JPH0336879A

JPH0336879A - 中間調再現方式

Info

Publication number: JPH0336879A
Application number: JP1172303A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Hirahara; 修三平原; Kazuhiko Higuchi; 和彦樋口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1989-07-04
Publication date: 1991-02-18

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、サーマル溶融転写プリンタ、光プリンタそ
の他のプリンタにおいて中間調画像を記録するための中
間調再現方式に係り、特に多値デイザ法を用いた中間調
再現方式に関する。

（従来の技術）ワックスや樹脂をバインダとする熱溶融性のインクを用
いるサーマル溶融転写記録は、単純な記録プロセスでコ
ントラストの高い画像が得られるという特長があるため
、カラーのグラフィック・プリンタや普通紙ファクシミ
リ、パーソナルｅニスの日本語ワード・プロセッサ等に
広く使われている。

ところで、二値記録のプリンタを用いて滑らかな階調や
微妙な色彩を含む自然画像を再現する方法として、従来
より組織的デイザ法が多く使われてきた。しかし、組織
的デイザ法は再現階調数と解像度とが相反する特性があ
るために、解像度・階調数の両方を同時に満足すること
が難しい。この点を改善するため、組織的デイザ法の閾
値マトリクスにおける各閾値を多値化して閾値マトリク
スの多層化を行うことで、マトリクス・サイズを小さく
して再現階調数を増やす、いわゆる多値デイザ法が考え
られている。

従来提案されている多値デイザ法は、大きくは次の二種
類に分けられる。一つは最低濃度、最高濃度の両端に近
い領域を除いた緩やかな中間濃度の時に、マトリクス要
素の全てを中間的な多値レベルにする考え方であり、多
値デイスプレィによく使われる。もう一つは、低濃度、
高濃度の両端に近い領域を除いた緩やかな中間濃度の時
に、マトリクス要素のうちのただ１つだけ中間的な多値
レベルにする考え方であり、これは二値記録的な面積階
調を使うノン・インゴツト・プリンタに向いていると言
われている。これらのいずれも、二値のデイザ法で使わ
れる単純なドツト配置規則を基に、可変範囲全体で一貫
している単調な制御増減規則に沿って閾値マトリクスを
多層化する方式多値デイザ法を感熱記録やデイスプレィ
、インク・ジェット・プリンタ、レーザ・プリンタ等に
適用した報告は数多くなされているが、サーマル溶融転
写プリンタへの適用例はほとんど報告されていない。一
方、サーマル溶融転写で階調を表現するときに発生しや
すい“ざらつき”　（転写ノイズ）や疑似輪郭（階調ジ
ャンプ）を抑制する特徴的な画素パターンを数個使い、
複数ドツトにまたがる熱の拡散（熱の滲み、干渉）を制
御して連続的な階調を実現する濃度パターン法が発表さ
れている。

従来からの二値のデイザ法を用い、サーマル溶融転写で
階調画像を再現すると、ざらついた印象や階調ジャンプ
による疑似輪郭を生じやすい。これらの記録ノイズを更
に詳しく調べるために、特定のドツト・パターンを連続
的に繰り返して記録し、記録エネルギーに対する記録濃
度を測定して、その時の画質の変化を見る実験を分解能
１２ドツト／ｌのサーマルヘッドを使用し、記録速度２
　ｍ５ｅｃ／ラインの条件で行なった。第２５図は、２
×２ドツトの画素内に１ドツトだけ記録した場合の転写
インクの形状を示す顕微鏡写真である。同図に示される
ように、適度の間隔を空けて並んだ孤立したドツト状の
記録画点は、面積のゆらぎが小さい、すなわち“ざらつ
き感”の少ない、安定した転写状態を形成する。しかし
、２×２ドツトの画素内に２ドツト記録する、転写面積
率が５０％に近い場合、隣接するドツトどうしが互いに
干渉し合って画質に影響が現れる。

第１８図は２×２の中の２ドツトの並び方で決まる３つ
の画素形状に対する特性を示したものである。この中で
、グラフ中の実線は主観的評価で“ざらつき“が非常に
少ないと判定された領域、破線は逆に“ざらつき”が多
いと判定された領域を示している。この他、３×３ドツ
ト、４×４ドツトといった大きさの様々な画素形状をバ
ラメ−夕として実験した結果、次のような共通する事実
が認められた。

■画素形状に起因する、面積階調特有の記録ノイズ（こ
れは“ざらつき″の原因となる）がある。

■特定の濃度範囲で綺麗な画質を示すパターンがいくつ
か存在する。

■副走査方向へ直線状にドツトが連なるパターン（スト
ライプ・パターン）は、特定の中間的な濃度領域で最も
記録ノイズ（“ざらつき”）が少ない。

■は、記録紙の平滑度やサーマルヘッドの押当て圧力な
どの材料や機構に依存するノイズとは別に、サーマルヘ
ッドへ印加するパルスの制御や階調記録の処理などに依
存するノイズが存在することを示している。■は、特定
の画素形状をいくつか上手に辿れば、全濃度範囲を良好
な画質で再現することが可能なことを示唆しており、こ
れは濃度パターン法で連続階調を記録する方法の原理的
な根拠となっている。溶融サーマル転写記録において、
高画質を得る多値デイザ法の閾値マトリクス構成を考え
るには、これらの事実に沿うことを原則とした階調制御
方法を設計する必要がある。

■で述べた副走査方向に連なるストライプ・パターンは
、上記の特長を持つ半面、３×３ドツトの画素内に１列
だけ連続記録した場合の転写インクの形状を示す第２６
図の顕微鏡写真から明らかなように、高濃度領域では隣
接するストライプ間に不規則な架橋状態を生じ、画質が
極端に劣化する。また、テクスチャの視覚的な画質阻害
感は、位相変動や方向性のない方が良いのに対して、ス
トライプ・パターンの基本周波数は方向により大きく変
化するという問題がある。

そこで本発明者らは、これらの難点を持つストライプ・
パターンの代わりに、格子状のパターンを基本パターン
として注目することにした。その理由は、まず第１にパ
ターン内にストライプも含んだ形状である点、すなわち
インク転写過程での不安定性が少ないという性質をある
程度保存している点である。第２に方向によって基本空
間周波数の変動が少ない点、すなわち視覚的にテクスチ
ャ・ノイズが目立たない等の性質を持っていることであ
る。そして第３に、これが最も重要な理由があるが、格
子状のパターンは、転写されるインク形状が四方に尖端
状に突起を持つため、画素どうしが架橋する際に発生す
る“ざらつき感”が小さい点である。第２７図は４×４
ドツトの画素内に格子状に記録した場合の転写インクの
形状を示す顕微鏡写真であり、“ざらつき感″が著しく
緩和されていることがわかる。

第１９図及び第２０図は、それぞれ集中型ドツト・パタ
ーン及び格子状ドツト・パターンの平均記録濃度に対す
る記録ノイズとしての画素単位の面積のゆらぎを測定し
た結果を示したものである。

図中に矢印で示した記録ノイズが増加している部分の顕
微鏡写真を分析した結果、サーマル転写プリンタを用い
た面積変調で中間調を表現する際に画質を阻害する主な
要因として、第２１図のａ。

ｂ、ｃ、ｄに概念的に示す４種類のノイズの存在が確認
された。すなわち、これら４種類のノイズは、それぞれ
ａが記録エネルギー量が少ない時にインクの転写が不確
実となって発生するノイズ、ｂがドツトどうしの融合で
発生するノイズ、Ｃが画素間に不安定な架橋が発生する
ノイズ、モしてｄが高濃度において白く抜くべき部分が
黒く潰れるノイズである。以下、ａのノイズを“飛び”
ｂのノイズを“画点の融合”ｃのノイズを“画素間の架
橋”　ｄのノイズを“潰れ”と呼ぶことにする。

これらａ、ｂ、ｃ、ｄ、のノイズのうち、それぞれ−１
種類だけ単独で現れている領域を選び出し、その面積率
ゆらぎの大きさを分離した結果を示したのが第２２図で
ある。一般に、デイザ法の中でドツト分散型よりもドツ
ト集中型の方が階調性がよいと言われる理由は、必ず段
階状ドツト群に隣接するドツト画像かあるいは減少する
というドツト配置規則を使うので、画点の融合ノイズを
回避できる点にある。しかし、ドツト集中型では４種類
の面積率ゆらぎのうち、Ｃの“画素間の架橋”ノイズの
影響が最も大きく現れる。従って、サーマル溶融転写記
録の″ざらつき感″を少なくする・には、この“画素間
の架橋″ノイズの抑制が最も重要となる。

第１９図及び第２０図を比較すると、通常の集中型パタ
ーン（第１９図）より格子状のドツト・パターン（第２
０図）の方が記録ノイズが少ないことを示している。す
なわち、３Ｘ３ドツトのマトリクスの場合、４ドツトか
らなる集中型パターンで発生する０、０６８程度の面積
率ゆらぎが、５ドツトからなる格子状ドツト・パターン
を使用することにより０．０３４程度と約５０％減少す
る。このように画素間の架橋ノイズを抑制するには、低
濃度の領域から格子状のドツト・パターンを形成するド
ツト配置規則を使えばよいという根拠が実験的に明らか
である。

３次元的な自由度がある多値デイザ広に複雑な規則を適
用することは、今までほとんど検討されていなかったが
、上述したように格子状ドツト・パターンは安定した画
素を形成し、優れた階調性を示すことが明らかとなった
。そこで、発明者らは“緩やかに階調性が変化したとき
に、格子状の多値濃度パターンを通過しなければならな
い”という弱い拘束条件だけを付けて多値マトリクスを
構成する組織的多値デイザ法による中間調記録方式を既
に提案している（特開昭６４−４７５４７号公報）。

しかしながら、上述した多値デイザ法による中間調記録
方式では、滑らかな階調表現を重視すると、細かい形状
部分の再現力や鮮鋭感が犠牲になるという相反する傾向
が生じる。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来の中間調記録方式では、滑らかな
階調表現を達成しようとすると、微細形状部分の再現力
と鮮鋭感が損なわれるという問題があった。

本発明は、多値デイザ法を用いながら微細形状部分の再
現力及び鮮鋭感に優れた階調表現ができる中間調再現方
式を提供することを目的とする。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明は、閾値マトリクスを用いて階調画像信号を所定
の制御レベルに変換し、この制御レベルによって記録ド
ツトを制御することにより、階調レベルを表現する中間
調再現方式において、階調レベルが最大階調レベルより
低い階調レベルに位置し、制御レベルが全ての記録ドツ
トで均一でない第１の点と、制御レベルが全ての記録ド
ツトで略均一な第２の点との間に、これら第１の点と第
２の点における閾値マトリクス内での制御レベルの合計
値が不連続となるギャップを有するようにしたことを特
徴とする。

より具体的には、Ｍ個の要素からなる多層の閾値マトリ
クスを用い、階調画像信号をＯからＬ−１までのＬ値の
制御レベル（ＬはＬ≧３の整数）に変換して、記録ドツ
トを制御することにより、Ｎ段階の階調レベル〔Ｍ＜Ｎ
≦Ｍ　（Ｌ−１）〕を表現する、いわゆる多値デイザ法
による中間調再現方式において、階調画像信号に対する
制御レベルのマトリクス・サイズ内での値の合計が最大
階調レベルと最大階調レベルより１レベル前の階調レベ
ルとの間で極大値をとるように閾値マトリクスを定めた
ことを特徴とする。

本発明においては、階調画像信号に高域強調処理を施す
ことが望ましい。

また、閾値マトリクスのＬの値は、７≦Ｌ５１１の範囲
が好ましく、さらに閾値マトリクスの大きさは、１８０
〜２５０μｍ口が好ましい。

（作用）このように閾値マトリクスを定めると、多値デイザ法に
高域強調フィルタを組合わることによって、滑らかな階
調表現に加え、微細形状部分の再現力及び鮮鋭感に優れ
た階調表現が可能となり、特に写真画像などの階調画像
と文字画像などの二値画像が混在した画像でも高品質の
記録が得られる。

また、可能となる。閾値マトリクスにおけるＬの値、す
なわち階調制御レベル数を７以上、１１以下にすると、
階調数を必要以上に増やすことなく、つまり回路規模を
いたずらに増大させることなく、疑似輪郭のない滑らか
な階調表現が可能となる。

さらに、閾値マトリクスの大きさを１８０〜２５０μｍ
口にすることにより、記録ノイズ（面積率ゆらぎ）が減
少し、“ざらつき２の少ない画像が得られる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明を適用したサーマル溶融転写プリンタの要部構
成を示すブロック図である。

第１図において、メモリ等からなる階調画像信号源１０
からの階調画像信号は、高域強調フィルタ１１を介して
多値デイザ化回路１２に入力される。ここで、階調画像
信号とは写真画像や文字画像の各画点毎の再現すべき濃
度を表わす信号である。多値デイザ化回路１２は、１ド
ツト毎に人力される階調画像信号と、Ｍ個の要素からな
る（Ｌ−１）層の閾値マトリクスの各要素とを比較して
各記録ドツトの制御レベルをＯ〜（Ｌ−１）のＬ値の中
から選択し、各記録ドツト毎にＬ値の制御レベル信号と
してヘッド駆動回路１３に出力するものであり、例えば
後述するようにＲＯＭテーブルによって構成される。

多値デイザ化回路１２から出力されるＬ値の制御レベル
信号はヘッド駆動回路１３に供給され、サーマルヘッド
１４の各発熱抵抗体ドツトへの通電エネルギー（記録エ
ネルギー）を制御するためのパルス幅に変換されて、サ
ーマルヘッド１４に供給される。サーマルヘッド１４は
、記ｓ紙１５をインクリボン１６を介してプラテンロー
ラ１７側に押し付けながら、ライン状に配設された発熱
抵抗体への選択的な通電加熱により、インクを加熱溶融
し記録紙１５上に転写する。記録紙１５上に転写され付
着したインクは記録画像１８を形成し７、その他のイン
ク１つはインクリボン上１６に残る。タイミングコント
ローラ２０は、階調画像信号信号源１０、多値デイザ回
路１２及びヘッド駆動回路１３に必要なタイミング信号
を供給する。

第２図は多値デイザ化回路１２の詳細を示すブロック図
である。階調画像信号源ｌＯからの階調画像信号データ
（８ビツト）はバッファ（ＲＡＭ１、ＲＡＭ２）２１ａ
、２１ｂに供給される。ここで、サーマルヘッド１４が
主走査方向（記録紙の進行方向と直交する記録紙の幅方
向）に２５６０個の発熱体を並べた２５ＢＯドツト／ラ
インのヘッドとすると、上記２つのバッファ２１ａ、２
１ｂの容量は、それぞれ階調画像信号データ１ライン分
に相当する８ビツトＸ　２５８０ドツトである。２つの
バッファ２１ａ、２１ｂを使用しているのは、高速記録
に対応するためである。即ち、最初のラインのデータは
バッファ２１ａに書込まれ、次の１ラインのデータはバ
ッファ２１ｂに書込まれる。以後、バッファ２１ａ、２
１ｂに交互に各ラインのデータが書込まれる。このよう
にしておくと、−方のバッファにデータを書込む間に、
他方のバッファからデータを読出すことができる。バッ
ファ２１ａ、２１ｂは、１ラインのデータの書込みが終
了すると待機状態になる。１ラインの記録が終了すると
、データ読出し信号ＲＡＭＩＲＤまたはＲＡＭ２ＲＤが
発生され、２ライン目のデータがバッファ２１ｇまたは
２１ｂから読出される。

この様子は第３図のタイミング図に示される。

このような２５６０ドツト分の階調画像信号の交互の書
込み・読出し動作が、１頁の記録が終了するまで（カラ
ー記録の場合には、１色目の記録が終了するまで）繰返
される。これによれば、印字周期を２　ｍ５ｅｃ／ライ
ンとすることができる。

ＲＡＭＩＲＤ信号またはＲ’Ａ　Ｍ　２　ＲＤ信号によ
りバッファ２１ａまたは２１ｂ内から読出されたデータ
は、多値の閾値マトリクスＲＯＭ２２に供給される。こ
の閾値マトリクスＲＯＭ２２は本発明の要旨に係る部分
で、階調画像信号から多値の制御レベルへの変換を行な
う。この閾値マトリクスＲＯＭ２２の内容は、入力レベ
ルと記録ドツト位置（ｘ、ｙ座標）とがアドレスとして
与えられると、対応するドツトの制御レベルデータを出
力する。

閾値マトリクスＲＯＭ２２のアドレスの一部として与え
られるドツト位置のデータ（ｘ、ｙ座標）は、第２図に
おけるラインカウンタ２３の出力（２ビツト）と、ドツ
トカウンタ２４の出力（２ビツト）とによって得られる
。すなわち、ドツトカウンタ２４は第３図のタイミング
図からも明らかなように、ＲＡＭＩＲＤまたはＲＡＭ２
ＲＤ信号に同期して０〜３までのカウント動作を行ない
、Ｘ座標を出力する。また、ラインカウンタ２４はＲＡ
ＭＩＲＤまたはＲＡＭ２ＲＤ信号を２５６０カウントす
る度にカウントアツプして、０〜３までのｙ座標を出力
する。

閾値マトリクスＲＯＭ２２からの制御レベルに変換され
た出力は６ビツトでシリアルに供給され、バッフ　ｙ　
２５　ａ　、　　２５　ｂ　（ＲＡ　Ｍ　Ｂ　１　、　
Ａ　Ｍ　Ｂ　２　）に格納される。バッファ２５ａ、２
５ｂ内のデータは、サーマルヘッド１４の各発熱体に供
給されるエネルギー量を表わすデータである。バッファ
２５ａ、２５ｂはそれぞれ６ビツトＸ　２５６０ドツト
の容量があり、バッファ２１ａ、２１ｂと同様に第３図
のタイミング図に示すように、ＲＡＭＢ　ＩＷＲ及びＲ
ＡＭＢ２ＷＲ信号によって交互に書込み動作を行ない、
ＲＡＭＢ　ＩＲＤ及びＲＡＭＢ２ＲＤ信号によって交互
に読出し動作を行なう。

第４図は第１図におけるヘッド駆動回路１３の詳細を示
すブロック図、第５図はそのタイミングチャートである
。ここでは、サーマルヘッド１４は二層で駆動されるも
のとしている。従って、二系統の駆動回路が構成されて
いる。多値のデイザ化回路１２で通電エネルギー量に変
換されたデータは、シフトレジスタ３０ａに入力される
。シフトレジスタ３０ａの出力はシフトレジスタ３０ｂ
に転送される。シフトレジスタ３０ａ、３０ｂには、同
一のクロック信号が供給されている。シフトレジスタ３
０ａ、３０ｂの出力は、パラレルにそれぞれラッチ回路
３１ａ、３１ｂに入力される。

ラッチ回路３１ａ、３１ｂには、同一のラッチ信号が供
給されている。また、ラッチ回路３１ａ。

３１ｂには、第５図に示すようにイネーブル信号ＥＮＩ
、ＥＮ２が交互に供給されている。ゲート回路３２ａ、
３２ｂの出力は、ドライバ３３ａ。

３３ｂを介してサーマルヘッド１４の各層の発熱体に供
給される。ヘッド駆動回路１３は、例えば特開昭６ｌ−
２２７（１７４号公報に記載されているようにパラレル
信号を人力する形であっても良い。但し、その場合には
、多値デイザ化回路１２からの出力信号をパラレルにす
る必要がある。

この実施例では、サーマルヘッド１４の温度データがヘ
ッド駆動回路１３に帰還されている。これはサーマルヘ
ッド１４自身に蓄積される熱や環境塩度によって、同一
の通電エネルギー量でも転写されるインク量が異なって
くることから、サーマルヘッド１４自身の検出温度によ
って通電エネルギーを適切に制御するためである。この
ような制御を行なうことにより、第６図に示すように、
常ｍ　（Ｔｎ　）のときの通電エネルギーを１００％と
すると、温度が増加するにつれて通電エネルギーを減少
させ、温度が減少するにつれて通電エネルギーｉを増加
させ、サーマルヘッドの蓄熱状態に拘らず、常に所定の
インク量が転写されるようになっている。サーマルヘッ
ド１４の温度検出は、例えば第７図に示すように、サー
マルヘッド１４に温度検出用のサーミスタ４０を接続し
、このサーミスタ４０の出力をＡ　／　Ｄ’変換器４１
を介してヘッド駆動回路１３に供給することにより行な
えば良い。また、サーマルヘッド１４の通電エネルギー
は、第４図のゲート回路３２ａ、３２ｂに供給されてい
るイネーブル信号ＥＮＩ、ＥＮ２のパルス幅を第８図Ａ
Ｉ、Ｂｌに示すパルス幅からそれぞれＡ２．８２に示す
パルス幅に減少させたり、ドライバー３３ａ、３３ｂの
出力電圧の振幅値を第８図ＡＩ、Ａ２に示す値から同図
Ａ３．Ｂ３に示すような値に減少させることにより減少
させることができる。

第９図は本実施例で用いる多値の閾値マトリクスの具体
例であり、Ｍ−４Ｘ４の要素からなる閾値マトリクスが
Ｐ１〜ＰＬ２で示す１２層設けられている。この場合、
Ｎ−，８４段階の階調レベルを再現するＬ−１３値のデ
イザ法を実現することができる。

この１２層の閾値マトリクスｐｔ−ＰＬ２に、第１０図
に示すようにθ〜６３の数値で表現された６４レベルの
階調画像信号を入力すれば、この階調画像信号と閾値マ
トリクスＰＬ　−ＰＩ３の各要素の閾値を示す数値（１
〜６３）とが比較され、両者の大小関係が転換する閾値
マトリクス番号Ｐ　ｉ（ｉ　＝　１．２．・・・１２）
が制御レベルデータとして出力される。

こうして出力されるマトリクス番号Ｐｉ　　（制御レベ
ルデータ）に単位パルス幅を乗じて得られた１２種類の
パルスを、サーマルヘッド１４への通電パルスとしてヘ
ッド駆動回路１３に供給することにより、通電パルス幅
すなわち記録エネルギーを階調画像信号と閾値マトリク
スとの比較結果に応じて制御することが可能になる。例
えば閾値マトリクス内の１行２列目の位置に１４レベル
の階調画像信号が入力された場合には、８番目の層Ｐ８
にこれと大小関係が転換する境の１４レベルに相当する
閾値があるので、単位パルス幅を８０μＳｅＣとすると
、８　Ｘ８０−６４０μＳｅｅのパルス幅の通電パルス
が記録画点に印加される。第１０図には閾値マトリクス
内の全てに階調画像信号を人力した場合の、各要素位置
に対応して出力されるパルス幅（×８０μｓｅｃ　）を
示しである。

第９図に示した閾値マトリクスは、特開昭６４−４７５
４８号と同様に閾値マトリクスの要素の増分が各位置（
行列の位置）及び各層の間で、規則性や統一性があまり
強くなく非等差となっていることに加え、次の点が大き
な特徴となっている。すなわち、この閾値マトリクスは
最大階調レベル（この例では６３レベル）と、その１つ
手前の階調レベル（この例では６２レベル）との間で、
各マトリクス内での制御レベルの合計が極大値をとって
おり、さらに閾値マトリクスの全層を通じて最大階調レ
ベル（６３レベル）となる要素が複数個（３〜４個）含
まれることである。これにより、第１１図に示すように
マトリクス内の記録エネルギーの合計が最大階調レベル
と１つ手前の階調レベルとの間で不連続的にジャンプし
ている。

このような特徴を持つ閾値マトリクスの設計手順（１）
〜（４）を以下に示す。まず、高画質で連続的な階調記
録ができる格子状ドツトパターンを持つ多値マトリクス
パターンを記録実験により探索して選択しく１）、得ら
れた多値マトリクスパターンを一覧表にする（２）。す
なわち、多値マトリクスパターンを階調レベル０〜Ｎの
順に並べ、画素毎の制御レベル０〜Ｌ−１を記入する。

第１２図はこうして得られるＬ個の多値パターンの例で
あり、マトリクスサイズＭ−３Ｘ３、制御レベルの数Ｌ
−３（０〜３）、階調レベル数Ｎ−１３の場合を示して
いる。Ｏ■■はＯ〜３の制御レベルをそれぞれ示してい
る。同図に示されるように、階調レベルＬ１〜Ｌ２の間
では、マトリクス内の制御レベルの合計は“１″ずつ連
続的に変化しているが、最大階調レベルＬ１２の一つ前
の階調レベルＬｌｌと最大階調レベルＬＬ２との間では
、マトリクス内の制御レベルの合計は前者の８ｍに対し
て後者は“１２″であり、“４″増えている、すなわち
不連続的にジャンプしている。ここで、本発明では第１
２図中に記載されているように、最大階調レベルＬ１２
にはエツジ部などの微細形状部分を対応させ、その１レ
ベル下の階調レベルＬｌｌにはベタ濃度を対応させてい
る。

次に、第１２図の多値マトリクスパターンを多層の閾値
マトリクスに変換する（３）。すなわち、各制御レベル
に対応したＮ層のマトリクスを設定し、マトリクスの各
要素に、階調画像信号の濃度値が幾つ目の階調レベルで
対応する制御レベルを通過するかを書き入れて、各層の
閾値マトリクスを作成する。例えば階調画像信号の濃度
値が制御レベル■を通過する階調レベルの数をマトリク
スの要素に記入すると、第１３図（ａ）に示すようにな
り、これは１層目の閾値マトリクスとなる。また、同様
に階調画像信号の濃度値が制御レベル■を通過する階調
レベルの数をマトリクスの要素に記入すると、第１３図
（ｂ）に示すように２層目の閾値マトリクスが得られる
。

こうして得られた多値の閾値マトリクスを組織的デイザ
法として第１図の多値デイザ化回路１２に適用する（４
）。その場合、前述したように高域強調フィルタ１１を
前処理手段として組み合わせることが望ましい。

上述した本発明による多値の閾値マトリクスの最も大き
な特徴は、マトリクス内の記録エネルギー（の合計）に
対する階調レベルを示す第１１図において、記録エネル
ギーＡに対する制御レベルが全てのドツトで均一でない
略不飽和の状態（第１の点Ｘｌ　：ベタ濃度に相当）と
、記録エネルギ−Ｂに対する全てのドツトで均一となる
飽和状態（第２の点Ｘ２）との間に、エネルギーギャッ
プを有することである。すなわち、第１の点Ｘ１は多値
の最大階調レベルより低い階調レベル、第２の点Ｘ２は
最大階調レベルであって、これらの間に記録エネルギー
における不連続なギャップを有するように設定されると
言い換えてもよい。そして、第１の点Ｘ１以下の全レベ
ルにおいて階調表現がなされ、第２の点Ｘ２においての
みエツジ部強調がなされるのである。なお、エツジ部強
調に供される記録エネルギーＢに、若干の幅を持たせて
もよい。

要するに、最大階調レベルとその１つ手前の階調レベル
との間で、各マトリクス内での制御レベルの合計が極大
値をとり、マトリクス内の記録エネルギーの合計が両階
調レベルの間で不連続的にジャンプする点は、画素全体
として階調を表現するときは何の寄与もせず、高域強調
フィルタ１１と多値デイザ化回路１２との組合わせによ
り、画像エツジ部や微細部分を表現するときに大きな効
果を持つ。すなわち、例えば通常の階調画像のベタ濃度
の部分は最大階調レベルの下のレベルとなるが、エツジ
部などの高域成分の多い部分では、高域強調により一気
に最大階調レベルに達する。

これにより、も′ともと滑らかな階調の表現力に注目し
て考案された多値デイザ法に、微細形状部分の表現力と
鮮鋭感を付与することができる。以下に、この点をさら
に詳細に説明する。

階調画像の記録には、次の（Ａ）　（Ｂ）　２つの理由
により補正処理としての高域強調が必要である。

（Ａ）サーマル記録特有の蓄熱効゛果および熱の拡散で
生じるボケの補正。

（Ｂ）デイザ化処理で発生しやすい画像エツジ部のノイ
ズ、すなわち周期性のテクスチャや画点の飛散りの抑制
。

本発明による中間調再現方式は、溶融状態で記録紙に転
写されるインク形状を、複数ドツトにまたがる温度分布
の制御により安定化し、インク付着率の変動を制御する
という原理を利用している。

これより、実験的に最適化されたマトリクスサイズは、
あるドツトから発せられる熱が周囲に影響を与えられる
領域の広さとほぼ同じ程度と考えられる。実際に、１０
〜２５０μｍ０のマトリクスを使用している点から、熱
のボケは４〜５本／關程度あると推定される。本実施例
では（Ａ）の蓄積効果によるボケに対し、例えばラプラ
シアン・フィルタを用いた一般的な高域強調フィルタ１
１で補正を行なっている。

また、前述したように記録エネルギーを不飽和の低レベ
ルあるいは零のまま残しである幾つかのマトリクス要素
を最大階調レベルで一気に埋めるという本発明の方式は
、高域強調フィルタ１１によって画像エツジ部分のデー
タをオーバーフローさせることで、格子状のテクスチャ
の目立たない微細なエツジ形状を表現できるだけでなく
、画点が飛び散るノイズを抑制する効果をも持つ。

この高域強調フィルタ１１の効果を確かめるために、以
下の実験を行った。実験には画像電子学会ファクシミリ
・テストチャートＮ　ｏ、１（（Ｃ）１９７２）の一部
を合成した画像を使用した。フィルタはデイザ化によっ
てモアレ（折返しノイズ）を生じないように、第１４図
に示す閾値マトリクスのサイズと同じ４×４の大きさの
フィルタを用いた。この第１４図に示すフィルタは、Ｋ
−−１でローパスフィルタ、Ｋ＞０で高域強調フィルタ
となるラプラシアン・フィルタである。画質評価のため
に、第２１図（ａ）に格子状テクスチャの濃度パターン
法、同図（ｂ）にフィルタ処理無しの多値デイザ法、同
図（ｅ）（ｄ）に高域強調フィルタ１１で前処理した本
実施例による多値デイザ法による記録サンプルをそれぞ
れ示す。これらを比較した主観評価の結果、階調画像部
分の画質は適度の高域強調量の第２１図（ｅ）で最も良
好であった。高域強調を掛は過ぎると、第２１図（ｄ）
のように人力画像に含まれるノイズが強調され、階調性
も悪くなって、いわゆる“硬い画質になる。一方、文字
部分の画質は高域強調量を大きくするほど良好となり、
６．５ポイントの文字（漢字）が原稿に較べてほとんど
遜色なく再現される。従って、デイザ化ノイズは高域強
調量が大きいほど少ない。

以上の記録結果から、二値デイザ法と比較して階調性は
優れるが鮮鋭部に欠けるという難点があった多値濃度パ
ターン法よりも、本実施例による多値デイザ法の法が画
質的に優れていることと、この多値デイザ法では熱の拡
散によるボケを補正するための高域強調フィルタが特に
効果的であることが確認された。また、最適な高域強調
量は、階調画像の場合と文字画像の場合とで異なること
が確認された。

上述した本実施例における多値デイザ法の基本的な設計
指針は、次の通りである。

■格子状に熱が集中する多層の閾値マトリクスを使う。

■拘束条件として、増減の途中で通過すべきいくつかの
高画質多値パターンを決める。

■格子状ドツトパターンを構成する要素以外の要素は、
階調表現には必ずしも使う必要がない。

■画像のエツジ部分（微細部分）を表現するときには、
閾値マトリクスの全要素を使用する。

この場合、拘束条件としてのパターン、閾値マトリクス
の大きさ及び多値レベル制御数の決定、モして■■の両
立を図るなどの必要が生じる。以下、これらについて述
べる。

パターンの決定について本発明者らによる数多くの濃度パターンを記録する実験
で得た経験的事実から、４×４のマトリクスサイズの場
合には第１５図に示す３種類の格子状ドツトパターンを
拘束条件として使うと良いことがわかった。この３種類
のパターンは低濃度と中濃度、高濃度の各濃度範囲内で
面積変動が少ない画素形状を形成し、安定した転写の特
性を示す。第１５図（ａ）に示す低濃度で使用する十文
字状のパターンは、中心の１ドツトだけを転写したいハ
イライト領域では、周囲の４ドツトが安定な熱状態を形
成するための熱バイアスとして作用する。濃度が高くな
り、次の段階のパターンである第１５図（ｂ）の格子パ
ターンへ移行する領域で、転写インクの形成するテクス
チャ及びエネルギー的な分布の面での接続性が良いとい
う特徴を持っている。また、高濃度で使用する第１５図
（Ｃ）に示すパターン及びこれを空間的にシフトした第
１５図（ｄ）に示すパターンは、第１９図に示したノイ
ズ特性の中で画素間の架橋が完了した後と、潰れが始ま
る前の間に存在する特異的な低ノイズ領域（黒矢印で示
される）での熱分布を真似たもので、高濃度でのノイズ
を抑制する効果がある。

マトリクスサイズの決定マトリクスサイズ及びサーマルヘッド１４の分解能をパ
ラメータとして格子状ドツトパターンのノイズを測定し
た結果を第１６図に示したように、いずれも中間濃度以
上でノイズは少なくなるが、そのレベルは画素面積に反
比例する特性を示している。即ち、サーマルヘッド１４
の分解能１６ドツト／關で３×３のマトリクスサイズに
相当する１８８μｍ’の画素面積では、その面積率ゆら
ぎが約５％ある。これに対して、分解能１６ドツト／　
ｍ＋ｓで４×４のマトリクスサイズ、分解能１２ドツト
／關で３×３のマトリクスサイズに相当する２５０μｍ
口の画素面積では、面積率ゆらぎは３％と約半分のレベ
ルであった。実際に記録したサンプルの観察による主観
評価を行なった結果によれば、前者は後者に比べ“ざら
つき′が多く、蓄熱による濃度の変化も著しいことが分
かった。

従って、良好な階調性を示すマトリクスサイズの最小限
度は、分解能１６ドツト／　ｍｍでは４×４．１２ドツ
ト／關では３×３（これは、中間調の画素面積としては
２５０８ｍ０１００線／インチ相当）と思われる。但し
、実験には厚み２．６μｍのワックス系インクと、平滑
度３００秒の片面アート紙を使用した。普通紙よりもイ
ンク付着性に優れた合成紙は転写ノイズが少ないので、
マトリクスサイズをさらに小さくできる可能性もある。

多値レベル制御数の決定一般に、通常の２値デイザ法による記録で滑らかな階調
を再現するには、閾値マトリクスを構成する要素の数が
３２以下では不十分である。また、４×４サイズの多値
デイザ法で滑らかな階調を再現するには、少なくとも６
〜７値以上の多値化（５〜６層以上の閾値マトリクス）
が必要である。

従って、１６ドツト／關の分解能のサーマルへッドを用
いたサーマル溶融転写記録では、４×４サイズの５〜６
層以上の閾値マトリクスを使い、６４レベル以上の階調
数制御を行なうことが望まれる。

この点をさらに詳しく説明する。

プリンタの階調記録性能を調べる最も厳しい試験の一つ
として、コンピュータ・グラフィックのような全くノイ
ズを含まない画像データを使って滑らかに変化する中間
調画像を出力し、疑似輪郭（偽輪郭ともいう）と呼ばれ
る階段状の濃度ノイズが発生しないことを評価基準とす
る方法がある。

本実施例の多値デイザ法に対して、この方法で評価を行
なった結果が第１７図である。縦軸は５人の被験者のう
ち、疑似輪郭が見えない人の割合（％）であり、横軸は
多値制御レベル数りをとったものである。この結果から
、サーマル溶融転写記録で疑似輪郭の見えない滑らかな
階調を再現するためには、７以上の多値レベル制御数、
換言すれば６層以上の閾値マトリクスを必要とすること
が分かる。

また、第２４図は多値制御レベル数りを種々変えて壺の
写真画像を記録したサンプルを示したもので、Ｌ−７以
上で疑似輪郭がほぼ完全に見えなくなっている。

また、サーマル溶融転写記録では、階調レベル数は３２
階調より多く必要であることが実験から明らかである。

従って、６４階調を越える階調レベル数は画質の点から
は無駄となり、回路規模をいたずらに増大させるだけな
ので、例えば特開昭６２−２０２２９３号、同６２−２
０２２９４号に記載されていような、実験的に１１１階
調レベルを表現できる性能が確認された１２値の多値レ
ベル制御は不必要であり、多値レベル制御数は１１以下
でよいことになる。

以上述べた本実施例によれば、サーマル溶融転写記録に
おいて、階調画像と文字画像のいずれに対しても良好な
画質の記録再現が得られる多値デイザ法による中間調再
現方式を提供できる。この多値デイザ法は、次のような
特徴を持つ多値閾値マトリクスを構成している。

■格子状（主走査と副走査の両方向に、１８０〜２５０
μｍピッチ）の熱集中を形成するように注入エネルギー
を制御する５〜６層以上の多値の閾値マトリクスを使う
。

■最大の階調制御レベルから一つ手前のレベルで最高濃
度に達するようにし、このとき■との関連で生じるエネ
ルギーの谷間が埋まらない（すなわち、不飽和の）うち
に最高濃度に達するような注入パワーを設定する。

■最大の階調制御レベルでは、−気にエネルギーの谷間
を埋めるようにし、最大の階調制御レベルと一つ手前の
階調制御レベルとの間で画素内紛エネルギー（記録エネ
ルギーの制御レベルの合計）にギャップを設ける。

この閾値マトリクスと高域強調フィルタとの組合わせに
より、熱の拡散によるボケの修正やエツジ部分での画点
飛散の抑制が容易に達成され、鮮鋭感のある画像の再現
が可能となった。

また、−船釣なインクリボンとファクシミリ用のサーマ
ルヘッドを用いて記録した結果、従来の記録の１／２以
下の“ざらつぼさ“と、６．５ポイント文字を再現でき
る細かさ、そして６４階調以上の滑らかさが得られ、良
好な階調画像が再現されることが確認された。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば滑らかな階調表現と
、細部再現性と鮮鋭感に優れた中間調の再現が可能とな
る。また、階調数を不必要に増大させることなく、比較
的小規模の回路構成により、疑似輪郭のない滑らかな階
調表現ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中間調再現方式を適用したサーマル転
写プリンタの構成を示すブロック図、第２閃は同プリン
タにおける多値デイザ化回路の詳細を示すブロック図、
第３図は第２図の動作を示すタイミング図、第４図は同
プリンタにおけるヘッド駆動回路の詳細を示すブロック
図、第５図は第４図の動作を示すタイミング図、第６図
はサーマルヘッドの温度と注入エネルギー量との関係を
示す図、第７図は同記録ヘッドの温度検出手段を示すブ
ロック図、°第８図は同記録ヘッドの温度補償方法の一
例を示す波形図、第９図は本実施例における閾値マトリ
クスの例を示す図、第１０図は第９図の閾値マトリクス
を用いて階調画像信号をサーマルヘッドへの通電パルス
のパルス幅制御データに変換する様子を示す図、第１１
図は同実施例における各階調レベル間の記録エネルギー
制御量の非線形性を示す図、第１２図および第１３図は
本発明における多値デイザ法の設計手順を説明するため
の図、第１４図は第１図における高域強調フィルタに用
いるラプラシアンフィルタの図、第１５図は本実施例に
おける拘束条件となる３種類の格子状ドツトパターンを
示す図、第１６図は第１５図の格子状ドツトパターンの
平均記録濃度に対する面積率ゆらぎ特性を示す図、第１
７図は同実施例における多値制御レベル数と疑似階調が
見える人の割合との関係を示す図、第１８図は記録ドツ
トの配置による記録濃度特性の変化を示す図、第１９図
は集中型ドツトパターンの平均記録濃度に対する面積率
ゆらぎ特性を示す図、第２０図は格子状ドツトパターン
の平均記録濃度に対する面積率ゆらぎ特性を示す図、第
２１図はサーマル溶融転写による中間調記録時の記録ノ
イズの種類を概念的に示す図、第２２図は第２１図に示
した各記録ノイズについての測定結果を示す図、第２３
図及び第２４図は本発明の詳細な説明するための各種の
記録サンプルを示す写真、第２５図、第２６図及び第２
７図は従来技術の問題点を説明するための転写インクの
粒子構造を示す顕微鏡写真である。１０・・・階調画像信号源、１１・・・高域強調フィル
タ、１２・・・多値デイザ化回路、１３・・・ヘッド駆
動回路、１４・・・サーマルヘッド、１５・・・記録紙
、１６・・・インクリボン、１７・・・プラテンローラ
、１８・・・記録画像、１つ・・・インク、２０・・・
タイミングコントローラ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）閾値マトリクスを用いて階調画像信号を所定の制
御レベルに変換し、この制御レベルによって記録ドット
を制御することにより、階調レベルを表現する中間調再
現方式において、前記階調レベルが最大階調レベルより低い階調レベルに
位置し前記制御レベルが全ての記録ドットで均一でない
第１の点と、前記制御レベルが全ての記録ドットで略均
一な第２の点との間に、これら第１の点と第２の点にお
ける前記閾値マトリクス内での制御レベルの合計値が不
連続となるギャップを有することを特徴とする中間調再
現方式。
（２）Ｍ個の要素からなる多層の閾値マトリクスを用い
、階調画像信号を０からＬ−１までのＬ値の制御レベル
（ＬはＬ≧３の整数）に変換し、この制御レベルによっ
て記録ドットを制御することにより、Ｎ段階の階調レベ
ル〔Ｍ＜Ｎ≦Ｍ（Ｌ−１）〕を表現する中間調再現方式
において、前記閾値マトリクスは、前記階調画像信号に対する前記
制御レベルのマトリクス・サイズ内での値の合計が、最
大階調レベルと最大階調レベルより１レベル前の階調レ
ベルとの間で極大値をとるように定められていることを
特徴とする中間調再現方式。
（３）Ｍ個の要素からなる多層の閾値マトリクスを用い
、階調画像信号を０からＬ−１までのＬ値の制御レベル
（ＬはＬ≧３の整数）に変換し、この制御レベルによっ
て記録ドットを制御することにより、Ｎ段階の階調レベ
ル〔Ｍ＜Ｎ≦Ｍ（Ｌ−１）〕を表現する中間調再現方式
において、前記閾値マトリクスの前記Ｌの値は、７≦Ｌ≦１１であ
ることを特徴とする中間調再現方式。
（４）前記階調画像信号に高域強調処理を施すことを特
徴とする請求項１、２または３に記載の中間調再現方式
。
（５）前記閾値マトリクスの大きさは、１８０〜２５０
μｍ＾□であることを特徴とする請求項１、２または３
に記載の中間調再現方式。