JP2005300855A - 画像形成装置およびその階調処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲環境および内部状態の変化による階調特性の変化を補正し、常に一定に保つことが可能な画像形成装置およびその階調処理方法を提供する。
【解決手段】環境・トナー濃度・ＬＤ（レーザー）光量・スクリーン毎の基準となる階調特性（以下、基準階調特性という）と、目標とする階調特性を格納しておき、実際のプリント時にプリンタエンジンから取得した画像濃度情報と使用するスクリーンとに応じて、格納した基準階調特性から現在の状態に近いものを選択して補間演算により現在の階調特性を算出する。更に、現像剤劣化補正、感光体劣化補正、ガンマ補正、Ｋ１００％保証等の補正を施して現在の階調特性を算出する。最後に現在の階調特性を目標とする階調特性にするための階調補正カーブを求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置およびその階調処理方法に関し、特に、入力した画像データの階調処理を行う画像形成装置およびその階調処理方法に関する。

従来、画像形成装置においては、印字する画像密度に応じて消費するトナーを補うことで、常に一定のトナー濃度になるようにトナーが供給され、更に、一定周期毎に周囲の温度、湿度およびトナー濃度に応じて、レーザー光量または現像バイアス等を調整することで、印字濃度を一定に保つように制御されている。

例えば、画像形成装置内の感光体表面電位、現像バイアス、トナー濃度、画像濃度、温度、湿度等のプロセス状態を検出するセンサを設け、それらのいずれか１つまたは複数の変化量に応じて、リアルタイムで画像信号を補正する画像形成装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１８７９９７号公報

しかし、上記特許文献１で開示された技術では、プロセス状態量を検出するためにそれぞれ専用のセンサが必要になるので、コストが増大してしまうという問題がある。

更に、上記特許文献１で開示されて技術では、プロセス状態量として画像濃度を検出する場合には、トナーパッチを毎ページ形成する必要があるため、トナー消費量が増大してしまうという問題、また、トナーパッチを主走査方向の有効画像領域外に形成すると、面内ムラの影響を受けてしまうため、主走査方向の中央部に形成するのが望ましいが、トナー濃度を検出するためのパッチのトナー量が多い場合には、周囲環境によっては形成したトナーパッチのクリーニングが十分にできず、プリント領域内に残像が発生する懸念が生じるという問題、また、４サイクルエンジンでは、無効画像領域中に現像器を切り替えているが、トナーパッチを形成するために、より短い時間で切り替えなければならないため、トルクが大きい高価なモーターを使用する必要があり、コストが増大してしまうという問題、トルクが大きい高価なモーターを使用できない場合には現像器を切り替える時間を確保するためにプリントスピードを落とさなければならない問題がある。

そこで、本発明は、コスト、プリント画質、プリントスピードに悪影響を与えることなく周囲環境および内部状態の変化による階調特性の変化を補正し、常に一定に保つことが可能な画像形成装置およびその階調処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、入力した画像データを処理し、該処理した画像データを用紙上に形成する画像形成装置において、前記画像データの画像濃度を検出する画像濃度検出手段と、画像形成に影響を与える画像形成条件を所定の間隔で確認するために像担持体上に形成される画像形成条件確認手段と、前記画像形成条件毎に予め基準となる前記用紙上の階調特性を保持する基準階調特性保持手段と、画像形成の前に、前記画像濃度検出手段が検出した前記画像形成条件確認手段の画像濃度に基づいて現在の画像濃度を予測する画像濃度予測手段と、前記画像濃度予測手段で予測した現在の画像濃度に基づき、階調特性を算出する階調特性算出手段と、前記階調特性算出手段で算出した階調特性を予め設定した目標階調特性に変換するための変換テーブルを生成する変換テーブル生成手段と、前記変換テーブル生成手段で生成した変換テーブルに基づき、前記画像データを補正する補正手段とを具備することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記画像濃度予測手段は、画像形成の前に、前記画像濃度検出手段が検出した前記画像形成条件確認手段の画像濃度に応じた画像形成中のトナーの濃度の変動に対応して現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記画像濃度予測手段は、前記画像濃度検出手段が前記画像形成条件確認手段の画像濃度を確認した後の前記トナーの濃度の変動量と、その後の画像形成する用紙の枚数とに基づき、その後の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記画像濃度予測手段は、前記画像濃度検出手段が前記画像形成条件確認手段の画像濃度を確認した後の前記トナーの濃度の変動量と、画像形成像密度および該トナーの最大供給量に対応した該画像形成条件確認手段の画像濃度の変化量とに基づき、現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記画像濃度予測手段は、前記トナーの残量に基づき、該トナーの最大供給量を変化させ、現在の前記画像形成条件確認手段の画像濃度を予測することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項２の発明において、前記画像濃度予測手段で予測した前記画像形成条件確認手段の画像濃度と、前記画像濃度検出手段で検出した該画像形成条件確認手段の画像濃度との差が予め設定した値より大きい場合、該画像濃度予測手段で予測した画像濃度と該画像濃度検出手段で検出した画像濃度の値で演算した値を現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度とすることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記階調特性算出手段は、前記画像濃度予測手段で予測した前記画像形成条件確認手段の画像濃度を予め設定した上下限値と比較し、前記上下限値の範囲内の画像濃度に基づき、前記階調特性を算出することを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１の発明において、現像剤、感光体および転写部材等の劣化度合いに基づき、前記階調特性算出手段で算出した階調特性を補正する階調特性補正手段を更に具備することを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項１の発明において、前記画像濃度検出手段が検出した前記像担持体上に形成した複数種の前記画像形成条件確認手段の画像濃度の差分に基づいてガンマ特性を予測し、該予測したガンマ特性に基づいて前記階調特性を補正する階調補正手段を更に具備することを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記階調補正手段は、前記画像濃度検出手段が検出した前記複数種のうちの所定の前記画像形成条件確認手段の画像濃度が予め設定した範囲内である場合、該画像濃度の差分に基づいてガンマ補正係数を算出し、該算出したガンマ補正係数に基づいて前記階調特性を補正し、前記画像濃度検出手段が検出した前記複数種のうちの所定の前記画像形成条件確認手段の画像濃度が予め設定した範囲外である場合、現在のガンマ補正係数に基づいて前記階調特性を補正することを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、請求項１の発明において、前記階調特性算出手段で算出した階調特性から前記目標階調特性に変換できないと判断した場合、該目標階調特性を調整する目標階調特成長性手段を更に具備することを特徴とする。

また、請求項１２の発明は、請求項１の発明において、前記変換テーブル生成手段は、前記目標階調特性への変換テーブルを生成する際に、隣接階調値との最大階調変化量を設定することを特徴とする。

また、請求項１３の発明は、請求項１の発明において、前記変換テーブル生成手段は、特定の色については前記画像データが１００％である場合、面積率１００％で該画像データを形成するような前記目標階調特性への変換テーブルを生成することを特徴とする。

また、請求項１４の発明は、入力した画像データを処理し、該処理した画像データを用紙上に形成する画像形成装置の階調処理方法において、前記画像データの画像濃度を検出する画像濃度検出手段を有し、画像形成に影響を与える画像形成条件を所定の間隔で確認するために画像形成条件確認手段を像担持体上に形成し、前記画像形成条件毎に予め基準となる前記用紙上の階調特性を保持し、画像形成の前に、前記画像濃度検出手段が検出した前記画像形成条件確認手段の画像濃度に基づいて現在の画像濃度を予測し、該予測した現在の画像濃度に基づき、階調特性を算出し、該算出した階調特性を予め設定した目標階調特性に変換するための変換テーブルを生成し、該生成した変換テーブルに基づき、前記画像データを補正することを特徴とする。

また、請求項１５の発明は、請求項１４の発明において、画像形成の前に、前記画像濃度検出手段が検出した前記画像形成条件確認手段の画像濃度に応じた画像形成中のトナーの濃度の変動に対応して現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測することを特徴とする。

また、請求項１６の発明は、請求項１５の発明において、前記画像濃度検出手段が前記画像形成条件確認手段の画像濃度を確認した後の前記トナーの濃度の変動量と、その後の画像形成する用紙の枚数とに基づき、その後の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測することを特徴とする。

また、請求項１７の発明は、請求項１５の発明において、前記画像濃度検出手段が前記画像形成条件確認手段の画像濃度を確認した後の前記トナーの濃度の変動量と、画像形成像密度および該トナーの最大供給量に対応した該画像形成条件確認手段の画像濃度の変化量とに基づき、現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測することを特徴とする。

また、請求項１８の発明は、請求項１７の発明において、前記トナーの残量に基づき、該トナーの最大供給量を変化させ、現在の前記画像形成条件確認手段の画像濃度を予測することを特徴とする。

また、請求項１９の発明は、請求項１５の発明において、前記予測した前記画像形成条件確認手段の画像濃度と、前記画像濃度検出手段で検出した該画像形成条件確認手段の画像濃度との差が予め設定した値より大きい場合、該予測した画像濃度と該画像濃度検出手段で検出した画像濃度の値で演算した値を現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度とすることを特徴とする。

また、請求項２０の発明は、請求項１４の発明において、前記予測した前記画像形成条件確認手段の画像濃度を予め設定した上下限値と比較し、前記上下限値の範囲内の画像濃度に基づき、前記階調特性を算出することを特徴とする。

また、請求項２１の発明は、請求項１４の発明において、現像剤、感光体および転写部材等の劣化度合いに基づき、前記階調特性算出手段で算出した階調特性を補正することを特徴とする。

また、請求項２２の発明は、請求項１４の発明において、前記画像濃度検出手段が検出した前記像担持体上に形成した複数種の前記画像形成条件確認手段の画像濃度の差分に基づいてガンマ特性を予測し、該予測したガンマ特性に基づいて前記階調特性を補正するを更に具備することを特徴とする。

また、請求項２３の発明は、請求項２２の発明において、前記画像濃度検出手段が検出した前記複数種のうちの所定の前記画像形成条件確認手段の画像濃度が予め設定した範囲内である場合、該画像濃度の差分に基づいてガンマ補正係数を算出し、該算出したガンマ補正係数に基づいて前記階調特性を補正し、前記画像濃度検出手段が検出した前記複数種のうちの所定の前記画像形成条件確認手段の画像濃度が予め設定した範囲外である場合、現在のガンマ補正係数に基づいて前記階調特性を補正することを特徴とする。

また、請求項２４の発明は、請求項１４の発明において、前記算出した階調特性から前記目標階調特性に変換できないと判断した場合、該目標階調特性を調整することを特徴とする。

また、請求項２５の発明は、請求項１４の発明において、前記目標階調特性への変換テーブルを生成する際に、隣接階調値との最大階調変化量を設定することを特徴とする。

また、請求項２６の発明は、請求項１４の発明において、特定の色については前記画像データが１００％である場合、面積率１００％で該画像データを形成するような前記目標階調特性への変換テーブルを生成することを特徴とする。

本発明によれば、実際に画像濃度センサで標準パッチの画像濃度を検出した値を基準として、プリントページ数、プリント像密度、トナー最大供給量などから現在の標準パッチの画像濃度を予測できるため、毎ページ標準パッチを形成できなくてもその時点での階調特性を算出して、最適な階調変換テーブルを生成することが可能になるという効果を奏する。

本発明によれば、実際に検知または予測した標準パッチの画像濃度の変動範囲に制限を設けることによって、階調特性が標準パッチの画像濃度に比例しない領域での予測誤差を低減させることが可能になるという効果を奏する。

本発明によれば、標準パッチの画像濃度等の現在の画像形成条件の他に、現像剤や感光体等の劣化度合いに応じて現在の階調特性を補正するため、より正確な階調変換テーブルの生成が可能になるという効果を奏する。

本発明によれば、算出した階調特性を複数のパッチの検出値により補正するため、画像形成装置毎に異なるガンマ特性を補正することが可能になるという効果を奏する。

本発明によれば、算出した階調特性よりも目標階調特性の方が大きい場合には目標階調特性を補正するため、階調つぶれのない出力画像が得られることが可能になるという効果を奏する。

本発明によれば、階調変換テーブル生成時に隣接入力値との最大出力変化量を設定するため、トーンジャンプのない出力画像が得られることが可能になるという効果を奏する。

本発明によれば、黒文字などで入力データが100%なら出力データも１００％になるよう制限をかけることにより、スクリーンがかかって判読性が低下することがない効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る画像形成装置１の機能的な構成を示すブロック図である。

外部のホストＰＣ（Personal Computer）２等から送られてくる描画データは、ホストＩ／Ｆ部３を介して画像形成装置１に入力され、ＰＤＬ（ページ記述言語）解釈部４で描画データの内容が解釈され、それに従ってオブジェクト生成部５で画像データが生成される。

色空間変換部６はＰＤＬで記述された描画色（例えば、ＲＧＢ色空間）をプリンタエンジン１１で用いる色（例えば、ＹＭＣＫ色空間の色）に変換する。この色空間変換部６は、例えば、３次元のルックアップテーブル若しくは変換行列を用いた行列演算等により構成することができる。

階調変換部７は階調変換テーブルによる画像データの補正を行う。なお、階調変換部７で行われる詳細な処理は後述にて説明する。

ガンマ補正部８はガンマ補正を行い、スクリーン処理部９は所定のスクリーン線数および成長パターンに従ってスクリーン処理を行い、パルス発生部１０はスクリーン処理部からの画像データを、プリンタエンジン１１を駆動するためのパルス信号に変換して出力し、プリンタエンジン１１はパルス信号等の駆動信号に従って、用紙上に画像を形成する。

次に、階調変換部が行う画像データ補正処理について図２に示すフローチャートを参照して説明する。

プリンタエンジン情報を取得し（ステップＳ２０１）、直前にプロセスコントロール（以下、プロコンという）を実施したか否か確認する（ステップＳ２０２）。なお、プロコンとは、プリンタエンジン内でトナーパッチパターンを生成し、画像濃度センサで実際にそのパッチパターンの読み値を検出して、画像形成条件を決定することである。

直前にプロコンを実施した場合（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、プリンタエンジンから取得した画像濃度情報を現在の画像濃度に設定し（ステップＳ２０３）、現在の画像濃度と目標の画像濃度との差に応じて決まる画像濃度変化量を算出し（ステップ２０４）、ステップＳ２０６に進む。

直前にプロコンを実施していない場合（ステップＳ２０２でＮＯ）、直前ページに算出した画像濃度から現在の画像濃度を算出し（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０６に進む。

画像濃度の上下限値による制限を実施し（ステップＳ２０６）、現在の階調特性を予測し（ステップＳ２０７）、部材劣化に伴う現在の階調特性を補正し（ステップＳ２０８）、基準画像濃度が所定範囲内であるか否か確認する（ステップＳ２０９）。

基準画像濃度が所定範囲内である場合（ステップＳ２０９でＹＥＳ）、ガンマ補正係数を更新し（ステップＳ２１０）、ステップＳ２１１に進む。

基準画像濃度が所定範囲外である場合（ステップＳ２０９でＮＯ）、ステップＳ２１１に進む。

ガンマ補正係数により現在の階調特性を補正し（ステップＳ２１１）、黒文字にスクリーンをかけずにプリントするＫ１００％保証を実施し（ステップＳ２１２）、階調変換テーブルを生成し（ステップＳ２１３）、階調変換テーブルにより画像データを補正し（ステップＳ２１４）、画像データ補正処理を終了する。

次に、階調変換部が行う画像データ補正処理の概略アルゴリズムについて図３および図４を参照して詳細に説明する。

予め、環境・画像濃度・ＬＤ（レーザー）光量・スクリーンなどの条件毎に基準となる階調特性（以下、基準階調特性という）と、目標とする階調特性を格納しておき、実際のプリント時にプリンタエンジンから取得した環境・画像濃度・LD光量と使用するスクリーンとに応じて、格納した基準階調特性の条件から現在の条件に近いものを選択し、それら条件間の相違に応じた係数で補間演算を実施して階調特性を算出する。更に、現像バイアスの基準値からの変化に応じた補正、現像剤および感光体の経時変化に応じた補正、装置固有のガンマ特性に応じた補正、Ｋ１００％保証等の補正を施して現在の階調特性カーブを算出する。

この階調特性カーブと格納した目標階調特性の目標特性カーブとから補正カーブを求め、求めた補正カーブと基本ＴＲＣ（Tone Reproduction Curve：トーン再現曲線）とをマージして階調補正ＴＲＣを生成する。

図３（ａ）のグラフは、環境・画像濃度・ＬＤ光量・スクリーンから決まる、環境・スクリーン毎の画像濃度（横軸）とＬＤ光量（縦軸）のプロット点を示すグラフである。なお、横軸の画像濃度はトナーパッチ（以下、パッチという）の読み値である。

図３（ｂ）のグラフは、図３（ａ）のグラフ上のプロット点に対する階調特性を示すグラフである。なお、縦軸のデルタＥはＬ＊ａ＊ｂ＊色空間における白色点からの距離であり、横軸のＣｉｎは階調パッチのトナー像面積率（Input Coverage）である。

図３（ａ）のグラフ上のプロット点１〜プロット点６は基準となるプロット点であり、これらの基準となるプロット点に対応する階調特性は図３（ｂ）のグラフ上の基準階調特性Ｃ１〜基準階調特性Ｃ６である。

ここで、実際にプリントを実行している際のパッチの読み値およびＬＤ光量をプロット点７とすると、基準となるプロット点１〜プロット点６とプロット点７との位置関係に基づいてプロット点７の階調特性を予測し、プロット点７に対応する階調特性は図３（ｂ）のグラフ上の階調特性Ｃ７である。

階調特性７に対して現像電位変化補正、現像剤劣化補正、感光体劣化補正、ガンマ補正、Ｋ１００％保証等の補正を施し、図４（ａ）に示す現在の階調特性カーブを算出する。

図４（ａ）のグラフ上の現在の階調特性カーブが目標階調特性の目標特性カーブの出力値と等しくなるような、図４（ｂ）に示す補正カーブを求める。

図４（ｂ）のグラフ上の補正カーブと基本ＴＲＣとをマージし、図４（ｃ）に示す階調補正ＴＲＣを生成する。

このように、図４（ａ）のグラフ上の目標特性カーブの特性に近似した階調補正ＴＲＣを生成することが可能になる。

図５は、プリントの実行に伴うパッチの画像濃度の変化を示すグラフである。

図５のグラフに示すように、区間１では、トナー消費量に対して十分なトナー供給量があるため、画像濃度は一定に保たれており、区間２では、トナー消費量が最大トナー供給量を超えたため、徐々に画像濃度が低下しており、区間３では、パッチを形成して画像濃度センサで検出したプロコンパッチ読み値が目標値よりも小さいため、プリントによるトナー消費量と、目標値まで回復させるために必要なトナー量が加算された量のトナー供給が行われる。

そこで、階調変換部はパッチの画像濃度に応じたプリント中の濃度の変動に対応して、パッチの画像濃度を予測する。

パッチの画像濃度の予測について図６を参照して詳細に説明する。

上記で説明したように、プリンタエンジンから取得した画像濃度情報（以下、プロコンパッチ読み値という）、または直前ページの画像濃度から、 図６（ａ）に示すトナー濃度変化特性のグラフおよび図６（ｂ）に示すトナー消費量特性のグラフを用いて現在の画像濃度を算出する。

プロコンが実施された場合、プロコンパッチ読み値に対応した、環境毎の１ページ当たりのトナー濃度変化量（正負有り）を求め、電源ＯＮ後の最初のプリントでプロコンが実施されなかった場合、予め設定したプロコンパッチ読み値初期値からトナー濃度変化量を求める。

例えば、図６（ａ）のグラフのプロコンパッチ読み値Ｐ１に対応したトナー濃度変化量はトナー濃度変化量Ｔ１であり、プロコンパッチ読み値Ｐ２に対応したトナー濃度変化量はトナー濃度変化量Ｔ２である。トナー濃度変化特性のグラフの横軸のプロコンパッチ読み値は値が大きいと濃度が濃いことを示し、プロコンパッチ読み値Ｐ３の場合はパッチの濃度は適当なのでトナー濃度を変化させる必要が無く、トナー濃度変化量は０になり、プロコンパッチ読み値Ｐ１の場合はパッチの濃度が濃いのでトナー濃度を薄くするためにトナー濃度変化量は負の値になり、プロコンパッチ読み値Ｐ２の場合はパッチの濃度が薄いのでトナー濃度を濃くするためにトナー濃度変化量は正の値となる。

次に、
「補正ピクセルカウント値＝直前のピクセルカウント値／ピクセルカウント補正値＊（基準出力解像度／実際の出力解像度）２
ここで、２は二乗を表す。

ここで、直前のピクセルカウント値とは直前にプリントした画像の実際に印字した画素数を、ピクセルカウント補正値とはピクセルカウント値を使用上好ましい範囲の値に変換するための補正係数を表す。また基準出力解像度とはプリンターエンジンの基準となる解像度を、実際の出力解像度とは直前にプリントした際のプリンターエンジンの解像度を表す。」
の式から基準出力解像度の場合に換算した、使用上好ましい範囲の値の補正ピクセルカウント値を算出し、補正ピクセルカウント値からトナー消費量を求める。ただし、トナー濃度変化量を更新した時は、トナー消費量を０に設定する。

例えば、図６（ｂ）のグラフの補正ピクセルカウント値「２５５」はＣｉｎ１００％のときのトナー消費量に対応したプロコンパッチの読み値を表し、上記で算出した補正ピクセルカウント値から直前ページでのトナー消費量に対応したプロコンパッチの読み値を求める。

次に、直前ページの画像濃度に対して、トナー濃度変化量とトナー消費量と最大トナー供給量とから
「現在の仮画像濃度＝直前ページの仮画像濃度＋トナー濃度変化補正量
ただし、トナー濃度変化量＞０の時 トナー濃度変化補正量＝Ｍｉｎ（トナー濃度変化量、最大トナー供給量−トナー消費量）
トナー濃度変化量＜０の時 トナー濃度変化補正量＝Ｍａｘ（トナー濃度変化量、トナー消費量）」
の式を用いて、現在の仮画像濃度を求める。ただし、プロコン直後の場合は、プリンタエンジンから取得したプロコンパッチ読み値をそのまま現在の仮画像濃度とし、電源ＯＮでプロコン未実施の場合は、予め設定したプロコンパッチ読み値初期値を現在の仮画像濃度とする。

この時、現在の仮画像濃度が環境・色毎の画像濃度上限値を上回る、または画像濃度下限値を下回る場合は、それらを超えないように制限をかけ、現在のパッチの画像濃度とする。

更に、実際のパッチの検出画像濃度から
「ある時点でのパッチの画像濃度＝実際のパッチの検出画像濃度＋トナー濃度変化量＊実際のパッチの検出時からのページ数」
の式を用いて、ある時点でのパッチの画像濃度を予測する。

次に、予測の考え方について図７を参照にして詳細に説明する。

図７（ａ）は、トナー濃度を上げる場合の予測の考え方を説明する図である。なお、トナー濃度を上げる場合とは、図６（ａ）に示すトナー濃度変化特性のグラフにおいて、トナー濃度変化量が正の値である場合を表す。トナー濃度を上げる場合、最大トナー供給量がトナー消費量とトナー濃度を上げる量との加算値よりも大きければ、目的の画像濃度にすることが可能なことを予測し、最大トナー供給量がトナー消費量とトナー濃度を上げる量との加算値よりも小さければ、目的の画像濃度にすることが不可能なことを予測する。

図７（ｂ）は、トナー濃度を下げる場合の予測の考え方を説明する図である。なお、トナー濃度を下げる場合とは、図６（ａ）に示すトナー濃度変化特性のグラフにおいて、トナー濃度変化量が負の値である場合を表す。トナー濃度を下げる場合、トナー消費量がトナー濃度を下げる量よりも大きければ、目的の画像濃度にすることが可能なことを予測し、トナー消費量がトナー濃度を下げる量よりも小さければ、目的の画像濃度にすることが不可能なことを予測する。

更に、トナーカートリッジ内のトナーが少なくなると、最大トナー供給量が小さくなるため、累積プリントページ数および累積プリント画像密度からトナー残量を算出し、算出したトナー残量に応じて最大トナー供給量が小さくなるように制御することができる。

トナー残量に応じてトナーの最大供給量を変化させた際に、現在のパッチの画像濃度の予測の考え方について図８を参照にして詳細に説明する。

図８（ａ）は、トナー残量が十分に多い場合の予測の考え方を説明する図である。トナー濃度を上げる場合、最大トナー供給量がトナー消費量とトナー濃度を上げる量との加算値よりも大きければ、目的の画像濃度にすることが可能なことを予測し、トナー濃度を下げる場合、トナー消費量がトナー濃度を下げる量よりも大きければ、目的の画像濃度にすることが可能なことを予測する。

図８（ｂ）は、トナー残量が少ない場合の予測の考え方を説明する図である。トナー残量に応じて最大トナー供給量が小さくなると、トナー濃度を上げる場合において最大トナー供給量がトナー消費量とトナー濃度を上げる量との加算値よりも小さい時、およびトナー濃度を下げる場合において最大トナー供給量がトナー消費量とトナー濃度を下げる量との差分よりも小さい時、目的の画像濃度にすることが不可能なことを予測する。

更に、予測したパッチの画像濃度と実際に画像濃度センサで検出したパッチの画像濃度との差が所定値よりも大きい場合は、両者の値で演算した値を現在のパッチの画像濃度とすることができる。

予測したパッチの画像濃度と実際に画像濃度センサで検出したパッチの画像濃度との差が所定値よりも大きい場合の現在のパッチの画像濃度の求め方について図９を参照して詳細に説明する。

パッチの形成バラツキ若しくは画像濃度センサの出力バラツキ等によって、予測したパッチの画像濃度と、実際に画像形成装置内にパッチを形成して画像濃度センサで検出した値とが一致しない場合に備えて、両者の差が所定値よりも大きい場合には、例えば、図９に示すように、両者の平均値を算出し、算出した値をパッチの画像濃度とし、そのパッチの画像濃度に基づいて新たなパッチの画像濃度を予測する。

更に、予測したパッチの画像濃度を予め設定した上下限値で制限をかけることができる。

予測したパッチの画像濃度を予め設定した上下限値で制限をかける場合の階調特性の算出について図１０および図１１を参照して詳細に説明する。

図１０（ａ）は、予測したパッチの画像濃度と用紙上の階調特性との関係を示すグラフであり、図１０（ａ）に示すように、領域１の部分のパッチの画像濃度は用紙上の階調特性の変化と比例するものの、領域２の部分のパッチの画像濃度は用紙上の階調特性の変化と比例しなくなる。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の領域１での予測した階調特性と実際の階調特性とを比較するグラフであり、図１０（ｂ）に示すように、領域１での予測した階調特性と実際の階調特性とはほぼ一致している。

図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の領域２での予測した階調特性と実際の階調特性とを比較するグラフであり、図１０（ｃ）に示すように、領域２での予測した階調特性と実際の階調特性とは誤差が生じている。

図１１（ａ）は、トナーが極端に少なくなった状態での目標階調特性と予測した階調特性とを比較するグラフであり、図１１（ａ）に示すように、トナーが極端に少なくなった状態ではパッチの画像濃度が下がるため、算出した階調特性が極端に小さくなるため、図１１（ｂ）に示すように、階調変換テーブルの出力が広範囲に渡って飽和し、グラデーション画像での階調変化が認識できなくなってしまう。

このような状態に対応するため、実際に画像形成装置内にパッチを形成して画像濃度センサで検出した値、または予測した標準パッチの画像濃度に対して、上下限値を設定して、その範囲内に限定した上で階調特性を算出する。

更に、現像剤、感光体および転写部材等の劣化度合い（ライフカウンタ、駆動時間）に応じて、算出した現在の階調特性を補正することができる。

現像剤、感光体および転写部材等の劣化度合いに応じた現在の階調特性の補正について図１２および図１３を参照して詳細に説明する。

予測したパッチの画像濃度に対して、実際の用紙上の階調特性は、現像材、感光体および転写部材等の劣化度合いに応じて変化してくるため、それらの劣化度合いを、例えば、現像器におけるマグロールの累積駆動時間、感光体の累積回転数、転写ベルトの累積回転数等で予測し、算出した階調特性を所定の演算で補正する。

具体的には、図１２に示す現像剤劣化特性に基づき、プリンタエンジンから取得した現像剤ライフカウンタ値に応じて決まる現像剤ライフカウンタ階調補正係数と現像剤劣化基準補正係数を用いて、階調特性（以下、仮階調特性という）に対して、
「Ｙｎ＝Ｋｎ＋Ｘｎ
Ｋｎ＝αｎ＊β
［ここで、Ｙｎ：現像剤劣化階調特性（ｎ番目階調データ）、Ｋｎ：ｎ番目階調データ補正係数、Ｘｎ：仮階調特性（ｎ番目階調データ）、αｎ：現像剤劣化基準補正係数（ｎ番目階調データ）、β：現像剤ライフカウンタ階調補正係数］」
の式による演算を施して現像剤劣化階調特性を算出する。

そして、図１３に示す感光体劣化特性に基づき、プリンタエンジンから取得した感光体ライフカウンタ値に応じて決まる感光体ライフカウンタ階調補正係数ととを用いて、上記で算出した現像剤劣化階調特性に対して、
「Ｚｎ＝Ｐｎ＋Ｙｎ
Ｐｎ＝δｎ＊ε＋Ｓｐ
［ここで、Ｚｎ：感光体劣化階調特性（ｎ番目階調データ）、Ｐｎ：ｎ番目階調データ補正係数、Ｙｎ：現像剤劣化階調特性（ｎ番目階調データ）、δｎ：感光体劣化基準補正係数（ｎ番目階調データ）、ε：感光体ライフカウンタ階調補正係数］」
の式による演算を施して感光体劣化階調特性を算出する。

更に、像担持体上に形成した複数種のパッチの画像濃度センサによる検出値の差分に応じて、その装置のガンマ特性を予測し、現在の階調特性を補正することができる。

更に、複数種のうちの所定のパッチの画像濃度センサによる検出値が所定範囲内の時に、複数パッチの差分に応じてガンマ補正係数を算出して現在の階調特性を補正し、検出値が所定範囲外の場合は、現在のガンマ補正係数をそのまま継続して使用することができる。

装置のガンマ特性を予測した現在の階調特性の補正について図１４を参照して詳細に説明する。

パッチの他に、カバレッジ（トナー像を形成する面積率）の異なるＬＤプロコンパッチと階調補正用プロコンパッチとを形成し、画像濃度センサによるＬＤプロコンパッチと階調補正用プロコンパッチの検出値との差分から、その装置固有のガンマ特性を予測し、算出した階調特性を演算で補正する。

また、装置固有のガンマ特性はトナー濃度が狙いの値に安定している時のＬＤプロコンパッチと階調補正用プロコンパッチとの差分から算出する必要があるため、実際に画像処理装置内にパッチを生成して画像濃度センサで検出した値、または予測したパッチの画像濃度が狙いの値に対して所定のズレ量以内の時に、ＬＤプロコンパッチと階調補正用プロコンパッチとの差分からガンマ補正の補正係数を算出して更新する。

具体的には、ガンマ特性に基づき、プリンタエンジンから取得したＬＤプロコンパッチ読み値と階調補正用プロコンパッチ読み値との差分に対応したガンマ補正係数１，２を、上記で算出した感光体劣化階調特性に対して、
「Ｔｎ＝Ｇｎ＊Ｚｎ
Ｇｎ＝γ＊ｌｎ＋λ
［ここで、Ｔｎ：現在の階調特性（ｎ番目階調データ）、Ｇｎ：ｎ番目階調データ補正係数、Ｚｎ：感光体劣化階調特性（ｎ番目階調データ）、γ：ガンマ補正係数１、ｌｎ：、基準階調特性の入力ｎ番目階調データのカバレッジ、λ：ガンマ補正係数２］」
の式による乗算して現在の階調特性を算出する。ただし、プロコンパッチ読み値の目標値との差がパッチ目標値からの許容差より大きい場合はガンマ補正係数は更新しない。

図１４は、ガンマ補正係数１，２を適当に選択したときの入力カバレッジ毎のガンマ階調補正率（γ＊ｌｎ＋λ）を表す。

更に、予測した階調特性から目標階調特性へ変換できないと判断した場合には、目標階調特性を調整することができる。

予測した階調特性から目標階調特性へ変換できないと判断した場合の目標階調特性の調整について図１５を参照にして詳細に説明する。

算出した階調特性よりも目標階調特性の方が大きい場合に、階調変換テーブルの高濃度側に出力が変化しなくなる領域が生じする。極端な場合には図１１に示すような状態になる。

この状態では、自然画像では狙いの色に最も近くなるが、色そのものよりも階調の変化が重要視されるグラフィック画像では、グラデーションでの階調変化が認識できなくなってしまう。このような場合に対処するため、目標階調特性を算出した階調特性に近付ることで、階調変換テーブルが飽和する領域が減少するようにする。

具体的には、図１５（ａ）に示すように、目標階調特性と予測した階調特性とに基づき、修正した目標階調特性（図１５（ａ）では、「修正した目標階調特性＝目標階調特性×（α＋β）／２α」とする）を求めることで、図１５（ｂ）に示すように、目標階調特性への変換より、修正した目標階調特性への変換の方が飽和する領域が減少している。

更に、目標階調特性への変換テーブル作成時に、トーンジャンプを防止するように隣接階調値との最大階調変化量を設定することができる。

目標階調特性への変換テーブル作成時に、トーンジャンプを防止するように隣接階調値との最大階調変化量の設定について図１６を参照して詳細に説明する。

算出した階調特性と目標階調特性との差が大きい場合には、階調変換テーブルの出力値の変化が大きくなり、その変化が所定値を超えると、用紙上でトーンジャンプが発生してしまう。これを防止するために、図１６に示すように、階調変換テーブルの隣接入力値に対する出力値の最大変化量を規定する。

更に、目標階調特性への変換テーブル作成時に、Ｂｌａｃｋ等の特定の色については、入力画像データが１００％の時には、必ず面積率１００％で画像を形成するような変換テーブルを生成する。

入力画像データが１００％の時の面積率１００％で画像を形成するような変換テーブルの生成について図１７を参照して詳細に説明する。

算出した階調特性が目標階調特性よりも大きい場合には、入力値よりも出力値の方が小さくなるような階調変換テーブルが生成される。１００％の黒文字等では、目標階調特性になるように変換されるよりも、スクリーンがかかって網状になるのを避けた方が良いため、算出した階調特性が目標階調特性の最大出力値よりも大きくならないように算出した階調特性を調整した上で、階調変換テーブルを生成するようにする。

Ｋに関して、目標階調特性のＣｉｎ１００％の時のデルタＥを超える現在の階調特性を補正する。具体的な補正内容は、Ｋの現在の階調特性が、目標階調特性のＣｉｎ１００％の時のデルタＥ値よりも大きくならないように変換し、Ｋ１００％保証対応の現在の階調特性とする。

例えば、図１７（ａ）に示すように、現在の階調特性における目標階調特性のＣｉｎ１００％の時のデルタＥ値よりも大きい部分をデルタＥ値よりも大きくならないように変換することで、図１７（ｂ）に示すように、入力１００％画像データのときに１００％のトナー像が形成されるような階調補正カーブを生成することができる。

本発明に係る画像形成装置１の機能的な構成を示すブロック図である。 階調変換部が行う画像データ補正処理を示すフローチャートである。 階調変換部が行う画像データ補正処理の概略アルゴリズムを説明する図である。 階調変換部が行う画像データ補正処理の概略アルゴリズムを説明する図である。 さまざまな画像をプリントした際のパッチの画像濃度の変化を示すグラフである。 パッチの画像濃度の予測を説明する図である。 予測の考え方について説明する図である。 トナー残量に応じてトナーの最大供給量を変化させた際に、現在のパッチの画像濃度の予測の考え方について説明する図である。 予測したパッチの画像濃度と実際に画像濃度センサで検出したパッチの画像濃度との差が所定値よりも大きい場合の現在のパッチの画像濃度の求め方について説明する図である。 予測したパッチの画像濃度を予め設定した上下限値で制限をかける場合の階調特性の算出について説明する図である。 トナーが極端に少なくなった状態で予測したパッチの画像濃度を予め設定した下限値で制限をかけない場合の不具合を説明する図である。 現像剤劣化補正を示す図である。 感光体劣化補正を示す図である。 ガンマ補正を示す図である。 予測した階調特性から目標階調特性へ変換できないと判断した場合の目標階調特性の調整について説明する図である。 目標階調特性への変換テーブル作成時に、トーンジャンプを防止するように隣接階調値との最大階調変化量の設定について説明する図である。 入力画像データが１００％の時の面積率１００％で画像を形成するような変換テーブルの生成について説明する図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ ホストＰＣ
３ ホストＩ／Ｆ
４ ＰＤＬ解釈部
５ オブジェクト生成部
６ 色変換部
７ 階調変換部
８ ガンマ補正部
９ スクリーン処理部
１０ パルス発生部
１１ プリンタエンジン

Claims (26)

1. 入力した画像データを処理し、該処理した画像データを用紙上に形成する画像形成装置において、
   前記画像データの画像濃度を検出する画像濃度検出手段と、
   画像形成に影響を与える画像形成条件を所定の間隔で確認するために像担持体上に形成される画像形成条件確認手段と、
   前記画像形成条件毎に予め基準となる前記用紙上の階調特性を保持する基準階調特性保持手段と、
   画像形成の前に、前記画像濃度検出手段が検出した前記画像形成条件確認手段の画像濃度に基づいて現在の画像濃度を予測する画像濃度予測手段と、
   前記画像濃度予測手段で予測した現在の画像濃度に基づき、階調特性を算出する階調特性算出手段と、
   前記階調特性算出手段で算出した階調特性を予め設定した目標階調特性に変換するための変換テーブルを生成する変換テーブル生成手段と、
   前記変換テーブル生成手段で生成した変換テーブルに基づき、前記画像データを補正する補正手段と
   を具備することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像濃度予測手段は、
   画像形成の前に、前記画像濃度検出手段が検出した前記画像形成条件確認手段の画像濃度に応じた画像形成中のトナーの濃度の変動に対応して現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記画像濃度予測手段は、
   前記画像濃度検出手段が前記画像形成条件確認手段の画像濃度を確認した後の前記トナーの濃度の変動量と、その後の画像形成する用紙の枚数とに基づき、その後の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測する
   ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記画像濃度予測手段は、
   前記画像濃度検出手段が前記画像形成条件確認手段の画像濃度を確認した後の前記トナーの濃度の変動量と、画像形成像密度および該トナーの最大供給量に対応した該画像形成条件確認手段の画像濃度の変化量とに基づき、現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測する
   ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
5. 前記画像濃度予測手段は、
   前記トナーの残量に基づき、該トナーの最大供給量を変化させ、現在の前記画像形成条件確認手段の画像濃度を予測する
   ことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記画像濃度予測手段で予測した前記画像形成条件確認手段の画像濃度と、前記画像濃度検出手段で検出した該画像形成条件確認手段の画像濃度との差が予め設定した値より大きい場合、該画像濃度予測手段で予測した画像濃度と該画像濃度検出手段で検出した画像濃度の値で演算した値を現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度とする
   ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
7. 前記階調特性算出手段は、
   前記画像濃度予測手段で予測した前記画像形成条件確認手段の画像濃度を予め設定した上下限値と比較し、
   前記上下限値の範囲内の画像濃度に基づき、前記階調特性を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
8. 現像剤、感光体および転写部材等の劣化度合いに基づき、前記階調特性算出手段で算出した階調特性を補正する階調特性補正手段
   を更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。
9. 前記画像濃度検出手段が検出した前記像担持体上に形成した複数種の前記画像形成条件確認手段の画像濃度の差分に基づいてガンマ特性を予測し、該予測したガンマ特性に基づいて前記階調特性を補正する階調補正手段
   を更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。
10. 前記階調補正手段は、
    前記画像濃度検出手段が検出した前記複数種のうちの所定の前記画像形成条件確認手段の画像濃度が予め設定した範囲内である場合、該画像濃度の差分に基づいてガンマ補正係数を算出し、該算出したガンマ補正係数に基づいて前記階調特性を補正し、
    前記画像濃度検出手段が検出した前記複数種のうちの所定の前記画像形成条件確認手段の画像濃度が予め設定した範囲外である場合、現在のガンマ補正係数に基づいて前記階調特性を補正する
    ことを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
11. 前記階調特性算出手段で算出した階調特性から前記目標階調特性に変換できないと判断した場合、該目標階調特性を調整する目標階調特成長性手段
    を更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。
12. 前記変換テーブル生成手段は、
    前記目標階調特性への変換テーブルを生成する際に、隣接階調値との最大階調変化量を設定する
    ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
13. 前記変換テーブル生成手段は、
    特定の色については前記画像データが１００％である場合、面積率１００％で該画像データを形成するような前記目標階調特性への変換テーブルを生成する
    ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
14. 入力した画像データを処理し、該処理した画像データを用紙上に形成する画像形成装置の階調処理方法において、
    前記画像データの画像濃度を検出する画像濃度検出手段を有し、
    画像形成に影響を与える画像形成条件を所定の間隔で確認するために画像形成条件確認手段を像担持体上に形成し、
    前記画像形成条件毎に予め基準となる前記用紙上の階調特性を保持し、
    画像形成の前に、前記画像濃度検出手段が検出した前記画像形成条件確認手段の画像濃度に基づいて現在の画像濃度を予測し、
    該予測した現在の画像濃度に基づき、階調特性を算出し、
    該算出した階調特性を予め設定した目標階調特性に変換するための変換テーブルを生成し、
    該生成した変換テーブルに基づき、前記画像データを補正する
    ことを特徴とする画像形成装置の階調処理方法。
15. 画像形成の前に、前記画像濃度検出手段が検出した前記画像形成条件確認手段の画像濃度に応じた画像形成中のトナーの濃度の変動に対応して現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測する
    ことを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置の階調処理方法。
16. 前記画像濃度検出手段が前記画像形成条件確認手段の画像濃度を確認した後の前記トナーの濃度の変動量と、その後の画像形成する用紙の枚数とに基づき、その後の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測する
    ことを特徴とする請求項１５記載の画像形成装置の階調処理方法。
17. 前記画像濃度検出手段が前記画像形成条件確認手段の画像濃度を確認した後の前記トナーの濃度の変動量と、画像形成像密度および該トナーの最大供給量に対応した該画像形成条件確認手段の画像濃度の変化量とに基づき、現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度を予測する
    ことを特徴とする請求項１５記載の画像形成装置の階調処理方法。
18. 前記トナーの残量に基づき、該トナーの最大供給量を変化させ、現在の前記画像形成条件確認手段の画像濃度を予測する
    ことを特徴とする請求項１７記載の画像形成装置の階調処理方法。
19. 前記予測した前記画像形成条件確認手段の画像濃度と、前記画像濃度検出手段で検出した該画像形成条件確認手段の画像濃度との差が予め設定した値より大きい場合、該予測した画像濃度と該画像濃度検出手段で検出した画像濃度の値で演算した値を現在の該画像形成条件確認手段の画像濃度とする
    ことを特徴とする請求項１５記載の画像形成装置の階調処理方法。
20. 前記予測した前記画像形成条件確認手段の画像濃度を予め設定した上下限値と比較し、
    前記上下限値の範囲内の画像濃度に基づき、前記階調特性を算出する
    ことを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置の階調処理方法。
21. 現像剤、感光体および転写部材等の劣化度合いに基づき、前記階調特性算出手段で算出した階調特性を補正する
    ことを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置の階調処理方法。
22. 前記画像濃度検出手段が検出した前記像担持体上に形成した複数種の前記画像形成条件確認手段の画像濃度の差分に基づいてガンマ特性を予測し、該予測したガンマ特性に基づいて前記階調特性を補正する
    を更に具備することを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置の階調処理方法。
23. 前記画像濃度検出手段が検出した前記複数種のうちの所定の前記画像形成条件確認手段の画像濃度が予め設定した範囲内である場合、該画像濃度の差分に基づいてガンマ補正係数を算出し、該算出したガンマ補正係数に基づいて前記階調特性を補正し、
    前記画像濃度検出手段が検出した前記複数種のうちの所定の前記画像形成条件確認手段の画像濃度が予め設定した範囲外である場合、現在のガンマ補正係数に基づいて前記階調特性を補正する
    ことを特徴とする請求項２２記載の画像形成処理装置の階調処理方法。
24. 前記算出した階調特性から前記目標階調特性に変換できないと判断した場合、該目標階調特性を調整する
    ことを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置の階調処理方法。
25. 前記目標階調特性への変換テーブルを生成する際に、隣接階調値との最大階調変化量を設定する
    ことを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置の階調処理方法。
26. 特定の色については前記画像データが１００％である場合、面積率１００％で該画像データを形成するような前記目標階調特性への変換テーブルを生成する
    ことを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置の階調処理方法。