JP2008023826A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する複数ラインにおける露光エネルギー分布を均一化することにより画像の濃度ムラを低減させ、高解像度画像における画質を向上させる。
【解決手段】本発明に係るＬＥＤプリントヘッド５３によれば、発光ライン変換部５３ａにおいて、入力された画像データに基づいて、画素を構成する隣接する複数ラインのうち互いに隣り合うライン間に亘って露光エネルギーが閾値Ｘ以上を維持するようにＬＥＤ素子５３ｋを発光させるラインを選択し、発光時間制御部５３ｄにおいて、前記各ラインでの発光時間を予め定められた互いに異なる発光時間となるように制御し、発光強度制御部５３ｈにおいて、発光ライン変換部５３ａで選択されたラインに位置するＬＥＤ素子５３ｋを予め定められた発光時間で発光させる場合に、ｎライン全体で画像データの示す階調に応じた露光エネルギーとなるようにＬＥＤ素子５３ｋの発光強度を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置の露光手段に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に使用するプリントヘッドを小型化、省電力化するため、露光手段としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を使用したＬＥＤプリントヘッドがある。ＬＥＤプリントヘッドは、複数のＬＥＤ素子を直列に配置したＬＥＤアレイと、ＬＥＤ素子から発光された光を所望する焦点に照射するための複数のロッドレンズを直列に配置したセルフォックレンズと、複数のＬＥＤそれぞれを駆動させるためのＬＥＤアレイドライバで構成されている。ＬＥＤプリントヘッドでは、ＬＥＤ素子を発光させることにより感光体を露光し、潜像を形成するものである。

ＬＥＤ素子を使用して、画像の多階調を表現するためには、ＬＥＤ素子の発光による露光エネルギーを多段階にする必要がある。ＬＥＤ素子の発光による露光エネルギーは、次の式で表される。
（露光エネルギー）＝（発光強度）×（発光時間）

発光強度は駆動電流の大きさに比例する。駆動電流の大きさはトランジスタに印加する基準電圧に依存する。発光強度を変えることによって露光エネルギーを制御しようとすると複数の基準電圧を準備しなければならないので、多数の電源ラインを必要とし、製造上大きな負担である。

発光時間は駆動電流の供給時間に比例する。駆動電流の供給時間はトランジスタに印加する電源電圧の印加時間に依存する。発光時間を変えることによって露光エネルギーを制御しようとすると電源電圧の印加時間の精度を上げなければならない。しかしながら、ＬＥＤ素子の発光反応によって精度は制限される。

そこで、感光体上の副走査方向（回転方向）において隣接する複数の書き込みライン（以下、単にラインという）を一組として画像の多階調を表現する提案がある。１ラインは、直列に配列された複数のＬＥＤ素子のそれぞれが１回動作して露光（又は消灯）を行い、感光体上に潜像を書き込む単位である。この提案では、ｎビット（ｎは複数）で表される２^ｎ階調を隣接するｎラインで表現するとき、隣接するｎラインの中の１ラインでＬＥＤ素子を発光させる時間をＴ、その他（ｎ−１）ラインの中の１ラインでＬＥＤ素子を発光させる時間をＴ／２、その他（ｎ−２）ラインの中の１ラインでＬＥＤ素子を発光させる時間をＴ／４、同様にその他（ｎ−（ｎ−１））ラインの中の1ラインでＬＥＤ素子を発光させる時間をＴ／２^{（ｎ−１）}とする。階調（ｎ−１）ビット目が１のとき所定のラインでＬＥＤ素子をＴ時間発光させ、階調（ｎ−２）ビット目が１のとき所定のラインでＬＥＤ素子をＴ／２時間発光させ、階調（ｎ−３）ビット目が１のとき所定のラインでＬＥＤ素子をＴ／４時間発光させ、同様に階調０ビット目が１のとき所定のラインでＬＥＤ素子をＴ／２^{（ｎ−１）}時間発光させる。

即ち、各ラインで潜像を形成するためにＬＥＤ素子を発光させる場合の発光時間は固定であり、ｎラインを第０〜第（ｎ−１）ラインとすると、例えば、第０ラインでは時間Ｔ、第１ラインでは時間Ｔ／２、第２ラインでは時間Ｔ／４・・・第（ｎ−１）ラインでは時間Ｔ／２^{（ｎ−１）}のように、隣接するｎラインにおいてＬＥＤ素子が１／２倍ずつ異なったｎ段階の発光時間で発光される。

ここで、画像データの各桁のビットが１か０かに対応させて各ラインにおいてＬＥＤ素子をＯＮまたはＯＦＦとして発光強度を２種類とすれば、一組の隣接するｎラインにより、発光強度（ＯＮ／ＯＦＦ）と発光時間の組み合わせが２^ｎとなり、２^ｎの階調を表すことができる。

また、例えば、特許文献１には、この技術を改良するものとして、１画素分（ｎビット）の画像情報）の露光を行う時間を複数（ｎ＋１）の時間区間に分割し、それぞれの時間区間に対して異なる所定の露光時間を設定し、露光部を画像情報に基づいて各時間区間毎に選択的にＯＮ／ＯＦＦ動作させ、１画素分の露光を行う時間内での露光量が画像情報の階調に対応するように制御する技術が記載されている。即ち、当該特許文献１に記載の技術は、隣接するｎ＋１ラインで階調を表現するものであり、露光を行うべき画素については時間ｔ分の露光を階調に関わらずに加え、バイアス分の露光を稼ぐことで露光変化量を階調再現にダイレクトに反映させている。
特開平５−１６４２７号公報

ところで、感光体に形成された静電潜像にトナーを付着させるには、トナーが現像器から感光体ドラムへ向かう静電気力を受けるような電界を形成するように現像バイアス電圧を印加して、感光体表面にトナー層を形成させる。そのため、印加される現像バイアス電圧に応じて、露光エネルギーが所定量（閾値Ｘとする）を超えなければ感光体ドラムの表面上にトナーが付着しない。このようなことから、隣接する複数のラインで画像の多階調を表現する技術においては、隣接して発光させるＬＥＤ素子のラインの位置によっては、図８（ｂ）に示すように、露光エネルギーが閾値Ｘを下回る部分が存在し、トナーが付着することにより形成されるドットがそれぞれ孤立し、濃度ムラが発生することがある。このような濃度ムラは、解像度を高めるに従って無視できなくなり、高解像度化に伴う高画質化の妨げとなる。また、孤立したドットは、湿度、温度等の環境変動に弱いため、環境によって画質が変わってしまうこととなる。

本発明の課題は、感光体上に副走査方向において隣接する複数ラインを一組とする画素の潜像を形成する露光手段を備えた画像形成装置において、隣接する複数ラインにおける露光エネルギー分布を均一化することにより画像の濃度ムラを低減させ、高解像度画像における画質を向上させることである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
複数階調の画像データに基づいて露光素子の制御を行うことにより露光エネルギーを変化させ、感光体上に副走査方向において隣接する複数の書き込みラインを一組とする画素の潜像を形成する露光手段を備えた電子写真方式の画像形成装置において、
前記露光手段は、
前記画像データに基づいて、前記露光素子の前記各書き込みラインでの露光時間を個々に制御する露光時間制御手段と、
前記画像データに基づいて、前記書き込みラインのうち互いに隣り合う書き込みライン間に亘って露光エネルギーが所定量以上を維持するように書き込みラインを選択する書き込みライン選択手段と、
前記選択された書き込みラインに位置する露光素子を前記露光時間制御手段により定められた露光時間で露光させる場合に、当該書き込みラインに照射される露光エネルギーが前記画像データの示す階調に応じた露光エネルギーとなるように、当該露光素子の露光強度を制御する露光強度制御手段と、
を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、感光体上に副走査方向において隣接する複数ラインを一組とする画素の潜像を形成する露光手段を備えた画像形成装置において、隣接する複数ラインにおける露光エネルギー分布が所定量以上に均一化されるので、隣接する複数ラインにおいてトナーが付着することにより形成されるドットがそれぞれ孤立してしまうことがなくなり、画像の濃度ムラを低減させることが可能となる。その結果、高解像度画像における画質を向上させることが可能となる。

以下、図を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

まず、構成を説明する。
図１に、本発明に係る画像形成装置１００の機能構成例を示す。
図１に示すように、画像形成装置１００は、制御部１０、操作表示部２０、通信部３０、画像メモリ部４０、プリンタ部５０等を備えて構成され、各部はバス６０を介して接続されている。

制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３等を備えて構成されている。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記憶されているシステムプログラム、各処理プログラム、データを読み出して、ＲＡＭ１３に展開し、展開されたプログラムに従って、画像形成装置１００各部の動作を集中制御する。

即ち、ＣＰＵ１１は、通信部３０を介して、外部のホストコンピュータ２００から印刷データが受信されると、受信された印刷データを所定のページ記述言語によって画像形成装置１００で印刷可能なデータ形式の画像データに変換し、画像メモリ部４０に一時的に記憶させる。そして、所定のタイミングで画像メモリ部４０から画像データを読み出してプリンタ部５０に出力するとともに、プリンタ部５０各部を制御して記録媒体上に画像データに基づき画像を形成し出力させる。例えば、ＣＰＵ１１は、図３に示す発光ラインシフトレジスタ部５３ｂ及び発光変位シフトレジスタ部５３ｆにクロック信号ＣＬを出力し、発光ラインラッチ部５３ｃ、発光変位ラッチ部５３ｇにロード信号ＬＯＡＤを出力し、ラインカウンタ部５３ｅにライン同期信号ＳＹを出力することにより、図２に示すＬＥＤプリントヘッド５３の動作を制御する。

操作表示部２０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される。操作表示部２０は、制御部１０からの表示信号の指示に従って画面上に各種設定画面や画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。ＬＣＤの画面上は、透明電極を格子状に配置した感圧式（抵抗膜圧式）のタッチパネルが構成されており、手指やタッチペン等で押下された力点のＸＹ座標を電圧値で検出し、検出された位置信号を操作信号として制御部１０に出力する。

通信部３０は、ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ；Network Interface Card）、モデム（ＭＯＤＥＭ：MOdulator-DEModulator）、又はＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の各種インターフェースを備えて構成され、ホストコンピュータ２００等のネットワーク上の外部機器と相互に情報の送受信を行う。

画像メモリ部４０は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等により構成される画像メモリと、画像メモリへのデータの書込み及び読み出しを行うメモリ制御ＩＣ等を備え、制御部１０からの制御に基づいて、画像データを一時的に画像メモリに格納したり、画像メモリに格納されている画像データを読み出してプリンタ部５０に出力したりする。

プリンタ部５０は、制御部１０からの制御に従って、電子写真方式により記録媒体上に画像を形成し出力する。
図２に、プリンタ部５０内部の詳細構成例を示す。図２に示すように、プリンタ部５０は、感光体ドラム５１、帯電器５２、ＬＥＤプリントヘッド５３、現像器５４、転写器５５、定着器５６、イレーサ５７、クリーナ５８、給紙トレイ５９、搬送ベルト５１０、排紙トレイ５１１等を備えて構成されている。
感光体ドラム５１は、円筒状のドラムに感光体樹脂を巻きつけて構成され、所定の方向（図２に矢印で示す方向）に所定の速度で回転する。帯電器５２は、感光体ドラム５１の表面を一様に帯電させる。ＬＥＤプリントヘッド５３は、入力された画像データに基づいて、ＬＥＤ素子５３ｋ（図３参照）を発光することにより感光体ドラム５１表面に静電潜像を形成する。現像器５４は、トナーを保持し、感光体ドラム５１の表面にトナーを付着させることによってトナー像を形成する。転写器５５は、記録媒体を収容する給紙トレイ５９から給紙され、搬送ベルト５１０により搬送されてきた記録媒体にトナー像を転写する。定着器５６は、トナー像が形成された記録媒体を加熱及び加圧することにより定着させる。イレーサ５７は、転写後、感光体ドラム５１の表面に残った電荷を除去する。クリーナ５８は、転写後、感光体ドラム５１の表面に残ったトナーを除去する。

プリンタ部５０は、制御部１０からの制御に従って、帯電器５２により感光体ドラム５１の表面を帯電させ、入力された画像データに基づいてＬＥＤプリントヘッド５３により感光体ドラム５１表面に光を照射させて静電潜像を形成し、現像器５４により感光体ドラム５１表面の静電潜像を含む領域にトナーを付着させる。そして、給紙トレイ５９か記録媒体を搬送ベルト５１０により搬送経路に沿って搬送させ、搬送された記録媒体に転写器５５によりトナー像を転写して画像を形成し、定着器５６で画像を定着させた後、排紙トレイ５１１に送出する。

以下、ＬＥＤプリントヘッド５３について詳細に説明する。
なお、図３〜図８は、画像データが５ビット３２階調の例を示している。
図３に、ＬＥＤプリントヘッド５３の構成例を示す。図３に示すように、ＬＥＤプリントヘッド５３は、ＬＥＤアレイ駆動部５３ＡとＬＥＤアレイ部５３Ｂを備えて構成されている。

ＬＥＤアレイ部５３Ｂは、複数（ｌ個とする）のＬＥＤ素子５３ｋが感光体ドラム５１の回転方向（副走査方向）と垂直方向、即ち、主走査方向に直列に配置されて構成されている。複数のＬＥＤ素子でＩＣ化されたＬＥＤチップが複数直列に配置された構成であってもよい。ＬＥＤアレイ部５３Ｂは、ＬＥＤアレイ駆動部５３Ａからの駆動によりそれぞれのＬＥＤ素子５３ｋが発光した光を感光体ドラム５１に照射することによって感光体ドラム５１の表面に1次元配列（１ライン）のドットを形成し、感光体ドラム５１を回転させることによって感光体ドラム５１の表面に２次元の静電潜像を形成する。

ＬＥＤアレイ駆動部５３Ａは、発光ライン変換部５３ａ、発光ラインシフトレジスタ部５３ｂ、発光ラインラッチ部５３ｃ、発光時間制御部５３ｄ、ラインカウンタ部５３ｅ、発光変位シフトレジスタ部５３ｆ、発光変位ラッチ部５３ｇ、発光強度制御部５３ｈ、ＬＥＤドライバ部５３ｉにより構成され、ＬＥＤアレイ部５３Ｂの各ＬＥＤ素子５３ｋを駆動する。

ＬＥＤプリントヘッド５３には、画像メモリ部４０から読み出された画像データが入力されるが、この画像データは、階調をｎビット幅（ｎは複数）で、階調０〜階調２^{（ｎ−１）}の２^ｎ階調で表現する多値データである。画像を多階調で表現するためには、ＬＥＤ素子５３ｋの露光エネルギーを多段階にする必要がある。ＬＥＤ素子５３ｋの露光エネルギーは、次式で表される。
（式） 露光エネルギー＝発光強度×発光時間
２ⁿ階調を表現するには、ＬＥＤ素子５３ｋを異なる２^ｎ段階の露光エネルギーで発光させることが必要となる。即ち、発光強度と発光時間の組み合わせが２^ｎとおり必要となる。発光強度は、即ち、露光強度であり、発光時間は、即ち、露光時間である。

そこで、ＬＥＤプリントヘッド５３では、入力された多値データが示す画素の階調を隣接するｎラインの露光エネルギーを重畳することで表現する。各ラインでＬＥＤ素子５３ｋを発光させる場合の発光時間は固定であり、隣接するｎラインを第０〜第（ｎ−１）ラインとすると、例えば、第０ラインでは時間Ｔ、第１ラインでは時間Ｔ／２、第２ラインでは時間Ｔ／４・・・第（ｎ−１）ラインでは時間Ｔ／２^{（ｎ−１）}のように、隣接するｎラインにおいて互いに異なったｎ段階の発光時間で発光される。

ここで、画像データの各桁のビットが１か０かに対応させて、隣接するｎラインの各ラインにおいてＬＥＤ素子５３ｋをＯＮまたはＯＦＦとすれば、隣接するｎラインにより、発光強度（ＯＮ／ＯＦＦ）と発光時間の組み合わせが２^ｎとなり、２^ｎの階調を表すことができる。このようにして、隣接するｎラインで２^ｎの階調を表現する技術が従来では利用されている。図４に、ｎ＝５であり、階調０〜階調３１を３２段階の露光エネルギーで表現する際の、隣接するｎラインにおける各ラインにおけるＬＥＤ素子５３ｋの発光時間及びＬＥＤ素子５３ｋのＯＮ／ＯＦＦを示す。なお、図４において、ＯＮは「○」、ＯＦＦは空欄で示している。

しかしながら、従来の技術においては、下記の問題点がある。
例えば、図４に示す階調１７を表現する場合のように、隣接するｎライン中の最上位ラインと最下位ラインでＬＥＤ素子５３ｋを発光させる場合等においては、図８（ｂ）に示すように、隣接するｎライン内での露光エネルギー分布が最上位側と最下位側に偏り、不均一となる。
ここで、感光体ドラム５１に形成された静電潜像にトナーを付着させるには、トナーが現像器５４から感光体ドラム５１へ向かう静電気力を受けるような電界を形成するように現像バイアス電圧を印加して、感光体表面にトナー層を形成させる。そのため、印加される現像バイアス電圧に応じて、露光エネルギーが所定の閾値Ｘを超えなければ感光体ドラム５１の表面上にトナーが付着しない。従って、例えば、図４の階調１７のように、隣接するｎライン中の最上位ラインと最下位ラインでＬＥＤ素子５３ｋを発光させる場合等においては、図８（ｂ）に示すように、最上位ラインと最下位ラインとにトナーが付着することにより形成されるドットがそれぞれ孤立し、濃度ムラが発生する。このような濃度ムラは、解像度を高めるに従って無視できなくなり、高解像度化に伴う高画質化の妨げとなる。また、孤立したドットは、湿度、温度等の環境変動に弱いため、環境によって画質が変わってしまうこととなる。

そこで、ＬＥＤプリントヘッド５３においては、ＬＥＤアレイ駆動部５３Ａにより、隣接するｎラインのうち互いに隣り合うライン間に亘って露光エネルギーが閾値Ｘ以上を維持するように、入力された画像データに応じてＬＥＤ素子５３ｋを発光させるラインを選択するとともに、階調に応じた露光エネルギーを維持するため、ＬＥＤ素子５３ｋの発光強度を制御する。以下、ＬＥＤアレイ駆動部５３Ａの各部について詳述する。

発光ライン変換部５３ａは、書き込みライン選択手段として機能するものであり、画像データが入力されると、入力されたｎビット幅の画像データで表される階調に応じて、隣接するｎラインのうちＬＥＤ素子５３ｋを実際に発光させるラインを選択し、発光ラインデータとして発光ラインシフトレジスタ部５３ｂに出力する。発光ラインデータは、ＬＥＤ素子５３ｋを実際に発光させるラインに符号１、発光させないラインに０を割り当てたｎビットのデータである。
また、発光ライン変換部５３ａは、画像データのビットが０か１かに基づいて定められる「標準的に発光させるライン」と前記選択された「実際に発光させるライン」との変位（位置の変化）を求めるとともに、この変位に基づいて、各ラインにおいて実際にＬＥＤ素子５３ｋを発光させる際に必要となる発光強度のレベルを決定し、各ラインにおける発光強度を示すデータを発光変位データとして発光変位シフトレジスタ部５３ｆに出力する。

ここで、「標準的に発光させるライン」は、上述したように、画像データの各桁のビットが０か１かに対応して決まるものである。「実際に発光させるライン」は、「標準的に発光させるライン」を標準発光強度Ｐで発光したときに、隣接するｎラインのうち互いに隣り合うライン間で露光エネルギーが閾値Ｘを下回る場合に、互いに隣り合うライン間に亘って露光エネルギーが閾値Ｘ以上を維持するように、前記「標準的に発光させるライン」の位置を調整したものである。この「実際に発光させるライン」は、階調毎に予め実験的経験的に選択され、定められている。図５に、階調０〜階調３１の各階調を表現するために実際にＬＥＤ素子５３ｋを発光させるラインを示す（ＬＥＤ素子５３ｋを発光させるラインは「○」で示す）。

しかしながら、ラインが異なるとＬＥＤ素子５３ｋの発光時間が異なるため、ＬＥＤ素子５３ｋを発光させるラインを調整し変化させた場合、その変位に応じて露光エネルギーも変化してしまうため、変更前と同等の露光エネルギーを維持するために発光強度を変更する必要がある。

例えば、第０ラインでＬＥＤ素子５３ｋを発光させて得られる露光エネルギーはＰ×Ｔであるが、これを第１ラインに変化させると、発光させるラインを１ラインずらしたことにより発光時間がＴ／２、つまり１／２倍となる。そこで、階調に応じた露光エネルギーを維持するためには発光強度は２Ｐとする必要がある。また、第（ｎ−１）ラインでＬＥＤ素子５３ｋが発光されて得られる露光エネルギーは、Ｐ×Ｔ／２^{（ｎ−１）}であるが、これを第{（ｎ−１）−１}ラインに変化させると、発光させるラインを１ラインずらしたことにより発光時間がＴ／２^{（ｎ−１）−１}、つまり２倍となるので、発光強度はＰ／２にする必要がある。即ち、発光させるラインを最上位から最下位の方向に向かってｍラインずらした場合、階調に応じた露光エネルギーを維持するためには発光強度を２ｍＰ（ｍは、ラインの変位数）とする必要がある。発光させるラインを最下位から最上位の方向に向かってｍラインずらした場合、階調に応じた露光エネルギーを維持するためには発光強度をＰ／２ｍとする必要がある。

そこで、発光ライン変換部５３ａにおいては、ＬＥＤ素子を標準的に発光させるラインから前記実際に発光させるラインへの変位（位置の変化）を決定するとともに、この変位に基づいて、各ラインにおいて実際に発光させる際に必要となる発光強度のレベルを決定し、各ラインにおける発光強度を示すデータを発光変位データとして出力する。発光変位データは、隣接するｎラインの最上位ラインから順に、発光させないライン又は変位がなく標準発光強度Ｐで発光させるラインを０、発光強度２ｍＰで発光させるラインを＋ｍ、発光強度Ｐ／２ｍで発光させるラインを−ｍで表したｈビット（ｈは所定の正の整数）のデータである。

例えば、階調２９を示す画像データは（１１１０１）であるので、標準的に発光させるラインは、図４に示すように、第０、第１、第２、第４ラインである。しかしながら、これでは、標準発光強度Ｐで発光したとき、露光エネルギー分布が偏り、トナーを付着させたときに第４ラインのドットが孤立点となる。そこで、発光ライン変換部５３ａにおいて、隣り合うライン間に亘って露光エネルギーが閾値Ｘに維持され、トナーを付着させたときに孤立点が生じないように、ＬＥＤ素子５３ｋを発光させるラインを第０〜第２ラインから最下位ラインに向かってそれぞれ１ずつシフトして、第１、第２、第３ラインに決定する。このときの発光ラインデータは（０１１１１）である。また、発光変位データは（０、＋１、＋１、＋１、０）である。

発光ラインシフトレジスタ部５３ｂは、主走査方向に配列されたＬＥＤ素子５３ｋの数ｌに相当する段数のレジスタを含む。発光ラインシフトレジスタ部５３ｂは、発光ライン変換部５３ａから出力されたｎビットの発光ラインデータを入力し、制御部１０からのクロック信号ＣＬに同期してｎビットの発光ラインデータをシフトして、段数ｌの発光ラインデータを一時的に保持するとともに、クロック信号ＣＬに同期して、段数ｌに相当する数のｎビットの発光ラインデータを発光ラインラッチ部５３ｃに出力する。

発光ラインラッチ部５３ｃは、制御部１０によりロード信号ＬＯＡＤがアサートされると、発光ラインシフトレジスタ部５３ｂから出力された段数ｌのｎビットの発光ラインデータを取り込んで、取り込んだ段数ｌのｎビットの発光ラインデータを発光時間制御部５３ｄに出力する。

発光時間制御部５３ｄは、露光時間制御手段として機能するものであり、ＬＥＤアレイ駆動部５３Ａの中に、主走査方向に配列されたＬＥＤ素子５３ｋの数ｌに相当する数分設けられている。各発光時間制御部５３ｄは、n個の２入力ＡＮＤ回路（ＡＮＤ０〜ＡＮＤ（ｎ−１））を含み、それぞれの２入力ＡＮＤ回路の、一方の入力端子には発光ラインデータのそれぞれのビット（ＬＯＮ［（ｎ−１）］〜ＬＯＮ［０］）が入力され、もう一方の入力端子には、ストローブ信号ＳＴＢｍ（m＝０、１、２、・・・、 （ｎ−１））の中の1つが入力される。ＬＯＮ［（ｎ−１）］は、第０ラインに対応する発光ラインデータのビット、ＬＯＮ［（ｎ−２）］は、第１ラインに対応する発光ラインデータのビット、ＬＯＮ［ｎ−３］は、第２ラインに対応する発光ラインデータのビット・・・ＬＯＮ［１］は、第（ｎ−２）ラインに対応する発光ラインデータのビット、ＬＯＮ［０］は、第（ｎ−１）ラインに対応する発光ラインデータのビットである。ストローブ信号ＳＴＢｍ（ｍ＝０、１、２、・・・、 （ｎ−１））は、制御部１０からのロード信号ＬＯＡＤの入力に応じてストローブ信号ＳＴＢｍを発生するストローブ信号発生機等からそれぞれＡＮＤ０〜ＡＮＤ（ｎ−１）の対応する入力端子へ入力される。図６に、ロード信号ＬＯＡＤとストローブ信号ＳＴＢ０〜４の関係を示す。ストローブ信号ＳＴＢ０のアサート時間はＴ、ストローブ信号ＳＴＢ１のアサート時間はＴ／２、ストローブ信号ＳＴＢ２のアサート時間はＴ／４、・・・、ストローブ信号ＳＴＢ（ｎ−１）のアサート時間はＴ／２^{（ｎ−１）}である。ＡＮＤ０の出力は、発光ラインデータＬＯＮ［（ｎ−１）］が１、つまり発光ラインのとき、ＳＴＢ０のアサート時間Ｔだけアサートする。ＡＮＤ１の出力は発光ラインデータＬＯＮ［（ｎ−２）］が１つまり発光ラインのとき、ＳＴＢ１のアサート時間Ｔ／２だけアサートする。ＡＮＤ２の出力は発光ラインデータＬＯＮ［（ｎ−３）］が１つまり発光ラインのとき、ＳＴＢ２のアサート時間Ｔ／４だけアサートする。同様にＡＮＤ（ｎ−１）の出力は発光ラインデータＬＯＮ［０］が１つまり発光ラインのとき、ＳＴＢ（ｎ−１）のアサート時間Ｔ／２^{（ｎ−１）}だけアサートする。
また、各発光時間制御部５３ｄは、ｎ入力のセレクタ回路ＳＥ１を含み、それぞれの入力端子０〜（ｎ−１）には２入力ＡＮＤ回路（ＡＮＤ０〜ＡＮＤ（ｎ−１））から出力された信号が入力され、セレクト信号入力端子Ｓ１にはラインカウンタ部５３ｅから周期ｎのラインカウントデータが入力される。各発光時間制御部５３ｄは、セレクタ回路ＳＥ１で、セレクト信号Ｓ１によって選択されたｎ入力の中の1つを発光ストローブ信号ＳＴとして対応するＬＥＤドライバ部５３ｉに出力する。

ラインカウンタ部５３ｅは、ｎ周期のカウンタを含み、制御部１０から入力されるライン同期信号ＳＹに同期してカウンタ値を１増加するとともに、カウンタ値と同値のラインカウントデータを各発光時間制御部５３ｄのセレクト信号入力端子Ｓ１及び各発光強度制御部５３ｈに出力する。ライン同期信号ＳＹとは、１ラインの画像形成処理に必要となる時間に相当する周期をもつ信号である。カウンタ値が最大値のときにライン同期信号ＳＹがアサートしたらカウンタ値を０に戻す。

発光変位シフトレジスタ部５３ｆは、主走査方向に配列されたＬＥＤ素子５３ｋの数ｌに相当する段数のレジスタを含む。発光変位シフトレジスタ部５３ｆは、発光ライン変換部５３ａからｎ×ｈビットの発光変位データを入力し、制御部１０からのクロック信号ＣＬに同期してｎ×ｈビットの発光変位データをシフトして、段数ｌの発光変位データを一時的に保持するとともに、クロック信号ＣＬに同期して、段数ｌに相当する数のｎ×ｈビットの発光変位データを発光変位ラッチ部５３ｇに出力する。

発光変位ラッチ部５３ｇは、制御部１０によりロード信号ＬＯＡＤがアサートされたとき、発光変位シフトレジスタ部５３ｆから出力された段数ｌのｎ×ｈビットの発光変位データを取り込んで、取り込んだ段数ｌのｎ×ｈビットの発光変位データを発光強度制御部５３ｈに出力する。

発光強度制御部５３ｈは、露光強度制御手段として機能するものであり、ＬＥＤアレイ駆動部５３Ａの中に、主走査方向に配列されたＬＥＤ素子５３ｋの数ｌに相当する数分設けられている。各発光強度制御部５３ｈは、n入力の変位セレクタ回路ＳＥ２及び基準電圧セレクタ回路ＳＥ３を含む。

変位セレクタ回路ＳＥ２のそれぞれの入力端子０〜（ｎ−１）には発光変位ラッチ部５３ｇからの発光変位データ｛ｓ０［（ｈ−１）：０］, ｓ１［（ｈ−１）：０］, ｓ２［（ｈ−１）：０］,・・・, ｓ（ｎ−１）［（ｈ−１）：０］｝が入力され、セレクト信号入力端子Ｓ２には、ラインカウントデータが入力される。変位セレクタ回路ＳＥ２の入力端子０には第０ラインの変位ｓ０［（ｈ−１）：０］が入力され、入力端子1には第1ラインの変位ｓ１［（ｈ−１）：０］が入力され、入力端子２には第２ラインの変位ｓ２［（ｈ−１）：０］が入力され、・・・以降同様に入力され、入力端子（ｎ−１）には第（ｎ−１）ラインの変位ｓ（ｎ−１）［（ｈ−１）：０］がそれぞれ入力され、セレクト信号入力端子Ｓ２に入力されるラインカウントデータが０のとき変位ｓ０［（ｈ−１）：０］が、ラインカウントデータが1のとき変位ｓ１［（ｈ−１）：０］が、ラインカウントデータが２のとき変位ｓ２［（ｈ−１）：０］が、同様にラインカウントデータが（ｎ−１）のとき変位ｓ（ｎ−１）［（ｈ−１）：０］がそれぞれ選択され、基準電圧セレクタ回路ＳＥ３のセレクト信号入力端子Ｓ３に出力される。

基準電圧セレクタ回路ＳＥ３は、発光変位データの種類に対応した個数ｉ（ｉは２^h以下の奇数）の入力端子を有する。それぞれの入力端子には基準電圧が入力され、セレクト信号入力端子Ｓ３には変位セレクタ回路ＳＥ２から出力された信号が入力される。例えば、上述したように、階調０〜階調３１を表す場合、図５に示すように、発光変位データは、０、＋１、−１の３種類であり、基準電圧セレクタ回路ＳＥ３の３つの入力端子には、基準電圧Ｖref０、Ｖref＋１、Ｖref−１の何れかが入力される。そして、変位セレクタ回路ＳＥ２から出力された信号が０のとき基準電圧Ｖref０が、＋１のとき基準電圧Ｖref＋１が、変位セレクタ回路ＳＥ２から出力された信号が−１のとき基準電圧Ｖref−１が選択され、選択された基準電圧が発光基準電圧としてＬＥＤドライバ部５３ｉに出力される。

ＬＥＤドライバ部５３ｉは、ＬＥＤアレイ駆動部５３Ａの中に、主走査方向に配列されたＬＥＤ素子５３ｋの数ｌに相当する数分設けられている。各ＬＥＤドライバ部５３ｉは、電源端子、制御端子、トランジスタを含み、トランジスタのエミッタはＬＥＤ素子５３ｋに接続されている。各ＬＥＤドライバ部５３ｉにおいては、対応する発光時間制御部５３ｄから発光ストローブ信号ＳＴが入力されると、発光ストローブ信号ＳＴがアサートされている時間、電源端子に電源電圧Ｖｄｄが印加され、発光強度制御部５３ｈから発光基準電圧が入力されると、入力された発光基準電圧が制御端子に印加される。これにより、発光ストローブ信号ＳＴがアサートされている時間、電源端子に印加された電源電圧Ｖｄｄに応じたある一定の大きさの電流がトランジスタのエミッタに流れる。エミッタに流れる電流の大きさは、制御端子に印加された発光基準電圧に応じて変化する。即ち、ＬＥＤドライバ部５３ｉにおいて、トランジスタのエミッタに電流を流す時間を発光ストローブ信号ＳＴに応じて制御し、トランジスタのエミッタに流す電流の大きさを発光基準電圧に応じて制御する。そして、トランジスタのエミッタに流れる電流をＬＥＤアレイ部５３Ｂに含まれるＬＥＤ素子５３ｋに供給する。このように、各ＬＥＤドライバ部５３ｉは、トランジスタのエミッタに流れる電流の時間を制御することによってＬＥＤアレイ部５３Ｂに含まれるＬＥＤ素子５３ｋの発光時間を、大きさを制御することによってＬＥＤアレイ部５３Ｂに含まれるＬＥＤ素子５３ｋの発光強度をそれぞれ制御する。

なお、発光基準電圧Ｖref０は、ＬＥＤ素子５３ｋを標準発光強度Ｐで発光させることのできる電圧である。Ｖref＋１は、発光強度２Ｐ、Ｖref−１は、発光強度Ｐ／２で発光させることのできる基準電圧である。ストローブ信号のアサート時間Ｔは、ｎラインの全ラインを発光させて感光体ドラム５１の表面に静電潜像を形成させ、現像器５４により静電潜像に付着させたトナー像が、所望する階調２^ｎの最高濃度と合ったときの時間である。

ＬＥＤアレイ部５３Ｂの各ＬＥＤ素子５３ｋは、ＬＥＤドライバ部５３ｉから入力された電流の大きさ及び時間に応じた露光エネルギーで発光し、感光体ドラム５１を露光して潜像を形成する。

図７に、上記説明したＬＥＤプリントヘッド５３により階調１７を感光体ドラム５１に書き込んだときの露光エネルギー分布及び濃度分布を模式的に示す。図７に示すように、ＬＥＤプリントヘッド５３により、発光させるライン及び発光強度を調整することにより、露光エネルギーが閾値Ｘを下回ることがなくなり、露光エネルギーが均一化される。

以上説明したように、ＬＥＤプリントヘッド５３によれば、発光ライン変換部５３ａにおいて、入力された画像データに基づいて、画素の潜像を形成する隣接するｎラインのうち互いに隣り合うライン間に亘って露光エネルギーが閾値Ｘ以上を維持するようにＬＥＤ素子５３ｋを発光させるラインを選択し、発光時間制御部５３ｄにおいて、隣接するｎラインの各ラインでの発光時間を予め定められた互いに異なる発光時間となるように制御し、発光強度制御部５３ｈにおいて、発光ライン変換部５３ａで選択されたラインに位置するＬＥＤ素子５３ｋを予め定められた発光時間で発光させる場合に、ｎライン全体で画像データの示す階調に応じた露光エネルギーとなるようにＬＥＤ素子５３ｋの発光強度を制御する。

従って、隣接するｎラインのうち互いに隣り合うライン間において露光エネルギーが閾値Ｘ以上に均一化されるので、トナーが付着することにより形成されるドットがそれぞれ孤立してしまうことがなくなり、濃度ムラを低減することが可能となる。その結果、高解像度画像における画質を向上させることが可能となる。

なお、上記実施の形態における記述内容は、本発明に係る画像形成装置１００の好適な一例であり、これに限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態においては、本発明を電子写真方式のプリンタに適用した場合を例にとり説明したが、本発明を適用する画像形成装置としては、これに限定されず、例えば、複写機、複合機等に適用してもよい。

また、上記実施の形態においては、露光素子としてＬＥＤ素子を用いた場合を例にとり説明したが、ＰＬＺＴからなる光シャッタ素子を露光素子として用いてもよい。露光素子である光シャッタ素子は、光源からの光を断続するものであって、画像データに基づいて、所定の駆動電圧を印加されるとＯＮし、光源からの光を透過させることにより感光体の露光を行って画素の潜像を形成するものである。露光強度は、駆動電圧値に応じて変化させることができる。

その他、画像形成装置１００の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

本発明に係る画像形成装置１００の機能的構成を示すブロック図である。 図１のプリンタ部５０の内部構成を示す図である。 図２のＬＥＤプリントヘッド５３の内部構成を示す図である。 ５ビットで表される階調０〜３１を３２段階の露光エネルギーで表現する際の、隣接する５ラインにおける各ラインの発光時間及びＬＥＤ素子５３ｋのＯＮ／ＯＦＦを示す図である。 図４に対し、隣り合う発光ライン間において露光エネルギーが所定量以下となる露光エネルギーの偏りが生じないように発光させるラインの位置を変更し、更にラインの変位に応じて発光時間を調節したときの各ラインの発光時間、ＬＥＤ素子５３ｋのＯＮ／ＯＦＦ及び発光強度を示す図である。 図３の発光ラインラッチ部５３ｃに入力されるロード信号ＬＯＡＤとストローブ信号ＳＴＢ０〜ＳＴＢ４の関係を示す図である。 図３のＬＥＤプリントヘッド５３により階調１７を感光体ドラム５１に書き込んだときの露光エネルギー分布及び濃度分布を模式的に示す図である。 従来技術のＬＥＤプリントヘッドにより（ａ）階調３１、（ｂ）階調１７を感光体ドラム５１に書き込んだときの露光エネルギー分布及び濃度分布を模式的に示す図である。

符号の説明

１００ 画像形成装置
２００ ホストコンピュータ
１０ 制御部
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
２０ 操作表示部
３０ 通信部
４０ 画像メモリ部
５０ プリンタ部
５１ 感光体ドラム
５２ 帯電器
５３ ＬＥＤプリントヘッド
５３Ａ ＬＥＤアレイ駆動部
５３ａ 発光ライン変換部
５３ｂ 発光ラインシフトレジスタ部
５３ｃ 発光ラインラッチ部
５３ｄ 発光時間制御部
５３ｅ ラインカウンタ部
５３ｆ 発光変位シフトレジスタ部
５３ｇ 発光変位ラッチ部
５３ｈ 発光強度制御部
５３ｉ ＬＥＤドライバ部
５３Ｂ ＬＥＤアレイ部
５３ｋ ＬＥＤ素子
５４ 現像器
５５ 転写器
５６ 定着器
５７ イレーサ
５８ クリーナ
５９ 給紙トレイ
５１０ 搬送ベルト
５１１ 排紙トレイ
ＳＥ１ セレクタ回路
ＳＥ２ 変位セレクタ回路
ＳＥ３ 基準電圧セレクタ回路
ＣＬ クロック信号
ＬＯＡＤ ロード信号
ＳＹ ライン同期信号
ＳＴ 発光ストローブ信号

Claims (1)

1. 複数階調の画像データに基づいて露光素子の制御を行うことにより露光エネルギーを変化させ、感光体上に副走査方向において隣接する複数の書き込みラインを一組とする画素の潜像を形成する露光手段を備えた電子写真方式の画像形成装置において、
   前記露光手段は、
   前記画像データに基づいて、前記露光素子の前記各書き込みラインでの露光時間を個々に制御する露光時間制御手段と、
   前記画像データに基づいて、前記書き込みラインのうち互いに隣り合う書き込みライン間に亘って露光エネルギーが所定量以上を維持するように書き込みラインを選択する書き込みライン選択手段と、
   前記選択された書き込みラインに位置する露光素子を前記露光時間制御手段により定められた露光時間で露光させる場合に、当該書き込みラインに照射される露光エネルギーが前記画像データの示す階調に応じた露光エネルギーとなるように、当該露光素子の露光強度を制御する露光強度制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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