JP2012158118A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像のコントラストを向上させることができる画像形成装置を提供することである。
【解決手段】光源は、ビームを放射する。感光体ドラムには、ビームが照射されることにより静電潜像が形成される。制御部は、所定の要素に１以上の数が配置され、かつ、該所定の要素の周囲の要素に負の数が配置されている行列を用いて、画像データの各画素のデータ値を補正データ値に変換し、該補正データ値に応じた光量のビームを前記光源に放射させる。制御部は、補正データ値が所定の要素の値と等しい画素に対しては最大の光量のビームを光源に放射させ、補正データ値が負の数の総和と等しい画素に対しては該光源にビームを放射させない。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、帯電した感光体にビームを照射して静電潜像を形成する画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置としては、例えば、特許文献１に記載の画像形成装置が知られている。特許文献１に記載の画像形成装置では、強度１のビーム及び強度１のビームより強い強度２のビームを用いて、静電潜像の形成を行っている。強度１のビームは、露光部以外のバックグラウンド部の形成に用いられる。強度２のビームは、露光部の形成に用いられる。そして、コントラストの向上のために、バックグラウンド部と露光部との境界には、ビームを照射しない非露光部が形成されている。

以上のように、画像のコントラストを向上させるために、種々の発明が提案されている。

特開２０００−１２７４９８号公報

そこで、本発明の目的は、画像のコントラストを向上させることができる画像形成装置を提供することである。

本発明の一形態に係る画像形成装置は、ビームを放射する光源と、前記ビームが照射されることにより静電潜像が形成される感光体と、各画素に対して前記光源に放射させるビームの光量を、該各画素の画像データのデータ値及び該各画素の周囲の画素の画像データのデータ値に基づいて決定する制御手段と、を備えており、前記制御手段は、前記光源が放射できる最大の光量を第１の光量、全ての画素が白い画像の画素に対して該光源に放射させるビームの光量を第２の光量、全ての画素が黒い画像の画素に対して該光源に放射させる光量を第３の光量としたときに、白の画素に隣接して白ではない画素が存在する場合には、該白の画素に対して該第２の光量よりも小さな光量のビームを該光源に放射させ、黒の画素に隣接して黒ではない画素が存在する場合には、該黒の画素に対して該第３の光量よりも大きくかつ該第１の光量以下の光量のビームを該光源に放射させること、を特徴とする。

本発明のその他の形態に係る画像形成装置は、ビームを放射する光源と、前記ビームが照射されることにより静電潜像が形成される感光体と、所定の要素に１以上の数が配置され、かつ、該所定の要素の周囲の要素に負の数が配置されている行列を用いて、画像データの各画素のデータ値を補正データ値に変換し、該補正データ値に応じた光量のビームを前記光源に放射させる制御手段と、を備えており、前記制御手段は、前記補正データ値が前記所定の要素の値と等しい画素に対しては最大の光量のビームを前記光源に放射させ、前記補正データ値が前記負の数の総和と等しい画素に対しては該光源にビームを放射させないこと、を特徴とする。

本発明によれば、画像のコントラストを向上させることができる。

本実施形態に係る画像形成装置１０の要部の斜視図である。 第１の画像のコントラストを示したグラフである。 第２の画像のコントラストを示したグラフである。 第３の画像のコントラストを示したグラフである。 第４の画像のコントラストを示したグラフである。 第５の画像のコントラストを示したグラフである。 第６の画像のコントラストを示したグラフである。 第７の画像のコントラストを示したグラフである。 第８の画像のコントラストを示したグラフである。

以下に、本発明の実施形態に係る画像形成装置について説明する。

（画像形成装置の構成）
図１は、本実施形態に係る画像形成装置１０の要部の斜視図である。

画像形成装置１０は、光源１２、コリメータレンズ１４、シリンドリカルレンズ１６、偏向器１８、走査レンズ２０，２２，２４，２６及び折り返しミラー２８、感光体ドラム３０及び制御部３２を備えている。

光源１２は、ビームＢを放射する。コリメータレンズ１４は、光源１２が放射したビームＢのそれぞれを略平行な光に整形する。シリンドリカルレンズ１６は、偏向器１８の反射面において線状となるように、ビームＢを集光する。

偏向器１８は、ポリゴンミラー及びポリゴンミラーを回転させるモータ（図示せず）により構成され、ビームＢを偏向する。走査レンズ２０，２２，２４，２６は、偏向器１８が走査したビームＢを感光体ドラム３０の周面に結像させる。折り返しミラー２８は、走査レンズ２６を透過したビームＢを感光体ドラム３０側へと反射する。

感光体ドラム３０は、円筒形状をなしており、図示しない帯電器により帯電させられている。そして、ビームＢが感光体ドラム３０の周面上を主走査方向に繰り返し走査（照射）されることにより、感光体ドラム３０の周面には静電潜像が形成される。

制御部３２は、画像形成装置１の全体を制御しており、特に、光源１２が放射するビームＢの光量を制御する。

（光源の制御）
以下に、制御部３２が行う光源１２の制御について図面を参照しながら説明する。表１は、制御部３２が画像データの変換に用いるフィルタを示した表である。

制御部３２は、各画素に対して光源１２に放射させるビームの光量を、該各画素の画像データのデータ値及び該各画素の周囲の画素の画像データのデータ値に基づいて決定する。より詳細には、制御部３２は、所定の要素に１以上の数が配置され、かつ、該所定の要素の周囲の要素に負の数が配置されている行列（表１のフィルタ）を用いて、画像データの各画素のデータ値を補正画像データの補正データ値に変換する。表１のフィルタは、５行５列のフィルタである。表１のフィルタにおいて、所定の要素とは、（３，３）に位置する要素（すなわち、フィルタの中心の要素）である。そして、表１のフィルタでは、（３，３）に位置する要素の周囲の要素に負の数（−０．０５，−０．１，−０．１５）が配置されている。要素の値は、所定の要素から離れるにしたがって小さくなっている。また、フィルタ内の全要素の合計は１となっている。よって、画像データにおける光量の総和と、補正画像データにおける光量の総和とは同じである。以下に、画像データを補正画像データに変換する処理について具体例を挙げて説明する。なお、本実施形態において、（ａ，ｂ）に位置する要素とは、上からａ行目で左からｂ列目の要素を意味する。

表２は、画像データの一例を示した表である。なお、表２の画像データでは、各画素のデータ値は、０又は１である。０は、画素が白であることを示し、１は、画素が黒であることを示している。なお、データ値が０又は１であるとしたのは、説明を簡単にするために行ったためである。実際の画像データの各画素のデータ値は、階調数に応じた数であり、例えば、０〜２５５の数である。表３は、制御部３２により補正された補正画像データの一例を示した図である。

制御部３２は、所定の画素のデータ値に対して所定の要素をかけ、かつ、該所定の画素の周囲の各画素のデータ値に対して、所定の要素の周囲の各要素をかけ、得られた値の総和を所定の画素の補正データ値とする。表２の画像データの（５，４）に位置する画素の補正データ値の算出方法を例に挙げて説明する。

画像データの（５，４）に位置する画素のデータ値及びその周囲の画素のデータ値は、表４に示すとおりである。

そして、制御部３２は、（５，４）に位置する画素のデータ値に対して（３，３）の要素（所定の要素）をかける。更に、制御部３２は、表５に示すように、（５，４）に位置する画素の周囲の各画素のデータ値に対して、（３，３）の要素の周囲の要素をかける。

次に、制御部３２は、表５に示す値の総和を求め、補正データ値とする。これにより、制御部３２は、（５，４）に位置する画素の補正データ値を１．５と算出する。制御部３２は、同様の演算を全ての画素の画素データに対して行う。これにより、制御部３２は、表３に示す補正画像データを得る。なお、画像データの端では、要素をかけるための画素が存在しない。この場合には、データ値を０として演算する。

補正画像データを得た制御部３２は、補正データ値に応じた光量のビームを該補正データ値に対応する画素に対して光源１２に放射させる。ただし、表３に示すように、補正画素データには、負の値が存在する。そのため、制御部３２は、補正データ値をそのまま用いて光源１２に放射させるビームＢの光量を制御できない。そこで、以下に説明する演算を行う。

まず、光源１２が放射するビームＢの光量の制御方法について説明する。制御部３２は、光源１２に放射させるビームＢの光量を、ビームＢが１つの画素を走査している間に光源１２が発光している時間（以下、発光時間と称す）の長さを変化させることにより制御する。具体的には、１つの画素をビームＢが走査されるのに必要な時間をｔ１と定義する。光源１２が１つの画素に放射することができるビームＢの最大の光量（以下、単に最大の光量と称す）とは、発光時間がｔ１である場合のビームＢの光量に相当する。一方、光源１２が１つの画素に放射することができるビームＢの最小の光量（すなわち、光量が０）とは、発光時間が０である場合のビームＢの光量に相当する。そして、発光時間と光量とは比例関係にある。

ここで、補正画素データは、表１に示すフィルタが用いられた場合には、以下に説明するように、−１．２以上２．２以下の値をとりうる。表６は、中央の１つの画素のデータ値のみが１であり、他の画素のデータ値が０である画像データである。表７は、中央の１つの画素のデータ値のみが０であり、他の画素のデータ値が１である画像データである。表６の画像データでは、白の画像の中央に１つだけ黒の画素が設けられている。表７の画像データでは、黒の画像の中央に１つだけ白の画素が設けられている。

表６の画像データでは、（３，３）に位置する画素のデータ値は、（３，３）の要素と等しく、最大の２．２となる。一方、表７の画像データでは、（３，３）に位置する画素のデータ値は、（３，３）以外の要素の総和（すなわち、負の数の要素の総和）と等しく、最小の−１．２となる。

以上のように、表１のフィルタが用いられた場合には、補正画素データは、−１．２以上２．２以下の値をとりうる。そこで、制御部３２は、補正画像データが−１．２と等しい画素には、ビームＢを光源１２に放射させない。すなわち、制御部３２は、発光時間を０とする。一方、制御部３２は、補正画像データが２．２と等しい画素には、最大の光量のビームＢを光源１２に放射させる。すなわち、制御部３２は、発光時間をｔ１とする。

そして、制御部３２は、補正データ値が大きくなるにしたがって光量が大きくなるようにビームＢを光源１２に放射させる。すなわち、制御部３２は、補正データ値がｘである場合には、発光時間をｔ１×（ｘ＋１．２）／（２．２＋１．２）とする。

ところで、本実施形態に係る画像形成装置１０では、全ての画素のデータ値が１である場合（データ値が０又は１の２値である場合には、ベタ画像である場合）には、補正データ値は１となる。この場合、発光時間は、ｔ１×（１＋１．２）／（２．２＋１．２）となる。このように、画像形成装置１０では、画像データがベタ画像である場合に、ビームＢの光量が最大になっていない。これは、黒の画素に隣接して黒ではない画素（データ値が０又は１の２値である場合には、白の画素）が存在する場合には、黒の画素と白の画素とのコントラストを強調する必要があり、黒の画素を強調する必要があるからである。そこで、制御部３２は、黒の画素に隣接して黒ではない画素（データ値が０又は１の２値である場合には、白の画素）が存在する場合には、該黒の画素に対して、全ての画素が黒い画像の画素に対して光源１２に放射させる光量よりも大きく、かつ、最大の光量以下のビームＢを光源１２に放射させる。

また、本実施形態に係る画像形成装置１０では、全ての画素のデータ値が０である場合（データ値が０又は１の２値である場合には、白画像である場合）には、補正データ値は０となる。この場合、発光時間は、ｔ１×（０＋１．２）／（２．２＋１．２）となる。このように、画像形成装置１０では、画像データが白い画像である場合に、ビームＢの光量が０になっていない。これは、白の画素に隣接して白ではない画素（データ値が０又は１の２値である場合には、黒の画素）が存在する場合には、白の画素と黒の画素とのコントラストを強調する必要があり、白の画素を強調する必要があるからである。そこで、制御部３２は、白の画素に隣接して白ではない画素（データ値が０又は１の２値である場合には、黒の画素）が存在する場合には、該白の画素に対して、全ての画素が白い画像の画素に対して光源１２に放射させる光量よりも小さな光量のビームＢを光源１２に放射させる。これにより、画像データが白と黒とが混在している画像である場合に光源１２が各画素に対して放射するビームＢの光量の最小値は、画像データが全ての画素が白い画像である場合に光源１２が各画素に対して放射するビームＢの光量以下となる。

（効果）
以上のように構成された画像形成装置１０では、画像のコントラストを向上させることができる。より詳細には、画像形成装置１０では、制御部３２は、表１に示すフィルタを用いて、画像データを補正画像データに変換している。表１に示すフィルタは、（３，３）の要素に１以上の数が配置され、かつ、（３，３）の要素の周囲の要素に負の数が配置されているフィルタである。これにより、黒の画素に隣接する白の画素は、全ての画素が白い画像の画素よりも白くなる。更に、白の画素に隣接する黒の画素は、全ての画素が黒い画像の画素よりも黒くなる。その結果、互いに隣接する白い画素と黒い画素との間のコントラストが向上する。

また、表１に示すフィルタにより補正画像データが作成された場合には、負の補正データ値が発生する。そこで、画像形成装置１０では、制御部３２は、補正画像データがフィルタの負の数の総和（本実施形態では−１．２）と等しい画素には、ビームＢを光源１２に放射させない。一方、制御部３２は、補正画像データが所定の要素（本実施形態では、（３，３）の要素であり２．２）と等しい画素には、最大の光量のビームＢを光源１２に放射させる。そして、制御部３２は、補正データ値が大きくなるにしたがって光量が大きくなるようにビームＢを光源１２に放射させる。これにより、補正データ値が負であっても、ビームＢの放射が可能となる。

なお、画像形成装置１０において用いられるフィルタは、表１に示したフィルタに限らない。表８は、変形例に係るフィルタである。表１のフィルタが５行５列であるのに対して、表８のフィルタは３行３列である。表８のフィルタが用いられた画像形成装置１０においても、コントラストを向上させることができる。

（実験結果）
本願発明者は、画像形成装置１０が奏する効果をより明確にするために、以下に説明する実験を行った。具体的には、以下に説明する第１の画像ないし第８の画像を、表１のフィルタ（以下、第１のフィルタ）を用いた画像形成装置１０、表８のフィルタ（以下、第２のフィルタ）を用いた画像形成装置１０、及び、第１のフィルタも第２のフィルタも用いていない画像形成装置（以下、従来の画像形成装置）に形成させ、コントラストを測定した。

第１の画像：白の中に黒の画素が１つだけある画像
第２の画像：黒の中に白の画素が１つだけある画像
第３の画像：白の中に１画素の幅を有する黒の縦線が描かれた画像
第４の画像：黒の中に１画素の幅を有する白の縦線が描かれた画像
第５の画像：白の中に１画素の幅を有する黒の横線が描かれた画像
第６の画像：黒の中に１画素の幅を有する白の横線が描かれた画像
第７の画像：白の中に１画素の幅を有する４５度に傾斜した黒の斜め線が描かれた画像
第８の画像：黒の中に１画素の幅を有する４５度に傾斜した白の斜め線が描かれた画像

図２から図９はそれぞれ、第１の画像ないし第８の画像のコントラストを示したグラフである。縦軸は、露光量を示し、横軸は、感光体ドラム３０における位置を示している。なお、露光量は相対値である。また、画像密度は、６００ｄｐｉである。

図２によれば、１画素の幅だけ露光されていることがわかる。そして、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０及び第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、従来の画像形成装置よりも、０ｍｍ付近の領域の露光量が高くなっており、コントラストが改善されていることがわかる。

また、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、±０．１ｍｍ付近の領域における露光量は、０．１ｍｍより大きい領域及び−０．１ｍｍより小さい領域における露光量よりも低くなっている。そのため、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０により、第１の画像を形成した場合には、現像系の構成にもよるが、±０．１ｍｍ付近の領域においてキャリア付着等の副作用が発生するおそれがある。

一方、第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、±０．１ｍｍ付近の領域における露光量は、０．１ｍｍより大きい領域及び−０．１ｍｍより小さい領域における露光量よりも低くなっていない。よって、第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０により、第１の画像を形成した場合には、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０により第１の画像を形成した場合に比べて、±０．１ｍｍ付近の領域において副作用が発生する可能性が低い。

また、図３によれば、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０及び第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、従来の画像形成装置よりも、第２の画像において、コントラストが改善されていることがわかる。

また、図４では、横軸は主走査方向における位置を意味している。そして、図示しないが、黒の縦線上の全ての点において図４に示す結果が得られた。すなわち、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０及び第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、従来の画像形成装置よりも、第３の画像において、コントラストが改善されていることがわかる。

また、図５では、横軸は主走査方向における位置を意味している。そして、図示しないが、白の縦線上の全ての点において図５に示す結果が得られた。すなわち、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０及び第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、従来の画像形成装置よりも、第４の画像において、コントラストが改善されていることがわかる。

また、図６では、横軸は副走査方向における位置を意味している。そして、図示しないが、黒の横線上の全ての点において図６に示す結果が得られた。すなわち、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０及び第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、従来の画像形成装置よりも、第５の画像において、コントラストが改善されていることがわかる。

また、図７では、横軸は副走査方向における位置を意味している。そして、図示しないが、白の縦線上の全ての点において図７に示す結果が得られた。すなわち、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０及び第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、従来の画像形成装置よりも、第６の画像において、コントラストが改善されていることがわかる。

また、図8では、横軸は斜め線に直交する方向における位置を意味している。そして、図示しないが、黒の斜め線上の全ての点において図８に示す結果が得られた。すなわち、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０及び第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、従来の画像形成装置よりも、第７の画像において、コントラストが改善されていることがわかる。

ただし、以下に説明するように、第７の画像では、第３の画像に比べて、コントラストが低くなっている。これは、ここでいう斜め線は、主走査方向に１ドットの幅をずらして描画したものであり、線に垂直な方向の幅としては１／√２倍に相当する状態になっているためである。

また、図９では、横軸は斜め線に直交する方向における位置を意味している。そして、図示しないが、白の斜め線上の全ての点において図９に示す結果が得られた。すなわち、第１のフィルタが用いられた画像形成装置１０及び第２のフィルタが用いられた画像形成装置１０では、従来の画像形成装置よりも、第８の画像において、コントラストが改善されていることがわかる。

ただし、以下に説明するように、第８の画像では、第４の画像に比べて、コントラストが低くなっている。これは、ここでいう斜め線は、主走査方向に１ドットの幅をずらして描画したものであり、線に垂直な方向の幅としては１／√２倍に相当する状態になっているためである。

本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、画像のコントラストを向上させることができる点において優れている。

１０ 画像形成装置
１２ 光源
１４ コリメータレンズ
１６ シリンドリカルレンズ
１８ 偏向器
２０，２２，２４，２６ 走査レンズ
２８ 折り返しミラー
３０ 感光体ドラム
３２ 制御部

Claims (8)

1. ビームを放射する光源と、
   前記ビームが照射されることにより静電潜像が形成される感光体と、
   各画素に対して前記光源に放射させるビームの光量を、該各画素の画像データのデータ値及び該各画素の周囲の画素の画像データのデータ値に基づいて決定する制御手段と、
   を備えており、
   前記制御手段は、前記光源が放射できる最大の光量を第１の光量、全ての画素が白い画像の画素に対して該光源に放射させるビームの光量を第２の光量、全ての画素が黒い画像の画素に対して該光源に放射させる光量を第３の光量としたときに、白の画素に隣接して白ではない画素が存在する場合には、該白の画素に対して該第２の光量よりも小さな光量のビームを該光源に放射させ、黒の画素に隣接して黒ではない画素が存在する場合には、該黒の画素に対して該第３の光量よりも大きくかつ該第１の光量以下の光量のビームを該光源に放射させること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記光源に放射させるビームの光量を、該光源が発光している時間の長さを変化させることによって制御すること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像データが白と黒とが混在している画像である場合に前記光源が各画素に対して放射するビームの光量の最小値は、前記画像データが全ての画素が白い画像である場合に該光源が各画素に対して放射するビームの光量以上であること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の画像形成装置。
4. ビームを放射する光源と、
   前記ビームが照射されることにより静電潜像が形成される感光体と、
   所定の要素に１以上の数が配置され、かつ、該所定の要素の周囲の要素に負の数が配置されている行列を用いて、画像データの各画素のデータ値を補正データ値に変換し、該補正データ値に応じた光量のビームを前記光源に放射させる制御手段と、
   を備えており、
   前記制御手段は、前記補正データ値が前記所定の要素の値と等しい画素に対しては最大の光量のビームを前記光源に放射させ、前記補正データ値が前記負の数の総和と等しい画素に対しては該光源にビームを放射させないこと、
   を特徴とする画像形成装置。
5. 前記制御手段は、所定の画素のデータ値に対して前記所定の要素をかけ、かつ、該所定の画素の周囲の各画素のデータ値に対して、該所定の要素の周囲の各要素をかけ、得られた値の総和を該所定の画素の前記補正データ値とすること、
   を特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記補正データ値が大きくなるにしたがって光量が大きくなるようにビームを前記光源に放射させること、
   を特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記光源に放射させるビームの光量を、該光源が発光している時間の長さを変化させることによって制御すること、
   を特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記行列の全要素の合計は１であること、
   を特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。

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