JPH071761A - プリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高品質のグレイスケール出力を得るための装
置、方法に関する。 【構成】感光ドラムへのレーザビームは所定シーケンス
でパルス化されると共に、パルス幅変調される。ドラム
に与えられるトナーの量は、レーザ光の照射レベルに比
例するので、ドラムのピクセル領域へのレーザ光の時間
間隔を制御することにより、プリント媒体へのトナーの
寸法を変えることができる。レーザ光を変調することに
より、比例されるドットの寸法を正確に制御することが
でき、よって連続的なシューディング、ハーフトーンを
発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子プリンタからグレ
イスケール出力を得るための方法及び装置に関するもの
である。本発明は、特に、大きさが種々異なる印刷ドッ
トの群よりなる「スーパーピクセル」を形成すると共
に、紙に対して静電インクを選択的に印加する光導電ド
ラムを照射する駆動信号を変調することにより様々な大
きさのドットを形成することによって、高品質のグラフ
ィックス出力を得るための様々なグレイ濃度を作り出す
技術に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその問題点】従来のインクジェットプリン
タ及びレーザプリンタが直面する問題の１つは、「２
値」印刷出力しか発生することができないということで
ある。言い換えると、従来のインクジェットプリンタ及
びレーザプリンタは、インクまたはトナーの小さい点を
紙上のある部分へ印加するか、あるいは印加せずにその
紙上の部分を空白のままに保つことにより印刷出力を得
る。写真のような複雑なグラフィック画像は、白黒の両
極端の間にある中間グレイ濃度を印刷するより精緻な技
術を必要とする。従来のプリンタにおいては、連続調の
グレイ濃度をうるために印刷ドットの物理的大きさを変
えることが行われている。例えば、新聞においては、写
真は大きさの異なる多数のインクドットで構成される。
これらのドットは互いに離散状をなすにもかかわらず、
人間の目には、これらのドットサイズまたは密度が混合
されて、一まとまりの画像として映る。

【０００３】従来の電子プリンタは、文字や記号のよう
な簡単な形状の印刷出力については十分高度な性能が得
られるが、より複雑なグラフィックス出力が要求される
場合は、一般に十分ではない。コンピュータユーザによ
って電子機器のより多くの用途が見い出されるにつれ
て、より高度で汎用性のある電子プリンタに対する需要
が増大し続けている。このように、高品質のグレイスケ
ールを得ることが可能な高精度でコスト効率のよいプリ
ンタを設計するという問題は、電子プリンタ技術分野の
設計者や開発技術者に大きな挑戦の機会をもたらすに到
った。最新のインクジェットまたはレーザ技術を用いて
作ることが可能な、耐久性にすぐれ、しかも強力なグレ
イスケールプリンタが開発されるならば、それはコンピ
ュータ周辺機器産業における一大技術進歩をなすものと
言えよう。そのような革新的装置を用いて性能の改善が
達成されるならば、当技術分野で長年痛感されてきた必
要が満たされると共に、印刷機器メーカーにとっては多
大の時間と経費の節減が可能になるものと思われる。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、グレイスケール電子印
刷システムにおいて、レーザプリンタ技術を用いたグレ
イスケール印刷の品質を改善することである。

【０００５】

【発明の概要】改善された印刷品質は、印刷サイクル中
に紙に印加されるインクドットの大きさを正確に制御す
ることによって達成される。印刷されたインクドットの
大きさは、本発明を実施するために用いられる電子プリ
ンタの光源を駆動する変調信号（変調された信号）の幅
によって決まる。

【０００６】本発明の実施例は、回転する感光帯電ドラ
ムを持つレーザプリンタよりなる。ドラムが回転するの
に合わせて、レーザビームがラスタ方式によりドラム表
面を端から端まで走査される。レーザビームがドラム上
の点を照射すると、ドラムの表面電位が変化する。そし
て、トナーと呼ばれる静電インク材が帯電ドラムへ吹き
付けられ、レーザ光に露出されたドラムの部分へ吸引さ
れる。トナーは、その後紙へ転写され、ローラとヒータ
によって紙に定着（融着）される。トナーと紙は、走査
レーザビームによって回転ドラム上に書かれた静電像に
対応する永久印刷されたページを形成する。本発明は、
レーザビームによって生じるパルスの幅を変調すること
により従来の電子プリンタを改良したものである。ドラ
ムに付着するトナーの量は、ドラム表面を端から端まで
走査されるレーザ光の照度（すなわち単位面積当たりの
露光量）に比例するので、ドラム上のピクセルエリア上
におけるレーザビームの持続時間を制御することによっ
て、印刷出力中に可変サイズのトナースポットが形成さ
れる。これらの制御可能な可変サイズのトナースポット
によれば、一様な大きさの印刷ドットしか用いない従来
の電子プリンタでは一般に得ることができず、通常達成
不可能であると見なされているシェーディングあるいは
ハーフトーニングが可能である。本発明は、レーザプリ
ンタでも発光ダイオードプリンタでも実施することがで
きる。以下、本発明を添付図面に示す実施例によりさら
に詳細に説明する。

【０００７】

【実施例】図１（ａ）は、本発明を実施するのに用いる
ことができる、電子印刷技術の当業者には周知のレーザ
プリンタ１０の一部を示す概略斜視図である。円筒状の
感光ドラム１１は、モータ（図示省略）によって駆動さ
れ、矢印１２で示す向きに回転する。ドラム１１は、金
属製で、通常光導電性有機材料がコーティングされてい
る。印刷プロセスの間、ドラム１１は、常時回転してお
り、１印刷ベージ当たり数回転することもある。像をプ
リントの所与の部分に生じさせるには、その前にドラム
を物理的にそして静電的に掃除することにより、ドラム
の静電面１３を所望の静電像を保持するよう処理しなけ
ればならない。物理的掃除は、前サイクルで残った粒子
をドラム１１から残渣溜め中へかき落とすゴム製のクリ
ーニングブレード（図示省略）によって行われる。その
後、回転ドラム１１は、その表面の上方に設けられたク
リーニング／消去部１４中の消去ランプによって静電的
に掃除される。これらの消去ランプは、ドラム１１の感
光材料（光導電材料）を照射し、それまでドラム１１上
にあった電荷を中和する。このように掃除された静電ド
ラム（回転ドラム）１１の表面１３は、次いで一様に負
電荷を印加することにより条件付けられる。この負電荷
は高圧のコロナ電荷発生器１６によって印加される。回
転トラム１１は、その感光材料をコロナ電荷発生器１６
により形成される電離領域に通す。この電離領域では、
負電荷がコロナ電荷発生器１６からドラム１１の表面へ
移動する。コロナ電荷発生器１６の所を通って回転した
ドラム１１は、その表面１３に一様に分布したマイナス
６００ボルトの電位を与えられる。書込み時には、レー
ザビーム１８を用い、光導電ドラム１１の表面１３の選
択された部分にレーザ光の焦点を合わせることによっ
て、その選択された領域におけるドラムの表面電位を放
電させる。レーザビーム１８は、小さな固体半導体レー
ザダイオード１９によって発生し、回転多面鏡ホイル２
０によってドラム１３の表面を端から端まで走査され
る。ドラム１１の表面１３上には、レーザ光（レーザビ
ーム）１８によってドラム１１を放電させることによっ
て静電パターンが形成され、この静電パターンは続いて
トナー２７と呼ばれる静電インクを用いて紙に転写され
る。

【０００８】レーザビーム１８は、単に電源を交互に断
続することによってパルス状にオンオフ駆動される。ダ
イオード１９より発生したレーザ光１８はコリメータレ
ンズ（図示省略）によって明確な断面輪郭を有する平行
光線ビームとなり、円柱レンズ（図示省略）により多面
走査鏡２０に焦点を合わせて入射する。走査鏡２０は、
６つの面を持ち、スキャナモータ（図示省略）によって
一定速度で回転する。走査鏡２０の回転に伴い、レーザ
ビーム１８は、ドラム表面１１を矢印２３で示す向きに
端から端まで掃引する。掃引レーザビーム１８は、ドラ
ム表面１１に水平線に沿って焦点が合わせられる。ドラ
ムが回転する一方でレーザビーム１８はドラム１１のほ
ぼ全長にわたって掃引し、ドラム表面１３は、その全面
がラスタパターンに従いレーザビーム１８に露光され
る。走査鏡２０を回転させるスキャナモータの速度とド
ラム１１を回転させる主モータの速度は、同期してお
り、ビームはレーザビーム１８の相続く各掃引毎に１／
３００インチだけドラム１１の表面を下方に移動する。
レーザ（ダイオード）１９は、ドラム上の水平線に沿っ
た水平方向の１／３００インチ毎に小さな光点を照射す
る変調パルスを得るために高速でオンオフ駆動される。
このシャッタ効果は、ドラムの動作と組合わさって、ド
ラム表面の１平方インチ当たり縦３００ドット、横３０
０ドットの画素またはピクセルのパターンを生じさせ
る。

【０００９】レーザビーム１８がドラム１１を端から端
まで走査した後においては、不可視の静電潜像がドラム
表面（感光面）１３に形成されている。レーザビーム１
８に露光されなかったドラム表面１３の部分は前と同じ
くマイナス６００ボルトの電位にあるが、レーザ光に露
光された部分は、約１００ボルトまで放電されている。
ドラム表面１３の各部が現像部２４の内側を通過する
際、ドラム表面１３にはトナー２７と呼ばれる現像剤が
ふりかけられる。現像部２４は、光導電ドラム１３上の
静電潜像を可視像に変える。

【００１０】トナー２７は、鉄粒子に結合された黒色プ
ラスチック樹脂よりなる粉末状物質である。トナー２７
中の鉄は、長さ方向に沿って設けられた永久磁石（図示
省略）を有する金属製の回転帯電シリンダへ吸引され
る。トナー２７のプラスチック粒子は、負の直流バイア
ス電源に接続された帯電シリンダに対してこすることに
よって負の表面電荷を得る。トナー２７は、ドラム表面
１３にふりかけられるとき、このマイナスの静電荷によ
って、ドラム表面１３のうちレーザ光１８に露光された
領域へは引きつけられると同時に、レーザ光に露光され
なかった領域からは反発される。また、トナー粒子が磁
石の吸引力に打ち勝とうとする作用をさらに助長し、か
つレーザビーム１８によって露光あるいは放電されなか
ったドラム表面１３の領域からトナー粒子２７を再度帯
電シリンダへ引き戻すために、金属製帯電シリンダには
高圧交流信号が印加される。この交流信号は、帯電シリ
ンダとドラム１１の間の電場の力と方向を高速で変化さ
せ、帯電トナー粒子２７に高周波振動力を生じさせる。
この力によって、ドラム表面１３の端部放電領域にある
トナー粒子は、確実に、ある程度の移動度を得、ドラム
表面１３上のより大きく放電した領域の方へ少しずつ移
動するのに必要な運動量を持つことができる。

【００１１】転写部２８Ａは、ドラム表面１３上のトナ
ー２７像を紙２６に転写する。紙２６は、ドラム表面と
接触し、これと同じ速度で移動する。紙２６は、矢印２
９によって示す向きに移動する。転写部２８Ａは、ドラ
ム１３から紙２６へ現像された可視像を転写する。紙２
６がドラム１３と接触する側と反対側の紙表面には、コ
ロナアセンブリ（図示省略）によって正電荷が発生す
る。紙２６上のより強力な正電荷は、ドラム１１の表面
から負の帯電トナー粒子２７を引きはがす。あるいは、
コロナアセンブリの代わりに帯電ローラを用いてもよ
い。ローラ及び熱源を含む定着部２８Ｂ及び２８Ｃは、
トナー２７を溶解し、これを熱と圧力によって強制的に
紙２６に押し込んで、永久印刷されたページを形成す
る。

【００１２】図１（ｂ）は、本発明を実施する際に用い
ることが可能な上記実施例とは異なる発光ダイオードプ
リントヘッド３０を示す。この発光ダイオードプリント
ヘッド３０は、電子印刷技術の当業者にとって周知のも
のであり、サブストレート３２、及びドライバチップ３
６に結合された個別型発光ダイオード（ＬＥＤ）３４の
アレイを有する。このプリントヘッド３０は、図１
（ａ）に示すプリンタ１０のレーザダイオード１９及び
走査鏡２０に代えて用いることができる。これらの発光
ダイオードは、ドラム１１の回転に伴ってドラム表面１
３の小さい部分を照射するようにドラム１１に近接して
配置されている。

【００１３】図２（ａ）は、光導電ドラム１１が強力な
平行光線ビーム１８によって照射されたときに生じる光
導電体ドラムの表面電位の変化を表すグラフを曲線３８
で示す。図２（ｂ）は、光導電ドラム１１に入射するビ
ーム１８の輝度の変化に対して印刷濃度の変化をプロッ
トした曲線４０を示す。

【００１４】図３（ａ、ｂ及びｃ）は、標準的ドットマ
トリックス印刷の一般原理を図解したものである。図３
（ａ）には、紙上のインクドットのパターン４２が示さ
れている。各ドット４４は、ピクセル４６と呼ばれるマ
トリックス中の１つの正方形区画を占有する。図１
（ａ）に示すレーザプリンタを用いて図３（ａ）に４８
で示すような連続した４つのドットからなる線を描く場
合、制御信号は、レーザ１９をして図３（ｂ）に示すパ
ターンのような露光パターン５０をドラム表面１３に生
じさせるようドラム１１を走査せしめる。すると、この
露光パターン５０は、ドラム表面電位とも呼ばれる図３
（ｃ）に示すようなドラム電圧５２を印加し、この電位
は最終的には紙のような印刷媒体へ転写され、印像とし
て定着される。図４は、本発明において用いられるスー
パーピクセルの概念を導入する場合を図解したものであ
る。図３の場合と全く同じように、図４（ａ）、（ｂ）
及び（ｃ）は、それぞれピクセル５８中のドット５６の
パターン５４、露光パターン６０、及びドラム電圧６２
を示す。図４と図３の違いは、図４においては、４つの
ピクセルを１つのスーパーピクセルとしてまとめること
によって形成される「スーパーピクセル境界」６４と呼
ばれる境界が追加されていることである。スーパーピク
セル６６中のピクセル５８の数は何個でもよいが、この
実施例においては、２×２個の通常のピクセルよりなる
スーパーピクセルが用いてある。

【００１５】図５は、本発明において用いられる変調プ
ロセスを図解したものである。図５（ａ）は、スーパー
ピクセル境界７２内の各ピクセル７１に印刷された大き
さの異なる多数のドット７０よりなるドットパターン６
８を示す。図３及び４に示す均一な大きさのドット４４
及び５６の場合は、単にピクセル４６あるいは５８中に
あるかないかだけである。これら単一の大きさの各ドッ
ト４４または５６の役割は、本質的に２値印刷の役割で
ある。これに対して、

【００１６】図５に示すドット７０の機能は、全く異な
る。変調ドラム電圧７８を作る変調駆動信号に応じて、
各ドット７０は、図３及び図４に示す均一な大きさのド
ットより小さくなったり、大きくなったり、可変自在で
ある。図５（ａ）中の最後のドット線７４は、図５
（ｂ）及び５（ｃ）に示す露光レベル７６及びこれに対
応するドラム電圧７８によって形成されたものである。
露光レベル７６において持続時間が長い、すなわちパル
ス幅が大きいと、それだけでドラム電圧７８は低くな
る。ドラム電圧７８が低いと、それだけ多くのトナー２
７が感光ドラム１１に吸引され、より大きいドット７０
が形成される。

【００１７】図６は、全体を８０で示す本発明の電子グ
レイスケール印刷システムの実施例において用いられる
回路群のブロック図である。この実施例のシステム８０
は、制御論理部８２、ページフォーマットメモリ８４、
マルチラインバッファメモリ８６及び８８、デジタルア
ナログ（Ｄ／Ａ）変換器９０、パルス幅変調器９２、及
び印刷エンジン制御システム９４よりなる。また、図１
に示したようなレーザダイオード１９が用いられてい
る。システム８０には、グレイスケールドキュメントス
キャナ９６、及びパーソナルコンピュータ（ＰＣ）／イ
メージングソフトウェア９８が周辺機器として接続され
ている。ページフォーマットメモリ８４には印刷のフォ
ーマットを決定する命令が記憶されている。制御論理部
８２は、フォーマットメモリ８４に記憶されたデータを
バッファメモリ８６及び８８を転送する。メモリ８６及
び８６からのデータは、パルス幅変調器（ＰＷＭ）９２
を駆動するＤ／Ａ変換器９０によって処理される。ＰＷ
Ｍ９２は、レーザ１９をオンオフ駆動することにより制
御して一連のパルスを生じさせる駆動信号９３を発生
し、これら一連のパルスは最終的には変調された、すな
わち可変サイズのドット７０を生じさせる。また、制御
論理部８２は、印刷エンジン制御システム９４の動作を
統御し、印刷エンジン制御システム９４は、ドラム１１
及び走査鏡２０を回転駆動するモータの動作及びＤ／Ａ
変調器９０とＰＷＭ９２の動作を制御する。パーソナル
コンピュータ９８及びドキュメントスキャナ９５は、印
刷システム８０に入力像を供給するために用いることが
できる。制御論理部８２は、フォントと呼ばれるドット
パターンを記憶するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）か
らデータを検索することができる中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）を具備している。レーザプリンタの外面に設けたソ
ケット（図示省略）にＲＯＭカートリッジを差し込んで
他のフォントを追加することも可能である。ＣＰＵは、
プリンタとパーソナルコンピュータ９８のような外部装
置との間の通信を制御する。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
による印刷品質の改善は、特にグレイスケール印刷品質
の改善は、印刷ドットの大きさを正確に制御することに
より達成される。そしてドットの大きさはレーザビーム
によって生じるパルスの幅を変えることにより行われ
る。これにより可変サイズのスポットを作ることがで
き、シェーディングやハーフトーンの発生が容易とな
る。よって、この技術をプリンタに使用すれば、極めて
高品質の印刷が可能となり、高性能のプリンタを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】図１ａは一般的なレーザプリンタの概略図で
ある。

【図１ｂ】図１ｂは一般的なＫＥＤプリンタの概略図で
ある。

【図２ａ】図２ａは感光ドラムが光ビームの照射される
ときに生づるドラムの表面電位の変化を示した特性図で
ある。

【図２ｂ】図２ｂは感光ドラムに入射する光の濃度と印
刷濃度との関係を示した特性図である。

【図３ａ】図３ａは従来のプリンタにおける印刷ドット
を示した図である。

【図３ｂ】図３ｂは従来のプリンタにおける露光状態を
示した図である。

【図３ｃ】図３ｃは従来のプリンタにおけるドラム電位
を示した図である。

【図４ａ】図４ａは本発明によるスーパーピクセルの概
念を示した図である。

【図４ｂ】図４ｂは本発明によるスーパーピクセルの概
念を示した図である。

【図４ｃ】図４ｃは本発明によるスーパーピクセルの概
念を示した図である。

【図５ａ】図５ａは本発明による変調技術の概念を示し
た図である。

【図５ｂ】図５ｂは本発明による変調技術の概念を示し
た図である。

【図５ｃ】図５ｃは本発明による変調技術の概念を示し
た図である。

【図６】図６は本発明のプリンタにおける電子グレイス
ケール印刷を行う部分のブロック図である。

【符号の説明】

１０：レーザプリンタ、１１：ドラム、１３：ドラム表
面、１４：洗浄・消去部、１６：高電圧荷電部、１８：
レーザビーム、１９：レーザ、２６：紙、２７：トナ
ー、３０：ＬＥＤプリントヘッド、３６：ドライブチッ
プ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１ａ】

【図１ｂ】

【図２ａ】

【図２ｂ】

【図３ａ】

【図３ｂ】

【図３ｃ】

【図４】

【図５】

【図６】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に静電像を形成する感光手段と、光ビ
   ームを前記表面に照射し前記表面の電位を変化させる光
   照射手段と、前記表面上に静電潜像を作る現像部と、印
   刷媒体にインク媒体を与える転写部と、前記インク媒体
   を前記印刷媒体に定着させる定着部と、前記光照射手段
   に結合されて前記光照射手段に与えられる一連のパルス
   信号の幅を制御する手段とを含むプリンタ。
2. 【請求項２】前記光照射手段はレーザダイオードおよび
   光走査手段を有する請求項１に記載のプリンタ。
3. 【請求項３】前記光照射手段は複数個の発光ダイオード
   を含むプリントヘッドを有する請求項１に記載のプリン
   タ。
4. 【請求項４】所望の印刷ドットの大きさに対応する時間
   間隔を有する駆動信号を発生すること、前記駆動信号に
   よって制御された時間間隔を有する光ビームで回転感光
   ドラムを露光すること、前記照射により定まる電位を有
   する前記ドラムの表面に静電インク媒体を供給するこ
   と、前記ドラムから印刷媒体に前記インク媒体を転写す
   ることを含み、グレースケールを発生するされるように
   したグレイスケール印刷方法。