JP2004001260A

JP2004001260A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004001260A
Application number: JP2002159188A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yasutomi; 安富　啓
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】モアレが発生しにくく階調再現性にも優れた誤差拡散法などの周期構造を持たない擬似中間調処理方法を採用した場合でも、「粒状性」の悪化を抑制することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】入力画像データに擬似中間調処理を施して出力用画像データを生成する擬似中間調処理部が、特定の周期構造を持たない誤差拡散法などの擬似中間調処理方法によって擬似中間調処理を行なうものであり、解像度に基づいて算出される１画素の長さをＬｐとし、感光体ドラム１上での照射光のビーム径をＤとしたとき、Ｄ＜Ｌｐを満たす。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置に関するものである。詳しくは、擬似中間調処理で得られた画像データに基づいて強度変調したビーム状の照射光を像担持体に照射して潜像を形成し、その潜像を現像して画像を形成する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の画像形成装置として、像担持体としての感光体ドラムと、帯電手段と、露光装置と、現像装置とを備えた電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。この画像形成装置の感光体ドラムは導体の表面に感光体を塗布することによって形成され、所定方向に回転駆動される。帯電手段は、感光体の表面を所望の電位に帯電する。露光装置は、感光体を露光して所望の画像に対応する静電潜像を感光体上に形成する。現像装置は、露光装置によってつくられた静電潜像をトナーによって現像し感光体上にトナー像を形成する。感光体上のトナー像は、紙などの転写体上に転写され、定着手段で加熱されて転写体上に定着される。
【０００３】
上記電子写真プロセスを用いる画像形成装置での露光装置は、光源としてのＬＤ（レーザーダイオード）を画像データに基づいて制御し、ＬＤから感光体に照射されるレーザー光の強度を変調する。この強度変調されたレーザー光は、コリメートレンズ、アパーチャー、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズを介して、感光体上に結像され、感光体上で走査される。これにより、所望の画像に対応する静電潜像を感光体上に形成することができる。
【０００４】
また、スキャナー等の画像入力部で読み取られた入力画像データは画像処理部に送られる。画像処理部では入力画像データに対してフィルタ処理、γ変換処理、擬似中間調処理といった各種画像処理を行い、処理結果を出力用画像データとしてビデオ信号処理部へと受け渡す。ビデオ信号処理部では、この出力用画像データを画像信号へと変換し、所定のタイミングで上記ＬＤを駆動させる。
【０００５】
ここで、上記入力画像データは、例えば写真などのピクトリアル画像では１画素あたり８〜１２ｂｉｔの多値データを持つ。これに対して紙等の転写体上に出力される画像を形成する画像形成装置（電子写真方式を含む）では、１画素あたりで表現が可能な階調数は実質的には非常に少ない。このような問題を解決するために、画像形成装置では、解像度を６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉなどと向上させ、複数の画素を使用して画像濃度を面積的に変調して、擬似的に中間調の画像を表示する。この入力画像データを、擬似的な中間調画像に変換する工程で施される画像処理が、擬似中間調処理である。
擬似中間調処理は、一般的にＡＭスクリーンとＦＭスクリーンに大きく分けることができる。ＡＭスクリーンの代表的な方法としては、ディザ法がある。ディザ法の詳細の説明は省略するが、ディザ法では一定の周期で配列された網点を形成し、網点の大きさを変えることによって、中間調の表現をおこなう。ディザ法は上述したように中間調処理後の画像が、一定の周期構造を持つといった特徴をもつ。
これに対して、ＦＭスクリーンの代表的な方法としては、誤差拡散法がある。誤差拡散法についても詳細の説明は省略するが、誤差拡散法ではトナー付着部分（レーザーによって書き込みをおこなう部分）の密度を変化させることによって面積階調をおこない、中間調の表現をおこなう。このようにトナー付着部分の密度を変化させるため、画像は一定の周期を持たず、その空間周波数のスペクトラムはブロードな山形になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電子写真方式の画像形成装置では、中間調処理方法はＡＭスクリーンに属するディザ方が主流である。これは、画質項目である（１）粒状性（ざらつき感）、（２）階調性、（３）色モアレ、及び（４）計算負荷から判断して、電子写真方式ではディザ法を採用した方が、画質が優れているためである。特に、誤差拡散法を電子写真方式の画像形成装置に採用した場合には、上記画質項目（１）の「粒状性（ざらつき感）」が非常に悪いことが、電子写真方式において誤差拡散法が採用されていない理由となっている。
ところが、上記電子写真方式の画像形成装置で主流となっているディザ法は、次のような問題点を有している。すなわち、▲１▼周期的構造を持つような入力画像データが入力された場合にモアレが発生する、▲２▼一定の範囲内での濃度が保存されにくく階調再現性が悪い、▲３▼カラー画像形成装置においては色モアレなどが発生する、等の問題点を有している。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものである。その目的は、モアレが発生しにくく階調再現性にも優れた誤差拡散法などの周期構造を持たない擬似中間調処理方法を採用した場合でも、「粒状性」の悪化を抑制することができる画像形成装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、像担持体と、入力画像データに擬似中間調処理を施して出力用画像データを生成する擬似中間調処理手段と、該出力用画像データに基づいてビーム状の照射光を該像担持体に照射して潜像を形成する露光装置と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備え、該擬似中間処理手段が、特定の周期構造を持たない擬似中間調処理方法によって擬似中間調処理を行なうものである画像形成装置において、解像度に基づいて算出される１画素の長さをＬｐとし、該像担持体上での該照射光のビーム径をＤとしたとき、Ｄ＜Ｌｐを満たすことを特徴とするものである。
請求項１の画像形成装置では、擬似中間調処理手段で特定な周期構造を持たない擬似中間調処理方法によって擬似中間処理を行ない、出力用画像データを生成することにより、次の▲１▼及び▲２▼のような効果が得られる。
▲１▼モアレが発生することのなく中間調を表現することができる。
▲２▼書き込みの位置ズレなどの影響が画像上に現れることなく中間調を表現することができる。
従来、このような効果が得られる特定な周期構造を持たない擬似中間調処理を行なった場合、「粒状性」が悪化し、本来均一であるべき画像領域においてざらついた印象を与えることが問題となっていた。特に写真などのピクトリアル画像においては画質劣化の非常に大きな原因となっていた。この画質劣化について本発明者が鋭意研究を行なった結果、画像（潜像）の空間周波数によって微視的な現像電界が変化することが関連していることがわかった。すなわち、低い空間周波数の画像部分については潜像のトナー付着予定領域のサイズが比較的大きく、像担持体の表面に沿った方向での現像電界強度の空間分布がブロードになる。その結果、低い空間周波数の画像部分では各画素におけるトナー付着面積が大きくなり、「粒状性」が悪化してざらついた画像になってしまう。このように擬似中間調処理後の画像データには本来存在しないような低周波の濃度変動が現像後の画像には発生するといった問題を引き起こす。
そこで、請求項１の画像形成装置では、上記照射光のビーム径Ｄを、解像度に基づいて算出される１画素の長さＬｐよりも小さくしている。これにより、擬似中間調処理法として、特定な周期構造を持たない擬似中間調処理方法を使用しても、上記現像電界の空間周波数依存性の影響を受けやすい低空間周波数の画像部分が発生しにくくなる。従って、低空間周波数の画像部分の発生に起因した粒状性の悪化を抑制することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、像担持体と、入力画像データに擬似中間調処理を施して出力用画像データを生成する擬似中間調処理手段と、該出力用画像データに基づいてビーム状の照射光を該像担持体に照射して潜像を形成する露光装置と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備え、該擬似中間処理手段が、特定の周期構造を持たない擬似中間調処理方法によって擬似中間調処理を行なうものであり、該露光装置における光源が複数の発光部を有するものである画像形成装置において、解像度に基づいて算出される１画素の長さをＬｐとし、該像担持体上での各発光部からの照射光のビーム径をＤとしたとき、Ｄ＜Ｌｐを満たすことを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記光源が、１チップ上に複数の発光部がアレイ状に配列された発光部材であるものである。
請求項４の発明は、像担持体と、入力画像データに擬似中間調処理を施して出力用画像データを生成する擬似中間調処理手段と、該出力用画像データに基づいてビーム状の照射光を該像担持体に照射して潜像を形成する露光装置と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備え、該擬似中間処理手段が、特定の周期構造を持たない擬似中間調処理方法によって擬似中間調処理を行なうものであり、該像担持体が、電荷発生層の上に電荷輸送層が形成された積層型の感光体である画像形成装置において、解像度に基づいて算出される１画素の長さをＬｐとし、該像担持体上での該照射光のビーム径をＤとしたとき、Ｄ＜Ｌｐを満たすことを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記像担持体の電荷輸送層の膜厚が１０μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、上記特定の周期構造を持たない擬似中間調処理法が、誤差拡散法であることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、上記解像度が６００ｄｐｉ以上であることを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像形成装置において、各画素に対する上記照射光のデューティー比が５０％以下であることを特徴とするものである。
請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８の画像形成装置において、上記像担持体上の潜像を現像して得られた互いに異なる色の複数のトナー像を転写体に重ね合わせてカラー画像を形成することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電子写真式のカラー画像形成装置（以下「画像形成装置」という。）に適用した実施形態について説明する。
図２は本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、像担持体としての感光体ドラム１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、クリーニング装置７、定着装置８等を備えている。帯電装置２は、図中矢印方向に回転する感光体ドラム１の表面を所望の電位に帯電する。露光装置３は、感光体ドラム１の表面を露光して、所望の画像に対応する静電潜像を感光体ドラム１上に形成する。現像装置４は、露光装置３によって形成された静電潜像をトナーによって現像し、感光体ドラム１上にトナー像を形成する。転写装置５は、感光体ドラム１上のトナー像を不図示の搬送手段によって搬送される紙などの転写体としての記録シート６上に転写する。クリーニング装置７は、転写装置５で記録シート６上に転写されず感光体ドラム表面に残ったトナーを清掃する。転写装置５によってトナー像を転写された記録シート６は定着装置８へ搬送される。定着装置８ではトナーは加熱され、記録シート６上に定着される。
感光体ドラム１は図２中の矢印方向に回転するため、上記帯電、露光、現像、転写などの工程を繰り返すことによって記録シート６上に所望の画像が形成されていく。
【００１１】
本画像形成装置の露光装置３は、いわゆるＬＤ（レーザーダイオード）から出射したビーム状のレーザー光を出力画像に対応させて光変調を行う。このＬＤから発光されたレーザー光は、いわゆるコリメートレンズ、アパーチャー、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズを介して、感光体ドラム１上に結像するようになっている。ポリゴンミラーは、回転する多面鏡であり、この回転によってレーザー光が感光体ドラム１上を走査するようになっている。このため、感光体ドラム表面を露光して、所望の画像に対応する静電潜像を形成することができる。
【００１２】
図３は画像処理部１０を含む制御系の要部を示すブロック図である。画像入力部１１はデジタル複写機などのスキャナーに相当し、原稿を読み取った入力画像データを画像処理部１０に送る。画像処理部１０のＭＴＦフィルタ処理部１０１、γ変換処理部１０２及び擬似中間処理手段としての擬似中間処理部１０３では、上記入力画像データに対してフィルタ処理、γ変換処理、擬似中間調処理といった各種画像処理を行う。そして、その処理結果を出力用画像データとしてビデオ信号処理部１２へと受け渡す。ビデオ信号処理部１２では、この出力用画像データを画像信号へと変換し、所定のタイミングで上記露光装置３のＬＤを駆動させる。また、複数のＬＤを搭載した画像形成装置では、このビデオ信号処理部１２において、使用するＬＤごとに画像信号を配分していく。
【００１３】
次に、本実施形態の画像形成装置のより具体的な実施例について、比較例とともに説明する。
（実施例１）
実施例１の感光体ドラム１は導体（アルミニウムなど）の表面に、感光体を膜厚２５μｍで塗布することによって形成され、図２中の矢印方向に回転する。この感光体は、いわゆるＣＴ層２０μｍ、ＣＧ層１μｍ、ＵＬ層４μｍの積層型ＯＰＣである。感光体ドラム１の直径は６０ｍｍであり、周速は２３０ｍｍ／ｓｅｃである。
帯電装置２は、いわゆる接触ローラ型の帯電装置であり、芯金上にいわゆる中抵抗の導電性をもつ弾性層（厚み３ｍｍ）が形成された構成の帯電ローラに、電源によって直流電圧（−１．２１ｋＶ）を印加し、感光体を均一（−５５０Ｖ）に帯電する。
露光装置３は、帯電装置２で均一に帯電された感光体の表面に、目的の画像に対応した光を照射することによって、静電潜像を形成する。露光装置の光源はＬＤ（レーザーダイオード）であり、ポリゴンミラーによって、感光体上をレーザービームで照射しながら走査していく。いわゆるビーム径は主走査方向３０μｍ、副走査方向３０μｍである。
現像装置４はいわゆる２成分現像装置であり、トナー（体積平均粒径５．５μｍ）とキャリア（粒径３５μｍ）をトナー濃度６．５％に混合した現像剤が現像容器内には収納されている。この現像装置４では、この現像剤を現像スリーブ４ａによって、感光体−現像スリーブ対向部へと搬送する。感光体−現像スリーブ間の距離、いわゆる現像ギャップは０．３ｍｍである。現像スリーブ４ａには図示しない電源により直流電圧（−４００Ｖ）が印加され、感光体上の静電潜像に対応してトナーが感光体上に付着する反転現像が行なわれる。また、現像スリーブ４ａの周速は４６０ｍｍ／ｓｅｃである。感光体ドラム１の周速に対する現像スリーブ４ａの周速の比（周速比）は２．０である。
転写装置５は、現像装置４で現像されたトナー像を不図示の給紙手段から搬送された記録シート６上に転写する。実施例１の転写装置５は２つのローラ５ａに掛け回された転写ベルト５ｂと図示しない電源とからなり、電源から転写ベルト５ｂに電圧が印加される。印加する電圧は定電流制御とし、３０μＡである。
クリーニング装置７は弾性体から形成されるブレード７ａ等によって構成され、感光体ドラム１上の残留トナー像、いわゆる転写残トナーのクリーニングを行う。
転写装置５によっての紙等の記録シート６上に転写されたトナー像は、定着装置８に搬送され、定着装置８で加熱加圧することによってトナー像が記録紙シート６上に定着され、画像形成装置機外へと排出され、出力画像となる。
本実施例１においても、上述の帯電、露光、現像、転写、クリーニング、定着の工程を繰り返すことによって、所望の画像を記録シート上に形成することが可能になる。
【００１４】
図４は実施例１の露光装置３の概略構成図である。実施例１では、２つのＬＤ（レーザーダイオード）３０１を搭載している。ＬＤ３０１からのレーザー光は、いわゆるコリメートレンズ３０２、ＮＤフィルタ３０３、アパーチャー３０４、シリンドリカルレンズ３０５を介して、ポリゴンミラー３０６へと照射される。実施例１のポリゴンミラー３０６は６面タイプであり、２７１６５．４ｒｐｍの回転数で回転している。ポリゴンミラー３０６で反射されたレーザー光は、ｆ−θレンズ３０７、３１０、折り返しミラー３０８、３０９を介して、感光体ドラム表面１ａ上で結像するようになっている。実施例１では、レーザービームの感光体ドラム表面１ａ上でのビーム径は、３０μｍ（主走査方向）×３０μｍ（副走査方向）になるように調整されている。実施例１ではｆ−θレンズ３０７、３１０はプラスチックを成形加工したプラスチックレンズであり、ＡＣ面（自由曲面）によってレンズ形状の設計がなされており、この結果、３０μｍ（主走査方向）×３０μｍ（副走査方向）というきわめて細いビーム径Ｄを実現している。また、レーザー光はポリゴンミラー３０６が回転することによって、感光体ドラム表面１ａ上を走査する。実施例１では、解像度６００ｄｐｉの画像形成装置であり、１画素（ピクセル：ｐｉｘｅｌ）の大きさは、４２．３μｍ×４２．３μｍである。実施例１では、１画素あたりを３３．８ｎｓｅｃの時間で移動しながら、感光体ドラム表面１ａにレーザービームを照射していく。このとき、いわゆる画素クロックは２９．６ＭＨｚであり、２９．６ＭＨｚの周波数でＬＤ３０１を光変調することを意味している。
また、実施例１では、上述のようにレーザー光がポリゴンミラー３０６の回転によって、感光体ドラム表面上を走査するが、非画像領域にレーザー光が位置するときに、図４に図示された同期検知板３１１に、レーザー光が入射するようになっている。この同期検知板３１１は、レーザービームの入射によって基準信号が発生するような機構を有する。この基準信号に基づいて、画像書き出し位置のタイミング、いわゆる画素クロックを形成するクロック信号のリセットを行うようになっている。これにより、感光体ドラム表面上の所定の位置に、光変調をなされたレーザー光を入射することができるようになっている。
また、実施例１は、１画素あたり１６階調の階調表現が可能な、いわゆる４ｂｉｔ書きこみを行うことができるように、ＬＤ３０１のパルス幅を１６段階で変化させて、このような多値書きこみを行っている。しかしながら、これはＬＤ３０１のパルス幅変調が４ｂｉｔであることを意味するものではない。実施例１では、ＬＤ発光のパルス幅は、上述の階調差を形成するほかに、ＬＤ間の積分光量の差を調整する役目を持つため、８ｂｉｔでハルス幅変調が可能である。
【００１５】
次に、実施例１の画像処理部１０の説明を行う。実施例１の画像形成装置は、レーザープリンタタイプであるあるため、入力画像データはパソコンなどからの多値（８ｂｉｔ）画像であると想定する。デジタル複写機などの場合には、原稿を読み取るスキャナが付加され、このスキャナ部から入力データが送られてくると考える。
入力画像データは、図３に示す画像処理部１０において、ＭＴＦフィルタ処理部１０１において強調処理され、次いでγ補正処理部１０２により濃度制御される。次いで誤差拡散処理部１０３により擬似中間調処理がほどこされ、出力用画像データとして、画像出力側（ＬＤ駆動側）へと引き渡される。
ＭＴＦフィルタ処理部１０１では、一定サイズのマトリクス内の各画素データと予め定められたフィルタ係数を用いて積和計算を行い画像中のエッジを強調する。ＭＴＦフィルタ処理は従来の技術と同一であるので、詳細の説明は省略する。
γ補正処理部１０２は出力画像の濃度を決める変換処理を行い、このとき濃度特性の設定は、予め用意された複数の濃度特性から選択された１種類を、システムバス１３を通してγ変換処理に設定することにより行う。γ変換補正処理部１０２は従来の技術と同一であるので詳細な説明は省略する。
【００１６】
次に、図５を用いて誤差拡散処理部１０３について説明する。誤差拡散処理部１０３は、加算部１０３ａと量子化部１０３ｂと誤差演算部１０３ｃと誤差記憶部１０３ｄと補正値演算部１０３ｅとを備えている。
図６は、図５に示された補正値演算部１０３ｅにおける演算で用いられるウェイトマトリクスを示す図である。ここで、図６に示された数値は対応する画素における誤差の重みを意味し、Ａは注目画素をあらわす。なおウェイトマトリクスにおいては様々な構成が考えられ、図６に示された構成（ウェイトマトリクスＡ）に限られるものではない。また、上記ウェイトマトリクスは補正値演算部１０３ｅに含まれた記憶部にあらかじめ記憶される。
まず、補正値演算部１０３ｅは誤差記憶部１０３ｄから量子化済み画素の誤差ｅｘ＋ｊ、ｙ＋ｊを読み出し、この誤差に対応するウェイトマトリクスを内蔵された上記記憶部から読み出す。そして、以下のようにこの誤差ｅｘ＋ｊ、ｙ＋ｊと対応するウェイトマトリクスとを画素毎に積算しこの画素毎積を加算するともにウェイトマトリクスの重みの和で除算して補正値Ｅｘ、ｙが算出される。
ここで、補正値Ｅｘ、ｙは例として図６に示されたウェイトマトリクスを用いて展開すると次式のようにあらわすことができる。
【数１】

【００１７】
そして、次に入力画像データｄｘ、ｙと補正値Ｅｘ、ｙが加算部１０３ａで加算され、補正画素データＤｘ、ｙが出力される。次に、量子化部１０３ｂによって補正画素データＤｘ、ｙが量子化される。より具体的には、量子化部１０３ｂは実施例１では２であり、出力用画像データは０または１の値をとる。
そして、誤差演算部１０３ｃは補正画素データＤｘ，ｙと出力用画像データＯｘ、ｙおよびあらかじめ定められた値Ｂ（実施例１では量子化数が２であるため、２５５）に応じて注目画素における誤差ｅｘ、ｙが次式により算出される。
【数２】

【００１８】
実施例１では、量子化数は２であるが別の値であっても全くかまわない。通常の多値誤差最小法では、Ｏｘ，ｙ×Ｂの値は、０から入力画像データの最大値（たとえば２５５）の間で出力画像データＯｘ、ｙの量子化数に応じて等分された値とされるが、任意の値としてもよい。その場合には出力画像画像データＯｘ、ｙに応じた値を予め定められたルックアップテーブルなどが用いられる。
【００１９】
上述のようにして画像処理部１０において処理を施された結果は、出力用画像データとして次工程であるビデオ信号処理部１２へと送られる。ビデオ信号処理部１２では前述の出力用画像データを受け取り、発光部の数（実施例１では２ＬＤ）分のデータをラインメモリ上に記憶し、前述のポリゴンミラー３０６の回転に合わせて（いわゆる同期信号）、光変調信号としてＬＤ駆動ドライバー部へと出力する。ＬＤ駆動ドライバー部では前述の２個のＬＤ３０１を同時に駆動することによって、感光体ドラム表面１ａ上に所望の潜像を形成していく。
【００２０】
実施例１では、上述のように擬似中間調処理方法は誤差拡散法である。誤差拡散法の詳細は上述の通りである。この誤差拡散法では、擬似中間調処理後の出力用画像データは、周期的な構造を持たない。誤差拡散法は、一般的にＦＭスクリーンと呼ばれる擬似中間調処理方法のひとつであり、ドットの密度（画像の空間周波数）を変化させて、画像の階調を再現している。このため、一定の周期構造を持たないといった特徴がある。
【００２１】
（実施例２）
実施例１と同じ構成の画像形成装置において、感光体ドラム表面上でのビーム径を４０μｍ（主）×４０μｍ（副）とした。ビーム径の変更はアパーチャーを交換して行い、調整後ビームスキャン（ＰＨＯＴＯＮ社製）において、ビーム径の測定を行なった。
【００２２】
（比較例１）
実施例１と同じ構成の画像形成装置において、感光体ドラム表面上でのビーム径を５０μｍ（主）×５０μｍ（副）とした。ビーム径の変更はアパーチャーを交換して行い、調整後ビームスキャン（ＰＨＯＴＯＮ社製）において、ビーム径の測定を行なった。
【００２３】
（比較例２）
実施例１と同じ構成の画像形成装置において、感光体ドラム表面上でのビーム径を６０μｍ（主）×６０μｍ（副）とした。ビーム径の変更はアパーチャーを交換して行い、調整後ビームスキャン（ＰＨＯＴＯＮ社製）において、ビーム径の測定を行なった。
【００２４】
次に、実施例１〜２、比較例１〜２の画像形成装置において画像出力を行い、画質の比較を行なった結果を示す。なお、ビーム径変更のさいにアパーチャー変更により感光体ドラム表面上での光量が変化するが、適当なＮＤフィルタを挿入することによって、光量がすべてのビーム径にほぼ一定になるように設定した。また、ビーム径によって、感光体の光減衰特性（感度特性）がわずかに変化するため、最終的には黒ベタ書き込み時の露光後電位がすべてのビーム径条件において一致（すべて−１００Ｖに一致）するように設定した。
また、上記画像出力実験は、擬似中間調処理法（誤差拡散法）として、実施例１に記載のウェイトマトリクスと異なるウェイトマトリクスについても行なった。具体的には、図７のウェイトマトリクスＢ及び図８のウェイトマトリクスＣを使用して誤差拡散処理をかけた画像においても画像出力を行ない、画質（粒状度）の評価を行なった。出力画像は２５６段のグレースケール（８ｂｉｔデータ、各パッチ１５ｍｍ四方）に上記のウェイトマトリクスを使用して誤差拡散処理を施したものである。
【００２５】
次に、出力画像の評価について説明する。２５６段のパッチのうちのあらかじめ決定した１７段を使用して、この１７段のパッチをスキャナーで読み込み、下記で説明する方法によって粒状度を計算・導出した。
この「粒状性」とは、一般に高画質の指標と考えられている「ドット再現性」とは異なり、次のように定義される。すなわち、「粒状性」とは、「均一であるべき画像がどれだけざらついているかを表す主観評価値」と定義され、この主観的な評価値である粒状性を客観的に表した量が粒状性の評価尺度であり、「粒状度」である。この「粒状度」として標準化されているものとして次式の「ＲＭＳ粒状度」があり、ＡＮＳＩ　ＰＨ−２．４０−１９８５で標準化されている。
【数３】
ＲＭＳ粒状度（σＤ）＝［１／ＮΣ（Ｄｉ−Ｄａ）^２］^１／２
Ｄｉ：濃度分布
Ｄａ：平均濃度（Ｄａ＝１／ＮΣＤｉ）
【００２６】
このほか、画像の濃度変動のパワースペクトラムである　Ｗｉｎｅｒ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍを用いた粒状度が定義されている。ＸｅｒｏｘのＤｏｏｌｅｙとＳｈａｗは　Ｗｉｎｅｒ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍを適用し、次式で示すように、視覚の空間周波数特性（Ｖｉｓｕａｌ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　：　ＶＴＦ）とカスケードした後、積分した値を粒状度（ＧＳ）とした。（詳細は　Ｒ．Ｐ．Ｄｏｏｌｅｙ，Ｒｓｈａｗ　：　Ｎｏｉｓｅ　Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ　ｉｎＥｌｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｏｔｏｇｒ．Ｅｎｇ．，５，４（１９７９），ｐｐ１９０−１９６参照）
【数４】
ＧＳ＝ｅｘｐ（−１．８Ｄａ）∫（ＷＳ（ｆ））^１／２ＶＴＦ（ｆ）ｄｆ
Ｄａ：平均濃度
ｆ：空間周波数（ｃ／ｍｍ）
ＷＳ（ｆ）：　Ｗｉｎｅｒ　Ｓｐｃｔｒｕｍ
ＶＴＦ（ｆ）：視覚の空間周波数特性
【００２７】
本実施形態における「粒状度」は、このＤｏｏｌｅｙとＳｈａｗの粒状度をさらに発展させ、次の式によって定義する。
【数５】
粒状度＝ｅｘｐ（ａＬ＋ｂ）∫（ＷＳＬ（ｆ））^１／２ＶＴＦ（ｆ）ｄｆ
Ｌ：平均明度
ｆ：空間周波数（ｃ／ｍｍ）
ＷＳＬ（ｆ）：明度変動のパワースペクロトラム
ＶＴＦ（ｆ）：視覚の空間周波数特性
ａ：係数（＝０．１０４４）
ｂ：係数（＝０．８９４４）
【００２８】
この場合には、画像の濃度ではなく、明度Ｌ＊を使用する。後者の方が色空間のリニアリティーに優れ、カラー画像への適応性も優れる点が特徴である。以下で記載する粒状度はこの式によって定義された粒状度である。
【００２９】
粒状度はその定義からして画像のノイズ特性を表している。出力画像の粒状度を上述の手法によって測定することによって、画像のノイズ特性（ざらつき）を数値化することが可能である。粒状度の数値はその定義からも分かるように、ざらつきが良好である場合には値が小さく、ざらつきが悪くなるに従って値が大きくなる。発明者は、出力画像をスキャナー（ＦＴ−Ｓ５０００：大日本スクリーン社製）で読み込んだ後に、上述の計算式にもとづき粒状度の計算行なった。
【００３０】
図９が粒状度の数値化の一例を示すグラフであり、横軸が明度、縦軸が粒状度となっている。粒状度は明度ごとに与えられるものであり、明度を１７水準（１７段のパッチ）ごとに粒状度が数値化されている。発明者はこれら１７段のパッチのうち明度値（横軸）が８０、７０、６０、５０、４０にそれぞれもっとも近い５パッチを選択し、この５パッチの粒状度の値を算術平均して算出した値を、その画像出力条件での粒状度とした。以後、本実施形態での「粒状度」は、この算術平均により計算された粒状度であるとする。
【００３１】
表１は、実施例１、２及び比較例１、２における画像出力及び粒状度測定の結果を示す。表１の結果から、ビーム径が大きくなるにしたがって（具体的には５０μｍ（主）×５０μｍ（副）以上）、粒状度の値が著しく悪化することが分かる。粒状度の値としては、０．３以下であれば、印刷をはじめとする電子写真方式以外のハードコピー機器と比較しても遜色なく、高画質の要件を十分満たすと考え、粒状度が０．３以下であることが画質上の制約であると考えた。
【表１】

【００３２】
実施例１〜２、比較例１〜２はいずれも、解像度６００ｄｐｉの２値誤差拡散であり、解像度に基づく１画素あたりの長さＬｐはＬｐ＝４２．３μｍである。図１に示すように、感光体ドラム表面上でのレーザビームＬＢのビーム径をＤとしたときに、次式を満たすことが粒状度を悪化させない条件である。
【数６】
Ｄ＜Ｌｐ
【００３３】
上記数６に示す式の条件を満たすことによって粒状度の悪化を防止することができるメカニズムについては、後で説明することにする。
【００３４】
次に、画像形成装置の解像度を４００ｄｐｉにして画像の出力を行った結果を示す。解像度を６００ｄｐｉから４００ｄｐｉに変更した場合には、１画素あたりの長さＬｐは６３．５μｍである。解像度を４００ｄｐｉに変更して画像の出力を行うためには、実施例１において画素クロックを１３．３ＭＨｚ、ポリゴン回転数を１８１１０．３ｒｐｍに変更することによって実現することができる。
【００３５】
（実施例３）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を４０μｍ（主）×４０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により４００ｄｐｉとした。
【００３６】
（実施例４）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を５０μｍ（主）×５０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により４００ｄｐｉとした。
【００３７】
（実施例５）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を６０μｍ（主）×６０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により４００ｄｐｉとした。
【００３８】
（比較例３）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を７０μｍ（主）×７０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により４００ｄｐｉとした。
【００３９】
表２は、実施例３〜５及び比較例３における画像出力及び粒状度測定の結果を示す。表２から、ビーム径が大きく（具体的には７０μｍ（主）×７０μｍ（副）以上）なると、粒状度の値が悪化することが分かる。４００ｄｐｉにおいても６００ｄｐｉの場合と同じくＤ＜Ｌｐの関係を満たすことが、粒状度を悪化させない条件であることが、表２の結果からわかる。
【表２】

【００４０】
さらに、画像形成装置の解像度を１２００ｄｐｉにして画像の出力を行った結果を示す。解像度を６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉに変更した場合には、１画素あたりの長さＬｐは２１．２μｍである。解像度を１２００ｄｐｉに変更して画像の出力を行うためには、実施例１において画素クロックを５９．２ＭＨｚ、ポリゴン回転数を２７１６５．４ｒｐｍに変更し、ＬＤ数を２倍にすることによって実現することができる。４つのＬＤが必要となるため、光源のレイアウトの制約から１チップ上に４つのＬＤを配列して形成された４チャンネルＬＤアレイを使用した。
【００４１】
（実施例６）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を２０μｍ（主）×２０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により１２００ｄｐｉとした。
【００４２】
（比較例４）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を３０μｍ（主）×３０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により１２００ｄｐｉとした。
【００４３】
（比較例５）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を４０μｍ（主）×４０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により１２００ｄｐｉとした。
【００４４】
表３は、解像度を１２００ｄｐｉにした実施例６及び比較例４〜５における画像出力及び粒状度測定の結果を示している。表３からわかるように、やはりビーム径が大きくなると（具体的には３０μｍ（主）×３０μｍ（副）以上になると）、粒状度の値が著しく悪化することが分かる。１２００ｄｐｉにおいても６００ｄｐｉの場合と同じくＤ＜Ｌｐの関係を満たすことが、粒状度を悪化させない条件であることがわかる。
【表３】

【００４５】
さらに、画像形成装置の解像度を８００ｄｐｉにして画像の出力を行った結果を示す。解像度を６００ｄｐｉから８００ｄｐｉに変更した場合には、１画素あたりの長さＬｐは３１．８μｍである。解像度を８００ｄｐｉに変更して画像の出力を行うためには、実施例１において画素クロックを２６．６ＭＨｚ、ポリゴン回転数を１８１１０．３ｒｐｍに変更し、ＬＤ数を２倍にすることによって実現することができる。解像度８００ｄｐｉの場合においてもやはり４つのＬＤが必要となるため、光源のレイアウトの制約から１チップ上に４つのＬＤを配列して形成された４チャンネルＬＤアレイを使用した。
【００４６】
（実施例７）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を２０μｍ（主）×２０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により８００ｄｐｉとした。
【００４７】
（実施例８）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を３０μｍ（主）×３０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により８００ｄｐｉとした。
【００４８】
（比較例６）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を４０μｍ（主）×４０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により８００ｄｐｉとした。
【００４９】
（比較例７）
アパーチャーの交換により感光体ドラム表面上でのビーム径を５０μｍ（主）×５０μｍ（副）とした。解像度は上述の変更により８００ｄｐｉとした。
【００５０】
表４は、解像度を８００ｄｐｉにした実施例７、８及び比較例６、７における画像出力及び粒状度測定の結果を示している。表４からわかるように、やはりビーム径が大きくなると（具体的には４０μｍ（主）×４０μｍ（副）以上になると）、粒状度の値が著しく悪化することが分かる。そして、８００ｄｐｉにおいても６００ｄｐｉの場合と同じくＤ＜Ｌｐの関係を満たすことが、粒状度を悪化させない条件であることがわかる。
【表４】

【００５１】
次に、解像度に基づく１画素あたりの長さをＬｐ、ビーム径をＤとしたときに、Ｄ＜Ｌｐの関係を満たす場合に、擬似中間調処理方法として誤差拡散法を用いた場合でも粒状性の悪化が起こらない理由を説明する。
電子写真方式の画像形成装置では、通常、現像剤（トナーとキャリアとの攪拌混合物）を周囲に支持した現像スリーブを回転させながら感光体ドラム１上を摺擦するような位置に配置される。このとき、現像スリーブ−感光体ドラム基体間に電圧を印加することにより、感光体ドラム１にトナーを付着させるといった現像工程をもつ。このような電子写真方式の現像工程では、現像剤中に生成される現像電界によって、荷電したトナーが移動し、この結果として感光体ドラム１の所望の位置（レーザーによって露光された位置）にトナーが付着する。
しかし、この現像電界は空間周波数依存性を持つ。この「空間周波数依存性」は、▲１▼感光体膜厚、▲２▼現像ギャップ（感光体ドラムと現像スリーブとの距離）、▲３▼キャリアの電気的特性（誘電率、抵抗率）によって決定される。この現像電界の空間周波数依存性とは、トナーを感光体ドラム１の方向へ引き付ける力が、感光体ドラム上に形成される潜像の空間周波数に依存することである。一例を挙げると、孤立１ドットラインを現像した場合と、１ドットラインで形成した面積率５０％の画像を現像した場合とでは、ライン幅を比較すると両者が一致しない場合があるが、これも現像電界の空間周波数依存性に起因する現象である。また、電子写真方式の画像形成装置では、いわゆるハイライト画像の不安定さを特徴として持つが、これも、ハイライト画像を形成した場合には、孤立１ドット画像などの空間周波数の高い画像構造を持つような画像領域が増えるためである。（これも、このときの空間周波数依存性が、孤立１ドットなどのような高周波域まで追従しないためである。）この電子写真方式での現像の空間周波数依存性は、文献「電子写真の基礎と応用」（電子写真学会偏）（コロナ社）や、富士ゼロックステクニカルレポートＮｏ．１「磁気ブラシ現像過程と理論的研究およびその応用」（寺尾和男ほか）などである程度説明されているので、詳細の説明は省略する。
【００５２】
図１０は、中間調処理として誤差拡散方式を使用して出力した画像のウィナーズスペクトラムである。図１０からわかるように擬似中間調処理法として誤差拡散法を使用した場合、画像データはブロードな空間周波数分布を持つようなスペクトラムとなる。図１０のスペクトラムは出力画像のものであるが、潜像段階においても、周期的な構造を持っていないことは変わらない。従って、あえて空間周波数分布を考えた場合（この場合は感光体上の電荷量分布に相当する）ブロードな分布を持つと考えることができる。このようなブロードなスペクトラムをもつ潜像が、現像工程において現像された場合、図１１に示したような現像電界の空間周波数依存性によって、強調される周波数領域と、鈍化される周波数領域とが現れる。このことを実際の画像上で説明する。
図１２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、誤差拡散処理を施した画像データの説明図及び現像後の画像の説明図である。この画像は、図１２（ａ）に示すように８０／２５５に相当するパッチの一部を１０×１０画素で抽出したものである。画像の右側が比較的低周波な構造になり、左側が比較的高周波な構造を持っている。このような画像データを現像した場合には、図１２（ｂ）に示すように、現像電界の空間周波数依存性により、右側の低周波な構造を持つ部分は強調され、左側の高周波な構造を持つ部分は鈍化されてしまうようなことが起こる。このような画像を巨視的に見た場合には、低周波な濃度変動が発生しているように見え、粒状性の悪い画像となる。
【００５３】
一方、中間調処理法がディザ法の場合には、ウィナーズスペクトラムはシャープな周波数分布を持つスペクトラムとなる（図１３参照）。このような構造を持つ場合には、現像工程での空間周波数依存性においても潜像自体が単一（少数）のスペクトラムのため、全体的に強調されるかあるいは全体的に鈍化されるかというようになる。従って、誤差拡散法のときとは異なり、低周波の濃度変動が発生するようなことがないのである。
電子写真方式では、このように擬似中間調処理法として誤差拡散法を使用した場合には、上述の理由により、粒状性が悪化してしまう。このため、ディザ法が主に使用されるようになっている。
【００５４】
そこで、本実施形態では、すでに説明したように１画素あたりの長さＬｐとビーム径ＤとがＤ＜Ｌｐの関係を満たすことにより、擬似中間調処理方法として誤差拡散法を使用した場合でも、粒状性が悪化することがないようにしている。この粒状性の悪化を抑制できることに関しては、次のようなメカニズムによるものであると考えられる。ビーム径の違いによって露光後の感光体上の電荷分布（現像電界に対応）は、図１４（ａ）及び（ｂ）のようになると考えられる。図１４（ａ）に示すように、ビーム径が小さい場合にはシャープな電荷分布が得られ、この電荷分布によって形成される現像電界もシャープであると考えられる。一方、図１４（ｂ）に示すようにビーム径が大きい場合にはブロードな電荷分布になり、現像電界もブロードになると考えられる。このような電荷分布をもつ感光体に対して現像工程において現像電界が形成され、トナーが付着する。このとき、先ほど説明したように、現像電界での空間周波数依存性により、周囲に形成される画像によって現像電界が変化する。すなわち、低周波な画像になっていれば強調され、高周波な画像になっていれば鈍化されるようなことが起こる。このことは、微視的に現像バイアスが変化していることに対応するため、このような現像工程での空間周波数依存性によってトナーが付着する領域の面積が変化する。ビーム径が小さい場合にはトナー付着部の面積変化が小さくなる。一方、ビーム径が大きい場合にはトナー付着部の面積変化が大きくなる。この面積変化が大きいことが、従来における誤差拡散法を使用した場合での粒状性の悪いことの原因である。先述したように、ビーム径を小さくした場合には、トナー付着部の面積変化が誤差拡散法においても少ないため、低周波数の画像濃度の変動が発生せず、粒状性が悪化しないと考えることができる。
【００５５】
次に、実施例１、３、６、７の画像形成装置と、その比較例８〜１１の比較実験の結果を示す。実験を行ったのは、以下の擬似中間調処理である。
実施例１：誤差拡散Ａ（６００ｄｐｉ（主）×６００ｄｐｉ（副）相当、ウェイトマトリクスＡ）
実施例３：誤差拡散Ａ（４００ｄｐｉ（主）×４００ｄｐｉ（副）相当、ウェイトマトリクスＡ）
実施例６：誤差拡散Ａ（１２００ｄｐｉ（主）×１２００ｄｐｉ（副）相当、ウェイトマトリクスＡ）
実施例７：誤差拡散Ａ（８００ｄｐｉ（主）×８００ｄｐｉ（副）相当、ウェイトマトリクスＡ）
比較例８：２８０ｌｐｉディザ（スクリーン各４５°、副走査方向への周期構造：あり：副走査方向周期６画素）
比較例９：２４０ｌｐｉディザ（スクリーン角５３°、副走査方向への周期構造：あり：副走査方向周期２５画素
比較例１０：２１２ｌｐｉディザ（スクリーン各４５°、副走査方向への周期構造：あり：副走査方向周期８画素）
比較例１１：１７０ｌｐｉディザ（スクリーン各４５°、副走査方向への周期構造：あり：副走査方向周期１０画素）
【００５６】
表５は、上記実験の結果である。
擬似中間調処理法として誤差拡散法を使用した実施例１、３、６、７の画像形成装置においては粒状度が十分良好であった。さらに今回異常画像として取り上げたその他（粒状度以外の項目）の項目（▲１▼複数ＬＤ間の光量差を原因とする濃度変動、▲２▼モアレ、▲３▼階調再現において階調の直線性）のすべてにおいて問題は発生しなかった。
これに対して、擬似中間調処理法としてディザ法を使用した場合には、上記の異常画像のすべてを完全に満たす条件は見つからなかった。
【表５】

【００５７】
次に、本発明のさらに他の実施例について説明する。
（実施例９）
図１５は、実施例９の画像形成装置における光学ユニットの概略図である。この実施例９では、前述の実施例１の光学ユニットを感光体ドラム表面に対して並列に配置したような構成になっている。このことにより、レーザービームが感光体上を走査する区間を短くすることができるため、次のようなメリットを持つ。
▲１▼幅の広い画像に対応することができる。（いわゆる広幅機）
▲２▼レーザービームの走査区間が短いためビーム径を細くしやすい。
▲３▼画素クロックを遅くできる。
その反面、図１６からわかるように、レーザービームのつなぎ目が画像中央に現れてしまうという問題がある。ＬＤ間に光量差が存在する場合、画像中央部であるために、写真画像などのように中間調（中濃度）を多く含む画像などでは、このつなぎ目で濃度差が発生してしまうという問題がある。これに対しても、擬似中間調処理法として周期的な構造を持たない誤差拡散法などを用いた場合には、光量差が画像上に濃淡として現れるようなことがないため、上述の問題が発生しない画像形成装置を実現することができる。
【００５８】
以上、本実施形態によれば、解像度に基づいて算出される１画素の長さをＬｐとし感光体ドラム表面上での照射光のビーム径をＤとしたときＤ＜Ｌｐを満たすようにしている。これにより、上記実施例１の項で説明したように、電子写真方式を用いた画像形成装置における特有の問題を解決できる。すなわち、特定の周期構造を持たない擬似中間調処理法（たとえば誤差拡散法）を使用した場合に画質上の重要な項目である「粒状性」の悪化という問題を解決することができる。これは、ビーム径を特定の範囲内に制限することによって、現像工程での問題である現像電界の周波数依存性の影響を受けづらくなるためである。この現像の空間周波数依存性とは、現像電界が書き込みのパターン（画像の空間周波数）によって変化することを意味するものであり、そして結果として、擬似中間調処理後の画像データには本来存在しないような低周波の濃度変動が現像後の画像には発生するといった問題を引き起こす。この「粒状性」の悪化は、本来均一であるべき画像領域においてざらついた印象をあたえ、特に写真などのピクトリアル画像においては画質劣化の非常に大きな原因となる。請求項１の画像形成装置では、擬似中間調処理法として、特定な周期構造を持たない擬似中間調処理方法を使用しても、粒状性の悪化することのない電子写真方式の画像形成装置を実現することができる。
さらに、擬似中間調処理法として特定な周期構造を持たない擬似中間調処理方法を使用することにより、次の▲１▼及び▲２▼の長所を有する画像形成装置を実現することができる。
▲１▼モアレが発生することのなく中間調を表現することができる。
▲２▼書き込みの位置ズレなどの影響が画像上に現れることなく中間調を表現することができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、誤差拡散法を用いた擬似中間調処理を行なっている。この誤差拡散法はＦＭスクリーンと呼ばれる擬似中間調処理法であり、ドットの密度を変化（周波数変調）させて画像の濃淡を再現する方法である。このため、周期的な構造を持たず、上記▲１▼及び▲２▼と同じ効果ををもつ。さらに、誤差拡散法は、入力画像から擬似中間調処理後画像を得る際に、各画素ごとに入力画像の値と処理後画像との差を周辺の画素に振り分けるため、平均的に見ると画像濃度の再現性が良い。
これに対して、ディザ法では入力画像と処理後画像との差が生じた場合には、この分の誤差は無視されるので、画像濃度の再現性という観点ではわずかに誤差拡散法に劣る。このほか、ブルーノイズ法なども、画像濃度の再現性という観点ではわずかに誤差拡散法に劣る。
【００６０】
また、本実施形態では、実施例９で示したように複数の発光部（ＬＤ：レーザーダイオード）を有するように露光装置３の光学ユニットを構成することもできる。この場合には、各発光部での光量の差を原因とするような画像上に知覚することができるような空間周波数（５０〜１００ｌｐｉ程度）の濃度ムラが発生するといった問題がある。各発光点の光量は、先述したとおり、▲１▼電気的クロストーク、▲２▼熱的クロストーク、▲３▼発光素子の経時劣化の違い、▲４▼発光素子の温度依存性の違い、などによって光量差が生じてしまう。このような光量差によって、先述の画像上に本来存在しないような濃度ムラが発生してしまう。この問題に対しても、擬似中間調処理法として周期的な構造をもたない擬似中間調処理方法を組み合わせることが有効である。周期的な構造をもたない擬似中間調処理方法を採用することにより、上述のようなＬＤ間の光量差が発生するような場合であっても、異常画像が発生することのない画像形成装置を長期間に渡って実現することができる。また、環境変化の大きな使用条件下においても異常画像が発生することのない画像形成装置を実現することができるようになる。また、複数ＬＤを使用せざるを得ないような高速の画像形成装置において、上述のような画像形成装置を実現することができるようになる。
【００６１】
また、本実施形態では、露光装置３の光源として、複数の発光部が十数μｍ〜数十μｍの間隔で１チップ上にアレイ状に配列してある発光部材を用いることができる。このような発光部材を用いた場合は、次のような効果を奏することができる。まず、発光部同士が極めて近いため、光学ユニット内を通過する各光源の光路ほぼ同じであることある。このことは、光学ユニット内に配置される光学素子（ｆ−θレンズ、折り返しミラーなど）を上記光路が通過する位置が極めて近いことを意味する。このため、光学素子の特性が近い場所（部位）を複数の光源が使用できるようになる。従って、▲１▼感光体上でのレーザービームの露光位置が各光源について一致させやすい、▲２▼感光体上でのレーザービームのいわゆるスポット径を一致させやすい、といった長所がある。さらに、半導体レーザーダイオードの場合には、製造上の理由により、１チップ上の形成されるＬＤアレイでは、各発光部（発光源）から出射されるレーザ光の波長差が非常に小さいといった特徴がある。このようにレーザ光の波長差が小さくことにより、感光体ドラム表面上での露光位置が発光部（発光源）ごとにズレるといった現象が発生しにくくなる。
発光部がアレイ状に配列した発光部材では、上記のような長所がある反面、次に挙げるような欠点を併せ持つ。この種の発光部材では、先述したように各発光部間の距離が十数μｍ〜数十μｍの間隔であるため、各発光部の発熱によって１つの発光部の光変調の影響が隣接する発光部に光量の変動として影響する。いわゆる熱的なクロストークが大きくなる傾向がある。また、ＬＤの変調電流が隣接する発光部に電気的誘導を引き起こすような電気的なクロストークも大きい。これらの熱的なクロストークや電気的なクロストークの問題に対しても擬似中間調処理法として周期的な構造をもたない擬似中間調処理方法を組み合わせることが有効である。周期的な構造をもたない擬似中間調処理方法を採用することにより、出力画像上にはクロストークによる各発光部の光量差によって引き起こされる異常画像（副走査方向への画像濃淡）が発生しなくなる。このため、上述の発光部がアレイ状に配列した発光部材の長所のみが生かせるようになり、位置精度の高い画像形成装置を実現することができるようになる。
【００６２】
また、本実施形態では、感光体ドラム１の感光体として、積層型の感光体を用いることができる。感光体としては積層感光体と単層感光体とがあるが、積層型感光体の方が▲１▼高感度を有する、▲２▼光書き込み後、電荷がキャンセルされるまでの時間が短い（応答性がよい）、といった長所がある。その反面、積層型の感光体では、感光体の底面側に電荷発生層が存在するため、フォトキャリアが電荷輸送層中を長い距離（電荷輸送層膜厚に相当する１０〜３０μｍ）を移動しなければならない。この移動の間にフォトキャリア同士のクーロン反発力によってフォトキャリアが感光体の表面方向に広がってしまうといった構造上の問題がある。このようなフォトキャリアの拡散によって、感光体上に形成される静電潜像（感光体上の電荷分布）はビーム径に比べてかなり大きなものになってしまい、また電荷のコントラストとしてもブロードな形状になってしまう。ビーム径に比べての静電潜像の広がりは、擬似中間調処理法としてディザ法などのＡＭスクリーンを使用した場合にはさほど大きな問題にはならない。これは、ディザ法などでは擬似中間調処理をドット集中型で行うことが多く、このような静電潜像の広がりは網点を形成するドットのうち周辺部に位置するドットのみに影響し、内部に存在するドットには影響がないためである。しかし、誤差各拡散法などのＦＭスクリーンを使用する場合には影響が大きい。これは、誤差拡散法などでは、ドットが離散的に形成されることが多く、すべてのドットが周辺部に存在すると考えることができる。このため、静電潜像の広がりの影響がより大きいのである。静電潜像の広がりは結果として、ビーム径の大きな条件での結果と同じであり、周期的な構造をもたない擬似中間調処理方法と組みあわせた場合には粒状性が悪化するといった問題を引き起こす。
本実施形態では、１画素の長さをＬｐとしレーザー光のビーム径をＤとしたとき、Ｄ＜Ｌｐの関係を満たすようにしている。このため、静電潜像の広がりやすい積層型の感光体と、周期的な構造をもたない擬似中間調処理方法とを組み合わせた場合においても、粒状性の悪化を抑制することが可能となる。さらに、積層型の感光体を使用することができることにより、高感度であり、高速応答の感光体を搭載した画像形成装置を実現することができ、ＬＤ出力の低減によるＬＤコストの軽減や、高速化の画像形成装置の実現といった改善が可能となる。
【００６３】
ここで、上記積層型の感光体の電荷輸送層の膜厚を５〜４０μｍの範囲で変化させて上記実施例で提示した画像形成装置において画像出力実験を行った。その結果が表６である。表６から電荷輸送層の膜厚が１０μｍ未満の場合には、感光体の部分的な絶縁破壊によって画像上には細かな黒点が発生した。巨視的には、カブリのような異常画像のようにみえた。一方、膜厚が３０μｍを超えた場合には、本発明の効果が顕著ではなくなるという結果を得た。この原因は明確ではないが、電荷輸送層中でのフォトキャリアのクローン反発による静電潜像の広がりが原因であると考えるている。この結果から、積層型の感光体の電荷輸送層の膜厚を１０〜３０μｍの範囲内にすることにより、絶縁破壊によるカブリが発生することがなく画像形成装置を実現することができる。
【表６】

【００６４】
また、本実施形態の画像形成装置において、解像度は６００ｄｐｉ以上が好ましい。ここまで述べてきた効果については、主に画像上の中間調部分についての効果に注目したものであった。具体的には、擬似中間調処理を施した部分についての「粒状性」についてのものであった。この中間調領域の粒状性に関しては画像形成装置の解像度は４００ｄｐｉ以上であれば問題はなかった。しかしながら、文字部や細線のジャギーに関しては、解像度が４００ｄｐｉ程度では問題となる場合がある。特にトナーの体積平均粒径が小さくなった場合には、トナー像自体の凸凹がかなり円滑になりその分書き込みの解像度不足が知覚されるようになる。具体的にはトナー粒径が７．５μｍ以下となったような場合では、解像度が４００ｄｐｉではジャギーが目立つようになり、画質上好ましくなかった。そこで、解像度を６００ｄｐｉに上げることによって、このようなジャギーを解決することができ高画質化を達成することができた。特にトナー粒径が小さい場合に効果が顕著である。より具体的には、トナーの体積平均粒径が７．５μｍ以下である場合に効果が顕著である。
【００６５】
また、本実施形態において、１画素に対する発光のデューティー比は５０％以下が好ましい。この発光のデューティー比を大きくした場合には、１画素あたりの書き込み面積が大きくなってしまう。これは、レーザーが発光している間もレーザービームは感光体ドラム表面を走査しているためである。図１６及び図１７はそれぞれデューティー比が５０％の場合と１００％の場合におけるレーザービームの走査の様子を模式的にあらわしたものである。各図中の実線で表示したものは１画素に対する照射開始時及び照射終了時のレーザ光の照射スポットである。図１６に示すように１画素に対する発光のデューティー比が５０％の場合は、発光時間中にレーザービームが感光体ドラム表面上を走査する面積が少ない。これに対し、図１７に示すように１画素に対する発光のデューティー比が１００％の場合は、感光体上を走査する面積が大きくなってしまう。つまり、上記発光のデューティー比を大きくしてしまうと、レーザービームの書き込みエネルギーが集中されずに広がってしまい、ビーム径を絞ったことの効果が得られなくなってしまう。レーザービームの書き込みエネルギーが広がってしまった場合には、上述の感光体による静電潜像の広がりと同じ理由により、周期的構造をもたない中間調処理方法と組み合わせた場合には粒状性が悪化すると考えられる。
そこで、１画素に対する発光のデューティー比を５０％以下にすることにより、露光エネルギーを集中させることができる。そして、周期的な構造をもたない擬似中間調処理法と組み合わせても、粒状性の悪化が発生しない画像形成装置を実現することができる。
【００６６】
また、本実施形態における１画素の長さＬｐと照射光のビーム径Ｄとの関係（Ｄ＜Ｌｐ）及び誤差拡散法を組み合わせる構成は、複数色のトナー像を重ね合わせた画像の出力をおこなうカラー画像形成装置において有効である。この種のカラー画像形成装置では、色重ねによる干渉を回避することが要求される。また、わずかな版ズレなどの影響が実質的に現れないようにするためにも、中間調処理方法の周期構造を、各色ごとに一致させないことが有効な対処法である。ディザ法を使用する場合には、いわゆるスクリーン角を角色ごとにずらすことがしばしば利用される。しかしながら、ディザ法を使用した場合にはモアレが発生しやすく、また、書き込み位置精度や複数ＬＤを使用する場合にはＬＤ光量差を原因とする濃度ムラが発生しやすいといった問題が発生しやすい。
これに対して、本実施形態における誤差拡散法などのように副走査方向に周期的な構造を持たない擬似中間調処理法を使用する画像形成装置では、上述のように、画像上に濃度ムラが載ることはない。また、上述の色重ねによる干渉ムラや版ズレによる色変わりについても、副走査方向に周期的な構造を持たない擬似中間調処理をおこなうため、問題が発生しない。その上、カラー画像上での粒状性の悪化も抑制することができる。
【００６７】
また、本実施形態における１画素の長さＬｐと照射光のビーム径Ｄとの関係（Ｄ＜Ｌｐ）及び誤差拡散法を組み合わせる構成は、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの４色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成する場合にも有効である。この場合に、擬似中間調処理としてディザ法を使用しようとするときは、４色重ねによる干渉ムラや版ズレによる色変わりを防止するために、ディザマトリクスを４枚用意し、スクリーン角をつけて組み合わせる必要ある。しかしながら、ディザ法を使用した場合にはモアレが発生しやすく、また、書き込み位置精度や複数ＬＤを使用する場合にはＬＤ光量差を原因とする濃度ムラが発生しやすいといった問題が発生しやすい。
これに対して、本実施形態における誤差拡散法などのように副走査方向に周期的な構造を持たない擬似中間調処理法を使用する画像形成装置では、問題としている画像上に濃度ムラがのるようなことはない。また、上述の色重ねによる干渉ムラや版ズレによる色変わりについても、副走査方向に周期的な構造を持たない擬似中間調処理をおこなうため、問題が発生しない。その上、４色のトナー像を重ね合わせたカラー画像上での粒状性の悪化も抑制することができる。
【００６８】
なお、本発明を適用可能なカラー画像画像形成装置の構成は、特定の構成に限定されるものではない。例えば、本発明は、タンデムタイプ（直接転写）のカラー画像形成装置、タンデムタイプ（中間転写）のカラー画像形成装置、リボルバータイプのカラー画像形成装置等に適用することができる。
図１８は、いわゆるタンデムタイプ（直接転写）のカラー画像形成装置の概略構成図である。このカラー画像形成装置は、張力ローラ１５に掛け回された紙搬送ベルト１６で搬送される記録シートの搬送方向に沿って、４組の画像形成部１７〜２０が配設されている。各画像形成部１７〜２０は、前述の画像形成装置（図２）と同様に、感光体ドラム１や帯電装置２等を備え、互いに異なる色（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）のトナー像を形成するものである。各画像形成部１７〜２０の感光体ドラム１に形成されたトナー像は、感光体ドラム１と転写ローラ２１とが対応している転写位置で、記録シート６上に順次重ね合わせるように転写される。カラー画像が転写された記録シート６は、定着装置８でトナー画像が定着された後、機外に排出される。なお、紙搬送ベルト１６の表面に付着している残トナー等の汚れは、ベルトクリーニング装置２２でクリーニングされる。
図１９は、いわゆるタンデムタイプ（中間転写）のカラー画像形成装置の概略構成図である。このカラー画像形成装置は、張力ローラ１５に掛け回された中間転写体としての中間転写ベルト２３の張架方向に沿って、４組の画像形成部１７〜２０が配設されている。各画像形成部１７〜２０は、前述の画像形成装置（図２）と同様に、感光体ドラム１や帯電装置２等を備え、互いに異なる色（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）のトナー像を形成するものである。各画像形成部１７〜２０の感光体ドラム１に形成されたトナー像は、感光体ドラム１と転写ローラ２１とが対応している転写位置で、中間転写ベルト２３上に順次重ね合わせるように転写される。中間転写ベルト２３上に転写されたカラー画像は、２次転写用の転写ローラ２４が対向する２次転写位置で記録シート６に一括転写される。カラー画像が転写された記録シート６は、定着装置８でトナー画像が定着された後、機外に排出される。なお、中間転写ベルト２３の表面に付着している残トナー等の汚れは、ベルトクリーニング装置２２でクリーニングされる。
図２０は、いわゆるリボルバータイプのカラー画像形成装置の概略構成図である。このカラー画像形成装置は、一つの感光体ドラム１上に互いに異なる色（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）に対応する静電潜像が形成される。感光体ドラム１上の各色の静電潜像は、リボルバ現像装置４０が順次回転することにより、対応する色のトナーで現像される。感光体ドラム１上に形成される各色のトナー像は、転写ローラ２６が対向する転写位置で、紙搬送ドラム２５に保持されている記録シート６上に順次重ね合わせて転写される。すべての色のトナー像が転写された記録シート６は、定着装置８でトナー画像が定着された後、機外に排出される。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１乃至９の発明によれば、像担持体上の照射光のビーム径Ｄを、解像度から算出される１画素の長さＬｐよりも小さくしている。これにより、モアレが発生しにくく階調再現性にも優れた誤差拡散法などの特定な周期構造を持たない擬似中間調処理方法を使用しても、現像電界の空間周波数依存性の影響を受けやすい低空間周波数の画像部分が発生しにくくなる。従って、低空間周波数の画像部分の発生に起因した粒状性の悪化を抑制するすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置における感光体ドラム表面上のレーザビームＬＢのビーム径Ｄと１画素の長さＬｐとの関係を示す説明図。
【図２】同画像形成装置の概略構成図。
【図３】画像処理部を含む制御系の要部を示すブロック図。
【図４】露光装置における光学ユニットの概略構成図。
【図５】画像処理部の誤差拡散処理部における処理内容の説明図。
【図６】ウェイトマトリックスＡの説明図。
【図７】他のウェイトマトリックスＢの説明図。
【図８】更に他のウェイトマトリックスＣの説明図。
【図９】粒状度の数値化の例を示すグラフ。
【図１０】誤差拡散法でのウィナーズスペクトラムを示すグラフ。
【図１１】現像電界の空間周波数依存性を示すグラフ。
【図１２】（ａ）は、誤差拡散処理を施した画像データの説明図。（ｂ）は、現像工程後の画像の説明図。
【図１３】ディザ法でのウィナーズスペクトラムを示すグラフ。
【図１４】（ａ）は、ビーム径が小さいときのトナー付着領域の変化を説明するための説明図。（ｂ）は、ビーム径が大きいときのトナー付着領域の変化を説明するための説明図。
【図１５】実施例９で用いた光学ユニットの概略構成図。
【図１６】発光のデューティー比が５０％のときのレーザービームの走査の様子を示す説明図。
【図１７】発光のデューティー比が１００％のときのレーザービームの走査の様子を示す説明図。
【図１８】本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図。
【図１９】他の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図。
【図２０】更に他の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図。
【符号の説明】
１　　　感光体ドラム
１ａ　　感光体ドラム表面
２　　　帯電装置
３　　　露光装置
４　　　現像装置
５　　　転写装置
６　　　記録シート
７　　　クリーニング装置
８　　　定着装置
１０　　画像処理部
１０１　ＭＴＦフィルタ処理部
１０２　γ処理部
１０３　擬似中間調処理部
３０１　ＬＤ（レーザーダイオード））
ＬＢ　　感光体ドラム表面上のレーザービームの照射スポット

Claims

像担持体と、入力画像データに擬似中間調処理を施して出力用画像データを生成する擬似中間調処理手段と、該出力用画像データに基づいてビーム状の照射光を該像担持体に照射して潜像を形成する露光装置と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備え、
該擬似中間処理手段が、特定の周期構造を持たない擬似中間調処理方法によって擬似中間調処理を行なうものである画像形成装置において、
解像度に基づいて算出される１画素の長さをＬｐとし、該像担持体上での該照射光のビーム径をＤとしたとき、Ｄ＜Ｌｐを満たすことを特徴とする画像形成装置。
像担持体と、入力画像データに擬似中間調処理を施して出力用画像データを生成する擬似中間調処理手段と、該出力用画像データに基づいてビーム状の照射光を該像担持体に照射して潜像を形成する露光装置と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備え、
該擬似中間処理手段が、特定の周期構造を持たない擬似中間調処理方法によって擬似中間調処理を行なうものであり、
該露光装置における光源が複数の発光部を有するものである画像形成装置において、
解像度に基づいて算出される１画素の長さをＬｐとし、該像担持体上での各発光部からの照射光のビーム径をＤとしたとき、Ｄ＜Ｌｐを満たすことを特徴とする画像形成装置。
請求項２の画像形成装置において、
上記光源が、１チップ上に複数の発光部がアレイ状に配列された発光部材であることを特徴とする画像形成装置。
像担持体と、入力画像データに擬似中間調処理を施して出力用画像データを生成する擬似中間調処理手段と、該出力用画像データに基づいてビーム状の照射光を該像担持体に照射して潜像を形成する露光装置と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備え、
該擬似中間処理手段が、特定の周期構造を持たない擬似中間調処理方法によって擬似中間調処理を行なうものであり、
該像担持体が、電荷発生層の上に電荷輸送層が形成された積層型の感光体である画像形成装置において、
解像度に基づいて算出される１画素の長さをＬｐとし、該像担持体上での該照射光のビーム径をＤとしたとき、Ｄ＜Ｌｐを満たすことを特徴とする画像形成装置。
請求項４の画像形成装置において、
上記像担持体の電荷輸送層の膜厚が１０μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、
上記特定の周期構造を持たない擬似中間調処理法が、誤差拡散法であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、
上記解像度が６００ｄｐｉ以上であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像形成装置において、
各画素に対する上記照射光のデューティー比が５０％以下であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４、５、６、７又は８の画像形成装置において、
上記像担持体上の潜像を現像して得られた互いに異なる色の複数のトナー像を転写体に重ね合わせてカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。