JPH02232689A - 可変グレイレベルデジタル画像の表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、デジタル表示の可変グレイレベル画像をユ
ーザが視認可能な表現でプリント及び表示する装置に関
する。特にこの発明は、上記画像のマルチパス書込に必
要なバンド幅を減少することに関する． （従来の技術） デジタル処理された画像及びコンピュータで生成された
合成画像など、デジタル表示の画像をユーザが視認可能
な表現にするのに、各種の表示装置及びプリンタが使わ
れている。またプリント技術の分野では、グレースケー
ルの濃淡がプリント画像の知覚品質を高めることが多い
ため、マルチパス処理を含め、そのような画像を表現す
るための技術が幾つか提案されていることも周知である
。

可変グレイレベル画像のマルチパスプリントは、各画像
毎の複数のグレイスケール分解画を重ね合わせ整合して
書き込み、各分解画が空間的に加え合わされて一つの画
゛像を形成するようになされている．これらの分解画は
、用紙なと最終的な記録媒体の上に直接、順番に重ねて
書き込むこともできる．しかし実用上、もっと一般的に
はゼログラフィ一式感光体などの中間記録媒体上に各分
解画を重ね合わせ整合して書き込んでおり、画像は最終
的な記録媒体への転写前に完全に形成される。

転写ゼログラフィーは可変グレイレベル画像のマルチパ
スプリントによく適した処理の簡単な一例であるが、こ
の発明は、画像をプリント及び表示（ここではこれらを
総称して“書込゜と呼ぶ）するためのそれ以外のマルチ
パス処理にももちろん適用し得る． （発明が解決しようとする課題） デジタル表示の可変グレイレベル画像をユーザが視認可
能な表現で生じる従来のマルチパス処理は、グレイの各
分解可能な濃度毎に１つの異なるグレイスケール画像の
分解画を与えようとしてきた．このような状況では、ｎ
種の異なるグレイ濃度を含む画像を書き込むのにｎ個の
分解画が必要なため、適度な速度で画像が書き込まれる
場合でも、濃淡の多い画像を書き込むのに必要なバンド
幅が多くなり過ぎ易い．従って、この発明の主な目標は
、デジタル表示の可変グレイレベル画像のマルチパス書
込に必要なバンド幅を減少することにある． （課題を解決するための手段） 本発明によれば、２進符号化コードワードによって表さ
れたピクセルからなる可変グレイレベル画像のユーザ視
認可能な表現が、コードヮードと“コード合致”した書
込応答を有する１つまたはそれより多いピクセル発生器
によって、適切な記録媒体上に書き込まれる。すなわち
、ピクセル発生器の書込応答は、コードワードの各ビッ
トの２進重みとほぼ合致するように選ばれた一連のグレ
イスケール値を通じて、それぞれのピクセル発生器を周
期的に且つビットと同期してステップ走査することによ
ってコードワードとコード合致させられる．このように
コード合致されたピクセル発生器が、それらに与えられ
るコードヮードの連続したビットの論理レベルに応じて
選択的に書込可能及び不能とされ、これによってある与
えられたコードワードに応じてそれぞれ行われる２進重
みの書込が空間的に加え合わされ、その与えられたコー
ドワードとほぼ同じグレースケール値を有するピクセル
を形成する． この発明の上記以外の特徴及び利点は、添付の図面を参
照して以下の詳細な説明を読み進むにつれ明かとなろう
． （実施例） 次に図面、特にまず第１図を参照すると、プリントへ７
ド２１が１つまたはそれより多いピクセル発生器２２ａ
−２２ｉの他、固定長のマルチビット２進コードワード
をビットシリアルな形で（すなわち１ビットづつ）、ピ
クセル発生器毎に所定のプリント速度（以下“正規化ピ
クセルプリント速度３と称する）でピクセル発生器２２
ａ−２２ｉに与えるデータ源２３を有しているのが分か
る．各コードワードは２進コードに従って符号化され、
それぞれのピクセルのグレイスゲール値を表しているの
で、ピクセル発生器２２ａ−２２ｌによって可変のグレ
イレベルピクセルからなる画像（すなわちグレイスケー
ル濃淡画像）を、中間のまたは最終的な記録媒体（第１
図には不図示・第ｌＯ図を参照）上にプリントする． 明らかなように、正規化ピクセルプリント速度とは、異
なるプリントヘッドの別々の特性について細かく考慮せ
ずに、コードヮードが各種プリントヘッドのピクセル発
生器に与えられる速度を記述するための便宜上の方策で
ある。しかし実際には、プリントヘフド２１の構成が一
般的に、そのピクセル発生器２２ａ−２２　ｔにコード
ワードを与える速度と方法両方に影響を及ぼす。例えば
、プリントヘフド２ｌがラインプリントを行うため、記
録媒体の幅に沿って横方向の固定中心にそれぞれ分散配
置されたピクセル発生器２２ａ−２２ｉの線形またはジ
グザグ（スタガー）形ベージ幅アレイを有する場合、コ
ードワードは通常高速マルチブレクサによって、ライン
プリント速度でそれぞれのピクセル発生器２２ａ−２２
ｉに与えられる．一方、プリントへフド２ｌがラスター
走査バターンに従って画像をプリントするため、例えば
ピクセル発生器２２３など１つだけピクセル発生器を備
えている場合には、コードワードが単独のピクセル発生
器２２ａにピクセルプリント速度で与えられる． 本発明によれば、プリントヘッド２１の構成に関わりな
く、変調器２５がピクセル発生器２２ａ−２２１の書込
応答を、２進符号化コードワードの各ビット値と実質上
合致するように２進重み付けされた所定シーケンスの“
２進コード合致”グレイスケール値を通じて周期的にス
テップ走査させる。すなわち、変調器２５はピクセル発
生器２２ａ−２２ｉの書込応答を、それぞれに与えられ
るコードワードの連続したビットと時間的に同期する一
方、同時に正規化ピクセルプリント速度で周期反復して
、連続したコードワードに対するビット後とのコード合
致処理を繰り返しながら、一連のコード合致グレイスケ
ール値を通じてステップ走査させる．これに応じてピク
セル発生器２２ａ−２２ｉは、それぞれに与えられたコ
ードワードの連続ビットの論理レベル（“１”または“
０”）に応じたビット速度で選択的に書込可能及び不能
とされ、いずれの１つも任意の与えられたコードワード
毎に応じて行われる書込の空間的な和が、そのコードワ
ードとほぼ同じグレイスケール値を有するピクセルを形
成する． 光学的なピクセル発生器を有するプリントヘッドの方が
、出力パルスの強度及び／又は持続時間を変調すること
によってそれらの書込応答を制御できるため、本発明を
実施するのにより適しているが、発明の広義の観点から
すればこのようなプリントヘッドに制限されないのはも
ちろんである．周知のように、光学的なピクセル発生器
によって行われる書込の密度（すなわちグレイスケール
レベル）は、光学的な出力パルスの強度及び幅つまり“
オン時間”の非線形関数であることが多いので、それぞ
れのピクセル発生器に与えられるコードワードのグレイ
スケール値を相補的なトーン再生曲線に従ってスケール
調整し、ピクセル発生器のグレイスケールのリニア性を
高めることができる．またピクセルの外見も、各ピクセ
ルを形成するのに使われる複数の書込を行うのに必要な
有限の時間中に、プリントヘッドと記録媒体の間で一触
にある程度の相対移動が生じるため、幾らかの移動ボケ
によって影響されることがある．しかし幸いなことに本
発明では、コードヮードのビット長さ及びコードワード
を符号化するのに使われるアルゴリズムを、そのような
移動ボケによって生じる画像の品質低下を最小限とする
ように選択可能である．尚さらに、例えば１９８８年６
月１４日に発行され、本出願人に譲渡されたＤ，Ｌ，Ｈ
ｅｃｈｔの米国特許第４．７５Ｉ．６５９号、名称「離
散形作像バーの欠陥補償」に記述されているように、サ
ジタル（ｓａｇｉ　Ｌａｌ）方向の移動を補償する手段
を講じることもできる． 第２及び３図を参照すれば、この発明が可変のグレイレ
ベル画像（ここで用いる“グレイ”とはカラーまたはト
ーンと関わりなく画像の密度を表す）をプリント及び表
示するのに必要なバンド幅を著しく減少可能なことが明
かとなろう。例えば、４ビット長の２進符号化コードワ
ードを使えば、じ白″を含め）１６種類までの異なるグ
レイ濃度を表せる，そしてこの発明によれば、ピクセル
発生器２２ａ−２２ｉ　　（第１図）の書込応答がコー
ドワードとコード合致されるため、そのコードワードを
対応してピクセルヘ変換するのに（すなわちコードワー
ドを復号化するのに）、４つのグレイスケール書込（第
３図）だけが必要である。

図示の目的上、第２及び３図は光学的なラインプリンタ
の動作を示しており、ピクセル発生器２２ａ−２２３の
書込応答はラインプリント速度で周期反復し、コードワ
ードの連続ビットとそれぞれコード合致されて、画像の
各“サブライン゛をビット速度で一連の２進重み付けグ
レイスケール画像の各分解画に露出する。従って、書き
込まれる画像の各ラインは複数の重複するサブラインの
露光からなり、これらの露光が空間的に相互に加え合わ
されてそのラインの露光分布を決める。

但し、ピクセル発生器２２ａ−２２ｉの書込応答が制御
されるタイミングの関係及び方法は、ブリントヘソド２
１（第１図）の構成及び使用されるピクセル発生器２２
ａ−２２ｉの種類にそれぞれ依存することが理解されよ
う．つまり、異なる構成を有したり、別の種類のピクセ
ル発生器を用いているプリントヘッドは、それぞれ独自
の動作原理に基づいてこの発明を実施し得ることが明か
であろう． コードワードを符号化するのには、順次減少ずる、ある
いは第２図に示すように、順次増加する２進重み付けビ
ット値からなる箇単な２進カウントコードが使え、それ
ぞれのコードワードの各ビットの２進重みは最初のビッ
トから最後のビットに向かってあるいは逆に、関数Ａ　
ｌｏｇ．、但しＡ＝Ｏ、１、２．．．に従って変化する
ようになされる．但し、もっとバランスの取れたコード
を使えば、複数の書込からなるピクセルの対称性を増す
ことによって、プリントまたは表示される画像の知覚品
質を改善し得る。特に、複数書込の認知可能な不整合を
引き起こすほど大きいピクセルの移動ボケが存在する場
合には、通常の２進カウントコードなど著しくバランス
の悪いコードを使うと、書込画像の外見をひどく劣化さ
せるほど、ピクセル分布を非対称的に歪ませることがあ
る（第３図参照）． このため、第４〜６図に示すように、コードヮードは偶
数の対称性（第４図）または奇数の対称性（第５図）を
有する２進コードに従って符号化し、ピクセル分布が全
てほぼ対称となるように（第６図）することもできる．
また、対称的に対を成す書込の露光値は、あるコードワ
ードの復号化時にそれら対書込の両方が共に行われるこ
ともまたは共に行われないこともあるので、２のファク
ターで順次減少されていることが理解されよう。

もちろん、奇数の対称性を有するコードを用いる場合に
は、フルスケールのシーケンス中央露光値が使われる（
第５図参照）。

偶数または奇数の対称性を有するコードを用いながら所
望レベルのグレイスケール解像度を達成するためには、
コードワードのビット長さをほぼ２倍にしなければなら
ないが、この点は状況によって許容可能な選択となり得
る．しかし、バンド幅が制約された状況では、各ビット
の重みを順不同に順序付け、長いコードワードを用いず
にコードワードのバランスを改善し、これによって少な
くとも問題の多いピクセルの対称性を向上するのが好ま
しい・こともある．例えば、第７及び８図に示すように
、各コードワードの最上位ビット（ＭＳＢ）が次最下位
ビット（ＮＬＳＢ）よりもコードワードの中心に近づい
た、内側のビット位置を取るように、コードワードのビ
ット重みを再順序付けしてもよい．明らかなように、こ
のと・ノト重みの再順序付けは対称性の問題に対するや
や経験的な解決策であり、．各ビットの最適な順序付け
は、コードワードのビット長さ及びそれらビットの相対
的な２進重さに依存する． 第９図を参照すると、光学的なピクセル発生器の書込応
答を２進符号化コードワードにコード合致させるため、
前記した強度変調法（第２、４、５及び７図）の代わり
として、パルス幅変調も使えることが理解されよう。ま
た実際上、非飽和形の光学的記録媒体の露光は入射する
放射の強度と持続時間に従って変化するので、所望なら
、この発明を逸脱することなくピクセル発生器の書込応
答とコード合致を行うのに、強度変調とパルス幅変調両
方の組合せを用いることもできる。

本発明を有利に適用可能な記録装置の実例について第１
０〜１２図を参照すれば、ラインプリンタ４１が電気光
学的な内容全反射（ＥＯ　ＴＩＲ）変調器４２を有し、
平行化されたシート状の光ビーム４３を、個々にアドレ
ス可能な一組の電極４５ａ−４５ｉ（第１２図）に与え
られる電圧パターンに従って空間的に変調する。すなわ
ち変調器４２は、電極４５ａ−４５ｉと密に電気的に結
合され、光学研磨された縦長の表面４７を備えたニオブ
酸リチウム結晶（ＬｉＮｂＯｚ）などの電気光学素子４
６を有する。そして電ｐｉＩ４５ａ−４５ｉは変調器４
２の縦軸と平行に整列され、電気光学素子４６のほぼ全
長にわたって相互に離間する関係で、実質上等距離間隔
の各中心に分散配置されている。

電極４５ａ−４５ｉは、超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路
４８上に、それぞれのドライバ及びアドレシング回路（
不図示）と共に集積化されるのが有利である． 図示のように、光ビーム４３は変調器４２に対して軸方
向に一敗され、且つ電気光学素子の光学研磨表面４７に
対してグレーズ（限界見通し）角に近い入射角で与えら
れ、光ビーム４３はその表面４７で内部全反射する．一
般的に、光ビーム４３はレーザなどによって供給され、
電気光学素子４Ｇのほぼ全長を照明するように、アナモ
ルフィックに変調器４２の幅方向に拡張される．また、
光ビーム４３は通常電極４５ａ−４５ｉに沿った長さの
ほぼ中央で、実質上電気光学素子４６の反射表面４７上
に円筒状またはクサビ状の焦点を結ぶ。光ビーム４３を
拡張し集束するための光学系は、第１０図に５２で概略
的に示してある。

動作中、データに応じた電圧パターンが電極４５ａ〜４
５ｉに与えられ、それぞれ異なる電圧レベルに駆動され
る隣合った一対の電極によって電気周辺場が電気光学素
子４６内へと結合される。

言い換えれば、第１図のピクセル発生器２２ａ−２２ｉ
は各々、第１０−１２図に示したプリントヘッドの隣合
う（つまり隣接した）一対の電極から構成される．すな
わち、電気光学素子４６内へと結合された電気周辺場が
そこの屈折率を局所的に乱し、そこを通過する光ビーム
４３と相互作用させることによって、光ビームの同位相
波面を空間的に変調する．従って、光ビーム４３の同位
相波面変調を対応した強度分布へ変換するために、第１
０図に５４で概略的に示したシュレリーン（Ｓｃｈ　ｌ
ｅｒ　ｉｅｎ）像形成系が設けられており、変換後の強
度分布が電極４５ａ−４５ｊに与えられるデータに従っ
て、ゼログラフィック受光体などの感光性記録媒体５５
を露光する。換言すれば、空間的な光変調器４２とシュ
レリーン像形成系５４との組合せが、記録媒体５５を露
光するための光学的な作像バーとして機能する。もちろ
ん特質上、記録媒体５５は矢印５６で示すように、変調
器４２に対してラインと交差する方向つまり処理方向に
、ほぼ一定の速度で前進されながら露光される． 変調器４２などのＥＯ　ＴＩＲ変調器は非常に高い応答
速度を有するので、例示のプリンタ４１は本発明を実施
するのに極めて適している。画像の任意のあるラインに
関する２進重み付けグレイスケール分解画を表す“サブ
ライン露光゛が、ピクセル毎のコードワードのビットを
順次ラインに沿って変調器の電極４５ａ−４５３へ“差
動的に符号化された形“で与えることによって、記録媒
体５６上に重なり合う関係で逐次プリントされる。周知
のごとく、このような“差動的符号化”によって、高（
“１”）の論理レベルビットは隣接電極間での電圧移行
（“１゜から“０“または“０“から“１′）によって
表され、一方低（“０”）の論理レベルビットはそのよ
うな電圧移行の不在によって表される。１９８４年５月
２２日に発行され、本出願人に譲渡されたＷ，　Ｄ．　
Ｔｕｒｎｅｒ等の米国特許第４，４５０，４５９号、名
称「周辺場応答式電気光学ラインプリンタ用差動符号化
」を参照のこと。従って、変調器４２の書込応答がこの
発明に従ってコードワードとコード合致されれば、画像
のある与えられたラインに関するサブライン露光が空間
的に加え合わされ、そのラインに沿って位置するピクセ
ルのグレースケール値に従って変化する露光分布を決め
る． 前述したように、変調器４２の書込応答は、光ビーム４
３を強度変調及び／又はパルス幅変調することによって
、コードワードとコード合致可能である．さらに別の選
択として、コードワードの連続ビットと時間同期させな
がら、電極４５ａ−４５ｊ用の高（“１”）の論理レベ
ル電圧を振幅変調し、その結果生じる電圧移行をビット
重みとほぼ合致するように２進重み付けする方法もある
．この振幅変調方法は変調器４２のアナログ電圧応答に
依拠しているので、ゼログラフィックプリント処理のグ
レイスケールの非線形性だけでなく、変調器４２の電圧
応答特性における非線形性も補償するように、コードワ
ードのグレイレベル値を非線形的にスケール調整できる
という利点を有する． （発明の効果） 以上から、本発明はデジタル表示の可変グレイレベル画
像をマルチパス書込するのに必要なバンド幅を減少可能
であることが理解されよう。また本発明は、上記の画像
をプリント及び表示するための各種のプリントヘッド構
成及びピクセル発生器を用いて、経済的且つ効率的に実
施可能なことが理解されよう．例えば、Ｉ．Ａｂｔｋｏ
等、［高プリント品質のＬＥＤプリントヘッドＪ　、Ｊ
ｏｕｒｎａｌｏｆＩｍａｇｉｎｇ　Ｔｅｃｈｏｎｏｌｇ
ｙ＋Ｖｏｌ．１２＋　Ｎｏ．５　、１　９　８　６年１
０月、２９６−２９８頁、に記載されているようなＬＥ
Ｄ作像バーも、本発明を実施するのに使える．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づいて可変グレイレベル画像をプ
リントする、個々にアドレス可能なピクセル発生器のア
レイを有するプリントヘッドの節略化した概略図；第２
図は画像の連続するライン内の各位置と一致した処理方
向を占めるピクセルに関する、２進重み付けサブライン
露光値の節単な反復シーケンスを示すグラフ；第３図は
第２図に示した一連のサブライン露光に対応した一群の
２進重み付けサブ露光分布を、処理方向に沿ったそれら
の分布の相対的な位置決めと共に示すグラフ；第４図は
画像の連続するライン内の各位置と一敗した処理方向を
占めるピクセルに関する、反復的な、対称的にバランス
（偶数対称）された一連の２進重み付けサブライン露光
値を示すグラフ：第５図は画像の連続するライン内の各
位置と一敗した処理方向を占めるピクセルに関する．別
の反復的な、対称的にバランス（奇数対称）された一連
の２進重み付けサブライン露光値を示すグラフ；第６図
は対称的にバランスされた一連の２進重み付けサブライ
ン露光値に対応した一群の２進重み付け、対称対化サブ
露光分布を、処理方向に沿ったそれらの対化分布の相対
的な位置決めと共に示すグラフ：第７図は画像の連続す
るライン内の各位置と一致した処理方向を占めるピクセ
ルに関する、反復的で、非対称的だが実質上バランスさ
れた一連の２進重み付けサブライン露光値を示すグラフ
；第８図は第７図に示した一連の並べ換え後のサブライ
ン露光に対応した一群の２進重み付けサブ露光分布を、
処理方向に沿ったそれらの分布の相対的な位置決めと共
に示すグラフ；第９図はサブ露光がそれらの持続時間を
変調することによって２進重み付けされた、本発明の別
の実施態様を示すグラフ；第１α図は本発明を実施する
のに使用可能な画像バーを有するラインプリンタの簡略
化斜視図；第１１図は第ＩＯ図に示したラインプリンタ
で使われる画像バー用の空間光変調器の拡大正面図；及
び第１２図に示した変調器の破断断面図である。 ２２ａ−２２ｉ・・・・ピクセル発生器、２３・・・・
データ源、 ２５：４２・・・・変調器手段、 ５５・・・・記録媒体。 ＦＩＧ．　１ ＦＩＧ．１１ ４５ｉ ＦＩＧ．　７２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、デジタル表示の可変グレイレベル画像をユーザが視
   認できるように表示するため、前記画像の各ピクセルを
   表す固定長で且つマルチビットのコードワードに応じて
   、記録媒体上に前記画像を書き込む制御可能なグレイス
   ケール書込応答を有する少なくとも１つのピクセル発生
   器を含み、各ビットが所定の２進重みを有するように、
   前記コードワードが２進符号化されている装置において
   ： 前記コードワードを前記ピクセル発生器へシリアルに与
   える手段であって、前記コードワードが正規化されたピ
   クセルプリント速度で前記ピクセル発生器へ逐次与えら
   れ、相連続する前記コードワードの第１論理レベル及び
   第２論理レベルのビットにそれぞれ応じて、前記ピクセ
   ル発生器を所定のビット速度で選択的に書込可能及び不
   能とする手段：及び 前記ピクセル発生器に接続され、該ピクセル発生器の書
   込応答を、前記コードワードの各ビットの２進重みとほ
   ぼ合致するように選ばれた一連のグレイスケール値を通
   じて周期的にステップ走査する変調器手段であって、前
   記ピクセル発生器の書込応答が、前記正規化されたピク
   セルプリント速度で周期的に反復されると共に、前記ビ
   ット重みと合致したグレイスケール値を通じて前記ビッ
   ト速度でステップ走査され、前記ピクセル発生器を前記
   コードワードとコード合致させて、コードワードが表す
   ピクセルのマルチパス書込を行う手段： を備えた装置。