JP6360298B2

JP6360298B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6360298B2
Application number: JP2013261839A
Authority: JP
Inventors: 靖人白藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: US20150168903A1; JP2015118286A; US9436145B2

Description

本発明は、画像形成装置における濃度制御技術に関する。

電子写真方式を使用した画像形成装置においては、出力画像の濃度安定性や階調安定性が求められる。そのため特許文献１及び２は、像担持体にテストパターンを形成し、形成したテストパターンの濃度をセンサ等で読み取ることによって画像形成条件の調整や階調補正テーブルを生成して画像の品質を安定させる構成を開示している。

特開平０４−２６７２７２号公報特開平０６−１９８９７３号公報

階調補正テーブルの作成において、テストパターンで形成しなかった濃度の補正値は、テストパターンで形成した濃度の測定結果を補間して求める。しかしながら、画像形成装置に与える画像データの画素値と、当該画素値で実際に形成される濃度との関係は線形ではないため、特に非線形の度合いが強くなる低濃度領域と高濃度領域において誤差が大きくなる。この問題を解決するためには、テストパターンにおいて形成する濃度の数を増やすことが考えられるが、補正制御に時間がかかり、生産性を著しく低下させてしまう。

本発明は、上記問題に鑑み、生産性の低下を抑制しながら、像担持体に形成された測定用画像の測定結果のみを用いるよりも画像の階調性及び品質を維持するものである。

本発明の一側面によると、画像形成装置は、画像データを変換条件に基づいて変換する変換手段と、像担持体を有し、前記変換された画像データに基づいてシートに画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により前記像担持体に形成された測定用画像を測定する測定手段と、読取装置から出力された、シート上のパターン画像の読取データを取得し、第１変換条件を前記読取データに基づいて生成する生成手段と、前記変換手段を制御して前記変換条件に基づいて測定用画像データの複数の入力値を変換させ、前記画像形成手段を制御して前記変換手段により変換された前記測定用画像データに基づいて複数の測定用画像を形成させ、前記測定手段に前記複数の測定用画像を測定させ、前記変換条件と前記複数の測定用画像の測定結果とに基づいて第２変換条件を作成し、前記複数の入力値と異なる他の入力値の変換結果を前記第１変換条件と前記第２変換条件とに基づいて補間することによって前記変換条件を更新する更新手段と、を有し、前記パターン画像の階調数は前記複数の測定用画像の階調数より多いことを特徴とする。

本発明によれば、生産性の低下を抑制しながら、像担持体に形成された測定用画像の測定結果のみを用いるよりも画像の階調性及び品質を維持することができる。

一実施形態による画像形成装置の構成図。一実施形態によるテストパターンを示す図。一実施形態による階調補正制御のフローチャート。一実施形態による階調補正制御で形成するトナー像を示す図。一実施形態による目標濃度と補正制御で検出したテストパターンの濃度を示す図。一実施形態による補正制御のフローチャート。一実施形態による逆変換テーブルに対応するグラフを示す図。一実施形態による階調補正テーブルを示す図。一実施形態による階調補正テーブルと、補間後の階調補正テーブルを示す図。一実施形態によるテストパターンで使用する画像データの組み合わせを示す図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は説明を目的としたものであり、本発明の範囲を実施形態に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による画像形成装置１００の構成図である。図１の画像形成装置１００においては、中間転写ベルト６に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫが配列されている。像担持体である画像形成部ＰＹの感光体１Ｙは、図中の矢印の方向に回転駆動され、帯電部２Ｙにより所定の電位に帯電される。露光部３Ｙは、感光体１Ｙを光で走査・露光して感光体１Ｙの表面に静電潜像を形成する。現像部４Ｙは、現像バイアスを出力して感光体１Ｙの静電潜像にイエローのトナー（色材）を供給し、トナー像として可視化する。一次転写ローラ７Ｙは、一次転写バイアスを出力して、感光体１Ｙに形成されたトナー像を、像担持体である中間転写ベルト６に転写する。また、画像形成部ＰＹは、感光体１Ｙに形成されたトナー像の濃度を検出するための濃度センサ１２Ｙを備えている。濃度センサ１２Ｙは、例えば、感光体１Ｙに光を照射し、その反射光により濃度を検出する。

画像形成部ＰＭ、ＰＣ及びＰＫと画像形成部ＰＹとは、使用するトナーの色が異なる以外、その構成は同様であるため、画像形成部ＰＭ、ＰＣ及びＰＫについての説明は省略する。また、以下の説明において、色を区別する必要がない場合には、末部のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを除いた参照符号を使用する。なお、各画像形成部の感光体１に形成されたトナー像を重ねて中間転写ベルト６に転写することで多色のトナー像が中間転写ベルト６に形成される。

中間転写ベルト６は、３つのローラ６１、６２及び６３により張架され、図中のＲ２の方向に回転駆動される。カセット６５から取り出された、像担持体である記録材Ｐは、ローラ対６６及び６７により、ローラ６３と二次転写ローラ６４により構成される二次転写部Ｔ２に向けて搬送される。中間転写ベルト６に転写されたトナー像は、二次転写部Ｔ２において記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、その後、定着部１１において加熱加圧され、トナー像の定着が行われて装置外へと排出される。

読取部２１６の光源１０３は、原稿台１０２上に置かれた記録材に光を照射し、ＣＣＤセンサ１０５はその反射光を受光して、記録材の画像を読み取る。ＣＣＤセンサ１０５が読み取った画像データは、リーダー画像処理部１０８及びプリンタ制御部１０９にて所定の画像処理が行われる。なお、本実施形態の画像形成装置１００は、読取部２１６が読み取った画像以外にも、電話回線（ＦＡＸ）を介して受信する画像データや、コンピュータからネットワークを介して受信する画像データの印刷も行うことができる様に構成されている。また、操作部２０は、ユーザが画像形成装置１００を操作し、画像形成装置１００の状態をユーザに表示するための表示部２１８を備えている。制御部１１０は、画像形成装置１００の画像形成動作を統括的に制御し、ＣＰＵ１１１と、ＲＡＭ１１２と、ＲＯＭ１１３と、を有する。制御部１１０は、濃度センサ１２からの信号に基づき感光体１に形成されたトナー像の濃度情報を判定・取得する。ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１３が保持するプログラムや各種データを使用し、ＲＡＭ１１２をワークエリアとして、画像形成装置１００を制御する。さらに、画像形成装置１００は、画像形成装置内の環境情報、例えば、温度及び湿度のいずれか又は両方を取得して制御部１１０に通知する環境センサ３０を備えている。

続いて、本実施形態による階調補正制御について説明する。なお、階調補正制御は各色それぞれについて行う。本実施形態では、ユーザの操作、或いは、所定条件を満たすことにより階調補正制御を実行する。当該階調補正制御においては、トナー像を記録材に形成して定着させ、定着後のトナー像を読取部２１６で読み取って濃度に関する画像形成条件を決定する。この濃度制御において、目標とする最大濃度（以下、目標最大濃度）の画像を形成するための画像形成条件の値（以下、最大濃度条件値と呼ぶ。）と、目標とする濃度を実現するために、入力される画像データの値を変換するための階調補正テーブルが作成される。さらに、作成した階調補正テーブルを使用し、決定した最大濃度条件値で感光体１にテストパターンＲを形成する。テストパターンＲは、本実施形態では、図２（Ａ）に示す様に、ベタ部（最大濃度部）を含む１０種類の異なる濃度（階調）の画像を有するパターンとする。画像形成装置１００は、テストパターンＲの濃度を濃度センサ１２により測定し、テストパターンＲを形成するのに使用した画像データの入力値と、当該入力値で感光体１に形成される濃度との関係を示す目標濃度情報を取得する。

その後、連続画像形成中、所定枚数の通紙を行う度に、画像形成装置１００は、階調補正テーブルの補正制御（以下、単に補正制御と呼ぶ。）を実行する。補正制御においては、図２（Ｂ）に示す様に、階調補正制御で形成したテストパターンＲより濃度数の少ないテストパターンＱを感光体１に形成し、テストパターンＱの濃度を濃度センサ１２により検出する。本実施形態において、テストパターンＱは、ベタ部（最大濃度部）を含む５種類の異なる濃度（階調）の画像を有するパターンとする。なお、補正制御において、テストパターンＱは、図２（Ｂ）に示す様に、感光体１上の印刷するトナー像を形成する間の領域に形成される。

まず、図３を用いて階調補正制御の詳細について説明する。制御部１１０は、Ｓ１０で、記録材に最大濃度を示す値の画像データでテストパターンを形成する。図４（Ａ）は、Ｓ１０で形成するテストパターンの例である。図４（Ａ）に示すテストパターンは、例えば、画像データが８ビットである場合には、最大濃度を示す２５５をその値とし、濃度に関する画像形成条件を変化させながら形成したものである。以下の説明において、濃度を制御するために変化させる画像形成条件を露光量とするが、濃度に関する他の画像形成条件、例えば、現像バイアスや、帯電バイアスといった現像コントラストを変化させる他の値を変化させる形態であっても良い。さらには、濃度に関する複数の画像形成条件を変化させる形態であっても良い。ユーザは、テストパターンが形成された記録材を読取部２１６にセットし、Ｓ１１で、制御部１１０は、テストパターンを読取部２１６に読み取らせて、その濃度を検出する。制御部１１０は、Ｓ１２で、検出した濃度に基づき最大濃度条件値、つまり、最大濃度を示す画像データを入力値として形成したトナー像を目標最大濃度とする画像形成条件の値を決定する。なお、上述した様に、本例では、この画像形成条件は露光量である。

続いて、制御部１１０は、Ｓ１３で、記録材に階調補正用のテストパターンを形成する。図４（Ｂ）は、Ｓ１３で形成するテストパターンの例である。図４（Ｂ）に示すテストパターンは、例えば、画像データが８ビットである場合には、０〜２５５から選択した複数の値、例えば、６４個の値により形成したものである。ユーザは、テストパターンが形成された記録材を読取部２１６にセットし、Ｓ１４で、制御部１１０は、読取部２１６にテストパターンを読み取らせて、その濃度を検出する。制御部１１０は、Ｓ１５で、検出した濃度に基づき、基準階調補正テーブル（基準テーブル）を生成してＲＡＭ１１２に保存する。その後、制御部１１０は、Ｓ１６で、基準階調補正テーブルを使用して図２（Ｂ）に示すテストパターンＲを感光体１に形成し、Ｓ１７で、濃度センサ１２により、その濃度を検出する。制御部１１０は、Ｓ１６で使用した画像データの値と、Ｓ１７で検出したテストパターンの濃度との関係である目標濃度情報を生成して、Ｓ１８でＲＡＭ１１２に保存する。図５の実線は、Ｓ１８で保存した目標濃度情報を示している。

続いて、図６を用いて、本実施形態による補正制御について説明する。なお、階調補正制御の実行後、初めて補正制御を行う場合、補正対象の階調補正テーブルは基準階調補正テーブルであり、それ以降においては前回の補正制御で補正した階調補正テーブルが補正対象となる。但し、制御部１１０は、補正制御実行後においても基準階調補正テーブルをＲＡＭ１１２に保存し続ける。つまり、補正制御実行後、ＲＡＭ１１２には、基準階調補正テーブルと、補正制御で補正された階調補正テーブルの２つのテーブルが保存される。制御部１１０は、階調補正制御の実行後、初めて補正制御を行うまでは基準階調補正テーブルを使用して画像形成を行い、補正制御の実行後には、補正後の階調補正テーブルを使用して画像形成を行う。

なお、既に述べた様に、連続画像形成中、所定枚数の通紙を行う度に補正制御を実行する。補正制御の開始により、制御部１１０は、Ｓ２０で、感光体１に図２（Ｂ）に示すテストパターンＱを形成する。なお、テストパターンＱに含まれる異なる濃度の画像数、本例では、５は、基準階調補正テーブルの生成に使用した図４（Ｂ）や、目標濃度情報の取得のために形成した図２（Ａ）に示すテストパターンに含まれる異なる濃度の画像数より少ない。制御部１１０は、Ｓ２１で、濃度センサ１２を使用してテストパターンＱの各濃度を検出し、Ｓ２２で、検出結果を線形補間する。図５の黒丸は、テストパターンＱの５つの濃度の画像データ値と検出した各濃度をプロットしたものであり、点線部分は、その線形補間結果を示している。続いて、制御部１１０は、Ｓ２３で、点線で示す検出結果を、実線で示す目標濃度情報に対して逆変換して逆変換テーブルを作成する。図７は、逆変換テーブルが示す入力画像データ値と出力画像データ値をグラフで表したものである。図７の点線は、Ｓ２２で得られた検出結果と目標濃度情報が一致している場合の逆変換テーブルを示し、入力画像データ値と出力画像データ値は同じ値である。一方、図７の実線は、図５に示す様に、Ｓ２２で得られた検出結果が、目標濃度情報が示す目標濃度より濃くなる場合の逆変換テーブルの例を示している。図７の実線においては、得られる濃度を目標濃度に近づけるため、入力画像データ値を、より小さい値に変換している。

制御部１１０は、Ｓ２４において、ＲＡＭ１１２に保持している補正対象の階調補正テーブルと、Ｓ２３で作成した逆変換テーブルを使用して階調補正テーブルを更新する。なお、補正対象の階調補正テーブルとは、既に述べた様に、補正制御を１回も実行していない場合には、階調補正制御で生成した基準階調補正テーブルであり、１回以上実行した場合は、前回の補正制御で補正した階調補正テーブルである。図８の点線は、更新前の階調補正テーブルをグラフで表したものであり、実線は、逆変換テーブルが図７の実線である場合の更新後の階調補正テーブルをグラフで表したものである。例えば、更新後の階調補正テーブルは、更新前の階調補正テーブルの値に、図７の逆変換テーブルの対応する出力画像データ値を対応する入力画像データ値で除した値を乗ずることにより求められる。例えば、以後の画像形成をＳ２４で更新した階調補正テーブルにより行うこともできる。しかしながら、本実施形態では、Ｓ２０で形成するテストパターンＱの階調数は、基準階調補正テーブルの生成に使用した図４（Ａ）に示すテストパターンの階調数より少ない。このため、Ｓ２５で更新後の階調補正テーブルの補間処理を行う。これは、Ｓ２２で行う線形補間により求めた値は、実際の特性からのずれを含むためである。以下、Ｓ２５での補間処理の詳細を説明する。

まず、以下の説明において画像データは、各画素について８ビットのデータ、つまり、０〜２５５の値を取るものとする。そして、Ｙ_ｉ（ｉは、０以上２５５以下の整数）を、Ｓ２４で更新した階調補正テーブルの入力画像データ値がｉに対応する出力画像データ値とする。さらに、ＹＲ_ｉを、基準階調補正テーブルの入力画像データ値がｉに対応する出力画像データ値とする。さらに、テストパターンＱを形成するのに使用した画像データの５つの入力値をｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５とする。なお、ｐ１＜ｐ２＜ｐ３＜ｐ４＜ｐ５であるものとする。

制御部１１０は、入力画像データ値ｉに対する補間後の階調補正テーブルの出力画像データ値をそれぞれ以下の式により求める。
０≦ｉ≦ｐ１の場合
（Ｙ_ｐ１−０）/（ＹＲ_ｐ1−０）×（ＹＲ_ｉ−０）＋０
ｐ１≦ｉ≦ｐ２の場合
（Ｙ_ｐ２−Ｙ_ｐ１）／（ＹＲ_ｐ２−ＹＲ_ｐ１）×（ＹＲ_ｉ−ＹＲ_ｐ１）＋Ｙ_ｐ１
ｐ２≦i≦ｐ３の場合
（Ｙ_ｐ３−Ｙ_ｐ２）／（ＹＲ_ｐ３−ＹＲ_ｐ２）×（ＹＲ_ｉ−ＹＲ_ｐ２）＋Ｙ_ｐ２
ｐ３≦ｉ≦ｐ４の場合
（Ｙ_ｐ４−Ｙ_ｐ３）／（ＹＲ_ｐ４−ＹＲ_ｐ３）×（ＹＲ_ｉ−ＹＲ_ｐ３）＋Ｙ_ｐ３
ｐ４≦ｉ≦ｐ５の場合
（Ｙ_ｐ５−Ｙ_ｐ４）／（ＹＲ_ｐ５−ＹＲ_ｐ４）×（ＹＲ_ｉ−ＹＲ_ｐ４）＋Ｙ_ｐ４
上記式から補正後の階調補正テーブルにおいて、テストパターンＱを形成するのに使用した入力値に対する出力画像データ値は、テストパターンＱの検出結果で更新した階調補正テーブルの出力画像データ値と同じになる。そして、テストパターンＱを形成するのに使用した入力値の内の隣接する２つの入力値の間の入力値に対する出力画像データ値は、基準階調補正テーブルに従い補間する。

制御部１１０は、Ｓ２５の補間処理で作成した階調補正テーブルをＲＡＭ１１２に保存し、以後の画像形成において使用する。なお、上式において更新後の階調補正テーブルで使用する値は、Ｙ_ｐｉのみである。したがって、Ｓ２２で線形補間処理を設けず、テストパターンＱを形成するのに使用した入力値に対する補正対象の階調補正テーブルの出力画像データ値をテストパターンＱの検出結果で更新し、基準階調補正テーブルで補間する構成であっても良い。いずれにしても、補間後の階調補正テーブルの入力画像データ値ｐ（ｋ−１）〜ｐｋ（ｋ＝１〜５）に対する出力画像データ値のグラフは、基準階調補正テーブルの形状に応じたもので、その値は検出結果により更新した階調補正テーブルの値に応じたものとなる。

図９（Ａ）は、連続１万枚の通紙後において、図６のＳ２４で更新した階調補正テーブルを示すグラフであり、図９（Ｂ）は、さらに、図６のＳ２５で補間した階調補正テーブルを示すグラフである。図９（Ｂ）と比較し、図９（Ａ）では、グラフの傾きの変化が激しい箇所（点線で囲んだ箇所）が生じていることが分かる。また、図９（Ａ）の階調補正テーブルで画像形成を行ったところ、形成された画像にて階調潰れや疑似輪が生じた。一方、補間した図９（Ｂ）に示す階調補正テーブルを使用しての画像形成においては、階調潰れや疑似輪は生じなかった。以上、基準階調補正テーブルを使用して、少ない濃度のテストパターンで作成した階調補正テーブルを補間処理することで、精度良く階調補正制御を行うことができる。

なお、本実施形態において基準階調補正テーブルは、記録材に定着させたテストパターンを読み取って形成していたが、例えば、中間転写ベルト６や、感光体１に形成したテストパターンをセンサで検出して形成したものであっても良い。いずれにしても、本実施形態では、補正制御において基準階調補正テーブルを用いて補間を行うため、少ない画像数のテストパターンで精度良く階調補正テーブルを補正することができる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態では、テストパターンＱで使用する濃度を固定的なものとしていたが、本実施形態では、補正制御毎に変化させる。例えば、図１０（Ａ）は、テストパターンＱに使用する５つの濃度の第１の組み合わせを、図１０（Ｂ）は、第２の組み合わせを示している。例えば、この２つの組み合わせを、補正制御を実行する度に交互に使用する。この結果、第一実施形態より形成する濃度の種類が増え、よって、制御精度を向上させることができる。なお、図１０に示す様な、２つの組み合わせではなく、３以上の任意の数の組み合わせを順に切り替えて使用する構成であっても良い。

＜第三実施形態＞
第一実施形態では、図６のＳ２２において測定したテストパターンＱの各検出濃度を線形補間していた。本実施形態では、図６のＳ２２において、テストパターンＱの各検出濃度の補間に基準補正テーブルを使用する。Ｓ２２で行う基準階調補正テーブルを使用した補間処理は、第一実施形態のＹｉを、図５の検出濃度に対応する画像データ値と読み替える以外、その計算式は同じである。

［その他の実施形態］
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims

画像データを変換条件に基づいて変換する変換手段と、
像担持体を有し、前記変換された画像データに基づいてシートに画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により前記像担持体に形成された測定用画像を測定する測定手段と、
読取装置から出力された、シート上のパターン画像の読取データを取得し、第１変換条件を前記読取データに基づいて生成する生成手段と、
前記変換手段を制御して前記変換条件に基づいて測定用画像データの複数の入力値を変換させ、前記画像形成手段を制御して前記変換手段により変換された前記測定用画像データに基づいて複数の測定用画像を形成させ、前記測定手段に前記複数の測定用画像を測定させ、前記変換条件と前記複数の測定用画像の測定結果とに基づいて第２変換条件を作成し、前記複数の入力値と異なる他の入力値の変換結果を前記第１変換条件と前記第２変換条件とに基づいて補間することによって前記変換条件を更新する更新手段と、を有し、
前記パターン画像の階調数は前記複数の測定用画像の階調数より多いことを特徴とする画像形成装置。
前記第１変換条件は、所定数の入力値と出力値との対応関係を示す第１データであり、
前記第２変換条件は、前記所定数より少ない数の入力値と出力値との対応関係を示す第２データであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記更新手段は、前記第２データと、前記第１データにおいて前記第２データの入力値以外の入力値と出力値との対応関係を示すデータとに基づいて、前記変換条件を更新することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記変換条件は、前記画像形成手段により形成される出力画像の階調特性を補正するための階調補正テーブルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。