JPH0943944A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームスポット径を小径化して画像濃度と階
調性を保ちつつ、画像再現性をより向上させて高精細、
高画質の画像を得る。 【解決手段】 感光ドラム３は、低光量において光感度
および電位減衰量が小さく、光量の増加に伴って光感度
および電位減衰量が増加する感度区間を有する光量−帯
電電位減衰特性のものを用いる。そして、この光量−帯
電電位減衰特性とレーザドライバ２０からのビームスポ
ットの光量分布とを積算して電位潜像を得る。さらに、
入力画像信号の信号範囲Ｄ１を、これより小さい信号範
囲Ｄ２に圧縮した後に、信号範囲Ｄ１に対しての誤差拡
散による多値化画像処理を信号範囲Ｄ２に適用して誤差
拡散法の途中までのパターンを用いて出力することで、
画像濃度を適切に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を採
用したレーザビームプリンタ、複写機などの画像形成装
置に係り、例えばフルカラープリンタなどに用いられる
ようなデジタル信号を画像情報として扱う画像形成装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置において、高速かつ低騒音
プリンタとして、電子写真方式を採用したレーザビーム
プリンタが知られている。このレーザビームプリンタ
は、像担持体にレーザビームを当てるか当てないかの２
値記録により、文字、図形などの画像を形成するように
したもので、文字、図形などの記録であれば、中間調を
記録する必要がなく、簡易な構造とすることができる。

【０００３】ところで、このような２値記録方式のプリ
ンタであっても、ディザ法、濃度パターン法などの面積
階調による中間調再現法を採用することにより中間調を
表現できるが、ディザ法、濃度パターン法などを採用し
たプリンタでは高解像度が得られないという問題点があ
った。

【０００４】このため、近年、記録密度を低下させずに
高解像度を得つつ、各画素において中間調画素を形成す
るパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）の画像形成装置が提
案されている。このＰＷＭ方式の画像形成装置は、画像
信号によって、レーザビームを照射するパルス幅を変調
（ＰＷＭ）することにより中間調画素形成を行うもの
で、このＰＷＭ方式によれば高解像度かつ高階調性の画
像を形成でき、したがって特に高解像度と高階調性とを
必要するカラー像形成装置にはこの方式が欠かせないも
のとなっている。すなわち、このＰＷＭ方式によると、
１画素毎にビームスポットにより形成されるドットの面
積階調を行うことができ、記録すべき画素密度（記録密
度）を低下させることなく同時に中間調を表現すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＰ
ＷＭ方式の画像形成装置においても、さらに画素密度を
上げていくとビームスポット径に対して画素幅が相対的
に小さくなるため、各画素間でのコントラストが十分取
れず、また画素内でのＰＷＭ変調による階調も十分取る
ことができなくなるという問題点があるため、解像度向
上のためには、よりビームスポット径を小さくする必要
がある。また、ＰＷＭ方式に代えて画素密度を高めた上
で前述の濃度パターン法などを用いる場合や単純に２値
画像を形成する場合においても、よりビームスポット径
を小さくする必要がある。ここで、ビームスポット径を
小さくするためには、レーザ波長を短くし、入射光レー
ザ径を大きくする必要があるが、この方法を用いると、
高価なレーザを使用しなければならず、またレンズやス
キャナの大型化、高価格化を招き、また焦点深度も狭く
なるため、像担持体上の機械精度の限界により像担持体
上に画像ドットの安定形成が困難であるという問題があ
った。

【０００６】そこで、本発明は、上記のような課題を解
決するためになされたもので、ビームスポット径を小径
化して画像濃度と階調性を保ちつつ、画像再現性をより
向上させて高精細、高画質の画像が得られるようにした
画像形成装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る画像形成装置は、光源からの光ビー
ムを像担持体上にビームスポットとして結像し、該ビー
ムスポットを像担持体に対して相対的に走査して潜像を
形成するものであって、低光量において光感度および電
位減衰量が小さく、光量の増加に伴って光感度および電
位減衰量が増加する感度区間を有する光量−帯電電位減
衰特性を持つ像担持体を用い、かつ入力画像信号の信号
範囲Ｄ１を、これより小さい信号範囲Ｄ２に圧縮した後
に、信号範囲Ｄ１についての誤差拡散法による多値化画
像処理を信号範囲Ｄ２に適用して出力する出力手段を備
えたことを特徴とする画像形成装置により上記の問題点
を解決するものである。

【０００８】〔作用〕本発明の方式を用いることによ
り、像担持体の特性を用いて像担持体上における実質的
に有効なビームスポット径をより小径化することがで
き、かつこの効果を得るために、像担持体の帯電電位が
規定されてしまう場合においても電位コントラストおよ
び濃度の調整を効果的に行なうことができ、高解像度の
デジタル画像の再現性をより向上させて、高画質な画像
を得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。 〈実施の形態１〉図１（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）
は本発明の基本概念を説明するための特性曲線図、図２
は像担持体の光量と帯電電位との関係を示す特性図であ
る。

【００１０】まず、図１および図２に基づいて本発明に
おける原理・概念を説明する。

【００１１】本発明においては、図１（イ）に示される
ように低光量では光感度および電位減衰量が小さく、光
量の増加に伴って光感度および電位減衰量が増加する感
度区間を有する光量−帯電電位減衰特性（以下「Ｅ−Ｖ
特性」という）を持っている像担持体を使用する。この
ような特性を持つ像担持体については、例えば特開平１
−１６９４５４号公報などに記載されている。このよう
なＥ−Ｖ特性の像担持体を、図１（ロ）に示すガウス分
布を有するレーザビームにより感光することにより、レ
ーザビームにおける光量分布の低光量部分となる裾部分
が像担持体上では低感度域に対応する。このため、図１
（ハ）に示すように潜像電位において、ビームスポット
径を実質的に小さくすることが可能となる。

【００１２】ところで、このＥ−Ｖ特性による効果を得
るためには、適切な光量で露光する必要があり、またそ
の際にある程度高い帯電電位が必要となる。図１（ハ）
の潜像スポットの小径化は図１（イ）の特性における光
量が急激に低下する部分を用いている。そのため、図２
の像担持体特性に示す通り、ある程度高い帯電電位が必
要になり、従来の感光体のように現像濃度に必要な電位
コントラストに従って帯電電位を決めることが困難にな
る。そこで、以下の処理を用いることで、この濃度調整
の課題を改善する。

【００１３】すなわち、露光手段には、入力画像信号の
信号範囲Ｄ１を、これより小さい信号範囲Ｄ２に圧縮し
た後に、信号範囲Ｄ１についての誤差拡散法による多値
化画像処理を適用して出力する出力手段が設けられてい
る。

【００１４】本実施の形態では、図１（ニ）のように０
を白信号、２５５を黒信号としたとき、元の信号が０〜
２５５の信号範囲Ｄ１のときに０〜２３１までの信号範
囲Ｄ２に圧縮する。

【００１５】一方で０〜２５５までの信号範囲Ｄ１の画
像に対する誤差拡散法による多値化計算を行ない、本実
施の形態ではｄ０，ｄ１，ｄ２，ｄ３の４値に多値化す
る。

【００１６】この入力信号をＤ１と見なして計算した多
値化処理に対し、上述の圧縮した信号範囲Ｄ２の画像を
適用する。このようにして、上記Ｅ−Ｖ特性を効果的に
用いるために十分高い帯電電位と電位コントラストを選
択しながらも、０〜２５５までの信号に対する誤差拡散
法の途中までのパターンを用いて、現像における濃度を
適切に調整することができる。

【００１７】次に、上述の原理・概念を用いた本発明に
係る画像形成装置の実施の形態を図３および図４により
説明する。図３は本発明に係る画像形成装置の一実施の
形態を示す断面図、図４は図３のレーザ走査部（画像読
み取り部）を示す概略図である。図３に示すようにプリ
ンタ部１は、装置本体２によって矢印Ｒ３方向に回転自
在に支持された像担持体としての感光ドラム３を備えて
いる。この感光ドラム３の上方には、感光ドラム３の表
面を一様に帯電する帯電器４、感光ドラム３の表面を露
光して静電潜像を形成する露光手段５が配置されてい
る。この露光手段５は、ポリゴンミラー（図４参照）５
ａ、ｆ・θレンズ５ｂなどを有するレーザ走査部５ｃお
よび反射ミラー５ｄを備えている。また、同図中、前記
感光ドラム３の左方には、この感光ドラム３上の静電潜
像にトナーを付着させる現像装置６が配置されている。
この現像装置６は、回転自在に支持された回転体６ａ
と、この回転体６ａに搭載された４個の現像器、すなわ
ちマゼンダ、シアン、イエロー、ブラック各色のトナー
を収納した現像器６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ，６ＢＫとを備えて
いる。現像装置６は、回転体６ａを回転させることによ
り感光ドラム３に対向する現像位置に所望の現像器を配
置し（同図中ではブラックの現像器６ＢＫ）、感光ドラ
ム３上の静電潜像にトナーを付着させて現像するように
構成されている。

【００１８】感光ドラム３の下方には、転写装置７が配
置されている。転写装置７は、円筒状の転写ドラム７
ａ、この転写ドラム７ａの表面に転写材（記録紙）を吸
着させる吸着ローラ７ｂ、転写電圧が印加されて感光ド
ラム３上のトナー像を転写ドラム７ａ上の記録紙に転写
する転写帯電器７ｃ、転写ドラム７ａ上の記録紙を剥離
する分離帯電器７ｄ、分離爪７ｆなどを備えている。さ
らに、同図中、感光ドラム３の右方には、記録紙に転写
されずに感光ドラム３の表面に残った残留トナーを除去
するクリーニング装置８が配置されている。

【００１９】一方、画像形成対象となる記録紙を収納し
た給紙カセット９ａ，９ｂは、装置本体２の一方の側部
に設けた給紙部（同図右側の部分）に着脱自在に装着さ
れている。各給紙カセット９ａ，９ｂに収納された記録
紙の先端側上方には、給紙ローラ１１ａ，１１ｂが配置
されている。給紙ローラ１１ａ，１１ｂの下流側には、
転写ドラム７ａに向けて記録紙搬送経路が形成され、こ
の記録紙搬送経路に沿って搬送ローラ１２、搬送ガイド
１３、レジストローラ１４、ガイド部材１５が配置され
ている。また、分離爪７ｆの下流側には、搬送ベルト１
６、記録紙上のトナー像を加熱加圧して記録紙上に固着
する定着装置１７が配置されている。定着後の記録紙Ｐ
は、排紙ローラ１８を介して排紙トレイ１９上に排出さ
れるようになっている。

【００２０】レーザ走査部５ｃは、図４に示すように半
導体レーザ部５ｅ、コリメータレンズ５ｆ、ポリゴンミ
ラー５ａおよびｆ・θレンズ５ｂなどを有し、半導体レ
ーザ部（固体レーザ素子）５ｅは、レーザ光を発生する
ための発光信号を送る発光信号発生器（光源）であるレ
ーザドライバ２０に接続され、レーザドライバ２０の発
光信号に応じて明滅する。上記半導体レーザ部５ｅは、
レーザ走査部５ｃのマイクロコンピュータによって演算
出力される時系列のデジタル画素信号の入力を受けて、
そのデジタル画素信号に対応してＰＷＭ変調したレーザ
ビームを発信し、感光ドラム３の表面を露光する。

【００２１】上記帯電器４には、上記Ｅ−Ｖ特性とビー
ムスポットの光量分布との積算により得られる電位潜像
が小径かつ高コントラストになるＥ−Ｖ特性となるよう
に、感光ドラム３の帯電電位を決定する電位決定手段２
１（図３参照）が接続されている。 〈実施の形態２〉また、実施の形態２として、本発明の
画像形成装置は、図５に示す多重現像一括転写電子方式
に適用することも可能である。なお、図５において図３
および図４に示す実施の形態１と同一構成部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。

【００２２】この多重現像一括転写電子方式の画像形成
装置について以下に説明する。この画像形成装置は、ま
ず最初に帯電器４によって感光ドラム３上を均一に帯電
する。その後、感光ドラム３上に露光手段５によって潜
像を書き込み、反転現像によってレーザの照射された部
分のみを現像する。この画像形成プロセスをマゼンタ、
シアン、イエロー、ブラックの４色分について繰り返
し、感光ドラム３上においてトナー像を重ね合わせ、カ
ラー画像を形成する。そしてこのカラー画像を、転写手
段１０によって記録紙Ｐに一括転写し、感光ドラム３上
の残留電荷を前露光ランプ３０によって除く。また、カ
ラー画像は、記録紙Ｐが不図示の定着装置を通過するこ
とにより定着されことになる。 〈実施の形態３〉また、実施の形態３として、図６に、
本発明の画像形成装置を多重ドラム方式に適用した例を
示す。なお、図６において図３および図４に示す実施の
形態１と同一構成部分には同一符号を付して重複説明を
省略する。

【００２３】本実施の形態の画像形成装置はフルカラー
のレーザビームプリンタであるが、前述の実施の形態２
と異なり、イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各
色ごとに専用の像担持体、すなわち感光ドラム３Ｙ，３
Ｍ，３Ｃ，３ＢＫを具備し、その周りにそれぞれ専用の
レーザビームスキャナ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｂ
Ｋ、現像器６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６ＢＫ、転写帯電器１０
Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０ＢＫ、クリーニング器８Ｙ、
８Ｍ、８Ｃ、８ＢＫが配置されている。記録紙Ｐは給紙
ガイド１３を通り、給紙ローラ１１ａ，１１ｂから給紙
ガイド１５へと順に搬送され、吸着用帯電器８１からコ
ロナ放電を受け、搬送ベルト２０へ確実に吸着される。
その後、各感光ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫ表面に
形成されたトナー像は、転写帯電器１０Ｙ，１０Ｍ，１
０Ｃ，１０ＢＫにより記録紙Ｐに転写される。この記録
紙Ｐは、分離用帯電器８２により搬送ベルト２３から分
離される。記録紙Ｐには、定着装置１７により表面のト
ナー像が定着されてフルカラーの画像が形成される。

【００２４】上記実施の形態においては、フルカラー画
像の高速出力を主たる目的として、レーザビームスキャ
ナ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０ＢＫや感光ドラム３
Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫを複数配置しているが、この場
合、各々レーザビームスキャナ８０Ｙ，８０Ｍ，８０
Ｃ，８０ＢＫや感光ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫの
機械的精度などの限界から、前述した実施の形態に用い
られた構成よりもさらに画素ドットの安定が重要とな
る。

【００２５】そこで、本発明の方式により、安定した画
素再現と共にドットの解像度の向上を図り、なおかつ階
調性の向上が可能であることにより、上記の問題解決に
より一層効果が得られる。

【００２６】また、上記実施の形態においては主にデジ
タル複写機を例にして説明を行ったが、他の実施の形態
として、同様の電子写真プロセスを用いた画像記録装
置、例えばレーザビームプリンタなどにも本発明が利用
できることはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
量−帯電電位減衰特性とビームスポットの光量分布との
積算により得られる電位潜像が小径かつ高コントラスト
となるように像担持体の帯電電位を決定するようにし
て、像担持体上における実質的に有効なビームスポット
径を一層、小径化することができ、かつ、この効果を得
るために像担持体の帯電電位が規定されてしまう場合に
おいても電位コントラストおよび濃度の調整を効果的に
行なうことができ、高解像度のデジタル画像の再現性を
より向上させて、高画質な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における画像形成装置の原理・概念を示
し、（イ）は光量と電位との関係を示す特性図、（ロ）
は光量のガウス分布を示す特性図、（ハ）は潜像電位を
示す特性図、（ニ）は入力信号の階調圧縮および誤差拡
散処理の方式を示す特性図である。

【図２】像担持体の光量と帯電電位減衰量との関係を示
す特性図である。

【図３】本発明に係る実施の形態１の画像形成装置を示
す断面図である。

【図４】図３のレーザビームスキャナを示す概略構成図
である。

【図５】本発明の実施の形態２の画像形成装置を示す概
略構成図である。

【図６】本発明の実施の形態３の画像形成装置を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

３ 像担持体（感光ドラム） ２０ 光源（レーザドライバ） ２１ 電位決定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/23 １０３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光ビームを結像光学系によ
   り、像担持体上でビームスポットとして結像し、該ビー
   ムスポットを像担持体に対し相対的に走査させ、像担持
   体上に潜像を形成するデジタル画像形成装置において、 低光量において光感度および電位減衰量が小さく、光量
   の増加に伴って光感度および電位減衰量が増加する特性
   の感度区間を有する光量−帯電電位減衰特性を持つ像担
   持体を用い、 かつ入力画像信号の信号範囲Ｄ１を、これより小さい信
   号範囲Ｄ２に圧縮した後に、信号範囲Ｄ１に対しての誤
   差拡散法による多値化画像処理を信号範囲Ｄ２に適用し
   て出力する出力手段を備えたことを特徴とする画像形成
   装置。