JP2019008128A - 画像形成装置とその制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電子写真方式の画像形成装置では、その画像形成装置で使用する記録材によっては、ドットの消失や欠け等が発生し、粒状感の悪い画像となってしまう場合がある。
【解決手段】像坦持体に形成した像を記録材に転写、定着して画像形成を行う画像形成装置であって、記録材の種類に対応して、ハイライト領域の中間調を表現する網点パターンの最小ドットサイズを登録し、像形成で使用する記録材の種類を取得し、その取得された記録材の種類に対応する最小ドットサイズを登録手段を参照して選択し、選択した最小ドットサイズのスクリーンを使用して像担持体の露光制御を行う。
【選択図】 図１７

Description

本発明は、画像形成装置とその制御方法及びプログラムに関する。

電子写真方式による画像形成は、感光体の表面を一様に帯電し、これを画像信号に応じて変調されたレーザビーム等で露光して静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーで現像し、そのトナー像を記録材に転写するという電子写真プロセスを採用している。つまり、一様に帯電された感光体を画像信号に応じたレーザ光で露光すると、その露光された感光体表面の電位が減衰し、その部分に静電潜像が形成される。この静電潜像が形成された感光体と現像剤の担持体との間に現像バイアスをかけると、露光後の電位と、現像バイアス電位との電位差によって静電潜像にトナーが現像される。こうして形成されたトナー像を、シートなどの記録材に転写することで、その記録材に画像が形成される。

網点等のドットを用いて中間調を表現する印刷装置や電子写真方式の画像形成装置において、中間調のドットを、より忠実に再現するための取り組みが従来より行われている。このような技術の一例として、例えば特許文献１では、中間調のドット再現を少なくとも２つの変調方式で実現する方法が提案されている。

特開平８−３０５００５号公報

しかしながら、このような周波数変調を用いて階調表現をした場合でも、電子写真方式の画像形成装置では、その画像形成装置で使用する記録材の種類や使用状況によっては、ドットの消失や欠け等が発生し、粒状感の悪い画像となってしまう場合があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決することにある。

本発明の目的は、像形成に使用する記録材の種類に依らず、ハイライト領域における画像の品質の向上できる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、
像坦持体に形成した像を記録材に転写、定着して画像形成を行う画像形成装置であって、
像形成で使用する記録材の種類を取得する取得手段と、
前記記録材の種類に対応して、ハイライト領域の中間調を表現する網点パターンの最小ドットサイズを登録する登録手段と、
前記取得手段により取得された記録材の種類に対応する最小ドットサイズを前記登録手段を参照して選択し、選択した最小ドットサイズのスクリーンを使用して前記像担持体の露光制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、使用する記録材の種類に影響されること無く、ハイライト領域における画像の品質を向上できるという効果がある。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。尚、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
実施形態に係る画像形成装置の構成を説明するブロック図。 実施形態に係る画像形成装置が有するソフトウェアモジュールによる機能を説明する機能ブロック図。 実施形態に係るプリンタ画像処理部の機能構成を説明するブロック図。 実施形態に係るプリンタエンジンの内部構成を説明するブロック図。 実施形態に係るプリンタエンジンの像形成部の詳細を説明する図。 一般的なＡＭスクリーンの階調再現に用いられる中間調ドットを説明する図。 感光体ドラム上に参照用のパッチ画像を作像する状態を説明する図。 濃度センサの出力信号を処理する回路構成の一例を示すブロック図。 感光体ドラム上に形成されたパッチ画像の濃度を各色の面積階調により段階的に変えた時の、濃度センサの出力値とパッチ画像の濃度との関係を示す図。 実施形態に係る画像形成装置のレーザ露光装置の一例を示す図。 実施形態に係る画像形成装置における階調再現に用いられる中間調ドットを規定したスクリーンの異なる濃度の網点パターンの一例を示す図。 人間の視覚の空間周波数に対する感度特性である視覚の観察距離３００ｍｍにおける空間周波数特性ＶＴＦを概念的に示した説明図。 実施形態に係るスクリーンの最小ドットの模式図。 実施形態に係る画像形成装置で、シアントナーを使用したときのドット再現性、及びドットの目立ちにくさを検証した図。 実施形態に係る画像形成装置で、黒のトナーを使用したときのドット再現性、及びドットの目立ちにくさを検証した図で。 実施形態で使用した普通紙とコート紙の紙情報を説明する図。 実施形態に係る画像形成装置が、像形成に使用する記録材の種類に応じて最小のドットサイズを選択してハイライトスクリーンを取得する処理を説明するフローチャート。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。また以下の説明では、画像形成装置を複数の感光体ドラム（像坦持体）を有する電子写真方式のカラー複写機として説明するが、本発明はこれに限らない。本発明は例えば、各種方式の複写機、或いはプリンタ、モノカラー方式、電子写真以外の画像形成装置にも適用できることは言うまでもない。

図１は、実施形態に係る画像形成装置１００の構成を説明するブロック図である。

この画像形成装置１００は、画像入力デバイスであるスキャナ１０１、画像出力デバイスであるプリンタエンジン１０２を有している。スキャナ１０１は、スキャナ画像処理部１１８を介してデバイスＩ／Ｆ（インタフェース）１１７に接続され、プリンタエンジン１０２はプリンタ画像処理部１１９を介して、デバイスＩ／Ｆ１１７に接続されている。スキャナ画像処理部１１８及びプリンタ画像処理部１１９はそれぞれ、画像データの読み取りやプリント出力のための画像処理を行う。また画像形成装置１００は、ＬＡＮ１０や公衆回線１０４と接続し、画像情報やデバイス情報を、ＬＡＮ１０や公衆回線１０４経由で入出力する。

ＣＰＵ１０５は、この画像形成装置１００の動作を制御するための中央処理装置である。ＲＡＭ１０６は、ＣＰＵ１０５が動作するためのワークメモリを提供し、更に、入力された画像データを一時記憶するための画像メモリとしても機能している。ＲＯＭ１０７はブートＲＯＭであり、ブートプログラムを格納している。ＨＤＤ１０８はハードディスクドライブであり、各種処理のためのシステムソフトウェア及び入力された画像データ等を格納する。ＣＰＵ１０５は、ＲＯＭ１０７のブートプログラムを実行してＨＤＤ１０８に格納されているプログラムやＯＳをＲＡＭ１０６に展開し、その展開したプログラムを実行することにより画像形成装置１００の動作を制御する。

操作部Ｉ／Ｆ１０９は、画像データ等を表示可能な表示画面を有する操作部１１０のインタフェースであり、操作部１１０に対して画面データ等を出力する。また操作部Ｉ／Ｆ１０９は、操作部１１０を介してユーザが入力した情報をＣＰＵ１０５に伝える役割を担う。ネットワークＩ／Ｆ１１１は、例えば、ＬＡＮカード等で実現され、ＬＡＮ１０に接続して外部装置（不図示）との間で情報の入出力を行う。またモデム１１２は公衆回線１０４に接続し、外部装置（不図示）との間で情報の入出力を行う。以上のユニットがシステムバス１１３上に配置されている。ここで操作部１１０は、タッチパネルを有していても良い。

イメージバスＩ／Ｆ１１４は、システムバス１１３と、画像データを高速で転送する画像バス１１５とを接続するためのインタフェースであり、データ構造を変換するバスブリッジとして機能している。画像バス１１５には、ラスタイメージプロセッサ（ＲＩＰ）部１１６、デバイスＩ／Ｆ１１７、スキャナ画像処理部１１８、編集用画像処理部１２０、画像圧縮部１０３、画像伸張部１２１、カラーマネージメントモジュール（ＣＭＭ）１３０が接続される。

ＲＩＰ部１１６は、ページ記述言語（ＰＤＬ）コードをイメージデータに展開する。デバイスＩ／Ｆ１１７は、スキャナ画像処理部１１８とプリンタ画像処理部１１９を介してスキャナ１０１やプリンタエンジン１０２とを接続し、画像データの同期系／非同期系の変換を行う。またスキャナ画像処理部１１８は、スキャナ１０１から入力した画像データに対して、補正、編集等の各種処理を行う。編集用画像処理部１２０は、画像データの回転や色処理、２値変換、多値変換等の各種画像処理を行う。画像圧縮部１０３は、ＲＩＰ部１１６やスキャナ画像処理部１１８、編集用画像処理部１２０で処理された画像データをＨＤＤ１０８に一度格納する際に所定の圧縮方式で符号化する。画像伸張部１２１は、ＨＤＤ１０８に圧縮して記憶されている画像データを、編集用画像処理部１２０での処理や、プリンタ画像処理部１１９で処理しプリンタエンジン１０２で出力する場合に、圧縮され符号化されているデータを復号化し伸張する。プリンタ画像処理部１１９は、プリント出力する画像データに対して、プリンタエンジン１０２に応じた画像処理や補正等を行う。ＣＭＭ１３０は、画像データに対して、プロファイルやキャリブレーションデータに基づいた、色変換処理（色空間変換処理ともいう）を施す専用ハードウェアモジュールである。ここでプロファイルとは、機器に依存した色空間で表現したカラー画像データを、機器に依存しない色空間（例えばＬａｂ色空間など）に変換するための関数のような情報である。キャリブレーションデータは、スキャナ１０１やプリンタエンジン１０２の色再現特性を修正するためのデータである。

図２は、実施形態に係る画像形成装置１００が有するソフトウェアモジュールによる機能を説明する機能ブロック図である。これら機能は、ＣＰＵ１０５がＨＤＤ１０８に格納されているプログラムをＲＡＭ１０６に展開し、その展開したプログラムを実行することにより実現される。

ジョブコントロール処理２０１は、図示／不図示の各ソフトウェアモジュールを統括・制御し、コピー、プリント、スキャン、ＦＡＸ送受信など、画像形成装置１００内で発生する、あらゆるジョブの制御を行う。ネットワーク処理２０２は、主にネットワークＩ／Ｆ１１１を介して行われる外部との通信を制御するモジュールであり、ＬＡＮ１０上の各機器との通信制御を行う。ＵＩ処理２０３は、主に操作部１１０及び操作部Ｉ／Ｆ１０９に係る制御を行う。ＦＡＸ処理２０４は、ＦＡＸ機能の制御を行う。ＦＡＸ処理２０４は、モデム１１２を介してＦＡＸの受信／送信を行う。プリント処理２０７は、ジョブコントロール処理２０１の指示に基づいて、編集用画像処理部１２０、プリンタ画像処理部１１９、及びプリンタエンジン１０２を制御し、指示された画像の印刷を行う。プリント処理２０７は、ジョブコントロール処理２０１から、画像データ、画像情報（画像データのサイズ、カラーモード、解像度など）、レイアウト情報（オフセット、拡大縮小、面つけなど）、及び出力用紙情報（サイズ、印刷方向など）の情報を受け付ける。そしてプリント処理２０７は、画像圧縮部１０３、画像伸張部１２１、編集用画像処理部１２０、及びプリンタ画像処理部１１９を制御して、画像データに対して適切な画像処理を施す。そしてプリント処理２０７は、画像データに対し、プリンタエンジン１０２を制御して用紙への印刷を行わせる。

スキャン処理２１０は、ジョブコントロール処理２０１の指示に基づいて、スキャナ１０１、及びスキャナ画像処理部１１８を制御して、スキャナ１０１にある原稿の読み込みを行わせる。スキャン処理２１０は、スキャナ１０１の原稿台にある原稿のスキャンを実行し、その原稿の画像データを入力する。入力した画像データのカラー情報は、ジョブコントロール処理２０１へ通知される。更に、スキャン処理２１０は、入力した画像データに対し、スキャナ画像処理部１１８を制御して画像データの圧縮等、適切な画像処理を施した後、ジョブコントロール処理２０１へ画像処理済みの画像データを通知する。色変換処理２０９は、ジョブコントロール処理２０１の指示に基づいて、指示された画像データの色変換処理を行い、色変換処理後の画像データをジョブコントロール処理２０１へ通知する。ＲＩＰ処理２１１は、ジョブコントロール処理２０１の指示に基づいて、ＰＤＬ解釈（インタプリット）を行い、ＲＩＰ部１１６を制御してレンダリングすることで、ビットマップイメージへ展開する。

以上説明した画像形成装置１００が、ＬＡＮ１０を介して受信した印刷ジョブに基づいて印刷する動作について説明する。

外部装置からＬＡＮ１０を介して送信されてきたＰＤＬデータは、ネットワークＩ／Ｆ１１１が受信し、イメージバスＩ／Ｆ１１４を介してＲＩＰ部１１６へ入力される。ＲＩＰ部１１６は、その受信したＰＤＬデータを解析し、ＲＩＰ部１１６が処理できるコードデータへ変換する。そしてＲＩＰ部１１６は、その変換したコードデータに基づいてレンダリングを実行する。ＲＩＰ部１１６でレンダリングされた各ページのビットマップデータは、後段の画像圧縮部１０３で圧縮されてＨＤＤ１０８に順次格納される。こうしてＨＤＤ１０８に格納された圧縮データは、ジョブコントロール処理２０１からの指示によるプリント動作時に読み出され、画像伸張部１２１によりデータの伸張処理が行われる。こうして画像伸張部１２１で伸張された画像データは、デバイスＩ／Ｆ１１７を介してプリンタ画像処理部１１９へ入力される。

図３は、実施形態に係るプリンタ画像処理部１１９の機能構成を説明するブロック図である。

色変換部３０１は、画像データを輝度値（ＲＧＢ、ＹＵＶなど）から濃度値（ＣＭＹＫなど）に変換する。即ち、色変換部３０１は、入力した画像データを、プリンタエンジン１０２で印刷できる色成分に対応した色空間のデータに変換する。こうして変換された多値画像データの濃度信号は、γ補正回路３０９（以下、γＬＵＴ）により、プリンタエンジン１０２が濃度を再現するための信号値に変換される。γＬＵＴ３０９は、ガンマ変換用のルックアップテーブルで、後述する階調制御で作成される。

階調制御部３１０は、後述する階調制御に関わる処理を行う。階調制御部３１０は、階調制御に用いる画像パターンを決定し、その画像データをγＬＵＴ３０９を通して中間調処理部３０４へ入力する。この場合、γＬＵＴ３０９を入出力レベルが等しいリニアなテーブルとし、プリンタエンジン１０２のγ特性を検出できる入力データとする。この画像パターンの検出結果（D-sig）を、デバイスＩ／Ｆ１１７を介して、後述する画像濃度センサ（図８の８０１）から受信し、その結果に応じて後述する方法でγＬＵＴを作成し、γＬＵＴ３０９に設定する。γＬＵＴ３０９で補正された画像データは、中間調処理部３０４で中間調処理が施され、１画素の各色成分が２値（１ビット）で表現される画像データへ変換される。ここでの中間調処理には、一般にディザ法や誤差拡散法などが使用されるが、本実施形態ではいずれの方法でも構わない。尚、中間調処理については、上記方法に限定するものではなく、他の方法を用いても構わない。

こうして中間調処理部３０４で生成された２値の画像データは、ドラム間遅延メモリ制御部３０５を介し、画像データの各画素の色成分ごとに分離されてページバッファ３０６に一時的に格納される。プリンタエンジン１０２より送信される各色成分に対応するビデオデータ要求信号が入力されたタイミングで、このページバッファ３０６から、各対応する色成分の画像データが読み出されてプリンタエンジン１０２に送られる。尚、ビデオデータ要求信号は、各色成分に対し、ＶＲＥＱ＿Ｙ，ＶＲＥＱ＿Ｍ，ＶＲＥＱ＿Ｃ，ＶＲＥＱ＿Ｋとする。これはプリンタエンジン１０２内の各色成分に対応する感光体ドラム５０１が配置された上流から下流までの距離に応じて、各色に対応する感光体ドラムそれぞれの露光制御のタイミングが異なるため、各色成分のデータの読み出すタイミングも異なる。

次に、本実施形態で使用される二成分現像剤について説明する。

二成分現像剤は、非磁性トナーと低磁化高抵抗キャリアとを主成分として構成されている。非磁性トナーは、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラックや染料、顔料等の着色剤、ワックス等の離型剤、荷電制御剤等を適当量用いることにより構成される。このような非磁性トナーは、粉砕法や重合法なとどの方法により製造することができる。尚、非磁性トナー（負帯電性）は、摩擦帯電量が−１×１０^−２〜５．０×１０^−２Ｃ／Ｋｇ程度のものであることが好ましい。非磁性トナーの摩擦帯電量が、この範囲を外れると、磁性キャリアに発生するカウンタチャージ量が大きくなり、白抜けレベルが悪化して画像不良を生じることがある。非磁性トナーの摩擦帯電量は、用いられる材料の種類等により調整しても良いし、外添剤の添加によって調整しても良い。非磁性トナーの摩擦帯電量は、一般的なブローオフ法を用い、現像剤量を約０．５〜１．５ｇとして現像剤からトナーをエアー吸引することで吸引し、測定容器に誘起される電荷量を測定することにより測定することができる。

また、磁性キャリアとしては、公知のものを使用することができる。例えば、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化、及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリアも用いられる。またフェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったものも用いられる。またフェライト等のマグネタイト単体表面樹脂でコーティングし抵抗調整を行ったものなども用いられる。これら磁性キャリアの製造方法は特に制限されない。

尚、磁性キャリアは、０．１Ｔの磁界において３．０×１０^４Ａ／ｍ〜２．０×１０^５Ａ／ｍの磁化を有することが好ましい。磁性キャリアの磁化量を小さくすると、磁気ブラシによるスキャベジングを抑制する効果があるが、磁界発生手段による非磁性円筒体への付着が困難となり、感光体ドラムへの磁性キャリア付着等の画像不良や、はき寄せ等の画像不良を生じることがある。また磁性キャリアの磁化が上記範囲よりも大きいと、上述したように磁気ブラシの圧力により画像不良を生じることがある。

更に、磁性キャリアの体積抵抗率は、リークや現像性を考慮して１０^７〜１０^１４Ωｃｍのものを用いるのが好ましい。キャリアの磁化は、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置であるＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、０．１Ｔの外部磁場を作り、そのときの磁化の強さを求める。キャリアは円筒状のプラスチック容器に十分密になるようにパッキングした状態にする。この状態で磁化モーメントを測定し、試料を入れた時の実際の重量を測定し、磁化の強さを求める（ＡＭ２／Ｋｇ）。次いで、キャリア粒子の真比重を乾式自動密度形アキュピック（島津製作所（株）社製）により求め、磁化の強さ（ＡＭ２／Ｋｇ）に真比重を掛けることで、本実施形態に用いられる単位体積当たりの磁化の強さ（Ａ／ｍ）を求めることができる。

次にプリンタ画像処理部１１９より出力された色成分データがプリンタエンジン１０２に入力されたときの動作について説明する。

図４は、実施形態に係るプリンタエンジン１０２の内部構成を説明するブロック図である。

プリンタＩ／Ｆ部４０１は、プリンタ画像処理部１１９から順次送信されてくる色成分データを受信する。またプリンタＩ／Ｆ部４０１は、プリンタエンジン１０２において印刷動作の準備が可能となった場合に各色成分のデータを要求するビデオデータ要求信号であるＶＲＥＱ＿＊（＊は、Ｙ／Ｍ／Ｃ／Ｋのいずれか）を発行する。

色成分データは、プリンタＩ／Ｆ部４０１を介してパルス幅変調回路４０２に入力される。そしてパルス幅変調回路４０２は、実際の色成分データに基づいて、後段の各色のレーザ駆動部４０３〜４０６を駆動させるためのパルス信号（駆動信号）を生成し、各レーザ駆動部４０３〜４０６へ送信する。各色成分に対応した各レーザ駆動部４０３〜４０６は、パルス幅変調回路４０２より受信したパルス信号に基づいて各色成分に対応するレーザ露光装置を駆動する。

センサ制御部４０７は、階調制御部３１０により出力された画像パターンの濃度を濃度センサ８０２、センサ駆動部４０８により検出し、その検出値をＡ／Ｄ変換回路４０９及び濃度変換回路４１０により濃度値（D-sig）に変換する。そしてその濃度値（D-sig）を、検出結果としてプリンタＩ／Ｆ部４０１を介して階調制御部３１０へ送信する。

また現像装置の内部には、温度センサ駆動部４１１、湿度センサ駆動部４１２が設けられており、その出力値がＡ／Ｄ変換回路４１３及び温湿度変換回路４１４により温湿度情報としてプリンタＩ／Ｆ部４０１を介して階調制御部３１０へ送られる。

図５は、実施形態に係るプリンタエンジン１０２の像形成部の詳細を説明する図である。以下、主にイエローの画像の像形成部について説明するが、他の色成分のマゼンタ、シアン、ブラックの像形成部も同様であるため、その説明を省略する。また各色成分の像形成部の構成は、イエローの画像の像形成部の構成要素を示す参照番号の最後に、各色に対応するＭ，Ｃ，Ｋを付して表すが、図面を簡潔にするために一部は省略している。また以下の説明では、各色に対応するＭ，Ｃ，Ｋの説明が不要な場合は、それを省略して説明する。

プリンタエンジン１０２は、像担持体である感光体ドラム５０１、帯電ローラ５０２、Ｙレーザ露光装置５０３、一次転写装置５０４、二次転写装置５０５、定着装置５０６、及びクリーニング装置５０７を備える。Ｙレーザ露光装置５０３は、Ｙレーザ駆動部４０３より駆動される。一次転写装置５０４は、可視化されたトナー像を転写材（中間転写ベルト）５０８上に一次転写する。二次転写装置５０５は中間転写ベルト５０８上に形成されたトナー像を用紙に二次転写する。定着装置５０６は、記録用紙上に転写されたトナー像を定着する。クリーニング装置５０７は、二次転写後に中間転写ベルト５０８に残った転写残トナーを除去する。

現像装置５０９は現像剤容器を備え、二成分現像剤としてトナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とが混合された現像剤を収容している。Ａスクリュー５１０とＢスクリュー５１１はそれぞれトナー粒子の搬送と磁性キャリア粒子との混合を行う。また現像スリーブ５１２は、感光体ドラム５０１に近接に配置され、感光体ドラム５０１と従動するように回転して、トナーとキャリアとが混合された現像剤を担持する。現像スリーブ５１２に担持された現像剤は感光体ドラム５０１に接触し、感光体ドラム５０１上の静電潜像が現像される。また現像装置５０９の内部には、現像器内温度センサ５１３、外部には現像器外湿度センサ５１４が配置されている。センサ制御部４０７の各々現像機内温度センサ駆動部４１１、現像器外部湿度センサ駆動部４１２が動作し、その出力値をＡ／Ｄ変換回路４１３及び温湿度変換回路４１４により温湿度情報とする。そしてそれを検出結果としてプリンタＩ／Ｆ部４０１を介して階調制御部３１０へ送信する。尚、プリンタエンジン１０２には、図５の構成以外にも用紙を搬送する搬送部（不図示）等があるが、本実施形態において、説明を省略する。

以上のようなプリンタエンジン１０２の構成において、イエローの画像を形成する場合には、Ｙレーザ駆動部４０３より駆動されるＹレーザ露光装置５０３により感光体ドラム５０１に露光され、感光体ドラム５０１上に静電潜像を形成する。形成された静電潜像は、現像装置５０９の現像スリーブ５１２上に担持されているイエローの現像剤によりトナー像として可視化され、可視化されたトナー像は中間転写ベルト５０８に一次転写装置５０４によって転写される。

同様にして、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分の画像データも、各対応する現像装置５０９Ｍ〜５０９Ｋにより現像され、各感光体ドラム５０１Ｍ〜５０１Ｋにそれぞれトナー像として可視化される。そして、可視化されたトナー像は、直前に転写された色成分のトナー像と同期して、それぞれ一次転写装置５０４Ｍ〜５０４Ｋにより順次転写され、中間転写ベルト５０８には４色のトナー像により形成された最終的なトナー画像が形成される。こうして中間転写ベルト５０８に形成されたトナー画像は、二次転写装置５０５により、同期して搬送されてくる用紙に二次転写され、定着装置５０６でトナー像が定着される。そして、プリンタエンジン１０２により像形成（印刷）された用紙が排出され、プリント動作を終了する。また一次転写位置から二次転写位置の間に、中間転写ベルト５０８上に形成されたパッチパターンの反射光量を検出するための、中間転写ベルト５０８に相対するＬＥＤとフォトダイオードを含むフォトセンサ５２０を設けている。フォトセンサ５２０に入射された中間転写ベルト５０８からの近赤外光は、フォトセンサ５２０により電気信号に変換される。その電気信号はＡ／Ｄ変換回路４０９により０〜５Ｖの出力電圧を０〜１０２３レベルのデジタル信号に変換され、濃度変換回路４１０により濃度信号に変換される。

このような静電潜像の現像により現像装置５０９内の現像剤のトナー濃度が低下する。そのため、各色に対応するトナー補給制御部により、トナー補給槽５１５からトナーを現像装置５０９に補給する制御（トナー補給制御）を行う。このようにして現像剤のトナー濃度を可及的に一定に制御し、又は画像濃度を可及的に一定に制御する。

実施形態に係る画像形成装置１００は、感光体ドラム５０１上にパッチ画像を作像し、その画像濃度を感光体ドラム５０１に対向設置した画像濃度センサ（パッチ検ＡＴＲセンサ）により検知して制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）の濃度制御装置を有する。又、この画像形成装置１００は、トナー濃度センサ（現像剤反射ＡＴＲセンサ）により現像装置５０９内の現像剤のトナー濃度を検知して制御する方式（現像剤反射ＡＴＲ）の濃度制御装置を有する。更に、この画像形成装置１００は、ビデオカウンタからの画素毎のデジタル画像信号の出力レベルから必要なトナー量を演算して制御する方式（ビデオカウントＡＴＲ）の濃度制御装置を有する。このように、実施形態に係る画像形成装置１００は、３つの方式の濃度制御装置を備えている。

図６は、一般的なＡＭスクリーン（Amplitude Modulated Screening）の階調再現に用いられる中間調ドットを説明する図である。

図６に示すように、各ドットは、円形、楕円形、方形、矩形等の任意の形状（図６では円形）を有し、濃度に応じてドットサイズを変える面積変調で階調を表現している。

次に画像濃度検知及び画像階調制御について説明する。

本実施形態では、ＣＰＵ１０５は、連続画像の形成中は、図７に示すように、出力する画像の先端と後端に挟まれた非画像領域（以下「画像間」）に、画像濃度の検知用パターン（パッチ画像Ｑ）７０１を形成させる。尚、以下、パッチ画像の静電潜像を「パッチ潜像」ともいう。

即ち、プリンタ画像処理部１０９には、予め定められた濃度に対する信号レベルを有するパッチ画像信号を発生するパッチ画像信号発生回路（パターンジェネレータ（不図示））が設けられている。このパターンジェネレータからのパッチ画像信号を、パルス幅変調回路４０２に供給し、上記の予め定められた濃度に対するパルス幅を有するレーザ駆動パルスを発生させる。このレーザ駆動パルスを、レーザ露光装置５０３の半導体レーザに供給し、半導体レーザをそのパルス幅に対応する時間だけ発光させて、感光体ドラム５０１を走査露光する。これによって、予め定められた濃度に対するパッチ潜像が、感光体ドラム５０１に形成される。そして、このパッチ潜像は現像装置５０９により現像される。

感光体ドラム５０１上に形成されたパッチ画像７０１からの反射光量は、画像濃度検知手段である濃度センサ８０１（図８）で測定される。濃度センサ８０１は、ＬＥＤ等の発光素子を備える発光部と、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を備える受光部とを有する。濃度センサ８０１は、感光体ドラム５０１上の「画像間」に形成されたパッチ画像７０１が濃度センサ８０１の下を通過するタイミングで、上記反射光量を測定する。この測定結果に係る信号（D-sig）は、ＣＰＵ１０５に入力される。その後、ＣＰＵ１０５は、所望の一定濃度（反射光量）が得られると推定される補給トナー量の補正量（後述）を求める。連続画像形成中、出力する２００枚ごとの画像の後端と次の画像の先端とに挟まれた非画像領域（画像間）にパッチ画像７０１を形成させる。従って、パッチ画像７０１は、連続画像形成２００枚毎の画像間に形成される。

本実施形態では、感光体５０１上にパッチ画像を形成し、その濃度を測定する例で説明したが、パッチ画像の形成及び測定は、中間転写ベルト５０８上で行うことも可能である。

以下、更に詳しく説明する。

図８は、濃度センサ８０１の出力信号を処理する回路構成の一例を示すブロック図である。

濃度センサ８０１に入力される感光体ドラム５０１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８０２により、８ビットのデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号は、濃度変換回路８０３によって濃度情報に変換される。濃度変換回路８０３は、テーブル８０４を参照して、８ビットのデジタル信号を濃度信号に変換する。

ここでトナーは、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。又、感光体ドラム５０１は、近赤外光（９６０ｎｍ）の反射率が約４０％のＯＰＣ感光体である。しかし、反射率が同程度であるアモルファスシリコン系の感光体などであっても構わない。又、実施形態では、濃度センサ８０１は、感光体ドラム５０１からの正反射光のみを検出するよう構成されている。

図９は、感光体ドラム５０１上に形成されたパッチ画像７０１の濃度を各色の面積階調により段階的に変えた時の、濃度センサ８０１の出力値とパッチ画像の濃度との関係を示す図である。尚、トナーが感光体ドラム５０１に付着していない状態の濃度センサ８０１の出力を５Ｖ、つまり２５５レベルに設定する。

図９に示すように、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って濃度センサ８０１の出力値が小さくなる。このような濃度センサ８０１の特性に基づき、濃度センサ８０１の出力値から濃度信号に変換する各色専用のテーブル８０４を予め用意する。このテーブル８０４は、濃度変換回路８０３の記憶部に記憶されている。これにより濃度変換回路８０３は、各色の画像濃度を精度良く読み取ることができる。濃度変換回路８０３は、その変換により得られた濃度情報をＣＰＵ１０５へ出力する。

尚、実施形態では、パッチ画像７０１を形成する際のレーザ出力として、各色とも６４レベルの濃度信号を用いる。その際、階調補正テーブル（ＬＵＴ）を用いてレーザ出力が決定される。

本実施形態では、通常の画像形成中に非画像領域にパッチ画像７０１を形成し、そのパッチ画像７０１の濃度を検出して、画像の中間調を随時補正するように制御する。

図１０は、実施形態に係る画像形成装置１００のレーザ露光装置５０３の一例を示す図である。

半導体レーザ（以下、単にレーザ）１０００は光源の一例である。レーザ１０００は、図示しないビデオコントローラからのビデオ信号或いはエンジンコントローラからのコントロール信号によって発光しビーム（レーザ光）を照射するレーザ発光部として機能する。ポリゴンミラー１００１は回転多面鏡の一例である。ポリゴンミラー１００１は、図示しないモータにより図中の矢印の方向に回転駆動され、レーザ１０００からのビームを反射し、その反射されたビームが感光体ドラム５０１上を走査する。ポリゴンミラー１００１を回転させるモータは、図示しないエンジンコントローラからの加速信号／減速信号によって一定の回転速度になるように制御される。レーザ１０００からのビームは、ｆθレンズ１００２及び折り返しミラー１００３を経由して、感光体ドラム５０１上を矢印の方向に走査する。ｆθレンズ１００２は、ビームを感光体ドラム５０１上に等速で走査させるための光学部品である。ビームディテクタ１００４は、光を電圧に変換する素子である。このビームディテクタ１００４には、ビームの走査路上に設けられたミラー１００５により反射されたビームが所定のタイミングで入射される。ビームディテクタ１００４は、その入射光によって生じた電圧によってＢＤ信号を生成し、図示しないエンジンコントローラのＣＰＵやロジック回路へＢＤ信号を出力する。このＢＤ信号は、画像形成時の水平同期信号として使用される。

通常のＡＭスクリーンの階調再現に用いられる中間調ドットは、円形、楕円形、方形、矩形等の任意の形状を有し、図６を参照して前述したように、濃度によってドットサイズを変える面積変調で階調を表現している。従って図６において、濃度は図６（Ａ）＜図６（Ｂ）＜図６（Ｃ）の順となっており、ドットサイズも濃度に合わせて図６（Ａ）＜図６（Ｂ）＜図６（Ｃ）の順に大きくなっている。また、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のそれぞれにおけるドットのサイズは同じである。

これに対して実施形態では、中間調再現用のスクリーンは、ＣＭＹＫの略１０％以上の濃度域（ハイライト領域以外の領域）においては従来のＡＭスクリーンを使用する。またＣＭＹＫの略２０％以下のハイライト領域のスクリーンを形成するドットのサイズを固定化する。更に、ハイライト領域では、従来のＡＭスクリーンのようにドットサイズで階調表現を行うのではなく、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すようにドットの個数で階調表現を行うようにしている。網点ドットの成長点が全て固定サイズのドットが配置された後の濃度は、従来のＡＭスクリーンと同様に、ドットサイズを大きくすることで階調を表現する（図１１（Ｃ））スクリーンを使用する構成とした。

図１１は、実施形態に係る画像形成装置１００における階調再現に用いられる中間調ドットを規定したスクリーンを示す図で、それぞれ異なる濃度の網点パターンの一例を示している。

図１１（Ａ）（Ｂ）のように、ハイライト領域ではドットの個数で階調表現を行う。そして網点ドットの成長点が全て固定サイズであるドットが配置される濃度域（図１１（Ｃ））よりも濃度の大きい領域は、従来のＡＭスクリーンと同じように、ドットのサイズを大きくすることで階調を表現するスクリーンを使用する。

図１２は、人間の視覚の空間周波数に対する感度特性である視覚の観察距離３００ｍｍにおける空間周波数特性ＶＴＦ（Visual Transfer Function）を概念的に示した説明図である。

以下に視覚の空間周波数特性ＶＴＦを表す代表的な実験式を示す。

ＶＴＦ（ｕ）＝５．０５×ｅｘｐ｛（−０．１３８×π×Ｌ×ｕ）／１８０｝×［１−ｅｘｐ｛（−０．１３８×π×Ｌ×ｕ）／１８０｝］ …式（１）
この式（１）の変数Ｌは、観察距離を表しており、変数ｕは、空間周波数を表している。

実施形態では、粒状性を評価するために、以下の方法で粒状度を算出している。

粒状度の算出方法として、Ｘｅｒｏｘ社のＤｏｏｌｅｙとＳｈａｗが粒状性測定にウィナースペクトラムを適用し、視覚の空間周波数特性（Visual Transfer Function：ＶＴＦ）とカスケードした後、積分した値を粒状度（ＧＳ）とする方法を提案している。

ＧＳ＝ｅｘｐ（−１．８Ｄ￣）∫√｛ＷＳ（ｕ）￣｝×ＶＴＦ（ｕ）ｄｕ …式（２）
ここで、Ｄ￣、ＷＳ（ｕ）￣はそれぞれ、オーバーライン付のＤ，ＷＳ（ｕ）を示す。またＤｕは空間周波数、ＷＳ（ｕ）はウィナースペクトラム、ＶＴＦ（ｕ）は視覚の空間周波数特性である。ｅｘｐ（−１．８Ｄ￣）の項は、濃度と人の知覚する明るさの差を補正するための、平均濃度Ｄを変数とした関数である。

本実施形態に係る粒状度の算出方法は、ウィナースペクトラムとＶＴＦを用いたＤｏｏｌｅｙらの上記式（２）を基本とし、応用展開を図ったものである。

粒状度を改善するためにはドットサイズを大きくして安定にすることで、粒状度を低く抑えることが可能であり、また、網点の再現性もＧＳに関連しており、網点の再現性が高ければ粒状度は低く抑えることが可能である。

しかしながら、網点ドットのサイズを大きくすると、ドットパターン自体が認識されてしまい画像品位を損ねてしまうため、可能な限り網点ドットは小さくすることが好ましい。また、最小ドットサイズを大きくする場合には、濃度を網点ドットの個数で表現することになるが、通常のＡＭスクリーンと同じように規則的な配置をするとスクリーンパターンが視認されるという問題がある。このため、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、最小ドットのみで階調を表現する際には、ＡＭスクリーンの成長点のドットからランダムにドットを選ぶ方式を採用している。

本実施形態では画像形成装置１００の解像度は、１２００ｄｐｉの露光系を用い、スクリーンは１２００ｄｐｉの２値で作成する構成とした。

図１３は、実施形態に係るスクリーンの最小ドットの模式図である。

通常のＡＭスクリーンの場合は、図１３のスクリーンＡに示したように、１２００ｄｐｉの１画素が最小ドットとなる。ここでは、最小ドットサイズを図１３に示すようなサイズに設定した。尚、ここでは１ドットのサイズは、解像度１２００ｄｐｉの１ドットのサイズである。ここでは、スクリーンＡは１ドット、スクリーンＢは４ドット、スクリーンＣは５ドット、スクリーンＤは６ドット、スクリーンＥは７ドット、スクリーンＦは８ドット、スクリーンＧは９ドット、スクリーンＨは１２ドット、スクリーンＩは１２ドット、スクリーンＪは１６ドットで構成されている。

本実施形態では、画像が形成される記録材（紙、シート）の種類によって最小ドットサイズを変更する。即ち、図１３のスクリーンのいずれかを選択して像形成する。これは、視認性の問題が大きく、例えば紙の表面性（平滑度、凹凸状態）が異なれば、定着工程におけるドットサイズの変化量が異なり、ノイズやドットの目立ちにくさも変化してくるためである。また或いは、紙の白色度が変われば、ドット自体の見えやすさも変わってくるためである。更には、記録材の抵抗値が変われば、トナーの飛び散り方も変わり、ドット自体の見えやすさやノイズが変化するためである。従って、記録材の種類に応じて的確なドットサイズを設定する必要がある。

尚、記録材の種類を示す情報としては、表面性、白色度、抵抗率の他に、坪量、紙厚、紙密度、透気度、色相、光沢度等の情報があり、適宜、紙種情報と適正な最小ドットサイズとを関連付けて設定する。

本実施形態では、記録材の種類としてコート紙と普通紙を用いて、ドットの再現性、及びドットの目立ちにくさを検証した。

図１４及び図１５はそれぞれシアントート黒のトナーで、コート紙と普通紙を用いて、図１３のスクリーンで像形成した場合の、ドットサイズ、ドットの再現性、ノットの目立ちにくさの検討結果の具体例を示す図である。

また図１６は、実施形態で使用した普通紙とコート紙の紙情報を説明する図である。

図１６では普通紙とコート紙を例に挙げているが、その他の記録材の情報が含まれている。このようの記録材の種類は、記録材の坪量、紙厚、密度、表面抵抗率、体積抵抗率、表面粗さ、平滑度、透気度、色相、白色度、光沢度のうち、少なくとも一つの情報で特定される。

図１４は、シアントナーを使用したときのドット再現性、及びドットの目立ちにくさを検証した図で、図１４（Ａ）は普通紙、図１４（Ｂ）はコート紙の検証結果を示している。

また図１５は、黒トナーのドット再現性、及びドットの目立ちにくさを検証した図で、図１５（Ａ）は普通紙、図１５（Ｂ）はコート紙の検証結果を示している。

図１４（Ａ）からわかるように、シアントナーで普通紙に像形成する場合、ドットの再現性が良好で、かつドットが目立ちにくいのはスクリーンＦ，Ｇで、最小ドットサイズが８ドットサイズと９ドットサイズであることが分かる。また図１４（Ｂ）より、シアントナーでコート紙に像形成する場合は、ドットの再現性が良好で、かつドットが目立ちにくいのはスクリーンＣ，Ｄで、最小ドットサイズが５ドットサイズと６ドットサイズであることが分かる。

また図１５（Ａ）からわかるように、黒トナーで普通紙に像形成する場合、ドットの再現性が良好で、かつドットの目立ちにくいのはスクリーンＥ，Ｆで、最小ドットサイズが７ドットサイズもしくは８ドットサイズであることが分かる。また図１５（Ｂ）から、黒トナーでコート紙に像形成する場合、ドットの再現性が良好で、かつドットが目立ちにくいのはスクリーンＢ，Ｃで、最小ドットサイズが４ドットサイズもしくは５ドットサイズであることが分かる。

つまり、コート紙の場合、普通紙と比較して、小さいドットまで再現性が良好である一方で、小さいサイズでドット自体が目立ちやすくなることが分かる。

このように、普通紙とコート紙で、使用する最小ドットサイズを変更することで、記録材の種類に依らず、出力画像のハイライトの階調再現性を安定させることができる。

また、スクリーンパターンによるテクスチャーが視認されるのを防止し、色ムラ、粒状感の少ない高品位な画像を安定して形成できる画像形成装置を提供することが可能になる。

図１７は、実施形態に係る画像形成装置１００が、像形成に使用する記録材の種類に応じて最小のドットサイズを選択してハイライトスクリーンを取得する処理を説明するフローチャートである。尚、このフローチャートで示す処理は、ＣＰＵ１０５がＲＡＭ１０６に展開したプログラムを実行することにより達成される。

この処理を開始する際、前述の図１４、図１５の検証結果に基づいて、像形成に使用する記録材の種類に対応する最適な最小ドットサイズを記憶しているテーブルを予めＲＯＭ１０７或いはＨＤＤ１０８に登録しておく。そしてＳ１７０１でＣＰＵ１０５は、像形成に使用する記録材（シート）の種類を取得する。そしてＳ１７０２に進みＣＰＵ１０５は、Ｓ１７０１で取得した記録材の種類と、前述のテーブルに記憶されている、その記録材の種類に対応する最適な最小ドットサイズを読み出して最小ドットサイズを決定する。このＳ１７０２で最小ドットのサイズが、以前のドットサイズから変更されるとＳ１７０３に進み、選択したドットサイズのスクリーンデータを選択してＳ１７０４に進む。またＳ１７０２で最小ドットのサイズが変更されないときはＳ１７０４に進む。Ｓ１７０４でＣＰＵ１０５は、その最小ドットサイズに対応するハイライトのスクリーンパターンを取得して、この処理を終了する。

このようにして、像形成で使用する記録材の種類に応じて、最適な最小ドットサイズのスクリーンを選択して像形成することにより、記録材の種類に依らず、出力画像のハイライトの階調再現性を安定させることができる。

また図１４、図１５に示すように、像形成で使用するトナーの色に対しても、記録材の種類に応じた最適な最小ドットサイズが異なる。

従って、上述のテーブルは、像形成に使用する記録材の種類とトナーの色に対応する最適な最小ドットサイズを記憶しているとする。そして図１７のフローチャートのＳ１７０２で、記録材の種類と、像形成に使用するトナーの色に対応する最適な最小ドットサイズを、そのテーブルから読み出して最小ドットサイズを決定するようにしても良い。

これにより、像形成で使用する記録材の種類とトナーの色とに応じて、最適な最小ドットサイズのスクリーンを選択して像形成することができる。これにより、記録材の種類に依らず、より、出力画像のハイライトの階調再現性を安定させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

１００…画像形成装置、１０２…プリンタエンジン、１０５…ＣＰＵ、１１９…プリンタ画像処理部、３０４…中間趙処理部、３１０…階調制御部、４０８…センサ駆動部、５２０…フォトセンサ

Claims (6)

1. 像坦持体に形成した像を記録材に転写、定着して画像形成を行う画像形成装置であって、
   像形成で使用する記録材の種類を取得する取得手段と、
   前記記録材の種類に対応して、ハイライト領域の中間調を表現する網点パターンの最小ドットサイズを登録する登録手段と、
   前記取得手段により取得された記録材の種類に対応する最小ドットサイズを前記登録手段を参照して選択し、選択した最小ドットサイズのスクリーンを使用して前記像担持体の露光制御を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記登録手段は更に、前記記録材の種類と、像形成に使用するトナーの色とに対応して、ハイライト領域の中間調を表現する網点パターンの最小ドットサイズを登録し、
   前記制御手段は、前記取得手段により取得された記録材の種類と、像形成に使用するトナーの色とに対応する最小ドットサイズを前記登録手段を参照して選択し、選択した最小ドットサイズのスクリーンを使用して前記像担持体の露光制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記最小ドットサイズは、前記ハイライト領域の中間調を表現する網点パターンの最小ドットのサイズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記記録材の種類は、記録材の坪量、紙厚、密度、抵抗率、表面粗さ、平滑度、透気度、色相、白色度、光沢度のうち、少なくとも一つの情報で特定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 像坦持体に形成した像を記録材に転写、定着して画像形成を行う画像形成装置を制御する制御方法であって、
   像形成で使用する記録材の種類を取得する取得工程と、
   前記記録材の種類に対応して、ハイライト領域の中間調を表現する網点パターンの最小ドットサイズを登録する登録工程と、
   前記取得工程で取得された記録材の種類に対応する最小ドットサイズを前記登録工程を参照して選択し、選択した最小ドットサイズのスクリーンを使用して前記像担持体の露光制御を行う制御工程と、
   を有することを特徴とする制御方法。
6. コンピュータを、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の各手段として機能させるためのプログラム。

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