CN105164588B - 图像形成设备 - Google Patents

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Abstract

因激光沿主扫描方向关于感光部件的入射角根据曝光位置而不同。由此，激光在感光部件上形成的斑点形状沿主扫描方向不同。滤波系数沿主扫描方向改变，并且，图像数据利用滤波系数被校正。

Description

图像形成设备
技术领域
本发明涉及诸如数字复印机、多功能设备或激光打印机的电子照相式图像形成设备。
背景技术
电子照相式图像形成设备通过用调色剂显影在感光部件上形成的静电潜像而形成图像。图像形成设备包括光学扫描装置。通过基于图像数据用从光学扫描装置发射的激光进行扫描，在感光部件上形成静电潜像。光学扫描装置包括偏转从光源发射的激光的可旋转多棱镜和将通过可旋转多棱镜偏转的激光引导到感光部件上的诸如透镜或镜子的光学部件。
感光部件的表面的感光特性根据感光部件的表面的位置而略微改变。即使感光部件被曝光于相同光量的激光，由于感光部件的表面的感光特性的不均匀性，输出图像的浓度也可能不均匀。
为了解决该问题，PTL 1公开了一种根据激光在感光部件上的扫描位置(曝光位置)来校正图像数据的图像形成设备。通过在PTL 1中描述的图像形成设备，可以限制由于感光部件的表面的感光特性的不均匀性导致的输出图像浓度的不均匀性。
引文列表
专利文献
日本专利公开No.2010-131989
发明内容
技术问题
但是，除了上述的问题，电子照相式图像形成设备还有问题。如图21所示，激光相对于感光部件的入射角根据图21(a)所示的激光扫描感光部件的方向(主扫描方向)上的曝光位置而不同。鉴于此，激光在感光部件上的斑点形状根据主扫描方向上的位置而不同。此外，激光在感光部件上的斑点形状可能根据向感光部件引导激光的透镜或镜子的布置精度而在主扫描方向上不均匀。由于主扫描方向上的激光的斑点形状的不均匀性，可能难以获得良好的图像。特别地，在以向主扫描方向倾斜的屏幕角度(例如，如图21(c)中的L2的+45°和R2的-45°所示)形成图像的情况下，由于激光的斑点形状的不同取向和不同的屏幕角度，输出图像的图像质量可能降低。
问题的解决方案
鉴于上述的问题，提出本发明，提供一种图像形成设备，该图像形成设备包括：光源，被配置为发射用于将感光部件曝光的光束；偏转装置，用于偏转光束使得光束扫描感光部件；光学装置，用于将通过偏转装置偏转的光束引导到感光部件；数据产生装置，用于产生与包含在输出图像中的各像素对应的像素数据；输出装置，用于输出用于校正通过使感光部件沿光束扫描感光部件的扫描方向曝光于光束而在感光部件上形成的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的不均匀性的校正数据，所述校正数据与扫描方向上的目标像素的位置对应，输出单元输出指示由于使位于目标像素周围的周围像素曝光于光束导致的目标像素的位置处的电势变化量的校正数据；校正装置，用于基于校正数据和目标像素的像素数据校正目标像素的像素数据；以及控制装置，用于基于由校正装置校正的目标像素的像素数据控制光源以形成目标像素。此外，提供另一种图像形成设备，该图像形成设备包括：光源，被配置为发射用于将感光部件曝光的光束；偏转装置，用于偏转光束使得光束扫描感光部件；光学装置，用于将通过偏转装置偏转的光束引导到感光部件；数据产生装置，用于产生与包含在输出图像中的各像素对应的像素数据；输出装置，用于输出用于校正通过使感光部件沿光束扫描感光部件的扫描方向曝光于光束而在感光部件上形成的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的不均匀性的校正数据，所述校正数据指示由于目标像素的曝光导致的目标像素周围的周围像素的像素位置处的电势变化量；校正装置，用于校正目标像素的像素数据和基于校正数据校正的目标像素的像素数据；以及控制装置，用于基于由校正装置校正的像素数据控制光源以形成目标像素。
本发明的有利效果
通过本发明，可通过用二维滤波器校正图像数据，限制由于主扫描方向上的激光的斑点形状的不均匀性导致的图像质量的降低。
附图说明
[图1]图1是图像形成设备的示意性截面图。
[图2]图2是光学扫描装置的示意性配置图。
[图3]图3是包含于根据第一实施例的图像形成设备中的图像处理器和激光驱动器的控制框图。
[图4]图4是曝光调制器的框图。
[图5]图5提供LUT的说明图。
[图6]图6示出二维高斯分布图和二维高斯分布的傅立叶变换结果。
[图7]图7示出曝光分布特性数据。
[图8]图8示出曝光分布特性数据与基准特性数据之间的差分数据。
[图9]图9是基于差分数据产生的校正数据。
[图10]图10是滤波器系数的示意图。
[图11]图11是滤波器系数的矩阵图。
[图12]图12示出由二维滤波器提供的效果。
[图13]图13提供包含于根据第二实施例的图像形成设备中的图像处理器的控制框图。
[图14]图14是滤波器系数的矩阵图。
[图15]图15是第一运算的概念图。
[图16]图16示出存储于根据第二实施例的图像形成设备的ROM中的滤波器系数的例子。
[图17]图17是第二运算的概念图。
[图18]图18示出根据散焦的斑点形状的变化。
[图19]图19是包含于根据第三实施例的图像形成设备中的图像处理器的控制框图。
[图20]图20是在根据第三实施例的图像形成设备中执行的控制流程。
[图21]图21示出现有技术的图像形成设备中的感光鼓上的曝光分布。
具体实施方式
第一实施例
以下描述作为例子的电子照相式彩色图像形成设备的实施例。应当注意，实施例不限于彩色图像形成设备，而可以是单色图像形成设备。
图1是彩色图像形成设备的示意性截面图。图1所示的彩色图像形成设备包括读取装置22。读取装置22包括ADF 18(自动原稿馈送器)、原稿板19、反射镜组20和图像传感器21。ADF 18将设于预定位置处的原稿传输到原稿板19。读取装置22包含照明装置(未示出)。照明装置用光照射从ADF 18传输到原稿板19的原稿或放在原稿板19上的原稿。从原稿反射的光通过反射镜组20被引向图像传感器21。图像传感器21包含作为光电转换元件的CCD。CCD通过接收反射光产生读取图像数据。
根据本实施例的图像形成设备包括两个盒式纸馈送部分1和2以及单个手动纸馈送部分3。从纸馈送部分1、2和3选择性地馈送记录片材S(记录介质)。记录片材S层叠于盒子4或5中，或者层叠于纸馈送部分1、2或3的手动馈送托盘6上。记录片材S通过设置在各纸馈送部分中的每一个处的拾取辊7被依次拾取。然后，在通过拾取辊7拾取的记录片材S中，一摞记录片材的顶部处的记录片材S通过包含馈送辊8A和延迟辊8B的分离辊对8被发送到对齐辊对12。在这种情况下，从被布置为到对齐辊对12具有大的距离的盒子4和5中的一个馈送的记录片材S通过多个传输辊对9、10和11被中转，然后被发送到对齐辊对12。
当发送到对齐辊对12的记录片材S的前端接触对齐辊对12的压合部并且形成预定的回路(loop)时，记录片材S的移动暂时停止。通过形成该回路，记录片材S的斜行状态被校正。
作为中间转印部件的长的中间转印带(环形带)13被布置于对齐辊对12的下游。中间转印带13通过张力绕在驱动辊13a、第二转印相对辊13b和张力辊13c周围，以在截面图中具有大致三角形形状。中间转印带13在图中沿顺时针旋转。多个感光鼓14、15、16和17沿中间转印带13的旋转方向布置于中间转印带13的水平部分的上表面上。感光鼓14、15、16和17是分别承载不同颜色的调色剂图像的感光部件。
中间转印带旋转方向的最上游侧的感光鼓14承载品红色的调色剂图像，下一感光鼓15承载青色的调色剂图像，下一感光鼓16承载黄色的调色剂图像，最下游侧的感光鼓17承载黑色的调色剂图像。
附图标记LM、LC、LY、LB表示分别与感光鼓14、15、16和17对应的光学扫描装置(激光扫描仪)。
下面，描述图像形成过程。最上游的感光鼓14基于品红色成分的图像数据暴露于激光LM。当激光LM扫描感光鼓14时，在感光鼓14上形成静电潜像。该静电潜像通过从显影单元23供给的品红色的调色剂被显影。
感光鼓15基于青色成分的图像数据暴露于激光LC。当感光鼓15暴露于激光LC时，在感光鼓15上形成静电潜像。该静电潜像通过从显影单元24供给的青色的调色剂被显影。
感光鼓16基于黄色成分的图像数据暴露于激光LY。当感光鼓16暴露于激光LY时，在感光鼓16上形成静电潜像。该静电潜像通过从显影单元25供给的黄色的调色剂被显影。
感光鼓17基于黑色成分的图像数据暴露于激光LB。当感光鼓17暴露于激光LB时，在感光鼓17上形成静电潜像。该静电潜像通过从显影单元26供给的黑色的调色剂被显影。
用于使各感光鼓14～17均匀带电的第一带电单元27～30、用于去除在转印调色剂图像之后附着于感光鼓14～17上的调色剂的清洁器31～34以及其它部件布置于各感光鼓14～17的周围。
感光鼓上的调色剂图像穿过中间转印带13与感光鼓14～17之间的转印部分。各感光鼓上的调色剂图像通过由转印带电单元90～93施加的转印偏压被转印于中间转印带13上。
然后，对齐辊对12关于中间转印带13上的调色剂图像与记录片材的前端对准的定时开始旋转。对齐辊对12将记录片材S传输到第二转印辊40与第二转印相对辊13b之间的第二转印部分T2。在第二转印部分T2处，中间转印带13上的调色剂图像通过施加到第二转印辊40的转印偏压被转印于记录片材S上。
穿过第二转印部分T2的记录片材S通过中间转印带13被发送到定影装置35。然后，在记录片材S穿过由定影装置35中的定影辊35A和加压辊35B形成的压合部分的过程中，记录片材S上的调色剂图像通过定影辊35A被加热，通过加压辊35B被加压，并由此定影于记录片材表面上。记录片材S穿过定影装置35并且被施加定影处理之后的记录片材S通过传输辊对36被发送到排出辊对37，并且进一步在布置于装置外面的排出托盘38上被排出。
图2是光学扫描装置101、102、103和104之一的示意性配置图。各光学扫描装置具有相同的配置，由此，图2示例性地示出光学扫描装置101。在图2中，从激光源300发射的发散激光通过准直透镜301准直化为大致平行光，激光的通过量由孔径302限制。因此，激光被整形。穿过孔径302的激光入射于射束分离器308上。射束分离器308将穿过孔径302的激光分成入射于光电二极管309(以下，称为PD 309)的激光和引向可旋转多棱镜305(以下，称为多棱镜305)的激光。PD 309响应于激光的接收输出与激光的光量对应的值的检测信号。激光驱动器310根据来自PD 309的检测信号对激光的光量执行反馈控制。通过来自CPU 212(后面描述)的发光控制信号318，激光驱动器310被控制发光。
穿过射束分离器308的激光穿过圆柱透镜303并且入射于多棱镜305上。多棱镜303具有多个反射表面。多棱镜305当被电动机304驱动时沿箭头A方向旋转。多棱镜305偏转入射于反射表面上的激光，使得激光沿箭头B方向扫描感光鼓14。通过多棱镜305偏转的激光透过具有fθ特性的成像光学系统(fθ透镜)306，并且通过镜子307被引到感光鼓14上。
光学扫描装置101包括作为同步信号产生装置的射束检测器312(以下，称为BD312)。在感光鼓14上的图像形成区域外面的位置处，BD 312被布置于激光的扫描路径中。BD312在接收到通过多棱镜305偏转的激光时产生水平同步信号317。水平同步信号317被输入到CPU 212。CPU 212向电动机驱动器313传输作为图2中的控制信号316的加速信号或减速信号，使得水平同步信号317满足与多棱镜305的目标速度对应的基准时段，并且，相对于包含于其它光学扫描装置中的多棱镜的相位关系变为预定的相位关系。电动机驱动器313基于加速信号加快电动机304的旋转速度并且基于减速信号使电动机304减速。
此外，CPU 212根据水平同步信号307控制基于来自激光源300的图像数据的激光的发射定时。CPU 212包含响应于水平同步信号307的输入而复位其计数并且从复位状态开始计数时钟信号(后面描述)的计数器(未示出)。CPU 212基于计数器的计数值控制图像处理器(后面描述)和激光驱动器310。
图3是示出包含于根据本实施例的图像形成设备中的图像处理器和激光驱动器310的框图。图3所示的图像处理器包括产生时钟信号的时钟产生器506。各框(后面描述)与时钟信号同步地执行各处理。时钟信号是频率比水平同步信号的频率高的信号。读取图像处理器501从图像传感器21接收读取图像数据，并且将接收的信号转换成与各颜色对应的图像数据。此外，读取图像处理器501执行将读取图像数据转换成与输出图像对应的像素数据的转换处理和与各颜色对应的画面处理(screen processing)。
控制器502在存储器505中写入通过读取图像处理器501处理的图像数据，读出写入的图像数据，并且将图像数据输入到曝光调制器503。曝光调制器503处理从控制器502输入的图像数据(在后面描述细节)，并且将处理的图像数据输出到图案转换器508。图案转换器508将通过曝光调制器503处理的图像数据转换成作为二进制数据的位图案。图案转换器508与时钟信号同步地将位图案输出到并行/串行转换器504(并行地输出位数据)。时钟产生器506通过用锁相环507(PLL 507)倍增(multiply)的倍增时钟信号同步地串行输出位数据而产生PWM信号。激光驱动器310根据PWM信号将激光源303控制为发光或不发光。
现在，描述感光鼓上的激光的曝光强度分布。图6(a)示出以目标像素为中心的曝光强度分布(以下，简称为曝光分布)，该目标像素是当通过在感光鼓的表面上扫描激光而以与单个像素对应的光量将感光鼓的表面曝光时被曝光的单个像素。在图6(a)中，横轴表示像素数量，纵轴表示曝光量。图6(a)示出曝光分布的一维扩展。中心坐标0对应于目标像素。但是，根据光学系统的设计，曝光分布具有大致二维高斯分布的趋势，如图6(a)所示。并且，通过模拟和实验的结果发现例如在具有2400dpi的分辨率的系统中，以目标像素为中心的曝光分布的扩展是延伸到位于目标像素周围的几十个像素的扩展。
可以获得斑点的扩展对图像频率的影响作为通过对扩展函数执行傅立叶变换获得的特性。图6(b)示出通过图6(a)中的波形的傅立叶变换获得的特性。图6(b)示出当像素之间的距离被假定为0.1时转换的特性。横轴表示空间频率，纵轴表示强度。
相反，在现有技术中，为了减少对周围像素的影响，通过图像处理，例如通过事先提供诸如高范围增强的图像处理，提供校正。例如，诸如曝光量、潜像电势和激光的上升等的非线性特性通过LUT 1和LUT 2被转换，并且通过使用固定滤波系数利用二维滤波器被校正。
但是，由于输出图像的分辨率的增加，单个像素的曝光范围影响周围的像素，并且，主扫描方向上的各位置处的曝光斑点的形状不均匀。由此，现有技术的二维滤波器不能提供充分的校正。
为了解决这样的问题，根据本实施例的图像形成设备通过在图3所示的曝光调制器503中使用校正滤波器(校正参数)校正图像数据，以限制主扫描方向上的各位置处的曝光强度分布(静电潜像的电势分布)的不均匀性。曝光调制器503通过使用LUT 2001(查找表2001)校正图像的灰度，通过使用二维滤波器执行处理，并且通过使用LUT 2003(查找表2003)校正由作为激光驱动器310和激光源300的装置特性的过渡特性导致的激光的输出的线性。
现在，描述由过渡特性导致的激光的输出的线性。图5(a)示出激光驱动器310的输入/输出信号。横轴表示时间，纵轴表示信号电压。图5(a)示出对于占空＝15％的PWM信号的输入的激光的输出波形、对于占空＝50％的PWM信号的输入的激光的输出波形、以及占空＝85％的PWM信号的输入的激光的输出波形。此外，图5(a)中的附图标记T15、T50和T85表示PWM信号的脉冲为高的时段。附图标记T15′、T50′和T85′表示对于T15、T50和T85中的脉冲的PWM信号的输入的激光的输出波形的宽度。应当注意，占空代表为高的时段与PWM的时段之比。
如图5(a)所示，如果占空＝15％的PWM信号被输入到激光驱动器310，那么，由于激光驱动器310和激光源的过渡特性，PWM信号变为低，而激光的输出波形变为高，由此，激光的输出波形的脉冲变窄并且变得等效于虚线波形(T15>T15′)。如果占空＝85％的PWM信号被输入到激光驱动器310，那么PWM信号变为高，而激光的输出波形变为低，低时段的时间宽度变窄并且变得等效于虚线波形(T85<T85′)。在占空＝50％的情况下，即使存在过渡特性，脉冲宽度也不变(T50＝T50′)。以这种方式，PWM信号的输入不与激光的输出波形的占空成比例。
图5(b)的左图是连续绘制PWM信号的输入与激光的输出之间的关系的示图。图5(b)的左图中的纵轴示出图5(a)所示的PWM信号的输入脉冲宽度，纵轴是激光的输出波形的脉冲宽度。如图5(b)的左图所示，PWM信号的输入脉冲宽度与激光的输出波形的脉冲宽度之间的关系不是线性的。如果PWM信号的输入脉冲宽度与激光的输出波形的脉冲宽度之间的关系不是线性的，那么图像浓度的线性降低。
因此，本实施例的图像形成设备通过在LUT 2003中使用作为具有图5(b)的左图的逆特性的校正参数的、图5(b)的右图中的LUT(查找表)来校正图像数据来确保激光的输出的线性。
下面，参照图4和图7～11描述在曝光调制器503中使用二维滤波器2002的校正。图4、图10和图11分别示出曝光调制器503的内部配置、二维滤波器2002的目标像素和周围像素的滤波系数(校正参数)以及二维滤波器2002的内部配置。
如图4所示，通过LUT 2001被校正灰度的图像数据被输入到二维滤波器。二维滤波器2002通过使用分别向目标像素k(0,0)和位于中心的目标像素周围的周围像素k(m,n)分配的滤波系数来校正目标像素的图像数据。图10是表示目标像素k(0,0)和周围像素k(m,n)的滤波系数的15×15滤波系数矩阵。
根据本实施例的图像形成设备产生分别与目标像素和周围像素对应的滤波系数如下。曝光调制器503包括主扫描计数器2005、主扫描方差轮廓(profile)存储器2006、副扫描方差轮廓存储器2007、主/副协方差轮廓存储器2008和滤波系数产生器2004。
通过由光学扫描装置的包括透镜、镜子和多棱镜的光学系统和设备的配置确定的方差值，确定本实施例的图像形成设备中的感光鼓上的激光的曝光分布。具体而言，根据光学扫描装置的包括透镜、镜子和多棱镜的光学系统和设备的配置，主扫描方向(以下，称为x方向)的方差值σx(第一方差值)、副扫描方向(以下，称为y方向)的方差值σy(第二方差值)、以及x方向和y方向的协方差值ρxy(第三方差值)被确定。感光鼓上的激光的曝光分布由下式确定：
[数学式1]
方差值σx和σy以及协方差值ρxy是指示以感光鼓上的目标像素为中心的曝光分布的值，并且，该值根据主扫描方向的位置x改变。由此，当在工厂中组装和调整图像形成设备时，通过在主扫描方向的各位置处测量各方差值，产生方差轮廓σx(x)、σy(x)和ρxy(x)。作为主扫描方向的方差值σx的轮廓的主扫描方差轮廓σx(x)存储于主扫描方差轮廓存储器2006中。作为副扫描方向的方差值σy的轮廓的副扫描方差轮廓σy(x)存储于副扫描方差轮廓存储器2007中。作为与主扫描方向和副扫描方向两者对应的协方差值ρxy的轮廓的协方差值轮廓ρxy(x)存储于主/副协方差轮廓存储器2008中。
主扫描计数器2005在接收到水平同步信号317的输入时复位，并且从复位状态开始计数时钟信号的脉冲。主扫描计数器2005的计数值是指示主扫描方向的位置x的值。扫描方差轮廓存储器2006、副扫描方差轮廓存储器2007和主/副协方差轮廓存储器2008分别向滤波系数产生器2004的数据产生器2015输出与主扫描计数器2005的计数值对应的方差值。
滤波系数产生器2004包含数据产生器2015、二维FFT 2013、ROM 2014、运算单元2011、校正范围指定单元2012、二维逆FFT 2010和窗口函数处理器2009。
数据产生器2015基于根据主扫描计数器2005的计数值输入的方差值σx和σy以及协方差值ρxy，产生目标像素被曝光时的、以目标像素为中心的感光鼓上的激光的曝光分布的二维高斯分布数据。即，数据产生器2015基于输入的方差值产生主扫描方向的每个位置或每多个块(区域)的二维高斯分布数据。产生器2015将产生的二维高斯分布数据输入到二维FFT 2013。二维FFT通过对从数据产生器2015输入的二维高斯分布数据执行快速傅立叶变换产生空间频率的特性数据。二维FFT将通过转换获得的特性数据(轮廓)输入到运算单元2011。
图7(a)、图7(b)和图7(c)是通过二维FFT 2013输入到运算单元2011的特性数据的例子。在图7(a)、图7(b)和图7(c)中，各轴表示角频率，像素间距离与0.1对应。图7(a)、图7(b)和图7(c)通过将图21所示的主扫描方向的感光鼓上的各位置(L2，C，R2)处的二维高斯分布数据算术运算到空间频率中来表示特性数据。图7(a)示出主扫描方向的扫描开始侧的感光鼓上的端部区域(L2)中的曝光分布的特性数据(DATA_L)。图7(b)示出主扫描方向的感光鼓上的中心区域(C)中的曝光分布的特性数据(DATA_C)。图7(c)示出主扫描方向的扫描结束侧的感光鼓上的端部区域(R2)中的曝光分布的特性数据(DATA_R)。
ROM 2014存储曝光分布的基准特性数据(目标特性数据)。在本实施例的图像形成设备中，主扫描方向的感光鼓的中心区域(C)中的曝光分布被假定为理想曝光分布。由此，DATA_C保存于ROM2014中。在图像形成期间，ROM 2014与主扫描计数器2005的计数值无关地将DATA_C输出到运算单元2011。
运算单元2011基于从二维FFT 2013输入的特性数据和从ROM 2014输入的基准特性数据产生差分数据。图8(a)所示的DATA_L-C是通过从自二维FFT 2013输入的DATA_L减去自ROM 2014输入的DATA_C获得的差分数据。图8(b)所示的DATA_R-C是通过从自二维FFT2013输入的DATA_R减去自ROM 2014输入的DATA_C获得的差分数据。即，DATA_L-C和DATA_R-C是指示相对于作为目标的曝光分布的各扫描区域中的曝光分布的差异的数据。DATA_L-C和DATA_R-C表示，在主扫描方向的扫描开始侧的端部区域(L2)中的曝光分布和在主扫描方向的扫描结束侧的端部区域(R2)中的曝光分布中，与主扫描方向的中心区域(C)的曝光分布相比，椭圆曝光分布的短边方向的斜部分处的高范围特性上升，纵向的斜部分处的高范围特性下降。由于感光鼓的中心部分处的曝光分布用作理想的曝光分布，因此，DATA_C-C(未示出)没有凹凸。
然后，运算单元2011基于图8(a)中的DATA_L-C产生校正数据。即，运算单元2011产生校正数据，以减小由DATA_L-C表示的DATA_L和DATA_C之间的差异。类似地，运算单元2011基于图8(b)中的DATA_R-C产生校正数据。即，运算单元2011产生校正数据，以减小由DATA_R-C表示的DATA_R和DATA_C之间的差异。
当Ft(ωx,ωy)是校正对象的空间频率特性且Fr(ωx,ωy)是基准的空间频率特性时，通过使用以下的函数式来算术运算校正数据K(ωx,ωy)。
K(ωx,ωy)＝Fr(ωx,ωy)/Ft(ωx,ωy) ...表达式2
校正范围指定单元2012指定和保持具有小的校正效果的空间频率，并且，将指定范围固定(clip)为预定值的范围。在本实施例中，空间频率固定于0。图9示出通过校正范围指定单元2012固定并且从运算单元2011输出的、基于图8(a)中的运算数据产生的校正数据的例子。运算单元2011将通过算术运算获得的校正数据(图9)输入到二维逆FFT。
二维逆FFT 2010对从运算单元2011输入的校正数据执行逆频率转换，并且产生分别与目标像素和包围目标像素的周围像素对应的校正参数(滤波系数)。图10以矩阵形式示出通过二维逆FFT 2010产生并且分别与目标像素和周围像素对应的校正参数。字符k(x，y)表示滤波系数。目标像素的滤波系数为k(0，0)。图10所示的矩阵形式的滤波系数表示通过将位于目标像素周围的周围像素曝光于激光导致的目标像素位置处的电势的变化量。作为校正关于目标像素的点对称分布的特性的例子，描述根据本实施例的图像形成设备中的曝光分布。由此，滤波系数k(x，y)也关于目标像素点对称。二维逆FFT 2010向窗口函数处理器2009输入各滤波系数k(x，y)。
窗口函数处理器2009输出通过用先前设定的窗口函数w(x，y)校正从二维逆FFT2010输入的滤波系数k(x，y)获得的滤波系数kw(x，y)。在本实施例中，对窗口函数w(x，y)设定汉明(Hamming)窗。
kw(x,y)＝w(x,y)*k(x,y) ...表达式3
滤波系数产生器2004对各像素执行上述的处理，并且，在二维滤波器2002中对各像素基于从窗口函数处理器2009输出的作为校正数据的滤波系数校正图像数据。因此，即使曝光分布沿主扫描方向不同，在感光鼓上形成的曝光强度分布(静电潜像的电势分布)的沿主扫描方向的不均匀性也可被限制。
下面，参照图11描述二维滤波器2002的内部配置。二维滤波器包含FIFO(先入先出存储器)5001～5014、移位寄存器单元5015、乘法器5016以及加法器5017。
如图11所示，14个FIFO 5001～5014被串联连接，与图像时钟同步地从LUT 2001接收图像数据的输入，并且，与图像时钟同步地按输入次序将图像数据输出到移位寄存器阵列3015。本实施例的FIFO 5001～5014用作可按照与单个扫描时段(单个扫描线)对应的像素数存储图像数据的线存储器缓冲器。
移位寄存器阵列3015包含15×15个寄存器。多个寄存器D0_0～D14_0被分配为第一级中的移位寄存器。类似地配置第二到第十五级中的移位寄存器组。即，移位寄存器阵列3015包含十五个级的寄存器组。第一级中的FIFO存储器5001与第一级中的移位寄存器中的寄存器D0_0连接，并且，按照输入次序将与单个像素对应的图像数据(像素数据)输入到寄存器D0_0。第二以及以后的级中的FIFO存储器分别与对应的移位寄存器中的最上游寄存器连接，并且按照输入次序将分别与单个像素对应的图像数据(像素数据)输入到最上游寄存器。
此外，LUT 2001与第十五级中的移位寄存器中的寄存器14_0连接。即，LUT 2001将与单个像素对应的图像数据输入到第十四级中的FIFO 5014和第十五级中的移位寄存器中的寄存器D14_0。目标像素是要输入到移位寄存器单元5015中的寄存器D7_7的数据。
乘法器阵列5016包含15×15个乘法器M0_14～M14_14。以一一对应的关系分别为移位寄存器阵列5015中的寄存器单独地设置各乘法器。乘法器从对应的寄存器接收分别与单个像素对应的图像数据的输入。各乘法器接收从滤波系数产生器2004的窗口函数处理器2009输出的滤波系数的输入。各乘法器将图像数据乘以输入的滤波系数。然后，各乘法器将相乘后的图像数据输出到加法器单元5017。
加法器单元5017包含加法器Ax(X：0～14)和加法器A_ALL。加法器Ax对从乘法器M0_x～M14_x中的每一个输出的与单个像素对应的图像数据执行相加。加法器A_ALL对来自加法器Ax的输出执行相加，并且，将结果作为目标像素的图像数据输出到LUT 2003。
以这种方式，通过二维滤波器2002利用周围像素的滤波系数校正与目标像素对应的像素数据，即使以目标像素为中心的激光的曝光分布根据感光鼓上的主扫描方向的曝光区域(或曝光位置)而不同，也可防止以目标像素为中心的静电潜像的电势分布不均匀。例如，如图12(b)所示，不管屏幕角度(或细线的取向)如何，图21所示的主扫描方向的输出图像的图像质量的不均匀性都可被限制。
第二实施例
在本实施例中，描述校正图像数据的配置，该配置与第二实施例不同。曝光调制器以外的配置是相同的，因此，省略对于曝光调制器以外的配置的描述。
图13示出根据本实施例的图像形成设备的控制框图。ROM 1303存储与主扫描方向的各位置(或各区域)对应的滤波系数。滤波系数是以目标像素为中心的矩阵中的滤波系数，并且，分别与目标像素和周围像素对应。基于主扫描计数器2005的计数值，数据读取单元1302从ROM 1303读出矩阵中的与主扫描方向的各位置对应的滤波系数，并且，在二维滤波器1301中的寄存器中写入滤波系数。二维滤波器1301根据矩阵系数对目标像素的图像数据执行运算处理，并且，产生各像素的图像数据。
下面，描述由二维滤波器1301执行的运算处理。二维滤波器1301包含第一运算处理器1304和第二运算处理器1305。
首先描述由第一运算处理器1304执行的第一运算处理。通过根据目标位置处的斑点形状改变目标像素及其周围像素的曝光量的加权，不管主扫描方向的各位置处的斑点形状的差异如何，都防止基于目标像素的图像数据的曝光分布不均匀。如图所示，第一运算处理器1301获得矩阵系数M(a)＝{M(a)11,M(a)12,M(a)13,M(a)21,M(a)22,M(a)23,M(a)31,M(a)32,M(a)33}、以及通过积分目标像素a的浓度数据I(a)获得的第一运算结果{a11,a12,a13,a21,a22,a23,a31,a32,a33}。以下提供由第一运算处理器执行的第一运算处理的运算表达式。
第一运算结果＝I(a)×M(a)＝{I(a)×M(a)11,I(a)×M(a)12,I(a)×M(a)13,I(a)×M(a)21,I(a)×M(a)22,I(a)×M(a)23,I(a)×M(a)31,I(a)×M(a)32,I(a)×M(a)33} ...表达式4
图14示出运算处理之后的对于像素a的运算结果。例如，如图21(b)所示，对于激光的斑点形状从左上到右下细长的主扫描方向的端部区域(L2)那样的位置，滤波系数被设定以校正图像数据，使得，与没有利用滤波系数进行校正的情况相比，相对于目标像素的左下和右上的周围像素的曝光量增加。相反，对于激光的斑点形状从左下到右上细长的主扫描方向的端部区域(R2)那样的位置，滤波系数被设定以校正图像数据，使得，与没有利用滤波系数进行校正的情况相比，左上和右下的周围像素的曝光量增加。应当注意，如图14所示，对于处理对象图像的所有像素执行第一运算处理。
这里使用的矩阵系数被事先设计，例如，在工厂调整时被设计，并且存储于ROM1303中。图16(a)示出存储于ROM 1303中的矩阵中的滤波系数的例子。在从工厂装运时，CCD布置于与感光鼓的表面对应的位置，或者以点数n(n是自然数)布置于主扫描方向(感光鼓的纵向方向)的多个位置(纵向方向)，并且，在多个位置测量激光的斑点形状。然后，计算与主扫描方向的测量位置pi(i是1～n的整数)处的测量结果对应的矩阵系数{M(pi)11、M(pi)12、M(pi)13、M(pi)21、M(pi)22、M(pi)23、M(pi)31、M(pi)32、M(pi)33}，并且，矩阵系数与测量位置Pi相关联地存储于存储器1303中。图16所示的滤波系数代表由目标像素曝光导致的目标像素周围的周围像素的像素位置处的电势的变化量。应当注意，测量位置pi是与主扫描计数器的计数值对应的值。
在第一运算处理中，选择与目标像素的纵向位置对应的矩阵系数，并且，关于浓度数据执行积分处理。在这种情况下，根据本实施例，当通过使用3×3矩阵系数执行运算时，矩阵尺寸被确定，以对分辨率和斑点尺寸获得效果。图16(b)和图16(c)分别示出分辨率(像素间隔)与斑点尺寸之间的关系。如果斑点尺寸如图16(b)所示的那样关于像素间隔较大，那么多个斑点相互重叠。在这种情况下，通过增加矩阵尺寸并对包含相邻像素和紧接着相邻像素的像素的像素执行运算，可对更大斑点的形状变化校正光量分布。此外，如果仅仅与目标像素相邻的像素上的斑点相互重叠，那么紧接着相邻像素的像素上的斑点不影响目标像素的光量分布。由此，使用3×3矩阵系数。如图16(b)所示，如果斑点尺寸大致等于像素间隔，那么即使相邻像素的光量被调整，该调整也较少地影响目标像素的光量分布。由此，在本实施例中，该技术的效果较小。此外，如果增大矩阵尺寸，那么需要存储器来存储用于运算的周围像素的浓度数据。运算量增加，因此，电路规模增加。因此，希望矩阵尺寸小，使得光量分布的校正有效。
下面，参照图17描述由第二运算处理器1305执行的第二运算处理。例如，当像素e是目标像素时，通过第一运算处理，如图15所示，产生像素e的图像数据e22。此外，当像素e是周围像素时，对像素e产生图像数据a33、b32、c31、d23、e22、f21、g13、h12、i11。为了获得像素e的图像数据Ex(e)，第二运算处理器1305如下执行运算作为第二运算处理。
Ex(e)＝a33+b32+c31+d23+e22+f21+g13+h12+i11 ...表达式5
第二运算处理器1305对所有像素执行表达式5中的第二运算处理。通过第二运算处理对所有像素获得的图像数据被输入到LUT 2003。
通过根据主扫描方向的曝光位置切换滤波系数并且校正周围像素的图像数据，即使主扫描方向的感光鼓上的激光的斑点形状不均衡，也可限制主扫描方向的曝光量分布的不均匀性。
可通过滤波处理实现获得与上述的曝光量设定处理等效的结果的配置。滤波处理也包括在本发明的范围中。详细描述滤波处理。当计算对于像素e的第二运算结果Ex(e)的表达式5变形时，得到下式。
Ex(e)＝a33+b32+c31+d23+e22+f21+g13+h12+i11＝I(a)×M(a)33+I(b)×M(b)32+I(c)×M(c)31+I(d)×M(d)23+I(e)×M(e)22+I(f)×M(f)21+I(g)×M(g)13+I(h)×M(h)12+I(i)×M(i)11 ...表达式6
这是使用滤波器{M(a)33,M(b)32,M(c)31,M(d)23,M(e)22,M(f)21,M(g)13,M(h)12,M(i)11}的滤波处理，并且，计算目标像素和周围像素的浓度数据{I(a),I(b),I(c),I(d),I(e),I(f),I(g),I(h),I(i)}的线性和。
此外，在本实施例中，通过改变激光的发光脉冲宽度即发光时间控制曝光量；但是，不限于此。再例如，可通过改变激光的光量即发光强度来控制曝光量(这也可应用于第一实施例)。
此外，在本实施例中，将包含目标像素及其周围像素的一组像素处的合成光量分布的形状校正为希望的形状是处理的目的；但是处理的目的不限于此。再例如，处理的目的可以是将包含目标像素及其周围像素的一组像素处的合成光量分布的重心位置校正为希望的位置。因此，当成像位置的偏移量根据纵向位置不同时可能出现的图像质量的不均匀性被限制。
第三实施例
与第二实施例类似，本实施例涉及基于事先测量的多个纵向位置处的斑点形状设定各像素的曝光量的技术。特别地，详细描述与第二实施例不同的点。
在本实施例中，当斑点形状随设备内的温度变化改变时，根据温度进行适当的校正。构成光学扫描装置101、102、103和104的部件由于温度变化而膨胀(或收缩)。然后，直到激光到达感光鼓的表面的光路长度改变，并且会出现散焦。此时，如图18所示，斑点形状根据散射量改变。当散焦增加时，斑点中心处的光强度减小，同时，周围部分中的光强度增加。由此，斑点形状变宽并且散焦。为了校正由于温度变化导致的斑点形状的变化，与温度改变时的斑点形状对应的矩阵系数存储于存储器中，通过设置在设备内的测量单元测量内部温度，并且，根据温度变化设定与各纵向位置对应的矩阵系数。图19示出设备中的包含热敏电阻器1903的配置的框图。热敏电阻器1903检测内部温度。控制器1901监视图像形成时的内部温度。如果温度变为预定值，那么在激光的基础上设定与温度对应的矩阵系数。
描述控制器1903的操作。与第二实施例类似，假定在紧接在供电之后在图13(b)所示的第一运算单元1304的寄存器中写入初始矩阵系数。而且，在连续作业期间，内部温度被重复监视，如果出现一定程度或更大程度的温度变化，那么写入寄存器中的矩阵系数被更新。在图20中示出连续作业期间的控制器的操作。在步骤1中，当指示打印作业开始时，控制器1901开始监视温度。控制器1901在步骤2中监视来自热敏电阻器1903的输出，在步骤3中确定自从之前的监视起的温度变化是否超过预定的阈值。在步骤3中，如果确定温度变化不超过预定阈值，那么控制器1901在经过预定的时间间隔之后将控制移到步骤2中监视内部温度。如果在步骤3中确定温度变化超过预定阈值，那么控制器1901在步骤4中开始设定矩阵中的滤波系数。在步骤5中，控制器1901基于主扫描计数器的计数值确定纵向位置。在步骤6中，控制器1901从存储器读出基于步骤5中的确定结果的矩阵系数。与各主扫描方向的各位置对应的地址被分配给ROM 1303，并且，与地址相关联地存储与内部温度对应的矩阵中的滤波系数。控制器1901在步骤6中读出在与纵向位置和由热敏电阻器1901检测的温度对应的矩阵中的滤波系数，并且，在步骤7中在寄存器中写入读取的矩阵中的滤波系数。在步骤8中，控制器1901确定是否结束对于所有的纵向位置的设定。如果确定设定结束，那么控制前进到步骤9。在步骤9中，控制器1901确定作业是否结束。如果作业没有结束(作业继续)，那么控制移到步骤2中监视内部温度。如果在步骤8中确定作业结束，那么控制器1901结束对于矩阵中的滤波系数的设定操作。
在本实施例中，与第二实施例类似，矩阵中的滤波系数根据在工厂中调整时事先测量的各纵向位置处的斑点形状存储于ROM 1301中。此外，斑点的关于内部温度变化的变化被事先测量，与温度相关联地存储矩阵中的滤波系数。与第一和第二实施例相比，除了初期的纵向位置处的斑点形状的变化，根据第三实施例的图像形成设备还可校正由于内部温度变化导致的斑点形状的变化。
在本实施例中，根据内部温度的检测结果设定矩阵中的滤波系数。但是，检测对象不限于内部温度。例如，可通过测量单元1902测量内部湿度或内部大气压力。再例如，构成图像形成设备的部件中的任一个的位置、姿势、速度、温度、电阻、带电量、驱动电流、驱动定时等可以是检测对象。
本发明不限于上述的实施例，并且，可在不背离本发明的精神和范围的情况下提出各种变化和修改。因此，所附权利要求用于保护本发明的范围。
本申请要求在2013年4月18日提交的日本专利申请No.2013-087877的权益，在此通过引用将其全部内容并入本文。

Claims (7)

1.一种图像形成设备，其特征在于，包括：
光源，被配置为发射用于将感光部件曝光的光束；
偏转装置，用于偏转光束使得光束扫描感光部件；
光学装置，用于将通过偏转装置偏转的光束引导到感光部件；
数据产生装置，用于产生与包含在输出图像中的各像素对应的像素数据；
输出装置，用于输出用于校正通过使感光部件沿光束扫描感光部件的扫描方向曝光于光束而在感光部件上形成的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的不均匀性的校正数据，所述校正数据与扫描方向上的目标像素的位置对应，输出单元输出指示由于使位于目标像素周围的周围像素曝光于光束导致的目标像素的位置处的电势变化量的校正数据；
校正装置，用于基于校正数据和目标像素的像素数据来校正目标像素的像素数据；
控制装置，用于基于由校正装置校正的目标像素的像素数据来控制光源以形成目标像素，
存储装置，用于存储指示扫描方向上的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的第一方差值、指示感光部件的旋转方向上的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的第二方差值、以及扫描方向和旋转方向上的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的第三方差值；以及
校正数据产生装置，用于基于第一方差值、第二方差值以及第三方差值来产生校正数据。
2.根据权利要求1所述的图像形成设备，其中，输出装置包含用于存储与扫描方向上的位置对应的校正数据的存储装置。
3.根据权利要求1所述的图像形成设备，其中，所述校正数据包含用于目标像素的校正参数和用于包围目标像素的多个周围像素的校正参数。
4.一种图像形成设备，其特征在于，包括：
光源，被配置为发射用于将感光部件曝光的光束；
偏转装置，用于偏转光束使得光束扫描感光部件；
光学装置，用于将通过偏转装置偏转的光束引导到感光部件；
数据产生装置，用于产生与包含在输出图像中的各像素对应的像素数据；
输出装置，用于输出用于校正通过使感光部件沿光束扫描感光部件的扫描方向曝光于光束而在感光部件上形成的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的不均匀性的校正数据，所述校正数据指示由于目标像素曝光于光束导致的目标像素周围的周围像素的像素位置处的电势变化量；
校正装置，用于校正目标像素的像素数据和基于校正数据校正的目标像素的像素数据；
控制装置，用于基于由校正装置校正的像素数据控制光源以形成目标像素，
存储装置，用于存储指示扫描方向上的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的第一方差值、指示感光部件的旋转方向上的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的第二方差值、以及扫描方向和旋转方向上的以目标像素为中心的静电潜像的电势分布的第三方差值；以及
校正数据产生装置，用于基于第一方差值、第二方差值以及第三方差值来产生校正数据。
5.根据权利要求4所述的图像形成设备，其中，输出装置包含用于存储与扫描方向上的位置对应的校正数据的存储装置。
6.根据权利要求4或5所述的图像形成设备，其中，校正数据是包含与目标像素对应的校正参数和与周围像素对应的校正参数的二维滤波数据，校正装置基于根据扫描方向上的目标像素的位置从输出装置输出的二维滤波数据来校正图像数据。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的图像形成设备，还包括：
同步信号产生装置，用于接收通过偏转装置偏转的光束并且响应于光束的接收产生同步信号；
时钟信号产生装置，用于产生作为频率比同步信号的频率高的信号的时钟信号；以及
计数器，被配置为对时钟信号计数，
其中，计数器的计数值是与扫描方向上的位置对应的值，以及
其中，输出装置基于计数器的计数值来输出与计数值对应的校正数据。
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