JP2005193540A - 露光装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 紙繊維の露出による画像の粒状性の悪化を抑制しつつトナー付着量を低減することができる露光装置及び画像形成装置を提供することである。
【解決手段】 入力画像情報に応じて像担持体を露光することでその表面に静電潜像を形成する露光装置を、入力画像情報から得た入力画像面積を画像面積判断部４０により所定値と比較し、入力画像面積が所定値よりも小さい場合、露光エネルギー変調部３１により単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きくするように構成した。これにより、紙繊維の露出を抑制するような適正な付着量を得ることができ、その結果として、紙繊維の露出による画像の粒状性の悪化を抑制しつつトナー付着量を低減することができる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、露光装置及び画像形成装置に関する。

近年、複写機やプリンタなどの画像形成装置は市場に広く普及しており、またドキュメントのカラー化に伴ってカラー画像形成装置も市場に広く普及しつつある。画像形成装置として広く普及している電子写真方式の画像形成装置においては、代表的な画像形成プロセスとして以下のプロセスが実行されている。まず、像担持体である感光体を帯電器によって一様に帯電させ、帯電した感光体に対して画像情報に応じた露光を行い、非画像部と画像部との間に電位差を生じさせる。次に、現像器によって画像部にのみトナー粒子を付着させ、これを記録紙やＯＨＰなどの記録媒体に直接、あるいは中間転写体を介して転写する。

カラー画像形成装置においては、上述したような画像形成プロセスを色毎に実施し、感光体上に順次各色のトナー像を形成してこれを順次転写する、あるいは感光体上に複数色のトナー像を重ねて形成してこれを一括して転写する、あるいは複数の感光体上にそれぞれの色のトナー像を形成してこれを転写時に重ね合わせる、など公知の種々の方法で各色のトナー像を重ね合わせる。記録媒体上に形成された単色あるいはカラーのトナー像は定着器によって記録媒体上に定着させられる。

ところで、単色画像と比べてカラー画像は背景部も着色されている場合が多く、１枚の画像形成あたりに消費するトナーの量が多くなりがちである。トナー消費量の増大は環境負荷低減の観点から好ましくない。また、画質の面からは、１つの画素に対して多くのトナーを付着させると１画素あたりのトナー層厚みが厚くなるため転写時にトナーのチリが発生しやすくなり、また、定着時にトナー像のドット面積が拡大しやすくなる。これらの現象は単色画像においても発生し、カラー画像においては特に顕著に発生する。これにより、画像の鮮鋭性が阻害され、画質の劣化につながる。

さらに、カラー画像においては、１画素に付着するトナーの色数は画素毎に異なるため画素毎にトナー層の厚みが変化し、定着時のドット面積拡大率も変化する。１画素あたりのドット面積が異なると画像の粒状性が悪化する、すなわち画像にざらつき感を与えることとなり、画質の劣化につながる。ここで、露光エネルギーの制御による画像の粒状性の改善の従来技術としては、特許文献１のように感光体の光電位減衰特性に注目し、露光装置の光ビームの出力エネルギーを制御する方式や特許文献２のようにハイライト部において露光パターンを選択使用する方式などが提案されている。

上述したような問題を解決するための有力な手段としては、画像部の単位面積あたりに付着するトナーの量を低くすることが有効である。トナー付着量の低減はトナー消費量の低減につながり環境負荷を低減させる効果があり、また、トナー付着量の低下によって転写チリ、定着時のドット面積の拡大が抑制され、画素間でのドット面積差も縮小される。さらに、トナー層の厚みに起因する記録媒体の変形やカール等の不具合も大幅に軽減される。

特開２０００−１１８０３６公報 特開２００３−５４０２６公報

しかしながら、トナー付着量を低減させる画像形成プロセスにおいては、記録媒体である記録紙の種類毎に画像の粒状性の悪化が顕著に発生する。より詳細には、一部の記録紙においては、擬似中間調画像での粒状性が悪化する。このように粒状性が悪化した画像では、定着したトナー層の間から記録紙の表面繊維が露出していることが顕微鏡観察により確認された。この表面繊維の露出によってドット形状に欠けが発生し、記録紙によっては露出した繊維とトナー層との互いの光沢が異なるために画像の均一感が失われ、これが画像の粒状性の悪化を招いている。このような表面繊維の露出は、形成する画像によっても発生の仕方が異なる。すなわち、記録紙の全面にトナーを付着させた場合には、小さな孤立ドット画像を形成した場合に比べ、同じ画像形成条件であっても記録紙の繊維が露出しにくい。

ここで、画像の粒状性の悪化をさらに解析するために以下の実験を行なった。この実験においては、解像度１２００ｄｐｉ、帯電電位−６３０Ｖ、現像バイアス−５００Ｖ、トナー径５．５μｍ、キャリア径３５μｍとし、記録紙の全面にトナーを付着させた場合におけるＭ／Ａが０．４５[ｍｇ／ｃｍ^２]となるように実験条件を設定した。ここで、画像部の単位面積あたりに付着するトナーの重量をＭ／Ａと呼び、単位面積あたりに付着するトナーの量を表わす特性として用いる。

（１）デジタル画像情報の段階における画像面積率（全画素数に占める着色画素数の割合）を２５％に保ち、個々のドット径を変化させて画像形成を行ない、形成された画像の記録紙上でのＭ／Ａを測定した。具体的には、図１に示すように、個々のドットを１画素×１画素で形成した場合（ドットパターンＡ）、２画素×２画素で形成した場合（ドットパターンＢ）、３画素×３画素で形成した場合（ドットパターンＣ：図示せず）、４画素×４画素で形成した場合（ドットパターンＤ：図示せず）のそれぞれについて画像面積率２５％で画像を形成し、Ｍ／Ａを測定した。
（２）画像面積率を１００％（いわゆるベタ画像）にして画像形成を行ない、形成された画像のＭ／Ａを測定した。

画像面積率２５％の画像で得られたＭ／Ａを画像面積率１００％で得られたＭ／Ａで割って得られた値をプロットした結果が図２である。図２において、横軸は画像面積率２５％の画像を作成する時に用いた孤立ドットの面積（ドット面積）であり、ドットパターンＡ、ドットパターンＢ、ドットパターンＣ、ドットパターンＤの順に値が大きくなる。また、縦軸は、ドットパターンＡ、ドットパターンＢ、ドットパターンＣ及びドットパターンＤのそれぞれの場合において、画像面積率２５％で画像を形成して得られたＭ／Ａを画像面積率１００％で得られたＭ／Ａで割って得られた値である。すなわち、縦軸の値は、画像面積率２５％の場合と画像面積率１００％の場合とで着色画素のみに関するＭ／Ａを比較した値である。

図２から分かるように、着色画素のみに関するＭ／Ａについて比較すると、ドットパターンＡでは、画像面積率１００％の画像に比較して画像面積率２５％の画像の方が低く、縦軸の値は１を下回っている。ドットパターンＢでは、縦軸の値は１に近い。ドットパターンＣでは、着色画素のみに関するＭ／Ａを比較すると画像面積率１００％の画像よりも画像面積率２５％の画像の方が高く、縦軸の値は１を越えている。ドットパターンＤでは、着色画素のみに関するＭ／ＡはドットパターンＣに比べれば低いものの画像面積率１００％の場合を上回り、縦軸の値は１を越えている。

この現象について以下のようなメカニズムが考えられる。まず、ドットパターンＡのように孤立ドットの大きさが１画素×１画素と小さな場合には、露光時の積分光量が少ないために充分な現像ポテンシャルを得られず、トナー付着量が低くなって紙繊維が露出する。これに対して、ドットパターンＣのように孤立ドットの大きさが３画素×３画素となり着色画素が集中している場合には、積分光量が大きくなって画像面積率１００％の場合に近いあるいは同等な現像ポテンシャルを得ることができる。さらに、エッジ効果によってドットのエッジ部でのトナー付着量が多くなることにより、着色画素におけるＭ／Ａは画像面積率１００％の場合よりも高くなる。ドットパターンＤのように孤立ドットの大きさが十分に大きくなると、孤立ドットの面積が広くなるためにエッジ効果によるトナー付着量の増加による寄与率が少なくなり、着色画素におけるＭ／ＡはドットパターンＣの場合よりも低下して画像面積率１００％での値に近づく。

もちろん、以上の現象は解像度、感光体特性、現像条件、記録紙の種類等によって変動するため、紙繊維が露出しない条件もケース毎に変動する。しかしながら、トナー付着量を低減していくに従い、画像の粒状性の悪化を防止するために紙繊維の露出に対する対策を講じる必要性が高くなる。

したがって、本発明の目的は、紙繊維の露出による画像の粒状性の悪化を抑制しつつトナー付着量を低減することである。

請求項１記載の発明は、光を出射する光源により入力画像情報に応じて像担持体を露光することでその表面に静電潜像を形成する露光装置において、前記入力画像情報に応じて単位画素あたりの露光エネルギーを制御する制御手段を具備し、前記制御手段は、前記入力画像情報から入力画像面積を取得し、その入力画像面積を所定値と比較し、入力画像面積が所定値よりも小さい場合、単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きくすることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の露光装置において、前記制御手段は、前記光源の発光強度を変更することで、単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きくすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の露光装置において、前記制御手段は、Ｘ及びＹを入力画像の主走査及び副走査の画素数とし、Ｒｘ及びＲｙを主走査方向及び副走査方向の画像解像度とすると、入力画像面積がＸ×Ｙ＜（Ｒｘ×Ｒｙ）／６００^２の関係式を満たす場合、単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きくすることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の露光装置において、前記制御手段は、前記入力画像情報として、主走査及び副走査方向の少なくともどちらか一方の画像解像度が１２００［ｄｐｉ］以上である情報に応じて単位画素あたりの露光エネルギーを制御することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の露光装置において、前記制御手段は、前記入力画像情報として、擬似中間調処理であるディザ処理が行なわれディザ処理の線数が２００［ｌｐｉ］以上である情報に応じて、単位画素あたりの露光エネルギーを制御することを特徴とする。

請求項６記載の発明の画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電装置と、入力画像情報に応じて、帯電する前記像担持体を露光することでその表面に静電潜像を形成する請求項１ないし５のいずれか一記載の露光装置と、前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置と、前記像担持体上のトナー像を記録媒体上に移動させる転写装置と、前記記録媒体上のトナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置と、を具備する。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の画像形成装置において、前記像担持体と、前記帯電装置と、前記現像装置と、前記像担持体上をクリーニングするクリーニング装置とから選ばれる少なくとも２つを一体に支持し、着脱自在に設けられたプロセスカートリッジを具備する。

請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の画像形成装置において、前記記録媒体に対する単色ベタの単位面積あたりのトナー付着量が０．５０［ｍｇ／ｃｍ^２］以下であることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項６、７又は８記載の画像形成装置において、前記現像装置は、トナー体積平均粒径が６．０［μｍ］以下であるトナーを有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、画像のハイライト部において紙繊維の露出が発生し、画像の粒状性が悪化するような場合においても、露光エネルギーを制御することによって紙繊維の露出を抑制するような適正な付着量を得ることができ、その結果として、紙繊維の露出による画像の粒状性の悪化を抑制しつつトナー付着量を低減することができる。

請求項２記載の発明によれば、露光エネルギーの発光強度を変調することによって、紙繊維の露出を抑制し、効率的にドットの付着量を増加することができる。

請求項３記載の発明によれば、ベタ画像書き込み時よりも露光エネルギーを増加させるときの入力画像面積の条件を示すことによって、よりハイライト部では紙繊維の露出を抑制するように付着量を増加させるとともに、入力画像面積の大きいところでの過剰な付着量の増加を防ぐことができるため、粒状性と階調性がともに優れた画像を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、主走査及び副走査方向の少なくともどちらか一方の画像解像度が１２００［ｄｐｉ］以上であることによって、画質において粒状性と階調性がともに優れた画質を得ることができる。

請求項５記載の発明によれば、擬似中間調処理であるディザ処理の線数が２００［ｌｐｉ］以上であることによって、特に階調性に優れた良好な画質を得ることができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の発明と同様な効果を奏する。

請求項７記載の発明によれば、例えば画像形成装置の本体に着脱自在なプロセスカ−トリッジを設けることにより、装置のライフサイクルをさらに伸ばすことができるため、省エネルギー化による環境負荷の低減ができ、かつ良好な画質を長期間にわたり得ることができる。

請求項８記載の発明によれば、単色のベタの単位面積あたりの付着量が０．５０［ｍｇ／ｃｍ^２］以下であることによって、粒状性と階調性に優れた画質を得られるとともに、定着装置における省エネルギー化を行うことができるため、環境負荷の低減にも効果を発揮する。

請求項９記載の発明によれば、トナーの体積平均粒径が６．０［μｍ］以下であることによって、画質において粒状性と階調性がともに優れた画質を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態について図３ないし図９に基づいて説明する。図３は本実施の形態の画像形成装置の概略構成を示す縦断正面図、図４は画像形成装置が備える露光装置の概略構成を示す斜視図である。

図３に示すように、タンデム方式のカラー画像形成装置である画像形成装置１は、色毎のプロセスカートリッジ２が直列に配置された構成になっている。色毎のプロセスカートリッジ２は、像担持体である感光体３、その感光体３を帯電させる帯電装置４、感光体３上にトナーを供給する現像装置５及び感光体３上をクリーニングするクリーニング装置６などから構成されている。帯電装置４、現像装置５及びクリーニング装置６は、感光体３の周囲に静電写真プロセスの順に配置されている。さらに、画像形成装置１は、色毎のプロセスカートリッジ２の感光体３にレーザ光を照射する露光装置７、中間転写装置８、用紙搬送部９、転写装置である紙転写装置１０、定着装置１１などを備えている。なお、本実施の形態においては、感光体３、帯電装置４、現像装置５及びクリーニング装置６等をプロセスカートリッジ２として一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジ２を複写機やプリンタ等の画像形成装置１の本体に対して着脱可能に構成する。なお、プロセスカートリッジ２は、感光体３、帯電装置４、現像装置５及びクリーニング装置６を一体に支持してユニット化しているが、これに限るものではなく、少なくともそれらのうちの２つを一体に支持していれば良い。

感光体３は、積層型電子写真感光体であり、導電性支持体（導電性基体）上に感光層（いずれも図示せず）が設けられているもので、この感光層は、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層とを積層することで形成されている。そして、感光体３の表層として保護層なども形成されている。本実施の形態の感光体３の全膜厚は、例えば２０μｍであり、特に電荷輸送層が１５μｍである。

露光装置７は、色毎の入力画像情報（画像データ）に対応するレーザ光を各感光体３の表面に向けて照射し、各感光体３の表面に静電潜像を形成する。露光装置７は、図４に示すように、光源であるレーザ発光素子２０、コリメータレンズ２１、アパーチャ２２、シリンドリカルレンズ２３、ポリゴンミラー２４、及びｆ−θレンズ２５等から構成されている、いわゆるレーザ光学系である。レーザ発光素子２０から出射したレーザ光は、コリメータレンズ２１により平行光束となり、シリンドリカルレンズ２３に入射する。入射したレーザ光はシリンドリカルレンズ２３により副走査方向に集光されて、ポリゴンミラー２４に入射する。レーザ光はポリゴンミラー２４により感光体３の回転軸方向に平行な主走査方向に走査される。主走査方向に走査されたレーザ光は、ｆ−θレンズ２５によって走査角と走査距離とが比例するように調整され、かつ副走査方向に集光されて感光体３上に結像する。なお、このようなレーザ光学系を用いた場合は、ポリゴンミラー２４の回転速度を変え、主走査方向のレーザ照射のクロックを変えることで、容易に画像の記録密度の変更を行うことができる。また、ポリゴンミラー２４の回転速度を変える代わりに、感光体３の線速を変更することでも同様の記録密度変更が可能である。

中間転写装置８は、中間転写体である中間転写ベルト１２、中間転写ベルト１２を回転可能に支持する複数の支持ローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、各感光体３の表面に形成されたトナー像を中間転写ベルト１２に転写するための４つの転写ローラ１４等から構成されている。紙転写装置１０は、中間転写ベルト１２上のトナー像を転写紙に転写する。また、用紙搬送部９は、用紙Ｓを収容する用紙収納部である給紙カセット（図示せず）から紙転写装置１０に記録媒体である用紙Ｓを供給し、紙転写装置１０によりトナー像が転写された用紙Ｓを定着装置１１まで搬送する。定着装置１１は、定着ローラ１１ａと加圧ローラ１１ｂとを備え、トナー像が転写された転写紙に熱と圧力とを加えることによりそのトナー像を用紙Ｓに定着させる。

なお、本実施の形態では、トナー粒子は少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤からなる混合物を、熱ロールミルで溶融混練した後、冷却固化せしめ、これを粉砕分級して得られる母体粒子に、添加剤をヘンセルミキサー等で混合付着させることによって得られる。この場合の結着樹脂及び着色剤としては、従来からトナー用結着樹脂として利用されてきたものの全てが適用される。結着樹脂では軟化点９０〜１５０℃、ガラス転移温度５０〜７０℃、数平均分子量２０００〜６０００、重量平均分子量８０００〜１５００００を示すものが特に好ましい。また、着色剤のトナー粒子における含有量は２〜１２％程度が着色力、帯電性維持のバランスを考慮すると最適である。一方、離型剤としては、公知のもの全てが使用できるが、特にカルナウバワックス、モンタンワックス及び酸化ライスワックスを単独、又は組み合わせで用いることが好ましい。離型剤の使用量としては、トナー樹脂成分に対して１〜１０％の範囲が良く、トナーバインダー中に分散させる前の離型剤の平均体積粒径は特に１０〜３００μｍが好ましい。また、トナー粒子に外部添加される添加剤としては、酸化チタンやシリカ等の無機微粉体が好ましく、より効率的な帯電付与を与える効果がある。なお、トナーの製法としては、粉砕法に限るものではなく、乳化重合法や溶解懸濁法などの重合法を用いても良い。

このような構成において、カラー画像の形成動作について説明する。色毎のプロセスカートリッジ２において、図３中の矢印方向に回転駆動する感光体３は、帯電装置４により表面が一様に帯電された後、入力画像信号に基づき駆動点灯する露光装置７により露光される。これにより、静電潜像が感光体３の表面に形成され、現像装置５によってトナーが感光体３上の静電潜像に供給され、感光体３上に各色のトナー像が形成される。すなわち、静電潜像がトナー像として感光体３上に顕像化される。色毎のプロセスカートリッジ２の感光体３上に形成されたトナー像が中間転写装置８の中間転写ベルト１２上に順次転写されることで、色毎のトナー像は中間転写ベルト上に重ねられる。また、中間転写ベルト１２に転写されずに感光体３上に残留したトナーはクリーニング装置６によって回収される。一方、用紙Ｓは、用紙搬送部９により給紙カセットから紙転写装置１０に搬送され、中間転写ベルト１２上に重ねられたトナー像は、紙転写装置１０により用紙Ｓに転写される。用紙Ｓ上のトナー像は定着装置１１により定着される。これにより、カラー画像が得られる。

次に、入力画像情報である入力画像信号に応じた露光エネルギーの変調方法について図５を参照して説明する。図５は露光装置７が備える一部の電気的接続を示すブロック図である。

レーザ発光素子２０はレーザ光発生のための発光信号を発生するレーザドライバ３０に接続されて点滅動作を行う。レーザドライバ３０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）部と光量変調（ＰＭ）部（いずれも図示せず）とからなる変調手段である露光エネルギー変調部３１に接続されている。露光エネルギー変調部３１のパルス幅変調部はレーザ発光素子２０の発光時間を制御する。具体的には、三角波信号と入力画像信号とをコンパレータにて比較することにより所望のパルス幅信号を形成することが可能となる。一方、露光エネルギー変調部３１の光量変調部はレーザ発光素子２０の発光強度を制御する。画像信号に対応してレーザ発光素子２０に入力する電流値を設定する強度信号を形成する。したがって、露光エネルギー変調部３１においては、入力画像信号に応じてパルス幅信号と強度信号とがレーザドライバ３０に送られるが、例えば入力画像が８ｂｉｔである場合には、パルス幅信号と強度信号とを組み合わせて２５６段階の露光エネルギーを設定することができる。その設定方法はレーザドライバ３０に依存するが、例えばパルス幅変調を３ｂｉｔ、強度変調を５ｂｉｔとし、画像信号に対しそれらをテーブル化することで変調を行うことなどができる。

また、入力画像信号に応じて単位画素あたりの露光エネルギーを制御する方法について図６を参照して説明する。図６は３種類（ａ，ｂ，ｃ）の入力画像面積に対する露光エネルギーの設定方法を示し、（ａ）は入力画像面積によらず露光エネルギーが一定である設定を示す説明図、（ｂ）は４画素以下の入力画像面積のみ露光エネルギーを増加させる設定を示す説明図、（ｃ）は９画素以下の入力画像面積のみ露光エネルギーを増加させる設定を示す説明図である。図６において、横軸は孤立ドット面積［画素］を示し、縦軸は画素あたりの露光エネルギーを示す。ここで、画像解像度は１２００［ｄｐｉ］であり、孤立ドットの各画素の入力信号は最大値（例えば８ｂｉｔであればＦＦ）である。図６に対応する各設定によるトナー付着量を図７に示す。ここで、図７は図６の３種類の露光エネルギーの設定に基づいて画像形成した場合のトナー付着量を示す説明図である。図７において、横軸は孤立ドット面積を示し、縦軸はベタ時のトナー付着量に対するトナー付着量の比を示す。なお、比較のため図７（ａ）及び図７（ｃ）には、図７（ａ）のグラフを点線で示す。

画素あたりの露光エネルギーが一定である図７（ａ）の場合には、入力画像面積が小さい領域（ここでは４画素以下）においては付着量が少ない。このとき、定着後の画像においては、ドット部において紙繊維の露出部分が多く、画像の粒状性が著しく悪化していた。一方、画素あたりの露光エネルギーを面積が小さい領域においてのみ増加させた図７（ｂ）及び（ｃ）においては、入力画像面積が小さい領域でも付着量の減少を抑制することができる。しかしながら、図７（ｃ）においては、波形の凸部のように付着量が過剰に増加する部分が見られる。この部分ではドット画像の高さも増大しており、定着プロセスにおいてドット画像に圧力がかかることで画像がつぶれてドット面積が増大してしまうため、連続的な中間濃度を安定して得ることができなくなり、濃度の連続性である階調性が損なわれることになる。以上の検討により、ハイライト部における紙繊維の露出を抑制し、かつ階調性に優れた画像を得るためには、ある所定の入力画像面積以下において露光エネルギーを増加させることによって効果が得られることがわかる。

さらに、画像解像度を変化させて同様の検討を行ったところ、露光エネルギーを増加させる画像領域（入力画像面積）がＸ×Ｙ＜（Ｒｘ×Ｒｙ）／６００^２の関係式で示すような領域である場合に、ハイライト部における紙繊維の露出を抑制し、かつ階調性に優れた画像を得ることができることを見出した。ここで、Ｘ及びＹは入力画像の主走査及び副走査の画素数、Ｒｘ及びＲｙは主走査方向及び副走査方向の画像解像度をそれぞれ表す。なお、本実施の形態では、露光エネルギーの設定は不連続な２段階の設定としているが、これに限るものではなく、例えば、複数の設定段数を設けても良いし、連続的な制御を行っても良い。これにより、正確な制御を行うことが可能となる。

また、図６（ｂ）のような露光エネルギー設定（４画素以下の入力画像面積のみ露光エネルギーを増加させる設定）をパルス幅変調のみで行った場合と光量変調のみで行った場合とについて、入力画像面積に対するトナー付着量の変化を図８に示す。なお、図８においては、図６（ｂ）のような露光エネルギー設定をパルス幅変調のみで行った場合を一点鎖線、図６（ｂ）のような露光エネルギー設定を光量変調のみで行った場合を実線、変調設定を行なわない場合（露光エネルギー一定）を点線でそれぞれ示す。パルス幅変調による露光エネルギーの増加方法では、トナー付着量増加の寄与が小さく、画質においては紙繊維の露出の抑制効果が小さかった。これは、パルス幅変調が露光時間（レーザ発光素子２０の発光時間）を増加させることで露光エネルギーを増加させるが、その際にはポリゴンモータによってレーザは走査されているためにドット部の面積はその時間分は増大することになり、単位面積あたりのトナー付着量としては増加分が小さいためである。したがって、露光エネルギーの変調においては、光量変調（レーザ発光素子２０の発光強度）を用いることで、露光部分である微小ドットに対しより露光エネルギーを集中することができ、ハイライト部におけるトナー付着量を効率的に増加させることができる。これにより、画質においては紙繊維の露出を抑制でき、粒状性が改善し高画質化が実現される。

次に、入力画像信号に応じて単位画素あたりの露光エネルギーを制御する制御手段について図９を参照して説明する。図９は露光装置７が備える一部の電気的接続を概略的に示すブロック図である。制御手段は、画像面積判断部４０とセレクタ４１と露光エネルギー変調部３１とからなり、レーザドライバ３０に接続されている。ここでは、露光エネルギー変調部３１は２つのモードを持ち、ハイライト部において露光エネルギーを増加させる変調部３１ａと通常の変調を行う変調部３１ｂとから構成されている。入力画像信号は中間調処理（擬似中間調処理であるディザ処理）などがなされた状態で画像面積判断部４０に入力される。そこでは、連続するドットの集合体であるディザ面積などが計算されることで、孤立するドット面積（入力画像面積）が計算される。ここで、そのドット面積がある所定値より小さいか否かが判断される。ドット面積が所定値よりも小さくハイライト部であると判断された場合は、露光エネルギーを増加させる変調部３１ａが選択され、ドット面積が所定値以上である場合には通常の変調である変調部３１ｂが選択されるようにセレクタ４１が制御される。露光エネルギーを増加させる変調部３１ａは、セレクタ４１により選択されると、レーザ発光素子２０の発光強度を変更することで、単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きく設定する。

このように制御手段は、入力画像面積が所定値よりも小さい場合に、単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きくするように制御することによって、画像のハイライト部において紙繊維の露出が発生し、粒状性が悪化するような場合においても、紙繊維の露出を抑制するような適正な付着量を得ることができる。その結果として、紙繊維の露出による画像の粒状性の悪化を抑制しつつトナー付着量を低減することができる。特に、入力画像面積がＸ×Ｙ＜（Ｒｘ×Ｒｙ）／６００^２の関係式を満たす場合、よりハイライト部では紙繊維の露出を抑制するように付着量を増加させるとともに、入力画像面積の大きいところでの過剰な付着量の増加を防ぐことができるため、粒状性と階調性とがともに優れた画像を得ることができる。

本実施の形態の露光エネルギー制御の処理を用い、画像解像度［ｄｐｉ］、中間調処理の線数［ｌｐｉ］、単色ベタの単位面積あたりのトナー付着量［ｍｇ／ｃｍ^２］、トナー体積平均粒径［μｍ］の４つの項目について条件を変えて画像形成を行った。そのときの各項目における３水準（Ａ，Ｂ，Ｃ）の条件を表１に示す。ここで、画像解像度は主走査×副走査を表す。また、トナー体積平均粒径はコールターカウンタ（Multisizer3：ベックマンコールター社製）を用いて計測した。

得られた画像については画質評価を行い、その粒状性及び階調性について評価を行った。粒状性は画像のざらつき感を表し、階調性は濃度の連続性とダイナミックレンジをそれぞれ表す。一方、省エネルギー化の代用特性として、定着性能を評価した。具体的には、定着下限温度を評価し、より低い定着下限温度であれば定着装置１１で消費されるエネルギーがより少ないと判断した。評価は、良好な順から◎、○、△、×の４段階にて行い、△、×は許容されないレベルとした。結果を表２に示す。

＜実施例１から４について＞
実施例１から４において、トナー粒径が５．５［μｍ］で、付着量が０．４５［ｍｇ／ｃｍ^２］であるとき、画像解像度が１２００［ｄｐｉ］×１２００［ｄｐｉ］又は１２００［ｄｐｉ］×６００［ｄｐｉ］で、かつ線数が２４０［ｌｐｉ］又は２００［ｌｐｉ］である場合には、粒状性及び階調性ともに良好なレベルであり、定着性も問題がなかった。一方、比較例１において、画像解像度が６００［ｄｐｉ］×６００［ｄｐｉ］である場合には、粒状性及び階調性が許容レベルに達していない。すなわち、主走査及び副走査の少なくともどちらか一方の画像解像度が１２００［ｄｐｉ］以上である場合には、本実施の形態の露光エネルギーの制御を用いて満足のいく画質を得ることができる。また、比較例２において、線数が１７５［ｌｐｉ］である場合には、粒状性及び階調性が許容レベルに達せず、特に階調性が損なわれていた。すなわち、中間調処理の線数が少なくとも２００［ｌｐｉ］以上である場合には、本実施の形態の露光エネルギーの制御を用いて特に階調性について満足のいく画質を得ることができる。

＜実施例５から７について＞
実施例５から７において、画像解像度が１２００［ｄｐｉ］×６００［ｄｐｉ］、線数が２００［ｌｐｉ］であるとき、トナー付着量が０．３０又は０．４５［ｍｇ／ｃｍ^２］で、かつトナー粒径が５．５又は４．０［μｍ］である場合には、粒状性及び階調性ともに良好なレベルであり、定着性においても問題がなかった。一方、比較例３において、トナー付着量が０．６５［ｍｇ／ｃｍ^２］である場合には、定着性が悪く、定着装置１１においては必要以上に消費電力が必要になり、省エネルギーの観点から好ましくない。また、トナーの消費量が増加することでプロセスカートリッジ２の寿命が短命化するために好ましくない。すなわち、トナー付着量が０．５０［ｍｇ／ｃｍ^２］以下である場合には、本実施の形態の露光エネルギーの制御を用いて画質と省エネルギーの両立を実現することができる。また、比較例４において、トナー粒径が７．０［μｍ］である場合には、粒状性及び階調性が非常に悪く、画質は許容レベルに達していない。すなわち、トナー粒径が６．０［μｍ］以下である場合には、本実施の形態の露光エネルギーの制御を用いて満足のいく画質を得ることができる。

個々のドットを１画素×１画素で形成した場合（ドットパターンＡ）を概略的に示す模式図、２画素×２画素で形成した場合（ドットパターンＢ）を概略的に示す模式図である。 画像面積率２５％の画像で得られたＭ／Ａ（単位面積あたりに付着するトナーの量を表わす）を画像面積率１００％で得られたＭ／Ａで割って得られた値をプロットした結果を示す説明図である。 本発明の一実施の形態の画像形成装置の概略構成を示す縦断正面図である。 本発明の一実施の形態の画像形成装置が備える露光装置の概略構成を示す斜視図である。 露光装置が備える一部の電気的接続を示すブロック図である。 ３種類（ａ，ｂ，ｃ）の入力画像面積に対する露光エネルギーの設定方法を示し、（ａ）は入力画像面積によらず露光エネルギーが一定である設定を示す説明図、（ｂ）は４画素以下の入力画像面積のみ露光エネルギーを増加させた設定を示す説明図、（ｃ）は９画素以下の入力画像面積のみ露光エネルギーを増加させた設定を示す説明図である。 図６の３種類の露光エネルギーの設定に基づいて画像形成した場合のトナー付着量を示し、（ａ）は入力画像面積によらず露光エネルギーが一定である設定によるトナー付着量を示す説明図、（ｂ）は４画素以下の入力画像面積のみ露光エネルギーを増加させる設定によるトナー付着量を示す説明図、（ｃ）は９画素以下の入力画像面積のみ露光エネルギーを増加させる設定によるトナー付着量を示す説明図である。 図６（ｂ）のような露光エネルギー設定をパルス幅変調のみで行った場合と光量変調のみで行った場合とについて、入力画像面積に対するトナー付着量の変化を説明するための説明図である。 露光装置が備える一部の電気的接続を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ プロセスカートリッジ
３ 像担持体（感光体）
４ 帯電装置
５ 現像装置
６ クリーニング装置
７ 露光装置
１０ 転写装置（紙転写装置）
１１ 定着装置
２０ 光源（レーザ発光素子）
３１，４０，４１ 制御手段（露光エネルギー変調部、画像面積判断部、セレクタ）

Claims (9)

1. 光を出射する光源により入力画像情報に応じて像担持体を露光することでその表面に静電潜像を形成する露光装置において、
   前記入力画像情報に応じて単位画素あたりの露光エネルギーを制御する制御手段を具備し、
   前記制御手段は、前記入力画像情報から入力画像面積を取得し、その入力画像面積を所定値と比較し、入力画像面積が所定値よりも小さい場合、単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きくすることを特徴とする露光装置。
2. 前記制御手段は、前記光源の発光強度を変更することで、単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きくすることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記制御手段は、Ｘ及びＹを入力画像の主走査及び副走査の画素数とし、Ｒｘ及びＲｙを主走査方向及び副走査方向の画像解像度とすると、入力画像面積がＸ×Ｙ＜（Ｒｘ×Ｒｙ）／６００^２の関係式を満たす場合、単位画素あたりの露光エネルギーをベタ画像書込み時の単位画素あたりの露光エネルギーよりも大きくすることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記制御手段は、前記入力画像情報として、主走査及び副走査方向の少なくともどちらか一方の画像解像度が１２００［ｄｐｉ］以上である情報に応じて単位画素あたりの露光エネルギーを制御することを特徴とする請求項１、２又は３記載の露光装置。
5. 前記制御手段は、前記入力画像情報として、擬似中間調処理であるディザ処理が行なわれディザ処理の線数が２００［ｌｐｉ］以上である情報に応じて、単位画素あたりの露光エネルギーを制御することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の露光装置。
6. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体を帯電させる帯電装置と、
   入力画像情報に応じて、帯電する前記像担持体を露光することでその表面に静電潜像を形成する請求項１ないし５のいずれか一記載の露光装置と、
   前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置と、
   前記像担持体上のトナー像を記録媒体上に移動させる転写装置と、
   前記記録媒体上のトナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置と、
   を具備する画像形成装置。
7. 前記像担持体と、前記帯電装置と、前記現像装置と、前記像担持体上をクリーニングするクリーニング装置とから選ばれる少なくとも２つを一体に支持し、着脱自在に設けられたプロセスカートリッジを具備する請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記記録媒体に対する単色ベタの単位面積あたりのトナー付着量が０．５０［ｍｇ／ｃｍ^２］以下であることを特徴とする請求項６又は７記載の画像形成装置。
9. 前記現像装置は、トナー体積平均粒径が６．０［μｍ］以下であるトナーを有することを特徴とする請求項６、７又は８記載の画像形成装置。
   
   
   

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