JP2010176094A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潜像担持体の特性を考慮した露光制御を行うことで、光量補正をすることなく、相反則不軌の起きにくい露光走査を行うことができる光走査装置を実現する。
【解決手段】本発明は、光源１からの光束を偏向反射面を持つ光偏向器５により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系６により被走査面１１１上に光スポットとして集光して、等速的な光走査を行なう光走査装置１１０において、前記被走査面１１１は、電荷発生層と電荷輸送層を有する潜像担持体であり、該潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが電荷輸送層をほぼ移動していない状態で、露光を可能とする走査周波数で駆動させることを特徴としており、画像濃度むらの現れない、光走査装置を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電潜像形成装置やキャリア移動時間測定装置等に応用される光走査装置と、その光走査装置を備えたデジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。

従来、レーザダイオード（ＬＤ）等の光源から射出される光ビームを光偏向手段（例えばポリゴンミラー等の光偏向器）を含む走査光学系を介して潜像担持体（例えば光導電性の感光体）の被走査面上に結像させて潜像形成を行う光走査装置が知られており、電子写真方式の画像形成装置（例えばデジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ、あるいはこれらの複合機等）の潜像形成手段として用いられている。また、画像形成装置の高速化、高密度化に伴い、複数の光ビームを同時に走査して、副走査方向の複数ラインの書き込みを同時に行うマルチビーム走査光学系を用いた光走査装置が提案されている。

電子写真方式の画像形成装置で潜像担持体として用いられる感光体には、感光体に与えられる総露光エネルギー密度は同じでも、光量と露光時間の関係が異なると潜像形成状態が異なる相反則不軌の現象がある。すなわち、ごく短時間に露光した場合は、比較的長い時間をかけて露光した場合に比べ、総露光量が等しいにもかかわらず感光体の電位変化量が少なくなる、相反則不軌が生じる。
これは、光量が強いとキャリアの再結合量が増大し、表面に到達するキャリア量が減少することが原因と考えられている。そして、これがマルチビーム走査光学系の場合、画像濃度むらとなって現れてくる。

ここで、図１９は画像形成装置の走査光学系として、ＬＤ１〜ＬＤ４の４つのＬＤを配列した４chＬＤＡ（４チャンネル・レーザダイオードアレイ）を用いた例である。ＬＤ１とＬＤ２の境界領域は、ほぼ同時に露光されているため、短い時間で強い光量が当たっている。これに対し、ＬＤ４とＬＤ１の境界領域は、はじめＬＤ４が露光した後に、ＬＤ１が露光することになるので時間差（タイムラグ）が生じ、結果的に長い時間に弱い光量が当たったことになる。この場合、時間差露光の方が潜像電位分布が深く形成され、トナーが付着しやすくなる。この結果、ＬＤ４とＬＤ１の境界領域は、他の部分より画像濃度が濃くなり、画像濃度むらを生じることになる。

上記のような相反則不軌現象は、感光体の特性値中でも、例えば有機感光体の電荷発生層（ＣＧＬ）の膜厚や、キャリア移動度、量子効率、キャリア発生量に依存する。このため、相反則不軌の起き難い感光体、走査光学系を含めた作像システムを提供することが望ましいが、従来の計測手法では、空間分解能が数ミリ程度しか得られなく、メカニズムを解析するのに十分な精度が得られなかった。このため、最適露光条件は、出力画像から判断するしかなく、対処療法的に、出力画像から濃度むらが起きないように光量補正するしかなかった。
また、この方法では、光源出力を光源の数だけ調整させる必要があるため、光源数が増えると組み合わせが膨大となり、難しくなるだけでなく、安定した画像を得ることができなかった。

また、従来技術の一例として、特許文献１（特開２００４−７７７１４号公報）には、マルチビームを走査しても相反則不軌による画質欠陥が生じることなく、高画質の画像を得ることを課題として、「飛び越し走査を採用することにより、任意の隣り合う走査線の組を取り上げても、各々の走査番号ｊを必ず異なった組み合わせにすることができるので、走査間隔の時間を一主走査時間以上にすることができる。この結果、相反則不軌によるバンディングの画質欠陥を大幅に軽減でき、実用上画質欠陥として認識されにくい画像を得ることができる。」ことが記載されている。

上記の特許文献１に記載の従来技術に関しては、飛び越し走査を採用することにより、相反則不軌によるバンディングの画質欠陥の影響を低減させている。
しかしながら、相反則不軌は、潜像担持体である感光体の特性が主要因して起こるにも関わらず、上記の従来技術では感光体に関する特性が考慮されていない

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、潜像担持体の特性を考慮した露光制御を行うことで、光量補正をすることなく、相反則不軌の起きにくい露光走査を行うことができる光走査装置を提供することを目的とする。
また本発明は、上記の光走査装置を用いて潜像担持体に対して光走査を行うことにより潜像を形成し、該潜像を現像して可視化する画像形成装置を提供することを目的とし、さらには、相反則不軌の起きにくい作像システムとすることで、画像濃度むらの現れない高画質な画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の解決手段は、光源からの光束を偏向反射面を持つ光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光して、等速的な光走査を行なう光走査装置において、前記被走査面は、電荷発生層と電荷輸送層を有する潜像担持体であり、該潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが電荷輸送層をほぼ移動していない状態で、露光を可能とする走査周波数で駆動させることを特徴とする（請求項１）。

本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段の光走査装置において、最低１面の走査で必要露光に達する方式であり、１回の走査周波数をｆ（Ｈｚ）、前記潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが該電荷発生層から前記電荷輸送層へ移動する実移動時間をＴ１（ｓ）としたとき、
ｆ≧１／Ｔ１
となるように走査周波数を設定することを特徴とする（請求項２）。

本発明の第３の解決手段は、第１の解決手段の光走査装置において、最低でもｍ面（ｍ＞１）の走査で必要露光に達する方式であり、１回の走査周波数をｆ（Ｈｚ）、前記潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが表面に到達する実到達時間をＴ２（ｓ）としたとき、
ｆ≦（ｍ−１）／Ｔ２
となる走査周波数で駆動させることを特徴とする（請求項３）。

本発明の第４の解決手段は、第１から第３のいずれか一つの解決手段の光走査装置において、前記光源として、マルチビーム光源を用いることを特徴とする（請求項４）。
また、本発明の第５の解決手段は、第４の解決手段の光走査装置において、前記マルチビーム光源として、ＶＣＳＥＬを用いることを特徴とする（請求項５）。

本発明の第６の解決手段は、潜像担持体に光走査により静電潜像を形成し、前記静電潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、第１から第５のいずれか一つの解決手段の光走査装置を用いることを特徴とする（請求項６）。

本発明の第７の解決手段は、電荷輸送物質として、ジスチルベン化合物を用いる潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、第１から第５のいずれか一つの解決手段の光走査装置を用いることを特徴とする（請求項７）。

本発明の第８の解決手段は、電荷発生層から表面に達するキャリアの実移動時間が１ｍｓ以下である潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、第１から第５のいずれか一つの解決手段の光走査装置を用いることを特徴とする（請求項８）。

本発明の第１の解決手段では、光源からの光束を偏向反射面を持つ光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光して、等速的な光走査を行なう光走査装置において、前記被走査面は、電荷発生層と電荷輸送層を有する潜像担持体であり、該潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが電荷輸送層をほぼ移動していない状態で、露光を可能とする走査周波数で駆動させることにより、画像濃度むらの現れない、光走査装置を提供することができる。

本発明の第２の解決手段では、第１の解決手段の光走査装置において、最低１面の走査で必要露光に達する方式であり、１回の走査周波数をｆ（Ｈｚ）、前記潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが該電荷発生層から前記電荷輸送層へ移動する実移動時間をＴ１（ｓ）としたとき、
ｆ≧１／Ｔ１
となるように走査周波数を設定することにより、最低一回の走査で必要露光に達する方式で、画像濃度むらの現れないようにすることが可能となる光走査装置を提供することができる。

本発明の第３の解決手段では、第１の解決手段の光走査装置において、最低でもｍ面（ｍ＞１）の走査で必要露光に達する方式であり、１回の走査周波数をｆ（Ｈｚ）、前記潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが表面に到達する実到達時間をＴ２（ｓ）としたとき、
ｆ≦（ｍ−１）／Ｔ２
となる走査周波数で駆動させることにより、多重露光による走査方式で、画像濃度むらの現れないようにすることが可能となる光走査装置を提供することができる。

本発明の第４の解決手段では、第１から第３のいずれか一つの解決手段の光走査装置において、前記光源として、マルチビーム光源を用いることを特徴とし、さらに、第５の解決手段では、前記マルチビーム光源として、ＶＣＳＥＬを用いることを特徴とするので、ＶＣＳＥＬのような多チャンネル光源では、従来方式では、画像濃度むらが置きやすく、また、光源数が多いため調整が難しかったが、本方式を用いることで、画像濃度むらの現れないようにすることが可能となる光走査装置を提供することができる。
この結果、画像濃度むらの発生原因と対策を実施することができ、出力画像品質を向上させることができる。

本発明の第６の解決手段では、潜像担持体に光走査により静電潜像を形成し、前記静電潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、第１から第５のいずれか一つの解決手段の光走査装置を用いることにより、相反則不軌のおきにくい作像システムとすることができ、画像濃度むらの現れない高画質な画像形成装置を提供することができる。

本発明の第７の解決手段では、電荷輸送物質として、ジスチルベン化合物を用いる潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、第１から第５のいずれか一つの解決手段の光走査装置を用いることにより、相反則不軌のおきにくい作像システムとすることができ、画像濃度むらの現れない画像形成装置を提供することができる。
また、ジスチルベン化合物を用いる潜像担持体を用いたことで、各工程のプロセスクォリティが向上するため、高画質、高耐久、高安定、省エネルギー化が実現できる。

本発明の第８の解決手段では、電荷発生層から表面に達するキャリアの実移動時間が１ｍｓ以下である潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、第１から第５のいずれか一つの解決手段の光走査装置を用いることにより、相反則不軌のおきにくい作像システムとすることができ、画像濃度むらの現れない画像形成装置を提供することができる。
また、潜像形成に影響を与える重要な特性値である適切なキャリア移動時間の潜像担持体を用いることで、画像濃度むらの現れないかつ高速・高密度に対応した画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す図であって、光走査装置とマルチビーム光源の構成例を示す図である。 潜像形成に用いる感光体の構成例を示す概略要部断面図である。 静電潜像の測定装置の構成例と計測事例を示す図である。 入射電子と試料の関係を示す説明図である。 潜像深さ計測結果の一例を示す図である。 潜像深さ計測の流れを示すフローチャートである。 表面電位分布を取得するための電荷又は電位の分布モデルを修正する方法の一例を示すフローチャートである。 遅延時間と潜像深さの関係の説明図ある。 遅延時間特性と遅延時間特性のメカニズムの説明図ある。 遅延時間と潜像深さの関係を示す図である。 遅延時間と潜像深さの関係を示す図である。 複数面の走査による多重露光の説明図である。 本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略構成図である。 遅延時間を変えて２回露光させたときの遅延時間と潜像深さの測定結果を示す図である。 図１４の処方Ａ，Ｂの測定値を近似曲線で表した図である。 近似曲線の関数として用いるハイパボリックタンジェントの式と曲線と、そのハイパボリックタンジェントの式を元にした近似曲線の説明図である。 図１６のグラフの横軸をリニアスケールで表示した図である。 ジスチルベン化合物の一例を示す一般式である。 画像形成装置の走査光学系として、４chＬＤＡ（４チャンネル・レーザダイオードアレイ）を用いた場合の発光タイミングと、その問題点の説明図である。

以下、本発明の構成、動作および作用効果を、図示の実施例に基いて詳細に説明する。

［実施例１］
まず、第１、第４の解決手段の実施例を説明する。
図１に本発明に係る光走査装置及びマルチビーム光源の構成例を示す。
図１（ａ）に示すように、半導体レーザを含む光源ユニット１から射出した光ビームは、コリメートレンズ２を介して略平行光となり、線像結像光学系としてのシリンダレンズ３に入射する。シリンダレンズ３は副走査方向にのみパワーを有し、入射してくる複数の光ビームを副走査方向にのみ集束させ、折り返しミラー４を介して光偏向手段であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像として結像させる。
そして、ポリゴンミラー５を駆動させる図示されないモータ部と駆動用ＩＣがあり、駆動用ＩＣに適切なクロックを与えることでポリゴンミラー５のモータ部を所望の速度で回転させることができる。

モータ部によりポリゴンミラー５が矢印方向に等速回転されると、偏向反射面で反射された複数の光ビームは、それぞれ偏向ビームとなって等角速度的に偏向される。
各偏向ビームは、偏向しつつ、走査結像光学系６としての走査レンズＬ１，Ｌ２を透過すると、長尺平面鏡である折り返しミラー７により反射されて光路を屈曲され、被走査面の実体をなす潜像担持体１１１上に、走査レンズＬ１，Ｌ２の作用により光スポットとして集光する。
図に示す如く、ポリゴンミラー５一つの反射面による走査で被走査面の複数のラインを同時に走査する。

各発光点の発光信号を制御する図示されない画像処理装置内のバッファメモリには、各発光点に対応する１ライン分の印字データが蓄えられている。ポリゴンミラー５の偏向反射面１面毎に上記印字データが読み出され、潜像担持体１１１上の走査線上で印字データに対応して光ビームが点滅し、走査線に従って静電潜像が形成される。

ここで、図１（ｂ）に示す構成例は、図１（ａ）の光源ユニット１に用いるマルチビーム光源の一例として、４個の半導体レーザ（ＬＤ）からなる光源が副走査方向に一列に配列された半導体レーザアレイ（レーザダイオードアレイ（ＬＤＡ））２０１を用い、この半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）２０１がコリメートレンズ２の光軸垂直方向に配置されている実施例である。

潜像担持体１１１としては、光導電性の感光体などが使われる。
有機感光体（ＯＰＣ）の構成は、主に図２に示すように、導電性支持体の上に下引き層（ＵＬ）、電荷発生層（ＣＧＬ）、電荷輸送層（ＣＴＬ）層から構成され、表面電荷が帯電している状態で、露光されると、ＣＧＬの電荷発生材料（ＣＧＭ）によって、光が吸収され、正負両極性のチャージキャリアが発生する。このキャリアは、電界によって、一方はＣＴＬに、他方は導電性支持体に注入される。ＣＴＬに注入されたキャリアはＣＴＬ中を電界によって、ＣＴＬ表面にまで移動し、感光体表面の電荷と結合して消滅する。これにより、感光体表面に電荷分布を形成する。すなわち、静電潜像を形成する。ＣＴＬにはキャリアを表面に移動させるための電荷輸送材料（ＣＴＭ）があり、その輸送能力は、ＣＴＭ材料に依存して異なる。
下引き層（ＵＬ）は、導電性支持体からの電荷注入を阻止する働きなどがある。

この他にも、ＣＴＬとＣＧＬが逆層構成となっているものや、電荷発生材と電荷輸送材を混合した、単層感光体であっても良い。また、ＣＴＬより上面に保護膜がある場合もあるが、それも電荷を輸送する能力のある膜であれば適用されることは言うまでもない。

相反則が成立する場合は、
露光エネルギー密度＝単位面積当たりの像面光量×露光時間
であるため、露光エネルギー密度が一定であれば、静電潜像が変わることは無い。
しかしながら、相反則不軌現象があると、
単位面積当たりの像面光量×露光時間＝露光エネルギー密度
が一定でも、露光時間が長い条件では、静電潜像の潜像径や潜像深さは大きく異なってくる。
これは、光量が強いとキャリアの再結合量が増大し、表面に到達するキャリア量が減少するためである。
従って、複数の光ビームで露光する場合は、相反則不軌現象が顕著に表れてくる。

本願発明者らは、従来困難であった、感光体上の静電潜像をミクロンスケールで定量的に計測する装置を開発した。
図３に静電潜像の測定装置の構成例と計測事例を示す。
この測定装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部と露光部、試料設置部、１次反転荷電粒子や２次電子などの検出部からなる。
ここでいう、荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。

以下電子ビームを照射する実施例で説明する。
図３に示す測定装置の電子ビーム照射部は荷電粒子光学系３００で構成され、この荷電粒子光学系３００は、電子ビームを発生させるための電子銃３０１と、電子ビームを制御するためのエキストラクタ（サプレッサ電極、引き出し電極）３０２と、電子ビームのエネルギーを制御するための加速電極３０３と、電子銃３０１から発生された電子ビームを集束させるためのコンデンサレンズ（静電レンズ）３０４と、電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせるためのビームブランキング電極（ビームブランカ）３０５と、電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャ（仕切り弁３０６と可動絞り３０７）と、非点補正用のスティグメータ３０８と、ビームブランカ３０５とアパーチャ（仕切り弁３０６、可動絞り３０７）を通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ（偏向コイル）３０９と、走査レンズ３０９を通過した電子ビームを再び集光させるための対物レンズ（静電レンズ）３１０と、ビーム射出開口部３１１とからなる。それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。

なお、イオンビームを用いる場合には、電子銃の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。
また、１次反転電子を検出する手段（検出器）３１２として、シンチレータや光電子増倍管などを用いている。
測定対象である感光体の試料３１３は導体からなる試料設置部３１４に載置され、試料設置部３１４の導体には、電圧印加部３１５により電圧Ｖsubを印加できる構成となっている。

図３の左側には、計測の信号処理フローの一例を表記しており、検出器３１２で検出された信号は、検出信号処理手段で処理され、電子軌道計算手段により電子軌道が計算され、測定結果が出力される。

図４に入射電子と試料の関係の説明図を示す。
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、試料到達前に反転するような状態が存在する領域が存在し、その１次入射荷電粒子を検出する構成となっている。
なお、加速電圧は、正で表現することが一般的であるが、加速電圧の印加電圧Ｖaccは負であり、電位ポテンシャルとして、物理的意味を持たせるためには、負で表現する方が説明しやすいため、ここでは、加速電圧は負（Ｖacc＜０）と表現する。
また、電子ビームの加速電位ポテンシャルをＶacc（＜０）、試料の電位ポテンシャルをＶp（＜０）とする。

電位とは、単位電荷が持つ電気的な位置エネルギーである。従って、入射電子は、電位０（Ｖ）では加速電圧Ｖaccに相当する速度で移動するが、試料面に接近するに従い、電位が高くなり、試料電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が変化する。
従って、一般的に以下のような現象が起こる。
図４（ａ）において、｜Ｖacc｜＞｜Ｖp｜の場合、電子は、速度は減速されるものの、試料に到達する。
また、同図（ｂ）において、｜Vacc｜＜｜Vp｜の場合には、入射電子の速度は試料の電位ポテンシャルの影響を受けて、徐々に減速し、試料に到達する前に速度が０となって、反対方向に進む。

空気抵抗の無い真空中では、エネルギー保存則がほぼ完全に成立する。従って、入射電子のエネルギーを変えたときの、試料面上でのエネルギー、すなわちランディングエネルギーがほぼ０となる条件を計測することで、表面の電位を計測することができる。ここでは１次反転荷電粒子、特に電子の場合を１次反転電子と呼ぶことにする。試料に到達したとき発生する二次電子と１次反転荷電粒子では、検出器３１２に到達する量が大きく異なるので、明暗のコントラストの境界より、識別することができる。

なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子検出器があるが、この場合の反射電子とは、一般的に試料の物質との相互作用により、入射電子が後方背面に反射（散乱）され、試料の表面から飛び出す電子のことを指す。反射電子のエネルギーは入射電子のエネルギーに匹敵する。反射電子の強度は試料の原子番号が大きいほど大きいといわれ、試料の組成の違い、凹凸がわかるための検出方法である。
これに対して、１次反転電子は、試料表面の電位分布の影響を受けて、試料表面に到達する前に反転する電子のことで有り、全く異なる現象である。

ここで、図５は潜像深さ計測結果の一例を示す図であり、図６は潜像深さ計測の流れを示すフローチャートである。
各走査位置（ｘ，ｙ）で、加速電圧Ｖaccと、試料下部の印加電圧Ｖsubとの差を、
Ｖth（＝Ｖacc−Ｖsub）
とすれば、ランディングエネルギーがほぼ０となるときのＶth（ｘ，ｙ）を測定することで電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）を測定することができる。Ｖth（ｘ，ｙ）は、電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）とは、一意的な対応関係があり、Ｖth（ｘ，ｙ）はなだらかな電荷分布などであれば、近似的に電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）と等価となる。

図５の（ａ）の曲線は試料表面の電荷分布によって生じた表面電位分布の一例を示している。２次元的に走査する電子銃の加速電圧Ｖaccは−１８００Ｖとした。中心（横軸座標＝０）の電位が約−６００Ｖであり、中心から外側に向かうに従って、電位がマイナス方向に大きくなり、中心から半径が７５μｍを超える周辺領域の電位は約−８５０Ｖ程度になっている。同図中段の楕円形は試料の裏面をＶsub＝−１１５０Ｖに設定したときの検出器出力を画像化した図である。このとき、Ｖth＝Ｖacc−Ｖsub＝−６５０Ｖとなっている。同図下段の楕円形はＶsub＝−１１００Ｖとした他は上記の条件と同じ条件で得られた検出器出力を画像化した図である。このときのＶthは−７００Ｖになっている。
従って、加速電圧Ｖacc又は印加電圧Ｖsubを変えながら、試料表面を電子で走査させ、Ｖth分布を計測することにより、試料の表面電位情報を計測することが可能となる。
この方法を用いることにより、従来困難であった、潜像プロファイルをミクロンオーダーで可視化することが可能となる。

図７は電荷分布修正による電位分布測定結果算出の解析手順を示すフローチャートである。この図７に示すフローチャートのように、試料の電荷又は電位の分布をモデリングしておき、電子ビームの軌道を算出して、電子ビームの軌道に基づいて、表面電位分布を取得するための電荷又は電位の分布モデルを修正する方法を用いることで、電位分布をさらに高精度に計測することも可能となる。

このような計測手段を用いて、図８（ａ）に示すように、露光エネルギー密度一定、すなわち、照射光量と照射時間を一定の条件下で、走査周期に相当する遅延時間Ｔを変えて潜像電位深さＶpvを測定すると、図８（ｂ）に示すように、遅延時間が長くなると、潜像電位深さＶpvが深く形成される傾向にあり、全体としては、図９（ａ）に示すように、遅延時間を対数スケールにするとＳ字カーブ的に変化することがわかった。

潜像電位深さが、図９（ａ）に示すように、遅延時間に対してＳ字カーブ的に変化する現象は、図９（ｂ）に示すように、２回目露光のときの１回目露光で発生したキャリア位置が関係する。
ＣＧＬ移動時間内では、１回目と２回目に発生したキャリアがＣＧＬ内に共存しているため、再結合条件が時間に依存せず、ほぼ一定となる。これを状態Ａとする。
ＣＴＬ移動時間内遅延時間の範囲では、時間が長くなるに従い、潜像が深く形成される。これは、１回目キャリア位置で、ＣＧＬ電界強度が変化し、２回目露光時の量子効率すなわちキャリア生成量が変化することから生じる。これを状態Ｂとする。
遅延時間が長くなると、キャリアが最表面に到達して、キャリア位置が不変のため、キャリア生成量及び再結合量に変化は無く、潜像電位深さは一定となる。これを状態Ｃとする。
従って、遅延時間を変えて、潜像電位深さを計測することにより、生成キャリアの移動状態を計測することができる。

移動度の計測としてはＴＯＦ（タイムオブフライト）法などがあるが、ＵＬ，ＣＧＬを含んだ層構成の感光体を評価することは原理的に難しい。また、移動度が測定できたとしても、実際の移動時間を求めることはさらに困難といえる。
これに対して本計測法では、ＵＬ，ＣＧＬを含んだ層構成の感光体として評価することが可能であり、実際の潜像形成過程に非常に忠実であると考える。

上記の状態Ａ，Ｂ，Ｃを正確に定義するなら、Ｓ字カーブと表現した、遅延時間を対数目盛で表示させたときの潜像電位深さ変化曲線の変曲点での接線とＬｔＤＭｉｎとの交点をＴ１、ＬｔＤＭａｘとの交点をＴ２、としたときの、遅延時間をＴとしたとき、
状態Ａ：Ｔ≦Ｔ１
状態Ｂ：Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２
状態Ｃ：Ｔ＞Ｔ２
と明確に区分することができる。

状態Ａと状態Ｃは、キャリアが電荷輸送層をほぼ移動していない状態、状態Ｂをキャリアが感光体表面に向かって電荷輸送層を移動している状態、とする。
厳密には、状態Ａ、状態Ｃであってもキャリアは少しだけ動いているが、状態Ｂに比べて、移動が非常に緩やかな状態であるため、これをキャリアが電荷輸送層をほぼ移動していない状態と定義する。
状態Ｂでは、遅延時間の違いによって、潜像深さが変化する。すなわち、画像濃度が変化する。
従って、この条件に相当する、走査周期（＝１／走査周波数）で、潜像を形成すると、画像濃度が大きく変化しやすい。
この領域を避けた状態Ａ、状態Ｃで露光させることによって、走査面をまたいでも潜像状態が変化することがない。すなわち、実質的に相反則不軌が起きない、安定して、均一な画像濃度を実現することができる。

前述の図１９に示した画像濃度が濃くなった現象を状態Ａ〜Ｃで説明する。
これは、１つの面で露光される領域と、２つの面にまたがって露光される領域があり、２つの面にまたがったときに発生した遅延時間が状態Ｂであったことによる。
状態Ｂの場合、わずかな時間のずれで、潜像深さの値が変わることを意味し、また、時間は一定であったとしても、感光体の移動特性にばらつきが置きやすく、潜像深さに差が出やすくなる。
従って、状態Ａと状態Ｃのようにキャリアがほぼ移動していない状態で、露光することが望ましい。

［実施例２］
次に第２の解決手段の実施例を説明する。
図１０に露光タイミングと遅延時間の関係を示す。Ｓ１が１面露光による遅延時間、Ｓ２が２面露光による遅延時間である。１面露光の場合、同時に露光される場合もあるが、光偏向器に対する入射角度は、光源によって微妙に異なっている場合は、数μｓ程度遅延時間が生じることもあるが、どちらに対しても適用される。
従って、最低で１面の走査で必要露光に達する方式で、画像濃度むらが起きない状態にするには、走査面が２面にまたいで露光されたときも１面露光と同じ状態であればよい。すなわち、光偏向器の走査周期の時間に相当する遅延時間が状態Ａの領域にあればよい。

これは言い換えると、１回の走査周波数をｆ（Ｈｚ）としたとき、光偏向器の走査周期Ｔは、１／ｆで表すことができるから、
ｆ≧１／Ｔ１
の条件で駆動させれば良い。

電荷輸送材料から見ると、実移動時間の遅い材料が望ましい。また、逆に考えることもできる。例えば、駆動周波数が５ｋＨｚの場合、実移動時間は２００μｓ以上であれば良いことがわかる。

状態Ａを実現するためには、走査周波数を早くすればよい。また、プロセススピードに影響がない程度に移動時間が長い電荷輸送材料を用いると、走査周波数の選択性を広げることができる。
すなわち、電荷の移動度は、単に早ければよいというものではなく、走査時間や露光条件との兼ね合いで最適条件が決定されるべきものである。
ちなみに、走査周波数が固定されている場合、それに対して、上記条件に照らし合わせて最適な実移動時間を有する電荷輸送材料をふくむ感光体を選定しても良い。

［実施例３］
次に第３の解決手段の実施例を説明する。
図１２（ａ）は、最低でも２面走査で必要露光に達する多重露光方式である。ＬＤ光源数がｋ個縦に並んでおり、走査周波数をｆ（Ｈｚ）、時間に換算して、Ｔ（sec）の周期で走査する。Ｔ（sec）後には、副走査方向にＬＤ−１番目からＬＤ−ｋ番目の像面ピッチの１／２だけ進む。この方式では、１回走査するだけでは、必要とされる露光量に達せず、最低でも２回、すなわち２面走査する必要が有る。１面走査と３面走査の境界領域では、３面照射される可能性がある。
すなわち、２面分の走査で露光が完了する領域と、３面分の走査で露光が完了する領域とがある。
このような条件では、例え、各領域での積分光量が一定でも、上述の通り潜像電位深さに差が生じてしまう。

このような方式では、図１１に示すごとく、状態Ｃでの走査周波数を設定すると良い。
Ｓｍは１〜ｍ面の走査時間、Ｓｎは１〜ｎ面の走査時間である。
一般的には、
ｎ＝ｍ＋１
であるが、ビーム径がピッチに比べて非常に大きいと、
ｎ＞ｍ＋１
の場合もありうる。
すなわち、
ｆ≦１／Ｔ２
であれば良い。

同様に、図１２（ｂ）に示すような、最低でも３面走査で必要露光に達する多重露光方式では、
ｆ≦２／Ｔ２
となる。
言い換えると、最低でもｍ面走査で必要露光に達する多重露光方式では、
ｆ≦（ｍ−１）／Ｔ２
となる。

状態Ｃを実現するためには、表面に到達する実移動時間が短い電荷輸送材料を用いるか、走査周波数を遅くすればよい。
なお、ｍは必ずしも整数でなくとも良い。また、全く同じ位置を露光する方式ではなく、ビームとビームの間に露光する飛び越し走査方式でも良い。

［実施例４］
次に第５の解決手段の実施例を説明する。
本実施例は、これまで述べてきた光走査装置において、マルチビーム光源１を垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）としたことを特徴とする。
図１（ｃ）に、発光点をｘ軸方向とｙ軸方向の平面に配置した波長７８０ｎｍの垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）からなる光走査装置の光源部の構成例を示す。この構成例は、水平方向（主走査方向）に３個、垂直方向（副走査方向）に４個、計１２個の発光点を有する面発光レーザ２０２を用いた例である。この構成例を、図１（ａ）に示す光走査装置に適用することにより、一つの走査線上を水平方向に配置した３つの光源により走査し、垂直方向４本の走査線を同時に走査するように構成することができる。

ＶＣＳＥＬは光源数の増加が容易であるので、水平方向・垂直方向の発光点の数は上記の数でなくても良い。例えば、発光点が４０個あっても良く、その配列も４×１０、８×５等でも良い。また、等間隔でない配置をすることも可能である。
また、光源波長は、７８０ｎｍ帯に限るものではない。

ＶＣＳＥＬを用いると、端面発光型の半導体レーザを複数用いる半導体レーザ（ＬＤ）アレイに比較して、発生させる光束の数が増加するほど、１本当たりのコストを低コスト化できる。またＶＣＳＥＬは共振器長が非常に短いことから、モードホッピングもＬＤアレイより起こりにくく、原理的にモードホッピングが発生しないように構成することもできる。従って波長変化に起因する光走査の品質劣化を低減できる。特に、波長の変化による光学特性の変化が大きい回折光学素子を用いた光学系に垂直共振器型面発光レーザを適用した場合には、モードホッピングがないことによって、非常に良好な光走査を行うことができる。
なお、光源を多数個配置すると相反則不軌による目に見える画像濃度むらが顕著に現われる傾向にあるため、本実施例のように、光源部にＶＣＳＥＬを用いた構成にすることが効果的である。

［実施例５］
次に第６の解決手段の実施例を説明する。
図１３は本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略構成図であり、レーザプリンタの一例を略示したものである。このレーザプリンタ１００は、潜像担持体１１１として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。潜像担持体１１１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。この実施例では「帯電手段」として、オゾン発生の少ない接触式の帯電ローラ１１２を用いているが、コロナ放電を利用するコロナチャージャを帯電手段として用いることもできる。また、潜像形成手段として、例えば図１に示した構成の光走査装置１１０が設けられており、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で「レーザビームＬＢの光走査による露光」を行うようになっている。また、図１３において、符号１１６は定着装置、符号１１７はカセット、符号１１８は給紙コロ、符号１１９はレジストローラ対、符号１２０は搬送路、符号１２１は排紙ローラ対、符号１２２は排紙トレイを示している。

画像形成を行うときは、光導電性の感光体である潜像担持体１１１が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２により均一に帯電され、光走査装置１１０のレーザビームＬＢによる光書込による露光により静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は現像装置１１３により反転現像され、潜像担持体１１１上にトナー画像が形成される。転写紙を収納したカセット１１７は画像形成装置１００本体に着脱可能で、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙の最上位の１枚が給紙コロ１１８により給紙される。給紙された転写紙は、その先端部をレジストローラ対１１９に銜えられる。レジストローラ対１１９は、像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合せて転写紙を転写部へ送りこむ。送りこまれた転写紙は、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ１１４の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙は定着装置１１６でトナー画像を定着されたのち、搬送路１２０を通り、排紙ローラ対１２１により排紙トレイ１２２上に排出される。また、トナー画像が転写された後、潜像担持体１１１の表面はクリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。

以上のような構成の画像形成装置では、潜像形成手段として実施例１〜４で説明した光走査装置１１０及び潜像担持体（有機感光体）を用いることにより、相反則不軌の起きにくい作像システムとすることができ、画像濃度むらの現れない高画質な画像形成を行うことができる。従って、解像力に優れて高精彩、かつ高耐久で信頼性の高い画像形成装置を実現することができる。

なお、図１３では画像形成装置の一実施形態としてレーザプリンタの構成例を示したが、このプリンタの上部に原稿読取装置（スキャナ）や原稿搬送装置（ＡＤＦ）等を設置すればデジタル複写機として用いることができ、さらに通信機能等を付加することにより、レーザファクシミリやデジタル複合機として用いることができる。
また、図１３では、単色の画像形成部を示しているが、潜像担持体とその周囲の構成部材を含む画像形成部を、転写紙搬送方向に沿って複数並設することにより、多色画像やフルカラー画像対応の画像形成装置を構成することができる。そして、このような多色やフルカラー対応の構成にした場合にも、潜像形成手段に本発明の光走査装置を用いることにより、解像力に優れて高精彩、かつ高耐久で信頼性の高いカラー画像形成装置を実現することができる。

［実施例６］
次に第７、第８の解決手段の実施例を説明する。
画像形成装置の構成は図１３と同様であり、実施例５で説明した通りである。
ここでは、潜像担持体１１１である有機感光体（ＯＰＣ）の導電性支持体、ＵＬ層、電荷発生層（ＣＧＬ）は同じで、電荷輸送層（ＣＴＬ）の処方が異なっている場合の測定結果の実施例を示す。
ＣＴＬの膜厚は３５μｍで同じであるが、ＣＴＬの処方Ａは、ジスチルベン系化合物、
ＣＴＬの処方Ｂは、スチルベン系化合物、である。
ジスチルベン系化合物は、スチルベン系化合物に比べ、π共役の広がりの大きい構造を有しており、キャリアの表面への移動時間が短いとされる。

主な潜像形成条件は以下の通りである。
帯電条件：帯電電位：−９００Ｖ、
露光条件：波長 ：６５５ｎｍ、
ビーム径：５７μｍ×８３μｍ、
像面光量：２回で露光させることで、必要露光エネルギー（４ｍＪ／ｍ^２）に
達する光出力。

遅延時間を変えて２回露光させたときの測定結果を図１４に示す。また、図１４の測定結果の処方Ａ，Ｂの測定値を近似曲線で表したのが図１５である。
近似曲線の関数としては、図１６（ａ）及び下記に示すような、ハイパボリックタンジェントの式：
tanh(x)＝[exp(x)−exp(−x)]／[exp(x)＋exp(−x)] 式（１）
を元にして、図１６（ｂ）に示すような曲線の、最大値ＬｔＤＭａｘ、最小値ＬｔＤＭｉｎ、傾きβが変えられる式で表現してしても良い。

これにより、
Ｔ１：Ｔ０を通り傾きβの直線とＬｔＤＭｉｎとの交点、
Ｔ２：Ｔ０を通り傾きβの直線とＬｔＤＭａｘとの交点、
とすることで、計測することができる。

図１４、図１５の測定結果を見ると、処方Ａの方が、処方Ｂよりも短い遅延時間で立ち上がりが速いことがわかる。すなわち、状態Ａから状態Ｂへ遷移する時間、また状態Ｂから状態Ｃへ遷移する時間が短い。

キャリア移動時間の測定結果は以下の通りであった。
処方Ａ：
変曲点到達時間 Ｔ０：２６μｓ、
キャリア移動時間Ｔ２：１２２μｓ、
処方Ｂ：
変曲点到達時間 Ｔ０：４５０μｓ、
キャリア移動時間Ｔ２：２５４８μｓ、
であり、処方Ａは処方Ｂに比べて、約２０倍短時間側にシフトしているがわかる。

従って、
ｆ≦（ｍ−１）／Ｔ２
ｍ＝２
であるから、
最低でも２面の走査で必要露光に達する方式の場合、相反則不軌による画像濃度むらの影響の起きない１回の走査周波数ｆは、
処方Ａの場合、ｆ≦８１９７Ｈｚ
処方Ｂの場合、ｆ≦３９２Ｈｚ
となる。

また、要求される走査周波数から、適切な処方を選択しても良い。
今、感光体線速から要求される走査周波数がｆ＝１６６６Ｈｚだとすれば、処方Ａを選択することが望ましいことがわかる。

図１７は、図１５の横軸をリニアスケールで表示したものである。
走査周波数ｆ＝１６６６Ｈｚ（Ｔ＝１／ｆ＝６００μｓ）の場合で比較すると、２面露光と３面露光での深さ変化は、
処方Ａ：０．０９％、
処方Ｂ：１．９２％、
となる。
これを帯電電位−９００Ｖで換算すると、処方Ａは０．９Ｖと実質的にほとんど無視できるほど小さい変化であるのに対し、処方Ｂは１７．３Ｖと出力画像濃度に影響を及ぼす値であることがわかる。
従って、ジスチルベン系化合物が、電荷輸送材料として適していることがわかる。

また最低でも４面の走査で必要露光に達する方式の場合には、
処方Ａの場合、ｆ≦２４５９０Ｈｚ、
処方Ｂの場合、ｆ≦１１７７Ｈｚ、
となり、処方Ｂであっても多重露光面数を増やすことによって、実使用可能である走査周波数１ｋＨｚ以上に対応することが可能となる。

状態Ｃの条件で使用する場合、電荷輸送材料としては移動時間が短い電荷輸送材料で、なおかつ高帯電性を持つ物質であることが望ましい。そして、その中でもジスチルベン化合物を用いることが好ましい。図１８はジスチルベン化合物の一例を示す一般式である。なお、ジスチルベン化合物を用いた感光体については、本出願人による先願である特許文献２に詳細に記載されている。

本実施例の画像形成装置では、ジスチルベン化合物を用いる潜像担持体を用いたことで、各工程のプロセスクォリティが向上するため、高画質、高耐久、高安定、省エネルギー化が実現できる。そして、実施例１〜４で説明した光走査装置を用いることにより、相反則不軌のおきにくい作像システムとすることができ、画像濃度むらの現れない画像形成装置を実現することができる。

ところで、感光体線速Ｖは、走査周波数ｆと一回の走査で進む副走査方向移動量ρ_Y（ｄｐｉ）より以下の式（２）で表わすことができる。
感光体線速：Ｖ［ｍｍ／ｓ］＝（２５．４／ρ_Y）・ｆ 式（２）
ρ_Y＝副走査書込密度（ｄｐｉ）／光源数・必要露光に達する面数ｍ

近年、画像形成装置の高密度化で副走査書込密度は４８００ｄｐｉ以上を求められており、コストを含めた現実的な光源数は３０〜４０程度、ｍ≧２で、感光体線速を２００ｍｍ／ｓ以上確保するには、ｆ≧１ｋＨｚ以上であることが望ましい。
従って、電荷発生層から表面に達するキャリアの実移動時間が１ｍｓ以下である潜像担持体であることが望ましい。
また、電荷発生層（ＣＧＬ）や電荷輸送層（ＣＴＬ）を形成するときに用いる結着樹脂としては、従来から知られている絶縁性のよい電子写真感光体用の結着樹脂であれば何でも使用することができ、特に限定されない。

以上のように、潜像形成に影響を与える重要な特性値である適切なキャリア移動時間の潜像担持体を用いることで、画像濃度むらの現れないかつ高速・高密度に対応した画像形成装置を提供することができる。そして、実施例１〜４で説明した光走査装置を用いることにより、相反則不軌のおきにくい作像システムとすることができ、画像濃度むらの現れない画像形成装置を実現することができる。

１：光源ユニット
２：コリメートレンズ
３：シリンダレンズ
４：折り返しミラー
５：ポリゴンミラー
６：走査光学系
７：折り返しミラー
８：同期検知器
１００：レーザプリンタ（画像形成装置）
１１０：光走査装置
１１１：像担持体（被走査媒体）
１１２：帯電ローラ
１１３：現像装置
１１４：転写ローラ
１１５：クリーニング装置
１１６：定着装置
１１７：給紙カセット
１１８：給紙コロ
１１９：レジストローラ対
１２０：搬送路
１２１：排紙ローラ対
１２２：排紙トレイ
２０１：半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）
２０２：面発光レーザ
３００：荷電粒子光学系
３０１：電子銃
３０２：エキストラクタ（引き出し電極）
３０３：加速電極
３０４：コンデンサレンズ（静電レンズ）
３０５：ビームブランキング電極
３０６：仕切り弁
３０７：可動絞り
３０８：スティグメータ
３０９：走査レンズ（偏向電極）
３１０：対物レンズ（静電レンズ）
３１１：ビーム射出開口部
３１２：検出器
３１３：試料
３１４：試料設置部
３１５：電圧印加部
Ｌ１，Ｌ２：走査レンズ

特開２００４−７７７１４号公報 特開２０００−１３７３３９号公報

Claims (8)

1. 光源からの光束を偏向反射面を持つ光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光して、等速的な光走査を行なう光走査装置において、
   前記被走査面は、電荷発生層と電荷輸送層を有する潜像担持体であり、該潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが電荷輸送層をほぼ移動していない状態で、露光を可能とする走査周波数で駆動させることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、
   最低１面の走査で必要露光に達する方式であり、
   １回の走査周波数をｆ（Ｈｚ）
   前記潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが該電荷発生層から前記電荷輸送層へ移動する実移動時間をＴ１（ｓ）としたとき、
   ｆ≧１／Ｔ１
   となるように走査周波数を設定することを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１記載の光走査装置において、
   最低でもｍ面（ｍ＞１）の走査で必要露光に達する方式であり、
   １回の走査周波数をｆ（Ｈｚ）
   前記潜像担持体の電荷発生層で生成したキャリアが表面に到達する実到達時間をＴ２（ｓ）としたとき、
   ｆ≦（ｍ−１）／Ｔ２
   となる走査周波数で駆動させることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の光走査装置において、
   前記光源として、マルチビーム光源を用いることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置において、
   前記マルチビーム光源として、ＶＣＳＥＬを用いることを特徴とする光走査装置。
6. 潜像担持体に光走査により静電潜像を形成し、前記静電潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、
   請求項１から５のいずれか一つに記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
7. 電荷輸送物質として、ジスチルベン化合物を用いる潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、
   請求項１から５のいずれか一つに記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
8. 電荷発生層から表面に達するキャリアの実移動時間が１ｍｓ以下である潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、
   請求項１から５のいずれか一つに記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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