JP3762054B2

JP3762054B2 - 画像記録装置

Info

Publication number: JP3762054B2
Application number: JP19090897A
Authority: JP
Inventors: 賢一郎朝田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2017-07-16
Also published as: JPH1134389A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザビームプリンタ、レーザファクシミリ、デジタル複写機などの画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザビームプリンタは、高速、高画質の要求を満たす画像記録装置として、広く使用されるようになって来ている。このレーザビームプリンタは、レーザ光源からの１本のレーザビームをポリゴンミラー等の回転多面鏡によって走査して感光体ドラム上に所定の画像を露光して画像の記録を行っている。
【０００３】
ところで、この種のレーザビームプリンタをさらに高速化するには、レーザビームの走査を行う回転多面鏡を高速で回転させる必要がある。しかし、回転多面鏡を高速で回転させることは、技術的に非常に難しく、回転多面鏡が高速になるにしたがって回転多面鏡の回転ムラ、耐久性の低下、騒音等が発生し、安定した高品位の画像が得られないという問題があった。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、２本以上のレーザビームを用いてこれらを回転多面鏡で走査する、いわゆるマルチビーム型のレーザビームプリンタが提案されている。このマルチビーム型のレーザビームプリンタにおいては、光源からの複数本のレーザビームを回転多面鏡で同時に走査するので、高速化が可能であり、しかも、回転多面鏡の回転速度が従来の半分以下で済むために、回転多面鏡の回転ムラが低減し、耐久性の向上や騒音の低下を実現できる。また、レーザビームを発生する光源として、小型で変調等を容易に行える半導体レーザを使用しており、感光体としては、耐久性や安全性等に優れたアモルファスシリコン（Ａ−Ｓｉ）を感光体として用いた感光体ドラムが使用されている。
【０００５】
また、特許第２５６２０１９号公報には、感光体と、感光体を帯電させる帯電手段と、感光体を走査するレーザ光を発光する複数の発光素子とを有する画像記録装置において、上記感光体の帯電電位を検知する電位検知手段と、上記複数の発光素子の発光量を調整する制御手段とを有し、この制御手段は、個々の発光素子を単独で発光させて上記感光体に形成した潜像の電位が所定の第１の値になるように各複数の発光素子の発光量を順次個別に調整し、個別に発光量を調整した複数の発光素子を同時に発光させて上記感光体に形成した潜像の電位が所定の第２の値になるように上記複数の発光素子の発光量を更に調整することを特徴とする画像記録装置が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記マルチビーム型のレーザビームプリンタでは、半導体レーザは出射するレーザビームの波長が７８０ｎｍ程度であるものを使うことが多いが、アモルファスシリコン（Ａ−Ｓｉ）を用いた感光体の分光感度は図７に示すように波長が７００ｎｍ以上で傾斜が急になっている。このため、半導体レーザが出射するレーザビームの波長がわずかでも異なると、感光体の電位が大幅に変化する。例えば、レーザビームの発光波長が７８５ｎｍである場合と、レーザビームの発光波長が７８８ｎｍである場合とでは、感光体の表面電位が図６に示すように大幅に異なる。
【０００７】
また、半導体レーザの発光波長は、温度依存性が高く、常に変動するために、たとえ同じレーザビームパワーを維持できたとしても、画像記録動作中でも経時で半導体レーザの発光波長が変動してしまう。また、レーザビームを発生するレーザ光源として複数のレーザ光源を使う構成では、各々のレーザビーム毎にレーザ光源の温度−波長依存性が異なる。この結果、感光体の潜像形成状態やレーザビームの径がバラバラに変化し、画質の劣化が生じてしまう。例えば図９に示すように２本のレーザビームＢ１、Ｂ２の間に波長差がある場合は、感光体の感度が波長によって異なるので、縦ラインのトナー像が不均一な縦ラインとなり、線のかすれが生ずる。
【０００８】
また、上記特許第２５６２０１９号公報記載の画像記録装置では、潜像電位を各レーザビーム毎に目標値となるように発光素子の発光量を調整するが、発光素子の発光波長が異なると、各レーザビームの径が異なってくるので、複数本のレーザビームを使う場合、同じ潜像電位が得られたとしても（電位検知手段の出力値が同じになったとしても）、各レーザビームの径が僅かに異なっていることにより、各レーザビームによる潜像のコントラストが異なり、実際に感光体上の潜像を顕像化して得られる顕像部のトナー濃度に差が生ずる。
【０００９】
例えば、レーザビームの径が発光素子の発光波長変動により細くなった場合は感光体の潜像電位（表面電位）Ｖ₀及びその現像後のトナー像が図８（ａ）に示すようになり、感光体は図８（ａ−１）に示すような潜像電位Ｖ₀が現像バイアス電位（現像開始レベル）以下である領域が現像装置により顕像化されて図８（ａ−２）に示すようなトナー像となる。
【００１０】
レーザビームの径が発光素子の発光波長変動により太くなった場合は感光体の潜像電位（表面電位）Ｖ₀及びその現像後のトナー像が図８（ｂ）に示すようになり、感光体は図８（ｂ−１）に示すような潜像電位（表面電位）Ｖ₀が現像バイアス電位（現像開始レベル）以下である領域が現像装置により顕像化されて図８（ｂ−２）に示すようなトナー像となる。
【００１１】
各レーザビームの径が異なると、感光体上の潜像電位の平均値が電位検知手段により同一として測定されたとしても、感光体上の潜像が現像装置により顕像化されて得られるトナー像は図８（ａ）（ｂ）に示すように異なることが起こり得る。図８において、ｄは書き込み密度に相当する距離であり、レーザビーム数が２本の場合にはトナー像の周期が２ｄとなる。トナー像の濃度としては、図８（ａ）に示すトナー像より図８（ｂ）に示すトナー像の方が濃くなる。感光体上の潜像のプロファイルは図８（ａ）の場合と図８（ｂ）の場合とで異なるが、感光体上の潜像電位の平均値は電位検知手段により同一として測定されてしまう。
【００１２】
このため、２本のレーザビームで同時に感光体を走査すると、１本のレーザビーム毎に交互に潜像の明部電位（画像部電位）が異なり、これを顕像化して得られるトナー像のライン幅が不均一になるとともに、ベタ黒部分の濃度が不均一になって画像ムラが生じ、画質が低下するという問題があった。
本発明は、複数本の光ビームによって感光体を走査する装置でも画像ムラ、線のかすれの無い高品位な画像を得ることができる画像記録装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、感光体と、この感光体を帯電させる帯電手段と、前記感光体を走査して潜像を形成させるための光ビームを発光する複数の発光素子と、前記感光体上の潜像を顕像化する現像手段とを有する画像記録装置において、前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、このトナー濃度検知手段の出力値が入力され前記複数の発光素子の発光量を調整する制御手段とを備え、この制御手段は、前記複数の発光素子を各々単独で発光させて前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度が所定の第１の値になるように前記複数の発光素子の発光量を順次に個別に調整し、発光量を個別に調整した前記複数の発光素子を同時に発光させて前記複数の発光素子の発光パワーの比はそのままとして前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度が所定の第２の値になるように前記複数の発光素子の発光量を更に調整するものであり、複数本の光ビームによって感光体を走査する装置でも画像ムラ、線のかすれの無い高品位な画像を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の一実施形態を示し、図３はその一部を示す。図２において、１、２は、感光体５を走査して潜像を形成させるための光ビームを発光する複数の発光素子としての半導体レーザからなるレーザ光源であり、半導体レーザ以外のレーザ光源などを用いてもよい。３は回転多面鏡としてのポリゴンミラー、４は折り返しミラーであり、ポリゴンミラー３及び折り返しミラー４などが本実施形態の光学手段を構成している。５はアモルファスシリコンの感光体を表面に有する感光体ドラム、６は感光体ドラム５を均一に帯電させる帯電手段としての１次帯電器である。
【００１５】
８は感光体ドラム５上の潜像を顕像化する現像手段としての現像器、９は感光体ドラム５上のトナー像を転写紙、ＯＨＰシートなどの転写材に転写する転写手段としての転写帯電器、１０は分離帯電器、１１はクリーナ、１２は前露光ランプ、１３は定着器、１４はレジストローラである。７は、現像器８と転写帯電器９との間に配置され、感光体ドラム５上の顕像化された顕像部のトナー濃度（トナー付着量）を検知するトナー濃度検知手段としての反射型フォトセンサからなるトナー濃度センサである。
【００１６】
図１は本実施形態の半導体レーザ発光量制御系を示す。図１において、１４は半導体レーザ１、２の発光量を制御する制御手段としての制御回路、１５は制御回路１４により制御されて半導体レーザ１、２を駆動する駆動回路である。
【００１７】
この実施形態の画像記録装置においては、画像記録時には、感光体ドラム５が図示しない回転駆動部により回転駆動されて前露光ランプ１２により全面露光で除電され、１次帯電器６により均一に帯電される。半導体レーザ１、２は、後述する駆動回路にて画像信号により駆動され、画像信号により変調されたレーザビームＢ１、Ｂ２を出射する。ポリゴンミラー３は、図示しないモータにより回転駆動され、半導体レーザ１、２からの２本のレーザビームＢ１、Ｂ２を同時に偏向走査する。
【００１８】
このポリゴンミラー３からの２本のレーザビームＢ１、Ｂ２が折り返しミラー４で反射されて感光体ドラム５に照射されることにより、感光体ドラム５が露光されて画像が書き込まれ、感光体ドラム５上に静電潜像が形成される。この感光体ドラム５上の静電潜像は現像器８により顕像化されてトナー像となり、また、図示しない給紙装置から転写紙、ＯＨＰシートなどの転写材がレジストローラ１４に給紙される。
【００１９】
レジストローラ１４は感光体ドラム５上のトナー像に合わせて転写材を送出し、この転写材は転写帯電器９により感光体ドラム５上のトナー像が転写されて分離帯電器１０により感光体ドラム５から分離された後に定着器１３によりトナー像が定着されて外部へ排出される。また、感光体ドラム５は、転写材分離後にクリーナ１１によりクリーニングされ、次の画像記録に備える。
【００２０】
図５は本実施形態の半導体レーザ発光量調整フローを示し、本実施形態では次のように半導体レーザ１、２の発光量を調整する。非画像記録時に、感光体ドラム５が回転駆動部により回転駆動され、感光体ドラム５の表面が１次帯電器６によって一定の電位Ｖｏに帯電される。次に、制御回路１４は、駆動回路１５に半導体レーザ１のみを駆動させ、この半導体レーザ１からのレーザビームＢ１により感光体ドラム５上を図４に示すように１本おきのラインパターンで露光させて感光体ドラム５上にラインパターン状の潜像を形成させる。このとき、半導体レーザ１の出力は所定の値に設定されている。
【００２１】
感光体ドラム５上のラインパターン状の潜像は、現像バイアス電源から現像バイアス電位Ｖｂが印加されている現像器８により顕像化され、潜像電位に応じたトナー像となる。この感光体ドラム５上の顕像化された顕像部（トナー像）のトナー濃度（トナー付着量）がトナー濃度センサ７により測定され、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値が制御回路１４に入力される。
【００２２】
制御回路１４は、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値が所定の値Ｖｔｄ１に等しくなるように駆動回路１５を介して半導体レーザ１の出力を制御する。すなわち、制御回路１４は、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値とＶｔｄ１との差が所定の範囲内でなくてトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値がＶｔｄ１より低ければ、半導体レーザ１からのレーザビームＢ１の光量を決定する半導体レーザ１の駆動電流をＩｏ＋ｃに変化させてレーザビームＢ１の光量を増やす。
【００２３】
また、制御回路１４は、逆にトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値とＶｔｄ１との差が所定の範囲内でなくてトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値がＶｔｄ１より高ければ、半導体レーザ１の駆動電流をＩｏ−ｄに変化させてレーザビームＢ１の光量を減らす。制御回路１４は、このような動作を１回以上繰り返してトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値をＶｔｄ１にほぼ等しくする（トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値をＶｔｄ１との差が所定の範囲内に入るようにする）。このときの最終的な半導体レーザ１のレーザビームパワーはＰ１とする。
【００２４】
その後、制御回路１４は、駆動回路１５に半導体レーザ２のみを駆動させ、この半導体レーザ２からのレーザビームにより感光体ドラム５上を１本おきのラインパターンで露光させて感光体ドラム５上にラインパターン状の潜像を形成させる。このとき、半導体レーザ１の出力は所定の値に設定されている。
【００２５】
感光体ドラム５上のラインパターン状の潜像は、現像バイアス電源から現像バイアス電位Ｖｂが印加されている現像器８により顕像化され、潜像電位に応じたトナー像となる。この感光体ドラム５上の顕像化された顕像部（トナー像）のトナー濃度がトナー濃度センサ７により測定され、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値が制御回路１４に入力される。
【００２６】
制御回路１４は、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値が所定の値Ｖｔｄ１に等しくなるように駆動回路１５を介して半導体レーザ２の出力を制御する。すなわち、制御回路１４は、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値とＶｔｄ１との差が所定の範囲内でなくてトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値がＶｔｄ１より低ければ、半導体レーザ２からのレーザビームＢ２の光量を決定する半導体レーザ２の駆動電流をＩｏ＋ｃに変化させてレーザビームＢ２の光量を増やす。
【００２７】
また、制御回路１４は、逆にトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値とＶｔｄ１との差が所定の範囲内でなくてトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値がＶｔｄ１より高ければ、半導体レーザ２の駆動電流をＩｏ−ｄに変化させてレーザビームＢ２の光量を減らす。制御回路１４は、このような動作を１回以上繰り返してトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値をＶｔｄ１にほぼ等しくする（トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値をＶｔｄ１との差が所定の範囲内に入るようにする）。このときの最終的な半導体レーザ２のレーザビームパワーはＰ２とする。
【００２８】
このようにすることで、２本のレーザビームＢ１、Ｂ２の波長が互いに異なることに起因する感光体感度のバラツキおよびレーザビームＢ１、Ｂ２の径の差による影響を補正することができて均一な画像を得ることができ、レーザビームＢ１、Ｂ２の間の不揃いは解消される。
【００２９】
一方、反射型フォトセンサからなるトナー濃度センサ７は、一般的に、感光体ドラム５上の顕像化された顕像部のトナー付着量が多くなるほど反射光量が低下するため、感光体ドラム５上の顕像部のトナー濃度の差を検出しにくくなる。更に、トナー濃度センサ７は、感光体ドラム５上の顕像部のトナー濃度が一定値を超えると、出力が飽和してしまい、感光体ドラム５上の顕像部のトナー濃度の差を検出できなくなるという不具合がある。
【００３０】
そこで、上記制御の目標値とするトナー濃度目標値Ｖｔｄ１は、トナー濃度センサ７の感度の良いトナー濃度（あまり低いトナー濃度をトナー濃度目標値とすると、再現性が悪くなり、逆に高いトナー濃度をトナー濃度目標値とすると、トナー濃度差の検出が難しくなるので、トナー濃度センサ７が検出できるトナー濃度範囲の中間（真中）のトナー濃度レベル程度が良い。）を選ぶことにより、より精度良く２本のレーザビームＢ１、Ｂ２の間でトナー濃度差を揃えることができる。
【００３１】
制御回路１４は、上記のように２本のレーザビームＢ１、Ｂ２の間の発光量調整を行ったら、駆動回路１５に半導体レーザ１、２を上記発光量調整後の状態で同時に駆動させ、この半導体レーザ１、２からのレーザビームにより感光体ドラム５上をラインパターンで露光させて感光体ドラム５上にラインパターン状の潜像を形成させる。このとき、半導体レーザ１、２の出力は所定の値に設定されている。
【００３２】
感光体ドラム５上のラインパターン状の潜像は、現像バイアス電源から現像バイアス電位Ｖｂが印加されている現像器８により顕像化され、潜像電位に応じたトナー像となる。この感光体ドラム５上の顕像化された顕像部（トナー像）のトナー濃度がトナー濃度センサ７により測定され、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値が制御回路１４に入力される。
【００３３】
制御回路１４は、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値が実際に必要とする所定の値Ｖｔｄ２に等しくなるように駆動回路１５を介して半導体レーザ１、２の出力を制御する。すなわち、制御回路１４は、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値とＶｔｄ２との差が所定の範囲内でなくてトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値がＶｔｄ２より低ければ、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値がＶｔｄ２＋ｆとなるように、先程の発光量制御で得られた各々のレーザビームＢ１、Ｂ２の光量（パワー）の制御値の比（Ｐ１：Ｐ２）はそのままにして半導体レーザ１、２の駆動電流を変更してレーザビームＢ１、Ｂ２の光量をα（α＞１）倍にする。
【００３４】
また、制御回路１４は、逆にトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値とＶｔｄ２との差が所定の範囲内でなくてトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値がＶｔｄ２より高ければ、トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値がＶｔｄ２−ｇとなるように、先程の発光量制御で得られた各々のレーザビームＢ１、Ｂ２の発光量（パワー）の制御値の比（Ｐ１：Ｐ２）はそのままにして半導体レーザ１、２の駆動電流を変更してレーザビームＢ１、Ｂ２の光量をβ（β＜１）倍にする。
【００３５】
制御回路１４は、このような動作を１回以上繰り返してトナー濃度センサ７のトナー濃度測定値をＶｔｄ２にほぼ等しくする（トナー濃度センサ７のトナー濃度測定値をＶｔｄ２との差が所定の範囲内に入るようにする）。
以上のようにして２つのレーザビーム間の差を目立たないようにすることにより、均一に所望の濃度の画像を得ることができる。
【００３６】
この実施形態では、感光体５と、この感光体５を帯電させる帯電手段としての帯電器６と、前記感光体５を走査して潜像を形成させるための光ビームＢ１、Ｂ２を発光する複数の発光素子としてのレーザ光源１、２と、前記感光体５上の潜像を顕像化する現像手段としての現像器８とを有する画像記録装置において、前記感光体５上の顕像化された顕像部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ７と、このトナー濃度検知手段７の出力値が入力され前記複数の発光素子１、２の発光量を調整する制御手段としての制御回路１４とを備え、この制御手段１４は、前記複数の発光素子１、２を各々単独で発光させて前記感光体５上の顕像化された顕像部のトナー濃度が所定の第１の値になるように前記複数の発光素子１、２の発光量を順次に個別に調整し、発光量を個別に調整した前記複数の発光素子１、２を同時に発光させて前記感光体５上の顕像化された顕像部のトナー濃度が所定の第２の値になるように前記複数の発光素子１、２の発光量を更に調整するので、複数本の光ビームによって感光体を走査する装置でも画像ムラ、線のかすれの無い高品位な画像を得ることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態は、２本のレーザビームで感光体ドラム５を走査する画像記録装置の実施形態であるが、３本以上のレーザビームで感光体ドラムを走査する画像記録装置にも本発明を同様に適用することができる。また、多くのレーザビームを用いる画像記録装置は、レーザ光源の出力の制御（波長補正）を行うときだけ、感光体ドラムの回転速度を遅くすることによって、レーザ光源の発光量制御をより正確に行うことができる。
【００３８】
すなわち、例えば５本のレーザビームを使用する画像記録装置では、１本のレーザビームは５本のラインに付き１本のラインしか走査できないため、トナー濃度センサが測定するラインの本数が極端に少なくなる。２本のレーザビームを使用する画像記録装置では、１本のレーザビームは２本のラインに付き１本のラインを走査できるので、トナー濃度センサで多くのライン走査によるトナー像を測定することができ、精度の良いレーザ光源発光量制御を行うことができるのに対し、５本のレーザビームを使用する画像記録装置では精度の良いレーザ光源発光量制御を行うことができい。このような５本のレーザビームを使用する画像記録装置では、感光体ドラムの回転速度をレーザ光源発光量制御時のみ通常の１／５〜１／２．５にすることにより、密なラインパターンを感光体ドラムに露光することができ、トナー濃度センサでトナー濃度の測定を精度良く行うことができ、高精度のレーザ光源発光量制御を行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、感光体と、この感光体を帯電させる帯電手段と、前記感光体を走査して潜像を形成させるための光ビームを発光する複数の発光素子と、前記感光体上の潜像を顕像化する現像手段とを有する画像記録装置において、前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、このトナー濃度検知手段の出力値が入力され前記複数の発光素子の発光量を調整する制御手段とを備え、この制御手段は、前記複数の発光素子を各々単独で発光させて前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度が所定の第１の値になるように前記複数の発光素子の発光量を順次に個別に調整し、発光量を個別に調整した前記複数の発光素子を同時に発光させて前記複数の発光素子の発光パワーの比はそのままとして前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度が所定の第２の値になるように前記複数の発光素子の発光量を更に調整するので、複数本の光ビームによって感光体を走査する装置でも画像ムラ、線のかすれの無い高品位な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体レーザ発光量制御系を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の概略を示す断面図である。
【図３】同実施形態の一部を示す斜視図である。
【図４】同実施形態の半導体レーザ発光量制御時における感光体露光パターンを示す図である。
【図５】同実施形態の半導体レーザ発光量調整フローを示すフローチャートである。
【図６】レーザビームの波長、光量と感光体表面電位との関係を示す特性図である。
【図７】アモルファスシリコン（Ａ−Ｓｉ）等の分光感度を示す特性図である。
【図８】従来の画像記録装置を説明するための図である。
【図９】従来の画像記録装置の縦ライン記録例を示す図である。
【符号の説明】
１、２半導体レーザ
５感光体
６帯電器
７トナー濃度センサ
８現像器
１４制御回路

Claims

感光体と、この感光体を帯電させる帯電手段と、前記感光体を走査して潜像を形成させるための光ビームを発光する複数の発光素子と、前記感光体上の潜像を顕像化する現像手段とを有する画像記録装置において、前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、このトナー濃度検知手段の出力値が入力され前記複数の発光素子の発光量を調整する制御手段とを備え、この制御手段は、前記複数の発光素子を各々単独で発光させて前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度が所定の第１の値になるように前記複数の発光素子の発光量を順次に個別に調整し、発光量を個別に調整した前記複数の発光素子を同時に発光させて前記複数の発光素子の発光パワーの比はそのままとして前記感光体上の顕像化された顕像部のトナー濃度が所定の第２の値になるように前記複数の発光素子の発光量を更に調整することを特徴とする画像記録装置。