JPH05188338A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハイライト部における濃度及び階調を安定に
形成する。 【構成】 レーザ光源２１の発光時間を画像データの階
調情報に基づいて制御する発光時間制御回路３０、出射
される光ビームが通過する空間領域に配置される位相格
子２７および光ビームの回折光を該位相格子の格子の生
成と消滅によって制御する位相格子制御回路４０とを備
え、光ビームはコリメータレンズ２２で平行光にされた
後に、位相格子にて回折光の生成が制御され、この位相
格子を通過することにより０次光と多次（１次以上）の
回折光とに分かれる。それぞれの光ビームの強度は位相
の変化をうける領域の割合に応じて連続的に変調される
為、ビーム径が細く絞り込まれる。またビームプロファ
イルの多次光成分によるサイドロープの影響が現れたと
きは、印加電圧を制御して光ビームをもとのガウシアン
に近づけ、かぶりを取り除くことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームを用いた
デジタルゼログラフィ方式のハイライト部における濃度
及び階調を安定に形成できる画像形成装置に係り、特に
微小なレーザスポットを得るのに好適な光書込み装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】高速かつ高印字品質を提供できる記録方
式としてデジタルゼログラフィ方式にプリンタや複写機
がすでに利用されている。これらのプリンタや複写機は
文字や画像データに基づき感光体上の予め決められた場
所の２次元情報として、オン／オフの２値の情報が与え
られる。かかる方式を用いてハーフトーン画像を記録す
る場合、従来からディザ法や濃度マトリックス法などが
よく利用されてきた。これらの方法はアルゴリズムも比
較的簡易かつ低コストであるため、普及機の技術として
採用されている。

【０００３】一方、より記録密度の高い、高画質な画像
形成には、記録画素１ドットあたりに印加される記録時
間を制御する方法が実用化されている。この記録時間制
御によれば、１画素毎のドットの面積変調が可能とな
り、従来よりも安定して階調のステップを刻むことが可
能になる。また合わせて高記録密度を達成できる可能性
を有する。図８はゼログラフィ方式のプリンタ機構部を
示している。プリンタ機構部は、矢印方向に回転する感
光体１を備え、この感光体１周囲の回転方向に順次設け
た帯電コロトロン２、現像器３、転写コロトロン４、ク
リーナ５、イレイズランプ６及びレーザＲＯＳ（Raster
Output Scanner）等により構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】露光技術としてレーザ
を用いた場合、ビームプロファイルはガウシアンで与え
ることができる。実際の露光プロファイルはレーザ光源
の発光時間とのコンボリューションとなる。このとき、
図９および図１０に示すように、発光時間が短い、つま
りドットの面積率が低い場合には、発光時間によって露
光面積だけでなく露光強度も変化する領域（強度変調領
域）が必ず存在する。特にビーム径（１／ｅ²）が印字
ピッチに対して大きい場合は、強度変調領域，Ｉ／Ｉｓ
＞１.０が図中のように広くなってしまい、発光時間
に対する記録面積の非線形領域が広がることになる。強
度変調領域は、理論的には無限小のビーム径のときにの
みなくなる性質のものであり、実用上は必ず存在してし
まう。したがって、図中の傾きを大きく、すなわちド
ット面積率を小さくして強度変調領域をできるだけ減ら
すことが忠実なハイライト部分の再現性、記録安定性に
とって重要となる。

【０００５】一般に、ビーム径（ｄ）はレーザ光源波長
に（λ）に比例し、集光レンズの開口数（ＮＡ）に反比
例（ｄ∝λ／ＮＡ）するが、開口数は使用するレーザダ
イオードのファーフィールドパタンの形や光学系スペー
スなどの制約から現状以上に大きくすることが難しい。
光源波長についても実用的な構成では可視光半導体レー
ザを用いた高密度が検討されている程度である。また補
正光学系を付加してビームを絞り込む方法が一部で採ら
れたが、この方法によって細いビームを作り出すには光
学系のコストが高価になる。

【０００６】一方、ビーム径を細くするために、超解像
を用いた幾つかの提案がなされている（特開平２−２２
２９１８号、特開平２−２２２９１９号、特開平２−２
９２７４２号、特開平２−２９４９４８号）。これらの
提案によれば、光の利用効率では従来の超解像を発生さ
せるための遮光帯を用いるものに比べて高くなる。しか
し、ゼログラフィプロセスに応用した場合は、環境変動
や経時変化に伴うプロセス特性の変化によってビームプ
ロファイルの多次光成分によるサイドロープの影響で背
景部がかぶり易くなり、ひどいときには画像欠陥が生じ
るという問題が発生した。本発明の目的は、上記の問題
点に鑑み、ハイライト部における濃度及び階調を安定に
形成できるようにした画像形成装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明はレーザ光源と、該レーザ光源から出射され
た光ビームを感光媒体に対して相対的に走査するビーム
走査手段と、該光ビームを集光して感光媒体上に所定の
大きさのビームスポットを形成する集光手段とを備えた
画像形成装置において、前記レーザ光源の発光時間を画
像データの階調情報に基づいて制御する発光時間制御回
路と、該発光時間制御回路から出射される光ビームが通
過する空間領域に配置される位相格子と、前記光ビーム
の回折光を該位相格子の格子の生成と消滅によって制御
する位相格子制御回路とを備えたことを構成とする。上
記位相格子は電気光学効果を有する結晶中に形成された
屈折率の周期的変化による位相格子である。上記位相格
子制御回路は位相格子に印加する電圧によって回折光の
０次光と１次以上の光の割合を連続的に可変可能に構成
されている。

【０００８】

【作用】レーザ光源から出射された光ビームは平行光に
された後に、位相格子制御回路により格子生成信号に応
じた制御信号を位相格子に出力し、入射光に対する回折
光の生成と消滅が制御される。光ビームは位相格子を通
過することにより０次光と多次（１次以上）の回折光と
に分かれる。それぞれの光ビームの強度は回折の度合
い、つまり位相の変化をうける領域の割合に応じて連続
的に変調される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。なお、実施例は本発明を適用した記録装置
である。図１は光書込み装置の概念構成図を示してい
る。レーザＲＯＳは、図８の右上から感光体１にレーザ
光を照射する。このレーザＲＯＳは、図１に示すよう
に、半導体レーザ２１、コリメータレンズ２２、ポリゴ
ンミラー２３（走査手段）、ｆθレンズ２４（集光手
段）および位相格子２７から構成されている。半導体レ
ーザ２１は、画像読取り装置やコンピュータからの印字
信号に基づく階調信号が発光時間制御回路３０により変
調されてオンオフを行い感光体１を露光する。位相格子
２７は、よりシャープなビーム径を得るための手段とし
て用いられており、位相格子制御回路４０により印加さ
れる電圧に応じて光ビームが制御される。すなわち、レ
ーザ光源から出射された光ビームは、コリメータレンズ
２２で平行光にされた後に、位相格子２７にて回折光の
生成が制御される。光ビームは、位相格子を通過するこ
とにより０次光と多次（１次以上）の回折光とに分かれ
る。それぞれの光ビームの強度は回折の度合い、つまり
位相の変化をうける領域の割合に応じて連続的に変調さ
れる。

【００１０】本実施例によれば、光ビームを強度変調に
よって超解像を用いてλ／ＮＡで決まるビーム径よりも
細く絞り込むことが可能になる。また環境変動や経時変
化に伴ってプロセス特性が変化し、ビームプロファイル
の多次光成分によるサイドロープの影響で背景部がかぶ
りやすくなったときに、印加電圧を制御することによっ
て光ビームをもとのガウシアンに近づけ、かぶりを取り
除くことができる。

【００１１】次に電気光学結晶を位相格子として用い、
結晶内部での光ビームの全反射を応用したデバイスによ
る光ビームの絞り込みについて説明する。図４は発光時
間制御回路の構成を示している。

【００１２】レーザ光源２１は、例えば780ｎｍ程度の
発光波長をもつ半導体レーザであり、発光時間制御回路
２６によって駆動される。発光時間制御回路２６おい
て、画素ごとの８ビットの階調信号であるビデオデータ
（Video Data）は、Ｄ／Ａコンバータ３１によってアナ
ログ信号に変換される。このアナログ信号は次の処理タ
イミングを図るために一旦バッファ３２に格納される。
コンパレータ３３は三角発生回路３４によって発生され
た三角波とバッファ３２から取り込んだアナログ信号を
比較して、階調情報に対応した発光時間（パルス幅）を
変換する。すなわち、８ビットの階調データは256とお
りのパルス長に変換される。このパルスはバッファ３５
に一旦格納される。ＬＤドライバ３６は処理タイミング
に合わせてバッファ３５からパルスを取り込んでレーザ
ダイオード（laser Diode：ＬＤ）を駆動する。なお、
３７はコンパレータ３３でのアナログ信号と三角波の比
較タイミングを一致させるための基準クロック発生源で
ある。

【００１３】ＬＤから出射されたビームは、コリメータ
ーレンズ２２によって平行光にされる。図２において、
平行光にされたビームはシリンドリカルレンズ２８によ
って図３（Ａ）に示すＢーＢ’線でのレーザプロファイ
ルとなるようにＸ軸方向に集光される。集光されたビー
ムは、電気光学結晶からなるデバイス（位相格子）２７
の鏡面研磨された側面２７ａから所定の角度をもって入
射し、デバイス内部の位相格子が形成される領域にあた
る内面２７ｂで最もビーム径が絞られ、該内面２７ｂで
全反射し、さらに鏡面研磨された他方の側面２７ｃから
出射する。

【００１４】図５は位相格子制御回路の構成を示してい
る。位相格子制御回路４０は、コンパレータ４１で入力
された格子生成信号に基づいて画像濃度検出装置１０か
らの信号を補正データとして比較を行いドライバ４２に
信号を渡す。ドライバの出力端は位相格子２７の千鳥状
電極２７ａに接続されており、この電極２７ａにコンパ
レータ４１からの信号に応じた直流電圧を印加すること
により位相格子２７を駆動する。図６は位相格子２７の
電極２７ａと入射光との関係を示している。位相格子が
駆動すると、図６に示すように、入射光は電極に印加さ
れた電圧に応じて変調される。図７は位相格子への印加
電圧とビーム出力の０次光と１次光の成分の関係を示し
ている。このように位相格子により強度変調されてビー
ム径が絞られた光ビームは、レンズ２９によって集光さ
れ、ポリゴンミラー２３で走査される。ポリゴンミラー
２３により走査された光ビームは、ｆθレンズ２４を通
して感光体１上に照射される。このときの露光プロファ
イルは、図１および２のＣーＣ’線に示すもので、光ビ
ームは図３（Ｂ）に示すように０次光（図示“ａ”）の
両側に１次の回折光（図示“ｂ”）を有し、この０次光
のレーザプロファイルは図３（Ａ）に示すＢーＢ’線で
のレーザプロファイルに比べてビーム径が絞られてい
る。

【００１５】次に、位相格子の構造について詳しく述べ
る。位相格子の材質は、１次の電気光学効果（ポッケル
ス効果）を有する結晶で、例えばＬｉＮｂＯ_３が用いら
れる。結晶の主面方位はＹ面であり、そのＹ面上にＺ軸
方向に電界が加わるように交差指状のアルミニウム電極
２７ａ（幅２０μｍ，ピッチ４０μｍ）列が形成されて
いる。ここでは電極の数を２７本とする。電極は、Ｌｉ
ＮｂＯ_３基板上に着膜したアルミニウム薄膜をフォトリ
ソグラフィによりパターニングし、エッチングして作製
される。結晶のＸ軸方向に沿って入射したビームは、電
極が形成されている位置の内側の面で全反射する。結晶
に入射するビームの偏向方向は、Ｚ軸方向に成ってい
る。本実施例の電極は、図５に示すように、個別に電圧
が印加できるように独立に引き出されている。電極配線
は、熱圧着によってＦＰＣ（Flexible Printed Circui
t）と接続され、位相格子制御回路４０のドライバ４２
からの直流電圧による制御信号が入力される。以下に、
結晶中におけるビームの挙動について述べる。

【００１６】入射したビームが結晶内面で全反射すると
きの角度条件は、ＬｉＮｂＯ_３の屈折率（ｎ＝２.２）
から決められる。この場合、結晶内部反射面への入射角
θがθ＝ｓｉｎ^−１（１／２.２）＝２７deg以上であれ
ば、光損失がなく全反射することになる。結晶内部の電
極面近傍には、電圧を印加すると電界が形成される。こ
の電界の形成部分は、電気光学効果によってＺ方向に屈
折率の変化を生じる。この屈折率の変化は、電界のかか
らない電極面上には起こらず、電極間のみで起こるた
め、電極のピッチに応じた周期で形成される。したがっ
て、電界の形成部分を通過するビームに、電極のピッチ
に応じた周期を持った位相の変化を生じさせる。即ち、
位相格子として作用するわけである。位相格子を通過し
たビームは回折を生じる。ビームが電極に対して平行入
射した場合はラマン・ナス回折が生じ、ビームは０次光
の他に、１次光以上の多次光も発生する。

【００１７】このデバイスにおいて、回折の効率は印加
する電圧を調節して制御する。即ち、電圧を印加した場
合、入射するビームはそこに生じた格子によって回折さ
れ、多次光成分と０次光成分に分かれるが、電圧を印加
してない場合のビームは位相の変化を受けず素通するた
め、０次光成分のみとなる。これらの回折の度合いを外
部からの制御信号によって変化させ、ビームのメインロ
ープとサイドロープの割合を調整した。制御信号として
直流電圧５−５０Ｖを印加した。この信号は既知の方法
によって感光体の表面電位測定装置より検出されるバッ
クグラウンド電位、もしくは濃度計によるバックグラウ
ンド部分のかぶりを検出して画像上欠陥が現れないよう
にビーム径を細かくするようにフィードバックをかけ
た。その結果いずれの検出方式においてもハイライト部
における良好な濃度、階調の安定再現を確認することが
できた。

【００１８】

【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、位相格
子を用いたことにより、微小なレーザスポットが得られ
るため、ハイライト部における濃度および階調を安定に
形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の画像形成装置における光書込み装置
の概略構成図である。

【図２】 位相格子の機能を説明する図である。

【図３】 レーザ光のプロファイルを説明する図であ
る。

【図４】 発光時間制御回路のブロック図である。

【図５】 位相格子制御回路のブロック図である。

【図６】 位相格子の断面図である。

【図７】 印加電圧とビーム出力強度の関係を示す図で
ある。

【図８】 画像形成装置としての記録装置の概略構成図
である。

【図９】 記録時間制御による変調方式を説明する図で
ある。

【図１０】 パルス幅変調時の露光プロファイルの模式
図である。

【符号の説明】

１ 感光体、２ 帯電コロトロン、３ 現像器、４ 転
写コロトロン、５ クリーナ、６ イレイズランプ、２
１ 半導体レーザ、２２ コリメータレンズ、２３ ポ
リゴンミラー（走査手段）、２４ ｆθレンズ（集光手
段）、２７ 位相格子、３０ 発光時間制御回路、４０
位相格子制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 26/02 Ｇ 9226−2Ｋ 27/42 9120−2Ｋ Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４ Ａ 7251−5Ｃ 1/23 １０３ Ｂ 9186−5Ｃ (72)発明者 新井 和彦 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、該レーザ光源から出射さ
   れた光ビームを感光媒体に対して相対的に走査するビー
   ム走査手段と、該光ビームを集光して感光媒体上に所定
   の大きさのビームスポットを形成する集光手段とを備え
   た画像形成装置において、前記レーザ光源の発光時間を
   画像データの階調情報に基づいて制御する発光時間制御
   回路と、該発光時間制御回路から出射される光ビームが
   通過する空間領域に配置される位相格子と、前記光ビー
   ムの回折光を該位相格子の格子の生成と消滅によって制
   御する位相格子制御回路とを備えたことを特徴とする画
   像形成装置。
2. 【請求項２】 前記位相格子が電気光学効果を有する結
   晶中に形成された屈折率の周期的変化による位相格子で
   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】 前記位相格子に印加する電圧によって回
   折光の０次光と１次以上の光の割合を連続的に可変可能
   にしたことを特徴とする画像形成装置。