JP4317121B2 - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像読み取り手段と変調信号により発光させる半導体レーザを備え、ラスタ書き込みを行う書き込み手段とを備えたレーザープリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置およびこの画像形成装置に使用される電源装置に関する。

原稿画像読み取り部と、ラスタ画像書込部をもつデジタル複写機は、ライン順次で原稿読み取りり及びそれに付随する画像処理、ラスタ書き込み及びそれに付随する画像処理が行われる。以前のデジタル複写機では、それぞれの動作がライン周期で同期していたが、近年、原稿読み取りとラスタ書き込みの要求速度や、実現できる速度が異なること、メモリが安価になったことなどから、原稿読み取りとラスタ書き込みの動作をそれぞれ独立に非同期で行うデジタル複写機が製品化されている。

ラスタ書き込み部の副走査方向の空間周波数βは、書き込む画像によって異なるが、副走査画素密度をＤとして、ｌｉｎｅｓ／ｍｍで表すと、例えば全面塗りつぶし画像は書き込み密度を６００ｄｐｉとしたとき（以下、同様）に、
β＝Ｄ （２３．６ ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）
であり、１ラインペア画像（１ライン黒、１ライン白の繰り返し）は、
β＝Ｄ／２ （１１．８ ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）
であり、２ラインペア画像（２ライン黒、２ライン白の繰り返し）は、
β＝Ｄ／４ （６．９ ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）となる。

原稿読み取りのライン走査周波数Ａは、スキャン線速と読み取り画素密度（解像度）の関係式で表され、
読み取りライン走査周波数Ａ＝副走査画素密度（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）×スキャン線速（ｍｍ／ｓ）
となる。

ラスタ画像書き込みの光源は半導体レーザ（以下、ＬＤとも称す）であり、ポリゴンミラーなどのレーザ光の偏向手段によりビーム走査されながら、画像データに応じてＬＤ光源をオンオフすることにより、画像書き込みを行う。ＬＤはＡＰＣ（自動光量制御）により光量が一定になるように制御される。ＡＰＣは、画像書き込みの画像を書き込まないタイミング、画像領域（有効走査期間）外にＬＤを連続点灯させ、ＬＤパッケージに内蔵された光量検出用フォトダイオード（以下、ＰＤとも称す）に流れる電流を一定にするように、ＬＤに流す電流をフィードバック制御し、その電流量をサンプルホールドし、画像領域ではＡＰＣ、時にホールドした電流量でＬＤを点灯する。

ＬＤ及びＬＤ駆動回路は、与えられる電源の電圧変動により、ＡＰＣ動作でホールドされたＬＤに流れる電流が変動し、発光量が変動する。しかし、ＡＰＣサンプル時に電圧変動が起きた場合は、ＰＤによりフィードバックされるので、光量は一定になる。低い電源電圧の時にＡＰＣ動作を行ったラインのＬＤ光量は、高い電源圧の時にはホールド電流が大きくなり、所定の光量より大きくなる。逆に高い電源電圧の時にＡＰＣ動作を行ったラインのＬＤ光量は低い電源圧の時にはホールド電流が小さくなり、所定の光量より小さくなる。ＡＰＣ動作時の電圧と同じ場合は所定の光量になるので、ＬＤ光量としては図２に示すように「低い」、「通常」、「高い」の３通りの値を持つことになる。ライン毎にＡＰＣ動作を行わない場合であっても、ＬＤ光量は２通りの値を持つ。

原稿読み取りおよび、それに付随する画像処理は、ライン周期ａ（ａ＝１／ライン走査周波数Ａ）で動作し、電源変動を引き起こす。原稿読み取りは、１ライン周期のうち、回路が動作する時間と待機する時間があり、ライン有効信号が有効な時間は消費電流が大きく、待機しているときは消費電流が小さい。これにより、電源電圧はライン周期ａの変動を起こす。この変動した電源が画像書き込み部に接続されていると、前述したような光量変動が起きる。

図１４は従来から実施されている電源供給の回路構成を示すブロック図であり、電源部１から原稿読み取り部及び画像処理部２とラスタ書き込み部３に電源が供給される。図１５は、電源の回路図であり、電源部１では電圧源よりＶｓの電圧の電源が供給されるが、回路やハーネスのインピーダンスＲによって電圧降下が起きる。原稿読み取り部及び画像処理部２とラスタ書き込み部３に流れ込む電流をＩとすると、電圧Ｖは、
Ｖ＝Ｖｓ−Ｒ＊Ｉ
となる。電流の変動がΔＩあった場合、電圧の変動ΔＶは、
ΔＶ＝Ｒ×ΔＩ
となる。

図１６は原稿読み取り部２に流れる電流がライン有効信号（ＬＧＡＴＥ＿Ｎ：Ｌｏｗが有効）に同期して変動する場合のタイムチャートを示しており、ＬＧＡＴＥ＿ＮがＬｏｗの時に消費電流ＩにΔＩの変動が発生し、それによりＶが変動する様子を示したものである。ラスタ書き込み部３での電流変動がないとすれば、ラスタ書き込み部３に供給される電源Ｖの変動はＬＧＡＴＥ＿Ｎに同期し、変動幅は前述のΔＶとなる。

この種の技術としては例えば特許文献１に開示された発明が公知であり、この文献１には、原稿読み取り部において電源が変動することが述べられている。この発明は、電源電圧の変動に対してＣＣＤイメージセンサの駆動開始時に転送クロックを画像読み取り時に必要な周波数に比べて低い周波数で動作させて電源電圧の変動に対応するようにしたものである。
特開２００２−２７１５７０号公報

特許文献１記載の発明では、電源電圧の変動に対してＣＣＤイメージセンサの駆動開始時に転送クロックの周波数を低くしており、転送クロックを通常の読み取りクロックに戻した後の電源変動には対応することができない。また、原稿読み取り部のライン周期ａと画像書き込み部のライン周期ｂが非同期の場合については特に考察はされていない。すなわち、原稿読み取り部のライン周期ａと画像書き込み部のライン周期ｂが同期していれば、光量変動が起きても、毎ライン同じタイミングで起きるので、画像に与える影響は大きくない。しかし、原稿読み取り部のライン周期ａと画像書き込み部のライン周期ｂが非同期の場合、条件によっては干渉縞（モアレ）が起きる。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされてもので、その目的は、原稿読み取り部のライン周期と画像書き込み部のライン周期が非同期の場合にも干渉縞を発生することがないようにすることにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、非同期で駆動される画像の読み取り手段と画像の書き込み手段に電源を供給する電源装置において、前記読み取り手段が電源を供給する電源供給ラインに当該読み取り手段で生じる電源変動から所定の周波数成分を除去する手段を備え、前記所定の周波数成分を除去する手段は、前記読み取り手段がライン走査周波数Ａ（Ｈｚ）で読み取り走査を行い、前記書き込み手段が副走査方向に空間周波数β（ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）の画像を線速Ｆ（ｍｍ／ｓ）で書き込み、読み取りの走査周波数が前記書き込み手段に与える影響を表す空間周波数αが、
α＝Ａ／Ｆ （ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）
で示され、濃度の周期的変動の空間周波数γを、
γ＝｜ｎ×β−α｜
ｎはα／βに近い自然数
とし、空間周波数γが、
０．３≦１／γ≦５（ｍｍ）
の範囲であるときに機能することを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記所定の周波数成分が前記ライン走査周波数Ａ（Ｈｚ）であることを特徴とする。

第３の手段は、第１または第２の手段において、前記所定の周波数成分を除去する手段が、電源から画像読み取り手段側に電源供給するための電源ラインに挿入されたフィルタであることを特徴とする。

第４の手段は、第３の手段において、前記フィルタがコンデンサからなることを特徴と
する。

第５の手段は、第３または第４の手段において、前記フィルタの前段にインダクタを設
けたことを特徴とする。

第６の手段は、第３ないし第５のいずれかの手段において、前記フィルタの後段にレギ
ュレータを設けたことを特徴とする。

第７の手段は、第１ないし第６の手段に係る電源装置を画像形成装置が備えていること
を特徴とする。

本発明によれば、知覚的に目立つ周期の濃度ムラが発生しないように、ラスタ書き込みに対する影響を抑制する手段を備えているので、原稿読み取り部のライン周期と画像書き込み部のライン周期が非同期の場合にも干渉縞を発生することがなく高画質で画像形成を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

特許文献１には、前述のように原稿読み取り部において電源が変動することが述べられている。ライン走査周波数Ａの原稿読み取りによる電源電圧の変動は、線速Ｆ（ｍｍ／ｓ）のラスタ書き込みに対してＡ／Ｆの空間周波数で影響を与える。一方、書き込み画像はディザや網点で作られるため、周期的である。書き込み画像の副走査方向の空間周波数は、画像処理によって異なるが、前述したようにβで表される。書き込み画像の空間周波数βと、電源変動Ａ／Ｆが
γ＝｜ｎ×β−Ａ／Ｆ｜
ただし、ｎはＡ／（Ｆ×β）に近い自然数
の関係にあるとき、空間周波数γの「うなり（ビート）」が生じ、バンディングといわれる画像濃度に周期的な変動を発生する。

周波数が近い２つの音源の周波数の差により「うなり」が発生することや、空間周波数の近い画像同士のモアレや干渉縞が発生することは知られているが、これと同じことが画像の書き込みにおいても発生する。

濃度の周期的変動の空間周波数γが０．３≦１／γ≦５（ｍｍ）の場合、知覚的に目立ちやすい空間周波数であることも知られており、その周波数帯からずれていれば、知覚的に目立たなく、問題になりにくい。

図１は、原稿読み取り部とラスタ書き込み部の周波数が５対４の場合の書き込み動作と光量との関係を示すタイミングチャートである。例えばラスタ書き込みを６００ｄｐｉ全ベタする場合、ライン空間周波数が２３．６（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ） 、原稿読み取り部のライン周波数がその５／４倍の２９．５（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）とする。図２にＡＰＣ時の電圧と画像書き込み時の電圧の組み合わせによる光量の表を示したが、図１のような関係がある場合、書き込み４ラインの周期（Ｌｉｎｅ＃１〜＃４）で図３に示すように光量が低いライン１０１、通常のライン１０２か高いライン１０３が繰り返されることが分かる。

図４はライン毎ＡＰＣの影響を受けないようにした場合を示しており、濃度の低いライン１０１は引かれず、バンディングのレベルは軽減することができる。しかし、うなりは取り去ることはできず、同様に４ラインに周期で発生していることが分かる。うなりは、空間周波数に直すと、２３．６（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）と２９．５（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の差分の５．９（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）で発生している。この場合、「うなり」の周期は１／５．９≒０．１７ｍｍであるので、知覚的に敏感でなく問題にならない。

しかし、書き込みライン空間周波数が２３．６（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）、原稿読み取り部のライン空間周波数がその９／８倍の２６．５５ （ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の場合には、その差分２．９５（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）がうなりになり、このうなりは図５に示すように周期０．３４ｍｍとなるので知覚的に目立ち、バンディングも目立つことになる。

図３ないし図９は、説明の都合上、主走査、副走査の長さがデフォルメされており、実際には、副走査方向に圧縮された画像になるので、うなりはほぼ水平に見える。

この例では、５対４、９対８と整数比の場合を説明したが、整数比でなくても周波数が近ければ、うなりが生じることは明らかである。

例えば、書き込みライン空間周波数が２３．６（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ） 、原稿読み取り部のライン空間周波数が２４．６（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の場合は、その差分１．０（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の周波数のうなりになる。周期に直すと図６に示すように１．０ｍｍとなる。

原稿読み取り部のライン走査周波数をＡ、ラスタ書き込みの副走査方向に空間周波数をβとし、ラスタ書き込みの線速をＦとすると、原稿読み取り部がラスタ書き込みに与える影響βは空間周波数に直すと、
β＝Ａ／Ｆ
となり、うなりの空間周波数γは、
γ＝｜β−α｜
となる。

さらに、原稿読み取り部のライン走査周波数が３倍の場合は、図７に示すように、３倍の周波数のうなりとなる。この場合は、書き込みライン空間周波数が２３．６（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）、原稿読み取り部のライン空間周波数が２４．６×３で７３．８（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）であり、うなりの周波数は書き込みライン周波数の３倍の７０．８（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）と、原稿読み取り部のライン空間周波数の差で３．０（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の周波数のうなりになる。図７では１ｍｍに３回のうなり、周期に直すと０．３３ｍｍとなり、うなりの空間周波数γは、式で表すと、
γ＝｜ｎ×β−α｜
ｎはα／βに近い自然数
となる。

原稿読み取り部のライン周期が前記の例の半分、すなわち原稿読み取り部のライン空間周波数が２４．６×１．５で３６．９（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の場合は、図８に示すように、前記の例と同じ周期のうなりが発生するが、前記の例ほどの濃度差は発生しないので、バンディングは目立ちにくくなる。

しかし、書き込まれる画像が６００ｄｐｉのラインペア画像（１ライン黒、１ライン白の繰り返し）の場合は、図９に示すように濃度差が目立つ。さらに、うなりの周期は図８の２倍になるので、知覚的に目立ちやすくなる場合がある。この例の場合、０．３３ｍｍより０．６７ｍｍの方が目立ちやすい。

６００ｄｐｉのラインペア画像の空間周波数βは１１．８（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）であり、うなりの周波数は、
γ＝｜ｎ×β−α｜
にｎ＝３、α＝３６．９、β＝１１．８を代入すると、
γ＝｜ｎ×β−α｜＝ １．５ （ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）
となる。

書き込まれる画像の空間周波数は、書き込みライン周波数の整数分の１倍である。前述の例では、１倍、１／２倍について挙げたが、ディザや網点により、周波数は変化する。どんな倍数の画像を書き込んでも目立つバンディングが出ないことが望ましいので、１／１０倍程度までの周波数に対応することが望ましい。

そこで、本実施形態では、図１０に示すように図１５に示した従来の回路の電源部１から原稿読み取り部及び画像処理部２への電源ラインにフィルタ４を設け、原稿読み取り系で生じる電流変動による電源電圧変動をフィルタ４によって除去するようにした。具体的には図１１に示すように電源ラインにコンデンサ５を入れることにより、原稿読み取り系で生じる電流変動をコンデンサ５に充放電させて上流側の電流変動を抑え、電源電圧変動を抑えるようにした。

原稿読み取り系で消費する電流の変動ΔＩは、コンデンサ５から供給される電流ΔＩ１と電源部１から供給される電流ΔＩ２の和となることから、コンデンサ５から供給できる電流が大きければ、電源側の電流変動ΔＩ２が抑えられ、電源電圧の変動ΔＶは小さく抑えられる。

図１２は、図１１の例に対してインダクタＬ６を挿入することにより、さらに電源部１から供給される電流の変動を抑えるようにした例である。

図１３は、原稿読み取り系が、電源から供給される電圧より低い電圧の電源を要求する場合で、この場合はレギュレータ７を使用する。レギュレータ７の入力電圧の変動は、下流側には伝わり難いので、フィルタ４を挿入するにはレギュレータ７の上流側に挿入する方が好ましい。

原稿読み取り部とラスタ書き込み部の周波数が５対４のケースを説明するタイミングチャートである。 ＡＰＣ時の電圧と画像書き込み時の電圧の組み合わせによる光量の表形式で示す図である。 書き込み４ラインの周期で光量が低いラインと通常か高いラインが繰り返される状態を示す図である。 書き込み４ラインの周期で光量が低いラインと通常か高いラインが繰り返される際、ライン毎ＡＰＣの影響を受けないようにした場合を示す図である。 書き込み４ラインの周期で光量が低いラインと通常か高いラインが繰り返される際、周期０．３４ｍｍのうなりが生じる場合を示す図である。 書き込み４ラインの周期で光量が低いラインと通常か高いラインが繰り返される際、周期１．０ｍｍのうなりが生じる場合を示す図である。 原稿読み取り部のライン空間周波数が２４．６×３で７３．８（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の場合の周期０．３３ｍｍのうなりが生じるときの状態を示す図である。 原稿読み取り部のライン空間周波数が２４．６×１．５で３６．９（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の場合の周期０．３３ｍｍのうなりが生じるときの状態を示す図である。 図８において書き込まれる画像が６００ｄｐｉのラインペア画像の場合で、周期０．６７ｍｍのうなりが生じるときの状態を示す図である。 従来の回路の電源部から原稿読み取り部及び画像処理部への電源ラインにフィルタを設け、原稿読み取り系で生じる電流変動による電源電圧変動を除去するようにした構成を示すブロック図である。 コンデンサを使用した図１０の具体的な回路構成を示す図である。 図１１の例に対してインダクタＬを挿入した構成を示す図である。 図１２の回路にレギュレータを挿入した構成を示す図である。 従来例に係る電源回路を示す図である。 従来における電源電圧変動を示す図である。 図１５の電源電圧変動の発生原因を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電源部
２ 原稿読み取り部及び画像処理部
３ ラスタ書き込み部
４ フィルタ部
５ コンデンサ
６ インダクタ
７ レギュレータ

Claims (7)

1. 非同期で駆動される画像の読み取り手段と画像の書き込み手段に電源を供給する電源装置において、
   前記読み取り手段が電源を供給する電源供給ラインに当該読み取り手段で生じる電源変動から所定の周波数成分を除去する手段を備え、
   前記所定の周波数成分を除去する手段は、
   前記読み取り手段がライン走査周波数Ａ（Ｈｚ）で読み取り走査を行い、
   前記書き込み手段が副走査方向に空間周波数β（ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）の画像を線速Ｆ（
   ｍｍ／ｓ）で書き込み、
   読み取りの走査周波数が前記書き込み手段に与える影響を表す空間周波数αが、
   α＝Ａ／Ｆ （ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）
   で示され、濃度の周期的変動の空間周波数γを、
   γ＝｜ｎ×β−α｜
   ｎはα／βに近い自然数
   とし、空間周波数γが、
   ０．３≦１／γ≦５（ｍｍ）
   の範囲であるときに機能することを特徴とする電源装置。
2. 前記所定の周波数成分は前記ライン走査周波数Ａ（Ｈｚ）であることを特徴とする請求
   項１の電源装置。
3. 前記所定の周波数成分を除去する手段は、電源から前記読み取り手段側に電源供給する
   ための電源ラインに挿入されたフィルタであることを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
4. 前記フィルタがコンデンサからなることを特徴とする請求項３記載の電源装置。
5. 前記フィルタの前段にインダクタを設けたことを特徴とする請求項３または４記載の電
   源装置。
6. 前記フィルタの後段にレギュレータを設けたことを特徴とする請求項３ないし５のいず
   れか１項に記載の電源装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電源装置を備えていることを特徴とする画像
   形成装置。

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