JPH041778A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は１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Ｌ、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ＣＯＤ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
１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、所定の画像処理を施された後、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
する同格に印加される１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。静電層像
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、デイ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６２−１
４０５５０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Ｌ、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Ｗ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７１ツチングで
示され、トナーの付着しない部分は空白で示されている
。ハツ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、デイザ法の場合のような解像度の劣化を防止Ｌ、
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］ 上記課題を解決するために、本発明においては、画素毎
に区分され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に出力する画像情報出力手
段；互いに異なる複数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、前記しきい値保持手段の保持する複
数のしきい値とそれぞれ比較Ｌ、複数の比較結果を時系
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Ｌ、形成された静電潜像を粉体トナーで可
視化Ｌ、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；を備えるとともに、記録画像の主走査方向
の長さをり。

主走査方向の画素数をＮ、　トナーの粒径をａ、１画素
あたりの前記記録信号の単位数をｎ、とする場合に、Ｌ
／（Ｎ−ｎ）≧ａ の条件を満たすように構成する。

［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１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、ＬＬ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４．Ｌ５．Ｌ６゜Ｌｌ及
びＬ８の８つのしきい値を用意Ｌ、画素の階調データを
Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４．Ｌ５．Ｌ６、Ｌｌ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、Ｌｌ、Ｌ３．Ｌ５及びＬｌのしき
い値が階調デー夕より小さく、Ｌ２．Ｌ４．Ｌ６及びＬ
８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Ｌ、その反射光をミラー１３，１４，１
５．レンズ１６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４０
０ｄｐｉ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ビツトのデジタル信号
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１１０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２
２はレーザ光の照射を受ける前に、メインチャージャ２
３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Ｌ、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−成分現像剤を分いて現像を行なう。−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４ｂ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、トナーに適当な型組を与
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現性され、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
である。

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ビツ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ビツトの信号を出力する。従
って、カウンタの出力する値は、ＣＬＫ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、ＴＩ、Ｔ２．Ｔ３、Ｔ４．Ｔ５．Ｔ
６．Ｔ７．Ｔ８．ＴＩ、　　・・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（ＣＬ　Ｋ）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１．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ＲＯＭの３ビツトのアドレス（ＡＯ〜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Ｔｌ−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１Ｏ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１７８〜８７８の範囲で変化Ｌ、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１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、しきい値のランクが小−大一小一
大・・・と交互に変化するように並べである。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Ｌ、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１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Ｌ、粒径が８μｍのトナーでは、ノイズが減小
Ｌ、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Ｌ、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Ｌ、
第９ｂ図のしきい値配列パターンで各階調の画像を形成
Ｌ、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１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（１６，４８，８０，１
１２，１４４，１７６、２０８，２４０）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、補償後の値を示しであるが、前記実
験においては、１６　、４８　、８０　、１１２．１４
４．１７６、２０８゜２４０のしきい値を凧いた。

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Ｌ、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２
２Ｂを用いである。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、
ＣＣＯ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Ｌ
、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、１ｌｉｉ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Ｌ、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、−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、−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Ｌ、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りニアリ
テイを改善できる。

［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ＣＯＤ　：イメー
ジセンサ ＬＤ：レーザダイオード

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 画素毎に区分され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に出力する画像情報
   出力手段； 互いに異なる複数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、前記しきい値保持手段の保持する複数のしき
   い値とそれぞれ比較し、複数の比較結果を時系列の記録
   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画素あたりの前記
   記録信号の単位数を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。