JP2016045454A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイライトからハーフトーン領域の再現性を低下させることなく、トナー載り量を低減できる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置１００は、感光ドラム１ａ〜１ｄと、帯電装置２ａ〜２ｄと、帯電した感光ドラムを露光して静電潜像を形成する露光装置３ａ〜３ｄと、静電潜像を現像する現像装置４ａ〜４ｄとを備える画像形成部１０Ｃ〜１０Ｋと、濃淡画像を用いて基準パターンを生成する色分解演算部９５、ガンマ補正演算部９６と、基準パターンにおける中間調濃度から高濃度にかけてドットを間引くための露光量補正用パターン６８を生成する補正テーブル演算部９２と、基準パターンと露光量補正用パターンを合成して補正後のパターンを生成する２値化処理演算部９７を有し、画像形成部１０Ｃ〜１０Ｋは２値化処理部９７で形成された補正後画像パターン９９を用いて中間調濃度から高濃度にかけてトナー載り量が低減された画像を形成する。【選択図】 図４

Description

本発明は、画像形成装置、及び、画像形成方法に関する。

近年、電子写真方式を採用した画像形成装置に対する省エネルギー化の要求から、トナー載り量を低減することが求められている。トナー載り量を低減するためには、一般にコントラスト電位を低下させる方法が有効である。

図１７は、コントラスト電位及び充電率を説明するための図である。図１７において、縦軸は感光体の表面電位を示している。Ｖｄは帯電装置によって帯電された感光体の表面電位（帯電部電位）、Ｖｌは帯電された感光体表面を露光光によって露光したときの感光体の表面電位（露光部電位）である。また、Ｖｄｃは現像バイアス電圧である。図１７（ａ）に示す現像バイアスの直流成分（Ｖｄｃ：２３２）と印字部である露光部電位（Ｖｌ：２３３）の電位差（Ｖｃｏｎｔ：２３５）がコントラスト電位となる。トナーの帯電量が所望の値であれば、コントラスト電位が増加する場合にトナー載り量が増加し、コントラスト電位が減少する場合にトナー載り量が減少する。

以下、コントラスト電位に対する、感光体にトナーが付着した状態での感光体の表面電位の割合を充電率とする。

図１７（ｂ）は、充電率が５０％のときの感光体の電位分布のモデル図であり、図１７（ｃ）は、充電率が１００％のときの感光体の電位分布のモデル図である。図１７（ｂ）に示したように、充電率が１００％未満（充電不良）であると、トナー載り量が減少してしまうので所望の濃度の画像を形成することができない。

さらに、充電率が低い場合、以下のような画像不良が生じてしまう可能性がある。ベタ部とハーフトーン部とが隣接した画像に電界をかけてトナーと付着させる際に、ベタ部とハーフトーン部とが隣接する隣接部において回り込み電界が発生し、ハーフトーン部が白く抜ける白抜けが発生する。この画像不良は、特にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）など誘電率の高い感光体や膜厚の薄い感光体を使用した場合に顕著となる。

そこで、ベタ部にラインスクリーン処理を施す画像形成装置が知られている（特許文献１）。

ベタ部にラインスクリーン処理を施したときの階調再現について、図１８のイメージ図を用いて説明する。図１８（ａ）は、ベタ部に対してラインスクリーン処理を施していない通常のスクリーンパターンを示し、図１８（ｂ）は、ベタ部に対してもラインスクリーン処理を施したスクリーンパターンを示す。

同じ電荷量の同量のトナーを用いた場合、ラインスクリーン処理が施された領域にトナーを付着させたときの感光体の電位の変化量が、ラインスクリーン処理が施されていない領域にトナーを付着させたときの感光体の電位の変化量よりも大きくなる。つまり、ラインスクリーン処理が施された領域の充電率は、ラインスクリーン処理が施されていない領域の充電率よりも高くなる。従って、ベタ部にラインスクリーン処理を施すことによって充電率が高まり、隣接部において回り込み電界が生じにくくなって白抜けを防止できる。

ここで、充電率を高めると共に、トナー載り量を低減するためにコントラスト電位を低下させる方法が検討されている。具体的には、露光手段による露光強度を弱くすることによってコントラスト電位を低下させることによって、トナーの載り量を低減させる。

特許第４８７１６８２号公報

ところで、露光強度を弱くすると、露光量が低下して、画像形成装置によって形成される画像の階調レベルが目標レベルよりも低下してしまう可能性がある。実験により、帯電部電位Ｖｄと露光部電位Ｖｌとの差からコントラスト電位Ｖｃｏｎｔを差し引いたバックコントラストＶｂａｃｋが、コントラスト電位Ｖｃｏｎｔと同程度になると、階調レベルが目標レベルよりも低下することが分かった。

そこで、本発明の目的は、トナー載り量を低減させた場合であっても、画像形成装置によって形成される画像の階調レベルの低下を抑制することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の画像形成装置は、濃淡画像に面積階調処理を施したスクリーンパターンを用いて階調再現する画像形成装置において、感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、前記帯電した感光体を画像データに基づいて露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像する現像手段とを備える画像形成部と、前記濃淡画像を用いて基準パターンを生成するパターン生成部と、前記基準パターンにおける中間調濃度から高濃度にかけてドットを間引くための露光量補正用パターンを生成する補正パターン生成部と、前記基準パターンと前記露光量補正用パターンを合成して補正後のパターンを生成する合成部と、を有し、前記画像形成部は、前記合成部で合成され補正後のパターンを用いて中間調濃度から高濃度にかけてトナー載り量が低減された画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、トナー載り量を低減させた場合であっても、画像形成装置によって形成される画像の階調レベルの低下を抑制できる。

実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 露光装置の構成を示す図である。 図１の画像形成装置におけるトナー載り量低減処理を実行するための制御構成ブロック図である。 トナー載り量低減処理の手順を示すフローチャートである。 露光量補正テーブルを示す図である。 露光量補正後のスクリーンパターンを示す図である。 図６に対応する感光ドラム上の表面電位特性を示す図である。 第２の実施の形態における露光量補正後のスクリーンパターンを示す図である。 第３の実施の形態におけるトナー載り量低減処理の手順を示すフローチャートである。 第３の実施の形態における露光量補正後のスクリーンパターンを説明するための図である。 比較例１における露光量補正テーブルを示す図である。 図１１に対応する感光ドラムの表面電位特性を示す図である。 露光量低減前のハイライトからハーフトーン領域の潜像分布を説明する図である。 露光量低減後のハイライトからハーフトーン領域の潜像分布を説明する図である。 露光量低減前のハイライトからハーフトーン領域の階調再現を説明するための図である。 露光量変更後のハイライトからハーフトーン領域の階調再現を説明するための図である。 コントラスト電位及び充電率を説明するための図である。 ラインスクリーン処理を説明するための図である。

以下、第１の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。

図１において、この画像形成装置１００は、シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃ、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍ、イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙを備えている。また、画像形成装置１００は、ブラック色の画像を形成する画像形成部１０Ｋを備えている。

画像形成部１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙ、１０Ｋは、それぞれ光導電性の感光体を有する感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを備えている。感光ドラム１ａ〜１ｄの周囲には、帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、露光装置３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが配置されている。また、感光ドラム１ａ〜１ｄにそれぞれ対応して、ドラムクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、及び、電位計測器７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが設けられている。電位計測器７ａ〜７ｄは、それぞれ感光体表面の電位として感光ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を計測する。

感光ドラム１ａ〜１ｄは、駆動装置（不図示）の駆動によって、図１中、矢印Ａ方向に回転駆動する。帯電装置２ａ〜２ｄは、図示省略した帯電バイアス電源に接続されており、感光ドラム１ａ〜１ｄの表面をそれぞれ所定の電位に一様に帯電する。露光装置３ａ〜３ｄは、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナであり、感光ドラム１ａ〜１ｄにレーザ光を露光して静電潜像を形成する。

図２は、露光装置３ａ〜３ｄの構成を示す図である。図２において、露光装置３ａ〜３ｄは、光源としてのレーザ３１、コリメータレンズ３２、シリンドリカルレンズ３３、ポリゴンミラー（回転多面鏡）３４、及び、Ｆθレンズ３５を備えている。コリメータレンズ３２は、レーザ３１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。シリンドリカルレンズ３３は、コリメータレンズ３２を通過したレーザ光を副走査方向（感光体ドラムの副走査方向）に集光する。ポリゴンミラー３４は、集光したレーザ光を偏向し、Ｆθレンズ３５は、ポリゴンミラー３４によって偏向されたレーザ光を感光ドラム１ａ〜１ｄ上にスポット状に結像させる。

半導体レーザ３１は、図示省略したレーザドライバの発光信号に応じて所定の強度とタイミングで明滅する。半導体レーザ３１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ３２、及び、シリンドリカルレンズ３３を通り、一定速度で回転するポリゴンミラー３４に入射する。ポリゴンミラー３４に入射したレーザ光は、ミラー面で反射し、偏向されてｆθレンズ３５を通過し、感光ドラム１ａ〜１ｄにスポット状に結像され、所定の方向３８に等速度で走査される。これにより、感光ドラム１ａ〜１ｄ上にレーザ照射パターンに応じた静電潜像が形成される。

図１に戻り、現像装置４ａ〜４ｄには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。現像装置４ａ〜４ｄは、感光ドラム１ａ〜１ｄに形成された静電潜像にトナーを供給して現像する。感光ドラム１ａ〜１ｄと転写ローラ５ａ〜５ｄの間を搬送されるように、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト８が配置されている。中間転写ベルト８は、複数の張架ローラ１１ａ〜１１ｃによって張架されている。中間転写ベルト８は、各感光ドラム１ａ〜１ｄの表面にそれぞれ当接するように、図１中、矢印Ｂ方向に移動、回転する。張架ローラ１１ｃと対向するように２次転写ローラ１２ａが設けられており、張架ローラ１１ｃと２次転写ローラ１２ａとが当接するニップ部が二次転写部１２となる。二次転写部１２に、記録材としての用紙Ｐを供給する給紙ローラ（図示省略）が設けられており、二次転写部１２の用紙搬送方向の下流側に、定着装置９が配置されている。

このような構成の画像形成部１０Ｃ〜１０Ｋにおいて、図示省略したＣＰＵから出力信号が送信されると、感光ドラム１ａ〜１ｄが回転し、帯電装置２ａ〜２ｄによりにその表面が帯電電位（Ｖｄ）に均一帯電される。均一帯電された感光ドラム１ａ〜１ｄの表面に対し、露光装置３ａ〜３ｄが所望の画像データに応じたレーザ光を照射して露光し、静電潜像を形成する。

次いで、現像装置４ａ〜４ｄが、感光ドラム１ａ〜１ｄに形成された静電潜像を、現像剤を用いて現像し、色成分毎のトナー像を形成する。現像剤として、例えばマイナス極性に帯電された非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤が用いられ、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳させたバイアスを用いて現像する。次いで、転写ローラ５ａ〜５ｄが感光ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を順次中間転写ベルト８上に重ねて転写し、カラー画像を形成する。中間転写ベルト８上に形成されたカラー画像は、二次転写部１２で用紙Ｐに一括転写され、その後、定着装置９で用紙Ｐに定着され、最終画像として系外に排出される。

図３は、図１の画像形成装置におけるトナー載り量低減処理を実行するための制御構成ブロック図である。

図３において、画像形成装置１００は、画像処理コントローラ部６５、及び、作像エンジン部６６を備えている。画像処理コントローラ部６５は、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ色分解演算部９５、γ補正演算部９６、２値化処理演算部９７、及び、補正テーブル演算部９２を有する。Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ色分解演算部９５は、入力画像に対応した画像データを、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの各色に対応する画像データに分解する。γ補正演算部９６は、各色に対応する画像データに対してγ補正を施す。２値化処理演算部９７は、γ補正が施された画像データであるマトリクスパターン（基準スクリーンパターン）６７を必要に応じて補正した後、２値化処理（面積階調処理）を施す。補正テーブル演算部９２は、トナー載り量を補正する載り量制御信号９１に基づいて基準となるスクリーンパターン（基準パターン）から所望のドットを間引くための露光量補正用のスクリーンパターン（露光量補正用パターン）を生成する。

作像エンジン部６６は、レーザーダイオード（ＬＤ）駆動部５９を備えている。ＬＤ駆動部５９は、補正後の画像パターン９９を用いて各色に対応する画像形成部１０Ｃ〜１０Ｋに設けられた露光装置３ａ〜３ｄの光源であるＬＤを駆動する。

以下、図１の画像形成装置１００を用いたトナー載り量低減処理について説明する。なお、感光ドラムとして膜厚１５μｍのＯＰＣドラムを用い、−５００Ｖに帯電させ露光部を−１５０Ｖに露光して静電潜像を形成した。また、このとき、主走査方向のスポット径が５０μｍで、副走査方向のスポット径が６０μｍの光学スポットを用い、エンジンの露光解像度を２４００ｄｐｉとした。

また、現像剤として、キヤノン社製 Ｃ７０００ＶＰ 複写機のシアントナーを使用した。定着装置として、キヤノン社製 Ｃ７０００ＶＰ複写機の通紙方向上流に配置された第一定着装置を用い、ローラ温度を１２０℃に調整し、３００ｍｍ／ｓで通紙した。また、記録メディアとして、王子製紙社製ＯＫトップコート紙を使用し、彩度の測定にはＸ−Ｒｉｔｅ社製Ｘ−Ｒｉｔｅ５３０を使用して評価した。なお、彩度の低下は２次色で顕著となるが、今回は、評価の便宜上１次色で評価した。

図４は、トナー載り量低減処理の手順を示すフローチャートである。トナー載り量低減処理は、画像形成装置１００の画像処理コントローラ部６５が、メモリ（不図示）に格納されたプログラムに基づいて実行する。

図４において、画像処理コントローラ部（以下、「コントローラ」という。）６５は、画像形成装置１００に通信可能に接続されたＰＣやスキャナ、リーダなどの外部装置から入力画像９４の画像データを受信するまで待機する（ステップＳ１）。入力画像９４は、例えば、濃淡情報を有する濃淡画像である。次いで、コントローラ６５は、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ色分解演算部９５を制御して受信した入力画像９４の画像データを各色に対応する画像データに分解させる（ステップＳ２）。

次いで、コントローラ６５は、ガンマ補正演算部９６を制御して色成分毎の画像データに対して各色成分に対応したγ補正を実行させ、２値化処理されるべき基準スクリーンパターン６７（図６）を形成する（ステップＳ３）。基準スクリーンパターン６７は、階調再現するための階調情報である。Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ色分解演算部９５とガンマ補正演算部９６は、基準となるスクリーンパターン６７を生成するパターン生成部として機能する。

次いで、コントローラ６５は、補正テーブル演算部９２が、トナー載り量制御信号９１を受信したか否かを判定する（ステップＳ４）。トナー載り量制御信号９１は、ユーザが、例えば、操作パネルから省エネルギーモードの実行を指示し、トナー載り量の低減目標値が設定されることよって、補正テーブル演算部９２に受信される。ステップＳ４の判定の結果、トナー載り量制御信号９１を受信した（ステップＳ４で「ＹＥＳ」）場合、コントローラ６５は、補正テーブル演算部９２を制御して露光量補正テーブル９３を作成させる（ステップＳ５）。露光量補正テーブル９３は、基準となるスクリーンパターン６７の出力線数（スクリーン線数とも呼ぶ）、及び、トナー載り量制御信号９１によって設定されたトナー載り量の低減目標値に基づいて生成される。

ここで、トナー載り量を低減するための露光量補正テーブルの作成方法について説明する。

トナー載り量を低減する方法として、上述したベタ部に対応する静電潜像を異なる露光量の光を用いて形成する方法（特許文献１）が知られている。この方法は、例えばトナーが２層以上ある場合、定着処理をすることでトナー像の断面の凹凸が消えるので、印刷画像におけるベタ部が塗りつぶされた画像となり、見た目上、特に問題がない。しかしながら、トナー層が、例えば２層未満の場合、定着処理後もトナー像が下地を覆う程広がらず、印刷画像のベタ部から下地が露出したり、色味が変わってしまう可能性がある。より具体的には、単色画像の場合、メディアを覆い切れずに白地部が残ったり、混色画像の場合でも色相互間の混色が不十分となって発色性が低下するという問題がある。

そこで、本実施の形態では、基準となるスクリーンパターンの露光量を補正する露光量補正用スクリーンパターンを生成し、該露光量補正用スクリーンパターンを用いて、基準となるスクリーンパターンの露光量を補正する。

図５は、ステップＳ５で作成した露光量補正テーブルを示す図である。横軸は入力データを示し、縦軸は露光量（露光強度、又は、露光時間）を示す。露光量補正テーブルは、トナー載り量制御信号９１を受信した補正テーブル演算部９２によって生成される。

図５において、トナー載り量制御信号９１のトナー載り量の低減目標値に基づいてベタ部（最大濃度）の露光量補正値（補正後の露光量）６１が求められている。本実施の形態では、トナー載り量を、例えば０．４０ｍｇ／ｃｍ^２から０．３２ｍｇ／ｃｍ^２に低減する。従って、低減目標値は、０．８となる。

次に、補正開始階調６２を下記式（１）に基づいて求める。

補正開始階調 ＝ 全階調数／２ × 線数／３００ ・・・（１）
式（１）は、出力線数（スクリーン線数）が３００線のときに中間の階調である８０ｈ（１６進法、全階調数／２）から補正を行うものとして、出力線数に応じて補正開始階調を求めるものである。出力線数が２００線のときは、８０ｈ×２００／３００で、補正開始階調は四捨五入して５３ｈとなる。式（１）は、出力線数が増加すれば露光量を低下させる階調レベルの範囲が狭まり、出力線数が減少すれば露光量を低下させる階調レベルの範囲が広がる。なお、出力線数（スクリーン線数）が３００の場合に、露光量を低下させる階調レベルの範囲を出力すべき全階調数の半分のレベル以上としたが、３００の値に限定されない。予め実験によって、階調レベルがつぶれることを抑制できるような分母の値を決定すればよい。図５中の直線は、最大濃度部の補正後の露光量６１と、補正開始階調６２との間を直線補間して各階調における補正後の露光量を示す。なお、８０ｈは１６進数を用いて表現した値であり、１０進数を用いて表現すると１２８となる。また、式（１）は、出力線数（スクリーン線数）が３００線未満ならばマスクする階調レベルの範囲が全階調数の半分の値よりも広くなり、３００線以上ならばマスクする階調レベルの範囲が全階調数の半分の値よりも狭くなることを意味する。

図４に戻り、露光量補正テーブル９３を作成した後、コントローラ６５は、基準スクリーンパターン６７を補正するための露光量補正用スクリーンパターン６８を生成させる（ステップＳ６）。即ち、コントローラ６５は、図５の露光量補正テーブルを用い、基準スクリーンパターン６７に基づいて露光量補正テーブルに対応する補正後のスクリーンパターンを得るための各階調における間引き量と間引き位置を規定する補正パターンを作成させる。補正テーブル演算部９２は、補正パターン生成部としても機能する。本実施の形態では、トナー載り量の低減目標値は、０．８である。これは、ベタ部のトナー載り量を２０％削減することを意味する。従って、ベタ部の露光量も２０％削減する必要がある。式（１）で求めたように、基準となるスクリーンパターンの補正開始階調６２を始点とし、ベタ部が−２０％の面積率になるように露光量補正用スクリーンパターン（補正パターン）６８を作成する（後述する図６参照）。

次いで、コントローラ６５は、基準となるスクリーンパターン６７と、露光量補正用スクリーンパターン６８を合成して露光量補正後のスクリーンパターン７０を形成させる（ステップＳ７）。

図６は、露光量補正後のスクリーンパターンを示す図である。

図６において、基準となるスクリーンパターン６７と、露光量補正用スクリーンパターン６８を合成して露光量補正後スクリーンパターン７０が形成される。基準となるスクリーンパターン６７の黒点部が印字部であり、露光量補正用スクリーンパターン６８の黒点部がドットを削除する間引き部である。露光量補正用スクリーンパターン６８は、トナー載り量を低減するための階調補正情報となる。基準となるスクリーンパターン６７と露光量補正用スクリーンパターン６８を合成することにより、中間調濃度から高濃度領域（高濃度部）に掛けて露光量が削減された露光量補正後スクリーンパターン７０が得られる。

図６（ｂ）は、間引きされた露光量パターンと間引き後の露光量を平均化した露光量パターンをそれぞれ表しており、間引き処理により中間調濃度から高濃度にかけて単位体積あたりの平均露光量が減少していることが分かる。露光量補正後スクリーンパターン７０を用いて感光ドラムを露光した際の感光ドラム上の電位の推移を図７に示す。図７において、露光量補正後スクリーンパターン７０に従って露光されたドラム上の帯電部電位と露光部電位との差は、露光量補正前の基準となるスクリーンパターン６７に従って露光された場合の帯電部電位と露光部電位との差よりも減少している。このように、露光量が低減されていることが分かる。

図４に戻り、コントローラ６５は、２値化処理演算部９７を制御して露光量補正後のスクリーンパターン７０を２値化処理して露光量補正後の画像パターン９９を作成させる（ステップＳ８）。基準スクリーンパターン６７と、露光量補正用スクリーンパターン６８を合成して露光量補正後スクリーンパターン７０を合成する処理は、２値化処理演算部９７によって実行される。従って、２値化処理演算部９７は、合成部としても機能する。

補正後画像パターン９９を作成した後、コントローラ６５は、補正後画像パターン９９に基づいて画像を形成させるために、補正後画像パターン９９を作像エンジン部６６に送り、本処理を終了する。作像エンジン部６６のＬＤ駆動部５９は、補正後画像パターン９９を用いて、対応する感光ドラム表面に露光量補正後の画像パターン９９に対応する静電潜像を形成し、該静電潜像が現像されてトナー像となる。

図４の処理によれば、画像形成に用いる基準となるスクリーンパターン６７の他に、中間調濃度から高濃度にかけてドットを間引くための露光量補正用スクリーンパターン６８を形成する。そして、基準となるスクリーンパターン６７と露光量補正用スクリーンパターン６８を合成することによって、基準となるスクリーンパターン６７の中間調濃度から高濃度にかけての露光量を減少させる。これによって、ハイライトからハーフトーン領域の潜像パターンに影響を与えず、ベタ部のコントラスト電位を低下させて、充電不良を防止しつつトナー載り量を低減できる。すなわち、基準となるスクリーンパターン６７の露光量を、露光量補正用スクリーンパターン６８に従って低減してトナー載り量を低減することができる。

本実施の形態において、露光量補正を行う際、上述したように、基準となるスクリーンパターン６７の他に露光量補正用スクリーンパターン６８を設ける。これによって、省エネルギーモードや高画質モード、その他ユーザの設定に応じ、適宜トナー載り量を調整することが可能となる。露光量補正用スクリーンパターン６８における露光量は、中間調濃度から高濃度にかけて徐々に大きくなる。また、露光量補正用スクリーンパターン６８のハイライトからハーフトーン領域までは露光されていないので、ハイライト側の階調レベルが低下することもない。

一般に、潜像パターンに隙間があるとトナーの隙間から下地が見えるので、充分な発色が得られない。しかしながら、本実施の形態では、エンジンの像解像度を高解像である２４００ｄｐｉとし、スポット径を主走査５０μｍ×副走査６０μｍとして像露光を実行するので、隙間ない露光パターンで潜像を形成することができる。高解像のピッチで間引きを実行することで、後述する表１に示すように、トナー載り量を低減しつつ、高濃度部の彩度を維持しながらハイライトからハーフトーン領域のドット再現性を確保することができる。

本実施の形態において、露光量補正用スクリーンパターン６８の空間周波数を、基準となるスクリーンパターン６７の空間周波数より高くすることが好ましい。空間周波数とは、スクリーンパターン１ｍｍ当たりの線数である。これによって、ベタ部のトナー像を均一に形成することができ、発色性も良好な画像を形成することができる。特に、１２００ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉの高解像度のエンジンを用いて高解像パターンで露光量を補正することによって、良好な画像形成が可能となる。従って、像解像度は、１２００ｄｐｉ以上であることが好ましい。

次に、第２の実施の形態について説明する。

上述の第１の実施の形態では、規則性のある基準となるスクリーンパターンに対し、規則的な補正用スクリーンパターンを用いて間引き処理を実行した。この場合、条件によってはビートが発生する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、補正用のスクリーンパターンを非周期的なパターンとし、非周期的なパターンによって基準スクリーンパターンを間引きする。補正用のスクリーンパターンとして非周期的なパターンを適用することによって、ビートの発生を抑制することができる。

図１の画像形成装置１００を用い、下記の条件以外は、上記第１の実施の形態と同様にして図４のトナー載り量低減処理を実施した。すなわち、本実施の形態では、基本となるスクリーンパターンの出力線数を３００線とし、補正開始階調を上述の式（１）に従って求めて８０ｈとし、露光量補正用スクリーンパターンをランダム関数を用いた非周期的なパターンとした。

図８は、本実施の形態における露光量補正後のスクリーンパターンを示す図である。図８において、基準となるスクリーンパターン１２１と、非周期的なスクリーンパターン１２２とを合成することによって、露光量補正テーブルで規定された面積率になるように補正して補正後のスクリーンパターン１２３を形成した。その後、得られた補正後スクリーンパターン１２３を用いて、第１の実施の形態と同様に画像形成を行ったところ、ハイライトからハーフトーン領域のドット再現性が良好で十分な彩度の画像が得られた。

本実施の形態によれば、トナー載り量が低減し、ハイライトからハーフトーン領域のドット再現性が良好で、十分な彩度の画像が得られ、しかもビートの発生は確認されなかった。

本実施の形態において、非周期的なスクリーンパターンとしてランダム関数を用いたスクリーンパターンとしたが、公知のブルーノイズパターンや誤差拡散パターンなどのその他の非周期パターンを用いることも可能である。

本実施の形態において、基準となるスクリーンパターンとしてＡＭスクリーンを用い、露光量補正用スクリーンパターンとしてＦＭスクリーンを適用することもできる。これによっても、モアレの発生しない良好な画像を形成することができる。

次に、第３の実施の形態について説明する。

図９は、第３の実施の形態に係るトナー載り量低減処理の手順を示すフローチャートである。本トナー載り量低減処理は、第１の実施の形態と同様、画像形成装置１００の画像処理コントローラ部６５が、メモリ（不図示）に格納されたプログラムに基づいて実行する。

本実施の形態では、エンジン解像度を２４００ｄｐｉ、基準となるスクリーンパターンのスクリーン線数を１５０線とした。従って、上述の式（１）を用いて演算した補正開始階調は、１６進法で４０ｈ（１０進法で６４）となる。また、ユーザによって指定されたトナー載り量の低減目標値は、０．８（８０％）である。この目標値によれば、画像信号の入力最大値２５５（８進数）に基づいて形成された画像のトナーの載り量が０．４０ｍｇ／ｃｍ^２から０．３２ｍｇ／ｃｍ^２に低減される。

本実施の形態において、図９のステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理は、第１の実施の形態（図４）と同様であるので、説明を省略し、以下、図４の処理と異なる点を中心に、本実施の形態を説明する。

トナー載り量制御信号を受信した後、コントローラ６５は、露光量補正テーブルを作成する（ステップＳ１０５）。すなわち、コントローラ６５は、上述した図５の露光量補正テーブルを参照し、最大入力値２５５（ベタ部）の補正量６１が、２０％となるように、補正開始階調６２としての画像信号６４（１０進数）から画像信号２５５（１０進数）までの補正量を線形補間する。このとき、線形補間後の入力値１２８（全階調数の１／２）に対応する補正量は６．７％であり、補正入力値は、図１０に示すように、最大入力値２５５の６．７％で、１７となる。

図１０は、第３の実施の形態における露光量補正後のスクリーンパターンを説明するための図である。図１０において、基準スクリーンパターンを２値化した２値化画像３０２と補正スクリーンパターンを２値化した補正２値化画像３０７に基づいて最終画像３０３が生成されている。

図９に戻り、次いで、コントローラ６５は、入力値３００に対し、基準となるスクリーンパターン３０１を用い比較演算することで基準となる２値化画像３０２を作成する（ステップＳ１０６）（図１０）。次いで、コントローラ６５は、ステップＳ１０５で作成した露光量補正テーブルに基づいて階調補正を行う。すなわち、コントローラ６５は、補正入力値３０５に対し、補正スクリーンパターン３０６を用いて比較演算することによって補正２値化画像３０７を作成する（ステップＳ１０７）。次いで、コントローラ６５は、基準となる２値化画像３０２に対し、補正２値化画像３０７を比較演算して最終画像３０３を作成し（ステップＳ１０８）、本処理を終了する。その後、得られた最終画像３０３を用いて、第１の実施の形態と同様に画像形成を行ったところ、ハイライトからハーフトーン領域のドット再現性が良好で十分な彩度の画像が得られた。

図９の処理によれば、基準となる２値化画像３０２及び補正２値化画像３０７を作成し、その後、基準となる２値化画像３０２に対し補正２値化画像３０７を比較演算することによって最終画像３０３を作成した。これによって、上記実施の形態と同様、ハイライトからハーフトーン領域の潜像パターンに影響を与えず、ベタ部のトナー載り量を低減することができる。なお、本実施の形態において、例示したマトリクスの全画素に同じ値を用いたが、各画素の値が異なっていても同様の処理が可能である。

なお、最近では、作成した補正後のスクリーンパターンを２値化処理して最終画像を作成する第１の実施の形態よりも、基準及び補正用スクリーンパターンを２値化処理し、２つの２値化画像に基づいて最終画像を作成する本実施の形態の方が好適に適用される。

次に、比較例１について説明する。

上述の第１の実施の形態では、スクリーンパターンの高濃度部の露光量を削減するために、露光量補正用のスクリーンパターン６８を形成し、これを基準となるスクリーンパターン６７に合成させて露光量を低減した。

これに対して、比較例１では、単に、露光手段である露光装置の露光強度を低減して露光を行った。

図１１は、比較例１における露光量補正テーブルを説明するための図である。図１１において、横軸が露光強度（入力データ）で、縦軸が露光量を示している。露光強度を低減すると変更前（Ｅ０）に対して全階調に渡り一律に露光量が低下している（Ｅ１）。このときの感光ドラム上の表面電位を図１２に示す。図１２は、図１１に対応する感光ドラムの表面電位特性を示す図である。図１２において、露光強度の低減に伴って、感光ドラムの表面電位は全階調にわたってＶ０からＶ１に変化している。

このような条件下で面積階調処理を施した場合の潜像パターンの電位分布を図１３と図１４に示す。

図１３は、露光量を低減する前（図１１（Ｅ０））の状態における潜像分布を説明するための図である。また、図１４は、露光量を低減した後（図１１（Ｅ１））の状態における潜像分布を説明するための図である。

図１３及び図１４において、ハイライトの潜像深さは、露光量低減前１５０から低減後１６０のように低下しており、現像バイアスのＤＣ成分（Ｖｄｃ）を超えてＶｄ側に推移している様子がみてとれる。このようにＶｄｃよりＶｄ側、すなわちバックコントラスト側に潜像分布が形成されてしまうと再現性が急激に低下する。

図１５は、露光量低減前のハイライトからハーフトーン領域の階調再現を説明するための図であり、図１６は、露光量低減後のハイライトからハーフトーン領域の階調再現を説明するための図である。図１５、及び、図１６において、横軸は、入力データを示し、縦軸は、トナー濃度を示す。露光量低減前の図１５、及び、露光量低減後の図１６から、露光量を低減させることによって、ハイライトからハーフトーン領域のドット再現性が、低減前１７０から低減後１８０に、急激に低下していることが分かる。すなわち、比較例１では、ベタ部のトナー載り量が露光量の低下に伴って減少し、かつ彩度も良好であるが、ハイライトからハーフトーン領域のドット再現性が著しく低下することが分かる。

次に、比較例２について説明する。

スクリーンパターンの高濃度部の露光量を低減する処理として、先行技術（特許文献１）で説明したような、スクリーンパターンの中間調をベタ部に適用するラインスクリーン処理を実施し、処理後のスクリーン用いて画像を形成した（図１８（ｂ）参照）。その結果、露光強度は変更していないものの露光面積が画素単位で減少しているために、ベタ部の平均露光量が減少してトナー載り量も平均露光量の低下に伴って減少した。また、露光強度を変更していないので、ハイライトからハーフトーン領域のドット再現性も良好であった。しかしながら、下記表１に示すとおり、ベタ部のトナー構造に露光時の凹凸構造が残って彩度が低下し、満足する画像を得ることはできなかった。

表１から、基準スクリーンパターン６７に露光量補正用のスクリーンパターン６８を合成した第１及び第２の実施の形態、並びに第３の実施の形態は、ハイライトからハーフトーン領域のドット再現性が良好で、彩度も良好な画像が得られることが分かる。これに対して、単に、露光手段の露光量を低減した比較例１及び先行技術（特許文献１）従ってラインスクリーン処理を実施した比較例２では、ハイライトからハーフトーン領域のドット再現性又は彩度において満足する結果が得られなかった。

１ａ〜１ｄ 感光ドラム
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 露光装置
４ａ〜４ｄ 現像装置
１０Ｃ〜１０Ｋ 画像形成部
６７ 基準となるスクリーンパターン
６８ 露光量補正用スクリーンパターン
７０ 露光量補正後スクリーンパターン
９２ 補正テーブル演算部
９５ Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ色分解演算部
９６ ガンマ補正演算部
９７ ２値化処理演算部
９９ 補正後画像パターン
１００ 画像形成装置

Claims (8)

1. 濃淡画像に面積階調処理を施したスクリーンパターンを用いて階調再現する画像形成装置において、
   感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、前記帯電した感光体を画像データに基づいて露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像する現像手段とを備える画像形成部と、
   前記濃淡画像を用いて基準パターンを生成するパターン生成部と、
   前記基準パターンにおける中間調濃度から高濃度にかけてドットを間引くための露光量補正用パターンを生成する補正パターン生成部と、
   前記基準パターンと前記露光量補正用パターンを合成して補正後のパターンを生成する合成部と、を有し、
   前記画像形成部は、前記合成部で合成され補正後のパターンを用いて中間調濃度から高濃度にかけてトナー載り量が低減された画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記露光量補正用パターンにおける露光量は、ハーフトーンから高濃度領域にかけて徐々に大きくなることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記露光量補正用パターンのハイライトからハーフトーンまでは、露光されていないことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記露光量補正用パターンの空間周波数は、前記基準パターンの空間周波数よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記露光量補正用パターンとして、非周期的なスクリーンパターンを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記非周期的なスクリーンパターンは、ランダム関数を用いたパターン、ブルーノイズパターン、及び、誤差拡散パターンのうちのいずれかであることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記画像形成部における像解像度は、１２００ｄｐｉ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 濃淡画像に面積階調処理を施したスクリーンパターンを用いて階調再現する画像形成方法において、
   帯電手段で一様に帯電された感光体表面を、露光手段によって画像データに基づいて露光して静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像手段で現像して画像を形成する画像形成ステップと、
   前記濃淡画像を用いて基準パターンを生成するパターン生成ステップと、
   前記基準パターンにおける中間調濃度から高濃度にかけてドットを間引くための露光量補正用パターンを生成する補正パターン生成ステップと、
   前記基準パターンと前記露光量補正用パターンを合成して補正後のパターンを生成する合成ステップと、を有し、
   前記画像形成ステップでは、前記合成ステップで合成された補正後のパターンを用いて中間調濃度から高濃度にかけて露光量が低減した画像を形成することを特徴とする画像形成方法。