(57)【要約】【課題】高精度なトナー消費量演算（算出）を行うことができる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、多値画像データを２値画像データに変換し半導体レーザ３７を変調するレーザ駆動装置３１を備える。そして入力される多値画像データからトナー消費量を演算するトナー消費量演算部２００と、フィルタ演算に使用する係数を記録しておく電位分布係数記録部２０２とを備える。トナー消費量演算部２００は、多値画像データの注目画素及び注目画素を中心とする所定の範囲の周辺画素のデータと電位分布係数記録部２０２のフィルタ係数から注目画素のトナー消費量を演算する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多値画像データを２値画像データに変換し半導体レーザを変調するレーザ駆動装置を備える画像形成装置において、
入力される多値画像データからトナー消費量を演算するトナー消費量演算部と、
フィルタ演算に使用する係数を記録しておくフィルタ係数記録部とを備え、
前記トナー消費量演算部は、多値画像データの注目画素及び注目画素を中心とする所定の範囲の周辺画素のデータと前記フィルタ係数記録部のフィルタ係数から前記注目画素のトナー消費量を演算することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
フィルタ係数書き換え手段と、
トナーパッチ形成手段と、
トナーパッチ読取手段とを備え、
前記フィルタ係数書き換え手段は、前記トナーパッチ読取手段で読み取ったトナーパッチの値に応じて前記フィルタ係数記録部の記録データを書き換え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】
前記レーザ駆動装置は、画像データの変換の際にトナーパッチ形成時と通常画像形成時では異なる演算で画像データ変換を行うことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体に帯電、露光、現像を繰り返して画像を形成するレーザプリンタやデジタル複写機などの電子写真方式の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置において、トナー消費量の算出（ビデオカウント）は入力された単位画像データの値を単純に積算して行っていた。しかし、感光体上の電位のレーザ露光強度に対する応答特性（ガンマ特性）は線形ではなく、上記の方法ではビデオカウント値と実際のトナー消費量の誤差が大きくなってしまっていた。
【０００３】
この問題に対し、トナー消費量の算出において、単位画像データの各画素について濃度値に応じた所定の係数をかけたものを積算する技術が提案されている（特許文献１参照）。ここで、所定の係数として、画像形成装置上でパッチデータの形成及び検出を実行することによりガンマ特性を測定した結果、算出された値を使用する。そのため画像データの値とトナー消費量の関係の精度が向上している。
【特許文献１】特開２００６−０２３３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、注目画素に対するガンマ特性の補正しか行っていないため、依然としてビデオカウント値と実際のトナー消費量の誤差は存在している。なぜなら、トナー消費量と感光体上の電位のレーザ露光強度に対する応答特性は密接な関係があり、さらにレーザの露光は注目画素よりも大きな範囲で周囲に影響を及ぼすためである。そのため、注目画素に対するトナー消費量を算出する際には周囲画素からの影響を考慮することが必要である。
【０００５】
本発明の目的は、高精度なトナー消費量演算（算出）を行うことができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の画像形成装置は、多値画像データを２値画像データに変換し半導体レーザを変調するレーザ駆動装置を備える画像形成装置において、入力される多値画像データからトナー消費量を演算するトナー消費量演算部と、フィルタ演算に使用する係数を記録しておくフィルタ係数記録部とを備え、前記トナー消費量演算部は、多値画像データの注目画素及び注目画素を中心とする所定の範囲の周辺画素のデータと前記フィルタ係数記録部のフィルタ係数から前記注目画素のトナー消費量を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の画像形成装置によれば、高精度なトナー消費量演算（算出）を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成図である。
【００１０】
以下、その構成を動作と併せて説明する。
【００１１】
原稿給紙装置１上に積載された原稿は、１枚ずつ順次原稿台ガラス２上に搬送される。原稿が搬送されると、スキャナユニット３のランプ４が点灯し、かつスキャナユニット３が移動して原稿を照射する。
【００１２】
原稿の反射光はミラー５，６，７を介してレンズ８を通過し、その後イメージセンサ部９に入力される。イメージセンサ部９に入力された画像信号は、直接、あるいは、一旦後述する図４に示す画像メモリ１２に記憶され、再び読み出された後、露光制御部１０に入力される。
【００１３】
露光制御部１０が発生させる照射光（レーザビーム）によって感光体１１上に作られた潜像は、電位センサ１００によって、感光体（像担持体）１１上の電位が所望の値になっているか監視され、次いで、現像器１３によって現像される。
【００１４】
現像されたトナー像とタイミングを合わせて転写部材積載部１４、あるいは１５より転写部材が搬送され、転写部１６において、トナー像が転写部材上に転写される。転写されたトナー像は定着部１７にて転写部材に定着された後、排紙部１８より装置外部に排出される。
【００１５】
転写後の感光体１１の表面をクリーナ２５で清掃し、クリーナ２５で清掃された感光体１１の表面を補助帯電器２６で除電して１次帯電器２８において良好な帯電を得られるようにした上で、感光体１１上の残留電荷を前露光ランプ２７で消去する。そして、１次帯電器２８で感光体１１の表面を帯電する。
【００１６】
この工程を繰り返すことで複数枚の画像形成を行う。作像に用いられたトナー消費量は、後述する図４に示すトナー消費量演算部２００が、画像メモリ１２に蓄積されている画像データを参照し演算することにより算出される。
【００１７】
以上は、原稿台の画像を複写する動作（モード）を例にして説明したが、外部装置からのプリントの場合は、外部装置から画像形成装置へ不図示のインターフェース部を経由し、画像データが入力されて画像メモリ１２へ記録される。その後の動作は原稿台画像の複写と同様である。
【００１８】
図２は、図１における露光制御部の平面図である。
【００１９】
露光制御部１０は、半導体レーザ３７を有するレーザ駆動装置３１を備える。半導体レーザ３７の内部にはレーザビームの一部を検出するＰＤセンサが設けられ、ＰＤの検出信号を用いて半導体レーザ３７のオートパワーコントロール制御を行う。
【００２０】
レーザ駆動装置３１は、多値画像データを２値画像データに変換し、半導体レーザ３７を変調する。また、レーザ駆動装置３１は、画像データの変換の際にトナーパッチ形成時と通常画像形成時では異なる演算で画像データ変換を行う。
【００２１】
半導体レーザ３７から発したレーザビームはコリメータレンズ３５及び絞り３２によりほぼ平行光となり、所定のビーム径で回転多面鏡３３に入射する。回転多面鏡３３は、矢印の方向（反時計回り方向）に等角速度の回転を行っており、この回転に伴って、入射したレーザビームが連続的に角度を変える偏向ビームとなって反射される。
【００２２】
偏向ビームとなったレーザビームはｆ−θレンズ３４により集光作用を受ける。一方、ｆ−θレンズ３４は同時に走査の時間的な直線性を保証するような歪曲収差の補正を行うために、レーザビームは、感光体１１上に図の矢印の方向に等速で結合走査される。
【００２３】
感光体１１の近傍には、回転多面鏡３３からの反射光を検出するビームディテクト（以下、ＢＤと呼ぶ）センサ３６があり、ＢＤセンサ３６の検出信号は回転多面鏡３３の回転とデータの書き込みの同期を取るための同期信号として用いられる。
【００２４】
画像メモリ１２には６００ｄｐｉ１画素に当たる１６階調（４ビット）単位で画像データが記録されている。各４ビットの画像データは、不図示のＰＷＭパターン生成部において、図３に示すようなレーザ駆動パターンに変換される。
【００２５】
図３において、灰色の部分はレーザ点灯部、白色の部分はレーザ消灯部を表す。４ビットの画像データに応じたレーザ駆動パターンが生成された後、そのレーザ駆動パターンがレーザ駆動装置３１に入力され、パターンに応じて半導体レーザ３７が駆動される。
【００２６】
画像メモリ１２に蓄積されている全ての画像データについて以上の処理を順番に適用することにより画像形成のためのレーザ駆動が行われる。
【００２７】
図４は、図１の画像形成装置に搭載されるトナー消費量演算部のブロック図である。
【００２８】
本実施の形態では、簡単のためフィルタ演算は６００ｄｐｉ単位で５×５画素に対して行うものを一例として説明を行うが、最適なフィルタの大きさは構成によって異なる。
【００２９】
トナー消費量演算部２００は、電位分布演算部２０１、電位分布係数記録部（フィルタ係数記録部）２０２、ガンマ補正演算部２０３、ガンマ補正係数記録部２０４、カウント部２０５を備える。
【００３０】
トナー消費量演算部２００は、多値画像データの注目画素及び注目画素を中心とする所定の範囲の周辺画素のデータと電位分布係数記録部（フィルタ係数記録部）２０２のフィルタ係数から前記注目画素のトナー消費量を演算する。
【００３１】
電位分布係数記録部２０２には、予めパッチパターンの測定により図５に示すようなフィルタ係数が記録されている。電位分布係数記録部２０２の係数は、レーザの露光強度と感光体１１上の電位の分布に関する係数であり、これが記録される。電位分布係数記録部２０２の係数は、パッチパターン形成を行う度に最適な値へと更新される。フィルタ係数の算出方法は後述する。
【００３２】
また、ガンマ補正係数記録部２０４には、図６に示されるように、濃度値とトナー消費量の関係を１対１で示す値が記録されている。ガンマ補正係数記録部２０４の係数は、感光体上の電位とトナー消費量に関する係数であり、これが記録される。ガンマ補正係数記録部２０４の係数は、パッチパターン形成を行う度に最適な値へと更新される。フィルタ係数の算出方法は後述する。
【００３３】
まず、電位分布演算部２０１は、画像メモリ１２に蓄積された画像データのある一画素を注目画素とし、図７に示されるように、注目画素及び周囲５×５画素を画像メモリ１２から取得する。尚、周囲画素が画像メモリ１２の外部を指し示した場合はその位置の画像データは濃度０として取得する。
【００３４】
取得した５×５画素の画像データを、電位分布係数記録部２０２に記録されているフィルタ係数を参照しながらフィルタ演算する。例えば、取得された５×５の画像データが図８に示すものであった場合には、入力画像データとフィルタ係数の位置の対応に注目し、以下のような演算となる。
【００３５】
０×３+０．００１９８×３+０．００５４８×３+０．００１９８×３+０×３+
０．００１９８×４+０．０４２２×８+０．１１７１×８+０．０４２２×３+０．００１９８×３+
０．００５４８×４+０．１１７１×９+０．３２４８×１０+０．１１７１×１１+０．００５４８×１２+
０．００１９８×４+０．０４２２×１５+０．１１７１×１５+０．０４２２×１４+０．００１９８×１３+
０×４+０．００１９８×１５+０．００５４８×１５+０．００１９８×１４+０×１３
=１０．３
算出された値はガンマ補正演算部２０３へ入力される。ガンマ補正演算部２０３では、電位分布演算部２０１のフィルタ演算結果とガンマ補正係数記録部２０４の係数を参照し、注目画素に対するトナー消費量を算出する。
【００３６】
ガンマ補正係数記録部２０４の係数には、図６で示す入力データとトナー消費量の対応を示すグラフを形成するために必要十分な量の係数が記録されている。
【００３７】
例えば、本実施の形態では、入力データ０〜１５（整数）に対応するトナー消費量を記録しておき、整数値以外のデータが入力された場合は、最も近い整数２つの値の線形補間によって入力されたデータに対するトナー消費量を算出する。仮にガンマ補正係数記録部２０４に十分な量のメモリが搭載可能であればＬＵＴ（ルックアップテーブル）でも問題はない。
【００３８】
ガンマ補正演算部２０３で算出されたトナー消費量は、カウント部２０５へと入力され、カウント部２０５ではトナー消費量を現在のカウント値に加算する。
【００３９】
以上の処理により、特定の一画素におけるトナー消費量が、周囲画素及び感光体１１のガンマ特性を考慮しながら算出される。この算出処理を画像データ全体に対して実行することにより画像データ全体のトナー消費量の算出が可能となる。
【００４０】
次に、電位分布係数記録部２０２の係数の算出方法を示す。電位分布係数はガウス分布で近似することが可能であり、注目点が周囲画素から影響を受ける割合は、注目点と周囲画素の距離ｘに対応して
【００４１】
【数１】
2009145667.tif 000003
【００４２】
で表される。
【００４３】
ここでσは、電位分布演算部２０１で使用されるフィルタサイズに起因する係数であり、画像形成装置固有の値を取る。フィルタサイズを求めるためにはパッチパターンの作像と測定を行う。
【００４４】
図９は、図１における感光体に形成されるパッチ（トナーパッチ、パッチパターン）の作像と測定に関する機能部のブロック図である。
【００４５】
画像形成装置は、パッチ用ＰＷＭパターン記録部５０１、パッチ画像形成部（トナーパッチ形成手段）５０２、反射型光学センサ（トナーパッチ読取手段）５０４、パッチ演算部（フィルタ係数書き換え手段）５０５を備える。
【００４６】
フィルタ係数書き換え手段としてのパッチ演算部５０５は、トナーパッチ読取手段としての反射型光学センサ５０４で読み取ったトナーパッチの値に応じてフィルタ係数記録部としての電位分布係数記録部２０２の記録データを書き換える。
【００４７】
パッチ用ＰＷＭパターン記録部５０１のＰＷＭパターンに基づいて、パッチ画像形成部５０２は、フィルタサイズ決定のためのパッチ５０３を感光体１１上に作像する。
【００４８】
作像されたパッチ５０３は、反射型光学センサ５０４で濃度が検出され、パッチ演算部５０５は、パッチ５０３に関する画像データと反射型光学センサ５０４からのパッチの濃度情報からフィルタサイズの演算を行う。
【００４９】
次に、パッチパターンとフィルタサイズの演算方法について説明する。
【００５０】
パッチ画像形成部５０２は、図１０示すように、濃度１５の１ドット（６００ｄｐｉ）と距離ｍ（９６００ｄｐｉ）の繰り返しからなるパッチパターンを形成し、反射型光学センサ５０４でパッチパターンの濃度を測定する。
【００５１】
ｍが十分大きな値のとき、各１ドット画素は相互に影響を及ぼすことがないためパッチパターン全体の濃度が一定の値を取る。しかし、ｍの値を徐々に小さくしていくとやがて１ドット画素同士が相互影響を及ぼすようになる。
【００５２】
そうなった場合、ガンマ補正係数記録部２０４の値は線形にならないことがわかっているため、トナー濃度ｍが十分大きかった場合と違った値が計測されることになる。トナー濃度が一定の値となる最小のｍ値をガウス分布全体における９０％の面積を取る値とし、式（１）のσを決定する。
【００５３】
尚、ｍを９６００ｄｐｉ単位で変化させるためには、通常の画像形成で使用する図３に示すようなＰＷＭパターンテーブルでは実現不可能である。より詳細には、ｍの数が１６の倍数であれば図３のＰＷＭパターンテーブルで実現可能であるが、それ以外のときが実現不可能となる。
【００５４】
そうした場合には、パッチを打つために特化したＰＷＭパターンテーブルを用いてパッチの作像を行う。例えば、ｍ＝１５の場合には、図１１に示すように、３２種類のＰＷＭパターンを用意して０００００〜１１１１１までを順番に使用することによりｍ＝１５のパッチを形成することが可能となる。ｍがその他の値の場合も同様である。
【００５５】
但し、言うまでもなく画像データのビット幅は通常画像データとパッチパターンの大きい方のビット幅となる。本実施の形態では、ｍは任意の値を取り得るが、パッチパターンによってビット幅が広がってしまうのを抑えるために、ｍは偶数値のみを取り得るなど制約を与えても良い（但しσの精度は落ちる）。
【００５６】
上記処理によって式（１）のσが決定される。例えばσ＝０．７と算出された場合の電位分布係数記録部２０２に記録されるフィルタ係数は図５に示すものである。但し、０．０００１以下の値は０としており、距離６以上の値は全て０．０００１以下となるためフィルタサイズも５×５となる。
【００５７】
次に、ガンマ補正係数記録部２０４の係数の算出方法を示す。
【００５８】
画像形成装置は、ガンマ補正係数記録部２０４の係数を算出するために画像データの各濃度値０〜１５についてベタのパッチパターンを作像する。パッチパターンの大きさは、通常は電位分布演算部２０１で使用されるフィルタサイズの１０倍以上程度とする。
【００５９】
十分な大きさを確保する理由としては、以下の通りである。即ち、パッチパターン内部の濃度値を検出するのが目的であるが、パッチパターンの端部はパッチパターン内部と比較して周囲画素の構成が違うため異なる濃度を示してしまうので、パッチパターン内部と端部でのＳＮ比を良好なものとするためである。
【００６０】
電位分布係数記録部２０２のフィルタ係数がどのような値であれ、フィルタ演算される周囲の画素が全て同一のベタ濃度であれば、注目画素に対するフィルタ演算値は、ガウス分布の特性によりベタで塗られた濃度と等しくなる。
【００６１】
例えば、画５で示されるフィルタ係数に対して、図１２に示されるように、パッチパターンとして十分大きな領域の濃度１０のベタデータを入力した場合、パッチパターン内部のフィルタ演算は、
０×１０+０．００１９８×１０+０．００５４８×１０+０．００１９８×１０+０×１０+
０．００１９８×１０+０．０４２２×１０+０．１１７１×１０+０．０４２２×１０+０．００１９８×１０+
０．００５４８×１０+０．１１７１×１０+０．３２４８×１０+０．１１７１×１０+０．００５４８×１０+
０．００１９８×１０+０．０４２２×１０+０．１１７１×１０+０．０４２２×１０+０．００１９８×１０+
０×１０+０．００１９８×１０+０．００５４８×１０+０．００１９８×１０+０×１０
=１０
となる。
【００６２】
十分な大きさのパッチパターンに対して反射型光学センサ５０４で検出された濃度は、そのままトナー消費量に換算可能な値であり、測定された値をパッチパターンの画素数で割れば、各濃度について１画素あたりのトナー消費量が測定できる。
【００６３】
上記測定を０〜１５の各濃度に対して行い、各値を記録したものが図６に示すものである。但し、濃度値が整数でない部分のトナー消費量に関しては最も近い濃度値２つの線形補間の値で近似している。
【００６４】
本実施の形態によれば、注目画素に対するトナー消費量の算出の際、注目画素の周囲の画素も含めて演算を行うことにより、従来よりも高精度なトナー消費量演算を行うことが可能である。
【００６５】
また、演算に使用する係数を決定するための構成を画像形成装置が備えているため、環境の変化に応じて演算の係数を変化させることにより、環境の変化に対する演算精度の維持が容易である。さらに、係数を決定するためのトナーパッチ像（パッチパターン）を的確に形成することが可能であるため、精度の高い演算係数を決定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図２】図１における露光制御部の平面図である。
【図３】濃度データに対応したＰＷＭパターンを示す図である。
【図４】図１の画像形成装置に搭載されるトナー消費量演算部のブロック図である。
【図５】図４における電位分布係数記録部の値を示す図である。
【図６】図４におけるガンマ補正係数記録部の値を示す図である。
【図７】図４における電位分布演算部が取得する注目画素と周辺画素を示す図である。
【図８】図４における電位分布演算部に入力される画像データの例を示す図である。
【図９】図１における感光体に形成されるパッチ（パッチパターン）の作像と測定に関する機能部のブロック図である。
【図１０】図４における電位分布係数記録部の値を計測するためのパッチパターンを示す図である。
【図１１】ｍ＝１５のときのＰＷＭパターンテーブルを示す図である。
【図１２】図４における電位分布演算部に入力される画像データの例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
３１  レーザ駆動装置
２００  トナー消費量演算部
２０２  電位分布係数記録部
５０２  パッチ画像形成部
５０４  反射型光学センサ
５０５  パッチ演算部
【図１】
2009145667.tif 000004
【図２】
2009145667.tif 000005
【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】
2009145667.tif 000010
【図８】
2009145667.tif 000011
【図９】
2009145667.tif 000012
【図１０】
2009145667.tif 000013
【図１１】
2009145667.tif 000014
【図１２】
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