(57)【要約】【課題】  電子写真プロセスにおいて大規模な領域の粒子挙動を短時間で計算してより正確な画像予測を行なう。【解決手段】  回転周期毎に同じ解析条件が繰り返されることと、回転軸方向で隣接する領域間では解析条件が類似していることを利用し、条件が大きく異なる部分のみを解析対象領域とする。各解析対象領域に対して個別要素法に基づく粒子挙動計算を実施して得られる高精度な解析結果を、回転方向に繰り返し適用するとともに、回転軸方向の隣接する領域にも適用することで、領域全体の結果を合成し、比較的少ない計算量で大領域の画像解析を実現することができる。【選択図】  図３
2007052042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真プロセスにより形成される画像の品質を解析する画像解析装置であって、
解析すべき領域を分割する領域分割手段と、
分割された各領域の解析条件を設定する解析条件設定手段と、
解析条件の近い領域を判定しながら、解析条件が大きく異なる領域を解析対象領域として抽出する解析対象領域抽出手段と、
抽出された解析対象領域に対する粒子の挙動計算を実施する解析手段と、
各解析対象領域から得られた解析結果を、解析条件が同等となる他の領域に適用していくことで、全体の画像を合成する画像合成手段と、
合成して得られた画像予測結果を分析して画像品質を評価する画像評価手段と、
を具備することを特徴とする画像解析装置。
【請求項２】
前記解析対象領域抽出手段は、現像ロール又は感光体ドラムの回転一周期分の領域を解析対象領域として抽出し、
前記画像合成手段は、回転一周期分で得られた解析結果を回転方向で繰り返し適用していくことで、解析対象領域全体についての解析結果を合成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項３】
前記解析対象領域抽出手段は、現像ロール又は感光体ドラムの回転軸方向で解析条件が大きく異なる領域を解析対象領域として抽出し、
前記画像合成手段は、回転軸方向で解析条件がほぼ同じとなる隣接する領域に解析対象領域の解析結果を適用していくことで、解析すべき領域全体についての解析結果を合成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項４】
前記解析手段は、個別要素法に基づいてトナー又はキャリア粒子の挙動計算を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項５】
前記解析手段は、個々の解析対象領域の計算を複数の計算機に割り振って並列計算を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項６】
電子写真プロセスにより形成される画像の品質を解析する画像解析方法であって、
解析すべき領域を分割する領域分割ステップと、
分割された各領域の解析条件を設定する解析条件設定ステップと、
解析条件の近い領域を判定しながら、解析条件が大きく異なる領域を解析対象領域として抽出する解析対象領域抽出ステップと、
抽出された解析対象領域に対する粒子の挙動計算を実施する解析ステップと、
各解析対象領域から得られた解析結果を、解析条件が同等となる他の領域に適用していくことで、全体の画像を合成する画像合成ステップと、
合成して得られた画像予測結果を分析して画像品質を評価する画像評価ステップと、
を具備することを特徴とする画像解析方法。
【請求項７】
前記解析対象領域抽出ステップでは、現像ロール又は感光体ドラムの回転一周期分の領域を解析対象領域として抽出し、
前記画像合成ステップでは、回転一周期分で得られた解析結果を回転方向で繰り返し適用していくことで、解析対象領域全体についての解析結果を合成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像解析方法。
【請求項８】
前記解析対象領域抽出ステップでは、現像ロール又は感光体ドラムの回転軸方向で解析条件が大きく異なる領域を解析対象領域として抽出し、
前記画像合成ステップでは、回転軸方向で解析条件がほぼ同じとなる隣接する領域に解析対象領域の解析結果を適用していくことで、解析対象領域全体についての解析結果を合成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像解析方法。
【請求項９】
前記解析ステップでは、個別要素法に基づいてトナー又はキャリア粒子の挙動計算を行なう、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像解析方法。
【請求項１０】
前記解析ステップでは、個々の解析対象領域の計算を複数の計算機に割り振って並列計算を行なう、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像解析方法。
【請求項１１】
電子写真プロセスにより形成される画像の品質を解析するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータ・システムに対し、
解析すべき領域を分割する領域分割手順と、
分割された各領域の解析条件を設定する解析条件設定手順と、
解析条件の近い領域を判定しながら、解析条件が大きく異なる領域を解析対象領域として抽出する解析対象領域抽出手順と、
抽出された解析対象領域に対する粒子の挙動計算を実施する解析手順と、
各解析対象領域から得られた解析結果を、解析条件が同等となる他の領域に適用していくことで、全体の画像を合成する画像合成手順と、
合成して得られた画像予測結果を分析して画像品質を評価する画像評価手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーの現像、トナー像の転写などの各プロセスを含む電子写真プロセスにより形成される画像の品質を解析する画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、現像剤としてのトナー粒子の挙動をシミュレーション計算することにより電子写真プロセスで形成される現像画像を予測する画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、個別要素法に基づいてトナー粒子の挙動計算を行なうことによって、より現実に近い画像予測を行なう画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、電子写真プロセスにおいて大規模な領域の粒子挙動を短時間で計算してより正確な画像予測を行なう画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
物理的、生態的、あるいは社会的などのシステムの挙動を数式化若しくはモデル化し、ほぼ同じ法則に支配されるシステムの挙動をコンピュータ上で模擬すること、すなわちシミュレーションが広く利用されている。シミュレーション技術を利用することにより、さまざまな局面におけるシステムの挙動を現実に体験する前に予測することができ、得られたパラメータに基づいてシステムを制御し、システムのエラーを予測し、これを防止する制御を行なうことでエラーを回避することができる。
【０００４】
例えば、粉体や粒体などの粒子を取り扱う分野では、粒子の挙動を把握することが必要であるが、このような粒子の挙動を試行錯誤の実験により把握するとなると、時間やコストの面で問題があった。そこで、粉体や粒体などの粒子の挙動を数式化若しくはモデル化し、ほぼ同じ法則に支配されるシステムの挙動をコンピュータ上でシミュレーションすることにより、粒子の挙動を現実に体験する前に予測することができる。また、投入する条件やパラメータを変えて、同じシミュレーション計算を繰り返し行なうことにより、さまざまな粒子組成や装置設計・制御体系の性能を評価することができる。
【０００５】
粉体を取り扱う装置の代表例として、電子写真技術を利用した複写機やプリンタなどの画像形成装置を挙げることができる。この場合、画像構成剤としてのトナー及びトナーを搬送するための磁性体からなるキャリアという２成分からなる現像剤を粉体挙動解析の対象として取り扱い、粉体挙動解析シミュレーションを適用することができる。
【０００６】
電子写真プロセスは、電子写真感光体に対する帯電及びスキャンした原稿イメージの露光、感光体表面の静電潜像へのトナー重畳すなわち現像、転写体へのトナー転写、転写したトナーの定着など複数の工程からなる。このようなシステムのシミュレーションを単一のシミュレータで行なおうとすると、装置が巨大化して現実的でなくなる。そこで、例えば露光・帯電、現像、転写、定着などのプロセス毎にシミュレーションをモジュール化し、各シミュレーション・モジュールからのシミュレーション結果を統合する。このように、現実に画像形成実験を行なうことなく電子写真画像の数値的な再現すなわち出力画像を予測することができ、この予測画像を基に、画像形成装置全体の評価を行なったり、画質調整を高い精度で行なったりすることができる。
【０００７】
粉体挙動解析の主な手法として、粉体毎の挙動を解析する個別要素法（例えば、非特許文献１を参照のこと）と、複数の粉体を等価な物性値を持つ流体モデルに置き換えて解析する方法などが挙げられる。
【０００８】
前者の個別要素法によれば、すべての粒子に作用するさまざまな力（例えば、弾性力や粘性力などの接触による作用力、ファンデルワース力や鏡像力、液架橋力などの外力）を基に運動方程式を立てて、粒子毎の挙動を解析するので、より現実に近い評価を行なうことができる。
【０００９】
例えば、電子写真の現像器における穂切りの最適化、トナー飛散対策、クリーニングといった課題を解決するために、磁場や電場における粒子に加わる力を計算して現像剤の挙動をシミュレートする粒子挙動解析装置が開発されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。同装置では、初回の演算時には、粒子以外に起因する電磁場に基づいて各粒子の双極子モーメントが求められ、以降の演算時には、前回の処理時に求められた他の粒子に起因する電磁場と、粒子以外に起因する電磁場とに基づいて各粒子の双極子モーメントが求められる。
【００１０】
また、第１の粒子の挙動を解析するとともに、第１の粒子とは径の異なる第２の粒子について第１の粒子との相互作用を含めた粒子挙動を解析して、感光体ドラムへのトナーの吸着挙動を容易に解析する粒子挙動解析装置について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【００１１】
このように個別要素法によれば、無数の粒子からなる粉体の挙動をより現実に近い形で評価することができる。その反面、個別要素法では取り扱う粒子数が膨大になると計算量が増大するため、すべての粒子の計算を現実的な時間で行なうのは困難であるという問題がある。
【００１２】
粒子の挙動解析は、電磁場解析などと比較すると多くの計算時間を必要とし、実用的には数万個の粒子の挙動を計算するのが限界である。すなわち、電子写真プロセスにおけるトナーやキャリアといった数ミクロン程度の微小粒子を計算する場合、数百ミクロン程度の画像予測しか行なうことができず、電子写真プロセスに対し十分な評価を行なうことにならない。
【００１３】
【特許文献１】特開平７−１４００５９号公報
【特許文献２】特開２００１−１４１６３８号公報
【非特許文献１】粉体工学会「粉体シミュレーション入門―コンピュータで粉体技術を創造する―」（産業図書株式会社、１９９８年３月３０日）、第３章「粒子要素法シミュレーション」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、トナーの現像、トナー像の転写などの各プロセスを含む電子写真プロセスにより形成される画像の品質を好適に解析することができる、優れた画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、現像剤としてのトナー粒子の挙動をシミュレーション計算することにより電子写真プロセスで形成される現像画像を好適に予測することができる、優れた画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、個別要素法に基づいてトナー粒子の挙動計算を行なうことによって、より現実に近い画像予測を行なうことができる、優れた画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、電子写真プロセスにおいて大規模な領域の粒子挙動を短時間で計算してより正確な画像予測を行なうことができる、優れた画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、電子写真プロセスにより形成される画像の品質を解析する画像解析装置であって、解析すべき領域を分割する領域分割手段と、分割された各領域の解析条件を設定する解析条件設定手段と、解析条件の近い領域を判定しながら解析条件が大きく異なる領域を解析対象領域として抽出する解析対象領域抽出手段と、抽出された解析対象領域に対する粒子の挙動計算を実施する解析手段と、各解析対象領域から得られた解析結果を解析条件が同等となる他の領域に適用していくことで全体の画像を合成する画像合成手段と、合成して得られた画像予測結果を分析して画像品質を評価する画像評価手段とを具備することを特徴とする画像解析装置である。
【００１９】
本発明は、トナーの現像、トナー像の転写などの各プロセスを含む電子写真プロセスにより形成される画像を予測する画像解析装置に関するが、より具体的には、電子写真プロセスにおける現像剤としてのトナー粒子の挙動を個別要素法に基づいて解析計算を行なう。
【００２０】
個別要素法によれば、すべての粒子に作用するさまざまな力を基に運動方程式を立てて粒子毎の挙動を解析するので、より現実に近い評価を行なうことができる。しかしながら、取り扱う粒子数が膨大になると計算量が増大するため、すべての粒子の計算を現実的な時間で行なうのは困難であるという問題がある。実用的には数万個の粒子の挙動を計算するのが限界であるから、トナーやキャリアといった数ミクロン程度の微小粒子を計算する場合には、数百ミクロン程度の画像予測しか行なうことができず、十分な評価を行なうことにならない。
【００２１】
これに対し本発明に係る画像解析装置では、対象とする画像形成領域を複数の領域に分割し、個々の分割した画像形成領域に対する解析を独立して行なった後、これらの結果を合成することで、大領域の画像解析を実現するようにした。この際、個々の分割領域で、それぞれ解析条件を実情に合わせて設定し、条件が大きく異なる部分のみを計算する。また、感光体、帯電ローラなど回転体の一周期分のみを解析し、得られた結果を合成することで、大領域の画像解析を実現するようにした。
【００２２】
したがって、本発明によれば、実質的に少ない計算量で大面積の画像を解析することが可能であり、短時間で精度の高い画像品質予測や評価が可能である。
【００２３】
また、本発明に係る画像解析装置では、特有なアルゴリズムを利用しないので、簡易に並列処理を適用することによって、さらなる効率化が図ることができる。
【００２４】
また、本発明の第２の側面は、電子写真プロセスにより形成される画像の品質を解析するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータ・システムに対し、解析すべき領域を分割する領域分割手順と、分割された各領域の解析条件を設定する解析条件設定手順と、解析条件の近い領域を判定しながら、解析条件が大きく異なる領域を解析対象領域として抽出する解析対象領域抽出手順と、抽出された解析対象領域に対する粒子の挙動計算を実施する解析手順と、各解析対象領域から得られた解析結果を、解析条件が同等となる他の領域に適用していくことで、全体の画像を合成する画像合成手順と、合成して得られた画像予測結果を分析して画像品質を評価する画像評価手順とを実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００２５】
本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによって、コンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、本発明の第１の側面に係る画像解析装置と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、現像剤としてのトナー粒子の挙動をシミュレーション計算することにより電子写真プロセスで形成される現像画像を好適に予測することができる、優れた画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００２７】
また、本発明によれば、個別要素法に基づいてトナー粒子の挙動計算を行なうことによって、より現実に近い画像予測を行なうことができる、優れた画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００２８】
また、本発明によれば、電子写真プロセスにおいて大規模な領域の粒子挙動を短時間で計算してより正確な画像予測を行なうことができる、優れた画像解析装置及び画像解析方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００２９】
本発明によれば、実質的に少ない計算量で大面積画像の解析が可能であり、短時間で精度の高い画像品質予測や評価が可能である。
【００３０】
また、本発明に係る画像解析装置では、特有なアルゴリズムを利用しないので、簡易に並列処理を適用することによって、さらなる効率化が図ることができる。
【００３１】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３３】
本発明は、トナーの現像、トナー像の転写などの各プロセスを含む電子写真プロセスにより形成される画像を予測する画像解析装置に関するが、より具体的には、電子写真プロセスにおける現像剤としてのトナー粒子の挙動を個別要素法に基づいて解析する。
【００３４】
まず、電子写真プロセスについて説明する。図７には、電子写真プロセスの機能的構成を模式的に示している。
【００３５】
感光体の表面を帯電器によって一様な表面電位に帯電させた後、原稿をスキャンして得た画像データに従って感光体表面にレーザ・ビームをスキャンすることによって露光して所望の潜像電位からなる静電潜像を形成する。続いて、攪拌器においてトナー濃度を整えながら、現像器はトナーを静電潜像に重畳してトナー像を形成し、転写器は外部から搬送されてきた印刷用紙上にトナー像を転写する。そして、定着器により加熱溶融・圧着作用によりトナー像を印刷用紙上に定着してから、画像形成装置の外に排紙する。転写後の感光体表面は、残留トナーをクリーナによって除去する。清掃後の感光面には残留電位が残っているが、初期電位を印加してから次の電子写真プロセスに利用される。
【００３６】
図８には、現像プロセスを中心に装置構成を図解している。
【００３７】
感光体１３の回りには、回転方向ｂに沿って順に中間転写ベルト１４、ブラシローラ３４、帯電ローラ３６、現像ユニットが設けられている。中間転写ベルト１４、ブラシローラ３４、帯電ローラ３６はいずれも感光体１３の感光面に当接している。また、帯電ローラ３６と現像ユニットとの間には、感光面をライン露光するＬＥＤアレイヘッド４０が配置されている。
【００３８】
現像ユニットは、感光体１３に相対するように配設された現像ローラ３８と、現像ローラ３８の下方に位置し、現像ローラ３８に２成分系現像剤を供給するスクリュー・フィーダ３９Ａ及び３９Ｂと、現像ローラ３８とスクリュー・フィーダ３９Ａ及び３９Ｂとを収容する筐体３７とを備える。２成分系現像剤は、トナーと磁性キャリア粒子とを主用成分として含有している。筐体３７の感光体１３に相対する部分には開口部３７Ａが設けられている。
【００３９】
現像ローラ３８は、感光体１３の感光面との間に間隙即ち現像ギャップが形成されるように配設されている。現像ローラ３８は、円柱状のマグネット・ロール３８Ｂと、マグネット・ロール３８Ｂに被せられたスリーブ３８Ａとを有する。マグネット・ロール３８Ｂは、円柱状であって画像形成装置本体に対して固定され、スリーブ３８Ａは、マグネット・ロール３８Ｂの軸線の回りを、感光体１３の回転方向ｂと同じく紙面反時計回り方向、すなわち感光体１３との対向部において感光体１３に相対するアゲインスト方向に回転している。これにより、現像ローラ３８から感光体１３へのトナーの転移効率が高められている。
【００４０】
マグネット・ロール３８Ｂは、フェライトや希土類磁石合金などの磁性材料の粉末を円柱状又は円筒状に成形したマグローラであり、Ｎ極とＳ極とが所定のパターンで配設されるように着磁しつつ燒結することにより形成される。その着磁パターンとして、感光体１３に相対する部分が現像極Ｓ１であり、スリーブ３８Ａの回転方向に沿って現像極Ｓ１の隣にピックオフ極Ｎ１が位置し、その隣にピックアップ極Ｎ２、トリミング極Ｓ２、搬送極Ｎ３の順で磁極が配置されるパターンなどが挙げられる。なお、現像極Ｓ１とトリミング極Ｓ２はいずれもＳ極であり、ピックオフ極Ｎ１、ピックアップ極Ｎ２、搬送極Ｎ３はいずれもＮ極である。
【００４１】
トリミング極Ｓ２の対向部には、トリミング極Ｓ２と協働して磁気ブラシの高さを揃えるトリミングブレード４１が現像ローラ３８に向かって延びている。現像ローラ３８には、マイナスの現像バイアス電圧が印加されている。
【００４２】
現像モードにおいて、感光体１３は一定速度で反時計回りに回転するので、その感光面は帯電ローラ３６によってマイナスに帯電される。次いで、感光面の帯電面がＬＥＤアレイヘッド４０によって露光されることにより、帯電面の露光部分の電位が低下して静電潜像が形成される。そして、現像ユニットにおいて、現像ローラ３８によって、感光体１３と同様にマイナス電圧に帯電されたトナーが感光面に形成された静電潜像すなわち帯電面の電位低下部に電気的に付着されて現像され、トナー画像が形成される。感光面上に付着したトナーは、トナーと逆極性のプラスの転写電圧が印加された転写ローラ３２によって中間転写ベルト１４に向かって電気的に引き寄せられる。これによって、感光面１３Ａ上のトナー像が、感光体１３から中間転写ベルト１４へと転写される。
【００４３】
転写する度にトナーが消費されるが、オーガ内では新たなトナーが供給され、キャリアと混合攪拌され、適正なトナー濃度を保ちながら、摩擦帯電により両者を静電吸着させる（図９を参照のこと）。
【００４４】
スリーブ３８Ａが回転すると、スクリュー・フィーダ３９Ａ、３９Ｂで筐体３７内部に供給された現像剤は、ピックアップ極Ｎ２によってスリーブ３８Ａの表面に吸着される。ここで、スリーブ３８Ａの表面には、搬送極Ｎ３から現像極Ｓ１に向かう磁界、ピックオフ極Ｎ１から現像極Ｓ１に向かう磁界、ピックアップ極Ｎ２からトリミング極Ｓ２に向かう方向の磁界、及び搬送極Ｎ３からトリミング極Ｓ２に向かう磁界が形成され、しかも現像剤は、磁性キャリア粒子の表面にトナーが付着した構造を有している。したがって、図１０に示すように、スリーブ３８Ａの表面に吸着された現像剤は、スリーブ３８Ａの表面において磁力線の方向に配列され、穂立ちして磁気ブラシを形成する。
【００４５】
ピックアップ極Ｎ２の近傍においてスリーブ３８Ａの表面に形成された磁気ブラシは、図１０中において矢印で示すように、スリーブ３８Ａが回転するのに伴い、トリミング極Ｓ２→搬送極Ｎ３→現像極Ｓ１→ピックオフ極Ｎ１へと紙面右から左に向かって搬送される。そして、トリミング極Ｓ２を通過するときに磁気ブラシの高さが整えられ、現像極Ｓ１近傍で磁気ブラシ上のトナーが感光体１３に転移して、スリーブ３８Ａの表面にはほとんど磁性キャリアだけになった磁気ブラシが残る。ほとんど磁性キャリアだけになった磁気ブラシは、スリーブ３８Ａの回転に伴い、ピックオフ極Ｎ１でスリーブ３８Ａの表面から脱落して筐体３７内に戻る。
【００４６】
現像モードでは、このようにスリーブ３８Ａが回転することにより、ピックアップ極Ｎ２では常に新鮮な現像剤が補充されて現像極Ｓ１に搬送され、現像極Ｓ１にてトナーが感光体１３に転移して感光面１３Ａの潜像が現像される。
【００４７】
このような電子写真技術では、例えば攪拌、現像、転写などの各プロセスにおいて粉体挙動解析シミュレーションを適用することで、現実に画像形成実験を行なうことなく、形成される画像を予測し評価することができる。このとき、粒子毎の挙動を解析する個別要素法を用いれば、より現実に近い評価を行なうことができる。
【００４８】
図１には、電子写真プロセスにおけるトナー粒子の挙動を個別要素法により解析計算して最終的に形成される画像を予測する画像解析装置の機能的構成を示している。図示の画像解析装置１００は、制御部１０１と、データ入力部１０２と、モデル作成部１０３と、粒子運動計算部１０４と、データ出力部１０５と、特性評価部１０６で構成される。
【００４９】
制御部１０１は、粒子挙動解析装置１００内の処理全体を制御する。
【００５０】
データ入力部１０２では、シミュレーション計算に必要となる情報を他の装置や別途設けた入力手段（いずれも図示しない）から受け取る部分であり、粒子特性入力部１０２Ａと、領域データ入力部１０２Ｂと、計算パラメータ入力部１０２Ｃで構成される。
【００５１】
粒子特性入力部１０２Ａでは、計算対象となる、トナーやキャリアの物理特性（直径や堆積密度など）、機械特性（ヤング率やポアソン比など）、電磁気特性（誘電率や導電率、電荷量など）などが入力される。
【００５２】
領域データ入力部１０２Ｂでは、粒子群が運動する領域の形状や物理特性、機械特性、電気特性などが入力される。
【００５３】
計算パラメータ入力部１０２Ｃでは、上述した他に粒子運動のシミュレーション計算の実行に必要となる、計算ステップ数、時間増分、データ出力方法などに関する情報が与えられる。
【００５４】
モデル作成部１０３は、粒子運動計算のための数値データを生成する部分であり、粒子データ生成部１０３Ａと、境界データ生成部１０３Ｂで構成される。これらの機能モジュール１０３Ａ及び１０３Ｂでは、データ入力部１０２で与えられた諸情報に基づいて、解析対象となる粒子や領域に設定される境界個々の特性を決定する。
【００５５】
粒子運動計算部１０４は、モデル作成部１０３で生成した数値データを用い、個別要素法に基づいて、解析対象となる個々の粒子について領域内での運動を求める演算を行なう。
【００５６】
個別要素法では、個々の粒子に対して以下に示す運動方程式を解いて粒子群の挙動を決定する。そのためまず右辺の外力ｆを評価する。外力としては、主に粒子間の接触力や重力、付着力、遠心力、空気抵抗力と、電磁界が作用している場合には電磁力が付加される。
【００５７】
ｍα＝ｆ        …（１）
【００５８】
粒子に作用する接触力や作用力の和を基に外力ｆが決定すれば、あらかじめ与えられている質量ｍから、粒子の加速度αが求められる。次いで、所定の時間増分に対して、加速度を数値積分することで粒子の速度、変位並びに座標が求められる。このような計算を解析対象となる各粒子について所定の計算ステップ数分繰り返して行なうことによって、解析領域内の粒子群の挙動を求めることができる。
【００５９】
図２には、個別要素法に基づくシミュレーション計算の処理手順をフローチャートの形式で示している。
【００６０】
まず、所定の変数にデフォルト値を設定するなど初期化処理を行なう（ステップＳ１）。
【００６１】
次いで、粒子間の接触判定を行ない、接触している粒子間で接触力の算出を行なう（ステップＳ２）。
【００６２】
次いで、粒子に働く作用力の算出を行なう（ステップＳ３）。例えば現像プロセスのシミュレーションにおいては電界計算を行ない、解析対象粒子としてのトナーに働く電場を得る。また、他の作用力として磁気力や重力なども算出する。
【００６３】
そして、接触力と作用力の総和からなるすべての作用力を算出し、粒子についての運動方程式を立てて、当該粒子についての加速度、速度、変位を求める（ステップＳ４）。
【００６４】
上述したステップＳ２〜Ｓ４の処理を、解析対象とする所定時間に到達するまでの間、所定のタイムステップ毎に繰り返し行なう。
【００６５】
このように解析計算を各粒子について順次実行することにより、現実により忠実となるように粒子挙動を再現することができる。
【００６６】
データ出力部１０５は、得られた粒子挙動の計算結果を必要に応じて他の装置へ伝送する処理を行なう機能モジュールである。粒子座標・速度出力部１０５Ａでは、各粒子の座標、速度の時間変化情報を出力する。また、境界荷重出力部１０５Ｂでは、粒子の接触によって各境界に作用する荷重を出力する。出力先となる装置は、例えば粒子挙動解析結果を表示出力するディスプレイや、印刷出力するプリンタ、あるいは各計算結果のデータ・ファイルを蓄積するデータベースなどである。
【００６７】
特性評価部１０６は、計算で求められた粒子や境界の状態から、画像形成装置としての性能に関連する諸特性を演算によって求める機能モジュールである。このような特性演算としては、例えば、所定の空間内にある粒子の個数から密度を求めたり、粒子の平均移動速度を求めて流動状態の指標としたり、トナー並びにキャリアそれぞれの個数から場所毎の混合比を求めたりする。
【００６８】
画像解析装置１００は、例えば、パーソナル・コンピュータなどの一般的な計算機システムで構成することができる。あるいは、ネットワーク接続される複数の計算機システムが協働的に動作するグリッド・コンピュータや並列化されたクラスタＰＣなどを適用して、数値計算部を構成することができる。
【００６９】
上述した粒子運動計算部１０４では、個別要素法に基づいて各粒子について上式（１）に示した運動方程式を解いて粒子の運動を解析する。実際的な問題をシミュレートする場合系のサイズによっては取り扱う粒子数が巨大になるため、計算効率の向上が必要である。
【００７０】
そこで、本発明者らは、対象とする画像形成領域を複数の領域に分割し、個々の分割した画像形成領域に対する解析を独立して行なった後、これらの結果を合成することで、大領域の画像解析を実現するようにした。この際、個々の分割領域で、それぞれ解析条件を実情に合わせて設定し、条件が大きく異なる部分のみを計算する。また、感光体、帯電ローラなど回転体の一周期分のみを解析し、得られた結果を合成することで、大領域の画像解析を実現するようにした。
【００７１】
これによって、実質的に少ない計算量で大面積画像の解析が可能であり、短時間で精度の高い画像品質予測や評価が可能になる。また、特有なアルゴリズムを利用しないので、簡易に並列処理を適用することによって、さらなる効率化が図ることができる。
【００７２】
図３には、本実施形態に係る画像解析の処理手順を概略的に示している。
【００７３】
まず、解析対象領域を分割して（ステップＳ１１）、それぞれの領域の解析条件を設定する（ステップＳ１２）。そして、条件の近い領域を判定しながら、解析条件が大きく異なる領域のみを抽出する（ステップＳ１３）。
【００７４】
図４には、解析対象領域を分割して、設定された解析条件に応じて解析対象領域を抽出した様子を示している。同図では、網掛けされた部分が抽出された解析対象領域に相当する。網掛けの種類の相違は解析条件の相違に相当し、それぞれ個別に解析計算が行なわれると理解されたい。
【００７５】
紙面の垂直方向は現像ロールや感光体ドラムなどの回転体の回転方向に相当する。回転方向では解析条件が回転周期毎に繰り返されると推定されることから、回転一周期分が抽出されている。
【００７６】
また、紙面の水平方向すなわち回転軸の方向では隣接する領域でほぼ解析条件が同じになることから、解析条件が大きく異なる一部の領域のみが抽出されている。
【００７７】
続いて、このように抽出された解析対象領域に対する解析を実施する（ステップＳ１４）。系全体のうち一部の領域に解析対象が限定されることから、これらの領域について個別要素法に基づく精緻な粒子挙動計算を比較的短時間で実施することが可能である。その際、個々の解析対象領域の計算を複数の計算機に割り振って並列計算を行なうことも可能である。
【００７８】
そして、抽出した解析対象領域から得られた解析結果を、解析条件が同等となる他の領域に適用していくことで、全体の画像を合成する（ステップＳ１５）。
【００７９】
図４中の網掛け部分で示したように、現像ロールや感光体ドラムなどの回転体の回転一周期分が解析対象領域として抽出され解析計算が実施されている。まず、水平方向でほぼ解析条件が同じとなる隣接する領域に解析対象領域の解析結果を適用していき、回転一周期分の解析結果を合成する。図５にはその様子を示している。
【００８０】
続いて、回転一周期分で得られた解析結果を回転方向で繰り返し適用していくことで、解析対象領域全体についての解析結果を合成する。図６にはその様子を示している。
【００８１】
このように、回転周期毎に同じ解析条件が繰り返されることと、回転軸方向で隣接する領域間では解析条件が類似していることを利用して、条件が大きく異なる部分のみを解析対象領域とすることができる。そして、限定された解析対象領域に対しては、個別要素法に基づく精緻な粒子挙動計算を実施して、より精度の高い解析結果を得ることができる。そして、一部の領域について得られた解析結果を回転方向に繰り返し適用するとともに、回転軸方向の隣接する領域にも適用することで、領域全体の結果を合成し、比較的少ない計算量で大領域の画像解析を実現することができる。
【００８２】
上述のようにして、合成して得られた画像予測結果を分析して、画像品質を評価する（ステップＳ１６）。但し、画像品質の評価方法自体は本発明の要旨に直接関連しないので、ここでは説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１は、電子写真プロセスにおけるトナー粒子の挙動を個別要素法により解析計算する画像解析装置の機能的構成を示した図である。
【図２】図２は、個別要素法に基づくシミュレーション計算の処理手順を示したフローチャートである。
【図３】図３は、本発明に係る画像解析の処理手順を概略的に示したフローチャートである。
【図４】図４は、解析対象領域を分割して、設定された解析条件に応じて解析対象領域を抽出した様子を示した図である。
【図５】図５は、水平方向でほぼ解析条件が同じとなる隣接する領域に解析対象領域の解析結果を適用していき、回転一周期分の解析結果を合成する様子を示した図である。
【図６】図６は、回転一周期分で得られた解析結果を回転方向で繰り返し適用していくことで、解析対象領域全体についての解析結果を合成する様子を示した図である。
【図７】図７は、電子写真プロセスの機能的構成を模式的に示した図である。
【図８】図８は、現像プロセスまわりの装置構成例を示した図である。
【図９】図９は、オーガ内でトナーとキャリアを混合・攪拌しながら移送する様子を示した図である。
【図１０】図１０は、スリーブ３８Ａの表面において磁力線の方向に配列され、穂立ちして磁気ブラシを形成する様子を示した図である。
【符号の説明】
【００８５】
１３…感光体
１４…中間転写ベルト
３２…転写ローラ
３４…ブラシローラ
３６…帯電ローラ
３７…筐体
３８…現像ローラ
３９…スクリュー・フィーダ
４０…ＬＥＤアレイヘッド
４１…トリミングブレード
１００…粒子挙動解析装置
１０１…制御部
１０２…データ入力部
１０３…モデル作成部
１０４…粒子運動計算部
１０５…データ出力部
１０６…特性評価部
【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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