JP2840326B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多値画像データに対して濃度変換処理を行
う画像処理装置に関する。

〔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
あり、主に文字や線画及び図形等の２値記録に使用され
ている。このような文字、図形等の２値記録は中間調処
理を必要としないので、プリンタの構造や画像処理用の
回路も簡単にできる。ところで、このような２値プリン
タを用いても中間調を再現する方式があり、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が
ある。そこで、近年、画像信号をパルス幅変調（PWM）
してレーザを駆動することにより、２値記録方式を採用
しつつも、中間調形成できるプリンタ開発されてきた。
このPWM方式によれば高解像度で、かつ高階調性の画像
を形成できることになり、この技術は特にカラー画像形
成には欠かせないものとなっている。

しかし、PWM方式のレーザビームプリンタにおいては
種々の問題がある。一つは電子写真技術そのものが有す
る画像形成濃度の不安定さに関連しており、もう一つは
レーザビームをパルス幅変調することに関連している。

第７図は典型的な先行技術であり、上記問題を解決す
るためにドツトの集中化を行うレーザビームプリンタの
概略構成を示すブロツク図である。

図中、600は後述するドツトの集中化を行うドツト集
中回路である。また、400は画像信号をパルス幅変調（P
WM）回路、500はレーザドライバ回路、501は半動態レー
ザ素子である。300は、像形成を行うプリンタ機構部で
ある。

以下、一般のPWM方式のレーザビームプリンタにおけ
る問題について詳細に説明する。

第８図は電子写真方式のプリンタ機構部300の一般的
な構造を示す図である。

このプリンタ機構部300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の上方（図面上部）に配
設した光学系からなる。

この光学系は半導体レーザ部309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、及び
図示しない遮光板等から構成されている。半導体レーザ
部309は、不図示の画像読取装置や電子計算器等によっ
て演算出力される時系列のデジタル画素信号に対応して
パルス幅変調されたレーザ駆動信号によって発振されて
レーザビームを出力している。このレーザビームはポリ
ゴンミラー307に照射される。ポリゴンミラー307は高速
且つ定速で回転しているため、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303との間を通過する
ドラム面を、ドラム303の母線方向（図面の垂直方向）
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って、その露光感度や残留電位等
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成にも影響するもので
ある。

更に、例えば第９図に示すように半導体レーザ部306
の順方向電流とレーザ出力Ｐとの関係が周囲温度に依存
することが知られており、これらの変動要因を適性制御
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5
3−93030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っても、ハイライト部または高濃
度部における微妙な濃度形成の問題は残存している。

第10図はパルス幅変調（PWM）回路400の一例を示す回
路ブロツク図、第11図はレーザドライバ回路500の回路
図、第12図はPWM回路400の動作を示すタイミングチヤー
トである。

第10図において、401は８ビツトのデジタルの画素デ
ータＢ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
ECL論理レベルをアナログ信号に変換するD/Aコンバータ
である。404はPWM信号を発生するECLコンパレータ、405
はECL論理レベルをTTL論理レベルに変換するレベル変換
器である。406はクロツク信号2f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、408はクロツク信号2fを1
/2分周して画素クロツク信号ｆを作成している1/2分周
器である。これによりクロツク信号2fは画素クロツク信
号ｆの２倍の周波数を有していることになる。なお、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。

かかる構成からなる回路の動作を第12図のタイミング
チヤートを参照して説明する。信号はクロツク信号2
f、信号はその２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。なお、記号“H"は16進数表示を示し
ている。そして、画素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は三角波信号と画像信号を比較する
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。

次に第11図を参照してレーザドライバの構成を説明す
ると、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がオンしているときにレーザ光
を発し、またトランジスタ502がオフしたときにレーザ
光の出力を停止する。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に通じるべき電流をオン／
オフ（転流）制御する。そして、レーザ素子501を流れ
る電流は、トランジスタ505により一定に制御されてい
る。しかもこの一定電流値はトランジスタ505のベース
に電位を変えることにより可変になる。即ち、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、この電圧と基準電圧とを比較した電圧
値をトランジスタ505のベースに入力することにより、
レーザパワー値に対応したレーザ駆動電流値を決定して
いる。

しかし、このような制御を行っても半導体レーザ素子
501の応答特性による、以下に示すような問題がある。
第12図において、１画素当りの最大発光時間をＴ（se
c）とすると、理想的にはPWM信号がＯ〜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
レーザビームもそのパルス幅の区間だけ発光することが
望ましい。しかし、実際には半導体レーザ素子501及び
レーザドライバ回路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のように、
ある程度以上PWM信号のパルス幅が大きい場合は良い
が、パルス幅t₃のようにパルス幅が小さいときはレーザ
素子501が完全にオン状態になれない。さらに、パルス
幅t₄に至っては、半導体レーザ素子501が事実上ほとん
ど動作していない。

ビーム効果はレーザビームの発光状態を２次元的に
示している。第１画素は黒なので、レーザ素子501は１
画素の全期間中オンしている。しかし、PWM信号のパレ
ス幅が例えばt₃＝10nsのように極めて短い時間となった
場合は、そのビームが実際に生じるか比かの問題はもと
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っているため安定な
濃度形成が望めない。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、これ以上のパル
ス幅（ハイライト部）の階調は全て白となってしまうこ
とになる。

そこで、上記白となってしまう階調を再現するため
に、この先行技術ではドツトの集中化を行うためのドツ
ト集中回路600が設けられている。

このドツト集中回路600によって、例えば通常の256階
調を有する８ビツト入力画素データＡは、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。更にこの画素データＢは前述したように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。

以下、ドツト集中回路600におけるドツトの集中化の
一例について詳細に説明する。

〔ドツト集中回路の説明〕

第13図（Ａ）はドツト集中回路600へ入力される画素
データＡを示す。この画素データＡは、例えば外部ホス
トコンピユータやイメージリーダーからの画素データ
（LOG変換などの補正後の画像データも含む）である。
また、第13図（Ｂ）はその入力画素データＡに基づいて
ドツト集中回路600により変換された画素データＢの変
換例を示す図であり、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
に変換されている。尚、図中の各升は画素を表わし、各
升内の数値はその画素の濃度値を示している。

以下、第13図（Ａ），（Ｂ）で示されるドツト集中回
路600の変換に関して詳細な説明を行う。なお説明を簡
単にするため、従来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信号の最小パルス幅
を、例えばt₃＝10nsと仮定し、これに対応する濃度閾値
Ｃの値を“30H"とする。

第13図（Ａ）において、入力画素データＡの画素G₁₁
の濃度は“40H"である。すなわち40H＞閾値Ｃ（Ｃ＝30
H）であるので、出力画素データＢの画素G₁₁における濃
度はそのまま“40H"となる。次に画素G₁₂の入力画素デ
ータＡの濃度は“20H"である。すなわち20H＜閾値Ｃで
あるので、そのデータ“20H"はメモリに格納され、次の
画素G₁₃の濃度に加算される。画素G₁₃の入力画素データ
Ａの濃度は“30H"であったのに対して、画素G₁₂の濃度
の加算により、“50H"となり、50H＞閾値Ｃとなるの
で、出力画素データＢの画素G₁₃の濃度は“50H"とされ
る。

以上の処理を１ライン毎に行ない、第13図（Ａ）の入
力画素データＡは第13図（Ｂ）の出力画素データＢのよ
うにドツト集中化の変換が行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記従来技術のレーザビームプリンタで
は、ドツト集中化が行われた際、入力画素データＡには
実質的に第14図に示されるような補正が行われることに
なる。すなわち閾値Ｃより低い濃度はすべて00Hとさ
れ、閾値Ｃ以上の濃度に加算される。したがって閾値Ｃ
以上の濃度の画素は必要以上に強調されることになる。
このような現象はいわゆるハイライト部で顕著となる。
特にレーザビームプリンタは電子写真技術を用いてお
り、形成される画像の濃度は、周囲の温度や湿度などの
環境に影響される。したがって周囲環境によって濃度が
高くなってしまう場合には、実質的な閾値は閾値Ｃより
も小さくなる（閾値Ｃ′）。このためＣ′〜Ｃに相当す
る階調の画素データはドツトの集中化により“00H"とさ
れるので、この範囲の階調の画素は形成されず、いわゆ
る階調とびを生じてしまう。これによって、ハイライト
部では閾値Ｃよりも高い画素データが極端に高い濃度と
なって表われ、擬似的な輪郭が発生する。例えば第13図
（Ｃ）に示される画素データＡをドツトの集中化を行っ
た場合には第13図（Ｄ）に示されるような出力画素デー
タＢが得られ、画素G₁₃,G₂₄の濃度が高くなって輪郭を
発生している。このように従来技術では擬似的な輪郭の
発生によって形成画像品位が著しく悪化するという問題
がある。

本発明の目的は、いわゆる白ぬけや擬似的な輪郭の発
生を防止し、形成画像品位を向上することができる画像
処理装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の画像処理装置
は、多値画像データを入力する入力手段と、前記多値画
像データに対して、低濃度域において、濃度を増加させ
る第１の濃度変換特性と、前記低濃度域において濃度を
減少させる第２の濃度変換特性とを１画面内で所定周期
毎に選択し、濃度変換処理を行う濃度変換手段と、前記
濃度変換手段によって変換された多値画像データを出力
する出力手段とを有し、前記第１の濃度変換特性と前記
第２の濃度変換特性との濃度変換関係は、前記低濃度域
より高い濃度域と前記低濃度域とで異なることを特徴と
する。

〔実施例〕

以下、添付図面に従っ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図は本発明の一実施例のレーザビームプリンタの
概略構成を示すブロツク図である。

図中200は相互に異なる補正を行うγ_１補正回路201,
γ_２補正回路202を含むドツト集中回路である。また、4
00は画像信号をパルス幅変調するPWM回路、500はレーザ
ドライバ回路、501は半導体レーザ素子である。300はプ
リンタ機構部（感光ドラム301を有している）であり、P
WM回路400、レーザドライバ回路500、像形成部300の構
成は先に従来の技術において説明した第10図、第11図、
第８図の構成を採用しており、ここではその説明を省略
する。

かかる構成において、例えば通常の256階調を有する
８ビツト入力画素データＡは、ドツト集中回路200によ
り、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。更にこの画素データＢはPW
M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200の説明〉 図中、201はγ_１補正回路で、202はγ_２補正回路であ
る。203は入力画素データＡをγ_１補正回路201、γ_２補
正回路202で補正した際、主走査１ライン毎に補正され
たデータを交互に選択するセレクタである。

かかる構成において、ドツト集中回路200には主走査
１ラインごとに画素データＡがたとえば８ビットシリア
ル信号として入力される。画素データＡはγ_１補正回路
201およびγ_２補正回路202の双方に与えられる。上記２
つのγ補正回路201,202はたとえばリードオンリメモリ
（ROM）を含み、画素データＡはアドレス信号として入
力される。各γ補正回路201,202は後述する補正データ
をテーブルとしストアーしており（γ補正テーブル）、
画素データＡによって指定されたアドレスの補正データ
を出力する。この補正データは主走査１ライン毎にセレ
クタ203により選択され、補正された画素データＢとし
て最終的に出力される。

〔γ補正テーブルの説明〕

次に第１図の２つのγ補正回路201,202におけるγ補
正テーブルについて説明する。

なお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
小パルス幅に対応する濃度閾値Ｃの値を“30H"とする。

第２図にγ補正テーブルを機能別に区分したものを示
す。

第２図（Ａ）および第２図（Ｂ）はγ_１補正回路201
およびγ_２補正回路202のγ補正テーブルをそれぞれ示
す。γ補正テーブルの補正データは３つの区分に分けら
れる。

第Ｉ区分では、積極的なドツト集中化、第II区分では
ドツトの集中化を高濃度側に近づくにつれて軽減、第II
I区分では通常（従来通り）の現象特性などの補正を行
っている。

第Ｉ区分において、γ_１補正回路201は入力画素デー
タＡに対して大きい補正データＢを出力している。γ_２
補正回路202は第Ｉ区分において、入力画素データＡに
対して小さい補正データＢを出力している。これによ
り、γ_２補正回路202によって差し引かれる信号分をγ
_１補正回路201によって集中化しているのと同じ効果が
得られ、結果としてドツトの集中化が行なわれる。従来
例に示した通り出力画素データＢが“30H"以下の場合に
はレーザ素子は発光しない。しかし“30H"以下の画像デ
ータＢを出力することにより、第II区分においてレーザ
素子が発光する点に近ずいた時、急激に立ち上がること
を防止する。

第II区分において、γ_１補正回路201およびγ_２補正
回路202は高濃度になるにつれ同一のγ補正データとな
る様に収束するようなγ補正データをそれぞれ出力す
る。

第III区分において、γ_１補正回路201およびγ_２補正
回路202は同一のγ補正データを出力し、従来と同様な
補正を行う。

第３図は入力画素データＡと出力画素データＢの具体
的な例を示す図である。

第３図（Ａ）はドツト集中回路200へ入力される画素
データＡ、例えば外部のホストコンピュータやイメージ
リーダからの画素データ（LOG変換などの補正後の画像
データも含む）を示している。また、第３図（Ｂ）はそ
の入力画素データＡに基づいてドツト集中回路200によ
り１ライン毎に変換されたデータの変換例を示す図で、
ハイライト部の集中化の処理の他にPWM方式レーザビー
ムプリンタに於けるハーフトーン部〜高濃度部の階調再
現性を考慮した画素データＢに変換されている。尚、図
中の各升は画素を表わし、各升内の数値はその画素の濃
度値を示している。

第３図（Ａ）において入力画素データＡにおける画素
G₁₁〜G₁₄の濃度は、γ_１補正回路201によって、より高
い濃度に変換される（（第３図（Ｂ））。また画素G₂₁
〜G₂₄の濃度は、γ_２補正回路202によってより低い濃度
に変換され、G₂₁〜G₂₄から画素G₁₁〜G₁₄へのドツト集中
化が行われている。このような処理がライン毎に行われ
て、全体として白ぬけのない階調再現が実現される。し
かも周囲環境に依って実質的な閾値がＣ（＝30H）より
も低くなり、例えば20Hになった場合には画素G₂₁が濃度
形成されることになる。したがって従来技術において説
明した擬似的な輪郭を発生せず、形成画像品位を向上す
ることができる。

上記実施例におけるγ補正テーブルの設定は本発明の
機能をわかりやすくするために極端な例を示した。つま
り、本発明のγ補正テーブルの設定はこれに限定される
ものではなく、例えば第４図の様なものでも発明の効果
は失なわれるものではない。

また、電子写真法を用いたレーザビームプリンタを例
にとって説明したが、レーザビームプリンタに限らず、
例えばサーマルプリンタなどにも適用できことは言うま
でもない。

〔他の実施例〕

上記実施例においては、ドツトの集中化を２つのγ補
正回路201,202を用いて、ライン毎に異なる補正を行う
場合について説明したが、これに限定する必要はない。
たとえば第５図に示すように、３つのγ補正回路211,21
2,213を備えるドツト集中回路210を用いてもよい。この
場合には各γ正回路211,212,213には、たとえば第６図
に示される３つのγ補正テーブルがストアされ、セレク
タ214によって１つの補正データを選択する。これによ
って３ライン毎に異なる補正を行うようにしても上述し
た実施例と同様の効果が得られる。また１ライン上の画
素について必ずしも同一の補正を行う必要はない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば 1.出力画像のハイライト部の再現が安定する、 2.階調とびなしにドツトの集中化が行える、 3.複数の補正手段を利用しているためドツト集中化の度
合を自由に設定できる、 したがって出力画像品位を格段に向上することができ
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（Ａ）および第２図（Ｂ）は第１図示のドツト集
中回路200における２つのγ補正回路201,202のγ補正テ
ーブルを示すグラフ、 第３図はドツト集中回路200の入力画素データＡと出力
画素データＢの一例を示す図， 第４図はγ補正テーブルの他の例を示すグラフ、 第５図は本発明の他の実施例のレーザビームプリンタに
おけるドツト集中回路210のブロツク構成図、 第６図はドツト集中回路210における３つのγ補正回路2
11,212,213のγ補正テーブルを示すグラフ、 第７図は従来技術のレーザビームプリンタのブロツク構
成図、 第８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300を示す図、 第９図は半導体レーザ素子の一例の特性を示す図、 第10図は本実施例装置に採用したPWM回路400の回路図、 第11図は本実施例装置に採用したレーザドライバ回路50
0の回路図、 第12図はPMW回路400の動作を示すタイミングチヤート、 第13図は第１図のドツト集中回路600の入力画素データ
Ａと出力画素データＢの関係を示す図、 第14図はドツト集中回路600に依る実質的な補正状態を
説明するためのグラフである。 図中、200,210……ドツト集中回路、201,202,211〜213
……γ補正回路、203,214……セレクタ、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 2/44 H04N 1/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多値画像データを入力する入力手段と、 前記多値画像データに対して、低濃度域において、濃度
   を増加させる第１の濃度変換特性と、前記低濃度域にお
   いて濃度を減少させる第２の濃度変換特性とを１画面内
   で所定周期毎に選択し、濃度変換処理を行う濃度変換手
   段と、 前記濃度変換手段によって変換された多値画像データを
   出力する出力手段とを有し、 前記第１の濃度変換特性と前記第２の濃度変換特性との
   濃度変換関係は、前記低濃度域より高い濃度域と前記低
   濃度域とで異なることを特徴とする画像処理装置。