JP5264381B2

JP5264381B2 - 画像形成装置

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Inventors: 義行小宮
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Publication date: 2013-08-14
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Description

本発明は、記録材上に画像を形成する画像形成装置における画像の階調制御に関するものである。

従来の画像形成装置では、画像読取部に用いられるＣＣＤ等の読取素子の読取特性、画像形成部の帯電特性、現像特性、転写特性、定着特性等の影響により入力画像の階調と出力画像の階調とが一致しない。例えば、図１１（ａ）は画像形成装置の階調特性を示す図である。この階調特性は、あらかじめ記憶されている所定の入力信号に基づいて階調性を有するトナーパターンを記録媒体、感光体、中間転写体などに形成し、その濃度を検知することによって検出することができる。理想的には検知される階調特性が目標階調特性１１０２のような直線型になると、入力画像と出力画像との階調性が一致することになる。しかしながら、上述したように画像形成装置の各部の特性の影響を受けるため、実際の階調特性は、入力画像と出力画像との階調性が一致していない階調特性１１０１のような曲線となる。そこで、ＣＣＤや外部のコンピュータからの入力画像信号に対してγ補正を行うことによって出力画像の階調特性を目標階調特性１１０２に近づけるための制御を行うことが一般的である。

その制御のひとつとして、画像読取部で読み取られた入力画像信号をγルックアップテーブル（変換テーブル。以後、γＬＵＴ）によって変換して出力する画像補正制御が知られている。この制御では、図１１（ｂ）に示すようなγＬＵＴ１１０３によって入力画像信号を出力画像信号に変換するγ補正を行う。これにより、画像形成装置の各部の特性に影響された場合であっても、入力画像と出力画像との階調性を一致させることができる。

上記γＬＵＴは次のように生成される。図１２は上記γＬＵＴを作成する際のフローチャートを示す。ステップＳ１２０１で画像形成装置のＣＰＵは階調補正制御を起動させる。そして、ステップＳ１２０２で階調補正制御時に画像信号を画像形成装置に記憶されているγＬＵＴによる変換を行わずに（γＬＵＴオフで）図１３に示すような特定の階調テストパターンを出力させる。ステップＳ１２０３で出力した階調テストパターンの濃度を画像読取部にて読み取る。そして、ステップＳ１２０４において、ＣＰＵ（変換テーブル作成手段）は読み取られた階調テストパターンの濃度がその画像形成装置の理想とする目標階調特性１１０２と一致するようなγＬＵＴ１１０３を作成する。γＬＵＴ１１０３は定期的に起動される階調補正制御によって更新されるため、経時変化や環境条件の変動により読取特性、帯電特性、現像特性、転写特性、定着特性が変動しても階調性の安定した画像を出力することができる。

しかしながら、一時的な環境の変化によりトナーの帯電量が上昇したり装置特性が変動したりするため、出力画像の最大濃度が変化する。そのような状態で階調補正制御を実行すると、図１４（ａ）に示すように、入力画像信号の最大値に対応する最大濃度が目標濃度に達していない階調特性１４０１が得られる。そして、この階調特性１４０１と目標階調特性１４０２（＝１１０２）とに基づいて、図１４（ｂ）のように高濃度領域において入力画像信号に対する出力画像信号の値が飽和したγＬＵＴ１４０３が作成される。このγＬＵＴ１４０３が作成された直後に画像が所望の濃度（各階調における目標濃度）で形成されるような環境に変化した場合、γＬＵＴ１４０３は変化後の環境に対応していないことになる。高濃度領域の入力画像信号はγＬＵＴ１４０３の信号が飽和した部分で変換されるため、入力画像の高濃度領域に階調性があった場合でも上記の飽和した部分で変換されることにより出力画像の高濃度領域では入力画像の階調性を失うことになる。つまり、図１５の１５０１に示すように高濃度領域における出力画像の階調性が著しく低下する。

また、さらなる環境変動が起きて目標濃度を大きく超える画像濃度で出力されるように装置が変動した場合、高濃度領域では定着装置の定着可能な量を上回る量のトナーが記録紙上に形成される可能性があるので、定着不良を引き起こす可能性がある。

上記の環境変化や装置特性の変動に応じて図１２に示すγＬＵＴの作成する制御を頻繁に行うことによって、常に目標の階調性を得られるようにすることができる。しかしながら、階調補正制御を頻繁に行うことでトナーを消費したり制御時間がかかったりするためユーザに負荷を与えることにつながる。

それに対して、γＬＵＴ１４０３のように高濃度領域でγＬＵＴが飽和していると判定された場合、γＬＵＴ１４０３のあらかじめ決められた点Ｐから終端点（最大濃度）までを直線（図１４中一点鎖線１４０４）で結ぶという処理を行う方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）この処理により高濃度領域を補正した補正γＬＵＴを作成して、補正γＬＵＴによって入力画像を変換することによって、高濃度領域の階調性を維持することができる。
特開平１０−１７８５５２号公報

しかしながら、特許文献１の方法で補正γＬＵＴを作成すると次のような課題が生じる。即ち、特許文献１の方法は、γＬＵＴ１４０３を補正したγＬＵＴ１４０４には、補正γＬＵＴ１４０２を作成するために形成した階調テストパターンを検知することにより得た階調特性１４０１の階調情報が反映されていない。つまり、特許文献１における補正γＬＵＴに基づいて入力画像信号を出力画像信号に変換すると、γＬＵＴ１４０４が画像形成装置の出力特性に対応していないため、高濃度領域においての階調性が失われる。そのため、本来階調性がある画像がベタ画像のように出力され、結果として不自然な画像が出力されてしまう可能性がある。

また、上記特許文献１では、γＬＵＴ１４０３上のあらかじめ決められた１点から終端点までの領域を直線近似により補正する構成を採っている。このように直線で補正領域を近似することは補正領域の元の階調性をまったく無視することになる。そのため、上記のような直線近似されたγＬＵＴ１４０４では入力画像と同等の階調性を再現することは難しい。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。本発明に係る画像形成装置は、入力画像信号に基づいて像担持体上に画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により形成される画像パターンの濃度を検知し、前記画像パターンの階調特性を検出する検出手段と、前記検出手段により検出される前記階調特性に基づいて、前記入力画像信号に対する前記階調特性が目標階調特性になるように前記入力画像信号を変換する変換テーブルを作成する変換テーブル作成手段と、前記階調特性における最大濃度の入力画像信号に対応する出力画像濃度が目標濃度であるか否かを判定する判定手段と、を有し、前記判定手段により前記出力画像濃度が目標濃度でないと判定された場合、前記変換テーブル作成手段は、前記階調特性の曲線に基づいて前記出力画像濃度が前記目標濃度になるように補正階調特性を作成し、前記補正階調特性に基づいて前記変換テーブルを作成し、前記変換テーブル作成手段は、前記階調特性の傾きが所定の傾き以下になる入力画像信号と前記最大濃度の入力画像信号との間に補正領域を設定し、前記補正領域における前記階調特性に基づいて前記補正領域における前記補正階調特性を作成することを特徴とする。

本発明によれば、階調性を有する画像パターンの濃度を検知して得られた階調特性における最大濃度の入力画像信号に対応する出力濃度が目標濃度でない場合であっても、高濃度領域において出力画像の階調性を維持することができる。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態における画像形成装置１００と画像読取装置１０１を示す断面図である。まず画像読取装置１０１について説明する。原稿台ガラス１０２上に置かれた原稿Ｇは光源によって照射された光学系を介してＣＣＤセンサ１０５に結像される。ＣＣＤセンサ１０５は３列に配置されたレッド、グリーン、ブルーのＣＣＤラインセンサ群により、ラインセンサ毎にレッド、グリーン、ブルーの成分信号を生成する。これら読み取り光学系ユニットは矢印の方向に走査することにより原稿をライン毎の電気信号データ列に変換する。また、原稿台ガラス１０２上には、原稿の位置を突き当てて原稿の斜め置かれを防ぐ突き当て部材１０７が配置される。さらに、その原稿台ガラス面にＣＣＤセンサ１０５の白レベルを決定するためとＣＣＤセンサ１０５のスラスト方向のシェーディングを行うための基準白色版１０６が配置される。ＣＣＤセンサ１０５により得られた画像信号は、画像処理部１０８に送られ画像処理される。

次に画像形成装置１００について説明する。図１において、帯電器８、現像器３、感光ドラム４、クリーニング手段９からなる交換可能なプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを並べたタンデム式の画像形成装置を示す。プロセスカートリッジ２０Ｙ〜２０Ｋに含まれる帯電器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋはローラ帯電器であり、バイアスを印加することでそれぞれの感光ドラム４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの表面を一様に負極性に帯電させる。

画像データは、画像処理部１０８からレーザドライバ及びレーザ光源を介してレーザ光に変換される。そのレーザ光はポリゴンミラー１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ及びレンズ、折り返しミラーなどの光学系により反射され、一様に帯電された各感光ドラム４Ｙ〜４Ｋ上に照射される。レーザ光の走査により潜像が形成された感光ドラム４Ｙ〜４Ｋは、図中に示す矢印Ａの方向に回転する。

３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは現像器であり、２０Ｙ〜２０Ｋのプロセスカートリッジ毎にイエロートナー現像器３Ｙ、マゼンタトナー現像器３Ｍ、シアントナー現像器３Ｃ、ブラックトナー現像器３Ｋが備えられている。尚、本実施形態においては、現像剤は磁性キャリアと非磁性トナーとを含む二成分現像剤を採用している。

ここで、プロセスカートリッジ２０Ｙを例に取り、画像形成過程を具体的に説明する。プロセスカートリッジ２０Ｙの感光ドラム４Ｙの表面が帯電器８Ｙによってそれぞれ一様に帯電される（たとえば本実施形態では−５００Ｖ）。次に、第１色目の画像データに応じてＯＮ／ＯＦＦ制御された露光手段による露光走査がなされ、第１色目の静電潜像（本実施形態にあっては約−１５０Ｖ）がプロセスカートリッジ２０Ｙの感光ドラム４Ｙに形成される。この第１色目の静電潜像は第１色目のイエロートナー（−極性）を内包したイエロー現像器３Ｙによって現像、可視像化される。そして、この可視像化された第１のトナー像は、感光ドラム４Ｙに所定の押圧力を持って圧接され、感光ドラム４Ｙの周速度と略等速の速度をもって矢印Ｄ方向へ回転駆動される中間転写体５とのニップ部において、中間転写体５上に一次転写される。本実施形態では感光ドラム４Ｙの周速度１４０ｍｍ／ｓにしている。

一次転写工程の際に中間転写体５に転写されずに感光ドラム４Ｙ上に残ったトナーは、感光ドラム４Ｙに圧接されたクリーニング手段９Ｙであるクリーニングブレードにより掻き取られ、廃トナー容器（不図示）に回収される。

他のプロセスカートリッジ２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋにおいても上記と同様の工程が行われる。各プロセスカートリッジ毎に色の異なるトナーによるトナー像を中間転写体５上に順次転写、積層された後、給紙ユニットから給紙された記録材６に一括で二次転写し、定着器７による定着工程を経て機外に排出され、フルカラープリントとなる。

次に図２は本実施形態における画像処理部１０８のブロック図である。ＣＣＤ２０１により読み込まれた原稿画像の輝度信号は、Ａ／Ｄ変換部２０２に入力されデジタル信号に変換される。このデジタル輝度信号はシェーディング部２０３に送られ、ＣＣＤ個々の素子の感度に関するバラツキによる光量ムラがシェーディング補正される。シェーディング補正することにより、ＣＣＤ２０１の測定再現性が向上する。シェーディング部２０３で補正された輝度信号は、更にＬＯＧ変換部２０４によりＬＯＧ変換される。続いて、ＬＯＧ変換された信号は、γ補正部２０５に送られ、ＲＡＭ２０６に記憶されたγＬＵＴによって入力画像信号を変換する。こうして変換された画像信号はプリンタ部２１０に送信され、画像形成される。

ＣＰＵ２０７は、ＣＣＤ２０１、画像処理部１０８、プリンタ部２１０、パターンジェネレータ（ＰＧ）２０９を制御する。各要素の制御フローはＲＯＭ２０８に記憶されている。また、ＣＰＵは後述するγＬＵＴ（変換テーブル）を作成する変換テーブル作成手段である。

ここで、従来のγＬＵＴ（変換テーブル）により入力画像信号を出力画像信号に変換する画像処理について図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は、入力画像信号とその入力画像信号をγＬＵＴ１１０３（図１１（ｂ））で変換をせずに出力したときの出力画像の濃度との関係、即ち画像形成装置の階調特性１１０１を示す図である。図１１（ｂ）は、階調特性１１０１と目標階調特性１１０２とに基づいて、階調特性１１０１が目標階調特性１１０２になるように作成されるγＬＵＴ１１０３を示す図である。

入力画像信号とその入力画像信号に基づいて出力される出力画像信号との関係は目標階調特性１１０２のような線形になることが望ましい。しかしながら、画像読取装置のＣＣＤ２０１の読取特性、プリンタ部２１０の帯電特性、現像特性、転写特性、定着特性により図１１（ａ）の階調特性１１０１のように両者の関係はリニアな関係（比例関係）にならない。そのため、入力画像（原稿）の階調性と画像形成装置から出力される出力画像の階調性とに差が生じる。

それに対して、画像形成装置には図１１（ｂ）に示すようなγＬＵＴ１１０３をＲＡＭ２０６に記憶させ、γ補正部で入力画像信号をγＬＵＴ１１０３で変換する。変換された画像信号に基づいてプリンタ部２１０は画像形成を行う。これにより、階調特性１１０１のような特性を有する画像形成装置であっても、入力画像信号に対する出力画像信号の階調特性を目標階調特性１１０２にすることができる。本実施形態では、ＣＰＵ２０７が、階調特性１１０１を目標階調特性１１０２に関して線対称に変換し、変換後の曲線をγＬＵＴ１１０３として用いる。

以下に、図１２を参照して、γＬＵＴ１１０３を作成する階調補正制御について説明する。

まず、ステップＳ１２０１において、ＣＰＵ２０７は階調補正制御を起動する。ステップＳ１２０２で、ＣＰＵ２０７は、パターンジェネレータ（ＰＧ）２０９に、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック４色分の階調テストパターンを形成させ、記録材６上（像担持体上）に印刷させる。記録材６上に出力された一般的な階調テストパターン（画像パターン）の一例を図１３に示す。ここでは各色６４階調の濃度パッチが濃度レベル順に配置された階調テストパターンを示している。なお、階調テストパターンは中間転写体５上に形成してもよく、その際は中間転写体近傍にトナーセンサを配置する。このトナーセンサによって中間転写体５上のトナーの載り量あるいは濃度を検知する。この場合、中間転写体５上に階調テストパターンを形成し、トナーセンサにてその階調テストパターンを読み取る。

次に、ステップＳ１２０３で、ＣＰＵ２０７は、画像読取装置１０１の原稿台ガラス１０２上に乗せられた階調テストパターンが印刷された記録材６を読み取らせる。このときの原稿台ガラス１０２上に記録材を置く作業、及び記録材の読み取り開始を指示する作業はユーザの手によって行われる。ユーザが操作パネル上に表示される読込みボタンを押すと、画像読取装置１０１が階調テストパターンを読み取りを行い、ＣＣＤ２０１で輝度信号に変換する。そしてステップＳ１２０４では、ＣＰＵ２０７は、読み取られた輝度信号をＬＯＧ変換し、ＬＯＧ変換されたあとのデータを読み取り濃度データ（入力画像信号）として取り込む。次にステップＳ１２０５において、ＣＰＵ２０７は濃度データから階調特性１００１を算出し、ステップＳ１２０６において、ＣＰＵ２０７は階調特性とその画像形成装置の理想とする目標階調特性１１０２の関係よりγＬＵＴ１１０３を生成する。ステップＳ１２０７において、ＣＰＵ２０７はステップＳ１２０６で作成されたγＬＵＴ１１０３をＲＡＭ２０６に記憶させる。

以上、図１２に示されたような階調補正制御を画像形成装置が持つ色毎に実施することにより各色に対応するγＬＵＴ１１０３が作成される構成となっている。ここで示した階調補正制御は、入力した画像信号と最終的に記録材６としての紙に記録される画像とを対応付けるべくレーザ出力を制御する。階調補正制御を行うことによって、入力画像に近い、高い階調精度を有する出力画像を得ることができる。しかしながら、先述の階調補正制御は、ユーザが画像読取装置１０１に記録材６を読み取らせる作業を行わなければならない。そのため、頻繁に実施されることは想定しにくく、階調補正制御を実施した時点での画像形成装置の階調特性から経時変化、環境変動が起こった場合にはそうした変化に追従しにくいことが想定される。

例えば、画像形成装置の元の階調特性が図１４（ａ）に示すように最大濃度が目標濃度よりも薄い階調特性１４０２を持つ画像形成装置が前述の階調補正制御を実施した場合がある。このような場合、図１４（ｂ）に示すように高濃度領域で出力画像信号が飽和したγＬＵＴ１４０３が作成される。

ここで、作成されたγＬＵＴ１４０３によって変換された画像データで画像形成した場合、図１５に示すように高濃度領域で画像形成装置の出力画像の濃度が常に最大濃度で出力される状態、すなわち階調潰れが発生してしまう。さらに、図１５からも明らかように、最大の入力画像信号で最大濃度値が出力されていない。そのため、入力画像と出力画像濃度との階調性に差が生じてしまう。

また、最大濃度が目標濃度を超えるような環境変動、装置特性の変動が起きた場合、γＬＵＴ１４０３により入力画像信号を変換すると、図１５に示すようにトナーの載り量が装置の許容範囲を超える可能性がある。トナーの載り量が許容範囲を超えた場合、転写工程におけるトナー飛び散りや定着工程におけるトナー剥がれ、あるいは巻き付きなどが発生し、画像不良に繋がってしまう。

なお、γＬＵＴを頻繁に更新することによって環境変動、装置特性の変動に対応したγＬＵＴを保持しておくことが可能である。γＬＵＴを頻繁に更新するために中間転写ベルト５上に階調性を有するパターン画像を形成する。このパターン画像を中間転写ベルト５のトナー像形成面対向するトナーセンサ（図示せず）によってパターン画像の濃度を自動的に検出し、検出されたそれに基づいてγＬＵＴを作成する。この制御は画像形成装置が自動的に行うためユーザの手を煩わせることがなく、頻繁に行うことができるが、制御中は画像形成が行えず、また画像パターンを形成するためにトナーを消費するため、ユーザに負荷を与えることになる。したがって、この自動階調補正制御も頻繁に行うには限界がある。

そこで本実施形態では、前述の階調補正制御において階調特性１４０１のように階調特性の最大濃度値が目標濃度得られていない場合、γＬＵＴを作成する前に階調特性の曲線に基づいて曲線の補正階調特性を作成する。その補正階調特性に基づいてγＬＵＴを作成する。これにより上記の画像不良を軽減する。

図３は、本実施形態に係る階調補正制御で行われる補正階調特性を作成する際に行われる処理の概念図である。従来の階調補正制御と同様に、ＣＰＵ２０７は画像形成部に記録材６上に階調テストパターンを形成させる。その階調テストパターンを画像読取装置によって読み取れた際に得られた輝度信号に基づいて階調特性３０１を得る。続いて、この階調特性の最大値、即ち、画像形成装置から出力される最大画像濃度Ｄ０を検出する。ここで画像形成装置の最大画像濃度とは入力画像信号が最大時のときの画像形成装置からの出力画像濃度を指し、本実施形態では入力画像信号を８ビットとしているため入力画像信号の最大値は２５５である。

この最大画像濃度Ｄ０が所望のターゲット濃度Ｄｔ（目標濃度）よりも低いとＣＰＵ２０７が判定した場合には、所望のターゲット濃度Ｄｔと検知された最大濃度Ｄ０との差分ΔＤを算出する。

また、ＲＯＭ２０８にはあらかじめ設定された入力画像信号Ｓｉから最大入力画像信号Ｓｅまでの区間Ｓｉ〜Ｓｅを補正領域ΔＳとして設定する。本実施形態においては、入力画像信号値Ｓｓ＝１９２からＳｓ＝２５５（Ｓｅ）の領域を階調特性の補正領域ΔＳとする。

この補正領域ΔＳの出力画像濃度Ｄ［Ｓｉ］を以下の式に基づいて補正領域ΔＳの階調特性を上昇させる。階調特性３０１の曲線から階調特性３０２の曲線を得るために、例えば以下のような演算式を用いる。

式０１に基づいて階調特性３０１は補正され、新たに補正階調特性３０２が得られる（図３参照）。補正階調特性３０２は、階調特性３０１に対して先述の補正領域ΔＳ（１９２〜２５５）の領域の濃度Ｄ［Ｓｉ］を算出された補正濃度Ｄ‘［Ｓｉ］で置き換えた特性である。ＣＰＵ２０７は、この補正階調特性３０２と上述した目標階調特性３０３（上述の目標階調特性１４０２と同一の階調特性）とに基づいて、図４に示す新たなγＬＵＴ４０１を作成する。図４に示すγＬＵＴ４０１は、図１４に示したγＬＵＴ１４０３のように高濃度領域で出力画像濃度が飽和することがない。そのため、その後に最大画像信号に対応する出力画像の濃度が目標濃度になるように画像形成装置の特性が回復しても、γＬＵＴ４０１を用いることによって、入力画像信号と出力画像信号とをリニアな関係にすることができる。

なお、本実施形態では入力画像信号の全領域で補正階調特性３０２を作成しているが、次のような方法を採用しても良い。即ち、補正領域ΔＳにおいて補正階調特性を検出し、その補正階調特性に基づいて第１のγＬＵＴ（第１の変換テーブル）を作成し、補正領域以外の領域では階調特性に基づいて第２のγＬＵＴ（第２の変換テーブル）を作成する。第１のγＬＵＴと第２のγＬＵＴとに基づいて入力画像信号を変換するようにしても良い。

また、本実施形態では補正領域を設定しているが、補正領域を設定せずに全領域（入力画像信号０から２５５）の階調特性の曲線に基づいて補正階調特性の曲線を作成しても良い。

図５及び図６は、ＣＰＵ２０７が、階調補正制御の際に行う制御フローである。図５のステップＳ５０１〜Ｓ５０５及びステップＳ５０７〜Ｓ５０８については図１２で示した従来の画像形成装置で行われていた階調補正制御の制御フローのステップＳ１２０１〜Ｓ１２０７と同様であるので説明を省略し、以下図６について詳細に説明する。

本実施形態に係る画像形成装置のＣＰＵ２０７は、ステップＳ５０５で画像形成装置の元の階調特性３０１を算出した後に、ステップＳ５０６において補正階調特性３０２を作成する。本実施形態においてはステップＳ５０６では図６に示すような階調補正制御を行う。図６において、ステップＳ５０９において、ＣＰＵ２０７は、ステップＳ５０５で得られた画像形成装置の階調特性から画像形成装置から出力される最大画像濃度Ｄ０を検出する。

次にステップＳ５１０で、ＣＰＵ２０７は、ステップＳ５０９で検知された最大画像濃度Ｄ０が所望のターゲット濃度Ｄｔであるか否かを判定する。Ｄ０＜Ｄｔと判定した場合には、ステップＳ５１１で所望のターゲット濃度Ｄｔと検知された最大濃度Ｄ０との差分ΔＤを算出する。ステップＳ５１０でＤ０≧Ｄｔと判定した場合には、Ｓ５０７に進む。

次にステップＳ５１２で、ＣＰＵ２０７は、入力画像信号Ｓｉ＝１９２からＳｅ＝２５５を補正領域ΔＳとして設定する。

次にステップＳ５１３で、ＣＰＵ２０７は上述の式（１）に示す演算により先述した補正領域ΔＳの範囲で補正濃度Ｄ‘［Ｓｉ］を算出する。ステップＳ５１４において、ＣＰＵ２０７はＳ５１３で算出された補正濃度Ｄ‘［Ｓｉ］を用いて補正階調特性３０２を作成する。ステップＳ５１４のあとステップＳ５０７に戻り、ステップＳ５０７において、ＣＰＵ２０７は、ステップＳ５１３で得られた補正階調特性３０２と目標階調特性３０２とに基づいてγＬＵＴ４０１を作成する。このとき、ＣＰＵ２０７は補正階調特性３０２を目標階調特性３０３に関して線対称に変換し、γＬＵＴ４０１を作成する。続くステップＳ５０８で、ＣＰＵ２０７はγＬＵＴ４０１をＲＡＭ２０６に記憶させる。

以上の補正を行った結果、図４に示すような高濃度領域の潰れのないγＬＵＴ４０１を生成することが出来る。また図４のγＬＵＴ４０１を通して画像形成した結果、周囲の環境が想定した環境状態に戻った場合に図７に示すような高濃度領域においても階調潰れのない良好な階調性を再現することができる。

本実施形態では、変換後のγＬＵＴを変換して新たなγＬＵＴを作成する従来の制御に比べ、元の階調特性３０１に基づいて補正階調特性３０２を作成し、補正階調特性３０２からγＬＵＴ４０１を作成する。そのため、補正階調特性３０２は元の階調特性３０１の情報を失わず作成され、補正階調特性３０２に基づいてγＬＵＴ４０１は作成される。つまり、補正領域ΔＳに対して先述の式（１）で示したように階調特性３０１の形状を元にして補正階調特性３０２の補正カーブを算出するため、補正した中・高濃度領域に対して元の階調特性３０１の情報に基づいたγＬＵＴ４０１を作成することが可能となる。

このγＬＵＴ４０１を用いることによって入力画像信号に対する出力画像濃度を図７の階調特性７０１のようにすることができ、出力画像の良好な階調性を再現することができる。

また、本実施例では階調特性から補正階調特性を作成し、補正階調特性に基づいてγＬＵＴを作成する例について説明したが、γＬＵＴの作成方法はこれに限られるものではない。

例えば、図１４に示すように最大濃度が目標濃度に達しないような状況において、まず階調特性１４０１を検出し、階調特性１４０１と目標階調特性１４０２とに基づいてγＬＵＴ１４０３を作成する。ＣＰＵは、ＲＡＭ２０６に階調特性１４０１を記憶させ、階調特性１４０１の曲線に基づいて、γＬＵＴ１４０３の曲線を補正する。このような方法で，高濃度領域におけるγＬＵＴの飽和を防止することができ、上記で説明した補正階調特性を作成してからγＬＵＴを作成する方法と同様の効果が得られる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態に示した画像形成装置では、元の階調特性３０１をＳｓはあらかじめ設定された入力画像信号値（第１の実施形態ではＳｉ＝１９２）に基づいて補正領域が設定される例について説明した。このように補正領域ΔＳが固定されている場合、個々の画像形成装置が持つ階調特性に柔軟に対応できない可能性がある。特に、画像形成装置の中・高濃度側の階調特性の形状は環境条件や経時などによって大きく変化するため、必ずしも予め定められた補正領域ΔＳ以降の領域に対して補正を行うことによって、高濃度領域におけるγＬＵＴの飽和を抑制できるとは限らない。そこで本実施形態では、補正領域ΔＳを画像形成装置の元の階調特性３０１に応じて可変に設定可能な構成とする。

本実施形態においては、元の階調特性３０１の傾きを検出し、傾きが所定の値以下になる入力画像信号値を上述のＳｓとして採用する。そして、ＳｓとＳｅ（＝２５５）との間の補正領域ΔＳにおいて階調特性３０１を補正し、補正階調特性３０２を作成する。

本実施形態では階調特性３０１の傾きを次のように検出する。入力画像信号は８ビットであるためＳｉは０〜２５５、それに対応する出力画像濃度はＤ［０］〜Ｄ［２５５］となる。そして、本実施形態ではステップＳ８１７における傾きＫｉの検出は、以下に示すような一般的な傾きの算出方法を採用した。すなわち、注目する入力信号Ｓｉと８レベル後の入力信号Ｓｉ＋８に対応する濃度Ｄ［Ｓｉ］とＤ［Ｓｉ＋８］を用いて、

という演算により入力信号８レベルの区間での入力信号Ｓｉに対する濃度Ｄ［Ｓｉ］の傾きＫｉを算出する。本実施形態では傾きＫを算出する微小区間を８レベルとしたが、もちろん画像形成装置の特性に応じて傾き量算出の微小区間レベルは適宜決められるべきである。

なお、傾きＫｉの判定は０≦Ｓｉ≦１９２まで行い、この範囲においてＫｉが所定のしきい値Ｋｔｈ（詳細は後述する）より小さくならない場合、補正開始点はあらかじめ決められた補正開始点Ｓｓ＝１９２を採用する。なお、傾きＫｉを判定する範囲は０≦Ｓｉ≦２５５であってもよい。

図８から図１０に本実施形態のフローを示す。図８は第１の実施形態で説明した図５の制御フローと同様であるので、詳細な説明は省略する。図８に示すように、第１の実施形態と同様に、ステップＳ８０５で画像形成装置の元の階調特性３０１を算出した後に、ステップＳ８０６で補正階調特性３０２を作成する。本実施形態におけるステップＳ８０６の制御フローは図９に示される。ステップＳ８０９及びステップＳ８１０については、図６のステップ５０９及びステップ５１０と同様の制御を行う。図９のステップＳ８１１でΔＤを算出した後に補正領域ΔＳを設定するために、ステップＳ８１２では図９に示す制御を行う。

図９のステップＳ８１２の制御フローを図１０を用いて説明する。ステップＳ８１２では、図８のステップＳ８０５で得られた画像形成装置の元の階調特性３１０の入力画像信号Ｓｉに対する出力画像濃度Ｄ［Ｓｉ］の傾きを検出する。ステップＳ８１５において、ＣＰＵ２０７は階調特性３０１の中にノイズが含まれていないかを判定する。ここでのノイズとは、階調テストパターンを検知したときの濃度データのうち階調特性３０１から逸脱した濃度データを指す。階調特性３０１にノイズが含まれているか否かの判定方法としては、Ｄ［ｎ−１］とＤ［ｎ］との差分及びＤ［ｎ］とＤ［ｎ＋１］との差分が所定の値以上差分であるか否かを判定する。Ｄ［ｎ−１］とＤ［ｎ］との差分及びＤ［ｎ］とＤ［ｎ＋１］との差分が所定の値以上の差分である場合、階調特性にノイズが含まれていると判定し、Ｓ８０１に戻り、階調補正制御を再度始める。Ｄ［ｎ−１］とＤ［ｎ］との差分及びＤ［ｎ］とＤ［ｎ＋１］との差分が所定の値以上でない場合、階調特性３０１にはノイズが含まれていないと判定し、次のステップＳ８１６に進む。

階調特性３０１にノイズが含まれていない場合、ステップＳ８１６において、ＣＰＵ２０７は、入力画像信号Ｓｓ＝０に設定し、ステップＳ８１７においてＳｓ＝０から順にＳｓ＝Ｓｉにおける元の階調特性３０１の傾きＫｉを検出する。続くステップＳ８１８において、ＣＰＵ２０７は傾きＫｉがあらかじめ決められたしきい値Ｋｔｈ（本実施形態では０．００２５とする）よりも小さいか否かを判定する。傾きＫｉがしきい値Ｋｔｈよりも小さいと判定した場合、ステップＳ８１９において、ＣＰＵ２０７はその点Ｓｉから最大入力画像信号値Ｓｅまでの間を補正領域ΔＳとして設定する。例えば、Ｓｓ＝１００における傾きがＫ_１００＝１の場合、Ｋｉ≧Ｋｔｈ（０．００２５）であるので、Ｓｓ＝１００は補正開始点にならない。一方、Ｓｓ＝１８０における傾きがＫ_１８０＝０．００３０でＳｓ＝１８１における傾きがＫ_１８１＝０．００２０の場合、Ｋ_１８１＜Ｋｔｈ（０．００２５）であるので、Ｓｓ＝１８１からＳｓ＝Ｓｅ（２５２）までの領域を補正領域ΔＳとする。そして、図９のステップＳ８１２に戻る。

ステップＳ８１８で傾きＫｉがしきい値Ｋｔｈよりも大きいと判定した場合、制御はステップＳ８２０に進む。ステップＳ８２０でＣＰＵ２０７がＳｓ＝１９２まで傾きの検知が済まされていないと判定した場合、ステップＳ８１７に戻り、引き続きＳｓ＝Ｓｉの傾きＫｉを検出する。ステップＳ８２０でＣＰＵ２０７がＳｉ＝１９２まで傾きが検知されたと判定した場合、ＣＰＵ２０７は、第１の実施形態と同様にあらかじめ設定された値Ｓｉ＝１９２からＳｅまでの間の領域を補正領域ΔＳとして設定する。そして、図９のステップＳ８１３に戻る。

以降、ステップＳ８１２〜Ｓ８１４は図９の制御フローに基づき、ステップＳ８１４以降の制御フローは図８のステップＳ８０７〜ステップＳ８０８の制御フローと同様である。

なお、本実施形態では、Ｓｓを設定する手法として式（０２）に示すような濃度階調特性の傾きＫｉを検出して特定のしきい値Ｋｔｈと比較する方法を示した。しかしながら、Ｓｓを動的に求める方式であれば濃度特性の形状や変化率、変曲点を検知する他の手法であっても構わない。

以上示したように、目標濃度よりも濃度が薄い濃度階調特性を持つ状態で自動階調補正が実施された場合でも階調潰れによる画像不良を抑制することができる。また、その後の画像形成装置の環境変動、経時変動によるトナー載り量の増加によって引き起こされる画像不良や装置の故障を軽減することができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の構成断面図である。第１の実施形態に係る画像形成装置のブロック図である。本実施形態に係る画像形成装置の階調補正制御で行われる補正階調特性の作成方法を示す概念図である。補正階調特性と目標階調特性とに基づいて作成されるγＬＵＴを示す図である。第１、第２の実施形態における画像形成装置が行う制御フローである。第１の実施形態における画像形成装置が行う制御フローである。図４におけるγＬＵＴを使用してγ補正を行った場合の入力画像信号と出力画像濃度との関係を示す図である。第２の実施形態における画像形成装置が行う制御フロー１である。第２の実施形態における画像形成装置が行う制御フロー２である。第２の実施形態における画像形成装置が行う制御フロー３である。従来の画像形成装置において検知された階調特性とその階調特性に基づいて作成されるγＬＵＴを示す図である。従来の画像形成装置における階調補正制御の制御フローである。階調補正制御で使用する記録材に印刷される階調テストパターンである。所定の画像信号のうち最大値に対応する出力濃度が目標濃度にではない階調特性の図（ａ）及び、（ａ）で示した階調特性で作成されたγＬＵＴを示す図（ｂ）である。 γＬＵＴ作成後、環境が変化し作成されたγＬＵＴで入力画像信号を変換した場合の階調特性を示す図である。

符号の説明

１００画像形成装置
１０１画像読取装置
１０５ＣＣＤセンサ
１０８画像処理部
２０１ＣＣＤ
２０５ γ補正部
２０６ＲＡＭ
２０７ＣＰＵ
２０８ＲＡＭ
２０９パターンジェネレータ（ＰＧ）
３０１階調特性
３０２補正階調特性
３０３目標階調特性
４０１ γＬＵＴ

Claims

入力画像信号に基づいて像担持体上に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により形成される画像パターンの濃度を検知し、前記画像パターンの階調特性を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出される前記階調特性に基づいて、前記入力画像信号に対する前記階調特性が目標階調特性になるように前記入力画像信号を変換する変換テーブルを作成する変換テーブル作成手段と、
前記階調特性における最大濃度の入力画像信号に対応する出力画像濃度が目標濃度であるか否かを判定する判定手段と、を有し、
前記判定手段により前記出力画像濃度が目標濃度でないと判定された場合、前記変換テーブル作成手段は、前記階調特性の曲線に基づいて前記出力画像濃度が前記目標濃度になるように補正階調特性を作成し、前記補正階調特性に基づいて前記変換テーブルを作成し、
前記変換テーブル作成手段は、前記階調特性の傾きが所定の傾き以下になる入力画像信号と前記最大濃度の入力画像信号との間に補正領域を設定し、前記補正領域における前記階調特性に基づいて前記補正領域における前記補正階調特性を作成することを特徴とする画像形成装置。
前記変換テーブル作成手段は、前記最大濃度の入力画像信号と所定の入力画像信号との間に補正領域を設定し、前記補正領域における前記階調特性に基づいて前記補正領域における前記補正階調特性を作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。
前記判定手段により前記最大濃度の入力画像信号に対応する出力画像濃度が前記目標濃度よりも低いと判定された場合、前記変換テーブル作成手段は、前記補正領域における前記階調特性の濃度を上昇させて補正階調特性を作成することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記変換テーブル作成手段は、前記最大濃度の入力画像信号に対応する出力画像濃度と前記目標濃度との差分に基づいて前記補正領域を決定することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
入力画像信号に基づいて像担持体上に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により形成される画像パターンの濃度を検知し、前記画像パターンの階調特性を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出される前記階調特性に基づいて、前記入力画像信号に対する前記階調特性が目標階調特性になるように前記入力画像信号を変換する変換テーブルを作成する変換テーブル作成手段と、
前記階調特性における最大濃度の入力画像信号に対応する出力画像濃度が目標濃度であるか否かを判定する判定手段と、を有し、
前記判定手段により前記出力画像濃度が目標濃度でないと判定された場合、前記変換テーブル作成手段は、前記階調特性の曲線に基づいて最大濃度の入力画像信号が前記目標濃度に対応する出力画像信号になるように前記変換テーブルを作成し、
前記変換テーブル作成手段は、前記階調特性の傾きが所定の傾き以下になる入力画像信号と前記最大濃度の入力画像信号との間に補正領域を設定し、前記補正領域における前記階調特性の曲線に基づいて最大濃度の入力画像信号が前記目標濃度に対応する出力画像信号になるように前記補正領域における第１の変換テーブルを作成し、前記補正領域以外の領域において前記階調特性に基づいて第２の変換テーブルを作成することを特徴とする画像形成装置。
前記変換テーブル作成手段は、前記最大濃度の入力画像信号と所定の入力画像信号との間に補正領域を設定し、前記補正領域における前記階調特性の曲線に基づいて最大濃度の入力画像信号が前記目標濃度に対応する出力画像信号になるように前記補正領域における第１の変換テーブルを作成し、前記補正領域以外の領域において前記階調特性に基づいて第２の変換テーブルを作成することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。