JP3147461B2

JP3147461B2 - デジタル画像形成法

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Publication number: JP3147461B2
Application number: JP02292192A
Authority: JP
Inventors: 好弘服部; 優濱道; 秀明児玉
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 2001-03-19
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: US5325122A; JPH05224510A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法において強
度変調露光を用いたデジタル画像形成法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法を用いたデジタルプリンタな
どでは、一様に帯電した感光体を、画像データで変調し
たレーザビームで露光する。こうして得られた静電潜像
をトナーで現像し、さらにこのトナー像を紙に転写し
て、画像が紙に印字される。デジタル画像形成法の中に
は、レーザ強度を画像データで変調して階調を表現する
レーザ強度変調法がある。この方法では、レーザビーム
径は一定に保ち、画像データに対応してレーザビームの
強度を変調する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】レーザビームを用いて
形成された潜像は、アナログ像であり、階調特性は、レ
ーザビーム径に大きく依存する。レーザビーム径はレー
ザ半導体の使用環境などにより変化する。したがって、
レーザビーム径の変化に対応して階調特性を調整するこ
とが望ましい。また、ビーム径の検出についても、感光
体上に結像されるスポット形状と同じ状態を、ビーム径
検出のために感光体以外の場所で作る場合、必ずしも同
じ形状にならないという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、ビーム径を検出せずにビ
ーム径の変動の階調特性への影響を補正できるデジタル
画像形成法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のデジ
タル画像形成法は、感光体と、レーザ光を射出するレー
ザ光源と、このレーザ光源から射出されたレーザ光をビ
ームにして感光体を露光する光学系と、この光学系を制
御して前記感光体上でのレーザビーム系を変更するビー
ム系変更手段と、所定光量で発光するようにレーザ光源
を制御する制御手段と、上記所定光量で露光された感光
体の表面電位を検出する表面電位検出手段とを備え、上
記の制御手段は、表面電位検出手段の検出値に基づきビ
ーム径変更手段によりビーム径を変更することを特徴と
する。好ましくは、上記のビーム径の変更による補正に
おいて、光量分布定数が目標値になるようにビーム径を
変更する。本発明に係る第２のデジタル画像形成法は、
感光体と、レーザ光を射出するレーザ光源と、このレー
ザ光源から射出されたレーザ光をビームにして感光体を
露光する光学系と、この光学系を制御して前記感光体上
でのレーザビーム系を変更するビーム系変更手段と、所
定光量で発光するようにレーザ光源を制御する制御手段
と、上記所定光量の露光によって感光体の表面に形成さ
れた静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像手段
と、現像された上記トナー像の画像濃度を検出する画像
濃度検出手段とを備え、上記の制御手段は、画像濃度検
出手段の検出値に基づきレーザビームの光量を増加した
ときにトナーが付着しはじめる開始光量が目標値になる
ようにビーム径変更手段によりビーム径を変更すること
を特徴とする。また、好ましくは、上記の制御手段は、
ビーム径の変更の次に、現像効率の影響を補正する。こ
こに、現像効率とは、トナー付着量と現像電圧との比で
ある。

【０００６】

【作用】強度変調露光方式のデジタル画像形成法におい
て、階調特性は、感光体の残留電位Ｖ_R，感度定数ｋ及
び光学系の光量分布最大値ａによって決定され、光量分
布最大値ａは、ビーム径によって影響を受ける。しか
し、本発明者は、ビーム径の影響は、他の影響と分離し
て補正できることを見いだした。すなわち、本発明で
は、感光体の表面電位特性を測定し、それらの測定値を
用いて作像電位条件と露光量の補正を行った後、その状
態でビーム径の変動の影響を補正して安定した階調特性
を得る。具体的には、本発明の実施例では、（１）感光
体の潜像電位を各種状態で測定し、表面電位Ｖ₀、光量
分布最大値ａ、感度定数ｋ、残留電位Ｖ_Rを求める。次
に、（２）表面電位Ｖ₀の測定値からグリッド電位Ｖ_Gを
変更してＶ₀−Ｖ_Rを一定にし、（３）感度定数ｋの測定
値からレーザ光量を変更し、感度定数ｋの変動の影響を
補正し、（４）残留電位Ｖ_Rの測定値から現像バイアス
電位Ｖ_Bを変更して、残留電位Ｖ_Rの変動の影響を補正し
て階調再現性を安定化し、最後に、（５）ビーム径の変
動の影響を補正する。このビーム径調整（５）において
は、好ましくは、第１の方法では、光量分布最大値ａが
目標値になるまでビーム径を変更する。また、所定光量
での潜像電位が目標値になるようにビーム径を変更して
もよい。また、ビーム径調整（５）の第２の方法では、
ビーム径調整の精度をあげるため、レーザビームの光量
を増加したときにトナーが付着し始める画像再現開始光
量が目標値になるまでビーム径を調整する。さらに、ビ
ーム径の調整後に、現像効率の影響を補正する。これに
より階調特性がさらに安定化される。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を次の
順序で説明する。（ａ）強度変調露光と階調補正（ｂ）階調特性とビーム径（ｃ）自動濃度調整（ｄ）ビーム径調整（ｄ−１）第１ビーム径調整法（ｄ−２）第２ビーム径調整法（ｄ−３）現像効率決定（ｅ）デジタルカラー複写機の構成（ｆ）画像信号処理（ｇ）プリンタ制御のフロー（ｇ−１）メインフロー（ｇ−２）センサ入力処理（ｇ−３）ビーム調整の第１方法（ｇ−４）ビーム調整の第２方法

【０００８】(ａ）強度変調露光と階調補正中間調画像の複写においては、階調特性を考慮しなけれ
ばならない。一般に感光体の感光特性、トナーの特性、
使用環境等の種々の要因がからみ合って、光強度変調方
式で階調を制御する場合、再現すべき原稿の読取濃度レ
ベルとレーザ光の発光強度レベル（従って再現された画
像濃度レベル）とは正確には比例せず、本来得られるべ
き比例特性からずれた特性を示す。このような特性は一
般にγ特性(階調特性)と呼ばれ、特に中間調原稿に対す
る印字された再現画像の忠実度が低下する大きな要因と
なっている。

【０００９】以下に、レーザ強度変調露光の下での階調
特性が、感光体の残留電位Ｖ_R，感度定数ｋ及び光学系
の光量分布最大値ａによって決定されることを説明す
る。一様露光下での感光体の電位Ｖ_constの光減衰曲線
は、一般に次の数式（１）により表される。

【数１】ここに、ｉは平均露光量、Ｖ₀は帯電電位、Ｖ_Rは残留電
位、ｋは感度定数を表す。感度定数ｋは、光による帯電
電位Ｖ₀の減衰を示す。

【００１０】これに対し、強度変調露光下では、感光体
ドラム４１を回転してレーザビームを主走査方向ｘに連
続して走査し、副走査方向にたとえば３００ｄｐｉのピ
ッチで走査したときには図１に示される様な露光分布を
生ずる。このような強度変調露光下での感光体の潜像分
布は、単に、感度定数ｋが変わるだけでなく、副走査方
向にもつ露光分布によって決定される。

【００１１】以下では、レーザビームスポットの強度分
布がガウス分布を有しているとして、強度変調露光下で
の中間調濃度での潜像分布を求める。強度変調露光下で
のハーフトーンの潜像は、（１）副走査方向にのみ露光
量分布が存在する、（２）変調によるレーザスポットの
形状の変化はない、という点で、解析が容易である。

【００１２】平均光量ｉを与えたときの主走査方向ｘ、
副走査方向ｙの光量分布ρ（ｉ，ｘ，ｙ）は、次の数式
（２）によって簡単に表される。

【数２】ここに、ρ_aは正規化された副走査方向の光量分布であ
る。潜像電位の分布は、数式（２）を数式（１）に代入
して、次のように求められる。

【数３】

【００１３】図２は、副走査方向ｙの光量分布、図３は
潜像電位分布をそれぞれ計算した結果を示している。

【００１４】図３の潜像電位分布を平均し、平均光量に
ついてプロットすると、図４において一点鎖線で示すよ
うになる。また、同じく図４において実際に表面電位計
で観測された値を三角形のドットで示す。すなわち、平
均電位と観測された光減衰曲線とは一致しない。これに
対して図４の破線は、表面（潜像）電位分布の最大値と
最小値の中間値Ｖob（ｉ）を平均光量ｉについてプロッ
トしたグラフであり、三角形のドットで示す観測値と非
常によく一致した。このことは、感光体の個体差、レー
ザビームにおけるスポット径の差に対しても、成立する
ことが確認され、強度変調露光で観測される「みかけ
の」光減衰曲線は、次の数式（４）でよく近似される。

【数４】ここに、ａ，ｂは、副走査方向での光量分布ρa（ｙ）
の最大値、最小値を表し、レーザスポット径により決定
される。なお、図４において、実線は、一様露光の場合
の光減衰曲線である。

【００１５】一方、強度変調露光では、ハーフトーンが
テクスチャを持たないことから、ハーフトーン濃度は、
トナー付着量によってのみ決定される。トナー付着量を
決定するパラメータとしては、「みかけの」光減衰曲線
から求めた現像電圧（Ｖ_I−Ｖ_B）よりも、電位分布の平
均値から求めた現像電圧のほうが、図５に示すように、
原点を通る直線となる点で適していた。

【００１６】潜像電位分布の平均値から求められる光減
衰曲線を「実効」光減衰曲線と呼び、次の数式（５）で
定義した。

【数５】ここに、ｄは副走査ピッチである。光量分布関数を最大
値ａから最小値ｂまでのフラットな分布として近似する
と、次の数式（６）も近似式としてよく成立する。

【数６】

【００１７】レーザ強度変調露光において分布をもった
潜像に対してトナー付着量は次の様に決定される。
（１）露光後に潜像電位Ｖ（ｉ，ｙ）が現像バイアス電
位Ｖ_Bを越えた領域では、現像電圧Ｖ（ｉ，ｙ）−Ｖ_Bに
比例したトナーが付着する。（２）Ｖ（ｉ，ｙ）がＶ_B
を越えない領域ではトナーは付着しない。すなわち、現
像電圧は０であるに等しい。（１）、（２）により実効
光減衰曲線から現像電圧分布を決定したものを実効現像
電圧ΔＶ_efと定義する。実効現像電圧が現像トナー量を
決める。現像が開始されるのは、露光量の極大値ａｉに
おける電位が現像バイアス電位Ｖ_Bを下回ったときから
であり、露光量の極小値ｂｉの電位が現像バイアス電位
Ｖ_Bを下回るまでの間は、現像バイアス電位Ｖ_Bを越えた
部分にだけトナーが付着する。

【００１８】すなわち、実効現像電圧ΔＶ_efは、Ｖ
（ｃ）＝Ｖ_Bとなる光量をｃとして、次の数式（７）か
ら数式（９）で表される。ｃ＞ａｉのとき、

【数７】ａｉ＞ｃ＞ｂｉのとき、

【数８】ｂｉ＞ｃのとき、

【数９】

【００１９】感光体の表面電位Ｖ₀、現像バイアス電位
Ｖ_Bを変化させて、階調再現性を、上記数式（７）から
数式（９）により求めた実効現像電圧ΔＶ_efとみかけの
現像電圧について比較してみると、実効現像電圧ΔＶ_ef
は、現像トナー量を決定するパラメータとして良好なパ
ラメータであることがわかった。特にコントラストの高
い反転現像系においても、低濃度部の階調の傾きを滑ら
かに再現させる効果がある。そして、数式（１）及び数
式（７）ないし数式（９）から、実効現像電圧ΔＶ
_efは、光量分布の最大値ａ、最小値ｂ、感光体の感度定
数ｋ及び残留電位Ｖ_Rの関数となっている。ここで最大
値ａと最小値ｂはレーザビーム径によって決定され、両
者の関係はｂ≒１−（ａ−１）の近似式が広い範囲で成
立するので光学式のパラメータはａのみによって代表さ
れる。このように、強度変調下での感光体の階調特性
は、残留電位Ｖ_R，感度定数ｋ及び光量分布最大値ａに
よって決定される。このうち、残留電位Ｖ_Rと感度定数
ｋは感光体の感度特性を規定する。また、光量分布最大
値ａはレーザビーム径の関数である。

【００２０】（ｂ）階調特性とビーム径階調特性は、ビーム径によっても変化する。ビーム径が
大きいと、低濃度が再現されなくなり、かつ、べた部
(濃度一定部分）のトナー付着量が多くなる。すなわ
ち、いわゆる「ガンマが立つ」現象が発生する。これ
は、レーザ強度変調方式の潜像形成の特徴に起因するも
のである。図６は、低濃度部で、異なったビーム径で同
じ露光エネルギーを与えたときの潜像電位分布と反転現
像系におけるトナー付着状況を示す。ここに、Ｖ_Bは、
現像バイアス電圧を表す。副走査方向に３点で同じ露光
エネルギーでレーザビームを照射している。このとき、
潜像電位分布の振幅がビーム径によって異なってくる。
電位分布は、中心からはずれると指数関数的に変化す
る。したがって、同じ露光エネルギーを与えるとき、ビ
ーム径が細い方が、電位の谷が深く、また、指数関数的
分布が現れやすい。そこで、図６の右側に示すレーザビ
ーム径が細い場合の方が、より小さい露光エネルギーを
与えたときからトナーが付着しはじめる。これに対し、
左側に示すレーザ径が太い場合は、同じ露光エネルギー
が与えられているが、まだトナーは付着していない。図
７は、図６の場合よりレーザパワーが高い場合の潜像電
位分布とトナー付着状況を示す。ビーム径が太い左側の
場合の方が均一に露光できるので、トナーが多く付着す
る。右側に示すビーム径が細い場合は、指数関数的分布
による潜像電位の山が現れ、その部分ではトナー付着量
が少なくなり、全体としてトナー付着量が少なくなる。

【００２１】図８は、ビーム径Ｗ_1/2を変化したときの
露光量と画像濃度の関係（階調特性）を示すグラフであ
る。ビーム径は、４５μｍから７５μｍまで７段階で変
化された。このとき、光量が低い領域と高い領域でビー
ム径により濃度が変化する。しかし、中間の光量では、
濃度がビーム径によりほとんど変化しない所（光量７
２）もある。ビーム径が細いと、低濃度での立ち上がり
は早くなるが、最大濃度は小さくなる。図９は、後述の
ＡＩＤＣセンサ２１０を用いて最大トナー付着量を一定
に制御した場合の階調特性のグラフを示す。このとき、
高光量での階調特性の変化は当然小さくなるが、低光量
での立ち上がりがビーム径によって著しく影響されるこ
とがわかる。

【００２２】（ｃ）自動濃度調整次に、自動濃度調整について説明する。自動濃度調整で
は、基準トナー像を作像し、そのトナー付着量をＡＩＤ
Ｃセンサで検出して、その検出量が一定になるように濃
度を制御する。階調補正は、トナー付着量（濃度）の自
動的補正と、動作上関連が深い。図１０は、感光体ドラ
ム４１のまわりの帯電チャージャ４３と現像器４５ｒの
配置を図式的に示す。ここで、感光体４１には、放電電
位Ｖ_Gの帯電チャージャ４３が対向して設置される。帯
電チャージャ４３のグリッドには、グリッド電位発生ユ
ニット２４３により負のグリッド電位Ｖ_Gが印加されて
いる。グリッド電位Ｖ_Gと感光体ドラムの表面電位Ｖ₀と
の関係は、ほぼＶ₀＝Ｖ_Gとみなせるので、感光体ドラム
４１表面での電位Ｖ₀は、グリッド電位Ｖ_Gによって制御
できる。なお、表面電位Ｖ₀は、表面電位計であるＶ₀セ
ンサ４４により検知される。

【００２３】まず、レーザ露光前において、帯電チャー
ジャ４３によって感光体ドラム４１には負の表面電位Ｖ
₀が、また、現像バイアス発生ユニット２４４により現
像器４５ｒのローラには、低電位の負のバイアス電圧Ｖ
_B（｜Ｖ_B｜＜｜Ｖ₀｜）が与えられる。すなわち、現像
器４５ｒの現像スリーブ電位はＶ_Bである。レーザ露光
によって感光体ドラム４１上の照射位置の電位が低下し
て表面電位Ｖ₀から静電潜像の減衰電位Ｖ_Iへ遷移する。
減衰電位Ｖ_Iが現像バイアス電位Ｖ_Bよりも低電位になる
と、現像器４５ｒのスリーブ表面に運ばれて来た負電位
のトナーが感光体ドラム４１の上に付着する。Ｖ₀とＶ_B
の差は大きすぎると非露光部へのキャリア付着が発生
し、小さすぎるとトナーかぶりを生じるため、大きすぎ
ても小さすぎてもよくない。トナー付着量は、現像電圧
ΔＶ＝｜Ｖ_B−Ｖ_I｜が大きいほど多い。一方、減衰電位
Ｖ_Iは、同じ露光量であっても表面電位Ｖ₀が変化するに
つれ変化する。そこで、Ｖ₀とＶ_Bの差をある程度の範囲
内に維持しつつ、たとえば差を一定にしつつ、表面電位
Ｖ₀および現像電圧Ｖ_Bを変化すれば、Ｖ_BとＶ_Iの差が変
化するので、トナー付着量を変えることができ、濃度を
制御することができる。一方、所定の露光量での画像へ
のトナー付着量は、ＡＩＤＣセンサ２１０により検出さ
れる。すなわち、濃度制御の基本となる基準トナー像を
感光ドラム４１上の画像領域外に形成し、感光体ドラム
４１の近傍に設けられたＡＩＤＣセンサ２１０によって
検出する。この検出値に対応して、現像バイアス電位Ｖ
_Bとグリッド電位Ｖ_Gを変化させれば最大濃度レベルでの
トナー付着量を一定に保つ自動濃度制御を行うことがで
きる。

【００２４】次に、濃度制御動作について説明する。本
実施例の反転現像系電子写真プロセスにおいては、画像
再現濃度は、感光体ドラム４１の表面電位Ｖ₀と現像バ
イアス電位Ｖ_Bにより自動的に制御される。なお、本実
施例では、感光体ドラム４１の表面電位Ｖ₀は、グリッ
ド電位Ｖ_Gにより制御しているが、これには限定されな
い。一方、所定の露光量での画像へのトナー付着量はＡ
ＩＤＣセンサ２１０により検出される。たとえば、グリ
ッド電位Ｖ_G＝６６０Ｖ、現像バイアス電位Ｖ_B＝４２０
Ｖ、ＬＤ露光量レベル＝１００の条件（以下、基準トナ
ー像の作像条件という。このとき、レーザ露光後の表面
電位Ｖ_I＝３００Ｖであり、現像電圧ΔＶ＝Ｖ_B−Ｖ_I＝
１００Ｖである。）の下で、感光体ドラム４１の濃度制
御の基準となる基準トナー像を形成し、感光体ドラム４
１近傍に設けられたＡＩＤＣセンサ２１０によって、基
準トナー像の正反射光と散乱反射光とを検出し、それぞ
れの検出信号はプリンタ制御部２０１に入力され、ここ
で両検出信号の差からトナー付着量が求められる。そし
て、このトナー付着量から上記基準トナー像の濃度が測
定される。

【００２５】階調補正と自動濃度制御を同時に行うた
め、トナー付着量の検出値に対応して、感光体ドラム４
１の表面電位Ｖ₀すなわちグリッド電位Ｖ_Gと現像バイア
ス電位Ｖ_Bを変化させ、最大濃度レベルでのトナー付着
量を一定に保つ。ここで、本実施例では、感光体ドラム
４１の感度を測定して、基準トナー像の作像条件も、そ
の特性に合わせて変えることにより、自動濃度制御動作
に対する信頼性を改善している。

【００２６】トナー付着量に対応して設定される
（Ｖ_B，Ｖ_G）の組のデータの例を表１に示す。なお、本
実施例において、現像バイアス電位Ｖ_Bとグリッド電位
Ｖ_Gは負であるが、表１では、簡単のため絶対値で示さ
れる。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１において、「検出されたトナー付着
量」は、基準トナー像の作像条件のもとで作像された基
準トナー像についてＡＩＤＣセンサ２１０によって測定
されたトナー付着量であり、「現像効率」はこのトナー
付着量を現像電圧で割った除算値で定義される。また、
目標のトナー付着量を得るために必要な現像電圧ΔＶｄ
（以下、設定現像電圧という。）は、目標のトナー付着
量を現像効率で割った除算値で定義される。本実施例に
おいては、目標のトナー付着量は、１ｍｇ／ｃｍ²であ
り、表１において、このときの設定現像電圧ΔＶｄを示
している。表１に示すように、ＡＩＤＣセンサ２１０の
検出値は、その大きさを基に、最左欄に示す０〜１１の
濃度検出レベルＬＢＡに対応させられ、各濃度検出レベ
ルＬＢＡに対応して、グリッド電位Ｖ_Gを５００Ｖから
１０００Ｖまで変化させ、また、現像バイアス電位Ｖ_B
を２８０Ｖから７１０Ｖまで変化させるとともに、各濃
度検出レベルＬＢＡに対応して、それぞれ、低濃度部の
γ特性が改善されたγ補正テーブルＴ０〜Ｔ１１を用意
する。γ補正テーブルは、原稿読取による露光レベルに
対応した出力レベルを表す階調特性のデータを表すテー
ブルである。

【００２９】（ｄ）ビーム径調整以上の説明では、階調特性に対するビーム径の影響につ
いては説明していないが、階調特性は、ビーム径によっ
ても大きく影響される。図１１は、感光体表面電位の検
出値がビーム径の差により変化する状況の１例を示す。
表面電位のレーザ露光レベルに対する依存性が、ビーム
径を４５μｍから７５μｍまで変化したとき大きく変化
することがわかる。ここで、ビーム径調整により実現す
べき階調特性カーブは、ビーム径６０μｍに対応するカ
ーブである。ビーム径の変動の階調特性に対する影響
は、感光体の特性変動と現像特性の変動とによる変動の
影響と分離して補正できる。ここで、ビーム径の影響を
補正するために、ビーム径を検出する必要はない。先に
説明したように、強度変調下での感光体の階調特性は、
残留電位Ｖ_R，感度定数ｋ及び光量分布定数（最大値
ａ）によって決定される。このうち、残留電位Ｖ_Rと感
度定数ｋは感光体の感度特性を規定する。また、光量分
布最大値ａはレーザビームを入射する光学系の関数であ
る。本実施例では、露光や現像がされた感光体の表面電
位を測定してこれらの量を求め、それらの測定値を基に
階調特性が補正される。

【００３０】（ｄ−１）第１ビーム径調整法ビーム径調整のため、以下に説明するように、感光体の
電位をＶ₀センサ４４で測定し、残留電位Ｖ_R，感度定数
ｋ及び光量分布最大値ａを求める（図１２参照）。すな
わち、ビーム径調節のための第１の調整法では、感度定
数ｋが変動すると、表面電位によるビーム径の調節が困
難になるので、次の手順をとり、感度定数ｋの変化をレ
ーザ露光量の最大値で補正してからビーム径の変更を行
なう（図２３参照）。（Ａ１）Ｖ₀、Ｖ_Rからグリッド電位Ｖ_Gを変更して、Ｖ₀
−Ｖ_Rを一定にする。（Ａ２）感度定数ｋからレーザ光量を変更して感度定数
ｋの変動の影響を補正する。（Ａ３）残留電位Ｖ_Rから現像バイアス電位Ｖ_Bを変更し
て、残留電位Ｖ_Bの変動を補正する。以上の処理で、階
調再現性を安定化する。次に、（Ａ４）最大値ａからビーム径を変更する（図２４参
照）。

【００３１】ここで、最大値ａによりビーム径を変えな
がら感光体の感度特性の変化を読むため、まず、露光量
０、露光量小、露光量最大のときの表面電位Ｖ₀、Ｖ
ｉ₁，Ｖｉ₂を測定し、帯電チャージャ４３の電圧を０に
して残量電位Ｖ_Rを測定する。（なお、図１２は、表面
電位の各種測定状況を分かりやすく示す図である。）そ
して、数式（１０）より感度定数ｋを求め、数式（１
１）より光分布定数（最大値ａ）を求める。

【数１０】ここに、Ｉ１は、小さい露光量を表す。なお、Ｉ１値
は、測定される表面電位がビーム径の影響を受けない領
域で設定するのが望ましい。みかけの光減衰特性の数式
（１１）は、Ｉ１≪ｋの領域においてexp（−Ｉ1／ｋ）
が直線近似可能な範囲では数式（１０）になり、ａの値
には依存せず、したがって、ビーム径の影響を受けな
い。この直線的関係は、表面電位がＶ₀から７０％減少
するまで成立する。その範囲はおおむねＩ１＜０．３６
ｋである。

【数１１】ここに、Ｉ２は、最大露光量を表す。

【００３２】次に、Ｖ₀，Ｖ_R値から、表２よりグリッド
電位補正データＳＶを求め、ｋ値から、表３より光量修
正値ＳＰを求め、残留電位Ｖ_Rから、表４より現像バイ
アス電位補正値ＳＢを求める。

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】次に、光量分布の最大値ａ値を目標値ａａ
と比較し、ａ値が目標値ａａより大きければ、ビームは
小さいので、ビームを太らせる方向に変化させるとし、
逆に、ａ値が目標値ａａより小さければ、ビームは太い
ので、ビームを絞る方向に変化させるとする。次に、補
正データＳＶ，ＳＰに基づいて、グリッド電位Ｖ_G’、
レーザ光量の最大値を変更する。

【００３６】さらに、修正されたグリッド電位Ｖ_G’を
出力して、修正後の表面電位Ｖ₀を読み、Ｖ₀’とする。
そして、レーザ光量レベル（図１１では１２８）を設定
し、Ｖ₀’，ｋ，Ｖ_R，最大値ａから計算したそのレーザ
光量レベルで露光したときの露光後電位の目標値Ｖｉ₃
ａを数式（１２）より求める。

【数１２】ここに、Ｉ_maxは、補正後の最大露光量を表す。数式
（１２）は数式（１１）のＶ₀，ａ，Ｉ₂にＶ₀’，ａ
ａ，（１２８／２５６）Ｉ_maxを代入したものである。

【００３７】次に、その光量レベルで露光して露光後電
位Ｖｉ₃を読む。このとき、｜Ｖｉ₃｜＞｜Ｖｉ₃ａ｜な
らば、ビーム径は目標値より小さいことになり、｜Ｖｉ
₃｜＜｜Ｖｉ₃ａ｜ならば、ビーム径は目標値より大きい
ことになる。この判定がａ値による上述の判定とくいち
がう場合は、ビーム径が目標値とさほど大きく変わって
いないときなので、ビーム径の変更は行わない。くいち
がいがない場合は、ビーム径を変更するビームエキスパ
ンダ２６８のピントを調節するステッピングモータ２６
７を１ステップずつ移動させてはＶｉ₃を読み、目標値
Ｖｉ₃ａになるまで繰り返す。

【００３８】ここで、ビーム径調節時の光量レベルを１
２８としている理由は次の通りである。ビーム径の変化
に対して最も電位変動の大きいのは、図１１のグラフで
もわかるとおり、最大露光量（２５６）のときであるか
ら、最大露光のときの電位を見ながらの方がよいと考え
られがちである。しかし、最初にａ，ｋ，Ｖ_Rを求めた
ときに、最大露光量を使ったので、違う光量レベルで合
わせれば、２カ所で判定を行ったことになり、結果的に
誤動作が少なく、精度が向上する。また、ビーム径の変
更がわずかな径変化のたびに何度も行われると、かえっ
てビーム径が不安定に制御されてしまうので、少しくら
いの差であれば、かえって変更しない方が画像の変動が
少なく、ユーザに好まれる。そこで、２重に判断基準を
持つことによって変更頻度を少なくしたのである。

【００３９】（ｄ−２）第２ビーム径調整法光量を増加していくときにトナーが付着し始める画像再
現開始光量ａｓを見ながらビーム径を変更すると、さら
にビーム径調整の精度が上がるとともに、実際の再現性
を見ながらビーム径を調整するので、確実に階調性の補
正が可能である。すなわち、この方法では、ビーム径の
調整と階調性の補正が同時に精度よく確実に行える。画
像再現開始光量とそれ以上の光量でのγ特性カーブでの
濃度の立ち上がりを変化させる要因には、次のものがあ
る。・ビーム径（開始光量と立ち上がり方）・Ｖ₀（Ｖ_B）（開始光量）・現像効率（立ち上がり方）・感度定数（開始光量と立ち上がり方）

【００４０】特に、γ特性カーブの立ち上がり方に関し
てそれぞれの要因の影響には、図１３〜図１６に示すよ
うに、それぞれ特有のパターンがある。図１３に示すビ
ーム径の場合は、ビームが太くなるにつれ、画像再現開
始光量ａｓが大きくなり、立ち上がり（傾斜）が急にな
る。図１４に示すＶ₀の場合は、Ｖ₀が大きくなるにつ
れ、画像再現開始光量ａｓは大きくなるが、立ち上がり
方は変わらない。図１５に示す現像効率の場合は、現像
効率が低くなるにつれ、画像再現開始光量ａｓは変わら
ないが、立ち上がり方は、小さくなる。図１６に示す感
度定数の場合は、感度が悪くなるにつれ、再現開始光量
は大きくなり、立ち上がりは小さくなる。したがって、
４つの変動要因が重なった場合、階調性だけで原因をつ
きとめることは難しい。そこで、以下に説明するように
他の測定方法と組み合わせて判断する方が確かな結論が
得られる。これにより、ビーム径の影響を他の因子の影
響と分離して補正できる。

【００４１】この第２のビーム径調整法においては、ま
ず、Ｖ₀センサ４４を用いて、表面電位と感度定数ｋの
変動は、先に補正しておく。すなわち、（Ｂ１）Ｖ₀、Ｖ_Rからグリッド電位Ｖ_Gを変更して、Ｖ₀
−Ｖ_Rを一定にする。（Ｂ２）感度定数ｋからレーザ光量を変更して感度定数
ｋの変動の影響を補正する。（Ｂ３）残留電位Ｖ_Rから現像バイアス電位Ｖ_Bを変更し
て、残留電位Ｖ_Bの変動を補正し、階調再現性を安定化
する。こうして、先に説明した第１のビーム径調整法と
同様にＶ₀、感度が補正される。次に、（Ｂ４）この状態で画像再現開始光量ａｓを目標
値ａｓｍに設定すると、ビーム径が調整できる。（Ｂ５）ビーム径が調整されると、最後に現像効率が立
ち上がりの傾きから求められるので、現像効率の影響を
補正すると、安定した階調性が得られる。ここでａｓｍ
は目標のビーム径における画像再現開始光量であり、光
量ａｓｍでの露光量分布の最大値ａｓｍ・ａａを式
（１）のｉに代入して得られる電位がＶ_Bに等しくなる
光量である。

【００４２】（ｄ−２−１）上述の画像再現開始光量ａ
ｓによるビーム径の調整（Ｂ４）には、２つの方法があ
る。始めに第１の方法を説明する（図２５〜図２６のフ
ロー参照）。まず、目標の画像再現開始光量ａｓｍより
も少し高い光量ａｓｓを設定する。次に、感光体の露光
されていない地肌の部分の濃度をＡＩＤＣセンサ２１０
によって検出し、その出力電圧Ｖｓｏに基づき、トナー
の付着が始まるスレショルドレベルＶｓｓ＝Ｖｓｏ＋ｄ
Ｖｓを決める。ｄＶｓはＡＩＤＣセンサのＳ／Ｎ特性を
考慮して、誤動作が起こらないレベルに設定する。次
に、光量ａｓｓで露光したパターンを現像した後のトナ
ー付着量をＡＩＤＣセンサ２１０によって検出し、セン
サからの出力Ｖｓを読み取る。出力Ｖｓがスレッショル
ドレベルＶｓｓ以上であれば、ビーム径を太らせる方向
にビーム径調整用のビームエキスパンダ２６８のピント
を合わすモータ２６７を１ステップ動かす。逆に、出力
ＶｓがスレッショルドレベルＶｓｓ以下であれば、ビー
ム径を細らせる方向に１ステップ動かす。これをスレシ
ョルド値が得られるまで続け、ビーム径の調整を終了す
る。なお、目標値に応じてステップ数を変えると早く調
整できる。この方法は、現像効率の変化によりスレショ
ルド光量と画像再現光量の関係が変化する（立ち上がり
の傾きが変化する）という影響を受けるので、精度面で
やや不安がある。しかし、レーザ径の調整は早い。

【００４３】（ｄ−２−２）次に説明するビーム径調整
（Ｂ４）の第２の方法（図２８〜図３０のフロー参照）
は、現像効率の影響を受けないので大変精度がよい。ま
ず、目標の画像再現光量ａｓｍよりも低い光量ａｓｅを
設定する。次に、感光体下地の検出レベルＶｓｏを読ん
で、現像のスレショルドレベルＶｓｓ＝Ｖｓｏ＋ｄＶｓ
を決める。次に、光量を一定ステップずつ増加していっ
て、トナー付着量を順次読み込む。そして、スレショル
ドレベルを超えた光量から２〜３ステップ過ぎたところ
で、露光を終了する。次に、画像再現開始光量を越えた
光量以降のデータから画像再現開始光量ａｓを求める。
次に、目標の画像再現光量ａｓｍと画像再現開始光量ａ
ｓとの差を求め、この差に応じて、ビームエキスパンダ
２６８のピントを合わすステッピングモータ２６８の移
動量を決める。この過程を、ステッピングモータ２６７
を動かしてビーム径を変えて、光量が目標値ａｓｍにな
るまで繰り返す。目標値ａｓｍになると、ビーム径の調
節を終了する。

【００４４】（ｄ−３）現像効率決定先に説明したようにビーム径が調整されて画像再現光量
の補正が行われた後で、現像効率を立ち上がりの傾きか
ら求めることができる。次に、現像効率を立ち上がりの
傾きから求める方法を説明する。既に図１５に示したよ
うに、現像効率が変化したとき、画像再現開始光量ａｓ
ｄは変わらないが、立ち上がりの傾きは変化する。そこ
で、現像効率は、画像再現開始光量ａｓｄを越えた光量
でのセンサ出力の傾きから求めることができる。現像効
率の定義は、トナー付着量（ｍｇ）／現像電圧（Ｖ）で
あるから、センサ出力をトナー付着量に換算し、光量の
差を現像電圧の差に換算すれば、現像効率が、求められ
る。ここで、光量と現像電圧の関係は、スレッショルド
レベル近傍に限定すれば、直線近似できる。一例では、
次の関係が得られた。

【数１３】現像電圧＝光量レベル差×１４７／６４（Ｖ）また、センサの出力特性も、低付着量領域では直線近似
でき、上記の例では、次の関係が得られた。

【数１４】トナー付着量＝センサ出力電位差×（０．５
／２．９）（ｍｇ／ｃｍ²）したがって、現像効率は、次の式で表せる。

【数１５】現像効率＝（センサ出力電位差／光量レベル
差）×（０．５×６４）／（２．９×１４７）（ｍｇ
／ｃｍ²・Ｖ）すなわち、現像効率は、センサ出力の傾きから求められ
る。現像効率が求まると、次に、トナー付着量の補正
が、先に説明したＡＩＤＣ動作と同様に、テーブルを用
いて行われる。

【００４５】上述のセンサ出力の傾きは、次のように求
められる。最も間単な方法では、開始光量Ｖｓｓ以上の
出力特性を持つ２点の光量ＩＡ、ＩＢでの測定値Ｖｓ
（ＩＡ）、Ｖｓ（ＩＢ）を測定して、次の式からセンサ
出力の傾きを求める。

【数１６】センサ出力の傾き＝（Ｖｓ（ＩＡ）−Ｖｓ
（ＩＢ））／（ＩＡ−ＩＢ）さらに精度を向上させるには、測定点をさらに多くと
り、Ｖｓ（Ｉ）＝Ａ×Ｉ＋Ｂの１次式に回帰させればよ
い。実用的には、開始光量Ｖｓｓを含めて３点程度で充
分である。

【００４６】(ｅ)デジタルカラー複写機の構成図１７は、本発明の実施例に係るデジタルカラー複写機
の全体構成を示す断面図である。デジタルカラー複写機
は、原稿画像を読み取るイメージリーダ部１００と、イ
メージリーダ部で読み取った画像を再現する複写部２０
０とに大きく分けられる。イメージリーダ部１００の構
成は従来と同様である。ここに、スキャナ１０は、原稿
を照射する露光ランプ１２と、原稿からの反射光を集光
するロッドレンズアレー１３、及び集光された光を電気
信号に変換する密着型のＣＣＤセンサ１４を備えてい
る。スキャナ１０は、原稿読取時にはモータ１１により
駆動されて、矢印の方向(副走査方向)に移動し、プラテ
ン１５上に載置された原稿を走査する。露光ランプ１２
で照射された原稿面の画像は、ＣＣＤセンサ１４で光電
変換される。ＣＣＤセンサ１４により得られたＲ,Ｇ,Ｂ
の３色の多値電気信号は、読取信号処理部２０により、
イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、ブラック
(Ｋ)のいずれかの８ビットの階調データに変換され、同
期用バッファメモリ３０に記憶される。

【００４７】次いで、複写部２００において、プリント
ヘッド部３１は、入力される階調データに対して感光体
の階調特性に応じた階調補正(γ補正)を行った後、補正
後の画像データをＤ／Ａ変換してレーザダイオード駆動
信号を生成して、この駆動信号により半導体レーザ２６
４（図１９，図２２参照）を発光させる。ビーム径調節
のために、図２２に示すビームエキスパンダ２６８（た
とえば特開昭６０−６８３１６号公報参照）を用いる。
ビームエキスパンダ２６８において、半導体レーザ２６
４から出射された平行光束のレーザビームは、リング２
６９に入射して拡大される。ビーム拡大率は、ステッピ
ングモータ２６７でリング２６９を回転することにより
調整される。ビームエキスパンダ２６８を出たレーザビ
ームは、ポリゴンミラー２７０に入射して偏向される。
すなわち、階調データに対応して発光強度を変調してプ
リントヘッド部３１から発生されるレーザビームは、ビ
ームエキスパンダ２６８、ポリゴンミラー２７０，ｆθ
レンズ２７１を経て、図１７に示すように、反射鏡３７
を介して、回転駆動される感光体ドラム４１を露光す
る。感光体ドラム４１は、１複写ごとに露光を受ける前
にイレーサランプ４２で照射され、帯電チャージャ４３
により一様に帯電されている。この状態で露光をうける
と、感光体ドラム４１上に原稿の静電潜像が形成され
る。シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナー現
像器４５a〜４５dのうちいずれか一つだけが選択され、
感光体ドラム４１上の静電潜像を現像する。一方、複写
紙は用紙カセット５０より給紙され、転写ドラム５１上
に巻きつけられる。現像されたトナー像は、転写チャー
ジャ４６により複写紙に転写される。上記印字過程は、
イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブ
ラック（Ｋ）の４色について繰り返して行われる。この
とき、感光体ドラム４１と転写ドラム５１の動作に同期
してスキャナ１０はスキャン動作を繰り返す。その後、
複写紙は、分離爪４７を作動させることによって転写ド
ラム５１から分離され、定着装置４８を通って定着さ
れ、排紙トレー４９に排紙される。

【００４８】複写部２００には、複写動作一般の制御を
行うプリンタ制御部２０１が備えられる。図１８と図１
９は、プリンタ制御部のブロック図を示す。ＣＰＵを備
えるプリンタ制御部２０１には、制御用のプログラムが
格納された制御ＲＯＭ２０２と各種データ(階調補正デ
ータなど)が格納されたデータＲＯＭ２０３とが接続さ
れる。プリンタ制御部２０１は、これらＲＯＭのデータ
によってプリント動作の制御を行う。プリンタ制御部２
０１には、Ｖ₀センサ４４とＡＩＤＣセンサ２１０から
のアナログ信号が入力される。また、操作パネル２２１
でのキー入力によって、パラレルＩ／Ｏ２２２を介し
て、プリンタ制御部２０１に各種データが入力される。
プリンタ制御部２０１は、各センサ４４、２１０、操作
パネル２２１およびデータＲＯＭ２０３からのデータに
よって、制御ＲＯＭ２０２の内容に従って、複写制御部
２３１と表示パネル２３２とを制御し、さらに、パラレ
ルＩ／Ｏ２４１およびドライブＩ／Ｏ２４２を介して帯
電チャージャ４３のグリッド電位Ｖ_Gを発生するＶ_G発生
用高圧ユニット２４３および現像器４５a〜４５dの現像
バイアス電位Ｖ_Bを発生するＶ_B発生用高圧ユニット２４
４を制御する。プリンタ制御部２０１は、また、イメー
ジリーダ部１００の画像信号処理部２０と画像データバ
スで接続されており、画像データバスを介して入ってく
る画像濃度信号を基にして、γ補正テーブルの格納され
ているデータＲＯＭ２０３の内容を参照して発光レベル
を定め、ドライブＩ／Ｏ２６１およびパラレルＩ／Ｏ２
６２を介して半導体レーザドライバ２６３を制御してい
る。半導体レーザ２６４は半導体レーザドライバ２６３
によって、その発光が駆動される。階調表現は、半導体
レーザ２６４の発光強度の変調により行う。

【００４９】(ｆ)画像信号処理図２０は、ＣＣＤカラーイメージセンサ１４から画像信
号処理部２０を介してプリンタ制御部２０１に至る画像
信号の処理の流れを説明するための図である。これを参
照して、ＣＣＤセンサ１４からの出力信号を処理して階
調データを出力する読取信号処理について説明する。画
像信号処理部２０においては、ＣＣＤセンサ１４によっ
て光電変換された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２１でＲ,
Ｇ,Ｂの多値デジタル画像データに変換される。この変
換された画像データはそれぞれ、シェーディング補正回
路２２でシェーディング補正される。このシェーディン
グ補正された画像データは原稿の反射光データであるた
め、log変換回路２３によってlog変換を行って実際の画
像の濃度データに変換される。さらに、アンダーカラー
除去・墨加刷回路２４で、余計な黒色の発色を取り除く
とともに、真の黒色データＫをＲ,Ｇ,Ｂデータより生成
する。そして、マスキング処理回路２５にて、Ｒ,Ｇ,Ｂ
の３色のデータがＹ,Ｍ,Ｃの３色のデータに変換され
る。こうして変換されたＹ,Ｍ,Ｃデータにそれぞれ所定
の係数を乗じる濃度補正処理を濃度補正回路２６にて行
い、空間周波数補正処理を空間周波数補正回路２７にお
いて行った後、プリンタ制御部２０１に出力する。

【００５０】図２１は、プリンタ制御部２０１における
画像データ処理のブロック図である。ここで、画像信号
処理部２０からの画像データ(８ビット)は、インターフ
ェース部２５１を介して、ファーストイン・ファースト
アウトメモリ(以下ＦＩＦＯメモリという)２５２に入力
される。このＦＩＦＯメモリ２５２は、主走査方向の所
定の行数分の画像の階調データを記憶することができる
ラインバッファメモリであり、イメージリーダ部１００
と複写部２００との動作クロック周波数の相違を吸収す
るために設けられる。ＦＩＦＯメモリ２５２のデータ
は、次にγ補正部２５３に入力される。データＲＯＭ２
０３のγ補正データがプリンタ制御部２０１によりγ補
正部２５３に送られ、γ補正部２５３は、入力データ
（ＩＤ）を補正して発光レベルをＤ／Ａ変換部２５４に
送る。なお、データＲＯＭ２０３には、各種階調補正デ
ータ（γテーブル、各種修正値など）も格納されてい
る。Ｄ／Ａ変換部２５４で発光レベル（デジタル値）か
ら変換されたアナログ電圧は、次に、ゲイン切換部２５
５において、プリンタ制御部２０１からのゲイン設定値
に対応してゲイン切換信号発生回路部２５６によりスイ
ッチＳＷ1，ＳＷ2,…（異なったパワーＰ1，Ｐ2,…に対
応）を切り換えて設定されたゲインで増幅された後、ド
ライブＩ／Ｏ２６１を介して半導体レーザドライバ２６
３に送られ、半導体レーザ２６４をその値の光強度で発
光させる。一方、プリンタ制御部２０１は、クロック切
換回路２５７に信号を送って、クロック発生回路２５８
又は２５９を選択し、そのクロック発生回路の発生する
クロック信号をパラレルＩ／Ｏ２６２を介して半導体レ
ーザドライバ２６３に送り、画像データをそのクロック
で変調させる。又、ビームエキスパンダ用のステッピン
グモータ２６７はパラレルＩ／Ｏ２６５とドライブＩ／
Ｏ２６６を通してプリンタ制御部により制御される。

【００５１】（ｇ）プリンタ制御のフロー（ｇ−１）メインフロー図２３は、プリンタ制御部２０１のメインフローを示
す。まず、初期設定を行った後（Ｓ１）、操作パネル２
２１の入力処理を行い（Ｓ２）、操作パネル２２１のス
タートキーが押下されるのを待機する（Ｓ３）。スター
トキーが押下されると、後で詳細に説明するセンサ入力
処理（Ｓ４、図２４参照）が行われる。ここで、ビーム
径が調整される。次に、ディップスイッチと操作パネル
２２１の各種スイッチからの入力信号がプリンタ制御部
２０１内のＲＡＭ内に取り込まれる（Ｓ５）。次に、ス
テップＳ４で得たＳＰ値によって、表３によって、半導
体レーザ２６４の光量レベルを設定する（Ｓ６）。次
に、ＡＩＤＣ処理が実行される（Ｓ７）。このＡＩＤＣ
処理においては、グリッド電位Ｖ_Gと現像バイアス電位
Ｖ_Bをそれぞれ修正された標準値に設定した後、感光体
ドラム４１上に修正された光量で検出画像パターンを作
像して、その画像パターンのトナー付着量により画像再
現濃度をＡＩＤＣセンサ２１０によって測定し、プリン
タ制御部２０１内のＲＡＭに取り込む。そして、測定さ
れたトナー付着量に対応する濃度検出レベルＬＢＡに基
づいて、表１からγ補正テーブルを選択する。次に、ス
テップＳ４にて得たＳＢ値により、表４に従い、現像バ
イアス電位Ｖ_Bを標準値からＳＢ段切り換え、また、上
記ステップＳ４にて得たＳＶ値により、表２に従い、グ
リッド電位Ｖ_Gを標準値からＳＶ段切り換える（Ｓ
８）。次に、上記ステップＳ７にて選択されたγ補正テ
ーブルの種類コードＳＳ（＝０〜１１）によって、γ補
正テーブルＴｓｓをＲＯＭ２０３から取り込む（Ｓ
９）。次に、選択されたグリッド電位Ｖ_Gと現像バイア
ス電位Ｖ_Bとγ補正テーブルＴｓｓに基づいて公知の電
子写真法による複写動作を、終了するまで行う（Ｓ１
０，Ｓ１１）。

【００５２】（ｇ−２）センサ入力処理図２４は、センサ入力処理（Ｓ４）のフローを示す。ま
ず、露光量＝０で表面電位Ｖ₀を求める（Ｓ７１）。次
に、露光量小で表面電位Ｖｉ₁を求める（Ｓ７２）。次
に、最大露光量で表面電位Ｖｉ₂を求める（Ｓ７３）。
さらに、帯電チャージャ４３の電圧を０にして残留電位
Ｖ_Rを求める（Ｓ７４）。次に、既に述べた数式（１
０）に基づいて測定値Ｖｉ₁より感度定数ｋを求める
（Ｓ７５）。次に、数式（１１）に基づいて測定値Ｖｉ
₂より光量分布最大値ａを求める（Ｓ７６）。次に、上
で求めた感度定数ｋから、テーブル（表３）により光量
修正値ＳＰを選択し、ｋ値の変動を補正する（Ｓ７
７）。次に、残留電位Ｖ_Rの測定値から現像バイアス電
位Ｖ_Bの修正データＳＢをテーブル（表４）により選択
して、残留電位Ｖ_Rの変動を補正し、階調再現性を安定
化する（Ｓ７８）。次に、表面電位Ｖ₀，残留電位Ｖ_Rの
測定値からグリッド電位Ｖ_Gの修正データＳＶをテーブ
ル（表２）により選択して、Ｖ₀−Ｖ_Rを一定にする（Ｓ
７９）。次に、後で詳細に説明するように、ビーム径を
調整する（Ｓ８０、図２５、図２６、図２８、図２９参
照）。最後に、現像効率が測定される（Ｓ８１）。（な
お、この現像効率測定処理は、第１のビーム径調整法で
は不必要である。）これにより、センサ入力処理を終了
してリターンする。

【００５３】ここで、ステップＳ７５において、測定値
Ｖｉ₁を得る露光量として用いる、充分小さい露光量Ｉ
１は、この場合、最大階調数を２５５として、（３２／
２５５）×最大露光量以下とする。感度曲線が直線近似
できる領域で式（１１）がビーム径の変化の影響を受け
ないことを利用したものである。正確さを要するなら
ば、もっと多くの光量測定点にて多元的な解析をすれ
ば、正確な値を求めることができるが、このように簡略
化しても、充分な精度を得ることができ、プログラムも
短くてすむ。

【００５４】（ｇ−３）ビーム調整の第１方法図２５は、（ｄ−１）節で説明した第１のビーム径調整
（Ｓ８１）のフローを示す。まず、光量分布の最大値ａ
値を目標値ａａと比較し、ａ値が目標値ａａより大きけ
れば、ビームは小さいので、ビームを太らせる方向に変
化させるとして、フラグＤ１を１とし、逆に、ａ値が目
標値ａａより小さければ、ビームは太いので、ビームを
絞る方向に変化させるとして、フラグＤ１を０にする
（Ｓ５１）。次に、補正データＳＶに基づいて、グリッ
ド電位Ｖ_G’を変更する（Ｓ５２）。さらに、修正され
たグリッド電位Ｖ_G’を出力して、修正後の表面電位Ｖ₀
を読み、Ｖ₀’とする（Ｓ５３）。そして、レーザ光量
レベル（図１１では１２８）を設定し、Ｖ₀’，ｋ，
Ｖ_R，最大値ａから計算したそのレーザ光量レベルで露
光したときの露光後電位の目標値Ｖｉ₃ａを数式（１
２）より求める（Ｓ５４）。次に、補正データＳＰに基
づいて、レーザ光量を変更する（Ｓ５５）。次に、その
光量でビーム径調整用パターンを露光して（Ｓ５６）、
露光後の電位Ｖｉ₃を読む（Ｓ５７）。そして、目標値
Ｖｉ₃ａとＶｉ₃とを比較する。｜Ｖｉ₃｜＞｜Ｖｉ₃ａ｜
ならば、ビーム径は目標値より小さいことになり、フラ
グＤ２を０とし、｜Ｖｉ₃｜＜｜Ｖｉ₃ａ｜ならば、ビー
ム径は目標値より大きく、フラグＤ２を１にする（Ｓ５
８）。この判定がａ値による上述の判定（Ｓ５１）とく
いちがう場合は（Ｓ５９でＮＯ）、ビーム径が目標値と
さほど大きく変わっていないときなので、ただちにリタ
ーンし、ビーム径の変更は行わない。判定のくいちがい
がない場合は（Ｓ５９でＹＥＳ）、ビーム径を変更する
ビームエキスパンダのピントを調節するステッピングモ
ータを１ステップずつ移動させては（Ｓ６０）、Ｖｉ₃
を読み（Ｓ６１）、目標値Ｖｉ₃ａになる（Ｓ６２でＹ
ＥＳ）までこの過程を繰り返す。目標値になれば、目的
のレーザ径に調整されたので、ビーム調整を終了する。

【００５５】（ｇ−４）ビーム調整の第２方法（ｇ−４−１）図２６は、（ｄ−２−１）節で説明した
ビーム径調整（Ｓ８０）のフローを示す。まず、電位条
件を設定する。すなわち、グリッド電圧Ｖ_G’＝Ｖ_G（Ｓ
＋ＳＶ）としてＶ₀を出力し（Ｓ１０１）、現像バイア
ス電圧Ｖ_B’＝Ｖ_B（Ｓ＋ＳＶ）として現像バイアス電圧
を出力する（Ｓ１０２）。ここに、Ｓは、初期値であ
る。次に、２枚目以降であると判定されると（Ｓ１０３
でＮＯ）、すでにビーム径が調整されているので、処理
を終了する。次に、光量Ｉを目標の画像再現開始光量ａ
ｓｍよりも少し高い光量ａｓｓとして（Ｓ１０４）、露
光条件を設定する。次に、画像再現光量を測定する。す
なわち、上述の条件で露光を行い（Ｓ１０５）、下地レ
ベルＶｓｏを測定し（Ｓ１０６）、現像のスレショルド
レベルＶｓｓ＝Ｖｓｏ＋ｄＶｓを設定する（Ｓ１０
７）。次に、光量ａｓｓで露光したパターンを現像し、
トナー付着量をＡＩＤＣセンサ２１０によって測定し、
その出力値Ｖｓを読み込む（Ｓ１０８）。次に、ビーム
径判定のためＶｓｓとＶｓが等しいか否かが判定され
（Ｓ１０９）、等しくないと判定されるとビーム径を調
整して（Ｓ１１０、図２６参照）、Ｓ１０８に戻る。こ
の過程が、トナー付着量が目標値に等しくなるまで繰り
返される。

【００５６】ビーム径調整（Ｓ１１０）においては、図
２７のフローに示すように、Ｖｍｏｖｅ＝Ｖｓ−Ｖｓｓ
を求め（Ｓ１３１）、Ｖｍｏｖｅよりビームエキスパン
ダのモータ駆動量を決定する（Ｓ１３２）。ここで、ト
ナー付着量が目標値以上であれば、ビーム径を太らせる
方向に１ステップ動かす。逆に、トナー付着量が目標値
以下であれば、ビーム径を細らせる方向に１ステップ動
かす。そして、このモータ駆動量を基にモータを駆動す
る（Ｓ１３３）。

【００５７】図２８は、現像効率測定（Ｓ８２）のフロ
ーを示す。まず、Ｖ_G、Ｖ_Bが設定され（Ｓ１５１）、光
量Ｉをａｓｓに設定する（Ｓ１５２）。次に、光量を５
増加し（Ｓ１５３）、露光を行う（Ｓ１５４）。そし
て、タイマーをリセットし（Ｓ１５５）、タイマーが所
定値ｔになるのを待って（Ｓ１５６でＹＥＳ）、光量が
ａｓｓ＋１０であるかを判定する（Ｓ１５７）。否であ
れば、ステップＳ１５３に戻りもう一度露光を行う。２
回目の露光であれば（Ｓ１５７でＹＥＳ）、露光を停止
し（Ｓ１５８）、パターンを検出し測定値Ｖｓ（ＩＡ）
を得る（Ｓ１５９）。そして、タイマーをリセットし
（Ｓ１６０）、タイマーが所定値ｔになるのを待って
（Ｓ１６１でＹＥＳ）、露光を停止し（Ｓ１６２）、パ
ターンを検出し測定値Ｖｓ（ＩＢ）を得る（Ｓ１６
３）。こうして、計算に必要な数の検出値が得られたの
で、数式（１６）によりセンサ出力差を求め、数式（１
５）から現像効率を計算する。。

【００５８】（ｇ−４−２）図２９と図３０は、（ｄ−
２−２）節で説明した第３のビーム径調整（Ｓ８０）の
フローを示す。まず、電位条件を設定する。すなわち、
グリッド電圧Ｖ_G’＝Ｖ_G（Ｓ＋ＳＶ）としてＶ₀を出力
し（Ｓ２０１）、現像バイアス電圧Ｖ_B’＝Ｖ_B（Ｓ＋Ｓ
Ｖ）として現像バイアス電圧を出力する（Ｓ２０２）。
ここに、Ｓは初期値である。次に、２枚目以降であると
判定されると（Ｓ２０３でＮＯ）、すでにビーム径が調
整されているので、直ちにリターンして処理を終了す
る。次に、Ｌ＝０とした後（Ｓ２０４）、光量Ｉを目標
の画像再現開始光量ａｓｍよりも低い光量ａｓｅとして
（Ｓ２０５）、露光条件を設定する。次に、画像再現光
量を測定する。すなわち、光量をＩ＋２に増加し（Ｓ２
０６）、上述の条件で露光を行い（Ｓ２０７）、タイマ
ーをリセットする（Ｓ２０８）。そして、光量Ｉがａｓ
ｅ＋４になる（Ｓ２０９でＮＯ）まで、下地レベルＶｓ
ｏを測定する（Ｓ２１０）。すなわち、露光と検知の間
の時間差を利用して最初のパターンが読まれる前に下地
レベルを読む。一方、光量がａｓｅ＋４以上になると
（Ｓ２０９でＹＥＳ）、次に、光量Ｉで露光したパター
ンを現像し、トナー付着量を測定し、トナー付着量に対
応するレベルＶｓ（Ｌ）を決定する（Ｓ２１１）。

【００５９】次に、タイマーがｔになるのを待って（Ｓ
２１２でＹＥＳ）、Ｌをインクリメントし（Ｓ２１
３）、Ｌが１０になっていなければ（Ｓ２１４）、Ｓ２
０６に戻り、光量を増加して、Ｖｓ（Ｌ）を決定する。
Ｌが１０になると（Ｓ２１４でＹＥＳ）、露光を停止す
る（Ｓ２１５）。露光−検知間の時間差があるため、露
光停止後もパターンの読取を続ける。すなわち、光量Ｉ
で露光したパターンを現像し、トナー付着量を測定し、
トナー付着量に対応するレベルＶｓ（９）を決定する
（Ｓ２１６）。次に、タイマーをリセットし（Ｓ２１
７）、タイマーがｔになるのを待って（Ｓ２１８でＹＥ
Ｓ）、光量Ｉで露光したパターンを現像し、トナー付着
量を測定し、トナー付着量に対応するレベルＶｓ（１
０）を決定する（Ｓ２１９）。次に、トナー付着量の測
定値Ｖｓ（Ｌ）がスレッショルドレベルＶｓｓ＝Ｖｓｏ
＋Ｖｓｄを越えたときの光量Ｉに基づいて画像再現開始
光量ａｓｄを求め（Ｓ２２０）、ビーム径判定のためａ
ｓｄとａｓｍが等しいか否かが判定され（Ｓ２２１）、
等しくないと判定されるとビーム径を調整して（Ｓ２２
２、図３１参照）、Ｓ２０４に戻る。この過程が、トナ
ー付着量が目標値に等しくなるまで繰り返される。

【００６０】図３１は、ビーム径調整（Ｓ２２２）のフ
ローを示す。まず、ａｄ＝ａｓｄ−ａｓｍを求め（Ｓ２
３１）、ａｄよりビームエキスパンダのモータ駆動量を
決定する（Ｓ２３２）。ここで、トナー付着量が目標値
以上であれば、ビーム径を太らせる方向に１ステップ動
かす。逆に、トナー付着量が目標値以下であれば、ビー
ム径を細らせる方向に１ステップ動かす。そして、この
モータ駆動量を基にモータを駆動する（Ｓ２３３）。

【００６１】上述のフローでは、モータを１ステップず
つ動かしたが、画像再現光量との差ａが大きいほどステ
ップ数を大きく決めておけば、さらに効率的にビーム径
制御が行える。表５は、モータ駆動量ａｄを決定するテ
ーブルを示す。ａｄが正であると、ビーム径が太いの
で、ビーム径を細くする方向にステップ数が決定され
る。また、ａｄが負であると、ビーム径が細いので、ビ
ーム径を太くする方向にステップ数が決定される。そこ
で、ステップＳ２３２において、表５のテーブルを参照
してステップ数を決定すればよい。

【表５】

【００６２】現像効率測定（Ｓ８２）においては、すで
に、光量開始光量以上のセンサ出力値が最低３個は測定
されているので、こうして得られたデータから現像効率
が計算される。

【００６３】

【発明の効果】ビーム径のふれを補正できて、安定した
画像再現が可能になった。特に、階調特性曲線の低濃度
部の立ち上がりについて、正確な補正ができるため、色
にごりや擬輪郭がなくなる。また、ビーム径を最適化で
きることで低濃度部のきめがよくなる。ビーム径制御の
ためにビーム径を直接に検出しなくても、より好ましい
階調特性の画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】感光体ドラム上での光量分布の図式的な図であ
る。

【図２】感光体ドラム上の計算による副走査方向の光量
分布曲線である。

【図３】感光体ドラム上の計算による副走査方向の潜像
電位分布曲線である。

【図４】種々の近似による光減衰曲線である。

【図５】現像特性のグラフである。

【図６】低濃度部で、異なったビーム径で同じ露光エネ
ルギーを与えたときの潜像電位分布と反転現像系におけ
るトナー付着状況を示す図である。

【図７】図６の場合より高濃度でのトナー付着状況を示
す図である。

【図８】ビーム径Ｗ_1/2を変化したときの露光量と画像
濃度の関係（階調特性）を示すグラフである。

【図９】ＡＩＤＣセンサを用いて最大トナー付着量を一
定に制御した場合の階調特性のグラフである。

【図１０】感光体ドラムのまわりの帯電チャージャと現
像器の配置を図式的に示す図である。

【図１１】感光体感度がビーム径の差により変化する状
況の１例を示すグラフである。

【図１２】表面電位の各種測定状況を示すための図であ
る。

【図１３】階調特性に対するビーム径の影響を示すグラ
フである。

【図１４】階調特性に対する表面電位Ｖ₀の影響を示す
グラフである。

【図１５】階調特性に対する現像効率の影響を示すグラ
フである。

【図１６】階調特性に対する感光体の感度の影響を示す
グラフである。

【図１７】デジタルカラー複写機の全体構成を示す断面
図である。

【図１８】デジタルカラー複写機の制御系の１部を示す
断面図である。

【図１９】デジタルカラー複写機の制御系の１部を示す
断面図である。

【図２０】画像信号処理の流れを示す図である。

【図２１】プリンタ制御部における画像データ処理のブ
ロック図である

【図２２】光学系の斜視図である。

【図２３】プリンタ制御部のメインフローの図である。

【図２４】センサ入力処理のフローチャートである。

【図２５】第１のビーム調整法のフローチャートであ
る。

【図２６】第２のビーム調整法のフローチャートであ
る。

【図２７】ビーム径変更のフローチャートである。

【図２８】現像効率測定のフローチャートである。

【図２９】第３のビーム径調整の１部のフローチャート
である。

【図３０】第３のビーム径調整の１部のフローチャート
である。

【図３１】ビーム径変更のフローチャートである。

【符号の説明】

１４…ＣＣＤセンサ、４１…感光体ドラム、４４…
Ｖ₀センサ、２０１…プリンタ制御部、２０３…デ
ータＲＯＭ、２１０…ＡＩＤＣセンサ、２６４…半導
体レーザ、２６８…ビームエキスパンダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者児玉秀明大阪府大阪市中央区安土町２丁目３番13 号大阪国際ビルミノルタカメラ株式会社内 (56)参考文献特開平１−289979（ＪＰ，Ａ) 特開平３−253873（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−49315（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−66465（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−67921（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−135965（ＪＰ，Ａ) 特開平１−292372（ＪＰ，Ａ) 特開平４−37777（ＪＰ，Ａ) 特開平２−63848（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/04 - 15/04 120 G03G 15/00 303 G03G 21/00 370 - 500 B41J 2/44 H04N 1/23 - 1/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】感光体と、レーザ光を射出するレーザ光源と、このレーザ光源から射出されたレーザ光をビームにして
感光体を露光する光学系と、この光学系を制御して前記感光体上でのレーザビーム径
を変更するビーム径変更手段と、所定光量で発光するようにレーザ光源を制御する制御手
段と、上記所定光量で露光された感光体の表面電位を検出する
表面電位検出手段とを備え、上記の制御手段は、表面電位検出手段の検出値に基づき
ビーム径変更手段によりビーム径を変更することを特徴
とするデジタル画像形成法。
【請求項２】請求項１に記載されたデジタル画像形成
法において、上記のビーム径の変更による補正において、上記の制御
手段は、感光体上のレーザビームの光量分布の最大値が
目標値になるようにビーム径を変更することを特徴とす
るデジタル画像形成法。
【請求項３】請求項１に記載されたデジタル画像形成
法において、上記の制御手段は、ビーム径変更手段によりビーム径を
変更する前に、表面電位検出手段の検出値に基づき、帯
電電位Ｖ_oと残留電位Ｖ_Rとの差を一定にし、露光量ｉで
の感光体の表面電位の光減衰を表わす関数ｅｘｐ（−ｉ
／ｋ）における感度定数ｋを決定して、感度定数ｋに対
して予め定められている修正値によりレーザ光量を変更
し、さらに、残留電位Ｖ_Rに対して予め定められている
修正値により現像バイアス電位を変更することを特徴と
するデジタル画像形成法。
【請求項４】感光体と、レーザ光を射出するレーザ光源と、このレーザ光源から射出されたレーザ光をビームにして
感光体を露光する光学系と、この光学系を制御して前記感光体上でのレーザビーム径
を変更するビーム径変更手段と、所定光量で発光するようにレーザ光源を制御する制御手
段と、上記所定光量の露光によって感光体の表面に形成された
静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像手段と、現像された上記トナー像の画像濃度を検出する画像濃度
検出手段とを備え、上記の制御手段は、画像濃度検出手段の検出値に基づき
レーザビームの光量を増加したときにトナーが付着しは
じめる開始光量が目標値になるようにビーム径変更手段
によりビーム径を変更することを特徴とするデジタル画
像形成法。
【請求項５】請求項４に記載されたデジタル画像形成
法において、上記の制御手段は、ビーム径の変更の後で、現像効率を
決定することを特徴とするデジタル画像形成法。