JP2815015B2 - カラー画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はレーザプリンタ、電子写真方式のデジタル複
写機、フアクシミリで多色出力を得ようとするカラー画
像形成装置に関する。 （従来技術） 光ビームを光導電性を有する記録媒体に照射して形成
される静電潜像を帯電したトナーで現像し、トナー像を
転写紙に転写し、定着器で定着して、画像を形成する電
子写真方式の光プリンタ、デジタル複写機、フアクシミ
リでは、光源にレーザを用い、画像信号により変調駆動
されるレーザ光を光偏向器で偏向走査することにより潜
像形成を行うものが多い。 その走査光学系の基本的構成は第１図に示すようなも
のである。１はレーザ光発生装置であり、画像信号によ
り変調駆動される。出射されたレーザ光は光偏向器２に
よって偏向走査され、結像レンズ３の作用によって感光
体６上の一定走査線上を所定のスポツト径で結像する。
このとき感光体６上で画素ピツチが一定となるようにな
つている。 そのために光偏向器２が回転多面鏡や回転ホログラム
のような等角速度偏向器の場合、結像レンズ３はｆθ特
性を持つ。また走査平面と垂直な副走査方向に関して、
偏向点と結像点を共役関係にし、偏向面の倒れ補正を行
う光学系が一般には付加される。 さて光偏向器２は、回転むらと偏向面の加工誤差を含
むため、そのまま用いると各走査ライン毎に走査線の方
向（主走査方向）へのずれが生じ、見るに耐えない画像
になつてしまう。このため、画像書きだし位置の前側
に、高速応答性の光検出器からなる同期検知装置４が配
置され、その検知信号に応じて画像書きだしタイミング
を与えることが行われる。これによれば各ライン間の主
走査方向のずれは光偏向器２の回転むらによって引き起
こされるものだけとなり、実用上充分な画像が得られる
ものである。 第２図，第３図にフルカラープリンタの代表例の概略
図を示す。 いずれも、出力しようとする画像を色分解して得た色
毎の画像信号がイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シア
ン（Ｃ）の色成分毎の画像信号となつてコントローラか
ら送り出され、それぞれに応じて潜像形成を行い、Y,M,
Cに対応するトナーで現像し、それぞれのトナー像を同
一転写紙に重ねて転写し、定着器で定着を行うことは共
通である。ブラツク（BK）トナーを用いるのは、黒字を
高品質に印字する用途があるのは勿論であるが、画像処
理において、任意の色に含まれるY,M,Cの等量分を全部
又は一部分だけ同量のブラツクで置き換える下色除去
（UCR）を行う場合のブラツク出力（いわゆるすみ版）
を実現するためのものである。 従つて、任意の色は一般にはY,M,C,BKの４色の重ね合
わせとして出力されるから、出力時の色再現は、各色出
力の位置合わせ精度に大きく依存する。勿論、YM,C,3色
の色重ねによつてフルカラーの出力を得る場合も同様で
あつて、ただ４色よりは位置合わせが幾らか簡単になる
だけのことである。 第２図の装置は、４つの感光体8BK,8C,8M,8Yにそれぞ
れ別々の光学系13BK,13C,13M,13Yを設け、それぞれの潜
像を少しずつ時間をずらして形成し、現像器9BK,9C,9M,
9Yで現像し、転写ベルト14に密着されて搬送される転写
紙18上に順次BK,C,M,Yを転写し、定着器15で定着する。 光学系13は、第１図で説明したものが４つある場合も
あるし、例えば、光偏向器7BK,7C,7M,7Yは１個または２
個で共用する場合もあり、結像レンズも同様である。し
かしながら、レーザ光発生装置と同期検知装置は各色毎
に持つている。そのために各走査線で形成される画像を
同一転写紙上に正確に転写することは、容易でなく、周
到な位置合わせや位置制御が必要となる。 尚、第２図において、10は帯電器、11はクリーナ、12
は分離器、16は給送コロ、17は呼びだしコロ、19はベル
トクリーナ、20はベルト除電器、21は排紙コロである。 一方、第３図に示した装置は、単一の光学系33を有し
ているのみなので、１色分の潜像形成、現像が終了する
と、クランパ39により固定され転写ドラム34に密着した
転写紙38に、トナー像を転写して、４色分を転写した
後、クランパ39を解除し、除電器40、分離爪42によつて
転写ドラム34より転写紙38を離脱し、この上のトナー像
は定着器35によつて定着される。従つて潜像形成、転写
工程を同一の装置、タイミングで繰り返すことにより、
各色の色合わせが第２図の装置に比べて遥かに容易に行
える利点がある。 尚、第３図において、28は感光体、29は現像器、30は
帯電器、31はクリーナ、32は放電器、35は定着器、36は
給紙コロ、37は呼び出しコロ、41は排紙コロ、43は除電
器である。 しかしながら、潜像形成工程を各色毎に同一条件とす
ることは別の問題も発生させる。すなわち、一般に色ト
ナーは、帯電特性、粒径、磁気特性等が異なつてしまう
ものであり、現像特性が異なつているものである。従つ
て例えば、３色重ねのグレースケールを出力する場合、
各色で同一の潜像を形成すると階調曲線は各色で異なつ
てしまう（第４図）から、グレーバランスがくずれた階
調が出てくることになる。 このことは、アナログカラー複写機ではある程度止む
得ないことであるが、階調表現を面積階調法による疑似
階調表現で行うレーザプリンタ等では、各階調に対する
面積率を濃度パターンの割り当て、デイザマトリクスの
構成等によつて、各色の階調が揃う様、設計するのが普
通である。そして色ずれによるモアレ低減のために色毎
にスクリーン角を付けた網点パターンを作るなどの制限
が一般に加わるから、その設計のためには、本来出力し
ようとする階調数を遥かに上回る階調表現が可能なシス
テムにする必要があり、画素マトリクスを大きくする結
果、解像度が下がつてしまつたり、１ドツトの変調レベ
ルの要求が過大となる結果、光学系及びレーザ変調駆動
部が高価についてしまう欠点があつた。また、もしその
ような手段によらないならば、現像特性がほぼ同一特性
となるトナーを作る必要が生じ、使用材料や製造工程に
よる制限のため、やはり高価についてしまう欠点がつ
た。 （目的） 本発明は上述した従来例のうち、第３図に示す、同一
の光源を用いて露光した潜像を現像特性の異なるトナー
によつて現像し、そのトナー像を重ねて転写する多色画
像形成装置を前提とし、この装置の欠点を解消し、装置
または画像処理部を複雑にすることなく高品質画像を安
定して得られる画像形成装置を提供することを目的とす
るものである。 （構成） そのため本発明は、複数色の色毎の画像信号に応じて
光ビームを発生する光ビーム発生手段と、複数色の色毎
に設けられた現像手段と、１つの記録媒体とを有し、当
該記録媒体に潜像を形成し、前記現像手段により前記潜
像から顕像を形成し、当該顕像を転写媒体に転写する工
程を各色毎に繰り返し行うカラー画像形成装置におい
て、前記色毎の現像手段の切り換えに対応する信号に基
づいて、各色に応じて前記記録媒体上での光ビーム強度
を切り換える光ビーム強度設定手段を備え、前記現像手
段によって現像されたそれぞれの色毎の画像を前記転写
媒体上に順次重ねてカラー画像を形成することを特徴と
する。 すなわち、現像手段が代わるのに応じて、同一光源の
同一感光体に対する光ビーム強度を可変ならしめるもの
であつて、その結果、同一の出力パターンであれば、潜
像が違つた大きさで形成されることを特徴とする。従つ
て本発明は、必ずしも第３図の装置には限定されず、同
一の感光体に同一の光源で潜像形成を行い、複数の現像
手段で別個にその潜像を可視化像とするものであれば良
く、現像手段切り換え方法、現像剤、トナーの種類は問
わない。また例えば、湿式多色現像装置に見られるよう
な同一現像機構を複数の現像剤、トナーで交換して使用
するものも交換のための切り換え機構を内蔵し、動作制
御を受けて切り換えを行うものであれば、実質的に複数
の現像手段と考えられるので本発明に含まれるものであ
る。また第13図のようなレボルバタイプ乾式多色現像装
置も一体とは言え複数の現像手段と見做されることは言
うまでもない。 以下に順次本発明の構成作用を説明する。 第３図の装置での画像形成工程は従来例と同じである
から、細かい説明は省略する。光学系は第１図のような
構成で、レーザ光発生装置１は半導体レーザをコリメー
タレンズで平行光となし、副走査方向にはシリンダレン
ズで集光し、偏向点と結像点を共役関係に設定する面倒
れ補正を行つているが、本発明にとつて本質的なのは、
画像域外の等価像面またはその近傍に設置される同期検
知装置４であり、具体的には高速応答性に優れたフオト
ダイオード等で構成される光検出器よりなる。 まず、特許請求の範囲第（１）項に対応する実施例を
説明する。 第５図は本発明の装置に関する電気回路ブロツク図の
１例である。 光検出器506は画像書込領域外に設けられ、回転多面
鏡（図示せず）で偏向されたレーザビームを検出して同
期検知信号を発生する。 信号処理回路505は、情報信号を半導体レーザ駆動回
路504に印加するが、そのタイミングを光検出器506から
の同期信号により制御する。 また、一方、半導体レーザ501から後方に出射される
レーザビームは光検出器502に入射して、その光強度が
検出され、制御回路503が光検出器502の出力信号に応じ
て、半導体レーザ駆動回路504を制御して半導体レーザ5
01の出力光量を一定に制御する。光検出器502、制御回
路503及び半導体レーザ駆動回路504で行われる半導体レ
ーザ501の出力光量制御の方法には種々のものが考えら
れているが、第６図に示す様な回路がよく使われてい
る。 半導体レーザ501から後方に出射されたレーザビーム
はフオトダイオード601よりなる光検出器502に入射し、
フオトダイオード601はそのレーザビームの強度に比例
した電流を出力する。この電流は増幅器602により電圧
に変換され、比較器603で基準電圧Vrefと比較される。 比較器603の出力電圧は比較器603の両入力電圧の大小
関係により、高レベル又は低レベルとなり、この信号に
より半導体レーザ501の出力光量が一定となるように、
制御回路503及び半導体レーザ駆動回路504において、半
導体レーザ501への注入電流を制御する。例えば、半導
体レーザ501の出力光量が所定の光量より小さい場合
は、フオトダイオード601で受光、増幅器602で増幅され
た出力電圧は基準電圧Vrefより小となるため、比較器60
3の比較出力（光量制御信号と呼ぶことにする）は低レ
ベルとなる。 逆に、半導体レーザ501の出力光量が所定の光量より
大きい場合は、フオトダイオード601で受光、増幅器602
で増幅された出力電圧は、基準電圧Vrefより大となるた
め、光量制御信号は高レベルとなる。従つて、制御回路
503および半導体レーザ駆動回路504は前者の場合（光量
制御信号が低レベルの場合）、半導体レーザ501からの
出力光量を大とする様に、半導体レーザ501への注入電
流を徐々に増加し、光量制御信号が高レベルに変わつた
時点で、半導体レーザ501への注入電流の増加を停止、
保持する。また、後者の場合（光量制御信号が高レベル
の場合）、半導体レーザ501からの出力光量を小とする
ように、半導体レーザ501の注入電流を徐々に減少し、
光量制御信号が低レベルに変わつた時点で半導体レーザ
501への注入電流の減少を停止、保持する。 再度、半導体レーザ501からの出力光量を制御しよう
とする時は前記注入電流の保持を解除し、出力光量に応
じた前記一連の動作を行う。 また、これらの一連の半導体レーザ501の出力光量制
御の動作は画像書き込み領域外で行われる。例えば、搬
送された転写紙と転写紙の間で行われるもの、画像書き
込みを行つていない間で行われるもの、あるいは本発明
の様に、現像手段の切換えに対応した制御信号に同期し
て行われるものなどがある（ここでは簡単に現像手段の
切換えに対応した制御信号に同期して半導体レーザ501
の出力光量制御動作を行わせるための信号を動作制御信
号と呼ぶことにする。また現像手段の切換に対応した制
御信号を現像制御信号と呼ぶことにする）。 さて、この様な半導体レーザ501の出力光量制御の動
作では、増幅器602の出力と基準電圧Vrefが同一となる
様に制御される。従つて、基準電圧Vrefを変化させると
半導体レーザ501の出力光量もそれに応じて変化する。 従って、上記例では、光強度設定回路604で、基準電
圧Vrefを現像制御信号に応じて切り換えることにより、
現像手段に応じて半導体レーザ501の出力光量を切り換
えることができる。 第７図に、光強度設定回路604の一例を示し、説明す
る。 予め、現像手段に応じて複数の電圧設定手段702〜705
を備えている。これらは、スイツチ（例えばアナログス
イツチの様なもの）706〜709を介して比較器603の基準
電圧入力端子に接続されている。例えば、現像手段が４
つ揃つている場合は、702,706で示される組を４組準備
し、現像制御信号に応じて706〜709のスイツチのどれを
導通状態にするかをセレクター701（例えばLS139）で選
択する。セレクター701で基準電圧が設定された後に、
前記した一連の半導体レーザ501の出力光量制御の動作
を行うことにより、現像手段に対応した出力光量を得る
ことができる。 タイミングチヤートを第８図に示す。レーザビームが
走査された光検出器506に入射すると、同期信号LSYNCを
発生する。LSYNCは１ライン走査に対応するものであ
る。画像信号は１ページ分の出力を許可する許可信号FG
ATEの期間中に信号処理回路505より、半導体レーザ駆動
回路504に送られ、半導体レーザ501を変調する。例え
ば、感光体が１つで、複数回、回転により、潜像形成→
色トナーによる現像→転写を繰り返し、同一転写紙上に
重ね転写するものであれば、FGATEのの領域でイエロ
ー、の領域でマゼンタ、の領域でシアンの画像信号
により変調されたレーザビームで感光体上を走査する如
きものである。現像手段の切換に対応する信号PCOL1及
びPCOL2は、感光体の回転に同期して発生する。これ
は、第７図に示した現像制御信号であり、セレクタ701
のデータ選択信号となる。これにより前記した様に、現
像手段の切換に対応してVrefが選択される。Vref選択後
でかつFGATE外の領域で前記した半導体レーザ501の出力
光量制御の動作を許可する信号（動作制御信号）PCを発
生する。PC発生期間中に比較器603からの光量制御信号
に応じて、制御回路503および半導体レーザ駆動回路504
で、半導体レーザ501への注入電流I_LDが調整され、現像
手段の切換に対応する基準電圧Vrefを満足する一定光量
に制御される。 以上の様にして、現像手段に対応した半導体レーザの
光量で露光することが可能である。 ところで上記実施例では、光検出器上でのレーザビー
ム強度も各色毎に可変となる。従つて光量が変動しても
各色毎に同じ書きだしタイミングを与えるような書きだ
しタイミング設定手段がないならば主走査方向に色ずれ
色にじみが生じ、許容値以上では見るに耐えない画像と
なつてしまう。 そのような書きだしタイミング設定手段は、公知のも
のが種々あり、本発明はいずれを用いても或いは光量変
動が僅かで、色ずれの許容値以下であれば用いなくても
よい。 しかしどうしてもそのような書きだしタイミング設定
手段を用いなければならないとすると、従来例は何れも
回路が複雑となり、高価についてしまう欠点がある。と
言うのはそれらは何れも、レーザビーム強度制御の不充
分さ、もしくは光学系の不備、劣化等によりやむおえ
ず、受光量が変動することを想定しており、変動巾は到
つて小さく、また短周期での（例えば回転多面鏡の面ご
との反射率の相違と言つたような）変動や不規則的な変
動を問題にしている。しかし本発明で問題にするレーザ
ビーム強度は、各色毎に長周期で規則的に、予め分かつ
ている所定値で変わるのであり、各ライン走査毎の光量
変動は問題なく抑制されているものである。 本発明ではこの点に着目し、簡略で充分効果的な書き
だしタイミング設定手段を提案する。 まず、従来例を用いて書きだしタイミングがずれる理
由を述べ、本発明の実施例を説明する。 第９図は、光検出器506の従来例の１つである。図に
おいて、900はPINフオトダイオード、901は増幅器、902
は波形整形部である。 走査されたレーザビームをPINフオトダイオード900で
受光し、電気信号に変え、増幅部901で上記信号を増幅
し、更に波形整形部902により信号波形を整形する。こ
の信号の立ち上がり或いは立ち下がりによりカウントを
開始するカウンタの出力に基づいて、印字開始タイミン
グを決定する（この部分は記載していない）。 第９図のA,Bの部分のタイミングチヤートを第10図に
示す。ａは波形整形部の閾値電圧である。１の部分はレ
ーザ光の強度が弱い時、２の部分は１と比較してレーザ
光の強度が強い時のＡ及びＢの部分のタイミングチヤー
トであり、２では１に較べてA,Bともにパルス幅が広く
なる。Ｂのパルス幅をt₁及びt₂とすると、t₁/2,t₂/2の
時刻に、レーザビームの中心がPINフオトダイオード900
の中心を通過する。従つて、レーザ光の強度が変化した
場合、パルス幅は２のＢのt₂（＝Δｔ＋t₁＋Δｔ）の様
に拡がることがわかる。 今、カウンタによるカウント開始として、信号Ｂの立
ち上がりで開始する場合を考えると、レーザ光の強度が
強い場合（２のＢ）は、レーザ光の強度が弱い場合（１
のＢ）と比較してΔｔ相当の時間だけ印字開始タイミン
グが早くなる。レーザ光の強度とタイミングの変動に一
定の関係があることは既に先願に開示されている。 上記欠点を解消するために、本発明では、同期信号を
各々独立に遅延できる複数の遅延時間設定回路と、現像
制御信号に応じて、前記遅延時間を選択する遅延時間選
択回路とを設けたものである。 第11図は、本発明の一実施例に係るブツロク図であ
る。 予め、現像制御信号（現像手段）に応じて、光検出器
からの検出信号の遅延時間を、遅延時間設定回路1102に
て設定しておく。遅延時間選択回路1103は現像制御信号
に応じて遅延時間設定回路1102で設定された遅延時間を
選択する（第10図の例では、２のＢをΔｔだけ遅延す
る）。 この様にして、走査ビームが光検出器1101（第９図と
同様なもの）で検出され、その検出信号は現像制御信号
に応じた遅延時間だけ遅延することができる。従つて、
レーザビームの光量を変化させても常に同一の位置から
画像を書きだすことが可能となり、先に述べた欠点は解
消される。 第12図に一実施例を示す。これは遅延素子1201とセレ
クタ1202による簡単な構成例である。 上記例では遅延回路を用いたものを例示したが、光検
出器506からの光検出信号に基づいてカウントを開始す
るカウンタが所定値となつた時に信号を発生し、これを
同期信号として使うものも多くある。この場合では例え
ば、上記カウンタの初期値を現像制御信号（現像手段）
に応じて、予め複数個用意しておき、第８図のPCOL1及
びPCOL2と同様なタイミングでカウンタの初期値を設定
すれば、本発明が目的とする同様な効果を得ることがで
きる（特許請求の範囲第（２）項の一実施例）。 尚、第13図において、58は感光体、59は現像器、60は
帯電器、61はクリーナ、62は放電器、63は光学系、64は
転写ドラム、65は定着器、66は給紙コロ、67は呼びだし
コロ、68は転写紙、71は排紙コロ、72は分離爪、73は除
電器である。 （効果） 以上のように、本発明によれば、現像特性の異なる現
像剤、トナーを用いても、光ビーム強度を変えることが
できるので、現像剤やトナーの設計や出力パターンの設
計に余裕度が増し、安価で高画質なシステムが得られ、
光ビーム強度変動による色ずれをなくすことができると
ともに、グレーバランスを崩すことなく良好な階調表現
が可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は走査光学系の基本的構成を示す図、第２図，第
３図は異なる形式のカラー画像形成装置の概略図、第４
図は階調曲線特性図、第５図は本本発明の一実施例に係
る電気回路ブロツク図、第６図はレーザ出力光量制御の
一例を示す回路図、第７図は光強度設定回路の一例を示
す図、第８図はそのタイミングチヤート、第９図は光検
出器の従来例を示す構成図、第10図はそのタイミングチ
ヤート、第11図は本発明の実施態様項に係る実施例のブ
ロック図、第12図は同、他の実施例に係る回路図、第13
図は更に異なる形式のレーザプリンタの概略図である。 701,1202…セレクタ、1,501…光ビーム発生手段、２…
偏向手段、4,506…同期検知手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真間 孝 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 金子 良雄 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭61−172159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−143776（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−123261（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−38561（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−34307（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/01 112

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．複数色の色毎の画像信号に応じて光ビームを発生す
   る光ビーム発生手段と、複数色の色毎に設けられた現像
   手段と、１つの記録媒体とを有し、当該記録媒体に潜像
   を形成し、前記現像手段により前記潜像から顕像を形成
   し、当該顕像を転写媒体に転写する工程を各色毎に繰り
   返し行うカラー画像形成装置において、 前記色毎の現像手段の切り換えに対応する信号に基づい
   て、各色に応じて前記記録媒体上での光ビーム強度を切
   り換える光ビーム強度設定手段を備え、前記現像手段に
   よって現像されたそれぞれの色毎の画像を前記転写媒体
   上に順次重ねてカラー画像を形成することを特徴とする
   カラー画像形成装置。