JP2598400B2

JP2598400B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2598400B2
Application number: JP62046779A
Authority: JP
Inventors: 竹内　　昭彦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1987-03-03
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPS63214076A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は入力画像から出力画像を形成する画像形成装
置、詳しくは中間調画像を形成する画像形成装置に関す
るものである。

［従来の技術］従来より、中間調画像を表現する手法として良く知ら
れているものには、デイザ法や濃度パターン法等が挙げ
られる。しかし、いずれの場合でも、小さいサイズの閾
値マトリクスでは、十分な階調性が得られない。そこ
で、より大きいサイズの閾値マトリクスを用いることが
考えられるが、この場合、今度は解像度が極端に低下し
てしまうという問題点があつた。

一方、これとは別に、比較的簡単な装置構成により、
高解像度を保つたまま、階調性を向上させる手法が、本
願出願人により既に提案されている。その手法とは、デ
ジタル画像信号を２値化して、レーザビームプリンタな
どで画像形成をする際、中間調の階調性を得るために、
デジタル画像信号をアナログ信号に一旦変換し、この変
換した信号を、例えば三角波の様な周期的なパターン信
号と比較させることでパルス幅変調をかけた２値化信号
を発生させ、この２値化信号をレーザ光源駆動信号とし
て利用するものである。このときのアナログ信号と三角
波のレベル、及びパルス幅変調された結果、発生する２
値化信号の一例を第６図に示す。

この様にして、デジタル画像信号をパルス幅変調する
ことで、高解像と高い階調性を両立させることが可能に
なる。もちろん、この様な変換を行う際に、オリジナル
に忠実な階調を再現しようとした場合、原稿読み取り系
の入力特性、或いはプリンタの出力濃度特性等を考慮し
て補正しなければならない。

第７図は先に説明した本願出願人により既に提案され
ているパルス幅変調方式による、γ補正（階調補正）を
含む画像形成装置の主要ブロツク図である。

不図示の原稿から反射された光学的画像情報はCCD71
によりアナログ電気信号に変換される。CCD71から出力
されたアナログ電気信号は増幅器72によつて適当なレベ
ルに増幅され、A/D変換器でもつてアナログ信号からデ
ジタル信号に変換する。このデジタル信号は階調（γ）
補正器74で、画像入力から画像出力までの間の様な箇所
で発生する階調変動を補正する。一般には、システム全
体の階調補正定数を記憶させたROM等を利用することに
より、入力された特定の階調信号は、その時の階調補正
定数を書き込んだルツクアツプテーブルを参照して得ら
れる所定の補正が成された階調信号に変換される。補正
後のデジタル画像信号は再びD/A変換器75でもつてアナ
ログ信号に変換され、三角波発生回路７によつて得られ
る三角波信号と比較される。76はこのための比較器で、
比較器76の出力は結果的に濃度に応じてパルス幅変調さ
れた２値化画像信号になる。この２値化画像信号はプリ
ンタ78に入力され、例えばレーザ発光のON/OFFの制御に
用いられ、中間調表現による画像を出力することにな
る。すなわち、レーザ発光時間を制御して中間調の画像
を形成するわけである。

ところで、γ特性を決定する主な要因には入力特性
（即ちCCD71からアナログ電気信号に変換するときの特
性）と、出力特性（即ち、プリンタ78のパルス幅変調量
から最終記録画像を形成するときの濃度特性）がある。
CCD71は一般に光量に対し単調な変化を示す特性を有し
ており、またプリンタ78は各装置の方式の応じ、様々な
特性を有する。

第８図に入力特性及び電子写真方式によるレーザビー
ムプリンタを用いた場合の入出力特性の代表例と、この
ときのγ補正テーブルの一例を示す。

図中の第II象限で示される濃度に対して、CCD71の濃
度は第Ｉ象限に示される特性がある。そこで、入力濃度
に対して忠実な出力特性を得るためにはCCD71によつて
入力された濃度値に対して第III象限に示されるγ補正
しなければならない。そこで、第７図の階調（γ）補正
器４に第IV象限に示す補正テーブルを設ければ良いこと
がわかる。

［発明が解決しようとする問題点］ところが、第８図からもわかるように、この様にする
と、第II象限で示されるリニアな階調性を得るために
は、第IV象限に示すデジタル入力−出力特性に大きな量
子化誤差が生じる要因が有り、特に淡い濃度領域におい
て、顕著な疑似輪郭の発生することが判明した。即ち、
第IV象限に於ける淡い領域でのデジタル入力−出力特性
の傾きが非常に低下していて、その傾き1/5〜1/10位に
なつている。このため、入力画像の階調が例えば64階調
あつたとしても、出力時点では12階調、最悪の場合には
６階調位にも低下してしまう。つまり、傾きが1/5とす
るならば、入力が５段階変化して、ようやく出力が１段
階変化することになるので階調の再現性がこの量子化誤
差のために1/5等に低下してしまうという欠点があつ
た。

本発明はモアレ現象を軽減でき、且つ、階調性の優れ
た良好な画像を形成することを可能にする画像形成装置
を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］この問題を解決するために本発明は以下に示す構成か
らなる。

すなわち、記録媒体上をライン走査することによって
画像形成する画像形成装置であって、画像信号を入力する入力手段と、前記画像信号の特性を、複数ライン周期で各ライン毎
に異なる補正を行う補正手段と、前記補正手段によって補正された画像信号に基づいて
画像を形成する画像形成手段とを有し、前記画像形成手段は、複数ライン周期で画像形成位置
を異ならせて画像を形成し、かつ前記画像形成位置の切
換周期を前記補正手段の補正切換周期に一致せしめたこ
とを特徴とする。

［実施例］以下、添付図面に従つて本発明に係る実施例を詳細に
説明する。

［主要構成の説明（第１図）］第１図は、本実施例における画像形成装置のブロツク
構成図であり、本実施例ではレーザビームプリンタに応
用した場合を説明する。すなわち、原稿の読み込みに同
期して感光ドラム上にレーザ光を走査して線材画像を形
成する場合を説明する。

まず、原稿９のCCD1により読み込み、得られたアナロ
グ画像信号は増幅器２でもつて所定レベルまで増幅さ
れ、A/D変換器３によりデジタル画像信号に変換され
る。次に、このデジタル画像信号はγ補正テーブル（γ
_１〜γ_３）11〜13を通過した後、セレクタ10により、こ
のうちの１つが選択される。この選択は、主走査毎に行
うもので、詳細は後述する。

さて、デジタル画像信号はγ₁,γ_２及びγ_３のγ補正
テーブル11〜13を通過しγ補正されるが、セレクタ10で
はこれら３つの（補正された）画像データの１つを選択
し、D/A変換器14に出力する。D/A変換器14では再びアナ
ログ信号に変換され、コンパレータ16で三角波発生回路
15から発生された信号と比較し、パルス幅変調する。こ
のパルス幅変調された２値化画像信号はレーザ駆動回路
17にそのまま入力され、レーザダイオード18の発光のオ
ン・オフ制御用信号に用いられる。レーザダイオード18
から出射されたレーザ光は、周知のポリゴンミラー19に
より主走査方向に走査され、f/θレンズ20及び反射ミラ
ー21を経て矢印方向に回転している感光ドラム22上に照
射され、静電潜像を形成することになる。尚、本実施例
において、この感光ドラム22は経時変化に対して電位の
安定したａ−si感光ドラムを持いており、露光器28で均
一に除電を受けた後に帯電気23により、均一にプラスに
帯電される。その後、前述したレーザ光を受けて、表面
に画像信号応じた静電潜像を形成する。また、本実施例
では、現像を行う部分を（黒画素）を露光する。いわゆ
るイメージスキヤン方式を行うので、現像器24では周知
の反転現像方式により、感光ドラム22のレーザにより除
電を受けた部分にプラスの帯電特性を有するトナーを付
着し、これを顕像化する。そして、感光ドラム22上に形
成された顕像（プラス電荷を有するトナー像）は転写帯
電器25により、マイナスのコロナ帯電で転写材（一般に
は紙を用いる）26上に転写される。また転写効率の関係
上、一部転写されずに、感光ドラム22上に残つた残留ト
ナーは、その後クリーナー27でかき落とされ、再び前述
の一連のプロセスを繰り返すことになる。

［γ補正テーブルの説明（第２図（ａ），（ｂ），第３
図）］次に、第１図のγ補正テーブル11〜13の機能を説明す
る。

第２図（ａ），（ｂ）に従来例に於けるγ補正テーブ
ルが１つの場合と、本実施例によるγ補正テーブルが３
つの場合についての比較図を記す。図中、横方向を主走
査（＝レーザの走査）方向、タテ方向を副走査（＝感光
ドラムの回転）方向とする。尚、第２図は本実施例によ
る効果を原理的に説明するためのもので、電気信号に基
づいて記述したものであるので、実施例の感光ドラム上
に形成される静電潜像や顕像とは異なる。これは、潜像
形成時にはレーザ駆動回路やレーザの応答性、レーザの
スポツト径、感光ドラムのMTF等が関係するためで、ま
た現像時にはトナーの粒径、現像特性（ハーフトーン再
現性）、エツジ効果等が関係するためである。そして、
最終的な濃度再現性が第２図の斜線部分の面積と大きく
異なるのは、第８図の第III象限に示したプリンタの出
力特性が、複雑な非線型の形をしていることからもわか
るであろう。

さて、第２図（ａ）は、従来例の第７図で説明した単
一γ補正テーブル74を使用した場合で、比較的淡い濃度
を再現した場合を示している。１ドツトのサイズは点線
で示してある。また、比較用の三角波は第６図に示した
様に、３ドツトサイズの周期に合わせてあり、従つて主
走査方向に３ドツトの横長の画素を形成する。一方、第
２図（ｂ）は第２図（ａ）と同一濃度のハーフトーンを
本実施例の構成により形成したもので、γ_１〜γ_３を主
走査方向に繰り返し、γ_２を大面積、γ_１とγ_３は同一
でγ_２より小面積にしてある。巨視的には第２図（ａ）
と同じ濃度値を示すが、微視的には、第２図（ａ），
（ｂ）それぞれの斜線部（即ち黒画素）の面積は必ずし
も同一とはならない。これは、前に説明したプリンタの
非線型な出力特性によるものである。

第８図の第IV象限に於けるデジタル入力−出力特性を
参照すると、淡い濃度のハーフトーン領域で、入力信号
に対し、出力の情報が極端に少ないことがわかる。つま
り、これは第２図（ａ）の方式では淡い濃度のところで
疑似輪郭が発生しやすい事を示している。一方、第２図
（ｂ）では、γ_２の補正テーブルの補正値を他のγ₁,γ
_３の部分よりも高い濃度として、見かけ上、縦・横で３
×３の画素単位を形成したときの画素中心を与える様に
してある。従つて、第２図（ｂ）から明らかなように、
γ_２の補正テーブルにより形成される黒画素は、第２図
（ａ）の主走査方向の黒画素よりも大きく出来る。従つ
て、γ_２の補正テーブルでは、第８図の第IV象限に比
べ、淡い部分の直線性を改善できることになるわけであ
る。

第３図は、本実施例に於けるγ補正テーブル11〜13の
補正曲線を示す図である。図中の実線は第７図に示す補
正テーブル74による補正曲線（補正テーブルが単一の場
合）を示すものであり、１点鎖線のγ_２補正テーブル曲
線は淡い部分の直線性が大幅に改善されているのが判
る。また、このとき、γ₁,γ_３は淡い部分の傾きが従来
のγよりも低下しているが、淡い部分のトーン再現性は
視覚的見地から特に画素中心の再現性が重要であり、γ
_２の直線性を改善することが画質向上ためには最も重要
である。理想的には、γ_４に示す様に完全な直線になる
ことが望ましいが、これを実現するには見かけ上のマト
リクスサイズ３×３以上、例えばγの種類を更に増加さ
せたり、三角波の繰り返し周期をより長くすれば、可能
となる。ただし、この場合、解像度が減少する方向にな
るので、見かけのマトリクスサイズを最大４×４マトリ
クス位までとするのが望ましい。しかし、プリンタによ
る画像再生において、現在のものより高解像度のものが
あるのであれば、このマトリツクスサイズはこれに限定
されるものではない。

［他のγ補正の説明（第４図、第５図）］前述の実施例ではγ_２を画素中心形成のための補正テ
ーブルとし、γ_１とγ_３を同一内容の補正テーブルでγ
_２の入力と出力の総合量子化誤差を減少させるためのテ
ーブルとして使用したが、γ_１とγ_３は必ずしも同一内
容である必要がないのはもちろんである。

また、本実施例では、主に低濃度側の再現性を向上す
るために、γ_２に対し、γ₁,γ_３を常に低濃度とする補
正を行つたが、プリンタの特性によつては、高濃度側の
領域で濃度が急上昇し、やがて飽和を示すものもある。
このような場合には、高濃度側ではγ_２に対し、γ₁,γ
_３を逆に高濃度に設定する方が量子化誤差が減少する。
すなわち、γ_２とγ₁,γ_３が比較的濃い濃度領域のとこ
ろで、第５図に示す如く逆転するようにすれば、全ての
濃度領域に於いて良好な再現性を得ることが可能にな
る。画像上では淡い部分で網点、濃いところで白抜き網
点になる。

第４図は更に主走査方向の書き出し位置を任意にずら
して、斜め方向のスクリーン効果を持たせる様にしたと
きの一例で、尚いつそう視覚的に画素の繰り返し周期を
見えにくくさせる効果がある。尚、この様にするには、
単に３回分の主走査毎に、例えば1.5ドツト分遅延させ
ればよいので、説明は省略する。

以上説明した様に本実施例によれば、主走査ラインご
とに、複数個の異なった階調補正テーブルを設け、この
うちの入力画像に対する出力画像の濃度を最も高くする
様に設定した階調補正テーブルを画像中心形成のための
補正テーブルとして設け、他のテーブルを、画素中心形
成テーブルの入出力データの階調誤差が減少する方向に
設定することで、従来問題となつていた疑似輪部をなく
し、ハーフトーンの再現性を大幅に改善することが可能
にすることが可能となる。

また、本実施例では入力画像の各走査数毎に補正テー
ブルを切換えて出力画素を決定したが、例えば印刷装置
自身がより高解像度出力を可能にするものであれば、１
ライン分の画像を基に３回出力走査し像を形成する様に
しても全く構わない。更に、本実施例において、像形成
装置としてレーザビームプリンタを用いた例を示した
が、例えば多数の微小発光ダイオード（LED）を並べたL
EDアレイを使用し、このアレイの各LEDを変調信号に対
応して点滅制御して電子写真感光体を露光することによ
り画像を形成するようにした画像形成装置（LEDプリン
タ）にも本実施例の要旨を何ら変更することなく、その
まま適応可能である。

尚、本実施例では、イメージスキヤンによる反転現像
法の場合につて述べたが、背景の白地部を光走査するバ
ツクグラウンドスキヤンによる正現像法に於いても本実
施例を全く同様に適用可能である。更にまた、他の方式
のプリンタ、例えば熱転写式のサーマルプリンタにおい
ても、ヘツドの発熱時間をパルス幅変調により制御する
ことで、全く同様の作用効果を達成できることは説明す
るまでもないであろう。即ち、本発明は面積変調が可能
なプリンタ全てに適用することができるものである。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、以下の効果を得
ることができる。

1.画像信号を補正するための補正特性をライン毎に切り
替えているので、階調性のすぐれた再生画像を得ること
ができる。

2.複数ライン周期で画像形成位置を異ならせて画像を形
成するので、階調性の優れた再生画像を得ることがで
き、且つモアレ現像をも改善することができる。

3.画像形成位置の切換周期と補正手段の特性切換周期と
を一致せしめたことにより、階調性の優れた画像を得る
ことができる。

従って、本発明はこれら１〜３の相乗効果により従来
よりもモアレ現像を軽減でき、且つ、より階調性の優れ
た画像を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するためのブロツク
図、第２図（ａ），（ｂ）は先に本願出願人により提案され
た像形成と本実施例による像形成とを比較するための
図、第３図は本実施例によるγ補正テーブルの曲線を示す
図、第４図は本実施例の応用例でもつて形成した像を示す
図、第５図は本実施例における他のγ補正テーブル曲線を示
す図、第６図はパルス幅変調による２値化信号発生の発生原理
を示す図、第７図は本願出願人により先に提案されている装置の構
成概要を示した図、第８図は入力特性及び電子写真方式によるレーザビーム
プリンタを用いた場合の入出力特性の一例を示す図であ
る。図中、1,71……CCD、2,72……増幅器、3,73……A/D変換
器、９……原稿、10……セレクタ、11〜13,74……γ変
換テーブル、14,75……D/A変換器、15,77……三角波発
生回路、16,76……比較器、17……レーザ駆動回路、18
……レーザダイオード、19……ポリゴンミラー、20……
f/θレンズ、21……反射ミラー、22……感光ドラム、23
……帯電器、24……現像器、25……転写帯電器、26……
転写材、27…クリーナー、28……露光ランプ、78……プ
リンタである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体上をライン走査することによって
画像形成する画像形成装置であって、画像信号を入力する入力手段と、前記画像信号の特性を、複数ライン周期で各ライン毎に
異なる補正を行う補正手段と、前記補正手段によって補正された画像信号に基づいて画
像を形成する画像形成手段とを有し、前記画像形成手段は、複数ライン周期で画像形成位置を
異ならせて画像を形成し、かつ前記画像形成位置の切換
周期を前記補正手段の補正切換周期に一致せしめたこと
を特徴とする画像形成装置。