JP5637127B2 - 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、温湿度等の装置周囲の環境や、装置の経時的変化等の外乱に起因して、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ー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、濃度センサー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１〜３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。また、特許文献１、３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。

さらに、特許文献４、５には、階調パターンのレイアウトを工夫することで、濃度ムラや濃度不足に起因する、階調補正の精度低下を抑制する技術が開示されている。

特開２０１０−１３４３６６号公報 特開２００８−２６５５１号公報 特開２００６−３４３６７９号公報 特開２０１０−１７１６８９号公報 特開２０１１−６４７１５号公報

ところで、階調パターン像の濃度検出時間を短くして、階調補正の全体にかかる時間を短縮するためには、階調パターンを短くすればよい。しかし、階調パターンを構成する各階調パッチを短くすると、階調パッチの濃度が誤検知される可能性が高くなり、その結果、階調補正の精度が低下する。

上記特許文献１〜５のように、複数の階調パターン像を形成すれば、各階調パッチの合計長さを比較的長くすることができるので、階調パッチの濃度が誤検知される可能性を低くできる。しかし、階調パターン像の配置の仕方によっては、階調パターン像の濃度検出時間が長くなる。

図１及び図２に、中間転写ベルト１に複数の階調パターン像３−１、３−２を形成する場合の、階調パターン像３−１、３−２の配置例を示す。

図１は、同一の階調パターン像３−１、３−２を、中間転写ベルト１の移動方向（中間転写ベルトの長手方向、或いは、階調パターンのパターン配列方向と言ってもよい）に対して直列に配置した例を示す。図の例では、中間転写ベルト１が矢印の方向に移動すると、画像形成装置に固定された濃度センサー２によって、階調パターン像３−１、３−２の濃度が左から右へと測定されていく。

図２は、同一の階調パターン像３−１、３−２を、中間転写ベルト１の移動方向（中間転写ベルトの長手方向、或いは、階調パターンのパターン配列方向と言ってもよい）に対して並列に配置した例を示す。図の例では、中間転写ベルト１が矢印の方向に移動すると、画像形成装置に固定された各濃度センサー２−１、２−２によって、階調パターン像３−１、３−２の濃度が左から右へと同時に測定されていく。

図１及び図２のいずれの場合においても、同一の階調パターン像３−１、３−２に含まれる各階調パッチ毎の濃度平均値を算出し、それに基づいて階調補正を行うことで、濃度ムラ等の影響が少ない、信頼性の高い濃度測定値を得ることができる。

ところで、図１の配置を採用した場合には、階調パターン像を直列に配置し、１つの濃度センサー２によって濃度を検出しているので、図２のように階調パターンを並列に配置して２つの濃度センサー２−１、２−２によって濃度を検出する場合と比較して、濃度検出時間が長くなる欠点がある。単純に考えると、図１は、濃度検出時間が図２の２倍となる。

一方で、中間転写ベルト１の軸方向（中間転写ベルトの幅方向、或いは、階調パターンのパターン配列方向に直交する方向と言ってもよい）に亘って、傷４がある場合を考えると、図１の配置の方が図２の配置よりも正しい濃度検出結果を得ることができる。つまり、図１の配置の場合には、階調パターン像３−１の中で傷４が存在する階調パッチがあったとしても、その階調パッチの濃度検出値を、階調パターン像３−２の中での同一階調の階調パッチの濃度検出値で置き換えることができる。これに対して、図２の配置の場合には、傷４が階調パターン像３−１、３−２の中の同一階調の階調パッチの両方に現れるので、傷４が現れる階調パッチについて正しい濃度検出値を得ることが困難である。すなわち、図２の配置の場合には、局所的な傷の影響は減らすことができるが、中間転写ベルト１の軸方向に全体に亘って生じたような傷４やムラによる影響を回避することは困難である。

中間転写ベルト１上には、傷４と同様に中間転写ベルト１の軸方向（中間転写ベルトの幅方向、或いは、階調パターンのパターン配列方向に直交する方向と言ってもよい）に亘る濃度変動要因として、中転ベルトの巻きグセや、感光ドラムの筋等もある。

従来は、濃度検出時間の短縮と、階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向に亘る濃度変動要因（図１及び図２の場合には、中間転写ベルト１の軸方向に亘る傷４）による濃度検出精度の低下の抑制と、を両立させる技術については、十分な検討がなされていなかった。

本発明の目的は、濃度検出時間の増加を抑制しつつ、階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向に亘って生じた傷等の濃度変動要因による濃度検出精度の低下を抑制できる、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により形成された階調補正用の階調パターン像の濃度を検出する濃度センサーと、を有し、前記濃度センサー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、前記画像形成ユニットは、前記階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる、第１及び第２の階調パターン像を含む複数の階調パターン像を形成し、前記複数の階調パターン像は、重なった位置において、前記複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なり、前記第１の階調パターン像に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、前記第２の階調パターン像に含まれ、前記第１の階調パッチと同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、に基づき、無効データとして扱う濃度検出値を決定する。
また、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により形成された階調補正用の階調パターン像の濃度を検出する濃度センサーと、を有し、前記濃度センサー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、前記画像形成ユニットは、前記階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる、第１及び第２の階調パターン像を含む複数の階調パターン像を形成し、前記複数の階調パターン像は、重なった位置において、前記複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なり、前記第１の階調パターン像に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、前記第２の階調パターン像に含まれ、前記第１の階調パッチと同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、の差分値が閾値以上の場合、前記第１の階調パッチの濃度検出値、及び、前記第２の階調パッチの濃度検出値のうち、前記階調に対して前後の階調の階調パッチの濃度検出平均値との差が大きい方の濃度検出値を、無効データとして扱う。

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形成する階調パターン像を用いて階調補正を行う、画像形成装置の階調補正方法であって、前記階調パターン像は、前記階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる、第１及び第２の階調パターン像を含む複数の階調パターン像であり、かつ、重なった位置において、前記複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なり、前記第１の階調パターン像に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、前記第２の階調パターン像に含まれ、前記第１の階調パッチと同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、に基づき、無効データとして扱う濃度検出値を決定する。
また、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形成する階調パターン像を用いて階調補正を行う、画像形成装置の階調補正方法であって、前記階調パターン像は、前記階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる、第１及び第２の階調パターン像を含む複数の階調パターン像であり、かつ、重なった位置において、前記複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なり、前記第１の階調パターン像に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、前記第２の階調パターン像に含まれ、前記第１の階調パッチと同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、の差分値が閾値以上の場合、前記第１の階調パッチの濃度検出値、及び、前記第２の階調パッチの濃度検出値のうち、前記階調に対して前後の階調の階調パッチの濃度検出平均値との差が大きい方の濃度検出値を、無効データとして扱う。

本発明によれば、複数の階調パターン像は、パターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なっているので、パターン配列方向に直列に配置した場合と比較して、濃度検出時間が短くなる。また、複数の階調パターン像は、重なった位置において、複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なるので、パターン配列方向に直交する方向に亘って傷等の濃度変動要因が生じている場合でも、濃度変動要因の影響を受けていない又は影響の少ない階調パッチが存在し、この結果、濃度検出精度の低下を抑制できる。

同一の階調パターン像を直列に配置した例を示す図 同一の階調パターン像を並列に配置した例を示す図 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 濃度センサー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 濃度センサー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 階調パターン像の構成例１を示す図 階調パターン像の構成例２を示す図 階調パターン像の構成例３を示す図 階調パターン像の構成例４を示す図 濃度検出処理例１の説明に供するフローチャート 濃度検出処理例２の説明に供するフローチャート 濃度検出処理例３の説明に供するフローチャート 本実施の形態の構成により得られた濃度センサーの出力値を示す図 従来構成による得られた濃度センサーの出力値を示す図

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３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３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３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、濃度センサー１７が配置されている。濃度センサー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。

濃度センサー１７の構成例について説明する。濃度センサー１７は、光学式のセンサーである。濃度センサー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ー出力を得る。トナーパッチはベルト面とトナー面からなり、濃度センサー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ー出力が小さくなる。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、センサー出力が小さくなる。よって、センサー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７参照）。なお、濃度センサー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３１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、温湿度等の装置周囲の環境や、装置の耐久等の外乱に起因して、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濃度センサー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。

［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４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４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、温湿度等の装置周囲の環境や、装置の耐久、製造のばらつき等の変動要因により、図４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５に示すような階調パターン像（トナー像）５０を中間転写ベルト１１上に形成し、この階調パターン像５０の濃度を濃度センサー１７によって検出する。階調パターン像５０は、階調の異なる複数の階調パッチＰ１〜Ｐ１１により構成されている。例えば、各階調パッチＰ１〜Ｐ１１の階調は、最大階調を１００％として、１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、０％とされる。各階調パッチＰ１〜Ｐ１１の長さは、濃度センサー１７が各階調パッチＰ１〜Ｐ１１を精度良く検出できる長さとする。各階調パッチの幅（階調パターン５０の幅と言い換えてもよい）は、濃度センサー１７の口径、濃度センサー１７の取り付け、画像の主走査方向の作像位置等が振れても、十分に検出できる幅とする。

図６は、濃度センサー１７によって検出した階調パターン像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〜Ｐ１１（図５）の濃度検出値を表している。濃度検出値は、図７に示すように、あらかじめ作成しておいた濃度センサー１７のセンサー出力値と濃度との関係を示す変換テーブルを用いて、センサー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６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８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８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パターン像
次に、本実施の形態による階調パターン像の構成について、詳しく説明する。

［３−１］階調パターン像の構成例１
図９は、階調パターン像の構成例１を示す。図９に示すように、階調パターン像５０−１、５０−２は、並列に配置されている。各階調パターン像５０−１、５０−２は、階調の異なる複数の階調パッチＰ１〜Ｐ１１により構成されている。

階調パターン像５０−１、５０−２は、それぞれ、パターン配列方向に階調パッチの階調が分散されるように階調パッチＰ１〜Ｐ１１が配列されたものである。換言すれば、階調パターン像５０−１、５０−２は、それぞれ、階調パッチの配列が階調の点でランダムになるように構成されている。

中間転写ベルト１１が矢印の方向に移動すると、階調パターン像５０−１、５０−２の濃度が画像形成装置１００に固定された濃度センサー１７−１、１７−２によって左から右へと検出されていく。

ここで、中間転写ベルト１１の軸方向（中間転写ベルト１１の幅方向、或いは、階調パターン像５０−１、５０−２のパターン配列方向に直交する方向と言ってもよい）に亘って、傷６０がある場合を考える。このような場合でも、この傷６０が位置する階調パッチＰ７と階調パッチＰ９の階調が異なるので、ある階調の階調パッチが階調パターン像５０−１、５０−２の両方で傷６０による影響を受けてしまうことを回避できる。つまり、階調パターン像５０−１の階調パッチＰ７は傷６０による悪影響を受けていても、階調パターン像５０−２の階調パッチＰ７は傷６０による悪影響を受けていないので正しい濃度検出値を得ることができる。同様に、階調パターン像５０−２の階調パッチＰ９は傷６０による悪影響を受けていても、階調パターン像５０−１の階調パッチＰ９は傷６０による悪影響を受けていないので正しい濃度検出値を得ることができる。

また、傷６０のある各階調パッチＰ７、Ｐ９の階調が異なるので、傷６０による影響も異なり、傷６０による影響の小さい階調パッチＰ７、Ｐ９の濃度検出値を採用するといったこともできるようになる。なお、この濃度検出値の採用の仕方については、後で詳しく説明する。

図９の階調パターン像５０−１、５０−２の特徴は、次の通りである。
（ｉ）階調パターン像５０−１、５０−２は、中間転写ベルト１１の軸方向（中間転写ベルト１１の幅方向、或いは、階調パターン像５０−１、５０−２のパターン配列方向に直交する方向と言ってもよい）で全てが重なるように、並列に配置されている。これにより、濃度検出時間が短縮される。

（ｉｉ）階調パターン像５０−１、５０−２は、パターン配列方向に階調パッチの階調が分散されるように階調パッチが配列されて構成されている。これにより、パターン配列方向に直交する方向に亘って傷等の濃度変動要因が生じている場合でも、濃度変動要因の影響を受けていない又は影響の少ない階調パッチが存在する可能性が大きくなるので、濃度検出精度の低下を抑制できる。

［３−２］階調パターン像の構成例２
図１０は、階調パターン像の構成例２を示す。
図１０の階調パターン像５０−１、５０−２の特徴は、次の通りである。

（ｉ）階調パターン像５０−１、５０−２は、中間転写ベルト１１の軸方向で全てが重なるように、並列に配置されている。これにより、濃度検出時間が短縮される。

（ｉｉ）階調パターン像５０−１は、階調が順次低くなるパターンである。なお、階調パターン像５０−１は、階調が順次高くなるパターンでもよい。階調パターン像５０−２は、階調パターン５０−１のほぼ中央位置から、前半部分と後半部分とを入れ替えたパターンである。これにより、中間転写ベルト１１の軸方向に傷６０があった場合でも、ある階調の階調パッチが階調パターン像５０−１、５０−２の両方で傷による影響を受けてしまうことを回避でき、この結果、濃度検出精度の低下を抑制できる。

［３−３］階調パターン像の構成例３
図１１は、階調パターン像の構成例３を示す。
図１１の階調パターン像５０−１、５０−２の特徴は、次の通りである。

（ｉ）階調パターン像５０−１、５０−２は、中間転写ベルト１１の軸方向で全てが重なるように、並列に配置されている。これにより、濃度検出時間が短縮される。

（ｉｉ）階調パターン像５０−１は、階調が順次低くなるパターンであり、階調パターン像５０−２は、階調パターンとは逆に階調が順次高くなるパターンである。なお、階調パターン像５０−１を階調が順次高くなるパターンとし、階調パターン像５０−２の階調を順次低くなるパターンとしてもよい。これにより、中間転写ベルト１１の軸方向に傷６０があった場合でも、ある階調の階調パッチが階調パターン像５０−１、５０−２の両方で傷による影響を受けてしまうことを回避でき、この結果、濃度検出精度の低下を抑制できる。

［３−４］階調パターン像の構成例４
図１２は、階調パターン像の構成例４を示す。
図１２の階調パターン像５０−１、５０−２の特徴は、次の通りである。

（ｉ）階調パターン像５０−１、５０−２は、互いに階調パターンが同一である。つまり、階調パッチＰ１〜Ｐ１１の並び順が同一である。

（ｉｉ）階調パターン像５０−１と階調パターン像５０−２は、互いにパターン配列方向で一部が重なるように、互いにパターン配列方向にずれて配置されている。この配置により、重なりの分だけ濃度検出時間が短縮される。また、パターン配列方向にずれて配置されているので、パターン配列方向に直交する方向で重なる階調パッチの階調が異なる。これにより、中間転写ベルト１１の軸方向に傷６０があった場合でも、ある階調の階調パッチが階調パターン像５０−１、５０−２の両方で傷による影響を受けてしまうことを回避でき、この結果、濃度検出精度の低下を抑制できる。

［４］濃度検出処理
次に、本実施の形態による濃度検出処理について説明する。本実施の形態では、３つの処理を例に挙げる。

［４−１］濃度検出処理例１
図１３は、濃度検出処理例１の説明に供するフローチャートである。

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タイミング）になると、ステップＳ０で処理を開始し、続くステップＳ１で中間転写ベルト１１に階調パターン像５０−１、５０−２を形成する。続くステップＳ２では、濃度センサー１７−１、１７−２が階調パターン像５０−１、５０−２の濃度を検出する。

なお、図１３に示す濃度検出処理例１は、図９〜図１２に示したいずれの配置にも適用できるが、ここでは、図９の配置に適用した場合について説明する。

画像形成装置１００は、ステップＳ３で、対応する階調パッチの濃度差が閾値以上であるか否か判断する。つまり、濃度センサー１７−１で検出した各階調パッチＰ１〜Ｐ１１の濃度と、濃度センサー１７−２で検出した各階調パッチＰ１〜Ｐ１１の濃度とを、対応する階調パッチ間で比較し、その濃度差が閾値以上であるか否かを判断する。

画像形成装置１００は、ステップＳ３で肯定結果を得た場合には、ステップＳ４に移り、否定結果を得た場合には、ステップＳ５に移る。

画像形成装置１００は、ステップＳ４において、前後の濃度平均値との差が大きい階調パッチの濃度検出値を無効データとする。ステップＳ５では、濃度データの収集を行う（つまりメモリに記憶する）。ステップＳ６では、全ての階調パッチの処理が終了したか否か判断し、終了したと判断した場合にはステップＳ７に移り、終了していないと判断した場合にはステップＳ３に戻る。

ここで、ステップＳ３及びステップＳ４の処理について、図９を例にとって具体的に説明する。

傷６０が存在する階調パッチＰ７、Ｐ９以外の階調パッチについては、濃度センサー１７−１、１７−２において、対応する階調パッチでほぼ同一の濃度検出値が得られるので、ステップＳ３では否定結果が得られる。これに対して、濃度センサー１７−１で検出された階調パッチＰ７の濃度と、濃度センサー１７−２で検出された階調パッチＰ７の濃度は、濃度センサー１７−１で検出された階調パッチＰ７が傷の影響を受けているので、濃度差が閾値以上となり、ステップＳ３で肯定結果が得られる。階調パッチＰ９についても同様である。

このようにして、傷６０が存在する階調パッチＰ７、Ｐ９の濃度データがステップＳ４での処理対象となる。ステップＳ４では、階調パッチＰ７の前後の濃度平均値、すなわち階調パッチＰ６の濃度検出値と階調パッチＰ８の濃度検出値とから求めた濃度平均値、から階調パッチＰ７の濃度検出値を引いた値を求める。また、階調パッチＰ９の前後の濃度平均値、すなわち階調パッチＰ８の濃度検出値と階調パッチＰ１０の濃度検出値とから求めた濃度平均値、から階調パッチＰ９の濃度検出値を引いた値を求める。そして、階調パッチＰ７の濃度データ、階調パッチＰ９の濃度データのうち、その引いた値（差）が大きい方を無効データとして削除する。

換言すれば、第１の階調パターン像５０−１に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、第２の階調パターン像５０−２に含まれ、第１の階調パッチＰ７と同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、の差分値が閾値以上の場合、第１の階調パッチの濃度検出値、及び、第２の階調パッチの濃度検出値のうち、階調に対して前後の階調の階調パッチの濃度検出平均値との差が大きい方の濃度検出値を、無効データとして扱う。

このようにすることで、傷６０による濃度検出値への影響の大きい濃度データを用いないようにすることができる。

［４−２］濃度検出処理例２
図１３との対応部分に同一符号を付して示す図１４は、濃度検出処理例２の説明に供するフローチャートである。

図１４の処理例２は、図１３の処理例１と比較して、ステップＳ４の後にステップＳ１０が加えられている。ステップＳ１０では、無効データに対して中間転写ベルト１１の軸方向で同じ位置の階調パッチのデータも無効とする。換言すれば、無効データとして扱った階調パッチに対して、パターン配列方向に直交する方向で重なる位置に配置された階調パッチの濃度検出値も無効データとして扱う。具体的には、階調パッチＰ７又は階調パッチＰ９のいずれか一方が無効データと判断された場合には、もう一方も無効データとする。このようにすることで、傷６０等が存在する階調パッチの濃度検出値を一切用いないようにすることができる。

［４−３］濃度検出処理例３
図１４との対応部分に同一符号を付して示す図１５は、濃度検出処理例３の説明に供するフローチャートである。

図１５の処理例３は、図１４の処理例２と比較して、ステップＳ４とステップＳ１０と間にステップＳ２０が加えられている。ステップＳ２０では、無効データと中間転写ベルト１１の軸方向で同じ位置の階調パッチは低濃度であるか否か判断し、低濃度と判断した場合にはステップＳ１０に移り、低濃度でないと判断した場合にはステップＳ５に移る。

ここで、傷６０等による濃度検出値への影響は、低濃度であるほど大きくなることが分かっている。よって、この例では、濃度閾値を予め設定しておき、その閾値よりも低濃度の階調パッチの濃度検出値の場合にはステップＳ１０に移って無効データとし、その閾値以上の濃度の階調パッチの濃度検出値の場合にはステップＳ５に移って濃度データとして採用する。要は、無効データとして扱った階調パッチに対して、パターン配列方向に直交する方向で重なる位置に配置された階調パッチが所定の濃度よりも低濃度の階調パッチである場合には、この階調パッチの濃度検出値も無効データとして扱う。このようにすることで、傷６０等による濃度検出値への影響が大きく無効にする濃度データと、影響が小さく採用する濃度データとを、的確に選別できるようになる。

［５］効果
以上のように、本実施の形態によれば、階調パターン像５０−１、５０−２として、パターン配列方向に直交する方向（中間転写ベルト１１の軸方向）で少なくとも一部又は全部が重なり、かつ、重なった位置において階調パターン像５０−１、５０−２間で階調が異なるものを形成したことにより、濃度検出時間の増加を抑制しつつ、階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向に亘る傷６０等の濃度変動要因による濃度検出精度の低下を抑制できるようになる。

図１６は、本実施の形態の構成により得られた濃度センサー１７の出力値を示す。図に示すように、ある階調において、階調パターン像５０−２の濃度検出値は傷の位置で誤った値となるが、階調パターン像５０−１の濃度検出値は傷の影響を受けないので、その階調の正しい濃度検出値を得ることができる。

図１７は、本実施の形態に対する比較例として、図２のような構成を採用した場合の濃度センサー１７の出力値を示す。傷の位置は、階調パターン像５０−１、５０−２で同じ階調に存在するので、その傷のある階調の濃度検出値は階調パターン像５０−１、５０−２のいずれからも正しい値を得ることはできない。

なお、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１１個の階調パッチＰ１〜Ｐ１１からなる階調パターン５０−１、５０−２を用いたが、階調パターン像を構成する階調パッチの数は１１個に限らない。

また、形成する階調パターン像５０の数は、２つに限らず、３つ以上でもよい。要は、階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる複数の階調パターン像を形成し、複数の階調パターン像は、重なった位置において、階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なるものとすればよい。

また、上述の例では、中間転写ベルト１１が像担持体である画像形成装置１００を例に説明したが、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、これらの複合機等のいずれにでも適用できる。

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。

１、１１ 中間転写ベルト
２、１７、１７−１、１７−２ 濃度センサー
３−１、３−２、５０ 階調パターン像
４、６０ 傷
１０ 作像装置
１２−１、１２−２、１２−３、１２−４ 画像形成ユニット
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
１００ 画像形成装置
Ｓ 記録紙
Ｐ１〜Ｐ１１ 階調パッチ

Claims (10)

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により形成された階調補正用の階調パターン像の濃度を検出する濃度センサーと、を有し、前記濃度センサー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、
   前記画像形成ユニットは、前記階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる、第１及び第２の階調パターン像を含む複数の階調パターン像を形成し、
   前記複数の階調パターン像は、重なった位置において、前記複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なり、
   前記第１の階調パターン像に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、前記第２の階調パターン像に含まれ、前記第１の階調パッチと同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、に基づき、無効データとして扱う濃度検出値を決定する、
   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により形成された階調補正用の階調パターン像の濃度を検出する濃度センサーと、を有し、前記濃度センサー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、
   前記画像形成ユニットは、前記階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる、第１及び第２の階調パターン像を含む複数の階調パターン像を形成し、
   前記複数の階調パターン像は、重なった位置において、前記複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なり、
   前記第１の階調パターン像に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、前記第２の階調パターン像に含まれ、前記第１の階調パッチと同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、の差分値が閾値以上の場合、
   前記第１の階調パッチの濃度検出値、及び、前記第２の階調パッチの濃度検出値のうち、前記階調に対して前後の階調の階調パッチの濃度検出平均値との差が大きい方の濃度検出値を、無効データとして扱う、
   画像形成装置。
3. 各階調パターン像は、
   階調の異なる複数の階調パッチにより構成されており、
   パターン配列方向に前記階調パッチの階調が分散されるように前記階調パッチが配列されたものである、
   請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成ユニットによって形成される前記複数の階調パターン像は、前記パターン配列方向に並列に配置された第１及び第２の階調パターン像を含み、
   前記第１の階調パターン像は、階調が順次高くなる又は順次低くなるパターンであり、
   前記第２の階調パターン像は、前記第１の階調パターンのほぼ中央位置から、前半部分と後半部分とを入れ替えたパターンである、
   請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成ユニットによって形成される前記複数の階調パターン像は、前記パターン配列方向に並列に配置された第１及び第２の階調パターン像を含み、
   前記第１の階調パターン像は、階調が順次高くなる又は順次低くなるパターンであり、
   前記第２の階調パターン像は、前記第１の階調パターンとは逆順に階調が順次低くなる又は順次高くなるパターンである、
   請求項１又は２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前記複数の階調パターン像は、互いに階調パターンが同一の第１及び第２の階調パターン像を含み、
   前記第１の階調パターン像と前記第２の階調パターン像は、互いに前記パターン配列方向で一部が重なるように、互いに前記パターン配列方向にずれて配置される、
   請求項１又は２に記載の画像形成装置。
7. 前記無効データとして扱った階調パッチに対して、前記パターン配列方向に直交する方向で重なる位置に配置された階調パッチの濃度検出値も無効データとして扱う、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記無効データとして扱った階調パッチに対して、前記パターン配列方向に直交する方向で重なる位置に配置された階調パッチが所定の濃度よりも低濃度の階調パッチである場合には、この階調パッチの濃度検出値も無効データとして扱う、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 画像形成装置の像担持体上に形成する階調パターン像を用いて階調補正を行う、画像形成装置の階調補正方法であって、
   前記階調パターン像は、
   前記階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる、第１及び第２の階調パターン像を含む複数の階調パターン像であり、
   かつ、重なった位置において、前記複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なり、
   前記第１の階調パターン像に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、前記第２の階調パターン像に含まれ、前記第１の階調パッチと同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、に基づき、無効データとして扱う濃度検出値を決定する、
   画像形成装置の階調補正方法。
10. 画像形成装置の像担持体上に形成する階調パターン像を用いて階調補正を行う、画像形成装置の階調補正方法であって、
    前記階調パターン像は、
    前記階調パターン像のパターン配列方向に直交する方向で少なくとも一部が重なる、第１及び第２の階調パターン像を含む複数の階調パターン像であり、
    かつ、重なった位置において、前記複数の階調パターン像の間で、少なくとも一部の階調が異なり、
    前記第１の階調パターン像に含まれる第１の階調パッチの濃度検出値と、前記第２の階調パターン像に含まれ、前記第１の階調パッチと同一階調の第２の階調パッチの濃度検出値と、の差分値が閾値以上の場合、
    前記第１の階調パッチの濃度検出値、及び、前記第２の階調パッチの濃度検出値のうち、前記階調に対して前後の階調の階調パッチの濃度検出平均値との差が大きい方の濃度検出値を、無効データとして扱う、
    画像形成装置の階調補正方法。

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