JPH032773A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関
し５例えばフルカラープリンタ等に用いられる高解像か
つ高階調性を有する画像形成装置に関するものである。

（従来の技術） 画像形成装置の中で高速かつ低騒音プリンタとして、電
子写真方式を採用したレーザービームプリンタがある。

その代表的な用途は文字、図形等の画像を、感光体にレ
ーザービームをあてるか、あてないかで形成する２値記
録である。そして、一般には、文字、図形等の記録は中
間−を必要としないので、プリンタ構造も簡単にできる
。ところが、このような２値記録方式であっても中間調
を表現できるプリンタがある。かかるプリンタとしては
デイザ法、濃度パターン法等を採用したものが良く知ら
れている。しかし、周知の如く、デイザ法、濃度パター
ン法を採用したプリンタでは高解像が得られない、そこ
で、近年、記録密度を低下させずに高解像を得つつ各画
素において中間調画素を形成する方式が提案されている
。この方式は、画像信号によって、レーザービームを照
射するパルス幅（ＰＷＭ）変調することにより中間調画
素形成を行うもので、このＰＷＭ方式によれば高解像度
かつ高階調性の画像を形成でき、従つて、高解像度と高
階調性を特徴とする特にカラー像形成装置にはこの方式
が欠かせないものとなりている。

すなわち、このＰＷＭ方式によると１画素毎にビームス
ポットにより形成されるドツトの面積階調を行うことが
でき、記録すべき画素密度（記録密度）を低下させるこ
となく同時に中間調を表現できる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このＰＷＭ方式においても、第５図に示すよ
うに被走査面（感光体の面）上の露光分布は、レーザー
のスポット径の影響を受は図のように変化することが見
い出された。すなわち、第５図に記録画素密度４００ｄ
ｐｉ（画素サイズ６３．５ルｍ）、レーザースポット径
７０ルｍ（主走査ガウス分布スポット１／ｅ２径）のと
きの１画素あたり１／４画素相当（２５％０Ｎ）（Ａ）
、１／２画素相当（５０％０Ｎ）（Ｅ）の時間、レーザ
ーの駆動時間を、パルス幅調したときの被走査面上の露
光分布を示す０通常レーザースポット径は各画素全面露
光したときに、隣接画素の影響を考慮し、その露光分布
が最も均一となるように一般に画素サイズ（４００ｄｐ
ｉではｓａ、５ｇｍ）の１．】倍から１．６倍が最適と
されている（４００ｄｐｉでは約７０．〜１００ル１／
ｅ２径）、従って、画素サイズに対するレーザースポッ
トのスポット径比は１．１〜１．６となる。第５図のレ
ーザー光源７）径も、このような径が使用されている。

ところで、レーザースポット径を用いて中間調画像を形
成する場合には、たとえレーザービームを５０％のパル
ス幅で０Ｎ１０ＦＦＩ、たとしてもドラム面上の露光分
布は第５図（Ｂ）のようにあまり変化せず、露光量の最
大、最小値におけるコントラストも約３０％程度しか得
られないため、その後の現像プロセスにより得られる各
画素のドツトの面積変化による階調再現が安定して行わ
れなくなってしまう。

また、上記の従来より使用されるスポット径比を用いる
と第５図に示すように被走査面上の露光分布はレーザー
のＯＮ１０　Ｆ　Ｆによる振幅が小さくかつコントラス
トが低く、被走査面上の平均露光量が全体的に変化する
ような傾向を示す、そして、以上のようなＰＷＭ方式に
より、中間調を表現しようとすると上記の露光分布に従
い、レーザーの駆動パルス幅に対して感光ドラム上の表
面電位が全体的に変化するような傾向が強くなるため、
得られる画像出力は、使用する現像システムのＶ−Ｄ特
性（第９図参照）の影響を強く受け、レーザーの駆動パ
ルス幅（ＰＷＭ信号）に対して、出力画像濃度が直線的
に変化しないという問題が生じていた（後述する第Ｊｌ
ｌの（Ａ）の場合参照）、そこで、この問題を解決する
ために、従来は現像システムのＶ−Ｄ特性を考慮し、画
像信号自身をこの特性に合わせて出力画像濃度が直線的
に変化するようにＰＷＭ信号を補正する補正参照テーブ
ルを画像処理部門に作成して解決しようとしていた。し
かしながら、この補正テーブルによる補正量が大きけれ
ば大きい程、画像情報の欠落やそれに伴う階調とびの発
生、あるいはまた、環境変化等によるＶ−Ｄ特性変化に
伴う補正誤差の増大等の問題があった。

そこで、本発明は上記従来技術の課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、ＰＷＭ方式
を用いるレーザービームプリンタ、特にその中でも階調
性を重視するプリンタにおいて、高解像性及び高階調性
を有する画像形成装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明にあっては、レーザ
光源からのレーザービームを結像光学系により、像担持
体上にビームスポットとして結像し、該ビームスポット
を像担持体上で像担持体に対し相対的に走査させ、該レ
ーザー光源を記録情報の画像濃度値に対応して１画素当
りのレーザー駆動パルス幅を変調して像担持体上に像を
形成する画像形成装置において、ビームスポットの走査
方向のスポット径（１／ｅ２）を走査方向の記録画素サ
イズに対して、スポットサイズ（１／ｅ２）　＜画素サ
イズ×０．７とするものである。

（作　用） 本発明のように、像担持体上に照射するビームスポット
の走査方向のスポット径の大きさを記録すべき密度に対
して十分に小さくすることにより、レーザー駆動パルス
幅の変調を行った場合においても、現像のＶ−Ｄ特性等
の影響を受けにくく、安定した各画素における面積階調
が可能となる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構
成を示すものである。木装行は、公知の電子写真方式を
使用したレーザービームによるプリンタ装置で、大略、
プリンタ機構部Ａ、給紙部Ｂ、排紙部Ｃ等から構成され
ている。

ここで、このプリンタ機構部Ａは、矢印方向に回転する
像担持体としての感光ドラム３と、該感光ドラム３周囲
のドラム回転方向に順次配設した帯電器４．現像器ＬＭ
、ＩＣ、ＩＹ　、ＩＢｋ　、転写用帯電器１０．及びク
リーニング器１２と、前記感光ドラム３の図面上方に配
設したレーザービームスキャナＬＳ等から成る。

第２図に第１図の装置に採用したレーザービームスキャ
ナＬＳの概略図を示す、このレーザービームスキャナＬ
Ｓはレーザー光源としての半導体レーザ一部１０２．コ
リメータレンズ１０３゜ポリゴンミラー１０４と、ｆ−
θレンズ１００等から成っていおり、該半導体レーザ部
１０２は。

レーザードライブ回路１０１に接続され、不図示の画像
読取装置や電子計算器等によって演算出力されるとき系
列のディジタル画素信号の入力を受けて、その信号に対
応してＰＷＭ変調されたレーザービームを発振し、ドラ
ム面を露光するようになっている。

そして、このようなレーザービームＬの走査により感光
ドラム３表面には画像−走査分の露光分布が形成され、
さらに各走査ごとに感光ドラム３を所定量回転して、該
感光ドラム３上に画像信号に応じた露光分布を有する潜
像を形成し周知の電子写真プロセスにより記録紙上に顕
画像として記録する。

第３図は、８１図の装置に採用したＰＷＭ回路の回路図
であり、第４図は第３図のＰＷＭ回路の動作を示すタイ
ミングチャートである。尚、第３図及び第４図において
各信号■〜■はそれぞれ対応している。

同図において、ラッチ回路４０１．レベル変換器４０２
．Ｄ／Ａコンバータ４０３を経て得られた画像信号■は
、コンパレータ４０４に入力する。この場合、発振器４
０６から出力された信号■、１／２分周器４０８により
１／２に分周されラッチ回路４０１に入力する。

一方、この信号■は三角波発生器４０７により−ｔＶの
ピークを有する三角波信号Ｏとされ、上記コンパレータ
４０４に入力する。そして、コンパレータ４０４から比
較された信号は、レベル変換器４０５によりＰＷＭ信号
■とされ、前記半導体レーザ一部１０２を駆動するレー
ザドライバ回路５００に入力するようになっている。

さて、レーザー駆動パルス幅変調によるドツトの面積階
調表現を安定化させるためには、本件発明者による種々
の実験から、例えば、レーザービームを５０％のパルス
幅でＯＮ１０　Ｆ　Ｆ　ｌ、たときに像担持体面上の露
光分布におけるコントラストが約８０％以上得られれば
よいことが発明者によって見い出された。

そこで本発明のように像担持体面上のスポット径の、記
録画素サイズに対する比（スポット径比）を０．７以下
とした場合と、従来のように０．７より大きくした場合
との比較を、第６図をもとに行う。

第６図（Ａ）〜（Ｃ）は記録密度を４００ｄｐｉ　　（
画素サイズ８３．５４ｍ）としたときに、レーザービー
ムスポット径をそれぞれ画素サイズの１．１倍の７０１
Ｌｍ（Ａ）　　、　０．８倍の５０１Ｌｍ（Ｂ）　　、
　０．７倍の４２４ｍ（Ｃ）としたときのドラム面上の
露光分布を示している。このときのコントラストを表−
１に示す。

表−１ 表−１に示すように、５０％のパルス幅で０Ｎ１０　Ｆ
　Ｆ　ｌ、たときの露光分布のコントラストはそれぞれ
約３０％（Ａ）、約６０％（Ｂ）、約８０％（Ｃ）とな
り、レーザービームスポット径（１／ｅ２径）を画素サ
イズの０．７倍以下とすることでコントラスト８０％が
可能となることがわかった。

そこで、次に、各スポット径において、レーザーの駆動
パルス幅を１０％〜１００％まで変化させ、その後の現
像プロセスにより得られるドツト形状の変化を示したの
が第７図（Ａ）、（Ｂ）である、尚、このときの副走査
方向のスポット径は副走査方向の露光分布を均一とする
ため従来通りの画像サイズの１．１倍の７０ｕＬｍとし
た。

この第７図（Ａ）　　、　（Ｂ）の結果を曲線グラフに
表わしたのが第８図である。一般にｌＯ〜１２ｐｍ程度
の粉体を用いた現像システムは、第９図に示すように、
感光体の表面電位に対しである一定の電位から急激に現
像されるような、しきい値をもつような特性（Ｖ−Ｄ特
性）を有している。従って第７図（Ａ）に示すような、
レーザーの１画素内でのＯＮ１０　Ｆ　Ｆ時の露光分布
のコントラストの低い方式では、感光ドラムの表面電位
も第７図（Ａ）の露光分布に従い、レーザーの駆動パル
ス幅に対して表面電位が全体的に変化するようになるた
め、第９図の現像システムＶ−Ｄ特性に従って感光ドラ
ムの表面電位があるしきい値を越えたところから急激に
現像されるようになり、その結果第７図（Ａ）に示すよ
うに現像されたドツト径もある階調数から急激にドツト
形状が大きく現像される傾向となる。このときの１画素
内でのレーザーの駆動パルス幅と、そのとき与えられる
現像後の画像濃度の変化を示したのが第８図の（Ａ）の
場合である。現像システムのＶ−Ｄ特性の影響を強く受
けていることがわかる。

それに対し、本発明のようにレーザースポット径を画素
サイズの０．７倍として１画素内でのレーザーのＯＮ１
０　Ｆ　Ｆ時の露光分布のコントラストを少なくとも８
０％以上を高くした例では、感光ドラム上に形成される
潜像もこの露光分布に従い電位コントラストの高いＯＮ
１０　Ｆ　Ｆのパターンが形成されることになる。従っ
てあ゛るしきい値特性をもつような現像システムにより
現像されたとしても駆動パルスの短い領域からすぐに露
光分布のピークが高くなり、現像しきい値を超えるため
、ドツトとして安定して現像される（第７図ＣＢ）　）
　、　ソノ結果、駆動パルスｃ７）ＯＮ１０ＦＦ比の小
さい領域から安定してドツト径の変化として再現でき、
安定した面積階調の再現が可能となる。第８図の（Ｂ）
の場合は、このような本発明のスポット径比を用いたと
きのレーザー駆動パルスに対する画像濃度の関係を示し
たもので、図より明らかなように現像システムの影響を
あまり受けず、１画素内においてもパルス幅に対して安
定した面積階調が可能となることが見い出された。

従って、例え環境の温度や湿度等の変動が生じ、現像シ
ステムのしきい値特性が変化したとしても、本発明によ
ればそのしきい値付近のＶ−Ｄ特性の影響は受けにくい
ため、変動による影響を最小限に抑えることが可能とな
り、さらに階調再現性の安定化を可能としていることが
わかる。

また、さらに従来のように画像処理部内において出力画
像濃度をより直線的に変化するように、ＰＷＭ信号を補
正する補正参照テーブルを作成したとしても、これによ
る補正量は非常に少ないため、補正に伴う画像情報の欠
落やそれに伴う階調とびの発生を抑制できる０本発明は
、この発生を最小限に抑えることが可能となるばかりか
、環境変動等による現像特性の変化等に伴う補正誤差の
発生も抑制できることになる。

（他の実施例） 本発明の他の実施例としては、第２図に示すプリンタ機
構を有する装置に限らず、複数の感光体を有し多色を再
現するカラープリンタ装置においても、適用可能である
。

また、上記のカラープリンタ装置に限らず、階調性を重
視する電子写真プロセスを有するプリンタ（単色プリン
タ）装置においても適用されることはいうまでもない。

（発明の効果） 以上述べたように、像担持体上に形成するレーザービー
ムスポットの走査方向のスポット径を画素サイズの０．
７倍以下とすることで、像担持体の露光パターンのコン
トラストを大きくすることができる。その結果、レーザ
ービームの１画素当りのレーザー駆動パルス幅変調によ
る安定した中間調表現を行うことができ常に高解度で、
かつ階調性が高く安定した画像形成ができる画像形成方
法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る画像形成装置の一実施例であるプ
リンタ装置の断面図、第２図は第１図のレーザービーム
スキャナを示す概略図、第３図は第１図の装置に採用さ
れるＰＷＭ回路を示すブロック図、第４図は第３図の動
作を示すタイミングチャート図、第５図（Ａ）　、（Ｂ
）は従来の装置による感光ドラム上の露光分布図、第６
図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例における実験結果
を示す露光分布図、第７図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の一
実施例における実験結果を示すためレーザービームスポ
ットにより形成されたドツトの面積変化を従来例と比較
した図、第８図は第７図（Ａ）　、（Ｂ）の結果をまと
めたレーザー駆動パルス幅と画像濃度との関係を示す図
、第９図は周知の現像システムのＶ−Ｄ特性の代表例を
示す図である。 符号の説明 ３・・・感光ドラム（像担持体） ４・・・帯電器 １Ｍ、ＩＣ、ＩＹ　、ＩＢｋ・・・現像器１０１・・・
レーザードライブ回路 １０２・・・半導体レーザ一部（レーザー光源）１０４
・・・ポリゴンミラー 第１図 第５・図 ＣＡ＞ （Ｂ＞ （７０μｍ　７＃２） （５０１ｍ　＋／＃ｔ） （４２μｍ４２） □播洋刊文□

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザー光源からのレーザービームを結像光学系により
   、像担持体上にビームスポットとして結像し、該ビーム
   スポットを像担持体上で像担持体に対し相対的に走査さ
   せ、該レーザー光源を記録情報の画像濃度値に対応して
   １画素当りのレーザー駆動パルス幅を変調して像担持体
   上に像を形成する画像形成装置において、 ビームスポットの走査方向のスポット径（１／ｅ＾２径
   ）が該走査方向の記録画素サイズの０．７倍よりも小さ
   いことを特徴とする画像形成装置。