JP2927227B2 - 画像形成方法、及び画像形成装置 - Google Patents

画像形成方法、及び画像形成装置

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JP2927227B2 JP7332371A JP33237195A JP2927227B2 JP 2927227 B2 JP2927227 B2 JP 2927227B2 JP 7332371 A JP7332371 A JP 7332371A JP 33237195 A JP33237195 A JP 33237195A JP 2927227 B2 JP2927227 B2 JP 2927227B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ビームを走査して
感光体を露光することにより画像形成を行う画像形成方
法、及び画像形成装置に関し、感光体上でコントラスト
の高い露光像を形成して高画質な画像を形成できるよう
にした画像形成方法、及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ビームを用いて画像形成を行うディジ
タル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置として、
画像情報に応じて変調された光ビームを光偏向器、例え
ば、ポリゴンミラーにより反射偏向し、感光体等の被走
査面上を走査して画像情報を記録するものが一般的に知
られている。
【０００３】最近、このような画像形成装置において
は、ポリゴンミラーの高速化、画像処理速度の高速化、
複数走査線の同時走査等によって画像形成の高速化や高
解像度化が図られており、分解能は向上しつつある。し
かし、画像の精細度や画質に寄与する露光像のコントラ
ストについては、光学系の制約によってビーム径の小径
化に限界があることから、十分な改善がなされていな
い。このため、印刷やデスクトップパブリッシング分野
で要求される高精度の文字、線画画像を提供することが
困難な状況になっている。
【０００４】一般に、光ビームのオン、オフ変調により
感光体上に露光像を形成する画像形成装置では、露光像
のエネルギー分布プロファイルが、感光体上に結像され
る光ビームの強度分布プロファイルＢｐ（ｘ，ｙ）と変
調パルスのプロファイルＭｐ（ｘ，ｙ）のコンボリュー
ション Ｂｐ＊Ｍｐ（ｘ，ｙ） ＝∫Ｂｐ（ξ，η）・Ｍｐ（ｘ−ξ，ｙ−η）ｄξｄη ・・(1) により与えられる。そのため、解像度を上げたときには
ビーム径を小さくしなければ露光像のコントラストが小
さくなってしまい、階調再現性を低下させることにな
る。例えば、解像度が２倍になった場合には変調パルス
のプロファイルをＭ２（ｘ，ｙ）≡Ｍｐ（２ｘ，２ｙ）
で置き換えると、(1) 式は Ｂｐ＊Ｍ２（ｘ，ｙ） ＝∫Ｂｐ（ξ，η）・Ｍ２（ｘ−ξ，ｙ−η）ｄξｄη ＝∫Ｂｐ（ξ，η）・Ｍｐ（２ｘ−２ξ，２ｙ−２η）ｄξｄη ＝∫Ｂｐ（１／２ξ，１／２η）・Ｍｐ（ｘ−ξ，ｙ−η）ｄξｄη となり、同等のコントラストを得るためにはビーム径を
１／２にすることが必要となる。
【０００５】一方、結像光学系の考察によれば、ガウシ
アンビームの伝搬において、最小ビーム径ω0 は次式で
求められる。 ω0 ＝λ／（ｎ・π・θbeam） ここで、θbeamはビームの集束角、λは波長、ｎは屈折
率であり、また、θbeamはｆθレンズへの入射ビーム径
Ｄ、ｆθレンズの焦点距離をｆとして θbeam＝ｔａｎ-1（Ｄ／（２・ｆ）） で表される。
【０００６】よって、光ビームのビーム径を小さくする
には波長λを短くするか、ｆθレンズへの入射ビーム径
Ｄ、即ち、ポリゴンミラーへの入射ビーム径を大きくす
る必要がある。
【０００７】このような背景の中、従来の画像形成装置
として、波長の短い光ビームを出射する半導体レーザを
使用したものが提案されており、一般的な半導体レーザ
の波長〜７８０ｎｍに対して〜６８０ｎｍと短い波長の
光ビームを得るよにして、光ビームのビーム径の小径化
を図っている。また、光源としてアルゴンレーザ、又は
半導体レーザと波長変換素子を組み合わせたものを使用
すれば、更に波長が短い光ビームが得られる。
【０００８】一方、他の従来の画像形成装置として、複
数の光ビームを同時に主走査してポリゴンミラーの回転
数を低減させる技術が、例えば、特開昭５１−１００７
４２号公報、特開昭５４−３８１３０号公報に開示され
ている。これらの画像形成装置によると、複数の光ビー
ムを同時に主走査してポリゴンミラーの回転数を低減さ
せることができ、ポリゴンミラーの回転数が低減できれ
ば、ポリゴンミラーの半径を大きくして１面当たりの幅
を確保できるため、ポリゴンミラーの入射ビーム径を大
きくすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の画像形
成装置によると、前者の場合、一般的な半導体レーザの
波長〜７８０ｎｍと比較して〜６８０ｎｍとたかだか１
２％程度の改善にすぎず、感光体上の露光像のコントラ
ストを向上させる程光ビームの小径化を図ることができ
ない。また、アルゴンレーザ、又は半導体レーザと波長
変換素子を組み合わせた光源を使用した場合、装置の大
型化、及びコストアップになると共に、現状の電子写真
プロセスで一般的な有機感光体は、短波長領域での感度
が低いために画像形成が困難になるという問題がある。
【００１０】また、後者の場合、ポリゴンミラーの風損
トルクへの影響は回転数よりもポリゴンミラーの径に大
きく依存するため、ポリゴンミラーの半径をそれ程大き
くすることができず、ポリゴンミラーの入射ビーム径の
拡大に限界が生じる。このため、感光体上の露光像のコ
ントラストを向上させる程光ビームの小径化を図ること
ができない。
【００１１】従って、本発明の目的は感光体上にコント
ラストの高い露光像を形成して、高精細、高画質な画像
を形成することができる画像形成方法、及び画像形成装
置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み、感光体上にコントラストの高い露光像を形成して、
高精細、高画質な画像を形成するため、画像情報を処理
して生成した画像信号と、この画像信号を反転して生成
した反転画像信号を出力し、画像信号に応じて変調され
た所定の光量の第１の光ビームと、反転画像信号に応じ
て変調された所定の光量より小なる光量の第２の光ビー
ムを出射し、第１の光ビームと第２の光ビームを合成し
て合成光ビームとし、合成光ビームを副走査方向に移動
する感光体上で主走査方向に走査して感光体上に静電潜
像を形成し、第１の光ビームの出射は、感光体上で現像
が得られる光量を所定の光量として行い、第２の光ビー
ムの出射は、感光体上で現像が得られない光量を所定の
光量より小なる光量として行うことを特徴とする画像形
成方法を提供するものである。
【００１３】上記第１の光ビームの感光体上のビーム径
は、第２の光ビームの感光体上のビーム径より小になる
ように制御されることが好ましい。
【００１４】上記第１、及び第２の光ビームの出射は、
拡がり角が異なる２つの光ビームを出射する第１、及び
第２の発振領域を有する半導体レーザアレイより行うこ
とが好ましい。
【００１５】上記第１、及び第２の光ビームの出射は、
拡がり角が等しい２つの光ビームを出射する第１、及び
第２の発振領域を有し、第１、及び第２の発振領域から
感光体までの光学距離が異なるように配置された半導体
レーザアレイより行うことが好ましい。
【００１６】上記第１、及び第２の光ビームの出射は、
拡がり角が等しい２つの光ビームを出射する第１、及び
第２の発振領域を有する半導体レーザアレイから行い、
拡がり角が等しい２つの光ビームの一方の光ビームを感
光体上でデフォーカスすることが好ましい。
【００１７】上記反転画像信号の出力は、画像信号のオ
ンのタイミングより所定の時限だけ先行してオフにし、
画像信号のオフのタイミングより所定の時限だけ遅れて
オンにして行うことが好ましい。
【００１８】
【００１９】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、画像情報を処理して生成した画像信号と、この画像
信号を反転して生成した反転画像信号を出力し、画像信
号に応じて変調された所定の光量の第１の光ビームと、
反転画像信号に応じて変調された所定の光量より小なる
光量の第２の光ビームを結像点が一致するようにそれぞ
れ所定のタイミングで出射し、第１、及び第２の光ビー
ムを副走査方向に移動する感光体上で主走査方向に走査
して感光体上に静電潜像を形成し、第１の光ビームの出
射は、感光体上で現像が得られる光量を所定の光量とし
て行い、第２の光ビームの出射は、感光体上で現像が得
られない光量を所定の光量より小なる光量として行うこ
とを特徴とする画像形成方法を提供するものである。
【００２０】上記第１の光ビームの感光体上のビーム径
は、第２の光ビームの感光体上のビーム径より小になる
ように制御されることが好ましい。
【００２１】上記第１、及び第２の光ビームの出射は、
拡がり角が異なる２つの光ビームを出射する第１、及び
第２の発振領域を有する半導体レーザアレイより行うこ
とが好ましい。
【００２２】上記第１、及び第２の光ビームの出射は、
拡がり角が等しい２つの光ビームを出射する第１、及び
第２の発振領域を有し、第１、及び第２の発振領域から
感光体までの光学距離が異なるように配置された半導体
レーザアレイより行うことが好ましい。
【００２３】上記第１、及び第２の光ビームの出射は、
拡がり角が等しい２つの光ビームを出射する第１、及び
第２の発振領域を有する半導体レーザアレイから行い、
拡がり角が等しい２つの光ビームの一方の光ビームを感
光体上でデフォーカスすることが好ましい。
【００２４】上記反転画像信号の出力は、画像信号のオ
ンのタイミングより所定の時限だけ先行してオフにし、
画像信号のオフのタイミングより所定の時限だけ遅れて
オンにして行うことが好ましい。
【００２５】上記第１、及び第２の光ビームの出射は、
感光体上における結像点が副走査方向に所定の距離だけ
離れるように行うことが好ましい。
【００２６】
【００２７】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、画像情報を処理して得られる画像信号と、この画像
信号を反転して得られる反転画像信号を生成する信号生
成手段と、画像信号に応じて変調され、所定の光量の第
１の光ビームを出射する第１の光源と、反転画像信号に
応じて変調され、所定の光量より小なる光量の第２の光
ビームを出射する第２の光源と、第１の光ビームと第２
の光ビームを合成する合成手段と、合成手段で合成され
た合成光ビームを主走査方向に走査する走査手段と、副
走査方向に移動しながら合成光ビームの露光を受けて静
電潜像を形成する感光体と、第１、及び第２の光源の発
光タイミングを制御する制御手段を備え、制御手段は、
所定の光量として感光体上で現像が得られる光量で第１
の光ビームを第１の光源から出射させると共に、所定の
光量より小なる光量として感光体上で現像が得られない
光量で第２の光ビームを第２の光源から出射させること
を特徴とする画像形成装置を提供するものである。
【００２８】上記第１の光ビームの感光体上のビーム径
は、第２の光ビームの感光体上のビーム径より小になる
ように制御される構成が好ましい。
【００２９】上記第１、及び第２の光源は、拡がり角が
異なった光ビームを第１、及び第２の発振領域から出射
する半導体レーザアレイである構成が好ましい。
【００３０】上記第１、及び第２の光源は、拡がり角が
等しい２つの光ビームを第１、及び第２の発振領域から
出射する半導体レーザアレイであり、この半導体レーザ
アレイは、第１、及び第２の発振領域から感光体までの
光学距離が異なるように配置されている構成が好まし
い。
【００３１】上記第１、及び第２の光源は、拡がり角が
等しい２つの光ビームを第１、及び第２の発振領域から
出射する半導体レーザアレイと、拡がり角が等しい２つ
の光ビームの一方の光ビームを感光体上でデフォーカス
する光学手段より構成されることが好ましい。
【００３２】上記信号生成手段は、画像信号のオンのタ
イミングより所定の時限だけ先行してオフにし、画像信
号のオフのタイミングより所定の時限だけ遅れてオンに
して反転画像信号を生成する構成が好ましい。
【００３３】上記感光体は、第２の光ビームを受光して
もその表面電位を現像電位以上に維持し、第１の光ビー
ムを受光したとき実質的に完全に除電する感光特性を有
する構成が好ましい。
【００３４】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、画像情報を処理して得られる画像信号と、この画像
信号を反転して得られる反転画像信号を生成する信号生
成手段と、画像信号に応じて変調され、所定の光量の第
１の光ビームを出射する第１の光源と、反転画像信号に
応じて変調され、所定の光量より小なる光量の第２の光
ビームを出射する第２の光源と、第１、及び第２の光源
から出射された第１、及び第２の光ビームを主走査方向
に走査する走査手段と、副走査方向に移動しながら第
１、及び第２の光ビームの露光を受けて静電潜像を形成
する感光体と、第１の光源から出射された第１の光ビー
ムと、第２の光源から出射された第２の光ビームが感光
体の結像面において合成されるように第１、及び第２の
光源の発光タイミングを制御する制御手段を備え、制御
手段は、所定の光量として感光体上で現像が得られる光
量で第１の光ビームを第１の光源から出射させると共
に、所定の光量より小なる光量として感光体上で現像が
得られない光量で第２の光ビームを第２の光源から出射
させることを特徴とする画像形成装置を提供するもので
ある。
【００３５】上記第１の光ビームの感光体上のビーム径
は、第２の光ビームの感光体上のビーム径より小になる
ように制御される構成が好ましい。
【００３６】上記第１、及び第２の光源は、拡がり角が
異なった光ビームを第１、及び第２の発振領域から出射
する半導体レーザアレイである構成が好ましい。
【００３７】上記第１、及び第２の光源は、拡がり角が
等しい２つの光ビームを第１、及び第２の発振領域から
出射する半導体レーザアレイであり、この半導体レーザ
アレイは、第１、及び第２の発振領域から感光体までの
光学距離が異なるように配置されている構成が好まし
い。
【００３８】上記第１、及び第２の光源は、拡がり角が
等しい２つの光ビームを第１、及び第２の発振領域から
出射する半導体レーザアレイと、拡がり角が等しい２つ
の光ビームの一方の光ビームを感光体上でデフォーカス
する光学手段より構成されることが好ましい。
【００３９】上記信号生成手段は、画像信号のオンのタ
イミングより所定の時限だけ先行してオフにし、画像信
号のオフのタイミングより所定の時限だけ遅れてオンに
して反転画像信号を生成する構成が好ましい。
【００４０】前記第１、及び第２の光源、前記走査手
段、及び前記感光体は、前記第１、及び第２の光ビーム
が前記感光体上において副走査方向に所定の距離だけ離
れて結像するように配置されている構成が好ましい。
【００４１】上記感光体は、第２の光ビームを受光して
もその表面電位を現像電位以上に維持し、第１の光ビー
ムを受光したとき実質的に完全に除電する感光特性を有
する構成が好ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の画像形成方法、及
び画像形成装置を添付図面を参照しながら詳細に説明す
る。
【００４３】図１には、本発明の第１の実施の形態にお
ける画像形成装置の構成が示されている。この画像形成
装置は、画像信号に応じて変調された光ビーム（以下、
第１の光ビームという）を出射する半導体レーザ１Ａ
と、画像信号を反転した反転画像信号に応じて変調され
た光ビーム（以下、第２の光ビームという）を出射する
半導体レーザ１Ｂと、半導体レーザ１Ａ、１Ｂから出射
された拡散する第１、及び第２の光ビームを平行ビーム
に変換するコリメートレンズ２Ａ、２Ｂと、コリメート
レンズ２Ａを通過した第１の光ビームを透過させると共
に、コリメートレンズ２Ｂを通過した第２の光ビームを
反射させることにより第１、及び第２の光ビームを合成
するビームスプリッタ３と、第１、及び第２の光ビーム
を副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ４と、
シリンドリカルレンズ４を通過した第１、及び第２の光
ビームを所定の方向へ反射する反射ミラー５と、反射ミ
ラー５から入射した第１、及び第２の光ビームを反射偏
向するポリゴンミラー６と、ポリゴンミラー６によって
反射偏向した偏向ビームを主走査方向に集束させて所定
の主走査ライン上を等速度で走査させるｆθレンズ７
と、ポリゴンミラー６の偏向ビームを副走査方向に集束
させて所定の主走査ライン上に合焦させるシリンドリカ
ルレンズ８と、所定の主走査ラインに露光ラインを一致
して配置されることにより第１、及び第２の光ビームの
走査によって静電潜像が形成される感光体ドラム９と、
外部ホスト等から画像情報を入力して、半導体レーザ１
Ａ、１Ｂを制御する画像記録制御部１０と、感光体ドラ
ム９の静電潜像をトナー現像する現像機（図示せず）
と、感光体ドラム９上のトナー像を記録媒体に転写する
転写器（図示せず）と、記録媒体上の転写像を定着する
定着器（図示せず）を備えて構成され、感光体ドラム９
の結像面において第１の光ビームのビーム径が３０μ
ｍ、第２の光ビームのビーム径が６０μｍになるように
光学パラメータが設計されている。
【００４４】画像記録制御部１０は、図２に示すよう
に、画像情報として２値のラスターデータ（以下、画像
データという）を処理して得られる画像信号と、この画
像信号を反転した反転画像信号を出力する画像信号制御
部１１と、画像信号に基づいて半導体レーザ１Ａを駆動
する駆動回路１２Ａと、反転画像信号に基づいて半導体
レーザ１Ｂを駆動する駆動回路１２Ｂを有して構成され
ている。
【００４５】駆動回路１２Ａは、帯電した感光体ドラム
９を十分除電する光量の光ビームを出射するように半導
体レーザ１Ａを駆動し、駆動回路１２Ｂは、帯電した感
光体ドラム９をほとんど除電しない光量の光ビームを出
射するように半導体レーザ１Ａを駆動するように構成さ
れており、第１の光ビームと第２の光ビームの発光光量
比は５：３になっている。
【００４６】画像信号制御部１１は、図３に示すよう
に、画像データを増幅する増幅器１３と、画像データを
反転するインバータ１４を有して構成され、図４の(a)
に示す画像データを入力すると、増幅器１３から図４の
(b) に示す画像信号を、インバータ１４から図４の(c)
に示す反転画像信号を出力する。
【００４７】以下、本発明の画像形成方法を図５の(a)
〜(e) を参照しながら説明する。まず、画像記録制御部
１０の画像信号制御部１１が外部ホスト等から画像デー
タ（図示せず）を入力すると、それを増幅器１３、及び
インバータ１４に通すことにより、図５の(a),(b) に示
すように、画像信号をレーザ駆動回路１２Ａに、反転画
像信号をレーザ駆動回路１２Ｂにそれぞれ出力する。
【００４８】レーザ駆動回路１２Ａは、画像信号（図５
の(a))に基づいて半導体レーザ１Ａを感光体ドラム９が
完全に除電される露光量が得られる駆動電流で駆動し
て、半導体レーザ１Ａから第１の光ビームを出射させる
（図５の(c))。
【００４９】一方、レーザ駆動回路１２Ｂは、反転画像
信号（図５の(b))に基づいて半導体レーザ１Ｂを感光体
ドラム９がほとんど除電されない露光量が得られる駆動
電流で駆動して、半導体レーザ１Ｂから第２の光ビーム
を出射させる（図５の(d))。
【００５０】半導体レーザ１Ａ、１Ｂから出射された第
１、及び第２の光ビームは、コリメートレンズ２Ａ、２
Ｂ、ビームスプリッタ３、シリンドリカルレンズ４、及
び反射ミラー５を経てポリゴンミラー６で反射偏向さ
れ、ｆθレンズ７、及びシリンドリカルレンズ８を経て
感光体ドラム９の主走査ライン上を走査する。
【００５１】第１、及び第２の光ビームが感光体ドラム
９上を主走査方向に走査すると、感光体ドラム９の主走
査ライン上の画像データの画像形成領域と対応する位置
に図５の(c) に示す第１の光ビームに基づく露光像と、
図５の(d) に示す第２の光ビームに基づく露光像が合成
され、その結果、合成露光像（図５の(e))が形成され
る。
【００５２】このようにして形成された合成露光像は、
第１の光ビームだけに形成される露光像と比較して輪郭
部の露光エネルギー分布の傾きが急峻になり、コントラ
ストの高い静電潜像となる。
【００５３】図６は、ビーム径１６μｍの光ビームに基
づく露光像、第１の光ビーム、つまり、３０μｍの単一
の光ビームに基づく露光像、及び第１、及び第２の光ビ
ームに基づく合成露光像の網点面積率に対する露光エネ
ルギー分布をそれぞれ示す。露光エネルギー分布は、前
述したように(1) 式で表される。ここで、入力されるス
クリーンの線数、即ち、空間周波数は２００ｌｐｉ（ｌ
ｉｎｅ／ｉｎｃｈ）、入力される網点面積率は５％、及
び９５％としている。
【００５４】第１の光ビームだけで得られる露光像の露
光エネルギー分布は、連続点灯時の露光レベルを１とす
ると、網点面積率５％の場合、最大値は約０．３３、網
点面積率９５％の場合、最小値は約０．６６であり、現
像バイアスをどのレベルに設定しても網点面積率を５％
から９５％で良好に再現することは不可能である。一
方、第１、及び第２の光ビームで得られる露光像の露光
エネルギー分布は、網点面積率５％の場合、最大値は約
０．５４、網点面積率９５％の場合、最小値は約０．４
６であり、現像バアイスがこの範囲であれば、網点面積
率を５％から９５％の範囲で良好に階調再現が可能にな
る。また、ビーム径１６μｍの光ビームで得られる露光
像の露光エネルギー分布は、網点面積率５％の場合、最
大値は約０．５４、網点面積率９５％の場合、最小値は
約０．４６となっている。これから本実施の形態により
３０μｍの結像光学系で１６μｍの光ビームを用いた時
の性能が実現されている。従って、光ビームのビーム径
の小径化を図らなくても感光体上でコントラストの高い
露光像を形成することができる。
【００５５】このようにして感光体ドラム９上に露光像
（静電潜像）が形成されると、図示しない現像機でトナ
ー現像され、その後、トナー像の記録媒体への転写、更
に記録媒体の転写像の定着が行われて画像形成が完了す
る。このとき、前述したように感光体ドラム９上にコン
トラストの高い露光像が形成されているため、高精細、
高画質な画像を記録媒体上に再現することができる。
【００５６】なお、以上の実施の形態では、画像形成領
域の全域に対して反転画像信号に基づく第２の光ビーム
を出射したが、画像輪郭部の局所的な領域だけに出射し
ても良い。また、本実施の形態によれば、第１の光ビー
ム、及び第２の光ビームのビーム径と光量比というパラ
メータの自由度を生かして、注目する周波数帯域を強
調、或いは制限するようにしても良い。
【００５７】図７には、本発明の第２の実施例の画像形
成装置の構成が示されている。この図において、図２と
同一の部分には、同一の引用数字、符号を付したので重
複する説明は省略する。
【００５８】この画像形成装置は、主走査方向に所定の
間隔を有して形成された発振領域１６Ａ、１６Ｂから画
像信号、及び反転画像信号に応じて変調された拡がり角
の異なる第１、及び第２の光ビームを出射する半導体レ
ーザ１６と、半導体レーザ１６から出射される第１、及
び第２の光ビームをそれぞれ平行ビームに変換するコリ
メートレンズ２と、外部ホスト等から画像情報を入力し
て、半導体レーザ１６を制御する画像記録制御部１０を
有し、半導体レーザ１６から出射された第１、及び第２
の光ビームが感光体ドラム９上に光学系の横倍率によっ
て決まる間隔で主走査方向に並んで結像するように構成
されている。
【００５９】半導体レーザ１６は、図８、及び図９に示
すように、開口幅Ｗ1 の発振領域１６Ａと開口幅Ｗ1 よ
り小さい開口幅Ｗ2 の発振領域１６Ｂを有し、発振領域
１６Ａ、１６Ｂから拡がり角θ1 、θ2 （θ1 ＜θ2 ）
の第１、及び第２の光ビームＬ1 、Ｌ2 を出射する、つ
まり、コリメートレンズ２からビーム径Ｄ1 、Ｄ2 （Ｄ
1 ＜Ｄ2 ）の平行な第１、及び第２の光ビームが得られ
るように構成されている。
【００６０】画像記録制御部１０は、画像情報（画像デ
ータ）から画像信号と反転画像信号を生成し、画像信号
に基づいて半導体レーザ１６の発振領域１６Ａから感光
体ドラム９が十分除電される光量の第１の光ビームを出
射させ、反転画像信号に基づいて半導体レーザ１６の発
振領域１６Ｂから感光体ドラム９がほとんど除電されな
い光量の第２の光ビームを出射させると共に、第１、及
び第２の光ビームの結像スポットの間隔を補正するよう
に半導体レーザ１６の何れか一方の発振領域の発光タイ
ミングを制御するように構成されており、第１の光ビー
ムに基づく露光像と第２の光ビームに基づく露光像を感
光体ドラム９上で合成させるようになっている。
【００６１】このような構成を有する画像形成装置にお
いても、感光体ドラム９上に形成される露光像の輪郭部
の露光エネルギー分布の傾きが急峻になり、コントラス
トの高い静電潜像が得られる。
【００６２】図１０には、本発明の第３の実施の形態の
画像形成装置の半導体レーザ１６が示されている。この
実施の形態は、第２の実施の形態において拡がり角が同
一な光ビームを出射する発振領域１６Ａ、１６Ｂを有し
た半導体レーザ１６を用いた例であり、半導体レーザ１
６を光軸と直交する方向に対して斜めに、つまり、発振
領域１６Ａをコリメートレンズ２の焦点位置に、発振領
域１６Ｂを焦点位置に対して距離ｄだけ前後するように
配置して構成されている。このような構成では、光学系
の縦倍率をαとすると、結像面、即ち、感光体ドラム９
上での結像位置のずれはｄ・αとなり、感光体ドラム９
上の第２の光ビームのビーム径が大きくなる。
【００６３】図１１には、本発明の第４の実施の形態の
画像形成装置の半導体レーザ１６が示されている。この
実施の形態は、第２の実施の形態において拡がり角が同
一な光ビームを出射する発振領域１６Ａ、１６Ｂを有し
た半導体レーザ１６を用いた別の例であり、発振領域１
６Ｂからコリメートレンズ２に至る光路上で発振領域１
６Ｂからの光ビームが交差していない領域に平行平板１
７を挿入することで第２の光ビームの焦点位置を変更
し、デフォーカスを生じさせるように構成されている。
このような構成では、平行平板１７の厚さをｔ、屈折率
をｎとすると、発振領域１６Ｂの焦点面からのずれｄ
は、ｄ＝ｔ・（ｎ−１）となり、光学径の縦倍率をαと
すると、結像面、即ち、感光体ドラム９上での結像位置
のずれはｄ・αとなって感光体ドラム９上の第２の光ビ
ームのビーム径が大きくなる。
【００６４】図１２には、本発明の第５の実施の形態に
係る画像形成装置の画像信号制御部１１の構成が示され
ている。この実施の形態は、第１の実施の形態において
半導体レーザ１Ａ、１Ｂから出射された第１、及び第２
の光ビームの感光体ドラム上でビーム径が等しくなるよ
うに光学系の設計がなされており、半導体レーザ１Ｂを
画像信号を拡大して反転した拡大反転画像信号で変調す
るようにしている。
【００６５】画像信号制御部１１は、画像データを遅延
させて画像信号と画像データＡを生成する遅延素子１８
Ａと、画像データＡを遅延させて画像データＢを生成す
る遅延素子１８Ｂと、画像データと画像データＢに基づ
いて拡大反転信号を生成するＮＡＮＤ回路１９を有して
構成され、図１３の(a) に示す画像データを入力する
と、遅延素子１８Ａから図１３の(b) に示す画像データ
Ａ、及び図１３の(d) に示す画像信号が、遅延素子１８
Ｂから図１３の(c) に示す画像データＢが、ＮＡＮＤ回
路１９から図１３の(e) に示す拡大反転画像信号がそれ
ぞれ出力される。
【００６６】このような構成では、画像信号制御部１１
から図１４の(a) に示す画像信号と、図１４の(b) に示
す拡大反転画像信号が出力されると、感光体ドラム９の
主走査ライン上の画像データの画像形成領域と対応する
位置に図１４の(c) に示す第１の光ビームに基づく露光
像と、図１４の(d) に示す第２の光ビームに基づく露光
像が合成された合成露光像（図１４の(e))が形成され
る。このため、第１の実施の形態と同様な効果を得るこ
とができる。
【００６７】図１５には、本発明の第６の実施の形態に
係る画像形成装置の構成が示されている。この実施の形
態では、第２の実施の形態において拡がり角が等しい第
１、及び第２の光ビームを出射する発振領域を有する半
導体レーザ１６を発振領域が副走査方向に配列するよう
に配置して、副走査方向に距離ｒ3 を隔てた感光体ドラ
ム９上に第１、及び第２の光ビームを結像するように
し、また、画像信号を拡大して反転した拡大反転信号が
基づいて第２の光ビームを変調するようにしている。こ
こで、距離ｒ3 は感光体ドラム９上の光ビームスポット
のビーム間距離であり、本実施の形態では、副走査ピッ
チの１／２、或いはｎ＋１／２ピッチ（但し、Ｎは自然
数）に設定されている。また、第２の光ビームによる露
光は隣接する第１の光ビームの主走査ラインの露光の総
和量に応じた光量で行うようになっている。
【００６８】ここで、画像データの例として４画素を記
録する場合には、画像信号に基づいて第１の光ビームで
４画素を露光し、感光体ドラム９上に図１６に示す露光
像を形成する。一方、拡大反転画像信号に基づいて第２
の光ビームで第１の光ビームから副走査方向に１／２ピ
ッチ離れた位置を露光し、感光体ドラム９上に図１７に
示す露光像を形成する。
【００６９】図１８は、図１７の中心に図１６を重ね併
せたものであり、従って、感光体ドラム９は図１７の中
心に図１６を重ね併せた形の露光像を有することにな
る。第１の光ビームの主走査ライン（Ｎライン）と一致
する図中のＡ−Ａ’ラインにおける露光分布は、図１９
の(a),(b) に示すＮ−１／２ラインの拡大反転画像信号
によって変調された第２の光ビームに基づく露光パター
ンと、図２０の(a),(b)に示すＮラインの画像信号によ
って変調された第１の光ビームに基づく露光パターン
と、図２１の(a),(b) に示すＮ＋１／２ラインの拡大反
転画像信号によって変調された第２の光ビームに基づく
露光パターンの合成によって決定される。図２２は、こ
のような露光パターンの合成によって形成された合成露
光像を示し、輪郭部に急峻な傾きを持つ露光像が実現す
る。
【００７０】また、本実施の形態のように複数本の光ビ
ームを副走査ピッチずらして配置した走査光学系では、
第２の光ビームの光量を制御することで副走査方向にお
いても露光像の高コントラスト化が図れる。即ち、図１
８のＢ−Ｂ’ライン断面の露光量分布を図２３の(a)〜
(c) に示す。第１の光ビームでＮ、Ｎ＋１ライン上の画
素を露光し、その外側近傍のＮ−１／２、Ｎ＋３／２ラ
イン上を極僅かな量で露光し、更にその外側のラインを
所定のバイアス露光量で露光しており、副走査方向の輪
郭部に急峻な傾きを持つ露光像が得られている。図示の
例では、第１の光ビームの発光光量１に対して第２の光
ビームの通常のバイアス光量を約０．４、画像隣接部の
エッジバイアス光量を約０．１としてプロットしたもの
である。図２４の(a) は合成露光による露光像の輪郭部
を、図２４の(b) は単一露光した時の露光像の輪郭をそ
れぞれ示し、ビーム径、背景部と画像部での露光量の差
の条件は等しくなっている。このように副走査方向にも
露光像の高コントラスト化が可能となる。
【００７１】また、以上の実施の形態における感光体ド
ラム９として、ある所定の露光エネルギーまではほとん
ど除電されず、それを越えたところで急峻に除電が始ま
る、所謂、ハイガンマ感光体を用いると更に高い効果を
得ることができる。一般の感光体においては図２５の点
線で示すように、６００Ｖ強に帯電されて露光を受ける
と、全面照射の場合では電位が１００Ｖ程度まで低下
し、この間は露光エネルギーに応じて電位が低下する。
現像電位をこの間の５００Ｖ付近に設定し、これを下回
る領域を現像している。しかし、現像電位として設定す
る５００Ｖ付近は露光量の変動に対して電位の変動量が
大きい領域であり、露光エネルギーの低い領域に対して
発光光量の変動が出力画像へ大きく影響する。ところ
が、ハイガンマ感光体の場合、図２５の実線で示すよう
に、０〜７ｅｒｇ／ｃｍ2 の領域は露光エネルギーに対
する不感帯で、７〜１１ｅｒｇ／ｃｍ2 の領域では急激
に電位が降下し、１１ｅｒｇ／ｃｍ2 を越えるとほぼ完
全に除電された状態になる。このような感度特性を有す
る感光体を用いると、帯電電位のむらに強い二値的な画
像再現が可能となる。一方、露光像のエッジ領域では必
ず露光エネルギーが低から高、高から低へと遷移するた
め、エッジの鈍った露光像では、再現される画像の面積
に著しいノイズを発生させてしまう。このため、以上述
べた実施の形態の手法でコントラストの高い露光像を形
成する場合、ハイガンマ感光体の特性を考慮し、バイア
スビーム（第２の光ビーム）では７ｅｒｇ／ｃｍ2 以下
の露光エネルギーで所定画像の反転画像の露光パターン
を形成し、主ビーム（第１の光ビーム）では１１ｅｒｇ
／ｃｍ2 以上の露光エネルギーで所定画像の露光パター
ンを形成する。この関係を図２６の(a)〜(c) に示す。
この実施の形態によれば、ハイガンマ感光体に適した露
光像を供給し、高画質化が図れるだけでなく、主ビーム
とバイアスビームの光量設定における自由度が拡がり、
相乗効果を得ることができる。
【００７２】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の画像形成方
法、画像形成装置によると、画像信号に応じて変調され
た第１の光ビームと、画像信号を反転した反転画像信号
に応じて変調され、第１の光ビームより除電効果の小さ
い第２の光ビームを感光体上で合成するようにしたた
め、感光体上にコントラストの高い露光像を形成するこ
とができ、高精細、高画質の画像を形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す説明図。
【図２】第１の実施の形態に係る画像記録制御部の構成
を示す説明図。
【図３】第１の実施の形態に係る画像信号制御部の構成
を示す説明図。
【図４】第１の実施の形態に係る画像信号制御部の動作
を示すタイミングチャート。
【図５】第１の実施の形態の動作を示す信号波形と露光
像の関係を示す説明図。
【図６】露光像の網点面積率に対する露光量分布を示す
説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す説明図。
【図８】第２の実施の形態に係る半導体レーザを示す説
明図。
【図９】第２の実施の形態に係る半導体レーザを示す説
明図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す説明図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態を示す説明図。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る画像信号制
御部を示す説明図。
【図１３】第５の実施の形態に係る画像信号制御部の動
作を示すタイミングチャート。
【図１４】第５の実施の形態の動作を示す信号波形と露
光像の関係を示す説明図。
【図１５】本発明の第６の実施の形態を示す説明図。
【図１６】第６の実施の形態に係る第１の光ビームに基
づく露光像を示す説明図。
【図１７】第６の実施の形態に係る第２の光ビームに基
づく露光像を示す説明図。
【図１８】第６の実施の形態に係る合成露光像を示す説
明図。
【図１９】図１８のＡ−Ａ’線に隣接する第２の光ビー
ムの主走査ライン（Ｎ−１／２ライン）の拡大反転画像
信号と露光パターンを示す説明図。
【図２０】図１８のＡ−Ａ’線の第１の光ビームの主走
査ライン（Ｎライン）における画像信号と露光パターン
を示す説明図。
【図２１】図１８のＡ−Ａ’線に隣接する第２の光ビー
ムの主走査ライン（Ｎ＋１／２ライン）の拡大反転画像
信号と露光パターンを示す説明図。
【図２２】図１８のＡ−Ａ’線の合成露光像を示す説明
図。
【図２３】図１８のＢ−Ｂ’線断面の露光量分布を示す
説明図。
【図２４】第６の実施の形態に係る合成露光による副走
査方向の露光像の輪郭部と、単一露光した時の副走査方
向の露光像の輪郭部を示す説明図。
【図２５】第７の実施の形態に係るハイガンマ感光体の
感度特性を表すグラフ。
【図２６】第７の実施の形態の動作を示す信号波形と露
光像の関係を示す説明図。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ 半導体レーザ ２、２Ａ、２Ｂ コリメートレンズ ３ ビームスプリッタ ４ シリンドリカルレンズ ５ 反射ミラー ６ ポリゴンミラー ７ ｆθレンズ ８ シリンドリカルレンズ ９ 感光体ドラム １０ 画像記録制御部 １１ 画像信号制御部 １２Ａ、１２Ｂ レーザ駆動回路 １３ 増幅器 １４ インバータ １６ 半導体レーザ １６Ａ、１６Ｂ 発振領域 １７ 平行平板 １８Ａ、１８Ｂ 遅延素子 １９ ＮＡＮＤ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守屋 秀樹 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリー ンテクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 小木 健嗣 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリー ンテクなかい富士ゼロックス株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B41J 2/44 G02B 26/10

Claims (28)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像情報を処理して生成した画像信号
    と、この画像信号を反転して生成した反転画像信号を出
    力し、 前記画像信号に応じて変調された所定の光量の第１の光
    ビームと、前記反転画像信号に応じて変調された前記所
    定の光量より小なる光量の第２の光ビームを出射し、 前記第１の光ビームと前記第２の光ビームを合成して合
    成光ビームとし、 前記合成光ビームを副走査方向に移動する感光体上で主
    走査方向に走査して前記感光体上に静電潜像を形成し、 前記第１の光ビームの出射は、前記感光体上で現像が得
    られる光量を前記所定の光量として行い、 前記第２の光ビームの出射は、前記感光体上で現像が得
    られない光量を前記所定の光量より小なる光量として行
    う ことを特徴とする画像形成方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の光ビームの前記感光体上のビ
    ーム径は、前記第２の光ビームの前記感光体上のビーム
    径より小になるように制御される請求項１の画像形成方
    法。
  3. 【請求項３】 前記第１、及び第２の光ビームの出射
    は、拡がり角が異なる２つの光ビームを出射する第１、
    及び第２の発振領域を有する半導体レーザアレイより行
    う請求項１の画像形成方法。
  4. 【請求項４】 前記第１、及び第２の光ビームの出射
    は、拡がり角が等しい２つの光ビームを出射する第１、
    及び第２の発振領域を有し、前記第１、及び第２の発振
    領域から前記感光体までの光学距離が異なるように配置
    された半導体レーザアレイより行う請求項１の画像形成
    方法。
  5. 【請求項５】 前記第１、及び第２の光ビームの出射
    は、拡がり角が等しい２つの光ビームを出射する第１、
    及び第２の発振領域を有する半導体レーザアレイから行
    い、前記拡がり角が等しい２つの光ビームの一方の光ビ
    ームを前記感光体上でデフォーカスする請求項１の画像
    形成方法。
  6. 【請求項６】 前記反転画像信号の出力は、前記画像信
    号のオンのタイミングより所定の時限だけ先行してオフ
    にし、前記画像信号のオフのタイミングより所定の時限
    だけ遅れてオンにして行う請求項１の画像形成方法。
  7. 【請求項７】 画像情報を処理して生成した画像信号
    と、この画像信号を反転して生成した反転画像信号を出
    力し、 前記画像信号に応じて変調された所定の光量の第１の光
    ビームと、前記反転画像信号に応じて変調された前記所
    定の光量より小なる光量の第２の光ビームを結像点が一
    致するようにそれぞれ所定のタイミングで出射し、 前記第１、及び第２の光ビームを副走査方向に移動する
    感光体上で主走査方向に走査して前記感光体上に静電潜
    像を形成し、 前記第１の光ビームの出射は、前記感光体上で現像が得
    られる光量を前記所定の光量として行い、 前記第２の光ビームの出射は、前記感光体上で現像が得
    られない光量を前記所定の光量より小なる光量として行
    う ことを特徴とする画像形成方法。
  8. 【請求項８】 前記第１の光ビームの前記感光体上のビ
    ーム径は、前記第２の光ビームの前記感光体上のビーム
    径より小になるように制御される請求項７の画像形成方
    法。
  9. 【請求項９】 前記第１、及び第２の光ビームの出射
    は、拡がり角が異なる２つの光ビームを出射する第１、
    及び第２の発振領域を有する半導体レーザアレイより行
    う請求項７の画像形成方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１、及び第２の光ビームの出射
    は、拡がり角が等しい２つの光ビームを出射する第１、
    及び第２の発振領域を有し、前記第１、及び第２の発振
    領域から前記感光体までの光学距離が異なるように配置
    された半導体レーザアレイより行う請求項７の画像形成
    方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１、及び第２の光ビームの出射
    は、拡がり角が等しい２つの光ビームを出射する第１、
    及び第２の発振領域を有する半導体レーザアレイから行
    い、前記拡がり角が等しい２つの光ビームの一方の光ビ
    ームを前記感光体上でデフォーカスする請求項７の画像
    形成方法。
  12. 【請求項１２】 前記反転画像信号の出力は、前記画像
    信号のオンのタイミングより所定の時限だけ先行してオ
    フにし、前記画像信号のオフのタイミングより所定の時
    限だけ遅れてオンにして行う請求項７の画像形成方法。
  13. 【請求項１３】 前記第１、及び第２の光ビームの出射
    は、前記感光体上における結像点が副走査方向に所定の
    距離だけ離れるように行う請求項７の画像形成方法。
  14. 【請求項１４】 画像情報を処理して得られる画像信号
    と、この画像信号を反転して得られる反転画像信号を生
    成する信号生成手段と、 前記画像信号に応じて変調され、所定の光量の第１の光
    ビームを出射する第１の光源と、 前記反転画像信号に応じて変調され、前記所定の光量よ
    り小なる光量の第２の光ビームを出射する第２の光源
    と、 前記第１の光ビームと前記第２の光ビームを合成する合
    成手段と、 前記合成手段で合成された合成光ビームを主走査方向に
    走査する走査手段と、 副走査方向に移動しながら前記合成光ビームの露光を受
    けて静電潜像を形成する感光体と、 前記第１、及び第２の光源の発光タイミングを制御する
    制御手段を備え、 前記制御手段は、前記所定の光量として前記感光体上で
    現像が得られる光量で前記第１の光ビームを前記第１の
    光源から出射させると共に、前記所定の光量より小なる
    光量として前記感光体上で現像が得られない光量で前記
    第２の光ビームを前記第２の光源から出射させる ことを
    特徴とする画像形成装置。
  15. 【請求項１５】 前記第１の光ビームの前記感光体上の
    ビーム径は、前記第２の光ビームの前記感光体上のビー
    ム径より小になるように制御される構成の請求項１４の
    画像形成装置。
  16. 【請求項１６】 前記第１、及び第２の光源は、拡がり
    角が異なった光ビームを第１、及び第２の発振領域から
    出射する半導体レーザアレイである構成の請求項１４の
    画像形成装置。
  17. 【請求項１７】 前記第１、及び第２の光源は、拡がり
    角が等しい２つの光ビームを第１、及び第２の発振領域
    から出射する半導体レーザアレイであり、 前記半導体レーザアレイは、前記第１、及び第２の発振
    領域から前記感光体までの光学距離が異なるように配置
    されている構成の請求項１４の画像形成装置。
  18. 【請求項１８】 前記第１、及び第２の光源は、拡がり
    角が等しい２つの光ビームを第１、及び第２の発振領域
    から出射する半導体レーザアレイと、前記拡がり角が等
    しい２つの光ビームの一方の光ビームを前記感光体上で
    デフォーカスする光学手段より構成される請求項１４の
    画像形成装置。
  19. 【請求項１９】 前記信号生成手段は、前記画像信号の
    オンのタイミングより所定の時限だけ先行してオフに
    し、前記画像信号のオフのタイミングより所定の時限だ
    け遅れてオンにして前記反転画像信号を生成する構成の
    請求項１４の画像形成装置。
  20. 【請求項２０】 前記感光体は、前記第２の光ビームを
    受光してもその表面電位を現像電位以上に維持し、前記
    第１の光ビームを受光したとき実質的に完全に除電する
    感光特性を有する構成の請求項１４の画像形成装置。
  21. 【請求項２１】 画像情報を処理して得られる画像信号
    と、この画像信号を反転して得られる反転画像信号を生
    成する信号生成手段と、 前記画像信号に応じて変調され、所定の光量の第１の光
    ビームを出射する第１の光源と、 前記反転画像信号に応じて変調され、前記所定の光量よ
    り小なる光量の第２の光ビームを出射する第２の光源
    と、 前記第１、及び第２の光源から出射された前記第１、及
    び第２の光ビームを主走査方向に走査する走査手段と、 副走査方向に移動しながら前記第１、及び第２の光ビー
    ムの露光を受けて静電潜像を形成する感光体と、 前記第１の光源から出射された前記第１の光ビームと、
    前記第２の光源から出射された前記第２の光ビームが前
    記感光体の結像面において合成されるように前記第１、
    及び第２の光源の発光タイミングを制御する制御手段を
    備え、 前記制御手段は、前記所定の光量として前記感光体上で
    現像が得られる光量で前記第１の光ビームを前記第１の
    光源から出射させると共に、前記所定の光量より小なる
    光量として前記感光体上で現像が得られない光量で前記
    第２の光ビームを前記第２の光源から出射させる ことを
    特徴とする画像形成装置。
  22. 【請求項２２】 前記第１の光ビームの前記感光体上の
    ビーム径は、前記第２の光ビームの前記感光体上のビー
    ム径より小になるように制御される構成の請求項２１の
    画像形成装置。
  23. 【請求項２３】 前記第１、及び第２の光源は、拡がり
    角が異なった光ビームを第１、及び第２の発振領域から
    出射する半導体レーザアレイである構成の請求項２１の
    画像形成装置。
  24. 【請求項２４】 前記第１、及び第２の光源は、拡がり
    角が等しい２つの光ビームを第１、及び第２の発振領域
    から出射する半導体レーザアレイであり、 前記半導体レーザアレイは、前記第１、及び第２の発振
    領域から前記感光体までの光学距離が異なるように配置
    されている構成の請求項２１の画像形成装置。
  25. 【請求項２５】 前記第１、及び第２の光源は、拡がり
    角が等しい２つの光ビームを第１、及び第２の発振領域
    から出射する半導体レーザアレイと、前記拡がり角が等
    しい２つの光ビームの一方の光ビームを前記感光体上で
    デフォーカスする光学手段より構成される請求項２１の
    画像形成装置。
  26. 【請求項２６】 前記信号生成手段は、前記画像信号の
    オンのタイミングより所定の時限だけ先行してオフに
    し、前記画像信号のオフのタイミングより所定の時限だ
    け遅れてオンにして前記反転画像信号を生成する構成の
    請求項２１の画像形成装置。
  27. 【請求項２７】 前記第１、及び第２の光源、前記走査
    手段、及び前記感光体は、前記第１、及び第２の光ビー
    ムが前記感光体上において副走査方向に所定の距離だけ
    離れて結像するように配置されている構成の請求項２１
    の画像形成装置。
  28. 【請求項２８】 前記感光体は、前記第２の光ビームを
    受光してもその表面電位を現像電位以上に維持し、前記
    第１の光ビームを受光したとき実質的に完全に除電する
    感光特性を有する構成の請求項２１の画像形成装置。
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