JP6249719B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いたレーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置において、感光ドラム上に帯電、露光、現像を行い形成されたトナー像を、記録材上に転写する工程を複数回繰り返すことにより記録材上に複数色の重ね画像を形成し、カラー画像を得る方法がある。このようなカラー画像形成装置においては、隣接して形成された異なる色の画像間に、本来あるべきでない白い隙間が空いてしまう現象が発生することが知られている。以下、この現象をホワイトギャップという。本現象は、感光ドラム上に電位が急峻に変化する静電潜像、例えば画像エッジ部などの潜像が形成されると、この部位を現像装置で現像したとき、本来感光ドラム上に形成された静電潜像よりも顕画像が細く形成されることで生じる。例えばシアン色の帯とブラック色の帯を隣接させた画像の場合、本来であれば両色の帯が隣り合うはずであるが、シアン色の顕画像もブラック色の顕画像もそれぞれ細く形成されてしまう。このため、記録材上の最終画像では両色の帯間に隙間が生じ、画像品位が低下してしまう。図１９は、ホワイトギャップが発生する様子を説明する図であり、感光ドラムと現像ローラの間の電界の様子を示す。ホワイトギャップの原因となる顕画部における顕画像の細りは、感光ドラム上に形成された静電部の静電潜像がそのエッジ部で電界を巻き込むために生じる。

そこで、特許文献１では、印字領域全面の非トナー像形成部において、レーザを余分なトナー付着を起こさない程度に微小発光させ、感光ドラムの電位を適正化する。このような、非トナー像形成部（白地部）に対する弱露光をバックグラウンド露光と呼ぶ。

バックグラウンド露光は、上述したホワイトギャップ対策以外の目的でも行われる。特許文献２では、インラインのカラー画像形成装置で帯電バイアスや現像バイアス用電源を共通化した際の感光体の非トナー像形成部分の電位を適正するためにバックグラウンド露光を行う。

バックグラウンド露光（弱露光）を行う方法として、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式と呼ばれる、パルス波のデューティー比を変化させる方法がある。これは、画像用クロックに同期して１画素内で、トナーを付着させるための通常露光用の期間（パルス幅）よりも短い、トナーを付着させない程度の微小な露光量に相当するバックグラウンド露光用の期間（パルス幅）だけ露光手段を発光させる。

特開２００３−３１２０５０号公報 特開２０１２‐１８９８８６号公報

しかし、ＰＷＭ方式でバックグラウンド露光を行う場合、トナーを付着させるための通常露光用の発光期間と、トナーを付着させない程度のバックグラウンド露光用の発光期間の配置次第では画像不良が発生する虞がある。

つまり、画像の白地部に相当する通常露光用の発光期間でない期間に、バックグラウンド露光用の発光期間を単純に配置した場合、通常露光用の発光期間での露光にバックグラウンド露光用の発光期間での露光が干渉する場合がある。ここで干渉とは、感光体の通常露光用の発光期間に相当する領域とバックグラウンド露光用に発光期間に相当する領域とが近づき過ぎた状態を示す。

このような干渉が発生した場合、感光体の通常露光用の発光期間に相当する領域とバックグラウンド露光用の発光期間に相当する領域とに挟まれた間の領域の電位が下がる。このため、結果的に間の領域の電位がトナーを付着する程度に露光された電位となってしまうため、最終的にトナーが付着する領域のサイズが意図せず大きくなってしまう可能性がある。これにより画像不良が発生する可能性がある。

そこで本発明は、上記課題に鑑みて、ＰＷＭ方式でバックグラウンド露光を行った際の画像不良を抑制することを目的とする。

本発明は、感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記感光体に駆動信号に基づいて発光した光を照射して潜像を形成する露光手段と、潜像が形成された前記感光体にトナーを付着させる現像手段と、入力された画像データをディザマトリクスに基づいて前記駆動信号に変換する変換手段と、を有する画像形成装置において、前記ディザマトリクスは、前記感光体にトナーが付着しない程度に前記露光手段を発光させる微小露光領域である第１座標と、前記感光体にトナーを付着させる程度に前記露光手段を発光させる通常露光領域である第２座標と、を備え、前記第１座標と前記第２座標は走査方向に関して並んで配置され、前記微小露光領域と前記通常露光領域との間には、前記露光手段を発光させない非発光領域があることを特徴とする。

また、本発明は、感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記感光体に駆動信号に基づいて発光した光を照射して潜像を形成する露光手段と、潜像が形成された前記感光体にトナーを付着させる現像手段と、階調毎に設けられた複数のディザマトリクスに関する情報を記憶した記憶手段と、入力された画像データを前記ディザマトリクスに基づいて前記駆動信号に変換する変換手段と、を有する画像形成装置において、前記記憶手段は、第１階調に対応した第１ディザマトリクス、及び前記第１階調よりも一段階高い第２階調に対応した第２ディザマトリクスに関する情報を記憶し、前記第１ディザマトリクスは、第１座標に配置され、感光体にトナーが付着しない程度に前記露光手段を発光させる微小露光領域と、第２座標に配置され、感光体にトナーを付着させる程度に前記露光手段を発光させる通常露光領域と、を備え、前記第１座標と前記第２座標は走査方向に関して並んで配置され、該微小露光領域と該通常露光領域の間に前記露光手段を発光させない非発光領域があり、前記第２ディザマトリクスは、前記第１座標に対応する位置に前記非発光領域が配置され、前記第２座標に対応する位置に、前記第１ディザマトリクスの前記第２座標の位置に設けられた通常発光領域よりも大きい通常発光領域が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、ＰＷＭ方式でバックグラウンド露光を行った際の画像不良を抑制することができる。

画像形成装置の概略構成図 画像形成システムを示すブロック図 プリント時の画像処理フローの機能ブロック図 ディザマトリクスを示す図 （ａ）ディザマトリクス内の成長順を示す図 （ｂ）位置制御マトリクスを示す図 ディザマトリクスを構成する画素毎の階調のレベルとそれに対応して設定された閾値とを示すテーブルを示す図 ＰＷＭテーブルを示す図 出力結果を示す図 階調値２０、２１、及び階調値１３４、１３５のハーフトーン画像を示す図 （ａ）複数階調に対応する複数のディザマトリクスの注目画素を示す図 （ｂ）複数階調に対応する複数のディザマトリクスの注目画素を示す図 （ａ）比較例を示す図 （ｂ）比較例を示す図 （ｃ）走査位置と露光量の関係を示すグラフ ディザマトリクス内の成長順を示す図 ディザマトリクスを構成する画素毎の階調のレベルとそれに対応して設定された閾値とを示すテーブルを示す図 位置制御マトリクスを示す図 ＰＷＭテーブルを示す図 出力結果を示す図 階調値２７、２８、及び階調値１４１、１４２のハーフトーン画像を示す図 実施形態２の画像形成装置の画像処理の効果を模式的に説明するための図 ホワイトギャップの詳細を説明する図

［第１実施形態］
＜画像形成装置＞
図１は本発明の実施形態１のカラーレーザプリンタ（画像形成装置）に関する概略構成図である。同図に示すように、カラーレーザプリンタ５０は、感光体である感光ドラム５（５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ）を有する４連ドラム方式（インライン方式）プリンタである。本画像形成装置は、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）紙までの出力に対応した、６００ｄｐｉ、２０ｐｐｍのプリンタである。

感光ドラム（感光体）５（５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ）の周りには、帯電ローラ（帯電手段）７（７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）、現像ローラ（現像手段）８（８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ）、露光手段９（９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ）、一次転写ローラ（一次転写手段）１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）が配置されている。

中間転写ベルト３は、無端状のエンドレスベルトであり、駆動ローラ１２、テンションローラ１３、アイドラローラ１７、および二次転写対向ローラ１８に懸架され、図中矢印の方向にプロセススピード１１５ｍｍ／ｓｅｃで回転している。中間転写ベルト３の材質としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等が用いられる。駆動ローラ１２、テンションローラ１３、および二次転写対向ローラ１８は、中間転写ベルト３を支持する支持ローラである。

感光ドラム５（５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ）は、中間転写ベルト３の移動方向に、直列に各色に対応し４本配置されている。

感光ドラム５Ｙは、回転する過程で帯電ローラ７Ｙにより、所定の極性・電位に一様に帯電処理される。次いで、露光手段９Ｙによりレーザ光４Ｙを照射され、目的のカラー画像の第１の色（イエロー）成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像が現像ローラ８Ｙにより第１色であるイエロートナー（現像剤）により現像される。このように、画像露光によって静電潜像が形成された部分にトナーが現像される方式のことを「反転現像方式」と称する。感光ドラム５Ｙ上に形成されたイエロー画像は、一次転写ニップ部へ進入する。一次転写ニップ部は、中間転写ベルト３を感光ドラム５Ｙと一次転写ローラ１０Ｙとで挟むことにより形成されている。一次転写ローラ１０Ｙに一次転写バイアスを印加することで、一次転写ニップ部において、感光ドラム５Ｙ上から中間転写ベルト３上へイエローのトナー像を転写する。一方、感光ドラム５Ｍ、５Ｃ、５Ｋに対して、先述した感光ドラム５Ｙに実行された工程と同様の工程を実行し、感光ドラム５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上にそれぞれマゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成する。そして、感光ドラム５Ｍ、５Ｃ、５Ｋと一次転写ローラ１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにより形成した一次転写ニップ部で、中間転写ベルト３上に、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を先に転写したイエローのトナー像に重ねて順次転写する。中間転写ベルト３上に転写されて重なった４色のトナー像は、中間転写ベルト３に伴って同図矢印（時計回り）方向に回転移動する。

一方、給紙カセット１内に積載収納された記録材Ｐは、給紙ローラ２により給送され、レジストローラ対６のニップ部へ搬送されて、一旦停止される。一旦停止された記録材Ｐは、中間転写ベルト３上に形成された４色のトナー像が二次転写ニップに到達するタイミングに同期してレジストローラ対６によって二次転写ニップに供給される。そして、二次転写ローラ１１と二次転写対向ローラ１８との間の電圧印加（＋１．５ｋＶ程度）によって中間転写ベルト３上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、中間転写ベルト３から分離されて搬送ガイド１９を経由し、定着装置１４に送られ、ここで定着ローラ１５、加圧ローラ１６による加熱、加圧を受けて表面にトナー像が溶融固着される。これにより、４色フルカラーの画像が得られる。その後、記録材Ｐは排紙ローラ対２０から機外へと排出され、プリントの１サイクルが終了する。一方、二次転写部において記録材Ｐに転写されずに中間転写ベルト３上に残ったトナーは、二次転写部より下流側に配置されたクリーニングユニット２１によって除去される。

本実施形態の画像形成装置は負極性の感光ドラムとトナーを用いており、感光ドラムの帯電電位（Ｖｄ）は−５００Ｖ、現像電位（Ｖｄｃ）は−３００Ｖ、レーザが１画素内の全領域で発光した際の露光電位（Ｖｌ）は−１００Ｖとされる。また、バックグラウンド露光のための微小な期間の発光を行うと、その結果バックグラウンド電位（Ｖｂｇ）として−４５０Ｖが得られる。なお、レーザのスポット径は感光ドラム上で約６０ｕｍであり、感光ドラム上の一画素のサイズは約４２μｍ×約４２μｍである。

露光手段９（９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ）は、不図示のポリゴンミラーとレンズを備え、レーザ光４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）を各感光ドラム５上に照射し、所望のスポット形状で結像させる。ポリゴンミラーが回転することで、レーザ光４のスポットが感光ドラム５の回転軸方向（図１の紙面を貫く方向）に移動する（偏向）。その際、レーザ光４を、ビデオ信号に基づいてオン（発光）、オフ（消灯）することにより、画像データの主走査方向の１ライン分の走査（主走査）を行う。同時に、感光ドラム５が回転し、レーザ光４のスポットに対する感光ドラム５の表面の位置を副走査方向（感光ドラム５の周方向）にずらしていきながら、上述した１ライン走査を複数回繰り返す。これにより、感光ドラム５の表面上に主走査方向、副走査方向のそれぞれに幅をもった２次元の領域にレーザ光４を照射し走査することができる。

上述したレーザ光４をオン（発光）、オフ（消灯）させるビデオ信号は、画像クロックに同期して出力されるパルス信号であり、印刷データに基づいて画像処理によりＰＷＭ制御された信号である。このビデオ信号に基づいてレーザ光４が発光することでトナードット像を形成し、印刷データに対応するトナー像を形成する。つまり、レーザ光４のスポットを感光ドラム５の表面上を移動させる過程で、レーザ光４を所望の時間間隔オンする（露光手段９を発光させる）ことで、感光ドラム５の各画素に所望の濃度のトナードット像を形成する（通常露光）。

また、本実施形態の画像形成装置は、感光ドラムの非トナー像形成部分（白地部）にも、その部分の電位を適正化するためにバックグラウンド露光を行う。本実施形態ではＰＷＭ方式のバックグラウンド露光であり、レーザ光４のスポットを感光ドラム５の表面上を移動させる過程で、上述した通常露光よりも短い時間間隔だけレーザ光４をオンし（露光手段９を発光し）、弱露光を行う。これにより、感光ドラム５の電位をバックグラウンド電位（Ｖｂｇ）とする。このバックグラウンド電位（Ｖｂｇ）は、現像過程で人間に目視できる程にトナーを帯電付着させない電位に設定されている。感光ドラムの非トナー像形成部分（白地部）の電位をこのバックグラウンド電位（Ｖｂｇ）とすることで、非トナー像形成部分の電位を適正化することができる。

＜ＰＷＭ方式のバックグラウンド露光における課題＞
本実施形態のように、画像クロックに同期したＰＷＭ制御されたパルス信号であるビデオ信号により露光手段を発光させトナードット像を形成する構成で、同じくＰＷＭ制御したパルス信号でバックグラウンド露光を行う場合について説明する。このようなＰＷＭ方式のバッグラウンド露光を行う為には、露光手段が、トナードット像を形成するための発光を行っていない領域（期間）でバックグラウンド露光用の発光を行うようにＰＷＮ制御を行う。しかしながら、トナードット像を形成するための発光期間と、トナーを付着させない程度のバックグラウンド露光用の発光期間との配置次第では画像不良が発生する虞がある。

図１１（ｃ）は、トナードット像を形成するための発光、及びバックグラウンド露光用の発光を行った場合の露光量を示すグラフである。トナードット像を形成するための発光を行う領域（通常発光領域）を領域Ａ、バックグラウンド露光用の発光を行う領域（微小露光領域）を領域Ｂとする。感光ドラム表面上でのレーザ光４のスポットは、レーザ光４の中心部を基準としたガウス分布で光量が決まる面積を持っている。このため、レーザ光４のスポットを感光ドラム表面上で移動させながら領域Ａを露光する際、スポットの中心部が領域Ａ、領域Ｂを通過する際にレーザ光４を発光させていていても、実際には領域Ａ、Ｂよりも広い領域を露光している。従って、領域Ａと領域Ｂの間に挟まれたレーザ光４の中心部を発光させない領域（非発光領域）も露光されてしまう。図１１（ｃ）に示すように、領域Ａ、Ｂが近接して配置されていると、非発光領域の総露光量が大きくなってしまい、感光ドラムにトナーが帯電付着する程度まで感光ドラムの電位が減衰し、現像電位（Ｖｄｃ）を下回る電位が形成される。その結果、トナードット像のサイズが意図せず大きくなってしまう場合があり、本来は連続的な階調が得られるはずのハーフトーン画像に「階調飛び」が生じる等の画像不良が発生する可能性がある。このように、感光ドラムの領域Ａと領域Ｂの間に挟まれた非発光領域に現像電位（Ｖｄｃ）を下回る電位が形成される状態を、領域Ａと領域Ｂとが干渉した状態と定義する。

そこで本実施形態では、上述した領域Ａ、Ｂの干渉による画像不良を抑制するよう画像処理を行う。

＜画像形成システム＞
図２は本発明の実施形態１における画像形成システムの構成例を示すブロック図である。

カラーレーザプリンタ５０に備えられたコントローラ５０１は、カラーレーザプリンタ５０全体の制御を司る。また、コントローラ５０１は、ネットワーク５０２を介したサーバ５０３やクライアントＰＣ ５０４の要求に従い、ネットワーク５０２を介して入力される印刷ジョブに従いカラーレーザプリンタ５０を制御してプリントを実行する。印刷ジョブは、カラーレーザプリンタ５０で形成する画像のデータ（印刷データ）を含み、この印刷ジョブとして受信した情報はまずメモリ５１０に格納される。

コントローラ５０１はＣＰＵ ５０５、ＲＡＭ５０６、ＲＯＭ５０７を備える。ＣＰＵ ５０５は、ＲＡＭ ５０６をワークメモリとしてＲＯＭ（記憶手段）５０７に格納したプログラムを実行することで、図３に示す中間調処理部５０１ａや位置制御部５０１ｂやＰＷＭ制御部５０１ｃとして機能し、以下に説明する画像処理フローを実行する。なお、メモリ５１０は、ＲＡＭ ５０６の一部に割り当ててもよいし、ハードディスクなど別のメモリに割り当ててもよい。

＜画像処理フロー＞
本実施形態では、ディザ法に基づく階調変換を行い連続的なハーフトーン画像を得る画像処理を行う。図３はプリント時の画像処理フローを説明する機能ブロック図である。中間調処理部５０１ａは、メモリ５１０から読み出した印刷データとしてのビット深さ８ビット（２５６階調）の画像データを多値ディザ処理して、ビット深さ５ビット（３２階調）の画像データに変換する。位置制御部５０１ｂは、中間調処理部５０１ａが多値ディザ処理に用いたディザマトリクスに対応する位置制御マトリクスを用いて、ドットの成長方向を表す２ビットの位置制御データを、中間調処理部５０１ａが出力する画像データに付加する。ＰＷＭ制御部５０１ｃは、位置制御データが付加された７ビットの画像データを、ＰＷＭ制御を行いパルス信号であるビデオ信号に変換し、レーザ駆動部９０１へ出力する。レーザ駆動部９０１は各露光手段９（９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ）にそれぞれ設けられ、上述したビデオ信号も各色の成分ごとに生成され、コントローラ５０１から対応する露光手段９へそれぞれ出力される。

レーザ駆動部９０１はこのビデオ信号に基づきレーザ光４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）をオン（発光）、オフ（消灯）させる。なお、ビデオ信号は露光手段９を発光駆動させるための駆動信号に相当する。このようなディザ法を用いた画像処理フローにより、印刷データを、画像形成装置において適切に階調表現する為のハーフトーン処理を行った露光用の信号（ビデオ）へ変換する。

＜多値ディザ処理＞
次に、中間調処理部５０１ａによる多値（５ビット）ディザ処理について説明する。なお、カラーレーザプリンタでは一般的に各色毎に異なる設定のディザマトリクスが採用されるが、以下の説明では任意の一色（例えば、ブラック色）に関する構成を代表として説明する。

ディザマトリクスは複数の画素の集合体であり、図４には一例として、主走査方向（図の左右方向）に３画素、副走査方向（図の上下方向）に３画素ずつ計９個の画素（画素ａ〜ｉ）から構成されるディザマトリクスを示す。なお、主走査方向とは、ポリゴンミラーの回転によるレーザ光のスポットの感光体上での移動方向に対応する方向であり、副走査方向とは感光体表面上における主走査方向に直交する方向に対応する方向である。

図５（ａ）は、ディザマトリクスを構成する画素の成長順を示す図で、各画素には１から９の成長順を示す番号が振られている。図６は、図４に示したディザマトリクスを構成する画素毎の階調のレベル（レベル１〜３１）とそれに対応して設定された閾値とを示すテーブルである。

中間調処理部５０１ａは、各座標に８ビット（２５６階調：０〜２５５）の階調値が割り当てられている入力画像データ（印刷データ）の各座標に対して、上述したディザマトリクスを割り当てる処理を行う。

中間調処理部５０１ａは、各座標の階調値に基づいて、その座標に割り当てられるディザマトリクスを構成する各画素に５ビットの出力データを付与し、出力画像データを生成する。つまり、階調値が１以上の場合、図６に示すテーブルに基づいて、入力画像データの各座標の階調値と、ディザマトリクスを構成するそれぞれの画素に設定された閾値を比較する。そして、レベル１〜３１の中から、階調値が対応する閾値以上、かつ、１レベル上の閾値未満のレベルを選択し、それを各画素の出力データとする。複数のレベルにまたがり同一の閾値が記載されている場合は、１レベル上の閾値未満であり、且つ同一閾値の中では最も高いレベルを各画素の出力データとするに決定する。また、階調値が０の場合、ディザマトリクスを構成する全ての画素をレベル０のデータとする。レベル０は、バックグラウンド露光を行うためのレベルとして設定されている。出力される画像データは各画素にレベル０〜３１のいずれかに対応する５ビットのデータが割り当てられた画像データとなる。

＜位置制御データ付加処理＞
次に、位置制御部５０１ｂが位置制御データを付加する処理について説明する。図５（ｂ）は、位置制御部５０１ｂが位置制御データの付加に用いる位置制御マトリクスの一例を示す図である。

位置制御マトリクスとは、ディザマトリクスを構成する各画素（画素ａ〜ｉ）のそれぞれに対応して設定された位置制御データのテーブルである。位置制御データは、「Ｒ」「Ｃ」「Ｌ」の３つの値のいずれかであり、２ビットで表現されるデータである。つまり、Ｒ＝‘０１’、Ｃ＝‘００’、Ｌ＝‘１０’のように設定されている。

「Ｒ」「Ｃ」「Ｌ」は、画素内でのドットの位置、及びその成長方向を表す。「Ｒ」は画素の右端に配置され、左端に向う成長を行い、「Ｃ」は画素の中央に配置され、両端に向かう成長を行い、「Ｌ」は画素の左端に配置され、右端に向かう成長を行うこと意味する。

位置制御部５０１ｂは、ディザ処理後の画像データの各ディザマトリクスを構成する各画素に、位置制御データのテーブルに基づき２ビットの位置制御データを付加して、各画素に計７ビットのデータが割り当てられた画像データを出力する。なお、位置制御データは、ディザ処理後の画像データのＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｇｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）側に付加される。

＜ＰＷＭ処理＞
次にＰＷＭ制御部５０１ｃによるＰＷＭ処理について説明する。図７は各画素にわりあてられたデータ（７ビット）と、ＰＷＭ処理によって生成するパルス信号との関係を示すテーブルの一例を示す。このテーブルには、パルス信号の幅（ＰＷＭ値）とパルスの位置（図７では波形で示した）に関する情報を備える。ＰＷＭ制御部５０１ｃは、入力される画像データは各画素に割り当てられた７ビットのデータを、下位５ビットのデータ（レベル値：０〜３１）、上位２ビットのデータ（位置制御データ：Ｃ、Ｌ、Ｒ）に分けてＰＷＭ処理を行い、パルス信号を生成する。

ＰＷＭ値は、各レベル０〜３１に対し、０（非発光）〜２５５（１画素幅で発光する全発行）の間の整数値が割り当てられる。パルス位置は、パルス信号を同期させる画素間隔を定義する画像クロックの基準位置（例えば１画素の起点）からのパルス立ち上がり位置の遅延量に相当する情報である。図７に示すテーブルでは、レベル０の場合を除き、レベルが上がる程、位置制御データに対応するパルス位置と成長方向でパルスの幅が太くなるように設定されている。

レベル０は、バックグラウンド露光を行うためのレベルであり、各画素はＰＷＭ値２５の中央発光、左発光、又は右発光とされる。このような発光により感光ドラムをバックグラウンド露光（微小露光）することで、その微小露光された感光ドラムの画素の電位を、後の現像工程において人間が目視できる程にトナーが帯電付着を起こさない（顕像化されない）程度の電位にすることができる。本実施形態の画像形成装置では、ＰＷＭ値が６０程度までであれば、人間が目視できる程に感光ドラム上にトナーが帯電付着しない。

このような処理を行うことにより、７ビットの画像データをパルス信号であるビデオ信号に変換する。

なお、上述した画像処理に用いられる、図６に示すテーブル、図５（ｂ）に示す位置制御マトリクス、図７に示すテーブルは、階調毎に設けられる複数のディザマトリクスに関する情報であり、ＲＯＭ ５０７に保持されている。

＜出力結果＞
図８は本実施形態の画像形成装置で画像形成を行った際の出力結果をディザマトリクス単位で示した図であり、階調値０、５１、１０２、１５３、２０４、２５５に対応するディザマトリクスの発光パターンを示している。図中の一升は一画素である。図中、各升内の灰色部分が露光手段が発光する領域である。同図に示すように、本実施形態の画像形成装置では、階調値が大きくなるにつれ図５（ａ）に示した画素順で各画素のＰＷＭ値を大きくすることで良好なハーフトーン画像が得られる。

なお、階調値０では全画素がレベル０であり、各画素はＰＷＭ値２５で中央、左、又は右発光している（バックグラウンド露光）。これにより、感光ドラム面の平均的なバックグラウンド電位（Ｖｂｇ）が得られる。

図９は階調値２０、２１、及び階調値１３４、１３５のハーフトーン画像を形成した例である。説明のため、各画素にａ〜ｉの符号を付している。

階調値２０において、画素ｅはレベル２４であり、ＰＷＭ値１９９の中央発光により、感光ドラム上にトナーが帯電付着（顕像化）し、ハーフトーン画像を構成するトナードット像が形成されている。画素ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉはレベル０であり、ＰＷＭ値２５の左又は右発光のバックグラウンド露光により、感光ドラム上の電位が制御されている。なお、ＰＷＭ値が６０未満であるため、バックグラウンド露光が独立して行われる画素ｃ，ｄ，ｆ，ｉはもちろん、隣接する二画素にまたがって行われる画素ａ，ｂにおいても、感光ドラム上に人間が目視できる程のトナーは帯電付着しない。

階調値が２０から２１へアップする際、画素ｅのレベルは２４から２５へ変化し、ＰＷＭ値が１９９から２０７に変化する。これにより、感光ドラム上に帯電付着するトナー量が増加し、ハーフトーン画像を構成するトナードット像が成長する。一方、画素ｄ、ｆのレベルは０から１へ変化させ、ＰＷＭ値を２５から０に変化させる。これにより、ＰＷＭ値が２０７に成長したパルスによる画素ｅの露光と画素ｄ、ｆの微小パルス幅の露光とが干渉することを防いだ。これにより、階調値が２０から２１へアップする際に、画素ｅに設けられるトナードット像（トナーが付着する領域）のサイズが意図せず急激に成長し（大きくなり）、ハーフトーン画像に階調飛びが生じる等の画像不良が防止される。

階調値１３４において、画素ｂはレベル２４であり、ＰＷＭ値１９９の左発光により、感光ドラム上にトナーが帯電付着（顕像化）し、ハーフトーン画像を構成するトナードット像が形成されている。画素ｃはレベル０であり、ＰＷＭ値２５の左発光のバックグラウンド露光により、感光ドラム上の電位が制御されている。画素ａはレベル０であり、ＰＷＭ値２５の右発光であるものの、隣接する画素ｂとの間で発光が結合し、画素ｂにおけるトナードット像の形成に寄与している。画素ｇも同様に、隣接する画素ｈにおけるトナードット像の形成に寄与している。画素ｉはレベル１であり、非発光である。画素ｄ，ｅ，ｆは何れもレベル３１であり、ＰＷＭ値２５５の全発光により、感光ドラム上にトナーが帯電付着（顕像化）し、トナードット像が形成されている。

階調が１３４から１３５へアップする際、画素ｂのレベルは２４から２５へ変化し、ＰＷＭ値が１９９から２０７に変化する。これにより、感光ドラム上に帯電付着するトナー量が増加し、ハーフトーン画像を構成するトナードット像が成長する。一方、画素ｃのレベルは０から１へ変化させ、ＰＷＭ値を２５から０に変化させる。これにより、ＰＷＭ値が２０７に成長したパルスによる画素ｂの露光と画素ｃの微小パルス幅の露光とが干渉することを防いだ。これにより、階調値が１３４から１３５へアップする際に、画素ｂに設けられるトナードット像（トナーが付着する領域）のサイズが意図せず急激に成長し（大きくなり）、ハーフトーン画像に階調飛びが生じる等の画像不良が防止される。

＜一般化＞
次に、上述した本実施形態の画像処理により得られる複数階調のディザパターンについて、一般化して説明する。

図１０は、本実施形態の画像処理フローに用いられる複数の階調値に対応した設けられた複数のディザマトリクス内の、同座標に位置する注目画素を示した図であり、灰色部（ハッチング部）は露光手段を発光させる領域である。図１０（ａ）は、階調値がＮ１、Ｎ２、Ｎ３（Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３）へとアップした時のある注目画素を示す図である。図１０（ｂ）は、階調値が、ＮからＮ＋１へ一段階高くなった時の図１０（ａ）とは別の２つの注目画素を示す図である。

図１０（ａ）の階調値Ｎ１の注目画素の灰色部である領域Ｂはバックグラウンド露光を行うための発光領域（微小露光領域）で、階調値Ｎ２、Ｎ３の注目画素の灰色部である領域Ａはトナーを帯電付着させるための発光領域（通常露光領域）を示す。本実施形態では、ある注目画素では、階調値がアップすることによるトナードット像（通常露光領域）の成長が、バックグラウンド露光のための発光領域（微小露光領域）を起点として行われる。バックグラウンド露光の発光ではＰＷＭ値が小さく感光ドラム上にトナーが帯電付着しないものの、ＰＷＭ値が増して６０を超えるとトナードット像の形成が開始され、更に増すにつれトナードット像の成長が進行する。これにより、階調値がＮ１からＮ２となって注目画素内に領域Ａを形成する際に、注目画素に形成した領域Ａは、実質的に階調値Ｎ１の領域Ｂを成長（拡大）させたものに相当する。つまり、階調値Ｎ１の時のディザマトリクス（第１ディザマトリクス）の所定の座標に領域Ｂが設けられ、階調値Ｎ２のディザマトリクス（第２ディザマトリクス）の注目画素に配置された領域Ａは、該所定の座標に対応する位置に配置されている。このため、注目画素内で領域Ａと領域Ｂとが干渉することが無い。

図１０（ｂ）の階調値Ｎでは、ディザマトリクス内の第２座標に領域Ａ、第１座標に領域Ｂが配置され、領域Ａと領域Ｂとが、間に発光しない領域を挟んで走査方向（左右方向）に関して並んで配置されている。第１座標と第２座標はディザマトリクス内の隣あう２つの画素に渡って配置されている。階調値Ｎから階調値が一段階上がって（濃度が濃くなる）階調値Ｎ＋１となると、階調値Ｎの場合と比べて、第２座標の領域Ａは拡大してトナードット像が成長するが、第１座標においては領域Ａとの干渉を避ける為に領域Ｂが消去されている。つまり、階調値Ｎのディザマトリクス（第１ディザマトリクス）の第１座標には領域Ｂが配置され、階調値Ｎ＋１のディザマトリクス（第２ディザマトリクス）の第１座標には非発光領域は配置される。また、階調値Ｎ＋１のディザマトリクスの第２座標の領域Ａは階調値Ｎのディザマトリクスの第２座標の領域Ａよりも大きい。

領域Ａ、Ｂが干渉する距離は、厳密には、画素の大きさ、レーザ光のスポットの光量分布、走査速度等の兼ね合いで決まる。発明者の鋭意検討によれば、一般的な画像形成装置の構成であれば、走査方向における１画素の幅の５％程度が干渉しない限界であることがわかっている。

なお、領域Ａ、Ｂの干渉を避ける為、階調値Ｎで存在していた領域Ｂを、階調値Ｎ＋１で一気に消去していた。領域Ｂの消去のさせ方はこれに限られない。つまり、領域Ｂの幅を段階的に短くしていくことにより、領域Ｂを段階的に消去してもよい。例えば、階調値Ｎ＋１で領域Ｂの幅を階調値Ｎのそれの半分とし、更に１つ階調値がアップした階調値Ｎ＋２で領域Ｂを消去してもよい。なおこの場合は、階調値Ｎ＋１において、領域Ａと領域Ｂとの間には、２つの領域が干渉しないだけの非発光領域が確保されていることが前提である。

このように各階調値に対応するディザマトリクスを設計することよって、ある階調値の時に、トナードット像のサイズが意図せず大きくなることが抑制できる。その結果、階調値がアップした際などにトナードット像が急激に成長するようなことがなく、ハーフトーン画像に階調飛びが生じることが防止される。

＜比較例＞
一方、図１１（ａ）、（ｂ）は画像処理フローにおける複数の階調値に対応した設けられた複数のディザマトリクス内の、同座標に位置する注目画素を示した図である。

図１１（ａ）では、ある注目画素において、階調値がアップすることによるトナードット像の成長の起点が、バックグラウンド露光のための発光領域以外の場所にある。注目画素内に領域Ａ、領域Ｂが間に非発光領域を挟んで配置されることになり、階調値がアップしていき、領域Ａが成長していくと、領域Ａ、Ｂが干渉し、トナードット像のサイズが意図せず大きくなる場合が発生してしまう。

図１１（ｂ）では、ディザマトリクス内の第１座標に領域Ａ、第２座標に領域Ｂが配置され、領域Ａと領域Ｂとが、間に発光しない領域を挟んで走査方向（左右方向）に関して並んで配置されている。第１座標と第２座標はディザマトリクス内の隣あう２つの画素に渡って配置されている。階調値がアップすると領域Ａは成長するが、領域Ｂもそのまま消されることなく存在し続けるため、領域Ａ、Ｂが干渉し、トナードット像のサイズが意図せず大きくなる場合が発生してしまう。

このように、比較例の構成では、領域Ａ、Ｂが干渉する階調値の時に、トナードット像のサイズが意図せず大きくなってしまう。このため、階調値が領域Ａ、Ｂが干渉する階調値へ変化した際などにトナードット像が急激に成長し、ハーフトーン画像に階調飛びが生じる可能性がある。

以上説明したように、本実施形態のように各階調値に対応するディザマトリクスを設計することよって、ある階調値の時に、トナードット像のサイズが意図せず大きくなることが抑制できる。その結果、階調値がアップした際などにトナードット像が急激に成長するようなことがなく、ハーフトーン画像に階調飛びが生じることが防止される。

［第２実施形態］
本発明の実施形態２の画像形成装置の構成について説明する。第１実施形態１と同様のものには、同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。また、画像形成システム、画像処理装置、画像処理フロー等に関しては、第１実施形態と同様のため詳細な説明は省略する。本実施形態では、レベル０とレベル１〜３１とで異なる位置制御マトリクスを用いて画像処理を行うことで、より均一なバックグラウンド露光を行うことで、画像品位の低下を更に安定して防止する。

＜画像処理フロー＞
図１２は、ディザマトリクスを構成する画素の成長順を示す図である。図１３は、ディザマトリクスを構成する画素毎の階調のレベル（レベル１〜３１）とそれに対応して設定された閾値とを示すテーブルである。このテーブルに基づき、中間調処理部５０１ａは第１実施形態と同様の処理を行う。

図１４（ａ）、（ｂ）は、位置制御部５０１ｂが位置制御データの付加に用いる位置制御マトリクスの一例を示す図である。本実施形態では、レベル０とレベル１〜３１とで異なる位置制御マトリクスを備える。

図１５は各画素にわりあてられたデータ（７ビット）と、ＰＷＭ処理によって生成するパルス信号との関係を示すテーブルの一例を示す。図１５に示すテーブルでは、レベル０の場合を除き、レベルが上がる程、位置制御データに対応するパルス位置と成長方向でパルスの幅が太くなるように設定されている。レベル０は、バックグラウンド露光を行うためのレベルであり、各画素は全てＰＷＭ値２５の中央発光とされる。

なお、図１３に示すテーブル、図１４に示す位置制御マトリクス、図１５に示すテーブルはＲＯＭ ５０７に保持される。

＜出力結果＞
図１６は本実施形態の画像形成装置で画像形成を行った際の出力結果を説明する図であり、階調値０、５１、１０２、１５３、２０４、２５５における発光パターンを示している。図中の一升は一画素を示し、各升はディザマトリクスの各升に対応する。各升内に表示された灰色部分がレーザの発光領域である。同図に示すように、本実施形態の画像形成装置では、階調値が大きくなるにつれ図１２の画素順で各画素のＰＷＭ値を大きくすることで良好なハーフトーン画像が得られる。

また、階調値０では全画素がレベル０であり、各画素はＰＷＭ値２５で中央発光している（バックグラウンド露光）。これにより、感光ドラム面の平均的なバックグラウンド電位（Ｖｂｇ）が得られる。本実施形態の画像形成装置では、ＰＷＭ値が６０程度までであれば、レーザ発光によって感光ドラム上にトナーが帯電付着しない（顕像化されない）。本実施形態では、レベル０の場合、各画素のバックグラウンド露光はいずれも画素の中央部で発光するため、第１実施形態の画像形成装置に比べ、感光ドラム面の平均的なバックグラウンド電位（Ｖｂｇ）が空間的により均一化されている。このため、画像のトナー像を形成しない非トナー像形成領域（白地部）の電位を安定させ、この領域の画像品位の低下を抑制することができる。

図１７は階調値２７、２８、及び階調値１４１、１４２のハーフトーン画像を形成した例である。

階調値２７において、画素ｅはレベル３１であり、ＰＷＭ値２５５の全発光により、感光ドラム上にトナーが帯電付着（顕像化）し、ハーフトーン画像を構成するトナードット像が形成されている。画素ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉはレベル０であり、ＰＷＭ幅２５の中央発光のバックグラウンド露光であり、感光ドラム上の電位が制御されている。なお、ＰＷＭ値が６０未満であるため、各画素において、感光ドラム上にトナーは帯電付着しない。

階調値が２７から２８へアップする際、画素ｆのレベルは０から２へと変化し、ＰＷＭ値が２５である中央発光から、ＰＷＭ値が９である左発光に変化する。これにより、隣接する画素ｅにおけるトナードット像の形成に寄与し、感光ドラム上に帯電付着するトナー量を増加させ、ハーフトーン画像を構成するトナードット像を成長させる。一方、画素ｆのトナードット像が急激に成長し、ハーフトーン画像に階調飛びが生じることが防止される。

階調値１４１において、画素ｂ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈはレベル３１であり、ＰＷＭ値２５５の全発光により、感光ドラム上にトナーが帯電付着（顕像化）し、ハーフトーン画像を構成するトナードット像が形成されている。画素ａ，ｃ，ｇ，ｉはレベル０であり、ＰＷＭ幅２５の中央発光のバックグラウンド露光であり、感光ドラム上の電位が制御されている。なお、ＰＷＭ値が６０未満であるため、各画素において、感光ドラム上にトナーは帯電付着しない。

階調値が１４１から１４２へアップする際、画素ｃのレベルは０から２へと変化し、ＰＷＭ値が２５である中央発光から、ＰＷＭ値が９である左発光に変化する。これにより、隣接する画素ｂにおけるトナードット像の形成に寄与し、感光ドラム上に帯電付着するトナー量を増加させ、ハーフトーン画像を構成するトナードット像を成長させる。一方、画素ｃのトナードット像が急激に成長し、ハーフトーン画像に階調飛びが生じることが防止される。

＜一般化＞
次に、上述した本実施形態の画像処理により得られる複数階調のディザパターンについて、一般化して説明する。

図１８は、本実施形態の画像処理フローに用いられる複数の階調値に対応した設けられた複数のディザマトリクス内の、同座標に位置する注目画素を示した図であり、灰色部（ハッチング部）は露光手段を発光させる領域である。図１８では、左から右にかけて階調値がＭ１、Ｍ２（Ｍ１＜Ｍ２）へとアップした時のある注目画素を示す図である。

階調値Ｍ１では、ディザマトリクス内の第１座標に微小露光領域である領域Ｂが配置されている。階調値Ｍ２では第１座標に領域Ｂと第２座標に通常露光領域である領域Ａが配置され、領域Ａと領域Ｂとが、間に発光しない領域を挟んで走査方向（左右方向）に関して並んで配置されている。

階調値Ｍ２から階調値が一段階上がって（濃度が濃くなる）階調値Ｍ２＋１となると、階調値Ｍ２の場合と比べて、領域Ａは拡大してトナードット像が成長するが、領域Ｂは領域Ａとの干渉を避ける為、消去され、非発光領域が配置される。つまり、階調値Ｍ２のディザマトリクス（第１ディザマトリクス）の第１座標には領域Ｂが配置され、階調値Ｍ２＋１のディザマトリクス（第２ディザマトリクス）の第１座標には非発光領域は配置される。また、階調値Ｎ＋１のディザマトリクスの第２座標の領域Ａは階調値Ｎのディザマトリクスの第２座標の領域Ａよりも大きい。

このように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、各階調値に対応するディザマトリクスを設計することよって、ある階調値の時に、トナードット像のサイズが意図せず大きくなることが抑制できる。これにより、階調値がアップした際などにトナードット像が急激に成長するようなことがなく、ハーフトーン画像に階調飛びが生じることが防止される。また本実施形態では、バックグラウンド露光用の微小露光領域を等間隔に配置することにより、感光ドラムの非トナー像形成領域の電位をより均一化でき、この領域の画像品位の低下を抑制することができる。

４ レーザ光
５ 感光ドラム
７ 帯電ローラ
８ 現像ローラ
９ 露光手段
５０ カラーレーザプリンタ
５０１ コントローラ
５０７ ＲＯＭ

Claims (11)

1. 感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記感光体に駆動信号に基づいて発光した光を照射して潜像を形成する露光手段と、潜像が形成された前記感光体にトナーを付着させる現像手段と、入力された画像データをディザマトリクスに基づいて前記駆動信号に変換する変換手段と、を有する画像形成装置において、
   前記ディザマトリクスは、前記感光体にトナーが付着しない程度に前記露光手段を発光させる微小露光領域である第１座標と、前記感光体にトナーを付着させる程度に前記露光手段を発光させる通常露光領域である第２座標と、を備え、
   前記第１座標と前記第２座標は走査方向に関して並んで配置され、前記微小露光領域と前記通常露光領域との間には、前記露光手段を発光させない非発光領域があることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記非発光領域の前記走査方向における幅は、前記微小露光領域と前記通常露光領域で発光を行っても、前記非発光領域にトナーが付着しない程度の幅であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記非発光領域の前記走査方向における幅は、１画素の幅の５％の幅より長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記感光体に駆動信号に基づいて発光した光を照射して潜像を形成する露光手段と、潜像が形成された前記感光体にトナーを付着させる現像手段と、階調毎に設けられた複数のディザマトリクスに関する情報を記憶した記憶手段と、入力された画像データを前記ディザマトリクスに基づいて前記駆動信号に変換する変換手段と、を有する画像形成装置において、
   前記記憶手段は、第１階調に対応した第１ディザマトリクス、及び前記第１階調よりも一段階高い第２階調に対応した第２ディザマトリクスに関する情報を記憶し、
   前記第１ディザマトリクスは、第１座標に配置され、感光体にトナーが付着しない程度に前記露光手段を発光させる微小露光領域と、第２座標に配置され、感光体にトナーを付着させる程度に前記露光手段を発光させる通常露光領域と、を備え、前記第１座標と前記第２座標は走査方向に関して並んで配置され、該微小露光領域と該通常露光領域の間に前記露光手段を発光させない非発光領域があり、
   前記第２ディザマトリクスは、前記第１座標に対応する位置に前記非発光領域が配置され、前記第２座標に対応する位置に、前記第１ディザマトリクスの前記第２座標の位置に設けられた通常発光領域よりも大きい通常発光領域が配置されていることを特徴とする画像形成装置。
5. 階調毎に設けられる前記複数のディザマトリクスは、各々が複数の画素で構成され、
   前記第１ディザマトリクスの前記第１座標に配置された前記微小露光領域と、前記第２座標に配置された前記通常露光領域とは、前記第１ディザマトリクスを構成する画素のうち同じ画素内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 階調毎に設けられる前記複数のディザマトリクスは、各々が複数の画素で構成され、
   前記第１ディザマトリクスの前記第１座標に配置された前記微小露光領域は、前記第１ディザマトリクスを構成する第１画素内に配置され、前記第２座標に配置された前記通常露光領域は、前記第１ディザマトリクスを構成する前記第１画素に隣接した第２画素内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
7. 前記走査方向に関して、前記第１ディザマトリクスの前記第１座標に配置された前記微小露光領域と前記第２座標に配置された前記通常露光領域との間に形成された前記非発光領域の幅は、前記第１ディザマトリクスを構成する画素の幅よりも短いことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記走査方向に関して、前記第１ディザマトリクスの前記第１座標に配置された前記微小露光領域と前記第２座標に配置された前記通常露光領域との間に形成された前記非発光領域の幅は、前記第１ディザマトリクスを構成する画素の幅の５％の幅より長いことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記露光手段が前記微小露光領域に対応する前記駆動信号によって発光する時間間隔は、前記通常露光領域に対応する前記駆動信号によって発光する時間間隔よりも短いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
10. 感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記感光体に駆動信号に基づいて発光した光を照射して潜像を形成する露光手段と、潜像が形成された前記感光体にトナーを付着させる現像手段と、入力された画像データをディザマトリクスに基づいて前記駆動信号に変換する変換手段と、を有する画像形成装置において、
    前記ディザマトリクスは、前記感光体にトナーが付着しない程度に前記露光手段を発光させる微小露光領域である第１座標と、前記感光体にトナーを付着させる程度に前記露光手段を発光させる通常露光領域である第２座標と、を備え、
    前記第１座標と前記第２座標は走査方向に関して並んで配置され、前記走査方向において前記微小露光領域と前記通常露光領域との間の領域の幅が所定の幅より長い場合は、前記第１座標で微小露光を行い、前記微小露光領域と前記通常露光領域との間の領域の幅が所定の幅より短い場合は、前記第１座標で微小露光を行わないことを特徴とする画像形成装置。
11. 前記所定の幅とは、前記微小露光領域と前記通常露光領域で発光を行っても、前記間の領域にトナーが付着しない程度の幅であることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。

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