JP2007182077A - プリンタ及びその画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリンタにおいて、駆動パルス幅データを駆動パルス信号に変調するパルス幅変調回路の構成を簡単にしてコストダウンを図る。
【解決手段】このハーフトーン処理部では、前記複数の画素に対応して複数の閾値を有する閾値マトリクス（４２）と、閾値マトリクスから出力される複数の閾値と画像データとをそれぞれ比較（４６）し、その比較結果に応じて駆動パルス幅データを生成する変換回路（４７）とを有する。そして、複数の閾値または画像データにはランダムなノイズが重畳されて比較され、それによりトーンジャンプの発生を抑える。更に、ハーフトーン処理部は、処理中の画素に隣接する画素の駆動パルス幅データに応じて、当該処理中の画素の駆動パルス位置を決定するパルス位置決定手段と、当該決定された駆動パルス位置に駆動パルス幅データにしたがう駆動パルス信号を生成するパルス幅変調器とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、多値ディザ法により形成される網点によってハーフトーン表現を可能にしたプリンタとそのハーフトン処理を行う画像処理装置に関する。

多値ディザ法により網点を形成し、網点の面積によりハーフトーン表現を可能にする電子写真装置などのプリンタが提案されている。多値ディザ法による網点形成の方法では、複数の隣接する画素によりセルを形成し、各画素の画像データの階調値にしたがって各画素内に形成されるドットの面積を決定する。画像データの階調値が大きくなるにしたがい、セルを構成する複数の画素のうち中心の画素を先行して成長させ、その後周囲の画素を順次成長させることで、網点の面積を順次大きくして、ハーフトーン表現を可能にする。各画素内に形成されるドットを多階調化することで、単位面積当たりのドット数が少なくても階調数を多くすることができ、網点サイズを小さくしてスクリーン線数を増やし、画像の平面解像度を上げることができる。

近年において普及してきたレーザビームを利用したカラープリンタでは、画素内のドット面積は、現像ドラムに照射されるレーザビームの駆動パルス幅に対応し、コントローラ内部のハーフトーン処理部により、各画素の画像データが画像再生情報として駆動パルス幅データに変換される。そして、この駆動パルス幅データは、パルス幅変調器により駆動パルス信号に変換され、印刷エンジンに出力される。

図１は、従来のプリンタシステムの全体構成図である。ホストコンピュータ１０のアプリケーションプログラム１２により文字データ、図形データ、ビットマップデータなどが生成され、それをもとにプリンタドライバ１４より画素毎の階調を示す画像データＳ１４が生成され、それが印刷ジョブに含められてプリンタ２０に出力される。

プリンタ２０は、コントローラ２２と印刷エンジン３０とを有する。コントローラ２２は、印刷ジョブを解釈してその画像データＳ１４と印刷命令を抽出し、画像データＳ１４を画像メモリ２３に格納し、印刷エンジン３０に同期して、画像データを色変換し、更にハーフトーン処理を行って、印刷エンジンのレーザダイオード３２の駆動パルス信号Ｓ２９を出力する。従って、コントローラ２２は、色変換部２４と、色変換のための色変換テーブル２５と、ハーフトーン処理部２６とそのハーフトーン処理にあたり参照するハーフトーンテーブル２８とを有する。

色変換部２４では、ＲＧＢの画像データがＣＭＹＫの画像データＳ２４に変換され、ハーフトーン処理部２６では、各画素の８ビットのＣＭＹＫの画像データが、ハーフトーン表現可能な網点を構成する画素内の仮想ドットを形成するためのレーザダイオード駆動パルス幅データＳ２６に変換され、更に、パルス幅変調素子２９にて、その駆動パルス幅データＳ２６をもとに、駆動パルス信号Ｓ２９が生成される。ハーフトーン処理部２６は、８ビットの画像データＳ２４を８ビットの駆動パルス幅データＳ２６に変換するので、このハーフトーン処理により各画素の階調数（２５６階調）は変更しない。

更に、印刷エンジン３０では、レーザダイオード３２が駆動パルス信号にしたがってレーザビームを発生し、そのレーザビームは感光ドラム２４上を走査する。各画素内のレーザビームが照射された仮想ドットに、トナーが付着することで、各画素内にドットが形成され、そのドットが印刷用紙など印刷媒体に転写される。現像されたドットが網点を形成し、その網点の面積によりハーフトーンが表現される。

なお、本明細書において、「画素」は、階調値などの画像データがそれぞれ割り当てられる領域であり、ハーフトーン処理された画像データも画素に対応して生成される。印刷エンジンの感光ドラム上においては、この画素内にレーザビームが照射される。このレーザビームが照射される領域を「仮想ドット」とする。従って、仮想ドットは、レーザビームの駆動パルス信号により画定される領域である。更に、感光ドラム上ではレーザビームが照射された仮想ドットにトナーが付着し、トナーからなる「ドット」が形成される。つまり、ドットは画素内に付着したトナーにより形成される領域である。そして、このドットが印刷媒体に転写され、複数の画素に形成されるドットにより「網点」が形成されて、ハーフトーンの階調が表現される。従って、網点が形成される複数の画素の単位を、「網点セル」と称する。

カラープリンタの場合は、コントローラ２２からＣＭＹＫの４色の画像データに対する駆動パルス信号Ｓ２９が順番に出力され、印刷エンジン３０では、各色の画像形成を４回繰り返し、図示しない中間転写媒体に転写した４色のトナーが印刷用紙に再転写される。
特開平０７−２５０２４０号公報 特開平０６−２５３１３４号公報 特開平１１−３２８３５７号公報 特開２０００−３４１５２４号公報

図２は、タンデム方式の構成を示す図である。カラープリンタは、多色刷りを伴うため、印刷時間が長くなるという問題を有する。それを解決する方法として、タンデム型のカラープリンタが提案されている。図２に示されるとおり、ＣＭＹＫの４色に対応して、４セットのハーフトーン処理部２６と、パルス幅変調素子２９と、レーザダイオード３２と、感光ドラム２４とを有する。そして、コントローラからＣＭＹＫの駆動パルス信号が並列に生成され、４つの感光ドラム２４に対して並行して各色の画像が形成され、中間転写媒体２６に転写される。４色分の画像を並列に形成するので、シリアルに形成するよりも印刷時間を短くすることが可能になる。

ところが、このようなタンデム方式では、４セットのハードウエアが必要となり、特に、４個のパルス幅変調素子２９を設けることはコストアップを招き好ましくない。更に、４セットのハーフトーン処理部２６を必要とし、それに対応して４セットのハーフトーンテーブル２８を必要とする。ハーフトーンテーブル２８は、通常スタティックＲＡＭなどの高速半導体メモリで構成され、その点でもコストアップを招く。

そこで、本発明の目的は、多値ディザ法によるハーフトーン表現を行うプリンタであって、コストダウンを図り最適な構成を有するプリンタを提供することにある。

更に、本発明の目的は、多値ディザ法によるハーフトーン表現を行う画像形成の画像処理装置であって、コストダウンを図り最適な構成を有する画像処理装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、露光ビームを照射し複数の画素を有するセルに網点を形成してハーフトーン表現を可能にするプリンタにおいて、Ｍビットの画像データを前記露光ビームを駆動するＮ（Ｍ＞Ｎ）ビットの駆動パルス幅データに変換するハーフトーン処理部を有する。このハーフトーン処理部では、前記複数の画素に対応して複数の閾値を有する閾値マトリクスと、閾値マトリクスから出力される複数の閾値と画像データとをそれぞれ比較し、その比較結果に応じて駆動パルス幅データを生成する変換回路とを有する。そして、複数の閾値または画像データにはランダムなノイズが重畳されて比較され、それによりトーンジャンプの発生を抑える。更に、ハーフトーン処理部は、処理中の画素に隣接する画素の駆動パルス幅データに応じて、当該処理中の画素の駆動パルス位置を決定するパルス位置決定手段と、当該決定された駆動パルス位置に駆動パルス幅データにしたがう駆動パルス信号を生成するパルス幅変調器とを有する。

上記の発明によれば、画素内の仮想ドット面積を画定する駆動パルス幅データを、画像データより少ないビットで構成することで、パルス幅変調器の構成を簡単化しコストダウンを図る。更に、駆動パルス幅の分解能を少なくしたことに伴い、ハーフトーン処理部ではＭビットの画像データを同じＭビットの駆動パルス幅データに変換する必要がなくなり、画像データを所定の閾値と比較してその比較結果から駆動パルス幅データを生成することができ、それに伴うコストダウンが期待できる。複数の閾値からなる閾値セットを各画素に対応させることで、画像データを所望のガンマーテーブル特性にしたがって駆動パルス幅データに変換することができる。

但し、各画素の駆動パルス幅の分解能を少なくしたことに伴い、網点の分解能が少なくなり、トーンジャンプが発生し、擬似輪郭の発生を招く。そこで、本発明では、閾値または画像データにランダムなノイズを重畳して、両者を比較して駆動パルス幅データを再生する。ランダムなノイズにより、トーンジャンプが抑制され、擬似輪郭の発生を抑えることができる。

しかし、閾値または画像データにランダムなノイズを重畳させた結果、画素内の最大濃度レベルと最小濃度レベルの間の中間濃度レベルを有する仮想ドットが、ランダムに生成される。このような中間濃度レベルの仮想ドットは、面積が小さいので不安定なドット再生を伴い、且つ、ランダムに発生するので予測不可能である。そこで、本発明では、処理中の画素の駆動パルスの位置を、その画素に隣接する画素の駆動パルス幅に応じて決定する。具体的には、より大きな駆動パルス幅を有する画素側に接触する位置に駆動パルスを発生する。それにより、微少な仮想ドットの不安定性をなくすことができる。

以上、本発明によれば、プリンタにおいて、駆動パルス幅データを駆動パルス信号に変調するパルス幅変調回路の構成を簡単にしてコストダウンを図り、また、トーンジャンプ抑制のためにノイズを重畳させても駆動パルス位置を最適な位置に設定できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

図３は、本実施の形態におけるハーフトーン処理部の一部構成図である。ハーフトーン処理部２６は、画素の８ビットで構成される画像データＳ２４を、画像再生データとして３ビットの駆動パルス幅データＳ４８に変換する変換回路４７を有する。この変換回路４７は、図１に示したハーフトーンテーブルを参照する方式ではなく、画像データＳ２４を複数の閾値Vth1〜Vth7とそれぞれ比較し、その比較結果を加算することにより駆動パルス幅データ４８を生成する。

図３の例では、７つの閾値Vth1〜Vth7を、画素の位置Ｘ、Ｙに対応して出力する閾値マトリクス４２と、ランダムなノイズＳ４０を、同様に画素の位置Ｘ、Ｙに対応して出力するノイズマトリクス４０と、閾値Vth1〜Vth7にそれぞれノイズＳ４０を加算する加算器４４−１〜７とを有し、ランダムなノイズが重畳された閾値Vth1〜Vth7が画像データと比較される。ノイズマトリクス４０のマトリクスサイズが閾値マトリクスのサイズの倍数若しくは約数でなければ、ランダムなノイズＳ４０を閾値に重畳させることができる。

更に、マトリクスサイズは、ノイズの繰り返しが目立たない程度に大きくすることが望ましい。例えば、600dpiのプリンタの場合、マトリクスサイズは、３２×３２以上の大きさ（約１．３５ｍｍ角以上）とする。

８ビットの画像データを３ビットの駆動パルス幅データに変換する変換回路４７は、ノイズが重畳された７つの閾値と画像データとをそれぞれ比較する比較器４６−１〜７と、その７つの比較結果を加算する加算器４８とを有する。

図４は、閾値とそれに対応した変換回路４７のガンマテーブルを示す図である。ガンマテーブルとは、入力される８ビット（２５６階調）の画像データを３ビット（８階調）の駆動パルス幅データＳ４８に変換する変換テーブルである。従って、図４には、２５６階調の入力画像データを８階調の出力データに変換する太線のガンマーテーブルが、閾値Vth1〜Vth7との関係で示される。

図４のガンマーテーブルＡは、閾値Vth1〜Vth7が比較的低く設定されている例であり、入力画像データが閾値Vth1を越えると、出力データが１階調上昇し、更に入力画像データが次の閾値Vth2を越えると、出力データが２番目の階調レベルになり、同様に、閾値Vth3〜Vth7を越えるたびに、出力データの階調レベルが上昇する。その結果、０〜２５５の入力レベルが、０〜７の出力レベルに変換される。

ガンマーテーブルＡは、閾値Vth1〜Vth7が比較的低く設定されているので、入力レベルの上昇に対応して出力レベルは比較的早く立ち上がる。即ち、画素内の仮想ドットに対応する駆動パルス幅で説明すると、画像データが低い階調領域で駆動パルス幅が最大値になり、画素内に最大濃度レベルの仮想ドットが形成される。

一方、図４のガンマーテーブルＢは、閾値Vth1〜Vth7が比較的高く設定されている例である。閾値を高く設定することにより、入力レベルの上昇に対応して出力レベルは比較的遅く立ち上がる。即ち、画像データが低い階調領域では、画素内に仮想ドットは形成されず、画像データが高い階調領域で画素内に仮想ドットが形成されるように、駆動パルス幅データが生成される。従って、ガンマーテーブルＡの画素を中心に配置し、ガンマーテーブルＢの画素をその周辺に配置することで、複数の画素からなるセル内に、画素の階調レベルに応じて成長する網点を生成することができる。

ガンマーテーブルＡ，Ｂの７つの閾値Vth1〜Vth7は等間隔に設定されているのに対して、ガンマーテーブルＣの閾値Vth1〜Vth7は、不等間隔に設定されている。即ち、ガンマーテーブルＣでは、入力レベルが低い領域に３つの閾値Vth1〜Vth3を狭い間隔で設定し、入力レベルが中間の領域に１つの閾値Vth4を設定し、更に、入力レベルが比較的高い領域に残りの３つの閾値Vth5〜Vth7を狭い間隔で設定している。その結果、ガンマーテーブルＣは、入力レベルが増加するに伴い、画素内の仮想ドットは急速に大きくなり、途中で仮想ドットの成長速度が低下し、更に入力レベルが高い領域で再び仮想ドットが急速に大きくなり、最大レベルに達する。つまり、ガンマーテーブルＣは、Ｓ字特性を有する。

このように、複数の閾値Vth1〜Vth7の設定を変えることにより、所望のハーフトーン変換特性を実現することができる。

図５は、本実施の形態における閾値マトリクスと、それに対応するセル内に成長したドットとを示す図である。図５（Ａ）は、１０×１０の閾値マトリクス４２を示す。即ち、１０×１０の画素マトリクス内の各画素に、それぞれ７つの閾値Vth1〜Vth7からなる閾値セットＶｔｎ（ｎ＝１〜１０）が割り当てられている。図５の例では、ハーフトーンを表現する網点セルが、十字形状に配置された５個の画素で構成される。そして、その網点セルには、比較的低階調レベルで網点を成長させる第１の網点セルＡと、第１の網点セルＡよりも高い階調レベルから網点を成長させる第２の網点セルＢとで構成され、第１の網点セルＡはある角度を持つスクリーン線上に配置され、第２の網点セルＢは、第１の網点セルＡのスクリーン線間のスクリーン線上に配置されている。

図５（Ａ）には、第１の網点セルＡを構成する５つの画素Ｖｔｎ（Ａ）に対して、閾値セットVt1〜Vt5が図示されるとおり割り当てられ、第２の網点セルＢを構成する５つの画素Ｖｔｎ（Ｂ）に対して、閾値セットVt6〜Vt10が図示されるとおり割り当てられている。各閾値セットＶｔｎは、それぞれ７つの閾値Vth1〜Vth7を有し、その７つの閾値は、図４で示したように、所望のガンマーテーブルを形成できるように適切に設定されている。

今仮に、第１の網点セルＡの中心画素の閾値セットVt1が、図４のガンマーテーブルＡに対応する閾値セットに設定され、その周辺の画素の閾値セットVt2〜Vt5が、ガンマーテーブルＡより高い入力レベルで立ち上がる特性のガンマーテーブルに対応する閾値セットに設定されているとする。また、第２の網点セルＢの中心画素の閾値セットVt6と、その周辺の画素の閾値セットVt7〜Vt10が、第１の網点セルＡの閾値セットよりも高く設定されているとする。

その場合は、ある入力画像データのレベルに対しては、第１の網点セルＡの中心画素では最大濃度レベルのドット（または仮想ドット）が形成され、第２の網点セルＢの中心画素では中間濃度レベルのドットが形成される。図５（Ｂ）には、そのようなセル内に成長したドットが示される。第１の網点セルＡでは、中心画素のドットは最大濃度レベルになり、その右隣の画素のドットは中間濃度レベルになっているのに対して、第２の網点セルＢでは、中心画素のドットは中間濃度レベルのままである。

図３に戻り、処理中の画素の位置Ｘ、Ｙに応じて、図５（Ａ）に示した閾値マトリクス４２から、その処理中の画素に対応する閾値セットＶｔｎが出力される。この閾値セットを構成する７つの閾値Vth1〜Vth7には、ノイズマトリクス４０から出力されるノイズＳ４０が、加算器４４−１〜７で重畳される。そして、そのノイズが重畳された７つの閾値と、入力される画像データＳ２４とが、比較器４６−１〜７でそれぞれ比較され、画像データが閾値よりも大きければ出力「１」が、小さければ出力「０」がそれぞれ出力され、その７つの出力の合計が、加算器４８で求められる。加算器４８は、例えば３ビットカウンタであり、８階調の加算値を、３ビットの駆動パルス幅データＳ４８として出力する。

図３のハーフトーン処理部では、ランダムに発生するノイズを重畳した閾値と画像データＳ２４とを比較しているので、駆動パルス幅データＳ４８のビット数を３ビットに減少させその分解能が少なくなり、網点の面積レベルの分解能も少なくなっても、ある閾値の前後の入力レベルで比較結果にバラツキが発生し、トーンジャンプを抑えることができる。

ノイズは閾値ではなく入力画像データに重畳させてもよい。しかし、本実施の形態では、画像データにランダムなノイズを重畳させるのではなく、閾値にノイズを重畳させている。従って、ノイズを重畳する加算器４４−１〜７は、既知の閾値に振幅が一定値に制限されているノイズを加算するので、加算器の桁上げ（または桁下げ）の発生を回避することができ、その分、加算器４４−１〜７の構成を簡単にすることができ、コストダウンにつながる。

画像データＳ２４にノイズを重畳させる場合は、画像データが予測できない未知の値であるので、加算器を桁上げ（または桁下げ）対応可能な構成にする必要があり、その分コストアップを招く。つまり、例えば画像データが０〜２５５である場合、画像データにノイズを加えた結果、０未満になったり、２５５を越えたら、それぞれ加算結果を０、２５５にするという処理手段を追加しなければならない。

なお、ノイズの発生は、上記のようなノイズマトリクスを用いる方法のほかに、擬似乱数発生回路などにより生成してもよい。この場合、平均採中法、混合型線形合同法、Lagged Fibonacci生成法、Knuthのアルゴリズム（例えば「The art
of computer programming」第３版（１９９７年）参照」、メルセンヌ素数を用いる方法、Ｍ系列、Gold系列などの周知の擬似乱数を用いることができる。このような発生回路のサイズを考慮すると、乗算を用いる平均採中法、混合型線形合同法などよりは、それ以外の方法のほうが好ましい。特に、シフトレジスタにより構成できるＭ系列は、回路化が容易で回路サイズも小さくて済みながら、乱数の周期が長いため繰り返しが目立たないという点で好ましい。一例としては、特性多項式が
ｆ（ｘ）＝ｘ³¹＋ｚ³＋１
であるものを使えば、３１ビットのシフトレジスタと１つの排他的論理和回路で構成できる。なお、Ｍ系列に基づく乱数の発生方法については、例えば、「計測自動制御学会論文集２−４、２８３−２８８頁、１９６６年」などに示されている。

上記のようにランダムなノイズを加えることによりトーンジャンプを目立たなくすることは、例えば米国特許第４２４５２５８号などにも提案されている。しかし、この従来例に開示されている画像処理は、画素内にドットを形成するかしないかの２値のデータしか生成しない。つまり、２値のディザ法によるハーフトーン処理である。

しかしながら、本実施の形態のように、画素内のドットの面積を多値にするために、多値の駆動パルス幅データを生成する場合は、画素内の仮想ドットのサイズを特定する駆動パルス幅データに加えて、その仮想ドットを画素内のどの位置に形成するかを特定する駆動パルス位置を決定しなければならない。特に、ランダムなノイズを加えてハーフトーン変換した場合、仮想ドットは、あらかじめ設計した閾値マトリクス４２の特性にしたがって規則正しく成長せず、隣接する画素の仮想ドットも含めて画素内の仮想ドットの発生はランダムであり、予測不可能になっている。そのため、ハーフトーン変換特性にしたがってあらかじめ仮想ドットの位置をより安定な位置に設定しておくことができない。

そこで、本実施の形態では、隣接する画素の駆動パルス幅データを参照して、処理中の画素の駆動パルス位置を決定する。図６は、本実施の形態におけるハーフトーン処理部の残りの構成図である。図６には、ハーフトーン処理部の駆動パルス位置決定回路が示される。この駆動パルス位置決定回路では、変換回路の加算器４８から出力される３ビットの駆動パルス幅データＳ４８は、３つのバッファBUF1,2,3に順次格納される。そして、バッファBUF1,3に格納された駆動パルス幅データS26A,Bが、パルス位置決定手段４９に入力され、両データのうち大きい値を有するほうに駆動パルス位置が決定される。パルス位置決定手段４９から出力されるパルス位置情報Ｓ４９と、処理中の画素の駆動パルス幅データＳ２６とが、パルス幅変調回路２９に供給され、パルス位置情報Ｓ４９にしたがう位置であって、駆動パルス幅データＳ２６のパルス幅の駆動パルス信号Ｓ２９が生成される。

図７は、上記の駆動パルス位置決定手段の決定アルゴリズムを説明する図である。図７には（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の３つの例が示される。図７（Ａ）の例では、十字形状に配置された５個の画素からなるセルCELLにおいて、左側は画素PX1内に仮想ドットＤ１が成長している状態を示し、入力レベルが上昇すると矢印の方向に仮想ドットＤ１が成長し、やがてこの画素PX1内には最大濃度レベルの仮想ドットＤ１が成長する。右側は、その最大濃度レベルの仮想ドットＤ１が成長した後に、その隣の画素PX2に新たな仮想ドットＤ２が成長する状態を示す。仮想ドットＤ２の位置の決定は、画素PX2の左右の画素の仮想ドットの大きさを比較することで、最大濃度レベルの仮想ドットＤ１が成長した画素PX1側に決定される。これにより、例え微少な仮想ドットＤ２であっても、隣接する画素PX1の大きな仮想ドットＤ１に接触して形成されるので、その仮想ドットＤ２が不安定に形成され、更にその仮想ドット内にトナーが不安定に定着してドットが不安定に現像されることは回避される。

図７（Ｂ）は、セルCELL内の２つの画素PX1,PX2内に最大濃度レベルの仮想ドットD1,D2がそれぞれ成長した状態から、画素PX3に新たに仮想ドットD3が成長を開始する例である。画素PX3の左側には、隣のセルの画素PX12が位置し、そこには最大濃度レベルの仮想ドットD12が生成されている。従って、上記のアルゴリズムにしたがい、画素PX3内に仮想ドットD3の位置は、隣の画素PX12側に決定される。その結果、仮想ドットD3は、隣の最大濃度レベルの仮想ドットD12に接触して成長するので、不安定にはならない。

図７（Ｃ）は、セルCELL内の３つの画素PX1,PX2,PX4に最大濃度レベルの仮想ドットD1,D2,D4がそれぞれ成長した状態から、画素PX5に新たな仮想ドットD5が成長を開始する例である。この場合、隣接するセルの画素PX14にも最大濃度レベルの仮想ドットD14が成長している。従って、画素PX5に新たに成長する仮想ドットD5の位置は、右側に決定される。

以上のように、図６の駆動パルス位置決定回路によれば、左右に隣接する画素内の駆動パルス幅（仮想ドットサイズ）が大きいほうの画素を、駆動パルス位置（仮想ドット位置）に決定して、成長開始した微少仮想ドットが不安定になるのを回避することができる。

図６には、パルス幅変調器２９が設けられている。しかし、このパルス幅変調器２９は、３ビットの駆動パルス幅データＳ２６から駆動パルス信号を生成すれば良い。従って、従来のように８ビットの駆動パルス幅データから２５６の分解能を有する駆動パルス信号を生成するよりも、本実施の形態のパルス幅変調器２９は簡単なロジック回路で構成することができる。従って、このパルス幅変調器２９を、ハーフトーン処理部が構成されるシステムＬＳＩ内に形成することができ、コストダウンを図ることができる。

なお、仮想ドットの位置を決定するには、上記の処理中の画素の左右に隣接する画素の駆動パルス幅データに従って決定する方法以外に、より多くの画素、例えば処理中の画素の周囲に隣接する８個の画素のデータを参照する方法や、より少数の画素、例えば隣接する片側の画素のデータだけによる方法も可能である。周囲８個の画素データを参照する場合には、左右の画素のデータが同じであっても、左上下、右上下の画素のデータを参照して、よりドットが安定するように仮想ドットの位置を決定することができる。また、片側の画素として、例えば直前に処理された画素、つまりデータ処理が左上から右下にラスタスキャンで行われる場合には左隣の画素のデータだけを参照する場合には、左となりの画素が所定値以上ならば左に寄せて、所定値未満であれば右に寄せるという方法や、左となりの画素の仮想ドット位置が右寄せならば処理中の画素の仮想ドットの位置を左に寄せるといった方法を採用することができる。この場合は、回路構成をより単純にすることができる。

本実施の形態のハーフトーン処理回路は、第１に、前述したとおり、閾値にランダムなノイズを重畳させて画像データと比較することで、ハーフトーン処理された駆動パルス幅データを生成し、処理中の画素の左右の画素の駆動パルス幅データを比較して、大きいほうの画素側または最大濃度レベルを有する画素側を、処理中の画素の駆動パルス位置にする。これにより、ノイズにより不規則に発生する両隣の仮想ドットを監視して、適切な位置に仮想ドット位置を決定することができる。

第２に、ランダムなノイズを画素の画像データに重畳せずに、閾値に重畳させている。その場合、加算器４４で桁上げが発生しないように閾値を選択することで、加算器４４の構成を簡単にすることができる。

好ましい実施例では、ハーフトーン処理回路への入力である画素の画像データの入力階調に対して、生成される画像の出力濃度が比例するように、入力階調に対する出力階調のハーフトーン変換特性をＳ字カーブ特性にしている。図８は、好ましい実施例における入力階調に対する出力濃度と出力階調の関係を示す図である。図８（Ａ）は、入力階調と出力濃度の関係を示すグラフであり、入力階調が増加するとそれに比例して出力濃度も増加している。出力濃度とは、仮想ドットにトナーが定着して得られる画像の光学特性であり、視覚特性にしたがえば、必ずしも網点の面積に比例するものではない。

図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の特性を実現するための入力階調と出力階調の関係を示すグラフである。つまり、入力階調がゼロに近い低い階調領域では、出力階調を急速に立ち上げて、入力階調が最大値に近い高い階調領域でも、同様に出力階調を急速に立ち上げる必要がある。このような特性を得るためには、図８（Ｂ）に示されるとおり、閾値Vth1〜Vth7を低階調領域と高階調領域で狭い間隔で設定し、中間階調領域で広い間隔で設定する必要がある。つまり、７つの閾値Vth1〜Vth7の間隔を不等間隔にしている。

本実施の形態では、図３に示されるとおり、７つの閾値Vth1〜Vth7に同じノイズＳ４０を重畳している。つまり、濃度領域にかかわらず同じ振幅のノイズＳ４０を閾値に加えている。前述の米国特許第４２４５２５８では、ノイズの最大振幅を閾値の間隔に応じた振幅に設定している。この方法では、閾値の間隔を不等間隔にすると、一部の濃度領域でノイズの振幅が大きくなり、むしろその濃度領域でのノイズが目立ってしまう。本実施の形態では、そのようなことを回避するために、複数の閾値に同じノイズを与えている。

プリンタの中には、文字用と写真用などスクリーン線数が異なる複数の網点スクリーンを有し、それらを印刷オブジェクトに応じて切り換えて印刷するものがある。そのようなプリンタの場合には、ノイズの振幅はスクリーンの線数に応じて変化させることが望ましい。スクリーンの線数が低い場合には、網点ドットの再現性が高く、加えたノイズが目立ちやすい。そこで、スクリーン線数が低い場合には、スクリーン線数が高い場合に比べてノイズの振幅をより小さくすることが好ましい。

図９は、本実施の形態の閾値とノイズの関係を示す図である。図９には、入力階調と出力階調との関係が示されている。このＳ字カーブ特性を実現するために、７つの閾値Vth1〜Vth7が図示されるとおり設定される。本実施の形態では、正のノイズＮｓが全ての閾値Vth1〜Vth7に共通に加えられる。正のノイズＮｓを加えるようにすることで、加算器４４を正数の加算演算のみに対応した簡単な回路構成にすることができる。また、ノイズが常に正であるので、白を示す最小入力階調（階調値＝０）の画素が、ノイズの影響でグレーになることが防止される。更に、本実施の形態では、黒（または各色）を示す最大入力階調（階調値＝２５５）の画素が、ノイズの影響でグレーになることを防止するために、最も高い閾値Vth7を最大値２５５よりもノイズＮｓの最大振幅だけ低く設定する。こうすることにより、閾値Vth7が最大階調値を越えることが防止され、最大入力階調の画素に確実に最大濃度レベルの仮想ドットを形成することができ、加算器４４の加算結果が桁上げせずに８ビットでおさまり、加算器の構成を桁上げ不要の簡単な回路構成にできる。

図１０は、本実施の形態の閾値とノイズの別の関係を示す図である。図１０は、図９と逆の関係になる。つまり、閾値に加えられるノイズＮｓは全て負である。そのため、最大入力階調の画素には、必ず最大濃度の仮想ドットが生成される。一方、最小の閾値Vth1は、ノイズＮｓの最大振幅よりも大きい値に設定される。それにより、負のノイズＮｓが加えられて比較対象の閾値Vth1が負になることが防止され、白の画素にグレーの仮想ドットが形成されることが防止される。

以上の実施の形態では、レーザービームを利用したプリンタを例にして説明したが、発光素子（ＬＥＤ）のラインヘッドを用いたプリンタにも、本発明を適用することができる。ラインヘッドの場合には、駆動パルスは主走査方向（画像左右方向）ではなく、副走査方向（画像上下方向）に変調させる。そこで、駆動パルス位置を決定する際に参照する両隣の仮想ドットは、左右ではなく上下の隣接画素の仮想ドットを参照するようにすれば良い。更に、感熱プリンタや熱転写プリンタなどの、パルス幅変調により多値表現するプリンタにも本発明を適用することができる。

従来のプリンタシステムの全体構成図である。 タンデム方式の構成を示す図である。 本実施の形態におけるハーフトーン処理部の一部構成図である。 閾値とそれに対応した変換回路４７のガンマテーブルを示す図である。 本実施の形態における閾値マトリクスと、それに対応するセル内に成長したドットとを示す図である。 本実施の形態におけるハーフトーン処理部の残りの構成図である。 駆動パルス位置決定手段の決定アルゴリズムを説明する図である。 好ましい実施例における入力階調に対する出力濃度と出力階調の関係を示す図である。 本実施の形態の閾値とノイズの関係を示す図である。 本実施の形態の閾値とノイズの別の関係を示す図である。

符号の説明

２０ プリンタ
２２ コントローラ
２６ ハーフトーン処理部
２９ パルス幅変調器
３２ レーザダイオード
４０ ノイズマトリクス
４２ 閾値マトリクス
４７ 変換回路

Claims (10)

1. 露光ビームを照射し複数の画素を有するセルに網点を形成してハーフトーン表現を可能にするプリンタにおいて、
   Ｍビットの画像データを前記露光ビームを駆動するＮ（Ｍ＞Ｎ）ビットの駆動パルス幅データに変換するハーフトーン処理部を有し、
   当該ハーフトーン処理部は、
   前記複数の画素に対応して複数の閾値を有する閾値マトリクスと、
   前記閾値マトリクスから出力される複数の閾値と前記画像データとを、いずれかにノイズを重畳してそれぞれ比較し、当該比較結果に応じて駆動パルス幅データを生成する変換回路と、
   処理中の画素に隣接する画素の駆動パルス幅データに応じて、当該処理中の画素の駆動パルス位置を決定するパルス位置決定手段とを有し、
   当該決定された駆動パルス位置に前記駆動パルス幅データにしたがう駆動パルス信号が生成されることを特徴とするプリンタ。
2. 請求項１において、
   前記変換回路は、前記複数の閾値にノイズを重畳し、当該ノイズが重畳された複数の閾値と前記画像データとを比較することを特徴とするプリンタ。
3. 請求項２において、
   前記複数の閾値は不等間隔に設定され、前記複数の閾値に共通のノイズが重畳されることを特徴とするプリンタ。
4. 請求項１において、
   前記隣接する画素は、前記処理中の画素の周辺の複数の画素、左右の画素、直前に処理された画素のうちのいずれかであることを特徴とするプリンタ。
5. 露光ビームを照射し複数の画素を有するセルに網点を形成してハーフトーン表現を可能にするプリンタにおいて、
   Ｍビットの画像データを前記露光ビームを駆動するＮ（Ｍ＞Ｎ）ビットの駆動パルス幅データに変換するハーフトーン処理部を有し、
   当該ハーフトーン処理部は、
   前記複数の画素に対応して複数の閾値を有する閾値マトリクスと、
   前記閾値マトリクスから出力される複数の閾値にノイズを重畳し、当該ノイズが重畳された複数の閾値と前記画像データとをそれぞれ比較し、当該比較結果に応じて駆動パルス幅データを生成する変換回路とを有し、
   前記複数の閾値は不等間隔に設定され、前記複数の閾値に共通のノイズが重畳されることを特徴とするプリンタ。
6. 請求項２または５において、
   前記変換回路は、前記閾値マトリクスから出力される複数の閾値に、それぞれノイズを加算する加算器を有し、
   前記閾値マトリクスの閾値が、前記加算器で桁上げ又は桁下げが発生しない値に設定されていることを特徴とするプリンタ。
7. 請求項６において、
   前記ノイズの振幅が正側に設定され、前記閾値マトリクスから出力される最大の閾値が、前記画像データの最大値から前記ノイズの最大振幅を減じた値以下に設定されていることを特徴とするプリンタ。
8. 請求項５において、
   前記ノイズの振幅が負側に設定され、前記閾値マトリクスから出力される最小の閾値が、前記画像データの最小値に前記ノイズの最大振幅を加えた値以上に設定されていることを特徴とするプリンタ。
9. 露光ビームを照射し複数の画素を有するセルに網点を形成してハーフトーン表現を可能にする画像形成の画像処理装置において、
   Ｍビットの画像データを前記露光ビームを駆動するＮ（Ｍ＞Ｎ）ビットの駆動パルス幅データに変換するハーフトーン処理部を有し、
   当該ハーフトーン処理部は、
   前記複数の画素に対応して複数の閾値を有する閾値マトリクスと、
   前記閾値マトリクスから出力される複数の閾値と前記画像データとを、いずれかにノイズを重畳してそれぞれ比較し、当該比較結果に応じて前記駆動パルス幅データを生成する変換回路と、
   処理中の画素に隣接する画素の駆動パルス幅データに応じて、当該処理中の画素の駆動パルス位置を決定するパルス位置決定手段とを有し、
   当該決定された駆動パルス位置に前記駆動パルス幅データにしたがう駆動パルス信号が生成されることを特徴とする画像処理装置。
10. 露光ビームを照射し複数の画素を有するセルに網点を形成してハーフトーン表現を可能にする画像形成の画像処理装置において、
    Ｍビットの画像データを前記露光ビームを駆動するＮ（Ｍ＞Ｎ）ビットの駆動パルス幅データに変換するハーフトーン処理部を有し、
    当該ハーフトーン処理部は、
    前記複数の画素に対応して複数の閾値を有する閾値マトリクスと、
    前記閾値マトリクスから出力される複数の閾値にノイズを重畳し、当該ノイズが重畳された複数の閾値と前記画像データとをそれぞれ比較し、当該比較結果に応じて前記駆動パルス幅データを生成する変換回路とを有し、
    前記複数の閾値は不等間隔に設定され、前記複数の閾値に共通のノイズが重畳されることを特徴とする画像処理装置。

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