JP5258323B2 - 画像形成装置、画像形成装置の制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は画像形成技術に関するものである。

一般に、電子写真方式や静電記録方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置において、現像剤の適切なタイミングでの補給は良好な画像出力を維持するために必要な機能となっている。フルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置では色の再現性の問題から色剤であるトナー粒子とは別にキャリア粒子と呼ばれる磁性体粉が含まれる2成分からなる現像剤(2成分現像剤)が用いられることが多い。2成分現像剤を用いた画像形成装置おいて、2成分現像剤のトナー濃度（即ち、キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合）は画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素である。2成分現像剤のトナー粒子は現像時に消費され、トナー濃度は変化する。このため、現像剤濃度制御装置を使用して現像装置内の現像剤のトナー濃度を適時検出し、その変化に応じてトナーの補給を行ない、トナー濃度を常に一定に制御して画像の品位を保持する必要がある。

一般に現像剤濃度制御装置は現像装置内の2成分現像剤のトナー濃度を検出する現像剤濃度検知部と、検知されたトナー濃度を示す信号に応じて現像装置へトナーの補給を行なわせる制御部を有する。現像剤濃度検知部の構成として、従来では現像剤担持体の現像スリーブ上において2成分現像剤に近赤外光を照射し、その反射光量を受光してトナー濃度を検知する光量検知方式のトナー濃度検知センサが提案されている。

図１は、従来の画像形成装置が具備する現像装置の概略構成、及びこの現像装置に使用されている従来の光学反射光量検知方式のトナー濃度検知センサの一例を示す図である。ここで図1(b)は図1(a)に示される現像装置101を上方から見た図となる。現像装置101は感光体、誘電体等の像担持体102に対向して配置されており、その内部は垂直方向に延在する隔壁103によって現像室(第1室)104と撹拌室(第2室)105とに区画されている。現像室104及び撹拌室105には非磁性トナーと磁性キャリアを含む2成分現像剤が収容されている。

現像室104及び撹拌室105にはそれぞれスクリュータイプの第1及び第2の現像剤撹拌・搬送機構106及び107が配置されている。第1の現像剤撹拌・搬送機構106及び第2の現像剤撹拌・搬送機構107は、攪拌された現像剤を補給する補給手段として機能する。第1の撹拌・搬送機構106は現像室104内の現像剤を撹拌搬送する。また、第2の撹拌・搬送機構107は、トナー補給槽(図示せず)からこの第2の撹拌・搬送機構107の上流側に設けられたトナー補給口108を介して供給されるトナーを撹拌搬送する。その際、既に撹拌室105内にある現像剤とも撹拌搬送されトナー濃度は均一化される。図1から明瞭なように、隔壁103の両端部には現像室104と撹拌室105とを相互に連通させる現像剤通路が形成されている。第1、第2の撹拌・搬送機構106、107の矢印A、B方向への搬送力により、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室104内の現像剤は一方の通路から撹拌室105内へ移動する。一方、撹拌室105内でトナー濃度の回復した現像剤は他方の通路から現像室104内へ移動するように構成されている。

現像室104は像担持体102に対面した現像領域に相当する位置が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像剤担持体としての現像スリーブ109が回転可能に配置されている。現像スリーブ109は非磁性材料で構成され、現像動作時には図示矢印方向に回転し、その内部には、磁界発生部である磁石が固定されている。現像スリーブ109はブレードによって層厚規制された2成分現像剤の層を担持搬送し、像担持体102と対向する現像領域で現像剤を像担持体102の潜像に付着させて現像する。現像効率、即ち潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ109には電源110から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。

光学反射光量検知方式のトナー濃度検知センサ111は、LEDとホトダイオードにより構成されている。LEDから現像スリーブ109上に担持された2成分現像剤に光を照射し、そのトナー量の変化に応じて反射量が変化する反射光をホトダイオードで検知して電気信号に変換し、その電気信号の信号値と基準値との差分を取る。この差分に応じて決定された量の現像剤、即ちトナー補給口108から撹拌室105へ補給する。なお、発光素子と受光素子の温度変化による出力値の変化を補正するために、双方向発光型のLEDと2つのホトダイオードを使用し、このLEDからの直接光を第2のホトダイオードで受光してその検知出力を基準信号とする場合も多い。

図2はトナー補給動作を示すタイミングチャートである。プリント動作が開始され、現像スリーブ109及び第1、第2の現像剤撹拌・搬送機構106、107が回転を開始すると、トナー濃度検知センサ111が現像スリーブ109上の現像剤のトナー濃度を検知する(S201)。この検知出力は必要に応じて増幅された後、アナログ−デジタル変換器(A/D変換器)によってデジタル信号に変換されて演算回路に送られる(S202)。演算回路では入力信号を基準値と比較してその差分を取り、この差分よりトナー濃度の変動量を算出し、この変動量を表わすトナー濃度変動量信号をトナー補給回路に送る(S203)。トナー補給回路は入力されたトナー濃度変動量信号をトナー補給量(補給時間)に換算し(S204)、トナー補給槽の第2の現像剤撹拌・搬送機構107を換算された補給時間だけ駆動して所定量のトナーの補給(S205)を行わせる。

他にも、インダクタンス検知方式のトナー濃度検知センサを用いて現像装置内の現像剤のインダクタンスを検知しトナー濃度を求めるものもある。また、像担持体上に形成したパッチ状の参照画像(トナー像)よりトナー濃度検知センサでトナー濃度を検知するものなどもある。上記の3方式ともトナー濃度検知センサで2成分現像剤のトナー濃度の変動量を求め、これをトナー補給量（補給時間）に換算してトナー補給槽から所定量のトナーを補給させるものである。

一方、上記の従来例とは別に、特にデジタルの画像形成装置に使用されているものとして、いわゆるビデオカウント方式の現像剤濃度制御装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。この方式では入力された画像信号の全てまたはその一部を画素毎に出力レベルを換算してビデオカウント数を算出し、このビデオカウント数よりトナー消費量を予測し、トナー補給量を決定することで現像器内のトナー濃度を一定に保つようにしている。
特開平５-３２３７９１号公報

しかしながら、上記の従来例のトナー濃度の検知による現像剤濃度制御では現像剤のトナー濃度の変動量からトナー補給量を求めており、現像室の現像剤のトナー濃度に対してフィードバックがかかる補給となっている。従って、例えばトナー消費量が非常に多い全面に濃度の高い画像を出力する場合、出力前の現像器内のトナー濃度が均一であっても急激に濃度が下がり出力画像が不安定になってしまうという問題がある。

一方、ビデオカウント方式の現像剤濃度制御の場合、上記のようなトナー消費量の変動が大きいような出力画像に対してもある程度予測した制御が可能となる。しかしながら、上述したようにトナー補給位置は現像装置の撹拌室の上流にあり、現像剤が撹拌室から現像室に移動するにはある程度時間がかかる。ビデオカウント方式においては、通常印刷される画像信号のレンダリング処理と並行してトナー補給量を決定しており、印刷とほぼ同時にトナー補給が行われる。従って上記現像器内の現像剤の移動や拡散が考慮されていないため、補給量が適切ではなくトナー濃度が不均一となるという問題がある。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、印刷処理を行う際に、プリントジョブの内容を解析し、印刷設定より印刷順序に応じたトナー消費量を予測する。これにより現像器内のトナー濃度を予め予測することでトナーを補給するスケジューリングを行い、適切なタイミングでトナー補給を可能にする画像形成技術の提供を目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視画像を形成する現像手段を有する画像形成装置であって、
プリントジョブを入力する入力手段と、
前記プリントジョブに含まれる画像データと当該画像データに基づく印刷出力を制御するための印刷設定との内容を解析する解析手段と、
前記画像データに基づく静電潜像を形成した場合に前記現像手段で現像するために必要とされる現像剤の消費量を、前記解析手段による解析結果に基づき予測する予測手段と、
前記予測手段により予測された前記現像剤の消費量に基づき当該現像剤を前記現像手段に補給するスケジュールを生成する補給スケジュール生成手段と、
前記補給スケジュール生成手段により生成された前記スケジュールに基づき、前記画像データに含まれる第１の画像データを形成した後、該第１の画像データよりも濃度の高い第２の画像データを形成する場合、前記第２の画像データを形成するより前に、当該現像剤の濃度が安定化するまでの時間を確保して前記現像手段に前記現像剤を補給する補給手段を制御する補給制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、現像器内のトナー濃度を予測することでトナーを補給するスケジューリングを行い、適切なタイミングでトナー補給を行うことが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

なお、画像形成装置は、像担持体上に電子写真方式、静電記録方式などによって静電潜像を形成し、この静電潜像を2成分現像剤を用いた現像装置によって現像、可視画像を形成する構成のものであれば任意の構成のものでよい。

（第１実施形態)
（画像形成装置の基本的な構成）
図3は本発明の実施形態に係る画像形成装置の基本的な構成を示すブロック図である。画像形成装置は、画像読取機能、画像形成機能、画像通信機能等の複数の機能を備えている。それぞれの機能を実行することにより、印刷媒体に画像を形成するプリントジョブ、原稿から画像を読み取るスキャンジョブを実行することが可能である。また、外部装置との間で画像通信を行うファックスジョブ、原稿から読み取った画像を印刷媒体に形成するコピージョブ等、種々のジョブを実行処理することが可能である。画像形成装置はCPU301、ROM302、RAM303、外部記憶装置304、表示部305、操作部306、エンジンインターフェース307、ネットワークインターフェース308、外部インターフェース309、システムバス310を備えている。

CPU301は、画像形成装置の全体の制御及び演算処理等を行う中央処理装置であり、ROM302に格納されたプログラムに基づき後述に示す各処理を実行する。ROM302は、読み出し専用メモリであり、画像形成装置を起動するための起動プログラムやプリンタエンジンの制御を行うプログラム及び文字データや文字コード情報等の記憶領域である。

RAM303は、ランダムアクセスメモリであり、ダウンロードにより追加登録されたフォントデータが記憶され、また様々な処理毎にプログラムやデータがロードされ実行される。また、RAM303は、受信した画像データのデータ記憶領域として利用することも可能である。外部記憶装置304は、例えば、ハードディスク等から構成されており、データをスプールしたり、プログラムや各情報ファイル・画像データ・属性信号等が格納されたり、作業用の領域として利用されたりする。表示部305は、例えば、液晶等による表示を行うものであり、装置の設定状態や、現在の装置内部の処理、エラー状態などの表示に使用される。操作部306は、設定の変更やリセットを行うために使用されるものであり、表示部305とともに後述のように、出力時の印刷設定のための操作画面等の表示も可能である。エンジンインターフェース307は、実際にプリンタエンジンと制御やトナー補給のコマンド等をやり取りするインターフェースである。ネットワークインターフェース308は、ネットワークインターフェース308を介して画像形成装置をネットワークに接続するためのインターフェースである。外部インターフェース309は、パラレル(またはシリアル)などのインターフェースを介してホストコンピュータと接続される。システムバス310は、上述の構成要素間のデータ通路となるべきものである。

（画像形成装置の機能構成）
図4は本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。プリンタコントローラ401は、画像入力部403、画像編集部404、画像処理部405、印刷設定入力部406、トナー消費量予測部407、補給スケジュール生成部408を有する。プリンタエンジン402は、画像出力部409、補給制御部410を有する。画像処理部405から出力されたデータは、画像出力部409に入力され、画像出力部409により処理される。また、補給スケジュール生成部408により生成された現像剤（トナー）の補給スケジュールは、補給制御部410に入力され、補給制御部410は、補給スケジュールに基づき、現像器へのトナー補給量とトナー補給を開始するタイミングを制御する。

印刷されるべき画像データは画像入力部403に入力される。画像入力部403は、例えば、ネットワークインターフェース308を介して図示しない情報処理装置（ホストPC）より送信された画像データを受信することが可能である。また、画像入力部403は、スキャンジョブにより図示しないスキャナ等より読み込まれた画像データを入力データとして受付けることも可能である。また、装置によっては外部記憶装置304に予め格納されている画像データを指定して画像入力部403に入力することも可能であり、画像データの入力方法は問わない。これらはプリントジョブにおける画像データ部になる。ここで入力される画像データはビットマップ画像データであるとする。

印刷設定入力部406は、印刷部数やページレイアウト、印刷順序、拡大縮小等の印刷に関する各種設定を行う。各種設定の入力は表示部305及び操作部306よりなるパネルUI等より行うことが可能である。また、印刷設定入力部406は、ホストPCから送信される画像データと共に制御コマンドとして、各種設定を受付けることも可能である。これらがプリントジョブにおける印刷設定となる。

画像入力部403で入力された画像データは、印刷設定入力部406にて設定された印刷設定をもとに画像編集部404において、実際に印刷される形態の印刷画像データに変換される。ここで、印刷設定には、例えば、印刷枚数、印刷媒体に面付けされるページ数、製本印刷の指定が含まれる。例えば、ページレイアウトで1ページに複数ページを印刷する設定がなされた場合、画像編集部404は、対象となる画像データに対しそれぞれ縮小処理を行った後、所定の位置に面付けし、新たに印刷画像データを作成する。印刷設定の詳細については後述をする。

画像編集部404において作成された印刷画像データは画像処理部405において、色変換処理や疑似中間調処理等の画像処理がなされ、画像出力部409において出力可能な画像フォーマットに変換される。ここで画像出力部409への入力が、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の4色の現像剤に対応する画像データであるとする。一方、画像入力部403に入力されるビットマップ画像がRGB色空間の画像データである場合、画像処理部405においてはビットマップ画像データをルックアップテーブル(LUT)等用いてCMYK色空間画像データに変換する変換処理が行われる。また通常、画像出力部409は2、4、16階調等、低階調のみ出力可能であることが多い。従って、少ない階調数しか出力できない画像出力部409においても安定した中間調表現を可能とすることが可能なよう画像処理部405で疑似中間調処理を行う。

生成されたビットマップ画像データは、エンジンインターフェース307を介してビデオ信号として画像出力部409に転送されることでプリント処理が実施される。なおエンジンインターフェース307には、プリンタエンジンへ転送するビデオ信号を一時的に保持する出力バッファ、及びプリンタエンジンから送出された信号を一時的に保持する入力バッファが設けられている。これによりプリンタエンジンとの間でやりとりされる信号の入出力部を構成するとともに、プリンタエンジン間の通信制御を行う。

本実施形態では、入力された画像データを解析し、解析結果に基づき印刷設定を反映した印刷画像データのトナー消費量を予測する。トナー消費量予測部407では、まず入力されたそれぞれの画像データを解析して、印刷媒体一枚あたりのトナー消費量を算出する。各画像データのトナー消費量の算出方法は入力画像データの画素値に比例したものとして積算されるものとして求めても良いし、より精度を高くするために画像特性に応じて画素値に重み付けしたものを積算する等が考えられる。また、入力画像データと画像出力部への画像データの色空間が先述したように異なる場合、トナー消費量予測部407では各現像剤に対応する信号値を求めるため予めRGB空間からCMYK空間といった色変換処理を行っておく必要がある。各画像データのトナー消費量を予測した後、印刷設定入力部406からの印刷設定を反映した印刷する順序に応じた印刷画像データの消費トナー量を算出する。

（トナー消費量の予測）
次に、トナー消費量予測部407での詳細な処理例を説明する。図5(a)はページレイアウト設定により2枚の画像を縮小して1ページに印刷する際の、トナー消費量の予測の例を説明する図である。ここで入力される画像データは4つの画像データ501〜504である。なお説明を容易にするために各画像データのトナー消費量は単色のトナーに関して示している。カラー出力を行うプリンタエンジンの場合は各色に対応する、例えばCMYKそれぞれに関して独立にトナー消費量を求めれば良い。また、画像データは以降の説明を容易にするために積算した画素値を平均化し全面均一なベタ画像として扱う。ここでトナー消費量は全くトナーを消費しない場合、すなわちその色材に対応する画像データが無い場合は0%、ベタ画像の場合を100%とする。

入力された画像データはそれぞれ、画像データ501がトナー消費量30%、画像データ502はトナー消費量50%、画像データ503はトナー消費量40%、画像データ504はトナー消費量10%の画像データである。入力された2つの画像データ501、502を縮小して新たに1つの画像データ505を作成した場合、トナー消費量予測部では以下の(1)式ようにレイアウト後のトナー消費量を算出する。

(画像データ501のトナー消費量)/2+(画像データ502のトナー消費量)/2
＝30%/2＋50%/2＝40% ・・・（１）
同様に入力された2つの画像データ503、504を縮小して新たに1枚の画像データ506を作成した際のトナー消費量は以下の(2)式ように算出される。

(画像データ503のトナー消費量)/2+(画像データ504のトナー消費量)/2
＝40%/2＋10%/2＝25% ・・・（２）
これら算出結果に基づいて、トナー消費量予測部407では図５(b)に示されるような、印刷設定により面付けされたページレイアウトの印刷順序に従ったトナー消費量予測テーブルを作成する。

各画像データに関して予めトナー消費量を予測しておき、印刷設定（ページレイアウト設定等）を反映して印刷すべき画像データのトナー消費量を予測することで、印刷出力に先立ったトナー消費量予測テーブルの作成が可能になる。

トナー消費量予測部407での詳細な他の処理例を図6(a),(b),(c)の参照により説明する。図6(a)は同じ画像データを複数部印刷する際の、トナー消費量の予測を説明する図である。ここで入力される画像は3つの画像データ601〜603である。画像データ601はトナー消費量10%、画像データ602はトナー消費量50%、画像データ603はトナー消費量25%である。入力された画像データをそれぞれ2枚印刷する場合、ソートの方法により出力順序は異なる。ケース1の場合、同じ画像データを2部ずつ連続で出力する印刷設定であり、ケース2の場合、画像データ601〜603を１部として、2部出力する印刷設定である。

これらの印刷設定に基づいて、トナー消費量予測部407はケース1に関しては図6(b)、ケース2に関しては図6（c）に示される印刷順序に従ったトナー消費量予測テーブルを作成する。

トナー消費量予測部407は、各画像データに関して予めトナー消費量を予測しておき、印刷設定に基づき複数部設定を反映して、印刷順序に応じた印刷画像データのトナー消費量を予測する。これにより、印刷出力に先立ったトナー消費量予測テーブルの作成が可能になる。

トナー消費量予測部407での詳細な他の処理例を図７(a),(b)の参照により説明する。図7(a)は印刷した用紙を中綴じし製本した場合に正しいページ順になるように処理する「製本印刷」を行った際の、トナー消費量の予測を説明する図である。なお「製本印刷」設定を反映したトナー消費量予測は、先に説明したページレイアウト設定及び出力順序を考慮にいれた予測となる。ここで入力される画像データは6つの画像データ701〜706である。画像データ701はトナー消費量30%、画像データ702はトナー消費量50%、画像データ703はトナー消費量40%、画像データ704はトナー消費量10%、画像データ705はトナー消費量20%、画像データ706はトナー消費量40%である。

中綴じを行うような製本印刷を行う場合、それぞれの画像を縮小処理され各ページの画像データは次のようになる。

1ページ表: 画像データ701及び画像データ706
1ページ裏: 画像データ無
2ページ表: 画像データ703及び画像データ704
2ページ裏: 画像データ705及び画像データ702
また両面印刷を行う際、ページの裏面を1ページ目、表面を2ページ目と印刷するプリンタの場合、出力の順番は次のようになる。

1ページ裏（PageID:1）→1ページ表（PageID:2）→2ページ裏（PageID:3）→2ページ表（PageID:4）。

これら印刷設定に基づいて、トナー消費量予測部407は図7(b)に示されるような、印刷順序に従ったトナー消費量予測テーブルを作成する。

トナー消費量予測部407は、各画像データに関して予めトナー消費量を予測しておき、製本設定を反映して随時印刷画像データのトナー消費量を予測する。これにより、製本印刷出力に先立ったトナー消費量予測テーブルの作成が可能になる。

以上のようにトナー消費量予測部407にて予測されたトナー消費量予測テーブルをもとに、補給スケジュール生成部408は、トナーの補給量及び補給タイミングを定めた補給スケジュールを生成する。ここで、補給スケジュールとは、印刷の際にプリンタエンジンの動作に対してトナーの補給タイミングを記述したものである。ここで作成された補給スケジュールに従って、補給制御部410は現像装置に対してトナーの補給を行う。

本発明の実施形態にかかるトナー補給のタイミングの特徴を明確にするために、従来技術におけるトナー補給の例を図13の参照により説明する。図13は従来のビデオカウント方式による現像剤制御を行う画像形成装置の構成図を示す図である。なお図中のトナー消費量予測部1307を除き、図4で示した構成と同等のものであり、それぞれの機能の詳細な説明は省略する。従来のビデオカウント方式による現像剤制御では、画像入力部1303で入力された画像データに対し、印刷設定入力部1306で設定された設定値に応じて画像編集部1304は実際に印刷を行うレイアウト・順序等に即した印刷画像データを作成する。次に作成された印刷画像データは画像処理部1305にて必要な画像処理が施され、印刷データとして画像出力部1308に送信される。一方、画像処理と並行して、トナー消費量予測部1307は、実際に印刷される印刷画像データの信号値をもとにビデオカウント値を求めることで印刷データのトナー消費量を予測する。従って実際に印刷される印刷データの作成と、トナー消費量の予測はほぼ同時に行われることになる。

本発明の実施形態に説明を戻し、図8(a),(b),(c)を参照してトナー補給タイミングを説明する。図8(a)は、入力される画像データ801a,801b,801cを示す。図8(b)は、従来のビデオカウント方式の現像剤濃度制御を用いたトナー補給量、現像器内のトナー濃度の推移を示す図である。図8(c)は、本実施形態にかかる補給スケジュールに従ったトナー補給量、現像器内のトナー濃度の推移を示す図である。

図8(a)に示される画像データの印刷のタイミング及びその際の画像濃度を示したものが、図8(b)の802a、図8(c)の803aとなる。ここで従来のビデオカウント方式の現像剤濃度制御を行った場合、印刷される画像データの画像処理と並行してトナー補給量が決定される。従って、図8(b)の802bに示されるよう印刷とほぼ同時にトナー補給が行われる。上述したように補給されたトナーは現像器内で移動や拡散することによりトナー濃度が安定化するが、図8(b)の802bからもわかるように従来のビデオカウント方式ではその時間が考慮されていない。従って、図8(c)の802cに示されるように“安定化までの遅延”の期間、トナー濃度が不均一な状態となり、印刷画像が安定しない場合が生じる。

一方、本発明の実施形態にかかる補給スケジュールによると、実際に印刷設定に基づく印刷されるビットマップ画像データを作成する前に、印刷設定より予めレイアウト情報・印刷順序に応じたトナー消費量を予測することが可能である。印刷処理に先行して各画像データのトナー消費量を予測し、現像器内のトナー濃度を予測することでトナー補給スケジュールを作成している。実際の処理においてはトナー補給スケジュールを作成した後に、トナー濃度の安定化までの遅延時間を考慮して画像編集処理に移行することも考えられる。トナー濃度の安定化までの遅延時間を考慮することにより、印刷実行時におけるトナー濃度の均一化を図ることが可能になる。

補給スケジュール生成部408により生成されたトナー補給スケジュールに基づくトナー補給のタイミングは、図8(c)の803bのように画像データの生成に先行する。トナー補給のタイミングには、トナーの移動や拡散といったトナー濃度の安定化までの遅延時間が考慮される。これにより、図8(c)の803cに示すように現像器内のトナー濃度の均一化を図ることでき、印刷画像の安定化を図ることができる。

本実施形態に拠れば、印刷処理を行う際、プリントジョブの内容を解析し、解析結果に基づき印刷設定より印刷順序に応じたトナー消費量を予測する。これにより現像器内のトナー濃度を予測することでトナーの補給スケジュールを生成し、適切なタイミングでトナー補給を行うことが可能になる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては入力される画像データの1枚あたりのトナー消費量は予め解析されることを前提としていた。従って入力される画像データは一度解析のためにハードディスク等に外部記憶装置304にビットマップ画像の状態で保持されている必要があった。しかしながら、通常は、ホストPC等より画像形成装置にプリントジョブが送られる場合、ビットマップ画像を直接送るのではなく、ページ画像データを作成するため描画コマンドを送信するのが一般的である。また、プリンタ等の画像形成装置においては、プリントジョブを受信してから印刷するまでの時間はできるだけ短くすることが求められており、画像データの解析に多くの時間をとることができない。本実施形態では、描画コマンドによるプリントジョブ実行の際、タイムラグの少ないトナーの補給現像剤濃度制御を実現するための構成について説明する。

図9は本発明の第２実施形態にかかる画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。ホストコンピュータ901上で動作するアプリケーション904を用いることで、ページレイアウト文書やワードプロセッサ文書、グラフィック文書などを作成することが可能である。これらアプリケーション904で作成されたデジタル文書データはプリンタドライバ905に送信され、デジタル文書に基づいた描画コマンドが生成される。ここで生成される描画コマンドとしては、PDL(Page Description Language)と呼ばれるページ画像データを作成するためのページ記述言語とする。描画コマンドには通常、イメージやグラフィックス、テキスト等の画像データの描画命令とともに印刷部数やページレイアウト、印刷順序に関する印刷設定が制御命令として含まれている。

ホストコンピュータ901より送信された描画コマンドはプリンタコントローラ902の描画コマンド解析部906において解析される。描画コマンド解析部906の解析処理によりレンダリング処理部907で処理可能な中間言語である描画オブジェクトが生成される。この際、描画コマンド内に含まれた印刷設定に関する制御命令も抽出される。次にレンダリング処理部907は、レンダリング処理を実行することでビットマップ画像908を生成する。生成されたビットマップ画像908は描画コマンド解析部906にて抽出された印刷設定をもとに画像編集部909において、実際に印刷される形態の印刷画像データに変換される。こうして作成された印刷画像データは画像処理部910においてプリンタエンジン903に転送可能な画像信号に変換され、画像出力部914に転送されることでプリント処理が実行される。

一方、本実施形態では、レンダリング処理前に、描画コマンド解析部906で作成された描画オブジェクトよりトナー消費量の予測を行う。描画オブジェクトはレンダリング処理される前の中間言語であり、グラフィックスやテキストといった入力された画像データの多くはベクター情報として記述されている。

図10はベクター情報として記述された描画オブジェクトの例を示す図である。図10に示すように、ベクター情報は画像のエッジ情報に関して、描画オブジェクトの開始点（Xs,Ys）1001とともに、傾きｇ１(1002)、傾きの変化点までのY座標の距離y1(1003)から成る。ベクター情報としてエッジ情報を保持するのはメモリ効率が良く、基本的にはページ全体のエッジ情報はベクター情報で保持される。なお、画像データは通常上記のエッジ情報とともに色の塗り情報も含まれる。描画オブジェクトは通常印刷の際、レンダリング処理部907で目的の解像度に応じた画素ごとの画素値を求めることでビットマップ画像908に変換される。

ここで、従来技術を適用した例として、通常の印刷を行う際のレンダリング処理後のビットマップ画像を解析し、トナー消費量の予測を行うことを想定する。ここで作成されたビップマップ画像は、画像編集部、画像処理部でそれぞれ処理を施され、プリンタエンジンに転送されるが、これと並行して補給スケジュールが作成される。この結果、印刷とほぼ同時にトナー補給が行われることになり、補給のタイミングとしては遅いものとなってしまう。またトナー補給量決定のために通常印刷とは別に、予めビップマップ画像を生成しておくことも考えられるが印刷処理の速度低下につながり、またメモリ効率も悪いものとなる。

説明を本発明の第２実施形態に戻し、トナーの補給タイミングの遅延防止、メモリ効率の改善のため本実施形態においては、プレレンダリング処理部911がトナー消費量予測のために描画オブジェクトに関してプレレンダリング処理を行う。図１１は、プレレンダリング処理を例示的に説明する図である。

画像データ1101はプレレンダリング処理を行う画像データを示している。第２実施形態におけるプレレンダリング処理は、描画オブジェクトとしてベクター情報で記述されたエッジ情報を、注目するスキャンライン毎の座標情報に配列したエッジリストに変換することが特徴である。画像データ1101はグラフィックス1102、1103及びテキスト1104から構成される。プレレンダリング処理では、あるスキャンラインにおけるエッジ情報を位置情報として保持する。注目しているスキャンライン上にあるエッジ情報を構成する座標情報（スキャンライン方向（ｘ方向）の座標情報）は、参照番号1105に示すように配列される。画像データ1101の注目スキャンライン上において、グラフィックス1102のエッジはx1、x2になる。同様にグラフィックス1103のエッジはx3、x4であり、テキスト1104のエッジはx5、x6、x7、x8となる。それぞれのエッジ情報はエッジリスト1106に追加される。最終的に、あるスキャンラインのエッジ情報に関してすべて抽出した後、X座標に関してエッジをソートしなおすことでエッジリスト1107を作成することができる。なお上記のようなエッジリストの作成は容易な演算処理に実行することができ、メモリ効率の点でも有効である。

トナー消費量予測部912は、エッジリストに基づき、それぞれのスキャンライン方向における描画範囲を特定することができる。プレレンダリング処理部911で作成されたエッジリストをもとにトナー消費量予測部912は、まず入力されたそれぞれの画像データに関して１ページあたりのトナー消費量を算出する。具体的には、作成されたエッジリストをもとにある塗り情報における画素数の推定を行う。エッジリストでは塗りの情報が切り替わるエッジ部のX座標を保持しているので、あるスキャンラインにおける塗り情報の画素数はエッジリストを参照することで容易に取得することができる。これを全スキャンライン分に加算することで、画像データに関する１ページ（印刷媒体一枚）あたりのトナー消費量を算出することができる。画像データに関する１ページあたりのトナー消費量の算出処理は、先に説明した第1実施形態と同様の処理となる。

ホストPCからの描画コマンドに画像データとともに含まれる制御命令より、印刷部数やページレイアウト、印刷順序などが設定されている。トナー消費量予測部912は、画像データに関する印刷設定を描画コマンド解析部で解析された制御命令より取得することが可能である。トナー消費量予測部912は各画像データのトナー消費量および印刷設定よりトナー消費量予測テーブルを作成する。トナー消費量予測テーブル作成後の補給スケジュール算出方法に関しては第1実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。

なお本実施形態においては印刷設定に基づくビットマップ画像作成以前にトナー消費量予測テーブルの作成が可能である。従って、補給スケジュールを作成する際、補給動作の開始を画像処理部910での処理よりも前にスケジュールすることが可能になる。このようにプリンタエンジンでの印刷処理に先行し補給動作を開始することで、現像器内の現像剤の移動や拡散が考慮したトナー補給が可能となる。

第２実施形態では、描画コマンドを受信した際も、プレレンダリング処理を行いプリントジョブの内容を解析する。次に印刷設定より印刷順序に応じたトナー消費量を予測し、現像器内のトナー濃度を予め予測することで、トナーの補給スケジュールを生成し、印刷速度の大幅な低下を招くことなく適切なタイミングでトナー補給を行うことが可能になる。

（第３実施形態）
第1、第２実施形態では、入力画像データ、描画コマンドを解析し、印刷設定に基づいて現像器内のトナー濃度を予測することで補給スケジュールを立て、現像剤の濃度制御を行う構成を説明した。しかしながら、入力画像データ等に基づくトナー消費量の予測精度には画像データの特性によって誤差が発生する可能性がある。また補給装置からのトナーの補給量にも誤差が発生する可能性はある。第３実施形態では、トナー濃度を検出するための濃度センサを用いることでトナー消費量や現像器内の状態を検知する。トナー消費量の予測においては、入力画像データ等及び印刷設定からの情報に加え、更に実際に検知されたトナー濃度よりトナー消費量の予測に修正をかけることでより精度の高いトナー消費量の予測を実現する構成を説明する。

図12Aは第３実施形態にかかる画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。第３実施形態にかかる画像形成装置の機能構成は、プリンタコントローラ1201においてトナー消費量予測部1207が変更されたこと、プリンタエンジン1202においてトナー濃度検知部1211が追加された点で図４の構成と相違する。尚、第３実施形態の構成は、第１実施形態にかかる図４の構成のほか、第２実施形態にかかる図９の構成に適用することも可能である。

トナー濃度検知部1211は、例えば、トナー濃度検知センサ等を用いて実際の現像器内のトナー濃度を検知する。これによりある画像データを出力した際の現像器内のトナー濃度を測定することで実際に消費したトナー量を検知することができる。トナー消費量予測部1207は、第１実施形態で説明したように画像データを解析し、この解析結果と印刷設定とを考慮にいれることで、印刷順序に応じたトナー消費量を予測する。一方、予測したトナー消費量に関しトナー濃度検知部1211より得られた実際のトナー消費量に基づいて、トナー消費量予測部1207は予測値を算出するためのパラメータを修正する。

印刷処理を行う際、トナー消費量予測部1207はプリントジョブの内容を解析し、印刷設定より印刷順序に応じたトナー消費量を予測する。一方、印刷処理実行時に濃度センサ等を用いて実際のトナー消費量が検出される。この検出結果に基づいて、トナー消費量予測部1207は、予測されたトナー消費量と実際のトナー消費量とを比較する。トナー消費量予測部1207は比較結果に基づいてトナー消費量の予測値を算出するためのパラメータを修正する。実際のトナー消費量をトナー消費量の予測値の算出プロセスにフィードバックすることにより、精度の高い現像器内のトナー濃度の予測が可能になる。補給スケジュール生成部408は、精度の高いトナー消費量の予測値に基づいてトナー補給スケジュールを生成することができる。

トナー消費量の予測値の修正には以下の予測式（算出プロセス）を用いる。尚、本発明の趣旨は、以下の予測式を用いることに限定されるものではなく、実測値の結果と予測値との関係を補間することができる関数であればよい。

ここで予測式はプリンタで使用するCMYKそれぞれについて独立に用いられる。以下、シアン（Cyan）用の予測式を例に説明する。

Ycは修正後のトナー消費量の予測値（修正予測値）である。Xcは画像データ及び印刷設定より求められたトナー消費量の予測値（修正前予測値）である。GAINc及び、OFFSETcは修正前予測値を修正予測値へ調整するためのパラメータ（ゲイン値、オフセット値）である。トナー消費量予測部1207は、トナー消費量の予測値（修正予測値）とトナー濃度検知部により検知された実際に消費されたトナー量とを比較し、例えば、両者の差分がゼロになるようにゲイン値、オフセット値を設定し、微調整して更新する。この設定、更新されたパラメータ（ゲイン値（GAINc）及びオフセット値（OFFSETc））を使用して、トナー消費量の予測値（修正前予測値）Xcを修正する。パラメータの修正に基づいてトナー消費量の予測値（修正予測値）Ycが求められる。

なお、画像データの信号値とトナーの消費量の関係は、画像データの特性、例えば、イメージ、グラフィックス、テキスト等、や画像形成方法に依存する傾向がある。従って、各色のオブジェクトにそれぞれ別々のゲイン、オフセットを設けることでより精度の高いトナー予測を行うことが可能である。図12Bは、画像データの特性として、例えば、イメージ、グラフィックス、テキストに対して、各色のゲイン値、オフセット値を設けた例を示す図である。

図12Bに示されたゲイン値、オフセット値を用い、予測されたトナー消費量Xc、 Xm、 Xｙ、 Xｋに関して修正を行うことで、より精度の高いトナー消費量の予測値を求めることが可能になる。

トナー消費量予測部1207は画像データ及び印刷設定よりトナー消費量を予測し、トナー濃度検知部1211で検知されたトナー消費量により予測値に修正を加えた上でトナー消費量予測テーブルを作成する。トナー消費量予測テーブル作成後の補給スケジュール算出方法に関しては第1実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。

本実施形態に拠れば、トナー消費量の検知結果を予測値に反映することで、現像器内のトナー濃度を精度よく予測することでトナーを補給するスケジューリングを行い、適切なタイミングでトナー補給を行うことが可能になる。

（他の実施形態）
なお、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録したコンピュータ可読の記憶媒体を、システムあるいは装置に供給することによっても、達成されることは言うまでもない。また、システムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。

この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。

また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現される。また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

従来の画像形成装置が具備する現像装置の概略構成、及びこの現像装置に使用されている従来の光学反射光量検知方式のトナー濃度検知センサの一例を示す図である。 従来技術におけるトナー補給動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の基本的な構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。 (a)はページレイアウト設定により2枚の画像を縮小して1ページに印刷する際の、トナー消費量の予測の例を説明する図である。(b)は印刷設定により面付けされたページレイアウトの印刷順序に従ったトナー消費量予測テーブルを例示する図である。 (a)は同じ画像データを複数部印刷する際の、トナー消費量の予測を説明する図である。(b)、（ｃ）は、印刷順序に従ったトナー消費量予測テーブルを例示する図である。 (a)は印刷した用紙を中綴じし製本した場合に正しいページ順になるように処理する「製本印刷」を行った際の、トナー消費量の予測を説明する図である。(b)は、印刷順序に従ったトナー消費量予測テーブルを例示する図である。 (a)は、入力される画像データを示す図である。(b)は、従来のビデオカウント方式の現像剤濃度制御を用いたトナー補給量、現像器内のトナー濃度の推移を示す図である。(c)は、本実施形態にかかる補給スケジュールに従ったトナー補給量、現像器内のトナー濃度の推移を示す図である。 第２実施形態にかかる画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。 ベクター情報として記述された描画オブジェクトの例を示す図である。 プレレンダリング処理を例示的に説明する図である。 第３実施形態にかかる画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。 画像データの特性として、例えば、イメージ、グラフィックス、テキストに対して、各色のゲイン値、オフセット値を設けた例を示す図である。 従来のビデオカウント方式を用いたトナー補給の例を説明する図である。

符号の説明

４０７ トナー消費量予測部
４０８ 補給スケジュール生成部
４１０ 補給制御部
９１１ プレレンダリング処理部
１２１１ トナー濃度検知部

Claims (5)

1. 像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視画像を形成する現像手段を有する画像形成装置であって、
   プリントジョブを入力する入力手段と、
   前記プリントジョブに含まれる画像データと当該画像データに基づく印刷出力を制御するための印刷設定との内容を解析する解析手段と、
   前記画像データに基づく静電潜像を形成した場合に前記現像手段で現像するために必要とされる現像剤の消費量を、前記解析手段による解析結果に基づき予測する予測手段と、
   前記予測手段により予測された前記現像剤の消費量に基づき当該現像剤を前記現像手段に補給するスケジュールを生成する補給スケジュール生成手段と、
   前記補給スケジュール生成手段により生成された前記スケジュールに基づき、前記画像データに含まれる第１の画像データを形成した後、該第１の画像データよりも濃度の高い第２の画像データを形成する場合、前記第２の画像データを形成するより前に、当該現像剤の濃度が安定化するまでの時間を確保して前記現像手段に前記現像剤を補給する補給手段を制御する補給制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記印刷設定には、印刷枚数、印刷媒体に面付けされるページ数、製本印刷の指定が含まれることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視画像を形成する現像手段を有する画像形成装置の制御方法であって、
   前記画像形成装置の入力手段が、プリントジョブを入力する入力工程と、
   前記画像形成装置の解析手段が、前記プリントジョブに含まれる画像データと当該画像データに基づく印刷出力を制御するための印刷設定との内容を解析する解析工程と、
   前記画像形成装置の予測手段が、前記画像データに基づく静電潜像を形成した場合に前記現像手段で現像するために必要とされる現像剤の消費量を、前記解析工程による解析結果に基づき予測する予測工程と、
   前記画像形成装置の補給スケジュール生成手段が、前記予測工程により予測された前記現像剤の消費量に基づき当該現像剤を前記現像手段に補給するスケジュールを生成する補給スケジュール生成工程と、
   前記画像形成装置の補給制御手段が、前記補給スケジュール生成工程により生成された前記スケジュールに基づき、前記画像データに含まれる第１の画像データを形成した後、該第１の画像データよりも濃度の高い第２の画像データを形成する場合、前記第２の画像データを形成するより前に、当該現像剤の濃度が安定化するまでの時間を確保して前記現像手段に前記現像剤を補給する補給手段を制御する補給制御工程と、
   を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
4. 前記印刷設定には、印刷枚数、印刷媒体に面付けされるページ数、製本印刷の指定が含まれることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置の制御方法。
5. 請求項３または４に記載の画像形成装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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