JP2004185029A

JP2004185029A - 画像処理装置およびその制御方法

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Abstract

【課題】画像制御は、時間と手間がかかるため、頻繁に実行することができず、刻々と変化する画像形成装置の画像特性に対し、階調再現性などの画像品質を充分に安定化させ得るとは言えない。
【解決手段】記録紙に形成されたパターンの画像特性に基づき、画像形成装置の濃度補正特性を制御した後、感光ドラム上に形成したパターンの画像特性を基準情報として、通常の画像形成時に、感光ドラム上の画像形成領域外にパターンを形成し、そのパターンの画像特性と基準情報との差分に基づき、濃度補正特性を補正する。
【選択図】図29

Description

本発明は画像処理装置およびその制御方法に関し、例えば、カラー画像を形成する際の画像制御に関する。

複写機やプリンタなどの画像形成装置の画像処理特性を調整する（以下「画像制御方法」と呼ぶ）方法として、次のような手法が知られている。

画像形成装置を起動して、そのウォームアップ動作の終了後、特定のパターンを感光ドラムなどの像担持体上に形成する。そして、形成されたパターンの濃度を読み取り、読み取った濃度値に基づき、ガンマ補正回路などの画像形成条件を決定する回路の動作を変更して、形成される画像の品質を安定させる。

さらに、環境条件の変動により、画像形成装置の階調特性が変化した場合も、再度、特定のパターンを像担持体上に形成し、読み取り、再び、ガンマ補正回路などの画像形成条件を決定する回路にフィードバックすることで、環境条件の変動に応じて画像品質を安定させることができる。

また、画像形成装置が長期に亘って使用された場合、像担持体上のパターンを読み取った濃度と、実際にプリントアウトされる画像の濃度とが一致しないケースが発生する。そのため、記録材上に特定のパターンを形成し、その濃度値によって画像形成条件を補正する方法が知られている。

また、一つの画像パターンの濃度情報よってガンマルックアップテーブル(γLUT)を補正またはγLUT変調テーブルを作成し、不足する補正情報をガンマ補正回路に追加する方法が知られている。

上記の方法は、その制御に時間と手間がかかるため、頻繁に画像制御を実行することができない。従って、刻々と変化する画像形成装置の画像特性に対し、階調再現性などの画像品質を充分に安定化させ得るとは言えない。また、比較的簡易にガンマ補正回路を補正することが可能な、一つの画像パターンの濃度情報によってγLUTを補正して、ガンマ補正回路に補正情報を追加する方法は、その追加回数が増えるとγLUTの階調段差が無視できなくなり、擬似輪郭が発生する。

特開２０００−２３８３４１公報

本発明は、上述の問題を個々にまたはまとめて解決するもので、時間と手間がかからない、頻繁に実行可能な画像制御にすることを目的とする。

さらに、精度が高く、出力画像の階調安定性が高い画像制御にすることを他の目的とする。

本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。

本発明は、画像データに基づき像担持体にカラー画像を形成し、形成されたカラー画像を記録媒体に転写し定着する画像処理に関し、通常の画像形成とは異なるシーケンスにより、画像特性を検出するための第一のカラーパターンを記録媒体上に形成し、記録媒体に転写され定着された第一のカラーパターンの画像特性を検出し、第一のカラーパターンの画像特性に基づき、像坦持体への画像形成条件を制御し、画像形成条件の制御が終了した後、その制御で得られる色再現性を維持すべく画像特性を検出するための第二のカラーパターンを像担持体上に形成し、像担持体上に形成された第二のカラーパターンの画像特性を検出して、検出される画像特性を基準情報とし、通常の画像形成において、第二のカラーパターンを像担持体上の画像形成領域外に形成し、画像形成領域外に形成された第二のカラーパターンの画像特性を検出して、検出される画像特性と基準情報との差分に基づき、画像形成条件を補正し、その補正を、通常の画像形成が継続される間、画像形成の度に繰り返し、繰り返し時の差分は、前回補正された画像形成条件を用いて形成された第二のカラーパターンの画像濃度を検出して得ることを特徴とする。

本発明によれば、時間と手間がかからない、頻繁に実行可能な画像制御にすることができる。

さらに、通常の画像形成が継続される間、画像形成の度に補正を繰り返すことで、精度が高く、出力画像の階調安定性が高い画像制御にすることができる。

以下、本発明にかかる実施例の画像処理装置を図面を参照して詳細に説明する。

［構成］
図1は実施例の画像処理装置の概観を示す図である。

●リーダ部
リーダ部Aの原稿台ガラス102上に置かれたは光源103によって照され、原稿101からの反射光は光学系104を介してCCDセンサ105に結像する。CCDセンサ105は、三列に配置されたレッド、グリーンおよびブルーのCCDラインセンサ群からなり、ラインセンサ毎にレッド、グリーンおよびブルーの色成分信号を生成する。これら読取光学系ユニットは図1に示す矢印の方向に移動され、原稿101の画像をライン毎の電気信号に変換する。

原稿台ガラス102上には、原稿101の一辺を当接させて原稿101の斜め配置を防ぐ位置決め部材107、CCDセンサ105の白レベルを決定し、CCDセンサ105のスラスト方向のシェーディング補正を行うための基準白色板106が配置されている。

CCDセンサ105によって得られる画像信号は、リーダ画像処理部108によって画像処理されてプリンタ部Bに送られ、プリンタ制御部109で処理される。

図2はリーダ画像処理部108における画像信号の流れを示すブロック図である。

図2に示すように、CCDセンサ105から出力される画像信号は、アナログ信号処理回路201に入力され、ゲインおよびオフセットが調整された後、A/D変換器202により、各色8ビットのディジタル画像信号R1、G1およびB1に変換される。画像信号R1、G1およびB1は、シェーディング補正回路203に入力され、色毎に基準白色板106の読取信号を用いた公知のシェーディング補正が施される。

クロック発生部211は、一画素単位のクロックCLKを発生する。また、アドレスカウンタ212は、CLKを計数し、1ライン毎に主走査アドレス信号を生成し出力する。デコーダ213は、主走査アドレス信号をデコードして、シフトパルスやリセットパルスなどのライン単位のCCD駆動信号、CCD105が出力する1ライン分の読取信号中の有効領域を表す信号VEおよびライン同期信号HSYNCを生成する。なお、アドレスカウンタ212はHSYNCでクリアされ、次ラインの主走査アドレスの計数を開始する。

CCD105の各ラインセンサは、副走査方向に互いに所定の距離を隔てて配置されている。このためラインディレイ204により、副走査方向の空間的ずれが補正される。具体的には、B信号に対してRおよびG信号を副走査方向にライン遅延させることで、RGB信号の空間的位置を合わせる。

入力マスキング回路205は、CCD105のRGBフィルタの分光特性で決まる入力画像信号の色空間（読取色空間）を、次式のマトリクス演算により、所定の色空間（例えばsRGBやNTSCの標準色空間）に変換する。
┌ ┐ ┌ ┐┌ ┐
│R4│ │a11 a12 a13││R3│
│G4│=│a21 a22 a23││G3│ …(1)
│B4│ │a31 a32 a33││B3│
└ ┘ └ ┘└ ┘

LOG変換回路206はルックアップテーブルROMにより構成され、R4、G4およびB4の輝度信号をC0、M0およびY0の濃度信号に変換する。ライン遅延メモリ207は、図示しない黒文字判定部により、R4、G4およびB4画像信号からUCR、FILTERおよびSENなどの判定信号が生成され出力されるまでのライン遅延分、C0、M0およびY0画像信号を遅延させる。

マスキングUCR回路208は、入力されるY1、M1およびC1の三原色信号から黒信号Bkを抽出し、さらに、プリンタ部Bの記録色材の色濁りを補正する演算を行い、各読取動作の度にY2、M2、C2またはBk2画像信号を、順次、所定のビット幅（例えば8ビット）で出力する。ガンマ補正回路209は、プリンタ部Bの理想的な階調特性に合わせるべく、画像信号を濃度補正する。また、出力フィルタ210は、画像信号にエッジ強調またはスムージング処理を施す。

これらの処理によって得られるM4、C4、Y4およびBk4の面順次の画像信号は、プリンタ制御部109に送られ、パルス幅変調されたパルス信号に変換され、プリンタ部Bによる濃度記録が行われる。

また、CPU214は、RAM215をワークメモリとして、ROM216に格納されたプログラムに従い、リーダ部Aの制御や画像処理を行う。オペレータは、操作部217によってCPU214へ指示や処理条件を入力する。表示器218は、画像処理装置の動作状態や設定された処理条件などを表示する。

図3は画像処理部108における各信号のタイミングチャートである。

図3において、VSYNCは副走査方向の画像有効区間信号で、論理‘1’の区間において画像読取（スキャン）を行って、順次、C、M、YおよびBkの出力信号が生成される。VEは主走査方向の画像有効区間信号で、論理‘1’の区間において主走査開始位置のタイミングがとられ、主にライン遅延のライン計数制御に用いられる。CLKは画素同期信号で、‘0’→‘1’の立ち上がりタイミングで画像データが転送される。

●プリンタ部
図1において、図に示す矢印の方向に回転する感光ドラム4の表面は一次帯電器8により一様に帯電される。画像処理部109は、レーザドライバによって入力される画像データに応じたパルス信号を出力する。レーザ光源110は、入力されるパルス信号に応じたレーザ光を出力する。レーザ光は、ポリゴンミラー1およびミラー2に反射され、帯電された感光体ドラム4の表面を走査する。レーザ光の走査によって感光ドラム4の表面には静電潜像が形成される。

感光ドラム4の表面に形成された静電潜像は、現像器3によって各色毎に、各色のトナーで現像される。実施例は、二成分系のトナーを用い、感光ドラム4の周りに各色の現像器が上流よりブラックBk、イエローY、シアンC、マゼンタMの順に配置する。画像形成色に応じた現像器が、感光ドラム4に接近して静電潜像を現像する。

記録紙6は各色成分毎に一回転する転写ドラム5に巻き付けられ、合計四回転することで各色のトナー像が記録紙6に転写され重畳される。転写が終了すると、記録紙6は、転写ドラム5から分離され、定着ローラ対7によってトナーが定着され、フルカラーの画像プリントが完成する。

また、感光ドラム4の周辺には、現像器3の上流側（図に示す矢印の矢頭の側が下流）に感光ドラム4の表面電位を測る表面電位センサ12、感光体ドラム4上の転写されなかった残トナーをクリーニングするためのクリーナ9、並びに、感光体ドラム4上に形成されたトナーパッチの反射光量を検出するためのLED光源10およびフォトダイオード11が配置されている。

図4はプリンタ部Bの構成例を示すブロック図である。

プリンタ制御部109は、CPU28、ROM30、RAM32、テストパターン記憶部31、濃度換算回路42、LUT25およびレーザドライバ26などから構成され、リーダ部Aおよびプリンタエンジン100と通信可能である。CPU28は、プリンタ部Bの動作を制御するとともに、一次帯電器8のグリッド電位や現像器3の現像バイアスを制御する。

プリンタエンジン100は、感光ドラム4や、その周囲に配置された、LED10およびフォトダイオード11からなるフォトセンサ40、一次帯電器8、レーザ光源110、表面電位センサ12、現像器3などから構成される。さらに、装置内の空気中の水分量（または温湿度）を測定する環境センサ213を備える。

●画像処理の構成
図5は階調画像を得るための画像処理部の構成例を示すブロック図である。

CCD105によって得られた画像の輝度信号は、画像処理部108において面順次の濃度信号に変換される。変換後の濃度信号は、初期設定時のプリンタのガンマ特性に応じた信号になるように、つまり原画像の濃度と出力画像の濃度とが一致するように、LUT(γLUT)25によって特性が補正される。

図6に階調が再現される様子を四限チャートである。第I象限は、原画像の濃度を濃度信号に変換するリーダ部Aの読取特性を、第II象限は濃度信号をレーザ出力信号に変換するためのLUT25の変換特性を、第III象限はレーザ出力信号を出力画像の濃度に変換するプリンタ部Bの記録特性を、第IV象限は原画像の濃度と出力画像の濃度との関係をそれぞれ示し、図1に示す画像処理装置のトータルの階調再現特性を示す。なお、8ビットのディジタル信号で処理するとして、階調数が256階調の場合を示している。

画像処理装置トータルの階調特性、つまり第IV象限の階調特性をリニアにするために、第III象限のプリンタ特性がノンリニアな分を第II象限のLUT25によって補正する。LUT25により、階調特性が変換された画像信号は、レーザドライバ26のパルス幅変調（PWM）回路26aによってドット幅に対応するパルス信号に変換され、レーザ光源110のオン/オフを制御するLDドライバ26bへ送られる。なお、実施例では、Y、M、CおよびBkの全色ともにパルス幅変調による階調再現方法を用いる。

そして、レーザ光源110から出力されるレーザ光の走査によって感光ドラム4上には、ドット面積の変化により階調が制御された、所定の階調特性を有する静電潜像が形成され、上述した現像、転写および定着という過程をへて階調画像が再生される。

［第一の制御系］
次に、記録紙に画像を形成する通常の画像形成とは異なるシーケンスにおける画像制御として、リーダ部Aおよびプリンタ部Bの双方を含む系の画像再現特性の安定化に関する第一の制御系について説明する。まず、リーダ部Aを用いてプリンタ部Bをキャリブレーションする制御系について説明する。

図7はキャリブレーションの一例を示すフローチャートで、リーダ部Aを制御するCPU214およびプリンタ部Bを制御するCPU28の協働により実現される。

オペレータが操作部217に設けられた例えば「自動階調補正」というモード設定ボタンを押すと、図7に示すキャリブレーションがスタートする。なお、表示器218は、図8から図10に示すように、タッチセンサ付きの液晶操作パネル（タッチパネルディスプレイ）で構成されている。

まず、表示器218に、図8(a)に示すテストプリント1のスタートボタン81が現れる。オペレータが「テストプリント1」ボタンを押すと、図11に示すテストプリント1がプリンタ部Bによってプリントアウトされる(S51)。なお、プリント中の表示は図8(b)に示すようになる。その際、CPU214は、テストプリント1を形成するための記録紙の有無を判断し、無い場合は図8(b)に示すような警告を表示部218に表示する。

テストプリント1を形成する際のコントラスト電位は、環境に応じた標準状態のものを初期値として登録し、これを用いる。また、画像処理装置は、複数の記録紙カセットを備え、例えばB4、A3、A4およびB5など、複数種の記録紙サイズが選択可能である。しかし、この制御で使用する記録紙は、後の読取作業で、縦置き、横置きを間違えるエラーを避けるために、所謂ラージサイズ紙、すなわち、B4、A3、11×17またはLGRを用いるように設定されている。

図11に示すテストパターン1には、Y、M、CおよびBk四色分の中間階調濃度による、帯状のパターン61が含まれる。このパターン61を目視検査することで、筋状の異常画像、濃度むらおよび色むらがないことを確認する。パッチパターン62、および、図12に示す階調パターン71および72のサイズは、CCDセンサ105のスラスト方向の読取範囲に入るように設定されている。

目視検査で、もし異常が認められた場合は、再度テストプリント1をプリントし、再度異常が認められる場合はサービスマンコール、つまりサービスマンを呼んでメンテナンスを行う必要がある。なお、帯パターン61を、リーダ部Aで読み取り、スラスト方向の濃度情報に基づき以後の制御を行うか否かの判断を自動的に下すことも可能である。

一方、パッチパターン62はY、M、CおよびBk各色の最大濃度パッチ、つまり濃度信号値255に相当するパッチパターンである。

次に、オペレータは、テストプリント1を原稿台ガラス102に、図13に示すように載置して、図9(a)に示す「読み込み」ボタン91を押す。その際、図9(a)に示すように、オペレータ用の操作ガイダンスが表示器218に表示される。

図13は原稿台102を上部から観た図で、左上の楔型のマークTが原稿当接用のマークである。帯パターン61が当接マークT側に配置されるように、かつ、プリントの表裏を間違えないように、表示器218には操作ガイダンスのメッセージが表示される。つまり、操作ガイダンスには、テストプリント1の配置エラーによる誤った制御を防ぐ目的がある。

パッチパターン62を読み取る際は、当接マークTから徐々に走査すると、最初の濃度ギャップ点が帯状パターン61の角（図11のA点）で得られる。濃度ギャップ点Aの座標からパッチパターン62の各パッチの相対位置を割り出し、パッチパターン62の濃度を読み取る(S52)。なお、テストプリント1の読取中は図9(b)に示すような表示を行い、テストプリント1の向きや位置が不正で、読取不能の場合は図9(c)に示すようなメッセージを表示し、オペレータにテストプリント1の配置を修正させて「読み込み」キー91を押させることで、再びテストプリント1を読み取る。

パッチパターン62から得られたRGB値を、光学濃度に換算するためには次式を用いる。市販の濃度計と同じ値にするために補正係数kで調整する。また、別途LUTを用意して、RGBの輝度情報をMCYBkの濃度情報に変換してもよい。
M = -km×log₁₀(G/255)
C = -kc×log₁₀(R/255)
Y = -ky×log₁₀(B/255) …(2)
Bk = -kk×log₁₀(G/255)

次に、得られた濃度情報から最大濃度を補正する方法を説明する。図15は感光ドラム4の相対ドラム表面電位と、上述の演算によって得られる画像濃度との関係を示す図である。

テストプリント1をプリントした際のコントラスト電位（現像バイアス電位と、感光ドラム4が一次帯電された後に、最大の信号値（8ビットならば255）で変調されたレーザ光により感光された感光ドラム4の表面電位との差）が図15に示すAで、パッチパターン62から得られた濃度がD_Aである。

最大濃度領域では、相対ドラム表面電位に対する画像濃度が、図15に実線Lに示すように、リニアに対応することがほとんどである。ただし、二成分現像系では、現像器3内のトナー濃度が変動して下がった場合、図15に破線Nで示すように、最大濃度領域で相対ドラム表面電位に対する画像濃度がノンリニアになる場合がある。従って、図15の例では、最終的な最大濃度の目標値を1.6するが、0.1のマージンを見込んで、最大濃度の制御目標値を1.7に設定して、制御量を決定する。ここでのコントラスト電位Bは、次式から求める。
B = (A + Ka)×1.7/DA …(3)

なお、(3)式においてKaは補正係数で、現像方式の種類によって、その値を最適化するのが好ましい。

電子写真方式のコントラスト電位は、環境に応じて設定しないと原画像と出力画像の濃度が合わず、先に説明した装置内の水分量をモニタする環境センサ33の出力（つまり絶対水分量）に基づき、図16に示すように、最大濃度に対応するコントラスト電位を設定する。

従って、コントラスト電位を補正するために、次式に示す補正係数Vcont.ratelをバックアップされたRAMなどに保存しておく。
Vcont.ratel = B/A

画像処理装置は、例えば30分毎に、環境の水分量をモニタする。そして、水分量の検知結果に基づき、Aの値を決定する度にA×Vcont.ratelを算出して、コントラスト電位Bを求める。

次に、コントラスト電位から、グリッド電位および現像バイアス電位を求める方法を簡単に説明する。図17はグリッド電位と感光ドラム4の表面電位との関係を示す図である。

グリッド電位を-200Vにセットして、最小の信号値で変調したレーザ光で感光された感光ドラム4の表面電位V_L、並びに、最大の信号値で変調したレーザ光で感光された感光ドラム4の表面電位V_Hを表面電位センサ12で測定する。同様に、グリッド電位を-400VにしたときのV_LおよびV_Hを測定する。そして、-200Vのデータと-400Vのデータとを、補間、外挿することで、グリッド電位と表面電位との関係を求める。なお、この電位データを求めるための制御を電位測定制御と呼ぶ。

次に、V_Lから、画像にトナーかぶりが発生しないように設定されたVbg（例えば100V）の差を設けて現像バイアスV_DCを設定する。コントラスト電位Vcontは、現像バイアスV_DCとV_Hの差分電圧で、Vcontが大ほど最大濃度が大きくなるのは上述したとおりである。

計算で求めたコントラスト電位Bを得るためのグリッド電位および現像バイアスは、図17に示す関係から求めることができる。従って、CPU28は、最大濃度が最終的な目標値より0.1高くなるようにコントラスト電位を求め、そのコントラスト電位が得られるようにグリッド電位および現像バイアス電位を決定する(S53)。

次に、決定されたコントラスト電位が制御範囲内か否かを判断して(S54)、範囲外の場合は、現像器3などに異常があるものと判断し、対応する色の現像器3をがェックされるようにエラーフラグを立てる。このエラーフラグの状態は、サービスマンが所定のサービスモードで観ることができる。さらに、異常時は、制御範囲内ぎりぎりにコントラスト電位を修正して制御を継続する(S55)。

このようにして設定されたコントラスト電位が得られるるように、CPU28は、グリッド電位および現像バイアスを制御する(S56)。

図28は制御後の濃度変換特性を示す図である。実施例では、最大濃度を最終目標値よりも高めに設定する制御により、第III象限のプリンタ特性は実線Jのようになる。仮に、このような制御を行わない場合は、破線Hで示すような、最大濃度が1.6に達しないプリンタ特性になる可能性がある。プリンタ特性が破線Hの場合は、LUT25によって最大濃度を上げることはできないので、LUT25をどのように設定しても濃度D_Hと1.6との間の濃度領域は再現不可能である。実線Jで示すように、最大濃度を僅かに超えるプリンタ特性であれば、LUT25の補正により、第IV象限のトータル階調特性に示されるように、濃度再現域が保証される。

次に、図10(a)に示すように、表示器218にテストプリント2のプリントスタートボタン150が現れる。オペレータが「テストプリント2」ボタンを押すと、図12に示すテストプリント2がプリントアウトされる(S57)。なお、プリント中の表示は図10(b)に示すようになる。

テストプリント2は、図12に示すように、Y、M、CおよびBkの各色について、4×16（64階調分）パッチのグラデーションパッチ群によって構成される。この64階調は、全256階調のうち、低濃度領域に重点的に割り当て、高濃度領域は間引く。これは、とくにハイライト部における階調特性を良好に調整するためである。

図12において、パッチパターン71は解像度200lpi(ライン/インチ)のパッチ群、パッチパターン72は400lpiのパッチ群である。各解像度の画像形成は、パルス幅変調回路26aにおいて処理対象の画像信号との比較に用いる三角波などの信号の周期を複数用意することで実現される。

なお、実施例の画像処理装置は、上述した黒文字判定部の出力信号に基づき、写真画像などの階調画像を200lpiで、文字や線画などを400lpiで形成する。この二種類の解像度で同一の階調レベルのパターンを出力してもよいが、解像度の違いが階調特性に大きく影響する場合は、解像度に応じた階調レベルのパターンを出力することが好ましい。

なお、テストプリント2は、LUT25を作用させず、パターンジェネレータ29から発生される画像信号に基づきプリントされる。

図14はテストプリント2が載置された原稿台ガラス102を上方から観た図である。Bkのパッチパターンが、当接マークT側になるように、かつ、表裏を間違えないように、表示部218にメッセージを表示して（図10(c)参照）、テストプリント2の配置エラーによる制御エラーを防ぐ。

パッチパターン71および72を読み取る際は、当接マークTから徐々に走査すると、最初の濃度ギャップ点がパッチパターン72の角（図12のB点）で得られる。濃度ギャップ点Bの座標からパッチパターン71および72の各パッチの相対位置を割り出し、パッチパターン71および72の濃度を読み取る(S58)。なお、テストプリント2の読取中は図10(d)に示すような表示を行う。

一つのパッチ（例えば図12に示すパッチ73）の読取値は、図18に示すように、パッチの内部に16点をとり、16点を読んで得られた値の平均にする。なお、読取点の数は読取装置および画像形成装置によって最適化するのが好ましい。

図19は、各パッチから得られたRGB信号を、先に示した光学濃度への変換方法により濃度値に変換した出力濃度とレーザ出力レベル（画像信号の値）との関係を示す図である。そして、図19の右側の縦軸のように、記録紙の下地濃度（例えば0.08）を0レベルとし、最大濃度の目標値1.60を255レベルに正規化する。

もし、読み取られたパッチの濃度が、図19にC点で示すように、特異的に高かったり、D点に示すように、特異的に低かったりする場合は、原稿台ガラス102上の汚れやテストパターンの不良が考えられる。その場合、データ列の連続性を保つため、データ列の傾きにリミッタをかけて補正する。例えば、データ列の傾きが3を超える場合は傾きを3に固定し、傾きがマイナスになるデータは、一つ低濃度のパッチと同じ値にする。

LUT25には、図19に示される特性とは逆の変換特性を設定すればよい(S59)。つまり、濃度レベル（図19の縦軸）を入力レベル（図6の濃度信号）に、レーザ出力レベル（図19の横軸）を出力レベル（図6のレーザ出力信号）にすればよい。パッチに対応しないレベルについては補間演算により値を求める。その際、零の入力レベルに対しては零の出力レベルになるように条件を設ける。

以上で、第一の制御系によるコントラスト電位の制御およびガンマ変換テーブルの作成が完了し、表示器218は図10(e)に示すような表示になる。

［階調性の補足制御］
次に、第一の制御系による制御後の階調性の補正を説明する。

実施例の画像処理装置は、先のコントラスト電位制御により、環境変動に対する最大濃度の補正を行うが、さらに、階調性の補正（「階調性の補足制御」と呼ぶ）を行う。

第一の制御系が無効にされた状態で環境変化が生じた場合などを考慮して、ROM30には、図20に示すように、環境（例えば水分量）に応じたLUT25のテーブルデータが格納されている。

そして、第一の制御系による制御を行い、その結果得られたLUT25のテーブルデータ（「LUT₁」と呼ぶ）、および、その際の水分量をRAM30のバッテリバックアップされた領域などに保存しておく。なお、RAM30に保存された水分量に対応するROM30のテーブルデータをLUT_Aと呼ぶ。

以降、環境が変化する度に、その時点の水分量に対応するROM30のテーブルデータ（「LUT_B」と呼ぶ）を取得し、LUT_AおよびLUT_Bを用いて、次式のようにLUT₁を補正する。すなわち、水分量の変化に相当するLUT_BとLUT_Aとの差分を、LUT₁に加えることで、第一の制御系による制御を行わずに、適切なLUT25のテーブルデータLUTpresentを求めることができる。
LUTpresent = LUT₁ + (LUT_B - LUT_A) …(4)

このような補足制御により、画像処理装置の入出力特性はリニアに補正され、その結果、装置毎の濃度階調特性ばらつきが抑制され、標準状態の設定が容易にできる。

このような補足制御を画像処理装置のユーザに解放することで、画像処理装置の階調特性が悪くなったと判断された時点で、必要に応じて階調制御を行うことができ、リーダ/プリンタの双方を含む系の階調特性を容易に補正することができる。

さらに、上述したような環境変動に対する補正をも適切に行うことができる。

勿論、サービスマンは第一の制御系の有効/無効を切り替えることができるので、画像処理装置のメンテナンス時には、第一の制御系を無効にして画像処理装置の状態を容易かつ短時間に判断することができる。なお、第一の制御系を無効にした場合、その機種の標準的なコントラスト電位およびLUT25のテーブルデータが、ROM30から読み出されCPU28やLUT25へセットされる。従って、メンテナンス時には、標準の状態からの特性のずれが明白になり、最適なメンテナンスを効率よく行うことができる。

［第二の制御系］
次に、通常の画像形成中に行われる画像制御である、プリンタ部B単独の画像再現特性の安定化に関する第二の制御系を説明する。

第二の制御系は、感光ドラム4上に形成されたパッチの濃度を検出して、LUT25を補正することで画像再現性を安定化させるものである。

図21は上述したフォトセンサ40の出力信号を処理する回路構成例を示すブロック図である。フォトセンサ40に入力される感光ドラム4からの反射光（近赤外光）は、電気信号に変換される。0〜5Vの電気信号は、A/D変換回路41により、8ビットのディジタル信号に変換され、濃度換算回路42によって濃度情報に変換される。

なお、実施例で使用するトナーは、イエロー、マゼンタおよびシアンの色トナーで、スチレン系共重合樹脂をバインダとして、各色の色材を分散させたものである。また、感光ドラム4は近赤外光(960nm)の反射率が約40%のOPCドラムであるが、反射率が同程度であればアモルファスシリコン系の感光ドラムなどであっても構わない。また、フォトセンサ40は、感光ドラム4からの正反射光のみを検出するよう構成されている。

図22は感光ドラム4上に形成したパッチの濃度を、各色の面積階調により段階的に変えた時のフォトセンサ40の出力と出力画像の濃度との関係を示す図である。なお、トナーが感光ドラム4に付着していない状態のフォトセンサ40の出力を5V、つまり255レベルに設定する。図22に示されるように、各トナーによる面積被覆率が大きくなり、画像濃度が大きくなるに従いフォトセンサ40の出力が小さくなる。

これらの特性から、各色専用の、センサ出力から濃度信号に変換するテーブル42a（図21参照）を用意することで、各色とも精度よく濃度を読み取ることができる。

第二の制御系は、第一の制御系により達成される色再現性の安定を維持することが目的であり、第一の制御系による制御の終了直後の状態を目標値に設定する。図23は目標値設定処理の一例を示すフローチャートである。

第一の制御系による制御が終了すると(S11)、Y、M、CおよびBkの各色パッチを感光ドラム4上に形成して、その反射光をフォトセンサ40により読み取り、濃度情報に変換する(S12)。そして、第二の制御系の目標値を設定する(S13)。

なお、パッチを形成する際のレーザ出力として、各色とも128レベルの濃度信号を用いる。その際、LUT25のテーブルデータおよびコントラスト電位として、第一の制御系で得られたものを用いることは言うまでもない。

図24は感光ドラム4上にパッチを形成するシーケンスを示す図である。

実施例では比較的口径が大きい感光ドラムを使用し、正確かつ効率よく短時間に濃度情報を得るために、感光ドラム4の偏心を考慮して、感光ドラム4の中心に対して点対称になる位置に同一色のパッチを形成し、それらパッチを測定して得られる複数の値を平均して、濃度情報を求める。また、感光ドラム4の一周当り二色分のパッチを形成し、図24に示すように、感光ドラム4を二周させて四色分の濃度情報を得る。そして、画像濃度128に対応する濃度情報を第二の制御系の目標値としてRAM32などに保存する。この目標値は、第一の制御系による制御が行われる度に更新される。

第二の制御系は、通常の画像形成中に非画像領域にパッチを形成し、その濃度を検出して、第一の制御系で得られたLUT25のテーブルデータを随時補正する制御である。転写ドラム5に巻き付けられる記録紙の隙間部分に対応する、感光ドラム4上の領域が非画像領域になるから、その領域にパッチを形成する。図25は通常の画像形成中に感光ドラム4上の非画像領域にパッチを形成するシーケンスを示す図で、A4サイズのフルカラー画像を連続出力する場合の例である。

パッチを形成する際のレーザ出力は、目標値の設定時と同等であることが重要で、各色とも128レベルの濃度信号を用いる。その際、LUT25のテーブルデータおよびコントラスト電位は、その時点における通常の画像形成時と同等にする。すなわち、ガンマ補正テーブルとして、第一の制御系で得られたLUT25のテーブルデータを、前回までの第二の制御系の制御によって補正した結果を用いる。

128レベルの濃度信号は、濃度1.6を255に正規化した濃度スケールのLUT25によってパッチの濃度が128になるように補正されるが、プリンタ部Bの画像特性は不安定であり、常に変化を起こす可能性がある。そのため、測定結果の濃度が128になるわけではない。この濃度信号と測定結果とのずれΔDに基づき、第二の制御系では、第一の制御系で作成されたLUT25のテーブルデータを補正する。

図26は、128レベルの濃度信号に対してパッチの濃度のずれがΔDxの場合の、一般的な、濃度信号の補正テーブル（γLUT補正テーブル）を示す図である。このようなγLUT補正テーブルを予めROM30などに格納しておき、第二の制御系による制御時に、ΔDxがΔDになるようにγLUT補正テーブルを規格化し、規格化されたγLUT補正テーブルの特性を打ち消すテーブルデータを、LUT25のテーブルデータに加えることでLUT25を補正する。

LUT25を書き換える（補正する）タイミングは各色ごとに異なり、書き換え準備ができた段階で、その色のレーザ光走査（感光）が行われていない期間のTOP信号に基づき書き換えを行う。

ΔDは、第二の制御系により、前回、LUT25を用いて形成したパッチから得られる目標値と、今回、LUT25を用いて形成したパッチから得られる濃度とのずれである。しかし、パッチの形成は、毎回、前回の第二の制御系で補正されたLUT25を用いるため、読み取られたパッチの濃度と目標値とのずれΔDnは、ΔDとは異なる。そこでΔDnの積算値をΔDとして保存する。

図29はγLUT補正テーブルを作成する処理を示すフローチャートで、通常の画像形成の開始に伴い開始される。

まず、前回の第二の制御系により得られたγLUT補正テーブルによりLUT25のテーブルデータを補正し(S21)、補正結果のテーブルデータをLUT25に設定し(S22)、LUT25を使用して画像を出力する(S23)。その際、感光ドラム4にパッチを形成してパッチの濃度を読み取る(S24)。そして、ΔDnを算出し(S25)、積算値ΔD=ΔD+ΔDnを得て(S26)、γLUT補正テーブルを作成する(S27)。その後、プリントジョブを継続するか否かを判定し(S28)、ジョブが継続する場合は処理をステップS21へ戻し、ジョブが終了する場合は処理を終了する。

第二の制御系は、通常の画像形成中に非画像領域にパッチを形成可能な場合は常に起動される。つまりA4サイズのフルカラー画像を連続出力する場合は画像二枚を出力する毎に各色で一度、一枚だけ出力する場合は各色一枚毎にLUT25が補正される。

一方、第一の制御系には人間の作業が伴う。そのため、第一の制御系による制御が頻繁に行われるとは想定し難い。そこで、画像処理装置の設置時にサービスマンが第一の制御系による制御を実行し、出力画像に問題が生じなければ、第二の制御系による制御である期間は階調特性を維持し、徐々に階調特性が変化した場合は第一の制御系による制御（キャリブレーション）を行うようにすることができる。このように階調制御を分担すれば、その結果、画像処理装置が寿命に達するまで、その階調特性を適正に維持することができる。

以下、本発明にかかる実施例2の画像処理装置を説明する。なお、本実施例において、実施例1と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。

実施例2では、上述した第二の制御系による制御において形成するパッチの濃度を低濃度域にする場合を説明する。

実施例の階調制御の目的は色味の安定化にあり、一般に、低濃度領域ほど濃度変動による色差が大きくなることから、パッチの濃度を低濃度域に設定し、低濃度域における階調制御の精度を向上することで、色味変動を効果的に抑える。

図27は実施例2の複写機における濃度差と色差との関係を示す図である。図27に示す濃度差と色差との関係、図22に示すセンサ感度、および、図26から読み取れる変動に対する感度から、実施例2におけるパッチを形成する際のレーザ出力は、目標値の設定時および通常の画像形成時も同様に、各色とも64レベルの濃度信号（濃度0.4付近）を用いる。

低濃度のパッチをフォトセンサ40で読み取る場合、下地である感光ドラム4の表面の状態の影響を強く受けるため、パッチ形成前に、パッチを形成する位置の感光ドラム4の表面の濃度をフォトセンサ40で測定し、その測定結果に基づき計測されたパッチの濃度（フォトセンサ40の出力）を補正する。

目標値を設定は、実施例1で説明したシーケンスに加えて、下地の測定があるため、感光ドラム4の周回数が一周分増えるだけである。通常の画像形成中に感光ドラム4上の非画像領域にパッチを形成するシーケンスは実施例1と同じだが、各ジョブを開始する時の、前回転時に下地の濃度を測定する。

実施例2によれば、パッチの濃度付近で、充分な階調特性の安定化が得られるため、低濃度域における階調の変動が抑えられ、色味の変動を効果的に抑えることができる。

［他の実施例］
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。

また、本発明の目的は、前述した実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施例の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。

なお、上述した各実施例では、静電潜像やトナー像を坦持する像担持体として感光ドラムを例として挙げたが、その表面に感光層を有するベルト状の像坦持体である感光ベルトにも、本発明を適用可能である。また、トナー像を記録紙やフィルムのような記録媒体へ転写するために、一旦、感光ドラムからトナー像が転写される中間転写体を有する画像形成装置にも、本発明は適用可能である。これらの装置では、第二の制御系の入力情報である濃度情報は、感光ベルトや中間転写体上に形成されたパッチから取得すればよい。

実施例の画像処理装置の概観を示す図、リーダ画像処理部における画像信号の流れを示すブロック図、画像処理部における各信号のタイミングチャート、プリンタ部の構成例を示すブロック図、階調画像を得るための画像処理部の構成例を示すブロック図、階調が再現される様子を四限チャート、キャリブレーションの一例を示すフローチャート、表示器の表示例を示す図、表示器の表示例を示す図、表示器の表示例を示す図、テストプリント1の例を示す図、テストプリント2の例を示す図、テストプリント1を原稿台に載置する様子を示す図、テストプリント2を原稿台に載置する様子を示す図、感光ドラムの相対ドラム表面電位と画像濃度との関係を示す図、絶対水分量とコントラスト電位との関係を示す図、グリッド電位と表面電位との関係を示す図、パッチの濃度読取点を説明する図、テストプリント2から読み取られた濃度とレーザ出力レベルとの関係を示す図、水分量に応じたLUTを説明する図、フォトセンサの出力信号を処理する回路構成例を示すブロック図、パッチの濃度を段階的に変えた時のフォトセンサの出力と出力画像の濃度との関係を示す図、目標値設定処理の一例を示すフローチャート、感光ドラム上にパッチを形成するシーケンスを示す図、通常の画像形成中に感光ドラム上の非画像領域にパッチを形成するシーケンスを示す図、 γLUT補正テーブルを示す図、濃度差と色差との関係を示す図、制御後の濃度変換特性を示す図、 γLUT補正テーブルを作成する処理を示すフローチャートである。

Claims

画像データに基づき像担持体にカラー画像を形成し、形成されたカラー画像を記録媒体に転写し定着する画像処理装置であって、
前記記録媒体に転写され定着されたカラー画像の画像特性を検出する第一の検出手段と、
前記像担持体上に形成された画像の画像特性を検出する第二の検出手段と、
通常の画像形成とは異なるシーケンスにより、画像特性を検出するための第一のカラーパターンを前記記録媒体上に形成し、前記第一の検出手段によって検出される前記第一のパターンの画像特性に基づき、前記像坦持体への画像形成条件を制御する制御手段と、
前記制御手段による画像形成条件の制御が終了した後、前記制御で得られる色再現性を維持すべく画像特性を検出するための第二のカラーパターンを前記像担持体上に形成し、前記第二の検出手段によって検出される前記第二のカラーパターンの画像特性を基準情報とし、さらに、前記通常の画像形成において、前記第二のカラーパターンを前記像担持体上の画像形成領域外に形成し、前記第二の検出手段によって検出される前記第二のカラーパターンの画像特性と前記基準情報との差分に基づき、前記制御手段により制御された画像形成条件の補正を繰り返す補正手段とを有し、
前記繰り返し時の前記差分は、前回補正された画像形成条件を用いて形成された前記第二のカラーパターンの画像濃度を検出して得ることを特徴とする画像処理装置。
前記画像形成条件は、前記画像データの濃度補正特性であることを特徴とする請求項1に記載された画像処理装置。
前記補正手段は、前記差分を積算し、前記通常の画像形成において、前記差分の積算値に基づき前記画像形成条件を補正することを特徴とする請求項1に記載された画像処理装置。
前記第二の検出手段は正反射型の光学センサを有することを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載された画像処理装置。
前記制御手段によって得られる画像処理条件は環境に応じて補正されることを特徴とする請求項1に記載された画像処理装置。
前記制御手段はサービスマンによって有効/無効が切替可能であることを特徴とする請求項1に記載された画像処理装置。
画像データに基づき像担持体にカラー画像を形成し、形成されたカラー画像を記録媒体に転写し定着する画像処理装置の制御方法であって、
通常の画像形成とは異なるシーケンスにより、画像特性を検出するための第一のカラーパターンを前記記録媒体上に形成し、
前記記録媒体に転写され定着された前記第一のカラーパターンの画像特性を検出し、
前記第一のカラーパターンの画像特性に基づき、前記像坦持体への画像形成条件を制御し、
前記画像形成条件の制御が終了した後、前記制御で得られる色再現性を維持すべく画像特性を検出するための第二のカラーパターンを前記像担持体上に形成し、
前記像担持体上に形成された前記第二のカラーパターンの画像特性を検出して、検出される画像特性を基準情報とし、
前記通常の画像形成において、前記第二のカラーパターンを前記像担持体上の画像形成領域外に形成し、
前記画像形成領域外に形成された前記第二のカラーパターンの画像特性を検出して、検出される画像特性と前記基準情報との差分に基づき、前記画像形成条件を補正し、
前記補正を、前記通常の画像形成が継続される間、画像形成の度に繰り返し、前記繰り返し時の前記差分は、前回補正された画像形成条件を用いて形成された前記第二のカラーパターンの画像濃度を検出して得ることを特徴とする制御方法。
前記画像形成条件は、前記画像データの濃度補正特性であることを特徴とする請求項7に記載された制御方法。
前記差分を積算し、前記通常の画像形成において、前記差分の積算値に基づき前記画像形成条件を補正することを特徴とする請求項7に記載された制御方法。
前記制御された画像処理条件は環境に応じて補正されることを特徴とする請求項7に記載された制御方法。
前記画像処理条件の制御はサービスマンによって有効/無効が切替可能であることを特徴とする請求項7に記載された制御方法。
画像処理装置を制御して、請求項7から請求項11の何れかに記載された制御を実行することを特徴とするプログラム。
請求項12に記載されたプログラムが記録されたことを特徴とする記録媒体。