(57)【要約】【課題】レーザユニットの発光特性のばらつきに起因する露光ムラをなくす。【解決手段】レーザユニット３１の発光特性が異なった場合においても、発光特性のランク情報Ｎ及び制御手段４０のテーブルＴ内の補正情報に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅及び露光エネルギーを調整する。これにより、同じシステム構成のレーザユニット３１を使用した異なる画像形成装置間において発生するか、又は同一の画像形成装置でレーザユニット３１を交換したときに発生することがある、レーザユニットの発光特性のばらつきに起因する露光ムラを防止して、出力画像が不均一となることを有効に防止することができる。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置本体に装着され、帯電後の感光体表面を露光して静電潜像を形成する着脱可能なレーザユニットを備え、パルス幅変調によって画像の階調を再現する画像形成装置において、
前記レーザユニットは、入力されるパルス幅と出力する露光エネルギーとの対応関係についての発光特性に基づいて、あらかじめランク分けされた複数のランクのうちの１つのランクがランク情報として付与されており、
前記ランク情報に基づいて、前記レーザユニットに入力されるパルス幅と前記レーザユニットから出力される露光エネルギーとを調整する制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、複数の前記ランク情報と、それぞれのランク情報に対応した補正情報とを有するテーブルを備え、前記ランク情報と前記テーブルにおける前記ランク情報に対応する補正情報とに基づいて、前記レーザユニットに入力されるパルス幅と前記レーザユニットから出力される露光エネルギーとを調整することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記レーザユニットに設けられてい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。
【請求項４】
前記制御手段は、前記画像形成装置本体に設けられてい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。
【請求項５】
前記レーザユニットは、前記ランク情報を記憶する記憶手段を有し、
前記制御手段は、前記レーザユニットが前記画像形成装置本体に装着されたときに前記記憶手段から前記ランク情報を読み取ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記画像形成装置本体は、前記レーザユニットについての前記ランク情報を手動入力するための入力部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザユニットを使用して感光体表面に静電潜像を形成する方式の複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置において、レーザユニットによる階調再現法として、光書き込み系の書き込み時間又は書き込み光量を制御する方法が知られている。このうち前者の書き込み時間を制御する方法は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式と呼ばれている。このＰＷＭ方式は、光書き込み系の発光素子として例えば半導体レーザを使用した場合には、レーザ出力をＯＮ，ＯＦＦの２値で行い、１画素（１ドット）に相当するＯＮ時間を制御することによって階調を出す、いわゆる面積階調法である。なお、ここでレーザユニットとは、発光素子としての半導体レーザと、これを駆動するための回路（ハーネスを含む）とによって構成されたユニットをいうものとする。
【０００３】
このようなＰＷＭ方式を採用した画像形成装置では、ＰＷＭ信号によって半導体レーザを駆動してレーザビームを発光させ、このレーザビームによって均一帯電後の感光体表面を露光し、露光部分の電荷を中和させて静電潜像を形成する。このとき、ＰＷＭ信号のパルス幅と、半導体レーザの発光パルス幅とが線形となることが理想である。両者が線形の関係にあれば、ＰＷＭ信号のパルス幅を制御することによって、半導体レーザの発光パルス幅、ひいてはレーザ光の露光エネルギーを精度良く制御して、階調を忠実に再現できるからである。両者の線形関係が崩れると、レーザビームの露光ムラが発生し、出力画像の均一性が崩れるといった問題が発生する。
【０００４】
ところが実際には、ＰＷＭ信号のパルス幅と発光パルス幅とが線形関係とならない場合があることが知られている。その原因として、例えば、特開２０００−４３３２１号公報においては、半導体レーザの発光特性の１つである発光遅延を上げている。この公報では、発光遅延について、半導体レーザの消灯時間が短くなる高濃度の画素においては、十分消灯時間がある低濃度の画素と比べて発光遅延が短くなるいわゆるパターン効果が発生する点を指摘し、さらにこのパターン効果に起因してＰＷＭ信号のパルス幅と発光パルス幅との線形性が崩れる点を指摘している。
【０００５】
そして、上述の公報においては、高濃度の画素におけるパターン効果の発生を防止して、ＰＷＭ信号のパルス幅と発光パルス幅とが線形性を保つようにした構成が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に開示された発明では、半導体レーザの発光遅延に起因するＰＷＭ信号のパルス幅と発光パルス幅との非線形性は解消できたとしても、同じシステム構成のレーザユニットを使用した異なる画像形成装置間において発生する、又は同一の画像形成装置でレーザユニットを交換したときに発生する、レーザユニットの発光特性のばらつきに起因する露光ムラを解消することはできない。
【０００７】
すなわち、従来のＰＷＭ方式に基づく発光パルス幅の変調においては、各画像形成装置においてレーザユニットとして同じシステム構成を採用した場合であっても、個々の半導体レーザの素子特性や、レーザ駆動回路の構成部品の特性の違い、特にハーネスによる信号伝送特性の違いが発生する。これらの特性をまとめてレーザユニットの発光特性というものとすると、それぞれのレーザユニットに同じパルス幅のＰＷＭ信号が入力された場合でも、それぞれの発光特性の個体差によって、例えば、発光パルス波形のアンダーシュートやオーバーシュートの発生の様子、つまり発光パルス波形が微妙に変化することがあり、このことが原因で、感光体へ露光を行った際に、ＰＷＭ信号のパルス幅と露光エネルギーの線形性が崩れて、各画像形成装置間で露光ムラが発生したり、出力画像の均一性が崩れたりするといった問題が発生することがあった。同様の問題は、同一の画像形成装置においてレーザユニットを交換した場合にも発生した。
【０００８】
なお、露光エネルギーは、発光パルス幅が異なる場合にはもちろん、発光パルス幅が同じであっても発光パルス波形が異なる場合には、異なる露光エネルギーとなることがある。
【０００９】
このため、同じシステム構成のレーザユニットを使用した各画像形成装置間で濃度ムラが発生したり、また同一の画像形成装置においてレーザユニットを交換した場合に、濃度ムラが発生したりした。
【００１０】
そこで、本発明は、レーザユニットに入力されるパルス幅が同じである場合には、ほぼ同様の露光エネルギーを出力できるようにして、各画像形成装置間における、又は同一の画像形成装置でレーザユニットを交換した場合における露光ムラの発生や出力画像の不均一性を防止するようにした画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、画像形成装置本体に装着され、帯電後の感光体表面を露光して静電潜像を形成する着脱可能なレーザユニットを備え、パルス幅変調によって画像の階調を再現する画像形成装置において、前記レーザユニットは、入力されるパルス幅と出力する露光エネルギーとの対応関係についての発光特性に基づいて、あらかじめランク分けされて複数のランクのうちの１つのランクがランク情報として付与されており、前記ランク情報に基づいて、前記レーザユニットに入力されるパルス幅と前記レーザユニットから出力される露光エネルギーとを調整する制御手段を備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前請求項１に記載の画像形成装置において、記制御手段は、複数の前記ランク情報と、それぞれのランク情報に対応した補正情報とを有するテーブルを備え、前記ランク情報と前記テーブルにおける前記ランク情報に対応する補正情報とに基づいて、前記レーザユニットに入力されるパルス幅と前記レーザユニットから出力される露光エネルギーとを調整することを特徴としている。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記レーザユニットに設けられていることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記画像形成装置本体に設けられていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記レーザユニットは、前記ランク情報を記憶する記憶手段を有し、前記制御手段は、前記レーザユニットが前記画像形成装置本体に装着されたときに前記記憶手段から前記ランク情報を読み取ることを特徴としている。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記画像形成装置本体は、前記レーザユニットについての前記ランク情報を手動入力するための入力部を有することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を模式的に示す縦断面図である。なお、同図に示す画像形成装置は、電子写真方式のレーザビームプリンタである。
【００１９】
同図に示すレーザビームプリンタ（以下「画像形成装置」という。）１は、画像を読み取るリーダ部２と、読み取った画像情報に基づいて画像を形成するプリンタ部３（画像形成装置本体Ｍ）とを備えている。
【００２０】
このうちリーダ部２は、プラテンガラス１１と、押圧板１２と、照射ランプ１３と、反射ミラー１４，１５，１６と、レンズ１７と、ＣＣＤ（受光素子）１８と、画像形成部１９とを備えている。
【００２１】
上述のリーダ部２においては、原稿Ｄはその画像面を下方に向けてプラテンガラス１１上に載置され、押圧板１２によってでプラテンガラス１１に押圧される。このこの原稿Ｄは、照射ランプ１３によって画像面が照射される。このときの反射光が反射ミラー１４，１５，１６によって反射され、さらにレンズ１７を通過してＣＣＤ１８に入力され、ここで電気信号に光電変換された後、画像処理部１９に入力される。画像処理部９に入力された電気信号は、濃度補正、シェーディング補正等の種々の補正がなされた後、パルス幅変調が行われて、露光装置（後述）に入力される。
【００２２】
一方、プリンタ部３は、ドラム型の感光体２１と、その周囲に配置された一次帯電器２２、露光装置２３、現像装置２４、転写装置２５、クリーニング装置２６とを備えている。また、記録媒体としてのシート状の記録材（例えば、紙、透明フィルム）Ｐの搬送方向（矢印Ｂ方向）に沿って、その記録材搬送方向の上流側から順に、給紙カセット２７、搬送ベルト２８、定着装置２９、排紙トレイ３０等が配設されている。
【００２３】
上述のプリンタ部３において、感光体２１は、駆動手段（不図示）によって所定のプロセススピード（周速度）で矢印Ａ方向に回転駆動され、その表面が一次帯電器２２によって所定の極性・電位に均一に帯電される。帯電後の感光体２１は、露光装置２３によって表面に静電潜像が形成される。なお、露光装置２３については後にさらに説明する。感光体２１表面に形成された静電潜像は、現像装置２４によってトナーが付着されてトナー像として現像される。
【００２４】
こうして感光体２１上に形成されたトナー像は、転写装置２５によって記録材Ｐ上に転写される。この記録材Ｐは、給紙カセット２７内に収納されていたものが、給送ローラ、搬送ローラ、レジストローラ等（いずれも不図示）によって感光体２１と転写装置２５との間の転写部に搬送されたものである。トナー像転写後の感光ドラム２１は、記録材Ｐに転写されないで表面に残ったトナー（残留トナー）がクリーニング装置２６によって除去され、次の画像形成に供される。
【００２５】
一方、トナー像転写後の記録材Ｐは、搬送ベルト２８によって定着装置２８に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。トナー像定着後の記録材Ｐは、排紙トレイ３０上に排出される。これにより、１枚の記録材Ｐに対する画像形成が終了する。
【００２６】
上述の画像形成装置１は、その全体の動作が制御手段（制御用マイクロコンピュータ等）４０（図５参照）によって制御されるようになっている。
【００２７】
上述の露光装置２３は、図２に示すように、レーザユニット３１と、シリンドリカルレンズ３２と、ポリゴンモータ３３と、ポリゴンミラー３４と、結像レンズ３５，３６と、反射ミラー３７とを備えている。
【００２８】
このうちレーザユニット３１は、発光素子としての半導体レーザと、これを駆動するためのレーザ駆動回路と、レーザユニット３１のランク情報が格納された記憶手段３１ａ（後述）とを有している。レーザユニット３１には、前述の原稿Ｄの画像面の濃度に応じて、画像処理部１９によってパルス幅変調されたＰＷＭ信号が入力される。レーザユニット３１は、このＰＷＭ信号のパルス幅に基づいてレーザビームのＯＮ時間が制御される。レーザユニット３１から出力されたレーザビームは、シリンドリカルレンズ３２を通過して、ポリゴンモータ３３によって高速回転されているポリゴンミラー３４によって反射され、結像レンズ３５，３６を通過して、反射ミラー３７により、均一帯電後の感光体２１表面に導かれる。これにより、感光体２１表面のうちのレーザビーム照射部分の電荷が中和されて、原稿Ｄの画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２９】
ところで、前述したように、レーザユニット３１においては、入力されるＰＷＭ信号のパルス幅と、出力するレーザビームの発光パルス幅ひいては露光エネルギーとの間には、線形関係が成立することが理想的であるが、レーザユニット３１の発光特性が個体間で微妙に異なるため、このことが線形性を崩す要因となって、精度の高い階調再現性を困難にしていた。
【００３０】
そこで、本発明では、レーザユニット３１ごとに、発光特性についてのランク情報を付与し、そのランク情報に基づいて、ＰＷＭ信号のパルス幅及び露光エネルギーを調整するようにした。以下にその調整の態様を詳述する。
【００３１】
まず、同じシステム構成の複数のレーザユニット３１について、各レーザユニット３１ごとに、その発光特性を把握する。例えば、図３に示すように、レーザユニットＡに、ＰＷＭ信号の基本となるパルス幅（例えば１画素に対応するパルス幅）（ａ）を入力し、そのときの発光パルス波形が（ｂ）に示すようになったとする。同様に、別のレーザユニットＢに基本となるパルス幅（ａ）を入力したときに、（ｃ）に示すような発光パルス波形が得られたとする。このように、レーザユニット３１が異なると、入力するパルス幅が同じであっても、発光特性の違いによって、それぞれの発光パルス波形が異なることになる。
【００３２】
次に、レーザユニットＡ，Ｂの発光特性をランク分けするために、それぞれの発光パルス波形を数値化（定量化）する。これには、例えば、図４に示すように、高速ＰＩＮフォトセンサで受光した発光パルス波形を、オシロスコープ等の波形積分機能を利用して数値化するという方法がある。同図に示すオシロスコープの画面上では、横軸が時間ｔに対応し、また縦軸が発光強度（露光強度）に対応しているので、発光パルス波形の面積が、積分値、つまり露光エネルギーに対応している。
【００３３】
こうして数値化されたレーザユニットＡの数値ＡとレーザユニットＢの数値Ｂの大小に応じて、レーザユニットＡ，ＢをそれぞれランクＡ，ランクＢにランク分けする。これらランクＡ，ランクＢがランク情報として、それぞれのレーザユニットＡ，Ｂの記憶手段３１ａ（図５参照）内に格納される。さらに、それぞれの記憶手段３１ａには、それぞれ補正係数（補正情報）Ａ，Ｂが格納される。ここで補正係数Ａとは、レーザユニットＡに基本となるパルス幅のＰＷＭ信号が入力されたときに、所定の露光エネルギーを出力するための係数である。同様に、補正係数Ｂとは、レーザユニットＢに基本となるパルス幅のＰＷＭ信号が入力されたときに、所定の露光エネルギーを出力するための係数である。例えば、レーザユニットＡ，Ｂのぞれぞれに基本となるパルス幅のＰＷＭ信号が入力されたときに、このパルス幅に、ぞれぞれ補正係数Ａ，Ｂを乗じることによって、それぞれ同じ所定の露光エネルギーを出力することができるようになる。
【００３４】
以上では、２個のレーザユニットＡ，ＢをランクＡ，Ｂにランク分けする例を説明したが、ランク数は必要に応じて、適宜増加させるようにすればよい。なお、ランク数が多いほどレーザユニットにおけるＰＷＭ信号のパルス幅と露光エネルギーとの対応関係が精度の高い良好なものとなるが、その分、制御も複雑になるので、両者を勘案して適宜な数に設定するとよい。
【００３５】
上述では、各レーザユニット３１の記憶手段３１ａに、それぞれの発光特性についてのランク情報及び補正情報を格納するようにしたが、ランク情報については各レーザユニット３１の記憶手段３１ａに格納する一方、補正情報については、画像形成装置本体側の制御手段に格納するようにしてもよい。この場合には、複数のランク情報と各ランク情報に対応する補正情報とを対応させたテーブルとして制御手段に格納しておく。
【００３６】
このような構成の画像形成装置の動作について、図５のブロック図を参照して説明する。
【００３７】
同図に示すように、ランク情報Ｎを有するレーザユニット３１は、その動作が、テーブルＴを有する制御手段（ＣＰＵ）４０によって制御される。前述の画像処理部１９から、原稿Ｄの画像情報に応じて変調されたＰＷＭ信号が制御手段４０に入力されると、制御手段４０は、レーザユニット３１からランク情報Ｎを読み出し、そのランク情報ＮとテーブルＴとを参照して、そのランク情報Ｎに対応する補正係数を読み取る。そして、制御手段４０は、この補正係数に基づいて、ＰＷＭ信号のパルス幅を調整する。そして、調整後のパルス幅をレーザユニット３１に入力する。レーザユニット３１は、調整後のパルス幅に基づいてレーザビームを発光して帯電後の感光体２１表面を露光する。このときレーザビームの露光エネルギーは、レーザユニット３１の発光特性にかかわらず、調整前のＰＷＭ信号のパルス幅に良く対応する。つまり線形性の高いものとすることができる。したがって、精度の高い濃度制御をすることができる。
【００３８】
これにより、同じシステム構成のレーザユニットを使用した異なる画像形成装置間での濃度ムラをなくして、出力画像の均一性を確保することができる。なお、このような効果は、同一の画像形成装置において、レーザユニットを交換した場合にも奏することができる。
【００３９】
以上の実施の形態では、制御手段４０が画像形成装置本体側に配置されている場合を例に説明した。これにより、レーザユニット３１側では、ランク情報のみを保持するようにすれば十分なので、レーザユニット３１側の全体構成を簡略化することができる。
【００４０】
なお、ランク情報と補正情報との双方を、レーザユニット３１側で保持するようにすれば（制御手段をレーザ素子が実装された基板又はレーザーユニット内の何れかに配置すれば）、上述の図５に示す構成とは異なり、画像形成装置本体側の制御手段４０がテーブルＴを有する必要はない。
【００４１】
また、上述の実施の形態では、ランク情報Ｎをレーザユニット３１の記憶手段３１ａ内に格納するようにしたが、これに代えて、例えば、そのレーザユニットを画像形成装置本体に対して新規に取り付ける際に、ユーザ又はサービスマンがランク情報を画像形成装置本体の入力部（操作パネル：不図示）から画像形成装置本体側の制御手段に入力するようにしてもよい。
【００４２】
また、上述の図５においては、制御手段４０は、ＰＷＭ信号が入力されたときにレーザユニット３１のランク情報Ｎを読み取るようしたが、これに代えて、レーザユニット３１がその画像形成装置本体に新規に装着されたときに１度、ランク情報Ｎを読み取り、それを制御内に保持するようにしてもよい。
【００４３】
また、上述の図５に示す実施の形態では、制御手段４０内にテーブルＴを格納するようにしたが、これに代えて、例えば、あらかじめ実験等によってランク情報と補正係数とを対応付けるための計算式を格納しておき、レーザユニット３１のランク情報に基づいて補正係数を算出するようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の画像形成装置は、レーザユニットの発光特性が異なった場合においても、発光特性のランク情報に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅及び露光エネルギーを調整することができるので、同じシステム構成のレーザユニットを使用した異なる画像形成装置間において発生するか、又は同一の画像形成装置でレーザユニットを交換したときに発生することがある、レーザユニットの発光特性のばらつきに起因する露光ムラを防止して、出力画像が不均一となることを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る画像形成装置の縦断面を模式的に示す図である。
【図２】露光装置の構成を示す斜視図である。
【図３】レーザユニットにおいて、入力されるパルス幅が同じであっても出力される発光パルス波形が異なるようすを示す図である。
【図４】レーザユニットのランク分けを説明する図である。
【図５】レーザユニットのランク情報に応じて、露光エネルギーを制御するようすを説明する図である。
【符号の説明】
１……画像形成装置、２……リーダ部、３……プリンタ部、２１……感光体、３１，Ａ，Ｂ……レーザユニット、３１ａ……記憶手段、４０……制御手段、Ｎ……ランク情報、Ｔ……テーブル
【図１】
2004066752.tif 000003
【図２】
2004066752.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004066752.tif 000007