JP2002120396A

JP2002120396A - 画像記録装置

Info

Publication number: JP2002120396A
Application number: JP2000316722A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Ishida; 知仁石田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2002-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】画像を記録するスポット光としてベッセルビー
ムを用い、このベッセルビームのサイドローブ部分を簡
単にカットあるいは低減し得る画像記録装置を提供す
る。【解決手段】像担持体１表面をベッセルビームにより像
露光して静電潜像を形成する画像記録装置において、前
記スポット光としてベッセルビームを用い、且つ、像露
光する際にベッセルビームの周辺のサイドローブ部分３
１を吸収して中心スポット部分３０を透過させる非線形
光学特性を有する透過フィルター１９を通過させること
を特徴とする。

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に関し、特に像担持体上をスポ
ット状に露光する露光光の光学スポットに関する。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置において、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ービ
ームプリンタが知られている。このレーザービームプリ
ンタは、像担持体にレーザービームを当てるか当てない
かの２値記録により、文字，図形などの画像を形成する
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。このような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表現できる
が、ディザ法，濃度パターン法などを採用したプリンタ
では高解像度が得られないという問題点があった。その
ため、記録密度を低下させずに高解像度で、各画素にお
いて中間調を形成するパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）
の画像形成装置が提案されている。

【０００３】このＰＷＭ方式の画像記録装置は、画像信
号によってレーザービームの照射時間を変調することに
より中間調の画素形成を行うもので、高解像度で、かつ
高階調性の画像を形成できるため、カラー画像の形成に
特に適している。すなわち、上記ＰＷＭ方式によると、
１画素毎にビームスポットにより形成されるドットの面
積階調を行うことができ、解像度を低下させることなく
中間調を表現できる。

【０００４】ところが、上述したＰＷＭ方式の画像形成
装置において、画素密度をさらに高めていくと、ビーム
スポット径に対して画素が相対的に小さくなるために露
光時間変調による階調を十分に取ることができないとい
う問題があった。

【０００５】このため、階調性を保持したまま解像度を
向上させるには、ビームスポット径をより小さくする必
要がある。例えばレーザを用いた走査光学系を使用する
ときには、レーザ光の波長を短波長化したり、ｆ−θレ
ンズのＮＡを大きくしたりすることなどが必要となる
が、このような方法を用いると高価なレーザを使用しな
ければならず、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に要求されている機械
精度の向上などから、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問題が生じる。

【０００６】さらに、ＬＥＤアレイや液晶シャッターア
レイなどの固体スキャナにおいてもスキャナ自体の価格
の上昇、取り付け精度の上昇、電気駆動回路のコスト上
昇は避けられないという問題がある。

【０００７】そこで、特開平４−１３７６にみられる様
に、比較的安価にスポット径を小さくできる、いわゆる
ベッセルビームを用いた光学系による画像出力装置が提
案されている。このベッセルビームはスポット径が小さ
いことはもちろんのこと焦点深度が深く電子写真の光学
系に用いるに非常に適している。

【０００８】ベッセルビームの生成法についても、特開
平５−３０７１５１，特開平６−８２７２０，特開平６
−１４８５４５，特開平７−７２４０２，特開平７−７
２４０３，特開平１０−２２７９９２，特開平１０−２
２７９９３などに多く提案されている。

【０００９】しかし、これらベッセルビームを使用した
光学系について、孤立ドットなどの場合は良好な画像出
力を可能にするが、高密度ドットなどを形成したときに
はサイドローブ部分が大き過ぎるために逆に画質の低下
を引き起こす場合がある。

【００１０】この問題を解決する手段として、特開平７
−７２４０４，特開平７−７２４０５などスリットを用
いてサイドローブ部分を遮光することで、画質の低下を
防止するなどの提案がされている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ベッセルビー
ムの遮光手段としてスリットを用いる方法は、干渉や光
軸の調整などの点で製造上の精度が厳しく制限されるこ
となどが課題となる。

【００１２】本発明は上記した従来技術の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、ベ
ッセルビームのサイドローブ部分を簡単にカットあるい
は低減し得る画像記録装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、光導電性の像担持体と、該像担
持体を均一帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面
をスポット光により像露光して静電潜像を形成する露光
手段と、を備えた画像記録装置において、前記スポット
光としてベッセルビームを用い、且つ、像露光する際に
前記ベッセルビームの周辺のサイドローブ部分を吸収し
て中心スポットを透過させる非線形光学特性を有する非
線形光学手段を通過させることを特徴とする。

【００１４】非線形光学手段として、非線形光学特性を
有する透過フィルタとし、像担持体に近接した部位に配
置する。あるいは、折り返しミラーに非線形光学材料を
塗布する等して非線形光学特性を持たせる方法が考えら
れる。

【００１５】以上の構成を用いることで、ベッセルビー
ムのサイドローブ部分が除去あるいは低減され、高解像
なスポット形状が像担持体表面で形成される。潜像は照
射光の強度に比例していることから、スポット状照射光
の重複した部分も急峻な電位の変化がないために、ポリ
ゴンミラーの面倒れや回転むら、感光体の回転むら等に
よる露光量の変動に対して安定な画像出力を可能とす
る。

【００１６】また、潜像の画像部と非画像部のコントラ
ストを大きくとれるために現像工程も安定し、現像する
場合にも、像担持体や現像スリーブの偏芯による現像電
界の変動に対しても安定な画像出力を可能にする。

【００１７】前記非線形光学手段の材料としては、微小
な光量に対しては高い吸光度を示し、所定の閾値を越え
た光量に対しては吸光度が低くなる非線形光学材料を用
いることが好適である。たとえば、非線形光学材料とし
て過飽和吸収色素を用いることができる。

【００１８】また、前記非線形光学手段の吸光度が、像
露光に用いるスポット光のピーク光量の１０％の光量に
対して０．５以上であることが望ましい。

【００１９】さらに、前記非線形光学手段の吸光度が、
像露光に用いるスポット光のピーク光量の９０％の光量
に対して０．２以下であることが効果的である。

【００２０】ベッセルビームを生成する手段としては、
たとえばアキシコンプリズムが用いられる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００２２】図６は本発明の実施の形態に係る画像記録
装置の主要部構成を示す概略図、図７は全体構成図であ
る。

【００２３】この画像記録装置は、光導電性の像担持体
１と、像担持体１の周りに配置され像担持体１を均一帯
電する帯電手段としての帯電器２と、帯電後の像担持体
１表面をスポット光により像露光して静電潜像を形成す
る露光手段としての画像露光器７とを備えている。さら
に、この像担持体１の周囲には、像担持体１に形成され
た静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現
像手段としての現像スリーブ３を備えた現像器９と、得
られたトナー像を最終支持部材としての記録材１０に転
写するための転写手段としての転写手段４と、転写後の
像担持体１に残留した残トナーを除去するクリーニング
部材６、が設けられている。記録材１０に転写されたト
ナー像は定着器５によって定着される。

【００２４】像担持体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。

【００２５】帯電器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１に接触させた帯電ローラーに直流あるいは直
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
方式などが適用可能である。

【００２６】画像露光器７には、半導体レーザーを使用
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、その他の光学系も
使用することができる。

【００２７】スキャナータイプの光学系を用いたとき
の、ベッセルビームの生成法を図１で説明する（特開平
６４−１３７６号公報参照）。

【００２８】同図において、半導体レーザー等の光源手
段１１から画像情報に基づき光変調し射出したレーザー
ビームはベッセルビーム発生手段１３により、その光路
を横切る平面Ａを中心位置とするベッセルビーム１２と
なり、この平面Ａに集光された後、発散している。

【００２９】発散したベッセルビーム１２は集光レンズ
１４により収束され、光偏向器としての回転多面鏡（反
射体）１５の反射面（偏向面）に入射した後反射偏向さ
れ、ｆ−θ特性を有する結像レンズ１６によって回転ド
ラムによって構成される像担持体１の表面（被走査面）
上に結像され、表面の感光体（不図示）に静電潜像を形
成している。

【００３０】同図において、平面Ａと回転ドラム状の像
担持体１の表面とは光学的に略共役な関係に設定してい
るので、ベッセルビーム１２は像担持体１の表面近傍に
結像される。このベッセルビーム１２は前述した如く焦
点深度が非常に深いので、例えばその光学系に像面湾曲
があっても、あるいはドラム状の像担持体１の位置が光
軸方向に多少ズレてもビームスポット径は変化せず、こ
れより高解像度の光走査装置を得ていた。

【００３１】ベッセルビーム１２を生成（発生）する手
段１３としてはアキシコンプリズムが挙げられるが、そ
の他に、瞳フィルタ、アキシコンプリズムと同様の光学
的作用を有する回折格子等を用いても良い。

【００３２】ベッセルビーム１２は、図３（ａ）に示す
ように、伝搬方向に垂直な断面内での光強度分布が第１
種の０次ベッセル関数の２乗に比例するものになってい
る。また、このベッセルビーム１２のサイドローブ部分
３１の強度は中心スポット部分３０のピークの強度を１
００％とした場合、第１サイドローブ３１ａの強度が１
６％、第２サイドローブ３１ｂの強度が９％、第３サイ
ドローブ部分の強度６％であり、サイドローブ部分３１
の光強度は比較的大きい。

【００３３】本発明は、像露光する際に前記ベッセルビ
ーム１２の周辺のサイドローブ部分３１を吸収して中心
スポット３０を透過させる非線形光学特性を有する非線
形光学手段を通過させることを特徴とするもので、図１
及び図４に示す例では、像担持体１に近接した部位に非
線形光学手段を構成する透過フィルター１９を配置した
ものである。

【００３４】以上の構成を用いることで、図３（ｂ）に
示すように、ベッセルビーム１２のサイドローブ部分３
２が除去あるいは低減され、高解像なスポット形状が像
担持体１表面で形成される。潜像は照射光の強度に比例
していることから、スポット状照射光の重複した部分も
急峻な電位の変化がないために、回転反射体１５の面倒
れや回転むら、像担持体１の回転むら等による露光量の
変動に対して安定な画像出力を可能とする。

【００３５】また、潜像の画像部と非画像部のコントラ
ストを大きくとれるために現像工程も安定し、現像する
場合にも、像担持体１や現像スリーブ３の偏芯による現
像電界の変動に対しても安定な画像出力を可能にする。

【００３６】このときの非線形光学特性を示す材料とし
ては、過飽和吸収色素が挙げられる。この過飽和吸収色
素は照射光の強度に比例して吸収係数が減少するもので
あれば用いることが可能であるが、照射光の強度の高次
の項に比例しているものがより望ましい。

【００３７】用いられる過飽和吸収色素の濃度は、像露
光に用いるスポット光のピーク光量の１０％の光量に対
する吸光度として０．５〜１．０となるように用いられ
る。０．５以下では本発明の効果が少なく、１．０以上
では感度の低下が大きすぎるために望ましくない。

【００３８】具体的に用いられる過飽和吸収色素として
は下記のようなものがあるが、使用する照射光の波長、
強度において前記の特性を示すものであれば用いること
は可能である。

【００３９】ヂチオベンジルニッケル錯体類ビス（４−ジメチルアミノジチオベンジル）ニッケルビス（４−ジエチルアミノジチオベンジル）ニッケルローダミン色素類ローダミンＢローダミン６Ｇシアニン色素類３，３′−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイドフタロシアニン類日本触媒化学工業（株）製造ＰＣ−４９４ナフタロシアニン類テトラキス（ｔ−オクチル）ナフタロシアニンこの様な非線形性の光学特性を示す過飽和吸収色素を、
図１及び図４に示す様に、像担持体の近傍に配置したフ
ィルター１９に混合分散させ、配置することで所望の効
果を得る。

【００４０】混合分散させる手段としては像露光に用い
る光源波長に透明な樹脂をバインダーとして使用するこ
とができる。バインダーポリマーの例としては、スチレ
ン，酢酸ビニル，塩化ビニル，アクリル酸エステル，メ
タクリル酸エステル，フッ化ビニリデン，トリフルオロ
エチレン、等のビニル化合物の重合体および共重合体，
ポリビニルアルコール，ポリビニルアセタール，ポリカ
ーボネート，ポリエステル，ポリスルホン，ポリフェニ
レンオキサイド，ボリウレタン，セルロース樹脂，フェ
ノール樹脂，メラミン樹脂，けい素樹脂，エポキシ樹
脂、等が挙げられる。

【００４１】これらバインダーを用い、スピンコート法
などの方法で膜を形成する。耐熱性に優れたフタロシア
ニン類などの場合は、直接、蒸着法によっても膜を形成
することが可能であるるまた、図５に示すように、レー
ザー光を像担持体１に向けて折り返す折り返しミラー２
１に同様の過飽和吸収色素を塗布することによっても同
様の効果が得られる。

【００４２】この場合、折り返しミラー２１が非線形光
学手段を構成するもので、フィルター１９に施した時と
同様に、像露光に用いる波長に透明な樹脂を用いること
でき、スピンコート法などの方法で膜を形成することが
可能である。また、色素によっては蒸着法による膜形成
も可能である。

【００４３】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、レーザー光強
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。更に現像方式に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極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、１０⁵〜１
０¹²の電気抵抗値を示す部材を表層に有するローラーを
当接させ、トナーと逆極性のバイアスを印加するローラ
ー転写方式などが挙げられる。

【００４４】これら基本的な構成を用い、図８に示す様
に複数の像担持体１を有し（図示例では４色）、シア
ン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色像を順次形成
し、記録材１０にカラー出力をするカラー画像記録装置
を構成することも可能である。（実施例１）ベッセルビーム生成（発生）手段１３とし
てアキシコンプリズムを用い、これを図４に示す様な折
り返しミラー１７を備えた走査光学系を用いて像露光を
おこなう。像露光する際に像担持体１近傍に配置した、
非線形光学特性を有するフィルター１９を通過させる。

【００４５】非線形光学特性を現出させるために、過飽
和吸収色素ローダミンＢを１．５部、ポリメチルメタク
リレートを２部をトルエン溶媒２０部に分散溶解させ、
これを短冊状のガラス基盤にスピンコートし、１μｍの
膜を形成する。

【００４６】このときの膜の吸光度は像露光に用いる光
源波長の６８０ｎｍにおいて、像露光に用いる光量分布
のピーク光量の１０％の光量に対して０．７であった。

【００４７】このガラス基盤を像露光に用いる光束が通
過する部位で、像担持体から１ｍｍ離した位置に配置さ
せ画像出力をおこなう。

【００４８】像担持体１には積層型の感光体を使用し
た。

【００４９】その結果、４００ｄｐｉのＰＷＭ画像，６
００ｄｐｉのＰＷＭ画像，６００ｄｐｉの２値画像で良
好な階調画像出力が得られた。＜比較例＞実施例１において、同様にベッセルビームを
生成させ、該過飽和吸収色素をスピンコートしたガラス
基盤を用いず画像出力した。その結果、サイドローブ部
分の重なりによる画像不良が発生し、また、レーザーの
面倒れや回転むら、感光体の回転むらによる露光分布の
変動、感光体や現像スリーブの偏芯などによる現像電界
の変動による画像不良が目立つ画像となった。（実施例２）実施例１と同様にベッセルビームを生成さ
せ、非線形光学特性を有するフィルター１９として、実
施例１と同様の塗液に、過飽和吸収色素としてビス（４
−ジメチルアミノジチオベンジル）ニッケルを１．５部
添加し、同じく実施例１と同様にガラス基盤にスピンコ
ート法により１μｍの膜を形成する。

【００５０】このときの膜の吸光度は像露光に用いる光
源波長の６８０ｎｍにおいて、像露光に用いる光量分布
のピーク光量の１０％の光量に対して０．８であった。

【００５１】感光体に単層型の感光体を使用した。

【００５２】その結果、４００ｄｐｉのＰＷＭ画像，６
００ｄｐｉのＰＷＭ画像，６００ｄｐｉの２値画像で良
好な階調画像出力が得られた。（実施例３）実施例１と同様にベッセルビームを生成さ
せ、実施例１と同様の塗液を用い、これを、図５に示す
折り返しミラー２１に、スピンコート法により１μｍの
膜を形成する。

【００５３】このときの膜の吸光度は像露光に用いる光
源波長の６８０ｎｍにおいて、像露光に用いる光量分布
のピーク光量の１０％の光量に対して０．６であった。

【００５４】感光体に積層型の感光体を使用した。

【００５５】その結果、４００ｄｐｉのＰＷＭ画像，６
００ｄｐｉのＰＷＭ画像，６００ｄｐｉの２値画像で良
好な階調画像出力が得られた。（実施例４）実施例１と同様にベッセルビームを生成さ
せ、実施例１と同様の塗液を用い、過飽和吸収色素とし
てテトラキス（ｔ−オクチル）ナフタロシアニンを用
い、これを、折り返しミラーに、蒸着法により１μｍの
膜を形成する。

【００５６】このときの膜の吸光度は像露光に用いる光
源波長の６８０ｎｍにおいて、像露光に用いる光量分布
のピーク光量の１０％の光量に対して０．５であった。

【００５７】感光体に積層型の感光体を使用した。

【００５８】その結果、４００ｄｐｉのＰＷＭ画像，６
００ｄｐｉのＰＷＭ画像，６００ｄｐｉの２値画像で良
好な階調画像出力が得られた。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
像露光にベッセルビームを用い、このベッセルビームを
非線形光学手段を通過させサイドローブ部分を除去して
光量分布をシャープにすることにより、放射されるベッ
セルビームのスポット形状よりもより高解像なスポット
形状が像担持体表面で形成され、高精細な画像を出力す
ることができる。また、光学系にポリゴンミラー等を用
いている場合にはその面倒れや回転むら、像担持体の回
転むら等による露光量の変動に対しても安定な画像出力
が可能になる。さらに、シャープな潜像分布が得られる
ことにより、像担持体や現像時の現像スリーブの偏芯に
よる現像電界の変動に対しても安定な画像出力が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態に係る画像記録装
置の画像露光器の光学系を示す図である。

【図２】図２は図１の透過フィルタ等に用いる過飽和
吸収色素の光吸収特性を説明するグラフである。

【図３】図３（ａ）はベッセルビームの光量分布を示
す図、図３（ｂ）は非線形光学手段を通した後のベッセ
ルビームの光量分布を示す図である。

【図４】図４は図１の光学系の概略斜視図である。

【図５】図５は図２の透過フィルタに代えて折り返し
ミラーに非線形光学特性を持たせた例を示す図である。

【図６】図６は図１の画像露光器が適用される画像記
録装置の全体構成の主要部を示す図である。

【図７】図７は図６の装置の全体構成図である。

【図８】本発明においてカラー出力を可能とする複数
の像担持体を有する画像記録装置である。

【符号の説明】

１像担持体２帯電器３現像スリーブ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記録材１１半導体レーザー１２ベッセルビーム１３ベッセルビーム生成（発生）手段１４集光レンズ１５回転反射体１６ｆ−θレンズ１７折り返しミラー１９フィルター（非線形光学手段）２１折り返しミラー（非線形光学手段）Ａ集光位置Ｂ像担持体表面での集光位置３１ベッセルビームの光量分布３２本発明によりシャープな分布となったビームの光
量分布

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）Ｇ０３Ｇ 15/04 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導電性の像担持体と、該像担持体を均
一帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面をスポッ
ト光により像露光して静電潜像を形成する露光手段と、
を備えた画像記録装置において、前記スポット光としてベッセルビームを用い、且つ、像
露光する際に前記ベッセルビームの周辺のサイドローブ
部分を吸収して中心スポットを透過させる非線形光学特
性を有する非線形光学手段を通過させることを特徴とす
る画像記録装置。
【請求項２】前記非線形光学手段として、非線形光学
特性を有するフィルターを具備することを特徴とする請
求項１の画像記録装置。
【請求項３】前記非線形光学手段として、非線形光学
特性を有する折り返しミラーを具備することを特徴とす
る請求項１または２に記載の画像記録装置。
【請求項４】前記非線形光学手段の材料として、微小
な光量に対しては高い吸光度を示し、所定の閾値を越え
た光量に対しては吸光度が低くなる非線形光学材料を用
いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に
記載の画像記録装置。
【請求項５】前記非線形光学材料として過飽和吸収色
素を用いることを特徴とする請求項４に記載の画像記録
装置。
【請求項６】前記非線形光学手段の吸光度が、像露光
に用いるスポット光のピーク光量の１０％の光量に対し
て０．５以上であることを特徴とする請求項１乃至５の
いずれかの項に記載の画像記録装置。
【請求項７】前記非線形光学手段の吸光度が、像露光
に用いるスポット光のピーク光量の９０％の光量に対し
て０．２以下であることを特徴とする請求項１乃至６の
いずれかの項に記載の画像記録装置。
【請求項８】ベッセルビームを生成する手段としてア
キシコンプリズムを用いることを特徴とする請求項１乃
至７のいずれかの項に記載の画像記録装置。