JPH07276703A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 階調画像の形成時におけるレーザ光のスポッ
ト径を小さくすることで階調再現性の向上を図るように
した画像形成装置を得ること。 【構成】 光源手段１からの光変調したレーザ光を偏向
手段５を介して結像手段６により被走査面７上に導光し
光走査する光走査手段と、該光源手段の駆動を１画素中
において時分割を行なうことにより階調を表現する階調
表現手段２１と、を有する画像形成装置において、該光
源手段と該結像手段との間の光路中に少なくとも走査方
向に該レーザ光のスポット径の大きさを調節できる光量
調節手段３を設け、形成する画像の種類に応じて該光量
調節手段の作動を制御手段２２により制御したこと。

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
に形成する画像（２値画像や階調画像等）の種類に応じ
てレーザ光の走査面上でのスポット径を変化させ、該ス
ポット径で被走査面としての感光体面上を光走査するこ
とにより、文書や図及び写真等の文書画像を記録するよ
うにした、例えばレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）等
に好適な画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりレーザービームプリンタ等の画
像形成装置においては光源手段からの光変調されたレー
ザ光を回転多面鏡等の偏向手段を介して結像手段（結像
光学系）により被走査面としての感光体ドラム面上に導
光し、所定の大きさのスポット径で該感光体ドラム面上
を光走査して画像記録を行なっている。

【０００３】このような画像形成装置において画質の向
上を図る為には、特に階調再現性の向上を図る為には感
光体ドラム面上を光走査するレーザ光のスポット径の微
小化が有効である。

【０００４】そこで従来の画像形成装置においてはレー
ザ光の短波長化や、結像光学系の大口径化等を図ること
によってレーザ光のスポット径の微小化を行ない画質の
向上を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の画
像形成装置において、例えば半導体レーザを光源として
用いる場合には短波長化には制限があり、充分な効果が
得られないという問題点があった。

【０００６】又、結像光学系の大口径化による方法にお
いては偏向角度が制限される為、装置全体が大型化にな
り又焦点深度が浅くなる為、自動焦点調節手段等が必要
となってくるという問題点があった。

【０００７】そこで従来の画像形成装置においては、結
像光学系への入射前の光路中に光源手段から射出したレ
ーザ光の中心部を遮蔽する遮蔽部材を設け、該遮蔽部材
により該レーザ光の中心部を遮蔽することにより、該レ
ーザ光のスポット径を小さくさせて画像記録を行なって
いる。

【０００８】しかしながら、この場合には感光体ドラム
面上に形成されるスポットのメインピークの周囲又は両
側にサブピークが出現し、そのままの状態で画像記録を
行なっては画質の向上には直接つながらないという問題
点があった。

【０００９】本発明は光源手段から射出したレーザ光の
光束断面中の中央部（以下「レーザ光の中央部」とい
う。）の光量を減少させる光量調節手段を該光源手段と
結像手段との間の光路中に設け、感光体ドラム面上に形
成されるレーザ光のスポット径が、形成する画像（２値
画像や階調画像等）の種類に応じて変化するように該光
量調節手段の作動を制御手段により制御することによ
り、画質の向上、特に階調再現性の向上を図ることがで
きる画像形成装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明の画像形成装置は、光源手段からの光変調
したレーザ光を偏向手段を介して結像手段により被走査
面上に導光し光走査する光走査手段と、該光源手段の駆
動を１画素中において時分割を行なうことにより階調を
表現する階調表現手段と、を有する画像形成装置におい
て、該光源手段と該結像手段との間の光路中に少なくと
も走査方向に該レーザ光のスポット径の大きさを調節で
きる光量調節手段を設け、形成する画像の種類に応じて
該光量調節手段の作動を制御手段により制御したことを
特徴としている。

【００１１】特に前記光量調節手段は前記レーザ光の被
走査面上でのスポット径の大きさが小さくなるように該
レーザ光の中央部の光量を減少させていることや、該光
量調節手段の作動により発生するレーザ光のスポットの
サブピークからメインピークまでの距離を画素ピッチの
ほぼ整数倍となるようにしたこと等を特徴としている。

【００１２】（２）本発明の画像形成装置は、光源手段
からの光変調したレーザ光を偏向手段に入射させ、該偏
光手段で偏光反射したレーザ光を結像手段により被走査
面上に導光し画像形成を行なう画像形成装置において、
該装置は該光源手段の駆動を１画素中において時分割を
行なうことにより階調を表現する階調表現手段と、該光
源手段と該結像手段との間の光路中に主走査方向に該レ
ーザ光のスポット径の大きさが小さくなるように該レー
ザ光の中央部の光量を減少させる光量調節手段とを設
け、形成する画像の種類に応じて該光量調節手段の作動
を制御手段により制御したことを特徴としている。

【００１３】特に前記光量調節手段の作動により発生す
るレーザ光のスポットのサブピークからメインピークま
での距離を画素ピッチのほぼ整数倍となるようにしたこ
とを特徴としている。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
り、電子写真方式のレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）
に適用した場合を示している。

【００１５】同図において１は光源手段であり、例えば
半導体レーザ等より成っており、画像信号に基づき光変
調したレーザ光（光ビーム）を射出している。光源手段
１は該光源手段１から射出するレーザ光の偏光方向が図
面上縦（上下）方向、即ち副走査方向となるように配置
されている。

【００１６】２１は階調表現手段であり、光源手段１の
駆動を１画素中において時分割を行なうことにより画像
の階調を表現している。

【００１７】２はコリメーターレンズであり、光源手段
１から射出したレーザ光を平行光束にしている。

【００１８】３は光量調節手段としてのフィルター部材
であり、光源手段１と結像手段６との間の光路中に設け
ており、後述するように被走査面としての感光体ドラム
７面上に形成されるレーザ光のスポット径の大きさが小
さくなるように光源手段１から射出したレーザ光の中央
部を遮断して又は該中央部の光量を減少させている。

【００１９】２２は制御手段であり、形成する画像（２
値画像や階調画像等）の種類に応じて光量調節手段３の
作動を制御している。即ち後述するように２値画像を形
成する場合にはレーザ光の中央部の遮光を行なわず、階
調画像を形成する場合のみレーザ光の中央部の光束を遮
光又は減少するように光量調節手段３の作動を制御して
いる。

【００２０】４はシンドリカルレンズであり、副走査方
向にのみ所定の屈折力を有している。

【００２１】５は偏向手段としての光偏向器であり、例
えば複数の偏向面（反射面）を有する回転多面鏡より成
っており、モータ等の駆動手段（不図示）により矢印Ａ
方向に所定の速度で回転している。

【００２２】６はｆ−θ特性を有する結像手段（結像光
学系）であり、２つのレンズ６ａ，６ｂを有しており、
光偏向器５によって偏向反射されたレーザ光を感光体ド
ラム７面上に結像させている。

【００２３】尚、シリンドリカルレンズ４と結像光学系
６とはそれぞれ光偏向器５の偏向面の倒れを補正する面
倒れ補正光学系を構成している。又上記に示した偏向手
段５と結像手段６等の各要素は光走査手段の一要素を構
成している。

【００２４】感光体ドラム７はモータ等の駆動手段（不
図示）により矢印Ｃ方向（副走査方向）に所定の速度で
回転し、該感光体ドラム７面上に画像情報を潜像として
書き込んでいる。又感光体ドラム７の周囲には電子写真
プロセス手段としての不図示の帯電手段、現像手段、そ
して転写手段等が配設されている。

【００２５】本実施例においては光源手段１より射出し
たレーザ光をコリメーターレンズ２によって略平行光束
とし、形成する画像の種類に応じて制御手段２２により
光量調節手段３の作動を制御し、該光量調節手段３を通
過したレーザ光を副走査方向にのみ屈折力を有するシリ
ンドリカルレンズ４に入射させている。

【００２６】シリンドリカルレンズ４に入射した平行光
束のうち主走査断面においてはそのまま平行光束の状態
で射出する。又副走査方向においては収束して光偏向器
５の偏向面５ａに線像として結像している。

【００２７】そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向反射
されたレーザ光は結像光学系６を介して感光体ドラム７
面上に導光（結像）され、該感光体ドラム７面上に所定
の大きさのスポット径を形成している。そして光偏向器
５を図中矢印Ａ方向に回転させることによって感光体ド
ラム７面を図中矢印Ｂ方向に光走査して画像情報の記録
を行なっている。

【００２８】次に本実施例に関わる光量調節手段として
のフィルター部材３の構成及び光学的作用について図２
を用いて説明する。図２は図１に示したフィルター部材
３の構成図であり、該フィルター部材３の厚さ方向に拡
大して示している。

【００２９】同図において８，９は各々透明な基体であ
り、その間にはそれぞれ透明電極１０，１１，１２が設
けられている。透明電極１１は同図に示すフィルター部
材３の入射面３ａの中央部の領域ａに対応するようにス
トライプ状を成している。

【００３０】１３は強誘電性液晶であり、基体８，９の
間に封入されており、該強誘電性液晶１３の分子（液晶
分子）の配向方向が電圧の印加方向に応じて領域ａ，ｂ
間で切り換わるように配向処理されている。

【００３１】即ち、まず領域ａに対応する液晶分子の配
向方向は基体に対して平行方向（矢印ａ１方向）と成っ
ており、又領域ｂに対応する液晶分子の配向方向は基体
に対して斜め方向（矢印ｂ１方向）と成っている。そし
てこの状態で透明電極間に電圧（例えばプラス電圧）を
かけると領域ａに対応する液晶分子の配向方向は領域ｂ
と同様の矢印ｂ１方向に切り換わる。又この状態で逆の
電圧（マイナス電圧）をかけると領域ａに対応する液晶
分子の配向方向は基の矢印ａ１方向に切り換わる。

【００３２】１４は偏光板であり、基体に対して水平方
向（図面上縦方向）、即ち副走査方向の偏光光を遮断す
るように配置されている。

【００３３】本実施例における光源手段１は前述の如く
その射出光の偏光方向が同図に示す副走査方向となるよ
うに配置されている。従って、フィルター部材３の入射
面３ａの中央部の領域ａではレーザ光の偏光方向と液晶
分子の配向方向とが一致しているので偏光方向に変化を
受けずに強誘電性液晶１３を通過し偏光板１４により遮
断される。

【００３４】一方、入射面３ａの両側の領域ｂではレー
ザ光の偏光方向と液晶分子の配向方向に差がある為、複
屈折現象により偏光方向が変化し偏光板１４を通過する
ことができる成分が生じる。

【００３５】一般に良く知られているように液晶分子の
配向方向に平行な偏光光と直角な方向の偏光光との光路
長差が半波長となるような液晶層の厚さを選択すると透
過率が最大となる。

【００３６】ここでストライプ状の透明電極１１へ前と
は反対の向きの電圧を印加すると領域ａに対応する液晶
分子の配向方向は領域ｂと同じ方向（矢印ｂ１方向）に
変化し、これにより領域ａも領域ｂと同様にレーザ光を
通過させることができる。

【００３７】この強誘電液晶はメモリー特性があるので
電圧の印加は液晶分子の配向を変えたいときだけ行なえ
ば良い。

【００３８】図３はこのときのフィルター部材３により
レーザ光の光束のうち中央部を遮光したときと遮光しな
いときでの感光体ドラム７面上でのスポットの強度分布
を示した説明図であり、実線Ａがレーザ光の中央部を遮
光したとき、点線Ｂが遮光しないときを示している。

【００３９】同図に示すようにレーザ光の中央部をフィ
ルター部材３により遮光した場合、メインのスポット径
は減少するが、その代わりにメインピークｅの両側にサ
ブピークｆが発生する。従ってこのようなスポットの光
走査により画像を形成しても一般には画質の向上は得ら
れず、例えば文字画像等の２値画像を形成する場合には
画質の劣化が起こる場合が多い。

【００４０】しかしながら本装置のように時分割露光に
より階調再現を行なう画像形成装置においては、レーザ
光の中央部を遮光して得られるスポットを用いて画像形
成を行なうと、特に画像のハイライト部とシャドウ部の
階調再現が著しく向上することが実験より分かった。

【００４１】そこで本実施例においては文字画像等の２
値画像を形成する領域（画像データ）においてはレーザ
光の中央部の遮光を行なわず、階調画像を形成する領域
（画像データ）においてのみレーザ光の中央部を遮光す
るようにフィルター部材３の作動を制御手段２２により
制御することによって階調画像の再現性の向上を図って
いる。

【００４２】又、このとき本実施例においては図３に示
すメインピークｅとサブピークｆとの間の距離ｄが階調
画像の形成時のドットピッチ（画素ピッチ）のほぼ整数
倍となるようにしている。これによりサブピークｆが隣
りのドットに重なり、よりシャープな潜像が得られ、階
調再現性の向上を図ることができる。

【００４３】ここで具体的な例を挙げると、例えば波長
７８０ｎｍの半導体レーザを光源とし、光束径を３．５
ｍｍ、遮光幅を０．８ｍｍとし、焦点距離２５０ｍｍの
結像レンズを用いたとき、メインピークとサブピークと
の間の距離ｄは約１２０μｍとなった。階調画像の再現
時のドットピッチは１２７μｍ（２００ｄｐｉ）とした
ので、ほぼ上記の条件が満たされ階調再現の向上が図れ
た。

【００４４】又、上述のようにレーザ光の中央部を遮光
すると感光体ドラム面の中央部から端部に近づくにつれ
メインピークとサブピークとの間の距離ｄが長くなる方
向に変化する。しかしながらこの距離ｄの変化は中央部
における距離ｄに対して１０〜２０％以内であり、これ
は隣りのドットとの重なり状態を維持することができる
許容値であるので画質への影響はない。

【００４５】図４は本実施例の動作を示した要部ブロッ
ク図である。

【００４６】画像データとしての文字画像等はコード情
報として送られてくるので通常、このコード情報をビッ
トマップ展開回路によりプリント画面の露光走査線に対
応させた濃度データに変換する。このとき濃度データに
加えて画像形成を２値で行なう領域か多値で行なう領域
かのデータ（画像の種別）を作成する。

【００４７】この領域データに対応して制御手段として
のフィルター駆動回路によりフィルター部材の制御を行
なう。例えば前述の如く文字画像等の２値画像を形成す
る画像データの場合はレーザ光の中央部の遮光を行なわ
ず、階調画像を形成する画像データの場合のみレーザ光
の中央部を遮光することにより階調画像の再現性の向上
を図っている。

【００４８】又、このフィルター部材の作動によりレー
ザ光の中央部が遮光された状態と、そうでない状態とで
は感光体ドラム面上におけるレーザ光の光量が異なって
くるという問題点がある。

【００４９】そこで本実施例においてはレーザ光の光量
がいずれの状態においても略均一となるようにその補正
方法として、例えばレーザ光の発光量を変化させたり、
あるいはレーザの点灯時間を調整すること等により補正
している。例えばレーザ光の発光量を変化させて補正を
行なう場合には光源の光量を制御する自動光量制御手段
の目標値を予め２種類用意しておき、形成する画像（領
域データ）の種類に応じてその発光量を切り換えてい
る。

【００５０】又、レーザの点灯時間により補正を行なう
場合には、例えば階調画像の形成時の最大濃度時のデュ
ーティを１００％とした場合、２値画像形成時にはデュ
ーティを７０％としている。これにより上記の問題点を
解決している。

【００５１】尚、前述した強誘電性液晶は応答速度を１
μ秒以下とすることも可能であり、光量調節手段の一要
素として適するものであるが、更に高速度の画像形成装
置に適用したり、あるいは１画素毎での制御が必要な場
合には例えばＬｉＮｂＯ₃ ，ＰＬＺＴ，ＫＤＰ等の各種
の電気光学素子を用いるようにすれば良い。これらの電
気光学素子は一般に高電圧を必要とするが、より高速な
制御ができる利点を有している。

【００５２】又、走査線の途中でのスポット径の切替え
が必要でなく、より遅くとも良い場合には機械的にアパ
ーチャ等を用いて切替える方式を採用しても良い。

【００５３】このように本実施例においては前述の如く
光学系を大口径化することなく階調画像の形成時におけ
るレーザ光のスポット径を小さくすることができ、これ
により階調再現性の向上を図っている。

【００５４】

【発明の効果】本発明は前述の如く光源手段から射出し
たレーザ光の中央部の光量を調節する光量調節手段を該
光源手段と結像手段との間の光路中に設け、感光体ドラ
ム面上に形成されるレーザ光のスポット径の大きさが、
形成する画像（２値画像や階調画像等）の種類に応じて
変化するように該光量調節手段の作動を制御手段により
制御することにより、画質の向上、特に階調再現性の向
上を図ることができる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】 図１に示したフィルター部材の拡大説明図

【図３】 本発明の実施例１の被走査面上に結像するレ
ーザ光のスポットの光強度分布を示す説明図

【図４】 本発明の実施例１のレーザとフィルターの駆
動法を示す要部ブロック図

【符号の説明】

１ 光源手段 ２ コリメーターレンズ ３ 光量調節手段 ４ シリンドリカルレンズ ５ 偏向手段 ６ 結像手段 ７ 感光体ドラム ２１ 階調表現手段 ２２ 制御手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段からの光変調したレーザ光を偏
   向手段を介して結像手段により被走査面上に導光し光走
   査する光走査手段と、 該光源手段の駆動を１画素中において時分割を行なうこ
   とにより階調を表現する階調表現手段と、を有する画像
   形成装置において、 該光源手段と該結像手段との間の光路中に少なくとも走
   査方向に該レーザ光のスポット径の大きさを調節できる
   光量調節手段を設け、形成する画像の種類に応じて該光
   量調節手段の作動を制御手段により制御したことを特徴
   とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記光量調節手段は前記レーザ光の被走
   査面上でのスポット径の大きさが小さくなるように該レ
   ーザ光の中央部の光量を減少させていることを特徴とす
   る請求項１の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記光量調節手段の作動により発生する
   レーザ光のスポットのサブピークからメインピークまで
   の距離を画素ピッチのほぼ整数倍となるようにしたこと
   を特徴とする請求項１の画像形成装置。
4. 【請求項４】 光源手段からの光変調したレーザ光を偏
   向手段に入射させ、該偏光手段で偏光反射したレーザ光
   を結像手段により被走査面上に導光し画像形成を行なう
   画像形成装置において、 該装置は該光源手段の駆動を１画素中において時分割を
   行なうことにより階調を表現する階調表現手段と、該光
   源手段と該結像手段との間の光路中に主走査方向に該レ
   ーザ光のスポット径の大きさが小さくなるように該レー
   ザ光の中央部の光量を減少させる光量調節手段とを設
   け、形成する画像の種類に応じて該光量調節手段の作動
   を制御手段により制御したことを特徴とする画像形成装
   置。
5. 【請求項５】 前記光量調節手段の作動により発生する
   レーザ光のスポットのサブピークからメインピークまで
   の距離を画素ピッチのほぼ整数倍となるようにしたこと
   を特徴とする請求項４の画像形成装置。