JP2002264391A

JP2002264391A - 階調表現可能な画像形成装置及び画像形成方法

Info

Publication number: JP2002264391A
Application number: JP2001069669A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Fukutani; 和彦福谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】画素密度を上げても、階調表現の高い画像を形
成できる画像形成装置及び画像形成方法である。【解決手段】画像形成装置は、入力画像信号に基づき発
光信号発生器を介して駆動される少なくとも主走査方向
に対応する方向に複数配列した発光素子151を備え、主
走査方向に対応する方向に並べた複数の発光素子151か
らの光ビームを感光体156上の同一走査線上に照射し、
複数の光ビームで感光体151上の各画素内の同一点或い
はほぼ同一点を多重露光して階調表現可能な様に構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームプリ
ンタやデジタル複写機等に用いられる電子写真方式の画
像形成装置及び画像形成方法に関するものである。

【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、像担持体にレーザ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
したものである。よって、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、簡易な構造とで
きる。

【０００３】ところで、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色を
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。

【０００４】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。このP
WM方式の画像形成装置は、画像信号によってレーザビー
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。

【０００５】ところが、上述したPWM方式の画像形成装
置において、走査速度及び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
なり、また、1画素を形成するための露光時間が短くな
るため、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。

【０００６】そこで、特開昭63-173074号公報では、階
調表現された画像情報をディザ法により画像処理してビ
ーム記録する複写装置において、複数のレーザ発生源か
らのレーザ光を感光体上にビームスポットとして集光す
ることにより結像し、１画素を複数のスポットで形成す
る画像形成装置が提案されている。この装置では、図11
に示すように、複数のレーザスポット31〜34により、１
画素を構成するため、１画素を形成するときの１本のレ
ーザビームに使える露光時間を長くでき、走査速度を早
くしても階調数を上げることができるとしている。

【０００７】また、特開平10-35008号公報では、図12の
ような、１画素の範囲内で、複数の光ビームを出射でき
るレーザ素子を用いる。このレーザ素子は、ｎ型GaAs基
板1、ｎ型下部クラッド層2、量子井戸活性層3、ｐ型上
部クラッド層4、ｐ型GaAsコンタクト層5、高抵抗領域
6、ｐ側電極7、ｎ側電極8を有する。そして、画像デー
タに応じて複数のビームの内の任意の数の光ビームを選
択する事により、図13のように露光領域の面積を可変に
し、階調表現を行う画像形成装置が提案されている。こ
のような装置では、あらかじめ、複数の光ビームを１画
素の範囲内に収めているため、レーザスポット27のずれ
が少なく、安定な中間調画像を得ることができるとして
いる。尚、28は感光体24上の1画素の幅である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
63-173074号公報に記載されたような構成を用いると、
１つのレーザビームにより形成されるドットのサイズに
より、1画素を表現できる階調数が決定されてしまい、
画素密度を上げると、階調数を上げることが困難にな
る。つまり、図14（a）のようにドットサイズに比べて
１画素の大きさが大きい場合は、１画素内に複数のレー
ザからのドットを形成することができ、多くの階調を表
現できるが、図14（ｂ）のように、１画素のサイズを小
さくした場合、複数のドットを１画素に入れることが困
難になり、階調性を上げることは難しい。さらに、副走
査方向に複数のスポットを閉じ込めるためには、レンズ
により複数のレーザスポットを１画素内に集光しなけれ
ばならないので、レンズの構成などが複雑になる可能性
がある。

【０００９】また、特開平10-35008号公報に記載された
ような構成を用いると、１画素内という狭い領域に対応
する領域に複数のレーザ素子を集積しなければならな
い。そのため、解像度を上げて１画素の幅を狭くする
と、各々のレーザ素子で発生する熱などにより各素子の
光出力が変化し、隣接したレーザ素子のレーザビーム出
力が安定しないという問題が生じ、解像度を上げること
が困難になる。

【００１０】本発明は、複雑なレンズ構成を用いること
なく高速に安定な画像を形成できる構成にも簡単にで
き、画素密度を上げても、階調表現の高い画像を形成で
きる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】上述の目的を達
成するための本発明に係る画像形成装置は、入力画像信
号に基づき発光信号発生器を介して駆動される少なくと
も主走査方向に対応する方向（これはそのまま主走査方
向である場合もあるし、発光素子と感光体の間に介在す
るレンズ光学系などによって主走査方向に対応付けられ
た方向である場合もある）に複数配列した半導体レーザ
素子などの発光素子を備えた画像形成装置であって、主
走査方向に対応する方向に並べた複数の発光素子からの
光ビームを感光体上の同一走査線上に照射し、複数の光
ビームで感光体上の各画素内の同一点の少なくとも一部
を多重露光して階調表現可能な様に構成されていること
を特徴とする。

【００１２】上記の構成によれば、複数の光ビームによ
り感光体上の同一点或いはほぼ同一点を多重露光するこ
とにより、入力画像信号に従って感光体の露光量を変化
させ、感光体の１画素内に形成されるドットのサイズを
多段階に変化させる。その結果、画素密度を上げても、
階調性の高い画像を形成できるようになっている。さら
に、主走査方向に並べた発光素子は、その素子間隔に応
じて、同一点或いはほぼ同一点への光ビーム照射のタイ
ミングを変化させているため、発光素子をお互いに近接
して配置する必要はない。そのため、素子間の距離を或
る程度離すことで、各々の発光素子で発生した熱などに
より、各素子からの光ビーム出力の不本意な変化が抑え
られ、安定な画像を感光体上に形成できる。

【００１３】上記基本構成に基づいて、以下の如き形態
も可能である。主走査方向及び副走査方向に対応する方
向に2次元的に配列した複数の発光素子を備え、副走査
方向に対応する方向に並べた複数の発光素子からの光ビ
ームにより同時に複数の走査線を描く様に構成されても
よい。この構成では、副走査方向に並べた複数の発光素
子からの光ビームにより同時に複数の走査線を描くた
め、感光体上に高速に画像を形成することが可能にな
る。

【００１４】各々の発光素子による感光体の露光量は、
種々に変化させられる様に構成され得る。例えば、同じ
複数段階に変化させられたり（最も単純にはオンとオ
フ）、少なくとも一部異なる複数段階に変化させられた
りする（図４参照）。この変化により、階調性の高い画
像も形成できる様になる。

【００１５】発光素子の配列形態としては、前記主走査
方向及び副走査方向に対応する方向に2次元的に配列し
た複数の発光素子の内、２つ以上の発光素子が、同じ素
子間隔で、主走査方向と同一直線上に配置され、かつ、
２つ以上の発光素子が、同じ素子間隔で、主走査方向と
垂直な副走査方向に配置されたり、２つ以上の発光素子
が、同じ素子間隔で、主走査方向と同一直線上に配置さ
れ、かつ、２つ以上の発光素子が、主走査方向と垂直な
副走査方向に、千鳥状に配置されたり、２つ以上の発光
素子が、同じ素子間隔で、主走査方向と同一直線状に配
置され、かつ、２つ以上の発光素子が、同じ素子間隔
で、主走査方向と垂直な副走査方向から或る角度傾いた
方向に配置されたりする。この様な構成とすることで、
副走査方向に並べた発光素子においても、素子間隔を或
る程度離したまま、複数の隣接した走査線を描くことが
可能となり、各々の発光素子で発生した熱などにより、
各素子からの光ビームの出力が不本意に変化することが
抑えられ、安定な画像を感光体上に形成できる。

【００１６】また、少なくとも主走査方向に対応する方
向に複数配列した発光素子は、同一基板上に作製された
互いに独立に駆動可能な垂直共振器型の半導体レーザ素
子で構成され得る。このように、半導体レーザ素子とし
て面発光レーザ素子を使用することにより、大規模な２
次元レーザアレイを同一基板上に作製することが可能に
なり、小型で製造が容易で、かつ、信頼性の高い光源を
得ることが可能になる。また、各々のレーザ素子の間隔
は、フォトリソグラフィー時に使用するフォトマスクに
より決定されるため、レーザ素子間隔のばらつきは小さ
くでき、素子の間隔のばらつきによる画像むらを低減で
きる。

【００１７】典型的には、画像形成装置は、入力画像信
号に基づき発光信号発生器を介して駆動される複数の発
光素子からの複数の光ビームを主走査方向に偏向するポ
リゴンミラーなどの光偏向器、該光偏向器からの光ビー
ムを感光体上に結像させるf-θレンズなどの走査レンズ
系を有し、感光体の移動による副走査に伴って感光体に
２次元的に静電潜像を形成する。また、発光信号発生器
は画像信号を受けると各発光素子に対する発光信号を形
成して各発光素子を駆動するが、該発光信号発生器に
は、各画素に対応する画像信号が決まれば該画素に対応
する同一主走査方向の各発光素子への発光信号の組が決
まることから各発光素子に対する発光信号を発生し、同
一点或いはほぼ同一点を多重露光する為に各画素に対応
する同一主走査方向の各発光素子への発光信号をタイミ
ングをとって各発光素子へ入力する様にする機能実現手
段が組み込まれている。

【００１８】更に、上述の目的を達成するための本発明
に係る画像形成方法は、入力画像信号に基づき発光信号
発生器を介して駆動される少なくとも主走査方向に対応
する方向に配列した複数の発光素子の内、主走査方向に
対応する方向に並べた複数の発光素子からの光ビームで
感光体上の各画素内の同一点或いはほぼ同一点を多重露
光することで、感光体上に階調表現可能な静電潜像を形
成することを特徴とする。ここでも、上記したような、
より具体的な形態が可能である。

【００１９】この画像形成方法でも、主走査方向（更に
は副走査方向にも2次元的に）に対応する方向に配列し
た面発光レーザ素子などの発光素子を用いて感光体の同
一点或いはほぼ同一点を多重露光することにより、画素
密度を上げても、階調表現の高い画像を形成できる。副
走査方向にも並べれば、複数の走査線を同時に描くこと
で高速で安定な画像を形成できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明に係る画像形成装置の実施
の形態を説明する前に、感光体の多重露光による画像の
多階調化について説明する。

【００２１】一般に、電子写真プロセスの特性には、以
下の特徴がある。（１）レーザに露光された領域において、ある露光エネ
ルギー（現像閾値）を超えた所だけ、感光体にトナーが
付着する。（２）複数の露光は感光体に蓄積される。

【００２２】図１は、レーザのエネルギー分布を示して
いる。通常、図１に示すように、レーザビームのエネル
ギー分布はガウス分布をしている。そのようなレーザの
エネルギー分布において、図１に示した現像閾値以上の
露光エネルギー量では、感光体表面の電位が現像バイア
スより低くなるため、現像され、感光体へトナーが付着
する。一方、図１の現像閾値以下の露光エネルギー量で
は、感光体表面の電位が現像バイアスより高いため、現
像されないので、感光体にトナーは付着しない。従っ
て、図１に示したように、レーザビームで感光体を露光
すると、現像閾値を超えた露光量の領域のみトナーが付
着するため、形成されるドットの大きさ111は、感光体
を露光しているレーザビーム径110よりも小さくなる。

【００２３】また、図２のように、感光体に与えるレー
ザビームの露光エネルギー量を変化させると、現像閾値
を超える露光領域が変化するため、レーザのビーム径12
0は変化しないが形成されるドットの大きさ121が変化す
る。つまり、多く露光された感光体では、のように、
形成されるドットのサイズ121が大きくなり、露光量を
より少なくした場合はあるいはのように、ドット
のサイズ121が徐々に小さくなる。

【００２４】また、上述したように、複数の露光は感光
体に蓄積されるため、複数のレーザビームで感光体を露
光すると、その露光エネルギーは逐次蓄積される。従っ
て、図3に示すように、例えば、感光体の露光量（露光
時間及びビーム出力の積で決まる）を一定にした３本の
レーザで、感光体の同一点を多重露光すると、１本のレ
ーザで露光したときに形成されるドットサイズよりも、
大きなドットを形成できる。つまり、複数のレーザによ
る感光体の同一点の多重露光により、形成できるドット
の大きさを変化させることが可能となる。例えば、この
場合では、３つのレーザを使用することで、３つの大き
さのドットを形成できる。このことは、ビームが多少ず
れて多重露光されても成り立つ。

【００２５】また、図４には、最初に感光体を露光する
レーザ素子での感光体の露光量（露光時間とビーム出力
の積）を調節して、ドットサイズを３種類形成できるよ
うにし（図４の（これはゼロ）、、）、その後の
感光体の同一点を照射するレーザビームの露光エネルギ
ー量を変化させた（ここでは、これも３種類でゼロと
と）場合が示されている。１本のレーザビームでの感
光体の露光エネルギー量を変化させる方法には、レーザ
の照射時間を変化させる方法（前述したパルス変調方式
（PWM方式））、あるいは、レーザの出力を変化させる
方法（PAM方式）とがあるが、一般には、制御が簡単なP
WM方式が使われる。

【００２６】例えば、ここでは、PWM方式で３段階の露
光量変化が可能であるとし、上記2本のレーザビームで
の多重露光を用いると、図４に示したように、9段階の
階調表現が可能となる。は１本目のビームがのもの
で２本目のビームがのものである多重露光で実現さ
れ、は１本目のビームがのもので２本目のビームが
のものである多重露光で実現され、は１本目のビー
ムがのもので２本目のビームがのものである多重露
光で実現され、は１本目のビームがのもので２本目
のビームがのものである多重露光で実現される。な
お、ここでは、PWM方式による階調制御と複数のレーザ
による感光体の多重露光による階調制御の組み合わせを
用いたが、レーザ強度変調（PAM方式）と複数のレーザ
による感光体の多重露光による階調制御を組み合わせる
ことも可能である。

【００２７】また、以上の説明では、2個あるいは3個の
レーザ素子による多重露光を用いたが、これに限定され
るのではなく、より多くのレーザ素子を用いることによ
り、さらに多くの階調を扱えるようになる。さらに、各
レーザ素子からのレーザ出力は、すべて一定にする必要
はなく、予め、変化させるように調節してもよい。光源
もレーザ素子に限らず、発光ダイオード（LED）なども
使える。

【００２８】以上に説明したように、感光体の同一点
（或いはほぼ同一点）を複数の光ビームで多重露光する
ことにより、１画素内に形成するドットの大きさを自由
に変化させることができ、多くの階調を表現することが
可能となる。なお、この方法では、画素密度を上げて、
1画素に複数のドットを形成できない場合においても、
１つのドットの大きさを変化させるだけなので、十分に
階調を表現できる。

【００２９】次に、以上に説明した発明の原理を用いた
実施例を詳細に説明する。図5は本発明に係る画像形成
装置において、レーザビーム155を走査するレーザ走査
部を示す概略構成図である。このレーザ走査部によりレ
ーザビーム155を走査する場合には、まず入力された画
像信号に基づき、発光信号発生器を介して２次元に配列
した半導体レーザ素子151から、複数のレーザビーム155
が放射される。それら複数のレーザビーム155は、コリ
メータレンズ系152によりほぼ平行な光束に変換され
る。そして、複数のレーザビームは矢印b方向に回転す
るポリゴンミラー153により矢印c方向に走査されるとと
もに、f-θレンズ154により被走査面となる感光ドラム1
56の表面に結像される。さらに、複数のレーザビーム15
5は、ポリゴンミラー153により走査された後、回転ドラ
ム156の回転による副走査に伴って感光体に静電潜像を
形成する。

【００３０】発光信号発生器について説明すると、これ
が画像信号を受け取ると、ここで各レーザ素子151に対
する発光信号が形成されて、各レーザ素子が駆動され
る。各レーザ素子151に対する発光信号は、各画素に対
応する画像信号の強さ（画素の濃度）が決まれば該画素
に対応する同一主走査方向の各レーザ素子への発光信号
の組が決まる（予め決めておいて発光信号発生器中に記
憶させておく）ことから発生させられる。同一点（或い
はほぼ同一点）を多重露光する為には、各画素に対応す
る同一主走査方向の各レーザ素子への発光信号は適当に
ずれて（すなわちタイミングをとって）各レーザ素子へ
入力される。これらの機能実現手段は、例えば適当な集
積回路を用いて、全て発光信号発生器に組み込まれてい
る。

【００３１】次に、本実施例で用いた２次元的に配列し
た半導体レーザ素子151について詳細に説明する。本実
施例では、２次元的に配列した半導体レーザ素子とし
て、基板に垂直にレーザビームを出射する垂直共振器型
の半導体レーザ素子（面発光レーザとも言う）を用い
た。このように面発光レーザ素子を用いた理由を以下に
説明する。面発光レーザは、同一の基板上に２次元的に
独立に駆動できるレーザ素子を作製することが容易に可
能であり、そのため、小型で製造が容易で、かつ、信頼
性の高い２次元光源を得ることが可能になる。また、正
確に各々のレーザ素子の位置を規定できるため、レーザ
素子の位置ずれによる画像むらを低減できる。さらに、
面発光レーザでは、レーザビームの出射口を、通常の端
面発光レーザに比べて大きくでき、また、その形状を円
形にできるので、狭出射円形レーザビームを取り出せ
る。そのため、レーザビームの利用効率が上昇する。

【００３２】図6に、ここで用いた面発光レーザ素子の
断面図を示す。ここでは、レーザの発振波長が780nmと
なる材料を用いた。面発光レーザ素子は、大きく分ける
と、AlGaAs多層膜から成る分布ブラック反射鏡（DBRミ
ラー層とも言う）162、GaAs/AlGaAsの３量子井戸から成
る活性層を含み両端にAlGaAsを有する１波長共振器層16
3、AlGaAs多層膜からなるp側DBRミラー層164から構成さ
れており、さらに、p及びn-DBRミラー層に電極166、161
が形成されている。また、p-DBRミラー層164は、電流狭
窄のために、上部が円柱状に加工されており、周りはポ
リイミド165で埋め込んで平坦化されている。この構成
において、活性層で発生した光は、活性層の上部及び下
部にあるDBRミラー層164、162で複数回反射され、基板1
62に垂直な方向にレーザビームを発生する。

【００３３】図6では、１つのレーザ素子について述べ
たが、実際には、複数のレーザ素子が２次元的に配列さ
れた構造になっており、また、各々の素子は素子分離溝
等により互いに分離されていて、独立に駆動できるよう
になっている。

【００３４】さらに、図6では、レーザの発振波長が780
nmの場合を示したが、AlGaInP系材料を用いて発振波長
が0.65μm帯の面発光レーザを用いてもよいし、さらに
は、GaN系の材料を用いて更に短い波長の面発光レーザ
素子を用いてもよい。

【００３５】次に、面発光レーザ素子の配置の仕方につ
いて説明する。図7は本実施例の画像形成装置に用いる
２次元的に配列された面発光レーザ素子171の配置の一
例を示したものである。ここでは、主走査方向に３個、
副走査方向に４個のレーザ素子を並べた例を示す。本実
施例では、各レーザ素子が、図７に示したように、一定
の周期で並べられた正方形の頂点にくるように配置され
ている。また、この正方形の一辺はレーザの主走査方向
に対して平行であり、また、もう一辺はレーザの主走査
方向に対して直角である。

【００３６】この図7において、主走査方向に並べられ
た３つの面発光レーザ素子171は、感光体156を多重露光
し、上述したようにドットサイズを変化させ、階調を表
現するために使用される。一方、副走査方向に並べた４
つの面発光レーザ素子171は、すでに広く知られている
ように、感光体156上に同時に複数の走査線を描き、高
速に静電潜像を形成するために使用される。

【００３７】従って、図７のようにレーザ素子171を２
次元的に配置することにより、静電潜像の高速形成及び
画像の多階調化を同時に達成できる。

【００３８】次に、図７に示したレーザ素子171の素子
間隔について説明する。まず初めに、主走査方向の素子
間隔について説明する。この方向の素子間隔は、感光体
156の多重露光のために使用されるため、特に解像度な
どにより制限されることはない。そのため、主走査方向
の素子の間隔は、各素子171で発生した熱が他の素子の
出力に影響しない程度の距離であればよい。一般に、各
レーザ素子171で発生する熱による各素子のクロストー
クを考慮すると、レーザ素子間隔は少なくとも50μm以
上離す必要がある。そこで、本実施例では、後述する副
走査方向の素子間隔と同じ素子間隔とした。また、主走
査方向に並べられたレーザ素子171で感光体156の同一点
（或いはほぼ同一点）の多重露光を行うためには、既に
述べたように、各々の素子171に対して、最初に配置さ
れているレーザ素子からの距離分ずれたタイミングで画
像データに対応した発光信号を送ることが必要である。

【００３９】続いて、副走査方向のレーザ素子間隔につ
いて説明する。まず、300dpiの解像度の画像を形成する
ための素子間隔について説明する。副走査方向に並べた
レーザ素子171で隣接した走査線を同時に描くために
は、各素子の副走査方向の間隔を画素（ドット）ピッチ
と一致させる必要がある。そのため、300dpiの解像度で
隣接した走査線を描くためには、副走査方向の素子間隔
を84μm（≒1インチ／300）にする必要がある。そこ
で、本実施例では、副走査方向の素子間隔を84μmとし
た例を示した。尤も、レンズ光学系が多少複雑になる
が、副走査方向の素子間隔と副走査方向の画素（ドッ
ト）ピッチをレンズ光学系で変化させることができるの
で、各素子の副走査方向の間隔を画素（ドット）ピッチ
と必ずしも一致させる必要はない。

【００４０】一方、600dpiの解像度で画像を形成するた
めには、副走査方向の素子間隔を42μmにする必要があ
る。しかしながら、前述したように、各レーザ素子で発
生する熱による各素子のクロストークを考慮すると、素
子間隔は少なくとも50μm以上離す必要がある。そのた
め、このように正方形の頂点にレーザ素子を配列する方
法では、600dpi以上の解像度で、隣接した走査線を同時
に描くことは困難になる。

【００４１】そこで、600dpi以上の解像度においても、
同時に隣接した走査線を描くために、一部の行をずらし
てレーザ素子を配置した例を図8に示す。図8では、各レ
ーザ素子181が、レーザの主走査方向と同一の直線上に
一辺を持った複数の平行四辺形の頂点にくるように配置
した。

【００４２】このように配置した理由を説明する。ま
ず、600dpiの解像度に限定して説明する。前述したよう
に、600dpiの解像度では、副走査方向の間隔を42μmに
する必要があるが、各レーザ素子で発生した熱によるク
ロストークを考慮すると各素子は50μm以上距離を離す
ことが望ましい。そこで、図8中に示した平行四辺形の
一辺の内、レーザの主走査方向と同一の直線上にない一
辺の長さ（副走査方向に対して或る角度を成す方向のレ
ーザ素子間隔）を50μm、平行四辺形の走査方向と同一
の直線上の一辺とそれ以外の一辺とのなす角度を57°と
すると、見かけ上の副走査の間隔を42μmにできる。つ
まり、図8のように、副走査方向のレーザ素子181を千鳥
状に配列すると、素子間隔よりも、見かけ上の副走査方
向の間隔を小さくできる。ただし、副走査方向に隔たる
各主走査方向のレーザ素子は、そのずれに応じたタイミ
ングで発光させる必要がある。

【００４３】なお、ここでは、平行四辺形の走査方向と
同一直線上の一辺とそれ以外の一辺との成す角度を57°
とした例を示したが、これに限ったものではない。図9
に示したように、見かけ上の副走査線間隔をd、副走査
方向に対して或る角度を成す方向のレーザの素子間隔を
h、平行四辺形の走査方向と同一直線上の一辺とそれ以
外の一辺との成す角度θ（＜90°）とすると、それらは
sinθ＝d/hの関係に当てはまるように設定される。一
方、主走査方向の素子間隔は、解像度には直接影響され
ないので、本実施例では、平行四辺形の走査方向と同一
の直線上の一辺の長さ（主走査方向の素子間隔）を、レ
ーザの走査方向と同一の直線上にない一辺の長さ（副走
査方向に対して或る角度を成す方向のレーザ素子間隔）
と同じ50μｍとした。

【００４４】従って、図8のようにレーザ素子を配列す
ることにより、600dpiの解像度においても、同時に描く
ことができる走査線の間隔は、画素ピッチと同じにな
る。そのため、各走査線で異なるタイミングで、画像情
報に対応する発光信号をレーザ素子に送ることにより、
同時に複数の隣接した走査線を感光体上に描くことがで
き、高速に静電潜像を感光体上に形成できる。

【００４５】なお、図８では、解像度を600dpiに限って
説明したが、600dpi以上の解像度でも、このように副走
査方向に千鳥状にレーザ素子を配置することにより、素
子の距離を離したまま、隣接した複数の走査線を同時に
描くことができる。

【００４６】また、図8では、副走査方向に千鳥状にレ
ーザ素子を配置した例を示したが、これに限ったもので
はない。図9に示した平行四辺形を複数組み合わせた配
置であればよく、例えば、図10のように副走査方向から
或る角度傾けた方向にレーザ素子191を並べてもよい。
この場合においても、平行四辺形の内角θ（鋭角の方）
は、図9に示したように、見かけ上の副走査線間隔をd、
副走査方向から或る角度傾いた方向のレーザの素子間隔
をh、平行四辺形の走査方向と同一直線上の一辺とそれ
以外の一辺の成す角度θ（＜90°）とすると、sinθ＝d
/hの関係に当てはまるように設定される。

【００４７】また、これまでは主走査方向の素子間隔を
副走査方向の素子間隔と同じにしてきたが、これに限っ
たものではない。各レーザ素子で発生する熱により、各
素子が影響しない程度の距離であればいいことは言うま
でもない。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明した様に、本発明の画像形成
装置によれば、主走査方向に並べた半導体レーザ素子な
どの発光素子により、感光体の同一点（或いはほぼ同一
点）を多重露光することで、1画素の面積が小さい場合
においても、１つのドットのサイズを変えることで多く
の階調を扱うことができる。また、副走査方向に並べた
レーザ素子などの発光素子により、同時に複数の走査線
を描ける様にした場合には、ポリゴンミラーの回転数を
上げずに、高速に画像を感光体上に形成することができ
る。また、同一基板上に２次元に並べて作製した面発光
レーザなどの発光素子を使用した場合には、発光素子間
の距離のばらつきを抑えることができ、素子間隔のばら
つきによる画像むらも低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザビームのエネルギー分布とそのエネルギ
ー分布により形成されるドットのサイズを示した図。

【図２】露光エネルギー量を変化させた場合のドットサ
イズを示した図。

【図３】３個のレーザ素子による感光体の多重露光によ
って形成されたドットの例を示した図。

【図４】露光量を変化させた２本のレーザビームで形成
できるドットサイズの種類を示した図。

【図５】本発明の画像形成装置のレーザ走査部の例を示
す概略構成図。

【図６】本発明の画像形成装置で使用される面発光レー
ザ素子の例の断面図。

【図７】本発明の画像形成装置で使用される面発光レー
ザ素子の配置例の図。

【図８】本発明の画像形成装置で使用される面発光レー
ザ素子の他の配置例の図。

【図９】本発明の画像形成装置で使用される面発光レー
ザ素子の他の配置例の図。

【図10】本発明の画像形成装置で使用される面発光レー
ザ素子の他の配置例の図。

【図11】特開昭63-173074号公報で記載された4本のレー
ザビームで１画素を形成したときの形成例の図。

【図12】特開平10-35008号公報で記載された分割ストラ
イプ型半導体レーザ装置を示す図。

【図13】特開平10-35008号公報で記載された図12の半導
体レーザ装置を用いて１画素を形成するための方法を示
す図。

【図14】（a）1画素の幅が広い例、（b）１画素の幅が
狭い例を示す図。

【符号の説明】 1：n型ガリウム砒素（GaAs）基板 2：n型下部クラッド層 3：量子井戸活性層 4：p型上部クラッド層 5：p型GaAsコンタクト層 6：高抵抗領域 7：p側電極 8：n側電極 24：感光体 27：ビームスポット 28：１画素幅 31、32、33、34：ビームスポット 110、120：レーザビーム径 111、121：ドットサイズ 151：２次元的に配列した半導体レーザ素子 152：コリメータレンズ系 153：ポリゴンミラー 154：f-θレンズ 155：レーザビーム 156：感光ドラム 161：n側電極 162：n-DBR層 163：１波長共振器層 164：p-DBR層 165：ポリイミド 166：n側電極 171、181、191：面発光レーザ素子

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力画像信号に基づき発光信号発生器を介
して駆動される少なくとも主走査方向に対応する方向に
複数配列した発光素子を備えた画像形成装置において、
主走査方向に対応する方向に並べた複数の発光素子から
の光ビームを感光体上の同一走査線上に照射し、複数の
光ビームで感光体上の各画素内の同一点の少なくとも一
部を多重露光して階調表現可能な様に構成されているこ
とを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】主走査方向及び副走査方向に対応する方向
に2次元的に配列した複数の発光素子を備え、副走査方
向に対応する方向に並べた複数の発光素子からの光ビー
ムにより同時に複数の走査線を描く様に構成されている
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】主走査方向に対応する方向に並べた複数の
半導体レーザ素子からの光ビームを同一走査線上に照射
し、複数の光ビームで感光体上の各画素内の同一点を多
重露光して階調表現可能な様に構成されていることを特
徴とする請求項1または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】各々の発光素子による感光体の露光量が変
化させられる様に構成されていることを特徴とする請求
項1、２または３に記載の画像形成装置。
【請求項５】各々の発光素子による感光体の露光量が同
じ複数段階に変化させられる様に構成されていることを
特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】各々の発光素子による感光体の露光量が少
なくとも一部異なる複数段階に変化させられる様に構成
されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成
装置。
【請求項７】前記主走査方向及び副走査方向に対応する
方向に2次元的に配列した複数の発光素子の内、２つ以
上の発光素子が、同じ素子間隔で、主走査方向と同一直
線上に配置され、かつ、２つ以上の発光素子が、同じ素
子間隔で、主走査方向と垂直な副走査方向に配置されて
いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載
の画像形成装置。
【請求項８】前記主走査方向及び副走査方向に対応する
方向に２次元的に配列した複数の発光素子の内、２つ以
上の発光素子が、同じ素子間隔で、主走査方向と同一直
線上に配置され、かつ、２つ以上の発光素子が、主走査
方向と垂直な副走査方向に、千鳥状に配置されているこ
とを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像
形成装置。
【請求項９】前記主走査方向及び副走査方向に対応する
方向に2次元的に配列した複数の発光素子の内、２つ以
上の発光素子が、同じ素子間隔で、主走査方向と同一直
線状に配置され、かつ、２つ以上の発光素子が、同じ素
子間隔で、主走査方向と垂直な副走査方向から或る角度
傾いた方向に配置されていることを特徴とする請求項１
乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記発光素子は半導体レーザ素子である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の画
像形成装置。
【請求項１１】少なくとも主走査方向に対応する方向に
複数配列した発光素子が、同一基板上に作製された互い
に独立に駆動可能な垂直共振器型の半導体レーザ素子で
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】主走査方向及び副走査方向に2次元的に
配列した発光素子が、同一基板上に作製された互いに独
立に駆動可能な垂直共振器型の半導体レーザ素子である
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１３】入力画像信号に基づき発光信号発生器を
介して駆動される複数の発光素子からの複数の光ビーム
を主走査方向に偏向する光偏向器、該光偏向器からの光
ビームを感光体上に結像させる走査レンズ系を有し、感
光体の移動による副走査に伴って感光体に２次元的に静
電潜像を形成することを特徴とする請求項１乃至１２の
いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】発光信号発生器は、画像信号を受けると
各発光素子に対する発光信号を形成して各発光素子を駆
動し、該発光信号発生器には、各画素に対応する画像信
号が決まれば該画素に対応する同一主走査方向の各発光
素子への発光信号の組が決まることから各発光素子に対
する発光信号を発生し、同一点或いはほぼ同一点を多重
露光する為に各画素に対応する同一主走査方向の各発光
素子への発光信号をタイミングをとって各発光素子へ入
力する様にする機能実現手段が組み込まれていることを
特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の画像形
成装置。
【請求項１５】入力画像信号に基づき発光信号発生器を
介して駆動される少なくとも主走査方向に対応する方向
に配列した複数の発光素子の内、主走査方向に対応する
方向に並べた複数の発光素子からの光ビームで感光体上
の各画素内の同一点或いはほぼ同一点を多重露光するこ
とで、感光体上に階調表現可能な静電潜像を形成するこ
とを特徴とする画像形成方法。
【請求項１６】主走査方向及び副走査方向に対応する方
向に2次元的に配列した複数の発光素子の内、副走査方
向に対応する方向に並べた複数の発光素子からの光ビー
ムにより同時に複数の走査線を描くことを特徴とする請
求項1５に記載の画像形成方法。
【請求項１７】各々の発光素子による感光体の露光量を
入力画像信号に応じて変化させることを特徴とする請求
項1５または１６に記載の画像形成方法。
【請求項１８】各々の発光素子による感光体の露光量を
入力画像信号に応じて同じ複数段階に変化させることを
特徴とする請求項１７に記載の画像形成方法。
【請求項１９】各々の発光素子による感光体の露光量を
入力画像信号に応じて少なくとも一部異なる複数段階に
変化させることを特徴とする請求項１７に記載の画像形
成方法。
【請求項２０】発光信号発生器は、画像信号を受けると
各発光素子に対する発光信号を形成して各発光素子を駆
動し、該発光信号発生器は、各画素に対応する画像信号
が決まれば該画素に対応する同一主走査方向の各発光素
子への発光信号の組が決まることから各発光素子に対す
る発光信号を発生し、同一点或いはほぼ同一点を多重露
光する為に各画素に対応する同一主走査方向の各発光素
子への発光信号をタイミングをとって各発光素子へ入力
することを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに
記載の画像形成方法。