JP2006096008A - 半導体レーザー駆動制御装置、画像形成装置、及び半導体レーザー駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速、且つ高密度で画像記録を行う際に、ハイライト領域のレーザー発光特性を改善する。
【解決手段】 入力された画像データに基づいて半導体レーザー１１を駆動させる際に、半導体レーザー駆動制御部２０が半導体レーザー１１を駆動させる画素に対するレーザー発光幅の減少を考慮し、半導体レーザー１１を駆動させる画素に補正を加え、補正が加えられた画素に基づいて半導体レーザー１１の駆動を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力された画像データに基づいて半導体レーザーを駆動させる半導体レーザー駆動制御装置、画像形成装置、及び半導体レーザー駆動制御方法に関するものである。

従来、高速、高画質な画像形成装置として、電子写真方式を採用した複写機やレーザービームプリンタなどが知られている。近年、デジタルコンテンツがオフィスや家庭で一般的なものとなったことで、画像形成装置の高画質化への要求は更に高まり、その記録解像度も1200dpi、2400dpi、3600dpiへと高密度化が進んでいる。

このような電子写真方式の画像形成装置は、像担持体にレーザービームなどによって光を照射し、その光が照射された量により画像を形成するものであり、文字などの２値的な画像から写真などの中間調を含む画像まであらゆる画像を形成することができる。

また、中間調を再現する方法としては、例えばディザ法、誤差拡散法、濃度パターン法などを用いることができ、各画素について多値出力することで良好な出力画像を得ることができる。

そして、出力された多値データを照射光量に変換する方式としては、パルス幅変調方式（ＰＷＭ）、パワー変調方式（ＰＭ）、或いはその両者を組み合わせた光量制御方式などが提案されている。

また、近年の画像形成装置に対する記録解像度の高密度化、高画質化への要求に伴い、ハイライト領域での良好なドット再現性の実現が課題となり、様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、複数ビットの画像データのうちの所定ビットの画像データに基づき、半導体レーザーの駆動信号パルス幅を制御するパルス幅変調手段と、複数ビットの画像データのうちの他のビットの画像データに基づき、半導体レーザーの駆動信号振幅を制御するレーザーパワー制御手段とを備えた画像記録装置が記載されている。

例えば、特許文献２には、光強度変調と同時にパルス幅変調を行う画像出力装置において、入力された制御信号により１ドット当たりの出力階調数を切り替える出力モード切り替え手段を備えた画像出力装置が記載されている。

例えば、特許文献３には、パワー変調とパルス幅変調との組み合わせで露光量の制御を行うとき、低濃度領域のみパワー変調のビット数を増やすことにより、低濃度での画像の滑らかさを実現する技術が記載されている。

例えば、特許文献４、５には、a-Si感光体を用いた際に、半導体レーザーの光出力立ち上がり部に、露光強度のオーバーシュートを持たせることで、微小ドットの再現性を向上させる技術が記載されている。

例えば、特許文献６には、半導体レーザーの各発光点毎にレーザーの光出力波形にオーバーシュートを発生させ、レーザー発光の立ち上がりの光強度を定常発光時よりも強くする技術が記載されている。
特許２６９８０９９号公報 特開平９−１１６７５０号公報 特開２００１−１３００５０号公報 特開２００２−３６１９２２号公報 特開２００２−３６１９２５号公報 特開２００３−２６６７６３号公報

上述したように、記録解像度の高密度化、高画質化への要求に伴い、ハイライト領域での良好なドット再現性の実現が課題となり、様々な技術が提案されているが、記録解像度の高密度化、高速化が進んだとき、十分な補正を実現することが難しくなっている。

即ち、記録解像度が2400dpi、3600dpiなどへと高密度化されると、１画素の記録面積が小さく、記録時間も短くなり、その記録面積内、記録時間内では、十分な光量補正を行うことができなくなる。

また、記録解像度の高密度化と高速化が進むことで、データ処理の制限、或いは人間の視認感度上十分な情報量であることから、１ビット、２ビット、３ビットなど１画素当たり少ないビット数で画像記録を行う場合があり、補正を行える幅が限定されてくる。

また、高速化に伴い、レーザー応答のクロックスピードが上昇し、駆動信号、レーザー発光の応答性が十分得られない場合がある。

更に、近年実用化が進む青紫色（バイオレット）レーザーなどの新規なデバイスを利用する場合に、十分なレーザー発光の応答性が得られない場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高速、且つ高密度で画像記録を行う際に、ハイライト領域のレーザー発光特性を改善することを目的とする。

本発明は、入力された画像データに基づいて半導体レーザーを駆動させる半導体レーザー駆動制御装置において、半導体レーザーを駆動させる画素に対するレーザー発光幅の減少を考慮して前記半導体レーザーを駆動させる画素に補正を加える補正手段と、前記補正手段で補正が加えられた画素に基づいて前記半導体レーザーの駆動を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、入力された画像データに基づいて半導体レーザーを駆動させる半導体レーザー駆動制御方法であって、半導体レーザーを駆動させる画素に対するレーザー発光幅の減少を考慮して前記半導体レーザーを駆動させる画素に補正を加える補正工程と、前記補正工程で補正が加えられた画素に基づいて前記半導体レーザーの駆動を制御する制御工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、高速、且つ高密度で画像記録を行う際に、ハイライト領域のレーザー発光特性を改善することができる。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、実施形態における走査光学系の構成を示す図である。図１に示すように、走査光学系は半導体レーザー１１、高速回転するポリゴンミラー１４、ｆ−θレンズ１５からなり、半導体レーザー駆動制御部２０からのレーザー駆動信号に基づいて半導体レーザー１１がレーザー光を明滅する。半導体レーザー１１から放射されたレーザー光束は、コリメータレンズ１２にて略平行光とされ、シリンドリカルレンズ１３によりポリゴンミラー１４上に集光される。そして、一定速度で回転するポリゴンミラー１４上を反射及び偏向され、ｆ−θレンズ群１５を通り、折り返しミラー１６で再び偏光されて感光ドラム１７上にスポット状に結像され、所定の方向（走査方向１８）に等速度で走査される。

尚、半導体レーザー駆動制御部２０は、詳細は後述するデータ補正やレーザー駆動制御を行うＣＰＵと、そのＣＰＵの制御プログラムや各種制御データを格納しているＲＯＭと、ＣＰＵが制御を実行時に使用する作業領域や各種テーブルなどの領域が定義されているＲＡＭとから構成されている。

ここで、入力画像を中間調処理する方法としては、様々なものが使用可能である。通常最も多く用いられる画像処理方法として、ディザ法（Dither Method）と濃度パターン法（Dot Pattern Method）とがある。ディザ法は、図２に示す（ａ）のように、読み取った入力信号の１画素を２値記録用の１画素に対応させて出力する際に、ｍ×ｍの閾値データに基づいて１画素のオン又はオフを決定するものである。

また、濃度パターン法は、図２に示す（ｃ）のように、読み取った入力信号の１画素を複数の記録画素に対応させて出力するものである。

更に、両者の中間に位置する手法として、図２に示す（ｂ）のように、読み取った入力信号の１画素をｍ×ｍのマトリックス内の部分マトリックス（Ｌ×Ｌ）へ対応させる方法がある。この部分画素への対応において、Ｌ＝１のときディザ法に相当し、Ｌ＝ｍのとき濃度パターン法に相当し、任意の値をとることにより出力画像サイズを変化させることができる。

このような２値化手法を用いて、カラー画像の各色のディザパターンを形成する。各色のディザパターンには、図３に示すように、ａ×ａの画素からなる基本網点（基本セル）を適当にずらして配置することにより、スクリーン角を持たせた網点ドットを作ることができる。

ここで、ずらす値（変位ベクトル）をｕ＝（ａ，ｂ）とすると、得られるスクリーン角θは、以下の式によって求められる。

θ＝ｔａｎ^-1（ｂ／ａ）
この変位ベクトルｕの値ａ，ｂを用いる網点の１周期に相当する正方閾値マトリックスのサイズＮは、以下のようになる。但し、ＬＣＭ（ａ，ｂ）はａとｂの最小公倍数を表すものである。

Ｎ＝ＬＣＭ（ａ，ｂ）×（ｂ／ａ＋ａ／ｂ）
また、上述のパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）に位相差を設け、スクリーン角を設ける技術を用いることも可能である。

また、上述のディザパターン形成手法は、多値で出力することも可能である。その場合は、入力画素値と各ディザマトリックスパターンの閾値とを比較し、閾値を越えたときのマトリックスパターンの階調を出力すれば良い。

このときのレーザー発光のパルス幅は階調により制御されるが、そのときの発光位置は画素中の“中央”、“左”、“右”と、マトリックスパターン内の画素位置や周辺画素の影響を考慮して設定可能である。

更に、誤差拡散法やブルーノイズマスクを用いた画像形成手法を用いることも、本実施形態で実現される高精細画像出力には好適である。

次に、図４〜図６を用いて、本実施形態における半導体レーザー駆動制御部２０が行うデータ補正方法について説明する。

図４に示すように、入力画像データの２画素の記録幅４１に基づいてレーザー駆動信号が発せられたときに、レーザー発光素子で遅延が起こり、レーザー駆動信号による所望のレーザー駆動パルス幅４２に対して実際のレーザー発光特性としてレーザー発光幅４３が短くなってしまう。或いは、図５に示すように、レーザー駆動信号自体に遅延５１が起こり、最終的なレーザー発光幅５２が所望のレーザー駆動パルス幅４２に対して短くなってしまう。

尚、図４、図５に示す４４はレーザーの発光立ち上がり画素であり、４５はレーザーの走査方向である。

上述した半導体レーザーを駆動させた際に発生する遅延を考慮して、本実施形態では、図６に示すように、レーザーの発光立ち上がり画素６３のレーザー走査方向６４に対して、少なくとも１画素前の画素データ６５にデータ補正を加えることで、レーザー駆動信号自体がレーザー駆動による所望のレーザー駆動パルス幅６１よりも長く設定され、結果的に所望のレーザー発光幅６２を得ることができる。

また、入力画像データが多値で、レーザー発光の立ち上がり画素７３に多値記録を行う場合、図７に示すように、レーザー駆動パルス幅７１に対して、実際のレーザー発光幅７２が十分に得られない場合、図８に示すように、レーザー発光の立ち上がり画素８３へのデータ補正８５を行うと共に、そのレーザー走査方向８４に対して、一つ前の画素８６に対しても同時にデータ補正を行うことにより、レーザー駆動パルス幅８１を得ることができ、結果的に所望のレーザー発光幅８２を実現することができる。

また、図９に示すように、レーザー発光の立ち上がり画素９４に対してデータ補正９５を行うと共に、そのレーザー走査方向９７に対して、一つ前の画素に行うデータ補正９６を最終的なレーザー発光幅９３が入力データからの所望の発光幅９２より長くなるように、過補正９１を行うことにより、ハイライト領域のドット再現性を向上させるこも可能である。

尚、上述のデータ補正の補正値は、レーザーの発光立ち上がり画素の画素値に基づいて決定されるものとする。

上述したように、記録解像度が2400dpi、データ幅が２ビット、図４に示すような発光立ち上がり特性の半導体レーザーを用いて、スクリーン線数が２１２線の多値ディザ処理により階調画像を出力する際に、図６に示すような補正を行うことにより、図１０に示す補正前のハイライト領域１００１に対して、図１１に示す１１０１のように、良好な立ち上がり特性を得ることができる。

また、記録解像度が2400dpi、データ幅が２ビット、図１２に示すような発光立ち上がり特性のバイオレットレーザーを用いて、スクリーン線数が２１２線の多値ディザ処理により階調画像を出力する際に、図６と同様な図１３に示すような補正を行うことにより、図１４に示す補正前のハイライト領域１４０１に対して、図１５に示す１５０１のように、良好な立ち上がり特性を得ることができる。

更に、入力された画像データに対して十分なレーザー発光の応答性が得られている場合でも、更なるハイライト領域の再現性を実現するために、本発明を適用しても良い。

尚、本発明は複数の機器（例えば、ホストコンピュータ，インターフェース機器，リーダ，プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、１つの機器からなる装置（例えば、複写機，ファクシミリ装置など）に適用しても良い。

また、本発明の目的は前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ若しくはＭＰＵ）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。

この場合、記録媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記録媒体は本発明を構成することになる。

このプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えばフロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどを用いることができる。

また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

更に、記録媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

実施形態における走査光学系の構成を示す図である。 入力画像を中間調処理する画像処理方法を説明するための図である。 スクリーン角を説明するための図である。 レーザー発光素子の遅延によるレーザー発光特性を示す図である。 レーザー駆動信号自体の遅延によるレーザー発光特性を示す図である。 補正後のレーザー発光特性を示す図である。 多値記録におけるレーザー発光特性を示す図である。 多値記録における補正後のレーザー発光特性を示す図である。 多値記録における補正後のレーザー発光特性を示す図である。 補正前のハイライト領域１００１の特性を示す図である。 補正後のハイライト領域１１０１の特性を示す図である。 バイオレットレーザーのレーザー発光特性を示す図である。 補正後のバイオレットレーザーのレーザー発光特性を示す図である。 バイオレットレーザーの補正前のハイライト領域１４０１の特性を示す図である。 バイオレットレーザーの補正後のハイライト領域１５０１の特性を示す図である。

符号の説明

１１ 半導体レーザー
１２ コリメータレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
１４ ポリゴンミラー
１５ ｆ−θレンズ
１６ 折り返しミラー位置
１７ 感光ドラム
１８ 走査方向

Claims (11)

1. 入力された画像データに基づいて半導体レーザーを駆動させる半導体レーザー駆動制御装置において、
   半導体レーザーを駆動させる画素に対するレーザー発光幅の減少を考慮して前記半導体レーザーを駆動させる画素に補正を加える補正手段と、
   前記補正手段で補正が加えられた画素に基づいて前記半導体レーザーの駆動を制御する制御手段とを有することを特徴とする半導体レーザー駆動制御装置。
2. 前記レーザー発光幅の減少は、前記半導体レーザーの発光特性による遅延であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー駆動制御装置。
3. 前記レーザー発光幅の減少は、前記半導体レーザーの駆動信号による遅延であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー駆動制御装置。
4. 前記レーザー発光幅の減少は、前記画素が孤立する場合であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー駆動制御装置。
5. 前記補正手段は、前記半導体レーザーの走査方向における少なくとも１画素前の画素に補正を加えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の半導体レーザー駆動制御装置。
6. 前記補正手段は、前記半導体レーザーの走査方向における少なくとも１画素及び２画素前の複数の画素に補正を加えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の半導体レーザー駆動制御装置。
7. 前記補正手段は、前記半導体レーザーを駆動させる画素の画素値に基づいて所定の画素値を付加することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の半導体レーザー駆動制御装置。
8. 前記入力された画像データの記録解像度は2400dpi以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー駆動制御装置。
9. 前記半導体レーザーは青紫色（バイオレット）レーザーであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー駆動制御装置。
10. 請求項１記載の半導体レーザー駆動制御装置により電子写真方式の画像記録を行うことを特徴とする画像形成装置。
11. 入力された画像データに基づいて半導体レーザーを駆動させる半導体レーザー駆動制御方法であって、
    半導体レーザーを駆動させる画素に対するレーザー発光幅の減少を考慮して前記半導体レーザーを駆動させる画素に補正を加える補正工程と、
    前記補正工程で補正が加えられた画素に基づいて前記半導体レーザーの駆動を制御する制御工程とを有することを特徴とする半導体レーザー駆動制御方法。

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