JPH04340567A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザビームプリンタ、
フアクシミリ、デジタル複写機、などに使用されるスポ
ツト走査型の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光スポツトを回転鏡等で偏向し、移動す
る感光体上を走査させ、これを電子写真プロセスで可視
化するいわゆるレーザビームプリンタ等が多く用いられ
ている。

【０００３】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）画像を出力可能なものが製
品化されている。

【０００４】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
る為、これらの製品の中間調の表現においては、一定面
積中での印字面積の比率（印字比率）を変え、印刷にお
ける網点と同様の効果を得ている。

【０００５】代表的なものとしては、周期的孤立ドツト
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。

【０００６】図９は縦スクリーンによる濃度表現を表わ
したものであり、主走査方向に周期的な縞を形成しこの
巾を変えることにより、印字比率を変え、巨視的な濃度
を制御している。

【０００７】図１０はこの様なパターンを形成する時の
光スポツトの発光状態を示したものであり、周期的な矩
形波のくり返しであり、この矩形の巾すなわち発光時間
を変化させることにより縞の巾を変えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】これら斯かる従来例
にあっては中間調表現の為のパターン（以下濃度パター
ン）はすべて主走査方向に分布を持ったものであった。 即ち、走査中のスポツトを明滅させ、これにより、主走
査方向に印字の有無を形成し、パターンのサイズを変化
させている。

【０００９】しかしながら、これによると、主走査方向
の露光分布が十分良いコントラストを持たない場合、主
走査方向に２値的なパターンとならず、各パターンがぼ
やけ、良好な中間調画像が形成出来ないという欠点があ
った。

【００１０】ところが、光スポツトは、前述のとおり主
走査方向に移動している為、露光分布は自ら主走査方向
に広がり、スポツトの主走査方向のサイズを十分小さく
しないと、隣接する濃度パターンとの境界が明確になら
ず、濃度パターン露光のコントラストの改善は困難であ
った。

【００１１】例えば発明者の検討によれば、縦スクリー
ンにおいて、高繊細な中間調を得る為には、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
１／ｅ２）の光スポツト径が必要とされる。これは２０
０ｄｐｉ（１２７μｍ周期）の濃度パターンに対して６
３．５μｍ以下のスポツト径となり、この様な微小な光
スポツトを結像するには、高性能な光学系が必要であり
、又周知の通り微小な光スポツトは焦点深度も浅い為、
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、製造が困難で且つ、大きなコストがかかるという
欠点があった。又主走査方向に絞ったスポツトを形成す
るには、走査系のＦ／Ｎを明るくせねばならず主走査方
向に太い光ビームをポリゴン等の偏向器に入射せねばな
らず偏向器が大型になるといった欠点も有している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は光スポツトの走
査方向に連続な線状の印字パターンを周期的に形成し、
前記走査方向とは大略垂直な方向における印字パターン
の巾を変化させて濃度変化を表現するものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、濃度パターンを走査方向に連
続で、副走査方向に周期的な平行縞とすることにより、
光スポツトの径を従来より大としても階調性良い画像形
成装置を提供できる。

【００１４】

【実施例】以下図にしたがって本発明の実施例を説明す
る。

【００１５】図１は、本発明の一実施例の露光光学系の
配置図を示すものであり、１は光源である所の半導体レ
ーザ素子、２は半導体レーザ素子１から射出される発散
光を略平行な光束に変換するコリメータレンズ、５は倒
れ補正用のシリンドリカルレンズ、６は回転多面鏡、７
はｆθレンズなどの走査レンズである。８は非走査面で
ある所の電子写真用感光体であり、９は走査線上に設け
られた光検知素子によるビームデイテクタである。レー
ザ光源１から射出された発散レーザ光は、コリメータ２
、焦点補正レンズ３によって略平行な光束となり、次に
シリンドリカルレンズ５によって走査面とは垂直方向（
以下、副走査方向）に集光され、矢印Ｂ方向に一定回転
数で回転する回転多面鏡（ポリゴン）６の反射面近傍に
ライン状の像を形成した後、変更されて走査レンズ７に
入射する。

【００１６】走査レンズ７は、走査面内（以下、主走査
方向）及び副走査方向で異なる結像特性を持ちこれはト
ーリツク面シリンドリカル面などを使用することによっ
て実現される。

【００１７】主走査方向においては、多面鏡によって偏
向される平行レーザビームを感光体８の面上にスポツト
状に結像させ、等速走査させるいわゆるＦθ特性を有し
、副走査方向においては、回転多面鏡反射面近傍に前述
シリンドリカルレンズに代って集光されているレーザビ
ームを感光体面上に結像させ、反射面の倒れによる走査
線の副走査方向の偏位を緩和する、いわゆる倒れ補正機
能を有する。

【００１８】走査されるレーザビームは、各走査ごとに
、先ずビームデイテクタ９上を通過し走査開始信号（以
下、ＢＤ信号）を発生させ、このＢＤ信号によってタイ
ミング制御される後述する図３に示す発光信号発生回路
によって変調される。又この時、感光体は矢印Ｂ方向に
回転しており、これにより感光体面上に画像信号に対応
した２次元露光分布が形成される。

【００１９】図２は、同じく本発明の一実施例における
感光体廻りの静電プリンタ機構各要素を示す、感光体回
転軸方向からの投影図であり、図１と同一部材には同一
番号をつけて表わしている。２１は感光体８上の残留ト
ナーを除去するためのクリーナ、２２は残留電荷を消去
するための前露光ランプ、２３は同じく感光体８上に一
定の電荷を与える帯電器である。２４は感光体上に、静
電潜像に対応したトナー像を形成するための現像器、２
５は転写紙にトナーを転写するための転写帯電器である
。

【００２０】矢印Ｃ方向に回転する感光体８は、クリー
ナ２１、前露光ランプ２２によって表面の残留トナー、
残留電荷を取り除かれた後、帯電器２３によって所定の
電位に帯電する。次に前述図１において説明した方式に
よりレーザビームによって露光を受け、感光体特性に従
い、露光分布に応じた電位分布の潜像を形成する。

【００２１】図３は発光信号発生回路でありこれにおい
て、デジタル多値の画像信号をレーザの発光信号に変調
する手段を説明する。

【００２２】図において３０はクロツク発生回路であり
、前述したＢＤ信号により同期を合わせたクロツクを発
生させる。３１は画像メモリであり印字すべき画像のデ
ジタル値が格納されている。３２はＤ／Ａ変換器であり
、前述クロツク３０に従いメモリ３１より画像データを
読み出し所定のアナログ電圧に変換して出力する。

【００２３】３３の三角波発生回路はクロツク３０に従
い三角波の電圧波形を発生する。Ｄ／Ａ変換器３２と三
角波発生回路３３の出力は比較器３４で比較され、その
大小関係により比較器からはＨ、Ｌの２値信号が出力さ
れる。

【００２４】比較器３４の２値出力はレーザドライバ３
５によって半導体レーザ１のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号に変
換させる。

【００２５】図４は比較器と三角波によってアナログ電
圧の画像信号が２値信号に変換される様子を示している
。

【００２６】図４ａは比較器の入力信号であり実線は３
角波であり、点線はアナログ画像信号である。比較器は
アナログ画像信号が３角波より大となった時即ち図中斜
線部のみでＨとなる様設定されているとすればその出力
は同図ｂの如くになる。アナログ画像信号の値が変化す
ればそれに応じて３角波との交点位置も変化しその結果
比較器出力における各パルスの巾が変化する。これを画
像信号のＰＷＭ（パルス巾変調）と称する。

【００２７】図５にレーザ駆動パルス巾と主走査方向の
露光分布の関係を示す。レーザの主走査スポツト径に比
してパルス巾が短い場合は、この間のスポツト移動距離
も短い為、これによる露光分布は比較的静止スポツトの
形状を保ったままそのピークがパルス巾に応じて変化す
る（図中ａ〜ｄ）パルス巾が長くなるにつれ、ピークの
増加は飽和しやがて露光分布はパルス巾に応じて走査方
向にその巾を変化させる様になる。（同図ｄ〜ｆ）従来
のＰＷＭ濃度変化においては、主走査方向の濃度パター
ンの巾を変化させる為、図５ｄ，ｅ，ｆの如にスポツト
径に比して長い走査距離の部分を用いていた。逆に言え
ばパターンの周期に対して十分小さいスポツトを用いな
ければならなかったが本実施例においては主走査方向に
分布をもたせる必要が無い為同図ａ〜ｄの範囲、すなわ
ち走査距離に比して大きな主走査径を持つ光スポツトを
使用する。露光分布のピーク量が飽和するのは光スポツ
トをガウス分布とするとこの１／ｅ２主走査直径の約１
．５倍の走査距離｛±３８｝であるから、主走査方向の
パルス周期の１／１．５÷０．６倍以上の主走査１／ｅ
２径を持つ光スポツトであるが、パルス巾に対するピー
ク変化のリニアリテイを考慮すると０．８倍程度以上が
適当である。但し、中間調の為の濃度パターンのみなら
ず文字等の２値画像の同時に出力可能とする為には文字
の為の画素ピツチの１．６倍以下の主走査１／ｅ２であ
ることが望ましい。これは文字等の画像のつぶれを防ぐ
ためである。

【００２８】次に副走査について述べる。

【００２９】露光分布の副走査断面は図６に示す様にな
る。同図において点線は主走査１ラインだけを露光した
場合の露光分布副走査断面であり、静止スポツトの副走
査断面とほぼ相似な形状となる。Ｐは副走査方向濃度パ
ターン周期であり、このピツチでクリ返し露光を行った
結果が実線で示す露光分布となる。

【００３０】光スポツトは副走査方向には直接移動しな
い為、露光分布のピーク量の大小によれずこれらの形は
常に相似形となる。図７は主走査方向に前述したＰＷＭ
を行い各濃度パターンの露光分布ピークを変化させた時
の副走査断面である。図８ａ，ｂ，ｃで露光分布のピー
クは変化するがそのｍａｘｍｉｎの比は変化せず常に同
じ形状となる。

【００３１】今電子写真プロセスによるトナー付着の有
無が図８点線で示される現像閾値で決められるとすると
同図斜線部のみが現像されることとなる。

【００３２】その結果画像データの大小に従った濃度パ
ターンは図８の如く、主走査につながり副走査の巾を変
化する。このパターンを例えば２００ｄｐｉ（１２７ｐ
ｍ周期）で形成することにより巨視的には一様なグレー
スケールの濃度変化を表現できる。

【００３３】図６、図７に示す様にこの様な濃度パター
ンを形成する為には副走査方向の露光分布に十分なうね
り（リツプル）がある必要がある。副走査スポツトが大
きいと隣接濃度パターンへの露光量のもれ込みが大きく
なりこのリツプルは小さくなる。しかしながらスポツト
が小さすぎると各濃度パターンの中間での露光量が微小
となり、露光ピークを増大させてもこの間が現像されず
十分な濃度の出力ができなくなる。発明者らの検討では
副走査１／ｅ２スポツト径は副走査方向濃度パターン周
期の０．６〜１．２倍程度が適当であった。

【００３４】［他の実施例］第１の実施例では露光量の
制御にＰＷＭを用い、光スポツトの点灯時間を変化させ
て行ったが、これは光スポツトの強度そのものを変化さ
せることによってもよい。

【００３５】又副走査方向の濃度パターンの周期は、画
像形成装置の副走査分解能と同一である必要はない。例
えば文字等の２値画像は４００ｄｐｉで印字し、濃度パ
ターンは２００ｄｐｉで形成することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した様に、濃度パターンをスポ
ツトの走査方向と平行な線上の印字パターンとすること
により、走査方向のスポツト径を微小にしぼることなし
に、良好な中間調表現ができる。更に光学系のコストダ
ウン、ポリゴン系の微小による小形化、ポリゴンモータ
のコストダウン、機械精度緩和によるコストダウン、製
品安定性の向上等多くの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のレーザビームプリンタ露光光
学系配置の斜視図である。

【図２】同じく静電複写機構の断面図である。

【図３】同じく静電発光信号発生回路のブロツク図であ
る。

【図４】比較器入出力を表わす図である。

【図５】レーザ駆動パルスと主走査露光分布を示す図で
ある。

【図６】露光分布の副走査断面を示す図である。

【図７】画像信号レベルと副走査露光分布の変化を示す
図である。

【図８】本発明による濃度パターンの例を示す図である
。

【図９】従来の濃度パターンの一例を示す図である。

【図１０】従来のレーザ駆動パルスを示す図である。

【符号の説明】

３１　　画像メモリ ３２　　Ｄ／Ａ変換器 ３３　　三角波発生回路 ３４　　比較器 ３５　　レーザドライバ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像信号によって変調される光スポツ
   トで記録体上を走査し、これを現像して可視化する画像
   形成装置において、前記走査方向に連続な線状の印字パ
   ターンを周期的に形成し、走査方向と大略垂直な方向の
   該印字パターンの巾を変化させて濃度変化を表現するこ
   とを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】　　前記光スポツトの走査方向と垂直な方
   向のスポツト径（１／ｅ２）は、前記線状パターン周期
   の０．６〜１．２倍であることを特徴とする請求項１記
   載の画像形成装置。
3. 【請求項３】　　前記パターンの巾は、所定周期で発生
   する光スポツト発光信号パルスの巾によって制御される
   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】　　前記パターンの巾は、光スポツトの光
   強度によって制御されることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】　　前記光スポツトの走査方向のスポツト
   径（１／ｅ２）は前記光スポツト発光信号の周期に対応
   する走査距離の０．６〜１．６倍であることを特徴とす
   る請求項３記載の画像形成装置。