JP5988815B2

JP5988815B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、回転多面鏡によって偏向されたレーザ光により感光体上を走査することで感光体上に静電潜像を形成し、静電潜像をトナーによって現像することによって画像を形成する。画像の濃度はレーザ光の光量を変動させることによって変動する。回転多面鏡から感光体までの光路上にはレンズやミラーが配置されている。回転多面鏡によって偏向されたレーザ光の走査方向において、回転多面鏡によって偏向されたレーザ光は、回転多面鏡の回転角度によってレンズやミラーの異なる位置に入射する。レーザ光を通過させるレンズの透過率やレーザ光を反射させるミラーの反射率は走査方向にムラを持つ。そのため、レーザ光の走査方向において感光体上でのレーザ光の照射位置（走査位置）ごとにレーザ光の光量（強度）が不均一となり、レーザ光の走査方向において画像に濃度ムラが発生するといった課題がある。

特開２００５−１７８０４１号公報によれば、デジタル・アナログ変換器を用いずに走査位置に応じてシェーディング制御を行う画像形成装置が提案されている。

特開２００５−１７８０４１号公報

しかしながら、特開２００５−１７８０４１号公報の発明では、画像形成装置の周囲温度や経時変化に起因するレーザ光の発光特性の変化を考慮していない。そのため、光量の制御量が初期調整状態の制御量からずれてしまい、制御量誤差が発生してしまう。

そこで、本発明は、周囲温度や経時変化に起因してレーザの発光特性が変化しても制御量誤差を許容範囲内に収める画像形成装置を提供する。

本発明は、たとえば、
光源と、
前記光源の光量が目標光量となるように光量制御を実行する光量制御手段と、
前記光源が出力する光束を偏向させ、該偏向された光束により走査対象物の表面を走査する偏向手段と、
前記走査対象物の表面上の走査位置ごとに前記光源の駆動電流を制御することで前記光源の光量を制御するシェーディング制御手段と、
前記光量制御手段により前記目標光量を所定割合だけ減少させた光量によって形成された第１のパッチの検出値と、前記シェーディング制御手段により前記目標光量を前記所定割合だけ減少させた光量によって形成された第２のパッチの検出値とに対応した修正量で前記駆動電流を修正する修正手段と
を有することを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明によれば、自動光量制御手段により目標光量を所定割合だけ減少させて第１のパッチが形成され、シェーディング制御手段により目標光量を所定割合だけ減少させて第２のパッチが形成される。この第１のパッチの検出値と、第２のパッチの検出値とから、周囲温度や経時変化に起因したレーザの発光特性がどの程度変化しているかがわかる。つまり、第１のパッチの検出値と、第２のパッチの検出値とから対応する修正量が求まる。そこで、第１のパッチの検出値と、第２のパッチの検出値とに対応した修正量で光源に供給される電流を修正すれば、周囲温度や経時変化に起因したレーザの発光特性の影響を緩和できる。つまり、シェーディング制御に関する制御量誤差が許容範囲内に収まるようになる。

画像形成装置の一例を示す図制御部の一例を示す図濃度センサの配置位置を示す図レーザ露光部の一例を示す図シェーディング制御の一例を示す図レーザドライバの一例を示す図パッチの一例を示す図シェーディング制御量の調整方法を示すフローチャート光量濃度特性の一例を示す図

実施例の一つを以下に示す。本実施例は、感光ドラム（感光体）上の各領域に形成される画像の濃度ムラが抑制されるように、レーザ光の光量をレーザ光の走査位置に応じて制御する、所謂シェーディング制御する画像形成装置である。とりわけ、画像形成装置は、パターン画像の検出結果より得られた濃度情報または電位情報に応じてシェーディング制御量の調整を行う。

［画像形成装置全体の構成］
図１を用いて本実施例における電子写真方式の画像形成装置について簡単に説明する。画像形成装置１は、スキャナ部１００、レーザ露光部１０１、感光ドラム１０２、作像部１０３、定着部１０４、給紙／搬送部１０５及びこれらを制御するプリンタ制御部１０７を備えている。スキャナ部１００は、原稿台に置かれた原稿に対して、照明を当てて原稿画像を光学的に読み取り、その像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したレーザ光（光束）を出射する。作像部１０３は、帯電器１０８、現像器１０９、転写器１１０を備える。作像部１０３は、感光ドラム１０２を回転駆動する。帯電器１０８は、回転駆動された感光ドラム１０２（走査対象物）の表面を帯電する。レーザ露光部１０１は、画像データに基づくレーザ光によって帯電器１０８によって帯電された感光ドラム上を露光する。レーザ光によって露光されることで感光ドラム１０２上に静電潜像が形成される。現像器１０９は、感光ドラム１０２上に形成された静電潜像をトナーによって現像する。転写器１１０は、感光ドラム１０２上に形成されたトナー像を、シートを搬送するシート搬送ベルト１０６（シート搬送体）によって搬送されるシート上に、転写する。定着部１０４は、シート上のトナー像を熱と圧力によって溶解させてシートに定着させる。プリンタ制御部１０７は、画像形成装置１を統括的に制御する。

なお、本実施例では、感光ドラム１０２上に形成されたトナー像を、シート搬送ベルト１０６によって搬送されるシート上に直接転写する例を示す。しかしながら、実施の形態はこれに限定されるものでなく、感光体上に形成されたトナー像を中間転写ベルトなどの中間転写体上に転写し、中間転写体上に転写されたトナー像をシートに転写する構成を備える画像形成装置でもよい。

なお、本実施例の画像形成装置１では、後述するトナーパターンは、シート搬送ベルト１０６上に形成される。また、中間転写体を備える画像形成装置では、中間転写体上に後述するトナーパターンが形成される。さらに、本実施例の画像形成装置、中間転写体を備える画像形成装置において、後述するトナーパターンはシートなどの記録媒体上に形成されてもよい。

図２に、プリンタ制御部１０７に接続される濃度センサ２０１とレーザドライバ２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ、２０３Ｋについて示す。

プリンタ制御部１０７はＣＰＵ２０４を備え、ＣＰＵ２０４は、シート搬送ベルト１０６上に形成されたトナーパターンを検出するように配置された濃度センサ２０１の出力結果に基づいて、レーザドライバ２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ、２０３Ｋを制御する。レーザドライバ２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ、２０３Ｋはそれぞれ対応する光源であるレーザ２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５ＫをＣＰＵ２０４からの指示に基づいて駆動する。なお、ＹＭＣＫは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを示している。なお、各色に共通する事項を説明するときにはＹＭＣＫを参照符号から省略する。ＣＰＵ２０４は、検出された濃度情報に基づいて、レーザを駆動する際の基準となる基準電圧や、走査位置ごとにレーザ光量を補正するためのデューティを各レーザドライバに対応させて設定する。ＣＰＵ２０４は、各レーザに対して自動光量制御（ＡＰＣ）を実行するが、その際の目標値をＡＰＣ光量と呼ぶ。デューティはこのＡＰＣ光量に乗算される係数である。メモリ２０６は、トナーパターンを形成するためのデータを記憶している。ＣＰＵ２０４は、トナーパターンを形成する際に、メモリ２０６からパッチを形成するためのデータを読み出して、レーザドライバ２０３に出力する。

図３に、シート搬送ベルト１０６に対する濃度センサ２０１の配置位置を示す。図３が示すように、濃度センサ２０１は、シート搬送ベルト１０６に形成されたそれぞれ濃度の異なるトナーパターンを検出し、その濃度に対応した出力信号をＣＰＵ２０４に出力する。濃度センサ２０１は、発光素子と受光素子とを備え、発光素子から出力された光のうちトナーパターンからの反射光を受光素子で受光し、受光量に応じた出力信号を出力する。

なお、図２に示した電位センサ２０２は、帯電された感光ドラム１０２の電位及び感光ドラム１０２上に形成された静電潜像の電位を検出する。ＣＰＵ２０４は、電位センサ２０２により検出した電位に応じて帯電電圧やレーザ光量を調整する。これにより、感光ドラム１０２の感光特性が経時的に変化しても画像濃度を一定に保つことができる。

［レーザ露光部１０１の詳細］
図４を用いてレーザ露光部１０１について説明する。レーザ２０５から発したレーザ光はコリメ−タレンズ４０１及び絞り４０２により平行光となり、所定のビーム径でポリゴンミラー４０３に入射する。ポリゴンミラー４０３は、光源が出力するレーザ光が感光ドラム１０２上を走査するようにレーザ光を偏向する。図４において、ポリゴンミラー４０３は、矢印の方向に等角速度で回転しており、この回転に伴って、ポリゴンミラー４０３の反射面にレーザ光が入射することでレーザ光は感光ドラム１０２上を所定の方向（走査方向）に走査する走査光に変換される。ポリゴンミラー４０３によって偏向されたレーザ光はｆθレンズ４０４を通過して、感光ドラム１０２上を露光する。ｆθレンズ４０４は、ポリゴンミラー４０３によって偏向されたレーザ光を、感光ドラム１０２上を矢印方向に等速に走査させる機能を有する。なお、ビームディテクトセンサ４０５は、ポリゴンミラー４０３からの反射光を、ミラー４０６を介して検出するセンサである。ビームディテクトセンサ４０５の検出信号（ＢＤ信号）は、ポリゴンミラー４０３の回転とデータの書き込みの同期をとるための同期信号としてＣＰＵ２０４に用いられる。ＢＤは、ビームディテクトの略称である。

ところで、光学系の透過率や反射率にはレーザ光の走査方向においてむらがあるため、仮に一定の光量のレーザ光をレーザから出射させたとしても、感光ドラム１０２上での露光光量が走査位置ごとに変動してしまう。走査位置毎の露光光量の変動によって、走査位置毎に目標とする光量のレーザ光で感光ドラム１０２が露光されないという課題が生じる。このため、ＣＰＵ２０４は、走査位置に応じて光量制御（シェーディング制御）を行っている。ビームディテクトセンサ４０５がレーザ光を検出してから次にもう一度レーザ光を検出するまでの時間を１つの走査周期とする。感光ドラム１０２上におけるレーザ光の走査位置（露光位置）は、ビームディテクトセンサ４０５がレーザ光を検出したタイミングを基準としてカウントするカウンタによって特定される。カウンタはＣＰＵ２０４に内蔵されている。

図５に、シェーディング制御の一例を示す。Ｉ_ＡＰＣは、後述するＡＰＣによって決定した光量（以下、ＡＰＣ光量と称す）である。Ｃｉは、画像領域における各走査位置ごとに決定された補正データである。この本実施例の画像形成装置では、感光ドラム１０２上の主走査方向における画像領域は１０個のサブ領域に分割されている。図５に示すように、１０個の分割領域それぞれに対して補正データが設定されている。

［レーザドライバ２０３の詳細］
図６を用いてレーザドライバ２０３が実行するシェーディング制御について説明する。まず、画像データ生成部６２０および画像ＰＷＭ信号生成部６２１について説明する。画像データ生成部６２０は、ホストコンピュータやスキャナ部１００から入力された多値データを２値データへ変換したり、さらに色処理などを実行したりして２値の画像データを生成し、生成した画像データを画像ＰＷＭ信号生成部６２１に出力する。画像ＰＷＭ信号生成部６２１は、２値の画像データをＰＷＭ信号に変換し、電流ＳＷ６２２に出力する。画像ＰＷＭ信号生成部６２１が出力するＰＷＭ信号は、光源であるレーザの点灯／消灯を制御する一種の制御信号である。つまり、ＰＷＭ信号は、ＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルの論理信号であり、電流ＳＷ６２２のオンとオフとを切り換える信号である。例えば、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈレベルの場合、電流ＳＷ６２２がＯＮになり、電流源６０２からレーザ２０５に電流が供給される。一方、ＰＷＭ信号がＬｏｗレベルの場合、電源ＳＷはＯＦＦになり、電流源６０２からレーザ２０５への電流の供給が遮断される。

光量制御部６０１は、光源から出射されるレーザ光の光量が目標光量となるように光量制御を実行する光量制御手段として機能する。なお、この光量制御は、いわゆるＡＰＣ（Automatic Power Control/Automatic Light Amount Control）であってもよい。レーザを駆動する電流源６０２は、減算回路から出力された電圧に対応した駆動電流をレーザ２０５に供給する電流源である。フォトダイオード６０７は、レーザ２０５から出力される光を受光する受光素子である。本実施例では、フォトダイオード６０７は、レーザ２０５とともに同一パッケージ内に設けられているものとする。電流電圧変換回路６０３は、受光素子から出力される電流を電圧に変換する変換回路である。比較器６０４は、変換回路から出力された電圧と、目標光量に対応した基準電圧とを比較する比較回路である。Ｓ／Ｈ回路６０５は、比較回路から出力される比較結果をサンプルしてホールドするサンプルホールド回路である。減算回路６０６は、演算回路の一種であり、サンプルホールド回路から出力される電圧と、シェーディング制御部６０９から出力される電圧との差の電圧を出力する減算回路である。ＡＰＣシーケンスコントローラ６０８は、ビームディテクトセンサ４０５が出力するＢＤ信号を基準としてＡＰＣの実行タイミングを管理している。

例えば、ＡＰＣシーケンスコントローラ６０８は、画像を形成しない非画像領域をレーザ光が走査するタイミングにおいてＡＰＣを実行するよう制御する。レーザ光の走査領域は、レーザ光によって画像が形成される画像領域と、レーザ光によって画像が形成されない非画像領域とに分かれている。これに対応して、１走査周期は、画像を形成する画像形成期間と、画像を形成しない非画像形成期間とに分かれている。画像形成期間は、２つの非画像形成期間に挟まれている。このように、空間的な領域と時間的な期間とは一対一で対応しているため、ＢＤ信号を基準としてカウンタがカウントを実行すれば、絶対的な走査位置を取得できる。

ＣＰＵ２０４は、レーザドライバ２０３を制御して、１走査周期中の非画像形成期間にレーザ２０５からレーザ光を出射させる。即ち、電流源６０２からレーザ２０５に駆動電流が供給されるべく、ＣＰＵ２０４は、電流ＳＷ６２２をＯＮに制御するように画像ＰＷＭ信号生成部にＨｉｇｈレベルの信号を出力させる。フォトダイオード６０７は、非画像形成期間にレーザ２０５から出射されたレーザ光を受光し、受光光量に応じた電流を発生する。ここで発生した電流は電流電圧変換回路６０３で電圧値に変換される。電流電圧変換回路６０３は例えば抵抗により実現できる。比較器６０４は、受光光量に対応した電圧値Ｖｐｄと、あらかじめＣＰＵ２０４により設定された基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。Ｓ／Ｈ回路６０５は、電流源６０２がレーザ２０５に電流を供給するために減算回路６０６を介して電流源６０２に指示電圧を出力する回路である。比較器６０４が基準電圧Ｖｒｅｆと電圧値Ｖｐｄとを比較した結果、比較結果が基準電圧Ｖｒｅｆに対して電圧値Ｖｐｄが低いことを示せば、Ｓ／Ｈ回路６０５は、指示電圧を１段階だけ増加させる。一方、基準電圧Ｖｒｅｆに対して電圧値Ｖｐｄが高ければ、Ｓ／Ｈ回路６０５は、指示電圧を１段階だけ減少させる。このようなフィードバック動作を繰り返すことによって、受光量に対応した電圧値Ｖｐｄが目標とする基準電圧Ｖｒｅｆと一致するように、電流源６０２がレーザ２０５に供給するレーザ駆動電流が制御される。

電流ＳＷ６２２は、画像領域を走査中にレーザ２０５の点灯／消灯を制御する。具体的には、レーザ２０５からのレーザ光が感光ドラム１０２の画像領域を走査している間に、電流ＳＷ６２２は、電流源６０２がレーザ２０５に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦする。これにより、画像領域を走査中にレーザ２０５が点灯したり、消灯したりする。上述したように、画像データ生成部６２０は、画像データを生成し、画像ＰＷＭ信号生成部６２１へ出力する。画像ＰＷＭ信号生成部６２１は、入力された画像データに応じて、画素内での点灯時間（デューティ）を決定する画像ＰＷＭ信号を生成し、電流ＳＷ６２２に出力する。電流ＳＷ６２２は、入力された画像ＰＷＭ信号によってＯＮとＯＦＦとを切り替える。つまり、電流ＳＷ６２２は、入力された画像ＰＷＭ信号に応じて電流源６０２からレーザ２０５に供給する電流を通過させたり、遮断したりする。なお、レーザ２０５の点灯時間は画素の濃度に対応している。

ＡＰＣによって決定されるレーザ２０５の光量は基準電圧Ｖｒｅｆに対して一対一の関係となる。また、基準電圧Ｖｒｅｆに対して光量はリニアに変化する。

シェーディング制御部６０９は、ＰＷＭ信号生成部６１１とＬＰＦ６１０を備え、感光ドラム１０２の表面上の走査位置ごとにレーザ２０５を駆動する電流を制御することでレーザ２０５から出射されるレーザ光の光量を制御する。ＰＷＭはパルス幅変調の略称であり、ＬＰＦはローパスフィルタの略称である。図６におけるＰＷＭ信号生成部６１１は、ＣＰＵ２０４によりレーザ光の走査位置に応じて設定されたデューティ（パルス幅）でＰＷＭ信号を生成して出力するパルス信号生成部として機能する。具体的に、ＰＷＭ信号生成部６１１は、ＢＤ信号が検出されてからの時間（カウンタのカウント値）に対応したパルス幅のＰＷＭ信号（シェーディング補正用）を生成する。カウント値は、レーザ光が主走査方向におけるどの位置を走査しているかを示している。つまり、カウント値は主走査位置を示している。そこで、ＣＰＵ２０４は、主走査位置とパルス幅との関係を定義したテーブルから、現在の主走査位置に対応したパルス幅を読み出し、ＰＷＭ信号生成部６１１に設定する。なお、このパルス幅は、主走査位置ごとの光量補正量（シェーディング量）に対応している。

ＰＷＭ信号生成部６１１から出力されたＰＷＭ信号はＬＰＦ６１０を通過することによって平滑化される。ＬＰＦ６１０は、パルス信号を低域濾波して生成した電圧を減算回路に印加するローパスフィルタである。図６において、ＬＰＦ６１０は、ＰＷＭ信号を平滑化してシェーディング制御電圧を生成し、減算回路６０６に出力する。

減算回路６０６は、ＡＰＣシーケンスコントローラ６０８によって設定される基準電圧値を、ＬＰＦ６１０から出力された信号に基づいて補正し、補正した電圧値を電流源６０２に出力する。電流源６０２は、入力された電圧値に応じた駆動電流をレーザ２０５に出力する。具体的に、減算回路６０６は、ＡＰＣによって決定したＳ／Ｈ回路６０５の出力電圧からシェーディング制御電圧xを減算して生成した電圧を電流源６０２に出力する。ＰＷＭ信号のデューティを上げることでシェーディング制御電圧ｘが大きくなる。シェーディング制御電圧ｘが大きくなることによって減算回路６０６から電流源６０２に出力される電圧値が小さくなるため、レーザ２０５に供給される駆動電流の値が小さくなり、結果的にレーザ２０５から出力されるレーザ光の光量が減少する。一方、ＰＷＭ信号のデューティを下げることでシェーディング制御電圧ｘが小さくなる。シェーディング制御電圧ｘが小さくなることによって減算回路６０６から電流源６０２に出力される電圧値が大きくなるため、レーザ２０５に供給される駆動電流の値が大きくなり、結果的にレーザ２０５から出力されるレーザ光の光量が増加する。

ＡＰＣは、上述したようにレーザ光が非画像領域を走査しているとき実行される。シェーディング制御部６０９は、ＡＰＣを実行している間は、シェーディング制御電圧ｘをゼロにする。また、ＡＰＣ非実行時（画像形成時）において、Ｓ／Ｈ回路６０５は、ＡＰＣにより決定された電圧を保持している。よって、画像領域中のレーザ光量はシェーディング制御電圧でのみ制御される。

このように、ＰＷＭ信号生成部６１１から出力するＰＷＭ信号のデューティを変えることで、レーザ光の光量をレーザ光の走査位置に応じた光量に制御することができる。しかし、シェーディング制御量（レーザ駆動電流の修正量）に対する光量の変化量は、レーザ特性によって経時的に変化するため、シェーディング制御量の調整が必要となる。

［シェーディング制御量の調整方法］
本実施例においては、シート搬送ベルト１０６上に形成したトナーパターンを濃度センサ２０１で読み取り、読み取った結果をもとにシェーディング制御量を決定する。

図７にシート搬送ベルト１０６上に形成するトナーパターンの一例を示す。本実施例においては、ＡＰＣ光量を基準として５段階の光量を設定し、それぞれ濃度が異なる５つのトナーパターンＰ１〜Ｐ５を形成する。トナーパターンＰ１〜Ｐ５を第１のトナーパターン群（第１のパッチ群）と呼ぶ。トナーパターンＰ１〜Ｐ５を形成する際にはシェーディング制御を実行しない。つまり、トナーパターンＰ１〜Ｐ５を形成する際にＰＷＭ信号生成部６１１が出力するパルス信号のデューティは０％に維持されている。

また、シェーディングデータ（ＰＷＭ信号のデューティ）に基づいて光量を設定してトナーパターンＰ６を形成する。この例では、トナーパターンＰ６が、シェーディングデータを８０％（補正データを２０％）に設定して形成されている。図７において、トナーパターンＰ６は１個であるが、複数個でもよいため、トナーパターンＰ６を第２のトナーパターン群（第２のパッチ群）と呼ぶことにする。本実施例では、ＣＰＵ２０４は、第１のトナーパターン群の濃度検出結果と第２のトナーパターン群の濃度検出結果とに対応した修正量でシェーディング制御量を調整する。

ここでＡＰＣでは、レーザ光の光量は基準電圧に対応した光量に制御されるため、第１のトナーパターン群は、基準電圧に対応した光量に対応した濃度で形成される。これにより、光量と濃度との関係（光量濃度特性）が得られることになる。この光量濃度特性と、あらかじめ決められたシェーディングデータによって形成された第２のトナーパターン群の濃度とを比較することで、このシェーディングデータに対応した光量を導出できる。ここで導出されたシェーディングデータと光量の関係から補正データを修正できる。レーザ特性が経時的に変化したとしてもシェーディングデータおよび補正データを適正な値に維持できるようになる。

図８を用いて具体的な動作を説明する。ＣＰＵ２０４は、画像形成装置１の電源が投入された直後の初期調整期間や、複数のプリントジョブの間にシェーディング制御量を調整する。

Ｓ８０１で、ＣＰＵ２０４は、シェーディング制御量の調整の開始条件が満たされたかどうかを判定する。開始条件は、たとえば、画像形成装置１の電源が投入されたこと、プリントジョブが終了したことなどである。開始条件が満たされると、Ｓ８０２に進む。

Ｓ８０２で、ＣＰＵ２０４は、第１のトナーパターン群を生成するよう、レーザ露光部１０１、感光ドラム１０２および作像部１０３を制御する。第１のトナーパターン群は、ＡＰＣ光量に対して６０％、７０％、８０％、９０％、１００％の各光量でレーザ２０５を発光させて形成したトナーパターンＰ１〜Ｐ５である。これにより図７に示したトナーパターンＰ１〜Ｐ５がシート搬送ベルト１０６に形成される。なお、ＰＷＭ信号生成部６１１に設定されるデューティは１００％である。このように、第１のトナーパターンを生成するときは、光量制御部６０１は、目標光量を最大値（１００％）から所定割合だけ減少させるように光源を制御し、ＰＷＭ信号生成部６１１が出力するパルス信号のデューティは０％に維持されている。つまり、第１のトナーパターンは、目標光量を設定する基準電圧Ｖｒｅｆを変更することで形成される。レーザ２０５の発光量は、ＡＰＣの目標光量を変更するかシェーディング光量Ｉｓ（補正データＣｉ）を変更することで、調整できる。第１のトナーパターンは、そのうちの目標光量を変更することで形成できるのである。

Ｓ８０３で、ＣＰＵ２０４は、濃度センサ２０１を使用して、シート搬送ベルト１０６上に形成された第１のトナーパターン群の濃度を検出する。このように、濃度センサ２０１は、第１のトナーパターン群および後述する第２のトナーパターン群に含まれる各トナーパターンの濃度を検出する。

Ｓ８０４で、ＣＰＵ２０４は、第２のトナーパターン群を形成するよう、レーザ露光部１０１、感光ドラム１０２および作像部１０３を制御する。たとえば、ＣＰＵ２０４は、第２のトナーパターン群を形成する際にシェーディング制御を行うためのＰＷＭ信号のデューティが２０％となるようにＰＷＭ信号生成部６１１が出力するパルス信号のデューティを設定する。これによりデューティが２０％のＰＷＭ信号によって光量が補正されたレーザ光によってトナーパターンＰ６がシート搬送ベルト１０６に形成される。このように、第２のトナーパターンを生成するときは、光量制御部６０１は、目標光量を最大値（１００％）に維持し、シェーディング制御部６０９は、所定割合（例：２０％）だけ光源のデューティを減少させる。つまり、第２のトナーパターンは、シェーディング制御量であるデューティを変更することで形成される。

Ｓ８０５で、ＣＰＵ２０４は、濃度センサ２０１を使用して、シート搬送ベルト１０６上に形成された第２のトナーパターン群の濃度を検出する。

Ｓ８０６で、ＣＰＵ２０４は、第１のトナーパターン群を形成するために使用した光量と、それに対応する濃度とから光量濃度特性（参照プロファイル）を作成する。このように、ＣＰＵ２０４は、トナーパターン群を形成する際に使用された光量とトナーパターン群から得られた検出値との対応関係から光量対検出値特性を作成する。

Ｓ８０７で、ＣＰＵ２０４は、第２のトナーパターン群であるトナーパターンＰ６の濃度と光量濃度特性とを比較し、シェーディング制御量Ｉｓの修正係数Ｒを決定する。ＣＰＵ２０４は、作成手段が作成した光量対検出値特性から第２のトナーパターン群の検出値に対応する光量を求め、第１のトナーパターン群を形成したときの光量に対する第２のトナーパターン群の検出値に対応する光量の誤差がゼロとなるように修正係数を演算する演算手段として機能する。修正係数Ｒの詳細な決定方法については図９を用いて後述する。

Ｓ８０８で、ＣＰＵ２０４は、修正係数Ｒをレーザドライバ２０３に設定する。修正係数Ｒは、各走査位置に対して共通に使用される乗算係数である。目標光量を所定割合だけ減少させた光量によって形成された第１のトナーパターン群の検出値と、目標光量を所定割合だけ減少させた光量によって形成された第２のトナーパターン群の検出値は、周囲温度や経時変化に起因したレーザの発光特性がどの程度変化しているかを示している。つまり、第１のトナーパターン群の検出値と、第２のトナーパターン群の検出値とから対応する修正量が求まる。上述した修正係数Ｒは、目標光量を所定割合だけ減少させた光量によって形成された第１のトナーパターン群の検出値と、目標光量を所定割合だけ減少させた光量によって形成された第２のトナーパターン群の検出値とに対応した値となる。よって、ＣＰＵ２０４は、第１のトナーパターン群の検出値と第２のトナーパターン群の検出値とに対応した修正量で駆動電流を修正する。

図９は光量濃度特性の一例を示す図である。濃度の変化は、レーザ光量以外にも現像特性や転写特性の変化が反映される。つまり、濃度の変化を補正するためのＡＰＣ光量の調整量と、シェーディング制御量とが一対一で対応していれば、ＡＰＣ光量を一定に保持したままシェーディング制御量を調整することで、濃度を調整できるようになる。

そこで、本実施例では、まず、ＣＰＵ２０４が、それぞれ異なる複数のレーザ光量に対する濃度検出結果を線形近似することで、光量濃度特性（参照プロファイル）を作成する。複数のレーザ光量の一つはＡＰＣ光量の８０％に相当する光量（ＡＰＣ光量の８０％）である。なお、シェーディング制御量と光量との対応関係（図９の右側に示したレーザ特性）は事前にＣＰＵ２０４が内蔵しているＲＯＭに記憶されているものとする。

ＣＰＵ２０４は、作成した参照プロファイルと、補正データＸｉを２０％（シェーディングデータを８０％）として発光させて形成したトナーパターンＰ５の濃度との比較計算により、補正データＸｉの修正係数Ｒを決定する。補正データを２０％にすると、デューティが８０％になるため、シェーディングデータは、ＡＰＣ光量の８０％となる。よって、ＡＰＣ光量の８０％の光量で作成したトナーパターンＰ３の濃度と、補正データを２０％に設定して作成したトナーパターンＰ６の濃度とは本来一致するはずである。しかし、上述した理由から両者が一致せず、両者の間には誤差αが発生する。

以下に、比較計算方法の一例を示す。ここでは、ＣＰＵ２０４が、トナーパターンＰ６（シェーディングデータ＝８０％、補正データ＝２０％）の濃度Ｄ６と、トナーパターンＰ３（ＡＰＣ光量の８０％）の濃度Ｄ３を比較し、これらの差分から修正係数Ｒを算出する。修正係数Ｒの算出は、次の式（１）〜（３）を用いて実行できる。

Ｇ＝（Ｄ３ − Ｄ５）／２０％・・・（１）
α（％）＝（Ｄ３ − Ｄ６）／Ｇ・・・（２）
Ｒ＝Ｙ／Ｘ
＝２０％／（２０％ − 誤差α）・・・（３）
ここで、Ｇは、トナーパターンＰ３とトナーパターンＰ５についての濃度傾きである。濃度傾きは、複数のレーザ光量に対する濃度検出結果を線形近似に相当する。よって、濃度傾きＧは、トナーパターンＰ３とトナーパターンＰ５との間の濃度差を、トナーパターンＰ３とトナーパターンＰ５との間の光量差（％）と除算することで得られる。αは、トナーパターンＰ３に対するトナーパターンＰ６の誤差であり、トナーパターンＰ３とトナーパターンＰ６との間の濃度差を濃度傾きＧで除算することで得られる。Ｒは、修正係数である。Ｒは、シェーディングデータ（デューティ）と光量との関係、レーザ特性、トナーパターンＰ３の濃度およびトナーパターンＰ６の濃度から決定される値である。Ｙは、１００％デューティに対するトナーパターンＰ６のシェーディングデータ（８０％デューティ）の差分である。Ｘは、１００％デューティに対するトナーパターンＰ３の光量の差分である。修正係数Ｒは、誤差αがなくなるように補正データを修正する係数であるため、（３）式が成立する。たとえば、誤差α＝１０％であれば、修正係数Ｒ＝２となる。

このように、第１のトナーパターンは、目標光量（例：ＡＰＣ光量の１００％）を所定割合（例：２０％）だけ減少させた光量（例：ＡＰＣ光量の８０％）によって形成さる。また、第２のトナーパターン群は、所定割合（例：２０％）だけシェーディング制御部６０９により減少させた光量によって形成される。ＣＰＵ２０４は、第１のトナーパターン群の検出値と第２のトナーパターン群の検出値との差分（誤差α）がゼロとなるように、走査位置ごとの制御量に対してシェーディング制御部６０９が共通に使用する修正係数Ｒを決定する。つまり、ＣＰＵ２０４は、修正係数決定手段として機能する。

ＣＰＵ２０４は、修正係数Ｒを乗算係数として各走査位置の補正データＣｉに乗算することで、修正された補正データＤｕｔｙ＿ｉを得ることができる。ここでは、ＣＰＵ２０４が修正係数ＲをＰＷＭ信号生成部６１１に設定することで、ＰＷＭ信号生成部６１１は、修正係数Ｒを各走査位置の補正データＣｉに乗算し、対応するＰＷＭ信号を生成する。

このように修正係数Ｒは、画像領域上の走査位置によらず、一定の値となる。これを、式（４）で示す。

Ｄｕｔｙ＿ｉ＝（１−Ｃｉ）×Ｒ・・・（４）
ここで、Ｄｕｔｙ＿ｉは領域ｉの修正係数Ｒにより修正された補正データであり、Ｃｉは領域ｉの修正前の補正データである。

このように修正係数Ｒを使用すれば、シェーディングデータを８０％（補正データを２０％）に設定したときに、ＡＰＣ光量に対して８０％の光量のレーザ光が出力されるようになる。以上で述べたフローでは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのうちの１色に対する動作フローであるが、他の３色についても順次調整を行えばよい。

また、本実施例においては、ＡＰＣ光量に対して５段階で調整した光量で５つのトナーパターン形成を行ったが、段階数や光量レベルは他の値であってもよい。また、トナーパターンの濃度検出方法としては、シート搬送ベルト１０６の周面に対向して配置した濃度センサ２０１を使用する検出方法を説明した。しかし、図４に示した、感光ドラム１０２の周面に対向して配置した電位センサ２０２によって潜像パターンの電位を検出する方法を採用してもよい。潜像パターンの電位は、ほぼトナー濃度に対応しているからである。電位センサ２０２の出力により調整を行う場合も、濃度を電位に置換して、式（１）〜式（４）の計算をそのまま行えばよい。このように、電位センサ２０２は、第１の潜像パターン群および第２の潜像パターン群である潜像の電位を検出する電位検出手段として機能する。

本発明によれば、トナーパターンをシート搬送ベルト、中間転写体、感光体などの像担持体に形成し、その濃度または電位とシェーディング制御量との関係からシェーディングデータ（補正データ）の修正係数を算出できる。よって、複数のＤ／Ａコンバータを必須とせずにシェーディング制御を行うことができるコスト的に有利な画像形成装置を実現できる。また、本発明によれば、レーザドライバ２０３の内部にレーザ２０５の発光閾値検出機能や光量傾き特性の検出機能を設ける必要がない。そのため、より安価な構成で高精度なシェーディング制御が可能となる。また、ＣＰＵ２０４や濃度センサ２０１、電位センサ２０２は、画像形成装置１が従来から備えている濃度制御用のものと共用できる。よって、追加の部品が必須ではないため、コストの面で有利である。このように、周囲環境温度の変化やレーザの耐久劣化によってレーザの駆動電流に対する光量出力特性が変化したとしても、修正係数により光量出力特性を補正することができる。

Claims

光源と、
前記光源の光量が目標光量となるように光量制御を実行する光量制御手段と、
前記光源が出力する光束を偏向させ、該偏向された光束により走査対象物の表面を走査する偏向手段と、
前記走査対象物の表面上の走査位置ごとに前記光源の駆動電流を制御することで前記光源の光量を制御するシェーディング制御手段と、
前記光量制御手段により前記目標光量を所定割合だけ減少させた光量によって形成された第１のパッチの検出値と、前記シェーディング制御手段により前記目標光量を前記所定割合だけ減少させた光量によって形成された第２のパッチの検出値とに対応した修正量で前記駆動電流を修正する修正手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記第１のパッチを形成するときは、
前記光量制御手段は、前記目標光量を前記所定割合だけ減少させるように前記光源を制御し、
前記シェーディング制御手段は、前記光源のデューティを１００％に維持し、
前記第２のパッチを形成するときは、
前記光量制御手段は、前記目標光量を維持し、
前記シェーディング制御手段は、前記光源のデューティを前記所定割合だけ減少させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記光量制御手段により前記目標光量を所定割合だけ減少させた光量によって形成された第１のパッチの検出値と、前記シェーディング制御手段により前記目標光量を前記所定割合だけ減少させた光量によって形成された第２のパッチの検出値との差分がゼロとなるように、前記シェーディング制御手段における前記走査位置ごとの制御量に対して共通に使用される修正係数を決定する修正係数決定手段をさらに有し、
前記修正手段は、前記修正係数を前記走査位置ごとの制御量に乗算することで、前記修正量で前記駆動電流を修正するように構成されており、
前記シェーディング制御手段は、前記修正量で修正された前記走査位置ごとの制御量を使用して前記光源の駆動電流を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記第１のパッチは、それぞれ異なる光量により形成された複数のパッチからなるパッチ群の１つであり、
前記修正係数決定手段は、
前記パッチ群を形成する際に使用された複数の光量と前記パッチ群から得られた複数の検出値との対応関係から光量対検出値特性を作成する作成手段と、
前記作成手段が作成した前記光量対検出値特性から前記第２のパッチの検出値に対応する光量を求め、前記第１のパッチを形成したときの光量に対する前記第２のパッチの検出値に対応する光量の誤差がゼロとなるように前記修正係数を演算する演算手段と
をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記光量制御手段は、
前記光源から出力される光を受光する受光素子と、
前記受光素子から出力される電流を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路から出力された電圧と、目標光量に対応した基準電圧とを比較する比較回路と、
前記比較回路から出力される比較結果をサンプルしてホールドするサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路から出力される電圧と、前記シェーディング制御手段から出力される電圧との差の電圧を出力する減算回路と、
前記減算回路から出力された電圧に対応した駆動電流を前記光源に供給する電流源と、を有し、
前記シェーディング制御手段は、
前記修正係数で修正したデューティのパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号を低域濾波して生成した電圧を前記減算回路に印加するローパスフィルタと、を有することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記第１のパッチおよび前記第２のパッチであるトナーパターンの濃度を検出する濃度検出手段をさらに有し、
前記修正手段は、前記濃度検出手段によって検出された前記第１のパッチの検出値と前記第２のパッチの検出値とに対応した修正量で前記駆動電流を修正することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記第１のパッチおよび前記第２のパッチである潜像の電位を検出する電位検出手段をさらに有し、
前記修正手段は、前記電位検出手段によって検出された前記第１のパッチの検出値と前記第２のパッチの検出値とに対応した修正量で前記駆動電流を修正することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。