JP3143489B2 - 画像形成装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザビームプリンタ、
フアクシミリ、デジタル複写機、などに使用されるスポ
ツト走査型の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光スポツトを回転鏡等で偏向し、移動す
る感光体上を走査させ、これを電子写真プロセスで可視
化するいわゆるレーザビームプリンタ等が多く用いられ
ている。

【０００３】最近では、このような画像形成装置におい
て、文字、図形等の２値（白・黒）画像のみならず、中
間調（灰色・ハーフトーン）画像を出力可能なものが製
品化されている。

【０００４】電子写真では、露光量の変化に対する濃度
変化が銀塩写真の様なリニアではなく、かつ不安定であ
る為、これらの製品の中間調の表現においては、一定面
積中での印字面積の比率（印字比率）を変え、印刷にお
ける網点と同様の効果を得ている。

【０００５】代表的なものとしては、周期的孤立ドツト
パターンのサイズ変化、縦スクリーン（副走査方向につ
ながった周期的パターン、縞状パターン）あるいは、斜
めスクリーンパターンの巾変化等があげられる。

【０００６】図９は縦スクリーンによる濃度表現を表わ
したものであり、主走査方向に周期的な縞を形成しこの
巾を変えることにより、印字比率を変え、巨視的な濃度
を制御している。

【０００７】図１０はこの様なパターンを形成する時の
光スポツトの発光状態を示したものであり、周期的な矩
形波のくり返しであり、この矩形の巾すなわち発光時間
を変化させることにより縞の巾を変えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】これら斯かる従来例
にあっては中間調表現の為のパターン（以下濃度パター
ン）はすべて主走査方向に分布を持ったものであった。
即ち、走査中のスポツトを明滅させ、これにより、主走
査方向に印字の有無を形成し、パターンのサイズを変化
させている。

【０００９】しかしながら、これによると、主走査方向
の露光分布が十分良いコントラストを持たない場合、主
走査方向に２値的なパターンとならず、各パターンがぼ
やけ、良好な中間調画像が形成出来ないという欠点があ
った。

【００１０】ところが、光スポツトは、前述のとおり主
走査方向に移動している為、露光分布は自ら主走査方向
に広がり、スポツトの主走査方向のサイズを十分小さく
しないと、隣接する濃度パターンとの境界が明確になら
ず、濃度パターン露光のコントラストの改善は困難であ
った。

【００１１】例えば発明者の検討によれば、縦スクリー
ンにおいて、高繊細な中間調を得る為には、主走査方向
のパターン周期の１／２以下のサイズ（ガウス分布近似
１／ｅ²）の光スポツト径が必要とされる。これは２０
０ｄｐｉ（１２７μｍ周期）の濃度パターンに対して６
３．５μｍ以下のスポツト径となり、この様な微小な光
スポツトを結像するには、高性能な光学系が必要であ
り、又周知の通り微小な光スポツトは焦点深度も浅い
為、製品の機械精度、環境変化にも十分に注意を払う必
要があり、製造が困難で且つ、大きなコストがかかると
いう欠点があった。又主走査方向に絞ったスポツトを形
成するには、走査系のＦ／Ｎを明るくせねばならず主走
査方向に太い光ビームをポリゴン等の偏向器に入射せね
ばならず偏向器が大型になるといった欠点も有してい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号に応
じて所定周期で光ビームを発生する手段と、前記光ビー
ムにより感光体上に生成された光スポットを主走査方向
にくり返し走査する主走査手段と、前記主走査手段によ
り走査される前記光スポットを前記主走査方向と垂直な
副走査方向に副走査する副走査手段と、前記光スポット
が主走査方向及び副走査方向に走査されることによって
前記感光体上に形成された静電潜像を現像する現像手段
を有し、前記入力信号に応じた濃度パターンを形成する
ことにより中間調画像を出力する画像形成装置におい
て、光スポットが主走査されることによって形成される
濃度パターンの光ビーム１本当たりの副走査方向幅を、
該光ビームの主走査期間中に前記入力信号に応じて変化
させる制御手段を備えたことを特徴とする。また、本発
明の画像形成方法は、入力信号に応じて所定周期で光ビ
ームを発生する工程と、前記光ビームにより感光体上に
生成された光スポットを主走査方向にくり返し走査する
主走査工程と、前記主走査工程により走査される前記光
スポットを前記主走査方向と垂直な副走査方向に副走査
する副走査工程と、前記光スポットが主走査方向及び副
走査方向に走査されることによって前記感光体上に形成
された静電潜像を現像する現像工程を有し、前記入力信
号に応じた濃度パターンを形成することにより中間調画
像を出力する画像形成方法において、光スポットが主走
査されることによって形成される濃度パターンの光ビー
ム１本当たりの副走査方向幅を、該光ビームの主走査期
間中に前記入力信号に応じて変化させることを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】本発明によれば、濃度パターンを走査方向に連
続で、副走査方向に周期的な平行縞とすることにより、
光スポツトの径を従来より大としても階調性良い画像形
成装置を提供できる。

【００１４】

【実施例】以下図にしたがって本発明の実施例を説明す
る。

【００１５】図１は、本発明の一実施例の露光光学系の
配置図を示すものであり、１は光源である所の半導体レ
ーザ素子、２は半導体レーザ素子１から射出される発散
光を略平行な光束に変換するコリメータレンズ、５は倒
れ補正用のシリンドリカルレンズ、６は回転多面鏡、７
はｆθレンズなどの走査レンズである。８は非走査面で
ある所の電子写真用感光体であり、９は走査線上に設け
られた光検知素子によるビームデイテクタである。レー
ザ光源１から射出された発散レーザ光は、コリメータ
２、焦点補正レンズ３によって略平行な光束となり、次
にシリンドリカルレンズ５によって走査面とは垂直方向
（以下、副走査方向）に集光され、矢印Ｂ方向に一定回
転数で回転する回転多面鏡（ポリゴン）６の反射面近傍
にライン状の像を形成した後、偏向されて走査レンズ７
に入射する。

【００１６】走査レンズ７は、走査面内（以下、主走査
方向）及び副走査方向で異なる結像特性を持ちこれはト
ーリツク面シリンドリカル面などを使用することによっ
て実現される。

【００１７】主走査方向においては、多面鏡によって偏
向される平行レーザビームを感光体８の面上にスポツト
状に結像させ、等速走査させるいわゆるＦθ特性を有
し、副走査方向においては、回転多面鏡反射面近傍に前
述シリンドリカルレンズに代って集光されているレーザ
ビームを感光体面上に結像させ、反射面の倒れによる走
査線の副走査方向の偏位を緩和する、いわゆる倒れ補正
機能を有する。

【００１８】走査されるレーザビームは、各走査ごと
に、先ずビームデイテクタ９上を通過し走査開始信号
（以下、ＢＤ信号）を発生させ、このＢＤ信号によって
タイミング制御される後述する図３に示す発光信号発生
回路によって変調される。又この時、感光体は矢印Ｂ方
向に回転しており、これにより感光体面上に画像信号に
対応した２次元露光分布が形成される。

【００１９】図２は、同じく本発明の一実施例における
感光体廻りの静電プリンタ機構各要素を示す、感光体回
転軸方向からの投影図であり、図１と同一部材には同一
番号をつけて表わしている。２１は感光体８上の残留ト
ナーを除去するためのクリーナ、２２は残留電荷を消去
するための前露光ランプ、２３は同じく感光体８上に一
定の電荷を与える帯電器である。２４は感光体上に、静
電潜像に対応したトナー像を形成するための現像器、２
５は転写紙にトナーを転写するための転写帯電器であ
る。

【００２０】矢印Ｃ方向に回転する感光体８は、クリー
ナ２１、前露光ランプ２２によって表面の残留トナー、
残留電荷を取り除かれた後、帯電器２３によって所定の
電位に帯電する。次に前述図１において説明した方式に
よりレーザビームによって露光を受け、感光体特性に従
い、露光分布に応じた電位分布の潜像を形成する。

【００２１】図３は発光信号発生回路でありこれにおい
て、デジタル多値の画像信号をレーザの発光信号に変調
する手段を説明する。

【００２２】図において３０はクロツク発生回路であ
り、前述したＢＤ信号により同期を合わせたクロツクを
発生させる。３１は画像メモリであり印字すべき画像の
デジタル値が格納されている。３２はＤ／Ａ変換器であ
り、前述クロツク３０に従いメモリ３１より画像データ
を読み出し所定のアナログ電圧に変換して出力する。

【００２３】３３の三角波発生回路はクロツク３０に従
い三角波の電圧波形を発生する。Ｄ／Ａ変換器３２と三
角波発生回路３３の出力は比較器３４で比較され、その
大小関係により比較器からはＨ、Ｌの２値信号が出力さ
れる。

【００２４】比較器３４の２値出力はレーザドライバ３
５によって半導体レーザ１のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号に変
換させる。

【００２５】図４は比較器と三角波によってアナログ電
圧の画像信号が２値信号に変換される様子を示してい
る。

【００２６】図４ａは比較器の入力信号であり実線は３
角波であり、点線はアナログ画像信号である。比較器は
アナログ画像信号が３角波より大となった時即ち図中斜
線部のみでＨとなる様設定されているとすればその出力
は同図ｂの如くになる。アナログ画像信号の値が変化す
ればそれに応じて３角波との交点位置も変化しその結果
比較器出力における各パルスの巾が変化する。これを画
像信号のＰＷＭ（パルス巾変調）と称する。

【００２７】図５にレーザ駆動パルス巾と主走査方向の
露光分布の関係を示す。レーザの主走査スポツト径に比
してパルス巾が短い場合は、この間のスポツト移動距離
も短い為、これによる露光分布は比較的静止スポツトの
形状を保ったままそのピークがパルス巾に応じて変化す
る（図中ａ〜ｄ）パルス巾が長くなるにつれ、ピークの
増加は飽和しやがて露光分布はパルス巾に応じて走査方
向にその巾を変化させる様になる。（同図ｄ〜ｆ） 従来のＰＷＭ濃度変化においては、主走査方向の濃度パ
ターンの巾を変化させる為、図５ｄ，ｅ，ｆの如にスポ
ツト径に比して長い走査距離の部分を用いていた。逆に
言えばパターンの周期に対して十分小さいスポツトを用
いなければならなかったが本実施例においては主走査方
向に分布をもたせる必要が無い為同図ａ〜ｄの範囲、す
なわち走査距離に比して大きな主走査径を持つ光スポツ
トを使用する。露光分布のピーク量が飽和するのは光ス
ポツトをガウス分布とするとこの１／ｅ²主走査直径の
約１．５倍の走査距離｛±３８｝であるから、主走査方
向のパルス周期の１／１．５÷０．６倍以上の主走査１
／ｅ²径を持つ光スポツトであるが、パルス巾に対する
ピーク変化のリニアリテイを考慮すると０．８倍程度以
上が適当である。但し、中間調の為の濃度パターンのみ
ならず文字等の２値画像の同時に出力可能とする為には
文字の為の画素ピツチの１．６倍以下の主走査１／ｅ²
であることが望ましい。これは文字等の画像のつぶれを
防ぐためである。

【００２８】次に副走査について述べる。

【００２９】露光分布の副走査断面は図６に示す様にな
る。同図において点線は主走査１ラインだけを露光した
場合の露光分布副走査断面であり、静止スポツトの副走
査断面とほぼ相似な形状となる。Ｐは副走査方向濃度パ
ターン周期であり、このピツチでクリ返し露光を行った
結果が実線で示す露光分布となる。

【００３０】光スポツトは副走査方向には直接移動しな
い為、露光分布のピーク量の大小によれずこれらの形は
常に相似形となる。図７は主走査方向に前述したＰＷＭ
を行い各濃度パターンの露光分布ピークを変化させた時
の副走査断面である。図８ａ，ｂ，ｃで露光分布のピー
クは変化するがそのｍａｘｍｉｎの比は変化せず常に同
じ形状となる。

【００３１】今電子写真プロセスによるトナー付着の有
無が図８点線で示される現像閾値で決められるとすると
同図斜線部のみが現像されることとなる。

【００３２】その結果画像データの大小に従った濃度パ
ターンは図８の如く、主走査につながり副走査の巾を変
化する。このパターンを例えば２００ｄｐｉ（１２７ｐ
ｍ周期）で形成することにより巨視的には一様なグレー
スケールの濃度変化を表現できる。

【００３３】図６、図７に示す様にこの様な濃度パター
ンを形成する為には副走査方向の露光分布に十分なうね
り（リツプル）がある必要がある。副走査スポツトが大
きいと隣接濃度パターンへの露光量のもれ込みが大きく
なりこのリツプルは小さくなる。しかしながらスポツト
が小さすぎると各濃度パターンの中間での露光量が微小
となり、露光ピークを増大させてもこの間が現像されず
十分な濃度の出力ができなくなる。発明者らの検討では
副走査１／ｅ²スポツト径は副走査方向濃度パターン周
期の０．６〜１．２倍程度が適当であった。

【００３４】［他の実施例］第１の実施例では露光量の
制御にＰＷＭを用い、光スポツトの点灯時間を変化させ
て行ったが、これは光スポツトの強度そのものを変化さ
せることによってもよい。

【００３５】又副走査方向の濃度パターンの周期は、画
像形成装置の副走査分解能と同一である必要はない。例
えば文字等の２値画像は４００ｄｐｉで印字し、濃度パ
ターンは２００ｄｐｉで形成することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、光
ビームのスポット径を極小化させることなく、簡易な構
成で中間調画像を良好に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のレーザビームプリンタ露光光
学系配置の斜視図である。

【図２】同じく静電複写機構の断面図である。

【図３】同じく静電発光信号発生回路のブロツク図であ
る。

【図４】比較器入出力を表わす図である。

【図５】レーザ駆動パルスと主走査露光分布を示す図で
ある。

【図６】露光分布の副走査断面を示す図である。

【図７】画像信号レベルと副走査露光分布の変化を示す
図である。

【図８】本発明による濃度パターンの例を示す図であ
る。

【図９】従来の濃度パターンの一例を示す図である。

【図１０】従来のレーザ駆動パルスを示す図である。

【符号の説明】

３１ 画像メモリ ３２ Ｄ／Ａ変換器 ３３ 三角波発生回路 ３４ 比較器 ３５ レーザドライバ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号に応じて所定周期で光ビームを
   発生する手段と、 前記光ビームにより感光体上に生成された光スポットを
   主走査方向にくり返し走査する主走査手段と、 前記主走査手段により走査される前記光スポットを前記
   主走査方向と垂直な副走査方向に副走査する副走査手段
   と、 前記光スポットが主走査方向及び副走査方向に走査され
   ることによって前記感光体上に形成された静電潜像を現
   像する現像手段を有し、 前記入力信号に応じた濃度パターンを形成することによ
   り中間調画像を出力する画像形成装置において、光スポットが主走査されることによって形成される濃度
   パターンの光ビーム１本当たりの副走査方向幅を、該光
   ビームの主走査期間中に前記入力信号に応じて変化させ
   る制御手段を備えた ことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記感光体上における前記光スポットの
   副走査方向の１／ｅ²スポット径は、前記濃度パターン
   の副走査方向周期の０．６〜１．２倍であることを特徴
   とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記入力信号に応じて
   前記光ビームをパルス幅変調することにより、前記濃度
   パターンの副走査方向の幅を変化させることを特徴とす
   る請求項１乃至２記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記感光体上における前記光スポットの
   主走査方向の１／ｅ²スポット径は、前記濃度パターン
   の主走査方向周期の０．６〜１．６倍であることを特徴
   とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記入力信号に応じて
   前記光ビームの光強度を制御することにより、前記濃度
   パターンの副走査方向の幅を変化させることを特徴とす
   る請求項１乃至２記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 入力信号に応じて所定周期で光ビームを
   発生する工程と、 前記光ビームにより感光体上に生成された光スポットを
   主走査方向にくり返し走査する主走査工程と、 前記主走査工程により走査される前記光スポットを前記
   主走査方向と垂直な副走査方向に副走査する副走査工程
   と、 前記光スポットが主走査方向及び副走査方向に走査され
   ることによって前記感光体上に形成された静電潜像を現
   像する現像工程を有し、 前記入力信号に応じた濃度パターンを形成することによ
   り中間調画像を出力する画像形成方法において、光スポットが主走査されることによって形成される濃度
   パターンの光ビーム１本当たりの副走査方向幅を、該光
   ビームの主走査期間中に前記入力信号に応じて 変化させ
   ることを特徴とする画像形成方法。