JP2008175859A - 画像形成装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用するスクリーンパターンによらず、モアレの発生を防止することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 画像データをスクリーン処理するスクリーン処理部１０と、複数本の露光ビームを感光体ドラム３０上で各々走査させることで、感光体ドラム３０上に静電潜像を形成する露光器１３と、スクリーン処理に使用するスクリーンの線数と角度との少なくとも１つの情報を取得し、この情報に基づいて感光体上に静電潜像を形成する露光器１３の露光ビーム本数を制御する露光制御部１１と、を有する構成としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の発光点が２次元配列されたＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：面発光レーザ）を使用する露光装置を備えた画像形成装置に関する。

近年、露光装置の光源に、複数の発光点が２次元配列されたＶＣＳＥＬが使用されるようになってきた。この技術では、ＶＣＳＥＬより出力される複数本のレーザビームを回転多面鏡で偏向させて、感光体上を同時に走査するビーム数を増やすことで、実質的な走査レートを向上させ、高速・高解像度化を図っている。

このような露光装置を備えた画像形成装置においては、カラー画像や写真画像などの階調性を有する画像を表現するために、網点や万線などの周期性を持った網点パターンを使用すると、出力画像に濃度むらが生じてしまう可能性があった。
すなわち、ＶＣＳＥＬのように複数の発光点を用いる場合、各光源の出力強度を均一にすることは難しい。このため、均一な画像信号で露光を行っても、感光体上に周期的な電位の不均一（潜像電位むら）が生じてしまう。この潜像電位むらとスクリーニングの網点パターンとが干渉すると、出力画像に濃度むらが発生する。

特許文献１では、スクリーニングの網点パラメータを複数備え、露光装置の書き込みピッチに応じて、網点を切り替える技術を提案している。

特開２００５−１１９４号公報

しかしながら、特許文献１の開示技術では、スクリーニングの網点パターンのピッチや角度に制約が出てしまい、任意の網点パターンを選択することができないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、使用するスクリーンパターンによらず、モアレの発生を防止することができる画像形成装置及び露光方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、画像データをスクリーン処理するスクリーン処理手段と、複数本の露光ビームを感光体上で各々走査させることで、該感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記スクリーン処理に使用するスクリーンの線数と角度との少なくとも１つの情報を取得し、該情報に基づいて前記感光体上に静電潜像を形成する前記露光手段の露光ビーム本数を制御する制御手段と、を有する構成としている。
このように本発明は、スクリーンの線数と角度との少なくとも１つの情報に基づいて、露光ビーム本数を制御することで、使用するスクリーンパターンによらず、モアレの発生を防止することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において。前記スクリーン処理手段は、画像データの色に応じて前記スクリーン処理に使用するスクリーンを変更し、前記制御手段は、前記スクリーン処理のスクリーン線数とスクリーン角度とから使用するスクリーンのモアレピッチを算出し、算出したモアレピッチに基づいて露光ビーム本数を選択するとよい。
従って、使用するスクリーンパターンによらず、モアレの発生を防止することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記スクリーン処理手段は、画像データの色ごとに前記スクリーン処理に使用するスクリーンを変更し、前記制御手段は、前記スクリーン処理のスクリーン線数とスクリーン角度とから各色ごとのモアレピッチを算出し、算出したモアレピッチが最も大きい色のスクリーンを使用した場合に、前記モアレピッチが所定値以下となる露光ビーム本数を選択するとよい。
従って、複数色の画像を形成する場合に、全ての色でモアレが発生しないように制御することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、印刷モードごとに変更されるスクリーンに応じて、露光ビーム本数を変更するとよい。
従って、発生するモアレの影響が大きい印刷モードと、影響が小さい印刷モードとで露光ビーム本数を変更することで、印刷モードに応じた最適な露光ビーム本数で露光することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項記載の発明において、前記制御手段は、発生するモアレのピッチが、０．３以下となるように前記露光ビーム本数を制御するとよい。
モアレピッチが０．３以下となるように制御するので、良好な画質の画像を出力させることが可能となる。

請求項６記載の露光方法は、スクリーン処理に使用するスクリーンの線数と角度との少なくとも１つの情報を取得するステップと、取得した情報に基づいて、感光体上に静電潜像を形成する露光手段の露光ビーム本数を決定するステップと、決定した本数の露光ビームで、前記感光体上に静電潜像を形成するステップと、を有している。

本発明によれば、使用するスクリーンパターンによらず、モアレの発生を防止することができる。

添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。

まず、図１を参照しながら本実施例の構成を説明する。本実施例の画像形成装置１は、コントローラ部４と、エンジン制御部８と、エンジン部１２とを有している。コントローラ部４は、ＰＤＬ解釈部５、色補正部６、描画部７を備えている。また、エンジン制御部８は、階調補正部９、スクリーン処理部１０、露光制御部１１を備えている。エンジン部１２は、露光器１３と、現像器１４と、転写器１５と、定着器１６とを備えている。

画像入力装置２は、スキャナ等の入力デバイスを備え、原稿画像を読み取る。画像処理部３は、画像入力装置２で読み込んだ画像データを形式変換し、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色ごとの画像信号を生成する。画像処理部３によって処理された画像信号は、エンジン制御部８に出力される。

また、コントローラ部４は、パーソナルコンピュータ等から送られてくるＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ等に代表されるページ記述言語（ＰＤＬ）をＰＤＬ解釈部５で解釈する。色補正部６は、エンジン部１２の特性に基づいて予め設定されている色補正や色変換を施す。描画部７は、エンジン部１２の解像度に応じたビットマップデータを生成する。

エンジン制御部８の階調補正部９には、キャリブレーション等を行って得られた、入力画像信号を補正するための階調補正カーブが保持されている。この階調補正カーブに基づいて入力画像信号を補正する。この処理によって、所望の濃度の画像が得られることになる。
スクリーン処理部１０は、特定の色、特定のオブジェクト（例えば、写真、文字など）ごとに好ましいスクリーン処理を施し、例えば２４００ｄｐｉ（１ビット）の画像データを出力する。
露光制御部１１は、スクリーン処理部１０で使用したスクリーンの線数情報を取得して、露光時の発光点数と、ポリゴンの回転数とを露光器１３に通知する。

エンジン部１２は、感光体ドラムの周囲に露光器１３、現像器１４、転写器１５、定着器１６等を配置したものであって、露光器１３で感光体ドラム上に画像データに基づく静電潜像を形成し、これを現像して用紙に転写させる。用紙に転写された画像は、定着器１６によって定着されて、機外に排出される。

図２に、露光器１３の構成を示す。図２を参照しながら複数ラインの同時書き込みを行う露光器１３の構成について説明する。
半導体レーザを構成するＶＣＳＥＬチップ２１の個々の発光点すなわちＶＣＳＥＬチップから出射された複数のレーザ光Ｌは、コリメータレンズ２２によって所定のビーム直径を持つレーザ光にコリメート（平行化）される。このレーザ光はシリンドリカルレンズ２３を介して回転多面鏡２４に入射し、回転多面鏡２４の回転に伴って、その反射面にて反射され、各々偏向される。図３に、ＶＣＳＥＬチップ２１の構成を示す。本実施例では、３２個の発光点を有するＶＳＣＥＬチップが用いられる。

回転多面鏡２４により反射偏向されたレーザ光Ｌは、倒れ補正機能を有するトロイダルレンズ２５及びｆθ機能を有する走査レンズ群２６を通過して、被走査面に置かれた像担持体としての感光体ドラム３０の被走査面場でスポットに結像する。

レーザ光Ｌの偏向範囲内でかつ被走査面の走査には関与しない位置には、反射ミラー２８及び及び光検出器２７が、反射ミラー２８で反射されたレーザ光Ｌ１が光検出器２７に入射するように配されている。光検出器２７でレーザ光Ｌ１を検出するためには、走査期間中で光検出器２７にレーザ光Ｌ１が偏向される直前にレーザを点灯させて、本来の走査に必要な走査範囲中手前で消灯させる制御が行われる。この光検出器２７より出力される主走査方向同期信号により、画像データに応じたレーザ光の変調開始が制御される。図４には、１度の走査で露光されるラインを示す。

本実施例の画像形成装置では、スクリーン角度とスクリーンピッチの情報をもとに、露光器１３の露光ビーム本数を変更する。

図５は、周期的に不均一な電位、例えば複数の走査線において露光パワーが強い部分（これを帯域という）に対してスクリーンパターンを潜像することでモアレが生じる現象を説明するための図である。図５（Ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬチップ２１を用いて感光体ドラム３０の表面に露光を行い、画像イメージを潜像すると、図５（Ｂ）に示すようにスキャン帯の両端に、重なって露光される帯が発生するため、図５（Ｃ）に示すようにスキャンピッチＺ［ｍｍ］の周期で帯状に電位の強弱が生じる。この潜像電位の強弱により発生する濃度縞をステッチングという。
この現象は、ＶＣＳＥＬチップ２１による露光が、複数の露光点の合成露光となることに起因し、更には、一走査内の中央部と走査のつなぎ部分では露光の合成される時間に差があることが原因と考えられている。すなわち、一走査内の中央部は全露光エネルギーが１μｓ前後の短い時間に与えられるのに対して、つなぎ部（２回露光部）は約２ｍｓという時間をあけてエネルギーが加えられる。その結果、感光体の相反則不軌が生じ、ステッチングとなる（図６参照）。
以上は一様に露光した場合であるが、ここでスクリーンパターンを描画すると、スクリーンパターンにおける周期性と、露光パワーの違いによる電位分布の周期性との間で干渉が生じ、モアレとなって記録紙上に現れてしまう。

すなわち、露光パワーが強い帯域は、図７に示すように主走査方向にスキャンピッチＺ［ｍｍ］の間隔で生じている。このような露光パワーの分布に対して半導体レーザアレイを用いて互いに平行で間隔（スクリーンピッチ）Ｌ［ｍｍ］のスクリーンパターンを形成すると、露光パワーが強い帯域とスクリーンパターンとの重なる部分（図７の円で示す部分）が他よりも強く露光され、この部分が強く潜像される。その結果、出力した画像イメージに、近傍周囲よりも濃度が高い部分が周期性を持って配列し、これがモアレとなって観察者に視認されてしまう。

発生したモアレの方向は、近傍周囲よりも濃度が高い部分の配列のうち最も近いもの同士を結んだ方向となる。したがって、図７に示すように、隣り合う露光パワーが強い帯域と隣り合うスクリーンパターンとがそれぞれ交差した点（図７の円で示す部分）を結んだ方向となる。尚、隣り合うモアレの間隔をモアレピッチＰという。

ここで、スクリーンパターンの方向（これをスクリーン方向という）と露光パワーの強い帯域の方向（すなわちスキャン方向（主走査方向ともいう））とがなす角度をスクリーン角度θ［ｒａｄ］とし、また、モアレの方向と露光パワーの強い帯域の方向とがなす角度をモアレ角度θ２［ｒａｄ］（−π／２＜θ＜π／２）として、スキャンピッチＺとスクリーンピッチＬとスクリーン角度θとの関係、及びこれらから算出されるモアレ角度θ２とモアレピッチＰとを、図８を参照しながら説明する。但し、スクリーン角度θとモアレ角度θ２とは、πの周期性を持ち、且つ０を軸として左右対象であるため、それぞれの範囲を−π／２＜θ＜π／２，−π／２＜θ２＜π／２として考察することができる。尚、スクリーン角度｜θ｜がπ／２の場合、モアレ角度｜θ２｜はπ／２で且つモアレピッチＰはスクリーンピッチＬ又はスキャンピッチＺであるため、この場合の考察を省略している。

まず、図８では、スキャンピッチＺの周期で副走査方向に露光パワーが強い帯域が繰り返されており、その帯域のうち隣接する２つをそれぞれＳ１，Ｓ２とする。また、その干渉縞を形成するラインのうち隣接する２本をＭ１，Ｍ２とする。

ここで、Ｓ１がＭ１，Ｍ２とそれぞれ交差する点をＡ，Ｂとし、Ｓ２がＭ１，Ｍ２とそれぞれ交差する点をＣ，Ｄとする。また、点ＢからＳ２へ下ろした垂線とＳ２との交点をＥとし、点ＢからＭ１へ下ろした垂線とＭ１との交点をＦとすると、スクリーン角度θ＝０とした場合、モアレ角度θ２及びモアレピッチＰは、以下に示す式１，式２のようになる。

また、上記においてスクリーン角度θを０＜｜θ｜＜π／２とした場合、モアレ角度θ２及びモアレピッチＰは、以下の計算方法に基づいて算出できる。

この計算方法では、まず線分ＤＥの長さを求める。線分ＣＥ，ＣＤの長さは、スキャンピッチＺ，スクリーンピッチＬ及びスクリーン角度θから、図８に示すように、以下の式３及び式４として求めることができる。

線分ＤＥは、線分ＣＥと線分ＣＤとの差分であるので、以下の式５となる。

これにより、直角三角形ＢＤＥにおける直角を挟む２辺（線分ＢＥ，ＤＥ）の長さが特定できたため、モアレ角度θ２は以下の式６で求めることができる。

また、モアレ角度θ２が特定できたため、モアレピッチＰは以下の式７のように求めることができる。

本実施例は、上述したようにスクリーン処理部１０からスクーリン角度と、スクリーンピッチの情報を取得して、露光ビームのビーム本数を露光制御部１１で制御する。露光制御部１１は、まず、式（７）を用いてモアレ角度θ２を求める。式（７）にスクリーンピッチＬ、スクリーン角度θを代入して、モアレピッチｐが０．３以下となるときのモアレ角度θ２を算出する。次に、算出したモアレ角度θ２を（６）に代入して、スキャンピッチＺを求める。求めたスキャンピッチＺからスキャンする露光ビームの本数を設定することができる。

図９（Ａ）には、スクリーン角度（θ）を１８（ｒａｄ）、スクリーンピッチを１８９（ｌｉｐ）に設定し、露光器１３の露光ビーム本数（ＶＳＣＥＬ本数）を変更していった時に発生するモアレの角度（ｄｅｇｒｅｓｓ）と、モアレのピッチ（ｍｍ）との関係が示されている。また、図９（Ｂ）には、露光ビーム本数と、モアレピッチの関係をプロットした図を示す。
例えば、スクリーン角度（θ）を１８（ｒａｄ）、スクリーンピッチを１８９（ｌｉｐ）とした場合、露光器１３の露光ビーム本数が１０〜２０の時にモアレピッチが０．３以上となることが分かる。従って、スクリーン角度（θ）が１８（ｒａｄ）、スクリーンピッチ１８９（ｌｉｐ）のスクリーンを使用する場合には、露光ビーム本数は１０〜２０本を除いた本数で露光するように制御するとよい。

図１０に示すフローチャートを参照しながら本実施例の処理手順を説明する。なお、以下の説明では、エンジン部１２は、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロ）、Ｋ（黒）の複数色の画像を形成するものとして説明する。
まず、露光制御部１１は、スクリーン処理部１０から第１色目のスクリーン情報を取得する（ステップＳ１）。スクリーン情報には、スクリーンの角度情報と、スクリーンの線数情報とが含まれる。
次に、露光制御部１１は、モアレピッチが０．３以下となるように露光ビーム本数を計算する（ステップＳ２）。上述した式（６）、（７）を用いてモアレピッチが０．３以下となる露光ビーム本数を求める。これをＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋのすべての色で行い、すべての色でモアレピッチが０．３以下となる露光ビーム本数を求める（ステップＳ３）。

すべての色でモアレピッチが０．３以下となる露光ビーム本数が求められると、露光ビーム本数とプロセス速度から回転多面体の回転速度を算出する（ステップＳ４）。そして、露光制御部１１は、算出した回転速度を画像形成装置を制御する制御部に通知して、算出した回転数となるように回転多面体を制御させる。また、露光制御部１１は、算出した露光ビーム本数で露光するように露光器１３を制御する。

上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば、露光制御部１１は、印刷モードごとに変更されるスクリーンに応じて、露光ビーム本数を変更してもよい。発生するモアレの影響が大きい印刷モードと、影響が小さい印刷モードとで露光ビーム本数を変更することで、印刷モードに応じた最適な露光ビーム本数で露光することができる。また、上記実施例においては、全ての色ごとのスクリーンに対するモアレピッチを求め、その最大のモアレピッチとなるもので露光ビーム本数を決定するように制御したが、特定の一色、または、特定の複数の色に対するスクリーンに対するモアレピッチのみを用いて露光ビームの本数を定めるようにしても良い。これは例えば、ＹＭＣＫの色材を用いて印字する場合に、Ｙの色材のモアレは目立たないという特性があることや、画像データによっては含まれない色成分があり、全ての色のスクリーンに対してのモアレピッチを考慮する必要がない画像データもあるためである。

画像形成装置の構成を示すブロック図である。 露光の構成を示す図である。 ＶＳＣＥＬチップの構成を示す図である。 １回の走査で露光されるラインを示す図である。 レーザ光の副走査方向の光量分布と、感光体ドラム上に形成される副走査方向での電位分布との関係、すなわちステッチングの発生原理を説明するための図である。 走査つなぎ目部分の露光ビームの重なりを説明するための図である。 周期的に不均一な電位に対して網点や万線などの周期性を持ったスクリーンパターンで形成された画像イメージを潜像させた場合にモアレが生じる原理を説明するための図である。 周期的に不均一な電位に対して網点や万線などの周期性を持ったスクリーンパターンで形成された画像イメージを潜像させた場合にモアレが生じる原理を説明するための図である。 （Ａ）は、スクリーン角度（θ）を１８（ｒａｄ）、スクリーンピッチを１８９（ｌｉｐ）に設定し、露光器の露光ビーム本数を変更していった時に発生するモアレの角度（ｄｅｇｒｅｓｓ）と、モアレのピッチ（ｍｍ）との関係を示す図であり、（Ｂ）は、露光ビーム本数と、モアレピッチの関係をプロットした図である。 露光制御部の制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 画像入力装置
３ 画像処理部
４ コントローラ部
５ ＰＤＬ解釈部
６ 色補正部
７ 描画部
８ エンジン制御部
９ 階調補正部
１０ スクリーン処理部
１１ 露光制御部
１２ エンジン部
１３ 露光器
１４ 現像器
１５ 転写器
１６ 定着器

Claims (6)

1. 画像データをスクリーン処理するスクリーン処理手段と、
   複数本の露光ビームを感光体上で各々走査させることで、該感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記スクリーン処理に使用するスクリーンの線数と角度との少なくとも１つの情報を取得し、該情報に基づいて前記感光体上に静電潜像を形成する前記露光手段の露光ビーム本数を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記スクリーン処理手段は、画像データの色に応じて前記スクリーン処理に使用するスクリーンを変更し、
   前記制御手段は、前記スクリーン処理のスクリーン線数とスクリーン角度とから使用するスクリーンのモアレピッチを算出し、算出したモアレピッチに基づいて露光ビーム本数を選択することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記スクリーン処理手段は、画像データの色ごとに前記スクリーン処理に使用するスクリーンを変更し、
   前記制御手段は、前記スクリーン処理のスクリーン線数とスクリーン角度とから各色ごとのモアレピッチを算出し、算出したモアレピッチが最も大きい色のスクリーンを使用した場合に、前記モアレピッチが所定値以下となる露光ビーム本数を選択することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、印刷モードごとに変更されるスクリーンに応じて、露光ビーム本数を変更することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、発生するモアレのピッチが、０．３以下となるように前記露光ビーム本数を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の画像形成装置。
6. スクリーン処理に使用するスクリーンの線数と角度との少なくとも１つの情報を取得するステップと、
   取得した情報に基づいて、感光体上に静電潜像を形成する露光手段の露光ビーム本数を決定するステップと、
   決定した本数の露光ビームで、前記感光体上に静電潜像を形成するステップと、
   を有することを特徴とする露光方法。

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