JP5739648B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、階調補正条件を用いて画像データを補正する画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、出力色を目標基準色に合わせることが求められている。このため、実際に画像出力を行った結果をもとにして、出力濃度（色）が目標濃度（色）に合うように階調変換を行う技術が広く用いられている。このため、画像形成装置は、階調（色合わせ）キャリブレーションを実行する。具体的には、まず、ベタ濃度が目標値に合うよう電位・露光強度を設定し、その後、複数の階調のパッチ画像を印刷して出力する。続いて、このパッチ画像を測色して、出力濃度（色）が目標濃度（色）に合うような基準階調変換テーブルを作成するというものである。基準階調変換テーブルにより補正して画像印刷を行うことにより、目標基準濃度に従う出力を可能とする。なお、複数の階調のパッチ画像は、補正を行わずに印刷を行う。

トナー粒子を用いて画像形成を行う画像形成装置では、トナー粒子の帯電量の変化により現像量が変化する。この変化は、広い範囲の階調に対して影響を及ぼす。また、この影響は、現像剤としてトナー粒子及びキャリア粒子を使用し、静電潜像をトナーの電荷量で埋めることにより画像形成を行う画像形成装置で特に顕著となる。

出力濃度（色）の変化を抑えるために、フィードバック制御を行うことも、一般的に広く行われている。具体的には、パッチ画像を像担持体又は転写体上に形成し、光センサ等によりパッチ画像の濃度を測定し、出力濃度（色）が目標濃度（色）に一致するように制御を行う。しかしながら、フィードバック制御では、パッチ画像を測定後に、階調補正テーブルを作成し、その後に入力画像への階調変換処理を行うため、制御時間遅れが発生する。よって、フィードバック制御では、短周期の濃度変動を抑制することができない。

特許文献１は、短周期の濃度変動を抑制するため、トナー粒子の帯電量を推定して、画像形成のコントラスト電位をリアルタイムで制御することを提案している。

特開２００１−４２６１３号公報

しかしながら、上述した階調キャリブレーションを行う画像形成装置において、トナー帯電量を予測してコントラスト電位を制御したとしても以下の問題が生じ得る。

まず、ベタ画像の現像量は、コントラスト電位とトナー粒子の帯電量によって定まる。より具体的には、現像量は、コントラスト電位に比例し、トナー粒子の帯電量に反比例する。なお、現像剤等の経時変化による現像能力の変化は、短期的に生じるものではないため考慮する必要はない。したがって、階調キャリブレーションにより、現像量が適切になる様にコントラスト電位を設定しても、その後にトナー粒子の帯電量が増加した場合、コントラスト電位が一定であれば濃度は低下する。ここで、帯電量の増加が大きい場合、濃度の低下を補うコントラス電位を確保できない場合が生じ得る。また、基準階調変換テーブルの各階調における変換の値は、コントラスト電位に依存する。よって、濃度の低下を補うためにコントラスト電位を増加させると、基準階調変換テーブルが適切な値からずれることになる。この場合、中濃度から低濃度の領域において誤差が大きくなる。

本発明は、トナーの帯電量が増加することにより高濃度部の濃度が再現できなくなることを抑制するとともに、トナーの帯電量にかかわらず高精度な補正を実現できるようにすることを目的とする。

本発明による画像形成装置は、階調補正条件を用いて画像データを補正する補正手段と、感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、前記感光体上に静電潜像を形成するために、前記感光体を露光する露光手段と、トナーを用いて前記感光体上に形成された静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像手段と、前記トナーの帯電量を予測する予測手段と、トナー像であるパッチ画像の測定結果および前記トナーの飽和帯電量に基づき、該飽和帯電量に対応するコントラスト電位になるように、コントラスト電位を制御するコントラスト電位制御手段と、前記コントラスト電位制御手段によって前記飽和帯電量に対応するコントラスト電位になるようにコントラスト電位が制御された状態において形成されたトナー像である複数のパッチ画像の測定結果、前記飽和帯電量および前記予測手段によって予測された第１予測帯電量に基づき、前記飽和帯電量に対応する階調補正条件を作成する作成手段と、前記飽和帯電量、前記飽和帯電量に対応する階調補正条件および前記予測手段によって予測された第２予測帯電量に基づき、該第２予測帯電量に対応する階調補正条件を作成し、前記補正手段に設定する設定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、飽和帯電量に対応するコントラスト電位になるように、コントラスト電位を制御するとともに、予測手段によって予測された帯電量に対応する階調補正条件を用いて画像データを補正するので、トナーの帯電量が増加することにより高濃度部の濃度が再現できなくなることを抑制するとともに、トナーの帯電量にかかわらず高精度な補正を実現できるようにすることができる。

本発明を適用した画像形成装置の概略的な構成図である。 階調キャリブレーションでのコントラスト電位決定のフローチャートである。 階調キャリブレーションでの階調特性補正テーブル作成のフローチャートである。 画像形成処理のフローチャートである。 階調キャリブレーションでの各テーブルの関係を示す図である。 画像形成で使用する各テーブルの関係を示す図である。

本発明を実施するための形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。まず、本発明を適用した画像形成装置について説明する。図１に示す様に、画像形成装置の画像コントローラ１は、不図示のホストコンピュータ等から受信する特定の記述言語で記述された画像情報から画像形成データを作成する。このとき、画像コントローラ１の階調変換部１８は、後述する様に、トナー粒子の予測帯電量、飽和帯電量及び階調特性補正テーブルに基づき出力画像の階調変換を行う。なお、階調特性補正テーブルは、後述する様に、制御部（ＣＰＵ）２が階調キャリブレーションを実行することにより生成したものである。

画像形成データを受信したＣＰＵ２は、画像形成部２０の露光部３を制御して像担持体である感光ドラム５に画像形成データに応じたレーザ光を照射する。感光ドラム５は、帯電部７により一定電位に帯電されており、光照射を受けた部位の電位が変化する。これにより、感光ドラム５上に静電潜像が形成される。本実施形態においては、感光ドラム５及びトナー粒子を負極性に帯電させ、光照射を行った部位（明部）にトナー粒子を付着させる反転現像システムとなっている。ベタ部の現像量は、感光ドラム５に対する露光部３からの光照射強度（量）を制御することで調整することができる。

現像装置は、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する現像剤容器９と、現像ローラを内包する現像部８を含み、現像バイアスが印加された現像ローラにより現像剤中のトナーのみを感光ドラム５に付着させる。これにより、静電潜像をトナー像として可視化する。現像剤容器９内のトナーは、ＣＰＵ２が必要に応じてトナー補給モータ１０を駆動することで現像部８に補給される。なお、現像バイアスと感光ドラム５上の明部電位との差がコントラスト電位であり、ＣＰＵ２が、光照射強度や現像バイアスを調整することにより設定する。

感光ドラム５のトナー像は、１次転写器１２により中間転写ベルト１３に転写された後、図示しない２次転写器により記録材に転写される。なお、図１においては、画像形成部２０の感光ドラム５、露光部３、帯電部７、１次転写器１２及び現像装置の組は簡潔化のため１つだけを表示している。しかしながら、この組は、実際には各色（イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック）に対応して設けられている。また、画像形成装置は、記録材に印刷されたパッチ画像の濃度を測定するための図示しない測定部を備えている。なお、測定部は、感光ドラム５や中間転写ベルト１３に形成又は転写されたパッチ画像の濃度を測定するものであっても良い。さらに、画像形成装置は、本発明の理解のために必要ではないため図示されていない様々な構成要素を有している。

本実施形態において、ＣＰＵ２は、一定の時間間隔Ｔで現像部８内のトナー粒子の帯電量Ｑを、以下の式で予測してメモリ（記憶部）１１に保存する。
・現像ローラ回転時
Ｑ＝Ｑｐ（１−Ｔ／α−Ｃ／Ｍ）＋β・Ｔ／α＋Ｑｐ
・現像ローラ停止時
Ｑ＝Ｑｐ・（１−γ）
ここで、Ｍは、現像部８のトナー量であり、Ｑｐは前回の計算時における現像部８内のトナー粒子の予測した帯電量であり、Ｃは前回の計算時からの現像量である。なお、トナー粒子の帯電量の初期値は、例えば、飽和帯電量の８０％に設定する。また、αは使用環境下におけるトナー粒子の飽和帯電量であり、トナー・キャリア比下限、および、連続動作時の飽和最低湿度環境下における、実測値にもとづいた値である。さらに、βは摩擦帯電、つまり、除電が行われる速さの指標であり、γはトナー粒子からの電荷漏洩の速さを示す指標である。これら、α、β、γは、トナーの帯電特性に応じて決定して予めメモリ１１に保存したものである。なお、現像部８のトナー量Ｍは、例えば、トナーの消費量（現像量）とトナーの補給量により計算することができる。なお、現像部８内のトナー粒子の帯電量を予測できる他の計算式を使用する形態であっても良い。

ＣＰＵ２は、画像形成や階調キャリブレーションの実行時、メモリ１１から帯電量の最新の予測値を読み出して、それぞれの処理時における帯電量の予測値として使用する。しかしながら、例えば、画像形成や階調キャリブレーションの実行毎に、トナー粒子の帯電量を予測する形態であっても良い。

なお、メモリ１１は、さらに、トナー粒子の帯電量の変化が、各階調の濃度又は現像量に与える影響を示す帯電量影響テーブルを保持している。つまり、帯電量影響テーブルは、各階調の濃度を一定に保つための、トナー粒子の帯電量の変化に対する濃度又は現像量の補正量を示すものである。なお、帯電量影響テーブルは、使用しているトナーに基づきあらかじめ決定したものである。

続いて、階調キャリブレーションの処理について説明する。階調キャリブレーションにおいて、ＣＰＵ２は、コントラスト電位を決定し、決定したコントラスト電位での階調特性補正テーブルを作成する。なお、ＣＰＵ２は、例えば、装置の電源投入後や、所定枚数の印刷を行ったとき等、予め定めた条件に適合した場合に階調キャリブレーションを開始する。

まず、図２を用いて、ＣＰＵ２によるコントラスト電位の決定を説明する。ＣＰＵ２は、Ｓ２０１において、暗部電位を一定に保ったまま、露光強度を変化させることによりコントラスト電位を変化させた複数のベタパッチ画像を画像形成部２０に形成させる。ＣＰＵ２は、Ｓ２０２において、図示しない測定部が測定したベタパッチ画像のパッチ濃度から、線形補間により仮のコントラスト電位（第１の電位）を算出する。目標濃度に対応する現像量Ｏが、メモリ１１に保存されている最新のトナー粒子の予測した帯電量Ｑ１(第１の帯電量）に反比例し、コントラスト電位に比例することから、仮のコントラスト電位Ｖｔ、現像量Ｏ及び帯電量Ｑ１の関係は以下の式で表される。
Ｏ＝ｋ・Ｖｔ／Ｑ１ （１）
なお、ｋは比例乗数である。

ＣＰＵ２は、Ｓ２０３において、Ｓ２０２で求めた仮のコントラスト電位、メモリ１１に記憶されている使用環境下におけるトナー粒子の飽和帯電量α及び帯電量Ｑ１に基づき、実際に設定するコントラスト電位Ｖｓ（第２の電位）を算出する。具体的には、以下の式により、仮のコントラスト電位Ｖｔを修正したコントラスト電位Ｖｓを算出する。
Ｖｓ＝Ｖｔ・α／Ｑ１ （２）
式（２）を式（１）に代入すると、
Ｏ＝ｋ・Ｖｓ／α （３）
となる。αは飽和帯電量、すなわち、使用環境化におけるトナー粒子の帯電量の最大値である。したがって、コントラスト電位Ｖｓを使用することで、画像形成時におけるトナー粒子の帯電量が階調キャリブレーション時よりも増加したとしても、目標濃度が達成できなくなるという状態を防ぐことができる。

続いて、図３を用いて、ＣＰＵ２による階調特性補正テーブルの作成を説明する。なお、図３の処理は、図２の処理により求めたコントラスト電位Ｖｓを設定後に行う。ＣＰＵ２は、Ｓ３０１において、帯電量影響テーブルと、飽和帯電量αと、最新のトナー粒子の予測帯電量Ｑ１をメモリ１１から読み込む。ＣＰＵ２は、Ｓ３０２において、帯電量影響テーブルを修正して、帯電量階調補正テーブル(中間テーブル）を作成する。具体的には、帯電量影響テーブルの各階調の値に、（Ｑ１／α−１）を乗じたものを帯電量階調補正テーブルとする。なお、補正のスケールを調整するために、帯電量影響テーブルの各階調の値に、（Ｑ１／α−１）を乗じた後に、予め定めた値Ｓ（第１の値）を加算することができる。なお、値Ｓを使用する場合、この値はメモリ１１に保存しておく。続いて、ＣＰＵ２は、Ｓ３０３において、帯電量階調補正テーブルから、帯電量階調補正逆テーブルを作成する。具体的には、帯電量階調補正テーブルの各階調の値の逆数を求め、求めた逆数を帯電量階調補正逆テーブルの対応する階調の値とすることで、ＣＰＵ２は、帯電量階調補正逆テーブルを作成する。つまり、帯電量階調補正逆テーブルと帯電量階調補正テーブルの対応する階調の値の積は総て１である。

ＣＰＵ２は、Ｓ３０４において、画像形成部２０及び測定部を制御し、各階調に対応する複数のパッチ画像を形成して濃度を測定する。ＣＰＵ２は、Ｓ３０４での測定結果に基づき、Ｓ３０５において、仮の階調特性補正テーブル（第１の補正テーブル）を作成する。仮の階調特性補正テーブルの生成は、従来の基準階調変換テーブルの作成と同一である。最後に、ＣＰＵ２は、Ｓ３０６において、仮の階調特性補正テーブルと帯電量階調補正逆テーブルの対応する階調の値を乗じることで、本発明の階調特性補正テーブル（第２の補正テーブル）を生成する。ＣＰＵ２は、生成した階調特性補正テーブルをメモリ１１に記憶する。図５に上述した各テーブルの関係を示す。なお、図５の階調特性補正テーブルにおいて、点線は仮の階調特性補正テーブルの入出力の関係を示すものであり、実線が階調特性補正テーブルのものである。また、図５においては、帯電量階調補正テーブルの作成に当たりＳ＝１０００を加算している。図５及び上述した説明から明らかな様に、帯電量階調補正テーブルは、帯電量影響テーブルの各階調の補正量を、飽和帯電量に対する予測帯電量の比が大きくなる程、小さくなる様に修正したものである。

続いて、図４を用いて通常の画像形成時における補正処理について説明する。ＣＰＵ２は、Ｓ４０１において、メモリ１１より、帯電量影響テーブルと、飽和帯電量αと、最新のトナー粒子の帯電量Ｑ２(第２の帯電量）と、階調特性補正テーブルを読み込む。階調特性補正テーブルは、前回のキャリブレーションにより生成され、メモリ１１に保存されたものである。ＣＰＵ２は、Ｓ４０２において、帯電量影響テーブルから帯電量階調補正テーブルを作成する。具体的には、帯電量影響テーブルの各階調の値に、（Ｑ２／α−１）を乗じたものを帯電量階調補正テーブルとする。なお、Ｓ３０２にてスケールを調整するために値Ｓを加算していた場合、Ｓ４０２においても値Ｓを加算する。ＣＰＵ２は、Ｓ４０３において、階調特性補正テーブルと帯電量階調補正テーブルの対応する階調の値を乗じることで、変換用階調特性補正テーブル（第３の補正テーブル）を生成し、階調変換部１８に出力する。階調変換部１８は、Ｓ４０４において変換用階調特性補正テーブルにより形成する画像の階調補正を行う。図６に画像形成時において使用する各テーブルの関係を示す。なお、図６の変換用階調特性補正テーブルにおいて、点線は階調特性補正テーブルの入出力の関係を示すものであり、実線が変換用階調特性補正テーブルのものである。図６においては、図５と同様に、帯電量階調補正テーブルの作成に当たりＳ＝１０００を加算している。

例えば、画像形成時におけるトナー粒子の帯電量が、階調キャリブレーション時と同じであるものとする。図５及び図６から、この場合の変換用階調特性補正テーブルは、キャリブレーション時にパッチ画像の濃度を測定して求めた仮の階調特性補正テーブルと同じになることが分かる。本実施形態においては、画像形成時のトナー粒子の帯電量から求めた帯電量階調補正テーブルを階調特性補正テーブルに乗ずることで、コントラスト電位を変更することなく、キャリブレーション後の帯電量の変化に応じた各階調の補正を行うことが可能になる。

以上、トナー粒子の飽和帯電量を用いてコントラスト電位を設定することにより、トナー粒子の帯電量の変化により濃度制御ができない範囲が生じることを防ぐことができる。また、キャリブレーション時、実際に測定して得た各階調の補正量を、トナー粒子の飽和帯電量により修正した階調特性補正テーブルを作成しておく。これにより、コントラスト電位を変更することなく、キャリブレーション後のトナー粒子の帯電量の変化に応じた補正を行うことが可能になる。具体的には、画像形成時、この階調特性補正テーブルを、画像形成時におけるトナー粒子の予測帯電量により修正して各階調の補正を行うことで、キャリブレーション後のトナー粒子の帯電量の変化に応じた補正を行うことが可能になる。

Claims (5)

1. 階調補正条件を用いて画像データを補正する補正手段と、
   感光体と、
   前記感光体を帯電させる帯電手段と、
   前記感光体上に静電潜像を形成するために、前記感光体を露光する露光手段と、
   トナーを用いて前記感光体上に形成された静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像手段と、
   前記トナーの帯電量を予測する予測手段と、
   トナー像であるパッチ画像の測定結果および前記トナーの飽和帯電量に基づき、該飽和帯電量に対応するコントラスト電位になるように、コントラスト電位を制御するコントラスト電位制御手段と、
   前記コントラスト電位制御手段によって前記飽和帯電量に対応するコントラスト電位になるようにコントラスト電位が制御された状態において形成されたトナー像である複数のパッチ画像の測定結果、前記飽和帯電量および前記予測手段によって予測された第１予測帯電量に基づき、前記飽和帯電量に対応する階調補正条件を作成する作成手段と、
   前記飽和帯電量、前記飽和帯電量に対応する階調補正条件および前記予測手段によって予測された第２予測帯電量に基づき、該第２予測帯電量に対応する階調補正条件を作成し、前記補正手段に設定する設定手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記コントラスト電位は、前記現像手段の現像バイアスと前記感光体の前記露光手段によって露光された明部電位との差であり、
   前記飽和帯電量は前記画像形成装置の使用環境下における飽和帯電量であり、
   前記コントラスト電位制御手段は、前記露光手段又は前記現像手段を制御することで、前記飽和帯電量に対応するコントラスト電位になるように制御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. 入力階調と出力補正比率との対応関係を示す帯電量影響テーブルを保持する保持手段を更に有し、
   前記作成手段は、
   前記帯電量影響テーブルを前記第１予測帯電量および前記飽和帯電量を用いて修正し、
   前記感光体上に形成された前記複数のパッチ画像の測定結果に基づき仮の階調補正条件を作成し、
   前記修正された帯電量影響テーブルに基づき、前記仮の階調補正条件を修正することにより前記飽和帯電量に対応する階調補正条件を作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 入力階調と出力補正比率との対応関係を示す帯電量影響テーブルを保持する保持手段を更に有し、
   前記設定手段は、
   前記帯電量影響テーブルを前記第２予測帯電量および前記飽和帯電量を用いて修正し、
   前記修正された帯電量影響テーブルに基づき、前記飽和帯電量に対応する階調補正条件を修正することにより、前記第２予測帯電量に対応する階調補正条件を作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記予測手段は、前記現像手段のトナー消費量と、前記現像手段へのトナー補給量と、に基づき前記トナーの帯電量を予測することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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