(57)【要約】【課題】入力される画像データに基づいて変調されるレーザー光を最適化して、感光体層に画像の静電潜像を形成することができる光学書き込み装置および像記録方法を提供する。【解決手段】  光学書き込み装置１００は、画像データに基づいて、ＧＬＶデバイスにドライブ電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段のスイッチング速度を制御する制御手段と、画像データの特徴抽出をして画像データを所定の画像ごとに判別して判別情報を出力する画像判別手段とを備え、入力される画像データに基づいて書き込みを行う際に、制御手段は、画像判別手段の判別情報に基づいて、電圧印加手段のスイッチング速度を制御するようになされる。これにより、入力される画像データに基づいて変調されるレーザー光を最適化して、感光体層に画像の静電潜像を形成することができる。【選択図】        図７
2006035513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を感光体層に露光して、レーザー光の光強度の大きさによって、感光体層に階調のある静電潜像を形成する光学書き込み装置において、
画像データに基づいて、グレーティングライトバルブデバイスにドライブ電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段のスイッチング速度を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記画像データに基づいて書き込む際に、前記電圧印加手段のスイッチング速度を制御して像を形成する
ことを特徴とする光学書き込み装置。
【請求項２】
前記画像データの特徴抽出をして画像データを所定の画像ごとに判別して判別情報を出力する画像判別手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記画像判別手段の判別情報に基づいて、前記電圧印加手段のスイッチング速度を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学書き込み装置。
【請求項３】
前記グレーティングライトバルブデバイスは、基板上空に可動リボンと固定リボンが交互に配置され、電圧が印加されると、可動リボンと基板との間の静電気吸引効果によって、可動リボンが基板側に湾曲して、可動リボンと固定リボンとの間が凹凸状態となり、回折格子が形成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学書き込み装置。
【請求項４】
前記グレーティングライトバルブデバイスに印加される電圧の大きさと、前記グレーティングライトバルブデバイスの可動リボンの湾曲幅は比例している
ことを特徴とする請求項３記載の光学書き込み装置。
【請求項５】
前記グレーティングライトバルブデバイスにドライブ電圧を印加する際のスイッチング速度と、前記グレーティングライトバルブデバイスの可動リボンの湾曲速度は比例している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学書き込み装置。
【請求項６】
前記グレーティングライトバルブデバイスのリボンに照射されたレーザー光は、前記グレーティングライトバルブデバイスが回折格子を形成しているとき、回折効果によって回折される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学書き込み装置。
【請求項７】
前記グレーティングライトバルブデバイスの可動リボンの湾曲幅と、前記グレーティングライトバルブデバイスによって回折されたレーザー光の光強度は比例している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学書き込み装置。
【請求項８】
レーザー光を感光体層に露光して、レーザー光の光強度の大きさによって、感光体層に階調のある静電潜像を形成する像記録方法において、
画像データの特徴抽出をして画像データを所定の画像ごとに判別して判別情報を出力し、
前記判別情報に基づいて、前記グレーティングライトバルブデバイスにドライブ電圧を印加する際のスイッチング速度を制御する
ことを特徴とする像記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光を感光体層に露光して、レーザー光の光強度の大きさによって、感光体層に階調のある静電潜像を形成する光学書き込み装置において、基板上空に可動リボンと固定リボンが交互に配置され、電圧が印加されると、可動リボンと基板との間の静電気吸引効果によって、可動リボンが基板側に湾曲して、可動リボンと固定リボンとの間が凹凸状態となり、回折格子が形成されるＧＬＶ（Grating Light Valve：グレーティングライトバルブ）デバイスを組み込んだ光学書き込み装置および像記録方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザー光を感光体層に露光して、レーザー光の光強度の大きさによって、感光体層に階調のある静電潜像を形成する光学書き込み装置はあって、レーザープリンタや複写機等に応用されている。図１３は、現在実用化されている光学書き込み装置の例を示している。図１３に示すように、光学書き込み装置１０は、半導体レーザー素子１、シリンダレンズ２、ポリゴンミラー３、ｆθレンズ４、光感光体ドラム５によって構成される。
【０００３】
光学書き込み装置１０は、画像データを入力する。半導体レーザー素子１は画像データによってレーザー光を変調する。レーザー光はシリンダレンズ２を経由してポリゴンミラー３に照射される。ポリゴンミラー３で反射されたレーザー光は、光路差補正用のｆθレンズ４を経由して光感光体ドラム５に照射される。ポリゴンミラー３の回転によってレーザー光は感光体ドラム５の表面を走査する。レーザー光が感光体ドラム５の回転軸に平行に１ラインずつ走査露光することによって、一様に帯電された感光体ドラム５の表面に静電潜像を形成する。半導体レーザー素子１が複数で構成されれば半導体レーザー素子１の数に伴う複数ラインを同時に走査露光することも可能である。
【０００４】
また、レーザービームを感光体上に集光して、静電潜像を形成する光書き込み装置および階調画像記録装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この場合、レーザービームの光路中にあって、レーザービームが通過する空間領域において画像階調信号に基づき選択的に格子の生成と消滅を制御できる位相格子を持つデバイスを設け、位相格子を通過するレーザービームに強度変調を行う。位相格子は、例えば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。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０７８８３号公報（第２，３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の感光体層に階調のある静電潜像を形成する光学書き込み装置１０は、０次元のレーザー光を感光体ドラム５の回転軸に平行に１ラインずつ走査露光することによって、一様に帯電された感光体ドラム５の表面に静電潜像を形成するから、感光体ドラム５の回転方向の画像の特性、エッジ、シャープネス、階調、ダイナミック・レンジ等は、レーザー光の特性ゆえに半導体レーザー素子１の性能に影響されていた。例えば、レーザー光のビーム径を絞ると、画像のシャープネスは向上するがダイナミック・レンジは狭くなったり一長一短があった。また、半導体レーザー素子１からのレーザー光の出力制御の微調整は困難で、高速化には対応できない。
【０００８】
また、上述した特許文献１の場合は、感光体層に階調のある静電潜像を形成することができるが、ＧＬＶデバイスを組み込んだ光学書き込み装置に適用できない。
【０００９】
そこで、本発明は、入力される画像データに基づいて変調されるレーザー光線を最適化して、感光体層に画像の静電潜像を形成することができるようにした光学書き込み装置および像記録方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係わる光学書き込み装置は、レーザー光を感光体層に露光して、レーザー光の光強度の大きさによって、感光体層に階調のある静電潜像を形成する光学書き込み装置において、画像データに基づいて、グレーティングライトバルブデバイスにドライブ電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段のスイッチング速度を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、画像データに基づいて書き込む際に、電圧印加手段のスイッチング速度を制御して像を形成するものである。
【００１１】
本発明においては、入力される画像データに基づいて書き込みを行う際に、制御手段はスイッチング手段のスイッチング速度を制御するようになされる。例えば、画像データの特徴抽出をして画像データを所定の画像ごとに判別して判別情報を出力する画像判別手段をさらに備え、制御手段は、画像判別手段の判別情報に基づいて、電圧印加手段のスイッチング速度を制御するようになされる。
【００１２】
スイッチング速度を遅くすると、レーザー光の光強度の変移の速度が遅くなるから、副走査方向にレーザー光の影響が及ぶ領域が広がる。現像された画像を肉眼で観察したとき、スイッチング速度が速いと画像のシャープ度が高く、スイッチング速度が遅いと画像はなめらかになる。
【００１３】
これにより、入力される画像データに基づいて変調されるレーザー光を最適化して、感光体層に画像の静電潜像を形成することが可能となる。
【００１４】
本発明に係わる像記録方法は、レーザー光を感光体層に露光して、レーザー光の光強度の大きさによって、感光体層に階調のある静電潜像を形成する像記録方法において、画像データの特徴抽出をして画像データを所定の画像ごとに判別して判別情報を出力し、この判別情報に基づいて、グレーティングライトバルブデバイスにドライブ電圧を印加する際のスイッチング速度を制御することを特徴とするものである。
【００１５】
これにより、入力される画像データに基づいて変調されるレーザー光を最適化して、感光体層に画像の静電潜像を形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係わる光学書き込み装置および像記録方法によれば、画像データに基づいて、グレーティングライトバルブデバイスにドライブ電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段のスイッチング速度を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、画像データに基づいて書き込む際に、電圧印加手段のスイッチング速度を制御して像を形成するようになされる。
【００１７】
この構成によって、入力される画像データに基づいて変調されるレーザー光を最適化して、感光体層に画像の静電潜像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の光学書き込み装置および像記録方法について説明する。
図１は、本発明の実施の形態の光学書き込み装置１００の構成例を示す図である。
図１に示す光学書き込み装置１００は、レーザープリンタや複写機等に応用できる光学書き込み機構であり、レーザー光を入力される画像データに従って変調して、ドラム上の感光体層に露光して、一様に帯電された感光体層に画像の静電潜像を形成する。この光学書き込み装置１００は、半導体レーザー素子１１、パウエルレンズ１２、コリメータレンズ１３、フォーカスレンズ１４、ＧＬＶ（Grating Light Valve）モジュール１５、フーリエ変換レンズ１６、フーリエ変換フィルタ１７、逆フーリエ変換ミラー１８、感光体ドラム１９から構成される。
【００１９】
半導体レーザー素子１１は、周波数が一定のレーザー光を発生する。レーザー光はパウエルレンズ１２に入射する。
【００２０】
パウエルレンズ１２は、入射光の球面の波を平面の波にする。入射されたレーザー光は球状の波面である。パウエルレンズ１２を通過すると、レーザー光の波面は平面になる。レーザー光の平面波はコリメータレンズ１３に入射する。
【００２１】
コリメータレンズ１３は、入射光の幅を所定の幅に合わせる。パウエルレンズ１２から入射された平面波の幅は、コリメータレンズ１３を通過すると、ＧＬＶモジュール１５のＧＬＶデバイス（後述図２，図３参照）の幅に合わせられる。
【００２２】
フォーカスレンズ１４は、入射光を所定の焦点に集める。エネルギー効率を維持するためにはレーザー光線をＧＬＶモジュール１５のＧＬＶデバイスのリボンの中央付近に照射する必要がある。フォーカスレンズ１４の焦点をＧＬＶデバイスのリボンの中央付近にすることによって、通過するレーザー光線はＧＬＶデバイスのリボンの中央付近に照射される。
【００２３】
ＧＬＶモジュール１５は、非反射コートカバーガラスで密閉されたＧＬＶデバイス備えるものである。ＧＬＶデバイスには、リボン状の光回折素子が、シリコン基板上に一列に形成されている（後述図３，図４参照）。この光回折素子は、電気信号により微細に動かすことができる。
【００２４】
フーリエ変換レンズ１６は、入射光を空間周波数ごとに分離する。ＧＬＶデバイスの回折効果によって、０次光と±１次光に回折されたレーザー光は、フーリエ変換レンズ１６を通過すると、空間周波数ごとに分離される。
【００２５】
フーリエ変換フィルタ１７は、空間周波数ごとに分離された光の中で特定の光のみを通過させる。フーリエ変換フィルタ１７によって、空間周波数ごとに分離された０次光と±１次光の中の０次光のみを通過させたり、または±１次光のみを通過させたりする。
【００２６】
逆フーリエ変換ミラー１８は、空間周波数ごとに分離した入射光を合成する。フーリエ変換レンズ１６によって、空間周波数ごとに分離された、０次光と±１次光は合成される。
【００２７】
感光体ドラム１９は、感光体層を表面に設けたドラムである。感光体層には静電潜像が形成される。一様に帯電された感光体層に、逆フーリエ変換ミラー１８からのレーザー光が露光されることによって、帯電状況が変位して、静電潜像が形成される。ドラムが回転することによって、１次元のレーザー光が２次元の範囲の感光体層に露光される。
【００２８】
図２は、ＧＬＶモジュール１５の構成を示すブロック図である。図２に示すように、ＧＬＶモジュール１５は、ＧＬＶデバイス１５ａと、電圧印加手段としてのＧＬＶドライバ１５ｂと、画像データ等を入・出力する画像データインターフェース１５ｃと、判別情報インターフェース１５ｄとから構成される。
【００２９】
ＧＬＶデバイス１５ａには、所定の数の固定リボンと可動リボンが交互に配置されていて、３本の固定リボンと３本の可動リボンの、合計６本のリボンの組を１エレメントとして、１エレメントを単位として制御される。１エレメントが１画素に対応する。７２００画素を制御する場合、４３，２００本のリボンが配列される。
【００３０】
１エレメントに含まれるリボンの数は変えることができる。８リボンや１２リボンというように多くの本数で１エレメントを制御することもできる。多くのリボンで１エレメントとすることによって、１画素の階調はより細かな制御ができる。
【００３１】
１エレメントに含まれるリボンの数の変更のためにＧＬＶモジュール１５の構成を変える必要はない。１エレメントを６リボンで制御するかまたは１２リボンで制御するかは、ＧＬＶドライバ（電圧印加手段）１５ｂと画像データインターフェース１５ｃを制御するソフトウェアが対応していれば変えることができる。
【００３２】
入力された画像データに従って、ＧＬＶドライバ１５ｂはドライブ電圧を決める。ドライブ電圧に従って、ＧＬＶデバイス１５ａの可動リボンは湾曲して、ＧＬＶデバイスは回折格子を形成する。ＧＬＶデバイス１５ａに照射されたレーザー光は回折効果によって０次光と±１次光として回折される。回折されたレーザー光は、フーリエ変換レンズ１６に入射する。
【００３３】
図３は、ＧＬＶデバイス１５ａの構成例を示す図である。図３には１画素分のＧＬＶデバイスの外形を示している。図３に示すように、可動リボン３本と固定リボン３本が交互に配置されている。ＧＬＶデバイス１５ａに所定の電圧を印加すると、静電気吸引効果によって、可動リボンが湾曲して回折格子を形成する。図３は、可動リボンに電圧が印加され、湾曲状態を示している。
【００３４】
図４は、ＧＬＶデバイス１５ａの模式図を示す図である。シリコン基板の上空に複数のリボンが配置される。リボンは２重構造である。シリコン基板上のシリコン酸化膜（５０００Å）の上に、ポリシリコン層（３０００Å）のグランド面があり、グランド表面にドライ・エッチング工程時の保護を目的としたシリコン酸化膜（２００Å）が形成されている。リボン本体は窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4，８００Å）で作られており、そのリボン上側の表面には、光反射率を上げるためのアルミニウム（５００Å）が蒸着されている。シリコン基板とリボンの間にはドライ・エッチングされて、空間（１３００Å）が形成される。可動リボンに電圧を印加すると、可動リボンとシリコン基板との間の静電気吸引効果によって、可動リボンはシリコン基板側に湾曲する。可動リボンが湾曲したことによって、固定リボンとの間が凹凸状態となり、回折格子が形成される。
【００３５】
ＧＬＶデバイス１５ａに印加するドライブ電圧の大きさを変えることによって、可動リボンの湾曲の幅を変えることができる。可動リボンの湾曲幅に影響を与える要素として、リボンの長さ、リボンの幅、リボンの張力、雰囲気のガス、ドライブインピーダンス等がある。ドライブ電圧と可動リボンの湾曲幅は比例している。ドライブ電圧を上げることによって、可動リボンの湾曲幅を大きくすることができる。可動リボンの湾曲幅の最大値はλ／４である。λは入射光の波長である。ドライブ電圧の精度を上げることによって、可動リボンの湾曲幅を０からλ／４まで連続的に変化させることができる。
【００３６】
図５は、可動リボンの湾曲と反射状態を示す図である。図５（１）は、全反射状態を示している。図５（２）は、可動リボンが湾曲の中間時の反射状態を示している。図５（３）は、全回折状態を示している。
【００３７】
図５に示すように、ＧＬＶデバイス１５ａの可動リボンが固定リボンと同じ高さに位置しているときには、反射光は入射光に対してそのままの光軸で反射する（図５（１）参照）。可動リボンを湾曲させて回折格子を形成することによって、反射光の拡散を増やし減衰させることができる（図５（２）参照）。可動リボンの湾曲の幅と反射光の減衰の量は比例している。可動リボンの湾曲を大きくすれば、反射光の減衰量は大きくなる。可動リボンの湾曲幅を０とすると、可動リボンが固定リボンと同じ高さに位置しているときであり、反射光の減衰量は最小である。反射光の減衰量を最大にするときは、可動リボンの湾曲幅は入射光の波長の１／４にする（図５（３）参照）。例えば、入射光が１，５４０ｎｍ〜１，５８０ｎｍ程度の光波長の場合、可動リボンは３８５ｎｍ〜３９５ｎｍ湾曲させれば、反射光は拡散して最大減衰となる。可動リボンの湾曲幅を０からλ／４まで連続的に変化させることによって、ＧＬＶデバイス１５ａを全反射状態から全回折状態まで連続的に変化させることができる。
【００３８】
ＧＬＶデバイス１５ａを全反射状態から全回折状態まで連続的に変化させることによって、回折光の光強度を連続的に変化させることができる。ここで、ＧＬＶデバイス１５ａの全反射状態から全回折状態までの連続的変化は、可動リボンの湾曲幅の０からλ／４までの連続変化に依っている。可動リボンの湾曲幅の０からλ／４までの連続的変化は、ドライブ電圧の連続変化に依っている。ドライブ電圧の連続変化によって、回折光の光強度を連続的に変化させることが可能である。
【００３９】
図６は、１画素分のＧＬＶデバイス１５ａの平面図である。図６に示すように、可動リボン３本と固定リボン３本が交互に配置され、可動リボンはドライブ電圧を印加する電極に接続されている。
【００４０】
図７は、ＧＬＶモジュール１５の制御系を示すブロック図である。図７に示すように、画像判別手段としての画像判別機構２１と、光学書き込み機構２２と、制御手段としての制御部２３とから構成されている。
【００４１】
画像判別機構２１は、入力される画像データの特徴を所定の方法で調べて、画像データの特徴をもとにして、画像データを所定の種類の画像ごとに判別する。画像データの特徴は、全画像データからかまたは画像データを所定の領域ごとに分けて領域別に抽出される。画像データを判別する所定の画像の種類には、例えば、文字、網点、写真等がある。文字画像に判別される画像データの特徴には、変動が急激で２値的であることがあげられる。網点画像に判別される画像データの特徴には、変動が急激で周期的であることがあげられる。写真画像に判別される画像データの特徴には、変動が緩やかで連続的であることがあげられる。画像データの特徴と画像の種類の特徴を比較して、合致する画像に画像データを判別する。画像データを判別した結果は判別情報として光学書き込み機構２２に入力される。
【００４２】
光学書き込み機構２２は、入力される画像データに従って変調されるレーザー光を、判別情報をもとに画像ごとに最適化して、感光体層に画像の静電潜像を形成する。ＧＬＶデバイス１５ａに印加するドライブ電圧のスイッチング速度を制御することで、光学書き込み機構２２のレーザー光の最適化が可能である。スイッチング速度を速くすると画像のシャープ度が高くなるから、文字画像の画像データのときに適する。スイッチング速度を遅くすると画像はなめらかになるから、写真画像の画像データのときに適する。網点画像の画像データのときは、網点周期を考慮して調整されたスイッチング速度が採用される。
【００４３】
制御部２３は、電圧印加手段のスイッチング速度を制御する。この制御部２３は、画像データに基づいて書き込む際に、電圧印加手段のスイッチング速度を制御して像を形成する。例えば、画像判別機構２１の判別情報に基づいて、電圧印加手段のスイッチング速度を制御するようになされる。
【００４４】
図８は、電圧印加回路の構成例を示す図である。ＧＬＶデバイス１５ａに印加するドライブ電圧は画像データおよび判別情報によって変調される。画像データによってドライブ電圧の大きさが変調され、判別情報によってドライブ電圧のスイッチング速度が変調される。画像データはデジタル−アナログ変換される。アナログ信号化された画像データは抵抗値を変化させて電極からの電圧降下を制御する。ドライブ電圧の大きさを変えることによって、可動リボンの湾曲の幅を変えることができる。判別情報はデジタル−アナログ変換される。アナログ信号化された判別情報は抵抗値を変化させてドライブ電圧のスイッチング速度を制御する。
【００４５】
ＧＬＶモジュール１５の動作は以下の通りである。フォーカスレンズを通過した一様なレーザー光がＧＬＶデバイス１５ａのリボンの中央付近に照射される。主走査方向１ライン分の画像データが入力される。ＧＬＶドライバ１５ｂは、入力されたそれぞれの画素の画像データに従って、ＧＬＶデバイス１５ａのそれぞれのエレメントに印加するドライブ電圧を決める。可動リボンに電流が流れる。可動リボンは、静電気吸引効果によってグランド面側に引き付けられ湾曲する。固定リボンとの間に凹凸ができ、回折格子が形成される。ＧＬＶデバイス１５ａのリボンに照射されたレーザー光は回折効果によって０次光と±１次光として回折される。
【００４６】
ドライバ回路がＧＬＶデバイス１５ａに印加するドライブ電圧の印加方法を変えることによって、可動リボンの湾曲運動の変移を変えることができる。ドライブ電圧の大きさを変えることによって、可動リボンの湾曲の幅を変えることができる。ドライブ電圧の大きさと、可動リボンの湾曲幅は比例している。ドライブ電圧を上げることによって、可動リボンの湾曲幅を大きくすることができる。可動リボンの湾曲幅の最大値はλ／４である。ドライブ電圧の精度を上げることによって、可動リボンの湾曲幅を０からλ／４まで連続的に変化させることができる。
【００４７】
ドライブ電圧のスイッチング速度を変えることによって、可動リボンの湾曲の速度を変えることができる。ドライブ電圧のスイッチング速度と、可動リボンの湾曲の速度は比例している。スイッチング速度を上げることによって、可動リボンの湾曲の速度を大きくすることができる。可動リボンの湾曲の速度に影響を与える要素として、リボンの長さ、リボンの幅、リボンの張力、雰囲気のガス、ドライブインピーダンス等がある。ドライブ電圧のスイッチング速度を制御することによって、可動リボンの湾曲の速度を制御して、回折光の光強度の変移の速度を変えることができる。
【００４８】
ＧＬＶデバイス１５ａからの回折光の光強度の変移の速度が及ぼす画像への影響について説明する。図９は、ＧＬＶデバイスに印加するドライブ電圧のスイッチング速度を変えたときの、感光体ドラム上に形成された静電潜像の各画素を示している。スイッチング速度は、主走査方向の画素間では右側程小さく、副走査方向の画素間では一定である。ドライブ電圧の大きさは、主走査方向の画素間では一定であり、副走査方向の画素間では下側程小さい。ドライブ電圧の大きさは、画像データに依存するから、画像の濃度で言い換えるならば、濃度は、主走査方向の画素間では一定であり、副走査方向の画素間では下側程小さい。濃度は単位面積当たりの画像部であるから、それぞれの画素の画像部は、主走査方向の画素間では一定であり、副走査方向の画素間では下側程小さい。
【００４９】
図９ではそれぞれの画素内の矩形領域で模式的に表している。スイッチング速度を遅くすると、ＧＬＶデバイス１５ａからの回折光の光強度の変移の速度が遅くなるから、副走査方向にレーザー光の影響が及ぶ領域が広がる。レーザー光が露光された領域では電荷が消滅して、現像工程を経ると荷電粒子が付着して画像部となる。図９ではそれぞれの画素内の楕円領域で模式的に表している。トナー等で現像された画像を肉眼で観察したとき、スイッチング速度が速いと画像のシャープ度が高く、スイッチング速度が遅いと画像はなめらかに見える。スイッチング速度が速い場合は、文字データ等のデータに適している。また、スイッチング速度が遅い場合は、写真等のデータに適している。
【００５０】
図１０は、ドライブ電圧と回折光の光強度の関係を示す図である。可動リボンの湾曲幅に影響を与える要素として、リボンの長さ、リボンの幅、リボンの張力、雰囲気のガス、ドライブインピーダンス等がある。調整することによって、ドライブ電圧と、回折光の光強度が連続的で線形的な関係になる範囲を設けることができる。
【００５１】
ドライブ電圧と、反射光の光強度が連続的で線形的な関係になる範囲において、画像の階調を設定することによって、ドライブ電圧の大きさを制御することで、画像の階調を変えることができる。ドライブ電圧を低くすると、可動リボンの湾曲幅は小さい。可動リボンの湾曲幅が小さいと、ＧＬＶデバイス１５ａの回折は弱まり、回折光の光強度は弱くなる。回折光の光強度が弱いと、画像の輝度階調は低くなる。ドライブ電圧が高くなるにつれて、可動リボンの湾曲幅は大きくなる。可動リボンの湾曲幅が大きくなると、ＧＬＶデバイス１５ａの回折は強まり、回折光の光強度は強くなる。回折光の光強度が強くなると、画像の輝度階調は高くなる。ドライブ電圧の精度を上げることによって、連続的に回折光の光強度を変えることができる。
【００５２】
ＧＬＶデバイス１５ａに印加するドライブ電圧の切り替え速度のスイッチング速度を変えることによって、回折光の光強度を連続的に変えることができる。可動リボンの湾曲幅に影響を与える要素として、リボンの長さ、リボンの幅、リボンの張力、雰囲気のガス、ドライブインピーダンス等がある。ＧＬＶデバイスのリボンの物理的な要素は、スイッチング速度を最適化することができる。
【００５３】
ＧＬＶデバイス１５ａのリボンの動的特性の１つに、共振周波数がある。可動リボンの振幅は、印加されるドライブ周波数がＧＬＶデバイス１５ａの共振周波数に近づくにつれて増加する。ドライブ周波数が共振周波数を超えて増加すると、可動リボンの振幅は逆に減少する。ＧＬＶデバイス１５ａのリボンの共振周波数はリボンの長さに逆比例する。リボン長を短くすることによって、ＧＬＶデバイス固有の共振周波数は高くなる。共振周波数が高くなることによって、ドライブ周波数に対するＧＬＶデバイス１５ａのリボンの反応は速くなり、スイッチング速度の高速化に有効である。
【００５４】
リボン長は、スイッチング速度を決定する大きな役目を果たしているが、同時に、システムの他の２つの要素にも関連している。照明と電圧である。長さの短いリボンに有効に照明するには、照明の焦点をリボンの上にしっかりと合わせる必要がある。ＧＬＶデバイス１５ａに照明する光学系には高速な動作と精度が必要である。光学系はより複雑さが加わる。
【００５５】
リボン長を短くすることで、ＧＬＶデバイス１５ａのスイッチング速度を高速にすることができるが、光学系はより複雑さが加わる。リボン長を長くすることで、ＧＬＶデバイス１５ａのスイッチング速度は低下するが、光学系の精度の許容範囲が広がり、光学系の設計は容易になる。物理的な要素のリボン長に対して、ＧＬＶデバイス１５ａのスイッチング速度と光学系の複雑さは一長一短の関係になる。
【００５６】
ＧＬＶデバイス１５ａに印加されるドライブ電圧は、リボン長に逆比例である。リボン長を短くすれば、可動リボンを最大幅λ／４湾曲させるための最大ドライブ電圧は大きくなる。可動リボンのドライブ電圧は最大ドライブ電圧以下となる。リボン長は、システム内で関連する他の要素の重要度を考慮して決められる。
【００５７】
リボン幅は、スイッチング速度を決定する大きな役目を果たしている。リボンの機械的なダンピング時間は、リボン幅の２乗に逆比例する。リボン幅が増加するにつれて、アンダーダンピングまたはオーバーダンピングは、クリティカルダンピングに近づく。リボン幅を増加することによって、ＧＬＶデバイス１５ａのスイッチング動作は改善される。
【００５８】
リボン幅は、スイッチング速度を決定する大きな役目を果たしているが、同時に、システムの他の面にも関連している。コントラストはフーリエフィルタリングによって達成される。フーリエフィルタリングには、空間的に十分離れた±１次から０次の光が必要である。空間的に十分離れた光を取り出すためには、光を大きな角度で回折させる必要がある。光を大きな角度で回折させるためには、回折格子の幅のリボン幅は狭い方が有効である。
【００５９】
リボン幅を広くすることで、ＧＬＶデバイス１５ａのスイッチング動作を改善させることができるが、コントラストは悪化する。リボン幅を狭くすることで、ＧＬＶデバイス１５ａのスイッチング動作は悪化するが、コントラストは改善させることができる。物理的な要素のリボン幅に対して、ＧＬＶデバイス１５ａのスイッチング動作とコントラストは一長一短の関係になる。スイッチング速度を高速にするためには、幅の広いリボンに対して、回折の角度を調整する必要がある。また、十分なコントラストは、２から３つの可動リボンと固定リボンを１組にしたエレメントで達成させることができることが知られている。
【００６０】
リボン本体は窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4，８００Å）で作られており、そのリボン上側の表面には、光反射率を上げるためのアルミニウム（５００Å）が蒸着されている。窒化シリコンは、アルミニウムに比べて高い張力をもち、密度は似ている。強い張力をもったリボンは、非常に小さな質量に貯えた大きな力を供給する。大きな力は小さな質量を短い距離、非常に速く動かす。低質量でありながら強い張力をもったリボンは、高い共振周波数をもつ。共振周波数が高くなることによって、ドライブ周波数に対するＧＬＶデバイス１５ａのリボンの反応は速くなり、スイッチング速度の高速化に有効である。
【００６１】
リボンの張力は、リボンの厚さに線形比例している。リボンの厚さが増加するにつれて、リボンの張力も増加する。リボンの張力が増加すると、スイッチング速度は高速になる。
【００６２】
ダンピング時間は機械的な振動のために要求される時間である。ダンピング時間とリボンの厚さは線形比例している。リボンの厚さを増すと、ダンピング時間を増加させる。ダンピング時間が増加すると、スイッチング速度は低下する。
【００６３】
ＧＬＶデバイス１５ａのスイッチング速度を高速にするためには、リボンの厚さは実用的でありながら最小にすべきである。リボンの厚さは実用に耐え得る最小にして、共振周波数を調整する。
【００６４】
リボンの厚さは、ＧＬＶデバイス１５ａに印加するドライブ電圧に関連している。ドライブ電圧とリボンの張力は比例している。リボンの張力とリボンの厚さは線形比例している。ドライブ電圧とリボンの厚さは比例している。リボンの厚さを増加させることは、ドライブ電圧を増加させることになる。ドライブ電圧を増加させることは、システムの制御上避けるべきである。リボンの厚さを最小にする理由の１つである。
【００６５】
ＧＬＶデバイス１５ａの雰囲気のガスは、リボンのダンピング時間に関連する。高度な粘性をもつガスは、リボンの運動エネルギーを減少させる効果のダンピング効果がある。高度の粘性をもつガスは、低度の粘性をもつガスよりも速くリボンの運動エネルギーを減少させる。ダンピング効果は、ガスの圧力を高めることによって達成することができ、また比重の重いガスを使用することでも達成することができる。ガスの圧力を制御することは困難である。有効なガスを選択することは容易である。例えば、キセノン（Ｘｅ）が使用される。
【００６６】
図１１は、大気と比較されて、キセノンが使用された場合のダンピング効果を示している。大気とキセノンが同じ１気圧のもとでの、リボンの運動を観察している。キセノンは大気よりも速く、信号振動の振幅を減少させている。
【００６７】
ここで注意することは、スイッチング速度に最適のダンピングガスが、熱伝導率に関しても最適であるとは限らないことである。ＧＬＶデバイス１５ａを組み込んだシステムが高温になるときがある場合には、スイッチング速度の高速化との調整が必要である。
【００６８】
電気的な入力に対するＧＬＶデバイス１５ａの応答時間は、システムの電気的なインピーダンスによって決まる。最も単純な場合は、ＧＬＶデバイス１５ａのドライバ回路の電気抵抗と電気容量となる。ＧＬＶデバイス１５ａのドライバ回路のインピーダンスは、スイッチング速度を決定する大きな役目を果たしている。ドライバ回路のインピーダンスは、ＧＬＶデバイス１５ａを組み込んだシステムの特性を決める。
【００６９】
ＧＬＶデバイス１５ａに印加されたドライブ電圧は、ＧＬＶデバイス１５ａの可動リボンの運動エネルギーに変換される。運動エネルギーは、光学的な信号のリンギングという現象を発生する。速いリンギングエッジは、高周波成分をもっていて、高周波成分は、可動リボンの共振周波数で可動リボンを励起することができる。遅いリンギングエッジは、高周波エネルギーが少なく、可動リボンを励起する効果は少ない。
【００７０】
スイッチング速度を遅くすると、リンギングの振幅を減少させることができる。スイッチング速度はシステムの動的な応答時間に関連して、システムの性能に影響を与える。図１２は、インピーダンスとＧＬＶデバイス１５ａの応答の関係を示している。インピーダンスを小さくするとＧＬＶデバイスの応答時間は速いが、光学的な信号には高周波成分のリンギングが発生している。インピーダンスを大きくすると、ＧＬＶデバイス１５ａの応答時間は遅くなり、光学的な信号のリンギングの振幅は減少している。ＧＬＶデバイス１５ａの応答時間は、光学的信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの、最大値と最小値の間の移行時間である。
【００７１】
このように本実施の形態においては、入力される画像データに基づいて書き込みを行う際に、制御手段は、画像判別手段の判別情報に基づいて、電圧印加手段のスイッチング速度を制御するようになされる。これにより、入力される画像データに基づいて変調されるレーザー光を最適化して、感光体層に画像の静電潜像を形成することができる。
【００７２】
また、ドライブ電圧のスイッチング速度を制御することによって、可動リボンの湾曲の速度を制御して、回折光の光強度の変移の速度を変えることができる。スイッチング速度を遅くすると、レーザー光の光強度の変移の速度が遅くなるから、副走査方向にレーザー光の影響が及ぶ領域が広がる。現像された画像を肉眼で観察したとき、スイッチング速度が大きいと画像のシャープ度が高く、スイッチング速度が遅いと画像はなめらかに見える。画像エッジの強調が要求される文字画像では、スイッチング速度を速くして画像のシャープ度を高くする最適化ができる。画像の連続階調が要求される写真画像では、スイッチング速度を遅くして画像をなめらかにする最適化ができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、この発明に係る光学書き込み装置および像記録方法は、ＧＬＶデバイスを組み込んだ光学書き込み装置において、感光体に階調のある静電潜像を形成する目的で利用できる。また複写機またはプリンタ等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施の形態の光学書き込み装置１００の構成例を示す図である。
【図２】ＧＬＶモジュール１５の構成を示すブロック図である。
【図３】ＧＬＶデバイス１５ａの構成例を示す図である。
【図４】ＧＬＶデバイス１５ａの模式図である。
【図５】可動リボンの湾曲と反射状態を示す図である。
【図６】１画素分のＧＬＶデバイス１５ａの平面図である。
【図７】ＧＬＶモジュール１５の制御系を示すブロック図である。
【図８】電圧印加回路の構成例を示す図である。
【図９】スイッチング速度と、感光体ドラム上に形成された静電潜像の各画素との関係を示す図である。
【図１０】ドライブ電圧と回折光の光強度の関係を示す図である。
【図１１】大気とキセノンが使用された場合のダンピング効果の比較を示す図である。
【図１２】インピーダンスとＧＬＶデバイス１５ａの応答の関係を示す図である。
【図１３】従来の光学書き込み装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１１  半導体レーザー素子
１２  パウエルレンズ
１３  コリメータレンズ
１４  フォーカスレンズ
１５  ＧＬＶモジュール
１５ａ  ＧＬＶデバイス
１５ｂ  ＧＬＶドライバ（電圧印加手段）
１５ｃ  画像データインターフェース
１５ｄ  判別情報インターフェース
１６  フーリエ変換レンズ
１７  フーリエ変換フィルタ
１８  逆フーリエ変換ミラー
１９  感光体ドラム
２１  画像判別機構（画像判別手段）
２２  光学書き込み機構
２３  制御部（制御手段）
１００  光学書き込み装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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