JP5171165B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

複数色のカラートナーを用いたカラー複写機のような、電子写真方式による画像形成装置は、所望の濃度階調性を得るために、画像信号をエンジン特性に合った信号値に変換するルックアップテーブルを有する。このルックアップテーブルは、カラー複写機の場合、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各色にそれぞれ設けられるため、各色の色成分を最適化して所望のフルカラー画像を出力できるように制御される。しかし、電子写真方式は、画像形成条件が変化しない場合であっても、周囲の環境や使用状況等によって、その特性が変化し易いため、常に安定した色味の画像を出力し続けることは難しい。このため、記録紙等の転写材や感光ドラム等の像担持体上に形成された現像の濃度を検知し、その情報に基づいて、所望の階調特性が得られるように、画像形成条件を制御する技術がある。例えば、特許文献１及び２では、ルックアップテーブルを補正したり、静電潜像を形成する感光ドラムの帯電条件や現像条件を変更したりする技術が開示されている。
特開２００５−１５７１００号公報 特開２００３−３３７４５５号公報

しかしながら、従来の画像形成装置では、感光ドラム等の像担持体上に形成されるパッチは、固有に定められたものであり、本来補正の不必要な安定したトナー色についてもパッチを形成するため、トナーを余計に消費してしまう。また、キャリブレーションに無用な時間を要してしまう。

従って、本発明の目的は、トナー消費量を低減すると共に、キャリブレーションに要する時間を短縮することにある。

本発明の画像処理装置は以下の構成を備える。すなわち、電子写真プロセスに従って、複数のカラートナーを用いることによってカラー画像を形成する画像形成装置において、前記複数のカラートナーの各々のトナー消費量を検出するトナー消費量検出手段と、前記複数のカラートナーの各々の前記検出されたトナー消費量と入力画像データに応じて変更される閾値とを比較することにより、形成するパッチの色を決定する決定手段と、前記入力画像データに従ったカラー画像を形成する領域の外側に、前記決定された色のカラートナーを用いてパッチを形成する形成手段と、前記形成されたパッチの濃度を検出するパッチ濃度検出手段と、前記検出されたパッチの濃度に基づいて、記録濃度を調整する調整手段と、を備える。

以上述べた通り、本発明によれば、トナー消費量を低減すると共に、キャリブレーションに要する時間を短縮することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［システム構成］
図１は、一実施形態に係る画像形成装置１００のシステム構成を示す機能ブロック図である。画像形成装置１００は、電子写真プロセスに従って、像担持体上に静電潜像を形成し、複数の色のトナーにより現像し、記録媒体上にトナー像を転写する装置である。

まず、画像形成装置１００には、原稿１０１が、結像レンズを介して、ＣＣＤ１０２から画像として読み取られる。ＣＣＤ１０２は、画像を多数の画素に分解して、各画素の濃度に対応した光電変換信号（アナログ画像信号）を発生する。得られたアナログ画像信号は、増幅器１０３で所定のレベルまで増幅され、アナログ／デジタル変換機（Ａ／Ｄ変換器）１０４により例えば８ビット（２５５階調）のデジタル画像信号に変換される。

次に、このデジタル画像信号は、γ変換器（本実施形態では、２５６バイトのデータで構成され、ルックアップテーブル方式で濃度変換を行う変換器）１０５に供給されて、γ補正された後、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１０６に入力される。ここで、デジタル画像信号は、再びアナログ画像信号に変換されて、コンパレータ１０７の２つの入力部のうちの一方の入力部に入力される。

コンパレータ１０７の他方の入力部には、三角波発生回路１０８から発生される所定周期の三角波信号が入力される。Ｄ／Ａ変換器１０６によって変換されたアナログ画像信号は、この三角波信号と比較されて、パルス幅変調が行われる。このパルス幅変調された２値化画像信号は、レーザ駆動回路１０９に入力され、レーザダイオード１１０の発光有無を制御するＯＮ／ＯＦＦ制御信号として用いられる。

レーザダイオード１１０から放射されたレーザ光は、周知のポリゴンミラー１１１によって主走査方向に走査され、ｆθレンズ１１２、及び反射ミラー１１３を経て矢印Ｘ方向に回転する像担持体である感光ドラム１１４上に照射されて静電潜像が形成される。

一方、感光ドラム１１４は、露光器１１５で均一に除電された後、一次帯電器１１６によって、均一に帯電（例えば、マイナス帯電）される。その後、レーザダイオード１１０から放射されたレーザ光が照射され、画像信号に応じた静電潜像が形成される。

この静電潜像は、現像器１１７によって可視画像（トナー像）に現像される。この際、現像器１１７には、静電潜像形成条件に応じたＤＣバイアス成分と現像効率を向上させるためのＡＣバイアス成分が重畳され印加される。

このトナー像は、２個のローラ１１８、１１９間に加張されて矢印Ｙ方向に無端駆動されるベルト状の転写材担持体（転写ベルト）１２０上に保持された転写材１２１に、転写帯電器１２２の作用によって転写される。なお、転写材１２１は、定着器１２３を介して、転写材１２１上に画像を定着させ、本体外へ排出される。

また、感光ドラム１１４上に残った残留トナーは、その後、クリーナ１２４で掻き落とされて回収される。また、転写材１２１が分離された後、転写ベルト１２０上の残留トナーは、転写ベルト１２０の周囲で、転写材１２１が定着器１２３に引き渡される位置の下流に設けられたクリーナ１２５（例えば、ブレード等）によって掻き落とされる。

なお、図１では、単一の画像形成ステーションのみを図示して説明した。カラー画像を形成する画像形成装置（感光ドラム１１４、露光器１１５、一次帯電器１１６、現像器１１７等を含む）を用いる場合、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各色に対する画像形成ステーションを次のように配列させてもよい。例えば、転写ベルト１２０上に転写材の移動方向に沿って順次配列させてもよく、また、感光ドラム１１４の周囲に沿って、各色の現像器１１７を配列させてもよい。或いは、回転可能な筐体にイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各色の現像器１１７を配置してもよい。これにより、所望の現像器１１７を感光ドラム１１４に対向させ、所望の色の現像を行うことができる。

さらに、感光ドラム１１４の表面上であり、感光ドラム１１４の回転方向における現像器１１７と転写ベルト１２０の対向部との間の位置にパッチ濃度を検出するパッチセンサ１２６（濃度検出手段）が設けられる。パッチセンサ１２６は、感光ドラム１１４上に現像された濃度検出用現像（パッチ）の濃度を検出する。そのパッチ画像濃度を一定に維持するように、現像器１１７の現像材の現像濃度、すなわち、現像量を制御する。これにより、潜像の現像により現像器１１７内の変化した現像濃度を補正することができる。

図２は、パッチセンサ１２６の一例を示す概略断面図である。パッチセンサ１２６は、光源２０１と、光源２０１からパッチに照射し、その反射光を受光する濃度検出用受光素子２０２と、光源２０１からの光量を一定にするために光源２０１の光量を直接受光する光量調整用受光素子２０３と、を備える。光源２０１には、例えば、ＬＥＤ等を用いることができる。

すなわち、濃度制御用の画像信号によって形成された静電潜像を現像したパッチ状の濃度検出用現像（以下では、パッチと言う。）の現像濃度をパッチセンサ１２６で検出し、補正濃度信号を算出する。算出された補正濃度信号に基づいて、γ変換器１０５が有するルックアップテーブルを新たに作成したり、又は補正を行ったりして、所望の階調特性を維持する。

また、これらの一連の動作は、制御処理を行うＣＰＵと、制御プログラムを格納するＲＯＭと、プログラムやデータを一次記憶するＲＡＭと、を含む制御コントローラにより制御される。

［画像形成処理の全体的な動作手順］
図３は、一実施形態に係る画像形成処理の動作手順を示すフローチャートである。まず、複数の色のトナー毎のトナー消費量ΔＣ（シアン消費量）、ΔＭ（マゼンタ消費量）、ΔＹ（イエロー消費量）、ΔＫ（ブラック消費量）が検出される（ステップＳ３０１）。次に、検出した各色のトナー消費量に基づいて、キャリブレーションを行う色が決定され（ステップＳ３０２）、ステップＳ３０２で決定した色のパッチを、感光ドラム（像担持体）上の予め定めた位置に生成する（ステップＳ３０３）。なお、ステップＳ３０１からステップＳ３０３までの詳細な処理については、後述する。

次に、パッチセンサ１２６により、ステップＳ３０３で形成されたパッチによる濃度が検出（パッチ濃度検出）される（ステップＳ３０４）。その後、ステップＳ３０２で決定された色の全てのパッチ濃度が検出されたか否かが判定され（ステップＳ３０５）、全てのパッチ濃度が検出されていないと判定された場合には、ステップＳ３０３に戻り、残りのパッチが順次生成される。一方、全てのパッチ濃度が検出されたと判定された場合には、検出されたパッチの濃度に基づいて、ステップＳ３０２で決定された色の記録濃度を調整する（ステップＳ３０６）。すなわち、補正濃度信号を算出した後、算出された補正濃度信号に基づいて、γ変換器が有するルックアップテーブルを新たに作成する。

［トナー消費量検出処理（ステップＳ３０１）］
まず、入力された画像を解析し、画像データに含まれるトナー各色のドット数（Ｄｃ（シアン）、Ｄｍ（マゼンタ）、Ｄｙ(イエロー)、Ｄｋ（ブラック））を算出する。これは、例えば、Ａ／Ｄ変換器３によりデジタル信号に変換された画像信号を画素毎にその出力レベルを積算して算出することができる。その後、算出された各トナー色のドット数をＲＡＭ等に格納する。

次に、各画像に含まれるドット数Ｄｃ、Ｄｍ、Ｄｙ、Ｄｋを定数Ｃｃ、Ｃｍ、Ｃｙ、Ｃｋ倍して、ｎ−１番目のトナー消費量に加算する。すなわち、ｎ番目の各トナー消費量ΔＣ_ｎ、ΔＭ_ｎ、ΔＹ_ｎ、ΔＫ_ｎを下式のように算出する。なお、定数Ｃｃ、Ｃｍ、Ｃｙ、Ｃｋは、画像解析により算出することができる。また、ｎ−１番目のトナー消費量ΔＣ_ｎ−１、ΔＭ_ｎ−１、ΔＹ_ｎ−１、ΔＫ_ｎ−１は、ＲＡＭ等に記憶されているものとする。

ΔＣ_ｎ＝ΔＣ_ｎ−１＋Ｃｃ×Ｄｃ
ΔＭ_ｎ＝ΔＭ_ｎ−１＋Ｃｍ×Ｄｍ
ΔＹ_ｎ＝ΔＹ_ｎ−１＋Ｃｙ×Ｄｙ
ΔＫ_ｎ＝ΔＫ_ｎ−１＋Ｃｋ×Ｄｋ
ただし、各トナー消費量ΔＣ、ΔＭ、ΔＹ、ΔＫは、後述するパッチ決定処理により、キャリブレーション対象となった場合には、ゼロにリセットされる。

ここで、定数Ｃｃ、Ｃｍ、Ｃｙ、Ｃｋは、トナー毎に定めることができ、また、入力される画像に基づいて毎回変更することができる。すなわち、入力された画像の濃度に基づいて、トナー消費量を検出してもよい。例えば、グラデーション等のように階調を重視するグラフィックス画像の場合には、定数を大きくする。逆に、風景画等のように写真調重視の画像の場合には、定数を小さくする。これにより、キャリブレーション頻度やシアン等の安定性を重視したい色を制御することができる。また、単純に、１ドット当たりのトナー平均消費量として算出することもできる。

また、入力された画像サイズに基づいて、トナー消費量を検出してもよい。すなわち、入力される画像の形成枚数をＲＡＭに格納し、出力画像枚数に基づいて定数Ｃｃ、Ｃｍ、Ｃｙ、Ｃｋを算出してもよい。さらに、各トナー現像器１１７に光学センサを備え、トナー消費量を光学的に検出することによって、トナー消費量を検出してもよい。

［パッチ決定処理（ステップＳ３０２）］
まず、前述のトナー消費量算出処理によって算出された各トナー消費量ΔＣ、ΔＭ、ΔＹ、ΔＫが、予め設定された各トナー閾値Ｌｃ、Ｌｍ、Ｌｙ、Ｌｋより大きいか否かを判定する。

なお、各トナー閾値は、予め定められた値であってもよいし、入力画像に応じて変更される値であってもよい。例えば、グラデーション等のように、階調性を重視するグラフィックス画像の場合には、所定のトナーの閾値を小さくすることができる。

次に、各トナー消費量が、それぞれのトナー閾値より大きいと判定された場合には、そのトナーを含むパッチがキャリブレーション対象として決定される。決定されるパッチは、対象となるトナーを任意濃度で出力したものである。

ここで、トナー消費量ΔＣ、ΔＭ、ΔＹ、ΔＫが少ない色は、現像動作を行った積算時間が短いと判断できるため、特性の変動は比較的小さいと考えられる。このため、ステップＳ３０１で検出されたトナー消費量が閾値より大きいと判定されたトナーの色をキャリブレーションを行う色として決定する。その一方で、ステップＳ３０１で検出されたトナー消費量が閾値以下であると判定されたトナーの色をキャリブレーションの対象外として決定する。

従って、ステップＳ３０１では、階調が異なる複数の色のパッチが、キャリブレーションを行う色として決定される場合があるし、キャリブレーションの対象外として決定される場合もある。

［パッチ形成処理（ステップＳ３０３）］
図４は、一実施形態に係るパッチ形成処理の動作手順を示す模式図である。図４（ａ）で示すように、出力する画像サイズが小さい場合には、端部１１４ａにパッチ形成用の領域を確保することができる。このため、感光ドラム上に画像とパッチを合成して同時に形成することができる。形成された領域のうち、画像部分は、記録紙等の転写材に転写され、パッチ部分は、パッチセンサで濃度が検出された後、クリーナによって掻き消される。

図４（ｂ）で示すように、出力する画像サイズが大きい場合には、感光ドラム上に形成される画像領域と画像領域との間１１４ｂに、パッチ形成用の領域を確保してパッチを形成する。形成された領域のうち、画像部分は、記録紙等の転写材に転写され、パッチ部分は、パッチセンサで濃度が検出された後、クリーナによって掻き消される。

従って、ステップＳ３０３の予め定めた位置とは、図４（ａ）及び（ｂ）で示したように、外部からの印刷対象となる画像に基づく静電潜像の形成領域外の領域をいう。

以上述べた通り、本実施形態によれば、一定以上消費されたトナーのみにパッチを形成するため、キャリブレーションに要するトナー消費量を削減することができると共に、キャリブレーションに要する時間を短縮することができる。また、画像形成とキャリブレーションを同時に行うことができるため、キャリブレーションに要する時間を更に短縮することができる。

一実施形態に係る画像形成装置１００のシステム構成を示す機能ブロック図である。 一実施形態に係るパッチセンサ１２６を示す概略断面図である。 一実施形態に係る画像形成処理の動作手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係るパッチ形成処理の動作手順を示す模式図である。

符号の説明

１０１ 原稿、１０２ ＣＣＤ、１０３ 増幅器、１０４ Ａ／Ｄ変換器、１０５ γ変換器、１０６ Ｄ／Ａ変換器、１０７ コンパレータ、１０８ 三角波発生回路、１０９ レーザ駆動回路、１１０ レーザダイオード、１１１ ポリゴンミラー、１１２ ｆθレンズ、１１３ 反射ミラー、１１４ 感光ドラム、１１５ 露光器、１１６ 一次帯電器、１１７ 現像器、１１８、１１９ 転写ローラ、１２０ 転写ベルト、１２１ 転写材、１２２ 転写帯電器、１２３ 定着器、１２４ 感光ドラムクリーナ、１２５ 転写ベルトクリーナ、１２６ パッチセンサ

Claims (7)

1. 電子写真プロセスに従って、複数のカラートナーを用いることによってカラー画像を形成する画像形成装置であって、
   前記複数のカラートナーの各々のトナー消費量を検出するトナー消費量検出手段と、
   前記複数のカラートナーの各々の前記検出されたトナー消費量と入力画像データに応じて変更される閾値とを比較することにより、形成するパッチの色を決定する決定手段と、
   前記入力画像データに従ったカラー画像を形成する領域の外側に、前記決定された色のカラートナーを用いてパッチを形成する形成手段と、
   前記形成されたパッチの濃度を検出するパッチ濃度検出手段と、
   前記検出されたパッチの濃度に基づいて、記録濃度を調整する調整手段と、
   を備える
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー消費量検出手段は、前記入力画像データに基づいてトナー消費量を検出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. 前記トナー消費量検出手段は、前記入力画像データによって示される入力画像のサイズに基づいてトナー消費量を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記形成手段は、像担持体に形成された複数のカラー画像の間の領域に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。
5. 前記形成手段は、前記カラー画像を形成するための前記領域が所定の大きさより小さい場合は感光ドラムの端部にパッチを形成し、前記カラー画像を形成するための前記領域が前記所定の大きさより大きい場合は前記カラー画像の形成前に確保されたパッチ形成領域に前記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。
6. 前記入力画像データがグラフィックス画像データである場合に前記閾値は小さく設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記グラフィックス画像データはグラデーションを含むことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

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