JP4437698B2 - 多色画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置により露光されるカラーレーザプリンタ、カラーデジタル複写機、カラーファックス等の多色画像形成装置に関するものである。

従来から、画像形成装置の露光装置のシェーディング特性（主走査方向の位置の違いによる光量差）を低減するために様々な対策が提案されている（例えば、特許文献１ないし３参照）。
画像形成装置において露光装置のシェーディング特性（主走査方向の位置の違いによる光量差）を低減するための対策としては、特許文献１におけるようなトナー濃度検出により光量調整を行うこと、特許文献２におけるような光学系によりシェーディングを補正すること、または特許文献３におけるようなトナー濃度検出により光量補正を行うことが知られている。
特開２００２−３１８４７５公報 特開２０００−２４２１７４公報 特開平１１−１１９４８０号公報

しかしながら、多色画像出力装置における高画質化の要求は年々高まってきている。とくに写真画像出力の増加に伴い、色味や階調性は画質を表す特性として重視されている。即ち、特許文献１〜３に開示されている従来技術は、シェーディングを補正しても、主走査方向の位置によるビーム品質（ビーム径）のバラツキや感光体特性（帯電電位）のバラツキ等により濃度ムラが発生し、濃度ムラにより、色差が発生、または階調性が劣化するといった問題がある。
また、偏向手段（ポリゴンスキャナ）の回転数を増加させずに、高速印刷または高解像度を実現する方法として複数光源を用い、１回のビーム走査で複数ラインを露光するマルチビーム走査方式が提案されている。
ところが、複数光源による被走査面上でのビーム品質の違いやビーム間隔のバラツキにより、画像形成するための最初の光源が入れ替わると各色の画像濃度が変化してしまい、色差が発生、または階調性が劣化するという問題を生じる。
これらの問題を解決するための手段の１つとして、個々の部品特性（光走査装置のビーム品質や感光体特性等）のバラツキを低減するという方法があるが、個々の部品の品質を向上させることはコストアップとなる。また、かかるコストアップを含む対策を講じても、色差や階調性を極限まで向上させることは困難である。
本発明は係る課題に鑑み、低コストで簡単な構成で色差の発生を低減し、階調性を向上させる多色画像形成装置を提案することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光源と、画像情報に基づき前記光源を変調駆動する変調駆動手段と、前記光源からのビームを走査する偏向手段と、前記偏向手段によって偏向されたビームを感光体に導く走査光学素子とを有する多色画像形成装置において、主走査方向の位置によるビーム品質のバラツキ、および、主走査方向の位置による感光体特性のバラツキによる各色の画像濃度の主走査方向のバラツキを低減するために、１走査内で前記光源の光量を変化させる光量変化手段を有し、各色において、画像形成するための最初の１行目の前記光源が入れ替わったときの画像濃度変化を低減するように複数光源の光量補正を行うことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記光量補正は１走査内で前記複数光源の補正量を変化させるようにすることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、トナーを保持する感光体と、この感光体に形成された複数個所の画像濃度を検知する濃度検知手段とを有し、前記濃度検知手段による検知信号に基づき各光源の光量補正を行う請求項１又は２記載の多色画像形成装置を特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、画像読み取り手段を有し、記録媒体の画像濃度を画像読み取り手段で測定した結果に基づき、各光源の光量補正を行う請求項１乃至３のいずれか一項記載の多色画像形成装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、少なくとも１つの光源において、前記感光体面上におけるビームの光量を像高により異ならせる請求項１乃至４のいずれか一項記載の多色画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、主走査方向のどの位置でも所望の色の画像を出力でき、なおかつ、階調性に優れた画像出力が可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は多色画像形成装置の基本的な構成を示す概略図である。以下の説明で、Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、そしてＫはブラックを示す。
図１において、感光体（像担持体）１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは矢印の方向に回転し、回転順に帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、転写用帯電手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ、クリーニング手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配備されている。
帯電部材２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。この帯電部材と現像部材４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの間の感光体表面に書き込みユニット３によりビームが照射され、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに静電潜像が形成されるようになっている。
そして、静電潜像に基づき、現像部材により感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ面上にトナー像が形成される。さらに、転写用帯電手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにより、転写ベルト８上の記録紙１１に各色順次転写トナー像が転写され、最終的に定着手段１０により記録紙１１に画像が定着する。定着手段１０側の転写ベルト８近傍には濃度検知手段９が配置される。

図２は書き込みユニットの構成を示す概略斜視図である。図２において、２組の半導体レーザとカップリングレンズより構成される光源部１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは略平行光束を出射する。
出射された光束は図示しないアパーチャ径により、ビームを規制され、シリンドリカルレンズ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋによりポリゴンスキャナ１６の反射面近傍に主走査方向に長い線像が形成される。
さらにポリゴンスキャナ１６により偏向走査されたビームは第１の走査レンズ１７、第２の走査レンズ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋを通過し、それぞれ感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上を走査する。ここに示す書き込みユニット３は１色につき２ビームが走査し、４色で８ビームを用いている。
前述したように、写真画像出力の増加に伴い、色差の低減や階調性に対する要求が高まってきているが、いずれもつきつめると、画像濃度のバラツキを抑えることが必要である。図２において、符号１５は防音ガラスを示している。
画像濃度の制御因子として支配的なものは書き込みユニット３のビーム品質と感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの品質であり、書き込みユニット３のビーム品質としては光量、シェーディングビームスポット径複数ビーム間のピッチ、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの品質としては帯電電位感光体膜厚等がある。

図３は書き込みユニットのイエローについてのシェーディング測定結果をグラフで示す図である。図４は書き込みユニットのマゼンタについてのシェーディング測定結果をグラフで示す図である。
図３に示すのは或る書き込みユニットのシェーディング測定結果のグラフであり、シェーディングは下式で表される。
｛Ｐ（Ｙ）／Ｐｍａｘ−１｝×１００（％）
ここで、Ｐ（Ｙ）は像高Ｙにおける感光体面上でのビーム光量、Ｐｍａｘは感光体面上でのビーム光量最大値である。
従来から、書き込みユニット３に対策を施し、シェーディングを補正する方法が提案されている（特許文献２）が、シェーディングを補正しても他の要因がばらつくと濃度ムラが発生する。
図５は横軸に像高、縦軸に帯電電位をグラフで示す図である。この図５ではイエローとマゼンダの測定データを示している。光量が大きいほど、また、帯電電位が高いほど、濃い画像になる。
帯電電位についても、像高間のバラツキを低減するという対策が従来から提案されているが、やはり、帯電電位を補正しても他の要因がばらつくと濃度ムラが発生する。
図６は中間調のパッチ画像のパターンを示す概略図である。図６に示すように、転写ベルト８上に中間調のパッチ画像（１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ）を形成し、濃度検知手段９により、各色の濃度を主走査方向に離れた各パターンについて測定する。

図７はパターン測定の動作を示すフローチャートである。内部パターンを出力し（Ｓ１）、濃度検知手段（濃度センサ）９により濃度を測定する（Ｓ２）。これによる濃度測定データに基づき、各色、各像高の濃度が許容量内に入っているかどうかを評価し（Ｓ３）、許容量の範囲外にある場合には光源の光量を調整する（Ｓ４）。
このとき、各光源部１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの設定光量は１走査内で可変とする。光量の変化のさせ方としては最大光強度を変えてもよいし、光源部１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの点灯時間に相当するパルス幅を変えてもよい。
この場合に、各濃度の許容量を設定するときに記録紙に出力した画像濃度測定データにより校正することによって、色差の低減、階調性の効果がさらに大きくなる。
また、ここでパッチ画像をあえて中間調にしたのはより濃度差を目立たせるためであり、本発明の特徴の１つである。なお、ここで言う中間調は２値のディザ等で形成される擬似的な中間調画像であっても良い。
図１および図６に示した濃度検出手段９としては、例えば赤外発光ダイオードとフォトダイオードから構成されるセンサを用いることができる。複数の濃度レベルの中間調画像をパッチ画像として形成し、各レベルに対し光量調整をするようにしても良い。
転写ベルト８は白色または灰色または黒色に近い色にすることにより、とくにイエロー、マゼンダ、シアンの測定誤差が小さくなり、色差の低減、階調性の向上が実現できる。

図８は２ビームで感光体を走査する場合の中間調のパッチ画像のパターンを示す概略図である。図９はシアンとイエローの画像（どちらも２ビームの場合）を重ね合わせたときの画像の最初の行近傍のモデルを示す図である。各色とも複数ビームで露光する場合、各色に対応する感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上の２行をほぼ同時にビームが走査する。
図９にはシアンとイエローの画像（どちらも２ビームの場合）を重ね合わせたときの画像の最初の行近傍のモデルを示している。しかし、シアン、イエローともＬＤ１が最初の行であるときはΔ１の色ずれが発生するが、シアンの最初の行をＬＤ２から始めると色ずれ量はΔ２まで低減する。
ところが、画像毎に（例えば１枚目の出力とｎ枚目の出力）書き始めの光源が入れ替わると、複数ビーム間の光量差、ビーム径差、複数ビーム間のピッチ誤差等により、各色の濃度が変化し、ひいては、色相が変化する。
そこで、図８に示すように、各色が２ビームで感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを走査する場合、画像の最初の行がＬＤ１である場合の中間調画像（１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ）と最初の行がＬＤ２である場合の中間調画像（１０１Ｙ’、１０１Ｍ’、１０１Ｃ’、１０１Ｋ’）を転写ベルト８上に形成する。
図７に示す動作フローにより光量調整を行い、画像の最初の行がＬＤ１であってもＬＤ２であっても濃度が変わらないようにする。また、この動作フローの中で１走査内での光量の調整を行うようにする。
また、たとえ最初の行の光源が入れ替わらなくても、複数光源の光量補正を施すことによって、色味の変化が小さい画像形成装置が実現できる。

図１０はスキャナ（画像読み取り装置）による濃度測定の濃度測定結果により各光源の光量調整を行う動作フローを説明するフローチャートである。図１０において内部パターンにより記録紙上に図６および図８に示すような画像を出力する（Ｓ１０）。
そしてスキャナ（画像読み取り装置）により画像を読み取り（Ｓ１１）、各色、各像高での濃度を測定し（Ｓ１２）、濃度測定結果により、各光源の光量調整を行う（Ｓ１３）。画像読み取り手段を備えれば、前述したような濃度センサ９が無くても、色差が低減でき、良好な階調性を実現できる。
図１１は或る画像形成装置における中間調画像の明度および色差を表で示す図である。この画像形成装置は本発明のような対策をしておらず、要素毎にバラツキを低減しようとしたものであり、マイナス像高とプラス像高で大きな色差が発生する。
これに本発明の図７に示すような動作フローを施すことで、Δｋ／ｋａｖｅは０．０４未満にすることができる。本発明者の研究によれば、Δｋ／ｋａｖｅが０．０４未満であれば色差は官能評価上問題無いと言える。
ｋａｖｅはシアン、マゼンダ、イエロートナーのみから形成されるグレーの中間調画像における中央像高でのＬ＊（Ｌ＊はＣＩＥ色差式における明度）である。
Δｋ＝√｛（ａ＊（ｙ１）−ａ＊（ｙ２））^２−（ｂ＊（ｙ１）−ｂ＊（ｙ２））^２｝（ｙ１≠ｙ２）
ここでａ＊（ｙ）、ｂ＊（ｙ）は像高ｙにおけるＣＩＥ色差式で定義される色差である。
色差の許容度としては前述したと同様にΔＪ／Ｊａｖｅが０．０４未満であれば官能上問題無い。同様に図７に示すような動作フローを施すことでΔＪ／Ｊａｖｅは０．０４未満にすることができる。

Ｊａｖｅはシアン、マゼンダ、イエロートナーのみから形成されるグレーの中間調画像において、画像形成するための最初の１行目の光源が入れ替わったときの全ての組み合わせである。８通りでのＬ＊の平均値（Ｌ＊はＣＩＥ色差式における明度）である。
ΔＪ＝√｛（ａｉ＊−ａｊ＊）^２−（ｂｉ＊−ｂｊ＊）^２｝（ｉ≠ｊ）
ここでａｉ＊、ａｊ＊、ｂｉ＊、ｂｊ＊は任意の光源組み合わせにおけるＣＩＥ色差式で定義される色差である。
これまで説明してきたようにシェーディングが良好でも帯電ムラや感光体の膜厚ムラ等により濃度ムラ、色味バラツキが発生する。それを防ぐためにはむしろ積極的に像面での光量を１走査内で変化させるのが有効である。
上述した説明ではトナー像を形成する像坦持体は転写ベルトとしているが、中間転写ベルトであっても、感光体であっても良い。また、書き込みユニットは各色一体としているが、各色別体であっても良い。
本発明によれば、色ずれが少なく、なおかつ、色差が小さく、階調性に優れた画像出力が可能である。また、リピート画像での色味の変化を小さくできる。
また、たとえ最初の行の光源が入れ替わらなくても、色味の変化が小さい画像形成装置が実現できる。
本発明によれば、また、複数ビームとすることで偏向手段の回転数を低減でき、部品点数を低減でき、また、主走査方向のどの位置でも所望の色の画像を出力でき、低消費電力、高耐久、低騒音が実現でき、階調性に優れた画像出力が可能である。

多色画像形成装置の基本的な構成を示す概略図。 書き込みユニットの構成を示す概略斜視図。 書き込みユニットのイエローについてのシェーディング測定結果をグラフで示す図。 書き込みユニットのマゼンタについてのシェーディング測定結果をグラフで示す図。 横軸に像高、縦軸に帯電電位をグラフで示す図。 中間調のパッチ画像のパターンを示す概略図。 パターン測定の動作を示すフローチャート。 ２ビームで感光体を走査する場合の中間調のパッチ画像のパターンを示す概略図。 シアンとイエローの画像（どちらも２ビームの場合）を重ね合わせたときの画像の最初の行近傍のモデルを示す図。 スキャナ（画像読み取り装置）による濃度測定の濃度測定結果により各光源の光量調整を行う動作フローを説明するフローチャート。 或る画像形成装置における中間調画像の明度および色差を表で示す図。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体（像担持体）、３ 書き込みユニット（変調駆動手段、光量変化手段）、９ 濃度検知手段（濃度センサ）、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ 光源（光源部） １６ 偏向手段（ポリゴンスキャナ）、１７ 走査光学素子（第１の走査レンズ）、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ 走査光学素子（第２の走査レンズ）

Claims (5)

1. 光源と、画像情報に基づき前記光源を変調駆動する変調駆動手段と、前記光源からのビームを走査する偏向手段と、前記偏向手段によって偏向されたビームを感光体に導く走査光学素子とを有する多色画像形成装置において、主走査方向の位置によるビーム品質のバラツキ、および、主走査方向の位置による感光体特性のバラツキによる各色の画像濃度の主走査方向のバラツキを低減するために、１走査内で前記光源の光量を変化させる光量変化手段を有し、
   各色において、画像形成するための最初の１行目の前記光源が入れ替わったときの画像濃度変化を低減するように複数光源の光量補正を行うことを特徴とする多色画像形成装置。
2. 前記光量補正は１走査内で前記複数光源の補正量を変化させるようにすることを特徴とする請求項１記載の多色画像形成装置。
3. トナーを保持する感光体と、この感光体に形成された複数個所の画像濃度を検知する濃度検知手段とを有し、前記濃度検知手段による検知信号に基づき各光源の光量補正を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の多色画像形成装置。
4. 画像読み取り手段を有し、記録媒体の画像濃度を前記画像読み取り手段で測定した結果に基づき、各光源の光量補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の多色画像形成装置。
5. 少なくとも１つの光源において、前記感光体面上におけるビームの光量を像高により異ならせることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の多色画像形成装置。

Images