JP3731250B2 - 画像形成方法、および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体表面上に静電画像を形成する画像形成方法および装置に関し、電子写真、静電記録、ファクシミリ、伝送装置、レーザプリンタ等に応用される。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる電子写真技術を応用した多色画像形成技術においては、光起電力を有する感光体表面に対して、帯電手段、露光手段、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアン等の各色に対応した現像手段、半導電性のベルトからなる一次転写手段、クリーニング手段および一様光徐電手段を配置し、帯電した上記感光体表面に露光して、まずブラックの静電潜像を形成し、該感光体表面上にブラックのトナー像を現像して、該トナー像を一次転写体上に転写させた後、感光体表面上に残る未転写トナーのクリーニングを行い、感光体を一様に光徐電を行い、以下同様にして、イエロー、マゼンタ、シアンのトナー像を一次転写体上に順次重ね合わせて転写を行い、４色のトナー像を形成して、このトナー像を用紙等の記録媒体上に一括転写を行って、多色の画像を形成する多色画像形成方法が行われている。
【０００３】
この多色画像形成方法において中間調を形成する手段として、レーザー駆動のパルス幅を変調することによりその露光手段の点灯時間を制御して、感光体表面上に静電潜像を形成して画像を形成する方法が用いられており、この時の画像信号と点灯時間との関係は、図８に示すように階調は点灯時間に比例した直線をなす。また、これによる現像コントラスト（現像バイアス−画像部電位）と濃度との関係は、図９に示すように比例した直線となる。
【０００４】
一方、感光体の感度特性の性質上、露光量の増加に対して一定値以上で感度を示し、その後次第に飽和する傾向を有するため、画像信号と画像部電位の関係は図１０に示すように曲線となり、この傾向は最大光量を増加させてＶＬ（画像部電位）を低下させるほど顕著にあらわれる。
【０００５】
画像信号、濃度、画像部電位等の関係は上記のようになるため、最終的な画像信号と濃度との関係は図１１に示すような曲線となる。すなわち、これらのレーザー光はその強度分布がガウス分布をなすスポット状に露光されるが、トナーの付着する電位差に閾値があるため、露光強度が大きくなるにつれてその周辺の閾値以下の範囲が隣接するスポットごとに重なり合って閾値を越え、実質的な光量の増加と同様の結果となる。このため、これらの曲線のカーブは更に強められ、最大値近傍でプラトーとなる傾向を生じる。
その結果、中間調から高濃度部にかけて、濃度の変化が飽和してしまうこととなり、前記のようにこの現象は最大光量を増加させるほど顕著となり、画像はその中間調の明瞭な階調変化を失い、濃度は向上するものの中間調から高濃度部にかけて潰れた状態となる。
従って、このような露光して中間調を形成する方法では、図１１に示すように画像信号と濃度との関係が曲線をなすため、画像の階調性が低下する結果、高画像信号部では階調表現ができなくなったり、低画像信号部では擬似輪郭が発生するなどの問題が生じていた。
【０００６】
このため、階調性を重視して最大光量を低下させると、最大光量時の濃度が低下して、文字や細線のように高い濃度で表す必要のある場合にも、図１２に示すように、現像コントラストを上げても線濃度は大きくならず、その濃度を高くできなくなる。このように、画像の階調性の保持と文字や細線を明瞭に表すための濃度の向上とは、これら従来の露光方法によっては両立できないものであった。
【０００７】
そこで、これらの問題点を解決する手段として、特開平２−５２７６５号公報には、入力信号が文字か否かを判断して、現像バイアスを制御することにより、文字の濃度を上げることが示されている。しかしながら、現像バイアスだけを変化させると、いわゆるかぶりを発生させたり、キャリアを感光体上に付着させてしまうなどの問題があり、入力信号が文字か否かの判断は、予め識別手段を講じられていない限り困難であった。
また、特開平５−８３５００号公報には、文字領域か、中間調領域かを判断して強度変調方式により、最大光量を制御することが記載されており、特開平５−８６５０１号公報には、同様な領域の判断を行って、パルス幅変調方式により、最大光量を変化させる方式が記載されている。しかしながら、これらの両方式について、具体的にこれらの文字領域か、中間調領域かの判断は、例えば、連続する画素に対応する画像濃度データを逐次微分して、その微分値が特定値を越えたことにより判定するとしているが、実際上これらの変化率の大きい場合が必ずしも文字領域の有無を表すとは限らないので、上記問題を解消するものではなかった。
【０００８】
また、特開平５−１８３７１１号公報には、主走査方向に長軸を有する楕円のビームを用いて、更に中間調領域か、文字領域かを判断してパルス幅変調方式により最大光量を変化させる方法が記載され、特開平５−１８３７１２号公報には、同様に主走査方向に長軸を有する楕円のビームを用いて、中間調領域か、文字領域かを判断して強度変調方式により最大光量を変化させる方式が記載されている。しかしながら、中間調領域か文字領域かを判断する具体的な記述はなく、いずれもこれらの問題を解決するものではなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、画像形成における中間調の階調性を高画像信号部にいたるまで直線的として、高画像信号部での階調表現性を向上し、低画像信号部での擬似輪郭の発生を防止し、更に文字や細線の十分な濃度を確保して、階調性と文字や細線の濃度向上とを両立させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、請求項１の発明は、帯電した感光体表面に、レーザー光のパルス幅変調により、画素ごとの画像信号に対応するパルス幅のレーザー照射による露光を行って静電潜像を形成する画像形成方法において、画像信号に対応して濃度が階調性のある光量の領域に光量最大値を設定して、画素の階調を表す画像信号が最大値未満の信号に対しては、該光量最大値以下の範囲で画像信号値に応じたパルス幅変調による光量で露光し、画素の階調を表す画像信号が最大値の信号に対しては、該パルス幅変調による光量に加えて強度変調により、前記光量最大値より大きな一定の光量による露光を行う画像形成方法である。また、請求項２の発明は、感光体に対し、レーザー光のパルス幅変調手段により、画素ごとの画像信号に対応するパルス幅のレーザー照射による露光を行って静電潜像を形成する画像形成装置において、レーザー光のパルス幅変調手段は、画像信号に対応して濃度が階調性のある光量の領域に光量最大値を設定する最大光量決定手段と、画素の諧調を表す画像信号が最大値か否かを判定する画像判別回路を備え、画素の階調を表す画像信号が最大値未満の信号に対しては、該光量最大値以下の範囲で画像信号値に応じたパルス幅変調による光量を設定するパルス幅変調回路、および画素の階調を表す画像信号が最大値の信号に対しては、該パルス幅変調による光量に加えて前記光量最大値より大きな一定の光量を付加する強度変調回路を設けてなる画像形成装置である。
【００１１】
本発明は、画像信号と画像部の電位の関係で示されるような曲線の特性、及びこれらの画像の中間調部と文字部などではその表現されるべき階調性と識別性との濃度に対する要求が異なることに着目してなされたものである。
【００１２】
即ち、文字や細線などは周囲との識別性を重視するため一様な高い濃度で表現される必要があり、一方中間調部は相対的に濃度が識別されることが必要なのであって、その階調のうち最も高い濃度が文字部等の濃度と重複するに過ぎない。
【００１３】
従って、最も高い濃度を必要としない部分は、これら階調性の保持できる光量の範囲で露光し、最も高い濃度を必要とする、すなわち画像信号の最大値の場合に、階調性と関係なく、大きな光量で露光すれば、中間調部は画像信号値との関係が直線関係を保つことができ、文字や細線等は高い一様な濃度で画像が生成されることとなる。これら中間調部と最大濃度部との間で、濃度差が不連続となるようであれば、中間調部のための最大光量の設定値を調節すればよい。
【００１４】
より具体的には、請求項１、請求項２の発明は、画像信号の最大値より低い画像信号においては、その露光の光量が濃度と直線的な関係にある範囲、或いはそれに近似できる範囲で、中間調の画像信号を露光するための最大値を設定する。露光光量は画像信号に対応するレーザー光のパルス変調によって調整されるが、画像信号の最大値未満の信号値に対しては、この最大値までの光量で信号値により配分して光量を調節することにより、階調性のある画像が形成される。
【００１５】
これに対して、画像信号が最大値である場合には、パルス変調による最大光量に加えて、強度変調を行い、一定以上の強度の光量となるように、十分に大きな光量を与え、高い濃度とする。この中間調の最大光量の設定が低い場合には、中間調の濃度に比べて、画像信号最大値に対する濃度が強くなり、文字や細線及び最大濃度とした部分が他の領域に比べて濃度が高くなり過ぎて濃度が不連続となるが、この場合は、中間調のための最大濃度を高く設定して、文字や細線等のための高い濃度と連続するよう調節すればよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜７に基づいて、本発明の多色画像形成方法を実行する画像形成装置の詳細を説明する。
図１は、本発明を適用した多色画像形成装置の概略構成を示す。符号１は感光体（潜像担持体、ＯＰＣ−ＩＲ）であり、矢印Ａ方向への回転に伴い、その表面に周知の電子写真プロセスによって画像情報に応じた静電潜像が形成される。すなわち、感光体１は帯電器１ａによって所定のマイナスの暗電位まで帯電された後、図示外のレーザービームスキャナから発せられた光ビームＢｍによって画像信号に応じた露光がなされる。また、この感光体１の周囲にはブラック（ＢＫ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）の各色に対応した現像器５〜８が配設されており、感光体１に形成された静電潜像をこれらのいずれかひとつの現像器で現像してトナー像Ｔを形成するようになっている。従って、感光体１に書き込まれた静電潜像がイエローの画像情報に対応したものであれば、この静電潜像はイエロー（Ｙ）のトナーを内包する現像器６で現像され、感光体１上にはイエローのトナー像が形成される。
【００１７】
また、符号２は、感光体１の表面に当接されるように配置されたベルト状の中間転写体であり、複数のロールに張架されて矢印Ｂ方向へ回動する。感光体１に形成されたトナー像Ｔは、感光体１と中間転写体２とが接する一次転写位置で感光体１から中間転写体２の表面に転写される。この一次転写位置において、中間転写体２の裏面側にはコロナ放電器９が配設されており、このコロナ放電器９にトナーの帯電極性と逆極性の電圧、すなわちプラスの電圧を印加することで、感光体１上の未定着トナー像Ｔは中間転写体２に静電吸着されて、転写される。
【００１８】
一方、一次転写後の感光体１上に残る未転写トナーはトナー除去部材１６ｂによってクリーニング装置１６内に回収される。このクリーニング装置１６内に回収されたトナーがクリーニング装置１６内から落下しないように、感光体１と接触する状態でトナー受け部材１６ａが配備されている。そして、イレーズランプ１７の光照射によって感光体１の表面電位は０Ｖとなり、次の帯電工程に備える。
【００１９】
単色画像を形成する場合は、中間転写体２に一次転写されたトナー像Ｔを直ちに記録媒体３に二次転写するが、複数色のトナー像を重ね合わせて多色画像を形成する場合には、感光体１上のトナー像の形成、並びにこのトナー像の一次転写工程が色数分だけ繰り返される。例えば、４色のトナー像を重ね合わせた多色画像を形成する場合、感光体１上にはその一回転ごとにブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色のトナー像Ｔが形成され、これらのトナー像Ｔは順次中間転写体２に一次転写される。一方、中間転写体２は最初に一次転写されたブラックのトナー像Ｔを保持したまま感光体１と同一周期で回動し、中間転写体２上にはその一回転毎にイエロー、マゼンタ及びシアンのトナー像Ｔがブラックのトナー像Ｔに重ねて転写される。
【００２０】
このようにして、中間転写体２に一次転写されたトナー像Ｔは、中間転写体２の回動に伴って記録媒体３の搬送経路に面した二次転写位置へと搬送される。前記二次転写位置では転写ロール１０が中間転写体２と接しており、フィードローラ１１によって所定のタイミングでトレイ１２から搬出された記録媒体３はこの転写ロール１０と中間転写体２との間に挟み込まれる。また、二次転写位置における中間転写体２の裏面側には前記転写ロール１０の対向電極をなす導電性ロール４が配設されており、前記転写ロール１０にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加すると、中間転写体２に担持されたトナー像Ｔは前記二次転写位置において記録媒体３に静電吸着されて転写される。
【００２１】
そして、トナー像Ｔが転写された記録媒体３は、剥離爪１３によって中間転写体２から剥され、定着器（図示せず）に送り込まれてトナー像の定着処理がなされる。一方、トナー像の二次転写が終了した中間転写体２はクリーナ１５によって未転写トナーが除去される。また、前記転写ロール１０にはポリウレタンゴム製などのブレード形状のクリーニングブレード１４が常時当接しており、転写ロール１０に付着したトナーを除去している。
【００２２】
このような構成において、前記転写ロール１０、剥離爪１３及びクリーナ１５は中間転写体２と接離自在に配設されており、カラー画像が形成される場合には、最終色のトナー像が中間転写体２に一次転写されるまでの間、これらの部材は中間転写体２から退避した位置にある。以上のような工程を行うことで多色の画像が記録媒体３上に形成される。
次に、本発明の具体的な潜像形成方法について、以下の実施例により、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
実施例１
本発明のパルス幅変調と強度変調を組み合わせた静電潜像形成方法を、図２，３，４により説明する。
プリンタモードと複写機モードとは、それぞれの画像データへの変換手段が相違するが、プリンタモードの場合、図２に示すように、入力された画像信号１００はデータ判断回路１０１に入り、フォントデータか否かを判断する。フォントデータの場合はフォントデ−タ発生回路１０２によりフォントデータに基づいたデータ処理を行い、ＵＣＲを決定するＵＣＲ処理回路１０３に入り、各色の入力信号が最適化されて画像濃度データ記憶回路３００に画像濃度データとして記憶される。フォントデータでない場合には、ＵＣＲを決定するＵＣＲ処理回路１０４に入り、各色の入力信号が最適化されて画像濃度データ記憶回路３００に画像濃度データとして記憶される。
【００２４】
複写機モードの場合には、カラースキャナ２００により原稿を読み取り、Ａ／Ｄ変換回路２０１でＡ／Ｄ変換を行い、さらに濃度変換回路２０２で濃度データとして変換して、ＵＣＲを決定するＵＣＲ処理回路２０３に入り、各色の入力信号が最適化されて画像濃度データ記憶回路３００に画像濃度データとして記憶される。
【００２５】
次に、これらの画像濃度データ記憶回路３００に記憶された画像データは、読み出し回路３０１により１画素毎に読み出しが行われる。そして、読み出された１画素毎のデータは、画像判別回路３０２により画像データが階調を表す画像信号の最大値２５５か否かを判断される。画像データが２５５より小さい場合は、図３に示すように、最大光量決定手段により最大光量を入力信号に応じて階調性を有する光量Ａと設定する。三角波発生回路３０８によりパルス幅変調回路３０３は画像データに応じた点灯時間でレーザドライバ３０４によって感光体上にレーザ３０５が発光されて静電潜像が形成される。
従って、これらの画像データにより露光された感光体上には、入力信号に応じた階調性のある画像が形成される。
【００２６】
画像データが２５５階調、すなわち階調を表す画像信号が最大の場合、パルス幅変調回路３０６により全点灯となって、この時の光量は光量Ａとなるが、次の強度変調回路３０７により最大光量は光量Ａ＋Ｂに変換され、図４に示すように最終的な光量は 最大光量＝Ａ＋Ｂ になり、レーザドライバ３０４によって感光体上にレーザ３０５が発光されて静電潜像が形成される。
この時の光量は、階調性は必要でなく、最大の濃度を形成するものであるから、文字及び細線を始めとする高い濃度を必要とする箇所に、高濃度で明瞭な輪郭を有する画像が得られる。
【００２７】
従って、このようにして形成された画像は、中間調が十分な階調性をもって表現されると同時に、文字や細線等のように周囲から識別される必要のある箇所が一様な高濃度で明瞭な輪郭で表現される。
【００２８】
参考例
強度変調を用いた静電潜像形成方法による画像得形成装置を図５，６，７により説明する。図５において、実施例１と同様に、プリンタモードの場合、入力された画像信号４００はデータ判断回路４０１に入り、フォントデータか否かを判断する。フォントデータの場合はフォントデ−タ発生回路４０２でフォントデータに基づいたデータ処理を行い、ＵＣＲを決定するＵＣＲ処理回路４０３に入り、各色の入力信号が最適化されて画像濃度データ記憶回路６００に濃度データとして記憶される。フォントデータでない場合にはＵＣＲを決定するＵＣＲ処理回路４０４に入り、各色の入力信号が最適化されて画像濃度データ記憶回路６００に画像濃度データとして記憶される。
【００２９】
複写機モードの場合は、カラースキャナ５００により原稿を読みとり、Ａ／Ｄ変換回路５０１でＡ／Ｄ変換を行い、濃度デ−タ回路５０２で濃度のデータとして変換してＵＣＲを決定するＵＣＲ処理回路５０３に入り、各色の入力信号が最適化されて画像濃度データ記憶回路６００に画像濃度データとして記憶される。画像濃度データ記憶回路６００に記憶された画像データは読み出し回路６０１により１画素ごとに読み出しが行われる。そして、読み出された１画素ごとのデータは画像判別回路により画像データが階調を表す画像信号の最大値２５５か否かを判断する。
【００３０】
画像データが２５５より小さい場合、図６に示すように、画像の入力信号に応じてその階調を保持できる最大光量を光量Ａとし、それ以下の中間調の光量は入力信号に応じて最大光量Ａを均等に分配され、レーザドライバ６０４により感光体上にレーザ光６０５が発光されて静電潜像が形成される。画像データが最大値２５５の場合、図７に示すように、強度変調回路６０６で階調性よりも濃度を十分に高くすることのできる最大光量を光量Ａ＋Ｂとし、レーザドライバ６０４によりレーザ６０５が発光されて、濃度の高い静電潜像が形成される。
【００３１】
従って、この場合も、中間調の画像信号の領域は、階調性を保つことのできる最大光量以下で露光されるため、高濃度域に至るまで中間調の階調性をもって表現され、同時に文字や細線などの高いコントラスト或いはその輪郭を明瞭に表す必要のある箇所は、一様な高い濃度の画像が得られ、これら２つの条件の両立が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、画像の中間調の階調性と細線や文字の一様な高濃度の表示が共に両立することができる画像形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 多色画像形成装置の概略構成図
【図２】 本発明のパルス幅変調と強度変調を用いた画像データ処理手段のブロック図
【図３】 本発明の入力信号と点灯時間の関係（パルス幅変調）を示すグラフ
【図４】 本発明の入力信号と点灯時間の関係（パルス幅変調＋強度変調）を示すグラフ
【図５】 本発明の強度変調を用いた画像データ処理手段のブロック図
【図６】 本発明の強度偏重使用時の入力信号と光量の関係（入力信号＜２５５）を示すグラフ
【図７】 本発明の強度変調使用時の入力信号と光量の関係（入力信号＝２５５）を示すグラフ
【図８】 画像信号と点灯時間の関係を示すグラフ
【図９】 現像コントラストと濃度の関係を示すグラフ
【図１０】 画像信号と画像部電位の関係を示すグラフ
【図１１】 画像信号と濃度の関係を示すグラフ
【図１２】 現像コントラストと線濃度の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１ 感光体、 １ａ 帯電器、 ２ 一次中間転写体、 ３ 記録媒体、 ４導電性ロール、 ５ 現像器（ブラック）、 ６ 現像器（イエロー）、 ７現像器（マゼンタ）、 ８ 現像機（シアン）、 ９ コロナ放電器、 １０転写ロール、 １１ フィードロール、 １２ トレイ、 １３ 剥離爪、 １４ クリーニングブレード、 １５ クリーナ、 １６ クリーニング装置、１６ａ トナー受け部材、 １６ｂ トナー除去部材、 １７ イレーズランプ、 １９ 濃度読取手段、 Ｂｍ レーザ光、 Ｔ トナー像。

Claims (2)

1. 帯電した感光体表面に、レーザー光のパルス幅変調により、画素ごとの画像信号に対応するパルス幅のレーザー照射による露光を行って静電潜像を形成する画像形成方法において、
   画像信号に対応して濃度が階調性のある光量の領域に光量最大値を設定して、画素の階調を表す画像信号が最大値未満の信号に対しては、該光量最大値以下の範囲で画像信号値に応じたパルス幅変調による光量で露光し、画素の階調を表す画像信号が最大値の信号に対しては、該パルス幅変調による光量に加えて強度変調により、前記光量最大値より大きな一定の光量による露光を行うことを特徴とする画像形成方法。
2. 感光体に対し、レーザー光のパルス幅変調手段により、画素ごとの画像信号に対応するパルス幅のレーザー照射による露光を行って静電潜像を形成する画像形成装置において、
   レーザー光のパルス幅変調手段は、画像信号に対応して濃度が階調性のある光量の領域に光量最大値を設定する最大光量決定手段と、画素の諧調を表す画像信号が最大値か否かを判定する画像判別回路を備え、画素の階調を表す画像信号が最大値未満の信号に対しては、該光量最大値以下の範囲で画像信号値に応じたパルス幅変調による光量を設定するパルス幅変調回路、および画素の階調を表す画像信号が最大値の信号に対しては、該パルス幅変調による光量に加えて前記光量最大値より大きな一定の光量を付加する強度変調回路を設けてなる画像形成装置。

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