JPH05344301A

JPH05344301A - 画像形成方法、画像形成装置及び光学装置

Info

Publication number: JPH05344301A
Application number: JP4151973A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nagase; 幸雄永瀬; Mamoru Tanaka; 守田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】記録画素の解像度を低下させることなく、安
定した各画素における面積階調が可能な画像形成を実現
するにある。【構成】レーザー光源１０２と、該レーザー光源１０
２からのレーザービームを像担持体３上にビームスポツ
トとして結像する時に、レーザードライブ回路１０１は
記録情報の画像濃度値に対応して１画素当たりのレーザ
ー駆動パルス幅を変調し、変調パルス幅に応じてレーザ
ー光源１０２の光強度をレーザー駆動パルス幅の長い画
像域よりも短い画像域の画像形成時の方が強くなるよう
に変調させる。また、光学レンズ装置１１０，１２０の
レンズ面周囲の端部に圧電素子を当接し、入力される画
像濃度信号により該圧電素子を変形させて光学レンズに
も弾性変形を生じさせ、該光学レンズの曲率を可変とす
ることによりレーザビームスポツト径を変調させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真プロセスを用い
た画像形成方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【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、感光体にレーザー
ビームをあてるか、あてないかで文字、図形等の画像を
形成する２値記録である。そして、一般には、文字、図
形等の記録は中間調を必要としないので、プリンタ構造
も簡単にできる。

【０００３】ところが、このような２値記録方式であつ
ても中間調を表現できるプリンタがある。かかるプリン
タとしてはディザ法、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、ディザ法、
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、画像信号によつて、レーザー
ビームを照射するパルス幅を変調することにより中間調
画素形成を行う方式（ＰＷＭ方式）である。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、高解像度と高階調性を必要とするカラー像形成装置
にはこの方式が欠かせないものとなつている。

【０００４】すなわち、このＰＷＭ方式によると、１画
素毎にビームスポツ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。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】ところが、このＰ
ＷＭ方式においても、被走査面（感光体の面）上の露光
分布はレーザーのスポツト径の影響を受けることが見い
だされた。この露光分布がレーザーのスポツト径の影響
を受ける状態を図２０に示す。図２０は記録画素密度に
対し、１／３画素幅〜２画素幅相当のレーザー駆動時間
を、パルス幅変調したときの被走査面上の露光分布を示
す図である。

【０００６】図２０で明らかなように、被走査面上の露
光分布は、レーザー駆動パルス時間の短い領域（１／３
〜１画素相当）では光強度がアナログ的に変化するよう
な傾向を示し、パルス時間の長い領域（１〜２画素相
当）においては光強度がほぼ一定で露光面積が変化する
傾向が表れてくる。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、図２０に示す露光分布に従
い、レーザー駆動パルス幅の短い領域ではパルス幅に対
して感光ドラムの表面電位が変化するような傾向が強く
なる。このため、得られる画像出力は使用する現像シス
テムのＶ−Ｄ特性（例えば図２１に示すＶ−Ｄ特性）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、特にパルス幅の短い領域では、図８に
（Ａ）で示す様に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。

【０００７】図２２は、現像工程を行つたのちのパルス
幅に対する面積階調のようすを示したもので、短パルス
側では、再現される画素の面積が小さくなり、パルス幅
分長くなるに従い、急激に大きくなるような傾向を示
し、パルス幅に対する面積階調が安定しないという問題
が生じていた。即ち、一般に１０〜１２μｍ程度の粉体
を用いた現像システムは、図２１に示すように、感光体
の表面電位に対してある一定の電位から急激に現像され
るような、閾値を持つような特性（Ｖ−Ｄ特性）を有し
ている。従つて図２２に示すような、レーザーの１画素
内でのＯＮ／ＯＦＦ時の露光分布のコントラストの低い
領域では、感光ドラムの表面電位も図２２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。このため、図２１に示す現像
システムＶ−Ｄ特性に従つて、感光ドラムの表面電位が
ある閾値を越えたところから急激に現像されるようにな
り、その結果図２２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
示したのが図８に（Ａ）で示す場合である。図示の如
く、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。

【０００８】例えば、以上の問題を解決するために、画
像を記録する画素単位を、レーザースポツトに対して十
分大きくなるように、即ち、２画素あるいは３画素等を
まとめ、階調表現の記録単位として用いることにより、
図２２の下段に示すような長いパルス幅領域（１画素〜
２画素相当）での安定した面積階調表現が可能な領域を
増やすことによつて、パルス幅変調に対する面積階調表
現の安定化を行なうものもあつた。

【０００９】しかしながら、この様にして階調表現の画
素単位を大きくすることは、それだけ記録時の解像度が
低下することになり、この解像度を低下させずに階調表
現が可能なＰＷＭ方式を用いた画像記録方法の利点がそ
こなわれてしまうことになる。また、他の方法として
は、記録画素サイズに対して、レーザースポツト径を限
りなく小さくすることで、露光分布のコントラストを高
くする方法が考えられていた。しかしながら、このよう
な微小なスポツトを形成することは、光学系の設計上困
難な点が多く、実用的ではなかつた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
課題を解決することを目的としてなされたもので、上述
の課題を解決する一手段として以下の構成を備える。即
ち、レーザー光源と、該レーザー光源からのレーザービ
ームを像担持体上にビームスポツトとして結像し、該ビ
ームスポツトを前記像担持体上で該像担持体に対して相
対的に走査させて画像を形成するレーザービーム走査手
段と、記録情報の画像濃度値に対応して前記レーザー光
源を駆動する１画素当たりのレーザー駆動パルス幅を変
調する第１の変調手段と、該第１の変調手段での変調パ
ルス幅に応じて前記レーザー光源の光強度を変調する第
２の変調手段とを備える。

【００１１】そして例えば、第２の変調手段は、レーザ
ー光源の光強度がレーザー駆動パルス幅の長い画像域よ
りも短い画像域の画像形成時の方が強くなるように変調
する。あるいは、レーザー光源を半導体レーザーで構成
し、第２の変調手段は該半導体レーザーの駆動電流値を
変化させることでレーザー光源の光強度の変調を行な
い、レーザービーム走査手段によるレーザービームスポ
ツトの走査方向のスポツト径（１／ｅ² 径）は、該走査
方向の記録画素サイズの０．８倍よりも小さくする。

【００１２】または、レーザ光源からのレーザビームを
結像光学系により、像担持体上でビームスポツトとして
結像し、該ビームスポツトを像担持体に対し相対的に走
査させ、像担持体上に像を形成する画像形成装置であつ
て、結像光学系の一部について、入力される画像濃度信
号により前記レーザビームスポツト径を変調する光学レ
ンズ装置を用いることにより像担持体上に形成される該
ビームスポツト径を変調する。

【００１３】そして例えば、光学レンズ装置は、画像形
成に際して形成される像担持体上のビームスポツト形状
を画像濃度階調にかかわらず概ね円形形状に保ちつつス
ポツト面積を画像濃度階調の増大に伴つて増大させるこ
とにより変調を行なう。また、光学レンズ装置における
光学レンズのレンズ面周囲の端部に圧電素子を当接し、
該圧電素子により該光学レンズに弾性変形を生じさせ該
光学レンズの曲率を可変とする。

【００１４】

【作用】以上の構成において、解像度を低下させること
なく、高階調性を有する画像形成が可能となる。即ち、
像担持体上に照射するレーザースポツトの光強度を、駆
動パルス幅の短い領域で強くすることにより、レーザー
駆動パルス幅の変調を行つた場合においても、現像のＶ
−Ｄ特性等の影響を受けにくく、また、記録画素の解像
度を低下させることなく、安定した各画素における面積
階調が可能となる。

【００１５】また、像担持体上のスポツト径を変化させ
ることによる面積変調方式を用いて濃度階調を表すこと
により、面積階調による低濃度階調の画像に対しても副
走査方向に現われる縦縞を消すことができ、より高画質
な画像を出力することが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る一実施例
を詳細に説明する。［第１実施例］図１は本発明に係る一実施例の画像形成
方法を用いた画像形成装置の概略構成を示す図である。
本実施例装置は、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、及び不図示の制御部等から構
成されている。

【００１７】制御部は、不図示の画像読取装置や電子計
算機等の画像情報信号源より出力される時系列のディジ
タル画素信号の入力があると、詳細を後述するＰＷＭ回
路により入力信号をＰＷＭ変調して半導体レーザー部１
０２を発光させ、ＰＷＭ変調されたレーザービームを発
振し、像担持体である感光ドラム３のドラム面を露光す
るようになつている。

【００１８】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１
Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋ、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。図２に図
１に示す本実施例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。本実施例のレーザービームスキ
ャナＬＳは、図２に示す様に、レーザー光源としての半
導体レーザー部１０２、コリメータレンズ１０３、ポリ
ゴンミラー１０４、及びｆ−θレンズ１００等から構成
されている。

【００１９】半導体レーザー部１０２は、制御部のレー
ザードライブ回路１０１に接続されており、レーザード
ライブ回路１０１は、画像読取装置や電子計算機等の画
像情報信号源より出力される時系列のディジタル画素信
号の入力があると、入力信号をＰＷＭ変調して半導体レ
ーザー部１０２を発光させ、ＰＷＭ変調されたレーザー
ビームを発振し、図２全体により示されるレーザービー
ムスキヤナによりレーザービーム位置を走査することに
より、像担持体である感光ドラム３のドラム面を露光す
るようになつている。

【００２０】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表面には画像一走査分の露光分布
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。図３は、本実施例
における制御部におけるＰＷＭ回路の詳細回路図であ
り、図４は、図３に示すＰＷＭ回路の動作を示すタイミ
ングチャートである。尚、図３及び図４において各信号
ａ〜ｈはそれぞれ対応している。

【００２１】同図において、ラツチ回路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（ｅ）は、コンパレータ４０４の一方端子に入
力される。この場合、発振器４０６から出力された信号
（ａ）は、１／２分周器４０８により１／２に分周され
ラツチ回路４０１に入力する。一方、三角波発生器４０
７は、この信号（ａ）より−１Ｖのピークを有する三角
波信号（ｄ）を生成し、該三角波信号（ｄ）はコンパレ
ータ４０４の他方端子に入力される。コンパレータ４０
４は、両入力信号を比較し、比較信号を出力する。コン
パレータ４０４から比較された信号は、レベル変換器４
０５によりＰＷＭ信号（ｆ）とされ、前記半導体レーザ
ー部１０２を駆動するレーザードライバ回路１０１に入
力される。

【００２２】本件発明者は、種々の実験から、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、レーザー駆動パルスの短い領域では、
半導体レーザー１０２の発光強度を、パルス幅の長い領
域に較べ強くすることで、安定化することを見いだし
た。そこで、本実施例では、レーザー駆動パルス幅に応
じて、レーザー発光強度を変調させるために、図３に４
１０〜４１８で示すレーザー光強度変調回路を備えてい
る。この回路の動作は、各画素の画像信号に対応したレ
ーザー電流信号が、ラツチ回路４１１に入力され、レベ
ル変換器４１２、Ｄ／Ａコンバーター４１３を経て、レ
ーザー電流信号としてレーザー電流制御回路４１０に入
力され、画素毎に図４に（ｈ）で示す如くにレーザー電
流を制御し、光強度変調を行なつている。

【００２３】図５に、本実施例におけるこの光強度変調
を行う場合の画像信号、即ち、レーザー駆動パルス幅
と、レーザー電流値との関係の一例を示す。本実施例に
おいては、図５に示す様に、レーザー駆動パルス幅の短
い領域においては、面積階調の安定したパルス幅の長い
領域に較べ、半導体レーザー１０２の駆動電流値を増や
し、感光ドラム３上における光強度分布の立ち上がりを
早くして、従来よりもさらに短いパルス幅の領域から、
面積階調を安定化させている。

【００２４】このようにして１／３画素〜２画素相当の
駆動パルス幅を与え、光強度変調を伴用した場合におけ
る感光ドラム３（像担持体）上のレーザー光の光強度分
布を図６に示す。本実施例においては、従来のＰＷＭ法
による光強度分布を示した図２０の場合と比較して明ら
かなように、駆動パルスの短い（１／３〜１画素相当）
領域での、光強度分布のピークの立ち上がりが早くなる
ように制御されている。なお、このときの記録画素密度
は４００ｄｐｉ、レーザースポツト径は主走査方向で４
７μｍ（１／ｅ² 径）で示されている。

【００２５】このように駆動パルスの短い１／３画素〜
２画素相当までの領域での、光強度分布のピークの立ち
上がりを早くする様に制御した場合に、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図７に示す。
図７に示す本実施例におけるドツト形状と図２２に示す
１／３画素〜２画素相当までの領域でのドツト形状とを
比較して明らかな如く、従来と比較し、短いパルス幅の
領域においても安定した面積階調が行われていることが
わかる。

【００２６】この図７の結果を曲線グラフに表わしたの
が図８の（Ｂ）である。従来の（Ａ）に示す結果と比較
すると本実施例の効果が良くわかる。本実施例のよう
に、短いパルス領域で、レーザーの発光強度を強くする
ことにより、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／ＯＦＦのパ
ターンが形成されることになる。従つてある閾値特性を
持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、現像閾値を越えるため、図７に示す様にドツトと
して安定して現像されるのである。その結果、駆動パル
スのＯＮ／ＯＦＦ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。

【００２７】図８に（Ｂ）で示す場合は、このような本
実施例における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ある。図より明らかなように、本実
施例においては、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。従つて、例え環境の温度や湿度等の変動
が生じ、現像システムの閾値特性が変化したとしても、
その閾値付近のＶ−Ｄ特性の影響を受け難いため、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。

【００２８】また、従来のように、記録する画素単位
を、例えば２画素〜３画素単位と大きくして面積階調表
現の安定化を行わなくても、１画素単位でも短いパルス
幅から安定した面積階調が可能なため、従来のような、
階調を安定化させるために解像度を犠牲にするという問
題が解消されることになる。なお、以上の説明は図１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。

【００２９】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言
うまでもない。以上述べたように本実施例によれば、レ
ーザー駆動時のＰＷＭ変調において、短い駆動パルス幅
領域でレーザー光強度を強くすることにより、短いパル
ス幅領域、即ち画像のハイライト領域において、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
とができ常に高解像度で、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。

【００３０】［第２実施例］上述の実施例は、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、レーザー駆動パルスの短い領域では、半
導体レーザー１０２の発光強度を、パルス幅の長い領域
に較べ強くする例を説明した。しかし、本発明は以上の
例に限定されるものではなく、以下の様に制御してもほ
とんど同様の作用効果を達成できる。

【００３１】即ち、本件発明者は種々の実験から、レー
ザビームを画素サイズに対して５０％のパルス幅でＯＮ
／ＯＦＦした時の、像担持体上の露光分布におけるコン
トラストが約６０％以上得られるようなスポツト径を用
いると、短パルス側における階調表現の安定化の効果よ
り顕著に表われることがわかつた。なお、以下に説明す
る本発明に係る第２実施例においても、ハードウエア構
成は上述した第１実施例と同様構成で足り、以下の制御
が異なる。

【００３２】この理由は以下の通りである。まず、像担
持体面上のスポツト径の、記録画素サイズに対する比
（スポツト径比）を０．８以下とした場合と、０．８よ
り大きくした場合との比較を行なつた。図９の（Ａ）〜
（Ｃ）は記録密度を４００ｄｐｉ（画素サイズ６３．５
μｍ）としたときに、レーザビームスポツト径をそれぞ
れ画素サイズの１．１倍の７０μｍ（Ａ）、０．８倍の
５０μｍ（Ｂ）、０．７倍の４２μｍ（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
トラストを図１０に示す。図１０に示すように、５０％
のパルス幅でＯＮ／ＯＦＦし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）となる。図１０より明らかな如く、レー
ザビームスポツト径（１／ｅ² 径）を画素サイズの０．
８倍以下とすることでコントラストを６０％とすること
が可能となることがわかつた。

【００３３】例えば、図１０に（Ａ）で示すような、５
０％パルス時のコントラスト比が３０％にしかならない
場合に対処するために、通常の図１１に（Ａ）で示す１
／４画素相当のパルス駆動時の露光分布に対して、パル
ス幅を変えずに光強度を２倍とすることも考えられる。
しかしながらこの場合の露光分布は図１１に（Ｂ）で示
す露光分布となり、本実施例を実施するには画素サイズ
に比較してスポツトサイズが広すぎる。このために、隣
接する画素間で露光分布オーバーラツプが生じてしま
い、ＯＮ／ＯＦＦ時のコントラストが低下する。従つ
て、例え短パルス時に光強度を強くしたとしても、露光
分布の平均的値が全体的に上下するだけで、短パルス時
におけるコントラストを大きくする様な効果が表われ難
い。

【００３４】この効果が顕著に表われてくるのは、少な
くとも５０％以上のコントラストであることが必要であ
り、６０％以上のコントラストが得られれば明らかな効
果が得られることがわかつた。４００ｄｐｉ、スポツト
径４７μｍの場合に図１０に示す（Ｂ）の条件をみたし
ているため、上述の効果を得ることができる。第２実施
例においても、レーザ駆動パルスを１／３画素〜２画素
相当まで変化させ、その後の現象プロセスにより得られ
るドツト形状の変化は上述した第１実施例の図７に示す
場合と略同様となる。

【００３５】更に、図１０の（Ｃ）に示されるコントラ
スト８０％以下が得られる様な微小なスポツト径を形成
し、コントラスト比だけを大きくした時に得られるレー
ザー駆動パルス幅と画像濃度との関係は図８の（Ｃ）に
示す関係となる。図８より明らかな如く、スポツト径を
それ程微小にしなくても、（Ｃ）と同様もしくはそれ以
上の階調性改善の効果が得られることがわかる。もちろ
ん、この様なコントラスト８０％以上得られる微小スポ
ツト光学径に対しても、さらに上述した第１実施例又は
第２実施例に示す様に微小スポツト径の光量を増加させ
ることにより、さらに効果が得られることは言うまでも
ないことである。

【００３６】［第３実施例］以上説明した実施例におい
ては、像担持体上に照射するレーザースポツトの光強度
を、駆動パルス幅の短い領域で強くすることにより、レ
ーザー駆動パルス幅の変調を行つた場合においても、現
像のＶ−Ｄ特性等の影響を受けにくく、また、記録画素
の解像度を低下させることなく、安定した各画素におけ
る面積階調が可能となる。

【００３７】しかしながら、上述の実施例においては、
低濃度階調の場合には図１２の（イ）に示す様に、主走
査線方向のレーザビーム照射時間を短くし、高濃度にな
るに従い図１２の（ロ）に示す様に主走査線方向のレー
ザビーム照射時間を長くすることにより、像担持体上の
レーザビームスポツト３０の大きさを変化させて面積階
調を実現している。そのため、記録紙上に再現された画
像を遠方から見た場合に縦縞３１が認識され、高画質を
阻害する要因となる虞がある。

【００３８】そこで、さらなる画質向上のためには上述
の点を改善することが必要となる。かかる点を改善する
ため、以下に説明する本発明に係る第３実施例において
は、半導体レーザー部（レーザー光源）１０２からのレ
ーザービームを結像光学系により、像担持体上でビーム
スポツトとして結像し、該ビームスポツトを像担持体に
対し相対的に走査させ、像担持体上に像を形成する画像
形成装置において、レーザ光源からのレーザービームが
通過する光学系の一部に対して、圧電素子に当接したレ
ンズを配置し、画像濃度信号を圧電素子に印加すること
により圧電素子に当接したレンズに弾性変形を生じさ
せ、該レンズの曲率を変えることにより像担持体上のレ
ーザービームスポツト径を変調し、このスポツト径変調
に際して像担持体上におけるスポツト形状を概ね円形に
保ちながら変調するように制御する。

【００３９】第３実施例においては、図１３の（イ）、
（ロ）に示す様に像担持体上のスポツト径を変化させる
ことによる面積変調方式を用いて濃度階調を表すことに
より、面積階調による低濃度階調の画像に対しても走査
方向に現われる縦縞を消すことができ、より高画質な画
像を出力することが可能となる。図１３の（イ）は第３
実施例における像担持体（感光ドラム）３上に照射され
るレーザスポツトの低濃度階調の場合を示し、図１３の
（ロ）は同じく高濃度階調の場合を示している。

【００４０】以下、本発明に係る第３実施例の詳細を説
明する。図１４は本発明に係る第３実施例のレーザービ
ームスキャナ部分の構成を示す概略図である。図１４に
おいて、上述した第１実施例における図１２に示す構成
と同様構成には同一番号を付し詳細説明を省略する。第
３実施例においては、コリメータレンズ１０３とポリゴ
ンミラー１０４との間にレンズ装置１１０，１２０が設
けられており、レンズ装置１１０，１２０には濃度変調
信号３０が圧電素子ドライブ回路１０５を介して印加さ
れている。

【００４１】図１４に示す第３実施例のレンズ装置１１
０，１２０の詳細構成を図１５に示す。図１５におい
て、２０１はレーザービーム光路中に置かれたレンズで
あり、レンズ２０１の光軸の周囲にある端部２０１ａに
は圧電素子２０２が当接している。また２０３はレンズ
２０１と圧電素子２０２を担持する支持体２０３であ
る。

【００４２】圧電素子２０２に対して、圧電素子ドライ
ブ回路１０５を介して濃度変調信号３０が印加された場
合、圧電素子２０２は該信号入力に対応して圧縮され、
レンズ２０１は圧電素子２０２の圧縮により弾性変形を
起こす。その結果レンズ２０１のレンズ面２０１ｂ，２
０１ｃの曲率が変化し、コリメーターを通過した後のレ
ーザービーム径が縮小される。即ち、レンズ２０１は圧
電素子２０２により圧縮され、例えば図１６の（Ａ）の
状態より（Ｂ）の状態に変形する。

【００４３】ここで、レンズを通過し焦点上に結像され
るスポツト径に関して、一般に以下の条件式があること
が知られている。 ω₀ ＝κ・ｆ・λ／ａここで、ω₀ はレーザービーム焦点上におけるレーザス
ポツト径、κは入射光レーザービーム強度分布に関する
定数、ｆは終点距離、λは波長、ａは入射光レーザービ
ーム径である。

【００４４】以上の式より、コリメータレンズ１０３を
通過した後のレーザービーム径が小さい程、像担持体で
ある感光ドラム３上のレーザービームスポツト径が拡大
することがわかる。第３実施例においては、これを利用
してレンズ２０１の曲率を変化させてレーザービーム径
を小さくし、感光ドラム３上のレーザービームスポツト
径を拡大されることができる。

【００４５】このレーザービーム径を小さくするのは、
１つのレンズ装置１１０のみによつて行つても十分な効
果を達成できる。従つて、係るレーザービーム径を小さ
くするのを主走査方向（又は副走査方向）に対して施し
ても、面積階調による低濃度階調の画像に対する走査方
向に現われる縦縞を消すことができ、より高画質な画像
を出力することが可能となる。

【００４６】しかしながら、図１７に示す様にこの作用
を主走査線方向および副走査線方向に対して実現する様
に同様構成の２つのレンズ装置１１０の長手方向とレン
ズ装置１２０の長手方向とが互いに直角になるように配
置することにより、像担持体上のスポツト径は濃度信号
に対して主走査線方向および副走査線方向にそれぞれ変
調され、図１３に示される形状となる。図１４に示した
２つのレンズ装置１１０，１２０は図１７の如くに構成
された状態を示している。

【００４７】またこの時、単に感光ドラム３上のレーザ
ービームのスポツト径を拡大するのみでは、レーザービ
ームの強度が同じであるため、単位面積当たりのレーザ
ービーム強度は低下してしまう。このため、レーザービ
ーム強度の低下を補正するために、像担持体である感光
ドラム３上のスポツト面積の増大に伴いレーザ強度も上
げることが必要となる。

【００４８】このため、第３実施例では、図１８の
（イ）に示す様にレーザー強度を濃度階調信号にほぼ比
例するように増加させる。また同時に、濃度階調信号と
像担持体上のスポツト面積とをほぼ比例させるために、
図１８の（ロ）に示す様に感光ドラム３上のスポツト径
の２乗を濃度階調信号にほぼ比例するように設定する。
なお、図１８は像担持体上のスポツト径を変調すると同
時に、レーザービーム強度を変調する場合のそれぞれの
関係を示した図である。

【００４９】以上に示したように第３実施例によれば、
電子写真におけるレーザービームを用いた潜像形成過程
において、濃度階調を面積階調として表す際に、濃度階
調信号により像担持体上のレーザービームスポツト径を
変調することで、低濃度階調の画像の場合にも副走査方
向に現われる縦縞を消すことができ、より高画質な画像
を得ることができる。

【００５０】［第４実施例］以上述べてきたスポツト径
変調方式において、良好な制御性を得るという点からス
ポツト径変調に用いる圧電素子に印加する信号とレンズ
の変形量との間に線形性が必要となり、またレーザービ
ーム走査速度の向上のための高速制御性を得ること、さ
らに疲労破壊を防ぐ必要性が要求される。

【００５１】以上の点を特に考慮した本発明に係る第４
実施例を以下説明する。図１９は本発明に係る第４実施
例のレンズ装置の詳細構成を示す図であり、第４実施例
においては、図１５に示す第３実施例の２つのレンズ装
置に替え、図１９に示すレンズ装置を用いる。図１９に
おいて、３０１〜３０３はレーザービーム光路中に置か
れたレンズ、３０５〜３０８は圧電素子、３１０はレン
ズ３０１〜３０３と圧電素子３０５〜３０８を担持する
支持体である。レンズ３０１，３０３の光軸の周囲にあ
る端部に圧電素子３０５〜３０８が当接している。レン
ズ３０２は弾性変形はせず、レンズ３０１，３０３は、
圧電素子３０５〜３０８の圧縮により弾性変形を起こ
す。

【００５２】第４実施例においては、以上の構成を備
え、レンズを３０１，３０２，３０３と複数枚用いて、
レンズ１枚あたりの変形量を低減させ、レンズ装置の余
裕度を増している。この結果、変調の高速化、および像
担持体上のスポツト径と変調信号との線形性を良好に保
つことが可能となる。また図７のような多段構成にする
ことでスポツト径の変化率を大きくし、必要な変化量を
確保することも可能である。

【００５３】また、他の実施例として、ＰＷＭ変調方式
と以上で説明したスポツト径変調方式とを組み合わせ、
主走査方向あるいは副走査方向のどちらか一方にスポツ
ト径変調方式を用いることにより、変調用レンズの枚数
を低減し、既存の変調方式を用いた電子写真装置を大幅
に変更することなく同様の効果を得ることも可能であ
る。

【００５４】また、上記実施例においては主にデジタル
複写機を例にとり説明を行つたが、同様の電子写真プロ
セスを用いた画像記録装置、例えばレーザービームプリ
ンタ等にも本発明が利用できることは云うまでもない。
さらに、上述した実施例においては、スポツト径を変調
する手段として、圧電素子を用いてレンズ曲率を変化さ
せる例を提示してきたが、このスポツト径変調は以上の
例に限定されるものではなく、他の手段、例えば低速度
で用いる場合には電磁コイルを用いて実現する等の方法
も可能である。本実施例の目的とするスポツト径を変調
することが可能な手段であれば、この光学素子の可動手
段によらず、スポツト径を変調することが可能であれば
任意の方法を採用することが出来る。

【００５５】さらに、以上説明したレンズに対して圧力
による弾性変形を生じさせてレンズの焦点距離を変化さ
せるという方式は、高速動作が可能であるので、高速に
焦点位置を変化させることが要求される、焦点位置を可
動とする必要がある種々の光学機器にも適用可能であ
る。即ち、例えば、従来の電子写真に限らずビデオカメ
ラ等の光学機器は、一般にレンズを光軸方向に移動させ
て焦点位置を変更している。このため、従来の方式では
レンズの動作方向の慣性力が大きいために、焦点位置を
合わせるのに多くの時間が必要であり、高速動作ができ
す、高速動作を必要とするような場合には適用が困難で
ある。更に、信号の変調に適用する場合のように高速動
作が必要な場合には全く適用できなかつた。

【００５６】しかしながら、本方式によれば、焦点位置
の変更の際にレンズ全体を移動させることにより生じる
大きな慣性力が発生しないため、高速動作が可能であ
り、高速に焦点位置を変化させることが要求される他の
光学機器にも広く適用可能である。更に、上述した実施
例で説明したような信号の変調にも適用でき、更に広範
囲の光学機器にも適用可能である。

【００５７】以上述べたように、第３実施例及び第４実
施例によれば、圧電素子によりレンズ曲率を変化させ、
像担持体上のスポツト径を概ね円形形状に保ちながら変
化させることによる面積変調方式を用いて濃度階調を表
すことで、面積階調による低濃度階調の画像に対しても
特定の方向に対する画像濃度の空間周波数の特異性を低
減できる。

【００５８】即ち、低濃度階調の画像の場合にも副走査
方向に走る縦縞を消すことが可能となり、より高画質な
画像を得ることができる。尚、本発明は、複数の機器か
ら構成されるシステムに適用しても１つの機器から成る
装置に適用しても良い。また、本発明は、システム或は
装置にプログラムを供給することによつて達成される場
合にも適用できることはいうまでもない。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、記録
画素の解像度を低下させることなく、安定した各画素に
おける面積階調が可能となる。また、像担持体上のスポ
ツト径を変化させることによる面積変調方式を用いて濃
度階調を表すことにより、面積階調による低濃度階調の
画像に対しても副走査方向に現われる縦縞を消すことが
でき、より高画質な画像を出力することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の画像形成方法を用いた
画像形成装置の概略構成を示す図である。

【図２】図１のレーザービームスキャナの詳細構成を示
す概略図である。

【図３】図１の装置に採用される制御部におけるＰＷＭ
回路の詳細構成を示すブロツク図である。

【図４】図３に示すＰＷＭ回路の動作を示すタイミング
チャートである。

【図５】本実施例における光強度分布のピークの立ち上
がりを早くする様に制御した場合の現像プロセスにより
得られるドツト形状の変化を示す図である。

【図６】本発明において制御される像担持体上のレーザ
ービームスポツト径およびレーザ強度について示した図
である。

【図７】本実施例におけるレーザービームスポツトによ
り形成されたドツトの面積変化を示す図である。

【図８】本実施例のレーザー駆動パルス幅と画像濃度と
の関係を示す図である。

【図９】本発明に係る第２実施例のドラム面上の露光分
布を示す図であり、（Ａ）は記録密度を４００ｄｐｉ
（画素サイズ６３．５μｍ）としたときに、レーザービ
ームスポツト径を画素サイズの１．１倍の７０μｍとし
た場合を、（Ｂ）は０．８倍の５０μｍとした場合を、
（Ｃ）は０．７倍の４２μｍ（Ｃ）とした場合を示して
いる。

【図１０】図９に示す各場合のコントラストを示す図で
ある。

【図１１】１／４画素相当のパルス駆動時の露光分布を
示す図である。

【図１２】第１実施例及び第２実施例における面積階調
方式により像担持体上に形成されるビームスポツトを示
す図である。

【図１３】本発明に係る第３実施例における面積階調方
式により像担持体上に形成されるビームスポツトを示す
図である。

【図１４】第３実施例におけるレーザービームスキャナ
の詳細構成を示す概略図である。

【図１５】図１４に示すレンズ装置１１０の詳細構成を
示す図である。

【図１６】第３実施例の圧電素子の圧縮によりレンズが
弾性変形を起こしてレンズ面の曲率が変化する状態を示
す図である。

【図１７】第３実施例における２つのレンズ装置の互い
の長手方向が互いに直角になるように配置した状態を示
す図である。

【図１８】第３実施例における像担持体上のスポツト径
を変調すると同時に、レーザービーム強度を変調する場
合のそれぞれの関係を示した図である。

【図１９】本発明に係る第４実施例のレンズ装置の詳細
構成を示す図である。

【図２０】従来のレーザービームスポツトにより形成さ
れたドツトの面積変化を示す図である。

【図２１】感光体のＶ−Ｄ特性を示す図である。

【図２２】従来のレーザービームスポツトにより形成さ
れたドツトの面積変化を示す図である。

【符号の説明】

３感光ドラム（像担持体）４帯電器、１００レンズ群１０１レーザードライブ回路１０２半導体レーザー部（レーザー光源）１０３コリメータレンズ１０４ポリゴンミラー１０５圧電素子ドライブ回路１１０，１２０レンズ装置２０１，３０１〜３０３レンズ２０２，３０５〜３０８圧電素子２０３，３１０支持体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光源からのレーザービームを像
担持体上にビームスポツトとして結像し、該ビームスポ
ツトを前記像担持体上で該像担持体に対して相対的に走
査させて画像を形成する画像形成装置の画像形成方法で
あつて、記録情報の画像濃度値に対応して前記レーザー光源を駆
動する１画素当たりのレーザー駆動パルス幅を変調し該
パルス幅に応じて前記レーザー光源の光強度を変調する
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】前記レーザー光源の光強度は、レーザー
駆動パルス幅の長い画像域よりも短い画像域の画像形成
時の方が強くなるように変調することを特徴とする請求
項１記載の画像形成方法。
【請求項３】前記レーザー光源として半導体レーザー
を用い、該半導体レーザーの駆動電流値を変化させるこ
とで前記レーザー光源の光強度の変調を行うことを特徴
とする請求項１記載の画像形成方法。
【請求項４】レーザー光源と、該レーザー光源からのレーザービームを像担持体上にビ
ームスポツトとして結像し、該ビームスポツトを前記像
担持体上で該像担持体に対して相対的に走査させて画像
を形成するレーザービーム走査手段と、記録情報の画像濃度値に対応して前記レーザー光源を駆
動する１画素当たりのレーザー駆動パルス幅を変調する
第１の変調手段と、該第１の変調手段での変調パルス幅に応じて前記レーザ
ー光源の光強度を変調する第２の変調手段とを備えるこ
とを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】前記第２の変調手段は、レーザー光源の
光強度がレーザー駆動パルス幅の長い画像域よりも短い
画像域の画像形成時の方が強くなるように変調すること
を特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】前記レーザー光源は半導体レーザーであ
り、前記第２の変調手段は該半導体レーザーの駆動電流
値を変化させることで前記レーザー光源の光強度の変調
を行うことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項７】レーザービーム走査手段によるレーザー
ビームスポツトの走査方向のスポツト径（１／ｅ² 径）
は、該走査方向の記録画素サイズの０．８倍よりも小さ
いことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項８】レーザ光源からのレーザビームを結像光
学系により、像担持体上でビームスポツトとして結像
し、該ビームスポツトを像担持体に対し相対的に走査さ
せ、像担持体上に像を形成する画像形成装置であつて、前記結像光学系の一部について、入力される画像濃度信
号により前記レーザビームスポツト径を変調する光学レ
ンズ装置を用いることにより像担持体上に形成される該
ビームスポツト径を変調することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項９】光学レンズ装置は、画像形成に際して形
成される像担持体上のビームスポツト形状を画像濃度階
調にかかわらず概ね円形形状に保ちつつスポツト面積を
画像濃度階調の増大に伴つて増大させることにより変調
することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
【請求項１０】請求項８記載の画像形成装置におい
て、光学レンズ装置における光学レンズのレンズ面周囲の端
部に圧電素子を当接し、該圧電素子により該光学レンズ
に弾性変形を生じさせ該光学レンズの曲率を可変とする
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】光学レンズの両端部に圧電素子を配設
し、該圧電素子によりレンズ曲率を変化させて焦点距離
を変更可能とすることを特徴とする光学装置。