ）は本発明の第１の実施形態のシェーディング特性テーブルと濃度センサ出力値、レーザ発光量のグラフである。 本発明の第１の実施形態の光走査装置の主走査断面図である。 本発明の第１の実施形態の幾何収差及び副走査倍率の一様性を示す図である。 本発明の第１の実施形態の光走査装置の副走査断面図である。 本発明の第１の実施形態のシェーディング補正のフローチャートである。 本発明の第１の実施形態のシェーディング補正残差のグラフで、（ａ）はシェーディング特性テーブルのみでシェーディング補正した場合のグラフ、（ｂ）は３点の濃度センサ出力値のみでシェーディング補正した場合のグラフである。 本発明の第２の実施形態のシェーディング補正のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の光走査装置の主走査断面図である。 本発明の第３の実施形態のシェーディング補正のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の要部概略図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

《第１の実施形態》
（カラー画像形成装置）
図１０は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置６０の要部概略図である。カラー画像形成装置６０は、光走査装置１１により４ビーム（４１、４２、４３、４４）を走査して、各々並行した像担持体である感光ドラム２１、２２、２３、２４上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１０において、３１、３２、３３、３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。

また、図１０において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。外部機器５２から入力したコードデータとしての各色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。

これらの画像データは、光走査装置１１に入力される。そして、光走査装置１１からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１、４２、４３、４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム２１、２２、２３、２４の感光面が主走査方向に走査される。

本実施形態におけるカラー画像形成装置は、光走査装置１１により４ビームを走査し、各々がＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字している。

本実施形態におけるカラー画像形成装置は、上述の如く光走査装置１１により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて、各色の静電潜像を各々対応する感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に形成している。各感光ドラムに形成された各色の静電潜像は夫々の現像器でトナー像として現像され、現像された各トナー像は転写器により被転写材としての記録材に多重転写される。これにより、１枚のフルカラー画像が記録材に転写され、転写されたトナー像は定着器で記録材に定着される。

外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられ、この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。

（光走査装置）
図２は本発明の実施形態に係る光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）であり、光路を展開して図示している。尚、以下の説明において、副走査方向（Ｚ方向）とは、偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向（偏向手段の回転軸と平行な方向）を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。

図中、１ａ、１ｂは各々副走査方向の位置が異なる光源手段であり、半導体レーザより成っている。２ａ、２ｂは各々開口絞りであり、複数の光源手段１ａ、１ｂから出射された発散光束を特定のビーム形状に成形している。３ａ、３ｂは各々集光レンズ（アナモフィックレンズ）であり、主走査方向（主走査断面内）と副走査方向（副走査断面内）とで異なる屈折力（パワー）を有している。これにより、開口絞り２ａ、２ｂを通過した発散光束を主走査方向では平行光束（もしくは収束光束）、副走査方向では収束光束に変換している。なお、開口絞り２ａ、２ｂ、集光レンズ３ａ、３ｂの各要素は、入射光学系ＬＡの一要素を構成している。

入射光学系ＬＡは、複数の光源手段１ａ、１ｂから出射した複数の光束を、副走査断面内において互いに異なる角度をもって、後述する偏向手段５の同一の偏向面５ａに導光している。なお、集光レンズ３ａまたは３ｂを２つの光学素子(コリメータレンズとシリンダーレンズ)より構成しても良い。また、集光レンズ３ａ、３ｂは一体化していても良い。

５は、複数の偏向面を含み、回転可能な偏向手段であり、外接円の直径３４ｍｍで５面構成の光偏向器より成っており、モータより成る駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度（等角速度）で回転している。６は、結像手段としての集光機能と後述するｆθ特性とを有する結像光学系である。本実施形態における結像光学系６は、主走査方向（主走査断面内）と副走査方向（副走査断面内）とで異なるパワーを有する結像光学素子である第１、第２の結像レンズ（走査レンズ）６ａ、６ｂを有している。

本実施形態における第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂは、プラスチック材料（樹脂）より成る。そして、光偏向器５の同一の偏向面５ａによって偏向された画像情報に基づく複数の光束を、互いに異なる被走査面としての感光ドラム面７ａ、７ｂ上（被走査面上）に結像させている。且つ、第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂは、副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａと感光ドラム面７ａ、７ｂとの間を共役関係にすることにより、偏向面５ａの面倒れ補償を行っている。

第１の結像レンズ６ａは、第１の結像レンズ６ａの光軸上では主走査断面内及び副走査断面内において正のパワーを有している。また、第２の結像レンズ６ｂは、第２の結像レンズの光軸上では主走査断面内において負のパワーを有し、副走査断面内において正のパワーを有している。

ここで、上記ｆθ特性とは、画角（走査角）θで入射する光束を、像面上（被走査面７ａ、７ｂ上）で、光軸からの高さをＹ、定数をｆとするとき、Ｙ＝ｆ×θの位置に結像する関係を有していることである。即ち、単位画角あたりに走査される走査幅（走査速度）が走査面上全域にわたって等しくなるような特性である。そして、定数ｆをｆθ係数と呼ぶ。また、結像光学系６への入射光束が平行光束である場合、定数ｆは結像光学系６の近軸焦点距離ｆと同じ値となる。なお、図１においては光路を折り曲げる反射ミラー(平面ミラー）を省略して示している。

本実施形態においては、画像情報に応じて２つの光源手段１ａ、１ｂから光変調され出射した２本の発散光束が、対応する開口絞り２ａ、２ｂにより規制され、集光レンズ３a、３ｂに入射する。集光レンズ３a、３ｂに入射した光束は、主走査断面内において平行光束となって出射する。また、副走査断面内においては、収束して互いに異なる角度をもって光偏向器５の同一の偏向面５ａに線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。

そして、光偏向器５の偏向面５ａで偏向された２本の光束は、第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂを介して互いに異なった感光ドラム面７ａ、７ｂ上にスポット状に結像する。なお、光偏向器５の偏向面５ａに対して、副走査断面内において斜め上方から入射した光源手段１ａからの光束は斜め下方に反射され、また斜め下方から入射した光源手段１ｂからの光束は斜め上方へと反射される。

そして、光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、感光ドラム面７ａ、７ｂ上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査している。これにより、記録媒体としての感光ドラム面７ａ、７ｂ上に画像記録を行っている。なお、本実施形態ではＡ３サイズ相当の印字幅を走査することを想定し、被走査面７における有効走査幅は３１０ｍｍとして光学系を構成している。しかし、これに限ったものではなく、これより大きいサイズ、小さいサイズについても対応可能である。

本実施形態における第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂの屈折面の形状は、以下の形状表現式により表されている。即ち、光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査面内において光軸と直交する軸をＺ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、以下の式で表される。

（但し、Ｒは光軸上の母線曲率半径、Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０は非球面係数）
また、副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向は、以下の式で表される。

ここで主走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）ｒ‘が、以下の式で表される。

ｒ’＝ｒ_０（１＋Ｄ_２Ｙ^２＋Ｄ_４Ｙ^４＋Ｄ_６Ｙ^６＋Ｄ_８Ｙ^８＋Ｄ_１０Ｙ^１０）
（但し、ｒ_０は光軸上の子線曲率半径、Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８、Ｄ_１０は係数）
なお、光軸外の子線曲率半径ｒ’は、各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義されている。また、形状表現式における多項式は１０次までの関数で表現しているが、次数はこれ以上でも以下でも差し支えない。また、面形状表現式自体も同等の面表現自由度を有した表現式であれば、問題無く本発明の効果を得ることが可能である。

表１、表２に本実施形態における光学素子の光学配置及び結像光学素子（結像レンズ）の面形状の数値を示す。なお、表２において、第１面は第１の結像レンズ６ａの入射面、第２面は第１の結像レンズ６ａの出射面、第３面は第２の結像レンズの入射面、第４面は第２の結像レンズの出射面である。また、Ｅ−ｘは１０^−ｘを意味する。

ここで、非球面係数Ｂ４ｕからＢ１０ｕ、Ｄ２ｕからＤ１０ｕは、主走査断面内と副走査断面内において、レンズ面の光軸を挟んで反光源手段１側の形状を特定する係数である。また、非球面係数Ｂ４ｌからＢ１０ｌ、Ｄ２ｌからＤ１０ｌは、主走査断面内と副走査断面内において、レンズ面の光軸を挟んで光源手段１側の形状を特定する係数である。

本実施形態では、光源手段１から出射した光束が主走査断面内において、結像光学系６の光軸に対して角度をもって光偏向器５の偏向面５ａに入射しているため、光偏向器５の回転に伴う偏向面の出入り(サグ)が、走査開始側と終了側で非対称に発生する。

この非対称なサグにより像面湾曲、スポット径の変動が光軸に対して主走査方向に非対称に変化するのを良好に補償する為に、第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂは、共に副走査方向の曲率半径が光軸に対して主走査方向に沿って非対称に変化する面を有している。また、第２面、第３面、第４面においては、副走査断面内の非球面係数Ｄ２ｕからＤ１０ｕとＤ２ｌからＤ１０ｌは異なっており、副走査面内の曲率が、レンズ面の有効径内において軸上から軸外に向かい光軸を中心として非対称に変化していることがわかる。

本実施形態において、第１の結像レンズ６ａの入射面（第１面）及び出射面（第２面）は、主走査断面内（主走査方向）では１０次までの関数で表現される非球面形状（非円弧形状）で形成されている。また、副走査断面内（副走査方向）では、入射面（第１面）は球面形状、出射面（第２面）は主走査方向に向かって曲率の変化する球面形状で形成されている。第２の結像レンズ６ｂの入射面（第３面）及び出射面（第４面）は、主走査断面内が１０次までの関数で表現される非球面形状（非円弧形状）で形成されている。

また、副走査断面内（副走査方向）では入射面（第３面）、出射面（第４面）共に主走査方向に向かって曲率の変化する球面形状で形成されている。そして、副走査断面内のパワーが主走査方向で軸上から軸外に向かって減少していることにより、副走査方向の像面湾曲を良好に調整している。本実施形態では、上述の如く第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂの材料をプラスチック材料（樹脂）より形成したが、材料はプラスチック材料に限らず、ガラス材料であってもよい。

図３は、本実施形態における幾何収差を示した図である。図３より、各収差とも実用上問題のないレベルまで調整されていることが分かる。また、各像高による副走査倍率の変化も２％以下に抑えられていることが分かる。このことにより、各像高による副走査方向のスポット形状の変化が抑えられ、良好な結像性能を得られる。なお、像高による副走査倍率の変化は１０％以下が良く、更に望ましくは５％以下が良い。

図４は、図２に示した光走査装置を光偏向器を挟んで両側に対称に配置した光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図４において図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。図４において、１１は光走査装置であり、前述した図２に示す光走査装置を光偏向器５を挟んで両側に対称に配置している。Ｕ１、Ｕ２は各々第１、第２の走査ユニット(光走査装置)である。一方の走査ユニットである第１の走査ユニットＵ１はＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）色用の２つのステーションＳＴ１、ＳＴ２より成っている。

また、他方の走査ユニットである第２の走査ユニットＵ２はＣ（シアン）、Ｋ（ブラック）色用の２つのステーションＳＴ３、ＳＴ４より成っている。なお、第１、第２の走査ユニットＵ１、Ｕ２の構成及び光学的作用は同一のため、以下、第１の走査ユニットＵ１を中心に述べる。そして第２の走査ユニットＵ２の各部材のうち、第１の走査走査ユニットＵ１と同じ部材については同一番号を付して示す。

７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは各々記録媒体としての感光ドラム（被走査面）であり、各々順にＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）色用の記録媒体としての感光ドラムである。８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、光束反射部材としての反射ミラーで平面ミラーより成り、第１、若しくは第２の結像レンズ６ａ、６ｂの射出側の光路に配置されて、光路を感光ドラム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄへと向かうよう折り返している。尚、反射ミラー８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、各々主走査断面内又は副走査断面内においてパワーを有していても良い。

５は偏向手段としての光偏向器（回転多面鏡）であり、第１、第２、第３、第４のステーションＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４で共用している。即ち、ステーションを光偏向器５の回転軸を中心として対称的に両側に２つづつ振り分けて配置する、所謂対向光走査装置となっている。これにより、４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のカラー画像形成装置に搭載可能な光走査装置の構成としている。なお、ステーションＳＴ２、ＳＴ３において、反射ミラーを３枚ずつ用いることにより、光走査装置の薄型化を実現している。

次に、本実施形態の目的を達成するための手段と効果について、図５のシェーディング補正のフローチャートに沿って説明する。初めに図４に示すような副走査断面内の配置で光学部品を組み込まれた(ステップＳ１)光走査装置に、設計上発生が予想されるシェーディング特性をテーブルとして記憶させる(ステップＳ２)。

光走査装置の設計上発生するシェーディング特性は、光源手段から光束が出射されて感光体等の被走査面に到達するまでの間に通過する結像レンズ、反射ミラー等の光学素子の透過率、反射率等の光利用効率と光束の入射角によって算出することが可能である。但し、上述したように反射ミラーに入射する前の光束は樹脂製の結像レンズの複屈折の影響を受け、像高により偏光成分比がうねりを持つことがある。通常、反射ミラーはＰ偏光とＳ偏光それぞれに対する反射率を規定して設計する。

従って、像高により光束の偏光成分比がうねりをもっている場合は、反射ミラーにより反射された光束の光強度も像高によりうねりを生じることになる。また、本実施形態の光走査装置は副走査方向斜入射系であるため、光偏向器で偏向された光束は、図４に示すように結像レンズ６ａの副走査断面内における中央部付近以外を通過する。

樹脂製の結像レンズの複屈折は、副走査断面内において中央部に対して周辺部に行くに従って大きくなるため、本実施形態のように光走査装置が副走査方向斜入射系である場合は、結像レンズに入射した光束は結像レンズの複屈折の影響を受けやすくなる。その結果シェーディング特性も大きくうねることになる。更には、被走査面上での等速性が結像光学系により補正しきれなかった場合も、走査速度が遅い領域は走査速度が速い領域に対して積算光量が高くなるため、シェーディングが発生してしまう。

そして、この光走査装置の設計段階でわかっているシェーディング特性テーブルを情報記憶手段に記憶させる。シェーディング特性テーブルは、半導体レーザ基板に実装された記憶手段である情報記憶手段１０１としてのＲＯＭに書き込まれる。なお、情報記憶手段１０１としてはＲＯＭに限らず、例えばＲＡＭや２次元バーコード等、情報を保持できるものであればこの限りではない。

このシェーディング特性のデータは、より多い方が高精度なシェーディング補正が行える点で良いが、メモリ容量が必要となってくるため、実際にはカラー画像形成装置に要求されるシェーディング補正の精度等に基づき、データ点数は決定される。本実施形態のシェーディング特性テーブルは、光走査装置の有効走査幅３１０ｍｍに対して５ｍｍ幅毎のデータを用いているため、６２点のデータから成っている。そして、このシェーディング特性テーブルを記憶した光走査装置は、カラー画像形成装置に組み込まれる（ステップＳ３）。

次に、搬送ベルト上に基準トナー像パターンを形成し、搬送ベルト上部の主走査方向に配置された濃度センサ（光検出手段）でトナー像からの反射光の光量を測定する（ステップＳ４）。本実施形態においては３つの濃度センサのうち、１つの濃度センサ１０ｂはカラー画像形成装置の主走査方向の画像領域の中央像高位置（像高０ｍｍ）に配置されている。また、他の２つの濃度センサ１０ａ、１０ｃはカラー画像形成装置の主走査方向の画像領域の両端側像高位置に配置されている。図１（ｂ）は、本発明の光走査装置が搭載されたカラー画像形成装置の要部斜視図で、３つの濃度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを示している。

なお、濃度センサ１０ｂの配置位置は、画像領域の中央像高位置（像高０ｍｍ）に限られるものではなく、画像領域の中央像高位置（像高０ｍｍ）近傍であれば問題なくトナー像濃度の検出を行うことが出来る。

３点で測定された濃度センサの出力値は、後述するシェーディング補正のためのレーザ発光量の算出についてのステップＳ７に関連するが、測定されていない各像高で数値化するために２次関数に曲線近似される(ステップＳ５)。近似式は、以下のように表される。

Ｚ=ＡＹ^２＋ＢＹ＋Ｃ
Ｙ：主走査方向の像高
Ｚ：反射光光量
Ａ、Ｂ、Ｃ：係数
このような２次関数で曲線近似を行うためには、主走査方向に少なくとも３点で検出した値が必要となる。そのため、本実施形態では上述したように搬送ベルト上に３つの濃度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えている。濃度センサの個数を更に増やせば曲線近似の精度が向上するが、装置全体の複雑化にもつながる。このため、実際にはカラー画像形成装置に要求されるシェーディング補正の精度等に基づき、濃度センサの個数、曲線近似する多項式の次数が決定される。よって、本実施形態のように濃度センサの個数は３つに限られるものではなく、４つ以上有していても良い。

但し、反射ミラーの反射率の製造誤差等によるシェーディング特性の変化は主走査方向において単調減少や単調増加、或いは２次曲線で表せるような単純なものである。このため、上記３点での測定と、予め記憶させていたシェーディング特性テーブルを用いることで、画像形成装置全体でのシェーディング特性を特定することが出来る。本実施形態ではシェーディング特性テーブルの主走査方向データ点数をＮ１、前記濃度センサ数をＮ２とする時、以下の条件を満足するようにしている。

Ｎ１＞Ｎ２ ・・・（１）
条件式（１）を満足することで、シェーディング特性がうねりを持つような複雑なプロファイルである場合、且つ、シェーディング特性自体がばらつきを持つ場合であっても高精度、且つ、簡易にシェーディング補正を行うことが出来る。本実施形態においては、シェーディング特性テーブルの主走査方向データ点数Ｎ１、前記濃度センサ数Ｎ２を以下の如く設定している。

Ｎ１＝６２
Ｎ２＝３
これら値を条件式（１）に当てはめると、６２＞３となり、これは条件式（１）を満足している。本実施形態ではシェーディング特性テーブルの主走査方向変曲点数をＰ１、前記検知手段で検知したデータの主走査方向変曲点数をＰ２とする時、以下の条件を満足するようにしている。

Ｐ１＞Ｐ２ ・・・（２）
条件式（２）を満足することで、条件式（１）と同様に、シェーディング特性がうねりを持つような複雑なプロファイルである場合、且つ、シェーディング特性自体がばらつきを持つ場合であっても高精度、且つ、簡易にシェーディング補正を行うことが出来る。本実施形態においては、シェーディング特性テーブルの主走査方向変曲点数Ｐ１、前記検知手段で検知したデータの主走査方向変曲点数Ｐ２を以下の如く設定している。

Ｐ１＝３
Ｐ２＝１
これら値を条件式（２）に当てはめると、３＞１となり、これは条件式（２）を満足している。

次に、カラー画像形成装置内で光走査装置の情報記憶手段１０１より、シェーディング特性テーブルが読み出される(ステップＳ６)。そして、算出手段としての演算手段１０２でこの読み出されたシェーディング特性テーブルと、像高によらず一定光量で発光させる初期光量で光源手段から光束を出射させ搬送ベルト上の濃度センサで測定された出力値を、以下の算出に用いる。即ち、両者の値を基に、像高に対する該光束の発光量（レーザ発光量）の算出が行われる（ステップＳ７）。

ここで、シェーディング補正のためのレーザ発光量の算出について、図１（ｂ）を基に詳述する。図１（ｂ）の（Ａ）に被走査面の主走査方向における異なる像高位置に対する設計上の光量比の分布としてのシェーディング特性テーブルを示す。また、（Ｂ）にトナーが形成された被走査面からの反射光量を検出する濃度センサとしての光検出手段の出力から関数近似により算出される被走査面の主走査方向における異なる像高位置に対する光量比（トナー濃度比に相当）の分布を示す。具体的な関数近似としては、ステップＳ５で既述した２次関数近似を用い、濃度センサにより測定した３点の像高での出力から２次関数近似した光量比の分布が得られる。

更に、（Ｃ）に、（Ａ）と（Ｂ）との差の分布に基づく、被走査面の主走査方向における異なる像高位置に対するシェーディング補正のためのレーザ発光量の分布を示す。（Ｃ）で、中間像高位置（像高０ｍｍ）での比は、（Ａ）、（Ｂ）と同様に１となっており、中間像高位置（像高０ｍｍ）に対して左右非対称な複雑なプロファイルとなっている。

このように、光源手段を制御する制御手段としてのレーザ制御手段１０３で、レーザ発光量を上記算出した値に制御することで画像領域全域でシェーディングは良好に補正され、高品位なカラー画像を提供することが出来る（ステップＳ８）。図６にシェーディング補正残差のグラフを示す。図６（ａ）は設計値から求めたシェーディング特性テーブルのみでレーザ発光量を決定した場合のシェーディング補正残差、図６（ｂ）は搬送ベルト上に配置された３つの濃度センサの出力値のみでレーザ発光量を決定した場合のシェーディング補正残差である。

仮に、設計値から求めたシェーディング特性テーブルのみでレーザ発光量を決定すると、反射ミラーの反射率の製造誤差や感光体の膜ムラ等の影響を無視することとなり、シェーディングを十分に補正することが出来ない。図４に示す本実施形態のマゼンタ用ステーションＳＴ２は光路中に反射ミラーが３枚配置されており、それぞれの反射率は有効領域端部で最大±２％ばらつく。よって、合算するとシェーディング特性は最大±６％ばらつく可能性があり、図６（ａ）中の矢印で示すようにこの分は補正出来ない可能性が出てくる。

一方、搬送ベルト上に配置された３つの濃度センサの出力値のみで、レーザ発光量を決定する場合を考える。３つの濃度センサが配置された像高の光量は所望の値に制御することが出来るが、樹脂製の結像レンズの複屈折の影響で発生した中間像高でのシェーディング特性のうねり（図６（ｂ）中矢印）を補正出来ない可能性がある。よって、本実施形態では、設計値から求めたシェーディング特性テーブルと、搬送ベルト上に配置された３つの濃度センサの出力値の双方のデータを用いる。即ち、両者の値を用いてレーザ発光量を決定することで、画像領域全域でシェーディングが良好に補正されたカラー画像形成装置を提供することが出来る。

また、カラー画像形成装置を使用し続けることで、結像レンズや反射ミラー等の光学部材に塵埃等の浮遊物が付着することにより、光学部材の透過率や反射率が低下する場合がある。そのような場合もシェーディング特性は変化してしまうが、カラー画像形成装置内の搬送ベルト上に配置された３つの濃度センサで改めて光量を測定し、出力値に従って上述したようなレーザ発光量に更新させればよい。

このように、本実施形態においては、上述した如く画像形成装置のシェーディング特性の個体ばらつきや経時的な変化にも対応でき、高精度、且つ、簡易なシェーディング補正が行える光走査装置を得ることができる。なお、本実施形態では光源手段１ａ、１ｂを単一の発光部より構成したが、これに限らず、複数の発光部より構成しても良い。また、本実施形態では結像光学系６を２つの結像レンズより構成したが、これに限らず、１つ、若しくは２つ以上の結像レンズより構成しても良い。

また、本実施形態では記録媒体に転写される前のトナー像の濃度を検出していたが、これに限らず、記録媒体に転写後の画像の濃度を検出してもよい。また、本実施形態では画像形成装置内に３つの検出手段として濃度センサを設けたが、これに限らず、電位センサ等でもよい。また、本実施形態ではカラー画像形成装置に適用したが、これに限らず、モノクロの画像形成装置においても適用可能である。

《第２の実施形態》
次に本発明の実施形態２について説明する。本実施形態において前述の実施形態と異なる点は、シェーディング特性テーブルを予め光走査装置の被走査面上における主走査方向の複数の位置で測定した光量に基づいて作成した点である。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と同様であり、これにより同様の効果を得ている。

図７に本実施形態のシェーディング補正のフローチャートを示す。フローチャート中のステップＳ２を除いたステップＳ１及びステップＳ３〜ステップＳ９までは、第１の実施形態と同様の工程である。

図８は、本実施形態の光走査装置の主走査断面図を示している。図８において、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施形態は、予め光走査装置の被走査面上における主走査方向の複数の位置で光量を測定している（ステップＳ２）。具体的には、光量センサ１０ｄを被走査面位置で図中矢印Ｃ方向に走査させて、各像高での光量を測定している。光量の測定は、このような構成に限らず、被走査面位置に複数の光量センサを固定して設けても良い。そうした場合、光量センサは多い方が、シェーディング特性のプロファイルが複雑な場合にも精度良くシェーディング補正できるので好ましい。

本実施形態のシェーディング特性テーブルは、光走査装置の有効走査幅３１０ｍｍに対して１ｍｍ幅毎に測定を行っているため、３１０点のデータから成っている。本実施形態においては、シェーディング特性テーブルの主走査方向データ点数Ｎ１、濃度センサ数Ｎ２を以下の如く設定している。

Ｎ１＝３１０
Ｎ２＝３
これら値を条件式（１）に当てはめると、３１０＞３となり、これは条件式（１）を満足している。なお、この測定は光走査装置の量産において量産開始時に１度測ればよく、測定頻度は１台／１日等ばらつきが発生しそうな状況に応じて変更しても良い。このステップＳ２のシェーディング特性作成のための光量測定頻度は、ステップＳ５の３つの濃度センサでの光量測定より低いため、カラー画像形成装置の組立て工程時間、及び、シェーディングメンテナンス時間に影響しない。

本実施形態においては、シェーディング特性テーブルの主走査方向変曲点数Ｐ１、前記検知手段で検知したデータの主走査方向変曲点数Ｐ２を以下の如く設定している。

Ｐ１＝３
Ｐ２＝１
これら値を条件式（２）に当てはめると、３＞１となり、これは条件式（２）を満足している。

第１の実施形態に比べて、本実施形態は、シェーディング特性テーブルを予め光走査装置の被走査面上における主走査方向の複数の位置で光量を測定して作成したため、光走査装置の設計時にシェーディング特性の見積もりをする必要が無くなる。

光走査装置のシェーディング特性を見積もるためには、上述したように、光源手段から光束が出射されて感光体等の被走査面に到達するまでの間に通過する結像レンズ、反射ミラー等の光学素子の光利用効率（透過率、反射率）を算出する必要がある。

その上、樹脂製の結像レンズを用いる場合は結像レンズの複屈折を無視できないため、結像レンズの複屈折の測定をしなければならない。加えて、光走査装置の光路内において結像レンズの後に反射ミラーが配置されていると、測定された結像レンズの複屈折によるシェーディング特性への影響の見積もりが難しくなる。よって、見積もったシェーディング特性と実際のシェーディング特性との間にズレが発生している場合もあった。そのため、本実施形態のようにシェーディング特性テーブルを実測に基づいて作成することにより、最終的に高精度にシェーディングを補正することが可能になる。

このように、本実施形態においては上述した如く画像形成装置のシェーディング特性の個体ばらつきや経時的な変化にも対応できる高精度、且つ、簡易なシェーディング補正方法及びそれを用いた画像形成装置を得ることができる。

《第３の実施形態》
本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、算出されたシェーディング特性をレーザ発光量を制御して補正するのではなく、レーザの発光パルス幅を制御して補正する点である。その他の構成及び光学的作用は第１の実施形態と同様であり、これにより同様の効果を得ている。

レーザの発光パルス幅を制御するためには、パルス幅変調回路でシェーディング特性に応じたパルス信号を生成する必要がある。各像高におけるレーザの発光パルス幅は、入力されたシェーディング特性（濃度）により決定され、その値に対応するパルス信号を出力し、そのパルス信号をレーザ駆動用のレーザドライバへ入力し、光束を出射する。

図９に本実施形態のシェーディング補正のフローチャートを示す。フローチャート中のステップＳ７、ステップＳ８を除いたステップＳ１〜ステップＳ６までは第１の実施形態と同様の工程である。本実施形態では、図１（ｂ）の（Ａ）、（Ｂ）に示すシェーディング特性を基にレーザ発光量を算出・制御するのではなく、光源手段の発光パルス幅（時間）を算出・制御する（ステップＳ７、ステップＳ８）。より具体的には、光量が高い像高においては、その光量分だけ発光パルス幅を短くすることにより、シェーディングの補正を行うものである。

即ち、光量が高い領域における正規の画像書き込み光束の発光パルス幅（時間）を、光量が低い領域における正規の画像書き込み光束の発光パルス幅（時間）より短くしている。なお、本手法は第２の実施形態に適用することも可能である。このように、本実施形態においては、上述した如く画像形成装置のシェーディング特性の個体ばらつきや経時的な変化にも対応できる高精度、且つ、簡易なシェーディング補正方法及びそれを用いた画像形成装置を得ることができる。

（その他の実施形態）
また、本発明は、上述した光走査装置におけるシェーディング補正制御方法として、以下を有する。即ち、被走査面の異なる像高位置における設計上の光量比もしくは予め検出された光量比をシェーディング特性テーブルとして記憶する記憶ステップを先ず備える。そして、被走査面の主走査方向における少なくとも３つの像高位置で光束を検出する光検出手段の出力から被走査面の主走査方向の異なる像高位置における光量比を関数近似により算出する算出ステップを備える。更に、記憶手段に記憶された光量比と算出手段で算出された光量比との差分に基づいて、光源手段の発光量又はパルス幅を制御してシェーディング補正を行う制御ステップを備える。

そして、シェーディング補正制御プログラムとして、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

（変形例１）
上述した実施形態では、被走査面の主走査方向における少なくとも３つの像高位置でトナーが形成された被走査面からの反射光量を検出する濃度センサとして光検出手段を設けたが、被走査面への入射光量を検出する光検出手段としても良い。

（変形例２）
上述した実施形態では、記憶手段に記憶された光量比の分布と算出手段で算出された光量比の分布との差の分布に基づいて、シェーディング補正を行うことを説明した。即ち、
両者の差（減算）の分布を記憶手段に記憶された光量比の分布の補正分布として、この補正分布の逆分布を用いてシェーディング補正を行うものであった。しかしながら、本発明はこれに限定されない。即ち、両者の比（割算）の分布を記憶手段に記憶された光量比の分布の補正分布として、この補正分布の逆分布を用いてシェーディング補正を行うものであっても良い。

（変形例３）
上述した実施形態では、光源手段の発光量又はパルス幅を制御してシェーディング補正を行うことを説明したが、本発明はこれに限らず、光源手段のパルス数を制御してシェーディング補正を行うものであっても良い。

（変形例４）
上述した実施形態では、被走査面の主走査方向における少なくとも３つの像高位置で光束を検出する光検出手段の出力から被走査面の主走査方向の異なる像高位置における光量比を関数近似により算出する算出手段を画像形成装置内に有していた。しかしながら本発明はこれに限らず、光検出手段及び算出手段を光走査装置の量産工程内に設けてもよい。その際は算出された光量比データは光走査装置の半導体レーザ基板に実装された情報記憶手段に書き込めば良い。

１ａ、１ｂ・・光源手段、２ａ、２ｂ・・開口絞り、３ａ、３ｂ・・集光レンズ、５・・偏向手段、６・・結像光学系、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ・・被走査面、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・濃度センサ（光検出手段）、１０１・・情報記憶手段、１０２・・演算手段、１０３・・レーザ制御手段、ＬＡ・・入射光学系

Claims (17)

1. 光源手段と、
   偏向面を含み、回転可能な偏向手段と、
   前記光源手段からの光束を前記偏向面に導く入射光学系と、
   前記偏向面からの前記光束を被走査面に導く結像光学系と、
   を備え、前記偏向手段を回転させることによって、前記結像光学系からの前記光束で前記被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
   前記被走査面の前記主走査方向における異なる像高位置に対する設計上の光量比の分布もしくは予め検出された光量比の分布をシェーディング特性テーブルとして記憶する記憶手段と、
   前記被走査面の前記主走査方向における少なくとも３つの像高位置に対する前記被走査面からの反射光量もしくは前記被走査面への入射光量を検出する光検出手段と、
   前記光検出手段の出力から前記被走査面の前記主走査方向における異なる像高位置に対する光量比の分布を関数近似により算出する算出手段と、
   前記記憶手段に記憶された光量比の分布と前記算出手段で算出された光量比の分布とに基づいて、前記光源手段を制御してシェーディング補正を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする光走査装置。
2. 前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された光量比の分布と前記算出手段で算出された光量比の分布との差の分布に基づいて、シェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記記憶手段で記憶される光量比および前記算出手段で算出される光量比は、前記主走査方向における中央像高位置で１であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記少なくとも３つの像高位置は、前記主走査方向における中央像高位置と、両端側像高位置を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記制御手段は、前記光源手段の発光量又はパルス幅もしくはパルス数を制御してシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記算出手段は、２次関数近似により算出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 前記光検出手段は、前記被走査面に形成される基準トナー像パターンからの反射光量を検出する濃度センサとして機能することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記主走査方向における前記シェーディング特性テーブルのデータ点数をＮ１、前記光検出手段で検出される個数をＮ２とする時、Ｎ１＞Ｎ２なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 前記主走査方向における前記シェーディング特性テーブルの変曲点数をＰ１、前記主走査方向における前記算出手段で関数近似されたデータの変曲点数をＰ２とする時、Ｐ１＞Ｐ２なる条件を満足することを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
10. 前記結像光学系を構成する結像レンズが、樹脂製であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光走査装置。
11. 前記結像レンズの副走査断面内の中央部付近以外を前記光束が通過することを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
12. 前記偏向面に対して、副走査断面内において斜め方向から前記光束が入射していることを特徴とする請求項１１に記載の光走査装置。
13. 前記結像光学系の射出側の光路に光路を折り曲げる反射部材を配置することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか1項に記載の光走査装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査された光ビームによって前記感光体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。
15. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。
16. 光源手段と、
    偏向面を含み、回転可能な偏向手段と、
    前記光源手段からの光束を前記偏向面に導く入射光学系と、
    前記偏向面からの前記光束を被走査面に導く結像光学系と、
    を備え、前記偏向手段を回転させることによって、前記結像光学系からの前記光束で前記被走査面を主走査方向に走査する光走査装置におけるシェーディング補正制御方法であって、
    前記被走査面の前記主走査方向における異なる像高位置に対する設計上の光量比の分布もしくは予め検出された光量比の分布をシェーディング特性テーブルとして記憶手段に記憶する記憶ステップと、
    前記被走査面の前記主走査方向における少なくとも３つの像高位置に対する前記被走査面からの反射光量もしくは前記被走査面への入射光量を光検出手段で検出する光検出ステップと、
    前記光検出手段の出力から前記被走査面の前記主走査方向における異なる像高位置に対する光量比の分布を関数近似により算出手段で算出する算出ステップと、
    前記記憶手段に記憶された光量比の分布と前記算出手段で算出された光量比の分布とに基づいて、前記光源手段を制御してシェーディング補正を行う制御ステップと、
    を有することを特徴とするシェーディング補正制御方法。
17. 請求項１６に記載の全ての前記ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするシェーディング補正制御プログラム。