画像形成装置
【課題】 ビームスポット径を解像可能な最小画素程度である５０μｍ以下に小径化した場合、潜像が拡散してしまい、ドット画像が広がり、高解像度な画像を形成することが困難である。
【解決手段】 静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、像担持体の量子効率をη、露光エネルギーをＥ［Ｊ／ｍ２]、ビームスポット面積をＳ［ｍ２]としたとき、次の（１）式が成り立つ。
７ｅ−８＊η＊Ｅ／Ｓ≦１．７ …（１）
【解決手段】 静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、像担持体の量子効率をη、露光エネルギーをＥ［Ｊ／ｍ２]、ビームスポット面積をＳ［ｍ２]としたとき、次の（１）式が成り立つ。
７ｅ−８＊η＊Ｅ／Ｓ≦１．７ …（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、特に像担持体を用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば電子写真プロセスを用いて画像を形成する画像形成装置が知られている。このような電子写真方式を用いた画像形成装置においては、高画質化が要求されており、高解像度の画像が要求されてきている。ここで、解像度とは、どの程度細かく画像を表現できるかを表す指標であり、単位長（インチ）当りの描画ドット数ｄｐｉ(dots/inch)で表され、露光走査方向の解像度（以下「主走査方向」とする。）×像担持体進行方向（以下「副走査方向」とする。）の解像度で表わされることもあり、近年６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉ、更には２４００ｄｐｉへと高画質化が進む方向にある。
【０００３】
このような高解像度画像を実現するための手段として、静電潜像坦持体に対して静電潜像を書き込むビームのパルス幅やパワーを制御するか、もしくはビーム径(スポット径)を小さく絞る方法が用いられている。また、高解像度画像で高濃度を得るための手段としてはビームのパルス幅やパワーを最大値に設定し、現像バイアスＶｂと明電位ＶＬとの差である現像ポテンシャルを最大にする方法がとられている。
【０００４】
しかしながら、１２００ｄｐｉ以上の高解像度になってくると、ビームのスポット径を絞ることが大きな課題となっていたため、例えば、特許文献１に記載されているように、ビーム径を絞ることなく、解像性を維持しつつ、画像濃度を最大確保できるよう、感光体特性に応じて露光エネルギーを規定するような例がある。
【特許文献１】特開２００２−１４５２５号公報
【０００５】
また、階調性を向上させるために露光エネルギーを可変させるＰＭ（Power Modulate）変調、ＰＷＭ（Power Wide Modulate）変調等が行われている。ところが、ＰＭ、ＰＷＭ変調だけでは小径ドットを形成することは難しく、露光ビームの小径化が望まれており、現在では、特許文献２などに記載されているように、良好な小径の光スポットを得られるようになっている。
【特許文献２】特開２０００−１８７１７２号公報
【０００６】
その他、本件発明に関する特許文献としては、次のようなものがある。
【特許文献３】特開２００１−２８１９３４号公報
【特許文献４】特開２００４−００１２６０号公報
【特許文献５】特開２００４−１０９７０２号公報
【特許文献６】特開２００４−２０２６８２号公報
【特許文献７】特開２００４−２８７３６１号公報
【特許文献８】特開２００４−２８７３７０号公報
【特許文献９】特開２００４−２８７３７１号公報
【特許文献１０】特開平０９−３１９１６１号公報
【特許文献１１】特許第３２６６０５４号公報
【特許文献１２】特開２０００−０１９７５６号公報
【特許文献１３】特開２０００−１０８４０９号公報
【特許文献１４】特開２００１−０９６７９４号公報
【特許文献１５】特開２００４−１０６３６５号公報
【特許文献１６】特開２００４−１７０４７３号公報
【特許文献１７】特開２００１−１８００４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、良好な小径の光スポットを得られるようになっているものの、解像度が１２００ｄｐｉ以上の高解像度画像で高濃度を得るための手段として、ビームスポット径を解像可能な最小画素程度である５０μｍ以下に小径化した場合、ビームスポットを小径にしているにもかかわらず、ドット画像が絞りきれないという現象が発生することが確認された。図１２にその一例を示している。この図１２に示す例は、ビームスポット径が１６×１６μｍ（主走査方向スポット径×副走査方向スポット径：強度の１／ｅ２とする。）のときの孤立１ｄｏｔ画像である。同図中の、丸印がビームスポット径であり、ビームスポット径に対して、大きなドット画像が形成されていることが分かる。
【０００８】
本発明者は、この原因について解析したところ、詳細は後述するが、ビームスポット径の小径化は画像形成方法の高解像度化に伴う書込み密度の増加によって極端に潜像が拡散してしまうことが判明した。このような拡散した潜像ではドット画像が広がり、ビームスポット径を解像可能な最小画素程度以下に小径化しても高解像度な画像を形成することは困難である。
【０００９】
また、ビーム径の小径化に伴って露光用レーザーが短波長化しているが、これによってレーザーのエネルギーが増加することで、上記のような問題がさらに顕著になることも判明した。
【００１０】
本発明は上記の課題と知見に基づいてなされたものであり、５０μｍ以下の小径ビームを使用しつつ劣化しない潜像分布を形成することで高解像度高濃度な画像形成を行なうことができる画像形成装置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】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、像担持体の量子効率をη、露光エネルギーをＥ［Ｊ／ｍ２]、ビームスポット面積をＳ［ｍ２]としたとき、次の（１）式が成り立つ構成とした。
【００１２】
【数１】
【００１３】
ここで、経時の変動に伴い発生する像担持体膜厚の変化に応じて（１）式が成り立つように調整する手段を備えていることが好ましく、この場合、露光エネルギー、ビームスポット径及び帯電電位の少なくともいずれかを調整することが好ましい。
【００１４】
また、環境変動に伴い発生する帯電電位の変動に対して（１）式が成り立つように調整する手段を備えていることが好ましく、この場合、露光エネルギー、ビームスポット径及び帯電電位の少なくともいずれかを調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る画像形成装置によれば、静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、前記（１）式が成り立つ構成としたので、キャリアの拡散が抑制されて劣化しない潜像分布が得られ、５０μｍ以下の小径ビームを使用しつつ高解像度高濃度な画像形成を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面をも参照して説明する。
まず、本発明の理解のために、ビームスポット径を解像可能な最小画素程度である５０μｍ以下に小径化した場合、ビームスポットを小径にしているにもかかわらず、図１２に示したように、ドット画像が絞りきれないという現象が発生する原因について説明する。
【００１７】
この現象を解析するために、潜像の電位プロファイルを比較検討した。ただし、潜像電位プロファイルの測定は困難なため、シミュレーションにより、各条件における潜像位プロファイルを比較した。
まず、シミュレーション方法について説明すると、感光体内部のキャリア（電荷）の動きは、キャリア間のクーロン反発力、キャリア同士の再結合、感光体内部でのキャリアの移動度の影響を受ける。よって、これらの影響を全て考慮した「潜像形成シミュレーション」により計算および解析を行った.
【００１８】
解析に用いた物理モデルは、（１）ガウシアンレーザビームによる露光量計算、（２）電荷キャリアの生成とその輸送過程の計算からなる。
まず、（１）の露光量計算は、レーザーダイオードやＬＥＤで露光したときの露光プロファイルＩ（ｘ，ｙ）は、ＬＤ光のプロファイルをガウシアン分布で近似すると、次の（２）式で近似することができ、Ｘ方向に点燈時間での移動距離（Ｖｘ×点燈時間）分だけ積分することで算出する。なお、ビームスポット径とは静止ビーム露光強度の１／ｅ２径とする。
【００１９】
【数２】
【００２０】
ここでは、ＬＤを用いた場合の露光エネルギー、露光プロファイルについて説明をするが、ＬＥＤＡのような固体作像素子を用いた場合でも説明できる。なお、その場合は主走査方向に走査することはないので、スキャンスピードＶｘ＝０となる。
【００２１】
次に、（２）の電荷キャリア生成とその輸送過程は、次に示す正負キャリアの連続の（３）式、（４）式とPoisson方程式である（５）式によって支配される。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】
【数５】
【００２５】
ここで、ｎ、μ、E、Γ、ｒ、ε、e は、それぞれ、キャリアの個数密度、移動度、電界強度、単位時間あたりのキャリアの生成量、キャリアの単位時間あたりの再結合係数、誘電率、および電荷素量を示している。また、添え字p,nは、それぞれ正負キャリアを示している。
【００２６】
電荷キャリアは、ＣＧＬ層が薄いことを考慮して、層内で一様に生成されると仮定した。このため、キャリア生成量Γは、入射光強度F、量子効率η、ＣＧＬ層の厚さｄと、以下の（６）式の関係で結ばれる。
【００２７】
【数６】
【００２８】
ここで、β、ｈυは、それぞれ、ＣＧＬ層内での光の吸収効率、レーザービームのフォトン１個あたりのエネルギーである。また、量子効率ηは、電界に依存しており、η＝αEnで表される。
【００２９】
また、上記（３）式、（４）式の右辺第二項目のキャリア再結合項は、正負キャリアが同じ近傍に共存するときに、実験的には生成キャリア量が減少することを説明するために導入されたものである。
【００３０】
上記の物理量のうち、光の吸収係数βおよび再結合係数Rは、黒ベタ露光時の表面電位から実験的なフィッティングを行い算出する。
【００３１】
露光前には、均一に感光体が帯電していると仮定し、感光体表面の電荷量を算出する。その後上記の式を計算することで、露光後の感光体上電荷密度分布を算出する。
【００３２】
まず、露光強度分布について検討を行った。前記（２）式より求めた各ビームスポット径におけるビームプロファイルを図１に示している。実線がビームスポット径５０μｍ、破線がビームスポット径３０μｍの時のビームプロファイル（断面図）である。
【００３３】
ビームスポット径が小径になるに従い、ビームプロファイルがシャープになり、中央部のピーク値が大きくなっていることが分かる。このようなビームスポット径の異なるビームにおいて、同じエネルギーの露光を行った場合、小径ビームの方が中央部の露光強度が強くなる。像担持体に光が露光されると、光のエネルギーにより、像担持体内部の電荷発生物質（ここでは層）内でキャリアが励起されるが、この生成される励起キャリア量は光のエネルギー及び像担持体内部の電界強度に依存しており、エネルギーが強く電界強度が大きい場合、より多くのキャリアが生成される。生成された＋のキャリアは電荷移動層を経由して、像担持体表面に移動し、像担持体上に帯電された負電荷と中和し、潜像が形成される。キャリアは像担持体表面に移動する際にその像担持体内部に発生する電界によって拡散されて潜像が広がる、すなわち潜像が劣化する。
【００３４】
５０μｍ以上のビームスポット径を使用したときには、この潜像の広がりはあまり大きな影響を示さないが、ビーム径を更に小径化すると、露光プロファイルがシャープになり露光面積が減少するので、高解像度な画像を形成するのに有利となるものの、キャリアの生成量が増大するため、潜像の劣化が発生し易くなる。
【００３５】
次に、１６×１６μｍのビームスポット径における潜像プロファイルを図２に示している。実線はビームプロファイル断面図、点線はそのビームプロファイルにおける潜像分布（感光体表層０．３μｍの体積電荷密度分布）を示す。
【００３６】
次に、像担持体の膜厚、ビームスポット径を変えたときの潜像径について検討を行う。ここで、潜像径はシミュレーションにより求めた潜像電荷密度分布のe−２径とした。
各膜厚におけるビームスポット径と潜像径の関係を図３に示している。同図の４５度の直線は、ビームスポット径と潜像径が一致していることを表わしている。ビームスポット径を小径化するに従い、４５度の直線から離れて潜像径が太くなる傾向が確認できる。同からもビームスポット小径化に伴い、像担持体内部に発生するキャリア量が増加し、発生したキャリアのクーロン反発力で互いに反発し、電荷が横に広がりながら移動するため潜像が劣化していることが確認できる。
【００３７】
上述したように、ビームスポット径の小径化は画像が劣化しやすいが、画像形成方法の高解像度化に伴う書込み密度の増加により、図４及び図５に示すように、極端に潜像が拡散してしまうことが確認できた。このような潜像ではドット画像が広がり高解像度な画像を形成することは困難である。つまり、このような潜像が非常に拡散している条件下では得られるドット画像の劣化が著しく,高画質を達成することが困難である。
【００３８】
したがって、高画質な画像を得るためにはビームスポット径の小径化による潜像のシャープさと拡散の双方の効果を見ながら適切な条件を設定することが必要になる。
【００３９】
そこで、ビームスポット径、露光エネルギー、像担持体、およびその帯電電位等をふって潜像の広がりについて検討を行った。各条件において、孤立１ｄｏｔ画像の再現性を評価し、ドットが所望の大きさに再現されているものを「○」、画像が劣化（再現されていないもしくは広がりすぎ）しているものを「×」と評価した。その結果を表１に示している。
【００４０】
【表１】
【００４１】
上記結果について、前述した露光シミュレーションを行い、潜像径を算出した結果を表２に示している。また、各条件と潜像径とビームスポット径の比の関係について検討を行ったところ、図６に示すような相関があることを見出した。
【００４２】
【表２】
表２に示す結果から潜像径／ビームスポット径が３より大きいと1ドット画像の再現性が低下することが分かる。また、図６に示すように、1ドット画像の再現性が良好な場合、量子効率×露光エネルギー／ビームスポット面積（＝Ａ）と潜像径／ビームスポット径（＝Ｂ）が、
７Ｅ−８＊Ａ＋１．３ ≦ ３
すなわち、
７ｅ−８＊η＊Ｅ／Ｓ≦１．７
の関係にあるときに、良好な１ドット画像を形成できることが確認できた。
【００４３】
したがって、像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成するための露光手段を有する画像形成装置において、静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、像担持体の量子効率をη、露光エネルギーをＥ［Ｊ／ｍ２]、ビームスポット面積をＳ［ｍ２]としたとき、次の（１）式が成り立つとき、キャリアの拡散を抑制し、劣化しない潜像分布を形成することができる。
【００４４】
【数７】
【００４５】
次に、本発明を適用する画像形成装置の一例について図７を参照して説明する。
この画像形成装置は、円筒状に形成された光導電性の感光体である像担持体１を備え、この像坦持体１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ２、現像装置３、転写ローラ４、クリーニング装置５を配置している。光走査装置６が設けられ、帯電ローラ２の下流側にて像担持体１に対する露光を行う。
【００４６】
画像形成を行うときは、光導電性の像坦持体１が同図で時計回りに回転し、その表面が帯電ローラ２によって均一帯電され、光走査装置６からのレーザー６ａの走査によって書き込みの露光を受けて静電潜像が形成される。像担持体１上に形成された静電潜像は「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は、現像装置３により像担持体１の帯電極性と同極性のトナーにより反転現像され、像担持体１上にトナー画像が形成される。
【００４７】
一方、画像形成装置本体に装着された紙やＯＰＣ等の転写部材７を収納したカセット８から、転写部材７の最上位の１枚が給紙コロ１２によって給紙される。給紙された転写部材７は、先端部をレジストローラ対１３にくわえられ、像担持体１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合せて転写部へ送り込まれる。
【００４８】
そして、送り込まれた転写部材７は、転写ローラ４による転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ４の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写部材７は定着装置１４へ送られ、トナー画像を定着され、搬送路１５を経て、排紙ローラ対１６により排紙トレイ１７上に排出される。一方、トナー画像が転写された後の像担持体１の表面は、クリーニング装置５によってクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【００４９】
なお、トナー画像の転写は、ローラのみならずベルト、チャージャ、ブラシ等でも可能であり、また、中間転写ベルト等の中間転写媒体を介して行うことも可能である。また、ここではモノクロの画像形成装置の一例を示しているが、像担持体に複数の現像手段を有するカラー画像形成装置や、複数の像担持体および作像部を有するカラータンデム方式の画像形成装置でも本発明を適用することができる。
【００５０】
このような構成を有する画像形成装置を感光体種、帯電電位、ビームスポット径、ビームパワーを可変できるよう改良し、上記（１）式が成立するような条件において、孤立１ドット（ｄｏｔ）画像を評価し、ドットが所望の大きさに再現されているものを「○」、画像が劣化（再現されていないもしくは広がりすぎ）しているものを「×」と評価した。この結果を表３に示している。
【００５１】
【表３】
表３に示すように、（１）式が成立するような条件においては、いずれも良好な画像を形成できることを確認した。
【００５２】
一方、上記のような画像形成装置を経時的に使用すると、像担持体１の磨耗が発生し、感光体の感度が低下し、画像が劣化する。膜厚が減少すると、感光体内部の電界強度が大きくなり、それに伴って感光体感度が増加してしまい、そのため、（１）式が成立しなくなり、画像が劣化してしまうのである。
【００５３】
したがって、像担持体１の膜厚を検出して、膜厚の変動に応じて他の条件を調整し、関係式（１）を成立させることで、画像の劣化を防止することができる。
【００５４】
そこで、このような調整を行なう本発明の他の実施形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同実施形態の画像形成装置の制御部を説明するブロック図、図９は露光エネルギーの調整を行なう処理のフロー図である。
ここで、制御部２０は、この画像形成装置の全体の制御を司るマイクロコンピュータなどで構成したコントローラ２１と、画像形成に関与する各部（エンジン）を制御するためのエンジン制御部２２とを備えている。
【００５５】
コントローラ２１は、画像メモリ２３やフォントメモリ２４等を備えている。このコントローラ２１には、ホスト３０が接続され、コントローラ２１はホスト３０からの画像情報の送信を受けてプリンタ機能のための処理を行なう。
【００５６】
また、この画像形成装置は、原稿画像を読み取るスキャナ２５を備えており、このスキャナ２５はエンジン制御部２２からの駆動信号を受けて動作し、このスキャナ２５により読み取られた画像情報はコントローラ２１に送出され、これによってコントローラ２１がデジタル複写機機能のための処理を行なう。
【００５７】
つまり、ホスト３０やスキャナ２５から画像信号を受けたコントローラ２１は、これを画像メモリ２３に展開し、操作パネル２６からの駆動信号に応じてエンジン制御部２２に制御・書込データを送信する。このとき、画像信号がホスト３０からのテキストデータであれば、必要に応じてフォントメモリ２４から適切なフォントを呼び出し、呼び出されたフォントに従った画像データ（文字データ）を画像メモリ２３に展開する。一方、コントローラ２１から制御・書込データの転送を受けたエンジン制御２２は、給紙装置や像坦持体等の各種の可動部の駆動源となる駆動モータ、クラッチ及びソレノイド類２７に駆動信号を付与してそれらを駆動制御し、帯電装置や現像装置等のための高圧電源回路２８に駆動信号を付与してそれらを駆動制御する。
【００５８】
ここで、エンジン制御部２２には像坦持体電流値検出部４０が接続され、エンジン制御部２２に検出信号が入力される。この像坦持体電流検出部４０は、像坦持体の図示しない回転軸から電流を取り、これをデジタル変換してエンジン制御部２２に送出する。つまり、像坦持体電流検出部４０によって像坦持体１への流れ込み電流値が検出され、この電流値は帯電処理時に絶縁体である感光層の静電容量に比例し、この静電容量は感光層の膜厚に反比例する。したがって、像坦持体電流検出部４０によって検出される像坦持体１への流れ込み電流値は感光層の膜厚に反比例する。そこで、エンジン制御部２２は、像坦持体電流検出部４０からの検出信号に基づいて感光層の膜厚を演算処理によって求める。
【００５９】
また、像担持体膜厚検出手段として、像担持体の膜厚変動量と使用時間との関係を規定するテーブルをエンジン制御部の図示しないメモリに持たせ、このテーブルに基づいて像担持体の膜厚量を予測し、これを実際の膜厚として認識するような制御を行なうこともできる。
【００６０】
そこで、エンジン制御部２２は、図９に示すように、像坦持体電流検出部４０に検出信号に基づいて像担持体の膜厚を検出し、この検出結果から像担持体の膜厚変動量を算出し、膜厚変動量が大きくて（１）式が不成立になる場合には、つまり、膜厚変動量に応じて露光装置による書込条件（露光エネルギー）を前記（１）式が成り立つように調整する。
【００６１】
以上のように、像担持体に流れる電流により像担持体の膜厚を認識する以外に、帯電手段に流れる電流値で像担持体の膜厚を認識することも可能である。この場合には、図８の像担持体電流値検出部４０の部分が帯電電流値検出部となる。
【００６２】
つまり、帯電手段２に流れる電流値は像担持体の静電容量Ｃｏと帯電手段２の静電容量Ｃｃの和に比例する。各静電容量は各層の膜厚に反比例するため、帯電手段電流検出部によって検出される帯電手段２への流れ込み電流値から像担持体の膜厚が算出可能であり、帯電手段電流検出部からの検出信号に基づいて像担持体の膜厚を演算処理によって求めることができる。
【００６３】
そこで、このようにして得られる像担持体膜厚の磨耗に応じて、（１）式が成り立つように、像担持体に対する露光エネルギーを調整することで、経時的に安定して高画質な画像を形成することができる。
【００６４】
また、露光エネルギーに代えて、帯電電位、もしくはビームスポット径、を調整することも可能であり、帯電電位を調整する場合は図９の書込可変手段の変わりに帯電手段に印加する電圧ないしは電位を感光体膜厚に応じて変更すればよい。また、膜厚に応じてビームスポット径を調整する場合には、例えば、ビーム径変更板を使用する。
【００６５】
そこで、このようにビーム径変更板を用いてビームスポット径を変更する本発明の更に他の実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同実施形態における露光装置内の光学系の構成を示す平面説明図、図１１は同じく光源装置の構成を示す平面説明図である。
【００６６】
この光学系は、光源装置５１、ポリゴンミラー５２、走査レンズ５３、シリンドリカルレンズ対５７、鏡筒５８を有している。このうち光源装置５１は、さらに第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２などを有する。光源装置５１は、第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２から出力されるレーザービーム５０１、５０２を、その光軸が主走査方向に一致すると共に副走査方向（紙面に垂直な方向）に一定間隔をおいて略平行となるようにしてシリンドリカルレンズ対５７に向け射出する。また、光源装置５１は、解像度に応じてレーザービーム５０１，５０２のビーム径を変更する。
【００６７】
レーザービーム５０１，５０２は、鏡筒５８に保持されたシリンドリカルレンズ５７を介して副走査方向に集光されつつ、回転軸５２ａを中心にして回転するポリゴンミラー５２の偏向面（ミラー面）に入射する。このようにシリンドリカルレンズ５７により副走査方向に集光させるのは、当該偏向面の面倒れ補正を行うためである。ポリゴンミラー５２は、ポリゴンモータ（図示せず）によって回転軸５２ａを中心に回転駆動され、レーザービームを主走査方向に偏向する。走査レンズ５３は、トロイダルレンズ５３１とｆ−θレンズ５３２とから成り、ポリゴンミラー５２から反射されてくるレーザービームを、像担持体上に合焦状態で照射する。
【００６８】
次に、光源装置５１におけるビーム径変更のための構成とその手順について説明する。図１１は図１０に示した光学系における光源装置５１の拡大図である。光源装置５１は、基台５１０上に、第１、第２レーザーダイオード５１１、５１２、コリメータレンズ５１３，５１４、ビーム径変更板５１５，５１６、及びビームスプリッタ５１９などが配置されている。
【００６９】
第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２は、それぞれ異なる方向からレーザービームを出力する。第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２が射出する第１、第２レーザービーム５０１，５０２は、感光体ドラム表面でのビームスポットの径がｒとなるように途中の光学系の条件が設定される。また、この強度における第１、第２レーザービーム５０１，５０２の射出時の径はＤとなる。さらに、第１、第２レーザービーム５０１，５０２の射出位置は、これらレーザービームが感光体ドラム表面に入射した２つのビームスポットの副走査方向における中心間隔がｒとなるよう固定されている。
【００７０】
ビームスプリッタ５１９は、レーザービーム５０１を入射方向に対して直交する方向に反射する一方、レーザービーム５０２を透過し、両レーザービーム５０１，５０２の光軸がほぼ平行になるようにして、シリンドリカルレンズ対５７に入射させる。ビーム径変更板５１５、５１６は、レーザービーム５０１、５０２の周辺部を遮蔽して、シリンドリカルレンズ対５７に入射するビームの径を変更する。ビーム径変更板５１５、５１６は、それぞれレール５１７，５１８上を矢印方向に摺動可能な状態で保持されており、当該レール５１７，５１８の両端に設けられているストッパの間を、ソレノイドなどのアクチュエータ機構（図示せず）によって移動されるようになっている。このビーム径変更板５１５，５１６の移動は光学系制御部（図示せず）からの信号によって実行される。
【００７１】
また、環境変動に伴い、像担持体の帯電電位が変動した場合、感光体感度が変動し、画像が劣化する場合がある。このような場合に、露光エネルギーやビームスポット径を上記関係式（１）が成り立つように調整することによって、高画質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】ビームスポット径に対して大きな画像が形成される原因の解析の説明に供する各ビームスポット径におけるビームプロファイルの説明図である。
【図２】同じく１６×１６μｍのビームスポット径における潜像プロファイルの一例を示す説明図である。
【図３】同じく各膜厚におけるビームスポット径と潜像径の関係の一例を示す説明図である。
【図４】同じく画像劣化を発生する潜像プロファイルの一例を示す説明図である。
【図５】同じくビームスポット径と潜像径の関係の一例を示す説明図である。
【図６】本発明における量子効率×露光エネルギー／ビームスポット面積と潜像径とビームスポット径の比の関係を示す説明図である。
【図７】本発明を適用する画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の制御部のブロック図である。
【図９】同じく露光エネルギー調整処理を示すフロー図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る画像形成装置の光学系の構成を示す平面説明図である。
【図１１】同じく光源装置の説明に供する平面説明図である。
【図１２】ビームスポット径１６×１６μｍ使用時の孤立１ドット画像の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…像担持体
２…帯電装置
３…光走査装置
４０…感光体電流値検出部
５１…光源装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、特に像担持体を用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば電子写真プロセスを用いて画像を形成する画像形成装置が知られている。このような電子写真方式を用いた画像形成装置においては、高画質化が要求されており、高解像度の画像が要求されてきている。ここで、解像度とは、どの程度細かく画像を表現できるかを表す指標であり、単位長（インチ）当りの描画ドット数ｄｐｉ(dots/inch)で表され、露光走査方向の解像度（以下「主走査方向」とする。）×像担持体進行方向（以下「副走査方向」とする。）の解像度で表わされることもあり、近年６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉ、更には２４００ｄｐｉへと高画質化が進む方向にある。
【０００３】
このような高解像度画像を実現するための手段として、静電潜像坦持体に対して静電潜像を書き込むビームのパルス幅やパワーを制御するか、もしくはビーム径(スポット径)を小さく絞る方法が用いられている。また、高解像度画像で高濃度を得るための手段としてはビームのパルス幅やパワーを最大値に設定し、現像バイアスＶｂと明電位ＶＬとの差である現像ポテンシャルを最大にする方法がとられている。
【０００４】
しかしながら、１２００ｄｐｉ以上の高解像度になってくると、ビームのスポット径を絞ることが大きな課題となっていたため、例えば、特許文献１に記載されているように、ビーム径を絞ることなく、解像性を維持しつつ、画像濃度を最大確保できるよう、感光体特性に応じて露光エネルギーを規定するような例がある。
【特許文献１】特開２００２−１４５２５号公報
【０００５】
また、階調性を向上させるために露光エネルギーを可変させるＰＭ（Power Modulate）変調、ＰＷＭ（Power Wide Modulate）変調等が行われている。ところが、ＰＭ、ＰＷＭ変調だけでは小径ドットを形成することは難しく、露光ビームの小径化が望まれており、現在では、特許文献２などに記載されているように、良好な小径の光スポットを得られるようになっている。
【特許文献２】特開２０００−１８７１７２号公報
【０００６】
その他、本件発明に関する特許文献としては、次のようなものがある。
【特許文献３】特開２００１−２８１９３４号公報
【特許文献４】特開２００４−００１２６０号公報
【特許文献５】特開２００４−１０９７０２号公報
【特許文献６】特開２００４−２０２６８２号公報
【特許文献７】特開２００４−２８７３６１号公報
【特許文献８】特開２００４−２８７３７０号公報
【特許文献９】特開２００４−２８７３７１号公報
【特許文献１０】特開平０９−３１９１６１号公報
【特許文献１１】特許第３２６６０５４号公報
【特許文献１２】特開２０００−０１９７５６号公報
【特許文献１３】特開２０００−１０８４０９号公報
【特許文献１４】特開２００１−０９６７９４号公報
【特許文献１５】特開２００４−１０６３６５号公報
【特許文献１６】特開２００４−１７０４７３号公報
【特許文献１７】特開２００１−１８００４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、良好な小径の光スポットを得られるようになっているものの、解像度が１２００ｄｐｉ以上の高解像度画像で高濃度を得るための手段として、ビームスポット径を解像可能な最小画素程度である５０μｍ以下に小径化した場合、ビームスポットを小径にしているにもかかわらず、ドット画像が絞りきれないという現象が発生することが確認された。図１２にその一例を示している。この図１２に示す例は、ビームスポット径が１６×１６μｍ（主走査方向スポット径×副走査方向スポット径：強度の１／ｅ２とする。）のときの孤立１ｄｏｔ画像である。同図中の、丸印がビームスポット径であり、ビームスポット径に対して、大きなドット画像が形成されていることが分かる。
【０００８】
本発明者は、この原因について解析したところ、詳細は後述するが、ビームスポット径の小径化は画像形成方法の高解像度化に伴う書込み密度の増加によって極端に潜像が拡散してしまうことが判明した。このような拡散した潜像ではドット画像が広がり、ビームスポット径を解像可能な最小画素程度以下に小径化しても高解像度な画像を形成することは困難である。
【０００９】
また、ビーム径の小径化に伴って露光用レーザーが短波長化しているが、これによってレーザーのエネルギーが増加することで、上記のような問題がさらに顕著になることも判明した。
【００１０】
本発明は上記の課題と知見に基づいてなされたものであり、５０μｍ以下の小径ビームを使用しつつ劣化しない潜像分布を形成することで高解像度高濃度な画像形成を行なうことができる画像形成装置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】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、像担持体の量子効率をη、露光エネルギーをＥ［Ｊ／ｍ２]、ビームスポット面積をＳ［ｍ２]としたとき、次の（１）式が成り立つ構成とした。
【００１２】
【数１】
【００１３】
ここで、経時の変動に伴い発生する像担持体膜厚の変化に応じて（１）式が成り立つように調整する手段を備えていることが好ましく、この場合、露光エネルギー、ビームスポット径及び帯電電位の少なくともいずれかを調整することが好ましい。
【００１４】
また、環境変動に伴い発生する帯電電位の変動に対して（１）式が成り立つように調整する手段を備えていることが好ましく、この場合、露光エネルギー、ビームスポット径及び帯電電位の少なくともいずれかを調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る画像形成装置によれば、静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、前記（１）式が成り立つ構成としたので、キャリアの拡散が抑制されて劣化しない潜像分布が得られ、５０μｍ以下の小径ビームを使用しつつ高解像度高濃度な画像形成を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面をも参照して説明する。
まず、本発明の理解のために、ビームスポット径を解像可能な最小画素程度である５０μｍ以下に小径化した場合、ビームスポットを小径にしているにもかかわらず、図１２に示したように、ドット画像が絞りきれないという現象が発生する原因について説明する。
【００１７】
この現象を解析するために、潜像の電位プロファイルを比較検討した。ただし、潜像電位プロファイルの測定は困難なため、シミュレーションにより、各条件における潜像位プロファイルを比較した。
まず、シミュレーション方法について説明すると、感光体内部のキャリア（電荷）の動きは、キャリア間のクーロン反発力、キャリア同士の再結合、感光体内部でのキャリアの移動度の影響を受ける。よって、これらの影響を全て考慮した「潜像形成シミュレーション」により計算および解析を行った.
【００１８】
解析に用いた物理モデルは、（１）ガウシアンレーザビームによる露光量計算、（２）電荷キャリアの生成とその輸送過程の計算からなる。
まず、（１）の露光量計算は、レーザーダイオードやＬＥＤで露光したときの露光プロファイルＩ（ｘ，ｙ）は、ＬＤ光のプロファイルをガウシアン分布で近似すると、次の（２）式で近似することができ、Ｘ方向に点燈時間での移動距離（Ｖｘ×点燈時間）分だけ積分することで算出する。なお、ビームスポット径とは静止ビーム露光強度の１／ｅ２径とする。
【００１９】
【数２】
【００２０】
ここでは、ＬＤを用いた場合の露光エネルギー、露光プロファイルについて説明をするが、ＬＥＤＡのような固体作像素子を用いた場合でも説明できる。なお、その場合は主走査方向に走査することはないので、スキャンスピードＶｘ＝０となる。
【００２１】
次に、（２）の電荷キャリア生成とその輸送過程は、次に示す正負キャリアの連続の（３）式、（４）式とPoisson方程式である（５）式によって支配される。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】
【数５】
【００２５】
ここで、ｎ、μ、E、Γ、ｒ、ε、e は、それぞれ、キャリアの個数密度、移動度、電界強度、単位時間あたりのキャリアの生成量、キャリアの単位時間あたりの再結合係数、誘電率、および電荷素量を示している。また、添え字p,nは、それぞれ正負キャリアを示している。
【００２６】
電荷キャリアは、ＣＧＬ層が薄いことを考慮して、層内で一様に生成されると仮定した。このため、キャリア生成量Γは、入射光強度F、量子効率η、ＣＧＬ層の厚さｄと、以下の（６）式の関係で結ばれる。
【００２７】
【数６】
【００２８】
ここで、β、ｈυは、それぞれ、ＣＧＬ層内での光の吸収効率、レーザービームのフォトン１個あたりのエネルギーである。また、量子効率ηは、電界に依存しており、η＝αEnで表される。
【００２９】
また、上記（３）式、（４）式の右辺第二項目のキャリア再結合項は、正負キャリアが同じ近傍に共存するときに、実験的には生成キャリア量が減少することを説明するために導入されたものである。
【００３０】
上記の物理量のうち、光の吸収係数βおよび再結合係数Rは、黒ベタ露光時の表面電位から実験的なフィッティングを行い算出する。
【００３１】
露光前には、均一に感光体が帯電していると仮定し、感光体表面の電荷量を算出する。その後上記の式を計算することで、露光後の感光体上電荷密度分布を算出する。
【００３２】
まず、露光強度分布について検討を行った。前記（２）式より求めた各ビームスポット径におけるビームプロファイルを図１に示している。実線がビームスポット径５０μｍ、破線がビームスポット径３０μｍの時のビームプロファイル（断面図）である。
【００３３】
ビームスポット径が小径になるに従い、ビームプロファイルがシャープになり、中央部のピーク値が大きくなっていることが分かる。このようなビームスポット径の異なるビームにおいて、同じエネルギーの露光を行った場合、小径ビームの方が中央部の露光強度が強くなる。像担持体に光が露光されると、光のエネルギーにより、像担持体内部の電荷発生物質（ここでは層）内でキャリアが励起されるが、この生成される励起キャリア量は光のエネルギー及び像担持体内部の電界強度に依存しており、エネルギーが強く電界強度が大きい場合、より多くのキャリアが生成される。生成された＋のキャリアは電荷移動層を経由して、像担持体表面に移動し、像担持体上に帯電された負電荷と中和し、潜像が形成される。キャリアは像担持体表面に移動する際にその像担持体内部に発生する電界によって拡散されて潜像が広がる、すなわち潜像が劣化する。
【００３４】
５０μｍ以上のビームスポット径を使用したときには、この潜像の広がりはあまり大きな影響を示さないが、ビーム径を更に小径化すると、露光プロファイルがシャープになり露光面積が減少するので、高解像度な画像を形成するのに有利となるものの、キャリアの生成量が増大するため、潜像の劣化が発生し易くなる。
【００３５】
次に、１６×１６μｍのビームスポット径における潜像プロファイルを図２に示している。実線はビームプロファイル断面図、点線はそのビームプロファイルにおける潜像分布（感光体表層０．３μｍの体積電荷密度分布）を示す。
【００３６】
次に、像担持体の膜厚、ビームスポット径を変えたときの潜像径について検討を行う。ここで、潜像径はシミュレーションにより求めた潜像電荷密度分布のe−２径とした。
各膜厚におけるビームスポット径と潜像径の関係を図３に示している。同図の４５度の直線は、ビームスポット径と潜像径が一致していることを表わしている。ビームスポット径を小径化するに従い、４５度の直線から離れて潜像径が太くなる傾向が確認できる。同からもビームスポット小径化に伴い、像担持体内部に発生するキャリア量が増加し、発生したキャリアのクーロン反発力で互いに反発し、電荷が横に広がりながら移動するため潜像が劣化していることが確認できる。
【００３７】
上述したように、ビームスポット径の小径化は画像が劣化しやすいが、画像形成方法の高解像度化に伴う書込み密度の増加により、図４及び図５に示すように、極端に潜像が拡散してしまうことが確認できた。このような潜像ではドット画像が広がり高解像度な画像を形成することは困難である。つまり、このような潜像が非常に拡散している条件下では得られるドット画像の劣化が著しく,高画質を達成することが困難である。
【００３８】
したがって、高画質な画像を得るためにはビームスポット径の小径化による潜像のシャープさと拡散の双方の効果を見ながら適切な条件を設定することが必要になる。
【００３９】
そこで、ビームスポット径、露光エネルギー、像担持体、およびその帯電電位等をふって潜像の広がりについて検討を行った。各条件において、孤立１ｄｏｔ画像の再現性を評価し、ドットが所望の大きさに再現されているものを「○」、画像が劣化（再現されていないもしくは広がりすぎ）しているものを「×」と評価した。その結果を表１に示している。
【００４０】
【表１】
【００４１】
上記結果について、前述した露光シミュレーションを行い、潜像径を算出した結果を表２に示している。また、各条件と潜像径とビームスポット径の比の関係について検討を行ったところ、図６に示すような相関があることを見出した。
【００４２】
【表２】
表２に示す結果から潜像径／ビームスポット径が３より大きいと1ドット画像の再現性が低下することが分かる。また、図６に示すように、1ドット画像の再現性が良好な場合、量子効率×露光エネルギー／ビームスポット面積（＝Ａ）と潜像径／ビームスポット径（＝Ｂ）が、
７Ｅ−８＊Ａ＋１．３ ≦ ３
すなわち、
７ｅ−８＊η＊Ｅ／Ｓ≦１．７
の関係にあるときに、良好な１ドット画像を形成できることが確認できた。
【００４３】
したがって、像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成するための露光手段を有する画像形成装置において、静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、像担持体の量子効率をη、露光エネルギーをＥ［Ｊ／ｍ２]、ビームスポット面積をＳ［ｍ２]としたとき、次の（１）式が成り立つとき、キャリアの拡散を抑制し、劣化しない潜像分布を形成することができる。
【００４４】
【数７】
【００４５】
次に、本発明を適用する画像形成装置の一例について図７を参照して説明する。
この画像形成装置は、円筒状に形成された光導電性の感光体である像担持体１を備え、この像坦持体１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ２、現像装置３、転写ローラ４、クリーニング装置５を配置している。光走査装置６が設けられ、帯電ローラ２の下流側にて像担持体１に対する露光を行う。
【００４６】
画像形成を行うときは、光導電性の像坦持体１が同図で時計回りに回転し、その表面が帯電ローラ２によって均一帯電され、光走査装置６からのレーザー６ａの走査によって書き込みの露光を受けて静電潜像が形成される。像担持体１上に形成された静電潜像は「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は、現像装置３により像担持体１の帯電極性と同極性のトナーにより反転現像され、像担持体１上にトナー画像が形成される。
【００４７】
一方、画像形成装置本体に装着された紙やＯＰＣ等の転写部材７を収納したカセット８から、転写部材７の最上位の１枚が給紙コロ１２によって給紙される。給紙された転写部材７は、先端部をレジストローラ対１３にくわえられ、像担持体１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合せて転写部へ送り込まれる。
【００４８】
そして、送り込まれた転写部材７は、転写ローラ４による転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ４の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写部材７は定着装置１４へ送られ、トナー画像を定着され、搬送路１５を経て、排紙ローラ対１６により排紙トレイ１７上に排出される。一方、トナー画像が転写された後の像担持体１の表面は、クリーニング装置５によってクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【００４９】
なお、トナー画像の転写は、ローラのみならずベルト、チャージャ、ブラシ等でも可能であり、また、中間転写ベルト等の中間転写媒体を介して行うことも可能である。また、ここではモノクロの画像形成装置の一例を示しているが、像担持体に複数の現像手段を有するカラー画像形成装置や、複数の像担持体および作像部を有するカラータンデム方式の画像形成装置でも本発明を適用することができる。
【００５０】
このような構成を有する画像形成装置を感光体種、帯電電位、ビームスポット径、ビームパワーを可変できるよう改良し、上記（１）式が成立するような条件において、孤立１ドット（ｄｏｔ）画像を評価し、ドットが所望の大きさに再現されているものを「○」、画像が劣化（再現されていないもしくは広がりすぎ）しているものを「×」と評価した。この結果を表３に示している。
【００５１】
【表３】
表３に示すように、（１）式が成立するような条件においては、いずれも良好な画像を形成できることを確認した。
【００５２】
一方、上記のような画像形成装置を経時的に使用すると、像担持体１の磨耗が発生し、感光体の感度が低下し、画像が劣化する。膜厚が減少すると、感光体内部の電界強度が大きくなり、それに伴って感光体感度が増加してしまい、そのため、（１）式が成立しなくなり、画像が劣化してしまうのである。
【００５３】
したがって、像担持体１の膜厚を検出して、膜厚の変動に応じて他の条件を調整し、関係式（１）を成立させることで、画像の劣化を防止することができる。
【００５４】
そこで、このような調整を行なう本発明の他の実施形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同実施形態の画像形成装置の制御部を説明するブロック図、図９は露光エネルギーの調整を行なう処理のフロー図である。
ここで、制御部２０は、この画像形成装置の全体の制御を司るマイクロコンピュータなどで構成したコントローラ２１と、画像形成に関与する各部（エンジン）を制御するためのエンジン制御部２２とを備えている。
【００５５】
コントローラ２１は、画像メモリ２３やフォントメモリ２４等を備えている。このコントローラ２１には、ホスト３０が接続され、コントローラ２１はホスト３０からの画像情報の送信を受けてプリンタ機能のための処理を行なう。
【００５６】
また、この画像形成装置は、原稿画像を読み取るスキャナ２５を備えており、このスキャナ２５はエンジン制御部２２からの駆動信号を受けて動作し、このスキャナ２５により読み取られた画像情報はコントローラ２１に送出され、これによってコントローラ２１がデジタル複写機機能のための処理を行なう。
【００５７】
つまり、ホスト３０やスキャナ２５から画像信号を受けたコントローラ２１は、これを画像メモリ２３に展開し、操作パネル２６からの駆動信号に応じてエンジン制御部２２に制御・書込データを送信する。このとき、画像信号がホスト３０からのテキストデータであれば、必要に応じてフォントメモリ２４から適切なフォントを呼び出し、呼び出されたフォントに従った画像データ（文字データ）を画像メモリ２３に展開する。一方、コントローラ２１から制御・書込データの転送を受けたエンジン制御２２は、給紙装置や像坦持体等の各種の可動部の駆動源となる駆動モータ、クラッチ及びソレノイド類２７に駆動信号を付与してそれらを駆動制御し、帯電装置や現像装置等のための高圧電源回路２８に駆動信号を付与してそれらを駆動制御する。
【００５８】
ここで、エンジン制御部２２には像坦持体電流値検出部４０が接続され、エンジン制御部２２に検出信号が入力される。この像坦持体電流検出部４０は、像坦持体の図示しない回転軸から電流を取り、これをデジタル変換してエンジン制御部２２に送出する。つまり、像坦持体電流検出部４０によって像坦持体１への流れ込み電流値が検出され、この電流値は帯電処理時に絶縁体である感光層の静電容量に比例し、この静電容量は感光層の膜厚に反比例する。したがって、像坦持体電流検出部４０によって検出される像坦持体１への流れ込み電流値は感光層の膜厚に反比例する。そこで、エンジン制御部２２は、像坦持体電流検出部４０からの検出信号に基づいて感光層の膜厚を演算処理によって求める。
【００５９】
また、像担持体膜厚検出手段として、像担持体の膜厚変動量と使用時間との関係を規定するテーブルをエンジン制御部の図示しないメモリに持たせ、このテーブルに基づいて像担持体の膜厚量を予測し、これを実際の膜厚として認識するような制御を行なうこともできる。
【００６０】
そこで、エンジン制御部２２は、図９に示すように、像坦持体電流検出部４０に検出信号に基づいて像担持体の膜厚を検出し、この検出結果から像担持体の膜厚変動量を算出し、膜厚変動量が大きくて（１）式が不成立になる場合には、つまり、膜厚変動量に応じて露光装置による書込条件（露光エネルギー）を前記（１）式が成り立つように調整する。
【００６１】
以上のように、像担持体に流れる電流により像担持体の膜厚を認識する以外に、帯電手段に流れる電流値で像担持体の膜厚を認識することも可能である。この場合には、図８の像担持体電流値検出部４０の部分が帯電電流値検出部となる。
【００６２】
つまり、帯電手段２に流れる電流値は像担持体の静電容量Ｃｏと帯電手段２の静電容量Ｃｃの和に比例する。各静電容量は各層の膜厚に反比例するため、帯電手段電流検出部によって検出される帯電手段２への流れ込み電流値から像担持体の膜厚が算出可能であり、帯電手段電流検出部からの検出信号に基づいて像担持体の膜厚を演算処理によって求めることができる。
【００６３】
そこで、このようにして得られる像担持体膜厚の磨耗に応じて、（１）式が成り立つように、像担持体に対する露光エネルギーを調整することで、経時的に安定して高画質な画像を形成することができる。
【００６４】
また、露光エネルギーに代えて、帯電電位、もしくはビームスポット径、を調整することも可能であり、帯電電位を調整する場合は図９の書込可変手段の変わりに帯電手段に印加する電圧ないしは電位を感光体膜厚に応じて変更すればよい。また、膜厚に応じてビームスポット径を調整する場合には、例えば、ビーム径変更板を使用する。
【００６５】
そこで、このようにビーム径変更板を用いてビームスポット径を変更する本発明の更に他の実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同実施形態における露光装置内の光学系の構成を示す平面説明図、図１１は同じく光源装置の構成を示す平面説明図である。
【００６６】
この光学系は、光源装置５１、ポリゴンミラー５２、走査レンズ５３、シリンドリカルレンズ対５７、鏡筒５８を有している。このうち光源装置５１は、さらに第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２などを有する。光源装置５１は、第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２から出力されるレーザービーム５０１、５０２を、その光軸が主走査方向に一致すると共に副走査方向（紙面に垂直な方向）に一定間隔をおいて略平行となるようにしてシリンドリカルレンズ対５７に向け射出する。また、光源装置５１は、解像度に応じてレーザービーム５０１，５０２のビーム径を変更する。
【００６７】
レーザービーム５０１，５０２は、鏡筒５８に保持されたシリンドリカルレンズ５７を介して副走査方向に集光されつつ、回転軸５２ａを中心にして回転するポリゴンミラー５２の偏向面（ミラー面）に入射する。このようにシリンドリカルレンズ５７により副走査方向に集光させるのは、当該偏向面の面倒れ補正を行うためである。ポリゴンミラー５２は、ポリゴンモータ（図示せず）によって回転軸５２ａを中心に回転駆動され、レーザービームを主走査方向に偏向する。走査レンズ５３は、トロイダルレンズ５３１とｆ−θレンズ５３２とから成り、ポリゴンミラー５２から反射されてくるレーザービームを、像担持体上に合焦状態で照射する。
【００６８】
次に、光源装置５１におけるビーム径変更のための構成とその手順について説明する。図１１は図１０に示した光学系における光源装置５１の拡大図である。光源装置５１は、基台５１０上に、第１、第２レーザーダイオード５１１、５１２、コリメータレンズ５１３，５１４、ビーム径変更板５１５，５１６、及びビームスプリッタ５１９などが配置されている。
【００６９】
第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２は、それぞれ異なる方向からレーザービームを出力する。第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２が射出する第１、第２レーザービーム５０１，５０２は、感光体ドラム表面でのビームスポットの径がｒとなるように途中の光学系の条件が設定される。また、この強度における第１、第２レーザービーム５０１，５０２の射出時の径はＤとなる。さらに、第１、第２レーザービーム５０１，５０２の射出位置は、これらレーザービームが感光体ドラム表面に入射した２つのビームスポットの副走査方向における中心間隔がｒとなるよう固定されている。
【００７０】
ビームスプリッタ５１９は、レーザービーム５０１を入射方向に対して直交する方向に反射する一方、レーザービーム５０２を透過し、両レーザービーム５０１，５０２の光軸がほぼ平行になるようにして、シリンドリカルレンズ対５７に入射させる。ビーム径変更板５１５、５１６は、レーザービーム５０１、５０２の周辺部を遮蔽して、シリンドリカルレンズ対５７に入射するビームの径を変更する。ビーム径変更板５１５、５１６は、それぞれレール５１７，５１８上を矢印方向に摺動可能な状態で保持されており、当該レール５１７，５１８の両端に設けられているストッパの間を、ソレノイドなどのアクチュエータ機構（図示せず）によって移動されるようになっている。このビーム径変更板５１５，５１６の移動は光学系制御部（図示せず）からの信号によって実行される。
【００７１】
また、環境変動に伴い、像担持体の帯電電位が変動した場合、感光体感度が変動し、画像が劣化する場合がある。このような場合に、露光エネルギーやビームスポット径を上記関係式（１）が成り立つように調整することによって、高画質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】ビームスポット径に対して大きな画像が形成される原因の解析の説明に供する各ビームスポット径におけるビームプロファイルの説明図である。
【図２】同じく１６×１６μｍのビームスポット径における潜像プロファイルの一例を示す説明図である。
【図３】同じく各膜厚におけるビームスポット径と潜像径の関係の一例を示す説明図である。
【図４】同じく画像劣化を発生する潜像プロファイルの一例を示す説明図である。
【図５】同じくビームスポット径と潜像径の関係の一例を示す説明図である。
【図６】本発明における量子効率×露光エネルギー／ビームスポット面積と潜像径とビームスポット径の比の関係を示す説明図である。
【図７】本発明を適用する画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の制御部のブロック図である。
【図９】同じく露光エネルギー調整処理を示すフロー図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る画像形成装置の光学系の構成を示す平面説明図である。
【図１１】同じく光源装置の説明に供する平面説明図である。
【図１２】ビームスポット径１６×１６μｍ使用時の孤立１ドット画像の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…像担持体
２…帯電装置
３…光走査装置
４０…感光体電流値検出部
５１…光源装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成するための露光手段を有する画像形成装置において、
前記静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、像担持体の量子効率をη、露光エネルギーをＥ［Ｊ／ｍ２]、ビームスポット面積をＳ［ｍ２]としたとき、次の（１）式が成り立つことを特徴とする画像形成装置。
【数１】
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、経時の変動に伴い発生する像担持体膜厚の変化に応じて前記（１）式が成り立つように調整する手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像形成装置において、露光エネルギー、ビームスポット径及び帯電電位の少なくともいずれかを調整することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像形成装置において、環境変動に伴い発生する帯電電位の変動に対して前記（１）式が成り立つように調整する手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像形成装置において、露光エネルギー、ビームスポット径及び帯電電位の少なくともいずれかを調整することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成するための露光手段を有する画像形成装置において、
前記静電潜像を形成するための露光を行うビームスポット径が５０μｍ以下のとき、像担持体の量子効率をη、露光エネルギーをＥ［Ｊ／ｍ２]、ビームスポット面積をＳ［ｍ２]としたとき、次の（１）式が成り立つことを特徴とする画像形成装置。
【数１】
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、経時の変動に伴い発生する像担持体膜厚の変化に応じて前記（１）式が成り立つように調整する手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像形成装置において、露光エネルギー、ビームスポット径及び帯電電位の少なくともいずれかを調整することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像形成装置において、環境変動に伴い発生する帯電電位の変動に対して前記（１）式が成り立つように調整する手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像形成装置において、露光エネルギー、ビームスポット径及び帯電電位の少なくともいずれかを調整することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−７２３３５（Ｐ２００７−７２３３５Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６１６１８（Ｐ２００５−２６１６１８）
【出願日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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