JP2820044B2

JP2820044B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2820044B2
Application number: JP6265292A
Authority: JP
Inventors: 英昭阿部
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: US5805305A; JPH08130641A; EP0710006A3; EP0710006B1; EP0710006A2; DE69525017D1; DE69525017T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像形成装置に係り、
特に、ディザ法による中間調画像の形成が可能な電子写
真式の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、連続する濃淡画像を白と黒の
２値だけで表現する方法として、網点写真法やディザ法
などの面積階調法が用いられている。この面積階調法に
ついては、如何に解像度を落とさずになめらかな階調を
表現し、また原画を忠実に再現するかの研究が重ねられ
てきた。

【０００３】ディザ法による表現の基礎といえるＢ．
Ｅ．Ｂａｙａｎの提案したディザマトリクスは、黒の画
素と白の画素とが空間周波数が最高になるように配置さ
れたものであり、解像度の低下が防止できるようになっ
ている。具体的には、図８（ａ）のマトリクスに示され
る数字の順に黒の画素を埋めていくことによって、図８
（ｂ）に示すように、徐々に平均濃度が上昇してゆく。
これにより、理論的には図９に示すように１７段階の濃
度を表現することが可能である。

【０００４】しかし、このＢａｙａｎのマトリクスによ
る面積階調表現を電子写真プリンタに応用した場合、図
９のような理論通りの結果は得られず、図１０の曲線
（ａ）に示すような非単調増加特性となることが明かと
なっており、濃度の逆転現象が生じる不都合も指摘され
ている。

【０００５】特開昭５７−７６９９号公報では、このよ
うなＢａｙａｎマトリクスの不都合を改善した集中型デ
ィザマトリクスが公表されている。この集中型ディザマ
トリクスでは、黒の画素をマトリクスの中央から周辺に
向けて順に配置することにより、図１０の曲線（ｂ）に
示すように階調性の安定度を向上している。この方法は
現に多くの印刷装置に利用され実用化されている。

【０００６】更には、連続した濃度階調を離散化したと
きに発生する離散化誤差を補正するために誤差拡散法な
どが用いられ実用化されている。この誤差拡散法は離散
化したときに発生する誤差を隣接するマトリクスに重み
付けしながら拡散してゆく方法であり実用化され成果を
上げている。

【０００７】また、今日のマルチメディアソフトの浸透
により、パーソナルコンピュータのように小型の普及機
においても、多階調で表現された画像を手軽に扱える環
境が提供されているという背景もあり、この多階調で表
現された画像を従来構成の印刷装置を基礎に如何に高精
度に再現するかという点が重要視されてきている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、表現できる階調数を増加させるために
はマトリクスの配列を大きくとる必要があり、これによ
り表現できる階調数は増加するが、画像全体の解像度が
低下するという不都合があった。逆に、現実的に解像度
を向上しようとすると、マトリクスの配列を小さくとら
ざるを得ず、これがため、表現できる階調数が減少する
という不都合があった。このように、これら双方の不都
合は相容れないものとされていた。

【０００９】また、誤差拡散法にあっては、基本的には
離散化誤差が発生したマトリクスの影響が、隣接するマ
トリクスに伝搬してゆくので、結果的に解像度を低下さ
せることになるという不都合があった。更に、処理にあ
たって複雑な計算を必要とするため高速な処理を行うこ
とができないという不都合があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、面積階調法によって、解像度を低下さ
せることなく、表現できる階調数を増加して、中間調画
像の濃淡を高精度に再現する画像形成装置を提供するこ
とを、その目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、多階調で表現
された多値画像データをディザ法により２値化するディ
ザ変換部と、このディザ変換部において２値化された２
値画像データに基づいて画像を形成する電子写真式の画
像形成部とを備えている。この内、ディザ変換部が、同
一オンビット数で且つそれらの隣接する配列が異なるデ
ィザパターンを複数備える、という構成を採っている。

【００１２】これらに加え、ディザ変換部は、隣接する
配列ごとに予め設定されたしきい値をもってディザパタ
ーンと多値画像データの階調値とを対応づけるしきい値
テーブルを備えている。

【００１３】また、ディザ変換部が、しきい値テーブル
に設定されるしきい値をこのしきい値に対応するディザ
パターンの網点配列に基づいて算出する機能を備えてい
ても良い。

【００１４】本発明は、これらの構成により前述した目
的を達成しようとするものである。ここで、オンビット
とは、マトリクスの画素が塗りつぶされた状態、即ち、
出力画像において黒のドットに当たる状態のものをい
う。

【００１５】

【作用】本発明では、ディザ変換部は、多値画像データ
をその階調値に対応するディザパターンに従って２値化
する。そして、２値画像データを電子写真式の画像形成
部に入力すると、当該画像形成部は、この２値画像デー
タに基づいて光学系を駆動し感光体上に静電潜像を形成
して、この静電潜像をトナー像として印刷媒体に転写出
力する。

【００１６】ここに、発明者は、本発明を完成させるに
あたって以下の性質を見いだした。

【００１７】電子写真式の画像形成装置においては、レ
ーザ光を走査しながら２値画像データに基づいて当該レ
ーザ光をスイッチングし感光体上に静電潜像を形成し
て、この静電潜像を現像部で現像する。レーザ光の強度
分布は、図３に示すガウス分布となっており、このガウ
ス分布の周辺の裾の部分は隣接する画素にはみ出し、隣
接する部分の潜像に影響を与える。図３では、１画素Ｄ
₁ がその左隣の隣接画素Ｄ₂ から影響を受けた場合を示
しており、符号Ａが示す部分にその影響が現れている。
実際には上下左右や斜めに位置する画素からも影響を受
けるが、その影響の度合いは隣接する各画素間の距離に
反比例することが判明した。この隣接相互作用は、ほと
んどの電子写真式の画像形成装置が享有する性質である
ことも明かとなった。

【００１８】請求項１記載の本発明では、ディザ変換部
が、多値画像データを２値化するときに用いるディザパ
ターンとして、同一オンビット数で且つそれらの隣接す
る配列が異なる複数のディザパターンを備えている。前
述の性質より、オンビット数が同一のディザパターンの
みでも、その各オンビットの隣接する配列を変化させる
ことにより、トナー像には隣接相互作用による一定の濃
度強調が生じるので、これにより、複数の階調を表現す
ることができる。

【００１９】特に、請求項１記載の本発明では、多値画
像データの２値化にあたって、ディザ変換部が、予め設
定されたしきい値テーブルを参照し、２値化処理を行う
多値画像データの階調値を最適に表現するディザパター
ンを選択し、これに基づいて２値化を行う。

【００２０】請求項２記載の本発明では、ディザ変換部
が、しきい値算出機能により、各ディザパターンに基づ
いて所定の手順によりしきい値を算出し、この算出され
た値を当該ディザパターンに対応してしきい値テーブル
に予め設定する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図７に基
づいて説明する。

【００２２】図１に示す本発明は、多階調で表現された
多値画像データをディザ法により２値化するディザ変換
部１と、このディザ変換部１で２値化された２値画像デ
ータに基づいて画像を形成する電子写真式の画像形成部
２とを備えている。

【００２３】ディザ変換部１は、多階調で表現された多
値画像データを蓄積する多値画像メモリ１１と、この多
値画像メモリ１１に蓄積された多値画像データをディザ
法により２値化して２値画像データに変換する画像変換
手段１２と、この画像変換手段１２で変換生成された２
値画像データを蓄積する２値画像メモリ１３とを備えて
いる。本実施例において、多値画像メモリ１１及び２値
画像メモリ１３にはＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモ
リ）を用いている。画像変換手段１２は、例えばマイク
ロプログラムを搭載したマイクロコンピュータにより構
成される。

【００２４】画像変換手段１２には、この画像変換手段
１２が多値画像データをディザ化する際に参照するルッ
クアップテーブル１４が併設されている。このルックア
ップテーブル１４は、複数のディザパターン１４０を格
納するディザパターンテーブル１４ａと、このディザパ
ターンテーブル１４ａに格納されたディザパターン１４
０ごとに予め設定されたしきい値をもって当該ディザパ
ターン１４０と多値画像データの階調値とを対応づける
しきい値テーブル１４ｂとを備えている。ディザパター
ンテーブル１４ａに格納されたディザパターン１４０に
は、同一オンビット数で且つそれらの隣接する配列が異
なる複数のディザパターンが含まれている。また、本実
施例において、ルックアップテーブル１４は、不揮発性
メモリに装備されている。

【００２５】２値画像メモリ１３に蓄積された２値画像
データに従って印刷媒体上に画像を形成する画像形成部
２は、感光体と、この感光体の外面周囲に静電潜像を形
成する像形成部と、静電潜像に基づいてトナー像を現像
する現像部と、トナー像を用紙に転写する転写部と、転
写されたトナー像を定着する定着部とを備えている（図
示略）。

【００２６】次に、本実施例におけるディザパターンテ
ーブル１４ａとしきい値テーブル１４ｂとの関係を図２
に示す。この図２において、ディザパターンテーブル１
４ａは、隣接画素間に生じる濃度強調を考慮して３×３
のマトリクスに設定された２０種のディザパターン１４
０を備えている。しきい値テーブル１４ｂには、画像変
換手段１２が処理する多値画像データの階調値に応じ
て、この階調値に示された濃度を最も適切に再現するデ
ィザパターン１４０を選択するための複数のしきい値Ｓ
が設定されている。しきい値Ｓは、本実施例において、
入力される多値画像データの階調値の割合として、最大
値を１とし、最小値を０として設定されている。例え
ば、多値画像データが８ビット単位で表現される場合
は、１０進数の階調値２５５に対応するしきい値Ｓを１
とし、階調値０に対応するしきい値Ｓを０として設定す
る。

【００２７】次に、画像変換手段１２が備えるしきい値
算出機能を説明する。しきい値テーブル１４ｂに設定さ
れる各しきい値Ｓは、この画像変換手段１２が備えるし
きい値算出機能により、各ディザパターン１４０に基づ
いて算出される。以下にその算出手順を示す。

【００２８】イ）予め図５に示す隣接画素の影響度をあ
らわす変換マトリクスＡ_mnを準備する。本実施例におい
て、この変換マトリクスは３行３列に設定されている。
マトリクス中央の要素Ａ₁₁は、図３に示す１画素（隣接
画素から影響を受ける画素）に対応し、その画素が隣接
画素からの影響を受けていない状態での濃度を示す値を
設定する。また、この要素Ａ₁₁の周りの他の要素は、そ
の各要素に対応する隣接画素の影響によって先の要素Ａ
₁₁に対応する画素に増加される濃度の変化量を示す値を
設定する。即ち、Ａ₀₀には斜め左上隣が黒の場合に増加
する濃度の変化量に相当する値を設定する。要素Ａ₀₂，
Ａ₁₂，Ａ₂₀，Ａ₂₁，Ａ₂₂についても同様に設定する。以
下、要素Ａ₀₀，Ａ₀₂，Ａ₁₂，Ａ₂₀，Ａ₂₁，Ａ₂₂に設定す
る各値を便宜上隣接効果係数と呼ぶ。本実施例では、実
験により、理論的な濃度の値と当該実験により計測した
濃度の値とが比較的近くなるように上記各値を設定し
た。具体的な設定値を図６に示す。隣接効果係数の最適
値は画像形成部２の特性等によって異なり、特に感光体
を露光するレーザ光のスポット径と露光される１画素の
大きさとの関係に左右される。本実施例で用いる隣接効
果係数「０．１」はレーザ光の半値全幅が１画素と同程
度の場合である。また、斜め隣の影響は少ないので０．
０を設定した。そして、この変換マトリクスＡ_mnは予め
画像変換手段１２に設定されている。

【００２９】ロ）次に、しきい値算出機能を起動する
と、当該しきい値を算出するための任意のディザパター
ンＢ_ijが選択される。ここでは、例えば図７（ａ）に示
すディザパターンＢ_ijが選択されるとする。そして、こ
のディザパターンＢ_ijは図７（ｂ）に示すように周期的
に配列される。

【００３０】ハ）図７（ｂ）の中心のディザパターンＢ
_ijを構成する各画素に対し変換マトリクスＡ_mnを適用
し、以下の計算を行なう。ディザパターンＢ_ijの（ｉ，
ｊ）位置の濃度を示す値をＴ_ijとすると、

【００３１】Ｔ_ij＝（Ａ₀₀Ｂ_i-1j-1＋Ａ₀₁Ｂ_i-1j＋Ａ₀₂Ｂ_i-1j+1＋Ａ
₁₀Ｂ_ij-1＋Ａ₁₁Ｂ_ij＋Ａ₁₂Ｂ_ij+1＋Ａ₂₀Ｂ_i+1j-1＋Ａ₂₁
Ｂ_i+1j＋Ａ₂₂Ｂ_i+1j+1）²

【００３２】ここで、ｉ＝０，１，２、ｊ＝０，１，２
として、もしもｉやｊがこの範囲を越えた場合は３の剰
余を取り直し、ｉ→（ｉｍｏｄ３）、ｎ→（ｊｍ
ｏｄ３）と変換する。この計算により得られる各画素の
濃度を示すマトリクスを図７（ｃ）に示す。

【００３３】ニ）ハ）で求めたマトリクスＴ_ijの各様素
の平均値を算出する。

【００３４】（０．００＋０．０１＋０．００＋０．０１＋０．３６
＋０．０１＋０．００＋０．０１＋０．００）／（３×
３）＝０．０４４

【００３５】この値をしきい値として用い、このしきい
値に図７（ａ）のディザパターンを対応づける。同様に
全てのディザパターンに対して計算を行うことによって
図２に示すしきい値テーブルが構成される。このように
しきい値を算出することで、多値画像データの階調値に
よる濃度とこれに対応するディザパターンにより表現さ
れる濃度とが良く一致することが明かとなった。

【００３６】次に、本実施例の動作を説明する。

【００３７】装置全体を稼動状態に設定すると、画像変
換手段１２は、多値画像メモリ１１から単位あたりの多
値画像データを読み出して、その階調値に対応するディ
ザパターン１４０をしきい値テーブル１４ｂを参照して
選択する。例えば、図２において、しきい値０．０４４
に対応するディザパターン１４０は、多値画像データの
階調値Ｋが０．０４４≦Ｋ＜０．０９３のときに選択さ
れる。

【００３８】そして、画像変換手段１２は、読み出した
多値画像データを判定したディザパターン１４０に基づ
いて２値画像データに変換し、この２値画像データを２
値画像メモリ１３に格納する。画像変換手段１２が一通
りの多値画像データを２値画像データに変換して格納し
終えると、画像形成部２は、感光体を露光するレーザ光
を適宜スイッチングして、２値画像データに示されたデ
ィザパターンの集合を静電潜像として当該感光体の外面
周囲に形成する。形成された静電潜像はトナー像として
現像され印刷媒体に定着出力される。

【００３９】ここで、感光対表面を露光するレーザ光の
強度分布は、図３に示すガウス分布となっており、この
ガウス分布の周辺の裾の部分は隣接する画素にはみ出
し、隣接する部分の潜像に影響を与える。図３では、１
画素Ｄ₁ がその左隣の隣接画素Ｄ₂ から影響を受けた場
合を示しており、符号Ａが示す部分にその影響が現れて
いる。実際には上下左右や斜めに位置する画素からも影
響を受けるが、その影響の度合いは隣接する各画素間の
距離に反比例することが判明した。この隣接相互作用
は、ほとんどの電子写真式の画像形成装置が享有する性
質であることも明かとなった。

【００４０】本実施例では、ディザパターンテーブル１
４ａが、多値画像データを２値化するときに用いるディ
ザパターンとして、オンビットの網点数（黒の画素数）
は等しいがそれらの隣接する配列が異なるディザパター
ン１４０を複数備えているので、前述の性質を利用する
ことにより、オンビットの網点数が同一のディザパター
ンのみでも、その各網点の隣接する配列を変化させるこ
とにより、隣接画素間には隣接相互作用による一定の濃
度強調が生じ、これにより、複数の階調を表現すること
ができる。具体的には、図４（ａ）に示すように３×３
のディザマトリクスを用いることにより２０階調を表現
することができる。この結果を、図４（ｂ）に示す従来
例（３×３ディザマトリクス）による１０階調と比較す
れば、解像度を低下させることなく２倍の階調表現が可
能である。特に画像の明るい部分の階調を構成度に再現
可能であり、従来例に比して著しく改善されていること
が明かである。

【００４１】また、本実施例では、画像変換手段１２に
しきい値テーブル１４ｂを併設し、当該画像変換手段１
２が、多値画像データを２値化するにあたって、このし
きい値テーブル１４ｂを参照して最適なディザパターン
１４０を選択するので、画像変換に当たって従来の誤差
拡散法のような複雑な計算を必要とせず、２値化変換処
理を高速に行うことができる。

【００４２】更に本実施例では、画像変換手段１２の備
えるしきい値算出機能により、各ディザパターン１４０
に基づいて所定の手順によりしきい値を算出し、この算
出された値を当該ディザパターン１４０に対応してしき
い値テーブル１４ｂに予め設定するので、多値画像デー
タにより表現される濃度と２値画像データにより表現さ
れる濃度との対応が視覚的に良好となり、これらによ
り、中間調画像の濃淡を高精度に再現することができ
る。

【００４３】ここで、本実施例では、ディザマトリクス
として３×３配列のものを用いたが、４×４配列等の他
の配列を有するマトリクスにより構成しても良い。例え
ば、ディザマトリクスを４×４配列で構成した場合に
は、理論的に８０階調程度の表現が可能であり、実際に
試作実験を行ったところ、その半分の４０階調程度が再
現可能であることが明かとなった。また、本実施例にお
ける各ディザパターン１４０は例示に過ぎず、他のディ
ザパターンを用いても良い。

【００４４】また、レーザ光のスポット形状が楕円であ
る場合などは、図７（ｂ）に示すように、画素の上下方
向の隣接効果係数と左右方向の隣接効果係数とを異なる
値に設定してしきい値を算出すると良い。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によると、一定のオ
ンビットの画素数であってもそれらの隣接する配列を変
更することにより、トナー像には配列毎に異なる濃度強
調を生じるという新事実に基づいて、ディザ変換部が、
同一オンビット数で且つそれらの隣接する配列が異なる
複数のディザパターンを備えたので、これらに基づいて
多値画像データを２値化することにより、例えば３×３
のディザマトリクスを用いて構成する場合でも、従来例
の１０階調よりも格段に多い２０階調以上を表現するこ
とができ、表現できる階調数を著しく増加させることが
できるという際だった効果を奏することができる。

【００４６】また、階調数を増加させるにあたって、デ
ィザマトリクスの配列の拡張を要しないことから、解像
度の低下を伴うことなく，表現できる階調数を増加させ
ることができる。

【００４７】特に、請求項１記載の本発明では、多値画
像データの２値化にあたって、ディザ変換部が、予め設
定されたしきい値テーブルを参照し、２値化処理を行う
多値画像データの階調値を最適に表現するディザパター
ンを選択し、これに基づいて２値化を行うので、従来の
誤差拡散法のように複雑な計算を必要とせず、２値化変
換処理を高速に行うことができる。

【００４８】請求項２記載の本発明では、ディザ変換部
が装備するしきい値算出機能により、各ディザパターン
に基づいて所定の手順によりしきい値を算出し、この算
出された値を当該ディザパターンに対応してしきい値テ
ーブルに予め設定するので、多値画像データにより表現
される濃度と２値画像データにより表現される濃度との
対応が視覚的に良好となり、これらにより、中間調画像
の濃淡を高精度に再現することができるという従来にな
い優れた画像形成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１のルックアップテーブルの詳細な設定内容
を示す説明図である。

【図３】隣接画素間に生じる濃度強調を説明する図であ
る。

【図４】３×３マトリクスにより表現できる階調変化を
示す線図であり、図４（ａ）が図１に示す実施例により
得られる階調変化を示し、図４（ｂ）が従来例により得
られる階調変化を示す。

【図５】図２に示すしきい値を算出するために用いる変
換マトリクスの形態を示す図である。

【図６】図２に示すしきい値を算出するために用いる変
換マトリクスを示す図である。

【図７】図２に示すしきい値を算出する方法を説明する
図であり、図７（ａ）が算出に用いるディザパターンの
一例を示し、図７（ｂ）が図７（ａ）に示すディザパタ
ーンを周期的に配列した状態を示し、図７（ｃ）が図７
（ｂ）の配列に変換マトリクスを適用して算出した図７
（ａ）における各画素の濃度を表すマトリクスを示す。

【図８】従来例を説明する図であり、図８（ａ）がＢａ
ｙａｎのディザマトリクスを示し、図８（ｂ）が図８
（ａ）に示すマトリクスを階調順に塗りつぶした状態を
示す。

【図９】図８に示すディザマトリクスにより原理的に得
られる階調変化を示す線図である。

【図１０】従来の画像形成装置で得られる階調変化を示
す線図であり、線図（ａ）が図８に示すディザマトリク
スを用いて構成した場合を示し、線図（ｂ）が集中型デ
ィザマトリクスを用いて構成した場合を示す。

【符号の説明】

１ディザ変換部２電子写真式の画像形成部１１多値画像メモリ１２画像変換手段１３２値画像メモリ１４ルックアップテーブル１４ａディザパターンテーブル１４ｂしきい値テーブル１４０ディザパターンＳしきい値

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多階調で表現された多値画像データをデ
ィザ法により２値化するディザ変換部と、このディザ変
換部において２値化された２値画像データに基づいて画
像を形成する電子写真式の画像形成部とを備えた画像形
成装置において、前記ディザ変換部が、同一オンビット数で且つそれらの
隣接する配列が異なる複数のディザパターンを備え、前記ディザ変換部は、前記隣接する配列ごとに予め設定
されたしきい値をもって前記ディザパターンと前記多値
画像データの階調値とを対応づけるしきい値テーブルを
備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記ディザ変換部が、前記しきい値テー
ブルに設定されるしきい値を当該しきい値に対応する前
記ディザパターンの網点配列に基づいて算出するしきい
値算出機能を備えていることを特徴とする請求項１記載
の画像形成装置。