JP2011107380A - Image evaluation method and image evaluation device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真における静電潜像の測定技術、特に光書き込みの光源として垂直面発光レーザを用いた場合の静電潜像の精密測定技術、画像の高品位化を図る電子写真装置に関する。 The present invention relates to a technique for measuring an electrostatic latent image in electrophotography, in particular, a technique for precisely measuring an electrostatic latent image when a vertical surface emitting laser is used as a light source for optical writing, and an electrophotographic apparatus for improving image quality. .
デジタル複写機あるいはレーザプリンタに応用されている電子写真プロセスにおいて、光書き込みの高精細化を図る目的で、複数の発光源を配列させた垂直面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)が用いられるようになってきている。これにより600d.p.iといった従来の解像度から1200d.p.i、2400d.p.i、さらには4800d.p.iといった高い解像度の画像形成が可能となってきている。この高解像度化により、紙出力において高精細かつ高品位な画像が実現される。 In an electrophotographic process applied to a digital copying machine or a laser printer, a vertical surface emitting laser (VCSEL) in which a plurality of light sources are arranged is used for the purpose of achieving high definition of optical writing. It is getting to be. As a result, 600 d. p. i from conventional resolution such as i. p. i, 2400d. p. i, and further 4800d. p. Image formation with a high resolution such as i has become possible. This high resolution realizes a high-definition and high-quality image in paper output.
上述の垂直面発光レーザの一例を図29に示す。図29は、複数の発光源を配列させた垂直発光面レーザを光軸(紙面垂直)から見た模式図であり、図中の黒丸が一つの垂直面発光レーザの発光源を表している。光の射出方向は平行光束として紙面垂直方向である。垂直面発光レーザは半導体プロセスを用いて半導体基板上にモノリシックに作製され、これにより発光源のアレイ化が容易となる利点がある。図29に符号w,hで示す発光源同士の間隔は、数十μm(たとえば30〜50μm)といった大きさであり、光源自体が小型であることからもアレイ化光源の高密度化に有利である。発光の波長(λ)はたとえば780nmであり、赤外領域の光の出力が可能である。図29では25(5×5)個の光源が配列されており、これらは電気的制御によって独立発光可能に構成されている。 An example of the above vertical surface emitting laser is shown in FIG. FIG. 29 is a schematic view of a vertical light emitting surface laser in which a plurality of light emitting sources are arranged as viewed from the optical axis (perpendicular to the paper surface), and a black circle in the drawing represents a light emitting source of one vertical surface emitting laser. The light emission direction is a direction perpendicular to the paper surface as a parallel light flux. The vertical surface emitting laser is manufactured monolithically on a semiconductor substrate using a semiconductor process, which has an advantage that an array of light emitting sources can be easily formed. The spacing between the light emitting sources indicated by reference characters w and h in FIG. 29 is as large as several tens of μm (for example, 30 to 50 μm), and it is advantageous for increasing the density of the arrayed light sources because the light source itself is small. is there. The wavelength (λ) of light emission is, for example, 780 nm, and light in the infrared region can be output. In FIG. 29, 25 (5 × 5) light sources are arranged, and these are configured to be capable of independent light emission by electrical control.
ここで、本発明の特徴であるオーバシュートについて説明する。オーバシュートはレーザの発光特性を改善する技術として用いられ、電気的な信号の入出力により設定及び調整できるため、垂直面発光レーザに限られず端面発光レーザにも同様に用いられる。 Here, the overshoot which is a feature of the present invention will be described. Overshooting is used as a technique for improving the light emission characteristics of a laser, and can be set and adjusted by inputting / outputting an electrical signal.
端面発光レーザあるいは垂直面発光レーザの光応答波形をフォトダイオード(PD)等の受光器で測定することを考える。図30において、符号11は垂直面発光レーザを、符号12は光学系を、符号13はフォトダイオードを、符号14はオシロスコープ等の検出器をそれぞれ示している。光学系12は後述する走査光学系を用いるが、実験的には単レンズであってもよい。この構成において検出器14で受光するレーザ光源からの光を光応答波形と呼ぶ。
Consider that the optical response waveform of an edge-emitting laser or a vertical-surface emitting laser is measured with a light receiver such as a photodiode (PD). In FIG. 30,
垂直面発光レーザ11は、図30に符号10で示すパルス状の入力信号により駆動される。このとき、理想的には光応答波形も同図に符号100で示すような矩形となるが、実際には垂直面発光レーザ11に含まれる電気電子回路において遅延が発生し、光応答波形は矩形とならずに同図に符号101で示すように立ち上がりが鈍った波形となる。このため所望のパルス幅(発光時間)に対して同図に符号102で示すように差(波形100と波形101との差)が生じて積分光量が不足する。ここで積分光量とは、光応答波形の強度を発光時間で積分したものであり、光応答波形を関数f(t)とし、f(t)の積分をt0からt1の範囲で行ったもの、すなわち面積Sである。オーバシュートはこの不足を補うために用いられ、同図に符号15で示すように入力信号の開始の強度を高く設定し、光応答波形の立ち上がりの鈍さを低減させて矩形に近付けるためのものである。
The vertical
オーバシュートの設定値は適切に定める必要があり、設定値が適切であれば図31(b)に示すように矩形に近い光応答波形が得られる。しかし、設定値が大きければ図31(c)に示すように先頭の強度が大きい光応答波形となり、積分強度も所望の値よりも大きくなってしまい、設定値が小さければ図30に符号101で示すように積分強度の小さな光応答波形となる。
The set value of overshoot needs to be determined appropriately. If the set value is appropriate, an optical response waveform close to a rectangle can be obtained as shown in FIG. However, if the set value is large, an optical response waveform having a large head intensity is obtained as shown in FIG. 31C, and the integrated intensity is also larger than a desired value. If the set value is small,
以上の説明はフォトダイオードで測定した光応答波形に関するものであり、どのような光応答波形が好適か、積分光量はどの程度が好適か、オーバシュートの設定値はどの程度が好適かを求めることができる。しかし、実際のデジタル複写機やレーザプリンタ等の電子写真装置においては、レーザ光源から射出された光は走査光学系を経て感光体に到達して静電潜像を形成するため、感光体が2次元の検出器の役割を果たすこととなる。上述したように、フォトダイオードで得られる情報は1次元的であるのに対し感光体上の静電潜像は2次元であり、光応答波形では得られない情報が得られる特徴がある。また静電潜像は、出力画像(紙等の記録媒体上に記録されたトナー像)の前段階の画像と言え、静電潜像で評価した方がフォトダイオードで評価するよりも好ましい場合がある。
「特許文献1」には荷電粒子ビームを用いた静電潜像測定に関する技術が開示されており、「特許文献2」には電子写真装置におけるオーバシュートにより画質の向上を図る技術が開示されている。
The above explanation relates to the optical response waveform measured with a photodiode. Find out what optical response waveform is suitable, what is the integrated light intensity, and what is the preferred overshoot setting value. Can do. However, in an actual electrophotographic apparatus such as a digital copying machine or a laser printer, light emitted from a laser light source reaches a photosensitive member through a scanning optical system to form an electrostatic latent image. It will serve as a dimension detector. As described above, the information obtained by the photodiode is one-dimensional, whereas the electrostatic latent image on the photosensitive member is two-dimensional, and information that cannot be obtained by the optical response waveform is obtained. An electrostatic latent image can be said to be an image in the previous stage of an output image (toner image recorded on a recording medium such as paper), and evaluation with an electrostatic latent image is preferable to evaluation with a photodiode. is there.
“
「特許文献1」に開示された技術ではオーバシュートに関する技術は含まれておらず、「特許文献2」に開示された技術では静電潜像により好適なオーバシュートを求めてこれを画像に反映させる技術は開示されていない。
本発明は、静電潜像からオーバシュートの好適値を求める評価方法に関し、レーザ光源の発光特性と静電潜像の大きさとの相関関係を求める評価方法、及びこの評価方法を具現化する画像評価装置、及び画像評価装置により得られた結果を反映させて高品位画像を形成する画像形成装置の提供を目的とする。
The technique disclosed in “
The present invention relates to an evaluation method for obtaining a suitable value of overshoot from an electrostatic latent image, an evaluation method for obtaining a correlation between the light emission characteristics of a laser light source and the size of the electrostatic latent image, and an image that embodies this evaluation method. An object of the present invention is to provide an evaluation apparatus and an image forming apparatus that forms a high-quality image by reflecting a result obtained by the image evaluation apparatus.
請求項1記載の発明は、感光体上に形成される静電潜像を評価する画像評価方法であって、レーザ光源と、前記レーザ光源からレーザ光を射出させる駆動手段と、前記レーザ光を前記感光体上で走査して前記感光体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を測定する静電潜像測定手段とを用い、前記駆動手段は前記レーザ光源のパルス幅及びオーバシュートの調整機能を有し、前記パルス幅を段階的に変化させ複数の静電潜像を形成して各静電潜像の大きさを求め、さらに前記オーバシュートを変化させると共に前記パルス幅を段階的に変化させ複数の静電潜像を形成して各静電潜像の大きさを求め、前記オーバシュートを段階的に変化させて前記工程を繰り返すことにより前記パルス幅と前記静電潜像の大きさとの相関関係を求めることを特徴とする。
The invention described in
請求項2記載の発明は、請求項1記載の画像評価方法において、さらに前記パルス幅と前記静電潜像の大きさとの相関関係から好適なオーバシュートの値を求めることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the image evaluation method according to the first aspect, a suitable overshoot value is obtained from a correlation between the pulse width and the size of the electrostatic latent image.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の画像評価方法において、さらに前記静電潜像の形状がドット状であり、前記静電潜像の大きさが前記静電潜像形成手段における主走査方向の長さであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the image evaluation method according to the first or second aspect, the shape of the electrostatic latent image is a dot, and the size of the electrostatic latent image is the electrostatic latent image forming means. In the main scanning direction.
請求項4記載の発明は、感光体上に形成される静電潜像を評価する画像評価方法であって、複数の光源を有する垂直面発光レーザと、前記各光源からレーザ光を射出させる駆動手段と、前記各レーザ光を前記感光体上で走査して前記感光体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を測定する静電潜像測定手段とを用い、前記駆動手段は前記各光源の発光強度及びオーバシュートの調整機能を有し、前記発光強度を段階的に変化させ複数の静電潜像を形成して各静電潜像の空間周波数特性を求め、さらに前記オーバシュートを変化させると共に前記発光強度を段階的に変化させ複数の静電潜像を形成して各静電潜像の空間周波数特性を求め、前記オーバシュートを段階的に変化させて前記工程を繰り返すことにより複数の空間周波数特性を求めることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an image evaluation method for evaluating an electrostatic latent image formed on a photoconductor, wherein a vertical surface emitting laser having a plurality of light sources and a drive for emitting laser light from each of the light sources. Means, electrostatic latent image forming means for forming an electrostatic latent image on the photosensitive member by scanning each laser beam on the photosensitive member, and electrostatic latent image measuring means for measuring the electrostatic latent image The drive means has a function of adjusting the light emission intensity and overshoot of each light source, and forms a plurality of electrostatic latent images by changing the light emission intensity stepwise to form a space for each electrostatic latent image. A frequency characteristic is obtained, and the overshoot is changed and the emission intensity is changed stepwise to form a plurality of electrostatic latent images to obtain a spatial frequency characteristic of each electrostatic latent image, and the overshoot is stepped. By repeating the above process with a plurality of empty And obtaining the frequency characteristics.
請求項5記載の発明は、請求項4記載の画像評価方法において、さらに前記複数の空間周波数特性から好適なオーバシュートの値を求めることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the image evaluation method according to the fourth aspect, a suitable overshoot value is further obtained from the plurality of spatial frequency characteristics.
請求項6記載の発明は、請求項4または5記載の画像評価方法において、さらに前記空間周波数特性はドット状の静電潜像の面積と該静電潜像を円で近似したときの直径とから定められることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the image evaluation method according to the fourth or fifth aspect, the spatial frequency characteristics further include an area of a dot-like electrostatic latent image and a diameter when the electrostatic latent image is approximated by a circle. It is characterized by being defined from.
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6の何れか1つに記載の画像評価方法を行う画像評価装置であって、感光体を帯電させるための荷電粒子を発生させる荷電粒子発生手段と、複数の光源を有する垂直面発光レーザと、前記各光源からレーザ光を射出させる駆動手段と、前記各レーザ光を前記感光体上で走査して前記感光体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記感光体上に形成された静電潜像を観察する静電潜像観察手段と、前記静電潜像観察手段により観察した静電潜像から所望の情報を電子的に処理する情報処理手段とを有することを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is an image evaluation apparatus for performing the image evaluation method according to any one of the first to sixth aspects, wherein the charged particle generating means generates charged particles for charging the photoreceptor. A vertical surface emitting laser having a plurality of light sources, driving means for emitting laser light from each light source, and scanning each of the laser light on the photoconductor to form an electrostatic latent image on the photoconductor Electrostatic latent image forming means, electrostatic latent image observing means for observing the electrostatic latent image formed on the photosensitive member, and desired information from the electrostatic latent image observed by the electrostatic latent image observing means. And an information processing means for electronic processing.
請求項8記載の発明は、請求項1ないし6の何れか1つに記載の画像評価方法または請求項7記載の画像評価装置により得られた画像評価結果を画像形成に反映させる反映手段を有する画像形成装置であることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a reflecting means for reflecting the image evaluation result obtained by the image evaluation method according to any one of the first to sixth aspects or the image evaluation apparatus according to the seventh aspect in image formation. It is an image forming apparatus.
本発明によれば、各オーバシュートにおいてパルス幅と静電潜像との相関関係を求める画像評価方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image evaluation method for obtaining a correlation between a pulse width and an electrostatic latent image at each overshoot.
図1は、レーザ光源をパルス発光させるための入力信号を示している。同図において横軸は時間を縦軸は信号強度をそれぞれ示しており、パルス幅の時間は数ピコ秒〜数百ナノ秒である。縦軸の信号強度は設定値(任意強度)であり、これがレーザ光源への注入電流値(単位アンペア)等に変換される。入力信号は矩形波(パルスとは矩形状であり時間が短いものを指すものとする)であるが、実際に射出光をフォトダイオード等の検出器で測定すると、その光応答波形は矩形とはならずに図30に示すように立ち上がり部分が鈍った形状となる。光応答波形の測定に用いるフォトダイオードは高速応答のものを用いることが好ましく、オーバシュートの応答波形を精度よく測定するためには数ピコ秒の時間分解能を有するものが望ましい。 FIG. 1 shows an input signal for causing the laser light source to emit light in pulses. In the figure, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates signal intensity, and the pulse width time is several picoseconds to several hundred nanoseconds. The signal intensity on the vertical axis is a set value (arbitrary intensity), which is converted into an injection current value (unit ampere) to the laser light source. The input signal is a rectangular wave (a pulse is a rectangular shape that indicates a short time), but when the emitted light is actually measured with a detector such as a photodiode, the optical response waveform is rectangular. Instead, the rising portion is dull as shown in FIG. The photodiode used for measuring the optical response waveform is preferably one having a high-speed response, and preferably has a time resolution of several picoseconds in order to accurately measure the overshoot response waveform.
図2は、オーバシュートを付加した場合の入力信号を示している。オーバシュートは図2に示すようにパルスの開始時における強度を高めるものであり、ここでは高めた強度をピーク強度、それ以降の強度を平均強度と呼び互いに区別するものとし、ピーク強度から平均強度を差し引いたものをIovと表す。ピーク強度は平均強度に対してプラス数%〜数十%程度が一般的である。ピーク強度の大小とレーザ光源の寿命とはトレードオフの関係があり、ピーク強度が大きいほどレーザ光源の寿命は短くなるため適切に設定する必要が生じる。オーバシュートの強度は電流値換算で数十分の一ミリアンペア〜数ミリアンペア程度であり、オーバシュートの設定値に対して線形に変化するものとする。またオーバシュートの幅(継続時間)はパルス幅の数分の一〜数十分の一、あるいは数百分の一程度であり、たとえばパルス幅を100ナノ秒とするとオーバシュート幅は数ナノ秒である。 FIG. 2 shows an input signal when overshoot is added. As shown in FIG. 2, the overshoot is to increase the intensity at the start of the pulse. Here, the increased intensity is called the peak intensity and the subsequent intensity is called the average intensity to distinguish them from each other. The value obtained by subtracting is represented by Iov. The peak intensity is generally about several percent to several tens of percent with respect to the average intensity. There is a trade-off relationship between the magnitude of the peak intensity and the lifetime of the laser light source. The larger the peak intensity, the shorter the lifetime of the laser light source. The intensity of overshoot is about several tenths of milliamperes to several milliamperes in terms of current value, and changes linearly with respect to the set value of overshoot. The overshoot width (duration) is a fraction of the pulse width to a few tenths or a few hundredths. For example, when the pulse width is 100 nanoseconds, the overshoot width is several nanoseconds. It is.
図3はパルス幅を段階的に変化させる様子を示しており、このときの平均強度は一定である。また図4はオーバシュートを段階的に変化させる様子を示しており、このときの平均強度及びオーバシュート幅は一定である。図5は、パルス幅及びオーバシュートを共に段階的に変化させる様子を示している。最初にオーバシュートを定め(オーバシュート(1))、パルス幅を変化させる(W(1)→W(2)→W(3))。次にオーバシュートを変化させ(オーバシュート(2))、同様にパルス幅をW(1)→W(2)→W(3)へと変化させ、さらにオーバシュートを変化させ(オーバシュート(3))、パルス幅をW(1)→W(2)→W(3)へと変化させる。ここではパルス幅及びオーバシュートの変化を共に3段階としたが、変化の段階はこれに限られず、変化の段階が多いほど精度のよい測定が行われる。このオーバシュートの段階的変化には設定値ゼロを含む。 FIG. 3 shows how the pulse width is changed stepwise, and the average intensity at this time is constant. FIG. 4 shows how the overshoot is changed stepwise, and the average intensity and the overshoot width at this time are constant. FIG. 5 shows how both the pulse width and the overshoot are changed stepwise. First, overshoot is determined (overshoot (1)), and the pulse width is changed (W (1) → W (2) → W (3)). Next, the overshoot is changed (overshoot (2)). Similarly, the pulse width is changed from W (1) → W (2) → W (3), and the overshoot is further changed (overshoot (3 )), And the pulse width is changed from W (1) → W (2) → W (3). Here, the pulse width and the overshoot are both changed in three steps, but the change step is not limited to this, and the more the change steps, the more accurate the measurement. This step change in overshoot includes a set value of zero.
上述した平均強度、パルス幅、オーバシュートは、たとえば評価装置に接続したパーソナルコンピュータの画面上でこれらの数値を入力し実行させる構成が好ましい。さらにレーザ光源を制御用の電子回路基板に接続し、この電子回路基板がインタフェースを介してパーソナルコンピュータに接続されていればよい。制御用電子回路基板は、レーザ光源のパルス幅、発光強度、オーバシュート設定値等の発光特性の制御機能を有するものとする。 The above-described average intensity, pulse width, and overshoot are preferably configured such that these numerical values are input and executed on a screen of a personal computer connected to the evaluation device, for example. Further, the laser light source may be connected to the control electronic circuit board, and the electronic circuit board may be connected to the personal computer via the interface. The control electronic circuit board has a function of controlling light emission characteristics such as a pulse width, light emission intensity, and an overshoot set value of the laser light source.
図6を用い、パルス幅及びオーバシュートを変化させたときに感光体上に形成される静電潜像の様子を説明する。この静電潜像は、後述する走査光学系である静電潜像形成手段によって形成される。図6において、静電潜像は左から右に向かって形成される(走査方向)ものとし、形成開始位置(または時間)をTr、形成終了位置(または時間)をTfとする。 The state of the electrostatic latent image formed on the photoconductor when the pulse width and the overshoot are changed will be described with reference to FIG. This electrostatic latent image is formed by electrostatic latent image forming means which is a scanning optical system described later. In FIG. 6, the electrostatic latent image is formed from left to right (scanning direction), and the formation start position (or time) is Tr and the formation end position (or time) is Tf.
先ず、入力信号においてパルス幅W(1)、オーバシュートOV(1)で形成した静電潜像を図6(a)に示す。この静電潜像は形成開始位置の大きさ(縦方向の大きさ)が小さく、オーバシュートが少し不足している(光応答波形で示すとたとえば図30の符号101)場合を示している。次にパルス幅をW(2)とすると、静電潜像は図6(b)に示すように左から右へとパルス幅の分だけ長さが伸びる。このとき形成開始位置(縦方向の大きさ)は小さいままである。さらにパルス幅をW(3)とすると、図6(c)に示すように静電潜像の長さはさらに伸びるが、形成開始位置の大きさは小さいままである。形成開始位置において静電潜像の大きさが小さい原因は、光応答波形101で示したように光量が不足しているためである。
First, FIG. 6A shows an electrostatic latent image formed with an input signal having a pulse width W (1) and an overshoot OV (1). This electrostatic latent image has a small formation start position (longitudinal size) and a little overshoot (for example,
次にオーバシュートをOV(2)に変化させ、パルス幅W(1)で静電潜像を形成する。このとき図6(d)に示すように、形成開始位置での静電潜像の大きさは図6(a)に比して大きくなり、それ以降も同じ大きさとなる。これは光量が足りているためである。さらにパルス幅をW(2)、W(3)と大きくしていくと、これに応じて静電潜像の長さも図6(e)、図6(f)で示すように長くなる。このとき形成開始位置における静電潜像の大きさは変化しない。次にオーバシュートをOV(3)に変化させてパルス幅をW(1)とすると、静電潜像は図6(g)に示すように形成開始位置が大きくなりその後小さくなる。これは形成開始位置における光量が大きいためである。さらにパルス幅をW(2)、W(3)と大きくしていくと、これに応じて静電潜像の長さも図6(h)、図6(i)で示すように長くなる。このときの静電潜像は、形成開始位置では大きくそれ以降では少し小さくなる。 Next, the overshoot is changed to OV (2), and an electrostatic latent image is formed with a pulse width W (1). At this time, as shown in FIG. 6D, the size of the electrostatic latent image at the formation start position is larger than that in FIG. 6A, and thereafter the same size. This is because the amount of light is sufficient. When the pulse width is further increased to W (2) and W (3), the length of the electrostatic latent image becomes longer as shown in FIGS. 6 (e) and 6 (f). At this time, the size of the electrostatic latent image at the formation start position does not change. Next, when the overshoot is changed to OV (3) and the pulse width is set to W (1), the formation start position of the electrostatic latent image becomes larger as shown in FIG. This is because the amount of light at the formation start position is large. When the pulse width is further increased to W (2) and W (3), the length of the electrostatic latent image becomes longer as shown in FIGS. 6 (h) and 6 (i). The electrostatic latent image at this time is large at the formation start position and slightly smaller thereafter.
上述した実施形態中、図6(d),(e),(f)で示した静電潜像がTr−Tf間において縦方向における大きさが一貫して変わらないが、これが必ずしも好ましいということではない。この静電潜像の大きさが変わらない状態は、光応答波形の積分強度が矩形に近いことと対応している。 In the embodiment described above, the electrostatic latent image shown in FIGS. 6D, 6E, and 6F does not change in size in the vertical direction between Tr and Tf, but this is not necessarily preferable. is not. The state in which the size of the electrostatic latent image does not change corresponds to the fact that the integrated intensity of the photoresponse waveform is close to a rectangle.
図7はドット状の静電潜像を示しており、静電潜像の大きさとしては面積Sと長さdとがある。長さdは走査光学系の主走査方向と対応しており、主潜像径とも呼べる。 FIG. 7 shows a dot-like electrostatic latent image, and there are an area S and a length d as the size of the electrostatic latent image. The length d corresponds to the main scanning direction of the scanning optical system and can also be called the main latent image diameter.
上述した方法によりパルス幅とオーバシュートとを段階的に変化させて測定を行い、潜像面積Sとパルス幅tとの関係を表すと図8に示す関係となる。当然パルス幅tの増加に応じて潜像面積Sは増加し、この関係はパルス幅tが短すぎない領域では直線で近似でき、直線の傾き、切片、相関関係等が求められる。このときオーバシュートが大きいほどy切片は原点に近付き、オーバシュートが小さければマイナスとなる。これは、パルス幅tが短くオーバシュートが不足すると適切に静電潜像を形成することができないことを意味する。すなわち、静電潜像の形成能力が低いパルス幅tが短い領域において静電潜像が形成できるほど、潜像形成能力が高く好ましいということである。 FIG. 8 shows the relationship between the latent image area S and the pulse width t when measurement is performed by changing the pulse width and overshoot stepwise by the above-described method. Naturally, as the pulse width t increases, the latent image area S increases, and this relationship can be approximated by a straight line in a region where the pulse width t is not too short, and the slope, intercept, correlation, etc. of the straight line can be obtained. At this time, the larger the overshoot, the closer the y-intercept approaches the origin, and a negative value when the overshoot is small. This means that an electrostatic latent image cannot be formed properly if the pulse width t is short and the overshoot is insufficient. That is, the latent image forming ability is high and preferable so that the electrostatic latent image can be formed in the region where the pulse width t is low and the electrostatic latent image forming ability is low.
パルス幅tが短い領域では、図9に示すように潜像面積Sとパルス幅tとの関係を直線で近似できない場合がある。この場合には適切な曲線により近似を行い、特に潜像面積Sがゼロとなるx切片を求めることにより、静電潜像形成時における最低限必要なパルス幅tを求めることができる。 In a region where the pulse width t is short, the relationship between the latent image area S and the pulse width t may not be approximated by a straight line as shown in FIG. In this case, approximation is performed with an appropriate curve, and in particular, by obtaining an x-intercept where the latent image area S is zero, the minimum pulse width t required for forming an electrostatic latent image can be obtained.
上述の構成により、パルス幅とオーバシュートとを段階的に変化させて静電潜像の計測を行うことにより、形成した静電潜像とパルス幅との相関関係からパルス幅tと潜像面積Sとの関係をグラフ化し、直線あるいは曲線で近似することにより傾き、切片、相関係数等を求めることができる。これにより、各オーバシュートにおいてパルス幅と静電潜像との相関関係を求める画像評価方法を提供することができる。 With the above-described configuration, by measuring the electrostatic latent image while changing the pulse width and the overshoot stepwise, the pulse width t and the latent image area can be determined from the correlation between the formed electrostatic latent image and the pulse width. The relationship with S is graphed, and the slope, intercept, correlation coefficient, etc. can be obtained by approximating with a straight line or curve. Thereby, it is possible to provide an image evaluation method for obtaining the correlation between the pulse width and the electrostatic latent image in each overshoot.
図8、図9に示したグラフでは、オーバシュートが大きいほどパルス幅が小さい領域であっても静電潜像を形成できることから、好適なオーバシュートはOV3であることが判る。 In the graphs shown in FIG. 8 and FIG. 9, it can be seen that a preferable overshoot is OV3 because an electrostatic latent image can be formed even in a region where the pulse width is smaller as the overshoot is larger.
上述の測定とは別に、図10に示すようなパルス幅tと潜像面積Sとの関係が得られた場合を考え、所望の仕様が図中破線で示されているものとする。図10においてOV(1)は仕様を満足していないが、OV(2)とOV(3)とは仕様を満足している。さらにOV(2)とOV(3)とは近接しており、静電潜像の形成能力もたとえばレーザ光源の寿命等を考慮するとOV(2)で十分であることが判る。これは、オーバシュートの大小はレーザ光源に注入する電流に比例しており、大きな電流を流すほどレーザ光源の寿命が短くなるためである。上述したように、レーザ光源のパルス幅とオーバシュートの値とを段階的に変化させ、パルス幅と静電潜像の大きさとの相関関係を求めることにより好適なオーバシュートの値を求めることができる。これにより、オーバシュート毎のパルス幅と静電潜像との相関関係から優劣を求めることができ、好適なオーバシュートを決定する画像評価方法を提供することができる。 In addition to the above measurement, it is assumed that the relationship between the pulse width t and the latent image area S as shown in FIG. 10 is obtained, and the desired specification is indicated by a broken line in the figure. In FIG. 10, OV (1) does not satisfy the specifications, but OV (2) and OV (3) satisfy the specifications. Further, OV (2) and OV (3) are close to each other, and it is understood that OV (2) is sufficient for the capability of forming an electrostatic latent image in consideration of, for example, the life of the laser light source. This is because the magnitude of the overshoot is proportional to the current injected into the laser light source, and the life of the laser light source is shortened as a larger current flows. As described above, a suitable overshoot value can be obtained by stepwise changing the pulse width of the laser light source and the overshoot value and obtaining the correlation between the pulse width and the size of the electrostatic latent image. it can. Accordingly, superiority or inferiority can be obtained from the correlation between the pulse width for each overshoot and the electrostatic latent image, and an image evaluation method for determining a suitable overshoot can be provided.
図6において、ドット状の静電潜像はパルス幅が同じである場合にオーバシュートが大きいほど静電潜像が長さ方向に大きくなることが判る。これは、オーバシュートを大きく設定するほど発光の遅延が解消されるというレーザ光源の特性によるものである。ここで、図11に示すようにパルス幅が同じでオーバシュートが異なる入力信号を用いるとすると、この応答波形は図12に示すようになる。図12において、t1−t0が図11に示す入力信号のパルス幅Wに相当する。図12において発光終了位置Tfはそれぞれ揃えてありt1である。これに対して発光開始位置TrはOV(1),OV(2),OV(3)でそれぞれ異なり、オーバシュートが大きいほど0に近づく。これは、オーバシュートが不足すると遅延が生じ、発光開始時間が遅れることに起因している。この遅延時間は時間の長さであって一次元であり、従ってこのようなオーバシュートの特性を評価するには同じく一次元の量である静電潜像の長さを用いることが好ましく、さらにパルス幅の広がりは主走査方向と直接対応しているためにより好ましい。パルス幅が長くなると静電潜像の主走査方向の長さが長くなる。 In FIG. 6, it can be seen that when the dot-like electrostatic latent image has the same pulse width, the larger the overshoot, the larger the electrostatic latent image in the length direction. This is due to the characteristic of the laser light source that the longer the overshoot is set, the longer the light emission delay is eliminated. If input signals having the same pulse width and different overshoot are used as shown in FIG. 11, the response waveform is as shown in FIG. In FIG. 12, t1-t0 corresponds to the pulse width W of the input signal shown in FIG. In FIG. 12, the light emission end positions Tf are aligned and are t1. In contrast, the light emission start position Tr is different for each of OV (1), OV (2), and OV (3), and approaches 0 as the overshoot increases. This is because a delay occurs when the overshoot is insufficient, and the light emission start time is delayed. This delay time is a length of time and is one-dimensional, so it is preferable to use the length of the electrostatic latent image, which is also a one-dimensional quantity, to evaluate such overshoot characteristics, The spread of the pulse width is more preferable because it directly corresponds to the main scanning direction. As the pulse width increases, the length of the electrostatic latent image in the main scanning direction increases.
パルス幅とオーバシュートとを段階的に変化させて静電潜像を形成し、その主走査径を測定してパルス幅と主走査径との相関関係をグラフ化すると図13に示すようになる。パルス幅を100ナノ秒前後から400ナノ秒前後としたときに形成された静電潜像の主走査径は20μmから150μm程度の大きさであった。図13に示すように曲線で近似するとx切片を求めることができ、オーバシュートの値が大きい方がパルス幅が短い領域においても静電潜像を形成できることが判る。また、図14に示すように直線で近似してもよい。上述したようにパルス幅と静電潜像の主走査径とを対応させて相関関係を求めることにより、オーバシュートの好適な値を求めることが可能となる。静電潜像の大きさにパルス幅と直接対応した値である主走査径を用いることにより、より精度の高い画像評価方法を提供することができる。 When an electrostatic latent image is formed by changing the pulse width and overshoot stepwise, the main scanning diameter is measured, and the correlation between the pulse width and the main scanning diameter is graphed, as shown in FIG. . The main scanning diameter of the electrostatic latent image formed when the pulse width was changed from about 100 nanoseconds to about 400 nanoseconds was about 20 μm to 150 μm. When approximated by a curve as shown in FIG. 13, the x-intercept can be obtained, and it can be seen that an electrostatic latent image can be formed even in a region where the pulse width is short when the overshoot value is large. Further, it may be approximated by a straight line as shown in FIG. As described above, the correlation between the pulse width and the main scanning diameter of the electrostatic latent image is obtained to obtain a suitable value of the overshoot. By using the main scanning diameter which is a value directly corresponding to the pulse width for the size of the electrostatic latent image, a more accurate image evaluation method can be provided.
ここで、上述した測定の具体例を説明する。光源には垂直面発光レーザを用い、波長を780nmとした。光源射出直後の射出光強度をパワーメータで測定した結果1.4mWであった。この条件において、図24に示すような走査光学系を用いてドット状の静電潜像を形成した。走査光学系により射出光強度は1/20程度まで減少するため、感光体に到達する出射光強度もこの値となる。静電潜像の主走査方向の大きさはパルス幅の増大と共に大きくなることは上述の通りであるが、これに対して副走査方向の大きさは概ね一定である。汎用のビームプロファイル測定装置(PHOTON社製:BeamScan)により射出光を測定すると、感光体の位置において副走査方向の大きさは60μm程度であった(ビームプロファイルの最大値に対して1/e2でのプロファイルの断面)。 Here, a specific example of the above-described measurement will be described. A vertical surface emitting laser was used as the light source, and the wavelength was 780 nm. The intensity of the emitted light immediately after emitting the light source was measured with a power meter and found to be 1.4 mW. Under these conditions, a dot-shaped electrostatic latent image was formed using a scanning optical system as shown in FIG. Since the emitted light intensity is reduced to about 1/20 by the scanning optical system, the emitted light intensity reaching the photosensitive member is also this value. As described above, the size of the electrostatic latent image in the main scanning direction increases as the pulse width increases. On the other hand, the size in the sub-scanning direction is substantially constant. When the emitted light was measured by a general-purpose beam profile measuring apparatus (PHOTON manufactured by BeamScan), the size in the sub-scanning direction at the position of the photoconductor was about 60 μm (1 / e 2 with respect to the maximum value of the beam profile). Profile cross-section at).
図15(a)は1ドットの静電潜像を示しており、この静電潜像は図15(b)に示すように4個の1/4ドット1,2,3,4から形成されている。各1/4ドット1,2,3,4から形成される1ドットは、走査光学系において各1/4ドット1,2,3,4を走査方向に4個隣接させることにより形成される。電子写真装置において1ドットを表現する場合には通常1個の1ドットを用いるが、レーザ光源の光量が低い場合には4個の1/4ドットをまとめて1ドットとする場合がある。特に複数の光源を配列させた面発光レーザの場合には1つの光源からの射出光量(パワー)が小さいため、4つの光源からの射出光を用いて1ドットを形成している。各1/4ドット1,2,3,4の主走査方向の大きさは、上述のビームプロファイル測定装置により測定した結果50μm程度であった。各1/4ドット1,2,3,4のビームサイズはこれに限られず、主走査方向×副走査方向とした場合に60μm×60μm、70μm×70μm、80μm×80μm等であってもよい。ここで、1ドットのパルス幅が100ナノ秒であれば各1/4ドット1,2,3,4のパルス幅はそれぞれ25ナノ秒である。1ドットの整数分の1をパルス幅の変化の単位とすることにより、より精密な静電潜像の測定を行うことができる。たとえば変化させるパルス幅の全体を400ナノ秒、変化の単位を25ナノ秒毎とすると、変化の段階は16となる。
FIG. 15A shows an electrostatic latent image of one dot, and this electrostatic latent image is formed from four
レーザ光源は、垂直面発光レーザであっても端面発光レーザであってもよい。垂直面発光レーザはたとえば発光の波長(λ)が780nmで光源数が40(8×5のアレイ)、端面発光レーザは発光の波長が655nmといったものであるが、これに限られることはない。感光体は、たとえば市販のデジタル複写装置やレーザプリンタに用いられるものでよく、UL,CGL,CTLの3層構造を有し、CTLがガリウムフタロシアニンであり厚みが30μmといったものである。 The laser light source may be a vertical surface emitting laser or an edge emitting laser. For example, the vertical surface emitting laser has a light emission wavelength (λ) of 780 nm and the number of light sources is 40 (an array of 8 × 5), and the edge surface light emitting laser has a light emission wavelength of 655 nm, but is not limited thereto. The photoreceptor may be used for, for example, a commercially available digital copying apparatus or a laser printer, and has a three-layer structure of UL, CGL, and CTL, where CTL is gallium phthalocyanine and has a thickness of 30 μm.
ここで図16を用い、入力信号においてオーバシュート及びパルス幅を一定として平均強度を段階的に変化させる場合を考える。図16においてオーバシュート(1)及びパルス幅W(1)は共に一定であり、発光強度としての平均強度をI(1),I(2),I(3)と段階的に変化させる。図16に示す状態からさらにオーバシュートを段階的に変化させた様子を図17に示す。図17において発光強度はI(1)<I(2)<I(3)の関係にあり、オーバシュートもオーバシュート(1),オーバシュート(2),オーバシュート(3)の3段階に変化させると、感光体上に形成される静電潜像は図18に示すようになる。図18から判るように、発光強度が大きいほど、またはオーバシュートが大きいほど形成される静電潜像は大きくなる。なお、発光強度及びオーバシュートの変化は3段階に限られず、他の段階であってもよい。 Here, FIG. 16 is used to consider a case where the average intensity is changed stepwise while the overshoot and pulse width are constant in the input signal. In FIG. 16, both the overshoot (1) and the pulse width W (1) are constant, and the average intensity as the light emission intensity is changed stepwise as I (1), I (2), I (3). FIG. 17 shows a state where the overshoot is further changed stepwise from the state shown in FIG. In FIG. 17, the emission intensity has a relationship of I (1) <I (2) <I (3), and the overshoot also changes in three stages: overshoot (1), overshoot (2), and overshoot (3). Then, the electrostatic latent image formed on the photoconductor becomes as shown in FIG. As can be seen from FIG. 18, the larger the emission intensity or the larger the overshoot, the larger the electrostatic latent image formed. Note that the changes in the emission intensity and the overshoot are not limited to three steps, and may be other steps.
図18で得られた静電潜像の長さ(主走査径)を測定してその長さをdとすると、静電潜像の空間周波数は1/2dとなる。たとえば静電潜像の主走査径が50μm(0.05mm)の場合は、空間周波数は1/(2×0.05)=10(cycle/mm)となる。 When the length (main scanning diameter) of the electrostatic latent image obtained in FIG. 18 is measured and the length is d, the spatial frequency of the electrostatic latent image is 1 / 2d. For example, when the main scanning diameter of the electrostatic latent image is 50 μm (0.05 mm), the spatial frequency is 1 / (2 × 0.05) = 10 (cycle / mm).
図18に示す静電潜像の空間周波数と発光強度及び各オーバシュートとの関係をグラフ化すると図19に示すようになる。図19から判るように、発光強度が大きいほど静電潜像が大きくなり、従って空間周波数が小さくなる。また、グラフを曲線で近似することにより、近似曲線及びそのパラメータ、相関係数等の、複数の周波数特性を求めることができる。これにより、各オーバシュートにおいて発光強度と空間周波数特性とを求める画像評価方法を提供することができる。 FIG. 19 is a graph showing the relationship between the spatial frequency of the electrostatic latent image shown in FIG. 18, the light emission intensity, and each overshoot. As can be seen from FIG. 19, the larger the emission intensity, the larger the electrostatic latent image, and thus the spatial frequency becomes smaller. Further, by approximating the graph with a curve, a plurality of frequency characteristics such as an approximate curve, its parameters, and a correlation coefficient can be obtained. Thereby, the image evaluation method which calculates | requires light emission intensity and a spatial frequency characteristic in each overshoot can be provided.
図19に示すグラフにおいてある空間周波数Fを実現したいとした場合に、各オーバシュートOV(1),OV(2),OV(3)の曲線でどの程度の発光強度が必要かを調べると、オーバシュートOV(3)において最も発光強度が小さくてよいことが判る(I1<I2<I3であることから)。同じ空間周波数を実現する際に発光強度は小さいほどよく、オーバシュートOV(3)が好適であると決定することができる。これにより、各オーバシュート毎の空間周波数特性から特性の優劣が求められ、好適なオーバシュートを決定する画像評価方法を提供することができる。 When it is desired to realize a certain spatial frequency F in the graph shown in FIG. 19, it is determined how much light emission intensity is necessary with the curves of the overshoots OV (1), OV (2), and OV (3). It can be seen that the light emission intensity may be the smallest in the overshoot OV (3) (because I1 <I2 <I3). When realizing the same spatial frequency, the smaller the emission intensity, the better, and it can be determined that the overshoot OV (3) is suitable. Thereby, the superiority or inferiority of the characteristics is obtained from the spatial frequency characteristics for each overshoot, and an image evaluation method for determining a suitable overshoot can be provided.
発光強度に拘わらず静電潜像の大きさが変化しないのであれば静電潜像の形成は安定していることとなるが、実際には発光強度により静電潜像の大きさが変化するため、この変化率が小さいほど静電潜像の形成が安定しているといえる。これは感光体の性質に依存しており、この変化率から感光体の安定性を推定することが可能となる。 If the size of the electrostatic latent image does not change regardless of the light emission intensity, the formation of the electrostatic latent image is stable, but actually the size of the electrostatic latent image changes depending on the light emission intensity. Therefore, it can be said that the smaller the rate of change, the more stable the formation of the electrostatic latent image. This depends on the properties of the photoconductor, and the stability of the photoconductor can be estimated from the rate of change.
図18に示したように静電潜像は理想的な円形とはならず、多少歪んだ形状となることから、これを円形で近似してその半径を求めることを考える。静電潜像の面積をSとすると、半径rはr=(S/n)1/2となり、直径は2rとなる。この直径を円相当径とする。 As shown in FIG. 18, the electrostatic latent image does not have an ideal circular shape, but has a slightly distorted shape. Therefore, it is considered that the radius is approximated by a circular shape. When the area of the electrostatic latent image is S, the radius r is r = (S / n) 1/2 and the diameter is 2r. This diameter is the equivalent circle diameter.
発光強度及びオーバシュートをそれぞれ3段階に変化させて形成した静電潜像を図20に示す。ここで発光強度は発光強度(1)<発光強度(2)<発光強度(3)である。形成された静電潜像をそれぞれ静電潜像1,静電潜像2,静電潜像3とし、各静電潜像の面積S1,S2,S3及び円相当径d1,d2,d3をそれぞれ求める。ここで円相当径d2を用いてその空間周波数を求めると、空間周波数は1/(2×d2)となる。次に、静電潜像2に関して、先に示した発光強度の変化に対する静電潜像形成の安定性をS3/S1により定義する。
FIG. 20 shows an electrostatic latent image formed by changing the light emission intensity and the overshoot in three stages. Here, the emission intensity is the emission intensity (1) <the emission intensity (2) <the emission intensity (3). The formed electrostatic latent images are electrostatic
オーバシュートをある値とし、発光強度を6段階に変化させて静電潜像を形成及び測定し、面積及び空間周波数及び静電潜像形成の安定性を求める様子を図21に示す。図21では、静電潜像の空間周波数特性を静電潜像の面積と円相当径とで表している。 FIG. 21 shows how an electrostatic latent image is formed and measured with the overshoot set to a certain value and the light emission intensity is changed in six steps to determine the area, spatial frequency, and stability of electrostatic latent image formation. In FIG. 21, the spatial frequency characteristics of the electrostatic latent image are represented by the area of the electrostatic latent image and the equivalent circle diameter.
発光強度の段階的な変化は一定であることが好ましい。レーザ光源からの射出光をパワーメータで測定することを考える。発光強度を段階的に変化させ、その都度射出光強度を測定すると、発光強度がある範囲内では図22に示すように線形の関係が得られる。このときのある発光強度をI(2)とし、I(2)の10%減をI(1)、I(2)の10%増をI(3)とする。 It is preferable that the stepwise change in emission intensity is constant. Consider measuring the light emitted from a laser light source with a power meter. When the emission intensity is changed stepwise and the emitted light intensity is measured each time, a linear relationship is obtained within a certain range as shown in FIG. The emission intensity at this time is I (2), a 10% decrease in I (2) is I (1), and a 10% increase in I (2) is I (3).
オーバシュートを3段階に変化させ発光強度を10%毎に変化させて測定した結果を図23に示す。この例では発光強度10段階に変化させ直線で近似した。図23に示すように、オーバシュートが大きいほど高い空間周波数でも静電潜像が安定していることが判る。つまり直線の傾きが緩やかである方が静電潜像が高い空間周波数においても安定して形成されることを示している。このことから、オーバシュートは高い方が好適であることが求められる。これにより、空間周波数特性が静電潜像の面積と空間周波数とにより定義され、これが適切に静電潜像の空間周波数特性を表すため、より精度の高い画像評価方法を提供することができる。 FIG. 23 shows the measurement results obtained by changing the overshoot in three steps and changing the emission intensity every 10%. In this example, the light emission intensity was changed to 10 steps and approximated by a straight line. As shown in FIG. 23, it can be seen that the larger the overshoot, the more stable the electrostatic latent image is even at higher spatial frequencies. In other words, it is shown that the gentler the slope of the straight line, the more stable the electrostatic latent image is formed even at a high spatial frequency. For this reason, it is required that a higher overshoot is preferable. Thereby, the spatial frequency characteristic is defined by the area and the spatial frequency of the electrostatic latent image, and this appropriately represents the spatial frequency characteristic of the electrostatic latent image, so that a more accurate image evaluation method can be provided.
上述の例において、レーザ光源として発光の波長(λ)が780nmの垂直面発光レーザを用いた。パワーメータで測定すると、発光強度は感光***置においておおよそ10μW〜70μWの範囲であった。オーバシュートOV(3)は数mAの電流をレーザに注入し、オーバシュートOV(2)はOV(3)のおおよそ半分の電流量、オーバシュートOV(1)は電流量ゼロである。 In the above example, a vertical surface emitting laser having a light emission wavelength (λ) of 780 nm was used as the laser light source. When measured with a power meter, the emission intensity was in the range of approximately 10 μW to 70 μW at the position of the photoreceptor. The overshoot OV (3) injects a current of several mA into the laser, the overshoot OV (2) is about half the current amount of OV (3), and the overshoot OV (1) is zero current amount.
上述の例ではオーバシュートの変化を3段階として説明したが、変化は3段階には限られない。またオーバシュートの上限はレーザ光源に注入可能な電流値によって決定され、レーザ光源が破壊しない程度の電流値が上限であり、下限値はゼロである。上限値と下限値との間にどの程度の幅を設けるかは回路の制御に依存し、たとえば4ビットといった値である。発光強度は、たとえば評価装置に接続したパーソナルコンピュータ等により設定できることが好ましい。またレーザ光源は、制御用に電子回路基板に接続されており、電子回路基板がインタフェースを介してパーソナルコンピュータと接続されていることが好ましい。 In the above example, the change in overshoot has been described as three stages, but the change is not limited to three stages. The upper limit of the overshoot is determined by the current value that can be injected into the laser light source. The upper limit is a current value that does not destroy the laser light source, and the lower limit value is zero. How much width is provided between the upper limit value and the lower limit value depends on the control of the circuit and is, for example, a value of 4 bits. It is preferable that the light emission intensity can be set by, for example, a personal computer connected to the evaluation apparatus. The laser light source is preferably connected to an electronic circuit board for control, and the electronic circuit board is preferably connected to a personal computer via an interface.
図24は走査光学系の一例を示しており、この走査光学系は光源131、コリメートレンズ132、シリンドリカルレンズ133、第1のミラー134、静電潜像形成手段としてのポリゴンミラー135、第1の走査レンズ136、第2の走査レンズ137、第2のミラー138等を有している。ポリゴンミラー135は図示しない駆動手段によって回転軸1351を中心に1万rpm前後から数万rpmの高速で回転駆動され、入射される光を走査する。ポリゴンミラー135による走査方向が主走査方向であり、これは感光体139の長手方向に相当する。感光体139は図示しない駆動手段によって回転軸1391を中心に回転駆動され、この回転方向が副走査方向となる。感光体139上には、ポリゴンミラー135からの光照射により静電潜像1392が形成される。
FIG. 24 shows an example of a scanning optical system. The scanning optical system includes a
上述の構成において、感光体139は走査光学系に含まれなくともよい。光源131とコリメートレンズ132との間には図示しない開口(アパーチャ)が設けられており、光源131から射出された射出光の発光強度はこの開口位置で測定し、光パワーメータのプローブはこの位置に配置されている。また感光体139上における発光強度は静電潜像1392形成位置において測定する。光源131としては、たとえば波長(λ)が780nmの垂直面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surcafe Emitting Laser)や波長(λ)が655nmの端面発光レーザ等が挙げられるが、波長はこれに限定されない。
In the configuration described above, the
図25は、本発明の画像評価装置を示している。同図において画像評価装置141は、電子銃142、コンデンサレンズ143、走査レンズ144、対物レンズ145、静電潜像形成手段としての光照射光学系146、試料(感光体)147、試料ステージ1450、電子検出器1430、インタフェース148、真空ポンプ149、情報処理手段としての電子計算機(コンピュータ及びディスプレイ)1410等を有している。図中、符号1440は帯電した感光体上に光照射により形成した任意パターンの静電潜像を誇張して拡大したものを、符号1420は入力情報及び観察した静電潜像をコンピュータ上でデータ・画像処理している様子をそれぞれ示す。
FIG. 25 shows an image evaluation apparatus of the present invention. In the figure, an
上述の構成において、試料である感光体147を帯電させるための荷電粒子を発生させる手段は電子銃142、各レンズ143,144,145であり、感光体147に光照射させる手段は光照射光学系146であり、感光体147上に形成された任意パターンの静電潜像1440を観察する手段は電子銃142、各レンズ143,144,145及び静電潜像測定手段としての電子検出器1430である。電子銃142は、たとえば走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)で用いられているものでよく、熱フィラメントやフィールドエミッション等が挙げられ、何れであってもよい。
In the above configuration, the means for generating charged particles for charging the
電子銃142を用い、電子で感光体147を帯電させることを考えると、電子銃142及び感光体147等を真空中に配置する必要がある。これは本装置に固有の構成ではなくSEMと同様である。このため真空ポンプ149を配置して装置全体を真空とさせている。上述の構成では、便宜的に真空ポンプ149を1個のみ使用しているが、達成させる真空度に応じてロータリポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンスパッタポンプ等を併用してもよい。荷電粒子は負の極性を有する電子が一般的であるが、FIB(Focused Ion Beam)で用いられているイオン銃のようにイオンであってもよい。ここで用いられるイオンは、たとえばGa+等のイオン種である。コンデンサレンズ143、走査レンズ144、対物レンズ145は何れも磁界レンズあるいは静電レンズである。走査レンズ144により荷電粒子ビームを感光体147上で2次元的に走査する。
Considering that the
感光体147を帯電させる際に、好適には電子が用いられる。電子を用いた場合には、感光体147表面の帯電電位は主に電子の加速電圧と照射時間とに影響され、電子の加速電圧が高いほど感光体147表面の帯電電位が高くなる。本発明では電子写真と同等の条件とする必要があり、その条件は加速電圧(Vacc)1.0〜数kV程度、照射時間数十秒〜数十分程度である。帯電電位は、たとえば汎用の表面電位計を用いて測定すると−600〜−1000V程度の値が得られ、実際の複写装置やプリンタと同等の帯電電位となる。また、加速電圧を変化させることに代えて、感光体147に対してバイアス電圧をかける等により帯電電位を調整してもよい。
When charging the
感光体147上に光照射を行い任意パターンの静電潜像1440を形成する手段は光照射光学系146であり、具体的には図24に示した走査光学系である。図25に示す構成では光照射光学系146は装置内部に配置されているが、装置外部(大気中)に配置されていてもよい。この場合には装置内部の真空を維持するため、画像評価装置141に透過率の高いガラス等の透明な窓を密封させて配置するなどして、光照射光学系146からの光を感光体147まで導けばよい。
A means for forming an electrostatic
図24に示した走査光学系には、光源131として垂直面発光レーザあるいは端面発光レーザが設けられている。これらのレーザ光源には発光特性制御用の電子電気回路が搭載されており、その制御はインタフェース148を介して電子計算機1410により行っている。上述したパルス幅、発光強度、オーバシュート設定値は、電子計算機1410の画面を見ながら行う。図25において試料である感光体147は平板(あるいはシート状)であるが、円筒(あるいは図24に示す感光体139のようなドラム状)であってもよい。試料ステージ1450はx方向、y方向、z方向へ3次元的に移動可能に構成されている。
The scanning optical system shown in FIG. 24 is provided with a vertical surface emitting laser or an edge emitting laser as the
ここで、一般的な電子写真プロセスの概要について説明する。電子写真プロセスは帯電、露光、現像、転写、クリーニング、定着の各工程により行われる。現像は、暗所において帯電器を用い、光半導体である感光体の表面を帯電させる。露光は、帯電させた感光体に光照射を行い、光が照射された部分の電荷が除去されてこれにより静電潜像を形成する。現在、デジタル機器においてはネガが主流である。現像は、静電潜像とは逆極性に帯電させた微小粒子であるトナーを静電潜像に対して静電的に付着させる。転写は、記録媒体である記録紙を現像後のトナー像に重ね、記録紙の裏側に配置された帯電器によりトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を記録紙に与え、静電力によりトナーを記録紙に転写する。クリーニングは、転写されずに感光体に残った残留トナーをブレードや磁気ブラシ等のクリーナを用いて除去する。定着は、熱ローラ定着機に記録紙を送り、熱と圧力とにより記録紙に付着しているトナーを定着させる。上述の帯電、露光、現像、転写、クリーニング、定着の各工程を行う電子写真装置の一例を図26に示す。 Here, an outline of a general electrophotographic process will be described. The electrophotographic process is performed by charging, exposing, developing, transferring, cleaning, and fixing processes. In the development, a charger is used in a dark place to charge the surface of the photoconductor as an optical semiconductor. In the exposure, the charged photosensitive member is irradiated with light, and the charge of the portion irradiated with the light is removed, thereby forming an electrostatic latent image. Currently, negatives are the mainstream in digital equipment. In the development, toner, which is fine particles charged to a polarity opposite to that of the electrostatic latent image, is electrostatically attached to the electrostatic latent image. In the transfer, a recording paper as a recording medium is superimposed on the developed toner image, a charge disposed on the back side of the recording paper is applied to the recording paper with a charge opposite to the charged polarity of the toner, and the electrostatic force is applied to the toner. Transfer to recording paper. In the cleaning, residual toner remaining on the photosensitive member without being transferred is removed using a cleaner such as a blade or a magnetic brush. For fixing, the recording paper is sent to a heat roller fixing machine, and the toner adhering to the recording paper is fixed by heat and pressure. FIG. 26 shows an example of an electrophotographic apparatus that performs the above-described steps of charging, exposure, development, transfer, cleaning, and fixing.
図26に示す電子写真装置において、符号151は感光体(OPC)を、符号152は帯電チャージャを、符号153は露光用光源を、符号154はトナーを、符号155は記録紙を、符号156は転写チャージャを、符号157は定着ローラを、符号158はクリーニングブレードを、符号159は除電用光源をそれぞれ示している。上述した電子写真プロセスと対応させると、帯電チャージャ152により感光体151の帯電が行われた後に露光用光源153により露光が行われ、形成された静電潜像にトナー154を静電的に付着させることにより現像が行われる。現像後、感光体151上のトナー像を転写チャージャ156により記録紙155に転写させることにより転写が行われ、感光体151上の残留トナーがクリーニングブレード158によって除去されることによりクリーニングが行われ、トナー像が転写された記録紙155が定着ローラ157に送られることにより定着が行われる。定着工程において、トナーは主として記録紙155等の紙に定着されるが、オーバヘッドプロジェクタ(OHP)シート等の高分子材料に対して定着を行う場合もある。
In the electrophotographic apparatus shown in FIG. 26,
上述の現像工程はいくつかの方式に分類され、方式により使用される現像剤及びトナーが分類される。先ず方式には乾式と湿式とがあり、現在では高速性に勝る点で乾式が主流である。乾式に用いられる現像剤としてはトナーのみを有する1成分現像剤とトナーとキャリアとを有する2成分現像剤とがあり、1成分現像剤及び2成分現像剤に用いられるトナーには非磁性トナーと磁性トナーとがある。トナーはその大部分がポリマーにより構成され、着色剤等を含む場合もあり、その大きさは数μm〜十数μmである。キャリアは鉄粉等の金属系材料から構成され、その大きさは数十μm〜数百μmである。 The development process described above is classified into several methods, and the developer and toner used are classified according to the method. First of all, there are a dry method and a wet method. At present, the dry method is the mainstream because it is superior in speed. As the developer used in the dry process, there are a one-component developer having only a toner and a two-component developer having a toner and a carrier. The toner used for the one-component developer and the two-component developer is a non-magnetic toner. There is a magnetic toner. Most of the toner is composed of a polymer and may contain a colorant or the like, and its size is several μm to several tens of μm. The carrier is made of a metal-based material such as iron powder, and its size is several tens to several hundreds of μm.
感光体は光導電材料(Photoconductor)であり、現在は低コストであり加工性が良好である点から有機電子写真感光体(OPC:Organic Photoconductor)が主に採用されている。一般的にOPCは多層構造であり、導電性支持体(導電層)の上に中間層を設け、電荷発生層(CGL:Charge Generation Layer)と電荷輸送層(CTL:Charge Transfer Layer)とが積層されており、この構成(順層構成)では負帯電方式となり、CGLとCTLとの積層順を逆にした構成では正帯電方式となる。また、電荷発生と電荷輸送とを混合させた材料を用いた単層感光体もある。中間層は電荷リーク等の防止のために設けられている。上述した層構成、帯電及び光照射の様子を図27に模式的に示す。 The photoconductor is a photoconductive material, and an organic electrophotographic photoconductor (OPC) is mainly used because it is low in cost and has good processability. Generally, OPC has a multilayer structure, and an intermediate layer is provided on a conductive support (conductive layer), and a charge generation layer (CGL) and a charge transfer layer (CTL) are stacked. In this configuration (forward layer configuration), the negative charging method is used, and in the configuration in which the stacking order of CGL and CTL is reversed, the positive charging method is used. There is also a single-layer photoreceptor using a material in which charge generation and charge transport are mixed. The intermediate layer is provided to prevent charge leakage and the like. FIG. 27 schematically shows the above-described layer configuration, charging and light irradiation.
図27は順層構成を示しており、図中符号161は導電層を、符号162は電荷発生層を、符号163は電荷輸送層を、符号164は照射光を、符号165はホールの電荷輸送層中の移動方向を、符号166は電子を、符号167はホールをそれぞれ示している。表面を帯電させたOPCに光を照射すると、CGLにおいて光が吸収され正負電荷が発生する。この正負の電荷は、表面の電界により一方の電荷がCTLに、他方の電荷が導電性支持体にそれぞれ注入される。CTLに注入された電荷は、CTLを通り感光体の表面に到達し、表面に存在する電荷を打ち消す。そして、照射する光を2次元的に走査させ、文字や画像のパターンを形成する。このパターンに応じて上述した電荷発生や移動が起こり、表面の電荷が打ち消される。これが静電潜像である。一般的にCGLの厚みはサブμm程度であり、CTLの厚みは数十μm程度である。静電潜像は文字や画像であるが、最小単位はドットである。
FIG. 27 shows a normal layer structure. In the figure,
感光体上に静電潜像が形成される原理は上述した通りである。本発明においてこの静電潜像を観察する手段として好適なのは電子を用いる構成であり、これには図25に示した電子銃142が使用可能であるが電流値を弱くする必要があり、たとえば帯電時の電流値が数nAの場合には観察時の電流値は数pAと千分の一程度とする。これは静電潜像が電子の照射により消えてしまうことを防ぐためであり、強い電流値の電子線を照射するほど静電潜像は速く消失してしまう。
The principle of forming an electrostatic latent image on the photoreceptor is as described above. In the present invention, a configuration using electrons is suitable as a means for observing the electrostatic latent image. For this, the
図24に示す電子検出器1430は2次電子検出器である。観察用の電子は感光体147に到達し、感光体147から2次電子を放出させる。静電潜像が測定可能である原理は、静電潜像が形成されている場所からは2次電子はあまり放出されず、静電潜像が形成されていない場所から2次電子が多量に放出されることによる。2次電子検出器1430は、電子が照射されることにより光を放出する蛍光体、導光路、放出された光を倍増する光電子倍増等により構成される。2次電子検出器1430は走査型の検出器であるが、電子線の感光体147上の走査に追随する。
The
図24に示す各構成は、インタフェース148を介して電子計算機1410により制御する。各構成の詳細な制御は、電子計算機1410内のソフトウェアにより行う。図24において静電潜像1440を形成しているとすると、観察したこの静電潜像1440は電子計算機1410のディスプレイ上に出力され、各種データ及び画像処理が成されて処理状況1420として出力される。電子計算機1410により上述したデータ処理や演算等を行い、評価する値を求める。このデータ処理や演算は特別なものではなく、汎用のデータ及び画像処理ソフト等を用いても行うことが可能である。これにより、パルス幅と静電潜像の大きさとの相関関係、発光強度と静電潜像の大きさの周波数特性、及びこれらから求まる好適なオーバシュートの値が決定される。
Each component shown in FIG. 24 is controlled by the
上述した画像評価装置141に関し、装置の制約がある場合がある。たとえば電子線を走査する範囲を広くできない、あるいは試料(感光体147)のサイズに制約がある場合等である。電子線の捜査範囲に関しては、汎用のSEMと比較して数nmといったオーダの分解能を犠牲にすれば、ある程度(数mm四方)の範囲を走査することが可能となる。しかし、感光体は直径数cmで長手方向数十cmの大きさのものが多く、この感光体全面を一度に走査することは難しく、感光体を移動させて部分的な走査を繰り返すこととなる。また、この大きさの感光体を試料とすると試料ステージが大型となり、真空槽も大容量のものを使用する必要があるため、感光体を切り出して測定する等の工夫が必要となる。この場合には、走査はごく狭い範囲で行えばよいこととなる。
The
図28は、上述した画像評価方法及び画像評価装置により得られた結果をデジタル複写装置やレーザプリンタといった電子写真装置に反映する際の概念を示している。先ず、初期条件として電子写真装置に使用するレーザ光源、走査光学系、感光体等が決定され、これらを搭載した実機あるいは実験機等を用い上述した評価(オーバシュートを段階的に変化させパルス幅と静電潜像の大きさとの相関関係、発光強度と周波数特性との相関関係を調査)を行う。そして、この結果が所望の画像仕様を達成しているか否かの判断を行い、達成されていれば好適なオーバシュートが決定され、達成されていなければ初期条件及び装置の仕様を見直す。決定されたオーバシュートは実機の記憶手段に記憶され、画像形成時にこのオーバシュートが用いられる。記憶手段は、電気電子回路あるいは装置付属の電子計算機、そのソフトウェアに初期設定値としてこのオーバシュートを与え、このオーバシュートを基に電子写真装置は解像度が高くかつ高品質な画像を形成する。 FIG. 28 shows a concept when the results obtained by the above-described image evaluation method and image evaluation apparatus are reflected in an electrophotographic apparatus such as a digital copying apparatus or a laser printer. First, the laser light source, scanning optical system, photoconductor, etc. to be used in the electrophotographic apparatus are determined as initial conditions, and the above-described evaluation (the overshoot is changed stepwise by changing the overshoot stepwise) using an actual machine or an experimental machine equipped with these. And the correlation between the size of the electrostatic latent image and the relationship between the light emission intensity and the frequency characteristic). Then, a determination is made as to whether or not this result has achieved a desired image specification. If it has been achieved, a suitable overshoot is determined, and if not, the initial conditions and device specifications are reviewed. The determined overshoot is stored in the storage means of the actual machine, and this overshoot is used at the time of image formation. The storage means gives this overshoot as an initial setting value to an electric / electronic circuit or an electronic computer attached to the apparatus and its software, and the electrophotographic apparatus forms a high-resolution and high-quality image based on this overshoot.
131 レーザ光源(光源)
135 静電潜像形成手段(ポリゴンミラー)
139,147,151 感光体
141 画像評価装置
146 静電潜像形成手段(光照射光学系)
153 レーザ光源(露光用光源)
1392,1440 静電潜像
1410 情報処理手段(電子計算機)
1430 静電潜像測定手段(電子検出器)
131 Laser light source
135 Electrostatic latent image forming means (polygon mirror)
139, 147, 151
153 Laser light source (light source for exposure)
1392, 1440 Electrostatic
1430 Electrostatic latent image measuring means (electronic detector)
Claims (8)
レーザ光源と、前記レーザ光源からレーザ光を射出させる駆動手段と、前記レーザ光を前記感光体上で走査して前記感光体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を測定する静電潜像測定手段とを用い、
前記駆動手段は前記レーザ光源のパルス幅及びオーバシュートの調整機能を有し、前記パルス幅を段階的に変化させ複数の静電潜像を形成して各静電潜像の大きさを求め、さらに前記オーバシュートを変化させると共に前記パルス幅を段階的に変化させ複数の静電潜像を形成して各静電潜像の大きさを求め、前記オーバシュートを段階的に変化させて前記工程を繰り返すことにより前記パルス幅と前記静電潜像の大きさとの相関関係を求めることを特徴とする画像評価方法。 An image evaluation method for evaluating an electrostatic latent image formed on a photoreceptor,
A laser light source; drive means for emitting laser light from the laser light source; electrostatic latent image forming means for scanning the laser light on the photoconductor to form an electrostatic latent image on the photoconductor; Using an electrostatic latent image measuring means for measuring an electrostatic latent image,
The drive means has a function of adjusting the pulse width and overshoot of the laser light source, and changes the pulse width stepwise to form a plurality of electrostatic latent images to determine the size of each electrostatic latent image, Further, the step of changing the overshoot and stepwise changing the pulse width to form a plurality of electrostatic latent images to determine the size of each electrostatic latent image and changing the overshoot stepwise To obtain a correlation between the pulse width and the size of the electrostatic latent image.
前記パルス幅と前記静電潜像の大きさとの相関関係から好適なオーバシュートの値を求めることを特徴とする画像評価方法。 The image evaluation method according to claim 1,
An image evaluation method characterized in that a suitable overshoot value is obtained from a correlation between the pulse width and the size of the electrostatic latent image.
前記静電潜像の形状がドット状であり、前記静電潜像の大きさが前記静電潜像形成手段における主走査方向の長さであることを特徴とする画像評価方法。 The image evaluation method according to claim 1 or 2,
An image evaluation method, wherein the electrostatic latent image has a dot shape, and the size of the electrostatic latent image is a length in a main scanning direction of the electrostatic latent image forming unit.
複数の光源を有する垂直面発光レーザと、前記各光源からレーザ光を射出させる駆動手段と、前記各レーザ光を前記感光体上で走査して前記感光体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を測定する静電潜像測定手段とを用い、
前記駆動手段は前記各光源の発光強度及びオーバシュートの調整機能を有し、前記発光強度を段階的に変化させ複数の静電潜像を形成して各静電潜像の空間周波数特性を求め、さらに前記オーバシュートを変化させると共に前記発光強度を段階的に変化させ複数の静電潜像を形成して各静電潜像の空間周波数特性を求め、前記オーバシュートを段階的に変化させて前記工程を繰り返すことにより複数の空間周波数特性を求めることを特徴とする画像評価方法。 An image evaluation method for evaluating an electrostatic latent image formed on a photoreceptor,
A vertical surface emitting laser having a plurality of light sources, driving means for emitting laser light from each of the light sources, and a static image for forming an electrostatic latent image on the photosensitive member by scanning each of the laser light on the photosensitive member. Using an electrostatic latent image forming means and an electrostatic latent image measuring means for measuring the electrostatic latent image,
The drive means has a function of adjusting the light emission intensity and overshoot of each light source, and changes the light emission intensity stepwise to form a plurality of electrostatic latent images to obtain the spatial frequency characteristics of each electrostatic latent image. Further, the overshoot is changed and the emission intensity is changed stepwise to form a plurality of electrostatic latent images to obtain the spatial frequency characteristics of each electrostatic latent image, and the overshoot is changed stepwise. An image evaluation method characterized in that a plurality of spatial frequency characteristics are obtained by repeating the step.
前記複数の空間周波数特性から好適なオーバシュートの値を求めることを特徴とする画像評価方法。 The image evaluation method according to claim 4,
An image evaluation method characterized in that a suitable overshoot value is obtained from the plurality of spatial frequency characteristics.
前記空間周波数特性はドット状の静電潜像の面積と該静電潜像を円で近似したときの直径とから定められることを特徴とする画像評価方法。 The image evaluation method according to claim 4 or 5,
The image evaluation method according to claim 1, wherein the spatial frequency characteristic is determined from an area of a dot-like electrostatic latent image and a diameter when the electrostatic latent image is approximated by a circle.
感光体を帯電させるための荷電粒子を発生させる荷電粒子発生手段と、複数の光源を有する垂直面発光レーザと、前記各光源からレーザ光を射出させる駆動手段と、前記各レーザ光を前記感光体上で走査して前記感光体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記感光体上に形成された静電潜像を観察する静電潜像観察手段と、前記静電潜像観察手段により観察した静電潜像から所望の情報を電子的に処理する情報処理手段とを有することを特徴とする画像評価装置。 An image evaluation apparatus for performing the image evaluation method according to any one of claims 1 to 6,
Charged particle generating means for generating charged particles for charging the photosensitive member, a vertical surface emitting laser having a plurality of light sources, driving means for emitting laser light from each of the light sources, and each of the laser light to the photosensitive member An electrostatic latent image forming unit that scans above and forms an electrostatic latent image on the photoconductor, an electrostatic latent image observation unit that observes the electrostatic latent image formed on the photoconductor, and the static An image evaluation apparatus comprising: information processing means for electronically processing desired information from the electrostatic latent image observed by the electrostatic latent image observation means.
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