JPH0839866A - 画像形成装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像の低濃度領域でドット再現性を改善して
高解像度かつ階調性のよい画像形成装置およびその方法
を提供する。 【構成】 パルス幅変調器102は、画像データに応じて
レーザ素子71の発光時間を制御するパルス幅変調信号を
生成する。APC108は、フォトダイオード107のモニタ出
力に応じて定電流回路105の設定電流量を調整して、レ
ーザ素子71の発光量を常に一定に保つように働く。低濃
度検出器103は、画像データから所定以下の低濃度を検
出すると、パワー変調回路104へ制御信号を出力する。
パワー変調回路104は、この制御信号に応じて、定電流
回路105で設定された電流値に所定の重み付けをした電
流値を加算するように動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像形成装置およびその
方法に関し、例えば、電子写真方式によって画像を形成
するレーザプリンタ，複写機，ファクシミリなどの画像
形成装置およびその方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いた画像形成装置、例
えばレーザカラープリンタなどは、高画質，多階調およ
び高速印刷の点から、情報処理装置の出力デバイスとし
て注目されている。このような画像形成装置でさらに高
品質画像を得るために、1ドット多値記録により、解像
度と中間階調性とを両立させる方法がある。1ドット多
値記録方式として、一般に次の二つの方法が知られてい
る。

【０００３】その一つはパルス幅変調方式で、図1(a)に
示すように、レーザの発光強度を一定に保ち、単位画素
当たりの発光時間を変調するものである。この方法は、
二値記録に近いので、比較的安定な記録が行える。

【０００４】もう一つは光強度を変調する方法で、図1
(b)に示すように、単位画素当たりの発光時間を固定し
て、レーザの発光強度を変調するものである。この方法
は、画素という微小な面積の濃度を制御する必要がある
ので、プロセスの最適化された安定な制御が必要にな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
おいては、次のような問題点があった。

【０００６】つまり、パルス幅変調方式では、レーザ走
査速度の上昇に伴って、レーザの発光時間が短くなる。
しかし、パルス幅に対するレーザ発光量のリニアリティ
は、図2に示すように、短いパルス幅（発光時間）にお
いて悪化する傾向にある。このようなことから、発光時
間の短い低濃度領域では、感光体ドラムに充分な光エネ
ルギを照射できなくなり、レーザ光の露光面積に比例し
たトナーの付着ができなくなり、低濃度領域のドット再
現性，階調性は劣化する。

【０００７】図3は画像データ，レーザ照射光量，感光
体表面電位，画像濃度の関係を示す図である。同図の第
四象限は画像（濃度）データとレーザ照射光量との関係
を示す。第三象限はレーザ照射光量に対する感光体表面
電位の減衰特性で、光量の増加に伴って表面電位が減衰
していく特性を示す。第二象限は反転現像特性で、V1は
感光体帯電電位を、V2は現像バイアス電位を表す。第一
象限は画像（濃度）データと形成される画像の濃度を示
す。

【０００８】これらの関係からわかるように、現像バイ
アス電位V2は、反転現像における地肌かぶり除去の観点
から、感光体帯帯電電位V1よりも低く設定されているの
で、画像データに対応したレーザ光が照射された後、感
光体の表面電位がV2に達しない領域は現像されないこと
になる。

【０００９】以上説明した画像形成プロセスの問題をま
とめると、画像（濃度）データAに対してレーザ照射光
量P(A)で露光された結果、感光体表面電位はV(A)に減衰
され、V(A)−V2で与えられる現像電位により、濃度D(A)
の画像濃度が得られる。しかし、低濃度領域では画像
（濃度）データAに対するレーザ照射光量P(A)が小さい
ため、感光体表面電位V(A)が現像バイアス電位V2に達せ
ず、あるいはV2近傍になり、画像（濃度）データAが表
す画像濃度よりも低い濃度の画像しか得られないことに
なる。さらに、前述した理由から低濃度領域ではレーザ
照射光量が低下し、感光体に対して充分な光エネルギを
照射することができないので、画像濃度の立上がり特性
は、さらに悪化することになる。

【００１０】このように、画像濃度変化の緩やかな低濃
度領域は、とくにドット再現性が重視されるにもかかわ
らず、電子写真方式の画像形成ではドット再現性が悪く
なる問題点がある。

【００１１】本発明は、上述の問題を解決するためのも
のであり、画像の低濃度領域でドット再現性を改善して
高解像度かつ階調性のよい画像形成装置およびその方法
を提供することを目的とする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の目的
を達成する一手段として、以下の構成を備える。

【００１３】本発明にかかる画像形成装置は、入力され
た画像信号に応じて発光する発光素子の光ビームにより
画像を形成する画像形成装置であって、前記画像信号に
応じて前記発光素子の発光時間を制御する第一の制御手
段と、前記画像信号に応じて前記発光素子の発光強度を
制御する第二の制御手段とを有することを特徴とする。

【００１４】また、本発明にかかる画像形成方法は、入
力された画像信号に応じて発光する発光素子の光ビーム
により画像を形成する画像形成方法であって、前記発光
素子の発光時間を制御する第一の制御ステップと、前記
画像信号に応じて前記発光素子の発光強度を制御する第
二のステップとを有することを特徴とする。

【００１５】

【実施例】以下、本発明にかかる一実施例の画像形成装
置を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明
において、その名前の直前に記号「/」を付した信号
は、負論理の信号であることを表す。

【００１６】図4は本発明にかかる一実施例のレーザカ
ラープリンタの構成例を示すブロック図である。同図に
おいて、1は外部機器のホストコンピュータ、2はプリン
タである。プリンタ2は、プリンタコントローラ3とプリ
ンタエンジン4を含み、プリンタエンジン4は、画像信号
に基づいた処理やスキャナモータなどの制御を行う画像
処理部5と、その詳細を後述する印刷部6とを含んでい
る。

【００１７】プリンタ2は、アプリケーションソフトに
よって作成された画像情報をホストコンピュータ1から
受信し、これをプリンタコントローラ3で印刷用の例え
ば8ビットの画像データ/VDO0〜7に展開して、プリンタ
エンジン4に送出する。プリンタエンジン4はこの印刷デ
ータに基づいて画像を記録する。なお、以下の説明で
は、画像データはマゼンタ(M)，シアン(C)，イエロー
(Y)，ブラック(K)の面順次で送られてくるものとし、プ
リンタ2はその画像データに応じたフルカラー画像を印
刷するものとする。

【００１８】図5は本実施例の動作タイミングの一例を
示すタイミングチャートである。まず、プリンタコント
ローラ3は、一頁分の画像データを送出する準備が完了
すると、プリント開始指示信号/PRINTをプリンタエンジ
ン4へ送出する。この信号を受信したプリンタエンジン4
は、帯電器をオンしたり、記録紙の供給を開始するな
ど、プリント動作ための準備を開始し、プリント可能な
状態になると、頁同期信号/TOPを送出し、併せて主走査
方向の同期信号/LSYNCを送出する。プリンタコントロー
ラ3は、これらの信号に応答して、M色の画像データ/VDO
0〜7とともに、解像度を重視した印刷にするか、階調を
重視した印刷にするかを指定する1ビットの属性指定信
号/IMCHRを、データ転送クロックVCLKに同期して、プリ
ンタエンジン4へ送出する。そして、プリンタエンジン4
は、この画像データ/VDO0〜7に応じたM像を、図5に4aで
示す印刷工程で形成する。このようにして、M像の形成
が完了した後、引き続き、C色，Y色，K色の順に、同様
の動作シーケンスが繰り返されてフルカラー画像が形成
される。

【００１９】次に、レーザ光の走査光学系についてその
概要を説明をする。

【００２０】図6は印刷部6の構成例を示すブロック図で
ある。同図において、半導体レーザ71は、レーザ駆動回
路106から入力された画像信号に応じて変調された信号
に従ってレーザ光を発光する。そして半導体レーザ71か
ら出射されたレーザ光は、コリメータレンズ72およびシ
リンドリカルレンズ73，回転多面鏡（ポリゴンミラー）
75，球面及トーリックレンズ76，F-θレンズ77および反
射ミラー78によって、感光体ドラム79上に到達する。こ
のとき、レーザ光は、一定速度で主走査方向a（感光体
ドラム79の長手方向）に走査され、感光体ドラム79は一
定速度で副走査方向bに回転するので、その表面には画
像信号に応じた静電潜像が形成される。また、レーザ光
の一部は、水平同期ミラー80で反射されて、主走査のタ
イミングを決定する同期信号BDを生成するフォトダイオ
ード81へ供給される。なお、同期信号BDは、プリンタ2
における各タイミング信号の基準信号になり、画像処理
部5はこの信号に基づいて、回転多面鏡75を回転させる
ためのスキャナモータ74を駆動する。

【００２１】図7はプリンタエンジン4内の多値信号処理
の概略を示す図で、図4の画像処理部5と印刷部6に相当
するブロック図である。

【００２２】プリンタコントローラ3から送出された画
像データ/VDO0〜7は、ラインメモリであるFIFO100に書
込まれる。そして、プリンタエンジン内部の処理タイミ
ングに基づいて、FIFO100から読出された信号は、ガン
マ変換器101へ入力される。ここで、ガンマ変換器101
は、RAMやROMで構成されたルックアップテーブルであ
る。パルス幅変調器102は、ガンマ変換された画像デー
タを入力して、その画像データの表す濃度に応じて、レ
ーザの発光時間を制御するパルス幅変調信号を生成し
て、レーザ駆動回路106の半導体レーザ71に供給する。
半導体レーザ71の発光量は、定電流回路105によって設
定された電流値によってほぼ決まり、また、その発光時
間はパルス幅変調器102から入力された信号のパルス幅
によってほぼ決まる。

【００２３】レーザ駆動回路106内のフォトダイオード1
07は、レーザ光出力を検出するモニタダイオードで、こ
のモニタ出力はAPC108へ入力される。APC108は、そのモ
ニタ出力に応じて定電流回路105の設定電流量を調整し
て、レーザ光出力を調整するフィードバック制御を行
う。周囲温度などの環境変化により、半導体ダイオード
71のスロープ効率が変動し、その結果、半導体レーザ71
の発光量が変動する。APC108は、その発光量の変動を補
正して、発光量を常に一定に保つように働く。

【００２４】一方、ガンマ変換された画像データは低濃
度検出器103へも入力される。低濃度検出器103は、画像
濃度を逐次検出して、所定以下の低濃度を検出すると、
パワー変調回路104へ制御信号を出力する。パワー変調
回路104は、この制御信号に応じて、定電流回路105で設
定された電流値に所定の重み付けをした電流値を加算す
るように動作する。なお、この重み付けは、低濃度にな
るに従って電流値を増加させるように設定する。ただ
し、レーザ駆動回路106は、半導体レーザ71に流れる電
流が増加した場合でも、素子が劣化したり破壊されたり
しないレベルに電流値を制限する。

【００２５】図8は本実施例のレーザ発光量制御による
発光波形の一例を示す図、図9は本実施例と従来とにお
けるレーザ発光量制御の違いを示す図である。図8に示
すように、本実施例においては、低濃度領域において半
導体レーザ71の電流量を増加させるので、低濃度領域に
おいてもレーザ発光波形のピーク、つまり最大発光量が
低下しない。この結果、図9(a)に示すように、パルス幅
変調信号と最大発光量とは、低濃度領域においても、AP
C制御目標値付近でほぼフラットな関係を保つことがで
きる。一方、図9(b)に示すように、従来は、パルス幅変
調信号と最大発光量との関係を、低濃度領域でフラット
に保つことはできず、前述したように最大発光量の低下
をきたした。

【００２６】図10は画像データ，レーザ照射光量，感光
体表面電位，画像濃度の関係を示す図で、各象限の表す
関係は図3と同じなので説明を省略する。同図は、低濃
度領域における最大発光量の問題が解決されるため、低
濃度領域における本実施例のレーザ照射光量P2(A)は、
同領域における従来のレーザ照射光量P1(A)よりも大き
くなり、濃度がD1(A)からD2(A)へ向上して、同領域での
階調再現性が改善されてる様子を示している。

【００２７】また、図11は濃度と潜像電位との関係例を
示す図で、従来のパルス幅変調だけの場合と、本実施例
によるパルス幅変調と低濃度領域での光パワー変調との
組合わせた場合とで形成される潜像電位に違いを示すも
のである。同図に示すように、低濃度領域において、本
実施例によって形成される潜像の電位の方が深くなるこ
とから、現像バイアス電位に対し、低濃度領域でのドッ
ト再現性が改善される。

【００２８】このように、本実施例によれば、画像の濃
度に基づいて画素当りのレーザ発光時間を制御するとと
もに、低濃度の場合はその濃度に応じてレーザ発光強度
を増加するように制御（光パワー変調）するので、高解
像度でかつ階調の良好な画像を形成することができる。
とくに、低濃度領域は画像の濃度変化が緩やかで、ドッ
ト再現性が要求されるが、従来の電子写真方式における
低濃度領域のドット再現性の悪さを、本実施例は改善す
ることができる。なお、光パワー変調を併用する領域
は、濃度変化の緩やかな領域なので、従来から懸念され
ている光パワー変調による濃度むらなどの悪影響はな
い。

【００２９】

【変形例】前述した実施例においては、低濃度検出器10
3が低濃度データを検出した場合、パワー変調回路104
は、定電流回路105に設定されている電流値に、低濃度
になるに従って増加する所定の重み付けした電流値を加
算する構成を説明したが、この重み付けをなくして、電
流値を所定量に増加する構成にしてもよい。こうすれ
ば、前述した実施例のように、低濃度になるほど電流値
を増加させることはできないので、最大発光量を一定に
する精度は悪化するが、従来よりは遙かに改善された印
刷結果を得ることができ、回路構成も簡易化することが
できる。

【００３０】また、前述した実施例においては、低濃度
検出部103によってガンマ変換された画像データから低
濃度の検出を逐次行う例を説明したが、M×Nの画素情報
（M,Nは任意の画素数）から低濃度を検出してもよい。M
×N画素などの領域で濃度を判断するようにすれば、そ
の判断を容易にすることができる。

【００３１】なお、本発明は、複数の機器から構成され
るシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適
用してもよい。

【００３２】また、本発明は、システムあるいは装置に
プログラムを供給することによって達成される場合にも
適用できることはいうまでもない。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明したように、本発明によれ
ば、画像の低濃度領域でドット再現性を改善して高解像
度かつ階調性のよい画像形成装置およびその方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】1ドット多値記録方式を説明する図である。

【図２】パルス幅に対するレーザ発光量の関係を示す図
である。

【図３】画像データ，レーザ照射光量，感光体表面電
位，画像濃度の関係を示す図である。

【図４】本発明にかかる一実施例のレーザカラープリン
タの構成例を示すブロック図である。

【図５】本実施例の動作タイミングの一例を示すタイミ
ングチャートである。

【図６】図4の印刷部の構成例を示すブロック図であ
る。

【図７】図4のプリンタエンジン内の多値信号処理の概
略を示す図である。

【図８】本実施例のレーザ発光量制御による発光波形の
一例を示す図である。

【図９】本実施例と従来とにおけるレーザ発光量制御の
違いを示す図である。

【図１０】画像データ，レーザ照射光量，感光体表面電
位，画像濃度の関係を示す図である。

【図１１】濃度と潜像電位との関係例を示す図である。

【符号の説明】

2 プリンタ 3 プリンタコントローラ 4 プリンタエンジン 5 画像処理部 6 印刷部 71 半導体レーザ素子 102 パルス幅変調器 103 低濃度検出器 104 パワー変調回路 105 定電流回路 106 レーザ駆動回路 108 APC

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された画像信号に応じて発光する発
   光素子の光ビームにより画像を形成する画像形成装置で
   あって、 前記画像信号に応じて前記発光素子の発光時間を制御す
   る第一の制御手段と、 前記画像信号に応じて前記発光素子の発光強度を制御す
   る第二の制御手段とを有することを特徴とする画像形成
   装置。
2. 【請求項２】 前記第二の制御手段は、前記画像信号か
   ら画像の濃度を検出する検出部と、その検出結果に応じ
   て前記発光素子へ供給する電流を制御する制御部とを含
   むことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記制御部は、前記検出結果が所定値以
   下の濃度を示す場合、その濃度に略反比例して前記発光
   素子の発光強度が増加するように、該発光素子へ供給す
   る電流を制御することを特徴とする請求項2に記載の画
   像形成装置。
4. 【請求項４】 前記検出部はM×N画素（M,Nは整数）ブ
   ロックの情報に基づいて画像の濃度を検出することを特
   徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 入力された画像信号に応じて発光する発
   光素子の光ビームにより画像を形成する画像形成方法で
   あって、 前記発光素子の発光時間を制御する第一の制御ステップ
   と、 前記画像信号に応じて前記発光素子の発光強度を制御す
   る第二のステップとを有することを特徴とする画像形成
   方法。