CN102165376B - 图像形成设备和图像形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在使用调色剂的图像形成时总是获得稳定输出图像的技术。供给器(1217)供给所确定的调色剂供给量的调色剂。显影器(1206)搅拌所供给的调色剂并将搅拌后的调色剂供给至在感光鼓(1203)上形成的静电潜像，从而在感光鼓(1203)上显影调色剂图像。校正量计算单元(1106)使用用于打印打印对象图像的调色剂消耗量、用于打印打印对象图像所需的调色剂供给量以及调色剂搅拌时间，来计算近似调色剂带电量变化特性的函数模型，从而估计调色剂带电量。使用估计得到的调色剂带电量来控制图像处理条件和过程条件中的至少之一。

Description

图像形成设备和图像形成方法

技术领域

本发明涉及一种使用电子照相来形成图像的技术。 

背景技术

在电子照相方式或静电记录方式的图像形成设备中设置的显影装置一般使用主要包含调色剂颗粒和载体颗粒的双成分显影剂。特别地，在用于形成全色图像或多色图像的彩色图像形成设备中，大多数显影装置使用双成分显影剂。双成分显影剂的调色剂浓度(即，调色剂颗粒的重量与载体颗粒和调色剂颗粒的总重量的比)是图像质量稳定的非常重要的因素。 

在显影时，消耗双成分显影剂的调色剂颗粒，并且调色剂浓度变化。因此，已经公开了一种技术(专利文献1)，其检测在显影装置中的双成分显影剂的调色剂浓度，并根据所检测到的调色剂浓度来控制对显影装置的调色剂供给，从而控制双成分显影剂以保持预定调色剂浓度。 

然而，上述方法不能总是以期望浓度输出图像。一个主要原因是调色剂带电量的变化。调色剂带电量是图像质量稳定的重要因素之一。电子照相或静电记录使用静电力形成图像。因此，调色剂带电量的变化导致图像浓度的变化。 

已知调色剂带电量变化的原因有安装图像形成设备的环境的温度和湿度，以及长期使用所导致的载体的劣化。另一主要原因是图像上的调色剂消耗量的变化。 

图10是示出由搅拌引起的调色剂带电量的变化的例子的图。由于调色剂在显影装置中被搅拌并与载体摩擦，所以长时间放置调色剂导致摩擦带电。将参考图11A～11C说明当打印20 个原稿时，与调色剂消耗量相对应的调色剂带电量的变化的例子。 

图11A是示出在基于图11A～11C所述的例子中的各打印薄片的调色剂消耗量的图。当打印第1～10页时，各薄片的调色剂消耗量为2T(mg)，当打印第11～20页时，各薄片的调色剂消耗量为T(mg)。图11B是示出各薄片的调色剂供给量的图。在显影时，以与消耗量相同的量供给调色剂。图11C是示出在图11A和11B所示出的情况下，在各薄片的打印开始时的调色剂带电量的图。 

在提交打印作业之前，充分搅拌调色剂，并且调色剂带电量为30Q(μC/g)。当执行打印作业时，将没有被充分摩擦带电的新的调色剂供给至显影装置。因为在显影装置中由搅拌引起的摩擦带电不能保持，所以调色剂带电量逐渐减少。因此，调色剂带电量收敛至大约23Q(μC/g)。从调色剂消耗量和所供给的调色剂量减少的第10页开始，所供给的调色剂和在显影装置中剩余的调色剂之间的平衡改变，并且调色剂带电量逐渐增加并收敛至27Q(μC/g)。 

如上所述，即使当将调色剂浓度和输出环境的条件控制为预定水平时，调色剂带电量也可能在输出图像之间变化。由于图像浓度也随着调色剂带电量的变化而变化，所以不可能以期望浓度输出原稿。为了解决这个问题，使用以下方法：检测显影后的图像的浓度，以及如果浓度低于期望值，则供给调色剂。还有一种代替控制调色剂供给而校正图像信号的灰度级的方法(专利文献2)。 

引用文献

专利文献1：日本特开平5-303280 

专利文献2：日本特开2000-238341 

专利文献3：日本特开平06-130768 

发明内容

技术问题

从图11B和11C中明显看出，在调色剂供给之后需要花时间来恢复调色剂带电量。即，在调色剂供给开始影响实际的图像浓度之前需要花费时间。因此，不能使用检测显影后的图像的浓度再提供调色剂的方法来在与延迟相对应的时间内获得图像输出的期望浓度。 

另外，检测显影后的图像的浓度的方法和专利文献2的方法都需要创建浓度检测用的片、然后检测浓度。因此，校正频率越高，生产率越低。 

考虑上述问题做出本发明，并且本发明的目的在于提供一种在使用调色剂的图像形成中持续获得稳定输出图像的技术。 

解决手段

为了实现本发明的目的，例如，本发明的图像形成设备具有以下配置。即，提供一种图像形成设备，包括：图像处理部件，用于使用图像处理条件对图像信号进行图像处理；以及图像形成部件，用于基于经过了所述图像处理的图像信号，使用经过了控制的过程条件，通过电子照相方式来形成图像，其中，所述图像形成设备还包括：供给部件，用于基于指定的调色剂供给量将调色剂供给至显影部件；所述显影部件，用于在搅拌所供给的调色剂之后对在感光鼓上形成的静电潜像进行显影；调色剂消耗量预测部件，用于基于表示图像的图像数据来预测输出所述图像所需的调色剂消耗量；调色剂供给量确定部件，用于基于表示所述图像的图像信号来确定调色剂供给量；获取部件，用于获取所述显影部件进行的调色剂搅拌的时间；以及 控制部件，用于通过使用所预测出的调色剂消耗量、所确定的调色剂供给量以及调色剂搅拌的时间来估计调色剂带电量，控制所述图像处理条件和所述过程条件至少之一。 

为了实现本发明的目的，例如，本发明的图像形成方法具有以下设置。即，提供一种图像形成设备使用的图像形成方法，所述图像形成设备包括图像处理单元和图像形成单元，所述图像处理单元用于使用图像处理条件对图像信号进行图像处理，所述图像形成单元用于基于经过了所述图像处理的图像信号，使用经过了控制的过程条件，通过电子照相方式来形成输出图像，其中，所述图像形成方法包括： 

供给步骤，用于基于指定的调色剂供给量将调色剂供给至显影单元；显影步骤，用于在搅拌所供给的调色剂之后对在感光鼓上形成的静电潜像进行显影；调色剂消耗量预测步骤，用于基于表示图像的图像数据来预测输出所述图像所需的调色剂消耗量；调色剂供给量确定步骤，用于基于表示所述图像的图像信号来确定调色剂供给量；获取步骤，用于获取所述显影单元进行的调色剂搅拌的时间；以及控制步骤，用于通过使用所预测出的调色剂消耗量、所确定的调色剂供给量以及调色剂搅拌的时间来估计调色剂带电量，控制所述图像处理条件和所述过程条件至少之一。 

发明效果

根据本发明的结构，可以在使用调色剂的图像形成中持续获得稳定输出图像。 

从结合附图的以下说明中，本发明的其它特征和优点将变得明显，其中，相同的附图标记表示附图中的相同或相似的部分。 

附图说明

包括在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并和说明一起用于说明本发明的原理。 

图1是示出根据第一实施例的数字多功能外围设备的结构的例子的框图； 

图2是示出片传感器126的例子的图； 

图3是示出根据第一实施例的数字多功能外围设备进行的处理的流程图； 

图4是示出形成有输出图像和片图像的感光鼓114的例子的图； 

图5是示出根据第二实施例的图像形成设备的结构的框图； 

图6A是用于说明色调特性和校正LUT的图； 

图6B是用于说明色调特性和校正LUT的图； 

图7A是色调转换处理的流程图； 

图7B是色调转换处理的流程图； 

图8是用于说明图像形成设备的操作定时的图； 

图9A是用于说明图像形成设备的操作定时的图； 

图9B是用于说明图像形成设备的操作定时的图； 

图9C是用于说明图像形成设备的操作定时的图； 

图10是示出摩擦时间和调色剂带电量之间的关系的图； 

图11A是示出各打印薄片的调色剂消耗量的图； 

图11B是示出各薄片的调色剂供给量的图； 

图11C是示出在图11A和11B示出的情况下开始打印各薄片时的调色剂带电量的图； 

图12是示出包括顺次排列的图像形成站的图像形成设备的结构的例子的示意图； 

图13A是示出根据第三实施例的图像形成设备的结构的框 图；以及 

图13B是示出根据第三实施例的图像形成设备的结构的框图。 

具体实施方式

第一实施例

根据本实施例的图像形成设备在诸如感光构件或介电质等的图像承载体上利用电子照相方式或静电记录方式等形成静电潜像，并使得显影装置伴随显影剂的供给而显影静电潜像，从而形成可视图像。因此，本实施例可应用于具有相同或相似结构的任意其它图像形成设备。图1是示出作为根据本实施例的图像形成设备的例子的电子照相方式的数字多功能外围设备的结构的例子的框图。 

CCD 102经由摄像镜头(未示出)读取原稿101作为图像。CCD 102将所读取的图像分解成许多像素，并生成与像素的浓度相对应的光电转换信号(模拟信号)。所生成的各像素的模拟图像信号由放大器103放大至预定水平，并由模拟/数字转换器(A/D转换器)104转换成例如8比特(255灰度级)的数字图像信号。 

接着，将数字图像信号供给至γ转换器105(这里是使用包括256字节的数据的查找表来转换浓度的转换器)。γ转换器105对数字图像信号进行γ校正。将经过γ校正的数字图像信号输入至数字/模拟转换器(D/A转换器)106。 

D/A转换器106对数字图像信号进行D/A转换，以将数字图像信号转换成模拟图像信号。D/A转换器106输出转换后的模拟图像信号。将模拟图像信号供给至比较器107的一个输入端。 

比较器107在另一输入端接收从三角波生成电路108供给的 具有预定周期的三角波信号，并将模拟图像信号与三角波信号进行比较以对图像信号进行脉宽调制。将作为脉宽调制结果的二值图像信号输入至激光驱动电路109。激光驱动电路109基于二值图像信号控制激光二极管110的发光的ON/OFF。 

由已知的多面镜111在主扫描方向上扫描由激光二极管110发射的激光束，该激光束通过fθ透镜112和反射镜113，并照射作为以箭头方向转动的图像承载体的感光鼓114的表面。 

由曝光装置115对感光鼓114进行均匀放电，并之后由一次充电器116将感光鼓114均匀充电至例如负电位。之后，将静电潜像形成在用激光束照射的感光鼓114上。 

显影装置117将静电潜像显影为可视图像(调色剂图像)。此时，将与静电潜像形成条件相对应的DC偏置成分和用于改善显影效率的AC偏置成分重叠并施加至显影装置117。 

通过转印充电器122的功能将调色剂图像转印至保持在带状的转印介质承载体(转印带)120上的转印介质121上，所述转印带120环绕在两个辊118和119上并以箭头的方向不断地被驱动。将具有转印后的调色剂图像的转印介质121传送至定影装置123。定影装置123将转印介质121上的调色剂图像定影到转印介质121。排出具有定影后的调色剂图像的转印介质121。 

由清洁器124刮去剩余在感光鼓114上的残余调色剂，并收集该残余调色剂。由清洁器125刮去在分离转印介质121之后仍然剩余在转印带120上的残余调色剂，所述清洁器125例如为安装在转印带120周围的、将转印介质121传送至定影装置123的位置的下游的刮板。 

注意，为了便于说明，图1仅示出单个图像形成站(包括感光鼓114、曝光装置115、一次充电器116和显影装置117等)。然而，对于彩色图像形成，将与例如青色、品红色、黄色和黑色 相对应的图像形成站沿着转印带移动方向顺次排列在转印带120上。可替换地，将各颜色的显影装置117沿着单个感光鼓114的周围、围绕感光鼓114排列。除此以外，还可以在可转动的壳体中配置黄色、品红色、青色和黑色的显影装置117。即，使得期望显影装置117面向感光鼓114以显影期望颜色。 

在感光鼓114的表面上、在感光鼓114的转动方向上、显影装置117和转印带120的相对部分之间的位置处设置片传感器126。片传感器126检测在感光鼓114上显影得到的浓度检测用的显影图像(片)的浓度，以控制对显影装置117的调色剂供给量并校正γ转换器105所保持的LUT(查找表)。后面将详细说明调色剂供给控制和利用LUT的色调校正。 

控制器900控制数字多功能外围设备的各单元。控制器900包括CPU、存储控制程序的ROM、以及临时存储程序和数据的RAM。 

图2示出片传感器126的例子。片传感器126包括诸如LED等的光源201、接收由光源201发出并由片图像200反射的光的浓度测量光接收元件202以及直接接收光源201的光量以将光源201的光量控制为保持预定水平的光量调整光接收元件203。 

接着，参考图3的流程图说明要由数字多功能外围设备进行的调色剂供给处理和灰度级校正处理。注意，在图3中示出的各步骤的处理的主体是控制器900。 

在步骤S301中，控制器900生成片图像。将所生成的片图像与作为实际打印对象的基于从外部获得的图像数据的打印图像(输出图像)一起形成在感光鼓114上。控制器900控制片传感器126以使其读取感光鼓114上的片图像的浓度值作为测量值。 

图4是示出形成有打印图像和片图像的感光鼓114的表面的例子的图。如图4所示，在任意时刻、以任意浓度水平、在没有 形成打印图像的区域中形成片图像401和402。注意，不需要总是在每次形成打印图像时形成片图像。例如，可以针对每10个A4打印图像形成一个片图像。片图像形成频率可以基于所需精度而改变。片图像的浓度可以是可变值或被视为重要的预定的固定值。 

片传感器126读取在感光鼓114上形成的各片图像的浓度。将在感光鼓114上形成的打印图像转印至转印介质121。在片传感器126检测到浓度之后，由清洁器125刮去片图像而不转印到转印介质121。 

在步骤S302中，控制器900检测或估计参数。参数的例子为调色剂浓度、调色剂带电量、图像形成设备内的温度和湿度、以及载体的劣化度。可以使用光学反射光量检测方式或电感检测方式的传感器进行调色剂浓度检测。为了检测调色剂带电量，可使用利用电位传感器的计算方法(专利文献3)等。可以通过一般的方法来检测温度和湿度。可以使用例如打印计数值、预先测量的计数值以及劣化度的LUT来检测载体的劣化度。 

在本实施例中，将调色剂浓度和调色剂带电量作为不是要由传感器测量出的参数而是被估计出的参数来说明。将其它必要参数作为可检测的参数进行说明。 

将图像形成对象的图像数据存储在数字多功能外围设备的存储器(未示出)中。因此，控制器900首先参考图像数据的像素的像素值，并获得像素值的累积值(累加值)。基于所获得的累积值，控制器900估计用于形成图像数据的打印图像所需的调色剂消耗量。控制器900还获取表示从调色剂供给器(料斗)(未示出)供给至显影装置117的调色剂的量的数据。 

控制器900基于使用调色剂消耗量和调色剂供给量的以下公式进行计算处理。以下公式是被称为“观察者”的模型。“观察 者”与控制工程中的观察者相同。 

dx/dt＝Ax+Bu        …(1) 

y＝Cx+Du            …(2) 

该模型是在控制工程中的状态空间模型。等式(1)是状态的等式，等式(2)是输出的等式。在等式(1)和(2)中，u是表示所估计的调色剂消耗量和由控制器900获取的调色剂供给量的1×2矩阵，x是表示调色剂浓度和调色剂带电量的1×2矩阵(状态变量)，y是与特定输入片浓度水平相对应的输出片浓度(输出)，以及A、B、C和D分别是定义模型的系统矩阵、控制矩阵、观察矩阵和直接矩阵(direct matrix)。例如，通过在数字多功能外围设备中的调色剂颗粒的移流扩散和调色剂带电量的上升特性来确定这些矩阵。基于等式(1)和(2)的计算可以预测x和y的变化。接着，控制器900基于以下等式进行计算处理： 

dx/dt＝Ax+Bu-L(y_obsv-y_plant)        …(3) 

其中，y_obsv是在等式(2)中的输出片浓度y，y_plant是由片传感器126测量得到的浓度值，以及L是观察者增益。观察者增益是用于基于y_obsv-y_plant的差来校正模型中的状态量的偏移的矩阵。因此，观察者允许更可靠地估计矩阵x，即调色剂浓度和调色剂带电量。 

在步骤S303中，控制器900进行用于获得用于下次图像形成的矩阵x的处理。这是因为，在数字多功能外围设备中的参数随着时间经过而变化并影响要形成的图像的浓度。作为例子，获得在下次图像形成处理期间的代表时刻的矩阵x。 

首先，控制器900获得从当前时间到下次图像形成的时间t。由于存储器存储下一图像形成对象的图像数据，所以控制器900之后参考图像数据的像素的像素值，并获得像素值的累积值(累加值)。基于所获得的累积值，控制器900估计基于图像数据打 印图像所需的调色剂消耗量。控制器900还确定调色剂供给量。这允许确定表示所确定的调色剂供给量和所获得的调色剂消耗量的矩阵u。尽管所确定的调色剂供给量可以是任意量，但是为了便于说明，假定所确定的调色剂供给量等于调色剂消耗量。即，将调色剂浓度控制到预定值的控制允许上述模型预测例如在图11A～11C中示出的调色剂带电量的变化。 

使用所获得的矩阵u和等式(1)再次执行用于获得下次图像形成用的矩阵x的计算处理。注意，使用前一次计算的计算结果(矩阵x)作为初始值来进行计算处理。此外，使用等式(2)根据所获得的矩阵x来计算下次图像形成的输出片浓度y。 

在步骤S304中，控制器900基于针对下次图像形成而计算出的输出片浓度y来校正由γ转换器105保持的LUT。在下一图像形成对象的图像数据的γ转换中使用校正后的LUT。 

如上所述，根据本实施例，可以预测调色剂浓度的变化并控制调色剂校正条件。这允许总是补偿灰度级特性。注意，在本实施例中，预测性地控制灰度级特性。然而，可以与一般的反馈控制结合地使用该控制。 

在本实施例中，在任意时刻测量片图像浓度。然而，可以根据预测值和实际测量值之间的偏移量来改变测量频率。测量值不限于浓度，并且可以是能够估计片图像的状态量的诸如反射率、调色剂重量或调色剂带电量等的其它值。 

在本实施例中，参数预测时刻是下次图像形成处理期间的代表时刻。然而，本发明不限于此。例如，可以设置多个参数预测时刻。可以对在各时刻的预测结果进行平均，并可以获得平均值作为预测值。 

在本实施例中，任意地进行调色剂供给。可代替的是，可以确定调色剂供给量以使得在各时刻获得的参数之间的差最小 化，从而使图像输出期间的浓度的变化最小化。 

在本实施例中，估计调色剂浓度和调色剂带电量。可以使用传感器等来检测这些值。如果可以采用使用状态空间模型的近似，并可以在此时指定观察者，则可以进一步估计其它参数。 

第二实施例

根据本实施例的图像形成设备包括：使用图像处理条件来对图像信号进行图像处理的图像处理单元，以及基于处理后的图像信号、使用控制后的过程条件、通过电子照相方式形成输出图像的图像形成单元。更具体地，图像形成设备通过电子照相方式或静电记录方式等在诸如感光构件或介电质的图像承载体上形成静电潜像，根据需要而校正静电潜像的色调特性，并使得显影装置伴随显影剂的供给来显影静电潜像，从而形成可视图像。图5是示出根据本实施例的图像形成设备的结构的例子的框图。 

控制器1001从外部装置1003接收图像信号，并发出打印指示。外部装置1003具有至硬盘驱动器、计算机、服务器和网络等的接口(未示出)以输出图像信号。 

γ转换单元1101使用查找表(LUT)对来自外部装置1003的图像信号进行γ转换(第一色调校正)。接着，γ校正单元1102使用LUT对来自γ转换单元1101的图像信号进行γ校正(第二色调校正)。HT处理单元1103对经过γ校正单元1102的色调校正的图像信号进行半色调处理(HT处理)。 

PWM处理单元1104将经过半色调处理的图像信号与具有预定周期的三角波信号进行比较，并输出脉宽调制后的激光驱动信号。将激光驱动信号输出至打印机引擎1002。激光二极管1201接收激光驱动信号并发射激光束。所发射的激光束经由多面镜(未示出)、fθ透镜(未示出)和反射镜1202照射作为以箭头方 向转动的图像承载体的感光鼓1203的表面。这在感光鼓1203上形成静电潜像。 

由曝光装置1204对感光鼓1203进行均匀放电，并之后由充电器1205对感光鼓1203进行均匀充电。之后，在用上述激光束照射的感光鼓1203上形成与打印图像相对应的静电潜像。由从显影装置(显影单元)1206供给的调色剂将静电潜像显影为可视图像(调色剂图像)。 

此时，将与静电潜像形成条件相对应的DC偏置成分和用于改善显影效率的AC偏置成分重叠并施加至显影装置1206。显影装置1206包括多个搅拌螺杆1401和显影套筒1402。将显影剂(载体)和调色剂(两者都未示出)存储在显影装置1206中。驱动搅拌螺杆1401以搅拌载体和调色剂，从而使调色剂摩擦带电。显影套筒1402在其表面附着有带电调色剂和载体的情况下转动，从而将调色剂供给至感光鼓1203上的静电潜像。 

通过一次转印装置1208的功能将显影后的调色剂图像转印至带状的转印介质承载体(转印带)1207上，所述转印介质承载体1207环绕在多个辊上并不断地被驱动。由二次转印装置1209将转印至转印介质承载体1207的调色剂图像转印至转印介质1210上。通过定影装置1211传送转印介质1210，以将调色剂图像定影至转印介质1210上。然后，排出转印介质1210。 

由清洁器1212刮去剩余在感光鼓1203上的残余调色剂，并收集该残余调色剂。由诸如刮板等的清洁器1213刮去在分离转印介质1210之后仍然剩余在转印介质承载体1207上的残余调色剂。 

注意，为了便于说明，图5仅示出单个图像形成站(包括感光鼓1203、充电器1205和显影装置1206等)。然而，对于彩色图像形成，将与例如青色、品红色、黄色和黑色相对应的图像形 成站沿着转印介质承载体1207的移动方向顺次排列在转印介质承载体1207上。可替换地，将各颜色的显影装置1206沿着单个感光鼓1203的周围、围绕感光鼓1203排列。除此以外，还可以在可转动的壳体中配置黄色、品红色、青色和黑色的显影装置1206。即，使得期望显影装置1206面向感光鼓1203以显影期望颜色。图12是示出包括四个顺次排列的图像形成站的图像形成设备的结构的例子的图。控制器1001包括以下单元。 

●用于将图像信号分离成各颜色的颜色分离单元1108 

●各颜色的信号处理单元1100a、1100b、1100c和1100d(每一个都包括γ转换单元1101、γ校正单元1102、HT处理单元1103、PWM处理单元1104、视频计数单元1105、校正量计算单元1106和片数据存储单元1107) 

由相应的信号处理单元控制各图像形成站1200a、1200b、1200c和1200d。注意，各图像形成站包括激光二极管1201、反射镜1202、感光鼓1203、曝光装置1204、充电器1205、显影装置1206、清洁器1212、供给器1217和调色剂容器1218。 

在显影装置1206和转印介质承载体1207的相对部分之间的位置处设置片传感器1214(具有与第一实施例相同的结构)。片传感器1214检测在感光鼓1203上显影得到的浓度检测用的显影图像(片)的浓度，以控制对显影装置1206的调色剂供给并校正由γ转换单元1101所保持的LUT(查找表)。后面将详细说明调色剂供给控制和利用LUT校正的色调校正。 

接着将说明要由图像形成设备进行的调色剂供给处理。视频计数单元1105对从HT处理单元1103输出的每一页的图像信号进行累加，并将累加值作为视频计数值VC输出至供给量计算单元1215。视频计数值VC是一页的图像中所包括的像素的信号值n_i，j(i和j是垂直和水平坐标)的累加值，并由下式给出： 

VC＝n_1，1+n_1，2+n_1，3+…n_2，1+n_2，2+n_2，3+…n_w，h    …(4) 

其中，w是图像的宽度，h是图像的高度。基于视频计数值VC，供给量计算单元1215用下式来预测由图像形成设备打印一页所消耗的调色剂量： 

T＝VC×k                    …(5) 

其中，k是表示每单位信号值的调色剂重量的系数。实际上，要消耗的调色剂量根据温度、湿度和显影装置1206的状态等而变化。因此，预测得到的调色剂量包含误差，与实际要消耗的调色剂量不一样。 

基于由片传感器1214检测到的片浓度，供给量校正单元1216调整调色剂供给量并输出与调整后的调色剂供给量相对应的供给马达转动信号。供给马达转动信号用于转动地驱动在供给器1217中设置的供给马达。由信号表示的供给马达转动速度N由下式给出： 

N＝(T+k_d×(D_target-D)+T_rem)÷T_div    …(6) 

T_rem(n+1)＝(T+k_d×(D_target-D)+T_rem)-N×T_div

其中，“÷”是余数运算的符号，T_div是在供给器1217中设置的供给马达的每一旋转的调色剂供给量，D是由片传感器1214测量得到的片浓度值，D_target是目标片浓度值，k_d是确定供给调整量的系数，以及T_rem是在前一次计算“要从调色剂容器1218供给至显影装置1206的每个打印页的调色剂供给量Th”的余数。 

供给器1217优选地以与要消耗的调色剂量相同的量供给调色剂，以总是将显影装置1206中的调色剂量控制为预定量。然而，由供给量计算单元1215计算得到的调色剂量和要从供给器1217供给的调色剂量包含误差。为了补偿误差，使用片浓度来调整供给量。该调整利用剩余在显影装置1206中的调色剂量和 显影后的片图像的浓度之间的相关性。如果由片传感器1214测量得到的片浓度低于假定浓度，则在显影装置1206中的调色剂量可能已经减少，因此，增加供给量。相反，如果片浓度高于假定浓度，则减少供给量。通过上述调整使显影装置1206中的调色剂量保持恒定。由于仅以一次旋转为单位驱动供给器1217，所以将不能被供给的调色剂量留到随后的计算。 

接着，供给器1217根据从供给量校正单元1216输出的供给马达转动信号、以由该信号表示的供给马达转动速度N来转动供给马达，从而将在调色剂容器1218中存储的调色剂供给至显影装置1206。这允许基于指定的调色剂供给量来供给调色剂。 

注意，除了在考虑由转动相位生成的供给量的差而进行供给控制或使用其它供给方法的情况下，以一次旋转为单位驱动供给器1217，这是因为螺杆的刮板(所谓的齿的部分)通过一次旋转而返回至相同的位置并且供给量稳定。 

接着说明要由图像形成设备进行的色调转换处理。γ转换单元1101和γ校正单元1102以两步来进行色调转换处理。首先参考图7A的流程图说明γ转换单元1101使用的创建LUT的方法。 

图像形成设备具有唯一的色调特性。当经由HT处理单元1103和PWM处理单元1104直接输出来自外部装置1003的图像信号时，图像信号及其输出浓度具有由例如图6A示出的γ转换前的特性500表示的关系。作为图像形成设备的色调特性，输出图像的浓度或亮度对于输入图像的浓度或亮度来说通常优选为线性的。为了获得期望色调特性，控制器1001创建γ-LUT。 

首先，控制器1001基于预设条件判断是否创建γ-LUT(步骤S601)。例如，如果在紧挨在图像形成设备的启动或在打印了预定数量的薄片、例如5000个薄片之后，存在色调特性显著变化的可能性，则控制器1001判断为创建γ-LUT。在判断为创建 γ-LUT时，处理进入步骤S602。另一方面，在判断为不创建γ-LUT时，处理结束。在本实施例中，当控制器1001确定创建γ-LUT时，停止基于打印指示的图像输出，形成多个色调的片，并执行γ-LUT创建处理。 

在步骤S602中，片数据存储单元1107将多个色调的片数据输出至HT处理单元1103。片数据包括17个色调片(以8比特为单位的0、16、32、…、255)，其中，在色调片中以均匀间隔设置输入信号值来计算色调特性。各片具有例如1平方厘米的大小，以允许片传感器1214检测浓度。当然，不特别地限制片的色调数和片的数量。 

利用在感光鼓1203上形成潜像的上述操作，使用经过了HT处理单元1103的半色调处理的片数据、在感光鼓1203上形成多个色调的片的潜像(步骤S603)。接着，片传感器1214测量在感光鼓1203上的各片的浓度(步骤S604)。 

γ转换单元1101从片传感器1214接收表示在步骤S604中测量得到的各片的浓度的片浓度信号，基于片浓度信号根据图像形成设备的色调特性创建γ-LUT，并存储γ-LUT(步骤S605)。根据基于在步骤S604中获得的各片的浓度计算得到的γ转换之前的特性(虚线)，来计算与γ转换之前的特性相反的特性(实线)。基于相反特性来创建γ-LUT。图6A是示出转换之前的特性500、具有相反特性的γ-LUT 502和理想特性501之间的关系的图。 

γ转换单元1101的γ-LUT创建需要花费时间来输出多个片和测量浓度。因此，如果针对例如每个打印，以高频率进行γ转换单元1101的γ-LUT创建处理，则生产率显著降低。另外，由于γ-LUT创建需要调色剂的消耗和供给，严格的说，图像形成设备的色调特性变化。 

在本实施例中，γ校正单元1102基于输入数据来预测色调特 性，从而在不需要用于片输出等的时间的情况下以高频率校正色调特性。即，γ转换单元1101校正由于例如图像形成设备的老化劣化而在长时间内变化的基本色调特性，并且γ校正单元1102校正在短时间内变化的色调特性。 

如上所述，γ校正单元1102用于补偿短时间内发生的变化，即由例如调色剂搅拌、调色剂供给和显影时的调色剂消耗所导致的显影调色剂量的变化。如参考图11A～11C所述，由调色剂状态引起的这种变化在例如打印和输出几个薄片的短时间内发生。因此，校正量计算单元1106为每个打印计算校正量以校正色调特性。 

例如，基于在第(n-1)个薄片的打印开始时的调色剂带电量的预测值，γ校正单元1102使用用于打印第(n-1)个薄片的引擎的过程变化信息来预测在第(n-1)个薄片的打印结束时(在第n个薄片的打印开始时)的调色剂带电量。过程变化信息表示调色剂消耗量、供给马达转动速度和显影马达转动速度的变化信息。通过基于预测得到的调色剂带电量计算输出浓度来创建色调转换条件(γ-LUT)。 

参考图7B的流程图来说明γ校正单元1102的色调转换处理。控制器1001基于预设条件来判断是否预测调色剂带电量(步骤S701)。后面将说明预测的条件。当判断的结果为确定不预测调色剂带电量时，处理结束。当确定为预测调色剂带电量时，处理进入步骤S702。 

当从视频计数单元1105接收到视频计数值VC时，校正量计算单元1106预测显影装置1206要消耗的每个打印的调色剂消耗量T(步骤S702)。如在供给量计算单元1215中一样，通过等式(5)获得调色剂消耗量T。 

注意，在本实施例中，校正量计算单元1106通过从视频计 数单元1105获取视频计数值VC来计算调色剂消耗量T。然而，可以从供给量计算单元1215获取调色剂消耗量T。 

通过使用来自供给量校正单元1216的供给马达转动信号(供给马达转动速度N)，校正量计算单元1106通过下式来预测从调色剂容器1218至显影装置1206的每个打印的调色剂供给量Th(步骤S703)： 

Th＝N×T_div        …(7) 

接着，校正量计算单元1106从显影装置1206接收搅拌螺杆1401的转动时间作为搅拌时间t_on(n-1)(步骤S704)。将参考示出各处理的顺序的图8详细说明在步骤S702、S703和S704中由校正量计算单元1106获取的信息。 

图8的最上部分表示打印指示发出定时。图像形成设备在发出定时信号的上升沿P(n)(第n个打印指示)进行操作。首先，当控制单元(未示出)发出P(n)时，控制器1001开始处理图像信号。在时刻E(n)，激光二极管1201基于从控制器1001输出的激光驱动信号进行曝光处理。视频计数单元1105开始计算视频计数值，并确定在曝光处理结束的时刻801的第n个打印的视频计数值。控制单元(未示出)在通过曝光处理在感光鼓1203上形成的潜像面向显影装置1206的时刻，输出显影马达转动信号DEV(n)。当接收到显影马达转动信号DEV(n)时，显影装置1206驱动搅拌螺杆1401和显影套筒1402。通过由控制单元(未示出)执行的搅拌时间确定功能、基于感光鼓1203的转动速度和在发出P(n)时所获取的第n个图像的大小，来确定搅拌螺杆1401的转动时间(搅拌时间t_on)。 

另外，供给马达在与显影马达转动信号DEV(n)的上升沿相对应的时刻H(n)进行操作，以将调色剂供给至显影装置1206。在第n个薄片的曝光处理的上升沿之前的时刻802，γ校正单元 1102接收P(n)并开始处理。在该时刻需要已经改写γ校正单元1102的色调转换所要使用的γ-LUT。在此之前获取在步骤S702、S703和S704中获取的信息。 

在步骤S702中获取的视频计数值VC是在第(n-1)个薄片的曝光时刻E(n-1)的下降沿时刻803确定的用于第(n-1)个薄片的视频计数值(即，在打印第(n-1)个薄片时的调色剂消耗量)。 

在步骤S703中获取的调色剂供给量Th是在使用在H(n-1)的上升沿时刻804确定的供给马达转动速度N(n-1)计算得到的供给马达转动时刻H(n-1)所要供给的调色剂的量。 

在步骤S704中获取的搅拌时间t_on是显影马达转动信号DEV(n-1)的驱动时间。使用紧挨在发出打印指示P(n-1)之后确定的时间。 

接着，校正量计算单元1106使用用于打印第(n-1)个薄片的上述信息来预测在第(n-1)个薄片的打印结束时(在第n个薄片的打印开始时)的调色剂带电量(步骤S705)。校正量计算单元1106使用要在以下说明的等式(8)和(9)来计算在显影装置1206中的平均调色剂带电量y。在本实施例中，使用在控制工程中的状态空间模型来进行调色剂带电量预测。状态空间模型是通过使用输入、输出和状态变量的一阶联立微分等式所表示的数学模型。即，在本实施例中，通过联立微分等式来近似显影装置1206中的调色剂带电量的变化特性，并使用由下式表示的状态空间模型来估计第n个薄片打印开始时的调色剂带电量y： 

dx/dt＝Ax+Bu            …(8) 

y＝Cx+Du                …(9) 

其中，u是包括每单位时间的调色剂供给量{Th/t_on(n-1)}和每单位时间的调色剂消耗量{T/t_on(n-1)}的1×2矩阵。可以基于在步骤S702、S703和S704中计算得到的调色剂消耗量T(n-1)、调色 剂供给量Th(n-1)和搅拌时间t_on(n-1)来计算矩阵u。 

x是表示调色剂浓度和调色剂带电量的1×2矩阵(状态变量)，以及A、B、C和D分别是定义模型的系统矩阵、控制矩阵、观察矩阵和直接矩阵。即，等式(8)和(9)通过联立微分等式来近似显影装置1206中的调色剂带电量的变化特性。矩阵A、B、C和D可以使用通过预先的实验所得到的唯一值。例如，当如图11A～11C所示进行调色剂消耗和调色剂供给时，可以通过测量感光鼓1203的表面电位和显影后的调色剂图像的重量来预先测量调色剂带电量的变化。使用控制工程中的系统识别可以从所测量的数据获得矩阵A、B、C和D。 

将更详细地说明以上计算。在图8中，t_on(n-1)是调色剂带电量由于用于打印第(n-1)个薄片的调色剂的消耗、供给和搅拌而变化的时间。校正量计算单元1106通过将等式(8)和(9)重复t_on(n-1)/Δt次来获得在时间t_on(n-1)的调色剂带电量的变化，其中Δt是计算的单位时间。 

当显影马达转动开始时刻807是t＝0时，已经由前一计算预测该时间点的调色剂带电量y(n-1)。随同计算一起，还保持状态变量x0。之后校正量计算单元1106通过等式(8)计算在时刻808(t1＝Δt)时的状态变量x1。这可以被改写为： 

x1＝x0+Ax0+Bu                …(10) 

同样地，通过下式表示获得在时刻809(t2＝t1+Δt)的状态变量x2的计算： 

x2＝x1+Ax1+Bu                …(11) 

同样地重复该计算。在计算在时刻811的状态变量x4的状态下，计算等式(9)。这可以被改写为： 

y4＝Cx4+Du                   …(12) 

假定调色剂带电量在从时刻811至时刻806期间不改变，则 可以由下式预测在时刻806时(即第n个薄片的打印开始时)的调色剂带电量： 

y(n)＝y4                …(13) 

注意，为下次计算而存储状态变量x4。接着将说明校正量计算单元1106进行的调色剂带电量预测处理。图9A是示出要通过图像形成设备进行的打印处理和显影马达驱动之间的关系的图。显影马达在打印处理期间进行操作。然而，显影马达还在调整图像形成设备时，例如在确认紧挨在启动之后的操作或创建要由γ转换单元1101使用的LUT时，进行操作。因此，调色剂带电量变化。从而，调色剂带电量预测的条件是在图9A中的显影马达驱动前的时刻(打印处理前的时刻901和用于其它处理的显影马达转动前的时刻902)。当满足该条件时，进行步骤S702～S705中的处理以更新状态变量x和调色剂带电量y的值。 

接着，控制器1001判断是否创建γ-LUT(S706)。在这种情况下，由于针对要打印的每个薄片进行校正，所以在打印处理前的时刻901进行处理。即，在图9A中示出的打印处理前的时刻901，在步骤S702～S705中更新状态变量x和调色剂带电量y的值，并且γ校正单元1102在步骤S707～S709中创建γ-LUT。另一方面，在时刻902，显影马达在不进行打印处理的情况下转动，仅执行步骤S702～S705中的处理以更新状态变量x和调色剂带电量y的值。 

此时，将在创建用于改写γ转换单元1101的γ-LUT的片时的调色剂带电量y特别地存储为基准调色剂带电量y_norm。例如，如果在没有图9A所示的打印的情况下，在显影马达转动期间903进行步骤S601～S605中的处理，则基于在时刻902时的预测调色剂带电量y_norm来改写γ转换单元1101的γ-LUT。这允许获得理想的色调特性。将该状态定义为随后处理中的基准状态。通过步 骤S707～S709中的处理，基于调色剂带电量从基准状态的变化来校正色调特性。 

注意，在这里所述的实施例中，一个打印进行一次显影马达的启动和停止。然而，如图9B所示，即使在针对多个打印持续转动显影马达的图像形成设备中，也可以预测开始各打印时的调色剂带电量。在转动并顺次使用多个颜色的图像形成站的图像形成设备中，各颜色的显影马达独立操作，如图9C所示。在这种情况下，在各颜色的定时预测调色剂带电量。 

校正量计算单元1106之后通过使用预测得到的调色剂带电量y和基准调色剂带电量y_norm，进行下式来获得每单位面积的调色剂重量变化ΔM(步骤S707)： 

ΔM＝M-M_norm＝ky/y-ky/y_norm            …(14) 

调色剂重量M表示当显影预定静电潜像时所显影的调色剂量，以及ky是成比例地表示调色剂带电量和调色剂重量之间的关系的常数。这示出针对预定静电潜像所显影的调色剂重量M与调色剂带电量y成反比的关系。在本实施例中，使用潜像以基于最大输入信号值255来形成最大浓度部分。注意，可以获得其它浓度部分的调色剂重量。 

接着，校正量计算单元1106将每单位面积的调色剂重量变化ΔM转换成输出浓度变化ΔOD(步骤S708)。当使用相同的转印介质1210时，唯一地确定每单位面积的调色剂重量M和输出浓度OD之间的关系。因此，可以使用预先创建的变换式或LUT来容易地进行步骤S708中的转换。 

接着，γ校正单元1102从校正量计算单元1106接收针对输入图像信号的最大值255的输出浓度变化ΔOD，并创建γ-LUT(步骤S709)。图6B是示出根据调色剂带电量的色调特性变化的图。基于潜像、调色剂带电量和调色剂重量之间的关系唯一地确定 针对输入图像信号的最大值255的浓度变化和其它色调的浓度变化之间的关系。因此，可以通过知道特定色调的浓度(这里是最大浓度)来预测全部色调特性。γ校正单元1102创建具有与所获得的色调特性相反的特性的γ-LUT，并存储该γ-LUT。γ校正单元1102还使用γ-LUT来进行γ转换处理。这允许校正由调色剂带电量的变化所导致的灰度级特性的变化。 

如上所述，根据本实施例，可以通过根据调色剂消耗量、调色剂供给量和调色剂搅拌时间来预测调色剂带电量的变化并从而预测灰度级特性，来校正灰度级。这使得可以总是获得具有稳定灰度级特性的输出图像。γ转换单元1101可以校正由于例如图像形成设备的老化劣化而在长时间内变化的基本的色调特性，并且γ校正单元1102可以校正在短时间内变化的色调特性。这可以在不会由于片创建而降低生产量的情况下，持续地将色调特性维持在期望特性水平。 

注意，在本实施例中，使用图7A中示出的方法作为通过反馈控制的色调校正控制。然而，可以与例如在打印之间形成片以及基于片的浓度控制色调特性的其它反馈控制相结合来使用所述色调校正控制。当在不降低生产量的情况下在打印之间形成片时，限制形成的片的数量。因此，为了进行图7A所示的色调校正控制，需要多个打印。因此，图7B所示的色调校正控制是必要的。 

第三实施例

在第二实施例中，说明了使用γ-LUT校正色调的方法。在第三实施例中，说明了通过校正激光强度来校正色调特性的例子。图13A是示出根据第三实施例的图像形成设备的结构的例子的框图。注意，除了将γ校正单元1102从图5中的结构移除以及将强度校正单元1300添加到图5的结构中以外，图13A中示出 的结构与图5中示出的结构相同。因此，以下将说明强度校正单元1300的操作。 

强度校正单元1300从校正量计算单元1106接收针对输入图像信号的最大值255的调色剂重量变化ΔM，并根据下式计算校正系数kp： 

kp＝1/(1+ΔM/M_norm)            …(15) 

其中，M_norm是针对最大值255的每单位面积的目标调色剂重量。强度校正单元1300将输入信号与校正系数kp相乘，并将结果输出至PWM处理单元1104。 

利用上述处理，激光二极管1201的发光强度和要在感光鼓1203上形成的潜像变化。通常，潜像的强度与要被显影的调色剂的重量成比例，并且调色剂带电量与要被显影的调色剂的重量成反比。因此，可以基于潜像的强度来校正调色剂带电量的变化。这使得可以总是获得具有稳定灰度级特性的输出图像。 

变形例

在上述实施例中，创建了γ-LUT。然而，可以创建诸如系数等的任意其它校正条件。例如，可以在第二实施例的图7A中计算实现图6A中的特性的多维函数。可以在图7B中计算实现图6B中的特性的系数。 

在以上实施例中，说明了控制γ校正的例子。可代替的是，可以控制能够控制诸如HT(半色调)等的色调的任意其它图像处理条件。基于由校正量计算单元1106预测得到的调色剂带电量或调色剂重量，不仅可以控制图像处理条件，还可以控制过程条件。例如，如在图13B的框图中所示，可以通过控制充电器1205和显影装置1206从而调整感光鼓1203的带电量或显影偏压来获得期望潜像。可以通过将图像处理条件与过程条件相结合来进行更精确的控制。 

在上述实施例中，可以与视频计数值成比例地计算调色剂消耗量。然而，还可以通过例如考虑像素值的集中度或将视频计数值和调色剂消耗量之间的关系预先存储为LUT来计算调色剂消耗量。视频计数值是HT处理后的信号累加值。可代替的是，可以使用γ校正处理后的信号。 

在以上实施例中，基于视频计数值和片浓度来确定调色剂供给量。然而，可以使用用于检测显影装置中的调色剂量的传感器。 

在上述实施例中，调色剂带电量根据显影马达驱动而变化。然而，由于在没有驱动的情况下长时间放置的调色剂可能被放电，所以可以考虑这方面来获得调色剂带电量。 

在上述实施例中，可以使用状态空间模型来预测调色剂带电量。可以使用与状态空间模型类似的诸如传递函数或微分等式等的其它近似模型(函数模型)。可替换地，可以使用预测调色剂带电量的物理仿真或预先进行的实验的结果。例如，当使用预先进行的实验的结果生成LUT时，可以使用包括作为输入的调色剂带电量、调色剂供给量和调色剂消耗量，以及作为输出的单位时间后的调色剂带电量的变化量的三维LUT来获得上述的相同处理结果。 

在上述第二和第三实施例中，针对每个打印执行根据图7B的流程图的γ-LUT创建处理。可代替的是，可以以诸如每n个估计的打印或针对每个预定图像区域的其它预定间隔来创建γ-LUT。 

本发明不限于以上实施例，并且可以在本发明的精神和范围内做出各种变化和修改。因此，为了公开本发明的范围，做出以下权利要求。 

Claims (5)

1.一种图像形成设备，包括：

图像处理部件，用于使用图像处理条件对图像信号进行图像处理；

图像形成部件，用于基于经过了所述图像处理的图像信号，使用经过了控制的过程条件，通过电子照相方式来形成图像，

供给部件，用于基于调色剂供给量将调色剂供给至显影部件；以及

所述显影部件，用于使用所供给的由所述显影部件进行了搅拌的调色剂，对在感光鼓上形成的静电潜像进行显影；

其特征在于，所述图像形成设备还包括：

调色剂消耗量预测部件，用于基于表示图像的图像数据来预测输出所述图像所需的调色剂消耗量；

调色剂供给量确定部件，用于基于表示所述图像的所述图像数据来确定调色剂供给量；

获取部件，用于获取所述显影部件进行的调色剂搅拌的时间；以及

控制部件，用于通过使用所预测出的调色剂消耗量、所确定的调色剂供给量以及调色剂搅拌的时间来估计调色剂带电量，控制所述图像处理条件和所述过程条件至少之一。

2.根据权利要求1所述的图像形成设备，其特征在于，所述控制部件使用所预测出的调色剂消耗量、所确定的调色剂供给量、调色剂搅拌的时间以及所述调色剂带电量的前一预测的结果，来预测所述调色剂带电量，

其中，当所述显影部件搅拌调色剂时进行所述调色剂带电量的预测，以及

当形成输出图像时进行所述图像处理条件和所述过程条件的至少之一的控制。

3.根据权利要求1所述的图像形成设备，其特征在于，

所述控制部件还使用所述调色剂带电量的前一预测的结果，以及

所预测出的调色剂消耗量、所确定的调色剂供给量以及调色剂搅拌的时间是自所述前一预测时起的变化量。

4.根据权利要求1所述的图像形成设备，其特征在于，还包括用于基于所述图像形成设备所形成的片的测量值来控制所述图像处理条件和所述过程条件至少之一的部件。

5.一种图像形成设备使用的图像形成方法，所述图像形成设备包括图像处理单元和图像形成单元，所述图像处理单元用于使用图像处理条件对图像信号进行图像处理，所述图像形成单元用于基于经过了所述图像处理的图像信号，使用经过了控制的过程条件，通过电子照相方式来形成输出图像，其中，所述图像形成方法包括：

供给步骤，用于基于调色剂供给量将调色剂供给至显影单元；以及

显影步骤，用于使用所供给的由所述显影单元进行了搅拌的调色剂，对在感光鼓上形成的静电潜像进行显影；

其特征在于，所述图像形成方法还包括：

调色剂消耗量预测步骤，用于基于表示图像的图像数据来预测输出所述图像所需的调色剂消耗量；

调色剂供给量确定步骤，用于基于表示所述图像的所述图像数据来确定调色剂供给量；

获取步骤，用于获取所述显影单元进行的调色剂搅拌的时间；以及

控制步骤，用于通过使用所预测出的调色剂消耗量、所确定的调色剂供给量以及调色剂搅拌的时间来估计调色剂带电量，控制所述图像处理条件和所述过程条件至少之一。