JP3324789B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザを利用す
る複写機，ファクシミリ，レーザプリンタ等の画像形成
装置に係り、特に、形成する画像が階調を表現できる画
像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタル値に変換された画像デー
タに基づいてレーザ手段を駆動し、画像を再現するレー
ザプリンタ等の電子写真式画像形成装置は種々実用化さ
れており、写真等のいわゆる中間調画像を忠実に再生す
るための画像形成装置も種々提案されている。

【０００３】この種の画像形成装置としては、ディザマ
トリクスを用いた面積階調法やレーザのパルス幅(発光
時間)、もしくは発光強度を変化させて、レーザ光量(＝
発光時間×強度)を変化させることによって印字される
１ドットに対する階調を表現する多値化レーザ露光法
(パルス幅変調方式，強度変調方式)等が知られており
(例えば、特開昭62-91077号公報，特開昭62-39972号公
報，特開昭62-188562号公報，特開昭61-22597号公報)、
さらには、ディザとパルス幅変調方式あるいは強度変調
方式とを組み合わせた多値化ディザ法も知られている。

【０００４】ところで、この種の階調法によれば、デジ
タル複写機においては、再現すべき画像データの階調度
に１対１に対応した階調を有する画像濃度を原理的に再
現し得るはずであるが、実際には感光体の感光特性，ト
ナーの特性，使用環境等の種々の要因が複雑に絡み合っ
て、再現すべき原稿濃度と再現された画像濃度とは正確
には比例せず、図５に図式的に示すように、本来得られ
るべき比例特性Ａからずれた特性Ｂを示す。このような
特性は、一般にγ特性と呼ばれ、特に中間調原稿に対す
る再現画像の忠実度を低下させる大きな要因となってい
る。

【０００５】従って、再現画像の忠実度を向上させるた
めに、従来より、読み取った原稿濃度を所定のγ補正用
変換テーブルを用いて変換し、変換した原稿濃度に基づ
いてデジタル画像を形成することにより、原稿濃度と画
像濃度とがリニアな関係(特性Ａ)を満足するようにす
る、いわゆるγ補正が行われている。このように、通常
はγ補正を施すことにより、画像を忠実に再現すること
ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
て、多値化レーザ露光法や多値化ディザ法による画像再
現は、アナログ的な潜像によるため、感光体の潜像の拡
散等に階調特性が大きく依存し、感光体の特性が変化す
ると、階調特性も変化してしまうという問題があった。

【０００７】すなわち、単一の変換テーブルに基づくγ
補正は、γ特性が一定の時のみ正しく作用して、リニア
な階調特性とするものであるので、γ特性が変動する
と、適切なγ補正を行うことができず、リニアな階調特
性が再現できないので、忠実な再現画像を得ることがで
きなくなってしまう。

【０００８】電子写真式画像形成装置において、コロナ
放電により電荷を与えられた感光体にレーザ露光を行う
と、レーザ光反射，散乱が少なからず生じるため、レー
ザ照射部周囲にも潜像が発生し、さらには、レーザ未照
射部分における電気抵抗が無限大ではないことに起因す
る電荷輸送時の電荷の拡散によって、時間的に潜像が平
均化してしまう現象により、実際に照射されるレーザビ
ームよりも、輪郭が大きく、ぼやけた静電潜像が形成さ
れてしまう。この現象は一般的に潜像拡散と呼ばれてい
る。

【０００９】この潜像拡散現象を図６に模式的に示す。
図６(a)は、レーザビームの強度分布の一例を示してお
り、図６(b)は、感光体に形成される潜像の走査方向に
おける電位分布を示している。潜像拡散が起こらない理
想的な状態では、図６(b)の破線で示されたように、レ
ーザ強度分布に沿った潜像が形成されるが、実際には、
図６(b)の実線で示されるように、破線の理想潜像より
も口径が大きくなり、かつ降下電位が小さくなって、ト
ナーの付着量が減少するので、全体的にぼやけた潜像が
形成されてしまう。

【００１０】上記の潜像拡散による影響の割合(以下、
拡散率と称する)や、現像特性(トナー粒径，トナー帯電
電荷量)は、環境，経時により変化する。そのためにγ
特性も変化する。図３(a)にγ特性の変化の一例を示
す。

【００１１】従来では、特定のγ特性に対するγ補正が
行われていた。例えば、図３(a)に示されるように、γ
特性が(イ)，(ハ)のように変化しても常にγ特性(ロ)に
対応するγ補正用変換テーブルによってγ補正が行われ
ていた。

【００１２】このγ補正用変換テーブルによるレーザの
発光特性は図３(b)の同じ(ロ)の曲線である。図３(c)
は、図３(a)に示される各特性について、γ特性(ロ)に
対応するγ補正を行ったときのγ特性を示している。図
からわかる通り、γ特性の変化にかかわらず常に一定の
γ補正を行ったのでは、γ特性が変動した時、正しいγ
補正が行えないことになる。

【００１３】このように拡散率や、現像特性が変化して
しまうと、γ特性が変動するので、γ補正が適切に行わ
れず、画像の階調特性が変化してしまって安定した画像
が得られない。

【００１４】本発明の目的は、各種階調に対応するため
に、所望の階調データに階調補正する階調補正手段が備
えられた画像形成装置において、発生するγ特性の急峻
な変動を抑制して正しい階調度の実現を可能にする画像
形成装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の第１の手段は、感光体にレーザ光を照射し
て潜像を形成させ、該潜像をトナー現像することによっ
て画像を形成する画像形成手段と、各種画像階調に対応
するために所望の階調データに階調補正する階調補正手
段とが備えられた画像形成装置において、基準となるγ
特性の値と測定された画像濃度との差により得られるγ
変動率が急峻な場合、最大階調レベルに対応するレーザ
発光強度の中で低い強度を選択してレーザを駆動させる
ことにより画像形成における階調特性の変動を補償する
制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１６】また第２の手段は、感光体にレーザ光を照
射して潜像を形成させ、該潜像をトナー現像することに
よって画像を形成する画像形成手段と、各種画像階調に
対応するために所望の階調データに階調補正する階調補
正手段とが備えられた画像形成装置において、基準とな
るγ特性の値と測定された画像濃度との差により得られ
るγ変動率が急峻な場合、あらかじめ用意されたγ補正
用変換テーブルのうちでレーザの発光特性における立ち
上がりが鈍くなる特性のγ補正用変換テーブルを選択し
てレーザを駆動させることにより画像形成における階調
特性の変動を補償する制御手段を備えたことを特徴とす
る。

【００１７】また第３の手段は、感光体にレーザ光を照
射して潜像を形成させ、該潜像をトナー現像することに
よって画像を形成する画像形成手段と、各種画像階調に
対応するために所望の階調データに階調補正する階調補
正手段とが備えられ、かつレーザ光量を多段階に変化さ
せて階調表現とディザ法とを組み合わせて階調表現を行
う画像形成装置において、基準となるγ特性の値と測定
された画像濃度との差により得られるγ変動率が急峻な
場合、設定されているγ補正用変換テーブルに基づくγ
特性を線形化させるディザ閾値パターンに切り替えてレ
ーザを駆動させることにより画像形成における階調特性
の変動を補償する制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１８】

【００１９】

【作用】上記の手段によれば、γ特性の変動する方向
と、反対の向きにγ特性を変動させるようにすること
で、結果としてγ特性を変動させないようにする。具体
的には、上記の第１の手段では、階調データに対するγ
特性の変動を補償するように、γ特性に応じてレーザの
最大強度を変化させ、また第２の手段では、階調データ
に対するγ特性の変動を補償するように、γ特性に応じ
たγ補正用変換テーブルを用いて、レーザ光量を非線形
制御することにより、階調変動を補償し、また第３の手
段では、階調データに対するγ特性の変動を補償するよ
うに、γ特性に応じてディザの閾値を変化させることに
より、画像形成における階調特性の変動を補償する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２１】図１は本発明の一実施例のＬＢＰ(レーザ
ビームプリンタ)の制御系のブロック図、図２は本実施
例のＬＢＰの内部機構の概略説明図であり、矢示したよ
うに反時計方向に回転する感光体10の周辺には、その回
転方向に帯電チャージャ11，光書き込みユニット12，現
像ユニット13，転写チャージャ14，クリーニングユニッ
ト15がそれぞれ配置されている。

【００２２】入力される多値画像信号(階調レベル)に対
して、感光体10の階調特性に応じた補正(γ補正)がγ変
換部30によってかけられ、必要に応じてディザ処理をデ
ィザ処理部31で行った後、補正後の画像データをレーザ
ダイオードドライバ32においてデジタル／アナログ信号
変換してレーザダイオード駆動信号として、この駆動信
号によりレーザダイオード33を駆動させる。階調データ
に対応してレーザダイオード33から発生するレーザビー
ムは、回転多面鏡25を介して、感光体10を露光し、感光
体10に静電潜像を形成する。

【００２３】前記静電潜像は、現像ユニット13により現
像され、トナー像に変換された後、そのトナー像は転写
チャージャ14によって一点鎖線で示したルート上を搬送
されてきた記録媒体である用紙に転写される。

【００２４】感光体10上に残留するトナー及び電荷は、
クリーニングユニット15によりそれぞれ除去され、除去
されたトナーはクリーニングユニット15に回収される。

【００２５】トナー像が転写される用紙は、給紙カセッ
ト17上の用紙スタック18からの給紙ローラ19により給紙
され、レジストローラ対20に当接して一時停止した後、
光書き込みユニット12により書き込まれた感光体10上の
画像に合わせてタイミングをとり、レジストローラ対20
によって転写チャージャ14の位置に搬送され、トナー像
が転写される。

【００２６】トナー像が転写された用紙は、定着ユニッ
ト21に搬送され、加熱されている定着ローラ21aで加圧
ローラ21bに圧接され、その熱と圧力とにより定着され
た後、排紙ローラ22に搬送されて排紙口23から排紙トレ
ー24上に排出される。

【００２７】γ特性の変動率Δγは、以下のようにして
検出される。

【００２８】感光体10をＮ個の領域に分け、それぞれの
領域ごとにγ特性の略直線を示す濃度範囲内で、強度を
異ならせたレーザビームにより所定パターンのレーザ露
光を行う。すなわち、同一領域内においては、同一強度
で露光される。そして、現像された後の各領域における
画像濃度を濃度センサ26で検知する。なお、この時の濃
度は、領域内において複数箇所測定された電位の平均値
である。

【００２９】一方、基準となるγ特性に対する画像濃度
値をあらかじめデータとして、ＲＯＭ35に格納してお
く。すなわちγ変動率Δγは、計算式

【００３０】

【数１】 Δγ(ｎ)＝(ＩＤ０(ｎ)−ＩＤ１(ｎ))／ＩＤ０(ｎ) ただし、ＩＤ０＝基準となるγ特性の濃度値 ＩＤ１＝濃度センサによる測定値 ｎ＝１，２，・・・・Ｎ より、全ての領域について、Δγ(ｎ)を求め、全てのΔ
γの平均値を最終的なΔγとする。上記の制御ルーチン
は、ＣＰＵ34により電源ＯＮ時、あるいは、感光体10，
現像ユニット13を交換した時、あるいはプリント，コピ
ーの開始時に行う。このγ変動率Δγに基づいて画像形
成における階調特性の補償が行える。

【００３１】ここで、感光体10上の特性上、レーザの強
度を変化させても、γ特性が変動することを図３(d)に
示した。最大階調レベルに対応するレーザ発光強度(以
下、最大レーザ強度と称する)を変化させることによ
り、γ特性の変動を抑えることができる。

【００３２】本発明の第１実施例では、具体例としてγ
変動率Δγの値により、最大レーザ強度がｍ段階に設定
されているとする。その設定値はＲＯＭ37に格納されて
いる。Δγは、＋方向に大きな値ほど立ち上がりが急峻
になる。この急峻な特性を相殺するには、ＣＰＵ34によ
りγ特性を最も緩やかにするレーザ強度、すなわち、あ
らかじめ用意されている最大レーザ強度のうちで、最低
強度を選択してレーザダイオードドライバ32を制御す
る。

【００３３】このようにΔγの値に対して、感光体10の
γ特性への影響を与えない各レーザ強度は、あらかじめ
実験で求めておけばよい。このようにして、選択された
強度のレーザ露光を行うことにより、γ特性の変動が抑
制されるので、適切なγ補正が行われる。

【００３４】次に、本発明の第２実施例であるγ特性補
償としてγ補正用変換テーブルをΔγに応じて切り換え
る場合を説明する。

【００３５】第２実施例では、Δγに応じてｍ個の変換
テーブルを用意しているとする。そのデータはＲＯＭ35
に格納されている。ＣＰＵ34は、Δγによって、感光体
10が影響を受けた結果生じるγ特性の変動を補正するの
に適したγ補正用変換テーブルを選択する。

【００３６】Δγが＋方向に大きい時、すなわちγ特性
が鋭く立ち上がる時、この急峻な特性を相殺するには、
γ特性を最も緩やかにするγ変換テーブル、すなわち、
あらかじめ用意されているテーブル１〜ｍのうち、レー
ザの発光特性を最も立ち上がりが鈍くする特性の変換テ
ーブルを選択する。このように、Δγの値による感光体
10のγ特性をレーザ発光を非線形に制御してγ補正を行
うための各変換テーブルは、あらかじめ実験で求めれば
よい。

【００３７】この第２実施例は、強度変調方式，パルス
幅変調方式，強度＋パルス幅変調方式，ディザ法，誤差
拡散法等、種々の方式を利用した装置に適用することが
できる。

【００３８】第２実施例では、階調表現として多値化デ
ィザ法を用い、階調特性補償としてディザの閾値をΔγ
に応じて変化させる。

【００３９】本発明の第３実施例においては、γ変換部
30により出力された信号は、ディザ処理部31によりＲＯ
Ｍ36内のディザ閾値データによりディザ処理が施され、
レーザダイオードドライバ32に出力される。本実施例で
は図４(a)〜(d)に示したように４つのディザパターンを
示す。

【００４０】ここで、γ補正用変換テーブル(ＲＯＭ)35
に図３(a)における(ロ)のγ補正変換データが格納され
ているとすると、γ特性が(イ)のように変動した場合、
図３(c)に示すように完全に補正しきれずに、補正後も
非線形のままである。従って、本実施例では、所定のγ
補正用変換テーブルのみによるレーザ発光の非線形制御
を行っても、非線形のままの特性をさらに補正して線形
化することができる入出力特性を有したディザ１(図４
(a))に切り換える。

【００４１】このように、所定のγ補正用変換テーブル
によるレーザ発光制御をΔγに対して行った結果のγ特
性はあらかじめ実験で求められ、従って、最終的に各γ
特性をそれぞれ線形化することの可能なディザの閾値パ
ターンが求められる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明における上
記の各手段では、γ特性の急峻な変動に対して階調特性
の補償を行うので、感光体の劣化や交換，現像装置の交
換，環境変動等に伴う階調特性の影響を抑制して、階調
再現性の優れた画像を得ることができる画像形成装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるＬＢＰの制御系のブロ
ック図である。

【図２】本実施例の内部機構の概略説明図である。

【図３】γ特性の変化の説明図である。

【図４】ディザパターンの説明図である。

【図５】画像濃度と階調レベルとの関係の説明図であ
る。

【図６】レーザビーム強度の説明図である。

【符号の説明】

10…感光体、 26…濃度センサ(検出手段)、 30…γ変
換部、 31…ディザ処理部、 32…レーザダイオードド
ライバ、 33…レーザダイオード、 34…ＣＰＵ(制御
手段)、 35…ＲＯＭ(γ補正用変換テーブル)。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光体にレーザ光を照射して潜像を形成
   させ、該潜像をトナー現像することによって画像を形成
   する画像形成手段と、各種画像階調に対応するために所
   望の階調データに階調補正する階調補正手段とが備えら
   れた画像形成装置において、基準となるγ特性の値と測
   定された画像濃度との差により得られるγ変動率が急峻
   な場合、最大階調レベルに対応するレーザ発光強度の中
   で低い強度を選択してレーザを駆動させることにより画
   像形成における階調特性の変動を補償する制御手段を備
   えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 感光体にレーザ光を照射して潜像を形成
   させ、該潜像をトナー現像することによって画像を形成
   する画像形成手段と、各種画像階調に対応するために所
   望の階調データに階調補正する階調補正手段とが備えら
   れた画像形成装置において、基準となるγ特性の値と測
   定された画像濃度との差により得られるγ変動率が急峻
   な場合、あらかじめ用意されたγ補正用変換テーブルの
   うちでレーザの発光特性における立ち上がりが鈍くなる
   特性のγ補正用変換テーブルを選択してレーザを駆動さ
   せることにより画像形成における階調特性の変動を補償
   する制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 感光体にレーザ光を照射して潜像を形成
   させ、該潜像をトナー現像することによって画像を形成
   する画像形成手段と、各種画像階調に対応するために所
   望の階調データに階調補正する階調補正手段とが備えら
   れ、かつレーザ光量を多段階に変化させて階調表現とデ
   ィザ法とを組み合わせて階調表現を行う画像形成装置に
   おいて、基準となるγ特性の値と測定された画像濃度と
   の差により得られるγ変動率が急峻な場合、設定されて
   いるγ補正用変換テーブルに基づくγ特性を線形化させ
   るディザ閾値パターンに切り替えてレーザを駆動させる
   ことにより画像形成における階調特性の変動を補償する
   制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。