JPH01109365A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子写真方式の画像形成装置に関し、特に感光
体の帯電電位や露光電位等を検出して感光体の電位の調
整を行う画像形成装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来この種の装置では、経時変化や環境変化（主に温度
・湿度の変化）或いは保守による部品交換等の影響によ
り、感光体上に形成される静電潜像レベルが変動し、そ
の結果、得られる画像品質が変動してしまうことが考え
られる。従ってこれを防止するために、感光体上の表面
電位を測定する手段を設けることにより、その測定値を
基に逐次帯電気のコロナ電流や、レーザ光による露光量
を調整する方法が既に提案されている。

また画像の濃淡表現を忠実に行なう手段として、濃淡レ
ベルをパルス幅変調を行なうことにより実現する方法（
以下、ＰＷＭと呼ぶ）に於いては、感光体上の表面電位
の不要な変動が画像表現に大きく影響するので、さらに
厳密な感光体の表面電位制御を必要とする。

さらにまた、最近特にその長寿命や取り扱い易さから注
目を浴びているアモルファス・シリコン（以下、α−３
ｉと呼ぶ）感光体の場合、一般に静電容量が大きく、帯
電能が低いために静電コントラストを大きくできないの
で、所望する画像コントラストを得るためにはｒ特性の
急峻な現像剤を使用する必要がある。これは、逆にわず
かの表面電位誤差が生じた場合には、その画像濃度が大
きく変動することを意味している。

［発明が解決しようとする問題点１ 画像再現性を向上するため利用される様々な手法を満足
するためには、より厳密に感光体上の表面電位を制御す
ることが必須であるにもかかわらず、従来は感光体上の
ある一部分の潜像電位を検知し、その結果を元に逐次制
御を行なっていたので、感光体の回転移動に対する場所
的な変動や時間的な遅れ等が全く考慮されていなかった
。

第３図はこのような従来技術による表面電位制御の説明
を示す図であり、感光体の１周分の表面電位は、第３図
（Ａ）に示すように中心値より電位Ｖｔ／２（Ｖ）だけ
変動している。この変動ムラを考慮に入れずに、最も電
位の高い点４０と最も電位の低い点４１で制御を行なう
と、第３図（Ｂ）の曲線４２と４３で示すように、電位
差Ｖｌ　　（Ｖ）の制御のバラツキが生じる。

例えば、α−３ｉ感光体の場合は、所望の暗部電位Ｖ、
（５００Ｖ）に対し、最大±３０ｖ程度、つまり感光体
−周で４７０〜５３０Ｖ程度の電位のムラがある。これ
を、４７０Ｖで制御したものと、５３０Ｖで制御したも
のとでは６０Ｖという大きなバラツキが生じる。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みなされたもの
で、感光体表面電位を積分制御し、しかもパルス幅変調
方法を、感光体表面電位を積分することにより制御して
、様々な変動要素に対して耐性があり、常に高品位な画
像が得られる画像形成装置を提供することを目的とする
。

ｃ問題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の画像形成装置は以下
の様な構成からなる。即ち、 表面に静電潜像を形成する感光体と、前記感光体表面を
均一に帯電する帯電手段と、アナログ画像信号とパター
ン信号とを比較して画像信号を変調する変調手段と、前
記パターン信号を発生するパターン信号発生手段と、前
記アナログ画像信号のダイナミックレンジを調整するダ
イナミックレンジ調整手段と、前記パターン信号のレベ
ルを調整するバイアス調整手段と、変調された画像信号
にて前記感光体を露光する露光手段と、前記感光体のｎ
回転（ｎは整数）分の表面電位を積分して検出する電位
検出手段とを備える。

［作用］ 一以上の構成において、表面に静電潜像を形成する感光
体感光体表面を帯電手段により均一に帯電する。感光体
の回転とともに、帯電°された或いは露光手段により露
光された感光体の表面電位を、感光体１周分を積分して
検出する。この検出情報を基に、アナログ画像信号のダ
イナミックレンジや、パターン信号のレベル等を調整す
るように動作する。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細
に説明する。

［レーザビームプリンタの主要部の説明］第１図は本実
施例のレーザビームプリンタの主要部の構成を示すブロ
ック図である。

図中、９は矢印方向に回転するドラム状電子写真感光体
である。感光体９の・表面はまず帯電器１０で均一に帯
電され、次に比較器４よりの変調信号Ｅに対応して点滅
変調されたレーザビーム１１により、感光体９の回転方
向とほぼ垂直な方向に露光・走査される。これによって
感光体上９に形成された静電潜像は、現像器１２によっ
て現像され可視化される。

尚、この実施例で現像器１２として、感光体９のレーザ
ビームで露光された部分、いわゆる明部領域にトーナー
を付着させる反転現象を行う現像器が使用されており、
従って現像器１２が感光体９に供給するトナーは帯電器
ｉｏによる感光体帯電電位の極性と同極性に帯電してい
る。逆に言えば、レーザビーム１１は感光体９のトナー
を付着させるべき部分を露光するように、変調されてい
る。

いずれにせよ、感光帯９に形成された可視トナー像は、
転写帯電器１３により転写剤１４に転写される。転写剤
１４に転写された可視トナー像は不図示の定着器で定着
され、転写後、感光体９に残留したトナーはクリーニン
グ器１５で除去、クリーニングされる。その後、感光体
９に残留している電荷は、ランプ１６の除電光によって
除電され、再び上記多工程が繰り返される。

レーザビーム１１は半導体レーザ１フから射出され、こ
の変調信号Ｅに対応して点滅変調されたレーザビーム１
１を射出するものである。感光体９にデジタルビデオ信
号に対応する画像を形成する場合（画像形成モード）、
変調信号Ｅはデジタルビデオ信号に対応した信号である
。こうして、半導体レーザ１７から射出されたビーム光
は、回転多面鏡、ガルバノミラ−等の走査器１８によっ
て感光体９上を走査される。１９はレーザビーム１１を
感光体９上に点状に結像°させるレンズ、２０は光路を
折る為の反射ミラーである。

以上、一般に実施されている電子写真方式の基本動作に
関して説明したが、この方式により中間調を表現する方
法としてディジタル画像信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）
Ｌ、て行なうものがある。

第２図（Ａ）（Ｂ）はこのパルス幅変調（ＰＷＭ）の動
作原理を説明するための図で、図中、ａは淡画像データ
４４と三角波４５との関係を示す図で、ｂは画像データ
４４の変調信号を示している。また、第２図（Ｂ）にお
いて、Ｃは濃画像データ４５と三角波４６との関係を示
す図で、ｄはこれにより変調された変調信号を示してい
る。

このように、アナログ画像信号４４．４６の濃度レベル
と三角波４５（原理的には時間変化に対して電圧レベル
が変化すれば良く、例えばのこぎり波でも良いので、こ
れを一般化してパターン信号と呼ぶ）とがコンパレータ
４により比較される。（ａ）は淡画像の場合で画像デー
タ４４の濃度レベルは高い位置にあり、この時得られる
変調信号Ｅは（ｂ）に示されるように、レーザ１７が駆
動される時間（信号ＯＮの時間）が、駆動されない時間
（ＯＦ　Ｆの時間）に比べて小さくなっているので、得
られる画像は白部分の多い淡い画像になる。

一方、（ｃ）は濃画像の場合で、画像データ４６の濃度
レベルは低い位置にあり、従ってこの時得られる変調信
号Ｅは（ｄ）に示されるように、レーザ１７が駆動され
る時間（ＯＮの時間）が駆動されない時間（ＯＦＦの時
間）に比べて大きくなっているので、得られる画像は具
部分の多い濃い画像になる。

次に、再び第１図に戻って説明を続けると、デジタルビ
デオ信号は一旦、ラッチ１にビデオクロック３２により
ラッチされて同期がとられる。このビデオクロック３２
は、マスタークロック（ＣＬＫ）をフリップフロップ５
で２分周したクロック信号である。

ラッチ１の画像データは、次にＤ／Ａコンバータ２によ
りアナログ信号に変換され、その出力はダイナミックレ
ンジ調整回路２５によって、そのレベルや振幅がこのシ
ステムにとって最適になるように変換された後、コンパ
レータ４の一方の入力端子に電圧レベル信号として入力
される。

一方、マスタークロックＣＬＫは分周器６によって、Ｃ
Ｐυ２２から出力される周期切換信号に応じて所定の分
局が行なわれ、さらにフリップフロップ７で２分周され
デユーティ比５０％のパターン信号発生クロック３３と
なる。これはビデオクロック３２に対して、分局器６で
の分局比と同じ倍率の周期をもつ、このクロック３３は
パターン信号発生回路８により三角波に変換され、前述
のコンパレータ４のもう一方の入力端子に入力されて、
ダイナミックレンジ調整回路２５よりのアナログビデオ
信号と比較され、パルス幅変調される。この時の、変調
後の画像信号は信号切換９２Ｂの接点ａを通過するよう
になっている。

第５図はパターン信号発生回路８の具体的な回路例を示
す図で、フリップフロップ７から入力されるパルス状の
デユーティ比５０％のパターン信号発生クロック３３は
、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１で構成
される積分回路により三角波に変換される。

図中、ＶＲはパターン信号発生クロック３３のＯＮ１０
　Ｆ　Ｆレベルの１度１／２の電位レベルに相当してお
り、ＯＰｌの基準信号として印加されている。オペアン
プＯＰＩで作成された三角波は、次にオペアンプＯＰ２
、抵抗Ｒ２、Ｒ３で構成されるバイアス調整回路により
適当な振幅に補正される。

この時の、三角波の繰返し中心レベルはＶＢの印加電圧
レベル（バイアス調整電圧）により変化する。

通常のデジタルビデオ信号を画像出力として得る画像形
成モードでは、デジタルビデオ信号を前記の方法により
パルス幅変調を行ない、駆動回路２１により、半導体レ
ーザ１フを駆動することにより画像を得ることができる
。

以上が、通常使用時のシステム全体の動作であるが、本
実施例の場合、画像形成そ−ドに先立って電子写真プロ
セスの各種パラメータの最適上行なうための制御モード
に先立って電子写真プロセスの各種パラメータの最適上
行なうための制御モードの動作が実行される。

第４図は本実施例の制御モードの処理を示すフローチャ
ートであり、本プログラムはＲＯＭ３０に記憶されてい
る。

本プログラムはＣＰＵ２２に制御信号が、伝達されるこ
とにより開始され、ステップＳ１で信号切換器２８によ
り半導体レーザ常時ＯＦＦ信号発生回路２６が選択（接
点ｂ）され、半導体レーザ１７が常時ＯＦＦ状態になる
。そしてステップＳ２、で、この時の感光体９の表面電
位ｖ０が電圧センサ２３によって検出される。

制御モードに於いては感光体９が回転して帯電器１０が
作動するとともに、走査器１８も回転する。このモード
に於いては、現像器１２は作動しても良いが、作動しな
い方が機内の現像剤の飛散防止上好ましい。

本実施例では、感光体−周分の電位制御のバラツキをな
くすために、感光体−周分の電位を積分するための積分
手段である信号値積分回路２９により、感光体９の１回
転周長Ｒを、プロセススピードＶで割っている。１周期
Ｔ（諺Ｒ／ｖ）の間で数十〜数百点電位を測定し、その
平均をとって制御を行なっている。この測定の数が少な
いと電位制御のバラツキをなくすことはできない。

本実施例では、ステップＳ３とステップＳ４で周期Ｔの
間に１００回の電位を測定し、それを平均した値を用い
て、繰返し帯電器１０に帰還をか・けることによって制
御のバラツキをなくした。

また、時間Ｔの設定としては、感光体９にロータリエン
コーダを取り付け、１周分のクロックパルスを数えて行
なってもよい。

次に、ステップＳ５で信号切換器２８はＣの接点と接続
され、半導体レーザ常時ＯＮ信号発生回路２フよりの信
号が半導体レーザ駆動回路２１に入力され、半導体レー
ザ１フが常時ＯＮ状態になる。そしてステップＳ６で、
この時の感光体９の表面電位ｖＬが、電位センサ２３に
よって検出されるのだが、この際も信号値積分回路２９
によって、感光体１周分の電位を積分した値がＣＰＵ２
２によって検出される。

ステップＳ７では電位ｖＬが規格内にあるかを判定し、
規格内になければステップＳ８に進み、規格内に入るよ
うにレーザ光量を調整する。

前述の一連の動作によって測定されたｖｏおよびｖＬの
値はＲＡＭ３１内に次のチエツクモードとして格納され
る。

さて、次に実行されるチエツクモードは２種類あり、１
つはチエツクモードＡ（ステップ３９〜ステツプ５１３
）と呼ばれ、主に淡画像の濃淡を調整することが目的で
あり、次のモードはチェツクモードＢ（ステップ３１４
〜ステツプ５１８）と呼ばれ、主に濃画像の濃淡を調整
することが目的である。これらどちらのチエツクモード
でも、信号切換器２８の接点は通常使用状態と同じ龜が
選択される。チエツクモードＡでは第２図（Ａ）の画像
データ４４で示された淡画像基準アナログ画像信号がＤ
／Ａコンバータ２の出力になるようにＣＰＵ２２により
強制される。

この時の淡画像基準アナログ画像信号は、コンパレータ
４にてパターン信号発生回路８からの三角波と比較され
、第２図（Ａ）の（ｂ）で示された様なパルス列に変換
される。この場合ＯＮで示される部′分がレーザ１７を
駆動して感光体９を露光する。

この時の感光体表面電位を電位センサ２３によって検出
し、さらにこれを信号値積分回路２９によって平均化し
、ステップＳ１０で平均値ｖＩ　′をＣＰＵ２２に取り
込む。ステップＳｌｌでは表面電位の平均値ｖ、′を基
に、ΔＶＤ−ＶＤ−■１　′を求め、ステップ３１３ｍ
’ＲＯＭ３０に記憶されている所定値ΔＶＤＩとΔｖひ
の差がΔＶ以下となるかを調べる。そして、以下でなけ
ればステップＳ１２でバイアス調整回路２４により三角
波のバイアス調整を行う。

このようにして三角波のバイアス調整を行なうことによ
り三角波の平均電圧レベルが変化するので、この結果、
第２図（Ａ）の（ｂ）に示すパルス列のデユーティ比が
微妙に変化する。従って、感光ドラムの平均露光量も変
化することになり、平均値ｖ１　′の値も変化する。

上記一連の関係を考慮した上で、このチエツクモードＡ
の制御がＣＰＵ２２により自動的に行なわれ、三角波の
バイアスレベルが決定される。

チエツクモードＡの制御が完了すると、引き続いてステ
ップ３１４以降でチエツクモードＢが実行される。チエ
ツクモードＢの制御はほとんどがチエツクモードと同様
な方法で行なわれる。

但し、この場合は第２図（Ｂ）の画像データ４６で示さ
れるような濃画像基準アナログ画像信号がＤ／Ａコンバ
ータ２の出力になり、ステップＳ１５で、この時の感光
体９の表面電位の平均値ｖ、′がＣＰＵ２２に取り込ま
れる。ＣＰＵ２２はステップＳ１６で、ΔｖＬ冨ｖ、’
−ｖＬの演算を実行し、ステップ５１７でΔｖしがＲＯ
Ｍ３０内に格納されているの所望の表面電位値ΔＶＬＩ
との差が所定の舞囲Δｖ４になるかを調べ、ΔＶ以上で
あれば、ステップ５１８でアナログビデオ信号のダイナ
ミックレンジ調整回路２５を調整する。

このようなダイナミックレンジ調整を行なうことにより
、アナログビデオ信号のダイナミックレンジが変化（つ
まり増幅度が変化）するので、この結果、第２図（Ｂ）
のｄに示す如く、パルス列のデユーティ比が変化する。

このようにして、前述のチエツクモードＡの時と同様に
ｖ、′の値が変化する。尚、予めＲＯＭ３０内に格納さ
れているΔＶＤＩとΔＶｔ、ｔの値は、本画像形成装置
の電子写真プロセスに於いて最良のものを事前に決定し
ておけばよい。

上記制御モードが終了すると、次に或いは一旦休止状態
に入った後、画像形成指令（プリント指令）が入った段
階で、前記画像形成モードの動作が開始される。尚、上
記制御モードは、装置の電源スィッチ（メインスイッチ
）をＯＮにする動作と連動して行ってもよく、或いは露
光画像形成モード動作指令スイッチ（プリントスイッチ
）をオンする動作と連動して行っても良い、また或いは
転写材の搬送とそれに後続する転写材搬送との間、いわ
ゆる紙間部分に対応する時間（つまり、前の画像に対応
する感光体のレーザビーム露光終了と、次の画像に対応
する感光体のレーザビーム露光開始との間の時間）に行
なってもよい。

また、感光体９の転写すべき画像を形成する領域の側方
（レーザビームの走査方向について）にテスト領域を設
け、このテスト領域にサンプル像を形成して、前述のよ
うな制御を行うようにしてもよい、この場合、被記録情
報に対応する変調信号により変調されたレーザビームに
よる、感光体の１ライン分の走査終了後、或いはその走
査開始前にパターン信号りにより変調されたレーザビー
ムが上記テスト領域を走査する。従って、この場合、制
御モードと画像形成モードが平行して行われる。

また、感光体９の電位のバラツキをなくす方法としては
、本実施例の他によく知られているローパスフィルタ（
ＬＰＦ）で、レスポンスを遅くして電位をなまらせる方
法や、感光体の１周分の間に数十点〜数百点の電位を測
定し、それに相当する電荷をコンデンサに蓄積する方法
等が考えられる。

又、感光帯１周分の電位の積分値だけでなく、整数回軽
分の積分値でも良いし、各回転毎の平均値をとるように
しても良い。

また更に、本実施例においては、アナログビデオ信号と
三角波の調整を、三角波のバイアスとアナロタビデオ信
号とアナログビデオ信号のダイナミックレンジの２つの
パラメータで調整するようにしたが、他にもアナログビ
デオ信号を一定にして三角波の振幅とバイアスを調整す
るなど、アナログビデオ信号と三角波の関係を調整でき
る方法であればどのような方法を用いてもよい。

また、上記制御モードでは必ずしも自動に行なう必要は
なく、別途表示部を設けるとともに、制御モードのスイ
ッチを押すことによりチエツクモードＡ、Ｂにおける感
光体の電位の周方向積分値や、ΔｖＤ１．ΔＶｌ、ｌを
１周期毎に更新させながら逐次表示させ、ボリューム調
整でアナログビデオ信号と三角波の関係を調整してもよ
い。

尚また、以上の例はレーザビームプリンタであるが、多
数の微小発光ダイオード（ＬＥＤ）を並べたＬＥＤアレ
イを使用し、このアレイの各ＬＥＤを変調信号に対応し
て点滅制御して、電子写真感光体を露光することにより
画像を形成するようにした画像形成装置にも本発明は適
用できる。

更に以上の例では、感光体の像光に露光された領域にト
ナーを付着させる、所謂反転現像が採用されているが、
像光に露光されなかった感光体領域、所謂暗・部類域に
トナーを付着させる（従って、トナーは帯電器１０によ
る感光体の帯電電極性と逆極性に帯電している）正現像
法が適用された画像形成装置にも本発明を適用すること
ができる。

以上説明したように本実施例によれば、非露光時の感光
体の表面電位ＶＤを帯電器により、淡画像時の感光体の
表面電位差ΔＶＤＩをパターン信号のバイアス電圧によ
り、濃画像時の感光体の表面電位差ΔＶＬＩをアナログ
ビデオ信号のダイナミックレンジによりそれぞれ調整す
ることが可能で、しかも全ての電位測定は感光体の８勤
周期を考慮してこれを積分あるいは平均した値を使用し
ているので、装置の経時変化や環境変化、あるいは保守
調整に対して安定であり、しかもα−３１のような感光
体表面電位の制約が厳しいシステムに対しても高い安定
性の有る高品位な画像を提供することができる。

また、レーザや光学系、あるいは感光体等を交換した場
合の電子写真特性への影響を全く考えなくても良く、し
かもＰＷＭの様な中間調表現を行なう微妙なプロセスに
も何６問題なく対応できる等、様々な効果を提供する。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、感光体の帯電電位
の調整を感光体１周分を積分することによって行い、濃
度の低い画像データに対しては変調信号の基準信号レベ
ルを変更し、濃度レベルの高い画像データは画像データ
のダイナミックレンジを変更することにより調整できる
ため、安定した再生画像が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のレーザビームプリンタの主要構成を
示すブロック図、 第２図（Ａ）（Ｂ）はパルス幅変調の動作原理を説明す
るための図で、第２図（Ａ）は濃度の低い画像データの
場合の画像データと変調信号との関係を示す図、第２図
（Ｂ）は濃度の高い画像データと変調信号との関係を示
す図、 第３図は感光体表面電位の分布を示す図で、第３図（Ａ
）は感光ドラムの回転移動に対する表面電位の°変化を
示す図、第３図（Ｂ）は感光体の表面電位制御のやり方
による表面電位の上下動を示す図、 第４図は実施例の制御モードの処理フローチャート、 第５図はパターン信号発生回路の具体例を示す図である
。 図中、４・・・コ、ンパレータ、８・・・パターン信号
発生回路、９・・・感光体、１０・・・帯電器、１２・
・・現像器、１７…半導体レーザ、２２・−ｃｐυ、２
４−・・バイアス調整回路、２５・・・ダイナミックレ
ンジ調整回路、２８−・・信号切換器、２９・・・信号
値積分回路、３０−ＲＯＭ、３１−ＲＡＭ％　Ｄ・拳・
パターン信号、Ｅ・・・変調信号である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に静電潜像を形成する感光体と、前記感光体
   表面を均一に帯電する帯電手段と、アナログ画像信号と
   パターン信号とを比較して画像信号を変調する変調手段
   と、前記パターン信号を発生するパターン信号発生手段
   と、前記アナログ画像信号のダイナミックレンジを調整
   するダイナミックレンジ調整手段と、前記パターン信号
   のレベルを調整するバイアス調整手段と、変調された画
   像信号にて前記感光体を露光する露光手段と、前記感光
   体のｎ回転分の表面電位を積分して検出する電位検出手
   段とを備え、該電位検出手段により得られる検出情報を
   基に前記帯電手段と前記バイアス手段及び前記ダイナミ
   ックレンジ調整手段の少なくと１つの調整を行なうこと
   を特徴とする画像形成装置。
2. （２）前記帯電手段により帯電された感光体の表面電位
   が所定範囲内にくるように前記帯電手段を調整すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像形成装置
   。
3. （３）濃度の低い画像データのときの電位検出手段より
   の電位信号を基に、前記バイアス手段により前記パター
   ン信号のレベルを調整するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の画像形成装置。
4. （４）濃度の高い画像データのときの電位検出手段より
   の電位信号を基に、前記ダイナミックレンジ調整手段に
   より前記画像信号のダイナミックレンジを調整するよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画
   像形成装置。