JP6115191B2 - 静電潜像形成方法、静電潜像形成装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電潜像形成方法、静電潜像形成装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光によって静電潜像を形成する静電潜像形成方法及び静電潜像形成装置、並びに該静電潜像形成装置を備える画像形成装置に関する。

近年、多色の画像を形成することができる画像形成装置が、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷に用いられるようになり、画像の高品質化が求められている。

画像の高品質化には、画像を構成する複数のドットを画像情報に応じて適切に形成すること、すなわち、いわゆるドット再現性に優れていることが求められる。

電子写真方式の画像形成装置では、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、定着工程などの複数の工程があり、各工程での精度が、最終的に出力される画像の品質に大きく影響する。特に、露光工程において感光体に形成される静電潜像の状態は、現像工程におけるトナー粒子の挙動に直接影響を及ぼすため重要である。

そこで、画像情報に応じて適切な静電潜像を形成することが求められている。

例えば、特許文献１には、印字しようとする１ドットの上下左右に隣接するドットの個数に応じて、印字しようとする１ドットの露光光量を変化させて印字するようにしたことを特徴とするレーザビームプリンタにおける露光方法が開示されている。

特許文献２には、印字する画像内の任意の画素について、周辺近傍Ｎ×Ｍの領域に「トナーを形成すべき画素」が少ない画素については「トナーを現像するための電界強度を増加させる」ように画像露光量を制御し、周辺近傍Ｎ×Ｍの領域に「トナーを形成すべき画素」が多い画素については、「トナーを現像するための電界強度を減少させる」ように制御することを特徴とする画像形成装置が開示されている。

また、特許文献３には、処理対象画像の画像信号の入力を受ける画像信号入力手段と、該画像信号入力手段に入力された画像信号に基づいて、該処理対象画像の中から所定の画像濃度低減条件を満たす濃度低減領域を検出する濃度低減領域検出手段と、該画像信号入力手段に入力された画像信号に基づいて、該処理対象画像の中から、該所定の濃度低減条件とは異なる所定の特定画像条件を満たす特定画像領域を検出する特定画像領域検出手段と、該特定画像領域検出手段が検出した特定画像領域以外の非特定画像領域については、該濃度低減領域検出手段が検出した濃度低減領域の画像濃度を下げる濃度低減処理を行い、該特定画像領域については、該濃度低減領域が含まれていても該濃度低減領域について該濃度低減処理を行わない濃度制御手段とを有することを特徴とする画像処理装置が開示されている。

さらに、特許文献４には、各色ごとのビットマップ画像を生成する画像生成手段と、電位の分布により表面に潜像が形成される像担持体と、ビットマップ画像における注目画素及びその近傍の画素群を参照して注目画素が白画素であり、かつ、注目画素近傍の画素群に白でない画素が含まれている場合に、注目画素に対応する潜像を、白画素に対応する電位と所定差があり、かつ可視化されない電位で像担持体上に形成する潜像形成手段と、像担持体上の潜像を可視現像化する現像手段とを備えることを特徴とする多色画像出力装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１〜特許文献４に開示されている方法及び装置では、要求されている品質の静電潜像を形成するのは困難であった。

本発明は、露光部分と非露光部分とが混在したパターンの静電潜像を像担持体に形成する静電潜像形成方法であって、前記非露光部分に対応する静電潜像の電界強度が、現像剤の付着を阻害する側に大きくなるように、前記露光部分のうち、前記非露光部分に隣接する露光部分の露光条件を調整する工程と、前記調整された露光条件で前記像担持体を露光する工程とを含み、前記パターンにおいて、前記非露光部分は白ドットであり、前記露光部分は黒ドットであり、前記調整する工程では、前記白ドットに隣接する前記黒ドットの数が多いほど前記電界強度が大きくなるように、前記露光条件を調整することを特徴とする静電潜像形成方法である。

本発明の静電潜像形成方法によれば、高品質の静電潜像を形成することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ帯電装置を説明するための図である。 光走査装置を説明するための図である。 複数の発光部を説明するための図である。 走査光学系を説明するための図（その１）である。 走査光学系を説明するための図（その２）である。 半導体レーザのＩＬ特性を説明するための図である。 変調電流を説明するための図である。 画像処理装置を説明するための図である。 画像処理ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。 光源制御装置を説明するための図である。 同期検知信号、書き込みタイミング信号、発光部選択信号、変調信号のタイミングチャートである。 光源駆動回路を説明するための図である。 オーバーシュート電流を説明するための図である。 変調信号、オーバーシュート１信号、オーバーシュート２信号、光源駆動回路の出力電流のタイミングチャートである。 静電潜像計測装置の概略構成を説明するための図である。 図１７（Ａ）は、試料の構成を説明するための図であり、図１７（Ｂ）は、試料が露光されたときの状態を説明するための図である。 制御系の概略構成及び制御系と各部との関係を説明するための図である。 加速電圧と２次電子放出比との関係を説明するための図である。 加速電圧と帯電電位との関係を説明するための図である。 図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）は、それぞれ露光系を用いて形成することができる静電潜像のパターン例を説明するための図である。 図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）は、それぞれ２次電子の挙動に及ぼす表面電位分布の影響を説明するための図である。 静電潜像計測装置の変形例を説明するための図である。 変形例の静電潜像計測装置における検出対象を説明するための図である。 図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は、それぞれ変形例の静電潜像計測装置における電子ビームの挙動を説明するための図である。 図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）は、それぞれ変形例の静電潜像計測装置による計測結果の例を説明するための図である。 ２ドット通常画像及び２ドット反転画像の静電潜像におけるｃ軸電界強度の強度分布を説明するための図である。 図２８（Ａ）は２ドット通常画像を説明するための図であり、図２８（Ｂ）は２ドット反転画像を説明するための図である。 図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）は、それぞれ白ドットに隣接する黒ドットに付加されるフラグを説明するための図（その１）である。 図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）は、それぞれ白ドットに隣接する黒ドットに付加されるフラグを説明するための図（その２）である。 図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）は、それぞれ白ドットに隣接する黒ドットに付加されるフラグを説明するための図（その３）である。 図３２（Ａ）及び図３２（Ｂ）は、それぞれ白ドットに隣接する黒ドットに付加されるフラグを説明するための図（その４）である。 図３３（Ａ）〜図３３（Ｃ）は、それぞれ１つの黒ドットが２つの白ドットに隣接する場合に付加されるフラグを説明するための図である。 図３４（Ａ）〜図３４（Ｃ）は、それぞれ１つの黒ドットが３つの白ドットに隣接する場合に付加されるフラグを説明するための図である。 「画」の反転画像を説明するための図である。 「画」の反転画像における白ドットに隣接する黒ドットに付加されるフラグを説明するための図である。 図３６の部分拡大図である。 ２ドット反転画像における白ドットに隣接する黒ドットを説明するための図である。 ２ドット反転画像の静電潜像におけるｃ軸電界強度とデューティとの関係を説明するための図である。 図３９における、デューティ：１００％、デューティ：７５％、デューティ：５０％、デューティ：２５％を説明するための図である。 ２ドット反転画像の静電潜像におけるｃ軸電界強度と変調電流との関係を説明するための図である。 図４１における、変調電流：１００％、変調電流：７５％、変調電流：５０％、変調電流：２５％を説明するための図である。 ２ドット反転画像の静電潜像におけるｃ軸電界強度と光出力波形との関係を説明するための図である。 図４３における、Ｐ４００、Ｐ２００、Ｐ１３３、デフォルトを説明するための図である。 カラープリンタの概略構成を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４４に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電装置１０３１、現像装置１０３２、転写装置１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングユニット１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、定着装置１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。

通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置１０６０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などを有している。そして、プリンタ制御装置１０６０は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの画像情報を光走査装置１０１０に送る。

感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、不図示の駆動機構により図１における矢印方向に回転される。

帯電装置１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。この帯電装置１０３１は、一例として図２（Ａ）に示されるコロトロン型帯電装置であっても良いし、一例として図２（Ｂ）に示されるスコロトロン型帯電層とであっても良い。更に、ローラ型帯電装置であっても良い。

図１に戻り、光走査装置１０１０は、帯電装置１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面を、プリンタ制御装置１０６０からの画像情報に基づいて変調された光束により走査し、感光体ドラム１０３０の表面に画像情報に対応した静電潜像を形成する。ここで形成された静電潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像装置１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の詳細については後述する。

トナーカートリッジ１０３６にはトナー（現像剤）が格納されており、該トナーは現像装置１０３２に供給される。

現像装置１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて静電潜像を顕像化させる。ここでトナーが付着した像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写装置１０３３の方向に移動する。

給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚ずつ取り出す。該記録紙１０４０は、感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写装置１０３３との間隙に向けて送り出される。

転写装置１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここでトナー像が転写された記録紙１０４０は、定着装置１０４１に送られる。

定着装置１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここでトナーが定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次積層される。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングユニット１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電装置１０３１に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置１０１０について説明する。

この光走査装置１０１０は、一例として図３に示されるように、光源１１、カップリングレンズ１２、開口板１３、シリンドリカルレンズ１４、ポリゴンミラー１５、走査光学系２０、及び走査制御装置（図示省略）などを備えている。そして、これらは、光学ハウジング（図示省略）の所定位置に組み付けられている。

なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、感光体ドラム１０３０の長手方向（回転軸方向）に沿った方向をＹ軸方向、ポリゴンミラー１５の回転軸に沿った方向をＺ軸方向として説明する。

また、以下では、便宜上、各光学部材において、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源１１は、一例として図４に示されるように２次元配列された２５個の発光部を有している。２５個の発光部は、全ての発光部を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときに、発光部間隔が等しくなるように配置されている。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。

各発光部は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、光源１１は、面発光レーザアレイを有している。なお、発光部の数は、２５個に限定されるものではない。

カップリングレンズ１２は、光源１１から射出された光の光路上に配置され、該光を略平行光とする。

開口板１３は、開口部を有し、カップリングレンズ１２を介した光を整形する。

シリンドリカルレンズ１４は、開口板１３の開口部を通過した光を、ポリゴンミラー１５の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

光源１１とポリゴンミラー１５との間の光路上に配置されている光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。

ポリゴンミラー１５は、感光体ドラム１０３０の長手方向（回転軸方向）に直交する回転軸まわりに回転する４面鏡を有している。この４面鏡における各鏡面が偏向反射面である。ポリゴンミラー１５の４面鏡は等速回転し、シリンドリカルレンズ１４からの光を等角速度的に偏向する。

走査光学系２０は、ポリゴンミラー１５で偏向された光の光路上に配置され、一例として図５及び図６に示されるように、第１走査レンズ２１、第２走査レンズ２２、折り返しミラー２４、同期検知用ミラー２５、及び同期検知センサ２６などを有している。

第１走査レンズ２１は、ポリゴンミラー１５で偏向された光の光路上に配置されている。

第２走査レンズ２２は、第１走査レンズ２１を介した光の光路上に配置されている。

折り返しミラー２４は、第２走査レンズ２２を介した光の光路を、感光体ドラム１０３０に向かう方向に折り返す。

すなわち、ポリゴンミラー１５で偏向された光は、第１走査レンズ２１、第２走査レンズ２２、及び折り返しミラー２４を介して感光体ドラム１０３０に照射され、感光体ドラム１０３０表面に光スポットを形成する。

感光体ドラム１０３０表面の光スポットは、ポリゴンミラー１５の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って移動する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」であり、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。

同期検知用ミラー２５は、折り返しミラー２４で反射された書き込み開始前の光を同期検知センサ２６に向かう方向（ここでは、＋Ｙ方向）に反射する。同期検知センサ２６は、受光光量に応じた信号（光電変換信号）を走査制御装置に出力する。以下では、同期検知センサ２６の出力信号を「同期検知信号」ともいう。

図７には、半導体レーザのＩＬ特性が示されている。半導体レーザに供給される電流（以下では、「供給電流」と略述する）が閾値Ｉｔｈまでは、光出力は非常に小さく、供給電流が閾値Ｉｔｈを越えると光出力は電流値に比例して大きくなる。なお、図７における符号Ｉｏｐは、点灯の際に所定の光出力Ｐ０を得るための供給電流であり、「動作電流」とも呼ばれている。また、電流値が閾値Ｉｔｈの供給電流を「閾値電流Ｉｔｈ」ともいう。

ところで、半導体レーザの駆動方式には、無バイアス方式と有バイアス方式とがある。無バイアス方式とは、消灯時の供給電流を０にし、点灯の際に動作電流Ｉｏｐを供給する方式である。また、有バイアス方式とは、１ｍＡ程度の微小な電流をバイアス電流Ｉｂとして常時供給しておき、点灯の際に、動作電流Ｉｏｐとバイアス電流Ｉｂとの差を付加する方式である（図８参照）。この点灯の際に付加される電流は、「変調電流」や「駆動電流」と呼ばれている。

近年、電子写真方式を用いた画像形成装置では、処理速度の高速化が急速に進んでいる。閾値Ｉｔｈの大きな半導体レーザを無バイアス方式で駆動する場合、動作電流Ｉｏｐが該半導体レーザに供給されても、レーザ発振が可能な濃度のキャリアが生成されるまでにある程度の時間を要するため、発光遅延を生ずる。

この場合に、半導体レーザを高速でオンオフさせようとすると、所望の点灯時間に対応して動作電流を半導体レーザに供給しても、実際の点灯時間が所望の点灯時間よりも短くなるおそれがある。そこで、本実施形態では、応答特性を向上させるため、有バイアス方式を用いている。

走査制御装置は、画像処理装置（画像処理装置１００という）を備えている。この画像処理装置１００は、一例として図９に示されるように、画像処理ユニット１０１、コントローラ１０２、メモリ１０３、及び光源制御装置１０４などを有している。

メモリ１０３には、画像処理ユニット１０１での処理に用いられる各種データが格納されている。

画像処理ユニット１０１での処理について、図１０を用いて説明する。図１０のフローチャートは、画像処理ユニット１０１によって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。

最初のステップＳ４０１では、プリンタ制御装置１０６０から画像情報が送られてきたか否かを判断する。なお、ここでは、プリンタ制御装置１０６０から画像情報が送られてくるまで待機する。そして、プリンタ制御装置１０６０から画像情報が送られてくると、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４０３に移行する。

このステップＳ４０３では、画像情報をコントローラ１０２に送る。コントローラ１０２では、画像情報に対して回転処理、リピート処理、集約処理、圧縮伸長処理などが行われ、これらの処理結果が画像処理ユニット１０１に戻される。

次のステップＳ４０５では、コントローラ１０２から処理結果が戻されたか否かを判断する。なお、ここでは、コントローラ１０２から処理結果が戻されるまで待機する。そして、コントローラ１０２から処理結果が戻されると、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４０７に移行する。

このステップＳ４０７では、メモリ１０３に予め格納されているルックアップ濃度テーブルを参照し、コントローラ１０２からの処理結果を濃度データに変換する。

次のステップＳ４０９では、上記濃度データに対して、フィルタを用いて平滑化処理やエッジ強調処理などの画像補正を行う。

次のステップＳ４１１では、上記画像補正されたデータに対して、メモリ１０３に予め格納されているルックアップ階調テーブルを参照し、階調を補正する。

次のステップＳ４１３では、上記階調が補正されたデータに対して、ディザ処理などの階調処理を行う。

次のステップＳ４１５では、上記階調処理されたデータを画像データとして光源制御装置１０４に出力する。そして、上記ステップＳ４０１に戻る。

なお、画像処理ユニット１０１は、上記処理をＣＰＵとプログラムとによって行っても良いし、上記処理の一部あるいは全てをハードウェアによって行っても良い。

光源制御装置１０４は、一例として図１１に示されるように、基準クロック生成回路１０５、画素クロック生成回路１０６、駆動制御装置１０７、及び光源駆動回路１０８などを有している。なお、図１１における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。また、１本の矢印は、必ずしも１本の信号線を意味するものではない。

基準クロック生成回路１０５は、光源制御装置１０４全体において基準となる高周波クロック信号を生成する。

画素クロック生成回路１０６は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路を有し、基準クロック生成回路１０５からの高周波クロック信号と同期検知センサ２６からの同期検知信号に基づいて、画素クロック信号を生成する。この画素クロック信号は、駆動制御装置１０７及び光源駆動回路１０８に出力される。

駆動制御装置１０７は、画像処理ユニット１０１から画像データ、画素クロック生成回路１０６からの画素クロック信号、及び同期検知センサ２６からの同期検知信号に基づいて、変調信号、発光部選択信号、書き込みタイミング信号、レベル信号などを生成し、光源駆動回路１０８に出力する。同期検知信号、変調信号、発光部選択信号、書き込みタイミング信号のタイミングチャートの一例が図１２に示されている。

光源駆動回路１０８は、一例として図１３に示されるように、ＣＰＵ２０１、メモリ２０２、Ｄ／Ａ変換回路２０３、４つのスイッチ（２０４、２０５、２０６、２０７）、４つの電流源（２０８、２０９、２１０、２１１）、及びセレクタ２１２などを有している。

本実施形態では、一例として図１４に示されるように、オーバーシュート電流１（Ｉｏｖ１）及びオーバーシュート電流２（Ｉｏｖ２）を変調電流に付加できるようになっている。

図１３に戻り、メモリ２０２には、ＣＰＵ２０１にて解読可能なコードで記述されたプログラム、及びプログラムの実行に用いられる複数のデータや設定値などが格納されている。

ＣＰＵ２０１は、メモリ２０２に格納されているプログラムに従って光源駆動回路１０８の全体の動作を制御する。

Ｄ／Ａ変換回路２０３は、ＣＰＵ２０１からのオーバーシュートレベル１設定信号をアナログ信号に変換し、オーバーシュートレベル１信号を生成する。また、Ｄ／Ａ変換回路２０３は、ＣＰＵ２０１からのオーバーシュートレベル２設定信号をアナログ信号に変換し、オーバーシュートレベル２信号を生成する。なお、各設定信号に関する情報は、メモリ２０２に予め格納されている。

電流源２０８は、変調電流の電流源である。変調電流の大きさは、駆動制御装置１０７からのレベル信号によって決定される。

電流源２０９は、オーバーシュート電流１（Ｉｏｖ１）の電流源である。オーバーシュート電流１の大きさは、オーバーシュートレベル１信号によって決定される。

電流源２１０は、オーバーシュート電流２（Ｉｏｖ２）の電流源である。オーバーシュート電流２の大きさは、オーバーシュートレベル２信号によって決定される。

電流源２１１は、バイアス電流の電流源である。

スイッチ２０４は、電流源２０８との電気的な接続をオン／オフするためのスイッチであり、変調信号によってオン／オフされる。ここでは、スイッチ２０４は、変調信号がハイレベルのときにオンとなり、ローレベルのときにオフとなるように設定されている。

スイッチ２０５は、電流源２０９との電気的な接続をオン／オフするためのスイッチであり、ＣＰＵ２０１からのオーバーシュート１信号によってオン／オフされる。ここでは、スイッチ２０５は、オーバーシュート１信号がハイレベルのときにオンとなり、ローレベルのときにオフとなるように設定されている。

スイッチ２０６は、電流源２１０との電気的な接続をオン／オフするためのスイッチであり、ＣＰＵ２０１からのオーバーシュート２信号によってオン／オフされる。ここでは、スイッチ２０６は、オーバーシュート２信号がハイレベルのときにオンとなり、ローレベルのときにオフとなるように設定されている。

スイッチ２０７は、電流源２１１との電気的な接続をオン／オフするためのスイッチであり、ＣＰＵ２０１からのバイアス信号によってオン／オフされる。ここでは、スイッチ２０７は、バイアス信号がハイレベルのときにオンとなり、ローレベルのときにオフとなるように設定されている。

図１５には、変調信号、オーバーシュート１信号、オーバーシュート２信号、及び光源駆動回路１０８から出力される電流のタイミングチャートの一例が示されている。

図１３に戻り、セレクタ２１２は、駆動制御装置１０７からの発光部選択信号に基づいて、光源１１における２５個の発光部のなかの１つの発光部を選択する。ここで選択された発光部のみに光源駆動回路１０８の出力電流が供給される。

次に、静電潜像計測装置について説明する。図１６には、静電潜像計測装置３００の概略構成が示されている。

この静電潜像計測装置３００は、荷電粒子照射系４００、露光系５００、試料台４０１、検出器４０２、ＬＥＤ４０３、制御系３０３（図１６では図示省略、図１８参照）、排出系（図示省略）及び駆動用電源（図示省略）などを備えている。

荷電粒子照射系４００は、真空チャンバ３４０内に配置された、電子銃３１１、引き出し電極３１２、加速電極３１３、コンデンサレンズ３１４、ビームブランカ３１５、仕切り板３１６、可動絞り３１７、スティグメータ３１８、走査レンズ３１９、及び対物レンズ３２０を有している。なお、本明細書では、各レンズの光軸方向をｃ軸方向とし、ｃ軸方向に直交する面内における互いに直交する２つの方向をａ軸方向及びｂ軸方向として説明する。

電子銃３１１は、荷電粒子ビームとしての電子ビームを発生させる。

引き出し電極３１２は、電子銃３１１の−ｃ側に配置され、電子銃３１１で発生された電子ビームを制御する。

加速電極３１３は、引き出し電極３１２の−ｃ側に配置され、電子ビームのエネルギを制御する。

コンデンサレンズ３１４は、加速電極３１３の−ｃ側に配置され、電子ビームを集束させる。

ビームブランカ３１５は、コンデンサレンズ３１４の−ｃ側に配置され、電子ビームの照射をオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）させる。

仕切り板３１６は、ビームブランカ３１５の−ｃ側に配置され、中央に開口を有している。

可動絞り３１７は、仕切り板３１６の−ｃ側に配置され、仕切り板３１６の開口を通過した電子ビームのビーム径を調整する。

スティグメータ３１８は、可動絞り３１７の−ｃ側に配置され、非点収差を補正する。

走査レンズ３１９は、スティグメータ３１８の−ｃ側に配置され、スティグメータ３１８を介した電子ビームをａｂ面内で偏向する。

対物レンズ３２０は、走査レンズ３１９の−ｃ側に配置され、走査レンズ３１９を介した電子ビームを収束させる。対物レンズ３２０を介した電子ビームは、ビーム射出開口部３２１を通過して試料３２３の表面に照射される。

各レンズ等には、不図示の駆動用電源が接続されている。

なお、荷電粒子とは、電界や磁界の影響を受ける粒子を意味し、例えば、電子ビームに代えて、イオンビームを用いても良い。この場合は、電子銃に代えて、液体金属イオン銃などが用いられる。

試料３２３は、感光体であり、一例として図１７（Ａ）に示されるように、導電性支持体３２３ａ、電荷発生層（ＣＧＬ）３２３ｂ、及び電荷輸送層（ＣＴＬ）３２３ｃを有している。

電荷発生層（ＣＧＬ）３２３ｂは、電荷発生材料（ＣＧＭ）を含み、導電性支持体３２３ａの＋ｃ側の面上に形成されている。電荷輸送層（ＣＴＬ）３２３ｃは、電荷発生層（ＣＧＬ）３２３ｂの＋ｃ側の面上に形成されている。

試料３２３は、表面（＋ｃ側の面）に電荷が帯電している状態で露光されると、電荷発生層（ＣＧＬ）３２３ｂの電荷発生材料（ＣＧＭ）によって光が吸収され、正負両極性のチャージキャリアがそれぞれ発生する。このキャリアは、電界によって、一方は電荷輸送層（ＣＴＬ）３２３ｃに、他方は導電性支持体３２３ａに注入される（図１７（Ｂ）参照）。

電荷輸送層（ＣＴＬ）３２３ｃに注入されたキャリアは、電界によって電荷輸送層（ＣＴＬ）３２３ｃの表面にまで移動し、表面の電荷と結合して消滅する。これにより、試料３２３の表面（＋ｃ側の面）に電荷分布、すなわち、静電潜像が形成される。

図１６に戻り、露光系５００は、上記光走査装置１０１０と同様に、光源、カップリングレンズ、開口板、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー、走査光学系などを有している。また、この露光系５００は、ポリゴンミラーの回転軸に平行な方向に関して光を走査させるための走査機構（図示省略）も有している。

露光系５００から射出された光は、反射ミラー３７２及び窓ガラス３６８を介して試料３２３の表面に照射される。

試料３２３の表面における露光系５００から射出される光の照射位置は、ポリゴンミラーでの偏向及び走査機構での偏向によって、ｃ軸方向に直交する平面上の互いに直交する２つの方向に沿って変化する。このとき、ポリゴンミラーでの偏向による照射位置の変化方向は主走査方向であり、走査機構での偏向による照射位置の変化方向は副走査方向である。ここでは、ａ軸方向が主走査方向、ｂ軸方向が副走査方向となるように設定されている。

このように、露光系５００から射出される光によって試料３２３の表面を２次元的に走査することができる。すなわち、試料３２３の表面に２次元的な静電潜像を形成することが可能である。

ところで、露光系５００は、ポリゴンミラーの駆動モータにより生じる振動や電磁波が電子ビームの軌道に影響を与えないように、真空チャンバ３４０の外に設けられている。これにより、測定結果に及ぼす外乱の影響を抑制することができる。

検出器４０２は、試料３２３の近傍に配置され、試料３２３からの２次電子を検出する。

ＬＥＤ４０３は、試料３２３の近傍に配置され、試料３２３を照明する光を射出する。このＬＥＤ４０３は、測定後に試料３２３の表面に残留している電荷を消去するのに用いられる。

制御系３０３は、図１８に示されるように、主制御装置３ａ、入力装置３ｂ、表示装置３ｃ、印刷装置３ｄなどを有している。

入力装置３ｂは、キーボード等の入力媒体を有し、作業者から入力された各種情報を主制御装置３ａに通知する。

表示装置３ｃは、液晶ディスプレイ等の表示部を有し、主制御装置３ａから指示された各種情報を表示する。

印刷装置３ｄは、プリンタを有し、主制御装置３ａから指示された各種情報を紙などに印刷する。

主制御装置３ａは、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データなどが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などを有し、静電潜像計測装置３００の各部を統括的に制御する。

主制御装置３ａは、荷電粒子照射系４００に対して、電子銃３１１、加速電極３１３、コンデンサレンズ３１４、ビームブランカ３１５、可動絞り３１７、スティグメータ３１８、走査レンズ３１９、対物レンズ３２０、及び排出系などを制御する。

また、主制御装置３ａは、露光系５００に対して、光源、及びポリゴンミラーの駆動モータなどを制御する。

さらに、主制御装置３ａは、試料台４０１をａｂｃ３軸方向に関して駆動制御する。また、主制御装置３ａは、検出器４０２の出力信号を取得する。

上記のように構成される静電潜像計測装置３００は、不図示の除振台を介して設置されている。

次に、静電潜像計測装置３００を用いて行われる静電潜像計測処理における主制御装置３ａの動作について説明する。なお、試料３２３は、作業者によってすでに試料台４０１にセットされているものとする。また、真空チャンバ３４０内は、すでに所定の真空度に達しているものとする。

１．荷電粒子照射系４００を制御して、試料３２３に電子ビームを照射し、試料３２３の表面を一様に帯電させる。

ここでは、加速電極３１３に印加される電圧である加速電圧｜Ｖａｃｃ｜として、試料３２３での２次電子放出比が１となる電圧よりも高い電圧（図１９参照）が設定される。これにより、試料３２３では、入射電子の量が放出電子の量よりも上回るため電子が試料３２３に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、試料３２３の表面をマイナス電荷で一様に帯電させることができる。

加速電圧と帯電電位との間には、一定の関係（図２０参照）があるため、加速電圧と照射時間を適切に設定することにより、試料３２３の表面に、レーザプリンタ１０００における感光体ドラム１０３０と同様な帯電電位を形成することができる。なお、照射電流の大きいほうが、短時間で目的の帯電電位に到達することができるため、ここでは照射電流を数ｎＡとしている。

２．静電潜像が観察できるように、試料３２３における入射電子量を１／１００倍〜１／１０００倍にする。

３．露光系５００を制御して、試料３２３の表面を２次元的に光走査し、試料３２３に静電潜像を形成する。なお、露光系５００は、試料３２３の表面に所望のビーム径及びビームプロファイルの光スポットが形成されるように調整されている。

ところで、静電潜像の形成に必要な露光エネルギは、試料の感度特性によって決まるが、通常、２〜１０ｍＪ／ｍ^２程度である。なお、感度が低い試料では、必要な露光エネルギは十数ｍＪ／ｍ^２となることもある。帯電電位や必要な露光エネルギは、試料の感光特性やプロセス条件に合わせて設定される。ここでは、レーザプリンタ１０００に合わせた露光条件に設定されている。

また、画像パターンとしては、いわゆる１ドット孤立パターン、１ドット格子パターン（図２１（Ａ）参照）、２ドット孤立パターン（図２１（Ｂ）参照）、２ｂｙ２パターン（図２１（Ｃ）参照）、ラインパターン（図２１（Ｄ）参照）など様々なパターンを形成することができる。

４．荷電粒子照射系４００を制御して、静電潜像が形成されている試料３２３表面を電子ビームで走査し、試料３２３から放出される２次電子を検出器４０２を介して検出する。このとき、走査レンズ３１９への走査信号と同期をとることで、各走査位置とその位置における２次電子検出量とを関連付けることができる。

５．検出器４０２の出力信号に基づいて、静電潜像のコントラスト像を作成する（例えば、特許第４５５９０６３号公報参照）。ここでは、試料３２３における帯電している部分では２次電子の検出量が多く、露光された部分では２次電子の検出量が少ないため、明暗のコントラスト像を得ることができる。そして、コントラスト像における暗の部分は、露光された部分、すなわち静電潜像の部分とみなすことができる。

試料３２３の表面に電荷分布があると、試料３２３の上方に位置する空間に、表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。入射電子によって発生した２次電子は、この電界によって押し戻され、検出器４０２に到達する量が減少する。従って、電荷リーク箇所は、露光部が黒、非露光部が白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を得ることができる。

図２２（Ａ）は、荷電粒子を捕獲する検出器４０２と、試料３２３との間の空間における電位分布を、等高線で説明図的に示したものである。試料３２３の表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態であり、検出器４０２には正極性の電位が与えられている。そのため、実線で示される電位等高線群においては、試料３２３の表面から検出器４０２に近づくに従い電位が高くなる。従って、試料３２３の、負極性に均一帯電している部分であるＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、検出器４０２の正電位に引かれ、矢印Ｇ１や矢印Ｇ２で示されるように変位し、検出器４０２に捕獲される。

一方、図２２（Ａ）において、Ｑ３点は光照射されて負電位が減衰した部分であり、Ｑ３点近傍では電位等高線の配列は破線で示されるように、Ｑ３点を中心とした半円形の波紋状に広がる。この波紋状の電位分布では、Ｑ３点に近いほど電位が高くなっている。換言すると、Ｑ３点の近傍で発生した２次電子ｅｌ３には、矢印Ｇ３で示すように、試料３２３側に拘束する電気力が作用する。このため、２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線で示されるポテンシャルの穴に捕獲され、検出器４０２に向かって移動することができない。

図２２（Ｂ）には、上記ポテンシャルの穴が模式的に示されている。すなわち、検出器４０２により検出される２次電子の強度（２次電子数）は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分（均一に負帯電している部分、図２２（Ａ）における点Ｑ１やＱ２に代表される部分）」に対応し、強度の小さい部分が「静電潜像の画像部（光照射された部分、図２２（Ａ）における点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。

従って、検出器４０２の出力から得られる電気信号を、適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、サンプリング時刻Ｔをパラメータとして、表面電位分布（電位コントラスト像）Ｖ（ａ，ｂ）を「サンプリングに対応した微小領域」毎に特定できる。そして、表面電位分布Ｖ（ａ，ｂ）を２次元的な画像データとして構成し、これを表示装置３ｃの表示部を表示したり、印刷装置３ｄのプリンタで印刷すれば、静電潜像を可視的な画像として得ることができる。

例えば、捕獲される２次電子の強度を「明るさの強弱で表現」すれば、静電潜像の画像部分は暗く、地の部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じた明暗像として表現（出力）することができる。もちろん、表面電位分布を知ることができれば、表面電荷分布も知ることができる。

なお、表面電荷分布や表面電位分布のプロファイルを求めることにより、静電潜像をさらに高精度に測定することが可能である。

ところで、検出器４０２での検出対象は、試料３２３からの２次電子に限定されるものではない。例えば、入射電子ビームが試料３２３の表面に到達する前に、試料３２３の表面近傍で反発された電子（以下、「１次反発電子」ともいう）を検出器４０２が検出しても良い（例えば、特許第４７０２８８０号公報、特許第５０８９８６５号公報、特許第５１１６１３４号公報参照）。この場合について、以下に説明する。

一例として図２３に示されるように、試料台４０１と試料３２３との間に絶縁部材４０４と導電部材４０５が設け、導電部材４０５に±Ｖｓｕｂの電圧が印加されるようになっている。なお、検出器４０２に対向して導電板が設けられても良い。

検出器４０２では、１次反発電子が検出される（図２４参照）。

ところで、加速電圧は正で表現することが一般的であるが、Ｖａｃｃは負であり、電位ポテンシャルとして物理的意味を持たせるためには、負で表現する方が説明しやすいため、ここでは加速電圧は負（Ｖａｃｃ＜０）と表現する。また、試料３２３の電位ポテンシャルをＶｐ（＜０）とする。

電位とは、単位電荷が持つ電気的な位置エネルギである。従って、入射電子は、電位０（Ｖ）では加速電圧Ｖａｃｃに相当する速度で移動する。すなわち、電子の電荷量をｅとし電子の質量をｍとすると、電子の初速度ｖ_０は、ｍｖ_０ ^２／２＝ｅ×｜Ｖａｃｃ｜で表される。真空中ではエネルギ保存の法則により、加速電圧の働かない領域では等速で運動し、試料３２３に接近するに従い、電位が高くなり、試料３２３の電荷によりクーロン反発の影響を受けて速度が遅くなる。従って、一般的に以下のような現象が起こる。

｜Ｖａｃｃ｜≧｜Ｖｐ｜のときは、入射電子の速度は減速されるものの、試料３２３に到達する（図２５（Ａ）参照）。一方、｜Ｖａｃｃ｜＜｜Ｖｐ｜のときは、入射電子の速度は試料３２３の電位ポテンシャルの影響を受けて徐々に減速し、試料３２３に到達する前に速度が０となって、反対方向に進む（図２５（Ｂ）参照）。

空気抵抗の無い真空中では、エネルギ保存の法則がほぼ成立する。従って、入射電子のエネルギを変えたときの、試料３２３表面上でのエネルギすなわちランディングエネルギがほぼ０となる条件を計測することで、試料３２３表面の電位を計測することができる。入射電子が試料３２３に到達したとき発生する２次電子と１次反発電子とでは、検出器４０２に到達する量が大きく異なるので、明暗のコントラストの境界より識別することができる。

なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子の検出器があるが、この場合の反射電子とは、一般的に試料の物質との相互作用により、入射電子が後方背面に反射（散乱）され、試料表面から飛び出す電子のことを指す。反射電子のエネルギは入射電子のエネルギに匹敵する。反射電子の速度ベクトルは試料の原子番号が大きいほど大きいといわれている。反射電子は、試料の組成の違い、及び表面の凹凸などを検出するのに利用される。これに対して、１次反発電子は、試料表面の電位分布の影響を受けて、試料表面に到達する前に反転する電子のことで有り、反射電子とは全く異なるものである。

図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）には、静電潜像を計測した結果の一例が示されている。Ｖｔｈは、ＶａｃｃとＶｓｕｂとの差（＝Ｖａｃｃ−Ｖｓｕｂ）である。各走査位置（ａ，ｂ）で、ランディングエネルギがほぼ０となるときのＶｔｈ（ａ，ｂ）から電位分布Ｖ（ａ，ｂ）を求めることができる。Ｖｔｈ（ａ，ｂ）は、電位分布Ｖ（ａ，ｂ）と一意的な対応関係があり、電荷分布がなだらかであれば、Ｖｔｈ（ａ，ｂ）は近似的に電位分布Ｖ（ａ，ｂ）と等価となる。図２６（Ａ）におけるＶｔｈと静電潜像の中心からの距離との関係を示す曲線は、試料表面の電荷分布によって生じた表面電位分布の一例である。

ここでは、Ｖａｃｃは−１８００Ｖとしている。静電潜像の中心では、電位が約−６００Ｖであり、該中心から離れるにつれて、電位がマイナス側に大きくなり、該中心から７５μｍを超える周辺領域の電位は約−８５０Ｖになっている。

図２６（Ｂ）は、Ｖｓｕｂ＝−１１５０Ｖに設定したときの検出器４０２の出力を画像化した図である。このとき、Ｖｔｈ＝−６５０Ｖである。図２６（Ｃ）は、Ｖｓｕｂ＝−１１００Ｖに設定したときの検出器４０２の出力を画像化した図である。このとき、Ｖｔｈ＝−７００Ｖである。

そこで、Ｖａｃｃ又はＶｓｕｂを変えながら、試料表面を電子ビームで走査させ、Ｖｔｈ（ａ，ｂ）を計測することにより、試料の表面電位情報を得ることができる。この方法を用いることにより、従来困難であった、静電潜像のプロファイルをミクロンオーダーで可視化することが可能となる。

なお、１次反発電子を検出して静電潜像のプロファイルを求める方式では、入射電子のエネルギが極端に変化するため、入射電子の軌道がずれ、その結果として、走査倍率が変化したり、歪曲収差を生じる場合がある。そこで、このような場合には、静電場の環境や電子軌道をあらかじめ計算しておき、その計算結果に基づいて検出結果を補正することにより、静電潜像のプロファイルを高精度に求めることができる。

すなわち、静電潜像計測装置３００を用いて、静電潜像における電荷分布、表面電位分布、電界強度分布、及び試料表面に直交する方向に関する電界強度を、それぞれ高精度に求めることが可能である。

近年、電子写真プロセスにおいて、高画質化、高安定化の要求が高まっている。中でも、１２００ｄｐｉで２ポイントあるいは３ポイントに相当する微小サイズ文字、特に白抜けとなる２ポイント反転文字あるいは３ポイント反転文字を認識できる出力画像が求められている。しかしながら、高画質な画像を出力することが困難であり、その要因は、これまで現像工程、転写工程、定着工程での劣化要因が支配的であるとされており、現像工程、転写工程、定着工程の改善を行っていたが、期待されたほどの効果は得られなかった。

白抜けとなる反転画像を画像パターンのまま出力しても、通常の画像で生じる試料垂直方向の潜像電界ベクトルが逆転するわけではなく、試料垂直方向の潜像電界ベクトルは反転画像の方が小さくなる。プリンタ制御装置１０６０から供給される画像パターン信号と潜像の不一致が起きている。すなわち、いくら現像工程、転写工程、定着工程を改善しても、高画質への効果が期待できないことを意味する。

そして、特に白抜け文字画像を高画質に印字するには、試料垂直方向の潜像電界ベクトルをトナーが付着しない側に大きくさせることが有効であることがわかった。電磁気学的見地からすると、白画像部の電荷量を増加させることが白部の電界ベクトルを大きくする、最も簡単な方法であるが、帯電電荷量を局所的に増加させることは困難である。そこで、顕在化させるべく白画像部の光出力パターンへの変更処理をしなくても、実質的に白画像部の電荷量を増加させたのと同等の効果をもたらすような光出力パターンを考案した。

もうひとつの課題として、特に画像処理ユニットを過ぎると、白と黒の画像パターン情報しかなく、反転文字などの情報は消滅する。このため、文字部を認識するために行われるエッジ検出などの処理は複雑であり、誤認識を生じやすい。従って、エッジ検出や文字情報認識など特別な処理を行わずに、反転文字などの画像情報に関わらず、簡単で統一的処理ができることが望ましい。

従来発明として数件あげるが、いずれも、画像処理方法が異なる上に、試料垂直方向の潜像電界ベクトルを大きくするという技術思想はない。

特開平０９−２４７４７７号公報に開示されている発明は、電界の巻き込みすなわちエッジ電界に対する課題解決であり、注目している白画素自体を変更する点で技術思想が本願と異なる。また、潜像電界に触れていない。

特開平０９−０８５９８２号公報に開示されている発明は、通常文字画像を想定しており、反転画像には触れていない。

特開２００４−１８１８６８号公報に開示されている発明は、画像処理方法が全く異なる上に、試料垂直方向の潜像電界ベクトルを大きくするという技術思想はない。トナー、キャリア、現像手段といった誤差要因を含んだ現像条件下での技術であり、計測手段もないことから、本質的改善が望めない。

そこで、本発明では、画像劣化要因は現像前の潜像段階で起きていることをつきとめ、それを次工程に受け渡す前の静電潜像の段階で解決することで、これまで不十分であった、微小文字画像、特に反転文字画像の高画質化を安定して実現することを可能とすることを目的とする。

試料垂直方向の潜像電界ベクトルをトナーが付着しない側に大きくさせる手段により、微小サイズの文字画像、特に白抜けとなる反転文字画像を高画質に出力させる。その際、エッジ検出や文字情報認識など特別な処理を行わずに、シンプルルールでかつ任意画像に適用できる静電潜像形成装置を提供することができる。

これにより、光スポットサイズを小さくしなくても、微小な静電潜像を形成することが可能となり、微小な光スポットサイズを作ることが難しい、光走査装置に適用しており、特に、微小サイズ文字や白抜け反転文字に対して、高解像度の画像形成装置に適する。

図２７には、２ドット通常画像（図２８（Ａ）参照）、及び２ドット反転画像（図２８（Ｂ）参照）について、それぞれ画像パターンのとおりに、すなわち、黒ドットを形成するタイミングでは光源にＩｂ＋Ｉｏｐを供給し、白ドットを形成するタイミングでは光源にＩｂのみを供給して静電潜像を形成したときの、試料表面に直交する方向（ここでは、ｃ軸方向）に関する静電潜像の電界強度（以下では、便宜上、「ｃ軸電界強度」と略述する）と該静電潜像の中心からの距離との関係が示されている。なお、静電潜像の中心とは、画像中心に対応する静電潜像での位置をいう。

なお、試料の感光体はアゾ系であり、その膜厚は３０μｍである。また、帯電は５００Ｖ、露光の際のレーザ光の波長は６５５ｎｍ、解像度は１２００ｄｐｉである。そして、白ドットについては非露光とし、黒ドットについては光量１００％、デューティ（Ｄｕｔｙ）１００％とした。

２ドット反転画像におけるｃ軸電界強度は、２ドット通常画像におけるｃ軸電界強度に比べて、著しく小さい。このように、２ドット通常画像は、露光により静電潜像が大きく形成されているが、該２ドット通常画像が反転されても、ｃ軸電界強度は反転しないことがわかった。すなわち、２ドット反転画像では、期待通りの出力画像を得るのは困難である。これまでは、期待通りの出力画像が得られなかったのは、現像工程、転写工程、定着工程に起因すると考えられていたが、感光体上の静電潜像が計測可能となったことで、既に、静電潜像の形成段階で不都合を生じていることが、初めて明らかになった。

そこで、本実施形態では、白ドット毎に、白ドットに隣接する黒ドットの数に着目した。なお、白ドットに隣接する黒ドットとは、＋ａ側、−ａ側、＋ｂ側、及び−ｂ側のいずれかに関して、該白ドットに接している黒ドットをいう。

例えば、図２９（Ａ）に示されるように、白ドットに隣接する黒ドットの数が４の場合、該隣接する黒ドットにフラグＡをたてる（図２９（Ｂ）参照）。

また、例えば、図３０（Ａ）に示されるように、白ドットに隣接する黒ドットの数が３の場合、該隣接する黒ドットにフラグＢをたてる（図３０（Ｂ）参照）。

また、例えば、図３１（Ａ）に示されるように、白ドットに隣接する黒ドットの数が２の場合、該隣接する黒ドットにフラグＣをたてる（図３１（Ｂ）参照）。なお、端部の白ドットについては、隣接する黒ドットの数が確定しないので、ここでは無視する。

また、例えば、図３２（Ａ）に示されるように、白ドットに隣接する黒ドットの数が１の場合、該隣接する黒ドットにフラグＤをたてる（図３２（Ｂ）参照）。

ところで、図３３（Ａ）に示されるように、１つの黒ドットが２つの白ドットに隣接する場合、一方の白ドットに着目すると該黒ドットのフラグはＤであり、他方の白ドットに着目すると該黒ドットのフラグはＡである（図３３（Ｂ）参照）。このように、互いに異なる複数のフラグが考えられる場合は、隣接する黒ドットの数が多い方の白ドットを優先させ、該黒ドットのフラグをＡとする（図３３（Ｃ）参照）。

また、１つの黒ドットが３つの白ドットに隣接する場合が図３４（Ａ）に示されている。この場合、該黒ドットのフラグとしてＣとＤが考えられるが、隣接する黒ドットの数が多い方の白ドットを優先させ、該黒ドットのフラグをＣとする（図３４（Ｃ）参照）。

すなわち、白ドットに隣接する黒ドットに着目し、黒ドットに隣接する白ドットに黒ドットがいくつ隣接しているかをカウントし、その最大値（ＢＭ値とする）を抽出する。

図３５に示される「画」の反転画像について、各白ドットに隣接する黒ドットのフラグが図３６に示されている。また、図３６の一部を拡大したものが図３７に示されている。

次に、前記２ドット反転画像を、白ドットに隣接する黒ドット（図３８参照）のみの露光条件を変えながら形成し、ｃ軸電界強度と静電潜像の中心からの距離との関係を求めた。なお、光量１００％、デューティ（Ｄｕｔｙ）１００％をデフォルトとしている。この場合、静電潜像の中心は、２つの白ドットの境界に対応している。すなわち、静電潜像の中心付近は、白ドットに対応している。

Ａ．露光条件１（ＰＷＭ変調）
図３９には、白ドットに隣接する黒ドットの露光条件のうち、図４０に示されるように、デューティのみを、デフォルトに対して７５％、５０％、２５％と変化させて２ドット反転画像の静電潜像を形成したときの、ｃ軸電界強度と静電潜像の中心からの距離との関係が示されている。なお、デューティが１００％よりも小さい露光条件では、黒ドットの点灯は、白ドットから離れたタイミングで行われるように設定されている。

静電潜像の中心でのｃ軸電界強度は、デフォルトのとき２．８８×１０^６Ｖ／ｍ、デューティが７５％のとき４．７３×１０^６Ｖ／ｍ、デューティが５０％のとき５．４７×１０^６Ｖ／ｍ、デューティが２５％のとき５．６５×１０^６Ｖ／ｍであった。

ここでは、露光条件を変えたのは白ドットに隣接する黒ドットのみであり、白ドットに対しては全く変更していないにも関わらず、白ドットのｃ軸電界強度は変化している。そして、デューティが小さくなるにつれて、白ドットのｃ軸電界強度は大きくなり、トナーが付着しにくくなっている。

そこで、一例として、フラグがＡの黒ドットではデューティを２５％とし、フラグがＢの黒ドットではデューティを５０％とし、フラグがＣの黒ドットではデューティを７５％とし、フラグがＤの黒ドットではデューティを１００％とすることにより、従来よりも、白ドットが明確に表現されている出力画像を得ることができる。

この場合、フラグがＡの黒ドットに隣接する白ドットのｃ軸電界強度（「ＥＡ」とする）と、フラグがＢの黒ドットに隣接する白ドットのｃ軸電界強度（「ＥＢ」とする）と、フラグがＣの黒ドットに隣接する白ドットのｃ軸電界強度（「ＥＣ」とする）と、フラグがＤの黒ドットに隣接する白ドットのｃ軸電界強度（「ＥＤ」とする）との間には、ＥＡ≧ＥＢ≧ＥＣ≧ＥＤの関係がある。

また、フラグがＡの黒ドットではデューティを０％（非点灯）とし、フラグがＢの黒ドットではデューティを２５％とし、フラグがＣの黒ドットではデューティを５０％とし、フラグがＤの黒ドットではデューティを７５％としても良い。この場合であっても、ＥＡ≧ＥＢ≧ＥＣ≧ＥＤの関係があり、従来よりも、白ドットが明確に表現されている出力画像を得ることができる。

なお、デューティの設定値は固定値でも良いが、デューティの最適な設定値は装置毎に異なるため、予め実験等により、実機にあわせた適切な値を求めるのが好ましい。

Ｂ．露光条件２（ＰＭ変調）
図４１には、白ドットに隣接する黒ドットの露光条件のうち、図４２に示されるように、変調電流のみを、デフォルトに対して７５％、５０％、２５％と変化させて２ドット反転画像の静電潜像を形成したときの、ｃ軸電界強度と静電潜像の中心からの距離との関係が示されている。

この場合も、露光条件を変えたのは白ドットに隣接する黒ドットのみであり、白ドットに対しては全く変更していないにも関わらず、白ドットのｃ軸電界強度は変化している。そして、変調電流Ｉｏｐが小さくなるにつれて、白ドットのｃ軸電界強度は大きくなり、トナーが付着しにくくなっている。

そこで、一例として、フラグがＡの黒ドットでは変調電流を２５％とし、フラグがＢの黒ドットでは変調電流を４０％とし、フラグがＣの黒ドットでは変調電流を６０％とし、フラグがＤの黒ドットでは変調電流を８０％とすることにより、従来よりも、白ドットが明確に表現されている出力画像を得ることができる。この場合も、ＥＡ≧ＥＢ≧ＥＣ≧ＥＤの関係がある。

なお、変調電流Ｉｏｐの設定値は固定値でも良いが、変調電流Ｉｏｐの最適な設定値は装置毎に異なるため、予め実験等により、実機にあわせた適切な値を求めるのが好ましい。

Ｃ．露光条件３（ＰＭ変調＋ＰＷＭ変調）
図４３には、白ドットに隣接する黒ドットの露光条件のうち、図４４に示されるように、点灯時間を短くして、積分光量を一定とし、光出力を変化させて２ドット反転画像の静電潜像を形成したときの、ｃ軸電界強度と静電潜像の中心からの距離との関係が示されている。ここでは、最大の光出力を、通常露光（デフォルト）に対して、Ｐ４００では４００％、Ｐ２００では２００％、Ｐ１３３では１３３％としている。すなわち、通常の黒ベタ画像で用いる光出力（デフォルト）よりも大きい光出力で露光している。

この場合は、短い点灯時間及び強い光出力で、すなわち、時間的に集中して露光されることとなり、（１）白抜け画像部の潜像電界を立たせる/大きくできる、（２）潜像解像力が良い、（３）黒画素濃度を維持できる、という利点がある。また、積分光量が同じため、実質的に全体の画像濃度は変わらないという大きな特徴がある。さらに注目すべきは、デューティを変える方法（上記露光条件１）、及び変調電流を変える方法（上記露光条件２）に比べて、ｃ軸電界強度の幅が狭い。これは、ｃ軸電界強度を増加させた上に解像力が維持されていることを意味する。この方法では副作用が少ないため、画像劣化がおきにくい。その上現像γが保存され、ハーフトーン画像にも対応できる可能性が高いなど、格別の効果が期待できる。すなわち、ＰＭ変調とＰＷＭ変調を組み合わせて露光条件を調整するのがより効果的である。

本実施形態では、上記駆動制御装置１０７において、白ドットに隣接する黒ドットへのフラグの付加、及び該フラグに基づいた露光条件の調整が行われる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光走査装置１０１０では、走査制御装置において本発明の静電潜像形成方法が実施されている。また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００では、光走査装置１０１０によって本発明の静電潜像形成装置が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１１、偏向器前光学系、ポリゴンミラー１５、走査光学系２０、及び走査制御装置などを備えている。

走査制御装置は光源制御装置１０４を有し、該光源制御装置１０４は、基準クロック生成回路１０５、画素クロック生成回路１０６、駆動制御装置１０７、及び光源駆動回路１０８などを有している。

駆動制御装置１０７は、白ドットに隣接する黒ドットの数が４の場合、該隣接する黒ドットにフラグＡをたて、白ドットに隣接する黒ドットの数が３の場合、該隣接する黒ドットにフラグＢをたて、白ドットに隣接する黒ドットの数が２の場合、該隣接する黒ドットにフラグＣをたて、白ドットに隣接する黒ドットの数が１の場合、該隣接する黒ドットにフラグＤをたてる。

そして、駆動制御装置１０７は、ＥＡ≧ＥＢ≧ＥＣ≧ＥＤとなるように、フラグに応じて、デューティ（点灯時間）、変調電流、及び光出力の最大値の少なくともいずれかを調整する。これにより、白ドットに対応する静電潜像のｃ軸電界強度を、トナーの付着を阻害する側に大きくすることができる。この場合、従来よりも、高品質の静電潜像を形成することができる。

本実施形態では、画像劣化要因は現像前の潜像段階で起きていることをつきとめ、それを次工程に受け渡す前の静電潜像段階で解決することで、これまで不十分であった、微小文字画像、特に反転文字画像を安定して高画質を実現することができる。実機環境や、周辺の画像パターンが変われば、試料垂直方向の潜像電界ベクトルの値は当然変わってくが、画像劣化の方向性と、ＢＭ値に基づくモード設定による画像改善の方向性が一致しているので、エッジ検出やオブジェクト情報などの複雑な処理を行わなくても、実機にあわせて、設定値を選択することで画質を向上させることができる。

また、本実施形態では、エッジ検出や文字情報認識など特別な処理を行わずに、シンプルで任意画像に対応可能な方法を設定可能となるため、画像データを光源変調データに変換する際にオブジェクト情報がもらえなくても対応できる。そして、文字ごとに対応する必要がなく、任意の文字や場合によっては画像に対応できる。また、文字認識の必要が無い。

また、本実施形態では、白ドット部の設定はデフォルトのままで、実質的に白ドット部の電荷量を増加させたのと同等の効果をもたらすことにより、白ドット部の画質を向上させることができる。本方式を用いれば、画像劣化の方向性と設定による画像改善の方向性が一致しているので、画質を改善することができる。なお、最適設定値は、実機にあわせて、適宜行うと良い。

また、画像劣化要因は現像前の潜像段階で起きていることをつきとめ、それを次工程に受け渡す前の静電潜像段階で解決することで、これまで不十分であった、微小文字画像、特に反転文字画像を安定して高画質を実現することが可能とする静電潜像形成装置を提供することができる。

また、試料垂直方向の潜像電界ベクトルをトナーが付着しない側に大きくさせる手段により、微小サイズの文字画像、特に白抜けとなる反転文字画像を高画質に出力させることができる。その際、エッジ検出や文字情報認識など特別な処理を行わずに、シンプルルールでかつ任意画像に適用できる静電潜像形成装置を提供することができる。

また、ＰＷＭ変調により、平均光出力を隣接画素環境に応じて、適宜下げることで、試料垂直方向の潜像電界ベクトルの大きさを変更でき、反転文字などの高画質化を実現できる。

また、ＰＭ＋ＰＷＭ変調を利用して、最大光出力を意図的に強めることにより、積分光量が同じにすることもできる、実質的に全体の画像濃度は変えずに設定することができる。さらに注目すべきは、潜像電界ベクトルの幅が他の手段に比べて、狭いことが特徴で、これは、潜像電界ベクトルを増加させた上に解像力が維持されていることを意味する。すなわち、画像劣化がおきにくい。現像γが保存される。ハーフトーン画像にも対応できるなど、格別の効果が期待できる。

また、静電潜像で評価することにより、設計にフィードバックすることができ、各工程のプロセスクォリティが向上するため、高画質、高安定に優れた潜像担持体及び走査光学系を提供することができ、現像して可視化することにより、高密度・高画質な画像形成装置を提供することができる。特にＶＣＳＥＬなどのマルチビーム走査光学系を搭載した画像形成装置に適する。

そして、レーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０を備えているため、結果として、高品質の画像を形成することができる。

なお、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイに代えて、複数の発光部が１次元配列されている半導体レーザアレイ（ＬＤアレイ）、あるいは１つの発光部を有する半導体レーザ（ＬＤ）を用いても良い。

また、上記実施形態において、カップリングレンズ１２に代えて、複数のレンズからなるカップリング光学系を用いても良い。

また、上記実施形態において、シリンドリカルレンズ１４に代えて、複数のレンズからなる線像形成光学系を用いても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置がレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、図４５に示されるように、画像形成装置が、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。光走査装置２０１０は、帯電された各感光体ドラム表面を光走査して、各感光体ドラムに静電潜像を形成する。各静電潜像は、対応する現像装置により現像されトナー像が形成される。各トナー像は、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に転写され、最終的に定着ユニット２０３０により定着される。

光走査装置２０１０は、前記駆動制御装置１０７と同様な駆動制御装置を、色毎に有している。そこで、光走査装置２０１０は、上記光走査装置１０１０と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ２０００は、この光走査装置２０１０を備えているため、上記レーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、光走査装置１０１０がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも用いることができる。

１１…光源、１２…カップリングレンズ、１３…開口板、１４…シリンドリカルレンズ、１５…ポリゴンミラー、２０…走査光学系、２１…第１走査レンズ、２２…第２走査レンズ、２４…折り返しミラー、１００…画像処理装置、１０１…画像処理ユニット、１０４…光源制御装置、１０５…基準クロック生成回路、１０６…画素クロック生成回路、１０７…駆動制御装置（調整装置）、１０８…光源駆動回路、３００…静電潜像計測装置、３０３…制御系、３２３…試料、４００…荷電粒子照射系、４０２…検出器、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置（静電潜像形成装置）、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、１０６０…プリンタ制御装置、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置（静電潜像形成装置）、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

特開平９−８５９８２号公報 特開２００４−１８１８６８号公報 特開２００９−３７２８３号公報 特許第３７３３１６６号公報

Claims (6)

1. 露光部分と非露光部分とが混在したパターンの静電潜像を像担持体に形成する静電潜像形成方法であって、
   前記非露光部分に対応する静電潜像の電界強度が、現像剤の付着を阻害する側に大きくなるように、前記露光部分のうち、前記非露光部分に隣接する露光部分の露光条件を調整する工程と、
   前記調整された露光条件で前記像担持体を露光する工程とを含み、
   前記パターンにおいて、前記非露光部分は白ドットであり、前記露光部分は黒ドットであり、
   前記調整する工程では、前記白ドットに隣接する前記黒ドットの数が多いほど前記電界強度が大きくなるように、前記露光条件を調整することを特徴とする静電潜像形成方法。
2. 静電潜像を像担持体に形成する静電潜像形成装置であって、
   光源と、
   前記光源から射出された光を前記像担持体に導光する光学系と、
   露光部分と非露光部分とが混在したパターンの静電潜像を前記像担持体に形成する際、前記非露光部分に対応する静電潜像の電界強度が、現像剤の付着を阻害する側に大きくなるように、前記露光部分のうち、前記非露光部分に隣接する露光部分の露光条件を調整する調整装置とを備え、
   前記パターンにおいて、前記非露光部分は白ドットであり、前記露光部分は黒ドットであり、
   前記調整装置は、前記白ドットに隣接する前記黒ドットの数が多いほど、点灯時間を短くすることを特徴とする静電潜像形成装置。
3. 静電潜像を像担持体に形成する静電潜像形成装置であって、
   光源と、
   前記光源から射出された光を前記像担持体に導光する光学系と、
   露光部分と非露光部分とが混在したパターンの静電潜像を前記像担持体に形成する際、前記非露光部分に対応する静電潜像の電界強度が、現像剤の付着を阻害する側に大きくなるように、前記露光部分のうち、前記非露光部分に隣接する露光部分の露光条件を調整する調整装置とを備え、
   前記パターンにおいて、前記非露光部分は白ドットであり、前記露光部分は黒ドットであり、
   前記調整装置は、前記白ドットに隣接する前記黒ドットの数が多いほど、光出力の最大値を大きくし、かつ点灯時間を短くすることを特徴とする静電潜像形成装置。
4. 前記調整装置は、点灯時間を短くする際、前記白ドットから離れたタイミングで点灯させることを特徴とする請求項２又は３に記載の静電潜像形成装置。
5. 静電潜像を像担持体に形成する静電潜像形成装置であって、
   光源と、
   前記光源から射出された光を前記像担持体に導光する光学系と、
   露光部分と非露光部分とが混在したパターンの静電潜像を前記像担持体に形成する際、前記非露光部分に対応する静電潜像の電界強度が、現像剤の付着を阻害する側に大きくなるように、前記露光部分のうち、前記非露光部分に隣接する露光部分の露光条件を調整する調整装置とを備え、
   前記パターンにおいて、前記非露光部分は白ドットであり、前記露光部分は黒ドットであり、
   前記調整装置は、前記白ドットに隣接する前記黒ドットの数が多いほど、光出力を小さくすることを特徴とする静電潜像形成装置。
6. 像担持体と、
   前記像担持体に静電潜像を形成する請求項２〜５のいずれか一項に記載の静電潜像形成装置とを備える画像形成装置。