(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
階調に応じてドット面積率の増減するマトリックス状のパターンを格納したメモリを用い、Ｘアドレス及びＹアドレスを指定して前記メモリから前記パターンを読み出すことによってカラー画像についての色成分の各階調データに対応するパターン画像を得て階調再現を行う階調再現方法であって、
前記メモリに格納された１つの前記パターンに対し、前記Ｘアドレス及び／又は前記Ｙアドレスを色毎に異なる演算式にて行列演算を行うことによりアドレス変換して色毎に当該パターンの読み出し順序を異ならせることによって、当該パターンを２つの色成分の前記階調データに適用して階調再現を行う、
ことを特徴とする階調再現方法。
【請求項２】
階調に応じてドット面積率の増減するマトリックス状のパターンを格納したメモリを用い、Ｘアドレス及びＹアドレスを指定して前記メモリから前記パターンを読み出すことによってカラー画像についての色成分の各階調データに対応するパターン画像を得て階調再現を行う階調再現装置であって、
前記Ｘアドレス及び／又は前記Ｙアドレスを色毎に異なる演算式にて行列演算を行うことによりアドレス変換して色毎に前記パターンの読み出し順序を異ならせるためのアドレス変換手段と、
前記色成分の種類に応じて前記アドレス変換手段の変換動作を制御するための制御手段と、
を有してなることを特徴とする階調再現装置。
【請求項３】
前記パターンは濃度パターン法に用いられる濃度パターンである請求項２記載の階調再現装置。
【請求項４】
前記パターンはディザ法に用いられるしきい値マトリックスである請求項２記載の階調再現装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、階調に応じてドット面積率の増減するマトリックス状のパターンを用いて階調再現を行う階調再現方法及び階調再現装置に関し、例えばデジタル複写機又はプリンタ装置などに利用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プリンタ装置又はデジタル複写機などにおいて、中間調のある画像を記録するために、濃度パターン法、ディザ法など、種々の面積階調による階調再現方法が提案されている。
【０００３】
濃度パターン法は、原画像の１画素に対し、ｍ×ｎのマトリックス状のパターン（濃度パターン）の各ドットのしきい値を対応させ、当該画素の階調に対応するドット面積率のパターン画像を得て階調再現を行う方法である。
【０００４】
ディザ法は、原画像の各画素に対し、ｍ×ｎのマトリックス状のパターン（しきい値マトリックス）の各ドットのしきい値を１対１に対応させ、それぞれの画素の階調に対応するドット面積率のパターン画像を得て階調再現を行う方法である。
【０００５】
また、ドット集中型のしきい値マトリックスを変形したものとパルス幅変調とを組み合せた階調再現方法（ＩＨ法）も提案されている。ＩＨ法による表現可能な階調数ｒは、パルス幅変調によるドット分割数Ｒとマトリックスサイズｍ×ｍとにより、全白を含めると、ｒ＝ｍ×ｍ×Ｌ×０．５＋１となり、これ以前のディザ法と比べて高画質の出力が得られる。
【０００６】
これらの階調再現方法は、いずれも、単位領域内における発光ドット数、即ち光源による合計露光時間を制御して階調再現を行うものであるに対し、合計露光時間が同一であっても露光位置が相違する場合にはエネルギーの加算状態が異なるため顕像化される面積が異なることを利用し、露光位置を制御することによって階調再現を行う階調再現方法（拡張ディザ法）が提案されている（特開平７−１１５５３８号）。
【０００７】
これらいずれの階調再現方法においても、階調に応じてドット面積率の増減するマトリックス状のパターンをメモリに格納しておき、Ｘアドレス及びＹアドレスを指定してメモリからパターンを読み出す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては、パターンを格納するメモリのメモリ容量が増大し、コストの増大の要因となっていた。すなわち、１階調毎に１つのパターンが必要であるため、例えば２５６階調であれば２５６個のパターンが必要である。しかも、カラー画像の階調再現を行うには、通常、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の４つの色成分毎にそれぞれ異なるパターンが必要であるので、メモリ容量はさらにその４倍となる。
【０００９】
また、近年においては、画像品質への要望が高いため、文字画像、写真画像などの画像の種類に応じて最も適した専用のパターンを用いる必要が生じており、この場合にはさらに多くのメモリ容量が必要となる。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、階調再現のためのパターンを格納するメモリのメモリ容量を減少させ、コストの低減を図ることのできる階調再現方法及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る方法は、階調に応じてドット面積率の増減するマトリックス状のパターンを格納したメモリを用い、Ｘアドレス及びＹアドレスを指定して前記メモリから前記パターンを読み出すことによってカラー画像についての色成分の各階調データに対応するパターン画像を得て階調再現を行う階調再現方法であって、前記メモリに格納された１つの前記パターンに対し、前記Ｘアドレス及び／又は前記Ｙアドレスを色毎に異なる演算式にて行列演算を行うことによりアドレス変換して色毎に当該パターンの読み出し順序を異ならせることによって、当該パターンを２つの色成分の前記階調データに適用して階調再現を行う。
【００１２】
請求項２の発明に係る装置は、階調に応じてドット面積率の増減するマトリックス状のパターンを格納したメモリを用い、Ｘアドレス及びＹアドレスを指定して前記メモリから前記パターンを読み出すことによってカラー画像についての色成分の各階調データに対応するパターン画像を得て階調再現を行う階調再現装置であって、前記Ｘアドレス及び／又は前記Ｙアドレスを色毎に異なる演算式にて行列演算を行うことによりアドレス変換して色毎に前記パターンの読み出し順序を異ならせるためのアドレス変換手段と、前記色成分の種類に応じて前記アドレス変換手段の変換動作を制御するための制御手段と、を有して構成される。
【００１３】
請求項３の発明に係る装置では、前記パターンは濃度パターン法に用いられる濃度パターンである。
請求項４の発明に係る装置では、前記パターンはディザ法に用いられるしきい値マトリックスである。
【００１４】
本発明の原理を図１に基づいて説明する。
図１（Ａ）において、メモリＭＲには濃度パターン法に用いられる濃度パターンＰＳ１が格納されている。濃度パターンＰＳ１は、階調数に応じた数のパターンＰＳの集合である。階調データによって、その階調値に対応する１つのパターンＰＳが指定される。Ｘアドレス及びＹアドレスによって、指定されたパターンＰＳのマトリックスの各要素（セル）が順次指定され、指定された要素の値がそれぞれ１ビットのデータＤＥとして読み出される。
【００１５】
アドレス変換手段ＡＣは、入力されるＸアドレス及び／又はＹアドレスを、所定の式に応じて変換して出力する。アドレス変換手段ＡＣの変換動作は、色データＤＣによって選択される。アドレス変換手段ＡＣの入力と出力とが同じである場合には、メモリＭＲに格納されたパターンＰＳがそのまま読み出される。アドレス変換手段ＡＣの入力と出力とが異なる場合には、パターンＰＳの読み出し順序が異なり、メモリＭＲに格納されたパターンＰＳとは異なったパターンＰＳが読み出される。アドレス変換によって、パターンＰＳは、例えば、左右反転、対角線に対して反転、上下反転、回転などが行われる。
【００１６】
図１（Ｂ）において、メモリＭＲにはディザ法に用いられるしきい値マトリックスＰＳ２が格納されている。この場合には、メモリＭＲから読み出されたしきい値と階調データとが１対１で比較され、その大小に応じて１ビットのデータＤＥが出力される。
【００１７】
メモリＭＲに格納されるパターンＰＳは、ＩＨ法に用いられるパターンＰＳ、拡張ディザ法に用いられるパターンＰＳなど、種々のパターンＰＳであってもよい。Ｘアドレス又はＹアドレスの一方のみを変換してもよい。１つのメモリＭＲに複数種類のパターンＰＳを格納してもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２は本発明に係るフルカラーのプリンタ装置１の概略図である。
プリンタ装置１は、走査光学系１１、感光ドラム１２、帯電器１３、現像器１４、中間転写体１５、転写器１６、及び定着器１７などから構成されている。
【００１９】
感光ドラム１２は、図示の矢印方向に定速で回転し、その表面が帯電器１３によって所定の電位に一様に帯電される。走査光学系１１から出力される光ビーム（レーザビーム）が感光ドラム１２上に結像し、感光ドラム１２の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像器１４によって、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各色に順次現像され顕像化される。顕像化された各色のトナー像は、順次中間転写体１５に一次転写され、色合成される。色合成された中間転写体１５のカラー画像は、転写器１６によって用紙ＰＰ上に二次転写され、定着器１７によって定着される。
【００２０】
図３は走査光学系１１の概略を示す斜視図である。
半導体レーザ２１は、図示しない制御部の画像メモリなどから読み出した画像情報によって強度変調され、光ビームを出力する。光ビームは、コリメートレンズ２２によりコリメートされ、回転多面鏡２３によって光偏向を受ける。偏光された光ビームは、ｆθレンズと呼称される結像レンズ２４により感光ドラム１２上に像を結び、ビーム走査を行う。このビーム走査に際して、光ビームの各走査ラインの始端部の光をミラー２５により反射させ、ディテクタ２６に導く。ディテクタ２６からの検出信号はＨ方向（水平方向）の走査の同期信号として用いられる。
【００２１】
図４は半導体レーザ２１の変調回路３０のブロック図、図５は変調回路３０の行列演算回路３６のブロック図、図６は行列演算部３６Ｋ，３６Ｙ，３６Ｃ，３６Ｍの演算内容を示す図、図７はアドレス指定のタイミングを示す図、図８はＫ及びＹのためのパターンＰＳＡの例を示す図、図９はＣ及びＭのためのパターンＰＳＢの例を示す図である。
【００２２】
図４において、変調回路３０は、パターンＲＯＭ３１、Ｚアドレスカウンタ３２、Ｘアドレスカウンタ３３、Ｙアドレスカウンタ３４、ドライバ３５、及び行列演算回路３６からなっている。
【００２３】
パターンＲＯＭ３１には、２種類のパターン群ＰＳＡ，ＰＳＢが格納されている。パターン群ＰＳＡは、６×２４のマトリックスからなる多数のパターンＰＳＡ０，１，２…からなる。パターン群ＰＳＢは、１７×６８のマトリックスからなる多数のパターンＰＳＢ０，１，２…からなる。それぞれのパターンＰＳＡ０，１，２…、ＰＳＢ０，１，２…の個数は、階調数に等しい。例えば、本実施形態のように階調数が「２５６」である場合には、各パターン群ＰＳＡ，ＰＳＢは、それぞれ２５６個のパターンからなる。階調数が「６４」である場合には６４個のパターンからなる。
【００２４】
なお、パターン群ＰＳＡ，ＰＳＢに属するパターンを、それぞれ「パターンＰＳＡ」「パターンＰＳＢ」と記載することがある。また、パターン群ＰＳＡ，ＰＳＢの両方に属するパターン又はいずれに属してもよいパターンを、「パターンＰＳ」と記載することがある。
【００２５】
これらパターン群ＰＳＡ，ＰＳＢのうちのいずれが読み出されるかは、色データＤＣによって指定される。色データＤＣは、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４つの色成分を示す２ビットの情報である。Ｋ及びＹのときにはパターン群ＰＳＡが、Ｃ及びＭのときにはパターン群ＰＳＢが、それぞれ読み出される。
【００２６】
各パターン群ＰＳＡ，ＰＳＢの中で、いずれのパターンＰＳＡ，ＰＳＢが読み出されるかは、Ｚアドレスカウンタ３２から出力されるＺアドレスＡＺによって指定される。
【００２７】
Ｚアドレスカウンタ３２は、図示しない画像メモリなどから読み出した画像データＤＧに基づいて、１つの色成分の１つの画像データＤＧ毎に、つまり１つの色成分の１画素毎に、ＺアドレスＡＺを生成して出力する。ＺアドレスＡＺは、１つの画素の色成分についての画像データＤＧの階調値（濃度値）に等しい。例えば、色成分がＫのある画像データＤＧについて、その階調値が「２１」であったとすると、ＺアドレスＡＺは「２１」であり、パターン群ＰＳＡの中の階調値が「２１」に対応するパターンＰＳＡが読み出される。
【００２８】
Ｚアドレスカウンタ３２によって指定されたパターンＰＳについて、行列演算回路３６から出力されるＸアドレスＡＸａ及びＹアドレスＡＹａによって、マトリックスの各要素（セル）が順次指定され、指定された要素の値がそれぞれ１ビットのデータＤＥとして読み出される。
【００２９】
Ｘアドレスカウンタ３３は、画素クロック信号ＳＣをカウントし、そのカウント値をＸアドレスＡＸとして出力する。画素クロック信号ＳＣは、画像クロック信号に対してｋ倍（ｋは分割数）の周波数を有するクロック信号である。つまり、１つの画像データＤＧが入力されている間にｋ個の画素クロック信号ＳＣが入力される。Ｘアドレスカウンタ３３は、パターンの横方向（行方向、水平方向、又は主走査方向）に配列される要素ＥＭの個数に応じて、所定の値の範囲でカウントを繰り返す。カウントの範囲は色データＤＣに応じて切り換えられる。
【００３０】
例えば、図８に示すようにパターンＰＳのサイズが６（縦）×２４（横）である場合には、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、０〜２３の範囲でカウントを繰り返す。また、図９に示すようにパターンＰＳのサイズが１７×６８である場合には、図７（Ｃ）（Ｄ）に示すように、０〜６７の範囲でカウントを繰り返す。
【００３１】
Ｙアドレスカウンタ３４は、水平同期信号ＳＨをカウントし、そのカウント値をＹアドレスＡＹとして出力する。Ｙアドレスカウンタ３４は、パターンＰＳの縦方向（列方向、垂直方向、又は副走査方向）の要素ＥＭの個数に応じて、所定の値の範囲でカウントを繰り返す。カウントの範囲は色データＤＣに応じて切り換えられる。
【００３２】
例えば、パターンＰＳのサイズが６（縦）×２３（横）であれば、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、０〜５の範囲でカウントを繰り返す。また、パターンＰＳのサイズが１７×６８である場合には、図７（Ｃ）（Ｄ）に示すように、０〜１６の範囲でカウントを繰り返す。
【００３３】
行列演算回路３６は、Ｘアドレスカウンタ３３から出力されるＸアドレスＡＸ及び／又はＹアドレスカウンタ３４から出力されるＹアドレスＡＹに対し、色データＤＣに応じた行列演算を行ってアドレス変換を行う。行列演算回路３６は、アドレス変換を行ったＸアドレスＡＸａ及びＹアドレスＡＹａを出力する。なお、変換前及び変換後のＸアドレスをそれぞれ単に「Ｘ」「Ｘａ」記載し、変換前及び変換後のＹアドレスをそれぞれ単に「Ｙ」「Ｙａ」記載することがある。
【００３４】
図５において、行列演算回路３６には、Ｋ，Ｙ，Ｃ，Ｍの各色成分に対して、それぞれ行列演算部３６Ｋ，３６Ｙ，３６Ｃ，３６Ｍが設けられている。行列演算部３６Ｋ，３６Ｙ，３６Ｃ，３６Ｍの中から、色データＤＣをデコーダ３６１によりデコードして得られた選択信号ＳＳによっていずれか１つが選択される。
【００３５】
図６に示すように、各行列演算部３６Ｋ，３６Ｙ，３６Ｃ，３６Ｍは、それぞれ次の（１）〜（４）式の演算を行う。
Ｘａ＝Ｘ
Ｙａ＝Ｙ    ……（１）
Ｘａ＝２３−Ｘ
Ｙａ＝Ｙ    ……（２）
Ｘａ＝Ｘ
Ｙａ＝Ｙ    ……（３）
Ｘａ＝６７−Ｘ
Ｙａ＝Ｙ    ……（４）
すなわち、行列演算部３６Ｋ及び３６Ｃは、何らの変換を行わない。行列演算部３６Ｙ及び３６Ｍは、Ｘアドレスを逆の方向からカウントするようにアドレス変換を行う。したがって、色成分がＫの場合には、パターンＰＳＡがそのまま読み出され、色成分がＹの場合には、パターンＰＳＡがその中央に位置する縦軸に対して線対称となるように読み出される。また、色成分がＣの場合には、パターンＰＳＢがそのまま読み出され、色成分がＭの場合には、パターンＰＳＢがその中央に位置する縦軸に対して線対称となるように読み出される。つまり、色成分がＹ及びＭの場合に、パターンＰＳが左右反転した状態で読み出される。
【００３６】
その結果、例えば、ＫとＹとについては、低濃度の領域においては互いに直角に交わる線状のパターン画像が得られ、ＣとＭとについては、Ｋ及びＹに対してスクリーン角が異なり且つ互いにスクリーン角の異なるパターン画像が得られる。これによって、各色成分の階調画像の重なりのずれに基づくテクスチャの発生が防止され、画像品質が向上する。
【００３７】
ドライバ３５は、パターンＲＯＭ３１から読み出されたデータＤＥに基づいて、半導体レーザ２１をオンオフ制御する。
図８及び図９に示すパターンＰＳについて簡単に説明する。パターンＰＳは、縦横共にｍ個のドットＤＴからなる正方マトリックスの各ドットＤＴを横方向にｋ分割し、分割されたそれぞれを要素ＥＭとするｍ×（ｍ×ｋ）のサイズのマトリックスからなる。各要素ＥＭは「０」又は「１」の値をとる。「０」の場合は半導体レーザ２１がオフであり、「１」の場合は半導体レーザ２１がオンである。したがって、半導体レーザ２１のオンに対応する感光ドラム１２上の部分が露光されてその電位が低下し、その部分にトナーが付着し、その結果、記録紙ＰＰのその部分が黒くなる。その逆に、半導体レーザ２１のオフに対応する記録紙ＰＰの部分は白くなる。したがって、「０」の値の要素ＥＭを「白要素（ＥＭＷ）」、「１」の値の要素ＥＭを「黒要素（ＥＭＢ）」ということがある。
【００３８】
次に、行列演算回路３６における変換内容の他の例を説明する。
図１０はパターンＰＳの他の例を示す図、図１１は行列演算回路３６における行列演算部の演算内容を示す図である。
【００３９】
図１１に示すように、行列演算部においては次の（５）式の演算を行う。
Ｘａ＝Ｙ
Ｙａ＝Ｘ    ……（５）
すなわち、行列演算部は、ＸアドレスＸとＹアドレスＹとを入れ換えるアドレス変換を行う。これによって、パターンＰＳは、対角線を軸線として線対称に読み出される。例えば、図１０（Ａ）に示すパターンＰＳ１０から、（５）式の変換を行うことによって、図１０（Ｂ）に示すパターンＰＳ１１が得られる。
【００４０】
なお、図８及び図９に示すパターンＰＳは特開平７−１１５５３８号で提案された拡張ディザ法に用いられるものであるが、拡張ディザ法においては、図６に示したようにパターンＰＳを左右反転させるアドレス変換が好ましい。その理由は、黒要素の位置がどこにあっても、左右反転を行うことによって黒要素の左右位置は変わっても上下位置は変わらないので、半導体レーザ２１の点灯パターンに変化がなく所期に設定したとおりの濃度が得られるからである。もし、パターンＰＳの対角線に対して反転させた場合には、黒要素の上下位置が変わるので、点灯パターンが変化して所期に設定したとおりの濃度が得られない場合がある。したがって、ドットを分割しないパターンＰＳを用いる場合には、対角線に対して反転させても何ら問題ない。
【００４１】
上述の実施形態においては、パターンＲＯＭ３１に濃度パターン法に用いる濃度パターンであるパターン群ＰＳＡ，ＰＳＢを格納した場合について説明したが、パターンＲＯＭ３１にしきい値マトリックスを格納した場合についても同様に適用することができる。そのような実施形態においては、パターンＲＯＭ３１から読み出したしきい値マトリックスの値と画像データ（階調データ）ＤＧとを比較し、その大小に応じて２値化したパターンが得られることとなる。
【００４２】
上述の実施形態によると、パターンＲＯＭ３１に格納された１つのパターンＰＳによって２つのパターンＰＳを読み出すことができ、２つのパターンＰＳによって４つの色成分についてのパターンＰＳを得ることができる。したがって、階調再現のためのパターンＰＳを格納するメモリであるパターンＲＯＭ３１のメモリ容量を半減することができ、コストの低減を図ることができる。
【００４３】
また、パターンＲＯＭ３１のメモリ容量が同じである場合に、従来と比較して２倍の種類数のパターンＰＳを得ることができるので、例えば、文字画像用のパターンＰＳ、写真画像用のパターンＰＳなど、画像の種類に応じたパターンＰＳをメモリ容量を増大することなく得ることが可能となる。したがって、コストを上昇させることなく、画像品質の向上を図ることが可能となる。
【００４４】
上述の実施形態においては、行列演算回路３６において行列演算を行ってアドレス変換を行ったが、例えば、Ｘアドレスカウンタ３３又はＹアドレスカウンタ３４において加減のいずれかの方向にカウントを行うようにしてアドレス変換を行うことも可能である。変換の内容として、上下方向へのパターンＰＳの反転、パターンＰＳの所定角度の回転などを行うことも可能である。行列演算回路３６はハードウエアによる論理回路によって構成したが、ファームウエア又はソフトウエアで動作する高速演算素子などを用いてもよい。
【００４５】
パターンＲＯＭ３１に格納するパターンＰＳのマトリックスのサイズ、パターンＰＳの種類、パターン群の種類の数などは、上述した以外に適宜変更することができる。パターンＲＯＭ３１に代えてＲＡＭ、又はフラッシュメモリなどを用いてもよい。その他、行列演算回路３６、変調回路３０、画像読取り装置１の全体又は各部の構成、処理内容、処理順序などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項４の発明によると、階調再現のためのパターンを格納するメモリのメモリ容量を減少させ、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る階調再現方法の原理を説明する図である。
【図２】本発明に係るフルカラーのプリンタ装置の概略図である。
【図３】走査光学系の概略を示す斜視図である。
【図４】半導体レーザの変調回路のブロック図である。
【図５】変調回路の行列演算回路のブロック図である。
【図６】行列演算部の演算内容を示す図である。
【図７】アドレス指定のタイミングを示す図である。
【図８】パターンの例を示す図である。
【図９】パターンの例を示す図である。
【図１０】パターンの他の例を示す図である。
【図１１】行列演算回路における行列演算部の演算内容を示す図である。
【符号の説明】
１  プリンタ装置（階調再現装置）
３１  パターンＲＯＭ（メモリ）
３３  Ｘアドレスカウンタ（アドレス変換手段）
３４  Ｙアドレスカウンタ（アドレス変換手段）
３６  行列演算回路（アドレス変換手段）
３６１  デコーダ（制御手段）
ＤＣ  色データ（制御手段）
ＰＳＡ，ＰＳＢ  パターン群（パターン）
ＰＳ  パターン
ＭＲ  メモリ
ＡＣ  アドレス変換手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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