JP5614168B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、加法混色と減方混色とでフルカラー画像を再現する併置作像技術を採用した画像形成装置及び画像形成方法に関する。

通常、電子写真印刷、インクジェット印刷ならびにオフセット印刷におけるフルカラー印刷では、まず印刷対象のカラー原稿画像を色分解して各色版（Ｃ、Ｍ、Ｙ、ＢＫ版）を作成し、印刷における色再現（特に中間色の色再現）はシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３原色の重ね合せ（減法混色）により実現される。例えば、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の印刷は、夫々、ＭとＹ、ＣとＹ、ＣとＭの積層印刷で実現している。また、カラー印刷においてはＣ、Ｍ、Ｙトナーの使用量の低減や印刷画像の調子（色調および濃度諧調）の強調などの観点から、墨版（ＢＫ版）を使用することが一般に行われている。

また、中間色再現の方法としては、上記減法混色以外に、Ｃ、Ｍ、Ｙトナー画像を併置配置し、加法混色にて実現する方法がある。本併置配置印刷方式は、トナー重ねを行わないため、全ての色をトナー単層で表現するため印刷に要するトナー量を少なくできる特長があり、電子写真方式のプリンタとしてはＯｃｅ社ＣＰＳ７００が本方法を採用している。

一方、併置配置印刷における加法混色での問題は、各トナーを重ねないため色彩度が低くなり、色再現域が小さくなることである。この併置配置印刷における再現域を拡大させる方法としては、ドットマトリクス内のドットの個数、配置を変えて中間調表現を行う方法や、高彩度の単色ブルートナーとＣ、Ｍ、Ｙトナーの４色トナーの併置配置印刷方法（例えば特許文献１参照）が知られている。また、各色ドットの一部を物理的に混ぜ合わせ、減法混色により彩度向上を図る方法（例えば特許文献２参照）が知られている。

ここで、併置配置作像の特徴として、用紙の光拡散特性の違いにより色再現域が異なり、特に中間色の色相に違いが生じることが上げられる。これは、併置配置作像による混色では各単色画像からの反射光による加法混色の他に、異なる色境界部では紙中の光拡散に起因する減法混色も生じるからである。この紙中の光拡散に起因する減法混色の程度は紙の光拡散特性により異なり、特に併置配置作像ではその色再域への影響が大きくなる。そのため、上述したような併置配置作像に関する従来技術では、使用する紙の違いにより色再現性（特に色彩度）が大きく変化してしまうという問題があった。

本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、併置配置作像を用いた印刷において、使用するシート状支持体（例えば紙）の光散乱特性の違いにより生じる色変動、特に中間色の色彩の不安定性に関する。そして、本発明の目的は、使用するシート状支持体の光散乱特性に応じた作像条件を設定することで、安定した色再現性を確保できる画像形成装置及び画像形成方法を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、少なくともシアントナー、マゼンタトナー、イエロートナーの３原色およびブラックトナーを用いてカラー画像を併置配置作像にて形成する画像形成装置において、中間色の形成は、トナーのうちの２色を併置印刷することで実現し、かつ、印刷前に数種類の構成ドットの線数で作成した中間色評価パッチを印刷し、当該評価パッチの色相計測結果を用いて、印刷時の線数の選定を行うことを特徴とする。

本発明によれば、使用するシート状支持体の種類による色再現範囲、特に中間色の差異を小さくでき、安定した色再現性を確保することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す側断面図である。 完全併置配置印刷物の光反射経路の説明図である。 用紙光拡散特性計測装置の概略図である。 ビームプロファイルの計測例を示すグラフである。 構成ドット数を２ドット×２ドット〜６ドット×６ドットで変化させた際の中間色画像の断面概略図である。 用紙種、構成ドット数を変えて印刷した中間色ブルーの彩度測定結果を示す表である。 構成ドット数と彩度の関係を示すグラフである。 光拡散特性計数Ｎと必要構成ドット数の関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態（実施形態）について添付図面を参照して詳細に説明する。

〔実施形態１〕
図１は、本実施形態の画像形成装置の構成例を示す図である。図１に示す本実施形態の画像形成装置は、中間転写ベルトを有した代表的なタンデム型電子写真装置である。図１に示される各符号は、以下の通りである。１は、画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体である。２は、入力画像情報に基づいたレーザー光を発する書込み部である。３は、原稿Ｄを原稿読込部４に搬送する原稿搬送部である。４は、原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部である。５は、搬送された原稿Ｄが載置されるコンタクトガラスである。７は転写紙等の記録媒体Ｐが収容される給紙部である。９は、記録媒体Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラである。１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される感光体ドラムである。１２は、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上を帯電する帯電部である。１３は、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像部である。１４は、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラである。１５は、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の未転写トナーを回収するクリーニング部である。１６は、転写ベルト１７を清掃する転写ベルトクリーニング部である。１７は、複数色のトナー像が記録媒体Ｐ上に重ねて担持されるように記録媒体Ｐを搬送する転写ベルトである。１８は、記録媒体Ｐを転写ベルト１７から分離させる分離チャージャである。１９は、記録媒体Ｐ上のトナー像（未定着画像）を定着する電磁誘導加熱方式の定着装置（加熱装置）である。

以上のように構成された本実施形態の画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について、以下に説明する。

まず、原稿Ｄは、原稿搬送部３の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印ａの方向に搬送されて、原稿読込部４のコンタクトガラス５上に載置される。そして、原稿読込部４で、コンタクトガラス５上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。詳しくは、原稿読込部４は、コンタクトガラス５上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲ、Ｇ、Ｂ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号を基にして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）のカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザー光（露光光）が、それぞれ、対応する感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは、それぞれ、図１において時計回り方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫの表面は、帯電部１２との対向部で、一様に帯電される（帯電工程）。こうして、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれのレーザー光の照射位置に達する。

書込み部２において、４つの光源から画像信号に対応したレーザー光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザー光の解像度は２４００dpiで、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程）。

イエロー成分に対応したレーザー光は、紙面左側から１番目の感光体ドラム１１Ｙ表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザー光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム１１Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部１２にて帯電された後の感光体ドラム１１Ｙ上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、マゼンタ成分に対応したレーザー光は、紙面左から２番目の感光体ドラム１１Ｍ表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザー光は、紙面左から３番目の感光体ドラム１１Ｃ表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザー光は、紙面左から４番目の感光体ドラム１１ＢＫ表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、現像部１３との対向位置に達する。そして、各現像部１３から感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の潜像が現像される（現像工程）。

その後、現像工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、転写ベルト１７との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、転写ベルト１７の内周面に当接するように転写バイアスローラ１４が設置されている。そして、転写バイアスローラ１４の位置で、転写ベルト１７上の記録媒体Ｐに、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成された各色のトナー像が、順次転写される（転写工程）。

そして、転写工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、クリーニング部１５との対向位置に達する。そして、クリーニング部１５で、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程）。

その後、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫにおける一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の各色のトナーが転写（担持）された記録媒体Ｐは、図中の矢印ｂの方向に走行して、分離チャージャ１８との対向位置に達する。そして、分離チャージャ１８との対向位置で、記録媒体Ｐに蓄積された電荷が中和されて、トナーのちり等を生じさせることなく記録媒体Ｐが転写ベルト１７から分離される。

その後、転写ベルト１７表面は、転写ベルトクリーニング部１６の位置に達する。そして、転写ベルト１７上に付着した付着物が転写ベルトクリーニング部１６に回収される。ここで、転写ベルト１７上に搬送される記録媒体Ｐは、給紙部７からレジストローラ９等を経由して搬送されたものである。詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部７から、給紙ローラ８により給送された記録媒体Ｐが、不図示の搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ９に導かれる。レジストローラ９に達した記録媒体Ｐは、タイミングを合わせて、転写ベルト１７の位置に向けて搬送される。

そして、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、転写ベルト１７から分離された後に定着装置１９に導かれる。定着装置１９では、定着ローラと加圧ローラとのニップにて、カラー画像（トナー）が記録媒体Ｐ上に定着される。

そして、定着工程後の記録媒体Ｐは、不図示の排紙ローラによって、装置本体１外に出力画像として図中の矢印ｃの方向に排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

ここで、本実施形態におけるフルカラー画像形成では、転写ベルト１７上へのＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋトナー画像を併置に配置して形成する。但し、図２に示すような各色トナー像（例えばマゼンタトナー像２０１とシアントナー像２０２）の重ね合せを行わない併置作像では、画像面に入射される光２０３の殆どが単色トナー層のみからの反射光２０４、２０５のみとなり、隣接する色間（マゼンタトナー像２０１とシアントナー像２０２の間）を伝播した後に画像面から返ってくる光２０６の量は微量となる。よって、併置配置作像での混色は反射光２０４、２０５による加法混色が大半を占めるため、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）などの中間色の彩度が低くなる問題があった。

ここで、上記したように併置配置作像では、各色トナー像の隣接部において紙中の光拡散に起因する減法混色による発色が存在する。但し、この減法混色量は紙の光拡散特性に大きく変化するため印刷に使用する画像支持体（シート状支持体。例えば紙）２００の種類により、中間色の色相（特に彩度）が異なる。本実施形態においては、この用紙の光拡散特性値は紙に垂直に照射したレーザー光の拡散光（影）の大きさ（径）と紙を介さないレーザースポット径より算出した。具体的には、図３に示すような、レーザー光３０１（波長：７８０ｎＭの半導体レーザー）、１４ビットデジタルのＣＣＤカメラ３０２、ビームプロファイル計測装置（ビームプロファイル解析装置）３０３を用いた。

図４にビームプロファイル計測装置３０３で出力されるビームプロファイルの例を示す。用紙２００が無い状態のビーム強度プロファイル４０１と、レーザー光３０１と間に用紙２００を設置した際にその用紙２００を透過したビーム光強度プロファイル４０２とを計測し、スポット径の比により紙の光散乱特性を定義した。ここで、レーザースポット径Ｘ１と用紙透過スポット径Ｘ２は、ＣＣＤカメラ３０２で検出した光強度のピーク値の１/e²（１３.５％）レベルの光強度の幅と定義し、用紙の光拡散係数Ｎはその比のＸ２／Ｘ１とした。

なお、本実施形態では用紙２００にはコート紙（用紙Ａ）、上質紙（用紙Ｂ）、再生紙（用紙Ｃ）の３種類の紙を用い、色再現域計測のためのカラーチャート（Ｃ,Ｍ,Ｙ,ＢＫ、Ｒ、Ｇ、Ｂのベタパッチ）印刷を行った。また、カラーチャート印刷の中間色Ｒ，Ｇ，Ｂは、単色Ｃ，Ｍ，Ｙのチェッカーフラッグパターンの併置配置印刷で作製した。チェッカーフラッグパターンの各色構成ドットは解像度２４００dpi、構成ドットサイズは２ドット×２ドット、３ドット×３ドット、４ドット×４ドット、５ドット×５ドット、６ドット×６ドットの５種類のパターンを印刷した。本実施形態では、中間色の補正の一例として、ブルー（ＭトナードットとＣトナードットとの併置配置で作成したＢ）の用紙種間の色補正について述べる。図５は、中間色ブルーＢの上記５種類の印刷パターンの断面模式図である。

上記用紙Ａ、用紙Ｂ、用紙Ｃを用いて構成ドット数を変えて印刷した上記評価チャートの用紙の光拡散特性係数Ｎと評価チャートの彩度Ｃの計測結果を図６に、構成ドット数と中間色Ｂの彩度Ｃ＊の関係を図７に示す。

図７に示すように、使用する用紙の光拡散特性係数Ｎが大きいほど、彩度Ｃは大きくなる。つまり、同一画像パターンを印刷した場合、使用する用紙の種類（用紙の光拡散特性）によりその中間色の色目（彩度）が違ってくることになる。また、中間色を構成する２色の構成ドット数（サイズ）を小さくすると、彩度は増加することが分かる。これは並置作像で中間色を構成するドット数（ドットサイズ）が増えることにより、中間色を構成する２色が隣接する領域が増え、上述した各色トナー像の隣接部において紙中の光拡散に起因する減法混色が増えたためと考えられる。

上記データを用い、２次多項近似によりブルーＢの彩度Ｃを３０、３５、４０を得る際の用紙の光拡散特性計数Ｎと中間調Ｂを構成するドット数との関係で整理すると、図８のような関係となる。

例えば、最も光拡散特性が異なる用紙Ａ（Ｎ＝０.０５１）と用紙Ｃ（Ｎ＝０.０８９）での中間色ブルーＢの彩度Ｃを３５にする場合には、ＣとＭの構成ドット数は、用紙Ａには５ドット、用紙Ｃには６〜７ドットに設定することになる。用紙Ａの構成ドットを５ドット×５ドット、用紙Ｃの構成ドットを７ドット×７ドットで印刷した結果、中間色Ｂの彩度Ｃ＊は用紙Ａが３４.７８、用紙Ｃの彩度は３４.６２となり略等しい値となった。また、同様の方法により、レッド：Ｒとグリーン：Ｇの彩度を補正も可能であった。

以上、本実施形態の画像形成装置及び画像形成方法によれば、使用する用紙の光拡散特性が異なる場合でも、用紙の光拡散特性係数Ｎを計測し、その係数に応じた構成ドット数を設定することで、紙種間の中間色の色再現性（彩度）の違いを補正することが可能となる。

〔実施形態２〕
図３に示す用紙光拡散測定装置を図１中のレジストローラ９の上流または下流側に設置することで、印刷に用いる各用紙全数の光拡散特性の計測が可能となるが、用紙２００の光拡散特性は同種の用紙であれば略同じである。本実施形態では、上記用紙拡散特性係数Ｎの測定を、画像形成装置外の別装置で行い、測定した用紙光拡散係数Ｎの情報を用紙のデータベースを登録しておくこととした。その結果、印刷開始前の上記色再現補正をより短時間で行うことが可能となった。また、本実施形態の構成では画像形成装置に用紙光拡散測定装置が含まれないため、装置の大幅なコストダウンが可能となる。

〔実施形態３〕
本実施形態では、図１中に示すの画像形成装置内の定着装置１９の下流に測色計を設置し、上記図５に示すような中間色の構成ドット数と彩度のデータの自動計測を行い、定期的（例えば２０００頁印刷毎）に実施形態１で示した方法により構成ドット数の自動選定を行った。その結果、現像剤や感光体の経時劣化や温度、湿度などの印刷環境が変化した場合にも高い精度での中間色の補正が可能であることを確認した。

以上説明した本発明の各実施形態における画像形成装置及び画像形成方法について、以下にまとめる。

本発明の一実施形態としての画像形成装置及び画像形成方法は、少なくともシアントナー、マゼンタトナー、イエロートナーの３原色およびブラックトナーを用いてカラー画像を併置配置作像にて形成する画像形成装置において、中間色の形成は、上記各トナーの内２色を併置印刷することで実現し、かつ、シート状支持体の光拡散特性に応じて、上記２色の構成ドットのドット数（線数）を変化させることを特徴とする。これにより、使用するシート状支持体の種類による色再現範囲、特に中間色の差異を小さくでき、安定した色再現性を確保できる。

本発明の一実施形態としての画像形成装置及び画像形成方法は、シート状支持体の光拡散特性を計測する計測装置を備え、シート状支持体の光拡散特性を印刷実行前に計測し、その計測値に基づき中間色画像を形成する構成ドットの線数を設定することを特徴とする。これにより、使用するシート状支持体自体の光学特性を計測するため、例えば同一紙種におけるロット間での光学特性の違いを計測することが可能となり、安定な色再現範囲差の補正が可能となる。

本発明の一実施形態としての画像形成装置及び画像形成方法は、シート状支持体の光拡散特性の計測結果をシート状支持体情報として光拡散特性データテーブルで記録、保管することを特徴とする。これにより、画像形成装置内にシート状支持体の光拡散特性計測手段を有することなく、色再現範囲差の補正が可能となり、装置の低コスト化が図れる。

本発明の一実施形態としての画像形成装置及び画像形成方法は、印刷前に複数種類の構成ドットの線数で作成した中間色評価パッチを印刷し、この評価パッチの色相計測結果を用いて、印刷時の線数の選定を行うことを特徴とする。これにより、現像剤や感光体の経時劣化や環境変化（温度、湿度）でのエンジン特性の変化による色再現変化を小さくでき、長期間にわたり安定した色再現性を確保できる。

本発明の一実施形態としての画像形成装置及び画像形成方法は、複数種類の構成ドットの線数で作成した中間色評価パッチの測色装置を画像形成装置内に具備することを特徴とする。これにより、印刷を行いながら中間色の計測が可能となり、生産性を落とすことなく、安定した色再現性条件を選定することが可能となる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本発明は、カラートナーを用いた電子写真作像技術だが、インクジェット印刷やオフセット印刷など、その他の印刷方式への応用が可能である。

１ 画像形成装置
２ 書込み部
３ 原稿搬送部
４ 原稿読込部
５ コンタクトガラス
７ 給紙部
９ レジストローラ
１１ 感光体ドラム
１２ 帯電部
１３ 現像部
１４ 転写バイアスローラ
１５ クリーニング部
１６ 転写ベルトクリーニング部
１７ 転写ベルト
１８ 分離チャージャ
１９ 定着装置（加熱装置）
２００ 用紙（シート状支持体の一例）
２０１ マゼンタトナー像
２０２ シアントナー像
２０３ 画像への入射光
２０４ マゼンタトナー像からの反射光
２０５ シアントナー像からの反射光
２０６ マゼンタトナーから入射しシアントナーから放射される光
３０１ レーザー光
３０２ ＣＣＤカメラ
３０３ ビームプロファイル計測（解析）装置

特開平６−１１５１７４号公報 特許第３０５８６９５号公報

Claims (3)

1. 少なくともシアントナー、マゼンタトナー、イエロートナーの３原色およびブラックトナーを用いてカラー画像を併置配置作像にて形成する画像形成装置において、
   中間色の形成は、前記トナーのうちの２色を併置印刷することで実現し、かつ、印刷前に数種類の構成ドットの線数で作成した中間色評価パッチを印刷し、当該評価パッチの色相計測結果を用いて、印刷時の線数の選定を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記数種類の構成ドットの線数で作成した中間色評価パッチの測色装置を内部に具備することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 少なくともシアントナー、マゼンタトナー、イエロートナーの３原色およびブラックトナーを用いてカラー画像を併置配置作像にて形成する画像形成方法において、
   中間色の形成は、前記トナーのうちの２色を併置印刷することで実現し、かつ、印刷前に数種類の構成ドットの線数で作成した中間色評価パッチを印刷し、当該評価パッチの色相計測結果を用いて、印刷時の線数の選定を行うことを特徴とする画像形成方法。

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