成像设备的制作方法

专利名称：成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一成像设备，比如说一复印机，一打印机及类似装置，尤其是涉及一种利用激光光束对光敏件进行扫描而形成图像的成像设备。
在成像设备中，我们知道光电摄影激光打印机是一种高速低噪音打印机。此类激光打印机通常是完成二值记录，所形成的图像，比如说一个符号，图形或类似图像是通过利用激光光束在光敏件上进行照射或不进行照射而形成的。总之，由于符号，图形或类似图像的记录无需中间色调，故此类打印机结构较简单。
最近，有人提出了一种中间色调像素形成方法，其特征在于无需减小记录密度即可获得高分辨率。在此方法中，通过按照一图像信号调节激光光束的脉冲宽度(PWM)即可形成中间色调的图像。按照此类PWM系统，可以形成高分辨率和高梯度的图像。因此，此类系统可用作要求具有高分辨率和高梯度的彩色成像设备。按照此类PWM系统，通过利用光束对每一像素进行照射，就可能使所形成的像点具有区域色层，因而无需减小象素密度(记录密度)即可获得中间色调。
即便是在利用激光光束扫描光敏件从而形成图象的成像设备中，仍要求提高分辨率。可以考虑通过减小激光光束的光斑直径来使分辨率上升。但是，为使激光光束的光斑直径得以减小，聚焦透镜的放大倍率就需提高，故而成像设备就会变得笨重而且昂贵。再者，由于焦深减小，因此对光敏件的聚焦就不稳定。
本发明有助于消除上述常见缺陷，本发明的目的在于，提供一种可获得高分辨率图象的成像设备。
本发明的另一目的是提供一种成像设备，该成像设备的特征在于激光光束的光斑直径可以减小。
本发明的另一目的在于提供一种成像设备，该成像设备包括一光敏件；一扫描装置，它包括发射出用来扫描光敏件的激光光束的光发射器件；和一个用来控制光发射器件照度的控制装置。其中，当光敏件上激光光束的移动速度为V，象素一侧边的长度为L，对于每一象素光发射器件的最大光发射时间为t时，控制装置按下述关系t＜L/V来对光发射器件进行调控。
本发明的其它目的将在下文的有关本发明的详细说明中阐述。


图1是按本发明一最佳实施例的成像设备的纵剖示意图；图2是按最佳实施例的成像设备中激光扫描部分的示意图；图3A到3C示出了按最佳实施例的成像设备中光敏件的性能，其中图3A示出了光敏特性，图3B示出了光斑分布特性，图3C示出了潜象分布；图4A是静态曝光分布的示意图，图4B是扫描曝光分布的示意图；图5A和5B是相对于通/断特性曲线下曝光分布的示意图；图6A到6C是当光发射时间变化时曝光分布的示意图
图7A到7C是当光发射时间变化时曝光分布的示意图；图8是成像设备中激光扫描部分的框图；图9是成像设备中激光扫描部件的时序图；图10A到10C是当光发射时间变化时曝光分布的示意图；图11A到11C是当光发射时间变化时曝光分布的示意图；和图12是用来说明每一象素最大扫描时间时所采用的光敏件展开图。
现在将参照附图解释本发明及其具体实施例。
图1表示出按照本发明的一个最佳实施例的成像设备一个原件G以要复印的成像面面朝下放在一个原件支撑10上。然后按下复印按钮开始一个复印循环。
通过利用一个包括原件照明灯、近聚焦透镜组和CCD传感器的部件9照射和扫描原件，从原件反射的光由近聚焦透镜组聚焦到CCD传感器上。CCD传感器包括一个光接收部分、一个传输部分和一个输出部分。在光接收部分，光信号被转换成电信号；在传输部分，电信号与时钟脉冲同步连续地被传输至输出部分；在输出部分，电流信号被转换成电压信号，因而可输出一个经放大的具有低阻抗的信号。
这样，利用通常的图象处理方法将模拟信号转换成了数字信号，数字信号输出到一个打印机部分。在打印机部分，通过按下述方式响应图像信号即可形成一个静电潜象。
一个感光鼓(光敏部件)1以预定的圆周速率，绕旋转轴旋转，同时感光鼓电充电装置3均匀地充以正电荷或负电荷。然后，由图象信号调制的激光束扫描感光鼓的均匀充电表面，在感光鼓1的表面就形成了一个与原件上图象相对应的静电潜象。
图2是一个表示利用激光束扫描感光鼓的激光扫描部分(扫描装置)100的示意性图解。
当感光鼓被激光扫描部分100扫描时，首先，一个固体激光元件102受响应于图象信号的光发射信号产生器101照射，从激光扫描部分100发出的激光光束通过平行光管透镜系统103转换成平行光束，进而经一个沿箭头b所示方向旋转的旋转多棱镜104而被偏转，由多棱镜作用而偏转的激光束通过fθ透镜105a、105b、105c在感光鼓1的面106的表面(将被扫描的表面)上聚焦成一个点，这样，通过一次激光扫描在被扫描面106上形成一个图象扫描分布，对于每次激光扫描，通过在与扫描方向垂直的方向(次级扫描方向)上将被扫描表面106卷过一预定的量，在被扫描表面106上就形成了对应于图象信号的扫描分布。
以这种方法在感光鼓1上形成的静电潜象由一个显象装置4显象从而形成一幅随后通过传送充电装置7静电池传至转移材料的色彩图像。此后，转移材料通过分离充电装置8与感光鼓静电分离，分离后的转移材料被送入着色装置6，在装置6处上色彩图像被定影在转移材料上。接着，转移材料作为一个图像输出拷贝送到设备之外。
另外，当色彩图像被传至转移材料后，留在感光鼓1表面上的残余色彩被清洁器5清除为下一个图象成像做准备。
在图示的实施例中，感光鼓1具有如图3A所示的光敏特性。从图3A可以看出，在小光量范围内，感光鼓1上的充电电势基本上不减小(电势衰减量很小)，当超过了一个预定的光量阈值时，光敏特性极大地增强从而增加了电势衰减量。感光鼓1由高阻抗粘合剂中散布着直径为0.01-0.5μm的颜料颗粒的材料组成。例如，细密的α-铜钛花青颗粒散布在聚酯树脂和蜜按树脂的混合物中。
当具有如图3B所示高斯分布特性的激光光斑在具备上述光敏特性的感光鼓1上曝光时，在小光量范围内，因为敏感程度小，故如图3C中高斯分布的旁瓣被切去所示的潜象特性曲线使得能够形成比激光斑小的潜象点，从而获得了高分辨率。
然而，发明者发现由于激光光束在主扫描方向上移动，因此实际的光斑直径大于预计的光斑直径。
图4A表示出当激光光束未扫描(静止状态)时其光斑的分布形状。然而，由于激光光束实际上沿如图4B中箭头所示方向(主扫描方向)移动，当以对应于一个象素的时间发射激光束时，光斑被显著地扩大了。当这样的扫描光斑分布与具有如图3A中所示光敏特性的感光鼓1结合作用时，获得的潜象点其直径将大于在静态光斑分布中的光斑直径，因而妨碍了获得高分辨率。
与由于扫描光斑引起的曝光分布扩大有关的另一个问题是当记录下如图5A中所示的一个能断特性曲线(每一个象素)时，扫描光斑曝光分布的旁瓣重叠是不能忽略的。因而如图5B中所示，在“断”状态下象素的累积光量增加了。
在图示的实施例中，尤其当有一种二值特性，该二值特性具有与感光鼓光敏特性有关的阈值时，如果在“断”状态时象素的累积光量超过了与感光鼓光敏特性有关的阈值，便无法获得具有高分辨率的象点特性曲线，尽管这个问题可以通过如上所述将光斑直径做到小至象素大小的方法来得到解决，却产生了与设备的成本和精度有关的问题。因此，随着分辨率的增加，构成一台理想的设备将变得更加困难。
本发明可以通过一个使激光光斑具有象素大小的直径的方法来提高分辨率。本发明的关键点在于抑制由于激光光斑扫描(移动)引起的实际光斑扩大和曝光分布旁瓣的扩大。
为做到这一点，每个象素的激光光束源的光发射时间率小于一个象素的驱动时间周期。也就是说，当光敏件上激光光束的移动速度为V，象素一侧边的长度为L且对应每个象素的激光光束发射件的最大光发射时间为t，则控制光发射件使其满足关系t＜L/V。
更详尽的解释如图12中所示，当与记录材料有关的成像速度(感光鼓的圆周速度)是160mm/sec(毫米/秒)时，记录密度是400dpi(每个象素尺寸是63.5μn×63.5μm)，有效扫描长度与总扫描长度之比为51.2％且对应于有效扫描面积的感光鼓长度为300mm，每个象素的扫描时间按下式计算t1＝(63.5μm÷160mm/sec)×0.512/4725＝43nsec相应地，在图示的实施例中，每个象素的最大扫描时间选定为t＜43nsec。
另一方面，可以写出如下的表达式。考虑到每一个象素的通/断特性曲线，当激光光束源的光发射时间率(light emitting time rate)T1是1时，与一个象素的驱动时间有关的激光光束源的光发射时间率T1满足下面关系T1＜(3L－S)/L其中，L是象素大小，S是激光斑点直径的l/e2(直径的l/e2≌14％与高斯分布的最大值有关；在下文中用来表示“光斑直径”)且0＜T1＜1。
当激光光斑远大于象素大小时，通过相对于一个象素驱动时间充分地缩短驱动脉冲，实际光斑的扩大能得到消除。
在按照图示的实施例使用激光光束和具有高分辨率的二值打印机中，可以通过形成二值记录即记录分辨率所要求的性能来记录通/断特性曲线。相应地，当一个诸如通/断/通/断的特性曲线输出时，在断状态下象素的累积光量不超过由于激光光斑旁瓣扩大引起的感光鼓光敏阈值是很重要的。
从各种各样的实验中可以发现，在应用具有图示实施例的二值光敏特性的感光鼓1的情况下，当每个象素的激光发射时间如上所述缩短时，只要光斑直径是象素大小的2倍或稍小些，二值记录就有效。例如，当分辨率是600dpi时，只要对应于象素大小约42μm的光斑直径是约80～85μm或更小些，通/断特性曲线就可以在后续的显象过程中显象。
然而如果光斑直径超过上述值，象素之间的曝光分布就不能被忽略，还可以发现，即便使用了图示实施例的感光鼓，要形成稳定的通/断特性曲线也是困难的。另外，从有关分辨率为1200dpi的类似实验中可以发现只要对应于象素大小约21μm的光斑直径约为40μm或稍小些时，就能在后续的显象过程中显象这个通/断特性曲线。
这样，通过按上述公式对应于一个象素驱动时间缩短激光光束发射时间，即便使用了大于上述直径的光斑直径，也可以减小由扫描引起的光斑扩大，其结果是阻止了潜象的扩大。
图6A至6C表示出当光斑直径大于象素大小2倍(S＝2L)时的曝光分布。从图6A到6C可以看出，当光发射时间率T1设为0.5，每个象素的扫描方向可以减半，其结果是由扫描引起的潜象扩大可以减至象素扩大的一半。另外，随着光发射时间率的减小，潜象具有较高的对比度从而允许产生稳定的二值记录。当光发射时间减少时，激光光束的累积光量也减少，因此，在如图6A至6C所示的实施例中，随着光发射时间的减少，作用于光发射件的电流增大，从而抑制了累积光量的减少。另外，通过减小扫描方向，就能使用比较大的光斑直径。
从上述公式可以看出，比如说，当时间率是0.1时，由扫描引起的潜象扩大基本上可以忽略，其结果是可采用的光斑直径可以增大至通常光斑直径的二到三倍。
图7A至7C表示出当S＝ZL(T1＝1)，S＝2.5L(T1＝0.5)和S＝2.9L(T1＝0.1)时获得的相应的曝光分布。如果使用大的光斑，通过减小光发射率T1，可以获得类似的曝光特性曲线。
这对获得具有能形成600dpi或更高记录密度的高分辨率的输出是很重要的。在图示的实施例中，可以使用大的光斑并得到一个具有高分辨率的廉价打印机。
另外，当光发射率减小时，由于累积光量也减少，必须依据光发射率来增加激光光束的发射量(例如，当光发射率是0.5时，激光光束发射量增加到原先的二倍)。
第二实施例下面将解释第二实施例，其特征在于，通过调制一个象素上的激光脉冲宽度来实现多色记录。
图8表示出一个描述脉冲宽度调制电路实例的电路方框图，标号401表示一个用于锁定8比特数字图像信号的TTL锁定电路；402表示一个用于将TTL逻辑电平转换为高速ECL逻辑电平的电平转换器；403表示一个用于将ECL逻辑电平转换为模拟信号的D/A转换器；404表示一个用于产生PWM信号的ECL比较器；405表示一个用于将ECL逻辑电平转换为TTL逻辑电平的电平转换器；406表示一个用于发射时钟信号2f的时钟振荡器；407表示一个用于产生与时钟信号2f同步的理想三角波信号的三角波发生器；408表示一个用于将时钟信号2f平分以产生图像时钟信号f的1/2分频器。
按照这个电路，时钟信号2f的频率是图像时钟信号f频率的两倍。顺便说一句，为使电路以高速运行，使用了ECL逻辑电路。
现在将参照图9所示的时序图解释上述电路，信号a表示时钟信号2f，信号b表示图像时钟信号f，这些信号与图像信号有关。另外，在三角波发生器407中，为了保持三角波信号的占空比为50％，在时钟信号2f被1/2分频后产生了三角波信号C。另外，三角波信号C被转换成ECL电平(0到-1V)形成三角波信号d。
另一方面，图像信号被转换成从OOh(白)到FFh(黑)256个色度。符号“h”表示16进制数。图像信号C为由图像信号D/A转换成的ECL电平。例如，第一个象素具有FFh电平(黑象素电平)，第二个象素具有80h电平(中间色度电平)，第三个象素具有40h电平(中间色度电平)，第四个象素具有20h电平(中间色度电平)。
比较器404产生具有对应于形成的象素密度的脉冲宽度T、t2、t3、t4的PWM信号，它通过比较三角波信号d与图像信号e来做到这点。PWM信号被转换成OV或5V的TTL电平以形成随后被送至驱动电路500的PWM信号f。按照这样得到的PWM信号值变化每个象素的曝光时间，可以获得象素的256个色度。
在第一个实施例中，可以通过二值来形成两个象素的通/断特性曲线，然而在第二个实施例中，由于激光的通断在一个象素中产生作用且光斑直径以此速率变化形成区域的层次，由相邻象素间的旁瓣影响所产生的象点形成的不稳定性与第一实施例相比要严重得多。图10A至10C表示出这样一个实例。
图10A至10C表示出当光斑直径大于象素尺寸的1.5倍(S＝1.52)时所获得的光量。图10A表示一种光发射时间率T2为1(初始条件)时的情况，图10B表示T2＝0.5的情况，图10C表示T2＝0.25的情况。
尤其在图10B中，由于光量位于阈值附近，对于每个象素，会产生位置偏差导致充电电势的减少，从而致使图像不稳定。另一方面，在图10C中，由于光量无法超过阈值，充电电势没有减少，其结果是无法成像。
按照具有图示实施例的高分辨率的多值打印机可以解决上述问题。在一个通过脉冲宽度调制激光发射时间来实现多色度记录成像设备中，即便激光光束在光敏件上移动(扫描)，光斑直径的显著扩大也能被抑制。
图示的实施例中体现了这样一种装置当激光光束在光敏件上的移动速度为V，象素一侧边的长度为L，且对应每个象素激光光束发射条件的最大光发射时间为t，则控制光发射件以满足关系t＜L/V。
另外，对应于一个象素的驱动时间，激光光束源的光发射时间率T2可以设为满足下面关系T2＜(2L-S)/L。
其中，L是象素尺寸，S是激光光斑1/e2的直径(直径1/e2≌14％对应于高斯分布的最大值；在下文中仅指“光斑直径”)，且0＜T2＜1。
脉冲宽度调制在未超过激光源的光发射时间率T2的范围内时有效。因此，当激光光斑远大于象素尺寸时，通过对应于一个象素驱动时间充分地缩短激光驱动脉冲，能够消除实际光斑的扩大。
在按图示实施例的高分辨率的多值打印机中，通/断特性曲线必须由形成多值记录所要求的性能来记录，即在记录分辨率的一个象素之内。相应地，当PWM调制在一个象素内实现中间色度记录也已完成时，由激光光斑的旁瓣扩大所引起的相邻象素间的累积光量不超过感光鼓的光敏阈值是很重要的。
从各种各样的实验中可以发现在使用具有图示实施例的二值光敏特性的感光鼓1的情况下，只要光斑直径与象素尺寸相等就能实现多值记录。例如，可以发现当分辨率为600dpi时，只要对应于大约42μm的象素尺寸的光斑直径为大约42μm或更少，层次分明的图像就能在后续的显象过程中显象。然而，如果光斑直径超过上述值，象素间曝光分布的影响便不能忽略，并且还可以发现即便使用了图示实施例的感光鼓，也很难形成稳定的层次。尤其是在具有长的脉冲宽度时间的中间色度区，由于扫描引起的实际光斑扩大和旁瓣的扩大而使相邻象素间的累积光量超过感光鼓1的光敏阈值，故无法实现区域梯度记录。
在图示的实施例中，通过按上述公式在很短范围内对应于一个象素驱动时间利用脉冲宽度调制激光光束发射时间，即使作用了大于上述直径的光斑直径，由扫描引起的光斑扩大仍可以被减小，其结果是避免潜象的扩大。例如，当最大光发射时间率设为0.5，每个象素的扫描方向可以减半，其结果是由扫描引起的潜象扩大可以减至象素扩大的一半。因此，随着光发射时间率的减小，潜象具有较高的对比度，从而可实现稳定的多值记录。
这样一个实例在图11A至11C中示出，它们表示了当光斑直径大于象素尺寸的1.5倍(S＝1.5L)时所获得的光量。图11A表示光发射时间率T2为0.5(初始条件)的情况，图11B表示T2＝0.25的情况，图11C表示T2＝0.125的情况。另外，由于扫描距离减小，可以使用相当大的光斑。
通过上述公式，例如，当时间率T2为0.1，由扫描引起的潜象扩大可基本忽略，其结果是所采用的光斑直径可以增至通常光斑直径的两倍。
这对获得具有能形成600dpi或更高记录密度的高分辨率输出是很重要的，且在图示的实施例中，可以使用大的光斑并得到具有高分辨率的廉价打印机。
当初始光发射时间减小时，由于累积光量也减少，必须依据光发射时间率增加激光光束发射量(例如，当光发射率为0.5，激光光束发射量要增加到两倍)，这可以通过比较图10A和11A之间的波形高度来理解。
本发明并不局限于图示的实施例，在本发明的范围内可以实现各种各样的变型。
权利要求
1.一种成像设备，包括一光敏件；扫描装置，它包括发射出用来扫描所述光敏件的激光光束的光发射器件；用于控制所述光发射件照度的控制装置；其中，当所述光敏件上激光光束的移动速度为V，象素的一侧边长度为L，并且对于每一象素所述光发射器件的最大光发射时间为t时，所述控制装置按下述关系t＜L/V来对所述光发射器件进行控制。
2.按照权利要求1的一成像设备，其中，所述扫描装置包括一多棱镜，该多棱镜使所述光发射器件发射出的光束偏转。
3.按照权利要求1的一成像设备，其中，当对于每一象素来说与激光光束扫描时间有关的光照射时间是T1，并且激光光束的光斑直径是S时，所述控制装置按此关系T1＜(3L-S)/L来对所述光发射器件进行控制。
全文摘要
本发明提供了一种成像设备，该成像设备包括一光敏件；扫描装置，它包括用来发射出扫描光敏件的激光光束的光发射器件；和用来控制光发射器件照度的控制装置。其特征在于当光敏件上激光光束的移动速度为V，象素一侧边的长度为L，光发射器件对每一象素的最大光发射时间为t时，控制装置按下述关系t＜L/V来对光发射器件进行控制。
文档编号B41J2/47GK1133239SQ95120128
公开日1996年10月16日 申请日期1995年12月27日 优先权日1994年12月27日
发明者永濑幸雄 申请人:佳能株式会社