JP5402976B2 - 画像形成装置及び階調補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、複写機や、レーザビームプリンタ、ファクシミリ、ディジタル複合機等の画像形成装置及びそれに用いられる階調補正方法に関する。

一般に、画像形成装置では、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の経時的変化などの外乱に起因して、トナー像の画像濃度が変動することがある。そこで、画像形成装置では、一般に、画像濃度の安定化を図るために、階調補正が行われる。

例えば、画像形成装置では、感光体上にテスト用のトナー像として複数の階調からなる階調パターン像を形成し、この階調パターン像の濃度に基づいて階調補正が行われる。この階調補正は、電源投入時や、スリープ復帰時、ある所定の印刷枚数に達したとき、あるいは、外部環境が大きく変わった場合に、印字中の階調特性を補正するために行われる。

具体的には、画像形成装置では、階調補正時に、中間転写ベルト上に階調パターン像を形成し、その各階調の濃度が濃度センサによって検出される。そして、検出された濃度が予め設定された目標濃度と一致するように現像バイアスを調節することで（つまり階調補正を行うことで）、所望の画像濃度を得るようになっている。実際上、この階調補正は、濃度センサによって得られた濃度検出値に基づき、それぞれの階調が所定の濃度となるように、画像データの入力階調を、制御部の階調変換テーブルにおいて補正することで行われる。

ここで、階調パターン像の検出精度が悪いとそれに伴って階調補正の精度も悪くなるので、従来、階調パターン像の濃度を高精度で検出するために、多くの工夫がなされている。特許文献１及び２には、複数の階調パターン像を用いる技術が開示されている。さらに、特許文献３−８には、現像ローラや、中転転写ベルト、感光体の周期で現れるムラ（周期ムラ）を打ち消すように、複数の階調パターンを、上記周期の１／２や、Ｍ／Ｎ(Ｍ、Ｎは互いに素な自然数)の間隔で配置する技術が開示されている。

特開２０１０−１７１６８９号公報 特開２００８−２６５５１号公報 特開２０１０−１３４３６６号公報 特開２００７−２６４３６４号公報 特開２００６−４７３４９号公報 特開２００７−３６８８号公報 特開２００６−３４３６７９号公報 特開２０１０−１３４１６０号公報

ところが、階調パターン像を、ある特定の周期ムラを打ち消すような位置に固定して配置すると、別要因の周期ムラのほうが大きくなった場合に、大きいほうの周期ムラを打ち消すことができなくなる。その結果、階調パターンの濃度検出精度が悪くなってしまう。

ちなみに、周期ムラの発生要因は、現像ローラや、感光体、中間転写ベルトなど複数存在するので、周期ムラの様態も様々である。

従来の階調パターンの配置は、これらが十分に考慮されていない。その結果、濃度検出結果が周期ムラを大きく受けて、濃度検出の精度が低下するおそれがある。濃度検出の精度が低下すると、当然、階調補正の精度も低下する。

本発明の目的は、周期ムラによる濃度検出精度の低下を抑制することで、高精度の階調補正を行うことができる、画像形成装置及び階調補正方法を提供することである。

本発明の画像形成装置の一つの態様は、像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットを制御する制御部と、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、前記濃度検出部によって得られた濃度検出結果に基づいて、濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する濃度ムラ検出部を、具備し、前記制御部は、前記濃度ムラの周期の中で、最も大きな濃度変動量が現れる周期に基づいて、前記画像形成ユニットに形成させる前記階調補正用のトナー像の配置を決定する。
本発明の画像形成装置の他の態様は、像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットを制御する制御部と、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、前記濃度検出部によって得られた濃度検出結果に基づいて、濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する濃度ムラ検出部を、具備し、前記制御部は、前記濃度変動量に基づいて、前記画像形成ユニットに形成させる前記階調補正用のトナー像の個数を変更する。
本発明の画像形成装置のさらに他の態様は、像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットを制御する制御部と、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、前記濃度検出部によって得られた濃度検出結果に基づいて、濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する濃度ムラ検出部を、具備し、前記制御部は、前記濃度変動量に基づいて、前記画像形成ユニットに形成させる前記階調補正用のトナー像の個数を変更し、かつ、前記濃度ムラの周期の中で、最も大きな濃度変動量が現れる周期に基づいて、前記画像形成ユニットに形成させる前記階調補正用のトナー像の配置を決定する。

本発明の階調補正方法の一つの態様は、画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成し、このトナー像の濃度検出結果に基づいて階調補正を行う階調補正方法であって、前記像担持体上にトナーパターンを形成するステップと、前記トナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出するステップと、前記濃度変動量と、前記濃度ムラの周期とに基づいて、前記像担持体上に形成する前記階調補正用のトナー像の、個数及び又は配置を変更するステップと、前記像担持体上に形成された前記階調補正用トナー像の濃度を検出するステップと、検出された前記階調補正用トナー像の濃度に基づいて階調補正を行うステップと、を含む。
本発明の階調補正方法の他の態様は、画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成し、このトナー像の濃度検出結果に基づいて階調補正を行う階調補正方法であって、前記像担持体上にトナーパターンを形成するステップと、前記トナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出するステップと、前記濃度ムラの周期の中で、最も大きな濃度変動量が現れる周期に基づいて、前記像担持体上に形成する前記階調補正用のトナー像の配置を決定するステップと、前記像担持体上に形成された前記階調補正用トナー像の濃度を検出するステップと、検出された前記階調補正用トナー像の濃度に基づいて階調補正を行うステップと、を含む。
本発明の階調補正方法のさらに他の態様は、画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成し、このトナー像の濃度検出結果に基づいて階調補正を行う階調補正方法であって、前記像担持体上にトナーパターンを形成するステップと、前記トナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出するステップと、前記濃度変動量に基づいて、前記像担持体上に形成する前記階調補正用のトナー像の個数を変更するステップと、前記像担持体上に形成された前記階調補正用トナー像の濃度を検出するステップと、検出された前記階調補正用トナー像の濃度に基づいて階調補正を行うステップと、を含む。

本発明によれば、どのような周期の濃度ムラが現れても、この濃度ムラを打ち消すような階調補正用トナー像を形成できるので、周期ムラによる濃度検出精度の低下を抑制して、高精度の階調補正を行うことができるようになる。

実施の形態の画像形成装置の全体構成を概略的に示す図 入力される元画像と実際のプリント画像との間の濃度の関係である、階調特性を示す図 階調パターン及び階調パッチの説明に供する図 トナーセンサによって検出した階調パターンの濃度検出値を、元画像濃度データに対応させて示した図 トナーセンサ出力値と濃度との関係を示す図 階調変換テーブル（図中の曲線Ｌ３）の様子を示す図 中間転写ベルト１周期分のトナーパターンを示す図 中間転写ベルトの１周分の濃度検出値を示す図 濃度ムラ検出部による周波数解析結果を示す図 どの周期の濃度変動量も所定の閾値以内の場合に形成される階調パターンを示す図 最も大きな濃度変動量の周期が現像ローラの周期の場合における濃度検出値（図１１Ａ）と、その場合に形成される階調パターン（図１１Ｂ）とを示す図 最も大きな濃度変動量の周期が感光体の周期の場合における濃度検出値（図１２Ａ）と、その場合に形成される階調パターン（図１２Ｂ）とを示す図 最も大きな濃度変動量の周期が中間転写ベルトの周期の場合における濃度検出値（図１３Ａ）と、その場合に形成される階調パターン（図１３Ｂ）とを示す図 実施の形態による階調補正の処理手順を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

［１］全体構成
図１は、実施の形態の画像形成装置１００の全体構成を示す概略図である。図１に示した画像形成装置１００は、タンデム方式のカラーレーザプリンタである。

図１の画像形成装置１００は、記録紙Ｓに未定着のトナーを付着して画像を形成する作像装置１０と、トナーを溶融して記録紙Ｓに定着させる定着装置２０と、を有する。

作像装置１０は、中間転写ベルト１１と、４つの画像形成ユニット１２−１〜１２−４と、一次転写ローラ１３と、二次転写ローラ１４と、を有する。画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、中間転写ベルト１１に沿って配置され、トナー像を形成する。一次転写ローラ１３は、中間転写ベルト１１を介して感光体３１に対向する位置に配置されており、各画像形成ユニット１２−１〜１２−４によって形成されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写する。二次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１に転写された像を記録紙Ｓに転写する。

中間転写ベルト１１は、複数のローラ１５−１〜１５−４に架け回されている。中間転写ベルト１１に対向する位置にはクリーニング装置１６が配置され、クリーニング装置１６は中間転写ベルト１１上に残留したトナーを回収する。

また、中間転写ベルト１１に対向する位置には、トナーセンサ１７が配置されている。トナーセンサ１７は、階調補正時に、中間転写ベルト１１上に形成された階調パターン（トナー像）の濃度を検出する。なお、階調補正時に中間転写ベルト１１上に形成された階調パターンは、濃度検出が終わると、クリーニング装置１６によって廃トナーとして除去される。

トナーセンサ１７の構成例について説明する。トナーセンサ１７は、光学式のセンサである。トナーセンサ１７は、光を発光する発光部と光を受光する受光部とを有し、発光部からトナーパッチに向け光を発光し、トナーパッチ上で反射された光を受光部で受光する。受光部は、受光素子を有し、受光素子で受けた光の量を電気信号に変換することでセンサ出力を得る。トナーパッチはベルト面とトナー面からなり、トナーセンサ１７は、トナーによる隠蔽率（パッチ全体の面積に対するトナーが占める割合）を検出する。ベルト面から反射された光が少なくなるほどセンサ出力が小さくなる。トナーパッチの濃度が濃くなると、トナーによるベルト面の隠蔽率が高くなり、センサ出力が小さくなる。よって、センサ出力の大小によって、トナーによるベルト面の隠蔽率、つまりは、トナーパッチの濃度を検出することができる（図５参照）。なお、トナーセンサ１７の構成は、上述の構成に限らず、濃度を検出することができるものであればよい。

画像形成ユニット１２−１はイエロー（Ｙ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−２はマゼンタ（Ｍ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−３はシアン（Ｃ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−４はブラック（ＢＫ）のトナー像を形成する。これらの画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、中間転写ベルト１１の上流から下流に沿って順に配置されている。

各画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）は、感光体３１と、感光体３１を一様に帯電させるための帯電装置３２と、帯電した感光体１に画像露光を行うための露光装置３３と、露光によって形成された静電潜像に各色のトナーで現像を行うための現像器３４と、を有する。

現像器３４は、現像ローラ３５を有し、現像ローラ３５から感光体３１にトナーを付着させる。感光体３１に対向する位置にはクリーナ３６が配置され、クリーナ３６は感光体３１に残留したトナーを回収する。全ての画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、制御部４０によって制御される。

次に、この画像形成装置１００の動作を説明する。

画像形成ユニット１２−１〜１２−４の感光体３１上に現像されたトナー像は、中間転写ベルト１１との接触位置で、一次転写ローラ１３によって、中間転写ベルト１１上に一次転写される。

中間転写ベルト１１上に転写されたトナー像は、各画像形成ユニット１２−１〜１２−４を通過するごとに、各色がその上に重ねられる。これにより、最終的に、フルカラーのトナー画像が、中間転写ベルト１１上に形成される。

次に、中間転写ベルト１１上のフルカラーのトナー像は、中間転写ベルト１１の下流において、二次転写ローラ１４によって、記録紙Ｓに一括して二次転写される。

次に、記録紙Ｓは、記録紙Ｓの搬送路の下流にある定着装置２０を通過することによって、トナー像が定着されて、排紙トレー（図示せず）上に排紙される。なお、記録紙Ｓは、カセット（図示せず）に納められており、このカセットから１枚ずつ二次転写ローラ１４まで搬送される。

なお、一次転写後、感光体３１に残留したトナーは、下流に配置されたクリーナ３６によって除去され、図示しない廃トナーボックスへ回収される。また、二次転写後に、中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、クリーニング装置１６によって回収される。

ここで、画像形成装置１００においては、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の耐久などの外乱に起因して、トナー像の画像濃度が異なることがある。そこで、画像形成装置１００では、画像濃度の安定化を図るため、中間転写ベルト１１上にテスト用（階調補正用）のトナー像を形成し、このテスト用のトナー像の濃度に基づいて、画像形成ユニット１２−１〜１２−４でのトナー付着量を制御するようになっている。

具体的には、中間転写ベルト１１上に形成されるトナー像のトナー付着量は、現像器３４によって変更される。中間転写ベルト１１に形成されるトナー像における中間転写ベルト１１の周方向の長さは、現像器３４及び露光装置３３によって変更される。

制御部４０は、現像器３４及び露光装置３３を制御することにより、上記トナー付着量及びトナー像の長さを制御する。実際上、画像形成装置１００は、階調補正時には、中間転写ベルト１１上にテスト用のトナー像を形成し、このトナー像の濃度をトナーセンサ１７で検出する。画像形成装置１００は、この濃度検出結果に応じて、制御部４０に設けられた階調変換テーブルを補正することで、階調補正を行う。画像形成装置１００は、記録紙Ｓへのプリント時（つまり実際のプリント時）には、補正された階調変換テーブルを用いて、現像器３４を制御することで、中間転写ベルト１１上に濃度が補正されたトナー像を形成する。

制御部４０には、濃度ムラ検出部４１からの検出結果が入力される。濃度ムラ検出部４１は、トナーセンサ１７からの濃度検出結果を入力し、濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を求める。さらに、濃度ムラ検出部４１は、濃度ムラの周期の中で最も大きな濃度変動量が現れる周期を求め、この周期と最も大きな濃度変動量とを制御部４０に出力する。制御部４０は、この周期及び濃度変動量に基づいて、階調補正用のトナー像の個数及び又は配置を決定する。

［２］階調補正
次に、階調補正について詳しく説明する。なお、本明細書では、「階調」を「濃度」と言い換えてもよく、逆に、「濃度」を「階調」と言い換えてもよい。

図２は、入力された元画像データで示される濃度をO.D.（Original Density）とし、記録紙Ｓ上に出力されたプリント画像の濃度をI.D.（Image Density）とした場合の、濃度O.D.と濃度I.D.との関係である階調特性を示す図である。濃度O.D.と濃度I.D.との関係において、図２の階調特性直線Ｌ１で示すように線形な関係が維持されれば、理想的なプリント画像を得ることができる。

しかし、実際には、濃度O.D.と濃度I.D.との関係は、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の耐久、製造のばらつきなどの変動要因により、図２の階調曲線Ｌ２で示すように、非線形な関係となる。この結果、プリント画像の濃度は、入力される元画像データに対して、階調ごとに大きく変化してしまう。階調曲線Ｌ２からも分かるように、通常は、元画像データが低濃度の領域では、元画像濃度O.D.よりもプリント画像濃度I.D.が低くなるので、色飛びが発生し、極めて濃度の薄いプリント画像は記録紙Ｓ上に再現することが困難となる。また、元画像データが高濃度の領域では、元画像濃度O.D.よりもプリント画像濃度I.D.が高くなるので、色つぶれが発生し、最大濃度付近の濃度差を記録紙Ｓ上に再現することが困難となる。

そこで、プリント画像の濃度を、入力された元画像データで示される濃度に一致させるためには、階調特性を補正する必要がある。具体的には、階調補正によって、濃度O.D.と濃度I.D.との関係を、全階調において安定して線形なものにする。実際上、階調補正は、制御部４０に設けられた階調変換テーブルを補正することで行われる。

階調変換テーブルの作成方法について説明する。画像形成装置１００は、階調補正時に、図３に示すような階調パターン５０のトナー像を中間転写ベルト１１上に形成し、この階調パターン５０の濃度をトナーセンサ１７によって検出する。階調パターン５０は、階調の異なる複数の階調パッチＰ１〜Ｐ１０により構成されている。

図４は、トナーセンサ１７によって検出した階調パターン５０の濃度（プリント画像濃度）検出値を、元画像濃度データに対応させて示したものである。図中の黒丸がそれぞれの各階調パッチＰ１〜Ｐ１０（図３）の濃度検出値を表している。濃度検出値は、図５に示すように、あらかじめ作成しておいたトナーセンサ１７のセンサ出力値と濃度との関係を示す変換テーブルを用いて、センサ出力値から濃度に変換することで求めることができる。図４から分かるように、濃度検出値は、階調曲線Ｌ２上に存在し、目標階調特性直線Ｌ１からずれている。そこで、このずれを補正するような階調補正が必要である。

図６は、制御部４０に設けられる階調変換テーブルの様子を示すものである。図６における、曲線Ｌ３が補正された階調変換テーブルのデータを示す。曲線Ｌ３で示される補正データは、階調曲線Ｌ２の目標階調特性直線Ｌ１からのずれを相殺する値とされている。つまり、元画像データが入力されたときに、その元画像データに対応する曲線Ｌ３上の補正制御データを用いて画像形成ユニット１２−１〜１２−４のトナー像形成動作を制御すれば、トナー像の濃度を目標階調曲線Ｌ１上の濃度にすることができる。

［３］本実施の形態による階調補正用のトナー像、及び、階調補正
次に、本実施の形態による階調補正用のトナー像の形成方法と、階調補正の方法について、詳しく説明する。

本実施の形態の場合、階調補正時に中間転写ベルト１１上に形成する階調パターン５０（図３）は、最大階調を１００％として、１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％の階調パッチＰ１〜Ｐ１０が隣り合ってつながったものにより構成される。階調パターン５０の長さは、各階調パッチＰ１〜Ｐ１０がトナーセンサ１７で精度良く検出できる長さとする。階調パターン５０の幅は、トナーセンサ１７の口径、トナーセンサ１７の取り付け、画像の主走査方向の作像位置などが振れても、十分に検出できる幅とする。現像ローラ３５の直径を１６ｍｍとすると、現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上での長さは、１６ｍｍ×３．１４／１．５＝３３．５ｍｍとなる。ここで、１．５は現像ローラ３５と感光体３１の周速比である。

実施の形態の画像形成装置１００は、階調補正の前処理として、図７に示すように、中間転写ベルト１周分のトナーパターン６０を中間転写ベルト上に作成し、トナーパターン６０をトナーセンサ１７で検出する。トナーパターン１７の階調は、一様とする。トナーセンサ１７は、得られたセンサ出力を図５の関係に当てはめることにより、濃度検出値を得、これを濃度ムラ検出部４１に出力する。具体的には、図８に示したような、中間転写ベルト１１の１周分の濃度検出値が、濃度ムラ検出部４１に入力される。

濃度ムラ検出部４１は、中間転写ベルト１１の１周の濃度検出値の推移を求める。濃度ムラ検出部４１は、その濃度推移の周波数を解析するために、濃度検出値をフーリエ変換して、周期ごとの濃度変動量を算出する。つまり、濃度ムラ検出部４１は、図９に示したような、周波数解析結果を得る。最後に、濃度ムラ検出部４１は、最も大きな濃度変動量が現れる周期を求める。図９の例は、現像ローラ３５の周期が最も大きな濃度ムラとなる場合である。濃度ムラ検出部４１は、この現像ローラ３５の周期と、その濃度変動量と、を制御部４０に出力する。

制御部４０は、入力された、濃度変動量の大きさと、最も大きな濃度変動量となる周期とに基づいて、階調補正用の階調パターンの個数と配置を、以下のように場合分けして決定する。

■場合１：どの周期の濃度変動量も所定の閾値以内の場合
この場合、図１０に示すように、階調パターン５０は、中間転写ベルト１１上に１個だけ形成される。このように、階調パターン５０を１個だけ形成するのは、場合１では、小さい周期ムラしか発生しないためである。

ここで、図１０の階調パターン５０をトナーセンサ１７で検出したときのトナーセンサ出力値(V)を、IDC0、IDC10、IDC20、IDC30、IDC40、IDC50、IDC60、IDC70、IDC80、IDC90、IDC100 とする。IDC0は階調0%であり、トナーが全く付着されていない中間転写ベルト１１のベース面の出力値である。IDC50は、階調５０％の階調パッチを検出したときのトナーセンサ出力値である。各階調パッチそれぞれに得たトナーセンサ出力値を、あらかじめ定めておいた変換式（図５）を用いて、それぞれ濃度検出値に変換する。

このように、どの周期の濃度ムラも小さいときには、複数の階調パターンを作成して平均するといった処理を行わなくても検出の精度が悪くならない。複数の階調パターンを作成する必要がないので、トナー消費量が削減できるし、階調補正の所要時間を短縮できる。

■場合２：最も大きな濃度変動量が所定の閾値より大きく、かつ、その濃度変動量が得られる周期が、現像ローラの周期の場合
この場合、図１１に示すように、階調パターン５０−１、５０−２は、中間転写ベルト１１上に２個形成される。

２個の階調パターン５０−１、５０−２の間隔（シフト量）は、現像ローラ３５の周期のムラを打ち消すように、現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上の長さの１／２の５倍となるような間隔とする。現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上での長さが３３．５ｍｍならば、間隔（シフト量）は８３．７５ｍｍとする。

なお、階調パターン５０の間隔（シフト量）を、周期の１／２の奇数倍に設定すれば、周期ムラを打ち消すことができる。また、階調パターン５０の間隔（シフト量）は、周期の１／３や他の値でもよく、要は、周期ムラを打ち消すことができる間隔であればよい。つまり、加算したときに、周期ムラによる濃度の上下変動が打ち消させる位置に、階調パターン５０を形成すればよい。

ここで、図１１Ｂの階調パターン５０−１、５０−２をトナーセンサ１７で検出したときのトナーセンサ出力値(V)において、１個目の階調パターン５０−１のトナーセンサ出力値(V)を、IDC0_1、IDC10_1、IDC20_1、IDC30_1、IDC40_1、IDC50_1、IDC60_1、IDC70_1、IDC80_1、IDC90_1、IDC100_1 とし、２個目の階調パターン５０−２のトナーセンサ出力値(V)を、IDC0_2、IDC10_2、IDC20_2、IDC30_2、IDC40_2、IDC50_2、IDC60_2、IDC70_2、IDC80_2、IDC90_2、IDC100_2 とする。そして、次式に示すように、各階調パッチごとに２個の検出値を平均する。次式において、IDC0_ave、IDC10_ave、IDC20_ave、IDC30_ave、IDC40_ave、IDC50_ave、IDC60_ave、IDC70_ave、IDC80_ave、IDC90_ave、IDC100_aveは、各階調ごとの平均値である。
IDC0_ave＝（IDC0_1 + IDC0_2）／２
IDC10_ave＝（IDC10_1 + IDC10_2）／２
：
：
IDC100_ave＝（IDC100_1 + IDC100_2）／２

画像形成装置１００は、各階調パッチそれぞれについて求めた上記平均値を、あらかじめ定めておいた変換式（図５）を用いて、濃度検出値に変換する。

■場合３：最も大きな濃度変動量が所定の閾値より大きく、かつ、その濃度変動量が得られる周期が、感光体３１の周期の場合
この場合、図１２に示すように、階調パターン５０−１、５０−２は、中間転写ベルト１１上に２個形成される。

２個の階調パターン５０−１、５０−２の間隔（シフト量）は、感光体３１の周期のムラを打ち消すように、感光体３１の１周に相当する中間転写ベルト１１上の長さの１／２の３倍となるような間隔とする。感光体３１の１周に相当する中間転写ベルト１１上での長さが９４．２ｍｍならば、間隔（シフト量）は１４１．３ｍｍとする。

なお、この間隔（シフト量）は、場合２で述べたように、周期ムラを打ち消すことができる間隔であればよい。また、場合２で述べたように、対応する階調パッチの平均値を求めて、それを基に濃度検出値を得ればよい。

■場合４：最も大きな濃度変動量が所定の閾値より大きく、かつ、その濃度変動量が得られる周期が、中間転写ベルト１１の周期の場合
この場合、図１３に示すように、階調パターン５０−１、５０−２は、中間転写ベルト１１上に２個形成される。

２個の階調パターン５０−１、５０−２の間隔（シフト量）は、中間転写ベルト１１の周期のムラを打ち消すように、中間転写ベルト１１の１周の長さの１／２となるような間隔とする。

なお、この間隔（シフト量）は、場合２で述べたように、周期ムラを打ち消すことができる間隔であればよい。また、場合２で述べたように、対応する階調パッチの平均値を求めて、それを基に濃度検出値を得ればよい。

場合１、場合２、場合３、場合４のいずれの場合においても、上述したように各階調の濃度検出値が得られたら、次に、濃度検出値に基づいて階調補正を行うための階調変換テーブル（図６の曲線Ｌ３）を算出して、これを保存する。実際の印刷時には、この階調変換テーブルを用いて、元画像濃度データを補正濃度制御データに変換して、画像形成ユニット１２−１〜１２−４のトナー像形成動作を制御することで、階調特性を線形にすることができる。

次に、図１４を用いて、本実施の形態による階調補正の処理手順について説明する。

画像形成装置１００は、先ず、ステップＳ０で処理を開始し、続くステップＳ１で階調補正を行うタイミングか否か判断する。画像形成装置１００は、階調補正を行うタイミング（すなわち、電源投入時や、スリープ復帰時、あるいは、外部環境が大きく変わったタイミング）になると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、制御部４０が図示しない印刷枚数カウンタからのカウント値に基づいて、濃度ムラを調べるための印刷枚数に達したか否か判断する。制御部４０は、例えば印刷枚数が１０００枚になる度に濃度ムラを調べる枚数になったと判断する。制御部４０は、濃度ムラを調べるための印刷枚数に達したと判断すると（ステップＳ２；ＹＥＳ）、ステップＳ３に移る。

ステップＳ３では、画像形成ユニット１２−１〜１２−４が、図７に示したように、中間転写ベルト１１上に中間転写ベルト１１の１周分のトナーパターン６０を形成する。続くステップＳ４では、トナーセンサ１７がトナーパターン６０についての濃度検出値を得る。続く、ステップＳ５では、濃度ムラ検出部４１がステップＳ４で得られた濃度検出値の推移をフーリエ変換することで、図９に示したような、周波数解析結果を得る。ステップＳ６では、濃度ムラ検出部４１によって、濃度ムラが最も大きい周期（つまり、最も大きな濃度変動量が現れる周期）を算出する。このようにして濃度ムラ検出部４１で求められた濃度変動量及び周期の情報は、制御部４０に与えられる。

ステップＳ７では、制御部４０がいずれの濃度ムラも所定の濃度差以内（つまり、どの周期の濃度変動量も所定の閾値以内）か否かを判断し、肯定結果を得ると、ステップＳ８に移る。ステップＳ８では、図１０に示したように、画像形成ユニット１２−１〜１２−４によって、階調パターン５０を中間転写ベルト１１上に１個だけ形成する。ステップＳ９では、各階調のパッチＰ１〜Ｐ１０をトナーセンサ１７によって検出する。なお、ステップＳ８、Ｓ９の処理は、上述した場合１の処理に相当する。

一方、ステップＳ７で否定結果が得られると、ステップＳ１０に移る。ステップＳ１０では、制御部４０が、最も大きなムラが中間転写ベルト１１の周期か否か判断する。

ステップＳ１０で肯定結果が得られると、ステップＳ１１に移り、図１３に示したように、画像形成ユニット１２−１〜１２−４によって、中間転写ベルト１１上に２個の階調パターン５０−１、５０−２を形成する。そして、この２個の階調パターン５０−１、５０−２の間隔（シフト量）は、中間転写ベルト１１の周期のムラを打ち消すようなものとする。この処理は、上述した場合４の処理に相当する。

一方、ステップＳ１０で否定結果が得られると、ステップＳ１２に移る。ステップＳ１２では、制御部４０が、最も大きなムラが感光体３１の周期か否か判断する。

ステップＳ１２で肯定結果が得られると、ステップＳ１２に移り、図１２に示したように、画像形成ユニット１２−１〜１２−４によって、中間転写ベルト１１上に２個の階調パターン５０−１、５０−２を形成する。そして、この２個の階調パターン５０−１、５０−２の間隔（シフト量）は、感光体３１の周期のムラを打ち消すようなものとする。この処理は、上述した場合３の処理に相当する。

一方、ステップＳ１０で否定結果が得られると、ステップＳ１４に移る。ステップＳ１４では、図１１に示したように、画像形成ユニット１２−１〜１２−４によって、中間転写ベルト１１上に２個の階調パターン５０−１、５０−２を形成する。そして、この２個の階調パターン５０−１、５０−２の間隔（シフト量）は、現像ローラ３５の周期のムラを打ち消すようなものとする。この処理は、上述した場合２の処理に相当する。

画像形成装置１００は、ステップＳ１１、Ｓ１３又はＳ１４の処理の後、ステップＳ１５の処理に進む。ステップＳ１５では、各階調のパッチＰ１〜Ｐ１０をトナーセンサ１７によって検出する。続くステップＳ１６では、制御部４０が各階調ごとにトナー検出値を平均する。

画像形成装置１００は、ステップＳ１７で、各階調ごとに、トナーセンサ検出値を濃度検出に変換する。ステップＳ１８では、濃度検出値から階調特性を算出する。ステップＳ１９では、得られた階調特性から、階調変換テーブルを算出することで、階調補正を行う。具体的には、制御部４０が、図６の曲線Ｌ３を階調補正後の階調変換テーブルとして作成する。ステップＳ２０では、階調補正の結果を、印字中の設定に反映する。そして、ステップＳ２１で、階調補正処理手順を終了する。

なお、上述した例では、最も大きな濃度変動が現れる周期が、現像ローラ周期、感光体周期、又は、中間転写ベルトの周期のいずれであるかを検出した場合について述べたが、検出する周期はこれらの周期に限らない。要は、周波数解析により、最も大きな濃度ムラが現れると周期を検出し、この周期に基づいて、周期ムラが打ち消されるように、階調パターン等のトナー像の配置を決定すればよい。

また、上述した例では、階調補正の前処理として、図７に示したように、中間転写ベルト１周分のトナーパターン６０を中間転写ベルト１１上に作成し、トナーパターン６０をトナーセンサ１７で検出したが、トナーパターン６０の長さは必ずしも中間転写ベルト１１の１周分でなく、それよりも短くてもよい。但し、トナーパターン６０の長さを、中間転写ベルト１１の１周分よりも短くすると、中間転写ベルト１１に起因する周期ムラは検出対象外となる。つまり、トナーパターン６０の長さを、中間転写ベルト１１の１周分としたのは、画像形成装置１００で想定される周期が最長の周期ムラは中間転写ベルト１１だからである。

また、上述した例では、最も大きな濃度変動量が所定の閾値より大きい場合（場合２、場合３、場合４）に形成する階調パターンの個数を２個としたが、この個数は２個に限らず、例えば３個でも４個でもよい。要は、濃度変動量の閾値判定結果に応じて、形成する階調パターンの個数を変更すればよい。

また、上述の例では、濃度を検出するための階調パターンとして、階調の異なる１０個の階調パッチＰ１〜Ｐ１０からなる階調パターン５０を用いたが、階調パターンを構成する階調パッチの数は１０個に限らない。さらに、階調補正用のトナー像は、階調パターンに限らない。

また、上述の例では、像担持体が中間転写ベルト１１である場合について説明したが、感光体ベルト、感光体ドラム、又は、中間転写ドラムが像担持体である画像形成装置にも同様に適用できる。

さらに、本発明の画像形成装置は、フルカラーの複写機、プリンタ、ＦＡＸ、又は、これらの複合機などのいずれにでも適用できる。

［４］効果
以上のように、本実施の形態によれば、濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する濃度ムラ検出部４１を設け、濃度ムラ検出部４１により得られた濃度変動量に基づいて、中間転写ベルト１１上に形成する階調補正用のトナー像の個数及び配置を変更した。具体的には、階調補正の前処理として、中間転写ベルト１１上にトナーパターンを作成し、どの周期の濃度ムラが最も大きいかを算出してから、最も大きな濃度ムラが現れる周期で、周期ムラを打ち消すように階調補正用のトナー像を形成した。これにより、どのような周期の濃度ムラが現れても、濃度検出精度の低下を抑制でき、高精度の階調補正を行うことができるようになる。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記各装置の構成および動作についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

１０ 作像装置
１１ 中間転写ベルト
１２−１、１２−２、１２−３、１２−４ 画像形成ユニット
１７ トナーセンサ
３１ 感光体
３２ 帯電装置
３３ 露光装置
３４ 現像器
３５ 現像ローラ
４０ 制御部
４１ 濃度ムラ検出部
５０ 階調パターン
６０ トナーパターン
１００ 画像形成装置
Ｓ 記録紙
Ｐ１〜Ｐ１０ 階調パッチ

Claims (12)

1. 像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットを制御する制御部と、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、
   前記濃度検出部によって得られた濃度検出結果に基づいて、濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する濃度ムラ検出部を、具備し、
   前記制御部は、前記濃度ムラの周期の中で、最も大きな濃度変動量が現れる周期に基づいて、前記画像形成ユニットに形成させる前記階調補正用のトナー像の配置を決定する、
   画像形成装置。
2. 像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットを制御する制御部と、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、
   前記濃度検出部によって得られた濃度検出結果に基づいて、濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する濃度ムラ検出部を、具備し、
   前記制御部は、前記濃度変動量に基づいて、前記画像形成ユニットに形成させる前記階調補正用のトナー像の個数を変更する、
   画像形成装置。
3. 像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットを制御する制御部と、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、
   前記濃度検出部によって得られた濃度検出結果に基づいて、濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する濃度ムラ検出部を、具備し、
   前記制御部は、
   前記濃度変動量に基づいて、前記画像形成ユニットに形成させる前記階調補正用のトナー像の個数を変更し、
   かつ、
   前記濃度ムラの周期の中で、最も大きな濃度変動量が現れる周期に基づいて、前記画像形成ユニットに形成させる前記階調補正用のトナー像の配置を決定する、
   画像形成装置。
4. 前記画像形成ユニットによって、前記像担持体１周分のトナーパターンを前記像担持体上に形成し、
   前記濃度ムラ検出部によって、前記像担持体１周分のトナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記階調補正用のトナー像は、それぞれ階調の異なる複数の階調パッチにより構成された階調パターンであり、
   前記画像形成ユニットは、前記濃度変動量が閾値未満の場合には、前記像担持体上に第１の個数の前記階調パターンを形成し、前記濃度変動量が前記閾値以上の場合には、前記像担持体上に第１の個数よりも多い第２の個数の前記階調パターンを形成する、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成ユニットによって形成される複数の前記階調パターンは、
   同一の階調パターンであり、かつ、最も大きな濃度変動量が現れる周期による周期ムラが互いに相殺される位置に形成される、
   請求項５に記載の画像形成装置。
7. 画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成し、このトナー像の濃度検出結果に基づいて階調補正を行う階調補正方法であって、
   前記像担持体上にトナーパターンを形成するステップと、
   前記トナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出するステップと、
   前記濃度変動量と、前記濃度ムラの周期とに基づいて、前記像担持体上に形成する前記階調補正用のトナー像の、個数及び又は配置を変更するステップと、
   前記像担持体上に形成された前記階調補正用トナー像の濃度を検出するステップと、
   検出された前記階調補正用トナー像の濃度に基づいて階調補正を行うステップと、
   を含む階調補正方法。
8. 画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成し、このトナー像の濃度検出結果に基づいて階調補正を行う階調補正方法であって、
   前記像担持体上にトナーパターンを形成するステップと、
   前記トナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出するステップと、
   前記濃度ムラの周期の中で、最も大きな濃度変動量が現れる周期に基づいて、前記像担持体上に形成する前記階調補正用のトナー像の配置を決定するステップと、
   前記像担持体上に形成された前記階調補正用トナー像の濃度を検出するステップと、
   検出された前記階調補正用トナー像の濃度に基づいて階調補正を行うステップと、
   を含む階調補正方法。
9. 画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成し、このトナー像の濃度検出結果に基づいて階調補正を行う階調補正方法であって、
   前記像担持体上にトナーパターンを形成するステップと、
   前記トナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出するステップと、
   前記濃度変動量に基づいて、前記像担持体上に形成する前記階調補正用のトナー像の個数を変更するステップと、
   前記像担持体上に形成された前記階調補正用トナー像の濃度を検出するステップと、
   検出された前記階調補正用トナー像の濃度に基づいて階調補正を行うステップと、
   を含む階調補正方法。
10. 前記像担持体上にトナーパターンを形成するステップは、前記像担持体１周分のトナーパターンを前記像担持体上に形成し、
    前記トナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出するステップは、前記像担持体１周分のトナーパターンの濃度ムラの周期と、各濃度ムラ周期での濃度変動量と、を検出する、
    請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の階調補正方法。
11. 前記階調補正用のトナー像は、それぞれ階調の異なる複数の階調パッチにより構成された階調パターンであり、
    前記濃度変動量が閾値未満の場合には、前記像担持体上に第１の個数の前記階調パターンを形成し、前記濃度変動量が前記閾値以上の場合には、前記像担持体上に第１の個数よりも多い第２の個数の前記階調パターンを形成する階調パターン形成ステップをさらに含む、
    請求項７から請求項１０に記載の階調補正方法。
12. 前記階調パターン形成ステップで形成される複数の前記階調パターンは、
    同一の階調パターンであり、かつ、最も大きな濃度変動量が現れる周期による周期ムラが互いに相殺される位置に形成される、
    請求項１１に記載の階調補正方法。

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