JP5825861B2 - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を用いた電子写真プロセスによる画像形成を行う画像形成装置及びその制御方法に関する。

従来、レーザ光を像担持体上に走査することで画像を形成するレーザビームプリンタや複写機等、いわゆる電子写真方式の画像形成装置が知られている。電子写真方式の画像形成装置においては一般に、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニング等の複数のプロセスを経て画像を形成する。
ここで、一般的な電子写真プロセスについて説明する。まず帯電手段が、像担持体である感光体を一様に帯電させた後、露光手段が感光体に画像信号に応じたレーザ光を露光し、感光体上に静電潜像を形成する。このときレーザ光が走査する方向を主走査方向といい、この主走査方向と直交する副走査方向に順次感光体を回転させながら、静電潜像を形成する。その後、現像手段が感光体上の静電潜像を現像し、感光体上にトナー像を形成する。その際、現像手段がトナーを帯電させた後、略等速度で回転する現像ローラーを用いて感光体へトナーを供給し、このトナーを静電潜像に付着させてトナー像を形成する。そして、感光体上のトナー像を記録媒体上に転写し、定着することで画像を形成する。なお、感光体上に残った転写残トナーはクリーニング手段により回収される。

このような画像形成装置では、各種の原因によって形成された画像に濃淡による横縞（以下、バンディングと記述する）が発生し、画像の品質を著しく損なうという問題があった。

例えば、感光体の回転速度が変動することによって、露光手段が感光体上を主走査する間隔（以下、走査間隔と記述する）にバラツキが生じ、バンディングが発生する。感光体の回転速度が高いときは走査間隔が大きくなるため、単位面積当たりの露光量が少なくなる。従って、このとき形成された画像は、本来形成したい画像の濃度よりも薄くなる。また感光体の回転速度が低いときは走査間隔が小さくなるため、単位面積当たりの露光量が多くなる。従ってこのとき形成された画像は、本来形成したい画像の濃度よりも濃くなる。

また別の例として、現像ローラーの回転速度が変動することによって、バンディングが発生する場合もある。現像ローラーの回転速度が低いと、供給されるトナーが少なくなる。その結果、静電潜像に付着するトナーも少なくなり、形成される画像は本来形成したい画像の濃度よりも薄くなる。また、現像ローラーの回転速度が高いと、供給されるトナーが多くなる。その結果、静電潜像に付着するトナーも多くなり、形成される画像は本来形成したい画像の濃度よりも濃くなる。

そこで、中間転写ベルト上に形成した画像の読み取り結果に基づいて、露光量を補正する方法が開示されている。（特許文献１）

特開２００７−１４０４０２号公報

しかしながら、バンディングの発生は生成する画像の階調によって異なる。特許文献１に記載された方法では、特定階調の画像の読み取り結果に基づいてバンディングを補正する方法が記載されているが、階調を考慮した補正をしていない。このため、生成したい画像の階調に応じて適切な補正ができず、バンディングが残像するということがあった。

さらに、階調毎のバンディング特性は、バンディングの要因となっている感光体や現像器などの画像形成に必要な構成部材（以下、モジュールと記述）によって異なる。このため、どのモジュールで発生したバンディングであるかを考慮しないと、入力階調に応じた適切なバンディング強度が算出できず十分な補正ができない。

そこで本発明は、複数のモジュールに起因するバンディングを入力画像の階調に応じてそれぞれ好適に抑制し、良好な画像を得ることを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、電子写真方式により周期的な運動をする複数のデバイスを用いて画像を形成するための画像処理装置であって、画像データに基づいて、前記デバイスを用いた画像形成を制御する制御手段と、前記制御手段が画像形成させた所定の濃度のパッチ画像を、センサを用いて読み取った結果に基づいて算出された、前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性を出力する出力手段と、前記制御手段が画像形成させた前記所定の濃度とは異なる濃度のパッチ画像を前記センサを用いて読み取った結果に基づいて、前記出力手段が出力する前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性の振幅を補正することにより、前記所定の濃度とは異なる濃度に対応する前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性を算出するバンディング特性算出手段と、前記画像データにおける処理対象ラインが前記デバイスを介して画像形成される各デバイスにおける回転方向の位相を取得する取得手段と、前記複数のデバイス毎の前記所定の濃度のバンディング特性と、前記バンディング特性算出手段により算出された前記複数のデバイス毎の前記所定の濃度とは異なる濃度に対応するバンディング特性とを参照して、前記画像データにおける処理対象ラインの各画素に対して各画素の階調と前記位相に応じて、前記デバイスのそれぞれに起因する濃度変動量を算出し、前記デバイスのそれぞれに対応する濃度変動量を合算した結果に基づいて、前記画像データにおける処理対象ラインの各画素の階調を補正する補正手段とを有することを特徴とする。

以上本発明によれば、複数のモジュールに起因するバンディングを入力画像の階調に応じてそれぞれ好適に抑制し、良好な画像を得ることができる。

画像形成装置の構成を示すブロック図 現像ローラーの回転軸のずれを示す模式図 バンディング補正処理に関わる構成を示すブロック図 バンディング特性算出処理および補正画像生成処理のフロー図 形成するパッチの模式図 バンディング特性算出処理における濃度信号を示す模式図 画像形成装置における露光量と出力画像濃度の関係を示す模式図 実施例２における振幅スペクトルとモジュールと周波数のテーブルの模式図

以下、添付の図面を参照して、本発明を好適な実施例に従って詳細に説明する。なお、以下の実施例において示す構成は一例にすぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

図１は、本実施例に示す画像形成装置の構成図である。図１に示す画像形成装置は、エンジン１０とコントローラ１１からなる。エンジン１０は、中間転写ベルト１０１に沿って、中間転写ベルト１０１回転方向Ｒ１の上流から、ＣＭＹＫ各色の画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、濃度センサ１２０、二次転写装置１０２、中間転写ベルトクリーニング装置１０４を有する。また、二次転写装置１０２の下流側には、定着装置１０３が配置されている。

シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）各色の画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは、同様の処理を行う。画像形成部１００ａは、感光体ドラム１００１ａ、帯電装置１００２ａ、露光装置１００３ａ、現像装置１００４ａ、一次転写装置１００５ａ、クリーニング装置１００６ａ、回転位相取得部１２１ａを有する。画像形成部１００ｂ、１００ｃ、１００ｄについても同様である。

以下に、画像形成装置の動作を詳細に説明する。

まず、画像形成装置が行う画像形成処理について説明する。

画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは、各色トナーを使用してそれぞれの感光体上にトナー像を形成し、中間転写ベルト１０１に順次一次転写する。画像形成装置で用いられるトナーは一般に、ＣＭＹＫの４色である。本実施例では、画像形成部１００ａはＣトナー、画像形成部１００ｂはＭトナー、画像形成部１００ｃはＹトナー、画像形成部１００ｄはＫトナーを使用する。なお、画像形成部及び使用する色は４種類に限らない。例えば、淡トナーやクリアトナーがあってもよい。また、各色の画像形成部の順番も本実施例に限定されるものではなく、任意でよい。

トナー像形成は、画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄの順に一定時間ずつタイミングをずらし、並行して実施される。

まず、画像形成部１００ａが有する感光体ドラム１００１ａは、外周面に帯電極性が負極性である有機光導電体層を有し、矢印Ｒ３方向に回転する。

（帯電）
帯電装置１００２ａは、負極性の電圧を印加され、感光体ドラム１００１ａの表面に帯電粒子を照射することにより、感光体ドラム１００１ａの表面を一様な負極性の電位に帯電する。帯電された感光体ドラム１００１ａは、矢印Ｒ３方向に回転する。

（露光）
露光装置１００３ａは、コントローラから取得する制御信号にもとづいてレーザ光を駆動し、感光体ドラム１００１ａ上にレーザ光を走査する。これにより、帯電した感光体ドラム１００１ａの表面に静電潜像を形成する。

（現像）
現像装置１００４ａは、略等速度で回転する現像ローラーを用いて、負極性に帯電させたトナーを感光体ドラム１００１ａへ供給する。これにより、感光体ドラム１００１ａ上の静電潜像にトナーを付着させ、静電潜像を反転現像する。

（一次転写）
一次転写装置１００５ａは、正極性の電荷を印加された転写ローラーを用いて、負極性に帯電している感光体ドラム１００１ａ上に担持されたトナー像を中間転写ベルト１０１へ一次転写する。

（クリーニング）
クリーニング装置１００６ａは、一次転写装置１００５ａを通過した感光体ドラム１００１ａ上に残留した残トナー像を除去する。

ここまでは、Ｃの画像形成部１００ａをについて説明したが、画像形成部１００ｂ、１００ｃ、１００ｄについても同様である。カラー画像を形成する場合、これまでの帯電、露光、現像、一時転写、クリーニングの各工程は、各色の画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄにおいて順次進められる。その結果、中間手転写ベルト上には、４色のトナー像が重なった画像が形成される。

（二次転写）
二次転写装置１０２は、中間転写ベルト１０１に担持されたトナー像を、矢印Ｒ２方向に移動する記録媒体Ｐへ二次転写する。

（定着）
定着装置１０３は、トナー像を二次転写された記録媒体Ｐに加圧加熱などの処理を施し、画像を定着させる。

（ベルトクリーニング）
中間転写ベルトクリーニング装置１０４は、二次転写装置１０２を通過した中間転写ベルト１０１上に残留した残トナーを除去する。

以上、画像形成処理について説明した。

以上のような電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成装置では、各種の原因によってバンディングが発生する。以下に、露光時、現像時、一次転写時に発生するバンディングについてそれぞれの例を示す。なお、各画像形成部と各画像形成部が有する構成に付随する符号ａ、ｂ、ｃ、ｄは省略する。例えば、画像形成部１００は、画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを示す。

まず、露光時に発生するバンディングの要因として、感光体ドラム１００１の回転速度の変動が挙げられる。感光体ドラムの回転速度が高いときは走査間隔が大きくなるため、単位面積当たりの露光量が少なくなる。従って、このとき形成された画像は、本来形成したい画像の濃度よりも薄くなる。また、感光体ドラムの回転速度が低いときは走査間隔が小さくなるため、単位面積当たりの露光量が多くなる。従って、このとき形成された画像は、本来形成したい画像の濃度よりも濃くなる。

また現像時に発生するバンディングの原因として、現像ローラーの回転軸のずれと回転速度変動が挙げられる。現像処理において、現像装置１００４が感光体ドラム１００１との間で現像が行われる領域（接触現像の場合は現像ニップ、非接触現像の場合は現像ギャップ）へ供給するトナー量は、単位時間当たりに一定となることが望ましい。そのため一般に、現像ローラーは断面が真円の円柱であって、２つの底面の重心を通る直線を軸にして等速回転するように制御される。ところが、現像ローラーにおける各原因によってトナーの供給量が変動してしまうことがある。図２は現像ローラーの回転軸のずれを示す模式図である。図２（ａ）は現像ローラー表面と感光体表面が遠い状態を示し、図２（ｂ）は現像ローラー表面と感光体表面が近い状態を示す。現像ローラーの回転軸にずれがある場合、図２（ａ）の状態と図２（ｂ）の状態とが、現像ローラーの回転周期に同期して交互に繰り返される。すると、現像領域に供給されるトナーの量は、前者では少なくなり、後者では多くなる。また、現像ローラーを駆動するモータの速度むらや、現像ローラーとモータを連結するギアの不良などによって現像ローラーの回転速度変動が生じることがある。この場合、現像領域に供給されるトナーの量は、現像ローラーの回転速度が高い時には多くなり、低い時には少なくなる。この様に現像ローラーの回転軸ずれや回転速度変動によって現像領域へのトナー供給量が変わることで、バンディングが生じてしまう。

一次転写時に発生するバンディングの原因として、転写ローラーの回転軸のずれと転写ローラー表面の硬さの不均一性が挙げられる。転写処理において、転写ローラーの回転軸のずれがある場合、感光体ドラムと転写装置間の圧力が変わるため、転写されるトナー像のつぶれ方が変わってしまう。また、転写ローラーの表面の硬さが不均一であった場合も、感光体ドラムと転写装置の接触面積が変化し、転写されるトナー像のつぶれ方に変動が起こる。このように転写によるトナー像のつぶれ方が変動すると、意図しない画像の濃淡を発生させバンディングとなってしまう。

以上、露光時、現像時、一時転写時に発生するバンディングについて例を示したが、これら以外にも周期性を持った変動が各所に存在し、バンディングの原因となる。

本実施例では、感光体ドラム、現像ローラー、転写ローラー３つのモジュールが原因となって発生したバンディングに対してバンディング補正処理を行う。その際、入力画像データの階調によりバンディングの特性が異なるため、階調に応じた補正処理を行う。さらにバンディングの階調特性は、モジュールにより異なるため、モジュールに応じた補正処理を行う。

以下に、バンディング補正処理について説明する。図３（ａ）は、バンディング補正処理を行う構成を示したブロック図である。

濃度センサ１２０は、画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを通過して中間転写ベルト１０１上に一次転写されたトナー像の濃度を検出する。検出した濃度は、バンディング波形算出部１１０１へ出力する。

回転位相取得部１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは、対象とする各モジュールの回転位相を取得する。ここで各モジュールは、感光体ドラム１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ、１００１ｄ、現像装置１００４ａ、１００４ｂ、１００４ｃ、１００４ｄそれぞれが有する現像ローラー、一次転写装置１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃ、１００５ｄそれぞれが有する転写ローラーである。回転位相取得部１２１は、各モジュールの回転位相をバンディング波形算出部１１０１とバンディング補正部１１２に出力する。

バンディング波形算出部１１０１は、濃度センサ１２０が測定したパッチ画像の濃度信号と回転位相取得部１２１から取得する回転位相に基づいて、モジュールごとにバンディング波形を算出する。バンディング波形とは、対象のモジュールによって発生したバンディングの特性を示す波形である。バンディング波形算出部１１０１は、算出した各モジュールのバンディング波形を階調特性算出部１１０２へ出力する。

階調特性算出部１１０２は、バンディング波形算出部１１０１から取得した各モジュールのバンディング波形に基づいて、複数階調に応じたバンディング波形を算出し、バンディング特性格納部１１０３へ出力する。

バンディング特性格納部１１０３は階調特性算出部１１０２から取得するモジュールごとの複数階調におけるバンディング波形を受け取り、格納する。

画像入力部１１１は、外部から入力画像データを受け取り、ＹＭＣＫ各色の色画像データを生成し、バンディング補正部１１２に出力する。

バンディング補正部１１２は、回転位相取得部１２１から取得した各モジュールの回転位相に基づいて画像入力部１１１から取得した各色の色画像データを補正する。色画像データの補正には、バンディング特性格納部１１０３から取得したモジュールごとの複数階調に応じたバンディング波形を用いる。バンディング補正部１１２は、バンディング補正した各色の画像データ（以下、バンディング補正後画像データ）を階調補正部１１３に出力する。

階調補正部１１３は、バンディング補正部１１２から各色のバンディング補正後画像データを受け取り、バンディング補正後画像データに対して画像形成装置に応じた階調補正を行う。階調補正部１１３は、各色の階調補正した画像データ（以下、階調補正後画像データ）をハーフトーン処理部１１４へ出力する。ここで階調補正とは、入力される画像データと画像形成装置から出力される画像濃度が線形な関係するための補正である。

ハーフトーン処理部１１４は、階調補正部１１３から出力される各色の階調補正後画像データに対してハーフトーン処理を施し、画像形成装置１１３が出力可能なハーフトーン画像データを生成する。ハーフトーン処理部１１４は、生成したハーフトーン画像データを画像形成制御部１１５へ出力する。

画像形成制御部１１５は、ハーフトーン処理部１１４から受け取ったハーフトーン画像データに基づいてエンジン１０へ制御信号を出力し、画像形成処理を行う。

以下に、バンディング補正処理について詳細に説明する。本実施例が行うバンディング補正処理は、バンディング特性算出処理と、補正画像データ生成処理の２つからなる。

■バンディング特性算出処理
図４（ａ）は、バンディング特性算出処理のフローを示す図である。バンディング特性算出処理は、画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄそれぞれが形成する各色の画像データに対して実施する。これまでと同様に、各構成に付随する符号ａ、ｂ、ｃ、ｄは省略する。例えば、画像形成部１００は、画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを示す。

ステップＳ４０１において、パッチ形成処理を行う。

図５（ａ）は、パッチ形成および読み取りの模式図である。パッチ形成処理は、前述の画像形成処理と同様に画像形成部１００が形成したトナー像を中間転写ベルト１０１へ一次転写することで実施される。形成されるパッチ画像は、予め設定された特定階調で均一に表された画像であり、副走査方向の長さは各モジュールの周期より充分に長くなるよう設計されている。ここでは、濃度０．６のパッチ画像を形成する。なお、主走査方向の長さに関しては、後述のステップＳ４０２で用いる濃度センサ１２０で検知するのに足りる長さであればよい。

また、パッチ形成処理と並行して、回転位相取得部１２１は、パッチ形成開始時から各モジュールの回転位相ｐｈを取得し、バンディング波形算出部１１０１へ出力する。回転位相の取得は、各モジュールに設置したロータリーエンコーダを用いる方法や、特定の回転角で信号を出力するホームポジションセンサと駆動時間とから算出する方法などを用いる。

ステップＳ４０２において、パッチ読み取り処理を行う。

濃度センサ１２０は、ステップＳ４０１において中間転写ベルト１０１上に転写されたパッチ画像を微小間隔おきに測定し、濃度信号ＯＤ（ｙ）を出力する。なお、ｙはパッチ画像上の測定位置を示す。

ステップＳ４０３において、各モジュールのバンディング波形算出処理を行う。

バンディング波形算出部１１０１は、濃度センサ１２０から取得した濃度信号ＯＤ（ｙ）と回転位相取得部１２１から取得した各モジュールの回転位相ｐｈから、モジュールごとにバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ）を算出する。

図６（ａ）は、ステップＳ４０２において濃度センサ１２０がパッチを測定して得られる濃度信号ＯＤ（ｙ）をグラフで示した図である。ここでは説明を簡易にするため、パッチの測定を開始した測定位置０ｍｍと各モジュールの回転位相における０が対応しているとする。図６（ａ）が示すグラフの縦軸は濃度信号ＯＤを示し、横軸はパッチの測定位置ｙを示している。各測定位置において測定された濃度に変動があるものの、平均濃度は０．６である。ここで測定された濃度変動ΔＯＤは、感光体ドラム、現像ローラー、転写ローラーそれぞれに起因する濃度変動ΔＯＤが重畳した結果である。

バンディング波形算出部１１０１は、図６（ａ）が示す濃度信号ＯＤ（ｙ）に基づいて、各モジュールに起因したバンディング波形を算出する。つまり、本実施例では３つのバンディング波形が得られる。バンディング波形の算出方法について、感光体ドラムに起因するバンディング波形を例に説明する。バンディング波形算出部１１０１はまず、感光体ドラムの回転周期である７０ｍｍ毎に濃度信号ＯＤ（ｙ）を切り出す。ここでは濃度センサ１２０により、３５０ｍｍ分のパッチ測定結果があるので、感光体ドラムの周期７０ｍｍで濃度信号ＯＤ（ｙ）を切り出すと、５つの波形が得られる。そして、切り出された５つの濃度信号ＯＤｎ（ｐｈ）（ｎ＝１，２，３，４，５）の平均化を行う。この際、パッチ測定位置０は、感光体ドラムの回転位相ｐｈ０と対応づけられており、回転位相ｐｈの０から２πの区間を切り出している。切り出した５つの波形を式（１）のように平均化し、濃度信号ＯＤａｖｅ（ｐｈ）を得る。

図６（ｂ）は、図６（ａ）が示す濃度信号ＯＤ（ｙ）を切り出して得られる５つの濃度信号ＯＤｎ（ｐｈ）（ｎ＝１，２，３，４，５）と、５つの波形を平均化して得られる濃度信号ＯＤａｖｅ（ｐｈ）を示す。切り出された個々の濃度信号ＯＤｎ（ｐｈ）は、感光体ドラムとは異なる周期をもつ他のモジュールによる影響を受けているため、それぞれ異なる波形をしている。そこで５つの波形を平均化することにより、他のモジュールによる影響を相殺し、感光体ドラムに起因する濃度変動とほぼ同じ波形を抽出することができる。なお、感光体ドラム５周期分の信号を平均化する例を示したが、パッチサイズおよび平均化に用いる信号数は、許容されるパッチサイズおよび所望のバンディング波形算出の精度を鑑みて設定すれば良い。

さらにバンディング波形算出部１１０１は、濃度信号ＯＤａｖｅ（ｐｈ）の傾き補正処理を行う。濃度信号ＯＤａｖｅ（ｐｈ）の始点（位相が０）の値と終点（位相が２π、感光体ドラムの場合７０ｍｍ）の値を結ぶ直線の傾きを求め、傾きが０になるように式（２）のように濃度信号ＯＤａｖｅ（ｐｈ）を補正し、濃度信号ＯＤ’（ｐｈ）を算出する。

後述する補正画像形成処理では、バンディング波形を繰り返し繋げて用いるため、傾き補正処理を行い、バンディング波形の始点と終点の間に連続性を確保することが好ましい。

式（２）さらに、バンディング波形算出部１１０１は、式（３）の通りに傾き補正した濃度信号ＯＤ’（ｐｈ）の平均濃度を０にし、パッチ測定した階調におけるバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ）を算出する。

ここで、ｍｅａｎ（ＯＤ’（ｐｈ））は濃度信号ＯＤ’（ｐｈ）の平均濃度を表わす。以上の手順により、感光体ドラムに起因するバンディング波形を算出できる。

バンディング波形算出部１１０１は、感光体ドラムに続き、現像ローラー、転写ローラーそれぞれに起因するバンディング波形を算出する。現像ローラーの周期は４０ｍｍ、転写ローラーの周期は３０ｍｍである。感光体ドラムの場合と同様に、図６（ａ）が示す濃度信号ＯＤ（ｙ）に基づき、各周期で切り出した複数の波形を平均化し、平均化によって算出された濃度信号ＯＤａｖｅ（ｐｈ）からモジュールごとのバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ）を算出する。そして、バンディング波形算出部１１０１は、各モジュールに対応するバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ）を階調特性算出部１１０２に出力する。なお、各モジュールに対応するバンディング波形を算出する順序は任意で良い。

以上、ステップＳ４０３においてバンディング波形算出部１１０１は、ステップＳ４０２において濃度センサ１２０が読み取った一つのパッチ画像から、各モジュールに起因しているバンディングをそれぞれ分離し、各モジュールのバンディング波形を算出する。

次にステップＳ４０４において、各モジュールのバンディング波形の階調特性算出処理を行う。各モジュールにおけるバンディング波形は、階調によって異なる特性がある。図６（ｃ）は、モジュールごとに階調と最大濃度変動量の相関を示している。いずれのモジュールにおいても、階調に応じて最大濃度変動量が異なっていることがわかる。この例において、感光体ドラム周期の最大濃度変動量は、濃度０．９付近で最も高く、低濃度側、高濃度側になるにしたがって減少する。一方、現像ローラー周期の最大濃度変動量は、高濃度側で最大となり、平均濃度が下がるに従って減少する。

まず感光体ドラムの場合、感光体ドラムの速度変動は露光時の露光量密度と強く関連している。感光体ドラムの回転速度が速ければ、露光量は少なくなり、感光体ドラムの回転速度が遅ければ、露光量は多くなる。ここで、図７（ａ）は、電子写真方式の画像形成装置における露光量と出力画像濃度の相関を示している。図７（ａ）からわかるように通常、電子写真方式の画像形成装置では、露光量と濃度の関係は非線形である。高濃度、低濃度側の領域では、露光量の変動に対して濃度変動が少なく、中濃度では、露光量の変動に対して濃度変動が大きい。つまり、感光体ドラムの速度変動により露光量変動が起こった場合、中濃度ほど最大濃度変動量が大きくなると考えられる。

次に現像ローラーの回転速度の変動は、現像領域へのトナーの供給量と密接に関係している。前述の通り、現像ローラーの回転速度が高いと、供給されるトナー量が多くなり、現像ローラーの回転速度が遅いと、供給されるトナー量が少なくなる。感光体ドラム上に現像されるトナー量は、低濃度の画像では少なく、高濃度の画像では多い。低濃度の画像を現像する際には、現像領域へ供給されるトナー量が増減しても、現像に必要なトナー量が供給されていれば、現像されるトナー量への影響は少ない。このため、低濃度では現像ローラーの回転速度の変動が起きても、バンディング波形の振幅は低くなる。一方、高濃度の画像を現像する際には、現像領域へ供給されるトナー量が減少してしまうと、現像に必要なトナー量が不足してしまう。従って現像ローラーの回転速度の変動の影響をうけやすく、高濃度では現像ローラーの回転速度変動に起因するバンディングの最大濃度変動量大きくなってしまう。

本実施例において、転写ローラーの回転速度の変動はトナーのつぶれと密接に関係している。転写ローラーの回転速度が遅くなるとトナーはつぶれやすく、早いとトナーはつぶれにくい。低中濃度の領域では、ドット間に距離があり、非ドット部の面積が大きい。このため、トナーがつぶれるとドット部と非ドット部の面積比率が変わり、濃度が大きく変化する。しかし、高濃度の領域では、非ドット部が少ない。よって高濃度の領域では、ドットのつぶれが変わることによる画像濃度への影響が少ない。

以上のように、各モジュールにおける濃度変動は、形成する画像の濃度（階調）によって異なるため、それぞれのバンディング波形は、いずれも階調に依存する。そこで、階調に応じたバンディング波形をモジュールごとに算出する。以下に、階調特性に応じたバンディング波形を算出する方法を説明する。

階調特性算出部１１０２は、バンディング波形算出部１１０１から取得した各モジュールに対応するバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ）と、予め設定されているモジュール毎の階調補正係数ｋ（ＯＤｍｅａｎ）から、複数階調のバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ，ＯＤｍｅａｎ）を算出する。そして、階調特性算出部１１０２は、複数階調におけるバンディング波形をモジュールごとにバンディング特性格納部１１０３へ出力する。

階調補正係数ｋ（ＯＤｍｅａｎ）は、ステップＳ４０３においてバンディング波形算出部１１０１が算出したバンディング振幅値と他の階調（平均濃度ＯＤｍｅａｎ）おけるバンディング振幅値の比率を表わしている。この階調特性を表す階調補正係数ｋは、経時変動などにより大きな変化がないため、予め実験的に求めておき、設定しておく。階調特性算出部１１０２は、式（４）の通りにパッチ測定した階調におけるバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ）に階調補正係数ｋ（ＯＤｍｅａｎ）を乗算することで、他の階調のバンディング特性ΔＯＤ（ｐｈ，ＯＤｍｅａｎ）を算出することができる。

階調補正係数ｋ（ＯＤｍｅａｎ）は、図６（ｄ）に例示した階調特性から得られる係数である。感光体ドラムを例に挙げると、ステップＳ４０３において算出した濃度０．６の画像を形成した時のバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ）では、最大振幅値ΔＯＤ＝０．０３であった。図６（ｄ）が示す感光体ドラムの階調特性によれば、濃度０．３の画像を形成した時に発生する濃度変動の最大振幅値ΔＯＤは、０．０１５になることが推定される。そこで階調特性算出部１１０２は、濃度０．３における階調補正係数を０．０１５／０．０３＝０．５を係数ｋとして、濃度０．３の画像を形成した時に発生するバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ，０．３）を算出する。ここでは、階調補正係数ｋとして、濃度０．３における階調補正係数および濃度１．２における階調補正係数がモジュールごとに設定されているものとする。なお、濃度０．３および１．２以外の濃度におけるバンディング特性は、線形補間によって算出することができる。

以上のバンディング特性算出処理により、階調特性算出部１１０２は、各モジュールの回転位相と形成する画像濃度とに応じたバンディング特性を算出する。ここでは全部で６つのバンディング特性を算出する。階調特性算出部１１０２は、算出した全てのバンディング特性をバンディング特性格納部１１０３出力に格納する。

■補正画像データ生成処理
次に、補正画像データ生成処理を行う。図４（ｂ）は、補正画像データ生成処理のフローを示す図である。

ステップＳ５０１において、画像データ入力処理を行う。

まず、画像データ入力部１１１は、外部から入力画像データを受け取る。次に画像入力部１１１は、受け取った入力画像データをもとに画像形成装置が持つ各色材色に対応する画像データＩ（ｘ、ｙ）を生成する。ここで、ｘは画像データの主走査方向の位置、ｙは副走査方向の位置である。

以降のバンディング補正処理Ｓ５０２、階調補正処理Ｓ５０３、ハーフトーン画像生成処理Ｓ５０４は、各色の画像データＩ（ｘ、ｙ）それぞれに対して行う。

ステップＳ５０２において、バンディング補正処理を行う。

バンディング補正部１１２は、ステップＳ５０１において生成された各色の画像データＩ（ｘ、ｙ）のうち、バンディング補正処理が未実施のものを１つ選択し、選択した画像データＩ（ｘ、ｙ）に対してバンディング補正処理を行う。

まず、バンディング補正部１１２は、選択した画像データＩ（ｘ、ｙ）において、副走査位置ｙの等しい画素群（以下、ラインと記述する）ごとに、回転位相取得部１２１から各モジュールにおける現在の回転位相を取得する。次に、形成する画像の処理対象ラインが現像される時点の各モジュールにおける回転位相ｐｈ（ｙ）を算出する。処理対象ラインが現像される時点の各モジュールにおける回転位相ｐｈ（ｙ）は、各モジュールの周期と現在の回転位相と、画像が形成されるまでの時間から容易に算出可能である。ラインごとの処理を副走査方向の画素数分繰り返す。

次に、バンディング補正部１１２はバンディング特性格納部１１０４に格納されたバンディング特性ΔＯＤ（ｐｈ，ＯＤｍｅａｎ）を参照し、算出した各モジュールの回転位相ｐｈ（ｙ）と画像データＩ（ｘ，ｙ）の階調に基づいて、画素ごとに補正する。全ての画素に対して画素（ｘ、ｙ）を表す画素値の補正を行ったあと、バンディング補正部１１２はバンディング補正後画像データを出力する。

ここでｍは、モジュールの識別番号である。実際に画像を形成する際には、各モジュールによって発生する濃度変動ΔＯＤが重畳する。各モジュールに起因する濃度変動ΔＯＤは、各モジュールにおけるバンディング特性ΔＯＤ（ｐｈ，ＯＤｍｅａｎ）を参照し、回転位相ｐｈ（ｙ）と所望の濃度値Ｉ（ｘ、ｙ）に基づいて予測することができる。

このため、各モジュールによって生じる濃度変動ΔＯＤを積算し、予め画像データＩから減算しておく。これにより、画像を形成する際に発生するバンディングを相殺し、バンディングによる画像の劣化を低減することができる。バンディング補正部１１２は全ての画素に対して、式（５）の通りにバンディング補正を施し、バンディング補正後画像データＯ（ｘ、ｙ）を階調補正部１１３に出力する。

ステップＳ５０３において、階調補正部１１３は、階調補正処理を行う。
入力される画像データと画像形成装置から出力される画像濃度は一般に、線形な関係にならない。このため一般に、図７（ｂ）に示すような露光量と濃度（階調）の関係の逆特性を持った階調補正を行う。階調補正部１１３は、バンディング補正後画像データＯに階調補正を施し、階調補正後画像データＯ’を生成する。

ステップＳ５０４において、ハーフトーン処理を行う。

ハーフトーン処理部１１４は、階調補正後画像データＯ’にハーフトーン処理を施す。

以上のステップＳ５０２からＳ５０４の処理を、各色の画像データ全てに対して行い、補正画像データ生成処理を終了する。

生成された補正画像データは、画像形成制御部１１５へ出力され画像形成が行われる。

以上説明したように、本実施例によれば、各モジュールに起因するバンディング特性を算出し、各モジュールにおける回転位相と入力画像の濃度に応じて、バンディング補正をする。これにより、回転周期の異なる複数のモジュールによって生じるバンディングを、階調に応じて好適に抑制することができる。

また、各モジュールにおける複数階調のバンディング特性を１つのパッチ画像を測定した結果から算出することができるため、比較的短い処理時間で複数モジュールによる複数階調に応じたバンディングを補正することが可能である。

実施例１では、補正対象とするモジュールを感光体ドラム、現像ローラー、転写ローラーの３つであるものとして説明した。実施例２では、測定したパッチ画像の濃度に基づいて、バンディングの主要因となっているモジュールを特定する。そして主な原因として特定されたモジュールによるバンディングを補正する。

図３（ｂ）は、本実施例におけるバンディング補正処理を行う構成を示したブロック図である。なお、実施例１と同様の構成については同一の符号で示し、詳細な説明を省略する。

モジュール周波数格納部１１０５は、図８（ｂ）が示すモジュールと周波数のテーブルを保持している。各モジュールはモジュール固有の周期を持っている。モジュールと周波数のテーブルは、画像形成装置の設計に依存するため、容易に事前に算出しておくことが可能である。

モジュール選択部１１０４は、バンディングの主な原因となるモジュールを特定する。濃度センサ１２０がパッチ画像を測定した結果において、発生しているバンディングの周波数を解析する。解析した周波数から、モジュール周波数格納部１１５が保持するモジュールと周波数のテーブルを参照し、主な原因となるモジュールを特定する。

図４（ｃ）は、本実施例におけるバンディング特性算出処理のフローを示す図である。

ステップＳ６０１において、ステップＳ４０１と同様にパッチ形成処理を行う。

ステップＳ６０２において、パッチ読み取り処理を行う。

濃度センサ１２０は、中間転写ベルト１０１上に転写されたパッチ画像の位置ｙの濃度ＯＤを微小間隔おきに検出し、測定結果をバンディング波形算出部１１０１とモジュール特定部１１０４に出力する。

ステップＳ６０３において、主な原因となっているモジュールを特定するモジュール特定処理を行う。

モジュール特定部１１０４は、濃度センサ１２０から取得した濃度信号ＯＤ（ｙ）を周波数解析し、発生しているバンディングの周波数を算出する。まず、モジュール特定部１１０４は、濃度信号ＯＤ（ｙ）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、複素数列Ｆを生成する。つづいて、得られた複素数列Ｆを振幅値に変換し、視覚特性ＶＴＦと積算することにより、振幅スペクトルＡ（ν）を求める。

ここで、νは周波数、Ｎｊは濃度信号ＯＤの標本数（測定したｙの数）、ＤＰＩはステップＳ６０２において濃度センサ１２０から読み込んだ際の解像度、Ｒは観察距離である。式（８）はＤｏｏｌｅｙのＶＴＦとして一般に知られるものであり、人間の視覚感度を示したものである。つまり、ＶＴＦの高い周波数帯に発生したバンディングは目立ちやすく、ＶＴＦの低い周波数帯に発生したバンディングは目立ちにくい。そこで式（７）による処理により、視覚的に目立ちやすい周波数帯のバンディングを抽出することができる。なお、ここでは測定して得られた濃度信号ＯＤに対して高速フーリエ変換により複素数列Ｆを算出したが、離散フーリエ変換を用いてもよい。図８（ａ）は、モジュール特定部１１０４が濃度信号ＯＤ（ｙ）を周波数解析して得られた振幅スペクトルＡ（ν）である。

次に、モジュール特定部１１０４は、振幅スペクトルＡ（ν）と予め設定してある閾値Ｔｈとを比較し、閾値Ｔｈより高い周波数νを算出する。ここでは、閾値Ｔｈ＝０．０２とする。図８（ａ）が示す振幅スペクトル（ν）において、閾値Ｔｈを超える周波数νは、０．４００と０．７６９とわかる。これは、視覚的に目立つバンディングの周期を示している。

次に、モジュール特定部１１０４は、モジュール周波数格納部１１０５に格納されているモジュールと周波数のテーブルから、算出した周波数νに該当するモジュールを特定する。図（ｂ）に示すとおり、各モジュールはモジュール固有の周期をもっているため、振幅スペクトルＡの高い周波数νから、主な原因となっているモジュールを特定することができる。本実施例において視覚的に目立つバンディングの周波数ν＝０．４００、０．７６９に該当するモジュールは、図８（ｂ）のテーブルからドラム駆動ギア２と現像ローラギア１である。従って、ドラム駆動ギア２および現像ローラー１がバンディングの主な原因として特定できる。モジュール特定部１１０４は、特定したドラム駆動ギア２と現像ローラーを補正対象のモジュールとしてバンディング波形算出部１１０１へ出力する。

なお、周波数νは、解像度やフーリエ変換の際のサイズに依存した離散値であるため、モジュール周波数格納部１１０５が保持するテーブルの各モジュールの周波数と一致しない場合がある。この際は、最近傍の周波数の振幅値を用いる。または、近傍の複数の周波数の振幅値の重みづけ平均をとるなどする方法が考えられる。

ステップＳ６０４において、主な原因として特定されたモジュールのバンディング波形算出処理を行う。処理内容はステップＳ４０３と同じである。

なお、モジュールによっては、コストやスペースの面から位相を取得するためのロータリーエンコーダやホームポジションセンサを設けられない場合がある。このような場合、他のモジュールの周波数を用いて、対象となるモジュールの回転位相ｐｈおよび周期を得ることができる。Ｓ６０２においてバンディングの主な原因として特定されたドラム駆動ギア２の場合を説明する。ドラム駆動ギア２は、ドラム駆動モータの動力を感光体ドラムに伝達するためのギアであり、感光体ドラムの２０倍の周波数の変動に寄与している。この場合、感光体ドラムの回転位相ｐｈおよび周期を利用して、ドラム軌道ギア２のバンディング波形算出処理を行う。得られた感光体ドラムのバンディング波形は、周期５０ｍｍ（周波数０．０２０ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）であるが、ドラム駆動ギア２の周期２．５ｍｍ（周波数０．４００ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）の変動を含んでいる。このように、複数のモジュールの周期もしくは周波数が整数比の関係にあれば、代表する１つのモジュールを代用することが可能である。

以降の処理は実施例１と同じであるため、説明を省略する。

以上説明したように、本実施例によれば、バンディングの主な原因となるモジュールを特定した上で、特定したモジュールに対して補正を行う。これにより、効率的にバンディングを抑制することが可能である。

（その他の実施形態）
前述の実施例では、ステップＳ４０２において、パッチ画像を中間転写ベルト１０１上に形成し測定する方法を記載した。他の方法として、感光体ドラム１００１上や記録媒体Ｐ上において、パッチ画像の濃度を測定してもよい。さらに、外部の読み取り装置などを利用する方法も考えられる。

また前述の実施例では、ステップＳ４０４において用いる階調補正係数ｋを予め設定しておく方法について記載した。他の方法として、階調補正係数ｋが、画像形成装置の個体毎に異なる場合や経時変化により特性が変化する場合は、複数の階調を表すパッチ画像を測定してもよい。図５（ｂ）ラインセンサを示す。濃度センサではなくラインセンサ１２２を用いて、複数の階調を表すパッチ画像を測定し、各階調の階調特性を保持しておく方法が考えられる。また、濃度センサ１２０を用いて、実施例１におけるステップＳ４０２において複数のパッチ画像を形成し、複数回測定することで同様の階調補正係数ｋ（ＯＤｍｅａｎ）を得ることができる。

前述の実施例では、ステップＳ４０４において、各階調におけるバンディングΔＯＤ（ｐｈ，ＯＤｍｅａｎ）をバンディング波形ΔＯＤ（ｐｈ）と階調補正係数ｋ（ＯＤｍｅａｎ）を乗算することで算出した。あるモジュールに対する特定階調のバンディング波形とその他の階調のバンディング波形に線形性がない場合、階調補正係数ｋ（ＯＤｍｅａｎ）の代わりに、モデル式や予め実験的に求めた変換テーブルを用いることもできる。

前述の実施例では、バンディング特性算出処理において、一つのパッチ画像から各モジュールにおける複数階調のバンディング特性を算出した。この方法以外にも、特定モジュールのバンディング特性算出処理を先に行い、特定モジュールの補正を施したパッチ画像からその他のバンディング特性算出を行う方法が考えられる。また、階調特性の算出精度を上げるため、複数のパッチ画像からバンディング特性算出を行う方法が考えられる。

前述の実施例２では、主な原因を特定するモジュール特定処理において、閾値Ｔｈと比較を行いモジュールを特定したが、振幅スペクトルＡが高いものから上位ｎ個のモジュールを特定するなどの方法を用いることが可能である。

（その他の実施例）
本発明は、上述した実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても実現できる。この場合、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）がコンピュータが読み取り可能に記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することにより、上述した実施例の機能を実現する。

Claims (9)

1. 電子写真方式により周期的な運動をする複数のデバイスを用いて画像を形成するための画像処理装置であって、
   画像データに基づいて、前記デバイスを用いた画像形成を制御する制御手段と、
   前記制御手段が画像形成させた所定の濃度のパッチ画像を、センサを用いて読み取った結果に基づいて算出された、前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性を出力する出力手段と、
   前記制御手段が画像形成させた前記所定の濃度とは異なる濃度のパッチ画像を前記センサを用いて読み取った結果に基づいて、前記出力手段が出力する前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性の振幅を補正することにより、前記所定の濃度とは異なる濃度に対応する前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性を算出するバンディング特性算出手段と、
   前記画像データにおける処理対象ラインが前記デバイスを介して画像形成される各デバイスにおける回転方向の位相を取得する取得手段と、
   前記複数のデバイス毎の前記所定の濃度のバンディング特性と、前記バンディング特性算出手段により算出された前記複数のデバイス毎の前記所定の濃度とは異なる濃度に対応するバンディング特性とを参照して、前記画像データにおける処理対象ラインの各画素に対して各画素の階調と前記位相に応じて、前記デバイスのそれぞれに起因する濃度変動量を算出し、前記デバイスのそれぞれに対応する濃度変動量を合算した結果に基づいて、前記画像データにおける処理対象ラインの各画素の階調を補正する補正手段と
   を有することを特徴とする画像処理装置。
2. さらに、前記複数のデバイスを用いて形成されたパッチ画像の濃度を検出する検出手段とを有し、
   前記出力手段は、前記検出結果に基づいて前記所定の濃度に対応する前記デバイス毎のバンディング特性を作成することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記バンディング特性算出手段は、前記所定の濃度とは異なる濃度に対応するパッチ画像を測定した結果の平均値を算出し、前記所定の濃度における振幅値に対する、前記平均値における振幅値の比率を補正係数として算出し、前記所定の濃度のバンディング特性と前記補正係数とから、前記平均値に対応するバンディング特性を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. さらに、階調に応じた前記デバイスそれぞれに起因するバンディング特性における振幅値の変化を示す階調特性情報を保持する階調特性保持手段を有し、
   前記バンディング特性算出手段は、前記所定の濃度とは異なる濃度に対応するパッチ画像を測定した結果の平均値を算出し、
   前記階調特性情報を参照して、前記所定の濃度における振幅値に対する、前記平均値における振幅値の比率を補正係数として算出し、
   前記所定の濃度のバンディング特性と前記補正係数とから、前記平均値に対応するバンディング特性を算出することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記階調特性保持手段の保持する複数のデバイスの階調特性情報は、予め実験的に測定しておくことで設定されていることを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記補正手段は、前記デバイスのそれぞれに対応する濃度変動量を合算した値を、前記各画素の階調から減算することにより補正することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
7. さらに、前記検出手段が検出した結果を周波数解析することにより、測定したパッチ画像において発生するバンディングの主な原因となるデバイスを特定するデバイス特定手段を有し、
   前記補正手段は、前記デバイス特定手段により特定されたデバイスに対応する濃度変動を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
8. コンピュータ装置に読みこませ実行させることで、前記コンピュータ装置を、請求項１から請求項７の何れか一項に記載された画像処理装置の各手段として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
9. 電子写真方式により周期的な運動をする複数のデバイスを用いて画像を形成するための画像処理方法であって、
   画像データに基づいて、前記デバイスを用いた画像形成を制御し、
   画像形成された所定の濃度のパッチ画像を、センサを用いて読み取った結果に基づいて算出された、前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性を出力し
   画像形成された前記所定の濃度とは異なる濃度のパッチ画像を、前記センサを用いて読み取った結果に基づいて、前記出力された前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性の振幅を補正することにより、前記所定の濃度とは異なる濃度に対応する前記複数のデバイスそれぞれに起因するバンディング特性を算出し、
   前記画像データにおける処理対象ラインが前記デバイスを介して画像形成される各デバイスにおける回転方向の位相を取得し、
   前記複数のデバイス毎の前記所定の濃度のバンディング特性と、前記バンディング特性算出手段により算出された前記複数のデバイス毎の前記所定の濃度とは異なる濃度に対応するバンディング特性とを参照して、前記画像データにおける処理対象ラインの各画素に対して各画素の階調と前記位相に応じて、前記デバイスのそれぞれに起因する濃度変動量を算出し、
   前記デバイスのそれぞれに対応する濃度変動量を合算した結果に基づいて、前記画像データにおける処理対象ラインの各画素の階調を補正することを特徴とする画像処理方法。