JP6478693B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームを使用して光書き込みを行う画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置には、感光体を露光するための光学走査ユニットが備えられている。光学走査ユニットは、画像データに基づいてレーザ光を出射し、そのレーザ光を回転多面鏡で反射させて、走査レンズを透過させることで感光体へ照射し露光する。回転多面鏡を回転させることにより感光体の表面に形成したレーザ光のスポットを移動させる走査を行うことで、感光体に潜像を形成する。

上記走査レンズは所謂ｆθ特性を有するレンズである。ｆθ特性とは、回転多面鏡が等角速度で回転している時に感光体の表面のレーザ光のスポットが感光体の表面上を等速で移動するようにレーザ光を感光体の表面に結像させる光学的特性である。このようにｆθ特性を有する走査レンズを用いることにより、適切な露光を行うことができる。

このようなｆθ特性を有する走査レンズは、比較的大きくコストも高い。そのため、画像形成装置の小型化やコストダウンを目的として、走査レンズ自体を使用しない、或いはｆθ特性を有していない走査レンズを使用することが考えられている。例えば、特許文献１では、感光体の表面におけるレーザ光のスポットが感光体の表面上を等速で移動しない場合でも、感光体の表面上に形成するドットが一定の幅となるよう、一走査する間に画像クロック周波数を変更することが開示されている。

特開昭５８−１２５０６４号公報

しかしながら、上記従来技術には以下に記載する問題がある。例えば、ｆθ特性を有する走査レンズを用いない場合であっても、光走査装置の経時変化や、画像形成装置への組み付け誤差などにより、レーザ光のスポット等にズレが生じてしまう。このような誤差等が発生すると、走査方向の部分倍率特性が変化し、走査方向の画素の間隔を所望の間隔に配置することが困難なものとなり、色ずれ等の画像不良が発生してしまう。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、ｆθ特性を有しない走査レンズを用いて、画素を所望の間隔に配置するとともに、光走査装置の経時変化や組み付け誤差などによる部分倍率の変化を解消する仕組みを提供することを目的とする。

本発明の一態様によると、画像形成装置は、感光体と、光源が発する光により前記感光体に光スポットを形成し、当該光スポットを主走査方向に走査することで前記感光体に潜像を形成する走査手段であって、前記感光体を前記光スポットで走査する走査速度は、走査線内において変化する走査手段と、前記主走査方向における第１の像高を基準とした場合の第２の像高における走査速度の変化量を示す変化情報を記憶する記憶手段と、前記感光体に形成された前記潜像を現像したトナーマークであって、前記主走査方向に平行な線上において、それぞれが当該線の中心から異なる方向へ所定の間隔だけ離れた位置に形成される２つのトナーマークを検知する２つのセンサと、前記２つのセンサによって各トナーマークを検出した検出時間に基づいて、前記変化情報を補正する第１補正手段と、前記第１補正手段による補正後の前記変化情報に基づき、前記光源へ入力される画像信号を補正する第２補正手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ｆθ特性を有しない走査レンズを用いて、画素を所望の間隔に配置するとともに、光走査装置の経時変化や組み付け誤差などによる部分倍率の変化を解消することができる。

画像形成装置の構成例を示す図。 （Ａ）光走査装置の主走査断面図、（Ｂ）光走査装置の副走査断面図。 光走査装置の像高に対する部分倍率の特性を示すグラフ。 一実施系形態に係る画像形成装置の制御構成を示すブロック図。 （Ａ）同期信号と画像信号のタイムチャート、（Ｂ）ＢＤ信号と画像信号のタイムチャートと、被走査面上でのドットイメージを示す図。 画像変調部を示すブロック図。 （Ａ）スクリーンの一例を示す図、（Ｂ）画素と画素片を説明する図。 画像変調部の動作に関するタイムチャート。 （Ａ）ハーフトーン処理部に入力される画像信号の一例を示す図、（Ｂ）スクリーンを示す図、（Ｃ）ハーフトーン処理後の画像信号の一例を示す図。 （Ａ）画素片の挿入を説明する図、（Ｂ）画素片の抜去を説明する図。 （Ａ）初期（工場出荷時）の部分倍率特性と偏光面と被走査面との距離が主走査方向に渡って一律に広がった場合の部分倍率特性を示す図、（Ｂ）初期の部分倍率特性と光走査装置が偏向器（ポリゴンミラー）の回転方向にずれた場合の部分倍率特性を示す図。 （Ａ）初期の部分倍率特性におけるトナーマークを検出する構成を示す図、（Ｂ）偏光面と被走査面との距離が主走査方向に渡って一律に広がった場合のトナーマークを検出する構成を示す図、（Ｃ）光走査装置が偏向器（ポリゴンミラー）の回転方向にずれた場合のトナーマークを検出する構成を示す図。 （Ａ）初期の部分倍率特性におけるセンサの出力波形を示す図、（Ｂ）初期の部分倍率特性と偏光面と被走査面との距離が主走査方向に渡って一律に広がった場合のセンサの出力波形を示す図、（Ｃ）初期の部分倍率特性と光走査装置が偏向器（ポリゴンミラー）の回転方向にずれた場合のセンサの出力波形示す図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

＜第１の実施形態＞
＜画像形成装置の構成＞
以下では、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、光走査装置の組み付け誤差や経時変化で初期（工場出荷時）の部分倍率特性が変化した場合には、当該部分倍率特性情報を補正して使用する。部分倍率特性についての詳細は後述する。まず、図１を参照して、画像形成装置５０の構成例について説明する。

画像形成装置５０は、制御部１、画像信号生成部１００、光走査装置４００、感光ドラム（像担持体）４、ローラ５、定着器６、排紙ローラ７、給紙ユニット８、センサ２００、現像器２０４、及び温度センサ２２０を備える。光走査装置４００内のレーザ駆動部３００は、画像信号生成部１００から出力された画像信号に従って、制御部１から出力される制御信号を受信し、走査光（以下、レーザ光と称する。）２０８を感光体である感光ドラム４へ照射する。帯電部により帯電された感光ドラム４をレーザ光２０８で走査すると、感光ドラム４の表面には潜像が形成される。そして現像部により潜像にトナーを付着させ、潜像に対応したトナー像（現像剤像）を形成する。トナー像は、給紙ユニット８から給送されローラ５で感光ドラム４と接触する位置に搬送された紙等の記録媒体に転写される。記録媒体に転写されたトナー像は、定着器６で記録媒体に熱定着される。トナー像が定着された記録媒体は、排紙ローラ７を経て、機外に排出される。センサ２００は、トナーマーク２０３の有無を検出するためのトナーマーク検出部（トナーマーク検出センサ）である。トナーマークについての詳細は後述する。

＜光学走査装置＞
次に、図２を参照して、本実施形態に係る光走査装置４００の構成について説明する。図２（Ａ）は主走査断面を示し、図２（Ｂ）は副走査断面を示す。

本実施形態によれば、光源４０１から出射されたレーザ光（光束）２０８は、開口絞り４０２によって楕円形状に整形されてカップリングレンズ４０３に入射する。カップリングレンズ４０３を通過した光束は、略平行光に変換されて、アナモフィックレンズ４０４に入射する。ここで、略平行光とは、弱収束光及び弱発散光を含むものである。アナモフィックレンズ４０４は、主走査断面内において正の屈折力を有しており、入射する光束を主走査断面内においては収束光に変換する。また、アナモフィックレンズ４０４は、副走査断面内において偏向器４０５の偏向面４０５ａの近傍に光束を集光し、主走査方向に長い潜像を形成する。

そして、アナモフィックレンズ４０４を通過した光束は、偏向器（ポリゴンミラー）４０５の偏向面（反射面）４０５ａにて反射される。反射面４０５ａで反射した光束は、レーザ光２０８として、結像レンズ４０６を透過し、図１に示すように感光ドラム４の表面に入射する。結像レンズ４０６は結像光学素子（光学系）である。本実施形態では、一例として、単一の結像光学素子（結像レンズ４０６）のみで結像光学系が構成されている。

結像レンズ４０６を通過（透過）した光束は、感光ドラム４の表面である被走査面４０７に入射し、当該被走査面４０７を走査する。結像レンズ４０６によって被走査面４０７上で光束が結像し、所定のスポット状の像（スポット）を形成する。偏向器４０５を駆動部により矢印Ａ方向に一定の角速度で回転させることにより、被走査面４０７上でスポットが主走査方向に移動し、感光ドラム４の被走査面４０７上に静電潜像を形成する。ここで、主走査方向とは、感光ドラム４の表面に平行で且つ感光ドラム４の表面の移動方向に直交する方向である。副走査方向とは、主走査方向及び光束の光軸に直交する方向である。

ビームディテクト（以下、ＢＤと称する。）センサ４０９とＢＤレンズ４０８は、被走査面４０７上に静電潜像を書き込むタイミングを決定する同期用光学系である。偏向器４０５で反射した光束は、ＢＤレンズ４０８を通過し、フォトダイオードを含むＢＤセンサ４０９に入射し検知される。ＢＤセンサ４０９により光束を検知したタイミングに基づいて、書き込みタイミングの制御が行われる。

光源４０１は、半導体レーザチップである。本実施形態に係る光源４０１は、例えば、１つの発光部１１（図４参照）を備えている構成としてもよい。しかしながら、光源４０１として、独立して発光制御可能な複数の発光部を備える構成であってもよい。複数の発光部を備える場合も、そこから出射される複数の光束は、それぞれカップリングレンズ４０３、アナモフィックレンズ４０４、偏向器４０５、及び結像レンズ４０６を経由して被走査面４０７へ到達する。被走査面４０７上では副走査方向にずれた位置に各光束に対応するスポットがそれぞれ形成される。

センサ２００は部分倍率特性情報を取得するセンサであり、例えば感光ドラム４上のトナーマーク２０３の有無を検知するセンサである。なお、光走査装置４００において、光源４０１、カップリングレンズ４０３、アナモフィックレンズ４０４、結像レンズ４０６、及び偏向器４０５等の各種光学部材は、図１に示すように、筐体（光学箱）４００ａに収納される。

＜結像レンズ＞
続いて、結像レンズ４０６の詳細について説明する。図２に示すように、結像レンズ４０６は、入射面（第１面）４０６ａ及び出射面（第２面）４０６ｂの２つの光学面（レンズ面）を有する。結像レンズ４０６は、図２（Ａ）に示すように、偏向面４０５ａで偏向された光束を、被走査面４０７上へ所望の走査特性で走査させる構成となっている。また、結像レンズ４０６は、被走査面４０７上でのレーザ光２０８のスポットを所望の形状にする構成となっている。結像レンズ４０６によって、図２（Ｂ）に示すように、偏向面４０５ａの近傍と被走査面４０７の近傍とが共役（conjugate）の関係となっている。これにより、面倒れを補償（偏向面４０５ａが倒れた際の被走査面４０７上での副走査方向の走査位置ずれを低減すること）する構成となっている。

なお、本実施形態に係る結像レンズ４０６は、射出成形によって形成されたプラスチックモールドレンズであるが、結像レンズ４０６としてガラスモールドレンズを採用してもよい。モールドレンズは、非球面形状の成形が容易であり、かつ大量生産に適しているため、結像レンズ４０６としてモールドレンズを採用することで、その生産性及び光学性能の向上を図ることができる。

結像レンズ４０６は、所謂ｆθ特性を有していない。つまり、偏向器４０５が等角速度で回転している場合に、結像レンズ４０６を通過する光束のスポットを被走査面４０７上で等速に移動させるような走査特性有していない。このように、ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６を用いることにより、結像レンズ４０６を偏向器４０５に近接して、即ち、図２（Ａ）に示す距離Ｄ１が短い位置に配置することが可能となる。また、ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６は、ｆθ特性を有する結像レンズよりも、当該レンズにおける主走査方向（幅ＬＷ）及び光軸方向（厚みＬＴ）のサイズを小さくできる。このようなことから、光走査装置４００の筐体４００ａの小型化を実現することができる。また、ｆθ特性を有するレンズの場合、主走査断面（図２（Ａ））で見た場合のレンズの入射面、出射面の形状に急峻な変化がある場合があり、そのような形状の制約がある場合、良好な結像性能を得られない可能性がある。これに対して、本実施形態に係る結像レンズ４０６は、ｆθ特性を有していないため、主走査断面で見た場合のレンズの入射面、出射面の形状に急峻な変化が少なく、良好な結像性能を得ることができる。

このような本実施形態に係る結像レンズ４０６の走査特性は、以下の式（１）で表される。

Ｙ＝（Ｋ／Ｂ）×ｔａｎ（Ｂ×θ）・・・（１）
式（１）では、偏向器４０５による走査角度（走査画角）をθ、光束の被走査面４０７上での主走査方向の集光位置（像高）をＹ［ｍｍ］としている。また、軸上像高（基準像高）における結像係数をＫ［ｍｍ］、結像レンズ４０６の走査特性を決定する係数（走査特性係数）をＢとしている。なお、本実施形態において、軸上像高は、光軸上の像高（Ｙ＝０＝Ｙｍｉｎ）を指し、走査角度θ＝０に対応する。また、軸外像高は、中心光軸（走査角度θ＝０の時）よりも外側の像高（Ｙ≠０）を指し、走査角度θ≠０に対応している。さらに、最軸外像高とは、走査角度θが最大（最大走査画角）となる時の像高（Ｙ＝＋Ｙｍａｘ、−Ｙｍａｘ）を指す。なお、被走査面４０７上の潜像を形成可能な所定の領域（走査領域）の主走査方向の幅である走査幅ＷはＷ＝｜＋Ｙｍａｘ｜＋｜−Ｙｍａｘ｜で表される。被走査面４０７において所定の領域の中央が軸上像高となり、両端部が最軸外像高となる。

ここで、結像係数Ｋは、結像レンズ４０６に平行光が入射する場合の走査特性（ｆθ特性）Ｙ＝ｆθにおけるｆに相当する係数である。すなわち、結像係数Ｋは、結像レンズ４０６に平行光以外の光束が入射する場合に、ｆθ特性と同様に集光位置Ｙと走査角度θとを比例関係にするための係数である。

走査特性係数について補足すると、Ｂ＝０の時の式（１）は、Ｙ＝Ｋθとなるため、従来の光走査装置に用いられる結像レンズの走査特性Ｙ＝ｆθに相当する。また、Ｂ＝１の時の式（１）は、Ｙ＝Ｋｔａｎθとなるため、撮像装置（カメラ）などに用いられるレンズの射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθに相当する。すなわち、式（１）において、走査特性係数Ｂを０≦Ｂ≦１の範囲で設定することで、射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθとｆθ特性Ｙ＝ｆθとの間の走査特性を得ることができる。

ここで、式（１）を走査角度θで微分すると、次式（２）に示すように走査角度θに対する被走査面４０７上での光束の走査速度が得られる。

ｄＹ／ｄθ＝Ｋ／（ｃｏｓ２（Ｂ×θ））・・・（２）
さらに、式（２）を軸上像高における速度ｄＹ／ｄθ＝Ｋで除すると、次式（３）に示すようになる。

（（ｄＹ／ｄθ）／Ｋ）−１＝（１／ｃｏｓ２（Ｂ×θ））−１＝ｔａｎ２（Ｂ×θ）・・・（３）
式（３）は、軸上像高の走査速度に対する各軸外像高の走査速度のずれ量（部分倍率）を表現したものである。つまり、本実施形態に係る光走査装置４００は、Ｂ＝０の場合以外においては、軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なっていることになる。

図３は、本実施形態に係る被走査面４０７上での走査位置をＹ＝Ｋθの特性でフィッティングした際の、像高と部分倍率との関係を示すグラフである。横軸に像高（ｍｍ）を示し、縦軸に部分倍率（％）を示す。本実施形態では、式（１）に示した走査特性を結像レンズ４０６に与えたことで、図３に示すように、軸上像高から軸外像高に向かうにつれて徐々に走査速度が遅くなるため部分倍率が大きくなっている。例えば、部分倍率３０％とは、単位時間だけ光照射した場合に、被走査面４０７での主走査方向の照射長が、１．３倍となることを意味している。従って、画像クロックの周期によって決めた一定の時間間隔（走査時間）で主走査方向の画素幅を決めてしまうと、軸上像高と軸外像高とで画素密度が異なってしまう。そこで、本実施形態では、良好な画質を得るために、上述した部分倍率の補正を行う。

＜露光制御構成＞
次に、図４を参照して、画像形成装置５０における露光制御に関する制御構成について説明する。画像信号生成部１００は、ホストコンピュータ等の外部装置や内部のメモリ等から印字情報を取得し、画像データ（画像信号）に対応するＶＤＯ信号１１０を生成する。また、画像信号生成部１００は、画素幅を補正する機能も有する。当該機能の詳細については後述する。制御部１は、画像形成装置５０の制御と、輝度補正部として光源４０１の光量制御を行う。レーザ駆動部３００は、ＶＤＯ信号１１０に基づいて電流を光源４０１に供給することにより、光源４０１を発光させる。

画像信号生成部１００は、画像形成のための画像信号の出力の準備が完了すると、シリアル通信１１３を通じて、制御部１に印字開始の指示を行う。制御部１は、印字の準備が完了すると、副走査同期信号であるＴＯＰ信号１１２、と主走査同期信号であるＢＤ信号１１１を画像信号生成部１００の画像変調部１０１に送信する。画像信号生成部１００は、同期信号を受信すると、所定タイミングで画像信号であるＶＤＯ信号１１０をレーザ駆動部３００に出力する。

制御部１は、ＣＰＵコア２と８ビットＤＡコンバータ２１とレギュレータ２２を内蔵したＩＣ３を有している。レーザ駆動部３００は、記憶部であるメモリ３０４と、電圧を電流に変換するＶＩ変換回路３０６と、レーザドライバＩＣ９を有し、光源４０１のレーザダイオードである発光部１１へ駆動電流を供給する。メモリ３０４には、光走査装置４００の部分倍率特性情報３１７が記憶されている。部分倍率特性情報は、主走査方向に対して複数の像高に対応する部分倍率情報である。この部分倍率特性情報は光走査装置４００を組み立てた後に個々の装置において測定して記憶されてもよいし、個々の装置間のバラツキが少ない場合は個別に測定せずに代表的な特性を記憶させてもよい。なお、部分倍率情報に代えて、被走査面４０７上での走査速度の特性情報であってもよい。つまり、部分倍率情報は、本実施形態において適用するｆθ特性を有しない結像レンズ４０６においても、感光ドラム４へ照射されたレーザ光のスポットが当該感光ドラム４の表面上を等速で移動するように補正するための情報となる。

ＣＰＵコア２はシリアル通信３０７を介してメモリ３０４から部分倍率特性情報３１７を読み出し、シリアル通信１１３を介して画像信号生成部１００にあるＣＰＵ１０２に送出する。ＣＰＵコア２は、取得した部分倍率特性情報３１７に基づき、部分倍率補正情報を生成し、図４の画像変調部１０１に備えられた後述する画素片挿抜制御部１２８に送る。

続いて、レーザ駆動部３００の動作を説明する。制御部１のＩＣ３は、レギュレータ２２から出力される電圧２３を調整し出力する。電圧２３はＤＡコンバータ２１の基準電圧となる。次に、ＩＣ３は、ＤＡコンバータ２１の入力データ２０を設定し、ＢＤ信号１１１に同期して、アナログ電圧３１２をレーザ駆動部３００のＶＩ変換回路３０６に出力する。ＶＩ変換回路３０６は、アナログ電圧３１２を電流値Ｉｄ３１３に変換し、レーザドライバＩＣ９に出力する。

レーザドライバＩＣ９は、ＶＤＯ信号１１０に応じて、電流ＩＬを発光部１１に流すか、ダミー抵抗１０に流すかを切り換えることで、光源４０１の発光のＯＮ／ＯＦＦを制御する。発光部１１に供給するレーザ電流値ＩＬは、定電流回路１５で設定した電流Ｉａから、ＶＩ変換回路３０６によって出力される電流値Ｉｄ３１３を差し引いた電流値となる。定電流回路１５に流す電流Ｉａは、発光部１１の光量モニタ用に光源４０１に設けられたフォトディテクタ１２が検知する輝度が所望の輝度となるようにレーザドライバＩＣ９内部の回路によりフィードバック制御することで自動調整する。この自動調整は所謂ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）である。発光部１１の輝度の自動調整は、レーザ発光量の主走査毎の印字領域外でＢＤ信号１１１を検知するために発光部１１を発光させている間に実施する。可変抵抗１３は、工場組立て時に、発光部１１が所定輝度に発光している場合に、所望の電圧としてレーザドライバＩＣ９に入力されるよう値を調整しておく。画像信号生成部１００の各々の主な構成ブロックについては後述する。

図５（Ａ）は、記録媒体１ページ分に相当する画像形成動作を行った際の各種同期信号と画像信号のタイミングチャートを示す。図中左から右に向かって時間が経過する。ＴＯＰ信号１１２の「ＨＩＧＨ」は、記録媒体の先端が所定の位置に到達したことをあらわす。画像信号生成部１００はＴＯＰ信号１１２の「ＨＩＧＨ」を受信すると、ＢＤ信号１１１に同期して、ＶＤＯ信号１１０をレーザドライバＩＣ９に送信する。このＶＤＯ信号１１０に基づいて光源４０１が発光し感光ドラム４に潜像を形成する。

なお、図５（Ａ）では図の簡略化のため、ＶＤＯ信号１１０が複数のＢＤ信号１１１を跨いで連続的に出力されているように記載している。しかしながら、実際には、ＶＤＯ信号１１０はＢＤ信号１１１が出力されてから次のＢＤ信号１１１が出力されるまでの間のうちの所定の期間に出力されるものである。

＜部分倍率補正方法＞
次に、画像信号生成部１００による部分倍率補正の方法について説明する。その説明に先立って部分倍率の要因及び補正原理について図５（Ｂ）を用いて説明する。図５（Ｂ）は、ＢＤ信号１１１、ＶＤＯ信号１１０のタイミング、被走査面４０７上の潜像により形成したドットイメージを示す。図中左から右に向かって時間が経過する。

画像信号生成部１００は、ＢＤ信号１１１の立ち上がりエッジを受信すると、感光ドラム４の左端から所望の距離だけ離れた位置に潜像を形成できるように、当該受信から所定時間が経過した後にＶＤＯ信号１１０を送信する。そしてＶＤＯ信号１１０に基づき光源４０１が発光し、被走査面４０７上にＶＤＯ信号１１０に応じた潜像を形成する。

ここでは、ＶＤＯ信号１１０に基づき軸上像高及び最軸外像高において同じ期間だけ光源４０１を発光させてドット形状の潜像を形成した場合について説明する。このドットのサイズは６００ｄｐｉの１ドット（主走査方向４２．３ｕｍの幅）に相当する。光走査装置４００は、上述したように、被走査面４０７上の中央部（軸上像高）に比べて、端部（最軸外像高）の走査速度は速い光学構成である。トナー像Ａに示すように、軸上像高の潜像ｄｏｔ２と比較すると、走査速度の速い最軸外像高の潜像ｄｏｔ１は、主走査方向に肥大してしまう。そのため、本実施形態では部分倍率補正として、主走査方向の位置に応じてＶＤＯ信号１１０の周期や時間幅を補正する。つまり、本実施形態で適用する構成においては、部分倍率補正により、最軸外像高の発光時間間隔（走査時間）を軸上像高の発光時間間隔と比較して短くし、トナー像Ｂに示すように最軸外像高の潜像ｄｏｔ３と軸上像高の潜像ｄｏｔ４とを同等のサイズにする。このような補正によって、ｆθレンズのように、主走査方向に関して、実質的に等間隔に各画素に対応するドット形状の潜像を形成できるようにする。

次に、図６乃至図１０を参照して、軸上像高から軸外像高に移るに従って部分倍率の増加分だけ光源４０１の照射時間を短くする部分倍率補正の具体的な制御について説明する。図６は、画像変調部１０１の制御構成の一例を示す。画像変調部１０１は、濃度補正処理部１２１、ハーフトーン処理部１２２、ＰＳ変換部１２３、ＦＩＦＯ１２４、ＰＬＬ部１２７、及び画素片挿抜制御部１２８を備える。

濃度補正処理部１２１は、ホストコンピュータから受信した画像信号を適正な濃度で印字するための濃度補正テーブルを格納している。ハーフトーン処理部１２２は、入力される多値パラレル８ビットの画像信号をスクリーン（ディザ）処理して画像形成装置５０で濃度表現するための変換処理を行う。ＰＳ変換部１２３、ＦＩＦＯ１２４、ＰＬＬ部１２７、及び画素片挿抜制御部１２８についての動作については後述する。

図７（Ａ）はスクリーンの一例を示す。主走査３画素、及び副走査３画素の２００線のマトリクス１５３で濃度表現を行なうものである。図中の白い部分が光源４０１を発光させない（オフ）部分で、網掛け部分が光源４０１を発光させる（オン）部分である。マトリクス１５３は、階調毎に設けられており、矢印で示す順に階調が上がっていく、即ち、濃度が濃くなる。本実施形態では、１つの画素１５７は、被走査面４０７で６００ｄｐｉの１ドットを形成するために画像データを区切る単位となる。図７（Ｂ）に示すように、画素幅を補正する前の状態において、１画素は１画素の１／１６の幅の画素片１６個で構成され、画素片毎に光源４０１を発光のオン・オフを切り替えられる。つまり、１画素で１６ステップの階調を表現可能である。

ＰＳ変換部１２３は、パラレル−シリアル変換部であり、ハーフトーン処理部１２２から入力したパラレル１６ビットの信号１２９をシリアル信号１３０に変換する。ＦＩＦＯ１２４は、シリアル信号１３０を受信し、ラインバッファに蓄積して、所定時間経過後に、同じくシリアル信号として、後段のレーザ駆動部３００にＶＤＯ信号１１０として出力する。ＦＩＦＯ１２４のライト及びリードの制御は、画素片挿抜制御部１２８が、ＣＰＵ１０２からＣＰＵバス１０３を介して受信する部分倍率特性情報に従って、ライトイネーブル信号ＷＥ１３１、リードイネーブル信号ＲＥ１３２を制御することで行われる。ＰＬＬ部１２７は、１画素に相当するクロック（ＶＣＬＫ）１２５の周波数を１６倍に逓倍したクロック（ＶＣＬＫｘ１６）１２６をＰＳ変換部１２３やＦＩＦＯ１２４に供給する。

次に、図６のブロック図のハーフトーン処理以降の動作を、図８の画像変調部１０１の動作に関するタイミングチャートを用いて説明する。上述したように、ＰＳ変換部１２３は、ハーフトーン処理部１２２から多値１６ビットの信号１２９をクロック１２５に同期して取り込み、クロック１２６に同期してシリアル信号１３０をＦＩＦＯ１２４に送る。

ＦＩＦＯ１２４は、画素片挿抜制御部１２８からのＷＥ信号１３１が有効「ＨＩＧＨ」の場合のみＰＳ変換部１２３からの信号１３０を取り込む。部分倍率の補正のために主走査方向に画像を短くする場合は、画素片挿抜制御部１２８は、部分的にＷＥ信号を無効「ＬＯＷ」にすることで、ＦＩＦＯ１２４にシリアル信号１３０を取り込ませないように制御することができる。図８には、８０１に示すように、通常１画素を１６の画素片から構成する場合において、１ｓｔ画素から画素片１つ分を抜去し、１５個の画素片で構成した例を示す。つまり、図５（Ｂ）に示すように、最軸外像高の潜像ｄｏｄ３と軸上像高の潜像ｄｏｄ４とを同等のサイズにすべく、画素片を抜去する。

また、ＦＩＦＯ１２４は、ＲＥ信号１３２が有効「ＨＩＧＨ」の場合のみ蓄積されたデータをクロック１２６（ＶＣＬＫｘ１６）に同期して読み出し、ＶＤＯ信号１１０をレーザ駆動部３００へ出力する。部分倍率の補正のため主走査方向に画像を長くする場合は、画素片挿抜制御部１２８は、部分的にＲＥ信号１３２を無効「ＬＯＷ」にすることで、ＦＩＦＯ１２４は読み出しデータを更新せず、クロック１２６の１クロック前のデータを継続して出力させる。つまり、直前に処理した主走査方向に対して上流側に隣接する画素片のデータと同じデータの画素片を挿入することになる。図８には、８０２及び８０３に示すように、通常１画素を１６の画素片から構成する場合において、２ｎｄ画素に画素片２つ分を挿入し、１８個の画素片で構成した例を示す。このように、本実施形態によれば、軸上像高よりも走査速度が速い像高では１画素を示す所定数の画素片から少なくとも１つの画素片を抜去する。一方、軸上像高よりも走査速度が遅い像高では、１画素を示す所定数の画素片へ少なくとも１つの画素片を挿入する。なお、本実施形態で用いたＦＩＦＯ１２４は、ＲＥ信号を無効「ＬＯＷ」とした場合、出力がＨｉ−Ｚ状態となるのではなく、前の出力を継続する構成の回路として説明した。

図９と図１０は、ハーフトーン処理部１２２の入力画像であるパラレル１６ビットの信号１２９からＦＩＦＯ１２４の出力であるＶＤＯ信号１１０まで、画像イメージを用いて説明した図である。

図９（Ａ）は、ハーフトーン処理部１２２に入力される多値パラレル８ビットの画像信号の一例である。各画素は８ビットの濃度情報を有している。画素１５０はＦ０ｈ、画素１５１は８０ｈ、画素１５２は６０ｈ、白地部は００ｈの濃度情報となっている。図９（Ｂ）は、スクリーンであり、図７（Ａ）で説明した通り、２００線で中央から成長するスクリーンである。図９（Ｃ）は、ハーフトーン処理後のパラレル１６ビットの信号１２９であるの画像信号の画像イメージであり、上述したように各画素１５７は１６個の画素片で構成されている。

図１０はシリアル信号１３０に対して、図９（Ｃ）の主走査方向に８画素のエリア１５８に着目して、画素片を挿入して画像を伸ばす例と、画像片を抜去して画像を短くする例を示している。図１０（Ａ）は、部分倍率を８％増やす例である。１００個の連続する画素片群に対し、均等又は略均等な間隔で、計８個の画素片を挿入することで、部分倍率を８％増やすように画素幅を変更して潜像を主走査方向に伸ばすことができる。１０００は、エリア１５８に対応する、補正前の画像データを示す。１００１は、画像データ１０００に対して、画素片を挿入する位置を示す。１００２は、１００１に示す位置に画素片を挿入した後の画像データを示す。

図１０（Ｂ）は、部分倍率を７％減らす例である。１００個の連続する画素片群に対し、均等又は略均等な間隔で、計７個の画素片を抜去することで、部分倍率を７％減らすように画素幅を変更して潜像を主走査方向に短くすることができる。１００３は、エリア１５８に対応する、補正前の画像データを示す。１００４は、画像データ１００３に対して、画素片を抜去する位置を示す。１００５は、１００４に示す位置から画素片を抜去した後の画像データを示す。

このように部分倍率補正では、主走査方向の長さが１画素未満の画素幅を変更することにより、画像データの各画素に対応するドット形状の潜像を主走査方向に関して実質的に等間隔に形成できるようにする。なお、主走査方向に関して実質的に等間隔とは、完全に各画素が等間隔に配置されていないものも含む。つまり、部分倍率補正を行った結果、画素間隔に多少のバラつきがあってもよく、所定の像高範囲の中で平均的に画素間隔が等間隔となっていればよい。上述したように、均等又は略均等な間隔で画素片を挿入又は抜去する場合、隣り合う２つの画素同士で画素を構成する画素片の数を比較すると、画素を構成する画素片数の差は０又は１に制限することが望ましい。このように制限することで、元の画像データと比較した場合の主走査方向の画像濃度のバラつきを抑えられるので、良好な画質を得ることができる。また、画素片を挿入、又は、抜去する位置は、主走査方向に関して、各走査線（ライン）毎に同じ位置としてもよいし、位置をずらしてもよい。

上述したように、像高Ｙの絶対値が大きくなる程、走査速度が速くなる。このため部分倍率補正では、像高Ｙの絶対値が大きくなる程画像が短くなるよう（１画素の長さが短くなるよう）、上述した画素片の挿入及び抜去の少なくとも一方を行う。このようにして、主走査方向に関して実質的に等間隔に各画素に対応する潜像を形成し、適切に部分倍率を補正することができる。また部分倍率補正を行う別の方法としては、例えばクロック周波数を主走査方向で変化させる方法もある。

＜部分倍率特性の変化情報取得＞
次に、図４、及び図１１乃至図１３を参照して、部分倍率特性（走査速度の変化量）を示す変化情報を取得する構成について説明する。本実施形態では、情報取得部の一例として、センサ２００を用いて説明する。画像形成装置５０に光走査装置４００を組み付ける際の誤差などにより、偏向器（ポリゴンミラー）４０５の偏向面（反射面）４０５ａと被走査面４０７の距離及び主走査方向の走査角度が初期に取得した時の部分倍率特性情報（以下、初期の部分倍率特性情報とする。）から変化する。

図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、初期の部分倍率特性（破線）からの変化を示す。それぞれ横軸に像高を示し、縦軸に部分倍率を示す。図１１（Ａ）の実線は、例えば偏光面４０５ａと被走査面４０７との距離が主走査方向に渡って一律に広がった場合を示す。この場合、同じ像高（例えば像高Ａ点）での走査速度が速くなるため、図１１（Ａ）の実線のように部分倍率特性は、初期の部分倍率特性である図１１（Ａ）破線と比較すると全体的に部分倍率が低くなる特性となる。

図１１（Ｂ）の実線は、光走査装置４００が偏向器（ポリゴンミラー）４０５の回転方向にずれた場合を示す。この場合、図１１（Ｂ）の実線のように軸外像高の走査速度がそれぞれの端部で異なるような部分倍率特性を示す。例えばＡ点とＢ点とは、軸上から等距離の端部であるにも関わらず、上記ずれにより部分倍率が異なってくる。

このように、経年変化や組み付け誤差等により初期の部分倍率特性情報と異なる特性となることがあるため、部分倍率特性を補正するためには部分倍率特性情報の変化情報を取得する必要がある。図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）に本実施形態における部分倍率特性情報（走査速度の変化量）を示す変化情報を取得する構成を示す。図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）は感光ドラム４の被走査面４０７を展開した様子を示している。

感光ドラム４の回転方向は図中の上方向である。センサ２００ａと２００ｂは感光ドラム４上のトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを検出するトナーマーク検出センサであり、ＬＥＤとフォトトランジスタから構成される。センサ２００ａと２００ｂは、ＬＥＤで感光ドラム４に光を照射し、反射した反射光をフォトトランジスタで検出する。トナーの有無で反射光の強度が異なり、フォトトランジスタの出力が変化するため、トナーを検出することができる。本実施形態では回転体として感光ドラム４上のトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを検出する構成で説明している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、中間転写ベルト上のトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂをセンサ２００ａ及び２００ｂで検出する構成としてもよい。検出した信号は、ＣＰＵコア２に送られ処理される。

トナーマーク２０１ａ及び２０１ｂは、感光ドラム４の主走査方向に平行な所定の線上において、それぞれが当該線の中心から異なる方向へ所定の間隔だけ離れた位置に形成される。具体的には、トナーマーク２０１ａ及び２０１ｂは、第１の輪郭線と、当該第１の輪郭線とは平行でない第２の輪郭線とを有する。さらに、当該トナーマーク２０１ａ及び２０１ｂは、感光ドラム４が回転することで第１の輪郭線と第２の輪郭線とがセンサ２００ａと２００ｂの検出位置を通過する。そこで、本実施形態では、センサ２００ａと２００ｂにより第１の輪郭線が検出されたタイミングから第２の輪郭線が検出されたタイミングまでの時間差を、マークの検出時間として取得する。

図１２（Ａ）は、初期の部分倍率特性情報を取得した時の、トナーマーク検知構成を示している。センサ２００ａ及び２００ｂはＡ点及びＢ点に配置される。ここで、Ａ点及びＢ点付近の副走査上に形成された第１のトナーマークである三角形状のトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂをそれぞれセンサ２００ａ及び２００ｂで検出する。検出波形の例を図１３（Ａ）に示す。図１３の各グラフは、横軸に時間を示し、縦軸にセンサ出力を示す。センサ２００ａ及び２００ｂがトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを検出していない時はＨＩＧＨを、検出しているときはＬＯＷを出力する。ΔＴ１及びΔＴ２がそれぞれセンサ２００ａ及び２００ｂがトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを検出している時間（検出時間）である。製造初期の検出においては、ΔＴ１とΔＴ２がほぼ同じ時間を示している。ΔＴ１とΔＴ２の導出には上記のように実際に検知した波形からＣＰＵコア２などで算出してもよいし、感光ドラム４の回転速度、トナーマーク２０１ａ及び２０１ｂの形状、センサ２００ａ及び２００ｂの位置などから計算した値であってもよい。

次に、図１１（Ａ）の実線に示すように偏光面４０５ａと被走査面４０７との距離が主走査方向に渡って一律に広がった場合を考える。図１２（Ｂ）に検知構成を示す。トナーマーク形成部である現像器２０４はメモリ３０４に記憶されている部分倍率特性情報を基にトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを形成する。しかし偏光面４０５ａと被走査面４０７との距離が主走査方向に渡って一律に広がっているため、トナーマーク２０１ａ及び２０１ｂは図１２（Ａ）に比べて主走査方向の辺と斜辺のなす角度が大きい三角形となる。これは偏光面４０５ａと被走査面４０７との距離が広がり、軸外像高における走査速度が速くなったことによるものである。検出波形の例を図１３（Ｂ）に示す。偏光面４０５ａと被走査面４０７との距離が主走査方向に渡って一律に広がっているため、センサ２００ａ及び２００ｂでトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを検知した時間ΔＴ１’及びΔＴ２’はほぼ同じである。しかし、先ほどのΔＴ１及びΔＴ２に比べてその値は小さくなることが分かる。よって初期の部分倍率特性情報を取得した時から偏光面４０５ａと被走査面４０７との距離が広がったことを検知することができる。例えばセンサ２００ａで読み取った際の部分倍率Ｘは、センサ２００ａで初期に読み取った部分倍率がＺ％であったとすると、
Ｘ＝Ｚ％×（ΔＴ１−ΔＴ１’）／ΔＴ１［％］・・・（４）
と表すことができる。センサ２００ａ及び２００ｂで検知した箇所以外の領域に対しては、適宜補間すればよい。例えば部分倍率特性は二次関数特性を示すことが既知であるため、二次関数に補完するなどである。検知した部分倍率特性の変化はＣＰＵコア２で計算され、新しい部分倍率特性（以下、補正後部分倍率特性と称する。）としてメモリ３０４に格納される。その後は補正後部分倍率特性を用いて、画像変調を行うことができる。

別の例として、図１１（Ｂ）のように光走査装置４００が偏向器（ポリゴンミラー）４０５の回転方向にずれた場合を考える。図１２（Ｃ）に検知構成を示す。現像器２０４は初期の部分倍率特性情報を基にトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを形成する。しかし光走査装置４００が偏向器（ポリゴンミラー）４０５の回転方向にずれているため、トナーマーク２０１ａと２０１ｂは主走査方向の辺と斜辺のなす角度が互いに異なる三角形となる。これは部分倍率特性が図１１（Ｂ）のように、軸外像高の走査速度がそれぞれの端部（Ａ点及びＢ点）で異なることによるものである。検出波形の例を図１３（Ｃ）に示す。センサ２００ａ及び２００ｂでトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを検知した時間ΔＴ１’’及びΔＴ２’’が異なっている。またΔＴ１’’＞ΔＴ２’’となっている。よって初期の部分倍率特性情報を取得してから光走査装置４００が偏向器（ポリゴンミラー）４０５の回転方向にずれたことを検知したことになる。

以上説明したように、本画像形成装置は、偏向器４０５によって偏向されたレーザ光を感光ドラム４へ照射させる結像レンズ４０６であり、感光ドラム４の表面上の異なる像高において、レーザ光の主走査方向への走査速度が一定でない結像レンズ４０６を備える。即ち、ｆθ特性を有しないレンズを備える。また、本画像形成装置は、感光ドラム４の表面上における基準像高の走査速度と比較して、他の像高における走査速度の変化量を各像高ごとに検出し、各像高において、レーザ光の主走査方向への走査速度を一定に制御する。具体的には、検出した変化量に従って、光源へ入力される画像信号を補正する。これにより、本実施形態に係る画像形成装置は、各像高における走査速度（部分倍率）の変化量を取得して当該変化量を解消すべく画像信号を補正することができる。即ち、ｆθ特性を有しないレンズを使用して画素を等間隔に配置することができるとともに、光走査装置の経年変化や組み付け誤差によるずれをも解消することができる。

本発明は上記実施形態に限らず様々な変形が可能である。例えば、トナーマーク２０１ａ及び２０１ｂの形状は、例えば三角形や、台形など副走査方向に形成される辺の傾きが異なる形状であればよい。また本実施形態では、三角形の領域内にもトナーがある構成であったが、三角形の境界のみにトナーを形成するトナーマーク２０１ａ及び２０１ｂでも同様の効果が得られる。またカラー画像形成装置５０における色ずれに対する補正に関しては、印字する際は補正後部分倍率特性に基づき、第２のトナーマークである色ずれ補正用トナーマーク２０１ａ及び２０１ｂを形成し、センサ２００ａ及び２００ｂなどで検出し補正すればよい。本実施形態では２つのセンサ２００ａ及び２００ｂで検知する構成例を示したが、より精度よく部分倍率を補正するために３つ以上のセンサやラインセンサを配置する構成としてもよい。

＜第２の実施形態＞
以下では、本発明に係る第２の実施形態について説明する。本実施形態では、情報取得部の一例として、温度センサ２２０を用いて説明する。上記第１の実施形態と同じ構成については同一符号とし説明を省略する。軸上付近で結像レンズ４０６が固定されている場合、結像レンズ４０６付近の温度上昇によって軸上から軸外に向かって結像レンズ４０６が膨張する可能性がある。図１における温度センサ２２０は情報取得部である光走査装置周辺の温度を検出するセンサであり、例えばサーミスタがある。温度センサ２２０は光走査装置４００の近傍に設置され、特に結像レンズ４０６近傍の温度を検出する。検出した温度情報はＣＰＵコア２に送られ、温度に応じて部分倍率特性を計算しメモリ３０４に格納される。例えば温度が上昇していたとすると、一般に結像レンズ４０６は膨張するため、検出した温度から得られる膨張の程度（レンズの膨張率）に合わせて変化量を算出し、部分倍率を補正すればよい。

＜その他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

４：感光ドラム、５０：画像形成装置、１００：画像信号生成部、２００：トナーマーク検出センサ、２０３：トナーマーク、２０８：レーザ光、２２０：温度センサ、３０４：メモリ、４０１：光源、４０５：偏向器

Claims (9)

1. 感光体と、
   光源が発する光により前記感光体に光スポットを形成し、当該光スポットを主走査方向に走査することで前記感光体に潜像を形成する走査手段であって、前記感光体を前記光スポットで走査する走査速度は、走査線内において変化する走査手段と、
   前記主走査方向における第１の像高を基準とした場合の第２の像高における走査速度の変化量を示す変化情報を記憶する記憶手段と、
   前記感光体に形成された前記潜像を現像したトナーマークであって、前記主走査方向に平行な線上において、それぞれが当該線の中心から異なる方向へ所定の間隔だけ離れた位置に形成される２つのトナーマークを検知する２つのセンサと、
   前記２つのセンサによって各トナーマークを検出した検出時間に基づいて、前記変化情報を補正する第１補正手段と、
   前記第１補正手段による補正後の前記変化情報に基づき、前記光源へ入力される画像信号を補正する第２補正手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２補正手段は、前記主走査方向における１画素の幅が一定となるように、前記光源へ入力される画像信号を補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. 前記第２補正手段は、
   前記画像信号における１画素を所定数の画素片で表わした場合に、前記第１の像高よりも走査速度が速い像高では前記１画素を示す所定数の画素片から少なくとも１つの画素片を抜去し、前記第１の像高よりも走査速度が遅い像高では前記１画素を示す所定数の画素片へ少なくとも１つの画素片を挿入することで、前記画像信号を補正す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. 前記第２補正手段は、
   前記画素片を抜去する場合に、前記光源へ入力される画像信号の、対応する画素片を無効にすることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記第２補正手段は、
   前記画素片を挿入する場合に、前記光源へ入力される画像信号において、挿入する画素片として、前記主走査方向において上流側で隣接する画素片と同じ画素片を挿入することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
6. 前記トナーマークは、第１の輪郭線と、当該第１の輪郭線とは平行でない第２の輪郭線とを有し、
   前記感光体が回転することで前記第１の輪郭線と前記第２の輪郭線とが前記センサの検出位置を通過し、前記センサにより前記第１の輪郭線が検出されたタイミングから前記第２の輪郭線が検出されたタイミングまでの時間差が、前記検出時間として取得されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記走査手段は、
   前記光源から発した光を偏向する様に構成された偏向器と、
   前記偏向器によって偏向された光を前記感光体に照射して前記光スポットを形成する光学系と、
   を備えており、
   前記第１の像高は、前記光学系の光軸に対応する軸上像高であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 感光体と、
   光源が発する光により前記感光体に光スポットを形成し、当該光スポットを主走査方向に走査することで前記感光体に潜像を形成する走査手段であって、前記感光体を前記光スポットで走査する走査速度は、走査線内において変化する走査手段と、
   前記主走査方向における第１の像高を基準とした場合の第２の像高における走査速度の変化量を示す変化情報を記憶する記憶手段と、
   前記変化情報を補正する第１補正手段と、
   前記第１補正手段による補正後の前記変化情報に基づき、前記光源へ入力される画像信号を補正する第２補正手段と、
   を備え、
   前記走査手段は、
   前記光源から発した光を偏向する様に構成された偏向器と、
   前記偏向器によって偏向された光を前記感光体に照射して前記光スポットを形成する光学系と、
   前記光学系の温度を検出するセンサと、
   を備え、
   前記第１補正手段は、前記センサによって検出された温度から得られる光学系の膨張率に基づいて、前記変化情報を補正することを特徴とする画像形成装置。
9. 前記第１の像高は、前記光学系の光軸に対応する軸上像高であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。

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