JPH03133668A - 画像処理装置 - 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］ 本発明は画像形成装置、詳しくは多値画像データを入力
して中間調可視画像を形成する画像形成装置に関するも
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）
Ｌ、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が開発されてき
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
略構成を示すブロック図である。

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　Ｗ　Ｍ）回路、５００はレーザドライバ回路、５
０１は半導体レーザ素子である。

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ブリンクにおけ
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３０
１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３
０３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
示す回路ブロック図、第１１図はレーザドライバ回路５
００の回路図、第１２図はＰＷＭ回路４００の動作を示
すタイミングチャートである。

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をラッチするＴＴＬラッチ回路、４０２はＴＴ
Ｌ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
ルなＴＴＬ論理レベルに変換するレベル変換器である。

４０６はクロック信号２ｆを発生するクロック発振器、
４０７はクロック信号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はクロック信号２ｆ
を１／２分周して画素クロック信号ｆを作成している１
７２分周器である。これによりクロック信号２ｆは画素
クロック信号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
チャートを参照して説明する。信号■はクロック信号２
ｆ、信号■はその２倍周期の画素クロック信号ｆを示し
ており、図示の如く画素信号と関係付けである。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
ティ比を５０％に保つため、クロック信号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ＯＯＨ（白）〜ＦＦＨ（黒）まで２５
６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ＦＦＨ１第２画素は
中間調レベルの８０Ｈ１第３画素は中間調レベルの４０
Ｈ１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、ｔｚ　、ｔｓ　、ｔ４等のＰＷＭ信号を発生
する。そしてこのＰＷＭ信号はｏｖ又は５ｖのＴＴＬレ
ベルに変換されてＰＷＭ信号のになり、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
はスイッ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、このスイッ
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と共に電流スイッチ回路を形成しており、入
力するＰＷＭ信号信号部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５０
５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５
０５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５
０１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　（
ｓｅｃ）とすると、理想的にはＰＷＭ信号がＯ”Ｔ（ｓ
ｅｃ）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信号信号部間には波形■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ｔ、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が事実上は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ｔ、＝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ｔｓ＝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２５
６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３
００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
ストコンピュ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、各針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りなＰＷＭ信号の最小パルス
幅を、例えばｔｓ＝ｌ　Ｏｎｓ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Ｇ１
１の濃度は“４０Ｈ“である。すなわち４０Ｈ〉閾値Ｃ
（Ｃ＝３０Ｈ）であるので、出力画素データＢの画素Ｇ
ｌ＋における濃度はそのまま“４０Ｈ”となる。次に画
素ａｄｚの入力画素データＡの濃度は“２０Ｈ“である
。すなわち２０Ｈく閾値Ｃであるので、そのデータ“２
０Ｈ”はメモリに格納され、次の画素ＧＩ３の濃度に加
算される。画素Ｇ１．の入力画素データＡの濃度は“３
０Ｈ”であったのに対して、画素ＧＩ２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ＯＯＨ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“ＯＯ
Ｈ”とされるので、この範囲の階調の画素は形成されず
、いわゆる階調とびな生じてしまう。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、搬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ＧＩ３．　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
術では揖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、いわゆる白ぬけや凝似的な輪郭の発生
を防止し、形成画像品位を向上することができる画像形
成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、本発明に従う画像形成装置
は、パルス幅変調した駆動信号に基づいて発生されたビ
ームを用いて記録媒体上に中間調を有する画像を形成す
る画像形成装置であって、多値画素データを入力する入
力手段と、入力した多値画素データのうちの少なくとも
所定閾値付近の階調範囲の画素データに対して相互に異
なる補正を行う複数の補正手段と、前記複数の補正手段
によって補正された複数の画素データのうちから１つの
画素データを選択する選択手段とを備え、前記選択手段
によって選択された画素データに基づいて駆動信号をパ
ルス幅変調するようにした。

〔作用］ かかる画像形成装置においては、入力された多値画素デ
ータのうちの少なくとも所定閾値付近の階調範囲の画素
データに対して複数の異なる補正が行われる。したがっ
て、例久ば成る画素についてはその階調度を増大させ、
他の画素についてはその階調度を減少させることによっ
て全体とじての階調度の再現性を損なうことなく、滑ら
かなドツトの集中化を行うことができる。

［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
略構成を示すブロック図である。

図中２００は相互に異なる補正を行うγ１補正回路２０
１．γ２補正回路２０２を含む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３０
１を有している）であり、ＰＷＭ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
の出力画像信号已に変換される。更にこの画素データＢ
はＰＷＭ回路４００に入力され、レーザドライバ回路５
００、半導体レーザ素子５０１を介して、像形成部３０
０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γ１補正回路で、２０２はγ２補正回路
である。２０３は入力画素データＡをγ１補正回路２０
１、γ２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γ１補正回路
２０１およびγ２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てストアーしてお
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１ 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γ１補正回路２０１
およびγ２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■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ｍ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１区分において、γ１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。γ２
補正回路２０２は第１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、γ２補正回路２０２によって差し引かれる信号分を
γ１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１！区
分においてレーザ素子が発光する点に近すいた時、急激
に立ち上がることを防止する。

第１Ｉ区分において、γ１補正回路２０１およびγ２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りなγ補正データをそれぞれ出力
する。

第ｍ区分において、γ１補正回路２０１およびγ２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
リーダからの画像データ（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、各針内の数値はその画
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Ｇ
１１〜Ｇ＋４の濃度は、γ１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Ｇｘｔ〜Ｇ２４の濃度は、γ２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Ｇ
ｌｌ〜Ｇ＋４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２０
Ｆ（になった場合には画素Ｇ２＋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凝似的な
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ることは言うま
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２
１１，２１２゜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
ブロック構成図、 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ブリンクに
おけるドツト集中回路２１０のブロック構成図、 第６図はドツト集中回路２１０における３つのγ補正回
路２１１，２１２．２１３のγ補正テーブルを示ヤサ゛
ラフ、 第７図は従来技術のレーザビームプリンタのブロック構
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
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
ャート、 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に依る実質的形成部、
３０１・・・感光ドラム、４００・・・ＰＷＭ回路、５
００・・・レーザトライバ回路、５０１・・・半導体レ
ーザ素子である。 入力画卑テパ−クハ ２０Ｈ こ　　　　　　　ゲＯＨ 入力函県テ″−タＡ 人Ｊｎ１歪、イε、デ′−タＡ 入力ゐイ棟そ”−タＡ 閑 ０４ 工８ １Ｘ−イアλ雷巴粍 第 １？ 暖 ｉ約 ■： 刀 １３ ■ （△） 並走ｌ 第 ３ 肥 （Ｃ） 第 １ろ 目（Ｄ、）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パルス幅変調した駆動信号に基づいて発生されたビーム
   を用いて記録媒体上に、中間調を有する画像を形成する
   画像形成装置において、 多値画素データを入力する入力手段と、 入力した多値画素データのうちの少なくとも所定閾値付
   近の階調範囲の画素データに対して相互に異なる補正を
   行う複数の補正手段と、 前記複数の補正手段によって補正された複数の画素デー
   タのうちから１つの画素データを選択する選択手段とを
   含み、 前記選択手段によって選択された画素データに基づいて
   駆動信号をパルス幅変調するようにしたことを特徴とす
   る画像形成装置。