JP2004306590A - 画像濃度制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体の劣化などに対して適切でかつ安定した画像濃度を得ることができ、しかも多様な形態の画像に対して鮮明で高品質な画質を確保することが可能なものとする。
【解決手段】 感光体上に形成された複数のテストパターンごとのトナー像の濃度をフォトセンサ２１で検出し、その検出結果に基づいて複数のテストパターンごとの最適光量をマイコン２２にて取得する。そして、画像形態判定部２３にて処理対象画像に対して所定の判定領域単位で画像形態を判定し、これにより取得した画像形態に対応するテストパターンの最適光量に基づいて光量決定部２４にて処理対象画像を作像する光量を決定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、露光手段により感光体上に形成された潜像をトナーにより現像することで得られるトナー像の濃度を制御する画像濃度制御装置、及びこの種の画像濃度制御装置を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式による画像形成装置（印字装置、ファクシミリ装置、複写機など）では、感光体の劣化や環境条件が変動することでトナー像の濃度が変化するため、適切な濃度が安定して得られるようにレーザ光量などの画像形成条件を制御する画像濃度制御（画像安定化制御）が行われており、このような画像濃度制御として、例えば複数種類のテストパターンを用いて画像形成条件を制御する構成が知られている（特許文献１参照。）。また、特に画像内のライン幅に着目して制御を行う構成も知られている（特許文献２参照。）。
特開平３−２７９９７１号公報（第３図、第４図） 特開２００１−８０１１３号公報（第３図、第４図、第５図）

しかるに、このようなテストパターンを用いた画像濃度制御は、感光体の劣化や環境条件の変化に対して適切でかつ安定した画像濃度を得る上で大きな効果を奏するものの、多様な形態の画像に対して鮮明で高品質な画質を確保する要望を十分に満足するものとは言い難い。

例えば黒画素からなる線画部の中心部のベタ黒部分では、部分的にトナーの付着がない中抜け状態やトナーの付着量が少ない濃度不足状態を避けるため、濃度を高めに設定して十分なトナー厚さを確保することが望まれ、他方、細線や細かい文字の部分では、線の太りや文字の潰れを避けるため、濃度を低めに設定してトナーの付着を抑えることが望まれ、このように画像濃度制御には両立させることが難しい問題点を有している。

さらに、このようなテストパターンを用いた画像濃度制御では、テストパターンによるトナー像の濃度をセンサで検出して適切な光量を求めることから、適切な制御を実現する上でセンサの検出精度を高めることが望まれるが、このセンサ検出精度の向上をテストパターンの工夫により実現することができると好都合である。また、テストパターンによってはセンサ出力が飽和することがあり、このような飽和状態では正確な濃度の検出が困難になるため、適切な制御を実現する上で何らかの対策が望まれる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、画像の品質を高めるため、感光体の劣化または環境条件の変化に対して適切でかつ安定した画像濃度を得ることができ、しかも多様な形態の画像に対して鮮明で高品質な画質を確保することができるように構成された画像濃度制御装置及び画像形成装置を提供することにある。さらに本発明では、テストパターンによるトナー像の濃度を検出する検出精度の向上、並びにセンサ出力が飽和状態になる場合でも適切な濃度制御を実現することが可能な構成とすることも目的としている。

このような目的を果たすために、本発明においては、請求項１及び請求項１７に示すとおり、感光体上に作像されたテストパターンのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、前記感光体上に作像した複数のテストパターンごとのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて前記複数のテストパターンごとの最適光量を取得する最適光量取得手段と、処理対象画像に対して所定の判定領域単位で画像形態を判定する画像形態判定手段と、この画像形態判定手段により取得した画像形態に対応する前記テストパターンの最適光量に基づいて前記処理対象画像を作像する光量を決定する光量決定手段とを具備するものとした。

これによると、実際のトナー像の濃度と光量との関係をテストパターンで検証して光量を決定するので、感光体の劣化や環境条件の変化に影響されることなく適切な濃度を安定して得ることができる。しかも、処理対象画像の画像形態を判定してこれに対応するテストパターン別の最適光量を適用するため、画像形態に応じて適切なトナー像を作像することができる。

この場合、前記画像形態判定手段は、前記処理対象画像について画素ごとにその画素を中心とした前記判定領域内の黒画素及び白画素の出現状態により画素単位で画像形態を判定する構成とすると良い。複数画素単位で画像形態を判定することも可能であるが、画素単位で画像形態を判定する方が、トナー像の太り細りを細部にわたり制御可能である。

さらに請求項２及び請求項１８に示すとおり、前記最適光量取得手段は、トナー像の濃度の評価に適した第１のテストパターンと、トナー像の太り具合の評価に適した第２のテストパターンとの各々の最適光量を取得し、前記画像形態判定手段は、トナー像の濃度を高めることが要求される第１の画像形態と、トナー像の太りを抑えることが要求される第２の画像形態とのいずれに該当するかを判定し、前記光量決定手段は、前記第１の画像形態となる場合に前記第１のテストパターンの最適光量に基づいて光量を決定し、前記第２の画像形態となる場合に前記第２のテストパターンの最適光量に基づいて光量を決定する構成をとることができる。これによると、画像形態に応じて適切なテストパターンの最適光量を選択するので、ベタ黒部分での中抜けや濃度不足を回避すると共に細線の太りや文字の潰れを抑えることができる。

さらに請求項３及び請求項１９に示すとおり、前記第１のテストパターンが、全体が黒で塗りつぶされたべた黒テストパターンであり、前記第２のテストパターンが、白領域と黒領域とが混在する白黒テストパターンである構成とすることができる。これによると、べた黒テストパターンでトナー像の濃度を的確に判別することができ、また白黒テストパターンでトナー像の太り具合を的確に判別することができ、これにより画像形態に応じた適切な最適光量を求めることができる。この場合、白黒テストパターンは、白領域と黒領域とが交互に並んだチェッカーフラグテストパターンとすると良い。

さらに請求項４及び請求項２０に示すとおり、前記最適光量取得手段は、前記濃度検出手段においてトナー像の太り具合の判別精度が向上するように白領域と黒領域との比率が設定された前記白黒テストパターンを用いる構成をとることができる。これによると、トナー像の太り具合が高精度に判別され、より一層適切な最適光量を得ることができる。

さらに請求項５及び請求項２１に示すとおり、前記第１の画像形態が、前記判定領域内の画素が全て黒画素となる全黒形態であり、前記第２の画像形態が、前記全黒形態を除く白黒混在形態である構成とすることができる。これによると、線画部の内部に位置する画素が全黒形態となり、トナー像の濃度を高めることが要求される場合を適切に判定することができる。また線画部の端に位置する画素は判定領域内に白画素が存在することから白黒混在状態となり、トナー像の太りを抑えることが要求される場合を適切に判定することができる。

さらに請求項６及び請求項２２に示すとおり、前記第２の画像形態のうち、１つの黒画素からなる孤立点、並びに１つの黒画素が並んで形成される孤立線に該当する場合に、前記光量決定手段は、前記白黒テストパターンの最適光量を所定の係数により補正して光量を決定する構成をとることができる。これによると、白黒テストパターンの最適光量を用いることで孤立点及び孤立線のトナー像を安定化させ、同時に白黒テストパターンの最適光量を所定の係数により補正することで孤立点及び孤立線のトナー像が必要以上に細くなることを避けることができる。

さらに請求項７及び請求項２３に示すとおり、前記最適光量取得手段は、前記濃度検出手段の出力が飽和する場合に、前記濃度検出手段の出力目標値を飽和域から外れた値に修正して最適光量を求め、前記光量決定手段は、前記最適光量取得手段で取得した最適光量を所定の係数により補正して光量を決定する構成をとることができる。これによると、出力値の飽和により濃度を正確に検出することができない場合でも、適切な濃度制御を行うことができる。なお、この構成は、出力値の飽和が発生する可能性が高いべた黒テストパターンに基づく制御で特に有用である。

この場合、前記最適光量取得手段は、光量を段階的に変化させた複数回のテストパターンの作像で取得した前記濃度検出手段の出力値を所定の出力目標値と比較して最適光量を求める構成とすると良い。具体的には、予め設定された光量の候補値に基づいて複数回のテストパターンの作像を行い、出力目標値に近い出力値に基づいて直線補間法により出力目標値を実現する光量を求めて最適光量とする。

また本発明においては、請求項８及び請求項２４に示すとおり、感光体上に作像されたテストパターンのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、所定の基準光量で前記感光体上に作像した作像条件決定用のテストパターンのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて最適な作像条件を取得する最適作像条件取得手段と、この最適作像条件取得手段により取得した最適作像条件に設定した上で前記感光体上に作像した光量決定用のテストパターンのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて最適光量を取得する最適光量取得手段と、処理対象画像に対して所定の判定領域単位で画像形態を判定する画像形態判定手段と、この画像形態判定手段により取得した画像形態が、前記作像条件決定用のテストパターンに対応するものである場合には前記基準光量に基づいて光量を決定し、他方、前記光量決定用のテストパターンに対応するものである場合には前記最適光量取得手段にて取得した最適光量に基づいて光量を決定する光量決定手段とを具備するものとした。

これによると、光量制御にあたって予め設定される作像条件を調整することで、光量が大きく高濃度な領域での濃度の制御範囲を広く確保することができるため、テストパターンによる最適光量に基づいて光量を決定した際に、本来濃度が高くなるべきところが逆に低くなる濃度の逆転が生じる不具合を確実に避けることができる。

さらに請求項９及び請求項２５に示すとおり、前記作像条件決定用のテストパターンは、全体が黒で塗りつぶされたべた黒テストパターンであり、前記光量決定用のテストパターンは、白領域と黒領域とが混在する白黒テストパターンであり、前記最適作像条件取得手段は、制御範囲の上限を前記基準光量として前記べた黒テストパターンの作像を行わせ、前記画像形態判定手段は、前記判定領域内の画素が全て黒画素となる全黒形態とこの全黒形態を除く白黒混在形態とのいずれに該当するかを判定し、前記光量決定手段は、前記全黒形態となる場合に前記基準光量に基づいて光量を決定し、前記白黒混在形態となる場合に前記白黒テストパターンの最適光量に基づいて光量を決定する構成とすることができる。これによると、白黒混在形態と判定される線画部の端に位置する画素が、全黒形態と判定される線画部の内側に位置する画素より高濃度となることがなくなり、画像領域内に白画素を有する低い階調の画像が、画像領域内が黒画素のみの高い階調の画像よりも濃度が高くなる階調反転を避けることができる。

さらに請求項１０及び請求項２６に示すとおり、前記光量決定用のテストパターンとなる白黒テストパターンは、白領域と黒領域とが規則的に交互に並ぶチェッカーフラグテストパターン、並びに１つの黒画素が周囲を白画素で囲まれた孤立点テストパターンである構成とすることができる。これによると、チェッカーフラグ及び孤立点の各テストパターンに対応する画像形態に細かく分けて光量を決定することができるため、適切な濃度制御を行うことができる。

この場合、判定領域内の判定対象画素のみが黒画素となる孤立点、並びに判定領域内に注目画素を中心にして黒画素が直線上に並んだ孤立線に該当する場合に、孤立点テストパターンによる最適光量を採用し、全黒形態、孤立点、並びに孤立線のいずれにも該当しないその他の形態の場合に、チェッカーフラグテストパターンによる最適光量を採用すると良い。

なお、光量決定用のテストパターンは、１種類のみ、例えばチェッカーフラグテストパターンのみとすることも可能である。

さらに請求項１１及び請求項２７に示すとおり、前記作像条件は、帯電手段及び現像手段の電圧条件と露光手段の露光強度とにより規定されるコントラスト電位である構成とすることができる。これによると、適切な濃度制御を行うことができる。

なお、最適作像条件取得手段により最適な作像条件を取得する際に、コントラスト電位を変えて作像条件決定用のテストパターンを複数回作像する場合、帯電手段及び現像手段の電圧条件、すなわち帯電手段の帯電電圧（感光体の表面電位）及び現像手段の現像バイアス電圧を一定として露光手段の露光強度（レーザパワー）によりコントラスト電位を増減することも可能である。

さらに請求項１２及び請求項２８に示すとおり、前記最適作像条件取得手段は、前記濃度検出手段の出力が飽和する場合に、前記濃度検出手段の出力目標値を飽和域から外れた値に修正して最適作像条件を求め、前記処理対象画像を作像するために作像条件を設定する際に、前記最適作像条件取得手段で取得した最適作像条件を所定の係数により補正して作像条件を決定する構成とすることができる。これによると、べた黒テストパターンのように濃度が高い作像条件決定用のテストパターンを用いた際に、出力値の飽和により濃度を正確に検出することができない場合でも、適切な濃度制御を行うことができる。

さらに請求項１３及び請求項２９に示すとおり、前記光量決定手段により決定された光量に応じて画素単位の光源点灯時間を制御する露光制御手段を具備する構成をとることができる。これによると、光量を高精度に制御することができるので、より一層的確な濃度制御が可能になる。

さらに請求項１４及び請求項３０に示すとおり、処理対象画像が多値データである場合に、前記画像形態判定手段の処理に先立って、当該処理対象画像のデータを誤差拡散法により２値化するデータ変換手段を具備する構成をとることができる。これによると処理対象画像データを誤差拡散２値化処理することで得られる白黒のパターンが、チェッカーフラグテストパターン及びべた黒テストパターンに基づく光量制御によりトナー像として精度良くかつ安定して再現されるため、疑似中間調による高品質な濃度表現が可能になる。

さらに請求項１５及び請求項３１に示すとおり、前記最適光量取得手段は、前記テストパターンの作像により最適光量を取得する最適光量取得処理を、前回の最適光量取得処理から所定時間経過した場合に実行する構成をとることができる。これによると、トナーの帯電量変化に応じた適切なタイミングで最適光量取得処理を実行することができる。しかも、省電力モードからの復帰時などの電源供給が開始されるタイミングで最適光量取得処理を実行する場合のように、頻繁に最適光量取得処理が実行されて必要以上にテストパターンの作像が行われることがなく、このため、トナーが無駄に消費されることを避けることができる。この場合、処理の実行条件となる経過時間は、トナー帯電量などの濃度変動要因に応じて適宜に設定すれば良いが、例えば一般的な使用条件では８時間とすると良い。

また請求項１６及び請求項３２に示すとおり、前記最適作像条件取得手段及び最適光量取得手段は、前記テストパターンの作像により最適作像条件及び最適光量の取得処理を、前回の最適作像条件及び最適光量の取得処理から所定時間経過した場合に実行する構成とすることができる。これによると、前記と同様に、トナーの帯電量変化に応じた適切なタイミングで最適作像条件及び最適光量の取得処理を実行することができ、さらにトナーが無駄に消費されることを避けることができる。

なお、本発明は、モノクロ画像に限定されるものではなく、カラー画像にも適用することが可能である。この場合、前記黒画素は、所要の色彩のトナーを付着させる有色画素とすれば良く、各色ごとの照射光量によりトナー付着量が制御される。

このように本発明によれば、実際の画像濃度と光量との関係をテストパターンで検証して光量を決定するので、感光体の劣化や環境条件の変化に影響されることなく適切な画像濃度を安定して得ることができる。しかも、処理対象画像の画像形態を判定してこれに対応するテストパターン別の最適光量を適用するため、画像形態に応じて適切なトナー像を作像することができ、これによりベタ黒部分での中抜けや濃度不足を回避すると共に細線の太りや文字の潰れを抑えて、高品質な印刷画像を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による画像形成装置を示す模式的な断面図である。この画像形成装置は、感光体ドラム１の周囲に、感光体ドラム１の作像面を均一に帯電させる帯電ローラ２と、感光体ドラム１の作像面に対して露光用の光束を走査して静電潜像を形成するＬＳＵ（レーザ・スキャニング・ユニット）３と、感光体ドラム１の作像面上の静電潜像をトナーで現像する現像ローラ４を備えた現像器５と、感光体ドラム１の作像面上に形成されたトナー像を記録紙上に転写する転写ローラ６と、感光体ドラム１の作像面を清掃するクリーニングブレード７とが設けられており、給紙部８の記録紙が感光体ドラム１と転写ローラ６との間に送り込まれた後、定着器９を経て排紙部１０に排出される。さらにこの画像形成装置は、上部に複写やファクシミリ送信のための原稿読取部１１を備えている。

この画像形成装置では、待機状態での消費電力を削減するための省電力モード機能を有し、操作表示パネル１２の操作などの所定の解除要因がない状態が所定時間を超えた場合に省電力モードに移行し、感光体ドラム１やＬＳＵ３などからなる画像形成部１３をはじめとして操作表示パネル１２を除く各部への電源供給が切断されるようになっている。

図２は、図１に示した画像形成装置における画像濃度制御部の概略構成の第１の例を示すブロック図である。この画像濃度制御部（画像濃度制御装置）は、感光体ドラム１上に形成された複数のテストパターンごとのトナー像の濃度を検出するフォトセンサ（濃度検出手段）２１と、このフォトセンサ２１の検出結果に基づいて複数のテストパターンごとの最適光量を取得するマイコン（最適光量取得手段）２２と、処理対象画像に対して所定の判定領域単位で画像形態を判定する画像形態判定部（画像形態判定手段）２３、並びにこれにより取得した画像形態に対応するテストパターンの最適光量に基づいて処理対象画像を作像する光量を決定する光量決定部（光量決定手段）２４を備えたパターン検出・光量決定回路２５とを有している。

マイコン２２での最適光量取得処理で用いられるテストパターン用の画像データは、テストパターン生成回路２６で生成される。

パターン検出・光量決定回路２５から出力される画素単位の光量データは、レーザー変調回路２７及びレーザー駆動回路２８を経てＬＳＵ３に送られ、レーザー変調回路（露光制御手段）２７では、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御、すなわちパターン検出・光量決定回路２５により決定された光量に応じて画素単位の光源点灯時間を制御するようになっている。

また本画像形成装置は、中間調を有する多値データからなる処理対象画像データを２値化するデータ変換部２９を備えている。このデータ変換部２９では、画像形態判定部２３での画像形態判定処理に先立って、処理対象画像データを誤差拡散法により２値化するようになっている（図１４参照）。

図３は、図２に示した画像濃度制御部で用いられるテストパターンを示している。ここでは、（Ａ）に示すように全体が黒で塗りつぶされたべた黒テストパターンと、白領域と黒領域とが混在する白黒テストパターンとして、（Ｂ）に示すように４×４画素からなる白領域と黒領域とが規則的に交互に並ぶ第１のチェッカーフラグテストパターンと、（Ｃ）に示すように４×４画素からなる黒領域の１画素が白画素に変更された第２のチェッカーフラグテストパターンとが用いられる。

これらのテストパターンは、フォトセンサ２１により全体の平均濃度が検出され、特にべた黒テストパターンのセンサ出力は、全体に形成されたトナー層の厚さに応じた濃淡の度合いを示し、トナー像の濃度の評価に適している。他方、チェッカーフラグテストパターンのセンサ出力は、感光体の生地（作像面）の露出面とトナー像との割合に応じたテストパターン全体の明暗の度合いを示すことから、トナー像の太り具合の評価に適している。

第２のチェッカーフラグテストパターンは、第１のチェッカーフラグテストパターンに比較して白画素の割合が大きく、より明るいテストパターンとなっており、マイコン（最適光量取得手段）２２では、フォトセンサ２１の特性などに応じて、白黒の比率が異なる２種類のチェッカーフラグテストパターンを適宜に選択して使用し、これによりフォトセンサ２１のダイナミックレンジを拡大する、すなわちテストパターンに基づくトナー像の太り・細りを精度良く識別することができる（図１７・図１８参照）。

図４は、図３に示したチェッカーフラグテストパターンにおける光量の違いに応じたトナー像の形成状況を示している。光量が過大であるとトナー像が太り過ぎとなり、光量が最適であればトナー像が画素の白黒状態を忠実に再現し、光量が過小であるとトナー像が細り過ぎとなり、このようなチェッカーフラグパターンのトナー像をフォトセンサ２１で検出することにより縦横斜め方向の平均的な太り・細りの状態を判別することができる。

図５は、図２に示した画像濃度制御部でのテストパターンの作像状況を模式的に示す斜視図である。ここでは、感光体ドラム１上に作像されたべた黒テストパターンの濃度を検出する第１フォトセンサ２１ａと、チェッカーフラグテストパターンの濃度を検出する第２フォトセンサ２１ｂとが設けられている。これらのフォトセンサ２１ａ・２１ｂは、感光体ドラム１上のテストパターンに対して発光素子により光を照射し、その反射光を受光素子で受光する構成のものである。

テストパターンの作像は、光量を段階的に変化させて複数回行われ、各テストパターンごとの光量の異なる複数のトナー像の濃度をフォトセンサ２１ａ・２１ｂで検出する。これで取得したセンサ出力値は、図２に示したマイコン（最適光量取得手段）２２にて所定の出力目標値と比較され、この出力目標値を実現することができる光量（最適光量）が各テストパターンごとに求められる。

図６は、図２に示した画像濃度制御部での最適光量取得の要領を示している。ここではチェッカーフラグテストパターンの例を示す。最適光量取得処理では、まず光量を段階的に変化させた３回のテストパターンの作像が行われ、例えば試験光量を１回目１７５、２回目１９１、３回目２０７とする。なおここでは、０〜２５５の計２５６段階の多値データで光量を示している。

この１〜３回目の出力値Ｖｗ₁₇₅・Ｖｗ₁₉₁・Ｖｗ₂₀₇の間に出力目標値Ｖｗ_REF（例えば２．１Ｖ）がある場合は、これで終了する。そして出力値Ｖｗ₁₇₅・Ｖｗ₁₉₁・Ｖｗ₂₀₇のうち、出力目標値Ｖｗ_REFの上下にある２つの出力値と、出力目標値Ｖｗ_REFとから直線補間により出力目標値Ｖｗ_REFを実現可能な光量を求める。例えば図中Ａで示すように、出力目標値Ｖｗ_REFが出力値Ｖｗ₁₉₁・Ｖｗ₂₀₇の間にある場合には、光量ｄｕｔｙは次式で求められる。
ｄｕｔｙ＝１９１＋１６×｜Ｖｗ₁₉₁−Ｖｗ_REF｜／｜Ｖｗ₁₉₁−Ｖｗ₂₀₇｜

また１〜３回目の出力値Ｖｗ₁₇₅・Ｖｗ₁₉₁・Ｖｗ₂₀₇の間に出力目標値Ｖｗ_REFがない場合は、光量を変えて再度テストパターンの作像を行う。このとき、出力目標値Ｖｗ_REFを実現可能な光量が１〜３回目の試験光量より小さい値となる場合は、次の試験光量を例えば４回目１２７、５回目１４３、６回目１５９とし、出力目標値Ｖｗ_REFを実現可能な光量が１〜３回目の試験光量より大きい値となる場合は、次の試験光量を例えば４回目２２３、５回目２３９、６回目２５５とする。そしてこの３回の出力値Ｖｗ₁₂₇・Ｖｗ₁₄₃・Ｖｗ₁₅₉の間に、または出力値Ｖｗ₂₂₃・Ｖｗ₂₃₉・Ｖｗ₂₅₅の間に出力目標値Ｖｗ_REFがある場合は、前記と同様にして直線補間により出力目標値Ｖｗ_REFを実現する光量を求める。

また図中Ｂで示すように、１〜３回目の出力値と４〜６回目の出力値との間に出力目標値Ｖｗ_REFがある場合も直線補間により出力目標値Ｖｗ_REFを実現する光量を求める。すなわちＶｗ₁₅₉とＶｗ₁₇₅との間に出力目標値Ｖｗ_REFがある場合には、光量ｄｕｔｙは次式で求められる。
ｄｕｔｙ＝１５９＋１６×｜Ｖｗ₁₅₉−Ｖｗ_REF｜／｜Ｖｗ₁₅₉−Ｖｗ₁₇₅｜

ここでは、テストパターンの作像を６回に制限しており、図中Ｃで示すように、出力目標値Ｖｗ_REFが最大出力値Ｖｗ₁₂₇より大きい場合は、最小の試験光量１２７を最適光量とする。また図中Ｄで示すように、出力目標値Ｖｗ_REFが最小出力値Ｖｗ₂₅₅より下まわる場合は、最大の試験光量２５５を最適光量とする。

他方、べた黒テストパターンの場合も、前記のチェッカーフラグテストパターンの例と同様にして出力目標値Ｖｗ_REF（例えば１．８Ｖ）を実現可能な光量を求める。この場合、試験光量は、例えば１回目７９、２回目９５、３回目１１１とし、出力目標値Ｖｗ_REFを実現可能な光量が１〜３回目の試験光量より小さい場合は、例えば４回目３１、５回目４７、６回目６３とし、出力目標値Ｖｗ_REFを実現可能な光量が１〜３回目の試験光量より大きい場合は、例えば４回目１２７、５回目１４３、６回目１５９とする。なお、ここでチェッカーフラグテストパターンの例より光量が小さな値を示すのは、後に説明するセンサ出力飽和時の処理が行われることによる（図１２・図１３参照）。

図７は、図２に示した画像濃度制御部での画像形態判定の要領を示している。図２に示したパターン検出・光量決定回路２５の画像形態判定部２３では、処理対象画像における所定の判定領域単位で画像形態を判定し、特にここでは画素ごとにその画素を中心とした判定領域内の黒画素及び白画素の出現状態により画素単位で画像形態を判定する。具体的には、判定対象画素を中心とした３×３画素、すなわち判定対象画素とこれに上下、左右、斜めの各方向で隣接する合計９画素を判定領域とする。

画像形態判定部２３では、処理対象画像データが入力されると、主走査方向の１ラインについて１画素ずつ画像形態の判定が行われ、その１ラインの判定が終了すると副走査方向の隣の１ラインの判定に移行し、これが処理対象画像の全体について繰り返し行われる。

図８は、図２に示した画像濃度制御部での画像形態判定及び光量決定の要領を示している。画像形態判定部２３では、判定領域内の画素が全て黒画素となる全黒形態と、この全黒形態を除くその他の形態のいずれに該当するか判定され、光量決定部２４では、各々の形態に対応するテストパターンに基づく最適光量から画素ごとの光量が決定される。

全黒形態（第１の画像形態）に該当する画素は、黒画素からなる線画部の中間に位置し、トナーの付着が少ないために生じる中抜けや濃度不足を避けるため、トナー像の濃度を高めることが要求される。このため、判定対象画素が全黒形態の場合は、トナー像の濃度の評価に適したべた黒テストパターンによる最適光量ｄｕｔｙ₁に基づいて光量が決定される。ここでは、処理対象画像上の画素ｂ・ｃが全黒形態となる。

他方、判定領域内に白画素が混在するその他の形態（第２の画像形態）に該当する画素は、線画部の端に位置し、線の太りや文字の潰れを避けるため、トナー像の太りを抑えることが要求される。このため、判定対象画素がその他の形態となる場合は、トナー像の太り具合の評価に適したチェッカーフラグテストパターンによる最適光量ｄｕｔｙ₂に基づいて光量が決定される。ここでは、処理対象画像上の画素ａ・ｄがその他の形態となる。

これにより線画部の内部では、ＰＷＭ制御により画素ｂ・ｃのレーザ点灯時間が長くなり、トナー像の厚さが大きく高い濃度となる。他方、線画部の端では、画素ａ・ｄのレーザ点灯時間が短くなり、トナー像の太りが抑えられる。

図９は、図８に示した処理の手順を示すフロー図である。ここではまずステップ１０１にて注目画素を次に切り替え、つづくステップ１０２にて全黒形態とパターンが一致するか否かが判定され、一致しなければステップ１０３に進んでチェッカーフラグテストパターンによる最適光量を注目画素の光量とし、一致すればステップ１０４に進んでべた黒テストパターンによる最適光量を注目画素の光量とする。

図１０は、図２に示した画像濃度制御部での画像形態判定及び光量決定の要領の別の例を示している。ここでは、全黒形態の他、孤立点、孤立線、並びにこれらの形態を除くその他の状態の計４形態に判別される。孤立点は、１つの黒画素からなる点であり、対象画素に対して８隣接条件で隣接する画素がすべて白画素となる。孤立線は、１つの黒画素が並んで形成される線であり、判定対象画素に隣接する画素のうちの判定対象画素を挟んで相反する側に位置し、判定対象画素と縦横方向及び対角方向に並んだ２画素のみが黒画素で、その他の隣接画素がすべて白画素となる。

判定対象画素が孤立点及び孤立線を構成する場合は、点や線の潰れを抑えるため、基本的にトナー像の太りを抑えることが要求される。このため、トナー像の太り具合の評価に適したチェッカーフラグパターンによる最適光量ｄｕｔｙ₂に基づて光量が決定されるが、このとき最適光量ｄｕｔｙ₂を所定の補正係数Ｋにより増大補正する。具体的には、次式のように補正係数Ｋ＝１．４を最適光量ｄｕｔｙ₂に乗じて対象画素の光量が算出される。
ｄｕｔｙ＝ｄｕｔｙ₂×１．４

これにより、孤立線及び孤立点では、比較的長いレーザ点灯時間によりトナー像の幅が大きくなり、トナー像が必要以上に細くなって欠けたり見難くなるのを避けることができる。

図１１は、図１０に示した処理の手順を示すフロー図である。ここでまずステップ２０１にて注目画素を次に切り替え、つづくステップ２０２にて全黒形態とパターンが一致するか否かが判定され、パターンが一致する場合にはステップ２０３に進んでべた黒テストパターンによる最適光量を注目画素の光量とする。パターンが一致しない場合はステップ２０４にて孤立点のパターン、ステップ２０５〜ステップ２０８にて孤立線のパターンの判定が行われ、いずれのパターンにも一致しない場合はステップ２０９に進んでチェッカーフラグテストパターンによる最適光量を注目画素の光量とする。他方、ステップ２０４〜ステップ２０８にていずれかのパターンに一致する場合はステップ２１０に進んでチェッカーフラグテストパターンによる最適光量を補正して注目画素の光量とする。

図１２及び図１３は、図２に示した画像濃度制御部でのセンサ出力飽和時の処理の要領を示している。べた黒テストパターンでは、フォトセンサ（濃度検出手段）２１ａの出力が飽和することがあり、この場合、正確な濃度を検出することができない。このため、マイコン（最適光量取得手段）２２では、フォトセンサ２１の出力目標値を飽和域から外れた値に修正して最適光量を求め、光量決定部２４では、マイコン（最適光量取得手段）２２で取得した最適光量を所定の係数により補正して光量を決定するようにしている。

図１２に示す例では、フォトセンサ２１の出力が画像濃度１．３で飽和してしまい、画像濃度１．４を検出することができないため、濃度目標値を１．４とすると適切な制御が行えない。そこで、濃度目標値をセンサ出力の飽和域より低い値、例えば１．２に修正し、これに対応する出力値１．８を出力目標値Ｖｗ_REFとして最適光量を求める。

次に、図１３に示すように、べた黒テストパターンでの濃度が１．４になるように前記の最適光量が補正される。具体的には、次式のように補正係数Ｋ＝１．６を最適光量ｄｕｔｙ₁に乗じて対象画素の光量ｄｕｔｙが算出される。
ｄｕｔｙ＝ｄｕｔｙ₁×１．６

図１４は、図２に示した画像濃度制御部での誤差拡散２値化処理の要領を示すブロック図である。データ変換部２９では、注目画素の多値データからなる入力信号Ｉ_xyが、フィルタリング部４１を経て加算器４２において注目画素以前で処理された誤差の重み付け平均Ａ_xyが加算され、これで得られた多値信号Ｉ'_xyが２値化部４３にて所定の２値化閾値とを比較されて２値化され、これにより出力信号Ｐ_xyが得られる。他方、今回注目画素の２値信号Ｐ_xy並びに多値信号Ｉ'_xyをもとに減算器４４において２値化誤差Ｅ_xyが算出され、この２値化誤差Ｅ_xyは乗算器４５において係数Ｋ_bが乗算されて誤差メモリ４６に格納される。そしてこの誤差メモリ４６を参照して重み付け加算部４７において周辺画素の誤差Ｅ_xyの重み付け平均Ａ_xyが得られ、この重み付け平均Ａ_xyは乗算器４８において係数Ｋ_aが乗算された上で次回の注目画素に対して加算器４２にて加算される。

図１５は、図２に示した画像濃度制御部での最適光量取得の動作タイミングを示すフロー図である。マイコン（最適光量取得手段）２２は、テストパターンの作像により最適光量を取得する最適光量取得処理を、前回の最適光量取得処理から所定時間（例えば８時間）経過した場合に実行するようになっている。

まずステップ３０１にて最適光量取得処理が実行されると、つづくステップ３０２にて実行時刻を不揮発メモリに保存する処理が行われる。そして、ステップ３０３にて電源オフあるいは省電力モードへ移行した後、ステップ３０４にて電源オンあるいは省電力モードから復帰すると、ステップ３０５にて現在の時刻が計測され、つづくステップ３０６にて前回の最適光量取得処理から８時間以上経過しているか否かが判定される。ここで８時間以上経過していればステップ３０７に進んで最適光量取得処理が実行され、ステップ３０２に戻る。他方、ステップ３０６にて８時間以上経過していなければステップ３０５に戻る。

これにより、トナーの帯電量変化に応じた適切なタイミングで最適光量取得処理を実行することができる。しかも、省電力モードからの復帰時などの電源供給が開始されるタイミングで最適光量取得処理を実行する場合のように、頻繁に最適光量取得処理が実行されて必要以上にテストパターンの作像が行われることがなく、このため、トナーが無駄に消費されることを避けることができる。

図２２は、図１に示した画像形成装置における画像濃度制御部の第２の例の概略構成を示すブロック図である。この画像濃度制御部（画像濃度制御装置）は、前記図２に示した例と同様に、フォトセンサ（濃度検出手段）２１と、マイコン５１と、画像形態判定部（画像形態判定手段）５２並びに光量決定部（光量決定手段）５３を備えたパターン検出・光量決定回路５４とを有しているが、前記の例とは異なり、マイコン（最適作像条件取得手段、最適光量取得手段）５１では、感光体ドラム１上に作像した作像条件決定用のテストパターンのトナー像の濃度をフォトセンサ２１に検出させてその検出結果に基づいて最適な作像条件を取得し、さらにその最適な作像条件に設定した上で感光体ドラム１上に作像した光量決定用のテストパターンのトナー像の濃度をフォトセンサ２１に検出させてその検出結果に基づいて最適光量を取得するようにしている。なお、データ変換部２９などの他の構成要素は第１の例と同様であり、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図２３は、図２２に示した画像濃度制御部で行われる処理の目的を説明するものである。前記図２以降に示した第１の例では、べた黒テストパターンでの濃度が濃い場合、これに対応する第１の画像形態、すなわち線画部の内側に位置する全黒形態に該当する画素（以下、「べた画素」と呼称する）の光量を下げることになるが、べた画素の濃度の変動度合いに比較してラインの太りがあまり変化しない、すなわちチェッカーフラグテストパターンでの濃度があまり変動しない現像システムでは、チェッカーフラグテストパターンに対応する第２の画像形態、すなわち線画部の端に位置して判定領域内に白画素が混在する形態に該当する画素（以下、「エッジ画素」と呼称する）の光量が、べた画素に比較してあまり下がらないため、線画部の端のエッジ画素と内側のべた画素とで濃度が逆転することがある。このとき、図２３中Ｂで示すように領域内に白画素を有する低い階調の画像は、図２３中Ａで示すように領域内が黒画素のみの高い階調の画像よりもエッジ画素の割合が多いため、結果的に濃度が高くなる階調反転が発生する。

図２４は、図２２に示した画像濃度制御部で行われる処理の意義を説明するものである。前記の階調反転を避けるには、べた画素の濃度に対してエッジ画素の濃度が低くなるように制御する、すなわちチェッカーフラグテストパターンによる最適光量取得の際に目標濃度を低く設定すれば良いが、光源点灯時間により光量を制御するＰＷＭ制御において、図２４（Ａ）に示すように光量の増減により濃度を調整する方法では、例えば光量を５０％まで下げても、濃度の制御範囲は±０．０５〜±０．１程度であり、制御範囲が狭く限定される。これに対し、図２４（Ｂ）に示すようにコントラスト電位で濃度を調整するようにすると、制御範囲を広く確保することができ、例えばコントラスト電位を２５０Ｖ〜４５０Ｖの範囲で可変することで、濃度の制御範囲を±０．２程度確保することができる。

図２５は、図２２に示した画像濃度制御部で用いられるテストパターンを示している。テストパターン生成回路５５では、マイコン５１での最適作像条件及び最適光量の取得処理で用いられる次の３種類のテストパターン用の画像データが生成される。ここでは、図２５（Ａ）に示すように全体が黒で塗りつぶされたべた黒テストパターン、並びに白領域と黒領域とが混在する白黒テストパターンとして、図２５（Ｂ）に示すように４×４画素からなる白領域と黒領域とが規則的に交互に並び、白領域と黒領域とが斜め方向でのみ隣接するチェッカーフラグテストパターンと、図２５（Ｃ）に示すように４×４画素からなる領域の１画素のみが黒画素となり、１つの黒画素が周囲を白画素で囲まれた孤立点テストパターンとが用いられる。

図２６は、図２２に示した画像濃度制御部で行われる処理の要領を示している。マイコン（最適作像条件取得手段、最適光量取得手段）５１では、前記のとおり、まず、作像条件決定用のテストパターンの濃度に基づいて最適な作像条件を取得する最適作像条件取得の処理が行われ、この最適作像条件取得の処理では、図２６（Ａ）に示すように、作像条件決定用のテストパターンとして黒化率１００％のベタ黒テストパターンが用いられる。このベタ黒テストパターンは、光量を１００％に固定した上で高圧レーザパワーによりコントラスト電位を調整して、コントラスト電位が段階的に異なる複数回の作像が行われ、これにより得られたベタ黒テストパターンのトナー像の濃度から所定の濃度目標値となる最適なコントラスト電位が求められる。

次に、前記の最適作像条件取得の処理で得られた最適な作像条件に装置を設定した上で光量決定用のテストパターンの濃度に基づいて最適光量を取得する最適光量取得の処理が行われ、この最適光量取得の処理では、図２６（Ｂ）に示すように、光量決定用のテストパターンとして黒化率５０％のチェッカーフラグテストパターンと黒化率２５％の孤立点テストパターンが用いられる。これらのテストパターンは、図６に示した例と同様にして光量が段階的に異なる複数回の作像が行われ、これにより得られたチェッカーフラグ及び孤立点の各テストパターンごとのトナー像の濃度から所定の濃度目標値となる最適な光量がテストパターンごとに求められる。

べた黒テストパターンに対応する全黒形態では、最適作像条件取得の処理に基づく作像条件の設定により、光量１００％でほぼ適正濃度となるため、最適光量取得の処理は特に行われない。

図２７は、図２２に示した画像濃度制御部で行われる最適作像条件取得の処理の要領を示している。最適作像条件取得の処理では、図５に示した例と同様に、感光体ドラム１上に作像したべた黒テストパターンの濃度を第１フォトセンサ２１ａで検出するが、ここでは、ベタ黒テストパターンのみの作像がコントラスト電位を段階的に変化させて複数回行われ、コントラスト電位の異なる複数のトナー像の濃度をフォトセンサ２１ａで検出する。これで取得したセンサ出力値は、マイコン（最適作像条件取得手段）５１にて所定の出力目標値と比較され、最適コントラスト電位が求められる。

ここでは、コントラスト電位ＶＣ＝２５０Ｖ、３００Ｖ、３５０Ｖ、４００Ｖ、４５０Ｖの計５通りでベタ黒テストパターンの作像を行い、各コントラスト電位ごとのフォトセンサ２１ａの出力値のうち、出力目標値に最も近似するコントラスト電位を求め、これに対応する作像条件、すなわち帯電ローラ（帯電手段）２の帯電電圧ＶＯ、現像ローラ（現像手段）４の現像バイアス電圧Ｖｂ、及びＬＳＵ３（露光手段）のレーザパワー（露光強度）の各値を決定する。

このようにしてマイコン５１にて作像条件が決定されると、図２２に示したように、帯電ローラ２及び現像器５を駆動する高圧電源５６に対して帯電電圧及び現像バイアス電圧の各設定値がマイコン５１から出力され、またレーザー駆動回路２８に対してレーザパワーの設定値がマイコン５１から出力される。

図２８は、図２７に示したコントラスト電位の設定の別の例を示している。図２７に示した例では、レーザ光により露光される線画部の電位が一定になるように帯電電圧及び現像バイアス電圧を調整したが、この図２８に示す例では、帯電電圧及び現像バイアス電圧を一定のままでレーザパワーを段階的に変化させている。

図２９は、図２２に示した画像濃度制御部でのセンサ出力飽和時の処理の要領を示している。べた黒テストパターンでは、前記図１２に示したように、フォトセンサ（濃度検出手段）２１ａの出力が飽和して正確な濃度を検出することができないことがあり、このため、マイコン５１では、フォトセンサ２１ａの出力目標値を飽和域から外れた値に修正して最適コントラスト電位ＶＣ_optを求め、実際に設定するコントラスト電位ＶＣは最適コントラスト電位ＶＣ_optを所定の係数により補正して決定する。

図１２に示した例のように、濃度目標値を１．４として制御を行う際に、フォトセンサ２１の出力が画像濃度１．３で飽和してしまい、画像濃度１．４を検出することができない場合には、濃度目標値をセンサ出力の飽和域より低い値、例えば１．２に修正し、これに対応するコントラスト電位ＶＣを求める。そして、実際に画像を印字する際には、図２９に示すようにべた黒テストパターンでの濃度が１．４になるように前記の最適コントラスト電位ＶＣ_optが補正される。具体的には、次式のように補正係数Ｋ＝１．３３を最適コントラスト電位ＶＣ_optに乗じてコントラスト電位ＶＣが算出される。
ＶＣ＝ＶＣ_opt×Ｋ

図３０は、図２２に示した画像濃度制御部で行われる最適光量取得処理の要領を示している。画像形態判定部５２では、判定領域内の画素が全て黒画素となる全黒形態、判定領域内の注目画素のみが黒画素となる孤立点、判定領域内に注目画素を中心にして黒画素が直線上に並んだ孤立線、並びにこれらの形態を除くその他の形態の計４形態に判別される。光量決定部５３では、各々の形態に対応するテストパターンに基づく最適光量から画素ごとの光量が決定されるが、全黒形態に該当する画素は、最適作像条件取得の処理により光量１００％で最適化されているため、判定対象画素が全黒形態と判定されると、最適光量取得の処理は行われず、光量１００％のままとなる。

他方、判定対象画素が孤立点及び孤立線を構成する場合は、孤立点テストパターンによる最適光量ｄｕｔｙ₂に基づいて光量が決定される。判定対象画素がその他の形態に該当する場合は、チェッカーフラグテストパターンによる最適光量ｄｕｔｙ₁に基づいて光量が決定される。

図３１は、図２２に示した画像濃度制御部で行われる処理の手順を示すフロー図である。画像濃度制御部では、前記のとおり、まず最適作像条件取得の処理が行われた後（ステップ４０１〜４１０）、この最適作像条件取得の処理で取得した作像条件にて最適光量取得の処理が行われる（ステップ４１１〜４２０）。

最適作像条件取得では、まず光量を１００％に設定した上で（ステップ４０１）、コントラスト電位ＶＣ＝２５０Ｖ、３００Ｖ、３５０Ｖ、４００Ｖ、４５０Ｖの計５通りでベタ黒テストパターンを作像し（ステップ４０２〜４０６）、フォトセンサにてこれらのテストパターンのトナー像の濃度を読み取る（ステップ４０７）。そしてフォトセンサによる濃度の測定結果に基づいて最適なコントラスト電位ＶＣを算出し（ステップ４０８）、ついで図２９に示したセンサ出力飽和時の処理、すなわち所定の補正係数を最適コントラスト電位に乗じて実際に画像を印字する際のコントラスト電位を算出する処理が行われ（ステップ４０９）、さらにコントラスト電位に対応する作像条件、すなわち帯電電圧、現像バイアス電圧、及びレーザパワーの各値を算出する処理が行われる（ステップ４１０）。

最適光量取得では、前記の最適作像条件取得の処理で取得した作像条件に設定した上で、まず孤立点及びチェッカーフラグの各テストパターンを３通りの光量で作像し（ステップ４１１〜４１３）、フォトセンサにてこれらのテストパターンのトナー像の濃度を読み取る（ステップ４１４）。ついでフォトセンサによる濃度の測定結果に基づいて前記図６に示した手順と同様にして出力目標値との比較により次の光量４，５，６の値を決定する処理が行われる（ステップ４１５）。そしてこれらの光量で孤立点及びチェッカーフラグの各テストパターンを作像し（ステップ４１６〜４１８）、フォトセンサにてこれらのテストパターンのトナー像の濃度を読み取り（ステップ４１９）、ここでのフォトセンサによる濃度の測定結果に基づいて孤立点及びチェッカーフラグの各テストパターンに対応する光量を決定する処理が行われる（ステップ４２０）。

なお、前記の最適作像条件取得及び最適光量取得の処理は、前記図１５に示した例と同様にして、前回の最適作像条件取得及び最適光量取得の処理から所定時間（例えば８時間）経過した場合に実行される。

図１６は、実際に形成されるトナー像の状況を示している。これは、２ドットラインペア、すなわち幅が２画素の線を２画素おきに形成した場合に、線として解像可能か否かを検証するものである。（Ｂ）に示すように本発明による画像濃度調整を行わない場合は、線の潰れが顕著で線を識別することが難しいが、（Ａ）に示すように本発明による画像濃度調整を行うと、線の潰れが適切に抑えられて線を明瞭に識別することができる。

図１７は、チェッカーフラグテストパターンにおけるダイナミックレンジ向上の状況を示している。図１８は、チェッカーフラグテストパターンの違いによるダイナミックレンジの差を示している。図１７（Ａ）に示す２ラインの場合には、２ラインの幅が８５μｍ（６００ｄｐｉの場合）となるセンサ出力値が、第１のチェッカーフラグテストパターンでは１．３Ｖとなるのに対して、第２のチェッカーフラグテストパターンでは２．１Ｖとなり、第２のチェッカーフラグテストパターンの場合がより高い値を示す。（Ｂ）に示すように３ラインの場合でも、同様の傾向となる。

このように第２のチェッカーフラグテストパターンでは、第１のチェッカーフラグテストパターンに比較して、出力値が高くなる領域でセンサが使用されることになり、このため、図１８に示すように、第２のチェッカーフラグテストパターンでは、第１のチェッカーフラグテストパターンに比較してダイナミックレンジが大きくなり、センサの検出精度を高めることができる。

図１９は、中間調の画像データを誤差拡散２値化処理したときに得られる画像を部分的に拡大して示している。図２０は、実際に形成されるトナー像の状態を示している。図２０（Ａ）では、本発明による２値誤差拡散処理を伴う画像濃度制御によりトナー像の太り・細りが適正に制御され、誤差拡散２値化処理により得た元データの模様がトナー像で適切に再現されていることが認められる。

図２１は、２５６階調の中間調データに対する出力画像濃度の変動状況を示している。誤差拡散２値化処理を伴う画像濃度制御を行わない場合（図中の比較例１・２・３の各ケース）では、環境変化や経時変化によりγカーブが変化するのに対して、本発明による誤差拡散２値化処理を伴う画像濃度制御を行うと、γカーブの傾きが小さくなり、リニアに近い特性で安定させることができる。これは、中間調の階調再現性に優れていることを示している。

本発明にかかる画像濃度制御装置及び画像形成装置は、感光体の劣化や環境条件の変化に影響されることなく適切な画像濃度を安定して得ることができる効果を有し、露光手段により感光体上に形成された潜像をトナーにより現像することで得られるトナー像の濃度を制御する画像濃度制御装置、及びこの種の画像濃度制御装置を備えた画像形成装置などとして有用である。

本発明による画像形成装置を示す模式的な断面図 図１に示した画像形成装置における画像濃度制御部の概略構成の第１の例を示すブロック図 図２に示した画像濃度制御部で用いられるテストパターンを示す図 図３に示したチェッカーフラグテストパターンにおける光量の違いに応じたトナー像の形成状況を示す図 図２に示した画像濃度制御部でのテストパターンの作像状況を模式的に示す斜視図 図２に示した画像濃度制御部での最適光量取得の要領を示す図 図２に示した画像濃度制御部での画像形態判定の要領を示す図 図２に示した画像濃度制御部での画像形態判定及び光量決定の要領を示す図 図８に示した処理の手順を示すフロー図 図２に示した画像濃度制御部での画像形態判定及び光量決定の要領の別の例を示す図 図１０に示した処理の手順を示すフロー図 図２に示した画像濃度制御部でのセンサ出力飽和時の処理の要領を示す図 同じく図２に示した画像濃度制御部でのセンサ出力飽和時の処理の要領を示す図 図２に示した画像濃度制御部での誤差拡散２値化処理の要領を示すブロック図 図２に示した画像濃度制御部での最適光量取得の動作タイミングを示すフロー図 実際に形成されるトナー像の状況を示す図 チェッカーフラグテストパターンにおけるダイナミックレンジ向上の状況を示す図 チェッカーフラグテストパターンの違いによるダイナミックレンジの差を示す図 中間調の画像データを誤差拡散２値化処理したときに得られる画像を部分的に拡大して示す図 実際に形成されるトナー像の状態を示す図 ２５６階調の中間調データに対する出力画像濃度の変動状況を示す図 図１に示した画像形成装置における画像濃度制御部の第２の例の概略構成を示すブロック図 図２２に示した画像濃度制御部で行われる処理の目的を説明する図 図２２に示した画像濃度制御部で行われる処理の意義を説明する図 図２２に示した画像濃度制御部で用いられるテストパターンを示す図 図２２に示した画像濃度制御部で行われる処理の要領を示す図 図２２に示した画像濃度制御部で行われる最適作像条件取得の処理の要領を示す図 図２７に示したコントラスト電位の設定の別の例を示す図 図２２に示した画像濃度制御部でのセンサ出力飽和時の処理の要領を示す図 図２２に示した画像濃度制御部で行われる最適光量取得処理の要領を示す図 図２２に示した画像濃度制御部で行われる処理の手順を示すフロー図

符号の説明

１ 感光体ドラム
３ ＬＳＵ（露光手段）
５ 現像器（現像手段）
２１ フォトセンサ（濃度検出手段）
２２ マイコン（最適光量取得手段）
２３ 画像形態判定部
２４ 光量決定部
２５ パターン検出・光量決定回路
２６ テストパターン生成回路
２７ レーザー変調回路（露光制御手段）
２８ レーザー駆動回路
２９ データ変換部
５１ マイコン（最適作像条件取得手段、最適光量取得手段）
５２ 画像形態判定部
５３ 光量決定部
５４ パターン検出・光量決定回路
５５ テストパターン生成回路

Claims (32)

1. 感光体上に作像されたテストパターンのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記感光体上に作像した複数のテストパターンごとのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて前記複数のテストパターンごとの最適光量を取得する最適光量取得手段と、
   処理対象画像に対して所定の判定領域単位で画像形態を判定する画像形態判定手段と、
   この画像形態判定手段により取得した画像形態に対応する前記テストパターンの最適光量に基づいて前記処理対象画像を作像する光量を決定する光量決定手段とを具備することを特徴とする画像濃度制御装置。
2. 前記最適光量取得手段は、トナー像の濃度の評価に適した第１のテストパターンと、トナー像の太り具合の評価に適した第２のテストパターンとの各々の最適光量を取得し、
   前記画像形態判定手段は、トナー像の濃度を高めることが要求される第１の画像形態と、トナー像の太りを抑えることが要求される第２の画像形態とのいずれに該当するかを判定し、
   前記光量決定手段は、前記第１の画像形態となる場合に前記第１のテストパターンの最適光量に基づいて光量を決定し、前記第２の画像形態となる場合に前記第２のテストパターンの最適光量に基づいて光量を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
3. 前記第１のテストパターンが、全体が黒で塗りつぶされたべた黒テストパターンであり、前記第２のテストパターンが、白領域と黒領域とが混在する白黒テストパターンであることを特徴とする請求項２に記載の画像濃度制御装置。
4. 前記最適光量取得手段は、前記濃度検出手段においてトナー像の太り具合の判別精度が向上するように白領域と黒領域との比率が設定された前記白黒テストパターンを用いることを特徴とする請求項３に記載の画像濃度制御装置。
5. 前記第１の画像形態が、前記判定領域内の画素が全て黒画素となる全黒形態であり、前記第２の画像形態が、前記全黒形態を除く白黒混在形態であることを特徴とする請求項２に記載の画像濃度制御装置。
6. 前記第２の画像形態のうち、１つの黒画素からなる孤立点、並びに１つの黒画素が並んで形成される孤立線に該当する場合に、前記光量決定手段は、前記白黒テストパターンの最適光量を所定の係数により補正して光量を決定することを特徴とする請求項５に記載の画像濃度制御装置。
7. 前記最適光量取得手段は、前記濃度検出手段の出力が飽和する場合に、前記濃度検出手段の出力目標値を飽和域から外れた値に修正して最適光量を求め、前記光量決定手段は、前記最適光量取得手段で取得した最適光量を所定の係数により補正して光量を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
8. 感光体上に作像されたテストパターンのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、
   所定の基準光量で前記感光体上に作像した作像条件決定用のテストパターンのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて最適な作像条件を取得する最適作像条件取得手段と、
   この最適作像条件取得手段により取得した最適作像条件に設定した上で前記感光体上に作像した光量決定用のテストパターンのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて最適光量を取得する最適光量取得手段と、
   処理対象画像に対して所定の判定領域単位で画像形態を判定する画像形態判定手段と、
   この画像形態判定手段により取得した画像形態が、前記作像条件決定用のテストパターンに対応するものである場合には前記基準光量に基づいて光量を決定し、他方、前記光量決定用のテストパターンに対応するものである場合には前記最適光量取得手段にて取得した最適光量に基づいて光量を決定する光量決定手段とを具備することを特徴とする画像濃度制御装置。
9. 前記作像条件決定用のテストパターンは、全体が黒で塗りつぶされたべた黒テストパターンであり、前記光量決定用のテストパターンは、白領域と黒領域とが混在する白黒テストパターンであり、
   前記最適作像条件取得手段は、制御範囲の上限を前記基準光量として前記べた黒テストパターンの作像を行わせ、
   前記画像形態判定手段は、前記判定領域内の画素が全て黒画素となる全黒形態とこの全黒形態を除く白黒混在形態とのいずれに該当するかを判定し、
   前記光量決定手段は、前記全黒形態となる場合に前記基準光量に基づいて光量を決定し、前記白黒混在形態となる場合に前記白黒テストパターンの最適光量に基づいて光量を決定することを特徴とする請求項８に記載の画像濃度制御装置。
10. 前記光量決定用のテストパターンとなる白黒テストパターンは、白領域と黒領域とが規則的に交互に並ぶチェッカーフラグテストパターン、並びに１つの黒画素が周囲を白画素で囲まれた孤立点テストパターンであることを特徴とする請求項９に記載の画像濃度制御装置。
11. 前記作像条件は、帯電手段及び現像手段の電圧条件と露光手段の露光強度とにより規定されるコントラスト電位であることを特徴とする請求項８に記載の画像濃度制御装置。
12. 前記最適作像条件取得手段は、前記濃度検出手段の出力が飽和する場合に、前記濃度検出手段の出力目標値を飽和域から外れた値に修正して最適作像条件を求め、前記処理対象画像を作像するために作像条件を設定する際に、前記最適作像条件取得手段で取得した最適作像条件を所定の係数により補正して作像条件を決定することを特徴とする請求項８に記載の画像濃度制御装置。
13. 前記光量決定手段により決定された光量に応じて画素単位の光源点灯時間を制御する露光制御手段を具備することを特徴とする請求項１若しくは請求項８に記載の画像濃度制御装置。
14. 処理対象画像が多値データである場合に、前記画像形態判定手段の処理に先立って、当該処理対象画像のデータを誤差拡散法により２値化するデータ変換手段を具備することを特徴とする請求項１若しくは請求項８に記載の画像濃度制御装置。
15. 前記最適光量取得手段は、前記テストパターンの作像により最適光量を取得する最適光量取得処理を、前回の最適光量取得処理から所定時間経過した場合に実行することを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
16. 前記最適作像条件取得手段及び最適光量取得手段は、前記テストパターンの作像により最適作像条件及び最適光量の取得処理を、前回の最適作像条件及び最適光量の取得処理から所定時間経過した場合に実行することを特徴とする請求項８に記載の画像濃度制御装置。
17. 感光体と、この感光体上に潜像を形成する露光手段と、前記感光体上の潜像をトナーにより現像する現像手段と、これにより得られるトナー像の濃度を制御する画像濃度制御手段とを有する画像形成装置であって、
    前記画像濃度制御手段は、前記感光体上に作像されたテストパターンのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、
    前記感光体上に作像した複数のテストパターンごとのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて前記複数のテストパターンごとの最適光量を取得する最適光量取得手段と、
    処理対象画像に対して所定の判定領域単位で画像形態を判定する画像形態判定手段と、
    この画像形態判定手段により取得した画像形態に対応する前記テストパターンの最適光量に基づいて前記処理対象画像を作像する光量を決定する光量決定手段とを具備することを特徴とする画像形成装置。
18. 前記最適光量取得手段は、トナー像の濃度の評価に適した第１のテストパターンと、トナー像の太り具合の評価に適した第２のテストパターンとの各々の最適光量を取得し、
    前記画像形態判定手段は、トナー像の濃度を高めることが要求される第１の画像形態と、トナー像の太りを抑えることが要求される第２の画像形態とのいずれに該当するかを判定し、
    前記光量決定手段は、前記第１の画像形態となる場合に前記第１のテストパターンの最適光量に基づいて光量を決定し、前記第２の画像形態となる場合に前記第２のテストパターンの最適光量に基づいて光量を決定することを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
19. 前記第１のテストパターンが、全体が黒で塗りつぶされたべた黒テストパターンであり、前記第２のテストパターンが、白領域と黒領域とが混在する白黒テストパターンであることを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
20. 前記最適光量取得手段は、前記濃度検出手段においてトナー像の太り具合の判別精度が向上するように白領域と黒領域との比率が設定された前記白黒テストパターンを用いることを特徴とする請求項１９に記載の画像形成装置。
21. 前記第１の画像形態が、前記判定領域内の画素が全て黒画素となる全黒形態であり、前記第２の画像形態が、前記全黒形態を除く白黒混在形態であることを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
22. 前記第２の画像形態のうち、１つの黒画素からなる孤立点、並びに１つの黒画素が並んで形成される孤立線に該当する場合に、前記光量決定手段は、前記白黒テストパターンの最適光量を所定の係数により補正して光量を決定することを特徴とする請求項２１に記載の画像形成装置。
23. 前記最適光量取得手段は、前記濃度検出手段の出力が飽和する場合に、前記濃度検出手段の出力目標値を飽和域から外れた値に修正して最適光量を求め、前記光量決定手段は、前記最適光量取得手段で取得した最適光量を所定の係数により補正して光量を決定することを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
24. 感光体と、この感光体上に潜像を形成する露光手段と、前記感光体上の潜像をトナーにより現像する現像手段と、これにより得られるトナー像の濃度を制御する画像濃度制御手段とを有する画像形成装置であって、
    前記画像濃度制御手段は、前記感光体上に作像されたテストパターンのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、
    所定の基準光量で前記感光体上に作像した作像条件決定用のテストパターンのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて最適な作像条件を取得する最適作像条件取得手段と、
    この最適作像条件取得手段により取得した最適作像条件に設定した上で前記感光体上に作像した光量決定用のテストパターンのトナー像の濃度を前記濃度検出手段に検出させてその検出結果に基づいて最適光量を取得する最適光量取得手段と、
    処理対象画像に対して所定の判定領域単位で画像形態を判定する画像形態判定手段と、
    この画像形態判定手段により取得した画像形態が、前記作像条件決定用のテストパターンに対応するものである場合には前記基準光量に基づいて光量を決定し、他方、前記光量決定用のテストパターンに対応するものである場合には前記最適光量取得手段にて取得した最適光量に基づいて光量を決定する光量決定手段とを具備することを特徴とする画像形成装置。
25. 前記作像条件決定用のテストパターンは、全体が黒で塗りつぶされたべた黒テストパターンであり、前記光量決定用のテストパターンは、白領域と黒領域とが混在する白黒テストパターンであり、
    前記最適作像条件取得手段は、制御範囲の上限を前記基準光量として前記べた黒テストパターンの作像を行わせ、
    前記画像形態判定手段は、前記判定領域内の画素が全て黒画素となる全黒形態とこの全黒形態を除く白黒混在形態とのいずれに該当するかを判定し、
    前記光量決定手段は、前記全黒形態となる場合に前記基準光量に基づいて光量を決定し、前記白黒混在形態となる場合に前記白黒テストパターンの最適光量に基づいて光量を決定することを特徴とする請求項２４に記載の画像形成装置。
26. 前記光量決定用のテストパターンとなる白黒テストパターンは、白領域と黒領域とが規則的に交互に並ぶチェッカーフラグテストパターン、並びに１つの黒画素が周囲を白画素で囲まれた孤立点テストパターンであることを特徴とする請求項２５に記載の画像形成装置。
27. 前記作像条件は、帯電手段及び現像手段の電圧条件と露光手段の露光強度とにより規定されるコントラスト電位であることを特徴とする請求項２４に記載の画像形成装置。
28. 前記最適作像条件取得手段は、前記濃度検出手段の出力が飽和する場合に、前記濃度検出手段の出力目標値を飽和域から外れた値に修正して最適作像条件を求め、前記処理対象画像を作像するために作像条件を設定する際に、前記最適作像条件取得手段で取得した最適作像条件を所定の係数により補正して作像条件を決定することを特徴とする請求項２４に記載の画像形成装置。
29. 前記光量決定手段により決定された光量に応じて画素単位の光源点灯時間を制御する露光制御手段を具備することを特徴とする請求項１７若しくは請求項２４に記載の画像形成装置。
30. 処理対象画像が多値データである場合に、前記画像形態判定手段の処理に先立って、当該処理対象画像のデータを誤差拡散法により２値化するデータ変換手段を具備することを特徴とする請求項１７若しくは請求項２４に記載の画像形成装置。
31. 前記最適光量取得手段は、前記テストパターンの作像により最適光量を取得する最適光量取得処理を、前回の最適光量取得処理から所定時間経過した場合に実行することを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
32. 前記最適作像条件取得手段及び最適光量取得手段は、前記テストパターンの作像により最適作像条件及び最適光量の取得処理を、前回の最適作像条件及び最適光量の取得処理から所定時間経過した場合に実行することを特徴とする請求項２４に記載の画像形成装置。
    

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