JP5649287B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体に光を照射する画像形成装置に関する。

近年、複写機、レーザビームプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、高画質かつ高精度に画像を形成することが求められている。一般的に、このような画像形成装置は、レーザビームを偏向走査するための回転多面鏡（ポリゴンミラー）を駆動する駆動モータを用いた走査光学系を有し、レーザビームが感光体を走査することによって形成される静電潜像をトナーによって現像する。そのトナー像を記録媒体上に転写、定着することによって画像が形成される。

上記の走査光学系には、感光体上においてレーザビームが走査される速度を一定にするためのｆθレンズや光源から出射されたレーザ光を感光体上まで導くための反射ミラー等の光学部品が備えられている。上記のレンズの透過率や反射ミラーの反射率はレーザビームが走査される方向において均一ではないので、感光体上の各照射位置におけるレーザ光量は不均一となり、画像に濃度ムラが発生するといった問題があった。

そのため、従来から上記の濃度ムラの発生を抑制するために感光体上でのレーザ光量を均一にする補正（以下、シェーディング補正）を行っている。シェーディング補正技術の中でも、より簡易な構成でシェーディング補正を行う技術として、補正光量に応じてＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を生成し、このＰＷＭ信号を平滑化して得られた電圧をもとに、シェーディング補正量を制御する方式が知られている。この方式では、ＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄｕｔｙ）を制御することで光量制御が可能となり、安価で簡易な構成でシェーディング補正制御を行うことができる。

特許文献１には、ＰＷＭ信号の周波数設定および平滑化回路のカットオフ周波数設定の方法が記載されている。平滑化回路のカットオフ周波数は、ＰＷＭ信号の周波数より低く、かつ、光量ムラの空間周波数より高くなるように設定される。この方法では、平滑化回路によってＰＷＭ信号の周波数成分のみが平滑化されるようにカットオフ周波数が設定される。

また、特許文献２には、レーザの光量に応じた基準電圧によって、ＰＷＭ信号の電圧レベルを設定する方法が記載されている。この方法では、レーザの駆動電流に応じてＰＷＭ信号のハイレベル、ローレベルを設定することで、レーザ特性に応じて光量制御を行うことができ、シェーディング補正時の補正光量を高精度に設定することができる。

特開２００５−６６８２７号公報 特開２００４−３４７８４４号公報

しかしながら、上記従来の画像形成装置では、つぎのような問題があった。ＰＷＭ信号を平滑化する方式では、平滑化回路でＰＷＭ信号の周波数成分を除去しきれないと、ＰＷＭ信号のハイ、ローの切り替わりで光量差が発生し、画像にＰＷＭ信号のスイッチングに起因する濃度ムラが発生するという問題がある。

一方、ＰＷＭ信号の周期の濃度ムラを除去するために、平滑化回路の時定数を大きくすると、補正データの設定周期に対してシェーディング補正回路の応答が遅くなり、任意のプロファイルになるように光量制御を行うことができなくなるという問題があった。

このような問題を回避するためには、ＰＷＭ信号の周波数成分のみを除去するような周波数選択性の高い平滑化回路を用いる必要がある。この周波数選択性の高いフィルタとして、アクティブフィルタが知られている。アクティブフィルタを用いた場合、入力されるＰＷＭ信号の電圧レベルを、アクティブフィルタが動作可能な電圧範囲に設定する必要がある。

しかしながら、レーザチップの個体差や温度環境変動により、レーザの駆動電流特性が大きくばらつくことがあるため、アクティブフィルタへの入力電圧がアクティブフィルタの動作可能な電圧範囲を外れる可能性がある。この場合、アクティブフィルタの速度応答特性や、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙに対する出力電圧のリニアリティが低下し、シェーディング補正動作が不安定になるという問題が発生した。

一方、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙに対する光量制御量は、前述したレーザ素子のばらつき、シェーディング補正回路のばらつき、装置本体内での濃度制御によるレーザチップ面光量の変化などの要因によって、ばらついてしまうという問題があった。この問題に対し、従来、装置内に光量検出部および演算部を設け、異なる駆動電流で発光させた場合の光量検出結果から、光量の変化率を算出し、光量を一定に制御する方法が知られている。しかし、装置内に検出部および演算部を設けた場合、回路や制御の複雑化を招くとともに、コストアップの要因となってしまう。

本発明の目的は、露光位置に対応したパルス信号の平滑化動作を安定化させ、シェーディング動作による光量段差等の弊害の発生を防ぐことができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、感光体と、前記感光体に潜像を形成するためにレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光が前記感光体上を走査するように前記レーザ光を偏向する偏向手段と、前記レーザ光を前記感光体に導く光学手段と、前記レーザ光源から前記レーザ光を出射させるために前記レーザ光源に駆動電流を供給する駆動手段と、前記レーザ光を前記レーザ光の走査方向における前記レーザ光の露光位置に応じた光量に制御するために、前記露光位置に応じて前記レーザ光源に供給する前記駆動電流の値を補正する補正手段と、を有し、前記補正手段は、前記露光位置に対応したデューティー比のパルス信号を出力する信号出力手段と、前記信号出力手段から所定の電圧範囲内に含まれる電圧のパルス信号が入力されることによって、設定されたカットオフ周波数に基づいて前記パルス信号の周波数成分を除去し、当該周波数成分が除去された前記パルス信号を平滑化するアクティブフィルタと、前記信号出力手段から前記アクティブフィルタに入力される前記パルス信号の電圧を前記所定の電圧範囲内に変換する電圧変換手段と、前記信号出力手段から出力される前記パルス信号のデューティー比を前記電圧変換手段による電圧変換量に応じて調整する調整手段と、を備え、前記補正手段は、前記アクティブフィルタにより平滑化された信号によって前記駆動電流の値を補正することを特徴とする。

本発明によれば、露光位置に対応したパルス信号の平滑化動作を安定化させ、シェーディング動作による光量段差等の弊害の発生を防ぐことができる。

第１の実施形態における画像形成装置の全体構成を示す図である。 レーザ露光部１０１の構成を示す図である。 シェーディング補正を行うレーザ駆動回路３００の構成を示す図である。 一走査中におけるシェーディング動作シーケンスを示すタイミングチャートである。 有効入力電圧範囲に対する平滑化回路３１２への入力信号を示すタイミングチャートである。 レーザ光量とＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄｕｔｙ）の関係を示すグラフである。 シェーディング補正係数Ｋの書き込み処理手順を示すフローチャートである。 ＰＷＭ信号のシェーディング補正係数ＫおよびＤｕｔｙ設定値の設定手順を示すフローチャートである。 工場出荷時の光量Ｐ０に対し、濃度調整により光量Ｐ１となるようにレーザ発光光量を切り替えた場合のレーザ駆動電流とレーザ発光光量の関係を示すグラフである。

本発明の画像形成装置および露光装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の画像形成装置は、ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号、駆動信号）を平滑化することによってシェーディング補正を行う電子写真方式の画像形成装置に適用される。

［第１の実施形態］
(画像形成装置全体の構成)
図１は第１の実施形態における画像形成装置の全体構成を示す図である。画像形成装置は、スキャナ部１００、レーザ露光部１０１、作像部１０３、定着部１０４、給紙搬送部１０５、およびこれらを制御するプリンタ制御部（図示せず）から構成される。

スキャナ部１００は、原稿台に置かれた原稿に対し照明からの光を当て、原稿からの反射光を光学的に読み取り、その反射光を電気信号に変換して画像データを作成する。

レーザ露光部１０１は、画像データに応じて変調されたレーザ光などの光線（光ビーム）を等角速度で回転する偏向走査手段であるところの回転多面鏡（ポリゴンミラー）に入射させ、反射走査光として感光ドラム（感光体）に照射する。

作像部１０３は、回転軸を中心に感光ドラム１０２を回転駆動させるとともに、帯電器によって帯電させ、レーザ露光部１０１によって感光ドラム１０２に形成された潜像をトナーで現像する。その後、作像部１０３は、トナー像をシートに転写し、その際に転写されずに感光ドラム１０２に残った微小トナーを回収する。作像部１０３は、これら一連の電子写真プロセスを行う現像ユニット（現像ステーション）を４連持つ。

４連の現像ユニットは、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の順に並べられ、シアンステーションの作像開始から所定時間経過後、マゼンタ、イエロー、ブラックの作像動作を順次実行していく。各ステーションにおける作像タイミングを制御することによって、シートに色ずれのないフルカラートナー像が転写される。

定着部１０４は、ローラやベルトの組み合わせによって構成され、ハロゲンヒータ等の熱源を内蔵し、作像部１０３によってトナー像が転写されたシート上のトナーを、熱と圧力によって溶解、定着させる。

給紙搬送部１０５は、シートカセット１０７や外部のペーパデッキ１０８に代表されるシート収納庫を１つ以上有し、プリンタ制御部の指示に従って、シート収納庫に収納された複数枚のシートの中から１枚分離し、作像部１０３および定着部１０４に搬送する。

搬送されたシートには、前述した現像ステーションによって、各色のトナー像が転写され、最終的にフルカラートナー像がシートに形成される。また、シートの両面に画像を形成する場合、プリンタ制御部は、定着部１０４を通過したシートを、再度、作像部１０３に搬送する搬送経路を通るように制御する。

プリンタ制御部は、ＭＦＰ全体を制御するＭＦＰ制御部と通信し、その指示に応じた制御を実行すると共に、画像の読み取り、レーザ露光、作像、定着、給紙搬送の各状態を管理しながら、全体が調和を保って円滑に動作できるように指示を行う。

(露光部の構成)
図２はレーザ露光部１０１の構成を示す図である。レーザ露光部１０１では、レーザ３０１（光源）から発せられたレーザビームは、コリメ−タレンズ２０２および絞り２０３により平行光となり、所定のビ−ム径でポリゴンミラー２０５に入射する。

ポリゴンミラー２０５は、図中矢印の方向に等角速度の回転を行っている。このポリゴンミラー２０５の回転に伴い、入射した光ビームは、連続的に角度を変え、偏向ビームとなって反射される。偏向ビームとなった光は、ｆθ（エフ・シータ）レンズ２０６により集光作用を受け、感光ドラム１０２上に照射される。

また同時に、ｆθレンズ２０６は、走査の時間的な直線性を保証するように、歪曲収差の補正を行う。従って、光ビームは、感光ドラム１０２上に、図中矢印a の方向に等速で結合・走査される。

また、ＢＤ（Ｂｅａｍ Ｄｅｔｅｃｔ）センサ３１６は、ポリゴンミラー２０５からの反射光の一部を、ＢＤミラー２０９を介して検出する。このＢＤセンサ３１６の検出信号は、ポリゴンミラー２０５の回転とデータの書き込みとの同期をとるための同期信号として用いられる。

(レーザ駆動回路におけるＡＰＣ動作)
図３はシェーディング補正を行うレーザ駆動回路３００の構成を示す図である。レーザ駆動回路３００は、ＢＤセンサ３１６の出力タイミングを基準として、非画像領域でレーザ光量制御（Auto Power Control、以下、ＡＰＣとする）を行い、画像領域において各走査位置（照射位置）に応じてシェーディング補正を行う。

ＡＰＣの動作では、レーザ(ＬＤ)３０１を発光させたときの発光光量を検出手段であるところのＰＤ（フォトダイオード）３０２で検出し、この検出光量が所定の光量（目標光量値）となるようにレーザ３０１に供給するレーザ駆動電流の調整（制御）が行われる。ＰＤ３０２は、レーザ３０１の光量に応じてモニタ電流を発生する。このモニタ電流は、電流電圧変換回路３０３によって電圧値（モニタ電圧）に変換される。

モニタ電圧は、予め設定された基準電圧と比較器３０４で比較される。ＡＰＣ回路３０５（光量制御手段）は、この比較結果に応じてＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃを制御する。ＬＤ駆動部３１１は、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃに従って、レーザ３０１の駆動電流Ｉ_ＬＤを発生させる。レーザ駆動電流Ｉ_ＬＤは、抵抗３１７（抵抗値をＲとする）を流れる電流によって決まる。ＡＰＣ動作時のレーザ駆動電流Ｉ_ＬＤ は数式（１）で表される。また、シェーディング動作時のレーザ駆動電流Ｉ_ＬＤ は数式（２）で表される。

Ｉ_ＬＤ＝（Ｖａｐｃ−Ｖｂｉａｓ）÷Ｒ …… （１）
Ｉ_ＬＤ＝ （Ｖａｐｃ−Ｖｓｈｄ）÷Ｒ
Ｖｓｈｄ＝ＰＷＭ Ｄｕｔｙ×（Ｖａｐｃ−Ｖｂｉａｓ）＋Ｖｂｉａｓ …… （２）
ここで、Ｖｓｈｄは、シェーディング回路によって制御されるシェーディング電圧であり、レーザ駆動電流の補正量に相当する。なお、シェーディング回路は、ＰＷＭ信号生成部３０９、電圧スイッチ３１４、バイアス印加回路３１３および平滑化回路３１２から主に構成される。

シェーディング電圧Ｖｓｈｄは、ＡＰＣ動作中、バイアス印加回路３１３（電圧印加手段）で印加されるバイアス電圧Ｖｂｉａｓに固定される。前述したように、ＡＰＣ動作では、発光光量が目標値となるように制御されるので、レーザ駆動電流Ｉ_ＬＤは、バイアス電圧Ｖｂｉａｓのレベルによらず決定される。つまり、バイアス電圧Ｖｂｉａｓのレベルの増減により、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃも同じ量だけ増減する。そして、抵抗３１７の端子間電圧はＡＰＣ動作により一定に保たれる。

このＡＰＣ動作によって、レーザ（ＬＤ）３０１の発光光量が所定の値となるように、レーザ３０１の駆動電流Ｉ_ＬＤが自動調整される。ＡＰＣ動作タイミングは、ＡＰＣシーケンスコントローラ３０６によって制御される。ＣＰＵ３０７は、ＡＰＣシーケンスコントローラ３０６に対し、ＡＰＣ制御のタイミングを設定する。

ＡＰＣシーケンスコントローラ３０６は、ＢＤ信号の入力タイミングを基準に内部クロックのカウント動作を行い、ＣＰＵ３０７によって設定されたカウント値に基づき、ＡＰＣのタイミングを制御する。ＡＰＣ動作が非画像領域中に行われるように、ＡＰＣ動作タイミングの設定が行われる。

このような動作によって、非画像領域中においてレーザ光を検知し、レーザ光が画像領域を走査する前にＡＰＣが実行され、レーザ発光光量は前述した基準電圧に応じた光量に制御される。

つぎに、レーザ駆動電流Ｉ_ＬＤについて説明する。前述したように、ＡＰＣ動作において、レーザ駆動回路３００は、シェーディング回路の出力をバイアス電圧Ｖｂｉａｓに固定し、ＡＰＣ回路３０５によりＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃを制御し、レーザ駆動電流Ｉ_ＬＤを制御する。

一方、画像領域中におけるシェーディング動作において、レーザ駆動回路３００は、シェーディング回路の出力電圧Ｖｓｈｄを露光位置に応じて設定し、各露光位置においてレーザ駆動電流Ｉ_ＬＤを可変し、シェーディング動作時のレーザ発光光量を制御する。つまり、感光体ドラムの回転軸方向（主走査方向とする）の各位置によってVｓｈｄを変更することによってレーザ駆動電流I_LDを制御する。

（シェーディング回路の動作）
シェーディング回路の動作について説明する。ＣＰＵ３０７は、メモリ３０８から各露光位置（照射位置）に対応した光量データ（シェーディングデータ、シェーディング補正光量）を読み出し、ＰＷＭ信号生成部３０９（信号出力手段）が出力するPWM信号（補正信号）のデューティ比（Ｄｕｔｙ）の設定を行う。ここで、シェーディングデータは走査中に切り替えられ、回転軸方向における各照射位置に対応するデューティ比（Ｄｕｔｙ）が設定される。

メモリ３０８には、画像領域を予め決められた数に分割し、分割された各ブロック（以降、シェーディングブロックという）に対応したシェーディングデータが記録されている。

ＰＷＭ信号生成部３０９は、ＢＤセンサ３１６の出力信号を基準に、内部の基準クロックをカウントし、所定のカウント値において各シェーディングブロックの切り替えを行う。

ＰＷＭ信号は、電圧スイッチ３１４をＯＮ／ＯＦＦに切り替える。電圧スイッチ３１４のＯＮ／ＯＦＦによって変化する電圧信号は平滑化回路３１２で平滑化される。

このような動作により、シェーディングブロック毎にＰＷＭ信号のＤｕｔｙの設定を行い、平滑化回路３１２の出力電圧Ｖｓｈｄを制御することで、レーザ光量が制御される。

図４は一走査中におけるシェーディング動作シーケンスを示すタイミングチャートである。このシーケンスでは、画像領域を複数ブロック（Ｂｌｏｃｋ１、Ｂｌｏｃｋ２、……）に分割し、各ブロックにおける光量補正量（シェーディングデータ）に対応するＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄｕｔｙ）が設定される。

前述したように、レーザ駆動電流Ｉ_ＬＤは、数式（１）、（２）に示すように制御される。例えばＰＷＭ信号のＤｕｔｙが大きい場合、平滑化回路３１２のシェーディング電圧Ｖｓｈｄは大きくなり、レーザ駆動回路３００は、レーザ発光光量が少なくなるように動作する。

平滑化回路３１２は、ＰＷＭ信号を平滑化し、前述したシーケンスの中で、ブロック間の光量を滑らかに変化させる。すなわち、平滑化回路３１２は、ＰＷＭ信号によって電圧スイッチ３１４がＯＮ／ＯＦＦすることで変化する入力電圧を平滑化する。

本実施形態では、平滑化回路３１２は、オペアンプを使用したアクティブフィルタ回路で構成され、このアクティブフィルタ回路によりPWM信号から周波数成分を除去し、PWM信号を平滑化処理する。アクティブフィルタのカットオフ周波数（遮断周波数）は、ＰＷＭ信号の周波数をカットし、シェーディングブロックの周期となる空間周波数をパスするように設定される。平滑化回路３１２は、この動作によって、ＰＷＭ信号のＯＮあるいはＯＦＦタイミングで光量が極端に変化することを抑制し、画像上で筋（スジ）やムラが発生することを防ぐ。

ここで、平滑化回路３１２は、所定の電圧範囲に入った信号に対し、平滑化動作を行う。即ち、平滑化可能な電圧未満、あるいは平滑化可能な電圧以上の電圧に対しては平滑化動作を行うことができない。平滑化回路３１２のような、オペアンプを使用したアクティブフィルタ回路では、オペアンプの電源電圧と入力電圧範囲によって、動作可能な電圧レベルが規定される。

そこで、本実施形態では、レーザ駆動回路３００は、平滑化回路の入力電圧に対してバイアス電圧を印加し、アクティブフィルタが安定的に動作する範囲（動作可能範囲）に入力電圧が含まれるように（平滑化可能な電圧以上に含まれるように）、ＰＷＭ信号の電圧レベル変換を行う。

(バイアス印加回路)
つぎに、バイアス印加回路３１３の設定方法を示す。図５は有効入力電圧範囲に対する平滑化回路３１２への入力信号を示すタイミングチャートである。

本実施形態のシェーディング回路は、ＰＷＭ信号のレベル変換を行い、レベル変換された信号を平滑化し、シェーディング補正の補正量を制御する。

平滑化回路３１２の入力電圧は、電圧スイッチ３１４がＯＮした時にＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃとなり、電圧スイッチ３１４がＯＦＦした時にバイアス電圧Ｖｂｉａｓとなる。

本実施形態のバイアス印加回路３１３は、抵抗の分圧によって電圧レベルＶｂｉａｓを設定する。バイアス電圧Ｖｂｉａｓは、アクティブフィルタの動作可能な電圧範囲（有効入力電圧範囲）に入るような電圧レベルに設定される。

一方、レーザ駆動電流Ｉ_ＬＤが大きい場合、抵抗３１７に流れる電流が多くなり、抵抗３１７の端子間電圧が大きくなってしまう。本実施形態では、ＡＰＣ動作、シェーディング動作において、オペアンプの出力電圧がそれぞれ数式（１）、（２）の関係を満たす必要がある。ここで、電圧レベルＶｂｉａｓは、レーザ駆動電流Ｉ_ＬＤが最大となった場合に発生する抵抗３１７の端子間電圧よりも、高い電圧となるように設定される。

(ＰＷＭのＤｕｔｙ補正方法)
レーザ駆動電流Ｉ_ＬＤは、前述したように、レベル変換が行われた電圧値と、ＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄｕｔｙ）とによって制御される。

一方、本方式によるシェーディング補正では、光量制御量につぎのような誤差が生じてしまう。その要因の１つとして、レーザ駆動電流に対する発光光量には、レーザ素子毎にばらつきがある。また、レベル変換動作や平滑化回路３１２の動作では、回路素子のばらつきが積み重なると、最終的なシェーディング電圧Ｖｓｈｄのレベルに誤差が生じてしまう。これらの要因によって、シェーディング補正光量に誤差が生じる。

そこで、本実施形態のシェーディング回路は、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの電圧レベルに応じてＰＷＭ信号のＤｕｔｙ補正を行い、シェーディング補正光量を制御する。

具体的に、シェーディング回路は、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ変化量に対する光量変化量を測定し、この測定された光量変化量からＤｕｔｙに対する光量の補正係数（シェーディング補正係数Ｋ）を算出し、この補正係数をもとにＤｕｔｙ補正を行う。

ここで、Ｄｕｔｙに対する光量の測定と光量変化率（シェーディング補正係数Ｋ）の算出は、予め工場で行われ、メモリ３０８に記録されて出荷される。また、光量変化率は、画像形成時にメモリ３０８からＣＰＵ３０７によって読み出され、ＰＷＭ信号生成部３０９に設定される。シェーディング補正係数Ｋは、数式（３）で表わされる。

シェーディング補正係数Ｋ ＝ ΔＤｕｔｙ ÷ Δ光量
＝（Ｄｕｔｙ１−Ｄｕｔｙ２）÷（Ｐ１−Ｐ２）……（３）
ここで、Ｐ１は、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙをＤｕｔｙ１に設定した場合のレーザ光量である。同様に、Ｐ２は、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙをＤｕｔｙ２に設定した場合のレーザ光量である。

図６はレーザ光量とＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄｕｔｙ）の関係を示すグラフである。Ｄｕｔｙ１に設定した場合のレーザ光量Ｐ１は、Ｄｕｔｙ１よりデューティ比の大きいＤｕｔｙ２に設定した場合のレーザ光量Ｐ２に比べて大きい。

図７はシェーディング補正係数Ｋの書き込み処理手順を示すフローチャートである。このシェーディング補正係数Ｋの書き込み処理は、ＣＰＵ３０７内の記憶媒体に格納されており、ＣＰＵ３０７によって予め工場で実行される。この処理によって演算されたシェーディング補正係数Ｋはメモリ３０８に記録される。

ＣＰＵ３０７は、ＰＷＭ信号生成部３０９に対し、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙをＤｕｔｙ１に設定し、レーザ３０１によるレーザ発光を開始する（ステップＳ１）。ＣＰＵ３０７は、レーザ光量Ｐ１を測定する（ステップＳ２）。

ＣＰＵ３０７は、ＰＷＭ信号生成部３０９に対し、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙをＤｕｔｙ２に設定し、レーザ３０１によるレーザ発光を開始する（ステップＳ３）。ＣＰＵ３０７は、レーザ光量Ｐ２を測定する（ステップＳ４）。

ＣＰＵ３０７は、測定値であるレーザ光量Ｐ１、Ｐ２からシェーディング補正係数Ｋを算出する（ステップＳ５）。ＣＰＵ３０７は、算出されたシェーディング補正係数Ｋをメモリ３０８に書き込む（ステップＳ６）。この後、ＣＰＵ３０７は本処理を終了する。

メモリ３０８に書き込まれたシェーディング補正係数Ｋは、シェーディング動作時、メモリ３０８から読み出され、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ補正に用いられる。このメモリ３０８からのデータの読み出しとＤｕｔｙ補正は、ＣＰＵ３０７によって行われる。

図８はＰＷＭ信号のシェーディング補正係数ＫおよびＤｕｔｙ設定値の設定手順を示すフローチャートである。このＤｕｔｙ設定値の設定処理プログラムは、ＣＰＵ３０７内の記憶媒体に格納されており、ＣＰＵ３０７によって画像形成前に実行される。

ＣＰＵ３０７は、シェーディング補正開始後、まず、メモリ３０８からシェーディング補正係数Ｋを読み出す（ステップＳ１１）。

ここで、各走査位置でのシェーディング補正光量は、工場で測定され、メモリ３０８に記録されている。この工場の工程では、被走査面上の光量分布プロファイルから、各シェーディングブロックのシェーディング補正光量の値が決定され、ブロック毎に割り当てられたアドレスにデータとして書き込まれる。

ＣＰＵ３０７は、各ブロックのシェーディング補正光量をメモリ３０８から読み出す（ステップＳ１２）。ＣＰＵ３０７は、シェーディング補正係数Ｋとシェーディング補正光量とから、数式（４）に従って、Ｄｕｔｙ設定値を算出する（ステップＳ１３）。

Ｄｕｔｙ設定値 ＝ シェーディング補正係数Ｋ × 補正光量 …… （４）
ＣＰＵ３０７は、算出された各シェーディングブロックのＤｕｔｙ設定値を、ＰＷＭ信号生成部３０９に設定する（ステップＳ１４）。この後、ＣＰＵ３０７は本処理を終了する。

第１の実施形態の画像形成装置によれば、ＰＷＭ信号にバイアス電圧を印加することで、アクティブフィルタが安定して動作する範囲に入力電圧をシフトさせることができる。これにより、平滑化動作を安定化させ、シェーディング動作による光量段差等の弊害の発生を防ぐことができる。また、入力電圧の制御量に対する出力電圧のリニアリティを確保することができ、ＰＷＭ信号に対して光量を線形（リニア）に制御することが可能となる。

このように、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御することによりシェーディング補正を行う際、ＰＷＭ信号のスイッチングに起因する濃度ムラの発生を防ぐとともに、安定的かつ高精度にシェーディング補正を行うことができる。また、簡単な回路構成で実現することができる。

また、レベル変換、平滑化などの回路素子やレーザ素子のばらつきにより発生する光量補正量のずれに対し、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙを補正することで、所望の光量補正量に制御することができる。このＤｕｔｙ補正によって、レーザおよび回路の素子のばらつきに対し、シェーディング補正における補正光量を高精度に設定することができる。

すなわち、予め測定された光量変化率を用いて、ＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄｕｔｙ）を補正することで、例えばレーザ素子の特性や回路上の素子のばらつきに起因するシェーディング補正光量の誤差を簡易な方法で補正することができる。

また、バイアス電圧を印加するバイアス電圧回路によりＰＷＭ信号の電圧レベルをシフトするので、簡易な回路構成で電圧レベルの変換を行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、ＰＷＭ信号の電圧レベルを変換するものとして、バイアス電圧を印加する回路（バイアス電圧回路）について説明したが、増幅器等の振幅制御回路によってアクティブフィルタへの入力電圧の振幅を増減させるように調整してもよい。また、バイアス電圧回路および振幅制御回路（振幅調整手段）を併用してもよい。このように、ＰＷＭ信号の振幅を増減させてレベル調整を行い、平滑化回路への入力電圧の振幅を一定にすることで、平滑化回路を安定的に動作させることができる。

[第２の実施形態]
第２の実施形態では、前記第１の実施形態のシェーディング補正回路において、画像濃度の検出結果を基にレーザ光量の調整を行う際、ＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄｕｔｙ）を補正する方法を示す。第２の実施形態の画像形成装置は、画像濃度の検出結果に基づき、レーザ光量を調整することにより画像濃度を一定に制御する機能を有する。

なお、第２の実施形態の画像形成装置の構成は前記第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。画像形成装置（図１参照）は、中間転写体である感光ドラム１０２上（感光体上）で濃度検出を行う濃度検知センサ（図示せず）を備えており、この濃度検知センサの出力を用いて画像領域全体の光量を調整する。

レーザ光量の調整は、ＡＰＣの目標光量の設定を変更することにより行われる。レーザ駆動回路３００は、ＰＤ３０２の検出出力（発光光量検出量）と基準電圧を比較器３０４で比較し、この検出出力が基準電圧と一致するように、レーザ駆動電流を制御する。即ち、所定の光量でレーザ光が出射されるようにレーザ駆動電流を制御する。

本実施形態では、レーザ駆動回路３００は、濃度検知センサによる濃度検出結果に基づき、発光光量検出量との比較が行われる基準電圧を設定することで、ＡＰＣ時のレーザ発光光量の目標値を設定する。このように、ＡＰＣの目標光量を制御することによって、画像領域内の光量のオフセット量を制御することができる（オフセット量設定手段）。

ここで、上記光量制御によりレーザ光量が調整された場合、シェーディング補正の割合が変化するという問題があった。その要因の１つは、レーザ発光光量が変わることにより、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃの値が変わることである。数式（２）から明らかなように、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃが変わると、シェーディング補正電圧Ｖｓｈｄの値が変わるので、シェーディング補正量が変化してしまう。

図９は工場出荷時の光量Ｐ０に対し、濃度調整により光量Ｐ１となるようにレーザ発光光量を切り替えた場合のレーザ駆動電流とレーザ発光光量の関係を示すグラフである。ここで、工場出荷時に調整された光量をＰ０、ＡＰＣ制御電圧をＶａｐｃ０とする。また、濃度調整時の光量をＰ１、ＡＰＣ制御電圧をＶａｐｃ１とする。なお、レーザ駆動電流は数式（１）に示すように電圧（Ｖａｐｃ − Ｖｂｉａｓ）に対応する。

このとき、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃの工場調整時に対する変化量ΔＶａｐｃは、数式（５）で表わされる。

Δ（Ｖａｐｃ−Ｖｂｉａｓ） ＝ （Ｐ０−Ｐ１）×（Δレーザ駆動電流Ｉ_ＬＤ ／ Δ光量） …… （５）
そこで、本実施形態のレーザ駆動回路３００は、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃの変化に応じてＰＷＭ信号のＤｕｔｙを補正する。前述したように、シェーディング補正電圧Ｖｓｈｄ、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃおよびバイアス電圧Ｖｂｉａｓの関係は、数式（２）で表わされる。

レーザ駆動回路３００は、ＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃの変化量を算出し、この変化量に応じてデューティ比（Ｄｕｔｙ）を補正することで、シェーディング補正光量を一定に保つように制御する。

ここで、数式（５）で表わされるＡＰＣ制御電圧Ｖａｐｃの変化量は、数式（６）で示されるシェーディング補正係数Ｋを代入すると、数式（７）で示されるようになる。

シェーディング補正係数Ｋ ＝ Δレーザ駆動電流Ｉ_ＬＤ ／ Δ光量 ……（６）
Δ（Ｖａｐｃ−Ｖｂｉａｓ） ＝ （Ｐ０−Ｐ１）× シェーディング補正係数Ｋ ……（７）
ここで、数式（６）に示すシェーディング補正係数Ｋは、数式（３）に示すシェーディング補正係数Ｋと同じ測定で得られる係数である。数式（３）では、Ｄｕｔｙの変化率と光量の変化率との比率が計算されているが、本シェーディング回路の動作では、Ｄｕｔｙの変化率はレーザ駆動電流Ｉ_ＬＤの変化率と等しい。従って、数式（３）のシェーディング補正係数Ｋは、数式（６）のシェーディング補正係数Ｋの計算値と等しくなる。

また、もう１つの問題として、設定光量が変わることによって、シェーディング補正光量とＡＰＣ光量の比率が変化することである。本実施形態におけるシェーディング補正では、露光装置のレンズやミラーに起因する光量ムラを補正するので、補正光量はＡＰＣ光量に対して所望の比率になるように設定される必要がある。

図９に示すように、あるシェーディングブロックの光量がシェーディング補正率Ａ％となるように設定された場合、レーザ駆動電流の制御量を光量Ｐ０、Ｐ１の比率に合わせて制御する必要がある。

前述したシェーディング補正係数Ｋに、光量Ｐ０、Ｐ１の比率を掛け合わせると、数式（８）に示すように、シェーディング補正係数Ｋ２が得られる。

シェーディング補正係数Ｋ２ ＝ （Ｐ１／Ｐ０） × １／Δ（Ｖａｐｃ−Ｖｂｉａｓ） × シェーディング補正係数Ｋ …… （８）
さらに、数式（８）で算出された補正係数Ｋ２を、Ｄｕｔｙにかけ合わせることで、Ｄｕｔｙ補正が行われる。従って、最終的なＤｕｔｙ設定値は、数式（９）で表わされる。

Ｄｕｔｙ設定値 ＝ シェーディング補正係数Ｋ２ × 補正光量 …… （９）
上記演算は、前述した図８のステップＳ１３における演算処理で行われ、この演算結果に基づき、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙの設定が行われる。

第２の実施形態の画像形成装置によれば、装置内の濃度検出結果に基づき、光量の設定を変更する際、光量の変化量に対してＤｕｔｙの補正を行うことで、シェーディング補正比率を一定に保つことができる。つまり、ＡＰＣ光量に対するシェーディング補正光量の比率が変わらないようにすることができる。また、この方式では、新たに光量検出回路や光量補正回路を追加することなく、補正が可能となる。

このように、光量のオフセット量が初期値から変化しても、常に一定の比率でシェーディング補正を行うことができる。また、ＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄｕｔｙ）を補正することで、複雑な回路を追加することなく、一定の比率でシェーディング補正が可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。

例えば、上記実施形態では、オフセット量を設定する際、濃度検知センサによって感光ドラム上の画像の濃度を検知し、その検知結果を用いたが、画像の濃度の代わりに、感光ドラム上の電位を検知し、その検知結果を用いるようにしてもよい。

また、本発明の画像形成装置として、本来の印刷装置、印刷機能を有するファクシミリ装置、印刷機能、コピー機能、スキャナ機能等を有する複合機（ＭＦＰ）であってもよいことは勿論である。

また、上記実施形態では、電子写真方式の画像形成装置として、カラー画像形成装置について説明したが、モノクロ画像形成装置に適用されてもよい。

上記実施形態では、画像形成装置として、ＹＭＣＢｋ各色に対応する感光ドラムを使用し、この感光ドラム上に坦持された各色のトナー像を順次記録媒体に重ねて転写する画像形成装置を例示している。しかし、この転写方式に限定されるものではなく、中間転写体を使用し、この中間転写体に各色のトナー像を順次重ねて転写し、この中間転写体に担持されたトナー像を記録媒体に一括して転写する画像形成装置であってもよい。

また、上記実施形態に記載されている構成部品の形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲は上記例示するもののみに限定されものではない。

また、本発明は、露光装置として、画像形成装置に限らず、種々の電子機器に適用可能である。

本発明は、電子写真方式のプリンタや複写機などに利用可能である。

３００ レーザ駆動回路
３０２ フォトダイオード
３０４ 比較器
３０５ ＡＰＣ回路
３０９ ＰＷＭ信号生成部
３１２ 平滑化回路
３１３ バイアス印加回路

Claims (5)

1. 感光体と、
   前記感光体に潜像を形成するためにレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光が前記感光体上を走査するように前記レーザ光を偏向する偏向手段と、
   前記レーザ光を前記感光体に導く光学手段と、
   前記レーザ光源から前記レーザ光を出射させるために前記レーザ光源に駆動電流を供給する駆動手段と、
   前記レーザ光を前記レーザ光の走査方向における前記レーザ光の露光位置に応じた光量に制御するために、前記露光位置に応じて前記レーザ光源に供給する前記駆動電流の値を補正する補正手段と、を有し、
   前記補正手段は、
   前記露光位置に対応したデューティー比のパルス信号を出力する信号出力手段と、
   前記信号出力手段から所定の電圧範囲内に含まれる電圧のパルス信号が入力されることによって、設定されたカットオフ周波数に基づいて前記パルス信号の周波数成分を除去し、当該周波数成分が除去された前記パルス信号を平滑化するアクティブフィルタと、
   前記信号出力手段から前記アクティブフィルタに入力される前記パルス信号の電圧を前記所定の電圧範囲内に変換する電圧変換手段と、
   前記信号出力手段から出力される前記パルス信号のデューティー比を前記電圧変換手段による電圧変換量に応じて調整する調整手段と、を備え、
   前記補正手段は、前記アクティブフィルタにより平滑化された信号によって前記駆動電流の値を補正することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記パルス信号のデューティー比を前記走査方向における前記露光位置に応じて制御する制御データを複数の前記露光位置毎に記憶する記憶手段を備え、
   前記信号出力手段は、前記記憶手段に記憶された前記制御データに基づいて前記パルス信号のデューティー比を前記複数の露光位置夫々に応じて制御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. 前記電圧変換手段は、前記アクティブフィルタに入力される前記パルス信号の振幅を増減させる振幅調整回路を備え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. 前記レーザ光源からのレーザ光の光量を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって検知される前記レーザ光の光量が目標光量となるように前記レーザ光の光量を制御するための光量制御電圧を制御し、当該光量制御電圧に基づいて前記駆動電流を制御する電流制御手段と、
   前記電流制御手段と前記アクティブフィルタの間に配置され、前記パルス信号に応じてオン／オフされるスイッチと、を備え、
   前記パルス信号に応じて前記スイッチがオンされることによって、前記光量制御電圧は前記電圧変換手段によって電圧が変換されて前記アクティブフィルタに入力されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記調整手段は、前記電圧変換手段による電圧変換量に対応した、前記走査方向における前記感光体上の露光位置夫々における前記レーザ光の光量が、前記目標光量から乖離しないように前記パルス信号のデューティー比を調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。