JP5246188B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法に関し、特に、カラーバランスを向上させる技術に関する。

今後、需要の拡大が見込まれるカラー画像形成装置は、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）に代表される複数色の組み合わせによってカラー印刷を実現する。このため、所望の印刷色を忠実に実現するためには、これら複数色の配合比率、すなわちカラーバランスが重要となる。
このため、例えば、画像安定化制御時にＣＭＹＫ各色のテストパターンをそれぞれ複数階調に亘って形成し、これを読み取って階調特性データから階調ターゲットとのずれ量を演算し、ガンマ補正を行う方法が知られている。

特開平８−２５１３６４号公報 特開２０００−２３８３４１号公報

しかしながら、上記ガンマ補正を用いればＣＭＹＫそれぞれについて単独色であれば所望の階調を得ることができるものの、複数色を組み合わせた場合には必ずしも元の画像データに忠実な印刷色を得ることができない、という問題がある。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、精度の高いカラーバランスを実現する画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体上に重ね合わせた複数色のトナー像を記録材に転写する画像形成装置であって、像担持体上に複数色のトナーを重ね合わせるときは、像担持体表面にもっとも近い層の色である１次色については、重ね合わせるときと同じ階調の単色で出力するときと同じトナー量とし、前記１次色以外の色である多次色のそれぞれについては、重ね合わせるときと同じ階調の単色で出力するときよりも少ないトナー量とするトナー量調整手段を備えることを特徴とする。

このようにすれば、像担持体にもっとも近い層の色である１次色は、転写後にその一部が像担持体上に残留するのに対して、多次色は残留しないので、多次色のトナー量を１次色として出力する時よりも少なくすることによって、転写後のカラーバランスを調製することができる。
この場合において、像担持体上に、単色で階調が相異なる複数の基準トナー像を形成する基準トナー像形成手段と、基準トナー像を記録材に転写した後に像担持体上に残留するトナー量を階調ごとに計測する残留トナー量計測手段と、を備え、トナー量調整手段が、残留トナー量計測手段が計測した残留トナー量に基づいて、多次色において少なくするトナー量を算出すれば、実際に像担持体上に残留するトナー量を計測するので、精度良くカラーバランスを表現することができるできる。

また、トナー量調整手段が、基準トナー像を転写された記録材を読み取って、ガンマ補正に供するガンマ補正手段を備え、ガンマ補正手段が、多次色については、トナー量が少なくなるようにガンマ補正すれば、記録材への印刷結果を参照するので、更にカラーバランスを向上させることができる。
また、本願発明に係る画像形成方法は、像担持体上に重ね合わせた複数色のトナー像を記録材に転写する画像形成装置が実行する画像形成方法であって、像担持体上に複数色のトナーを重ね合わせるときは、像担持体表面にもっとも近い層の色である１次色については、重ね合わせるときと同じ階調の単色で出力するときと同じトナー量とし、前記１次色以外の色である多次色のそれぞれについては、重ね合わせるときと同じ階調の単色で出力するときよりも少ないトナー量とするトナー量調整ステップを含むことを特徴とする。

この場合において、像担持体上に、単色で階調が相異なる複数の基準トナー像を形成する基準トナー像形成ステップと、基準トナー像を記録材に転写した後に像担持体上に残留するトナー量を階調ごとに計測する残留トナー量計測ステップと、を含み、トナー量調整ステップは、残留トナー量計測ステップが計測した残留トナー量に基づいて、多次色において少なくするトナー量を算出するのが望ましい。

また、トナー量調整ステップは、基準トナー像を転写された記録材を読み取って、ガンマ補正に供するガンマ補正ステップを含み、ガンマ補正ステップは、多次色については、トナー量が少なくなるようにガンマ補正するとすれば更に好適である。

トナー付着量と反射濃度センサの出力との関係を示す図である。 （ａ）単色の場合と（ｂ）多層色の場合とのそれぞれについて、従来技術に係るガンマ補正によって得られた階調値と実際に記録シート上に出力された階調値とを比較する図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。 画像形成部３１０の主要な構成を示す図である。 画像調整モードテストパターンを例示する図である。 ガンマ補正データの設定に関する処理を示すフローチャートである。 ルックアップテーブルを例示するグラフである。 各種の階調特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るガンマ補正を示すフローチャートである。 画素の色と使用するトナーの組み合わせを示す表である。

以下、本発明に係る画像形成装置及び画像形成方法の実施の形態について、中間転写方式の画像形成装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］問題の解析
従来、ガンマ補正に際しては、中間転写体上にＣＭＹＫ各色のトナーパターンを形成し、これらを反射濃度センサにて読み取って得られた濃度を用いて、帯電電位や現像電位、露光量といった作像プロセス条件や、入出力画像データ特性（ガンマ特性）等が調整されている。

この反射濃度センサは対象物に光を照射して、その反射光量を計測することにより対象物の濃度を計測する。トナーパターンの濃度を計測する場合には、トナーパターンが付着した中間転写体が照射光をほぼ１００％反射する一方、トナーパターンは照射光の一部を吸収するため、この吸収量を以ってトナー濃度が評価される。
すなわち、反射濃度センサによって得られるトナーパターンの濃度は、トナーパターンによる中間転写体の隠蔽率となっている。図１は、トナー付着量と反射濃度センサの出力との関係を示す図であって、反射濃度センサの出力値は最大値が２５５となるように規格化されている。図１に示されるように、トナー付着量が少ない場合には反射濃度センサの出力値が高くなるが、これらに写真１０１に示されるようにトナーによる中間転写体の隠蔽率が低いためである。

また、トナー付着量が多い場合には、写真１０２に示されるように隠蔽率が高まる一方、反射濃度センサの出力値は低くなる。また、中間転写体に複数色のトナーが付着している場合であっても、反射濃度センサはトナーの色を区別せず、隠蔽率のみに応じた値を出力する。すなわち、反射濃度センサによってトナーパターンのカラーバランスを検出することはできないので、カラーバランスを考慮してガンマ特性等を調整することはできなかった。

さて、中間転写方式においては、トナー像を一旦、中間転写体上へ１次転写した後で記録材に２次転写する。この際、トナー像の一部が記録材へ２次転写されず、中間転写体上に残留する。また、複数色を重ね合わせて色を表現する場合には、中間転写体に直接付着しているトナー（以下、「１次色のトナー」という。）のみが残留し、１次色のトナー上に積層されているトナー（以下、積層順に「２次色」、「３次色」等という。）は概ね１００％記録材へ２次転写され、中間転写体上には残留しない。

このため、従来技術のように、単色のトナーパターンのみについて反射濃度を計測しガンマ補正を行うと、複数色を重ね合わせた場合に残留トナー分だけカラーバランスがずれてしまう。図２は、（ａ）単色の場合と（ｂ）多層色の場合とのそれぞれについて、従来技術に係るガンマ補正によって得られた階調値と実際に記録シート上に出力された階調値とを比較する図である。

図２に示されるように、従来、１種類のトナーのみを用いる場合には、ガンマ補正後の階調値（補正値）と、記録シート上の階調値（出力値）とは概ね一致する。これは、補正値と出力地との何れもが、中間転写ベルトに担持されたトナーのうち、記録シートに転写されなかった残留トナーを除く単色部分によって表現される階調値に一致するからである。

一方、複数種類のトナーを重ねて表現する多層色の場合には、１次色のトナーは一部が中間転写ベルト上に残留する一方、２次色のトナーはすべて記録シート上へ転写される。しかしながら、従来は、１次色であるか否かに関わらず、残留トナーを差し引いた量のトナーが記録シート上に転写されるものとしてガンマ補正しているので、残留トナーの分だけ出力値と補正値との間にカラーバランスの差が生じてしまう。

このような知見に基づいて、本発明は、予め残留トナー量を計測することによって、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）やＰｋ（プロセスブラック）といった多層色におけるカラーバランスのずれを補正することを特徴とする。
［２］ 画像形成装置の構成
先ず、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。

図３は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図３に示されるように、画像形成装置３は、画像読取装置３００と、画像形成部３１０と、給紙部３２０と、制御部３３０とを備えている。
画像読取装置３００は、シートスルー方式と移動光学系の一つであるスキャナ移動方式の両方で原稿画像を読み取ることができる。ここで、シートスルー方式は、光学系を静止させた状態で、搬送中の原稿を読み取る方式である。また、スキャナ移動方式は、原稿を静止させた状態で、原稿面からの反射光を読取センサに導くミラーを原稿に対して移動させて読み取る方式である。

画像読取装置３００は、上面にシートスルー用ガラス３０１およびプラテンガラス３０２が設けられた画像読取部３０３と、この画像読取部３０３の上方に設けられた自動原稿搬送部（ADF: Automatic Document Feeder）３０４とを備えている。自動原稿搬送部３０４は、原稿給紙トレイ３０５に載置された原稿を１枚ずつ画像読取部３０３のシートスルー用ガラス３０１上へ搬送する。

画像読取部３０３は、自動原稿搬送部３０４によってシートスルー用ガラス３０１上に搬送される原稿の表面、またはプラテンガラス３０２上に載置された原稿に、線状光源である蛍光灯３０７からの光を照射し、その反射光を縮小光学系３０６を介して読取センサとしてのＣＣＤ（Charge Coupled Device）ラインセンサ３０８に導く。ＣＣＤラインセンサ３０８は、受光した原稿の反射光を光電変換により原稿画像に対応した画像データを生成し、生成した画像データを制御部３３０に送る。

画像形成部３１０は、画像読取部３０３のＣＣＤラインセンサ３０８から出力される画像データ等に基づいて画像を形成するものであり、中間転写ベルト３１１と、作像部３１２Ｙ、３１２Ｍ、３１２Ｃ、３１２Ｋとを備えている。作像部３１２Ｙ、３１２Ｍ、３１２Ｃ、３１２Ｋは、中間転写ベルト３１１に沿って配置されており、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成する。

作像部３１２Ｋは、感光体ドラム３１３、帯電器３１４、露光器３１５、現像器３１６および１次転写ローラ３１７を備えている。感光体ドラム３１３は、帯電器３１４によって外周面が均一に帯電される。露光器３１５は、画像読取部３０３が生成した画像データに基づく駆動信号により感光体ドラム３１３に向けて光ビームを発して、帯電された感光体ドラム３１３表面を露光走査することにより感光体ドラム３１３上に静電潜像を形成する。

感光体ドラム３１３の外周面に形成された静電潜像は、現像器３１６によりトナーで現像され、１次転写ローラ３１７によりそのトナー像が中間転写ベルト３１１上に静電転写される。作像部３１２Ｙ〜３１２Ｃは、作像部３１２Ｋと同様の構成を備え、作像部３１２Ｋと同様にしてＹＭＣ各色のトナー像を形成する。中間転写ベルト３１１上には、Ｙ〜Ｋの各色のトナー像が重ねて転写され、カラーのトナー像が形成される。

トナー像の形成動作と並行して、給紙部３２０は、内部に収容された複数の給紙カセット３２１のいずれか一つから記録シートＳを１枚ずつ繰り出して、２次転写ローラ３１８が設けられた２次転写位置へ搬送する。２次転写ローラ３１８は、中間転写ベルト３１１上のトナー像を記録シートＳ上に静電転写する。
トナー像が転写された記録シートＳは、定着部３１９での加熱および加圧によりトナー像が当該記録シートＳに溶融、圧着された後、排出トレイ３４１上に排出される。記録シートＳに転写されることなく中間転写ベルト３１１上に残った残留トナーは、クリーナ３４２により除去される。

［３］ 画像安定化制御
次に、画像形成装置３が実行する画像安定化制御について、特にガンマ補正に関連する制御を説明する。
図４は、画像形成部３１０の主要な構成を示す図である。図４に示されるように、中間転写ベルト３１１のトナー像搬送方向（矢印Ａ方向）における２次転写位置よりも下流側には反射濃度センサ４００が設けられている。反射濃度センサ４００は測定対象物への照射光量と反射光量との比によって反射濃度を計測する。反射濃度センサ４００は中間転写ベルト３１１の幅方向両端に１つずつ配されており、２次転写後に中間転写ベルト３１１上に残留するトナー像の反射濃度を検出する。

さて、画像安定化制御時には、作像部３１２Ｙ〜３１２ＫはそれぞれＹＭＣＫ各色の画像調整モードテストパターンを中間転写ベルト３１１上に形成する。図５は、画像調整モードテストパターンを例示する図である。図５に示されるように、画像調整モードテストパターンは、中間転写ベルト３１１上のＡ３サイズ（幅方向が４９６１ドット）の領域上、画像濃度センサ４００の通過位置にＹＭＣＫ各色のトナーパターンを形成したものである。

ＹＭＣＫ各色のトナーパターンはそれぞれ１２階調のトナーパターンからなり、１階調分のトナーパッチは縦横いずれも３７８ドットの正方形状となっており、反射濃度センサ４００の検出位置を通過するように、Ａ３サイズの領域の幅方向両端からそれぞれ１０２８ドットの位置が各階調のトナーパターンの中心となっている。
なお、本実施の形態においては、ＹＭＣＫを２色ずつに分けて、各２色のトナーパターンを幅方向の同じ側に配している。また、また各色の１２階調のトナーパターンを階調の濃いものから順に反射濃度センサ４００にて検出する。

図６は、ガンマ補正データの設定に関する処理を示すフローチャートである。
図６に示されるように、先ず、画像安定化制御の際に、上述のような画像調整モードテストパターンを記録シートに印刷する（Ｓ６０１）。中間転写ベルト３１１から記録シートへのトナー像の２次転写効率は１００％ではないので、中間転写ベルト３１１上に画像調整モードテストパターンの一部が残留する。この残留トナー像の反射濃度を１階調分ごとに反射濃度センサ４００にて検出する（Ｓ６０２）。

反射濃度センサ３１１の検出値に対応する紙上濃度は予めルップアップテーブルに記憶されており、このルックアップテーブルを用いて検出値を２５６階調の紙上濃度に変換する。この変換値と各トナーパターンの階調値とを対応付けることによって残留トナーの階調特性を算出することができる（Ｓ６０３）。
図７は、ルックアップテーブルを例示するグラフである。図７に示されるようなルックアップテーブルを用いれば、反射濃度センサの各検出値に対応する紙上反射濃度を求めることができる。この結果を用いて、残留トナーのＣＭＹＫ各色の階調特性を算出することができる。

次に、画像調整モードテストパターンを印刷した記録シートを画像読取装置３００にて読み取って（Ｓ６０４）、印刷画像の階調特性を算出する（Ｓ６０６）。これによって、ＹＭＣＫ各色のガンマ補正データが算出される。また、残留トナーの階調特性と印刷画像の階調特性とからＲＧＢやＰｋといった多層色を構成する多次色（２次色や３次色）の階調特性を求める。

図８は、各種の階調特性を示すグラフであって、グラフ８０１〜８０３はそれぞれ残留トナー、単色及び多次色のガンマ補正データを示す。多次色は中間転写ベルトにトナーが残留しないので、単色のグラフ８０２よりも残留トナー分だけ反射濃度が高くなる。
以上のようにして、画像安定化制御の際にガンマ補正データが更新される。
［４］ ガンマ補正
次に、上記ガンマ補正データを用いたガンマ補正について説明する。

図９は、本実施の形態に係るガンマ補正を示すフローチャートである。図９に示されるように、画像形成装置３は、画像形成時に画素毎にガンマ補正を実行する（Ｓ９０１）。この場合において、対象画素の色がＹＭＣＫ色でならばの何れか単色ならば（Ｓ９０２：ＮＯ）、何れの色であっても単色用ガンマ補正を行う（Ｓ９０３）。すなわち、残留トナー分を見込んだ階調にガンマ補正する。

対象画素が多層色である場合には（Ｓ９０２：ＹＥＳ）、色によってガンマ補正処理が異なる。図１０は、画素の色と使用するトナーの組み合わせを示す表である。図１０に示されるように、画素の色がＹ、Ｍ、Ｃ及びＫである場合には、何れも当該単色のトナーを用いるので多次色はない。一方、画素の色がＲ、Ｇ、Ｂ及びＰｋのように多層色である場合には、複数色のトナーが組み合わされ、単色や１次色とは異なって多次色は残留トナーを生じないので、１次色と多次色とでガンマ補正の仕方を異ならせる（相異なるガンマ補正テーブルを用いる）必要がある。

画素の色がＲやＧ、Ｐｋである場合には（Ｓ９０４：Ｒ、Ｇ、Ｐｋ）、１次色であるＹ色についてのみ単色用ガンマ補正を行い、Ｍ、Ｃ、Ｋ色については多層色用ガンマ補正を行う（Ｓ９０５）。多層色用ガンマ補正では、１次色用ガンマ補正よりも残留トナー分だけトナー量が少なくなるように階調が補正される。
また、画素の色がＢである場合には（Ｓ９０４：Ｂ）、１次色であるＭ色についてのみ単色用ガンマ補正を行い、Ｃ色については多層色用ガンマ補正を行う（Ｓ９０６）。以上のように、Ｓ９０１からＳ９０７までの処理をすべての画素について行ってガンマ補正を終了する。

［５］ 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１） 上記実施の形態においては、１次色か多次色かによってガンマ補正の仕方を異ならせる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、１次色か多次色かに応じて、ガンマ補正前、或いはガンマ補正後に画素毎に階調を補正しても良い。このようにしても本発明の効果を得ることができる。

（２） 上記実施の形態においては１２階調のトナーパターンを有する画像調整モードテストパターンを用いてガンマ補正データを取得する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、１２階調以外の階調数を用いても良い。
例えば、図８に示したように、ガンマ補正曲線は概ねシグモイド曲線状となっており、低階調部分と高階調部分とが概ね平坦で、中間階調部分が傾斜する形状をとっている。このため、平坦部と傾斜部の境界をなす２点についてガンマ補正データを取得すれば、ガンマ補正のために確保する記憶領域を最小限に留めることができる。

また、言うまでもなく取得するガンマデータが多ければ多いほどガンマ補正の精度を向上させることができる。このように、ＹＭＣＫのそれぞれについて少なくとも２つ以上のガンマ補正データを取得すれば、本発明の効果を得ることができる。
（３） 上記実施の形態においては、作像部３１２Ｙ〜３１２Ｋが順に中間転写ベルト３１１に沿って列設され、従って、ＣＭＹＫの順にトナー像を中間転写ベルト３１１に１次転写する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、他の順序でトナー像を１次転写しても良い。

トナー像の１次転写の順序に関わらず、残留トナーを考慮して、１次色と多次色とで異なるガンマ補正テーブルを用いれば本発明の効果を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置及び画像形成方法は、優れたカラーバランスを実現する装置として有用である。

３………………………画像形成装置
３００…………………画像読取装置
３１０…………………画像形成部
３１１…………………中間転写ベルト
３１２Ｙ〜３１２Ｋ…作像部
３１３…………………感光体ドラム
３１４…………………帯電器
３１５…………………露光器
３１６…………………現像器
３１７…………………１次転写ローラ
３１８…………………２次転写ローラ
３３０…………………制御部
４００…………………反射濃度センサ

Claims (6)

1. 像担持体上に重ね合わせた複数色のトナー像を記録材に転写する画像形成装置であって、
   像担持体上に複数色のトナーを重ね合わせるときは、像担持体表面にもっとも近い層の色である１次色については、重ね合わせるときと同じ階調の単色で出力するときと同じトナー量とし、前記１次色以外の色である多次色のそれぞれについては、重ね合わせるときと同じ階調の単色で出力するときよりも少ないトナー量とするトナー量調整手段を備える
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体上に、単色で階調が相異なる複数の基準トナー像を形成する基準トナー像形成手段と、
   基準トナー像を記録材に転写した後に像担持体上に残留するトナー量を階調ごとに計測する残留トナー量計測手段と、を備え、
   トナー量調整手段は、残留トナー量計測手段が計測した残留トナー量に基づいて、多次色において少なくするトナー量を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. トナー量調整手段は、基準トナー像を転写された記録材を読み取って、ガンマ補正に供するガンマ補正手段を備え、
   ガンマ補正手段は、多次色については、トナー量が少なくなるようにガンマ補正する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 像担持体上に重ね合わせた複数色のトナー像を記録材に転写する画像形成装置が実行する画像形成方法であって、
   像担持体上に複数色のトナーを重ね合わせるときは、像担持体表面にもっとも近い層の色である１次色については、重ね合わせるときと同じ階調の単色で出力するときと同じトナー量とし、前記１次色以外の色である多次色のそれぞれについては、重ね合わせるときと同じ階調の単色で出力するときよりも少ないトナー量とするトナー量調整ステップを含む
   ことを特徴とする画像形成方法。
5. 像担持体上に、単色で階調が相異なる複数の基準トナー像を形成する基準トナー像形成ステップと、
   基準トナー像を記録材に転写した後に像担持体上に残留するトナー量を階調ごとに計測する残留トナー量計測ステップと、を含み、
   トナー量調整ステップは、残留トナー量計測ステップが計測した残留トナー量に基づいて、多次色において少なくするトナー量を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像形成方法。
6. トナー量調整ステップは、基準トナー像を転写された記録材を読み取って、ガンマ補正に供するガンマ補正ステップを含み、
   ガンマ補正ステップは、多次色については、トナー量が少なくなるようにガンマ補正する
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成方法。

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