JP4904955B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、露光手段としてＬＥＤプリンタヘッドを備える画像形成装置に関する。

近年、感光体の表面に静電潜像を形成させる露光手段として、ＬＥＤプリンタヘッド（以下、ＬＰＨと称す。）を用いた画像形成装置が開発されている。ＬＰＨは、主走査方向に沿って予め設定された解像度に応じて配列された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子、画像データに応じて発光されたＬＥＤ素子からの照射光を集光させて感光体に静電潜像を形成させるＧＲＩＮ（Graded-Index）レンズ等の光学手段等を備えて構成されている。

このような画像形成装置において、記録媒体上に単色画像を重畳してカラー画像を形成する場合、各色の画像の記録位置にズレが生じてしまうことは不可避であり、各色の混色状態が変化して、濃度むらやスジ、モアレが生じ、画像形成品質の低下を招くという問題があった。

そこで、色毎に露光手段としてのＬＰＨを備え、この各ＬＰＨを構成するＬＥＤ素子の配列ピッチを色毎に異ならせ、また、副走査方向の基本記録周波数を色毎に異ならせ、色毎にスクリーン角の設定が異なるにもかかわらず全色において同一のスクリーン線数が設定される画像形成装置が開示されている（特許文献１参照）。

また、ＬＥＤアレイチップ相互間の間隔の理論値と補正対象となるＬＥＤアレイチップ相互間の間隔との差及びスクリーン角度に応じて調整される間隔補正係数と、各ＬＥＤの光量補正データと、を用いて、各ＬＥＤ素子の基準駆動値を補正して光量補正を行い、スクリーン角度を考慮してＬＥＤ素子の発光強度及び配置位置のバラツキによる記録品質の低下を低減する露光装置が開示されている（特許文献２参照）。
特開２０００−１０８４１２号公報 特開２００６−３５７８４号公報

しかしながら、ＬＥＤ素子が主走査方向に直線状に配列され時分割点灯されるＬＰＨの場合には、単色であってもモアレが発生するという問題があるが、特許文献１のような画像形成装置では、ＬＥＤ素子の配置、特にＬＥＤ素子が主走査方向に直線状に配置されているか否かは不明であり、また、ＬＥＤ素子の点灯制御について明言されておらず、ＬＥＤ素子の配置及び点灯制御に起因するモアレの発生について依然として問題が残る。

また、特許文献２のような画像形成装置のように、ＬＥＤ素子を点灯させる駆動信号を光量補正データに加えスクリーン角度及びＬＥＤアレイチップの配置間隔に基づいて算出される間隔補正係数を用いて制御することは、ＬＥＤ素子の点灯制御構成が複雑化すると共に、点灯制御に用いる配線が増大するため高コスト化を招くという問題がある。

本発明の課題は、上記問題に鑑みて、ＬＥＤ素子の配置及びＬＥＤ素子の点灯制御に伴うモアレの発生を抑止し、画像形成品質を向上させ、低コスト及び高信頼性を図り得ることである。

請求項１に記載の発明は、複数のＬＥＤ素子が主走査方向に直線状に配列され、前記複数のＬＥＤ素子を予め設定された周期で順次時分割点灯させる露光手段を備え、画像データに基づいて前記露光手段により感光体上に静電潜像を形成させる画像形成装置において、前記露光手段における前記画像データのスクリーン角度は、複数の前記ＬＥＤ素子の１点灯周期の点灯によって形成される点灯履歴の副走査方向のズレを表す画素数を、当該点灯履歴が表す主走査方向の画素数で除算して求められる点灯履歴傾き係数Ｋと、下記の式（１）と、から求められる角度θに基づいて定められること、を特徴とする画像形成装置である。
θ＝ｔａｎ^-1Ｋ ・・・・式（１）

本発明によれば、ＬＥＤ素子が主走査方向に直線状に配置され、予め設定された配列周期で順次時分割点灯されることに伴うモアレの発生を、ＬＥＤ素子の配置及び点灯制御を変更せずとも、モアレの発生を抑止するスクリーン角度の設定ができるため、低コストで高画質な画像形成を実現し得ることができ、信頼性の向上を図り得ることができる。

以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
まず、構成を説明する。
図１に、本実施の形態における画像形成装置１の断面構成図を示す。
画像形成装置１は、原稿から画像を読み取り、読み取った画像を紙等の記録媒体Ｐに画像形成するコピー機能や、ＰＣ等の上位装置から画像データを受信し、画像データが表す画像を記録媒体Ｐ上に形成して出力するプリンタ機能等を備えたデジタル複合機である。図１に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、プリント部２０から構成される。

画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿送り部１１と読取部１２とを備える。
自動原稿送り部１１は、原稿トレイに積載される原稿を最上部から順に搬送させ、原稿の読取個所であるコンタクトガラスに原稿を密着させながら通過させ、そして、コンタクトガラスを通過して読み取りが完了した原稿を排紙トレイに排出させる。

読取部１２は、光源、レンズ、コンタクトガラス、ＣＣＤ（Charge Coupled Device
等からなるスキャナを備えて構成され、原稿に照射した光の反射光を結像して光電変換することにより原稿の原稿画像（アナログ画像信号）を読み取り、読み取った原稿画像にＡ／Ｄ変換や各種画像処理を施した後、プリントデータとしてプリント部２０に出力する。ここで、画像とは、図形や写真等のイメージデータに限らず、文字や記号等のテキストデータ等も含む意である。

プリント部２０は、入力されたプリントデータに基づいて、電子写真方式の画像形成を行うものであり、画像形成部３０と、クリーニング部４０と、給紙部５０と、搬送部６０と、定着部７０とを備えて構成される。

画像形成部３０は、感光体ドラム３１と、帯電装置３２と、露光手段としてのＬＥＤプリンタヘッド（以下、ＬＰＨと称す。）３３と、現像装置３４と、転写装置３５とを備え、帯電装置３２により帯電された感光体ドラム３１の被露光面に当該被露光面に対向した位置に設けられたＬＰＨ３３から光が照射されて静電潜像が形成され、静電潜像が形成された感光体ドラム３１の被露光面に現像装置３４により帯電したトナーが付着されてトナー像が形成され、トナー像が転写装置３５により記録媒体Ｐに転写される。

ＬＰＨ３３は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード；Light Emitting Diode）素子を感光体ドラム３１の軸方向（主走査方向Ｘ）に直線状に配列して構成されており、画像データ（データ信号）に応じて複数のＬＥＤ素子を選択的に点灯させるものである。

クリーニング部４０は、記録媒体Ｐにトナー像が転写された後、感光体ドラム３１の表面の残留電荷や残留トナー等を除去する。

給紙部５０は、複数の給紙トレイ５１と手差しトレイ５２とを備える。
給紙トレイ５１は、給紙トレイ５１毎にサイズや種類毎に予め識別された記録媒体Ｐが収容されており、給紙ローラ５１ａによって収容された記録媒体Ｐを最上部から一枚ずつ搬送部６０に向けて搬送する。
手差しトレイ５２は、ユーザのニーズに合わせて様々な種類の記録媒体Ｐをその都度積載可能となっており、給紙ローラ５２ａによって積載された記録媒体Ｐを最上部から一枚ずつ搬送部６０に向けて搬送する。

搬送部６０は、給紙トレイ５１又は手差しトレイ５２から搬送された記録媒体Ｐを、複数の中間ローラ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、レジストローラ６２を経て転写装置３５へと搬送する。

定着部７０は、搬送部６０によって搬送された記録媒体Ｐに転写されたトナー像を熱定着する。定着処理された記録媒体Ｐは、排紙ローラ６３に挟持されて排紙トレイ６４上に出力される。

なお、本実施の形態の画像形成装置１は、画像形成部３０を１つ備えた場合を例にして説明しているが、カラー画像を形成するために色毎に画像形成部３０を複数備えた画像形成装置であってもよい。

図２（ａ）に、ＬＰＨ３３の概略構成の一部拡大平面図を示す。
図２（ａ）に示すように、ＬＰＨ３３は、主走査方向Ｘに配列された複数のＬＥＤヘッドモジュール３３ａから構成されている。ＬＥＤヘッドモジュール３３ａは、複数のＬＥＤ素子を備える。各ＬＥＤ素子は、予め設定された主走査方向Ｘの解像度に対応した画素ピッチで直線状に配列され、主走査方向Ｘに予め設定された点灯順序及び点灯時間間隔で順次時分割点灯される。

図２（ａ）に示す各ＬＥＤヘッドモジュール３３ａは、第１〜８ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ８が主走査方向Ｘに直線状に主走査方向Ｘの解像度に応じた所定の画素ピッチに応じて配列され、第１ＬＥＤ素子Ｌ１から順次、予め設定された点灯時間間隔で８分割点灯される。第１〜８ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ８が均等間隔で順次時分割点灯されることにより、感光体ドラム３１に１走査ラインの潜像が書込まれる。

例えば、図２（ａ）に示すＬＰＨ３３としては、主走査方向Ｘの解像度が１２００[ｄｐｉ]に対応したＬＥＤヘッドモジュール３３ａを複数備える。

図２（ａ）に示す各ＬＥＤヘッドモジュール３３ａは、各ＬＥＤ素子が１画素に対応しており、ＬＥＤ素子相互間の副走査方向Ｙにおける配置位置ズレが２０[μｍ]以上２００[μｍ]以下の範囲となるように第１〜８ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ８が主走査方向Ｘに延在する方向に直線状に配列され、第１ＬＥＤ素子Ｌ１から第８ＬＥＤ素子まで均等間隔で順次８分割点灯、即ち、１走査ラインのＬＥＤ素子の点灯周期が８個おき（即ち、８画素おき）に順次点灯される。

図２（ａ）に示すような構成及び点灯制御のＬＰＨ３３は、１走査ラインを時分割点灯とすることで点灯制御が容易であり、また、８分割点灯であることから偶数時分割点灯となり、各ＬＥＤ素子を単位時間当り均等に点灯させることができると共に、８ビット（ｂｉｔ）単位、即ち１バイト（ｂｙｔｅ）単位で点灯制御を行うことができるため、制御性が良いという特徴がある。

図２（ａ）に示すＬＰＨ３３を用いて、スクリーン線数１７５線であって網点形状菱形のスクリーン画像を、一般的に用いられている複数のスクリーン角度に設定して形成させ、単色の場合におけるモアレの発生を検証した結果を表１に示す。

なお、スクリーン角度は、階調を表現するための網点を形成するスクリーン画像において、網点の配列方向が主走査方向となす時計方向の角度と定義する。したがって、スクリーン角度は０〜１８０[°]の範囲で設定することができる。

表１に示すように、スクリーン角度が１５[°]の場合においてモアレが発生することが判明した。図３に、スクリーン角度が１５[°]の場合におけるスクリーン画像例を示す。

図３（ａ）、（ｂ）に示すスクリーン画像Ｓ０、Ｓ１には、８画素周期で直線を引いている。図３（ｂ）に示すスクリーン画像Ｓ１は、図３（ａ）のスクリーン画像Ｓ０を縮小してモアレを視覚化しやすく表したものである。

図３（特に図３（ｂ））に示すように、スクリーン角度が１５[°]の場合には、主走査方向Ｘに対して約１１[°]の方向に傾斜した周期的に濃淡が変化する帯状の縞模様のモアレが発生した。図３（ｂ）では、濃い帯状の部分を一点鎖線で囲み、視覚化し易く表している。

また表（１）の結果により、スクリーン角度を調整することによりモアレ発生を抑止することができることも判明した。従って、モアレ発生を抑止するために、モアレが発生しないスクリーン角度を選定すれば良いこととなる。しかし、カラー画像形成装置においては、まず、色毎（単色）にてモアレが発生しないスクリーン角度の範囲を特定し、かつ、各色相互の関係、すなわち、各色のスクリーン角度により発生するモアレが起きないように各色のスクリーン角度を設定しなければならず、各色にて設定可能なスクリーン角度が大幅に制限されるという問題がある。

そこで、ＬＥＤ素子の配置やＬＥＤ素子の点灯順序を変更する方策が考えられるが、画像データの生成方法やＬＥＤ素子の点灯制御が複雑となり、ＬＥＤ素子の駆動回路やＬＥＤヘッドモジュールの配線及び基板が複雑化し、高コスト化を招くと共に高品質の画像形成の妨げとなるという新たな問題が生じる。

従って、ＬＥＤ素子の配列や点灯制御の変更をせずにスクリーン角度を設定することのみでモアレの発生を抑止可能な画像形成装置が望まれている。

次に、図２（ａ）に示すようなＬＥＤ素子を直線状に配置して順次８分割点灯させた場合におけるモアレの発生原因を検証した。図２（ｂ）に、図２（ａ）に示すＬＰＨ３３を用いた場合における１走査ラインの点灯履歴のイメージ図を示す。なお、本実施の形態においては、副走査方向Ｙの解像度は主走査方向Ｘの解像度と同一とする。

図２（ｂ）に示すように、各ＬＥＤ素子は１画素に対応していることから、１つのＬＥＤ素子が点灯されることにより１画素分の点灯履歴が形成され、第１ＬＥＤ素子Ｌ１から第８ＬＥＤ素子Ｌ８を順次８分割点灯させると、第１〜８ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ８夫々に対応した画素を形成する第１〜８点灯履歴Ｇ１〜Ｇ８が順次形成される。このことから、第１ＬＥＤ素子Ｌ１が点灯されてから第８ＬＥＤ素子Ｌ８が点灯されるまでに要する点灯時間が１走査ライン分の書込時間に相当し、当該書込時間に応じて副走査方向ＹにおけるＬＰＨ３３と感光体ドラム３１の被露光面との相対移動速度が設定されている。

従って、第１ＬＥＤ素子の第１点灯履歴Ｇ１により形成される画素と第８ＬＥＤ素子Ｌ８の第８点灯履歴Ｇ８により形成される画素とは、副走査方向Ｙにおいて１画素分のズレが生じることとなり、また当然のことながら、隣接するＬＥＤヘッドモジュール３３ａ相互の第１ＬＥＤ素子Ｌ１の第１点灯履歴Ｇ１により形成される画素と第８ＬＥＤ素子Ｌ８の第８点灯履歴Ｇ８により形成される画素も、副走査方向Ｙにおいて１画素分のズレが生じる。この８画素単位で発生する副走査方向Ｙの画素ズレに伴い、主走査方向Ｘにおいて８画素周期でＬＥＤ点灯周期に伴った濃度の強弱が現われ、スクリーン角度との干渉が起こり、モアレが発生することとなる。

即ち、各ＬＥＤヘッドモジュール３３ａが有する第１ＬＥＤ素子Ｌ１から第８ＬＥＤ素子Ｌ８に対応する画素を形成する第１〜８点灯履歴Ｇ１〜Ｇ８の方向Ｚ（以下、点灯履歴方向Ｚと称す。）とスクリーン画像の網点の配列方向とが干渉することにより、モアレが発生するものである。

そこで、点灯履歴方向Ｚと主走査方向Ｘとがなす角度を求め、この角度に基づいてスクリーン角度を定めることで、点灯履歴方向Ｚとスクリーン画像の網点の配列方向とが干渉しなくなり、モアレの発生を防ぐことができる。

点灯履歴方向Ｚと主走査方向Ｘとがなす角度は、点灯履歴傾き係数Ｋと下記に示す式（１）とから算出される角度θである。

点灯履歴傾き係数Ｋは、主走査方向Ｘに対する点灯履歴方向Ｚの傾きを示す係数であり、各ＬＥＤ素子の時分割点灯による点灯順序、ＬＥＤ素子相互間の点灯時間間隔、主走査方向ＸにおけるＬＥＤ素子の画素ピッチ、副走査方向ＹにおけるＬＰＨと対向する感光体ドラム３１の被露光面との相対移動速度等に基づいて算出される。

θ＝ｔａｎ^-1Ｋ ・・・・式（１）

例えば、本実施の形態におけるＬＰＨ３３は、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの解像度は１２００[ｄｐｉ]で同一あり、ＬＥＤ素子を８個おき（８画素おき）に第１ＬＥＤ素子Ｌ１から第８ＬＥＤ素子Ｌ８に向けて順次均等間隔に点灯（８時分割点灯）させて１走査ラインを形成させる点灯制御であることから、副走査方向Ｙにおいて点灯されるＬＥＤ素子の点灯周期に対する画素数は１、主走査方向Ｘにおいて点灯されるＬＥＤ素子の点灯周期に対する画素数は８である。このことから、点灯履歴傾き計数Ｋ＝０．１２５が算出される。従って、式（１）に点灯履歴傾き係数Ｋ＝０．１２５の値を代入し、角度θを求める（下記に示す式（２）参照）。

θ＝ｔａｎ^−１（０．１２５） ・・・・式（２）
≒７．１２５

本実施の形態におけるＬＰＨ３３の点灯履歴方向Ｚと主走査方向Ｘとがなす角は式（２）により、７．１２５[°]であることから、この角度をスクリーン角度とすることにより、スクリーン画像の網点の配列方向と点灯履歴方向Ｚとが一致して干渉が生じず、モアレが発生しない。

また、主走査方向Ｘと各ＬＥＤ素子が点灯されることにより画素が形成される方向（副走査方向Ｙ）とがなす角（９０[°]）をスクリーン角度とすることでも、網点の配列方向とＬＥＤ素子の点灯履歴方向Ｚとが干渉しなくなり、モアレの発生を防ぐことができる。

以上のことから、複数のＬＥＤ素子が主走査方向に直線状に配列され、複数のＬＥＤ素子を順次時分割点灯させるＬＰＨを備える画像形成装置の場合、ＬＰＨが有するＬＥＤ素子の配列構成と当該ＬＥＤ素子の点灯制御に基づいて求められる点灯履歴方向Ｚと主走査方向Ｘとがなす角θ、主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとがなす角（９０[°]）に基づいて、モアレの発生を抑止するスクリーン角度を定めることができるため、スクリーン角度の選定の自由度が大きくなる。

従って、本実施の形態によれば、ＬＥＤ素子が主走査方向Ｘに直線状に配置され予め設定された配列周期で順次時分割点灯されることに伴うモアレの発生を、ＬＥＤ素子の配置及び点灯制御を変更せずとも、モアレの発生を抑止するスクリーン角度の設定ができるため、低コストで高画質な画像形成を実現し得ることができ、信頼性の向上を図り得ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本実施の形態における画像形成装置１の断面構成図である。 図２（ａ）はＬＰＨ３３の概略構成の一部拡大平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＬＰＨ３３を用いた場合における１走査ラインの点灯履歴のイメージ図である。 スクリーン角度が１５[°]の場合におけるスクリーン画像例である。

符号の説明

１ 画像形成装置
１０画像読取部
１１ 自動原稿送り部
１２ 読取部
２０ プリント部
３０ 画像形成部
３１ 感光体ドラム
３２ 帯電装置
３３ ＬＰＨ
３３ａ ＬＥＤヘッドモジュール
３４ 現像装置
３５ 転写装置
４０ クリーニング部
５０ 給紙部
５１ 給紙トレイ
５１ａ、５２ａ 給紙ローラ
５２ 手差しトレイ
６０ 搬送部
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ 中間ローラ
６２ レジストローラ
６３ 排紙ローラ
６４ 排紙トレイ
Ｓ０ スクリーン画像
Ｓ１ スクリーン画像
Ｌ１〜Ｌ８ 第１〜８ＬＥＤ素子
Ｇ１〜Ｇ８ 第１〜８点灯履歴
Ｘ 主走査方向
Ｙ 副走査方向
Ｚ 点灯履歴方向

Claims (1)

1. 複数のＬＥＤ素子が主走査方向に直線状に配列され、前記複数のＬＥＤ素子を予め設定された周期で順次時分割点灯させる露光手段を備え、画像データに基づいて前記露光手段により感光体上に静電潜像を形成させる画像形成装置において、
   前記露光手段における前記画像データのスクリーン角度は、
   複数の前記ＬＥＤ素子の１点灯周期の点灯によって形成される点灯履歴の副走査方向のズレを表す画素数を、当該点灯履歴が表す主走査方向の画素数で除算して求められる点灯履歴傾き係数Ｋと、下記の式（１）と、から求められる角度θに基づいて定められること、
   を特徴とする画像形成装置。
   θ＝ｔａｎ^-1Ｋ ・・・・式（１）

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