JPH05138946A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光走査用の光スポット径を適切に設定するこ
とにより中間調画像を良好に再現することができる画像
形成装置を得ること。 【構成】 多値の画像信号によって光変調した光源手段
からの光スポットを感光体８面上に導光し、光走査する
画像形成装置において、印字パターンの面積変調によっ
て中間調の画像情報の出力を行うと共に、中間調の画像
情報を形成する該印字パターンが該光スポットの走査方
向に連結するように形成したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像形成装置に関し、特
にレーザ、ＬＥＤ等の光源手段からの光束を画像情報に
基づき光変調させて感光体面上に導光して画像を形成す
るレーザビームプリンタ、ファクシミリ、デジタル複写
機等に好適な光走査型の画像形成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザビームプリンタ、ファクシ
ミリ、デジタル複写機等の出力装置として光走査型の画
像形成装置（光プリンタ）が広く普及してきている。

【０００３】これら画像形成装置では、画像信号に対応
して光変調された光束で感光体面上を光走査してそこに
露光分布を与えて潜像を形成している。そして然る後こ
の潜像を紙、フィルム等の出力媒体上に転写して可視化
するものであり、潜像の可視化に際しては周知の電子写
真方式が多く用いられている。

【０００４】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）画像を出力することができ
るものが製品化されている。

【０００５】一般に電子写真では、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。この為、これらの画像形成装置における中間
調画像の形成においては、一定面積中での印字面積の比
率（印字比率）を変えて、印刷における網点と同様の効
果を得ることにより行っている。

【０００６】代表的なものとしては、周期的な孤立ドッ
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。

【０００７】これら中間調画像の形成の為のパターン
（以下濃度パターン）はすべて光スポットの走査方向
（主走査方向）に分布を持ったものであった。即ち、走
査中の光スポットを画素データに応じて明滅させ、これ
により主走査方向に露光分布の大小を形成し、パターン
のサイズを変化させていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法は光スポットの走査方向の径を十分小さくしな
いと、画素データに応じた明滅による主走査方向の露光
分布が十分良いコントラストを持たず、各濃度パターン
がぼやけ、中間調画像を良好に形成することが出来ない
という問題点があった。

【０００９】例えば本発明者の検討によれば、従来の方
法において、良好な中間調画像を得る為には、光スポッ
トとして主走査方向のパターン周期の１／２以下のサイ
ズ（ガウス分布近似で１／ｅ² となる径）が必要とされ
る。これは画像の解像力として２００ｄｐｉ（１２７μ
周期）の濃度パターンに対して６３．５μｍ以下の光ス
ポットとなる。

【００１０】一般にこの様な微小な光スポットを提供す
るには、高性能な光学系が必要となり、又焦点深度も浅
くなる。この為、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、大きなコスト
がかかるという問題点があった。

【００１１】又、例えばレーザビームプリンター（ＬＢ
Ｐ）に関しては、各走査線における走査速度の変動、い
わゆるジッタが生じた場合、従来の画像形成装置におい
ては隣接走査線間で印字位置が走査方向にずれ、濃度パ
ターンのうねり、或は、ズレが生じやすく、これが画質
を大きく低下させる要因となっていた。

【００１２】本発明によれば光走査用の光スポットの副
走査方向のスポット径を適切に選び、かつ濃度パターン
を光スポットの走査方向に連結させて階調表現を行うこ
とにより、良好なる画質の中間調画像が容易に得られる
画像形成装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、多値の画像信号によって光変調した光源手段からの
光スポットを感光体面上に導光し、光走査する画像形成
装置において、印字パターンの面積変調によって中間調
の画像情報の出力を行うと共に、中間調の画像情報を形
成する該印字パターンが該光スポットの走査方向に連結
するように形成したことを特徴としている。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の画像形成装置の実施例１の要
部概略図である。同図において、１はレーザ光源（光源
手段）である半導体レーザ素子、２はレーザ光源１から
放射されたレーザ光束を略平行光とするコリメーターレ
ンズである。

【００１５】６は矢印Ｂ方向に一定速度で回転すること
によりコリメーターレンズ２からのレーザ光束を反射さ
せ感光体面８上を走査する回転多面鏡、７は回転多面鏡
６で反射されたレーザ光を集光し感光体面８に導光する
ｆ・θレンズ群（走査レンズ）であり、回転多面鏡６で
偏向されたレーザ光束を被走査面（感光体面８）上に結
像すると共に走査速度を被走査面上において等速として
いる。８は被走査面であるところの感光ドラム（感光
体）であり、露光時には回転軸８ａ中心に副走査方向に
回転している。

【００１６】尚、感光ドラム８の周囲には、電子写真方
式で必要な現像器、一次及び転写帯電器、クリーナ等の
各要素が設けられており、感光ドラム８表面に形成され
た潜像を公知の電子写真プロセスにより現像化して紙、
フィルム等の転写材に転写する構成となっている。

【００１７】１０は多値の画像データが格納された画像
メモリである。１１は画像メモリに接続され所定周期で
送られてくる多値データに対応した幅のパルスを発生す
るパルス幅変調器（ＰＷＭ回路）である。１２は該パル
ス幅変調器の出力パルスに応じてレーザ光源１を明滅さ
せるレーザドライバである。

【００１８】本実施例において、レーザドライバ１２に
より光変調されレーザ光源１から射出された発散性のレ
ーザ光は、コリメーターレンズ２によって略平行な光束
となり、矢印Ｂ方向に一定回転数で回転する回転多面鏡
６の反射面に入射し、偏向されて走査レンズ７に入射す
る。

【００１９】走査レンズ７は、回転多面鏡によって偏向
される前記平行なレーザ光束を感光体８の面上にスポッ
ト状に結像させ、等速走査させている。この様な光スポ
ットの走査により感光体８上には画像１走査分の露光分
布が形成される。

【００２０】更に感光体８を走査に同期して、走査方向
（以下主走査方向）とは垂直な方向（以下副走査方向）
に回転させて該感光ドラム８上に画像信号に応じた２次
元露光分布の潜像を形成している。更に図示しない周知
の静電写真機構により該潜像を紙、フィルム等の転写材
上に可視化している。

【００２１】尚、感光体８上の露光分布形成時、パルス
幅変調器（以下ＰＷＭ回路）１１は画像メモリ１０から
順次画像データを読み取り、レーザ駆動パルスを発生さ
せている。

【００２２】図２は図１のＰＷＭ回路１１によって形成
されたレーザ駆動パルスの説明図である。図２において
各パルスの幅はそれぞれ画像データの濃度に対応してお
り、パルスの間隔は、出力画像における主走査方向の画
素ピッチを決定するものである。

【００２３】図２（Ａ）は中間調画像の低濃度域、すな
わち濃度パターンの面積が小さい場合、図２（Ｂ）は高
濃度域、すなわち濃度パターンの面積が大きい場合の駆
動パルスを示している。

【００２４】図３は１画素ごとに濃淡が繰り返される例
えば文字画像の様な細かい２値的パターンのレーザ駆動
パルスの説明図である。

【００２５】本発明において濃度パターンは主走査方向
に濃淡を形成する必要がない為、図２（Ａ）、（Ｂ）の
領域ではレーザ光源の明滅による露光分布の主走査方向
の振幅が少なく、文字形成を行う図３のような領域での
み主走査方向のコントラストの良い露光分布を形成する
様に走査方向のスポット径を設定している。

【００２６】このとき主走査方向のスポット径をＤｍ
（ガウス強度分布の近似で１／ｅ² に低下する直径）、
主走査方向の画素間隔をＰｍとしたときに、 １≦Ｄｍ／Ｐｍ≦２ ・・・・・（１） 程度に選ぶことによって達成している。

【００２７】逆に副走査方向のスポット径は、従来の画
像形成装置では走査線の間がつぶれる様に走査線間隔に
対し大きなスポット径を用いていたが、本発明では走査
線の間がつぶれずに各走査線が分離して現像されやすい
様に小さなスポット径を設定している。

【００２８】このとき、副走査方向のスポット径をＤｓ
（ガウス強度分布の近似で１／ｅ²に低下する直径）、
走査線間隔をＰｓとしたときに、 ０．６≦Ｄｓ／Ｐｓ≦１．２ ・・・・・（２） 程度に選ぶことによって達成している。

【００２９】尚、条件式（１）、（２）を外れると中間
調画像を良好に形成するのが難しくなってくる。

【００３０】従来の画像形成装置でのＰＷＭ階調表現に
おけるスポット径の設定は、主走査方向径を画素ピッッ
チの半分以下にする必要があった。これに対して本発明
によればより大きいスポット径でＰＷＭ階調を実現する
ことが可能である。

【００３１】図４は本実施例において感光体８上に形成
される光スポットのガウス強度分布で１／ｅ² に低下す
る直径と画素ピッチとの対応を示した説明図である。同
図では主走査方向は画素ピッチとスポット径の直径の比
が１であり、副走査方向ではスポット径の直径が画素ピ
ッチの６０％程度（６０％±２０％）に選んである。

【００３２】図５はこの光スポットを図２、図３で示し
た様なパルスで点灯したときに感光体８上に形成される
露光分布（強度分布）の走査線に添った（主走査方向
の）断面を示した説明図である。図５においてａ，ｂは
各々図２（Ａ）、（Ｂ）のパルスで点滅させたときに相
当している。

【００３３】主走査方向のスポット径は発光パルス信号
の間隔に比して大きく設定してある為にその露光分布が
なまり、強度分布の振幅が小さくその平均レベルのみが
パルス幅に応じて変化する。

【００３４】図６は同じ露光分布の副走査方向の断面を
示した説明図である。光スポットの副走査方向のスポッ
ト径は、副走査方向の画素ピッチに比して小さく設定し
てある為に走査線の中間部分は露光量が小さく、同図の
様に振幅の大きい分布となる。図６においてａ，ｂは各
々図２（Ａ）、（Ｂ）のパルスで点滅させたときに相当
している。

【００３５】同図において例えば露光量ａなる閾値を設
定し、これより大なる露光部分が印字される様に静電写
真プロセス条件を設定すれば図７に示す様に低濃度にお
いては副走査方向に幅Ｄａ、高濃度においては副Ｄｂを
持ち、主走査方向には連続した濃度パターンが形成され
る。

【００３６】発光パルス幅が変化しても、光スポットは
副走査方向へは走査されないため、露光分布の副走査断
面は強度の変化はあっても、形状は常に相似であり、従
来の主走査方向にパターン幅を変化させることに比し
て、走査による画素間のつぶれは生じにくい。

【００３７】又、ジッタ等の主走査方向の印字ずれが起
きた場合、従来の方法では、ずれの方向が濃度パターン
の連結方向と垂直であるため、パターンのうねりや、ず
れが生じ、これがノイズとなって中間調画像の均一性を
低下させる。

【００３８】これに対して本発明によれば、主走査方向
のずれは濃度パターンの連結方向と同一であるため、形
状に影響を及ぼさず、より均一な中間調が得られるとい
う特長がある。

【００３９】更に従来例の画像形成装置においては光ス
ポットの短径は画素巾の半分以下が望ましいとされてい
る。これに対して本発明によれば、６０〜１２０％程度
であれば良く、小さな光スポットを形成することにより
焦点深度が狭くなることもなく、又高精度な加工、位置
あわせ等が不用となり、コスト、生産性を向上させるこ
とが出来るといった特長がある。

【００４０】尚、本実施例はＬＢＰにおける飛点走査系
を用いた画像形成装置に適用した場合を示したが、ＬＥ
Ｄ光源や液晶シャッタなどを他数個配列した光ヘッドで
画像を形成する画像形成装置にも同様に適用することも
できる。

【００４１】図８は本発明をＬＥＤプリンタに適用した
場合の実施例２の要部概略図である。図中８１はＬＥＤ
アレイであり、複数のＬＥＤ発光素子を矢印８１ａの副
走査方向に配列して構成している。８２はＬＥＤアレイ
８１の各発光点を感光体８３上に結像させるロッド状レ
ンズアレイである。８３は実施例１と同様の静電複写機
構におけるドラム状の感光体である。８４は多値の画像
データが格納された画像メモリである。８５はＰＷＭ型
のＬＥＤ駆動回路であり、画像メモリ８４に接続され所
定周期で送られてくる各画素の多値データに対応した幅
のパルスを発生し、これによりＬＥＤアレイ８１の各画
素を駆動している。

【００４２】実施例１においては感光体面上の光スポッ
トはレーザ光源からの光束をｆ−θレンズで結像させた
ものであり、その走査は回転する回転多面鏡により、又
その方向は感光体ドラム表面の移動方向とは垂直な方向
に行っていた。

【００４３】これに対して実施例２では感光体８３面上
の光スポットは他数個一列に配列されたＬＥＤ発光素子
からの光束をロット状レンズアレイ８２で結像させたも
のであり、その走査は感光体８３の回転により、表面そ
のものの相対的移動によるものである。主走査方向は感
光体８３の表面の矢印Ｃで示す移動方向であり、実施例
１とは垂直となる。

【００４４】又、ＬＥＤアレイ８１が感光体８３上に等
倍で結像されているならば、走査線間隔はＬＥＤ素子の
配置間隔となるＬＥＤドライバ８３のＰＷＭによる光変
調はＬＥＤ発光素子の各素子ごとに行われる。

【００４５】実施例２においては感光体８３上の光スポ
ットのＬＥＤアレイ８１の配列方向の径をＤｓ、配置間
隔をＰｓとすると、 ０．６≦Ｄｓ／Ｐｓ≦１．２ ・・・・・（３） なる関係に設定している。

【００４６】又、光スポットの主走査方向すなわち感光
体８３の矢印Ｃで示す回転方向の径は主走査方向の画素
間隔をＰｍ、光スポット径をＤｍとすると、 １≦Ｄｍ／Ｐｍ≦２ ・・・・・（４） となる様に設定している。

【００４７】本実施例では光スポットの径を条件式
（３）、（４）を満足するように設定することにより、
中間調画像を良好に再現出来るようにしている。

【００４８】図９（Ａ）、（Ｂ）は本実施例におけるＬ
ＥＤアレイ８１上の各発光素子の発光形状９１の説明
図、図８（Ｂ）はロット状レンズアレイ８２によって感
光体８３上に結像された各発光素子の像、すなわち光ス
ポット９２の説明図である。ＬＥＤ発光素子の各発光素
子の大きさはロット状レンズアレイ８２の結像による発
光素子像のぼけを考慮し、結果的に上記２つの条件
（３）、（４）を満たす様に決定している。

【００４９】画素ピッチが縦横方向で共に同じであれ
ば、ＬＥＤ発光素子の大きさは辺の長さの比が１：１．
５程度で主走査方向に長い長方形となる。

【００５０】本実施例では以上の様に光スポット径を設
定することにより実施例１と同様に主走査方向に連続し
た濃度パターンを形成している。

【００５１】尚、実施例１、２では光変調方法としてＰ
ＷＭ方法を用いたが、ＰＷＭ方法の代わりに強度変調、
例えば画像データに応じて駆動電流値を変化させて発光
強度を変化させる方法も同様に適用可能である。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば前述したように画像形成
の際の副走査方向の光スポット径を適宜に選び、かつ濃
度パターンを光スポットの主走査方向に連結させて階調
表現を行うことにより、ジッタ等の主走査方向の印字ず
れが起きた場合においても濃度パターンのうねりやずれ
等が生じなく、中間調画像の画質を向上させた画像形成
が可能な画像形成装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 本実施例において中間調画像に対応するレー
ザ駆動信号波形の説明図

【図３】 文字画像に対応するレーザ駆動信号波形の説
明図

【図４】 本発明の実施例１に係る光スポット径の説明
図

【図５】 本発明の実施例１に係る主走査方向の露光分
布の説明図

【図６】 本発明の実施例１に係る副走査方向の露光分
布の説明図

【図７】 本発明の実施例１に係る印字パターンの説明
図

【図８】 本発明の実施例２の要部概略図

【図９】 本発明の実施例２の発光素子と光スポットの
説明図

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ コリメーターレンズ ６ 回転多面鏡 ７ ｆ−θレンズ ８ 感光体 １０ 画像メモリ １１ ＰＷＭ回路 １２ レーザ駆動回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多値の画像信号によって光変調した光源
   手段からの光スポットを感光体面上に導光し、光走査す
   る画像形成装置において、印字パターンの面積変調によ
   って中間調の画像情報の出力を行うと共に、中間調の画
   像情報を形成する該印字パターンが該光スポットの走査
   方向に連結するように形成したことを特徴とする画像形
   成装置。
2. 【請求項２】 前記感光体面上における光スポットの副
   走査方向の径をＤＳ、副走査方向の印字ピッチをＰＳと
   したとき ０．６≦ＤＳ／ＰＳ≦１．２ なる条件を満足することを特徴とする請求項１の画像形
   成装置。
3. 【請求項３】 前記光スポットの光変調は前記光源手段
   の点灯時間を変調して行っていることを特徴とする請求
   項１又は２の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記感光体面上における光スポットの主
   走査方向の印字ピッチをＰｍ、該主走査方向の径をＤｍ
   としたとき １≦Ｄｍ／Ｐｍ≦２ なる条件を満足することを特徴とする請求項３の画像形
   成装置。