JP5169164B2 - 印刷機用画像処理装置および印刷機の画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、印刷機用画像処理装置および印刷機の画像処理方法に関する。

従来、コンピュータやスキャナ等から送信される圧縮画像データを伸長し、適切な画像処理を施して作成したビデオデータを、露光装置により感光体上に静電画像に変換し、クーロン力によりトナーを感光体上に吸着させ、それらトナーを用紙上に転写し、加熱することによりトナーを該用紙に定着させて出力する画像形成装置が利用されている。

以下に、従来の画像形成装置について、カラープリンタを例にして説明する。

図１は、従来のカラーページプリンタについて説明するための概略図である。プリンタ装置１００は図示していない内蔵プリンタコントローラがホスト装置（コンピュータ）から画像データを受け取り、適切な画像処理を行って、ＫＣＭＹ４原色のビデオデータを作成する。作成されたビデオデータは１色ずつ順番に呼び出され、図示していない露光装置を駆動し、感光体１０７上に静電画像に変換される。図１のページプリンタの例では、露光装置として半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）などが利用されている。

その後、感光体１０７上の静電画像は、クーロン力により電気的に異なる性質を持つトナーを吸着し、単色画像を構成する。トナーは、Ｋ（ブラック）トナーカートリッジ１０２、Ｃ（シアン）トナーカートリッジ１０３、Ｍ（マゼンタ）トナーカートリッジ１０４およびＹ（イエロー）トナーカートリッジ１０５の中から、呼び出されたビデオデータの該当色が選ばれる。この単色画像形成のプロセスは「現像」と呼ばれる。現像された単色画像はその後、転写ドラム１０８に転写される。

この現像から転写の過程を４回繰り返し、転写ドラム１０８上には、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの４色分の単色画像が重ねられ、カラー画像となる。転写ドラム１０８上にカラー画像が形成されると、用紙カセット１０６から用紙がピックされ、転写ドラム１０８と転写ローラ１０９との接点部分で、転写ドラム１０８表面上のカラー画像は用紙上に転写される。この過程は「第二転写」と呼ばれる。

用紙上のカラー画像は、電気的に引き寄せられたトナーが用紙上に乗っているだけであるため、熱でトナーを溶かして用紙表面に定着させる必要がある。その役目を担うのが、中にヒーターを内蔵した定着ローラ１１０およびバックアップローラ１１１である。

定着ローラ１１０およびバックアップローラ１１１によりカラー画像が定着された用紙は、用紙排出部１１２から出力される。

このプリンタ装置１００の例の場合、出力された用紙の印刷面が下になっている。これは、複数ページにわたる印刷ジョブを実行した場合、１ページ目から順に印刷していくだけで、そのまま冊子として閉じることができるのが特長である。印刷面が上になる場合（これをフェイスアップと呼ぶ）、最終ページから逆順に印刷するか、印刷された結果を入れ替える必要がある。前者ではプリンタ内に印刷データを蓄えるストレージ装置や、最終ページから逆順に印刷する手段が必要なためコストアップにつながり、後者では非常に面倒な人間の労力を要するため、ユーザにとって望ましいことではない。

複数ページの印刷を行って冊子を作成する場合、用紙の裏面も使って、両面印刷したい場合もある。

両面印刷の方法の１つとしては、印刷データの奇数ページだけ初めに印刷し、出力された印刷結果を裏にして再び用紙カセット１０６に戻し、次いで偶数ページだけを印刷する方法がある。しかし、この方法も人間の労力を要するため、ユーザにとっては望ましいことではない。

つぎに、自動で両面印刷できるユニットを装着したプリンタ装置について図２を用いて説明する。両面印刷ユニット付きプリンタ装置２００は図示していない内蔵プリンタコントローラがホスト装置（コンピュータ）から画像データを受け取り、適切な画像処理を行って、ＫＣＭＹ４原色のビデオデータを作成する。作成されたビデオデータは１色ずつ順番に呼び出され、図示していない露光装置を駆動し、感光体２０７上に静電画像を形成する。

その後、感光体２０７上の静電画像は、クーロン力により電気的に異なる性質を持つトナーを吸着し、単色画像を構成する。トナーは、Ｋ（ブラック）トナーカートリッジ２０２、Ｃ（シアン）トナーカートリッジ２０３、Ｍ（マゼンタ）トナーカートリッジ２０４およびＹ（イエロー）トナーカートリッジ２０５の中から、呼び出されたビデオデータの該当色が選ばれる。現像された単色画像は、転写ドラム２０８に転写される。

この現像から転写の過程を４回繰り返し、転写ドラム２０８上には、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの４色分の単色画像が重ねられ、カラー画像となる。転写ドラム２０８上にカラー画像が形成されると、用紙カセット２０６から用紙がピックされ、転写ドラム２０８と転写ローラ２０９の接点部分で、転写ドラム２０８表面上のカラー画像は用紙上に転写される。

用紙上のカラー画像は、電気的に引き寄せられたトナーが用紙上に乗っているだけであるため、熱でトナーを溶かして用紙表面に定着させる必要がある。その役目を担うのが、中にヒーターを内蔵した定着ローラ２１０およびバックアップローラ２１１である。

定着ローラ２１０およびバックアップローラ２１１によりカラー画像が定着された用紙は、用紙排出部２１２から出力される。

ここまでの片面印刷のプロセスは図１と同様である。

両面印刷の場合は、定着ローラ２１０、バックアップローラ２１１で表面の定着が終わった用紙は、プリンタエンジン２０１の上部から、両面ユニット内のパス２１３、２１４を通る。２１４の場所まで搬送された用紙は、ここでスイッチバックし、パス２１５、２１６を通り、転写ドラム２０８と転写ローラ２０９との間を通って、裏面にカラー画像が転写される。

用紙が両面印刷ユニット内を通って、裏面に転写されるまでに、プリンタエンジン２０１は、転写ドラム２０８上に次のページのカラー画像を作っておかなければならないことは言うまでもない。

転写が終わると、用紙は定着ローラ２１０、バックアップローラ２１１の間を通って、裏面が定着され、用紙排出部２１２から排出される。この際、後で印刷された裏面が下を向いて排出される。

つぎに、プリンタエンジン１０１、２０１にデータを送るプリンタコントローラの仕組みについて説明する。

図６は、プリンタコントローラについて説明するためのブロック図である。コンピュータ５０１は、メモリ上に存在するビットマップ画像データ５０５を、プリンタドライバなどで実現できる画像データ圧縮手段５０６にて圧縮し、送信メモリ５０７に格納する。

その後、図示していないデータ転送部を介して、プリンタ５０２に出力する。 プリンタ５０２において、プリンタコントローラ５０３は、コンピュータ５０１から圧縮された画像データを受け取り、これを受信メモリ５０８に格納する。その後、画像データ伸長手段５０９にてビットマップ画像データに伸長され、ビットマップ画像データがフレームメモリ５１０に格納される。

そして、画像処理部５１１で、色補正、色変換、ディザ処理、エッジ処理（スムージング）などの必要な画像処理が施され、ＦＩＦＯなどで実現できるラインメモリ５１２を通してプリンタエンジン５０４に出力する。プリンタエンジン５０４は、プリンタコントローラ５０３から受け取った画像データから印写画像を生成して出力する。プリンタエンジン５０４の動作は図１、図２で説明した通りである。

同様の背景技術として、特許文献１には、中間調の階調特性における濃度ギャップを抑制し、入力画像に良好な階調を与えるため、画像データ記憶手段に複数のドット領域からなるディザマトリクスを展開するとともに、入力された多値画像データに対して疑似的に階調を付与する多値ディザ処理を行い、その処理結果を前記ドット領域にドットデータとして書き込む多値ディザ処理手段と、前記画像データ記憶手段とを備えている画像処理装置において、前記多値ディザ処理手段は、前記ディザマトリクスを構成する複数のドット領域のうち少なくとも一つのドット領域の終端部にドットを書き込まない不使用領域を設定する画像処理装置が開示されている。

特許文献２には、白点の原因であるドットの隙間を低減するため、レーザ操作光学系により像担持体に露光して潜像を形成する露光部と、入力された画像データを誤差拡散法を用いて二値化する二値化処理部と、二値化された画像データにスムージング処理を施すスムージング処理部と、二値化された画像データのうちスムージング処理が施された画像データと、スムージング処理が施されなかった画像データとを判別する判別部と、二値化された画像データのうち前記判別部によるスムージング処理が施されたと判別された画像データを構成するドットのサイズを変更する変更処理部とを備え、前記露光部は、前記変更処理部により変更されたドットのサイズに基づいて露光処理を行う画像形成装置が開示されている。

特開２００１−２３８０７９号公報 特開２００６−１６６２３４号公報

従来、両面印刷においてスムージング、ディザ処理等でＰＷＭ（パルス幅変調：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を使った場合に、相対的なドット成長方向が変わってしまうため、ＰＷＭの印刷結果が変わってしまう不都合があった。

本発明は、両面印刷においても片面印刷の場合と同様に、表面および裏面の相対的なドット成長方向を調整して良好な印刷画像を得ることを目的とする。

本発明による印刷機用の画像処理装置は、裏面を印刷する際に露光装置にて１ドットのビット分の補数の値に相当する時間だけ待って露光装置を駆動するレーザ駆動反転信号を生成する露光装置制御回路を含み、画像データを展開したビデオデータ及びレーザ駆動反転信号を印刷機に送信することを特徴とする。

また、本発明による印刷機の画像処理方法は、裏面を印刷する際に露光装置にて１ドットのビット分の補数の値に相当する時間だけ待って露光装置を駆動するレーザ駆動反転信号を生成する露光装置設定変更工程を含み、画像データを展開したビデオデータ及びレーザ駆動反転信号を印刷機に送信することを特徴とする。

本発明によれば、両面印刷においても片面印刷の場合と同様に、表面および裏面の相対的なドット成長方向を調整して良好な印刷画像を得ることができる。

以下、プリンタ、すなわち印刷機による印刷の手順の詳細について説明する。

まず、印刷データが用紙に対してどんな向きで印刷されるかを考える。図３の３０１のような印刷データを図２のプリンタエンジンで片面印刷する場合は、用紙カセット２０６のピックアップ部２１７側に印を付けた用紙に対して印刷すると、通常、印刷データ３０１の上部からラスタライズされて印刷されるため、印刷結果は３０２のようになる。もちろん、この場合、フェイスダウンで（印刷された面が下になって）排出される。

つぎに、両面印刷の場合について図４を用いて説明する。図４の４０１〜４０４のような複数ページにわたる印刷データがあったときに、用紙に両面印刷を行い、４０５、４０６のような左閉じの冊子を作る際の例を挙げる。

図２で説明したように、プリンタエンジン２０１は両面印刷の際、最初に印刷した面が上、後で印刷した面が下になって排出される。４０５のような冊子を作るためには、印刷データの１ページ目４０１が一番下になって排出されなければならないため、最初に２ページ目４０２を印刷する必要がある。４０２→４０１の順で１枚目を、４０４→４０３の順で２枚目を印刷する。

先に２ページ目から印刷するには、図６に示すプリンタコントローラ５０３内のフレームメモリ５１０を２ページ分以上の容量を準備しておいて、１ページ目４０１と２ページ目４０２のデータが格納された後、２ページ目から先に読み出して画像処理部５１１で画像処理を行うことで実現できる。

図２で説明したプロセスで両面印刷を行うと、まずは２ページ目４０２が１枚目の用紙の表に印刷される。このとき、用紙カセット２０６内の用紙のピックアップ部２１７側に印（用紙の両面）を付けておくと、印刷結果は図５の４０７の通りになる。

表面の印刷が終わった用紙は両面ユニット内を搬送され、２１４の場所でスイッチバックされ、用紙の裏面に１ページ目４０１の印刷が行われる。この際、スイッチバックされているため、用紙の印のない側から印刷されて、印刷結果は図５の４０８のようになる。

しかし、この印刷では図４の４０５、４０６といった左閉じの冊子は作成できず、冊子作成のためには図５の４０９、４１０のように、１枚目の裏面（１ページ目）を１８０°回転して印刷する必要がある。

以下、図４の印刷データ４０１の１８０°回転を実現する方法について説明する。画像回転は図６に示すプリンタコントローラ５０３内のフレームメモリ５１０で実現する。

圧縮された印刷データをデータ伸張部５０９で伸張した後、図７の６０１のａ、ｂ、ｃの順で、上から順番にフレームメモリ５１０に書き込まれていく。１ページ分のすべてのデータがフレームメモリ５１０に書き込まれたら、今度は６０２のａ、ｂ、ｃの順で読み出す。この方法によって印刷データ４０１の１８０°回転を実現できる。

続いて、プリンタコントローラ内の画像処理のうち、スムージングについて説明する。図６において、プリンタコントローラ５０３の画像処理部５１１でビデオデータが作成され、ラインメモリ５１２を通してプリンタエンジン５０３に転送される。プリンタエンジン５０３は、受け取ったビデオデータによりレーザすなわち露光装置を駆動し、感光体上に静電画像を作成する。

図８は、ビデオデータと最終的に作成されるドットとの関係である。ビデオデータのパルス７０２がオンになった部分に、ドット７０１が作成される。

副走査方向（用紙送り方向）はプリンタエンジン５０３の用紙送りの精度や、レーザ走査のスピード等が絡むため、高解像度化が難しいが、主走査方向で問題となるのはレーザ素子のオン・オフ応答速度だけであるため、比較的高解像度化しやすい。

図８の７０１、７０２は１ドットをオンまたはオフの１ビットで表した例であるが、１ドットを２ビットで表した例が７０３、７０４である。レーザのオン・オフを二分の一のスピードで切り替えることによって、主走査方向だけ解像度を倍にできる。これをＰＷＭ（パルス幅変調：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と呼ぶ。

図８の例は、１ドットを１ビット、もしくは２ビットで表した例であるが、主走査方向に更に高解像度化して、１ドットを４ビットで表した例を図９で説明する。

図９は、４ビットをそのままレーザのパルスに置き換えた例である。しかし、レーザのオン・オフを細かく制御したところで、感光体上に分布する電位はガウシアンでなだらかになってしまうため、０（００００）からＦ（１１１１）まで、１６通りのパルスを作ったところで、最終的に形成されるドットにはそこまで反映されない。

図１０は、１ドットの４ビットを１６段階のＰＷＭとした例である。４ビットの値が「０」であればドットを生成せず（白ドット）、「Ｆ」であればフルドットとし、１〜Ｅの間ではそれぞれの値に応じて左から右方向に成長するようにドットを太らせていく。これにより、図９では１ドット１ビットの場合と比較して、４倍程度の解像度であったが、図１０では１６倍の解像度で印刷可能となる。

図１１でＰＷＭを用いたスムージングの機能について説明する。スムージングは図６における画像処理部５１１で行われる。

１００１のような印刷パターンがあったとする。斜線になっているパターンエッジ部に対し、理想的な直線を引き（１００２）、各ドットに対し、前記直線で切り取られる面積によって、一部ドットを生成したり、削ったりして１００２の直線に近づける（１００３）。この際のドット成長方向は左から右、１００５の方向である。

図１２は、図１１に対して線対称であるパターンにおいてＰＷＭを適用した場合を示したものである。１１０１のパターンに対し、エッジ部分に理想的な直線を引き（１１０２）、各ドットに対して、左から右のドット成長方向１１０５を考慮して、ドット生成、ドット削除を行った結果が１１０３である。

ドット成長方向が左から右へ一定の場合における、画像の右エッジ部（図１１）と左エッジ部（図１２）との印刷結果の違いについて考える。図１１の１００４部と、図１２の１１０４部を取り出して比較したのが図１３である。

１００４において、ＰＷＭを使用しているドット１２０２のパルス部分は、フルドット１２０３に隣接しているため、感光体上の電位分布は１２０１の通りで、ＰＷＭの幅だけ電位分布も伸びているが、１１０４ではＰＷＭのパルス部分１２０６がフルドット１２０５と離れているため、感光体上の電位分布は１２０４のようになり、左右対称のドットパターンが、感光体上の電位分布では左右対称ではなくなってしまう。もちろん、トナーの吸着性も電位分布が変われば変わってしまうため、左右対称の印刷データであっても、印刷結果は左右対称とはやや違ったものになる。

図３の印刷データ３０１の片面印刷結果、３０２に対してドット成長方向を追記したのが図１４の１３０１である。また、図４の複数ページ印刷データ４０１〜４０４を、左閉じの冊子が作成できるような両面印刷を行った（裏面に対して１８０°回転を行った）結果４０９、４１０（図５）に対してドット成長方向を記載したのが、図１４の１３０２、１３０３である。

つまり、同じ画像であっても、片面で１枚だけ印刷した１３０１と、複数ページで両面印刷を行った１３０３で、同じ印刷内容でありながら、相対的なドット成長方向が変わってしまうため、ＰＷＭの印刷結果が変わってしまう不都合があった。

以上の例はスムージングに特化して説明したが、ディザ処理等でＰＷＭを使った場合でも同様の問題が発生する。

図１５は本発明を実施するためのプリンタシステムのブロック図であり、コンピュータ１４０１、プリンタコントローラ１４０３およびプリンタエンジン１４０４を含む。

コンピュータ１４０１は、メモリ上に存在するビットマップ画像データ１４０５に、図示していない印刷に関する各種データ(用紙サイズ、ページ回転、両面印刷等)をヘッダとして付け加え、プリンタドライバなどで実現できる画像データ圧縮手段１４０６にて圧縮し、送信メモリ１４０７に格納する。その後、図示していないデータ転送部を介して、プリンタ１４０２に出力する。

このときにコンピュータ１４０１で作成され、転送される圧縮データの模式図を図１６に示す。

圧縮・伸張情報１５０１には、データの圧縮、非圧縮の区別、解凍に必要なパラメータなどが含まれる。回転情報１５０２には、ランドスケープのデータをポートレートの用紙に印刷する場合、複数ページにわたる両面印刷データで回転処理が必要な場合などの、回転の情報が角度として納められる。ページ情報１５０３には、片面印刷、両面印刷の区別や、用紙サイズ、用紙の向きなどの情報が含まれている。印刷データ１５０４は、圧縮されている場合の圧縮データ、または非圧縮である場合の元のビットマップ画像が格納されている。

プリンタ１４０２において、プリンタコントローラ１４０３は、コンピュータ１４０１から圧縮された画像データを受け取り、これを受信メモリ１４０８に格納する。

その後、圧縮データ伸長手段１４０９にて印刷情報ヘッダとビットマップ画像データに伸長され、印刷情報ヘッダ（回転情報１５０２およびページ情報１５０３）はレーザ制御回路１４１３へ転送され、ビットマップ画像データはフレームメモリ１４１０に格納される。ここで、レーザ制御回路１４１３は露光装置制御回路と呼んでもよい。露光装置は、レーザに限定されるものではなく、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源を利用してもよい。

ビットマップ画像データに対しては、画像処理部１４１１で、色補正、色変換、ディザ処理、エッジ処理（スムージング）などの必要な画像処理が施され、生成されたビデオデータは、ＦＩＦＯなどで実現できるラインメモリ１４１２を通してプリンタエンジン１４０４に出力される。

印刷情報ヘッダは、レーザ制御回路１４１３にてデータ処理され、レーザ駆動反転信号など、レーザ制御のための信号として、ビデオ出力と平行にプリンタエンジン１４０４に転送される。ここで、レーザ駆動反転信号は露光装置駆動反転信号と呼んでもよい。

また、自動両面印刷の際に露光装置の設定を変更する工程を露光装置設定変更工程と呼ぶことにする。この露光装置設定変更工程は、裏面を印刷する際にドット成長方向を反転させる露光装置駆動反転信号を生成する工程を含む。

レーザ制御回路の例を図１７に示す。複数ページのＰＷＭを使った両面印刷で、ポートレート左閉じの冊子を作成する場合、片面印刷の場合と同様の印刷結果を得るためには、裏面の１８０°回転印刷の際にドットの成長方向を反転させればよい。このため、裏面印刷の信号と１８０°回転信号との間で論理積１６０１をとり、その結果をレーザ駆動反転信号とすればよい。

プリンタエンジン１４０４はビデオ出力のビデオデータに従って、例えば、１ドット４ビットの場合に、４ビットのデータ値に相当する時間だけレーザを駆動すればよいが、レーザ駆動反転信号が有効な場合には、４ビットの補数を取り、補数の値に相当する時間だけ待ってからレーザを駆動することにより、ドット成長方向を反転させることができる。

以上により、本発明によれば、両面印刷の表面と裏面でドット成長方向を反転させることによって、片面印刷の場合と同様の印刷結果を得ることができる。

従来のカラーレーザプリンタの模式図である。 従来の両面印刷ユニット付きカラーレーザプリンタの模式図である。 ポートレート１ページデータの印刷の向きを説明する図である。 ポートレート複数ページデータの印刷の向きを説明する図である。 両面印刷の裏面を上下反転させた状態を説明する図である。 従来のカラープリンタコントローラのブロック図である。 フレームメモリでのページ回転方法について説明する図である。 ＰＷＭについて説明する図である。 １ドット４ビットの場合のＰＷＭ割り当て例を示す図である。 １ドット４ビットの場合のＰＷＭ割り当てにおけるドット成長方向を示す図である。 スムージングの仕組みについて説明する図である。 線対称であるパターンにおいてＰＷＭを適用した図である。 図１１、図１２のスムージングの違いを説明する図である。 片面および両面の印刷結果に関するドット成長方向を示す図である。 本発明におけるカラープリンタコントローラのブロック図である。 本発明における圧縮印刷データの模式図である。 本発明におけるレーザ制御回路の概念図である。

符号の説明

１４０１…コンピュータ、１４０２…プリンタ、１４０３…プリンタコントローラ、１４０４…プリンタエンジン、１４０５…ビットマップ画像データ、１４０６…画像データ圧縮手段、１４０７…送信メモリ。

Claims (2)

1. 感光体上に静電画像を作る露光装置と、前記感光体上にトナーを供給するトナー供給装置と、前記感光体上の前記トナーを用紙に転写する転写装置と、前記用紙を加熱して画像を定着させる定着装置と、両面印刷ユニットと、を含む印刷機用の画像処理装置であって、裏面を印刷する際に前記露光装置にて１ドットのビット分の補数の値に相当する時間だけ待って前記露光装置を駆動するレーザ駆動反転信号を生成する露光装置制御回路を含み、画像データを展開したビデオデータ及び前記レーザ駆動反転信号を前記印刷機に送信することを特徴とする印刷機用の画像処理装置。
2. 露光装置を用いて感光体上に静電画像を作る工程と、前記感光体上にトナーを前記感光体上に吸着させる工程と、前記感光体上の前記トナーを用紙上に転写する工程と、前記トナーを転写した前記用紙を加熱して画像を定着させる工程とを含む印刷機の画像処理方法であって、裏面を印刷する際に前記露光装置にて１ドットのビット分の補数の値に相当する時間だけ待って前記露光装置を駆動するレーザ駆動反転信号を生成する露光装置設定変更工程を含み、画像データを展開したビデオデータ及び前記レーザ駆動反転信号を前記印刷機に送信することを特徴とする印刷機の画像処理方法。

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