JP2008122692A - 画像形成装置、画像安定化制御方法、および画像安定化制御プログラム - Google Patents

画像形成装置、画像安定化制御方法、および画像安定化制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】像担持体上の形状の異常に起因したノイズを含んだ階調補正用のパターンが検出された場合において、適切に画像安定化制御を行ない、高品質の画像を形成することのできる画像形成装置を提案する。
【解決手段】プリンタは、中間転写ベルト上のトナーパターンの濃度を検出し(S33)、検出値について微分値を演算して(S35)、しきい値と比較する(S37)。検出値の変動幅が大きく、しきい値を超えている微分値の検出値については、ベルト上の形状の異常によるノイズを含んでいるとして、その範囲について曲線近似を用いて補正する(S39)。補正後の検出値を用いて階調補正テーブルを更新する(S41)。
【選択図】図8

Description

この発明は画像形成装置、画像安定化制御方法、および画像安定化制御プログラムに関し、特に、階調を補正して所望の画像濃度とする画像形成装置、画像安定化制御方法、および画像安定化制御プログラムに関する。
電子写真方式による画像形成装置では、画像形成処理が、現像剤や感光体の経時変化、温湿度の環境変化などの影響を受ける。そのため、画像濃度を一定の状態に維持することが難しい。そこで、画像形成装置では、現像剤、感光体、および周辺機器の状態に関わらず画像濃度を所望の状態にするために、つまり、形成される画像を安定化するために、現像バイアス電位、およびレーザ露出量などの画像形成条件を制御することがなされている。また、画像形成装置では、入力階調と出力画像濃度とが一致するよう階調を補正するための制御が行なわれている。これらの制御は、画像安定化制御と呼ばれている。
画像形成装置で階調の補正を制御する際、像担持体上に作像された階調補正用のパターンであるトナーパターンが検出器で検出されて、検出結果となる電圧値からトナーパターンの濃度が決定される。階調の補正の制御に用いられる方法として、決定されたトナーパターンの濃度に基づいて、画像形成装置に複数メモリされた、階調を補正するために用いられるテーブル(以下、階調補正テーブル)から、最適な階調補正テーブルを選ぶ方法が知られている。また、選択された階調補正テーブルをトナーパターンの濃度からフィッティングする方法も知られている。階調補正テーブルについては後述する。
また、決定されたトナーパターンの濃度から、直接、階調補正テーブルを算出する方法も知られている。その方法として、特開2005−91736号公報(以下、特許文献1)は、直線近似と曲線近似とを組合わせることによって階調補正テーブルを算出する方法を開示している。また、特開2004−206137号公報(以下、特許文献2)は、基準値よりも大きい検出値を用いて直線近似して階調補正テーブルを算出する方法を開示している。
特開2005−91736号公報 特開2004−206137号公報
像担持体としてベルトを用いる方式、たとえば中間転写ベルトをもつタンデム方式の画像形成装置は、後述するようなトナー像を一次転写するための中間転写ベルトを備える。中間転写ベルトは、少なくとも2箇所をローラにより弛まないように懸架された無端ベルトであり、ローラが回転することで所定速度で回転する。
中間転写ベルトの、長手方向にローラで懸架された箇所は鋭角に折り返されているため、たとえば、回転することなく長期放置されることなどによって、その箇所にローラで懸架されていることによる変形(以下、この変形をクリープと称する)が生じてしまう。
中間転写ベルト上に転写されたトナーパターンは、検出器で、ベルト表面からの反射成分(反射光)を受光することで検出される。したがって、クリープの箇所では、ベルトの形状が変形することで、ベルト表面から検出器までの距離や、ベルト表面と検出器との角度関係などが変化するため、トナーパターンが適切に検出されない。
このようなクリープは、画像形成処理が実行されて駆動状態がある程度の時間続くことで元に戻る。しかしながら、通常、画像安定化制御は、画像形成装置を駆動させずに長期放置された後に電源が投入された時や、プリントなどが指示された時に行なわれる。つまり、中間転写ベルトにクリープが生じている可能性があるときに行なわれる。そのため、画像安定化制御で特許文献1,2に開示されたような方法が用いられて、画像安定化制御において中間転写ベルト上に転写されたトナーパターンが検出されると、検出結果にはクリープによるノイズが含まれることになる。クリープによるノイズは、トナーパターンの濃度が、ベルト表面からの反射成分の多い場合よりも、反射成分の少ない場合の方が発生しやすい。画像安定化制御において階調を補正する際には高濃度のトナーパターンから低濃度のトナーパターンまでの検出するため、画像安定化制御は、クリープの影響を受けやすい。ノイズが含まれた検出結果を用いて画像安定化制御が行なわれると、画像形成装置では所望の画像濃度で画像形成することができず、形成された画像の品質が低下してしまうという問題がある。
また、クリープのみならず、中間転写ベルト上に傷などの破損がある場合や、劣化などによる変形がある場合にも、クリープがある場合と同様にこれらの中間転写ベルト上の形状の異常はノイズ要因となり得る。したがって、このような場合にも、トナーパターンが適切に検出されず、形成された画像の品質が低下してしまうという問題につながる。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、像担持体上の形状の異常に起因したノイズを含んだ階調補正用のパターンが検出された場合において、適切に画像安定化制御を行ない、高品質の画像を形成することのできる画像形成装置、画像安定化制御方法、および画像安定化制御プログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、画像形成装置は、像担持体上に形成されたトナーパターンの濃度を検出する検出手段と、検出手段での検出結果の中から、像担持体上の形状の異常に起因するノイズを含んだ検出値を判定する判定手段と、検出結果の内の、ノイズを含んだ検出値に対応する階調を、曲線近似を用いて補正することにより上記ノイズを含んだ検出値を補正する補正手段と、補正手段によって補正された検出結果に基づいて階調補正データを作成し、入力された画像の階調を補正する階調補正手段とを備える。
好ましくは、補正手段が曲線近似を行なう階調の範囲には、ノイズを含んだ検出値に対応する階調に隣接した階調が含まれる。
好ましくは、判定手段は、検出結果に含まれる検出値における微分値を算出する手段と、微分値をしきい値と比較する手段とを含み、しきい値を超える微分値である検出値を、ノイズを含んだ検出値であると判定する。
好ましくは、画像形成装置は、像担持体上の形状の異常がある位置を特定する手段と、像担持体上のトナーパターンの位置を特定する手段とをさらに備え、判定手段は、トナーパターンの位置に像担持体上の形状の異常のある位置が含まれているか否かを判定することで、ノイズを含んだ検出値を判定する。
好ましくは、補正手段は、検出結果の内の、曲線近似を行なう階調の範囲の両端の階調に対応した検出値を、曲線近似の境界条件として用いる。
好ましくは、画像形成装置は、検出結果の内のトナーパターンを生成する際の階調の最大値に対応する検出値と、階調の最小値に対応する検出値との、いずれか一方を正規化の最大値に、他方を最小値とするように正規化する手段をさらに備え、補正手段が曲線近似を行なう階調の範囲の両端のうちの少なくとも一方がトナーパターンを生成する際の階調の最大値または最小値である場合、補正手段は、上記最大値または最小値に対応した、正規化された検出値を曲線近似の境界条件として用いる。
好ましくは、曲線近似に用いられる曲線は2次以上の多項式で表わされる。
好ましくは、像担持体はローラで懸架されたベルトであり、像担持体上の形状の異常は、像担持体がローラで懸架されたまま稼動しない状態が維持されることによってローラで懸架された位置に生じるクリープである。
または、好ましくは、像担持体上の形状の異常は、像担持体の破損または像担持体の劣化によるものである。
本発明の他の局面に従うと、画像安定化制御方法は、像担持体を備えた画像形成装置における画像安定化制御の方法であって、像担持体上に形成されたトナーパターンの濃度を検出するステップと、検出ステップで得られた検出結果の中から、像担持体上の形状の異常に起因するノイズを含んだ検出値を判定するステップと、検出結果の内の、ノイズを含んだ検出値に対応する階調を、曲線近似を用いて補正することにより上記ノイズを含んだ検出値を補正するステップと、補正ステップにおいて補正された検出結果に基づいて階調補正データを作成し、入力された画像の階調を補正するステップとを備える。
本発明のさらに他の局面に従うと、画像安定化制御プログラムは、像担持体を備えた画像形成装置における画像安定化制御をコンピュータに実行させるプログラムであって、像担持体上に形成されたトナーパターンの濃度を検出するステップと、検出ステップで得られた検出結果の中から、像担持体上の形状の異常に起因するノイズを含んだ検出値を判定するステップと、検出結果の内の、ノイズを含んだ検出値に対応する階調を、曲線近似を用いて補正することにより上記ノイズを含んだ検出値を補正するステップと、補正ステップにおいて補正された検出結果に基づいて階調補正データを作成し、入力された画像の階調を補正するステップとを実行させる。
本発明にかかる画像形成装置は、このような構成であることによって、ノイズ成分に対するロバスト性が高く、高品質な画像を形成することができる。また、処理時間が抑制されるので、画像形成処理を高速化させることができる。
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。
本実施の形態においては、本発明にかかる画像形成装置をタンデム方式のデジタルカラープリンタ(以下、プリンタという)に適用する場合について説明する。しかしながら、本発明にかかる画像形成装置はプリンタに限定されず、ファクシミリ装置やMFP(Multi Function Peripheral)などであってもよい。また、印刷方式もタンデム方式やデジタル方式に限定されない。また、カラープリンタでなくモノクロプリンタであってもよい。
図1は、本発明にかかる画像形成装置が適用される、本実施の形態にかかるプリンタ100のハードウェア構成の概略を示す模式的断面図である。また、図2は、プリンタ100の一部分を拡大した模式的断面図である。プリンタ100は、タンデム方式のデジタルカラープリンタであって、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、およびブラック(K)の4色のトナーを順次重ね合わせることによってカラー画像を形成する。
図1を参照して、ローラ20A,20Bにより弛まないように懸架され、ローラ20A,20Bが図1中で矢印方向(反時計回り)に回転することで、所定速度で同方向に回転する無端ベルトである中間転写ベルト9と、中間転写ベルト9に沿って所定間隔で配置されるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、およびブラック(K)各色トナーに対応するイメージングユニット5,6,7,8と、画像データに応じた露光を行なってイメージングユニット5,6,7,8に静電潜像を形成するプリントヘッドを含んだ露光ユニット4と、中間転写ベルト9を介してローラ20Bと対をなす二次転写ローラ10と、印刷媒体である用紙を収納する給紙カセット11と、中間転写ベルト9に転写されたトナー像を用紙に定着させる定着ユニット12と、中間転写ベルト9上のトナーの付着量を検出する、光学式検出器であるトナー濃度検出器(以下、濃度センサ)13と、CPU(Central Processing Unit)などを含むコントローラ30と、コントローラ30で実行されるプログラムなどを記憶するメモリ40と、ユーザの指示操作を入力する操作パネル50とを含んで構成される。
図2を参照して、さらにイメージングユニット5,6,7,8は、各々、感光体1と、各感光体1の表面を均一に帯電させる帯電チャージャ2と、各感光体1の表面に形成された静電潜像を各色のトナーで現像し、感光体1の表面にトナー像を形成する現像ローラ3とを含む。
露光ユニット4のプリントヘッドは、画像データを構成する各色データに基づいて各感光体1にレーザビームを出力して、帯電チャージャ2によって均一に帯電された各感光体1の表面に、画像データに応じた露光を行なって静電潜像を形成する。現像ローラ3には現像バイアス電圧が印加されて、感光体1の潜像電位との間に電位差が発生する。その状態において電荷を帯びたトナーが供給されることにとって、感光体1の表面にトナー像が形成される。
プリンタ100は、各感光体1と中間転写ベルト9を介して対をなす転写ローラ21,22,23,24をさらに含む。各感光体1の表面に形成されたトナー像は、定電圧もしくは定電流の転写ローラ21,22,23,24によって、像担持体である中間転写ベルト9に転写される。これを一次転写と言う。
中間転写ベルト9に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラ10によって、給紙カセット11から搬送された用紙に転写される。これを二次転写と言う。用紙に二次転写されたトナー像は、定着ユニット12によって用紙に定着され、電子写真画像として排紙される。
操作パネル50は、電源の投入やプリントの開始などの、ユーザからの指示操作に応じた指示信号をコントローラ30に入力する。コントローラ30は、指示信号に基づいてメモリ40からプログラムを読出して実行し、上記各部を制御する。また、コントローラ30は内部にタイマなどの計時手段を備えて、所定時間が計時されたときにプログラムを実行してもよい。
図3は、本実施の形態にかかるプリンタ100において実行される、画像データが入力されてから出力されるまでの処理の具体例を示すフローチャートである。図3のフローチャートに示される処理は、コントローラ30が操作パネル50からの指示信号を受信して開始される処理であって、メモリ40からプログラムを読出して実行し、図1,2に示された各部を制御することによって実現される。
図3を参照して、始めに、プリンタ100では、原稿台にセットされた原稿をスキャンしたり、メモリ40に記憶されている画像データを読出したり、図示されない通信部を備える場合には他の装置から受信したして、処理対象の画像データを取得する(ステップS1)。コントローラ30では、ステップS1で取得された画像データから階調データを取得する(ステップS3)。
ステップS3で取得された階調データは、コントローラ30において、メモリ40に記憶されている階調補正テーブルを用いて補正され(ステップS5)、補正後の階調データを用いて、ステップS1で取得された画像データに基づいた作像が行なわれる(ステップS7)。そして、ステップS7で作像された画像データは、用紙に印刷するためにコントローラ30から出力される(ステップS9)。
なお、上記ステップS1〜S9のいずれの処理も、本発明において特定の方法に限定されず、従来の方法が採用され得る。
電子写真技術を用いた画像形成装置では、入力画像の階調(以下、入力階調と略する)に対する出力画像の階調(以下、出力階調と略する)の関係は、図4の実線に示されるように、曲線となる。出力階調は、出力画像の濃度の検出値を正規化した値であるものとし、入力画像の階調ごとに出力画像の濃度の検出値を正規化した値をプロットすることで図4の曲線が得られる。図4の実線に示されるように、電子写真技術を用いた画像形成装置では、入力画像の階調の変化と、出力画像の階調の変化とが一致していない。
このような入力階調と出力階調との関係は、電子写真技術を用いた画像形成装置の他、テレビジョン受像機などでも見られ、発光素子などの特性に起因している。そのため、図4の実線の曲線は、画像形成装置の特性曲線とも言える。
出力画像の階調の変化を入力画像の階調の変化と一致するように補正しないで画像を出力すると、入力画像が、濃度が連続して変化する画像である場合には出力画像でその濃度変化を滑らかに表現できなかったり、入力画像のカラーバランスを出力画像において所望のカラーバランスにすることができなくなかったりする場合がある。そのため、画像形成装置では、入力画像の階調の変化と出力画像の階調の変化とが一致するように入力階調を補正する必要がある。このような補正を行なう制御は、ガンマ補正制御と言われる。
本実施の形態にかかるプリンタ100では、入力階調に対して出力階調を同値とするように、入力階調を補正するものとする。つまり、図4の実線の曲線に示された入力階調に対する出力階調の関係を、図4の一点鎖線の直線に示される関係となるよう、出力階調を補正するものとする。
たとえば、図4の実線の曲線を参照して、入力階調が「128」であるときに出力階調が「128」よりも大きい値Bであった場合、出力階調を「128」とするためには、入力階調を「128」よりも小さい値Aにしなければならない。本実施の形態にかかるプリンタ100は、予め、入力階調と上記値Aとの対応を記憶しておき、その対応を参照して入力階調を補正する。
上記対応を示すテーブルは、一般に、階調補正テーブルや、ガンマ補正テーブルやルックアップテーブルなどと呼ばれ、以降の説明では階調補正テーブルと呼ぶものとする。本実施の形態にかかるプリンタ100では、階調補正テーブルを用いて、入力階調に対して出力階調を同値とするように、入力階調を補正する。
階調補正テーブルは、図4の点線の曲線に示されるように、実線に示される画像形成装置における入力階調と出力階調との関係を示す曲線を、入出力が同値となる直線(図4の一点鎖線)に対して線対称とすることで生成される。入力階調を、図4の点線の曲線に示される階調補正テーブルを用いて補正することで、上記具体例であれば入力階調「128」が値Aに補正される。入力階調がAと補正されることで、図4の実線の曲線を参照して、出力階調は「128」として得られ、入力階調と出力階調とが一致する。
なお、上述の階調補正テーブルの生成方法は1つの具体例である。本発明において階調補正テーブルの生成方法は上記生成方法のような特定の方法には限定されず、他の方法であってもよい。
入力階調と出力階調との関係は、上述のように装置の特性に起因するものであるが、装置の特性が同じであっても、温度や湿度などの環境や、装置の耐久性などに影響される。そのため、階調補正テーブルは適切なタイミングに作成または更新されることが好ましい。そこで、本実施の形態にかかるプリンタ100は、画像安定化制御において、上記ステップS5で用いられる階調補正テーブルを更新する処理を実行する。
プリンタ100では、電源が投入された時や、プリントなどが指示された時や、先の駆動から所定時間が経過したことが検出された時、などのタイミングで画像安定化制御が行なわれる。
[第1の実施の形態]
図5は、第1の実施の形態にかかるプリンタ100において、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理を行なうための機能構成の具体例を示すブロック図である。図5に示される各機能は、コントローラ30がメモリ40に記憶されている画像安定化制御プログラムを読出して実行することで主にコントローラ30に形成される。また、図5に示される機能のうちのいくつかは、図1,2に示されたプリンタ100のハードウェア構成によって実現されてもよい。
図5を参照して、プリンタ100の上記機能は、階調補正用のパターンであるトナーパターンを中間転写ベルト9上に生成するトナーパターン生成部101と、トナーパターン生成部101で中間転写ベルト9上に生成されたトナーパターンを検出するトナーパターン検出部103と、検出値から後述する異常領域を判定する判定部105と、検出値のうちの異常領域を曲線近似する曲線近似部107と、階調補正テーブルを記憶する階調補正テーブル記憶部111と、記憶されている階調補正テーブルを異常領域が近似された全体の検出値に基づいて更新する階調補正テーブル更新部109とを含んで構成される。
トナーパターン生成部101は、コントローラ30の他、中間転写ベルト9にトナー像を二次転写するためのハードウェア構成を含む。トナーパターンを生成するための画像データは予めメモリ40に格納されており、コントローラ30は画像安定化制御プログラムに従ってメモリ40から画像データを読出し、その画像データに基づいてトナーパターンを中間転写ベルト9に二次転写するよう各部を制御する。本発明においてトナーパターン生成部101で生成されるトナーパターンは特定の画像に限定されず、入力階調に応じて面積率の異なる画像であればよい。具体例として、図6に示されるような入力階調に応じて面積率が中間転写ベルト9の移動方向に連続的に変化する1つの画像や、図7に示されるような入力階調に応じて面積率が異なる複数個の画像が中間転写ベルト9の移動方向に連続した画像郡が挙げられる。
トナーパターン検出部103は、コントローラ30の他、濃度センサ13を含む。トナーパターン検出部103は、濃度センサ13によってトナーパターンからの反射光を検出するなどして、トナーパターンの濃度を検出し、検出信号を判定部105および曲線近似部107に入力する。
中間転写ベルト9のローラ20A,20Bで懸架されている箇所は鋭角に折り返されているため、たとえば、回転することなく長期放置されることなどによって、その箇所に変形(以下、この変形をクリープと称する)が生じる。上述のように、クリープや中間転写ベルト9表面の傷などの中間転写ベルト9上の形状の異常は、トナーパターン検出部103でトナーパターンの濃度を検出する上でのノイズ要因となる。つまり、中間転写ベルト9にこのような形状の異常がある場合の、トナーパターン検出部103からの検出値には形状の異常に起因したノイズが含まれている可能性が高い。以降の説明においては、主にクリープに起因したノイズを考慮するものとし、検出値におけるノイズが含まれている部分を「異常領域」と称する。
判定部105は主にコントローラ30に形成される機能である。第1の実施の形態にかかる判定部105は、さらに、微分演算部1051、比較部1053、およびしきい値記憶部1055を含む。微分演算部1051はトナーパターン検出部103から入力された検出値に対して微分演算を行なって微分値を算出する。比較部1053は、しきい値記憶部1055に記憶されているしきい値と算出された微分値を比較する。判定部105では、比較部1053において、トナーパターン検出部103から入力された検出値のうちのしきい値を超えた微分値を示す検出値に対応した領域が異常領域と判定する。判定結果は曲線近似部107に入力される。
曲線近似部107は、トナーパターン検出部103から入力された検出値のうち、判定部105で異常領域と判定された範囲に基づいた範囲を、その範囲の検出値を用いて曲線近似する。上記範囲が曲線近似されたトナーパターン検出部103から入力された検出値は、階調補正テーブル更新部109に入力される。
階調補正テーブル記憶部111は、主に、コントローラ30に含まれるメモリ、またはメモリ40の所定領域などが該当する。階調補正テーブル記憶部111には、上述の階調補正テーブルが記憶されている。階調補正テーブル記憶部111に記憶されている階調補正テーブルは当該プリンタ100の特性に基づいて予め記憶されているものであってもよいし、直前の画像安定化制御において更新されたものであってもよい。
階調補正テーブル更新部109は主にコントローラ30に形成される機能である。階調補正テーブル更新部109は、曲線近似部107から入力された検出値を階調に変換することで、トナーパターン生成部101で生成されたトナーパターンについての入力階調と出力階調との関係を得る。そして、入力階調と出力階調との関係に基づいて、階調補正テーブルを算出し、階調補正テーブル記憶部111に記憶されている階調補正テーブルを算出されたテーブルとなるように更新する。ここでの階調補正テーブルの算出方法としては、先に図4を用いて説明された方法とすることができる。
なお、本実施の形態にかかるプリンタ100では、階調補正テーブル更新部109が、階調補正テーブル記憶部111に記憶されている階調補正テーブルを更新するものとしているが、先に図4を用いて説明された方法と同様の方法で、階調補正テーブルを作成し、階調補正テーブル記憶部111に記憶するようにしてもよい。
図8は、第1の実施の形態にかかるプリンタ100で、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理の具体例を示すフローチャートである。図8のフローチャートに示される処理は、コントローラ30がメモリ40に記憶されている画像安定化制御プログラムを読出して実行して図5に示される各部を制御することで実現される。
図8を参照して、初めに、トナーパターン生成部101において中間転写ベルト9上にトナーパターンが生成され(ステップS31)、トナーパターン検出部103においてその濃度が検出される(ステップS33)。
次に、ステップS33で検出されたすべての値に対して、判定部105の微分演算部1051において微分演算が行なわれ(ステップS35)、比較部1053において、微分値がしきい値を超えているか否かが判断されことで、異常領域が判定される(ステップS37)。
ここで、上記ステップS31で図6のトナーパターンが生成されたとし、上記ステップS33において検出された値より、図9の曲線に示されるようなトナーパターンの入力階調と濃度の検出値との関係が得られたとする。図9は、トナーパターンの入力階調ごとに、上記ステップS33において検出された値をプロットして得られた曲線である。
図10は、上記ステップS35で図9の全値について微分演算が行なわれることで得られた微分値を表わしている。図10に示される具体例では、図9において連続している部分の微分値は±3以内であるのに対して、図9において連続している部分の微分値は±4以上となっている。このことより、他のスパイクノイズなども考慮して、しきい値は±5程度であることが好ましい。上記ステップS37で比較部1053において微分値がしきい値を超えていることが判断された部分について、判定部105では異常領域と判定する。その結果、図9の曲線のうちの丸で囲まれた範囲が異常領域と判定される。ノイズ要因がクリープである場合、ローラ20A,20Bの半周長Lに対応した範囲が異常領域と判定される。
トナーパターンの入力階調と濃度の検出値との関係のうち、異常領域と判定された部分がある場合には(ステップS37でYES)、曲線近似部107においてステップS37で異常領域と判定された範囲に基づいた範囲の検出値が曲線近似される(ステップS39)。ノイズ要因がクリープであって、上記ステップS37においてローラ20A,20Bの半周長Lに対応した範囲が異常領域と判定された場合、ステップS39では少なくとも半周長Lに対応した範囲以上の範囲の検出値を曲線近似することが好ましく、具体的には2Lに対応した範囲の検出値を曲線近似することが好ましい。
ステップS39での曲線近似の方法は本発明において特定の方法には限定されない。一例として、Xを入力階調、Yを検出値とし、以下の式(1)に示された4次式の各定数a1〜a5を最小二乗法により求めて、対象範囲の4次近似曲線を得る方法が挙げられる:
Y=a1X4+a2X3+a3X2+a4X+a5 …式(1)。
上記各定数a1〜a5のうち定数a5には、境界条件として検出値がそのまま代入される。
なお、上記具体例では近似曲線を4次曲線としたが、次数は4次に限定されない。
上記ステップS39において、図9に示された曲線の2Lに対応した範囲を異常領域としてその領域の検出値が曲線近似された場合、図9に示された曲線は図11に示されるように補正される。
最後に、階調補正テーブル更新部109において、上記ステップS33で得られた入力階調と検出値との関係を示す曲線、または上記ステップS39で補正された入力階調と検出値との関係を示す曲線より、入力階調と出力階調との関係を示す曲線が得られる。そして、階調補正テーブル更新部109において、その曲線を用いて階調補正テーブル記憶部111に記憶されている階調補正テーブルが更新される(ステップS41)。ステップS41では、階調補正テーブル更新部109において、先に図4を用いて説明された方法で階調補正テーブルが算出され、階調補正テーブル記憶部111に記憶されている階調補正テーブルが更新される。
本実施の形態にかかるプリンタ100での安定化制御においてこのような階調補正テーブルを更新する処理が実行されることで、濃度センサ13での検出値にクリープなどの中間転写ベルト9の異常によるノイズが含まれている場合でも、検出値を補正することができ、適切に階調補正テーブルを更新することができる。その結果、ノイズ成分に対するロバスト性が高まり、プリンタ100で高品質な画像を形成することができる。
また、上述のように、濃度センサ13での検出値のうちノイズが含まれている範囲よりも広い範囲の検出値を用いて曲線近似するため、検出値の補正を精度に行なうことができる。
また、一度の、濃度センサを用いた中間転写ベルト9上の色の濃度を検出する処理によって検出値が補正され階調補正テーブルを更新することができるため、画像安定化制御を高速化することができる。その結果、特に、画像形成の指示がなされた後に画像安定化制御が行なわれる場合には、指示があってから画像が出力されるまでの図3に示された一連の画像形成処理に要する時間を短縮することができる。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態にかかるプリンタ100は、先に図1を用いて説明されたハードウェア構成に加えて、濃度センサ13Aをさらに含む。また、第2の実施の形態においては、図12に示されるように、中間転写ベルト9上に、以降の処理に用いられるマーク14が設けられる。マーク14は、中間転写ベルト9上の標準位置を示すものであり、中間転写ベルト9の表面と異なる色もしくは中間転写ベルト9と異なる反射率であればよい。また、先述したトナーパターンを検出する処理において誤検出されないため、マーク14は、図12に示されるように、中間転写ベルト9上の、画像形成領域外に設けられることが好ましい。
濃度センサ13Aは、先に説明されたトナー濃度検出器(濃度センサ)13と同様に中間転写ベルト9表面からの反射光を受光するなどして、中間転写ベルト9表面の色の濃度を検出し、検出信号をコントローラ30に入力する。なお、以降の説明においては、第2の実施の形態にかかるプリンタ100に濃度センサ13とは異なるセンサである濃度センサ13Aが設けられているものとするが、濃度センサ13Aは濃度センサ13によって実現されてもよい。つまり、同一の濃度センサで、後述の、濃度センサ13と濃度センサ13Aとの両機能が達成されてもよい。
図13は、第2の実施の形態にかかるプリンタ100において、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理を行なうための機能構成の具体例を示すブロック図である。図13に示される各機能もまた、コントローラ30がメモリ40に記憶されている画像安定化制御プログラムを読出して実行することで主にコントローラ30に形成される。また、図13に示される機能のうちのいくつかは、図1,2に示されたプリンタ100のハードウェア構成によって実現されてもよい。
第2の実施の形態にかかるプリンタ100の上記機能は、図5に示された第1の実施の形態にかかるプリンタ100の上記機能に加えて、中間転写ベルト9表面の色の濃度を検出する表面濃度検出部113、中間転写ベルト9上に設けられたマーク14を検出するマーク検出部115、および後述する中間転写ベルト9上の異常位置を特定する異常位置特定部117をさらに含んで構成される。以降、主に、図5に示された第1の実施の形態にかかるプリンタ100の上記機能と異なる部分について説明する。
表面濃度検出部113は、コントローラ30の他、濃度センサ13Aを含む。表面濃度検出部113は、濃度センサ13Aによって中間転写ベルト9表面からの反射光を検出するなどして、中間転写ベルト9表面の色の濃度を検出し、検出信号を異常位置特定部117に入力する。
マーク検出部115もまた、コントローラ30の他、濃度センサ13Aを含む。マーク検出部115は、濃度センサ13Aによって中間転写ベルト9表面からの反射光を検出するなどして、中間転写ベルト9表面の色の濃度を検出してマーク14で示された標準位置を特定する。標準位置を示す位置情報は、異常位置特定部117および判定部105に入力される。
異常位置特定部117は、主にコントローラ30に形成される機能である。異常位置特定部117は、表面濃度検出部113から入力された検出信号、マーク検出部115から入力された位置情報、および予め記憶されている中間転写ベルト9の移動速度に基づいて、中間転写ベルト9上の上記ノイズ要因となるクリープや傷などの異常がある位置、または異常のある範囲を特定し得る位置(たとえば、その範囲の開始位置および終了位置など)を特定する。この位置を、以下、異常位置と称する。特定された異常位置は、判定部105に入力される。
第2の実施の形態にかかる判定部105では、マーク検出部115から入力された標準位置に基づいてトナーパターンが生成された中間転写ベルト9上の位置を特定し、トナーパターンの位置と、異常位置特定部117から入力された異常位置とから、トナーパターンが上記異常がある位置または異常のある範囲に重なって形成されたか否かを判定する。判定結果は曲線近似部107に入力される。
図14は、第2の実施の形態にかかるプリンタ100で、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理の具体例を示すフローチャートである。図14のフローチャートに示される処理もまた、コントローラ30がメモリ40に記憶されている画像安定化制御プログラムを読出して実行して図13に示される各部を制御することで実現される。
図14を参照して、第2の実施の形態にかかるプリンタ100では、ステップS31でのトナーパターンの生成に先だって、表面濃度検出部113で中間転写ベルト9表面の色もしくは反射率の相違による濃度を検出し、マーク検出部115で中間転写ベルト9上のマーク14を検出した後、異常位置特定部117において異常位置を特定する処理が実行される(ステップS30)。
図15は、マーク検出部115でマーク14を検出するときの濃度センサ13Aからの検出信号値であるセンサ出力の時間変化の具体例を示す図であり、図16は、表面濃度検出部113で中間転写ベルト9表面の色の濃度を検出するときの濃度センサ13Aからのセンサ出力の時間変化の具体例を示す図である。図15において、濃度センサ13Aからのセンサ出力が突出した部分がマーク14が検出された位置、つまり標準位置に該当する。また、図16において、濃度センサ13Aからのセンサ出力の変動の大きい部分、つまり濃度変化の大きい部分が異常位置に該当する。なお、ここでは、たとえば濃度センサ13Aの全出力を100%としたときの10%をしきい値とし、センサ出力の変動量がしきい値以上となる部分を検出することで異常位置が検出される。
図15に示される、マーク14が検出された時刻をt1とし、図16に示される、濃度センサ13Aからのセンサ出力の変動量がしきい値以であった時刻をt2とし、異常位置特定部117に記憶されている中間転写ベルト9の移動速度をvとすると、上記ステップS30では、異常位置特定部117において、標準位置より(t2−t1)×vだけ離れた位置が異常位置であると特定される。
ステップS30での処理の後、第2の実施の形態にかかる処理では、上記ステップS31でのトナーパターンの生成に換えて、トナーパターン生成部101において中間転写ベルト9上にトナーパターンが生成されると共に、マーク検出部115において、トナーパターンが生成された前後にマーク14の位置が検出され、標準位置が特定される(ステップS32)。トナーパターン生成部101でのトナーパターンの生成は、第1の実施の形態にかかるステップS31での処理と同様である。ここで生成されるトナーパターンも、先に図6,図7を用いて説明されたものと同様である。なお、本具体例では、ステップS32においてトナーパターンが生成される前後にマーク14が検出されるものとしたが、トナーパターンの中間転写ベルト9の移動方向(長手方向)の長さが予め定められている場合などには、トナーパターンが生成される直前または直後の少なくとも一方でマーク14が検出されてもよい。その後、ステップS33では、第1の実施の形態にかかる処理と同様にしてトナーパターン検出部103で中間転写ベルト9上のトナーパターンの濃度が検出される。
トナーパターンの濃度が検出されと、第2の実施の形態にかかる処理では、上記ステップS37での判定、判定部105において、トナーパターンが中間転写ベルト9上のクリープや傷などの異常がある位置または異常のある範囲に重なって生成されたか否かが判定される(ステップS38)。ステップS38で、判定部105は、ステップS32で特定された標準位置と、マーク14が検出されてからトナーパターンが生成されるまでの時間および/またはトナーパターンが生成されてからマーク14が検出されるまで時間と、中間転写ベルト9の移動速度とに基づいて、生成されたトナーパターンの標準位置からの距離を算出し、トナーパターンの範囲を示す位置(たとえばトナーパターンの開始位置、および/または終了位置)を特定する。そして、トナーパターンの範囲を示す位置と、上記ステップS30で特定された異常位置とを比較することで、トナーパターンに異常位置が含まれているか否か、つまりトナーパターンが中間転写ベルト9上のクリープや傷などの異常がある位置または異常のある範囲に重なって生成されたか否かが判定されるが判定される。また、ステップS38では、トナーパターンに重なっている異常のある範囲も判定されることが好ましい。
ステップS38で、トナーパターンが異常領域に重なって生成されたことが判定された場合には(ステップS38でYES)、曲線近似部107において、第1の実施の形態にかかる処理と同様に、ステップS39において、トナーパターンに重なっている中間転写ベルト9上の異常のある範囲に基づいた範囲の検出値が曲線近似される。ここでは、上記ステップS38でトナーパターンに重なっていると判定された上記範囲よりも大なる範囲の検出値が曲線近似されることが好ましい。具体的な曲線近似の方法はここでも特定の方法に限定されず、一例としては、第1の実施の形態において説明された方法と同様の方法であってもよい。そして、ステップS41では第1の実施の形態にかかる処理と同様に、階調補正テーブル更新部109において、上記ステップS33で得られた入力階調と検出値との関係を示す曲線、または上記ステップS39で補正された入力階調と検出値との関係を示す曲線より、階調補正テーブル記憶部111に記憶されている階調補正テーブルが更新される。
本実施の形態にかかるプリンタ100での安定化制御においてこのような階調補正テーブルを更新する処理が実行されることで、濃度センサ13での検出値にクリープなどの中間転写ベルト9の異常によるノイズが含まれている場合でも、検出値を補正することができ、適切に階調補正テーブルを更新することができる。その結果、プリンタ100で形成する画像の品質を向上させることができる。
また、中間転写ベルト9上の標準位置と、中間転写ベルト9の異常位置との位置関係を予め特定されるため、簡単な演算で濃度センサ13での検出値からノイズを含んだ検出値を特定することができる。そのため、第1の実施の形態のような、演算によって濃度センサ13での検出値からノイズを含んだ検出値を特定する場合に比べて、画像安定化制御プログラムの構成を簡略化することができる。
[第3の実施の形態]
第1の実施の形態および第2の実施の形態では、曲線近似部107での曲線近似において、判定部105で中間転写ベルト9上の異常のある範囲に対応していると判定された範囲よりも、入力階調の前後に拡大された、大なる範囲の検出値が用いられるものとしている。そのため、曲線近似に用いられる範囲の端部の検出値である、ノイズが含まれていない検出値が、曲線近似における境界条件として用いられている。
しかしながら、判定部105において、検出値におけるノイズが検出値の端部、つまり入力階調が最小値(この例では0)であって、最も検出値の大きい(反射光量の多い)ハイライト部の端部、または入力階調が最大値(この例では255)であって、最も検出値の小さい(反射光量の少ない)シャドウ部の端部に含まれていることが判定された場合、ノイズを含んだ検出値が端部となるためにその検出値を境界条件として設定できない。
第3の実施の形態にかかるプリンタ100において、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理を行なうための機能構成には、図17に示されるように、図5に示された各機能に加えて、正規化処理部119が含まれる。
正規化処理部119は主にコントローラ30に形成される機能であって、トナーパターン検出部103から入力された濃度センサ13からの検出値を正規化する処理を行ない、シャドウ部の端部の出力値を最小値(この例では0)に、ハイライト部の端部の出力値を最大値(この例では255)にする。正規化処理部119での正規化処理は特定の方式に限定されないが、一例として8bitデータの正規化方式を採用した正規化処理が挙げられる。
図18は、図9に示されたトナーパターンの入力階調と濃度の検出値との関係に対して、8bitデータの正規化方式を採用して濃度センサ13からの検出値を正規化して得られる、トナーパターンの入力階調と正規化された検出値との関係の具体例を示す図である。
第3の実施の形態においてこのような正規化処理が実行されることで、シャドウ部の端部の検出値を0、ハイライト部の端部の検出値を255とすることができる。
なお、上記具体例は、濃度センサ13が正反射を受光することで濃度を検出する場合の入力階調と濃度の検出値との関係における正規化であるが、濃度センサ13が乱反射を受光することで濃度を検出する場合、入力階調と濃度の検出値との関係は、入力階調が小さいほど濃度の検出値が小さくなり、入力階調が大きいほど濃度の検出値が大きくなる、図9に示された関係とは逆の関係となる。言うまでもなく、その場合であっても、上記具体例と同様に正規化を行なって、シャドウ部の端部の検出値を255、ハイライト部の端部の検出値を0とすることができる。
そのため、判定部105において、検出値におけるノイズが検出値の端部に含まれていることが判定された場合であっても、ノイズを含んだ検出値を境界条件として設定することなく曲線近似部107において近似することができる。その結果、より近似の精度が高くなり、階調補正テーブルが適切に生成され、形成する画像の品質が向上する。
なお、図17には、第3の実施の形態におけるプリンタ100の機能構成として、図5に示された各機能に加えて正規化処理部119が含まれる構成が示されているが、図13に示された各機能に加えて正規化処理部119が含まれてもよい。
さらに、以上の各実施の形態にかかるプリンタ100において、ノイズ要因がクリープである場合には、判定部105での判定処理を行なうことなく、曲線近似部107において、中間調からハイライト部に該当する、予め設定された範囲の検出値に対して曲線近似が行なわれてもよい。これは、クリープによるノイズが、一般的に中間調からハイライト部に該当する検出値に含まれることが多いという特徴を利用したものであり、このようにすることで、画像形成処理をより高速化することができる。
さらに、上述の画像安定化制御プログラムを提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)およびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
また、以上の実施の形態では、画像形成装置であるプリンタ100のメモリ40に画像安定化制御プログラムが格納され、コントローラ30がそのプログラムを読出して実行することによって、プリンタ100において画像安定化制御が行なわれるものとしているが、画像安定化制御のすべて、または画像安定化制御のうちの階調補正テーブルを更新する処理が、コンピュータ等のプリンタ100と異なる装置で行なわれてもよい。その場合、この処理を行なう装置はプリンタ100と通信を行なって必要なデータを取得し、その処理結果をプリンタ100に出力するようにすればよい。上述の、提供されるプログラムには、このような他の装置に記憶され、他の装置で実行される画像安定化制御プログラムも含まれ得る。
なお、本発明にかかるプログラムは、コンピュータのオペレーションシステム(OS)の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼出して処理を実行させるものであってもよい。その場合、プログラム自体には上記モジュールが含まれずOSと協働して処理が実行される。このようなモジュールを含まないプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。
また、本発明にかかるプログラムは他のプログラムの一部に組込まれて提供されるものであってもよい。その場合にも、プログラム自体には上記他のプログラムに含まれるモジュールが含まれず、他のプログラムと協働して処理が実行される。このような他のプログラムに組込まれたプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。
提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
プリンタ100のハードウェア構成の概略を示す模式的断面図である。 プリンタ100の一部分を拡大した模式的断面図である。 プリンタ100において実行される、画像データが入力されてから出力されるまでの処理の具体例を示すフローチャートである。 階調補正テーブルを説明する図である。 第1の実施の形態にかかるプリンタ100において、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理を行なうための機能構成の具体例を示すブロック図である。 トナーパターンの具体例を示す図である。 トナーパターンの具体例を示す図である。 第1の実施の形態にかかるプリンタ100で、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理の具体例を示すフローチャートである。 トナーパターンの入力階調と濃度の検出値との関係の具体例を示す図である。 濃度の検出値の微分値の具体例を表わす図である。 トナーパターンの入力階調と、補正された濃度の検出値との関係の具体例を示す図である。 マーク14を説明する図である。 第2の実施の形態にかかるプリンタ100において、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理を行なうための機能構成の具体例を示すブロック図である。 第2の実施の形態にかかるプリンタ100で、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理の具体例を示すフローチャートである。 マーク検出部115でマーク14を検出するときの濃度センサ13Aからの検出信号値であるセンサ出力の時間変化の具体例を示す図である。 表面濃度検出部113で中間転写ベルト9表面の色の濃度を検出するときの濃度センサ13Aからのセンサ出力の時間変化の具体例を示す図である。 第3の実施の形態にかかるプリンタ100において、画像安定化制御にて階調補正テーブルを更新する処理を行なうための機能構成の具体例を示すブロック図である。 トナーパターンの入力階調と正規化された検出値との関係の具体例を示す図である。
符号の説明
1 感光体、2 帯電チャージャ、3 現像ローラ、4 露光ユニット、5,6,7,8 イメージングユニット、9 中間転写ベルト、10 二次転写ローラ、12 定着ユニット、13,13A 濃度センサ、14 マーク、20A,20B ローラ、21,22,23,24 転写ローラ、30 コントローラ、40 メモリ、50 操作パネル、100 プリンタ、101 トナーパターン生成部、103 トナーパターン検出部、105 判定部、107 曲線近似部、109 階調補正テーブル更新部、111 階調補正テーブル記憶部、113 表面濃度検出部、115 マーク検出部、117 異常位置特定部、119 正規化処理部、1051 微分演算部、1053 比較部、1055 しきい値記憶部。

Claims (11)

  1. 像担持体上に形成されたトナーパターンの濃度を検出する検出手段と、
    前記検出手段での検出結果の中から、前記像担持体上の形状の異常に起因するノイズを含んだ検出値を判定する判定手段と、
    前記検出結果の内の、前記ノイズを含んだ検出値に対応する階調を、曲線近似を用いて補正することにより前記ノイズを含んだ検出値を補正する補正手段と、
    前記補正手段によって補正された前記検出結果に基づいて階調補正データを作成し、入力された画像の階調を補正する階調補正手段とを備える、画像形成装置。
  2. 前記補正手段が前記曲線近似を行なう前記階調の範囲には、前記ノイズを含んだ検出値に対応する前記階調に隣接した階調が含まれる、請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記判定手段は、
    前記検出結果に含まれる検出値に基づく前記階調の関数として前記検出値における微分値を算出する手段と、
    前記微分値をしきい値と比較する手段とを含み、
    前記しきい値を超える前記微分値である前記検出値を、前記ノイズを含んだ検出値であると判定する、請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 前記像担持体上の形状の異常がある位置を特定する手段と、
    前記像担持体上の前記トナーパターンの位置を特定する手段とをさらに備え、
    前記判定手段は、前記トナーパターンの位置に前記像担持体上の前記形状の異常のある位置が含まれているか否かを判定することで、前記ノイズを含んだ検出値を判定する、請求項1に記載の画像形成装置。
  5. 前記補正手段は、前記検出結果の内の、前記曲線近似を行なう前記検出値の範囲の両端の階調に対応した検出値を、前記曲線近似の境界条件として用いる、請求項1に記載の画像形成装置。
  6. 前記検出結果の内の前記トナーパターンを生成する際の階調の最大値に対応する検出値と、前記階調の最小値に対応する検出値との、いずれか一方を正規化の最大値に、他方を最小値とするように正規化する手段をさらに備え、
    前記補正手段が前記曲線近似を行なう前記階調の範囲の両端のうちの少なくとも一方が前記トナーパターンを生成する際の階調の最大値または最小値である場合、前記補正手段は、前記最大値または最小値に対応した、前記正規化された検出値を前記曲線近似の境界条件として用いる、請求項1に記載の画像形成装置。
  7. 前記曲線近似に用いられる曲線は2次以上の多項式で表わされる、請求項1に記載の画像形成装置。
  8. 前記像担持体はローラで懸架されたベルトであり、前記像担持体上の形状の異常は、前記像担持体が前記ローラで懸架されたまま稼動しない状態が維持されることによって前記ローラで懸架された位置に生じるクリープである、請求項1に記載の画像形成装置。
  9. 前記像担持体上の形状の異常は、前記像担持体の破損または前記像担持体の劣化によるものである、請求項1に記載の画像形成装置。
  10. 像担持体を備えた画像形成装置における画像安定化制御の方法であって、
    前記像担持体上に形成されたトナーパターンの濃度を検出するステップと、
    前記検出ステップで得られた検出結果の中から、前記像担持体上の形状の異常に起因するノイズを含んだ検出値を判定するステップと、
    前記検出結果の内の、前記ノイズを含んだ検出値に対応する階調を、曲線近似を用いて補正することにより前記ノイズを含んだ検出値を補正するステップと、
    前記補正ステップにおいて補正された前記検出結果に基づいて階調補正データを作成し、入力された画像の階調を補正するステップとを備える、画像安定化制御方法。
  11. 像担持体を備えた画像形成装置における画像安定化制御をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記像担持体上に形成されたトナーパターンの濃度を検出するステップと、
    前記検出ステップで得られた検出結果の中から、前記像担持体上の形状の異常に起因するノイズを含んだ検出値を判定するステップと、
    前記検出結果の内の、前記ノイズを含んだ検出値に対応する階調を、曲線近似を用いて補正することにより前記ノイズを含んだ検出値を補正するステップと、
    前記補正ステップにおいて補正された前記検出結果に基づいて階調補正データを作成し、入力された画像の階調を補正するステップとを実行させる、画像安定化制御プログラム。
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