JP4979455B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体表面を多重露光して静電潜像を形成する画像形成装置、詳しくは光量分布が異なる複数の露光を同一露光点に重ね合わせる際の各露光の出力比率制御に関する。

帯電させた感光体表面に複数本のレーザービームを走査露光して静電潜像を形成し、帯電したトナーを静電潜像に付着させてトナー像に現像する画像形成装置が実用化されている。ただし、既に実用化された多重露光は、像担持体の表面に複数本の走査線を並列に書き込むことで、専ら画像形成速度（プロセススピード）を高めようとする目的に限られる。

特許文献１には、スポット径の異なるレーザービームを同一光路に合成した露光装置が示される。ここでは、スポット径の小さなレーザービームを用いて文字画像等の単一階調画像を走査露光し、スポット径の大きなレーザービームを用いて多階調画像を走査露光する。

特許文献２には、スポット径が大小異なる２本のレーザービームで感光体上の隣接する２走査線をＰＷＭ露光する画像形成装置が示される。ここでは、画像の低濃度領域（ハイライト側）ではスポット径の小さなレーザービームを用いて静電潜像を書き込み、また、画像の高濃度領域ではスポット径の大きなレーザービームを併用して静電潜像を書き込む。

特許文献３には、ハーフミラーを用いて同一光路に合成されたスポット径が大小異なる２本のレーザービームを切り替えて感光体表面を走査露光する画像形成装置が示される。ここでも、画像の低濃度領域（ハイライト側）ではスポット径の小さなレーザービームを用いて静電潜像を書き込み、また、画像の高濃度領域ではスポット径の大きなレーザービームを併用して静電潜像を書き込む。

特許文献４には、主走査方向に間隔を隔てて複数の光源スポットを配置した面発光レーザから射出させたレーザービームを用いて感光体表面を走査露光する画像形成装置が示される。複数の光源スポットのうち少なくとも２つを異なるタイミングで点灯して、感光体表面の同一露光点を多重露光して、各露光の露光量が合成される。

特開平０８−１６４６３４号公報 特開２００３−１１８１６１号公報 特開２００３−２８５４６６号公報 特開２００４−２３０６５４号公報

ディザ法、濃度パターン法、面積階調法等を用いて、グレースケール画像、フルカラー画像と言った多階調画像を形成する場合、形成された画像の解像度は露光書き込みの解像度（露光スポットサイズ）に比較して低くなる。複数の露光点や露光長さ（いわゆるパルス幅変調）で１つのカラー画素、１つの濃度画素を表現するからである。

これに対して、文字画像、線画像と言った単一階調画像では、１つの露光点で１つの画素を表現できるので、露光書き込みの解像度（露光スポットサイズ）に相当する高精細な画像形成が可能である。

そして、感光体の露光密度が減少すると露光領域に付着する面積当たりトナー量も減少するので、露光点の露光量を増減させて画素濃度を設定（いわゆるパルス高さ変調）可能である。

しかし、露光点の露光量が変化すると、物理的な露光スポットサイズは一定でも、現像された結果としてのトナー像の大きさは異なってくる（図８参照）。後述するように、例えば、反転現像方式の場合、露光量を増やすと露光スポットのトナー像は大きくなり、露光量を減らすと露光スポットのトナー像は小さくなる。

この結果、露光スポットを走査して描画される高濃度の線と低濃度の線とで線幅が異なってくる。濃度の異なる文字の太さが変化して同一字体には見えなくなる。

本発明は、異なる露光スポットサイズの露光手段からのレーザを重ねて露光することで画像形成する画像形成装置において、画像濃度に応じてトナー像の大きさや太さの変化が抑制可能な画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、該帯電手段にて帯電された前記像担持体の表面を露光する第１露光手段と、前記第１露光手段よりも前記像担持体の表面における露光スポットサイズが大きく、前記像担持体の表面を露光する第２露光手段と、前記第１露光手段及び前記第２露光手段により露光されることで形成される静電潜像をトナー像として現像し、現像されたトナー像を記録材に形成する画像形成手段と、前記第１露光手段及び前記第２露光手段にて前記像担持体の表面に重ねて露光することでトナー像を形成する場合、前記重ねて露光される露光部の被露光量レベルが高くなるに伴い、前記第１露光手段の露光比率を高くするように制御する制御手段とを有するものである。

本発明によれば、異なる露光スポットサイズの露光手段からのレーザを重ねて露光することで画像形成する画像形成装置において、画像濃度に応じてトナー像の大きさや太さの変化が抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、同一の露光点を多重露光して感光体に合成の静電潜像を書き込む限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。複数の露光は、複数回の露光を空間的に重ねて同時に行ってもよく、時差を持たせて順番に重ねて行ってもよい。

本発明は、中間転写体に沿って各色トナー像形成部を配置した画像形成装置のみならず、記録材搬送体に沿って各色トナー像形成部を配置した画像形成装置でも実施できる。また、１つの像担持体に各色現像器を配置した画像形成装置、１つの像担持体から単色画像を記録材に直接転写する画像形成装置等でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を付加して、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１乃至４に示される画像形成装置の構成、部材、各電源、装置機器の詳細な制御内容等の一般的事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

また、発明の構成は、説明中に括弧付きで付した図面の参照記号の構成には限定されない。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５１の直線区間に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが直列に配列されている。中間転写ベルト５１は、駆動ローラ５２、テンションローラ５４、二次転写内ローラ５６に掛け渡して支持され、不図示の駆動モータに駆動されて矢印Ａ方向に循環する。

像担持体の一例である感光ドラム１ｄは、帯電された表面を露光されることにより、静電像を担持する。

帯電手段の一例である一次帯電器２ｄは、像担持体を一様な電位に帯電する。

第１露光手段の一例であるレーザ（Ｌ５：図３）は、帯電手段にて帯電された像担持体の表面を露光する。

第２露光手段の一例であるレーザ（Ｌ１：図３）は、第１露光手段よりも像担持体の表面における露光スポットサイズが大きく、像担持体の表面を露光する。

画像形成手段の一例である現像装置４ｄは、第１露光手段及び第２露光手段により露光されることで形成される静電潜像をトナー像として現像する。

画像形成手段の一例である、転写ローラ５３ｄ、中間転写ベルト５１、二次転写外ローラ５７、電源Ｄ２は、現像されたトナー像を記録材に形成する。

制御手段の一例である露光制御部（６２：図３）は、第１露光手段及び第２露光手段にて像担持体の表面に重ねて露光することでトナー像を形成する場合、重ねて露光される露光部の被露光量レベルが高くなるに伴い、第１露光手段の露光比率を高くする。

第１露光手段の一例であるレーザ（Ｌ５：図３）は、第２露光手段の一例であるレーザ（Ｌ１：図３）よりも発振波長が短い。

画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに充填されるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、同様に構成されている。従って、以下ではブラックの画像形成部Ｐｄを中心に説明し、残りの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃについては、画像形成部Ｐｄの各構成の符号のｄをａ、ｂ、ｃと読み替えて理解されるものとする。

画像形成部Ｐｄは、図中矢印方向に回転するドラム状の電子写真感光体であって露光強度に応じた静電潜像を生じる感光ドラム１ｄを備える。感光体の一例である感光ドラム１ｄの周囲には、一次帯電器２ｄ、露光装置３ｄ、現像装置４ｄ、転写ローラ５３ｄ、クリーニング装置５ｄが配置される。

露光装置３ｄは、原稿のブラック成分色による画像信号で光源を駆動し、一様に帯電された像担持体としての感光体ドラム１ｄの表面を走査露光して静電潜像を形成する。露光装置３ｄは、感光ドラム１ｄの表面の露光点を中心として周囲へ向かって光束密度が減少する第１露光と第２露光とを用いて、感光ドラム１ｄの帯電した表面の同一露光点を多重露光して静電潜像を書き込む。図５を参照して後述するように、第２露光は、第１露光よりも露光点での光束密度の集中度が高い。

露光装置３ｄは、感光ドラム１ｄの表面での露光スポットサイズが異なる二種類のレーザービーム（Ｌ１、Ｌ５：図３）を走査する。露光領域が狭いレーザービーム（Ｌ５：図３）は、他の露光のレーザービーム（Ｌ１：図３）よりも発振波長が短い。露光（Ｌ１：図３）と露光（Ｌ５：図３）とは、共通の面発光レーザ３１を光源として用いる。

現像装置４ｄは、帯電したトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を現像スリーブＳ４に薄層状態で担持させて、現像スリーブＳ４を感光ドラム１ｄの表面からわずかな距離を隔てて回転させる。そして、現像電源Ｄ４から直流電圧（以下現像電圧ＶＤＣ）に交流電圧を重畳した電圧を現像スリーブＳ４に印加することで、現像スリーブＳ４から感光ドラム１ｄの静電潜像へトナーが電気的に付着してトナー像に現像される。

転写ローラ５３ｄは、転写電源Ｄ１から転写電圧を印加されて転写部Ｔ１に転写電界を形成し、転写電界に応答した感光ドラム１ｄのトナー像を中間転写ベルト５１へ転写させる。

クリーニング装置５ｄは、クリーニングブレードを感光ドラム１ｄの表面に摺擦させて、中間転写ベルト５１へ転写されることなく転写部Ｔ１を通過した感光ドラム１ｄ上の転写残トナーを掻き落とす。

同様な手順を用いて、感光ドラム１ａに形成されたイエロートナー像は、転写ローラ５３ａによって中間転写ベルト５１に一次転写される。中間転写ベルト５１の移動に伴ってイエロートナー像は感光ドラム１ｂの転写部Ｔ１へ搬送される。このときまでに、感光ドラム１ｂ上には、マゼンタトナー像がイエロートナー像と同様の手順で形成されており、マゼンタトナー像は中間転写ベルト５１上のイエロートナー像に位置を重ねて一次転写される。同様にして、感光ドラム１ｃの転写部Ｔ１ではシアントナー像、感光ドラム１ｄの転写部Ｔ１ではブラックトナー像が位置を重ねて一次転写される。このようにして形成された４色のトナー像は、中間転写ベルト５１の移動に伴って二次転写部Ｔ２に搬送されて記録材Ｐに一括二次転写される。

第１実施形態では、トナーを負極性に帯電させて、反転現像方式でトナー像を形成している。一次帯電器２ｄによって感光ドラム１ｄの表面を負極性の暗部電位ＶＤ（−５００Ｖ）に帯電させた後、露光装置３ｄによって露光された部分が明部電位ＶＬ（〜−１５０Ｖ）まで放電される。現像スリーブＳ４に現像電圧ＶＤＣ（３５０Ｖ）の現像電圧を印加して、感光ドラム１ｄの明部電位ＶＬ部分に負極性に帯電したトナーを付着させる。そして、転写電源Ｄ５は、転写電圧Ｖ１（１０００Ｖ〜）を転写ローラ５３ｄに出力して、負極性に帯電したトナー像を感光ドラム１ｄから中間転写ベルト５１へ転写させる。

中間転写ベルト５１上のトナー像とタイミングを合わせて記録材Ｐが二次転写部Ｔ２へ送り込まれる。記録材Ｐは、給送カセット８に蓄積され、ピックアップローラ８１および分離ローラ８２を用いて１枚ずつ分離して取り出され、レジストローラ８３で待機する。レジストローラ８３は、中間転写ベルト５１のトナー像と先頭を一致させて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送出する。

中間転写ベルト５１を介して二次転写内ローラ５６に二次転写外ローラ５７が圧接することによって、二次転写外ローラ５７と中間転写ベルト５１との間に二次転写部Ｔ２が形成される。二次転写内ローラ５６が接地電位に接続される一方、二次転写外ローラ５７には、転写電源Ｄ２からトナー像の帯電極性と逆極性の転写電圧Ｖ２（＋２０００〜４０００Ｖ）が定電圧で印加される。二次転写外ローラ５７に転写電圧Ｖ２が印加されると、二次転写部Ｔ２によって挟持搬送される記録材Ｐとトナー像との重なりに転写電界が作用し、転写電界に応答した４色のトナー像が中間転写ベルト５１から記録材Ｐへ一括二次転写される。記録材Ｐへ転写されることなく二次転写部Ｔ２を通過した中間転写ベルト５１上の転写残トナーは、クリーニング装置５５へ搬送されてブレードクリーニングされる。

二次転写部Ｔ２でトナー像を二次転写された記録材Ｐは、続いて定着装置７へ搬送される。定着装置７は、加熱ローラ７１と加圧ローラ７２とで構成される定着ニップで記録材を挟持搬送して、熱と圧力によってトナーを記録材Ｐの表面に定着させる。トナー像を定着された記録材Ｐは、不図示の排出ローラから積載トレイへ排出される。

制御部６０は、以上のような画像形成プロセスを制御する。パネル６１は、高精細モード（文字画像モード）と多階調モードとを手動設定可能である。パネル６１を通じて高精細モードが設定されると、制御部６０は、露光装置３ｄを制御して、後述するように、レーザービームをパルス高さ変調させて静電潜像を書き込む。多階調モードが設定されると、レーザービームはパルス幅変調される。

＜露光装置＞
図２は露光装置の構成の説明図、図３はレーザ光源の駆動回路の説明図、図４は完全重複露光のタイムチャートである。図２に示すように、露光装置３ｄは、面発光レーザ３１から出力させたレーザービームを回転多面鏡３３で走査して感光ドラム１ｄを露光する。図３に示すように、面発光レーザ３１は、レーザービームの走査（主走査）方向に距離を隔てて配置した発振波長の異なるレーザＬ１、Ｌ５を用いて走査線（３７：図２）を二重露光する。

図２に示すように、面発光レーザ３１は、入力された画像信号レベルに応じた強度のレーザービームを出力する。コリメータレンズ３５は、レーザービームを平行光とし、絞り３２は、平行光の断面を整形する。

回転多面鏡３３は、不図示の駆動モータに駆動されて、矢印３３ａ方向に、感光ドラム１ｄの回転（副走査）に同期した位相で回転する。回転多面鏡３３に入射したレーザービームは、回転多面鏡３３の回転に伴って連続的に角度を変える偏向ビームとなって反射され、ｆ−θレンズ３４に入射する。

ｆ−θレンズ３４は、平行光のレーザービームを集光し、感光ドラム１ｄの表面に面発光レーザ３１の光源像を結像してビームスポットを形成する。ビームスポットは、回転多面鏡３３の回転に伴って感光ドラム１ｄの表面を軸方向（主走査方向）に等速度で移動して走査線３７を形成する。ｆ−θレンズ３４は、走査線３７に沿った各位置で、等しくビームスポットを結像させるとともに、走査角度θと走査線３７上の走査速度との時間的な直線性を補償する非球面レンズである。ＰＤセンサ３６は、偏向ビームの検出を行って、面発光レーザ３１の駆動を同期させるための光センサである。

図３に示すように、面発光レーザ３１の発光面には、８個のレーザＬ１〜Ｌ８が配置される。レーザＬ１、Ｌ５は、副走査方向において同位置に配置される。同様に、レーザＬ２、Ｌ６も、レーザＬ３、Ｌ７も、レーザＬ４、Ｌ８もそれぞれ、副走査方向において同位置に配置される。また、レーザＬ２、Ｌ６は、レーザＬ１、Ｌ５、からそれぞれ１／４画素分だけ副走査方向にずれて配置される。レーザＬ３、Ｌ７は、レーザＬ１、Ｌ５からそれぞれ２／４画素分だけ副走査方向にずれて配置される。レーザＬ４、Ｌ８は、レーザＬ１、Ｌ５からそれぞれ３／４画素分だけ副走査方向にずれて配置される。

露光制御部６２は、制御部６０に多階調モードが設定されている場合には、特許文献４に示されるように、レーザＬ１〜Ｌ８をパルス幅変調して、感光ドラム１ｄの表面に多階調画像の静電潜像を書き込む。画像信号生成部６４は、受信した画像データを走査線に展開して、レーザＬ１〜Ｌ８ごとの画像信号を生成して、レーザＬ１〜Ｌ８ごとのドライバ回路を作動させる。画像信号生成部６４は、レーザＬ１〜Ｌ８の主走査方向の位置ずれ量に応じたタイミング信号を作成して、レーザＬ１〜Ｌ８の発光タイミングと走査線（３７：図２）上のビームスポット位置とを同期させる。

一方、制御部６０に高精細モードが設定されている場合、あるいは情報処理装置６３が画像データを識別して単階調画像と判断した場合、露光制御部６２は、レーザＬ１、Ｌ５をパルス高さ変調して感光ドラム１ｄの表面に単一階調画像の静電潜像を書き込む。画像信号生成部６４は、受信した画像データを走査線に展開して、レーザＬ１、Ｌ５の画像信号を生成して、レーザＬ１、Ｌ５のドライバ回路を作動させる。画像信号生成部６４は、レーザＬ１、Ｌ５の主走査方向の位置ずれ量に応じたタイミング信号を作成して、レーザＬ１、Ｌ５の発光タイミングと走査線（３７：図２）上のビームスポット位置とを同期させる。これにより、走査線（３７：図２）上の各画素位置（露光点）に対して完全重複露光（二重露光）を実現する。そして、完全重複露光制御を走査線（３７：図２）に沿った画素位置ごとに行うことにより、感光ドラム１ｄの表面におけるレーザＬ１、Ｌ５のビームスポット合成が可能となる。このように、本発明では、画像形成領域に対して、画像信号に基いて異なるビームスポットをもつレーザにて二重露光することで静電潜像を形成可能な構成となっている。

ところで、面発光レーザ３１のレーザＬ１〜Ｌ４は、発振波長が７８０ｎｍの赤色発光半導体レーザ（第２露光手段）であり、レーザＬ５〜Ｌ８は、発振波長が４２０ｎｍの青色発光半導体レーザ（第１露光手段）である。従って、図２に示す走査線３７上の各画素位置は、レーザＬ１によるビームスポット径の大きなビームスポットと、レーザＬ５によるビームスポット径の小さなビームスポットとで２度打ちされて各回の露光量が各画素位置で合成される。

ここで、ビームスポット径とは、強度分布が略ガウシアン分布であるレーザービームスポットのピーク光量から１／ｅ^２の光量領域の直径であり、以後「主走査方向の直径×副走査方向の直径」として表記する。レーザービームのビームスポット径と発振波長との関係は、Ｋ：定数、Ｆ：Ｆナンバー、λ：波長として、「ビームスポット径∝Ｋ・Ｆ・λ」で表される。このため、青色発光半導体レーザ（４０５ｎｍ、４２０ｎｍ）は、赤色発光半導体レーザ（６８０ｎｍ、７８０ｎｍ）に比して、同一Ｆナンバーの光学系を用いて、ビームスポット径を約１／２に絞ることが可能となる。

本実施形態では、発振波長７８０ｎｍのレーザＬ１〜Ｌ４のビームスポット径は５５μｍ×６５μｍ、発振波長４２０ｎｍのレーザＬ５〜Ｌ８のビームスポット径は２１μｍ×２１μｍである。そして、発振波長７８０ｎｍのレーザＬ１のビームスポットと発振波長４２０ｎｍのレーザＬ５のビームスポットとを合成して４２μｍ６００ｄｐｉ相当の解像度を得ている。

＜単一階調画像におけるビームスポットの合成＞
図５は各分配設定で合成したビームスポット光量分布の説明図、図６は本実施形態の効果の説明図である。

まず、図面に付した参照記号を用いて発明との対応を例示する。複数の露光（Ｌ１、Ｌ５）は、他の露光（Ｌ１）よりも露光点での露光領域が狭い露光（Ｌ５）を含む。画像形成装置１００は、露光点に形成する画像濃度に応じて複数の露光（Ｌ１、Ｌ５）の合計露光量を設定する単一階調画像モード（高精細モード）を有する。

露光制御手段（６２）は、露光点に形成する画像濃度に応じて複数の露光（Ｌ１、Ｌ５）の合計露光量（レーザ発光レベル、被露光量レベル）を設定する。同時に、合計露光量が多い場合には、少ない場合よりも合計露光量に占める露光領域が狭い露光（Ｌ５）の比率を高める。

露光制御手段（６２）は、感光体（１ｄ）表面を露光する走査線（３７）ごとに出力比率を設定する。

露光制御手段（６２）は、画像形成される画像が単一階調画像であるときに露光領域が狭い露光（Ｌ５）の出力比率を変化させ、画像が多階調画像であるときは比率を一定に保持して露光量のパルス幅制御を行う。

上述したように、露光制御部６２は、レーザＬ５で露光された露光点がレーザＬ１で露光された露光点に完全に重なる完全重複露光を行う。図４に示すように、レーザＬ５を点灯させるタイミングＴ１２、Ｔ１４、Ｔ１６は、レーザＬ１を点灯させるタイミングＴ１１、Ｔ１３、Ｔ１５から一定の遅延時間を持たせて設定される。遅延時間は、レーザＬ１とレーザＬ５との間の距離及び回転多面鏡３３の回転速度をパラメータにして、レーザＬ５の露光点がレーザＬ１の露光点に完全に重なるように設定される。言い換えれば、遅延時間は、走査線（３７：図２）上におけるレーザＬ１のビームスポットとレーザＬ５のビームスポットとの中心距離を走査する所要時間に相当している。

図３に示すように、情報処理装置６３は、受信した画像データの主走査方向の走査線が高濃度と低濃度との二階調とみなせる場合、つまり、文字画像や線画像の場合、その走査線が単一階調画像であると判断する。いわゆる白／黒二階調以外に、灰色／白、灰色／黒、一中間色／白、原色／原色等の単一コントラストも単一階調画像と判断する。

そして、単一階調画像と判断した走査線の露光時および上述した高精細モードが設定された場合には、情報処理装置６３は、画像濃度に基づいて走査線ごとのレーザ発光レベルを演算する。

そして、レーザ発光レベルに応じて、表１に示すように、走査線ごとのレーザＬ１とレーザＬ５との出力分配比率（分配設定）を７段階に設定する。

表１は、換算テーブルとして情報処理装置６３に予め保存されている。表１に示すように、レーザＬ１とレーザＬ５との２度打ちによる合計のレーザ発光レベルは７段階に区分され、各区分に対して分配設定１〜７が適用される。レーザ発光レベル０〜５に対しては分配設定１が適用され、発振波長７８０ｎｍのレーザＬ１の実質１度打ちとなる。レーザ発光レベル２５１〜２５５に対しては分配設定７が適用され、発振波長４２０ｎｍのレーザＬ５の実質１度打ちとなる。

中間のレーザ発光レベル６〜２５０に対しては、表１の各区分に対応させて分配設定２〜６の２度打ちが適用される。そして、レーザ発光レベルが高まると、発振波長４２０ｎｍのレーザＬ５の出力比率（露光比率）が高められて、発振波長７８０ｎｍのレーザＬ１の出力比率は低下される。

図５は、表１における分配設定２〜６のときの単独ビームスポットの光量分布と合成ビームスポットの光量分布とを示している。図５中、発振波長４２０ｎｍのレーザＬ５のビームスポットの光量分布を上段、発振波長７８０ｎｍのレーザＬ１のビームスポットの光量分布を中段に表示している。下段は、レーザＬ１とレーザＬ５とで合成したビームスポットの光量分布である。

このようにして、レーザ発光レベルが違っても、ほぼ同じビームスポット径のビームスポットを感光ドラム１ｄの表面に形成できるようにしている。画像濃度が違っていてもトナー像として現像されるビームスポットのトナー像の大きさがほぼ同じとなるように、出力比率を設定して、ビームスポットの光量分布を調整している。

例えば、レーザ発光レベルが１２８の場合、表１の分配設定４が適用され、発振波長４２０ｎｍのレーザＬ５と発振波長７８０ｎｍのレーザＬ１とで出力比率は５：５に分配される。そして、元のレーザ発光レベルが１２８なので、５：５に分配されたレーザＬ１〜Ｌ４とレーザＬ５〜Ｌ８とは、いずれも６４が出力設定される。

露光制御部（６２：図３）は、図４に示すように、タイミングＴ１３でレーザＬ１を出力設定６４で点灯させ、上述の遅延時間を置いたタイミングＴ１４ではレーザＬ５を出力設定６４で点灯させる。その結果、感光ドラム１ｄ上にレーザ発光レベル１２８のビームスポットの静電潜像（暗部電位ＶＤとの差が中位の明部電位ＶＬ）が合成されて、中濃度のトナー像が現像される。

同様にして、レーザ発光レベルが５０の場合、表１の分配設定２が適用される。露光制御部（６２：図３）は、タイミングＴ１１でレーザＬ１を出力設定４５で点灯させ、上述の遅延時間を置いたタイミングＴ１２ではレーザＬ５を出力設定５で点灯させる。その結果、感光ドラム１ｄ上にレーザ発光レベル５０のビームスポットの静電潜像（暗部電位ＶＤとの差が小さい明部電位ＶＬ）が合成されて、低濃度のトナー像が現像される。しかし、ビームスポット径の大きな発振波長７８０ｎｍのレーザＬ１の出力比率を高めているので、トナー像の大きさはレーザ発光レベルが１２８の場合とほぼ同じである。

同様にして、レーザ発光レベルが２１０の場合、表１の分配設定６が適用される。露光制御部（６２：図３）は、タイミングＴ１５でレーザＬ１を出力設定１１で点灯させ、上述の遅延時間を置いたタイミングＴ１６ではレーザＬ５を出力設定１８９で点灯させる。その結果、感光ドラム１ｄ上にレーザ発光レベル２１０のビームスポットの静電潜像（暗部電位ＶＤとの差が大きい明部電位ＶＬ）が合成されて、高濃度のトナー像が現像される。しかし、ビームスポット径の小さな発振波長４２０ｎｍのレーザＬ５の出力比率を高めているので、トナー像の大きさはレーザ発光レベルが１２８の場合とほぼ同じである。

図６の（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の画像形成装置では、発振波長が２種類に異なるレーザービームを走査して合成した低濃度のトナー像の線幅と高濃度のトナー像の線幅とがほぼ等しくなる。上述の遅延時間を持たせて合成したビームスポットの静電潜像を現像装置（４ｄ：図１）が現像電圧ＶＤＣを用いて現像したトナー像の直径が高濃度〜中濃度〜低濃度でほぼ一定に保たれる。その結果、合成したビームスポットを走査して形成したラインの線幅もほぼ等しくなる。

図６の（ａ）、（ｂ）中、実線は、上述のように合成したビームスポットによる静電潜像のライン断面方向の電位分布である。

図６の（ａ）中、破線は、従来例１であって、発振波長４２０ｎｍのレーザＬ５単独でのビームスポットによる低濃度ラインの静電潜像の電位分布である。

図６の（ｂ）中、破線は、従来例２であって、発振波長７８０ｎｍのレーザＬ１単独でのビームスポットによる高濃度ラインの静電潜像の電位分布である。

スポット径の小さい発振波長４２０ｎｍのレーザのみで画像形成を行う従来例１の場合、低濃度側では現像される線幅が細っていた。しかし、第１実施形態では、低濃度側で発振波長７８０ｎｍのレーザの出力比率を多くしたので、低濃度のライン画像でも、細ることなく、高品質なライン画像を形成できる。

スポット径の大きい発振波長７８０ｎｍのレーザのみで画像形成を行う従来例２の場合、高濃度側では現像される線幅が太ってしまう。しかし、第１実施形態では、高濃度側で発振波長４２０ｎｍのレーザの出力比率を多くしたので、高濃度のライン画像でも、太ることなく、高品質なライン画像を形成できる。

第１実施形態では、光学的な露光スポットが大きな露光と、光学的な露光スポットが小さな露光とを重ねて合成した光量分布の露光を露光点に重ねて行う。そして、複数の露光の合計の露光量を変化させて、いわゆるパルス高さ変調方式で露光点に画素濃度に応じた電位の静電潜像を形成する。

このとき、合計露光量が増すと現像結果としてのトナー像が太るため、露光スポットの小さな露光による露光比率を高める。一方、合計露光量が減るとトナー像が細るため、露光スポットの大きな露光による露光比率を高める。

これにより、画像濃度の大小に伴う画像の線幅の変化が抑制され、高精細の画像を濃度が変化しても品質のばらつきを少なく高品質に出力できる。

同様にして、単一階調画像モードにおいて、高精細の画像を濃度が変化しても品質のばらつきを少なく高品質に出力できる。

従って、精細な文字画像の再現性を濃度に関わらず一定に維持できて、字体を見誤る等しないで済む。

＜現像電圧と線幅との関係＞
図７は２種類のレーザービームで露光した場合のトナー像の線幅の説明図、図８は１種類のレーザービームで露光した場合のトナー像の線幅の説明図である。図７は、表１の分配設定とは異なるが、発振波長が７８０ｎｍと４２０ｎｍとに異なる２種類のレーザービームを合成してトナー像の線幅を制御できることを説明している。

図１を参照して図７の（ａ）に示すように、露光Ｂは、発振波長７８０ｎｍのレーザービームを紙面と垂直方向に主走査した際の副走査方向の露光量分布である。露光Ｂによって、図７の（ｂ）に示すように、感光ドラム１ｄの暗部電位ＶＤが放電されて明部電位ＶＬ１の静電潜像が形成される。露光Ｂの静電潜像を、現像装置４ｄが現像電圧ＶＤＣによって反転現像する。このとき、明部電位ＶＬ１と現像電圧ＶＤＣとの間の電位部分に、明部電位ＶＬ１と現像電圧ＶＤＣとの間の帯電電荷量を埋め合わせるだけの分量のトナーが付着する。従って、トナー像の線幅（ビームスポットのトナー像の口径）は、現像電圧ＶＤＣに等しい電位領域の幅に相当し、トナー像の濃度は現像電圧ＶＤＣと明部電位ＶＬ１との電位差に相当する。

ここで、図８の（ａ）に示すように、露光Ｂに用いた発振波長７８０ｎｍのレーザービームの出力を単純に高めた露光Ａの場合、図８の（ｂ）に示すように、現像電圧ＶＤＣと明部電位ＶＬ２との電位差が拡大してトナー像の濃度が高まる。しかし、同じ光源を用いた露光Ａと露光Ｂとでは、物理的なビームスポット径は等しくても、図８の（ｂ）に示すように、現像されるトナー像の線幅は大きく変化する。従って、同じ光源で出力だけを増減させて画像濃度を変化させると、ライン画像の線幅が変化してしまう。

そこで、図７の（ａ）に示すように、発振波長７８０ｎｍのレーザービームを用いた露光Ａ２と発振波長４２０ｎｍのレーザービームを用いた露光Ａ１とを合成して合成露光Ａ１＋Ａ２を形成する。これにより、合成露光Ａ１＋Ａ２は、図７の（ｂ）に示すように、露光Ｂと等しいライン画像の現像幅を得るとともに、図８の（ｂ）に示す露光Ａとほぼ等しい明部電位ＶＬ２を確保できる。従って、等しい線幅で濃度の異なるライン画像が形成される。

＜その他の実施形態＞
第１実施形態では、図３に示すように、面発光レーザ３１の副走査方向の同位置に配置されているレーザが２個であるため、露光点ごとに「２度打ち」を合成した濃度階調を形成する。しかし、副走査方向の同位置に配置されているレーザをｎ個とすれば、露光点ごとに「ｎ度打ち」を合成した濃度階調も形成可能である。ｎ個のレーザは、それぞれ発振波長を異ならせてもよく、グループごとに発振波長を異ならせてもよい。

第１実施形態では、発振波長が異なる２種類のレーザービームを、タイミングを変えて同一露光点に位置決めている。しかし、特許文献１、３に示されるように、光学的にレーザービームを合成して、ビームスポットを空間的に重ね合わせてもよい。同一露光位置に対して同時に２種類の露光を行っても第１実施形態と同様の効果が得られるのは当然である。

第１実施形態では、走査線ごとに単一階調画像か否かを判断して、走査線ごとに高解像度書き込みを適用している。しかし、画像全体で単一階調画像か否かを判断して、画像全体で高解像度書き込みを適用してもよい。

第１実施形態では、レーザービーム光源として面発光レーザを用いた。しかし、従来の端面発光型の半導体レーザやその他のレーザ光源を用いてもよい。

第１実施形態では、露光点における第２露光の光束密度の集中度を第１露光よりも高めるために、第２露光の波長帯域を第１露光の波長帯域よりも短波長側に設定した。しかし、波長帯域を異ならせる以外の手法を用いて、第１露光と第２露光とで光束密度の集中度を異ならせてもよい。

１つの方法は、第１露光と第２露光とを同じ波長帯域とし、感光体表面における第１露光のフォーカスをぼかしてブロードな光束分布を形成することである。フォーカスをぼかすために、第１露光の光源に液晶等の光路長調整部材を重ねて配置してもよい。第１露光の光源と第２露光の光源とを光路に沿った方向にずらして配置してもよい。

別の１つの方法は、第１露光と第２露光とを同じ波長帯域とし、第１露光の光源の開口を第２露光の光源の開口よりも大きく設定することである。

第１実施形態では、２種類の光源の出力比率を変更するパルス高さ変調を単一階調画像について適用する例を説明した。しかし、多階調画像について同様な２種類の光源の出力比率を変更するパルス高さ変調を適用してもよい。この場合、走査線を構成する画素ごとに２種類の光源の出力比率を設定してもよい。

第１実施形態では、負極性に帯電したトナーを用いて反転現像方式でトナー像を形成した。しかし、正極性に帯電したトナーを用いて、正極性に帯電させた感光体の露光部分にトナーを付着させてトナー像を形成してもよい。

また、本実施例では、反転現像方式を例に説明したが、正規現像方式でも同様の効果を得ることができる。即ち、正規現像方式であっても、被露光レベル量の増加に伴って潜像スポットが増加することによる静電潜像の忠実な再現性の低下が生じる。そこで、被露光レベル量の増加に伴って露光スポットサイズが小さい露光手段の露光比率を増加するように制御することで同様の効果を得ることができる。

第１実施形態では、２種類の光源の出力比率を変更するパルス高さ変調を単独で用いて画像の各画素の階調を書き込んだ。しかし、２種類の光源の出力比率を変更するパルス高さ変調は、ディザ法、濃度パターン方、パルス幅変調（ＰＷＭ）と言った他の階調書き込み制御と組み合わせて実施してもよい。

パルス幅変調（ＰＷＭ）方式では、画像信号によってレーザー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ので、高解像度、高階調性の画像を形成できる。そして、２種類の光源の出力比率を変更するパルス高さ変調（ＰＡＭ）を組み合わせることで、より小さな画素でより多い階調表現を可能にできる。パルス幅変調（ＰＷＭ）方式単独では、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るために、露光時間変調による階調を十分に取ることができないからである。

従来の画像形成装置においては、被走査面上において最適なスポット径を得るために、結像光学系のＦナンバーを変更したり液晶等を挿入したりしていた。このため、露光装置が複雑化して大型になり易く、又迅速にスポット径を変更することが難しかった。特に、同一画像内で異なる画像情報の種類が混在する場合、例えば文字画像と多階調画像の形成を目的とする場合には、機械的な手段では、スポット径の変更を高速に行なうことは難しい。液晶等を用いて電気的にスポット径を変更する場合でも、光量変化に対応してスポット径の変更とレーザ出力の変更を同時に行う必要があるため、双方を精度良く制御することは大変難しかった。

第１実施形態の画像形成装置１００は、このような問題を解決しており、スポット径を簡単な露光装置と単純な制御とを用いて高速かつ精密に最適化することができる。これにより、文字部などの細線部で、線幅や濃度によって線が細りすぎたり、かすれてしまったりすることがない。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 露光装置の構成の説明図である。 レーザ光源の駆動回路の説明図である。 完全重複露光のタイムチャートである。 各分配設定で合成したビームスポット光量分布の説明図である。 本実施形態の効果の説明図である。 ２種類のレーザービームで露光した場合のトナー像の線幅の説明図である。 １種類のレーザービームで露光した場合のトナー像の線幅の説明図である。

符号の説明

１００ 画像形成装置
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 像担持体（感光ドラム）
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 帯電手段（一次帯電装置）
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 画像形成手段（現像装置）
３１ 面発光レーザ
３３ 回転多面鏡
３４ ｆ−θレンズ
３５ コリメータレンズ
３７ 走査線
５１ 中間転写ベルト
５６ 二次転写内ローラ
５７ 二次転写外ローラ
６０ 制御部
６１ パネル
６２ 制御手段（露光制御部）
６３ 情報処理装置
６４ 画像信号生成部
Ｄ４ 現像電源
Ｌ１ 第２露光手段（レーザ）
Ｌ５ 第１露光手段（レーザ）
Ｓ４ 現像スリーブ

Claims (2)

1. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電手段と、
   該帯電手段にて帯電された前記像担持体の表面を露光する第１露光手段と、
   前記第１露光手段よりも前記像担持体の表面における露光スポットサイズが大きく、前記像担持体の表面を露光する第２露光手段と、
   前記第１露光手段及び前記第２露光手段により露光されることで形成される静電潜像をトナー像として現像し、現像されたトナー像を記録材に形成する画像形成手段と、
   前記第１露光手段及び前記第２露光手段にて前記像担持体の表面に重ねて露光することでトナー像を形成する場合、前記重ねて露光される露光部の被露光量レベルが高くなるに伴い、前記第１露光手段の露光比率を高くするように制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１露光手段は、前記第２露光手段よりも発振波長が短いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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