JP6723780B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
図1(a)は、複数色のトナーを用いて画像形成を行うデジタルフルカラープリンタ(カラー画像形成装置)の概略断面図である。図1(a)を用いて実施例の画像形成装置100について説明する。画像形成装置100には色別に画像を形成する4つの画像形成部(画像形成手段)101Y、101M、101C、101Bk(破線部)が備えられている。画像形成部101Y、101M、101C、101Bkはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを用いて画像形成を行う。Y、M、C、Bkは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを表しており、以下、特定の色について説明する場合を除き、添え字Y、M、C、Bkを省略する。
図1(b)に、感光ドラム102、光走査装置104、及び、光走査装置104の制御部の構成を示す。光走査装置104は、マルチビームレーザ光源(以下、レーザ光源)201と、コリメータレンズ202と、シリンドリカルレンズ203と、回転多面鏡204とを備える。レーザ光源201は、複数の発光素子によりレーザ光(光ビーム)を発生するマルチビームレーザ光源である。コリメータレンズ202は、レーザ光を平行光に整形する。シリンドリカルレンズ203は、コリメータレンズ202を通過したレーザ光を副走査方向へ集光する。尚、本実施例ではレーザ光源201は複数のビームを配列したマルチビーム光源を例にして記載するが、単一の光源を用いた場合も同様に動作させるものとする。レーザ光源201は、マルチビームレーザ駆動回路(以下、単にレーザ駆動回路)304によって駆動される。回転多面鏡204は、回転動作するモータ部とモータ軸に取り付けられた反射ミラーからなる。以下、回転多面鏡204の反射ミラーの面を、ミラー面という。回転多面鏡204は、回転多面鏡駆動部305によって駆動される。光走査装置104は、回転多面鏡204によって偏向されたレーザ光(走査光)が入射するfθレンズ205、206を備える。また、光走査装置104は、種々の情報が格納されたメモリ302を有する。
図3(a)に、メモリ302に格納された回転多面鏡204のミラー面毎の位置情報の例を示す。図3(a)において、左側の列は回転多面鏡204のミラー面の番号(図中、面番号)を示し、中央の列は回転多面鏡204のミラー面毎の面倒れ情報(ミラー面倒れ量)を示し、右側の列は回転多面鏡204のミラー面毎の偏心情報(ミラー面偏心量)を示す。そして、メモリ302には、回転多面鏡204のミラー面1〜5に対応して、面倒れに対する情報X1〜X5と、偏心に対する情報Y1〜Y5を格納されているものとする。
前述した光走査装置104の面倒れ、面偏心の位置ずれ量は、工場における調整工程で測定される。図4(a)に、工場での測定に用いられる位置ずれ検出装置の例を示す。光走査装置104の調整工程において、光走査装置104が画像形成装置100に搭載されたときの感光ドラム102の位置に相当する位置に、位置ずれ検出装置を配置する。位置ずれ検出装置は、図4(a)に示す測定部と、不図示の演算部を備えており、演算部には、測定部での測定結果が入力されると共に、図2のCPU303の面特定部507から面同期信号が入力されるように構成されている。
本実施例では、CPU303は、レーザ光による走査ラインの副走査方向の位置ずれ量に基づいて、画像データに対して補正を行い、補正した画像データをレーザ駆動回路304に出力する。以下、図5のフローチャートについて説明する。図5は、副走査方向の位置ずれに起因して発生する濃度むらやバンディングを補正するための補正処理を説明するフローチャートである。ステップ(以下、Sとする)3602でCPU303は、メモリ302に格納された、回転多面鏡204のミラー面に対応した副走査方向の位置ずれ量を読み出す。具体的には、CPU303は、図3(a)で説明した面倒れによる位置ずれ情報X1〜X5と、面偏心による位置ずれ情報Y1〜Y5のうち、ミラー面に対応した位置ずれ情報をメモリ302から読み出す。CPU303は、読み出した位置ずれ量と光走査装置104内の温度情報に基づいて、副走査方向の位置ずれ量を修正する。そして、位置ずれ量に基づいて、入力された画像データの副走査方向の画素位置に対して補正を行った後、フィルタ処理を行うことによって画素データ、即ち濃度を出力する。
走査ラインの位置ずれの状態は略4つに分類できる。まず、位置ずれの状態には、(a)感光ドラム102上の走査ラインの位置(以下、走査位置)が理想の走査位置に対して進み方向にシフトする場合、(b)感光ドラム102上の走査位置が理想の走査位置に対して戻り方向にシフトする場合がある。また、位置ずれの状態には、(c)感光ドラム102上の走査位置の間隔が理想の走査位置の間隔に対して密になる場合、逆に、(d)感光ドラム102上の走査位置の間隔が理想の走査位置の間隔に対して疎になる場合がある。これらの副走査方向の位置ずれの状態の具体例を図6に示す。図中、破線は走査位置を示し、図中(1)〜(5)は走査の順番を示す。本実施例では8ビームを同時に走査するが、副走査方向に順に並ぶ1ビームずつに順番を振ったものとして説明する。図6の左側の列が理想の走査位置、右側の列が感光ドラム102上の走査位置を示す。走査番号(1)〜(5)に対して、S1〜S5は理想の走査位置からの位置ずれ量を示す。位置ずれ量の単位は、理想のビーム間隔(1200dpiで21.16μm)を1としたときを基準に表し、副走査方向における光ビームの進み方向(以下、単に進み方向という)を正の値としている。また、副走査方向における光ビームの戻り方向(以下、単に戻り方向という)を負の値としている。更に、画像の様子を説明するために副走査方向に並ぶ1画素を走査線上に丸で示す。丸の色は濃度を表す。
本実施例の座標変換の方法を、図7〜図9を用いて説明する。図7〜図9のグラフは、横軸を画素番号n(n番目の画素を示す番号)、縦軸を副走査方向の画素位置(走査位置でもある)y(座標変換後はy’)としており、単位はラインとしている。また、図7、図9は、それぞれ図6(a)〜図6(d)に対応している。図7、図9の左側のグラフは座標変換を行う前を、右側のグラフはy軸の座標変換を行った後を、それぞれ示している。グラフにプロットした四角のドットは感光ドラム102上の走査位置、丸のドットは理想の走査位置を表す。
図7(a)左のグラフから順に説明する。座標変換を行う前のグラフでは、丸でプロットした理想の走査位置は、例えば画素番号2に対して副走査方向の画素位置yが2となっており、画素番号nとy座標が等しく、傾き1の直線(一点鎖線で示す)である。一点鎖線の直線は、以下の式(1)で表される。
y=n・・・式(1)
y=n+S・・・式(2)
y’=y+C・・・式(3)
したがって、補正量Cはシフト量Sと以下の式(4)で表される。
C=−S・・・式(4)
y’=y+C=n+(−S)=n−S・・・式(5)
y’=y+C=(n+S)+C=(n+S)+(−S)=n・・・式(6)
図7(b)について、シフト量をS=−0.2とすれば、式(1)から式(6)が同様に成立して、図7(a)と同様に説明できる。尚、図7(a)、図7(b)に示すように、走査ライン間に疎密が発生しておらず進み方向又は戻り方向にシフトしている走査ラインの場合には、変換前後で直線が一定の傾きとなっている。
ここで、走査位置の疎密が発生する図9、及びシフトと疎密、図7、図9の組み合わせのケースにも適用できる座標変換について説明する。図8(a)は画素番号と走査位置の関係を示し、横軸は画素番号n、縦軸yは副走査方向の走査位置で、四角ドットは感光ドラム102上の走査位置をプロットしたものである。図8(a)では、画素番号n≦2の範囲では感光ドラム102上の走査ラインが密、画素番号n≧2の範囲では感光ドラム102上の走査ラインが疎の場合について説明する。
y=ft(n)・・・式(7)
次に、副走査方向の走査位置であるy軸の座標変換を行った後の関数をft’(n)で表すと、座標変換後の走査位置を表す関数ft’(n)は、次の式(8)で表される。
y’=ft’(n)・・・式(8)
ft’(n)=n・・・式(9)
式(9)は、例えば、画素番号2に対して、座標変換後の副走査方向の画素位置y’(=ft’(2))が2となることを意味する。
y=fs(n)・・・式(10)
また、本実施例において、入力された画像データの副走査方向の画素の間隔は均等なので、関数fs(n)は以下の式(11)で表される。
fs(n)=n・・・式(11)
入力された画像データの注目する画素番号nsに座標変換を行った後のy’座標の走査位置を、次の3つのステップにより求める。まず、1つめのステップでは、入力された画像データの画素番号nsに対応する理想の走査位置のy座標をysとすると、ysは、以下の式(12)により求めることができる。
ys=fs(ns)・・・式(12)
感光ドラム102上(実線)で座標変換を行う前の走査位置が等しい画素番号ntを求める(図8(c)の(1))。ここで、感光ドラム102上の走査位置は関数y=ft(n)で表され、ys=ft(nt)という関係が成り立つ。関数ft(n)の逆関数をft−1(y)とすると、画素番号ntは、以下の式(13)で表される。
nt=ft−1(ys)・・・式(13)
yt=ft’(nt)・・・式(14)
画素番号nsは任意に選んでも成立するので、画素番号nsから座標変換後のy’座標の位置ytを求める式が、入力された画像データの画素番号nから演算上のy’座標を求める関数fs’(n)に相当する。したがって、式(12)〜式(14)から、以下のように式(15)で表される一般式が導かれる。尚、座標変換後の破線で示す理想の走査位置を示す関数は、y’=fs’(n)で表される(図8(d)の(3))。
yt=fs’(ns)=ft’(nt)=ft’(ft−1(ys))
=ft’(ft−1(fs(ns)))
nsをnに一般化して、
fs’(n)=ft’(ft−1(fs(n)))・・・式(15)
fs’(n)=ft−1(n)・・・式(16)
fs(n)=y=k×(n−n0)+y0・・・式(17)
入力された画像データのy軸の座標変換後の画素位置を求めるために、式(15)、式(16)から、逆関数((1/k)×(y−y0)+n0)を求めて、逆関数に画素番号nを代入すればよいので、以下の式(18)が導かれる。
y’=(1/k)×(n−y0)+n0・・・式(18)
図9(a)に示す走査ラインの間隔が密な状態、図9(b)に示す走査ラインの間隔が疎な場合、いずれも座標変換後の感光ドラム102上の走査ラインの位置は、式(18)で表すことができる。また、画素番号nの補正値Cnは、Cn=fs’(n)−fs(n)から求められる。
fs’(n)=(1/0.8)×(n−3)+3・・・式(19)
となる。例えば、画素番号3では、fs’(3)=3.00となり、補正値C3は0.00(=3.00−3.00)となる。また、画素番号5では、fs’(5)=5.50となり、補正値C5は+0.50(=+5.50−5.00)となる。走査位置が密である場合の補正値C1〜C5の値を図11(c)に示す。
fs’(n)=(1/1.2)×(n−3)+3・・・式(20)
となる。例えば、画素番号3では、fs’(3)=3.000となり、補正値C3は0.000(=3.000−3.000)となる。また、画素番号5では、fs’(5)=4.667となり、補正値C5は−0.333(=4.667−5.000)となる。走査位置が疎である場合の補正値C1〜C5の値を図11(d)に示す。
本実施例では、補正データを生成するためにフィルタ処理を実行する。ただし、本実施例では、フィルタ処理部501は、次のようなフィルタ関数による畳み込み演算でフィルタ処理を行う。即ち、フィルタ処理部501は、入力された画像データの画素の副走査方向の走査位置の補正による画素の副走査方向の位置と、座標変換によって走査ラインの間隔が均等に変換された画素の副走査方向の位置との位置関係に基づいて、フィルタ処理を行う。尚、フィルタ処理前の画素を入力画素、フィルタ処理後の画素を出力画素ともいう。また、フィルタ処理前の画素は、上述した座標変換が行われた画素である。
図10(b)、図10(c)の式は以下の2つの式で表される。
本実施例では、a=−1、図10(b)はw=1、図10(c)はw=1.5としているが、各画像形成装置の電子写真的な特性に応じて、a、wを調整してもよい。フィルタ係数設定部504は、フィルタ関数出力部505から得たフィルタ関数の情報と、補正値設定部506から出力された補正値Cの情報と、に基づいて、フィルタ処理に用いられる係数(後述するk)をフィルタ処理部501に出力する。
本実施例の座標変換を行った後の座標位置に基づいて、式(21)の線形補間によるフィルタ関数で畳み込み演算を用いたフィルタ処理を行う具体例を、図11を用いて説明する。尚、畳み込み演算を用いたフィルタ処理は、フィルタ処理部501により実行される。図11は、図6に対応している。図11の左側の列は、上述した座標変換後の入力画素を示している。また、図11の右側の列は、上述した座標変換後の感光ドラム102上の走査位置を示している。即ち、図11の右側の列の走査位置が、均等な間隔で、且つ、距離1となるように座標変換されている。
図5の説明に戻る。図5のS3604でCPU303は、S3603で生成した補正用属性情報に基づき、フィルタ処理部501によりフィルタ処理を行う。詳細には、CPU303は、上述した入力画像への畳み込み演算と再サンプリングを行う。ここで、CPU303が実行するS3604の処理を示した図12のフローチャートを用いて詳細に説明する。
ft−1(ymin)=yn−L、ft−1(ymax)=yn+L・・・式(24)
式(24)を変形することにより、ymin、ymaxは、以下の式(25)から求められる。
ymin=ft(yn−L)、ymax=ft(yn+L)・・・式(25)
したがって、注目する出力画像のラインynに対して抽出される入力画像のラインは、ymin〜ymaxの範囲の全ての整数のラインとなる。
dnm=yn−ft−1(ym)・・・式(26)
したがって、S3704でCPU303は、フィルタ係数設定部504により、畳み込み関数g(y)として係数knmを、以下の式(27)で求める。
knm=g(dnm)・・・式(27)
ここで、式(28)は、図11に対応しており、図11の左側の丸の濃さ(濃度)は、入力画素データPinmに対応し、図11(a)のD1やD2は、knm×Pinmに対応し、図11の右側の丸の濃さ(濃度)は、Poutnに対応している。
図13は、前述した図5の副走査方向の位置情報を算出するS3602の処理の詳細な制御シーケンスを示すフローチャートである。図13の処理は、図5のS3602の処理が開始されると起動され、CPU303により実行される。S101では、CPU303は、fθレンズ206の近傍に設けられたサーミスタ309、レーザ光源201の近傍に設けられたサーミスタ308より温度情報を読み出し、レーザ素子近傍の温度T1、及びレンズ近傍の温度T2を取得する。S102では、CPU303は、S101で取得したレーザ素子近傍の温度T1、及びレンズ近傍の温度T2と、工場での位置ずれ量の測定を行った際の温度T0からの温度上昇分である温度変化量ΔT1、ΔT2を以下の式(29)、(30)により算出する。本実施例では、工場での位置ずれ測定環境では、常に温度T0で一定となるように管理されているものとする。また、所定の温度である温度T0についての情報は、予めメモリ302に格納されているものとし、S102の処理において、CPU303により読み出されるものとする。
温度変化量ΔT1=温度T1−温度T0・・・式(29)
温度変化量ΔT2=温度T2−温度T0・・・式(30)
ミラー1面目の位置情報=((K3(ΔT1)+K4(ΔT2))×X1)+Y1・・・式(31)
ミラー2面目の位置情報=((K3(ΔT1)+K4(ΔT2))×X2)+Y2・・・式(32)
ミラー3面目の位置情報=((K3(ΔT1)+K4(ΔT2))×X3)+Y3・・・式(33)
ミラー4面目の位置情報=((K3(ΔT1)+K4(ΔT2))×X4)+Y4・・・式(34)
ミラー5面目の位置情報=((K3(ΔT1)+K4(ΔT2))×X5)+Y5・・・式(35)
以上説明したように、本実施例によれば、機内昇温による回転多面鏡面毎の位置ずれを補正し、濃度むらのない高品位な画質を実現することができる。
201 マルチビームレーザ光源
204 回転多面鏡
303 CPU
308、309 サーミスタ
Claims (17)
- 光ビームを出射する光源と、
回転駆動され、前記光源から出射された光ビームに走査されることによって静電潜像が形成される感光体と、
回転軸を中心に回転し、前記光源から出射された光ビームが前記感光体上を走査するように前記光ビームを偏向する複数のミラー面を有する回転多面鏡と、
前記光源と前記感光体との間の光ビームの光路上に配置され、光ビームを前記感光体上に導くレンズと、
温度を検知する検知手段と、
前記複数のミラー面それぞれによって偏向された光ビームによって走査されることによって前記感光体に形成される各画素の前記感光体の回転方向における重心位置を補正するために画像データにフィルタ処理を加える補正手段と、
を備え、
前記補正手段は、前記回転多面鏡の複数のミラー面ごとにフィルタ係数を設定することによって前記画像データを補正し、前記検知手段が検知した温度に応じて前記複数のミラー面ごとのフィルタ係数を補正することを特徴とする画像形成装置。 - 前記フィルタ係数は、前記ミラー面の傾きによって偏向された光ビームの前記感光体の回転方向における第1のずれ量と、前記回転多面鏡の前記回転軸の偏心により前記ミラー面により偏向された光ビームの前記感光体の回転方向における第2のずれ量と、に基づいて決定されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 情報を記憶する第1の記憶手段を有し、
前記第1の記憶手段は、前記第1のずれ量についての情報及び前記第2のずれ量についての情報を、前記ミラー面に対応して記憶していることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記第1のずれ量は、前記検知手段により検知された温度の上昇により増加し、
前記第2のずれ量は、前記検知手段により検知された温度の上昇により変動しないことを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。 - 情報を記憶する第2の記憶手段を有し、
前記第2の記憶手段は、温度上昇による前記光源の前記第1のずれ量に対する第1の増加率と、温度上昇による前記レンズの前記第1のずれ量に対する第2の増加率と、を記憶していることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。 - 前記第1の増加率及び前記第2の増加率は、前記検知手段により検知された温度が、所定の温度から上昇した変化量に応じて記憶されていることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記所定の温度は、前記第1のずれ量を測定したときの温度であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 前記補正手段は、前記検知手段により検知された温度の前記所定の温度から上昇した変化量に応じた前記第1の増加率及び前記第2の増加率に基づいて補正された前記第1のずれ量と、前記第2のずれ量と、に基づいて前記フィルタ係数を補正することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記検知手段は、第1の検知手段と、第2の検知手段と、を有し、
前記第1の検知手段は、前記光源の近傍に配置され、
前記第2の検知手段は、前記レンズの近傍に配置されていることを特徴とする請求項6乃至8いずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記補正手段は、前記第1の検知手段により検知された温度の前記所定の温度から上昇した変化量に応じた前記第1の増加率と、前記第2の検知手段により検知された温度の前記所定の温度から上昇した変化量に応じた前記第2の増加率と、に基づいて、前記第1のずれ量を補正することを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
- 前記補正手段は、前記補正されたフィルタ係数に基づいて、前記感光体上の走査線の間隔が所定の間隔となるような座標変換を行うことにより、入力画像の画素の位置を変換し、前記座標変換後の入力画像の画素の位置に基づいて、前記入力画像に含まれる各画素の画像データであるところの画素値に畳み込み演算を行い、出力画像の画素の画素値を求めるフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項8又は請求項10に記載の画像形成装置。
- 前記補正手段は、
前記入力画像の前記感光体の回転方向におけるn番目の画素の位置を示す関数をfs(n)とし、
前記出力画像の前記感光体の回転方向におけるn番目の画素の位置を示す関数をft(n)とし、
前記座標変換後の前記入力画像の前記感光体の回転方向におけるn番目の画素の位置を示す関数をfs’(n)とし、
前記座標変換後の前記出力画像の前記感光体の回転方向におけるn番目の画素の位置を示す関数をft’(n)としたとき、
前記座標変換後の前記入力画像の画素の位置を、関数ft(n)の逆関数ft−1(n)を用いて、
fs’(n)=ft’(ft−1(fs(n)))
から求めることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。 - 関数fs(n)がfs(n)=nを満たし、且つ、関数ft’(n)がft’(n)=nを満たすとき、
前記補正手段は、前記座標変換後の前記入力画像の画素の位置を、
fs’(n)=ft−1(n)
から求めることを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。 - 前記補正手段は、線形補間又はバイキュービック補間を用いて前記畳み込み演算を行うことを特徴とする請求項11から請求項13のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記画素値は濃度値であり、前記畳み込み演算を行う前と行った後とで、所定面積あたりの濃度値が保存されることを特徴とする請求項11から請求項14のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記補正手段は、前記畳み込み演算に用いる畳み込み関数の0でない範囲の前記感光体の回転方向における幅を2Lとしたとき、前記出力画像の所定の画素の位置ynを中心とした前記2Lの幅の範囲に対応する前記入力画像の画素の範囲yminからymaxについて、
ymin=ft(yn−L)、
ymax=ft(yn+L)
と定義することを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。 - 前記所定の間隔は、前記画像形成装置による画像形成の解像度に応じて決定されることを特徴とする請求項11から請求項16のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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