JP2001096794A

JP2001096794A - 走査露光装置、半導体レーザ駆動回路、画像形成装置

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Publication number: JP2001096794A
Application number: JP27668999A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Toda; 常雄戸田; Maki Sudo; 真樹須藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-10
Also published as: US6388689B1

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザービーム径よりドットサイズが小さい
解像度において、高品位の画像の形成を低コストで実現
する。【解決手段】感光体の露光量によって形成される潜像
の状態が異なることを利用して、定常よりも光強度を強
くして露光することにより、従来では浅く狭い潜像しか
形成することができなかったものを、深く広い潜像にす
ることが可能である。そこで、ＬＤ点灯開始時にオーバ
ーシュートを発生させ、立ち上がりの光強度を定常の光
強度よりも強くさせることにより（図１０（Ｂ）参
照）、レーザビーム径よりも解像度が小さい場合の縦横
比、１ドットの再現性、ハーフトーンの再現性を改善す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査露光装置、半
導体レーザ駆動回路、及び画像形成装置に係り、特に画
像情報に基づいて半導体レーザを点灯し、前記半導体レ
ーザから出力されたレーザビームによって感光体を走査
露光する走査露光装置、半導体レーザ駆動回路、及び画
像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、レーザプリンタ等のレーザを利用
した静電方式の画像形成装置が普及している。このレー
ザ（主に、半導体レーザであり、以下「ＬＤ」という）
を利用した画像形成装置では、レーザビームで感光体を
走査露光する走査露光装置が用いられている。

【０００３】詳しくは、走査露光装置によって、表面が
一様に帯電された感光体に、画像データに基づいて変調
されたレーザビームを走査することにより静電潜像を形
成する。この静電潜像にトナーを供給して現像した後、
現像されたトナー像に転写紙を重ねて、静電的にトナー
を転写紙表面に吸着させて転写する。その後、転写紙に
熱又は圧力を与えて、転写されたトナー像を定着させ
て、画像を形成する。

【０００４】ここで、走査露光装置におけるＬＤの駆動
方法について説明する。レーザビームで静電潜像を形成
する場合、レーザービームの光強度（光量）によって静
電潜像の形成具合が異なり、予め定められた光強度のレ
ーザービームとなるように（所定出力光量となるよう
に）ＬＤを駆動することが必要とされる。またＬＤは、
図１２に示されるように、その駆動電流が所定の電流値
（以下、「閾値電流」という）Ith以上となったら、コ
ヒーレントな光を出力するという特性を有する。

【０００５】また、感光体上に静電潜像を形成するため
には、画像データに基づく画像信号（Video信号）、す
なわちＬＤの点灯／消灯を示すＯＮ／ＯＦＦ信号に基づ
いて変調したレーザビームを出力する必要がある。

【０００６】したがって、図１３に示されるように、Ｌ
Ｄの駆動回路４００には、所望の出強度に相当する電流
をＬＤ４０２に供給するための電流源４０４と、ＬＤ４
０２から出力されるレーザビームを画像データに基づい
て変調するためのスイッチング回路４０６が設けられて
いた。電流源４０４は、設定電圧に応じた電流値の電流
をスイッチング回路４０６を介してＬＤ４０２へ供給
し、スイッチング回路４０６では、Ｖｉｄｅｏ信号に基
づいて、ＬＤ４０２へ電流を供給／停止するようになっ
ている。これにより、所望の光強度の、画像データに基
づいて変調されたレーザビームを出力することができ
る。なお、このような変調方法は、一般にパルス幅変調
（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）方式と呼ばれる。

【０００７】一方、レーザの出力光量によって潜像の形
成具合が異なることを積極的に利用した変調方法とし
て、強度変調（Pulse Amplitude Modulation：ＰＡＭ）
方式がある。このＰＡＭ方式による画像形成では、画像
データに基づいてＬＤの発光強度（すなわち出力光量）
を変化させることにより画像を形成する。

【０００８】特開平１−２０６３６６号公報には、ＰＡ
Ｍ方式によるＬＤの駆動に関する技術が開示されてい
る。これによると、複数のＬＤを駆動する電流源を有
し、外部からの強度設定信号に基づいて、この複数の電
流源の中からいくつかの電流源を選択し、選択した各電
流源からの電流を合計してＬＤに供給することにより、
ＬＤの光強度（出力光量）を変化させることができる。
なお、一般に光強度が強くなると、潜像される範囲が広
くなり、光強度が弱い時と比べて現像されるドットイメ
ージが大きくなる。

【０００９】ところで、画像形成装置では、通常の文字
等を印字する以外にも、画像（以下、「イメージ」とい
う）を印字することがあり、その画像品質（以下、「画
質」という）、特に中間色（以下、「ハーフトーン」と
いう）の再現性が、ＬＤの変調時の過渡特性に影響を受
けることが知られている。

【００１０】例えば、特開平１−２０５１８３号公報に
は、変調信号（パルス信号）によってＬＤをＯＮ／ＯＦ
Ｆさせると、過渡期の光出力に変動が生じ、変調信号に
対応したきれいなパルス（矩形）波形とならず、形成さ
れる画像に濃度ムラとなって現れたり、画像のハーフト
ーンを忠実に再現できない原因になることが示されてい
る。また、特開平３−２８７８号公報には、ＬＤの駆動
電流に歪みが発生すると、ＬＤの光出力波形にも歪みが
生じて、生成されるドットイメージが乱れるので、画質
の低下を招くことが示されている。

【００１１】図１４には、ＬＤの光出力波形が示されて
いる。図１４において、は理想的な矩形状の光出力波
形、は立ちあがりの丸まった光出力波形、は立ちあ
がりにリップルの乗った光出力波形を示している。ま
た、図１５には、図１４の各出力波形に対応する、ＰＷ
Ｍ方式におけるパルス幅と平均出力光量の関係（出力特
性）が示されている。

【００１２】図１５のは、図１４のの光出力波形に
対応する理想的な出力特性であり、一般にリニアリティ
があると言われる。すなわち、パルス幅のDutyの増減に
比例して、平均出力光量が増加又は減少するようになっ
ている。

【００１３】一方、立ちあがりの丸まった波形（図１４
の）の場合は、光出力特性は図１５ののようにな
る。この場合、Dutyが大きい場合は理想状態であるの
場合と大差ないが、Dutyを減らしていくと、波形の形状
が丸まった分だけ平均出力光量が急激に落ち込んでしま
う。この結果、Dutyを小さくすることにより表現する細
かなイメージがとんでしまって再現できず、またハーフ
トーンでは薄い濃度（ハイライト）が通常よりも薄くな
って再現できなくなってしまう。

【００１４】また、立ちあがりにリップルの乗った波形
（図１４の）の場合は、光出力特性は図１５のよう
になる。この場合も、Dutyが大きい場合は理想状態の
の場合と大差ないが、Dutyを減らしていくと、とは逆
に、平均出力光量が大きくなってしまう。この結果、細
かなイメージがつぶれて再現できず、またハイライトが
通常よりも濃くなって再現できなくなってしまう。

【００１５】上記のような理由から、変調時の光出力波
形を、変調信号と同等な、乱れのない矩形波形とするこ
とが必要とされていた。このため、特開平１−２０５１
８号公報に示される微分回路を用いたり、より一般的な
スナバ回路（図１６参照）を用いて、変調時の光出力波
形を補正していた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】近年のデジタル化技術
の進歩と、画像処理技術の発達に伴って、画像形成装置
の高解像度化が益々進み、走査露光装置のレーザビーム
径よりも細かいドットで画像を形成する解像度（主走査
方向の補正処理による書込み密度ではなく、純粋な書込
み密度に対応し、言換えると、副走査方向の書込み密度
に対応する）の要求が高まってきた。

【００１７】図１７に、７８０ｎｍのＬＤを用いた一般
的な走査露光装置のレーザビーム径と解像度の関係を示
す。なお、レーザビーム径は、一般に、ビーム中心にお
ける光強度の１／ｅ²（ｅ：自然対数の底）となる点の
直径と定義される。

【００１８】図１７にも示されているように、一般的な
走査露光装置のレーザビーム径が６０〜８０ｎｍである
のに対して、ドットサイズ（１ドットのサイズ）は、６
００ｄｐｉ（dot per inch）の解像度を得るためには約
４２ｎｍ、１２００ｄｐｉの解像度を得るためには約２
１ｎｍとすることが求められる。すなわち、現在主流の
解像度である６００ｄｐｉであっても、既にレーザビー
ム径よりもドットサイズが小さくなっている。

【００１９】このようにレーザビーム径よりもドットサ
イズの方が小さい場合、従来技術では、主走査方向と副
走査方向の走査線の太さの比（以下、「縦横比」とい
う）、１ドットの再現性が著しく悪化し、画質が低下し
てしまうという問題があった。

【００２０】以下、縦横比について詳しく説明する。縦
横比の理想値（正常値）は１、すなわち、図１８（Ａ）
のように、同じドット数のラインを縦方向（副走査方
向）に描いても、横方向（主走査方向）に描いても、同
じ太さになるのが理想状態（正常状態）である。

【００２１】一般に、ＰＷＭ方式による画像形成では、
横方向に描かれるライン（横ライン）の太さは、主に副
走査方向のレーザビーム径Ｄｓ（図１８（Ｃ）参照）に
依存する。縦方向に描かれるライン（縦ライン）の太さ
は、主にＬＤの点灯時間に依存し、１ドットの点灯時間
は、高解像度化に伴って短くなる。

【００２２】従って、レーザビーム径よりもドットサイ
ズの方が小さいと、図１８（Ｂ）に示されるように、横
ラインは副走査方向のレーザビーム径Ｄｓによって決ま
る太さのままで、所望の解像度を実現するためのドット
サイズよりも太く、縦ラインは逆に細くなってしまう。

【００２３】より詳しくは、静電潜像を現像したとき
に、感光体の露光量が多い部分程、多くのトナーが付着
し、露光量が少ないと少量のトナーしか付着しない。感
光体にレーザビームを走査露光すると、図１９に示され
るように、理想的な光出力波形でＬＤが駆動された場
合、ＬＤ点灯開始位置近傍の感光体の露光量は、所定の
露光量よりも低くなる。露光量が少ないと、感光体に形
成される潜像が浅くなり、付着するトナー量が印字に必
要なトナー量に足りなくなるので（斜線部分）、所謂画
像のとびが生じる。このため、ＬＤの短時間点灯させて
形成される縦ラインが、高解像度化に伴って細くなッし
まう。

【００２４】ＬＤの点灯時間を長くすれば、縦ラインを
太くすることも可能だが、解像度によって１ドットの点
灯時間は光学設計上、自ずと決定されるので、縦ライン
を太くしたくてもＬＤの点灯時間をむやみに長くするこ
とはできない。また、ＬＤの光強度（出力光量）を弱く
すれば、横ラインを細くすることも可能だが、縦ライン
もそれに伴って細くなってしまう。

【００２５】結局、解像度が高くなる程、光学設計上決
定される１ドットの点灯時間が短くなって、縦ラインが
益々細くなるので、縦横比は悪化する一方である。ま
た、トナー画像で形成される１ドットの形状は、高解像
度化によって縦長になる傾向があり、１ドットの再現性
が悪くなる。

【００２６】また、これら縦横比と１ドットの再現性の
悪化は、ハーフトーンの再現性にも影響を与える。例え
ば、ディザ方式の面積階調を利用した場合、図２０
（Ａ）のように縦横複数の画素（サブピクセル）からな
る１スクリーンセルにおいて、ドットで塗り潰す画素の
数、すなわち１スクリーンセル内の塗潰し面積によって
濃淡を表現する。

【００２７】しかしながら、前述のように１ドットの形
状が縦長になってしまうと、図２０（Ｂ）に示すよう
に、うまく画素を塗り潰すことができず、１スクリーン
セル内の塗り潰し面積が小さくなり、ハイライトの再現
性が悪化してしまう。また、図２０（Ｃ）に示すよう
に、縦方向に隣合うドット同士が重なり、濃度のなめら
かさが乱れ（所謂トーンジャンプ）、横方向にドットが
並ぶ場合は濃度が濃くなってしまう。また、万線スクリ
ーンを用いた場合においても、同様の理由からハイライ
トの再現性が損なわれる。

【００２８】ＰＡＭ方式によって、これらの問題を解決
することも考えられるが、解像度が高くなる程、動作時
間の高速性が要求され、また微小な光強度設定に対応す
るためにより多くの電流源が必要となる。従って、駆動
回路の構成が複雑になり、消費電力量も多くなるため、
コスト的に不利である。

【００２９】また、レーザビーム径を細くすることも考
えられるが、現在一般的に利用されている７８０ｎｍの
ＬＤでは、その特性及びコスト面から容易にレーザビー
ム径を変更することはできない。また、７８０ｎｍより
も波長の短いＬＤが使用可能となっても、更に高解像度
化が進めば、いずれは同様の問題に直面する。

【００３０】また、現在は電子写真のプロセス条件を変
えることにより、これらの問題を目立たなくさせている
が、今後更に高解像度化が進むと、プロセス条件だけで
は解決が難しくなることが容易に予想され、抜本的な解
決が必要である。

【００３１】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、レーザービーム径よりドットサイズが小さ
い解像度において、高品位の画像を形成することがで
き、且つ低コストで実現できる走査露光装置、半導体レ
ーザ駆動回路、及び画像形成装置提供することを目的と
する。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１は、画像情報に基づいて半導体レーザを点
灯し、前記半導体レーザから出力されたレーザビームに
よって感光体を走査露光する走査露光装置であって、前
記レーザビームの１点灯毎に、その立ち上がりの光強度
を、定常の光強度よりも強くする、ことを特徴としてい
る。

【００３３】請求項１に記載の発明によれば、レーザビ
ームの１点灯毎に、その立ち上がりでは、定常よりも強
い光強度で感光体が露光される。これにより、従来は浅
く狭い潜像しか形成することができなかった、半導体レ
ーザの点灯開始位置近傍の感光体の露光量を高くでき、
深く広い潜像を形成することができる。レーザビーム径
よりも解像度（ドットサイズ）が小さい場合の縦横比、
１ドットの再現性、ハーフトーンの再現性を改善するこ
とができ、高品位の画像を得ることができる。

【００３４】このとき、請求項２に記載されているよう
に、前記半導体レーザの光出力に、積極的にオーバーシ
ュートを発生させることにより、立ち上がりの光強度を
強くするようにするとよい。

【００３５】請求項３に記載の発明は、レーザビームに
よって感光体上を走査露光する際に、光源として用いら
れる半導体レーザの駆動を制御する半導体レーザ駆動回
路であって、半導体レーザの点灯開始時に、定常の光出
力よりも大きい光出力とし、且つ当該光出力を制御する
光出力制御回路を有する、ことを特徴としている。

【００３６】請求項３に記載の発明によれば、光出力制
御回路によって、半導体レーザの点灯開始時は、定常の
光出力よりも大きい光出力を得ることができる。また、
その光出力、すなわち定常よりも大きい光出力とする時
間やその光量等についても制御することができる。これ
により、従来は浅く狭い潜像しか形成することができな
かった、半導体レーザの点灯開始位置近傍の感光体の露
光量を高くでき、深く広い潜像を形成することができ
る。

【００３７】なお、この光出力制御回路は、請求項４に
記載されているように、前記半導体レーザの光出力にオ
ーバーシュートを発生させるオーバーシュート回路とす
るとよい。

【００３８】請求項５に記載されているように、前記オ
ーバーシュート回路が、少なくともＲ、Ｌ、Ｃのうちの
１つを含んで構成され、２階以上の線形微分方程式で表
されるようにするとよい。

【００３９】詳しく説明すると、従来は、図１６（Ａ）
に示されるように、直列接続された抵抗３００とコンデ
ンサ３０２からなるスナバ回路３０４をＬＤ３０６と並
列に設け、ＬＤ３０６の出力波形を矩形波に整えるため
に、抵抗３００の抵抗値Ｒｓ、コンデンサ３０２のキャ
パシタンスＣｓの値を選択していた。

【００４０】このスナバ回路３０４は、図１６（Ｂ）に
示される等価回路３１０に置き換えることができる。こ
の等価回路３１０の応答特性は、式（１）のように１階
の微分方程式で表される。

【００４１】

【数１】

【００４２】Ｖｃ＝０として、式（１）の微分方程式を
解くと、

【００４３】

【数２】

【００４４】となる。したがって、

【００４５】

【数３】

【００４６】となる。すなわち、スナバ回路３０４の場
合、その応答特性が１階の微分方程式の解であり減衰解
のみを有するので、光出力波形の乱れを抑えることに利
用することができた。

【００４７】一方、オーバーシュート回路として、図１
（Ａ）に示されるような、抵抗２００、コイル２０２、
コンデンサ２０４で構成されたＲＬＣ回路２０６が、一
例として挙げられる。詳しくは、ＲＬＣ回路２０６は、
抵抗２００とコンデンサ２０４がそれぞれＬＤ２０８と
並列接続され、コイル２０２は、この並列接続された抵
抗２００とコンデンサ２０４とＬＤ２０８に対して直列
接続されて構成されている。なお、抵抗２００の抵抗値
をＲ、コイル２０２のインダクタンスをＬ、コンデンサ
２０４のキャパシタンスをＣとして説明する。

【００４８】このＲＬＣ回路２０６は、図１（Ｂ）に示
される等価回路２１０に置き換えることができる。この
等価回路２１０の応答特性は、式（４）のように２階の
微分方程式で表される。

【００４９】

【数４】

【００５０】このとき、右辺＝０とした同次方程式の解
は、一般に指数関数ｅλ^tの形となり、λは式（５）の
ように解くことができる。

【００５１】

【数５】

【００５２】ここで、制動係数ｋ、及び共振周期Ｔを

【００５３】

【数６】

【００５４】と定義すると、λは、式（７）のようにな
る。

【００５５】

【数７】

【００５６】したがって、ステップ応答の微分方程式の
解は、

【００５７】

【数８】

【００５８】となる。すなわち、制動係数ｋの大きさに
より振動（共振）の程度（オーバーシュート量）が決ま
り、共振周期Ｔにより共振の周期（オーバーシュート
幅）が決まる。

【００５９】図１（Ｃ）には、ＲＬＣ回路２０６のステ
ップ応答シミュレーション結果が示されている。図１
（Ｃ）から分かるように、制動係数ｋが１以上（ｋ≧
１）の場合は、ステップ応答の微分方程式の解は減衰解
となり、オーバーシュートの発生が抑えられ、出力電圧
値がステップ電圧値に滑らかに収束する応答特性とな
る。また、制動係数ｋが１未満（ｋ＜１）の場合、すな
わち虚数解となる場合は、振動（共振）解となり、オー
バーシュートが発生し、制動係数ｋの値が小さい程、発
生するオーバーシュートの程度が大きいことが分かる。

【００６０】すなわち、応答特性が少なくとも２階以上
の微分方程式で表され、その解が振動解（虚数解）とな
るようにＲ、Ｌ、Ｃを設定すれば、過渡期にオーバーシ
ュートを発生させることができる。なお、詳細な近似と
して２階以上の微分方程式を利用してもよく、この場合
も振動解（虚数解）となるようにＲ、Ｌ、Ｃを設定すれ
ばよい。

【００６１】ここで、図２に示されるように、ＬＤ２０
８自身も、抵抗、コンデンサ、コイルを含む等価回路２
２０と置き換えることができる。すなわち、ＬＤ２０８
自身も、実際には、抵抗成分、静電容量成分、インダク
タンス成分を有している。なお、主に、抵抗成分は、電
極の接触抵抗及び半導体のバルク抵抗による直列抵抗
（Ｒｄ）、静電容量成分はストライプ外部からの並列容
量（Ｃｄ）及びパッケージの浮遊容量（Ｃｐ）、インダ
クタンス成分はリード線のインダクタンス（Ｌｗ）によ
るものである。また、ストライプ外部からの並列容量
（Ｃｄ）は、ｐ側電極とｎ側電極の間の材料とその面積
に依存し、パッケージの浮遊容量（Ｃｐ）はインピーダ
ンスへの寄与が他の成分に比べて小さいオーダなので、
無視することもできる。

【００６２】したがって、オーバーシュート回路とし
て、図１では抵抗２００、コイル２０２、コンデンサ２
０４を備えたＲＬＣ回路を例に示したが、ＬＤ２０８自
身が有する抵抗成分、静電容量成分、インダクタンス成
分を利用することにより、抵抗２００、コイル２０２、
コンデンサ２０４の何れかを省略しても、所望の応答特
性を得ることができる。また、場合によっては、ＬＤ２
０８を実装するときの基板やアートワークに由来する抵
抗成分、静電容量成分、インダクタンス成分を利用する
ことも可能である。すなわち、抵抗、コイル、コンデン
サの全てを用いずとも、これらのうちの２つの組み合わ
せ、あるいは１つのみによってもオーバーシュート回路
を実現できることもある。

【００６３】また、定常よりも大きい光出力とする時間
やその光量は、オーバーシュートの形状（オーバーシュ
ート幅やオーバーシュート量）によって決まる。オーバ
ーシュート形状は、前述のように、制動係数ｋ、共振周
期Ｔによって定められ、所望のオーバーシュート形状が
得られるように、Ｒ、Ｌ、Ｃを設定することにより、定
常よりも大きい光出力とする時間やその光量が所望の値
となるように制御することができる。

【００６４】したがって、請求項６に記載されているよ
うに、前記オーバーシュート回路により発生されるオー
バーシュートの形状が、書込み密度、書込み速度、前記
半導体レーザの主走査方向及び副走査方向のビーム径の
うちの少なくとも１つに基づいて、Ｒ、Ｌ、Ｃの値を設
定することにより最適化されるようにするとよい。

【００６５】請求項７に記載の発明は、前記請求項３乃
至請求項６の何れか１項に記載の半導体レーザ駆動回路
によって、画像情報に基づいて半導体レーザを点灯し、
前記半導体レーザから出力され、１点灯毎の立ち上がり
の光強度が定常の光強度よりも強いレーザビームによっ
て、感光体を走査露光する走査露光装置を有することを
特徴とした画像形成装置である。

【００６６】請求項７に記載の発明によれば、半導体レ
ーザが、請求項３乃至請求項６の何れか１項に記載され
ている半導体レーザ駆動回路によって駆動される。これ
により、レーザビームの立ち上がり時は、定常よりも強
い光強度を得ることができ、定常よりも強い光強度で感
光体を露光することができる。

【００６７】すなわち、従来は浅く狭い潜像しか形成す
ることができなかった、半導体レーザの点灯開始位置近
傍の感光体の露光量を高くでき、深く広い潜像を形成す
ることができる。これにより、レーザビーム径よりも解
像度（ドットサイズ）が小さい場合の縦横比、１ドット
の再現性、ハーフトーンの再現性を改善することがで
き、高品位の画像を得ることができる。

【００６８】請求項８に記載の発明は、レーザビームに
よって感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、トナ
ーによって前記静電潜像を静電的に現像し、感光体上に
トナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写体
に転写し、転写体上に画像を形成する転写手段とを備え
た画像形成装置でおいて、前記露光手段が、前記静電潜
像形成時の前記レーザビームの１点灯毎に、前記レーザ
ビームの立ち上がりの光強度を、定常の光強度よりも強
くする光出力制御手段を有する、ことを特徴としてい
る。

【００６９】請求項８に記載の発明によれば、光出力制
御手段によって、レーザビームの１点灯毎に、その立ち
あがりの光強度が、定常の光強度よりも強くなるように
制御される。したがって、露光手段では、レーザービー
ムの点灯開始時に、定常よりも強い光強度で感光体を露
光することができ、従来は浅く狭い潜像しか形成するこ
とができなかった、レーザビームの点灯開始位置近傍の
感光体の露光量を高くでき、深く広い潜像を形成するこ
とができる。これにより、レーザビーム径よりも解像度
（ドットサイズ）が小さい場合の縦横比、１ドットの再
現性、ハーフトーンの再現性を改善することができ、高
品位の画像を得ることができる。

【００７０】なお、このとき、請求項９に記載されてい
るように、前記レーザビームの立ち上がりの光強度が、
１画素を形成する照射時間の６０％以下、好ましくは略
３５％で収束し、その最大値が定常の光強度の１．１倍
以上で且つ１．７倍以下、好ましくは略１．４倍となる
ようにするとよい。

【００７１】また、請求項１０に記載されているよう
に、前記レーザビームが、結像手段によって前記感光体
上にビームスポットとして結像され、前記感光体上に対
して相対的に走査されることにより静電潜像を形成し、
前記ビームスポットの走査方向の径寸法が、前記走査方
向に直行する副走査方向の径寸法よりも長くするとよ
い。特に、請求項１１に記載されているように、前記ビ
ームスポットの前記走査方向の径寸法が、前記副走査方
向の径寸法の１．２５倍以上となるようにするとよい。

【００７２】また、請求項１２に記載されているよう
に、温度及び湿度の少なくとも一方を含む環境情報を取
得する環境情報取得手段と、前記環境情報取得手段によ
って取得された前記環境情報に基づいて、前記定常の光
強度を変更する定常光強度制御手段と、を更に有するよ
うにするとよい。

【００７３】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明に係
る実施形態の一例を詳細に説明する。

【００７４】（全体構成）図３には、本発明が適用され
た電子写真方式の画像形成装置１０が示されている。図
３に示されるように、画像形成装置１０はケーシング１
２によって被覆されている。

【００７５】画像形成装置１０の下部には、用紙トレイ
１４が配設されている。用紙トレイ１４には、例えば、
Ｂ５サイズ、Ｂ４サイズ、Ａ４サイズ、Ａ３サイズ等の
所望のサイズの用紙１６が備えられている。用紙トレイ
１４における用紙排出部近傍には半月ローラ１８Ａが配
設されている。半月ローラ１８Ａは用紙トレイ１４に供
給された用紙１６を上層から順に１枚ずつ送り出す。用
紙トレイ１４から送り出された用紙１６は、複数の搬送
ローラ対２０によって、後述する感光体２２と転写用帯
電体２４との間に向けて搬送される。

【００７６】画像形成装置１０の一方の側面（図３の右
側面）には、必要に応じて用紙１６を手差しで挿入する
手差しトレイ２６が配設されている。手差しトレイ２６
における用紙排出部近傍には、前述した用紙トレイ１４
と同様に半月ローラ１８Ｂが配設されており、用紙１６
を上層から一枚ずつ送り出すことができるようになって
いる。

【００７７】手差しトレイ２６が配設されている側面に
対向する画像形成装置１０の側面（図３の左側面）に
は、所望の画像が形成された用紙１６が排出される排出
トレイ２８が設けられている。

【００７８】ケーシング１２内には、画像形成部３０が
設けられている。画像形成部３０は、図３に示される矢
印Ａ方向に定速回転する円筒状の感光体ドラム（以下、
単に「感光体」という）２２、スキャナで原稿を読み取
りかつ各種画像処理を施した画像データ（本実施の形態
における画像形成装置１０は白黒画像を対象としている
ため、画像処理を施すことによってグレイスケールの画
像データに変換される）に基づいてレーザビームを（図
３の矢印Ｂ参照）感光体２２に向けて照射する走査露光
装置３２、及び用紙１６に所望の画像を定着する定着器
３４等を含んで構成している。なお、本実施の形態で
は、感光体２２の回転周速は１２０ｍｍ／ｓとなってい
る。

【００７９】感光体２２の周面近傍には帯電器３６が配
設されている。帯電器３６は、感光体２２を一様に帯電
させるようになっている。具体的には、帯電器３６に
は、ピークトゥピーク値が２ｋＶの交流電圧と、−５０
０Ｖのグリッド電圧が印加されており、帯電器３６によ
る帯電部位を抜けた感光体２２の表面は、一様に−５０
０Ｖに帯電されるようになっている。

【００８０】帯電器３６により一様に帯電された感光体
２２は、図３に示される矢印Ａ方向に回転することによ
ってレーザビームが照射され、露光される。これによ
り、感光体２２に潜像が形成される。具体的には、露光
された部分は、感光体２２の感光層からプラスの電荷が
発生し、−１５０Ｖの潜像が形成されるようになってい
る。なお、ここで言う−１５０Ｖの潜像電位とは、走査
露光装置３２により全面露光された場合、すなわち画像
領域全体に走査が行われた場合の収束電位である。

【００８１】また、走査露光装置３２によるレーザビー
ムの照射位置よりも感光体２２の回転方向下流側には、
感光体２２の周面に対向して、感光体２２にトナーを供
給する現像器３８が配設されている。現像器３８から供
給されたトナーは、走査露光装置３２によって、図３に
示される矢印Ｂ方向からの光が照射された部分にトナー
を付着するようになっている。これにより感光体２２に
トナー像が形成される。

【００８２】詳しくは、現像器３８は、感光体２２表面
に対して０．３５ｍｍの間隔を設けて配設された現像ロ
ール３９を備えており、現像ロール３９表面にトナーを
薄層担持して感光体２２の回転に合わせて回転してい
る。この現像ロール３９には、直流電圧と交流電圧を重
畳された現像バイアス電圧が印加されるようになってい
る。具体的には、直流成分が−４００Ｖ、交流電圧は２
４００Ｈｚでピークトゥピーク値が１．６ｋＶ、デュー
ティ比が５０：５０の矩形波を用いている。

【００８３】感光体２２に形成された潜像は、背景部分
が−５００Ｖ、潜像部分が−１５０Ｖとなっており、現
像バイアス電圧（−４００Ｖ）によりマイナス極性に帯
電したトナーには、背景部分では感光体２２から現像ロ
ール３９側へ、潜像部分では現像ロール３９から感光体
２２側へと向かう電界力が働く。この電界力により、感
光体２２の潜像部分にトナーが静電吸着され、トナー像
が形成される。

【００８４】なお、本実施の形態では、感光体２２と現
像ロール３９とが非接触の構成とした画像形成装置とし
たが、感光体２２と現像ロール３９とが接触している接
触方式の画像形成装置でもよい。

【００８５】また、トナーは磁性１成分トナーであり、
現像ロール３９の回転時に現像ロール３９に圧接されて
いる層厚規制部材との圧接部を通過することによりマイ
ナス極性に帯電されるものを用いている。磁性現像剤
（トナー）の場合は、現像ロール３９内に内包される磁
石部材によりトナーが現像ロール３９表面に拘束保持さ
れるが、非磁性トナーや２次成分系のトナーも各粒子の
帯電により発生する現像ロール３９表面への鏡像力によ
り保持されており、言うまでもなく感光体２２表面の電
位と現像ロール３９に印加される現像バイアス電位の差
を用いて現像を行うのであるから、その現像バイアスに
交流電圧を伴う方式のものであれば、磁性１成分トナー
に限定されるものではなく、非磁性トナーや２次成分系
のトナーでもよい。また、帯電極性も、本実施の形態で
はマイナス側としたが、プラス側としてもよい。

【００８６】現像器３８の配設位置よりも感光体２２の
回転方向下流側（感光体２２の軸芯垂下位置）には、感
光体２２の周面に対向して、転写用帯電体２４が配設さ
れている。転写用帯電体２４は、感光体２２に形成され
たトナー像を用紙１６に転写する。

【００８７】転写用帯電体２４の配設位置よりも感光体
２２の回転方向下流側には、感光体２２に対向して、ク
リーナー４０が配設されている。クリーナー４０によ
り、転写後に感光体２２の表面に残留しているトナーが
除去される。

【００８８】トナー像が転写された用紙１６は、図３に
示される矢印Ｃ方向に搬送される。感光体２２よりも用
紙１６の搬送方向下流側には、加圧ローラ４２と加熱ロ
ーラ４４を含んで構成している定着器３４が配設されて
いる。定着器３４では、搬送されてきたトナー像が転写
された用紙１６を加熱及び加圧し、トナーを融解固定す
る。すなわち、定着器３４では所謂定着処理が施され、
用紙１６上に所定の画像が形成される。

【００８９】（走査露光装置の詳細構成）次に、走査露
光装置３２について図４を用いて説明する。図４には、
走査露光装置３２の概略構成が示されている。なお、こ
の走査露光装置３２からは１本のレーザビームが出力す
る。

【００９０】走査露光装置３２には、光源としてＬＤ５
０と、ＬＤ５０から射出されたレーザビームを反射し
て、感光体２２にレーザビームを照射する回転多面鏡５
２とを備えている。

【００９１】ＬＤ５０は、後述するＬＤ駆動回路５４に
接続され、画像データに基づいてレーザビームが射出さ
れるようにコントロールされている。ＬＤ５０から射出
されたレーザビームの進行方向下流側には、コリメータ
レンズ５６が配置されている。コリメータレンズ５６は
ＬＤ５０から射出されたレーザビームを拡散光線から平
行光線に変換する。コリメータレンズ５６で平行光線に
変換されたレーザビームは、シリンダレンズ５８を介し
て回転多面鏡５２に入射される。

【００９２】回転多面鏡５２は、側面に複数の反射面５
２Ａが設けられた正多角形状（本実施の形態では正六角
形）に形成されており、入射されたレーザビームはこの
反射面５２Ａに収束するようになっている。

【００９３】また、回転多面鏡５２は、モータ（図示省
略）に軸着されており、回転軸６０を中心に矢印Ｄ方向
に回転するようになっている。すなわち、各反射面５２
Ａへのレーザビームの入射角が連続的に変化し、偏向さ
れる。これにより、感光体２２の軸線方向（図４におけ
る矢印Ｅの示す方向で、以下、「主走査方向」という）
に走査して、レーザビームが感光体２２に照射される。

【００９４】回転多面鏡５２により反射されたレーザビ
ームの進行方向には、第１レンズ６２Ａと第２レンズ６
２Ｂから構成されているｆθレンズ６２が配置されてい
る。このｆθレンズ６２により、感光体２２にレーザビ
ームを照射するときの走査速度が等速度になるととも
に、感光体２２の周面上に結像点を結ぶ。

【００９５】ｆθレンズ６２を透過したレーザビーム
は、反射ミラー６４により屈曲されて感光体２２に照射
される。レーザビームの進行方向で、且つ主走査方向上
流側（図４における感光体２２の最左端方向）には、ミ
ラー６６が配置されている。また、ミラー６６によるレ
ーザビームの反射方向にはフォトディテクタ６８が配置
されている。

【００９６】感光体２２をその軸線方向に走査するごと
に、ミラー６６によって感光体２２の最左端方向に進行
するレーザビームが反射されて、フォトディテクタ６８
に入射する。すなわち、フォトディテクタ６８では、走
査露光装置３２による感光体２２へのラインごとの照射
開始タイミング（所謂ＳＯＳ：Start of Scan）を検知
することができるようになっている。

【００９７】（ＬＤ駆動回路の構成）次に、ＬＤ駆動回
路５４について図５を用いて説明する。図５には、ＬＤ
駆動回路５４の回路図が示されている。

【００９８】図５に示されるように、ＬＤ駆動回路５４
には、ＬＤ５０に所定電流値のバイアス電流を流すため
のバイアス電流源７０と、ＬＤ５０に所定電流値のスイ
ッチング電流を流すためのスイッチング電流源７２とが
設けられている。

【００９９】バイアス電流源７０とスイッチング電流源
７２は、抵抗を介してアースされている。また、バイア
ス電流源７０とスイッチング電流源７２は、各々イネー
ブル（ＥＮＢ）端子７４と接続されており、ＥＮＢ端子
７４からＥＮＢ信号が入力されることによって機能する
ようになっている（なお、通常は、ＥＮＢ信号はＯ
Ｎ）。

【０１００】バイアス電流源７０はＬＤ５０と接続され
ている。また、ＬＤ５０は、オーバーシュートを発生さ
せるためのＲＬＣ回路７６（後述）を介して、電源端子
７８と接続されており、電源端子７８から所定電圧が印
加可能されるようになっている。

【０１０１】すなわち、バイアス電流源７０によって、
ＬＤ５０には、所定電流値のバイアス電流が流れるよう
になっている。なお、このバイアス電流は、ＬＤ５０が
コヒーレントな光を出力するために必要な閾値電流（図
１２参照）未満となるように設定されている。

【０１０２】また、電源端子７８には、ＬＤ５０と並列
に負荷抵抗（ＲＬ）８０が接続されている。ＬＤ５０と
負荷抵抗８０は、それぞれｎｐｎ型のトランジスタ８
２、８４のコレクタと接続されている。トランジスタ８
２、８４のエミッタは、共にスイッチング電流源７２と
接続され、ベースはスイッチ８６と接続されている。ス
イッチ８６は、トランジスタ８２、８４のベース電流を
制御することにより、コレクタからエミッタに流れる電
流のＯＮ／ＯＦＦ制御するようになっている。

【０１０３】詳しくは、スイッチ８６の駆動によって、
トランジスタ８２、８４の何れか一方のコレクタからエ
ミッタへ、スイッチング電流が流れるようになってい
る。すなわち、スイッチング電流をＬＤ５０側に流す
か、負荷抵抗８０側に流すかを選択的に切り替え可能と
なっており、ＬＤ５０側にスイッチング電流が流れる
と、ＬＤ５０には、前述のバイアス電流とスイッチング
電流を合計した電流値の電流が流れる。

【０１０４】なお、スイッチング電流の電流値は、バイ
アス電流との和によって、ＬＤ５０がコヒーレントな光
を出力するために必要な閾値電流を越えるように設定さ
れている。すなわち、スイッチング電流をＬＤ５０側に
流すか否かの切り替えによって、ＬＤ５０が点灯制御さ
れるようになっている。

【０１０５】スイッチ８６は、Ｖｉｄｅｏ端子８８と接
続されている。スイッチ８６の駆動、すなわちスイッチ
ング電流をＬＤ５０側に流すか否かの切り替えは、Ｖｉ
ｄｅｏ端子８８からのＶｉｄｅｏ信号に基づいて行われ
るようになっている。これにより、画像データに基づい
て変調されたレーザビームが生成される。なお、本実施
の形態では、ＰＷＭ方式による変調が行われる。

【０１０６】ＬＤ５０のパッケージ内には、ＬＤ５０の
出力光量をモニタするためのフォトダイオード（ＰＤ）
９０が設けられている。ＰＤ９０は、ＬＤ５０の出力光
量に対応した電流を出力する。この電流は、電流−電圧
変換器（図示省略）によりモニタ電圧に電圧変換され
て、コンパレータ９２のプラス端子側に入力されるよう
になっている。

【０１０７】コンパレータ９２のマイナス側は、基準電
圧端子９４と接続されており、基準電圧端子９４から所
定の基準電圧が入力されるようになっている。すなわ
ち、コンパレータ９２では、モニタ電圧と基準電圧とを
比較し、その結果を出力するようになっている。

【０１０８】コンパレータ９２の出力は、Ｓ／Ｈ（Samp
le/Hold）回路９６と接続され、Ｓ／Ｈ回路９６はスイ
ッチング電流源７２と接続されている。Ｓ／Ｈ回路９６
は、コンパレータ９２の出力に基づいて、スイッチング
電流源７２で設定されているスイッチング電流（電流
値）を変化させ、モニタ電圧が基準電圧と一致するよう
なスイッチング電流を生成するようになっている。

【０１０９】ＬＤ５０は、前にも述べたが、閾値電流を
越えるとコヒーレントな光を出力し、その出強度（出力
光量）はＬＤ５０を流れる電流（駆動電流）と比例する
特性を有する（図１２参照）。したがって、Ｓ／Ｈ回路
９６は、モニタ電圧が基準電圧と一致するようにスイッ
チング電流を変化させることにより、基準電圧で設定さ
れる所定光強度（光量）のレーザビームを出力するよう
に、ＬＤ５０の光出力制御を行うことができる。

【０１１０】また、Ｓ／Ｈ回路９６は、Ｓ／Ｈ（Sample
/Hold）端子９８と接続されており、Ｓ／Ｈ端子９８か
らＳａｍｐｌｅ信号又はＨｏｌｄ信号が入力されるよう
になっている。Ｓ／Ｈ回路９６は、Ｓａｍｐｌｅ信号が
入力されている期間にＬＤ５０の光出力制御を行い、そ
れ以外の期間、すなわちＨｏｌｄ信号が入力されている
期間は光出力制御の結果を保持するようになっている。

【０１１１】なお、Ｓａｍｐｌｅ信号は、Ｖｉｄｅｏ信
号による画像の書込み以外の期間、例えば、レーザビー
ムが感光体２２のイメージエリア以外を走査している期
間（ＳＯＳから把握可能）や、画像形成処理前の期間に
入力されるようになっている。Ｖｉｄｅｏ信号による画
像の書込み時は、Ｓａｍｐｌｅ信号が入力されている間
に行われたＬＤ５０の光出力制御結果、すなわちモニタ
電圧が基準電圧と一致するように定められたスイッチン
グ電流によってＬＤ５０が駆動させられる。

【０１１２】（ＲＬＣ回路の構成）次に、ＲＬＣ回路７
６について説明する。図５に示されているように、ＲＬ
Ｃ回路７６は、コイル１００がＬＤ５０と直列接続さ
れ、抵抗１０２、コンデンサ１０４がＬＤ５０と並列接
続されて構成されている。本実施の形態では、このＲＬ
Ｃ回路７６をオーバーシュート回路として用いる。

【０１１３】このようなＲＬＣ回路７６をオーバーシュ
ート回路として用いるためには、前述のように、その応
答特性の解が振動解（虚数解）となるように抵抗１０２
の抵抗値、コンデンサ１０４のキャパシタンス、コイル
１００のインピーダンスを設定する必要がある。また、
これらの設定値によって、ＲＬＣ回路７６により発生さ
せられるオーバーシュートの特性（形状）も決定される
ので、所望のオーバーシュート形状となるように設定す
る必要がある。以下、これら抵抗１０２の抵抗値、コン
デンサ１０４のキャパシタンス、コイル１００のインピ
ーダンスの設定について説明する。

【０１１４】なお、以下では、説明の簡便さのために、
図１に合わせて、抵抗１０２の抵抗値をＲ、コンデンサ
１０４のキャパシタンスをＣ、コイル１００のインピー
ダンスをＬとして説明する。また、以下では、画像形成
装置１０が、Ａ４レーザプリンタであり、感光体２２の
回転速度が２１ｐｐｍ、解像度が１２００ｄｐｉである
場合を例に説明する。このような性能の画像形成装置１
０の場合、走査露光装置３２におけるビデオ周波数は７
０ＭＨｚ（14nsec/pixel）となる。また、発振周波数が
７８０ｎｍのＬＤ５０を用い、走査域における深度範囲
をある程度確保して光学設計を行った場合は、レーザビ
ーム径は、主走査方向のビーム径Ｄｔが約６０μｍ、副
走査方向のビーム径が約７０μｍとなる。また、解像度
が１２００ｄｐｉの場合、そのピッチ（１ドットサイ
ズ）は約２１μｍとなり、約３倍もレーザビーム径が太
いことになる。

【０１１５】まず、オーバーシュート形状について説明
する。画像形成装置１０では、レーザビームを走査露光
して画像形成を行う時に、２１μｍ移動時間分だけＬＤ
５０を点灯することにより１画素を形成する。すなわ
ち、図６に示されるように、ＬＤ５０は、理論１画素に
対して走査方向にビーム中心が２１μｍ移動して消灯さ
れる。

【０１１６】したがって、感光体２２上では、レーザビ
ームの照射開始から終了までの間に、常にビームが照射
される最重なり部が存在し、この最重なり部では光電効
果が最も大きくプラス電荷が最も多く発生するので、潜
像電位が最も上昇する。現像器３８では、前述のように
現像バイアスにより、この潜像電位の任意のレベルをス
レッシュホールド値として現像する。従来は、主走査方
向に１ドット（画素）幅のライン（以下、「１ドットラ
イン」という）を走査した場合と、副走査方向に１ドッ
トラインを走査した場合とでは、感光体ドラム２２表面
に形成されたレーザビームの最重なり部の潜像電位の幅
は、図７の斜線部分に示されるように、明らかに差異を
生じてしまう。

【０１１７】これに対して、ＬＤ５０の照射開始時にオ
ーバーシュートを発生させた場合の、オーバーシュート
量（所定駆動電流に対するオーバーシュートピーク時の
電流の割合）と、主・副走査方向の１ドットラインの中
央部の潜像電位との関係を図８に示す。

【０１１８】図８に示されるように、主走査方向のライ
ンの潜像電位は、所定駆動電流時のレーザビームで走査
されるため、オーバーシュート時の電流に関係なく、ほ
ぼ−１７５Ｖで一定であった。一方、副走査方向のライ
ンの潜像電位は、オーバーシュート量の増加に伴って潜
像電位が上昇し、オーバーシュート量が約１．４倍のと
きに、主走査方向のラインとほぼ同等の潜像電位が得ら
れた。

【０１１９】前述のように、現像トナー量は、潜像電位
によって定まるため、オーバーシュートの効果が得ら
れ、且つ現在の回路技術で実現できる現実的な範囲とし
て、オーバーシュート量は、所定駆動電流の約１．１倍
以上で１．７倍以下の範囲とするのが望ましい。また、
図８からも分かるように、オーバーシュート量が１．４
倍程度のときに、略同等幅で主・副走査方向の１ドット
ラインを形成することができるので、１．４倍程度がよ
り好ましい。

【０１２０】また、図９に示されるように、オーバーシ
ュート幅（所定駆動電流に収束するまでの時間）も、副
走査方向の１ドットラインの幅に影響を及ぼしている。
例えば、１ドットを形成するための照射時間の全てに渡
って、オーバーシュートを発生させてしまうと、図９
（Ａ）の斜線部のように、主走査方向に長い楕円ドット
となるばかりでなく、光強度が強くなるために潜像電位
も上昇してしまい、得られる画像は大きなドットの好ま
しくない画像となってしまう。

【０１２１】これに対して、オーバーシュート幅を、１
ドットを形成するための照射時間の６０％とした場合
は、図９（Ｂ）の斜線部のように、ドットが小さくな
り、約３５％とした場合には、図９（Ｃ）の斜線部に示
されるように、理想サイズの２１μｍと略同等のドット
とすることができた。すなわち、オーバーシュート幅は
１ドットを形成するための照射時間の６０％以下がよ
く、３５％程度がより好ましい。

【０１２２】以下、オーバーシュート量が約１．４倍、
オーバーシュート幅が約３５％のオーバーシュート形状
とするためのＲ、Ｌ、Ｃの設定について説明する。この
オーバーシュート幅とオーバーシュート量の条件を前述
の式（６）に当てはめると、制動係数ｋ、及び共振周波
数Ｔは、ｋ＝０．２、Ｔ＝５ｎｓｅｃとなる。この場合の図５のＲＬＣ回路７６におけるＲ、
Ｌ、Ｃを式（６）から具体的に求めると、式（６）には
変数が３つ（Ｒ、Ｌ、Ｃ）あるため、一意に定まらない
が、代表的な解を表１に示す。

【０１２３】

【表１】

【０１２４】また、制動係数ｋ、及び共振周波数Ｔをｋ＝０．１、Ｔ＝５ｎｓｅｃとした場合に得られる代表的な解を表２に示す。

【０１２５】

【表２】

【０１２６】表１、表２にも示されるように、理論的に
は、所望のオーバーシュート形状を得るためのＲ、Ｌ、
Ｃの組合せは幾つも考えられるが、実際には、前述のよ
うに、ＬＤ駆動回路のインピーダンス特性、プリント基
板のインピーダンス特性、ＬＤ５０自身が持っているイ
ンピーダンス特性がオーバーシュート形状に影響する。
したがって、このような所望のオーバーシュート特性を
実現するための解の中から、ＬＤ駆動回路のインピーダ
ンス特性、プリント基板のインピーダンス特性、ＬＤ５
０自身が持っているインピーダンス特性を考慮して、よ
り適切な解を選択することによって、ＲＬＣ回路７６の
Ｒ、Ｌ、Ｃを設定する必要がある。

【０１２７】詳しくは、抵抗１０２はＬＤ５０と並列と
なるので、抵抗値Ｒをあまり小さい値にしない方がよ
い。またインダクタンスＬについては、プリント基板の
成分は一度アートワークを決めてしまえばほぼ一定であ
るが、ＬＤ５０が有するインダクタンス成分（Ｌｗ）は
製造時の精度によってバラツキが生じ、このインダクタ
ンス成分のバラツキによって、オーバーシュート特性が
影響を受ける可能性がある（図２参照）。したがって、
コイル１００のインダクタンスＬは、ＬＤ５０のインダ
クタンス成分の影響を抑えるために、大きい値の方がよ
い。同様に、コンデンサ１０４のキャパシタンスＣにつ
いても、ＬＤ５０のキャパシタンス成分（Ｃｄ、Ｃｐ）
の影響を抑えるために、大きい値の方がよい。なお、一
般にＬＤのインダクタンス成分はｎＨオーダであり、キ
ャパシタンス成分は数ｐＦ程度である。

【０１２８】以上のことを考慮すると、表１の代表解の
中では解番号６の解がより適した解であると判断するこ
とができる。したがって、本実施の形態のＲＬＣ回路７
６では、Ｒ＝１５００Ω、Ｃ＝１．３２ｐＦ、Ｌ＝０．
４７７７μＨと設定している。

【０１２９】（作用）次に、本発明の実施の形態の作用
を説明する。まず、画像形成装置１０による画像形成処
理の流れを説明する。

【０１３０】画像形成装置１０は、画像の形成が指示さ
れると感光体２２が帯電器３６によって一様に帯電さ
れ、走査露光装置３２によって、画像データに基づいて
ＰＷＭ方式で変調されたレーザビームが走査露光され
る。これにより、感光体２２上に潜像が形成される。感
光体２２上に形成された潜像は、現像器３８によりトナ
ーが供給されて現像される。現像されたトナー像は転写
用帯電体２４によって用紙１６に転写される。トナー像
が転写された用紙１６は定着器３４によって定着処理が
施され画像が形成され、排出トレイ２８に排出される。

【０１３１】次に、走査露光装置３２に光源として設け
られたＬＤ５０の駆動制御について説明する。このＬＤ
５０の駆動制御はＬＤ駆動回路５４によって行われる。

【０１３２】ＬＤ駆動回路５４には、Ｖｉｄｅｏ信号に
よる画像書込みが行われていない期間に、Ｓｕｍｐｌｅ
信号が入力され、Ｓ／Ｈ回路９６によってモニタ電圧と
基準電圧が一致するように、スイッチング電流源のスイ
ッチング電流（電流値）が設定される。スイッチング電
流の設定が終了すると、Ｈｏｌｄ信号の入力に切り替わ
り、Ｖｉｄｅｏ信号による画像書込み中はこの設定値が
保持される。これにより、ＬＤ５０の光出力が所定強度
となるようにセットされる。

【０１３３】画像書込みが開始されると、Ｖｉｄｅｏ信
号に基づいて、スイッチング電流をＬＤ５０側に流す
か、負荷抵抗８０側に流すかが、スイッチ８６によって
選択的に切り替えられる。スイッチング電流がＬＤ５０
側に流れると、ＬＤ５０に流れる電流、すなわちＬＤ５
０に供給される駆動電流が、バイアス電流とスイッチン
グ電流を合計した電流値となり閾値電流を越え、ＬＤ５
０が点灯する（レーザビームが出力される）。

【０１３４】ここで、ＬＤ５０を１画素毎にＯＮ／ＯＦ
Ｆした場合の点灯波形を図１０に示す。なお、図１０
（Ａ）はＲＬＣ回路７６、すなわちオーバーシュート回
路を用いていない場合、（Ｂ）はＲＬＣ回路７６、すな
わちオーバーシュート回路を用いた場合の点灯波形であ
る。

【０１３５】図１０から、ＲＬＣ回路７６の用いること
により、オーバーシュートが発生していることが分か
る。また、そのオーバーシュート量は約１．５倍、オー
バーシュート幅は約５ｎｓであり、所望のオーバーシュ
ート形状となっている。

【０１３６】したがって、ＬＤ５０の点灯開始直後の過
渡期には、ＲＬＣ回路７６の効果により、所定形状（形
態では所定オーバーシュート幅、所定オーバーシュート
量）のオーバーシュートを有する過渡電圧がＬＤ５０に
かかり、ＬＤ５０にはバイアス電流とスイッチング電流
を合計した電流値よりも大きい電流が流れる。すなわ
ち、オーバーシュートに対応してＬＤ５０の駆動電流が
一時的に増え、ＬＤ５０から出力されるレーザビームの
光強度が、所定光強度（本発明の定常の光強度に対応
し、以下、「定常駆動光強度」という）よりも高くな
る。

【０１３７】これにより、感光体２２は定常駆動光強度
よりも強いレーザビームによって露光され（以下、「オ
ーバーシュート露光」という）、感光体２２のＬＤ５０
の点灯開始位置近傍に生じていた露光量の不足分を補填
することができ、感光体２２に深い潜像が形成される。
これにより、感光体２２のＬＤ５０の点灯開始位置近傍
にも、トナーが十分付着するので、レーザビーム径より
もドットサイズが小さい場合に生じる縦横比の悪化（縦
ラインが細くなってしまうこと）や画像のとびを解消
（改善）することができる。

【０１３８】また、図１１には、点灯パルス幅と実際に
現像されるトナー像の関係が示されている。なお、図１
１（Ａ）はＲＬＣ回路７６、すなわちオーバーシュート
回路を用いていない場合、（Ｂ）はＲＬＣ回路７６、す
なわちオーバーシュート回路を用いた場合である。

【０１３９】図１１の（Ａ）と（Ｂ）を比較すると、実
際に点灯パルス幅を短くしていった場合、オーバーシュ
ート回路を用いた方が、短いパルス幅となっても１ドッ
トの再現性があることが明らかである。また、レーザビ
ーム径よりもドットサイズが小さい場合の縦横比の悪化
及び１ドットの再現性が改善されるので、ハーフトーン
の再現性も実現される。

【０１４０】ここで、同様な条件で、解像度が１．５倍
の１８００ｄｐｉになった場合について説明する。この
場合、ビデオ周波数は１５８ＭＨｚ（6nsec/pixel）と
なる。そこで、制動係数ｋ、共振周波数Ｔをそれぞれ、
ｋ＝０．２、Ｔ＝２ｎｓｅｃと設定すると、表３に示さ
れるような代表的な解が得られる。

【０１４１】

【表３】

【０１４２】解像度が１８００ｄｐｉの場合は、表３に
示されるような値にＲＬＣ回路７６のＲ、Ｌ、Ｃをそれ
ぞれ設定すればよい。すなわち、解像度が高くなって
も、その解像度に合わせてＲ、Ｌ、Ｃを設定することに
より、上記１２００ｄｐｉの場合と同様の効果（図１
０、１１参照）を得ることができる。

【０１４３】まとめると、感光体の露光量によって形成
される潜像の状態が異なることを利用して、定常よりも
光強度を強くして露光することにより、従来では浅く狭
い潜像しか形成することができなかったものを、深く広
い潜像にすることが可能である。そこで、ＬＤ点灯開始
時、すなわち立ちあがりの光強度を定常点灯時よりも強
くすることにより、レーザビーム径よりも解像度が小さ
い場合の縦横比、１ドットの再現性、ハーフトーンの再
現性を改善することができる。

【０１４４】２階以上の線形微分方程式で表され、共振
解を有するオーバーシュート回路の回路特性、すなわち
過渡期にオーバーシュートが発生することを利用するこ
とにより、ＬＤ点灯開始時、すなわち立ちあがりの光強
度を定常点灯時よりも強くすることができる。なお、こ
の他にも、例えば、ＬＤを複数設け、ＬＤ点灯開始から
所定時間だけ点灯させるＬＤの数を多くしたり、ＬＤに
電流を流す電流源を複数設け、ＬＤ点灯開始から所定時
間だけＯＮする電流源の数を多くする等によって、ＬＤ
点灯開始時、すなわち立ちあがりの光強度を定常点灯時
よりも強くすることができる。

【０１４５】特に、オーバーシュート回路は、抵抗、コ
イル、コンデンサからなるＲＬＣ回路で実現でき、構成
が簡単であり、また特別な制御手段も必要としないの
で、安価で実現することができる。また、ＬＤ自体やＬ
ＥＤ基板も、抵抗成分、インダクタンス成分、キャパシ
タンス成分を有しており、これらによるＬＤの初期特性
やＬＤ基板の実装特性を利用することにより、ＲＬＣ回
路から抵抗、コイル、コンデンサを何れかを省略するこ
とも可能である。

【０１４６】また、オーバーシュートの形状（オーバー
シュート量、オーバーシュート幅）は、制動係数ｋ、共
振周期Ｔによって、すなわちＲ、Ｌ、Ｃの設定値によっ
て定められる。したがって、解像度（書込み密度）、レ
ーザービーム径、書込み速度等に応じてＲ、Ｌ、Ｃを設
定することにより、常に最適なオーバーシュートの形状
を得ることができる。例えば、解像度が高くなったら、
制動係数ｋが小さくなるように、高速になったら共振周
期Ｔが小さくなるように、またレーザービーム径自体の
縦横比によって、オーバーシュートの形状を選択するこ
とで、高品位な画像を得ることができる。

【０１４７】なお、上記では、電子写真方式の画像形成
装置における一般的なレーザービームスポットの場合、
すなわち主走査方向のビーム径Ｄｔが約６０μｍ、副走
査方向のビーム径Ｄｓが約７０μｍの場合について（図
１８（Ｃ）参照）、制動係数ｋ、共振周波数Ｔを具体的
に設定して説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。

【０１４８】主走査方向の１ドットラインの幅は、図７
にも示したように副走査方向のビーム径Ｄｓによって決
定されてしまう。したがって、主走査方向のビーム径Ｄ
ｔを太くし、副走査方向のビーム径Ｄｓを細くし、主走
査方向に長いレーザビームスポットとすれば、パルス点
灯幅を短くしていった場合、すなわちより高解像度な画
像形成を行う場合に生じるドット形状の悪化（図１１に
示したように、ドット形状が主走査方向に短く、副走査
方向に長くなってしまうこと）を改善することができ
る。

【０１４９】具体的には、上記で説明した画像形成装置
の場合、Ｄｔ／Ｄｓ（以下、「扁平比」という）が略
１．２５となるようなレーザビームスポットとした場合
に、図９（Ｄ）に示すように、１２００ｄｐｉの理想的
な１ドットサイズや１ドットラインを形成することがで
きた。この扁平比に応じて、オーバーシュート幅を調整
することにより、円に近い形状のドットを形成可能とな
る。また、より細密な例えば１８００ｄｐｉ以上の解像
度で１ドットの再現を得るためには、扁平比が大きい方
が有利であることは言うまでもない。すなわち、１．２
５以上の扁平比が必要である。なお、主・副走査方向の
レーザビーム径に応じて、所望の制動係数ｋ、共振周波
数Ｔを設定し、設定した制動係数ｋ、共振周波数Ｔに対
応するＲ、Ｌ、Ｃを求めればよい。

【０１５０】また、温度や湿度等の画像形成装置の動作
環境によって、感光体に形成される潜像の状態が異なる
ことが知られている。これを是正するために、動作環境
を検知する検知手段（サーミスタ等）を設け、検知手段
による検知結果に基づいて、定常駆動光量を変化させる
ようにするとよい。これは、例えば、基準電圧を環境温
度に応じて変更することで実現できる。なお、この場
合、オーバーシュート時の光量は、その絶対値は定常駆
動光量の変化に応じて変化するが、定常駆動光量に対す
る割合は一定である。

【０１５１】また、複数の解像度が選択できる解像度切
替機能を有する画像形成装置では、各解像度において画
質を最適に保つために、ＲＬＣ回路を構成する複数の素
子のうち、最適化された各素子が解像度の切替に伴って
選択されるようにしてもよい。また、当然ながら、本発
明はカラー画像を形成する画像形成装置にも適用可能で
ある。

【０１５２】

【発明の効果】上記に示したように、本発明は、レーザ
ービーム径よりドットサイズが小さい解像度において、
高品位の画像を形成することができ、且つ低コストで実
現できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオーバーシュート回路としてのＲＬ
Ｃ回路を説明するための図であり、（Ａ）はＲＬＣ回路
の回路図、（Ｂ）は（Ａ）の等価回路図、（Ｃ）は
（Ａ）のステップ応答シミュレーション結果を示す図で
ある。

【図２】半導体レーザの特性を説明するための図であ
り、（Ａ）は実際の半導体レーザを示す回路図、（Ｂ）
は（Ａ）の等価回路図である。

【図３】本発明の実施の形態における画像形成装置の
概略構成図である。

【図４】本発明の実施の形態における走査露光装置の
概略構成図である。

【図５】本発明の実施の形態におけるＬＤ駆動回路の
回路図である。

【図６】画像形成装置による１ドットの形成原理を示
す概念図である。

【図７】オーバーシュート回路を用いない場合に形成
される主・副走査方向の１ドットラインを示す概念図で
ある。

【図８】オーバーシュート量と主・副走査方向の１ド
ットラインの中央部の潜像電位との関係を示すグラフで
ある。

【図９】（Ａ）はオーバーシュート幅が１００％の場
合、（Ｂ）はオーバーシュート幅が６０％の場合、
（Ｃ）はオーバーシュート幅が３５％の場合、（Ｄ）は
オーバーシュート幅が３５％で且つ主・副走査方向のビ
ームスポット径の比（扁平比）が１．２５の場合に形成
されるドット形状を示す概念図である。

【図１０】（Ａ）は従来のＬＤ駆動回路（オーバーシ
ュート回路無し）によってＬＤを駆動した場合のＬＤの
出力波形、（Ｂ）は図５のＬＤ駆動回路（オーバーシュ
ート回路有り）によってＬＤを駆動した場合のＬＤの出
力波形を示す図である。

【図１１】（Ａ）は従来のＬＤ駆動回路（オーバーシ
ュート回路無し）によってＬＤを駆動した場合に得られ
るトナー像、（Ｂ）は図５のＬＤ駆動回路（オーバーシ
ュート回路有り）によってＬＤを駆動した場合に得られ
るトナー像を示す図である。

【図１２】一般的なＬＤの出力特性を示す図である。

【図１３】画像形成装置に用いられる一般的なＬＤ駆
動回路を示す回路図である。

【図１４】レーザービームの変調時の光出力波形を示
す図である。

【図１５】パルス幅と平均光量を説明するための図で
ある。

【図１６】スナバ回路（従来技術）を説明するための
図であり、（Ａ）はスナバ回路の回路図、（Ｂ）は
（Ａ）の等価回路図である。

【図１７】レーザービーム径と解像度との関係を説明
するための図である。

【図１８】縦横比を説明するための図であり、（Ａ）
は同じドット数で縦ラインと横ラインを形成した画像の
理想状態、（Ｂ）はレーザビーム径よりもドットサイズ
が小さい場合に形成される画像を示し、（Ｃ）はレーザ
ービームのスポット形状を示す図である。

【図１９】縦横比及び１ドットの再現性が悪化するこ
とを説明するための図である。

【図２０】ハーフトーンの再現性が低下することを説
明するための図であり、（Ａ）は面積階調を説明するた
めの図、（Ｂ）、（Ｃ）はレーザービーム径よりもドッ
トサイズが小さい場合の１スクリーン内のド塗り潰し状
態を示す図である。

【符号の説明】

１０画像形成装置１６用紙（転写体）２４転写用帯電体（転写手段）３２走査露光装置（露光手段）３４定着器３６帯電器３８現像器（現像手段）５０ＬＤ（半導体レーザ）５２回転多面鏡５４ＬＤ駆動回路（半導体レーザ駆動回路）６２ｆθレンズ（結像手段）７０バイアス電流源７２スイッチング電流源７６、２０６ＲＬＣ回路（光出力制御回路、オーバ
ーシュート回路、光出力制御手段）８０負荷抵抗８２、８４トランジスタ８６スイッチ１００、２０２コイル１０２、２００抵抗１０４、２０４コンデンサＲ抵抗値ＬインダクタンスＣキャパシタンスＤｔ主走査方向のレーザビーム径Ｄｓ副走査方向のレーザビーム径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C362 AA03 AA21 AA33 AA38 CB05 2H045 CA73 CB61 DA24 5C072 AA03 BA16 HA02 HA13 HB02 HB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像情報に基づいて半導体レーザを点灯
し、前記半導体レーザから出力されたレーザビームによ
って感光体を走査露光する走査露光装置であって、前記レーザビームの１点灯毎に、その立ち上がりの光強
度を、定常の光強度よりも強くする、ことを特徴とする走査露光装置。
【請求項２】前記半導体レーザの光出力に、積極的に
オーバーシュートを発生させることにより、立ち上がり
の光強度を強くする、ことを特徴とする請求項１に記載の走査露光装置。
【請求項３】レーザビームによって感光体上を走査露
光する際に、光源として用いられる半導体レーザの駆動
を制御する半導体レーザ駆動回路であって、半導体レーザの点灯開始時に、定常の光出力よりも大き
い出力とし、且つ当該出力を制御する光出力制御回路を
有する、ことを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項４】前記光出力制御回路が、前記半導体レー
ザの光出力にオーバーシュートを発生させるオーバーシ
ュート回路である、ことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ駆動回
路。
【請求項５】前記オーバーシュート回路が、少なくと
もＲ、Ｌ、Ｃのうちの１つを含んで構成され、２階以上
の線形微分方程式で表される、ことを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ駆動回
路。
【請求項６】前記オーバーシュート回路により発生さ
れるオーバーシュートの形状が、書込み密度、書込み速
度、前記半導体レーザの主走査方向及び副走査方向のビ
ーム径のうちの少なくとも１つに基づいて、Ｒ、Ｌ、Ｃ
の値を設定することにより最適化される、ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体
レーザ駆動回路。
【請求項７】前記請求項３乃至請求項６の何れか１項
に記載の半導体レーザ駆動回路によって、画像情報に基
づいて半導体レーザを点灯し、前記半導体レーザから出
力され、１点灯毎の立ち上がりの光強度が定常の光強度
よりも強いレーザビームによって、感光体を走査露光す
る走査露光装置を有する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】レーザビームによって感光体上に静電潜
像を形成する露光手段と、トナーによって前記静電潜像
を静電的に現像し、感光体上にトナー像を形成する現像
手段と、前記トナー像を転写体に転写し、転写体上に画
像を形成する転写手段とを備えた画像形成装置におい
て、前記露光手段が、前記静電潜像形成時の前記レーザビー
ムの１点灯毎に、前記レーザビームの立ち上がりの光強
度を、定常の光強度よりも強くする光出力制御手段を有
する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】前記レーザビームの立ち上がりの光強度
が、１画素を形成する照射時間の６０％以下、好ましく
は略３５％で収束し、その最大値が定常の光強度の１．
１倍以上で且つ１．７倍以下、好ましくは略１．４倍で
ある、ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の画像形
成装置。
【請求項１０】前記レーザビームが、結像手段によっ
て前記感光体上にビームスポットとして結像され、前記
感光体上に対して相対的に走査されることにより静電潜
像を形成し、前記ビームスポットの走査方向の径寸法が、前記走査方
向に直行する副走査方向の径寸法よりも長い、ことを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に
記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記ビームスポットの前記走査方向の
径寸法が、前記副走査方向の径寸法の１．２５倍以上で
ある、ことを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】温度及び湿度の少なくとも一方を含む
環境情報を取得する環境情報取得手段と、前記環境情報取得手段によって取得された前記環境情報
に基づいて、前記定常の光強度を変更する定常光強度制
御手段と、を更に有することを特徴とする請求項７乃至請求項１１
の何れか１項に記載の画像形成装置。