JP6821342B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
図1(a)は、複数色のトナーを用いて画像形成を行うデジタルフルカラープリンタ(カラー画像形成装置)の概略断面図である。図1(a)を用いて実施例1の画像形成装置100について説明する。画像形成装置100には色別に画像を形成する4つの画像形成部(画像形成ユニット)101Y、101M、101C、101Bk(破線部)が備えられている。画像形成部101Y、101M、101C、101Bkはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを用いて画像形成を行う。Y、M、C、Bkは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを表しており、以下、特定の色について説明する場合を除き、添え字Y、M、C、Bkを省略する。
図1(b)に、感光ドラム102、光走査装置104、及び、光走査装置104の制御部の構成を示す。光走査装置104は、レーザ光源(以下、レーザ光源という。)201と、コリメータレンズ202と、シリンドリカルレンズ203と、回転多面鏡204とを備える。レーザ光源201は、複数の発光点を備える。複数の発光点はそれぞれレーザ光(光ビーム)を出射する。コリメータレンズ202は、レーザ光を平行光に整形する。シリンドリカルレンズ203は、コリメータレンズ202を通過したレーザ光を副走査方向へ集光する。尚、本実施例ではレーザ光源201は複数の発光点を配列した光源を例にして記載するが、単一の光源を用いた場合も同様に動作させるものとする。レーザ光源201は、レーザ駆動回路304によって駆動される。回転多面鏡204は、回転動作するモータ部とモータ軸に取り付けられた反射ミラーからなる。以下、回転多面鏡204の反射ミラーの面を、ミラー面という。偏向ユニットである回転多面鏡204は、ミラー駆動部305によって駆動される。光走査装置104は、回転多面鏡204によって偏向されたレーザ光(走査光)が入射するfθレンズ205、206を備える。また、光走査装置104は、種々の情報が格納されたメモリ(記憶ユニット)302を有する。
次に、図2を用いて、光走査装置104の制御部であるCPU303、およびクロック信号生成部308について説明する。CPU303およびクロック信号生成部308は、画像形成装置100に取り付けられている。図2は、後述する画像の歪みや濃度むらを補正する補正処理を実行するCPU303の機能をブロック図として示した図である。CPU303は、フィルタ処理部501と、誤差拡散処理部502と、PWM(Pulse Width Modulation)信号生成部503とを有する。フィルタ処理部501は、入力された画像データに畳み込み演算を行うことでフィルタ処理を行う。誤差拡散処理部502は、フィルタ処理後の画像データ(濃度データ)に誤差拡散処理を行う。PWM信号生成部503は、誤差拡散処理後の画像データにPWM変換を行い、光走査装置104のレーザ駆動回路304にPWM信号を出力する。クロック信号生成部308は、クロック信号CLK(1)とクロック信号CLK(2)をCPU303に出力する。クロック信号CLK(1)は後述する図5に示すクロック信号である。クロック信号CLK(1)はクロック信号CLK(2)を逓倍して生成された信号である。従って、クロック信号CLK(1)とクロック信号CLK(2)は同期関係にある。本実施例では、クロック信号生成部308は、クロック信号(2)を16逓倍したクロック信号CLK(1)をCPU303に出力する。クロック信号CLK(2)は1画素に対応する周期の信号である。クロック信号CLK(1)は1画素を16分割した分割画素に対応する周期の信号である。
次に、図3、表1を用いて、メモリ302に格納された走査位置情報について説明する。図3は、各走査ラインの理想位置からの位置ずれの様子を示す。8つの発光点を有するレーザ光源の各レーザが走査する走査ラインを、LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、LD7、LD8とする。ここで、各走査ラインの理想的な間隔は、解像度によって決まる。例えば解像度1200dpiの画像形成装置の場合、各走査ラインの理想的な間隔は、21.16μmとなる。走査ラインLD1を基準位置とした場合、走査ラインLD1からの走査ラインLD2〜LD8の理想距離D2〜D8は式(1)で算出される。
Dn=(n−1)×21.16μm (n=2〜8)・・・式(1)
例えば、走査ラインLD1から走査ラインLD4までの理想距離D4は、63.48μm(=(4−1)×21.16μm)となる。
Zmn=Ym+X(n−1) (m=1〜5、n=1〜8)・・・式(2)
(ただし、X(0)=0とする)
例えば、回転多面鏡204の1面目の走査ラインLD4についての位置ずれ量Z14は、式(2)からZ14=Y1+X3と求められる。また、回転多面鏡204の2面目の走査ラインLD1についての位置ずれ量Z21は、式(2)からZ21=Y2と求められる。
メモリ302に格納される位置ずれ量の情報は、例えば工場等での光走査装置104の調整時に測定されたデータを格納するものとする。また、画像形成装置内部にレーザ光源201から出射されたレーザ光により走査される走査ラインの位置を検出する位置検出ユニットを備え、メモリ302に格納されている情報をリアルタイムに更新する構成としてもよい。走査光の副走査方向の位置検出ユニットとしては、公知の技術を用いてよい。例えば、光走査装置内部や感光ドラム近傍のレーザ光の走査経路上に配置したCMOSセンサやPSD(Position Sensitive Detector)によって位置検出を行う方法でもよい。また、光走査装置内部や感光ドラム近傍に配置したPD(photo diode)面上に三角スリットを配置してPDの出力パルス幅から位置検出を行う方法でもよい。
図5は、本実施例のレーザ光の1走査期間内の制御タイミングを示す。(1)は1画素を16分割した分割画素(1/16画素) あたりの画素周期に対応したCLK信号を示しており、(2)はCPU303に対するBD207からのBD信号の入力タイミングを示している。(3)(4)はCPU303が駆動データ(DATA1、DATA2等)を出力するタイミングを示している。(4)は、フィルタ処理後の駆動データを示している。
次に、走査ラインの位置ずれ量の算出処理について説明する。図6は、CPU303が画像形成時に位置ずれ量を算出する処理を示すフローチャートである。CPU303は、1走査に1回の頻度で図6に示す制御を実行し、BD信号を検出してから所定時間T1が経過するまでの間に位置ずれ量の算出を行う。尚、CPU303は、時間測定用のタイマを有しているものとする。BでCPU303は、BD207からBD信号が入力されたか否かを判断する。S7002でCPU303は、BD信号が入力されたと判断した場合は、BD信号の時間間隔を計測しているタイマ(不図示)を停止し、タイマ値を読み出し、内部レジスタに保存する。そして、CPU303は、次のBD信号を受信するまでの時間間隔を計測するため、タイマ(不図示)をリセットしてスタートさせ、S7003の処理に進む。尚、CPU303がタイマ(不図示)を2つ以上有している場合には、BD信号を受信する度に異なるタイマを交互に使用して、時間測定を行うようにしてもよい。また、ここでは、計測されたBD信号の時間間隔をCPU303の内部レジスタに保存しているが、例えばCPU303の内部の記憶部としてのRAM(不図示)に保存するようにしてもよい。S7002でCPU303は、BD信号が入力されていないと判断した場合は、BD信号が入力されるのを待つために、S7002の制御を繰り返す。
S7005でCPU303が算出する位置ずれ量Aの計算式について詳しく説明する。感光ドラム102の回転速度をVd、回転多面鏡204の回転速度をVp、1走査時間をΔT(図5参照)とすると、感光ドラム102の回転速度Vdと回転多面鏡204の回転速度Vpの速度差から生じる位置ずれ量Aは以下の式(3)から算出される。
A=(Vd−Vp)×ΔT・・・式(3)
Vp=ビーム数×21.16÷ΔT・・・式(4)
ΔT=1÷(回転多面鏡204のミラー面数×回転多面鏡204の1秒間あたりの回転数)・・・式(5)
y=yn0×(1−n+n0)+yn0+1×(n−n0)・・・式(7)
本実施例では、CPU303は、レーザ光による走査ラインの副走査方向の位置ずれ量に基づいて、画像データに対してフィルタ演算による補正処理を行い、補正した画像データをレーザ駆動回路304に出力する。フィルタ演算は、具体的には畳み込み処理を行う演算であり、本実施例では画像データと位置ずれ量をもとに畳み込み処理を行う。以下、図7のフローチャートについて説明する。図7は、副走査方向の位置ずれに起因して発生する濃度むらやバンディングを補正するためのフィルタ演算を説明するフローチャートである。S3602でCPU303は、副走査方向の位置ずれ量を読み出す。具体的には、CPU303は、内部レジスタより図6のS7009で保持された位置ずれ量を読み出す。本実施例では、副走査方向の位置ずれ量に基づいて、入力された画像データの副走査方向の画素位置に対して補正を行った後、フィルタ処理を行うことによって画素データ、即ち濃度を出力する。本実施例の畳み込み処理は、副走査方向における走査線のずれに起因した副走査方向の濃度の疎密を、注目画素を走査線のずれに応じて副走査方向に移動させる処理である。そして、畳み込み処理は、副走査方向への移動に応じて注目画素の画素値を出力させる、又は出力させないことにより補正する処理である。
走査ラインの位置ずれの状態は略4つに分類できる。まず、位置ずれの状態には、(a)感光ドラム102上の走査ラインの位置(以下、走査位置)が理想の走査位置に対して進み方向にシフトする場合、(b)感光ドラム102上の走査位置が理想の走査位置に対して戻り方向にシフトする場合がある。また、位置ずれの状態には、(c)感光ドラム102上の走査位置の間隔が理想の走査位置の間隔に対して密になる場合、逆に、(d)感光ドラム102上の走査位置の間隔が理想の走査位置の間隔に対して疎になる場合がある。これらの副走査方向の位置ずれの状態の具体例を図8(a)、図8(b)、図8(c)及び図8(d)に示す。図8(a)〜図8(d)中、破線は走査位置を示し、図8(a)〜図8(d)中(1)〜(5)は走査の順番を示す。本実施例では8ビームを同時に走査するが、副走査方向に順に並ぶ1ビームずつに順番を振ったものとして説明する。図8(a)〜図8(d)の左側の列が理想の走査位置、右側の列が感光ドラム102上の走査位置を示す。走査番号(1)〜(5)に対して、S1〜S5は理想の走査位置からの位置ずれ量を示す。位置ずれ量の単位は、理想のビーム間隔(1200dpiで21.16μm)を1としたときを基準に表し、副走査方向における光ビームの進み方向(以下、単に進み方向という)を正の値としている。また、副走査方向における光ビームの戻り方向(以下、単に戻り方向という)を負の値としている。更に、画像の様子を説明するために副走査方向に並ぶ1画素を走査線上に丸で示す。丸の色は濃度を表す。
本実施例の座標変換の方法を、図9(a)、図9(b)、図10(a)、図10(b)、図10(c)、図10(d)、図11(a)及び図11(b)を用いて説明する。図9(a)〜図11(b)のグラフは、横軸を画素番号n、縦軸を副走査方向の画素位置(走査位置でもある)y(座標変換後はy’)としており、単位はラインとしている。また、図9(a)、図9(b)は図8(a)、図8(b)に、図11(a)、図11(b)は図8(c)、図8(d)に対応している。図9(a)、図9(b)、図11(a)及び図11(b)の左側のグラフは座標変換を行う前を、右側のグラフはy軸の座標変換を行った後を、それぞれ示している。グラフにプロットした四角のドットは感光ドラム102上の走査位置、丸のドットは理想の走査位置を表す。
図9(a)左のグラフから順に説明する。座標変換を行う前のグラフでは、丸でプロットした理想の走査位置は、例えば画素番号2に対して副走査方向の画素位置yが2となっており、画素番号nとy座標が等しく、傾き1の直線(一点鎖線で示す)である。一点鎖線の直線は、以下の式(8)で表される。
y=n・・・式(8)
y=n+S・・・式(9)
y’=y+C・・・式(10)
従って、補正量Cはシフト量Sと以下の式(11)で表される。
C=−S・・・式(11)
y’=y+C=n+(−S)=n−S・・・式(12)
y’=y+C=(n+S)+C=(n+S)+(−S)=n・・・式(13)
図9(b)について、シフト量をS=−0.2とすれば、式(8)から式(13)が同様に成立して、図9(a)と同様に説明できる。尚、図9(a)、図9(b)に示すように、走査ライン間に疎密が発生しておらず進み方向又は戻り方向にシフトしている走査ラインの場合には、変換前後で直線が一定の傾きとなっている。
ここで、走査位置の疎密が発生する図11(a)及び図11(b)のケース、及びシフトと疎密が発生する図9(a)、図9(b)、図11(a)及び図11(b)の組み合わせのケースにも適用できる座標変換について説明する。図10(a)は画素番号と走査位置の関係を示し、横軸は画素番号n、縦軸yは副走査方向の走査位置で、四角ドットは感光ドラム102上の走査位置をプロットしたものである。図10(a)では、画素番号n≦2の範囲では感光ドラム102上の走査ラインが密、画素番号n≧2の範囲では感光ドラム102上の走査ラインが疎の場合について説明する。
y=ft(n)・・・式(14)
次に、副走査方向の走査位置であるy軸の座標変換を行った後の関数をft’(n)で表すと、座標変換後の走査位置を表す関数ft’(n)は、次の式(15)で表される。
y’=ft’(n)・・・式(15)
ft’(n)=n・・・式(16)
式(16)は、例えば、画素番号2に対して、座標変換後の副走査方向の画素位置y’(=ft’(2))が2となることを意味する。
y=fs(n)・・・式(17)
また、本実施例において、入力された画像データの副走査方向の画素の間隔は均等なので、関数fs(n)は以下の式で表される。
fs(n)=n・・・式(18)
入力された画像データの注目する画素番号nsに座標変換を行った後のy’座標の走査位置を、次の3つのステップにより求める。まず、1つめのステップでは、入力された画像データの画素番号nsに対応する理想の走査位置のy座標をysとすると、ysは、以下の式(19)により求めることができる。
ys=fs(ns)・・・式(19)
感光ドラム102上(実線)で座標変換を行う前の走査位置が等しい画素番号ntを求める(図10(c)の(1))。ここで、感光ドラム102上の走査位置は関数y=ft(n)で表され、ys=ft(nt)という関係が成り立つ。関数ft(n)の逆関数をft−1(y)とすると、画素番号ntは、以下の式(20)で表される。
nt=ft−1(ys)・・・式(20)
yt=ft’(nt)・・・式(21)
画素番号nsは任意に選んでも成立するので、画素番号nsから座標変換後のy’座標の位置ytを求める式が、入力された画像データの画素番号nから演算上のy’座標を求める関数fs’(n)に相当する。従って、式(19)〜式(21)から、以下のように式(22)で表される一般式が導かれる。尚、座標変換後の破線で示す理想の走査位置を示す関数は、y’=fs’(n)で表される(図10(d)の(3))。
yt=fs’(ns)=ft’(nt)=ft’(ft−1(ys))
=ft’(ft−1(fs(ns)))
nsをnに一般化して、
fs’(n)=ft’(ft−1(fs(n)))・・・式(22)
fs’(n)=ft−1(n)・・・式(23)
fs(n)=y=k×(n−n0)+y0・・・式(24)
入力された画像データのy軸の座標変換後の画素位置を求めるために、式(22)、式(23)から、逆関数((1/k)×(y−y0)+n0)を求めて、逆関数に画素番号nを代入すればよいので、以下の式(25)が導かれる。
y’=(1/k)×(n−y0)+n0・・・式(25)
図11(a)に示す走査ラインの間隔が密な状態、図11(b)に示す走査ラインの間隔が疎な場合、いずれも座標変換後の感光ドラム102上の走査ラインの位置は、式(25)で表すことができる。また、画素番号nの補正値Cnは、Cn=fs’(n)−fs(n)から求められる。
fs’(n)=(1/0.8)×(n−3)+3・・・式(26)
となる。例えば、画素番号3では、fs’(3)=3.00となり、補正値C3は0.00(=3.00−3.00)となる。また、画素番号5では、fs’(5)=5.50となり、補正値C5は+0.50(=+5.50−5.00)となる。走査位置が密である場合の補正値C1〜C5の値を図13(c)に示す。
fs’(n)=(1/1.2)×(n−3)+3・・・式(27)
となる。例えば、画素番号3では、fs’(3)=3.000となり、補正値C3は0.000(=3.000−3.000)となる。また、画素番号5では、fs’(5)=4.667となり、補正値C5は−0.333(=4.667−5.000)となる。走査位置が疎である場合の補正値C1〜C5の値を図13(d)に示す。
本実施例では、補正データを生成するためにフィルタ処理を実行する。ただし、本実施例では、フィルタ処理部501は、次のようなフィルタ関数による畳み込み演算でフィルタ処理を行う。即ち、フィルタ処理部501は、入力された画像データの画素の副走査方向の走査位置の補正による画素の副走査方向の画素位置と、座標変換によって走査ラインの間隔が均等に変換された画素の副走査位置との位置関係に基づいて、フィルタ処理を行う。尚、フィルタ処理前の画素を入力画素、フィルタ処理後の画素を出力画素ともいう。また、フィルタ処理前の画素は、上述した座標変換が行われた画素である。
図12(b)、図12(c)の式は以下の2つの式で表される。
本実施例では、a=−1、図12(b)はw=1、図12(c)はw=1.5としているが、各画像形成装置の電子写真的な特性に応じて、a、wを調整してもよい。フィルタ係数設定部504は、フィルタ関数出力部505から得たフィルタ関数の情報と、補正値設定部506から出力された補正値Cの情報と、に基づいて、フィルタ処理に用いられる係数(後述するk)をフィルタ処理部501に出力する。尚、本実施例では、補正値Cについては、後述するように現像電圧値に応じて、補正が行われる。
本実施例の座標変換を行った後の座標位置に基づいて、式(28)の線形補間によるフィルタ関数で畳み込み演算を用いたフィルタ処理を行う具体例を、図13(a)、図13(b)、図13(c)及び図13(d)を用いて説明する。尚、畳み込み演算を用いたフィルタ処理は、フィルタ処理部501により実行される。図13(a)〜図13(d)は、図8(a)〜図8(d)に対応している。図13(a)〜図13(d)の左側の列は、上述した座標変換後の入力画素を示している。また、図13(a)〜図13(d)の右側の列は、上述した座標変換後の感光ドラム102上の走査位置を示している。即ち、図13(a)〜図13(d)の右側の列の走査位置が、均等な間隔で、且つ、距離1となるように座標変換されている。
図7の説明に戻る。S3605では、CPU303は、表2に示す補正テーブルから、前述したS3603において読み出した現像電圧の設定値に対応する位置補正係数h1、光量補正係数h2を選択し、読み出す。尚、CPU303は、CPU303内部の記憶部(不図示)に表2に示す補正テーブルを記憶しているものとする。
位置補正量’=位置補正量×位置補正係数h1・・・式(31)
画像データ’=画像データ×光量補正係数h2・・・式(32)
尚、式(31)の位置補正量とは、前述した補正量Cを指し、式(32)の画像データは、画素の画像濃度を指す。
図14(a)は、濃度センサ602の位置関係を説明する模式図である。濃度センサ602は、中間転写ベルト107の回転方向に直交する方向の中央部に対向する位置の上部に設置されている。そして、濃度センサ602は、中間転写ベルト107の中央部に形成された濃度検出用パッチ603の濃度を検出し、検出したパッチの濃度値をCPU303に出力する。
本実施例では、CPU303は、光走査装置104による露光量を変化させた複数のパッチ画像を中間転写ベルト107上に形成し、濃度センサ602によりパッチ画像の濃度値の検出を行う。図14(b)に、光走査装置104が感光ドラム102を露光する露光量と、中間転写ベルト107上に形成されたパッチ画像(パッチ1〜5)の画像濃度との関係を示す特性カーブを示す。図14(b)の縦軸は画像濃度を示し、横軸は光量(露光量)を示す。図14(b)は、光走査装置104により5段階の異なる露光量によるパッチ画像(パッチ1〜5)を中間転写ベルト107上に形成し、濃度センサ602により各パッチ画像の画像濃度の検出結果を示すグラフである。CPU303は、各パッチの濃度値と露光量の関係を補間し、画像濃度100%(最も濃い)のパッチ1に対して、形成されるパッチの画像濃度が50%となる露光量Phalfを求める。ここで、画像濃度が50%となる露光量Phalfは、トナーが最も濃い状態であるベタ黒(図中、パッチ1)とトナーがない状態(付着していない状態)であるベタ白との中間濃度を有する画像を形成するときの露光量である。本実施例では、この中間濃度となる露光量Phalfのうち、画像濃度が100%のパッチ1(ベタ黒パッチ)を形成するときの露光量の50%に相当する露光量Phalfを現像閾値Thと定義する。そして、各露光量Phalfに対し、位置補正係数h1、光量補正係数h2を対応付けた情報を含む補正テーブルが、CPU303内部の記憶部(不図示)に記憶されているものとする。表3は、このような補正テーブルの一例である。
201 レーザ光源
204 回転多面鏡
303 CPU
Claims (11)
- 発光点を有する光源と、
第1の方向に回転する感光体と、
前記感光体を帯電する帯電装置と、
前記第1の方向と直交する第2の方向に前記光源から出射された光ビームが前記感光体上を走査するように前記光源から出射された前記光ビームを偏向する複数の反射面を備える回転多面鏡と、
前記光ビームによって走査されることによって前記感光体上に形成される静電潜像をトナーによって現像する現像装置と、
前記複数の反射面それぞれによる前記光ビームの各走査に対する画像データに含まれる画素データをフィルタ処理によって補正して、各走査によってそれぞれ形成される前記第1の方向における静電潜像の重心位置を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された画像データに基づいて前記光源を駆動する駆動手段と、
を備え、
前記補正手段は、前記現像装置がトナーに印加する現像電圧、前記帯電装置が前記感光体を帯電する帯電電圧、及び前記光ビームの光量の少なくとも一つに基づく画像形成条件に応じて前記フィルタ処理に設定する各走査の画像データに対するフィルタ係数を調整することを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像形成装置は、テスト画像の濃度を検出する濃度検出ユニットを備え、
前記画像形成条件は、前記濃度検出ユニットによる前記テスト画像の濃度検出結果に基づいて制御されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記補正手段は、前記フィルタ処理として各走査に対する画像データに含まれる画素データに畳み込み演算を実行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。
- 前記複数の反射面それぞれに対するフィルタ係数を記憶する記憶手段を有す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。
- 前記フィルタ係数は、前記発光点から出射されたレーザ光の前記第1の方向における理想走査位置からの位置ずれ量を示す位置情報に基づいて設定されてい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。
- 前記光源は前記発光点を複数含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 発光点を有する光源と、第1の方向に回転する感光体と、前記感光体を帯電する帯電装置と、前記第1の方向と直交する第2の方向に前記光源から出射された光ビームが前記感光体上を走査するように前記光源から出射された前記光ビームを偏向する複数の反射面を備える回転多面鏡と、前記光ビームによって走査されることによって前記感光体上に形成される静電潜像をトナーによって現像する現像装置と、を備える画像形成手段と、
前記複数の反射面それぞれによる前記光ビームの各走査に対する画像データに含まれる画素データをフィルタ処理によって補正して、各走査によってそれぞれ形成される前記第1の方向における静電潜像の重心位置を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された画像データに基づいて前記光源を駆動する駆動手段と、
前記画像形成手段によって形成されるテスト画像の濃度を検出する濃度検出ユニットと、
を備え、
前記補正手段は、前記濃度検出ユニットによって検出される前記テスト画像の濃度に応じて前記フィルタ処理に設定する各走査の画像データに対するフィルタ係数を調整することを特徴とする画像形成装置。 - 前記補正手段は、前記フィルタ処理として各走査に対する画像データに含まれる画素データに畳み込み演算を実行することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記複数の反射面それぞれに対するフィルタ係数を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項7又は8に記載の画像形成装置。
- 前記フィルタ係数は、前記発光点から出射されたレーザ光の前記第1の方向における理想走査位置からの位置ずれ量を示す位置情報に基づいて設定されていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記光源は前記発光点を複数含むことを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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