JP2017030309A - 画像形成装置、画像形成装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基準となる１セット分のみのディザマトリクスデータを記憶することで、主走査位置に対応した複数のディザマトリクスデータを生成する。【解決手段】光源から発光されるレーザ光を偏向した後、特定の結像レンズを介して感光体に走査露光することにより画像を形成する画像形成装置において、記憶される基準となる第１のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換するための第２のディザマトリクスデータを生成する。そして、生成された第２のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換する構成を特徴とする。【選択図】 図９

Description

本発明は、画像形成装置、画像形成装置の制御方法に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置には、感光体を露光するための光学走査ユニットを有している。光学走査ユニットは、画像データに基づいてレーザ光を出射し、そのレーザ光を回転多面鏡で反射し、走査レンズを透過させることで感光体へ照射し露光する。回転多面鏡を回転させることにより感光体の表面に形成したレーザ光のスポットを移動させる走査を行うことで、感光体に潜像を形成する。

走査レンズは所謂ｆθ特性を有するレンズである、ｆθ特性とは、回転多面鏡が等角速度で回転している時に感光体の表面のレーザ光のスポットが感光体の表面上を等速で移動するようにレーザ光を感光体の表面に結像させる光学的特性である。このようにｆθ特性を有する走査レンズを用いることにより、適切な露光を行うことができる。

このようなｆθ特性を有する走査レンズは、比較的大きくコストも高い。そのため、画像形成装置の小型化やコストダウンを目的として、走査レンズ自体を使用しない、もしくはｆθ特性を有していない走査レンズを使用することが考えられている。

特許文献１では、感光体の表面のレーザ光のスポットが感光体の表面上を等速で移動しない場合でも、感光体の表面上に形成するドットが一定の幅となるように、像高（主走査位置）に応じて部分倍率補正及び輝度補正を行うことが開示されている。

また、特許文献１の画像形成装置に加えて、例えば１画素（ドット）幅で副走査方向に伸びる線（縦線）のような綿密画像に対しても再現性を向上させるための技術開発も進んでいる。像高による主走査プロファイル（総露光量）の違いを合わせる為に、像高に応じてレーザ発光時間が変わるように、像高毎に複数種のスクリーンパターンを用意し、像高に応じてスクリーンパターンを切り換える。

複数種のスクリーンパターンを処理毎に切り替える技術は、一般に普及されており例えば特許文献２に記載の画像処理装置においては、画像の細線や文字領域を分離して、細線や文字領域に応じてスクリーンパターンを切り換えて、画質向上を図っている。

特開２００５−９６３５１号公報 特開平９−２９４２０８号公報

しかしながら処理に応じてスクリーンパターンを切り換えようとすると、複数種のスクリーンパターン分のディザマトリクスを予め記憶手段等に保持する必要があるため、その分メモリ容量が大きくなる。つまりそのメモリ容量の増加分コストがアップしてしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、基準となる１セット分のみのディザマトリクスデータを記憶することで、主走査位置に対応した複数のディザマトリクスデータを生成できる仕組みを提供することである。

上記目的を達成する本発明の画像形成装置は以下に示す構成を備える。
光源から発光されるレーザ光を偏向した後、特定の結像レンズを介して感光体に走査露光することにより画像を形成する画像形成装置であって、基準となる第１のディザマトリクスデータを記憶する記憶手段と、前記第１のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換するための第２のディザマトリクスデータを生成する生成手段と、前記第２のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換するハーフトーン処理手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、基準となる１セット分のみのディザマトリクスデータを記憶することで、主走査位置に対応した複数のディザマトリクスデータを生成できる。

画像形成装置の構成を説明する図である。 光学走査装置の断面図である 像高と部分倍率との関係を示す図である。 露光制御構成を示すブロック図である。 各種同期信号と画像信号のタイミングチャートである。 光波形と主走査ＬＳＦプロファイルを示す図である 画像変調部の一例を示すブロック図である。 画像処理状態例を示す図である。 ハーフトーン処理部の一例を示すブロック図である。 画像処理装置の制御方法を説明するフローチャートである。 演算係数テーブルの一例を示す図である。 像高に対応するスクリーンと演算係数のタイミングを示す図である。 第１ディザマトリクスと第２ディザマトリクスとを示す図である。 プライオリティエンコーダの一例を示す図である ＰＷＭ変換部の一例を示す図である。

次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
＜システム構成の説明＞
〔第１実施形態〕

図１は、本実施形態を示す画像形成装置９の構成を説明する図である。
図１において、光走査手段である光学走査装置４００内のレーザ駆動部３００は、画像信号生成部１００から出力された画像信号、および制御部１から出力される制御信号に基づき、走査光（レーザ光）２０８を発する。不図示の帯電手段により帯電された感光ドラム（感光体）４をレーザ光２０８で走査し、感光ドラム４の表面に潜像を形成する。そして不図示の現像手段により潜像にトナーを付着させ、潜像に対応したトナー像を形成する。トナー像は、給紙ユニット８から給送されローラ５で感光ドラム４と接触する位置に搬送された紙等の記録媒体に転写される。記録媒体に転写されたトナー像は、定着器６で記録媒体に熱定着され、排紙ローラ７を経て、機外に排出される。

＜光学走査装置＞
図２は、本実施形態に係る光学走査装置４００の断面図である。図２（ａ）は主走査断面を、図２（ｂ）は副走査断面を示している。本例では、光源から発光されるレーザ光を偏向した後、特定の結像レンズを介して感光体に走査露光することにより画像を形成する画像形成装置を用いる。
本実施形態において、光源４０１から出射したレーザ光（光束）２０８は、開口絞り４０２によって楕円形状に整形されてカップリングレンズ４０３に入射する。カップリングレンズ４０３を通過した光束は、略平行光に変換されて、アナモフィックレンズ４０４に入射する。なお、略平行光とは、弱収束光及び弱発散光を含むものである。アナモフィックレンズ４０４は、主走査断面内において正の屈折力を有しており、入射する光束を主走査断面内においては収束光に変換している。また、アナモフィックレンズ４０４は、副走査断面内において偏向器４０５の偏向面４０５ａの近傍に光束を集光しており、主走査方向に長い線像を形成している。

そして、アナモフィックレンズ４０４を通過した光束は、偏向器（ポリゴンミラー）４０５の偏向面（反射面）４０５ａにて反射される。反射面４０５ａで反射した光束は、レーザ光２０８（図１参照）として、結像レンズ４０６を透過し、感光ドラム４の表面に入射する。結像レンズ４０６は、結像光学素子である。本実施形態においては、単一の結像光学素子（結像レンズ４０６）のみで結像光学系が構成されている。結像レンズ４０６を通過（透過）した光束が入射する感光ドラム４の表面は、光束によって走査される被走査面４０７である。
結像レンズ４０６によって被走査面４０７上で光束が結像し、所定のスポット状の像（スポット）を形成する。偏向器４０５を不図示の駆動部により矢印Ａ方向に一定の角速度で回転させることにより、被走査面４０７上でスポットが主走査方向に移動し、被走査面４０７上に静電潜像を形成する。なお、主走査方向とは、感光ドラム４の表面に平行で且つ感光ドラム４の表面の移動方向に直交する方向である。副走査方向とは、主走査方向及び光束の光軸に直交する方向である。

ビームディテクト（以下ＢＤと称す）センサ４０９とＢＤレンズ４０８は、被走査面４０７上に静電潜像を書き込むタイミングを決定する同期用光学系である。ＢＤレンズ４０８を通過した光束は、フォトダイオードを含むＢＤセンサ４０９に入射し検知される。制御部１は、ＢＤセンサ４０９により光束を検知したタイミングに基づいて、書き込みタイミングの制御を行う。

光源４０１は、半導体レーザチップで構成されている。本実施形態の光源４０１は１つの発光部１１（図４参照）を備えている構成である。しかしながら、光源４０１として、独立して発光制御可能な複数の発光部を備えていてもよい。複数の発光部を備える場合も、そこから発生られる複数の光束は、それぞれカップリングレンズ４０３、アナモフィックレンズ４０４、偏向器４０５、結像レンズ４０６を経由して被走査面４０７へ到達する。被走査面４０７上では副走査方向にずれた位置に各光束に対応するスポットがそれぞれ形成される。

なお、光学走査装置４００は上述した、光源４０１、カップリングレンズ４０３、アナモフィックレンズ４０４、結像レンズ４０６、偏向器４０５等の各種光学部材は、筐体（光学箱）４００ａ（図１参照）に収納される。

＜結像レンズ＞
図２に示すように、結像レンズ４０６は、入射面（第１面）４０６ａ及び出射面（第２面）４０６ｂの２つの光学面（レンズ面）を有する。結像レンズ４０６は、主走査断面内において、偏向面４０５ａにて偏向された光束が被走査面４０７上を所望の走査特性で走査させる構成となっている。また、結像レンズ４０６は、被走査面４０７上でのレーザ光２０８のスポットを所望の形状にする構成となっている。また、結像レンズ４０６により、副走査断面内においては、偏向面４０５ａの近傍と被走査面４０７の近傍とを共役の関係となっている。これにより、面倒れを補償（偏向面４０５ａが倒れた際の被走査面４０７上での副走査方向の走査位置ずれを低減すること）する構成となっている。

なお、本実施形態に係る結像レンズ４０６は、射出成形によって形成されたプラスチックモールドレンズであるが、結像レンズ４０６としてガラスモールドレンズを採用してもよい。モールドレンズは、非球面形状の成形が容易であり、かつ大量生産に適しているため、結像レンズ４０６としてモールドレンズを採用することで、その生産性及び光学性能の向上を図ることができる。

結像レンズ４０６は、所謂ｆθ特性を有していない。つまり、偏向器４０５が等角速度で回転している時に、結像レンズ４０６を通過する光束のスポットを被走査面４０７上で等速に移動させるような走査特性を有していない。このように、ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６を用いることにより、結像レンズ４０６を偏向器４０５に近接して（距離Ｄ１が小さい位置に）配置することが可能となる。
また、ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６はｆθ特性を有する結像レンズよりも、主走査方向（幅ＬＷ）及び光軸方向（厚みＬＴ）に関して小さくできる。このようなことから、光学走査装置４００の筐体４００ａ（図１参照）の小型化を実現している。また、ｆθ特性を有するレンズの場合、主走査断面で見た時のレンズの入射面、出射面の形状に急峻な変化がある場合があり、そのような形状の制約がある場合、良好な結像性能を得られない可能性がある。
これに対して、結像レンズ４０６はｆθ特性を有していないため、主走査断面で見た時のレンズの入射面、出射面の形状に急峻な変化が少ない為、良好な結像性能を得ることができる。
このような本実施形態に係る結像レンズ４０６の走査特性は、以下の式（１）で表される。

式（１）では、偏向器４０５による走査角度（走査画角）をθ、光束の被走査面４０７上での主走査方向の集光位置（像高）をＹ［ｍｍ］、軸上像高における結像係数をＫ［ｍｍ］、結像レンズ４０６の走査特性を決定する係数（走査特性係数）をＢとしている。なお、本実施形態において、軸上像高は、光軸上の像高（Ｙ＝０＝Ｙｍｉｎ）を指し、走査角度θ＝０に対応する。また、軸外像高は、中心光軸（走査角度θ＝０の時）よりも外側の像高（Ｙ≠０）を指し、走査角度θ≠０に対応している。
さらに、最軸外像高とは、走査角度θが最大（最大走査画角）となる時の像高（Ｙ＝＋Ｙｍａｘ、−Ｙｍａｘ）を指す。なお、被走査面４０７上の潜像を形成可能な所定の領域（走査領域）の主走査方向の幅である走査幅ＷはＷ＝｜＋Ｙｍａｘ｜＋｜−Ｙｍａｘ｜で表される。所定の領域の中央が軸上像高で端部が最軸外像高となる。

ここで、結像係数Ｋは、結像レンズ４０６に平行光が入射する場合の走査特性（ｆθ特性）Ｙ＝ｆθにおけるｆに相当する係数である。すなわち、結像係数Ｋは、結像レンズ４０６に平行光以外の光束が入射する場合に、ｆθ特性と同様に集光位置Ｙと走査角度θとを比例関係にするための係数である。

走査特性係数について補足すると、Ｂ＝０の時の式（１）は、Ｙ＝Ｋθとなるため、従来の光学走査装置に用いられる結像レンズ４０６の走査特性Ｙ＝ｆθに相当する。また、Ｂ＝１の時の式（１）は、Ｙ＝Ｋｔａｎθとなるため、撮像装置（カメラ）などに用いられるレンズの射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθに相当する。すなわち、式（１）において、走査特性係数Ｂを０≦Ｂ≦１の範囲で設定することで、射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθとｆθ特性Ｙ＝ｆθとの間の走査特性を得ることができる。
ここで、式（１）を走査角度θで微分すると、次式（２）に示すように走査角度θに対する被走査面４０７上での光束の走査速度が得られる。

さらに、式（２）を軸上像高における速度ｄＹ／ｄθ＝Ｋで除すると、次式（３）に示すようになる。

式（３）は、軸上像高の走査速度に対する各軸外像高の走査速度のずれ量(部分倍率)を表現したものである。本実施形態に係る光学走査装置４００は、Ｂ＝０の場合以外においては、軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なっていることになる。

図３は、本実施形態に係る被走査面４０７上での走査位置をＹ＝Ｋθの特性でフィッティングした際の、像高と部分倍率との関係を示している。本実施形態においては、式（１）に示した走査特性を結像レンズ４０６に与えたことで、図３に示したように、軸上像高から軸外像高に向かうにつれて徐々に走査速度が速くなるため部分倍率が大きくなっている。
部分倍率３０％は、単位時間だけ光照射した場合、被走査面４０７での主走査方向の照射長が、１．３倍となることを意味している。従って、画像クロックの周期によって決めた一定の時間間隔で主走査方向の画素幅を決めてしまうと、軸上像高と軸外像高とで画素密度が異なってしまう。

また、像高Ｙが、軸上像高から離れて最軸外像高に近づくに連れて（像高Ｙの絶対値が大きくなる程）、徐々に走査速度が速くなる。これにより、被走査面４０７上の像高が軸上像高付近の時に単位長さ走査するのにかかる時間よりも、像高が最軸外像高付近の時に単位長さ走査するのにかかる時間の方が短くなる。これは、光源４０１の発光輝度が一定の場合、像高が軸上像高付近の時の単位長さ辺りの総露光量よりも、像高が最軸外像高付近の時の単位長さ辺りの総露光量の方が少なくなることを意味する。

このように、上述したような光学構成を有する場合、主走査方向に関する部分倍率、及び単位長さ辺りの総露光量のばらつきが、良好な画質を維持する為に適切でない可能性がある。そこで、本実施形態では、良好な画質を得る為に、上述した部分倍率の補正と、単位長さ辺りの総露光量を補正する為の輝度補正を行う。

特に、偏向器４０５から感光ドラム４までの光路長が短くなる程、画角が大きくなるため、上述した軸上像高と最軸外像高とで走査速度の差が大きくなる。発明者の鋭意検討によれば、最軸外像高における走査速度が軸上像高におけるそれの１２０％以上であるような走査速度の変化率が２０％以上の光学構成となる。このような光学構成の場合、主走査方向に関する部分倍率、及び単位長さ辺りの総露光量のばらつきの影響を受け良好な画質の維持が難しくなる。

なお、走査速度の変化率Ｃ（％）は、最も遅い走査速度をＶｍｉｎ、最も速い走査速度をＶｍａｘとすると、Ｃ＝（（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍｉｎ）＊１００で表される値である。なお、本実施形態の光学構成では、軸上像高（走査領域の中央部）で最も遅い走査速度となり、最軸外像高（走査領域の端部）で最も速い走査速度となる。

なお、発明者の鋭意検討によれば、画角が５２°以上の光学構成の場合、走査速度の変化率が３５％以上となることがわかっている。画角が５２°以上となる条件としては以下に示す通りである。例えば、主走査方向に関してＡ４シートの短辺の幅の潜像を形成する光学構成の場合、走査幅Ｗ＝２１４ｍｍ、走査画角が０°の時の偏向面４０５ａから被走査面４０７までの光路長Ｄ２（図２参照）＝１２５ｍｍ以下。主走査方向に関してＡ３シートの短辺の幅の潜像を形成する光学構成の場合、走査幅Ｗ＝３００ｍｍ、走査画角が０°の時の偏向面４０５ａから被走査面４０７までの光路長Ｄ２（図２参照）＝２４７ｍｍ以下である。このような光学構成を有する画像形成装置では、以下に説明する本実施形態の構成を用いることで、ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６を使用しても、良好が画質を得ることが可能となる。

＜露光制御構成＞
図４は、図１に示した画像形成装置９における露光制御構成を示すブロック図である。
図４において、画像信号生成部１００は、不図示のホストコンピュータより印字情報を受け取り、画像データ（画像信号）に対応するＶＤＯ信号１１０を生成する。また、画像信号生成部１００は画素幅補正手段としての機能も有する。制御部１は、画像形成装置９の制御と、輝度補正手段として光源４０１の光量制御を行う。レーザ駆動部３００は、ＶＤＯ信号１１０に基づいて電流を光源４０１に供給することにより、光源４０１を発光させる。

画像信号生成部１００は、画像形成のための画像信号の出力の準備が整ったら、シリアル通信１１３を通じて、制御部１に印字開始の指示をする。制御部１のＣＰＵ２は、印字の準備が整ったら、副走査同期信号であるＴＯＰ信号１１２、と主走査同期信号であるＢＤ信号１１１を画像信号生成部１００に送信する。画像信号生成部１００は、各同期信号を受信したら所定タイミングで画像信号であるＶＤＯ信号１１０をレーザ駆動部３００に出力する。画像信号生成部１００と制御部１とレーザ駆動部３００の各々の主な構成ブロックについては後述する。

図５は、記録媒体１ページ分に相当する画像形成動作を行った際の各種同期信号と画像信号のタイミングチャートである。図中左から右に向かって時間が経過する。ＴＯＰ信号１１２の「ＨＩＧＨ」は、記録媒体の先端が所定の位置に到達したことを表す。画像信号生成部１００はＴＯＰ信号１１２の「ＨＩＧＨ」を受信したら、ＢＤ信号１１１に同期して、ＶＤＯ信号１１０を送信する。このＶＤＯ信号１１０に基づいて光源４０１が発光し感光ドラム４に潜像を形成する。

なお、図５では図の簡略化の為、ＶＤＯ信号１１０が複数のＢＤ信号１１１を跨いで連続的に出力されているように記載している。しかしながら、実際には、ＶＤＯ信号１１０はＢＤ信号１１１が出力されてから次のＢＤ信号１１１が出力されるまでの間のうちの所定の期間に出力されるものである。

＜発光時間補正＞
次に発光時間の補正について説明する。本実施形態では、ＶＤＯ信号１１０に基づく光源４０１の発光時間の補正（以下、発光時間補正）を行うことで、細密画像の再現性を向上させる。
図６は、光波形と主走査ＬＳＦプロファイルを示す図である。これら光波形と主走査ＬＳＦプロファイルは、光源４０１が、軸上像高、中間像高、最軸外像高のそれぞれにおいて、所定の輝度、期間で発光した場合のものをそれぞれ示している。
（ａ）は第１実施形態で示した部分倍率補正と輝度補正を行った場合の主走査ＬＳＦプロファイル、（ｂ）は本実施形態で示す補正を行った場合の主走査ＬＳＦプロファイルである。なお、Ｔ３は軸上像高において１画素（42.3μm）分主走査するのに必要な期間である。
（ａ）では軸上像高のレーザの発光時間をＴ３、輝度をＰ３とし、最軸外像高ではレーザ発光量１７０の発光時間を０．７４倍、発光輝度を１．３５倍とした場合を示す。
（ｂ）は後述する処理により、最軸外像高において、発光時間を０．２２倍、発光輝度を４．５倍となるよう補正した場合を示す。このように本実施形態のように補正することで、軸上像高と最軸外像高とで、１ドット分レーザ走査した際の主走査ＬＳＦプロファイルにより近い形状とすることが可能となる。

＜輝度補正＞
以下、図４を用いて、輝度補正について説明する。輝度補正を行う理由は、部分倍率補正により、像高Ｙの絶対値が大きくなる程、１画素の長さが短くなるよう補正を行う為、光源４０１による１画素への総露光量（積分光量）が像高Ｙの絶対値が大きくなる程、低下するからである。輝度補正では、光源４０１の輝度を補正することで、１画素への総露光量（積分光量）が各像高で一定となるように補正する。

図５の制御部１は、ＣＰＵコア２と８ビットＤＡコンバータ２１とレギュレータ２２を内蔵したＩＣ３を有しており、レーザ駆動部３００と合わせて輝度補正手段を構成する。レーザ駆動部３００は、メモリ３０４と、電圧を電流に変換するＶＩ変換回路３０６と、レーザドライバＩＣ１９を有し、光源４０１のレーザダイオードである発光部１１へ駆動電流を供給する。メモリ３０４には、部分倍率特性情報が保存されているとともに、発光部１１に供給する補正電流の情報が保存されている。部分倍率特性情報は、主走査方向に対して複数の像高に対応する部分倍率情報である。なお、部分倍率情報に代えて、被走査面上での走査速度の特性情報であっても良い。メモリ３０４に保存されている部分倍率特性情報は、部分倍率補正時にＣＰＵコア２よりシリアル通信３０７を介して読み出される。

次に、レーザ駆動部３００の動作を説明する。メモリ３０４に格納された発光部１１に対する補正電流の情報をもとに、ＩＣ３はレギュレータ２２から出力される電圧（ＶｒｅｆＨ）２３を調整し出力する。電圧２３はＤＡコンバータ２１の基準電圧となる。次に、ＩＣ３は、ＤＡコンバータ２１の入力データ２０を設定し、ＢＤ信号１１１に同期して、主走査内で増加減する輝度補正アナログ電圧３１２を出力する。そして、後段のＶＩ変換回路３０６で電流値Ｉｄに変換され、レーザドライバＩＣ１９に出力する。なお、また、本実施形態では、制御部１に実装されたＩＣ３が輝度補正アナログ電圧３１２を出力したが、レーザ駆動回路３００上にＤＡコンバータを実装し、レーザドライバＩＣ１９の近傍で輝度補正アナログ電圧３１２を生成しても良い。

レーザドライバＩＣ１９は、ＶＤＯ信号１１０に応じて、電流ＩＬを発光部１１に流すか、ダミー抵抗器１０に流すかをセレクタ１４により切り換えることで、光源４０１の発光のＯＮ／ＯＦＦを制御する。発光部１１に供給するレーザ電流値ＩＬ（第３電流）は、定電流回路１５で設定した電流Ｉａ（第１電流）から前記ＶＩ変換回路３０６から出力される電流Ｉｄ（第２電流）を差し引いた電流となる。定電流回路１５に流す電流Ｉａは、発光部１１の光量モニタ用に光源４０１に設けられたフォトディテクタ１２が検知する輝度が所望の輝度Ｐapc1となるようにレーザドライバＩＣ１９内部の回路によりフィードバック制御することで自動調整する。

この自動調整は所謂ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）である。発光部１１の輝度の自動調整は、レーザ発光量の主走査毎の印字領域外でＢＤ信号を検知するために発光部１１を発光させている間に実施する。可変抵抗器１３は、工場組立て時に、発光部１１が所定輝度に発光している場合に、所望の電圧としてレーザドライバＩＣ１９に入力されるよう値を調整しておく。

以上説明したように、所望の輝度で発光させるために必要な電流Ｉａに対して、ＶＩ変換回路３０６が出力する電流Ｉｄを差し引いた電流をレーザ駆動電流ＩＬとして発光部１１に供給する構成となっている。この構成により、レーザ駆動電流ＩＬはＩａ以上に流れることが無いようなっている。なお、ＶＩ変換回路３０６は輝度補正手段の一部を構成している。

＜画像変調部＞
図７は、図１に示した画像変調部１０１の一例を示すブロック図である。
図７において、濃度補正処理部１２１は、不図示のホストコンピュータから受診した画像処理信号を適正な濃度で印字するための濃度補正テーブルを格納している。ハーフトーン処理部１２２は、入力される多値パラレル８ビットの画像信号をスクリーン（ディザ）処理して画像形成装置９で濃度表現する為の変換処理を行う。

ハーフトーン処理部１２２には、各像高に応じたスクリーンが格納されており、スクリーンのＳＣＲ切替部１８５から出力される情報に基づき、スクリーンを選択し、ハーフトーン処理を行う。ＳＣＲ切替部１８５は、同期信号であるＢＤ信号１１１と画像クロック信号１２５により、スクリーン切替情報１８４を生成する。
図８の（ａ）は各像高に対応するスクリーンを説明する図である。ＳＣＲ切替部１８５は、主走査方向の像高に応じて、図示したようにスクリーン切替情報１８４を出力する。スクリーン切替情報１８４は、最軸外像高ではセグメント１用スクリーンＳＲＣ１、軸上像高ではセグメントｎ用スクリーンＳＣＲｎとなる。ハーフトーン処理部１２２及びＳＣＲ切替部１８５が発光時間補正手段として機能する。

図８の（ｂ）は、軸上像高付近で使用されるにおけるセグメントｎ用スクリーンの一例であり、図８の（ｃ）は、最軸外像高付近で使用されるセグメント１用スクリーンの一例である。
図中の白い部分が光源４０１を発光させない（オフ）部分で、黒い部分が光源４０１を発光させる（オン）部分である。どちらも、２００線のマトリクスとし、各画素を１６分割した１６区画の画素片で階調表現可能としており、ＶＤＯ信号１１０の多値パラレル８ビットのデータで表された濃度情報により、９画素で構成されたスクリーンの面積が成長していく。

マトリクス１５３は階調毎に設けられており、矢印で示す順に階調が上がっていく（濃度が濃くなる）。図示したように、図８の（ｃ）のセグメント１用スクリーンは、最も階調の高い（最高濃度）マトリクスにおいても、各画素の１６区画の画素片は全点灯させないように設定している。

一例として、最大発光時間を最軸外像高では軸上像高のＴ３を基準として０．２２＊Ｔ３と設定した場合について説明する。部分倍率補正を実行することで、１ドット（画素）に相当する発光時間は０．７４＊Ｔ３に制限された状態となる。このため、更に最大発光時間を０．２２＊Ｔ３まで制限するためには、１画素１６区画分のうちの０．２２／０．７４に相当する区画内で発光するように設定すればよい。つまり、１６＊（０．２２／０．７４）＝４．７５［区画］
となる。最大５区画程度の画素片が点灯するようなスクリーンとすればよい。

ＰＳ変換部１２３は、パラレル−シリアル変換部であり、ハーフトーン処理部１２２から入力したパラレル１６ビットの信号１２９をシリアル信号１３０に変換する。ＦＩＦＯ１２４は、シリアル信号１３０を受信し、不図示のラインバッファに蓄積し、所定時間後に、同じくシリアル信号として、後段のレーザ駆動部３００にＶＤＯ信号１１０として出力する。ＦＩＦＯ１２４のライトおよびリードの制御は、画素片挿抜制御部１２８が、ＣＰＵ１０２からＣＰＵバス１０３を介して受信する部分倍率特性情報を基に、ライトイネーブル信号ＷＥ１３１、リードイネーブル信号ＲＥ１３２を制御することで行う。ＰＬＬ部１２７はで、１画素に相当する画像クロック信号（ＶＣＬＫ）１２５の周波数を１６倍に逓倍したクロック（ＶＣＬＫｘ１６）１２６をＰＳ変換部１２３やＦＩＦＯ１２４に供給する。

＜ハーフトーン処理部＞
次に本発明の特徴である、基準となるスクリーンパターン1セット分のディザマトリクスのみを記憶手段へ保持して、ハーフトーン処理で実際に使用するディザマトリクスについて主走査位置に応じて演算により算出する制御について説明する。

図９は、図７に示したハーフトーン処理部１２２の一例を示すブロック図である。以下、本実施形態のハーフトーン処理部１２２の動作について、図１０のフローチャートを基に説明する。
図１０は、本実施形態を示す画像形成装置の制御方法を説明するフローチャートである。なお、各ステップは、ＣＰＵが記憶された制御プログラムを実行することで実現される。

はじめに濃度補正処理部１２１から出力された多値パラレル８ビットの画像信号は、画像遅延部１１００へ入力される（Ｓ１００１）。
画像遅延部１１００はフリップフロップ等で構成されたバッファであり、後段の比較器１５０１〜１５１５における比較対象である閾値が生成されるまでの処理時間分、画像信号を保持し待たせるためのものである。

次にＲＡＭ１２００より、第１ディザマトリクス１２０１〜１２１５の情報を取得する（Ｓ１００２）。ディザマトリクスを構成する閾値マトリクスの個数は、スクリーン処理後の階調数によって決まる。
スクリーン処理後の階調数がＮ値の場合には、１画素あたりＮ−１個の閾値が必要になる。本実施形態のハーフトーン処理部１２２では、１６値（４ビット）で濃度表現するための変換処理を行う為、１６−１＝１５個の閾値が必要になる。従って１つのスクリーンパターンを形成するにあたり、１５個のディザマトリクスが必要になる。

ＲＡＭ１２００には、主走査の位置に応じて実際に使用するディザマトリクスを、演算により生成するための基本となるスクリーンパターン１セット分の１５個の第１ディザマトリクス１２０１〜１２１５が予め格納されている。
次にＳ１００３では、ディザマトリクス生成部１４００は、演算係数生成部１４４０により生成される演算係数を取得する。演算係数生成部１４４０より生成される演算係数は、スクリーンを切り替える主走査方向の特定の単位画素区間（以下、セグメント区間）毎に変更される。ここで、ディザマトリクス生成部１４００は、第１のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換するための第２のディザマトリクスデータを生成する機能を実行する。また、ディザマトリクス生成部１４００は、主走査方向の位置に応じて変更される演算係数を生成する際、演算係数の変更は、ハーフトーン処理において使用するディザマトリクスの種類に応じて、主走査方向の所定の区間毎に変更するものとする。

図１１は、図９に示した演算係数テーブル１４５０の一例を示す図である。
図１１において、演算係数テーブル１４５０はＬＵＴで構成され、主走査毎のセグメント区間毎の演算係数は演算係数テーブル１４５０に予め格納されている。
本発明の画像形成装置は、図８の（ａ）に示すように、主走査方向の像高に応じてセグメント毎にセグメント１用スクリーンＳＣＲ１からセグメントｎ用スクリーンＳＣＲｎまで切り替える。演算係数テーブル１４５０には、各セグメント区間を示す主走査座標毎の演算係数が予め格納されている。

図１１に示す演算係数テーブル１４５０は、図２に示した被走査面４０７の有効走査区間がＡ４サイズ程度の用紙サイズを走査可能であり、解像度が６００ｄｐｉ、セグメント区間が２５６画素の場合についての例を示している。
説明の便宜上、被走査面４０７の有効走査区間が７４２４画素であり、主走査方向の中間のセグメント区間の中心座標が、軸上像高の座標と一致する場合について示している。

図１１の例では、最軸外像高のセグメント区間（セグメント１、セグメント２９）を示す主走査座標が０〜２５５、及び７１６８〜７４２８に対応するＬＵＴのアドレスには、演算係数として０が設定されている。
セグメント２、セグメント２８を示す主走査座標が２５６〜５１１、及び６９１２〜７１６７に対応するＬＵＴのアドレスには、演算係数として＋１が設定されている。
セグメント３、セグメント２７を示す主走査座標が５１２〜７６６、及び６６５６〜６９１１に対応するＬＵＴのアドレスには、演算係数として＋２が設定されている。以降、セグメント４〜１４、セグメント１６〜２８に対応する主走査座標についても、同様に演算係数が設定される。
軸上像高のセグメント区間を示す主走査座標が３５８４〜３８３９に対応するＬＵＴのアドレスには、演算係数として＋１５が設定されている。

図１２は、各像高に対応するスクリーンと演算係数のタイミングの関係を示すタイミングチャートである。
Ｓ１００３において、演算係数生成部１４４０は、演算係数テーブル１４５０の各セグメントの主走査座標に対応するアドレスより、演算係数を読み出し、後段の演算器１４２１〜１４３５へ供給する。

次にＳ１００４では、Ｓ１００２の処理において取得した第１ディザマトリクスと、Ｓ１００３の処理において取得した演算係数により演算処理を行い、第２ディザマトリクスを算出する（Ｓ１００４）。

演算器１４２１〜１４３５は、入力が２端子で、出力が１端子の演算器であり、スクリーン処理後の解像度に合わせて、スクリーンパターン１セット分に必要なディザマトリクス個数分で構成されている。
ＲＡＭ１２００より取得した、スクリーンパターン１セット分の第１ディザマトリクス１２０１〜１２１５は、それぞれ演算器１４２１〜１４３５の一方の入力端子へ供給される。
一方、演算係数生成部１４４０より取得した演算係数は、演算器１４２１〜１４３５のもう一方の入力端子へ供給される。

本実施形態において演算器１４２１〜１４３５は加算器であり、入力される第１ディザマトリクス１２０１〜１２１５の各インデックスの閾値について、演算係数を加算した結果を第２ディザマトリクス１４０１〜１４１５として出力する。

図１３は、図９に示した演算器１４２１〜１４３５で演算する第１ディザマトリクスと第２ディザマトリクスの関係を示す図である。
図１３（ａ）は第１ディマトリクスの中で、最も小さい階調値"０"と２番目に小さい階調値"１"の間（以下、レベル１）の閾値である第１ディザマトリクス（レベル１）１２０１を構成する閾値の一例を示している。

第１ディザマトリクス（レベル１）１２０１には、インデックス値（２次元のディザマトリクスを１次元に並び替えた座標）順に、７６、４５、７５、１６、０、１５、７８、４６、７７の閾値で構成されている。
ディザマトリクスを構成される閾値は、ディザマトリクスのセルの大きさと、スクリーン後の階調数により決定される。

例えば実施形態に記載の主走査３画素、副走査３画素のディザマトリクスで、階調数が１６の場合では、スクリーン１セット分のディザマトリクスの合計の閾値数は３＊３＊（１６−１）＝７５個となるため、０〜７４までの範囲の閾値で構成される。
まず始めに、最軸外像高を含んでいるセグメント１の区間における演算例について説明する。
ディザマトリクス生成部１４００は、演算係数テーブルのセグメント１の区間を示す主走査座標（０〜２５５）に対応するアドレスより、演算係数として"０"を取得する。

演算器（レベル１）１４２１は、ＲＡＭ１２００より入力される第１ディザマトリクス（レベル１）（図１３の（ａ））の閾値について、それぞれ演算係数の"０"を加算し、第２ディザマトリクス（レベル１）１４０１として出力する。
図１３の（ｂ）に、セグメント１用のスクリーンＳＣＲ１を使用する際に生成される第２ディザマトリクス（レベル１）１４０１を構成する閾値の一例を示す。
図１３の（ｂ）に示すように、第２ディザマトリクス（レベル１）１４０１には、インデックス順に、７６、４５、７５、１６、０、１５、７８、４６、７７の閾値で構成される結果となる。
図１３の（ｃ）に、セグメント２用のスクリーンＳＣＲ２を使用する際に生成される第２ディザマトリクス（レベル１）１４０２を構成する閾値の一例を示す。
図１３の（ｃ）に示すように、第２ディザマトリクス（レベル１）１４０２には、インデックス順に、７７、４６、７６、１７、１、１６、７９、４７、７８の閾値で構成される結果となる。
次にセグメント２の区間における演算例について説明する。
ディザマトリクス生成部１４００は、演算係数テーブルのセグメント２の区間を示す主走査座標（２５６〜５１１）に対応するアドレスより、演算係数として"＋１"を取得する。

演算器（レベル１）１４２１は、ＲＡＭ１２００より入力される第１ディザマトリクス（レベル１）（図１３の（ａ））の閾値について、それぞれ演算係数の"１"を加算し、第２ディザマトリクス（レベル１）１４０１として出力する。
そして軸上像高を含んでいるセグメント１５の区間における演算例について説明する。
ディザマトリクス生成部１４００は、演算係数テーブルのセグメント１５の区間を示す主走査座標（３５８４〜３８３９）に対応するアドレスより、演算係数として"＋１５"を取得する。１４０２〜１４１５は、第２ディザマトリクス（レベル３）〜（レベル１５）に対応する。
図１３の（ｄ）に、セグメント１５用のスクリーンＳＣＲ１５を使用する際に生成される第２ディザマトリクス（レベル１）１４０３を構成する閾値の一例を示す。
図１３の（ｄ）に示すように、第２ディザマトリクス（レベル１）１４０３には、インデックス順に、９１、６０、９０、３１、１５、３０、９３、６１、９２の閾値で構成される結果となる。
そしてＳ１００５では、算出した第２ディザマトリクスを使用してハーフトーン処理を行い多値パラレル１６ビットの画像信号を出力する（Ｓ１００５）。

インデックス生成部１３００は、ディザマトリクスを使用してハーフトーン処理を行う際の注目画素に対応するインデックス値（２次元のディザマトリクスを１次元に並び替えた座標）を生成する。
スクリーン幅がＳｘ、スクリーン高がＳｙ、注目画素のＸ座標がＸ、Ｙ座標がＹである場合は、インデックス値Ｉは以下の式により算出される。
インデックス値Ｉ＝ｍｏｄ（Ｘ，Ｓｘ）＋ｍｏｄ（Ｙ，Ｓy）＊Ｓｘ
生成されたインデックス値は、ディザマトリクス生成部１４００と、ＰＷＭ変換部１７００へ供給される。

ディザマトリクス生成部１４００で生成された第２ディザマトリクス１４０１〜１４１５のうち、インデックス生成部１３００が生成するインデックス値に対応する閾値信号が順次読み出され、比較器１５０１〜１５１５の一方の入力端子へ入力される。

一方、比較器１５０１〜１５１５のもう一方の入力端子へは、第２ディザマトリクス１４０１〜１４１５の各インデックスに対応する閾値信号の読み出しタイミングに合わせて、画像遅延部１１００に保持されている画像信号が入力される。
画像信号と閾値信号の比較の結果、画像信号の値が閾値信号の値以上であれば"１"を出力し、それ以外の場合には"０"の比較結果信号（１ビット）を出力する。比較器１５０１〜１５１５の出力結果は、プライオリティエンコーダ１６００へ入力される。

図１４は、図９に示したプライオリティエンコーダ１６００の一例を示す図である。プライオリティエンコーダ１６００へは、レベル１からレベル１５までの全ての比較器１５０１〜１５１５を合わせた１５ビットの比較結果信号が入力される。

図１４に示すように、プライオリティエンコーダ１６００の入力信号のビット割り当ては、ビット０へは比較器（レベル１）１５０１の比較結果信号、ビット１へは比較器（レベル２）１５０１の比較結果信号、という順番（所謂ＬＳＢ順）でビット１５まで割り当てられる。
本実施形態のプライオリティエンコーダ１６００は、入力が１５ビット、出力が４ビットのＬＵＴで構成されている。
図１４の図はＬＵＴの入出力の関係を示しており、１５ビットの入力信号において、"１"のビットが存在するビット位置に応じて、予め決められた４ビットの値を出力する。プライオリティエンコーダ１６００から出力される４ビットの画像データは、次にＰＷＭ変換部１７００へ入力される。

図１５は、図９に示したＰＷＭ変換部１７００のＬＵＴの一例を示す図である。
図１５に示すように、ＰＷＭ変換部１７００へは、プライオリティエンコーダ１６００から出力される４ビットの画像データと共に、インデックス生成部１３００で生成されたインデックス値も合わせて入力される。
本実施形態のＰＷＭ変換部１７００は、入力が４ビット、出力が１６ビットのＬＵＴを３個有するよう構成されている。

図１５に示すＬＵＴは、ＬＵＴに格納されているＰＷＭパターン（ＬＵＴ出力値）について、入力データが大きくなるに従って、"１"（黒、つまり光源４０１を発光させる）の画素領域が増加する（成長する）方向が異なる３つのＬＵＴを有している。

図１５に示すように、"１"の画像領域が、左側（主走査逆方向）へ成長するパターン、中央より両側へ成長するパターン、及び右側（主走査順方向）へ成長するパターンを格納する３つのＬＵＴを有しており、どのＬＵＴを選択するかは、入力されるインデックス値によって決定される。ＰＷＭ変換部１７００のＬＵＴにより多値１６ビットのＰＷＭパターンは、ハーフトーン処理部１２２の画像データとして後段のＰＳ変換部１２３へ出力される。

上述で説明してきたＳ１００１からＳ１００５の処理は、主走査方向のセグメント区間毎に繰り返される。例えば画像データを１ページ分処理する場合には、ページを構成する画像データの全てのセグメントについての処理が終了すると、ページ処理を終了する。

第１実施形態によれば、基準となる第１ディザマトリクスデータのみを記憶手段に保持し、実際のハーフトーン処理で使用する第２ディザマトリクスデータは、主走査位置に応じて変更される演算係数と演算して算出することができる。したがって、ディザマトリクスデータを記憶すべき記憶手段の容量を低減することができる。

従って、複数種のスクリーンパターンを像高に応じて切り替えて細密画像の再現性を図る際に、基準となる第１ディザマトリクスのみを記憶するだけで実現できるため、ディザマトリクスを記憶する記憶手段の容量を低減することができるという効果を奏する。
〔第２実施形態〕
上記第１実施形態に加えて、リードした第１のディザマトリクスデータを記憶するバッファをディザマトリクス生成部に備える構成としてもよい。これにより、記憶された第１のディザマトリクスデータのリードアクセスをラインの最初のみにして、処理速度を向上させることができる。
〔第３実施形態〕
上記第１実施形態に加えて、ディザマトリクス生成部が備えるべき演算係数の数を、ディザマトリクスのインデックス数分（３×３）とする構成としてもよい。これにより、インデックス毎に独立して調整することができる。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えばＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１ 制御部

Claims (5)

1. 光源から発光されるレーザ光を偏向した後、特定の結像レンズを介して感光体に走査露光することにより画像を形成する画像形成装置であって、
   基準となる第１のディザマトリクスデータを記憶する記憶手段と、
   前記第１のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換するための第２のディザマトリクスデータを生成する生成手段と、
   前記第２のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換するハーフトーン処理手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記特定の結像レンズは、前記感光体の主走査方向に関して所定の領域に潜像を形成可能であり、前記レーザ光が前記主走査方向に移動する速度は、前記主走査方向に関して、前記所定の領域の中央から端部にかけて早くなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記生成手段は、前記主走査方向の位置に応じて変更される演算係数を生成する際、前記演算係数の変更は、前記ハーフトーン処理において使用するディザマトリクスの種類に応じて、主走査方向の所定の区間毎に変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記生成手段は、前記第１のディザマトリクスと前記演算係数とを加算して第２のディザマトリクスデータを生成することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 光源から発光されるレーザ光を偏向した後、特定の結像レンズを介して感光体に走査露光することにより画像を形成する画像形成装置の制御方法であって、
   記憶される基準となる第１のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換するための第２のディザマトリクスデータを生成する生成工程と、
   前記第２のディザマトリクスデータに基づいて、入力される多値の画像信号について解像度を落として面積階調で表現する画像信号へと変換するハーフトーン処理工程と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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