JPH0494262A - 画像形成装置及び方法 - 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】 致肯光互 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。

史米侠先 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
値記録力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Ｗ３′ｇ！４数を２５６階調とろうとすると約０．２
ｎｓ、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
旧１ｚにおいて２５ｅＷｉ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。

几−一方 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及び方法を提供す
るものである。

碧−一一腹 本発明は、上記目的を達成するために、（１）複数のパ
ルス幅に設定され１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各画素ご
とに変化させ、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選択・切り替えを行なう第１の手
段と、前記入力された画素情報のＭ×Ｎ個の画素情報に
よりあらかじめ決められたＭ×Ｎ個のパターンの画素情
報に変換する第２の手段とにより構成したこと、又は、
（２）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１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
づいてパルス幅の選択・切り替えを行なう第１の手段と
、前記入力された画素情報のＭ×Ｎ個の画素情報により
あらかしめ決められたＭ×Ｎ個のパターンの画素情報に
変換する第２の手段とにより構成したこと、或いは、（
３）前記（１）又は（２）において、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、該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
に基づいて説明する。

第１図は、請求項第１項及び第４項に記載の発明におけ
る第１の手段を説明するための図で、図中、Ａ□、Ａｍ
　ＨＡ３　ＨＡ４はパルス幅、Ｂ１．　Ｂ２゜Ｂ、、Ｂ
、はそれぞれのパルス幅における光強度変調範囲で、パ
ルス幅は画素ピッチに対する％で示され、第１図におイ
テ、Ａ１は２５％、Ａ２は５０％、Ａ３は７５％、Ａ４
は１００％の場合を示し、図示のように、複数のパルス
幅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
組み合わせると共に、各パルス幅の切り替えを特定され
た画素濃度に基づき行うことにより構成される。

第２図及び第３図は、請求項第２項及び第５項に記載の
発明における第１の手段を説明するための図で、図中、
八〇はパルス幅が２５％、Ａ２は５０％、Ａ、は７５％
の場合を示し、Ｂユ〜Ｂ３はそれぞれの場合における光
強度変調範囲を示し、この場合には、露光時間が１００
％でない複数のパルス幅Ａ□〜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せると共に、各
パルス幅の切り替えを特定された画像濃度に基づいて行
なうことにより構成される。

第３図は、デユーティ１００％における光出力波形（ａ
）図と、デユーティ＜１００％における光出力波形（ｂ
）図との関係を示す図で、図中、１０はレーザビームで
ある。通常、光記録のパルスＴ。は。

Ｔ、＝ｄ／ｖ （ただしｄ：画素ピッチ＝１／記録密度、Ｖ：記録光走
査速度である。） で与えられるが、請求項第２項及び第５項の発明では、
パルス幅Ｔ＜Ｔ、として記録を行なう。

第４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通量露光
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ボテンシ
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
エネルギー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％のパルス幅へ切り替えれば、パ
ルス幅変調を単独で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。更に、請求項第１項及び第４項
に記載の発明においては、濃度が０．８で７５％のパル
ス幅に切り替え、濃度が１．１のときに１００％のパル
ス幅に切り替えることにより、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。また、請求項第２項及び第５項に記載
の発明においては、濃度が０．８で７５％のパルス幅に
切り替えることにより、パルス幅変調を単独で行なった
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、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２０ＭＨｚにおいても
容易に光の制御精度が実現できる。また、ＩＡ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、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１例え
ば、第５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６図に示したγ特性曲線において、Ｉ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、がっ、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７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１図中２曲線Ａ□はパワー変調、曲線Ａ２はパワー
変調（デユーティ５０％）、曲線Ａ、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が（請求項第１項及び第４項）、更
には、前記有効性とパルス幅デユーティが１００％でな
い方の優位性（請求項第２項及び第５項）が示されてお
り、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２５％。

５０％、７５％、１００％（ただし、請求項第１項及び
第４項の発明の場合）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あれば、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。

なお、第４図において示されているように、パルス幅を
１００％に設定しなくとも、画像濃度を最大濃度にする
ことができる（請求項第２項及び第５項の発明）。また
、選択すべきパルス幅が多ければ多いほど、それを実現
するための構成が複雑になりコストの上昇を招く。この
ため、最大濃度が画像濃度として出力することができる
最小のパルス幅までを出力するようにしておけば、コス
ト的に最も有利にすることができる。

以上が第１の手段に対する説明であるが、乾式電子写真
においては上記方法だけではまだドツト再現性に欠ける
。ドツト再現性が要求される領域は画像濃度変化がゆる
やかな（空間周波数が低い）領域であり、また、電子写
真においてとりわけ低濃度部でのドツト再現性が悪いの
で、このような画像領域にたいしてはドツト集中型のマ
トリクスによる擬似中間調表現方法が滑らな画像を表現
することができる。この方法が第２の手段であり、前記
第１の手段と第２の手段を併用することにより高品位画
像を得ることができる。

以上述べたように、本発明により感光体の速度変動、又
はレーザ走査位置の変動の影響を受けにくく、かつドツ
ト再現性や露光エネルギー制御精度が良く、濃度ムラや
濃度反転のない適切な濃度分布を有し、適切な中間調表
現がされている画像を出力する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を
提供できる。

次に、半導体レーザ制御部を第８図に示す方法により実
現した場合（シミ求項第３項及び第６項に記載の発明）
についての動作を説明する。

第８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
索子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の光入力・受光信号特性に
基づいて予め設定された電流）を出力する。

この電流変換器２の出力電流と、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ｆｏとし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　（−
２７Ｃｆ、ｔ）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ゎ＝４０ＭＨｚ程度であれば、Ｉｏ
ｎｓ、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枯成できるので、高
品位画像を得ることが可能な画像形成装置及び方法の具
体的構成を提供できる。

羞−一果 以上の説明から明らかなように、請求項１及び４記載の
画像形成装置及び方法によると、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
についてのみパルス幅の切り替えを行ないながら、複数
のパルス幅に設定させた光強度変調を行なっているため
、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力するレー
ザプリンタを実現でき、かつ、マトリクスによる擬似中
間調表現方法を用いているため、ドツトの再現性が向上
し、また、低濃度部においても滑らかな中間調再現を有
する高品位な画像を得ることができる。

また、請求項２及び５記載の画像形成装置及び方法によ
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、そのデユー
ティが１００％より小さいパルス幅の切り替えを行ない
ながら、複数のパルス幅に設定された光強度変調を行な
っているので、感光体の速度変動、レーザ走査位置変動
の影響を受ケニクく、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
出力するレーザプリンタを実現でき、かつ、マトリクス
による擬似中間調表現方法を用いているため、ドツトの
再現性が向上し、また、低濃度部においても滑らかな中
間調再現を有する高品位な画像を得ることができる。

更に、請求項３及び６に記載の発明によると、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パルス幅の切り替えを行ない
ながら、複数のパルス幅に設定させた光強度変調を行な
い、かつ、マトリクスによる擬似中間調表現を行なって
いるためドツトの再現性が向上し、また、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低
濃度において滑らかな中間調再現を有する高品位な画像
を得ることができる。また、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そのデユーティが１００％よ
り小さいパルス幅の切り替えを行ないながら、複数のパ
ルス幅に設定された光強度変調を行なっているので、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、マトリクスによる擬似中間調表現を行なって
いるためドツトの再現性が向上したレーザプリンタを実
現できるので高品位画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、請求項第１項及び第４項に記載の発明の第１
の手段を説明するための図、第２図は、請求項第２項及
び第５項に記載の発明の第１の手段を説明するための図
、第３図は、光書き込みにおける光源の光出力波形を示
す図、第４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５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６図は、感光体のγ特性曲線図、
第７図は、画像濃度と濃度ムラの例を示す図、第８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。 １・・・比較増幅器、 ２・・・電流変換器、 ３・・・半導体レ ーザ、 ４・・・受光素子。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の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
   って各画素ごとに変化させ、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選択・切り替えを行
   なう第１の手段と、前記入力された画素情報のＭ×Ｎ個
   の画素情報によりあらかじめ決められたＭ×Ｎ個のパタ
   ーンの画素情報に変換する第２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
   いてパルス幅の選択・切り替えを行なう第１の手段と、
   前記入力された画素情報のＭ×Ｎ個の画素情報によりあ
   らかじめ決められたＭ×Ｎ個のパターンの画素情報に変
   換する第２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。 ３、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、該受光部から得られ
   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又は
   ２記載の画像形成装置。 ４、複数の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
   って各画素ごとに変化させ、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選択・切り替えを行
   なう第１の手段と、前記入力された画素情報のＭ×Ｎ個
   の画素情報によりあらかじめ決められたＭ×Ｎ個のパタ
   ーンの画素情報に変換する第２の手段とにより構成した
   ことを特徴とする画像形成方法。 ５、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
   いてパルス幅の選択・切り替えを行なう第１の手段と、
   前記入力された画素情報のＭ×Ｎ個の画素情報によりあ
   らかじめ決められたＭ×Ｎ個のパターンの画素情報に変
   換する第２の手段とにより構成したことを特徴とする画
   像形成方法。 ６、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、該受光部から得られ
   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ようにしたことを
   特徴とする請求項４又は５記載の画像形成方法。