JP5679110B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に係り、更に詳しくは、レーザ光を用いた画像形成装置に関する。

レーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置などの画像形成装置は、表面が感光性を有する被走査面としての感光体ドラム、レーザ光を射出する光源、該光源からのレーザ光を偏向するポリゴンミラー、該ポリゴンミラーで偏向されたレーザ光を感光体ドラムに導く走査光学系などを備えている。

感光体ドラム上の光スポットは、ポリゴンミラーの回転に伴って感光体ドラムの軸方向に移動し、１ライン分の走査が行われる。そして、１ライン分の走査が終了すると感光体ドラムは回転され、次の走査が開始される。

ところで、走査光学系は、レンズ、ガラス板、ミラーなどの光学素子で構成され、光の入射角によって光利用効率（反射率あるいは透過率）が異なっている。また、レンズでは、光の入射位置によって厚さが異なっている。

上記ポリゴンミラーで偏向されたレーザ光は、ポリゴンミラーでの偏向角に応じた入射角で走査光学系に入射するとともに、感光体ドラムにおける照射位置が異なると、走査光学系での入射位置も異なるため、感光体ドラムでのレーザ光強度は一様ではなく、照射位置によって異なることとなる。

このような照射位置に応じたレーザ光強度の強弱は、「シェーディング特性」と呼ばれており、画像形成装置から出力される画像（「出力画像」ともいう）に濃度変動を生じさせ画像品質を低下させる要因の一つである。そこで、このシェーディング特性を補正する方法が種々提案された（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

また、感光体の感度のばらつきに応じて露光量を制御する画像形成装置が特許文献３に開示されている。

ところで、感光体ドラムが偏心していたり、断面が真円でないと、感光体ドラムが回転したときに、感光体ドラムと現像ローラとの間の間隙が変動する。この間隙の変動は現像プロセスの変動となり、出力画像において、不要な濃度変動を招く。

近年、画像品質に対する要求が高くなり、従来の方法では、感光体ドラムの偏心や形状誤差に起因する出力画像の濃度変動を要求レベルまで抑制するのは困難であった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は、高品質の画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することにある。

本発明は、画像情報に応じた画像を形成する画像形成装置であって、感光体ドラムと、光源を含み、該光源からの光によって前記感光体ドラム表面を主走査方向に走査し、前記感光体ドラム表面に潜像を形成する光走査装置と、前記潜像を現像する現像装置と、前記主走査方向及び該主走査方向に直交する副走査方向に関して、前記現像装置で現像された画像の濃度変動を検出するための複数の濃度センサと、前記複数の濃度センサの検出結果に基づいて、前記濃度変動が抑制されるように前記光源の出力を補正する補正データを作成し、前記主走査方向に関する前記感光体ドラム表面での位置と前記光源の補正後の出力との関係において、該補正後の出力の最大値をＰｕ、最小値をＰｄとしたとき、該補正後の出力の極値に対し、｜Ｐｕ−Ｐｄ｜の１０％よりも大きく２０％よりも小さい範囲で前記極値前後での変化量が緩和されるように前記補正データを修正し、かつ補正後の出力が該光源の最小定格出力よりも小さくなる位置では、補正後の出力が前記最小定格出力以上となるように前記補正データを修正し、補正後の出力が該光源の最大定格出力よりも大きくなる位置では、補正後の出力が前記最大定格出力以下となるように前記補正データを修正する処理装置と、を備える画像形成装置である。

これによれば、従来よりも高品質の画像を安定して形成することができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を示す図である。 図１における濃度検出器を説明するための図である。 各光学センサの構成を説明するための図である。 図１における光走査装置を説明するための図（その１）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その２）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その３）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その４）である。 走査制御装置を説明するためのブロック図である。 感光体ドラムの偏心を説明するための図である。 感光体ドラムの形状誤差を説明するための図である。 感光体ドラムの回転軸と現像ローラの回転軸が非平行な状態を説明するための図である。 光量補正情報取得処理を説明するためのフローチャートである。 濃度チャートパターンを説明するための図である。 濃度チャートパターンと各光学センサとの位置関係を説明するための図である。 光量補正情報取得処理において、各光学センサから射出された検出用光の軌跡を説明するための図である。 図１６（Ａ）は、検出用光の照明対象物が転写ベルトのときの正反射光及び拡散反射光を説明するための図であり、図１６（Ｂ）は、検出用光の照明対象物がトナーパターンのときの正反射光及び拡散反射光を説明するための図である。 発光パワーとセンサ出力レベルとの関係を説明するための図である。 濃度変動測定用パターンを説明するための図である。 濃度変動測定用パターンに対する各光学センサから射出された検出用光の軌跡を説明するための図である。 濃度変動測定用パターンに対する各光学センサのセンサ出力レベルを説明するためのタイミングチャートである。 主走査方向に関する５つの光学センサの位置と５つの光学センサのレベル平均値との関係を説明するための図である。 主走査方向に関する位置と濃度変動を補正するための発光パワーとの関係を示す発光パワー補正式を説明するための図である。 図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、それぞれ発光パワー補正折れ線の修正を説明するための図（その１）である。 発光パワー補正折れ線の修正を説明するための図（その２）である。 発光パワー補正折れ線の修正を説明するための図（その３）である。 発光パワー補正折れ線の修正を説明するための図（その４）である。 図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）は、それぞれ発光パワー補正折れ線の修正を説明するための図（その５）である。 発光パワー補正折れ線の修正を説明するための図（その６）である。 修正された発光パワー補正折れ線を説明するための図である。 周期パターンを説明するためのタイミングチャートである。 発光パワー補正信号を説明するためのタイミングチャートである。 台形波を規定するのに必要なデータを説明するための図である。 周期パターンの比較例を説明するためのタイミングチャートである。 三角波と正弦波の差を説明するための図（その１）である。 三角波と正弦波の差を説明するための図（その２）である。 台形波と正弦波の差を説明するための図（その１）である。 台形波と正弦波の差を説明するための図（その２）である。 台形波の利点を説明するための図である。 発光パワーの補正の効果を説明するためのタイミングチャート（その１）である。 発光パワーの補正の効果を説明するためのタイミングチャート（その２）である。 修正された発光パワー補正信号の変形例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４０に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４つのトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、濃度検出器２２４５、４つのホームポジションセンサ（２２４６ａ、２２４６ｂ、２２４６ｃ、２２４６ｄ）、温湿度センサ（図示省略）、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの画像情報を光走査装置２０１０に送る。

温湿度センサは、カラープリンタ２０００内の温度と湿度を検出し、プリンタ制御装置２０９０に通知する。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、トナーカートリッジ２０３４ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、トナーカートリッジ２０３４ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、トナーカートリッジ２０３４ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転するものとする。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をＹ軸方向、４つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をＸ軸方向として説明する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、上位装置からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の構成については後述する。

ところで、各感光体ドラムにおいて、画像情報が書き込まれる領域は、「有効走査領域」、「画像形成領域」、「有効画像領域」などと呼ばれている。

トナーカートリッジ２０３４ａにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ａに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｂにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｂに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｃにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｃに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｄにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｄに供給される。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。なお、転写ベルト２０４０上のトナー画像の移動方向は「副方向」、該副方向に直交する方向は「主方向」と呼ばれている。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対２０５６に搬送する。該レジストローラ対２０５６は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。

定着装置２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次、積み重ねられる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

濃度検出器２２４５は、転写ベルト２０４０の−Ｘ側に配置されている。この濃度検出器２２４５は、一例として図２に示されるように、５つの光学センサ（２２４５ａ、２２４５ｂ、２２４５ｃ、２２４５ｄ、２２４５ｅ）を有している。

光学センサ２２４５ａは、転写ベルト２０４０における有効画像領域内の−Ｙ側端部近傍に対向する位置に配置され、光学センサ２２４５ｅは、転写ベルト２０４０における有効画像領域内の＋Ｙ側端部近傍に対向する位置に配置され、光学センサ２２４５ｂ〜光学センサ２２４５ｄは、Ｙ軸方向に関して、光学センサ２２４５ａと光学センサ２２４５ｅの間にほぼ等間隔に配置されている。ここでは、Ｙ軸方向に関して、光学センサ２２４５ａの中心位置をＹ１、光学センサ２２４５ｂの中心位置をＹ２、光学センサ２２４５ｃの中心位置をＹ３、光学センサ２２４５ｄの中心位置をＹ４、光学センサ２２４５ｅの中心位置をＹ５とする。

各光学センサは、いずれも一例として図３に示されるように、転写ベルト２０４０に向けて光（以下、「検出用光」ともいう）を射出するＬＥＤ１１、転写ベルト２０４０あるいは転写ベルト２０４０上のトナー像からの正反射光を受光する正反射光受光素子１２、転写ベルト２０４０あるいは転写ベルト２０４０上のトナー像からの拡散反射光を受光する拡散反射光受光素子１３を有している。各受光素子は、いずれも受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。

ホームポジションセンサ２２４６ａは、感光体ドラム２０３０ａにおける回転のホームポジションを検出する。

ホームポジションセンサ２２４６ｂは、感光体ドラム２０３０ｂにおける回転のホームポジションを検出する。

ホームポジションセンサ２２４６ｃは、感光体ドラム２０３０ｃにおける回転のホームポジションを検出する。

ホームポジションセンサ２２４６ｄは、感光体ドラム２０３０ｄにおける回転のホームポジションを検出する。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

光走査装置２０１０は、一例として図４〜図７に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、ポリゴンミラー２１０４、４つの走査レンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、６枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｂ、２１０８ｃ）、及び走査制御装置３０２２（図４〜図７では図示省略、図８参照）などを備えている。そして、これらは、光学ハウジング（図示省略）の所定位置に組み付けられている。

各光源は、複数の発光部が２次元配列されている垂直共振器型の面発光レーザアレイを含んでいる。該面発光レーザアレイの複数の発光部は、すべての発光部を副走査対応方向に伸びる仮想線上に正射影したときに、発光部間隔が等間隔となるように配置されている。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。

カップリングレンズ２２０１ａは、光源２２００ａから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｂは、光源２２００ｂから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｃは、光源２２００ｃから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｄは、光源２２００ｄから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

開口板２２０２ａは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ａを介した光束を整形する。

開口板２２０２ｂは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｂを介した光束を整形する。

開口板２２０２ｃは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｃを介した光束を整形する。

開口板２２０２ｄは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｄを介した光束を整形する。

シリンドリカルレンズ２２０４ａは、開口板２２０２ａの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｂは、開口板２２０２ｂの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｃは、開口板２２０２ｃの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｄは、開口板２２０２ｄの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

カップリングレンズ２２０１ａと開口板２２０２ａとシリンドリカルレンズ２２０４ａとからなる光学系は、Ｋステーションの偏向器前光学系である。

カップリングレンズ２２０１ｂと開口板２２０２ｂとシリンドリカルレンズ２２０４ｂとからなる光学系は、Ｃステーションの偏向器前光学系である。

カップリングレンズ２２０１ｃと開口板２２０２ｃとシリンドリカルレンズ２２０４ｃとからなる光学系は、Ｍステーションの偏向器前光学系である。

カップリングレンズ２２０１ｄと開口板２２０２ｄとシリンドリカルレンズ２２０４ｄとからなる光学系は、Ｙステーションの偏向器前光学系である。

ポリゴンミラー２１０４は、Ｚ軸に平行な軸まわりに回転する２段構造の４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。そして、１段目（下段）の４面鏡ではシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束がそれぞれ偏向され、２段目（上段）の４面鏡ではシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束がそれぞれ偏向されるように配置されている。

また、シリンドリカルレンズ２２０４ａ及びシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの各光束はポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に偏向され、シリンドリカルレンズ２２０４ｃ及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの各光束はポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に偏向される。

各走査レンズはそれぞれ、光束を対応する感光体ドラム近傍に集光する光学的パワー、及びポリゴンミラー２１０４の回転に伴って、対応する感光体ドラム面上で光スポットが主走査方向に等速で移動するような光学的パワーを有している。

走査レンズ２１０５ａ及び走査レンズ２１０５ｂは、ポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に配置され、走査レンズ２１０５ｃ及び走査レンズ２１０５ｄは、ポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に配置されている。

そして、走査レンズ２１０５ａと走査レンズ２１０５ｂはＺ軸方向に積層され、走査レンズ２１０５ｂは１段目の４面鏡に対向し、走査レンズ２１０５ａは２段目の４面鏡に対向している。また、走査レンズ２１０５ｃと走査レンズ２１０５ｄはＺ軸方向に積層され、走査レンズ２１０５ｃは１段目の４面鏡に対向し、走査レンズ２１０５ｄは２段目の４面鏡に対向している。

ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束は、走査レンズ２１０５ａ、折り返しミラー２１０６ａを介して、感光体ドラム２０３０ａに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ａの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ａ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ａでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ａの回転方向が、感光体ドラム２０３０ａでの「副走査方向」である。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束は、走査レンズ２１０５ｂ、折り返しミラー２１０６ｂ及び折り返しミラー２１０８ｂを介して、感光体ドラム２０３０ｂに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｂの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｂ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｂでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｂの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｂでの「副走査方向」である。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束は、走査レンズ２１０５ｃ、折り返しミラー２１０６ｃ及び折り返しミラー２１０８ｃを介して、感光体ドラム２０３０ｃに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｃの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｃ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｃでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｃの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｃでの「副走査方向」である。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束は、走査レンズ２１０５ｄ、折り返しミラー２１０６ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｄの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｄ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｄでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｄの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｄでの「副走査方向」である。

なお、各折り返しミラーは、ポリゴンミラー２１０４から各感光体ドラムに至る各光路長が互いに一致するとともに、各感光体ドラムにおける光束の入射位置及び入射角がいずれも互いに等しくなるように、それぞれ配置されている。

ポリゴンミラー２１０４と各感光体ドラムとの間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。ここでは、走査レンズ２１０５ａと折り返しミラー２１０６ａとからＫステーションの走査光学系が構成されている。また、走査レンズ２１０５ｂと２枚の折り返しミラー（２１０６ｂ、２１０８ｂ）とからＣステーションの走査光学系が構成されている。そして、走査レンズ２１０５ｃと２枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０８ｃ）とからＭステーションの走査光学系が構成されている。さらに、走査レンズ２１０５ｄと折り返しミラー２１０６ｄとからＹステーションの走査光学系が構成されている。なお、各走査光学系において、走査レンズが複数のレンズから構成されていても良い。

走査制御装置３０２２は、一例として図８に示されるように、ＣＰＵ３２１０、フラッシュメモリ３２１１、ＲＡＭ３２１２、ＩＦ（インターフェース）３２１４、画素クロック生成回路３２１５、画像処理回路３２１６、書込制御回路３２１９、光源駆動回路３２２１などを有している。なお、図８における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。

ＩＦ（インターフェース）３２１４は、プリンタ制御装置２０９０との双方向の通信を制御する通信インターフェースである。上位装置からの画像データは、ＩＦ（インターフェース）３２１４を介して供給される。

画素クロック生成回路３２１５は、画素クロック信号を生成する。なお、画素クロック信号は、１／８クロックの分解能で位相変調が可能である。

画像処理回路３２１６は、ＣＰＵ３２１０によって色毎にラスター展開された画像データに所定の中間調処理などを行った後、各光源の発光部毎のドットデータを作成する。

書込制御回路３２１９は、画像形成ステーション毎に、不図示の同期検知センサの出力信号に基づいて書込開始のタイミングを求める。そして、書込開始のタイミングに合わせて、各発光部のドットデータを画素クロック生成回路３２１５からの画素クロック信号に重畳させるとともに、発光部毎にそれぞれ独立した変調データを生成する。

光源駆動回路３２２１は、書込制御回路３２１９からの各変調データに応じて、各光源に各発光部の駆動信号を出力する。

フラッシュメモリ３２１１には、ＣＰＵ３２１０にて解読可能なコードで記述された各種プログラム、及びプログラムの実行に必要な各種データが格納されている。

ＲＡＭ３２１２は、作業用のメモリである。

ＣＰＵ３２１０は、フラッシュメモリ３２１１に格納されているプログラムに従って動作し、光走査装置２０１０の全体を制御する。

ところで、前述したように、感光体ドラムに偏心や形状誤差があると（図９及び図１０参照）、出力画像において、不要な副走査方向の濃度変動が生じる。また、感光体ドラムの回転軸と現像ローラの回転軸とが非平行であると（図１１参照）、出力画像において、不要な主走査方向の濃度変動が生じる。

そこで、ＣＰＵ３２１０は、所定のタイミングで、不要な副走査方向の濃度変動及び主走査方向の濃度変動を抑制するための光量補正情報を取得する。以下では、この光量補正情報を取得する処理を「光量補正情報取得処理」と略述する。

なお、上記所定のタイミングとして、電源投入時には、（１）感光体ドラムの停止時間が６時間以上のとき、（２）装置内の温度が１０℃以上変化しているとき、（３）装置内の相対湿度が５０％以上変化しているとき、印刷時には、（４）プリント枚数が所定の枚数に達したとき、（５）現像ローラの回転回数が所定の回数に達したとき、（６）転写ベルトの走行距離が所定の距離に達したときなどに、光量補正情報取得処理が行われる。

ここで、光量補正情報取得処理について、図１２を用いて説明する。図１２のフローチャートは、光量補正情報取得処理の際に、ＣＰＵ３２１０によって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。なお、光量補正情報取得処理は、ステーション毎に行われるが、各ステーションで同様にして行われるので、ここでは、代表として、Ｋステーションでの光量補正情報取得処理について説明する。また、通常はシェーディング補正が行われるが、ここでは、説明をわかりやすくするため、便宜的にシェーディング補正は行わないものとする。

最初のステップＳ４０１では、一例として図１３に示されるように、ブラックに関して、互いにトナー濃度が異なる複数の領域を有する濃度チャートパターンを、一例として図１４に示されるように、Ｙ軸方向に関して有効画像領域とほぼ同じ大きさで形成する。

ここでは、一例として、濃度チャートパターンは、１０種類の濃度（ｎ１〜ｎ１０）領域を有している。そして、濃度ｎ１が最も低濃度であり、濃度ｎ１０が最も高濃度である。なお、濃度チャートパターンを形成する際には、発光部の点灯時間は濃度に関係なく一定とし、発光パワーのみを濃度に応じて異ならしている。ここでは、濃度ｎ１に対応する発光パワーをｐ１、濃度ｎ２に対応する発光パワーをｐ２、・・・・、濃度ｎ１０に対応する発光パワーをｐ１０とする。

次のステップＳ４０３では、各光学センサのＬＥＤ１１を点灯させる。ＬＥＤ１１からの光（検出用光）は、転写ベルト２０４０が回転するにつれて、すなわち、時間が経過するとともに、濃度チャートパターンにおける濃度ｎ１の領域から濃度ｎ１０の領域までを順次照射する（図１５参照）。

そして、正反射光受光素子１２及び拡散反射光受光素子１３の出力信号を取得する。

ところで、転写ベルト２０４０にトナーが付着していない場合には、転写ベルト２０４０で反射された検出用光は、正反射光成分が拡散反射光成分に比べて多い。そこで、正反射光受光素子１２には多くの光が入射するが、拡散反射光受光素子１３にはほとんど光が入射しない（図１６（Ａ）参照）。

一方、転写ベルト２０４０にトナーが付着していると、トナーが付着していない場合と比較して、正反射光成分は減少し、拡散反射光成分は増加する。そこで、正反射光受光素子１２に入射する光は減少し、拡散反射光受光素子１３に入射する光は増加する（図１６（Ｂ）参照）。

すなわち、正反射光受光素子１２及び拡散反射光受光素子１３の出力レベルによって、転写ベルト２０４０に付着しているトナーの濃度を検出することが可能である。

次のステップＳ４０５では、光学センサ毎に、濃度チャートパターンにおける濃度毎に、次の（１）式を用いて拡散反射光受光素子１３の出力レベルを規格化する。なお、該規格化された拡散反射光受光素子１３の出力レベルＬを、以下では、便宜上「センサ出力レベル」ともいう。

Ｌ＝（拡散反射光受光素子１３の出力レベル）÷｛（正反射光受光素子１２の出力レベル）＋（拡散反射光受光素子１３の出力レベル）｝ ……（１）

そして、各光学センサについて、センサ出力レベルと発光パワーとの相関関係を求める（図１７参照）。ここでは、該相関関係を多項式で近似し、該多項式をフラッシュメモリ３２１１に格納する。

なお、本実施形態では、センサ出力レベルと発光パワーとの相関関係が、５つの光学センサ間でばらつかないように調整されている。

次のステップＳ４０７では、濃度変動測定用パターンを作成する。ここでは、濃度変動測定用パターンとして、ブラックのベタパターンをＡ３縦サイズで形成する（図１８参照）。

次のステップＳ４０９では、各光学センサのＬＥＤ１１を点灯させる。各ＬＥＤ１１からの検出用光は、転写ベルト２０４０が回転するにつれて、すなわち、時間が経過するとともに、濃度変動測定用パターンを副走査対応方向に沿って照明する（図１９参照）。

そして、光学センサ毎に、所定の時間間隔で正反射光受光素子１２及び拡散反射光受光素子１３の出力信号を取得し、上記（１）式を用いてセンサ出力レベルを算出する（図２０参照）。図２０には、ホームポジションセンサ２２４６ａの出力信号も示されている。なお、以下では、センサ出力レベルの時間変化を「センサ出力レベル波形」ともいう。

次のステップＳ４１１では、光学センサ毎に、センサ出力レベルの平均値を求める。以下では、便宜上、センサ出力レベルの平均値を「レベル平均値」と略述する。また、光学センサ２２４５ａのレベル平均値をＶａ、光学センサ２２４５ｂのレベル平均値をＶｂ、光学センサ２２４５ｃのレベル平均値をＶｃ、光学センサ２２４５ｄのレベル平均値をＶｄ、光学センサ２２４５ｅのレベル平均値をＶｅとする。

次のステップＳ４１３では、主走査方向における濃度変動を表す式（以下では、「主走査濃度変動式」と略述する）を求める。ここでは、図２１に示されるように、ＶａとＶｂを結ぶ直線Ｌ１を表す式と、ＶｂとＶｃを結ぶ直線Ｌ２を表す式と、ＶｃとＶｄを結ぶ直線Ｌ３を表す式と、ＶｄとＶｅを結ぶ直線Ｌ４を表す式とを、主走査濃度変動式とする。そして、４本の直線（直線Ｌ１〜直線Ｌ４）からなる折れ線を「主走査濃度変動折れ線」という。

次のステップＳ４１５では、主走査方向における濃度変動を補正するための発光パワーを求める。ここでは、上記主走査濃度変動折れ線を上下反転させ、前記センサ出力レベルと発光パワーとの相関関係を用いて縦軸を発光パワーに変換する（図２２参照）。ここでは、Ｙ１での発光パワーをＰ１、Ｙ２での発光パワーをＰ２、Ｙ３での発光パワーをＰ３、Ｙ４での発光パワーをＰ４、Ｙ５での発光パワーをＰ５とする。

次のステップＳ４１７では、主走査方向に関する位置と濃度変動を補正するための発光パワーとの関係を示す発光パワー補正式を求める。ここでは、図２２に示されるように、Ｐ１とＰ２を結ぶ直線Ｌ１２を表す式と、Ｐ２とＰ３を結ぶ直線Ｌ２３を表す式と、Ｐ３とＰ４を結ぶ直線Ｌ３４を表す式と、Ｐ４とＰ５を結ぶ直線Ｌ４５を表す式とを、発光パワー補正式とする。そして、４本の直線（直線Ｌ１２、Ｌ２３、Ｌ３４、Ｌ４５）からなる折れ線を「発光パワー補正折れ線」という。

なお、該発光パワー補正折れ線における最も大きい発光パワーを「発光パワーＰｕ」といい、最も小さい発光パワーを「発光パワーＰｄ」という。ここでは、Ｐｕ＝Ｐ４、Ｐｄ＝Ｐ１である。

ところで、光源の発光光量を補正して濃度変動を低減する場合、濃度補正を急激に行うと、急峻な濃度変動が生じる。そして、この急峻な濃度変動が、２〜３％程度であっても、人間の眼でみたときには、出力画像において縦すじとなるおそれがある。

また、光源は、その発光パワーに最大定格出力と最小定格出力とがある。そして、最大定格出力を超えて使用すると、光源寿命が著しく低下する。また、発光パワーが最大定格出力を超えたり、最小定格出力より小さいと、レーザの立上がり、立下りの光応答特性が劣化し、高速書込に対応できないという不都合がある。さらに、発光パワーが最小定格出力より小さいと、ドループ特性が劣化するため、ハーフトーンの画像濃度むらを発生しやすくなる。そこで、光源においては、最大定格出力と最小定格出力との範囲内で使用することが好ましい。

次のステップＳ４１９では、上記発光パワー補正式を修正する。

（１）一例として図２３（Ａ）に示されるように、発光パワー補正折れ線において、発光パワーの変化が急峻な極値に対しては、図２３（Ｂ）に示されるように、主走査方向における該極値が含まれる区間ΔＨの両端（ｈ１、ｈ２）を直線で繋ぎ、発光パワーの変化を緩和する。

なお、区間ΔＨは、５ｍｍ以下であれば濃度変動が目立ちやすくなり、３０ｍｍ以上であれば他の画像領域での発光パワーの変化が急峻になるおそれがある。そこで、区間ΔＨは、５ｍｍよりも大きく、３０ｍｍよりも小さい範囲内で設定することが好ましい。

このとき、発光パワーが最大定格出力Ｐｍａｘよりも大きくなる場合には、図２４に示されるように、発光パワーが最大定格出力Ｐｍａｘよりも大きくならないように、さらに修正される。

また、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎよりも小さくなる場合には、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎよりも小さくならないように、さらに修正される。

（２）発光パワーＰｕに対して、一例として図２５に示されるように、発光パワーがΔＰだけ小さい２点（ｈ１，ｈ２）を直線で繋ぎ、発光パワーの変化を緩和する。

なお、ΔＰは、｜Ｐｕ−Ｐｄ｜の１０％よりも大きく、２０％よりも小さい範囲内で設定されるのが好ましい。仮に、ΔＰが｜Ｐｕ−Ｐｄ｜の１０％以下であれば、濃度変動が目立ちやすくなり、２０％以上であれば他の画像領域での発光パワーの変化が急峻になるおそれがある。

このとき、発光パワーが最大定格出力Ｐｍａｘよりも大きくなる場合には、図２６に示されるように、発光パワーが最大定格出力Ｐｍａｘよりも大きくならないように、さらに修正される。

また、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎよりも小さくなる場合には、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎよりも小さくならないように、さらに修正される。

（３）発光パワー補正折れ線の端部に対して、２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）に示されるように、該端部を一端とする区間ΔＨでのｈ１を求め、ｈ１での発光パワーと端部での発光パワーの差分Δｐに対し、Δｐ／２となるｈ２を求め、該２点（ｈ１，ｈ２）を直線で繋ぎ、発光パワーの変化を緩和する。

このとき、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎよりも小さくなる場合には、図２８に示されるように、最小定格出力Ｐｍｉｎよりも小さくならないように、さらに修正される。

本実施形態における発光パワー補正折れ線を上記のようにして修正したものが、図２９に示されている。なお、図２９におけるＰａｖｅは、最大定格出力Ｐｍａｘと最小定格出力Ｐｍｉｎの平均の発光パワーである。

次のステップＳ４２１では、修正された発光パワー補正式をフラッシュメモリ３２１１に保存する。ここでは、図２９に示される９本の直線（Ｌａ〜Ｌｉ）を表す式が、修正された発光パワー補正式となる。

次のステップＳ４３１では、ホームポジションセンサ２２４６ａの出力信号に基づいて、各センサ出力レベル波形から感光体ドラム２０３０ａの回転周期と同じ周期の台形波を周期パターンとして抽出する（図３０参照）。

次のステップＳ４３３では、Ｙ１〜Ｙ５のそれぞれについて、副走査方向に関する濃度変動を補正するための発光パワー補正信号を求める。ここでは、先ず、上記周期パターンを上下反転させた反転周期パターンを求める（図３１参照）。そして、センサ出力レベルと発光パワーとの相関関係を参照して、縦軸をセンサ出力レベルから発光パワーに変換し、発光パワー補正信号とする（図３１参照）。

次のステップＳ４３５では、平均パワーが前記修正された発光パワー補正式に合致するように、各発光パワー補正信号をシフトさせる。

次のステップＳ４３７では、シフトされた各発光パワー補正信号について、発光パワーが最大定格出力Ｐｍａｘよりも大きくなる部分は、発光パワーが最大定格出力Ｐｍａｘ以下となるように修正し、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎよりも小さくなる部分は、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎ以上となるように修正する。

次のステップＳ４３９では、修正された５つの発光パワー補正信号を副走査方向の位置毎に平均化する。

次のステップＳ４４１では、平均化された発光パワー補正信号をフラッシュメモリ３２１１に格納する。そして、光量補正情報取得処理を終了する。

ところで、台形波信号は、一例として図３２に示されるように、インクリメント時間Ｔ１と、ピーク時間Ｔ２と、デクリメント時間Ｔ３と、補正範囲量と、ドラム周期に対する位相シフト時間（Ｔ４とする。図３１参照）とが分かっていれば生成が可能である。

インクリメント時間Ｔ１は、センサ出力レベル波形から求められる。ピーク時間Ｔ２は、センサ出力レベル波形から求めても良いが、Ｔ１／２から求めても良い。デクリメント時間Ｔ３は、基本的にＴ１と等しい値である。位相シフト時間Ｔ４（図３１参照）は、感光体ドラムの周期と書込開始のタイミングとの位相の調整に用いられる。なお、感光体ドラムの回転が１回転目のときは、予め設定されているデフォルト値の周期で規定される。

図３３には、比較例として、各センサ出力レベル波形から感光体ドラム２０３０ａの回転周期と同じ周期の正弦波及び三角波を抽出した場合が示されている。

図３４には、正弦波と該正弦波に近づけた三角波とが示されている。なお、図３４では、正弦波の振幅を１としている。

図３５には、正弦波と該正弦波に近づけた三角波との値の差分が示されている。この図３５からわかるように、三角波の頂点部分では正弦波との差分が急峻な変動を示している。また、三角波を正弦波に近づけても、正弦波との光量の差分は約１５％近くある。

図３６には、正弦波と該正弦波に近づけた台形波が示されている。また、図３７には、正弦波と該正弦波に近づけた台形波との値の差分が示されている。

台形波の場合、台形の角部分では正弦波との差分にやや急峻な変動が見られるが、三角波の場合よりも小さい変動である。また、全体として正弦波との差分は約７％以下となり、三角波の場合よりも高い精度で正弦波を模擬できる。すなわち、台形波は、三角波と異なり、ピーク位置での濃度変動が小さいという特徴がある。

また、台形波は、ドラム周期が変動しても、つなぎ目がないため補正が可能であるという特徴がある（図３８参照）。

ＣＰＵ３２１０は、画像形成が行われる際に、ステーション毎に、ホームポジションセンサの出力信号と不図示の同期検知センサの出力信号から得られる書込開始のタイミングとに基づいて、ホームポジションと書込開始の時間差を求め、該時間差に応じてフラッシュメモリ３２１１に格納されている発光パワー補正信号の位相をシフトさせる。そして、該発光パワー補正信号に基づいて光源を駆動させる。

図３９には、補正前後の光学センサ２２４５ｂのセンサ出力レベルが示されている。また、図４０には、補正後の各光学センサのレベル平均値がそれぞれ示されている。このように、副走査方向の濃度変動及び主走査方向の濃度変動を抑制することができた。

以上説明したように、本実施形態に係るカラープリンタ２０００によると、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、転写ベルト２０４０、濃度検出器２２４５、４つのホームポジションセンサ（２２４６ａ、２２４６ｂ、２２４６ｃ、２２４６ｄ）などを備えている。

濃度検出器２２４５は、５つの光学センサ（２２４５ａ、２２４５ｂ、２２４５ｃ、２２４５ｄ、２２４５ｅ）を有している。

光走査装置２０１０は、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つの偏向器前光学系、ポリゴンミラー２１０４、４つの走査光学系、及び走査制御装置３０２２などを備えている。

走査制御装置３０２２は、所定のタイミング毎に、各ステーションで、濃度検出器２２４５の出力信号及び対応するホームポジションセンサの出力信号に基づいて、副走査方向及び主走査方向の濃度変動を抑制するための発光パワー補正信号を求める。

そして、走査制御装置３０２２は、発光パワー補正信号において、発光パワーが最大定格出力Ｐｍａｘよりも大きくなる部分は、発光パワーが最大定格出力Ｐｍａｘ以下となるように修正し、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎよりも小さくなる部分は、発光パワーが最小定格出力Ｐｍｉｎ以上となるように修正する。

また、走査制御装置３０２２は、発光パワー補正信号において、発光パワーが急峻に変化する部分を、発光パワーの変化が緩和されるように修正する。

そして、走査制御装置３０２２は、画像形成が行われる際に、ステーション毎に、修正された発光パワー補正信号を用いて各発光部の駆動信号を補正する。

この場合は、光源寿命の低下を招くことなく、出力画像における副走査方向及び主走査方向の濃度ムラをいずれも低減することができる。その結果、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

なお、上記実施形態において、イエロー画像のように、発光パワーの変化がある程度大きくても画像品質に対する影響が小さい場合は、図４１に示されるように、発光パワーが、最大定格出力Ｐｍａｘと最小定格出力Ｐｍｉｎの範囲内となるように修正しても良い。

また、上記実施形態では、濃度検出器２２４５が、５つの光学センサを有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、濃度検出器２２４５が、３つの光学センサを有していても良い。

また、上記実施形態において、走査制御装置３０２２によって行われる処理の一部がプリンタ制御装置２０９０で行われても良い。

また、上記実施形態において、ＣＰＵ３２１０によるプログラムに従う処理の少なくとも一部をハードウェアによって構成することとしても良いし、あるいは全てをハードウェアによって構成することとしても良い。

以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を安定して形成するのに適している。

２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム、２０３３ａ〜２０３３ｄ…現像ローラ（現像装置の一部）、２０４０…転写ベルト、２０９０…プリンタ制御装置、２２００ａ〜２２００ｄ…光源、２２４５ａ〜２２４５ｅ…光学センサ（濃度センサ）、２２４６ａ〜２２４６ｄ…ホームポジションセンサ（回転周期検出センサ）、３０２２…走査制御装置（処理装置）。

特開２００７−１３５１００号公報 特開２００９−２６２３４４号公報 特開２００８−０６５２７０号公報

Claims (6)

1. 画像情報に応じた画像を形成する画像形成装置であって、
   感光体ドラムと、
   光源を含み、該光源からの光によって前記感光体ドラム表面を主走査方向に走査し、前記感光体ドラム表面に潜像を形成する光走査装置と、
   前記潜像を現像する現像装置と、
   前記主走査方向及び該主走査方向に直交する副走査方向に関して、前記現像装置で現像された画像の濃度変動を検出するための複数の濃度センサと、
   前記複数の濃度センサの検出結果に基づいて、前記濃度変動が抑制されるように前記光源の出力を補正する補正データを作成し、前記主走査方向に関する前記感光体ドラム表面での位置と前記光源の補正後の出力との関係において、該補正後の出力の最大値をＰｕ、最小値をＰｄとしたとき、該補正後の出力の極値に対し、｜Ｐｕ−Ｐｄ｜の１０％よりも大きく２０％よりも小さい範囲で前記極値前後での変化量が緩和されるように前記補正データを修正し、かつ補正後の出力が該光源の最小定格出力よりも小さくなる位置では、補正後の出力が前記最小定格出力以上となるように前記補正データを修正し、補正後の出力が該光源の最大定格出力よりも大きくなる位置では、補正後の出力が前記最大定格出力以下となるように前記補正データを修正する処理装置と、を備える画像形成装置。
2. 前記処理装置は、前記補正後の出力の極値に対するそれぞれの出力差が｜Ｐｕ−Ｐｄ｜の１０％よりも大きく２０％よりも小さい前記極値をとる点を介して結ばれた２点を直線で繋ぐように前記補正データを修正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２点間の前記主走査方向に関する距離は、５ｍｍよりも大きく３０ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記処理装置は、更に、前記主走査方向に関する前記感光体ドラム表面での位置と前記光源の補正後の出力との関係において、前記主走査方向の両端を含む近傍での前記光源の出力の変化が小さくなるように前記補正データを修正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記感光体ドラムの回転周期を検出するドラム周期検出センサを更に備え、
   前記処理装置は、前記複数の濃度センサの出力信号と前記ドラム周期検出センサの出力信号とから、前記感光体ドラムに起因する濃度変動を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記光源は、垂直共振器型の面発光レーザであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。