JP6584278B2 - 画像形成装置および画像形成装置における濃度補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置における濃度補正技術に関する。

従来、感光ドラム上にレーザ光を照射して静電潜像を形成するレーザビームプリンタや複写機等の、いわゆる電子写真方式の画像形成装置が知られている。このような画像形成装置においては、目標とする濃度と実際に印刷される濃度とを一致させるために、いわゆるガンマ特性（入出力特性）を補正するガンマ補正処理が行われる。一般にガンマ補正処理においては、ガンマ特性を補正するためにガンマ補正特性（補正テーブル）が用いられる。

また、こうした画像形成装置では、感光ドラムの経年劣化や、温度・湿度などの環境変化等によって、実際のガンマ特性が当初のガンマ特性からずれてくることがある。このため、一般には、定期的、あるいは、出力誤差が閾値を超えたとき等のタイミングで、ガンマ補正処理のキャリブレーションが行われる。

なお、電子写真方式の画像形成装置においては、構成する部品や支持体などの製造誤差及び組み立て誤差による歪みにより、均一階調の画像を形成する場合であっても、記録面内で濃度ムラが生じることがある。このような濃度ムラは、ガンマ補正処理のキャリブレーション精度低下の原因となる。特許文献１には、当該濃度ムラ自体を改善するため、主走査方向の複数位置毎に対応するガンマ補正特性をそれぞれ保持する技術が開示されている。

特開２００７−５７９５４号公報

しかしながら、スクリーン種別の違いによってガンマ特性は異なる。従って特許文献１の技術では、複数スクリーンごとに、複数位置でのガンマ特性を保持する必要が有り、多大なメモリ領域が必要となるという問題があった。さらに、各位置に対応する各ガンマ補正特性の生成するためにキャリブレーションの工程が必要となるため、ガンマ補正特性の更新の時間が増大するとともに、消費されるトナーの量も増加するという問題があった。

本発明に係る画像形成装置は、画像データに基づく光ビームを感光ドラム上に主走査方向に走査させることで画像を形成する電子写真方式の画像形成装置であって、主走査方向の基準位置における入力階調値に対する出力濃度を表す第一の補正特性を取得する第一の取得手段と、前記主走査方向の基準位置における出力濃度に対する前記主走査方向の所定の位置における出力濃度の相対関係を表す第二の補正特性を取得する第二の取得手段と、
前記取得した第一の補正特性と前記第二の補正特性とに基づいて、前記主走査方向の所定の位置に対応する前記画像データを補正する補正手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、記録面内における濃度ムラを、効率的に改善することができる、という効果を有する。

第１実施形態における画像形成装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における通常印刷モードを説明するフローチャートである。 第１実施形態における基準ガンマ補正特性保持部を説明する図である。 第１実施形態における基準ガンマ補正特性を説明するグラフである。 第１実施形態における相対ガンマ補正特性保持部を説明する図である。 第１実施形態における相対ガンマ補正特性を説明するグラフである。 第１実施形態における光学特性と出力濃度との関係を説明する図である。 第１実施形態における光学特性と入出力特性の関係を説明するグラフである。 第１実施形態における光学特性とトナー像との関係を説明する図である。 第１実施形態における濃度変動検出モードの構成を示す図である。 第１実施形態における濃度変動検出モードを説明するフローチャートである。 第１実施形態における状態変動と入出力特性の関係を説明するグラフである。 第１実施形態における状態変動とトナー像との関係を説明する図である。 第１実施形態における光学特性と状態変動と入出力特性の関係を説明するグラフである。 第１実施形態における画像読み取り部の構成を示す図である。 第１実施形態における相対ガンマ特性検出モードを説明するフローチャートである。 第１実施形態における階調パッチ画像データを示すイメージ図である。 第１実施形態における相対ガンマ補正特性を算出する方法を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

（第１実施形態）
＜構成の概要＞
図１は、第１実施形態に係る画像形成装置１の構成を示すブロック図である。画像形成装置１は、トナーを用いてプリント用紙などの記録媒体に画像を形成可能なプリンタや複写機などである。画像形成装置１は、画像処理コントローラ１１及びプリンタエンジン１２を有する。

プリンタエンジン１２は入力される印刷データ（図１では、ハーフトーン画像データに相当する）に応じて画像出力を行う機構であり、画像形成部１２１、濃度測定部１２２、及び画像読み取り部１２３を有する。画像形成部１２１は例えば、電子写真方式のプリンタであり、露光・現像・転写の工程によって、ハーフトーン画像データが示す画像をトナーで再現し記録媒体上に形成する。濃度測定部１２２は、後述する濃度変動検出部１１３で生成された濃度測定用パッチ画像が画像形成部１２１で画像形成された場合に、形成された画像の濃度を測定する。本実施形態において濃度測定用パッチ画像とは、主として感光ドラムの経年劣化や、温度・湿度などの環境変化等によって生じる濃度変動を検出するために用いられるパッチ画像である。画像読み取り部１２３は、後述する位置毎階調特性検出部１１６で生成された階調パッチ画像が画像形成部１２１で画像形成された場合に、形成された画像を読み取る。本実施形態において階調パッチ画像とは、主として光学特性の変動によって生じる濃度変動を検出するために用いられるパッチ画像である。これらのパッチ画像の説明については後述する。

画像処理コントローラ１１は、入力された画像データからプリンタエンジン１２での画像形成に用いられるハーフトーン画像データを生成する機構である。画像処理コントローラ１１は、ガンマ補正処理部１１１、ハーフトーン処理部１１２、濃度変動検出部１１３、基準ガンマ補正特性保持部１１４、相対ガンマ補正特性保持部１１５、位置毎階調特性検出部１１６を有する。

本実施形態に記載の画像形成装置１は、通常印刷モード、濃度変動検出モード、相対ガンマ特性検出モードの３つのモードを有しており、それぞれのモードにおいて画像処理コントローラ１１およびプリンタエンジン１２の動作が異なる。それぞれのモードは不図示のＣＰＵが状態を監視しており、所定タイミングに応じてＣＰＵがモードの遷移を行う。以下で動作モードごとに画像形成装置１の動作の概略について説明する。

なお、単色の画像データに対して処理をする場合を例に説明するが、カラー印刷の場合、ＣＭＹＫの画像データそれぞれについて同様の処理を適用すればよい。

［通常印刷モード］
通常印刷モードは、不図示の外部装置から入力される画像データ及び印刷情報に応じて通常印刷を行うモードである。通常、画像形成装置１は、通常印刷モードの状態で動作している。なお、印刷情報には、ハーフトーン処理部１１２で処理するスクリーン種別を示すスクリーン種別情報、及び画像データの画素の感光ドラム上における記録位置を示す記録位置情報を含んでいる。

通常印刷モード時には、ガンマ補正処理部１１１は、入力された印刷情報に基づいて、基準ガンマ補正特性保持部１１４、及び相対ガンマ補正特性保持部１１５を参照する。そして、入力された画像データに対してガンマ補正処理（濃度補正処理）を行い、ガンマ補正後のデータを生成する。ガンマ補正処理とは、入力された画像データの各画素の出力濃度が所望のガンマ特性に従った出力濃度となるように、入力された画像データの各画素の入力階調値をガンマ補正特性に従った補正階調値に補正する処理である。以下、ガンマ補正後のデータのことをガンマ補正データと称する。

基準ガンマ補正特性保持部１１４は、基準ガンマ補正特性をスクリーン種別ごとに保持する。ガンマ補正処理部１１１は、基準ガンマ補正特性保持部１１４に保持されている、印刷情報に含まれるスクリーン種別に対応した基準ガンマ補正特性を選択的に参照する。基準ガンマ補正特性とは、ある基準となる主走査方向の位置（具体的には、濃度センサに対応する位置）におけるガンマ補正特性のことである。主走査方向とは感光ドラムの回転方向に直交する方向のことであり、露光用のレーザの走査が行なわれる方向のことである。

相対ガンマ補正特性保持部１１５は、相対ガンマ補正特性を主走査方向の位置ごとに保持する。例えば、主走査方向に連続する所定数の画素を１つの領域として扱い、領域ごとに相対ガンマ補正特性を保持する。ガンマ補正処理部１１１は、相対ガンマ補正特性保持部１１５に保持されている、印刷情報に含まれる記録位置情報に対応した相対ガンマ補正特性を選択的に参照する。

ガンマ補正処理部１１１は、ガンマ補正データとスクリーン種別とをハーフトーン処理部１１２に出力する。

ハーフトーン処理部１１２は入力されたスクリーン種別に従ったスクリーンを用いて、入力されたガンマ補正データからハーフトーン画像データを生成して画像形成部１２１に出力する。画像形成部１２１はハーフトーン処理部１１２から入力されたハーフトーン画像データに基づいて画像形成動作を行う。

［濃度変動検出モード］
濃度変動検出モードは、状態変化（環境変化、経時変化、耐久変化など）により入力階調値に対する出力濃度（入出力特性）が変動した場合に、この濃度変動を補正すべく基準ガンマ補正特性保持部１１４で保持する基準ガンマ補正特性を更新するモードである。不図示のＣＰＵ、もしくはその他の制御部より濃度変動検出モードへの移行命令信号が入力されると画像形成装置１は濃度変動検出モードへ移行する。濃度変動検出モードへの移行のタイミングとしては、例えば画像形成装置１の電源投入時又は、一定の時間経過時又は、プリンタユーザからの指示などが挙げられる。

濃度変動検出モードへ移行すると、濃度変動検出部１１３は、濃度測定用パッチ画像を生成する。ガンマ補正処理部１１１は、濃度測定用パッチ画像の画像データにガンマ補正処理を行ないガンマ補正データを生成する。ハーフトーン処理部１１２は、このガンマ補正データからハーフトーン画像データを生成する。

画像形成部１２１はハーフトーン画像データに基づいて濃度測定用パッチ画像を形成し、濃度測定部１２２は、形成された濃度測定用パッチ画像を濃度センサで測定することで濃度測定用パッチ画像の濃度を測定する。

濃度変動検出部１１３は、濃度測定部１２２で測定した濃度と予め記憶している目標濃度との間の差分（すなわち濃度変動量）を算出する。濃度変動検出部１１３は、算出した濃度変動量が所定の値より大きいと判定した場合には、基準ガンマ補正特性保持部１１４内の基準ガンマ補正特性を、濃度変動量を相殺するように新たに生成された基準ガンマ補正特性で更新する。

［相対ガンマ特性検出モード］
相対ガンマ特性検出モードは、記録面内で生じる濃度ムラを補正するための相対ガンマ補正特性保持部１１５で保持される相対ガンマ補正特性を更新するモードである。後述するように、光学特性によっては主走査方向の記録位置によって露光用レーザの感光ドラム表面におけるスポット形状が異なることがあり、これにより、記録面内で濃度ムラが生じることがある。相対ガンマ特性検出モードでは、このような濃度ムラを補正するための相対ガンマ補正特性を更新する処理が行なわれる。相対ガンマ補正特性は、主走査方向の記録位置を複数の領域に分割した各領域ごとの特性である。不図示のＣＰＵ、もしくはその他の制御部より相対ガンマ特性検出モードへの移行命令信号が入力されると画像形成装置１は相対ガンマ特性検出モードへ移行する。相対ガンマ特性検出モードへの移行のタイミングとしては、例えば画像形成装置１の電源投入時又は、一定の時間経過時又は、プリンタユーザからの指示などが挙げられる。

相対ガンマ特性検出モードへ移行すると、位置毎階調特性検出部１１６は、主走査方向の複数の領域に対応する位置に、副走査方向に向けて階調が変化する階調パッチ画像を生成する。ガンマ補正処理部１１１は階調パッチ画像にガンマ補正処理を行ない、ガンマ補正データをハーフトーン処理部１１２に出力する。ハーフトーン処理部１１２は、このガンマ補正データからハーフトーン画像データを生成し、画像形成部１２１に出力する。

画像形成部１２１は階調パッチ画像のハーフトーン画像データに基づいて階調パッチ画像を形成する。画像読み取り部１２３は形成された階調パッチ画像を画像センサで読み取ることで、主走査方向の所定の記録位置毎の階調特性データを取得し、位置毎階調特性検出部１１６に取得結果を出力する。

位置毎階調特性検出部１１６は、取得した記録位置毎の階調特性データから、主走査方向の所定の記録位置毎の相対的ガンマ補正特性を作成する。そして、作成した相対的ガンマ補正特性により相対ガンマ補正特性保持部１１５が保持している相対ガンマ補正特性を更新する。なお、相対ガンマ補正特性は、基準となる記録位置における基準ガンマ補正特性とそれぞれの所定の記録位置のガンマ特性との間の相対的な補正を行なうためのガンマ補正特性である。詳細は後述する。

以下で動作モードごとに画像形成装置１の動作の詳細について説明する。

＜通常印刷モードの詳細動作＞
図２は通常印刷モード時の画像形成装置１の動作を示すフローチャートである。図２の処理は、画像形成装置１内部の不図示の記憶部に記憶されているプログラムを、不図示のＣＰＵが読み出して実行することにより実現される。

はじめに、ステップＳ２０１においてガンマ補正処理部１１１は、入力された画像データ、及び入力された画像データに付随する印刷情報を取得する。前述のように印刷情報には、スクリーン種別及び画像データの画素の記録位置を示す記録位置情報を含んでいる。

次に、ステップＳ２０２においてガンマ補正処理部１１１は、Ｓ２０１で取得した記録位置情報に基づいて、画像データの各画素に対して主走査方向における画素位置Ｘを判定する。なお、記録位置情報として、例えば記録媒体サイズや印刷方向、ページレイアウト等を示す情報を取得し、これらの情報から画像データの各画素に対して主走査方向における画素位置Ｘを判定する処理を行なってもよい。

次に、ステップＳ２０３においてガンマ補正処理部１１１は、Ｓ２０１で取得した画像データの画素値、すなわち入力階調値と、Ｓ２０１で取得したスクリーン種別とに基づいて、基準ガンマ補正特性保持部１１４を参照し、第一の補正階調値を出力する。ガンマ補正処理部１１１は画像データを構成する各画素についてステップＳ２０３の処理を行なう。

図３は、基準ガンマ補正特性保持部１１４が保持する基準ガンマ補正特性の一例である基準ガンマ補正テーブルを示している。枠内の数値が入力階調値に対応する補正階調値（第一の補正階調値）を示している。なお、図３では、入力階調値を間引いて記載した。図３に示す基準ガンマ補正テーブルは、入力階調値を入力とし、入力階調値を補正した補正階調値を出力とする補正テーブルである。なお、補正テーブルに値が含まれていない入力階調値に対する補正階調値は、隣接する入力階調値に対する補正階調値から補間して求めればよい。例えば入力階調値０と１５との間の入力階調値に対する補正階調値は、入力階調値０と１５とについてそれぞれ求めた補正階調値に基づいて補間すればよい。なお、図３に示すように基準ガンマ補正テーブルはスクリーン種別に応じて保持される。また、カラー印刷の場合、色材毎に補正テーブルを保持してもよい。

図４（ａ）は横軸を画像処理コントローラ１１に入力される画像データの階調値（入力階調値）とし、縦軸をプリンタエンジン１２より出力される画像の出力濃度としたガンマ特性を示すグラフである。ここで、目標とする入出力特性を入出力特性Ａとする。これに対し、プリンタエンジン１２のプロセス特性(現像効率など)により、入力階調値に対して非線形な特性を有した入出力特性を入出力特性Ｂとする。本実施形態では、入出力特性Ｂは濃度測定部１２２により測定可能な画素位置Ｌにおける入出力特性である。

基準ガンマ補正特性γ１は、画素位置Ｌにおける入出力特性Ｂを、目標とする入出力特性Ａに近づけるためのガンマ補正特性である。図４（ｂ）は横軸を画像処理コントローラ１１に入力される画像データの階調値（入力階調値）とし、縦軸を出力される補正階調値としたガンマ補正特性を示すグラフである。図４（ｂ）に示す値は図３に示す基準ガンマ補正テーブルの入力階調値と出力階調値に対応する値である。図４（ｂ）における実線の曲線は、基準ガンマ補正特性γ１を示す。この補正特性を用いて画像データを変換することにより、図４（ａ）に示す非線形な特性を有した入出力特性Ｂを、目標とする入出力特性Ａに略一致させることができる。すなわち、補正階調値を入力とした画像形成が画像形成部１２１において行なわれると、結果として、目標とする入出力特性Ａと略同じ特性の出力濃度の画像が形成されることになるのである。

このように、基準ガンマ補正特性γ１を用いることで基準位置となる画素位置Ｌにおける入出力特性を目標とする入出力特性に略一致させることができる。一方、前述のように、主走査方向の画素位置に応じて濃度ムラが生じる場合がある。そこで、画像データの各画素について得られた補正階調値（第一の補正階調値）に対して、相対ガンマ補正特性に基づく第二の補正階調値を求める処理を行なう。

図２に戻り説明を続ける。次にステップＳ２０４においてガンマ補正処理部１１１は、相対ガンマ補正特性保持部１１５を参照する。そして、ステップＳ２０２で取得した各画素の記録位置Ｘと、ステップＳ２０３で取得した各画素の第一の補正階調値とに基づいて、各画素の第二の補正階調値を出力する。すなわち相対ガンマ補正特性を参照して、記録位置Ｘと入力された第一の補正階調値とに対応する第二の補正階調値を画素毎に出力する。

図５は、相対ガンマ補正特性保持部１１５が保持する相対ガンマ補正特性の一例である相対ガンマ補正テーブルを示している。枠内の数値が補正階調値（第二の補正階調値）を示している。本実施形態では、主走査方向の画素数が７０００である例を説明する。また、各色の階調範囲が０〜２５５、すなわち画像データが８ビットの構成の場合について説明する。なお、同図では、画素位置及び入力階調値を間引いて記載した。同図に示す相対ガンマ補正テーブルは、主走査方向における画素位置Ｘと、その画素位置Ｘの入力階調値（第一の補正階調値）とを入力とした場合の、入力階調値（第一の補正階調値）を補正した補正階調値（第二の補正階調値）を示している。なお、補正テーブルに対応しない注目画素位置、及び入力階調値に対する補正階調値は、隣接する複数画素位置及び入力階調値に対する補正階調値から補間して求めればよい。例えば画素位置０と１０００との間に位置する注目画素位置に対する補正階調値は、画素位置０と１０００とについてそれぞれ求めた補正階調値に基づいて補間すればよい。また、例えば入力階調値０と１５との間の入力階調値に対する補正階調値は、入力階調値０と１５とについて求めた補正階調値に基づいてそれぞれ補間すればよい。また、カラー印刷の場合、色材毎に補正テーブルを保持してもよい。

図６（ａ）は、横軸を画像処理コントローラ１１に入力される画像データの階調値とし、縦軸をプリンタエンジン１２より出力される画像の出力濃度としたガンマ特性を示すグラフである。ここで、目標とする入出力特性を入出力特性Ａとする。本実施形態では、濃度センサにより測定可能な画素位置Ｌ（基準画素位置）における入出力特性を、目標とする入出力特性Ａとする。

これに対し、主走査位置毎に光学特性（光ビームのスポット形状等）が異なる場合の濃度変動を有した入出力特性を入出力特性Ｂとする。相対ガンマ補正特性γ２は、入出力特性Ｂを目標とする入出力特性Ａに近づけるためのガンマ補正特性である。

図６（ｂ）は、横軸を相対ガンマ補正テーブルに入力される画像データの階調値（すなわち、第一の補正階調値）とし、縦軸を出力される補正階調値（第二の補正階調値）としたガンマ補正特性を示すグラフである。実線の曲線は、相対ガンマ補正特性γ２を示す。画素位置Ｌでは基準画素位置自身における入出力特性そのものであるので線形なグラフになっている。一方、基準画素位置とは異なる位置の画素位置では、光学特性による濃度変動を相殺するようなガンマ補正特性となっている。この補正特性を用いて画像データを補正することにより、図６（ａ）に示す非線形な特性を有した入出力特性Ｂを、目標とする基準画素位置の入出力特性Ａに略一致させることができる。

なお、先に説明したように、この相対ガンマ補正特性は、基準画素位置Ｌとは異なる位置における入出力特性を、基準画素位置の入出力特性に略一致させるための補正特性である。そして、相対ガンマ補正特性に対する入力階調値としては、基準画素位置Ｌにおける環境変動などの状態変動を考慮したガンマ補正を行なった結果得られた第一の補正階調値を用いている。このような処理によれば記録面内での濃度ムラを抑制しつつ、保持するガンマ補正特性の数を減らすことができる。つまり、従来、画素位置ごとにパッチ画像を形成し、画素位置ごとに本実施形態でいうところの基準ガンマ補正特性を用意していたところ、本実施形態では基準ガンマ補正特性の数を減らしつつ、記録面内での濃度ムラを抑制することが可能となるのである。

ガンマ補正処理部は、各画素の第一の補正階調値に対応する第二の補正階調値を算出し、第二の補正階調値で構成されるガンマ補正データとスクリーン種別とをハーフトーン処理部１１２に出力する。

次に、Ｓ２０５においてハーフトーン処理部１１２は、ガンマ補正データに対してスクリーン種別に基づく面積階調処理を行ない、ハーフトーン画像データを生成する。

次に、Ｓ２０６において画像形成部１２１は、ハーフトーン画像データに基づいて画像形成動作を行い、通常印刷モードを終了する。

このように、本実施形態の画像形成装置では、基準ガンマ補正特性保持部１１４に保持されている基準ガンマ補正特性と、相対ガンマ補正特性保持部１１５に保持されている記録位置ごとの相対ガンマ補正特性とを用いる。これらを用いて、プリンタエンジン１２のプロセス特性等による非線形な入出力特性と、主走査方向の画素位置毎に異なる濃度変動とを補正する。そのため、非線形な入出力特性と、記録面内の濃度ムラとを全階調域にわたって改善することができる。また、このとき、環境変動などの状態変動に応じた濃度変動を測定する測定センサや濃度測定用パッチ画像は典型的には１つあれば足りるので、部品数の削減やパッチ測定時の色材を節約することができる。

＜光学特性と出力濃度との関係＞
図７は、画像形成装置１において、構成する部品や支持体などの製造誤差及び組み立て誤差による歪みにより、主走査位置毎に光学特性（光ビームのスポット形状）が異なる場合の、網点ドットのトナー付着率を示す模式図である。一例として、主走査方向の中央部では光学特性のボケ量が小さく、主走査方向の端部では光学特性のボケ量が大きいケースを想定する。もちろん、この例に限られることはなく、主走査位置毎に光学特性が異なる場合にはいずれの形態であってもよい。なお、光学特性のボケ量が大きい場合とは、ボケ量が小さい場合と比べてたとえば光ビームのスポット形状が主走査方向に広がってしまい、光量のピークが少なくなるような現象が生じる場合のことである。

図７（ａ）は、入力階調値がハイライト部でのトナー付着率の変動を示している。図７（ａ）の実線の曲線は、光学特性のボケ量が小さい場合のトナー付着率ＴＨａを示す。点線の曲線は、光学特性のボケ量が大きい場合のトナー付着率ＴＨｂを示す。入力階調値が同じ（デジタル画像が同じ）であっても、スポット形状の状態が異なるとトナー付着率の平均は変動する（ここではＴＨａ＞ＴＨｂ）。このときのマクロ的な視点で濃度変化をみると図７（ａ）に示すようにボケ量が小さい場合（ＴＨａ）の方が、濃度が高くなる。一方、図７（ｂ）は、入力階調値がシャドウ部でのトナー付着率の変動を示している。実線の曲線は、光学特性のボケ量が小さい場合のトナー付着率ＴＳａを示す。点線の曲線は、光学特性のボケ量が大きい場合のトナー付着率ＴＳｂを示す。図７（ａ）と同様に、入力階調値が同じ（デジタル画像が同じ）であっても、スポット形状の状態が異なるとトナー付着率の平均は変動する（ここではＴＳａ＜ＴＳｂ）。このときのマクロ的な視点で濃度変化をみると図７（ｂ）に示すようにボケ量が小さい場合（ＴＳａ）の方が、濃度が低くなる。

図８は、横軸を画像処理コントローラ１１に入力される画像データの階調値とし、縦軸をプリンタエンジン１２より出力される画像の出力濃度としたガンマ特性を示すグラフである。実線の曲線は、光学特性のボケ量が小さい場合の入出力特性を示す。一方、点線の曲線は、光学特性のボケ量が大きい場合の入出力特性を示す。図８に示すように、光学特性のボケ量が大きい場合は、光学特性のボケ量が小さい場合に比較して、シャドウ部の濃度は増加し、ハイライト部の濃度は減少する。これは図７で説明したものと同様の入出力特性を表している。なお、入力階調値が５０％の付近ではほぼ同じ入出力特性となっている。このように、光学特性による入出力特性の変動をみると、ガンマの立ち上がり方の違いとなることが確認できる。

＜出力濃度変動とトナー像の関係＞
ここで、出力濃度変動とトナー像との相関関係について図９で説明する。図９（ａ）はハイライト部を再現するデジタル画像データである。図９（ｂ）は図８に実線で示す光学特性のボケ量が小さい場合において図９（ａ）の画像を形成したマクロ画像及びミクロのトナー像である。図９（ｃ）は図８に点線で示す光学特性のボケ量が大きい場合において図９（ａ）の画像を形成したマクロ画像及びミクロのトナー像である。このとき、ミクロ的な視点でみると、図９（ｂ）の状態から図９（ｃ）への状態の変化によってトナー像のドット内でトナー付着率が減少していることがわかる。それによって、マクロ的な視点で見ると濃度が減少している。これはハイライト部において光学特性のボケ量が大きい場合、トナー像のドットの面積が大きいほど、光学特性のボケ量が小さい場合に比べてドット内で付着されないトナーの量が増えることを意味している。つまり、トナー像のドットの面積と、光学特性変動時のマクロ濃度の変動量とは相対的な関係があると仮定することができる。なお、光学特性変動時とは、ここでは経時的な変動ではなく、主走査方向の走査位置の変動により生じるものである。

ここで、トナー像におけるドットと下地との面積比率はマクロ濃度に近似することが可能であるため、光学特性変動時のマクロ濃度の変動量というものは、マクロ濃度間の相対特性として保持することが可能となる。つまり、前述のように相対ガンマ補正特性として保持することができるのである。この相対ガンマ補正特性は、入力階調値と出力濃度との関係である基準ガンマ特性に依存しない。相対ガンマ補正特性は、基準ガンマ補正特性の光学特性を基準とした場合、この基準ガンマ補正特性のマクロ濃度と他の光学特性のマクロ濃度間の相対特性となるからである。そのため、本実施形態ではプロセス特性変化やスクリーン種別に依存して変動する基準ガンマ補正特性と、光学特性変動時のマクロ濃度の変動に依存する相対ガンマ補正特性とを分離して保持する。これにより、本実施形態の画像形成装置１では、複数の基準ガンマ補正特性に対して、同じ相対ガンマ補正特性を用いることが可能となる。すなわち、前述のように濃度変動検出モードによって基準ガンマ補正特性が更新される場合を想定すると、更新前の基準ガンマ補正特性にも更新後の基準ガンマ補正特性にもいずれにおいても同じ相対ガンマ補正特性を用いることが可能となる。また、スクリーン種別ごとに主走査方向の位置ごとのガンマ補正特性を有する場合に比べて保持すべきガンマ補正特性の数を減らすことができる。例えば、スクリーン種別×主走査方向の位置（光ビームのスポット径数）の数のガンマ補正特性を保持する必要があったところを、スクリーン種別＋主走査方向の位置（光ビームのスポット径数）の数のガンマ補正特性を保持すればよい。従って、記録面内の濃度ムラを抑制することを実現しつつ、かつ、ガンマ補正テーブルを記憶するメモリの容量を削減することができる。

＜濃度変動検出モードの詳細動作＞
図１０は、濃度変動検出モード時のプリンタエンジン１２の構成の一例を示す図である。図１０（ａ）に示すプリンタエンジン１２は、感光ドラム１２１１、露光用レーザ１２１２、ポリゴンミラー１２１３、帯電ローラ１２１４、現像器１２１５、中間転写材１２１６、濃度測定部１２２で構成される。まず、画像形成装置は、帯電ローラ１２１４で感光ドラム１２１１表面を帯電し、露光用レーザ１２１２とポリゴンミラー１２１３で感光ドラム１２１１表面に静電潜像を作成する。次に、画像形成装置は、現像器１２１５で感光ドラム１２１１上に濃度測定用のパッチ画像Ｐのトナー像を形成する。次に、画像形成装置は、パッチ画像Ｐを感光ドラム１２１１から中間転写材１２１６に転写する。パッチ画像Ｐの濃度は濃度測定部１２２の濃度センサを用いて測定される。濃度センサは発光素子（不図示）と受光素子（不図示）とから構成されており、パッチ画像Ｐへ発光素子から光を照射し、その反射光を受光素子で受光することでパッチ画像Ｐの濃度を測定する。

ここで図１０（ｂ）に示すように、パッチ画像Ｐは、中間転写材の表面において、濃度測定部１２２により測定可能な位置に形成される。本実施形態では濃度変動検出モード時に生成する濃度測定用のパッチ画像は１つを想定して説明するが、生成するパッチ画像の数はこれに限定されない。例えば、パッチ画像を複数生成し、それに対する濃度検出を行うことで精度を高めるなどの構成にも適用可能である。さらに、複数のパッチ画像を異なる階調で生成し、それに対する濃度検出を行うことで、より濃度変動検出精度を高めるなどの構成にも適用可能である。また、本実施形態では濃度測定用の濃度測定部は１つを想定して説明するが、濃度測定部の数はこれに限定されない。濃度測定部を複数位置に設置し、それに対する濃度検出を行うことで精度を高めるなどの構成にも適用可能である。

図１１は濃度変動検出モード時の画像形成装置１の動作を示すフローチャートである。図１１の処理は画像形成装置１内部の不図示の記憶部に記憶されているプログラムを不図示のＣＰＵが読み出して実行することにより実現される。

はじめに、ステップＳ１１０１において濃度変動検出部１１３は濃度測定用パッチ画像の画像データを生成する。

次に、ステップＳ１１０２において画像形成部１２１は、濃度変動検出部１１３で生成されたパッチ画像の画像データにもとづいて、中間点転写材上にパッチ画像を形成する。なお、前述のようにパッチ画像の画像データは、ガンマ補正処理とハーフトーン処理がなされた画像データである。

次に、ステップＳ１１０３において濃度測定部１２２は、中間転写材上に形成されたパッチ画像を濃度センサで測定することで濃度Ｄｍを測定し、濃度変動検出部１１３に測定結果を出力する。

次に、ステップＳ１１０４において濃度変動検出部１１３は、濃度測定部１２２で測定した濃度Ｄｍと、濃度変動検出部１１３に記憶された目標濃度Ｄｒとを比較し、濃度変動量ΔＤを算出する。

次に、ステップＳ１１０５において濃度変動検出部１１３は、濃度変動量ΔＤが所定の値より大きいと判定した場合には、この濃度変動量ΔＤを補正すべく新たな基準ガンマ補正特性を生成する。この新たな基準ガンマ補正特性は、濃度変動量ΔＤを考慮した場合の基準ガンマ補正特性である。

次に、ステップＳ１１０６において濃度変動検出部１１３は、ステップＳ１１０５で作成した新たな基準ガンマ補正特性で基準ガンマ補正特性保持部１１４に保持されている基準ガンマ補正特性を更新し、濃度変動検出モードは終了する。

図１２は、横軸を画像処理コントローラ１１に入力される画像データの階調値とし、縦軸をプリンタエンジン１２より出力される画像の出力濃度としたグラフである。ここで、状態変化のない通常状態の入出力特性を状態Ａとする。これに対し、なんらかの状態変化（環境変化、経時変化、耐久変化など）により濃度の変動を有した現状の入出力特性を状態Ｂとする。このとき、入力階調値が同じであっても状態Ａと状態Ｂとで出力濃度が変動していることがわかる（ここでは状態Ｂの方が状態Ａよりも出力濃度ΔＤ減少）。この入力階調データと出力濃度との対応の変動を補正すべく、ガンマ補正特性の更新処理が行われる。すなわち、現状の状態Ｂで状態Ａと同じ出力濃度を得るために、予め入力階調値に補正量Ｈを加えたガンマ補正特性を、新たな基準ガンマ補正特性として生成して、保持している基準ガンマ補正特性を、生成した新たな基準ガンマ補正特性で更新する。

＜トナー像の形状変動と出力濃度変動との関係＞
ここで、状態変化時の出力濃度変動とトナー像との相関関係について図１３で説明する。図１３（ａ）はハイライト部を再現するデジタル画像データである。図１３（ｂ）は図１２の状態Ａの状態において図１３（ａ）の画像を形成したマクロ画像及びミクロのトナー像である。図１３（ｃ）は図１２の状態Ｂの状態において図１３（ａ）の画像を形成したマクロ画像及びミクロのトナー像である。このとき、ミクロ的な視点でみると、図１３（ｂ）の状態から図１３（ｃ）への状態変化によってトナー形状の面積が小さくなっていることが確認できる。それによって、マクロ的な視点で見ると濃度が減少している。このように、状態変化時にはトナー形状が変動することでトナー像が放射状に増減する。そして、トナー形状が変動することによりトナー像におけるドットの面積が変動し、ドットの面積が変動する事によって、マクロ的に見たときの画像の濃度が変動する。このとき、トナー像の放射状への増減のしやすさ（濃度変動量）は、感光ドラム上に結像する光学特性のボケ量によって異なる。光学特性のボケ量が小さい程、感光ドラム上に描かれる静電潜像がシャープとなるため、トナー像の形成が安定し、状態変動時の濃度変動量は小さくなる。一方、光学特性のボケ量が大きい程、トナー像の形成が不安定になるため、状態変動時の濃度変動量は大きくなる

＜光学特性と出力濃度変動との関係＞
図１４（ａ）は、光学特性のボケ量が小さい場合における、状態変化時の入出力特性の変動を示す。実線の曲線は、状態変化のない通常状態である状態Ａの入出力特性である。これに対し、点線の曲線は、なんらかの状態変化（環境変化、経時変化、耐久変化など）により濃度の変動を有した状態Ｂの入出力特性である。このとき、ある出力濃度における状態変化による濃度変動量をΔＤａとする。一方、図１４（ｂ）は、光学特性のボケ量が大きい場合における、状態変化時の入出力特性の変動を示す。実線の曲線は、状態変化のない通常状態である状態Ａの入出力特性である。これに対し、点線の曲線は、図１４（ａ）の状態Ｂと同じ状態変化により濃度の変動を有した入出力特性である。このとき、ある出力濃度における状態変化による濃度変動量をΔＤｂとする。光学特性のボケ量が異なると、図１４に示すように、同じ状態変化が生じた場合であっても、濃度変動量が異なることになる（ここではΔＤａ＜ΔＤｂ）。

そのため、従来の画像形成装置では、主走査方向の位置毎に異なる光学特性のボケ量に応じて適切に補正量を決定するためには、それぞれの位置における濃度変動量を実測や予測により取得する必要がある。さらに、装置自体のプロセス特性や、スクリーン種別の違いによっても濃度変動量が異なることがある。そのため、プロセス特性の変動ごと、複数スクリーンごとに、記録位置毎の濃度変動量を取得する必要が有り、キャリブレーションの時間が増大するとともに、消費されるトナーの量も増加してしまっていた。

一方、本実施形態の画像形成装置１では、前述したように状態変化やスクリーン種別に依存して変動する基準ガンマ補正特性と、光学特性変動時のマクロ濃度の変動に依存する相対ガンマ補正特性とを分離して保持している。これにより、本実施形態の画像形成装置１では、状態変動時には基準ガンマ補正特性のみを更新すればよく、キャリブレーションにおけるパッチ濃度計測数（位置）を抑制する事ができる。従って、濃度変動量の測定に必要な濃度センサ数や、ガンマ補正処理の更新にかかる時間を低減するとともに、消費されるトナーの量も抑制する事が可能となる。

なお、スクリーンのパターン構造の違い等によって、相対ガンマ補正特性がスクリーン種別に依存して異なる場合がある。この特性の違いが許容できない場合には、スクリーン種別毎に相対ガンマ補正特性を保持する構成としてもよい。その場合、相対ガンマ補正テーブルを記憶するメモリの容量は増大するが、キャリブレーションにおけるパッチ濃度計測数（位置）は同様に抑制可能である。そのため、センサ数の削減や、ガンマ補正処理の更新にかかる時間の低減、消費されるトナー量の抑制といった効果を得ることができる。

＜相対ガンマ特性検出モードの詳細動作＞
図１５は、相対ガンマ特性検出モード時の画像読み取り部１２３の構成の一例を示す図である。画像読み取り部１２３は、載置台１２３１とカバー１２３２との間に挟持された記録媒体に記録された階調パッチ画像を読み取る。具体的には、光源１２３３からの光を記録媒体に照射し、反射光Ｌを反射ミラーや図示しないレンズ等によって画像センサ１２３４に結像させる。画像読み取り部１２３で読み取られた階調パッチ画像は、画像処理コントローラ１１の位置毎階調特性検出部１１６に送られる。

図１６は相対ガンマ特性検出モード時の画像形成装置１の動作を示すフローチャートである。図１６の処理は画像形成装置１内部の不図示の記憶部に記憶されているプログラムを不図示のＣＰＵが読み出して実行することにより実現される。

はじめに、ステップＳ１６０１において位置毎階調特性検出部１１６は相対階調測定用の階調パッチ画像の画像データを生成する。ここで生成される階調パッチ画像の画像データは、図１７に示すように、主走査方向について全て同一濃度で、かつ副走査方向については入力階調値の予め定めた複数階調毎に段階的に濃度が異なるような複数の濃度パッチを含んで構成されている。

次に、ステップＳ１６０２において画像形成部１２１は、位置毎階調特性検出部１１６で生成された階調パッチ画像の画像データにもとづいて、記録媒体上に階調パッチ画像を形成する。なお、この画像データは前述のように、ガンマ補正処理部とハーフトーン処理部による処理がなされたデータである。

次に、ステップＳ１６０３において画像読み取り部１２３は、記録媒体上に形成された階調パッチ画像を画像センサで測定することで読み取り画像データを取得し、位置毎階調特性検出部１１６に取得結果を出力する。この動作は、例えば階調パッチ画像が印刷された記録媒体を、ユーザが画像読取部１２３にセットし、図示しない操作部から所定の操作を行うことにより画像の読み取りを指示することで実施される。

次に、ステップＳ１６０４において位置毎階調特性検出部１１６は、画像読み取り部１２３で取得した階調パッチ画像の読み取りデータから、主走査方向の画素位置毎の入出力特性を算出する。詳細は後述する。

次に、ステップＳ１６０５において位置毎階調特性検出部１１６は、基準画素位置Ｌにおける入出力特性（図４（ａ）で示す実線）に基づいて、基準ガンマ補正特性（図４（ｂ）で示す実線）を生成する。生成された基準ガンマ補正特性によって、基準ガンマ補正特性保持部１１４内の基準ガンマ補正特性が更新される。このように、本実施形態では、相対ガンマ特性検出モードにおいても基準ガンマ補正特性が更新される。

次に、ステップＳ１６０６において位置毎階調特性検出部１１６は、各画素位置について、基準画素位置Ｌにおける入出力特性（図６（ａ）で示す点線）と、主走査方向の画素位置毎の入出力特性（図６（ａ）で示す実線）との相対関係を算出する。

図１８は、相対ガンマ補正特性を算出する方法の一例を説明するための図である。図１８（ａ）に示す画素位置Ｌにおける入出力特性Ａにおいて、出力濃度が２５％になる入力階調値は４０である。一方、画素位置Ｘにおける入出力特性Ｂにおいて、出力濃度が２５％になる入力階調値は４５である。画素位置Ｘにおいて画素位置Ｌと同一の濃度を得るためには、この階調の違いを補正するように相対的な階調補正の特性を生成すればよい。つまり、図１８（ｂ）に示すように、入力階調値４０に対して補正階調値が４５となるように相対ガンマ補正特性を生成する。なお、前述のように通常モード時においては、このように生成した相対ガンマ補正特性の入力階調値として、基準ガンマ補正特性に基づくガンマ補正された第一の補正階調値が入力され、出力として第二の補正階調値が出力されることになる。

次に、ステップＳ１６０７において位置毎階調特性検出部１１６は、ステップＳ１６０６で算出した相対関係に基づいて相対ガンマ補正特性（例えば図６（ｂ）で示す実線）を生成する。位置毎階調特性検出部１１６は生成した相対ガンマ補正特性で、相対ガンマ補正特性保持部１１５に保持されている相対ガンマ補正特性を更新し、相対ガンマ特性検出モードを終了する。

＜その他の実施形態＞
第１実施形態では、相対ガンマ特性検出モードを有し、画像読み取り部１２３で取得される画素位置毎の階調特性データに基づいて、相対ガンマ補正特性を更新する例について示した。しかしながら、経時的な相対ガンマ補正特性の変動が少ない（あるいは変動を許容する）場合には、相対ガンマ特性検出モードを有さない構成としてもいい。この場合、出荷時に相対ガンマ補正特性を取得が１度だけ行わればよく、画像読み取り部１２３を搭載しない画像形成装置であっても本発明を適用可能となる。

また、第１実施形態では、ガンマ補正処理部１１１が、画像データの各画素に対して主走査方向における画素位置を判定した。これは、補正の処理対象である画素に対応する相対ガンマ補正特性を特定するためである。ただし、ガンマ補正処理部１１１は、画像データの各画素に対して主走査方向を判定することなく、同様の実施形態を実現することもできる。例えば、画素毎の濃度補正処理が完了するたびに１インクリメントするカウンタを保持する。あるラインの処理を開始すると、カウンタを初期値０に設定し、濃度補正処理を開始する。ガンマ補正処理部１１１は、カウンタが所定のカウント値を示すと第二補正特性を切り替える、あるいは、カウンタ値毎に対応する第二補正特性を選択してもよい。

また、第１実施形態では、基準ガンマ補正特性保持部と相対ガンマ補正特性保持部とが画像処理コントローラに含まれる構成を説明した。しかしながら、これらが保持する各ガンマ補正特性は外部のサーバに格納されており、外部サーバから画像処理コントローラが取得して処理を行なう形態であってもよい。

また、第１実施形態においては、ガンマ補正処理部が、基準ガンマ補正特性に基づいてまず第一の補正階調値を導出し、この第一の補正階調値を入力として相対ガンマ補正特性を用いて第二の補正階調値を導出する例を説明した。しかしながら、これらの順序を逆にしてもよい。すなわち、画像データの階調値を入力として相対ガンマ補正特性を用いて第三の補正階調値を導出し、第三の補正階調値を入力として基準ガンマ補正特性を用いて第四の補正階調値を導出する処理であってもよい。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１１ 画像処理コントローラ
１１１ ガンマ補正処理部
１１２ ハーフトーン処理部
１１３ 濃度変動検出部
１１４ 基準ガンマ補正特性保持部
１１５ 相対ガンマ補正特性保持部
１１６ 位置毎階調特性検出部
１２ プリンタエンジン
１２１ 画像形成部１２１
１２２ 濃度測定部
１２３ 画像読み取り部

Claims (15)

1. 画像データに基づく光ビームを感光ドラム上に主走査方向に走査させることで画像を形成する電子写真方式の画像形成装置であって、
   主走査方向の基準位置における入力階調値に対する出力濃度を表す第一の補正特性を取得する第一の取得手段と、
   前記主走査方向の基準位置における出力濃度に対する前記主走査方向の所定の位置における出力濃度の相対関係を表す第二の補正特性を取得する第二の取得手段と、
   前記取得した第一の補正特性と前記第二の補正特性とに基づいて、前記主走査方向の所定の位置に対応する前記画像データを補正する補正手段と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第二の取得手段は、前記画像データの画素の位置を判定し、前記画素の位置に対応する第二の補正特性を取得することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. さらに、前記主走査方向の基準位置における出力濃度に対する前記主走査方向の所定の位置における出力濃度の相対関係を表す第二の補正特性を保持する保持手段を有し、
   前記第二の取得手段は、前記保持手段が保持する複数の第二の補正特性のうち、処理対象とする画像データの位置に対応する第二の補正特性を取得する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. 前記第二の補正特性は、主走査方向に対して均一の階調値のパッチであり、副走査方向に対して階調値を異ならせたパッチを含む第二のパッチ画像を読み取る読み取り手段をさらに有し、
   前記読み取り手段で読み取った前記第二のパッチ画像の前記基準位置における濃度と前記所定の位置における濃度とを用いて前記第二の補正特性を導出する第二の導出手段をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記基準位置に形成された第一のパッチ画像の濃度を測定する測定手段をさらに有し、
   前記測定手段で測定された濃度と目標とする濃度とを用いて前記第一の補正特性を導出する第一の導出手段をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記補正手段は、予め定めた所定の位置の間に位置する画素の第二の補正特性を、前記画素に隣接する前記所定の位置の第二の補正特性に基づいて補間することにより算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記補正手段は、前記画像データを前記第一の補正特性を用いて補正し、補正後のデータを前記第二の補正特性を用いて補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記補正手段は、前記画像データを前記第二の補正特性を用いて補正し、補正後のデータを前記第一の補正特性を用いて補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 前記測定手段は、中間転写材に形成された前記第一のパッチ画像の濃度を測定することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
10. 前記第一の補正特性を保持する第一の保持手段をさらに有し、
    前記第一の導出手段は、導出した第一の補正特性を用いて前記第一の保持手段で保持されている第一の補正特性を更新することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
11. 前記読み取り手段は、記録媒体に印刷された前記第二のパッチ画像を読み取ることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
12. 前記第二の補正特性を保持する第二の保持手段をさらに有し、
    前記第二の導出手段は、導出した第二の補正特性を用いて前記第二の保持手段で保持されている第二の補正特性を更新することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
13. 前記補正手段は、前記第一の補正特性を、複数のスクリーン種別に対応した複数の第一の補正特性の中から選択的に適用することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像形成装置。
14. 画像データに基づく光ビームを感光ドラム上に主走査方向に走査させることで画像を形成する電子写真方式の画像形成装置における濃度補正方法であって、
    主走査方向の基準位置における入力階調値に対する出力濃度を表す第一の補正特性を取得する第一の取得ステップと、
    前記主走査方向の基準位置における出力濃度に対する前記主走査方向の所定の位置における出力濃度の相対関係を表す第二の補正特性を取得する第二の取得ステップと、
    前記取得した第一の補正特性と前記第二の補正特性とに基づいて前記画像データを補正する補正ステップと
    を有することを特徴とする画像形成装置の濃度補正方法。
15. コンピュータを、請求項１から１３のいずれか一項に記載の画像形成装置の各手段として機能させるためのプログラム。