JP4188493B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力画像データを処理して得られる記録画像データに基づいて電子写真法により感光体等の像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を形成するデジタル複写機等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の画像形成装置としては、デジタル複写機、レーザプリンタ、ファクシミリなどがあり、既に多くの製品が実用化されている。これらの製品に対する顧客の立場からの要求は、耐久性を含めた高い信頼性と、低コスト、操作性の良さなどであり、さらには画像品質が高いレベルにあることである。
【０００３】
画像品質を決定する重要な構成部分として、現像部が挙げられる。電子写真法、その他の粉体トナーを用いた画像形成方法での現像方式の中では、二成分現像が特に高速対応性に優れた方式として知られている。特に、複写機やレーザプリンタなどの商品分野において、主流を占める技術として使われている。
【０００４】
二成分現像を例に説明すると、現像剤担持体である内部に磁石を設置した非磁性スリーブの表面に現像剤を保持・搬送し、現像剤をブラシ状（磁気ブラシ）にして感光体等の像担持体に接触ないしは近接させて、静電潜像が形成された像担持体と電気的バイアス（現像バイアス）が印加された非磁性スリーブとの間の電界によってトナーが潜像面に選択的に付着することにより、現像が行われる。発明者らの研究によれば、特に周期的な波形を有する現像バイアスを非磁性スリーブに印加した場合は、潜像に対してより忠実にトナーを付着させ得ることが明らかになっている。
【０００５】
現像剤はトナーとキャリアとからなる。キャリアは磁性体で、スリーブ内部の磁石によってスリーブ上に保持され搬送される。トナーはキャリアと接触することによって電荷を持ち、キャリアとともに運動し、静電潜像に応じて像担持体上に転移し、通常その消費量に対応したトナーが新たに補給される。キャリアは現像装置内に留まって、補給されたトナーと混合され、トナーの搬送と帯電に寄与する。
【０００６】
キャリアの種類は鉄粉、フェライト、マグネタイトなどの磁性体の芯材を樹脂でコートしたものや、樹脂（バインダ）中にマグネタイト微粉などを分散させたものが通常用いられる。これらのコート材やバインダによってキャリアの抵抗が適当な値に制御され、キャリアの耐久性が向上する。
【０００７】
ところで、画像品質に関しては、記録密度を高くして解像力・階調再現性を向上させることが求められている。この内、階調再現性は微小なドットを正確に形成できることが必要条件である。即ち、濃度値はトナーの付着する面積と対応するので、ドット面積を正確に制御することは多くの段階の階調を再現できることにつながる。また、微小なドットの正確な形成は濃度値の低い画像の再現性向上につながる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現実には、以下のような様々な原因により、画像品質が維持できないという問題がある。
・現像剤の経時劣化による現像剤特性（トナー帯電量・キャリア抵抗・現像剤流動性など、及びそれらの分布）の変化。
・環境（温度・湿度）による現像剤特性の変化。
・感光体の諸特性（潜像電位、物理的表面状態など）の経時変化。
・ユニットの汚れ・摩耗などによる影響（帯電電位変動、転写電位変動、クリーニング性低下など）。
【０００９】
このような原因により、画像品質が劣化する。具体的には、画像濃度の低下又は増加、小さなドットの再現性の低下、ドット面積のばらつきの増加、ラインのかすれ、ライン幅の変動の増加、ハーフトーン後端部のかすれ、などが発生し、文字のシャープネスや滑らかさ、階調再現性などが低下する。
【００１０】
さらに、トナー、キャリア或いは感光体などが変更されたとき、画像品質が大きく変わってしまうという問題がある。
【００１１】
ちなみに、特開平５-６４９１９号公報によれば、記録密度を変換できる記録装置が開示されている。しかし、これは入力情報や使用者の選択によって切り替えるためのもので、それによって例えば経時で変化する画像の品質を維持することはできない。
【００１２】
また、特許第２８０３８６７号掲載公報によれば、トナー粒径情報を入力してそれに応じて処理モードを選択する画像形成制御装置が開示されている。これは、小粒径トナーを用いた場合にそれに応じた記録画像用パターンを形成するというものであるが、これも経時などで変化しようとする画像の品質を維持するものではない。
【００１３】
本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、形成されたトナー画像の劣化状態を検知し、その画像形成能力に応じた入力画像データの処理方法を選択することにより、常に一定の階調再現性を維持し得る画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、形成されたトナー画像の劣化状態を検知し、その画像形成能力に応じた記録密度を選択することにより、常に一定の階調再現性を維持し得る画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
さらには、低濃度部の再現性を向上させ得る画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１６】
また、画像微細部分の再現性を向上させ得る画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、トナーが変更された場合もそれに応じた階調再現ができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１８】
さらに、感光体等の像担持体が変更された場合もそれに応じた階調再現ができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、入力画像データを処理して得られる記録画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を形成する画像形成装置において、周期的パターンの静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像形成手段で形成された前記静電潜像を現像してテスト用トナー像を形成させるテスト像形成手段と、該テスト像形成手段で形成された前記テスト用トナー像を光学的に読み取るテスト像読取手段と、該テスト像読取手段で読み取られた前記テスト用トナー像の情報に基づきトナー像の状態を判定する状態判定手段と、該状態判定手段で判定された前記トナー像の状態の判定結果に応じて前記入力画像データの処理方法を変更するデータ処理変更手段と、を備え、前記状態判定手段は、前記テスト用トナー像の反射濃度と理想的なトナー像の反射濃度をそれぞれ２値化し、該各２値化信号の差の絶対値の累積値と閾値を比較して前記テスト用トナー像の細部再現性を判定する。また、前記状態判定手段は、前記各２値化信号の差の絶対値の累積値が前記閾値以上の場合前記テスト用トナー像の細部再現性は低く、累積値が閾値より小さい場合前記テスト用トナー像の細部再現性は高いと判定する。
【００２０】
従って、周期的パターンによるテスト用トナー像として像担持体上に形成されたトナー像の劣化状態を検知し、そのトナー像の細部再現能力に応じた入力画像データの処理方法を選択することで、経時劣化や環境変化に関わらず、常に一定の階調再現性を維持することができる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、入力画像データを処理して得られる記録画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を形成する画像形成装置において、周期的パターンの静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像形成手段で形成された前記静電潜像を現像してテスト用トナー像を形成させるテスト像形成手段と、該テスト像形成手段で形成された前記テスト用トナー像を光学的に読み取るテスト像読取手段と、該テスト像読取手段で読み取られた前記テスト用トナー像の情報に基づきトナー像の状態を判定する状態判定手段と、該状態判定手段で判定された前記トナー像の状態の判定結果に応じて前記記録画像データの記録密度を変更する密度変更手段と、を備え、前記状態判定手段は、前記テスト用トナー像の反射濃度と理想的なトナー像の反射濃度をそれぞれ２値化し、該各２値化信号の差の絶対値の累積値と閾値を比較して前記テスト用トナー像の細部再現性を判定する。また、前記状態判定手段は、前記各２値化信号の差の絶対値の累積値が前記閾値以上の場合前記テスト用トナー像の細部再現性は低く、累積値が閾値より小さい場合前記テスト用トナー像の細部再現性は高いと判定する。
【００２２】
従って、周期的パターンによるテスト用トナー像として像担持体上に形成されたトナー像の劣化状態を検知し、そのトナー像の細部再現能力に応じた記録密度の選択をすることで、経時劣化や環境変化に関わらず、常に一定の階調再現性を維持することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記テスト像読取手段は、単一又は複数の読取画素を有する撮像素子を備える。
【００２４】
従って、請求項１ないし３の何れか一に記載の発明に加えて、形成されたテスト用トナー像を光学的に微細な部分を読み取ることができるので、トナー像の細部再現能力を正確に把握することができる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一に記載の画像形成装置において、前記状態判定手段は、読み取られた前記テスト用トナー像の周期性のずれを検出し、その検出結果に応じてトナー像の状態を判定する。
【００２６】
従って、請求項１ないし４の何れか一に記載の発明に加えて、トナー像の状態判定のためにテスト用トナー像の周期性のずれを検出するため、トナー像の細部再現能力をより正確に把握することができる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記データ処理変更手段による処理方法は、前記入力画像データの濃度情報を網点の大きさに変換することを含み、その処理方法の変更は網点の線数の変更である。
【００２８】
従って、請求項１記載の発明に加えて、トナー像の細部再現能力に応じた網点の最小値を決めるので、低濃度部の再現性を向上させることができる。
【００２９】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の画像形成装置において、形成しようとする網点の最小面積は用いるトナーの平均断面積の１０倍以上である。
【００３０】
従って、請求項６記載の発明に加えて、最小ドットを十分な数で形成することができるので、画像微細部分の再現性が向上する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的な技術的思想は、像担持体である感光体上に形成されたテスト用トナー像の状態を読み取って、その状態に応じて階調再現の基本となる最小ドットサイズを変更しようというものである。ちなみに、像担持体上に形成されたトナー像を読み取る技術としては、例えば、特開平６-６０１８１号公報があり、トナー像のエッジ部を検出し、エッジ部の補正をかけるというものである。しかし、これは以下に詳細に説明するように、周期的パターンによるテスト用トナー像の状態を読み取り、形成しようとする画像の周期性にフィードバックするという本発明の思想とは異なるものである。
【００３６】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図８に基づいて説明する。図１はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の外部機器からの入力画像データに基づき画像を形成してプリント物を得るレーザプリンタ等の画像形成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【００３７】
基本的には、ＰＣ等からの入力画像データはインタフェース（Ｉ／Ｆ）１を介して処理部２に入力され、必要な演算処理を施され、記録画像データとされて作像部３に送られ、目的とするプリント物が得られる。
【００３８】
ここに、処理部２では入力画像データに対する処理方法の一つである階調再現処理として階調データを網点に変換する。これは、予め形成されている濃度マトリクスに従って多値情報を２値に変換するものである。濃度マトリクス４ａの一例を図２に示す。このマトリクス４ａでは１６階調を表わすことができる。マトリクスサイズを大きくすることにより表現できる階調数は増えるが、反面パターンが目立ちやすくなり、解像力も低下する。この処理部２は後述するように、複数種類の濃度マトリクスを選択自在に有しており、これにより、入力画像データに対する処理方法の変更が可能とされている。
【００３９】
作像部３の主要部の構成例の概要を図３に示す。電子写真プロセスを利用して実際に画像形成を行う作像部３では半導体レーザ（ＬＤ）５を光書込み用光源とするＬＤ書込系６を有し、画像データに従って駆動されるＬＤ５のレーザ光を回転多面鏡７による偏向走査により光導電性を有する有機又は無機材料からなる像担持体であるドラム状の感光体８上に照射させる。レーザ光は記録画像データに従い画素単位でオン・オフ制御され、感光体８上を感光体８の回転軸と水平方向（主走査方向）に走査する。感光体８面は回転によりその回転軸方向と垂直方向（副走査方向）に移動するため、結果的にレーザ光が２次元的に感光体８面を照射する。記録密度は例えば１２００dpiであり、画素サイズは約２１μｍ×２１μｍとなる。ここに、感光体８表面はレーザ照射に先立って帯電ローラ９によって均一に帯電される。次いで、ＬＤ光書込み、現像装置１０に収納されているトナーによる静電潜像の現像、転写ローラ１１による転写材１２への転写、クリーニング装置１３による感光体８上のクリーニング、と画像形成プロセスが進み、転写材１２は感光体８から分離された後、定着装置１４でトナー像の定着が行われ、プリント物が形成される。
【００４０】
ここに、現像装置１０は現像剤担持体として機能する現像スリーブ１５、ドクターブレード１６、固定磁石１７、撹絆部材１８、トナーボトル１９などからなる。現像スリーブ１５は非磁性の導電性部材で構成され、表面はサンドブラストなどで適度な凹凸が設けられている。現像スリーブ１５は矢印方向に回転駆動され、内部には複数の固定磁石１７が内蔵されている。現像スリーブ１５にはバイアス電源（図示せず）から現像バイアスが印加される。現像容器２０内の現像剤溜りに設けられた２本の撹絆部材１８は現像剤を互いに逆方向に移動させる。また、現像スリーブ１５近傍に配設させたドクタブレード１６は現像剤の現像領域への搬送量を規制するためのものである。
【００４１】
このような現像装置１０において、トナーが消費されると、それに相当する量のトナーがトナーボトル１９から補給される。補給されたトナーは撹絆部材１８により現像容器２０内の現像剤と混合される。２本の撹拌部材１８によって搬送された現像剤は現像スリーブ１５近傍に達したとき、内部の固定磁石１７の磁気的作用で現像スリーブ１５上に汲み上げられる。ドクターブレード１６の下流側で現像剤の対流が起こり、トナーとキャリアとが混合してトナーが十分かつ均一に帯電される。
【００４２】
ドクターブレード１６と現像スリーブ１５との間のギャップにより、現像領域に搬送される現像剤量が一定になる。現像領域（現像スリーブ１５からトナーが、静電潜像が形成された感光体８へ移動し得る領域）では固定磁石１７によって形成された磁気ブラシ（トナーとキャリアで形成されたブラシ状の状態）が感光体８に接触し、現像スリーブ１５の電圧と感光体８の静電潜像との間で形成された電界によってトナーが移動する。
【００４３】
現像剤としては、例えば、粒径５０μｍのフェライト粒子を芯材とし、その表面をシリコーン樹脂でコートしたキャリアと、質量平均粒径が７.５μｍでカーボンブラックで着色されている熱可塑性樹脂を主成分とするトナーとを、トナー濃度５wt％（質量比でキャリア：トナーが９５：５）で混合した二成分現像剤が用いられている。
【００４４】
図１に戻り、作像部３で形成されたトナー像の品質を検査するために、特定の間隔、例えばプリント物が形成される直前などの時点で、感光体８上にテスト用トナー像を形成して、その状態を感光体８上で検出・判定するためのテスト像形成手段、テスト像読取手段、状態判定手段及びデータ処理変更手段の機能が付加されている。ここに、テスト像形成手段の機能は作像部３内において、その制御を受け持つマイコンにより作像データ制御、作像タイミング制御等の一環として実行されるが、特に、周期的パターン像を形成させる点が特徴である。
【００４５】
テスト像読取手段２１はテスト像形成手段により感光体８上に形成されたテスト用トナー像を光学的に読み取るもので、例えば、テスト用トナー像を光学的に微小な単位で読み取るＣＣＤ等の撮像素子２２を有する構成とされる。テスト像読取手段２１における撮像素子２２は、例えば、現像装置１０よりも下流側位置であって、図４に示すように感光体８近傍に対向配置され、感光体８上に形成されたテスト用トナー像２３を直接読み取る。この撮像素子２２は単一画素からなり感光体８の回転に伴い副走査方向にテスト用トナー像２３を読み取るものでも、感光体８の移動方向と垂直方向（主走査方向）に複数の画素が並んだアレイ状のものでもよい。前者は構成が極めて簡単であるという長所があり、後者は検出精度を向上させられるという長所がある。
【００４６】
テスト用トナー像２３を形成する場合、用いる手段（潜像形成、現像）は実際にプリント物を形成するのと同じものを用いることが望ましい。テスト用トナー像２３は、例えば図５に示すように、予め決められた周期を有するドット又はライン像なる周期的パターンによるものであることが望ましい。
【００４７】
状態判定手段２４はテスト像読取手段２１により読み取られた結果に基づき、そのトナー像の状態を以下のように判定する。
【００４８】
図６にテスト用トナー像形成からその読取・判定までの処理例の概略フローチャートを示し、図７に出力例を示す。
【００４９】
まず、前述したようにテスト像形成手段を適宜時点で機能させて、周期的パターンによるテストパターン露光を行い、それをトナーを用いて現像することにより、図５に示したようなテスト用トナー像２３を感光体８上に形成する。このようなテスト用トナー像２３をテスト像読取手段２１により読取る。図７（ａ）はテスト用トナー像２３を読み取って得られた反射濃度の出力例である。横軸は時間を表わし、感光体８の回転方向（回転軸と垂直方向＝レーザの副走査方向）に移動する距離と等価である。
【００５０】
次に、読取り結果を閾値Ｖｔｈを用いて２値化する。図７（ｂ）は図７（ａ）に示す信号を点線で示す閾値Ｖｔｈで２値化した結果を示す。また、図７（ｃ）は理想的なテスト用トナー像２３が得られた場合の２値化信号の理想波形である。
【００５１】
テスト用トナー像２３は図７（ｂ），（ｃ）の比較結果、即ち、両者間の差の絶対値の累積値から判定される。図７（ｄ）は図７（ｂ），（ｃ）間の差の絶対値なる比較結果を示すもので、連続して反射濃度が高くなる部分の立上りの点を合わせ、２つの波形の食い違う部分の面積の絶対値を斜線部で示す。次いで斜線部の面積を累積し、その累積値が一定レベルを超えるかどうかでテスト用トナー像２３の細部再現能力を判定する。即ち、累積値が一定レベル以上の場合はトナー像の細部再現性は低く、一定レベル未満の場合は細部再現性が高いと判定する。
累積値と比較する閾値は、予め実験した結果により定められている。それを決定する際に、本実施の形態では、トナー像の最小単位の面積のばらつきが２０%以内に収まるという基準を設けたが、この基準は絶対的なものではない。
【００５２】
また、図７（ｂ），（ｃ）を比較する場合、図７（ｂ）で得られた波形の最大面積の立上りを図７（ｃ）に示す基準波形の立上りと一致させて比較するなど、位相を合わせて行なうことが好ましい（図７では左端部を一致させている）。
【００５３】
再び図１に戻り、作像部３で形成されたテスト用トナー像２３を読み取って状態判定手段２４より細部再現能力を判定した結果を処理部２にフィードバックする。処理部２中にはデータ処理変更手段を有し、判定結果に従って階調再現処理に用いる濃度マトリクスを選択する。即ち、トナー像の細部再現性が高いと判定された場合は、例えば、図２に示した濃度マトリクス４ａのようにマトリクスサイズは比較的小さくし、１画素単位で階調変換する。トナー像の細部再現性が低いと判定された場合は、例えば、図８に示すような濃度マトリクス４ｂを用いる。このような場合は単一画素のドット再現性が困難なため、マトリクスサイズを大きくして２×２を１階調目で用いる。両方の場合で１階調目の濃度値は変わらないようにすることができる。
【００５４】
本実施の形態において、処理部２での階調再現処理方法はここに示したものに限らず、種々の方法、例えば、ディザ法などを応用することができる。また、１画素の中で階調を持たせるような処理方法を用いても同様にすることができる。作像部３の光書込手段としてもレーザ以外の他の手段を用いても差し支えない。また、作像方法としてもここに挙げた構成に限らず、周知の一成分現像、二成分現像を用いることができる。
【００５５】
また、テスト用トナー像２３の細部再現性の判定では、結果を細部再現性が高い／低いの２つの何れかであるとしたが、３段階以上の判定も全く同様にして可能である。さらに、判定方法は周期性からのずれを検出する様々な方法を用いることができる。
【００５６】
以上のような構成とすれば、作像部３の電子写真特性が経時や環境で変化して、ドット再現性が低下するような場合でも、その変化を予め検出してそれに応じた階調再現処理方法を選んで処理できるため、安定した階調再現性を維持することができる。
【００５７】
ところで、本実施の形態において、各種トナー粒径でテスト用トナー像を作成し、１２００dpiの１×１，１×２，２×２画素の面積のばらつきを測定した。その結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１中、括弧内の数値は面積で単位はμｍ2である。表１中の記号“○”はドット面積のばらつきが所定範囲内だったことを示し、“×”はその範囲外だったことを示す。この結果をまとめ、以下のような条件に設定すれば画像、特に中間調の均一性が向上すると結論付けられる。その条件とは、トナーの平均断面積（平均粒径の２乗×円周率÷４）を少なくとも形成しようとするドットの面積の１／１０以下とすることである。
【００６０】
ところで、前述したようなテスト用トナー像２３は特定の間隔で適宜形成されるが、トナーや感光体８が交換等により変更された場合には、変更後、少なくとも実際にプリント物を得る前までの時点でこのテスト用トナー像２３の形成及び判定処理等を行うことが好ましい。この点について、説明する。
【００６１】
まず、本実施の形態では、図３中に示した現像装置１０が画像形成装置本体に対して着脱自在とされている。ここで、“着脱自在”とは専用工具を使うか否かを問わず、画像形成装置本体から一体で取り外し、取り付けることが可能な状態をいう。現像装置１０中にはキャリア、トナーを含む現像剤が収納されており、それらも一体で着脱される。もっとも、本実施の形態では、補給用のトナーボトル１９は現像装置１０と一体に着脱自在とされているが、別体としてトナーボトル１９のみを着脱交換することも可能な構成となっている。このような形態では、例えば、種類の異なる現像剤（トナー）を用いることができる。従って、目的に応じて、或いは現像剤のバージョンアップがなされた場合にも容易に対応することができる。
【００６２】
そこで、このような着脱自在な構成の場合、現像装置１０が新たに装着された（又は、トナーボトル１９単体で交換された）後、実際の画像形成に伴う最初のプリント物を形成する前までの時点で、必ず、テスト像作成手段によりテスト用トナー像２３を形成するようにシーケンスプログラムが組まれている。テスト用トナー像２３を形成した後、上述したように、入力画像データの処理方法が設定される。例えば、装着された現像装置１０、或いは交換されたトナーの機能が向上していることが、テスト用トナー像２３の形成、読取り、判定により分かると、微細なドット再現を前提とした静電潜像を形成するように画像形成装置の必要な部分の設定が切り替わる。
【００６３】
また、本実施の形態では、図３中に示した感光体８を含む部分が画像形成装置本体に対して着脱自在とされている。ここで、“着脱自在”とは現像装置１０の場合と同様であり、感光体８が単独で着脱交換自在であっても、現像装置１０等を含めて作像ユニットとして着脱交換自在であってもよい。ここでは、感光体８単独で着脱できる構成とする。このような形態では、例えば種類の異なる感光材料を用いることができる。従って、目的に応じて、或いは感光材料のバージョンアップがなされた場合にも容易に対応することができる。
【００６４】
このように感光体８が着脱自在な構成の場合、感光体８が新たに装着された後、実際の画像形成に伴う最初のプリント物を形成する前までの時点で、必ず、テスト像形成手段によりテスト用トナー像２３を形成するようにシーケンスプログラムが組まれている。テスト用トナー像２３を形成した後、上述したように、入力画像データの処理方法が設定される。例えば、装着された感光体８の機能が向上していることが、テスト用トナー像２３の形成、読取り、判定により分かると、微細なドット再現を前提とした静電潜像を形成するように画像形成装置の必要な部分の設定が切り替わる。
【００６５】
本発明の第二の実施の形態を図９に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する。
【００６６】
処理部２や作像部３の基本的な機能は第一の実施の形態の場合と同様である。ここに、作像部３では、より詳細には、ＬＤ書込系６におけるＬＤ５から発せられるレーザ光の走査が回転多面鏡７を回転駆動する回転多面鏡駆動源３１や画素クロック発生回路３２によって制御され、複数の記録密度の中から特定の記録密度で静電潜像を形成できるようになっている。なお、作像部３中に示すトナー像形成部３３は感光体８を主体とした電子写真プロセス部を意味し、テスト像形成手段による作像時にも使用される。
【００６７】
第一の実施の形態の場合と同様に、作像部３で形成されたトナー像の品質を検査するために、特定の間隔、例えばプリント物が形成される直前などの時点で、感光体８上にテスト用トナー像を形成して、その状態を感光体８上で検出・判定するためのテスト像形成手段、テスト像読取手段、状態判定手段及び密度変更手段の機能が付加されている。ここに、これらのテスト像形成手段、テスト像読取手段２１及び状態判定手段２４の各機能は第一の実施の形態の場合と同様であるが、状態判定手段２４による判定結果は、処理部２とともに、作像部３中の回転多面鏡駆動源３１、画素クロック発生回路３２及びＬＤ５に対するＬＤ光量制御部（図示せず）に送られる。
【００６８】
判定の結果に応じて密度変更手段が機能し、テスト用トナー像２３の細部再現性が高いと判定された場合、高密度記録を行なうように条件が設定される。即ち、例えば１２００dpiとなるように回転多面鏡７が高速で回転するように回転多面鏡駆動源３１が制御され、画素クロックが短く（高速に）なるように画素クロック発生回路３２が設定される。また、テスト用トナー像２３の細部再現性が低いと判定された場合、低密度記録を行なうように条件が設定される。即ち、例えば６００dpiとなるように回転多面鏡７が低速で回転するように回転多面鏡駆動源３１が制御され、画素クロックが長めに（低速に）なるように画素クロック発生回路３２が設定される。これらの制御に合わせて処理部２での処理内容（濃度マトリクスの選択など）が決められ、ＬＤ５の光量を調整できるようにしておいてもよい。
【００６９】
以上のような構成とすれば、作像部３の電子写真特性が経時や環境で変化して、ドット再現性が低下するような場合でも、その変化を予め検出してそれに応じた記録密度を選んで処理できるため、安定した階調再現性を維持することができる。
【００７０】
なお、前述したようなテスト用トナー像２３は特定の間隔で適宜形成されるが、トナーや感光体８が交換等により変更された場合には、変更後、少なくとも実際にプリント物を得る前までの時点でこのテスト用トナー像２３の形成及び判定処理等を行うことが好ましいことは、本実施の形態の場合も第一の実施の形態の場合と同様である。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１又は３に記載の発明によれば、周期的パターンによるテスト用トナー像として像担持体上に形成されたトナー像の劣化状態を検知し、そのトナー像の細部再現能力に応じた入力画像データの処理方法を選択するようにしたので、経時劣化や環境変化に関わらず、常に一定の階調再現性を維持することができる。
【００７２】
請求項２又は３に記載の発明によれば、周期的パターンによるテスト用トナー像として像担持体上に形成されたトナー像の劣化状態を検知し、そのトナー像の細部再現能力に応じた記録密度の選択をするようにしたので、経時劣化や環境変化に関わらず、常に一定の階調再現性を維持することができる。
【００７３】
請求項４記載の発明よれば、請求項１ないし３の何れか一に記載の発明に加えて、形成されたテスト用トナー像を光学的に微細な部分を読み取ることができるので、トナー像の細部再現能力を正確に把握することができる。
【００７４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４の何れか一に記載の発明に加えて、トナー像の状態判定のためにテスト用トナー像の周期性のずれを検出するため、トナー像の細部再現能力をより正確に把握することができる。
【００７５】
請求項６記載の発明によれば、請求項１記載の発明に加えて、トナー像の細部再現能力に応じた網点の最小値を決めるので、低濃度部の再現性を向上させることができる。
【００７６】
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の発明に加えて、最小ドットを十分な数で形成することができるので、画像微細部分の再現性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の画像形成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】濃度マトリクスの一例を示す説明図である。
【図３】作像部の主要部の概要を示す構成図である。
【図４】撮像素子の配置例を示す概略斜視図である。
【図５】テスト用トナー像の形成例を示す説明図である。
【図６】処理例を示すフローチャートである。
【図７】処理例に伴う出力例を示す波形図である。
【図８】濃度マトリクスの他例を示す説明図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態の画像形成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
８ 像担持体
２１ テスト像読取手段
２２ 撮像素子
２３ テスト用トナー像
２４ 状態判定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力画像データを処理して得られる記録画像データに基づいて電子写真法により感光体等の像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を形成するデジタル複写機等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の画像形成装置としては、デジタル複写機、レーザプリンタ、ファクシミリなどがあり、既に多くの製品が実用化されている。これらの製品に対する顧客の立場からの要求は、耐久性を含めた高い信頼性と、低コスト、操作性の良さなどであり、さらには画像品質が高いレベルにあることである。
【０００３】
画像品質を決定する重要な構成部分として、現像部が挙げられる。電子写真法、その他の粉体トナーを用いた画像形成方法での現像方式の中では、二成分現像が特に高速対応性に優れた方式として知られている。特に、複写機やレーザプリンタなどの商品分野において、主流を占める技術として使われている。
【０００４】
二成分現像を例に説明すると、現像剤担持体である内部に磁石を設置した非磁性スリーブの表面に現像剤を保持・搬送し、現像剤をブラシ状（磁気ブラシ）にして感光体等の像担持体に接触ないしは近接させて、静電潜像が形成された像担持体と電気的バイアス（現像バイアス）が印加された非磁性スリーブとの間の電界によってトナーが潜像面に選択的に付着することにより、現像が行われる。発明者らの研究によれば、特に周期的な波形を有する現像バイアスを非磁性スリーブに印加した場合は、潜像に対してより忠実にトナーを付着させ得ることが明らかになっている。
【０００５】
現像剤はトナーとキャリアとからなる。キャリアは磁性体で、スリーブ内部の磁石によってスリーブ上に保持され搬送される。トナーはキャリアと接触することによって電荷を持ち、キャリアとともに運動し、静電潜像に応じて像担持体上に転移し、通常その消費量に対応したトナーが新たに補給される。キャリアは現像装置内に留まって、補給されたトナーと混合され、トナーの搬送と帯電に寄与する。
【０００６】
キャリアの種類は鉄粉、フェライト、マグネタイトなどの磁性体の芯材を樹脂でコートしたものや、樹脂（バインダ）中にマグネタイト微粉などを分散させたものが通常用いられる。これらのコート材やバインダによってキャリアの抵抗が適当な値に制御され、キャリアの耐久性が向上する。
【０００７】
ところで、画像品質に関しては、記録密度を高くして解像力・階調再現性を向上させることが求められている。この内、階調再現性は微小なドットを正確に形成できることが必要条件である。即ち、濃度値はトナーの付着する面積と対応するので、ドット面積を正確に制御することは多くの段階の階調を再現できることにつながる。また、微小なドットの正確な形成は濃度値の低い画像の再現性向上につながる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現実には、以下のような様々な原因により、画像品質が維持できないという問題がある。
・現像剤の経時劣化による現像剤特性（トナー帯電量・キャリア抵抗・現像剤流動性など、及びそれらの分布）の変化。
・環境（温度・湿度）による現像剤特性の変化。
・感光体の諸特性（潜像電位、物理的表面状態など）の経時変化。
・ユニットの汚れ・摩耗などによる影響（帯電電位変動、転写電位変動、クリーニング性低下など）。
【０００９】
このような原因により、画像品質が劣化する。具体的には、画像濃度の低下又は増加、小さなドットの再現性の低下、ドット面積のばらつきの増加、ラインのかすれ、ライン幅の変動の増加、ハーフトーン後端部のかすれ、などが発生し、文字のシャープネスや滑らかさ、階調再現性などが低下する。
【００１０】
さらに、トナー、キャリア或いは感光体などが変更されたとき、画像品質が大きく変わってしまうという問題がある。
【００１１】
ちなみに、特開平５-６４９１９号公報によれば、記録密度を変換できる記録装置が開示されている。しかし、これは入力情報や使用者の選択によって切り替えるためのもので、それによって例えば経時で変化する画像の品質を維持することはできない。
【００１２】
また、特許第２８０３８６７号掲載公報によれば、トナー粒径情報を入力してそれに応じて処理モードを選択する画像形成制御装置が開示されている。これは、小粒径トナーを用いた場合にそれに応じた記録画像用パターンを形成するというものであるが、これも経時などで変化しようとする画像の品質を維持するものではない。
【００１３】
本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、形成されたトナー画像の劣化状態を検知し、その画像形成能力に応じた入力画像データの処理方法を選択することにより、常に一定の階調再現性を維持し得る画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、形成されたトナー画像の劣化状態を検知し、その画像形成能力に応じた記録密度を選択することにより、常に一定の階調再現性を維持し得る画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
さらには、低濃度部の再現性を向上させ得る画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１６】
また、画像微細部分の再現性を向上させ得る画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、トナーが変更された場合もそれに応じた階調再現ができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１８】
さらに、感光体等の像担持体が変更された場合もそれに応じた階調再現ができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、入力画像データを処理して得られる記録画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を形成する画像形成装置において、周期的パターンの静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像形成手段で形成された前記静電潜像を現像してテスト用トナー像を形成させるテスト像形成手段と、該テスト像形成手段で形成された前記テスト用トナー像を光学的に読み取るテスト像読取手段と、該テスト像読取手段で読み取られた前記テスト用トナー像の情報に基づきトナー像の状態を判定する状態判定手段と、該状態判定手段で判定された前記トナー像の状態の判定結果に応じて前記入力画像データの処理方法を変更するデータ処理変更手段と、を備え、前記状態判定手段は、前記テスト用トナー像の反射濃度と理想的なトナー像の反射濃度をそれぞれ２値化し、該各２値化信号の差の絶対値の累積値と閾値を比較して前記テスト用トナー像の細部再現性を判定する。また、前記状態判定手段は、前記各２値化信号の差の絶対値の累積値が前記閾値以上の場合前記テスト用トナー像の細部再現性は低く、累積値が閾値より小さい場合前記テスト用トナー像の細部再現性は高いと判定する。
【００２０】
従って、周期的パターンによるテスト用トナー像として像担持体上に形成されたトナー像の劣化状態を検知し、そのトナー像の細部再現能力に応じた入力画像データの処理方法を選択することで、経時劣化や環境変化に関わらず、常に一定の階調再現性を維持することができる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、入力画像データを処理して得られる記録画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を形成する画像形成装置において、周期的パターンの静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像形成手段で形成された前記静電潜像を現像してテスト用トナー像を形成させるテスト像形成手段と、該テスト像形成手段で形成された前記テスト用トナー像を光学的に読み取るテスト像読取手段と、該テスト像読取手段で読み取られた前記テスト用トナー像の情報に基づきトナー像の状態を判定する状態判定手段と、該状態判定手段で判定された前記トナー像の状態の判定結果に応じて前記記録画像データの記録密度を変更する密度変更手段と、を備え、前記状態判定手段は、前記テスト用トナー像の反射濃度と理想的なトナー像の反射濃度をそれぞれ２値化し、該各２値化信号の差の絶対値の累積値と閾値を比較して前記テスト用トナー像の細部再現性を判定する。また、前記状態判定手段は、前記各２値化信号の差の絶対値の累積値が前記閾値以上の場合前記テスト用トナー像の細部再現性は低く、累積値が閾値より小さい場合前記テスト用トナー像の細部再現性は高いと判定する。
【００２２】
従って、周期的パターンによるテスト用トナー像として像担持体上に形成されたトナー像の劣化状態を検知し、そのトナー像の細部再現能力に応じた記録密度の選択をすることで、経時劣化や環境変化に関わらず、常に一定の階調再現性を維持することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記テスト像読取手段は、単一又は複数の読取画素を有する撮像素子を備える。
【００２４】
従って、請求項１ないし３の何れか一に記載の発明に加えて、形成されたテスト用トナー像を光学的に微細な部分を読み取ることができるので、トナー像の細部再現能力を正確に把握することができる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一に記載の画像形成装置において、前記状態判定手段は、読み取られた前記テスト用トナー像の周期性のずれを検出し、その検出結果に応じてトナー像の状態を判定する。
【００２６】
従って、請求項１ないし４の何れか一に記載の発明に加えて、トナー像の状態判定のためにテスト用トナー像の周期性のずれを検出するため、トナー像の細部再現能力をより正確に把握することができる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記データ処理変更手段による処理方法は、前記入力画像データの濃度情報を網点の大きさに変換することを含み、その処理方法の変更は網点の線数の変更である。
【００２８】
従って、請求項１記載の発明に加えて、トナー像の細部再現能力に応じた網点の最小値を決めるので、低濃度部の再現性を向上させることができる。
【００２９】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の画像形成装置において、形成しようとする網点の最小面積は用いるトナーの平均断面積の１０倍以上である。
【００３０】
従って、請求項６記載の発明に加えて、最小ドットを十分な数で形成することができるので、画像微細部分の再現性が向上する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的な技術的思想は、像担持体である感光体上に形成されたテスト用トナー像の状態を読み取って、その状態に応じて階調再現の基本となる最小ドットサイズを変更しようというものである。ちなみに、像担持体上に形成されたトナー像を読み取る技術としては、例えば、特開平６-６０１８１号公報があり、トナー像のエッジ部を検出し、エッジ部の補正をかけるというものである。しかし、これは以下に詳細に説明するように、周期的パターンによるテスト用トナー像の状態を読み取り、形成しようとする画像の周期性にフィードバックするという本発明の思想とは異なるものである。
【００３６】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図８に基づいて説明する。図１はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の外部機器からの入力画像データに基づき画像を形成してプリント物を得るレーザプリンタ等の画像形成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【００３７】
基本的には、ＰＣ等からの入力画像データはインタフェース（Ｉ／Ｆ）１を介して処理部２に入力され、必要な演算処理を施され、記録画像データとされて作像部３に送られ、目的とするプリント物が得られる。
【００３８】
ここに、処理部２では入力画像データに対する処理方法の一つである階調再現処理として階調データを網点に変換する。これは、予め形成されている濃度マトリクスに従って多値情報を２値に変換するものである。濃度マトリクス４ａの一例を図２に示す。このマトリクス４ａでは１６階調を表わすことができる。マトリクスサイズを大きくすることにより表現できる階調数は増えるが、反面パターンが目立ちやすくなり、解像力も低下する。この処理部２は後述するように、複数種類の濃度マトリクスを選択自在に有しており、これにより、入力画像データに対する処理方法の変更が可能とされている。
【００３９】
作像部３の主要部の構成例の概要を図３に示す。電子写真プロセスを利用して実際に画像形成を行う作像部３では半導体レーザ（ＬＤ）５を光書込み用光源とするＬＤ書込系６を有し、画像データに従って駆動されるＬＤ５のレーザ光を回転多面鏡７による偏向走査により光導電性を有する有機又は無機材料からなる像担持体であるドラム状の感光体８上に照射させる。レーザ光は記録画像データに従い画素単位でオン・オフ制御され、感光体８上を感光体８の回転軸と水平方向（主走査方向）に走査する。感光体８面は回転によりその回転軸方向と垂直方向（副走査方向）に移動するため、結果的にレーザ光が２次元的に感光体８面を照射する。記録密度は例えば１２００dpiであり、画素サイズは約２１μｍ×２１μｍとなる。ここに、感光体８表面はレーザ照射に先立って帯電ローラ９によって均一に帯電される。次いで、ＬＤ光書込み、現像装置１０に収納されているトナーによる静電潜像の現像、転写ローラ１１による転写材１２への転写、クリーニング装置１３による感光体８上のクリーニング、と画像形成プロセスが進み、転写材１２は感光体８から分離された後、定着装置１４でトナー像の定着が行われ、プリント物が形成される。
【００４０】
ここに、現像装置１０は現像剤担持体として機能する現像スリーブ１５、ドクターブレード１６、固定磁石１７、撹絆部材１８、トナーボトル１９などからなる。現像スリーブ１５は非磁性の導電性部材で構成され、表面はサンドブラストなどで適度な凹凸が設けられている。現像スリーブ１５は矢印方向に回転駆動され、内部には複数の固定磁石１７が内蔵されている。現像スリーブ１５にはバイアス電源（図示せず）から現像バイアスが印加される。現像容器２０内の現像剤溜りに設けられた２本の撹絆部材１８は現像剤を互いに逆方向に移動させる。また、現像スリーブ１５近傍に配設させたドクタブレード１６は現像剤の現像領域への搬送量を規制するためのものである。
【００４１】
このような現像装置１０において、トナーが消費されると、それに相当する量のトナーがトナーボトル１９から補給される。補給されたトナーは撹絆部材１８により現像容器２０内の現像剤と混合される。２本の撹拌部材１８によって搬送された現像剤は現像スリーブ１５近傍に達したとき、内部の固定磁石１７の磁気的作用で現像スリーブ１５上に汲み上げられる。ドクターブレード１６の下流側で現像剤の対流が起こり、トナーとキャリアとが混合してトナーが十分かつ均一に帯電される。
【００４２】
ドクターブレード１６と現像スリーブ１５との間のギャップにより、現像領域に搬送される現像剤量が一定になる。現像領域（現像スリーブ１５からトナーが、静電潜像が形成された感光体８へ移動し得る領域）では固定磁石１７によって形成された磁気ブラシ（トナーとキャリアで形成されたブラシ状の状態）が感光体８に接触し、現像スリーブ１５の電圧と感光体８の静電潜像との間で形成された電界によってトナーが移動する。
【００４３】
現像剤としては、例えば、粒径５０μｍのフェライト粒子を芯材とし、その表面をシリコーン樹脂でコートしたキャリアと、質量平均粒径が７.５μｍでカーボンブラックで着色されている熱可塑性樹脂を主成分とするトナーとを、トナー濃度５wt％（質量比でキャリア：トナーが９５：５）で混合した二成分現像剤が用いられている。
【００４４】
図１に戻り、作像部３で形成されたトナー像の品質を検査するために、特定の間隔、例えばプリント物が形成される直前などの時点で、感光体８上にテスト用トナー像を形成して、その状態を感光体８上で検出・判定するためのテスト像形成手段、テスト像読取手段、状態判定手段及びデータ処理変更手段の機能が付加されている。ここに、テスト像形成手段の機能は作像部３内において、その制御を受け持つマイコンにより作像データ制御、作像タイミング制御等の一環として実行されるが、特に、周期的パターン像を形成させる点が特徴である。
【００４５】
テスト像読取手段２１はテスト像形成手段により感光体８上に形成されたテスト用トナー像を光学的に読み取るもので、例えば、テスト用トナー像を光学的に微小な単位で読み取るＣＣＤ等の撮像素子２２を有する構成とされる。テスト像読取手段２１における撮像素子２２は、例えば、現像装置１０よりも下流側位置であって、図４に示すように感光体８近傍に対向配置され、感光体８上に形成されたテスト用トナー像２３を直接読み取る。この撮像素子２２は単一画素からなり感光体８の回転に伴い副走査方向にテスト用トナー像２３を読み取るものでも、感光体８の移動方向と垂直方向（主走査方向）に複数の画素が並んだアレイ状のものでもよい。前者は構成が極めて簡単であるという長所があり、後者は検出精度を向上させられるという長所がある。
【００４６】
テスト用トナー像２３を形成する場合、用いる手段（潜像形成、現像）は実際にプリント物を形成するのと同じものを用いることが望ましい。テスト用トナー像２３は、例えば図５に示すように、予め決められた周期を有するドット又はライン像なる周期的パターンによるものであることが望ましい。
【００４７】
状態判定手段２４はテスト像読取手段２１により読み取られた結果に基づき、そのトナー像の状態を以下のように判定する。
【００４８】
図６にテスト用トナー像形成からその読取・判定までの処理例の概略フローチャートを示し、図７に出力例を示す。
【００４９】
まず、前述したようにテスト像形成手段を適宜時点で機能させて、周期的パターンによるテストパターン露光を行い、それをトナーを用いて現像することにより、図５に示したようなテスト用トナー像２３を感光体８上に形成する。このようなテスト用トナー像２３をテスト像読取手段２１により読取る。図７（ａ）はテスト用トナー像２３を読み取って得られた反射濃度の出力例である。横軸は時間を表わし、感光体８の回転方向（回転軸と垂直方向＝レーザの副走査方向）に移動する距離と等価である。
【００５０】
次に、読取り結果を閾値Ｖｔｈを用いて２値化する。図７（ｂ）は図７（ａ）に示す信号を点線で示す閾値Ｖｔｈで２値化した結果を示す。また、図７（ｃ）は理想的なテスト用トナー像２３が得られた場合の２値化信号の理想波形である。
【００５１】
テスト用トナー像２３は図７（ｂ），（ｃ）の比較結果、即ち、両者間の差の絶対値の累積値から判定される。図７（ｄ）は図７（ｂ），（ｃ）間の差の絶対値なる比較結果を示すもので、連続して反射濃度が高くなる部分の立上りの点を合わせ、２つの波形の食い違う部分の面積の絶対値を斜線部で示す。次いで斜線部の面積を累積し、その累積値が一定レベルを超えるかどうかでテスト用トナー像２３の細部再現能力を判定する。即ち、累積値が一定レベル以上の場合はトナー像の細部再現性は低く、一定レベル未満の場合は細部再現性が高いと判定する。
累積値と比較する閾値は、予め実験した結果により定められている。それを決定する際に、本実施の形態では、トナー像の最小単位の面積のばらつきが２０%以内に収まるという基準を設けたが、この基準は絶対的なものではない。
【００５２】
また、図７（ｂ），（ｃ）を比較する場合、図７（ｂ）で得られた波形の最大面積の立上りを図７（ｃ）に示す基準波形の立上りと一致させて比較するなど、位相を合わせて行なうことが好ましい（図７では左端部を一致させている）。
【００５３】
再び図１に戻り、作像部３で形成されたテスト用トナー像２３を読み取って状態判定手段２４より細部再現能力を判定した結果を処理部２にフィードバックする。処理部２中にはデータ処理変更手段を有し、判定結果に従って階調再現処理に用いる濃度マトリクスを選択する。即ち、トナー像の細部再現性が高いと判定された場合は、例えば、図２に示した濃度マトリクス４ａのようにマトリクスサイズは比較的小さくし、１画素単位で階調変換する。トナー像の細部再現性が低いと判定された場合は、例えば、図８に示すような濃度マトリクス４ｂを用いる。このような場合は単一画素のドット再現性が困難なため、マトリクスサイズを大きくして２×２を１階調目で用いる。両方の場合で１階調目の濃度値は変わらないようにすることができる。
【００５４】
本実施の形態において、処理部２での階調再現処理方法はここに示したものに限らず、種々の方法、例えば、ディザ法などを応用することができる。また、１画素の中で階調を持たせるような処理方法を用いても同様にすることができる。作像部３の光書込手段としてもレーザ以外の他の手段を用いても差し支えない。また、作像方法としてもここに挙げた構成に限らず、周知の一成分現像、二成分現像を用いることができる。
【００５５】
また、テスト用トナー像２３の細部再現性の判定では、結果を細部再現性が高い／低いの２つの何れかであるとしたが、３段階以上の判定も全く同様にして可能である。さらに、判定方法は周期性からのずれを検出する様々な方法を用いることができる。
【００５６】
以上のような構成とすれば、作像部３の電子写真特性が経時や環境で変化して、ドット再現性が低下するような場合でも、その変化を予め検出してそれに応じた階調再現処理方法を選んで処理できるため、安定した階調再現性を維持することができる。
【００５７】
ところで、本実施の形態において、各種トナー粒径でテスト用トナー像を作成し、１２００dpiの１×１，１×２，２×２画素の面積のばらつきを測定した。その結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
表１中、括弧内の数値は面積で単位はμｍ2である。表１中の記号“○”はドット面積のばらつきが所定範囲内だったことを示し、“×”はその範囲外だったことを示す。この結果をまとめ、以下のような条件に設定すれば画像、特に中間調の均一性が向上すると結論付けられる。その条件とは、トナーの平均断面積（平均粒径の２乗×円周率÷４）を少なくとも形成しようとするドットの面積の１／１０以下とすることである。
【００６０】
ところで、前述したようなテスト用トナー像２３は特定の間隔で適宜形成されるが、トナーや感光体８が交換等により変更された場合には、変更後、少なくとも実際にプリント物を得る前までの時点でこのテスト用トナー像２３の形成及び判定処理等を行うことが好ましい。この点について、説明する。
【００６１】
まず、本実施の形態では、図３中に示した現像装置１０が画像形成装置本体に対して着脱自在とされている。ここで、“着脱自在”とは専用工具を使うか否かを問わず、画像形成装置本体から一体で取り外し、取り付けることが可能な状態をいう。現像装置１０中にはキャリア、トナーを含む現像剤が収納されており、それらも一体で着脱される。もっとも、本実施の形態では、補給用のトナーボトル１９は現像装置１０と一体に着脱自在とされているが、別体としてトナーボトル１９のみを着脱交換することも可能な構成となっている。このような形態では、例えば、種類の異なる現像剤（トナー）を用いることができる。従って、目的に応じて、或いは現像剤のバージョンアップがなされた場合にも容易に対応することができる。
【００６２】
そこで、このような着脱自在な構成の場合、現像装置１０が新たに装着された（又は、トナーボトル１９単体で交換された）後、実際の画像形成に伴う最初のプリント物を形成する前までの時点で、必ず、テスト像作成手段によりテスト用トナー像２３を形成するようにシーケンスプログラムが組まれている。テスト用トナー像２３を形成した後、上述したように、入力画像データの処理方法が設定される。例えば、装着された現像装置１０、或いは交換されたトナーの機能が向上していることが、テスト用トナー像２３の形成、読取り、判定により分かると、微細なドット再現を前提とした静電潜像を形成するように画像形成装置の必要な部分の設定が切り替わる。
【００６３】
また、本実施の形態では、図３中に示した感光体８を含む部分が画像形成装置本体に対して着脱自在とされている。ここで、“着脱自在”とは現像装置１０の場合と同様であり、感光体８が単独で着脱交換自在であっても、現像装置１０等を含めて作像ユニットとして着脱交換自在であってもよい。ここでは、感光体８単独で着脱できる構成とする。このような形態では、例えば種類の異なる感光材料を用いることができる。従って、目的に応じて、或いは感光材料のバージョンアップがなされた場合にも容易に対応することができる。
【００６４】
このように感光体８が着脱自在な構成の場合、感光体８が新たに装着された後、実際の画像形成に伴う最初のプリント物を形成する前までの時点で、必ず、テスト像形成手段によりテスト用トナー像２３を形成するようにシーケンスプログラムが組まれている。テスト用トナー像２３を形成した後、上述したように、入力画像データの処理方法が設定される。例えば、装着された感光体８の機能が向上していることが、テスト用トナー像２３の形成、読取り、判定により分かると、微細なドット再現を前提とした静電潜像を形成するように画像形成装置の必要な部分の設定が切り替わる。
【００６５】
本発明の第二の実施の形態を図９に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する。
【００６６】
処理部２や作像部３の基本的な機能は第一の実施の形態の場合と同様である。ここに、作像部３では、より詳細には、ＬＤ書込系６におけるＬＤ５から発せられるレーザ光の走査が回転多面鏡７を回転駆動する回転多面鏡駆動源３１や画素クロック発生回路３２によって制御され、複数の記録密度の中から特定の記録密度で静電潜像を形成できるようになっている。なお、作像部３中に示すトナー像形成部３３は感光体８を主体とした電子写真プロセス部を意味し、テスト像形成手段による作像時にも使用される。
【００６７】
第一の実施の形態の場合と同様に、作像部３で形成されたトナー像の品質を検査するために、特定の間隔、例えばプリント物が形成される直前などの時点で、感光体８上にテスト用トナー像を形成して、その状態を感光体８上で検出・判定するためのテスト像形成手段、テスト像読取手段、状態判定手段及び密度変更手段の機能が付加されている。ここに、これらのテスト像形成手段、テスト像読取手段２１及び状態判定手段２４の各機能は第一の実施の形態の場合と同様であるが、状態判定手段２４による判定結果は、処理部２とともに、作像部３中の回転多面鏡駆動源３１、画素クロック発生回路３２及びＬＤ５に対するＬＤ光量制御部（図示せず）に送られる。
【００６８】
判定の結果に応じて密度変更手段が機能し、テスト用トナー像２３の細部再現性が高いと判定された場合、高密度記録を行なうように条件が設定される。即ち、例えば１２００dpiとなるように回転多面鏡７が高速で回転するように回転多面鏡駆動源３１が制御され、画素クロックが短く（高速に）なるように画素クロック発生回路３２が設定される。また、テスト用トナー像２３の細部再現性が低いと判定された場合、低密度記録を行なうように条件が設定される。即ち、例えば６００dpiとなるように回転多面鏡７が低速で回転するように回転多面鏡駆動源３１が制御され、画素クロックが長めに（低速に）なるように画素クロック発生回路３２が設定される。これらの制御に合わせて処理部２での処理内容（濃度マトリクスの選択など）が決められ、ＬＤ５の光量を調整できるようにしておいてもよい。
【００６９】
以上のような構成とすれば、作像部３の電子写真特性が経時や環境で変化して、ドット再現性が低下するような場合でも、その変化を予め検出してそれに応じた記録密度を選んで処理できるため、安定した階調再現性を維持することができる。
【００７０】
なお、前述したようなテスト用トナー像２３は特定の間隔で適宜形成されるが、トナーや感光体８が交換等により変更された場合には、変更後、少なくとも実際にプリント物を得る前までの時点でこのテスト用トナー像２３の形成及び判定処理等を行うことが好ましいことは、本実施の形態の場合も第一の実施の形態の場合と同様である。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１又は３に記載の発明によれば、周期的パターンによるテスト用トナー像として像担持体上に形成されたトナー像の劣化状態を検知し、そのトナー像の細部再現能力に応じた入力画像データの処理方法を選択するようにしたので、経時劣化や環境変化に関わらず、常に一定の階調再現性を維持することができる。
【００７２】
請求項２又は３に記載の発明によれば、周期的パターンによるテスト用トナー像として像担持体上に形成されたトナー像の劣化状態を検知し、そのトナー像の細部再現能力に応じた記録密度の選択をするようにしたので、経時劣化や環境変化に関わらず、常に一定の階調再現性を維持することができる。
【００７３】
請求項４記載の発明よれば、請求項１ないし３の何れか一に記載の発明に加えて、形成されたテスト用トナー像を光学的に微細な部分を読み取ることができるので、トナー像の細部再現能力を正確に把握することができる。
【００７４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４の何れか一に記載の発明に加えて、トナー像の状態判定のためにテスト用トナー像の周期性のずれを検出するため、トナー像の細部再現能力をより正確に把握することができる。
【００７５】
請求項６記載の発明によれば、請求項１記載の発明に加えて、トナー像の細部再現能力に応じた網点の最小値を決めるので、低濃度部の再現性を向上させることができる。
【００７６】
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の発明に加えて、最小ドットを十分な数で形成することができるので、画像微細部分の再現性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の画像形成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】濃度マトリクスの一例を示す説明図である。
【図３】作像部の主要部の概要を示す構成図である。
【図４】撮像素子の配置例を示す概略斜視図である。
【図５】テスト用トナー像の形成例を示す説明図である。
【図６】処理例を示すフローチャートである。
【図７】処理例に伴う出力例を示す波形図である。
【図８】濃度マトリクスの他例を示す説明図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態の画像形成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
８ 像担持体
２１ テスト像読取手段
２２ 撮像素子
２３ テスト用トナー像
２４ 状態判定手段
Claims (7)
- 入力画像データを処理して得られる記録画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を形成する画像形成装置において、
周期的パターンの静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
該静電潜像形成手段で形成された前記静電潜像を現像してテスト用トナー像を形成させるテスト像形成手段と、
該テスト像形成手段で形成された前記テスト用トナー像を光学的に読み取るテスト像読取手段と、
該テスト像読取手段で読み取られた前記テスト用トナー像の情報に基づきトナー像の状態を判定する状態判定手段と、
該状態判定手段で判定された前記トナー像の状態の判定結果に応じて前記入力画像データの処理方法を変更するデータ処理変更手段と、を備え、
前記状態判定手段は、前記テスト用トナー像の反射濃度と理想的なトナー像の反射濃度をそれぞれ２値化し、該各２値化信号の差の絶対値の累積値と閾値を比較して前記テスト用トナー像の細部再現性を判定することを特徴とする画像形成装置。 - 入力画像データを処理して得られる記録画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を形成する画像形成装置において、
周期的パターンの静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
該静電潜像形成手段で形成された前記静電潜像を現像してテスト用トナー像を形成させるテスト像形成手段と、
該テスト像形成手段で形成された前記テスト用トナー像を光学的に読み取るテスト像読取手段と、
該テスト像読取手段で読み取られた前記テスト用トナー像の情報に基づきトナー像の状態を判定する状態判定手段と、
該状態判定手段で判定された前記トナー像の状態の判定結果に応じて前記記録画像データの記録密度を変更する密度変更手段と、を備え、
前記状態判定手段は、前記テスト用トナー像の反射濃度と理想的なトナー像の反射濃度をそれぞれ２値化し、該各２値化信号の差の絶対値の累積値と閾値を比較して前記テスト用トナー像の細部再現性を判定することを特徴とする画像形成装置。 - 前記状態判定手段は、前記各２値化信号の差の絶対値の累積値が前記閾値以上の場合前記テスト用トナー像の細部再現性は低く、累積値が閾値より小さい場合前記テスト用トナー像の細部再現性は高いと判定す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。
- 前記テスト像読取手段は、単一又は複数の読取画素を有する撮像素子を備え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。
- 前記状態判定手段は、読み取られた前記テスト用トナー像の周期性のずれを検出し、その検出結果に応じてトナー像の状態を判定することを特徴とする請求項１ないし４の何れか一に記載の画像形成装置。
- 前記データ処理変更手段による処理方法は、前記入力画像データの濃度情報を網点の大きさに変換することを含み、その処理方法の変更は網点の線数の変更であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 形成しようとする網点の最小面積は用いるトナーの平均断面積の１０倍以上であることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
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