JPH04126464A - 画像形成装置 - 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】

本発明は入力された多値画像信号に基づき画素の形成信
号をパルス幅変調して多値画像形成を行う画像形成装置
に関し、例えば多値画像信号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
再現することができ、中間調を再現する方法としてはデ
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）
してレーザな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。

【発明が解決しようとする課題】

しかし、ＰＷＭ方式のレーザビームプリンタにおいては
、新たな種々の問題がある。 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。 以下、その詳細を説明する。 まず、従来の電子写真技術そのものが有する画像形成濃
度の不安定さに付いて説明する。 第９図は一般的な電子写真方式のプリンタ機構部の一般
的な構造を示す図である。 このプリンタ機構部は、回転駆動軸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
に順次配設された帯電器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３
０１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３０６と、高速かつ定速に
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３０６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ＰＷＭ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は高速か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との間を通過する感光ドラム３０１面を、ド
ラム３０１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きたす。 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、次に、従来のレーザビームをパルス幅変
調することによる画像形成濃度の不安定さに付いて説明
する。即ち、レーザビームをパルス幅変調することによ
る微小濃度の形成への影響である。 第１０図はパルス幅変調（ＰＷＭ）回路の一例を示す回
路ブロック図、第１１図はレーザドライバ回路の回路図
、第１２図はＰＷＭ回路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ビツトのデジタル画像信
号をラッチするＴＴＬラッチ回路、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Ｔ
ＴＬ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１７
２分周して画素クロック信号ｆを作成している１／２分
周器である。これによりクロック信号２ｆは画素クロッ
ク信号ｆの２倍の周期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２ｆ、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〜−ＩＶ）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４０Ｈ
１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Ｏｖ又は５■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５
００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信号信号窓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
５０１の応答特性による、以下に示すような問題がある
。 即ち、第１２図において、１画素当りの最大発光時間を
Ｔ秒（ｓｅｃ）とすると、理想的には、ＰＷＭ信号がＯ
（ｓｅｅ）　〜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及びその駆動回
路５００を介することにより、ＰＷＭ信号信号窓間には
波形■に示すようなレーザビーム発光／停止の応答遅れ
が生じてしまう。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事態となる。 ビーム効果■は、レーザビームの発光状態を２次元的に
示したものである。第１画素は黒なのでレーザ素子５０
１は１画素の全期間中オンしている。しかし、ＰＷＭ信
号のパルス幅が例えばｔ３＝　１０　ｎ’ｓｅｃのよう
に極めて短い時間となった場合には、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、従来の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る。この限界を仮
にｔ、＝１０ｎｓｅｃ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。

【課題を解決するための手段】

本発明は上記の課題を解決することを目的として成され
たもので、出力画像のハイライト部の濃度を安定して形
成することを可能ならしめる画像形成装置を提供するこ
とを目的とする。 上述の目的を達成する一手段として以下の構成を備える
。 即ち、入力された多値画像信号に基づき画素の形成信号
をパルス幅変調して多値画像形成を行う画像形成装置に
おいて、入力された多値画像信号の注目画素の画像濃度
値が所定中間濃度値以下であることを検出する検出手段
と、該検出手段が所定中間濃度値以下であることを検出
した場合に前記注目画素の近傍画素の濃度値より得られ
る平均濃度値を閾値として２値化処理を行なうと共に該
２値化処理で発生した２値化誤差で補正処理を行う２値
化処理手段とを備える。

【作用】

以上の構成により、所定中間濃度値以下の電子写真法に
よる像形成上不安定な領域の濃度形成時においても、前
記画素は安定な、所定中間濃度値かあるいは濃度形成を
行わないかに２値化されるため、電子写真法による不安
定要因が解消され、常に安定した濃度形成が行われる。

【実施例】

以下、添付図面に従って、本発明に係る一実施例を詳細
に説明する。 第１図は本発明に係る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は所定中間濃度以下の画素データを２値化
処理する低濃度部２値化処理回路（詳細は後述する）で
ある。また、４００は画像信号をパルス幅変調するＰＷ
Ｍ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は像形成部（感光ドラム３０１を有している）で
あり、ＰＷＭ回路、レーザドライバ回路、像形成部３０
０の構造はそれぞれ先に説明した一般的な構成である第
９図、第１０図、第１１図に示した構成を採用している
。 かかる構成において、例えば通常の２５６階調を有する
８ビツト入力画像信号Ａは、低濃度部２値化処理回路２
００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。更にこの画像信
号Ｂは、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
。 上述した低濃度部２値化処理回路２００の詳細を以下第
２図〜第６図を参照して説明する。 第２図は本実施例の低濃度部２値化回路２００の詳細構
成を示すブロック構成図である。 第２図において、２０１は低濃度検出部、２０２は２値
化処理回路、２０３は平均濃度演算回路、２０４は２値
メモリ、２０５はセレクタ、２０６は誤差補正処理回路
、２０７は誤差メモリ、２０８は誤差演算回路である。 以上の構成を備える低濃度部２値化処理回路２００の動
作制御を第３図のフローチャートを参照して以下に説明
する。 まずステップＳ１で誤差補正回路２０６に注目画素の画
像データ“Ｇ”が入力されると、誤差補正回路２０６は
ステップＳ２で誤差メモリ２０７内にストアされている
上記注目画素に分配されるべき２値化誤差に従って誤差
補正処理を行なう。 誤差補正処理が行われた注目画素の画像データは低濃度
部検出部２０１に送られ、ステップＳ３に示す様に低濃
度部検出部２０１において保持されている所定中間濃度
値Ｍを基準として、入力画像データが低濃度部（０〜Ｍ
−ルベル）か否かが検出される。注目画素が低濃度部で
なければステップＳ４の様に誤差補正されたデータがそ
のままセレクタ２０５より画像データ“Ｇ′”として出
力される。 一方、注目画素が低濃度部であることが検出されると、
ステップＳ５に進み、平均濃度演算回路２０３は２値メ
モリ２０４内に記憶されている近傍画素の２値データか
ら平均濃度（Ｓ）を算出する。算出された平均濃度（Ｓ
）は２値化処理回路２０２に送られ、ステップＳ８に示
す様にこの平均濃度（Ｓ）を閾値として低濃度部検出部
２０１よりの注目画素信号を２値判定し、その結果、ス
テップＳ９またはステップＳＩＯで２値化出力値として
“Ｍ”か“Ｏ”が出力される。そしてその出力値（Ｍｏ
ｒｅ）がセレクタ２０５により選択され、画像データ“
Ｇ′”として出力されることとなる。 また、誤差演算回路２０８は、ステップＳ６でこの時点
で発生した２値化誤差を算出し、ステップＳ７で隣接画
素に分配するために誤差メモリ２０７内にストアされる
。 以下、第４図を用いて本実施例の画像信号処理を更に具
体例をもとに説明する。 第４図（ｄ）は低濃度部２値化処理回路２００へ入力さ
れる画像データ、例えば外部のホストコンピュータやイ
メージリーグからの画像データ“Ｇ　（ｉ、ｊ）”　（
補正後のデータも含む）を示している。 第４図（ｃ）はその入力画像データ“Ｇ（ｉ。 ｊ）”に基づいて、低濃度部のみを検出したあとの画像
データの変換例“Ｌ　（ｉ、ｊ）”を示したもので、Ｐ
ＷＭ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所定中間調１度“Ｍ”を基準とし
て変換されている。 なお、説明を簡単にするため、本実施例においては、レ
ーザビームプリンタが安定濃度を形成できるようなＰＷ
Ｍの最小パルス幅を例えばｔｓ＝１０ｎｓｅｃと仮定し
、これに対応する所定中間調濃度値“Ｍ”をＭ＝３０と
する。 ここで、“３０”とはｌＯ違法における数値であり、本
実施例では０〜２５５レベル、即ち、２５６階調中の“
３０”とする。 第４図（ｄ）が入力された画像データ列“Ｇ（ｉ、ｊ）
”で、図中大枠で示されているのが注目画素Ｇである。 ここで、注目画素Ｇが前記の所定中間調濃度値Ｍ（Ｍ＝
３０）と比較され、の条件により、所定中間調濃度値“
Ｍ”以下の低濃度値のみが（１）で検出される。また、
“Ｍ”以上の値を持つ高濃度値が、入力された場合は、
（２）で後述する第６図の処理で比較した所定中間調濃
度値“Ｍ”が入力される。 第４図において、注目画素Ｇが低濃度部と検出されると
、上述したように注目画素Ｇは、近傍画素から算出され
る平均濃度値を閾値として、２値化処理が行われる。 平均濃度は、注目画素の近傍２値データ（第４図（ｂ）
）から得られる重み付き平均値として、第４図（ａ）に
示す重みマスクを用いて算出する。 重みマスク（ａ）は、注目画素の近傍１〜２画素に対し
て一定勾配を持ち、その総和が所定中間調濃度値Ｍ　（
Ｍ＝３０）に等しいものを用いる。 平均濃度Ｓは、近傍２値データ（ｂ）と重みマスク（ａ
）を重ね合せることにより算出される。 即ち、 ５＝６ＸＯ＋１０ＸＯ＋５Ｘ１＋９Ｘｌ＝１４ この平均濃度Ｓ；１４を閾値として、注目画素Ｇ＝２０
を２値判定する。この２値判定を説明するのが第５図で
ある。 第５図において、平均濃度Ｓは注目画素の近傍２値デー
タ（ｂ）の情報により、Ｏ−Ｍの間を変化する可変閾値
として示される。 今、平均濃度Ｓは、５＝１４と算出されたため、注目画
素の濃度データＧ＝２０と比較し、以下の様に２値判定
される。 Ｇ＞５−Ｂ＝１ ２０＞１４−Ｂ＝１ 以上の結果により、第４図（ｂ）に示す２値データ”Ｂ
　（ｉ、ｊ）”上に、２値判定された結果（Ｂ＝１）が
入力される。 この２値判定された出力結果に基づき、注目画素の画像
データが出力される。即ち、 Ｂ＝１−Ｇ’　＝３０ Ｂ＝Ｏ→Ｇ°＝０ となり、注目画素Ｇ＝２０が、Ｇ’　＝３０へと２値化
処理された事になる。 この画像データがセレクタにより選択され（低濃度部と
判断された場合のみ選択する）、画像出力データ“Ｇ”
　　（ｉ、ｊ）”出力される。 次に誤差補正回路２０６による２値化誤差補正を説明す
る。 ２値化誤差補正とは、注目画素濃度Ｇと、閾値として用
いられた平均濃度Ｓとの差分値であり、この２値化誤差
をこれから２値化しようとする隣接画素に分配して濃度
補正を行う処理であり、低濃度部２値化処理後の画像上
で入力画像の濃度が保存されることになる。 第５図において、２値化誤差“ｅ”が、ｅ＝Ｇ−Ｓ　　
（ｅ＝２０−１４＝６）として算出され、この誤差を第
４図（ｄ）に示す様に隣接画素に分配して誤差補正を行
う。この誤差補正を行った結果が、第４図（ｈ）に示す
補正後の入力データである。 ２５十坏ｅ＝２８　　（隣接画素の補正）３０十坏ｅ＝
３３　　（隣接画素の補正）第６図には、注目画素Ｇの
濃度値が所定中間濃度値Ｍ　（Ｍ＝３０）よりも大きい
場合の処理を示している。 第６図（ｄ）に示す入力データにおいて、注目画素Ｇの
濃度値が、６２Ｍと判断された場合は、セレクタ（ｈ）
により入力データの“Ｇ（ｉｊ）”が選択され、これが
そのまま出力データ“Ｇ　（ｉ、ｊ）”として出力され
ることになる。 従って、入力データがＭ〜２５５レベルの値にある時は
、そのままの値が出力され、この範囲内の濃度値はその
まま保存されることになる。この場合には、２値化誤差
も発生しないため、誤差補正は行われない。 また、６２Ｍと判断された場合には、低１度検比値“Ｌ
　（ｉ、ｊ）”内には所定中間濃度Ｍ（Ｍ＝３０）が入
力されるため、その後の２値判定処理により２値データ
として、必ずＢ＝１が入力される（第６図（ｂ））。即
ち、中間濃度Ｍ以上の濃度値は、必ずＢ＝１と２値判断
され、２値データとして人力される事となる。 これらの２値データ第４図（ｂ）、第６図（ｂ）は、次
の注目画素を２値判定する時に、平均濃度値を算出する
ための近傍２値データ（ｂ）として使用されるもので、
第４図（ｂ）、第６図（ｂ）の重みマスクパターンより
、２ライン遅延させるための２値メモリを必要とする。 以上説明したように本実施例によれば、入力された０〜
２５５レベルの連続した２５６階調データが、０及びＭ
〜２５５レベル、即ち、１〜（Ｍ−１）レベルのデータ
を使用しない画像データとして出力されることとなる。 従って、電子写真プロセスを用いたレーザビームプリン
タにおいて、安定した可視像形成が可能となる中間調濃
度値“Ｍ”を任意に設定することにより、電子写真プロ
セス独自の不安定な像形成領域を使用しなくても、ハイ
ライト部の濃度差具眼が可能となり、すべての濃度域で
の安定した階調再現が可能となるものである。 また、２値化時の閾値が平均濃度として画像濃度に追従
するために、２値化誤差も小さく、かっ２値化誤差補正
処理を行うため、画像濃度が常に保存される特徴があり
、低濃度部においても画像濃度にかかわらず、ハイライ
ト部の緩やかな濃度変化をより正確に２値再生すること
を可能としている。 上述した実施例では、可視像形成できるＰＷＭの最小パ
ルス幅を仮にｔｓ　＝　１０　ｎ５ｅｃ　　（＝所定中
間濃度値３０）固定として説明したが、本発明の適用範
囲はこれに限定されるものではなく、この値を可変に制
御すれば、より細かい濃度制御を行うことができる。

【他の実施例】

第７図、第８図を参照して本発明に係る他の実施例を説
明する。 第７図及び第８図は、他の実施例における２値化判定時
に閾値として使用される平均濃度を算出するための重み
マスクパターンを示している。 平均値演算のための重み係数分布は、その領域が広い程
、エツジ強調効果が大きく表われるため、第７図から第
８図へとマスクパターンを広げることにより、エツジ強
調効果を強めることが可能である。 以上説明したように各実施例によれば、所定中間濃度値
以下の電子写真法による像形成上不安定な領域の濃度形
成時においても、前記画素は安定は、所定中間濃度値か
あるいは濃度形成を行わないかに２値化されるため、電
子写真法による不安定要因が解消され、常に安定した濃
度形成が行われる。 また、従来利用されている固定閾値による２値化処理に
比較して、本発明では、閾値が平均濃度として画像濃度
追従するため、２値化誤差も小さく、かつ、２値化誤差
の補正処理を行うため、緩やかな濃度変化をより正確に
その位置に２値再生ができる。

【発明の効果】

以上説明したように本発明によれば、出力画像のハイラ
イト部の１度を安定して形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る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、第２図は本実施例の低濃
度部２値化回路の詳細構成を示すブロック図、 第３図は本実施例の低濃度部２値化回路における２値化
処理を示すフローチャート、 第４図、第６図は本実施例の低濃度部２値化回路の動作
プロセスを説明する図、 第５図は本実施例の２値判定処理を説明する図、 第７図、第８図は本発明に係る他の実施例を示す重みマ
スクパターンの図、 第９図は一般的な電子写真方式のプリンタ機構部を示す
図、 第１０図は一般的なＰＷＭ回路の回路構成を示すブロッ
ク図、 第１１図は一般的なレーザドライバ回路の回路例を示す
図、 第１２図は一般的なＰＷＭ回路の動作を示すタイミング
チャートを示す図である。 図中、２００・・・低濃度部２値化回路、２０１・・・
低濃度検出部、２０２・・・２値化処理回路、２０３・
・・平均濃度演算回路、２０４・・・２値メモリ、２０
５・・・セレクタ、２０６・・・誤差補正処理回路、２
０７・・・誤差メモリ、２０８・・・誤差演算回路３０
０・・・像形成部、３０１・・・感光ドラム、４００・
・・ＰＷＭ回路、５００・・・レーザドライバ回路、５
０１・・・半導体レーザ素子である。 特許出願人　　キャノン　株式会社 代理人　弁理士　　大塚康徳（他１名）第３図 （０〜Ｍ− 第５図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力された多値画像信号に基づき画素の形成信号をパル
   ス幅変調して多値画像形成を行う画像形成装置において
   、 前記入力された多値画像信号の注目画素の画像濃度値が
   所定中間濃度値以下であることを検出する検出手段と、
   該検出手段が所定中間濃度値以下であることを検出した
   場合に前記注目画素の近傍画素の濃度値より得られる平
   均濃度値を閾値として２値化処理を行なうと共に該２値
   化処理で発生した２値化誤差で補正処理を行う２値化処
   理手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。