JP2009023151A - 光走査装置及び印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的に少ない数のセルで主走査方向における濃度差を抑制する。
【解決手段】光走査装置１６は、光ビームＬを出射する出射手段２０と、前記光ビームＬを被走査面上で往復走査する振動ミラー１９と、複数の画素を有するセルＦごとに、その階調に応じた閾値マトリクスＭに基づき前記出射手段２０をオンオフ制御して、前記被走査面上にドットを形成する制御手段６７と、を備え、閾値マトリクスＭは、被走査面上の副走査方向で互いに隣接し、且つ、前記画素にドットを形成させる要素同士の組のうち、当該要素同士に基づき被走査面上に形成されるドット同士が互いに近づく組の数と、互いに遠ざかる組の数とが同数であるパターンに形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、振動ミラーを備えた光走査装置に関する。

例えばレーザプリンタに設けられる光走査装置の中には、モータによって回転駆動されるポリゴンミラーを利用するものの他に、振動ミラー（マイクロミラー）を利用するものがある。これは、振動ミラーを静電力によって振動駆動させ、光源からのレーザ光を振動ミラーによって偏向して感光体上で往復走査するものである。図１０は、従来の光走査装置における振動ミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡との関係を示した図である。このようなレーザ光走査における両端部分（図中の破線部分）を除いた中央部分（図中の実線部分）が感光体上で走査される。同図から分かるように、振動ミラーを使ってレーザ光を感光体上で往復走査する構成では、副走査方向に隣り合う主走査ラインＲ端間の距離（ｄ１，ｄ２）が異なる。このため、走査歪みにより主走査方向の両端間で濃度差が生じ得る。

そこで、特許文献１には、複数の画素からなり、画像の階調に応じたドットパターンが形成される複数セルを、副走査方向において奇数画素だけ相互に離間させることで、画像全体として主走査方向における濃度差を抑制しようとする技術が開示されている。
特開２００７−６２０９７公報

しかし、上記特許文献１の構成では、ある程度多くのセルを形成しなければ上記濃度差の抑制効果を得ることができない。また、各セル間に奇数画素分の空白領域が形成されてしまうという問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、比較的に少ない数のセルで主走査方向における濃度差を抑制することが可能な光走査装置及び印刷装置を提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、第１の発明に係る光走査装置は、光ビームを出射する出射手段と、前記光ビームを被走査面上で往復走査する振動ミラーと、複数の画素を有するセルごとに、その階調に応じたドット集中型の閾値マトリクスに基づき前記出射手段をオンオフ制御して、前記被走査面上にドットを形成する制御手段と、を備え、前記閾値マトリクスは、前記被走査面上の副走査方向で互いに隣接し、且つ、前記画素にドットを形成させる要素同士の組のうち、当該要素同士に基づき前記被走査面上に形成されるドット同士が互いに近づく組の数と、互いに遠ざかる組の数とが同数であるパターンに形成されている。
本発明によれば、各セルに対応する閾値マトリクスは、副走査方向で互いに隣接し、且つ、各画素にドットを形成させる要素同士の組のうち、当該要素同士によって被走査面上に形成されるドット同士が互いに近づく組の数と、互いに遠ざかる組の数とが同数である。従って、各セル単位で、走査歪みによる主走査方向における濃度差が相殺される。従って、従来よりも比較的に少ない数のセルで上記濃度差を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明の光走査装置であって、主走査方向において前記セル同士は互いに隣接している。
本発明は、各セル単位で主走査方向における濃度差を相殺するから、セル同士を主走査方向で隣接して配置することができる。このため、各セル間に奇数画素分の空白領域が形成されてしまうという従来の光走査装置の問題を抑制できる。

第３の発明に係る印刷装置は、感光体、及び、前記感光体を露光する請求項１または請求項２に記載の光走査装置を有し、露光された前記感光体に画像を形成し、その画像を印刷媒体に転写する印刷部を備える。

本発明によれば、従来よりも比較的に少ない数のセルで濃度差を抑制することができる。

本発明の一実施形態を図１〜図９を参照しつつ説明する。
（レーザプリンタの全体構成）
図１は、レーザプリンタ（印刷装置の一例）１の要部側断面図である。レーザプリンタ１は、本体フレーム２内に、用紙３（印刷媒体の一例）を給紙するためのフィーダ部４や、そのフィーダ部４により給紙された用紙３に画像を形成するための印刷部５などを備えている。

１．フィーダ部
フィーダ部４は、給紙トレイ６と、押圧板７と、給紙ローラ８および分離パッド９と、紙粉取りローラ１０，１１と、レジストレーションローラ１２とを備えている。分離パッド９はばね１３によって給紙ローラ８に押圧されている。なお、以下、図１で紙面右側をレーザプリンタ１の前側、図１で紙面左側をレーザプリンタ１の後側として説明する。

押圧板７は、その後端部を中心に回転可能とされるとともに、その前端部側が図示しないばねによって上方向に付勢されている。これにより押圧板７上の最上位にある用紙３が給紙ローラ８に向かって押圧されている。そして、押圧板７上の用紙３は、その給紙ローラ８の回転によって給紙ローラ８と分離パッド９とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。

給紙された用紙３は、紙粉取りローラ１０，１１によって、紙粉が取り除かれた後、レジストレーションローラ１２に送られる。レジストレーションローラ１２は、用紙３をレジスト後に転写位置に送る。なお、この転写位置は、用紙３に感光ドラム２７上のトナー像を転写する位置であって、感光ドラム２７（感光体の一例）と転写ローラ３０（転写手段の一例）との接触位置とされる。

２．印刷部
印刷部５は、スキャナ部１６、プロセスカートリッジ１７および定着部１８を備えている。

図２は、スキャナ部１６（光走査装置の一例）の構成を示した模式図である。発光部２０（例えばレーザダイオード 出射手段の一例）は画像信号に基づきオンオフ動作する。発光部２０から出射された光ビームとしてのレーザ光Ｌは、図２の鎖線で示すように、振動ミラー１９によって偏向される。ここで偏向されたレーザ光Ｌは、光学系２１（例えばアークサインレンズ）を通過することにより感光ドラム２７の表面に結像し、感光ドラム２７表面上の印刷領域Ｅ内に静電潜像を形成する。また、スキャナ部１６には、上記光学系２１を通過したレーザ光Ｌを所定の位置で検出するＢＤセンサ２２（例えばフォトダイオード 光学センサの一例）が設けられている。具体的には、上記光学系２１を通過したレーザ光Ｌが、反射ミラー２３を介してＢＤセンサ２２に入光されるように構成されている。

ＢＤセンサ２２でのレーザ光Ｌの検出タイミングは、上記印刷領域Ｅ内にレーザ光Ｌを照射する開始タイミングを計るために利用される。また、スキャナ部１６は、振動制御部６６及びレーザ制御部６７を備える。なお、振動ミラー１９の詳細は後で説明する。

プロセスカートリッジ１７は、現像ローラ３１、層厚規制ブレード３２、供給ローラ３３、トナーホッパ３４を備えている。トナーホッパ３４内のトナーは、アジテータ３６により攪拌されて、トナー供給口３７から放出される。なお、現像ローラ３１には、現像時に図示しない印加回路により現像バイアス電圧が印加される。

トナー供給口３７から放出されるトナーは、供給ローラ３３の回転により、現像ローラ３１に供給され、供給ローラ３３と現像ローラ３１との間で正に摩擦帯電される。さらに、現像ローラ３１上に供給されたトナーは、層厚規制ブレード３２により、薄層として現像ローラ３１上に担持される。

また、プロセスカートリッジ１７は、更に、感光ドラム２７、スコロトロン型の帯電器２９、転写ローラ３０およびクリーニングブラシ５３を備えている。感光ドラム２７の表面（被走査面の一例）は、帯電器２９により正帯電された後、スキャナ部１６からのレーザ光Ｌにより露光され、静電潜像が形成される。

次いで、現像ローラ３１の表面上に担持されるトナーが、感光ドラム２７上に形成された静電潜像に供給され現像される。転写ローラ３０には、転写動作時には、図示しない印加回路により転写用バイアス電圧が印加される。クリーニングブラシ５３は、クリーニングバイアス電圧が印加され、感光ドラム２７に付着する紙粉を電気的に吸引して除去する。

定着部１８は、用紙３が加熱ローラ４１と押圧ローラ４２との間を通過する間に、その用紙３上のトナーを熱定着させ、その後、搬送ローラ４３によって、排紙パス４４に搬送するようにしている。排紙パス４４に送られた用紙３は、排紙ローラ４５によって排紙トレイ４６上に排紙される。

（振動ミラー、振動制御部及びレーザ制御部）
１．振動ミラー及び振動制御部
図３は振動ミラー１９の全体図である。振動ミラー１９は、ミラー振動子６０と、１対の電極（以下、「可動電極６１，固定電極６２」という。）とを備えて構成されている。ミラー振動子６０は、フレーム部６４内に、例えば円形状のミラー部６３が配置され、このミラー部６３から突出した１対の支持軸部６５がフレーム部６４に連結された構造になっている。なお、ミラー振動子６０は例えば１枚の半導体基板（例えばシリコンウエハ）に、エッチングや成膜などのマイクロマシニング技術による加工を施して形成される。

上記各支持軸部６５には、櫛状に突出した可動電極６１が設けられている。この可動電極６１は、支持軸部６５に導電材料を蒸着して形成されたものである。一方、フレーム部６４側にも、櫛状に突出した固定電極６２が設けられている。この固定電極６２は、フレーム部６４に導電材料を蒸着して形成されたものである。可動電極６１と固定電極６２との櫛先同士は所定の間隔を隔てて噛合うように互い違いに配置されている。

振動制御部６６は、可動電極６１と固定電極６２との間にパルス状の駆動信号Ｓ１（電圧信号）を与える。具体的には、可動電極６１に上記駆動信号Ｓ１を与える一方で、固定電極６２が接地されている。これにより、振動ミラー１９のミラー部６３は、可動電極６１と固定電極６２との間に周期的に生じる静電力（引力または斥力）と、その静電力によってねじれ変形した支持軸部６５の復元力とによって振動する。なお、振動制御部６６は、ＢＤセンサ２２でのレーザ光Ｌの検出タイミングの時間間隔に基づき、振動ミラー１９の振動周期、振幅がそれぞれ所定の一定値になるようにフィードバック制御をしている。

２．レーザ制御部
本実施形態では画像の階調をディザ法（Dither Method = 誤差拡散法）によって表現する。具体的には、レーザ制御部６７（制御手段の一例）は、例えば外部のパーソナルコンピュータなどの情報処理装置から受信した画像データＳ２を解析し、その画像データに対応する画像の階調（濃淡）レベルに応じたドットパターンデータを生成する。レーザ制御部６７は、振動制御部６６から振動ミラー１９の振動に応じた同期信号Ｓ３を受けつつ、上記ドットパターンデータに基づき発光部２０をオンオフ制御する。

ドットパターンデータの生成過程で利用するのがドット集中型の閾値マトリクス（ディザ行列ともいう）Ｍである。レーザ制御部６７は、複数の画素を用いて１つのセルＦを構成すると共に、閾値マトリクスＭに従って各セルＦが有する複数の画素のうち階調レベルに対応する画素のみ露光を行ってドットＤを感光ドラム２７上に形成する。このように、ドットＤにより構成される網点の大きさを階調レベルに応じて変化させて階調を表現する。

各閾値マトリクスＭは副走査方向に対応する方向の列数（マス数）が４以上の偶数である。図４にはその一例として、本実施形態で使用する１６階調の閾値マトリクスＭ（４×４）が示されている。また、図５には従来使用されていた１６階調の閾値マトリクスＮ（４×４）が示されている。各同図で紙面左右方向が感光ドラム２７上の主走査方向（発光部２０からのレーザ光Ｌの走査方向）に対応する方向であり、紙面上下方向が副走査方向（感光ドラム２７の回転方向）に対応する方向である。この場合、閾値マトリクスＭに対応して上記セルＦも４×４の１６画素から構成されることになる。各閾値マトリクスＭの各マスは感光ドラム２７上の各画素に対応する。以下、このマスを閾値マトリクスの「要素」という。セルＦを構成する複数の画素のうち、図４で網掛けした要素（以下、「有効要素Ｂ」という）に対応する画素はレーザ光Ｌの露光によりドットＤが形成され、白抜きの要素（以下、「無効要素Ｃ」という）に対応する画素はレーザ光Ｌの露光がされずドットＤが形成されない。

図４に示す各閾値マトリクスＭ１〜Ｍ１６は、有効要素Ｂの数が多いほど階調レベルが高い。各閾値マトリクスＭ１〜Ｍ１６と各階調レベルとの対応関係がデータテーブルとしてメモリ６８に記憶されている。レーザ制御部６７は、上記ドットパターンデータの生成時にメモリ６８から画像の階調レベルに対応する閾値マトリクスＭのデータを読み出してドットパターンデータを生成する。

ここで、図６，７は本実施形態の閾値マトリクスＭ６に基づきドットが形成されたセルＦを示す図であり、図８，９は従来の閾値マトリクスＮ６に基づきドットが形成されたセルＦを示す図である。各図に示すように、セルＦは主副走査方向に隙間なく複数配列される。図６，８は印刷領域Ｅのうち主走査方向中央位置Ｏよりも左側の領域の一部を示し、図７，９は印刷領域Ｅのうち主走査方向中央位置Ｏよりも右側の領域の一部を示す。

なお、各図の網掛けされた画素が上記有効要素Ｂに対応する画素である。各図の符号Ｄは露光により形成されるドットであり、このドットＤの直径（レーザ光Ｌのスポット径）は画素の幅よりも大きい。各図の「ＯＫ」は主走査方向における濃度差がセルＦに生じないことを意味し、「ＮＧ」は主走査方向における濃度差がセルＦに生じることを意味する。但し、各図では３つのセルＦのみ具体的に示し、他のセルＦは省略されている。

また、各図の点線Ｒ'は理想的な走査ラインを意味する。この理想的な走査ラインＲ'は、全て主走査方向に沿った直線をなし、隣り合う走査ラインＲ'同士のライン距離が全長に亘って均等である。仮に、スキャナ部１６がこの理想的な走査ラインＲ'上に走査することができれば、例えば従来の閾値マトリクスＮを使用しても各ドットＤは主副走査方向において均等間隔で配列されるため主走査方向における濃度差が生じることはない。

しかし、上述したように、本実施形態のスキャナ部１６は振動ミラー１９の往復走査を利用しているため、それによる走査ラインは図６〜９で示す実線Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４．．．のようになる（図１０も参照）。

（１）従来の閾値マトリクスを利用した場合
従来の閾値マトリクスＮ６を利用した場合、図８に示すように、第１走査ラインＲ１上では理想的な走査ラインＲ'に対してドットＤ１がやや紙面上側に形成され、第２走査ラインＲ２上では理想的な走査ラインＲ'に対してドットＤ２、Ｄ３、Ｄ４がやや下側に形成される。また、第３走査ラインＲ３上では理想的な走査ラインＲ'に対してドットＤ５、Ｄ６がやや上側に形成される。つまり、ドットＤ３及びドットＤ５の組と、ドットＤ４及びドットＤ６の組は理想的な走査ラインＲ'に対して互いに近付くのに対して、ドットＤ１及びドットＤ４の組は互いに遠ざかる。

ドットＤ１及びドットＤ４の組とドットＤ４及びドットＤ６の組とは互いに相殺し合うため、その結果、これらの組はセルＦの濃度に影響を及ぼさない。しかし、ドットＤ３及びドットＤ５の組は第２走査ラインＲ２と第３走査ラインＲ３とのライン間距離に応じて重なり度合いが変わるため、セルＦの濃度に影響を及ぼす。具体的には、上述したようにドットＤの直径は画素の幅よりも大きいため、ドットＤ同士が近付くほど両ドットＤが占める領域が狭くなるため当該セルＦの濃度は薄くなり、逆に遠のくほど濃度が濃くなると考えられる。

また、図９に示すように、ドットＤ７及びドットＤ１０の組は理想的な走査ラインＲ'に対して互いに近付くのに対して、ドットＤ９及びドットＤ１１の組、ドットＤ１０及びドットＤ１２の組は互いに遠ざかる。従って、ドットＤ９及びドットＤ１１の組は第２走査ラインＲ２と第３走査ラインＲ３とのライン間距離に応じて重なり度合いが変わるため、セルＦの濃度に影響を及ぼす。

以上のように、従来の閾値マトリクスＮ６に基づきドットパターンが形成されたセルＦは、隣り合う走査ラインＲのライン間距離に応じて再現される濃度（階調）レベルが変わってしまう。つまり、例えば第１走査ラインＲ１及び第２走査ラインＲ２の全長に亘って従来の閾値マトリクスＮ６に基づき階調を再現した場合には、主走査方向において濃度差が生じてしまう。このような問題は、閾値マトリクスＮ３からＮ１４を利用した場合にも同様に生じる。

（２）本実施形態の閾値マトリクスを利用した場合
図４に示す本実施形態の閾値マトリクスＭ１〜Ｍ１６はいずれも、それぞれに基づき形成されるセルＦに主走査方向における濃度差が生じないパターンに設定されている。即ち、閾値マトリクスＭ１〜Ｍ１６は、上記副走査方向に対応する方向で互いに隣接する２つの有効要素Ｂ同士の組のうち、当該有効要素Ｂ同士に基づき感光ドラム２７上に形成されるドットＤ同士が互いに近づく組の数と、互いに遠ざかる組の数とが同数であるパターンに形成されている。

より具体的には、例えば閾値マトリクスＭ６を利用した場合、図６に示すように、第１走査ラインＲ１上では理想的な走査ラインＲ'に対してドットＤ１がやや紙面上側に形成され、第２走査ラインＲ２上では理想的な走査ラインＲ'に対してドットＤ２〜Ｄ５がやや下側に形成される。また、第３走査ラインＲ３上では理想的な走査ラインＲ'に対してドットＤ６がやや上側に形成される。つまり、ドットＤ１及びドットＤ２の組は理想的な走査ラインＲ'に対して互いに遠のくのに対して、ドットＤ５及びドットＤ６の組は互いに遠ざかる。このため、ドットＤ１及びドットＤ２の組とドットＤ５及びドットＤ６の組とは互いに相殺し合うため、その結果、これらの組はセルＦ全体としての濃度に影響を及ぼさない。

また、図７に示すように、ドットＤ７及びドットＤ８の組は理想的な走査ラインＲ'に対して互いに近付くのに対して、ドットＤ１１及びドットＤ１２の組は互いに遠ざかる。このため、ドットＤ７及びドットＤ８の組とドットＤ１１及びドットＤ１２の組とは互いに相殺し合うため、その結果、これらの組はセルＦ全体としての濃度に影響を及ぼさない。

以上のように、本実施形態の閾値マトリクスＭ６に基づきドットパターンが形成されたセルＦは、理想の走査ラインＲ'に対して互いに近付くドットＤの組と、互いに遠のくドットＤの組との数が同じであり、主走査方向のいずれの位置のセルＦも同じ濃度（階調レベル）になるため、画像全体において主走査方向の濃度差が生じない。これは全ての閾値マトリクスＭ１〜Ｍ１６を利用した場合にも同様である。

３．本実施形態の効果
本実施形態によれば、閾値マトリクスＭ１〜Ｍ１６は、副走査方向に対応する方向で互いに隣接する２つの有効要素Ｂ同士の組のうち、当該有効要素Ｂ同士に基づき感光ドラム２７上に形成されるドットＤ同士が互いに近づく組の数と、互いに遠ざかる組の数とが同数であるパターンに形成されている。従って、この閾値マトリクスＭに基づきドットパターンが形成されたセルＦは、理想の走査ラインＲ'に対して互いに近付くドットＤの組と、互いに遠のくドットＤの組との数が同じであり、主走査方向のいずれの位置のセルＦも同じ濃度（階調レベル）になるため、画像全体において主走査方向の濃度差が生じない。

また、各セルＦ単位で主走査方向における濃度差を相殺するから、図６，７に示すように、セルＦ同士を主走査方向で隣接して配置することができる。このため、各セルＦ間に奇数画素分の空白領域が形成されてしまうという従来の光走査装置の問題を抑制できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）本実施形態では、１６階調の閾値マトリクスＭ（４×４）を示して説明したが、例えば２５６階調（１６×１６）など、他の階調レベルであってもよい。この場合も、各階調の閾値マトリクスは、副走査方向に対応する方向で互いに隣接する２つの有効要素Ｂ同士の組のうち、当該有効要素Ｂ同士に基づき感光ドラム２７上に形成されるドットＤ同士が互いに近づく組の数と、互いに遠ざかる組の数とが同数となるパターンに形成すればよい。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの要部側断面図 スキャナ部の構成を示した模式図 振動ミラーの全体図 本実施形態の１６階調の閾値マトリクスを示す図 従来の１６階調の閾値マトリクスを示す図 本実施形態の閾値マトリクスに基づきドットが形成されたセルを示す図（左側領域） 本実施形態の閾値マトリクスに基づきドットが形成されたセルを示す図（右側領域） 従来の閾値マトリクスに基づきドットが形成されたセルを示す図（左側領域） 従来の閾値マトリクスに基づきドットが形成されたセルを示す図（右側領域） 従来の光走査装置における振動ミラーの回動角とレーザ光の走査軌跡との関係を示した図

符号の説明

１…レーザプリンタ（印刷装置）
３…用紙（印刷媒体の一例）
５…印刷部
１６…スキャナ部（光走査装置）
１９…振動ミラー
２０…発光部（出射手段）
２７…感光ドラム（感光体）
６７…レーザ制御部（制御手段）
Ｄ…ドット
Ｆ…セル
Ｌ…レーザ光（光ビーム）
Ｍ（Ｍ１〜Ｍ１６）…閾値マトリクス

Claims (3)

1. 光ビームを出射する出射手段と、
   前記光ビームを被走査面上で往復走査する振動ミラーと、
   複数の画素を有するセルごとに、その階調に応じたドット集中型の閾値マトリクスに基づき前記出射手段をオンオフ制御して、前記被走査面上にドットを形成する制御手段と、を備え、
   前記閾値マトリクスは、前記被走査面上の副走査方向で互いに隣接し、且つ、前記画素にドットを形成させる要素同士の組のうち、当該要素同士に基づき前記被走査面上に形成されるドット同士が互いに近づく組の数と、互いに遠ざかる組の数とが同数であるパターンに形成されている光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置であって、
   主走査方向において前記セル同士は互いに隣接している。
3. 感光体、及び、前記感光体を露光する請求項１または請求項２に記載の光走査装置を有し、露光された前記感光体に画像を形成し、その画像を印刷媒体に転写する印刷部を備える印刷装置。

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