(57)【要約】【課題】短時間にかつ少ないトナー消費量で、しかも高い精度で階調補正を行うことによって、画質の良好なトナー像を安定して形成する。【解決手段】装置の階調特性を求めるための階調パッチ画像Ｉｐは、最大階調レベル（レベル２５５）から最小階調レベル（レベル０）までその階調レベルが次第に変化するものであり、（ａ）階調レベルが連続的かつ一様に変化するトナー像、（ｂ）階調レベルがパッチセンサの検出領域幅よりも短いピッチで階段状に変化するトナー像、のいずれかである。このような階調パッチ画像Ｉｐについて濃度検出を行うと、パッチセンサの検出領域の両端部の画像濃度は平均化により相殺されて、ほぼその中央部のみの画像濃度に対応した結果を得ることができる。【選択図】　　　　図３
2004077873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持可能に構成された像担持体と、
前記像担持体表面において所定の検出領域の画像濃度を検出するように構成され、前記像担持体に担持されたトナー像の画像濃度を検出する濃度検出手段と
を備え、
その階調レベルが所定方向に沿って漸増または漸減するように形成されたトナー像を階調パッチ画像として、その階調パッチ画像について前記濃度検出手段による濃度検出を実行してその検出結果に基づき階調補正情報を設定し、入力画像信号を該階調補正情報に基づき階調補正した階調画像信号に基づき画像を形成し、しかも、
前記階調パッチ画像では、前記所定方向において前記検出領域の幅よりも短いピッチでその階調レベルが階段状に増加もしくは減少することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記階調パッチ画像は、互いに階調レベルの異なる複数の単階調トナー像を前記所定方向に隙間なく並べたものであり、前記所定方向において前記単階調トナー像の幅が前記検出領域の幅よりも短い請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記所定方向において前記複数の単階調トナー像それぞれの幅が等しく、しかも、隣り合う２つの単階調トナー像の間の階調レベルの差が一定である請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記複数の単階調トナー像のうち隣り合う２つの間の階調レベルの差が、当該装置において実現可能な最小レベル差である請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
トナー像を担持可能に構成された像担持体と、
前記像担持体表面において所定の検出領域の画像濃度を検出するように構成され、前記像担持体に担持されたトナー像の画像濃度を検出する濃度検出手段と
を備え、
その階調レベルが所定方向に沿って単調かつ連続的に増加または減少するように形成されたトナー像を階調パッチ画像として、その階調パッチ画像について前記濃度検出手段による濃度検出を実行してその検出結果に基づき階調補正情報を設定し、入力画像信号を該階調補正情報に基づき階調補正した階調画像信号に基づき画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記階調パッチ画像では、その階調レベルが前記所定方向に沿って単調にかつ一様に増加または減少するように形成される請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記階調パッチ画像における最大階調レベルは当該装置において実現可能な最大階調レベルであり、前記階調パッチ画像における最小階調レベルは当該装置において実現可能な最小階調レベルである請求項１ないし６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記階調パッチ画像のうち前記所定方向に互いに位置の異なる複数箇所で前記濃度検出手段による濃度検出を実行するように構成された請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記複数箇所のうち隣接する２箇所のそれぞれに対応する前記検出領域の少なくとも一部が互いに接するまたは重なり合う請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
階調補正情報に基づき入力画像信号を階調補正した階調画像信号に基づいて画像を形成する画像形成方法において、
その階調レベルが所定方向に沿って漸増または漸減する階調パッチ画像を形成するとともにその画像濃度を濃度検出手段により検出し、その検出結果に基づき階調補正情報を設定し、しかも、
前記階調パッチ画像として、前記所定方向に沿ってその階調レベルが単調かつ連続的に増加もしくは減少する画像、または、前記所定方向において前記濃度検出手段の検出領域の幅よりも短いピッチでその階調レベルが階段状に増加もしくは減少する画像のいずれかを形成することを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、形成されたパッチ画像の濃度に基づいて階調補正情報を設定する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの画像形成装置として、例えばホストコンピュータやスキャナなどから送られてくる画像信号に基づいて半導体レーザの発光時間を変化させることによって階調記録を行う装置が従来より知られている。この装置では、画像信号に基づき各画素毎のＲＧＢの階調データをトナー色であるＣＭＹＫの階調データに変換した後、さらに装置内に設けた不揮発性メモリに記憶されている階調補正テーブルを参照して各ＣＭＹＫの階調データについて、その階調レベルを画像形成装置のガンマ特性（つまり、入力画像情報が示す濃度値と出力画像の対応する濃度値との関係）に基づき補正を施している。そして、その補正階調データに基づき画像形成を行う。すなわち、この画像形成装置では、各ＣＭＹＫ毎に入力階調レベルに対応する補正階調レベルを示す階調補正テーブルを階調補正情報としてメモリに記憶しておき、その階調補正テーブルを用いて各ＣＭＹＫの階調データを補正した後、その補正階調データを用いることで高い階調性で画像を形成するように構成している。
【０００３】
しかしながら、この種の画像形成装置では、温度や湿度などの環境や経年変化などにより装置の特性、特にガンマ特性が変化し、その結果、階調性が著しく低下してしまうことがあった。この現象は特に非磁性一成分の現像方式にて顕著である。そこで、かかる特性変化に対応して階調補正テーブルを補正することで優れた階調性を得る技術（以下、「階調補正技術」という）が従来より提案されている。この技術は、互いに異なる階調レベルを有する複数のパッチ画像を試験的に形成するとともに各階調レベル毎にパッチ画像濃度を検出し、その検出結果から画像形成装置のガンマ特性を求め、その結果に基づき階調補正テーブルを補正するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような階調補正技術においては、階調補正テーブルの補正をより精度よく行うためには、できるだけ多くの階調レベルでパッチ画像を形成し装置のガンマ特性をより正確に把握することが必要である。一方、各階調レベルでのパッチ画像濃度を精度よく検出するためには、画像濃度を検出する濃度センサの検出スポットの寸法に対して十分大きな寸法のパッチ画像を形成しなければならない。そのため、パッチ画像を形成する階調レベル数を多くすると、いきおい処理の長時間化およびトナー消費量の増大という問題を招いてしまう。
【０００５】
一方、各階調レベルでのパッチ画像の面積を小さくすることによって、処理時間およびトナー消費量を低減することは可能である。しかし、この場合、検出スポットをより小さく絞り込んだ濃度センサが必要となり、高コストとなるばかりか、検出スポットが小さくなることで、小さな画像欠陥やノイズ等が検出結果に及ぼす影響も大きくなり、却って検出精度が低下してしまうこともある。さらに、寸法の小さなパッチ画像の濃度を濃度センサにより確実に検出するためには、パッチ画像と濃度センサとの位置合わせを高精度に行うための複雑な制御が必要となって、やはりコスト上昇を招くこととなる。
【０００６】
そこで、従来の階調補正技術においては、処理時間およびトナー消費量を低減しながらも階調補正情報を取得するために、多段階（例えば２５６段階）の階調レベルのうち数段階のみで代表的にパッチ画像を形成し、これらの間を適当な関数で補間してガンマ特性を推定することが一般に行われている。しかしながら、近年ではユーザの高画質化に対する要求が高まっており、上記した従来技術では必ずしも十分な精度の階調補正テーブルを得ることができず、ユーザの要求に十分に応えることができない場合があった。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、短時間にかつ少ないトナー消費量で、しかも高い精度で階調補正を行うことによって、画質の良好なトナー像を安定して形成することのできる画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、トナー像を担持可能に構成された像担持体と、前記像担持体表面において所定の検出領域の画像濃度を検出するように構成され、前記像担持体に担持されたトナー像の画像濃度を検出する濃度検出手段とを備え、その階調レベルが所定方向に沿って漸増または漸減するように形成されたトナー像を階調パッチ画像として、その階調パッチ画像について前記濃度検出手段による濃度検出を実行してその検出結果に基づき階調補正情報を設定し、入力画像信号を該階調補正情報に基づき階調補正した階調画像信号に基づき画像を形成し、しかも、前記階調パッチ画像では、前記所定方向において前記検出領域の幅よりも短いピッチでその階調レベルが階段状に増加もしくは減少することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、濃度検出手段の検出領域内において、階調パッチ画像の画像濃度は一様ではなく、その階調レベルの変化に対応して所定方向に沿って次第に増加または減少するように形成される。ここで、検出領域の大きさは濃度検出手段の分解能に相当するものであり、濃度検出手段ではその分解能以下の微視的な濃度変化は平均化されて出力される。したがって、上記のように画像濃度が漸増または漸減する画像について濃度検出を行うと、検出領域内の高濃度部分と低濃度部分との影響が相殺されるので、その検出結果は該領域のほぼ中央部付近の画像濃度のみを反映したものとなる。
【００１０】
つまり、このような階調パッチ画像を用いることによって、等価的に検出領域の幅より高い分解能で濃度検出を行うことが可能となる。このように、この画像形成装置では、検出領域の幅よりも短いピッチで階調レベルが変化する階調パッチ画像の画像濃度を精度よく検出することができる。そのため、こうして検出された画像濃度に基づき階調補正情報を設定することで、入力画像信号に対して装置の特性に応じた階調補正を施すことが可能であり、その結果、画質の良好なトナー像を安定して形成することができる。
【００１１】
また、階調パッチ画像のうち１つの階調レベルで形成される領域の幅を検出領域の幅よりも小さくできることから、トナーの消費量を抑制しながら従来より多くの階調レベルを表す階調パッチ画像を形成することができる。また、階調パッチ画像を形成するために要する時間も短くてよいから、処理時間の短縮を図ることができる。そして、多くの階調レベルについて濃度検出を行い、その検出結果に基づいて階調補正情報を設定することで、この画像形成装置では、装置の特性をより忠実に反映させた階調補正を行うことが可能である。
【００１２】
このような装置に好適な前記階調パッチ画像としては、例えば、互いに階調レベルの異なる複数の単階調トナー像を前記所定方向に隙間なく並べたものであり、前記所定方向において前記単階調トナー像の幅が前記検出領域の幅よりも短いものを用いることができる。
【００１３】
また、前記所定方向において前記複数の単階調トナー像それぞれの幅が等しく、しかも、隣り合う２つの単階調トナー像の間の階調レベルの差が一定であることがより好ましい。
【００１４】
また、上記したように、この画像形成装置では、階調パッチ画像のうち１階調レベルの領域の幅を従来より小さくすることで、同じ幅の中により多くの階調レベルを表すことができるようになっている。そこで、前記複数の単階調トナー像のうち隣り合う２つの間の階調レベルの差が、当該装置において実現可能な最小レベル差となるようにしてもよい。
【００１５】
また、前述したように、画像濃度が漸増または漸減する画像について濃度検出を行うと、検出領域内の高濃度部分と低濃度部分との影響が相殺されて、その検出結果は該領域のほぼ中央部付近の画像濃度のみを反映したものとなる。このことから、その階調レベルが所定方向に沿って単調かつ連続的に増加または減少するように形成されたトナー像を階調パッチ画像として用いることもできる。この場合、少なくとも検出領域内においてはその濃度の変化率が一定であることが好ましい。というのは、こうすることによって、検出領域内の高濃度部分と低濃度部分との影響がほぼ完全に相殺されて、中央部のみの画像濃度をより精度よく求めることが可能となるからである。したがって、階調パッチ画像の階調レベル変化は単調かつ一様であることが好ましい。
【００１６】
また、これらの画像形成装置において、その階調レベルの最大値から最小値までの広いレンジで精度よく階調補正情報を設定するためには、階調パッチ画像にできるだけ広い範囲の階調レベルが含まれていることが好ましい。そこで、前記階調パッチ画像における最大階調レベルは当該装置において実現可能な最大階調レベルであり、前記階調パッチ画像における最小階調レベルは当該装置において実現可能な最小階調レベルであるようにするのが好ましい。
【００１７】
また、これらの画像形成装置においては、前記階調パッチ画像のうち前記所定方向に互いに位置の異なる複数箇所で前記濃度検出手段による濃度検出を実行することが好ましい。さらに、前記複数箇所のうち隣接する２箇所のそれぞれに対応する前記検出領域の少なくとも一部が互いに接するまたは重なり合うようにすることがより好ましい。
【００１８】
また、この発明にかかる画像形成方法は、階調補正情報に基づき入力画像信号を階調補正した階調画像信号に基づいて画像を形成する画像形成方法であって、上記目的を達成するため、その階調レベルが所定方向に沿って次第に増加または減少する階調パッチ画像を形成するとともにその画像濃度を濃度検出手段により検出し、その検出結果に基づき階調補正情報を設定し、しかも、前記階調パッチ画像として、前記所定方向に沿ってその階調レベルが単調かつ連続的に増加もしくは減少する画像、または、前記所定方向において前記濃度検出手段の検出領域の幅よりも短いピッチでその階調レベルが階段状に増加もしくは減少する画像のいずれかを形成することを特徴としている。
【００１９】
この画像形成方法においても、上記した装置と同様に、等価的に検出領域の幅より高い分解能で濃度検出を行うことが可能である。そして、こうすることで、処理時間およびトナー消費量を増大させることなく、階調性が優れ画質の良好な画像を安定して形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００などの外部装置から画像信号が制御ユニット１のメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１２がエンジン部ＥＧの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００２１】
このエンジン部ＥＧでは、７つのユニット：（ａ）感光体ユニット２；（ｂ）イエロー現像ユニット（以下「Ｙ現像ユニット」という）３Ｙ；（ｃ）マゼンタ現像ユニット（「Ｍ現像ユニット」）３Ｍ；（ｄ）シアン現像ユニット（「Ｃ現像ユニット」）３Ｃ；（ｅ）ブラック現像ユニット（「Ｋ現像ユニット」）３Ｋ；（ｆ）中間転写ユニット４および（ｇ）定着ユニット５が装置本体６に対して着脱自在となっている。そして、すべてのユニット２、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、４、５が装置本体６に装着された状態で、図１に示すように、感光体ユニット２の感光体２１が図１の矢印方向Ｄ１に回転するとともに、その感光体２１の周りにその回転方向Ｄ１に沿って、帯電部２２、非磁性一成分トナーを内蔵した現像ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋからなるロータリー現像部３およびクリーニング部２３がそれぞれ配置される。
【００２２】
７つのユニット２、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、４、５のうち感光体ユニット２には感光体２１、帯電部２２およびクリーニング部２３が収容されており、これらを一体的に装置本体６に対して着脱自在となっている。帯電部２２には図示を省略する帯電バイアス発生部から帯電バイアスが印加されており、感光体２１の外周面を均一に帯電させる。また、この感光体ユニット２には、感光体２１の回転方向Ｄ１における帯電部２２の上流側にクリーニング部２３が設けられており、一次転写後に感光体２１の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。こうして、感光体２１の表面クリーニングを行っている。
【００２３】
帯電部２２によって帯電された感光体２１の外周面に向けて露光ユニット８から光ビームＬが照射される。この露光ユニット８は、図２に示すように、エンジンコントローラ１２に設けられたレーザドライバ１２１と電気的に接続されており、このレーザドライバ１２１から与えられる駆動信号に応じて露光ユニット８を制御し、光ビームＬを感光体２１上に露光して画像信号に対応する静電潜像を感光体２１上に形成する。この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００から与えられる画像信号に基づきメインコントローラ１１が各画素毎の階調データに対応する駆動パルス幅を決定し、その駆動信号をエンジンコントローラ１２のレーザドライバ１２１に与えている。
【００２４】
こうして形成された静電潜像はロータリー現像部３によってトナー現像される。このロータリー現像部３では、イエロー用の現像ユニット３Ｙ、シアン用の現像ユニット３Ｃ、マゼンタ用の現像ユニット３Ｍ、およびブラック用の現像ユニット３Ｋが軸中心に回転自在に設けられている。そして、これらの現像ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは予め決められた複数の位置に移動位置決めされるとともに、感光体２１に対して選択的に現像位置で位置決めされる。図１ではイエロー用の現像ユニット３Ｙが現像位置に位置決めされており、この位置決め状態で現像ユニット３Ｙに設けられた現像ローラ３１が感光体２１と対向配置されるが、その他の現像ユニット３Ｍ、３Ｃ、３Ｋについても現像ユニット３Ｙと全く同様に現像ユニットの現像位置への位置決めにより各現像ユニットに設けられた現像ローラ３１が感光体２１と対向配置される。
【００２５】
また、現像位置に位置決めされた現像ユニットでは、ユニットハウジング内に貯留されたトナーは現像ローラ３１に担持されながら、現像位置に搬送される。そして、現像ローラ３１に対して、所定の現像バイアスを印加することで現像位置に選択位置決めされたユニットハウジング内のトナーが現像ローラ３１から感光体２１に飛翔して静電潜像を顕像化する。こうして、選択された色のトナー像が感光体２１の表面に形成される。
【００２６】
上記のようにして現像部３で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ１で中間転写ユニット４の中間転写ベルト４１上に一次転写される。すなわち、中間転写ユニット４は複数のローラに掛け渡された中間転写ベルト４１と、中間転写ベルト４１を回転駆動する駆動部（図示省略）とを備えており、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト４１上に重ね合わせてカラー画像を形成する一方、単色画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上に形成されるブラック色のトナー像のみを中間転写ベルト４１上に転写して単色画像を形成する。
【００２７】
また、本実施形態にかかる画像形成装置では、パッチ画像の濃度を検出するために、中間転写ベルト４１が掛け渡された一のローラに対向してパッチセンサＰＳが配置されている。すなわち、この実施形態においては、中間転写ベルト４１が本発明の「像担持体」として機能している。
【００２８】
こうして中間転写ベルト４１上に形成された画像については、所定の二次転写領域ＴＲ２において、カセット９から取り出されたシートＳ上に二次転写される。そして、トナー画像が転写されたシートＳを、ヒータ（図示省略）が内蔵された定着ユニット５に導入し、ここで加熱しながら圧力を加えることによってトナーをシートＳに定着させる。こうして画像が形成されたシートＳは装置本体６の上面部に設けられた排出トレイ部に搬送される。
【００２９】
次に、図２を参照しつつ図１の画像形成装置の電気的構成および画像形成動作（通常の印刷モードおよび階調補正モード）について説明する。メインコントローラ１１はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭやロジック回路などで構成されており、色変換部１１１、階調補正部１１２、ハーフトーニング部１１３、パルス変調部１１４、階調補正テーブル１１５および補正テーブル演算部１１６を備えている。また、エンジンコントローラ１２もＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭやロジック回路などで構成されており、上記したレーザドライバ１２１の他にパッチセンサＰＳの検出結果に基づきエンジン部ＥＧのガンマ特性を示す階調特性を検出する階調特性検出部１２３を備えている。
【００３０】
ホストコンピュータ１００から画像信号が与えられたメインコントローラ１１では、色変換部１１１がその画像信号に対応する画像内の各画素のＲＧＢ成分の階調レベルを示したＲＧＢ階調データを、対応するＣＭＹＫ成分の階調レベルを示したＣＭＹＫ階調データへ変換する。この色変換部１１１では、入力ＲＧＢ階調データは例えば１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）であり、出力ＣＭＹＫ階調データも同様に１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）である。色変換部１１１から出力されるＣＭＹＫ階調データは階調補正部１１２に入力される。
【００３１】
この階調補正部１１２は、色変換部１１１から入力された各画素のＣＭＹＫ階調データに対し階調補正を行う。すなわち、階調補正部１１２は、不揮発性メモリに予め登録されている階調補正テーブル１１５を参照し、その階調補正テーブル１１５にしたがい、色変換部１１１からの各画素の入力ＣＭＹＫ階調データを、補正された階調レベルを示す補正ＣＭＹＫ階調データに変換する。この階調補正の目的は、上記のように構成されたエンジン部ＥＧのガンマ特性変化を補償して、この画像形成装置の全体的ガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。
【００３２】
こうして補正された補正ＣＭＹＫ階調データは、ハーフトーニング部１１３に入力される。このハーフトーニング部１１３は誤差拡散法、ディザ法、スクリーン法などのハーフトーニング処理を行い、１画素１色当たり８ビットのハーフトーンＣＭＹＫ階調データをパルス変調部１１４に入力する。
【００３３】
このパルス変調部１１４に入力されたハーフトーニング後のＣＭＹＫ階調データは、各画素に付着させるべきＣＭＹＫ各色のトナーのサイズを示しており、かかるデータを受け取ったパルス変調部１１４は、そのハーフトーンＣＭＹＫ階調データを用いて、エンジン部ＥＧのＣＭＹＫ各色画像の露光レーザパルスをパルス幅変調するためのビデオ信号を作成し、図示を省略するビデオＩＦを介してエンジンコントローラ１２に出力する。そして、このビデオ信号を受けたレーザドライバ１２１が露光ユニット８の半導体レーザをＯＮ／ＯＦＦ制御して各色成分の静電潜像を感光体２１上に形成する。このようにして通常の印刷を行う（通常の印刷モード）。
【００３４】
また、この画像形成装置では、上記した通常の印刷モード以外に、例えば電源投入直後などの適当なタイミングで実行され、階調補正用のパッチ画像を形成して階調補正テーブルを変更設定する階調補正モードを有している。この階調補正モードでは、各トナー色毎に、ガンマ特性を測定するために予め用意された階調補正用の階調パッチ画像がエンジン部ＥＧによって中間転写ベルト４１上に形成され、各階調パッチ画像の画像濃度をパッチセンサＰＳが読取り、そのパッチセンサＰＳからの信号に基づき階調特性検出部１２３が各階調パッチ画像の階調レベルと、検出した画像濃度とを対応させた階調特性（エンジン部ＥＧのガンマ特性）を作成し、メインコントローラ１１の補正テーブル演算部１１６に出力する。
【００３５】
なお、この実施形態では、階調パッチ画像のデータはメインコントローラ１１の例えばＲＯＭなどにプログラムされており、この画像データに基づいて上記した画像形成動作を実行することで、中間転写ベルト４１の表面に所定パターンの階調パッチ画像を形成する。
【００３６】
図３は階調パッチ画像を示す図である。図３に示すように、この実施形態における階調パッチ画像Ｉｐは、中間転写ベルト４１の移動方向Ｄ２に沿って延びる短冊形状で、しかも、その階調レベルは一様ではなく、移動方向Ｄ２に沿って最大レベル（レベル２５５）から最小レベル（レベル０）まで次第に変化するように形成される。この階調レベルの変化は、図３（ａ）に連続的かつ一様な変化、図３（ｂ）に示す階段状の変化のいずれであってもよい。このように、この実施形態においては、中間転写ベルト４１の長手方向、すなわち該ベルト４１の移動方向Ｄ２に沿った方向が、本発明にいう「所定方向」に相当する。
【００３７】
このように形成された階調パッチ画像Ｉｐについては、パッチセンサＰＳによりその画像濃度を検出する。このパッチセンサＰＳは、例えば反射型フォトセンサにより構成され、中間転写ベルト４１の表面に向け光を照射するとともに、その照射域のうち所定の検出領域から反射される光を受光してその光量を検出する。この反射光量は中間転写ベルト４１に付着したトナー量によって変化するから、こうして反射光量を検出することにより画像濃度を求めることが可能である。このように、この実施形態では、パッチセンサＰＳが本発明の「濃度検出手段」として機能している。
【００３８】
図４はパッチセンサの検出領域の例を示す図である。パッチセンサＰＳは、中間転写ベルト４１表面のうち検出領域ＤＲの各位置から反射される光を受光し、その光量に応じた電圧を出力する。検出領域ＤＲの形状はパッチセンサＰＳの構造によって決まるが、ここでは図４に示すように直径ｄの円形として説明する。これ以外の、例えば長円形や矩形であっても構わないが、検出精度を高めるためには、図４に示すように、その中心線（ｘ＝ｘ０）に対して対称な形状であることが好ましい。
【００３９】
この検出領域ＤＲ内の各位置における感度は、一般的には、例えば図４のガウス曲線ａで示すように、検出領域ＤＲの中央部で高く、周辺部ほど低くなっている。ただし、ここでは理解を容易とするために、曲線ｂに示すように、パッチセンサＰＳがその検出領域ＤＲ内において一様な感度を有するものとして説明し、感度が一様でない場合については後に考察する。
【００４０】
まず、図３（ａ）に示すように、階調レベルが連続的に変化する階調パッチ画像を用いて階調補正を行う場合について、図５および図６を参照しつつ説明する。図５は連続的に階調レベルが変化する階調パッチ画像における濃度検出の原理を示す図である。また、図６は複数の検出領域を示す図である。この階調パッチ画像Ｉｐでは、中間転写ベルト４１の移動方向Ｄ２に沿って階調レベルが連続的に変化しているのに対応して、図５に示すように、その画像濃度ＯＤは方向Ｄ２における位置ｘによって異なっている。
【００４１】
パッチセンサＰＳで受光される光量は微小面積要素ｄｓから出射される光量を検出領域ＤＲについて積分したものであり、その積分値から求められる検出領域ＤＲにおける階調パッチ画像Ｉｐの画像濃度は、該領域ＤＲにおける平均画像濃度を表す。すなわち、このパッチセンサＰＳでは、検出領域ＤＲより小さな寸法での細かい濃度変化を判別することはできず、その意味で検出領域ＤＲの寸法がパッチセンサＰＳの分解能に相当するものである。
【００４２】
ここで、上記のように、検出領域ＤＲ内における階調パッチ画像Ｉｐの画像濃度は連続的かつ一様に変化している。そのため、方向Ｄ２において検出領域ＤＲの中央部（ｘ＝ｘ０）の画像濃度に対して、その上流側（図５において左側）で画像濃度が次第に減少する一方、その下流側（図５において右側）では画像濃度が次第に増加する。そして、これらが平均化されることで互いに相殺され、その結果、こうして求めた検出領域ＤＲにおける階調パッチ画像Ｉｐの画像濃度は、方向Ｄ２において該領域ＤＲの中央部（ｘ＝ｘ０）における階調パッチ画像Ｉｐの画像濃度ＯＤ（ｘ０）とほぼ等しい値となる。つまり、こうして求めた画像濃度は、その検出領域ＤＲ内で階調レベルが変化しているにもかかわらず、その中央部すなわち位置ｘ＝ｘ０に対応する１つの階調レベルでの画像濃度を表すこととなる。
【００４３】
従来の画像形成装置では、１つの階調レベルでの画像濃度を求めるためには、検出領域ＤＲより大きく、しかも階調レベルの一様なパッチ画像を形成する必要があり、多階調での画像濃度を求めるためにはこのようなパッチ画像を多数形成しなければならず、トナー消費量や処理時間の増大を招くという問題があった。またこのような問題を回避するために、いくつかの離散的な階調レベルで代表的に形成されたパッチ画像の画像濃度から階調特性を推定している従来技術では、実測されたサンプル数が少なく、その間の細かな濃度変化が測定にかからないこともあり、十分な精度で補正を行うに至っていなかった。
【００４４】
これに対して、上記のように階調レベルが連続的かつ一様に変化している階調パッチ画像Ｉｐを用いると、１つの階調レベルで大きなパッチ画像を形成しなくても、その階調レベルでの画像濃度を精度よく求めることが可能である。また、その階調レベルが連続的かつ一様に変化している階調パッチ画像Ｉｐ内のどこに検出領域ＤＲを設けても、パッチセンサＰＳによる検出結果はその検出領域ＤＲの中央部に対応する階調レベルでの画像濃度を表すこととなる。そのため、このような階調パッチ画像Ｉｐ内において検出領域ＤＲを適当な位置に設け濃度検出を行うことで、任意の階調レベルでの画像濃度を求めることが可能である。したがって、１つの階調パッチ画像Ｉｐにおいて検出領域ＤＲの位置を変えながら必要回数の濃度検出を繰り返すことで、任意のサンプル数でエンジン部ＥＧの階調特性の実測値を得ることができる。
【００４５】
この実施形態の装置では、より滑らかな階調特性を求めてきめ細かな階調補正を行うべく、サンプル数をできるだけ多くしている。すなわち、図６に示すように、階調パッチ画像Ｉｐのうち中間転写ベルト４１の搬送方向Ｄ２において互いに位置の異なる複数箇所について濃度検出を行い、しかも、各箇所に対応する検出領域ＤＲのうち相互に隣接する各検出領域ＤＲの一部が互いに重なるようにしている。こうすることで、階調レベル変化に対応する階調パッチ画像Ｉｐの濃度変化を見落とすことなくきめ細かく検出することができるので、こうして実測した階調特性に基づいてより精度の高い補正を行うことが可能である。
【００４６】
なお、この装置では、階調パッチ画像Ｉｐは中間転写ベルト４１の回転移動に伴って順次パッチセンサＰＳの直下を通過し、そのタイミングに同期して階調特性検出部１２３がパッチセンサＰＳからの出力をサンプリングすることで濃度検出を行っている。したがって、中間転写ベルト４１の移動速度に応じてそのサンプリング周期を適宜定めることにより、所定のピッチで必要な数のサンプルを得ることができる。
【００４７】
図７はエンジン部の階調特性およびその補正特性を例示する図である。上記のようにして階調パッチ画像Ｉｐの各点において検出された画像濃度の検出結果をその階調レベルに対応させてプロットすると、例えば図７の曲線ａに示すように、この装置における階調特性を示す曲線が得られる。この実測による階調特性は、装置の個体差、経時変化や周囲環境の変化などに起因して、本来望まれる理想階調特性（例えば図７に示す曲線ｂ）とは一致していない場合がある。そこで、例えば図７の曲線ｃに示すように、実測された上記階調特性の逆特性に基づく階調補正を予め画像信号に施すことによって、入力された画像信号の階調性を忠実に再現した画像を形成することが可能となる。
【００４８】
具体的には、補正テーブル演算部１１６が、階調特性検出部１２３から与えられた階調特性に基づき、実測されたエンジン部ＥＧの階調特性を補償して理想的な階調特性を得るための階調補正テーブルデータを計算し、階調補正テーブル１１５の内容をその計算結果に更新する。こうして階調補正テーブル１１５を変更設定する（階調補正モード）。
【００４９】
そして、以後の画像形成動作では、こうして更新された階調補正テーブル１１５を参照しながら色変換部１１１からの各画素の入力ＣＭＹＫ階調データを補正し、その補正ＣＭＹＫ階調データに基づいて画像形成を行うことで階調性の優れた高画質の画像を形成することができる。また、このように階調補正テーブル１１５を随時更新することによって、経時的に変化するエンジン部ＥＧのガンマ特性に対応して常に理想的な階調補正を行うことができ、画質の安定した画像形成を行うことができる。
【００５０】
次に、図３（ｂ）に示すように、階調レベルが階段状に変化する階調パッチ画像を用いて階調補正を行う場合について、図８を参照しつつ説明する。図８は階段状に階調レベルが変化する階調パッチ画像における濃度検出の原理を示す図である。この場合、階調パッチ画像Ｉｐは、図８に示すように、互いに異なる階調レベルで形成された（したがって互いに画像濃度の異なる）複数の単階調トナー像Ｉｓを中間転写ベルト４１の移動方向Ｄ２に沿って並べたものとみることができる。方向Ｄ２において各単階調トナー像Ｉｓの幅ｗは、検出領域ＤＲの幅ｄよりも小さく、したがって、パッチセンサＰＳの検出領域ＤＲには常に２つ以上の階調レベルでのトナー像が現れることとなる。図８の例では、検出領域ＤＲ内に４つの階調レベルでのトナー像が現れている。
【００５１】
また、隣接する単階調トナー像の間の階調レベルの差は、この装置において実現可能な最も小さいレベル差、すなわち２５６階調レベルのうちの１レベルである。したがって、この階調パッチ画像Ｉｐは、最大階調レベル２５５から最小階調レベル０まで、１レベルずつ階調レベルを変化させながら形成した２５６個の単階調トナー像により構成されている。
【００５２】
隣接する単階調トナー像間の階調レベル差については、このように最小レベル差（１レベル）とせず、より粗いレベル差（例えば２レベル毎、４レベル毎など）としてもよく、こうすることで、方向Ｄ２において階調パッチ画像Ｉｐの長さを短くすることができ、トナー消費量および処理時間の軽減を図ることができる。ただし、エンジン部ＥＧの階調特性をよりきめ細かく求めるためには、できるだけこのレベル差を小さくするのが好ましい。また、後述するように、階調パッチ画像Ｉｐでは、各単階調トナー像Ｉｓの幅ｗを等しく、かつ隣接する単階調トナー像間の階調レベル差を一定とするのが望ましい。
【００５３】
このように構成された階調パッチ画像ＩｐについてパッチセンサＰＳにより濃度検出を実行すると、検出領域ＤＲ内における画像濃度ＯＤは、検出領域ＤＲ内に占める面積に応じて重みづけされた各単階調トナー像Ｉｓの画像濃度を加重平均したものとなる。また、方向Ｄ２に沿って階調レベルが次第に増加するから、方向Ｄ２において検出領域ＤＲの両端部の画像濃度は平均化により相殺されることとなる。その結果、検出領域ＤＲ内における階調パッチ画像Ｉｐの平均画像濃度はほぼその中央部（ｘ＝ｘ０）の画像濃度ＯＤ（ｘ０）を表すものとなる。また、上記したように、各単階調トナー像の画像濃度が加重平均されることによって、その平均濃度は各単階調トナー像それぞれの画像濃度に対応した離散的な値のみならず、その中間的な値をも取りうることとなる。つまり、このように階調レベルが検出領域ＤＲの幅ｄよりも短いピッチで階段状に変化する階調パッチ画像Ｉｐを用いることによって、あたかも先に述べた連続的に階調レベルが変化する階調パッチ画像を用いたときのように、階調パッチ画像Ｉｐ上の任意の位置に検出領域ＤＲを設けて、その中央位置に相当する階調レベルでのパッチ画像濃度を求めることができる。
【００５４】
すなわち、パッチセンサＰＳからみれば、階調パッチ画像Ｉｐにおけるこのような微視的な階段状の変化は、ほぼ連続的かつ一様な変化と同等に扱うことができる。そして、こうして各検出領域ＤＲにおける画像濃度ＯＤが求まれば、先に述べたと同様にして階調補正を行うことができる。
【００５５】
なお、上記では検出領域ＤＲにおけるパッチセンサＰＳの検出感度を一様と仮定して説明したが、実際の装置においては、図４に示すように、一般にその検出感度は検出領域ＤＲの中央部で高く周辺部で低くなっている。そのため、実際には、検出領域ＤＲの周辺部での画像濃度はより検出結果に反映されにくい一方、中央部での画像濃度がより大きく結果に反映されることになる。つまり、検出領域ＤＲでは、その周辺部においてパッチセンサＰＳの感度が低下しているため周辺部の画像濃度が濃度検出の結果に及ぼす影響がもともと小さいことに加えて、中央部に対する両端部での濃度の増減がキャンセルされるので、上記のようにして濃度検出を行うことにより、階調パッチ画像Ｉｐのうち検出領域ＤＲのほぼ中央部のみの画像濃度を精度よく検出することが可能である。
【００５６】
特に、検出領域ＤＲの中央部に対してその両側での濃度変化が対称、すなわち一方の周辺部での画像濃度の増加の度合いと他方の周辺部での減少の度合いが同程度であれば、周辺部での画像濃度の変化はほぼ完全にキャンセルされ、パッチセンサＰＳによる検出結果は中央部の画像濃度とほぼ一致することとなり、さらに高い精度で階調特性を求めることが可能となる。この実施形態では、階調パッチ画像Ｉｐとして、その階調レベルが連続的かつ一様に変化するトナー像、または、互いに隣り合う単階調トナー像Ｉｓの間の階調レベル差およびその幅ｗが一定である単階調トナー像Ｉｓを隙間なく並べてなるトナー像を用いることで、上記対称性を得ている。
【００５７】
ここで、中間転写ベルト４１上の階調パッチ画像Ｉｐの形成位置とパッチセンサＰＳの検出位置との位置合わせの精度について考えてみる。従来の階調補正技術においては、パッチセンサの検出領域内においてはパッチ画像の階調レベルが一様に形成されていることを前提としていた。すなわち、パッチ画像の位置と検出位置との間にずれが生じ、検出領域の一部が異なる階調レベルで形成されたトナー像またはトナー像の形成されていない領域にかかった場合には検出結果に大きな誤差を生じることとなる。そのため、各階調レベルでのパッチ画像を検出領域よりも大きなものとする必要があった。
【００５８】
これに対して、この実施形態の階調パッチ画像Ｉｐでは、中間転写ベルト４１の移動方向Ｄ２における位置ずれは図５に示す位置ｘのずれとなって現れる。そのため、位置ｘとその位置ｘにおける階調レベルとの対応関係が多少シフトするのみであって、従来技術のように大きな検出誤差を生じることにはならない。さらに、このようなシフトについては演算処理により補正することが可能である。すなわち、階調パッチ画像Ｉｐ全体の形成位置が変わっても、その内部での各階調レベルに対応する位置は相対的には変化しない。したがって、何らかの方法で階調パッチ画像Ｉｐの基準位置を検出することができれば、その基準位置との相対的な位置関係から各位置における階調レベルを正確に算出することができる。
【００５９】
その一例として、この実施形態では次のようにして上記位置ずれの補正を行っている。すなわち、まず、図３に示すように、中間転写ベルト４１の移動方向Ｄ２において下流側（図３紙面において右側）ほどその階調レベルが高くなるように、階調パッチ画像Ｉｐを形成する。したがって、中間転写ベルト４１上の階調パッチ画像Ｉｐは、方向Ｄ２における両端部のうち高濃度側端部を先頭として搬送されることとなる。そして、パッチセンサＰＳの出力を一定間隔でサンプリングすると、搬送されてくる階調パッチ画像Ｉｐの先頭部がパッチセンサＰＳの検出領域ＤＲに到達した時点でセンサ出力が大きく変化するので、この変化により階調パッチ画像Ｉｐの先頭部が検出領域ＤＲに到達したことを知ることができる。そこで、このような変化があった位置を階調パッチ画像Ｉｐの先頭として、そこからのサンプル数によって階調パッチ画像Ｉｐ内における各検出領域ＤＲの相対的な位置を算出し、その位置に対応する階調レベルとその位置における画像濃度の検出結果とに基づき装置の階調特性を求めている。
【００６０】
なお、図３に示すように、この実施形態では、階調パッチ画像Ｉｐの先頭部を確実に検出するため、階調パッチ画像Ｉｐの先頭部に、所定の長さにわたって最大階調レベル（レベル２５５）を保持するリーダ部Ｌを設けている。このリーダ部Ｌの長さは、少なくともパッチセンサＰＳの検出領域ＤＲの幅ｄ以上とすることが望ましい。
【００６１】
また、中間転写ベルト４１の移動方向Ｄ２に直交する方向での階調パッチ画像ＩｐとパッチセンサＰＳの検出領域ＤＲとの間の位置ずれの問題は、同方向における階調パッチ画像Ｉｐの幅を検出領域ＤＲの幅より幾分大きくすることで解消される。なお、所定の基準信号（例えば垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ等）により階調パッチ画像Ｉｐの形成開始タイミングとサンプリング開始タイミングとを決定することで十分な位置精度が得られる場合には、このような位置ずれを考慮した処理を実施する必要がないことは言うまでもない。
【００６２】
以上のように、この画像形成装置では、階調パッチ画像Ｉｐを形成するとともに、その画像濃度に基づいて階調補正テーブル１１５を変更設定しているので、温度や湿度などの環境や経時変化などに起因するエンジン部ＥＧのガンマ特性の変化を補償して良好な階調性を維持しながら画像形成を行うことができる。
【００６３】
この階調パッチ画像Ｉｐは、その階調レベルが連続的に、またはパッチセンサＰＳの検出領域ＤＲの幅ｄよりも短いピッチで階段状に変化するように形成されている。そのため、検出領域ＤＲの両端部の濃度変化はキャンセルされてその中央部の画像濃度のみを検出することができ、等価的にパッチセンサＰＳの分解能が向上したのと同じ効果を得ることができる。したがって、必要数の階調レベルで濃度検出を行うための階調パッチ画像の面積を小さくすることができ、トナー消費量および処理時間を大幅に軽減することができる。また、階調パッチ画像Ｉｐにおいて階調レベルが一様に変化するようにしているので、検出領域ＤＲ内の両端部における濃度差はキャンセルされて、その中央部の画像濃度を高い精度で求めることができる。
【００６４】
さらに、階調パッチ画像Ｉｐ上において必要数の複数箇所について濃度検出を行うことによって、任意のサンプル数でこの画像形成装置の階調特性を求めることができるから、必要に応じてサンプル数を多くすることでより滑らかな階調特性を求めることができ、こうして得た階調特性に基づいてきめ細かな階調補正を行うことができる。
【００６５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、ホストコンピュータ１００から画像信号を受け取り、その画像信号に対応する画像を印刷するプリンタなどの画像形成装置に対して本発明を適用しているが、オリジナル画像を光学的に読取り、その読取ったオリジナル画像に対応する画像を印刷する複写機などの画像形成装置に対しても本発明を適用することができることはいうまでもない。また、本発明をタンデム方式の画像形成装置に適用してもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、パッチセンサＰＳが中間転写ベルト４１に対して対向配置されて、像担持体としての中間転写ベルト４１上に担持されたトナー像の画像濃度を検出するように構成されているが、これ以外にも、例えば、パッチセンサＰＳを感光体２１との対向位置に配置して、感光体２１上のトナー像の画像濃度を検出するようにしてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態では階調補正用パッチ画像のデータをメインコントローラ１１の例えばＲＯＭなどにプログラムしているが、エンジンコントローラ１２の例えばＲＯＭなどに記憶したり、ホストコンピュータから階調補正用パッチ画像のデータを送り込んでも良いし、複写機などの場合にはユーザが階調補正用パッチ画像の原稿をセットしても良い。
【００６８】
また、上記実施形態では、階調パッチ画像Ｉｐをその先頭側で高階調レベルとなるようにして、センサ出力の変化からその位置を検出するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、位置検出用のマーカとなるトナー像を階調パッチ画像の近傍に別途形成したり、先頭側を低階調レベルとなるようにしてもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、階調パッチ画像Ｉｐ内においてその階調レベルの変化が検出領域ＳＰの中央部に対して対称となるように、その階調レベルが連続的かつ一様に変化するトナー像、または、互いに隣り合う単階調トナー像Ｉｓの間の階調レベル差およびその幅ｗが一定である単階調トナー像Ｉｓを隙間なく並べてなるトナー像を階調パッチ画像Ｉｐとして用いている。この対称性は少なくとも各検出領域ＳＰ内で成立していることが好ましいものの階調パッチ画像Ｉｐの全体で成立する必要はなく、その意味では階調パッチ画像Ｉｐにおける階調レベルの変化を必ずしもその全域にわたって一様とする必要はない。したがって、例えば、トナーの付着量が少なく中間転写ベルト４１表面の影響を受けやすい低濃度側での信頼性を高めるために、必要に応じて階調レベルの低い領域（図３の左方）における階調レベルの変化率を、階調レベルの高い領域（図３の右方）における変化率より小さくなるようにしてもよい。
【００７０】
さらに、上記した実施形態では、その階調レベルが最大階調レベル（レベル２５５）から最小階調レベル（レベル０）まで連続的に変化する１つのトナー像を階調パッチ画像Ｉｐとしているが、必要に応じて、その階調レベルが位置により変化する複数のトナー像からなる階調パッチ画像Ｉｐとしてもよく、この場合、各トナー像間で階調レベルの変化率が異なっていてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、その階調レベルが単調かつ連続的に、または濃度検出手段の検出領域の幅よりも短いピッチで階段状に変化する階調パッチ画像を形成しているので、濃度検出手段による検出結果はその検出領域内で平均化され、検出領域のほぼ中央部の画像濃度を反映したものとなる。つまり、濃度検出手段の分解能よりも小さい領域の画像濃度を精度よく検出することができるので、階調補正を行うための階調パッチ画像の面積を小さくすることができ、トナー消費量および処理時間の軽減を図ることができる。
【００７２】
また、こうして求めた階調補正情報を用いて階調補正された階調画像信号に基づいて画像形成を行うことで、画質の良好なトナー像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】階調パッチ画像を示す図である。
【図４】パッチセンサの検出領域の例を示す図である。
【図５】連続的に階調レベルが変化する階調パッチ画像における濃度検出の原理を示す図である。
【図６】複数の検出領域を示す図である。
【図７】エンジン部の階調特性およびその補正特性を例示する図である。
【図８】階段状に階調レベルが変化する階調パッチ画像における濃度検出の原理を示す図である。
【符号の説明】
４１…中間転写ベルト（像担持体）
１００…ホストコンピュータ
１１２…階調補正部
１１５…階調補正テーブル（階調補正情報）
１１６…補正テーブル演算部
１２３…階調特性検出部
Ｄ２…（中間転写ベルト４１の）移動方向
ＤＲ…検出領域
Ｉｐ…階調パッチ画像
Ｉｓ…単階調トナー像
ＰＳ…パッチセンサ（濃度検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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