JP3959696B2

JP3959696B2 - 電子写真記録装置の露光制御装置

Info

Publication number: JP3959696B2
Application number: JP25974195A
Authority: JP
Inventors: 信也小林; 国雄佐藤; 成司丸尾
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: JPH09101662A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真記録方法によって用紙上に画像を形成する画像形成装置に係り、特に、感光体の表面電位を安定に設定するのに好適な感光体の露光制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般によく知られている電子写真記録方法においては、感光体を一様に帯電させ、その上に記録する画像情報による露光を行い、これにより静電潜像を形成した後、その静電潜像を現像して、これに対応するトナー像を形成し、そのトナー像を記録紙に転写するようにしている。このような電子写真記録方法を用いてカラー画像の記録を行う方法も、種々開発されている。
【０００３】
特開昭48−37148 号公報に開示された装置は、２色の画像情報による１回の露光後に、２色のトナーによりそれぞれ正規，反転現像し、２色のトナー像を得るものであり、小型で高速な２色の画像形成装置となっていた。
【０００４】
特開平2−293765 号公報には３レベル画像形成において、白レベルを安定化するため、白レベルの電位を検出して露光出力を補正制御する画像形成方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、１回の露光により、感光体表面電位を、非露光部も含めて少なくとも３レベル以上の表面電位を作らなければならない。そこで、通常使われる非露光部表面電位と飽和露光表面電位との間に、少なくとも１レベルの中間表面電位を作らなければならない。この中間表面電位は、露光量に対して表面電位が飽和していない領域を使うため、露光量の多少の変動でも表面電位が大きく変動してしまう。この結果、白画像部にトナーが誤って付着してしまう現象、いわゆる当業者間でいうかぶりが発生し、画質を著しく劣化させてしまう。
【０００６】
白画像部内の露光量の変動要因の一つに、光源である半導体レーザの発熱による発光出力変動がよく知られている。つまり半導体レーザに通電すると、ｐｎ接合部の温度が上昇し、通電電流を一定に保っても、発光出力が低下する。この結果、感光体の中間表面電位が変動し、白画像部内に正規、または反転現像されたトナーが現像されるようになる。前記従来装置では、この対策として記録するページの各ライン間の非画像部において半導体レーザを発光させ、通常半導体レーザ内に備えられているモニタ用のフォトディテクタにより発光出力を測定し、半導体レーザの通電電流にフィードバックする方式を取っている。しかし、前記従来技術では、各ライン毎に発光出力を補正するため、ライン内部で発生する半導体レーザの発光出力変動については補正することができなかった。
【０００７】
本発明は、ライン内部で発生する半導体レーザの発光出力変動を補正することにより、かぶりのない、高画質な白画像部出力を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
画像信号に基づき、画素毎に半導体レーザの発光出力を複数レベルに変化させる発光出力制御部と、前記発光出力を測定する発光出力検出器と、前記発光出力がそれぞれ一定になるように前記半導体レーザの通電電流を操作する通電電流制御部とを備えた電子写真記録装置の露光制御装置において、前記発光出力検出器で、１頁の記録をする直前の用紙搬送方向の非画像部における、４ラインの中の第１ライン内画像部全域を、前記複数レベルの中の１レベルの前記発光出力０で非露光した直後の前記第１ライン方向のライン内非画像部で前記複数レベル中のＰｗ、Ｐ１に相当する発光出力値Ｐｗ０、Ｐ１０を測定し、前記４ラインの中の第２ライン内画像部全域を、前記複数レベルの中の１レベルの前記発光出力Ｐｗで露光した直後の前記第２ライン方向のライン内非画像部で前記複数レベル中のＰｗ、Ｐ１に相当する発光出力値Ｐｗｗ、Ｐ１ｗを測定し、前記４ラインの中の第３ライン内画像部全域を、前記複数レベルの中の１レベルの前記発光出力Ｐ１で露光した直後の前記第３ライン方向のライン内非画像部で前記複数レベル中のＰｗ、Ｐ１に相当する発光出力値Ｐｗ１、Ｐ１１を測定し、さらに、ＰｗおよびＰ１それぞれの前記通電電流制御部は、前記測定により得たＰｗ０−Ｐｗ１、Ｐｗ０−ＰｗｗおよびＰ１０−Ｐ１ｗ、Ｐ１０−Ｐ１１に相当するアナログ電圧をそれぞれのアナログ電圧の出力端子に印加し、前記画像信号によって前記アナログ電圧の出力端子をスイッチングし、コンデンサに充電放電を繰り返し、前記コンデンサの充電電圧を、１頁の記録をする用紙搬送方向の画像部におけるライン内画像部の発光出力の変動量電流値として前記通電電流に加算する発光出力補正部を備えた構成とした。
【０００９】
ライン内画像部全域を前記数レベルの発光出力で露光した後の非画像部で、あるレベルの発光出力を測定する手段によって、各画像信号毎のあるレベルの発光出力をそれぞれ得る。前記説明により、ライン内画像部全域を最も高い発光出力で露光した後のあるレベルの発光出力が最低となり、ライン内画像部全域を最も低い発光出力（一般にはゼロ）で露光した後のあるレベルの発光出力が最高となる。
【００１０】
実際の印字では、ライン内画像部中で画像信号が画素ごとに変化するため、光源のあるレベルの発光出力は、前記各画像信号毎のあるレベルの発光出力の最大と最小の間のレベルで、変動する。本発明では、前記画像信号からあるレベルの発光出力変動量を推定する手段によって、この変動量を、前記各画像信号毎のあるレベルの発光出力および前記各画像信号から推定する。最後に、前記発光出力変動量に相当する変動量電流を前記あるレベルに対応する通電電流に加算すれば、変動分をキャンセルすることができ、ライン内画像部においても、あるレベルの発光出力が安定に保たれる。
【００１１】
上記あるレベルの発光出力を、中間表面電位に対応する発光出力とすれば、これにより、かぶりのない、高画質な白画像部出力を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１、２、５〜７及び表１により説明する。
【００１３】
図１は本発明の画像形成装置の概略構成図である。１は静電潜像担持体である感光体ドラム、２は感光体ドラム表面を一様帯電するための帯電器、３は感光体表面に静電潜像を形成するレーザ光学系、１４はレーザ光学系３内部の半導体レーザの発光出力を制御する露光制御装置、４は図示しないパーソナルコンピュータやワードプロセッサなどの画像源からの画像信号、５は第１現像器、１２はその現像ロールに電圧を印加する第１現像バイアス電源、６は第２現像器、１３はその現像ロールに電圧を印加する第２現像バイアス電源、７は再帯電器、８は用紙、９は転写器、１０は定着器、１１はクリーナである。
【００１４】
図１に示した画像形成装置は以下のように動作する。感光体ドラム１は、矢印方向に回転する。まず、帯電器２で感光体ドラム１表面上を一様に帯電する。次に、感光体ドラム１表面上を、レーザ光学系３により、画像信号４によって変調されたレーザ光で感光体表面上を走査露光して、静電潜像を形成する。画像信号４は各画素毎に与えられる信号で、表１に示すような２ビットの信号（Ｄ１，Ｄ２）である。
【００１５】
【表１】

【００１６】
図２にレーザ光によるレーザ露光量Ｅと感光体表面電位Ｖｓとの関係を示す。静電潜像は三つの電位レベルから成り、一つは露光されない第１色部Ｖ０、一つは露光量Ｅｗで露光される白画像部Ｖｗ、さらに一つは露光量Ｅ１で露光される第２色部Ｖ１とする。なお表１には画像信号４とレーザ露光量Ｅ及び表面電位Ｖｓとの関係も示してある。
【００１７】
第１及び第２現像バイアス電源１２及び１３を、特開昭48−37148 号公報に示されるように適当に設定すると、第１色部Ｖ０には第１現像器５の正帯電トナーのみが正規現像されるようになり、第２色部Ｖ１には第２現像器６の負帯電トナーのみが反転現像されるようになる。一方、白画像部Ｖｗには電気的に、いずれのトナーも現像されない。表１に画像信号４と記録色との関係を示してある。第１現像器５と第２現像器６のトナーは帯電極性が反対であるので、再帯電器７でトナーを帯電して一方の極性に揃えてから、転写器９により矢印方向に移動する用紙８に転写して、さらに定着器１０により定着して、最終画像を得るものである。一方、クリーナ１１は転写後に感光体ドラム１上に残留するトナーをクリーニングして次回の記録に備える。
【００１８】
図２に示したように、レーザ露光量ＥがＥｗ付近は、特性の傾きが急になっており、レーザ露光量Ｅを正確にＥｗに設定しないと、感光体の表面電位ＶｓがＶｗからずれてしまう。表面電位Ｖｓが、ＶｗよりＶ０側にずれれば、白画像部に第１現像器５の正帯電トナーが現像されるようになるし、ＶｗよりＶ１側にずれれば、白画像部に第２現像器６の負帯電トナーが現像されるようになる。これはかぶりと呼ばれる現象であり、画質を著しく損なう。
【００１９】
レーザ露光量Ｅを正確にＥｗに設定するためには、Ｅｗに対応するレーザ光学系３内の半導体レーザ発光出力Ｐｗを安定に保てばよい。これを実現するために以下のような、ライン毎に半導体レーザの発光出力を制御する露光制御装置１４が使用されていた。
【００２０】
図３に、ライン毎の露光制御装置１４を示す。レーザ光学系３内の半導体レーザ素子３０１は、半導体レーザ３０２とフォトディテクタ３０３とからなっており、半導体レーザ３０２の発光出力は前記フォトディテクタ３０３で測定される。但し、フォトディテクタ３０３の応答性は半導体レーザ３０２よりも遅いので、測定が可能になるためには半導体レーザ３０２の発光出力を一定時間保持する必要がある。測定された、発光出力Ｐは、電圧の形で比較器３０４に入力される。比較器３０４のもう一方の端子には、目標発光出力Ｐｗに相当する電圧が印加されている。
【００２１】
Ｐ＜Ｐｗ
のときは、発光出力が不足しているときで、比較器３０４は論理「１」を３ステート出力のバッファ３０５に出力する。本実施例の場合はバッファ３０５は、コントロール端子contが論理「０」で、論理「１」が入力されたとき５Ｖ、論理「０」が入力されたとき０Ｖが出力され、コントロール端子contが論理「１」のときは、出力がハイインピーダンスになる。従ってこの場合、コントロール端子contが論理「０」ならば、コンデンサ３０６に充電され、電流源３０７に入力される、電流設定電圧が５Ｖに向かって上昇する。また逆に
Ｐ＞Ｐｗ
のときは、発光出力が過多のときで、比較器３０４は論理「０」をバッファ305 に出力する。従って、コントロール端子contが論理「０」ならば、コンデンサ３０６は放電され、電流源３０７に入力される、電流設定電圧が０Ｖに向かって下降する。
【００２２】
一方、白画像記録時は画像信号４が（Ｄ１，Ｄ２）＝（０，０）となり、電流スイッチング回路３０８がオンとなり、電流源３０７で設定された電流が半導体レーザ３０２を流れる。以上により、半導体レーザ３０２の発光出力は目標発光出力Ｐｗに保たれる。
【００２３】
なお、上記の例では、目標発光出力Ｐｗについての露光制御装置を示したが、図２に示した、レーザ露光量Ｅ１に対応するレーザ光学系３内の半導体レーザ発光出力Ｐ１を安定に保つ露光制御装置も上例と同様に構成できる。但し半導体レーザ素子３０１は、共用するため、図３に示す、他レベルの露光制御装置のところに接続される。
【００２４】
次に、図４に、コントロール端子contのタイミングチャートを示す。波形Ｐはレーザ光学系３内の半導体レーザ発光出力，波形ＢＤＴはビーム検知器による水平同期信号，波形contＰｗは発光出力Ｐｗを安定に保つ制御装置のコントロール端子cont信号，波形contＰ１は発光出力Ｐ１を安定に保つ制御装置のコントロール端子cont信号を示す。水平同期信号ＢＤＴが立ち下がる（時刻Ａ）と、発光出力Ｐは画像部に到達する（時刻Ｂ）まで白画像部の発光出力Ｐｗとなる。フォトディテクタ３０３の応答時間後、contＰｗが「０」となり、発光出力Ｐｗを安定に保つ制御装置が稼働する。画像部に到達する（時刻Ｂ）と、contＰｗが「１」となり、電流源３０７の電流値を維持する。発光出力Ｐは、画像部中、画像信号４に従ってＰ１，Ｐｗ，０のいずれかの値をとる（図中斜線部）。画像部が終わる(時刻Ｃ)と、発光出力Ｐは白画像部の発光出力Ｐｗとなる。次の水平同期信号ＢＤＴの少し手前(時刻Ｄ)から、ビーム検知器で検知できるように発光出力ＰはＰ１となる。そこでフォトディテクタ３０３の応答時間後、contＰ１が「０」となり、発光出力Ｐ１を安定に保つ制御装置が稼働する。次の水平同期信号ＢＤＴが立ち下がる（時刻Ｅ）と、contＰｗが「１」となり、電流源３０７の電流値を維持する。以上が各ライン毎に繰り返される。
【００２５】
しかし、上記露光制御装置ではライン毎の制御になるため、前述したようにライン内での発光出力変動に対応できない。そこで、図５に示すようなライン内の露光制御装置１４の構成とすれば、ライン内での発光出力変動にも対応可能となる。
【００２６】
図５に、ライン内の露光制御装置１４の装置構成を示す。本装置は、図３に示したライン毎の露光制御装置１４に新機能を付加したものであるので、その部分のみ説明する。フォトディテクタ３０３によって測定された半導体レーザ３０２の発光出力Ｐは、マイクロコンピュータ５０１のアナログ電圧入力端子ＡＤに導かれ、マイクロコンピュータ５０１内部に格納される。マイクロコンピュータ５０１は、後述する計算を行い、結果をアナログ電圧出力端子ＤＡ１及びＤＡ２に出力する。一方、画像信号４（Ｄ１，Ｄ２）はデコーダ５０２で、表１に示すようにＥ１，Ｅｗ，０の３種類の信号にデコードされ、サンプルホールダ５０３の３つのスイッチＥ１，Ｅｗ，０を断続する。これらスイッチＥ１，Ｅｗ，０は、電気抵抗５０４を経て、コンデンサ５０５に導かれる。コンデンサ５０５の充電電圧は、電圧加算器５０６に導かれる。充電速度は電気抵抗５０４とコンデンサ５０５の容量Ｃとによって決まるが、１ライン記録する時間でほぼ９０％充電が完了するように選定する。コンデンサ３０６の充電電圧は、電圧加算器５０６に導かれ、コンデンサ５０５の充電電圧と加算され、電流源３０７の電流設定電圧となる。
【００２７】
次に、図６に前記装置のタイミングチャートを示す。波形Ｐはレーザ光学系３内の半導体レーザ発光出力，波形ＢＤＴはビーム検知器による水平同期信号，波形ＡＤＰｗは発光出力Ｐｗを安定に保つ制御装置の電圧入力端子ＡＤの入力タイミングを、波形ＡＤＰ１は発光出力Ｐ１を安定に保つ制御装置の電圧入力端子ＡＤの入力タイミングを示す。まず、発光出力Ｐｗを安定に保つ制御装置について説明する。１頁の記録をする直前の非画像部の４ラインで、ライン毎の露光制御を停止する。具体的には、図４に示す、信号contＰｗを発生しないようにする。すると、図３の電流源３０７の設定電流はこの４ラインのみ一定になる。まず、水平同期信号ＢＤＴが立ち下がる（時刻Ａ）と、発光出力Ｐは画像部に到達する（時刻Ｂ）まで白画像部の発光出力Ｐｗとなり、画像部に到達する（時刻Ｂ）と、第１ラインでは、画像部全域を発光出力０で露光する（つまり非露光）。その後、画像部が終わる（時刻Ｃ）と、発光出力Ｐは、ライン内画像部全域を発光出力０で露光した直後の発光出力Ｐｗに相当する発光出力Ｐｗ０が測定される。第２ラインでは、同様に、ライン内画像部全域を発光出力Ｐｗで露光した直後の発光出力Ｐｗに相当する発光出力Ｐｗｗが測定される。第３ラインでも、同様に、ライン内画像部全域を発光出力Ｐ１で露光した直後の発光出力Ｐｗに相当する発光出力Ｐｗ１が測定される。半導体レーザの発熱の関係からそれらの大小関係は、Ｐｗ０＞Ｐｗｗ＞Ｐｗ１となる。第４ラインでは、再び画像部全域を発光出力０で露光し、半導体レーザを冷却する。これと同時に図５のアナログ電圧出力端子ＤＡ１及びＤＡ２に、それぞれ、Ｐｗ０−Ｐｗ１，Ｐｗ０−Ｐｗｗに相当するアナログ電圧を出力する。第４ラインでは、画像部全域を発光出力０で露光するため、コンデンサ５０５はほぼ放電する。第５ラインからは、アナログ電圧出力ＤＡ１及びＤＡ２は変更せず、画像信号（画像部外も含む）によってサンプルホールダ５０３をスイッチングしコンデンサ５０５に充電放電を繰り返す。前記コンデンサ５０５の充電電圧は、発光出力Ｐｗの、ライン内での変動量を推定するものである。一般に、発光出力Ｐｗ近傍では、レーザの発光出力の変化量と駆動電流の変化量は比例するため、前述したようにコンデンサ３０６の充電電圧を、電圧加算器５０６により、前記コンデンサ５０５の充電電圧と加算して、電流源３０７の電流設定電圧とすれば、レーザの発光出力の変動は抑えることができる。この、画像信号から発光出力の変動量を推定する方法は、上記したような電気回路的なもののほかに、同じ思想でコンピュータのプログラムで実現することもできる。電気回路的なものは、高速で動作可能で量子化誤差がない。プログラムによるものはより柔軟な、画像信号から発光出力の変動量の推定を可能にする。
【００２８】
最後に、図７に本実施例の効果を示す。図７は、用紙上に図に示すような２色（反転現像の第１色１Ｃと正規現像の第２色２Ｃ）のべた画像を記録する場合であり、以下の波形は図中に示す走査線上における各種信号を示す。図７（１）に、画像信号４及びライン毎の露光制御だけの場合の発光出力Ｐを、図７（２）にその時の感光体表面電位変動及びかぶりの様子を、図７（３）にその時の半導体レーザＰＮ接合部の発熱量及びその温度（推定）を示す。１Ｃ記録時は強露光するため半導体レーザの発熱が多く、ＰＮ接合部温度が上昇し、発光出力Ｐが減少する。しかし、図２に特性を示したとおり、感光体表面電位は飽和しているため、あまり変わらない。しかし１Ｃべた画像の、図中すぐ右横の白画像部では、この温度上昇の影響が大きく、図（２）に示すように表面電位が高くなり正規現像トナー２Ｃが現像されて、いわゆるかぶりとなる。図７（３）に示すように、半導体レーザＰＮ接合部の温度は徐々に冷却されるため、このかぶりの影響は、実際の実験では１Ｃべた画像の右側数センチ程度（数μｓｅｃ）に影響が現れる。これに対し、図５に示すライン内の露光制御を施すと、以下のようになる。図７（４）に、補正前後の電流設定値を、図７（５）に補正後の発光出力Ｐを示す。前記コンデンサ５０５の充電電圧は、図７（３）に示す、半導体レーザの温度波形とほぼ同等になる。従ってこれを、白画像部において、コンデンサ３０６の充電電圧に加算すれば図７（４）のようになる。これにより発光光量Ｐｗは補正されて図７（５）のように熱の影響を受けずに一定になる。これによりかぶりが発生しなくなり、画質が向上する。
【００２９】
一方、１Ｃべた部を露光する発光出力Ｐ１については、図７(５)に示すように熱による影響がある。これについても同様の回路で安定化できる。図６に、示したように、ＡＤＰ１のタイミングで、それぞれ図に示すような発光出力Ｐ１０，Ｐ１ｗ，Ｐ１１を測定すれば、あとは発光出力Ｐｗのときと同様な手順で、発光出力Ｐ１を、熱の影響を受けずに一定にすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によると、ライン内部で発生する半導体レーザの発光出力変動を補正することができるため、かぶりのない高画質な白画像部出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の概略構成図。
【図２】レーザの露光量Ｅと感光体表面電位Ｖｓとの関係図。
【図３】ライン毎の露光制御装置。
【図４】図３の装置のタイミングチャート。
【図５】ライン内の露光制御装置。
【図６】図５の装置のタイミングチャート。
【図７】本実施例の効果。

Claims

画像信号に基づき、画素毎に半導体レーザの発光出力を複数レベルに変化させる発光出力制御部と、前記発光出力を測定する発光出力検出器と、前記発光出力がそれぞれ一定になるように前記半導体レーザの通電電流を操作する通電電流制御部とを備えた電子写真記録装置の露光制御装置において、前記発光出力検出器で、１頁の記録をする直前の用紙搬送方向の非画像部における、４ラインの中の第１ライン内画像部全域を、前記複数レベルの中の１レベルの前記発光出力０で非露光した直後の前記第１ライン方向のライン内非画像部で前記複数レベル中のＰｗ、Ｐ１に相当する発光出力値Ｐｗ０、Ｐ１０を測定し、前記４ラインの中の第２ライン内画像部全域を、前記複数レベルの中の１レベルの前記発光出力Ｐｗで露光した直後の前記第２ライン方向のライン内非画像部で前記複数レベル中のＰｗ、Ｐ１に相当する発光出力値Ｐｗｗ、Ｐ１ｗを測定し、前記４ラインの中の第３ライン内画像部全域を、前記複数レベルの中の１レベルの前記発光出力Ｐ１で露光した直後の前記第３ライン方向のライン内非画像部で前記複数レベル中のＰｗ、Ｐ１に相当する発光出力値Ｐｗ１、Ｐ１１を測定し、さらに、ＰｗおよびＰ１それぞれの前記通電電流制御部は、前記測定により得たＰｗ０−Ｐｗ１、Ｐｗ０−ＰｗｗおよびＰ１０−Ｐ１ｗ、Ｐ１０−Ｐ１１に相当するアナログ電圧をそれぞれのアナログ電圧の出力端子に印加し、前記画像信号によって前記アナログ電圧の出力端子をスイッチングし、コンデンサに充電放電を繰り返し、前記コンデンサの充電電圧を、１頁の記録をする用紙搬送方向の画像部におけるライン内画像部の発光出力の変動量電流値として前記通電電流に加算する発光出力補正部を備えたことを特徴とする電子写真記録装置の露光制御装置。