JP4618217B2

JP4618217B2 - 画像形成装置および画像形成方法

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Publication number: JP4618217B2
Application number: JP2006232312A
Authority: JP
Inventors: 健嗣小木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-08-29
Also published as: JP2008060694A

Description

本発明は、複数画素から形成される網点を塗り潰して画像を形成する画像形成装置および画像形成方法に関する。

一般に、電子写真方式を採用する画像形成装置においては、露光部からの画像情報に応じたレーザー光で、帯電された感光体を照射して静電潜像を形成し、この形成された静電潜像を現像して用紙等の記録媒体上に画像を形成することになる。よって、感光体上に形成される静電潜像により、記録媒体上に形成される画像の品質が大きく左右されることになる。

従来、この種の技術に関して、特許文献１には、画像信号に応じて変調されたレーザー光を照射する第１の露光部と、画像信号を反転した反転画像信号に応じて変調され、第１の露光部からのレーザー光よりも除電効果の小さいレーザー光を照射する第２の露光部とを設け、これら露光部からのレーザー光を感光体上で合成するように構成することで、露光エネルギー分布の傾きが急峻になり、感光体上にコントラストの高い静電潜像を形成する技術が開示される。

しかし、この構成によると、第１の露光部および第２の露光部から照射されるレーザー光の照射位置が、感光体上で一致していなければならず、経時変化や環境変化を含めて照射位置の精度を保証するには、装置が複雑になったり高価になってしまうと言う問題があった。

そこで、特許文献２には、光源から入射された光ビームを偏向するポリゴンミラーの光反射面に対し、一面おきに光反射率を低下させるコーティングを施すことで、レーザー端部の光量を変化させるとともに、さらに光源から射出されるレーザー光のビーム径を、１回走査する毎に切り替え、上記特許文献１同様の効果を容易な構成により得られる技術が開示される。

また、これに加えて、入力画像データに応じてレーザー光の強度を変更させる技術があり、例えば、特許文献３には、トナーを付着させる領域と、トナーを付着させない領域とで、異なる強度のレーザー光で感光体を露光するとともに、画像情報の濃度に応じてこの強度を変化させる技術が開示される。
特開平０９−１６９１３６号特開平１１−２０２２４７号特開２００１−２９０３１７号

ところで、この上述した画像形成装置においては、入力された多値画像データを２値画像データに変換することになるが、この２値化処理に際しては、一般に、図８に示すような閾値テーブル（この場合、２５６段階の階調表現が可能）が用いられる。

例えば、ここで多値画像データとして階調値１２８の画像データが入力されると、この閾値テーブル上の閾値データと比較が行われ、閾値が１２７以下となる領域に画素が形成され、図９に示すような２値画像データに変換されることになる。この画素の集合体は網点などと呼ばれ、画像形成装置においては、この網点を塗り潰してドットを形成し、入力された階調値に応じた画像を用紙等の記録媒体上に形成することになる。すなわち、この網点の面積により種々の中間調が再現されることになる。

さて、このような電子写真方式を採用する画像形成装置においては、帯状の濃度ムラが発生することがある。この現象はバンディング等と称され、これは主に、現像ユニットや、感光体等の回転駆動する部位の回転精度の不具合や、現像ユニットと感光体間の空隙変動が原因となり生じる。

このようなバンディングに対処することは、この種の画像形成装置を市場に提供するベンダメーカにとっても、それを利用する顧客にとっても大きな課題となっており、従来、これに対処するためには一般に、ハード的な対応が採られていた。

ところが、このような対処方法では、上述した従来技術に示されるように、レーザ光を複数種類設けたり、また、駆動用のモーターの回転精度や、部品精度を向上させたりすることになるため、ハード構成が複雑になり、その分、コストの増加や、装置が大型化してしまうといった問題や、値段を抑えた安価な画像形成装置では、この種の不具合に対応できないといった問題があった。

そこで、本発明は、簡単な構成により、現像ユニットと感光体間の空隙変動を原因とした階調表現のなまりを抑制させるようにした像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、複数画素から形成される網点を塗り潰して画像を形成する画像形成装置において、入力された多値画像データと前記網点内中央部近傍の画素の形成を抑制するよう閾値が配列された閾値マトリクスとの比較に基づき、前記入力された多値画像データを、中央部近傍に画素が形成されない領域を有する網点の２値画像データに変換する画像処理手段と、前記画像処理手段によって変換された前記２値画像データについて、前記網点の画素が形成される領域と、画素が形成されない領域との割合に応じて、画素が形成されない領域の割合が多いほど露光量が高くなるように露光量を決定する制御手段と、前記制御手段で決定された露光量により、帯電された感光体に対し前記画像処理手段で変換された２値画像データに基づき照射して静電潜像を形成する露光手段とを具備し、前記露光手段により形成された静電潜像を現像して用紙等の記録媒体上に画像を形成することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記画像処理手段は、前記網点内中央部近傍に画素の形成を抑制する抑制パターンを含む前記閾値マトリクスで構成される閾値テーブルを有し、該閾値テーブルに基づいて多値画像データを２値画像データに変換することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、複数画素から形成される網点を塗り潰して画像を形成する画像形成方法において、入力された多値画像データと前記網点内中央部近傍の画素の形成を抑制するよう閾値が配列された閾値マトリクスとの比較に基づき、前記入力された多値画像データを、中央部近傍に画素が形成されない領域を有する網点の２値画像データに画像処理手段で変換し、前記画像処理手段によって変換された前記２値画像データについて、前記網点の画素が形成される領域と、画素が形成されない領域との割合に応じて、画素が形成されない領域の割合が多いほど露光量が高くなるように制御手段で露光量を決定し、前記制御手段で決定された露光量により、帯電された感光体に対し前記画像処理手段で変換された２値画像データに基づき露光手段で照射して静電潜像を形成し、前記露光手段により形成された静電潜像を現像して用紙等の記録媒体上に画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、複数画素から形成される網点を塗り潰して画像を形成する画像形成装置において、前記網点内中央部近傍の画素の形成を抑制して多値画像データを２値画像データに変換し、前記網点の画素が形成される領域と、画素が形成されない領域の割合に応じて露光量を決定し、該決定された露光量により、帯電された感光体に対し前記画像処理手段で変換された２値画像データに基づき照射して静電潜像を形成し、該形成された静電潜像を現像して用紙等の記録媒体上に画像を形成するように構成したため、網点内中央部近傍への画素の形成が抑制されることから、露光エネルギーのエッジ部のプロファイルが急峻になり、感光体上にコントラストの高い静電潜像を形成することができる。

これにより、現像ユニットと感光体間の空隙変動を原因とした階調表現のなまりを抑制させることができる。

また、本発明は、画素が形成される領域と、画素が形成されない領域の割合に応じて露光量を変更させるため、露光量の変更により、濃度の上昇が発生することもなく、従来同様の濃度で画像を形成することができる。

また、本発明は、画像処理に工夫を持たしたため、ソフトウェアの書き換え等により対応することができるので、複雑なハード構成が不要であり、コスト的な問題も発生しない。

以下、この発明に係わる画像形成装置および画像形成方法の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、解像度が６００ｄｐｉである２５６階調（８ｂｉｔ）の多値画像を解像度が２４００ｄｐｉである２値画像（１ｂｉｔ）に変換して出力する場合を例に挙げて説明する。

図１は、本発明に係わる画像形成装置の全体構成の一例を示すブロック図である。

画像形成装置１は、その機能構成として、画像入力部１０と、画像処理部２０と、画像出力部３０とを具備して構成される。

ここで、画像入力部１０は、スキャナ装置、あるいはネットワーク等から画像データを受信する通信Ｉ／Ｆ（Interface）等で構成され、入力されたデータを解釈し多値画像データを画像処理部２０へ供給する機能を果たす。なお、本実施例においては、処理対象となる多値画像データが２５６階調であることから、この画像入力部１０では、かかる多値画像データの階調値として０〜２５５までのいずれかの整数値を画像処理部２０へ供給することになる。

画像処理部２０は、上述した画像入力部１０から供給を受けた多値画像データ（以下、入力画像データと言う）を、２値画像データ（以下、出力画像データと言う）に変換する機能を果たす。図２に示すように、画像処理部２０は、その機能構成として、比較部２１と、閾値データ選定部２２と、記憶部２３とを具備して構成され、入力画像データ（本実施例においては、６００ｄｐｉ、８ｂｉｔ（２５６階調））を、出力画像データ（本実施例においては、２４００ｄｐｉ、１ｂｉｔ（２階調））に変換することになる。

記憶部２３は、種々のパターンを有する閾値テーブル２４を格納する機能を果たす。この閾値テーブル２４の詳細については後述するが、例えば、図４に示すテーブルレイアウトで構成される。

閾値データ選定部２２は、画像入力部１０からの入力画像データとともに、その画素位置を示すアドレス信号の入力を受け付け、当該入力画像データに対応する閾値テーブル２４上から当該アドレス信号に対応する閾値データ（４×４のマトリクス）を選定し、この選定した閾値データを比較部２１に渡す機能を果たす。

比較部２１では、画像入力部１０からの入力画像データと、閾値データ選定部２２からの閾値データとを比較し、この比較により得られた出力画像データ（２値）を画像出力部３０に出力する機能を果たす。以上が、画像処理部２０の機能的な構成の一部についての説明である。

図２に戻り、画像出力部３０は、レーザー光を利用した電子写真方式で構成され、上述した画像処理部２０からの出力画像データに基づいて用紙等の記録媒体上に出力画像イメージを形成する機能を果たす。図３に示すように、画像出力部３０は、その機能構成として、制御部３１と、露光部３２と、感光ドラム（感光体）３３と、帯電ユニット３４と、クリーナユニット３５と、転写ユニット３６と、現像ユニット３７とを具備して構成される。

露光部３２は、ビーム径約５０μｍ（直径：１／（ｅの２乗））、２４００ｄｐｉ解像度のレーザーダイオードを有しており、この露光部３２で感光ドラム３３に対し、ドラムの回転に合わせてレーザー光を照射する。なお、この露光部３２は、レーザーダイオードに限られず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いた発光素子で構成されていてもよい。

画像処理部２０から送られてきた出力画像データは、制御部３１において、レーザーダイオードの露光信号に変換され、露光部３２では、この露光信号に基づいて感光ドラム３３にレーザー光を照射することになる。

この制御部３１では、画像処理部２０から送られてきた出力画像データに基づき露光部３２による露光量を調整する機能を果たす。詳細については後述するが、網点の画素が形成される領域と、画素が形成されない領域の割合（面積比や、画素の個数等による割合）を周辺画素から算出し、この割合に応じて感光ドラム３３を照射する際の露光量を決定することになる。

ここで、感光ドラム３３の上方には、感光ドラム３３を帯電させるための帯電ユニット３４が配置されており、露光部３２から射出されたレーザー光は、感光ドラム３３の回転方向（同図矢印）に沿って帯電ユニット３４の配置位置よりも下流側に位置する露光位置において、感光ドラム３３に照射される。帯電ユニット３４によって帯電された感光ドラム３３は、露光位置でレーザー光が照射されることで静電潜像が形成される。

また、感光ドラム３３の回転方向に沿って露光位置よりも下流側には現像ユニット３７が設けられる。現像ユニット３７は、感光ドラム３３上の静電潜像が形成された部位に現像剤を供給して静電潜像を現像し、感光ドラム３３上にトナー像を形成させる。

感光ドラム３３の直下は画像転写位置とされており、感光ドラム３３上に形成されたトナー像は画像転写位置において転写ユニット３６に転写される。これにより、転写ユニット３６に画像が形成される。また、感光ドラム３３の回転方向に沿って露光位置よりも下流側にはクリーナユニット３５が設けられる。クリーナユニット３５は、画像（トナー像）転写後に感光ドラム３３上に残留しているトナーを除去する。以上が、画像出力部３０の機能的な構成の一部についての説明である。

ここで、図４および図５を用いて、上述した画像処理部２０内の記憶部２３に格納される閾値テーブル２４について説明する。

図４には、閾値テーブル２４のテーブルレイアウトの一例が示される。なお、この図４に示す閾値テーブル２４は、入力画像データの階調値が１２８のときに用いられるものであるが、この他、記憶部２３には、入力画像データの階調値に応じた種々の閾値テーブル２４が格納される。

閾値テーブル２４は、１６×１６のマトリクスで構成され、２５６段階の階調表現が行える。この閾値テーブル２４には、画素の形成を抑制するために、閾値が高めに設定された抑制パターン（円で囲まれた閾値）が含まれる。詳細については後述するが、この抑制パターンにより、網点内の中央部近傍に画素の形成が抑制された出力画像データが得られることになる（後述する図７参照）。なお、本実施例においては、画素の形成を確実に抑制するために、この閾値テーブルの最大閾値（閾値：２５５）を抑制パターンに設定する場合を例に挙げて説明するが、この抑制パターンは、画素の形成を抑制できる値であればよく、必ずしも最大閾値とする必要はない。

また、この閾値テーブル２４では、入力画像データととともに入力されるアドレス信号に基づいて閾値データが選択されることになるため、図５に示すように、閾値テーブル２４は、入力画像データ解像度の画素サイズ（４×４のマトリクス）を単位としてＡ〜Ｐの１６領域に分割される。

この閾値テーブル２４から閾値データを選択する際の動作の詳細については後述するが、上述した閾値データ選定部２２では、この閾値テーブル２４上から、入力画像データとアドレス信号とに応じて、図６に示す閾値データ選定テーブル上を検索して、４×４の閾値データを選定し、これを比較部２３に渡すことになり、これを受けた比較部２３においては、この閾値データと入力画像データとを比較し、入力画像データの階調値が、閾値データの閾値以下となる領域（閾値）を塗り潰すことで、解像度２４００ｄｐｉの出力画像データを生成し、それを画像出力部３０に出力することになる。

次に、図１で説明した画像形成装置１の動作の概略について説明する。なお、ここでは、入力画像データの階調値が１２８である場合を例に挙げて説明する。

階調値１２８の入力画像データが、画像入力部１０から画像処理部２０に入力されると、これを受けた画像処理部２０の閾値データ選定部２２では、図６に示す閾値データ選定テーブル上を検索し、閾値データを選定することになる。例えばこの場合、階調値が１２８であるから、図６のテーブルから領域Ａではテーブル６４（閾値データ）が選定され、領域Ｂではテーブル６５（閾値データ）が選定されることになり、比較部２３では、この選定された領域の閾値データに基づいて比較処理を行うことになる。この比較の結果得られた出力画像データが、図７となり、画像出力部３０では、この出力画像データに基づいて用紙等の記録媒体上に出力画像イメージを形成することになる。

ここで、入力画像データの階調値が１２８である場合について、従来例と比較してみる。本発明の一例として図４の閾値テーブル、従来例として図８の閾値テーブルを用いて２値化処理を行った場合、従来例の閾値テーブルで得られる出力画像データは、図９のようになる。なお、上述したとおり、本発明に係わる図４の閾値テーブルで２値化処理された場合には、図７に示す出力画像データが得られることになる。

また、図１０に、この図７のＡ−Ｂ点間と、図９のＣ−Ｄ点間における露光部３２による露光エネルギーのプロファイルの模式図を示す。なお、ここに示される模式図では、従来例との比較を容易にする便宜上、網点中央部近傍の露光エネルギーで各々正規化した値が示される。

この図１０に示すように、本発明の露光エネルギープロファイル（実線）は、従来例（破線）に比べ、エッジ部のプロファイルが急峻になり、感光ドラム３３上にコントラストの高い静電潜像を形成できることになる。また、網点の中央部近傍にはレーザー光を点灯させない画素があるため、この場合、従来例に比べ約２倍の光量にて露光することで、ほぼ同等の露光エネルギーとなり、濃度の上昇が生じることもない。なお、先に述べたとおり、この露光部３２による露光量は、制御部３１において、周辺画素の画素が形成される領域と、画素が形成されない領域の割合に応じて決定することになるが、例えば、図７に示すＡ−Ｂ間では、主走査方向のみを考慮した場合、画素が形成される領域と、画素が形成されない領域の割合が、７対４（画素が形成されない領域が、画素の形成される領域の約１／２を占める）となるので、従来の約２倍の光量を用いることになるが、実際の露光量は、副走査方向の画素も考慮し、この割合に応じて適宜変更する必要がある。

ここで、この図４の抑制パターンとは異なる抑制パターンが配される図１１に示す閾値テーブルを用いて、本発明を実施する場合について説明する。なお、上記同様に、入力画像データの階調値が１２８である場合を例に挙げて説明する。

この図１１に示す閾値テーブル２４を用いた場合には、図１２に示す出力画像データが得られることになり、また、この図１２のＥ−Ｆ点間における露光部３２による露光エネルギーのプロファイルの模式図は、図１３に示すようになる。

この場合も、上記図４の閾値テーブルを用いた場合と同様に、露光エネルギープロファイルのエッジ部が急峻になり、感光ドラム３３上にコントラストの高い静電潜像を形成できることになる。また、網点の中央部近傍にはレーザー光を点灯させない画素があるため、この場合、従来例に比べ約１．５倍の光量にて露光することで、ほぼ同等の露光エネルギーとなり、濃度の上昇が生じることもない。

このように本発明は、網点内の中央部近傍の画素の形成が抑制できればよく、閾値テーブル２４上の抑制パターンの配置位置などは自由に変更可能であり、抑制パターンの配置位置は、システムに応じて適宜変更できる。また、図１２に示すＥ−Ｆ間では、主走査方向のみを考慮した場合、画素が形成される領域と、画素が形成されない領域の割合が、８対３（画素が形成されない領域が、画素の形成される領域の約１／３を占める）となるため、従来の約１．５倍の光量としたが、副走査方向の画素も考慮し、この割合に応じて適宜変更する必要がある。

以上説明したように本発明においては、網点内中央部近傍の画素の形成を抑制して多値画像データを２値画像データに変換し、この網点の画素が形成される領域と、画素が形成されない領域の割合に応じて露光量を決定し、該決定された露光量により、帯電された感光ドラムに対し前記画像処理手段で変換された２値画像データに基づき照射して静電潜像を形成し、該形成された静電潜像を現像して用紙等の記録媒体上に画像を形成するように構成したため、網点内中央部近傍への画素の形成が抑制されることから、露光エネルギーのエッジ部のプロファイルが急峻になり、感光ドラム上にコントラストの高い静電潜像を形成することができる。

これにより、現像ユニットと感光ドラム間の空隙変動を原因とした階調表現のなまりを抑制させることができる。

また、本発明は、画素が形成される領域と、画素が形成されない領域の割合に応じて露光量を変更させるため、露光量の変更により、濃度上昇が発生することもなく、従来同様の濃度で画像を形成することができる。

なお、上記実施例においては、感光ドラム３３の帯電電位については触れなかったが、本発明では、抜け画素の割合に応じて露光量を高く設定して感光ドラム３３上を照射するため、この際、感光ドラム３３の帯電電位を高く設定しなければ、露光量に対する光電変換する感度が鈍るため、その点考慮して感光ドラム３３を帯電させる必要がある。また、同時に現像ユニットに印加するバイアスも必要に応じて適宜調整する必要がある。

また、上記実施例においては、露光エネルギーの調整に入力画像データに応じた閾値テーブルを用いたが、本発明は、レーザー光の照射をオフさせる画素を網点内輪郭部近傍に設けられるのであればよく、閾値テーブルとは別のパターンテーブルを用いて本発明を実施するように構成してもよい。

また、上記実施例においては、画像部（塗り潰す領域）を露光する方式を採用する画像形成装置１（画像出力部３０）を例に挙げて説明したが、これとは逆に、背景部（塗り潰さない領域）を露光する方式を採用する画像形成装置１に適応してもよい。

また、上記実施例においては、ディザ型の閾値テーブルを用いていたが、これに限られず、誤差拡散方式と組み合わせて本発明を実施するように構成してもよい。

また、カラーに対応した画像形成装置であるならば、各色毎に本発明を適用することで対応することができる。

この他、本発明は、上記および図面に示す実施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。

本発明の画像形成装置および画像形成方法は、複数画素から形成される網点を塗り潰して画像を形成する画像形成装置全般に適用可能であり、特に、簡単な構成により、現像ユニットと感光体間の空隙変動を原因とした階調表現のなまりを抑制できるため、コスト面において優位である。

本発明に係わる画像形成装置の全体構成の一例を示すブロック図である。図１に示す画像処理部２０の機能的な構成の一部を示す図である。図１に示す画像出力部３０の機能的な構成の一部を示す図である。本発明に係わる閾値テーブル２４のテーブルレイアウトの一例を示す図である。本発明に係わる閾値テーブル２４の領域分割の一例を示す図である。本発明に係わる閾値データ選定テーブルのテーブルレイアウトの一例を示す図である。本発明に係わる出力画像データの一例を示す図である。従来技術に係わる閾値テーブルのテーブルレイアウトの一例を示す図である。従来技術に係わる出力画像データの一例を示す図である。本発明と従来技術とを比較した露光エネルギーのプロファイルの模式図である。本発明に係わる閾値テーブルのテーブルレイアウトの一例を示す図である（変形例）。本発明に係わる出力画像データの一例を示す図である（変形例）。本発明と従来技術とを比較した露光エネルギーのプロファイルの模式図である（変形例）。

符号の説明

１画像形成装置
１０画像入力部
２０画像処理部
２１比較部
２２閾値データ選定部
２３記憶部
２４閾値テーブル
３０画像出力部
３１制御部
３２露光部
３３感光ドラム
３４帯電ユニット
３５クリーナユニット
３６転写ユニット
３７現像ユニット

Claims

複数画素から形成される網点を塗り潰して画像を形成する画像形成装置において、
入力された多値画像データと前記網点内中央部近傍の画素の形成を抑制するよう閾値が配列された閾値マトリクスとの比較に基づき、前記入力された多値画像データを、中央部近傍に画素が形成されない領域を有する網点の２値画像データに変換する画像処理手段と、
前記画像処理手段によって変換された前記２値画像データについて、前記網点の画素が形成される領域と、画素が形成されない領域との割合に応じて、画素が形成されない領域の割合が多いほど露光量が高くなるように露光量を決定する制御手段と、
前記制御手段で決定された露光量により、帯電された感光体に対し前記画像処理手段で変換された２値画像データに基づき照射して静電潜像を形成する露光手段と
を具備し、
前記露光手段により形成された静電潜像を現像して用紙等の記録媒体上に画像を形成する
ことを特徴とする画像形成装置。
前記画像処理手段は、
前記網点内中央部近傍に画素の形成を抑制する抑制パターンを含む前記閾値マトリクスで構成される閾値テーブルを有し、
該閾値テーブルに基づいて多値画像データを２値画像データに変換する
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
複数画素から形成される網点を塗り潰して画像を形成する画像形成方法において、
入力された多値画像データと前記網点内中央部近傍の画素の形成を抑制するよう閾値が配列された閾値マトリクスとの比較に基づき、前記入力された多値画像データを、中央部近傍に画素が形成されない領域を有する網点の２値画像データに画像処理手段で変換し、
前記画像処理手段によって変換された前記２値画像データについて、前記網点の画素が形成される領域と、画素が形成されない領域との割合に応じて、画素が形成されない領域の割合が多いほど露光量が高くなるように制御手段で露光量を決定し、
前記制御手段で決定された露光量により、帯電された感光体に対し前記画像処理手段で変換された２値画像データに基づき露光手段で照射して静電潜像を形成し、
前記露光手段により形成された静電潜像を現像して用紙等の記録媒体上に画像を形成する
ことを特徴とする画像形成方法。