JP2787217B2 - レーザービームプリンタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は原稿画像から得られる画像情報信号を、新規
な階調調整方式により変換処理し、階調の再現性に優れ
た記録画像を形成することができるレーザービームプリ
ンタに関する。

更に詳しくは、本発明は、各種の原稿画像（モノクロ
あるいはカラー写真などの連続階調画像や、テレビ系あ
るいはコンピュータ系映像信号から得られるビデオ画像
など、記録紙上に複製しようとする対象のものを全て含
む。以下同じ。）から入手される画像情報信号を、新規
な階調変換式を用いた階調調整機構のもとで変換処理
し、この階調変換された出力信号に基づいて記録紙上に
記録画像を形成することができるレーザービームプリン
タに関するものである。

（従来技術） 写真のように連続階調を有する原稿画像から複写機等
の画像形成装置を用いて記録シート上に画像を複製する
場合、記録シートとして感光紙を用いるものは原稿のア
ナログ的処理（露光）により原稿に対応した連続階調を
有する画像が形成（銀塩写真記録）される。一方、感光
紙でなく普通紙に画像を記録するレーザービームプリン
タ装置においては、アナログ的処理により画像形成を行
うことはできず、濃度階調（グラデーション）の再現が
難しく、特にカラー画像の複製の場合には前記した濃度
階調とともに色調（カラーバランス）の調整も容易では
ない。

このため、プリンタ装置における階調や色調の再現性
を改良する努力が盛んに行われている。レーザービーム
プリンタにおける記録画像の形成は、印刷における写真
製版の連続階調から網点階調に変換する手法と同様に、
写真等の連続階調を有する原稿画像を光電走査などして
得られる画像情報信号を処理し、その信号により原稿画
像に対応した階調や色調をもつ画素の分布から成る画像
を記録用紙上に形成しようとするものである。

しかしながら、現在のプリンタ装置は、原稿画像から
得られる画像情報信号を階調の再現のために処理する階
調調整方式が非科学的であるため、満足のいく階調の再
現性が得られていないのが現状である。

周知のように記録画像の濃度階調は画素の濃度表示方
式に依存する。レーザービームプリンタの場合、画素の
濃度階調を表示する方法としてドットの大きさで画素の
被覆率を変える方法（サイズ変調法）と、規定（同一大
の）ドットの配列数で画素の被覆率を変える方法（密度
変調法）とがある。ところが、原稿画像をレーザービー
ムプリンタにより複製する場合、原稿画像上の所定の標
本点の濃度値に対して、これに対応する記録画像上の画
素のドットなどによる被覆率、即ち画素の濃度階調値
（以下、単に画素（における）濃度値という。）がどう
あるべきか、またそのような画素濃度値を得るにはどの
ようにすべきかについて、科学的な検討がなされていな
い。

即ち、原稿画像上の所定の標本点の濃度値に対して、
該標本点に対応する記録画像上の画素に、どのような画
素濃度値を相関させるべきかということについて、科学
的な相関式が開発されておらず、現状では、これら機器
メーカーが予め経験、勘あるいは限られた数の固定条件
に基づいて決定したものに依存せざるを得ない。

そのため、機器メーカーが想定しなかった画質の原
稿、例えば非標準的な（露光オーバの明るすぎる原稿、
露光アンダーの暗すぎる原稿など）カラーフィルム原稿
などの場合、階調や色調に優れた所望の記録画像を得る
ことが困難である。従って、標準的画質をもつ原稿は勿
論のこと、前記した非標準原稿からでも所望の画質の記
録画像が得られ、かつ、原稿の画質を任意に変更や修正
（階調や色調の変更や修正）したりできるフレキシビリ
ティのあるレーザービームプリンタを開発することがで
きないでいる。

これは、従来のレーザービームプリンタが、前記した
原稿画像上の所定の標本点の濃度値に対して、科学的に
画素濃度値を対応させることができないでいることを意
味するものである。

（発明が解決しようとする課題） 従来のプリンタ装置における上記した問題を生起させ
ている原因は、連続階調画像などの原稿画像から最終的
な画素の分布による記録画像を形成する際、その最初の
段階で、かつ重要な役割を果たす画像の階調変換の工程
に対する考え方にある。即ち、原稿画像上の所定の標本
点の濃度値を対応する記録画像上の画素の画素濃度値に
変換する際、従来の階調変換に対する考え方が、「科学
的に合理的な階調の変換手段に基づいて行わなければな
らない」というものでなく、専ら経験と勘に依存するも
のであったことにある。

本発明者はこのような状況に着目し、画像形成工程の
究極的な合理化と品質のすぐれた記録画像の形成のため
には、合理的な画像の階調変換技術を確立しなければな
らない、との基本的認識の下に鋭意研究を重ねた。

（課題を解決するための手段） 本発明を概説すれば、本発明は、原稿画像から得られ
る画像情報信号と階調調整機構で処理し、その処理信号
に基づいて記録用紙上に原稿画像に対応した記録画像を
形成するためのレーザービームプリンタにおいて、前記
階調調整機構が、原稿画像から得られる画像情報信号に
基づく原稿画像上での任意の標本点の基礎濃度値（ｘ）
（該標本点における濃度値と同画像上の最明部Ｈにおけ
る濃度値との差）を、形成される記録画像において前記
標本点に対応する位置における画素濃度値（ｙ）に、下
記の〈関係式（１）〉により変換処理するものであるこ
とを特徴とするレーザービームプリンタに関するもので
ある。

〈関係式〉 以下、本発明の構成を詳しく説明する。

レーザービームプリンタにより形成される記録画像に
おいて、その記録画像を構成する基本的構成要素は、画
素における濃度値（これは前記したように形成される記
録画像上の画素においてドットの数や大きさにより被覆
される割合を示してる）と画像の形成材料（トナー）の
表面反射濃度との二つであり、このうち、人間の視覚が
例えば印刷画像における網点面積の大きさの１％の差異
を濃度差として容易に識別する能力をもっていることか
らわかるように、画像の形成手段として網点面積の大き
さと同じ関係にある画素濃度値が極めて重要な役割を果
たす。即ち、ある所定のドットに注目して、そのドット
上に塗布するトナーの量の変化とドットの大きさの変化
が階調に与える影響を調べてみると、後者の方が格段に
大きく、画素濃度値をどのように設定すべきかは、極め
て重要な問題である。

また前記したことと関連して、レーザービームプリン
タにより記録画像を形成しようとする場合、原稿画像の
品質内容が千差万別であること、画像形成工程も多様な
特性を有するものであること、さらに画像品質の評価基
準が一様でないことなどの背景を抱えており、これらの
複雑、不安定要因を克服しなければならない。

このようなことから、連続階調画像などの原稿画像を
レーザービームプリンタにより中間調を有する記録画像
に変換するにあたって、最明部（Ｈ）の画素ブロックの
画素濃度値（y_H）と最暗部（Ｓ）の画素ブロックの画素
濃度値（y_S）とを任意に選択することができ、しかも最
明部（Ｈ）から最暗部（Ｓ）にいたる画像の階調を合理
的かつ簡便に調整管理することができる手だてを設ける
ことが是非とも必要である。

このような考え方に立脚して案出したのが本発明の階
調の調整方法、具体的には前記〈関係式（１）〉で規定
される階調の調整方法である。

まず、前記〈関係式（１）〉の誘導過程から説明す
る。

本発明者らは、連続階調のカラーフィルム原稿から網
点階調の印刷画像などを作成するとき、合理的に階調の
変換（連続階調の網点階調への変換）を行わしめるため
に、前記〈関係式（１）〉の前身になる階調変換式を先
に提案した。（特願昭62−148912号，特願昭63−2590号
参照）。

本発明者らの先に提案した階調変換式（以下〈関係式
（２）〉という。）は、印刷画像の作成だけでなく、本
発明に係るレーザービームプリンタによる記録画像の作
成など各種の複製画像の作成時にも用いることができる
が、印刷画像の作成に限定して説明すると下記に示され
るものである。

〈関係式（２）〉 〈関係式（１）〉と〈関係式（２）〉を比較すると、
β値,k値の意味づけが相違し、また〈関係式（２）〉に
はγ値の規定がない。これらの相違点は後述するとし
て、本発明の理解を助けるために〈関係式（２）〉の誘
導過程について説明する。

前記した印刷画像の作成時に用いられる網点面積パー
セントの数値（ｙ）を求める〈関係式（２）〉は、一般
に認められる濃度公式（写真濃度、光学濃度）、即ち から誘導したものである。

この濃度Ｄに関する一般公式を、製版・印刷に適用す
ると次のようになる。

〈関係式（２）〉はこの製版・印刷に関する濃度式
（Ｄ′）に、印刷画像のＨ部とＳ部に所望の大きさの網
点を任意に設定することを可能とし、かつ、連続階調画
像上の任意の標本点における基礎濃度値（ｘ）と、これ
に対応した網点階調画像上の標本点における網点の網点
面積パーセントの数値（ｙ）とを合理的に関連づけると
いう要請を組込み、理論値と実測値が近似的に合致する
ように誘導したものである。

前記〈関係式（２）〉を印刷画像を作成するときの画
像の階調変換方法に適用する場合、印刷用紙の反射率
（α）、印刷インキの表面反射率（β）、及び印刷画像
濃度域／原稿画像濃度域の比（ｋ）の数値を基礎とし
て、印刷画像のＨ部とＳ部に置きたいと所望する網点の
大きさ（y_H，y_S）を任意に選びながら、原稿画像上の任
意の標本点（Ｘ）の基礎濃度値（ｘ）から印刷画像上の
対応した標本点（Ｙ）における網点の網点面積パーセン
トの数値（ｙ）を求めるように運用される。これにより
原稿画像（連続階調画像）の濃度階調を印刷画像（網点
階調画像）上に1:1に忠実に再現させることができる。

尚、多色製版（一般にシアン（Ｃ）、マゼンタ
（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、墨（BL）の４版で１組と考え
られている）の場合、基準となる版（多色製版の場合、
周知の如くシアン版（Ｃ）が基準の版となる。）の作業
基準特性曲線、即ち原稿画像の濃度情報値を印刷画像の
網点面積値に変換するための基準となる網点階調特性曲
線（前記したｘ値とｙ値をグラフ化して得られる曲線
で、これが連続階調を網点階調に変換する作業の基準と
なる。）が決まれば、その他の色版の作業基準特性曲線
は、基準となった版のｙの値に印刷インキ各色のグレー
・バランス比に基く適切な調整数値を乗ずることによ
り、常に合理的に決めることが出来る。このようにして
求められた各色版の作業基準特性曲線は夫々が合理的な
特性曲線であることは勿論のこと、更にはそれらの特性
曲線間の階調および色調に係る相互関係もまた合理的か
つ適切なものである。

即ち、網点階調の印刷画像を連続階調の原稿画像から
作成するとき、その階調変換を前記〈関係式（２）〉に
基づいて行うならば、従来の経験と勘に頼る画像の階調
変換方法から脱却して、任意かつ合理的に画像の階調の
変換を行うことができ、しいては階調と密接不可分の関
係にある色調についても合理的に調整することができ
る。これにより人間の視感感覚にとって自然な濃度勾
配、色調を有する印刷画像を得ることができる。以上
が、本発明者らの先に提案した内容である。

しかしながら、その後の研究において前記〈関係式
（２）〉の運用において、一定の限界があることが判明
した。

その限界とは、 ・原稿画像が標準的な品質のものであれば極めて有効で
あるが、非標準的品質であるもの、特に極端に悪い品質
内容のもの（例えば、写真撮像時の露光がオーバーまた
はアンダーであるもの）に十分に対応することができな
いこと、 である。

これを前記〈関係式（２）〉の運用操作の点から説明
すると、 ・標準的な品質のもの（標準原稿）の場合、ｋ値を決定
する分子に、印刷インキで刺激値の大きい黄色インキの
ベタ刷り濃度値（その代表的濃度値は、0.9〜1.0であ
る。）を用いて階調変換を行うとき（なお多色製版のと
き、Ｃ版はこの値を用いて製作される。）、極めて有効
ではあるが、特に前記した品質内容の悪い非標準原稿に
対しては十分に満足しえないこと、 ・β値において、非標準原稿に対応するとき、印刷イン
キ（前記したように、黄インキが基準となる。）の表面
反射率やそれ以外の数値を任意に選んで採用しても十分
に満足しえないこと、 などである。

前記した限界を克服するためには、階調変換の作業基
準となる網点階調特性曲線を標準原稿はもとより非標準
原稿にも対応させることが必要で、その曲線の形状を合
理性をもって任意に変更し得るものでなければならな
い。検討の結果、本発明者らは次の条件のもとで階調変
換を行うとき、満足な結果が得られることを見い出し
た。

・ｋ値＝γ／（原稿画像の濃度域値） ・γ値＝正または負の任意の数値 ・β値：上記ｋ値を規定するγ値から、β＝10^−γによ
り求められる数値。

以上の条件のもとで前記〈関係式（２）〉を運用する
ことにより、標準的及び非標準的原稿から濃度階調、及
びそれと密着不可分の色調の再現性に優れた印刷画像に
作成することができる。

以上は、網点階調の印刷画像の作成を中心に説明して
きたが、前記した階調の変換作業を支える理論はレーザ
ービームプリンタによる記録画像の作成にも転用するこ
とができることはいうまでもないことである。

レーザービームプリンタによる記録画像の作成に適し
た階調変換式は、前記した検討結果を組込んで整理する
と、〈関係式（１）〉になることはいうまでもない。

次に、本発明の前記〈関係式（１）〉の各項の意味、
運用面の特質などについて説明する。

本発明の前記〈関係式（１）〉の運用において、原稿
画像の画像情報信号から基礎濃度値（ｘ）を求めなけれ
ばならない。かかる、濃度情報値は原稿画像の各画素の
もっている濃度に関する物理量を反映するものであれば
いずれでも良く、最広義に解釈されるべきである。同義
語としては、反射濃度、透過濃度、輝度、光量、電流・
電圧値、などがある。これらの濃度情報値は、原稿画像
を光電走査などして濃度情報信号として取り出せばよ
い。なお、本発明の前記〈関係式（１）〉において、基
礎濃度値（ｘ）の計測に濃度計による数値（例えば、ポ
ジカラーフィルムの人物画として、0.2〜2.70の濃度値
をもつものなどがある。）を、また、y_H［最明部（Ｈ）
の画素ブロックに設定される画素濃度値］とy_S［最暗部
（Ｓ）の画素ブロックに設定される画素濃度値］にパー
セント数値（例えば５％とか95％という数値。）を用い
ると、ｙ［原稿画像上の任意の標本点（Ｘ）に対応する
画素ブロック（Ｙ）に記録される画素濃度値］はパーセ
ント数値で算出される。

本発明の前記〈関係式（１）〉の運用において、次の
ように変形して利用することはもとより、任意の加工、
変形、誘導するなどして使用することも自由である。

ｙ＝y_H＋Ｅ（１−10^-kx）（y_S−y_H） 但し、 前記の変形例は、α＝１としたものである。これは、
記録用紙（基材）の表面反射率を100％としたものであ
る。αの値としては、実務上1.0として構わない。

また、前記変形例（α＝1.0）によれば、レーザービ
ームプリンタによる記録画像上の最明部Ｈにy_Hを、最暗
部Ｓにy_Sを予定した通りに設定することができる。これ
は、記録画像上の最明部Ｈにおいてはｘ＝０となるこ
と、また最暗部Ｓにおいてはｘ＝〔原稿画像濃度域〕と
なること、即ち、 従って−kx＝−γとなることから明らかである。

本発明の前記〈関係式（１）〉の運用において、α，
β，γ（これは、前記したようにβ＝10^−γによりβ値
を規定する。）の数値は種々の値をとる。本発明におい
ては、これらの数値を適宜選ぶことにより、原稿画像の
品質特性がどのようなものであれ画像の階調の変換処理
を合理的に行うことができる。

即ち、本発明の前記〈関係式（１）〉をベースとした
画像の階調の変換処理法は、原稿画像の階調や色調の再
現、即ち原稿画像の調子を記録画像に1:1に再現させる
うえで極めて有用であるが、その有用さはこれに限定さ
れるものではない。本発明の前記〈関係式（１）〉は、
原稿画像の特性を忠実に再現する以外にも、α，β，γ
値、さらにはy_H，y_S値を適宜選択することにより原稿画
像の特性を合理的に変更したり修正したりするうえで極
めて有用なものである。

これを詳述すると、前記〈関係式（１）〉の運用にあ
たり、利用者（作業者）は次のような自由度を有してい
ることに留意すべきである。

〈その１〉：〈関係式（１）〉を、原稿画像に忠実な画
像を形成することを目的に利用すること。即ち人間の眼
で観察したときの視覚感覚的画像が全く同じものを得る
ことを第一義的に考えて、〈関係式（１）〉を運用する
こと。このような階調調整の態度を本発明では「（画像
の）階調（の）変換」という用語で説明されている。

〈その２〉：〈関係式（１）〉を、画像形成の技術的な
必要から、芸術的要請から、あるいは発注側のニーズ等
から原稿画像を変更または修正するように利用するこ
と。即ち人間の眼で観察したときの視覚感覚的画像それ
自体が修正または変更されたものを得ることを第一義的
に考えて、〈関係式（１）〉を運用すること。このよう
な階調調整の態度を本発明では「（画像）階調（の）修
正（または変更）」という用語で説明されている。

前記〈関係式（１）〉を使用して多色画像を形成する
場合、例えばカラー原稿をレーザービームプリンタによ
り複製する場合、印刷などの分野において周知の色分
解、即ち、カラー原稿からの反射光などをブルー
（Ｂ）、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）に分光されて各
色毎の濃度情報信号を入手し、これを前記〈関係式
（１）〉を用いた階調調整機構で処理し、この処理情報
に基づいて画像を形成していけば良い。その際、基準と
なる色版（例えばＣ版）に関するｙ値、即ち基準となる
色版の階調特性曲線（ｙ値を計算し、ｘ値に対するｙ値
をプロットしていくと、印刷技術における網点階調特性
曲線と同様の階調特性曲線が得られる。）を決め、その
他の色版（Ｍ版、Ｙ版）の階調特性曲線は該基準となる
色版のｙ値に、各インクのグレー・バランス比に基づく
適切な調整数値を乗ずることにより合理的に決めること
ができるので、これらの階調特性曲線を利用して画像を
形成していけば良い。

前記のようにして決められた各色版についてのｙ値、
即ち各色版についての階調特性曲線は、〈関係式
（１）〉で規定されるため合理的な特性曲線であること
は勿論、それらの特性曲線間の階調及び色調に係る相互
関係も合理的かつ適切なものである。

以上、説明したように、レーザービームプリンタによ
り記録画像を形成する場合、その階調調整機構部に、前
記〈関係式（１）〉に基づいて階調変換を行うハードま
たはソフトを組込むことにより、階調はもとより色調の
再現に優れた記録画像、或いは原稿画像の画質を任意に
修正または変更した記録画像を得ることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明する
が、本発明の要旨を超えない限り、本発明はこれら実施
例のものに限定されない。

前記したように、本発明は、レーザービームプリンタ
の階調調整機構部において、〈関係式（１）〉により階
調の変換を行わしめる点に最大の特徴を有する。そこ
で、〈関係式（１）〉の運用を十全なものとする態様、
特にγ値の取扱いから説明することにする。

（実施例） （１）〈関係式（１）〉に採用されるγ値の決定法につ
いて。

本発明は、レーザービームプリンタにより記録画像を
形成する場合、記録画像の作成過程における中核的な階
調の変換作業を、前記〈関係式（１）〉のもとで行わせ
ることに最大の特徴を有する。

その場合、明るかったり暗かったりなど品質内容が千
差万別である原稿画像からでも、品質内容が標準的な標
準原稿から形成される記録画像と同質のものが形成され
ることが望ましいことはいうまでもないことである。

そのためには、原稿画像の品質に左右されずに、標準
原稿から得られる記録画像と同質のものを与えるｘ値と
ｙ値の関係を規定する階調特性曲線を入手することが必
要である。本発明の〈関係式（１）〉において、この階
調特性曲線の形状を大きく変えることができるのは、γ
値である。

以下、〈関係式（１）〉の運用上、極めて重要な意義
を有するγ値の決定法を説明する。本発明のレーザービ
ームプリンタは、このγ値を合理的に決定することによ
って、はじめて階調や色調の再現性に優れた記録画像を
形成することができる。

種々のγ値に対して、ｙ値（すなわち、画像濃度値）
がどのように変化するかをみたのが第１表である。第１
表は、γ値を変化させながら（第１表に示されるように
γ値＝2.00〜−0.20を採用）、前記〈関係式（１）〉
を、y_H＝３％，y_S＝95％，α＝1.00,β＝10^−γ,k＝γ
／（原稿画像の濃度域値）＝γ／（2.8−0.2）の条件の
もとで計算して求めた、各濃度ステップ（第１表には、
原稿画像の濃度域を９ステップに区分している。）にお
けるｙ値を示すものである。

第１表により、γ値を変化させたとき、それぞれに対
応する個別的な階調特性曲線が得られる。従って、与え
られた原稿画像の品質内容から、最適なものを設定して
階調変換を行えばよいことになる。第１表の結果を第１
図に図示する。

そこで、所定の品質内容をもつ原稿画像が与えられた
とき、〈関係式（１）〉において、採用すべき最適なγ
値を、どのようにして合理的に決定するかが問題とな
る。

原稿画像として、特に階調や色調の再現が忠実である
とされるモノクロやカラーのフィルムを原稿に用い、そ
の原稿の画質に則して、採用すべきγ値の決定法を確立
することにする。というのは、階調の再現性が高いモノ
クロやカラーフィルム原稿のもとで有効なγ値の決定法
が確立されれば、他の原稿画像にも有用なものであると
考えられるからである。

原稿となるカラーフィルムの画質を詳しく分析する
と、ハイキー（露光オーバーで撮影されたもの。）やロ
ーキー（露光アンダーで撮影されたもの。）など、その
画質は標準露光で撮影された標準的なカラーフィルム原
稿と比較して、千差万別である。しかしながら、カラー
フィルム原稿の画質の相違は、露光量の相違が原稿の最
明部濃度値H_nに直接的な影響を与えることからみると、
この点に注目して客観的に規定することができる。そし
て、本発明者らが先に提案したように、標準原稿（露光
が適正になされたもの。）の場合、γ値は0.9〜1.0の値
をとることを考えあわせると、H_nとγの相関をもとめれ
ばよいことになる。なお、H_nを選んだ理由は、階調の再
現において最明部近傍の濃度領域が重要であるからであ
る。理論的には、原稿の最暗部濃度値S_nを選んでもよい
ことはいうまでもない。

そこで種々のカラーフィルム原稿を用いて、画質の優
れた記録画像を形成し、H_nとγ値の関係を求める実験を
行った。実験資料を第２表に示す。なお、第２表におい
て実験No.2は標準原稿のもので、γ値として0.9を採用
した。

これらの実験から、γ値は、下式により合理的に決定
することができる。

（ｉ）第２表のγ_nとH_nの関係を第２図のようにグラフ
化した場合（全対数グラフ）、γ_nは下式により求めら
れる。

γ_n＝γ_o±｜D_n|tanα （ii）この他、標準原稿（濃度値0.20〜2.80）をγ_o＝
1.00のもとで記録画像を形成し、種々のカラーフィルム
原稿からこれと同質の記録画像を得る実験を行った。そ
の結果、γ_nとH_nの関係を、次のように規定することが
できた。

（イ）γ_n＝1.70−2.2961（logH_n＋１）（γ_n，H_nをも
とに対数スケールで表示したときに得られる関係式） （ロ）γ_n＝1.70−2.3（logH_n＋１）（γ_nを通常スケー
ル，H_nを対数スケールで表示したときに得られる関係
式） 以上のことから、千差万別の品質内容をもつ原稿画像
からレーザービームプリンタにより階調の再現性に優れ
た記録画像を複製するには、まず原稿画像のH_n値からγ
_nを決定し、次いでこれを〈関係式（１）〉のγ値とし
て採用し、階調の変換処理を行えばよいだけである。

レーザービームプリンタの階調調整機構部において、
〈関係式（１）〉を前記のようにして決定されたγ値の
もとで運用するためには、レーザービームプリンタ装置
に各種原稿画像のH_nを測定する機構、H_nからγ値を計算
する機構を付加すればよい。あるいは、これらの測定や
計算をオペレーターに任せてもよい。

（２）〈関係式（１）〉に採用されるγ値の固定化（定
数化）する方法について 本発明の前記〈関係式（１）〉を運用するに当たり、
前記したγ値の決定法は煩雑であるし、この方法によっ
て作成される記録画像は厳密にいって標準原稿から得ら
れる記録画像と相違している。といのは、カラーフィル
ム原稿の最明部濃度値（H_n）が標準原稿の最明部濃度値
（H_o）と相違しているということから当然のことであ
る。

先に説明した如く、標準原稿の階調変換に有用な関係
式（２）において、γ＝0.9（あるいは0.9〜1.0の間の
値）の値で、階調はもとより色調の再現性に優れた複製
画像を作成することができる。従って、〈関係式
（１）〉の運用において、γの値をγ＝0.9などに定数
化するためには、原稿画像の濃度階調の方を標準画像の
濃度階調に調整（修正）しておかなければならない。以
下、γ値の定数化する方法について説明する。

カラーフィルム原稿の場合、前記した濃度階調の調整
は極めて合理的に行うことができる。これを第３図で説
明する。

周知のごとく、カラーフィルム感材の露光量（Ｘ）
（前述した標本点ＸのＸとは相違する点に留意。）と、
そのときのカラーフィルム濃度（Ｄ）の関係は、第３図
の基本濃度特性曲線で示されるようなものである。

そして、標準原稿と非標準原稿は露光量が適正か否か
によるものであり、それぞれの濃度特性曲線は、該基本
濃度特性曲線上において特定のレンジを有するものとし
て示される。第３図において、前者は記録濃度値特性曲
線として、後者は個別濃度値特性曲線として示される
（なお、第３図には非標準原稿として、露光アンダーの
ものが示されている。） 従って、非標準原稿の濃度特性を標準原稿の濃度特性
に調整するには、基本濃度特性曲線を関数化することに
より、極めて容易に行うことができる。

前記した基本濃度特性曲線は、下記第３表に示される
ように、Ｄ＝f_D(X)の関数で規定されるものである（第
３表には逆関数も示されている）。なお、第３表の基本
濃度特性曲線の関数化の方法は一例と解すべきで、もっ
と簡略化した数式を用いてもよい。

カラー原稿の個別濃度特性曲線を、基準濃度特性曲線
に整合させるには、次の手順によれば良い（第３図参
照）。

（ｉ）カラー原稿画像のＨとＳの濃度値とそのカラー
原稿のカラーフィルム感材の基本濃度特性曲線（Ｄ＝f_D
(X))とから、そのカラー原稿の濃度値D_Hn〜D_SnをＸ＝f_X
(D)に代入して、Ｘ軸におけるカラー原稿画像の値域、X
_Hn〜X_Snを求め、（iii）これを基準とする濃度特性曲線
のＸ軸上の値域、X_Ho〜X_Soに整合させる。（iv）次に該
基準濃度特性曲線のＤ軸の値域、D_Ho〜D_Soを求める。

当然のことながら、カラー原稿の個別濃度特性曲線が
基準濃度特性曲線と一致する場合には、両者の整合は不
必要であることはいうまでもない。また、基準濃度特性
曲線に任意の許容範囲を定めておき、該許容範囲内にあ
るときは基準濃度特性曲線と同じであると見做して画像
処理を行うこともできる。

前記した個別と基準濃度特性曲線の整合手順におい
て、XR_o（標準原稿の露光量レンジ）とXR_n（表標準的な
色別原稿の露光量レンジ）とは一致しないことが常態で
あることから、XR_nをXR_oに整合させることが必要になる
（前述の（ii）と（iii）の手順を参照。）。XR_nをXR_o
に整合には単純整合（最明部濃度値を同じ値に整合さ
せ、最暗部の整合を不問とする態度。）と比例整合（最
明部濃度値と最暗部濃度値の両者を整合させる態度。）
がある。第３図においては数学的に比例整合させる場合
が示されている。

第３図に示されるように、個別濃度特性曲線の濃度情
報値（D_Hn〜D_Snの間の濃度情報値，D_n）を基本濃度特性
曲線Ｄ＝f_D(X)に代入し、XR_nを求め、これをXR_oに調整
したＸ値により調整を加えたカラー原稿の濃度情報値
（D_Ho〜D_Soの間の濃度情報値，D_o）を入手するわけであ
るが、XR_nをXR_oに調整した後のＸ値を求める関係式は、
簡単な計算により次のようになる。

（１）単純整合の場合 Ｘ＝f_x(D_n)±|m| （２）比例整合の場合 但し、 m:必要平行移動量 XR_o:X軸上の標準原稿の基準濃度特性曲線の露光量レン
ジ XR_n:X軸上の非標準的な個別原稿の個別濃度特性の露光
量レンジ カラーフィルム原稿として、標準画質のもの（D_Ho＝
0.20,D_So＝2.80）、ハイキー（露光オーバー）のもの
（D_Hn＝0.10,D_Sn＝2.70）、及びローキー（露光アンダ
ー）のもの（D_Hn＝0.60,D_Sn＝3.20）を用い、第３表に
示される基本濃度特性曲線のもとで個別濃度特性曲線を
基準濃度特性曲線に整合させたときの整合資料を下記の
第４表に示す。

前記した整合実験において、使用した３枚のカラーフ
ィルム原稿の濃度域（DR）が、いずれも2.60であるた
め、１つは単純整合、他は比例整合によることとした。

前記第４表のD_nとD_oの濃度値において、D_oを基準にし
て関係式（１）によりｙ値（画素濃度値，％）を求め
た。結果を第５表に示す。また、第５表のｙ値とD_n値の
相関関係を第４図に示す。第４図に示される曲線が、非
標準画質の原稿画像から階調の再現性に優れた記録画像
を作成することができる、ｘ値とｙ値の相関を規定する
階調特性曲線である。

レーザービームプリンタの階調調整機構部において、
〈関係式（１）〉のγ値を固定化（定数化）して運用す
るためには、レーザービームプリンタ装置に原稿画像の
濃度を測定する機構（ＨとＳ、及びＨ〜Ｓにわたる濃度
の測定）、原稿画像の個別濃度特性曲線を基準濃度特性
曲線に整合させるソフトやハードを組込まなければなら
ないが、これによりどんな品質内容の原稿からでも階調
や色調に優れた記録画像を作成することができる。

（３）レーザービームプリンタ装置について 以下、本発明のレーザービームプリンタ装置を図面に
基づいて説明する。

第５図（ａ）は、本発明のレーザービームプリンタの
概略構成を示すブロック図である。

図中、画像処理部（20）には、本発明の〈関係式
（１）〉のアルゴリズムを有する階調調整機構が組込ま
れており、その他は既存の、例えばシェーディング補正
回路、γ補正回路、マスキング処理回路、UCR処理回
路、ディザ処理回路、多値化処理回路などから構成され
る。

原稿画像がカラーである場合、Y,M,C,Kそれぞれにつ
いて〈関係式（１）〉を適用し、周知のディザマトリッ
クス法に基づく各中間調に対応する、同図（ｂ）のよう
なドットパターンを出力する。

TV画像等の画像情報信号は前記画像処理部（20）の
〈関係式（１）〉により階調変換され、レーザー管
（Ｌ）から出射されるビームを変調し、周知の電子写真
技術により感光ドラム−転写ドラムを通して記録用紙上
に階調の再現性が良い記録画像が現像される。

第６図は本発明の第１の実施例のレーザービームプリ
ンタのブロック図である。画像信号として、光電走査し
て得られるものを用いている。

第５図に示されるように、本発明のレーザービームプ
リンタは原稿画像の透過光または反射光をＲ（レッ
ド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）に分光して読み取
る検出部１と、検出部１の出力信号をＹ（イエロー）,M
（マゼンタ）,C（シアン）,K（ブラック）の色分解信号
に変換する色分解部２と、前述した本発明の〈関係式
（１）〉を用いて色分解信号を適正な階調画像が形成さ
れるように処理する階調調整部３と、この階調調整部３
の出力信号に基づいて変調されたレーザにより感光ドラ
ムを露光、潜像を形成する出力部４との四つのブロック
から構成される。

ここに検出部１は、フォトマルや固体撮像素子（CC
D）など、原稿５の各部の透過光または反射光を検出し
て、電流値としてのＲ、Ｇ、Ｂ、USM各信号を出力し、
この信号をA/V変換部６において電圧信号に変換する。

色分解部２は、ログアンプ７において、検出部１のR,
G,B,USMそれぞれの電圧信号を対数演算して濃度に変
換、ベーシックマスキング（BM）８においてこの濃度か
らブラック（Ｋ）成分を分離し、さらにY,M,Cの各成分
を分離する。次にカラーコレクション（CC）部９におい
てR,G,BおよびY,M,Cの各原稿色に対しＹ成分,M成分,C成
分をコントロールし、さらに原稿のブラック成分をUCR/
UCA部10のUCR（under color removal），またはUCA（un
der color addition）において、Y,M,Cの３種のインク
で表現する比率とＫ（ブラックインク）で表現する比率
を決定する。これらY,M,C,K成分が得られた後、階調調
整部11でY,M,C,Kから各色成分の画素ブロックにおける
画素濃度値、即ち各色成分の実効面積率を示すye′,m
e′,ce′,ke′への変換を行う。階調調整部11は〈関係
式（１）〉のアルゴリズムを内部に持ち、Y,M,C,Kそれ
ぞれについて〈関係式（１）〉を適用し、前記ye′,m
e′,ce′,ke′を求める。

階調調整部11としては、〈関係式（１）〉のアルゴリ
ズムをソフトウェアとして保有しかつA/D、D/AのI/F
（インターフェース）を有する汎用コンピュータ、アル
ゴリズムをロジックとして汎用ICにより具現化した電気
回路、アルゴリズムの演算結果を保持したROMを含む電
気回路、アルゴリズムを内部ロジックとして具現化した
PAL、ゲートアレイ、カスタムIC等々種々の形態をとる
ことができる。

階調調整部11によって得られた各色成分の色濃度情報
に対応する実効面接率はカラーチャンネルセレクタ12に
入力され、カラーチャンネルセレクタ12はye′,me′,c
e′,ke′を出力する。この出力はA/D変換部13によりA/D
変換されて、ドットコントロール部14に入力される。そ
の後該ドットコントロール部の出力に従いレーザー光源
15によって変調されたレーザー光が出射され、感光ドラ
ム上に静電潜像が形成される。その後、各色現像機16a
〜16dにより形成された像が記録紙17上に現像され、次
いで定着機18により定着される。なお、19は感光ドラム
を一様に帯電させるための帯電機である。

第７図は本発明の第２の実施例のレーザービームプリ
ンタのブロック図である。TV信号などの画像情報信号1
0′を〈関係式（１）〉を有する調整部11′に入力し、
階調変換処理し、カラーチャンネルセレクタ12′を通し
て各色用光学系1a〜1bに入力する。ここから出力される
信号に基づいて変調されたレーザービームは、各感光ド
ラム2a′〜2d′上に画像情報信号に対応した中間調を有
する静電潜像を形成し、該潜像は電子写真プロセスによ
り搬送ベルト７′上の記録紙にカラー画像として転写さ
れる。

（４）〈関係式（１）〉の有用性について。

次に、本発明のレーザービームプリンタの階調調整機
構に適用される〈関係式（１）〉の有用性について、補
足説明する。

これは本発明に対する理解の便を図るための補足説明
であり、レーザービームプリンタの階調調整機構に適用
される〈関係式（１）〉の運用及びその結果の意義を主
体として詳しく述べる。

（イ）〈関係式（１）〉の運用実験 〈関係式（１）〉を階調調整機構に組込むための基礎
実験として、下記の２つの実験を行った。

ａ）まず第一に通常の簡易計算機、即ち商品名シャープ
ピタゴラスEL509A（シャープ社製）を用い〈関係式
（１）〉に所望の数値を当てはめながら、該簡易計算機
を操作することにより下記の第６表（１）（２）
（３）、第７表、第８表に示した画像の階調調整表を作
成した。

その結果、これら作業に要した時間が計算結果の点検
時間を含めてそれぞれ３時間、２時間、２時間であっ
た。

（ｂ）また次の実験も行った。

簡易型パーソナルコンピュータ（NEC社製PC−9801−M
2）に別に求めた所望のソフトをファンクションデータ
として入力し、原稿画像（連続階調画像）の基礎濃度値
（ｘ）をそれに対応した記録画像上の画素の濃度値
（ｙ）に調整する作業を行った。

その結果は当然のことながら上記簡易計算機を使い手
計算した結果と同じ数値が得られた。

しかもこの実験において、同パーソナルコンピュータ
に入力する画像の階調調整に使うための上記ソフトの作
成には特別のソフトを使う必要がなく、同パーソナルコ
ンピュータに付属のN88−BASICを使い作成作業を行った
ところ、その完成にわずか１時間を要したのみであっ
た。

また、原稿画像の基礎濃度値に代えて原稿画像のハイ
ライト（Ｈ）からシャドウ（Ｓ）に及ぶ濃度計による測
定値をそのまま入力できるソフトによっても、目的とす
る画像の階調の変換や修正を行うことができることが確
認された。

これらソフトを用いて、原稿画像上において、所望の
濃度間隔（一例として0.00〜1.00までを0.05刻み、1.00
〜3.00までを0.10刻みとした）を設け、その値を同パー
ソナルコンピュータに入力指令することにより、目的と
する画素濃度値（ｙ）を得ることができた。

さらに、原稿画像上のハイライトからシャドウにいた
るまでの、複数箇所の濃度値を入力することにより、そ
れらに対応した所望の画素濃度値（ｙ）を得ることがで
きた。

前記したソフトによる画素濃度値（ｙ）はポジ画像、
ネガ画像のいずれでも、単独に、または同時に出力する
ことができるようにしてある。

（ロ）〈関係式（１）〉より求めた計算結果とその有用
性について 次に、前記した第６表（１）（２）（３）、第７表、
第８表の有用性について説明する。

［第６表（１）（２）（３）について］ 第６表は原稿画像からレーザービームプリンタなどの
画像形成装置により白黒画像を形成する場合、トナー材
料の濃度（表中、記録画像の濃度域と表示され、これは
〈関係式（１）〉のγ値に相当するものである。）及び
最大画素濃度値の使用範囲が変化するとき（表中、０〜
100％,0〜98％,0〜95％の三つのケースが示されてい
る。）、理想的な階調特性曲線を得るためには各標本点
における画素濃度値（ｙ）をどのように設定しなければ
ならないかを一覧表にしたものである。

また、この一覧表からトナー材料の濃度が同じであっ
ても（即ち、第１表の最左欄の記録画像濃度域＝γ値が
同じであっても）、最大画素濃度値の使用範囲を変えた
とき、理想的な階調特性曲線がどのように変化するか、
また変化させなければならないかを知ることができる。

第６表において、ε値を決めるβ値は、β＝10^−γで
決定される。ちなみに、記録画像濃度域＝γ値＝1.0の
とき、ε＝1/（１−β）＝1.1111である。また、画素濃
度値（％）と同行の値は、β＝０（ε＝1.0）のときの
理論値である。

なお、連続階調画像などの原稿画像から1:1に対応し
た画素の分布による白黒画像を形成すること、及び白黒
画像の階調特性を任意に調整することが出来る技術、手
法を体得することは多色画像形成の基本でもある。

［第７表について］ 第７表は第６表と同様に、原稿画像から白黒画像を形
成するときに画像の形成材料（トナー）の濃度が変化し
た場合（即ち、記録画像濃度域＝γ値が変化した場
合）、最大画素濃度値の使用範囲を０％〜100％としな
がら、画像全体のコントラストは別として、人間の視覚
感覚に対して同じ画像の調子、同じような画質をもつ画
像を形成するために必要な各標本点における画素濃度値
（ｙ）を一覧表にしたものである。

換言すれば予件が理想的な場合において、使用する画
像の形成材料（トナー）の濃度値に対応した理想的な階
調特性曲線上の各標本点の画素濃度値（ｙ）を一覧表に
したものである。

［第８表について］ 第８表は基本的条件は第７表と同じであるが、最大画
素濃度値の使用範囲（５％〜95％）を用いた場合、理想
的な階調特性曲線上の各標本点において、何％の画素濃
度値（ｙ）が設定されるべきかを示したものである。

今日まで、印刷画像の作成などにおける色分解作業
は、マスキング技術による色修整（color correction）
が第一義的に重視され、画像の階調の調整作業は、基本
的には専ら人間の経験と勘、あるいは限られた数の固定
した与件の資料に依存したままである。このため印刷画
像やプリンタによる記録画像など、複製される画像のサ
イドに立脚して、複製画像を作成するときの階調の変換
技術を科学的なものにする必要がある。

本発明の〈関係式（１）〉は、複製画像を作成する際
の階調変換を合理的な方法で行うものである。また〈関
係式（１）〉により得られた原稿画像の基礎濃度値と形
成される画像の画素濃度値との相互関係を示す第６表〜
第８表のデータは、画像形成時の色分解作業における基
本的な種々の事項について、科学的な検討を加えるため
の有用な基礎資料となるものである。

これらの各表から原稿画像と色分解作業との間に存在
する本質や原理が何であるのか、またその本質や原理と
実務を合理的に整合させるためにはどのようなことに注
目、配慮していかなければならないかを抽出することが
できる。

（ハ）〈関係式（１）〉の階調の修正（または変更）へ
の適用について 〈関係式（１）〉は、画像の階調の変換（即ち連続階
調の原稿画像から忠実度の高い画素の分布による階調画
像への変換）ばかりでなく、原稿画像それ自体を修正す
る、いわゆる階調の修正（または変更）にも有効なもの
である。この画像の階調の修正（または変更）は、形成
される記録画像の縮小拡大率の変更、発注者の意向、カ
ラー原稿における対象画像の種類、形成される画像の使
用目的、記録用紙の白度や画像記録材料（トナー）の濃
度等により行わなければならない場合がてでくるが、い
ずれの場合も〈関係式（１）〉の運用によって合理的に
対応することができ、かつ各種の色分解作業を規格化、
標準化することができる。

また、本発明によりハイライト部やシャドウ部の画像
の階調の修正（または変更）も同様にして行うことがで
きる。これは第１図に示されるように、採用するγ値に
より階調特性曲線（ｘ値とｙ値の相関を規定する曲線）
の形状を任意に変えることができることから明らかのこ
とである。さらには本発明の〈関係式（１）〉による階
調変換により、カラー原稿のハイライト部にある色カブ
リを特別な対応措置を講ずることなく、自動的に除去す
ることが確認された。

〔発明の効果〕 本発明は、次のような優れた効果を奏するものであ
る。

１）画像形成のための最も基本的な事項である、連続階
調画像などの原稿画像の濃度値と形成される記録画像
（画素の分布によって記録される画像）の画素濃度値と
の相関関係を決めるにあたり、従来は専ら作業者の経験
と勘、あるいは限られた数の固定予件の資料に基づくと
いう非合理的な方法によるものであった。これに対し
て、本発明では、どのような予件の下にあっても、これ
を〈関係式（１）〉のもとで合理的に決定することがで
きる。また連続階調画像などの原稿画像を画素の分布に
よる記録画素に変換するとき、最も重要な要件である階
調の管理（階調の変換、修正または変更）の如何は、単
に画像の階調のみに止まらず、画像の色調にも直接的に
深い係り合いをもっているため、本発明により階調と色
調を合理的に管理することができる。即ち、階調の調整
機構に本発明の〈関係式（１）〉のアルゴリズムを採り
入れたレーザービームプリンタは、階調変換作業（色分
解作業）を理論的、合理的に体系化し、その作業を単純
化することができ、その効果は極めて大きなものであ
る。

２）〈関係式（１）〉のアルゴリズムをレーザービーム
プリンタの階調調整機構に採り入れることにより、プリ
ンタ装置が合理化、簡素化され、製造コストを低減させ
ることが可能である。また、操作も簡易化、明確化さ
れ、作業のやり直しを極端に少なくし、消耗資財の消費
を大幅に節約して、レーザービームプリンタの性能を大
幅に向上させることができる。特に、レーザービームプ
リンタの性能において、原稿画像の品質がどのようなも
のであれ、階調や色調に優れた記録画像を形成できると
いう大きなメリットを有する。

３）〈関係式（１）〉のアルゴリズムを採り入れた階調
調整機構により、原稿画像の画像情報と切り離して合理
的に、かつ簡便に画素の分布による記録画像の品質の評
価基準を規定することができる。従って、顧客の多様化
したニーズに合理的に対応することができる。

４）〈関係式（１）〉を採用することにより、プリンタ
機器の高度化にともなって必要とされる技術者の教育、
訓練を〈関係式（１）〉の運用を通じて効果的に行うこ
とができ、かつ日常作業における無用な労力を省き、新
しい創造的開発に向ける時間的余裕を確保することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、γ値と階調特性曲線の形状変化の関係を示す
図である。 第２図は、γ_nとH_nの相関関係図である。 第３図は、カラーフィルム原稿画像の個別濃度特性曲線
と基準濃度特性曲線の整合の原理を説明する図である。 第４図は、非標準原稿に対して設定される階調特性曲線
を示す図である。 第５図（ａ）は、本発明のレーザービームプリンタの概
略構成を示すブロック図である。 第５図（ｂ）は、ディザマトリックスの説明図である。 第６図は、本発明の第１の実施例のレーザービームプリ
ンタのブロック図である。 第７図は、本発明の第２の実施例のレーザービームプリ
ンタのブロック図である。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原稿画像から得られる画像情報信号を階調
   調整機構で処理し、該処理信号に基づいて、記録用紙上
   に１色または多色の中間調を有する記録画像を形成する
   レーザービームプリンタにおいて、 前記階調調整機構が、画像情報信号に基づく原稿画像上
   での任意の標本点の基礎濃度値（ｘ）（該標本点におけ
   る濃度値と同画像上の最明部における濃度値との差）
   を、形成される記録画像の前記標本点に対応する位置に
   おける画素濃度値（ｙ）に、下記の〈関係式（１）〉に
   より変換処理するものであることを特徴とするレーザビ
   ームプリンタ。 〈関係式〉
2. 【請求項２】画像情報信号が、光電走査または固体撮像
   素子より得られたものである請求項１に記載のレーザー
   ビームプリンタ。
3. 【請求項３】画像情報信号が、ビデオ信号である請求項
   １に記載のレーザービームプリンタ。
4. 【請求項４】多色の中間調を有する記録画像が、単一の
   記録ドラム上に設けられた複数の現像部により得られた
   ものである請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ
   ービームプリンタ。
5. 【請求項５】多色の中間調を有する記録画像が、複数の
   記録ドラム上に設けられたそれぞれの現像部により得ら
   れたものである請求項１〜３のいずれか１つに記載のレ
   ーザービームプリンタ。