JPH0494261A - 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】 技権分災 本発明は、画像形成装置、より詳細には、レーザプリン
タに関し、例えば、ディジタル複写機、ディジタルカラ
ー複写機等に適用して好適なものである。

捉」０創殴 電子写真技術とレーザ走査技術とを組み合わせたレーザ
プリンタは、普通紙が使用でき、かつ、高速で高品質な
画像が得られるため、急速にコンピュータの出力装置又
はディジタル複写機として普及してきている。このよう
なもとで更なる高品位画像を得るためには、１ドツト多
値記録方式により解像度と階調性とを両立させる記録方
式が有効な方法である。

多値記録方式には、大きく分けて、半導体レーザの光強
度変調方式とパルス幅変調方式があり、パルス幅変調方
式においては２値記録に近いことから外部変動要因に対
し比較的安定な記録が行える。しかしながら、レーザ走
査速度の上昇（書込み画素クロックの上昇）に伴いパル
ス幅を変化させる時間刻みが非常に短くなる。例えば、
画素クロックが２０ＭＨｚの場合、１ドツトで表現する
階調数を２５６階調とろうとすると約０．２ｎｓ、の時
間刻みが要求され、精度・コストの観点から非常に問題
となる。

一方、半導体レーザの光強度を変調させる方式において
は、感光体の中間露光領域（不飽和領域）を使用するた
め、露光エネルギー制御精度が要求されるが、この技術
は高速に光・電気負帰還ループを形成することにより実
現される。この制御技術により容易に画素クロック２０
ＭＨｚにおいて２５６階調を実現することができる。

しかしながら、半導体レーザの光強度を変化させる方式
により、電子写真プロセスにより、画像形成を行った場
合、次に述べるような問題点が生じる。

１、記録媒体（感光体）の速度変動による濃度変動があ
る。

２、ポリゴンの面倒れによる濃度変動がある。

３、感光体表面電位が低濃度部において急峻な分布にな
らないため、ドツトの再現が低下する。

４、電子写真プロセスにおいては、上述した濃度変動や
現像バイアス変動などに対して使用する感光体のγ特性
によりある濃度領域で見かけ上の濃度反転や濃度ムラが
発生しやすくなる。

５．１ドツトにより階調表現を行う場合よりも複数個の
ドツトにより階調再現を行った場合の方が、均一な濃度
領域での画像の滑らかさが向上する一方、解像力が低下
する。

また、パルス幅変調、光強度変調どちらの変調方式にお
いても現在広く用いられている乾式電子写真プロセスで
はトナー粒径が大きい等の理由により、１ドツト以下の
微小ドツトは忠実に再現されずノイジーな画像となって
しまうという欠点を有する。

且−一孜 本発明は、上述のごとき実情に基づいてなされたもので
、上記パルス幅変調方式における問題点及び光強度変調
方式における問題点を解決し、画像の滑らかさを向上さ
せるような階調再現方法を用い、また、電子写真プロセ
スの不安定さにあまり影響されないようにして、レーザ
走査技術と電子写真技術と組み合せたレーザプリンタに
より高品位画像が得られる画像形成装置を提供するもの
である。

眉−一」又 本発明は、上記目的を達成するために、（１）記録する
最小画素に対する露光時間が１００％ではないパルス幅
に設定され、画像情報に基づいて各パルス幅を選択した
上で露光光量を各画素情報にしたがって変化させ、画像
情報における特定したある画素濃度に基づいてパルス幅
の切り替えを行なう第一の手段と、複数の画素からなる
マトリクスを構成し、マトリクスの副走査方向（記録媒
体の送り方向）のサイズＭが２以上、主走査方向のマト
リクスサイズＮが１以上であるマトリクス単位で、マト
リクス内の露光パターンを副走査方向の空間周波数が最
も高くなるように特定する第二の手段とにより構成した
ことを特徴としたものであり、（２）更には、上記（１
）において、記録光源が半導体レーザであり、被睡動半
導体レーザの光出力を受光部により検知し、この受光部
から得られる前記半導体レーザの光出力に比例した受光
信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように前記半
導体レーザの順方向電流を制御する光電気負帰還ループ
と、前記受光信号と前記発光レベル指令信号とが等しく
なるように前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性
及び前記受光部と前記半導体レーザの光出力との結合係
数、前記受光部の光入力・受光信号特性に基づいて前記
発光レベル指令信号を前記半導体レーザの順方向電流に
変換する変換手段とを有し、前記光・電気負帰還ループ
の制御電流と前記変換手段により生成された電流との和
又は差の電流により前記半導体レーザを制御する手段に
より半導体レーザ制御部を構成したことを特徴としたも
のである。以下、本発明の実施例に基いて説明する。

第１図は、本発明の動作原理を説明するための図で１図
中、Ａ１はパルス幅が２５％、Ａ２は５０％、Ａ３は７
５％の場合を示し、Ｂ１〜Ｂ３は、それぞれの場合にお
ける光強度変調範囲を示している。すなわち、本発明に
おいては、露光時間デユーティが１００％でない複数の
パルス幅Ａ１〜Ａ３に対し各々のパルス幅において光強
度を変調する光書込方式を、入力される画像データの各
画素濃度に従って組み合わせるとともに、各パルス幅の
切り替えを特定された画素濃度に基づいて行なうことに
より構成される。

第２図は、レーザビームの主走査方向における速度と記
録光の光出力波形の関係を示す図で、図中、１ｏはレー
ザビームで、（、）に従来技術（デユーティ１００％）
における光出力波形を、（ｂ）に本発明（デユーティ＜
１００％）における光出力波形を示す。

通常、記録光のパルスＴ。は、 Ｔ、＝ｄ／ｖ （ただし、ｄ：画素ピンチエ１／記録密度、■：記録光
走査速度である。） で与えられ、パルス［Ｔ＝Ｔｏとした場合をデユーティ
１００％の変調というが、本発明では、パルス幅Ｔ＜Ｔ
、として記録を行う。

第３図はパルス幅を２５％（曲線Ａ）、５０％（曲線Ｂ
）、７５％（曲線Ｃ）、１００％（曲線Ｄ）とした場合
のパワー変調およびパルス幅変調（曲線Ｅ）による場合
の１ドツトピクセルの相対濃度と感光体の中間露光領域
に依存する不飽和濃度領域との関係を示す図で、この図
において、不飽和濃度比が小さいほど感光体に形成され
るポテンシャル井戸が急峻でありドツト再現性が向上す
ることが分る。

しかしながら、例えば、デユーティ２５％の場合、露光
エネルギを上げても濃度が上がらなくなる。そこで、た
とえば、相対濃度が０．６のところでデユーティ２５％
のパルス幅から５０％のパルス幅へ切り換えれば、パル
ス幅変調を行った場合より不飽和濃度領域が少ない部分
に設定できる。

さらに濃度が０．８のところで７５％のパルス幅に切り
換えても、パルス幅変調を行った場合やパルス幅デユー
ティ１００％で強度変調を行なった場合よりも、不飽和
濃度領域が少ない部分に設定でき、感光体の中間露光領
域に依存する部分を小さくしたままで、またパルス幅の
設定数が少ないのでパルス幅の設定精度を上げることが
容易に実現できる。さらに、半導体レーザの制御は、光
・電気負帰還ループの制御速度をＩｏｎｓ、程度で実現
すれば画素クロックが２０Ｍ）ｌｚにおいても容易に光
の制御精度が実現できる。また、濃度がいくつであるか
は、画像データの値により検知することができるので１
画像データに応じてパルス幅を選択すれば良い。

ところが、使用する感光体のγ特性によっては画像の濃
度領域で露光エネルギーに対する濃度変動分の大きい場
合があり、不安定な電子写真プロセスにおいては、例え
ば、第４図に示すように、５０％のパルス幅から７５％
のパルス幅へ低濃度領域のところで切り替えた場合、現
像バイアスの変動ｄから生じる画像濃度変動により実際
の濃度と異なる画素濃度を形成し易くなり、画像でみた
場合、濃度ムラが発生したり濃度が反転したりしてその
濃度変動の影響を無視できなくなる。そこで、その濃度
変動の影響を見かけ上なくすために、各々のパルス幅に
おいて光強度を変調する光書込方式を用いた場合、各パ
ルス幅を選択し切り換えるのを、感光体γ特性曲線にお
いて露光エネルギーに対する濃度変動分の小さい領域で
実施する。

例えば、第５図に示したγ特性曲線において、■は濃度
変動が小さい領域、■は濃度変動が大きい領域、■はハ
イライト部であるが、露光ビームの潜像電位ポテンシャ
ルが２００Ｖ以下となるような濃度領域、つまり、γ特
性曲線のなだらかな部分でパルス幅の切り換えを行なえ
ば上述したような不具合は起こらず、安定、かつ、良好
な画像を得ることができる。また、低濃度領域（ハイラ
イト部）におけるなだらかな部分での切り替えは、画像
パターンによっては改善することが可能である。

第６図は、感光体又は書込み光学系の速度変動（または
レーザ走査位置の変動）により発生する濃度変動を示す
図で、図中、曲線Ａ１はパワー変調１曲線Ａ２はパワー
変調（デユーティ５０％）、曲線Ａ３はパワー変調（デ
ユーティ２５％）を示し、曲線Ｂはパルス幅変調を示す
が、この図から、画像濃度によりパルス幅を変化させた
光強度変調の有効性とパルス幅デユーティが１００％で
ない方の優位性が示されており、また、高濃度領域にお
いて、つまり、γ特性曲線のなだらかな部分において、
濃度ムラが減少していることから、この濃度領域におけ
るパルス幅切り換えが有効である事がわかる。

以上に述べた説明では、パルス幅が５０％。

７５％についてしか説明してないが、画像濃度反転が発
生しないような濃度領域で、かつ、１００％でなければ
、このパルス幅を更に異なる値にとっても同様な効果が
得られる。

しかしながら、前記の手段だけでは、現在広く用いられ
ている乾式電子写真プロセスではトナー粒径が大きい等
の理由により、１ドツト以下の微小ドツトは忠実に再現
されずノイジーな画像となってしまう。電子写真におい
てこれを改善する方法として、複数の画素で構成された
マトリクスによる擬似中間調表現方法が用いられている
。

第７図（ｂ）及び第８図（ｂ）に、パルス幅変調を用い
た場合の本発明における光出力波形の例を示す。なお、
第７図及び第８図において、共々（ａ）はマトリクスの
構成であり、マトリクスサイズは第７図の場合が主走査
方向が１、副走査方向が２（以下１×２と記す）で８値
の中間調出力の例（パルス幅は４種類）を示し、第８図
の場合が主走査方向が２、副走査方向が４（以下２×４
と記す）で１６値の中間調出力の例（パルス幅は２種類
）を示す。第７図（Ｃ）、第８図（ｃ）はそれぞれの光
強度変調（パワー変調）における同様の実施例を示す。

第８図（ｂ）、（ｃ）のどちらの例も中間調レベル８ま
で（すなわち低濃度部）は副走査方向に隣接する画素は
露光されず、主走査方向にパターンを埋めていく（副走
査方向に空間周波数が高くなるような露光パターン）の
で、記録媒体上での副走査方向の露光エネルギー分布は
第９図に示すようになる。このような場合、露光ビーム
がガウス分布で裾広がすな形状であっても隣接画素との
重なりはなく、記録媒体の送り速度変動などがあっても
露光ムラは発生せず、よって、濃度ムラがほとんど発生
しない高品位な画像を得ることができる。第７図（ｂ）
、（ｃ）についても同様に中間調レベル４までは濃度ム
ラがほとんど発生しない高品位な画像を得ることができ
る。

第１０図は従来例（マトリクスサイズＩＸ１、パワー変
調１６値）における中間調レベル８の露光量分布を示す
が、画素間に隣接ビームとの重なりがあるため記録媒体
の送り速度変動などによって露光ムラΔＥが発生し濃度
ムラとなってしまう。

第１１図は、感光体又は書込み光学系の速度変動（また
はレーザ走査位置の変動）により発生する濃度変動を示
す図で、曲線Ａは１×１光強度変調、曲線Ｂは１×１パ
ルス幅変調、曲線Ｃは１×２マトリクスを示し、副走査
方向のマトリクスサイズが２以上の一例として、マトリ
クスサイズを１×２（曲線Ｃ）とした場合に、低濃度部
における濃度変動が低減されることが明瞭に示されてい
る。

以上マトリクスサイズが２×４．１×２の場合について
説明したが、２×２．１×４の場合にっいても第１２図
、第１３図のような露光パターンを用いることで同様の
効果が得られる。

以上に述べたように、本発明により感光体の速度変動、
又はレーザ走査位置に変動の影響を受けに＜＜、かつド
ツト再現性が良いレーザプリンタを構成できるので高品
位画像を得ることが可能な画像形成装置の具体的構成を
提供できる。

次に半導体レーザ制御部を第１４図に示す方法により実
現した場合（請求項２）についての動作を説明する。

第１４図において、１は比較増幅器、２は電流変換器、
３は半導体レーザ、４は受光素子で、発光レベル指令信
号は比較増幅器１及び電流変換器２に入力され、被駆動
半導体レーザ３の光出力の１部が受光素子４によりモニ
ターされる。比較増幅器１と半導体レーザ３、受光素子
４は光・電気負帰還ループを形成し、比較増幅器１は受
光素子４に誘起された光起電流（半導体レーザ３の光出
力に比例する）に比例する受光信号と発光レベル指令信
号とを比較してその結果により半導体レーザ３の順方向
電流を受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるよ
うに制御する。また電流変換器２は前記受光信号と発光
レベル指令信号とが等しくなるように発光レベル指令信
号にしたがって予め設定された電流（半導体レーザ３の
光出力・順方向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ
３との結合係数、受光素子４の先入方・受光信号特性に
基づいて予め設定された電流）を出方する。

この電流変換器２の出方電流と、比較増幅器１より出力
される制御電流との和の電流が半導体レーザ３の順方向
電流となる。

ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループの交叉周
波数をｆ。とじＤＣゲインを１００００とした場合、半
導体レーザ３の光出力Ｐｏｕｔのステップ応答特性は次
のように近似できる。

Ｐｏｕｔ　＝　ｐｔ、＋　（ＰＳ−ＰＬ）ｅｘｐ（−２
７Ｃｆｏｔ）ＰＬ：ｔ＝ωにおける光出力 ＰＳ：電流変換器２により設定された光量光・電気負帰
還ループの開ループでのＤＣゲインを１００００として
いるので、設定誤差の許容範囲を０．１％以下とした場
合にはＰＬは設定した光量に等しいと考えられる。

したがって、かりに電流変換器２により設定された光量
ＰＳがＰＬに等しければ、瞬時に半導体レーザ３の光出
力がＰＬに等しくなる。また、外乱等によりＰＳが５％
変動したとしてもｆ。＝４０ＭＩｌｚ程度であれば、Ｉ
ｏｎｓ、後には半導体レーザ３の光出力は設定値に対す
る誤差が０．４％以下になる。

このようにして実現される高速・高精度・高分解能半導
体レーザ制御回路を用いることにより、パルス幅が短く
なっても露光光量を精度良く制御できるので、感光体の
速度変動、又はレーザ走査位置の変動の影響を受けにく
く、かつ、ドツト再現性が良く、更には、露光エネルギ
ー制御精度の良いレーザプリンタを構成できるので、高
品位画像を得ることが可能な画像形成装置の具体的構成
を提供できる。

羞−一米 以上の説明から明らかなように、請求項１記載の画像形
成装置によると、感光体γ特性曲線において濃度反転が
発生しにくいような濃度領域にある画素についてのみ、
デユーティが１００％より小さいパルス幅の切り換えを
行ないながら、複数のパルス幅に設定させた光強度変調
を行い、がっ、感光体の速度変動、レーザ走査位置変動
を原因として発生する濃度ムラによる画像品質の劣化を
少なくするために、低濃度部において副走査方向の隣接
ビーム（ドツト）の重なりが少なくなるようなマトリク
スによる擬似中間調表現方法を用いているので、感光体
の速度変動、レーザ走査位置変動の影響を受けにくく、
また、露光エネルギーの制御精度が良く、濃度反転のな
い適切な濃度分布を有する画像を出方するレーザプリン
タを実現でき、高品位画像が得られる画像形成装置を提
供できる。

また、請求項２記載の画像形成装置によると、高速・高
精度・高分解能半導体レーザ制御回路により半導体レー
ザを制御しているので、露光エネルギーの制御精度が高
く、また、感光体γ特性曲線において濃度反転が発生し
にくいような濃度領域にある画素についてのみ、デユー
ティが１００％より小さいパルス幅の切り換えを行ない
ながら。

複数のパルス幅に設定された光強度変調を行ない、かつ
、感光体の速度変動、レーザ走査位置変動を原因として
発生する濃度ムラによる画像品質の劣化を少なくするた
めに、低濃度部において副走査方向の隣接ビーム（ドツ
ト）の重なりが少なくなるようなマトリクスによる擬似
中間調表現方法を用いているので、感光体の速度変動、
レーザ走査位置変動の影響を受けにくく、また、露光エ
ネルギーの制御精度が良いレーザプリンタを実現でき、
濃度反転や濃度ムラのない、滑らかで高解像度である高
品位画像が得られる画像形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の動作原理を説明するための図、第２
図は、光書き込みにおける光源の光出力波形を示す図、
第３図は、パワー変調及びパルス幅変調における１ドツ
トピクセルの相対濃度と不飽和濃度領域との関係を示す
図、第４図は、パルス幅を変えた時の現像バイアスの変
化を示す図、第５図は、感光体のγ特性曲線図、第６図
は、画像濃度と濃度ムラの例を示す図、第７図及び第８
図は、それぞれパルス幅変調を用いた場合の本発明にお
ける光出力波形の例を示す図、第９図は。 本発明による露光エネルギー分布を示す図、第１０図は
、従来技術における露光エネルギー分布を示す図、第１
１図は、画像濃度と濃度ムラの例を示す図、第１２図及
び第１３図は、それぞれ本発明に適用されるマトリクス
構成の他の例を示す図、第１４図は、本発明の実施に使
用して好適な半導体レーザ制御部の一例を説明するため
の図である。 ■・・・比較増幅器、２・・・電流変換器、３・・・半
導体レーザ、４・・・受光素子。 特許出願人　　株式会社　リ　コ 第１図 第３図 時間幅Ａ。 （２５Ｘ） （７５ノーｒ） 第２図 遠度Ｖ に≠〉 第　４　図 時間 ５Ｃイ　　　　　　　π％ 第 図 オブテイカルテ）シティ　ＯＤ 第 区 第 図 畠り走査方向 第 図 １、Ｄ　画ｆ象ａｒｔ （ａ） 第７図 （ｂ） （Ｃ） 主走査方向− 時間− 時間− 第８図 （ｂ） （Ｃ） 主走査方向− 時間− 時間→ 第 １２図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記録する最小画素に対する露光時間が１００％では
   ないパルス幅に設定され、画像情報に基づいて各パルス
   幅を選択した上で露光光量を各画素情報にしたがって変
   化させ、画像情報における特定したある画素濃度に基づ
   いてパルス幅の切り替えを行なう第一の手段と、複数の
   画素からなるマトリクスを構成し、マトリクスの副走査
   方向（記録媒体の送り方向）のサイズＭが２以上、主走
   査方向のマトリクスサイズＮが１以上であるマトリクス
   単位で、マトリクス内の露光パターンを副走査方向の空
   間周波数が最も高くなるように特定する第二の手段とに
   より構成したことを特徴とする画像形成装置。 ２、記録光源が半導体レーザであり、被駆動半導体レー
   ザの光出力を受光部により検知し、この受光部から得ら
   れる前記半導体レーザの光出力に比例した受光信号と発
   光レベル指令信号とが等しくなるように前記半導体レー
   ザの順方向電流を制御する光電気負帰還ループと、前記
   受光信号と前記発光レベル指令信号とが等しくなるよう
   に前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性及び前記
   受光部と前記半導体レーザの光出力との結合係数、前記
   受光部の光入力・受光信号特性に基づいて前記発光レベ
   ル指令信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換する
   変換手段とを有し、前記光・電気負帰還ループの制御電
   流と前記変換手段により生成された電流との和又は差の
   電流により前記半導体レーザを制御する手段により半導
   体レーザ制御部を構成したことを特徴とする請求項１記
   載の画像形成装置。