JP2021081623A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標階調を高精度に決定することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、用紙に画像を形成する画像形成部１８及び用紙に形成された画像を読み取る読取装置５０を備える。画像形成部１８は、用紙に目標階調決定用画像を形成する。制御部７０は、読取装置５０による目標階調決定用画像の読取結果に基づいて目標階調を決定する。画像形成部１８は、用紙に階調調整用画像を形成する。制御部７０は、読取装置５０による階調調整用画像の読取結果と目標階調とに基づいて階調を調整する。目標階調決定用画像の読取結果の数が、階調調整用画像の読取結果の数よりも多くなるように、目標階調決定用画像のサイズが設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、複合機、プリンタ等の画像形成装置に関する。

近年、オンデマンド画像形成装置の市場が拡大している。例えば、オフセット印刷市場には、電子写真方式の画像形成装置が広がりつつある。また、ラージフォーマット、低イニシャルコスト、超高速等の理由で幅広い市場開拓に成功したインクジェット方式の画像形成装置がある。しかし市場拡大は容易なものではなく、その市場を担ってきた先行の画像形成装置の画像品質（以下、「画質」と呼ぶ。）を維持しなければならない。

画質には、階調性、粒状性、面内一様性、文字品位、色再現性（色安定性を含む）等がある。この中で最も重要なのは色再現性であるといわれている。人間は、経験に基づいた期待する色（特に人肌、空、金属等）についての記憶があり、この記憶の許容範囲を超えた色については違和感をおぼえる。このような記憶された色は「記憶色」と呼ばれる。記憶色は、写真等への出力時にその再現性が重要になる。この他にも、印刷されたビジネス文書とモニタとの色の差に違和感を覚えてしまうオフィスユーザ層、コンピュータグラフィックスを扱うグラフィックアーツユーザ層等は、オンデマンド画像形成装置に対する安定性を含んだ色再現性への要求度が高い。

電子写真方式の画像形成装置は、一般的に、形成する画像の階調特性が目標の階調特性に一致するように階調特性の補正を行っている。階調特性の補正には、各階調値に対して補正後の階調値が設定された階調補正デーブルが用いられる。画像の階調特性は、画像形成装置の設置環境の変化や経時変化により変動する。そのために画像形成装置は、定期的に階調特性の調整（キャリブレーション）を行って、階調補正テーブルを最適化している。キャリブレーションは、用紙に階調調整用画像を形成することで行われる。用紙に形成された階調調整用画像はスキャナ等の読取装置で読み取られる。読み取られた階調調整用画像から得られる階調特性と目標の階調特性との誤差に応じて、階調補正テーブルが更新される。

階調調整用画像は、例えば、用紙上に、印刷ジョブに応じた画像が形成される画像領域を除いた非画像領域に形成される（特許文献１）。これにより、ユーザが所望する画像とは別紙に階調調整用画像を形成する必要がなくなり、印刷ジョブを中断する必要がなく、ヤレ紙の発生が回避できる。

特開２０１４−１０７６４８号公報

目標となる階調特性（以下、「目標階調」という。）は、ジョブの一枚目の用紙に形成される階調調整用画像の読取結果に基づいて決定される場合がある。目標階調を決定する際の階調調整用画像の読取結果は、読取装置による読取処理の繰り返しによるバラツキや、用紙の表面性（表面の凹凸）等が原因で変動することがある。この場合、正しい目標階調を決定することができない可能性がある。そのために、階調特性の監視及び調整を行った結果が正しく得られなくなり、継続して適切な色の画像を出力できない可能性がある。

本発明は、上記の問題に鑑み、目標階調を高精度に決定することができる画像形成装置を提供することを主たる課題とする。

本発明の画像形成装置は、用紙に画像を形成する画像形成手段と、前記用紙に形成された画像を読み取る読取手段と、前記画像形成手段により前記用紙に第１テスト画像を形成し、前記読取手段による前記第１テスト画像の読取結果に基づいて目標となる階調特性を決定し、その後、前記画像形成手段により前記用紙に階調特性を調整するための第２テスト画像を形成し、前記読取手段による前記第２テスト画像の読取結果と前記目標となる階調特性とに基づいて階調を調整する制御手段と、を備え、前記読取手段による前記第１テスト画像の読取結果の数が前記第２テスト画像の読取結果の数よりも多いことを特徴とする。

本発明によれば、目標階調を高精度に決定して、継続して適切な色の画像を出力することができる。

画像形成システムの構成図。 コントローラの説明図。 階調調整用画像の説明図。 目標階調決定用画像の例示図。 目標階調決定用画像の例示図。 画像形成処理を表すフローチャート。 （ａ）、（ｂ）は、読取結果のデータ数の影響の説明図。 目標階調決定用画像の例示図。 目標階調決定用画像の例示図。 画像形成処理を表すフローチャート。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

（画像形成システム）
図１は、本実施形態の画像形成装置を含む画像形成システムの構成図である。画像形成システム１は、画像形成装置１０、読取装置５０、及び操作部１８０を備える。画像形成装置１０は、用紙への画像形成を行う。読取装置５０は、用紙に形成された階調調整用のテスト画像である階調調整用画像を読み取る。操作部１８０は、入力装置と出力装置とを有するユーザインタフェースである。入力装置は各種キーボタンやタッチパネルである。出力装置はディスプレイやスピーカである。

画像形成装置１０は、４つの作像ユニット１８１Ｙ、１８１Ｍ、１８１Ｃ、１８１Ｋ、中間転写ベルト１８２、二次転写ローラ１８３、定着器１８４、２つの給紙トレイ１８５、及び反転機構１８６を備えている。各作像ユニット１８１Ｙ、１８１Ｍ、１８１Ｃ、１８１Ｋは、中間転写ベルト１８２のベルト面に沿って配置される。中間転写ベルト１８２は、複数のローラにより巻き回されて所定方向（本実施形態では図中時計回り方向）に回転する無端状の転写体である。二次転写ローラ１８３及び定着器１８４は、給紙トレイ１８５から搬送される用紙の搬送経路上に配置される。給紙トレイ１８５には所定サイズの用紙が収容される。本実施形態では、給紙トレイ１８５が２つ設けられており、各給紙トレイ１８５に収容される用紙は、同じ種類であってもよいが異なる種類であってもよい。

各作像ユニット１８１Ｙ、１８１Ｍ、１８１Ｃ、１８１Ｋは同じ構成であり、形成する画像の色が異なるのみである。作像ユニット１８１Ｙは、イエロー（Ｙ）の色の画像を形成する。作像ユニット１８１Ｍは、マゼンタ（Ｍ）の色の画像を形成する。作像ユニット１８１Ｃは、シアン（Ｃ）の色の画像を形成する。作像ユニット１８１Ｋは、ブラック（Ｋ）の色の画像を形成する。ここでは、作像ユニット１８１Ｙの構成について説明し、他の作像ユニット１８１Ｍ、１８１Ｃ、１８１Ｋの構成の説明を省略する。

作像ユニット１８１Ｙは、露光器１８ａ、感光体１８ｂ、現像器１８ｃ、帯電器１８ｄ、及びクリーニング部１８ｅを備える。感光体１８ｂは、表面に感光層を有したドラム形状の像担持体である。感光体１８ｂは、ドラム軸を中心にして図中反時計回りに回転する。帯電器１８ｄは、回転する感光体１８ｂの感光層に電圧を印加して感光体１８ｂの表面を一様に帯電させる。露光器１８ａは、イエローの画像の各画素の階調値に応じたレーザビームを、帯電された感光体１８ｂの表面に照射する。レーザビームの照射により、感光体１８ｂの表面に静電潜像が形成される。なお、他の色の作像ユニットの露光器１８ａは、対応する色の画像の各画素の階調値に応じたレーザビームを照射する。これにより他の色の作像ユニットの感光体１８ｂは、対応する色の静電潜像が形成される。

現像器１８ｃは、イエローのトナー等の色材により感光体１８ｂに形成された静電潜像を現像する。静電潜像の現像により、感光体１８ｂにイエローの画像が形成される。他の色の作像ユニットの現像器１８ｃは、対応する色の色材により静電潜像を現像する。これにより他の色の作像ユニットの感光体１８ｂは、対応する色の画像が形成される。
各作像ユニット１８１Ｙ、１８１Ｍ、１８１Ｃ、１８１Ｋのそれぞれの感光体１８ｂに形成された画像は、中間転写ベルト１８２に順次重畳するように転写される。各色の画像が転写された中間転写ベルト１８２上には、フルカラーの画像が形成される。転写後に感光体１８ｂに残留する色材は、クリーニング部１８ｅにより除去される。

用紙は、中間転写ベルト１８２に形成された画像が中間転写ベルト１８２の回転により二次転写ローラ１８３に搬送されるタイミングに応じて、給紙トレイ１８５から二次転写ローラ１８３まで搬送される。二次転写ローラ１８３は、中間転写ベルト１８２から用紙にフルカラーの画像を転写する転写部として機能する。画像が転写された用紙は、定着器１８４へ搬送される。定着器１８４は、画像が転写された用紙を加熱及び加圧することで、用紙に画像を定着させる。用紙の片面へ画像を形成する場合には、以上により画像形成処理が終了する。用紙の両面へ画像を形成する場合には、片面に画像が形成された用紙は、定着器１８４から反転機構１８６へ搬送されて表裏面を反転される。表裏面が反転した用紙は、再度二次転写ローラ１８３へ搬送され、同様の手順で画像が形成される。

画像形成装置１０は、印刷ジョブに応じて上記のような画像形成処理を行う。印刷ジョブには、形成する画像を表すデータや、使用する用紙サイズ等の画像形成条件が含まれる。露光器１８ａは、印刷ジョブに応じたレーザビームを感光体１８ｂに照射することになる。
後述するように、画像形成装置１０は、印刷ジョブに応じて用紙上に形成される画像の画像領域に重複して、階調調整用画像を形成するか否かを判断する。画像領域に重複して階調調整用画像を形成する場合、画像データに階調調整用画像の画像データ（以下、「テスト画像データ」という。）が付加される。画像データは、各色の画像の各画素の階調値を含むデータである。階調調整用画像が形成された用紙は、読取装置５０により読み取られる。階調調整用画像の読取結果に基づいて階調特性の監視及び調整が行われる。

読取装置５０は、第１搬送部５１、第２搬送部５２、第１読取センサ５３、第２読取センサ５４、及び測色部５５を備える。第１搬送部５１は、画像形成装置１０から供給された画像形成後の用紙を搬送する複数の搬送ローラ対５１１を備えている。第２搬送部５２は、読取後の用紙を搬送する複数の搬送ローラ対５２１を備えている。第１読取センサ５３と第２読取センサ５４とは、用紙が搬送される搬送経路を挟んだ位置に配置される。そのために読取装置５０は、第１読取センサ５３及び第２読取センサ５４により、用紙の両面の画像を一度の搬送動作で読み取ることができる。

第１読取センサ５３は、第１搬送部５１に配置され、第１搬送部５１を通過する用紙の一方の面に形成された画像を読み取る。第１読取センサ５３は、読取結果としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の読取信号を出力する。第１読取センサ５３は、例えば光学式センサである。第１読取センサ５３は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）ラインセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）ラインセンサ等のラインセンサが用いられる。第１読取センサ５３にラインセンサを用いることで、用紙の搬送方向に直交する方向について、用紙の全体を読み取ることができる。
第２読取センサ５４は、第２搬送部５２に配置され、第２搬送部５２を通過する用紙の他方の面に形成された画像を読み取る。第２読取センサ５４は、第１読取センサ５３と同様の構成であり、読取結果としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の読取信号を出力する。
ラインセンサは、用紙の搬送方向（通紙方向）に直交する方向を１ラインとして画像を読み取る。そのために用紙の搬送方向に直交する方向が主走査方向となる。用紙の搬送方向が副走査方向となる。

測色部５５は、第２読取センサ５４よりも用紙の搬送方向の下流側に配置される。測色部５５は、第２搬送部５２を通過する用紙の他方の面の画像を読み取る。測色部５５は、用紙上に形成された階調調整用画像の色を分光的に測定して、測色データを取得する。測色データは、ＸＹＺ等の表色系で表される。

（コントローラ）
図２は、画像形成システム１の動作を制御するコントローラの説明図である。コントローラは、制御部７０、記憶部１２、通信部１５、画像生成部１６、画像処理部１７、画像形成部１８、階調調整用画像付加部３０、及び表裏調整用画像付加部４０を備える。制御部７０には、上記した操作部１８０及び読取装置５０も接続される。操作部１８０は、入力装置１３及び出力装置１４を含む。

制御部７０は、画像形成システム１を構成する各部の動作を制御する。制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１、ＲＡＭ（Random Access Memory）７２、及びＲＯＭ（Read Only Memory）７３を備える。ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７３や記憶部１２に格納されるコンピュータプログラムを実行することで、画像形成システム１の各部の動作を制御する。ＲＡＭ７２は、ＣＰＵ７１が処理を実行する際のワークエリアを提供し、各種のプログラムやデータ等を一時的に記憶する。

記憶部１２は、制御部７０（ＣＰＵ７１）により実行されるコンピュータプログラムや、処理に用いられるデータ等を記憶する。記憶部１２は、後述する階調特性の監視、調整、及び表裏調整に用いられる値を記憶する。記憶部１２には、ハードディスク等の大容量記憶装置を用いることができる。

通信部１５は、画像形成システム１の外部に設けられるコンピュータ等の外部装置との間の通信制御を行う通信インタフェースである。例えば、通信部１５は、外部装置からネットワークを介してページ記述言語（ＰＤＬ：Page Description Language）で記述されたデータ（以下、「ＰＤＬデータ」という）を受信する。ＰＤＬデータは、例えば画像形成を指示する印刷ジョブに含まれる。

画像生成部１６は、通信部１５を介して取得したＰＤＬデータに対してラスタライズ処理を行い、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色毎に、ビットマップ形式の画像データを生成する。画像データは、画素毎の階調値を含む。階調値は画像の濃淡を表すデータ値である。例えばデータ値が８ビットの場合、階調値は０〜２５５階調の濃淡を表すことができる。

画像処理部１７は、画像生成部１６により生成された画像データに対して、階調補正処理、中間調処理等の画像処理を行う。画像処理部１７は、読取装置５０による画像の読取結果であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の読取信号を色変換して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像データを生成することもできる。

階調補正処理は、画像データに含まれる各色の階調値を、用紙上に形成された画像の色を目標の色に一致するように補正された各色の階調値に変換する処理である。階調補正処理には、入力階調値に対応する出力階調値が定められた階調補正テーブルが用いられる。また、画像処理部１７は、後述するように、制御部７０により補正が有効に設定された場合に階調調整用画像による階調特性の調整処理を行い、補正が無効に設定された場合に階調調整用画像による階調特性の調整処理を行わずに、中間調処理を行う。中間調処理は、例えば誤差拡散処理、組織的ディザ法を用いたスクリーン処理等である。

画像形成部１８は、制御部７０の制御により、作像ユニット１８１Ｙ、１８１Ｍ、１８１Ｃ、１８１Ｋ、中間転写ベルト１８２、二次転写ローラ１８３、定着器１８４、給紙トレイ１８５、及び反転機構１８６の動作を制御する。画像形成部１８により、用紙への画像形成処理が行われる。画像形成部１８は、画像処理部１７により画像処理された画像データの各画素の階調値に基づいて、複数の色からなる画像を用紙に形成する。本実施形態では、画像形成部１８は、画像処理部１７により画像処理された画像データに、テスト画像データ及び表裏調整用画像の画像データ（以下、「表裏調整用画像データ」という。）が付加された画像データを用いて画像形成処理を行う。画像は用紙の中央寄せで形成されるものとする。

階調調整用画像付加部３０は、階調調整用画像が形成されるように、画像データにテスト画像データを付加する。また、階調調整用画像付加部３０は、後述の目標階調決定用画像が形成されるように、画像データに目標階調決定用画像の画像データ（以下、「目標階調画像データ」という。）を付加する。目標階調決定用画像は、目標となる階調特性を決定するためのテスト画像である。このように階調調整用画像付加部３０は、階調調整用画像が形成されるように、画像データに階調調整用画像データを付加する。表裏調整用画像付加部４０は、表裏調整用画像が形成されるように、画像データに表裏調整用画像の画像データを付加する。

（階調調整用画像）
図３は、画像形成部１８により用紙に形成される階調調整用画像の説明図である。図３は、用紙８０の一方の面に形成される画像を例示する。用紙８０には、中央に画像領域８１が設けられ、画像領域８１の周囲と用紙８０のエッジとの間に非画像領域８２が設けられる。画像領域８１には、画像処理部１７により画像処理された画像データに基づく画像（印刷ジョブで指示された画像）が形成される。用紙８０には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色毎の階調調整用画像８５１Ｙ、８５１Ｍ、８５１Ｃ、８５１Ｋ、表裏調整用画像８４１、８４２、及び断裁用マーク８３が形成される。色を区別しない場合、階調調整用画像８５１Ｙ、８５１Ｍ、８５１Ｃ、８５１Ｋを「階調調整用画像８５１」と記載する。断裁用マーク８３は、ユーザにより予め付与される。断裁用マーク８３は、Ｌ字形状のマークが２つ重なって構成され、画像領域８１の四隅近傍に形成される。４つの断裁用マーク８３により囲まれた部分（破線で囲まれた領域）が用紙８０の断裁位置を形成する。なお、画像領域８１を示す斜線は説明のために示したものであり、実際に用紙８０上に形成されるものではない。また用紙８０は、長手方向に搬送（通紙）される。

階調調整用画像８５１は、用紙８０の周縁部のいずれに形成してもよいが、図３に示すように、用紙８０の通紙方向（用紙８０の長手方向）に直交する方向（用紙８０の短手方向）の用紙８０の両端部に形成されることが好ましい。すなわち、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれか２色の階調調整用画像８５１が用紙８０の短手方向の一端部に形成され、残りの２色の階調調整用画像８５１が用紙８０の短手方向の他端部に形成される。本実施形態では、階調調整用画像８５１Ｃ及び階調調整用画像８５１Ｍが用紙８０の短手方向の一端部に形成され、階調調整用画像８５１Ｙ及び階調調整用画像８５１Ｋが用紙８０の短手方向の他端部に形成される。用紙８０の通紙方向の先端部に階調調整用画像８５１が形成されないため、定着処理時の用紙８０の巻き付きの発生を抑制することができる。

階調調整用画像８５１Ｙ、８５１Ｍ、８５１Ｃ、８５１Ｋは、それぞれ階調値を段階的に異ならせた複数の階調のパッチ画像により構成される。図３では、階調調整用画像８５１は、１０階調のパッチ画像により構成される。各パッチ画像は、例えば主走査方向の長さが８［ｍｍ］、副走査方向の長さが１２［ｍｍ］である。主走査方向は通紙方向に直交する方向であり、副走査方向は通紙方向である。複数のパッチ画像は、用紙８０の通紙方向に一列に配列される。

階調値が２５５階調で表される場合、階調調整用画像８５１の一列に配列される複数のパッチ画像の階調値は、隣接するパッチ画像間の階調値の差が均等になるように、０〜２５５のいずれかの値に設定される。また、両端のパッチ画像の階調値はそれぞれ０、２５５に設定される。なお、階調調整用画像８５１を構成するパッチ画像は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに限られるものではなく、Ｒ、Ｇ、ＢやプロセスＢｋ等で形成されてもよい。
本実施形態では、Ａ３サイズの用紙を縦送り（主走査方向２９７［ｍｍ］×副走査方向４２０［ｍｍ］）したときの１枚に、４色すべての階調調整用画像８５１Ｙ、８５１Ｍ、８５１Ｃ、８５１Ｋが収まる範囲で階調調整用画像８５１のサイズが決定される。

用紙８０は、読取装置５０により読み取られる。読取装置５０による階調調整用画像８５１Ｙ、８５１Ｍ、８５１Ｃ、８５１Ｋ及び表裏調整用画像８４１、８４２の読取結果は、記憶部１２或いは制御部７０のＲＡＭ７２に記憶される。記憶された読取結果は制御部７０により解析される。

制御部７０は、画像形成部１８により形成された画像の階調特性の監視及び調整を行う。制御部７０は、画像処理部１７による補正処理の初期調整を行った後、画像形成部１８に、所定枚数ｎ枚（ｎは１以上の整数）の用紙８０に対して印刷ジョブに応じた画像と階調調整用画像８５１とを形成させる。制御部７０は、ｎ枚目の用紙８０に形成された階調調整用画像８５１を読取装置５０により読み取らせ、その読取結果に基づいて階調特性の調整値を算出する。

制御部７０は、ｎ＋１枚目以降の用紙８０に対して、画像形成部１８により画像を形成しつつ、算出した調整値に基づく階調補正テーブルによる階調補正の有効／無効を切り替えながら階調調整用画像８５１を形成する。制御部７０は、用紙８０の１枚毎に、階調特性の監視と調整とを交互に行う。印刷ジョブの画像データに関しては、制御部７０は、上記階調補正テーブルによる補正を常に有効として、画像処理部１７により階調補正を行う。

図４は、本実施形態の目標階調決定用の画像（以下、「目標階調決定用画像」という。）の例示図である。階調調整用画像８５１と比較して、目標階調決定用画像は、パッチ画像のサイズが大きく形成される。用紙８０には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色毎の目標階調決定用画像８５２Ｙ、８５２Ｍ、８５２Ｃ、８５２Ｋが形成される。色を区別しない場合、目標階調決定用画像８５２Ｙ、８５２Ｍ、８５２Ｃ、８５２Ｋを「目標階調決定用画像８５２」と記載する。目標階調決定用画像８５２は、１０階調のパッチ画像により構成される。各パッチ画像は、例えば主走査方向の長さが８［ｍｍ］、副走査方向の長さが２０［ｍｍ］である。複数のパッチ画像は、用紙８０の通紙方向に一列に配列される。

本実施形態では、読取装置５０が６００ｄｐｉの解像度で４［ｍｍ］×４［ｍｍ］の範囲を１単位の読取結果として出力する場合について説明する。読取装置５０は、光学的フレアやトナーエッジ効果の影響を考慮して、パッチ画像の副走査方向（通紙方向）の先端及び後端の２［ｍｍ］幅を読み取らない。そのために、階調調整用画像８５１の各パッチ画像のサイズが、主走査方向の長さが８［ｍｍ］、副走査方向の長さが１２［ｍｍ］の場合（図３参照）、１階調のパッチ画像の読取結果は、２データとなる。階調調整時には、この２データの平均値が該パッチ画像の輝度値として採用される。なお、輝度値には、平均値ではなく、最大値や最小値を採用してもよい。輝度値に平均値、最大値、最小値のいずれを採用するかは、読取装置５０の構成や画像形成装置１０の特徴に基づいて決定される。

目標階調決定用画像８５２のパッチ画像のサイズを階調調整用画像のパッチ画像のサイズと同じにする場合、目標階調決定用画像８５２のパッチ画像の輝度値が２データから決定される。しかし、２データでは、読取装置５０の読取誤差、搬送中の用紙のばたつき、用紙表面の凹凸がパッチ画像の読取結果に影響して、高精度の目標階調の設定には好ましくない。目標階調の不正確な決定は、階調補正の過大もしくは過小につながり、画質の低下として現れる。

そのために本実施形態の目標階調決定用画像８５２のパッチ画像のサイズは、階調調整用画像のパッチ画像のサイズよりも副走査方向（通紙方向）に延長されている。これにより、読取装置５０が６００ｄｐｉの解像度で４［ｍｍ］×４［ｍｍ］の範囲を１単位の読取結果として出力する場合に、１階調のパッチ画像の読取結果が４データとなる。そのために、上記のような読取結果への影響を低減することができる。

図４では、Ａ３サイズの用紙８０を縦送りしたときの１枚に、４色すべての目標階調決定用画像８５２Ｙ、８５２Ｍ、８５２Ｃ、８５２Ｋが収まる範囲で目標階調決定用画像８５２のサイズが決定される。より高精度に目標階調を決定する必要がある場合、図５に例示する目標階調決定用画像が用いられてもよい。図５の例では、１枚の用紙８０に対してそれぞれ異なる２色の目標階調決定用画像が形成されており、２枚の用紙８０で４色の目標階調決定用画像が形成される。

１枚目の用紙８０には、イエロー、シアンの色毎の目標階調決定用画像８５３Ｙ、８５３Ｃが形成される。２枚目の用紙８０には、マゼンタ、ブラックの色毎の目標階調決定用画像８５３Ｍ、８５３Ｋが形成される。色を区別しない場合、目標階調決定用画像８５３Ｙ、８５３Ｍ、８５３Ｃ、８５３Ｋを「目標階調決定用画像８５３」と記載する。目標階調決定用画像８５３は、１０階調のパッチ画像により構成される。各パッチ画像は、例えば主走査方向の長さが８［ｍｍ］、副走査方向の長さが４０［ｍｍ］である。複数のパッチ画像は、用紙８０の通紙方向に一列に配列される。このようなサイズのパッチ画像を読取装置５０が６００ｄｐｉの解像度で４［ｍｍ］×４［ｍｍ］の範囲を１単位の読取結果として出力する場合に、１階調のパッチ画像の読取結果が９データとなる。そのために、図４の目標階調決定用画像８５２の場合よりもさらに読取結果への影響を低減することができる。以降、図５の目標階調決定用画像８５３を用いた場合について説明する。

目標階調決定用画像８５３を階調調整用画像として用いることも可能である。しかしこの場合、トナー消費量の増大や複数枚の用紙８０への画像形成による階調補正のタイムラグの発生等の弊害が発生する。そのために、通常の階調補正時には最低限のパッチ画像のサイズに収めることが好ましい。通常の階調調整用画像８５１のパッチ画像は１枚毎に印字され、その読取結果が目標階調との差分として補正され続ける。そのために、一度の読取誤差による影響が実際の階調へ及ぼす影響は小さい。よって、通常の階調調整用画像８５１のパッチ画像のサイズは、目標階調決定用画像８５２、８５３のパッチ画像のサイズよりも小さくてもよい。

図６は、本実施形態の画像形成処理を表すフローチャートである。この画像形成処理は、印刷ジョブ毎に行われてもよく、また、給紙トレイ１８５毎に行われてもよい。この処理では、目標階調決定処理時に図５の目標階調決定用画像８５３が用いられ、階調補正処理時に図３の階調調整用画像８５１が用いられる。

制御部７０のＣＰＵ７１は、画像生成部１６により、用紙に形成する画像の画像データを生成する（Ｓ１０１）。ＣＰＵ７１は、階調調整を行うか否かを判断する（Ｓ１０２）。階調調整を行うか否かは、ユーザにより入力装置１３を用いて予め設定されている。設定内容はＲＡＭ７２に格納されており、ＣＰＵ７１はＲＡＭ７２を参照してこの判断を行う。

階調調整を行う場合（Ｓ１０２：Y）、ＣＰＵ７１は、目標階調決定処置を行う。目標階調決定処理を開始すると、ＣＰＵ７１は、まず、画像生成部１６により生成された１枚目用の画像データに、階調調整用画像付加部３０により、該印刷ジョブの目標階調を決定するための目標階調画像データを付加する（Ｓ１０３）。ＣＰＵ７１は、画像形成部１８により、目標階調画像データが付加された画像データに基づいて、用紙上への画像形成処理を行う（Ｓ１０４）。これにより、図５に例示するように、用紙８０に目標階調決定用画像８５３と画像領域８１に印刷ジョブで指示された画像とが形成された印刷物が生成される。印刷物は、読取装置５０へ搬送されて読み取られる。ＣＰＵ７１は、読取装置５０による目標階調決定用画像８５３の読取結果から輝度値を取得する。ＣＰＵ７１は、取得した輝度値を目標階調として決定し、ＲＡＭ７２に登録する（Ｓ１０５）。

目標階調決定用画像８５３の読取結果は、パッチ画像毎、つまり１色の１階調毎に９データである。ＣＰＵ７１は、９データから上下限の値を除いた７データの平均値を当該パッチ画像の輝度値とする。これにより、パッチ画像の輝度値を正確に判断することが可能となり、目標階調が高精度に決定される。目標階調決定用画像８５３は、２枚の用紙に形成されるため、Ｓ１０３〜Ｓ１０５の処理は、２回繰り返される。１枚目用の画像データには、イエロー及びシアンの目標階調決定用画像８５３Ｙ、８５３Ｃの目標階調画像データが付加され、２枚目用の画像データには、マゼンタ及びブラックの目標階調決定用画像８５３Ｍ、８５３Ｋの目標階調画像データが付加される。このように目標階調決定処理が行われる。

目標階調決定処理が終了すると、ＣＰＵ７１は、通常の階調補正処理を開始する。通常の階調補正処理を開始すると、ＣＰＵ７１は、まず、画像生成部１６により生成された画像データに、階調調整用画像付加部３０により、テスト画像データを付加する。（Ｓ１０６）。ＣＰＵ７１は、画像形成部１８により、テスト画像データが付加された画像データに基づいて、用紙上への画像形成処理を行う（Ｓ１０７）。これにより、図３に例示するように、用紙８０に階調調整用画像８５１と画像領域８１に印刷ジョブで指示された画像とが形成された印刷物が生成される。印刷物は、読取装置５０へ搬送されて読み取られる。ＣＰＵ７１は、読取装置５０による階調調整用画像８５１の読取結果から輝度値を取得する。ＣＰＵ７１は、取得した輝度値と目標階調との差分に基づいて、階調補正テーブルを更新する（Ｓ１０８）。

ＣＰＵ７１は、印刷ジョブが継続される間（Ｓ１０９：Y）、階調補正処理を繰り返し行う。印刷ジョブが終了すると（Ｓ１０９：N）、ＣＰＵ７１は、画像形成処理を終了する。なお、階調調整を行わない場合（Ｓ１０２：N）、ＣＰＵ７１は、画像形成部１８により、画像生成部１６により生成された画像データに基づいて、用紙上への画像形成処理を行い（Ｓ１１０）、画像形成処理を終了する。

以上のように、用紙上に階調調整用画像を形成して階調補正を行うジョブの場合、目標階調を決定する際の目標階調決定用画像のパッチ画像の読取結果のデータ数が、階調調整用画像のパッチ画像の読取結果のデータ数よりも多くなる。これにより、読取装置５０による測定誤差や、用紙表面の凹凸ムラ、搬送による用紙のばたつきによる読取結果への影響が低減され、目標階調を正確に設定することが可能となる。

図７は、読取結果のデータ数の影響の説明図である。図７（ａ）は、目標階調を決定するための１つのパッチ画像の読み取り数（データ数）が２の場合と９の場合との輝度値を例示する。データ数が２の場合、読み取られるパッチ画像のサイズが階調調整用画像８５１のパッチ画像のサイズ（８［ｍｍ］×１２［ｍｍ］）である。データ数が９の場合、読み取られるパッチ画像のサイズが目標階調決定用画像８５３のパッチ画像のサイズ（８［ｍｍ］×４０［ｍｍ］）である。

実際のパッチ画像の輝度値の平均値を「１１２」とする。データ数が９の場合、９データから上下限の値を除いた７データの平均値が読み取った輝度値として用いられる。図７（ａ）に示すように、２データから算出される輝度値の平均値よりも、９データから上下限の値を除いた７データから算出される輝度値の平均値の方が、実際のパッチ画像の輝度値の平均値に近い値となる。このように、目標階調決定用画像８５３のパッチ画像の読取結果から得られる輝度値は、読取結果への外乱の影響を抑制することができる。

図７（ｂ）は、目標階調を決定するために１つのパッチ画像を５０回読み取った結果の平均値を破線で表す。５０回読み取ることで実際のパッチ画像の輝度値とほぼ同値の輝度値が検出される。しかし、読取装置５０で１つのパッチ画像を５０回読み取るためには、パッチ画像のサイズは、主走査方向の長さが８［ｍｍ］×副走査方向の長さが２０４［ｍｍ］となる。これは現実的ではない。そのために、図７（ｂ）に示すように、５０回の読取結果とほぼ同じ輝度値が得られるように、本実施形態の目標階調決定用画像８５３のパッチ画像のサイズは、主走査方向の長さが８［ｍｍ］×副走査方向の長さが４０［ｍｍ］とされる。

このように本実施形態では、目標階調を正確に決定し、その後の階調調整用画像から検出される輝度値と目標階調との差分を補正する。目標階調は、目標階調決定用画像による同じ色のパッチ画像の読取結果が、階調調整用画像８５１によるパッチ画像の読取結果よりも多いために、正確に決定される。これにより画像形成装置１０は、過大や過小の階調補正を防止して、長時間の適切な画質の画像形成を可能とする。

（変形例）
図４、図５の目標階調決定用画像８５２、８５３は、パッチ画像のサイズが階調調整用画像８５１のパッチ画像のサイズよりも大きく形成される。目標階調決定用画像の各階調のパッチ画像は、階調調整用画像８５１の各階調のパッチ画像よりも、読取結果数（データ数）が多ければよい。読取結果数は、パッチ画像のサイズを大きくする他に、同じ階調値のパッチ画像の数を増やすことでも多くすることができる。そこで、図８、図９では、階調調整用画像８５１よりもパッチ画像数を多くした目標階調決定用画像について説明する。

図８は、目標階調決定用画像の例示図である。図８の例では、１枚の用紙８０に対して２色の目標階調決定用画像が形成されており、２枚の用紙８０で４色の目標階調決定用画像が形成される。１枚目の用紙８０には、イエロー、シアンの色毎の目標階調決定用画像８５４Ｙ、８５４Ｃが形成される。２枚目の用紙８０には、マゼンタ、ブラックの色毎の目標階調決定用画像８５４Ｍ、８５４Ｋが形成される。色を区別しない場合、目標階調決定用画像８５４Ｙ、８５４Ｍ、８５４Ｃ、８５４Ｋを「目標階調決定用画像８５４」と記載する。目標階調決定用画像８５４は、１０階調のパッチ画像により構成される。各パッチ画像は、例えば主走査方向の長さが８［ｍｍ］、副走査方向の長さが１２［ｍｍ］である。複数のパッチ画像は、用紙８０の通紙方向に一列に配列される。

目標階調決定用画像８５４のパッチ画像は、目標階調決定用画像８５２、８５３とは異なり、階調調整用画像８５１のパッチ画像と同じサイズ、形状である。ただし、目標階調決定用画像８５４は、各色が同一の用紙８０に２カ所形成されている。例えば、目標階調決定用画像８５４Ｙは、用紙８０の右辺側の通紙方向の２カ所に形成される。このような目標階調決定用画像８５４ついても、同じ階調のパッチ画像から読み取るデータ数を階調調整用画像８５１のパッチ画像よりも多く確保できるために、目標階調決定用画像８５２、８５３と同様の効果を得ることができる。

図９は、目標階調決定用画像の例示図である。図９の例では、２枚の用紙８０に４色の目標階調決定用画像が形成される。１枚目と２枚目の用紙８０には、図３の階調調整用画像８５１と同様の画像が形成される。即ち、１枚目と２枚目の用紙８０には、いずれもイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色毎の目標階調決定用画像８５５Ｙ、８５５Ｍ、８５５Ｃ、８５５Ｋが形成される。色を区別しない場合、目標階調決定用画像８５５Ｙ、８５５Ｍ、８５５Ｃ、８５５Ｋを「目標階調決定用画像８５５」と記載する。目標階調決定用画像８５５は、１０階調のパッチ画像により構成される。各パッチ画像は、例えば主走査方向の長さが８［ｍｍ］、副走査方向の長さが１２［ｍｍ］である。複数のパッチ画像は、用紙８０の通紙方向に一列に配列される。

つまり、図３の階調調整用画像８５１が形成された用紙８０を２枚用いることで、本実施形態の目標階調決定用画像８５５となる。このような目標階調決定用画像８５５の読取装置５０による読取結果を平均化或いは異常値の除外により、読み取り誤差を低減することができる。このような目標階調決定用画像８５５ついても、同じ階調のパッチ画像から読み取るデータ数を階調調整用画像８５１のパッチ画像よりも多く確保できるために、目標階調決定用画像８５２、８５３と同様の効果を得ることができる。

このように目標階調を決定するための演算に利用するパッチ画像数、また印字する用紙の枚数は任意に変更可能である。ただし、平均化するデータ数を増やすことでより正確な目標階調を設定することは可能となるが、増やしすぎることで階調補正を開始するタイミングが遅れることになる。そのために、適正枚数を予め設定もしくはアナウンスしておく必要がある。

図１０は、画像形成処理を表すフローチャートである。この画像形成処理は、印刷ジョブ毎に行われてもよく、また、給紙トレイ１８５毎に行われてもよい。この処理では、目標階調決定処理時に図５の目標階調決定用画像８５３が用いられ、階調補正処理時に図３の階調調整用画像８５１が用いられる。

制御部７０のＣＰＵ７１は、図６のＳ１０１、Ｓ１０２の処理と同様に画像データを生成し、階調調整を行うか否かを判断する（Ｓ２０１、Ｓ２０２）。階調調整を行わない場合（Ｓ２０２：N）、ＣＰＵ７１は、図６のＳ２１０の処理と同様に用紙上への画像形成処理を行い（Ｓ２１０）、画像形成処理を終了する。

階調調整を行う場合（Ｓ２０２：Y）、ＣＰＵ７１は、目標階調決定処置を行う。目標階調決定処理を開始すると、ＣＰＵ７１は、まず、画像生成部１６により生成された１枚目用及び２枚目用の画像データのそれぞれに、階調調整用画像付加部３０により、印刷ジョブの目標階調を決定するための目標階調画像データを付加する（Ｓ２０３）。ＣＰＵ７１は、画像形成部１８により、目標階調画像データが付加された画像データに基づいて、２枚の用紙上への画像形成処理を続けて行う（Ｓ２０４）。これにより、図８又は図９に例示するように、用紙８０に目標階調決定用画像と画像領域８１に印刷ジョブで指示された画像とが形成された印刷物が生成される。印刷物は、読取装置５０へ搬送されて読み取られる。ＣＰＵ７１は、読取装置５０による目標階調決定用画像８５３の読取結果から輝度値を取得する。ＣＰＵ７１は、取得した輝度値を目標階調として決定し、ＲＡＭ７２に登録する（Ｓ２０５）。同じ色の複数個のパッチ画像の読取結果は平均化或いは異常値を除去する処理が行われるために、目標階調の精度が向上する。このように目標階調決定処理が行われる。

目標階調決定処理が終了すると、ＣＰＵ７１は、図６のＳ１０６〜Ｓ１０９の処理と同様に通常の階調補正処理を行う（Ｓ２０６〜Ｓ２０９）。ＣＰＵ７１は、印刷ジョブが終了すると（Ｓ１０９：N）、ＣＰＵ７１は、画像形成処理を終了する。

図８、図９の目標階調決定用画像８５４、８５５は、複数枚の用紙に形成される。このような目標階調決定用画像８５４、８５５を用いることにより、読取装置５０による測定誤差や、用紙表面の凹凸ムラ、搬送による用紙のばたつきによる読取結果への影響が低減され、目標階調を正確に設定することが可能となる。

画像形成装置１０は、目標階調を正確に決定し、その後の階調調整用画像から検出される輝度値と目標階調との差分を補正する。目標階調は、目標階調決定用画像による同じ色のパッチ画像の読取結果が、階調調整用画像８５１によるパッチ画像の読取結果よりも多いために、正確に決定される。これにより画像形成装置１０は、過大や過小の階調補正を防止して、長時間の適切な画質の画像形成を可能とする。

なお、上記した実施形態及び変形例は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、読取装置５０は、画像形成装置１０の外部ではなく、画像形成装置１０の内部に設けられる構成であってもよい。

画像形成システム１は、読取装置５０の用紙搬送方向下流側に、ステイプル処理、パンチ穴開け処理、折り処理、製本処理等の用紙処理を行う用紙処理装置が設けられた構成であってもよい。用紙処理装置は、制御部７０から指示された場合にのみ用紙処理を実行してもよい。制御部７０からの指示がなく用紙処理を行わない場合、当該用紙処理装置は搬送された用紙をそのまま排紙する。

また、第１読取センサ５３は下方から用紙の画像を読み取り、第２読取センサ５４及び測色部５５は上方から用紙の画像を読み取るものとしたが、これは逆であってもよい。また、画像データに基づいて形成される画像に断裁用マーク８３が含まれるものとしたが、断裁用マーク８３が含まれないものとしてもよい。そのような場合、画像形成装置１０は、画像データに基づいて画像が形成される用紙の断裁位置に断裁用マーク８３が形成されるように、画像データに断裁用マーク情報を付加できるように構成されていてもよい。

Claims (10)

1. 用紙に画像を形成する画像形成手段と、
   前記用紙に形成された画像を読み取る読取手段と、
   前記画像形成手段により前記用紙に第１テスト画像を形成し、前記読取手段による前記第１テスト画像の読取結果に基づいて目標となる階調特性を決定し、その後、前記画像形成手段により前記用紙に階調特性を調整するための第２テスト画像を形成し、前記読取手段による前記第２テスト画像の読取結果と前記目標となる階調特性とに基づいて階調を調整する制御手段と、を備え、
   前記読取手段による前記第１テスト画像の読取結果の数が前記第２テスト画像の読取結果の数よりも多いことを特徴とする、
   画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記読取手段による前記第１テスト画像の読取結果から上下限の値を除き、上下限を除いた前記読取結果に基づいて前記目標となる階調特性を決定することを特徴とする、
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、上下限を除いた前記読取結果の平均値を前記目標となる階調特性とすることを特徴とする、
   請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成手段は、前記第１テスト画像のサイズを前記第２テスト画像のサイズよりも大きく形成することを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成手段は、前記用紙の通紙方向に並ぶ複数の第１パッチ画像により前記第１テスト画像を形成し、前記用紙の通紙方向に並ぶ複数の第２パッチ画像により前記第２テスト画像を形成し、
   前記第１パッチ画像は、通紙方向のサイズが前記第２パッチ画像の通紙方向のサイズよりも大きく形成されることを特徴とする、
   請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成手段は、複数の色の画像を前記用紙に形成することができ、１枚目の用紙と２枚目の用紙とに異なる色の前記第１テスト画像を形成することを特徴とする、
   請求項４又は５記載の画像形成装置。
7. 前記画像形成手段は、前記第１テスト画像の数を前記第２テスト画像の数よりも多く形成することを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか１項記載の画像形成装置。
8. 前記画像形成手段は、異なる階調値の複数の第１パッチ画像により前記第１テスト画像を形成し、異なる階調値の複数の第２パッチ画像により前記第２テスト画像を形成し、
   前記第１パッチ画像は、同じ階調値の前記第２パッチ画像よりも多く形成されることを特徴とする、
   請求項４記載の画像形成装置。
9. 前記画像形成手段は、２枚の用紙に前記第１テスト画像を形成することを特徴とする、
   請求項７又は８記載の画像形成装置。
10. 前記画像形成手段は、前記目標となる階調特性を決定する際に、前記用紙の、印刷ジョブで指示された画像が形成される画像領域の周囲と前記用紙のエッジとの間に前記第１テスト画像を形成し、階調を調整する際に、前記用紙の、印刷ジョブで指示された画像が形成される画像領域の周囲と前記用紙のエッジとの間に前記第２テスト画像を形成することを特徴とする、
    請求項１〜９のいずれか１項記載の画像形成装置。

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