JP6955670B2 - 画像形成装置およびトナー量算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置およびトナー量算出方法に関するものである。

プリンター、複合機などといった電子写真方式の画像形成装置は、トナーカートリッジからトナーを取り出して画像を形成する。このような電子写真方式の画像形成装置には、トナー消費量を測定するものがある。

電子写真方式の画像形成装置では、感光体ドラムなどに静電潜像が形成される。静電潜像のドットありの箇所とドットなしの箇所との境界部分では縁端電界が生じ、必要以上にトナーが消費されてしまう。この現象は、エッジ効果と呼ばれる。このため、エッジ効果を考慮してトナー消費量を計算する方法が種々提案されている。

ある画像形成装置は、レーザー光の露光信号に基づいて、周辺の静電潜像の分布パターンを考慮して注目画素の電界強度を特定し、その電界強度からトナー消費量を特定する（例えば特許文献１参照）。

また、ある画像形成装置では、レーザー光のプロファイル（空間的な強度分布）を考慮して各サブピクセルの露光エネルギーが計算され、その露光エネルギーに基づいてトナー消費量が計算される（例えば特許文献２参照）。

特開２０１２−１５０１８２号公報 特開２００７−１３３１８６号公報

上述の画像形成装置では、各画素による電界強度分布パターンが画素からの距離の２乗に反比例するものとして、空間フィルターによって、静電潜像の分布パターンに起因する注目画素の電界変動が推定される。

しかしながら、空間フィルターの特性によっては、印刷画像内の細線のエッジ部分において、本来のエッジ効果の影響による電界強度の増加より大きく電界変動が推定されてしまい、実際のトナー消費量より大きくトナー消費量を算出してしまうことがある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、空間フィルターの特性に起因するトナー消費量の誤差を抑制する画像形成装置およびトナー量算出方法を得ることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、感光体と、露光信号に基づき光を前記感光体へ照射して静電潜像を形成させる露光装置と、前記露光信号に基づきトナー消費量を計算するトナー量計算部とを備える。前記トナー量計算部は、前記露光信号に基づいて前記静電潜像の分布パターンを特定し、前記静電潜像の分布パターンまたは前記露光信号に基づいて注目画素の電界強度の変動量を特定し、前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値と前記電界強度の変動量とに基づいて前記注目画素の電界強度を特定し、前記電界強度に対応するトナー消費量を特定する。その際、前記トナー量計算部は、前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値に応じた上限値以下に前記電界強度の変動量を制限する。そして、前記注目画素の電界強度の変動量は、前記露光信号の画素値に対して空間フィルターとしてのアンシャープマスクフィルターまたはガウシアン差分フィルターを適用して計算される。

本発明に係るトナー量算出方法は、感光体と、露光信号に基づき光を前記感光体へ照射して静電潜像を形成させる露光装置とを備える画像形成装置におけるトナー量算出方法であって、前記露光信号に基づいて前記静電潜像の分布パターンを特定するステップと、前記静電潜像の分布パターンまたは前記露光信号に基づいて注目画素の電界強度の変動量を特定するステップと、前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値に応じた上限値以下に前記電界強度の変動量を制限するステップと、前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値と前記電界強度の変動量とに基づいて前記注目画素の電界強度を特定し、前記電界強度に対応するトナー消費量を特定するステップとを備える。そして、前記注目画素の電界強度の変動量は、前記露光信号の画素値に対して空間フィルターとしてのアンシャープマスクフィルターまたはガウシアン差分フィルターを適用して計算される。

本発明によれば、空間フィルターの特性に起因するトナー消費量の誤差を抑制する画像形成装置およびトナー量算出方法が得られる。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１におけるトナー量計算部２２の構成を示すブロック図である。 図４は、図３における変換部３６における電界強度とトナー消費量との対応関係の一例を示す図である。 図５は、実施の形態２におけるトナー量計算部２２の構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態２におけるリミッター処理部３３の動作について説明する図である。 図７は、実施の形態２における電界変動予測部５１の一例を示すブロック図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。この画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった電子写真方式の印刷機能を有する装置である。

この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２ａ〜２ｄおよび現像ユニット３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体である。

露光装置２ａ〜２ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザー光を走査しつつ照射して静電潜像を形成する装置である。レーザー光は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転方向（副走査方向）に垂直な方向（主走査方向）に走査される。露光装置２ａ〜２ｄは、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、およびそのレーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を含むレーザースキャニングユニットを有する。

さらに、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲には、スコロトロン等の帯電器、クリーニング装置、除電器などが配置されている。クリーニング装置は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の残留トナーを除去し、除電器は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄを除電する。

現像ユニット３ａ〜３ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色のトナーがそれぞれ充填されるトナーカートリッジと、トナーカートリッジ内のトナーホッパーから搬送されてくるトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄへ付着させる現像器とを有し、そのトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナー画像を形成する。

感光体ドラム１ａおよび現像ユニット３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂおよび現像ユニット３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃおよび現像ユニット３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄおよび現像ユニット３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト４は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー画像を１次転写される環状の像担持体（中間転写体）である。中間転写ベルト４は、駆動ローラー５に張架され、駆動ローラー５からの駆動力によって、感光体ドラム１ｄとの接触位置から感光体ドラム１ａとの接触位置への方向へ周回していく。

転写ローラー６は、搬送されてくる用紙を中間転写ベルト４に接触させ、中間転写ベルト４上のトナー画像を用紙に２次転写する。なお、トナー画像を転写された用紙は、定着器９へ搬送され、トナー画像が用紙へ定着される。

ローラー７は、クリーニングブラシを有し、クリーニングブラシを中間転写ベルト４に接触させ、用紙へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト４に残ったトナーを除去する。

センサー８は、中間転写ベルト４に光線を照射し、中間転写ベルト４の表面またはその表面上のトナーパターンからの反射光を検出する。例えば、センサー８は、トナー濃度調整の際に、中間転写ベルト４の所定の領域に光線を照射し光線の反射光を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。

図２は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。この画像形成装置は、プリントエンジン１１、およびコントローラー１２を有する。

図２において、プリントエンジン１１は、図１に示す電子写真プロセスや用紙搬送の駆動系および露光装置２ａ〜２ｄを制御する回路である。プリントエンジン１１は、コントローラー１２からの画像データに従って印刷を実行する。例えば、用紙搬送の駆動系は、印刷用紙の給紙、上述の現像装置および定着器９への印刷用紙の搬送、印刷用紙の印刷完了後の排紙などを行うローラー等を駆動するモーターなどである。例えば、電子写真プロセスの駆動系は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、中間転写ベルト４などを駆動するモーターや、露光装置２ａ〜２ｄのレーザースキャニング用モーターなどである。

コントローラー１２は、色補正、ハーフトーニングなどの画像処理後の各色についての画像データをプリントエンジン１１に供給する。

プリントエンジン１１は、露光信号生成部２１とトナー量計算部２２とを有する。露光信号生成部２１は、コントローラー１２からの画像データに基づいて露光信号を生成する。露光信号は、コントローラー１２からの画像データに基づき、各画素について光を照射するか否かを示す。プリントエンジン１１は、この露光信号で露光装置２ａ〜２ｄを動作させる。

トナー量計算部２２は、この画像形成装置による印刷などに伴うトナー消費量を計算する。さらに、トナー量計算部２２は、そのトナー消費量からトナーカートリッジ内のトナー残量を計算する。さらに、トナー量計算部２２は、トナー消費量の積算値やトナー残量を、図示せぬ操作パネルに表示させたり、トナー残量が少なくなったときに警告メッセージを図示せぬ操作パネルに表示させたりする。

トナー量計算部２２は、露光信号に基づいて静電潜像の分布パターンを特定し、静電潜像の分布パターンまたは露光信号に基づいて注目画素の電界変動度を特定し、静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値と電界変動度とに基づいて注目画素の電界強度を特定し、電界強度に対応するトナー消費量を特定する。その際、トナー量計算部２２は、主走査方向と副走査方向とで互いに独立した空間フィルターを使用して、静電潜像の分布パターンまたは露光信号から、注目画素の電界変動度を特定する。つまり、主走査方向および副走査方向のうちの一方のフィルター処理を実行した後、そのフィルター処理結果に対して主走査方向および副走査方向のうちの他方のフィルター処理を実行することで、注目画素の電界変動度が特定される。

図３は、実施の形態１におけるトナー量計算部２２の構成を示すブロック図である。

図３に示すように、トナー量計算部２２は、静電潜像予測部３１、電界変動予測部３２、リミッター処理部３３、乗算部３４、加算部３５、変換部３６、およびトナーカウンター３７を備える。

静電潜像予測部３１は、露光信号から静電潜像の分布パターンを特定する。静電潜像予測部３１は、露光信号の分布パターンに対してローパスフィルターを適用して静電潜像の分布パターンを特定する。この実施の形態では、このローパスフィルターは、ガウシアンフィルターである。静電潜像予測部３１は、予め設定されている主走査方向および副走査方向についてのガウス分散値に基づいてフィルター係数を決定する。なお、このガウス分散値は、露光装置２ａ〜２ｄから照射されるレーザー光のプロファイルに基づいて指定される。また、静電潜像予測部３１は、主走査方向と副走査方向とで互いに独立したガウシアンフィルターを使用して、露光信号から、静電潜像の分布パターンを特定する。つまり、主走査方向および副走査方向のうちの一方のフィルター処理を実行した後、そのフィルター処理結果に対して主走査方向および副走査方向のうちの他方のフィルター処理を実行することで、注目画素の電界変動度が特定される。

なお、注目画素についての静電潜像予測部３１におけるフィルター処理では、各周辺画素についての露光信号の値とその画素についてのフィルター係数との積の総和が計算される。

また、電界変動予測部３２は、静電潜像予測部３１により得られた静電潜像の分布パターンに基づいて、注目画素の電界変動度を計算する。電界変動予測部３２は、静電潜像の分布パターンにおける各画素による電界強度分布パターンに基づいて注目画素の電界変動度を特定する。ここでは、各画素による電界強度分布パターンが、その画素からの距離の２乗に反比例するものとされている。

そして、注目画素の周辺画素（注目画素を中心としたフィルターサイズの範囲内の画素）から注目画素への電界強度分布パターンに起因する電界変動度が、主走査方向と副走査方向とで互いに独立した空間フィルターを使用したフィルター処理で特定される。

実施の形態１では、トナー量計算部２２は、主走査方向と副走査方向とで互いに独立したアンシャープマスクフィルターを使用して、静電潜像の分布パターンから、注目画素の電界変動度を特定する。

リミッター処理部３３は、静電潜像予測部３１により得られた静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値に対応する上限値以下に、その注目画素についての電界変動度を制限する。具体的には、リミッター処理部３３は、その静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値に応じた閾値を特定し、特定された電界変動度がその閾値を超える場合には、電界変動度をその閾値とする。

リミッター処理部３３は、静電潜像予測部３１により得られた静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値が大きいほど、上述の上限値（つまり、上述の閾値）を高く設定する。リミッター処理部３３は、１次式などの変換式やルックアップテーブルなどで、静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値から上述の閾値を特定する。

乗算部３４は、電界変動予測部３２により得られた（あるいはリミッター処理部３３の上限値である）注目画素の電界変動度に所定の係数を乗算して、その電界変動度のゲイン（つまり、フィルターゲイン）を調整する。

加算部３５は、注目画素について、乗算部３４により得られた値（つまり、ゲイン調整後の電界変動度）と、静電潜像予測部３１の出力値（レーザープロファイルに基づくこの注目画素に対するレーザー光照射に起因する電界強度分）との和を、注目画素の電界強度として計算する。

変換部３６は、加算部３５により得られる注目画素の電界強度の値を、その注目画素についてのトナー消費量に変換する。変換部３６は、例えばルックアップテーブルを有し、そのルックアップテーブルを参照して、そのトナー消費量を導出する。

トナーカウンター３７は、変換部３６から得られる画素ごとのトナー消費量の情報に基づいて、ページごとやトナーカートリッジ交換時からの、トナー消費量の累積値を計算する。

次に、実施の形態１に係る画像形成装置の動作について説明する。

プリントエンジン１１では、コントローラー１２から画像データが供給されると、露光信号生成部２１が、その画像データに基づいて露光信号を生成する。

そして、その露光信号は露光装置２ａ〜２ｄに供給され、露光装置２ａ〜２ｄは、その露光信号に基づいて感光体ドラム１ａ〜１ｄに光を照射して、各トナー色についての静電潜像を形成する。

一方、プリントエンジン１１では、その露光信号がトナー量計算部２２に供給され、トナー量計算部２２は、その露光信号に基づいてトナー消費量を計算する。

トナー量計算部２２では、静電潜像予測部３１は、露光信号を所定ライン数のラインバッファーで順次保持し、そのラインバッファーに保持されている露光信号の画素値に対して空間フィルターを適用して、注目画素（中心画素）の静電潜像レベル（負電荷量に対応する）を計算する。

次に、電界変動予測部３２は、静電潜像予測部３１の出力を所定ライン数のラインバッファーで順次保持し、そのラインバッファーに保持されている値に対して空間フィルター（実施の形態１では、アンシャープマスクフィルター）を適用して、注目画素（中心画素）の電界強度の変動量を計算する。

そして、乗算部３４により注目画素の電界強度の変動量に対して係数が乗算される。なお、この係数は、実験などにより予め決定されている。

この乗算部３４の出力値が、加算部３５により、注目画素についての静電潜像予測部３１の出力値に加算されて、注目画素の電界強度が計算される。

そして、変換部３６は、その注目画素の電界強度に対応するトナー消費量を計算し、トナーカウンター３７へ供給する。トナーカウンター３７は、その注目画素のトナー消費量に基づいて、トナー消費量の累積値を更新する。

図４は、図３における変換部３６における電界強度とトナー消費量との対応関係の一例を示す図である。図４における電界強度は、ベタ塗りの際の電界強度で正規化した値である（つまり、ベタ塗りの際の電界強度を１とした場合の値）。また、図４におけるトナー消費量は、ベタ塗りの際の１画素あたりのトナー消費量で正規化した値である（つまり、ベタ塗りの際のトナー消費量を１とした場合の値）。

以上のように、上記実施の形態１によれば、露光装置２ａ〜２ｄは、露光信号に基づき光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ照射して静電潜像を形成させる。トナー量計算部２２は、露光信号に基づいて静電潜像の分布パターンを特定し、その静電潜像の分布パターンまたは露光信号に基づいて注目画素の電界変動度を特定し、静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値と電界変動度とに基づいて注目画素の電界強度を特定し、その電界強度に対応するトナー消費量を特定する。その際、トナー量計算部２２は、静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値に応じた上限値以下に電界変動度を制限する。

これにより、空間フィルターによって実際の電界変動に比べて大きく電界変動度が特定された場合でも電界変動度は上限値に固定されるため、空間フィルターの特性に起因するトナー消費量の誤差が抑制される。

実施の形態２．

図５は、実施の形態２におけるトナー量計算部２２の構成を示すブロック図である。実施の形態２では、電界変動予測部３２の代わりに、電界変動予測部５１が使用される。電界変動予測部５１は、ガウシアン差分フィルター（ＤｏＧ（Difference of Gaussian）フィルター）を使用して、露光信号から注目画素の電界変動度を特定する。具体的には、電界変動予測部５１は、主走査方向と副走査方向とで互いに独立したガウシアン差分フィルターを使用して、露光信号から、注目画素の電界変動度を特定する。なお、具体的には、そのフィルター処理において、注目画素およびフィルターサイズに対応する周辺画素の画素値とフィルター係数との積和が、注目画素についてのフィルター処理結果として計算される。

図６は、実施の形態２におけるリミッター処理部３３の動作について説明する図である。図６に示すように、１ドット幅の細線の場合、実際の電界強度分布に比べ、ＤｏＧフィルターによる電界強度のピークが高くなる。そのため、上述のように、上述の閾値（つまり、上述の上限値）は、細線のエッジ部分での電界変動度のピークより低く設定されている。したがって、その閾値によって、電界変動度が制限されることでトナー消費量の誤差が小さくなる。

なお、上述のガウシアン差分フィルターでは、互いに分散値の異なる２つのガウシアンフィルターが使用され、それらのガウシアンフィルターの出力値の差分が、ガウシアン差分フィルターの出力値とされる。

図７は、実施の形態２における電界変動予測部５１の一例を示すブロック図である。静電潜像予測部３１が、ガウシアンフィルターを使用して露光信号から静電潜像の分布パターンを特定する場合、図７に示すように、電界変動予測部５１は、静電潜像予測部３１のガウシアンフィルターとは異なる分散値のガウシアンフィルター６１と、減算器６２とを備え、上述のガウシアン差分フィルターが、静電潜像予測部３１のガウシアンフィルター、電界変動予測部５１のガウシアンフィルター６１、および減算器６２で構成されるようにしてもよい。つまり、電界変動予測部５１は、ガウシアン差分フィルターにおける２つのガウシアンフィルターのうちの分散値の大きいガウシアンフィルター６１のみを備え、電界変動予測部５１のガウシアンフィルターを、ガウシアン差分フィルターにおける２つのガウシアンフィルターのうちの分散値の小さいガウシアンフィルターとして兼用するようにしてもよい。その場合、減算器６２によるガウシアンフィルター６１の出力値と静電潜像予測部３１の出力値との差分が、電界変動予測部５１の出力値とされる。

なお、実施の形態２に係る画像形成装置のその他の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態に係る画像形成装置は、カラー画像形成装置であるが、モノクロ画像形成装置でもよい。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（感光体の例）
２ａ〜２ｄ 露光装置
２２ トナー量計算部

Claims (4)

1. 感光体と、
   露光信号に基づき光を前記感光体へ照射して静電潜像を形成させる露光装置と、
   前記露光信号に基づきトナー消費量を計算するトナー量計算部とを備え、
   前記トナー量計算部は、前記露光信号に基づいて前記静電潜像の分布パターンを特定し、前記静電潜像の分布パターンまたは前記露光信号に基づいて注目画素の電界強度の変動量を特定し、前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値と前記電界強度の変動量とに基づいて前記注目画素の電界強度を特定し、前記電界強度に対応するトナー消費量を特定し、
   前記トナー量計算部は、さらに、前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値に応じた上限値以下に前記電界強度の変動量を制限し、
   前記注目画素の電界強度の変動量は、前記露光信号の画素値に対して空間フィルターとしてのアンシャープマスクフィルターまたはガウシアン差分フィルターを適用して計算されること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー量計算部は、前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値が大きいほど、前記上限値を高くすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナー量計算部は、前記ガウシアン差分フィルターを使用して、前記露光信号から前記注目画素の電界強度の変動量を特定し、
   前記上限値は、細線のエッジ部分での前記電界強度の変動量のピークより低く設定されていること、
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装置。
4. 感光体と、露光信号に基づき光を前記感光体へ照射して静電潜像を形成させる露光装置とを備える画像形成装置におけるトナー量算出方法において、
   前記露光信号に基づいて前記静電潜像の分布パターンを特定するステップと、
   前記静電潜像の分布パターンまたは前記露光信号に基づいて注目画素の電界強度の変動量を特定するステップと、
   前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値に応じた上限値以下に前記電界強度の変動量を制限するステップと、
   前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値と前記電界強度の変動量とに基づいて前記注目画素の電界強度を特定し、前記電界強度に対応するトナー消費量を特定するステップと、
   を備え、
   前記注目画素の電界強度の変動量は、前記露光信号の画素値に対して空間フィルターとしてのアンシャープマスクフィルターまたはガウシアン差分フィルターを適用して計算されること、
   を特徴とするトナー量算出方法。

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