JP2001180040A

JP2001180040A - 画像記録装置

Info

Publication number: JP2001180040A
Application number: JP36779399A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Ishida; 知仁石田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成パターンの角度と同一の角度の光ス
ポットを像担持体に形成することを可能とする画像記録
装置を提供する。【解決手段】光導電性の像担持体と、像担持体を均一
帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光し
て静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像にトナーを
付着させてトナー像を形成する現像手段と、得られたト
ナー像を記録媒体に転写する転写手段とを備えた電子写
真画像記録装置において、画像を形成するパターンの主
たる成分を含む角度と像露光する光学スポット１５の照
射面に投影したときの長軸１６の形状を適宜調整する調
整手段５１を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機、プ
リンタ、ファクシミリ、製版システムなどに用いる電子
写真方式の画像記録装置及びその光学スポットの角度の
調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像記録装置において、高速かつ低騒音
のプリンタとして、電子写真方式を採用したレーザビー
ムプリンタが知られている。このレーザビームプリンタ
は、像担持体である感光ドラムにレーザビームを当てる
かあてないかの２値記録により、文字、図形などの画像
を紙などの記録媒体に形成するようにしたもので、文
字、図形などの記録であれば、中間調濃度を記録する必
要がなく、簡易な構造とすることができる。なお、この
様な２値記録方式のプリンタであっても、ディザ法、濃
度パターン法などの面積階調による中間調再現法を採用
することにより中間調をさらに表現できる。

【０００３】このとき使用される光学系としては、光源
から射出されたレーザビームを回転反射体（偏向板）に
より偏向走査し、集光レンズを介して像担持体である感
光ドラム上に結像させ画像を形成する走査光学系や、Ｌ
ＥＤなどの発光素子を像担持体である感光ドラムに平行
に配置してセルフォックレンズを介し像担持体である感
光ドラム上に集光して露光することで画像を形成する固
定光学系が使用できる。

【０００４】ところで露光面を露光する光は、光量分布
を持つ。また、露光面における光学スポットの大きさは
所望の画素面積よりも大きい。そしてそのため十分な解
像度を得ることが難しく、その対策として、高精細な画
像出力を実現するためにビームスポットを小径にする技
術や、感光体を高解像化する技術が提案されている。例
えばレーザを光源として用いた走査光学系を使用する場
合、レーザ光の波長を短波長化したり、ｆ−θレンズの
ＮＡを大きくしたりして十分な解像度を得るが、このよ
うな方法を用いると高価なレーザを使用することにな
る。またレンズやスキャナの大型化および焦点深度の低
下に伴って走査光学系の機械精度を向上する要求もあ
り、装置本体の大型化とコストの上昇とが避けられない
という制約が生じる。

【０００５】以上の様な制約の中で中間調を表現できる
高精細画像の出力を実現するために、図８に示す如く、
レーザ光学系においてはレーザ光を主走査方向へ走査さ
せる場合、スポット径の主走査方向を小さく、副走査方
向を大きく楕円形に近い形状３３にし、これをパルス幅
変調３４により画像信号によってレーザビームの照射時
間を段階的に変化させるいわゆるＰＷＭ方式により中間
調の画素形成を行う技術が提案、実施されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、印刷で使用さ
れている網点スクリーンの様な画像の主たる成分がある
角度をもって成長しているような画像を処理する画像処
理手法においては、上記画像形成方法では十分な最適化
がなされておらず、その結果、中間調の画素形成が十分
に達成されていない。

【０００７】本発明は、画像形成パターンの角度と略同
一の角度の光スポットを像担持体に形成することを可能
とする画像記録装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による画像記録装
置は、光導電性の像担持体と、前記像担持体を帯電する
帯電手段と、帯電された像担持体表面を像露光して静電
潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にトナーを付
着させてトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像
を記録媒体に転写する転写手段とを備えた電子写真画像
記録装置において、基準となるスクリーンの方向と略同
方向となるように像露光する光学スポットの照射面に投
影したときの前記光学スポットの長軸の方向を調整する
調整手段を備えることを特徴とする。

【０００９】また、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、前記画像パターンの主たる成
分を含む角度と、前記像担持体表面を像露光する光学ス
ポットの照射面に投影したときの形状の長軸の角度を、
略平行にすることを特徴とする。

【００１０】更に、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、前記画像パターンの主たる成
分を含む角度と、前記像担持体表面を像露光する光学ス
ポットの１／ｅ²における形状の長軸の角度を略平行に
することを特徴とする。

【００１１】更に、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、画像の中間調領域を表現する
手法としてディザ法を利用することを特徴とする。

【００１２】更に、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、画像の中間調領域を表現する
手法として濃度パターン法を利用することを特徴とす
る。

【００１３】更に、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、中間調を表現する際のハーフ
トーン画像がスクリーン角度を有することを特徴とす
る。

【００１４】更に、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、前記調整手段が、形状が調整
された絞りであることを特徴とする。

【００１５】更に、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、前記露光手段として、走査光
学系を使用することを特徴とする。

【００１６】更に、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、複数の前記像担持体を有し、
ＣＭＹＫの４色を用い、フルカラー画像出力をすること
を特徴とする。

【００１７】更に、本発明による画像記録装置は、上記
の画像記録装置において、前記露光手段のＣＭＹＫ各色
の網点スクリーン角度が異なることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の概念を図１、２を用いて
説明する。

【００１９】本発明では、中間調画像を形成する際の基
準となるスクリーン角度２８、つまり、図１において、
黒い領域帯或いは白い領域帯であるスクリーンの方向と
主走査方向とがなす角度と露光に使用する楕円状の光学
スポット１５を感光体等の像面に投影したときの楕円の
長軸方向と主走査方向とがなす角度とを最適化すること
により、形成する画像パターンに最適な光学情報を与え
るものである。すなわち、スクリーンの主たる成分の角
度と、像露光に用いる光学スポットの像面に投影された
光学スポット１５の長軸１６の角度１９とが略平行にな
る様調節するものである。なお、図１に示すように光学
スポット１５は、光量分布を有している。

【００２０】例えば４５゜のスクリーン角を有するハー
フトーン画像２３を像面に形成するとき、楕円形のレー
ザスポット１５の長軸１６がスクリーンの角度２８と平
行となるような角度に配置して像形成をおこなう。像面
に投影したときの長軸の方向が副走査方向に略平行に配
置された光学スポット２１により像露光とおこなったも
のと比較すると、積算された露光分布２４，２５におい
て、基準となるスクリーンのスクリーン角と同角度で光
照射をおこなった積算露光分布２５の方に、露光部と非
露光部のコントラストで優位性がみてとれる。分かり易
さのため、ある露光量で２値にスライスした画像２６，
２７で比べると、画像のコントラストのほうが良好であ
り、その優位性がはっきりみてとれる。

【００２１】図３は本実施形態の画像記録装置を表わす
概略図である。装置は像担持体である感光ドラム１、そ
の周りに配置された帯電器２、画像露光器７、現像器９
及び転写帯電器４、定着器５並びにクリーニング部材６
を備える電子写真記録装置である。

【００２２】像担持体である感光ドラム１は導電性の支
持基体を最下層として、電荷発生層、電荷輸送層のよう
に２層構造よりなる、機能分離タイプのものや、単層型
のものが使用できる。また、アモルファスシリコンドラ
ムであっても、或いは、有機感光体（ＯＰＣ）であって
もよい。

【００２３】帯電手段２としては、ワイヤーと電界制御
グリッドよりなるコロナ帯電器を用いたコロナ帯電方
式、像担持体である感光ドラム１に接触させた帯電ロー
ラに直流あるいは直流と交流の重畳バイアスを印加して
帯電するローラ帯電方式などが挙げられる。

【００２４】露光手段としての光学系７には、半導体レ
ーザを使用したスキャナータイプのものや、ＬＥＤに集
光装置であるセルフォックレンズを介して像露光をおこ
なうもの、また、ＥＬ素子やプラズマ発光素子など、そ
の他の光学系も使用することができる。本実施形態で
は、絞り形状５１を高精度な中間階調を実現するために
最適化することで所望の露光プロファイルを像面上で得
る。図４を参照すると、像面上で結像される所望のスポ
ット形状１５と、絞り形状５１とは、図４の様に主走査
軸に対しておおよそ線対称の関係で得られる。これは、
ｆθレンズ１３において結像されるスポット（点像）の
直径をｗ、ｆθレンズ１３のＦナンバをＦとすると、ｗ＝１．６４λＦ＝１．６４λ（ｆ／Ｗo ）の関係が成立することによる。ここでＷo はｆθレンズ
へ入射するレーザビームの直径である。また、λはレー
ザビームの波長であり、ｆは焦点距離である。すなわ
ち、図５の４１と４３の関係に示すように入力されたビ
ームの径が大きいほど出力されたビーム径は小さく、４
２と４４の関係に示すように入力されたビーム径が小さ
いほど出力されるビーム径は大きくなることによる。な
お、図４に示すように絞り５１は、その開口部が楕円で
あり像面のスポット形状１５は、その楕円の開口部と主
走査方向に対して線対称である。

【００２５】なお、図４においては、不図示だが必要な
らレーザビームの偏向手段であるポリゴンミラー１２を
半導体レーザ１１とｆθレンズ１３との間に設けてもよ
い。或いは、反射ミラー７１をｆθレンズ１３とスポッ
ト形状１５が現れる像面との間に設けてもよい。

【００２６】これらの光学系を用い、ＰＷＭ方式による
階調制御や、ディザ法などの面積階調法、レーザ光強度
変調、あるいはこれらを組み合わせた制御法を使用する
ことができる。

【００２７】現像方式としては、磁性トナーを磁力によ
り搬送し、現像ニップで非接触で像担持体である感光ド
ラム１上に飛翔現像させる磁性１成分の非接触現像方
式、あるいは現像ニップで像担持体である感光ドラム１
に接触させて現像処理をおこなう磁性接触現像方式、非
磁性トナーをブレードにより規制し帯電させ、現像スリ
ーブに担持して搬送し現像ニップにおいて非接触でトナ
ーを飛翔現像させる非磁性１成分の非接触現像方式、あ
るいは現像ニップで像担持体である感光ドラム１に接触
させ現像処理をおこなう非磁性１成分の接触現像方式、
同じく非磁性トナーを磁性粉体であるキャリアに混合さ
せ同じく現像スリーブで現像ニップまで搬送し現像処理
をおこなう２成分現像方式など様々な現像法を使用する
ことができる。転写方式には電気的な力、あるいは機械
的な力を利用した転写方式を使用することができる。電
気的な力を利用して転写をおこなう方法として、コロナ
ワイヤーによりトナーの帯電磁性と逆極性の直流バイア
スを印加して転写をおこなうコロナ転写方式。１０⁵〜
１０¹²の電気抵抗値を示す部材を表層に有するローラを
当接させ、トナーと逆極性のバイアスを印加するローラ
転写方式などが挙げられる。

【００２８】［実施形態１］本実施形態では１２００ｄ
ｐｉ（≒４７ｄｏｔ／ｍｍ）の２値出力によりスクリー
ン角４５゜、１５０線の網点スクリーンの画像出力をお
こなった。構成の概略を図６に示す。

【００２９】光学系には、６８０ｎｍ、５ｍＷの半導体
レーザ１１を使用した図１に示すスキャナータイプのも
のを用い、露光装置には主走査軸１４１に対して画像の
スクリーン角２８（図２）が線対称となるような方向に
４５゜の角度を有した楕円形状の絞り５１を挿入し、感
光ドラム１上での光学スポット１５の長軸１６の角度１
９が網点スクリーンのスクリーン角４５゜と略一致、ピ
ークより１／ｅ²におけるスポット形状の短軸×長軸の
径が略５０×８０μｍとなる様構成した。なお、網点ス
クリーンは、不図示の半導体メモリ等からすばやく且つ
正確に読み出すことができる。また、光学スポットの長
軸１５の角度１９が、網点スクリーンのスクリーン角と
一致するかどうかも、不図示の半導体メモリが迅速且つ
正確に判断できる。

【００３０】なお、半導体レーザ１１、絞り５１、ポリ
ゴンミラー１２、ｆθレンズ１３が図３に示す画像露光
器７を構成する。図１においては、図３に示す反射ミラ
ー７１は省略している。

【００３１】計算により求めた５０％グレーのハーフト
ーン画像の理論上の光量分布は図２の光学スポット１５
に示すとおりである。スクリーン角と同様の傾きを与え
た光量分布で像露光したものの方が、明らかにコントラ
ストの高い良好な露光条件となっている。

【００３２】帯電方式には接触ローラ帯電器を用い、９
５０Ｈｚ、８００Ｖｐｐ、−５００Ｖｄｃの帯電バイア
スを印加し像担持体である感光ドラム１の表面を−５０
０Ｖに帯電させた。

【００３３】現像方式には磁性１成分の非接触現像を用
い、現像スリーブと像担持体である感光ドラム１の再近
接部の距離を３００μｍ、現像バイアスを周波数１８０
０Ｈｚ、交流成分８００Ｖｐｐ、直流成分３５０Ｖｄｃ
の重畳バイアスを印加することにより現像をおこなっ
た。

【００３４】その結果、表１に示す如く、比較例、即
ち、光学スポットの長軸を副走査方向に略平行に設定し
て作成されたハイライト及びハーフトーン画像、に比べ
ハイライトおよびハーフトーン画像の粒状性が著しく向
上した。

【００３５】

【表１】［実施形態２］本実施形態では１２００ｄｐｉの２値出
力によりスクリーン角４５゜、１５０線の網点スクリー
ンの画像出力をおこなった。構成の概略を図６に示す。

【００３６】光学系には、６８０ｎｍ、５ｍＷの半導体
レーザ１１を使用した図１に示すスキャナータイプのも
のを用い、露光装置には主走査軸１４１に対して画像の
スクリーン角１９と線対称となる方向に４５゜の角度を
有した楕円形状の絞り５１を挿入し、感光ドラム１上で
の光学スポット１５の長軸の角度が略４５゜、ピークよ
り１／ｅ²におけるスポット形状の短軸×長軸の径が略
５０×８０μｍとなる様構成した。

【００３７】帯電方式には接触ローラ帯電器を用い、９
５０Ｈｚ、８００Ｖｐｐ、−５００Ｖｄｃの帯電バイア
スを印加し像担持体である感光ドラム１の表面を−５０
０Ｖに帯電させた。

【００３８】現像方式には現像キャリアとトナー粒子を
混合撹拌し、スリーブに担持・回転させながら像担持体
である感光ドラム１に当接配置する２成分現像方式を用
い、これに現像バイアスを印加することで現像をおこな
う。

【００３９】その結果、表２に示す如く、従来例に比べ
ハイライトおよびハーフトーン画像の粒状性が著しく向
上した。

【００４０】

【表２】また、ドット再現性の高い２成分現像方式を用いること
により、実施形態１よりさらにその効果が顕著に現れて
いる。［実施形態３］本実施形態では、ＣＭＹＫ４色のフルカ
ラー画像の出力をおこなった。構成は図７に示す如く、
４体の像担持体である感光ドラム１を有し、各像担持体
に対してそれぞれ露光光学系を一対配備する。ＣＭＹＫ
各色の像構成には６００ｄｐｉ（≒２４ｄｏｔ／ｍｍ）
の４値出力により１５０線つまり、１インチあたりに１
５０回（１ｍｍあたり約６回）くりかえしラインを有す
る網点スクリーンを用い、そのときのスクリーン角をそ
れぞれ１５゜、４５゜、９０゜、７５゜とする。

【００４１】露光に用いる光学系には、６８０ｎｍ、５
ｍＷの半導体レーザ１１を使用した図１に示すスキャナ
ータイプのものを用いた。各露光装置にはそれぞれ主走
査軸１４１に対して画像のスクリーン角１９と線対称と
なる方向に１５゜、４５゜、９０゜、７５゜の角度を有
した楕円形状の絞り５１を挿入し、感光ドラム１上での
光学スポットの長軸の角度が略１５゜、４５゜、９０
゜、７５゜、ピークより１／ｅ²におけるスポット形状
の短軸×長軸の径が略５０×８０μｍとなる様構成し
た。

【００４２】帯電方式には接触ローラ帯電器を用い、９
５０Ｈｚ、８００Ｖｐｐ、−５００Ｖｄｃの帯電バイア
スを印加し像担持体である感光ドラム１の表面を−５０
０Ｖに帯電させた。

【００４３】現像方式には現像キャリアとトナー粒子を
混合撹拌し、スリーブに担持させながら像担持体である
感光ドラム１に当接配置し、これに現像バイアスを印加
することで出力画像を得る２成分現像方式を用いた。

【００４４】その結果、表３に示す如く、従来例に比
べ、Ｃ、Ｍ、Ｋ各色およびＣＭＹＫ各色を重ねて出力し
たプロセスグレーのハイライトおよびハーフトーン画像
の粒状性が著しく向上した。

【００４５】

【表３】

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子写真方式を用いた画像記録装置において、基準とな
るスクリーンの方向と像面で露光される楕円光学スポッ
トの長軸方向を同方向に調整することにより、従来例に
比べ潜像を形成する際の露光分布のコントラストが向上
し、光学スポットの光量分布に影響を受けない安定な画
像記録装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による露光装置を説明する概
念図である。

【図２】本発明の効果を説明する概念図である。

【図３】本発明の実施形態による電子写真プロセスを説
明する概略図である。

【図４】本発明の実施形態による絞り形状と像面での形
状を説明する概略図である。

【図５】本発明の実施形態による絞り形状を設計する際
のｆθレンズの基本特性を説明する概念図である。

【図６】本発明の実施形態による画像記録装置であるプ
リンタを説明する概略図である。

【図７】本発明の実施形態による画像記録装置であるカ
ラープリンタを説明する概略図である。

【図８】従来例の露光手段を説明する概念図である。

【符号の説明】

１像担持体（感光ドラム）２一次帯電器３現像剤担持体４転写帯電器５定着器６クリーナー７像露光器９現像器１０記録紙１１半導体レーザ１２回転反射体１３ｆθレンズ１５本発明で使用するスポット形状の像担持体での投
影像１６像面での光学スポット形状の長軸の向き１７像面での光学スポット形状の短軸の向き１８画像パターン、光学スポットの傾きの基準となる
主走査方向の基準線１９傾きの基準線と像面での光学スポット形状の長軸
との成す角度２１従来例のスポット形状の像担持体での投影像２３画像パターン２４従来例の光学スポットで像露光をしたときの光量
分布２５本発明の光学スポットで像露光をしたときの光量
分布２６２４をある輝度値でスライスした図２７２５をある輝度値でスライスした図２８画像パターンの主たる成分と光学スポットの長軸
の成す角度２９画像パターンの主たる成分と光学スポットの長軸
の向き３１任意の解像度の１画素分の主走査方向の長さ３２任意の解像度の１画素分の副走査方向の長さ３３従来例のスポット形状３４ＰＷＭ信号４１入射光のスポットが大きいとき４２入射光のスポットが小さいとき７１反射ミラー１４１主走査線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 1/29 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ５Ｃ０７７ 1/60 Ｈ０４Ｎ 1/40 Ｄ５Ｃ０７９ 1/52 1/46 ＢＦターム(参考） 2C362 AA34 AA36 AA47 AA49 CA03 CA04 CA39 2H030 AB02 AD12 BB02 BB12 2H076 AB05 AB12 AB18 EA01 EA04 5C051 AA02 CA07 DB22 DB24 DB30 DE29 FA01 5C074 AA05 BB03 CC22 DD24 FF05 FF07 FF08 FF15 HH02 5C077 LL19 MP01 MP08 NN08 NN09 5C079 HB03 KA08 LC02 LC04 LC14 NA05 PA02 PA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導電性の像担持体と、前記像担持体を
帯電する帯電手段と、帯電された像担持体表面を像露光
して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にト
ナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、前記
トナー像を記録媒体に転写する転写手段とを備えた電子
写真画像記録装置において、基準となるスクリーンの方向と略同方向となるように像
露光する光学スポットの照射面に投影したときの前記光
学スポットの長軸の方向を調整する調整手段を備えるこ
とを特徴とする画像記録装置。
【請求項２】前記画像パターンの主たる成分を含む角
度と、前記像担持体表面を像露光する光学スポットの照
射面に投影したときの形状の長軸の角度を、略平行にす
ることを特徴とする請求項１に記載の画像記録装置。
【請求項３】前記画像パターンの主たる成分を含む角
度と、前記像担持体表面を像露光する光学スポットの１
／ｅ²における形状の長軸の角度を略平行にすることを
特徴とする請求項１に記載の画像記録装置。
【請求項４】画像の中間調領域を表現する手法として
ディザ法を利用することを特徴とする請求項１乃至３の
いずれか１項に記載の画像記録装置。
【請求項５】画像の中間調領域を表現する手法として
濃度パターン法を利用することを特徴とする請求項１乃
至３のいずれか１項に記載の画像記録装置。
【請求項６】中間調を表現する際のハーフトーン画像
がスクリーン角度を有することを特徴とする請求項１乃
至５のいずれか１項に記載の画像記録装置。
【請求項７】前記調整手段が、形状が調整された絞り
であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項
に記載の画像記録装置。
【請求項８】前記露光手段として、走査光学系を使用
することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に
記載の画像記録装置。
【請求項９】複数の前記像担持体を有し、ＣＭＹＫの
４色を用い、フルカラー画像出力をすることを特徴とす
る請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像記録装
置。
【請求項１０】前記露光手段のＣＭＹＫ各色の網点ス
クリーン角度が異なることを特徴とする請求項１乃至９
のいずれか１項に記載の画像記録装置。