JP6115813B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

従来、この種の画像形成装置では、出力される画像の重要な特性の一つとして階調性が挙げられる。階調とは、画像の濃淡の変化のことであり、濃淡の変化が滑らかであるほど階調性がよいという。カラー画像の場合、階調はある色について設定された濃淡の段階の数（階調値）によって数値化され、濃淡の段階の数が多ければ多いほど、色の濃淡を滑らかに表現することが可能となる。電子写真方式の画像形成装置では、通常、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色を組み合わせてカラー画像を形成している。これらＣＭＹＫ各色により、紙（転写媒体）の地肌の色から、各単色で表現できる最も濃度（または彩度）の高い色まで表現することができる。例えば、各色ごとに濃淡を２５６段階（８[ｂｉｔ]）で表現することができる。

上記画像形成装置では、各色ごとに濃淡を２５６段階で表現することが可能であるが、メモリ容量の削減、データ転送速度の高速化、記録装置の記録能力等の点から、各画素が８［ｂｉｔ］で表現される画素データを１［ｂｉｔ］に圧縮する、いわゆる２値化手法が用いられる場合がある。この種の２値化手法としては、誤差拡散法、組織的ディザ法等がその代表的なものである。特にレーザーを用いたカラー画像形成装置では、解像能力の高さ等の点から組織的ディザ法を用いるのが一般的である。

しかし、近年、カラー画像形成装置では、高画質で画像を形成する要求が高まっており、各画素が２値で表現された画像については階調性、解像度等の点で限界がある。そこで、メモリ容量の削減と高画質化との両立を図るために、１画素あたり３レベル以上の階調性を表現できる多値記録方式を用いてディザ法を適用した、いわゆる多値ディザ法が使用されている。

階調特性については、その階調値と明度（又は、濃度若しくは色特性）との関係が狙いの関係、プロファイルになっていること（例えば、線形の関係等）になっていることが望ましい。また、階調特性は、先述のように変化が滑らかであることが望ましい。多値ディザ法において、これらを決定するのは、個々の画素の濃度変化の設定と、ディザ設定（ディザ設定によって決まる各階調値における各濃度レベルの画素の個数、その配置状態）である。

上記階調値と明度との関係を設定する方法については、全階調から抜粋した階調の画像を出力し、その測定結果から、ディザ設定データを変更する方法が既に知られている。また、画素の明度設定（濃度設定）については、画素の濃度レベル値を変化させた複数のパッチ画像を出力し、その濃度を測定した結果に基づいて画素の明度設定（濃度設定）を補正する方法が既に知られている。

また、特許文献１には、画像形成装置の個体差による出力濃度の違いをなくすことを目的とし、ディザマトリクスのドットパターンを印刷し、センサーにより、印刷したドットパターンの濃度値を測定し、測定した濃度値を濃度補正処理部に通知する画像形成装置が開示されている。濃度補正処理部は、濃度測定部で測定されたドットパターンの濃度値に基づいて、多値の階調をもつ濃度レベルやイメージデータが所定の濃度特性になるようにディザマトリクスの閾値を決定する。そして、決定した閾値に基づいてディザマトリクスを作成し、作成したディザマトリクスをディザマトリクス格納部に格納する。

上記従来の多値ディザ法では、グラデーション画像などの階調値が連続した画像を出力した際に、数階調から十数階調の少ない階調範囲で明度の変化が急になったり反対に緩やかになったりして、スジ状の濃淡ムラ（以下「階調段差」ともいう。）として視認されてしまうという問題がある。特に、このような濃淡ムラが全階調中の複数の階調のところで生じている場合に、ある階調での濃淡ムラは解消できたとしても、他の階調での濃淡ムラが解消できない。

また、上記特許文献１の画像形成装置では、画像形成装置の個体差による出力濃度の違いをなくすことはできるが、上記グラデーション画像などで生じるスジ状の濃淡ムラ（階調段差）を低減することが難しい。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、多値ディザ法を用いて多階調の画像を形成する場合に発生する濃淡ムラを低減することができる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、多階調の入力画像の画像データに基づいて、複数の画素濃度レベル値を切り替えて設定可能な画素を用いて階調を表現する多値ディザ法により画像を形成する多階調画像形成手段を備えた画像形成装置であって、階調補正用画像のデータを記憶する階調補正用画像データ記憶手段と、前記多階調画像形成手段で形成された画像の画像特性を測定する画像特性測定手段と、前記階調補正用画像データ記憶手段に記憶された階調補正用画像のデータに基づいて前記多階調画像形成手段により階調補正用画像を形成し、該階調補正用画像の画像特性を前記画像特性測定手段により測定し、該階調補正用画像の測定データに基づいて、階調特性上で濃淡ムラが生じる階調範囲を特定し、その特定された階調範囲で用いられる画像濃度レベル及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクスを変更する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、多階調の入力画像の画像データに基づいて多値ディザ法により画像を形成する多階調画像形成手段により、階調補正用画像を形成する。この階調補正用画像の画像特性を測定した測定データに基づいて、階調特性上で濃淡ムラが生じる階調範囲を特定している。この特定された階調特性上で濃淡ムラが生じる階調範囲で用いられる画像濃度レベル値及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクスを変更する。このように変更されたディザマトリクスを用いることにより、上記階調範囲における濃淡ムラを解消できる。従って、上記階調範囲を含む多階調の入力画像の画像データに基づき多値ディザ法を用いて多階調の画像を形成するときの濃淡ムラを低減することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の作像エンジン部の一例を示す概略構成図。 同画像形成装置の制御系の構成例を示すブロック図。 階調段差補正用の第１の画像パターンとしてのグラデーション画像の一例を示す説明図。 図３のグラデーション画像の階調値に対する明度の変化を測定したグラフ。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、図４のグラフにおける領域Ａ，Ｂ，Ｃの部分拡大図。 図４のグラフのデータから得た階調値と明度の変化量ΔＬ＊との関係を示すグラフ。 画素濃度レベル値と露光制御ＰＷＭ値との関係を示すグラフ。 （ａ）〜（ｃ）はディザマトリクスを用いた多値ディザ法により出力画像の各画素における画素濃度レベル値を設定していく手順の一例を示す説明図。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、４ビットの多値ディザ法で用いられる１５枚のディザマトリクスのうち、♯１、♯１２、♯１３、♯１５に対応する４枚のディザマトリクスの一例を示す説明図。 図９に示すディザマトリクスを用いて多値ディザ処理を行って決定した各画素濃度レベル値の画素の構成例を示す説明図。（ａ）は階調値１４５の画像を多値ディザ処理した場合の各画素濃度レベル値の画素の配置の一例を示す説明図。（ｂ）は階調値１４６の画像を多値ディザ処理した場合の各画素濃度レベル値の画素の配置の一例を示す説明図。 図４及び図５に示す階調段差のうち、２番目の階調段差が生じている階調値１４２〜１５４の階調範囲について、ディザ処理後の階調値と各画素濃度レベル値の画素の個数との関係を示すディザ設定データが格納されたディザ設定テーブルの一例の説明図。 図１１に示した階調値と各画素濃度レベル値の画素の個数との関係において画素濃度レベル値の画素の配分を補正したディザ設定テーブルの一例の説明図。 階調段差補正用の第２の画像パターンの一例を示す説明図。 図１３中のＡ列における４つの画素濃度レベル値に対するパッチ画像の画素構成の一部を詳細に示す説明図。 図１３中のＣ列における４つの画素濃度レベル値に対するパッチ画像の画素構成の一部を詳細に示す説明図。 図１３に示す階調段差補正用の第２の画像パターンを転写紙などの記録媒体に出力した出力画像を測定した結果を示すグラフ。 図１６のグラフのデータに基づいて階調段差を低減するディザ設定データを算出した結果を有するディザ設定テーブルを示す説明図。 階調段差補正用の第１の画像パターンを用いた場合の階調段差補正モードにおける処理の一例を示すフローチャート。 階調段差補正用の第２の画像パターンを用いた場合の階調段差補正モードにおける処理の一例を示すフローチャート。

以下、本発明を電子写真方式のカラー画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という。）に適用した実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の作像エンジン部１０１の一例を示す概略構成図である。図１において、本実施形態に係る画像形成装置の作像エンジン部１０１は、多階調の入力画像の画像データに基づいて、複数の画素濃度レベル値を切り替えて設定可能な画素を用いて階調を表現する多値ディザ法により画像を形成する。すなわち、この作像エンジン部１０１は多階調画像形成手段として機能する。作像エンジン部１０１は、イエロー（Ｙ），シアン（Ｃ），マゼンダ（Ｍ），ブラック（Ｋ）のトナー像を形成するための４つのトナー像形成手段としての画像形成ユニットを備えている。また、画像形成装置は、中間転写ベルト６などを有する転写ユニットと、光書込ユニット（不図示）と、定着装置１３と、給紙カセット（不図示）と、スキャナ（不図示）とを備えている。

４つの画像形成ユニットは、互いに異なる色のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。なお、４つの画像形成ユニットは、それらのユニットを共通の保持体に保持して画像形成装置本体に対して一体的に脱着されることで、それらのユニットが同時に交換されるような構成であってもよい。

ここで、Ｃトナー像を形成するＣ用の画像形成ユニットを例に挙げて説明する。Ｃ画像形成ユニットは、図１に示すように、潜像担持体としてのドラム状の感光体１Ｃ、潜像担持体クリーニング手段としてのドラムクリーニング装置１６Ｃとを備えている。さらに、Ｃ画像形成ユニットは、潜像担持体除電手段としての除電装置（不図示）、帯電手段としての帯電ローラ２Ｃ、現像手段としての現像装置４Ｃ等を備えている。

感光体１Ｃは、図示しない駆動手段によって図中矢印時計回り方向に回転駆動される。そして、帯電バイアスが印加された帯電ローラ２Ｃを感光体１Ｃに接触あるいは近接させながら、帯電ローラ２Ｃと感光体１Ｃとの間に放電を発生させることで、感光体１Ｃの表面が一様帯電される。なお、感光体を一様帯電する方式としては、帯電ローラ等の帯電部材を感光体１Ｃに接触あるいは近接させる方式に代えて、帯電チャージャーによる方式を採用してもよい。

帯電ローラ２Ｃによって一様帯電された感光体１Ｃの表面は、形成対象の画像（入力画像）の画像情報（画像データ）に基づいて制御される図示しない潜像書込手段（露光手段）としての光書込ユニットから発せられる書込みレーザー光３Ｃが照射される。これにより、感光体１Ｃの表面にＣ用の静電潜像が形成される。この光書込ユニットからの書込みレーザー光３Ｃは、例えば、入力画像の画像情報に基づいて画像部／非画像部とを分けて感光体１Ｃの表面の主走査方向に光走査される。感光体１Ｃに担持されたＣ用の静電潜像は、Ｃトナーを用いる現像装置４Ｃによって現像されてＣトナー像になり、後述する中間転写ベルト６上に１次転写される。

ドラムクリーニング装置１６Ｃは、１次転写工程（後述する１次転写ニップ）を経た後の感光体１Ｃ表面に付着している転写残トナーを除去する。また、上記除電装置（不図示）は、ドラムクリーニング装置１６Ｃによってクリーニングされた後の感光体１Ｃの残留電荷を除電する。この除電により、感光体１Ｃの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。

また、他のＹ，Ｍ，Ｋ用の画像形成ユニットにおいても、Ｃ用の画像形成ユニットと同様にして、感光体１Ｙ，Ｍ，Ｋ上にＹ，Ｍ，Ｋトナー像が形成される。

４つの画像形成ユニットの上方には、潜像書込手段（露光手段）としての図示しない光書込ユニットが配設されている。この光書込ユニットは、例えば、光源としてのレーザーダイオードと、レーザーダイオードをパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式で駆動するレーザー駆動部とを有する。レーザー駆動部は、後述のプリント制御部１３２から送られてくる濃度制御設定値としての露光制御ＰＷＭ値と、感光体上の１画素分の領域にレーザー光を照射可能な時間が１周期に設定された所定の画素クロックとに基づいて、レーザーダイオードを駆動する。露光制御ＰＷＭ値は、各画素ごとに、画素クロックの１周期にうち１画素分の領域にレーザー光を照射する時間（パルスＯＮ時間）を指定する値であり、後述のように各画素における画素濃度レベル値に応じて設定される値である。各画素の露光制御ＰＷＭ値は、スキャナあるいはパーソナルコンピュータ等の外部機器から送られてくる画像情報に基づいて、後述する多値ディザ法により生成される。光書込ユニットのレーザーダイオードから発したレーザー光が変調され、回転駆動されている感光体１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面の主走査方向（回転軸に沿った方向）に光走査されることにより、感光体１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上にＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋ用の静電潜像が形成される。

また、４つの画像形成ユニットの下方には、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト６を張架しながら図中反時計回り方向に無端移動させる転写装置としての転写ユニットが配設されている。転写ユニットは、中間転写ベルト６の他に、駆動ローラ７、２次転写対向ローラ１１、クリーニングバックアップローラ１７、４つの１次転写ローラ５Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、２次転写ローラ１０を有している。さらに、転写ユニットは、ベルトクリーニング装置１８、ベルトテンションローラ９などを有している。

中間転写ベルト６は、そのループ内側に配設された駆動ローラ７、２次転写対向ローラ１１、クリーニングバックアップローラ１７、及び４つの１次転写ローラ５Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋなどによって張架されている。そして、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動される駆動ローラ７の回転力により、同方向に無端移動される。

４つの１次転写ローラ５Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋはそれぞれ、無端移動される中間転写ベルト６を感光体１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋとの間に挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト６のおもて面と感光体１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋとが互いに当接するＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋ用の１次転写ニップが形成されている。１次転写ローラ５Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋには、図示しない１次転写バイアス電源によってそれぞれ１次転写バイアスが印加されている。これにより、感光体１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上のＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋトナー像と、１次転写ローラ５Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋとの間に１次転写電界が形成される。Ｙ用の感光体１Ｙ表面に形成されたＹトナーは、感光体１Ｙの回転に伴ってＹ用の１次転写ニップに進入する。そして、転写電界やニップ圧の作用により、感光体１Ｙ上から中間転写ベルト６上に１次転写される。このようにしてＹトナー像が１次転写された中間転写ベルト６は、その後、Ｃ，Ｍ，Ｋ用の１次転写ニップを順次通過する。そして、感光体１Ｃ，Ｍ，Ｋ上のＣ，Ｍ，Ｋトナー像が、Ｙトナー像上に順次重ね合わせて１次転写される。この重ね合わせの１次転写により、中間転写ベルト６上には４色重ね合わせトナー像が形成される。

転写ユニットの２次転写ローラ１０は、中間転写ベルト６のループ外側に中間転写ベルト６方向に加圧されて配設されており、ループ内側の２次転写対向ローラ１１との間に中間転写ベルト６を挟み込んでいる。これにより、２次転写ローラ１０は中間転写ベルト６又は記録媒体（画像形成媒体）としての転写紙に接触しながら回転し、中間転写ベルト６のおもて面と２次転写対向ローラ１１とが当接する２次転写ニップが形成される。２次転写ローラ１０は接地されているのに対し、２次転写対向ローラ１１には、図示しない２次転写バイアス電源によって２次転写バイアスが印加される。これにより、２次転写対向ローラ１１と２次転写ローラ１０との間に、マイナス極性のトナーを２次転写対向ローラ１１側から２次転写ローラ１０側に向けて静電移動させる２次転写電界が形成される。

転写ユニットの下方には、転写紙を複数枚重ねた紙束の状態で収容している図示しない給紙カセットが配設されている。この給紙カセットでは、紙束の一番上の転写紙に図示しない給紙ローラを当接させており、この給紙ローラを所定のタイミングで回転駆動させることで、給紙カセットの転写紙を、図中破線で示す転写紙搬送経路１５に向けて送り出す。転写紙搬送経路１５の搬送方向上流側の末端付近には、レジストローラ対１２が配設されている。このレジストローラ対１２は、給紙カセットから送り出された転写紙Ｐをローラ間に挟み込むとすぐに両ローラの回転を停止させる。そして、挟み込んだ転写紙Ｐを２次転写ニップ内で中間転写ベルト６上の４色重ね合わせトナー像に同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、転写紙Ｐを２次転写ニップに向けて送り出す。２次転写ニップで転写紙に密着された中間転写ベルト６上の４色重ね合わせトナー像は、２次転写電界やニップ圧の作用によって転写紙上に一括２次転写され、転写紙の白色と相まってフルカラートナー像となる。このようにして表面にフルカラートナー像が形成された転写紙Ｐは、２次転写ニップを通過すると、２次転写ローラ１０や中間転写ベルト６から曲率分離する。

２次転写対向ローラ１１には、図示しない２次転写バイアス電源から出力された２次転写バイアスが印加されている。これにより、２次転写対向ローラ１１と２次転写ローラ１０との間では、中間転写ベルト６上のトナーが２次転写対向ローラ１１側から２次転写ローラ１０側に静電移動して、転写紙Ｐに一括して２次転写される。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト６には、転写紙に転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、中間転写ベルト６のおもて面に当接しているベルトクリーニング装置１８によって中間転写ベルト６の表面が除去されてクリーニングされる。

２次転写ニップの図中右側方には、定着装置１３が配設されている。この定着装置１３では、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラと、これに所定の圧力で当接しながら回転する加圧ローラとにより、定着ニップが形成されている。定着装置１３内に送り込まれた転写紙は、その未定着トナー像担持面が定着ローラに密着する姿勢で、定着ニップに挟まれる。そして、加熱や加圧の影響によってトナー像中のトナーが軟化されて、フルカラー画像が転写紙上に定着される。定着装置１３内から排出された転写紙は、定着後搬送路を経由した後、機外へと排出される。

本実施形態の画像形成装置において、モノクロ画像を形成する場合には、転写ユニットにおけるＹ，Ｃ，Ｍ用の１次転写ローラ５Ｙ，Ｃ，Ｍを支持している図示しない支持板を移動させて、１次転写ローラ５Ｙ，Ｃ，Ｍを、感光体１Ｙ，Ｃ，Ｍから遠ざける。これにより、中間転写ベルト６のおもて面を感光体１Ｙ，Ｃ，Ｍから引き離して、中間転写ベルト６をＫ用の感光体１Ｋだけに当接させる。この状態で、４つの画像形成ユニットのうち、Ｋ用の画像形成ユニットだけを駆動して、Ｋトナー像を感光体１Ｋ上に形成する。

図２は、本実施形態に係る画像形成装置の制御系の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態の画像形成装置は、入出力部１１０、制御手段としてのプリンタコントローラ１２０、プリンタ部１３０、スキャナコントローラ１４０、スキャナ部１５０及びホストＩ／Ｆ１６０を備えている。これらはバス１７０を介して互いに通信可能に接続されている。ここで、プリンタコントローラ１２０及びスキャナコントローラ１４０はそれぞれ、例えば、制御プログラムを読み込んで実行可能なＣＰＵ、ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリなどで構成することができる。

プリンタコントローラ１２０は、Ｉ／Ｆ１２１、階調画像データ記憶手段及びディザ設定データ記憶手段としてのメモリ部１２２、データ生成部１２３、階調段差範囲特定手段及びディザマトリクス変更手段としての階調補正演算部１２４等を備えている。また、プリンタコントローラ１２０は、Ｉ／Ｆ１２１によりバス１７０に接続されている。Ｉ／Ｆ１２１は、プリンタコントローラ１２０と、プリンタ部１３０、入出力部１１０、スキャナコントローラ１４０、スキャナ部１５０及びホストＩ／Ｆ１６０とを接続するインターフェイスである。そして、Ｉ／Ｆ１２１は、これらの各部との間でバス１７０を介して各種信号およびデータの送受信を行う。具体的には、Ｉ／Ｆ１２１は、プリンタ部１３０の画像形成制御やプリンタ部１３０への画像形成データ（印刷データ）の転送、スキャナコントローラ１４０を介してスキャナ部１５０の読み取り制御や読み取りデータの受信等を行う。また、入出力部１１０の表示内容の制御、入力データの取得、ホストＩ／Ｆ１６０を介して外部装置からの画像データの受信や、画像形成装置１００自体の状態の外部装置への通知等を行う。ホストＩ／Ｆ１６０には、例えば、有線または無線のＬＡＮ等のネットワーク、シリアル通信線、ＵＳＢ信号線等の通信線が接続され、その通信線によって外部装置等と接続されている。

メモリ部１２２は、例えばＲＡＭやＲＯＭ等で構成され、画像形成装置１００の基本プログラムや制御コード、フォントデータ、ディザデータ、γテーブル等の階調補正処理を実行する際に必要な各種パラメータが格納される。さらに、メモリ部１２２には、出力画像の各画素に設定可能な複数の画素濃度レベル値と画素の濃度の制御に用いられる濃度制御設定値（露光制御ＰＷＭ値）との対応関係を示す画素濃度レベル設定データ等が格納される。また、メモリ部１２２には、階調補正用画像としての階調段差補正用の第１の画像パターンのデータ及び第２の画像パターンのデータが格納される。この階調段差補正用の画像パターンは、全階調中においてスジ状の濃淡ムラである階調段差が生じている階調範囲を抽出することが可能な画像パターン、または、画素濃度レベルと画像特性との関係が把握可能な画像パターンである。

データ生成部１２３は、ホストＩ／Ｆ１６０を介して外部装置から受け取った画像形成データに基づいてプリンタ部１３０へ転送するデータの制御コード変換、入出力部１１０の操作画面の表示や設定等の処理を行う。また、データ生成部１２３は、必要に応じてメモリ部１２２等の各種画像パラメータやフォントデータ等を参照する。

階調補正演算部１２４は、本実施形態における階調補正処理に用いる各種処理を行う。例えば、階調補正演算部１２４は、階調と明度等の色特性との関係を狙い通りのプロファイルにするための階調補正処理を行う。また、階調補正演算部１２４は、階調補正用画像としての階調段差補正用の画像パターンの生成、階調段差補正用の画像特性の測定データの処理、全階調中における階調段差の修正要否判定処理、修正対象のディザマトリクスの決定、ディザマトリクスの修正等を行う。階調補正演算部１２４で修正したディザマトリクスのデータは、メモリ部１２２に保存され、必要に応じてメモリ部１２２から読み出して使用することができる。

スキャナコントローラ１４０は、Ｉ／Ｆ１４１、メモリ部１４２、読込データ生成部１４３および色変換部１４４等を備えており、Ｉ／Ｆ１４１によりバス１７０に接続されている。Ｉ／Ｆ１４１は、スキャナコントローラ１４０とスキャナ部１５０、入出力部１１０、プリンタ部１３０、およびホストＩ／Ｆ１６０を接続するインターフェイスであり、これら各部との間でバス１７０を介して信号およびデータの授受を行う。具体的には、Ｉ／Ｆ１４１は、スキャナ部１５０のスキャン制御やスキャナ部１５０からの読み取りデータの受信等を行う。また、Ｉ／Ｆ１４１は、入出力部１１０の表示内容の制御、入力データの取得、ホストＩ／Ｆ１６０を介した外部装置への画像データ送信や画像形成装置１００の状態の外部装置への通知等を行う。

読込データ生成部１４３は、スキャナ部１５０で読み取られたＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の光三原色の測色値に基づいて、ＴＩＦＦやＪＰＥＧ等の形式のデジタル画像を生成する。読み込みデータ生成部１４３は、生成したデジタル画像を、ホストＩ／Ｆ１６０を介して外部装置に送信する。また、読み込みデータ生成部１４３は、読み取りデータが階調補正用画像としての階調段差補正用の第１、第２の画像パターンを読み込んだデータであるときには、この読み取りデータをプリンタコントローラ１２０に転送する。

色変換部１４４は、スキャナ部１５０が読み込んだＲＧＢの光三原色のデータ値をＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の色三原色およびＫ（ブラック）色のデータ等に変換する色変換処理を行う。そして、この色変換処理を、スキャナ部１５０が読み込んだ画像の読込データの生成や、階調段差補正用の第１、第２の画像パターンの読込値の変換において実行する。

プリンタ部１３０は、Ｉ／Ｆ１３１およびプリント制御部１３２等を備えている。そして、プリント制御部１３２の制御下で、Ｉ／Ｆ１３１を介してプリンタコントローラ１２０から受け取った出力対象の画像の画像形成データ（印刷データ）およびプリント制御コマンドに基づいて、転写紙に三原色による画像形成処理を行う。

スキャナ部１５０は、画像読み取り手段として機能し、Ｉ／Ｆ１５１およびスキャン制御部１５２等を備えている。そして、Ｉ／Ｆ１５１を介してスキャナコントローラ１４０から入力されるスキャナコマンドに基づいて、原稿読み取りガラスにセットされた原稿を、主走査および副走査して、ＣＣＤ等の光電変換素子で光電変換する。このようにして、原稿の画像をＲＧＢの光三原色の読み取り値として取得する。

本実施形態において、スキャナコントローラ１４０及びスキャナ部１５０は、プリンタ部１３０で形成された画像の画像特性を測定する画像特性測定手段としても機能する。

入出力部１１０は、Ｉ／Ｆ１１１、入力部１１２および出力部１１３等を備えており、Ｉ／Ｆ１１１は、バス１７０を介してプリンタコントローラ１２０およびスキャナコントローラ１４０と信号およびデータの授受を行う。

入力部１１２は、例えば、テンキーや専用の操作キー、タッチパネル等であり、ユーザの入力操作内容を取得してＩ／Ｆ１１１を介してプリンタコントローラ１２０やスキャナコントローラ１４０に出力する。この入力部１１２は、階調段差補正モードを操作者が実施する際にも使用される。

出力部１１３は、ＬＣＤやＬＥＤ等が用いられ、ＬＣＤには、上記入力部１１２として機能するタッチパネルが重ね合わされて配設されている。出力部１１３は、プリンタコントローラ１２０やスキャナコントローラ１４０等からの情報を表示する。

ホストＩ／Ｆ１６０は、外部装置からの画像形成要求（印刷要求）、画像データ（印刷データ）およびマシン情報等の送受信を行う。

上記構成の制御系において、プリンタコントローラ１２０及びプリンタ部１３０は、多階調画像形成手段及び階調補正用画像形成手段としての機能も有している。例えば、プリンタコントローラ１２０は、プリンタ部１３０を介して、メモリ部１２２に記憶された階調補正用画像のデータに基づいて作像エンジン部１０１により階調補正用画像を形成するように制御する。更に、プリンタコントローラ１２０は、作像エンジン部１０１で形成された階調補正用画像の画像特性を、スキャナコントローラ１４０及びスキャナ部１５０により測定するように制御する。また、プリンタコントローラ１２０は、階調補正用画像の測定データに基づいて、階調特性上でスジ状の濃淡ムラが生じている階調範囲を特定する。また、プリンタコントローラ１２０は、その特定された階調範囲で用いられるディザマトリクスについて、そのディザマトリクスに含まれる互いに画素濃度レベル値が異なる複数種類の画素の個数配分を変更する。

次に、本実施形態に係る画像形成装置における多階調画像上の階調段差の判定について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置で用いる多値ディザ法では、ディザマトリクスを構成する各画素に設定される画素濃度レベル値の数（段階数）として、４段階（２[ｂｉｔ]）又は１６段階（４[ｂｉｔ]）が用いられることが多い。本実施形態では、１２行×１６列の画素からなるディザマトリクスにおいて各画素に１６段階（４[ｂｉｔ]）の画素濃度レベル値を設定する場合について説明する。また、前述のスジ状の濃淡ムラとして視認される階調段差は画像形成装置の基本色（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）いずれにおいても発生する可能性があるが、本実施形態ではＣ（シアン）色のトナー像において階調段差が発生した場合について説明する。

図３は、本実施形態の画像形成装置で用いられる全階調それぞれに対応する複数種類の階調画像部を含む階調段差補正用の第１の画像パターンとしてのグラデーション画像におけるスジ状の濃淡ムラである階調段差の一例を示す説明図である。このグラデーション画像は、多値４[ｂｉｔ]の画素濃度レベル値を有する画素を用いてディザマトリクスを構成した多値ディザ法により形成された、階調値が０〜２５５まで連続的に変化するシアン（Ｃ）色のグラデーション画像の例である。図中のグラデーション画像の下方に記載した数値は階調値である。グラデーション画像では明度が滑らかに変化していることが理想であるが、図３に示すグラデーション画像では、隣接する両隣の領域よりも濃く見えるスジ状の濃淡ムラである階調段差が、図中Ａ，Ｂ及びＣで示す３ヶ所の階調値のところで視認される。

一般に、画像形成装置では、入力画像の各部の階調値が互いに同じであっても、個体差や経時変化により、出力される画像の明度が異なってしまう。そこで、狙いの「階調と明度との関係」を実現・維持するために、通常、所定のタイミングで後述の階調補正を実施する。

通常の階調補正では、全階調（階調値：０〜２５５）からいくつかの階調値を選び、その選択した複数の階調値によるパッチ画像を並べた画像パターンからなる階調補正用画像を出力する。出力した階調補正用画像の各パッチ画像の明度（画像濃度）の測定データと元データの階調値とを照合する。そして、階調値と出力画像の明度（画像濃度）との関係が狙いの関係からずれていれば、画像出力時の階調値を変更する。例えば、画像データの階調値１００に対する狙いの明度が８０であるのに対して、測定した明度が８５であった場合、画像データで階調値１００の部分は、明度８０で出力されるであろう階調値１１０に変更する。この階調値の変更量は、階調補正用画像に用いた各階調値と出力画像の測定データとの関係から補間して求められる。しかし、前述の図３のグラデーション画像は、階調補正を解除し、階調補正を実施しない状態で、画像データの階調値に対応するディザ設定データをそのまま出力している。解消の対象とする階調段差が、微小な階調範囲（階調領域）での明度変化であるため、上記通常の階調補正を実施しても解消されるものではなく、階調段差が生じる位置（階調値）がずれるだけである。このため、階調段差が如何なるディザ設定データで生じているかを把握するためにも、各階調値で用いているディザ設定データを知る必要がある。

図４は、図３のグラデーション画像の階調値に対する明度Ｌ＊の変化を測定したグラフである。図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、図４のグラフにおける領域Ａ，Ｂ，Ｃの部分拡大図である。図３のグラデーション画像は、横方向に階調値が変化するが、縦方向は全て同じ階調値である。また、横方向も階調値が０〜２５５の計２５６階調であるので、例えば画像の横幅が２５６[ｍｍ]であれば、横方向１［ｍｍ］は同じ階調値となっている。図４及び図５のグラフは、同じ階調値の範囲で複数箇所の明度を測定し、その複数の測定値を平均化した値を用いて作成している。

図４のグラフでは、階調値が１００、１４５、２１０あたりの領域に、他の領域とは明度変化の様子が異なるデータ変化の形状（凹形状）が見られる。これらの３つの領域の階調値は、図３のグラデーション画像で「濃いスジ状の濃淡ムラ」として視認される階調段差が生じている階調値とほぼ一致している。図４のグラフでは、階調値が大きくなるにつれて明度が下がっているが、明度の下がり具合が他の部分に比べて大きい部分で、グラデーション画像での濃いスジ状の濃淡ムラである階調段差が生じている。

また、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、図４の階調段差が発生している部分を拡大して詳細に確認すると、階調値の小さい方から１番目の階調段差では９３〜１０３の階調値の範囲（階調範囲）で他の部分よりも明度変化が大きい。同様に、２番目の階調段差は１４２〜１５４の階調値の範囲（階調範囲）で生じ、３番目の階調段差は２０４〜２１７の階調値の範囲（階調範囲）で生じている。図３のグラデーション画像では、上記３箇所の階調値の範囲それぞれで「濃いスジ状の濃淡ムラ」として視認される階調段差が生じている。

本実施形態に係る画像形成装置では、階調補正用画像としての階調段差補正用の第１の画像パターンとして、図３に示す階調画像パターンの画像データをメモリ部１２２に格納しており、必要に応じて、転写紙などの記録媒体上に出力することができる。そして、記録媒体上に出力された階調段差補正用の画像パターンをスキャナ部１５０で読み取り、画像処理によりその画像特性を測定し、図４に示すグラフのデータを取得する。図４のグラフは、画像特性として明度を求めたグラフである。ここで、画像特性の測定は、本実施形態に係る画像形成装置のようにスキャナを備えていればそのスキャナにより読み取り、ＲＧＢデータから明度に換算する。画像形成装置がスキャナを備えていなければ、画像形成装置に専用に設けた画像センサなどや、画像形成装置とは別体の測定器により画像特性を測定してもよい。

図４に示すグラフのデータから、さらに、階調段差を判定しやすくするために、図４の階調値−明度Ｌ＊のデータから、図６に示すグラフのようなデータを得ることができる。図６の縦軸の値ΔＬ＊は、着目している階調において、当該階調の明度と、当該階調よりも５階調だけ高い階調の明度及び当該階調よりも５階調だけ低い階調の明度の平均値との差を算出した階調値に対する明度の変化量（以下「明度変化量」という。）である。すなわち、任意の階調ｎにおける明度変化量ΔＬ＊は、次の式（１）で求めることができる。
階調ｎの明度変化量ΔＬ＊＝（階調ｎの明度）−〔（階調ｎ−５の明度）＋（階調ｎ＋５の明度）〕／２・・・式（１）

図６からわかるように、１番目の階調段差が発生している階調範囲（図中のＡの範囲）では、階調値９３〜９８の階調範囲の明度変化量ΔＬ＊が、他の階調範囲の平均的な明度変化量よりもマイナス側に連続して大きくなっている。つまり、階調値９３〜９８の階調範囲における明度の低下量が、他の階調範囲での平均的な明度の低下量よりも大きくなっている。また、その低階調側に隣接する階調値９８〜１０３の階調範囲では、明度変化量ΔＬ＊が次第にプラス側に大きくなっている。つまり、階調値９８〜１０３の階調範囲では、その直前の階調値９３〜９８の階調範囲で明度が大きく低下した分、他の階調範囲での平均的な明度の低下量よりも小さくなっている。同様に、２番目の階調段差が発生している階調範囲（図中のＢの範囲）では、階調値１４２〜１４６の階調範囲の明度変化量ΔＬ＊が他の階調範囲の平均的な階調変化量よりも大きくなっている。また、３番目の階調段差が発生している階調範囲（図中のＣの範囲）では、階調値２０４〜２０９の階調範囲の明度変化量ΔＬ＊が他の階調範囲の平均的な階調変化量よりも大きくなっている。以上示したように、図６の明度変化量のデータに基づき、明度変化量ΔＬ＊が連続してマイナス側又はプラス側に大きくなっている階調範囲（明度Ｌ＊が連続して１方向に変化している階調範囲）により、スジ状の濃淡ムラである階調段差を判定することができる。また、その階調範囲における明度変化量の最大値と最小値との差などにより、スジ状の濃淡ムラである階調段差を判定することができる。

次に、本実施形態の画像形成装置において多値ディザ法により多階調画像を形成するときのディザマトリクスを構成する画素に設定する画素濃度レベル値の補正について説明する。なお、以下の例では、１画素あたり画像濃度レベルを１６レベル（４[ｂｉｔ]）で表現したＣ色の多階調画像を形成する場合について説明する。なお、１画素あたり画像濃度レベルが１６レベル以外の場合やＣ色以外の色の多階調画像についても同様であるので、説明を省略する。

本例では、１画素の画素濃度レベル値は０〜１５の１６レベル（４[ｂｉｔ]）の範囲で設定可能である。この１画素の画素濃度レベル値は、書込みレーザー光３Ｃ（図１参照）の点灯時間を制御するための濃度レベル制御値としての露光制御ＰＷＭ値によって設定することができる。すなわち、露光制御ＰＷＭ値を変更することにより、１画素の画素濃度レベル値を０〜１５の範囲内で変更することができる。露光制御ＰＷＭ値は、６[ｂｉｔ]の６４段階（０〜６３）で設定することができる。例えば、ある画素に対する露光制御ＰＷＭ値が最小値「０」の場合は、その画素に対する画素クロックの１周期においてレーザーダイオードを点灯しないよう制御される。一方、露光制御ＰＷＭ値が最大値「６３」の場合は、画素クロックの１周期においてレーザーダイオードを全点灯させるように制御される。

図７は、補正前の画素濃度レベル値と露光制御ＰＷＭ値との関係を示すグラフである。また、表１は、補正前の画素濃度レベル値の設定データの数値例を示す一覧表である。なお、表１の「Δ」の欄は、各画素濃度レベル値における露光制御ＰＷＭ値の変化量Δ（一つ前の画素濃度レベル値における露光制御ＰＷＭ値からの増分）である。

ここで、露光制御ＰＷＭ値の変化と画素濃度レベル値の変化とは必ずしも線形な関係ではない。特に、画素濃度レベル値が０から１まで変化する場合の濃度変化は少ない。このため、画素濃度レベル値の０から１への変化に対する露光制御ＰＷＭ値の変化量Δを８として、以降は画素濃度レベル値が１上がるごとに、露光制御ＰＷＭ値が４ずつ増えるように（変化量Δ＝４）、露光制御ＰＷＭ値を設定している。

図８（ａ）〜（ｃ）は本実施形態の画像形成装置における多階調画像形成で用いるディザマトリクス（「閾値マトリクス」ともいう。）を用いた多値ディザ法により出力対象画像の各画素における画素濃度レベル値を設定していく手順の一例を示す説明図である。図８（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、全体が同じ画像パターンからなる出力対象画像の一部分をマトリクス状に表示したものであり、その画素数は、ディザマトリクスと同じ１９２（＝１６×１２）個である。図中１つのマスが１つの画素を表している。ここで、例えば画像形成装置の出力画像の解像度が６００［ｄｐｉ］であれば、この画素の１辺は約４２［μｍ］である。また、図８（ａ）〜（ｃ）中の各画素（マス）の中に記載されている数字は、各画素に設定されている画素濃度レベル値を表している。なお、図８はディザマトリクスを表すものではない。

図８の例では、出力対象画像の全体を有色（例えばＣ色）の画素で埋めていく処理が、４つのステップ１〜４に分けられている。
ステップ１が終了した図８（ａ）では、出力対象画像を構成する全画素のうち画素濃度レベル値が１５となっている画素（以下「＃１５画素」という。）以外の画素は、画素濃度レベル値が０のままである。階調値が１の場合は、図８（ａ）の＃１５画素に画素濃度レベル値として１が設定され、階調値が１から上がるに従って、当該画素の画素濃度レベル値を１から上げていく。ステップ１の最後ではＣ色の＃１５画素でラインが形成され、出力対象画像の全画素の４分の１が＃１５画素となっている。

ステップ２では、ステップ１で形成した♯１５画素からなる１本目のラインの隣に有色画素（Ｃ色画素）からなる２本目のラインを形成し、その有色画素の画素濃度レベル値を１から徐々に大きい値に置き換えていく。そして、ステップ２の最後には、図８（ｂ）に示すように２本目のラインを構成する有色画素のすべてが♯１５画素に置き換わり、出力対象画像の全画素の２分の１がＣ色の♯１５画素となっている。

ステップ３では、ステップ２で形成した♯１５画素からなる２本目のラインの隣に有色画素（Ｃ色画素）からなる３本目のラインを形成し、その有色画素の画素濃度レベル値を１から徐々に大きい値に置き換えていく。そして、ステップ３の最後には、図８（ｃ）に示すように３本目のラインを構成する有色画素のすべてが♯１５画素に置き換わり、出力対象画像の全画素の４分の３がＣ色の♯１５画素となっている。

最後のステップ４は図示しないが、出力対象画像の全画素が♯１５画素となった状態で、それが階調値が２５５の状態である。以上のような多値ディザ法によりＣ色の全２５６段階の階調を表現している。

図９（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、４ビットの多値ディザ法で用いられるディザマトリクスの一例を示す説明図である。ここで、ディザマトリクス（閾値マトリクス）は、各画素濃度レベル値ごとに設けられ、各画素濃度レベル値の配置、個数などを決める閾値が設定されたマトリクスである。各画素濃度レベル値のディザマトリクスは、その画素濃度レベル値が大きい順番に、入力画像（画像形成対象の画像）の階調値とが比較される。そして、例えば、ある画素濃度レベル値のディザマトリクス中の各画素の閾値と、入力画像（画像形成対象の画像）の階調値とが比較され、階調値が閾値よりも大きい画素について当該画素濃度レベル値が設定される。また、以下の説明において、画素濃度レベル値の数値の前には「＃」を付して表す。例えば、数値が１、１２、１３、１５の各画素濃度レベル値はそれぞれ「♯１」、「♯１２」、「♯１３」、「♯１５」と表す。また、任意の数値ｎの画素濃度レベル値「＃ｎ」が設定される画素については「＃ｎ画素」と表す。例えば、♯１、♯１２、♯１３、♯１５が設定される画素はそれぞれ、「♯１画素」、「♯１２画素」、「♯１３画素」、「♯１５画素」と表す。

４ビットの多値ディザ法の場合、各画素濃度レベル値の画素の配置、個数などを決めるディザマトリクスは１５枚存在する。図９（ａ）〜（ｄ）に本実施形態の多値（４［ｂｉｔ］）ディザ法における１５枚のディザマトリクスのうち、♯１、♯１２、♯１３、♯１５に対する４枚のディザマトリクスを示している。これらのディザマトリクスを用いて多値ディザ処理を行った場合、出力対象画像の各画素における画素濃度レベル値は、例えば次の図１０に示すように設定される。

図１０（ａ）は、多値ディザ処理前の画像データが全て階調値１４５（全２５６階調中）の画像を多値ディザ処理した場合の出力対象画像の一例を示す説明図である。また、図１０（ｂ）は、階調値１４６の画像を多値ディザ処理した場合の出力対象画像の一例を示す説明図である。

図１０（ａ）に示す階調値１４５の出力対象画像では、ステップ１で画素濃度レベル値が♯１５になった画素が４８個あり、♯１５の画素が形成するラインの隣に、♯１２及び♯１３の画素が合わせて４８個混在している。また、図１０（ｂ）に示す階調値１４６の出力対象画像では、♯１２の画素が殆ど♯１３の画素に変わっている。このように画像の階調値の変化により、各画素濃度レベル値の画素の構成（個数及び配置）が変わるようになっている。

図１１は、ディザ処理後の階調値と各画素濃度レベル値の画素の個数との関係を示すディザ設定データが格納されたディザ設定テーブルの一例の説明図である。この図１１のディザ設定テーブルは、図４及び図５に示す３つの階調段差のうち図中矢印Ｂで示す２番目の階調段差が生じている階調値１４２〜１５４の階調範囲についてディザ設定データが格納されている。図１１では、ステップ２,３で変化が生じる画素濃度レベル値の画素しか図示しておらず、ステップ１で♯１５となった４８個の画素は省略している。また、図１１において、図１０（ａ）に示す階調値１４５は、ステップ１の画素濃度レベル値♯１５：４８個（不図示）、♯１２：２０個、♯１３：２８個の画素で構成されている。また、１階調上がった階調値１４６は、ステップ１の画素濃度レベル値♯１５：４８個（不図示）、♯１２：４個、♯１３：４４個の画素で構成されている。

以上示したディザマトリクス（閾値マトリクス）を用いた多値ディザ法で処理した多階調画像を構成する各画素の画素濃度レベル値の設定について本発明者らが鋭意検討した結果、次のことがわかった。
画素に２［ｂｉｔ］以上の画素濃度レベル値を設定して２５６階調の画像を表現しようとすると、ディザマトリクスのサイズも大きくなり、同じ濃度レベル値の画素がディザマトリクスの中に複数存在するようになる。そして、２５６階調中のある階調値の画像濃度（明度）は、主に異なる画素濃度レベル値の画素がそれぞれ何個ずつの配分となっているかによって決まる。従って、互いに異なる画素濃度レベル値の複数の画素の個数配分を適正に決めることが重要になってくる。この各画素濃度レベル値の画素の配分が適正でないと、２５６階調中の数階調から十数階調の範囲で階調段差が生じる場合があることがわかった。また、画素の配置等の位置関係も階調段差に影響する場合があることもわかった。

前述の図５のグラフより、図中Ｂで示す２番目の階調段差で明度低下の大きくなっている階調範囲は階調値が１４２〜１４６であると判定できた。そして、図１１のディザ設定テーブルと照合すると、その階調範囲では、画素濃度レベル値が♯１３の画素が０→１２→２８→４４と増えている階調値の範囲であることが分かった。従って、この階調範囲での画素濃度レベル値が♯１３の画素の増加量を少なくなるようにすれば、明度の低下量が少なくなり、階調段差を低減することができることに着目した。

図１２は、本発明者らが検討した結果に基づいて、図１１に示した階調値と各画素濃度レベル値の画素の個数との関係において画素濃度レベル値の画素の配分を補正したディザ設定データを有するディザ設定テーブルの一例を示す説明図である。図１２では、階調値の増加に伴って、画素濃度レベル値♯１３の画素が０→８→１６→２４→３２→４４→４８と緩やかに増えるようにしている。これは、元の階調値１４６の画素の構成を階調値１４８の画素の構成にずらすなど、元々ある画素の構成をずらしたり、その間の階調値での画素数を中間の個数に補間して設定したりする程度の変更である。このように画素濃度レベル値別の画素の個数配分を変更して導出したディザ設定テーブルにより、階調段差の要因となっている画層濃度レベル値♯１３の画素の増え方が緩やかになり、図１１のディザ設定テーブルを用いる場合に比して、階調段差が低減される。

ディザ設定テーブルを図１１から図１２のように変更するには、画素濃度レベル値が♯１２、♯１３、♯１４、♯１５、♯１のディザマトリクスを変更することになる。例えば、前述の図９（ｂ）に示す画素濃度レベル値が♯１３のディザマトリクスの場合、１４３、１４４、１４５、１４６の値が設定されている画素を、１４３〜１４８の画素となるように変更する。変更後の＃１３のディザマトリクス上における各数値（１４３〜１４８）の個数は、図１２の♯１３画素の個数の階調値間の差分となる。例えば図１２のようにするには、画素濃度レベル値が♯１３のディザマトリクス上で、１４３の画素が８個、１４４の画素が８個、１４５画素が８個、１４６画素が８個、１４７の画素が１２個、１４８の画素が４個、合計４８個の配分とする。

以上の図１１及び図１２の説明では、図４，５中の矢印Ｂで示した２番目の階調段差の低減についてのみ説明したが、１番目及び３番目の階調段差についても同様の手順でディザ設定データの変更及びディザマトリクスの変更を行う。これにより、１番目及び３番目の階調段差についても低減することができる。

なお、本実施形態に係る画像形成装置では、図１２に示した変更後のディザ設定データもメモリ部１２２に格納している。そして、図５に示すグラフのデータから判定した階調段差が発生した階調範囲と、その階調段差の要因となっている画素濃度レベル値とから、ディザ設定データの変更及びディザマトリクスの修正を行う。

図１３は、互いに階調値が異なる複数種類の階調画像部を含む階調補正用画像としての階調段差補正用の第２の画像パターンの一例を示す図である。図１３に示す画像パターンでは、用いるディザ設定データのステップ数に応じて４列（Ａ列〜Ｄ列）、各列に画素濃度レベル値の数に応じた１６個のパッチ画像が並べてある。Ａ列（ステップ１）の画像濃度レベル値が「０」のパッチ画像は有色の画素は無く、転写紙など記録媒体の地肌のままである。また、Ｂ列、Ｃ列及びＤ列それぞれの画像濃度レベル値が「０」のパッチ画像は、その前の列（図中左側の列）の画素濃度レベル値が「１５」（最大濃度レベル）のパッチ画像と同じである。例えば、Ｂ列の画像濃度レベル値が「０」のパッチは、Ａ列の画素濃度レベル値が「１５」のパッチ画像と同じである。

図１４は、図１３中のＡ列（ステップ１）における４つの画素濃度レベル値（１５、１４、２、１）それぞれに対する階調画像部としてのパッチ画像の画素構成の一部を詳細に示す説明図である。ここで、パッチ画像中の数字が付されているマス目は画素を表し、そのマス目中の数字は画素の濃度レベルを表している。例えば、「０」は紙白（地肌）の最小濃度レベルを表し、「１５」は最大濃度レベルを表している。図１４において、Ａ列のパッチ画像は、用いるディザ設定データのステップ１で画素濃度レベル値を徐々にではなく、一斉に入れ替えた画素構成になっている。

また、図１５は、図１３中のＣ列（ステップ３）における４つの画素濃度レベル値（１４、１３、２、１）に対する階調画像部としてのパッチ画像の画素構成の一部を詳細に示す図である。図１５においても、パッチ画像中の数字が付されているマス目は画素を表し、そのマス目中の数字は画素の濃度レベルを表している。Ｃ列のパッチ画像は、用いるディザ設定データのステップ３で画素濃度レベル値を一斉に入れ替えた構成にしている。また、ステップ１及びステップ２で画素濃度レベル値を上げていった画素は最終の画素濃度レベル値である♯１５で固定している。また同様に、Ｂ列（ステップ２）及びＤ列（ステップ４）についても、その前のステップで画素濃度レベル値を上げた画素は画素濃度レベル値を♯１５に固定している。画素濃度レベル値を変える画素については、画素濃度レベル値を一斉に入れ替えた画素構成のパッチ画像を配置している。

図１３〜１５に示した階調補正用画像は、スクリーン角、線数などのディザ設定の構成は、多値ディザ処理で用いるディザ設定テーブルのままとした。本来であれば階調数を稼ぐために、各ステップで画素濃度レベル値を徐々に入れ替えていくところを、一斉に入れ替えることで、用いるディザ設定テーブルにおける“画素濃度レベル値による明度変化”を把握することを狙っているものである。すなわち、図１３〜１５に示した階調補正用画像は、互いに階調値が異なる複数種類の階調画像部を含む。そして、その複数種類の階調画像部はそれぞれ、最大画素濃度レベル値（１５）が設定される第１の画素としての＃１５画素と、最小画素濃度レベル値（０）が設定される第２の画素として＃０画素とを含んでいる。そして、上記複数種類の階調画像部はそれぞれ、＃１５画素と、＃０画素と、最大画素濃度レベル値と最小画素濃度レベル値との間の画素濃度レベル値が設定される第３の画素としての＃１画素〜＃１４画素のいずれか一種類の画素によって構成されている。ここで、前記第３の画素（＃１画素〜＃１４画素）は、その画素を含む階調画像部内では同一の画素濃度レベル値が設定され、前記複数種類の階調画像部間では画素濃度レベル値が１レベルずつずらして設定されている。

なお、本実施形態に係る画像形成装置では、階調段差補正用の第２の画像パターンとして、図１３に示す画像パターンの画像データをメモリ部１２２に格納しており、必要に応じて、転写紙などの記録媒体上に出力することができる。

図１６は、図１３に示す階調段差補正用の第２の画像パターンを転写紙などの記録媒体に出力し、その出力画像の画像特性を測定した結果を示すグラフである。画像特性の測定は、上述した図５のグラフのデータを得た場合と同様である。つまり、各パッチ画像の明度を測定し、各ステップで画像濃度レベル値が「０」のパッチ画像からの差分ΔＬ＊を求めている。表２は図１６に示すグラフの元の数値を示したものである。

図１６及び表２に示すように、各ステップごとに、画素濃度レベル値の明度変化への影響が異なっていることが分かる。ステップが上がり、既存の画素濃度レベル値が♯１５の画素が多いほど、画素濃度レベル値による明度変化が少なくなっている。また、ステップ２，３では、画素濃度レベル値が♯１２→♯１３での明度変化が他の場合に比べて大きくなっている。これが、図４〜６の矢印Ｂ及びＣで示した２番目、３番目の階調段差が生じている要因となっている。図１１及び図１２を用いて説明したように、図１６のデータからも、ステップ２，３では、画素濃度レベル値が♯１３の画素の増加量を少なくする必要があることが分かる。

本実施形態に係る画像形成装置では、図１３で示した階調段差補正用の第２の画像パターンの階調画像データをメモリ部１２２に格納し、必要に応じて、転写紙などの記録媒体上に出力し、出力した画像の明度変化を測定して図１６のグラフのデータを求めてもよい。この場合、ステップ毎に、各画素濃度レベル値のパッチ画像それぞれについて、その前の画素濃度レベル値のパッチ画像との明度差を求め、その明度差が所定量以上となっている画素濃度レベル値を階調段差の要因となると判定する。その後、ディザ設定テーブルにおいて、その画素濃度レベル値の個数とその前後の画素濃度レベル値の画素の個数について、階調段差の要因となる画素濃度レベル値の影響が少なくなるように画素の個数配分を決定し、ディザマトリクスを変更する。

図１７は、図１６のグラフのデータに基づいて階調段差を低減するディザ設定データを算出した結果を有するディザ設定テーブルの一例を示す説明図である。図１６のグラフのデータから階調段差の要因となる画素濃度レベル値を特定し、その特定した画素濃度レベル値を用いるディザマトリクスについてディザ設定データを変更することで階調段差を低減可能である。しかし、図１６のグラフのデータにおいて、他の部分よりも明度変化の大きくなっている画素濃度レベル値の画素を用いる階調範囲であっても階調段差が生じない場合もありえる。元々のディザ設定データで、その画素濃度レベル値の画素の増え方が緩やかになっている場合である。

そこで、本実施形態に係る画像形成装置では、図１１に示すディザ設定テーブルのように、ディザ処理後の階調値と画素濃度レベル値の画素数との関係を示す図１７ディザ設定データをメモリ部１２２に格納してもよい。この場合、メモリ部１２２に格納されたディザ設定データと、図１６に示すグラフのデータとを合わせて用いることで、より正確に階調段差を低減することができる。

図１６及び表２の各画素濃度レベル値による明度低下量は、本実施形態の場合、４８個の画素による効果であるので、４８で割ると、画素濃度レベル値の変化による“１画素当りの明度低下量”と考えられる。この１画素当りの明度低下量と、各階調値での画素濃度レベル値の画素数を掛け合わせることにより、その階調値での明度を算出することができる。具体的には、転写紙などの記録媒体（画像形成媒体）の明度を９４と仮に設定した場合、例えば、図１１の階調値１４５の明度は、次の式（２）で算出される（図１１及び表２を参照）。
階調値１４５の明度＝９４＋（ステップ１_♯１５の明度低下量）×４８＋（ステップ２_♯１２の明度低下量）×２０＋（ステップ２_♯１３の明度低下量）×２８
＝９４＋（−１８．２／４８）×４８＋（−１０．５／４８）×２０＋（−１２．１／４８）×２８
＝６４．３７・・・式（２）

上記式（２）のような計算を全２５６階調について行ない、階調値と明度との関係を求める。この計算による明度変化と、図４に示すグラフのような２５６階調の画像の測定による明度変化とを比較すると、絶対値の違いはあるが、階調段差となっている明度変化部分の形状も含め、階調に対する明度変化は同様になっている。従って、この計算による明度データについて、図４のグラフのデータから図６のグラフのデータを求めたのと同じ処理を行う。これにより、全階調（２５６階調）の画像を出力して画像特性を測定した場合と同様に、階調段差の生じている階調範囲、及びその階調段差の要因となっている画素濃度レベル値を判定することができる。

さらに、階調段差が生じている階調範囲についてディザ設定データを修正しようとする場合、前述の２番目の階調段差が生じている部分では、階調値１４２と階調値１５４との間の関係を所定の関係（例えば、線形の関係）にして上記修正を行ってもよい。つまり、階調値１４２と階調値１５４との２点間を補間して、各階調値における目標の明度を算出して設定することができる。具体的には、上記式（２）で算出された階調値１４５の明度（６４．３７）を目標明度の値に置き換える。そして、画素濃度レベル値が♯１２の画素数２０と♯１３の画素数２８とを未知数とし、その値を振って計算を繰り返せば、目標明度に最も近くなる画素濃度レベル値が♯１２と♯１３とのそれぞれの画素数の個数配分を算出することができる。このようにして求めた階調値１４２から階調値１５４の範囲のディザ設定が図１７に示す図である。図１７に示す画素濃度レベル値別の画素数の配分となるように、対象となるディザマトリクスを変更することで、階調段差を低減することが可能となる。

なお、上記階調段差を低減するためのディザ設定データの補正は、画像形成装置の操作者が各工程を実施するようにしてもよい。また、操作者が、画像形成装置のユーザーインターフェース画面等の入力手段で階調段差補正モードの実施を選択した後は、画像形成装置が自動で行うように構成することも可能である。

図１８は、図３に示した階調段差補正用の第１の画像パターンを用いた場合の階調段差の補正手順の一例を説明するためのフローチャートである。
図１８において、階調段差補正モードを開始すると、階調段差補正用の第１の画像パターンである全階調グラデーション画像（図３参照）からなる階調補正用画像が出力される（Ｓ１０１）。そして、出力された階調補正用画像をスキャナ等で読み込み、画像特性の測定を行う（Ｓ１０２）。次に、測定した画像特性のデータについてデータ処理を行い（Ｓ１０３）、修正すべき階調段差が有るか否かの判断を行う（Ｓ１０４）。ここで、修正すべき階調段差が無い場合には階調段差補正モードを終了する（Ｓ１０４でＮｏ）。一方、修正すべき階調段差がある場合（Ｓ１０４でＹｅｓ）、予め格納しているディザ設定データとの照合を行う（Ｓ１０５）。そして、修正対象となる階調範囲について画素濃度レベル値別の画素の個数配分の修正を行い（Ｓ１０６）、変更対象となる階調範囲で用いられるディザマトリクス中の閾値の修正を行う（Ｓ１０７）。階調段差が解消されていることを確認するために、上記Ｓ１０１のステップに戻り、再度、階調段差補正用の第１の画像パターンである全階調グラデーション画像からなる階調補正用画像を出力し、Ｓ１０２〜Ｓ１０４の処理を行う。

なお、上記Ｓ１０１，Ｓ１０２の処理を操作者が行う場合には、所定種類の転写紙等の記録媒体上に画像を形成させ、前述のスキャナ部１５０などの画像特性測定手段を用いて画像特性を測定する。画像形成装置が複写機や複合機であれば、その機器自体が備えているスキャナ部で転写紙などの記録媒体上の画像を測定できる。また、階調補正用画像としての階調段差補正用の画像パターンを転写紙などの記録媒体に転写する前に中間転写ベルト上に画像を形成する中間転写方式の画像形成装置の場合には、上記Ｓ１０１，Ｓ１０２の処理を自動的に行う構成とすることもできる。つまり、中間転写ベルトに対向させた光センサや撮像素子などの画像特性測定手段を設けておき、中間転写ベルト上に形成した階調補正用画像の画像特性を測定すれば、上記Ｓ１０１，Ｓ１０２の処理を自動化でき、操作者の手間を低減することができる。

図１９は、図１３に示した階調段差補正用の第２の画像パターンを用いた場合の階調段差の補正手順の一例を説明するためのフローチャートである。
図１９において、階調段差補正モードを開始すると、階調段差補正用の第２の画像パターンである画素濃度レベル値による画像特性変化確認用画像（図１３参照）からなる階調補正用画像が出力される（Ｓ２０１）。そして、出力された階調補正用画像を、前述のスキャナ部１５０等の画像特性測定手段で読み込み、画像特性の測定を行う（Ｓ２０２）。次に、測定した画像特性のデータに基づき、予め格納しているディザ設定データと合わせて全階調画像特性を算出する（Ｓ２０３）。そして、算出した全階調画像特性のデータについてデータ処理を行い（Ｓ２０４）、修正すべき階調段差が有るか否かの判断を行う（Ｓ２０５）。ここで、修正すべき階調段差が無い場合には階調段差補正モードを終了する（Ｓ２０５でＮｏ）。一方、修正すべき階調段差がある場合（Ｓ２０５でＹｅｓ）、修正対象となる階調の目標画像特性の設定を行う（Ｓ２０６）。そして、修正対象となる階調範囲について画素濃度レベル値別の画素の個数配分の修正を行い（Ｓ２０７）、変更対象となる階調範囲で用いられるディザマトリクス中の閾値の修正を行う（Ｓ２０８）。階調段差が解消されていることを確認するために上記ステップＳ２０１に戻り、再度階調段差補正用の第２の画像パターンである画素濃度レベル値による画像特性変化確認用画像からなる階調補正用画像を出力し、Ｓ２０２〜Ｓ２０５の処理を行う。

なお、以上の説明では、画像測定時の特性として明度Ｌ＊を用いていたが、色によっては、ＣＩＥ（国際照明委員会）が規定したＣＩＥ１９７６（Ｌ*ａ*ｂ*）表色系のＬ＊ａ＊ｂ＊を用いたり、色差ΔＥなどを用いたりしてもよい。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
多階調の入力画像の画像データに基づいて、複数の画素濃度レベル値を切り替えて設定可能な画素を用いて階調を表現する多値ディザ法により画像を形成する作像エンジン部１０１などの多階調画像形成手段を備えた画像形成装置１００であって、階調段差補正用の第１の画像パターンや第２の画像パターンなどの階調補正用画像のデータを記憶するメモリ部１２２などの階調補正用画像データ記憶手段と、前記多階調画像形成手段で形成された画像の画像特性を測定するスキャナ部１５０などの画像特性測定手段と、前記階調補正用画像データ記憶手段に記憶された階調補正用画像のデータに基づいて前記多階調画像形成手段により階調補正用画像を形成し、その階調補正用画像の画像特性を前記画像特性測定手段により測定し、階調補正用画像の測定データに基づいて、階調特性上で濃淡ムラが生じる階調範囲を特定し、その特定された階調範囲で用いられる画像濃度レベル値及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクス（閾値マトリクス）を変更するプリンタコントローラ１２０などの制御手段と、を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、多階調の入力画像の画像データに基づいて多値ディザ法により画像を形成する多階調画像形成手段により、階調補正用画像を形成する。この階調補正用画像の画像特性を測定した測定データに基づいて、階調特性上で濃淡ムラが生じる階調範囲を特定している。この特定された階調特性上で濃淡ムラが生じる階調範囲で用いられる画像濃度レベル値及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクスを変更する。このように変更されたディザマトリクスを用いることにより、上記階調範囲における濃淡ムラを解消できる。従って、上記階調範囲を含む多階調の入力画像の画像データに基づき多値ディザ法を用いて多階調の画像を形成するときの濃淡ムラを低減することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、前記制御手段は、前記特定された階調範囲で用いられる画像濃度レベル値及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクスについて、複数の画素濃度レベル値別の画素の個数配分を変えるように変更する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の画素濃度レベル値別の画素の個数配分を変えるというディザマトリクスの簡単な変更処理で、上記階調範囲における濃淡ムラを解消できる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、前記階調補正用画像は、当該画像形成装置で用いられる全階調それぞれに対応する複数種類の階調画像部を含む画像であり、ディザ処理後の階調値と各画素濃度レベル値の画素の数との対応関係を示すディザ設定データを記憶するメモリ部１２２などのディザ設定データ記憶手段を備え、前記制御手段は、前記階調補正用画像の測定データに基づいて特定された階調範囲と、前記ディザ設定データとに基づいて、変更対象の画素濃度レベル値のディザマトリクスを選択し、その選択したディザマトリックを変更する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記階調段差などの生じている階調範囲を正確に特定できるとともに、その階調範囲で階調段差の要因となっている画素の濃度レベル値を特定して修正対象の画素濃度レベル値のディザマトリクスを選択することができる。従って、前記階調範囲における濃淡ムラを確実に且つ効率的に低減することが可能となる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、前記階調補正用画像は、互いに階調値が異なる複数種類の階調画像部を含む画像であり、前記複数種類の階調画像部はそれぞれ、最大画素濃度レベル値が設定される＃１５画素などの第１の画素と、最小画素濃度レベル値が設定される＃０画素などの第２の画素と、最大画素濃度レベル値と最小画素濃度レベル値との間の画素濃度レベル値が設定される＃１画素〜＃１４画素などの第３の画素とによって構成され、前記第３の画素は、前記階調画像部それぞれの中では同一の画素濃度レベル値が設定され、前記複数種類の階調画像部間では画素濃度レベル値が１レベルずつずらして設定され、前記制御手段は、前記階調補正用画像の測定データに基づいて、画素濃度レベル値の変化に対する明度、濃度又は色特性の変化が他と所定量以上異なる画素濃度レベル値を階調段差の要因となる画素濃度レベル値と判定し、該画素濃度レベル値とその前後の画素濃度レベル値それぞれのディザマトリクスを変更する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、階調補正用画像において、最大画素濃度レベル値と最小画素濃度レベル値との間の画素濃度レベル値が設定される第３の画素は、階調画像部それぞれの中では同一の画素濃度レベル値が設定されている。また、この第３の画素は、複数種類の階調画像部間では画素濃度レベル値が１レベルずつずらして設定されている。この設定により、最大画素濃度レベル値が設定される第１の画素及び最小画素濃度レベル値が設定される第２の画素以外の第３の画素については、階調補正用画像内で、互いに異なる画素濃度レベル値の画素が混在することがない。従って、ディザマトリクスを用いた多値ディザ処理によって各画素濃度レベル値を設定していく過程すなわちディザの成長過程における画素濃度レベル値による明度変化、濃度変化又は色特性変化を容易に把握することができる。そして、この階調補正用画像の測定データに基づいて、画素濃度レベル値の変化に対する明度、濃度又は色特性の変化が他と所定量以上異なる画素濃度レベル値を階調段差の要因となる画素濃度レベル値と判定することができる。このように前記階調補正用画像の測定データに基づいて階調段差の要因となる画素濃度レベル値を特定することが容易になる。また、その階調段差の要因となる画素濃度レベル値を特定する処理は、最小の画素濃度レベル値（０レベル）を省いた画素濃度レベル値の数（画素濃度レベル値が４ビットの場合は１５個）の数倍の数の明度、濃度又は色特性を測定（又は演算）する程度の処理で済む。
（態様Ｅ）
上記態様Ｄにおいて、ディザ処理後の階調値と各画素濃度レベル値の画素の数との対応関係を示すディザ設定データを記憶するメモリ部１２２などのディザ設定データ記憶手段を備え、前記制御手段は、前記階調補正用画像の測定データに基づいて特定された階調範囲と、前記ディザ設定データとに基づいて、前記特定された階調範囲における画素濃度レベル値別の画素の数の配分を決定し、前記特定された階調範囲で用いられる画像濃度レベル値及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクスを変更する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、階調補正用画像の測定データに基づいて特定された階調範囲とディザ設定データとに基づいて、全階調にわたる明度変化（又はカラー画像の場合は色特性）を算出できる。この全階調にわたる明度変化（又はカラー画像の場合は色特性）に基づいて、前記濃淡ムラが生じている階調範囲を特定するとともに、その特定された階調範囲における画素濃度レベル値別の画素の数の配分を決定してディザマトリクスを変更できる。従って、全階調における濃淡ムラを確実に低減することができる。

１（１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｋ） 感光体
２Ｃ 帯電ローラ
３Ｃ 書込みレーザー光
４Ｃ 現像装置
５（５Ｙ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｋ） １次転写ローラ
６ 中間転写ベルト
７ 駆動ローラ
９ ベルトテンションローラ
１０ ２次転写ローラ
１１ ２次転写対向ローラ
１２ レジストローラ対
１３ 定着装置
１５ 転写紙搬送経路
１６Ｃ ドラムクリーニング装置
１８ ベルトクリーニング装置
１００ 画像形成装置
１２０ プリンタコントローラ
１２２ メモリ部
１２４ 階調補正演算部
１３０ プリンタ部
１４０ スキャナコントローラ
１５０ スキャナ部

特開平９−２４７４５３号公報

Claims (5)

1. 多階調の入力画像の画像データに基づいて、複数の画素濃度レベル値を切り替えて設定可能な画素を用いて階調を表現する多値ディザ法により画像を形成する多階調画像形成手段を備えた画像形成装置であって、
   階調補正用画像のデータを記憶する階調補正用画像データ記憶手段と、
   前記多階調画像形成手段で形成された画像の画像特性を測定する画像特性測定手段と、
   前記階調補正用画像データ記憶手段に記憶された階調補正用画像のデータに基づいて前記多階調画像形成手段により階調補正用画像を形成し、該階調補正用画像の画像特性を前記画像特性測定手段により測定し、該階調補正用画像の測定データに基づいて、階調特性上で濃淡ムラが生じる階調範囲を特定し、その特定された階調範囲で用いられる画像濃度レベル値及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクスを変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記特定された階調範囲で用いられる画像濃度レベル値及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクスについて、複数の画素濃度レベル値別の画素の個数配分を変えるように変更することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   前記階調補正用画像は、当該画像形成装置で用いられる全階調それぞれに対応する複数種類の階調画像部を含む画像であり、
   ディザ処理後の階調値と各画素濃度レベル値の画素の数との対応関係を示すディザ設定データを記憶するディザ設定データ記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記階調補正用画像の測定データに基づいて特定された階調範囲と、前記ディザ設定データとに基づいて、変更対象の画素濃度レベル値のディザマトリクスを選択し、その選択したディザマトリックを変更することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１又は２のいずれかの画像形成装置において、
   前記階調補正用画像は、互いに階調値が異なる複数種類の階調画像部を含む画像であり、
   前記複数種類の階調画像部はそれぞれ、最大画素濃度レベル値が設定される第１の画素と、最小画素濃度レベル値が設定される第２の画素と、最大画素濃度レベル値と最小画素濃度レベル値との間の画素濃度レベル値が設定される第３の画素とによって構成され、
   前記第３の画素は、前記階調画像部それぞれの中では同一の画素濃度レベル値が設定され、前記複数種類の階調画像部間では画素濃度レベル値が１レベルずつずらして設定され、
   前記制御手段は、前記階調補正用画像の測定データに基づいて、画素濃度レベル値の変化に対する明度、濃度又は色特性の変化が他と所定量以上異なる画素濃度レベル値を階調段差の要因となる画素濃度レベル値と判定し、該画素濃度レベル値とその前後の画素濃度レベル値それぞれのディザマトリクスを変更することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４の画像形成装置において、
   ディザ処理後の階調値と各画素濃度レベル値の画素の数との対応関係を示すディザ設定データを記憶するディザ設定データ記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記階調補正用画像の測定データに基づいて特定された階調範囲と、前記ディザ設定データとに基づいて、前記特定された階調範囲における画素濃度レベル値別の画素の数の配分を決定し、前記特定された階調範囲で用いられる画像濃度レベル値及びその前後の画像濃度レベル値それぞれのディザマトリクスを変更することを特徴とする画像形成装置。