JP4070418B2

JP4070418B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4070418B2
Application number: JP2001063962A
Authority: JP
Inventors: 信行佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: JP2002271621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタルデータ処理によって画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の画像形成装置には、いっそう高画質の画像を形成することが要求されている。高画質の画像を形成する手段の一つに、画像の濃度に応じて画素（ドット）の配置を調整する処理がある。画素の配置を調整することによって高画質画像を形成する従来の画像形成装置として、例えば、特開平９−８３７９９号公報に記載された発明が挙げられる。
【０００３】
特開平９−８３７９９号公報に記載された発明は、画像のうちの低濃度部では主走査方向に隣接して配置された２つのドットをペアとし、主走査方向にドットを集中させる。また、中濃度部では一方のデータの一部のみを他方の画素へ移動させ、高濃度部では、ドットの転移を行わないことによってモアレの防止、もしくは、濃度飛びを防止している。
【０００４】
また、一般的に、主走査方向にドットを集中させるディザパターンは、図１２に示すような▲１▼〜▲９▼のドットでなる３×３の正方格子マトリックスで構成される場合、図１３に示すようにドットを成長させる。図１３は、縦軸に出力される画像データの濃度を、横軸に入力される画像データの濃度を示した図である。図１３において、直線１３０１、直線１３０２、直線１３０３は、入力画像データの濃度と出力画像データの濃度との関係を示している。直線１３０１はドット▲１▼〜▲３▼について、直線１３０２はドット▲４▼〜▲６▼、直線１３０３はドット▲７▼〜▲９▼について、それぞれ入力画像データ濃度と出力画像データ濃度との関係を示している。
【０００５】
図１４は、図１３に示した関係にしたがって露光されたパターンの露光分布状態（ベタ部分を図１２、図１３で説明したディザパターンによって処理、出力されたパターンの計算値）を示す図である。図示したパターンは、１２×１２のドットマトリックスを用いた例であり、図１４(ａ)、(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)は、それぞれ異なる画像データのパターンを用いたものである。各画像データのうち、(ａ)に示した画像データを画像データ１００、(ｂ)に示した画像データを画像データ１７０、(ｃ)に示した画像データを画像データ２００、(ｄ)に示した画像データを画像データ２２０と記す。画像データの１００、２００といった数値は、２５５を最高値とする画像データの階調であり、階調は、画像の濃度を示している。以降、本実施の形態では、１００階調の画像データを、画像データ１００と記す。また、１００階調で表される濃度を、１００値ともいう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−８３７９９号公報に記載された発明は、画像の高濃度部においてドット転移を行わないことにより、高濃度部分の付近ではドットの集中化が行われず、ほとんどベタ打ちの状態になる。ベタ打ちの状態の部位を現像できる限界ぎりぎりの露光量で露光した領域ではガンマ値が高くなり、トナーの付着が不安定になる。このため、このような領域において均一な濃度の画像が形成されず（ぼそぼそした印象を与える画像が形成される）、画像品質を劣化させるという不具合があった。
【０００７】
また、図１５(ａ)〜(ｄ)は、図１４(ａ)〜(ｄ)に示した露光分布状態を、縦軸に露光量を、横軸に長さを示すことによって分布として示した図である。縦軸の単位はμＪ／ｃｍ²であり、横軸の単位はｍｍである。画像データ２００、画像データ２２０は、３×３のマトリクスのうちの最後の画素の列が形成される濃度を持つ。図１５(ａ)〜(ｄ)から明らかなように、画像データ２００、画像データ２２０においては、マトリクスの最後の１ラインの部分の光量が、露光量ピークの約半分程度であり、非常に不安定な領域にある。そのため、画像データ２００、画像データ２２０では、マトリクスの終端部にトナーが均一に付着されず、濃度が均一な画像を形成することができない。このような場合、形成される画像の画質が損なわれるという不具合が発生する。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、トナーの付着が不安定になる領域を最小限にし、画質の劣化を低減できる画像形成装置を提供することを第１の目的とする。
【０００９】
また、本発明は、中濃度から高濃度の領域における階調性を向上させることができる画像処理装置を提供することを第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる画像形成装置は、画像データをディジタル値として入力するディジタルデータ入力手段と、前記ディジタル入力手段によって入力された画像データに基づいて、出力される画像データを設定することによってディザパターンを生成するディザパターン生成手段と、前記ディザパターン生成手段により設定された画像データのレベルに応じて画素を形成する画素形成手段と、を有してなり、前記ディザパターン生成手段は、前記ディザパターンによって表現可能な濃度における平均の濃度以下の濃度範囲である低濃度範囲、平均の濃度以上の濃度範囲である中・高濃度範囲のうち、中・高濃度範囲の少なくとも一部の範囲において、入力された画像データに対する前記画素形成手段の画素形成個数の割合を低く設定することを特徴とする。
【００１１】
この請求項１に記載の発明によれば、ディザパターンによって表現可能な濃度における平均の濃度以下の濃度範囲である低濃度範囲、平均の濃度以上の濃度範囲である中・高濃度範囲のうち、中・高濃度範囲の少なくとも一部の範囲において、入力された画像データに対する前記画素形成手段の画素形成個数の割合を低く設定するディザパターンを設定することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明にかかる画像形成装置は、前記ディザパターン生成手段によって生成されるディザパターンは、前記画素形成手段に対し、前記中・高濃度範囲の少なくとも一部の範囲において、前記ディジタルデータ入力手段の主走査方向に同一かつ副走査方向に異なる位置にある画素が、入力された画像データの値に応じて順次形成させることを特徴とする。
【００１３】
この請求項２に記載の発明によれば、前記中・高濃度範囲の少なくとも一部の範囲において、ディジタルデータ入力手段の主走査方向に同一かつ副走査方向に異なる位置にある画素を、入力された画像データの値に応じて順次形成することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明にかかる画像形成装置は、前記ディザパターン生成手段が、ｎ×ｎ（ｎ≦２）の画素でなる正方格子を１つの単位として画像データを設定することを特徴とする。
【００１５】
この請求項３に記載の発明によれば、ディザパターン生成手段が、ｎ×ｎ（ｎ≦２）の画素でなる正方格子を１つの単位として画像データを設定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の画像形成装置として構成されたレーザビームプリンタ（以下、単にプリンタと記す）の概略構成を説明するための図である。プリンタは、本体１１０の内部に矢印Ｒ２の方向に回転自在に支持された感光体ドラム１０７を備えている。感光体ドラム１０７には、光走査部１０１によって変調発振されたレーザ光束が繰り返しミラー１０２を介して光走査されている。
【００１７】
また、感光体ドラム１０７の周囲には、その回転方向に沿って感光体ドラム１０７を一様に帯電する帯電部１０３、変調発振されたレーザ光束に従って、感光体ドラム１０７に形成される静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像部１０４、感光体ドラム１０７上のトナー像を転写材上に転写する転写帯電部１０５および転写後に感光体ドラム１０７に残留しているトナーを回収するクリーニング部１０６が備えられている。
【００１８】
さらに、プリンタ本体１１０には、転写材を積載する用紙カセット１０８が装着されている。そして、プリンタ本体１１０には、用紙カセット１０８内の転写材を、感光体ドラム１０７と転写帯電部１０４の間に搬送する給紙ローラ１０９ａおよびレジストローラ１０９ｂが設けられている。
【００１９】
なお、図１で示したプリンタは、単色のプリンタであるが、本発明のプリンタは単色の構成に限定されるものでなく、例えば図２に示すような感光体ドラム（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）、レーザービームを複数個有して各色のトナーを重ねあわせる、カラープリンタにも適用できる。
【００２０】
図１に示したプリンタの光走査部１０１には、画像データが、図示しないホストコンピューター、もしくは画像スキャナから図示しない画像処理部ＩＰＵにまず送られる。
【００２１】
図３は、画像処理部ＩＰＵの概略機能ブロック図である。画像データを、画素ごとのディジタル値として入力するスキャナ３０１から出力したＲＧＢの画像データは、シェーディング補正処理３０２、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ信号への色変換ＵＣＲ３０７された後、階調処理回路３１２に入力される。階調処理回路３１２は、後述するパターンテーブルを備え、入力された画像データに基づいて、出力される画像データを設定することによってディザパターンを生成する。プリンタ３１４は、生成されたディザパターンにより設定された画像データのレベルに応じて画素（画像）を形成して出力する。
【００２２】
なお、以上の各機能および機能を実現するための構成は、例えば特開平１０−６５５８号公報に記載されているように、周知であるためにこれ以上の説明を省く。なお、階調処理回路３１２では、画像をブロック単位で評価し（本例では３×３の正方格子とするが、別のブロック単位でもよい）３×３＝９個のドットの合計値を計算する。
【００２３】
図４は、階調処理回路３１２においてディザパターンを生成するためのデータテーブルを示す図である。データテーブルは、ディザパターンによって表現可能な濃度（２２９５）における平均の濃度以下の濃度範囲である低濃度範囲Ｌ、平均の濃度以上の濃度範囲である中・高濃度範囲Ｈのうち、中・高濃度範囲Ｈの少なくとも一部において、入力された画像データ（濃度）に対する画素形成個数の割合を低く設定している。
【００２４】
すなわち、図示したデータテーブルは、横軸に、９個（３×３）のドットの合計の入力画像データを示す値、縦軸に入力画像データに応じて出力される画像データを示している。画像データの値はいずれも画像の濃度を階調で表している。なお、図示した例では、パターンテーブルは直線のグラフであるが、感光体などの作像条件に合わせて任意のカーブで描かれるパターンテーブルを備えてもよい。
【００２５】
また、９個のドットは前記した図１４と同様に配置されていて、ドット▲１▼〜▲３▼は、図中の直線４０１にしたがって出力画像データの濃度が設定される。また、ドット▲４▼〜▲６▼は、図中の直線４０２にしたがって出力画像データの濃度が設定される。ドット▲７▼は図中の直線４０３にしたがい、ドット▲８▼は図中の直線４０４にしたがい、ドット▲９▼は図中の直線４０５にしたがって出力画像データの濃度が設定される。
【００２６】
例えば、画像データが１００値のベタ画像がスキャナ３０１から送られてきた場合、３×３ブロックを構成する９個のドットの画像データ合計値は９００となる。このとき、各ドットの変調値は、図４のテーブルから以下のように設定される。
▲１▼▲２▼▲３▼のドットはすべて２５５値
▲４▼▲５▼▲６▼のドットはすべて４５値
▲７▼▲８▼▲９▼のドットはすべて０値
【００２７】
図５は、同様に、入力画像データが、画像データ１００、画像データ１７０、画像データ２２０の各ベタ画像である場合における、ディザ処理後の変調データの状態を説明するための図である。図５(ａ)は入力画像データを示し、(ｂ)は本実施形態のディザパターンによって処理された変調データを示している。また、(ｃ)は、本実施形態のディザパターンによって処理された変調データを比較のために示した図である。
【００２８】
図示したように、図４のパターンテーブルによれば、１００、１７０といった比較的低濃度の画像は従来のディザパターンと同様に画像データを変調する。そして、２００、２２０といった比較的高濃度の画像については形成されるドットの個数を少なくすることによってドットを集中させている。このため、中間〜高濃度部においてドットを形成する面積を小さくし、露光量が現像可能な限界値に近くなるマトリクスの領域を極力使わないようにすることができる。したがって、本実施形態によれば、中間〜高濃度部における画像のぼそつきを防止し、階調性を向上させることができる。
【００２９】
ところで、画像の高解像度に伴って、画像を形成するライン幅が狭まる傾向にあることが知られている。例えば、解像度６００ｄｐｉの場合、１ラインの幅は約４２μｍである。さらに、実際のビームすそ野の広がりを考慮すると１ラインの幅はさらに狭くなる。ライン幅が狭くなると、画像の中〜高濃度部の領域ではラインの両側が空白部にはみ出してしまい、トナーの付着が不安定になるという不具合が発生する。このような不具合は、特開平１０−６５５８号公報にも指摘されているように周知である。
【００３０】
このため、本実施の形態の階調処理回路３１２において作成されるディザパターンは、図４に示したように、プリンタ３１４に対し、中・高濃度範囲Ｈの少なくとも一部の範囲において、ディジタルデータ入力手段の主走査方向に同一かつ副走査方向に異なる位置にある画素を、入力された画像データの値に応じて順次形成させる。以下、本実施の形態のこのような処理によって得られる効果について説明する。
【００３１】
図６は、濃度が４段階に異なる画像の画像データを、各々レーザービームによって感光体ドラムに露光したときの露光分布状態を計算で求めた図である。図６(ａ)は画像データ１００、(ｂ)は画像データ１７０、(ｃ)は画像データ２００、(ｄ)は画像データ２２０を用いて露光された露光状態について計算を行った結果である。前述した図１４の露光分布状態は、図６に示した露光状態を求めた計算を従来のディザパターンを使って行った結果である。
【００３２】
また、図７は、図６に示した露光分布状態を露光光量分布として示した図である。図７の横軸の単位はｍｍであり、縦軸の単位はμＪ／ｃｍ²である。ビーム径は、主走査５０μｍ、副走査６０μｍの場合を例示している。計算は、マトリクスのドット数が１２×１２ドットであるものとして行った。前述した図１５の露光分布は、図７に示した露光分布を求めた計算を従来のディザパターンを使って行った結果である。
【００３３】
図１４から明らかなように、従来のディザパターンを用いた場合、露光パターンが画像データが２００値以上になると、パターンの第３番目のラインの間隔が狭くなる。また、図１５によれば、従来のディザパターンを用いた場合、露光量が、ピークの露光量に対して約１／２付近という、現像される限界の値にある。そのため、この部分はトナーの帯電量のばらつき等によって、確率的にトナーが付着し、ざらつきが目立つ画像となってしまう。
【００３４】
一方、図６、図７に示したように、本実施の形態のディザパターンを用いた場合、第３番目のラインにおいても副走査方向（紙送り方向）に対してもドット集中を行っているため、ドットを形成しない部分の露光量はピークレベルに対して約１／１０程度であり、十分にコントラストが取れている。すなわち、トナーの帯電量がばらついても、ドットを形成しない領域には安定してトナーが付着せず、ざらつきが改善される。
【００３５】
図８は、感光体ドラムでの電位分布状態を、本実施の形態のディザパターンを用いた場合（図８(ａ)〜(ｄ)）と、従来のディザパターンを用いた場合（図８(ｅ)〜(ｈ)）とで比較した図である。また、図９は、図８で示した電位の分布状態を断面として図である。図８、図９のいずれにおいても、(ａ)、(ｅ)は画像データ１００を用いたもので、(ｂ)、(ｆ)は画像データ１７０を用いたものである。また、(ｃ)、(ｇ)は画像データ２００を用いたもので、(ｄ)、(ｈ)は画像データ２２０を用いたものである。
【００３６】
図９の縦軸は、単位がＶであり、感光体を約７００Ｖで一様に帯電した後、各露光量で露光した場合の減衰後の電位を示している。従来のディザパターンを用いた場合、電圧も、第３番目のライン部は電位が不安定（感光体のγが高い）範囲にあり、トナー付着が不安定になりやすいのが確認できる。なお、図９の横軸の単位はｍｍである。
【００３７】
また、図１０は、図８、図９に示した電位から電界の分布状態を求め、本実施の形態のディザパターンを用いた場合（図１０(ａ)〜(ｄ)）と、従来のディザパターンを用いた場合（図１０(ｅ)〜(ｈ)）とで比較した図である。図１１は、図１０で示した電界の分布状態を断面として示した図であり、横軸の単位はｍｍ、縦軸の単位はＶ／ｍｍである。
【００３８】
図１０、図１１によれば、従来のディザパターンを用いた場合、第３番目のライン部は、ほぼ０Ｖ／ｍｍ付近にあって非常に不安定である（トナーは電界のプラスの領域に付着し、マイナスの領域に付着しないが、トナーの帯電量のばらつき等により０Ｖ／ｍｍ付近の領域は不安定になりやすい）。一方、本発明のディザパターンを用いた結果によれば、電界のコントラストが高くなり、安定な現像が行えることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明は、中・高濃度部においてはドットを集中して形成し、ドットが形成される面積をより小さくしているため、露光量が現像限界に近い値になるマトリクス領域が画像形成に使用されることを抑え、中・高濃度部における画像のぼそつきを防止し、画像の階調性を向上させることができる。
【００４０】
請求項２に記載の発明は、中・高濃度部において副走査方向にドットを集中して形成するため、トナーの付着が不安定になるマトリクス領域が画像形成に使用されることを抑え、画像のぼそつきを防止する事ができる。
【００４１】
請求項３に記載の発明は、中・高濃度部において正方格子を1つの単位としてドットを集中して形成するため、低コストで、ぼそつきの無いディザ処理を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の画像形成装置の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施の形態の画像形成装置の他の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施の形態の画像形成装置の機能ブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態のディザパターンを生成するパターンテーブルを示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態のディザパターンを従来のディザパターンと比較して示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態のディザパターンを用いた場合の露光分布の状態を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態のディザパターンを用いた場合の露光光量分布の状態を示す図である。
【図８】本発明の一実施の形態のディザパターンを用いた場合の電位分布の状態を、従来のディザパターンと比較して示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態のディザパターンを用いた場合の電位分布の断面を、従来のディザパターンと比較して示す図である。
【図１０】本発明の一実施の形態のディザパターンを用いた場合の電界分布の状態を、従来のディザパターンと比較して示す図である。
【図１１】本発明の一実施の形態のディザパターンを用いた場合の電界分布の断面を、従来のディザパターンと比較して示す図である。
【図１２】３×３マトリクスを説明するための図である。
【図１３】従来のディザパターンを生成するパターンテーブルを示す図である。
【図１４】従来のディザパターンを用いた場合の露光分布の状態を示す図である。
【図１５】従来のディザパターンを用いた場合の露光光量分布の状態を示す図である。
【符号の説明】
１０１光走査部
１０２ミラー
１０３帯電部
１０４現像部
１０５転写帯電部
１０６クリーニング部
１０７感光体ドラム
１０８用紙カセット
１０９ｂレジストローラ
１０９ａ給紙ローラ
１１０プリンタ本体
３０１スキャナ
３０２シェーディング補正処理
３１２階調処理回路
３１４プリンタ

Claims

画像データをディジタル値として入力するディジタルデータ入力手段と、
前記ディジタル入力手段によって入力された画像データに基づいて、出力される画像データを設定することによってディザパターンを生成するディザパターン生成手段と、
前記ディザパターン生成手段により設定された画像データのレベルに応じて画素を形成する画素形成手段と、を有してなり、
前記ディザパターン生成手段は、前記ディザパターンによって表現可能な濃度における平均の濃度以下の濃度範囲である低濃度範囲、平均の濃度以上の濃度範囲である中・高濃度範囲のうち、中・高濃度範囲の少なくとも一部の範囲において、入力された画像データに対する前記画素形成手段の画素形成個数の割合を低く設定することを特徴とする画像形成装置。
前記ディザパターン生成手段によって生成されるディザパターンは、前記画素形成手段に対し、前記中・高濃度範囲の少なくとも一部の範囲において、前記ディジタルデータ入力手段の主走査方向に同一かつ副走査方向に異なる位置にある画素が、入力された画像データの値に応じて順次形成させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記ディザパターン生成手段はｎ×ｎ（ｎ≦２）の画素でなる正方格子を１つの単位として画像データを設定する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。