(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光層を薄膜としたアモルファスシリコンを用いた感光体と、該感光体に、画像を構成する各ドットに対応した光出力を与える半導体レーザで静電潜像を形成するよう構成した露光装置とを有して電子写真法で画像を形成する画像形成装置において、
前記露光装置を構成する半導体レーザの光出力は、該光出力立ち上がり部に前記アモルファスシリコン感光体を過剰露光して静電潜像を強く保持させる過剰露光強度Ｐ１のオーバーシュートと、前記画像を構成するドットの階調に対応したパルス幅によって前記アモルファスシリコン感光体上に階調に応じた静電ドットを形成する露光強度Ｐ２とから構成すると共に、前記半導体レーザの光出力のパルス幅を、該パルス幅が所定値以下の場合、半導体レーザにおける特性のバラツキに起因した過剰露光強度Ｐ１のバラツキに対応して調整する手段とを備え、
該過剰露光強度Ｐ１のバラツキをパルス幅で調整する手段によって半導体レーザの特性のバラツキに起因した露光量のバラツキを調整し、前記過剰露光強度Ｐ１のオーバーシュートで微小ドットの再現を、露光強度Ｐ２で階調の再現を可能としたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記露光装置を構成する半導体レーザにおける露光強度Ｐ１のオーバーシュートのパルス幅を、５０ｎｓ以下とすると共に、前記露光強度Ｐ１とＰ２の比を、１.２から５.０としたことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
【請求項３】
前記半導体レーザは、その発振波長λが６００ｎｍから７２０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
【請求項４】
前記アモルファスシリコン感光体は、キャリア阻止層、感光層、表面保護層の３層構造で構成し、その感光層厚が１０μｍから２０μｍであり、表面電位を、＋２００Ｖから＋５００Ｖの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体としてアモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉと称する）を用いた複写機やプリンタ、ファックス等の画像形成装置(電子写真装置)に関し、更に詳細には、従来静電潜像の保持能力が低いため、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の達成が困難とされていたａ−Ｓｉ感光体を使用した場合においても、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機やプリンタ、ファックス等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、感光体表面を暗下で均一に帯電し、その後、レーザ光などを用いた露光装置で感光体を露光することで帯電した感光体表面に所望の静電潜像を形成し、その静電潜像にトナーを供給することにより静電潜像を顕像化して画像形成を行っている。そしてそのトナーで顕像化した画像を記録媒体に転写し、定着させることで印字を行うと共に、転写されなかったトナーはクリーニング手段などで除去している。
【０００３】
また、このような画像形成装置に用いる感光体としては、従来からＯＰＣ（有機感光体）が知られている。しかしながらＯＰＣ感光体は、感光体表面が軟らかく、クリーニング手段やトナー、記録媒体によって感光層が磨耗され易く、耐久性に問題があった。そこで、ＯＰＣ感光体と比較して感光体表面が硬質であり、耐磨耗性、耐久性や機能保持性（メンテナンス性）、また環境的な配慮からもアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体が広く使用されるようになってきた。
【０００４】
またこういった画像形成装置は、最近、高速化、高画質化、高解像度化が強く望まれてきている。しかしながら前記ａ−Ｓｉ感光体は、ＯＰＣ感光体（有機感光体）と比較すると体積抵抗値が１×１０９〜１１（Ωｃｍ）と低く、露光装置によって感光体表面に書き込まれた静電潜像の保持能力が低いため、いわゆる画像ボケ、あるいは潜像流れといった現象により、１２００ｄｐｉ以上、すなわちドット間ピッチが２１．１μｍ以下の高解像度な画像品質を得ることが困難とされていた。特にａ−Ｓｉ感光体の総膜厚が２０μｍ以上になると、ＯＰＣ感光体と比較して暗減衰特性が速くなるため、前記記載の画像ボケ、あるいは潜像流れの現象が顕著となり、解像度の低下が著しいという問題があった。
【０００５】
そのため、微小ドットの再現性を向上させるためには、露光装置によって静電潜像が作られてから現像領域に達するまでの間、静電潜像を維持すること、すなわち静電潜像の流れを防止することが必要となる。静電潜像の流れについては、上記説明のように感光体の膜厚、暗減衰特性にも依存するが、レーザの発光立ち上がり特性にも大きく影響される。すなわち、感光体に対してレーザ光で過剰露光することによって、その静電潜像が強く保持される。しかしながら、感光体に対して過剰露光を行うと、ハーフトーン画像の階調性がなくなり、コントラストの乏しい画像品質になる傾向がある。したがって、微小ドットの再現性の優れた画像品質を得るためのレーザの発光強度と、階調性の優れた画像品質を得るためのレーザの発光強度は異なったものが必要となり、２種類以上の発光強度を持たせた露光装置が必要となる。
【０００６】
こういった高解像度な画像品質を得るための技術として、例えば特開平９−１１４２０６号公報には、出力制御波生成手段によって各画素の書き込み時間内に鋭いピークを有する波形を生成し、この波形でレーザ光の射出光を制御することで露光エネルギーを集中させ、レーザ光のビーム径を変化させることなく画素同士の干渉を防いで細線の再現性を向上させた装置が示されている。
【０００７】
また特開２０００−１２７４９８公報には、階調再現のためにレーザ光をパルス幅変調した場合、レーザビームがガウシアン分布によってハイライト部、及び暗部で正確に階調再現されないのを防ぐため、感光体表面をトナーが付着しない電位ＶＨより高い電位ＶＨ１に帯電し、レーザがこの感光体表面電位をＶＨとする強度１のバックグラウンド露光強度と、強度１より強く、連続露光すると感光体表面電位をトナーが付着するのに適した表面電位ＶＬよりも低い電位に低下させる過剰な強度２の露光強度を発生できるようにし、強度１による露光と強度２による露光、及び露光ＯＦＦの状態を組み合わせて与え、それによって画像部の表面電位をＶＬとすると共にコントラストが大きくなるよう制御して、ソフト的、あるいはハード的に送信されてきた画像情報を補正することで、レーザ光の強度を多段階に変調することなく、またビーム径を小さくしたりせず、リップルを発生させないようにして露光後のコントラストを高くし、階調のなまりを改善させて、微小ドットの再現性と階調性を得られるようにした装置が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら特開平９−１１４２０６号公報、特開２０００−１２７４９８公報に記された技術は、前記したａ−Ｓｉ感光体を使用する場合を想定したものではなく、また、１２００ｄｐｉ以上、すなわちドット間ピッチが２１．１μｍ以下の高解像度な画像品質を得るためのものでもない。さらにこれらの技術は、例えば特開平９−１１４２０６号公報に示されたものは、各画素の書き込み時間内に鋭いピークを有する波形を生成する出力制御波生成手段を必要とし、複雑な制御が必要である。また、特開２０００−１２７４９８公報に記載された技術は、レーザ光により感光体表面電位をＶＨとする強度１のバックグラウンド露光強度と、強度１より強く、連続露光すると感光体表面電位をトナーが付着するのに適した表面電位ＶＬよりも低い電位に低下させる過剰な強度２を与えられるようにする機構、および強度２の露光強度や露光ＯＦＦとするパルスを生成する機構などが必要で、ソフト的、ハード的に複雑とならざるを得ない。
【０００９】
上記事情に鑑み本発明は、ａ−Ｓｉ感光体を使用した場合においても、露光装置を複雑にすることなく、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することが課題である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明においては、請求項１に記載したように、
感光層を薄膜としたアモルファスシリコンを用いた感光体と、該感光体に、画像を構成する各ドットに対応した光出力を与える半導体レーザで静電潜像を形成するよう構成した露光装置とを有して電子写真法で画像を形成する画像形成装置において、
前記露光装置を構成する半導体レーザの光出力は、該光出力立ち上がり部に前記アモルファスシリコン感光体を過剰露光して静電潜像を強く保持させる過剰露光強度Ｐ１のオーバーシュートと、前記画像を構成するドットの階調に対応したパルス幅によって前記アモルファスシリコン感光体上に階調に応じた静電ドットを形成する露光強度Ｐ２とから構成すると共に、前記半導体レーザの光出力のパルス幅を、該パルス幅が所定値以下の場合、半導体レーザにおける特性のバラツキに起因した過剰露光強度Ｐ１のバラツキに対応して調整する手段とを備え、
該過剰露光強度Ｐ１のバラツキをパルス幅で調整する手段によって半導体レーザの特性のバラツキに起因した露光量のバラツキを調整し、前記過剰露光強度Ｐ１のオーバーシュートで微小ドットの再現を、露光強度Ｐ２で階調の再現を可能としたことを特徴とする。
【００１１】
このようにすることにより、アモルファスシリコン感光体を過剰露光して静電潜像を強く保持させる過剰露光強度Ｐ１のオーバーシュートは、単に急峻な立ち上がりのパルスを半導体レーザに与えるだけで生成でき、また、露光装置を構成する半導体レーザの特性に起因した過剰露光強度Ｐ１のバラツキに対応して調整する手段とを備えたから、たとえ半導体レーザに半導体レーザの特性のバラツキに起因した露光量のバラツキがあったとしても、常に微小ドットの再現と階調の再現が可能となり、前記した特開平９−１１４２０６号公報や特開２０００−１２７４９８公報のように、各画素の書き込み時間内に鋭いピークを有する波形を生成する出力制御波生成手段や、複数の強度を生成する機構、および露光ＯＦＦとする機構などのソフト的、ハード的に複雑な機構を用いる必要がなく、また、半導体レーザの特性のバラツキに起因した露光量のバラツキも調整できるから、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。
【００１２】
そして、本発明になる画像形成装置の露光装置に用いる半導体レーザは、露光強度Ｐ１のオーバーシュートのパルス幅を請求項２に記載したように、
前記露光装置を構成する半導体レーザにおける露光強度Ｐ１のオーバーシュートのパルス幅を、５０ｎｓ以下とすると共に、前記露光強度Ｐ１とＰ２の比を、１.２から５.０としたことを特徴とする。
【００１３】
すなわち、オーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２が５０ｎｓ以上になると、発光強度が強いためにこのドットに階調不良が生じると共に、Ｐ１の値をＰ２の値の５倍以上にすると、オーバーシュート部Ｐ１の発光強度が強すぎて階調不良が生じる。従って、この請求項２に記載したように、露光強度Ｐ１のオーバーシュートのパルス幅を５０ｎｓ以下、及び前記露光強度Ｐ１とＰ２の比を、１.２から５.０とすることで、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。なお、前記オーバーシュートのパルス幅を５０ｎｓ以下といった場合、当然のことながら０ｎｓは含まず、０ｎｓより大きい値を示すものである。
【００１４】
またこの半導体レーザの発振波長は、請求項３に記載したように、
前記半導体レーザは、その発振波長λが６００ｎｍから７２０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
【００１５】
すなわちａ−Ｓｉ感光体は、分光感度特性の約６８０ｎｍ近辺に光の吸収ピークがあり、６００ｎｍ以下、あるいは７２０ｎｍ以上になると、感度特性が低下してより発光強度のある半導体レーザを使用しなければならなくなり、また、干渉縞が発生し易くなると共に、一度露光された部分を再帯電したとき、もとの設定電位よりも低くなってしまう、いわゆる光メモリが顕著になってくる。従って上記請求項３に記載したように、波長を６００〜７２０ｎｍの範囲内で使用することで、分光感度特性、干渉縞、光メモリなどの点で良好な結果が得られ、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。
【００１６】
そして本発明に使用するアモルファスシリコン感光体、及び表面電位は、請求項４に記載したように、
前記アモルファスシリコン感光体は、キャリア阻止層、感光層、表面保護層の３層構造で構成し、その感光層厚が１０μｍから２０μｍであり、表面電位を、＋２００Ｖから＋５００Ｖの範囲とすることを特徴とする。
【００１７】
すなわち感光体の膜厚が２０μｍ以上になると、熱キャリアの移動速度が速くなって暗減衰特性が低下し、結果的に感光体表面方向への潜像の流れが発生し易くなって解像度が低下する原因となると共に、感光体の膜厚が厚いほど成膜時間が長くなってコスト高になり、さらに成膜時間が長くなると異物等の付着確立が高くなって歩留まりが悪くなる。また一方、感光体の膜厚が１０μｍ未満となると、感光体としての帯電能力が低く、所定の表面電位を得ることが困難となると共に、感光体の耐圧性能が総膜厚（特に感光層に依存する）と比例関係にあるため、繰り返し帯電による絶縁破壊が発生して黒点画像となり、さらに導電性基体の表面でレーザ光が乱反射することによって、ハーフパターンにおいては干渉縞が発生する不具合が生じる。
【００１８】
そのため感光層厚は、この請求項４に記載したように、１０〜２０μｍの範囲で使用することで帯電能力、耐圧、暗減衰特性、製造コストに優れ、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる。また、感光体の表面電位が＋２００Ｖ未満になると、現像電界が不十分となり、画像濃度の確保が困難となる。一方、＋５００Ｖを超えると、感光体の膜厚によっては帯電能力が不足すること、絶縁破壊による黒点が発生し易くなること、あるいはオゾンの発生量が増加してしまうなどの問題があり、特に膜厚を薄くした場合には、それに対応して感光体の帯電能力が低下する傾向にある。したがって、このように表面電位の値を＋２００Ｖ〜＋５００Ｖの範囲に設定することにより、帯電能力にすぐれると共に、絶縁破壊の防止、オゾン発生量の増加の防止などがはかれ、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は本発明になる画像形成装置の構成概略を示した図であり、図２は同じく本発明になる画像形成装置に用いるａ−Ｓｉ感光体ドラムの構造の一例を示した図、図３は本発明になる画像形成装置におけるレーザ光の出力波形を説明するための図、図４はレーザ光のオーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２と微小ドットの再現性の関係を説明するためのグラフ、図５はオーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２と階調性の関係を説明するためのグラフ、図６はレーザ光のレベルＰ１とＰ２の比率（Ｐ１／Ｐ２）と微小ドットの再現性の関係を説明するためのグラフ、図７はレーザ光のレベルＰ１とＰ２の比率（Ｐ１／Ｐ２）と階調数の関係を説明するためのグラフ、図８は半導体レーザの立ち上がり時のオーバーシュートにおける強度のばらつきを示したグラフ、図９は半導体レーザの立ち上がり時のオーバーシュートにおける強度データを記憶するテーブルを示したもの、図１０は半導体レーザの立ち上がり時のオーバーシュートにおける強度によってパルス幅を決定するためのパルス幅決定テーブルを示したもの、図１１本発明における微小ドット再現のためのフロー図、図１２は本発明の画像形成装置における露光装置を構成する半導体レーザの制御回路のブロック図である。
【００２１】
図１において、１はａ−Ｓｉ感光体ドラム、２はスコロトロンなどの帯電器、３は図示しない半導体レーザを含む露光装置、４は現像装置、５は転写ロール、６はクリーニング手段、７はイレース手段、８は光信号であり、図２において、２０は導電性基体、２１はキャリア阻止層、２２は感光層、２３は表面保護層である。また図１２において、５０は画像形成装置に与えられた画像信号、５１はこの画像信号から各ドットの階調の信号を生成する階調信号生成器、５２はこの階調信号によって必要なパルス幅のパルスを発生するパターン発生器、５３は半導体レーザのドライバ、５４は半導体レーザのオーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２と発光強度を制御するオーバーシュート制御回路、５５は半導体レーザ、５７は半導体レーザ５５のオーバーシュートの光量データ、５６はこのオーバーシュートの光量データ５７によって半導体レーザ５５に与えるパルスのパルス幅を決定するパルス幅決定テーブルである。
【００２２】
このうちａ−Ｓｉ感光体１は、図２に示したように導電性基体２０上にキャリア阻止層２１、感光層２２、その上に形成された表面保護層２３からなる複数層で構成されたものを使用する。なお、以下の説明において、ａ−Ｓｉ感光体１の膜厚と言った場合は、導電性基体２０の表面から感光体表面までの膜厚、すなわちキャリア阻止層２１、感光層２２、表面保護層２３の総和を指すものとする。
【００２３】
そして本発明においては、このａ−Ｓｉ感光体１における導電性基体２０上の感光層２２の膜厚を２０μｍ以下にするのが好ましい。すなわち感光体の膜厚が２０μｍ以上になると、熱キャリアの移動速度が速くなって暗減衰特性が低下し、結果的に感光体表面方向への潜像の流れが発生し易くなって解像度が低下する原因となる。ａ−Ｓｉ感光体に限らず、ＯＰＣ感光体においても感光体の膜厚は薄いほど解像度が向上することは公知であり、コスト面においても、感光体の膜厚が厚いほど成膜時間が長くなってコスト高になると共に、成膜時間が長くなると異物等の付着確立が高くなって歩留まりが悪くなるなどの点から、感光体の膜厚は薄いほどコストも安く、品質も安定する。
【００２４】
また一方、感光層２２の膜厚が１０μｍ未満となると感光体としての帯電能力が低く、所定の表面電位を得ることが困難となる。また、感光体の耐圧性能が総膜厚（特に感光層２２に依存する）と比例関係にあるため、繰り返し帯電による絶縁破壊が発生して黒点画像となり、さらに導電性基体２０の表面でレーザ光が乱反射することによって、ハーフパターンにおいては干渉縞が発生する不具合が生じる。そのため、感光層の膜厚は、帯電能力、耐圧、暗減衰特性、製造コスト、品質面より、１０〜２０μｍの範囲で使用することが好ましい。
【００２５】
そしてより好ましい感光体の態様として、この感光体を構成する表面保護層２３の厚さは、０.０５〜５μｍの範囲内とするのが好ましい。すなわち、表面保護層２３の厚さが０.０５μｍ未満になると、感光層２２の帯電能力、耐磨耗性、耐環境性等の特性が低下する傾向があるためであり、一方、表面保護層２３の厚さが５μｍを超えると、成膜時間が長くなり、コスト的に不利になり易いためである。したがって表面保護層２３は、帯電能力、耐磨耗性、耐環境性、成膜時間などのバランスから、０.１〜３μｍの範囲内の値とするのがより好ましい。
【００２６】
そしてこの感光層２２を構成する材料は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に制限されるものではなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮ等の無機材料を例示することができる。これらの材料中、ａ−ＳｉＣが特に高抵抗であり、より優れた帯電能力、耐磨耗性、耐環境性が得られることより、本実施形態における感光層材料として好適である。またａ−ＳｉＣのうち、ＳｉとＣ（炭素）との比率が特定のもの、すなわちａ−Ｓｉ１−ＸＣＸ（Ｘの値が０.３〜１未満）がより好ましく、さらにａ−Ｓｉ１−ＸＣＸ（Ｘの値が０.５〜０.９５以下）がより好ましい。これは、このようなａ−Ｓｉ１−ＸＣＸ（Ｘの値が０.５〜０.９５以下）が、１０１２〜１０１３Ωｃｍという特に高い抵抗を有しており、感光体表面方向の潜像の流れが少なく、静電潜像の維持能力及び耐湿性にも優れているためである。
【００２７】
そして、感光体の表面電位（帯電電位）については、＋２００〜＋５００Ｖの範囲内の値とすることが好ましい。感光体の表面電位が＋２００Ｖ未満になると、現像電界が不十分となり、画像濃度の確保が困難となる。一方、＋５００Ｖを超えると、感光体の膜厚によっては帯電能力が不足すること、絶縁破壊による黒点が発生し易くなること、あるいはオゾンの発生量が増加してしまうなどの問題がある。特に膜厚を薄くした場合には、それに対応して感光体の帯電能力が低下する傾向にあり、したがって現像性と感光体の帯電能力とのバランスの観点から、表面電位の値は＋２００Ｖ〜＋５００Ｖの範囲内の値とするのがよく、さらに好ましくは、＋２００Ｖ〜＋３００Ｖの範囲に設定することである。
【００２８】
次に本発明における露光装置３の光源であるが、これは、わずかな駆動電圧によって高い光出力が得ることでき、かつ、ピッチ（Ｎ）や波長の調整を容易に行うことの出来る半導体レーザを用いる。そしてこの半導体レーザの波長は、６００〜７２０ｎｍの間とすることが好ましい。これは、ａ−Ｓｉ感光体の分光感度特性の約６８０ｎｍ近辺に光の吸収ピークがあり、６００ｎｍ以下、あるいは７２０ｎｍ以上になると、感度特性が低下してより発光強度のある半導体レーザを使用しなければならないからである。また、干渉縞が発生し易くなると共に、一度露光された部分を再帯電したとき、もとの設定電位よりも低くなってしまう、いわゆる光メモリが顕著になってくる。そのため、分光感度特性、干渉縞、光メモリなどの観点から、使用する照射光の波長は６００〜７２０ｎｍの範囲内の値に設定することが好ましい。
【００２９】
そしてこの露光装置３の半導体レーザが発する光の強度であるが、これは、ａ−Ｓｉ感光体ドラム１を露光してできた静電潜像が、流れることなく現像領域に達するまで保持されるだけの強度が必要である。前記したように静電潜像の流れについては、感光体の膜厚、暗減衰特性にも依存するが、半導体レーザの発光立ち上がり特性にも大きく影響され、感光体に対して過剰露光することによってその静電潜像は強く保持される。しかしながら感光体に対して過剰露光を行うと、ハーフトーン画像の階調性がなくなり、コントラストの乏しい画像品質になる傾向がある。そのため、微小ドットの再現性の優れた画像品質を得るためのレーザの発光強度と、階調性の優れた画像品質を得るためのレーザの発光強度は異なったものが必要となるが、本発明においては、１つの半導体レーザの光波形出力におけるオーバーシュートを利用し、擬似的に２種類の発光強度を持たせるよう制御してこの問題を解決した。すなわち、一般的な画像形成装置における露光装置においては、通常こういった半導体レーザのオーバーシュートが生じないようＣＲ回路を用いているが、本発明においては、このオーバーシュートを積極的に利用し、上記したように擬似的に２種類の発光強度を持たせるようにしたのである。
【００３０】
図３は、このような制御によって得られた半導体レーザの光波形出力を示したものである。この図３の光波形出力における全体のパルス幅Ｗ１は、ａ−Ｓｉ感光体ドラム１上に形成する画像のドット径に相当するよう制御される。すなわち１ドットの発光時間ｔ（パルス幅Ｗ１、単位：ｎｓ）は、解像度を１２００ｄｐｉ、ａ−Ｓｉ感光体ドラム１の周速度をＤ（ｍｍ／ｓ）、記録媒体の幅をＳ（ｍｍ）、長さをＴ（ｍｍ）、１インチを２５．４ｍｍとし、記録媒体を長さ方向に通して記録する場合、下記（１）式で表される。
【００３１】
【数１】
0004588252.tif 000002
【００３２】
なおこの１ドットの発光時間t（パルス幅Ｗ１）は、多値画像において副走査方向のドット数を分割して表示する場合、分割数分だけ発光時間が短くなる。
またこの図３におけるＰ１は、光パルス立ち上がり時のオーバーシュートで、そのレベルは、前記したようにａ−Ｓｉ感光体ドラム１上に形成した静電潜像が強く保持される過剰露光レベルであり、Ｐ２は通常の階調再現が可能なレベルである。そしてこのオーバーシュート部（Ｐ１）のパルス幅Ｗ２は、５０ｎｓ以下に制御する。
【００３３】
すなわち、オーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２が５０ｎｓ以上になると、発光強度が強いためにこのドットに階調不良が生じてしまう。そのため好ましくは、このパルス幅Ｗ２を２０ｎｓ以下の範囲内の値に設定した方がよい。また、オーバーシュート部Ｐ１と通常の階調再現が可能なレベルＰ２の関係は、Ｐ１の値をＰ２の値の５倍以下とする。これは、Ｐ１の値をＰ２の値の５倍以上にすると、オーバーシュート部Ｐ１の発光強度が強すぎて階調不良が生じてしまうからであり、好ましくは１.２〜２．０倍の範囲の値に設定することが適当である。
【００３４】
このことを実験的に示したのが図４から図７に示したグラフで、図４は、レーザ光のオーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２と微小ドットの再現性の関係を示したグラフ、図５は、オーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２と階調性の関係を示したグラフ、図６は、レーザ光のレベルＰ１とＰ２の比率（Ｐ１／Ｐ２）と微小ドットの再現性の関係を示したグラフ、図７はレーザ光のレベルＰ１とＰ２の比率（Ｐ１／Ｐ２）と階調数の関係を示したグラフである。なお、図４、図５において、レーザ光の強度レベルＰ１とＰ２は、Ｐ１がＰ２の１．５倍に設定され、図６、図７において、オーバーシュートＰ１のパルス幅Ｗ２は、１０ｎｓに設定してある。
【００３５】
まず図４からわかるように、微小ドットの再現性レベルは、オーバーシュートＰ１のパルス幅Ｗ２が１０ｎｓを超えると５でほぼ一定であり、また階調数は、図５からわかるように、オーバーシュートＰ１のパルス幅Ｗ２が２０ｎｓを超えたあたりで２００階調を下回っている。また、レーザ光のレベルＰ１とＰ２の比率（Ｐ１／Ｐ２）による微小ドットの再現性レベルは、図６からわかるように、比率（Ｐ１／Ｐ２）が２．０を超えると５でほぼ一定であり、また図７からわかるように、比率（Ｐ１／Ｐ２）が４．０を超えたあたりで階調数が２００階調を下回っている。
【００３６】
従って前記したように、オーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２は２０ｎｓ以下の値に設定することが好ましく、また、オーバーシュートレベルＰ１と階調再現が可能なレベルＰ２の比率は、Ｐ１の値をＰ２の値の５倍以下、好ましくは１.２〜２．０倍の範囲に設定することが適当である。なお、以上の説明では、オーバーシュートのパルス幅を５０ｎｓ以下、あるいは２０ｎｓ以下と説明してきたが、この値は当然のことながらパルス幅０ｎｓを含まず、０ｎｓより大きい値を示すものである。
【００３７】
また半導体レーザは、同じ駆動電圧を入力した場合でも、半導体レーザの個体差によって得られる光量に差が生じる。前記図３に示した通常の階調再現が可能な光量レベルＰ２は、この個体差を吸収するため流す電流値を変化させて使用できるが、光パルス立ち上がり時のオーバーシュートＰ１の光量は半導体レーザの立ち上がり特性によって決定されているため、複数個の半導体レーザのオーバーシュートにおける光量バラツキの測定結果を示した図８からわかるように、オーバーシュート光量にばらつきが生じ、その結果として微小ドットの再現性にもばらつきが生じて画像品質が低下してしまう。なお、この図８に示した例は代表例であり、半導体レーザのメーカー、定格出力、その他の仕様によって光量はいろいろな形でばらつく。
【００３８】
そのため本発明においては、この半導体レーザにおける光パルス立ち上がり時のオーバーシュートＰ１のデータを、図９に示したテーブルの形で露光装置に具備されたメモリにあらかじめ記憶させておくと共に、画像形成装置の本体側のメモリに図１０のようなパルス幅決定テーブルを記憶させておく。そしてパルス幅Ｗ１が２０ｎｓ以下のパルスの場合、この図９に示した光パルス立ち上がり時のオーバーシュートＰ１のデータテーブルを参照し、ついでこの図１０のパルス幅決定テーブルと照合してこのＰ１のパルス幅Ｗ１を決定する。このようにして半導体レーザに与えるＰ１のパルス幅Ｗ１を補正することで、半導体レーザの光パルス立ち上がり時におけるオーバーシュートＰ１の差による微小ドットの再現性のバラツキを抑制するようにした。
【００３９】
そのため例えば、光パルス幅Ｗ１が理論値で１０ｎｓ、半導体レーザの光量が０．５５（ｍＷ）の場合、図９に示した露光装置内のデータテーブルは３であるから、このテーブルＮｏ３を図１１に示した本体メモリのパルス幅決定テーブルと照合し、このＮｏ３のパルス幅は理論値の０．８倍となるため、実際にレーザに送られる光パルス幅Ｗ１は８ｎｓとなる。
【００４０】
そのため画像形成装置のコントローラが露光装置３の半導体レーザに発光信号を送るときは、図１２のフロー図に示したように、まずステップＳ２で印字データにおける発光信号のパルス幅Ｗ１を検出し、ステップＳ３でそのパルス幅Ｗ１が２０ｎｓ以下かどうか確認する。そして２０ｎｓ以下の場合は、ステップＳ４で露光装置内に記憶されている図９に示したようなテーブルを参照し、使用する半導体レーザの光パルス立ち上がり時のオーバーシュートＰ１の光量データに対応したテーブル番号（Ｔａｂｌｅ  Ｎｏ）を取得する。そしてこのテーブル番号（Ｔａｂｌｅ  Ｎｏ）を元に、ステップＳ５で画像形成装置の本体側に記憶されている図１０のようなパルス幅決定テーブルにおけるこのテーブル番号（Ｔａｂｌｅ  Ｎｏ）と照合し、パルス幅に乗じる倍率を取得してステップＳ６で前記発光信号のパルス幅Ｗ１に適用する。
【００４１】
そのためステップＳ７でこの露光装置３の半導体レーザに送る発光信号のパルス幅Ｗ１は一定以上の幅を有するようになり、例え元の光パルス立ち上がり時におけるオーバーシュートＰ１の光量が少ない場合でも、光パルス立ち上がり時のオーバーシュートＰ１の光量が少ないということがなくなり、微小ドットを再現できるレベルの光強度となる。そのため、半導体レーザの光パルス立ち上がり時のオーバーシュートＰ１における光量の差による微小ドットの再現性のバラツキが抑制できる。
【００４２】
なお、以上説明したきたようなオーバーシュートを起こさせる方法としては、急峻な立ち上がりのパルスを半導体レーザに与え、半導体レーザそのもののインピーダンスを利用して行うなど、一般的に行われている方法でよい。この制御を図１２に示した半導体レーザの制御回路のブロック図で説明すると、まず画像形成装置に与えられた画像信号５０から階調信号生成器５１によって各ドットの階調の信号を生成する。そしてその階調信号と、半導体レーザ５５のオーバーシュートの光量データ５７から取得したオーバーシュートの光量データを用いてパルス幅決定テーブル５６で決定したパルス幅のパルスパターンを、通常のＰＷＭ（パルス幅変調）の技術などを用いてパターン発生器５２で発生する。一方オーバーシュート制御回路５４は、使用する半導体レーザ５５のインピーダンスなどをもとに、半導体レーザ５５が、以上述べてきたようなオーバーシュートのパルス幅、光量となるよう半導体レーザドライバ５３を制御し、パターン発生器５２から送られてきたパルスを成型して半導体レーザ５５に送る。そのため半導体レーザ５５からは、以上図３で説明してきたような光出力が得られる。
【００４３】
このように構成した本発明の画像形成装置における動作は、まず、図１におけるａ−Ｓｉ感光体１をスコロトロン帯電器２により帯電する。そして印字データに基づいて作成した画像信号で露光装置３におけるレーザ出力光を、その出力波形が図３に示したように、オーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ１が２０ｎｓ以下、かつ、露光レベルがａ−Ｓｉ感光体ドラム１上に形成した静電潜像を強く保持する過剰露光レベルとなるようにすると共に、その後に通常の階調再現が可能なレベルＰ２が続くよう制御し、この光信号８によってａ−Ｓｉ感光体１を露光するわけであるが、このとき、印字データに基づいて作成した画像信号におけるパルス幅Ｗ１を前記図１１で説明したステップＳ２で検出し、ステップＳ３でそのパルス幅Ｗ１が２０ｎｓ以下かどうか確認する。そしてこのパルス幅が２０ｎｓ以下の場合、ステップＳ４で露光装置内に記憶されている図９に示したテーブルを参照して使用する半導体レーザの光パルス立ち上がり時のオーバーシュートＰ１の光量データに対応したテーブル番号（Ｔａｂｌｅ  Ｎｏ）を取得する。そしてこのテーブル番号（Ｔａｂｌｅ  Ｎｏ）を元に、ステップＳ５で画像形成装置の本体側に記憶されている図１０のようなパルス幅決定テーブルにおけるこのテーブル番号（Ｔａｂｌｅ  Ｎｏ）と照合し、パルス幅に乗じる倍率を取得してステップＳ６で前記発光信号のパルス幅Ｗ１に適用する。
【００４４】
そしてこのパルス幅でＷ１露光をおこない、ａ−Ｓｉ感光体１上に形成された静電潜像を現像装置４のトナーで顕像化し、このトナー像を転写ローラ５で記録媒体に転写して図示していない定着装置で定着して排紙する。そして、ａ−Ｓｉ感光体１上に転写されずに残ったトナーをクリーニング手段６で除去し、さらにイレース手段７でこのａ−Ｓｉ感光体１上の残留電荷を除去して次の画像形成に備える。
【００４５】
このようにして、本発明になる画像形成装置による画像形成が行われるわけであるが、以下、以上説明してきた仕様に基づいて行った微小ドットの再現性、及び階調性についての実験の結果を説明する。
【００４６】
以下の実験は、一例としてキャリア阻止層３μｍ、感光層１０μｍ、表面保護層１μｍの総膜厚１４μｍとした直径３０ｍｍのａ−Ｓｉ感光体ドラム（京セラ(株)製）を作成し、京セラ(株)製プリンタ、ＦＳ-３７５０改造機（Ａ４対応、出力速度１８枚／分）に装着すると共に、露光装置における半導体レーザのオーバーシュートのパルス幅を１０ｎｓ、Ｐ１の値を０.４５ｍＷ、Ｐ２の値を０.３０ｍＷ、すなわちＰ１をＰ２の１.５倍に設定すると共にドラム周速１２０ｍｍ／ｓとし、半導体レーザのオーバーシュートＰ１の発光強度が０．３５ｍＷと０．６５ｍＷになる２種類の半導体レーザを用意した。この場合、前記（１）式で計算される１ドットの発光時間は１８ｎｓとなり、図９に示したテーブルにより発光強度が０．３５ｍＷの半導体レーザでは図１１のテーブル番号（ＴａｂｌｅＮｏ）１が、発光強度が０．６５ｍＷの半導体レーザでは図１０のテーブル番号（Ｔａｂｌｅ  Ｎｏ）４が選択され、それぞれパルス幅Ｗ１は２１．６ｎｓ、１０．８ｎｓとなる。
【００４７】
そして、階調性の確認用に２５５種類のディザパターンを用意し、視覚的に判別できる個数にて確認した結果、ａ−Ｓｉ感光体を用いた場合でも１２００ｄｐｉの１ドットの再現性は良好で、オーバーシュートＰ１の発光強度が０．３５ｍＷと０．６５ｍＷの２種類の半導体レーザにおいてもその再現性に差が生ぜず、階調性に優れた画像が得られることを確認できた。
【００４８】
このように、アモルファスシリコン感光体を過剰露光して静電潜像を強く保持させる過剰露光強度Ｐ１のオーバーシュートを設けると共に、画像を構成するドットの階調に対応したパルス幅の露光強度Ｐ２を設け、さらに露光装置を構成する半導体レーザの特性のバラツキに起因した過剰露光強度Ｐ１のバラツキに対応して調整する手段とを備えたことで、たとえ半導体レーザに半導体レーザの特性のバラツキに起因した露光量のバラツキがあったとしても、常に微小ドットの再現と階調の再現が可能となり、またこのオーバーシュートは、単に急峻な立ち上がりのパルスを半導体レーザに与えるだけで生成できるから、前記した特開平９−１１４２０６号公報や特開２０００−１２７４９８公報のもののように、各画素の書き込み時間内に鋭いピークを有する波形を生成する出力制御波生成手段や、複数の強度を生成する機構、および露光ＯＦＦとする機構などのソフト的、ハード的に複雑な機構を用いる必要がなく、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上種々述べてきたように、請求項１に記載した本発明よれば、アモルファスシリコン感光体を過剰露光して静電潜像を強く保持させる過剰露光強度Ｐ１のオーバーシュートを設けた場合、このオーバーシュートは単に急峻な立ち上がりのパルスを半導体レーザに与えるだけで生成でき、また、露光装置を構成する半導体レーザの特性のバラツキに起因した過剰露光強度Ｐ１のバラツキに対応して調整する手段とを備えたことで、たとえ半導体レーザに半導体レーザの特性のバラツキに起因した露光量のバラツキがあったとしても、常に微小ドットの再現と階調の再現が可能となる。そのため、前記した特開平９−１１４２０６号公報や特開２０００−１２７４９８公報のもののように、各画素の書き込み時間内に鋭いピークを有する波形を生成する出力制御波生成手段や、複数の強度を生成する機構、および露光ＯＦＦとする機構などのソフト的、ハード的に複雑な機構を用いる必要がなく、また、半導体レーザの特性のバラツキに起因した露光量のバラツキも調整できるから、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。
【００５０】
そして請求項２に記載した本発明によれば、露光強度Ｐ１のオーバーシュートのパルス幅を５０ｎｓ以下、及び前記露光強度Ｐ１とＰ２の比を、１.２から５.０とすることで、発光強度が強すぎてドットに階調不良が生じるのを防ぐことができ、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。
【００５１】
そして請求項３に記載した本発明によれば、半導体レーザの発振波長として６００〜７２０ｎｍとすることで、この範囲外の波長によってａ−Ｓｉ感光体感度特性が低下してより発光強度のある半導体レーザを使用しなければならなくなったりすることや、干渉縞、光メモリ等を防止でき、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。
【００５２】
そして請求項４に記載した本発明によれば、感光層の膜厚を１０〜２０μｍの範囲とし、さらに、アモルファス感光体の表面電位を＋２００Ｖから＋５００Ｖの範囲とすることで、帯電能力、耐圧、暗減衰特性、製造コストに優れ、絶縁破壊の防止、オゾン発生量の増加の防止などがはかれ、微小ドットの再現性、及び階調性の優れた高画質を実現できる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる画像形成装置の構成概略を示した図である。
【図２】本発明になる画像形成装置に用いるａ−Ｓｉ感光体ドラムの構造の一例を示した図である。
【図３】本発明になる画像形成装置におけるレーザ光の出力波形を説明するための図である。
【図４】レーザ光のオーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２と微小ドットの再現性の関係を説明するためのグラフである。
【図５】オーバーシュート部Ｐ１のパルス幅Ｗ２と階調性の関係を説明するためのグラフである。
【図６】レーザ光のレベルＰ１とＰ２の比率（Ｐ１／Ｐ２）と微小ドットの再現性の関係を説明するためのグラフである。
【図７】レーザ光のレベルＰ１とＰ２の比率（Ｐ１／Ｐ２）と階調数の関係を説明するためのグラフである。
【図８】半導体レーザの立ち上がり時のオーバーシュートにおける強度のばらつきを示したグラフである。
【図９】半導体レーザの立ち上がり時のオーバーシュートにおける強度データを記憶するテーブルを示したものである。
【図１０】半導体レーザの立ち上がり時のオーバーシュートにおける強度によってパルス幅を決定するためのパルス幅決定テーブルを示したものである。
【図１１】  本発明における微小ドット再現のためのフロー図である。
【図１２】  本発明の画像形成装置における露光装置を構成する半導体レーザの制御回路のブロック図である。
【符号の説明】
Ｐ１  オーバーシュートの過剰露光強度
Ｐ２  階調に応じた静電潜像を形成する露光強度
Ｗ１  画像を構成する１ドットのパルス幅
Ｗ２  オーバーシュートのパルス幅
【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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