JP5043337B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体を均一帯電させ、入力された画像データに応じて像露光し、像担持体上の電位を変化させて静電潜像を生成することにより、画像形成をおこなう画像形成装置に関する。特には、像担持体の帯電電位、および像露光をした際の露光電位を、入力データのレベル毎に像担持体の面内で均一にするための補正方法に関する。

従来、高速、高画質な画像形成装置として、電子写真方式を採用した複写機やレーザービームプリンタなどが知られている。近年、デジタル技術の進歩に伴ない、カラー画像へのシフトや出力画像の高品質化が急速に進んでいる。なかでも、ＤＴＰの世界では出力物の色見安定性や面内均一性への要望は強く、各種キャリブレーション技術や、電子写真プロセスの安定化を実現させる様々な技術が開発されている。

出力物の面内均一性については、像形成を担う像担持体における諸特性の均一性が重要な課題となっており、像担持体の電位ムラ、膜厚ムラ等、像担持体におけるその面内の各種ムラを補正する技術が有効である。例えば特許文献１や特許文献２には、像担持体の露光部電位特性に応じてレーザー点灯時間を補正することにより感光体の軸方向のレーザー露光部電位（明部電位）を均一にする技術が開示されている。

また、特許文献３には、帯電後に一定光量で露光を行い感光体の１周分の感度ムラを電位センサで測定し露光量を補正する技術が開示されている。
また、特許文献４や特許文献５には、感光体上の潜像領域を２次元のセグメントに分け、セグメント毎に補正する技術が開示されている。

また、特許文献６や特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２には、移動可能なまたは複数個の電位センサ／濃度センサ等による感光体の感度ムラを測定する方法が開示されている。
また、特許文献１３には、感光体全面の感度ムラを補正するレーザーの制御方法が開示されている。このように各種キャリブレーション技術や、電子写真プロセスの安定化を実現させる様々な技術が開発されている。

特開昭６３−４９７７８号公報 特開昭６３−４９７７９号公報 特開２０００−２６７３６３号公報 特開平０５−１８８７０７号公報 特開２００２−０６７３８７号公報 特開平０５−１６５２９５号公報 特開平０５−２２４４８３号公報 特開平０６−００３９１１号公報 特開平０６−０１１９３１号公報 特開平０６−１３０７６７号公報 特開平０６−２６６１９４号公報 特開２００４−２５８４８２号公報 特開２００４−２２３７１６号公報

上述したように、画像面内の均一性、とりわけ像担持体における各種ムラに関しては、多数の技術が開示されている。しかし多くは、単一種類のムラについて補正をおこなうものである。
また、複数種のムラについて補正をおこなう技術についても、ムラの要因を分けることなく、まとめて補正する技術であり、充分な補正が実現できていないのが現状である。

詳述すると、図６に示す様に帯電過程で発生するムラ（図中の”帯電電位〜Ｖｄ”）や、像露光過程で発生する感度ムラ（図中”露光部電位〜Ｖｌ”）などが存在する。帯電過程で発生するムラには、例えば、帯電器のムラ、感光体の膜厚や帯電特性のムラがある。像露光過程で発生する感度ムラには、例えば，感光体の膜厚や感度のムラ、像露光光の光量分布のムラがある。このような特性の違うムラを同時に整合性良くまとめて補正するには限界がある。帯電電位を均一化した場合には露光部電位が不均一になったり、それとは逆に露光部電位を均一化した場合には帯電電位が不均一になったりと、全電位領域に渡って適切に補正することができない。

像担持体の帯電過程で発生する帯電電位の電位ムラと、像露光過程で発生する露光部電位の電位ムラは、像担持体の表面で異なる特性を有する。そこで本発明では、この点に着目し、それぞれ個別に電位ムラを測定し、その特性から補正用データを導き記憶させる。そして、それぞれの電位ムラに応じて補正をおこない、あらゆる電位について、像担持体の面内において均一な電位分布を実現するものである。

すなわち、請求項１に記載の発明は、光導電性の像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成する露光手段とを備えた画像形成装置において、前記像担持体上の電位ムラであって、前記帯電手段により前記像担持体を帯電した際に発生する帯電電位ムラと前記露光手段により前記像担持体を露光した際に発生する露光部電位ムラとのそれぞれについて、それぞれの電位ムラに関する補正用データを記憶する記憶手段と、前記帯電電位ムラに対し、前記帯電電位ムラ用の補正用データに基づいて前記露光手段から放射される露光光の発光時間を少なくとも調整し、前記露光部電位ムラに対し、前記露光部電位ムラ用の補正用データに基づいて前記露光手段から放射される露光光の露光パワーを調整することにより前記それぞれの電位ムラを打ち消すように補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、光導電性の像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成する露光手段とを備えた画像形成装置において、前記像担持体上の電位ムラであって、前記帯電手段により前記像担持体を帯電した際に発生する帯電電位ムラと、前記露光手段により前記像担持体を露光した際に発生する露光部電位ムラと、のそれぞれについて、電位ムラを打ち消すように補正する補正用データを各箇所に対応させて記憶する記憶手段と、前記補正用データに基づいて、帯電電位の電位ムラについて電位が高い箇所においては、前記露光手段から照射される露光光の露光時間を少なくとも調整し、露光部電位の電位ムラについて電位が高い箇所においては、前記露光手段から照射される露光光の露光パワーを調整することにより前記露光手段による露光量を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、像担持体の面内の電位ムラを抑えることができ、その結果、色味などの面内均一性に優れた出力画像を得ることが可能となる。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 図１に、本発明が適用される画像形成装置の一例として、レーザービームプリンタの概略構成を示す。

同図に示すように、本実施形態の画像形成装置は、像担持体（感光ドラム）１１、帯電ユニット１２、トナー担持体１３、転写ユニット１４、定着ユニット１５、クリーニング部材１６、走査光学系１７、折り返しミラー１８、現像ユニット１９により構成される。

このように構成される画像形成装置では、帯電ユニット１２により像担持体１１が帯電され、この像担持体１１がレーザー光により露光されて、像担持体１１上に静電潜像が形成される。次いで、現像ユニット１９のトナー担持体１３上のトナー層が、像担持体１１の表面に接触され、像担持体１１上の静電潜像が反転現像法により現像されて、像担持体１１上にトナー画像が形成される。

この像担持体１１上のトナー画像は、所定のタイミングで給送された記録紙上に、転写ユニット１４により転写される。そして、記録紙上に転写されたトナー画像は、加熱ローラと加圧ローラとを有する定着ユニット１５により加熱され加圧されて定着される。転写工程後の像担持体１１上の転写残余のトナーは、像担持体１１の表面に当接させたブレード状のクリーニング部材１６によって掻き取られ、クリーナによって回収される。

図２に図１の走査光学系１７の構成を示す。
図２に示すように、走査光学系１７は、半導体レーザー２１と、コリメータレンズ２２と、シリンドリカルレンズ２３と、高速回転するポリゴンミラー２４と、ｆ−θレンズ２５とを有する。

半導体レーザー２１は、画像処理部（図示せず）からの画像データに基づき、半導体レーザー駆動制御部（図示せず）からのレーザー駆動信号に基づいて、レーザー光を明滅する。半導体レーザー２１から出射されたレーザー光束は、コリメータレンズ２２にて略平行光とされ、シリンドリカルレンズ２３によりポリゴンミラー２４に導かれる。そして、このレーザー光は、一定速度で回転するポリゴンミラー２４により反射及び偏向され、ｆ−θレンズ２５を通る。そして、折り返しミラー位置２６で再び偏向されて像担持体１１の像面２７上にスポット状に結像され、走査方向２８に等速度で走査される。

なお、半導体レーザー駆動制御部は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭから概略構成される。ＣＰＵは、露光パワー（半導体レーザーの出力）の変調やレーザー光のパルス幅の変調を行う。ＲＯＭは、このＣＰＵの制御プログラムや各種制御データを格納し、ＲＡＭは、ＣＰＵが、制御を実行する際に使用する作業領域や各種テーブルなどの領域が定義される。前述した電位ムラのムラ情報（像担持体表面から測定される電位ムラの分布情報）やこのムラ情報から導かれる補正用データについては、本半導体レーザー駆動制御部のＲＯＭやＲＡＭに記憶することが可能である。本実施形態は、ＣＰＵを介して電位ムラに応じたレーザー駆動を実現するものである。

像担持体１１の帯電電位や露光部電位の電位ムラの計測手法については、予め像担持体単体で電位測定治具を用いて計測する方法や、画像形成装置内部で電位センサを用いて計測する方法などが使用可能である。例えば、電位センサを用いた計測方法としては、移動可能なセンサや複数個のセンサを使用する技術等が知られている（特許文献１１、１２）。また、像担持体の電位ムラを出力されたトナー量やトナー濃度から推定する手法も知られており、いずれの手法を用いることも可能である。

また、電位ムラのムラ情報やこれから導かれる補正用データを記憶する手法として、像担持体の表面を２次元マトリクス状に領域分割し、分割されたそれぞれの箇所についてムラ情報や補正用データを記憶する手法がある。また、画像搬送方向と像担持体の長手方向（レーザービーム走査方向）のそれぞれに対する１次元のムラ情報を記憶させ、各方向のムラ情報の掛け合わせから像担持体表面の全領域の補正量を算出することも可能である。

一般的に円筒状の像担持体では、円筒の長手方向と周方向ではその製造上の理由から、各々の方向に起因するムラが発生し易く、像担持体表面の全領域で両特性の掛け合わせから特性予測ができることもある。しかし、像担持体は多機能の多層構造であり、帯電特性、感光特性に寄与する要因は複雑に関係するため、単純な掛け合わせで特性予測ができないケースも多い。したがって本実施形態では、像担持体表面の全領域に対応するように２次元マトリクスを用いてマップ状にムラ情報や対応する補正用データを記憶したテーブルを用意する。

以下、従来例と本発明による実施例について、図３に示す帯電電位（Ｖｄ）と露光部電位（Ｖｌ）の電位ムラに対し、図６に示すように帯電電位と露光部電位の傾向が異なるＡ−ｐｏｉｎｔ、Ｂ−ｐｏｉｎｔの二つのポイントに着目し、説明する。各図において、横軸を積算光量（ここでは、ほぼ入力データに等しい）、縦軸を像担持体の表面電位として各領域の電位特性を表している。

［従来例］
従来例では、露光部電位の電位ムラ特性を２次元マトリクスを用いてマップ状に領域毎に分割記憶している。そして、その電位ムラを打ち消す様に半導体レーザー２１の露光パワーを変調することにより補正している。
その結果、図７に示すとおり、露光部電位についてはＢ−ｐｏｉｎｔにおける半導体レーザー２１の露光パワーを強くすることにより、Ａ−ｐｏｉｎｔと同様の電位が得られる。このように、入力データを横軸として考えた場合に補正できていることがわかる。しかし、帯電電位ムラの影響を受け易いハイライト〜ハーフトーン領域の電位ムラについては補正することができていない。その様子を図５に示す。

［実施例１］
本発明による実施例１では、帯電電位ムラと露光部電位ムラのそれぞれの電位ムラ情報を、本体備え付けの電位センサで計測する。そして、補正テーブルに、電位センサで計測した結果から導かれた感光体ドラム面の各箇所での補正係数（補正用データ）を、２次元マトリクスを用いてマップ状に設定する。そして、この補正テーブルを参照し、入力データに応じて、帯電電位ムラと露光部電位ムラの双方のムラを打ち消す様に感光ドラム面上の各箇所での露光パワーの値を決定する。

その結果、図８に示すように、露光部電位については、Ｂ−ｐｏｉｎｔにおけるレーザーの発光パワーを強くすることによりＡ−ｐｏｉｎｔと同様の電位が得られる。一方、未露光部である帯電電位についてはＡ−ｐｏｉｎｔにおけるレーザーの発光パワーをさらに強くすることによりＢ−ｐｏｉｎｔと同様の電位が得られる。このように、入力データを横軸として考えた場合、未露光領域からハイライト〜ハーフトーン領域にわたる領域において適切に補正できていることがわかる。

このときのデータ処理フローを図１０に、得られた電位分布のイメージを図４に示す。
本実施例では、半導体レーザー２１のレーザー光のパルス幅は、従来どおり入力データに応じて決定する（Ｓ１１，Ｓ１２）。一方、半導体レーザー２１のレーザー光の露光パワーについては、まず補正テーブル（帯電電位補正テーブルＳ１４、露光部電位補正テーブルＳ１５）を参照する。そして前述のように、入力データに応じて、帯電電位ムラと露光部電位ムラの双方のムラを打ち消す様に像担持体面上の各箇所での露光パワーの値を決定する（Ｓ１１，Ｓ１３〜Ｓ１６）。パルス幅と露光パワーが決定されると、決定されたパルス幅と露光パワーとなるよう、半導体レーザー駆動制御部が半導体レーザー２１を駆動する（Ｓ１７）。

なお、Ｓ１２の書き込み位置検出では、回転する円筒状の像担持体１１の側面に付けられたホームポジションを検出するフラグを基に、光学的に像担持体１１上の基準位置を特定している。そして、この基準位置を基に、実際の画像書き込み位置と２次元マトリクス中の位置を対応させている。
このようにして半導体レーザー２１を駆動することにより、図４に示すように、帯電電位Ｖｄ、露光部電位Ｖｌともに適切に補正され、これらの電位ムラを抑えることができる。

［実施例２］
本発明による実施例２では、帯電電位ムラと露光部電位ムラのそれぞれを、本体備え付けの電位センサで計測する。そして、補正テーブルに、電位センサで計測した結果から導かれた像担持体表面の各箇所での補正係数を、２次元マトリクスを用いてマップ状に設定する。そして、この補正テーブルを参照し、入力データに応じて、帯電電位ムラを打ち消すように像担持体面上の各箇所でのレーザー光のパルス幅の値を決定し、露光部電位ムラを打ち消すように像担持体面上の各箇所での露光パワーの値を決定する。そして、帯電電位の補正には露光パルス幅を変調することにより、また露光部電位の補正には露光パワーを変調することにより補正する。

その結果、図９に示すとおり、露光部電位については、Ｂ−ｐｏｉｎｔにおけるレーザーの発光パワーを強くすることによりＡ−ｐｏｉｎｔと同様の電位が得られる。一方、未露光部である帯電電位についてはＡ−ｐｏｉｎｔにおけるレーザーの発光パルス幅を広くすることによりＢ−ｐｏｉｎｔと同様の電位が得られる。このように、入力データを横軸として考えた場合、未露光領域からハイライト〜ハーフトーン領域にわたる領域において適切に補正できていることがわかる。

このときのデータ処理フローを図１１に、得られた電位分布のイメージを図４に示す。
本実施例では、半導体レーザー２１のレーザー光の露光パワーおよびパルス幅の双方について補正を行なう。まず補正テーブル（帯電電位補正テーブルＳ２３、露光部電位補正テーブルＳ２５）を参照する。そして前述のように、入力データに応じて、帯電電位ムラと露光部電位ムラの双方のムラを打ち消す様に感光ドラム面上の各箇所での露光パワーやパルス幅の値を決定する（Ｓ２１〜Ｓ２６）。パルス幅と露光パワーが決定されると、決定された露光パワーおよびパルス幅となるよう、半導体レーザー駆動制御部が半導体レーザー２１を駆動する（ｔ２７）。

なお、Ｓ２２の書き込み位置検出では、回転する円筒状の感光ドラムの側面に付けられたホームポジションを検出するフラグを基に、光学的に感光体ドラム上の基準位置を特定している。そして、この基準位置を基に、実際の画像書き込み位置と２次元マトリクス中の位置を対応させている。
以上のようにして半導体レーザー２１を駆動することにより、図４に示すように、帯電電位Ｖｄ、露光部電位Ｖｌともに適切に補正され、これらの電位ムラを抑えることができる。

本実施例では、露光パワーの変調と、露光パルス幅の変調という、半導体レーザー２１に対するそれぞれ別々の駆動制御に対し、それぞれ別々の補正特性を入力することで、結果として均一な電位特性が得られるものとなっている。本実施例は、実施例１よりもさらに適切な補正をおこなうことが可能である。

また、未露光領域からハイライト領域にいたるレーザー発光パルス幅が狭くなる領域では、実施例１の様な露光パワー変調のみによる補正ではレーザーチップの最大発光パワーの点で限界がある。本実施例では、必要となる露光量の補正幅に応じて、露光パワーと発光パルス幅の適切な組み合わせが選択可能である。

上述したように上記各実施例では、二つの変動要因（帯電電位ムラ、露光部電位ムラ）について、二つの補正テーブルを設け、レーザー光量（露光パワー、パルス幅）を制御するという一つの手段で補正をおこなっている。もちろん、三つ以上の変動要因についても、従来技術を含めた二つ以上の補正手段により補正をおこなうことも可能であり、本発明が変動要因や補正手段の種類や個数に限定されるものではない。

例えば、上述の本発明による補正手段に加え、帯電後〜像露光前にＬＥＤを用いてムラの分布に合わせて前露光を行うようにしてもよい。また、予め入力データの値自体に補正をかけるようにしてもよい。また、帯電分布を制御するようにしてもよい（周方向だけのムラであれば印加電圧を周期的に変化させることで可能）。

本発明による画像形成装置の一実施形態であるレーザープリンタの概略構成を示す図である。 同実施形態における走査光学系の構成を示す図である。 像担持体における電位ムラを説明する図である。 像担持体における電位ムラを説明する図である。 像担持体における電位ムラを説明する図である。 像担持体における電位ムラを説明する図である。 従来例１を説明する図である。 実施例１を説明する図である。 実施例２を説明する図である。 実施例１を説明するフローチャートである。 実施例２を説明するフローチャートである。

符号の説明

１１ 半導体レーザー
１２ コリメータレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
１４ ポリゴンミラー
１５ ｆ−θレンズ
１６ 折り返しミラー位置
１７ 感光ドラム
１８ 走査方向
２１ 半導体レーザー
２２ コリメータレンズ
２３ シリンドリカルレンズ
２４ ポリゴンミラー
２５ ｆ−θレンズ
２６ 折り返しミラー位置
２７ 感光ドラムの像面
２８ 走査方向

Claims (6)

1. 光導電性の像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成する露光手段とを備えた画像形成装置において、
   前記像担持体上の電位ムラであって、前記帯電手段により前記像担持体を帯電した際に発生する帯電電位ムラと前記露光手段により前記像担持体を露光した際に発生する露光部電位ムラとのそれぞれについて、それぞれの電位ムラに関する補正用データを記憶する記憶手段と、
   前記帯電電位ムラに対し、前記帯電電位ムラ用の補正用データに基づいて前記露光手段から放射される露光光の発光時間を少なくとも調整し、前記露光部電位ムラに対し、前記露光部電位ムラ用の補正用データに基づいて前記露光手段から放射される露光光の露光パワーを調整することにより前記それぞれの電位ムラを打ち消すように補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電電位ムラ及び前記露光部電位ムラを測定する手段と、測定された前記帯電電位ムラ及び前記露光部電位ムラについて前記像担持体の表面の各箇所に対応する補正用データを算出する手段とをさらに備え、前記記憶手段は、算出された補正用データを前記像担持体の表面の各箇所に対応付け２次元マトリクスを用いてマップ状に記憶することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記露光手段は、前記露光パワーを調整するパワー変調と前記発光時間を調整するパルス幅変調の機能を備えた半導体レーザーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 光導電性の像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成する露光手段とを備えた画像形成装置において、
   前記像担持体上の電位ムラであって、前記帯電手段により前記像担持体を帯電した際に発生する帯電電位ムラと、前記露光手段により前記像担持体を露光した際に発生する露光部電位ムラと、のそれぞれについて、電位ムラを打ち消すように補正する補正用データを各箇所に対応させて記憶する記憶手段と、
   前記補正用データに基づいて、帯電電位の電位ムラについて電位が高い箇所においては、前記露光手段から照射される露光光の露光時間を少なくとも調整し、露光部電位の電位ムラについて電位が高い箇所においては、前記露光手段から照射される露光光の露光パワーを調整することにより前記露光手段による露光量を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 前記補正用データは、前記像担持体の表面の各箇所に対応付け２次元マトリクスを用いたマップ状のデータであることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記露光手段は、パワー変調とパルス幅変調の機能を備えた半導体レーザーであることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。

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