JP2015087407A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷モードとは別の補正時間を要さず、無駄なトナー消費を抑え、かつ不適切なタイミングで画像パッチを読むことによる階調補正不良の発生を回避する。【解決手段】像担持体１上の潜像に１又は複数色のトナーを付与して現像する１又は複数の現像装置３、トナー像の濃度を検知する濃度検知手段１５、温湿度検知手段、印刷枚数のカウント手段及び経過時間を計る計時手段を有する画像形成装置１００において、作像バイアス補正を行った後に、所要の環境変動量、印刷枚数又は経過時間内の条件下で実施される印刷ジョブ内で、色毎に１つ又は階調の異なる複数の画像パッチを印刷領域外に段階的に形成し、パッチの濃度を検知し、第１段階で形成したパッチの濃度が許容範囲を超えていた場合は、第２段階以降で先のパッチとは階調の異なる１又は複数のパッチの形成及び検知を継続し、検知結果に応じた階調補正をパッチに該当する色版データに施す。【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真技術を利用した複写機、プリンター、ファックスなどの画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式のプリンターや、コピー機能及びＦＡＸ機能も有したＭＦＰ（Multi Function Peripheral）がオフィスを中心に広く普及している。これらプリンターに対しては、年々、より早く、より安く、より高画質が要求されている。
速度については、用紙搬送の精度向上や、トナーの定着温度を下げてより早くトナーを用紙に定着させるなどの施策が行われている。

コストに関しては、トナーの付着量を下げたり、ユニット寿命を延ばしたりしてランニングコストを抑える施策と、ユニットコストを抑えて本体の初期設置費用を抑えるという２つの動きがある。

画質に関しては、高解像度化やトナーの発色性の向上などが行われているが、これとは別に画質の安定性も注目されている。画質の安定性とは、色味の変動が少なく、文字や細線の品質が一定に保たれるもので、ページ内の画像のばらつきや、ページ間の画像のばらつきなどがないことを言う。特にページ間の画像のばらつきについては、１枚目と１０枚目又は１００枚目などで同じ品質の画像が得られることや、装置の利用環境によらない、つまりは常温環境で出力した画像と、高温高湿や低温低湿で出力した画像品質が同じになることが求められる。

電子写真方式の画像形成装置では、感光体上に潜像を形成してこれをトナーで現像し、このトナー像を用紙に直接あるいは中間転写体を介して転写し、熱定着することで画像形成する。そして電子写真方式の画像形成装置では、現像器内のトナー量やトナーの帯電量に依存して潜像トナー量が変動し、画像濃度の変化を招くことが知られている。このため、従来より画像パッチを作像して濃度検出し、所望の画像濃度が得られるように作像バイアスを制御することで、トナー像のトナー量を一定に保つことなどが行われている（例えば、特許文献１）。

これは基本的にはベタの濃度を補正するものであるが、画質にとっては濃度の階調連続性も重要な因子である。これは、入力画像データの階調値に対する出力結果の階調特性のことであり、階調が変動するとトーンジャンプが発生して、擬似輪郭と呼ばれる元画像にはない意図しない画像エッジが発生したり、階調つぶれが発生したりして、細部情報が読み取れなくなることがある。

ところで、近年は先に述べたように画質、速度、コストの競争が熾烈化している。
速度に関しては、印刷速度自体も重要ではあるが、先に述べたような画質の調整時間も重要であり、極力短時間で画像補正を実施する方法が検討されている。従来より、印刷領域外に濃度パッチを形成し、それを読み取ることで作像バイアスを制御し、濃度補正するものなどが知られている。

またコストについては、近年特に競争が熾烈化している。低コスト化の技術として、従来は感光体や転写ユニットに表層の摩擦低減や保護機能を有する塗布剤を塗布し、マシンの高寿命化やランニングコストの低減を行っていた。しかし、近年は更なる低コスト化、特に初期費用低減のため、こういった塗布剤を搭載せずに本体の低コスト化・高寿命化を図る技術開発が盛んに行われている。

塗布剤がないシステムの場合、印刷枚数が増えるにつれ、感光体の表層削れが進むため、寿命確保のため感光体膜厚を高膜厚化し、表面を僅かに削り感光体の表面状態をクリーンに保ちながら印刷するものがある。だが、膜厚が変わることで感光体の露光特性等が変わり、階調特性が変わってしまうことがある。

そこで本発明は、印刷モードとは別の補正時間を要さず、無駄なトナー消費を抑え、かつ不適切なタイミングで画像パッチを読むことによる階調補正不良の発生を回避することを課題とする。

この課題を解決するため、像担持体上の潜像に１又は複数色のトナーを付与して現像する１又は複数の現像装置、トナー像の濃度を検知する濃度検知手段、環境変動を検知する温湿度検知手段、印刷枚数をカウントするカウント手段、及び経過時間を計る計時手段を有する画像形成装置において、 作像バイアス補正を行った後に、所要の環境変動量内、印刷枚数内又は経過時間内の条件下で実施される印刷ジョブ内で、色毎に１つ又は階調の異なる複数の画像パッチを印刷領域外に段階的に形成し、該濃度検知手段で該画像パッチの濃度を検知し、 第１段階で形成した該画像パッチの濃度が許容範囲を超えていた場合は、第２段階以降で該画像パッチとは階調の異なる１つ又は複数の画像パッチの形成及び検知を継続し、検知結果に応じた階調補正を画像パッチに該当する色版データに施す、ことを特徴とする。

生産性の低下や無駄なトナー消費をせずに、適切な条件下で階調特性のチェックと補正を実施することが可能になる。

実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。 階調パッチの形成位置の例を示す図である。 階調と濃度ばらつきを示す図である。 目標濃度特性と階調パターンの検出結果を示す図である。 階調パターンの検出結果が許容範囲を超えた場合を示す図である。 段階的に形成した階調パターンの階調特性の取得について説明する図である。 段階的な補正実施の判定と階調特性の取得について説明する図である。 γ補正について示す図である。 γ補正の一実施形態を示す図である。

本発明の実施形態として、電子写真方式の画像形成装置としては一般的である、色材として黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の４色のトナーを用いる２成分現像方式の画像形成装置を例に説明する。なお、色数や色順については図示の形態に限定されるものではない。また、中間転写方式に限らず、直接転写方式の装置にも本発明は適用可能である。

図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラープリンタの概略構成を示す断面図である。この図に示すカラープリンタ１００は、タンデム方式を採用してフルカラー画像を形成可能なカラープリンタであり、装置本体のほぼ中央部に４個の作像ユニット１０（Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）を配設している。各作像ユニット１０（Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）は、中間転写ベルト１１の上部走行辺に沿って並設されている。支持ローラ１２，１３に巻き掛けられた中間転写ベルト１１は図中反時計回りに走行駆動される。右側の支持ローラ１２とイエロー作像ユニット１０Ｙの間に位置して、中間転写ベルト１１をクリーニングするクリーニングユニット１４が配置されている。

各作像ユニット１０は扱うトナーの色が異なるのみで構成は同一であり、像担持体としての感光体ドラム１を具備している。この感光体ドラム１の周りには、帯電手段２、現像装置３、クリーニング手段４等が配置され、さらに各感光体ドラム１に対向するように中間転写ベルト１１の内側に一次転写手段としての一次転写ローラ５が設けられている。なお、図の煩雑を避けるため、作像ユニット１０を構成する各機器の符号は、黒の作像ユニット１０Ｋにのみ示しており、他の色の作像ユニットでは符号を省略している。

現像装置３内にはトナーとキャリアからなる２成分現像剤が入っている。図示はしないが現像装置３の上部にはサブホッパ、その上部にはトナーボトルがあり、ボトルが回転することでトナーがトナーボトルと現像装置の中間にあるホッパ内に補給され、条件に応じてホッパから現像装置内にトナーが補給される。補給されたトナーは現像装置内のスクリュー軸にてキャリアと攪拌帯電させられながら現像スリーブに供給され、磁気穂を形成する。現像スリーブに対面する位置には、感光体ドラム１が配置されている。

４つの作像ユニット１０の上方には光書き込み装置２０が設けられている。光書き込み装置２０はポリゴンミラーやミラー群等を有しており、光変調されたレーザ光を各色作像ユニットの感光体ドラム１の表面に照射する。なお、各作像ユニットに書き込み手段を備える構成も可能である。

装置の下部には給紙部３０が設けられており、用紙Ｐを積載する給紙トレイ３１が配設されている。給紙トレイ３１には用紙を送り出す給紙ローラ３２が付設され、また、図示しない分離パッドが配置されている。給紙ローラ３２により給紙された用紙は、搬送ローラ３３を介してレジストローラ３４へと搬送される。レジストローラ３４の上方には、二次転写手段としての二次転写ローラ３５が、支持ローラ１２に対向して設けられ、二次転写部を形成している。

二次転写部の上側には定着装置４０が設けられている。本例の定着装置４０は定着ローラ及び加圧ローラを有する構成であり、二次転写部にて未定着トナー像が転写された用紙を加熱・加圧することにより定着する。定着装置４０の上方には排紙ローラ４１が設けられ、装置上面に形成された排紙トレイ４２上に定着後の用紙を排出する。

上記のように構成されたカラープリンタ１００における画像形成動作について簡単に説明する。
上記作像ユニット１０の感光体ドラム１が図示しない駆動手段によって図中時計方向に回転駆動され、その感光体ドラム１の表面が帯電手段２によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された感光体表面には、光書き込み装置２０からのレーザ光が照射され、これによって感光体ドラム１表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体ドラム１に露光される画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及び黒の色情報に分解した単色の画像情報である。このように形成された静電潜像に現像装置３から各色トナーが付与され、トナー像として可視化される。

また、中間転写ベルト１１が図中反時計回りに走行駆動され、各作像ユニット１０において一次転写ローラ５の作用により感光体ドラム１から中間転写ベルト１１に各色トナー像が順次重ね転写される。このようにして中間転写ベルト１１はその表面にフルカラーのトナー像を担持する。

なお、作像ユニット１０のいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２色又は３色の画像を形成したりすることもできる。モノクロプリントの場合は、４個の作像ユニットのうち、図の一番左側の黒ユニット１０Ｋを用いて画像形成を行う。

そして、トナー像を転写した後の感光体ドラム表面に付着する残留トナーは、クリーニング手段４によって感光体ドラム表面から除去され、次いでその表面が除電器の作用を受けて表面電位が初期化されて次の画像形成に備える。

一方、給紙トレイ３１から用紙が給送され、レジストローラ３４によって、中間転写ベルト１１上に担持されたトナー像とのタイミングを取って二次転写位置に向けて送出される。二次転写ローラ３５に印加される転写バイアスの作用によって中間転写ベルト表面のトナー像が用紙上に一括して転写される。トナー像を転写された用紙は、定着装置４０を通過するとき、熱と圧力によってトナー像が用紙に熔融定着される。定着された用紙は、排紙ローラ４１により装置本体の上面に構成された排紙トレイ４２に排出される。

画像形成にあたり、感光体ドラム１は帯電ローラ２によって所望の電位Ｖｄに帯電される。本実施形態では感光体上の作像したい画素位置に露光を行う。露光された部分は帯電電位が露光後電位Ｖｌに落ち、この部分に現像スリーブからトナーが付着し、感光体表面に潜像が形成される。この潜像に対し、現像スリーブの電位をＶｂとした場合、｜Ｖｂ−Ｖｌ｜（現像ポテンシャルという）を埋めるだけの帯電量のトナーが供給される。

現像装置内のトナー濃度が変動する場合、同じ現像ポテンシャルでも現像できる濃度は変わってしまう。このため本実施形態では、所定印刷枚数ごとに、中間転写ベルト１１上に所定の基準画像（画像パッチ）を形成してセンサーで濃度を読み取り、狙いの濃度が得られるように現像バイアスＶｂ（及びＶｄ、Ｖｌ）を調整することが行われる。

本実施形態では、タンデム作像部の最下流（中間転写ベルト１１の搬送方向）に位置している黒作像ユニット１０Ｋの下流側に位置して、濃度検知手段としてのトナー付着量検知センサー１５を配設している。トナー付着量検知センサーとしては適宜な構成のものを使用可能であるが、本実施形態では光学センサー（フォトセンサー）を用いている。

先述のように、電子写真方式の画像形成装置では種々の原因によって濃度変動が生じる。濃度変動に寄与する大きな因子としてはトナー濃度やトナー帯電量がある。２成分方式の電子写真方式の場合、現像装置でキャリアとトナーを攪拌し、トナーを帯電させることで潜像を現像する。このため、現像装置内のトナー濃度を一定に保たないと現像スリーブ上に汲み上げられるトナー量が変わり、またトナーとキャリアの混ざり方も変わるためトナー帯電量も変わる。よって、ある現像バイアスに対して現像されるトナー量が変わってしまい、濃度変動を招く。また、トナーやキャリアが長い間攪拌されることでストレスを受けたり、温湿度条件が変わったりすることでも、帯電量は変動し、濃度変動する。

これを補正するため、従来から上述したような方法で濃度検知を行い、現像バイアスの調整が行われている。これは、例えば現像バイアスを振りながら感光体上や中間転写ベルト上、あるいは用紙上に画像パッチを形成し、画像パッチの濃度をセンサー等で読み取って所望の濃度を得られる現像バイアスを検索し、濃度補正をかけるものである。

ここで、作像バイアスの補正・調整について説明する。
現像バイアスをＶｂ、帯電バイアスをＶｄ、露光後帯電バイアスをＶｌとする。そして、Ｖｂ及びＶｄを多段階に変化させて画像パッチを中間転写ベルト１１上に形成する。露光パワーは感光体電位がＶｌに落ちきるようにすればよく、Ｖｄに合わせて変えてもよいし、Ｖｌを得るだけの強さの一定値でもよい。そして、中間転写ベルト１１上に形成された画像パッチをトナー付着量検知センサー１５で読み取る。得られた濃度値をＶｂと比較し、所望の濃度を得るのに必要なＶｂを割り出す。通常、ＶｄはＶｂに対して一定量離れた値をとるため、Ｖｂが決まればＶｄを決めることができる。なお、ＶｄがＶｂに対して大きすぎるとキャリア付着を招き、小さすぎると地汚れを招く。露光は、Ｖｄに帯電した感光体電位をＶｌに落とすのに必要なパワーを照射するため、Ｖｄが決まれば露光パワーの制御値も決まる。実験的にＶｄと露光パワー、Ｖｌの関係を評価し、制御することができる。

しかし、これはある一定の階調値を持つ画像に対して補正できるものの、先述のように感光体の特性が変わってしまう場合には、階調特性が変わるため補正しきれない場合がある。このため、ある一定期間毎に印刷動作とは別に、異なる階調を有する画像パッチを感光体上、中間転写ベルト上又は用紙上に形成し、画像パッチをセンサーで読み取ることで階調特性を補正する場合がある。

だが、この場合は画像パッチの形成と補正を印刷動作とは別に実施するため、ユーザーの待ち時間が長くなる。また、これを定期的に実施するため、補正の必要のない場合にもユーザー待ち時間が発生したり、トナーの浪費を招いたりする。

紙間に画像パッチを形成する装置もあるが、常に一定数の画像パッチを形成するのは、トナーの消費量増加とランニングコストの増大につながる。また、先述のように作像条件は常に変動し得るため、不適切な条件で読み取った画像パッチを基に補正をかけた場合、逆に画質を劣化させてしまうこともある。

そこで、本発明は、従来のように所定タイミング毎に階調補正動作を実施せずに、先ず階調特性を監視し、必要な場合だけ階調補正を実施する。初めに作成した画像パッチの検知結果により階調補正が必要でなければ、そこで画像パッチの形成を終了する。他方で、目標濃度特性からのずれが生じていれば、継続して画像パッチを書き込み、補正が必要であれば補正をする。また、印刷領域外に１つ又は複数の画像パッチを形成するタイミングに一定条件を課す。ゆえに、無駄なトナー消費や不適切な補正パラメータの作成を回避するとともに、待ち時間を低減することができる。

なお、本明細書では画像の特性を濃度で表記しているが、明度や色差ΔＥなどの色を表現する特性で表記しもよい。また、これらを直接扱うのではなく、相関関係のあるセンサー出力値やスキャン画像の輝度情報などを用いてもよい。また、色によってこれらを使い分けてもよい。一般的に階調特性を議論する場合、濃度や明度で表現する場合が多いため、ここでは濃度を用いて説明する。

作像バイアス補正自体においては、先述のように作像バイアス条件を振りながら画像パッチを形成し、所望の濃度を得られる作像条件を選択すればよい。この補正は、本体に搭載した温湿度検知手段である温湿度検知センサー（不図示）にて周囲環境を測定して環境変動量が所定量以上になった場合に実施すればよい。または、この補正は、カウント手段（不図示）での印刷枚数が一定数に達した場合又は計時手段（不図示）にて一定時間印刷動作せずに経過した場合などに実施すればよい。例えば、温湿度条件としては、５℃、１０％毎のステップで区切られたブロックを用意しておき、温湿度がブロックを超えた場合に補正を行うことが考えられる。また、例えば、朝一でカラープリンタ１００の電源を入れたり、印刷枚数が２００枚を超えたり、前回の印刷から６時間以上経過したりした場合に補正を行うことが考えられる。

そして本発明では、この作像バイアス補正を行った後に、環境変動が所定量以内又は経過時間が一定時間内又は印刷枚数が一定数以内という一定条件下で実施される印刷において、作像バイアス補正の場合と同様の手法にて画像パッチを形成する。この一定条件下のタイミングが、先に設定した作像バイアス補正が有効に働いて、ベタ濃度が所定範囲に保たれ、階調特性を取得するのに適しているからである。逆に、ベタの目標濃度特性自体が変動してしまうタイミングで階調特性を取得しても有効なデータは得られない。

本実施形態では、画像処理での階調補正を行うことが好ましい。ベタの濃度については階調補正のような画像処理による補正によって薄くする方向に調整可能であるが、濃くする方向には補正が不可能である。また、先述のように濃度が振れる条件で出力した画像パッチを基に階調補正を実施すると、画像品質をかえって悪化させてしまう場合もある。このため、十分なベタ濃度を出せるように作像ユニット１０側の現像能力の補正（作像バイアス補正）を実施し、その効果が有効である条件下で画像パッチを出力する必要がある。

このため、ベタ濃度に対する作像ユニット１０の現像能力が安定している条件下で、画像パッチの出力を行う。この条件は、例えば、作像バイアス補正を行った後、印刷枚数が１００枚以内、又は環境変動が５℃／５％以内、又は経過時間が１５分以内などである。印刷ジョブが、ユーザーにより画像形成装置の操作部から又は装置に接続したパーソナルコンピュータから入力されたとき、当該条件が満たされるか否かを判断し、これにより画像パッチを形成するかどうかを判断すればよい。

当該条件を満たすタイミングで印刷ジョブが入力された場合、印刷領域外に画像パッチを形成する。印刷領域外に画像パッチを作像するのは、作像される画像パッチが印刷物に影響を与えず、生産性の低下を招かないからである。「印刷領域外」は紙間でもよいし、通紙方向と直交方向の紙外領域でもよい。また、余白に画像パッチや枠線を書くことができる装置の場合は、この余白部分に画像パッチを形成してもよい。

図２は画像パッチの作成例である。
図２（ａ）では、通紙方向の用紙の紙間５１に画像パッチ５０を形成している。図２（ｂ）では、通紙方向と直交方向の紙外に２つの画像パッチ５０を形成している。通常、感光体１や中間転写ベルト１１は用紙よりも広幅に設計されているため、画像パッチ５０の形成領域も考慮して作成すればこの方法も使用することができる。この方法は、カラープリンタ１００の大きさに影響してしまうが、紙間を詰めることができるため生産性には有利となる。

図２（ｃ）は、ロール紙の余白に画像パッチを形成する例である。ロール紙を通紙する連帳機では頻繁にマシンを止められないため、余白領域５２にトンボやパッチなどを形成し、あとで余白をカットする場合がある。しかしながら、用紙はカット紙でもよい。

ここでは、画像パッチ５０を中間転写ベルト１１上に形成し、トナー付着量検知センサー１５で検知する例を示したが、画像パッチ５０を感光体１上に形成し、感光体に対向配置された濃度検知手段としてのフォトセンサーで検知してもよい。すなわち、カラープリンタ１００は直接転写方式であってもよい。

作像する画像パッチは、ハーフトーンの階調値のものが望ましい。これはベタ部分よりもハーフトーンの方が、被覆率が低く、紙面の露出量が多いためである。濃度変動の理由は、色材の厚さの寄与も多少はあるが、主に紙面の被覆量が変わるためであり、図３はこれを説明するものである。図３（ａ）に示す画像パッチ５０のように、ベタ付近の階調値ではドット数が多いが、ドットが互いに重なり合う領域があるため、ドットの大きさや位置が多少変動しても色材の紙面被覆量はさほど変わらない。逆に図３（ｃ）に示すハイライトの画像パッチ５０では、紙面被覆量が少ないため、ドット形状に変化があると紙面被覆量に影響する。ただし、ハイライトの画像パッチ５０はドットの総数が少ないため、濃度変動量はさほど大きくはない。図３（ｂ）のようなミドル階調の画像パッチ５０では、ドット総数が多く、紙面も露出した状態であるため、この領域の階調において最もドット変動が紙面被覆量の変動、つまり濃度変動に影響する。このため階調特性のズレを判断するにはハーフトーン画像が望ましい。具体的な階調値は、装置に依存するが、５０％前後のものが好ましく、これは予め実験的に作像条件の変動に伴う感度を調査しておき、選定すればよい。

また、使うハーフトーン種類としては、実画像で用いるハーフトーン処理を施したものが好ましい。なお、複数種のハーフトーンがある場合、全ての種類について形成し、それぞれについて補正を施してもよいし、濃度ばらつきの感度の高いもので補正の必要可否を判断し、必要と判断された場合だけ複数種のハーフトーン処理の階調パッチを形成してもよい。全てのハーフトーン種について直接的な画像の形成、検出が難しい場合は、写真やグラフィックに用いるハーフトーンを優先し、色についてはブラック、マゼンタ、シアンを優先して形成することが好ましい。階調特性は主に連続調の画像品質に寄与するためである。文字や細線画像の場合、階調特性が多少崩れても品質劣化を感じることは少ないが、写真のような連続調画像では、階調の飛び、つぶれ、擬似輪郭の発生などが知覚され易いからである。色については、明度のダイナミックレンジの広い色の方が、階調変化が目につきやすいからである。明度順で言えば４色の場合、ブラック＞マゼンタ＞シアン＞イエロー、又はブラック＞シアン＞マゼンタ＞イエローであることが一般的のため、優先順もこの通りがよい。ただし、ブラックについては、意図してシャドー側でのみ利用することがしばしばある。これは、ハイライト付近の黒を視認性の高いブラックで表現すると粒状感が目立つため、ハイライトはシアン、マゼンタ、イエローのコンポジットブラックで表現し、紙面が埋まり始めるミドルからシャドーにかけてブラックの量を増やす画像設計が多いためである。このため、ブラックよりもシアンやマゼンタを優先する構成にしてもよい。

階調補正は、異なる階調値を有する複数の画像パッチを連続して形成することで行うことが一般的である。だが本実施形態では、先ず、変動が大きい階調値であるハーフトーンの１つ又は複数の画像パッチ（本例では１つ）を段階的に形成し、その濃度をトナー付着量検知センサー１５により検知する（図４）。なお、図中の縦軸は光学濃度（Optical Density）、横軸は階調値（右ほど濃い）である。この階調の画像パッチの濃度が目標特性に対して許容範囲内であれば、この段階で階調補正は必要ないと判断し、次に作像条件（作像バイアス）の見直しが入るか、ユーザーが実施するまではその色版の画像パッチは形成しない。これにより、無駄に画像形成装置の寿命を縮めることなく、カラーの階調特性のチェック及び補正を行うことが可能になる。

一方、図５に示すように第１段階での画像パッチの濃度が許容範囲外にある場合、図６に示すように別の階調値を有する１つ又は複数の画像パッチ（本例では５つ）を第２段階で形成し、これらの濃度を検知し、検知結果を基に階調補正パラメータを作成する。つまり、検知結果に応じた階調補正を画像パッチに該当する色版データに施す。階調補正パラメータとしては、図６のような複数点の濃度取得データから近似式（例えばスプライン曲線など）を作成し、各階調値で目標の濃度を得られるようにγ補正パラメータを作成する。

ここで、画像パッチの目標特性からの濃度ずれの許容範囲については、その装置がどれくらいの色ばらつきを目標として補正を行うかによるが、一般的に、色差ΔＥ＝２前後から色の差が人の目につくと言われている。つまり、複数ページの印刷物を比べた場合に色の差を感じる。

このため、例えばページ間の色差ΔＥ≦２程度を基準として補正条件を決める方法などがある。本実施形態では、濃度によって作像バイアスの調整を行っているため、色差ΔＥと各色の濃度の関係を予め評価しておき、濃度の許容範囲の上限及び下限を決めておけばよい。なお、この許容範囲は、測定するパッチの階調値（一般的にベタは色変化の感度が小さく、中間階調は感度が大きい）と対応付けて定めることが好ましく、色毎に許容範囲を設定してもよい。

また、図７に示すように、黒点で示すハーフトーンを含む複数の画像パッチ（本例では３つ）を第１段階で一度に形成し、それらの濃度と目標特性との比較を行ってもよい。これらが許容レベルであれば、その色版の画像パッチの形成、読み取りはそれ以上行わない。例えば、これらの濃度取得データから近似式（例えばスプライン曲線など）を作成し、目標値と比較し、許容レベルかどうか判断すればよい。許容レベルでないと判断した場合、白点で示すように、先に形成したものとは異なる階調の１つ又は複数のサンプリング点（本例では３つ）を第２段階で追加形成して、階調特性を取得し、得られた特性からγ補正パラメータを作成する。

なお、画像パッチの形成に関しては、例えば、初めに黒色を形成及び検知し、次にシアン、マゼンタ、イエローを順に形成及び検知してもよい。ここで、色の順序は問わない。また、紙間に十分なスペースがあれば、全ての色の画像パッチを一度に形成してもよい。

階調補正としては、いわゆるγ補正による補正が可能である。
γ補正とは、入出力の階調値の対応関係を補正するものであり、例えば図８に示すように横軸の入力階調と縦軸の出力階調の関係を調整するものである。図８の実線のグラフは、入出力が１対１で対応するようにリニアに処理される場合を示す。これに対し、破線は補正をかける場合の例である。実際の補正では、図９に示すように入力値と出力値の対応関係をテーブル形式で保持しておき、入力値を出力値に変換すればよい。または、数式を用いて入力値を出力値に変換してもよい。

ただし、γ補正には、画像データ及び出力系と同じ階調数で処理する場合に、階調数が減少することがある。図９の例では、出力値の値が離散していたり、同じ値が並んでいたりする。これは、入力では２５６段階あった階調数がそれ以下に減少したことを意味する。これを回避するためには、出力系を入力階調以上のビット数にする方法などがある。例えば、入力を８ビット ２５６階調とした場合、画像形成装置の内部出力系を１６ビット ５１２階調段階とすれば、より近い階調ステップを選択することが可能になり階調数の低減を避けることが可能になる。

また、階調補正の別の手段として、階調あたりの出力画素発生量の量子化条件を変更する（中間調の階調ステップを補正する）構成としてもよい。例えば、閾値ディザにより中間調処理をする場合、２５６階調以上の階調数を持つ閾値マスクを持たせ、そこから各階調の濃度特性に合わせたドット数が発生するように２５６階調に階調ステップを落とせばよい。また、誤差拡散方式で画像を形成する場合は、階調によって閾値テーブルを変化させ、入力に対する画素発生量を可変させることで、階調補正を行えばよい。

これらの手段により、生産性の低下やトナーの浪費をせずに、適切な条件下で階調特性のチェックと補正を実施することが可能になる。

ところで、本実施形態のようなカラーの画像形成装置に対して、モノクロ画像の印刷ジョブが出される場合がある。ブラックの画像の作像時はカラーの作像ユニット１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｙを作動させない場合が多い。具体的には、カラーの感光体１Ｃ，１Ｍ，１Ｙを中間転写ベルト１１から離し、カラーの感光体１Ｃ，１Ｍ，１Ｙの回転を止める。作像ユニットを作動させると、作像ユニットの寿命を縮めたり無駄な電力消費を招いたりするためである。本例では、モノクロ画像印刷時でも１又は複数のカラーの作像ユニットを一時的に作動させてカラーの階調パッチを形成する。このようにして、色版データについての補正の必要判断を行い、必要なら補正を実施する。

そして、補正が必要ないと判断されるか、全ての階調パッチを作像し終えるかして画像パッチの作像が終了した場合は、カラーの作像を止め、元のモノクロ画像印刷の動作に戻る。つまり、カラーの感光体１Ｃ，１Ｍ，１Ｙを中間転写ベルト１１から離し、カラーの感光体の回転を止める。だが、途中でカラーの印刷ジョブが入ってきた場合はこの限りではない。
このようにして一時的にのみカラーの感光体１Ｃ，１Ｍ，１Ｙを動作させ、作像ユニットの寿命低下を低減することが可能である。

一方、印刷枚数が増加すると作像ユニットやキャリアの劣化が進むため、作像バイアス補正の頻度自体を変えてもよい。具体的には、画像パッチの濃度の見直しと作像バイアス補正の頻度を多くする。また、階調補正のための画像パッチを形成するタイミングも変えてもよい。具体的には、画像パッチを形成するための条件である作像バイアス補正を行ってからの時間を短くし又は印刷枚数を少なくし、条件変動しにくい期間で階調補正動作を行えばよい。これらは、どちらか一方を実施してもよいし、両方実施してもよい。前者ではユーザーの待ち時間が延びることになるため、後者の条件が好ましい。これらにより、画像形成装置の状態に適した条件で、階調特性の検出及び補正を実施することが可能になる。

なお、これらの条件の変更は作像ユニット１０毎に設定してもよい。これまでの印刷履歴の違いにより（主にキャリアの劣化程度に起因して）、作像ユニットによって作像条件の変動程度が異なるためである。本実施形態では作像ユニット１０が交換可能であるため、新品の作像ユニットと新品でない作像ユニットでは、トナー帯電量の時間に対する低下特性が異なる場合がある。このため、印刷履歴に応じて画像パッチを形成するタイミングを調整すること、劣化した作像ユニットでは早く条件変更の有無をチェックすることが好ましい。

また、これは画像形成装置の使用環境毎に変更してもよい。周囲の温湿度環境によっても上述したような差が生じるからである。

別な手段としては、各作像ユニットの印刷枚数に応じて書き込む階調パッチの階調値を変更してもよい。
或る環境では、通常、階調パッチの変動はハイライト〜ミドル領域で大きいが、感光体が摩耗した場合はミドル〜シャドー領域での階調特性の変動が大きくなる傾向が見られた。このため、印刷枚数に応じて、補正の判断条件である階調パッチとして感度の高い階調値のものを使うことが好ましい。具体的には、階調補正に使う階調パッチのサンプリング階調や階調の間隔、数を変更してもよい。階調特性の変動を検出するには、変極点のある部分をサンプリングする必要があり、感光体摩耗時にはミドルからシャドー領域の階調パッチを増やす必要がある。このために、パッチの階調値をずらしてもよいし、パッチ数自体を増やしてもよい。

サンプリング数とサンプリング階調については、実験的に経時の階調変動を調査し、変動が大きくなる領域にサンプリング点が多くなるように、パッチの数や配置を調整すればよい。
本発明者によれば、印刷枚数が増加し、感光体の走行距離が増大するにつれ、感光体の膜厚が減少し、ハイライトやベタの濃度が合っていたとしても、それに応じてミドル〜シャドー領域の階調で濃度が狙いよりも薄くなる傾向が確認された。このような場合には、走行距離が一定以上になったら又は走行距離が増えるにつれ、ミドル〜シャドー領域にサンプリング点を追加すればよい。

このためには、例えば予め調査しておいた評価結果から印刷枚数に応じてどんな階調パッチを形成するか決めおき、印刷枚数に応じて呼び出すパッチを切り替えればよい。パッチの数や階調を変えることは、サンプリング点や位置を変えることに相当する。
これにより、画像形成装置の状態に適した条件で、階調特性の検出及び補正を実施することが可能になる。

ところで、印刷済みの過去の印刷ジョブをホストコンピュータ又は画像形成装置本体又はプリントサーバ等に保持し、再度呼び出して印刷する機能（リピート印刷）を有する画像形成装置もある。このような場合、出力した当時と現在とでは、画像形成装置の状態が変化しており、同じ印刷データを印刷しても色味が同じにならない場合が起こり得る。このため、過去の印刷データに現在のγをかけなおし処理することで色味の調整を行う。印刷ジョブを保持する際などにγデータを追記して保持しておき処理すればよい。ただし、γをかけるには、画像処理をやり直す必要があるため、印刷ジョブを保持する場合は、γやハーフトーン処理をかける前の形式でジョブを保持しておき、現在のγをかけなおした後に再度ハーフトーン処理する仕組みが必要になる。

具体的には、γで補正する場合はγをかける前の印刷データを画像形成装置内やプリントサーバで保持しておき、リピート印刷する場合にはこれに現在の画像形成装置でのγ補正パラメータをかけて以降の画像処理を行う。ディザや誤差拡散などのハーフトーン処理で補正を行う場合は、ハーフトーン処理を行う前の印刷データを保持しておき、現在の画像形成装置の補正パラメータで以降の画像処理を行う。
これにより、現在の画像形成装置の状態においても、印刷済みの過去の印刷ジョブを同じ色味でリピート印刷することが可能になる。

以上の構成により、階調補正のために、画像形成装置に印刷動作とは別に調整用モードを備える必要がなく、調整待ち時間を生じることがなくなる。また、階調補正に伴う無駄なトナーや電力消費を極力抑え、感光体、現像装置、二次転写ベルトの走行距離に起因する装置本体の短寿命化を抑えることができる。また、階調特性を取得するタイミングに条件付けをすることで、適切な条件下で階調補正を行う画像形成装置を提供することが可能になる。

１ 感光体（像担持体）
３ 現像装置
１５ トナー付着量検知センサー（濃度検知手段）
１００ カラープリンタ（画像形成装置）

特開平０４−３６７７６号公報

Claims (9)

1. 像担持体上の潜像に１又は複数色のトナーを付与して現像する１又は複数の現像装置、トナー像の濃度を検知する濃度検知手段、環境変動を検知する温湿度検知手段、印刷枚数をカウントするカウント手段、及び経過時間を計る計時手段を有する画像形成装置において、
   作像バイアス補正を行った後に、所要の環境変動量内、印刷枚数内又は経過時間内の条件下で実施される印刷ジョブ内で、色毎に１つ又は階調の異なる複数の画像パッチを印刷領域外に段階的に形成し、該濃度検知手段で該画像パッチの濃度を検知し、
   第１段階で形成した該画像パッチの濃度が許容範囲を超えていた場合は、第２段階以降で該画像パッチとは階調の異なる１つ又は複数の画像パッチの形成及び検知を継続し、検知結果に応じた階調補正を画像パッチに該当する色版データに施す、ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記条件下でモノクロ画像の印刷ジョブが出された場合にも、カラーの前記現像装置を作動し、カラーの前記画像パッチを形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記階調補正は、画像の入力階調と出力階調の対応関係を変化させること、及び／又は、階調あたりの出力画素発生量の量子化条件を変更することにより行われる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載に画像形成装置。
4. 第１段階で形成した前記画像パッチの濃度が許容範囲内である場合は、該当する色版の前記画像パッチを第２段階以降で形成せず、階調補正を行わない、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. モノクロ画像印刷時にカラーの前記現像装置を作動する場合に、全ての色の前記画像パッチの形成が終了するか、前記画像パッチの濃度が許容範囲内であって階調補正が必要ないと判断されて前記画像パッチの形成を終了する場合には、モノクロ画像印刷の動作に戻る、ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 各色の前記現像装置での印刷枚数に応じて、前記作像バイアス補正の頻度の変更、及び／又は、階調補正のために前記画像パッチを形成するための前記条件の変更を行う、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 各色の前記現像装置での印刷枚数が多くなるにつれ、前記作像バイアス補正の頻度を多くし、及び／又は、前記画像パッチを形成するための前記条件を、より少ない印刷枚数内又はより短い経過時間内とする、ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
8. 各色の前記現像装置の印刷枚数に応じて、前記画像パッチの階調値を変化させる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 印刷済みの過去の印刷ジョブをリピート印刷する場合に、階調補正を行う前の印刷データを装置本体又は他の装置内に保持しておき、該印刷データに現在の階調補正パラメータを適用して印刷する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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