(57)【要約】【課題】パッチ画像の濃度検出結果に基づいて階調補正特性の制御を行う画像形成装置および画像形成方法において、階調補正特性の制御を高精度に行う技術を提供する。【解決手段】階調レベルを次第に変化させながら形成したパッチ画像について、サンプリング位置を変えながら濃度サンプリングを行い、各位置の画像濃度（評価値）Ｇ１（ｘ）を求める。現像ローラの偏心や特性ばらつきに起因する周期的な濃度ムラの影響をキャンセルするため、現像ローラ周長Ｌｄｒに相当する処理対象範囲内に含まれる評価値データＧ１（ｘ１−５）〜Ｇ１（ｘ１＋５）による移動平均処理を実行し、補正後の評価値Ｇ２（ｘ１）を得る。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に沿って階調レベルが漸増または漸減する階調画像部を含むトナー像をパッチ画像として形成する像形成手段と、
前記パッチ画像のうち所定の検出領域の画像濃度を検出し、その濃度に対応した信号を出力する濃度検出手段と、
前記所定方向に互いに位置を異ならせた複数の前記検出領域それぞれについて前記濃度検出手段から出力される出力信号をサンプリングするとともに該サンプリング結果に対して所定のスムージング処理を実行し、その処理結果に基づいて装置の階調補正特性を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記スムージング処理として、前記複数の検出領域のうち前記所定方向に沿った所定長さの処理対象範囲内に含まれる検出領域それぞれについての前記サンプリング結果の平均値を求める移動平均処理を実行する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記像形成手段は、
静電潜像を担持可能に構成された潜像担持体と、
その表面にトナーを担持しながら前記所定方向と直交する軸中心に回転することで前記潜像担持体との対向位置に前記トナーを搬送するトナー担持体と
を備え、前記トナー担持体表面のトナーを前記潜像担持体表面に移動させることでトナー像を形成するように構成され、
前記所定方向に沿った長さが前記トナー担持体の周長に対応する長さ以上である前記パッチ画像を形成する一方、
前記制御手段は、前記トナー担持体の周長に対応する長さを前記処理対象範囲の長さとして前記移動平均処理を実行する請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記像形成手段は、
前記所定方向と直交する軸中心に回動自在かつ静電潜像を担持可能に構成された潜像担持体と、
その表面にトナーを担持しながら回転することで前記潜像担持体との対向位置に前記トナーを搬送するトナー担持体と
を備え、前記トナー担持体表面のトナーを前記潜像担持体表面に移動させることでトナー像を形成するように構成され、
前記所定方向に沿った長さが前記潜像担持体の周長以上である前記パッチ画像を形成する一方、
前記制御手段は、前記潜像担持体の周長を前記処理対象範囲の長さとして前記移動平均処理を実行する請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像形成手段は、複数のローラに掛け渡されて、前記パッチ画像を担持しながら前記所定方向に周回移動するベルト状の像担持体を備える一方、
前記濃度検出手段は、前記複数のローラのうち１つの対向ローラと対向配置されて、該対向ローラに巻き掛けられた前記像担持体表面における前記パッチ画像の画像濃度を検出するように構成されており、しかも、
前記像形成手段は、前記所定方向に沿った長さが前記対向ローラの周長以上である前記パッチ画像を形成し、
前記制御手段は、前記対向ローラの周長を前記処理対象範囲の長さとして前記移動平均処理を実行する請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記対向ローラが前記像担持体を回転駆動する駆動ローラである請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記パッチ画像として、前記階調画像部の前記所定方向における端部の少なくとも一方に隣接して、前記所定方向に沿った長さが前記処理対象範囲の長さの１／２以上であるヘッダ画像部を設けたトナー像を形成する請求項２ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記パッチ画像では、前記階調画像部と前記ヘッダ画像部との境界の両側で階調レベルが同じまたは階調レベルが連続的に変化する請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記パッチ画像として、前記階調画像部の階調レベルが前記所定方向に沿って最大レベルから最小レベルまで変化するとともに、前記階調画像部の高階調レベル側端部に隣接する前記ヘッダ部の階調レベルが最大レベルであるトナー像を形成する請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
所定方向に沿って階調レベルが漸増または漸減する階調画像部を含むトナー像をパッチ画像として形成し、
前記パッチ画像のうち前記所定方向に互いに位置を異ならせた複数の検出領域についての濃度検出結果をサンプリングし、
前記サンプリング結果に対して所定のスムージング処理を実行し、その処理結果に基づいて装置の階調補正特性を制御することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パッチ画像としてのトナー像を形成し、その濃度検出結果に基づいて装置の階調補正特性を制御する画像形成装置およびその制御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電子写真方式の画像形成装置では、必要に応じて、所定の画像パターンを有するテスト用の小画像（パッチ画像）を形成するとともに、濃度センサによりその画像濃度を検出し、その検出結果に基づいて、装置各部の動作条件を調整することで、所定の画像品質を安定して得られるようにしている。
【０００３】
例えば、本願出願人の出願にかかる特許文献１に記載の画像処理装置においては、パッチ画像の濃度検出結果に基づき装置の階調補正特性を制御している。すなわち、所定パターンのテスト画像の濃度をパッチセンサにより検出し、その検出結果に基づいて、階調補正のための補正変換テーブルを生成する。そして、こうして新たに生成された補正変換テーブルを参照しながら、画像信号をレーザ駆動パルス幅データに変換している。その結果、装置のガンマ特性の変動に対応して最適な印刷結果を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３３３０１２号公報（第６頁、図７）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、画像品質に対する要求が高まっており、それに伴って、より高精度の階調補正技術の確立が求められている。そのためには、パッチ画像にできるだけ多くの階調レベルでの印刷結果を含ませるとともに、各階調レベルに対応した画像濃度を高精度に求める必要がある。
【０００６】
このように多段階の階調レベルで形成したパッチ画像では、各階調レベル間の濃度差が小さいため、装置の特性ばらつきおよび周囲環境の変動に起因する濃度変動やノイズによって、検出結果が影響を受けやすいという問題がある。特に、装置各部の可動部分の移動方向に沿った方向については、可動部分を構成する機構部品の製造上のばらつきや特性の経時変化等に起因する濃度ムラが現れやすい。しかしながら、このような場合でも階調補正特性の制御を高精度に行うための処理技術については、これまで十分に検討されていなかった。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、パッチ画像の濃度検出結果に基づいて階調補正特性の制御を行う画像形成装置および画像形成方法において、階調補正特性の制御を高精度に行う技術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、所定方向に沿って階調レベルが漸増または漸減する階調画像部を含むトナー像をパッチ画像として形成する像形成手段と、前記パッチ画像のうち所定の検出領域の画像濃度を検出し、その濃度に対応した信号を出力する濃度検出手段と、前記所定方向に互いに位置を異ならせた複数の前記検出領域それぞれについて前記濃度検出手段から出力される出力信号をサンプリングするとともに該サンプリング結果に対して所定のスムージング処理を実行し、その処理結果に基づいて装置の階調補正特性を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、この発明にかかる画像形成装置の制御方法は、上記目的を達成するため、所定方向に沿って階調レベルが漸増または漸減する階調画像部を含むトナー像をパッチ画像として形成し、前記パッチ画像のうち前記所定方向に互いに位置を異ならせた複数の検出領域についての濃度検出結果をサンプリングし、前記サンプリング結果に対して所定のスムージング処理を実行し、その処理結果に基づいて装置の階調補正特性を制御することを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明では、パッチ画像に種々の理由に起因する濃度変動、特に、装置の構造に起因して一方向に周期的に現れる濃度変動を考慮して、パッチ画像の濃度検出結果をそのまま用いるのでなく、複数のサンプリング位置におけるサンプリング結果にスムージング処理を施したうえで、階調補正特性の制御に供している。そのため、濃度変動の影響を抑制しつつ、階調補正特性の制御を高精度に行うことができる。
【００１１】
ここでいう階調レベルの「漸増」または「漸減」とは、所定方向に沿って階調レベルが次第に増加または減少することを意味しており、階調レベルが所定方向に沿って滑らかに（例えば位置に対し直線的に）変化するものと、微小ステップで階段状に変化するものとの双方を含む概念である。
【００１２】
前記スムージング処理としては、例えば、前記複数の検出領域のうち前記所定方向に沿った所定長さの処理対象範囲内に含まれる検出領域それぞれについての前記サンプリング結果の平均値を求める移動平均処理を適用することができる。
これにより、処理対象範囲内での周期的な濃度変動をキャンセルすることができる。
【００１３】
例えば、前記像形成手段が、静電潜像を担持可能に構成された潜像担持体と、その表面にトナーを担持しながら前記潜像担持体との対向位置に前記トナーを搬送するトナー担持体とを備えた画像形成装置においては、トナー担持体または潜像担持体が前記した所定方向と直交する軸中心に回転するように構成されたものがある。このような装置では、トナー担持体または潜像担持体の偏心や特性ばらつき等のため、これらの回転に伴う周期的な画像濃度の変動が現れる場合がある。この影響をキャンセルするためには、その周期以上の長さを有するパッチ画像を形成するとともに、その周期に相当する長さの処理対象範囲において上記した移動平均処理を行うことが有効である。
【００１４】
この周期とは、トナー担持体の周長に対応する長さまたは潜像担持体の周長である。ここで、「周長に対応する長さ」とは次のことを意味している。この長さは、トナー担持体をちょうど１回転させながら形成したトナー像が潜像担持体上において有する前記所定方向に沿った長さのことである。これは、トナー担持体と潜像担持体とが離隔配置された非接触現像方式の画像形成装置においては、トナー担持体が１回転する間に形成されるトナー像の長さが必ずしもトナー担持体の周長と一致するとは限らないことを考慮したものである。
【００１５】
なお、この種の画像形成装置では、一般的に、トナー担持体の周長より潜像担持体の周長が大きくなるように構成されることが多い。したがって、パッチ画像および処理対象範囲の長さを潜像担持体の周長に基づいて決めれば、トナー担持体に起因する濃度変動をもキャンセルすることが可能となる。しかしながら、必然的にパッチ画像の長さが長くなり、トナーの消費量も増加することとなるので、パッチ画像および処理対象範囲の長さについては、実際に生じる濃度変動の程度に応じて定めることが好ましい。
【００１６】
また、例えば、前記像形成手段が、複数のローラに掛け渡されて、前記パッチ画像を担持しながら前記所定方向に周回移動するベルト状の像担持体を備える一方、前記濃度検出手段は、前記複数のローラのうち１つの対向ローラと対向配置されて、該対向ローラに巻き掛けられた前記像担持体表面における前記パッチ画像の画像濃度を検出するように構成されている画像形成装置では、濃度検出結果に対向ローラの偏心の影響が現れやすい。特に、対向ローラが像担持体を回転駆動する駆動ローラであるときには、その構造上、対向ローラに偏心や回転ムラが生じやすくなる。このような場合には、パッチ画像の長さを対向ローラの周長以上とするとともに、その周長を処理対象範囲の長さとする移動平均処理を実行することで、偏心等が濃度検出結果に及ぼす影響を軽減することができる。
【００１７】
また、移動平均処理によるスムージング処理を行う場合には、前記パッチ画像として、前記階調画像部の前記所定方向における端部の少なくとも一方に隣接して、前記所定方向に沿った長さが前記処理対象範囲の長さの１／２以上であるヘッダ画像部を設けたトナー像を形成することが好ましい。というのは、移動平均処理においては、一連のデータ列の端部で処理できない無効なデータが生じるという問題があるが、このように階調画像部の端部にヘッダ画像部を設けることによって、少なくとも階調画像部については無効なサンプリングデータが生じるのを防止することができるからである。つまり、こうすることによって、階調画像部の端部付近における濃度検出結果の精度を向上させることができる。
【００１８】
特に、前記階調画像部と前記ヘッダ画像部との境界の両側で階調レベルが同じまたは階調レベルが連続的に変化するようにすれば、階調画像部端部におけるスムージング処理による鈍りが少なくなり、さらなる精度の向上を図ることができる。なお、ここでいう階調レベルの「連続的」な変化とは、数学的な連続性を要求するものではなく、階調画像部とヘッダ画像部との境界で、その近傍領域と比較して階調レベルが極端な変化をしないことを意味している。したがって、例えば階調画像部が、その階調レベルが階段状に変化するように構成されている場合には、その１ステップに相当する程度の階調レベル差が階調画像部とヘッダ画像部との境界に存在してもよい。
【００１９】
このような好ましいパッチ画像としては、例えば、前記階調画像部の階調レベルが前記所定方向に沿って最大レベルから最小レベルまで変化するとともに、前記階調画像部の高階調レベル側端部に隣接する前記ヘッダ部の階調レベルが最大レベルであるトナー像が挙げられる。このようなパッチ画像では、その階調レベルが最大レベルから最小レベルまで順次変化する階調画像部に濃度を検出することにより、その間の各階調レベルでの画像濃度を検出することで装置の階調特性を精度よく求めることができる。また、階調画像部の高階調レベル側端部に高階調レベルでのヘッダ画像部を設けることにより、この部分で上記した階調レベルの連続的な変化が確保される。また、階調画像部の低階調レベル側端部では、その階調レベルがもともと最小レベルとなり画像濃度も十分に低くなっているので特にヘッダ画像部を設けなくてもよい。
【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（現像剤）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画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が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１０に設けられたＣＰＵ１０１がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。この実施形態では、エンジン部ＥＧが本発明の「像形成手段」として機能する一方、エンジンコントローラ１０およびメインコントローラ１１が一体として本発明の「制御手段」として機能している。
【００２１】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ１に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ１に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置本体に対し着脱自在となっている。
【００２２】
そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。このように、この実施形態では、感光体２２が本発明の「潜像担持体」として機能している。
【００２３】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する「トナー担持体」である現像ローラ４４が感光体２２に対し対向配置され、その対向位置において現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００２４】
上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ１で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７５を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ２に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ２まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。すなわち、この実施形態では、中間転写ベルト７１が本発明の「像担持体」として機能している。
【００２５】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ２にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ２の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ２に送り込まれる。
【００２６】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ３方向に搬送される。
そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ２において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。
【００２７】
また、この装置１では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【００２８】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００２９】
また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６が配置されている。このクリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。
【００３０】
さらに、ローラ７５の近傍には濃度センサ６０が配置されている。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、露光ビームＬの強度、さらには装置の階調補正特性などの調整を行っている。すなわち、この実施形態では、濃度センサ６０が本発明の「濃度検出手段」として機能しており、この濃度センサ６０が対向配置されているローラ７５が「対向ローラ」に相当する。また、前記したように、このローラ７５は、図示を省略する駆動部を接続されて中間転写ベルト７１を回転駆動するものであり、本発明の「駆動ローラ」としても機能している。
【００３１】
なお、濃度センサ６０を駆動ローラ７５以外のローラ７１〜７４のいずれかに対向するように設けてもよい。この場合、濃度センサ６０を対向配置されたローラが本発明の「対向ローラ」となる。また、ローラ７１〜７５のいずれに駆動部を接続するかについても任意である。
【００３２】
この濃度センサ６０は、例えば反射型フォトセンサを用いて、中間転写ベルト７１上の所定面積の領域の画像濃度に対応した信号を出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ１０１は、中間転写ベルト７１を周回移動させながらこの濃度センサ６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト７１上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。
【００３３】
なお、外部から入射する光の影響を抑えて濃度検出の精度向上を図るため、この濃度センサ６０では、濃度センサ６０から中間転写ベルト７１に向けた照射光の光路上、および、中間転写ベルト７１で反射して濃度センサ６０に入射する反射光の光路上に、それぞれ偏光ビームスプリッタ（図示省略）が設けられている。こうして照射光の偏光成分を制限するとともに、反射光のうち特定の偏光成分のみを受光することで、出力信号のＳ／Ｎ比を高め、濃度検出を精度よく行うことができる。この実施形態の濃度センサ６０では、単一の偏光成分（以下、「ｐ偏光成分」という）を有する照射光を中間転写ベルト７１に向けて照射するとともに、反射光のうち、照射光と同じｐ偏光成分およびこれと垂直な偏光成分（以下、「ｓ偏光成分」という）を個別に受光し、それぞれの受光光量に応じた電圧を出力信号として出力する。以下では、ｐおよびｓ偏光成分に対応する濃度センサ６０の出力電圧を、それぞれＶｐおよびＶｓと表すこととする。
【００３４】
図３はこの画像形成装置の階調処理ブロックを示す図である。メインコントローラ１１は、色変換部１１４、階調補正部１１５、ハーフトーニング部１１６、パルス変調部１１７、階調補正テーブル１１８および補正テーブル演算部１１９などの機能ブロックを備えている。
【００３５】
また、エンジンコントローラ１０は、図２に示すＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０６、ＲＡＭ１０７以外に、露光ユニット６に設けられたレーザ光源を駆動するためのレーザドライバ１２１と、濃度センサ６０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。
【００３６】
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１１４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１１４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１１４から出力されるＣＭＹＫ階調データは階調補正部１１５に入力される。
【００３７】
この階調補正部１１５は、色変換部１１４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１１５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１１８を参照し、その階調補正テーブル１１８にしたがい、色変換部１１４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なガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。
【００３８】
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１１６に入力される。このハーフトーニング部１１６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１１７に入力する。
【００３９】
このパルス変調部１１７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各色のトナードットのサイズおよびその配列を示しており、かかるデータを受け取ったパルス変調部１１７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インターフェースを介してエンジンコントローラ１０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６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２２上に形成する。このようにして通常の印刷を行う。
【００４０】
また、この画像形成装置では、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７１上に形成され、各階調パッチ画像の画像濃度を濃度センサ６０が読取り、その濃度センサ６０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１１９に出力する。
【００４１】
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７１の表面に所定パターンの階調パッチ画像を形成する。
【００４２】
図４は階調パッチ画像を示す図である。図４（ａ）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７１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）まで連続的に変化するように形成される。ただし、画像の先頭部（ｘ＝０〜ｘ０）には、階調レベルを最大値２５５に保って形成したベタ画像である「ヘッダ部」Ｉｈを階調レベルが変化する部分に接して設けている。このヘッダ部Ｉｈの長さは、現像ローラ４４の周長Ｌｄｒ以上とする。また、階調画像部Ｉｇの長さは、現像ローラ周長Ｌｄｒ以上とする。この実施形態の階調パッチ画像Ｉｐでは、上記したヘッダ部Ｉｈが本発明の「ヘッダ画像部」に相当し、その他の部分Ｉｇが本発明の「階調画像部」に相当する。
【００４３】
つまり、この階調パッチＩｐが形成される過程では、まず一定幅で方向Ｄ２に沿った長さＬｄｒ以上のベタ画像であるヘッダ部Ｉｈが感光体２２上に形成され、それに続いて、階調レベルが最大レベルから最小レベルまで次第に変化する同じ幅の（またはヘッダ部より幅の狭い）階調画像部Ｉｇが形成される。そして、こうして形成された画像が中間転写ベルト７１に転写されたものが階調パッチ画像Ｉｐである。なお、階調パッチ画像Ｉｐとしては、その階調レベルが連続的に変化する図４（ａ）に示す画像のほか、階調レベルが階段状に変化する画像を用いることができる。
【００４４】
後述するように、この画像形成装置では、濃度センサ６０により階調パッチ画像Ｉｐの画像濃度を検出する。すなわち、パッチ画像Ｉｐを担持する中間転写ベルト７１を周回移動させながら、ＣＰＵ１０１が、濃度センサ６０からの出力信号を一定周期でサンプリングする。これにより、図４（ｂ）に示すように、パッチ画像Ｉｐ内において方向Ｄ２に沿って互いに位置の異なる複数の領域、すなわち本発明の「検出領域」に相当する領域Ｐそれぞれの画像濃度に対応するサンプリングデータ列が得られる。なお、各検出領域Ｐのうち互いに隣接するものについては、図４（ｂ）に示すようにその一部が互いに重なり合っていてもよく、また互いに離隔していてもよい。
【００４５】
なお、例えば、複写機や、スキャナ機能を有する画像形成装置のように、中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ２に直交する方向で画像濃度を読み取るラインセンサを備えた画像形成装置では、このラインセンサを使用することにより、この方向に沿って形成したパッチ画像の濃度検出を行うことも可能である。しかしながら、このようなラインセンサは、通常、原稿台に載置された原稿を読み取るように設けられており、装置内部でパッチ画像濃度を検出可能な構成とはなっていない。また、ラインセンサを有していないプリンタ等では、このような動作は当然に不可能である。
【００４６】
したがって、ラインセンサを備えると否とに関わらず、装置内部でパッチ画像濃度を検出する画像形成装置においては、本実施形態のように、パッチ画像としてのトナー像を担持しながら移動する媒体に対して濃度センサを対向配置し、濃度センサとの対向位置を通過するパッチ画像の濃度を検出するように構成することが望ましい。そして、このような構成においては、後述するように、装置の構造に起因する濃度変動がパッチ画像に現れることがあり、階調補正特性の制御においてもこのことを考慮した処理が必要となる。
【００４７】
図５は階調補正モードを示すフローチャートである。この階調補正モードは次のような特徴を有している：（１）濃度センサ出力信号から所定の計算式を用いて算出される評価値によりパッチ画像濃度を正規化して表し、これに基づき装置の階調補正特性を制御する；（２）パッチ画像を形成される下地である中間転写ベルト７１の表面状態が濃度検出結果に及ぼす影響を考慮し、同一位置におけるパッチ画像形成の前後でのサンプリング結果に基づいて上記評価値を算出する；（３）サンプリング結果に濃度変動の影響が含まれる可能性のあることを考慮し、サンプリング結果に対し所定のスムージング処理を行う。以下、階調補正モードの各処理ステップについて詳しく説明する。
【００４８】
なお、この実施形態では、カラートナーと無彩色のブラックトナーとで光学的特性が大きく相違していることに鑑み、カラートナーで形成したパッチ画像とブラックトナーで形成したパッチ画像との間で異なる計算式を用いて処理を行っている。しかしながら、その基本的な考え方は共通しているので、以下ではカラートナーによるパッチ画像に対する処理について主に説明し、ブラックトナーにおいて異なる計算式については後にまとめて示すこととする。
【００４９】
ステップＳ１では、下地濃度の検出を行う。すなわち、トナー像を担持していない中間転写ベルト７１を周回移動させながら、ＣＰＵ１０１が濃度センサ６０からの出力信号を一定間隔（この実施形態では８ｍｓｅｃ間隔）でサンプリングする。サンプリングは中間転写ベルト７１のほぼ１周分について実行する。このときのサンプリング位置ｘ（ｘ＝０，１，２，…）における濃度センサ出力Ｖｐ、ＶｓをそれぞれＴｐ１（ｘ）、Ｔｓ１（ｘ）と表すこととする。このうち、後に階調パッチ画像を形成されその濃度を検出される検出領域と同じ位置におけるサンプル値については、各位置ごとにサンプル値を個別に記憶しておく。
【００５０】
また、中間転写ベルト７１の１周分のサンプル値Ｔｐ１（ｘ）、Ｔｓ１（ｘ）については、下式（式１）、（式２）によりその平均値ＴａｖｅおよびＴｐａｖｅを求めて記憶しておく：
Ｔａｖｅ＝Ｓｇ・ＡＶＧ（Ｔｐ１（ｘ）−Ｖｐ０）−ＡＶＧ（Ｔｓ１（ｘ）−Ｖｓ０）  …（式１）
Ｔｐａｖｅ＝ＡＶＧ（Ｔｐ１（ｘ）−Ｖｐ０）  …（式２）
ここで、ＡＶＧ（ｆ（ｘ））は、ｘを変数とする関数ｆ（ｘ）についてｘの全範囲においてその平均値を求める演算子として定義する。また、値Ｖｐ０およびＶｓ０は、濃度センサ６０の「暗出力」、つまり照射光量をゼロとしたときに濃度センサ６０から出力される出力電圧ＶｐおよびＶｓであり、濃度センサ６０の出力回路の出力オフセットに相当する値である。
【００５１】
また、係数Ｓｇは、濃度センサ６０のゲイン補正係数である。この実施形態では、反射光に含まれる偏光成分のうち、照射光と同じ偏光成分であるｐ偏光成分に比してｓ偏光成分の光量が少ないことを考慮して、信号のＳ／Ｎ比改善のため、濃度センサ６０のｓ偏光成分受光部に、ｐ偏光成分受光部より大きなゲインを与えている。このゲイン差を補償し両偏光成分の重みを同じにするための係数が、上記したゲイン補正係数Ｓｇである。
【００５２】
次いで、エンジン部ＥＧを稼動させて、図４（ａ）に示すパッチ画像Ｉｐを中間転写ベルト７１上に形成する（ステップＳ２）。そして、こうして形成したパッチ画像Ｉｐ内の複数の検出領域Ｐ（図４（ｂ））について、各検出領域の画像濃度に対応する濃度センサ６０の出力信号をサンプリングする（ステップＳ３）。このときのサンプリング位置ｘにおける濃度センサ出力Ｖｐ、ＶｓをそれぞれＤｐ１（ｘ）、Ｄｓ１（ｘ）と表すこととする。
【００５３】
続くステップＳ４では、パッチ画像についてのサンプリング結果から下地（中間転写ベルト７１）の影響を差し引く下地補正を行う。この下地補正の基本的な考え方は次の通りである。すなわち、パッチ画像Ｉｐのサンプリング結果には、パッチ画像Ｉｐを透過して中間転写ベルト７１表面で反射された光の影響が含まれている。特に、比較的低い階調レベルで形成した部分（図４（ａ）に示すパッチ画像Ｉｐでは、右方ほど低い階調レベルで形成されている）ではその影響が大きい。そこで、パッチ画像Ｉｐについてのサンプリング結果Ｄｐ１（ｘ）、Ｄｓ１（ｘ）を、下地についてのサンプリング結果Ｔｐ１（ｘ）、Ｔｓ１（ｘ）を用いてそれぞれ補正することで、パッチ画像の正味の画像濃度を求めることができる。
【００５４】
具体的には、下記の計算式により、カラートナーによるパッチ画像についての補正後の濃度データＦｃ（ｘ）を得る：
2005049426.tif 000003
ここで、左辺の添え字ｃは、カラートナーに対応した値であることを示し、計算式自体はシアン、マゼンタおよびイエローの各トナー色で共通であるが、濃度データＦｃ（ｘ）の値は各トナー色毎に異なった値となることは言うまでもない。このことは以下の計算においても同じである。
【００５５】
次に、こうして求めた濃度データＦｃ（ｘ）を評価値Ｇ１ｃ（ｘ）に変換する（ステップＳ５）。この「評価値」は、パッチ画像濃度を０から１までの値で正規化して表現したものである。反射型フォトセンサを用いた濃度センサ６０では、受光光量が多いほど出力電圧が低くなるため、上記した濃度データＦｃ（ｘ）の値は画像濃度が高いほど小さくなってしまい扱いにくい。そこで、画像濃度が高いほど大きな値を示す評価値Ｇ１ｃ（ｘ）を導入する。評価値Ｇ１ｃ（ｘ）は次式により算出する：
Ｇ１ｃ（ｘ）＝１−Ｆｃ（ｘ）／Ｔａｖｅ  …  （式４）
ここで、サンプリングおよび計算処理の過程で生じる誤差のため、（式４）の結果が負の値または１を超える値となる場合がある。このような場合には、計算結果をそれぞれ０または１に丸めることとする。
【００５６】
一方、ブラックトナーについても同様に考えることができる。この場合、上式（式３）および（式４）に代えて、それぞれ以下の計算式（式３Ａ）および（式４Ａ）を用いることができる：
Ｆｋ（ｘ）＝｛Ｄｐ１（ｘ）−Ｖｐ０｝×Ｔｐａｖｅ／｛Ｔｐ１（ｘ）−Ｖｐ０｝  …  （式３Ａ）
Ｇ１ｋ（ｘ）＝１−Ｆｋ（ｘ）／Ｔｐａｖｅ  …  （式４Ａ）
ここで、左辺の添え字ｋはブラックトナーに対応した値であることを示している。
【００５７】
こうして求めた評価値Ｇ１ｃ（ｘ）、Ｇ１ｋ（ｘ）に対する以後の扱いは、カラートナーとブラックトナーとで共通である。そこで、以後の記述においては、カラートナーに対応する評価値Ｇ１ｃ（ｘ）とブラックトナーに対応する評価値Ｇ１ｋ（ｘ）を特に区別せず、いずれもトナー色を示す添え字を省略したＧ１（ｘ）と表すこととする。
【００５８】
続いて、こうして求めた評価値Ｇ１（ｘ）に対してスムージング処理を行う（ステップＳ６）。このスムージング処理は、現像ローラ４４に起因して生じる周期的な濃度変動の影響をキャンセルするための補正処理である。現像ローラ４４に起因する濃度変動は、例えば次のようにして生じる。
【００５９】
現像ローラ４４に偏心があると、現像ローラ４４の回転に伴って周期的な濃度変動が生じる。現像ローラ４４と感光体２２とが当接した状態で現像が行われる接触現像方式の画像形成装置では、現像ローラ４４の偏心により両者の当接圧が変動することで、現像ローラ４４から感光体２２へのトナー移動の確率が変動する。一方、現像ローラ４４と感光体２２とがギャップを隔てた状態で現像が行われる非接触現像方式の画像形成装置では、ギャップ部に形成される電界の強度が変動し、トナーの飛翔性が変化する。したがって、いずれの方式の装置においても、現像ローラ４４の偏心は画像濃度の変動をもたらす。
【００６０】
また、現像ローラ４４上に担持されたトナーの量やその帯電量など、現像ローラ４４表面のトナー層の不均一性も濃度変動の原因となる。というのは、現像ローラ４４の表面に担持されたトナーの量や帯電量にばらつきがあると、感光体２２に移動するトナーの量も部分的に異なることとなるからである。このようなばらつきは、現像ローラ４４の表面状態の不均一性、例えば製造上のばらつきや現像ローラ表面に固着してしまったトナーの存在などによって生じるほか、装置が現像ローラ４４の回転を停止した状態で長時間放置されることによっても生じる。
【００６１】
なお、この実施形態では、パッチ画像Ｉｐを形成する際に、階調補正特性の制御に供するデータ収集のための階調画像部Ｉｇの形成に先立って、ベタ画像であるヘッダ部Ｉｈを設けている。そして、このヘッダ部Ｉｈの方向Ｄ２に沿った長さを現像ローラ周長Ｌｄｒ以上となるようにしている。したがって、パッチ画像Ｉｐのうちヘッダ部Ｉｈは、パッチ画像形成前に現像ローラ４４の表面に担持されていたトナーを使用して形成される。そして、こうしてトナーを消費された現像ローラ４４表面には、現像器内で新たなトナーが供給される。このとき、ヘッダ部Ｉｈが一様なベタ画像であるため、現像ローラ４４の１周分以上にわたり表面のトナーがほぼ均等に消費されている。したがって、現像ローラ４４表面に新たに担持されるトナーは現像ローラ４４の周方向で高い均一性を有している。
【００６２】
一方、パッチ画像Ｉｐの階調画像部Ｉｇは、こうして新たに現像ローラ４４に供給された均一性の高いトナーを用いて形成されることとなる。そのため、この画像形成装置では、現像ローラ４４表面でのトナー層の不均一による濃度ムラが現れにくくなっており、階調画像部Ｉｇにおける濃度検出結果から高精度に装置の階調特性を求めることが可能となっている。
【００６３】
このように、この実施形態では、パッチ画像Ｉｐにヘッダ部Ｉｈを設け、しかもその長さを現像ローラ周長Ｌｄｒ以上とすることによって、現像ローラ４４表面のトナーの不均一性に起因する濃度ムラが階調画像部Ｉｇに及ぶのを抑制することができる。しかしながら、上記した現像ローラ４４の偏心等、他の原因による濃度変動については除ききれない場合もある。
【００６４】
このような現像ローラ４４に起因する画像濃度の変動は、現像ローラ４４の回転周期に同期して繰り返し現れることとなる。したがって、サンプリングデータに対しこの周期性を利用した補正を行うことで、濃度変動の影響の軽減を図ることが可能である。ここで、次のことに注意する必要がある。互いに回転移動する現像ローラ４４および感光体２２の表面の移動速度が同じである場合には、感光体２２上における画像濃度の変動周期は現像ローラ４４の周長と同じとなる。しかし、両者の移動速度が異なる場合には、その速度比に応じて、感光体２２上における画像濃度の変動周期は現像ローラ４４の周長より長くまたは短くなる。
【００６５】
この実施形態では、現像ローラ４４および感光体２２の移動速度を同じにしている。したがって、画像濃度の変動は現像ローラ４４の周長での繰り返しとして現れる。以下では、このような周期変動の影響を軽減するためのスムージング処理について説明する。
【００６６】
図６はスムージング処理を説明するための原理図である。このスムージング処理では、先に求めたパッチ画像Ｉｐの各位置についての評価値に対し現像ローラ周長Ｌｄｒに対応した繰り返し周期で現れる濃度変動の影響をキャンセルする。
【００６７】
図６の実線で示すように、パッチ画像Ｉｐについての評価値は、ヘッダ部Ｉｈ（図４）に相当するサンプリング位置（０≦ｘ≦ｘ０）ではほぼ一定となり、階調画像部Ｉｇに相当するサンプリング位置（ｘ＞ｘ０）では階調レベルの低下に伴い次第に低下するはずである。しかし、現像ローラ４４に起因するパッチ画像Ｉｐの濃度変動のため、図６の破線に示すように、先に求めた評価値Ｇ１（ｘ）の計算結果（白丸印で示す）も現像ローラ周長Ｌｄｒに対応して周期的な変動を示す。そこで、このスムージング処理では、１つのサンプリング位置において求めた評価値Ｇ１（ｘ）を、当該位置を中心として現像ローラ周長Ｌｄｒの範囲に含まれる各サンプリング位置での評価値の平均値Ｇ２（ｘ）に置き換える補正を行うことによって、このような周期的変動をキャンセルする。図６は、現像ローラ周長Ｌｄｒの範囲に１１箇所のサンプリング位置が含まれる場合を示しており、例えば、サンプリング位置（ｘ＝ｘ１）における補正後の評価値Ｇ２（ｘ１）（黒丸印で示す）は次のように表される：
Ｇ２（ｘ１）＝｛Ｇ１（ｘ１−５）＋Ｇ１（ｘ１−４）＋…＋Ｇ１（ｘ１）＋…＋Ｇ１（ｘ１＋４）＋Ｇ１（ｘ１＋５）｝／１１  …  （式５）
ここで、Ｇ１（ｘ１−５）、Ｇ１（ｘ１−４）、…はそれぞれ、現在対象としているサンプリング位置（ｘ＝ｘ１）に対して５サンプル前、４サンプル前、…の各サンプリング位置における評価値である。そして、対象とするサンプリング位置を順次移動させながら上記と同様の処理を行うことで、各サンプリング位置に対応したスムージング処理後の評価値Ｇ２（ｘ）が得られる。
【００６８】
このスムージング処理は、一般に「移動平均処理」として知られている処理技術である。また、この実施形態では、移動平均処理において平均値算出に算入されるのは、パッチ画像Ｉｐのうち中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ２に沿った長さＬｄｒの範囲内に含まれる各検出領域について求めた評価値である。すなわち、この範囲が本発明にいう「処理対象範囲」であり、この実施形態では、処理対象範囲の長さを現像ローラ周長Ｌｄｒとしている。
【００６９】
移動平均処理によるスムージング処理では、連続するサンプリングデータ列に含まれる変動分を平滑化することが可能である。そして、ここでは、処理に用いるサンプリングデータの範囲を現像ローラ周長Ｌｄｒに対応させているので、現像ローラ４４の回転に伴って生じる周期的な濃度変動の影響をキャンセルすることができる。
【００７０】
なお、移動平均処理によるスムージング処理では、データの急峻な変化が鈍ってしまうという問題がある。この実施形態の階調パッチ画像Ｉｐでは、階調画像部Ｉｇの階調レベルを連続的に変化させているので、問題となるのは階調画像部Ｉｇの両端部のみである。このうち、階調レベル最大の先端部については、さらにその前方に接してベタ画像からなるヘッダ部Ｉｈが設けられているため端部での評価値の変化は緩やかである。また、後端部については、階調レベルの低下に伴って評価値も次第にゼロに近づくため、やはり急激な値の変化は生じない。このように、パッチ画像Ｉｐとして、最大階調レベルでのヘッダ部Ｉｈと、ヘッダ部Ｉｈの後端に接してその階調レベルが最大レベルから最小レベルまで順次変化する階調画像部Ｉｇとを有する画像として構成することによって、スムージング処理に伴うデータ変化の鈍りの問題を回避することができる。
【００７１】
なお、階調画像部Ｉｇの後端部以降での所要個数のサンプリングデータを取ることができない場合には、後端部付近についてはスムージング処理に使用するデータ個数を適宜変更してもよい。例えば、当該サンプリング位置より後方側のデータがｎ個（ｎは１０より小さい自然数）しかない場合に、当該サンプリング位置に対応するデータおよびその前後各ｎ個のデータの計（２ｎ＋１）個のデータによるスムージング処理を行うことができる。
【００７２】
図７はスムージング処理を示すフローチャートである。この実施形態では、実際には現像ローラ周長Ｌｄｒに対応する長さの間で２１回のサンプリングを行っているので、２１個のサンプリングデータを用いた移動平均処理となる。すなわち、処理を開始するサンプリング位置を（ｘ＝ｘ０）として（ステップＳ１０１）、当該位置およびその前後１０箇所、計２１箇所のサンプリング位置における評価値を抜き出し（ステップＳ１０２）、それらの平均値を算出する（ステップＳ１０３）。こうして求めた平均値を、当該位置における補正後の評価値Ｇ２（ｘ）とする（ステップＳ１０４）。この処理を、位置ｘを移動させながら階調画像部Ｉｇ内の全てのサンプリング位置について終了するまで繰り返すことによって（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）、現像ローラ４４に起因する周期的変動が除去された新たな評価値Ｇ２（ｘ）が得られる。
【００７３】
この結果、階調画像部Ｉｇの先端部付近についてのデータ処理ではヘッダ部Ｉｈでのサンプリング結果が用いられる一方、後端部付近についてのデータ処理では階調パッチ画像Ｉｐの後端よりさらに後方位置でのサンプリング結果が用いられることとなる。前記の通り、これによるデータの鈍りは少ない。そのため、図７に示すスムージング処理によって、最大階調レベルから最小階調レベルまで、各階調レベルごとの画像濃度を指標する評価値を、現像ローラ４４に起因する周期的変動をキャンセルして精度よく算出することができる。なお、ヘッダ部Ｉｈにおける補正後の評価値Ｇ２（ｘ）（ただし、０≦ｘ≦ｘ０）が必要なときは、ヘッダ部Ｉｈ内の各位置における評価値Ｇ１（ｘ）の平均値を各位置における補正後の評価値Ｇ２（ｘ）とすればよい。というのは、ヘッダ部Ｉｈでは本来画像濃度が一定のはずだからである。
【００７４】
こうしてスムージング処理を行うことによって、評価値データから周期変動成分を除去することができる。そして、スムージング処理に供するデータを取得するために、階調画像部Ｉｇの形成に先立って少なくとも現像ローラ周長Ｌｄｒの１／２以上の長さを有するヘッダ部Ｉｈを形成することが望ましい。また、階調画像部Ｉｇに生じる濃度変動を抑制するという点では、ヘッダ部Ｉｈの長さを現像ローラ周長Ｌｄｒ以上とすることがさらに望ましい。
【００７５】
図５に戻って、階調補正モードの説明を続ける。こうしてスムージング処理を施した補正後の評価値Ｇ２（ｘ）に基づいて、この実施形態では、必要に応じて階調補正テーブル１１８の更新を行う（ステップＳ７）。すなわち、上記で求めた各サンプリング位置ごとの評価値の実測値から、各階調レベルごとの実際の画像濃度とその理想値とを比較することによって、必要な補正を行う。
【００７６】
図８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内の各点に対応して算出された評価値Ｇ２（ｘ）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８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８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８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。
【００７７】
具体的には、補正テーブル演算部１１９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１１８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１１８を変更設定する。
【００７８】
このとき、実測された装置の階調特性データに現像ローラ４４に起因する変動が含まれていると、そのデータに基づいて計算された階調補正テーブルデータも本来の値とは異なったものとなってしまい、結果として不自然な階調性を有する画像が形成されてしまうこととなる。これに対して、この実施形態では、スムージング処理により予めこのような変動成分を除去した上で計算に供しているので、このような問題は発生しない。
【００７９】
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１１８を参照しながら色変換部１１４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１１８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。
【００８０】
以上のように、この実施形態の画像形成装置では、階調レベルを最大レベル（レベル２５５）から最小レベル（レベル０）まで変化させた階調画像部Ｉｇを含むパッチ画像Ｉｐをエンジン部ＥＧにより形成する。そして、その画像濃度に対応した信号を出力する濃度センサ６０の出力をＣＰＵ１０１がサンプリングし、そのサンプリング結果に基づいて装置の階調補正特性を定める階調補正テーブル１１８の更新を行う。そのため、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。
【００８１】
このとき、サンプリング結果に対して、現像ローラ周長Ｌｄｒを処理対象範囲長さとする移動平均処理によるスムージング処理をすることで、現像ローラ４４の回転に伴って生じるパッチ画像の濃度ムラの影響を抑制している。そのため、この画像形成装置では、装置の階調補正特性の制御を精度よく行うことが可能である。
【００８２】
また、パッチ画像Ｉｐの先頭部に、階調画像部Ｉｇと隣接してベタ画像からなるヘッダ部Ｉｈを設け、この領域でのサンプリング結果も含めたスムージング処理をしているため、階調画像部Ｉｇの先頭部における移動平均処理によるデータの鈍りがなく、階調画像部Ｉｇの全体にわたりその濃度検出を精度よく行うことができる。
【００８３】
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、上記した実施形態では、現像ローラ４４の回転に伴って生じる濃度変動が階調補正特性の制御に及ぼす影響を除去するため、パッチ画像Ｉｐのサンプリング結果に対し、現像ローラ周長Ｌｄｒに相当する範囲でのスムージング処理を行っている。しかし、このような画像濃度の変動は、上記した現像ローラ４４だけでなく、例えば、感光体２２の偏心や回転ムラ等によっても生じることがある。また、駆動ローラ７５の偏心によって、中間転写ベルト７１表面と濃度センサ６０との距離が周期的に変動し、これに起因して、濃度センサ６０の出力が周期的に変動することもある。これらの変動も、階調補正特性の制御に影響を与える。そこで、必要に応じて、パッチ画像Ｉｇおよび処理対象範囲の長さを、感光体２２や駆動ローラ７５の周長に応じて設定するようにしてもよい。
【００８４】
また、例えば、上記した実施形態の階調画像部Ｉｇは、階調レベルが次第に低下するように構成しているが、これとは逆に、階調レベルが次第に増加するようにしてもよい。この場合には、階調レベルが最大となる階調画像部Ｉｇの後端部にヘッダ部Ｉｈを配置することで、階調画像部Ｉｇの両端部での画像濃度の連続性が得られる。ただし、ヘッダ部を形成することによって現像ローラ上のトナーを均一化するという効果の点では、本実施形態のように、先にヘッダ部Ｉｈを形成し、それに続いて、高階調レベルから低階調レベルまで変化する階調画像部Ｉｇを形成するのが好ましい。
【００８５】
また、例えば、上記した実施形態では、現像ローラ４４上のトナーの更新効果を得るため、パッチ画像Ｉｐのヘッダ部Ｉｈの長さを現像ローラ４４の周長Ｌｄｒ以上とした。しかし、現像ローラ周長Ｌｄｒの処理対象範囲でのスムージング処理を実施するためには、ヘッダ部Ｉｈの長さが処理対象範囲の長さの１／２以上あれば足りる。したがって、ヘッダ部Ｉｈの長さを現像ローラ周長Ｌｄｒの１／２程度としてもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、ヘッダ部Ｉｈをベタ画像としているが、ヘッダ部の画像パターンはこれに限定されるものではなく他の画像パターンとしてもよい。例えば、階調画像部が最大階調レベル以外の階調レベルから始まるように構成した場合には、階調画像部の先頭部と同じ階調レベルを有する画像をヘッダ部とするとよい。また、ヘッダ部の画像パターンを一様とすることは必須ではないが、ヘッダ部形成後に現像ローラに供給されるトナーの均一性を高める観点からは、ヘッダ部として、できるだけ高濃度で一様なパターンを有する画像を形成することが好ましい。
【００８７】
また、上記した実施形態では、その階調レベルが最大レベルから最小レベルまで連続的に変化する階調画像部Ｉｇを形成するようにしているが、代表的に数段階の階調レベルで形成した階調画像部を形成するようにしてもよい。この場合において、１つの階調レベルで現像ローラ周長以上の長さを有するヘッダ部の濃度検出結果をその階調レベルでの画像濃度を表すデータとして用いてもよい。
【００８８】
また、上記した実施形態では、中間転写ベルト７１上に担持されたパッチ画像の濃度検出を行うようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、感光体２２上に担持されたパッチ画像の濃度検出を行うようにしてもよい。また、中間転写ベルト７１に代えて、転写ドラムなど他の転写媒体を備えた装置では、それらの転写媒体上でパッチ画像の濃度検出を行うようにしてもよい。
【００８９】
また、上記各実施形態は、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色のトナーを用いて画像を形成する装置に本発明を適用したものであるが、トナー色の種類および数については上記に限定されるものでなく任意である。また、本発明のようなロータリー現像方式の装置のみでなく、各トナー色に対応した現像器がシート搬送方向に沿って一列に並ぶように配置された、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に対しても本発明を適用可能である。さらに、本発明は、上記実施形態のような電子写真方式の装置に限らず、画像形成装置全般に対して適用可能である。
【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】この画像形成装置の階調処理ブロックを示す図である。
【図４】階調パッチ画像を示す図である。
【図５】階調補正モードを示すフローチャートである。
【図６】スムージング処理を説明するための原理図である。
【図７】スムージング処理を示すフローチャートである。
【図８】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。
【符号の説明】
１０…エンジンコントローラ（制御手段）、  １１…メインコントローラ（制御手段）、  ２２…感光体（潜像担持体）、  ４４…現像ローラ（トナー担持体）、  ６０…濃度センサ（濃度検出手段）、  ７５…ローラ（対向ローラ、駆動ローラ）、  ＥＧ…エンジン部（像形成手段）、  Ｉｇ…階調画像部、  Ｉｈ…ヘッダ部（ヘッダ画像部）、  Ｉｐ…パッチ画像、  Ｌｄｒ…（現像ローラ４４の）周長
【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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