JP2007088920A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 誤差拡散法で階調表現されたトナー画像を形成する画像形成装置における階調補正の精度を向上する。
【解決手段】 中間転写ベルト上に主走査方向に左右相互に所定の幅だけずらして基準パターンＰ１〜Ｐ３を形成し（Ｓ１）、各基準パターンＰ１〜Ｐ３の各階調値に対応する部分（パッチ）の濃度を検出してサンプリングする（Ｓ２）。次に、各階調値に対応してサンプリングされた各３個の濃度検出値の平均値を求め（ステップＳ３）、この平均濃度値から入力画像データと出力画像の濃度の関係を示す階調特性を得る。そして、当該階調特性が線型になるように補正するγ曲線を求め（ステップＳ４）、このγ曲線に基づき入力画像データの階調を補正することにより、階調再現性に優れた画像を形成する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、誤差拡散法により階調表現されたトナー画像を転写媒体上に形成する画像形成装置および画像形成方法に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラムの感光特性やトナーの発色特性などに起因して、入力画像の階調が、出力画像においてリニアに再現されないという問題がある。そのため、従来から入力された画像データを、階調補正曲線（以下「γ曲線」という。）に基づき階調補正して、出力画像の階調再現性を向上させるようにしている。

ところが、感光体ドラムの劣化、装置内の温度および湿度の変化やトナーの劣化に伴う帯電特性の変化などに起因して、現像時におけるトナーの感光体ドラムへの付着量が変化するため、階調補正の内容を定期的に更新することが望ましい。
そこで、例えば、特許文献１に記載の発明においては、定期的に所定の階調値を有する画像データに基づき転写媒体上にトナーパターンを形成して、このトナーパターンの濃度を光電センサにより検出し、その検出結果に基づきその都度γ曲線を求め、入力された画像データの階調値を当該γ曲線を用いて補正することにより階調再現性を向上するようにしている。

一方、トナー画像における階調表現の手法として、誤差拡散法が普及してきている（例えば、特許文献２）。この誤差拡散法は、入力画像の注目画素を一定の閾値により低値化（例えば２値化）処理し、この低値化された値と入力画像の階調値との差分（誤差）を周りの画素に分散して補いながら注目画素を次々に低値化して擬似階調表現する方法であり、特に多階調の画像表現に適している。

このような誤差拡散法により階調表現する画像形成装置においても、トナーを転写して画像を形成する構成である以上、上記のように定期的に階調補正を更新するのが望ましいのはいうまでもない。
特開平５−１４７２８号公報 特公平７−９３６８４号公報

しかしながら、誤差拡散法は、上述のように低値化（例えば２値化）された画素（白画素と黒画素）の分布（以下、「ドットパターン」という。）により擬似的に階調表現するようになっており、しかも黒画素がランダムに分布する構成となっているため、同じ階調値を示す領域であってもトナーパターンの検出位置によってその検出値にばらつきが生じることになり、これにより正確な階調補正が難しくなる。

特に、低濃度部分では、図１３に示すように黒画素がかなり偏在しているため、パターン検出センサの読取位置が例えば図のＡ，Ｂ，Ｃと異なった場合に、その検出値も異なり、入力画像の階調データのレベルと出力画像の濃度検出値との相関関係（階調特性）が、図１４に示すようにばらついてしまう。
そのため、この階調特性を補完すべく求められたγ曲線にも低濃度領域において図１５に示すようにばらつきが生じ、当該γ曲線により補正された画像データに基づき記録シート上に形成されると、その画像の階調再現性が、図１６に示すように低濃度域において芳しくない結果となる。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、誤差拡散法を用いて階調表現する画像形成装置において、その階調補正の精度を向上することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、異なる階調値を示す複数のトナーパッチを誤差拡散法により形成し、当該トナーパッチの幅よりも小さな検出幅の検出手段により、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて、異なる位置の濃度を検出して、それらの検出濃度から、各階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得する代表濃度取得手段と、前記代表濃度の値に基づき階調補正データを作成して画像データの階調を補正する階調補正手段と、前記階調補正された画像データを誤差拡散法により処理して画像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴としている。

ここで、各階調値を示すトナーパッチは、副走査方向に連続して形成されてもよいし、所定の間隔をおいて分離して形成されてもよい。また、トナーパッチの「濃度を検出する」とは、直接、濃度値を検出する場合のほか、検出手段の検出信号から一旦トナー付着量を求め、これを濃度値に換算するような場合も含まれるものである。

このように各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて、相対的に異なる位置の濃度を検出して、それらの検出濃度から各階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得するようにしているので、誤差拡散処理によるドットの偏在にあまり影響されずに当該トナーパッチが示す適正な濃度を取得することが可能となり、従来のようにトナーパッチの１箇所だけの検出濃度に基づいて階調補正データを作成する場合よりも精度の高い階調補正が可能となる。

ここで、前記代表濃度取得手段は、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて検出された相対的に異なる位置での濃度の平均値を、当該階調値を示すトナーパッチの代表濃度として取得するのが望ましい。
また、本発明は、前記各階調値を示すトナーパッチは、それぞれ複数個あって、これらの複数個のトナーパッチとパターン検出手段との相対的な位置関係を変化させることにより、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて相対的に異なる位置での濃度が検出されることを特徴としている。

ここで、前記各階調値を示す複数個のトナーパッチの主走査方向における位置を異ならせて形成することにより、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて、相対的に異なる位置における濃度を検出するようにしてもよい。
また、ここで、前記検出手段を主走査方向に変位させる変位手段を備え、この変位手段により前記検出手段を主走査方向に変位させることにより、前記各階調値を示す複数個のトナーパッチのそれぞれについて、相対的に異なる位置における濃度を検出するようにしてもよい。

さらに、ここで、前記各階調値を示す複数個のトナーパッチの傾きを異ならせて形成することにより、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて、相対的に異なる位置における濃度を検出するようにしてもよい。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態を、タンデム型のカラーデジタル複写機（以下、単に「複写機」という。）を例にして説明する。
（１）複写機の構成の概略
図１は、本実施の形態に係る複写機１の要部の構成を示す図である。
この複写機１は、大きく分けて画像読取部１００と画像形成部２００とから構成される。

画像読取部１００としては、原稿画像をＣＣＤセンサで読み取ってＲ，Ｇ，Ｂの画像データを生成する公知のものが使用され、原稿台に載置された原稿をスキャナを移動させてスキャンするミラースキャン方式のものや、スキャナを固定させて原稿を原稿搬送装置で移動しながら原稿画像を読み取るシートスルー方式のものなどがあるが、原稿画像をカラーで読み取ることができれば、特に限定されない。

画像形成部２００は、本実施の形態では、タンデム型で２次転写方式のものが採用されており、中間転写部１０、作像部２０、給紙部３０、２次転写部４０、定着部５０および制御部６０とから構成され、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）の各再現色のトナー画像を多重転写することによりフルカラー画像が形成されるようになっている（以下、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各再現色を単にＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋと表し、各再現色に関連する構成部分の番号にこのＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋを添字として付加する）。

中間転写部１０は、駆動ローラ１１および従動ローラ１２、１３、１４に中間転写ベルト１５を張架して構成され、この中間転写ベルト１５の内側の、各感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋに対応する位置には、１次転写チャージャ１６Ｙ〜１６Ｋが列設される。また、中間転写ベルト１５は、駆動ローラ１１により一定速度で走行するように構成される。この駆動ローラ１１の下方には、中間転写ベルト１５表面に残留するトナーを除去するクリーナ１７が配設されている。

作像部２０は、電子写真式の４個の作像ユニット２１Ｙ〜２１Ｋを、中間転写ベルト１５の走行方向に沿って列設してなる。
ここで、例えば、作像ユニット２１Ｙは、感光体ドラム２２Ｙ、帯電チャージャ２３Ｙ、ＬＥＤアレイ２４Ｙ、現像ユニット２５Ｙ、およびクリーナ２６Ｙとからなる。クリーナ２６Ｙにより表面の残留トナーが除去された感光体ドラム２２Ｙの表面を帯電チャージャ２３Ｙで一様に帯電させ、これをＬＥＤアレイ２４Ｙで露光走査することにより感光体ドラム２１Ｙの表面に静電潜像が形成される。この静電潜像を現像ユニット２５Ｙから供給されるイエローのトナーで現像し、現像されたトナー像を転写チャージャ１６Ｙにより中間転写ベルト１５の表面に一次転写される。

他の作像ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋも現像ユニットに収納されるトナーの色が異なるだけで基本的には同じ構成である。
給紙部３０は、記録シートを収納する給紙カセット３１と、この記録シートを当該給紙カセット３１から１枚ずつ繰り出すためのピックアップローラ３２および中間ローラ３３、２次転写部４０に送り出すタイミングをとるためのレジストローラ３４などを備える。

２次転写部４０は、転写ローラ４１に印加された電圧により生じた静電力により、中間転写ベルト１５上のトナー像を記録シートＳ上に２次転写させる。
定着部５０は、記録シート上に転写されたトナー像を熱圧着して記録シート上に定着させる。
制御部６０は、画像読取部１００で取得された画像データや外部の端末から受信した画像データに、階調補正を含む様々な処理を加えて、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋの再現色の信号を生成するほか、上記画像読取部１００や画像形成部２００各部の動作を制御して円滑な画像形成動作を実行させる。

なお、複写機１の上面の操作しやすい位置には操作パネル７０（図２）が設けられている。操作パネル７０には、コピー枚数を設定するためのテンキー、コピーを開始させるためのスタートキーなどのキー群の他、原稿の読取モード、読取倍率（拡大縮小率）などの入力を受付けるための設定画面やボタンおよび用紙切れや紙詰まりなどのメッセージを表示させるための液晶表示部が配されている。

上述のような構成を有する複写機１において、画像読取部１００で原稿を読み取って得られたＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の画像データは、制御部６０において各種のデータ処理を受け、更にＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの各再現色の画像データに変換され、作像部３０における作像ユニット２１Ｙ〜２１Ｋにおける露光用ＬＥＤアレイが所定の時間をずらして駆動され、それぞれの感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋ上に各再現色のトナー像が形成される。

これらの作像ユニット２１Ｙ〜２１Ｋにより作像されたＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋのトナー像が、順次中間転写ベルト１５の同じ位置に重ね合わされて転写されることにより、中間転写ベルト１５上にフルカラーのトナー画像が形成される。
給紙部３０は、上記中間転写ベルト１５上に形成されたトナー像が２次転写部４０に到達するタイミングを合わせて、記録シートＳを２次転写部４０に給送し、ここで中間転写ベルト１５上のトナー像が記録シートＳ上に２次転写され、その後、定着部５０でトナー像を定着させた後に、排紙トレイ５５上に排出される。

なお、２次転写部４０より下流側の中間転写ベルト１５に沿った位置には、中間転写ベルト１５上に形成されたトナーパターンを検出するためのパターン検出センサ１８が配設される。このパターン検出センサ１８は、例えば、ＬＥＤなどの発光素子とフォトダイオードなどの受光素子を備えた反射型の光電センサが用いられ、このパターン検出センサ１８の検出結果に基づき、階調補正が実行される。詳しくは後述する。

（２）制御部６０の構成
次に、図２を参照して制御部６０の構成を説明する。
同図に示すように制御部６０は、ＣＰＵ６１、画像信号処理部６２、画像メモリ６３、ＬＥＤ駆動部６４、ＲＡＭ６５、ＲＯＭ６６、ＥＥＰＲＯＭ６７などからなる。
画像信号処理部６２は、原稿をスキャンして得られたＲ，Ｇ，Ｂの電気信号をそれぞれ変換して多値デジタル信号からなる画像データを生成し、これに後述する様々な処理を施すと共に、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋの再現色の画像データを生成して画像メモリ６３に出力する。画像メモリ６３は、上記画像データを各再現色ごとに格納する。

ＬＥＤアレイ駆動部６４は、ＣＰＵ６１の制御を受けて、画像メモリ６３から走査ラインごとに画像データを読み出し、各作像ユニット２１Ｙ〜２１ＫにおけるＬＥＤアレイを駆動する。
ＲＡＭ６５は、各種の制御変数などを一時記憶すると共にプログラム実行時のワークエリアを提供する。

ＲＯＭ６６には、画像読取部１００や画像形成部２００の各部の制御プログラムなどのほか、各色のトナーパターンの印字用データが格納されている。
不揮発性の書き込み可能メモリであるＥＥＰＲＯＭ６７は、後述する階調補正データ作成処理における補正データなどが格納される。
図３は、図２の画像信号処理部６２の構成を示すブロック図である。

画像読取部１００のＣＣＤセンサにより光電変換された画像信号は、Ａ／Ｄ変換部６２１で、ｒ，ｇ，ｂの多値デジタル画像データに変換される。
Ａ／Ｄ変換された画像データは、シェーディング補正部６２２において所定のシェーディング補正が施される。このシェーディング補正は、画像読取部１００におけるスキャナの露光ランプの照射ムラやＣＣＤセンサの感度ムラを解消するものであって、プレスキャン時に原稿ガラス台の設置された白色基準板を読み込んで、このときの読み取った画像データから各画素の乗算比率を決めて内部メモリ（例えばＲＡＭ６５）に記憶させておき、原稿読み取り時に、各画像データに上記内部メモリに記憶した乗算比率を乗算して補正するものである。

シェーディング補正された画像データは、原稿の反射率データであるため、ＬＯＧ変換部６２３において実際の画像の濃度データに変換される。
なお、本複写機１はインターフェース（Ｉ／Ｆ）６３２を介してＬＡＮなどのネットワークに接続可能になっており、当該ネットワークに接続された他の端末から画像データを受信できるようになっている。外部端末から画像データを受信した場合、それらはＲ，Ｇ，Ｂの濃度データである場合が多いので、上述したＡ／Ｄ変換部６２１、シェーディング補正部６２２、ＬＯＧ変換部６２３におけるデータ処理は特に必要ない。

これらの濃度データは、ＢＰ処理部（墨加刷処理部）６２４に入力されて、黒色データＫが生成される。ここで黒の生成を行うのは、フルカラー再現のために必要なシアン、マゼンタ、イエローを重ね合わせて黒を再現しても、各トナーの分光特性の影響により、鮮明な黒の再現が難しいためである。そのため、ＬＯＧ変換部６２３から得られるＲ，Ｇ，Ｂ成分の濃度データＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂの重なり合う濃度のうち一定の割合を黒の濃度データＫとして出力する。

また、ＵＣＲ処理部（下色除去処理部）６２５は、濃度データＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂから黒の濃度データとした値を差し引いた値に所定の係数を乗じて、濃度データＤｒ’、Ｄｇ’、Ｄｂ’として出力する。
Ｒ，Ｇ，ＢとＣ，Ｍ，Ｙは、相互に補色の関係にあり濃度は等しい筈であるが、実際は、ＣＣＤセンサ内のフィルタＲ，Ｇ，Ｂの透過特性とプリンタ部の各トナーＣ，Ｍ，Ｙの反射特性は、それぞれリニアには変化しないので、色補正部６２６では、上記濃度データＤｒ’、Ｄｇ’、Ｄｂ’に所定のマスキング係数を乗じて線型補正を加えて、Ｃ，Ｍ，Ｙの濃度データを生成して出力する。

このようにして、ＢＰ処理部６２４、ＵＣＲ処理部６２５、色補正部６２６において求められたＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの各濃度データが次段のγ補正部６２７に入力され、内部に格納された階調補正データ（以下、「γ補正データ」という。）に基づき階調補正される。
階調補正されたＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの濃度データは、誤差拡散処理部６２８において誤差拡散処理された後、再現色ごとに画像メモリ６３に格納される。

図４は、上記誤差拡散処理部６２８の構成を示すブロック図である。
同図に示すように誤差拡散処理部６２８は、入力補正部６２８１、低値化部６２８２、差分演算部６２８３、誤差拡散マトリクス部６２８４、誤差値演算部６２８５、および、誤差データ更新部６２８６とから構成される。
入力補正部６２８１は、画像データの注目画素に周辺画素から分散されて累積した誤差を加算する。低値化部６２８２は、しきい値データを用いて、注目画素の画像データを量子化データとして出力する。

差分演算部６２８３は、入力補正部６２８１から出力された画像データの階調値と低値化部６２８２から出力された量子化データの階調値との誤差（以下、単に「誤差」という。）を演算する。
誤差拡散マトリクス部６２８４は、画像データの低値化にともなう誤差を、それぞれの周辺画素に割り当てられた重み付けに応じて振り分ける機能要素である。ここでは、上記差分演算部６２８３で算出された階調値の誤差を周辺の画素に分配するために重み付けがマトリクス状に形成されており、例えば、当該注目画素に一番近い真上と真横の画素には、できるだけ注目画素の誤差を十分反映させる必要があり、重み付けが他の周辺画素よりも大きな「１０倍」に設定されている。このように重み付けされた各画素の誤差配分値は、誤差演算部６２８５において当該重みの総和（本実施の形態の場合「６４」）で除算され、誤差データ更新部６２８６に送出される。

誤差データ更新部６２８６は、今までの他の注目画素の誤差による誤差配分値を画素ごとに累積して誤差データとして記憶しており、今回の誤差配分値を当該記憶されていた誤差データに加えて更新する。
そして、次の注目画素の画像データが入力補正部６２８１に入力されると、当該画素について記憶されている誤差データを入力補正部６２８１に出力し、入力補正部６２８１は、入力された画像データの階調値に上記誤差データを加え、以下その値に基づき上記した低値化および誤差配分の処理が繰り返される。

このように誤差拡散処理は、各注目画素の階調値を低値化し、この低値化されたデータと低値化前の階調値との誤差を、周辺画素へ重み付け平均して加算することにより次の画素の階調値を修正していくため、１つ１つの画素について見れば、入力された画素の階調値と異なってはいるが、画素の集合として見たときには入力画像の階調値を十分反映することができるものである。

図３に戻り、パターン記憶部６２９には、図５に示すような階調変化を有する基準パターンの画像データ（以下「パターンデータ」という。）がＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋごとに格納されている。
図５では当該基準パターンの階調は、最大濃度部から最小濃度部まで副走査方向に連続して変化しているように見えるが、実際には例えば、２５０、２４０、２３０、２２０、・・・・、４０、３０、２０、１０、０というように１０階調値ごとに２６等分されて段階的に変化している（この１０階調値ごとの幅を有する部分を本明細書においては便宜上「パッチ」と呼ぶ。したがって図５の基準パターンは、それぞれ２５０、２４０、２３０、２２０、・・・・、４０、３０、２０、１０、０の階調値を示す所定幅のパッチが副走査方向に連続して並んで形成されているとも表現できる。）。

１つのパッチの副走査方向の幅は、パターン検出センサ１８の副走査方向の検出幅以上であって、中間転写ベルト１５の走行中に当該パッチの濃度をパターン検出センサ１８で検出するのに必要な幅が設定される。
後述するγ補正データ作成処理において、このパターンデータが誤差拡散処理部６２８に入力されて誤差拡散処理された後、一旦画像メモリ６３に格納され、γ補正データ作成時において、当該パターンデータが読み出されて、図６に示すように副走査方向に所定の間隔おいて３個の基準パターンＰ１〜Ｐ３が形成される。

この際、図６に示すように３個の基準パターンＰ１〜Ｐ３が、センサに読み取り位置から外れない範囲内で主走査方向に若干ずれるように中間転写ベルと１５上に形成される。
この基準パターンＰ１〜Ｐ３が、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの各色について形成され、パターン検出センサ１８によりパッチごとの濃度が検出される。
これらの検出値は検出処理部６３０に入力され、それぞれ同一の階調値を示す３つのパッチについて検出された濃度を平均し、この平均濃度を当該階調値を示すパッチの代表濃度としてγ補正データ算出部６３１に出力する。

γ補正データ算出部６３１では、各パッチで示そうとする階調値と実際のパッチの代表濃度の関係から階調特性を求め、この関係が線型になるようにγ補正データを算出する。ここで算出されたγ補正データによりγ補正部６２７内部のγ補正データが更新され、以後、この更新されたγ補正データに基づき画像データの階調補正が実行される。
以下、このγ補正データ作成処理の手順を、補正の対象となる画像データがシアンである場合を例にして、図７のフローチャートに基づき説明する。なお、このγ補正データ作成処理は、例えば、複写機１に電源を投入する度ごとや、所定時間経過するごと、もしくは画像形成動作の累積回数が所定回数を超えるごとに実行される。

まず、シアンのパターンデータに誤差拡散処理を加えて、基準パターンを主走査方向に左右相互に所定の幅だけずらしながら複数個（本実施の形態ではＰ１〜Ｐ３の３個）作成する（ステップＳ１）。
この際、基準パターンを主走査方向にずらす距離は、パターン検出センサ１８による検出領域と形成された基準パターンＰ１〜Ｐ３が主走査方向において重なる範囲内で設定される（この前提として当然ながら、パターン検出センサ１８の主走査方向における検出幅は、基準パターンの主走査方向における幅よりも小さいのはいうまでもない。）。

また、できるだけ基準パターンに対する主走査方向における検出領域が重ならないように各基準パターンＰ１〜Ｐ３の主走査方向におけるずれ量を設定することが望ましい。主走査方向にできるだけ異なる位置の基準パターンの濃度を検出して、これらを平均化する方が、誤差拡散処理されて偏在しているドットパターンについて、正しい濃度値を把握しやすいからである。

このように基準パターンを主走査方向にずらして形成する方法は、誤差拡散処理されたパターンデータの読み出しのタイミングｔｘを基準パターンＰ１〜Ｐ３で異ならせることにより容易に達成できる。
そして、各基準パターンＰ１〜Ｐ３の各階調値を示すパッチの濃度を検出してサンプリングする（ステップＳ２）。

具体的には、例えば、図６において各基準パターンＰ１〜Ｐ３の最高濃度部側のエッジをパターン検出センサ１８で検出してからのクロック数をカウントする。
上記基準パターンの各パッチで示すべき階調値は、上記クロック数と対応して予め不図示のテーブルに格納されており、例えば、入力画像データの階調数が２５６であって、２５０、２４０、２３０、〜、３０、２０、１０、０と１０階調値ごとのパッチの濃度を検出する場合、基準パターンＰ１〜Ｐ３の当該階調値に対応するパッチの位置が、上記クロック数でＮ１〜Ｎ２６（Ｎ１＜Ｎ２６）として予め求められており、このクロック数をカウントすることにより、基準パターンＰ１〜Ｐ３について同じ階調値を示すパッチにおける濃度検出値を主走査方向に異なる位置で３個サンプリングできることになる。

これらのサンプリング値は、該当する階調値に対応して検出処理部６３０内の不図示のテーブルに格納され、ここで各階調値に対応してサンプリングされた各３個の検出値の平均値が求められる（ステップＳ３）。
例えば、基準パターンＰ１〜Ｐ３の階調値６０のパッチに対してついてそれぞれ検出値ｄ１〜ｄ３が得られたならば、この平均値（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／３を求め、この値を、階調値６０を表示すべきパッチの代表濃度値とし、当該階調値に対応させて所定のテーブルに格納する。各パッチは、同じパターンデータを誤差拡散処理して形成されたものであるから、そのドットパターンは同一であり、これが主走査方向にずれて形成されることにより、パターン検出センサ１８は、一つのパッチについて異なる３箇所での濃度を検出したのと同じ結果を得ることができ、これを平均することにより、トナーパッチの濃度を１箇所で検出した場合よりも、当該トナーパッチが擬似表示している濃度により近い濃度値を得ることができる。

そして、γ補正データ算出部６３１において、上記各階調値に対応するパッチのそれぞれの代表濃度値に基づき、背景技術において説明したのと同様な手法でγ補正データ（γ曲線）が求められる（ステップＳ４）。
すなわち、各入力画像の階調値と、これに対応して形成されたパッチの上記代表濃度値から、まず階調特性を求め、次にこの階調特性を線型補正するようにγ補正データを算出し、そのルックアップテーブルを図３のγ補正部６２７内の不揮発性メモリに格納して更新する。

このようなγ補正データを求める処理が、他のＹ、Ｍ、Ｋについても実行され、それぞれγ補正部６２７内の不揮発性メモリに格納される。
そして、画像形成時において、Ｃ，Ｙ，Ｍ，Ｋのそれぞれの入力画像データに対して対応する上記γ補正データに基づき階調補正することにより、階調再現性に優れた画像を形成することができるものである。

なお、上述のような階調補正方法を実行するためのプログラムは、ＲＯＭ６６（図２）に予め格納されており、ＣＰＵ６１がこのプログラムを読み出して実行することにより的確な階調補正がなされる。
このようなプログラムは、例えば磁気テープ、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ、ＰＤなどの光記録媒体、Ｓｍａｒｔ Ｍｅｄｉａ（登録商標）、ＣＯＭＰＡＣＴＦＬＡＳＨ（登録商標）などのフラッシュメモリ系記録媒体等、コンピュータ読み取り可能な各種記録媒体に記録することが可能であり、当該記録媒体の形態で生産、譲渡等がなされる場合もあるし、プログラムの形態で、インターネットを含む有線、無線の各種ネットワーク、放送、電気通信回線、衛星通信等を介して伝送、供給される場合もある。

＜変形例＞
以上、本発明を種々の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
（１）（基準パターン検出処理の変形例）
上記実施の形態では、基準パターンを主走査方向にずらして中間転写ベルト１５上に形成することにより同一の階調値を示すパッチについて主走査方向に異なる位置の濃度を検出することにより当該パッチが示す濃度を適正に評価するようにした。しかし、同じ階調値を示すパッチについて主走査方向に異なる位置において濃度を検出する方法は上述のような方法に限らず、次のような変形例も可能である。

（１−１）変形例１
本変形例では、各基準パターン自体は主走査方向にずらさずに副走査方向に一列に並ぶように形成し、パターン検出センサ１８を一つの基準パターンの検出が終了するたびに主走査方向に変位させるようにしている。
図８は、この場合におけるパターン検出センサ１８の変位機構の一例を示す概略図である。

パターン検出センサ１８の基板１８１は不図示の保持部材により主走査方向に移動可能に保持されており、その端部にはラック１８３が連結される。このラック１８３は、駆動モータ１８２の駆動軸に嵌着されたピニオン１８４が噛合しており、駆動モータ１８２を所定の方向に回転させることによりパターン検出センサ１８の検出位置が主走査方向に変位可能となっている。この駆動モータ１８２としてパルス制御によって微小な変位量の制御が可能なステッピングモータが望ましい。

なお、図８に示したこの変位機構はあくまでも一例であって、その他カム機構や静電アクチュエータ、または、ばねとソレノイドを組み合わせた構成などを利用した変位機構であっても構わない。
図９は、本変形例２における基準パターン検出処理の概要を示す図である。
パターン検出センサ１８により基準パターンＰ１の最高濃度側のエッジが検出されると、クロックのカウントを開始し、各階調値に対応するパッチの濃度をサンプリングする。基準パターンＰ１の検出が終わると、パターン検出センサ１８の位置を所定量だけ図の右方向に変位させて、基準パッチＰ２について同様なサンプリング動作をした後、パターン検出センサ１８の位置を今度は左側に所定量変位させてサンプリングを行う。これにより、各基準パターンＰ１〜Ｐ３に対するセンサの読取位置が、破線で示すように主走査方向に相対的にずれることになり、図６の場合と同様な検出結果が得られる。

なお、基準パターンの副走査方向における終端の位置の、上記カウント開始からのクロック数は予めＲＯＭ６６に格納されており、これにより各基準パターンの検出を終了して、パターン検出センサ１８を変位させるタイミングが分かる。なお、パターン検出センサ１８の変位量と基準パターンの主走査方向の幅との関係は上述した実施の形態の場合と同様にして決定される。

（１−２）変形例２
図１０は、変形例２に係る基準パターン検出処理を示す図である。
この変形例２では、パターン検出センサ１８によるセンサ読み取り位置は固定して、基準パターンＰ３に対し、基準パターンＰ１、Ｐ２を左右に所定角度だけ回転させて形成するようにしている。

例えば、基準パターンをθだけ右に回転させる場合には、パターンデータの各画素のメモリ上のアドレスを次のように変換すればよい。
すなわち、図１１に示すようにＸＹ座標系で特定の画素Ｐのメモリ上の座標を（ｘ，ｙ）とし、ＸＹ座標をθだけ回転させたＵＶ座標系におけるＰの座標を（ｕ，ｖ）とすれば、両者の関係は、次の数１の式のようになる

したがって、上式に基づきもとのパターンデータのメモリの座標を変換して、これに基づいて基準パターンＰ１、Ｐ２を描画すればよい。この際θの大きさは、回転された後の基準パターンがセンサ読み取り位置のラインと重なる範囲であることはいうまでもない。

また、各基準パターンの最高濃度部側のエッジを検出してから、所定の階調値を示すパッチにいたるまでのクロック数も回転角θに応じて若干異なってくる。具体的には、基準パターンをθ回転することにより、その副走査方向の距離が、副走査方向に平行に形成された標準の位置の場合よりも、（１／ｃｏｓθ）だけ長くなるので、各階調値を示すパッチに到達するまでのクロック数もそれに応じて多くなる。このように回転θに応じて調整されたクロック数が予め求められてＲＯＭ６６内に格納されており、これに基づき各階調値のパッチごとのサンプリングが行われる。

このような方法によっても、同じ階調値を示すパッチについて主走査方向に異なる位置における濃度検出が可能となるので、上述した場合と同様な効果を得ることができる。
（１−３）変形例３
上述の各例では、各階調値を示すパッチが図５に示すように連続して形成して一つの基準パターンを形成したが、必ずしもそうである必要はなく、副走査方向において所定の間隔をおいて各パッチが形成されていても構わない。また、基準パターンの数は、３つに限られず、それ以上の個数であってもよい。基準パターンの数を多くして同じ階調値を示すパッチについて、できるだけ多くの異なる位置での濃度を検出するようにすればより的確なγ補正データが得られる。この場合、代表濃度は、上記実施の形態のように同一の階調を示す複数のパッチのサンプリング値を単純平均して求めてもよいし、検出値が最小と最大のものを除外して、残りの検出値のみを平均して、これを代表濃度値としても構わない。

また、基準パターンは、最小でも２つ形成して、その検出値からγ補正データを求めれば、少なくとも従来の場合よりは正確に階調補正が行えるものである。
図１２は、各階調値を示すパッチが２個ずつあり、それらが副走査方向に若干間隔をおき、かつ主走査方向に所定量ずれた位置に形成される場合について示す図である。このような場合であっても一つの階調値を示す２つのパッチについて主走査方向に異なる位置で濃度検出できるため、その平均濃度を求めることにより上述した場合と同様に適正な階調補正が可能となるものである。

なお、上記実施の形態と変形例１〜３のいずれか２つ以上の方法を組み合わせて基準パターン検出処理を実行しても構わない。
（２）上記実施の形態では、入力画像の階調数を２５６とし、基準パターンとして、階調値が１０ずつ変化する「０、１０、２０、３０、・・・・、２３０、２４０、２５０」の２６種類のトナーパッチを連続して配列したものを形成したが、さらに細かい幅で階調値が変化するトナーパッチを形成すれば、γ補正データの精度が高くなる。また、階調補正するためには、最低でも２つ以上の階調値を示すトナーパッチが必要である。

（３）上記実施の形態では、各階調値を示す複数のパッチに対して主に主走査方向に異なる位置の濃度を検出するようにしたが、その他の方向、特に副走査方向に異なる位置の濃度を検出して当該パッチの代表濃度を求めることも可能である。
なお、上記実施の形態の説明において基準パターンやトナーパッチの「濃度を検出する」とは、パターン検出センサの信号値により直接、濃度値を検出するような場合のほか、当該センサの検出信号から一旦トナー付着量を求め、当該トナー付着量と濃度との相関関係を示すテーブル等を参照にして濃度に換算するような場合でも構わない。

（４）上記実施の形態では、中間転写ベルト上に形成された基準パターンを検出してγ補正データを求めたが、各感光体ドラムに形成された基準パターンのトナー像を感光体ドラムごとに設けられたパターン検出センサで検出するようにしても構わない。
また、記録シートに基準パターンを２次転写して、排紙路に設置されたトナー検出センサで検出することも可能であろう。

（５）上記実施の形態においては、入力された画像データの階調値を２値化して誤差拡散処理する例について述べたが、一般には入力画像データが階調数Ｌで表現される場合に、当該Ｌより少ない階調数Ｍ（＝２^ｍ（ｍ＝１，２，３，・・・・））に低値化さえすれば、誤差拡散処理を適用できる。通常は、Ｍは４〜１６程度であり、これにより２値化の場合よりも階調変化を滑らかに表現できる。

（６）上記実施の形態では、本発明の画像形成装置をカラー複写機に適用した場合の例を説明したが、画像データを誤差拡散処理して階調表現する装置であれば、単なるプリンタ、ファクシミリ装置、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）、その他の各種画像形成装置に適用することが可能である。また、カラーの画像形成装置ばかりでなく、モノクロ専用の画像形成装置であっても構わない。

本発明は、誤差拡散法による階調表現が可能な画像形成装置一般に適用することができる。

本発明の実施の形態にかかるタンデム式のカラー複写機１の概略構成を示す図である。 カラー複写機１の制御部６０の構成を示すブロック図である。 制御部６０の画像信号処理部６２の構成を示すブロック図である。 画像信号処理部６２の誤差拡散処理部６２８の構成を示すブロック図である。 階調補正処理時に使用される基準パターンの一例を示す図である。 ３個の基準パターンを主走査方向にずらして中間転写ベルト上に形成した場合の例を示す図である。 本発明のγ補正データ作成処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の変形例におけるパターン検出センサ１８の変位機構の一例を示す図である。 上記変形例における基準パターンの形成例とセンサ読取位置の変化を示す図である。 本発明の別の変形例における基準パターンの形成例とセンサ読取位置を示す図である。 図１０の変形例の場合において基準パターンをθ回転して形成する場合における、画像データのメモリ上での座標変換を説明するための図である。 本発明のさらに別の変形例における基準パターンの形成例とセンサ読取位置を示す図である。 誤差拡散法で表現された低濃度のトナーパッチの濃度を検出する際に、その検出位置によって検出結果が異なることを示す図である。 図１３の検出結果によって得られた補正前の階調特性を示す図である。 図１４の階調特性に基づき作成されたγ曲線を示す図である。 図１５のγ曲線により階調補正された階調特性を示す図である。

符号の説明

１ 複写機
１０ 中間転写部
１５ 中間転写ベルト
１８ パターン検出センサ
２０ 作像部
３０ 給紙部
４０ ２次転写部
５０ 定着部
６０ 制御部
６１ ＣＰＵ
６２ 画像信号処理部
６３ 画像メモリ
６４ ＬＥＤアレイ駆動部
６５ ＲＡＭ
６６ ＲＯＭ
６７ ＥＥＰＲＯＭ
７０ 操作パネル
１００ 画像読取部
２００ 画像形成部
６２８ 誤差拡散処理部

Claims (7)

1. 異なる階調値を示す複数のトナーパッチを誤差拡散法により形成し、当該トナーパッチの幅よりも小さな検出幅の検出手段により、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて相対的に異なる位置の濃度を検出して、それらの検出濃度から各階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得する代表濃度取得手段と、
   前記代表濃度の値に基づき階調補正データを作成して画像データの階調を補正する階調補正手段と、
   前記階調補正された画像データを誤差拡散法により処理して画像を形成する画像形成手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記代表濃度取得手段は、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて検出された相対的に異なる位置での濃度の平均値を、当該階調値を示すトナーパッチの代表濃度として取得することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記各階調値を示すトナーパッチは、それぞれ複数個あって、これらの複数個のトナーパッチとパターン検出手段との相対的な位置関係を変化させることにより、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて相対的に異なる位置での濃度を検出するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記各階調値を示す複数個のトナーパッチの主走査方向における位置を異ならせて形成することにより、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて、相対的に異なる位置における濃度を検出するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記検出手段を主走査方向に変位させる変位手段を備え、
   この変位手段により前記検出手段を主走査方向に変位させることにより、前記各階調値を示す複数個のトナーパッチのそれぞれについて、相対的に異なる位置における濃度を検出するようにしたことを特徴とする請求項３または４に記載の画像形成装置。
6. 前記各階調値を示す複数個のトナーパッチの傾きを異ならせて形成することにより、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて、相対的に異なる位置における濃度を検出するようにしたことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 異なる階調値を示す複数のトナーパッチを誤差拡散法により形成し、当該トナーパッチの幅よりも小さな検出幅で、各階調値を示すトナーパッチのそれぞれについて相対的に異なる位置の濃度を検出して、それらの検出濃度から各階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得する代表濃度取得ステップと、
   前記代表濃度の値に基づき階調補正データを作成して画像データの階調を補正する階調補正ステップと、
   前記階調補正された画像データを誤差拡散法により処理して画像を形成する画像形成ステップと
   を備えることを特徴とする画像形成方法。

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