JP2007304310A - データ処理装置、データ処理プログラムおよびデータ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】領域分割してシミュレーション解析処理を行う場合に、計算負荷の低減を確実に図ることができ、またメモリ使用量についても削減可能にする。
【解決手段】被処理領域に対するイベント発生により当該被処理領域に生じる事象についての解析処理を、当該被処理領域を分割した複数の領域毎に行うデータ処理装置であって、前記イベント発生の後の前記被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識する認識手段１２と、認識したエネルギ強度分布における極大値を抽出する抽出手段１３と、抽出した極大値の位置を境界に設定して前記被処理領域についての領域分割を行う分割手段１４とを備えて、前記データ処理装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シミュレーション解析処理を行うデータ処理装置、データ処理プログラムおよびデータ処理方法に関する。

近年、様々な分野でシミュレーション技術が利用されているが、電子写真方式における露光プロセスや潜像形成プロセス等についても、数値シミュレーションを用いた画像質評価が行われている。

一般に、電子写真の露光方式としては、画像信号に従いつつレーザ光をポリゴンミラーにより走査して書き込むものや、画素解像度間隔に配置されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）アレイの各ＬＥＤ素子を画像信号に対応させて点灯させるもの等が知られている。このような電子写真の露光方式において、例えばＬＥＤアレイを利用する場合を例に挙げると、ＬＥＤ発光素子の光量分布に固体差が生じているとこれに起因して濃度むら等の画質トラブルが発生する可能性があることから、各ＬＥＤ素子が均一の光エネルギ分布となるよう異常のある箇所を特定して個別に出力を補正する必要がある。その場合に、光エネルギの分布不均一による画質への影響は、出力された画像を目視することで行うことが考えられる。ところが、目視により行うのでは、光書き込み後の他のサブプロセス（現像、転写、定着等）の影響を受けるため、画質への影響がどの工程によるものか判別することが困難であり、結果として出力補正を精度よく行えないおそれがある。つまり、光エネルギの不均一性の影響については、他のサブプロセスが関与しない潜像レベルで評価する必要性がある。このことは、ＬＥＤアレイを利用する場合に限らず、レーザ走査を利用する場合についても同様である。ただし、潜像が形成される感光体ドラム上における潜像電位を数μｍの解像度で測定できる計測装置は、現状では存在していない。したがって、数値シミュレーションを用いた潜像評価を行うのである。

ここで、数値シミュレーションを用いた潜像評価について、簡単に説明する。図６（ａ）は電子写真方式の装置で用いられる感光体ドラムの層構造の例を示す図であり、図６（ｂ）はその感光体ドラムにおける潜像形成過程を模式的に示す図である。

図例のように、感光体ドラム２０の表面２１の近傍では、露光により電荷発生層２２に光エネルギが照射されると、光電変換により電荷発生層２２で正電荷２３が生成される。そして、生成された正電荷２３が電荷輸送層２４を表面２１に向かって移動し、帯電による初期電荷（帯電負電荷）２５を中和する。これにより、感光体ドラム２０上では、潜像が形成されることになる。なお、ここではマイナス帯電の例を挙げているが、他にもプラス帯電の場合がある。

このような電荷輸送層２４の内部の電位分布および電荷輸送過程は、ベクトル表記すると、以下の（１）式〜（３）式によって表される。

ここで、φ；電位、ε；誘電率、ｑ；体積電荷密度、ｘ；位置、ｖ；ドリフト速度、μ；モビリティ、Ｅ；電界、Ｄ；拡散係数である。

以上のような（１）式〜（３）式において、（１）式は、感光体ドラム表面近傍の層内の電界分布を求める式である。また、（２）式は、発生した正電荷２３が感光体ドラムの表面側へ電荷輸送層２４中を移流・拡散する現象を表す式で、移流項（左辺）と拡散項（右辺）とからなる。このうち、左辺の移流項は正電荷２３が電荷輸送層２４内の電界分布により駆動される速度で移動する現象を表し、右辺の拡散項は電荷輸送層２４の形成材料特性に起因して生じる拡散現象を表す。また、（３）式は、電荷輸送層２４における正電荷２３の移動速度が、電界と材料特性であるモビリティ（易動度）との積からなることを表す式である。これらの（１）式〜（３）式を連立して解くことにより、任意時間における正電荷２３の輸送過程を求めることができる。

なお、（２）式における左辺の移流項の解法には、数値拡散誤差の少ない手法を使用することが望ましい。数値解析手法として広く使われている有限差分法や有限要素法等を用いると、計算格子幅を無限小にとることができないことによる数値拡散と呼ばれる非物理的な誤差が必ず発生するからである。この誤差は、拡散的な性質を持っているため、物理的に生じた拡散と非物理的に生じた拡散（数値拡散）の識別ができない。そのために、結果を適正に評価できないおそれがある。また、（２）式を解く際には、電荷密度の非物理的な拡散があると、電荷の空間分布に影響を及ぼすが、これが（１）式で電界分布に影響し、結果として電荷の輸送速度、経路、輸送時間等に影響を与えるため、精度のよい解析が行えないおそれがある。
数値拡散誤差の少ない手法としては、エルミート補間に基づくＣＩＰ（Constrained Interpolation Profile）法あるいはその保存型であるＣＩＰ−ＣＳＬ（Conservative Semi Lagrangian）法が提案されている。ただし、広く使われている有限差分法や有限要素法等でも、高次精度スキームを用いたり、時間ステップと計算格子間隔を小さくとることにより、数値拡散の影響を低減することは可能である。

また、（１）式については、感光体ドラムの表面２１とその下部（電荷発生層２２）の電荷状態を境界条件とする電位のポアソン（Poisson）方程式となっている。ただし、ポアソン方程式は、解析時間を多く要することが一般に知られている。また、計算負荷は、計算要素数（格子数）の二乗に依存して増加し、特に計算領域が広い場合には計算時間が著しく増大することになる。例えば、Ａ４やＡ３全面における露光パターンや発光素子の影響による濃度むら等を評価しようとする場合、計算格子点数は、例えば８００ｄｐｉを４分割したものを１画素とすると、１画素約８μｍ、Ａ４全面では２６２５０要素×３４１２５要素＝８．９億個となる。そして、各計算格子点について、座標、電位、電荷密度等の物理変数を定義しなければならないため、その計算にあたって膨大な計算機メモリが必要となる。ところが、これらの計算は、開発効率を考慮した場合、市販のパーソナルコンピュータで容易に実行できることが望ましい。したがって、解析速度が速く、かつ、メモリ使用量が少ない計算手法が要求される。

計算負荷を低減させて、その高速化を図るためには、計算領域を幾つかの小領域に分割し、それぞれの小領域毎に計算を行うことが考えられる。一般に、計算負荷的には、大きな領域を一度に解くよりも、小さな領域に分けてそれぞれを解くほうが小さくて済むからである。つまり、領域分割を行うことで、計算時間の短縮を実現可能にするのである。この領域分割という考え方は、電子写真方式の潜像評価を行う場合の数値シミュレーションのみならず、様々な分野でのシミュレーション技術についても適用可能であることが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平１１−３２７１２０号公報 特開２００２−１５７２８６号公報 特開２００３−１４１１８２号公報

しかしながら、シミュレーション解析処理にあたって領域分割を適用する場合であっても、複数の領域に亘って物理量が干渉し合うときには、それぞれの領域（小領域）毎の収束計算のほかに、物理量が干渉し合う複数の領域（大領域）での収束計算が必要となることから、必ずしも計算負荷の低減を図り得るとは限らない。また、大領域の収束計算のために複数の領域分の計算機メモリを必要とするため、メモリ使用量を少なくし得るとも限らない。

そこで、本発明は、領域分割してシミュレーション解析処理を行う場合に、計算負荷の低減を確実に図ることができ、またメモリ使用量についても少なくし得るデータ処理装置、データ処理プログラムおよびデータ処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたデータ処理装置で、被処理領域に対するイベント発生により当該被処理領域に生じる事象についての解析処理を、当該被処理領域を分割した複数の領域毎に行うデータ処理装置であって、前記イベント発生の後の前記被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識する認識手段と、前記認識手段が認識したエネルギ強度分布における極大値を抽出する抽出手段と、前記抽出手段が抽出した極大値の位置を境界に設定して前記被処理領域についての領域分割を行う分割手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記目的を達成するために案出されたデータ処理プログラムで、被処理領域に対するイベント発生により当該被処理領域に生じる事象についての解析処理を、当該被処理領域を分割した複数の領域毎に行うためのデータ処理プログラムであって、コンピュータを、前記イベント発生の後の前記被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識する認識手段と、前記認識手段が認識したエネルギ強度分布における極大値を抽出する抽出手段と、前記抽出手段が抽出した極大値の位置を境界に設定して前記被処理領域についての領域分割を行う分割手段として機能させることを特徴とする。

また、本発明は、上記目的を達成するために案出されたデータ処理方法で、被処理領域に対するイベント発生により当該被処理領域に生じる事象についての解析処理を、当該被処理領域を分割した複数の領域毎に行うためのデータ処理方法であって、前記イベント発生の後の前記被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識する認識ステップと、前記認識ステップで認識したエネルギ強度分布における極大値を抽出する抽出ステップと、前記抽出ステップで抽出した極大値の位置を境界に設定して前記被処理領域についての領域分割を行う分割ステップとを含むことを特徴とする。

上記構成のデータ処理装置およびデータ処理プログラム並びに上記手順のデータ処理方法では、被処理領域に対してイベント（例えば感光体への光照射）が発生した場合に、そのイベント発生により当該被処理領域に生じる事象（例えば潜像形成）についての解析処理を行うのにあたり、被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識し、そのエネルギ強度分布における極大値（局部的な区間における最高値）の位置を領域分割の境界に設定して、被処理領域についての領域分割を行うようになっている。したがって、分割後の各領域において、当該領域でのエネルギによって生じる運動ベクトルの方向は、設定された境界を超える方向に向くことなく、当該領域の内部方向に向くことになるので、被処理領域を複数領域に分割した場合であっても、各分割領域間で物理量が干渉し合うのを回避し得るようになる。

以上のように、本発明によれば、被処理領域を複数領域に分割した場合であっても、各分割領域間で物理量が干渉し合うのを回避し得るので、それぞれの領域（小領域）毎の計算を行えばよく、物理量が干渉し合う複数の領域（大領域）での計算が不用となることから、その計算負荷を大幅に低減し得るようになる。また、大領域の収束計算が不要なため、複数の領域分の計算機メモリを必要とすることもなく、メモリ使用量の節約も実現可能となる。これらのことから、被処理領域に対するイベント発生により生じた事象についての解析処理を、市販のパーソナルコンピュータで容易に実行できることが可能となる。しかも、当該解析処理を容易に実行できることから、被処理領域を有する装置の開発コスト削減や当該装置の性能向上等を実現することも可能となる。

以下、図面に基づき、本発明に係るデータ処理装置、データ処理プログラムおよびデータ処理方法について説明する。

ここでは、電子写真方式の装置で用いられる感光体ドラムについて、数値シミュレーションを用いた潜像評価を行う場合に、その数値シミュレーションを行うデータ処理装置、データ処理プログラムおよびデータ処理方法を例に挙げて説明する。すなわち、感光体ドラムにおける感光層を被処理領域とし、その被処理領域に対する光照射というイベント発生により、その被処理領域に生じる潜像形成（電荷移動）という事象について、数値シミュレーションによる解析処理を行う場合を、例に挙げて説明する。

先ず、データ処理装置の概略構成について説明する。図１は、本発明に係るデータ処理装置の概略構成例を示すブロック図である。

本実施形態で説明するデータ処理装置は、例えばパーソナルコンピュータからなるもので、図１（ａ）に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の組み合わせにより実現されるコンピュータとしての機能を有した情報処理部１と、その情報処理部１に対する情報入力を行うためのキーボードやマウス等の入力装置または他装置との通信インタフェースからなる情報入力部２と、情報処理部１での情報処理結果を利用者（ユーザ）に対して出力するためのディスプレイ装置等からなる情報出力部３と、必要に応じて情報の記憶蓄積を行うための記憶装置等からなる情報記憶部４と、を備えて構成されている。

そして、情報処理部１は、図１（ｂ）に示すように、パラメータ条件取得部１１、エネルギ強度分布認識部１２、極大値抽出部１３、領域分割部１４、シミュレーション解析部１５および解析結果出力部１６としての機能を有している。

パラメータ条件取得部１１は、潜像評価のための数値シミュレーションを行うのに必要となるパラメータ条件を取得するためのものである。パラメータ条件としては、例えば、被処理領域となる感光体ドラムにおける感光層のサイズや特性等に関する情報（以下「感光体情報」という）や、その感光体ドラムに対する露光時の光エネルギ強度に関する情報（以下、「光強度情報」という）等が挙げられる。このようなパラメータ条件の取得は、情報入力部２での情報入力を通じて行えばよい。すなわち、感光体情報については、処理対象となる感光体ドラムが特定されれば、これに応じてその詳細な内容が明らかになるので、その詳細な内容が情報入力部２で入力されることによって、パラメータ条件取得部１１が取得することになる。また、光強度情報については、感光体ドラムへの露光を行うレーザ光またはＬＥＤアレイが特定されれば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサを用いた実験またはこれに順ずるシミュレーション処理によって感光体ドラムに到達する光強度が明らかになるので、感光体情報と同様にその詳細が情報入力部２で入力されることによって、パラメータ条件取得部１１が取得することになる。

エネルギ強度分布認識部１２は、感光体ドラムに対する露光というイベント発生後の、その感光体ドラムの被処理領域における光エネルギ強度分布を認識するものである。光エネルギ強度分布の認識は、パラメータ条件取得部１１が取得した光強度情報に基づいて行えばよい。

極大値抽出部１３は、エネルギ強度分布認識部１２が認識したエネルギ強度分布における極大値を抽出するものである。ここで、極大値とは、局部的な区間における最高値のことをいう。したがって、極大値は、複数箇所で抽出されることもあり得る。このような極大値の抽出は、例えば被処理領域上の各位置における光エネルギ強度の順次比較して、その大小を判断するといったような、公知の手法を用いて行えばよい。

領域分割部１４は、潜像評価のための数値シミュレーションについての計算負荷を軽減すべく、感光体ドラムにおける被処理領域を複数の小領域に分割するものである。
ただし、領域分割部１４では、被処理領域に対する領域分割にあたり、極大値抽出部１３が抽出した極大値の位置を境界に設定するようになっている。すなわち、領域分割部１４は、極大値の位置を境界に設定して、被処理領域についての領域分割を行うのである。
また、領域分割部１４では、ある極大値の位置に隣り合う他の極大値が存在しない場合、または当該他の極大値の位置がある極大値の位置から離れている場合に、ある極大値の位置に加え、当該ある極大値の位置から所定距離にある非極大値（極大値以外の値）の位置を領域分割のための境界に設定するようにもなっている。
なお、領域分割部１４による領域分割については、その詳細を後述する。

シミュレーション解析部１５は、潜像評価のための数値シミュレーションを行うものである。すなわち、感光体ドラムの被処理領域に対するイベント発生により、その被処理領域に生じる事象について、数値シミュレーションによる解析処理を行うものである。ただし、シミュレーション解析部１５では、領域分割部１４での領域分割の結果に従いつつ、その領域分割された複数の領域毎に、数値シミュレーションによる解析処理を行うようになっている。

解析結果出力部１６は、シミュレーション解析部１５での解析処理の結果を、情報出力部３を通じて利用者（ユーザ）に対して出力するためのものである。なお、解析結果出力部１６は、解析処理の結果の出力にあたり、出力内容の図表化等を行って、その出力内容についての視認容易化を図るものであってもよい。

これらの各部１１〜１６は、情報処理部１におけるコンピュータとしての機能に所定プログラムを実行させることによって実現すればよい。ただし、その場合に、各部１１〜１６を実現するための所定プログラムは、予め情報処理部１内または情報記憶部４内にインストールされておらずに、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されるものであっても、または有線若しくは無線による通信手段を介して配信されるものであってもよい。つまり、上述した構成のデータ処理装置は、情報処理部１を当該データ処理装置として機能させるデータ処理プログラムによっても実現可能である。

次に、以上のように構成されたデータ処理装置（データ処理プログラムによって実現される場合を含む）における処理動作例、すなわち本発明に係るデータ処理方法について説明する。

図２は、本発明に係るデータ処理方法の概要を示すフローチャートである。図例のように、潜像評価のための数値シミュレーションを行う場合には、先ず、パラメータ条件取得部１１が取得した光強度情報をエネルギ強度分布認識部１２が読み込んで、その光強度情報を基に感光体ドラムの被処理領域における光エネルギ強度分布を認識する（ステップ１０１、以下ステップを「Ｓ」と略す）。そして、エネルギ強度分布認識部１２が認識したエネルギ強度分布における極大値を極大値抽出部１３が抽出するとともに、抽出した極大値の被処理領域上における位置情報についても抽出を行い、その極大値抽出部１３が抽出した極大値の位置を境界に設定して、領域分割部１４が感光体ドラムの被処理領域についての領域分割を行う（Ｓ１０２）。このとき、極大値の位置情報は、座標値によって抽出することが考えられるが、複数抽出した場合にそれぞれを識別可能であれば、他の情報（例えばインデックス番号）によって抽出しても構わない。この領域分割部１４による領域分割の結果は、領域情報として、情報処理部１内の記憶領域または情報記憶部４に記憶されて、一時的に保存されることになる。

領域分割部１４が領域分割を行うと、その後は、ある一つの領域について、シミュレーション解析部１５が保存されている領域情報を読み出す（Ｓ１０３）。そして、ある一つの領域について、読み込んだ領域情報に基づいて、シミュレーション解析部１５が数値シミュレーションを行う。すなわち、ある一つの領域における潜像形成についての解析処理を行う（Ｓ１０４）。このシミュレーション解析部１５による解析処理の結果は、計算結果として、情報処理部１内の記憶領域または情報記憶部４に記憶されて、一時的に保存されることになる（Ｓ１０５）。計算結果の保存は、ファイル形式で行うことが考えられる。その場合に、ファイルは、領域毎に個別に存在していてもよいし、領域の区切りがわかるように一つに纏まっていてもよいし、何個か毎に纏まっていてもよい。

このような解析処理を、シミュレーション解析部１５は、領域情報が保存されている全ての領域について終了するまで（Ｓ１０６）、各領域毎に繰り返して行う。そして、全ての領域について終了したら、各領域毎に保存されている計算結果を、感光体ドラムの被処理領域についての計算結果として、解析結果出力部１６が出力するのである。計算結果の出力は、領域（または許容される大きさの複数の纏まり毎）にグラフ表示したものを合成して表示することで行ったり、あるいは画像データ化したものを合成して表示することで行ったりすることが考えられる。

次に、以上のような一連の処置動作のうち、被処理領域の領域分割について、具体例を挙げてさらに詳しく説明する。なお、ここでは、説明を簡単にするために、二次元での例を説明する。

図３は、光エネルギ強度分布の一具体例を示す説明図である。図３（ａ）は、ガウシアン型またはそれに類似する型の光ビームが感光体ドラムに照射された場合の当該感光体ドラム上における光エネルギ強度分布を示している。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したエネルギ強度パターンの光ビームを照射した直後における感光体ドラムの電荷輸送層内の等電位線を示している。一般に、上述した（３）式からも明らかなように、電荷は電気力線の方向（等電位線の法線方法）に移動する。よって、図例の場合であれば、電界ベクトルの方向は、等電位線の山の頂点（極大値の位置）で真上方向（鉛直方向）を向き、その頂点を境にそれぞれ図中左右方向に分離することになる。つまり、電界ベクトルは、等電位線の山の頂点を挟んで左右で互いに干渉することはない。このことは、例えば、等電位線の山の頂点の右側を移動している電荷が、当該頂点の左側に移動することはないことを意味する。したがって、光エネルギ強度分布における極大値の位置で感光体ドラムの被処理領域に対する領域分割を行えば、その領域分割の境界位置を等電位線の山の頂点とすることになるので、ある領域における電荷が分割後の他の領域に移動してしまうことはない。

ところで、感光体ドラムに対する露光を、例えばＬＥＤアレイを利用して行う場合、ＬＥＤアレイは複数のＬＥＤ素子が１０〜数１０μｍ間隔で並んで配列されたものなので、感光体ドラム上における光エネルギ強度分布は、各ＬＥＤ素子の配列位置に対応して複数の極大値が存在することになる。

図４は、光エネルギ強度分布の他の具体例を示す説明図である。図４（ａ）は、光エネルギ強度分布において、複数の極大値Ａ，Ｂ，Ｃが存在する場合を示している。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示したエネルギ強度パターンの光ビームを照射した直後における電荷輸送層内の等電位線と電界ベクトルの方向を示している。図例のように、電界ベクトルの方向は、極大値Ａ，Ｂ，Ｃの位置では、真上方向（鉛直方向）を向く。そして、極大値Ａ，Ｂの間（以下「領域ＡＢ」という）および極大値Ｂ，Ｃの間（以下「領域ＢＣ」という）では、極大値Ａ，Ｂ，Ｃの位置を境にして、それぞれの間の内部方向を向く。また、光エネルギ強度が極小の位置（領域ＡＢの略中央および領域ＢＣの間の略中央）では、真上方向（鉛直方向）を向く。したがって、極大値Ａ，Ｂ，Ｃの位置で感光体ドラムの被処理領域に対する領域分割を行えば、領域ＡＢ内の電荷および領域ＢＣ内の電荷は、それぞれの領域外へ移動することがないため、他領域へ干渉しないように領域境界を設定することができる。

このことから、複数の極大値Ａ，Ｂ，Ｃが存在する場合には、領域分割部１４は、これらの極大値Ａ，Ｂ，Ｃの位置を境界に設定して、被処理領域についての領域分割を行うのである。その場合に、領域分割部１４は、極大値Ａ，Ｂ，Ｃの各位置を境界に設定して、領域ＡＢと領域ＢＣとに領域分割してもよいし、あるいは極大値Ａ，Ｃの位置を境界に設定して、その極大値Ａ，Ｃの間の領域ＡＣが一つの領域となるように領域分割を行ってもよい。つまり、分割後の領域の中にさらに極大値が一つまたは複数存在していてもよい。なお、分割後の領域のサイズについては、シミュレーション解析部１５での計算能力、すなわち利用する計算機環境に依存して、予め許容最大サイズを決定しておけばよい。これにより、領域分割部１４は、許容最大サイズを超えない範囲で最大サイズとなるように、各極大値Ａ，Ｂ，Ｃの各位置を適宜選択して領域分割を行うことになる。

ところで、光エネルギ強度分布の極大値は、必ずしも被処理領域に複数存在するとは限らない。また、複数存在していても、各極大値の位置の間隔が、上述した許容最大サイズを超えていることも考えられる。すなわち、ある極大値の位置に隣り合う他の極大値が存在しなかったり、または当該他の極大値の位置がある極大値の位置から許容最大サイズを超えて離れていたりすることもあり得る。さらには、必ずしも被処理領域の端縁と極大値の位置とが合致するとは限らない。これらのことを鑑みると、エネルギ強度分布における極大値の位置を境界に設定するだけでは、領域分割部１４が領域分割を行うのにあたって十分であるとは言えない。

そこで、領域分割を行うための境界位置については、極大値の位置に加え、ある極大値の位置から所定距離にある非極大値の位置を領域分割のための境界に設定することが考えられる。ここで、非極大値とは、極大値以外の値のことをいう。また、極大値の位置からの所定距離は、当該極大値の位置から十分に離れることで、当該極大値の位置における光エネルギ強度の影響を受けることなく、等電位線が感光体ドラムの表面と略平行となり、これにより電界ベクトルの方向が真上方向（鉛直方向）を向くようになる距離であり、具体的には以下に述べるような距離を所定距離として予め決定しておくことが考えられる。

図５は、隣り合う極大値がない場合の光エネルギ強度分布の具体例を示す説明図である。図例では、光エネルギ強度分布において、ある極大値Ｂ′の位置に隣り合う他の極大値が存在しない場合（例えば、開放端である場合）、または他の極大値の位置がある極大値Ｂ′の位置から許容最大サイズを超えて離れている場合を示している。

既に説明したように、感光体ドラムの電荷輸送層内において、電荷は、電気力線の方向（等電位線の法線方法）に移動する。ただし、図例のような光エネルギ強度分布が生じている場合、軸方向の電界強度は、その分布状況に応じてそれぞれの位置で異なる。また、軸方向の電界強度は、露光直後で最も強く、電荷の移動に伴い弱くなる。これらのことから、電荷が軸方向に移動する際の移動距離ｌｘは、それぞれの位置で、感光体ドラムの材料特性である易動度×軸方向電界強度×光照射からの時間ステップ（経過時間）に基づいて決定することが考えられる。したがって、開放端側の領域端を決定するための所定距離Ｌｘは、感光体ドラムへの露光を行う光ビーム径に、電界の軸方向成分による移動距離ｌｘを考慮した距離以上に設定すればよい。

具体的には、電荷の軸方向への移動距離ｌｘは、露光直後が最大で、その後電荷の拡散により電界強度が急激に弱くなる。また、感光体表面方向成分の電界が支配的であることによっても、電荷の軸方向への移動距離ｌｘは少なくなる。これらのことから、電荷の軸方向への移動距離ｌｘは、露光直後の軸方向電界強度Ｅxoの最大値を用いて、以下の（４）式によって表すことができる。

ここで、Ｅxoは、露光直後の軸方向電界強度であり、この値は解析前に露光エネルギ分布と初期帯電電位から容易に見積もることができる。また、μは感光体ドラムの易動度（モビリティ）であり、Δｔは光照射からの経過時間である。

そして、所定距離Ｌｘは、（４）式によって表される電荷の軸方向への移動距離ｌｘを用いて、以下の（５）式により定義するものとする。

ここで、Ｄは、感光体ドラムへの露光を行う光ビーム径である。
なお、このような（５）式に対し、実用的には、Ｌｘ＝αＤ／２、１≦α≦２とし、αは露光光のビーム形状により調整するようにしてもよい。

このように、ある極大値の位置に隣り合う他の極大値が存在しなかったり、または当該他の極大値の位置がある極大値の位置から許容最大サイズを超えて離れていたりする場合には、当該ある極大値の位置からの所定距離Ｌｘを、感光体ドラムにおける易動度と、その感光体ドラムにおける軸方向電界強度と、その感光体ドラムに対する光照射からの経過時間とに基づいて決定し、その決定した所定距離Ｌｘを基準として用いて境界に設定すれば、領域分割部１４が適切な領域分割を行い得るようになる。

以上に説明したように、本実施形態におけるデータ処理装置、データ処理プログラムおよびデータ処理方法では、感光体ドラム上の被処理領域に対してイベント（光照射）が発生した場合に、そのイベント発生により当該被処理領域に生じる事象（潜像形成）についての解析処理を行うのにあたり、被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識し、そのエネルギ強度分布における極大値の位置を領域分割の境界に設定して、被処理領域についての領域分割を行うようになっている。したがって、分割後の各領域において、当該領域でのエネルギによって生じる運動ベクトルの方向は、設定された境界を超える方向に向くことなく、当該領域の内部方向に向くことになるので、被処理領域を複数領域に分割した場合であっても、各分割領域間で物理量が干渉し合うのを回避し得るようになる。これは、初期状態において、電界分布は、極大値の境界位置では電界ベクトルが表面方向を向き、領域内部では左右においてそれぞれ領域内部方向を向くが、左右の分布が干渉するため極小の位置で表面方向を向くことになるからであり、これにより領域境界外へ電荷は移動せず、他領域へ干渉することなく領域を決定することができるのである。

つまり、本実施形態におけるデータ処理装置、データ処理プログラムおよびデータ処理方法によれば、被処理領域を複数領域に分割した場合であっても、各分割領域間で物理量が干渉し合うのを回避し得るので、それぞれの領域（小領域）毎の計算を行えばよく、物理量が干渉し合う複数の領域（大領域）での計算が不用となることから、シミュレーション解析部１５が行う計算負荷を大幅に低減し得るようになる。また、大領域の収束計算が不要なため、情報処理部１内で複数の領域分の計算機メモリ（いわゆる主記憶等）を必要とすることもなく、メモリ使用量の節約も実現可能となる。これらのことから、被処理領域に対する光照射というイベント発生により、その被処理領域に生じる潜像形成（電荷移動）という事象について、数値シミュレーションによる解析処理を、例えば市販のパーソナルコンピュータを用いて容易に実行できることが可能となる。しかも、当該解析処理を容易に実行できることから、潜像レベルでの画質評価が容易に行えるようになり、ＬＥＤの出力補正や書き込み位置ずれや画像パターンによる画質評価に実装すれば開発コストの短縮が達成されるので、結果として被処理領域を有する電子写真方式の装置の開発コスト削減や当該装置の性能向上等を実現することも可能となる。

なお、本実施形態では、本発明の好適な実施具体例について説明したが、本発明はその内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、本実施形態では、電子写真方式の装置の感光体ドラムにおける感光層を被処理領域とし、その被処理領域に対する光照射というイベント発生により、その被処理領域に生じる潜像形成（電荷移動）という事象について、数値シミュレーションによる解析処理を行う場合を例に挙げて説明したが、このような電子写真装置の潜像形成過程に限らず、電極間に挟まれた領域内において、書き込み装置により書き込まれた極値をもつ入力信号分布に従いつつ、内部電界によりキャリアや荷電粒子が運動し像を形成する過程の解析についても、本発明は全く同様に適用することが可能である。つまり、イベント発生によって生じる事象についての解析処理を行うものであれば、他のシミュレーション解析処理を行う場合にも適用可能である。

また、本実施形態では、パーソナルコンピュータを用いて本発明を実施する場合、すなわちスタンドアローンで用いられるデータ処理装置を例に挙げて説明したが、本発明がこれに限定されることはなく、領域毎の計算はスタンドアローンで行ってもよいし、ネットワーク環境を利用して分散処理で行ってもよい。

本発明に係るデータ処理装置の概略構成例を示すブロック図である。 本発明に係るデータ処理方法の概要を示すフローチャートである。 光エネルギ強度分布の一具体例を示す説明図である。 光エネルギ強度分布の他の具体例を示す説明図である。 隣り合う極大値がない場合の光エネルギ強度分布の具体例を示す説明図である。 電子写真方式の装置で用いられる感光体ドラムの層構造および潜像形成過程を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１…情報処理部、２…情報入力部、３…情報出力部、４…情報記憶部、１１…パラメータ条件取得部、１２…エネルギ強度分布認識部、１３…極大値抽出部、１４…領域分割部、１５…シミュレーション解析部、１６…解析結果出力部

Claims (5)

1. 被処理領域に対するイベント発生により当該被処理領域に生じる事象についての解析処理を、当該被処理領域を分割した複数の領域毎に行うデータ処理装置であって、
   前記イベント発生の後の前記被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識する認識手段と、
   前記認識手段が認識したエネルギ強度分布における極大値を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段が抽出した極大値の位置を境界に設定して前記被処理領域についての領域分割を行う分割手段と
   を備えることを特徴とするデータ処理装置。
2. 前記分割手段は、ある極大値の位置に隣り合う他の極大値が存在しない場合、または当該他の極大値の位置が前記ある極大値の位置から離れている場合に、前記ある極大値の位置に加え、当該ある極大値の位置から所定距離にある非極大値の位置を領域分割のための境界に設定する
   ことを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
3. 前記分割手段は、前記イベント発生が感光体に対する光照射であり、前記解析処理の対象となる事象が前記光照射に応じた前記感光体での電荷の生成および移動による潜像形成である場合に、前記所定距離を、前記感光体における易動度と、前記感光体における軸方向電界強度と、前記光照射からの経過時間とに基づいて決定する
   ことを特徴とする請求項２記載のデータ処理装置。
4. 被処理領域に対するイベント発生により当該被処理領域に生じる事象についての解析処理を、当該被処理領域を分割した複数の領域毎に行うためのデータ処理プログラムであって、
   コンピュータを、
   前記イベント発生の後の前記被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識する認識手段と、
   前記認識手段が認識したエネルギ強度分布における極大値を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段が抽出した極大値の位置を境界に設定して前記被処理領域についての領域分割を行う分割手段
   として機能させることを特徴とするデータ処理プログラム。
5. 被処理領域に対するイベント発生により当該被処理領域に生じる事象についての解析処理を、当該被処理領域を分割した複数の領域毎に行うためのデータ処理方法であって、
   前記イベント発生の後の前記被処理領域におけるエネルギ強度分布を認識する認識ステップと、
   前記認識ステップで認識したエネルギ強度分布における極大値を抽出する抽出ステップと、
   前記抽出ステップで抽出した極大値の位置を境界に設定して前記被処理領域についての領域分割を行う分割ステップと
   を含むことを特徴とするデータ処理方法。
   

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