JP2010262243A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】階調補正の精度を低下させることなく、トナーの消費を抑えるとともに時間を短縮化して階調補正制御が可能な画像形成装置を得る。
【解決手段】電子写真方式によるカラー画像形成装置であって、中間転写ベルト上に形成されたトナーによる複数の階調パッチの濃度をセンサによって光学的に検出し、その検出値に応じて階調特性を補正するようにした画像形成装置。ハイライト部の階調パッチ（４）とシャドウ部の階調パッチ（８）を一つずつ形成し、該二つの階調パッチ（４），（８）の濃度検出値を、前回の階調補正制御での前記二つの階調パッチ（４），（８）の濃度検出値と比較し、今回と前回それぞれの両者の差に応じて、形成する階調パッチ（１）〜（１２）の個数、階調を選択し、階調補正制御を実行する。
【選択図】図６

Description

本発明は、画像形成装置、特に、電子写真方式などによって最終的に記録材上にトナー画像を転写、定着する画像形成装置に関する。

従来、電子写真プロセスによってカラー画像を形成する装置は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各トナー像を形成するプロセスユニットを記録シートの搬送方向に並置したタンデム方式が一般的に採用されている。各プロセスユニットは、感光体ドラム上に画像データに基づいて変調された光を照射して静電潜像を形成し、この潜像をそれぞれのカラートナーによって現像し、中間転写ベルト上に１次転写して合成する。その後、合成されたトナー像は中間転写ベルトから記録シート上に２次転写され、加熱定着される。

この種の画像形成装置においては一般的に階調補正制御が取り入れられている。即ち、中間転写ベルト上に形成されるトナー像の濃度は、現像条件などが同一であっても、環境や耐久度合など条件によって変化する。そのため、画像形成装置には、中間転写ベルト上に形成されたトナーによる複数の階調パッチの濃度を光学的に検出し、その検出値に応じて階調特性を補正する階調補正機能を備えている。階調補正制御のために用いられたトナーは、濃度検出後に廃棄される。

画像形成装置の小型化の要求から、廃トナーボックスの容量を小さくする課題が挙げられており、それにはトナーの消費量を少なくすることが必要となる。この観点から、階調補正制御においてトナーの消費量を削減することが試みられている。

ところで、階調補正制御は定期的に行われるが、今回の階調補正時から階調特性が大きく変化しない場合には、前回の階調補正制御での補正と大きく変わらない階調変換テーブルが設定されてしまう。このような場合は、改めて階調補正制御を行う意味がなく、無駄な階調パッチを形成してトナーの消費量を多くし、廃トナー量を増やすだけの結果となり、階調補正に要した時間も無駄になってしまう。

そのため、特許文献１に記載の画像形成装置では、数枚の複写・印刷ごとにトナーによる階調パッチを形成し、濃度センサにより測定した階調特性が目標階調特性の範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にないときにのみ、自動的に階調補正制御を実行することで、不必要な補正制御を行わないようにしている。しかし、この階調補正制御では、試しに一つの階調パッチを形成し、該階調パッチの濃度が所定値以上離れた場合に、続いて、決められた個数で複数のトナーパッチを形成するため、前回の階調補正時からの階調特性の変化が小さい階調領域がある場合には、その階調領域では必要以上に余分なトナーパッチを形成することになるという問題点を有している。

また、特許文献２，３に記載の画像形成装置では、濃淡のある階調パッチを少なくとも２回以上形成し、２回目以降に形成するパッチの画像データが、１回目の階調補正の結果に基づいた画像データとしてパッチを形成し、階調補正の精度を向上させている。しかし、この階調補正制御では、必ず２回以上のパッチを形成することになり、時間が掛ってしまうという問題点を有している。

特開平９−２３０６４４号公報 特開平１０−３３３３７７号公報 特開２００３−２４１４４６号公報

そこで、本発明の目的は、階調補正の精度を低下させることなく、トナーの消費量を抑えるとともに時間を短縮化して階調補正制御が可能な画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明の一形態である画像形成装置は、
像担持体上に形成されたトナーによる複数の階調パッチの濃度を光学的に検出し、その検出値に応じて階調特性を補正する階調補正機能を備えた画像形成装置において、
ハイライト部の階調パッチとシャドウ部の階調パッチを一つずつ形成し、該二つの階調パッチの濃度検出値を、前回の階調補正制御での前記二つの階調パッチの濃度検出値と比較し、今回と前回それぞれの両者の差に応じて、形成する階調パッチの個数、階調を選択し、階調補正制御を実行すること、
を特徴とする。

前記画像形成装置において、例えば、今回と前回それぞれ両者の差が所定値より小さい場合は、二つの階調パッチの濃度検出値のみによって階調補正制御を行う。今回と前回でシャドウ部の階調パッチの差が所定値より小さく、かつ、ハイライト部の階調パッチの差が所定値より大きい場合は、全階調を網羅している複数の階調パッチのなかからシャドウ部の階調パッチの階調近辺を除いた階調パッチを形成してそれらの濃度検出値によって階調補正制御を行う。また、今回と前回でハイライト部の階調パッチの差が所定値より小さく、かつ、シャドウ部の階調パッチの差が所定値より大きい場合は、全階調を網羅している複数の階調パッチのなかからハイライト部の階調パッチの階調近辺を除いた階調パッチを形成してそれらの濃度検出値によって階調補正制御を行う。また、今回と前回それぞれ両者の差が所定値より大きい場合は、全階調を網羅している複数の階調パッチを形成してそれらの濃度検出値によって階調補正制御を行う。

今回の濃度検出で階調パッチを形成しない階調領域は、前回の階調補正制御から変化の少ない領域であるから、前回の階調補正制御の結果をそのまま更新しても階調補正の精度が低下することはなく、トナーの消費量の減少や補正に要する時間が短縮化される。

本発明によれば、階調補正制御において、階調補正の精度を低下させることがなく、トナーの消費量を抑えるとともに時間を短縮化することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 階調パッチのトナー濃度に対するトナー濃度センサの出力特性を示すグラフである。 トナー濃度センサの出力に対する濃度検出値を示すグラフである。 階調特性がリニアに再現された場合と、実際上の再現画像を模式的に示す説明図である。 元画像データの入力階調と再現された画像濃度との関係を示すグラフである。 階調補正時に形成される階調パッチの説明図である。 階調とトナー濃度との関係を示すグラフである。 元画像データの入力階調と補正後の階調を示すグラフ（階調変換テーブル）である。 基準となる二つの階調パッチを示す説明図である。 階調補正制御の第１例での濃度検出値を示すグラフである。 階調補正制御の第２例で形成される階調パッチを示す説明図である。 前回第２例での濃度検出値を示すグラフである。 階調補正制御の第３例で形成される階調パッチを示す説明図である。 前回第３例での濃度検出値を示すグラフである。 階調補正制御の第４例で形成される階調パッチを示す説明図である。 前回第４例での濃度検出値を示すグラフである。 基準となる二つの階調パッチを決める方法を示すグラフである。 階調補正の制御手順を示すフローチャート図である。 階調補正の制御手順を示すフローチャート図（図１８の続き）である。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
本発明の一実施例である画像形成装置は、図１に示すように、タンデム方式の電子写真プリンタであり、概略、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のトナー画像を形成するためのプロセスユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）と、中間転写ユニット２０と、記録シートを収容した給紙ユニット３０と、定着ユニット３５と、画像読取りユニット４０と、で構成されている。

プロセスユニット１０は、それぞれ、感光体ドラム１１、帯電チャージャ１２、現像器１３、露光装置１４などを配置したもので、露光装置１４から照射される光によってそれぞれの感光体ドラム１１上に描画される静電潜像を現像器１３で現像して各色のトナー画像を形成する。画像データは、画像読取りユニット４０からあるいはコンピュータから制御部５０に転送されてくる。

中間転写ユニット２０は、矢印Ｚ方向に無端状に回転駆動される中間転写ベルト２１を備え、各感光体ドラム１１と対向する転写チャージャ２２から付与される電界にて、各感光体ドラム１１上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２１上に１次転写して合成する。なお、このような電子写真法による画像形成プロセスは周知であり、詳細な説明は省略する。

装置本体の下部には、記録シートを１枚ずつ給紙する給紙ユニット３０が配置され、記録シートは給紙ローラ３１から前記中間転写ベルト２１と２次転写ローラ２５とのニップ部に搬送され、ここでトナー画像（合成カラー画像）が２次転写される。その後、記録シートは定着ユニット３５に搬送されてトナーの加熱定着を施され、装置本体の上面に配置されたトレイ部３６に排出される。

（トナー濃度検出センサ、図１〜図３参照）
階調補正制御を行うために中間転写ベルト２１に形成されるトナーの階調パッチの濃度を検出するセンサＳＥ１は、中間転写ベルト２１の表面に、プロセスユニット１０Ｋの下流側で、対向して配置されている。このセンサＳＥ１は発光素子と受光素子とからなる光学式の反射型センサである。

中間転写ベルト２１に形成された階調パッチでの反射光は受光素子で受光され、電気的な出力値に変換される。トナーのパッチはベルト面とトナー面とからなり、センサＳＥ１はトナーの隠蔽率（パッチ全体の面積に対するトナーが占める割合）を検出する。反射光が少なくなるとセンサ出力値は小さくなり、図２に示すように、トナーの隠蔽率が高くなると（トナー濃度が高くなると）ベルト面からの反射光が少なくなるので、センサ出力値は小さくなる。センサ出力値に対する濃度検出値は図３に示すとおりである。図２の縦軸及び図３の横軸に示すセンサ出力値は、２５６段階として示されている。なお、本発明において、トナー濃度の検出手段としてはこのようなセンサＳＥ１に限定するものではない。

（階調補正、図４〜図８参照）
ところで、画像形成装置においては、入力された元画像データに対応した濃度（濃淡）を再現することが要求される。画像として出力したい元画像データの濃度をＯＤ（Original Density）、再現された用紙上の濃度をＩＤ（Image Density）とすると、階調特性として、ＯＤに対してＩＤがリニアな関係に維持されることが要求される。階調特性がリニアに再現されている場合を図４（Ａ）に示す。しかし、実際には、作像プロセスにおいて非線形な関係が存在することから、元画像データの入力階調に対して再現される濃度は、階調ごとに大きく変化してしまう。

通常は、図４（Ｂ）に示すように、低濃度のハイライト部は画像が飛んでしまい、元画像データの階調に対して薄く再現され、高濃度のシャドウ部は画像が潰れてしまい、元画像データの階調に対して濃く再現される。また、湿度などの環境条件や耐久度合、装置の個体差などによって、感光体ドラム１１の感度特性や現像特性が変化すると、階調特性も変化してしまう。図５に、元画像データの入力階調と再現される画像濃度の関係を示す。階調特性がリニアな場合は直線に示すとおりであるが、実際には曲線に示す階調特性で作像される。

そこで、出力される画像濃度が、元画像データの入力階調に対応して変化が生じないように階調特性を補正することが必要になる。即ち、出力される階調を安定してリニアに再現するためには、適正なタイミングで階調補正を実行し、全階調において常時所定の濃度が得られるように、元画像データの入力階調を変換する必要がある。

階調補正制御は、通常、図６に示すように、低濃度（ハイライト部）から高濃度（シャドウ部）までの全階調を網羅的に代表する階調パッチ（１）〜（１２）を中間転写ベルト２１上に形成し、各階調パッチ（１）〜（１２）の濃度（隠蔽率）を前記センサＳＥ１で検出し、それらのセンサ出力値から濃度に換算する。そして、濃度検出値に基づいて階調補正を演算し、補正された適正な階調特性で画像が出力されるように、元画像データの入力階調が変換される。つまり、センサＳＥ１で検出された階調を元画像データの入力階調に一致させるように元画像データの入力階調を矢印で示すように変換し、実際のプリント動作の画像データとする。

詳しくは、図７において、横軸は画像データの入力階調であり、縦軸はセンサＳＥ１の出力値に相当する濃度である。黒丸がそれぞれの階調パッチ（１）〜（１２）のセンサ出力値である。センサ出力値とそれに対応する濃度は図２及び図３に示したように予め変換テーブルとして作成されており、図７に示すセンサ出力値から濃度に変換される。変換された後の濃度を濃度検出値と称する。

実際に出力される階調特性は、全階調において階調の差が一定の濃度差となるようにリニアであることが必要である。階調特性がリニアになるように元画像データの入力階調を変換（補正）する。この変換（補正）に使用するためのテーブルを階調変換テーブル（図８参照）と称する。このように、出力される階調特性を元画像データの入力階調に対応した濃度に補正できる階調変換テーブルを決めて全階調を補正するのが階調補正制御である。

（階調補正制御、図９〜図１９参照）
以下に、本実施例における階調補正制御について説明する。以下の説明において参照するステップ番号は図１８及び図１９のフローチャートに付した番号である。

階調補正制御は所定の決められたタイミングで実行される（ステップＳ１でＹＥＳ）。階調補正制御は、予め設定されたタイミングで自動的に行う場合と、ユーザあるいはサービスマンが強制的に行う場合とがある。通常は、電源投入時やプリントジョブの前後、あるいは、所定枚数のプリント動作が行われるごとに実行される。消耗品の交換直後などにも実行される。

階調補正制御においては、まず、図９に示すように、ハイライト部の階調パッチ（４）とシャドウ部の階調パッチ（８）を一つずつ中間転写ベルト２１上に形成する（ステップＳ２）。そして、二つの階調パッチ（４），（８）の濃度をセンサＳＥ１によって検出し（ステップＳ３）、濃度検出値を求める。階調パッチ（４）の濃度検出値をＤｈ、階調パッチ（８）の濃度検出値をＤｓとする。この値Ｄｈ，Ｄｓを、前回の階調補正制御での同じパッチの濃度検出値Ｄｈ＿ｒ，Ｄｓ＿ｒと比較する（ステップＳ４）。その差ΔＤは、それぞれ、ΔＤｈ＝Ｄｈ−Ｄｈ＿ｒ、ΔＤｓ＝Ｄｓ−Ｄｓ＿ｒである。この差ΔＤに応じて、続いて形成される階調パッチの個数、階調を選択し、階調補正を行う（階調変換テーブルを変更する）。差ΔＤは画像濃度の許容幅から決められ、例えば、ΔＤ＝０．１である。差ΔＤに基づいて、以下の表１に示す、第１例、第２例、第３例及び第４例に場合分けし、階調補正を実行する。

第１例は、階調パッチ（４）での差ΔＤｈ及び階調パッチ（８）での差ΔＤｓがともに小さい場合である（ステップＳ５，Ｓ６でＹＥＳ）。この第１例においては、今回、階調補正を行っても、前回の階調補正による階調変換テーブルとほとんど同じになるため、階調パッチ（４），（８）の二つの濃度検出値に基づいて簡易的な階調補正を行う（図１０参照、ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０）。即ち、前回の階調補正制御で補正した階調特性を、今回の二つの検出値で若干の修正をするに止める。これにて、トナーの消費量が減少し、補正制御時間も短縮化される。また、階調補正の精度が必要以上に低下することもない。

第２例は、階調パッチ（４）での差ΔＤｈが大きく、階調パッチ（８）での差ΔＤｓが小さい場合である（ステップＳ５でＹＥＳ、ステップＳ７でＮＯ）。この第２例においては、階調パッチ（８）近辺の階調は前回の階調補正制御時から濃度の変化がないので、次の手順として、階調パッチ（６）〜（９）を形成することなく、階調パッチ（１）〜（３），（５），（１１），（１２）を中間転写ベルト２１上に形成し（図１１参照、ステップＳ１１）、それらの濃度をセンサＳＥ１によって検出し、濃度検出値を求める。最初に形成した階調パッチ（４），（８）の濃度検出値と合わせて８階調で階調特性を決める（図１２参照、ステップＳ１２）。階調パッチ（６）〜（１０）に相当する階調は前記の階調補正制御で補正した階調特性をそのまま更新し、両者を合成して新たな階調変換テーブルを作成する（ステップＳ９）。なお、合成して階調変換テーブルを作成した際に、不連続な部分が出てきた場合、その部分が滑らかになるような修正を加える。この第２例においても、トナーの消費量が減少し、補正制御時間も短縮化される。また、階調補正の精度が必要以上に低下することもない。

第３例は、階調パッチ（４）での差ΔＤｈが小さく、階調パッチ（８）での差ΔＤｓが大きい場合である（ステップＳ５でＮＯ、ステップＳ６でＹＥＳ）。この第３例においては、階調パッチ（４）近辺の階調は前回の階調補正制御時から濃度の変化がないので、次の手順として、階調パッチ（２）〜（６）を形成することなく、階調パッチ（１），（７），（９）〜（１２）を中間転写ベルト２１上に形成し（図１３参照、ステップＳ１３）、それらの濃度をセンサＳＥ１によって検出し、濃度検出値を求める。最初に形成した階調パッチ（４），（８）の濃度検出値と合わせて８階調で階調特性を決める（図１４参照、ステップＳ１２）。階調パッチ（６）〜（１０）に相当する階調は前記の階調補正制御で補正した階調特性をそのまま更新し、両者を合成して新たな階調変換テーブルを作成する（ステップＳ９）。なお、合成して階調変換テーブルを作成した際に、不連続な部分が出てきた場合、その部分が滑らかになるような修正を加える。この第３例においても、トナーの消費量が減少し、補正制御時間も短縮化される。また、階調補正の精度が必要以上に低下することもない。

第４例は、階調パッチ（４），（８）での差ΔＤｈ，ΔＤｓがともに大きい場合である（ステップＳ５，Ｓ７でＮＯ）。この第４例においては、階調パッチ（４），（８）近辺の階調が前回の階調補正制御時から大きく変化しているので、次の手順として、階調パッチ（１）〜（３），（５）〜（７），（９）〜（１２）を中間転写ベルト２１上に形成し（図１５参照、ステップＳ１４）、それらの濃度をセンサＳＥ１によって検出し、濃度検出値を求める。最初に形成した階調パッチ（４），（８）の濃度検出値と合わせて１２階調で階調特性を決め（図１６参照、ステップＳ１２）、新たな階調変換テーブルを作成する（ステップＳ９）。

事前に形成するパッチの階調は、階調特性の検出の履歴情報によって図１７に示すように、濃度検出値の変動が大きい階調を選択する。これにて、階調特性を補正する際の精度が向上する。但し、選択するハイライト部とシャドウ部の階調は近接した階調では意味がなくなるので、ある程度の階調差をもって選択する必要がある。

（他の実施例）
なお、本発明に係る画像形成装置は、前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、前記実施例では、全階調を網羅した階調として図６に示す階調（１）〜（１２）を使用しているが、他の階調であってもよく、個数も１２個に限定するものではない。また、本発明が適用される画像形成装置としては、タンデム方式の電子写真複写機以外に、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機であってもよく、モノクロの画像形成装置であってもよい。さらに、階調パッチを形成する像担持体としては、中間転写ベルト以外に、感光体ドラム、感光体ベルト、中間転写ドラムであってもよい。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、階調補正の精度を低下させることなく、トナーの消費量を抑え、時間を短縮化して階調補正制御が可能な点で優れている。

１０…プロセスユニット
１１…感光体ドラム
１２…帯電チャージャ
１３…現像器
１４…露光装置
２０…中間転写ユニット
２１…中間転写ベルト
ＳＥ１…トナー濃度検出センサ

Claims (6)

1. 像担持体上に形成されたトナーによる複数の階調パッチの濃度を光学的に検出し、その検出値に応じて階調特性を補正する階調補正機能を備えた画像形成装置において、
   ハイライト部の階調パッチとシャドウ部の階調パッチを一つずつ形成し、該二つの階調パッチの濃度検出値を、前回の階調補正制御での前記二つの階調パッチの濃度検出値と比較し、今回と前回それぞれの両者の差に応じて、形成する階調パッチの個数、階調を選択し、階調補正制御を実行すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. ハイライト部の階調パッチとシャドウ部の階調パッチを一つずつ形成し、該二つの階調パッチの濃度検出値を、前回の階調補正制御での前記二つの階調パッチの濃度検出値と比較した結果、今回と前回それぞれ両者の差が所定値より小さい場合は、該二つの階調パッチの濃度検出値のみによって階調補正制御を行うこと、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. ハイライト部の階調パッチとシャドウ部の階調パッチを一つずつ形成し、該二つの階調パッチの濃度検出値を、前回の階調補正制御での前記二つの階調パッチの濃度検出値と比較した結果、今回と前回でシャドウ部の階調パッチの差が所定値より小さく、かつ、ハイライト部の階調パッチの差が所定値より大きい場合は、全階調を網羅している複数の階調パッチのなかからシャドウ部の階調パッチの階調近辺を除いた階調パッチを形成してそれらの濃度検出値によって階調補正制御を行うこと、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. ハイライト部の階調パッチとシャドウ部の階調パッチを一つずつ形成し、該二つの階調パッチの濃度検出値を、前回の階調補正制御での前記二つの階調パッチの濃度検出値と比較した結果、今回と前回でハイライト部の階調パッチの差が所定値より小さく、かつ、シャドウ部の階調パッチの差が所定値より大きい場合は、全階調を網羅している複数の階調パッチのなかからハイライト部の階調パッチの階調近辺を除いた階調パッチを形成してそれらの濃度検出値によって階調補正制御を行うこと、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. ハイライト部の階調パッチとシャドウ部の階調パッチを一つずつ形成し、該二つの階調パッチの濃度検出値を、前回の階調補正制御での前記二つの階調パッチの濃度検出値と比較した結果、今回と前回それぞれ両者の差が所定値より大きい場合は、全階調を網羅している複数の階調パッチを形成してそれらの濃度検出値によって階調補正制御を行うこと、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. ハイライト部の階調パッチとシャドウ部の階調パッチの階調は、階調特性検出の履歴により濃度検出値の変動が大きい階調を選択すること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

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