(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
階調値の異なる複数のトナーパッチを形成するためのパッチ形成用画像データのそれぞれに、異なる条件下で誤差拡散処理を行って、各階調値について異なるドットパターンを有する複数のトナーパッチを形成するトナーパッチ形成手段と、
各階調値ごとに形成された複数のトナーパッチについて、それぞれの一部の領域の濃度を検出して、それらの検出濃度から各階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得する代表濃度取得手段と、
前記代表濃度の値に基づき階調補正データを作成し、入力画像データの階調を補正する階調補正手段と、
前記階調補正された入力画像データを誤差拡散法により処理して画像を形成する画像形成手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記代表濃度取得手段は、各階調値のそれぞれについて形成された複数のトナーパッチについて検出された濃度の平均値を、当該階調値を示すトナーパッチの代表濃度として取得することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記トナーパッチ形成手段は、パッチ形成用画像データのうち、特定の画素のデータを誤差拡散処理するに際し、当該画素の階調値と、これを低値化して得られた値との誤差を変更することにより、同一の階調値に対して異なるドットパターンのトナーパッチを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記特定の画素は、当該パッチ用画像データから読み出した最初の画素であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トナーパッチ形成手段は、前記パッチ形成用画像データを誤差拡散処理するに際し、その誤差拡散処理を開始する画素の位置を異ならせることにより、同一の階調値に対して異なるドットパターンのトナーパッチを形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記トナーパッチ形成手段は、前記パッチ用画像データを誤差拡散処理するに際し、当該パッチ形成用画像データに対し、その所定の画素ブロック単位における各画素の階調値の総和に影響を与えないノイズを畳重させることにより、同一の階調値に対して異なるドットパターンのトナーパッチを形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
階調値の異なる複数のトナーパッチを形成するためのパッチ形成用画像データのそれぞれに、異なる条件下で誤差拡散処理を行って、各階調値について、異なるドットパターンを有する複数のトナーパッチを形成するトナーパッチ形成ステップと、
各階調値ごとに形成された複数のトナーパッチについて、それぞれの一部の領域の濃度を検出して、それらの検出濃度から各階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得する代表濃度取得ステップと、
前記代表濃度の値に基づき階調補正データを作成し、入力画像データの階調を補正する階調補正ステップと、
前記階調補正された入力画像データを誤差拡散法により処理して画像を形成する画像形成ステップと
を備えることを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誤差拡散法により階調表現されたトナー画像を転写媒体上に形成する画像形成装置および画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラムの感光特性やトナーの発色特性などに起因して、入力画像の階調が、出力画像においてリニアに再現されないという問題がある。そのため、従来から入力された画像データを、階調補正曲線（以下「γ曲線」という。）に基づき階調補正して、出力画像の階調再現性を向上させるようにしている。
【０００３】
ところが、感光体ドラムの劣化、装置内の温度および湿度の変化やトナーの劣化に伴う帯電特性の変化などに起因して、現像時におけるトナーの感光体ドラムへの付着量が変化するため、階調補正の内容を定期的に更新することが望ましい。
そこで、例えば、特許文献１に記載の発明においては、定期的に所定の階調値を有する画像データに基づき転写媒体上にトナーパターンを形成して、このトナーパターンの濃度を光電センサにより検出し、その検出結果に基づきその都度γ曲線を求め、入力された画像データの階調値を当該γ曲線を用いて補正することにより階調再現性を向上するようにしている。
【０００４】
一方、トナー画像における階調表現の手法として、誤差拡散法が普及してきている（例えば、特許文献２）。この誤差拡散法は、入力画像の注目画素を一定の閾値により低値化（例えば２値化）処理し、この低値化された値と入力画像の階調値との差分（誤差）を周りの画素に分散して補いながら注目画素を次々に低値化して擬似階調表現する方法であり、特に多階調の画像表現に適している。
【０００５】
このような誤差拡散法により階調表現する画像形成装置においても、トナーを転写して画像を形成する構成である以上、上記のように定期的に階調補正を更新するのが望ましいのはいうまでもない。  
【特許文献１】特開平５−１４７２８号公報
【特許文献２】特公平７−９３６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、誤差拡散法は、上述のように低値化（例えば２値化）された画素（白画素と黒画素）の分布（以下、「ドットパターン」という。）により擬似的に階調表現するようになっており、しかも黒画素がランダムに分布する構成となっているため、同じ階調値を示す領域であってもトナーパターンの検出位置によってその検出値にばらつきが生じることになり、これにより正確な階調補正が難しくなる。
【０００７】
特に、低濃度部分では、図１４に示すように黒画素がかなり偏在しているため、パターン検出センサの読取位置が例えば図のＡ，Ｂ，Ｃと異なった場合に、その検出値も異なり、入力画像の階調データのレベルと出力画像の濃度検出値との相関関係（階調特性）が、図１５に示すようにばらついてしまう。
そのため、この階調特性を補完すべく求められたγ曲線にも低濃度領域において図１６に示すようにばらつきが生じ、当該γ曲線により補正された画像データに基づき記録シート上に形成されると、その画像の階調再現性が、図１７に示すように低濃度域において芳しくない結果となる。
【０００８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、誤差拡散法を用いて階調表現する画像形成装置において、その階調補正の精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、階調値の異なる複数のトナーパッチを形成するためのパッチ形成用画像データのそれぞれに、異なる条件下で誤差拡散処理を行って、各階調値について異なるドットパターンを有する複数のトナーパッチを形成するトナーパッチ形成手段と、各階調値ごとに形成された複数のトナーパッチについて、それぞれの一部の領域の濃度を検出して、それらの検出濃度から各階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得する代表濃度取得手段と、前記代表濃度の値に基づき階調補正データを作成し、入力画像データの階調を補正する階調補正手段と、前記階調補正された入力画像データを誤差拡散法により処理して画像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
ここで、各階調値を示すトナーパッチは、副走査方向に連続して形成されてもよいし、所定の間隔をおいて分離して形成されてもよい。また、トナーパッチの「濃度を検出する」とは、光電センサなどの検出手段により直接濃度値を検出する場合のほか、当該検出手段の検出信号から一旦トナー付着量を求め、これを濃度値に換算するような場合も含まれるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、このように各階調値ごとのパッチ形成用画像データに対して、異なる条件下で誤差拡散処理することにより、同一の階調値に対してドットパターンの異なる複数のトナーパッチを形成し、各トナーパッチの一部の領域の濃度を検出して、それら検出濃度から各階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得するようにしている。このように同一の階調値について複数のトナーパッチが形成され、しかもそれらのドットパターンが異なるため、各トナーパッチの検出領域におけるドットの偏在状態も異なる。
【００１２】
したがって、それらの検出濃度に基づき当該階調値を示すトナーパッチの代表濃度を取得するようにすれば、ドットの偏在状態を多少なりとも均等化して評価することができ、少なくとも従来のように各階調値について形成された特定の１個のトナーパッチの１箇所だけを検出して階調補正データを作成する場合よりも、ドットの偏在の影響を受けにくいトナーパッチ濃度を安定的に取得することができ、精度の高い階調補正が可能となる。
【００１３】
ここで、前記代表濃度取得手段は、各階調値のそれぞれについて形成された複数のトナーパッチについて検出された濃度の平均値を、当該階調値を示すトナーパッチの代表濃度として取得することにより、誤差拡散処理によるドットの偏在を均等化してトナーパッチ濃度を安定的に取得することができる。
また、前記トナーパッチ形成手段は、パッチ形成用画像データのうち、特定の画素のデータを誤差拡散処理するに際し、当該画素の階調値と、これを低値化して得られた値との誤差を変更することにより、同一の階調値に対して異なるドットパターンのトナーパッチを形成するようにしてよい。この際、前記特定の画素は、当該パッチ用画像データから読み出した最初の画素としても構わない。
【００１４】
また、さらに、前記トナーパッチ形成手段は、前記パッチ形成用画像データを誤差拡散処理するに際し、その誤差拡散処理を開始する画素の位置を異ならせることにより、同一の階調値に対して異なるドットパターンのトナーパッチを形成するようにしてもよい。
さらに、また、前記トナーパッチ形成手段は、前記パッチ用画像データを誤差拡散処理するに際し、当該パッチ形成用画像データに対し、その所定の画素ブロック単位における各画素の階調値の総和に影響を与えないノイズを畳重させることにより、同一の階調値に対して異なるドットパターンのトナーパッチを形成するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態を、タンデム型のカラーデジタル複写機（以下、単に「複写機」という。）を例にして説明する。
＜第１の実施の形態＞
（１）複写機の構成の概略
図１は、本実施の形態に係る複写機１の要部の構成を示す図である。
【００１６】
この複写機１は、大きく分けて画像読取部１００と画像形成部２００とから構成される。
画像読取部１００としては、原稿画像をＣＣＤセンサで読み取ってＲ，Ｇ，Ｂの画像データを生成する公知のものが使用され、原稿台に載置された原稿をスキャナを移動させてスキャンするミラースキャン方式のものや、スキャナを固定させて原稿を原稿搬送装置で移動しながら原稿画像を読み取るシートスルー方式のものなどがあるが、原稿画像をカラーで読み取ることができれば、特に限定されない。
【００１７】
画像形成部２００は、本実施の形態では、タンデム型で２次転写方式のものが採用されており、中間転写部１０、作像部２０、給紙部３０、２次転写部４０、定着部５０および制御部６０とから構成され、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）の各再現色のトナー画像を多重転写することによりフルカラー画像が形成されるようになっている（以下、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各再現色を単にＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋと表し、各再現色に関連する構成部分の番号にこのＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋを添字として付加する）。
【００１８】
中間転写部１０は、駆動ローラ１１および従動ローラ１２、１３、１４に中間転写ベルト１５を張架して構成され、この中間転写ベルト１５の内側の、各感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋに対応する位置には、１次転写チャージャ１６Ｙ〜１６Ｋが列設される。また、中間転写ベルト１５は、駆動ローラ１１により一定速度で走行するように構成される。この駆動ローラ１１の下方には、中間転写ベルト１５表面に残留するトナーを除去するクリーナ１７が配設されている。
【００１９】
作像部２０は、電子写真式の４個の作像ユニット２１Ｙ〜２１Ｋを、中間転写ベルト１５の走行方向に沿って列設してなる。
ここで、例えば、作像ユニット２１Ｙは、感光体ドラム２２Ｙ、帯電チャージャ２３Ｙ、ＬＥＤアレイ２４Ｙ、現像ユニット２５Ｙ、およびクリーナ２６Ｙとからなる。クリーナ２６Ｙにより表面の残留トナーが除去された感光体ドラム２２Ｙの表面を帯電チャージャ２３Ｙで一様に帯電させ、これをＬＥＤアレイ２４Ｙで露光走査することにより感光体ドラム２１Ｙの表面に静電潜像が形成される。この静電潜像を現像ユニット２５Ｙから供給されるイエローのトナーで現像し、現像されたトナー像を転写チャージャ１６Ｙにより中間転写ベルト１５の表面に一次転写される。
【００２０】
他の作像ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋも現像ユニットに収納されるトナーの色が異なるだけで基本的には同じ構成である。
給紙部３０は、記録シートを収納する給紙カセット３１と、この記録シートを当該給紙カセット３１から１枚ずつ繰り出すためのピックアップローラ３２および中間ローラ３３、２次転写部４０に送り出すタイミングをとるためのレジストローラ３４などを備える。
【００２１】
２次転写部４０は、転写ローラ４１に印加された電圧により生じた静電力により、中間転写ベルト１５上のトナー像を記録シートＳ上に２次転写させる。
定着部５０は、記録シート上に転写されたトナー像を熱圧着して記録シート上に定着させる。
制御部６０は、画像読取部１００で取得された画像データや外部の端末から受信した画像データに、階調補正を含む様々な処理を加えて、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの再現色の信号を生成するほか、上記画像読取部１００や画像形成部２００各部の動作を制御して円滑な画像形成動作を実行させる。
【００２２】
なお、複写機１の上面の操作しやすい位置には操作パネル７０（図２）が設けられている。操作パネル７０には、コピー枚数を設定するためのテンキー、コピーを開始させるためのスタートキーなどのキー群の他、原稿の読取モード、読取倍率（拡大縮小率）などの入力を受付けるための設定画面やボタンおよび用紙切れや紙詰まりなどのメッセージを表示させるための液晶表示部が配されている。
【００２３】
上述のような構成を有する複写機１において、画像読取部１００で原稿を読み取って得られたＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の画像データは、制御部６０において各種のデータ処理を受け、更にＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋの各再現色の画像データに変換され、作像部３０における作像ユニット２１Ｙ〜２１Ｋにおける露光用ＬＥＤアレイが所定の時間をずらして駆動され、それぞれの感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋ上に各再現色のトナー像が形成される。
【００２４】
これらの作像ユニット２１Ｙ〜２１Ｋにより作像されたＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋのトナー像が、順次中間転写ベルト１５の同じ位置に重ね合わされて転写されることにより、中間転写ベルト１５上にフルカラーのトナー画像が形成される。
給紙部３０は、上記中間転写ベルト１５上に形成されたトナー像が２次転写部４０に到達するタイミングを合わせて、記録シートＳを２次転写部４０に給送し、ここで中間転写ベルト１５上のトナー像が記録シートＳ上に２次転写され、その後、定着部５０でトナー像を定着させた後に、排紙トレイ５５上に排出される。
【００２５】
なお、２次転写部４０より下流側の中間転写ベルト１５に沿った位置には、中間転写ベルト１５上に形成されたトナーパターンを検出するためのパターン検出センサ１８が配設される。このパターン検出センサ１８は、例えば、ＬＥＤなどの発光素子とフォトダイオードなどの受光素子を備えた反射型の光電センサが用いられ、このパターン検出センサ１８の検出結果に基づき、階調補正が実行される。詳しくは後述する。
【００２６】
（２）制御部６０の構成
次に、図２を参照して制御部６０の構成を説明する。  
同図に示すように制御部６０は、ＣＰＵ６１、画像信号処理部６２、画像メモリ６３、ＬＥＤ駆動部６４、ＲＡＭ６５、ＲＯＭ６６、ＥＥＰＲＯＭ６７などからなる。
画像信号処理部６２は、原稿をスキャンして得られたＲ，Ｇ，Ｂの電気信号をそれぞれ変換して多値デジタル信号からなる画像データを生成し、これに後述する様々な処理を施すと共に、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの再現色の画像データを生成して画像メモリ６３に出力する。画像メモリ６３は、上記画像データを各再現色ごとに格納する。
【００２７】
ＬＥＤアレイ駆動部６４は、ＣＰＵ６１の制御を受けて、画像メモリ６３から走査ラインごとに画像データを読み出し、各作像ユニット２１Ｙ〜２１ＫにおけるＬＥＤアレイを駆動する。
ＲＡＭ６５は、各種の制御変数などを一時記憶すると共にプログラム実行時のワークエリアを提供する。
【００２８】
ＲＯＭ６６には、画像読取部１００や画像形成部２００の各部の制御プログラムなどのほか、各色のトナーパターンの印字用データが格納されている。
不揮発性の書き込み可能メモリであるＥＥＰＲＯＭ６７は、後述する階調補正データ作成処理における補正データなどを格納する。
図３は、図２の画像信号処理部６２の構成を示すブロック図である。
【００２９】
画像読取部１００のＣＣＤセンサにより光電変換された画像信号は、Ａ／Ｄ変換部６２１で、ｒ，ｇ，ｂの多値デジタル画像データに変換される。
Ａ／Ｄ変換された画像データは、シェーディング補正部６２２において所定のシェーディング補正が施される。このシェーディング補正は、画像読取部１００におけるスキャナの露光ランプの照射ムラやＣＣＤセンサの感度ムラを解消するものであって、プレスキャン時に原稿ガラス台の設置された白色基準板を読み込んで、このときの読み取った画像データから各画素の乗算比率を決めて内部メモリ（例えばＲＡＭ６５）に記憶させておき、原稿読み取り時に、各画像データに上記内部メモリに記憶した乗算比率を乗算して補正するものである。
【００３０】
シェーディング補正された画像データは、原稿の反射率データであるため、ＬＯＧ変換部６２３において実際の画像の濃度データＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂに変換される。
なお、本複写機１はインターフェース（Ｉ／Ｆ）６３２を介してＬＡＮなどのネットワークに接続可能であり、当該ネットワークに接続された他の端末から画像データを受信できるようになっている。外部端末から画像データを受信した場合、それらはＲ，Ｇ，Ｂの濃度データである場合が多いので、上述したＡ／Ｄ変換部６２１、シェーディング補正部６２２、ＬＯＧ変換部６２３におけるデータ処理は特に必要ない。
【００３１】
濃度データＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂは、ＢＰ処理部（墨加刷処理部）６２４に入力されて、黒色データＫが生成される。ここで黒の生成を行うのは、フルカラー再現のために必要なシアン、マゼンタ、イエローを重ね合わせて黒を再現しても、各トナーの分光特性の影響により、鮮明な黒の再現が難しいためである。そのため、ＬＯＧ変換部６２３から得られるＲ，Ｇ，Ｂ成分の濃度データＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂの重なり合う濃度のうち一定の割合を黒の濃度データＫとして出力する。
【００３２】
また、ＵＣＲ処理部（下色除去処理部）６２５は、濃度データＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂから黒の濃度データとした値を差し引いた値に所定の係数を乗じて、濃度データＤｒ’、Ｄｇ’、Ｄｂ’として出力する。  
Ｒ，Ｇ，ＢとＣ，Ｍ，Ｙは、相互に補色の関係にあり濃度は等しい筈であるが、実際は、ＣＣＤセンサ内のフィルタＲ，Ｇ，Ｂの透過特性とプリンタ部の各トナーＣ，Ｍ，Ｙの反射特性は、それぞれリニアには変化しないので、色補正部６２６では、上記濃度データＤｒ’、Ｄｇ’、Ｄｂ’に所定のマスキング係数を乗じて線型補正を加えて、Ｃ，Ｍ，Ｙの濃度データを生成して出力する。
【００３３】
このようにして、ＢＰ処理部６２４、ＵＣＲ処理部６２５、色補正部６２６において求められたＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋの各濃度データが次段のγ補正部６２７に入力され、その内部に格納された階調補正データ（以下、「γ補正データ」という。）に基づき階調補正される。
階調補正されたＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋの濃度データは、誤差拡散処理部６２８において誤差拡散処理された後、再現色ごとに画像メモリ６３に格納される。
【００３４】
図４は、上記誤差拡散処理部６２８の構成を示すブロック図である。
同図に示すように誤差拡散処理部６２８は、入力補正部６２８１、低値化部６２８２、差分演算部６２８３、誤差拡散マトリクス部６２８４、誤差値演算部６２８５、および、誤差データ更新部６２８６とから構成される。
入力補正部６２８１は、画像データの注目画素に周辺画素から分散されて累積した誤差を加算する。低値化部６２８２は、しきい値データを用いて、注目画素の画像データを量子化データとして出力する。
【００３５】
差分演算部６２８３は、入力補正部６２８１から出力された画像データの階調値と低値化部６２８２から出力された量子化データの階調値との誤差（以下、「低値化誤差」という。）を演算する。
誤差拡散マトリクス部６２８４は、画像データの低値化誤差を、それぞれの周辺画素に割り当てられた重み付けに応じて振り分ける機能要素である。ここでは、上記差分演算部６２８３で算出された階調値の誤差を周辺の画素に分配するために重み付けがマトリクス状に形成されており、例えば、当該注目画素に一番近い真上と真横の画素には、できるだけ注目画素の誤差を十分反映させる必要があり、重み付けが他の周辺画素よりも大きな「１０倍」に設定されている。このように重み付けされた各画素の誤差配分値は、誤差演算部６２８５において当該重みの総和（本実施の形態の場合「６４」）で除算され、誤差データ更新部６２８６に送出される。
【００３６】
誤差データ更新部６２８６は、今までの他の注目画素の低値化誤差による誤差配分値を画素ごとに累積して誤差データとして記憶しており、今回の誤差配分値を当該記憶されていた誤差配分値に加えて更新する。
そして、次の注目画素の画像データが入力補正部６２８１に入力されると、当該画素について記憶されている誤差データを入力補正部６２８１に出力し、入力補正部６２８１は、入力された画像データの階調値に上記誤差データを加え、以下その値に基づき上記した低値化および誤差配分の処理が繰り返される。
【００３７】
このように誤差拡散処理は、各注目画素の階調値を低値化し、この低値化されたデータと低値化前の階調値との誤差を、周辺画素へ重み付け平均して加算することにより次の画素の階調値を修正していくため、１つ１つの画素について見れば、入力された画素の階調値と異なってはいるが、画素の集合として見たときには入力画像の階調値を十分反映することができるものである。
【００３８】
図３に戻り、画像信号処理部６２は、さらに、後述するγ補正データ作成処理で使用するパターン記憶部６２９、検出処理部６３０、γ補正データ算出部６３１および誤差初期値決定部６３３を備える。
パターン記憶部６２９には、図５に示すような基準パターンの画像データ（以下「パターンデータ」という。）がＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋごとに格納されている。
【００３９】
図５では当該基準パターンの階調は、最大濃度部から最小濃度部まで副走査方向に連続して変化しているように見えるが、実際には例えば、２５０、２４０、２３０、２２０、・・・・、４０、３０、２０、１０、０というように１０階調値ごとに２６等分されて段階的に変化している（この１０階調値ごとの幅を有する部分を本明細書においては便宜上「パッチ」と呼び、当該パッチ部分の画像データを「パッチデータ」という。したがって図５の基準パターンは、それぞれ２５０、２４０、２３０、２２０、・・・・、４０、３０、２０、１０、０の階調値を示す所定幅のパッチが副走査方向に連続して並んで形成されているとも表現でき、また、パターンデータは複数の階調値を示す各パッチデータからなる。）。
【００４０】
また、１つのパッチの副走査方向の幅は、パターン検出センサ１８の副走査方向の検出幅以上であって、中間転写ベルト１５の走行中に当該パッチの濃度をパターン検出センサ１８で検出するのに必要な幅が設定される。
誤差初期値決定部６３３は、パターン記憶部６２９から読み出したパターンデータの最初の注目画素についてその低値化誤差を調整するものである。
【００４１】
誤差拡散法は、順次読み出した注目画素の誤差を周辺画素に次々に拡散して多数の画素により階調を擬似的に表現するようになっているので、特定の画素の低値化誤差を若干調整しても、当該パッチデータに基づき形成されたトナー像（以下、「トナーパッチ」という。）により擬似表現される階調値にはほとんど影響を与えないが、そのドットパターンは変化する。
【００４２】
そこで、パターン記憶部６２９から読み出された基準パターンのパターンデータが誤差拡散処理部６２８に入力されて誤差拡散処理された後、一旦画像メモリ６３に格納され、γ補正データ作成時において、当該パターンデータが読み出されて、図６に示すように副走査方向に所定の間隔おいて３個の基準パターンＰ１〜Ｐ３が形成するが、この際、誤差初期値決定部６３３により、誤差拡散処理における誤差初期値を基準パターンＰ１〜Ｐ３で異ならせることにより、各パッチが同じ階調値を表示しながらも異なるドットパターンを有するようにしている。
【００４３】
図７は、ドットパターンが異なるトナーパッチが形成される様子を模式的に示すものである。本図では、理解しやすいように各基準パターンＰ１〜Ｐ３は、５段階の諧調値（例えば、３０、８０、１３０、１８０、２３０の階調値）を示す５つのパッチからなるものとする。
パターンデータを誤差拡散処理するに際し、基準パターンＰ１〜Ｐ３で、それぞれ初期誤差値を異なる「ａ」「ｂ」「ｃ」に設定することにより、例えば各基準パターンＰ１〜Ｐ３の階調値３０を示すパッチＰ１１〜Ｐ３１をそれぞれ拡大してみると、左に示すＰ１１〜Ｐ３１のようになり、ドットパターンが明らかに異なっているのが分かる。ここで、各拡大されたパッチＰ１１〜Ｐ３１における○内は、パターン検出センサ１８による検出領域の例を示しており、このように同一の階調値を示す各パッチにおいて相対的に同じ検出領域のドットパターンが異なる。
【００４４】
この基準パターンＰ１〜Ｐ３が、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの各色について形成され、パターン検出センサ１８によりパッチごとに相対的に同じ位置における濃度が検出される。
γ補正データ算出部６３１では、各パッチで示そうとする階調値と実際のパッチの代表濃度の関係から階調特性を求め、この関係が線型になるようにγ補正データを算出する。ここで算出されたγ補正データによりγ補正部６２７内部のγ補正データが更新され、以後、この更新されたγ補正データに基づき画像データの階調補正が実行される。
【００４５】
このように同一の階調値を示すパッチデータに基づき、異なるドットパターンを有するトナーパッチを形成し、これらについて検出された濃度値を平均して、これを当該階調値を示すトナーパッチの代表濃度とすれば、従来のように一の階調値を示す１個のトナーパッチについて１箇所の濃度のみを検出した場合に比較して、ドットパターンの偏在の影響を受けにくいパッチ濃度を得ることができる。
【００４６】
ただし、より適正なパッチ濃度を得るために、各パッチの検出領域内のドットパターンのいずれもが「密」、もしくは「疎」の一方に偏ることがないように、上記初期誤差値ａ，ｂ，ｃの値が予め適当に調整されていることが望ましいであろう。
（３）γ補正データ作成処理の内容
以下、上記γ補正データ作成処理の手順を、補正の対象となる画像データがシアンである場合を例にして、図８のフローチャートに基づき説明する。なお、このγ補正データ作成処理は、例えば、複写機１に電源を投入する度ごとや、所定時間経過するごと、もしくは画像形成動作の累積回数が所定回数を超えるごとに実行されるものである。
【００４７】
まず、シアンのパターンデータに誤差拡散処理を行って、中間転写ベルト１５上に複数の基準パターン（本実施の形態ではＰ１〜Ｐ３の３個）を形成する。この際、基準パターンの各階調値のパッチデータについて、上述したように誤差初期値を変えて誤差拡散処理することにより、各パッチのドットパターンが異なる基準パターンＰ１〜Ｐ３が形成できる（ステップＳ１）。
【００４８】
より具体的に、例えば、基準パターンＰ１を形成する際には、シアンのパターンデータをパターン記憶部６２９から読み出して、その各階調値のパッチデータごとに最初の画素についての低値化誤差を、差分演算部６２８３（図４参照）の演算値で求められた値にかかわらず、誤差初期値決定部６３３から読み込んだ値「ａ」に設定し、当該パッチについて２番目以降の画素のデータについては通常の誤差拡散処理を行う。
【００４９】
なお、各階調値のパッチデータの大きさは予め分かっているので、パターンデータの読み出し開始からの画素数をカウントすることにより、誤差拡散処理部６２８に入力された画素のデータが各階調値のパッチデータの最初の画素であるか否かについて判断できる。
このようにして誤差拡散処理されたパターンデータに基づき、基準パターンＰ１を形成後、所定の間隔をおいて、また、パターンデータが読み出され、今度は初期誤差を「ｂ」にして誤差拡散処理して基準パターンＰ２が形成され、以下、同様にして初期誤差値を「ｃ」にして基準パターンＰ３が形成される。
【００５０】
そして、各基準パターンＰ１〜Ｐ３の各階調値を示すパッチの濃度を検出してサンプリングする（ステップＳ２）。
具体的には、例えば、図６において各基準パターンＰ１〜Ｐ３の最高濃度部側のエッジをパターン検出センサ１８で検出してからのクロック数をカウントする。
上記基準パターンの各パッチで示すべき階調値は、上記クロック数と対応して予め不図示のテーブルに格納されており、例えば、入力画像データの階調数が２５６であって、２５０、２４０、２３０、〜、３０、２０、１０、０と１０階調値ごとのパッチの濃度を検出する場合、基準パターンの当該階調値に対応するパッチの相対低に同じ検出位置が、上記クロック数でＮ１〜Ｎ２６（Ｎ１＜Ｎ２６）として予め求められており、このクロック数をカウントすることにより、基準パターンＰ１〜Ｐ３について同じ階調値のパッチの相対的に同じ検出領域でありながらドットパターンの異なる場合の濃度検出値を３個サンプリングできることになる。
【００５１】
これらのサンプリング値は、該当する階調値に対応して検出処理部６３０内の不図示のテーブルに格納され、ここで各階調値に対応してサンプリングされた各３個の検出値の平均値が求められる（ステップＳ３）。
例えば、基準パターンＰ１〜Ｐ３の階調値６０のパッチに対してついてそれぞれ検出値ｄ１〜ｄ３が得られたならば、この平均値（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／３を求め、この値を、階調値６０を表示すべきパッチの代表濃度値とし、当該階調値に対応させて所定のテーブルに格納する。
【００５２】
ここで基準パターンＰ１〜Ｐ３の各パッチは、同じパターンデータについて、異なる誤差初期値を採用して誤差拡散処理して形成されたものであるから、全体のドットパターンが異なる。したがって、一の階調値を示す複数のパッチについて相対的にほぼ同じ位置の検出領域内のドットパターンも異なり、これらの濃度値を平均することにより、少なくともトナーパッチの濃度を１箇所で検出していた従来の場合よりも、ドットパターンの偏在の影響を受けにくいトナーパッチ濃度を取得することができるものである。
【００５３】
そして、γ補正データ算出部６３１において、上記各階調値に対応するパッチのそれぞれの代表濃度値に基づき、背景技術において説明したのと同様な手法でγ補正データ（γ曲線）が求められる（ステップＳ４）。
すなわち、各入力画像の階調値と、これに対応して形成されたパッチの上記代表濃度値から、まず階調特性を求め、次にこの階調特性を線型補正するようにγ補正データを算出し、そのルックアップテーブルを図３のγ補正部６２７内の不揮発性メモリに格納して更新する。
【００５４】
このようなγ補正データを求める処理が、他のＹ、Ｍ、Ｋについても実行され、それぞれγ補正部６２７内の不揮発性メモリに格納される。
そして、画像形成時において、Ｃ，Ｙ，Ｍ，Ｋのそれぞれの入力画像データに対して対応する上記γ補正データに基づき階調補正することにより、階調再現性に優れた画像を形成することができるものである。
【００５５】
なお、本実施の形態においては、各パッチデータの最初の画素について、その低値化誤差を変更して異なるドットパターンを形成するようにしたが、それぞれのパッチの検出領域のドットパターンさえ異なればよいので、低値化誤差を調整する画素は、必ずしも各パッチパターンの最初の画素に限る必要はなく、検出領域のドットパターンに影響を与えることができる特定の画素について実行すればよい。また、一つの画素のみに限定されず、擬似表示すべき階調値に大きな変更をきたさない範囲内で、一つのパッチデータについて複数の画素の低値化誤差を変更するようにしてもよい。
【００５６】
また、一つの基準パターン（例えばＰ１）のみは初期誤差値を変更せず、そのまま全画素について従来通りの誤差拡散処理を行い、他の基準パターン形成時についてのみ初期誤差を変更するようにしてもよい。
なお、上述のような階調補正方法を実行するためのプログラムは、ＲＯＭ６６（図２）に予め格納されており、ＣＰＵ６１がこのプログラムを読み出して実行することにより的確な階調補正がなされる。  
【００５７】
このようなプログラムは、例えば磁気テープ、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ、ＰＤなどの光記録媒体、Ｓｍａｒｔ  Ｍｅｄｉａ（登録商標）、ＣＯＭＰＡＣＴＦＬＡＳＨ（登録商標）などのフラッシュメモリ系記録媒体等、コンピュータ読み取り可能な各種記録媒体に記録することが可能であり、当該記録媒体の形態で生産、譲渡等がなされる場合もあるし、プログラムの形態で、インターネットを含む有線、無線の各種ネットワーク、放送、電気通信回線、衛星通信等を介して伝送、供給される場合もある。
【００５８】
＜第２の実施の形態＞
本第２の実施の形態においては、上記第１の実施の形態と画像信号処理部６２におけるドットパターンの異なる基準パターンの作成方法のみが異なっているだけなので、以下では本実施の形態特有の構成についてのみ説明する。
すなわち、上記第１の実施の形態においては、基準パターンのパターンデータを誤差解散処理する際に、誤差初期値を異ならせることにより、各基準パターンＰ１〜Ｐ３のドットパターンを異ならせるようにしたが、本実施の形態では、各パッチデータを誤差拡散処理する際に、最初の何画素分は、その低値化誤差を周辺画素に拡散しない（すなわち、注目画素の低値化のみ行って、その誤差の配分は禁止する）ように制御することによってもドットパターンを変えるようにしている点に特徴がある。
【００５９】
図９は、この場合における画像信号処理部６２の要部の構成を示す図である。同図に示すように本実施の形態においては、図３の画像信号処理部６２において誤差初期値決定部６３３の代わりに誤差拡散開始位置決定部６３４が設けられている点が異なっている。
この誤差拡散開始位置決定部６３４内には、パッチデータにおけるいくつ目の画素から誤差拡散処理を開始するかの情報、具体的には画素数Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の値が格納されている。
【００６０】
例えば、ＣＰＵ６１から基準パターンＰ１を形成するように指示があると、誤差拡散処理部６２８は、パターン記憶部６２９からパターンデータを読み出し、パッチデータ単位で誤差拡散処理を実行するが、誤差拡散開始位置決定部６３４は、パッチデータごとに入力された画素数をカウントしており、（Ｍ１−１）番目の画素までは、差分演算部６２８３に差分を演算することを禁止し、誤差が「０」の出力をさせ、単に低値化部６２８２で低値化された量子化データのみを出力していき（以下「単純低値化」という。）、Ｍ１番目の画素になると上記差分演算の禁止を解除して通常の誤差拡散処理を行う。この誤差拡散開始位置の画素数を基準パターンＰ２．Ｐ３の誤差拡散処理に際して、「Ｍ２」「Ｍ３」と変化させることにより、各基準パターンＰ１〜Ｐ３について同じ階調値を示すトナーパッチのドットパターンを変えることができる。
【００６１】
図１０は、このようにして異なるドットパターンのトナーパッチが形成される様子を示す図であって、理解しやすいように各基準パターンＰ１〜Ｐ３は、図７の場合と同様５段階の諧調値（３０、８０、１３０、１８０、２３０の階調値）を示す５つのパッチからなるものとする。
同図に示すように。パターンデータを誤差拡散処理するに際し、基準パターンＰ１〜Ｐ３で、それぞれ誤差拡散処理をそれぞれ各パッチデータの最初の画素から「Ｍ１（本例ではＭ１＝０に設定）」「Ｍ２」「Ｍ３」番目から開始するように設定して、単純低値化部分の画素数を変えることにより、例えば各基準パターンＰ１〜Ｐ３の階調値３０を示すパッチＰ１１〜Ｐ３１をそれぞれ拡大してみると、左に示す四角の枠内のようになり、ドットパターンを異なっているのがよく分かる。
【００６２】
なお、画像データは通常は、画像の左上角の画素からデータを読み出すが、本実施の形態では、中間転写ベルト１５の進行方向に高濃度側から（図１０の下方から）トナーパッチを形成するようにしているので、各パッチの右下角が当該パッチデータの最初の画素となっている。
したがって、パターン検出センサ１８による各トナーパッチの検出領域（各拡大図における○は当該検出領域の例を示している）においてもドットパターンが異なり、同一の階調値を示す各トナーパッチにおいて相対的な検出領域が全く同じであっても、それぞれ異なった検出結果が得られる。
【００６３】
これらの検出値を平均して、当該階調値を示すトナーパッチの代表濃度とすれば、従来のようにパッチの１箇所のみの濃度値のみを検出した場合に比較してドットパターンの偏在にあまり影響を受けないパッチ濃度を得ることができる。
ここで、より適正なトナーパッチの代表濃度を取得するため、一の階調値を示す複数のパッチの検出領域内のドットパターンが、いずれも「密」、もしくは「疎」の一方に偏らないように、上記初期誤差値Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の値を調整することが望ましいであろう。
【００６４】
＜第３の実施の形態＞
本第３の実施の形態では、さらに異なる方法により、各階調値を示すトナーパッチについて擬似的な階調値を変えることなく、そのドットパターンのみを変更させるようにしている。
すなわち、本実施の形態においては、同一のパッチデータに、予め用意しておいた異なるノイズデータを畳重させた後、同一の条件で誤差拡散処理して、最終的にドットパターンの異なるトナーパッチを形成する。
【００６５】
図１１は、この場合における画像信号処理部６２の要部の構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態においては、図３の誤差初期値決定部６３３の代わりにノイズ記憶部６３５、ノイズ畳重部６３６が設けられている点が異なる。
ノイズ記憶部６３５は、内部の不揮発性メモリに異なるノイズデータを格納しており、ノイズ畳重部６３６は、基準パターンＰ１〜Ｐ３ごとに異なるノイズデータをノイズ記憶部６３６から読み出して、パターン記憶部６２９に格納されているパターンデータに重畳させた上で誤差拡散処理部６３８に出力する。
【００６６】
具体的に、例えば、パターン記憶部６２９に、図１２（ａ）に示すように階調値４を示す８×８画素のパッチデータ６０１が格納されているとすると（但し、実際はもっと大きいサイズである。）、ノイズ記憶部６３５には、図１２（ｂ）に示すように同じく８×８画素のマトリクス上のノイズデータ（以下、「ノイズパターン」という。）６０２が記憶されており、ノイズ畳重部６３６においてこれらのデータを画素ごとに畳重して、図１２（ｃ）に示す畳重した画像データ６０３を得る。
【００６７】
ここで、ノイズパターン６０２は、画素値「０」と「１」と「−１」の値が適当に分布してなり、その画素値の総和が「０」となるように構成されている。このようにノイズパターンの各画素の総和を「０」とするのは、当該ノイズパターンを畳重することにより８×８の画素ブロック全体として表示すべき階調値（擬似階調値）が変化することがないようにするためである。
【００６８】
このようにノイズを畳重されたパッチデータを誤差拡散処理して得られた画像データに基づき形成されたトナーパッチのドットパターンは、ノイズを畳重していないパッチデータを誤差拡散処理した場合と異なってくることはいうまでもない。  
また、ノイズパターンにおけるノイズの分布状態や各画素のノイズの大きさを変えることによってさらに別のドットパターンのトナーパッチを形成することが可能となる。
【００６９】
図１３は、本例の場合において異なるドットパターンのトナーパッチが形成される様子を示す図である。ここでも、理解しやすいように各基準パターンＰ１〜Ｐ３は、図７、図１１の場合と同様に５段階の諧調値（３０、８０、１３０、１８０、２３０の階調値）を示す５つのパッチからなるものとする。
基準パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３における各パッチを形成する場合に、異なるノイズデータＮ１、Ｎ２、Ｎ３を畳重させるようにすると、例えば各基準パターンＰ１〜Ｐ３の階調値３０を示すパッチＰ１１〜Ｐ３１をそれぞれ拡大してみると、左に示す四角の枠内のようになり、ドットパターンが異なっている。
【００７０】
各拡大図の○内は、パターン検出センサ１８による検出領域の例を示しており、本実施の形態においても同一の階調値を示す各パッチにおいて相対的な検出領域が全く同じであっても、それぞれドットパターンが異なるため異なった検出結果が得られる。そのため、これらの検出値の平均を当該階調値を示すパッチの代表濃度としてγ補正データを作成することにより、上記第１、第２の実施の形態同様、精度の高い階調補正が可能となる。
【００７１】
なお、基準パターンＰ１〜Ｐ３のうち一つは、ノイズデータを畳重しないものがあっても構わない。一般にＮ個の基準パターンを作成する場合には、異なるノイズパターンは少なくとも（Ｎ−１）種類必要である。それぞれのノイズパターンは、必要に応じ、そのノイズの位置（図１２（ｂ）の例では、８×８のマトリクスにおける「１」や「−１」の位置）やノイズの数、各ノイズの大きさなどが適宜に設定されてもよい。
【００７２】
＜変形例＞
以上、本発明を種々の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
（１）上述の各実施の形態においては、各階調値を示すパッチが図５に示すように連続して形成して一つの基準パターンを形成したが、必ずしもそうである必要はなく、副走査方向において所定の間隔をおいて各パッチが分離されて形成されていても構わない。また、基準パターンの数は、３つに限られず、それ以上の個数であってもよい。基準パターンの数を多くして同じ階調値を示すパッチについて、できるだけ多くの異なるドットパターンでの濃度を検出するようにすれば、その代表濃度がより適正にトナーパッチの濃度を指標するものとなるので、より的確なγ補正データが得られる。この場合、代表濃度は、上記実施の形態のように同一の階調を示す複数のパッチのサンプリング値を単純平均して求めてもよいし、検出値が最小と最大のものを除外して、残りの検出値のみを平均して、これを代表濃度値としても構わない。
【００７３】
また、基準パターンは、最小でも２つ形成して、その検出値からγ補正データを求めるようにすれば、少なくとも従来の場合よりは正確に階調補正が行えるものである。
（２）上記各実施の形態では、入力画像の階調数を２５６とし、基準パターンとして、階調値が１０ずつ変化する「０、１０、２０、３０、・・・・、２３０、２４０、２５０」の２６種類のトナーパッチを連続して配列したものを形成したが、さらに細かい幅で階調値が変化するトナーパッチを形成すれば、γ補正データの精度が高くなる。また、階調補正するためには、最低でも２つ以上の階調値を示すトナーパッチが必要である。
【００７４】
（３）上記各実施の形態では、中間転写ベルト上に形成された基準パターンを検出してγ補正データを求めたが、各感光体ドラムに形成された基準パターンのトナー像を感光体ドラムごとに設けられたパターン検出センサで検出するようにしても構わない。
また、記録シートに基準パターンを２次転写して、排紙路に設置されたトナー検出センサで検出することも可能であろう。  
【００７５】
なお、上記各実施の形態の説明において基準パターンやトナーパッチの「濃度を検出する」とは、パターン検出センサの検出信号により直接、濃度値を取得するような場合のほか、当該センサの検出信号から一旦トナー付着量を求め、当該トナー付着量と濃度との相関関係を示すテーブル等を参照にして濃度に換算するような場合でも構わない。
（４）上記各実施の形態においては、入力された画像データの階調値を２値化して誤差拡散処理する例について述べたが、一般には入力画像データが階調数Ｌで表現される場合に、当該Ｌより少ない階調数Ｋ（＝２ｋ（ｋ＝１，２，３，・・・・））に低値化さえすれば、誤差拡散処理を適用できる。通常は、Ｋは４〜１６程度であり、これにより２値化の場合よりも階調変化を滑らかに表現できる。
【００７６】
（５）同一の階調値を示すパッチデータに基づきドットパターンの異なるトナーパッチを作成する方法として、上述の第１〜第３の実施の形態で説明した方法のうちいずれか２つもしくは全部を併用することも可能である。
また、上記各実施の形態においては、パターン検出センサ１８により同一の階調値を示す各トナーパッチについて相対的に同じ位置にある領域（図７、図１０、図１３の各図における○で示したセンサ検出領域の例参照）の濃度を検出するようにしているが、必ずしもそうである必要はなく、各トナーパッチの相対的に異なる位置の一部の領域の濃度を検出するようにしても構わない。通常、トナーパッチ全体のドットパターンが異なっていれば、そのどの一部の領域においてもドットの偏在状態が異なると考えられるからである。
【００７７】
（６）上記実施の形態では、本発明の画像形成装置をカラー複写機に適用した場合の例を説明したが、画像データを誤差拡散処理して階調表現する装置であれば、単なるプリンタ、ファクシミリ装置、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）、その他の各種画像形成装置に適用することが可能である。また、カラーの画像形成装置ばかりでなく、モノクロ専用の画像形成装置であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、誤差拡散法による階調表現が可能な画像形成装置一般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるタンデム式のカラー複写機１の概略構成を示す図である。
【図２】上記カラー複写機１の制御部６０の構成を示すブロック図である。
【図３】上記制御部６０の画像信号処理部６２の構成を示すブロック図である。
【図４】上記画像信号処理部６２の誤差拡散処理部６２８の構成を示すブロック図である。
【図５】階調補正データ作成処理時に使用される基準パターンの一例を示す図である。
【図６】上記の基準パターンを３個中間転写ベルト上に形成した例を示す図である。
【図７】第１の実施の形態において、各トナーパッチでドットパターンを異なっている様子を示す図である。
【図８】本発明のγ補正データ作成処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る画像信号処理部６２の要部の構成を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施の形態において、各トナーパッチでドットパターンを異なっている様子を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る画像信号処理部６２の要部の構成を示すブロック図である。
【図１２】元のパッチデータ、ノイズデータおよびパッチデータとノイズデータを畳重した後のパッチデータの例を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態において、各トナーパッチでドットパターンを異なっている様子を示す図である。
【図１４】誤差拡散法で表現された低濃度のトナーパッチの濃度を検出する際に、その検出位置によって検出結果が異なることを示す図である。
【図１５】図１３の検出結果によって得られた補正前の階調特性を示す図である。
【図１６】図１４の階調特性に基づき作成されたγ曲線を示す図である。
【図１７】図１５のγ曲線により階調補正された階調特性を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１        複写機
１０      中間転写部
１５      中間転写ベルト
１８      パターン検出センサ
２０      作像部      
３０      給紙部
４０      ２次転写部
５０      定着部
６０      制御部
６１      ＣＰＵ
６２      画像信号処理部
６３      画像メモリ
６４      ＬＥＤアレイ駆動部
６５      ＲＡＭ
６６      ＲＯＭ
６７      ＥＥＰＲＯＭ
７０      操作パネル
１００      画像読取部
２００      画像形成部
６２８      誤差拡散処理部      
６３３      誤差初期値決定部
６３４      誤差拡散処理開始位置決定部
６３５      ノイズ記憶部
６３６      ノイズ畳重部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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