JP2015204565A - 画像形成装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異色間ゴースト現象を抑制すると、モアレが生じる。
【解決手段】画像形成装置は、多値画像データに対してディザマトリックスを適用する。そして、ディザマトリックスを適用されて得られた画像データに基づいて、感光体ドラムを露光する。このとき、得られた画像データに基づく露光とは別に、ディザマトリックスの周期と同じ周期で前記感光体ドラムを露光する。
【選択図】図９

Description

本発明は複数の現像機構を有する画像形成装置およびその制御方法に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置においては、帯電、潜像描画、現像、転写、除電及びクリーニングのサイクルを繰り返し実施することが行われている。また、カラー電子写真方式の画像形成装置においては、１色ごとに現像機構を設けて上記サイクルを実施することが行われている。すなわち、複数の現像機構を有するカラー電子写真方式の画像形成装置では、現像機構において１色ずつ画像を形成し、転写体に画像（トナー像）を転写し、転写体を搬送することで次の現像機構にトナー像を搬送する処理が行われている。ここで、複数の現像機構のうち最初にトナー像を載せる側の現像機構を上流側、その後にトナーを載せる現像機構を下流側と定義する。

近年、コストダウンを目的として、感光体ドラムの残存電荷の除去を行う除電機構を省略することが行われている。しかしながら、除電機構を省略すると、転写後に残る電荷像が後続の下流側の感光体ドラムに影響を及すことになり、下流側の印字結果に影響を及ぼすことになる。例えば、上流側の現像機構から転写ベルト上に生成されたトナー像は電荷を含む電荷像でもある。この電荷を含むトナー像は転写ベルトと接する下流側の感光体ドラムに電荷をあたえる。下流側の感光体ドラムでは除電機構による除電が行われないため、上流側の電荷を含むトナー像の影響を受けてゴーストと呼ばれる現象が発生してしまう。

特開平９−１６９１３６号公報 特開２００３−３１２０５０号公報

上記ゴースト現象を抑制するための好適な手法が存在しない。上記のゴースト現象を抑制するためには、例えば現像機構を帯電させる帯電機構において帯電電圧を上げることが考えられる。感光体ドラムに対する帯電電圧を上げることで転写ベルトから感光体ドラムに逆転写される電位の相対強度が下がるからである。しかしながら、帯電電圧を上げたままの状態ではトナーを過剰に消費したり、意図しない部分にトナーが飛び散るなどの問題も生じる。そこで、通常の画像形成においては描画領域のみを露光するところ、描画領域以外の非描画領域についても微弱に露光をすることで帯電電圧を許容範囲まで下げることが考えられる。特許文献１及び２は、非描画領域を露光する技術が開示されているものの、上記ゴースト現象を抑制するための技術ではなく、従って、上記ゴースト現象を抑制した結果生じる問題についても何ら考慮されていない。

本発明に係る画像形成装置は、多値画像データに対してディザマトリックスを適用する適用手段と、前記適用手段でディザマトリックスを適用されて得られた画像データに基づいて、感光体ドラムを露光する露光手段とを有し、前記露光手段は、前記得られた画像データに基づく露光とは別に、前記ディザマトリックスの周期と同じ周期で前記感光体ドラムを露光することを特徴とする。

本発明によれば、高品位な画像を出力する画像形成装置を提供できる。

電子写真方式における感光体ドラムの電位変動の例を示す図である。 複数の現像機構を有する画像形成装置の電位変動の例を示す図である。 ゴースト現象を説明するための図である。 非描画領域に微細露光をすることによる電位変動の例を示す図である。 描画領域と非描画領域との露光によって画素が繋がってしまうことを示す図である。 実施例１に係る画像形成装置の構成を示す図である。 実施例１に係る画素塊で階調を表現することを説明する図である。 実施例１に係るハーフトーン処理部の処理の概略を説明する図である。 実施例１に係るパルス幅制御を説明する図である。 実施例１に係るハーフトーン処理部の処理のフローを説明する図である。 実施例１に係る印字機構の構成の例を示す図である。 実施例２に係る画素塊で多値階調を表現することを説明する図である。 実施例２に係る画像形成装置の構成を示す図である。 実施例２に係るハーフトーン処理部の処理の概略を説明する図である。 実施例２に係る光走査画像生成部の処理のフローを説明する図である。 実施例３に係るハーフトーン処理部の処理の概略を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。

なお、具体的な実施例を説明する前に、まず、上記のゴースト現象が発生する原因や、ゴースト現象の対策によって生じる問題などを説明する。その後、本実施例の概略について説明した後で具体的な実施例について説明する。

＜電子写真方式の感光体の電位変動＞
図１は、一般的な電子写真方式の感光体の電位変動を示す模式図である。感光体ドラム１０に対して帯電機構２０がマイナスの電位を帯電させることで、感光体ドラム１０の電位はマイナスとなる。次に、描画機構６０が光で感光体ドラム１０上に画像を描画する。すなわち、描画機構６０は感光体ドラム１０上に潜像画像を形成する。感光体ドラム１０の光描画された部分はマイナスの電位がなくなり相対的にプラスの電位となる。つまり、画像が描画された部分は除電部分と言える。この除電部分を含む感光体ドラム１０にトナーを近づけると、除電部分にのみトナーが付着する。つまり、潜像画像が描画された部分にのみトナーが付着する。トナーが付着された感光体ドラム１０は、転写体３０と密着され、転写機構４０においてプラスの逆電位を与えることにより、トナー像が転写体３０に移される。除電機構５０は感光体ドラム１０の残存電荷を除去する。

＜複数の現像機構を有する画像形成装置の電位変動＞
次に、図１の除電機構５０を省略し、さらに複数の現像機構を有する画像形成装置における電位変動の例について説明する。図２は、複数の現像機構を有する画像形成装置における電位変動の例を示す模式図である。

カラーの電子写真方式の各感光体ドラム上に生成された画像は、転写ベルト上に順次まとめられるが、この転写ベルト上のトナー像を通じて相互干渉が発生し、ゴーストが発生する。以下、具体的に説明する。

最初にトナー像を載せる側の上流側をイエロー（Ｙ）、下流側をマゼンタ（Ｍ）用の現像機構として説明する。イエロー（Ｙ）の現像機構では図１で説明したようにイエローのトナー像が転写ベルトに付着される。転写ベルトにおいては上流側ではトナー像が付着していないために、転写ベルトの電位はフラットの状態である。その後、イエローのトナー像が付着すると、トナーの付着部分は、トナーの帯電分だけ電位が変わる。すなわち、用紙に定着される前の転写ベルト上の現像されたトナー像は、帯電しているトナーの電荷で像が保持されており、トナー像そのものが電荷像でもある。

その後、下流側のマゼンタ（M）の現像機構からトナー像が転写ベルトに転写されると同時に、転写ベルト上にある上流のトナー像によって生じる電荷像が下流側の感光体ドラムの電位に逆転写され、下流側の感光体ドラムの電位に影響を与える。つまり、下流側のマゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラムにおいて転写ベルトの電荷像が感光体に移る。このため、下流側の帯電機構で帯電した場合に、上流側の電荷像の像が残ってしまう。電荷像が残った部分についてはその後の描画機構による描画の際に除電が甘くなり、その結果、トナーの付着性が悪くなってしまう。

このように転写ベルトから感光体ドラムへの電荷像の逆転写によって、異なる色に対してゴーストと呼ばれる影響を与えてしまう。

図３は、ゴースト現象を説明するための図である。用紙３１の右側にイエローのパッチ３２を、中央にマゼンタのパッチ３３を形成したとする。ここで、イエローのパッチ３２の部分からドラムピッチ分（感光体ドラムの１回転後）の部分に、トナーの付着性が悪くなってしまうことに起因してマゼンタの色が薄くなるゴースト現象が発生する。このように、ゴーストは同色ではなく異なる色にゴーストを生じさせる異色間ゴーストであり、時間的、空間的に離れた位置に生じることになるので、画像処理による補正では対応が難しい。そこで、印字機構においてゴーストを生じさせないような対策が考えられる。

＜非描画領域に微細露光をすることによる電位変動＞
図４は、非描画領域に微細露光をすることによる電位変動の例を示す図である。図４に示すように、まず帯電機構において帯電電圧を上げ、描画機構が非描画領域に微細露光をすることにより、ゴーストを抑制した画像形成をすることが可能となる。トナーが帯電できる電荷の量は一定である。そして、正常に生成されたトナー像においては逆転写像の元となる、トナー像が生じる電荷像の電位強度は帯電電位によらず一定である。従って、帯電機構が感光体ドラムに帯電する帯電電位を高めることによって、相対的に逆転写されるトナーによる電荷像の影響が小さくなる。つまり、帯電電位を高める処理によって異色間のゴーストは抑制されることになる。

しかしながら、高められた帯電電位は別の問題を発生させる。

前述したようにトナーの帯電しうる電荷量は一定であり、帯電電位が高すぎる現像機構においては電位が高い分、光描画された潜像に対してトナーが過剰に供給されることになる。トナーが過剰に供給されることによって、描画された画像よりも描線が太ったり潜像領域から不規則にはみ出して尾引きや飛び散りの要因となる。このように、画像面で非常に望ましくない結果となるばかりでなく、トナーの消費量も過剰になる。

そこで、高めた帯電電圧を補正する処理が考えられる。具体的には、帯電電圧を補正するために非描画領域においても微弱な露光をすることで、余剰な帯電電圧を相殺する。帯電機構の次に処理が行われるのは描画機構である。一般的な描画機構では、描画領域で発光、非描画領域で非発光という制御を行っている。これを描画領域で強く発光、非描画領域で微弱に発光という制御に置き換える。微弱な光を受光した感光体部分には弱い電流が流れ、電荷の一部を喪失するが、電位は残っている。強い発光を受けた感光体部分は強い電流が流れ電荷を喪失し、電位が無くなる。このように、微弱な光を受光した感光体部分の電位が一般の描画方式の電位と同等となるように調整すれば、一般の電子写真画像が再現できる。従って、描画機構の発光制御を変更して、高すぎる帯電電位を低減させる為に弱い光で非描画領域に全面露光をかけて帯電電位を調整することが考えられる。

しかしながら、単に描画領域に強く発光、非描画領域に微弱で発光という制御をするだけでは問題がある。一般に描画機構はレーザーで構成される。レーザーの場合、発光光量を一定に制御して、発光時間を制御することが行われる。レーザービームは特性としてガウス分布形の広がりを有しており、描画画素と微細露光画素が近接した場合、レーザービームスポットの広がりによって画素がつながってしまい、電荷像がわずかに広げられてしまう。図５は、描画領域と非描画領域との露光によって画素が繋がってしまうことを示す模式図である。図５は意図していない領域、つまり描画領域に近接する非描画領域においてもトナーが付着してしまうことを模式的に示している。このように、描画領域と非描画領域との露光によって画素が繋がってしまうことにより、トナー付着量が微弱に増えることになり濃度が変動する。

このような濃度変動によって描画領域の画素がわずかに太くなってしまう場合がある。また、レーザー発光は光量調整が難しいので、全画素一様に微細露光をするのではなく、離散的な画素に発光することで全体の光量を調整する。前述したように、レーザービームスポットの広がりによって、離散的に発光することでも電位潜像の谷は緩やかに連結するので、一様な電位補正を行なうことができる。従って、周期的なパターンで微細露光を行なうことで一様な電位補正を行なうことができる。

しかしながら、このように、非描画領域に対する微細露光を行う際の露光パターンが周期的なパターンである場合には、濃度変動が周期的に発生して知覚されやすくなってしまう。さらに、一般に描画領域においては周期的なハーフトーン処理も行われており、ハーフトーンの周期と微細露光の周期とが干渉を起してモアレ等の画質低下の要因ともなり得る。

そこで、本実施例においては、ハーフトーンの周期と微細露光の周期とを合わせる制御を行なう。このような制御によりハーフトーンの周期と微細露光の周期とが干渉を起してモアレが発生することを防ぐことができる。

なお、上記ではレーザーダイオードを光源とした説明を行ったが、LEDアレイ等による光描画を行う印字機構においても個々の光源の光分布形状は異なるが、同等の技法を適用できる。

以上の概要を踏まえて以下に具体的な実施例を説明する。

（印字情報と帯電電位補正用パターンの合成）
前述の通り、本実施例においては、通常の画像形成装置の構成に加えて、画像の階調処理パターンと微細露光パターンとの位相を同期させる仕組みが必要となる。また発光機構においては通常の描画データの他に微細露光の発光が行なわれる。画像形成装置の構成を以下に解説する。

（画像形成装置の全体構成図）
図６は、本実施例の画像形成装置の全体の概略構成図を示す。画像形成装置は大きく分けて印字機構７５０と、画像処理部７００との２つから構成される。画像処理部７００は外部機器との通信により描画コマンドや画像データを受け取り、印字機構７５０を駆動させるのに適した出力データを生成する。

（基本的な画像処理部構成）
画像処理部７００は一般的なコンピュータ構成と同様に不図示の固定記憶部、演算部、一時記憶部などを有する。また各種通信線の伝送フォーマット変換やレベル変換、演算処理の処理速度を高めるのに効果的な部分等を一部ハードウェアで構成する。各種機能はこれらのハードウェア構成上にソフトウェアで実装される。

図６では、画像処理部７００が有する主要な構成ブロックを示している。画像処理部７００は、通信部７０３、変換部７０１、描画部７０２、画像メモリー７１０〜７１３、ハーフトーン処理部７２０〜７２３を有する。

通信部７０３は伝送フォーマットからデータ復号を行なうハードウェアと送受タイミング制御等のためのソフトウェアとで構成される。通信部７０３によって画像形成装置は不図示の外部機器や画像入力部等から描画コマンドや画像データを受け取る。

変換部７０１は外部からの各種データを解析することで画像処理部７００内部で取り扱いしやすい形に各種データを変換する。例えば、画像取り込み装置等の多くの外部機器では、画像をＲＧＢなどのデータとして取り扱うが、画像形成装置は顔料の発色で画像形成を行う装置なのでＣＭＹＫなどの色空間にデータを変換する処理を行なう。また、通信部７０３から受け取ったデータが画像データでなく描画コマンドの場合は、変換部７０１は、様々な言語体系で記述された描画コマンドを解析して、画像処理部７００で処理するための描画コマンドに翻訳する。

描画部７０２はこれら取り扱いやすい形態に変換された各種データから各色ごとの描画画像データを生成する。例えば、変換部７０１で描画コマンドを解析した場合、描画部７０２は画像データを画像メモリー７１０〜７１３に展開して多色階調の描画画像データを生成する。描画画像データは多値画像データである。

画像メモリー７１０〜７１３は描画部で生成された各色ごとの描画画像データを記憶する。

ハーフトーン処理部７２０〜７２３は、画像メモリー７１０〜７１３上に記憶された各色ごとの描画画像データを印字機構の特性に合わせた多値表現のデータである出力データに変換する。すなわち、ハーフトーン処理部７２０〜７２３は、電子写真方式の印字機構７５０の駆動に適した出力データ７３０〜７３３を生成する。

ハーフトーン処理部７２０〜７２３は階調処理の位相情報を生成し使用する部分である。階調処理においては、描画画像データに対して所定の領域ごとに閾値テーブルが周期的に用いられる。位相情報とは、処理対象の画素がこの閾値テーブルのうちのどの位置の画素に対応するかを示す情報である。ハーフトーン処理部７２０〜７２３は、このような階調処理の位相情報を使用し、かつ画像の各画素を印字機構で表現可能な光量に変換指定する機能を備えており、微細露光パターンを同期させて付加するのに適している。そこで、ハーフトーン処理部７２０〜７２３は、描画画像データと微細露光パターンとを合成した出力データを出力する。本実施例では、微細露光パターンと描画データとを区別する為に、ハーフトーン処理部７２０〜７２３で生成される出力データ７３０〜７３３は多値データとして生成される。出力データ中の多値はまた各画素の発光強度を示す。

（電子写真方式の階調の表現法）
次に、電子写真方式の階調の表現法について説明する。電子写真方式のハーフトーン処理部においては、基本的に２値の出力データを生成して中間調の表現を実現する。つまり、画素毎に出力をするかしないかを示す出力データを生成する。しかしながら、トナーや感光体の帯電は環境の湿度や温度に影響されやすく孤立した画素では中間的な濃度の表現どころか、２値の表現すら難しい。換言すると、描画画素は複数画素が連結した画素塊の状態においては表現される濃度が安定する。そこで、中間的な濃度表現を実現するためには個別の画素でなく、より大きな画素塊の大小を持って行う方法が安定した濃度表現につながる。ハーフトーン処理は、小領域内で描画領域と非描画領域とを用意し、２つの領域の面積比でその小領域の濃淡を表現する処理であり、電子写真方式の階調表現に良く合致しており、安定性の高い画像を提供できる。

このように、ハーフトーン処理では、個々の画素よりも大きな画素塊で濃淡を表現するので、基本的に２値で個々の画素を表現できれば実装可能である。図７は、ハーフトーン処理による画像の濃淡を説明する図である。図７に示すように画像を小領域に分割し、小領域内の描画領域と非描画領域との面積比を調整することによって、画像の濃淡を表現できる。解像度の高い印字機構は小領域内に多数の画素を確保できるので自然画の連続的な濃淡表現が可能である。ハーフトーン処理のスクリーン周期が細かいほど、小領域内に含まれる画素数が少なくなり中間濃度の階調表現のステップが低減する。ハーフトーン処理では、小領域内の個々の画素に対応する閾値テーブルを用意することで多値階調の描画画像データから図６のような面積比による濃淡表現画像を生成することができる。具体的には、描画画像データにおける小領域内の個々の画素と、対応する閾値テーブルの閾値とを画素毎に比較して、閾値以上の画素値を有する画素をＯＮにし、閾値未満の画素値を有する画素をＯＦＦにする。なお、閾値テーブルはディザマトリックスとも呼ばれる。

以上のとおり、ハーフトーン処理においては、出力データが２値であれば実装することが可能であるが、本実施例ではハーフトーン処理における描画画像データのほかに、電位補正をするための微細露光パターンを含めた出力データを生成する。そこで、ハーフトーン処理部は多値の出力データを生成する。

（ハーフトーン処理と微細露光とを同期した出力データの生成）
図７に示すような周期的なスクリーン処理を行うために、ハーフトーン処理部は処理対象画素が小領域上のいずれの位置に対応する画素であるかを判定する。すなわち、ハーフトーン処理部は、処理対象の画素が小領域上のいずれの位相にあるかを判定する。例えば、処理対象の画素の座標値をスクリーン周期で割り、剰余を取ることによって、小領域内の位相情報を算出する。位相情報は、小領域内における画素位置に対応する。ハーフトーン処理部は、位相情報によって特定される位相値（画素位置）に合わせた閾値テーブルの対応閾値と、処理対象画素の画素値とを比較し処理対象の画素を描画するか否かを決定する。そして、処理対象の画素を順次変更して、画素毎に閾値判定を行なうことで周期的なスクリーン処理が行われる。

なお、ハーフトーン処理部におけるスクリーン処理では、画素値０の非描画画素にはスクリーン処理を行なわない。一方、前述の微細露光パターンはこの画素値０の非描画画素に対して付加される。

図８は、微細露光パターンを非描画画素に付加した出力データを生成するハーフトーン処理部における処理の概要を示す図である。スクリーン処理を行なう際にスクリーン処理の位相に同期して微細露光パターンを付加すれば、階調表現の為のパターン処理と位相を合わせることが容易である。

そこでスクリーン処理用の閾値テーブル８０１と縦横同サイズの微細露光パターンテーブル８０２を用意する。スクリーン処理用の閾値テーブル８０１と縦横同サイズの微細露光パターンテーブル８０２とを用いることにより、スクリーン処理の周期と微細露光パターンの周期とが一致する。先に説明したように、モアレは周期が異なるパターンを用いる場合に異なる周期の最小公倍数の幅で生じる可能性がある。スクリーン処理の周期と微細露光パターンの周期とが一致させることで、モアレが生じることを防ぐことができる。本実施例におけるハーフトーン処理部は、処理対象画素の画素値が０の場合、微細露光パターンテーブル８０２を用いて非描画画素を微細露光値を有する画素に変換する。なお、前述の通り離散的に微細露光を行なうので、微細露光値には露光を行なわない値である０も含まれる。

処理対象画素が何らかの濃度を有するとき、すなわち、０でない画素値を有する場合、ハーフトーン処理部はスクリーン処理用の閾値テーブルを選択する。そして、閾値テーブルに格納されている、位相値に対応する閾値を選択し、その閾値と処理対象画素の画素値との比較によって処理対象画素の描画非描画が決定される。

一方、処理対象画素が０のとき、すなわち非印字領域のとき、本実施例においてはハーフトーン処理部は微細露光パターンテーブルを選択し、位相に応じた微細露光値を処理対象画素の出力値として決定する。

ハーフトーン処理部は、このように各画素を処理対象画素として値を決定し、決定した値から構成される出力データを生成する。

なお、微細露光パターンテーブルのサイズは閾値テーブルと同じサイズであり、スクリーン処理で生成される位相情報を共用することでパターン選択を行うとよい。また、処理対象画素が０でなければ通常のスクリーン処理が優先されるので、微細露光パターンでスクリーン処理が妨げられることは無い。このように、図８に示すような処理を行いうことで、スクリーン処理と同期した微細露光パターンの付加を効率的に行うことが可能になる。

（多値駆動画像）
通常の印字階調表現以外に本実施例においては電位補正の微細露光を行なう。そこで、出力データの個々の画素において独立して発光量を調整する。通常描画の露光と比較して微細露光は光量が小さいので、光描画機構上は多値発光が必要になる。

しかしながら、前述のように半導体レーザーを光源とした場合、発光光量を短時間に変化かつ安定させることは難しい。つまりレーザー走査において一画素の走査時間は短く、その間に一つの光量から別な光量に変化させ安定させることは困難である。よって光量は変化させず、発光時間の制御によって一画素に照射される光量を制御するPWM変調（パルス幅変調）を行う。

図９は、非発光と全点灯を含む１６段階の発光時間のPWM制御例を示す図である。多値化した照射光量を個々の画素に割り当て、このうち、微細露光をする画素には短時間の照射光量を割り当てることで、微細露光の光量を制御する。多値データである出力データ７３０〜７３３が各色毎に伝送線７４１〜７４４より送出され、光量変調器７６０〜７６３を駆動しPWM変調されてレーザー光源７８０〜７８３を制御する。４つの光量変調器７６０〜７６３の出力が印字機構７５０のそれぞれ各色のレーザー光源７８０〜７８３を駆動し、電位補正の微細露光と通常の潜像描画とを実施する。

（位相同期機構）
先に説明したように、本実施例では画像の階調表現のためのスクリーン処理と微細露光パターンとに起因するモアレ等の干渉を防ぐために位相同期を行っている。その平易な実装方式として、スクリーン処理で用いられる閾値テーブルのサイズと同じサイズの微細露光パターンを用意し、スクリーン処理時に同期して微細露光を加える。

例えば表１に示すような閾値テーブルによって０〜２５５の数値範囲を持つ階調画像データに２値化スクリーン処理を行う。このとき、表２に示すようにこの閾値テーブルと同じサイズ（６×６）の微細露光パターンテーブルを用意する。なお、表１は図８の閾値テーブル８０１に実装された数値例であり、表２は図８の微細露光パターンテーブル８０２に実装された数値例である。表１のテーブルの数値は閾値を示す。スクリーン処理部は、階調画像データの各画素の画素値と閾値とを比較して、出力値を決定する。一方、表２のテーブルの数値は閾値ではなく、非描画領域の出力値を置き換える光強度指示値である。すなわち、表２に対応する数値が出力値となる。

次に、ハーフトーン処理部における処理フローを説明する。図１０は、本実施例のハーフトーン処理部における処理フローの一例を示す図である。

ステップＳ１００１においてハーフトーン処理部は、画像メモリーに格納されている描画画像データにおける処理対象の画素の画素値を取得する。ステップＳ１００２においてハーフトーン処理部は、ステップＳ１００１で取得した処理対象の画素値の判定を行なう。画素値が０の場合、ステップＳ１００３に処理を進め、画素値が０以外の場合、ステップＳ１０１０に処理を進める。

画素値が０の場合には、画素値を微細露光パターンに記載された値に置換する動作をステップＳ１００３からステップＳ１００６において行なう。

ステップＳ１００３においてハーフトーン処理部は、処理対象の画素の座標データを取得する。ステップＳ１００４においてハーフトーン処理部は、ステップＳ１００３で取得した主走査副走査それぞれの座標についてスクリーン周期による座標の剰余値を算出してスクリーンの位相値を決定する。ステップＳ１００５においてハーフトーン処理部は、表２に示すような微細露光パターンテーブルを参照する。そして、ステップＳ１００６においてハーフトーン処理部は、ステップＳ１００５で参照したテーブルのうち、ステップＳ１００４で算出した位相値に対応する微細露光値を選択する。例えば、ある小領域の画素値が全て０である場合には、その小領域に対応する画素の出力値は、表２に示す値のとおりに変換される。また、ある小領域の画素値に０と０以外とが混在している場合、０に対応する位相（位置）の画素は表２に示す値に変換される。表２に示すテーブルを用いる場合、ステップＳ１００３からステップＳ１００６で得られる出力値は０〜２のいずれかとなる。この出力値は、図９に示す１５段の値に対応しており、出力値が１または２の場合、その画素に対して短い照射時間の露光、すなわち、微細露光が行なわれることになる。

一方、処理対象の画素の画素値が０でない場合、ステップＳ１０１０からステップＳ１０１３に示す処理を行なう。ステップＳ１０１０からステップＳ１０１３は一般的なハーフトーン処理と同様の処理を行なう。ステップＳ１０１０においてハーフトーン処理部はステップＳ１００３と同様に、処理対象の画素の座標データを取得する。ステップＳ１０１１においてハーフトーン処理部は、ステップＳ１００４と同様に主走査副走査それぞれの座標についてスクリーン周期による座標の剰余値を算出してスクリーンの位相値を決定する。

ステップＳ１０１２においてスクリーン処理部は、閾値テーブルを参照する。ステップＳ１０１３においてスクリーン処理部は、処理対象の画素の画素値と、ステップＳ１０１１で算出した位相値に対応する閾値とを比較する。画素値が閾値以上のときには、図９の最大発光量に対応する出力値１５を処理対象の画素の出力値として決定する。一方、処理対象の画素の画素値が閾値未満のときには、処理対象の画素の出力値として非描画値である０を決定する。

ステップＳ１０２０においてハーフトーン処理部は、ステップＳ１００６またはステップＳ１０１３の結果出力される出力値を出力データの各画素における値に設定する。ステップＳ１０２１においてハーフトーン処理部は全ての画素を処理対象の画素として処理したかを判定する。処理が残っている画素がある場合には、ステップＳ１００１の処理に進み、全ての画素の処理が終了している場合には、図１０のフローを終了する。このようにして生成された出力データに基づいて印字機構は描画機構を駆動する。すなわち、印字機構のタイミングに合わせて出力データは光強度指示信号として光量変調器７６０〜７６３に入力される。

（印字機構構成）
図１１は、印字機構７５０の主要構成を示す図である。理論上は３つの色材で色の再現は可能な筈であるが、黒色の吸光性を３色色材の混合で表現するのが難しく、通常は黒を加え４つの色材でカラー印刷を行う。本実施例においても現像機構が４つ並んだ印字機構における構成例を示す。もちろん、黒再現性を犠牲にした３色構成や、３色合成で困難な白やメタリックカラー等の特別な色を追加して現像系が５つ以上存在する構成であってもよい。各色の現像系は帯電機構１１１０〜１１１８、描画機構７８０〜７８３、現像機構１１１５〜１１１８、転写機構１１３０〜１１３３その他で構成される。

（現像系の構成）
現像系は各色の現像を担当する。まず感光体１１２５〜１１２８の表面を帯電機構１１１０〜１１１３が帯電させ、描画機構７８０〜７８３の光描画によって生成された電位潜像を現像機構１１１５〜１１１８がトナー像に変換する。そして、転写機構１１３０〜１１３３によってそのトナー像が感光体上から転写ベルト１１０５に転写される。４色のトナー像は転写ベルト上で一つのカラー画像にまとめられ用紙に再度転写されてから、熱および圧力で用紙に溶融固定されカラー印字物として出力される。用紙は紙搬送路１００上を搬送され、転写ベルト１１０５から転写された４色のトナー像を定着器１１０１で定着し、トナー像は用紙に固定され印字出力物となる。定着器１１０１は、用紙表面に電荷で仮止めされたトナー像を熱と圧力で用紙に固定する。ヒーター１１０２は、トナー樹脂を一時的に加熱溶解し用紙への固着を助ける。

（本実施例における電子写真プロセス）
本実施例においては、各感光体ドラム上において以下の順序でトナー像が形成される。帯電機構が感光体ドラム上の表面を帯電させ電位を上げる。本実施例においては通常トナー潜像を作るのに必要な電位よりも高い電位に帯電させる。

次に、描画用のレーザー光源で実装される描画機構が光描画によって感光体ドラムの表面電荷の一部を消失させ電位潜像を作る。光描画で二次元潜像を形成する場合、用紙幅分のアレイ光源を並べる方式と、一つないし少数の光源と回転多面鏡を組み合わせ、搬送方向に直交する走査を行い、用紙搬送と組み合わせて二次元潜像を作成する方式がある。本実施例においてはレーザー光源の光走査の例を説明する。ただし回転多面鏡等の搬送方向に垂直な走査機構は省略し不図示とする。

本実施例では、描画機構による描画の際に、通常の潜像描画に加えて過剰電荷の相殺用の微細露光描画が同時に実施される。従来の描画においては非印字領域には光走査が行われないが、本実施例においては非印字領域において離散的な微細発光の描画を行い、過剰電荷の相殺を行う。このときの通常描画と微細露光の光の強度差は光量変調器７６０〜７６３によって決定される。微細露光された領域は電荷の一部を喪失するが、電位は残存しておりトナーは付着しない。微細露光により潜像と非印字部の電位差が適切なものに抑制され、前述の異色間ゴーストの対策を行った画像形成装置においてもトナーの過剰付着が発生しなくなる。

適切な電位差の電位潜像が通常露光と微細露光とによって生成され、現像機構１１１５〜１１１８によって現像される。現像機構１１１５〜１１１８は色材を含む樹脂粉であるトナーを感光体表面電位と同方向の電荷に帯電させ、感光体ドラム上に供給する。感光体上に供給されたトナーは電位の残っている微細露光された領域を避け、光描画によって電位のない通常描画部分に付着する。つまり、現像機構１１１５〜１１１８によって感光体の通常描画された領域がトナー像に変換されることになる。

感光体ドラム上で現像された単色のトナー像は感光体ドラム１１２５〜１１２８から順次転写ベルト１１０５に転写され単色の色版が重ね合わされカラー画像が転写ベルト上に生成される。転写ベルト上にカラー画像が重ね合わされる際に最上流の感光体ドラム１１２８では、転写ベルト１１０５上には何も無いので影響を受けない。しかし、下流の感光体ドラム１１２５〜１１２７が転写ベルト１１０５と接するときには、転写ベルト１１０５の表面には上流のトナー像が１〜３層存在することになる。このときトナーの帯電は維持されており、転写ベルト１１０５表面にはトナーによる電荷画像が存在する。

各感光体ドラムと転写ベルト１１０５とが近接した部位でトナー像の転写が行われる。トナーが感光体から転写ベルト１１０５に移動するときに、近接によって転写ベルト１１０５表面にある上流のトナー像電荷が下流の感光体の表面電位に影響を与える。しかしながら、本実施例の構成では、下流表面電位への影響を相対的に軽減させる過剰電位付加と、その過剰電位の微細露光による相殺処理を行なっている。また、このとき、前述のようにモアレを考慮した制御を行なっているので、除電系を簡略化しつつ、高品質な画像を形成できる。すなわち、微細露光パターンとスクリーン処理の位相は合致しているので単色内でスクリーン処理と微細露光パターンの間のモアレ等の干渉が発生せず、良好な画像を出力できる。

描画画像と帯電電位補正の為の微細露光の干渉を防ぐ方法として、描画領域と微細露光付加領域とを分離する機構を実装してモアレを発生させない方法が考えられる。例えば、描画領域とその近傍領域とには微細露光を付加せず、その他の領域に微細露光を付加する処理が考えられる。描画領域及びその近傍領域と微細露光領域とを分離することで、レーザービームがつながることによる濃度変動を防ぐことができるので、モアレを発生させないように制御することができる。

上記構成のように微細露光パターンとスクリーン処理とをいわば排他処理する機構を実装した形態においても実施例１で説明したようなスクリーン処理周期と同期した微細露光パターンを採用しても良い。

実施例２においては微細露光パターンとスクリーン処理とを排他制御する機構を有する画像形成装置における例を示す。また実施例２においてはハーフトーン処理を多値化したレンダリング系の例を示す。

（階調表現不足の多値描画による補足手段）
印字解像度が600dpi程度と低く、かつスクリーン処理を１００線以上の線数で出力したい場合、小領域内に含まれる画素数が少なくなり中間濃度の階調表現が不足する。そこで、階調数の不足を補う為に多値描画を利用する。なお、前述のように、電子写真では光量を単純に多値化しても個々の画素において連続的にトナー付着が制御できるわけではない。しかし、画素塊のトナー付着領域の大きさを微細に調整する用途には多値描画機能は有益である。単独画素では安定しない中間光量の描画も、飽和光量で描画された画素塊の端部の領域サイズの調整には有効だからである。すなわち、画素塊の端部画素について中間的な光量を与えることで画素塊のサイズを微調整し、その結果、画素塊の階調を制御することができる。

図１２は、中間調による画素塊のサイズ調整の模式図を示す図である。図１２に示すように、画素塊の端部に中間的な光量を与えることで画素塊の階調を制御することができる。なお、画素塊の端部における中間光量は孤立画素と異なり隣接する画素のレーザービームの影響によって孤立画素よりも安定するので、制御がしやすい。

図１３は、実施例２における画像形成装置の全体の概略構成図である。実施例１との違いは各色に対応する光走査画像生成部１３１０〜１３１３が出力データ７３０〜７３３の後段に追加されている点である。光走査画像生成部１３１０〜１３１３はハーフトーン処理パターンの無い領域に微細露光パターンを埋め込む為の検出部と、微細露光パターン付加部とを含む。

検出部においては微細露光パターンとハーフトーンパターンとの隣接回避の規模に応じて数ラインのラインバッファが用意される。ラインバッファを用いてハーフトーンパターンがある画素またはその近傍画素であるか否かを判定する。

微細露光パターン付加部は、実施例１で説明したような微細露光パターンテーブルを含む。このとき、実施例１で説明したように、ハーフトーン周期と同じ周期の微細露光パターンテーブルを用いることができる。なお、微細露光パターン付加部には、ハーフトーン処理部と同様にテーブル上の数値を選択する為の位相確認回路が実装される。

また本実施例では、ハーフトーン処理部は本来のハーフトーン処理のみ実施すればよいので実施例１で説明したような微細露光パターンテーブル部分が簡易化される。なお、本実施例では多値スクリーン処理を行うので、ハーフトーン処理部においては閾値テーブルの段数が増えている。ここでは、７つの閾値テーブル１４０１〜１４０７を用意する例を示している。下位の閾値テーブルから比較を開始し、画像メモリー上の画像データが閾値を上回らない場合、その時点で上位の閾値テーブルの閾値を上回ることがないとして判定を打ち切り、出力値を決定する。例えば図１４の例では、ある位相値の画素が閾値テーブル１４０１の対応する閾値未満であれば、その画素には出力値０が付与される。ある位相値の画素が閾値テーブル１４０４の閾値以上であり、閾値テーブル１４０５の対応する閾値未満であれば、その画素には出力値５が付与される。エンコーダー１４２０は、このように個々の閾値判定をエンコードして適切な発光強度を選択する。

ハーフトーン処理が実施され出力データ７３０〜７３３上にスクリーン処理パターンが生成された後に、光走査画像生成部１３１０〜１３１３が画像を走査し、対応する色の処理をそれぞれ実行する。微細露光パターンに置き換えられる条件は、「それ自身の値が０であること」に加えてそれぞれの画像領域の分離のために「近傍画素全てが０であること」の判定する。

図１５に光走査画像生成部の処理フローを示す。光走査画像生成部は、ハーフトーン処理部から出力される出力データを走査し、注目画素および近傍画素の参照を行う。

ステップＳ１５０１において光走査画像生成部は、主走査ループ、副走査ループの初期化を行う。ここでは、注目画素の座標を（Ｄｘ，Ｄｙ）とする。ステップＳ１５０２において光走査画像生成部は、注目画素値Ｇ（Ｄｘ，Ｄｙ）を取得する。

ステップＳ１５０３において光走査画像生成部は、注目画素値が０でないならば近傍画素の確認は不要なので処理を飛ばしてステップＳ１５０７に進む。注目画素値が０のときステップＳ１５０４において光走査画像生成部は、近傍画素群の画素値の取得を行う。近傍参照範囲としてKx、Kyを定義すると、注目画素の座標を（Dx,Dy）に対して矩形領域（Dx−Kx, Dy−Ky）：（Dx＋Kx, Dy＋Ky）の総和Ｓを積算する。レーザービームの形状は真円ではないので一般化の為に主走査、副走査方向の近傍距離Kx、Kyを別々に定義できる。

ステップＳ１５０５において光走査画像生成部は、近傍画素値の総和Ｓが０であれば近傍画素無しと判定して微細露光パターンの付加を行う。すなわち、注目画素の座標に対して各色の閾値テーブルのサイズで剰余値を算出する。そして、それぞれの色毎に閾値テーブルのサイズに合致させた微細露光パターン値を、剰余値をオフセットとして取り出し、位相を同期させた微細露光パターンで置き換える。

ステップＳ１５０７で光走査画像生成部は、注目画素の座標を更新し画像の全走査が終了するまで繰り返す。各色毎にスクリーン処理と同期させた微細露光パターンで置き換えることによって、描画画素の近傍を避けた微細露光パターンが付加される。

（公倍数周期）
実施例１および実施例２においては、スクリーン処理の周期と微細露光パターン周期が完全に合致した条件を示したが、スクリーン周期が公約数を有する場合には微細露光パターンは公約数分の１の周期であってもかまわない。たとえばスクリーンの周期が１２画素のときに、微細露光パターンの周期が６、４、３であってよい。

一般化するとスクリーン周期を周期N、微細露光パターンの周期を周期Mとし、自然数m、nに対してm×M＝n×Nの関係が成立するとき、この値m×Mが繰り返し周期である。このm×Mの繰返し周期が長周期になってしまってはモアレ発生時に容易に視認されるので望ましくない。そこで、モアレ周期の許容長さをKとすると、m×M×画素サイズ＜Ｋとなるような微細露光パターンを用いるとよい。

（商業印刷のスクリーン周期）
商業印刷において用いられる印刷物のスクリーンの周期は、新聞等の用紙品質が悪いものでインチあたり１００線前後、一般的な雑誌等で１５０〜１７５線程度である。mは可能なかぎり１が望ましいが、スクリーン処理自体が２００線を超えるような場合にはm＝２でも商業印刷の１００線周期のスクリーン処理と同程度の周期に収まるので、実用上問題は無い。

本実施例においては微細露光パターン周期がスクリーン周期の半分の場合の構成例を示す。すなわちM ＝６、m＝１、n＝２である。例えば実施例１で説明した表１のサイズの閾値テーブルに対して、表３の微細露光パターンテーブルを割り当てることができる。

図１６は、スクリーン処理系に実施例３における微細露光パターンを付加した描画イメージを生成するハーフトーン処理の例を示す。この例では、微細露光パターンの周期がスクリーン処理の半分である為に、スクリーン周期で割った剰余をさらにn＝２で割った値を、微細露光パターンテーブル上の位相値として使用する。図１６は、実施例３におけるスクリーン処理の概略を説明する図である。実施例３では、実施例２と同様に多値スクリーン処理を行なうために閾値テーブル１５２１〜１５２７を用いる例を示している。エンコーダ１５３０は各閾値テーブルの判定結果から出力値を決定する。そして、図１６に点線で示したように微細露光パターンテーブル１５１０は繰り返し使用される。

以上説明したように、本実施例ではスクリーン周期と異なる周期の微細露光パターンを用いる場合であってもモアレを低減した処理を実現することができる。

＜その他の実施例＞
実施例１では、ハーフトーン処理部内において画素値を参照して画素値が０か否かに応じてスクリーン処理を行なうか微細露光パターン付加を行なうかを切り替える例を説明した。しかしながら、微細露光パターンの付加処理は実施例２で説明したようにハーフトーン処理部の処理と切り離して行なってもよい。すなわち、ハーフトーン処理された出力データに対して、スクリーン周期と同じまたはその約数の周期の微細露光パターンを付加する処理を行なってもよい。このとき、ハーフトーン処理において閾値以上の画素であり、かつ微細露光パターンが付加される画素は、出力値は最大のままであり、閾値未満の画素でありかつ微細露光パターンが付加される画素は出力値が微細露光パターンで規定される値となる。このように、２値化スクリーン処理においてはスクリーン周期と同じまたはその約数の周期の微細露光パターンを用いればスクリーン処理部の処理と切り離しても前述の各実施例と同様の効果を得ることができる。

また、各色ごとにスクリーン周期が異なる場合には、各色ごとに応じたスクリーン周期の微細露光パターンを各色ごとに適用することができる。

＜その他の実施例＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

また、本実施形態の機能を実現するためのプログラムコードを、１つのコンピュータ（ＣＰＵ、ＭＰＵ）で実行する場合であってもよいし、複数のコンピュータが協働することによって実行する場合であってもよい。さらに、プログラムコードをコンピュータが実行する場合であってもよいし、プログラムコードの機能を実現するための回路等のハードウェアを設けてもよい。またはプログラムコードの一部をハードウェアで実現し、残りの部分をコンピュータが実行する場合であってもよい。

Claims (14)

1. 多値画像データに対してディザマトリックスを適用する適用手段と、
   前記適用手段でディザマトリックスを適用されて得られた画像データに基づいて、感光体ドラムを露光する露光手段とを有し、
   前記露光手段は、
   前記得られた画像データに基づく露光とは別に、前記ディザマトリックスの周期と同じ周期で前記感光体ドラムを露光することを特徴とする画像形成装置。
2. 多値画像データに対してディザマトリックスを適用する適用手段と、
   前記適用手段でディザマトリックスを適用されて得られた画像データに基づいて、感光体ドラムを露光する露光手段とを有し、
   前記露光手段は、
   前記得られた画像データに基づく露光とは別に、前記ディザマトリックスの周期の約数分の１の周期で前記感光体ドラムを露光することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記露光手段は、前記多値画像データにおける画素値が０である画素に前記別の露光を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記露光手段は、前記得られた画像データにおける注目画素から所定の範囲の画素の画素値が０である注目画素に前記別の露光を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 前記露光手段は、前記別の露光を行う対象の画素のうち一部の画素を露光することを特徴とする請求項３または４に記載の画像形成装置。
6. 前記適用手段は、色毎に対応するディザマトリックスをそれぞれ適用し、
   前記露光手段は色毎に設けられ、前記色毎に対応するディザマトリックスの周期にそれぞれ対応する周期で各色に対応する感光体ドラムを露光することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記感光体ドラムを帯電させる帯電手段を有し、
   前記帯電手段は、前記露光手段が前記ディザマトリックスの周期と同じ前記周期で前記感光体ドラムを露光することによって電位が相殺され得る程度に帯電電位を高めることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 色ごとに現像機構が設けられた画像形成装置であって、
   各色の階調表現において帯電電位補正用の微細露光パターンの周期Mとその色の階調表現のためのスクリーンの周期Nとが
   m×M＝n×N（ただしm、nは自然数）かつ
   m×M×画素サイズが閾値未満、の関係にある微細露光パターンを用いて得られた値と、前記スクリーンに従ったスクリーン処理によって得られた値とを用いて感光体ドラムを露光する露光手段を有することを特徴とする画像形成装置。
9. 多値画像データを入力する入力手段と、
   前記入力された多値画像データの注目画素の画素値が０であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段によって画素値が０でないと判定された注目画素の画素値にディザマトリックスを適用して得られた値と、
   前記判定手段によって画素値が０であると判定された注目画素の画素値を前記ディザマトリックスの周期と同じ周期またはその約数分の１の周期のパターンの値に置換して得られた値と
   から構成される出力データを出力する出力手段と
   を有する画像処理装置。
10. 多値画像データに対してディザマトリックスを適用する適用ステップと、
    前記適用ステップでディザマトリックスを適用されて得られた画像データに基づいて、感光体ドラムを露光手段によって露光する露光ステップとを有し、
    前記露光ステップにおいて、前記得られた画像データに基づく露光とは別に、前記ディザマトリックスの周期と同じ周期で前記感光体ドラムを露光することを特徴とする画像形成方法。
11. 多値画像データに対してディザマトリックスを適用する適用ステップと、
    前記適用ステップでディザマトリックスを適用されて得られた画像データに基づいて、感光体ドラムを露光手段によって露光する露光ステップとを有し、
    前記露光ステップにおいて、前記得られた画像データに基づく露光とは別に、前記ディザマトリックスの周期の約数分の１の周期で前記感光体ドラムを露光することを特徴とする画像形成方法。
12. 色ごとに現像機構が設けられた画像形成装置における制御方法であって、
    各色の階調表現において帯電電位補正用の微細露光パターンの周期Mとその色の階調表現のためのスクリーンの周期Nとが
    m×M＝n×N（ただしm、nは自然数）かつ
    m×M×画素サイズが閾値未満、の関係にある微細露光パターンを用いて得られた値と、前記スクリーンに従ったスクリーン処理によって得られた値とを用いて露光手段に感光体ドラムを露光させる露光ステップを有することを特徴とする制御方法。
13. 多値画像データを入力する入力ステップと、
    前記入力された多値画像データの注目画素の画素値が０であるか否かを判定する判定ステップと、
    前記判定ステップによって画素値が０でないと判定された注目画素の画素値にディザマトリックスを適用して得られた値と、
    前記判定ステップによって画素値が０であると判定された注目画素の画素値を前記ディザマトリックスの周期と同じ周期またはその約数分の１の周期のパターンの値に置換して得られた値と
    から構成される出力データを出力する出力ステップと
    を有する画像処理方法。
14. コンピュータを、請求項１から８のいずれか一項に記載の画像形成装置または請求項９に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。