JP2007140398A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 周辺に形成されるドットからの影響に依らず、所望の大きさを有するドットを形成して良好な階調再現を実現する。
【解決手段】 それぞれが規定するドットの成長パターンが異なる複数のディザマトリックスを有するとともに、注目セルをハーフトーン処理するにあたり使用するディザマトリックス（選択マトリックス）を、注目セルの周囲画素（ハッチング）の階調値に関する値（参照値）から選択する。つまり、複数のディザマトリックスのうち、γ特性を最適にするマトリックスを選択マトリクスとして選択する。
【選択図】 図６

Description

この発明は、画像データをハーフトーン処理することにより階調再現を行う画像形成装置に関するものである。

プリンタ等の画像形成装置により画像形成を行う場合、各画素または各画素の一部領域に対して必要に応じてトナーを付着させることで所望の画像を形成する。つまり、画素毎に該画素の全領域にトナーを付着させるか否かを示す二値または該画素の一部領域にトナーを付着させるか否かを示す多値に基づいて、露光及び現像を実行する。

しかしながら、形成すべき画像に関する情報であるＣＭＹＫデータ等の画像データは、１画素毎に階調値を多階調で表した多値の画像階調データであり上述のような画素毎に該画素の全領域または一部領域にトナーを付着させるか否かを示すデータではない。したがって、プリンタ等の画像形成装置において階調再現を実現するためには、画像データを、上述のようなトナーを付着させるか否かを示すデータに変換する必要がある。なお、「階調再現を実現するために、画像データを、画素毎に該画素の全領域にトナーを付着させるか否かを示す二値または該画素の一部領域にトナーを付着させるか否かを示す多値に変換する処理」を、以下「ハーフトーン処理」と呼ぶ。

そこで、例えば、特許文献１のようなハーフトーン処理が従来より提案されている。かかるハーフトーン処理では、画像データを、互いに隣接する複数の画素から構成されたセル単位にディザマトリックスと比較して二値化している。つまり、特許文献１に記載の技術では、ディザマトリックスはセルが有する各画素に一対一で対応する閾値を有しており、各画素毎に画像データと閾値とを比較して、画像データが閾値以上であれば対応する画素の露光・現像を行うとともに、閾値より小さい場合は露光・現像を行わない。

そして、さらに特許文献１に記載のディザマトリックスは、該ディザマトリックスが有する閾値がディザマトリックスの中央部に行くほど小さく逆に端部に行くほど大きくなるように構成されている。したがって、ディザマトリックスにより二値化されたデータに基づいて各画素を露光・現像することで、セル毎に該セルの画像データが有する階調に対応した大きさのドットが形成される。つまり、かかるハーフトーン処理を実行する画像形成方法では、セル毎に画像データに対応した大きさのドットを形成することで、多段階の階調再現を実現している。

特開２００５−９９８１７号公報

しかしながら、このようにして形成されるドットの大きさは、次に図９を用いて説明するように、該ドットの周囲に形成されるドットの影響により変動する場合があった。その結果、本来形成されるべきドット（以下「理想ドット」と言う）の大きさに対して実際に形成されるドット（以下、単に「ドット」と言う場合は実際に形成されるドットを指す）の大きさが異なる場合があった。

図９は、異なる大きさのドットを隣接して形成した場合の、理想ドットとドットとを比較した図である。ここで、小さい正方形は１画素を表し、太実線は１セルを表し、ハッチングは理想ドットまたはドットを表す。つまり、同図のセルは４画素×４画素で構成されている。同図が示すように、比較的小さい理想ドットが隣接する場合は、ドットは理想ドットに対して大きくなる。また、中程度の大きさの理想ドットが隣接する場合は、ドットは理想ドットに対して小さくなる。また、比較的大きい理想ドットが隣接する場合は、ドットはセルの全領域に形成され理想ドットに対して大きいドットが形成される。

このように、周囲に形成されるドットの大きさにより、理想ドットに対してドットの大きさがズレるということは、周囲の画像データの階調値によって理想ドットに対してドットの大きさがズレることを意味する。言い換えると、周囲の画像データの階調値が、ある階調範囲に在る場合は理想ドットに対してドットの大きさが大きくなる方向にズレる一方、他の階調範囲に在る場合は理想ドットに対するドットの大きさが小さくなる方向にズレるという現象が発生することとなる。その結果、画像データの階調値と実際に形成される画像の階調値とが異なり、画像データの階調値と実際に形成される画像の階調値の関係を表すいわゆるγ特性のリニアリティが低下するため、良好な階調再現が実現できないという問題が発生する場合があった。

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、周囲に形成されるドットの影響に依らず所望の大きさのドットの形成を可能とすることでγ特性のリニアリティの低下を防止し、良好な階調再現を実現する技術を提供することを目的としている。

この発明にかかる画像形成装置は、互いに隣接する複数の画素から構成されるセルを副走査方向に駆動される潜像担持体表面に対して仮想的に複数配列するとともに、１画素毎に階調値を表した画像データに対してセル毎に画像データの階調値に応じた大きさのドットを潜像担持体の表面にトナーを付着させることで形成して階調再現を行う画像形成装置であって、上記目的を達成するために、複数のディザマトリックスを有するとともに該複数のディザマトリックスの１つを選択マトリックスとしてセル毎に選択し、該セルの画像データと選択マトリックスとを１画素毎に比較することで、画像データを、画素毎に該画素の全領域にトナーを付着させるか否かを示す二値または該画素の一部領域にトナーを付着させるか否かを示す多値であるハーフトーン階調データに変換するハーフトーン処理を実行する画像処理手段と、ハーフトーン階調データに基づいて潜像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像にトナーを付着させてドットを形成する現像手段とを備え、複数のディザマトリックスは、それぞれが規定する階調値の増大に対するドットの大きさの成長パターンが互いに異なっており、画像処理手段は、ハーフトーン処理を実行しようとする注目セルの周囲に存在する複数の周囲画素の階調値に関する値である参照値から、該注目セルに本来形成されるべき理想ドットの大きさに対するドットの大きさのズレを予測し、該予測に基づいてズレを補償する成長パターンを有するディザマトリックスを選択マトリックスとして選択することを特徴としている。

このように構成された発明では、それぞれが規定する階調値の増大に対するドットの大きさの成長パターンが互いに異なる複数のディザマトリックスを備えている。また、ハーフトーン処理を実行しようとする注目セルの周囲に存在する複数の周囲画素の階調値に関する値である参照値から、該注目セルに本来形成されるべき理想ドットの大きさに対するドットの大きさのズレを予測し、該予測に基づいて該ズレを補償する成長パターンを有するディザマトリックスを選択マトリックスとして選択する。そして、このように選択された選択マトリックスを用いて注目セルに対するハーフトーン処理を実行する。

このように、本発明では、注目セルの周囲に形成されるドットの影響により発生する理想ドットとドットとの大きさにおけるズレを、該注目セルの周囲に存在する周囲画素から予測している。そして、該予想に基づいて、該ズレを補償する成長パターンを有するディザマトリックスを用いてハーフトーン処理を行う。したがって、該ハーフトーン処理により求められたハーフトーン階調データに基づいて露光・現像を行って形成されるドットは、該ドットの周囲の影響に依らず、所望の大きさのドットが形成されることとなる。よって、良好な階調再現を実現することができる。

また、画像形成装置のエンジン特性等に起因して、周囲に形成されるドットの大きさが与える注目セルに形成されるドットの大きさへの影響の程度は、該周囲に形成されるドットと注目セルとの位置関係によって異なる場合がある。そこで、画像処理手段は、注目セルの周囲に存在する複数の周囲画素をそれぞれの位置に応じて複数のグループに分け、複数の周囲画素それぞれついて該周囲画素の階調値に該周囲画素が属するグループに対応した係数で重み付けした値の平均値である重み付け平均値を参照値として、注目セルに本来形成されるべき理想ドットの大きさに対するドットの大きさのズレを予測するように構成しても良い。このように構成することで、上述のような位置関係による影響の違いを参照値に反映させて、より適切なディザマトリックスを選択可能となるため、より正確に所望の大きさのドットが形成される。よって、より良好な階調再現を実現することができるため好適である。

特に、現像手段として、その表面が潜像担持体表面の駆動方向と同一方向で且つ潜像担持体表面より速い速度で駆動されるとともに、該表面に担持するトナーを潜像担持体表面の静電潜像に付着させてドットを形成する現像ローラを採用した現像手段を用いた装置では、次のように構成するのが好適である。すなわち、複数のグループの１つを注目セルの副走査方向上流側に位置する周囲画素から構成された上流グループとし、該上流グループに対応する係数を該上流グループ以外のグループに対応する係数より大きく設定する。この理由について図７を例示しながら説明する。

図７において、実線の正方形は１画素である。また、太実線の正方形は注目セルを表す。つまり、同図では副走査方向に４画素で、該副走査方向に略直交する主走査方向方向に４画素の４×４セルを用いている。また、太破線はグループを表す。つまり、同図では、それぞれ８画素の周囲画素から構成される４つのグループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを、同図中において注目セルの上下左右に設けている。ただし、図７は、上記問題を説明するための例であって、本発明に適用可能なグループの構成はこれに限られるものではない。つまり、注目セルの各辺に隣接する４画素×４辺＝１６画素を周囲画素とするとともに、各グループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを４画素の周囲画素から構成しても良い。また、注目セルの同図における上下方向に位置する辺に隣接する４画素×２辺＝８画素を周囲画素とするとともに、グループＡ，Ｄをそれぞれ４画素の周囲画素から構成しても良い。

図７を用いて説明を続ける。上述の通り、今、現像ローラの表面は潜像担持体よりも速い速度で副走査方向に駆動されている。よって、現像ローラ表面側から見ると感光体を、（１）グループＤ（２）注目セル（３）グループＡの順番に追い越すこととなる。したがって、グループＤに属する周囲画素の階調値が大きくグループＤを含むセルに大きなドットを形成するような場合、現像ローラ表面に担持されたトナーの多くが、グループＤを含むセルにドットを形成するために消費されてしまう。その結果、注目セルにドットを形成する際に現像ローラ表面に担持されるトナーの量は少なくなる。逆に、グループＤに属する周囲画素の階調値が小さくグループＤを含むセルに小さなドットを形成するような場合、グループＤを含むセルにドットを形成するために使用されるトナーは少ない。その結果、注目セルにドットを形成する際に現像ローラ表面に担持されるトナーの量は多くなる。そして、このような、注目セルにドットを形成する際の現像ローラ表面に担持されるトナー量の差異は、実際に注目画素に形成するドットの大きさに影響を与えることとなる。

このように、グループＤに属する周囲画素は、他のクループＡ，Ｂ，Ｃよりも大きな影響を、注目セルに形成されるドットに与える。しかしながら、上述のように構成された発明では、参照値を求めるにあたって、上流グループ（グループＤ）に対応する係数を該上流グループ（グループＤ）以外のグループに対応する係数より大きく設定するように構成している。よって、上流グループ（グループＤ）の影響を適切に参照値に反映させて、最適なディザマトリックスを選択可能となるため、より正確に所望の大きさのドットが形成される。よって、より良好な階調再現を実現することができるため好適である。

＜第１実施形態＞
図１は本発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、いわゆるタンデム方式のカラープリンタであり、潜像担持体としてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを装置本体５内に並設している。そして、各感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ上のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナー像のみを用いてモノクロ画像を形成する装置である。すなわち、この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から印字指令がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１からの印字指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートＳに印字指令に対応する画像を形成する。

このエンジン部ＥＧでは、４つの感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋのそれぞれに対応して帯電ユニット、現像ユニット（現像手段）、露光ユニット（露光手段）およびクリーニング部が設けられている。このように、各トナー色ごとに、感光体、帯電ユニット、現像ユニット、露光ユニットおよびクリーニング部を備えて該トナー色のトナー像を形成する画像形成手段が設けられている。なお、これらの画像形成手段（感光体、帯電ユニット、現像ユニット、露光ユニットおよびクリーニング部）の構成はいずれの色成分についても同一であるため、ここではイエローに関する構成について説明し、その他の色成分については相当符号を付して説明を省略する。

感光体２Ｙは図１の矢印方向（副走査方向）に回転自在に設けられているとともに、該矢印方向に駆動される。つまり、感光体２Ｙの表面（潜像担持体表面）が、副走査方向に駆動されることとなる。このように駆動される感光体２Ｙの周りにその回転方向に沿って、帯電ユニット３Ｙ、現像ユニット４Ｙおよびクリーニング部（図示省略）がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３Ｙは例えばスコロトロン帯電器で構成されており、帯電制御部１０３からの帯電バイアス印加によって感光体２Ｙの外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。そして、この帯電ユニット３Ｙによって帯電された感光体２Ｙの外周面に向けて露光ユニット６Ｙから走査光ビームＬyが照射される。これによって印字指令に含まれるイエロー画像データに対応する静電潜像が感光体２Ｙ上に形成される。このように露光ユニット６Ｙは本発明の「露光手段」に相当するものであり、露光制御部１０２Ｙ（図４）からの制御指令に応じて動作する。

図３は図１の画像形成装置に装備された露光ユニットの構成を示す主走査断面図ある。以下、図２、３を参照しつつ、露光ユニット６の構成および動作について詳述する。なお、露光ユニット６の構成はいずれの色成分についても同一であるため、ここではイエローに関する構成について説明し、その他の色成分については相当符号を付して説明を省略する。

この露光ユニット６Ｙ（６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ）は露光筐体６１を有している。そして、露光筐体６１に単一のレーザー光源６２Ｙが固着されており、レーザー光源６２Ｙから光ビームを射出可能となっている。このレーザー光源６２Ｙは、図２に示す露光制御部１０２Ｙの光源駆動部（図示省略）と電気的に接続されている。そして、後述するように画像信号に応じて光源駆動部がレーザー光源６２ＹをＯＮ／ＯＦＦ制御してレーザー光源６２Ｙから画像データに対応して変調された光ビームが射出される。

露光筐体６１の内部には、レーザー光源６２Ｙからの光ビームを感光体２Ｙの表面（図示省略）に走査露光するために、コリメータレンズ６３１、シリンドリカルレンズ６３２、偏向器６５、走査レンズ６６が設けられている。すなわち、レーザー光源６２Ｙからの光ビームは、コリメータレンズ６３１により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、副走査方向Ｙにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ６３２に入射される。そして、シリンドリカルレンズ６３２を調整することでコリメート光は副走査方向Ｙにおいて偏向器６５の偏向ミラー面６５１付近で結像される。このように、この実施形態では、コリメータレンズ６３１およびシリンドリカルレンズ６３２がレーザー光源６２Ｙからの光ビームを整形するビーム整形系６３として機能している。

この偏向器６５は半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて形成されるものであり、共振振動する振動ミラーで構成されている。すなわち、偏向器６５では、共振振動する偏向ミラー面６５１により光ビームを主走査方向Ｘに偏向可能となっている。より具体的には、偏向ミラー面６５１は主走査方向Ｘとほぼ直交する揺動軸（ねじりバネ）周りに揺動自在に軸支されるとともに、作動部（図示省略）から与えられる外力に応じて揺動軸周りに正弦揺動する。この作動部は露光制御部１０２のミラー駆動部（図示省略）からのミラー駆動信号に基づき偏向ミラー面６５１に対して静電気的、電磁気的あるいは機械的な外力を作用させて偏向ミラー面６５１をミラー駆動信号の周波数で揺動させる。なお、作動部による駆動方式は静電吸着、電磁気力あるいは機械力などのいずれの方式を採用してもよく、それらの駆動方式は周知であるため、ここでは説明を省略する。

偏向ミラー面６５１により偏向された光ビームは、走査レンズ６６を介して感光体２Ｙの表面に走査される。また、上述の通り偏向ミラー面６５１は、遥動軸周りに正弦遥動する。したがって、光ビームは感光体２Ｙの表面に往復走査されることとなる。また、走査方向（+Ｘ）の上流側において走査光ビームの走査経路の端部を折り返しミラー６９により水平同期センサ６０に導いている。かかる水平同期センサ６０は、主走査方向に往復走査される光ビームの１周期毎に光ビームを検出し、水平同期信号Ｈsyncを出力する。そして、該水平同期信号Ｈsyncに基づいて潜像形成動作が制御されることとなる。

図１，２に戻って説明を続ける。上述の露光ユニット６Ｙにより形成された静電潜像は、現像ユニット４Ｙ（現像手段）によってトナー現像される。この現像ユニット４Ｙはイエロートナーを内蔵している。そして、現像器制御部１０４から現像バイアスが現像ローラ４１Ｙに印加されると、現像ローラ４１Ｙ上に担持されたトナーが感光体２Ｙの表面各部にその表面電位に応じて部分的に付着する。その結果、感光体２Ｙ上の静電潜像がイエローのトナー像として顕像化される。また、トナーを担持する現像ローラ４１Ｙの表面は、感光体２Ｙの表面（潜像担持体表面）と同一方向（副走査方向）に駆動されているとともに、その速度は感光体２Ｙの表面の速度よりも速い。つまり、現像ローラ４１Ｙの周速度は感光体２Ｙの周速度よりも速く設定されている。なお、現像ローラ４１Ｙに与える現像バイアスとしては、直流電圧、もしくは直流電圧に交流電圧を重畳したもの等を用いることができるが、特に感光体２Ｙと現像ローラ４１Ｙとを離間配置し、両者の間でトナーを飛翔させることでトナー現像を行う非接触現像方式の画像形成装置では、効率よくトナーを飛翔させるために直流電圧に対して正弦波、三角波、矩形波等の交流電圧を重畳した電圧波形とすることが好ましい。

現像ユニット４Ｙで現像されたイエロートナー像は、一次転写領域ＴＲy1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。また、イエロー以外の色成分についても、イエローと全く同様に構成されており、感光体２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ上にマゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像がそれぞれ形成されるとともに、一次転写領域ＴＲm1、ＴＲc1、ＴＲk1でそれぞれ中間転写ベルト７１上に一次転写される。

この転写ユニット７は、２つのローラ７２、７３に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７２を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｒ2に回転させるベルト駆動部（図示省略）とを備えている。また、中間転写ベルト７１を挟んでローラ７３と対向する位置には、該ベルト７１表面に対して不図示の電磁クラッチにより当接・離間移動可能に構成された二次転写ローラ７４が設けられている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、一次転写タイミングを制御することで各トナー像を重ね合わせてカラー画像を中間転写ベルト７１上に形成するとともに、カセット８から取り出されて中間転写ベルト７１と二次転写ローラ７４との間の二次転写領域ＴＲ2に搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。一方、モノクロ画像をシートＳに転写する場合には、ブラックトナー像のみを感光体２Ｋに形成するとともに、二次転写領域ＴＲ2に搬送されてくるシートＳ上にモノクロ画像を二次転写する。また、こうして画像の２次転写を受けたシートＳは定着ユニット９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部に向けて搬送される。

なお、中間転写ベルト７１へトナー像を一次転写した後の各感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、不図示の除電手段によりその表面電位がリセットされ、さらに、その表面に残留したトナーがクリーニング部により除去された後、帯電ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋにより次の帯電を受ける。

また、ローラ７２の近傍には、転写ベルトクリーナ７５、および垂直同期センサ７７（図２）が配置されている。これらのうち、クリーナ７５は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７２に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７２側に移動した状態でクリーナ７５のブレードがローラ７２に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。また、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の副走査方向への回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖsyncを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色のトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖsyncに基づいて制御される。また、ローラ７２，７３の間には、色ずれセンサ７８が配置されており、各色のトナー像の色ずれ量を検出する。

なお、図２において、符号１１０はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像データを記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

次に、本発明にかかる画像形成装置において実行される信号処理について説明する。図４は、本発明にかかる画像形成装置の信号処理を示す図である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００などの外部装置から画像信号が入力されると、メインコントローラ１１がその画像信号に対し所定の信号処理を施す。メインコントローラ１１は、色変換部１１３、画像処理ユニット１１５、２種類のラインバッファ１１６Ａ，１１６Ｂ、方向切換部１１６Ｃおよびパルス変調部１１７などの機能ブロックを備えている。なお、これらの各機能ブロックはハードウェアにより構成されてもよく、またＣＰＵ１１１、１０１により実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。

ホストコンピュータ１００から画像信号が与えられたメインコントローラ１１では、色変換部１１３がその画像信号に対応する画像内の各画素のＲＧＢ成分の階調レベルを示したＲＧＢ階調データを、対応するＣＭＹＫ成分の階調レベルを示したＣＭＹＫ階調データ（本発明における「画像データ」に相当する）へ変換する。この色変換部１１３では、入力ＲＧＢ階調データは例えば１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）であり、出力ＣＭＹＫ階調データも同様に１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）である。そして、色変換部１１３から出力されるＣＭＹＫ階調データは画像処理ユニット１１５に入力される。

画像処理ユニット１１５（画像処理手段）は、入力されるＣＭＹＫ階調データに対してハーフトーン処理を行う。本発明におけるハーフトーン処理では、互いに隣接する複数の画素により構成されるセルを感光体表面に対して仮想的に複数配列するとともに、各セルに対して階調値に応じた大きさのドットが形成されるように、ＣＭＹＫ階調データ（画像データ）をハーフトーン階調データに変換する。

第１実施形態では、副走査方向Ｙに４画素で主走査方向Ｘに４画素の４×４セルＣＬ44を、感光体２Ｙの表面に仮想的に複数配列する。そして、該４×４セルＣＬ44の１画素に対して１個の閾値を有する（つまり合計で４×４＝１６個の閾値を有する）４×４ディザマトリックスを使用してハーフトーン処理を実行する。かかる４×４ディザマトリックスを用いたハーフトーン処理では、４×４セルＣＬ44のＹＭＣＫ階調データと４×４ディザマトリックスの閾値とを１画素毎に比較する。そして、ＣＭＹＫ階調データが閾値以上である場合は、対応する画素に対して露光・現像を行うと決定する一方、ＣＭＹＫ階調データが閾値未満である場合は、対応する画素に対して露光・現像を行わないと決定する。

図５は、第１実施形態におけるハーフトーン処理で使用するディザマトリックスを示す図である。第１実施形態における画像処理ユニット１１５は、３つの４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3（複数のディザマトリックス）を有する。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3は、それぞれが規定する階調値の増大に対するドットの大きさの成長パターンが互いに異なっている。同図には、階調値が５０，１２０，２００と増大した場合におけるドットの成長の様子が示されている。ここで、ハッチングがされた画素は、ディザマトリックスにより露光・現像を行うと決定された画素である。

例えば階調値５０において、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を用いた場合は、ドットは３画素から構成される。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-2を用いた場合は、ドットは４画素から構成される。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-3を用いた場合は、ドットは２画素から構成される。このように同じ階調値に対して、いずれの４×４ディザマトリックスを用いるかで、ドットの大きさが異なり、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-2を用いた場合は、比較的大きいドットが形成される。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を用いた場合は、比較的小さいドットが形成される。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-3を用いた場合は、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を用いた場合よりもさらに小さいドットが形成される。

階調値１２０においても上述の事情は同様であり、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を用いた場合は、ドットは７画素から構成される。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-2を用いた場合は、ドットは８画素から構成される。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-3を用いた場合は、ドットは６画素から構成される。

さらに、階調値２００においても上述の事情は同様であり、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を用いた場合は、ドットは１２画素から構成される。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-2を用いた場合は、ドットは１３画素から構成される。また、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-3を用いた場合は、ドットは１１画素から構成される。

このように、第１実施形態における３つの４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3は、それぞれが規定する階調値の増大に対するドットの大きさの成長パターンが互いに異なっている。そして、同じ階調値に対して、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-2を用いた場合は比較的大きいドットが形成され、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を用いた場合は比較的小さいドットが形成され、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-3を用いた場合は４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を用いた場合よりもさらに小さいドットが形成される。

第１実施形態における画像処理ユニット１１５は、４×４セルＣＬ44を感光体２Ｙの表面に仮想的に複数配列するとともに、セル毎に上述した４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3のうちの１つを選択マトリックスとして選択する。そして、かかる選択にあたっては、これからハーフトーン処理を実行しようとする４×４セル（注目セル）に対して、周囲画素を設定する。また、周囲画素は、該注目セルの周囲に存在する画素から選ばれる。図６は、第１実施形態における注目セルと周囲画素との関係を示す図である。同図において、実線で囲まれた正方形は画素を、太実線で囲まれた正方形は注目セルを、ハッチングがなされた画素は周囲画素を現す。同図に示すように、第１実施形態では、注目セルの周囲に存在する３２画素を周囲画素として定義している。

次に、画像処理ユニット１１５は、上述のように設定した３２画素の周囲画素の階調値から、該周囲画素の階調値に関連する値である参照値Ｅを求める。第１実施形態では、３２画素の周囲画素の平均値を参照値Ｅとして求める。よって、参照値Ｅは、周囲画素が０〜２５５の階調値を取るのに対応して０〜２５５の階調値を取ることとなる。そして、該参照値に基づいて、３つの４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3から１つの選択マトリックスを選択する。

表１は、参照値Ｅと選択マトリックスとの関係を示す表である。画像処理ユニット１１５は、参照値Ｅが０以上３２未満である場合は、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を選択マトリックスとして選択する。つまり、参照値Ｅが０以上３２未満であるとき、注目セルに形成されるドットは、本来形成されるべき理想ドットよりも大きく形成されると予想する。そして、このように予想した理想ドットに対するドットの大きさのズレを補償するために、３つの４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3のうち、階調値に対して比較的小さいドットが形成される４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1を選択マトリックスとして選択する。

また、参照値Ｅが３２以上１２８未満であるとき、注目セルに形成されるドットは、本来形成されるべき理想ドットよりも小さく形成されると予想する。そして、このように予想した理想ドットに対するドットの大きさのズレを補償するために、３つの４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3のうち、階調値に対して比較的大きいドットが形成される４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-2を選択マトリックスとして選択する。

また、参照値Ｅが１２８以上２５５以下であるとき、注目セルに形成されるドットは、本来形成されるべき理想ドットよりも小さく形成されると予想する。そして、このように予想した理想ドットに対するドットの大きさのズレを補償するために、３つの４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3のうち、階調値に対してより大きいドットが形成される４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-3を選択マトリックスとして選択する。

そして、参照値Ｅから決定された選択マトリックスに基づいて、ＣＭＹＫ画像データに対してハーフトーン処理を実行し、全ての画素の各々に対して露光・現像を行うか否かを示すデータとしてハーフトーン階調データを求める。

再び図４に戻って説明を続ける。上述のようにして求められたハーフトーン階調データは、順方向ラインバッファ１１６Ａおよび逆方向ラインバッファ１１６Ｂに入力される。これらのラインバッファ１１６Ａ，１１６Ｂは画像処理ユニット１１５から出力されるハーフトーン階調データを走査線１ライン分だけ記憶するものである点で共通するが、階調データの読出し順序が相違する。すなわち、順方向ラインバッファ１１６Ａは走査線１ライン分のハーフトーン階調データを先頭から順方向に出力するものであるのに対し、逆方向ラインバッファ１１６Ｂは最後から逆方向に出力するものである。ここで、走査線とは、感光体表面に往復走査される光ビームの軌跡を言う。また、走査線１ライン分のハーフトーン階調データとは、１回の往路走査または復路走査の間に出力されるハーフトーン階調データを言う。このような２種類のラインバッファ１１６Ａ，１１６Ｂを設けた理由は次のとおりである。

上述した露光制御部１０２Ｙの光源駆動部は、パルス変調部１１７からのビデオ信号を受けて露光ユニット６Ｙのレーザー光源６２ＹをＯＮ／ＯＦＦ制御する。そして、かかるビデオ信号は、パルス変調部１１７によって、画像処理ユニット１１５から出力されるハーフトーン階調データを用いて、エンジン部ＥＧの各色画像の露光レーザーパルスをパルス幅変調するために作成されるものである。一方、上述の通り、第１実施形態では共振振動する偏向ミラー面６５１により光ビームを主走査方向Ｘに往復走査している。つまり、光ビームは、互いに走査方向が逆である往路と復路とを交互に往復走査されることとなる。したがって、パルス変調部１１７にハーフトーン階調データを入力するにあたっては、光ビームの走査方向の違いに応じてパルス変調部１１７に入力するハーフトーン階調データの入力順序を変える必要がある。そこで、第１実施形態では順方向ラインバッファ１１６Ａと逆方向ラインバッファ１１６Ｂとを設けている。

そして、こうして出力されるハーフトーン階調データは方向切換部１１６Ｃに入力され、方向切換信号に基づき、一方のラインバッファから出力されるハーフトーン階調データのみが適当なタイミングで方向切換部１１６Ｃからパルス変調部１１７に出力される。つまり、光ビームが順方向に走査される際には、方向切換信号として順方向信号が方向切換部１１６Ｃに与えられ、順方向ラインバッファ１１６Ａからのハーフトーン階調データがパルス変調部１１７へ向けて出力される。一方、光ビームが逆方向に走査される際には、方向切換信号として逆方向信号が方向切換部１１６Ｃに与えられ、逆方向ラインバッファ１１６Ａからのハーフトーン階調データがパルス変調部１１７へ向けて出力される。そして、このようにパルス変調部１１７に入力されたハーフトーン階調データはビデオ信号に変換された後、図示を省略するビデオインターフェイスを介してエンジンコントローラ１０に出力される。

上述のビデオ信号を受けた露光制御部１０２Ｙの光源駆動部（図示省略）は、露光ユニット６（露光手段）のレーザー光源６２ＹをＯＮ／ＯＦＦ制御する。そして、レーザー光源からの光ビームが感光体表面に走査され静電潜像が形成される。さらに、このように形成された静電潜像が現像ユニット４（現像手段）により現像されて各セルに階調値に応じた大きさのドットが形成される。

このように、第１実施形態における画像処理ユニット１１５（画像処理手段）は、注目セルの周囲に周囲画素を設定するとともに、該周囲画素の階調値に関する値である参照値Ｅから、該注目セルに本来形成される理想ドットに対するドットの大きさのズレを予測している。そして、互いに異なるドットの大きさの成長パターンを規定する複数の４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3のうち、該ズレを補償する成長パターンを有するディザマトリックスを選択マトリックスして選択し、該選択マトリックスを用いてハーフトーン処理を実行する。そして、該ハーフトーン処理により得られたハーフトーン階調データに基づいて露光・現像を実行する。よって、周囲に存在するドットの影響により、ドットの大きさが理想ドットの大きさからズレるという現象の発生を抑制して、所望の大きさのドットの形成が可能となっている。よって、γ特性のリニアリティの低下が防止され、良好な階調再現を実現することが可能となっている。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明にかかる画像形成装置の第２実施形態における、画像処理ユニット１１５（画像処理手段）の動作の説明図である。なお、第２実施形態では、特徴部分のみを説明し、その他の部分については、第１実施形態と同様であるので相当符号を付して説明を省略する。図７の画像処理ユニット１１５は、図７のハッチングで示す３２画素を周囲画素としている点で、第１実施形態と同様である。しかしながら、第２実施形態では、３２画素の周囲画素を、注目セルの各辺に対応させて、それぞれ８画素を有する４つのグループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分けている。つまり、周囲画素を、副走査方向Ｙにおいて注目セルの上流側に位置するグループＤ（上流グループ）と、下流側に位置するグループＡと、図７中において注目セルの左側に位置するグループＢと、右側に位置するグループＣとにグループ分けしている。そして、参照値Ｅを式１より求めることとしている。

ただし、式１において、Ａｖｅ（Ａ）はグループＡに属する周囲画素の階調値の平均値を表し、Ａｖｅ（Ｂ）はグループＢに属する周囲画素の階調値の平均値を表し、Ａｖｅ（Ｃ）はグループＣに属する周囲画素の階調値の平均値を表し、Ａｖｅ（Ｄ）はグループＤに属する周囲画素の階調値の平均値を表す。式１に示すように、参照値Ｅを求めるにあたり、グループＤに属する周囲画素の階調値に対して係数２を乗じている。つまり、他のグループＡ，Ｂ，Ｃに属する周囲画素の階調値に対して乗じている係数は１であるのに対して、グループＤに属する周囲画素はより大きい係数２を乗じることで重み付けされている。このように、第２実施形態では、画像処理ユニット１１５は、参照値ＥをグループＤに属する周囲画素に対して重み付けを行った重み付け平均値として求められている。そして、このようにして求められた参照値Ｅから、上記表１に従って選択マトリックスを選択する。よって、グループＤに属する周囲画素の階調値は、選択マトリックスの選択結果に他のグループＡ，Ｂ，Ｃより大きく反映されることとなる。

そして、参照値Ｅから選択された選択マトリックスを用いてハーフトーン処理が行われるとともに、該ハーフトーン処理により求められたハーフトーン階調データに基づいて露光・現像が行われドットが形成される。

上述の通り、第２実施形態における画像処理ユニット１１５では、参照値Ｅを求めるにあたって、グループＤに属する周囲画素を他のグループＡ，Ｂ，Ｃに属する周囲画素よりも大きい係数で重み付けをして求めている。このように、参照値Ｅを求める理由について以下に説明する。

画像形成装置のエンジン特性等に起因して、周囲に形成されるドットの大きさが与える注目セルに形成されるドットの大きさへの影響の程度は、該周囲に形成されるドットと注目セルとの位置関係によって異なる場合がある。特に、上述した実施形態のように、現像ローラ４１Ｙの周速度が感光体２Ｙの周速度より速く設定されている場合、次に示すような問題が発生する場合がある。

図７を用いて、上述の問題について説明する。今、現像ローラ４１Ｙの表面は、感光体２Ｙの表面（潜像担持体表面）よりも速い速度で副走査方向Ｙに駆動されている。よって、現像ローラ４１Ｙ表面側から見ると感光体を、（１）グループＤ（２）注目セル（３）グループＡの順番に追い越すこととなる。したがって、グループＤに属する周囲画素の階調値が大きくグループＤを含むセルに大きなドットを形成するような場合、現像ローラ４１Ｙの表面に担持されたトナーの多くが、グループＤを含むセルにドットを形成するために消費されてしまう。その結果、注目セルにドットを形成する際に現像ローラ４１Ｙ表面に担持されるトナーの量は少なくなる。逆に、グループＤに属する周囲画素の階調値が小さくグループＤを含むセルに小さなドットを形成するような場合、グループＤを含むセルにドットを形成するために使用されるトナーは少ない。その結果、注目セルにドットを形成する際に現像ローラ４１Ｙ表面に担持されるトナーの量は多くなる。そして、このような、注目セルにドットを形成する際の現像ローラ表面に担持されるトナー量の差異は、実際に注目画素に形成するドットの大きさに影響を与えることとなる。このように、グループＤに属する周囲画素は、他のクループＡ，Ｂ，Ｃよりも大きな影響を、注目セルに形成されるドットに与える。

これに対して、第２実施形態にかかる画像処理ユニット１１５では、参照値Ｅを求めるにあたって、グループＤ（上流グループ）に属する周囲画素に対する係数を他のグループＡ，Ｂ，Ｃに属する周囲画素に対する係数よりも大きく設定している。よって、Ｄグループ（上流グループ）の影響を適切に参照値に反映させて、最適なディザマトリックスを選択可能となるため、より正確に所望の大きさのドットが形成される、よって、より良好な階調再現を実現することができるため好適である。

＜その他＞
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。上記実施形態では、セルとして副走査方向に４画素で主走査方向に４画素の４×４セルＣＬ44を用いたが、セルの形状または大きさはこれに限られるものではなく、要求される階調分解能や解像度に応じて変更可能である。

また、上記実施形態では、ハーフトーン処理において４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3を用いたが、使用可能なディザマトリックスとしてはこれらに限られるものではなく、ハーフトーン処理において使用するセルに応じて変更可能であり、要求される階調分解能や解像度に応じて変更可能である。

また、上記実施形態では、画像処理ユニット１１４は、４×４ディザマトリックスＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3の３個のディザマトリックスを有しているが、ディザマトリックスの個数としては、これに限られるものではなく、要求されるγ特性のリニアリティ応じて変更可能である。つまり、γ特性のリニアリティが特に要求されるような場合は、それぞれ異なるドット成長パターンを規定する多くのディザマトリックスを用意するとともに、かかる多くのディザマトリックスから最適な選択マトリックスを選択することが好適である。

また、上記第１実施形態では、周囲画素として注目セルの周囲にある３２画素を用いたが、例えば、図８に示すように周囲画素（ハッチング）を注目セルの周囲にある４８画素を用いても良い。ここで、図８は、周囲画素の他の取り方を示す図である。また、副走査方向Ｙにおいて注目セルの上流側８画素と下流側８画素の合計１６画素を周囲画素としても良い。また、上記第２実施形態において、注目セルの各辺に隣接する４画素×４辺＝１６画素を周囲画素とするとともに、各グループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを４画素の周囲画素から構成しても良い。また、注目セルの同図における上下方向に位置する辺に隣接する４画素×２辺＝８画素を周囲画素とするとともに、グループＡ，Ｄをそれぞれ４画素の周囲画素から構成しても良い。

また、上記第２実施形態において、参照値Ｅを求めるにあたりグループＤに属する周囲画素に乗じる係数として２を採用したが、かかる係数は２に限られるものではなく、エンジン特性等に応じて適宜変更可能である。要は、理想ドットとドットとのズレを最適に補償する選択マトリックスを選択するように参照値Ｅを求めればよい。

また、上記実施形態では、画像データを画素毎の該画素の全領域にトナーを付着させるか否かを示す二値に変換するディザマトリックスを用いてハーフトーン処理を実行したが、本発明に使用可能なディザマトリックスはこれに限られるものではなく、例えば、各画素の一部領域にトナーを付着させるか否かを示す多値に変換するようなものを使用しても良い。

また、上記実施形態では、偏向ミラー面６５１により光ビームを走査させる露光ユニット６を用いたが、露光ユニットはこれに限られるものではなく、例えば従来から提案されているような、ポリゴンミラーを用いて光ビームを走査させても良い。

また、上記実施形態では、カラー画像を形成する画像形成装置を用いて説明したが、単色印字のみを行う画像形成装置においても本発明を適用可能である。

本発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 図１の画像形成装置における露光ユニットの構成を示す主走査断面図。 図１の画像形成装置における信号処理ブロックを示す図。 ハーフトーン処理で使用するディザマトリックスを示す図。 第１実施形態における注目セルと周囲画素との関係を示す図。 第２実施形態における、画像処理手段の動作の説明図。 周囲画素の他の取り方を示す図。 本発明の課題を説明する図。

符号の説明

２，２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ…感光体（潜像担持体）、 ４，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ…現像ユニット（現像手段）、 ４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋ…現像ローラ、 ６，６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ…露光ユニット（露光手段）、 ６０…水平同期センサ、 ６２，…レーザー光源、 ７１…中間転写ベルト、 ６５１…偏向ミラー面、 Ｌy，Ｌm，Ｌc，Ｌk…走査光ビーム、 １１…メインコントローラ、 １１５…画像処理ユニット（画像処理手段）、 ＣＭＹＫ…ＣＭＹＫ階調データ（画像データ）、 Ｘ…主走査方向、 Ｙ…副走査方向、 ＭＴＸ44-1，ＭＴＸ44-2，ＭＴＸ44-3…ディザマトリックス、 ＣＬ44…セル

Claims (4)

1. 互いに隣接する複数の画素から構成されるセルを副走査方向に駆動される潜像担持体表面に対して仮想的に複数配列するとともに、１画素毎に階調値を表した画像データに対して前記セル毎に前記画像データの階調値に応じた大きさのドットを前記潜像担持体の表面にトナーを付着させることで形成して階調再現を行う画像形成装置において、
   複数のディザマトリックスを有するとともに該複数のディザマトリックスの１つを選択マトリックスとして前記セル毎に選択し、該セルの画像データと前記選択マトリックスとを１画素毎に比較することで、前記画像データを、画素毎に該画素の全領域にトナーを付着させるか否かを示す二値または該画素の一部領域にトナーを付着させるか否かを示す多値であるハーフトーン階調データに変換するハーフトーン処理を実行する画像処理手段と、
   前記ハーフトーン階調データに基づいて前記潜像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像にトナーを付着させて前記ドットを形成する現像手段と
   を備え、
   前記複数のディザマトリックスは、それぞれが規定する階調値の増大に対するドットの大きさの成長パターンが互いに異なっており、
   前記画像処理手段は、前記ハーフトーン処理を実行しようとする注目セルの周囲に存在する複数の周囲画素の階調値に関する値である参照値から、該注目セルに本来形成されるべき理想ドットの大きさに対するドットの大きさのズレを予測し、該予測に基づいて前記ズレを補償する成長パターンを有するディザマトリックスを前記選択マトリックスとして選択する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記参照値は、前記注目セルの周囲に存在する複数の周囲画素の階調値の平均値である請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記画像処理手段は、前記注目セルの周囲に存在する複数の周囲画素をそれぞれの位置に応じて複数のグループに分け、前記複数の周囲画素それぞれについて該周囲画素の階調値に該周囲画素が属するグループに対応した係数で重み付けした値の平均値である重み付け平均値を前記参照値として、前記注目セルに本来形成されるべき理想ドットの大きさに対するドットの大きさのズレを予測する請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記現像手段は、その表面が前記潜像担持体表面の駆動方向と同一方向で且つ前記潜像担持体表面より速い速度で駆動されるとともに、該表面に担持するトナーを前記潜像担持体表面の前記静電潜像に付着させて前記ドットを形成する現像ローラを有する請求項３記載の画像形成装置であって、
   前記複数のグループの１つは前記注目セルの副走査方向上流側に位置する周囲画素から構成された上流グループであり、
   前記画像処理手段は、前記上流グループに対応する前記係数を該上流グループ以外のグループに対応する前記係数より大きく設定している画像形成装置。
   

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