JP4065533B2

JP4065533B2 - 変調装置

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Publication number: JP4065533B2
Application number: JP2003139031A
Authority: JP
Inventors: 出堀内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: US20040227807A1; US20070064248A1; US7777776B2; JP2004338280A; US7170544B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光ドラムなどの像担持体上を走査するレーザビームを変調する変調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置においては、一般に、原稿台上の原稿を長手の蛍光体、及び一体化したミラーを、長手方向と垂直に原稿全体を走査する。蛍光体から発して原稿に反射した光を、一体化したミラー、及び、他の設置ミラーで反射して、光電変換センサーに入光して、ＡＤ変換により、ディジタル画像を得る。ファクシミリでは受信データの復号化によって、プリンタではコードの展開処理により、同様にディジタル画像として、ハードディスクや、メモリに蓄積する。ディジタル化された画像データは、出力特性などに適する画像処理を施され、変調された後、レーザドライバで、再び、光に変換される。
【０００３】
図１０は、出力用の光学系の概略図を示す。レーザドライバ１００３を出たレーザは、図示せぬモータにより回転駆動されるポリゴン・ミラー１００１により反射して、感光ドラム１００２を一直線上に走査する。各部材は立体的に配置され、ポリゴン・ミラーを反射したレーザ光のみが、ｆθレンズ１００５を通過する（特許文献１参照）。
【０００４】
レーザ光が等速回転する場合、ポリゴン・ミラー中心からの距離が近いドラム面は遅く、遠いドラム長手方向端部の面は速く走査するはずだが、ｆθレンズは、光の屈折により、この傾向をキャンセルして、ドラム面上を等速で通過させる役割をする。図４の実線にレーザビーム速度の特性を、点線に補正後の理想的な曲線を示す。ただし、一般に、コストなどの制約から、理想のレンズ特性を得ることは難しく、誤差成分を持ち、歪みやカラー電子写真では色ずれとして画質劣化の要因となる。尚、ポリゴン・ミラーの各面が、走査１ライン分に対応する。
【０００５】
レーザ検知１００４は、感光ドラムの脇に配置され、レーザの基準位置を検出して、レーザドライバからの画像情報の照射タイミングを決定するセンサーとして機能する。感光ドラムは、回転しながら、レーザ照射を受ける事で、表面電位としての潜像を形成した後、トナーの付着、転写により、紙などの媒体上にトナー像を得る。さらに、媒体上のトナーを定着して、出力として排出される。
【０００６】
また、画像信号を変調するクロック周波数を逐次、変化させて、ｆθレンズの代替、または特性を補って高画質化する方法が考案されている。ｆθレンズがない状態の画素ピッチは、図４のレーザ走査速度の関係から、図９のようにドラム中央で広く、端部で狭くなる。また、図８のように変調周波数を高くすれば、潜像後の画素ピッチは狭く、変調周波数を低くすれば、画素ピッチは広くなる。
【０００７】
この関係から、変調周波数をコントロールして、ｆθレンズがないことによる画素ピッチのムラをキャンセルすることができる。また、同様にして、ｆθレンズを付けた場合でも、補正誤差をキャンセルすることができる。
【０００８】
上記手段をハードウェア回路として実現するにあたって、補正曲線を記憶するために１ライン分のメモリを持つのは、コスト的な観点からは望ましくない。
【０００９】
このため、１ラインを複数画素で構成されるセグメントに分割して、近似曲線を用いて補正する方式のレーザ出力用のＩＣなどが考えられる。これは、ライン中の走査中の画素をカウントして、セグメントの境界のタイミングを発生して、予めセグメントの端点の変調周波数のみを記憶して、その間をリニア補間で演算して、変調周波数を出力する。この他、セグメント毎の変調周波数を記憶して、セグメント内を一定値で補正する方法も考えられる。図５、図６は、横軸が感光ドラムの位置で、主走査ラインをセグメントＡ〜Ｇに分割し、理想的な曲線を示す点線に対して、実線に示すような補正を行うことになる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０５―２０３８８９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セグメント単位での補正では、補正誤差が発生するのみではなく、セグメント境界で、誤差量の変化が、不連続であったり、滑らかでない現象が発生する。図７では、セグメント内を一定値で補正した時の誤差を示し、セグメント境界で、誤差量に段差が見られる。画素ピッチは、出力画像において、視覚上、モアレの発生周波数分布や、色ずれに影響を与えることから、セグメント境界で、モアレや、色ずれの発生状態が、急変する結果になる。
【００１２】
さらに、先述の制御では、セグメント境界がレーザの主走査方向と垂直な方向（以下、副走査方向と呼ぶ）に一直線上に並ぶため、視覚上、検知されやすくなる問題が発生する。
【００１３】
同様の現象を回避する目的で、特開平９−２１８３７０号公報では、補正画素の位置を副走査方向に並べない様に制御する方式が提案されているが、本出願におけるセグメント処理方式では、ライン中の画素全体に補正を実施するため、応用が不可能である。
【００１４】
従って、本発明の目的は、レーザ走査をセグメント単位で処理する方式において、モアレや、色ずれに起因するセグメント境界が、視覚上、検知されないレベルに抑え、高画質の電子写真を出力可能とする画像形成装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、レーザビームで走査される像担持体を有する画像形成装置に用いられる周波数変調装置において、前記レーザビームで走査される主走査ラインを画素単位で複数のセグメントに分割するセグメント分割手段と、前記複数のセグメントに分割するセグメントの境界が、副走査方向に隣り合う前記記主走査ライン同士で一致しないように設定する設定手段と、基準クロック周期と前記複数のセグメントにそれぞれ対応する変調係数、及び前記設定手段による設定に基づいて、前記複数のセグメントのうち少なくとも一部分において周波数が異なる画像クロックを生成する画像クロック生成手段とを有することを特徴とする。
【００２７】
以上、述べたように、走査ラインをセグメント単位で処理するとともに、セグメントの境界の位置に着目して、補正誤差によるモアレ、色ずれなどの画質劣化の特徴パターンの境界を空間的に分散させることにより、視覚上の検知限度以下に、抑え、画質向上を目的とするものである。
【００２８】
尚、以上の手段を、複数、組み合わせてもよい。レーザによる画像変調周波数を変調の対象として制御して画素ピッチを補正するだけでなく、レーザ強度を変調の対象とすることで、濃度の補正をできる。また、ＰＷＭ方式の濃度制御であれば、画素内のレーザ点灯時間を変調の対象とすれば、濃度補正の効果を持たせることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明の一実施形態に係るカラー画像形成装置の構成を模式的に示す図である。まず、このカラー画像形成装置を構成するカラー画像読み取り装置（以下「カラースキャナー」という。）１及びカラー画像記録装置（以下「カラープリンター」という。）２の概略について説明する。上記カラースキャナー１は、原稿３の画像を照明ランプ４、ミラー群５、及びレンズ６を介してカラーセンサー７に結像して、原稿のカラー画像情報を、例えばブルー（Ｂｌｕｅ、以下Ｂという）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ、以下Ｇという）、レッド（Ｒｅｄ、以下Ｒという）の色分解光毎に読み取り、電気的な画像信号に変換する。そして、このカラースキャナー１で得たＢ、Ｇ、Ｒの色分解画像信号強度レベルをもとにして、画像処理部（図示なし）で色変換処理を行ない、ブラック（以下、Ｂｋという）、シアン（Ｃｙａｎ、以下Ｃという）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ、以下Ｍという）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ、以下Ｙという）のカラー画像データを得る。
【００３１】
上記カラープリンター２では、その書き込み光学ユニット２８で、カラースキャナー１からのカラー画像データを光信号に変換して、原稿画像に対応した光書き込みを行ない、像担持体としての感光体２１に静電潜像を形成する。
【００３２】
図３は書き込み光学ユニット２８の概略構成である。レーザドライバ３０３を出たレーザは、図示せぬモータにより回転駆動されるポリゴン・ミラー３０１により反射して、感光ドラム３０２を一直線上に走査する。本実施形態においては、ｆθレンズなどの補正用部材は用いていない。レーザ光が等速回転するため、ポリゴン・ミラー中心からの距離が近いドラム面中央部は遅く、遠いドラム長手方向端部の面は速く走査する。レーザ検知３０４は、感光ドラムの脇に配置され、レーザの基準位置を検出して、レーザドライバからの画像情報の照射タイミングを決定するセンサーとして機能する。ポリゴン・ミラーの各面が、走査１ライン分に対応して、レーザ検知からの信号を各ラインの先端タイミング信号として使用している。
【００３３】
図１１で示すように、本実施形態においては、１ラインをセグメントＡ〜Ｇの７つの領域に分割して、レーザを制御している。図１２で示すように偶数番目のラインのセグメント境界をセグメント長の１／８だけ、奇数番目のラインに対して、後方にずらして制御している。図１１は、分割の様子を示し、横軸はドラム位置、縦軸は画素の変調周波数、点線の曲線は、補正周波数であり、両端を除いて、奇数ラインと偶数ラインでは、サンプリング・ポイントが異なることを、縦の破線で示している。すなわち、合計１４ポイントをレジスタで記憶して、その間を線形補間により演算する。
【００３４】
図１４は、画像信号の変調回路のブロック図を示す。セグメント境界の周波数は、ＣＰＵバスを介してレジスタ１４０３に記憶する。図３における、レーザ検知３０４から生成された先端基準信号でクリアされるカウンタ１４０４は、セグメント情報と、セグメント内の位相情報、奇数／偶数を示すライン位相を出力する。クロックと画像先端信号は、各ブロックに供給され、それぞれ、動作クロック、及び、リセット信号として使用される。周波数演算１４０５で、セグメント情報、レジスタ設定、ライン位相から、演算する。
【００３５】
図１２は、セグメントの分割の様子を示し、１つの長方形が１つのセグメント、横１列が１ライン、黒丸が現在の画素を示している。周波数演算部１４０５で、セグメント情報、レジスタ設定、ライン位相から、該当するＦｓｔａｒｔ、Ｆｅｎｄを選び出し、さらに、セグメント内の位相情報ａ、ｂから、以下の式で、周波数Ｆを演算する。
Ｆ＝（ｂ＊Ｆｓｔａｒｔ＋ａ＊Ｆｅｎｄ）／（ａ＋ｂ）
周波数データＦを画像信号変調１４０１に伝達すると、入力した画像データをＰＷＭ変調して、レーザドライバ１４０２に伝達して、変調ビームとして、前記の光学系を介して感光ドラムに照射される。
【００３６】
感光体２１は、矢印の如く反時計回転し、その回りには各々に、感光体クリーニングユニット（クリーニング前除電器を含む）２１２、帯電器２７、また、感光体２１の周囲には、Ｍ現像器２１３Ｍ、Ｃ現像器２１３Ｃ、Ｙ現像器２１３Ｙ、Ｂｋ現像器２１３Ｋが回転体に保持された回転現像器２１３があり、この回転現像器２１３が所定の色トナーで画像形成するために回転し、感光体２１へ所定の色の現像器が接するように回転制御される。また、中間転写体としての中間転写ベルト２２及び第１の転写手段としての第１転写バイアスローラ２１７、図示していない駆動モータにより中間転写ベルト２２を駆動する駆動ローラ２２０と、従動ローラ群２１８、２１９、２３７に張架されている。
【００３７】
上記それぞれの作像系における各現像器は、静電潜像を現像するために現像剤の穂を感光体２１の表面に接触させて回転する現像スリーブと、現像剤を汲み上げ・撹拌するために回転する現像パドルなどで構成されている。また、第２転写バイアスローラ２２１は、中間転写ベルト２２の従動ローラ２１９に対向する位置に配置され、中間転写ベルト２２に対して離接可能に駆動する離接機構が設けられている。また、中間転写ベルト２２の表面で従動ローラ２３７に対向する所定位置に、ベルトクリーニングユニット２２２が設けられている。このベルトクリーニングユニット２２２の接離動作タイミングは、プリントスタートから最終色の画像後端部のベルト転写が終了するまではベルト面から離間させておき、そして、その後の所定のタイミングに、接離機構（図示しない）によってベルト面に接触させてクリーニングを行う。
【００３８】
中間転写ベルト２２上にフルカラーのトナー画像が形成されると、第２転写バイアスローラ２２１は中間転写ベルトに接する位置に離接機構により移動する。また、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト２２上に形成される以前に出力する記録媒体は、カセット２２３から給紙ローラ２２４、搬送ローラ２２６を経由し、レジローラ２２５にて待機させておく。第２転写バイアスローラ２２１が中間転写ベルト２２に接すると、中間転写ベルト２２上のトナー像が記録媒体の所定の位置に転写されるように、レジローラ２２５がＯＮし、記録媒体を第２転写バイアスローラ２２１へと送りこむ。第２転写バイアスローラでは、中間転写ベルト上のトナー像を記録媒体へ転写するために、所定の転写バイアスが印加されており、これにより記録媒体へとトナー像が一括転写される。
【００３９】
以上のように転写された記録媒体は定着装置２５に搬送され、所定温度にコントロールされた上下の定着ローラでトナー像を融解定着して、高解像度のフルカラーコピーを得る。
【００４０】
尚、ベルト転写後の感光体２１は、クリーニングユニット２１２で表面をクリーニングされ、記録媒体へ転写後の中間転写ベルト２２はクリーニングユニット２２２でそれぞれ表面をクリーニングされ、コピー動作を終了する。
【００４１】
次に、本発明を４つの感光体をタンデムに配した４ドラム系のカラー複写機に適用した第二の実施形態について説明する。図２は第二の実施形態に係るカラー複写装置全体の概略構成図である。まず、図２カラー複写装置を構成するカラースキャナー１は、第一の実施形態で説明したカラースキャナー１と同じものを用いている。
【００４２】
次に、図２のカラー画像記録装置２の概略について説明する。上記カラープリンター２では、各色のトナーに対し１つずつ設けられた書き込み光学ユニット２８Ｍ（マゼンタ用）、２８Ｙ（イエロー用）、２８Ｃ（シアン用）、２８Ｋ（ブラック用）で、カラースキャナー１からのカラー画像データを光信号に変換して、原稿画像に対応した光書き込みを行ない、各色に設けられた感光体２１Ｍ（マゼンタ用）、２１Ｙ（イエロー用）、２１Ｃ（シアン用）、２１Ｋ（ブラック用）に静電潜像を形成する。
【００４３】
書き込み光学ユニット２８Ｍ、２８Ｃ、２８Ｙ、２８Ｋは同一の仕組みで、詳細を図１０を用いて説明する。レーザドライバ１００３を出たレーザは、図示せぬモータにより回転駆動されるポリゴン・ミラー１００１により反射して、感光ドラム１００２を一直線上に走査する。各部材は、立体的に配置され、ポリゴン・ミラーを反射したレーザ光のみが、ｆθレンズ１００５を通過する。
【００４４】
レーザ光が等速回転する場合、ポリゴン・ミラー中心からの距離が近いドラム面は遅く、遠いドラム長手方向端部の面は速く走査するはずだが、ｆθレンズは、光の屈折により、この傾向をキャンセルして、ドラム面上を等速で通過させる役割をする。レーザ検知３０４は、感光ドラムの脇に配置され、レーザの基準位置を検出して、レーザドライバからの画像情報の照射タイミングを決定するセンサーとして機能する。ポリゴン・ミラーの各面が、走査１ライン分に対応して、レーザ検知からの信号を各ラインの先端タイミング信号として使用している。
【００４５】
図１３で示すように、本実施形態において、奇数番目のラインをセグメントＡ〜Ｈの８つの領域に分割して、レーザを制御している。偶数番目のラインをセグメントＡ〜Ｇの７つの領域に分割して、レーザを制御している。すなわち、各セグメントの補正量の平均値１５個をレジスタに記憶して、セグメント内、一定の周波数で補正する。
【００４６】
図１４は、画像信号の変調回路のブロック図を示す。セグメント内の周波数は、ＣＰＵバスを介してレジスタ１４０３に記憶する。図１０における、レーザ検知１００４から生成された先端基準信号でクリアされるカウンタ１４０４は、セグメント情報と、奇数／偶数を示すライン位相を出力する。クロックと画像先端信号は、各ブロックに供給され、それぞれ、動作クロック、及び、リセット信号として使用される。周波数演算１４０５で、セグメント情報、レジスタ設定、ライン位相から、基本周波数Ｆ０に加算して演算する。図１３は、セグメントの分割の様子を示し、１つの長方形が１つのセグメント、横１列が１ライン、黒丸が現在の画素を示している。
【００４７】
周波数演算部１４０５で、セグメント情報、レジスタ設定から、該当するＦｓｅｇを選び出し、以下の式で、周波数Ｆを演算する。
Ｆ＝Ｆ０＋Ｆｓｅｇ
周波数データＦを画像信号変調１４０１に伝達すると、入力した画像データをＰＷＭ変調して、レーザドライバ１４０２に伝達して、変調ビームとして、前記の光学系を介して感光ドラムに照射される。
【００４８】
感光体２１Ｍ、２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｋは、矢印の如く反時計回転し、その回りには各々に、各色に設けられた帯電器２７Ｍ（マゼンタ用）、２７Ｙ（イエロー用）、２７Ｃ（シアン用）、２７Ｋ（ブラック用）、また、各色の感光体２１Ｍ、２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｋの周囲にはそれぞれＭ現像器２１３Ｍ、Ｃ現像器２１３Ｃ、Ｙ現像器２１３Ｙ、Ｂｋ現像器２１３Ｋが感光体２１Ｍ、２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｋへ現像器が接するよう配置される。また、中間転写体としての中間転写ベルト２２及び各色に対する第１の転写手段としての第１転写バイアスブレード２１７Ｍ（マゼンタ用）、２１７Ｙ（イエロー用）、２１７Ｃ（シアン用）、２１７Ｋ（ブラック用）、図示していない駆動モータにより中間転写ベルト２２を駆動する駆動ローラ２２０と、従動ローラ群２１９、２３７に張架されている。
【００４９】
上記それぞれの作像系における各現像器は、静電潜像を現像するために現像剤の穂を感光体の表面に接触させて回転する現像スリーブと、現像剤を汲み上げ・撹拌するために回転する現像パドルなどで構成されている。また、第２転写バイアスローラ２２１は、中間転写ベルト２２の従動ローラ２１９に対向する位置に配置され、中間転写ベルト２２に対して離接可能に駆動する離接機構が設けられている。また、中間転写ベルト２２の表面で従動ローラ２３７に対向する所定位置に、ベルトクリーニングユニット２２２が設けられている。このベルトクリーニングユニット２２２の接離動作タイミングは、プリントスタートから最終色の画像後端部のベルト転写が終了するまではベルト面から離間させておき、そして、その後の所定のタイミングに、接離機構（図示しない）によってベルト面に接触させてクリーニングを行う。
【００５０】
中間転写ベルト２２上にフルカラーのトナー画像が形成されると、第２転写バイアスローラ２２１は中間転写ベルトに接する位置に離接機構により移動する。また、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト２２上に形成される以前に出力する記録媒体は、カセット２２３から給紙ローラ２２４、搬送ローラ２２６、２２７，２２８を経由し、レジローラ２２５にて待機させておく。第２転写バイアスローラ２２１が中間転写ベルト２２に接すると、中間転写ベルト２２上のトナー像が記録媒体の所定の位置に転写されるように、レジローラ２２５がＯＮし、記録媒体を第２転写バイアスローラ２２１へと送りこむ。第２転写バイアスローラでは、中間転写ベルト上のトナー像を記録媒体へ転写するために、所定の転写バイアスが印加されており、これにより記録媒体へとトナー像が一括転写される。
【００５１】
以上のように転写された記録媒体は定着装置２５に搬送され、所定温度にコントロールされた上下の定着ローラでトナー像を融解定着して、高解像度のフルカラーコピーを得る。
【００５２】
なお、ベルト転写後の感光体２１は、クリーニングユニット２１２で表面をクリーニングされ、記録媒体へ転写後の中間転写ベルト２２はクリーニングユニット２２２でそれぞれ表面をクリーニングされ、コピー動作を終了する。
【００５３】
尚、以上の手段を、複数、組み合わせてもよい。また、レーザによる画像変調周波数を変調の対象として制御して画素ピッチを補正するだけでなく、レーザ強度を変調の対象とすることで、濃度の補正をできる。また、ＰＷＭ方式の濃度制御であれば、画素内のレーザ点灯時間を変調の対象とすれば、濃度補正の効果を持たせることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査ラインをセグメント単位で処理するとともに、セグメントの境界の位置に着目して、補正誤差によるモアレ、色ずれなどの画質劣化の特徴パターンの境界を空間的に分散させることにより、視覚上の検知限度以下に抑え、画質を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明のニ実施形態に係る画像形成装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】書き込み光学ユニットの概略構成図である。
【図４】ドラムの走査位置とレーザ走査速度の関係を示す図である。
【図５】レーザ走査速度に対する補正の関係を示す図である。
【図６】レーザ走査速度に対する補正の関係を示す図である。
【図７】レーザ走査速度に対する補正後の誤差の関係を示す図である。
【図８】変調クロックと画素ピッチの関係を示す図である。
【図９】ドラムの走査位置と画素ピッチの関係を示す図である。
【図１０】従来例、及び第二の実施形態の書き込み光学ユニットの概略構成図である。
【図１１】本発明の第一の実施形態の補正周波数とサンプリングの関係である。
【図１２】本発明の第一の実施形態のセグメントの分割法である。
【図１３】本発明の第ニの実施形態のセグメントの分割法である。
【図１４】本発明の第一、第ニの実施形態の画像信号変調回路のブロック図である。

Claims

レーザビームで走査される像担持体を有する画像形成装置に用いられる周波数変調装置において、
前記レーザビームで走査される主走査ラインを画素単位で複数のセグメントに分割するセグメント分割手段と、
前記複数のセグメントに分割するセグメントの境界が、副走査方向に隣り合う前記記主走査ライン同士で一致しないように設定する設定手段と、
基準クロック周期と前記複数のセグメントにそれぞれ対応する変調係数、及び前記設定手段による設定に基づいて、前記複数のセグメントのうち少なくとも一部分において周波数が異なる画像クロックを生成する画像クロック生成手段とを有する周波数変調装置。