JPS5932770B2 - ハ−フト−ン記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は記録媒体をビームで走査して画像を記録する方
法及び装置、特に画像の中間調濃度を表現できるように
した方法及び装置に関する。

画像の調子を再現するのに銀塩等の記録材料を用いる写
真技術に於ては連続的調子再現が可能であるが、しかし
記録材料の種類にあつては露光量対濃度特性曲線の露光
量変化に対する濃度の変化が線型である領域の狭いもの
があり、この様な記録材料を用いると画像の濃度変化に
線型に濃度が追従出来ない為、画像の中間調の欠けた質
の悪い画像が再現される欠点を有する。この様な記録材
料の例としては、電子写真記録材料静電写真記録材料等
を挙げる事が出来る。

これらの記録材料を用いた複写機が市場に出ているが、
それらの装置で中間調を表現しようとする場合にはオリ
ジナル原稿を網点にしたものを用いるのが最も効果のあ
る方法である事は周知の通りである。又、複写機に限ら
ず、一般の印刷分野でも連続階調をもつた写真等を印刷
する場合網点方式を用いて中間調を表現している。本発
明は光ビームや電子ビームを用いた走査型記録装置に於
いて網点を作る方法及び装置に係るものである。

更に詳細に記せば、電子写真材料や静電写真材料の例に
みる様な露光量対濃度特性曲線に於ける線形領域の範囲
の狭い、又はその様に処理される記録媒体を用いてビー
ム走査記録を行う装置に於いて、中間調濃度を表現する
方法及び装置を提供するものである。

以下電子写真記録材料を用いてレーザービームで走査し
て記録する装置に於いて網点を用いて中間調を表現する
一実施例を用いて本発明を説明する。

第１図は記録装置の概要を示す斜視図である。

この図に於いて、レーザ発振器１０１より発振されたレ
ーザビームは、反射ミラー１０２を介して変調器１０３
の入力開口に導かれる。反射ミラー１０２は、装置のス
ペースを小さくすべく光路を屈曲させる為に挿入される
もので、必要なければ除去されるものである。変調器１
０３には、公知の音響光学効果を利用した音響光学変調
素子又は、電気光学効果を利用した電気光学素子が用い
られる。

変調器１０３に於いて、レーザビームは変調器１０３へ
の入力信号に従つて、強弱の変調を受ける。

又、レーザ発振器１０１が、半導体レーザの場合、或い
はガスレーザ等に於いても電流変調が可能な型或いは、
変調素子を発振光路中に組み込んだ型の内部変調器のレ
ーザを使用するにあたつては、変調器１０３は省略され
直接スポツトサイズ制御装置１０４に導かれる。変調器
１０３からのレーザービームは、スポツトサイズ制御装
置１０４により記録材上でのスポツトサイズを決められ
るべく制御される。スポツトサイズ制御装置１０４は、
後に詳細に説明するが、例えば画像の強度信号に応じて
、収差を与えたり、光束の１部を部分的に位相をづらし
たりする等の機能を持つもので記録材料上での光束の大
きさを制御するものである。更に理解を助ける為に１例
をもつて説明すれば、スポツトサイズ制御装置１０４は
いわゆる平行ビームの径を拡げるビームエクスパンダ一
を使つて実現出来るものである。第２−１図に示す様に
望遠鏡タイプのビームエクスパンダ一の場合、入射側レ
ンズ２０１群の丁度焦点面近くに電界により屈折率の変
化する光学結晶等２０３（例えばＫＤＰ．ＡＤＰ等）を
配置し光学結晶２０３に電界がかかつていない時は入射
側レンズ２０１の焦点の位置に出射側レンズ２０２の焦
点が米る様光軸を合せて配置する。

従つて光学結晶２０３に電界がかかつて（・ない時は、
入射光２０４が平面波の時は通常のビームエクスパンダ
一として作用し、実線の様に出射光平面波２０５を得る
。一方光学結晶２０３に電界をかけると、結晶２０３内
での光路長が変化して入射レンズ２０１の焦点面と出射
レンズの焦点面は同一でなくなる。この詳細を第２−２
図に示す。その結果入射光２０４として平面波を入れた
時出射光２０５／は球面波となる。即ち平面波に対して
収差を与えられた波面となる。然るに、出射光２０５は
スポツトサィズ制御装置１０４の出力光となり後の光学
系に向うわけであるが、この後の光学系では平面波が来
た時に記録媒体面で最小径になる様にしておけば光学結
晶２０３に電界がかかつた時は球面波が人力する事にな
り記録媒体面では、いわゆるぼけとなり、ビームの径は
大きくなる。

この様にして記録媒体面上でのビーム径は結晶２０３内
での光路長の変化量即わち電界の強さによりコントロー
ルする事が出来る訳である。以上は本発明の１実施例で
ありスポツトサイズ制御装置自体についての詳細な説明
は又後で行うが、本実施例ではこのビームエクスパンダ
ータイプのスポツトサイズ制御装置１０４を使う例を用
いて、後の光学系の説明を続ける。

スポットサィズ制御装置１０４の出力光レーザビームは
鏡面を１個ないし複数個有する多面体回転鏡１０５に入
射される。

多面体回転鏡１０５は高精度の軸受（例えば、空気軸受
）に支えられた軸に取り付けられ、定速回転（例えば、
ヒステリシスシンクロナスモータ、ＤＣサーボモータ）
のモータ１０６により，駆動される多面体回転鏡１０５
により、水平に掃引されるレーザビーム１１２はｆ−θ
特性を有する結像レンズ１０７により、感光ドラム１０
８上にスポツトとして結像される。一般の結像レンズで
は光線の入射角θの時、像面上での結像する位置ｆにつ
いて、（ｆ：結像レンズの焦点距離）なる関係があり、
本実施例の様に、一定の多面体回転鏡１０５により、反
射されるレーザビーム１１２は結像レンズ１０７への入
射角が、時間と共に一次関数的に変化する。

従つて、像面たる感光ドラム１０８上での結像されたス
ポツト位置の移動速度は、非直線的に変化し一定ではな
い。即ち、入射角が大きくなる点で移動速度が増加する
。従つて、一定時間間隔でレーザビームを０Ｎにして、
スポツト列を感光ドラム１０８におくと、それらの間隔
は両端が中央部に比較して広くなる。この現象を避ける
為結像レンズ１０７は、なる特性を有すべく設計される
。

この様な結像レンズ７をｆ−θレンズと称する。

更に平行光を結像レンズでスポツト状に結像させる場合
、そのスポツト最小径Ｄｍｉｎは、但しｆ：結像レンズ
の焦点距離 λ：用いられる光の波長 Ａ：結像レンズの入射開口（ビーム径が開口より小さけ
ればビームの拡り）で与えられる。

但しεは１に近い値で、例えば入射開口よりビーム径が
小さいレーザ光に対しては、ε−１．２７である。ｆ、
λが丁定の場合Ａを大きくすればより小さいスポツト径
Ｄｍｉｎが得られる。先に述べたビームエキスパンダー
１０４は、この効果を与える為に用いられる。以上はｆ
−θレンズに収差の無い波面が入射した場合の議論であ
る。

収差を有する波面がｆ−θレンズに入射した場合は記録
媒体上でのビーム径はとなる。

但しＫは光の波数であり、ｆはｆ−θレンズの焦点距離
であり、Ａはレーザビームの拡り、αは後述のビーム．
エキスパンダーの収差係数である。収差項αが零である
時（３）式と一致する。但しε＝−である。ビーム検出
器１１８は、小さな人射スリツトと、応答時間の速い光
電変換素子（例えば、ＰＩＮダイオード）から成る。ビ
ーム検出器１１８は、掃引されるレーザビーム１１２の
位置を検出し、この検出信号をもつて、感光ドラム上に
所望の光情報を与える為の変調器１０３への入力信号の
スタートのタイミングを決定する。これにより、多面体
回転鏡１０５の各反射面の分割精度の誤差及び、回転ム
ラによる水平方向の信号の同期ずれを、大巾に軽減でき
、質の良い画像が得られると共に、多面体回転鏡１０５
及び駆動モーター１０６に要求される精度の許容範囲が
大きくなり、より安価に製作できるものである。上記の
如く、偏向、変調、ディフオーカス制御されたレーザビ
ーム１１２は、感光ドラム１０８に照射され、電子写真
処理プロセスにより顕像化された後、普通紙に転写、定
着され、ハードコピーとして出力される。次に印刷物１
１９について第３図をも参照しつつ説明する。

本実施例に適用される電子写真プロセスの１例として本
出願人の特公昭４２−２３９１０号公報に記載の如く、
導電性支持体、光導電性層及び絶縁を基本構成体とする
感光ドラム１０８の絶縁層表面を、第１のコロナ帯電器
１０９によりあらかじめ正又は負に一様に帯電し、光導
電性層と絶縁層の界面もしくは、光導電性層内部に前記
帯電極性と逆極性の電荷を捕獲せしめ、次に前記被帯電
絶縁層表面に前記レーザビーム１１２を照射すると同時
に、交流コロナ放電器１１０による交流コロナ放電を当
て、前記レーザビーム１１２の明暗のパターンに従つて
生ずる表面電位の差によるパターンを前記絶縁層表面上
に形成し、前記絶縁層表面全面を一様に露光し、コント
ラストの高い静電像を前記絶縁層表面上に形成し、更に
は前記静電像を荷電着色粒子を主体とする現像剤にて現
像装置１１３により現像して可視化した後、紙等の転写
材１１１に前記可視像を内部もしくは外部電界を利用し
て転写し、次に赤外線ランプ、熱板等による定着手段１
１５によつて転写像を定着して電子写真プリント像を得
、一方転写が行われた後前記絶縁層表面をクリーニング
装置１１６によりクリーニングして残存する荷電粒子を
除去し、前記感光ドラム１０８を繰り返し使用するもの
である。

尚、１１４は転写用コロナ放電器、１１７はポストコロ
ナ放電器であり、各図における同一番号は同一部材を示
すものである。

以上に述べたレーザビーム走査型記録系の例に於いて、
スポツトサイズ制御装置により記録媒体上でのビーム径
を変える事によつて、中間調を表わす方法につき以下詳
細に説明する。

記録媒体上に結像されるレーザビームは、記録媒体の露
光量対濃度特性曲線に応じて、濃度分布を形成する。

露光量対濃度特性曲線の露光量の変化に対する濃度変化
が線型である領域が狭いか又はその様に処理される。記
録媒体によるレーザビームの濃度分布への変換を第４図
に示す。記録媒体上に結像されたレーザビームは近似的
にガウス分布４０１をしていて、それが濃度Ｄ１を持つ
円に変換される。記録材料の線型領域が狭いといつても
少しはあるので、半径ＲＯの円の周辺はＤ。とＤ１の中
間の濃度を持つ。数式的に少し詳しく議論する。記録媒
体上のレーザビームはガウス分布即ち、で近似出来る。

但しＩｔＯｔは全エネルギー、Ｗｓはビームの拡りを示
す。記録媒体を露光量ＥＴの前後でＤ。．Ｄｌに変わる
とすれば、濃度Ｄ１の円の径はとなる。

但しＴは露光時間である。そこで、ビーム径ＷＳｌ全エ
ネルギー１ｔ０ｔ、露光時間を考える事によつて濃度Ｄ
１の円の径を増減出来る。

この事を利用して画像の中間調を表わす事を議論する。
或る微小領域を考え、その内に濃度Ｄ１の領域を作成す
れば、その微小領域の平均濃度は、となる。

但しＢｌＣは各々微小領域、濃度Ｄ１の領域の面積であ
る。例えば第５図に示す様に微小領域を正方形、濃度Ｄ
１の領域を円にすれば平均濃度は（但し２ｒ０＜Ｌ）で
与えられる。

さすれば、ＲＯ２対平均濃度は第６図の様になる。最大
濃度がπＤ１でなく−Ｄ１である。

最大濃度をＤ，にする為には途中の光路上にビーム形状
を正方形に変換する光学系例えばシリンドリカル．レン
ズを用いれば良い。以下では、その様な光学系を用いな
い系に対して議論を進めるが、用いる場合も同様な議論
が出来る。

（８）式によりＲ。

を変化する事により中間調を表わす事が可能である。次
にＲ。

を変化させる具体的方法について１例を下記に示す。例
えば第１図の形式のエキスパンダーに於いて、第１レン
ズ群２０１と第２レンズ群２０２の間の各レンズ群の共
通焦点近辺に厚さ１の電気光学素子ＫＤＰ，ＡＤＰを置
く。

レンズ群Ｌ１とＬ２の間の光学的距離は１１＋１２＋ｎ
（Ｅ）１−１…ｆ１＋Ｆ２＋△（Ｅ）である。但し、ｎ
（Ｅ）は結晶の屈折率が印加電圧Ｅによつて変化する事
を示す。（電気光学効果）この様な光学系にレーザ光（
ガウス．ビームで近似出来る）が入射した時射出レーザ
光は に比例する。

但しである。

この様に射出レーザビームは収差項Ｋａｒ２を持つてい
る。このビームを前述のｆ−θレンズに入射させると収
差が無い場合に比してビーム径は拡がる。拡がり量につ
いてはｆ−θレンズの説明の所で既に述べた。この様に
してエキスパンダー１０４に内蔵された電気光学素子に
加圧する電圧を制御する事によつてエキスパンダーより
の射出光に可変な収差を与え、記録媒体上の結像ビーム
径を変える事が出米る。

その時にビーム径が変化する事等によつてビームのピー
ク．パワーが増減するので、第１図の光変調器１０３の
変調レベルを変化させてピーク．パワーを一致する様に
する。第７図は記録媒体上のビームのエネルギー分布を
示す。

ビーム径が拡る為にピーク値が低下する事を示す。第８
図は細く絞つたビーム８０３′の時にピーク値を低下さ
せて、８０４に示す様に同じピーク値を持つ様にした事
を示す。この事はレーザ．ビームのエネルギー分布を示
す式（５）でを一定にする事である。そして、記録媒体
上のビーム径は（４）式で与えられるから（５）式のＷ
ｓはである。よつて平均濃度は（６）、（８）式を使用
してで与えられる。

レーザのピーク．パワーを一定にすれば濃度はに比例す
る。

収差を与える事によつて濃度が変化する事を示す式であ
る。第９図に収差−ＡＡ２に対するＤｍｉｎの変化を示
す。

ｆ：ｆ−θレンズの焦点距離 λ：使用波長 Ｋ：使用波数 Ａ：ｆ−θレンズに入射するビーム径 ａ：収差係数 式１０及び第９図かられずかな収差を与えるのみで、ビ
ーム径Ｄｍｉｎが変化する事が分る。

わずかな収差を与える事によつて濃度を大きく変える事
が出来る。これは濃度Ｄ１の円の径を増減するのに全エ
ネルギーを変化させるのみの方法よりも有効な手段であ
る事を示している。これは濃度を表わすＡＯ）式に於い
て濃度がビーム径Ｄ２ｍｉｎｌｔＯｔ・１に比例するか
、１０ｇ−Jメ[リー一に比例するかの違いであり、強度
なＴＯｔのみを変える場合には、濃度Ｄ１の径が対数的
にしか変化しない為に、変化率が悪い。

従つて濃度のダイナミツクレンジが大きくとれない。従
つて本発明はビーム径Ｄ２ｍｉｎを変えるのにＩｔＯｔ
のみでなく収差係数ａも変化させる事により、ダイナミ
ツクレンジを大きくとつて記録する方法を提供するもの
である。以上スポツトサイズ制御装置の１例として球面
収差を与える方法、特に望遠鏡タイプの光学系の中に電
気光学素子を組み込んで実現する方法について述べたが
、スポツトサイズ制御方法は、この１方法に限定される
ものではなく、光束の１部に位相差を与えて部分的に収
差を作り拡がりを制御する方法等によつてもスポツトサ
イズを制御出来る事は勿論である。

他のスポツトサイズ制御方法の例を第１０図に示す。

第１０−１図は光路中に光束に対して部分５的収差を与
える目的で、電気光学効果を持つ物質を配する方式であ
る。電気光学効果を持つ物質としては、ニトロベンゼン
や二硫化炭素等の液体でカー効果を持つものと、ＫＤＰ
，．ＡＤＰ，．ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３等の様にポ
ツケル又効果を持つもの等があり、この場合いずれでも
使用可能である。

今これをＫＤＰとすると、ＫＤＰ結晶にかける印加電圧
を下げる為に第１０−１図の構成をとる。平面波１００
１はシリンドリカルレンズ１００２１と１００３により
１方向の圧縮を受け、光束の断面が長方形の形でＫＤＰ
ｌＯＯ４に入射する。

ＫＤＰｌＯＯ４には１００５に示す様に光束を横切つて
不規則な電界を付加する様にして、電極１００５が配さ
れている。このＫＤＰｌＯＯ４に９電圧が印加されてい
ない時は、平面度良く研磨されたＫＤＰｌＯＯ４の端面
から入射した平面波は何ら収差を形成する事なく他方の
端面から出射し、然る後シリンドリカルレンズ１００６
，１００７により再び平面波となる。然るに電極１００
５に電圧を印加した時は、電極の不規則性により、ＫＤ
Ｐ結晶１００４内に屈折率のむらを生じいわゆる脈理を
作つた様な効果を得る。これによりＫＤＰに入射した光
束の波面に位相差が導入され、シリンドリカルレンズ１
００６と１００７から出た光束は平面波でなく収差を持
つた波面となる。これから後は望遠鏡タイプの例と同じ
く収差を持つた波面は後の光学系でビームが拡がり、記
録媒体上で大きいスポツトを形成する。他の１つの例は
第１０−１図の例が透過型であるのに対し、同じ効果を
反射型で得る方法である。

これを第１０−２図に示す。反射型であるというだけで
後は第１０−１図と同じである。

入射光束１０２１はＫＤＰｌＯ２２の電極１０２４の貼
つてある面１０２３で全反射する様に入射光１０２１の
入射角を設定してある。電極１０２４はＫＤＰｌＯ２２
の１面１０２３上に不規則な形に配してあり、電圧が印
加されていない時は結晶内の屈折率は一様で、人射光１
０２１は波面をみだされないまま出力光１０２５となつ
て出る。然るに電極１０２４に電圧が印加されている時
は、正電極と負電極との間の部分には電界により屈折率
が変化して全反射の面で波面に乱れを付加する。

従つて出力光１０２５は波面が乱れ平面波ではなくなり
、後の光学系を通ると感光体上で拡がりの大きいスポツ
トを形成する。上述の２例共波面の乱れの量は、部分的
屈折率の変化の関数であり、屈折率の変化は印加電圧の
関数であるから電極の形状、配置を工夫する事により、
印加電圧と感光体上でのスポツトサイズを一義的に関係
づけ制御する事が可能である。

スポツトサイズ制御方法の更に他の１つの例を第１０−
３図に示す。これは第２図に示した望遠鏡タイプの光学
系を使う方法を反射型で行う方法である。入射光１０３
１は入射光学系１０３２により電歪素子１０３３の上に
つけられた反射面１０３４の近傍で収束される。反射さ
れた光は出力光学系１０３５により平面波に直され、出
射光１０３６となる様に最初入射光学系１０３２と出射
光学系１０３５との距離１１＋１２が各々の焦点距離の
和Ｆ１＋Ｆ２に等しくなる様に設定しておく。今電歪素
子１０３３に電圧を印加すると、印加電圧に応じて１０
３７の方向に変形し、光学パスが変つて１１＋１２＋△
１となる。これにより、第２図の例と同様にして、出射
レンズ１０３５からの出射光はコリメートされない光束
となり収差が与えられる事になる。この方法でも前記の
方法と同じく、収差の量は△ｌの関数で、△ｌは印加電
圧の関数となるから印加電圧を変化させる事により収差
の度合いを制御出来る事になる。従つて印加電圧により
感光体上でのスポツトのサイズを制御出来る訳である。

以上はスポツトサイズ制御装置の例について説明した。

スポツトサイズ制御の具体的方法は他にも多数あり、こ
こで述べた実施例に限定されるものではない。次に以上
の実施例に於いて説明したスポツトサィズ制御装置を制
御する電気信号系について説明する。

電気信号系統図を第１１図に示す。１１０１はビデイオ
信号発生器であり、具体的には各種撮像管を使つたカメ
ラやビデイオデイスク、ビデイオテープやストレージチ
ユーブ等と同等のビデイオ信号をプリンタ部に提供する
装置である。

ビデイオ信号発生器１１０１から出た画像強度信号は、
変調制御回路１１０２及びスポツトサイズ制御回路１１
０３に印加される。変調制御回路１１０２は入力の画像
強度信号に応じて光変調器１１０５をドライブする信号
に変換する回路や画像のリニアリテイを保つ為のγ補正
用の回路等を含むものである。同様にスポツトサイズ制
御回路１１０３は、スポツトサイズ制御装置１１０６を
ドライブしたり、スポツトサイズによりγ補正する為の
回路等を含むものである。変調制御回路１１０２から出
た信号は、光変調器１１０５に印加され画像信号の強度
に応じて光変調の光量を制御する。

スポツトサイズ制御回路１１０３から出た信号は、先に
説明した如きスポツトサイズ制御装置１１０６に印加さ
れ、画像信号の強度に応じてスポツトサイズ制御装置１
１０６からの出射光の収差の量を制御する。

一方、レーザ光源１１０４から出た光は、変調器１１０
５に入射し画像信号の強度に応じて光変調を受け、スポ
ツトサイズ制御装置１１０６に入射する。そしてここで
もやはり画像信号の強度に応じて収差を付加され走査光
学系１１０７に入射する。本実施例では１１０７はポリ
ゴンスキヤナ一である。ポリゴンスキヤナ一１１０７か
らの光は結像レンズ１１０８を通つて感光ドラム１１０
９上に結像する。収差を与えない時に記録媒体上でより
細少なスポツトサイズを得る為には、光路にビームエク
スパンダを配してアパチャ一を大きく取る事が必要であ
る事は言う迄もない。

以上、本発明によれぱ記録媒体に入射せしめるビームの
スポツトサイズを画像の強度信号に応じて制御すること
により、露光量対濃度特性曲線に於ける線型領域の範囲
の狭い記録方式に対しても、良好に中間調濃度が表現で
きるものである。

記録や表示媒体及び収差を導入してスポツトサイズを制
御する装置については、本明細書に述べた例に限定され
るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は記録装置の概要を示す斜視図、第２図は本発明
に適用されるビームエキスパンダの説明図、第３図は印
刷部の拡大説明図、第４図は記録媒体上の露光量と像濃
度の特性図、第５図は像の微小領域を正方形、濃度Ｄ１
の領域を円により示した図、第６図はＲ。 ２対平均濃度のグラフ、第７〜８図は記録媒体上のビー
ムのエネルギー分布図、第９図は収差に対するビーム径
Ｄｍｉｎの変化を示す図、第１０図はスポツトサイズ制
御の方法の他の実施例図、第１１図はスポツトサイズを
制御する為の電気信号系統図をそれぞれ示す。 １０４はビームエキスパンダ、２０３は光学結晶、２０
４は人射光、２０５は出射光、をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザービーム発生手段と、このレーザービームを
   走査する走査手段と、レーザービームにより走査され画
   像信号に対応した網点画像を形成する電子写真感光体と
   、走査手段と感光体の間の光路中に配置され、レーザー
   ビームを感光体にスポット状に結像するレンズと、レー
   ザービーム発生手段と走査手段の間の光路中に配置され
   、レーザービームの波面収差を画像強度情報に応じて制
   御することにより感光体に入射するレーザービームのス
   ポットサイズを変化させる手段と、を備えたハーフトー
   ン記録装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置に於いて、更に、
   画像強度信号に応じてレーザービーム強度を制御する手
   段を備えたことを特徴とするハーフトーン記録装置。