画像形成装置及び階調補正用トナー像形成方法
【課題】階調補正時間の増加や階調補正用のトナー消費を抑制しつつ、高精度の階調補正を行うことができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】湿度温度センサー４１は、画像形成装置１００がおかれた湿度及び温度を検出する。画像形成装置１００は、検出された湿度及び温度に応じて、階調補正用のトナー像の配置、及び、個数を決定する。周期ムラが生じ難い湿度及び温度の環境下では、階調補正用のトナー像の個数が１個とされ、無駄な階調補正用のトナー消費及び階調補正時間の増加が抑制される。一方、周期ムラが生じ難い湿度及び温度の環境下では、階調補正用のトナー像の個数が複数個とされ、かつ、この複数のトナー像は周期ムラが打ち消される間隔で配置され、これにより高精度の階調補正が行われる。
【解決手段】湿度温度センサー４１は、画像形成装置１００がおかれた湿度及び温度を検出する。画像形成装置１００は、検出された湿度及び温度に応じて、階調補正用のトナー像の配置、及び、個数を決定する。周期ムラが生じ難い湿度及び温度の環境下では、階調補正用のトナー像の個数が１個とされ、無駄な階調補正用のトナー消費及び階調補正時間の増加が抑制される。一方、周期ムラが生じ難い湿度及び温度の環境下では、階調補正用のトナー像の個数が複数個とされ、かつ、この複数のトナー像は周期ムラが打ち消される間隔で配置され、これにより高精度の階調補正が行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、複写機や、レーザビームプリンタ、ファクシミリ、ディジタル複合機等の画像形成装置及びそれに用いられる階調補正用トナー像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像形成装置では、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の経時的変化などの外乱に起因して、トナー像の画像濃度が変動することがある。そこで、画像形成装置では、一般に、画像濃度の安定化を図るために、階調補正が行われる。
【０００３】
例えば、画像形成装置では、感光ドラム上にテスト用のトナー像として複数の階調からなる階調パターン像を形成し、この階調パターン像の濃度に基づいて階調補正が行われる。この階調補正は、電源投入時や、スリープ復帰時、ある所定の印刷枚数に達したとき、あるいは、外部環境が大きく変わった場合に、印字中の階調特性を補正するために行われる。
【０００４】
具体的には、画像形成装置では、階調補正時に、中間転写ベルト上に階調パターン像を形成し、その各階調の濃度が濃度センサーによって検出される。そして、検出された濃度が予め設定された目標濃度と一致するように現像バイアスを調節することで（つまり階調補正を行うことで）、所望の画像濃度を得るようになっている。実際上、この階調補正は、濃度センサーによって得られた濃度検出値に基づき、それぞれの階調が所定の濃度となるように、画像データの入力階調を、制御部の階調変換テーブルにおいて補正することで行われる。
【０００５】
ここで、階調パターン像の検出精度が悪いとそれに伴って階調補正の精度も悪くなるので、従来、階調パターン像の濃度を高精度で検出するために、多くの工夫がなされている。特許文献１及び２には、複数の階調パターン像を用いる技術が開示されている。また、特許文献３−８には、現像ローラや、中転転写ベルト、感光ドラムの周期で現れるムラ（周期ムラ）を打ち消すように、複数の階調パターンを、上記周期の１／２や、Ｍ／Ｎ(Ｍ、Ｎは互いに素な自然数)の間隔で配置する技術が開示されている。さらに、特許文献９には、湿度に応じて階調パターン像の階調数を決定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７１６８９号公報
【特許文献２】特開２００８−２６５５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３４３６６号公報
【特許文献４】特開２００７−２６４３６４号公報
【特許文献５】特開２００６−４７３４９号公報
【特許文献６】特開２００７−３６８８号公報
【特許文献７】特開２００６−３４３６７９号公報
【特許文献８】特開２０１０−１３４１６０号公報
【特許文献９】特開２００９−１９８６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述した従来技術では、階調補正に要する時間や、階調補正用のトナー消費に関する考察が不十分であった。
【０００８】
例えば、階調パターン像の配置によっては、階調補正に要する時間が不必要に増加する。また、階調パターンの個数によっては、階調補正用のトナーが無駄に消費される。
【０００９】
具体的に説明すると、周期ムラを打ち消すために、常に複数の階調パターン像を形成すると、周期ムラが小さい場合には、無駄な階調パターン像を形成することになる。この結果、トナーが無駄に消費されたり、階調補正の時間も必要以上に長くなるといった問題がある。
【００１０】
一方で、階調パターン像に使われるトナー消費量を削減し、かつ、階調補正時間を短くするために、常に１個の階調パターン像だけを形成すると、次の問題が生じる。つまり、周期ムラが大きくなると、１個の階調パターン像が、周期ムラにより濃度の特に濃くなる部分あるいは濃度の特に薄くなる部分に形成されることが生じ得る。このような場合、階調パターン像の濃度検出結果が周期ムラの影響を大きく受けてしまい、濃度検出精度が悪くなる。その結果、階調補正の精度も悪くなる。
【００１１】
本発明の目的は、階調補正時間の増加や階調補正用のトナー消費を抑制しつつ、高精度の階調補正を行うことができる、画像形成装置及び階調補正用トナー像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の画像形成装置の一つの態様は、像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、前記画像形成ユニットは、前記画像形成装置がおかれた環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置を決定する。
【００１３】
本発明の階調補正用トナー像形成方法の一つの態様は、画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成する階調補正用トナー像形成方法であって、前記画像形成装置がおかれた環境条件を検出するステップと、検出した前記環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置を決定して、前記像担持体上に形成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画像形成装置がおかれた環境条件に応じて、階調補正用のトナー像の配置を決定するので、階調補正時間の増加や階調補正用のトナー消費を抑制しつつ、高精度の階調補正を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態の画像形成装置の全体構成を概略的に示す図
【図２】入力される元画像と実際のプリント画像との間の濃度の関係である、階調特性を示す図
【図３】階調パターン及び階調パッチの説明に供する図
【図４】トナーセンサーによって検出した階調パターンの濃度検出値を、元画像濃度データに対応させて示した図
【図５】トナーセンサー出力値と濃度との関係を示す図
【図６】階調変換テーブル（図中の曲線Ｌ３）の様子を示す図
【図７】図７Ａは、周期ムラが発生し難い環境条件における、階調パターンの配置を示す図、図７Ｂは、周期ムラの様子を示す図
【図８】図８Ａは、周期ムラが発生し易い環境条件における、階調パターンの配置を示す図、図８Ｂは、周期ムラの様子を示す図
【図９】階調パターンの配置を分かり易く説明するための図であり、図９（ａ）は濃度の様子を示す図、図９（ｂ）は階調パターンに含まれるある１つの階調パッチの配置を示す図
【図１０】実施の形態による階調補正の処理手順を示すフローチャート
【図１１】図１１Ａは、周期ムラが発生し難い環境条件の場合における階調パターンの配置の様子を示す図、図１１Ｂは、周期ムラの様子を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
［１］全体構成
図１は、実施の形態の画像形成装置１００の全体構成を示す概略図である。図１に示した画像形成装置１００は、タンデム方式のカラーレーザプリンタである。
【００１８】
図１の画像形成装置１００は、記録紙Ｓに未定着のトナーを付着して画像を形成する作像装置１０と、トナーを溶融して記録紙Ｓに定着させる定着装置２０と、を有する。
【００１９】
作像装置１０は、中間転写ベルト１１と、４つの画像形成ユニット１２−１〜１２−４と、一次転写ローラ１３と、二次転写ローラ１４と、を有する。画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、中間転写ベルト１１に沿って配置され、トナー像を形成する。一次転写ローラ１３は、中間転写ベルト１１を介して感光ドラム３１に対向する位置に配置されており、各画像形成ユニット１２−１〜１２−４によって形成されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写する。二次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１に転写された像を記録紙Ｓに転写する。
【００２０】
中間転写ベルト１１は、複数のローラ１５−１〜１５−４に架け回されている。中間転写ベルト１１に対向する位置にはクリーニング装置１６が配置され、クリーニング装置１６は中間転写ベルト１１上に残留したトナーを回収する。
【００２１】
また、中間転写ベルト１１に対向する位置には、トナーセンサー１７が配置されている。トナーセンサー１７は、階調補正時に、中間転写ベルト１１上に形成された階調パターン（トナー像）の濃度を検出する。なお、階調補正時に中間転写ベルト１１上に形成された階調パターンは、濃度検出が終わると、クリーニング装置１６によって廃トナーとして除去される。
【００２２】
トナーセンサー１７の構成例について説明する。トナーセンサー１７は、光学式のセンサーである。トナーセンサー１７は、光を発光する発光部と光を受光する受光部とを有し、発光部からトナーパッチに向け光を発光し、トナーパッチ上で反射された光を受光部で受光する。受光部は、受光素子を有し、受光素子で受けた光の量を電気信号に変換することでセンサー出力を得る。トナーパッチはベルト面とトナー面からなり、トナーセンサー１７は、トナーによる隠蔽率（パッチ全体の面積に対するトナーが占める割合）を検出する。ベルト面から反射された光が少なくなるほどセンサー出力が小さくなる。トナーパッチの濃度が濃くなると、トナーによるベルト面の隠蔽率が高くなり、センサー出力が小さくなる。よって、センサー出力の大小によって、トナーによるベルト面の隠蔽率、つまりは、トナーパッチの濃度を検出することができる（図５参照）。なお、トナーセンサー１７の構成は、上述の構成に限らず、濃度を検出することができるものであればよい。
【００２３】
画像形成ユニット１２−１はイエロー（Ｙ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−２はマゼンタ（Ｍ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−３はシアン（Ｃ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−４はブラック（ＢＫ）のトナー像を形成する。これらの画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、中間転写ベルト１１の上流から下流に沿って順に配置されている。
【００２４】
各画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）は、感光ドラム３１と、感光ドラム３１を一様に帯電させるための帯電装置３２と、帯電した感光ドラム３１に画像露光を行うための露光装置３３と、露光によって形成された静電潜像に各色のトナーで現像を行うための現像器３４と、を有する。
【００２５】
現像器３４は、現像ローラ３５を有し、現像ローラ３５から感光ドラム３１にトナーを付着させる。感光ドラム３１に対向する位置にはクリーナ３６が配置され、クリーナ３６は感光ドラム３１に残留したトナーを回収する。全ての画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、制御部４０によって制御される。
【００２６】
かかる構成に加えて、本実施の形態の画像形成装置１００は、湿度温度センサー４１を有する。湿度温度センサー４１は、画像形成装置１００の装置内に設けられており、画像形成装置１００の装置内の湿度及び温度を画像形成装置１００の環境条件として検出し、検出した湿度及び温度の情報を制御部４０に送出する。制御部４０は、検出された湿度及び温度に基づいて、各画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）によって形成される階調補正用のトナー像の配置及び個数を制御する。
【００２７】
なお、湿度温度センサー４１は、できるだけトナー像の濃度に影響を及ぼす部品（例えば感光ドラム等）の近傍に配置することが好ましい。しかし、湿度温度センサー４１の配置位置は、これに限らず、例えば画像形成装置１００の装置外であってもよい。
【００２８】
次に、この画像形成装置１００の動作を説明する。
【００２９】
画像形成ユニット１２−１〜１２−４の感光ドラム３１上に現像されたトナー像は、中間転写ベルト１１との接触位置で、一次転写ローラ１３によって、中間転写ベルト１１上に一次転写される。
【００３０】
中間転写ベルト１１上に転写されたトナー像は、各画像形成ユニット１２−１〜１２−４を通過するごとに、各色がその上に重ねられる。これにより、最終的に、フルカラーのトナー画像が、中間転写ベルト１１上に形成される。
【００３１】
次に、中間転写ベルト１１上のフルカラーのトナー像は、中間転写ベルト１１の下流において、二次転写ローラ１４によって、記録紙Ｓに一括して二次転写される。
【００３２】
次に、記録紙Ｓは、記録紙Ｓの搬送路の下流にある定着装置２０を通過することによって、トナー像が定着されて、排紙トレー（図示せず）上に排紙される。なお、記録紙Ｓは、カセット（図示せず）に納められており、このカセットから１枚ずつ二次転写ローラ１４まで搬送される。
【００３３】
なお、一次転写後、感光ドラム３１に残留したトナーは、下流に配置されたクリーナ３６によって除去され、図示しない廃トナーボックスへ回収される。また、二次転写後に、中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、クリーニング装置１６によって回収される。
【００３４】
ここで、画像形成装置１００においては、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の耐久などの外乱に起因して、トナー像の画像濃度が異なることがある。そこで、画像形成装置１００では、画像濃度の安定化を図るため、中間転写ベルト１１上にテスト用（階調補正用）のトナー像を形成し、このテスト用のトナー像の濃度に基づいて、画像形成ユニット１２−１〜１２−４でのトナー付着量を制御するようになっている。
【００３５】
具体的には、中間転写ベルト１１上に形成されるトナー像のトナー付着量は、現像器３４によって変更される。中間転写ベルト１１に形成されるトナー像における中間転写ベルト１１の周方向の長さは、現像器３４及び露光装置３３によって変更される。
【００３６】
制御部４０は、現像器３４及び露光装置３３を制御することにより、上記トナー付着量及びトナー像の長さを制御する。実際上、画像形成装置１００は、階調補正時には、中間転写ベルト１１上にテスト用（階調補正用）のトナー像を形成し、このトナー像の濃度をトナーセンサー１７で検出する。画像形成装置１００は、この濃度検出結果に応じて、制御部４０に設けられた階調変換テーブルを補正することで、階調補正を行う。画像形成装置１００は、記録紙Ｓへのプリント時（つまり実際のプリント時）には、補正された階調変換テーブルを用いて、現像器３４を制御することで、中間転写ベルト１１上に濃度が補正されたトナー像を形成する。
【００３７】
制御部４０には、湿度温度センサー４１からの湿度情報及び温度情報が入力される。制御部４０は、入力した湿度情報及び温度情報に基づいて、各画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）によって形成される階調補正用のトナー像の配置及び個数を制御する。つまり、画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）は、画像形成装置１００がおかれた環境の湿度及び温度に応じて、階調補正用のトナー像の配置、及び、階調補正用のトナー像の個数を決定する。
【００３８】
［２］階調補正
次に、階調補正について詳しく説明する。なお、本明細書では、「階調」を「濃度」と言い換えてもよく、逆に、「濃度」を「階調」と言い換えてもよい。
【００３９】
図２は、入力された元画像データで示される濃度をO.D.（Original Density）とし、記録紙Ｓ上に出力されたプリント画像の濃度をI.D.（Image Density）とした場合の、濃度O.D.と濃度I.D.との関係である階調特性を示す図である。濃度O.D.と濃度I.D.との関係において、図２の階調特性直線Ｌ１で示すように線形な関係が維持されれば、理想的なプリント画像を得ることができる。
【００４０】
しかし、実際には、濃度O.D.と濃度I.D.との関係は、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の耐久、製造のばらつきなどの変動要因により、図２の階調曲線Ｌ２で示すように、非線形な関係となる。この結果、プリント画像の濃度は、入力される元画像データに対して、階調ごとに大きく変化してしまう。階調曲線Ｌ２からも分かるように、通常は、元画像データが低濃度の領域では、元画像濃度O.D.よりもプリント画像濃度I.D.が低くなるので、色飛びが発生し、極めて濃度の薄いプリント画像は記録紙Ｓ上に再現することが困難となる。また、元画像データが高濃度の領域では、元画像濃度O.D.よりもプリント画像濃度I.D.が高くなるので、色つぶれが発生し、最大濃度付近の濃度差を記録紙Ｓ上に再現することが困難となる。
【００４１】
そこで、プリント画像の濃度を、入力された元画像データで示される濃度に一致させるためには、階調特性を補正する必要がある。具体的には、階調補正によって、濃度O.D.と濃度I.D.との関係を、全階調において安定して線形なものにする。実際上、階調補正は、制御部４０に設けられた階調変換テーブルを補正することで行われる。
【００４２】
階調変換テーブルの作成方法について説明する。画像形成装置１００は、階調補正時に、図３に示すような階調パターン５０のトナー像を中間転写ベルト１１上に形成し、この階調パターン５０の濃度をトナーセンサー１７によって検出する。階調パターン５０は、階調の異なる複数の階調パッチＰ１〜Ｐ１０により構成されている。
【００４３】
図４は、トナーセンサー１７によって検出した階調パターン５０の濃度（プリント画像濃度）検出値を、元画像濃度データに対応させて示したものである。図中の黒丸がそれぞれの各階調パッチＰ１〜Ｐ１０（図３）の濃度検出値を表している。濃度検出値は、図５に示すように、あらかじめ作成しておいたトナーセンサー１７のセンサー出力値と濃度との関係を示す変換テーブルを用いて、センサー出力値から濃度に変換することで求めることができる。図４から分かるように、濃度検出値は、階調曲線Ｌ２上に存在し、目標階調特性直線Ｌ１からずれている。そこで、このずれを補正するような階調補正が必要である。
【００４４】
図６は、制御部４０に設けられる階調変換テーブルの様子を示すものである。図６における、曲線Ｌ３が補正された階調変換テーブルのデータを示す。曲線Ｌ３で示される補正データは、階調曲線Ｌ２の目標階調特性直線Ｌ１からのずれを相殺する値とされている。つまり、元画像データが入力されたときに、その元画像データに対応する曲線Ｌ３上の補正濃度制御データを用いて画像形成ユニット１２−１〜１２−４のトナー像形成動作を制御すれば、トナー像の濃度を目標階調曲線Ｌ１上の濃度にすることができる。
【００４５】
［３］本実施の形態による階調補正用のトナー像、及び、階調補正
次に、本実施の形態による階調補正用のトナー像の形成方法と、階調補正の方法について、詳しく説明する。
【００４６】
本実施の形態の場合、階調補正時に中間転写ベルト１１上に形成する階調パターン５０（図３）は、最大階調を１００％として、１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％の階調パッチＰ１〜Ｐ１０が隣り合ってつながったものにより構成される。階調パターン５０の長さは、各階調パッチＰ１〜Ｐ１０がトナーセンサー１７で精度良く検出できる長さとする。階調パターン５０の幅は、トナーセンサー１７の口径、トナーセンサー１７の取り付け、画像の主走査方向の作像位置などが振れても、十分に検出できる幅とする。現像ローラ３５の直径を１６ｍｍとすると、現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上での長さは、１６ｍｍ×３．１４／１．５＝３３．５ｍｍとなる。ここで、１．５は現像ローラ３５と感光ドラム３１の周速比である。
【００４７】
実施の形態の画像形成装置１００は、画像形成装置１００がおかれた環境条件に応じて、階調パターン５０の配置、及び、階調パターンの個数を決定する。本実施の形態の例では、環境条件として、湿度及び温度を用いる。なお、環境条件としては、湿度のみ、又は、温度のみを用いてもよい。また、環境条件としては、明るさや、プロセス条件（例えば印刷速度等）を用いてもよい。要は、環境条件としては、トナー像に周期ムラを生じさせる原因となる条件を用いることができる。例えば、明るさがある範囲以内であれば周期ムラが発生し難い環境条件であると判断したり、印刷速度がある範囲内であれば周期ムラが発生し難い環境条件であると判断すればよい。
【００４８】
本実施の形態の例では、階調パターンの配置と個数は、以下のように湿度及び温度によって場合分けされる。
【００４９】
■場合１：湿度が４０％〜６０％、かつ、温度が１８℃〜２５℃の場合（周期ムラが発生し難い環境条件の場合）
【００５０】
この場合、図７Ａに示すように、階調パターン５０は、中間転写ベルト１１上に１個だけ形成される。このように、階調パターン５０を１個だけ形成するのは、場合１では、図７Ｂに示すように、現像ローラ３５の周期に対応する周期ムラが発生しないためである。
【００５１】
ここで、図７Ａの階調パターン５０をトナーセンサー１７で検出したときのトナーセンサー出力値(V)を、IDC0、IDC10、IDC20、IDC30、IDC40、IDC50、IDC60、IDC70、IDC80、IDC90、IDC100 とする。IDC0は階調0%であり、トナーが全く付着されていない中間転写ベルト１１のベース面の出力値である。IDC50は、階調５０％の階調パッチを検出したときのトナーセンサー出力値である。各階調パッチそれぞれに得たトナーセンサー出力値を、あらかじめ定めておいた変換式（図５）を用いて、それぞれ濃度検出値に変換する。
【００５２】
■場合２：上記場合１以外の場合（周期ムラが発生し易い環境条件の場合）
【００５３】
この場合、図８Ａに示すように、階調パターン５０−１、５０−２は、中間転写ベルト１１上に２個形成される。このように、２個の階調パターン５０−１、５０−２を形成するのは、場合２では、図８Ｂに示すように、現像ローラ３５の周期に対応する周期ムラが発生するためである。
【００５４】
２個の階調パターン５０−１、５０−２の間隔（シフト量）は、現像ローラ３５の周期のムラを打ち消すように、現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上の長さの１／２の３倍となるような間隔とする。現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上での長さが３３．５ｍｍならば、間隔（シフト量）は５０．２５ｍｍとする。
【００５５】
なお、階調パターン５０の間隔（シフト量）を、周期の１／２の奇数倍に設定すれば、周期ムラを打ち消すことができる。また、階調パターン５０の間隔（シフト量）は、周期の１／３や他の値でもよく、要は、周期ムラを打ち消すことができる間隔であればよい。つまり、加算したときに、周期ムラによる濃度の上下変動が打ち消させる位置に、階調パターン５０を形成すればよい。
【００５６】
図９は、階調パターンの配置をさらに説明を分かり易くするために、階調パターン５０−１、５０−２の中にそれぞれ存在する１つの階調パッチに着目して、この１つの階調パッチのみを図示したものである。図９（ｂ）に示すように、２つの階調パッチを、例えば、周期ムラによって濃度が最も高くなる位置と、濃度が最も低くなる位置とに、形成すればよい。図９（ｂ）の例では、２つの階調パッチは、３／２周期シフトした位置に形成されている。
【００５７】
ここで、図８Ａの階調パターン５０−１、５０−２をトナーセンサー１７で検出したときのトナーセンサー出力値(V)において、１個目の階調パターン５０−１のトナーセンサー出力値(V)を、IDC0_1、IDC10_1、IDC20_1、IDC30_1、IDC40_1、IDC50_1、IDC60_1、IDC70_1、IDC80_1、IDC90_1、IDC100_1 とし、２個目の階調パターン５０−２のトナーセンサー出力値(V)を、IDC0_2、IDC10_2、IDC20_2、IDC30_2、IDC40_2、IDC50_2、IDC60_2、IDC70_2、IDC80_2、IDC90_2、IDC100_2 とする。そして、次式に示すように、各階調パッチごとに２個の検出値を平均する。次式において、IDC0_ave、IDC10_ave、IDC20_ave、IDC30_ave、IDC40_ave、IDC50_ave、IDC60_ave、IDC70_ave、IDC80_ave、IDC90_ave、IDC100_aveは、各階調ごとの平均値である。
IDC0_ave＝（IDC0_1 + IDC0_2）／２
IDC10_ave＝（IDC10_1 + IDC10_2）／２
：
：
IDC100_ave＝（IDC100_1 + IDC100_2）／２
【００５８】
画像形成装置１００は、各階調パッチそれぞれについて求めた上記平均値を、あらかじめ定めておいた変換式（図５）を用いて、濃度検出値に変換する。
【００５９】
場合１及び場合２のいずれの場合においても、上述したように各階調の濃度検出値が得られたら、次に、濃度検出値に基づいて階調補正を行うための階調変換テーブル（図６の曲線Ｌ３）を算出して、これを保存する。実際の印刷時には、この階調変換テーブルを用いて、元画像濃度データを補正濃度制御データに変換して、画像形成ユニット１２−１〜１２−４のトナー像形成動作を制御することで、階調特性を線形にすることができる。
【００６０】
次に、図１０を用いて、本実施の形態による階調補正の処理手順について説明する。
【００６１】
画像形成装置１００は、先ず、ステップＳ０で処理を開始し、続くステップＳ１で階調補正を行うタイミングか否か判断する。画像形成装置１００は、階調補正を行うタイミング（すなわち、電源投入時や、スリープ復帰時、ある所定の印刷枚数に達したとき、あるいは、外部環境が大きく変わったタイミング）になると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。
【００６２】
画像形成装置１００の制御部４０は、ステップＳ２で、湿度が４０％〜６０％、かつ、温度が１８℃〜２５℃であるか否か判断する。この湿度閾値及び温度閾値は、装置の性能に応じて適宜設定すればよい。
【００６３】
画像形成装置１００は、ステップＳ２で肯定結果を得ると（ステップＳ２；ＹＥＳ）、つまり、制御部４０によって、周期ムラが発生する環境条件であると判断されると、ステップＳ３で、画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）によって、中間転写ベルト１１上に１個の階調パターン５０を形成し（図７Ａ参照）、続くステップＳ４で階調パターン５０を構成する各階調のパッチをトナーセンサー１７により検出する。
【００６４】
これに対して、画像形成装置１００は、ステップＳ２で否定結果を得ると（ステップＳ２；ＮＯ）、つまり、制御部４０によって、周期ムラが発生しない環境条件であると判断されると、ステップＳ５で、画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）によって、中間転写ベルト１１上に２個の階調パターン５０−１、５０−２を形成し（図８Ａ参照）、続くステップＳ６で階調パターン５０−１、５０−２を構成する各階調のパッチをトナーセンサー１７により検出し、続くステップＳ７で各階調ごとに検出値を平均する。
【００６５】
画像形成装置１００は、ステップＳ８で、各階調ごとに、トナーセンサー検出値を濃度検出値に変換する。ステップＳ９では、濃度検出値から階調特性を算出する。ステップＳ１０では、得られた階調特性から、階調変換テーブルを算出することで、階調補正を行う。具体的には、図６の曲線Ｌ３を階調補正後の階調変換テーブルとして作成する。ステップＳ１１では、階調補正の結果を、印字中の設定に反映する。そして、ステップＳ１２で、階調補正処理手順を終了する。
【００６６】
［４］実施の形態の効果
以上説明したように、本実施の形態によれば、画像形成装置１００がおかれた環境条件（実施の形態の場合には、湿度及び温度）に応じて、階調補正用のトナー像（実施の形態の場合には、階調パターン５０）の配置、及び、個数を決定したことにより、無駄な階調補正用のトナー消費や階調補正時間の増加を抑制しつつ、高精度の階調補正を行うことができる。
【００６７】
つまり、周期ムラが生じ難い環境下では、階調補正用のトナー像の個数を１個とすることで、無駄な階調補正用のトナー消費及び階調補正時間の増加を抑制できる。一方、周期ムラが生じ難い環境下では、階調補正用のトナー像の個数を複数個とし、かつ、この複数のトナー像を周期ムラが打ち消される間隔で配置したことにより、高精度の階調補正を行うことができる。
【００６８】
［５］他の実施の形態
なお、上述の実施の形態では、環境条件（湿度及び温度）に応じて、階調補正用のトナー像（階調パターン５０）の個数、及び、階調補正用のトナー像の配置を変更する場合について述べたが、階調補正用のトナー像（階調パターン５０）の個数は変えずに、階調補正用のトナー像（階調パターン５０）の配置のみを変えてもよい。
【００６９】
図１１Ａは、周期ムラが発生し難い環境条件の場合（場合１）における、階調パターン５０の配置の様子を示したものである。なお、図１１Ｂは、周期ムラの様子を示す（周期ムラが無い状態を示す）図である。つまり、図１０のステップＳ３において、階調パターンを１個作成するのではなく、図１１Ａのような配置の階調パターン５０−１、５０−２を作成し、その間隔を図８Ａとは異なるようにする。なお、周期ムラが発生し易い環境条件の場合（場合２）における、階調パターン５０の配置は、図８Ａに示すようにすればよい。
【００７０】
図１１Ａは、図８Ａと比較して、階調パターン５０−１、５０−２の個数は同じで、配置のみが異なる。図１１Ａの階調パターン５０−１、５０−２は、図８Ａの階調パターン５０−１、５０−２においては周期ムラが打ち消される間隔で配置されているのに対して、間隔を空けずに配置されている。このようにすることで、周期ムラが発生し難い環境条件下での階調補正の所要時間を短縮できるようになる。つまり、周期ムラが発生し難い環境条件下では、周期ムラが打ち消される間隔で階調パターン５０−１、５０−２を配置する必要が無いので、階調パターン５０−１、５０−２の間隔をそれよりも短くして、階調補正の所要時間の短縮を図る。なお、図１１Ａの階調パターン５０−１、５０−２の間隔は、０に限らず、周期ムラが打ち消される間隔よりも短い間隔であれば、同様に時間短縮効果を得ることができる。
【００７１】
また、上述の実施の形態では、周期ムラが生じ易い環境条件（場合２）に形成する階調パターンの個数を２個としたが、この個数は２個に限らず、例えば３個でも４個でもよい。要は、周期ムラが生じ易い環境条件（場合２）では、階調補正用のトナー像の個数を複数とし、かつ、この複数のトナー像を周期ムラが打ち消される間隔で配置すればよい。
【００７２】
また、上述の実施の形態では、周期ムラが発生しないと判断された場合のトナー像（階調パターン）の個数を１個とした場合について述べたが、これに限らない。要は、周期ムラが発生する環境条件であると判断された場合には、周期ムラが発生しない環境条件であると判断された場合よりも、階調補正用のトナー像の個数を増やすようにすればよい。
【００７３】
また、上述の例では、濃度を検出するための階調パターンとして、階調の異なる１０個の階調パッチＰ１〜Ｐ１０からなる階調パターン５０を用いたが、階調パターンを構成する階調パッチの数は１０個に限らない。
【００７４】
また、上述の例では、階調パターンの配置位置を、現像ローラ３５の回転周期に基づいて選定したが、階調パターンの配置位置は、感光ドラム３１の周期、又は、中間転写ベルト１１の周期に基づいて、選定してもよい。要は、周期ムラの原因となるデバイスの周期に基づいて、階調パターンの配置位置を選定すればよい。
【００７５】
周期ムラが生じ易い環境条件の場合に、感光ドラム３１の周期に基づいて階調パターンの配置位置を選定するには（つまりトナー像を周期ムラが打ち消される間隔で配置するには）、図８Ａに示したように、２個の階調パターン５０−１、５０−２を、感光ドラム３１の回転周期の半分の奇数倍だけシフトさせて配置すればよい。また、周期ムラが生じ易い環境条件の場合に、中間転写ベルト１１の周期に基づいて、階調パターンの配置位置を選定するには（つまりトナー像を周期ムラが打ち消される間隔で配置するには）、図８Ａに示したように、２個の階調パターン５０−１、５０−２を、中間転写ベルト１１の回転周期の半分の奇数倍だけシフトさせて配置すればよい。
【００７６】
また、上述の例では、中間転写ベルト１１が像担持体である画像形成装置１００を例に説明したが、感光ベルト、感光ドラム、又は、中間転写ドラムが像担持体である画像形成装置にも同様に適用できる。
【００７７】
さらに、本発明の画像形成装置は、フルカラーの複写機、プリンタ、ＦＡＸ、又は、これらの複合機などのいずれにでも適用できる。
【００７８】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記各装置の構成および動作についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 作像装置
１１ 中間転写ベルト
１２−１、１２−２、１２−３、１２−４ 画像形成ユニット
１７ トナーセンサー
３１ 感光ドラム
３２ 帯電装置
３３ 露光装置
３４ 現像器
３５ 現像ローラ
４０ 制御部
４１ 湿度温度センサー
５０ 階調パターン
１００ 画像形成装置
Ｓ 記録紙
Ｐ１〜Ｐ１０ 階調パッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、複写機や、レーザビームプリンタ、ファクシミリ、ディジタル複合機等の画像形成装置及びそれに用いられる階調補正用トナー像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像形成装置では、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の経時的変化などの外乱に起因して、トナー像の画像濃度が変動することがある。そこで、画像形成装置では、一般に、画像濃度の安定化を図るために、階調補正が行われる。
【０００３】
例えば、画像形成装置では、感光ドラム上にテスト用のトナー像として複数の階調からなる階調パターン像を形成し、この階調パターン像の濃度に基づいて階調補正が行われる。この階調補正は、電源投入時や、スリープ復帰時、ある所定の印刷枚数に達したとき、あるいは、外部環境が大きく変わった場合に、印字中の階調特性を補正するために行われる。
【０００４】
具体的には、画像形成装置では、階調補正時に、中間転写ベルト上に階調パターン像を形成し、その各階調の濃度が濃度センサーによって検出される。そして、検出された濃度が予め設定された目標濃度と一致するように現像バイアスを調節することで（つまり階調補正を行うことで）、所望の画像濃度を得るようになっている。実際上、この階調補正は、濃度センサーによって得られた濃度検出値に基づき、それぞれの階調が所定の濃度となるように、画像データの入力階調を、制御部の階調変換テーブルにおいて補正することで行われる。
【０００５】
ここで、階調パターン像の検出精度が悪いとそれに伴って階調補正の精度も悪くなるので、従来、階調パターン像の濃度を高精度で検出するために、多くの工夫がなされている。特許文献１及び２には、複数の階調パターン像を用いる技術が開示されている。また、特許文献３−８には、現像ローラや、中転転写ベルト、感光ドラムの周期で現れるムラ（周期ムラ）を打ち消すように、複数の階調パターンを、上記周期の１／２や、Ｍ／Ｎ(Ｍ、Ｎは互いに素な自然数)の間隔で配置する技術が開示されている。さらに、特許文献９には、湿度に応じて階調パターン像の階調数を決定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７１６８９号公報
【特許文献２】特開２００８−２６５５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３４３６６号公報
【特許文献４】特開２００７−２６４３６４号公報
【特許文献５】特開２００６−４７３４９号公報
【特許文献６】特開２００７−３６８８号公報
【特許文献７】特開２００６−３４３６７９号公報
【特許文献８】特開２０１０−１３４１６０号公報
【特許文献９】特開２００９−１９８６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述した従来技術では、階調補正に要する時間や、階調補正用のトナー消費に関する考察が不十分であった。
【０００８】
例えば、階調パターン像の配置によっては、階調補正に要する時間が不必要に増加する。また、階調パターンの個数によっては、階調補正用のトナーが無駄に消費される。
【０００９】
具体的に説明すると、周期ムラを打ち消すために、常に複数の階調パターン像を形成すると、周期ムラが小さい場合には、無駄な階調パターン像を形成することになる。この結果、トナーが無駄に消費されたり、階調補正の時間も必要以上に長くなるといった問題がある。
【００１０】
一方で、階調パターン像に使われるトナー消費量を削減し、かつ、階調補正時間を短くするために、常に１個の階調パターン像だけを形成すると、次の問題が生じる。つまり、周期ムラが大きくなると、１個の階調パターン像が、周期ムラにより濃度の特に濃くなる部分あるいは濃度の特に薄くなる部分に形成されることが生じ得る。このような場合、階調パターン像の濃度検出結果が周期ムラの影響を大きく受けてしまい、濃度検出精度が悪くなる。その結果、階調補正の精度も悪くなる。
【００１１】
本発明の目的は、階調補正時間の増加や階調補正用のトナー消費を抑制しつつ、高精度の階調補正を行うことができる、画像形成装置及び階調補正用トナー像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の画像形成装置の一つの態様は、像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、前記画像形成ユニットは、前記画像形成装置がおかれた環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置を決定する。
【００１３】
本発明の階調補正用トナー像形成方法の一つの態様は、画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成する階調補正用トナー像形成方法であって、前記画像形成装置がおかれた環境条件を検出するステップと、検出した前記環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置を決定して、前記像担持体上に形成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画像形成装置がおかれた環境条件に応じて、階調補正用のトナー像の配置を決定するので、階調補正時間の増加や階調補正用のトナー消費を抑制しつつ、高精度の階調補正を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態の画像形成装置の全体構成を概略的に示す図
【図２】入力される元画像と実際のプリント画像との間の濃度の関係である、階調特性を示す図
【図３】階調パターン及び階調パッチの説明に供する図
【図４】トナーセンサーによって検出した階調パターンの濃度検出値を、元画像濃度データに対応させて示した図
【図５】トナーセンサー出力値と濃度との関係を示す図
【図６】階調変換テーブル（図中の曲線Ｌ３）の様子を示す図
【図７】図７Ａは、周期ムラが発生し難い環境条件における、階調パターンの配置を示す図、図７Ｂは、周期ムラの様子を示す図
【図８】図８Ａは、周期ムラが発生し易い環境条件における、階調パターンの配置を示す図、図８Ｂは、周期ムラの様子を示す図
【図９】階調パターンの配置を分かり易く説明するための図であり、図９（ａ）は濃度の様子を示す図、図９（ｂ）は階調パターンに含まれるある１つの階調パッチの配置を示す図
【図１０】実施の形態による階調補正の処理手順を示すフローチャート
【図１１】図１１Ａは、周期ムラが発生し難い環境条件の場合における階調パターンの配置の様子を示す図、図１１Ｂは、周期ムラの様子を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
［１］全体構成
図１は、実施の形態の画像形成装置１００の全体構成を示す概略図である。図１に示した画像形成装置１００は、タンデム方式のカラーレーザプリンタである。
【００１８】
図１の画像形成装置１００は、記録紙Ｓに未定着のトナーを付着して画像を形成する作像装置１０と、トナーを溶融して記録紙Ｓに定着させる定着装置２０と、を有する。
【００１９】
作像装置１０は、中間転写ベルト１１と、４つの画像形成ユニット１２−１〜１２−４と、一次転写ローラ１３と、二次転写ローラ１４と、を有する。画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、中間転写ベルト１１に沿って配置され、トナー像を形成する。一次転写ローラ１３は、中間転写ベルト１１を介して感光ドラム３１に対向する位置に配置されており、各画像形成ユニット１２−１〜１２−４によって形成されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写する。二次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１に転写された像を記録紙Ｓに転写する。
【００２０】
中間転写ベルト１１は、複数のローラ１５−１〜１５−４に架け回されている。中間転写ベルト１１に対向する位置にはクリーニング装置１６が配置され、クリーニング装置１６は中間転写ベルト１１上に残留したトナーを回収する。
【００２１】
また、中間転写ベルト１１に対向する位置には、トナーセンサー１７が配置されている。トナーセンサー１７は、階調補正時に、中間転写ベルト１１上に形成された階調パターン（トナー像）の濃度を検出する。なお、階調補正時に中間転写ベルト１１上に形成された階調パターンは、濃度検出が終わると、クリーニング装置１６によって廃トナーとして除去される。
【００２２】
トナーセンサー１７の構成例について説明する。トナーセンサー１７は、光学式のセンサーである。トナーセンサー１７は、光を発光する発光部と光を受光する受光部とを有し、発光部からトナーパッチに向け光を発光し、トナーパッチ上で反射された光を受光部で受光する。受光部は、受光素子を有し、受光素子で受けた光の量を電気信号に変換することでセンサー出力を得る。トナーパッチはベルト面とトナー面からなり、トナーセンサー１７は、トナーによる隠蔽率（パッチ全体の面積に対するトナーが占める割合）を検出する。ベルト面から反射された光が少なくなるほどセンサー出力が小さくなる。トナーパッチの濃度が濃くなると、トナーによるベルト面の隠蔽率が高くなり、センサー出力が小さくなる。よって、センサー出力の大小によって、トナーによるベルト面の隠蔽率、つまりは、トナーパッチの濃度を検出することができる（図５参照）。なお、トナーセンサー１７の構成は、上述の構成に限らず、濃度を検出することができるものであればよい。
【００２３】
画像形成ユニット１２−１はイエロー（Ｙ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−２はマゼンタ（Ｍ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−３はシアン（Ｃ）のトナー像を形成し、画像形成ユニット１２−４はブラック（ＢＫ）のトナー像を形成する。これらの画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、中間転写ベルト１１の上流から下流に沿って順に配置されている。
【００２４】
各画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）は、感光ドラム３１と、感光ドラム３１を一様に帯電させるための帯電装置３２と、帯電した感光ドラム３１に画像露光を行うための露光装置３３と、露光によって形成された静電潜像に各色のトナーで現像を行うための現像器３４と、を有する。
【００２５】
現像器３４は、現像ローラ３５を有し、現像ローラ３５から感光ドラム３１にトナーを付着させる。感光ドラム３１に対向する位置にはクリーナ３６が配置され、クリーナ３６は感光ドラム３１に残留したトナーを回収する。全ての画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、制御部４０によって制御される。
【００２６】
かかる構成に加えて、本実施の形態の画像形成装置１００は、湿度温度センサー４１を有する。湿度温度センサー４１は、画像形成装置１００の装置内に設けられており、画像形成装置１００の装置内の湿度及び温度を画像形成装置１００の環境条件として検出し、検出した湿度及び温度の情報を制御部４０に送出する。制御部４０は、検出された湿度及び温度に基づいて、各画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）によって形成される階調補正用のトナー像の配置及び個数を制御する。
【００２７】
なお、湿度温度センサー４１は、できるだけトナー像の濃度に影響を及ぼす部品（例えば感光ドラム等）の近傍に配置することが好ましい。しかし、湿度温度センサー４１の配置位置は、これに限らず、例えば画像形成装置１００の装置外であってもよい。
【００２８】
次に、この画像形成装置１００の動作を説明する。
【００２９】
画像形成ユニット１２−１〜１２−４の感光ドラム３１上に現像されたトナー像は、中間転写ベルト１１との接触位置で、一次転写ローラ１３によって、中間転写ベルト１１上に一次転写される。
【００３０】
中間転写ベルト１１上に転写されたトナー像は、各画像形成ユニット１２−１〜１２−４を通過するごとに、各色がその上に重ねられる。これにより、最終的に、フルカラーのトナー画像が、中間転写ベルト１１上に形成される。
【００３１】
次に、中間転写ベルト１１上のフルカラーのトナー像は、中間転写ベルト１１の下流において、二次転写ローラ１４によって、記録紙Ｓに一括して二次転写される。
【００３２】
次に、記録紙Ｓは、記録紙Ｓの搬送路の下流にある定着装置２０を通過することによって、トナー像が定着されて、排紙トレー（図示せず）上に排紙される。なお、記録紙Ｓは、カセット（図示せず）に納められており、このカセットから１枚ずつ二次転写ローラ１４まで搬送される。
【００３３】
なお、一次転写後、感光ドラム３１に残留したトナーは、下流に配置されたクリーナ３６によって除去され、図示しない廃トナーボックスへ回収される。また、二次転写後に、中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、クリーニング装置１６によって回収される。
【００３４】
ここで、画像形成装置１００においては、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の耐久などの外乱に起因して、トナー像の画像濃度が異なることがある。そこで、画像形成装置１００では、画像濃度の安定化を図るため、中間転写ベルト１１上にテスト用（階調補正用）のトナー像を形成し、このテスト用のトナー像の濃度に基づいて、画像形成ユニット１２−１〜１２−４でのトナー付着量を制御するようになっている。
【００３５】
具体的には、中間転写ベルト１１上に形成されるトナー像のトナー付着量は、現像器３４によって変更される。中間転写ベルト１１に形成されるトナー像における中間転写ベルト１１の周方向の長さは、現像器３４及び露光装置３３によって変更される。
【００３６】
制御部４０は、現像器３４及び露光装置３３を制御することにより、上記トナー付着量及びトナー像の長さを制御する。実際上、画像形成装置１００は、階調補正時には、中間転写ベルト１１上にテスト用（階調補正用）のトナー像を形成し、このトナー像の濃度をトナーセンサー１７で検出する。画像形成装置１００は、この濃度検出結果に応じて、制御部４０に設けられた階調変換テーブルを補正することで、階調補正を行う。画像形成装置１００は、記録紙Ｓへのプリント時（つまり実際のプリント時）には、補正された階調変換テーブルを用いて、現像器３４を制御することで、中間転写ベルト１１上に濃度が補正されたトナー像を形成する。
【００３７】
制御部４０には、湿度温度センサー４１からの湿度情報及び温度情報が入力される。制御部４０は、入力した湿度情報及び温度情報に基づいて、各画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）によって形成される階調補正用のトナー像の配置及び個数を制御する。つまり、画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）は、画像形成装置１００がおかれた環境の湿度及び温度に応じて、階調補正用のトナー像の配置、及び、階調補正用のトナー像の個数を決定する。
【００３８】
［２］階調補正
次に、階調補正について詳しく説明する。なお、本明細書では、「階調」を「濃度」と言い換えてもよく、逆に、「濃度」を「階調」と言い換えてもよい。
【００３９】
図２は、入力された元画像データで示される濃度をO.D.（Original Density）とし、記録紙Ｓ上に出力されたプリント画像の濃度をI.D.（Image Density）とした場合の、濃度O.D.と濃度I.D.との関係である階調特性を示す図である。濃度O.D.と濃度I.D.との関係において、図２の階調特性直線Ｌ１で示すように線形な関係が維持されれば、理想的なプリント画像を得ることができる。
【００４０】
しかし、実際には、濃度O.D.と濃度I.D.との関係は、温湿度などの装置周囲の環境や、装置の耐久、製造のばらつきなどの変動要因により、図２の階調曲線Ｌ２で示すように、非線形な関係となる。この結果、プリント画像の濃度は、入力される元画像データに対して、階調ごとに大きく変化してしまう。階調曲線Ｌ２からも分かるように、通常は、元画像データが低濃度の領域では、元画像濃度O.D.よりもプリント画像濃度I.D.が低くなるので、色飛びが発生し、極めて濃度の薄いプリント画像は記録紙Ｓ上に再現することが困難となる。また、元画像データが高濃度の領域では、元画像濃度O.D.よりもプリント画像濃度I.D.が高くなるので、色つぶれが発生し、最大濃度付近の濃度差を記録紙Ｓ上に再現することが困難となる。
【００４１】
そこで、プリント画像の濃度を、入力された元画像データで示される濃度に一致させるためには、階調特性を補正する必要がある。具体的には、階調補正によって、濃度O.D.と濃度I.D.との関係を、全階調において安定して線形なものにする。実際上、階調補正は、制御部４０に設けられた階調変換テーブルを補正することで行われる。
【００４２】
階調変換テーブルの作成方法について説明する。画像形成装置１００は、階調補正時に、図３に示すような階調パターン５０のトナー像を中間転写ベルト１１上に形成し、この階調パターン５０の濃度をトナーセンサー１７によって検出する。階調パターン５０は、階調の異なる複数の階調パッチＰ１〜Ｐ１０により構成されている。
【００４３】
図４は、トナーセンサー１７によって検出した階調パターン５０の濃度（プリント画像濃度）検出値を、元画像濃度データに対応させて示したものである。図中の黒丸がそれぞれの各階調パッチＰ１〜Ｐ１０（図３）の濃度検出値を表している。濃度検出値は、図５に示すように、あらかじめ作成しておいたトナーセンサー１７のセンサー出力値と濃度との関係を示す変換テーブルを用いて、センサー出力値から濃度に変換することで求めることができる。図４から分かるように、濃度検出値は、階調曲線Ｌ２上に存在し、目標階調特性直線Ｌ１からずれている。そこで、このずれを補正するような階調補正が必要である。
【００４４】
図６は、制御部４０に設けられる階調変換テーブルの様子を示すものである。図６における、曲線Ｌ３が補正された階調変換テーブルのデータを示す。曲線Ｌ３で示される補正データは、階調曲線Ｌ２の目標階調特性直線Ｌ１からのずれを相殺する値とされている。つまり、元画像データが入力されたときに、その元画像データに対応する曲線Ｌ３上の補正濃度制御データを用いて画像形成ユニット１２−１〜１２−４のトナー像形成動作を制御すれば、トナー像の濃度を目標階調曲線Ｌ１上の濃度にすることができる。
【００４５】
［３］本実施の形態による階調補正用のトナー像、及び、階調補正
次に、本実施の形態による階調補正用のトナー像の形成方法と、階調補正の方法について、詳しく説明する。
【００４６】
本実施の形態の場合、階調補正時に中間転写ベルト１１上に形成する階調パターン５０（図３）は、最大階調を１００％として、１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％の階調パッチＰ１〜Ｐ１０が隣り合ってつながったものにより構成される。階調パターン５０の長さは、各階調パッチＰ１〜Ｐ１０がトナーセンサー１７で精度良く検出できる長さとする。階調パターン５０の幅は、トナーセンサー１７の口径、トナーセンサー１７の取り付け、画像の主走査方向の作像位置などが振れても、十分に検出できる幅とする。現像ローラ３５の直径を１６ｍｍとすると、現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上での長さは、１６ｍｍ×３．１４／１．５＝３３．５ｍｍとなる。ここで、１．５は現像ローラ３５と感光ドラム３１の周速比である。
【００４７】
実施の形態の画像形成装置１００は、画像形成装置１００がおかれた環境条件に応じて、階調パターン５０の配置、及び、階調パターンの個数を決定する。本実施の形態の例では、環境条件として、湿度及び温度を用いる。なお、環境条件としては、湿度のみ、又は、温度のみを用いてもよい。また、環境条件としては、明るさや、プロセス条件（例えば印刷速度等）を用いてもよい。要は、環境条件としては、トナー像に周期ムラを生じさせる原因となる条件を用いることができる。例えば、明るさがある範囲以内であれば周期ムラが発生し難い環境条件であると判断したり、印刷速度がある範囲内であれば周期ムラが発生し難い環境条件であると判断すればよい。
【００４８】
本実施の形態の例では、階調パターンの配置と個数は、以下のように湿度及び温度によって場合分けされる。
【００４９】
■場合１：湿度が４０％〜６０％、かつ、温度が１８℃〜２５℃の場合（周期ムラが発生し難い環境条件の場合）
【００５０】
この場合、図７Ａに示すように、階調パターン５０は、中間転写ベルト１１上に１個だけ形成される。このように、階調パターン５０を１個だけ形成するのは、場合１では、図７Ｂに示すように、現像ローラ３５の周期に対応する周期ムラが発生しないためである。
【００５１】
ここで、図７Ａの階調パターン５０をトナーセンサー１７で検出したときのトナーセンサー出力値(V)を、IDC0、IDC10、IDC20、IDC30、IDC40、IDC50、IDC60、IDC70、IDC80、IDC90、IDC100 とする。IDC0は階調0%であり、トナーが全く付着されていない中間転写ベルト１１のベース面の出力値である。IDC50は、階調５０％の階調パッチを検出したときのトナーセンサー出力値である。各階調パッチそれぞれに得たトナーセンサー出力値を、あらかじめ定めておいた変換式（図５）を用いて、それぞれ濃度検出値に変換する。
【００５２】
■場合２：上記場合１以外の場合（周期ムラが発生し易い環境条件の場合）
【００５３】
この場合、図８Ａに示すように、階調パターン５０−１、５０−２は、中間転写ベルト１１上に２個形成される。このように、２個の階調パターン５０−１、５０−２を形成するのは、場合２では、図８Ｂに示すように、現像ローラ３５の周期に対応する周期ムラが発生するためである。
【００５４】
２個の階調パターン５０−１、５０−２の間隔（シフト量）は、現像ローラ３５の周期のムラを打ち消すように、現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上の長さの１／２の３倍となるような間隔とする。現像ローラ３５の１周に相当する中間転写ベルト１１上での長さが３３．５ｍｍならば、間隔（シフト量）は５０．２５ｍｍとする。
【００５５】
なお、階調パターン５０の間隔（シフト量）を、周期の１／２の奇数倍に設定すれば、周期ムラを打ち消すことができる。また、階調パターン５０の間隔（シフト量）は、周期の１／３や他の値でもよく、要は、周期ムラを打ち消すことができる間隔であればよい。つまり、加算したときに、周期ムラによる濃度の上下変動が打ち消させる位置に、階調パターン５０を形成すればよい。
【００５６】
図９は、階調パターンの配置をさらに説明を分かり易くするために、階調パターン５０−１、５０−２の中にそれぞれ存在する１つの階調パッチに着目して、この１つの階調パッチのみを図示したものである。図９（ｂ）に示すように、２つの階調パッチを、例えば、周期ムラによって濃度が最も高くなる位置と、濃度が最も低くなる位置とに、形成すればよい。図９（ｂ）の例では、２つの階調パッチは、３／２周期シフトした位置に形成されている。
【００５７】
ここで、図８Ａの階調パターン５０−１、５０−２をトナーセンサー１７で検出したときのトナーセンサー出力値(V)において、１個目の階調パターン５０−１のトナーセンサー出力値(V)を、IDC0_1、IDC10_1、IDC20_1、IDC30_1、IDC40_1、IDC50_1、IDC60_1、IDC70_1、IDC80_1、IDC90_1、IDC100_1 とし、２個目の階調パターン５０−２のトナーセンサー出力値(V)を、IDC0_2、IDC10_2、IDC20_2、IDC30_2、IDC40_2、IDC50_2、IDC60_2、IDC70_2、IDC80_2、IDC90_2、IDC100_2 とする。そして、次式に示すように、各階調パッチごとに２個の検出値を平均する。次式において、IDC0_ave、IDC10_ave、IDC20_ave、IDC30_ave、IDC40_ave、IDC50_ave、IDC60_ave、IDC70_ave、IDC80_ave、IDC90_ave、IDC100_aveは、各階調ごとの平均値である。
IDC0_ave＝（IDC0_1 + IDC0_2）／２
IDC10_ave＝（IDC10_1 + IDC10_2）／２
：
：
IDC100_ave＝（IDC100_1 + IDC100_2）／２
【００５８】
画像形成装置１００は、各階調パッチそれぞれについて求めた上記平均値を、あらかじめ定めておいた変換式（図５）を用いて、濃度検出値に変換する。
【００５９】
場合１及び場合２のいずれの場合においても、上述したように各階調の濃度検出値が得られたら、次に、濃度検出値に基づいて階調補正を行うための階調変換テーブル（図６の曲線Ｌ３）を算出して、これを保存する。実際の印刷時には、この階調変換テーブルを用いて、元画像濃度データを補正濃度制御データに変換して、画像形成ユニット１２−１〜１２−４のトナー像形成動作を制御することで、階調特性を線形にすることができる。
【００６０】
次に、図１０を用いて、本実施の形態による階調補正の処理手順について説明する。
【００６１】
画像形成装置１００は、先ず、ステップＳ０で処理を開始し、続くステップＳ１で階調補正を行うタイミングか否か判断する。画像形成装置１００は、階調補正を行うタイミング（すなわち、電源投入時や、スリープ復帰時、ある所定の印刷枚数に達したとき、あるいは、外部環境が大きく変わったタイミング）になると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。
【００６２】
画像形成装置１００の制御部４０は、ステップＳ２で、湿度が４０％〜６０％、かつ、温度が１８℃〜２５℃であるか否か判断する。この湿度閾値及び温度閾値は、装置の性能に応じて適宜設定すればよい。
【００６３】
画像形成装置１００は、ステップＳ２で肯定結果を得ると（ステップＳ２；ＹＥＳ）、つまり、制御部４０によって、周期ムラが発生する環境条件であると判断されると、ステップＳ３で、画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）によって、中間転写ベルト１１上に１個の階調パターン５０を形成し（図７Ａ参照）、続くステップＳ４で階調パターン５０を構成する各階調のパッチをトナーセンサー１７により検出する。
【００６４】
これに対して、画像形成装置１００は、ステップＳ２で否定結果を得ると（ステップＳ２；ＮＯ）、つまり、制御部４０によって、周期ムラが発生しない環境条件であると判断されると、ステップＳ５で、画像形成ユニット１２（１２−１〜１２−４）によって、中間転写ベルト１１上に２個の階調パターン５０−１、５０−２を形成し（図８Ａ参照）、続くステップＳ６で階調パターン５０−１、５０−２を構成する各階調のパッチをトナーセンサー１７により検出し、続くステップＳ７で各階調ごとに検出値を平均する。
【００６５】
画像形成装置１００は、ステップＳ８で、各階調ごとに、トナーセンサー検出値を濃度検出値に変換する。ステップＳ９では、濃度検出値から階調特性を算出する。ステップＳ１０では、得られた階調特性から、階調変換テーブルを算出することで、階調補正を行う。具体的には、図６の曲線Ｌ３を階調補正後の階調変換テーブルとして作成する。ステップＳ１１では、階調補正の結果を、印字中の設定に反映する。そして、ステップＳ１２で、階調補正処理手順を終了する。
【００６６】
［４］実施の形態の効果
以上説明したように、本実施の形態によれば、画像形成装置１００がおかれた環境条件（実施の形態の場合には、湿度及び温度）に応じて、階調補正用のトナー像（実施の形態の場合には、階調パターン５０）の配置、及び、個数を決定したことにより、無駄な階調補正用のトナー消費や階調補正時間の増加を抑制しつつ、高精度の階調補正を行うことができる。
【００６７】
つまり、周期ムラが生じ難い環境下では、階調補正用のトナー像の個数を１個とすることで、無駄な階調補正用のトナー消費及び階調補正時間の増加を抑制できる。一方、周期ムラが生じ難い環境下では、階調補正用のトナー像の個数を複数個とし、かつ、この複数のトナー像を周期ムラが打ち消される間隔で配置したことにより、高精度の階調補正を行うことができる。
【００６８】
［５］他の実施の形態
なお、上述の実施の形態では、環境条件（湿度及び温度）に応じて、階調補正用のトナー像（階調パターン５０）の個数、及び、階調補正用のトナー像の配置を変更する場合について述べたが、階調補正用のトナー像（階調パターン５０）の個数は変えずに、階調補正用のトナー像（階調パターン５０）の配置のみを変えてもよい。
【００６９】
図１１Ａは、周期ムラが発生し難い環境条件の場合（場合１）における、階調パターン５０の配置の様子を示したものである。なお、図１１Ｂは、周期ムラの様子を示す（周期ムラが無い状態を示す）図である。つまり、図１０のステップＳ３において、階調パターンを１個作成するのではなく、図１１Ａのような配置の階調パターン５０−１、５０−２を作成し、その間隔を図８Ａとは異なるようにする。なお、周期ムラが発生し易い環境条件の場合（場合２）における、階調パターン５０の配置は、図８Ａに示すようにすればよい。
【００７０】
図１１Ａは、図８Ａと比較して、階調パターン５０−１、５０−２の個数は同じで、配置のみが異なる。図１１Ａの階調パターン５０−１、５０−２は、図８Ａの階調パターン５０−１、５０−２においては周期ムラが打ち消される間隔で配置されているのに対して、間隔を空けずに配置されている。このようにすることで、周期ムラが発生し難い環境条件下での階調補正の所要時間を短縮できるようになる。つまり、周期ムラが発生し難い環境条件下では、周期ムラが打ち消される間隔で階調パターン５０−１、５０−２を配置する必要が無いので、階調パターン５０−１、５０−２の間隔をそれよりも短くして、階調補正の所要時間の短縮を図る。なお、図１１Ａの階調パターン５０−１、５０−２の間隔は、０に限らず、周期ムラが打ち消される間隔よりも短い間隔であれば、同様に時間短縮効果を得ることができる。
【００７１】
また、上述の実施の形態では、周期ムラが生じ易い環境条件（場合２）に形成する階調パターンの個数を２個としたが、この個数は２個に限らず、例えば３個でも４個でもよい。要は、周期ムラが生じ易い環境条件（場合２）では、階調補正用のトナー像の個数を複数とし、かつ、この複数のトナー像を周期ムラが打ち消される間隔で配置すればよい。
【００７２】
また、上述の実施の形態では、周期ムラが発生しないと判断された場合のトナー像（階調パターン）の個数を１個とした場合について述べたが、これに限らない。要は、周期ムラが発生する環境条件であると判断された場合には、周期ムラが発生しない環境条件であると判断された場合よりも、階調補正用のトナー像の個数を増やすようにすればよい。
【００７３】
また、上述の例では、濃度を検出するための階調パターンとして、階調の異なる１０個の階調パッチＰ１〜Ｐ１０からなる階調パターン５０を用いたが、階調パターンを構成する階調パッチの数は１０個に限らない。
【００７４】
また、上述の例では、階調パターンの配置位置を、現像ローラ３５の回転周期に基づいて選定したが、階調パターンの配置位置は、感光ドラム３１の周期、又は、中間転写ベルト１１の周期に基づいて、選定してもよい。要は、周期ムラの原因となるデバイスの周期に基づいて、階調パターンの配置位置を選定すればよい。
【００７５】
周期ムラが生じ易い環境条件の場合に、感光ドラム３１の周期に基づいて階調パターンの配置位置を選定するには（つまりトナー像を周期ムラが打ち消される間隔で配置するには）、図８Ａに示したように、２個の階調パターン５０−１、５０−２を、感光ドラム３１の回転周期の半分の奇数倍だけシフトさせて配置すればよい。また、周期ムラが生じ易い環境条件の場合に、中間転写ベルト１１の周期に基づいて、階調パターンの配置位置を選定するには（つまりトナー像を周期ムラが打ち消される間隔で配置するには）、図８Ａに示したように、２個の階調パターン５０−１、５０−２を、中間転写ベルト１１の回転周期の半分の奇数倍だけシフトさせて配置すればよい。
【００７６】
また、上述の例では、中間転写ベルト１１が像担持体である画像形成装置１００を例に説明したが、感光ベルト、感光ドラム、又は、中間転写ドラムが像担持体である画像形成装置にも同様に適用できる。
【００７７】
さらに、本発明の画像形成装置は、フルカラーの複写機、プリンタ、ＦＡＸ、又は、これらの複合機などのいずれにでも適用できる。
【００７８】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記各装置の構成および動作についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 作像装置
１１ 中間転写ベルト
１２−１、１２−２、１２−３、１２−４ 画像形成ユニット
１７ トナーセンサー
３１ 感光ドラム
３２ 帯電装置
３３ 露光装置
３４ 現像器
３５ 現像ローラ
４０ 制御部
４１ 湿度温度センサー
５０ 階調パターン
１００ 画像形成装置
Ｓ 記録紙
Ｐ１〜Ｐ１０ 階調パッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、
前記画像形成ユニットは、前記画像形成装置がおかれた環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置を決定する、
画像形成装置。
【請求項２】
前記画像形成ユニットは、前記画像形成装置がおかれた環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置に加えて、前記階調補正用のトナー像の個数を決定する、
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記環境条件が、前記トナー像の濃度に周期ムラが発生する条件であるか否かを判断する判断部を具備し、
前記画像形成ユニットは、
前記判断部によって前記周期ムラが発生する環境条件であると判断された場合には、前記階調補正用のトナー像を、前記周期ムラが打ち消される間隔で配置し、
前記判断部によって前記周期ムラが発生しない環境条件であると判断された場合には、前記階調補正用のトナー像を、前記周期ムラが打ち消される間隔よりも短い間隔で配置する、
請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記環境条件が、前記トナー像の濃度に周期ムラが発生する条件であるか否かを判断する判断部を具備し、
前記画像形成ユニットは、
前記判断部によって前記周期ムラが発生する環境条件であると判断された場合には、前記判断部によって前記周期ムラが発生しない環境条件であると判断された場合よりも、前記階調補正用のトナー像の個数を増やす、
請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記環境条件は、湿度である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記環境条件は、温度である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成する階調補正用トナー像形成方法であって、
前記画像形成装置がおかれた環境条件を検出するステップと、
検出した前記環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置を決定して、前記像担持体上に形成するステップと、
を含む階調補正用トナー像形成方法。
【請求項８】
さらに、前記環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の個数を決定するステップを含む、
請求項７に記載の階調補正用トナー像形成方法。
【請求項１】
像担持体上にトナー像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットにより形成された階調補正用のトナー像の濃度を検出する濃度検出部と、を有し、前記濃度検出部によって得た濃度検出結果に基づいて階調補正を行う画像形成装置であって、
前記画像形成ユニットは、前記画像形成装置がおかれた環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置を決定する、
画像形成装置。
【請求項２】
前記画像形成ユニットは、前記画像形成装置がおかれた環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置に加えて、前記階調補正用のトナー像の個数を決定する、
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記環境条件が、前記トナー像の濃度に周期ムラが発生する条件であるか否かを判断する判断部を具備し、
前記画像形成ユニットは、
前記判断部によって前記周期ムラが発生する環境条件であると判断された場合には、前記階調補正用のトナー像を、前記周期ムラが打ち消される間隔で配置し、
前記判断部によって前記周期ムラが発生しない環境条件であると判断された場合には、前記階調補正用のトナー像を、前記周期ムラが打ち消される間隔よりも短い間隔で配置する、
請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記環境条件が、前記トナー像の濃度に周期ムラが発生する条件であるか否かを判断する判断部を具備し、
前記画像形成ユニットは、
前記判断部によって前記周期ムラが発生する環境条件であると判断された場合には、前記判断部によって前記周期ムラが発生しない環境条件であると判断された場合よりも、前記階調補正用のトナー像の個数を増やす、
請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記環境条件は、湿度である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記環境条件は、温度である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
画像形成装置の像担持体上に階調補正用のトナー像を形成する階調補正用トナー像形成方法であって、
前記画像形成装置がおかれた環境条件を検出するステップと、
検出した前記環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の配置を決定して、前記像担持体上に形成するステップと、
を含む階調補正用トナー像形成方法。
【請求項８】
さらに、前記環境条件に応じて、前記階調補正用のトナー像の個数を決定するステップを含む、
請求項７に記載の階調補正用トナー像形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１０９２０８（Ｐ２０１３−１０９２０８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５０００（Ｐ２０１１−２５５０００）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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