JP2005084555A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 感光体ドラムの回転変動を適切に補正できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 回転むら演算部2は所定時間(例えば数時間)毎に制御部3からモータ5に供給する制御値を解析し、回転むらの増減を検知し、画像形成処理時に回転むらが原因の画像の乱れを補正するか否かを判定し、画像補正処理部7に対して、画像補正が必要か否かを通知する。画像補正処理部7は補正が指示されたら、隣接するラインの濃度等を参照して濃度補正等の画像処理を施す。画像書込み部8は、この画像処理が施された画像データを所定の密度(例えば400dpiなら1ミリメートルあたりおよそ16ライン)で感光体ドラム1へ書き込む。
【選択図】 図1


Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に感光体ドラムを有する画像形成装置の濃度むら補正に関する。
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、モータ自体の回転速度変動、回転軸、ギア等の偏心やピッチ誤差などの影響により、感光体ドラム等に回転むらが発生し、副走査方向の走査ラインのピッチムラが生じ、これがバンディングと呼ばれる縞状の濃度むらとなり、画質を劣化させるという問題があった。
このような問題を解決するため、従来、一般的には大重量のフライホイールを用いて、回転体の回転むらを抑制していた。
また、ロータリーエンコーダを用いてエンコーダからの出力をフィードバックして、モータの回転を補正し、回転むらを制御する方法もある(例えば特許文献1および特許文献2参照)。
特開平7−129034号公報 特開平7−281491号公報
しかし、フライホイールを用いる方法では、十分な効果を得るためには、数十Kgもの大重量のフライホイールを用いる必要があり、装置の大型化、コスト高につながっていた。また、フライホイールをなくし、ロータリーエンコーダを用いて回転むらを制御する方法では、低周波域の周波数については効果が得られるものの、高周波域の周波数については、デジタル制御システムでは時間遅れ等が問題となり、十分に制御帯域を上げることができず、十分な制御効果を得ることができないという問題があった。
また、高周波域の周波数に対して、あらかじめ回転変動を打ち消すようなパターンをメモリに記憶させておき、記憶パターンに基づき制御を行なう方法もあるが、温度変化等の環境変化や経時変化により回転変動パターンが変化するとメモリに記憶された固定のパターンでは対応できないという問題もある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、所定の間隔毎に所定周波数の振幅および書き込みラインの変動を検出し、過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、その変化量に応じて感光体の回転制御および書き込み補正を行なうことで、感光体ドラムの回転変動を適切に補正できる画像形成装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の画像形成装置は、感光体の回転変動を検出する回転変動検出手段と、該回転変動検出手段の結果をもとに前記感光体の回転駆動制御指令値を決定する制御値決定手段と、前記制御指令値より所定周波数の振幅を検出して回転補正量を決定する回転むら演算手段と、前記回転変動検出手段の結果をもとに画像ずれを検出する画像ずれ検出手段と、該画像ずれ検出手段及び前記回転むら演算手段の結果をもとに画像補正を行なう画像補正手段とを有し、前記制御値決定手段は、前記回転変動検出手段が検出した回転変動に、前記回転むら演算手段が決定した補正量を付加して感光体の回転制御を行なうことを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記回転むら演算手段は、所定の間隔毎に過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、前記画像補正手段は前記振幅の変化量に応じて画像補正を行なうことを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記回転むら演算手段は、所定の間隔毎に過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、前記振幅の変化量が所定のしきい値を越えている場合は、画像補正手段に画像補正を指示することを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記回転むら演算手段は、所定の間隔毎に過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、前記振幅の変化量が所定のしきい値を越えている場合は、所定周波数の周辺部の所定振幅をもつ周波数を補正量とし、さらに前記画像補正手段に画像補正を指示することを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記回転むら演算手段は、所定の間隔毎に過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、前記振幅の変化量に応じて前記振幅の比較の間隔を変更することを特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記画像補正手段は、前記画像ずれ検出手段にてずれがあると判定された画像データに対応する部分の画像補正を行なうことを特徴とする。
本発明によれば、大重量のフライホイールを必要せず、制御帯域を十分にとれないような高周波域の周波数に対しても、あらかじめ回転変動を打ち消すような補正量を加えることで回転むらが軽減できる。
また、補正量は固定的でなく、所定の時間間隔で所定周波数の振幅を検出し、過去の振幅と現在の振幅とを比較して、その変化量に応じて画像補正を行なうことで、温度変化等の環境変化や経時変化などがあった場合でも対応でき、適切に感光体ドラムの回転変動を補正することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の画像形成装置の要部基本構成を示す図である。1は感光体ドラム、2は回転むら演算部、3は制御部、4は駆動部、5はモータ、6は所定の分解能(数千パルス以上が望ましい)をもつロータリーエンコーダ、7は画像補正処理部、8は画像書き込み部である。
ロータリーエンコーダ6(以降単にエンコーダと記す)は、感光体ドラム1の回転変動を制御部3に伝え、制御部3は回転変動を打ち消す回転駆動制御電流を駆動部4に与え、モータ5の回転むらを制御する。
回転むら演算部2は所定時間(例えば数時間)毎に制御部3からモータ5に供給する制御値を解析し、回転むらの増減を検知し、画像形成処理時に回転むらが原因の画像の乱れを補正するか否かを判定し、画像補正処理部7に対して、画像補正が必要か否かを通知する。画像補正処理部7は補正が指示されたら、隣接するラインの濃度等を参照して濃度補正等の画像処理を施す。画像書込み部8は、この画像処理が施された画像データを所定の密度(例えば400dpiなら1ミリメートルあたりおよそ16ライン)で感光体ドラム1へ書き込む。
図2は、回転むら演算部2が行なう回転むら補正処理の流れを示すフローチャートである。回転むら演算部2では、エンコーダ6から出力されたパルスをもとに、回転むらの演算処理を行ない、回転むらに応じた回転補正処理を行なう。なお、この処理は前述のように通常は所定の時間(数時間)毎にタイマ等の割り込みにより起動される。最初の起動は電源投入時である。
図2の流れに沿い処理の流れを説明すると、最初に再作成フラグの判別を行なう(ステップ201)。本実施例では、画像形成装置全体を示さないが、工場出荷時には後述する基準補正データ等が設定され、再作成フラグはオフが設定されている。設置後の最初の起動時には、再作成フラグがオフの状態で、この処理は開始される。再作成フラグがオフの場合は、基準元データ作成処理(ステップ210)が行われる。この時、制御部3に基準補正データを加えた電流値データを取得するようにしてもよい。その場合は、現在の回転制御パラメータ(基準補正データ等)での回転むらを検出することができる。そして、レベルチェック処理(ステップ211)、画像ずれチェック(ステップ212)、画像補正判定(ステップ213)、補正フラグ設定(ステップ214)の順で処理を行なう。この一連の処理はおよそ数時間の時間間隔tc毎に実行される。一方、再作成フラグがオンの場合は、基準元データ作成処理(ステップS202)、基準補正データ作成・登録(ステップ203)、画像位置データ作成・登録(ステップ204)を実行したあと、再作成フラグをオフにして呼び出し元に復帰する。詳細は後述するが、再作成フラグがオフになっていると、次回の起動時には、基準補正データ、画像位置データ等の再作成が行われない代わりに、コピー動作時に濃度補正等の画像補正を行なうか否か、およびその次の起動で再作成するか否かのチェックが実行される。
例えば、ある時刻でこの処理が再作成フラグがオフで起動された時に、回転むらが増大したことが判明すると、次に起動される時には、基準補正データ、画像位置データ等を再作成し、それまでは(この処理が次に起動されるまで)、補正フラグはオンとなり、画像形成時の画像補正が実行されることになる。
図3は、回転むら演算部2が行なう基準元データ作成処理(ステップ202、ステップ210)のフローチャートである。以下同図を参照して同処理を詳細に説明する。
エンコーダ6に任意の回転位置にホームポジションを設けておき(ステップ21)、ホームポジションになったら、制御部3から出力される制御値データの取得を開始する(ステップ22)。制御値データは、例えば、モータ駆動する際に与える電流値相当のものである。制御値データの取得は数秒以上の時間行ない、n回転分のデータを取得する。図4は、制御値データの波形の例を示す図である。以下、図4〜図6では、縦軸は電流値相当、横軸は時間である。回転むら演算部2では、回転毎にホームポジションの判別を行ない、回転数を正確に測定するようにしている。
次に、取得した制御値データにFFT(高速フーリエ変換)を施し、時間軸上のデータを周波数軸上のデータに変換を行ない(ステップ23)、例えば、BPF(バンドパスフィルタ)処理などにより、回転むらが問題となっている所定の周波数帯域及び、1回転相当の周波数を抽出する(ステップ24)。ここで、所定の周波数帯域とは、主にゲイン交差周波数周辺部以降の高周波数帯域を指すが、高周波数帯域に限定するものではない。
次に、抽出した所定の周波数帯域に対して、逆FFTを施し(ステップ25)、再度、時間軸上のデータに戻す。図5は抽出した所定周波数での波形の例を示す図である。また、1回転相当の周波数に対しても同様の処理を行なう。
事前処理のみに限定するが、回転むらが問題となっている所定の周波数帯域の周辺部のいくつかの周波数についても、同様の処理を行ない、いくつかの周波数について時間軸上のデータを得る。ここで、得られた各々の周波数について、振幅のPeak to Peakレベルが所定以上の各々の周波数をf_env(fi)とする。
そして、回転むらが問題となっている抽出した所定周波数に対して以下の平均化処理を行なう(ステップ26)。まずn回転分のこの抽出データを各々の回転毎に区切り、各回転毎のデータを用いて平均処理する。すなわち、m回転目の周波数データをfm(t')とすると、
f_ave(t')=Σfm(t')/n(m=1〜n,t'=0〜T)
ここで、Tは、1回転分の時間である。
図6は、問題となっている周波数の1回転分の平均波形の例を示す図である。以下、このデータを基準元データと記す。この基準元データそのものが基準補正データとなる。この基準補正データは、ROMなどのメモリに保持しておく(図2のステップ203)。そして、この基準元データを逆位相としたものが抽出した所定周波数の変動におおよそ相当している。図7に例を示す。縦軸が変動量、横軸が時間である。
同様に、1回転相当の周波数に対して以下の処理を行なう。
n回転分のこの抽出データを各々の回転毎に区切り、各回転毎のデータを用いて平均処理する。すなわち、m回転目の周波数データをf1m(t')とすると、
f1_ave(t')=Σf1m(t')/n(m=1〜n,t'=0〜T)
ここで、Tは1回転分の時間である。
次に図8を用いて、制御部3の構成および動作を説明する。制御対象(本実施例ではモータ)に対して、基準補正データをフィードフォワードデータとして加味し、フィードバック制御を行ない、所定周波数帯域の回転むらを軽減させる。基準補正データを加えることで、変動が打ち消される形となるので、振幅が抑制され、回転むらが軽減する。もちろん、低周波域の周波数についても上記制御により回転むらを低減する効果が得られる。なお、基準補正データは、ホームポジションより加味されるようにする。コントローラへの入力は、制御対象からの出力、すなわち、エンコーダ6からの角度に相当する出力値と目標値との差分である。コントローラからの出力は、電流値相当のものとなる。また、高周波域の周波数に対して、あらかじめ、基準補正データをメモリに記憶させておくが、経時変化等がなく、常時、回転データの再現性が得られる場合は、この基準補正データを一定にしても良いが、本発明では、温度変化等の環境変化や経時変化などがあった場合にも対応できるようにしている。
次に、再び図2を参照して画像位置データの作成について説明する。
画像形成装置の調整工程段階にて、事前に基準となる画像補正用データを作成する。以下、画像位置データと記す。画像書き込み部8では、感光体ドラム1に対して、およそ数100μs以下の時間間隔tlで、レーザー書き込みがなされ潜像が形成される。その後は、現像器で感光体にトナーを付着させて現像し、転写器で像が転写ベルトに転写され、最終的に紙に画像を定着させる(図示せず)。
まず、エンコーダ6にて、前述のように、所定のホームポジションを設けておく。ホームポジションになったら、画像位置データ作成用に、エンコーダ6から出力されるパルスの取得を開始し、用紙1枚分相当を処理する時間tx継続する。txは感光体の回転速度にもよるが、A3用紙でおよそ1秒程度である。図9はエンコーダ6から所定時間に出力されるパルスの数を示す図である。同図において、縦軸は前述の時間間隔tl(数100μs以下)でのパルス数、横軸は時間である。感光体ドラム1等の回転に変動がない場合は、点線で示すようにパルス数は一定になるが、変動がある場合は、実線で示すような分布となる。この変動をもとに画像位置データを作成する。
図10は、画像位置データの例を示す図である。横軸は書き込みライン番号l_no、縦軸は、用紙1枚分相当の書き込みに要する時間tx毎における書き込みライン番号l_noへ書き込みされる画像データのライン番号Ix(l_no)である。例えば、l_no=1、Ix(1)=1は、感光体ドラム1での書き込みラインの1番目に、画像データでの1ラインの画像データが書き込みされることを意味する。感光体ドラム1に回転むら等の変動がない場合の所定時間間隔tlでのパルス数をPt、任意の書き込みライン番号l_noでの時間間隔tlでのパルス数をP(l_no)とすると、
Ix(l_no)=Ix(l_no-1)+P(l_no)/Pt
となり、Ix(l_no)が画像位置データとなる。
感光体ドラム1等の回転に変動がない場合は、点線で示すようにl_no=Ix(l_no)となるが(l_noラインには、Ix(l_no)ラインの画像データを書き込むと設定している場合)、変動がある場合は、実線で示すような分布となる。書き込みライン番号は、所定時間tiにおいて連続させる(ti<tx)。事前に作成したIx(l_no)をI0(l_no)と表記する。時間txに到達後は、l_noをリセットする。そして、リセット後はホームポジション検出後に同様の処理を行なう。
次に、図2のレベルチェック処理(ステップ211)について説明する。このレベルチェック処理は、回転の振幅が前回より増大したか減少したかをチェックするものである。ステップ202あるいはステップ210によりj回目の処理で得られた基準元データをfjと記す(j≧1)。また、j-1回目の処理で得られた基準元データをfiと記す。0回目は装置の調整工程段階(出荷前)の事前処理に相当する。
fiにおける1回転分周期の積分値をfi_s、fjにおける1回転分周期の積分値をfj_sとして両者を比較する。なお、fi_s、fj_sを得る方法は、積分に限定するものではない。例えば、簡略的にはfi、fjでの、それぞれの振幅のPeak to Peakをfi_s、fj_sとしても所定の精度が得られるならば良い。
そして、fs_thrd_h<fj_s/fi_sのときは、振幅が所定のレベルより増幅している状態で、レベルHと記す。ここで、fs_thrd_h>1とする。・・・A)
また、fs_thrd_l<fj_s/fi_s<1のときは、振幅が所定のレベルより減衰している状態で、レベルLと記す。ここで、fs_thrd_l<1とする。・・・B)
そして、fs_thrd_l2<fj_s/fi_s<fs_thrd_lのときは、振幅が所定のレベルより減衰している状態でレベル0と記す。または、fj_sが所定量fj_thrd以下のときは、レベル0とする。ここで、fs_thrd_l2<fs_thrd_l<1とする。・・・C)
A)、B)、C)以外のときは、振幅の変動がみられない状態で、レベルMと記す。・・・D)
レベルチェックでは、振幅の変化により、H、M、L、0のレベルが設定される。
次に図2の画像ずれチェック(ステップ212)について説明する。前記、画像位置データI0(l_no)と所定の時間間隔後の画像位置データIx(l_no)の比較を次のように行なう。
用紙1枚分における書き込みライン数をtotal_l_noとする。
各出力枚数毎の、total_l_no分について以下の比較を行なう。
|Ix(l_no)-I0(l_no)|>flut_thrd・・・E)
そして、上記条件を満たすライン数をflut_coとする。また、これを満足するl_noに対して
over_line(l_no)=1;
満たさないl_noに対しては
over_line(l_no)=0;
とする。
ここで、flut_thrdは所定のしきい値、over_line(l_no)はE)の判定情報を格納するものである。さらに、flut_coを変動有無を判別するためのしきい値img_flut_thrdと比較を行なう。ここで
flut_co>img_flut_thrd・・・F)
を満足する場合は、画像ずれ変動ありとし、そうでない時は画像ずれ変動なしとする。
次に図2の画像補正判定(ステップ213)について説明する。
前記レベル0、Lのときは、基準補正データを用いて補正を行なうことにより、振幅が所定量抑制されたので、画像補正判定では何も行なわない(補正フラグはオフ)。また、前記レベル0については、基準補正データの再作成も行なわない(再作成フラグはオフ)。前記レベルLについては、基準補正データの再作成を行なう(再作成フラグはオン)。基準補正データの再作成については後述する。画像補正判定で何も行なわない場合は、感光体ドラム1のl_noラインに、Ix(l_no)ラインの画像データがそのまま書き込まれる形となる。前記レベルM、Hのときは、基準補正データを用いて補正を行なったが、補正の効果が少ないか、または経時変化、環境温度等の何らかの変化によりフィードフォワード補正が働かなくなった可能性があるので、画像補正を行なう(補正フラグはオン)。また、基準補正データの再作成を行なう(再作成フラグはオン)。
また、前記レベルHについては、以下の処理を行なう。
基準補正データを以下のように更新する。
前記、基準補正データを時間を無限にして正弦波で表したものをf_sin(2π×f×t)とする。f_sin(2π×f×t)の周辺の所定範囲について、以下の周波数相当の基準補正データを得る。
A(i)×f_sin(2π×(f+df×i)t)(i=1〜)...X)
B(i)×f_sin(2π×(f-df×i)t)(i=1〜)...Y)
A(i)、B(i)は所定の係数で、回転むらが問題となっている所定の周波数帯域でのバンディングが目立ちにくいレベルとなるような係数が各々設定される。dfは所定幅の周波数である。ここで、前記f_env(fi)の周波数については、この処理は行なわない。図11、12に各々、X)、Y)の例を示す。
補正効果が望めないので、回転むらが問題となっている所定の周波数帯域の周辺部の周波数に回転むらがなく、前記周波数帯域のみの回転むらが目立っている場合は、逆に周辺部の周波数に相応の回転むらを与えることで、単一周期のバンディングは視覚上目立ちにくくなるので擬似的なバンディング軽減効果が得られる。さらに、画像補正処理を行なう(補正フラグはオン)。画像補正処理を行なうことで、視覚的にバンディングを目立たなくさせる。
画像補正処理部7では、前記E)の条件を満たしたライン、すなわち、over_line(l_no)=1になっているラインでの画像データIx(l_no)及び、I0(l_no)ラインの画像データに対して、濃度補正等の階調処理、両データからの補間処理等の画像補正を行なう。前記レベルMについては、以下の処理を行なう。
前記F)の条件を満たし、画像ずれ変動ありとされた場合は、補正フラグをオンにして以下の処理を行なう。
前記E)の条件を満たしたライン、すなわち、over_line(l_no)=1になっているラインでの画像データIx(l_no)及び、I0(l_no)ラインの画像データに対して、濃度補正等の階調処理、両データからの補間処理等の画像補正を行なう。
前記F)の条件を満たさず、画像ずれ変動なしとされた場合は、画像補正処理を行なわない。
以上、再作成フラグがオンでない場合の流れを示したが、ここで、j回目の処理以前にて、過去nn回以前のレベルチェックにてレベル0と判断された回数が所定の回数を越えている場合は、上記所定の間隔tcをtc2>tcに変更する。そうでない場合は、上記所定の間隔tcとする。この場合は振幅のずれがなく安定しているので、再作成を行なう間隔を長めに設定する。
次に再作成フラグがオンである場合について説明する。この場合では基準補正データ及び画像位置データの再作成を行なう。作成の手順は、前述した通りである。再作成した基準補正データはメモリに登録する。基準補正データは再作成したものに更新する(図2のステップ203)。
基準補正データの再作成を行なわないと判断された場合は、現在の補正が効果的と判断されているので、基準補正データの再作成は行なわない。なお、上記の例は、再作成を起動時に行なう場合についてであるが、起動時以外に行なうようなシステムでは、例えば、基準補正データが再作成と判断された場合に作成してもよい。
制御部3は、上記の回転補正がなされた制御信号を発生して、駆動部4へ出力し、駆動部4は、この制御信号に基づき、モータ5を駆動することで、感光体ドラム1の回転制御を行なう。
本発明の画像形成装置の要部基本構成を示す図。 回転むら補正処理の流れを示すフローチャート。 回転むら演算部が行なう基準元データ作成処理のフローチャート。 制御部から出力される制御値データの波形を示す図。 所定周波数で逆FFTを施した波形の例を示す図。 問題となっている周波数の1回転分の平均波形の例を示す図。 所定周波数の変動量の例を示す図。 制御部3の構成および動作を説明する図。 エンコーダから所定時間に出力されるパルスの数を示す図。 画像位置データの例を示す図。 基準補正データの例を示す図。 基準補正データの例を示す図。
符号の説明
1 感光体ドラム
2 回転むら演算部
3 制御部
4 駆動部
5 モータ
6 ロータリエンコーダ
7 画像補正処理部
8 画像書込み部

Claims (6)

  1. 感光体の回転変動を検出する回転変動検出手段と、該回転変動検出手段の結果をもとに前記感光体の回転駆動制御指令値を決定する制御値決定手段と、前記制御指令値より所定周波数の振幅を検出して回転補正量を決定する回転むら演算手段と、前記回転変動検出手段の結果をもとに画像ずれを検出する画像ずれ検出手段と、該画像ずれ検出手段及び前記回転むら演算手段の結果をもとに画像補正を行なう画像補正手段とを有し、前記制御値決定手段は、前記回転変動検出手段が検出した回転変動に、前記回転むら演算手段が決定した補正量を付加して感光体の回転制御を行なうことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記回転むら演算手段は、所定の間隔毎に過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、前記画像補正手段は前記振幅の変化量に応じて画像補正を行なうことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記回転むら演算手段は、所定の間隔毎に過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、前記振幅の変化量が所定のしきい値を越えている場合は、画像補正手段に画像補正を指示することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  4. 前記回転むら演算手段は、所定の間隔毎に過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、前記振幅の変化量が所定のしきい値を越えている場合は、所定周波数の周辺部の所定振幅をもつ周波数を補正量とし、さらに前記画像補正手段に画像補正を指示することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  5. 前記回転むら演算手段は、所定の間隔毎に過去の所定周波数の振幅と現在の所定周波数の振幅とを比較し、前記振幅の変化量に応じて前記振幅の比較の間隔を変更することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  6. 前記画像補正手段は、前記画像ずれ検出手段にてずれがあると判定された画像データに対応する部分の画像補正を行なうことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
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