JP5831781B2 - 光走査装置、画像形成装置及び光走査方法 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置、画像形成装置及び光走査方法に係り、更に詳しくは、複数の光束で被走査面を走査する光走査装置及び光走査方法、並びに前記光走査装置を備える画像形成装置に関する。

光走査装置によって感光体ドラム上に潜像を形成した後、該潜像にトナーを付着させて、潜像を顕像化する画像形成装置が知られている。

このような画像形成装置では、いわゆるエッジ効果によって、トナー像におけるトナーの付着量が部分的に理想よりも多くなる場合がある。そして、その部分では、トナーの積載高さが高くなり、いわゆるトナーチリが顕著となるおそれがあった。この場合、出力画像の粒状度が劣化し、特に写真画像のような絵柄部では、画像ボケやザラツキ感が大きくなるという不都合があった。

また、出力画像１枚当たりの画像占有面積が広い場合には、１画素当たりのトナー付着量が多いと、１ページ当たりのコストを示すＣＰＰ（ｃｏｓｔ ｐｅｒ ｐａｇｅ）が高くなるという不都合があった。

例えば、特許文献１には、ライン画像のトナー量が多くなって生じるライン画像のチリを抑制することを目的とし、ライン状のトナー像の単位面積当りの最大付着量が１．０［ｍｇ／ｃｍ^２］以下となるように作像手段を制御する画像形成装置が開示されている。

ところで、特許文献２には、エッジ効果を抑制することを目的とする電子写真装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている画像形成装置では、中間調の画像部におけるトナー付着量の制御が難しく、画像の大半を写真や図などの絵柄部が占める場合に、トナーチリの抑制及び低ＣＰＰを実現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、その第１の目的は、現像時のトナー付着量を適切にすることができる光走査装置及び光走査方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、高品質の画像を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、第１の観点からすると、画像データに基づいて変調された複数の光束で被走査面を走査する光走査装置であって、複数の発光部を有する光源と；前記光源からの複数の光束を偏向する光偏向器と；前記光偏向器で偏向された複数の光束を前記被走査面に導光する走査光学系と；前記画像データにおける中間調を前記画像データにおける１画素を単位として構成されるディザパターンで表現し、該ディザパターンに応じて該ディザパターンを構成する画素毎に露光エネルギを制御する制御装置と；を備え、前記制御装置は、前記ディザパターンにおける露光対象の画素のうち端部の画素の露光エネルギを、前記露光対象の画素のうち中央部の画素の露光エネルギよりも低くすることを特徴とする光走査装置である。
本発明は、第２の観点からすると、画像データに基づいて変調された複数の光束で被走査面を走査する光走査装置であって、複数の発光部を有する光源と；前記光源からの複数の光束を偏向する光偏向器と；前記光偏向器で偏向された複数の光束を前記被走査面に導光する走査光学系と；前記画像データにおける中間調を前記画像データにおける１画素を単位として構成されるディザパターンで表現し、該ディザパターンに応じて該ディザパターンを構成する、前記１画素よりも高密度の単位であるサブピクセル毎に露光エネルギを制御する制御装置と；を備え、前記制御装置は、前記ディザパターンにおける露光対象のサブピクセルのうち端部のサブピクセルの露光エネルギを、前記露光対象のサブピクセルのうち中央部のサブピクセルの露光エネルギよりも低くすることを特徴とする光走査装置である。

本発明の光走査装置によれば、現像時のトナー付着量を適切にすることができる。

本発明は、第３の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体を画像データに応じて変調された光束により走査する本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、高品質の画像を形成することができる。

本発明は、第４の観点からすると、複数の発光部からの画像データに基づいて変調された複数の光束で被走査面を走査する光走査方法であって、前記画像データにおける中間調を前記画像データにおける１画素を単位として構成されるディザパターンで表現し、該ディザパターンに応じて該ディザパターンを構成する画素毎に露光エネルギを制御する工程を含み、前記露光エネルギを制御する工程では、前記ディザパターンにおける露光対象の画素のうち端部の画素の露光エネルギを、前記露光対象の画素のうち中央部の画素の露光エネルギよりも低くすることを特徴とする光走査方法である。
本発明は、第５の観点からすると、複数の発光部からの画像データに基づいて変調された複数の光束で被走査面を走査する光走査方法であって、前記画像データにおける中間調を前記画像データにおける１画素を単位として構成されるディザパターンで表現し、該ディザパターンに応じて該ディザパターンを構成する、前記１画素よりも高密度の単位であるサブピクセル毎に露光エネルギを制御する工程を含み、前記露光エネルギを制御する工程では、前記ディザパターンにおける露光対象のサブピクセルのうち端部のサブピクセルの露光エネルギを、前記露光対象のサブピクセルのうち中央部のサブピクセルの露光エネルギよりも低くすることを特徴とする光走査方法である。

本発明の光走査方法によれば、現像時のトナー付着量を適切にすることができる。

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説明するための図である。 図１における光走査装置の構成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の構成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の構成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の構成を説明するための図（その４）である。 面発光レーザアレイの複数の発光部を説明するための図である。 走査制御装置を説明するための図である。 １画素を単位とするディザマトリックスを説明するための図である。 従来の不都合点を説明するための図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ図９に対応する潜像での電位分布を説明するための図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ本実施形態における図８に対応する露光エネルギを説明するための図である。 図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に対応する潜像での電位分布を説明するための図である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ従来の駆動電流及び光出力を説明するための図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ本実施形態における駆動電流及び光出力を説明するための図である。 １画素を複数の光ビームで形成する場合を説明するための図である。 図１５に対応する複数の発光部の駆動信号を説明するための図である。 サブピクセルを説明するための図である。 １サブピクセルを単位とするディザマトリックスを説明するための図である。 図１８に対応する露光エネルギを説明するための図（その１）である。 図１８に対応する露光エネルギを説明するための図（その２）である。 図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれ図１９及び図２０に対応する潜像での電位分布を説明するための図である。 図１５に対応する走査制御装置の一部を説明するための図である。 飛び越し走査で図１８のディザマトリックスを形成する例を説明するための図である。 図２３に対応する露光エネルギを説明するための図（その１）である。 図２３に対応する露光エネルギを説明するための図（その２）である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１４（Ｂ）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、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。

なお、本明細書では、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。

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）及び公衆回線を介した情報機器（例えば、ファクシミリ装置）との双方向の通信を制御する。そして、通信制御装置２０８０は、受信した情報をプリンタ制御装置２０９０に通知する。

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変換器などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、上位装置及び情報機器からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置及び情報機器からの画像情報を光走査装置２０１０に送る。

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。

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、プリンタ制御装置２０９０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。

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、重ね合わされて多色のカラー画像が形成される。ところで、転写ベルト２０４０上で、トナー画像の移動する方向は「副方向」と呼ばれ、該副方向に直交する方向（ここでは、Ｙ軸方向）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枚づつ取り出し、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上に順次スタックされる。

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。

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２〜図５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）、４枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ）、及び走査制御装置３０２２（図２〜図５では図示省略、図７参照）などを備えている。そして、上記光学部材は、光学ハウジング内に収容されている。

また、光走査装置２０１０は、光源毎に設けられた光量モニタ系（不図示）、及び感光体ドラム毎に設けられた同期検知系（不図示）を有している。

各光量モニタ系は、モニタ用受光素子、及び光源から射出された光束を分岐させてモニタ用受光素子に導くモニタ光学系を備えている。モニタ用受光素子は、受光光量に応じた信号を光量モニタ信号（ＡＰＣ信号）として走査制御装置３０２２に出力する。

各同期検知系は、１回の光走査における書き込み開始前の光束が入射する先端同期検知センサを有している。先端同期検知センサは、受光素子を有し、受光光量に応じた電気信号を走査制御装置３０２２に出力する。なお、先端同期検知センサの出力信号は、先端同期信号とも呼ばれている

なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源２２００ｂと光源２２００ｃは、Ｘ軸方向に関して離れた位置に配置されている。そして、光源２２００ａは光源２２００ｂの−Ｚ側に配置されている。また、光源２２００ｄは光源２２００ｃの−Ｚ側に配置されている。

各光源は、一例として図６に示されるように、複数の発光部（ｃｈ１〜ｃｈ２９）が２次元配列されている面発光レーザアレイを有している。面発光レーザアレイは、複数の発光部を２次元的に集積できるため、各感光体ドラムに対して２４００ｄｐｉ以上の高密度書込を比較的容易に実現することができる。更に、発光部間隔を狭くすることができるため、各発光部から射出された光束がいずれも光学系の光軸近傍を通過し、光学収差の影響を受けにくい。そこで、感光体ドラム表面でのビームスポット径のばらつきや副走査ピッチむらの発生を抑制することができる。その結果、バンディングの発生を抑制することが可能となる。

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の光路上に配置され、該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の光路上に配置され、該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の光路上に配置され、該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の光路上に配置され、該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。

ポリゴンミラー２１０４は、Ｚ軸に平行な軸回りに回転する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、２段目（上段）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るように配置されている。なお、１段目の４面鏡及び２段目の４面鏡は、互いに位相が４５°ずれて回転し、書き込み走査は１段目と２段目とで交互に行われる。

ここでは、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からの光束はポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に偏向される。

そこで、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、折り返しミラー２１０６ａ、及び走査レンズ２１０５ａ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、折り返しミラー２１０６ｂ、及び走査レンズ２１０５ｂ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、折り返しミラー２１０６ｃ、及び走査レンズ２１０５ｃ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、折り返しミラー２１０６ｄ、及び走査レンズ２１０５ｄ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。

また、各ステーションでは、シリンドリカルレンズと走査レンズとにより、対応する感光体ドラム表面とポリゴンミラー２１０４での偏向点とを副走査方向に共役関係とする面倒れ補正光学系が構成されている。

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。本実施形態では、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と折り返しミラー２１０６ｂ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と折り返しミラー２１０６ｃ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。

走査制御装置３０２２は、一例として図７に示されるように、メインＣＰＵ３２１０、フラッシュメモリ３２１１、ＲＡＭ３２１２、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７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。

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、インターフェース３２１４を介して供給される。

フラッシュメモリ３２１１には、メイン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。

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、メイン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、ステーション毎に、先端同期検知センサの出力信号（先端同期信号）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。

メイン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。なお、メインＣＰＵ３２１０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。

例えば、メインＣＰＵ３２１０は、各発光部の光出力を安定に保つため、所定のタイミングで、各光量モニタ系の出力信号に基づいて、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理を行う。

ところで、ここでは、形成される画像の密度（解像度）は、１２００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）である。そして、ディザマトリックは、一例として図８に示されるように、画像データの１画素（１ピクセル）を単位として、６画素×６画素で構成される。すなわち、２００ｌｐｉ（ｌｉｎｅ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の画像線数で画像が形成される。なお、図８には、画像濃度が６１％の例が示されている。

このようなディザマトリックスで画像形成を行った場合、従来は、一例として図９に示されるように、白と黒の境界におけるエッジ部分の濃度が高くなり、中央部では逆に濃度が下がるという不都合があった。図９では、主走査方向に関して画像幅の狭い部分の画素（画素ａ）は、主走査方向に関して画像幅の広い部分の画素よりも濃度が濃くなっている。また、主走査方向に関して画像幅の広い部分では、エッジ部の画素（画素ｂ）の方が、中央部の画素（画素ｃ）よりも濃度が濃くなっている。

これは、感光体ドラム上に形成される潜像のエッジ部において、電位が急激に変化し、該エッジ部に強い電界が集中することに起因している。なお、以下では、このようにエッジ部に強い電界が集中することを「エッジ効果」と呼ぶ。このエッジ効果により、図９におけるＡ方向のように潜像幅が狭い場合は、潜像全体の電位が上昇する（図１０（Ａ）参照）。また、図９におけるＢ方向のようにある程度潜像幅が広い場合は、エッジ部分の電位のみが上昇し、中央部は影響を受けにくい（図１０（Ｂ）参照）。そこで、潜像幅が狭い場合は、全体的にトナー付着量が多くなり、ある程度潜像幅が広い場合は、エッジ部分のみトナー付着量が多くなる。

このように、従来は、トナー付着量が多いところと少ないところとが画像パターンによっては存在することがあった。そして、トナー付着量が多くなり、トナー積載高さが高くなるとトナーチリを発生しやすくなる（特許文献１参照）。トナーチリが発生すると、画像における粒状度が劣化し、特に写真画像のような絵柄部では、画像ボケやザラツキが大きくなる。

トナーチリは、感光体ドラムから転写ベルトにトナー像を転写する際に、プレニップ部で発生したり、トナー同士の反発力により発生する。さらに、トナー付着量が多く、トナー積載高さが高いと、転写ベルト上のトナーを保持する電界の影響が弱まり、結果として物理的及び静電的な外乱によりトナーが散りやすくなる。

また、出力画像における画像占有面積が広い場合は、１画素当たりのトナー付着量が多いと、１ページ当たりのコスト（ＣＰＰ）が高くなる。

本実施形態では、走査制御装置３０２２は、一例として図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示されるように、１画素単位で、露光エネルギを制御している。これにより、一例として図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示されるように、潜像における電位分布を、潜像幅に依らず、ほぼ理想の形状とすることができる。

画像データの１画素をディザマトリックの単位とした場合は、画像の密度（解像度）が１２００ｄｐｉ以上であることが好ましい。画像の密度（解像度）が低い場合は、１画素単位で露光エネルギを制御したとしても、トナー付着量を精度良く制御するのは難しい。

本実施形態では、１画素単位で露光エネルギを制御しているため、トナー付着量を精度良く制御することができる。そこで、写真画像のような絵柄部において、トナーチリに起因する画像ボケ及び大きなザラツキが生じるのを抑制することができる。更に、付随的効果として、中間調のハイライトからベタに至るまで、線形性の高いリニアな階調表現を実現することが可能となる。すなわち、画像データとして入力された濃度情報を出力画像において正確に表現することができる。また、出力される記録紙において、画像占有面積が広くても、トナー付着量が過多となることなく適正に制御することができ、低ＣＰＰを実現することが可能となる。

ところで、半導体レーザによっては、入力信号に対応する駆動電流が供給されても、レーザ発振に可能な濃度のキャリアが生成されるまでにある程度の時間を要する場合がある。この場合、一例として図１３（Ａ）に示されるように、半導体レーザへの駆動電流の入力波形がほぼ矩形状であったとしても、発光遅延が生じ、高速書込に対応して半導体レーザを駆動する場合に、一例として図１３（Ｂ）に示されるように、所望の光出力になるまでのパルスの立上がり、及び立下りが鈍った応答波形パルスしか得ることができない。

そこで、従来は、半導体レーザの閾値電流をバイアス電流とし、該バイアス電流を流しながら、入力信号に対応するパルス電流を加えることにより半導体レーザの駆動応答性を向上する方式（バイアス方式）が採用されていた。

しかしながら、バイアス方式では、半導体レーザの発振閾値に近い電流を常時流しているため、発光させたくない場合であっても、発振閾値付近で常時微発光している（通常は２００μＷ〜３００μＷ）。これは、地肌汚れの原因となり得る。この地肌汚れも、粒状度を劣化させたり、ハイライト部の再現性を劣化させたりする懸念がある。

本実施形態では、走査制御装置３０２２は、一例として図１４（Ａ）に示されるように、駆動電流の立ち上がりにオーバーシュート電流を加算している。これにより、一例として図１４（Ｂ）に示されるように、パルスの鈍りが補正され、ほぼ理想的な応答パルス波形を得ている。そこで、１画素の露光エネルギの制御を理想的に実施することができる。すなわち、トナー付着量の制御を正確に実施することができる。なお、オーバーシュート電流を加算するのに代えて、あるいはそれに加えて、駆動電流のパルス幅を調整しても良い。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光走査装置２０１０では、走査制御装置３０２２によって、本発明の光走査装置における制御装置が構成されている。

また、走査制御装置３０２２において、本発明の光走査方法が実施されている。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置２０１０によると、複数の発光部を有する光源と、光源からの複数の光束を偏向するポリゴンミラー２１０４と、ポリゴンミラー２１０４で偏向された複数の光束を対応する感光体ドラムの表面に導光する走査光学系、及び走査制御装置３０２２などを備えている。

光源は、少なくとも副走査対応方向に関して互いに異なる位置に配置された８個以上の発光部を有している。

走査制御装置３０２２は、画像データにおける中間調を、画像データにおける１画素を単位とするディザマトリックスで表現し、該ディザマトリックスを構成する画素毎に露光エネルギを制御する。

この場合は、現像時のトナー付着量を適切にすることができる。

そして、カラープリンタ２０００は、光走査装置２０１０を備えているため、その結果として、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。

ところで、一例として図１５に示されるように、１画素を複数の光ビームで形成する方式が知られている。図１５では１２個の発光部（ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４、ｃ１〜ｃ４）を、副走査対応方向に関して、像面上で４８００ｄｐｉの間隔で配列している。そして、図１６に示されるように、１画素を像面上で１２００ｄｐｉとし、４つの光ビームで形成している。画素Ｐ１は光源ａ１〜ａ４で形成され、画素Ｐ２は光源ｂ１〜ｂ４で形成され、画素Ｐ３は光源ｃ１〜ｃ４で形成されている。

複数のビームで１画素を形成する画像形成装置では、１つのビームで１画素を形成するのに対して、光量的に有利なため、高速書き込みに適している。また、１画素を更に分割できるため、斜め線のスムース性確保（ジャギー低減）、文字鮮鋭性の向上、画像処理による曲がり、及び傾き等の補正への応用が可能である。

そこで、上記実施形態において、一例として図１７に示されるように、１画素をさらに複数（ここでは、４×４）のサブピクセルで構成しても良い。このとき、サブピクセルでの書込密度は４８００ｄｐｉとなる。そして、一例として図１８〜図２０に示されるように、１サブピクセル単位で、露光エネルギを制御することにより、一例として図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）に示されるように、潜像における電位分布を、潜像幅に依らず、ほぼ理想の形状とすることができる。

このように、１画素を複数のサブピクセルで構成する場合、画像の密度（解像度）が６００ｄｐｉ以上（ここでは、１２００ｄｐｉ）であり、サブピクセルでの書込密度が１２００ｄｐｉ以上（ここでは、４８００ｄｐｉ）であることが好ましい。

この場合は、高密度書込を利用して、ディザマトリックス内の潜像を高精細に制御することができるため、画像濃度に合ったトナー付着高さを高解像度で実現することができる。

なお、１サブピクセル単位で露光エネルギを制御する走査制御装置の一部が図２２に示されている。ここでは、書込制御回路３２１９は、１２００ｄｐｉの画像データから書込データを生成し、１２００ｄｐｉから４８００ｄｐｉへの密度変換を行う。また、書込制御回路３２１９は、画素幅（連続点灯時間）を求め、該画素幅に応じて、前記エッジ効果の影響が補正されるように、各発光部の光出力を４８００ｄｐｉで制御する。この際、書込制御回路３２１９は、どのビームの組み合わせで１画素を形成するかを判別し、その判別結果に基づいて、各発光部の光量補正データを設定し、Ｄ／Ａコンバータからのレーザ駆動注入電流に補正値を加えることにより、露光エネルギを制御している。

図２３には、図１８のディザマトリックスパターンが繰り返し記述される場合の各発光部の制御手順が示されている。ここでは１５個の発光部を、飛び越し走査で画像出力する例が示されている。

例えば、第１ディザマトリックス（Ｄ＝１）のＮ＝３にある１画素は、走査２のｃｈ１１、ｃｈ１２と、走査３のｃｈ４、ｃｈ５の２回走査で形成される。また、第１ディザマトリックス（Ｄ＝１）のＮ＝５にある１画素は、走査２のｃｈ１５と、走査３のｃｈ８、ｃｈ９と、走査４のｃｈ１の３回走査で形成される。

このとき、第１ディザマトリックス（Ｄ＝１）のＮ＝３にある画素を形成するとき、一例として図２４に示されるように、ｃｈ１１、ｃｈ１２、ｃｈ４、ｃｈ５の合計光量が、正規光量より低くなるよう設定される。

また、第１ディザマトリックス（Ｄ＝１）のＮ＝５にあるエッジ部の画素を形成するとき、一例として図２５に示されるように、ｃｈ１５、ｃｈ８、ｃｈ９、ｃｈ１の合計光量が、中央部の画素を形成するときよりも低くなるよう設定される。

なお、ここでは、各ｃｈで均一に光量を増減しているが、各ｃｈの光量を非対称に設定しても良い。例えば、主走査方向及び副走査方向のいずれにもエッジ部が存在する場合は、各ｃｈの光量を非対称に光量を設定することも有効である。

このように、ディザマトリックスを構成する１サブピクセル単位で露光エネルギを制御することにより、画像面積の大半をしめる絵柄部のトナー量を制御することができる。そこで、該絵柄部にトナーチリを発生させることなく、良好な中間調の再現性を確保することができ、かつトナー消費量を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、各光源が２９個の発光部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い。なお、２４００ｄｐｉの書込密度に対応するためには、少なくとも８個の発光部が必要である。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてカラープリンタ２０００の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、光プロッタやデジタル複写装置であっても良い。要するに、上記光走査装置２０１０を備えた画像形成装置であれば、結果として、高品質の画像を形成することができる。

また、上記実施形態では、画像形成装置が４つの感光体ドラム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い。

以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、現像時のトナー付着量を適切にするのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を形成するのに適している。また、本発明の光走査方法によれば、現像時のトナー付着量を適切に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，２０３０ｂ，２０３０ｃ，２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２１０４…ポリゴンミラー（光偏向器）、２１０５ａ〜２１０５ｄ…走査レンズ（走査光学系の一部）、２１０６ａ〜２１０６ｄ…折り返しミラー（走査光学系の一部）、２２００ａ，２２００ｂ，２２００ｃ，２２００ｄ…光源、３０２２…走査制御装置（制御装置）。

特開２００８−９６８８１号公報 特開２００９−２３７５２９号公報

Claims (15)

1. 画像データに基づいて変調された複数の光束で被走査面を走査する光走査装置であって、
   複数の発光部を有する光源と；
   前記光源からの複数の光束を偏向する光偏向器と；
   前記光偏向器で偏向された複数の光束を前記被走査面に導光する走査光学系と；
   前記画像データにおける中間調を前記画像データにおける１画素を単位として構成されるディザパターンで表現し、該ディザパターンに応じて該ディザパターンを構成する画素毎に露光エネルギを制御する制御装置と；を備え、
   前記制御装置は、前記ディザパターンにおける露光対象の画素のうち端部の画素の露光エネルギを、前記露光対象の画素のうち中央部の画素の露光エネルギよりも低くすることを特徴とする光走査装置。
2. 前記ディザパターンは、前記被走査面への書込密度が１２００ｄｐｉ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 画像データに基づいて変調された複数の光束で被走査面を走査する光走査装置であって、
   複数の発光部を有する光源と；
   前記光源からの複数の光束を偏向する光偏向器と；
   前記光偏向器で偏向された複数の光束を前記被走査面に導光する走査光学系と；
   前記画像データにおける中間調を前記画像データにおける１画素を単位として構成されるディザパターンで表現し、該ディザパターンに応じて該ディザパターンを構成する、前記１画素よりも高密度の単位であるサブピクセル毎に露光エネルギを制御する制御装置と；を備え、
   前記制御装置は、前記ディザパターンにおける露光対象のサブピクセルのうち端部のサブピクセルの露光エネルギを、前記露光対象のサブピクセルのうち中央部のサブピクセルの露光エネルギよりも低くすることを特徴とする光走査装置。
4. 前記制御装置は、前記サブピクセル毎に、対応する発光部の発光光量を調整することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記サブピクセルは、前記被走査面への書込密度が１２００ｄｐｉ以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の光走査装置。
6. 前記画像データにおける１画素は、前記複数の発光部のうち副走査方向に関して互いに異なる位置にある少なくとも２つの発光部からの光束によって形成され、
   前記制御装置は、前記少なくとも２つの発光部の発光光量を個別に調整することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記制御装置は、前記複数の発光部における発光遅延を補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 前記複数の発光部は、８個以上の発光部であり、
   前記光源は、前記複数の発光部が同一基板上に形成された面発光レーザアレイを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光走査装置。
9. 少なくとも１つの像担持体と；
   前記少なくとも１つの像担持体を画像データに応じて変調された光束により走査する請求項１〜８のいずれか一項に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
10. 前記画像データは、多色のカラー画像データであることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 複数の発光部からの画像データに基づいて変調された複数の光束で被走査面を走査する光走査方法であって、
    前記画像データにおける中間調を前記画像データにおける１画素を単位として構成されるディザパターンで表現し、該ディザパターンに応じて該ディザパターンを構成する画素毎に露光エネルギを制御する工程を含み、
    前記露光エネルギを制御する工程では、前記ディザパターンにおける露光対象の画素のうち端部の画素の露光エネルギを、前記露光対象の画素のうち中央部の画素の露光エネルギよりも低くすることを特徴とする光走査方法。
12. 複数の発光部からの画像データに基づいて変調された複数の光束で被走査面を走査する光走査方法であって、
    前記画像データにおける中間調を前記画像データにおける１画素を単位として構成されるディザパターンで表現し、該ディザパターンに応じて該ディザパターンを構成する、前記１画素よりも高密度の単位であるサブピクセル毎に露光エネルギを制御する工程を含み、
    前記露光エネルギを制御する工程では、前記ディザパターンにおける露光対象のサブピクセルのうち端部のサブピクセルの露光エネルギを、前記露光対象のサブピクセルのうち中央部のサブピクセルの露光エネルギよりも低くすることを特徴とする光走査方法。
13. 前記露光エネルギを制御する工程では、前記サブピクセル毎に、対応する発光部の発光光量を調整することを特徴とする請求項１２に記載の光走査方法。
14. 前記画像データにおける１画素は、前記複数の発光部のうち副走査方向に関して互いに異なる位置にある少なくとも２つの発光部からの光束によって形成され、
    前記露光エネルギを制御する工程では、前記少なくとも２つの発光部の発光光量を個別に調整することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光走査方法。
15. 前記露光エネルギを制御する工程では、前記複数の発光部における発光遅延を補正することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の光走査方法。

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