(57)【要約】【課題】結像素子アレイを有する画像形成装置において、異常画像を検出し、これを画像形成条件にフィードバックすることにより、配列方向に正立等倍系の結像素子が複数個配列された結像素子アレイを有する光書込ヘッドを用いる場合に、環境や経時による画像変動に対しても、感光体上に良好な静電潜像を形成させることのできる画像形成装置を提供すること。【解決手段】配列方向に正立等倍系の結像素子が複数個配列された結像素子アレイを有する光書込ヘッドにより像担持体上に静電潜像を形成させる画像形成装置において、異常画像を検知する検知手段と、その検知信号に基づいて画像形成条件を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置を主たる構成にした。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列方向に正立等倍系の結像素子が複数個配列された結像素子アレイを有する光書込ヘッドにより像担持体上に静電潜像を形成する画像形成装置において、異常画像を検知する異常画像検知手段と、該異常画像検知手段からの検知信号に基づいて画像形成条件を制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１において、前記異常画像検知手段として、像担持体上にテストパターンを形成するテストパターン形成手段と、該テストパターンの濃度を検知する濃度センサと、を有し、前記制御手段はテストパターンの濃度についての検知信号に基づいて画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２において、前記テストパターンが、複数の近接したドットからなる画像であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記画像形成条件として、現像バイアスを制御することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記画像形成条件として、露光エネルギーを制御することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像形成装置の起動時に前記画像形成条件の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、出力枚数をカウントするカウント手段を有し、所定枚数カウント毎に前記画像形成条件の制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、所定時間経過毎に前記画像形成条件の制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、出力画像データ信号に基づいて、前記画像形成条件の制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置の改良に関し、特にデジタル画像形成装置において像担持体に光学的な画像情報を書き込むために用いられる固体走査方式のデジタル書き込み装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル出力機器（複写機、プリンタ、ファクシミリ等）の小型化に伴い、像担持体上に光を照射して画像情報を書き込むためのデジタル書き込み装置の小型化が要求されている。デジタル書き込み方式は大きく２種類に分類され、そのひとつは半導体レーザ等の光源から出射された光束を偏向器によって光走査し、走査結像レンズによって像担持体上に光スポットを形成する光走査方式であり、他のひとつはＬＥＤアレイ等の発光素子アレイ光源から出射された光束を結像素子アレイによって光スポット形成する固体走査方式である。
光走査方式は、光偏向器によって光を走査するため光路長が大きくなってしまうのに対し、固体走査方式は、光路長を非常に短くすることが可能であるため、装置全体を小型化することができるという利点があるとともに、偏光器等の機械的な駆動部品を必要としないという利点もある。
このような固体走査方式の従来のデジタル書き込み装置として、例えば、特開平１０−１５３７５１号公報、特開２０００−１０８４０５公報には、ルーフプリズムレンズアレイ（ＲＰＬＡ）を使用した結像素子アレイが開示されている。ルーフプリズムレンズアレイとは、レンズとこのレンズに対応するルーフプリズムからなる等価な光学素子を複数個配列した結像素子アレイであって、レンズから入射した光がルーフプリズムで折り返し反射され、レンズから出射するようにレンズとルーフプリズムが配置されるものである。
図７および図８（ａ）、（ｂ）に前記ルーフプリズムレンズアレイ１を構成する結像素子を示す。入射光軸と出射光軸がなす角度が９０度となるようにレンズとルーフプリズムが配置されている。図７、図８に示した結像素子アレイは発光素子アレイ２側である入射側に位置する入射面４ａと、像担持体３の被走査面側である出射側に位置する出射面４ｂとを有するレンズ４と、レンズ４の入射面からの光束を出射側に導くためのプリズム面５とが一体的に形成されている。ここでプリズム面５は結像に作用せず、入射光軸に対して４５度傾斜されて形成されている。
発光素子アレイ２の１点から出た光は、結像素子アレイの入射面４ａからルーフプリズムレンズアレイ１に入射し、プリズム面５で反射され、出射面４ｂから出射して像担持体３上の被走査面に至る。入射面と出射面との結像作用によって発光素子面の１点の像がこれに対応する像担持体上の被走査面の１点に結ばれることになる。
図９に示すように、アレイ配列方向に正立等倍系である結像素子アレイの場合、１つの発光素子Ｂからの光束は、この発光素子Ｂに対向した位置に設けられた結像素子Ｎ（Ｏ）を介したものは発光素子Ｂの位置に対応する像面のＢ’点に結像し、また結像素子Ｎ（Ｏ）のアレイ配列方向両隣に設けられた結像素子Ｎ（＋１）、Ｎ（−１）を介したものもＢ’点に結像する。
【０００３】
図１０はアパーチャ部材が適用された結像素子アレイの一例を示したものである。図１０（ａ）は結像素子アレイの部分斜視図、図１０（ｂ）はアパーチャ部材の部分斜視図、図１０（ｃ）はアパーチャ部材が取り付けられた結像素子アレイの横断面図である。
図１０（ａ）に示すように、このデジタル書込装置に用いられている結像素子アレイ４０は、発光素子アレイ側である入射側に位置する入射面４０ａと、感光体の被走査面側である出射側に位置する出射面４０ｂと、略直角をなす二つ一対の全反射面４０ｃとが一体的に形成された結像素子が複数個配列されたものである。結像素子アレイ４０をアレイ方向端面側から見ると、全反射面４０ｃは入射光軸に対して４５度傾いている。
発光素子面の１点から出た光は結像素子アレイ４０の入射面４０ａに入射し、一対の全反射面４０ｃで順に反射され、出射面４０ｂから出射して感光体の被走査面に至る。入射光軸と出射光軸は互いに略直角をなす。上記入射面４０ａと出射面４０ｂとの結像作用によって、発光素子面の１点の像がこれに対応する感光体の被走査面の１点に結ばれる。
上記結像素子アレイ４０には、図１０（ｂ）に示すように、光量の最適化と、隣接している結像素子４０ａ間のクロストーク光を防止するために、複数の開口部４１ａが形成されたアパーチャ部材４１が配設されている。このアパーチャ部材４１は、横断面がＬ字型の板状のものであり、図１０（ｃ）に示すように、上記各結像素子の入射面４０ａと出射面４０ｂにそれぞれ対応するように開口部４１ａが両面に結像素子の配列方向に一定間隔に沿って複数形成されている。
光量の最適化と、隣接している結像素子間のクロストーク光を防止するために複数の開口部が形成されたアパーチャ部材が配接されている。図１０（ｄ）は、アレイ配列方向から観察した図（光学的に等価な２次元状態）であるが、迷光Ｌがあった場合、入射レンズ面位置と出射レンズ面位置とが異なる場合に結像位置と異なるところに光束（以下、ゴースト光とする）が反射し、これらは結像光に悪影響を及ぼすことがある。
【０００４】
この悪影響を、画像形成装置の動作とともに説明する。図１１に画像形成装置の概略構成図を示す。図１１に示すように、像担持体（感光体ドラム）７２の周囲には、帯電ユニット９０、発光素子アレイと結像素子アレイとからなる光プリントヘッドで構成された露光ユニット９１、現像ユニット９２、転写ユニット９３、定着ユニット９４、除電ユニット９５、クリーナユニット９６等が配置されている。周知の通り、電子写真プロセスにおいては、光プリントヘッドからの光スポットを像担持体７２上に照射することにより像担持体７２上に潜像を形成し（露光）、その潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し（現像）、そのトナー像を記録紙に転写し（転写）、圧力や熱によって記録紙に定着させる（定着）ことにより画像を形成している。
まず、帯電された像担持体に光を照射して表面電位が低下することにより潜像を形成する。露光エネルギーに対する光放電特性の一例を図１２に示した。これによれば、露光量に伴い感光体上の電位は減衰し、その後漸減する。又、一例としてドット潜像の電界強度分布を図１３に示しているが、臨界現像電界強度（Ｅｔｈ）以上になると、感光体方向の付着力が大きくなり、トナーが付着して顕像化される。
上記で述べたゴースト光が潜像部分に重畳された場合は、スポット光により十分露光されて像担持体表面電位も低下しているため影響はほとんどない。しかし、電界強度分布のすそにあたる未露光もしくは露光が十分でない領域は、ゴースト光の重畳の影響が大きく、同領域の電界強度が臨界現像電界強度以上になれば現像され、周辺のゴースト光が重畳していない部分と比較して濃度が上昇する。例えば、図１４（ｂ）で示すように、ドットが近接して現像効率が高くなっているような画像で観測されることが多い。
このようなゴースト光に類する迷光を防止するために、特開２０００−２２１４４３公報、特開２００１−１９１５７９公報には結像素子の伝達効率を低下させないような開口アレイ、遮光方法の提示が行われているが、このような対策を施したとしても迷光をすべて遮光することは不十分である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、配列方向に正立等倍系の結像素子が複数個配列された結像素子アレイを有する光書込ヘッドを用いることで結像素子の伝達効率を低下させずに感光体上に良好な静電潜像を形成させることのできる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、配列方向に正立等倍系の結像素子が複数個配列された結像素子アレイを有する光書込ヘッドで感光体に静電潜像を形成させる画像形成装置において、異常画像を検知する検知手段と、その検知信号に基づいて画像形成条件を制御することを最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置において、前記異常画像検知手段として、像担持体上にテストパターン形成手段と、該パターンの濃度センサとを有し、テストパターンの像担持体上の濃度の検知信号に基づいて画像形成条件を制御することを主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の画像形成装置において、テストパターンが、複数の近接したドットからなる画像であることを主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置において、画像形成条件として現像バイアスを制御することを主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置において、画像形成条件として露光エネルギーを制御することを主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項１または請求項３から５のいずれか１項に記載の画像形成装置において、画像形成装置起動時に前記画像形成条件の制御を行うことを主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、出力枚数をカウントするカウント手段を有し、所定枚数経過毎に前記画像形成条件の制御を行うことを主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、所定時間経過毎に前記画像形成条件の制御を行うことを主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、出力画像データ信号に基づいて、前記画像形成条件の制御を行うことを主要な特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明の第１実施例を図１に基づき説明する。図１に示すように、像担持体（感光体）７２の周囲には、帯電ユニット９０、発光素子アレイと結像素子アレイとからなる光プリントヘッドで構成された露光ユニット９１、現像ユニット９２、転写ユニット９３、定着ユニット９４、除電ユニット９５、クリーナユニット９６、これらを制御する制御手段１１０等が配置されている。
周知の通り、電子写真プロセスにおいては、光プリントヘッドからの光スポットを像担持体７２上に照射することにより像担持体７２上に潜像を形成し（露光）、その潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し（現像）、そのトナー像を記録紙に転写し（転写）、圧力や熱によって記録紙に定着させる（定着）ことにより画像を形成している。
図示しない電源スイッチがオンされると、像担持体の回転が開始され、帯電ユニットにより像担持体表面が一様に帯電される。所定時間経過後、テストパターンデータに応じて光書込ヘッド（テストパターン形成手段）により光スポットが照射され像担持体上に潜像が形成される（露光）。形成された潜像は、現像手段によってトナーにより顕像化される（現像）。現像手段の下流側には、濃度検出手段としての濃度センサ１００が設けられている。テストパターン形成手段としての光書込ヘッドと濃度センサは、異常画像検知手段を構成している。
濃度センサ１０は、像担持体表面上に付着したトナー像の濃度を検出できるセンサであり、例えば、トナー像からの反射光を光電受光器により測定する光電式濃度計やデジタル読取装置等が挙げられる。
【０００８】
図２は濃度制御手順を示すフローチャートであり、像担持体上にテストパターン形成手段によって検知パターン（テストパターン）を形成し、顕像化されたテストパターン上の濃度Ｃ１、Ｃ２を測定し、コントローラ（制御手段）１１０に出力する。コントローラでは濃度センサの出力に基づき、濃度差Ｃ＝Ｃ１−Ｃ２を算出し、Ｃ≠０の場合、画像形成条件を可変させる制御（濃度制御）を行う（ステップ１〜４）。以上説明したように、像担持体上のテストパターンの濃度により異常画像の有無を確認し、現像形成条件の制御を行うので、良好な画像を得ることができる。
テストパターンは近接した複数のドットで形成された画像、例えば図３で示すようなディザパターンやドットからなるハーフトーン画像、またこれらのハーフトーン画像上に黒ベタを有する画像等が望ましい。この画像のゴースト光の影響がありそうな領域となさそうな領域の２個所について、濃度Ｃ１、Ｃ２を測定し、濃度差Ｃ＝Ｃ１−Ｃ２を算出し、Ｃ≠０の場合、画像形成条件を可変させる制御を行い、異常画像の発生を防止する。
【０００９】
画像形成条件を可変させる制御は、例えば、現像手段にあるトナーが像担持体上へ付着を開始する臨界現像電界強度Ｅｔｈを低下させるよう、現像バイアスを上げる等の制御を行う。
画像形成条件を可変させる制御においては、露光エネルギーを可変させる等の制御によりゴースト光等の迷光量を変え、異常画像の発生を防止する。
上述しているように、ゴースト光は電界強度分布のすそにあたる未露光もしくは露光が十分でない領域に影響し、異常画像を発生させる。よって、臨界現像電界強度値に近い部分の潜像領域が現像されるかされないかが大きな問題となる。臨界現像電界強度はトナーの帯電量によってきまるが、トナーの特性は環境や経時により変動する。図４に経時変動の一例としてコピー枚数の増大に伴うトナーの帯電量の変動を示す。
トナーの特性が変動していると考えられる画像形成起動時に、実施例１で説明した検知手段および制御手段を稼動し、制御を行う。
また、画像形成装置が経時で使用されている場合もトナーの特性は変動する。よって、図５に示すように、出力枚数Ｔをカウントするカウント手段を設け、所定枚数Ｔｃのカウント毎に（Ｓ１１、１２）、図２で説明した検知手段および制御手段を稼動し、同様の濃度制御を行う（Ｓ１３乃至１６）。
また、出力枚数毎に画像形成条件の制御を行う代わりに、稼働時間が所定時間経過する毎に強制的に画像形成条件の制御を行うことにより、起動されていても使用頻度の低い画像形成装置にあっても、異常画像の発生を防止することができる。
上述するように、ゴースト光等の迷光により起こる異常画像は、複数の近接したドットからなる画像を現像する時に発生する。しかし、主に文書を出力する画像形成装置の場合（例えばモノクロのプリンターやＦａｘ等）は異常画像が発生する確率は低くなる。よって、図６のフローに示すように、出力画像データ信号に基づいて、異常画像を発生しやすい画像信号の場合、近接ドット画像の有無を判断し（Ｓ２１、２２）、近接ドット画像に関して、図２で示した検知手段及び制御手段を稼働し、同様の濃度制御を行う（Ｓ２３〜２６）。以上のように、出力画像データ信号に基づいて画像形成条件を制御を行う場合には、異常画像が発生する可能性の高い画像を出力する際にのみ現像量の制御を行うので、簡易に良好な画像を得ることができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、ゴースト光等の迷光による異常画像を検知するような検知手段を有し、周辺のゴースト光が重畳していない部分と比較して濃度が上昇するような異常画像の発生を確認し、その検知信号に基づいて画像濃度を制御しているため、環境や経時による画像形成の変動が起きても、良好な画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の画像形成装置概略図。
【図２】本発明の画像濃度制御の概略を示すフローチャート。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の画像検知に使用するテストパターン例を示す図。
【図４】本発明に係るトナー帯電量径時変動例を示す説明図。
【図５】本発明の異常画像検出用テストパターン作成を含む制御フローチャート。
【図６】本発明の近接ドットパターン使用制御フローチャート。
【図７】従来例に係る結像素子アレイ斜視図。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、従来例に使用する結像素子アレイのアレイ配列直交方向から見た等価光学系図と、アレイ配列方向から見た等価光学系図。
【図９】従来例に係る正立等倍系の結像素子の等価光学系図。
【図１０】従来例に係るアパーチャ部材が適用された結像素子アレイで、（ａ）は結像素子アレイの部分斜視図、（ｂ）はアパーチャ部材の部分斜視図、（ｃ）はアパーチャ部材が取り付けられた結像素子アレイの横断面図、（ｄ）は迷光の光路図。
【図１１】従来例に係る画像形成装置の概略図。
【図１２】従来例に係る像担持体の露光放電曲線例を示す説明図。
【図１３】従来例に係る潜像の電界強度分布図。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は従来例に係る異常画像の例を示す顕微鏡写真を示す図。
【符号の説明】
１　プリズムレンズアレイ、２　発光素子アレイ、３　像担持体、４　レンズ、４ｂ　出射面、５　プリズム面、４０　結像素子アレイ、４０ａ　入射面、４０ｂ　出射面、４０ｃ　全反射面、４１ａ　開口部、７２　像担持体、９０　帯電ユニット、９１　露光ユニット、９２　現像ユニット、９３　転写ユニット、９４　定着ユニット、９５　除電ユニット、９６　クリーナユニット、１００　濃度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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