JP6802676B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体を露光して画像形成を行う画像形成装置に関し、より詳しくは、当該露光のための光強度の制御技術に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、像担持体である感光体を光で走査・露光することで感光体に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像することで画像を形成する。ここで、感光体を露光するための光学系の特性や、光学系への光の入射角等により、像高に依存して感光体の露光強度にムラが生じ得る。感光体の露光強度にムラが生じると、形成される画像の濃度ムラとなり画像の品質が低下する。特許文献１及び２は、像高に拘らず感光体の露光強度が一定になる様に、光源の発光強度を制御する構成を開示している。特許文献２では、光源の駆動電流の像高毎の補正量を求めておき、この補正量に応じた補正電流をデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器で生成している。そして、生成した補正電流で駆動電流を補正することで光源の発光強度を変化させ、これにより感光体の露光強度を一定にしている。

特開平８−１４６３２８号公報 特開２００６−１９２７７０号公報

特許文献２の構成において、生成される補正電流のレベルは補正量のみにより決まっている。したがって、感光体の露光強度に拘らず、補正量を所定値だけ変化させたときの、補正電流の変化量は同じであり、よって、光源の発光強度の変化量も同じとなる。つまり、補正量１単位当たりの光源の発光強度の変化量は同じである。したがって、感光体の露光強度を小さくすると、感光体の露光強度に対する、光源の発光強度の変化量の最小値の比が大きくなる。つまり、補正の分解能が低くなってしまう。

本発明は、光源が射出する光強度のレベルに拘らず、その補正量の分解能を維持できる画像形成装置を提供するものである。

本発明の一側面によると、画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を露光するための光を射出する光源と、前記光源の光強度を制御する制御手段と、前記制御手段が設定する前記光源の目標光強度に基づき基準電流を生成する基準電流生成手段と、前記制御手段が設定する補正量及び前記目標光強度に基づき前記基準電流を補正する補正電流を生成する補正電流生成手段と、前記基準電流と前記補正電流との差に応じた駆動電流で前記光源を駆動する駆動手段と、を備え、前記補正電流生成手段は、前記制御手段が出力する前記目標光強度に応じたレベルを示す第１信号及び前記補正量を示す第２信号に基づき前記補正電流を生成し、前記第１信号は、前記目標光強度に応じたデューティ比のパルス幅変調信号であり、前記基準電流生成手段は、前記第１信号に基づき前記基準電流を生成することを特徴とする。

本発明によると、光源が射出する光強度のレベルに拘らず、その補正量の分解能を維持することができる。

一実施形態による画像形成装置の露光制御構成を示す図。 一実施形態による画像形成装置の露光制御構成のブロック図。 一実施形態による画像形成装置の露光制御構成の詳細を示す図。 一実施形態による露光制御における各信号を示す図。 一実施形態による露光制御における各信号を示す図。 一実施形態による露光制御における各信号を示す図。 一実施形態による画像形成装置の露光制御構成のブロック図。 一実施形態による画像形成装置の露光制御構成の詳細を示す図。 一実施形態による露光制御における各信号を示す図。 一実施形態による露光制御における各信号を示す図。 一実施形態による露光制御における各信号を示す図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による画像形成装置の露光制御構成を示している。光源１０１が射出する光は、回転多面鏡１０２及び反射ミラー１０３で反射して像担持体である感光体１０４を照射する。回転多面鏡１０２を回転させると、感光体１０４を照射する光は、感光体１０４の表面を図中の矢印の方向に移動し、これにより感光体１０４の走査が行われる。また、回転多面鏡１０２で反射した光は、回転多面鏡１０２の回転位置に応じて同期センサ１０５に入射する。同期センサ１０５は、光を検出したタイミング（同期タイミング）を示す同期信号１０６を制御部１０７に出力する。制御部１０７は、同期信号１０６が示す同期タイミングに基づき、光源１０１を制御して感光体１０４を露光する。

図２は、制御部１０７の構成図である。ＣＰＵ１０９は、強度制御信号１１０及び補正信号１１１を出力する。基準電流生成部１１２は、強度制御信号１１０に応じた駆動基準電流を生成して発光制御部１１７に出力する。基準信号生成部１１３は、強度制御信号１１０から補正基準信号１１５を生成して補正電流生成部１１４に出力する。補正電流生成部１１４は、補正信号１１１及び補正基準信号１１５に基づき補正電流を生成して発光制御部１１７に出力する。画像信号生成部１１６は、画像データから、光源１０１の発光をオン・オフするための発光制御信号を生成して発光制御部１１７に出力する。発光制御部１１７は、駆動基準電流から補正電流を減じた駆動電流を生成し、この駆動電流で光源１０１を発光させる。なお、このとき、発光制御部１１７は、発光制御信号に従い光源１０１の発光のオン・オフを制御する。なお、画像信号生成部１１６及びＣＰＵ１０９は、同期センサ１０５が出力する同期信号が示す同期タイミングを基準に信号の出力を行う。

以下、図３を用いて、基準電流生成部１１２、基準信号生成部１１３及び補正電流生成部１１４の詳細について説明する。強度制御信号１１０は、パルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号と表記する）であり、ＣＰＵ１０９は、目標光強度に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。なお、一例として、本実施形態では、目標光強度が高い程、ハイレベルの比が高くなるものとする。比較電圧生成部１１９は、強度制御信号１１０を直流電圧に変換して比較器１２０のマイナス端子に入力する。比較電圧生成部１１９が出力する直流電圧の振幅は、強度制御信号１１０であるＰＷＭ信号のハイレベルの比が高い程、高くなる。つまり、比較電圧生成部１１９が出力する直流電圧の振幅は目標光強度を示すものである。また、例えば、フォトダイオードである受光部１２１は、光源１０１が発した光を受光し、受光強度に応じた電流をＩ−Ｖ変換部１２２に出力する。Ｉ−Ｖ変換部１２２は、この電流を電圧に変換して比較器１２０のプラス端子に入力する。この様に、Ｉ−Ｖ変換部１２２が比較器１２０のプラス端子に入力する電圧は、発光部１０１の発光強度を示すものである。比較器１２０は、比較電圧生成部１１９が出力する電圧とＩ−Ｖ変換部１２２が出力する電圧の差を示す電圧を出力する。自動電力制御（以下、ＡＰＣと表記する。）時、スイッチ１２３はＯＮ状態に設定され、コンデンサ１２４は、比較器１２０の出力電圧により充電される。コンデンサ１２４の充電電圧は、オペアンプ１２５で構成されるボルテージフォロワに入力され、オペアンプ１２５は、コンデンサ１２４の充電電圧に等しい電圧を出力する。駆動回路１２６は、光源１０１から抵抗１２７に流れる駆動電流を制御する。このフィードバック構成により、光源１０１の発光強度は目標光強度に収束する。このときの駆動電流が駆動基準電流Ｉａｐｃである。なお、ＡＰＣが終了すると、スイッチ１２３はＯＦＦ状態に設定される。

本実施形態において、補正信号１１１もＰＷＭ信号であり、補正信号１１１は、ＦＥＴ１２８のゲートに入力され、ＦＥＴ１２８のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。ＦＥＴ１２８は、抵抗１２９でプルアップされており、基準信号生成部１１３に接続されている。基準信号生成部１１３はフィルタを構成しており、ＰＷＭ信号である強度制御信号１１０を平滑化した直流電圧を補正基準信号１１５として抵抗１２９の一端に出力する。したがって、補正信号１１１が"ハイ"であると、アクティブフィルタ回路１３０には"ロー"が入力され、補正信号１１１が、"ロー"であると、アクティブフィルタ回路１３０には"ハイ"が入力される。つまり、アクティブフィルタ回路には、補正信号１１１とは論理が反転し、かつ、そのレベル、つまり、振幅が補正基準信号１１５に等しいＰＷＭ信号が入力される。アクティブフィルタ回路１３０は、入力されるＰＷＭ信号を平滑化してＶ−Ｉ変換部１３１に入力する。Ｖ−Ｉ変換部１３１においては、平滑された直流電圧の値に応じた電流Ｉｃが抵抗１３２に流れる。そして、カレントミラー回路１３３は、抵抗１３２に流れる電流と同じ値の補正電流Ｉｃを出力する。

上述した様に画像形成時にはスイッチ１２３はＯＦＦ状態に設定され、コンデンサ１２４には直前のＡＰＣでの電圧がホールドされている。よって、カレントミラー回路１３３が補正電流Ｉｃを出力すると、駆動回路１２６は、抵抗１２７に流れる電流を駆動基準電流Ｉａｐｃに保つために、光源１０１に流れる駆動電流を駆動基準電流Ｉａｐｃから補正電流Ｉｃだけ減少させたものとする。これにより、光源１０１の発光強度が減少する。この様に、補正電流Ｉｃの値を制御することによって光源１０１の発光強度を制御できる。ここで、補正電流Ｉｃは、アクティブフィルタ回路１３０が出力する電圧に応じて変化する。なお、アクティブフィルタ回路１３０が出力する電圧は、ＰＷＭ信号である補正信号１１１を論理反転させ、かつ、補正基準信号１１５に対応する振幅値を有する信号を平滑化したものである。したがって、補正電流Ｉｃの値は、補正信号１１１のデューティ比を変化させることで制御することができる。

本実施形態において、ＣＰＵ１０９は、補正信号１１１のデューティ比を、例えば、２５６段階で変化させる。また、ＣＰＵ１０９は、画像形成のため感光体１０４を走査している間、その像高に応じて補正信号１１１のデューティ比を変化させる。これにより、像高に応じて補正電流Ｉｃが変化し、よって、露光強度を走査中に変化させることができる。なお、１走査中に感光体１０４の露光強度を一定とするための像高、つまり走査位置と補正信号１１１のデューティ比との関係は予め求めて画像形成装置に格納しておく。

図４は、１つの走査線の露光時における各信号を示している。まず、当該走査線の走査前に、光源１０１の目標光強度Ｐａｐｃに基づきＡＰＣを行って駆動基準電流Ｉａｐｃを決定する。同期信号が示す同期タイミングから所定時間経過後に、画像信号生成部１１６は発光制御信号を出力し、かつ、ＣＰＵ１０９は、補正信号１１１を出力する。上述した様に、強度制御信号１１０から生成した直流電圧のレベルは、目標光強度に対応し、この強度制御信号１１０から生成した直流電圧のレベルを図４ではＶｒｅｆと示している。なお、レベルＶｒｅｆは、基準信号生成部１１３が出力する補正基準信号１１５のレベルでもある。また、図４は、補正信号１１１のデューティ比を示すデジタル設定値と、そのデジタル設定値に基づくＰＷＭ信号の波形を示している。なお、本実施形態において、デジタル設定値が大きくなる程、補正信号１１１のローレベルの比が高くなるものとする。アクティブフィルタ回路１３０には、補正基準信号１１５のレベルＶｒｅｆに等しく、補正信号１１１を反転させた信号が入力され、その入力信号を平滑化した信号を出力する。したがって、図４に示す様に、アクティブフィルタ回路１３０の出力レベルは、補正信号１１１のデューティ比に応じて変化する。上述した様に、補正電流Ｉｃは、アクティブフィルタ回路１３０のレベルの変化に従い変化する。駆動電流は、駆動基準電流Ｉａｐｃから補正電流Ｉｃを減じたものであり、よって、図４に示す様に、補正電流Ｉｃが増加するに従い駆動電流は減少する。従って、光源の発光強度も駆動電流と同様に変化する。例えば、一定の駆動電流では像高に応じて感光体面での光強度が変化する場合、その変化を相殺する様に、像高と補正電流の関係を予め求めておき、走査時には、この関係に基づき補正電流を増減させる。これにより、図４に示す様に、像高に拘らず感光体面での光強度を一定に保つことができる。

図５は目標光強度をＰａｐｃ１としたときの１つの走査線を走査する際の各信号波形を示し、図６は目標光強度をＰａｐｃ２としたときの１つの走査線を走査する際の各信号波形を示している。なお、目標光強度Ｐａｐｃ２は、目標光強度Ｐａｐｃ１の半分の値である。また、図５及び図６は、いずれも、目標光強度を最大で１０％だけ減少させる例を示している。図５のＶｒｅｆ１及び図６のＶｒｅｆ２は、目標光強度Ｐａｐｃ１及び目標光強度Ｐａｐｃ２に対応し、よって、Ｖｒｅｆ２は、Ｖｒｅｆ１の半分のレベルである。なお、図５及び図６において、補正信号１１１のデューティ比に対応するデジタル設定値は同じである。したがって、アクティブフィルタ回路１３０の入力電圧のデューティ比は図５と図６で同じであるが、その振幅は異なる。具体的には、図５ではアクティブフィルタ回路１３０の入力電圧のレベルはＶｒｅｆ１であるが、図６ではＶｒｅｆ２である。したがって、アクティブフィルタ回路１３０の出力電圧のレベルも、補正基準信号１１５のレベルに依存して異なり、よって、補正電流Ｉｃのレベルも異なる様になる。つまり、補正電流Ｉｃのレベルは、補正基準信号１１５のレベルと、補正信号１１１が示す補正量の両方に依存する。この構成により、目標光強度を変化させても、光強度補正のための分解能を維持することができる。

なお、目標光強度は、例えば、感光体１０４の劣化情報に応じて変更する構成とすることができる。なお、感光体１０４の劣化情報としては、感光体１０４の使用時間や、回転数を使用することができる。また、感光体１０４の回転速度に応じて目標光強度を決定する構成とすることができる。なお、感光体１０４の回転速度は、画像形成を行う記録材の種別により決定される。

＜第二実施形態＞
続いて第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。図７は、本実施形態による制御部１０７の構成図である。第一実施形態において、強度制御信号１１０はＰＷＭ信号であり、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号で目標光強度を基準電流生成部１１２に通知していた。本実施形態では、目標光強度をデジタル値で示す光強度制御信号２０１により目標光強度を基準電流生成部１１２に通知する。また、第一実施形態では、強度制御信号１１０を補正基準信号１１５に変換して目標光強度を補正電流生成部１１４に通知していた。本実施形態では、ＣＰＵ１０９が目標光強度のレベルを示す直流電圧である補正基準信号２０３を補正電流生成部１１４に出力する。さらに、第一実施形態では、補正信号１１１もＰＷＭ信号であったが、本実施形態では、補正電流Ｉｃのレベルをデジタル値で示す補正信号２０２をＣＰＵ１０９は補正電流生成部１１４に出力する。なお、補正信号２０２と光強度制御信号２０１は共にデジタル信号であるため、ＣＰＵ１０９と、基準電流生成部１１２と、補正電流生成部１１４とをバス接続し、シリアル通信により補正信号２０２と光強度制御信号２０１を送信する構成とすることができる。

以下、本実施形態の基準電流生成部１１２及び補正電流生成部１１４について図８を用いて詳細に説明する。基準電流生成部１１２のデジタル・アナログ変換器２０９は、ＣＰＵ１０９からの光強度制御信号２０１が示すデジタル値をアナログ信号に変換し、目標光強度に応じた振幅の直流電圧を比較器１２０のマイナス端子に出力する。基準電流生成部１１２のその他の構成及び動作は第一実施形態と同様であり、ＡＰＣにより目標光強度とする基準駆動電流Ｉａｃｐが決定される。

補正電流生成部１１４のデジタル・アナログ変換器２０４には、補正基準信号２０３及び補正信号２０２が入力される。デジタル・アナログ変換器２０４は、補正基準信号２０３の直流電圧値を基準に、補正信号２０２が示すデジタル値に応じた直流電圧を出力する。例えば、２５６段階で補正量を調整するもの、つまり、補正量の最大値がデジタル値で２５５であるものとする。とする。この場合、補正基準信号２０３のレベルがＶｒｅｆであり、補正信号２０２のデジタル値がｘ（ｘは０〜２５５の整数）であると、デジタル・アナログ変換器２０４は、Ｖｒｅｆ×（ｘ／２５５）の直流電圧を出力する。デジタル・アナログ変換器２０４の出力信号は、ローパスフィルタ２０５で平滑化され、Ｖ−Ｉ変換部１３１に入力される。補正電流生成部１１４のその他の構成及び動作は第一実施形態と同様である。本実施形態においてもＶｒｅｆは目標光強度に対応するレベルであり、デジタル・アナログ変換器２０４の出力は、補正信号２０２が示す値が同じであっても目標光強度により異なる。よって、目標光強度に拘らず同じ分解能を維持することができる。

図９は、１つの走査線の露光時における各信号を示している。第一実施形態と同様に当該走査線の走査前に、光源１０１の目標光強度Ｐａｐｃに基づきＡＰＣを行って駆動基準電流Ｉａｐｃを決定する。同期信号が示す同期タイミングから所定時間経過後に、画像信号生成部１１６は発光制御信号を出力し、かつ、ＣＰＵ１０９は、補正信号２０２及び補正基準信号２０３を出力する。図９において、Ｖｒｅｆは、補正基準信号２０３の電圧である。図９に示す様に、デジタル・アナログ変換器２０４は、補正信号２０２が示すデジタル値に応じた振幅の信号を出力する。デジタル・アナログ変換器２０４の出力は、フィルタ２０５で平滑化される。フィルタ２０５の出力は、補正電流Ｉｃに対応する。

図１０は目標光強度をＰａｐｃ１としたときの１つの走査線を走査する際の各信号波形を示し、図１１は目標光強度をＰａｐｃ２としたときの１つの走査線を走査する際の各信号波形を示している。なお、目標光強度Ｐａｐｃ２は、目標光強度Ｐａｐｃ１の半分の値である。また、図１０及び図１１は、いずれも、目標光強度を最大で１０％だけ減少させる例を示している。図９のＶｒｅｆ１及び図１０のＶｒｅｆ２は、目標光強度Ｐａｐｃ１及び目標光強度Ｐａｐｃ２に対応し、よって、振幅Ｖｒｅｆ２は、振幅Ｖｒｅｆ１の半分の値である。なお、図９及び図１０において、補正信号２０２が示す各像高でのデジタル設定値は同じである。第一実施形態と同様に、補正信号２０２は２５６段階で補正値を示すが、補正電流Ｉｃの振幅は、目標光強度に応じてスケールされる。よって、目標光強度を変化させても、光強度補正のための分解能を維持することができる。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０４：感光体、１０１：光源、１１２：基準電流生成部、１１４：補正電流生成部、１２６：駆動回路

Claims (11)

1. 像担持体と、
   前記像担持体を露光するための光を射出する光源と、
   前記光源の光強度を制御する制御手段と、
   前記制御手段が設定する前記光源の目標光強度に基づき基準電流を生成する基準電流生成手段と、
   前記制御手段が設定する補正量及び前記目標光強度に基づき前記基準電流を補正する補正電流を生成する補正電流生成手段と、
   前記基準電流と前記補正電流との差に応じた駆動電流で前記光源を駆動する駆動手段と、
   を備え、
   前記補正電流生成手段は、前記制御手段が出力する前記目標光強度に応じたレベルを示す第１信号及び前記補正量を示す第２信号に基づき前記補正電流を生成し、
   前記第１信号は、前記目標光強度に応じたデューティ比のパルス幅変調信号であり、
   前記基準電流生成手段は、前記第１信号に基づき前記基準電流を生成することを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体と、
   前記像担持体を露光するための光を射出する光源と、
   前記光源の光強度を制御する制御手段と、
   前記制御手段が設定する前記光源の目標光強度に基づき基準電流を生成する基準電流生成手段と、
   前記制御手段が設定する補正量及び前記目標光強度に基づき前記基準電流を補正する補正電流を生成する補正電流生成手段と、
   前記基準電流と前記補正電流との差に応じた駆動電流で前記光源を駆動する駆動手段と、
   を備え、
   前記補正電流生成手段は、前記制御手段が出力する前記目標光強度に応じたレベルを示す第１信号及び前記補正量を示す第２信号に基づき前記補正電流を生成し、
   前記第２信号は、前記補正量に応じたデューティ比のパルス幅変調信号であり、
   前記補正電流生成手段は、前記パルス幅変調信号により、前記第１信号が示すレベルに応じた振幅の信号を直流に変換することで前記補正電流を生成することを特徴とする画像形成装置。
3. 像担持体と、
   前記像担持体を露光するための光を射出する光源と、
   前記光源の光強度を制御する制御手段と、
   前記制御手段が設定する前記光源の目標光強度に基づき基準電流を生成する基準電流生成手段と、
   前記制御手段が設定する補正量及び前記目標光強度に基づき前記基準電流を補正する補正電流を生成する補正電流生成手段と、
   前記基準電流と前記補正電流との差に応じた駆動電流で前記光源を駆動する駆動手段と、
   を備え、
   前記補正電流生成手段は、前記制御手段が出力する前記目標光強度に応じたレベルを示す第１信号及び前記補正量を示す第２信号に基づき前記補正電流を生成し、
   前記第２信号は、前記補正量をデジタル値で示すデジタル信号であり、
   前記補正電流生成手段は、前記第１信号が示すレベルを基準に前記デジタル信号をアナログ信号に変換することで前記補正電流を生成することを特徴とする画像形成装置。
4. 前記補正電流生成手段は、前記補正量の最大値に対する前記第２信号が示す補正量の比を、前記第１信号が示すレベルに乗じたレベルの前記補正電流を生成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. 前記制御手段は、前記目標光強度を示す第３信号を出力し、
   前記基準電流生成手段は、前記第３信号に基づき前記基準電流を生成することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記第３信号は、前記目標光強度をデジタル値で示すデジタル信号であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記補正電流のレベルは、前記目標光強度が大きくなる程、大きくなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記補正電流のレベルは、前記補正量が大きくなる程、大きくなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、前記目標光強度を前記像担持体の劣化情報、或いは、前記像担持体の回転速度に基づき設定することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記光源が射出する光で前記像担持体を走査する走査手段と、
    前記走査手段による前記像担持体の走査位置と補正量との関係を示す情報を格納する格納手段と、
    をさらに備えており、
    前記制御手段は、前記格納手段が格納する前記情報に基づき、前記補正量を設定することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記光源が射出する光で前記像担持体を主走査方向に走査する走査手段をさらに備えており、
    前記制御手段は、前記主走査方向における第１区間を走査している間、前記光源の光強度を第１光強度に設定し、前記主走査方向における第２区間を走査している間、前記光源の光強度を第２光強度に設定し、
    前記第２区間は、前記第１区間より前記像担持体上の画像領域の端部に近く、
    前記第２光強度は、前記第１光強度より大きい、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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