JP2745682B2 - 画像出力装置における階調表示方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 （１） 産業上の利用分野 本発明は画像出力装置における階調表示方法に関し、
特に、再現する画像を微小面積の画素に分割し、その画
素をさらに微小な面積の微画素に分割し、前記画素内に
おいて網点を形成する着色微画素の全微画素に対する割
合によって階調を表示するようにした階調表示方法に関
する。

（２） 従来の技術 従来、印刷機、プリンタまたはデジタル式複写機等の
画像出力装置において、階調をもった画像を再現する
際、擬似的に階調を表示する方法が採用されている。

前記擬似的な階調表示方法では、階調は、画像を微小
な単位画素に分割し、その単位画素内における微小要素
（たとえば、点または線等の着色部分）の占める面積の
大小により、連続的に類似した濃淡が表示される。

そして、前記単位画素内の微小要素として、規則正し
く配列された大小の網点を用いる方法が多く採用されて
いる。

前記網点を用いる方法として濃淡パターン法（すなわ
ち、面積階調法）が知られている。この濃度パターン法
は、原画の１画素に対応する表示側（画像出力装置側）
の１画素を複数の微画素に分割し、その微画素の中から
画素の階調に対応する所定数の微画素を選択し、その選
択した微画素を所定の色（たとえば、黒色）に着色して
表示する方法である。この方法では、前記階調に対応す
る所定数の着色微画素から網点が形成されている。

前記濃度パターン法では、前記表示側の１画素を形成
する微画素数に応じた数の階調表示を行うことができ
る。

たとえば、前記１画素を形成する前記微画素の数を、
第５図に示すように４×４＝16とし、各微画素Ｓで２値
表示を行うとすれば、前記１画素は全部で（４×４）＋
１＝17の階調数を再現することができる。すなわち、各
微画素Ｓが全て無着色のときを第０階調、16個の微画素
Ｓの中の１個だけが着色したときを第１階調、16個の微
画素Ｓの中の２個だけが着色したときを第２階調、…、
16個の微画素Ｓの中の16個全てが着色したときを第16階
調、とすることにより、前記画素を合計17の階調数で表
示することができる。

一般に前記１画素を形成する微画素数をｍ個とすれ
ば、表現できる階調数はｍ＋１となる。

そして、各階調でどの微画素を着色するかによって、
網点形状が異なるので、表示される画像の品質に差が生
じる。

そこで、前記１画素を構成する微画素の中で各階調に
おいてどの微画素を着色するかについては、従来から種
々提案されている。

たとえば、着色微画素の定め方は、「画像処理ハンド
ブック」（画像処理ハンドブック編集委員会編、株式会
社昭晃堂、昭和62年６月８日発行、75〜76頁）に記載さ
れている。そこには、第６図（Ａ）に示す網点型、第６
図（Ｂ）に示すベイヤー（Bayer）形または第６図
（Ｃ）に示す渦巻形、等の着色微画素の定め方が記載さ
れている。なお、この第６図（Ａ）〜（Ｃ）において、
１つの画素は複数の微画素Si（ｉ＝1,2,…,16）から構
成されており、各微画素の添字は微画素を着色していく
順序を示している。

ところで、普通、網点を形成する微画素の大きさが画
像出力装置の画像限界に近く設定されているため、網点
を形成する着色微画素数が１個であったり、網点を形成
する１固まりの着色微画素に微画素１個分の小さな突出
部分が在ったりすると正確に再現することが困難とな
る。したがって、前記第６図（Ａ）に示す網点形または
第６図（Ｂ）に示すベイヤー（Bayer）形のように解像
限界に近い多数の微小な着色微画素が存在する場合には
画像の再現性が低下し、画質が劣化し易いという難点が
在る。このような難点は、前記第６図（Ｃ）に示す渦巻
形のように１固まりの着色微画素から網点を形成する
と、網点が大きくなるにつれて緩和される。

（３） 発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記第６図（Ｃ）に示す渦巻形におい
て第5,7,10および13階調を表示する際、微画素S₅,S₇,S
₁₀およびS₁₃によって網点に面積の小さな突出部分が形
成される。そして、この微画素１個分の突出部分も画像
の再現性が不安定で、画質が劣化し易いという問題点を
含んでいる。

このような問題点は次の理由によって生じるものと考
えられる。すなわち、微小な着色微画素および１固まり
の着色微画素からの微小な突出部分等は画像として再現
するために高い解像度が必要であり、このような部分は
通常の画像出力装置においてその再現が不安定であり、
画像の着色面積を所定の値に保って再現するのが困難で
ある。したがって、正確な階調表現が困難になる。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、網点
を形成する１固まりの着色微画素を突出部を持たない形
状としながら多段階の階調表現を可能とすることを課題
とする。

B.発明の構成 （１） 課題を解決するための手段 前記課題を解決するために、本発明の画像出力装置に
おける階調表示方法は、レーザ光の照射により形成され
た静電潜像を現像することにより画像を再現するに際
し、前記画像を微小面積の画素に分割し、その画素をさ
らに微小な面積の微画素に分割し、前記画素内において
網点を形成する着色微画素の全微画素に対する割合を変
化させるとともに、前記レーザ光のパワーレベルを変え
ることにより階調を表示するようにした階調表示方法に
おいて、前記網点を４辺形に配列した１固まりの着色微
画素の集合体により構成し、前記４辺形の辺長を変化さ
せて複数の階調を表示するとともに、前記レーザ光のパ
ワーレベルを変えて各形状の網点における着色微画素の
着色濃度を多値化させることにより、所定の階調数を表
示するようにしたことを特徴とする。

（３） 作用 前述の構成を備えた本発明の画像出力装置における階
調表示方法は、各網点が４辺形に配列した１固まりの着
色微画素の集合体により構成されるため、この網点は画
像の再現性低下の原因となる微小な突出部分をもつこと
がない。そして、４辺形の辺長が異なる各網点につい
て、レーザ光のパワーレベルを変えて着色微画素の着色
濃度を多値化しているので、網点を４辺形形状としたこ
とによる面積階調数の減少が補われ、全体として数多く
の階調を表示することができる。

（３） 実施例 以下、図面に基づいて本発明による画像出力装置にお
ける階調表示方法の一実施例について説明する。

第２図は本発明を適用したデジタル複写機Ｆの全体説
明図である。デジタル複写機Ｆは、機械本体部F₁とこの
機械本体部F₁の上面にヒンジ連結されたカバーF₂とから
構成されている。

前記機械本体部F₁は、その上面に透明ガラスから構成
されたプラテン（原稿置き台）１を備えている。このプ
ラテン１の下方には、露光用光学系２が配設されてい
る。この露光用光学系２は、移動可能なランプユニット
３を有しており、このランプユニット３は、原稿照明用
のランプ４と第１ミラー５とが一体化されて構成されて
いる。また、前記露光用光学系２は、前記ランプユニッ
ト３の移動速度の1/2の速度で移動する移動ミラーユニ
ット６を有している。この移動ミラーユニット６は、第
２ミラー７および第３ミラー８から構成されている。ま
た、前記露光用光学系２は、レンズ９、第４ミラー10等
をも有している。そして、前記ランプユニット３が原稿
に対して平行に前後方向に移動し、前記移動ミラーユニ
ット６が前記ランプユニット３の移動速度の1/2の速度
で1/2の距離だけ移動すると、原稿とレンズ９との間の
距離は一定に保たれるので、その間前記ランプ４によっ
て照明された原稿の反射光は、前記露光用光学系２を通
り画像読取部11において収束されるように構成されてい
る。画像読取部11では、前記原稿の各画素における反射
光量を電気信号に変換する。この電気信号は濃度データ
として後で詳述する画像処理部12に送信される。画像処
理部12では、濃度データを網点の面積率に変換するとと
もに、後述のレーザスキャナ13でラスタ画像として出力
できるように、各走査線毎の２値のデータとして変換す
る。このデータにしたがってレーザスキャナ13から出射
されるレーザ光14が変調されることにより画像がドラム
上の感光体15に書き込まれる。

前記感光体15の周囲には、その感光体15の回転方向に
沿って帯電用チャージャ16、現像ユニット17、転写用チ
ャージャ18およびクリーナユニット19等が配設されてい
る。また、前記機械本体部F₁には、転写用紙収納トレイ
20と、この転写用紙収納トレイ20内の転写用紙を前記感
光体15と前記転写用チャージャ18との間に供給する給紙
機構21が配設されるとともに、前記感光体15と転写用チ
ャージャ18との間を通過して転写の終了した転写終了紙
を感光体15から剥離させて搬送する搬送機構22も配設さ
れている。さらに、機械本体部F₁には、前記搬送機構22
によって搬送された転写終了紙を定着する定着ユニット
23と、この定着ユニット23から排出された転写終了紙を
受け取る排紙トレイ24が配設されている。

第3A図は、前述の画像処理部12の具体的構成の一例を
示すブロック図である。この画像処理部12は、第４図に
示すＸおよびＹアドレスによって特定される４×４＝16
個の微画素S₁₁〜S₄₄を選択的に多値表示して、第１図に
示す網点P₀〜P₁₆を表示するように構成されている。

前記画像読取部11（第２図参照）は、CCD等のセンサ
により構成されており、そのアナログ階調信号は、前記
画像処理部12のアナログデジタル変換器121（第3A図参
照）に入力される。アナログデジタル変換器121は、前
記アナログ階調信号を例えば８ビットのデジタル階調信
号に変換する。ラインバッファ122は、前記デジタル階
調信号を１ライン分記憶できる容量を有している。この
ラインバッファ122はコントローラ123により、その読出
し、書込みが制御される。

コントローラ123はカウンタ等で構成されており、前
記レーザ光14（第２図参照）が各微画素を走査するタイ
ミングと同期したＸクロック信号、レーザ光が各画素
（４微画素）を走査する毎に発生するＸリセット信号、
前記レーザ光が感光体15上を１ライン走査する毎に発生
するＹクロック信号、４ライン（すなわち、副走査方向
に並んだ４微画素（１画素）を含むライン）走査する毎
に発生するＹリセット信号、１ページのプリントの先頭
に発生するページクリア信号、各ライン走査の先頭に発
生するラインクリア信号、により動作する。これらの信
号の発生タイミングは第3B図、第3C図に示されている。

前記ラインバッファ122に記憶されたデジタル階調信
号は、画像を形成する微画素が本実施例のように４×４
のマトリックスで構成されている場合、１ラインの画素
を出力する間に４回読出される。そして、読出された信
号は、ルックアップテーブル124により、前記８ビット
のデジタル階調信号から階調数17を表示するのに充分な
５ビットのデジタル階調信号「00000」〜「10000」に変
換される。ルックアップテーブル124は、ROM、RAM等の
記憶素子により構成され、入力信号をアドレスとして、
そのアドレスに記憶されているデータを出力信号とす
る。そのため、原稿から読取った信号を再現する間の非
直線性、例えば、画素の黒色化された面積率と濃度との
非直線性を考慮したデータを記憶させておくことによ
り、その非直線性を補正するための階調再現補正器（To
ne Reproducti on Corrector）として動作する。そし
て、ルックアップテーブル124の出力信号は、第０階調
を表示する場合には「00000」であり、第１階調を表示
する場合には「00001」であり、…、第16階調を表示す
る場合には「10000」となる。

前記コントローラ123は前記レーザ光14が１微画素を
走査する周期でタイミング信号を発生しており、リング
カウンタ125は、コントローラ123のタイミイング信号を
計数（カウント）し、計数値が「00」〜「11」の間を繰
返し計数するもので、その出力信号は前記微画素S₁₁〜S
₄₄のＸアドレスを指定する（第3B図参照）。また、リン
グカウンタ126は、前記感光体15（第２図参照）が１微
画素分回転する毎に前記コントローラ123から発生する
タイミング信号を計数し計数値が「00」〜「11」の間を
繰返し計数するものであり、その出力信号は前記微画素
S₁₁〜S₄₄のＹアドレスを指定する（第3C図参照）。

前記ルックアップテーブル124、およびリングカウン
タ125,126の出力信号はフォントメモリ127のアドレス指
定信号として入力される。フォントメモリ127はROM等の
記憶素子で構成されており、そのデータはレーザ光14の
パワーを21段階に特定するための５ビットのデータ「00
000」〜「10100」である。上記レーザ光14のパワーは、
感光体15の表面の電荷を完全に除電して微画素を100％
黒色に着色する強度を100％としたとき、０％から100％
まで５％刻みに設定されている。すなわち、フォントメ
モリ127の出力信号が「00000」であるときにはレーザ光
14は照射されず、「00001」であるときには５％のパワ
ーで照射され、「00010」であるときには10％のパワー
で照射され、以下５％間隔で増加して、最終の「1010
0」であるときには100％のパワーで照射されるように設
定されている。

第4B図に示すフォントメモリ127のデータは、前記ル
ックアップテーブル124の出力信号によって網点P₀〜P₁₆
が特定され、前記リングカウンタ125,126によってX,Yア
ドレスが特定される。このとき、上記21段階のレーザ光
14のパワーのうち、実際に使用されるものは、第4B図に
記載された11段階のパワーとなっている。そして、上述
のフォントメモリ127の５ビットの信号が入力されたレ
ーザ出力コントローラ128はレーザスキャナ13のレーザ
変調器を制御し、所定のパワーのレーザ光14が照射され
る。

第4C図に示すように、前記レーザスキャナ13はフォン
トメモリ127の出力信号が「00000」のときはレーザ光14
を照射せず、微画素の着色濃度は無着色の「０」とな
る。また、出力信号が「00101」のときは、25％のパワ
ーのレーザ光14を出力し、対応する微画素の着色濃度は
25％のパワーに対応する「D₂₅」となる。また、出力信
号が「01010」のときは、レーザ光14のパワーが50％に
増加し、対応する微画素の着色濃度は50％のパワーに対
応する「D₅₀」となる。このようにして、フォントメモ
リ127の出力信号が変化するに伴ってレーザ光14のパワ
ーが順次増加し、出力信号が「10100」のときにはレー
ザ光14が100％の最大パワーとなり、対応する微画素の
着色濃度は最も濃い「D₁₀₀」となるように構成されてい
る。

なお、この実施例において、前記着色濃度「D₂₅」の
微画素１個分は最も濃い着色濃度「D₁₀₀」の微画素1/4
個分（25/100個分）に相当するものとし、また、前記着
色濃度「D₅₀」の微画素１来分は最も濃い着色濃度「D
₁₀₀」の微画素1/2個分（50/100個分）に相当するものと
し、他の着色濃度についても同様である。さらに、この
実施例では、理解し易くするために着色濃度がレーザ光
のパワーに比例する場合について説明するが、比例しな
い場合には、前記５％間隔で調整可能なレーザ光のパワ
ーの中から最適のパワーを選択すればよい。

次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用を、
主として第１図および第４図により説明する。

ルックアップテーブル124の出力信号が第０階調を表
示する場合（網点P₀の場合）には、各微画素S₁₁〜S₄₄に
対応するフォントメモリ127の出力信号は第4B図に示す
ように全て「00000」となってレーザ光14は照射され
ず、16個の微画素S₁₁〜S₄₄は全て無着色となり第１図の
網点P₀が表示される。

ルックアップテーブル124の出力信号が第１階調を表
示する場合（網点P₁の場合）には、フォントメモリ127
の出力信号のうち、４個の微画素S₂₂,S₂₃,S₃₂,S₃₃に対
応するものが第4B図に示すように「00101」となり、他
は全て「00000」となる。したがって、２×２のマトリ
ックスを構成する前記４個の微画素は着色濃度「D₂₅」
で着色され第１図の網点P₂が表示される。そして、出力
信号が第２階調〜第４階調を表示する場合には、網点P₂
〜P₄の形状は変わらず、レーザ光14のパワーが順次増加
することにより、その着色濃度が「D₅₀」，「D₇₅」，
「D₁₀₀」と順次増加する。

同様に、ルックアップテーブル124の出力信号が第５
階調を表示する場合には、フォントメモリ127の出力信
号のうち、９個の微画素S₁₂,S₁₃,S₁₄,S₂₂,S₂₃,S₂₄,S₃₂,
S₃₃,S₃₄に対応するものが「01011」となり、他は全て
「00000」となる。したがって、３×３のマトリックス
を構成する網点P₅は着色濃度「D₅₅」で着色される。そ
して、出力信号が第６階調〜第９階調を表示する場合に
は、網点P₆〜P₉の形状は変わらず、レーザ光14のパワー
が順次増加することにより、その着色濃度が「D₇₀」，
「D₈₀」，「D₉₀」，「D₁₀₀」と順次増加する。なお、第
４階調から第５階調へ移行する際、微画素の着色濃度が
「D₁₀₀」から「D₅₅」へ減少しているが、網点を構成す
る微画素の数が４から９へ増加しているため、全体とし
て階調は滑らかに移行するように設定されている。

第10階調〜第16階調においては、網点P₁₀〜P₁₆の16個
の微画素S₁₁〜S₄₄が全て着色され、その着色濃度のみ
が、「D₆₀」から最大濃度の「D₁₀₀」へと順次増加す
る。そして、第９階調から第10階調へ移行する際、微画
素の着色濃度が「D₁₀₀」から「D₆₀」へ減少している
が、網点を構成する微画素の数が９から16へ増加してい
るため、全体として階調は滑らかに移行するように設定
されている。

上述のようにして、第１〜第４階調においては２×２
のマトリックスを形成する網点を４値に着色し、第５〜
第９階調においては３×３のマトリックスを形成する網
点を５値に着色し、第10〜第16階調においては４×４の
マトリックスを形成する網点を７値に着色しているの
で、３種の網点の形状を使用するだけで、第０階調を含
めて17種の階調を表示することができる。

次に、前述の実施例に特有の効果を述べる。

前述の実施例によれば、ルックアップテーブル124に
より非直線性の補正を行うことができる。さらに、ルッ
クアップテーブル124をRAMで構成した場合には、その記
憶データを変更することにより、ネガポジ反転、特定の
階調の強調等の各種の画像処理を容易に行うことができ
る。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記
実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記
載された本発明を逸脱することなく、種々の小設計変更
を行うことが可能である。

例えば、実施例においては本発明をデジタル複写機に
適用した例を示したが、これをレーザプリンタに適用す
ることもできる。また、感熱プリンタ、インクジェット
プリンタ等の網点により階調表示が可能なものであれ
ば、どのような画像出力装置でも適用することができ
る。その場合には、レーザ光のパワーをサーマルヘッド
の電流値、インクミストの量等に対応させればよい。さ
らに、レーザ光のパワーを５％間隔（一定間隔）で21段
階に調整可能としてその中から適切なパワーを選択して
諧調表示する代わりに、滑らかに17階調を表示するのに
最も適切な間隔不定の17段階のパワーを設定することも
可能である。

さらにまた、実施例では画素を形成する微画素を４×
４のマトリックスで構成するとともに、各微画素を11段
階の多値で着色して合計17階調の表示を行っているが、
他のマトリックスサイズ、他の段階の多値表示を用いて
もよい。その場合には、それらの数に対応したビット数
の構成を用いればよい。そして、ビット数を８ビットと
して、各構成を入手しやすい汎用のものを用いて、その
下位ビットまたは上位ビットのみを使用することも当然
可能である。そしてまた、画素を形成する微画素を正方
形とする代わりに、長方形等の４辺形とすることも可能
である。

また、実施例ではモノクロ表示を示したが、カラー表
示の各色に適用することも可能である。

C.発明の効果 前述の本発明の画像処理装置における階調表示方法に
よれば、全ての網点を４辺形に配列した１固まりの着色
微画素の集合体により構成しているので、この網点は微
小な突出部分をもつことがなく、そのために画像の再現
性を向上させることができる。また、前記４辺形の辺長
を変えて網点の面積を変化させることにより複数の階調
を表示するとともに、照射するレーザ光のパワーレベル
を変えて各形状の網点における着色微画素の着色濃度を
多値化させているので、網点の面積と着色濃度の２つの
要素の掛け合わせにより、全体として数多くの階調を表
示することができる。

また、各微画素が正方形の場合、各網点をｎ×n,（ｎ
−１）×（ｎ−１），（ｎ−２）×（ｎ−２），…，
（ｎ−ｎ＋２）×（ｎ−ｎ＋２）個の着色微画素のいず
れかで構成すれば、この網点の形状が再現性の最も安定
する円形に近い正方形となるため、その画像の再現性を
向上させることができる。そして、各微画素が長方形の
場合にも、網点をなるべく正方形に近い四辺形とするこ
とにより、前述と同様に画像を再現性を向上させること
ができる。

さらに、レーザ光のパワーレベルを多種類設定してお
き、その中から不要なパワーレベルを間引いて適切なパ
ワーレベルを使用すれば、網点の面積との組み合せによ
る着色濃度の設定を極めて容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による階調表示方法の一実施例の各階調
毎の網点を示す図、第２図は本発明を適用したデジタル
複写機の全体説明図、第3A図はその画像処理部の構成を
示す図、第3B,3C図は第3A図に示された各作動信号のタ
イミングチャート、第4A図は同実施例のX,Yアドレスと
微画素の配置関係を示す図、第4B図及び第4C図はそれぞ
れ同実施例のフォントメモリに記憶されたX,Yアドレス
と網点データとの関係および同X,Yアドレスと着色濃度
との関係を示す図、第５図および第６図は従来例の説明
図で、第５図は画素を構成する微画素の説明図、第６図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）図は従来の網点形状の説明図で
ある。 14……レーザ光、S₁₁〜S₄₄……微画素、P₀〜P₁₆……網
点

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光の照射により形成された静電潜像
   を現像することにより画像を再現するに際し、前記画像
   を微小面積の画素に分割し、その画素をさらに微小な面
   積の微画素に分割し、前記画素内において網点を形成す
   る着色微画素の全微画素に対する割合を変化させるとと
   もに、前記レーザ光のパワーレベルを変えることにより
   階調を表示するようにした階調表示方法において、 前記網点を４辺形に配列した１固まりの着色微画素の集
   合体により構成し、前記４辺形の辺長を変化させて複数
   の階調を表示するとともに、前記レーザ光のパワーレベ
   ルを変えて各形状の網点における着色微画素の着色濃度
   を多値化させることにより、所定の階調数を表示するよ
   うにした画像出力装置における階調表示方法。
2. 【請求項２】前記画素がｎ×ｎ個の微画素からなり、各
   網点がｎ×n,（ｎ−１）×（ｎ−１），（ｎ−２）×
   （ｎ−２），…，（ｎ−ｎ＋２）×（ｎ−ｎ＋２）個の
   着色微画素のいずれかからなる請求項記載の画像出力
   装置における階調表示方法。
3. 【請求項３】前記レーザ光のパワーレベルを多数種類設
   定しておき、その中から不要なパワーレベルを間引きし
   て適切なパワーレベルを使用する請求項記載の像出力
   装置における階調表示方法。