JP2793205B2

JP2793205B2 - 画像処理方法

Info

Publication number: JP2793205B2
Application number: JP63262825A
Authority: JP
Inventors: 和久剱持; 幸雄永瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH02111573A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はデジタル画像信号を入力し、画像形成を行わ
せる画像処理方法に関するものである。

［従来の技術］高速かつ低騒音プリンタとして近年注目されているも
のに、電子写真方式を採用したレーザビームプリンタが
挙げられる。その代表的な用途は文字、線画図形等の記
録である。この点、文字、図形等の記録は中間調を必要
としないので、プリンタ構造も簡単にできる。

ところで、このような二値記録であつても中間調を再
現する方式がある。かかる方式としてはデイザ法、濃度
パターン法等が良く知られている。しかし、周知の如
く、デイザ法、濃度パターン法を採用したプリンタでは
高解像度が得られないという問題は避けられない。そこ
で、近年、二値記録方式を採用しつつも、レーザビーム
を画像信号でパルス幅変調（PWM）することにより中間
調形成をするプリンタが開発されてきた。このPWM方式
によれば高解像度、かつ高階調性の画像を形成でき、し
かもこの条件はカラー画像形成には欠かせないものとな
つている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、PWM方式のレーザビームプリンタにおいては
新たな種々の問題を生じる。一つは電子写真技術そのも
のが有する形式濃度不安定の問題との関係にあり、もう
一つはレーザビームをパルス幅変調することとの関係に
ある。

以下、その詳細を説明する。

第11図は電子写真方式のプリンタ機構部の一般的な構
造を示す図である。

このプリンタ機構部は、軸306を中心にして矢印方向
に回転駆動される像担持体としての感光ドラム301と、
この感光ドラム301周囲のドラム回転方向に順次配設し
た帯電器302、現像器303、転写用放電器304、クリーニ
ング器305及び感光ドラム301の図面上方に配設した光学
系からなる。

また、この光学系は半導体レーザ部306と、高速且つ
定速に回転するポリゴンミラー307と、ｆ−θレンズ308
と、遮光板等から構成されている。半導体レーザ部306
は、不図示の画像読取装置や電子計算器等によつて演算
出力される時系列のデジタル画素信号の入力を受けて、
その信号に対応してPWM変調されたレーザビームを発振
し、ポリゴンミラー307の一側面に照射される。ポリゴ
ンミラー307は高速且つ定速に回転しているため、その
側面に照射されたレーザビームは、帯電器302と現像器3
03との間を通過するドラム面を該ドラム母線方向に走査
（露光）することになる。

ところで、一般に、感光ドラム301の感光時は周囲環
境変化及び時間経過によつてその露光感度、残留電位等
の特性が変化する。しかも、現像器303の現像材（トナ
ー等）はその帯電量等が変化することにより、現像濃度
に大きな変動を来たす。これらは電子写真技術そのもの
が有する濃度不安定の問題であるが、PWM方式レーザビ
ームプリンタによる微小濃度の形式にも大きく影響す
る。

更に、例えば第13図に示すように半導体レーザ順方向
電流とレーザ出力Ｐとの関係が周囲温度に依存する問題
もある。

このため、これらの変動要因を適正制御することによ
り安定化した階調画像を得る方法が各種提案されてい
る。例えば、特公昭43−16199号、特開昭53−93030号、
特開昭50−119639号等の多数の公知例を挙げることがで
きる。これらの詳細な説明は省略するが、しかし何れの
提案によつても、本発明が解決しようとするハイライト
部又は高濃度部における微妙な濃度形成の問題は残る。

第９図はPWM回路の一例を示す回路図、第10図はレー
ザドライバ回路の回路図、第12図はPWM回路の動作を示
すタイミングチヤートである。

第９図において、401は８ビツトの画像信号をラツチ
するTTLラツチ回路、402はTTL論理レベルを高速ECL論理
レベルに変換するレベル変換器、403はECLD/Aコンパレ
ータ、404はPWM信号を発生するECLコンバータ、405はEC
L論理レベルをTTL論理レベルに変換するレベル変換器、
406は画素クロツク信号ｆの二倍周波数のクロツク信号2
fを発生するクロツク発振器、407はクロツク信号2fに同
期して略理想的三角波信号を発生する三角波発生器、40
8はクロツク信号2fを1/2分周する1/2分周器である。回
路を高速動作させるために、随所にECL論理回路を配し
ている。

かかる構成の動作を第12図と共に説明する。信号は
クロツク信号2f、信号はその二倍周期の画素クロツク
信号ｆを示しており、図示の如く画素信号と関係付けて
ある。また三角波発生器407内部においても、三角波信
号のデユーテイ比を50％に保つため、クロツク信号2fを
一旦1/2分周してから三角波信号を発生させている。
更に、この三角波信号はECLレベル（０〜−1V）に変
換されて三角波信号になる。

一方、画像信号は00H（白）〜FFH（黒）まで256階調
レベルで変化する。尚、記号“H"は16進数表示を示して
いる。そして、画像信号は幾つかの画像信号値につい
てそれらをD/A変換したECL電圧レベルを示している。例
えば、第１画素は黒画素レベルのFFH、第２画素は中間
調レベルの80H、第３画素は中間調レベルの40H、第４画
素は中間調レベルの20Hの各電圧を示している。コンパ
レータ404は三角波信号と画素信号を比較すること
により、形成すべき画素濃度に応じたパルス幅T,t₂,t₃,
t₄等のPWM信号を発生する。そしてこのPWM信号は0V又は
5VのTTLレベルに変換されて、PWM信号になり、レーザ
ドライバ回路500に入力される。

第10図において、500は定電流型レーザドライバ回
路、501は半導体レーザ素子である。この半導体レーザ
素子501はスイツチングトランジスタ502がONしていると
きにレーザ光を発し、またトランジスタ502がOFFしたと
きにレーザ光を停める。そして、このスイツチングトラ
ンジスタ502はこれと対を成すトランジスタ504と共に電
流スイツチ回路を形成しており、入力するPWM信号に
応じて半導体レーザ素子501に通じるべき一定電流をON/
OFF（転流）制御する。そして、この一定電流は定電流
源トランジスタ505から供給され、しかもこの一定電流
値は可変であり、入力した８ビツトのレーザパワー値を
D/Aコンバータ503でアナログ電圧に変換し、基準電圧と
の比較に応じた一定電流値を決定している。

しかし、このレーザビームの応答特性には次のような
問題がある。第12図において、１画素当りの最大発光時
間をＴ（sec）とすると、理想的にはPWM信号が０〜Ｔ
（sec）の間でパルス幅を変化するときには半導体レー
ザ素子501のレーザビームも当該パルス幅の区間だけ発
光すべきである。しかし、実際には半導体レーザ素子50
1及びその駆動回路500を介することにより、PWM信号
との間には波形に示すようなレーザビーム発光／停止
の応答遅れが生じ、例えばパルス幅Ｔ及びt₂の場合は良
いが、パルス幅t₃の場合はレーザビームが完全にはON状
態になれず、パルス幅t₄に至つては半導体レーザ素子50
1が事実上動作していない。ビーム効果はレーザビー
ムの発光状態を二次元的に示している。第１画素は黒な
ので、レーザビームは１画素の全期間中ONしている。し
かし、PWM信号のパルス幅が例えばt₃＝10nsのように極
めて短い時間となつた場合のレーザビームは、該ビーム
が実際に生じるか否かの問題はもとより、かろうじてビ
ームが発光しても電子写真法による像形成上の極めて不
安定な領域に入つており、もはや安定な濃度形式を望め
ない。このように、PWM法による階調表現では濃度形成
できる最小パルス幅には限界があり、この限界を仮にt₃
＝10nsとした場合には、これ以下のパルス幅（ハイライ
ト部）の階調は全て白となつてしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであり、画
像のハイライト部、特に、画像形成部における安定して
形成可能な下限濃度につき、それを下回る部分について
も優れた階調性を有する画像を形成させることを可能な
らしめる画像処理方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］この課題を解決するため、本発明の画像処理方法は以
下の工程を備える。すなわち、各画素の濃度が複数ビットで表現されるデジタル画像
データを入力し、所定の画像形成部でもって画像形成さ
せる画像処理方法であって、デジタル画像データを複数画素で表されるブロック単
位に分割し、分割したブロックを構成する各画素データにおいて、
前記画像形成部で安定して形成可能な下限濃度をも下回
る中間的な濃度の画素が存在する場合、当該ブロック内
の各画素の濃度を加算し、加算した結果に基づき、前記ブロック内の濃度を保存
するようにし、当該ブロックを、白レベルである最低濃
度、もしくは前記下限濃度以上の濃度の画素データで優
先して構築し、再構築されたブロックの各画素データに基づいて前記
画像形成部で像形成させることを特徴とする。

［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。

＜概略構成の説明（第１図）＞第１図は本実施例のレーザビームプリンタのブロツク
構成図である。

図中、200はあるｍ×ｎマトリクス内のドツト（画
素）を集中するドツト集中回路（その詳細は後述する）
である。また、400はPWM回路、500はレーザドライバ回
路、半導体レーザ素子501、300は像形成部（感光ドラム
301を有している）であり、PWM回路、レーザドライバ回
路、像形成部300の構造は先に説明した第９図、第10
図、第11図の構造を採用している。

かかる構成において、例えば通常の256階調を有する
８ビツト入力画像信号Ａはドツト集中回路200におい
て、PWM法レーザビームプリンタに適した８ビツトの出
力画像信号Ｂに変換される。更にこの画像信号ＢはPWM
回路400に入力され、レーザドライバ回路500、半導体レ
ーザ素子501を介して、像形成部300において電子写真法
による高階調画像を形成する。

＜ドツト集中回路の説明（第２図〜第８図）＞第８図（Ａ）はドツト集中回路200へ入力される画像
データ、例えば外部のホストコンピユータやイメージリ
ーダからの画像データ（補正後のデータも含む）を示し
ている。また、第８図（Ｂ）はその入力画像データに基
づいてドツト集中回路299による変換例で、PWM方式レー
ザビームプリンタに於けるハイライト部の階調再現性を
考慮した画像データを示している。尚、図中の各升内の
数値は画素濃度を示す。

以下、第８図（Ａ），（Ｂ）で示されるドツト集中回
路200の変換に関して詳細な説明を行う。

尚、説明を簡単にするため、本実施例におけるレーザ
ビームプリンタが安定濃度を形成できるようなPWMの最
小パルス幅を例えばt₃＝10nsと仮定し、これに対応する
濃度閾値C,Dの値を“30"とする。ここで“30"は10進法
における数値とする。

第８図（Ａ），（Ｂ）では、画素濃度比較を行うため
の最小マトリツクスとして、それぞれ［G₁₁・G₁₂・G₂₁
・G₂₂］，［G₁₃・G₁₄・G₂₃・G₂₄］，［G₁₅・G₁₆・G₂₅・
G₂₆］，…で構成される２×２マトリツクスを想定して
説明を行う。

第８図（Ａ）において、そのマトリクス要素G₁₁・G₁₂
・G₂₁・G₂₂の入力画素G₁₁の濃度は“10"である。すなわ
ち、“10＜閾値Ｃ（＝30）”であるので、この画素をPW
M変換しても実際には画素G₁₁に相当する濃度の可視像を
形成できないことがわかる。

そこで、この場合のようにマトリクス要素内の１画素
でも閾値Ｃより小さいものがあつたなら、当該マトリク
ス内の濃度をすべて加算し、その値を閾値Ｄで割つたと
きの整数部分を取ることにより、出力画素数Ｎを決定す
る。

因に、この場合のマトリツクス要素であるG₁₁・G₁₂・
G₂₁・G₂₂の総和は“100"であるから、 100÷30≒３となるので、出力画素数Ｎは“3"となる。

更に、加算値“100"を得られた出力画素数Ｎで割り、
出力画素の濃度“33（小数点以下切り捨て）”が求ま
る。つまり濃度“33"の画素を３画素、白レベル信号
（例えば０）を１画素出力して、２×２の合計４画素と
することになる。これを第４図に示すような優先順位で
マトリクスに再配列する。以上の結果として、第８図
（Ｂ）に示される第１番目のマトリクス［G₁₃・G₁₄・G
₂₃・G₂₄］のような出力画素となるわけである。すなわ
ち、本来の解像度より低くなるものの、階調性の再現性
が高くなる。

また、入力画像データ（第８図（Ａ））中の第２番目
のマトリクス［G₁₁・G₁₂・G₂₁・G₂₂］の各画素信号Ａは
すべて、Ａ＞Ｃの条件を満足している。従つて第８図
（Ｂ）の様に、変換した後の出力画号Ａをそのまま出力
信号Ｂとして出力する。以下同様の手順で各画素の濃度
変換を実施して行く。

第２図は実施例のドツト集中回路200の詳細を示すブ
ロツク構成図である。

図中、201及び217はFIFOメモリ、202,203,213及び214
はラツチ、204〜206及び207は比較器（CMP）、208〜21
1,215,216,及び218はセレクタ、212はCPUである。ま
た、図示しないが、ここでも高速処理のため随所にECL
回路が採用されている。また、250は主走査１ラインご
とに発生する同期信号（HSYNC）、251は１画素ごとに発
生する同期（CLK）信号である。

かかる構成においてFIFOメモリ201の入力信号270には
主走査１ラインごとに各画素信号Ａ（８ビツトデータ）
が入力される。この画素信号ＡをFIFOメモリ201によつ
て１ライン分遅延し、さらにラツチ202,203によつて１
画素分の遅延を実施する。かくして、マトリクス（２×
２）内の各画素信号A₁₁,A₁₂,A₂₁,A₂₂の平行処理を可能
にする。このときのタイミングチヤートを第５図
（Ａ），（Ｂ）に示す。

第５図（Ａ）はFIFOメモリ201の入力と出力の関係をH
SYNC信号を基準に示したもので、信号270の１走査線分
の画像信号A_1Xが画素信号272ではHSYNCの時間だけ遅れ
て出力されている様子が分る。また第５図（Ｂ）は、こ
れらの関係を１画素クロツク信号であるCLKを基準にし
てさらに詳細に示したもので、CMP204〜207の入力端子
Ａには画素信号270（274）〜273、すなわち、先に説明
した２×２マトリツクスを構成する入力画素信号A_nn,A
_n(n+1),A_(n+1)n,A_(n+1)(n+1)が同時刻に、且つ並列に入
力されていることがわかる。

次に各CMP204〜207はその入力端子Ａに供給された画
素信号271〜274と所定閾値Ｃ（＝30）の大小を比較す
る。CMP204〜207の出力端子は“Ａ＞C"の条件を満足す
るときに、その出力端子の論理レベルを“1"にする。そ
して、これら比較結果はANDゲートの入力端子に夫々供
給されている。

セレクタ208〜211は、このANDゲートの出力端子の論
理レベルに従つて、入力された画素データをその出力端
子X,Yの一方に出力する。具体的には、ANDゲートの出力
信号275が“1"レベルのとき、出力端子Ｙにつながり、
“0"レベルのときＸにつながる。

つまり、信号271〜274にはマトリクス内の各画素信号
A_nn,A_n(n+1),A_(n+1)n,A_(n+1)(n+1)が乗つていることに
なるが、これら画素信号の値全てが“Ａ＞C"の条件を満
足するときは、それぞれ出力端子Ｙに接続され、１つで
も“Ａ＞C"の条件を満足しないときは、それぞれ出力端
子Ｘに接続されることになる。

“Ａ＞C"の条件を満足せずに、各セレクタの出力端子
Ｘより出力された画素信号271〜274はCPU212の入力端子
H,I,J,Kに供給され、所定の処理が行われる。

ここでCPU212で行われる処理を第３図に示す。尚、こ
の処理手順に係るプログラムはCPU212内のメモリに記憶
保持されているものである。

先ず、CPU212は、その入力端子H,I,J,Kの信号をすべ
て加算する（ステツプS291）。次にステツプS292で出力
画素数Ｎの算出を行い、さらにステツプS293にて新たな
出力画素の濃度信号Ｇを算出する。最後に、ステツプS2
94で第４図に示すドツト集中を行う際の画素を出力する
優先順位に従い、出力画素信号ＧをＮ個、白レベル信号
を（４−Ｎ）個出力端子Ｈ′,I′,J′,K′に設定し、出
力する。第３図の右には入力端子H,I,J,Kへの入力が夫
々“10,20,30,40"の場合について各ステツプの計算例を
示してある。

再び、第２図に於いて、セレクタ209,211の夫々の出
力端子Ｙ、或いはCPU212の出力端子Ｉ′,K′より出力さ
れた各画素信号277,279はそれぞれラツチ213,214によつ
て１画素分遅延され画素信号280,281となる。その後、
画素信号276または画素信号280のどちらかがセレクタ21
5により、且つCLK251に同期しながら、交互に画素信号2
82となつて、セレクタ218の一方の入力端子に出力され
る。これによつて、つまり、並列化していた画素信号を
再びライン化することになる。このときのタイミングチ
ヤートを第６図（Ａ）に示す。

第６図（Ａ）に於いて、最終的に濃度変換の終つた画
像信号Ｂは画素信号276〜279に表われるが、ここでは代
表として第１ライン目のタイミングチヤートだけを示
す。画素信号280は画素信号277を１画素クロツク分遅延
した信号で、セレクタ215によつて画像信号276,280から
交互にB₁₁,B₁₂,B₁₃,B₁₄…が選択されて、画素信号282と
なる。ここで、図中、X_nで示される部分は、マトリツク
ス毎に並列処理した結果、これをシリアルに変換する時
に不要となる信号を示している。

同様にして得られた画素信号283は、FIFOメモリ217に
よつて、１ライン分遅延され、更には、セレクタ218に
よつて画素信号282と画素信号284をHSYNC信号250が発生
する毎に、交互に選択し、画素信号285、すなわち、画
素信号Ｂとして出力する。つまり、マトリツクス化する
ことにより並列化していた２つのライン画素信号を初期
の状態に再配列することになる。このときのタイミング
チヤートは第６図（Ｂ）に示す如くであり、画素信号28
3はFIFO217によつて、画素信号282より１ライン分時間
が遅延された画素信号284になる。そして、セレクタ218
では、HSYNC信号の発生でもつて、これら画素信号282と
画素信号284の一方が交互に選択され、画素信号285（画
像信号Ｂ）となつてPWM回路400に出力される。

これ以降は、PWM回路400、レーザドライバ500、そし
て像形成部300でもつて可視画像が形成されることにな
る。

尚、上述実施例では入力画像信号Ａに対する濃度閾値
Ｃと出力画像信号Ｂの濃度閾値Ｄの値を同一の“30"と
して説明を行つたが、これは必ずしも同じである必要は
なく、可視像形成可能なPWMの最小パルス幅以上であれ
ば良い。また、上述実施例では可視像形成できるPWMの
最小パルス幅を仮にt₃＝10ns（＝閾値30）として固定し
て説明したが、本発明の適用範囲は、これに限らない。
これを可変に制御すれば細かい濃度制御を行える効果が
さらに得られるからである。

また電子写真法を用いたレーザビームプリンタを例に
とつて説明したが、レーザビームプリンタに限らずサー
マルプリンタにも適用できることは言うまでもない。

更には、上述した実施例では、２×２マトリクスの場
合を説明したが、これによつても本発明が限定されるも
のではない。すなわち、複数個マトリクスに適応可能で
あつて、例えば第７図（Ａ）〜（Ｄ）に示す号な形態を
取つても全く構わない。

尚、これら各マトリクスにおける各升内の数値は画素
を展開するときの優先順位である。また、２×２のマト
リツクスを例にとると、閾値30として、の様に、閾値Ｃ（＝30）よりも小さい信号のみをまとめ
て出力しても本発明の要旨に含まれる事は自明である。

［発明の効果］本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであり、画
像のハイライト部、特に、画像形成部における安定して
形成可能な下限濃度につき、それを下回る部分について
も優れた階調性を有する画像を形成させることが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例のレーザビームプリンタの
ブロツク構成図、第２図は実施例のドツト集中回路200の一例を示すブロ
ツク構成図、第３図は実施例のCPUのアルゴリズムを示すフローチヤ
ート図、第４図は２×２マトリクスのドツト集中パターンを示し
た図、第５図（Ａ），（Ｂ）及び第６図（Ａ），（Ｂ）はタイ
ミングチヤート図、第７図（Ａ）〜（Ｄ）はドツト集中パターンの例を示し
た図、第８図（Ａ），（Ｂ）は第２図のドツト集中回路の入力
画素信号Ａと出力画素信号Ｂの関係を示す図、第９図は本実施例装置に採用したPWM回路の回路図、第10図は本実施例装置に採用したレーザドライバ回路の
回路図、第11図は本実施例装置に採用した電子写真方式のプリン
タ機構部を示す図、第12図はPWM回路の動作を示すタイミングチヤート、第13図は半導体レーザの一例の特性を示す図である。図中、200……ドツト集中回路、201及び217……FIFOメ
モリ、204〜207……比較器、208…〜211及び215,216そ
して218……セレクタ、212……CPU、300……像形成部、
301……感光ドラム、400……PWM回路、500……レーザド
ライバ回路、501……半導体レーザ素子である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/52 H04N 1/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】各画素の濃度が複数ビットで表現されるデ
ジタル画像データを入力し、所定の画像形成部でもって
画像形成させる画像処理方法であって、デジタル画像データを複数画素で表されるブロック単位
に分割し、分割したブロックを構成する各画素データにおいて、前
記画像形成部で安定して形成可能な下限濃度をも下回る
中間的な濃度の画素が存在する場合、当該ブロック内の
各画素の濃度を加算し、加算した結果に基づき、前記ブロック内の濃度を保存す
るようにし、当該ブロックを、白レベルである最低濃
度、もしくは前記下限濃度以上の濃度の画素データで優
先して再構築し、再構築されたブロックの各画素データに基づいて前記画
像形成部で像形成させることを特徴とする画像処理方
法。