JP2902720B2

JP2902720B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2902720B2
Application number: JP2103624A
Authority: JP
Inventors: 尚史庄司; 朋子小川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH041778A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えばデジタル複写機のように走査をしな
がら順次に画像を形成する装置に関し、特に中間調の再
現と記録画質の改善に関する。

［従来の技術］一般にデジタル複写機においては、原稿画像はCCDな
どの固体撮像素子によって走査しながら順次に読取ら
れ、画素毎の濃度を表わす画像情報に変換される。この
画像情報は、所定の画素処理を施された後、一般に記録
／非記録に対応する二値信号に変換され、光ビームを変
調する回路に印加される。画像情報に応じて変調された
光ビームは、光導電性を有する像担持体上に走査しなが
ら照射され、像担持体上に静電潜像を形成する。静電潜
像はトナーによって可視化され、トナー像は所定の転写
紙に転写され、定着される。

この種の静電記録においては、一般に記録する画素毎
の濃度を多段に調整できないので、一般には各画素に対
する記録は、黒（記録）又は白（非記録）の二値で制御
している。またこの種の二値記録では、中間調を再現す
るために、ディザ法や濃度パターン法が用いられる。し
かしこれらの方法では、複数画素の黒と白との配分の調
整によってそれらの平均的な濃度を中間調として再現す
るので、中間調表現をしない場合に比べて解像度の低下
は避けられず、また中間調表現に伴なう特有のパターン
が画像上に現われて画質を低下させる原因になる。

この種の欠点を改善するために、例えば特開昭62−14
0550号公報においては、パルス幅変調法を提案してい
る。この方法は、１画素あたりの露光時間を当該画素の
記録濃度（階調）に応じて調整し、画素毎の露光面積を
記録濃度に対応付けるものである。またこの方法は、静
電潜像の中間電位部分の使用を最小限に抑えようとする
ものであり、電子写真特有の画像の変動要因の影響を受
けにくく、安定した画像を再現し易い。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記パルス幅変調法においても、次の
ような問題がある。

中間調を再現する場合、常に各画素は副走査方向に長
い長方形状にトナーが記録され、特に低濃度（ハイライ
ト）部分では各画素に記録されるトナー形状が細線状に
なり、画像全体としても、それらの細線が連続するので
副走査方向に向かう多数の線が特有のパターンとして現
われ、画質が低下する。パルス幅変調法を採用する場合
の記録画像の一例を第10図に示す。第10図においては、
画素単位で各領域のトナー付着部分がハッチングで示さ
れ、トナーの付着しない部分は空白で示されている。ハ
ッチング領域の面積の大きい部分は、濃度の高い画素に
対応する。

そこで本発明においては、中間調を再現可能にすると
ともに、ディザ法の場合のような解像度の劣化を防止
し、しかも中間調処理特有のパターンが画像上に現われ
るのを防止することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

画素毎に区分された画素毎の階調を示す情報を含む画
像情報を所定の走査信号に同期して順次出力する画像情
報出力手段；互いに異なるｎ個のしきい値を保持するしきい値保持
手段；前記画像情報出力手段が出力する画像情報の各々の画
素の階調を、１画素単位で前記しきい値保持手段の保持
するｎ個のしきい値のそれぞれと比較し、ｎ個の比較結
果を１画素分の時系列の記録信号として出力する階調処
理手段；前記階調処理手段の出力する記録信号に応じて光ビー
ムを変調駆動する光ビーム変調手段；及び前記光ビームの照射を受けて静電潜像を形成し、形成
された静電潜像を粉体トナーで可視化し、可視化された
像を所定の記録媒体に転写する画像再生手段；を備え、記録画像の主走査方向の長さをＬ、主走査方向
の画素数をN,トナーの粒径をa,1画素単位の分割数を
ｎ、とする場合に、 L/（Ｎ・ｎ）≧ａとしたことを特徴とする、画像形成装置。

［作用］本発明によれば、各々の画素の階調は、複数のしきい
値と比較され、各々の画素に対して複数の比較結果が出
力される。これらの比較結果は、時系列の記録信号とし
て出力される。従って、１つの画素の走査期間内に、記
録信号には、記録／非記録を示す複数の二値信号が順次
に現われることになり、しきい値の大きさとそれの記録
信号に対する時間的な配分を調整することによって、各
画素におけるトナー付着領域と非付着領域との配分パタ
ーンを変更することができる。

例えば、L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7及びL8の８つのしきい
値を用意し、画素の階調データをL1,L2,L3,L4,L5,L6,L7
及びL8と順次に比較した結果を記録信号として１画素の
走査期間内に出力する場合に、L1,L3,L5及びL7のしきい
値が階調データより小さく、L2,L4,L6及びL8のしきい値
が階調データより大きいと仮定すれば、“10101010"の
時系列データが記録信号として出力されることになり、
１画素の記録領域内に４つのトナー付着領域（１の部
分）と非付着領域（０の部分）とが交互に、つまり分散
して形成され、トナー付着領域の集中を避けることがで
きる。

また、L/（Ｎ・ｎ）≧ａの条件を満たすようにする
と、記録画像に空間周波数の高いパターンを形成するこ
とができ、画像のノイズを低減できる。この種の画像
は、明視距離での通常の観察条件では均一の濃度として
とらえられる。

［実施例］第１図に、本発明を実施する一形式のデジタル複写機
の機構部を示す。第１図を参照すると、この複写機は、
レーザプリンタ２とその上に載置されたイメージスキャ
ナ１で構成されている。イメージスキャナ１は、原稿台
（コンタクトガラス）12上に置かれる原稿を照明用のラ
ンプ11で露光し、その反射光をミラー13,14,15,レンズ1
6を介してイメージセンサCCDに導く。CCDは一次元の固
体撮像素子であり、原稿画像を400dpiの密度で画素単位
に読取り電気信号に変換する。

CCDの出力する画像信号は、第2a図に示す電気回路に
よって処理される。即ち、CCDの出力するアナログレベ
ルがA/D変換器によって８ビットのデジタル信号に変換
され、このデジタル画像信号に対して、平滑化，γ補正
等の画像処理が施される。この画像信号は、更に比較器
によって1/0の二値信号に変換された後、LDドライバを
介してレーザダイオードLDの付勢を制御（オン／オフ）
する。つまり、画像を構成する各画素の白／黒に応じ
て、レーザ光がオン／オフされる。

再び第１図を参照する。LDから出るレーザ光は、画像
書込ユニット21内の光学系を介して、像担持体、即ち感
光体ドラム22の表面に照射される。感光体ドラム22はレ
ーザ光の照射を受ける前に、メインチャージャ23によっ
て一様に高電位に帯電しており、レーザ光の照射のオン
／オフに対応して、表面電位に変化が生じ、それによっ
て、画像に対応する電位分布、即ち静電潜像が感光体ド
ラム22上に形成される。この静電潜像は、現像器24を通
る時にトナーを付着して可視化され、トナー像を形成す
る。このトナー像は、給紙カセット27から供給される転
写紙に重なり、転写チャージャ25によって転写紙に転写
され、分離チャージャ26によって感光体ドラム22から分
離し、定着器29を通る時に転写紙上に定着される。

第3a図及び第3b図に、それぞれ現像器24及び現像ロー
ラの断面を示す。この実施例の現像器24は、非磁性一成
分現像剤を分いて現像を行なう。一成分現像において
は、いかにして現像剤を搬送する現像ローラ上に一定量
の現像剤からなる現像剤層を形成するかが重要である。
この例では、像担持体がドラムであり、現像ローラとし
ては弾性のものを用いている。第3b図から明らかなよう
に、現像ローラは、導電性支持体，現像ローラに弾性を
持たせるための弾性層，トナーに適当な電担を与え表面
上にトナーを搬送する性質を持たせるための表面層から
なる。現像剤（非磁性トナー）はトナー供給ローラで現
像ローラ表面に供給されるとともに、現像領域を通過し
てきたトナーを除去する。ドクターブレードによって現
像領域への搬送量が規性され、現像ローラ表面に現像剤
層が形成される。

この実施例では、レーザ光をオン／オフ制御している
ので、それによって記録されるトナー像の濃度は白／黒
の二値的な変化になる。しかしこの例では、各画素の中
でのレーザ光のオン／オフパターンを切換えることによ
って、実質的にトナー像における中間調の再現を可能に
してある。

再び第2a図を参照する。ラッチに保持される画素単位
の画像信号は、その後の比較器によってしきい値発生器
の出力する１つのしきい値と比較され、二値信号に変換
されるが、各々の入力画素について、８回の比較が順次
に行なわれるように構成されており、各々の入力画素に
ついて８個の二値信号が形成される。

しきい値発生器の構成を第2b図に示す。第2b図を参照
すると、しきい値発生器には８つの固定しきい値T1〜T8
が設けられており、これらがデータセレクタの各入力端
子に印加されている。カウンタは、３ビットのバイナリ
カウンタであり、基準クロックCLKを計数し３ビットの
信号を出力する。従って、カウンタの出力する値は、CL
Kを計数する毎に、0,1,2,3,4,5,6,7,0,1・・・と変化す
る。データセレクタは、カウンタの出力する値に従っ
て、T1〜T8のいずれか１つを選択的に出力端子に出力す
る。つまり、データセレクタの出力には、T1,T2,T3,T4,
T5,T6,T7,T8,T1,・・・のしきい値が順次に現われる。

第2a図に示すように、基準クロック（CLK）を８分周
した信号がラッチに印加されており、その信号の周期が
入力画像の１画素の周期と一致している。またしきい値
発生器には基準クロックがそのまま印加されているの
で、１つの画素について、８個のクロックパルスがしき
い値発生器に印加されることになる。つまり、１つの画
素の値がラッチに保持されている間に、しきい値発生器
はT1〜T8の８個のしきい値を順次に出力するので、８個
の比較結果が、比較器の出力に順次に現われる。

なお第2c図は、第2b図の回路の変形例である。この例
では、ROMの互いに異なるアドレスに予め８つのしきい
値T1〜T8が記憶させてあり、カウンタの出力によってRO
Mの３ビットのアドレス（A0〜A2）を切換えることによ
って、８つのしきい値が順次に現われるようにしてい
る。従って第2b図の回路と実質的に同じ機能を果たす。

従って、レーザ光の書込みパターンは、画像読取り時
の画素密度に比べて８倍の密度で制御される。第４図
は、入力画像の階調，しきい値及び比較出力の関係を示
している。第４図から分かるように、この例では１画素
あたり８個の二値データが得られるので、各々の画素に
ついて８種類の濃度を表現可能である。

第9a図及び第9b図は、時系列で順次に現われるしきい
値T1〜T8のランク（小さい順番）の配列パターンを示し
ている。第9a図のパターンでは、しきい値が順次に大き
くなるように変化するので、このパターンを用いた場合
には、パルス幅変調制御を行なう場合と結果的には同様
になり、第10図に示すような記録画像が得られる。第10
図の画像パターンでは、各々の画素内のトナーパターン
は、１辺（縦軸）が一定で他辺（横軸）が階調に応じて
1/8〜8/8の範囲で変化し、長方形状になる。従って、例
えば画像のハイライト部分でこのパターンが副走査方向
に連続すると、副走査方向に沿って多数のラインが現わ
れることになり、画像上でそれが目立ち易い。

このような不都合をなくするためには、例えば第9b図
に示すようにしきい値の配列パターンを変更すればよ
い。第9b図の例では、しきい値のラングが小−大−小−
大・・・と交互に変化するように並べてある。このパタ
ーンを用いる場合には、第４図の比較出力の変化から分
かるように、各々の画素領域の中でトナーの付着領域が
連続するのを防止でき、トナーを分散して記録できるの
で、画像上でラインのパターンが目立つのを避けられ
る。

この実施例の装置を用い、トナーの種類（粒径）の変
化による画像への影響を調べた。トナーとしては、粒径
が6,8,及び10μｍの３種類のものを使用し、それぞれに
ついて画像を評価した。その結果、10μｍのトナーで
は、画像ノイズが多く、階調の再現性が安定せず、また
中間濃度の画像領域では粒子性あるいは濃度均一性が相
対的に良くなかった。顕微鏡で観察したところ、露光し
たパターンが全く再現されておらず、トナーが所々凝集
しながら分布していた。これに対し、粒径が８μｍのト
ナーでは、ノイズが減少し、比較的安定した画像が得ら
れた。また６μｍのトナーでは、ノイズが極めて小な
く、階調再現性が非常に良い画像になった。顕微鏡で観
察したところ、トナーの粒径が小さくなるにつれて、潜
像の微細パターンの再現性が良くなり、トナーの凝集が
目立たなくなった。これらの画像において、明視距離で
は特定のパターンが目立つようなことはなかった。以上
の実験の結果、次式を満足することが良好な画像を得る
ために必要な条件であると結論付けられた。

L/（Ｎ・ｎ）≧ａ但し、L:記録画像の主走査方向の長さ N:画像の主走査線上の画素数 n:1画素内区分数（しきい値の数） a:トナーの粒径上記実施例の装置において、６μｍのトナーを使用
し、第9b図のしきい値配列パターンで各階調の画像を形
成し、１本の微細ラインの平均太さを測定した。その結
果を第7a図のグラフに示す。第7a図を参照すると、階調
の変化に応じて、記録されるラインの太さが変化するの
で、これによって記録される各画素内のトナー領域の面
積と入力階調との関係は直線的な比例関係にはならな
い。つまり、階調が小さい時には濃度が低め（濃い）に
なり、階調が大きい時には濃度が高め（薄い）になる。

そこで、実際に使用するしきい値の組合せに第7b図に
示すように偏りを持たせる。つまり、８つのしきい値に
256の階調を８等分した各値（16,48,80,112,144,176,20
8,240）を割り当てると、第7a図の非線形性が現われる
ので、その基準値に対して実際のしきい値をずらす。こ
れによって入力階調と記録濃度とのリニアリティを改善
できる。なお第2b図のしきい値には、補償後の値を示し
てあるが、前記実験においては、16,48,80,112,144,17
6,208,240のしきい値を用いた。

次にもう１つの実施例を説明する。複写機の機構部の
構成を第5a図に示し、現像器24Bの構成を第5b図に示
す。この実施例では、像担持体としてベルト感光体22B
を用いてある。転写は、転写ローラ25Bにバイアスを印
加することによって行なわれる。現像器24Bでは二成分
現像剤を用い非接触現像によってベルト上の静電潜像を
現像しトナー像を形成する。

画像データを処理する電気回路の構成を第６図に示
す。CCDから出力される画像信号は、A/D変換器によって
デジタル画像信号に変換された後、平滑化及びγ補正の
処理を施される。その出力は、独立した８個の比較器の
各々の一方の入力端子に同時に印加される。各々の比較
器の他方の入力端子には、８つの固定しきい値T1〜T8の
各々が印加されている。従って、８つの比較結果が同時
に生成され、これらはパラレル／シリアル変換器に印加
される。パラレル／シリアル変換器は、シフトレジスタ
であり、クロックパルス（第2a図の基準クロックと同
様）に同期して８つの比較結果を順次にシフトし、１つ
ずつ順次にLDドライバに出力する。

従って、前記実施例と同様に、１画素あたり８個の二
値信号によってレーザ光の付勢が制御され、入力画像に
比べ８倍の密度で潜像形成が制御される。

第5b図を参照して現像器24Bを説明する。攪拌部材は
現像剤を構成する磁性キャリアと非磁性トナーとを攪拌
する。現像剤供給ローラは、現像領域を通過した現像ス
リーブ上の現像剤を除去し、攪拌された現像剤を現像ス
リーブ上に供給する。現像スリーブは内部に12極の磁石
を有し回転する磁気ローラを備え、これらが回転するこ
とにより現像剤（磁性キャリアと非磁性トナー）を搬送
する。現像領域への搬送量は磁性ブレードで規制され
る。現像領域における現像剤層（磁気ブラシ）と像担持
体表面は常に接触しないようにギャップが保たれる。現
像スリーブと像担持体との間には、トナーのみが像担持
体の特定電位部分に付着するように現像バイアスが印加
される。この現像バイアスには交流成分を含んでいる。

このように非接触で現像を行なうと、像担持体に好ま
しくない機械的作用を及ぼすことがないので、像担持体
の一定速度での駆動がし易くなり、像担持体表面を傷付
けることもなくなる。さらに、一度像担持体表面に付着
したトナーを摺擦することがないので、トナーの付着量
を制御し易く、細線部分やハイライト部分も良好に再現
できる。

前記実施例の場合と同様に、トナーの粒径と画質との
関係をみるための実験を実施した。使用したトナーは、
粒径が5,8,及び10μｍのものであり、キャリアの粒径は
40μｍ（共通）とした。実験の結果、10μｍのトナーで
は階調再現性や画像ノイズの点で最も劣り、トナー粒径
が小さくなるにつれて画質が著しく向上した。従って、
二成分現像においても、一成分現像の場合と同様に、次
式の関係を満たすことが、良好な画像記録のために重要
である。

L/（Ｎ・ｎ）≧ａ実施例の装置で粒径５μｍのトナーを使用して、第9b
図に示すパターンのしきい値を用い、各階調の画像を形
成し、１本の微細ラインの平均の太さを測定した。その
結果を第8a図のグラフに示す。第8a図を参照すると、特
性は異なるが第7a図の場合と同様に、階調に応じてライ
ンの太さが変化するのが分かる。

そこで、実際に使用するしきい値の組合せに第8b図に
示すように偏りを持たせることによって、前記実施例の
場合と同様に、入力階調と記録濃度との関係のリニアリ
ティを改善できる。

［効果］以上のとおり本発明によれば、解像度の劣化を伴なう
ことなしに中間調を再現でき、しかも各々の画素につい
て、階調を複数のしきい値と比較した結果に応じて複数
に区分された領域の各々の記録／非記録を制御するの
で、１画素内の記録／非記録のパターンを視覚的に認識
できない程度に細分化することによって、特定のパター
ンがノイズとして記録画像に現われないようにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の複写機の機構部の構成を示す正面図
である。第2a図は、第１図の複写機の画像処理回路の概略を示す
ブロック図、第2b図及び第2c図は、第2a図のしきい値発
生器及びその変形例の構成を示すブロック図である。第3a図及び第3b図は、現像器及び現像ローラを示す縦断
面図である。第４図は、第2a図の回路の階調処理の一例を示すタイム
チャートである。第5a図は別の実施例における複写機の機構部の構成を示
す正面図、第5b図は第5a図の現像器を示す縦断面図であ
る。第６図は、第5a図の複写機の画像処理回路の構成を示す
ブロック図である。第7a図及び第8a図は、各実施例の補正前のしきい値を用
いた時の階調とライン太さとの相関を示すグラフであ
る。第7b図及び第8b図は、各実施例の画質を改善するための
補正したしきい値の並びを示すブロック図である。第9a図及び第9b図は、しきい値のランクとその順番を示
すブロック図である。第10図は、従来の装置における記録画像の一例を示す平
面図である。 1:イメージスキャナ、2:レーザプリンタ 11:ランプ、12:原稿台 13〜15:ミラー、16:レンズ 21:画像書込ユニット 22:感光体ドラム、22B:感光体ベルト 23:メインチャージャ 24,24B:現像器、25:転写チャージャ 25B:転写ローラ、26:分離チャージャ CCD:イメージセンサ LD:レーザダイオード T1〜T8:しきい値（しきい値保持手段）

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 B41J 2/52 H04N 1/29 G03G 15/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画素毎に区分された画素毎の階調を示す情
報を含む画像情報を所定の走査信号に同期して順次出力
する画像情報出力手段；互いに異なるｎ個のしきい値を保持するしきい値保持手
段；前記画像情報出力手段が出力する画像情報の各々の画素
の階調を、１画素単位で前記しきい値保持手段の保持す
るｎ個のしきい値のそれぞれと比較し、ｎ個の比較結果
を１画素分の時系列の記録信号として出力する階調処理
手段；前記階調処理手段の出力する記録信号に応じて光ビーム
を変調駆動する光ビーム変調手段；及び前記光ビームの照射を受けて静電潜像を形成し、形成さ
れた静電潜像を粉体トナーで可視化し、可視化された像
を所定の記録媒体に転写する画像再生手段；を備え、記録画像の主走査方向の長さをＬ、主走査方向
の画素数をN,トナーの粒径をa,1画素単位の分割数を
ｎ、とする場合に、 L/（Ｎ・ｎ）≧ａとしたことを特徴とする、画像形成装置。