JP2006276164A - 画像形成装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １ドットラインや文字部等の細部の画像濃度を高解像度に制御する。
【解決手段】 シミュレーション計算部１７は、プリント画像データ、帯電電位データ、露光量データに基づいて潜像プロファイルをシミュレーションする。画像評価部１９は、所定範囲の現像バイアスについて、潜像プロファイルと現像バイアスとの間のコントラストに基づいて画像の品質を評価する。現像バイアスを所定範囲で調整しても所望の画質を得られない場合には、画質を改善する方向に設定部１８中の帯電電位のデータおよび露光量のデータを変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成技術に関し、とくに、十分な解像度で細部の画像濃度を制御可能にしたものである。

一般に、感光体上の電位測定や用紙上の画像濃度を濃度センサーによる測定を行うことで、最適な画像濃度を得るために、露光ユニットの光量や現像条件を制御している。しかしながら、電位測定装置（ＥＳＶ）や濃度センサーでは画像領域全体を測定するのが困難、測定の解像度が粗いために１ドットライン、文字などの濃度測定ができず、画像領域全体に渡って最適な条件を設定することができなかった。

特許文献１は、１ドットラインの代用としてラダーパターンなどを使って電位測定を行うことを提案している。しかしながら、この提案では、孤立した１ドットや文字など周期的に変化しない画像に対応することができない。

特許文献２は、軸方向に電位および濃度測定装置を走査することで、感光体前面の測定を可能にすることを提案している。しかしながら、この提案では、１ドットラインや文字部の測定ができず、また、オンラインでの測定が不可能であり、しかも走査用の駆動回路が必要という問題がある。

特許文献３は、電気光学効果を有する材料を用いた電位センサーを用いることで、高解像な電位測定を可能にすることを提案している。しかし、この提案の電位センサーは大きく、感光体全面を測定するのが困難という問題がある。

特許文献４は、１から１００μｍ径の棒状電位センサーを用い、誘導電流を発生させ積分解析することで、高解像な電位測定を可能にすることを提案している。しかし、この提案では、装置が複雑化し、感光体前面を測定することが困難であり、またオンライン測定ができず、しかも、センサーと感光体間隔が狭く、感光体と接触しやすいという問題がある。
特開平３−２９６０７３号公報 特開平５−１６５２９５号公報 特開平８−３６０００号公報 特開平１１−１８４１７６号公報

本発明は、以上の事情を考慮してなされたものであり、１ドットラインや文字部等の細部の画像濃度を高解像度に制御できる画像形成技術を提供することを目的としている。

本発明の構成例によれば、上述の目的を達成するために、シミュレーションを用いて、印字領域全体に渡り、１ドットラインや文字に対して十分な解像度で感光体上の電位分布やトナー重量分布を算出でき、個々の画像に応じて露光ユニット（ＲＯＳ）光量、現像バイアス、解像度を制御可能となり、良好な画像を容易に形成することが出来る。

この構成例では、印字する画像データと、設定されている帯電条件、露光条件に基づいて、感光体上に形成させる電位分布をシミュレーションにより算出する。算出した電位分布の現像バイアスに対する電位コントラストや分布幅をもとに、十分な濃度が得られるかを判定する。十分な濃度が得られない場合、全体的な濃度の調整には、帯電条件や、現像条件を、画像中のある領域の画像濃度調整には露光条件を変更して画像形成を行う。

シミュレーションに与えるパラメータは、利用環境に応じて変更することが好ましく、例えば、環境センサやプリント枚数カウンタ（感光体の摩耗量）等に応じて変更させることが好ましい。

本発明をさらに説明する。

本発明の一側面によれば、上述の目的を達成するために、感光体の表面を帯電ユニットにより帯電させ、画像データに応じて露光ユニットにより上記感光体の表面を露光して上記画像データに応じた潜像プロファイルを形成し、現像ユニットにより潜像プロファイルを現像してトナー画像を形成し、トナー画像をプリント媒体に転写・定着させる画像形成装置に：上記感光体の表面の帯電電位のデータ、上記画像データおよび上記露光ユニットの露光レベルのデータに基づいて上記潜像プロファイルをシミュレーションにより取得するシミュレーション計算手段と；上記シミュレーションにより取得した潜像プロファイルに応じて生成される画像の品質を評価する評価手段と；上記評価手段の評価結果に基づいて上記帯電電位のデータおよび上記露光レベルのデータのうちの少なくも１つを用いて上記帯電ユニットの設定値および上記露光ユニットの設定値のうちの対応するものを設定する設定手段とを設け、上記設定手段により設定された設定値を用いて画像形成を行なうようにしている。

この構成においては、シミュレーションで取得した潜像プロファイルから画像の品質を評価しているので、１ドットラインや文字部等の細部の画像濃度を高解像度に制御できる。

この構成において、上記シミュレーション計算手段は、例えば、上記評価手段が画像の品質が所望のものであると評価するまで、上記帯電電位のデータおよび上記露光ユニットの露光レベルのデータの少なくとも１つを変更しながら上記潜像プロファイルのシミュレーションを行なう。所望の画像の品質を得られると評価したのち実際の画像形成を行なう。

上記シミュレーション計算手段は、上記評価手段が画像の品質が実質的に全領域にわたり所望のものでないと評価した場合に、上記帯電電位のデータを変更して上記潜像プロファイルのシミュレーションをやり直してもよい。

また、上記シミュレーション計算手段は、上記評価手段が画像の品質が一部領域について所望のものでないと評価した場合に、上記露光ユニットの露光レベルのデータを当該一部領域について変更して上記潜像プロファイルのシミュレーションをやり直してもよい。この場合、文字やライン部分とハーフトーン部分とを別個に処理できる等の利点がある。

また、上記評価手段は、上記潜像プロファイルに基づいてトナー量分布のプロファイルを決定して画像の品質を評価してもよい。トナー量分布は例えばトナー重量分布である。

上記トナー量分布のプロファイルは上記潜像の電位および現像電位の間のコントラストとトナー分布との対応表に基づいて決定されてもよい。この場合、上記評価手段は、現像電位を選定して画像の品質を評価してもよく、上記評価手段が、選定された現像電位で画質の品質が所望のものであると評価した場合に、上記現像電位を用いて画像形成を行なうことが好ましい。

なお、本発明は装置またはシステムとして実現できるのみでなく、方法としても実現可能である。また、そのような発明の一部をソフトウェアとして構成することができることはもちろんである。またそのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品も本発明の技術的な範囲に含まれることも当然である。

本発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。

本発明によれば、印字する画像パターン、プリント中の画像に応じて、露光ユニット（ＲＯＳ）の光量、帯電電位、現像バイアスを調整するため、良好な画像を得ることができる。

以下、本件発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例の画像形成装置を示している。この例では一系統の画像形成部分しか示していないが、カラー画像に合わせて複数系統の画像形成部分を設けても良い。また、図では本発明と関連のある部分を中心に示しており、定着ユニット等は示していないが、適宜に設けることができることはもちろんである。

図１において、画像形成装置１００は、画像処理装置１からの画像データを受け取って用紙等に画像形成を行なう。画像処理装置１は、画像データを生成するものでも良いし、画像をスキャンインするものでも良い。画像形成装置１００は、受け取った画像データと画像形成装置１００自体の画像形成条件の下でどのような画像が形成されるかをシミュレーションにより判断して適切な条件の下で画像形成を行なう。その具体的な構成および動作については以下で説明する。

画像形成装置１００は、感光体１０、帯電ユニット１１、露光ユニット１２、現像ユニット１３、転写ユニット１４、クリーニングユニット１５、用紙搬送機構１６、シミュレーション計算部１７、設定部１８、画像評価部１９、帯電電位制御部２０、露光量制御部２１、画像バッファ２２等を含んで構成されている。これら感光体１０、帯電ユニット１１、露光ユニット１２、現像ユニット１３、転写ユニット１４、クリーニングユニット１５、用紙搬送機構１６、帯電電位制御部２０、露光量制御部２１、画像バッファ２２等は、電子写真方式の通常のものである。感光体１０、帯電ユニット１１の帯電ロール、現像ユニット１３の現像ロール、転写ユニット１４の転写ロールがそれぞれ矢印で示すように回転している。周知のとおり、帯電ユニット１１を用いて感光体１０表面が所定の電位に帯電され、露光ユニット１２により感光体１０表面が露光されて潜像が形成され、現像ユニット１３においてトナー像が現像され、転写ユニット１４においてトナー像が記録媒体（図示しない）に転写される。トナー像を担持した記録媒体は図示しない定着ユニットにより定着される。

シミュレーション計算部１７は、プリント画像データ、帯電電位データ、露光量データに基づいて潜像プロファイルをシミュレーションする。この点については図２を参照して後に説明する。設定部１８は、帯電電位データ、露光量データおよび現像バイアスを設定するものであり、当初はデフォルトの値または前回の画像形成時に用いた値を保持している。設定部１８の帯電電位データおよび露光量データはシミュレーション計算部１７に供給されて潜像プロファイルのシミュレーションに用いられる。画像評価部１９は、シミュレーション計算部１７のシミュレーションにより得られた潜像プロファイルに基づいて画像の品質を評価し、画像の品質が十分に適切な場合には、十分な品質であることを設定部１８に通知する。設定部１８はかかる通知に基づいてそのときの帯電電位のデータおよび露光量のデータを用いて帯電電位制御部２０および露光量制御部２１を設定する。帯電電位制御部２０は帯電ユニット１１による帯電電位を当該設定値を目標に制御し、露光量制御部２１は、露光ユニット１２の露光出力レベルを当該設定値に制御する。なお露光出力のレベルに関する設定値は部分領域について設定される。

画像評価部１９は、所定範囲の現像バイアスについて画像の品質を評価できる。潜像プロファイルと現像バイアスとの間のコントラストに基づいて画像の品質を評価する。図５の潜像プロファイルと現像バイアスとのコントラストの例を示しており、このコントラストから線幅を判別したり、トナー重量分布を決定して濃度分布を判別したりする。コントラストとトナー分布量の関係は予めテーブルに保管しておき表引きでトナー重量分布を算出できる。

画像評価部１９の評価手法は種々のものを採用できる。評価領域もサンプリング等することができる。ターゲットとなるモニタ領域をプリント画像データの特性から選択してその部分で評価を行なっても良いし、デフォルトの領域を評価しても良い。

画像評価部１９は、現像バイアスを所定範囲で調整して画像の画質を評価し、所望の画像の画質を得ることができた現像バイアスを現像ユニット１３に供給して制御を行なう。現像バイアスを所定範囲で調整しても所望の画質を得られない場合には、画質を改善する方向に設定部１８中の帯電電位のデータおよび露光量のデータを変更する。

なお、実施例の全体の動作は図３を用いて後に説明する。

図２は潜像プロファイルのシミュレーションを行なうシミュレーション計算部１７の構成例および画像評価部１９の構成例を示している。シミュレーション計算部１７等の各部は計算機のハードウェア資源およびソフトウェア資源が協同して実現されるものである。この例で計算機は画像形成装置１００内部の処理資源により実現されるが、例えば、その一部を外部に配置し、通信ネットワークを介して当該部分と画像形成装置１００とを接続しても良い。

シミュレーション計算部１７は、有限要素法を用いて潜像プロファイルの電界計算を行うものであり、制御部２０１、データ入力部２１０、モデル作成部２２０、電界計算部２３０、データ出力部２４０を含んで構成されている。

制御部２０１は、各部（プログラム）の処理全体を制御する。

データ入力部２１０では、計算に必要な情報を画像処理装置（図示しない）、帯電ユニット１１を制御するための電位センサ、露光ユニット１２などから受け取る部分であり、画像データ入力部２１１、帯電電位入力部２１２、露光量入力部２１３等を含んで構成される。

モデル作成部２２０は、電界計算のための数値データを生成する部分であり、節点データ生成部２２１および要素データ生成部２２２で構成される。これらの部分では、解析対象領域を例えば四辺形要素に分割し、全節点の座標、各要素を構成する節点の番号、要素の誘電率、電荷量などの数値データを生成する。

電界計算部２３０は、モデル作成部２２０で生成した情報を元に、電界を求める演算を行う。有限要素法による一般的な静電界計算では、未知数である各節点の電位を成分としてもつ電位ベクトル｛φ｝と、係数マトリックス［Ａ］、節点電荷を成分として持つ電荷ベクトル｛ｑ｝に対して、次式の連立方程式を解いて｛φ｝を求める。
［Ａ］｛φ｝＝｛ｑ｝ 式（１）

電界計算部２３０では、まず、係数マトリックス算出部２３１で、係数マトリックス［Ａ］を算出する。次いで、電荷ベクトル算出部２３２で、電荷ベクトル｛ｑ｝を求める。連立方程式解法部２３３では、これらの結果から、式（１）をガウスの消去法などによって解く作業を行い、電位ベクトル｛φ｝を求める。最後に電界算出部２３４では、電位ベクトル｛φ｝の空間微分を数値的に算出することで電界値を得る。

この演算により例えば図５のような電位分布が得られる。

データ出力部２４０は、必要に応じて得られた計算結果をほかの装置へ伝送する部分であり、電位出力部２４１では各節点の電位情報を、電界出力部２４２では各節点または各要素の電界値を出力する。

画像評価部１９はシミュレーション計算部１７のシミュレーション結果に基づいて画像の品質の評価を行なう。これに限定されないが、この例では、画像評価部１９は、線幅予測部１９１を具備し、入力された条件下で形成される画像の文字やライン部分の線幅や濃度などの品質を予測し、例えば、電位分布から所定の閾値を超える領域を画像とみなしてその品質を演算する。また、画像評価部１９で予測する品質として、画像のハーフトーン部分の濃度などを用いてもよく、上記文字やライン部分の線幅とハーフトーン部分の濃度の評価をそれぞれ行ってもよい。

図３は、この実施例の動作例を示しており、その詳細は以下のとおりである。

［ステップＳ１０］：シミュレーション計算部１７が潜像プロファイルをシミュレーションにより取得する。具体的には、設定部１８から帯電電位のデータおよび露光量のデータを取得し、画像処理装置１から画像バッファ２２を介して画像データを取得し、これに基づいて有限要素法により上述したように潜像プロファイルを取得する。
［ステップＳ１１］：画像評価部１９は潜像プロファイルに基づいて所定範囲の現像バイアスで所望の画質が得られるかどうかを判断する。画質の判断手法、判断対象箇所の選択等については適宜に選定できる。画質が良好な場合にはステップＳ１５へ進み、そうでない場合にはステップＳ１２へ進む。
［ステップＳ１２］：画質が良好でない範囲がプリント領域中の一部であるかどうかを判別する。一部であればステップＳ１４へ進み、全部であればステップＳ１３へ進む。
［ステップＳ１３］：入力帯電電位を変更し、これを設定部１８に通知する。入力帯電電位を変更することによりプリント領域の全体の画質を修正できる。コントラストが小さすぎる場合には、帯電電位を大きくし、コントラストが大きすぎる場合には帯電電位を小さくする。
［ステップＳ１４］：画質が良好でない範囲の露光量レベルを修正して設定部１８に通知する。
［ステップＳ１５］：最終的に所望の画像品質になったらそのときに設定値（帯電電位、露光量、現像バイアス）で画像データに基づいて画像形成を行なう。

図４は、シミュレーション計算部１７の潜像プロファイルのシミュレーションおよび画像評価部１９の動作例を示している。この動作例は以下のとおりである。

［ステップＳ１０１］：データ入力部２１０により画像データ、帯電電位、露光量の条件を入力する。
［ステップＳ１０２］：モデル作成部２２０により有限要素法の各要素の節点データ、誘電率等を入力してシミュレーションのモデルを生成する。
［ステップＳ１０３］：電界計算部２３０によりモデルにしたがって電界計算を行なう。
［ステップＳ１０４］：データ出力部２４０により節点の電位データ、各節点、各要素の電界値のデータを出力する。
［ステップＳ１０５］：画像評価部１９は例えば電位分布から閾値を超える部分を線として決定して画像の品質を評価する。

以上説明したように、この実施例によれば、画像データと、帯電電位、露光ユニットの露光量の設定値より、感光体上の電位分布をシミュレーションにより算出する。算出した電位分布において、現像電位と露光部の電位との電位コントラストや、ライン幅を算出し、得られる濃度が画像領域全体にわたり適正な範囲にない場合、帯電電位あるいは現像電位を調整し、一部が適正な範囲にない場合には、露光ユニットの露光量を調整する。また、画像データの種類にかかわらず、帯電電位で画像全体について調整を行なっても良いし、文字やライン部分と、ハーフトーン部分を別々にして、それぞれについて露光ユニットの露光量を調整するようにしても良い。調整した帯電電位、露光ユニットの露光量を用いて再度シミュレーションを行い、適正な濃度が得られているかのチェックを行う。したがって、正確に画像の品質を高めることができる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば、感光体の膜厚変化を考慮してシミュレーションを行なっても良い。感光体の膜厚変化は累積回転回数のカウンタを元に算出できるが、これに限定されない。その他の環境条件を考慮してシミュレーションを行なっても良い。また、形成される画像の品質に関する情報を画像処理装置に通知して画像データ自体を修正するようにしても良い。画像処理装置が原稿画像をスキャンインするタイプのものである場合には、スキャンイン条件を修正して再度スキャンインを行なっても良い。

本発明の実施例を全体として示す図である。 上述実施例の要部構成例を説明する図である。 上述実施例の動作を説明するフローチャートである。 上述実施例の動作の一部を詳細に説明するフローチャートである。 シミュレーションによる潜像プロファイルの例を説明する図である。

符号の説明

１ 画像処理装置
１０ 感光体
１１ 帯電ユニット
１２ 露光ユニット
１３ 現像ユニット
１４ 転写ユニット
１５ クリーニングユニット
１６ 用紙搬送機構
１７ シミュレーション計算部
１８ 設定部
１９ 画像評価部
２０ 帯電電位制御部
２１ 露光量制御部
２２ 画像バッファ
１００ 画像形成装置
１９１ 線幅予測部
２０１ 制御部
２１０ データ入力部
２１１ 画像データ入力部
２１２ 帯電電位入力部
２１３ 露光量入力部
２２０ モデル作成部
２２１ 節点データ生成部
２２２ 要素データ生成部
２３０ 電界計算部
２３１ 係数マトリックス算出部
２３２ 電荷ベクトル算出部
２３３ 連立方程式解法部
２３４ 電界算出部
２４０ データ出力部
２４１ 電位出力部
２４２ 電界出力部

Claims (10)

1. 感光体の表面を帯電ユニットにより帯電させ、画像データに応じて露光ユニットにより上記感光体の表面を露光して上記画像データに応じた潜像プロファイルを形成し、現像ユニットにより潜像プロファイルを現像してトナー画像を形成し、トナー画像をプリント媒体に転写・定着させる画像形成装置において、
   上記感光体の表面の帯電電位のデータ、上記画像データおよび上記露光ユニットの露光レベルのデータに基づいて上記潜像プロファイルをシミュレーションにより取得するシミュレーション計算手段と、
   上記シミュレーションにより取得した潜像プロファイルに応じて生成される画像の品質を評価する評価手段と、
   上記評価手段の評価結果に基づいて上記帯電電位のデータおよび上記露光レベルのデータのうちの少なくも１つを用いて上記帯電ユニットの設定値および上記露光ユニットの設定値のうちの対応するものを設定する設定手段とを有し、
   上記設定手段により設定された設定値を用いて画像形成を行なうことを特徴とする画像形成装置。
2. 上記シミュレーション計算手段は、上記評価手段が画像の品質が所望のものであると評価するまで、上記帯電電位のデータおよび上記露光ユニットの露光レベルのデータの少なくとも１つを変更しながら上記潜像プロファイルのシミュレーションを行なう請求項１記載の画像形成装置。
3. 上記シミュレーション計算手段は、上記評価手段が画像の品質が実質的に全領域にわたり所望のものでないと評価した場合に、上記帯電電位のデータを変更して上記潜像プロファイルのシミュレーションをやり直す請求項２記載の画像形成装置。
4. 上記シミュレーション計算手段は、上記評価手段が画像の品質が一部領域について所望のものでないと評価した場合に、上記露光ユニットの露光レベルのデータを当該一部領域について変更して上記潜像プロファイルのシミュレーションをやり直す請求項２または３記載の画像形成装置。
5. 上記評価手段は、上記潜像プロファイルに基づいてトナー量分布のプロファイルを決定して画像の品質を評価する請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 上記トナー量分布のプロファイルは上記潜像の電位および現像電位の間のコントラストとトナー分布との対応表に基づいて決定される請求項５記載の画像形成装置。
7. 上記評価手段は、現像電位を選定して画像の品質を評価する請求項６記載の画像形成装置。
8. 上記評価手段が、選定された現像電位で画質の品質が所望のものであると評価した場合に、上記現像電位を用いて画像形成を行なう請求項７記載の画像形成装置。
9. 感光体の表面を帯電ユニットにより帯電させ、画像データに応じて露光ユニットにより上記感光体の表面を露光して上記画像データに応じた潜像プロファイルを形成し、現像ユニットにより潜像プロファイルを現像してトナー画像を形成し、トナー画像をプリント媒体に転写・定着させる画像形成方法において、
   シミュレーション計算手段が、上記感光体の表面の帯電電位のデータ、上記画像データおよび上記露光ユニットの露光レベルのデータに基づいて上記潜像プロファイルをシミュレーションにより取得するステップと、
   評価手段が、上記シミュレーションにより取得した潜像プロファイルに応じて生成される画像の品質を評価するステップと、
   設定手段が、上記評価手段の評価結果に基づいて上記帯電電位のデータおよび上記露光レベルのデータのうちの少なくも１つを用いて上記帯電ユニットの設定値および上記露光ユニットの設定値のうちの対応するものを設定するステップと、
   上記設定手段により設定された設定値を用いて画像形成を行なうステップとを有することを特徴とする画像形成装置。
10. 感光体の表面を帯電ユニットにより帯電させ、画像データに応じて露光ユニットにより上記感光体の表面を露光して上記画像データに応じた潜像プロファイルを形成し、現像ユニットにより潜像プロファイルを現像してトナー画像を形成し、トナー画像をプリント媒体に転写・定着させる画像形成用コンピュータプログラムにおいて、
    シミュレーション計算手段が、上記感光体の表面の帯電電位のデータ、上記画像データおよび上記露光ユニットの露光レベルのデータに基づいて上記潜像プロファイルをシミュレーションにより取得するステップと、
    評価手段が、上記シミュレーションにより取得した潜像プロファイルに応じて生成される画像の品質を評価するステップと、
    設定手段が、上記評価手段の評価結果に基づいて上記帯電電位のデータおよび上記露光レベルのデータのうちの少なくも１つを用いて上記帯電ユニットの設定値および上記露光ユニットの設定値のうちの対応するものを設定するステップと、
    上記設定手段により設定された設定値を用いて画像形成を行なうステップとをコンピュータに実行させるために用いられることを特徴とする画像形成用コンピュータプログラム。