JP4219367B2

JP4219367B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4219367B2
Application number: JP2006021878A
Authority: JP
Inventors: 潤中井
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: JP2007208368A

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、製版システムなどに用いられる画像形成装置に関するものである。

高速かつ高画質な画像形成装置として、電子写真方式を採用した複写機やレーザビームプリンタが知られている。このような画像形成装置は、従来、アナログ画像形成プロセスを用いて、アナログ画像情報の記録形成を行う構成とされていたが、近年では、情報のデジタル化に伴い、デジタル画像形成プロセスを用いて、デジタル画像情報としての処理を行い、被転写材に微小なドットから成る画像を形成する構成が一般に採用されている。すなわち、上記従来の画像形成装置における画像形成処理では、まず、デジタル画像情報に基づいて、帯電された感光体の露光処理が行われ、微小なドットの集合である静電潜像が形成される。その後、現像器では、粉状のトナーを用いて前記静電潜像が可視化され、転写機にて、被転写材である用紙に画像の転写が行われる。

上記した電子写真方式の画像形成装置において、各ドット毎の濃度階調が１ビットである場合、例えば、各ドット毎については白か黒しか使えない場合、単一のドットでハーフトーン（連続階調）を出力することはできない。そこで、従来の画像形成装置は、一般に図４に示すようなｎドット×ｍドット（ｎ、ｍは自然数）のマトリクスから成るディザを用意しておき、該ディザ内のドットを所定の規則の下に１つずつ埋めていくことで形成されるディザパターンを選択的に用いて、その内部の網点面積率を変化させることにより、紙面上のトナー層が占有する面積率（網点面積率）を変化させ、擬似的なハーフトーン出力を行っている（図５を参照）。このようなハーフトーン出力の手法は、一般に「ディザ法」と呼ばれる。

例えば、８ビットの濃度階調を有する画像データ（すなわち、当該画像データが取り得る濃度階調数は０〜２５５）が入力された場合、１６ドット×１６ドットのディザを用意しておけば、そのドットを単純に１つずつ埋めていくことで、所望のハーフトーン出力を行うことが可能となる。

なお、ディザ法を用いたハーフトーン出力に関する技術は、従来より、種々開示・提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開２００４−２４１８４８号公報特開平８−９１５８号公報

確かに、ディザ法を用いてハーフトーン出力を行う画像形成装置であれば、限られた濃度階調のみを用いてハーフトーンを擬似的に出力することができるので、実際の階調数を増すことなく、その画像表現力を高めることが可能となる。例えば、各ドット毎については白と黒しか使えない場合でも、最終的な出力画像では、様々な濃度の灰色を表現することが可能となる。

しかしながら、上記したディザパターンの中には、これをタイル状に複数並べたときに全体としての周期性がないパターン（図５のＩ−６など）、或いは、ディザの中心点に対
して幾何学的に点対称でないパターン（図５のII−３など）が存在する（以下、これらの
ディザパターンを特にノイズパターンと呼ぶ）。このようなノイズパターンは、人間の視覚に影響を与えやすく、非常に目につきやすいため、その使用が忌避される傾向にある。

そのため、上記従来の画像形成装置では、用意されたディザを用いて表現し得る理論上の最大階調数が全て用いられることは少なく、一般には、ディザのサイズを拡大し、理論上の最大階調数を所望の濃度階調数よりも大きく設定しておくことで、上記のノイズパターンを可能な限り用いない構成とされていた。

しかしながら、上記のようにディザのサイズを拡大すると、視覚ノイズを低減し得る反面、表現できる解像度が小さくなるため、結果として出力画質の劣化を引き起こすという課題があった。特に、文字で構成されるドキュメントが中心の画像では、ハーフトーンで描写された文字の画質が大きく劣化する結果となっていた。

本発明は、上記の問題点に鑑み、ディザのサイズを不要に拡大することなく、その視覚ノイズを低減し、出力画質の向上を実現することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、ディザ法による濃度階調制御とドット自体の濃度階調制御とを組み合わせて、ハーフトーン出力を行う構成（第１の構成）とされている。

より具体的に述べると、本発明に係る画像形成装置は、ｎドット×ｍドット（ｎ、ｍは自然数）のマトリクスから成るディザを用意しておき、該ディザ内のドットを所定の規則の下に１つずつ埋めていくことで形成されるディザパターンを選択的に用いて、その内部の網点面積率を変化させることにより、擬似的なハーフトーン出力を行う画像形成装置において、前記ディザパターンについては、これをタイル状に複数並べたときに全体としての周期性があり、かつ、ディザの中心点に対して幾何学的に点対称であるという条件を満足するディザパターンのみを選択的に用いるものであり、また、前記条件を満足しないディザパターンについては、これに代えて、前記条件を満足するディザパターンのうち、自身よりも高濃度側でかつ自身に最も濃度の近いディザパターンを用いるものであり、さらに、前記条件を満足しないディザパターンに代えて用いられるディザパターンについては前記条件を満足するディザパターンのうち、自身よりも低濃度側でかつ自身に最も濃度の近いディザパターンとの間で、互いに不一致となっているドットにつき、それ自体の濃度階調制御を行うものである構成（第２の構成）とされている。

なお、上記第２の構成から成る画像形成装置は、光導電性の像担持体と、前記像担持体を均一帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記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手段と、得られたトナー像を被転写材に転写する転写手段とを備えた電子写真方式の画像形成装置であって、前記露光手段は、前記ドット自体の濃度階調制御として、その露光量制御を行う構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第３の構成から成る画像形成装置にて、前記露光手段は、ドット毎の発光時間をパルス幅変調することで、その露光量制御を行う構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第４の構成から成る画像形成装置において、パルス幅変調での最大パルス幅をＴとし、選択的に用いられるディザパターンのうち、互いに隣接するディザパターン相互間の階調数差をΔＮとした場合、前記露光手段では、パルス幅変調におけるパルス幅の最小可変単位が（１／ΔＮ）×Ｔと設定され、ドット毎の発光時間がその整数倍に制御される構成（第５の構成）にするとよい。

上記したように、本発明に係る画像形成装置であれば、ディザのサイズを不要に拡大することなく、その視覚ノイズを低減し、出力画質の向上を実現することが可能となる。

以下では、電子写真方式を採用し、スキャナ、プリンタ、複写機、ファクシミリ等としての機能を併せ持つネットワーク対応のディジタル複合機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行う。

図１は、本発明に係る画像形成装置の一構成例を模式的に示す垂直断面正面図である。

本図に示すように、本発明に係る画像形成装置１００は、カセット式給紙部１０１と、手差し給紙部１０２と、用紙搬送部１０３と、原稿送り部１０４と、光学部１０５と、画像形成部１０６と、転写部１０７と、定着部１０８と、排紙トレイ部１０９と、を有して成る。なお、図中の実線矢印は、用紙Ｐの搬送経路を示している。

また、本図には示していないが、本発明に係る画像形成装置１００には、上記構成要素の他にも、装置各部を統括制御する制御部（ＣＰＵ［Central Processing Unit］等）、各種情報を表示する表示部、ユーザ操作を受け付ける操作部、制御プログラムの格納領域や画像データの格納領域及び展開領域として用いられるメモリ部、ネットワークを介して接続された情報処理装置との間で通信を行う通信部、及び、画像データとファクシミリ信号との相互変換を行うモデムや公衆電話回線との接続を確立する網制御部、といった回路要素が各種具備されている。

カセット式給紙部１０１は、印刷前の用紙Ｐ（カットペーパなどの被転写材）を積載収容する手段であり、ここから１枚ずつ分離して用紙Ｐが送り出される。

手差し給紙部１０２は、カセット式給紙部１０１に入っていないサイズの用紙Ｐや、ＯＨＰシートのように１枚ずつ送り込みたい被転写材を載置する手段である。

用紙搬送部１０３は、カセット式給紙部１０１や手差し給紙部１０２から送り出された用紙Ｐを転写部１０７に搬送する手段である。

原稿送り部１０４は、文字や図形、模様等の画像が描かれた原稿を１枚ずつ分離して光学部１０５に搬送する手段である。

光学部１０５は、原稿送り部１０４から搬送された原稿を光学的に読み取り、その光学信号を電気信号に変換して、所望の画像データを生成する手段である。

画像形成部１０６は、光学部１０５で得られた画像データに基づいて、像担持体（ドラム）上にトナー像を形成する手段である。より詳細に述べると、画像形成部１０６は、光導電性の像担持体と、前記像担持体を均一帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記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手段と、を備えて成る。

転写部１０７は、像担持体上に形成されたトナー像を用紙Ｐに転写する手段である。

定着部１０８は、未定着のトナー像を担持した用紙Ｐを加熱し、トナー像を定着させる手段である。

排紙トレイ部１０９は、トナー像が定着された用紙Ｐを積載収容する手段である。

上記構成から成る画像形成装置１００を用いて、ユーザが原稿の複写を行う場合には、原稿送り部１０４に、文字や図形、模様等の画像が描かれた原稿を積載する。原稿送り部１０４では１枚ずつ分離して原稿が送り出され、光学部１０５によってその画像データが読み取られる。そして、画像形成部１０６によって像担持体（ドラム）上に原稿画像の静電潜像が作られる。この静電潜像からトナー像が形成され、当該トナー像は、転写部１０７にて、用紙搬送部１０３によって同期をとって送られてきた印刷前の用紙Ｐに転写される。その後、未定着トナー像を担持した用紙Ｐは、定着部１０８へと送られ、熱ローラにより加熱されてトナー像が定着される。定着部１０８から排出された用紙Ｐは、機外の排紙トレイ部１０９に排出される。

次に、本発明の特徴部分であるハーフトーン出力動作について、先出の図４、図５とともに、図２及び図３を参照しながら、詳細に説明する。

図２は、ディザ法による濃度階調制御とドット自体の濃度階調制御（露光制御）とを組み合わせたハーフトーン出力動作の一例を説明するための模式図である。

図３は、階調数と画像濃度との相関関係を示すγ曲線図であり、本図（ａ）では、露光制御による階調補間処理を行わない場合が示され、また、本図（ｂ）では、露光制御による階調補間処理を行う場合が示されている。なお、本図のγ曲線は、図５に示したディザパターンに対応するものではなく、あくまで、露光制御による階調補間処理の効果を明示するためのものである。また、本図の縦軸に示した画像濃度とは、画像の濃さを光が用紙で反射してくる度合（反射率）で表したものであり、反射濃度とも呼ばれるものである。

先にも述べた通り、ディザ法では、図４に示すようなｎドット×ｍドット（ｎ、ｍは自然数）のマトリクスから成るディザを用意しておき、該ディザ内のドットを所定の規則の下に１つずつ埋めていくことで形成されるディザパターンを選択的に用いて、その内部の網点面積率を変化させることにより、紙面上のトナー層が占有する面積率（網点面積率）を変化させ、擬似的なハーフトーン出力を行うことが可能である。

図５は、１６ドット×１６ドットのディザパターンの一例を示す模式図である。本図では、Ｉ−１、Ｉ−２、…、Ｉ−７、Ｉ−８、II−１、II−２、…、といった順序で、行数
（Ｉ、II、III、IV、…）並びに列数（１〜８）が大きくなるほど、階調数が大きくなることを示している。なお、１６ドット×１６ドットのディザパターンで得られる理論上の最大階調数は、０（白紙）及び１〜２５６階調であるが、本図では、１階調目（Ｉ−１）から３２階調目（IV−８）までを描写し、以降の階調数については描写を省略している。

ただし、上記したディザパターンの中には、先述したように、これをタイル状に複数並べたときに全体としての周期性がないパターン、或いは、ディザの中心点に対して幾何学的に点対称でないパターン、すなわち、ノイズパターンが存在する。

本図の場合、ノイズパターンとして挙げられるディザパターンは、Ｉ−２、Ｉ−３、Ｉ
−５、Ｉ−６、Ｉ−７、II−１、II−２、II−３、II−５、II−６、II−７、II−８、III−１、III−２、III−３、III−５、III−６、III−７、III−８、IV−１、IV−２、IV−３、IV−４、IV−５、IV−６、及び、IV−７と符号されたディザパターンである。なお、Ｉ−１と符合されたディザパターンについては、図示のドット位置をディザの中心点とみなし、ここではノイズパターンに該当しないものとして取り扱う。

上記したノイズパターンは、人間の視覚に影響を与えやすく、非常に目につきやすい。そのため、ディザ法による濃度階調制御に際しては、上記のノイズパターンを極力選択しない構成とすべきである。そこで、本実施形態の画像形成装置では、ディザパターンについては、これをタイル状に複数並べたときに全体としての周期性があり、かつ、ディザの中心点に対して幾何学的に点対称であるという条件を満足するディザパターンのみを選択的に用い、また、前記条件を満足しないディザパターン（すなわちノイズパターン）については、これに代えて、前記条件を満足するディザパターンのうち、自身よりも高濃度側でかつ自身に最も濃度の近いディザパターンを用いる構成が採用されている。

本図について具体的に述べると、Ｉ−１、Ｉ−４、Ｉ−８、II−４、III−４、及び、IV−８と符合されたディザパターンのみが選択的に用いられ、Ｉ−２〜Ｉ−３、Ｉ−５〜Ｉ−７、II−１〜II−３、II−５〜III−３、及び、III−５〜IV−７と符合されたディザパターン（すなわちノイズパターン）については、これらに代えて、それぞれ、Ｉ−４、Ｉ−８、II−４、III−４、及び、IV−８と符合されたディザパターンが用いられる。

ただし、このようなノイズパターンの忌避及び置換を行うだけでは、同じディザパターンが複数階調に亘って連続的に使用されることになり、画像濃度の階調性が失われる現象（いわゆる階調飛び）などの不具合を生じる（図３（ａ）を参照）。そこで、本実施形態の画像形成装置では、前記条件を満足しないディザパターン（すなわちノイズパターン）に代えて用いられるディザパターンについては、前記条件を満足するディザパターンのうち、自身よりも低濃度側でかつ自身に最も濃度の近いディザパターンとの間で、互いに不一致となっているドットにつき、それ自体の濃度階調制御を行う構成が採用されている。

なお、本実施形態の画像形成装置において、上記したドット自体の濃度階調制御は、画像形成部１０６を構成する露光手段での露光量制御により実現される。

また、上記の露光手段は、ドット毎の発光時間をパルス幅変調（以下、ＰＷＭ［Pulse Width Modulation］制御と呼ぶ）することで、その露光量制御を行う構成とされている。

すなわち、本実施形態の画像形成装置では、ノイズパターンの忌避及び置換に伴う階調飛びを回避すべく、ディザ法による濃度階調制御と、ドット自体の濃度階調制御（露光制御）とを組み合わせて、ハーフトーン出力を行うことにより、その階調補間処理を行う構成が採用されている。

図２を参照しながら、上記の階調補間処理について、より具体的に説明する。なお、本図では、図５でＩ−５〜Ｉ−７と符合されたディザパターン（すなわちノイズパターン）
をＩ−８と符合されたディザパターンに置換した際の階調補間処理が例示されている。

図２に示すように、本実施形態の画像形成装置では、Ｉ−４と符合されたディザパター
ンと、Ｉ−５〜Ｉ−７と符合されたディザパターン（すなわち、Ｉ−８と符合されたディ
ザパターンに置き換えられたディザパターン）との間で、互いに不一致となっているドット（本図では、ドットＡ〜Ｄ）につき、その濃度階調制御（露光量制御）が行われる。一方、両者の間で互いに一致しているドット（本図ではドット群Ｅ）については、その濃度階調制御（露光量制御）は行われない。

なお、ＰＷＭ制御での最大パルス幅（１ドット当たりの最大発光時間）をＴとし、選択的に用いられるディザパターンのうち、互いに隣接するディザパターン相互間の階調数差をΔＮとした場合、画像形成部１０６を構成する露光手段では、両者間の階調補間処理に際して、ＰＷＭ制御におけるパルス幅の最小可変単位が（１／ΔＮ）×Ｔと設定され、ドット毎の発光時間がその整数倍に制御される。

図２について具体的に述べると、Ｉ−４と符合されるディザパターンとＩ−８と符合されるディザパターンとの階調数差は４であるため、ＰＷＭ制御におけるパルス幅の最小可変単位は（１／４）×Ｔと設定され、Ｉ−５〜Ｉ−７と符合されたディザパターンのドッ
トＡ〜Ｄの発光時間は、それぞれ、（１／４）×Ｔ、（１／２）×Ｔ、（３／４）×Ｔに制御される。

このように、ノイズパターンの忌避及び置換を伴うディザパターンに対して、ドット自体の濃度階調制御（露光量制御）による階調補間処理を施すことにより、同じディザパターンを使用していても、それぞれに濃度差を与えることができるので、図３（ａ）で示した階段状に階調飛びを生じていたγ曲線を適切に補正し、図３（ｂ）で示すように、滑らかなγ曲線を得ることが可能となる。

従って、本実施形態の画像形成装置であれば、ディザのサイズを不要に拡大することなく、その視覚ノイズを低減し、出力画質の向上を実現することが可能となる。

なお、ドット自体の濃度階調制御（露光量制御）については、露光手段の発光素子に供給する駆動電流値を可変制御してもよい。ただし、露光量制御の応答性や容易性を鑑みれば、本実施形態で示したように、ドット毎の発光時間をＰＷＭ制御することが望ましい。

なお、上記の実施形態では、ネットワーク対応のディジタル複合機に本発明を適用した場合を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、印刷機能や複写機能のみを個別に備えた画像形成装置にも広く適用することが可能である。

また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

本発明は、スキャナ、プリンタ、複写機、ファクシミリ、或いは、これらの機能を併せ持つディジタル複合機などの画像形成装置に好適な技術であり、特に、その画質向上に貢献し得る有用な技術である。

は、本発明に係る画像形成装置の一構成例を模式的に示す垂直断面正面図である。は、ディザ法による階調制御とドット自体の階調制御とを組み合わせたハーフトーン出力動作の一例を説明するための模式図である。は、階調数と画像濃度との相関関係を示すγ曲線図である。は、ｍドット×ｎドットのディザを示す概念図である。は、１６ドット×１６ドットのディザパターンの一例を示す模式図である。

符号の説明

１００画像形成装置
１０１カセット式給紙部
１０２手差し給紙部
１０３用紙搬送部
１０４原稿送り部
１０５光学部
１０６画像形成部
１０７転写部
１０８定着部
１０９排紙トレイ部
Ｐ用紙（被転写材）

Claims

ｎドット×ｍドット（ｎ、ｍは自然数）のマトリクスから成るディザを用意しておき、該ディザ内のドットを所定の規則の下に１つずつ埋めていくことで形成されるディザパターンを選択的に用いて、その内部の網点面積率を変化させることにより、擬似的なハーフトーン出力を行う画像形成装置において、
前記ディザパターンについては、これをタイル状に複数並べたときに全体としての周期性があり、かつ、ディザの中心点に対して幾何学的に点対称であるという条件を満足するディザパターンのみを選択的に用いるものであり、
また、前記条件を満足しないディザパターンについては、これに代えて、前記条件を満足するディザパターンのうち、自身よりも高濃度側でかつ自身に最も濃度の近いディザパターンを用いるものであり、
さらに、前記条件を満足しないディザパターンに代えて用いられるディザパターンについては、前記条件を満足するディザパターンのうち、自身よりも低濃度側でかつ自身に最も濃度の近いディザパターンとの間で、互いに不一致となっているドットにつき、それ自体の濃度階調制御を行うものであることを特徴とする画像形成装置。
光導電性の像担持体と、前記像担持体を均一帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記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手段と、得られたトナー像を被転写材に転写する転写手段と、を備えた電子写真方式の画像形成装置であって、前記露光手段は、前記ドット自体の濃度階調制御として、その露光量制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記露光手段は、ドット毎の発光時間をパルス幅変調することで、その露光量制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
パルス幅変調での最大パルス幅をＴとし、選択的に用いられるディザパターンのうち、互いに隣接するディザパターン相互間の階調数差をΔＮとした場合、前記露光手段では、パルス幅変調におけるパルス幅の最小可変単位が（１／ΔＮ）×Ｔと設定され、ドット毎の発光時間がその整数倍に制御されることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。