JP4424286B2 - 画像形成装置、トナーカウンタおよびトナー消費量算出方法 - Google Patents

Description

この発明は、トナーを使用してトナー像を形成する画像形成装置において、トナー像の形成に消費されるトナーの量を算出する技術に関するものである。

プリンタ、複写機、ファクシミリ装置など、トナーを使用して画像を形成する電子写真方式の画像形成装置においては、トナー補給などメンテナンスの都合上、トナーの消費量あるいは残量を把握する必要がある。そこで、トナーの消費量を精度よく求めるための技術（以下、「トナーカウント技術」という）が従来より提案されている。例えば、特許文献１に記載のトナー消費量検出方法では、印刷ドット列をそのドットの連続状態に応じて複数のパターンに分類し、それらの発生回数を個別に計数する。そして、それらの計数値にそれぞれ所定の係数を乗じて加算することによって全トナー消費量を算出する。こうすることによって、ドットの連続状態の差異に起因するドット個数とトナー付着量との間の非線形性によらず高精度にトナー消費量を求めている。

特開２００２−１７４９２９号公報（図２）

実際の画像形成動作においては、上記のような印刷ドット列を多数並べて形成することによって二次元画像を得ている。そして、印刷ドットの二次元的な配列状態は全くのランダムというわけではなく、形成される画像の内容によっては一定の規則性を有する場合がある。例えば、写真画像においては中間調の印刷ドットが多用されるのに対して、文字を主体とする画像においては中間調のドットはあまり現れず、各印刷ドットは完全オンまたは完全オフの二値で表される場合が多い。また、例えば、与えられた画像信号に対しスクリーン処理を含む信号処理を行っている場合には、ドットの配列状態に、適用されるスクリーンのピッチ等に応じた規則性が現れることがある。このような規則性を利用することによってトナーカウント技術をより効率化することが期待されるが、上記従来技術ではこの点については全く考慮されていなかった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、画像形成装置におけるトナー消費量を効率よく、しかも高精度に求めることのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる画像形成装置は、画像信号に対し所定の信号処理を施して、印刷ドットの配列に関する印刷ドットデータを作成する信号処理手段と、潜像担持体上に前記印刷ドットに対応する静電潜像を形成するとともに、該静電潜像をトナーにより顕像化することで、前記画像信号に対応するトナー像を形成する像形成手段と、前記トナー像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出手段とを備え、前記トナー消費量算出手段は、前記トナー像を所定のサイズを有する複数の単位セグメントに区分して各単位セグメントごとのトナー消費量を前記印刷ドットデータに基づき求め、それらを合算することで前記トナー像全体のトナー消費量を算出し、しかも、前記印刷ドットデータの内容に応じて前記単位セグメントのサイズを変更設定することを特徴としている。

また、この発明にかかるトナーカウンタは、画像信号に対し所定の信号処理を施して印刷ドットの配列に関する印刷ドットデータを作成し、潜像担持体上に前記印刷ドットに対応する静電潜像を形成するとともに該静電潜像をトナーにより顕像化することで、前記画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置のトナー消費量を算出するトナーカウンタであって、上記目的を達成するため、前記トナー像を所定のサイズを有する複数の単位セグメントに区分して各単位セグメントごとのトナー消費量を前記印刷ドットデータに基づき求め、それらを合算することで前記トナー像全体のトナー消費量を算出し、しかも、前記印刷ドットデータの内容に応じて前記単位セグメントのサイズを変更設定することを特徴としている。

また、この発明かかるトナー消費量算出方法は、画像信号に対し所定の信号処理を施して印刷ドットの配列に関する印刷ドットデータを作成し、潜像担持体上に前記印刷ドットに対応する静電潜像を形成するとともに該静電潜像をトナーにより顕像化することで、前記画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置のトナー消費量を算出するトナー消費量算出方法であって、上記目的を達成するため、前記トナー像を、前記印刷ドットデータの内容に応じて設定したサイズの単位セグメントに区分し、各単位セグメントごとのトナー消費量を前記印刷ドットデータに基づき求め、各単位セグメントごとに求めたトナー消費量を合算することで前記トナー像全体のトナー消費量を算出することを特徴としている。

これらの発明によれば、トナー像が印刷ドットデータの内容に応じたサイズの単位セグメントに区分され、トナー消費量の算出はその単位セグメントごとに行われる。このように、トナー消費量の算出単位を画一的とせず、印刷ドットデータの内容に応じて設定することにより、印刷ドットデータに現れる規則性を有効に活用して、効率よくトナー消費量を求めることが可能となる。

例えば、形成するトナー像の解像度を変更できるように構成された画像形成装置においては、その解像度に応じて単位セグメントのサイズを設定することができる。解像度の変更は、印刷ドットデータの変更により行われるのであって、装置自体の構造により決まる解像度が変化するわけではない。したがって、このような装置では、印刷ドットデータにより表されるデータ上の解像度と、装置自体の構造上の解像度とが一致しない場合が生じうる。この場合には、構造上の解像度でなくデータ上の解像度に対応するサイズの単位セグメントを設けることが望ましい。印刷ドットはデータ上の解像度に対応する周期での規則性を持って出現することになるので、その規則性を利用してトナー消費量を効率よく求めることが可能となるからである。例えば、６００ｄｐｉ（dots per inch）の解像度を持つ画像形成装置を用いて３００ｄｐｉ相当のトナー像を形成する場合、印刷ドットは１／３００インチの周期で繰り返し現れる。この場合、１／６００インチ単位でトナー消費量を求めるよりも、１／３００インチ単位でトナー消費量を求めるほうが、印刷ドット出現の周期性を利用することができ、処理を効率よく行うことができる。この場合、解像度が高いほど単位セグメントのサイズを小さく設定するのがよい。

また、前記信号処理手段において前記印刷ドットデータの作成に適用されたスクリーンの種類に応じて前記単位セグメントのサイズを設定するようにしてもよい。スクリーンの種類によって印刷ドットの出現周期が変わるので、この周期に合わせて単位セグメントのピッチを定めることで、効率よくトナー消費量を求めることが可能となる。

例えば、前記印刷ドットデータが前記信号処理手段においてスクリーン処理を含む信号処理により作成されたものであるときには、前記印刷ドットデータがスクリーン処理を含まない信号処理により作成されたものであるときよりも、前記単位セグメントのサイズを小さくするのがよい。スクリーン処理により作成されるトナー像は、種々の中間的な階調レベルを有する印刷ドットが存在するので、スクリーン処理なしで作成されるトナー像に比べて印刷ドットの現れ方の態様が複雑である。したがって、その場合には単位セグメントのサイズを小さくすることで、精度よくトナー消費量を求めることができる。一方、スクリーン処理を伴わないトナー像については、単位セグメントのピッチを広くすることで、処理を簡略化することができる。

同様の理由で、１色のトナーを用いたモノクロ画像と、互いに色の異なる複数のトナーを用いたカラー画像とを選択的に形成可能に構成された装置においては、前記印刷ドットデータがカラー画像に対応したものであるときには、前記印刷ドットデータがモノクロ画像に対応したものであるときよりも、前記単位セグメントのサイズを小さくするのが好ましい。

ここで、単位セグメントを設定するために印刷ドットデータの内容がどのようなものであるかを知る方法としては、印刷ドットデータを解析することによって判定する方法と、信号処理手段から印刷ドットデータの内容に関する情報を受け取る方法とがある。前者の方法としては、例えば、印刷ドットデータを一時的に記憶する記憶手段を設け、記憶手段に記憶された前記印刷ドットデータからその内容を判定するという方法がある。より具体的な方法の一例としては、特定の階調値を有する印刷ドットの出現頻度を前記印刷ドットデータに基づいて求め、その結果に基づいて印刷ドットデータの内容を判定する方法がある。上記したように、スクリーン処理された画像あるいはカラー画像のように中間調を多用するトナー像に対しては、単位セグメントを比較的小さく取ることが好ましい。そして、単位セグメントのサイズをどのように設定するかについては、特定の階調値を有する印刷ドット（以下、「特定階調ドット」という）の出現頻度から判定することができる。このような特定階調ドットの出現頻度は、所定の単位、例えばトナー像のうちのあるブロック単位、あるいは１ページ単位における特定階調ドットの個数、濃度ゼロのドット（以下、「オフドット」という）を含む印刷ドットの総数に対する特定階調ドットの個数の比率、あるいはオフドット以外の印刷ドットの個数に対する特定階調ドットの個数の比率などにより定義することができる。

また、信号処理手段がどのような種類のスクリーンを適用して信号処理を行ったか、あるいは形成すべき画像がカラー画像であるかモノクロ画像であるか等については、印刷ドットデータを解析するまでもなく、信号処理手段がそれに関する情報を有しているので、このような情報に基づき印刷ドットデータの内容を判定するようにすれば、処理をより簡単にすることができる。

＜装置の構成＞
図１はこの発明を好適に適用可能な画像形成装置の構成例を示す図である。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１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１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１本体に対し着脱自在となっている。

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帯電トナーを担持するとともに所定の現像バイアスを印加された金属製の現像ローラ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。

各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、当該現像器に関する情報を記憶するための不揮発性メモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。そして、各現像器に設けられたコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋのうち必要に応じて選択された１つと、本体側に設けられたコネクタ１０９とが互いに接続され、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１とメモリ９１〜９４との間で通信が行われる。こうすることで、各現像器に関する情報がＣＰＵ１０１に伝達されるとともに、各メモリ９１〜９４内の情報が更新記憶される。なお、ＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間の通信は、上記のようにコネクタによる機械的接触によって行うものに限定されず、例えば無線通信などの非接触通信手段によってもよい。

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７３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。

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。

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。

また、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０およびクリーナ７６が設けられている。濃度センサ６０は、必要に応じ、中間転写ベルト７１上に形成されるトナー像を構成するトナー量を光学的に検出する。すなわち、濃度センサ６０は、トナー像に向けて光を照射するとともに該トナー像からの反射光を受光し、その反射光量に応じた信号を出力する。クリーナ７６は、中間転写ベルト７１に対し離当接自在に構成され、必要に応じて中間転写ベルト７１に当接することで、該ベルト７１上の残留トナーを掻き落とす。

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。

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。

図３はこの装置における信号処理ブロックを示す図である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００などの外部装置から画像信号が入力されると、メインコントローラ１１がその画像信号に対し所定の信号処理を施す。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。

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。

なお、メインコントローラ１１およびエンジンコントローラ１０においては、これらの各機能ブロックはハードウェアにより構成されてもよく、またＣＰＵ１１１、１０１により実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。

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。

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ガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。

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。ハーフトーニング処理の内容は、形成すべき画像の種類により異なる。すなわち、その画像がモノクロ画像かカラー画像か、あるいは線画像かグラフィック画像かなどの判定基準に基づき、その画像に最適な処理内容が選択され実行される。

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す多値信号であり、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。このようにして画像信号に対応した画像形成を行う。

また、この種の画像形成装置では、装置のガンマ特性が装置個体ごとに、また同一の装置においてもその使用状況によって変化する。そこで、このようなガンマ特性のばらつきが画像品質に及ぼす影響を除くため、所定のタイミングで、前記した階調補正テーブル１１８の内容を画像濃度の実測結果に基づいて更新する階調制御処理を実行する。

この階調制御処理では、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が読み取り、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。そして、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。こうすることで、この画像形成装置では、装置のガンマ特性のばらつきや経時変化によらず、安定した品質で画像を形成することができる。

＜トナー消費量算出の原理＞
次に、上記のように構成された画像形成装置において、トナー像の形成に消費されるトナーの量を算出する方法について説明する。この装置では、トナー像を微小な単位セグメントに分割し、その単位セグメントごとのトナー消費量を個別に求める。そして、各単位セグメントごとのトナー消費量を合算して、トナー像全体のトナー消費量を求めている。また、単位セグメントのサイズは一定ではなく、形成されるトナー像の内容に応じて設定される。

図４は単位セグメント設定の例を示す図である。ここでは、この画像形成装置の最高解像度を６００ｄｐｉ（dots per inch）として説明する。ここでいう最高解像度とは、ＣＰＵ１０１の処理能力やメモリ容量、露光ビームのスポットサイズや走査速度、感光体２２の移動速度など装置の構造上の制約によって決まる解像度のことである。つまり、この装置で形成することのできる最も小さいドット径が１／６００インチである。

一方、外部から与えられる画像信号が有する解像度は必ずしもこれと一致しない。例えばパーソナルコンピュータのフォトレタッチングソフトによる画像信号は高い解像度で作成されるが、テキストエディタやワープロソフトなどにより作成された文字や簡単な図表からなる画像を表す画像信号の場合は、より低い解像度で作成されていることが多い。またファイルサイズの圧縮や処理時間の短縮を目的として、ユーザが意図的に低い解像度を選択してデータを作成する場合もある。

このように、装置に与えられる画像信号の持つ解像度は様々であるが、それにより装置の動作自体が大きく変わるわけではない。図４に示すように、例えば６００ｄｐｉの解像度を持つ画像を形成する場合には、この装置の最小ドット単位でドットがオン・オフされてトナー像が形成される。一方、画像の持つ解像度が３００ｄｐｉであった場合には、１つのドットのサイズが１／３００インチとなるわけではなく、最小単位（１／６００インチ）のドットが（２×２）ドット単位でオン・オフされることによって、見かけ上の解像度が３００ｄｐｉとなるのである。

トナー消費量を求めるに際しては、解像度６００ｄｐｉの画像については１ドットごとに計算する必要があるが、解像度３００ｄｐｉの画像については１ドットずつ計算する必要はなく、４ドット（２×２ドット）を１つの単位として計算すれば十分である。そこで、この装置では、解像度６００ｄｐｉの画像については１ドットを単位セグメントとする一方、解像度３００ｄｐｉの画像については４ドット（２×２ドット）を単位セグメントとして、各単位セグメントごとにトナー消費量を算出する。このように、形成すべき画像の解像度に応じて単位セグメントを設定し、トナー消費量を求めることにより、トナー消費量を精度よく、しかも効率よく求めることが可能となる。

次に、カラー画像を形成する際のスクリーン処理の影響について考える。カラー画像は、各色のトナー像が適宜のバランスで重ね合わされることにより形成されている。この場合において、各色のトナー像を構成する印刷ドットの並びが同一の周期性を有していると、それらを重ね合わせたときにモアレ模様が発生し画質を低下させることがある。そこで、各色ごとに印刷ドットの周期性をずらすことにより、モアレ模様が目立つのを抑えることができる。このための処理としては、ハーフトーニング部１１６において各色の画像データに対しスクリーン処理を行うときに、適用するスクリーンを色毎に異ならせることによって実現可能である。

図５はスクリーン処理後の印刷ドットの配列パターンの例を示す図である。図５に示すように、シアン色の画像データに対しては、（３×５）ドットを単位として、印刷ドットの集合体としての点の大きさが変化するようなスクリーン処理が施される（点成長スクリーン処理）。また、マゼンタ色の画像データに対しては、（３×３）ドットを単位として、印刷ドットの集合体としての傾き４５度のラインの太さが変化するようなスクリーン処理が施される（線成長スクリーン）。このようなスクリーン処理の結果として、処理後の印刷ドットの配列パターンには、シアン色については（３×５）ドット単位の、またマゼンタ色については（３×５）ドット単位の特徴的な繰り返しパターンが現れることとなる。

このため、トナー消費量算出の単位となる単位セグメントのサイズを上記した繰り返しの単位に一致させておくと便宜である。すなわち、例えばマゼンタ色では、印刷ドットが（３×３）ドット単位で配列されることがわかっているので、（３×３）ドットを単位セグメントとする。しかも、その（３×３）ドットのマトリクス内におけるドットの配置には規則性があり（この例では傾き４５度のライン状の配置となる）、ドット配置の組み合わせは何通りかに限定されている。したがって、その組み合わせごとのトナー消費量を予め求めておくことができる。そして、トナー像全体についてのトナー消費量を求めるための計算は、単位セグメントごとのトナー消費量をドットパターンに応じて求め、各単位セグメントごとのトナー消費量を合計するという手順により実現されることとなり、１ドットごとに求める方法に比べて大幅に簡略化されることとなる。同様に、シアン色については（３×５）ドットを単位セグメントとすればよい。他の色についても同様である。

＜トナーカウンタの構成＞
次に、上記原理を用いてトナー消費量を計算するトナーカウンタの具体的な構成例について説明する。

図６はトナーカウンタの構成を示す図である。トナーカウンタ２６０は、図６に示すように、パターン判定回路２６１、換算テーブル２６３およびアキュムレータ２６５を備えている。また、この装置には、メインコントローラ１１のパルス変調部１１７から出力されて、ドットのオン・オフを示す二値データであるビデオ信号を一時的に記憶しておくためのデータバッファ１６０が設けられている。

パターン判定回路２６１は、データバッファ１６０に保存されている二値データから、トナー像における印刷ドットの配列状態を判定し、その結果を出力する。また、換算テーブル２６３は、内蔵のルックアップテーブルを参照し、パターン判定回路２６１から出力されたデータに応じた値を出力する。アキュムレータ２６５は、換算テーブル２６３から出力された値を累積加算し保存する。また、パターン判定回路２６１および換算テーブル２６３には、メインコントローラ１１に設けられたＣＰＵ１１１からの「切り換え情報」が入力されている。この「切り換え情報」は、形成すべき画像の内容が、以下の３種類：（１）高解像度（６００ｄｐｉ）モノクロ画像；（２）低解像度（３００ｄｐｉ）モノクロ画像；（３）カラー画像、のいずれであるかを表す情報である。また、形成すべき画像がカラー画像である場合には、現在作成しているトナー像がどのトナー色であるかを表す情報も付加される。そして、その情報内容によって、パターン判定回路２６１および換算テーブル２６３の機能は次のように変化する。

（１）高解像度（６００ｄｐｉ）モノクロ画像の場合
この場合には、トナーカウンタ２６０は、１ドットを単位セグメントとしてトナー消費量の算出を行う。すなわち、１ドットごとのトナー消費量を求め、それを合計することでトナー像全体のトナー消費量を求める。具体的な処理内容は以下の通りである。

特許文献１にも記載されているように、１つの印刷ドットにおけるトナー消費量は、その印刷ドットの近傍における他の印刷ドットの有無による影響を受ける。感光体２２上において、各印刷ドットに対応する潜像プロファイルが相互に干渉するからである。そこで、各印刷ドットのトナー消費量を求めるにあたって、当該印刷ドットの周囲にあるドットの分布状態を考慮する。具体的には、当該印刷ドットを中心とする（３×３）ドットのマトリクスを考え、そのマトリクス中に、当該印刷ドット以外の印刷ドット（以下、「近接ドット」という）がいくつあるかによって、当該印刷ドットのトナー消費量を見積もる。

図７は近接ドット数とトナー付着量との関係を示す図である。図７に示すように、１つの印刷ドットに付着するトナーの量は、その周囲の近接ドットの数によって変化する。より詳しくは、例えば、計算の対象となる印刷ドットが、その周囲に隣接するドットが全くない孤立ドットである場合（隣接ドット数０に対応）には、当該印刷ドットへのトナー付着量はＭ0である。一方、この印刷ドットに隣接する位置に他の印刷ドットが２つ存在する場合（隣接ドット数２に対応）、印刷ドットへのトナー付着量はＭ2であり、この値は孤立ドットに対応する値Ｍ0より若干大きくなっている。これは、感光体２２上において近接位置に形成された各印刷ドットに対応する電位の井戸が互いに干渉するためと考えられる。そして、さらに隣接ドット数が多くなると、各印刷ドット間でトナーを分け合うことになるので、トナー付着量の増加はなくなる。

この関係から、各印刷ドットごとのトナー消費量については、当該印刷ドットを中心とする（３×３）ドットマトリクス内における近接ドットの個数とトナー付着量との関係を表すテーブルを用いて求めることができる。すなわち、印刷ドットのトナー付着量を、近接ドット個数と対応させてテーブル化しておき、ある印刷ドットにおけるトナー消費量を求める際には、当該印刷ドットの近接ドットの個数を求め、その個数からテーブルを参照して、当該印刷ドットにおけるトナー消費量に換算することができる。

図８は近接ドット数からトナー消費量への換算テーブルの例を示す図である。換算テーブル２６３では、図８に示す近接ドット数とトナー消費量とが関連付けられてテーブル化されている。パターン判定回路２６１は、データバッファ１６０に保存されたデータに基づいて、計算の対象となる印刷ドットを中心とする（３×３）ドットマトリクス内における近接ドットの個数を判定し、その個数を出力する。換算テーブル２６３は、入力された近接ドット数に対応するトナー消費量を出力する。例えば、計算の対象となる印刷ドットが孤立ドットであれば、パターン判定回路２６１は値０を出力し、換算テーブル２６３はこれに対応するトナー消費量Ｍ0を出力する。これを１ページ分について繰り返し、換算テーブル２６３からの出力をアキュムレータ２６５で積算すると、アキュムレータ２６５にはトナー像１ページ分のトナー消費量に相当する値が残ることとなる。

（２）低解像度（３００ｄｐｉ）モノクロ画像の場合
この場合には、印刷ドットは（２×２）ドット単位でオン・オフされるので、トナー消費量算出の単位セグメントを（２×２）ドットとする。この場合、１単位セグメントを１つの仮想的なドットに見立てて上記（１）の計算方法によってトナー消費量を算出してもよいが、以下のようにより簡単な方法でトナー消費量を求めてもよい。低解像度画像の場合には、図４に示すように、（２×２）ドットを単位として印刷ドットのオン・オフがなされる。これを１つ１つの印刷ドットについてみると、どの印刷ドットの周囲にも、常に３個以上の近接ドットが存在することとなる。図７に示すように、近接ドットの数が多ければ各印刷ドットごとのトナー付着量の変化はあまりないから、この場合には（２×２）ドットを１つのドット群とみて、そのドット群の数とトナー消費量とがほぼ比例すると考えてよい。つまり、低解像度画像では、１ページ分のドット群の個数を数え、その個数に１ドット群あたりのトナー付着量を乗じることで、トナー像１ページ分のトナー消費量を求めることができる。

パターン判定回路２６１は、データバッファ１６０に保存されたデータに基づいて印刷ドットの配列状態を判定する。そして、各単位セグメントごとに、当該セグメントがトナーを付着させるべき領域にあるときには値１を、トナーを付着させない領域にあるときには値０を出力する。換算テーブル２６３は、パターン判定回路２６１からの出力が１であれば、予め求められている１ドット群（２×２ドット）あたりのトナー付着量に相当する値を出力する。また、パターン判定回路２６１からの出力が０であれば、値０を出力する。これを１ページ分について繰り返すと、アキュムレータ２６５には、１ページのトナー像に含まれている、トナーを付着させるべきドット群の個数と、１ドット群あたりのトナー付着量とを乗じた値、つまりトナー像１ページ分のトナー消費量に相当する値が保存されていることとなる。

（３）カラー画像の場合
形成すべき画像がカラー画像である場合には、トナーカウンタ２６０は、各トナー色ごとに個別に単位セグメントを設定し、各単位セグメントごとにトナー消費量を求める。そして、その結果を各トナー色ごとに合計することで、カラー画像１ページ分のトナー消費量を色毎に求めることができる。具体的には、この場合のパターン判定回路２６１は、トナー色に応じて設定した単位セグメントごとに、当該セグメント内の印刷ドットの配置パターン（ドットパターン）を判定し、その結果を換算テーブル２６３に出力する。例えばマゼンタ色については、（３×３）ドットを単位セグメントとして、その中のドットパターンに応じた値を出力する。

図９はドットパターンからトナー付着量への換算テーブルを示す図である。換算テーブル７６３では、図９に示すように、（３×３）ドットマトリクスにおけるドットパターンとトナー消費量とが関連付けられてテーブル化されている。パターン判定回路２６１は、データバッファ１６０に保存されたデータから、各単位セグメント内のドットパターンを判定し、そのパターン番号に対応する値を出力する。これを受けた換算テーブル２６３は、パターン番号に対応するトナー消費量Ｍm0ないしＭmxのいずれかを出力する。これを１ページ分について繰り返すと、アキュムレータ２６５には、トナー像１ページ分のトナー消費量に相当する値が保存されていることとなる。

他のトナー色についても、そのトナー色に対応したサイズの単位セグメントを設定して各単位セグメント内のドットパターンを判定し、そのドットパターンに対応するトナー消費量を積算してゆくことで、トナー像全体としてのトナー消費量を求めることができる。

＜まとめおよび変形例＞
以上のように、この発明にかかる画像形成装置におけるトナーカウンタ２６０では、トナー像をその内容に応じて設定したサイズの単位セグメントに区分し、各単位セグメントごとのトナー消費量を個別に求めてそれを合計することで、トナー像全体としてのトナー消費量を求めている。このように、トナー像の内容に応じた単位セグメントを設定することにより、印刷ドットの出現パターンに応じた適切な態様でトナー消費量の算出を行うことができるので、この実施形態では、トナー消費量を精度よく、しかも効率よく求めることが可能である。

なお、こうして算出されたトナー消費量については、例えばＣＰＵ１０１において累積加算しＲＡＭ１０７に記憶しておき、現像器の消耗品管理に供することができる。例えば、通算のトナー消費量がある値に達したときに、現像器内のトナー残量が所定値を下回ったとして、ユーザにトナーが残り少ないことを示すメッセージや、現像器交換を促すメッセージなどを表示部１２に表示させることができる。

次に、メインコントローラ１１からの情報によらずに、ビデオ信号の内容を判定する方法について説明する。上記したように、形成する画像がスクリーン処理を使用しているか否かによって、単位セグメントの設定を切り換えることが望ましいのであるが、両者の判定は必ずしも容易ではない。例えば、モノクロ画像であっても写真を含むものがあり、またグレースケールを用いて作成された文字画像もある。したがって、カラー画像かモノクロ画像かなどの単純な基準のみでカウント技術を決定することが好ましくない場合もありうる。以下に説明する方法は、このような場合にも適用できる判定方法である。

図１０は画像内容と種々の階調レベルを有する印刷ドットの出現頻度との関係を示す図である。所定の単位、例えば１ページ単位で種々の階調レベルを有する印刷ドットの出現頻度を調べてみると、図１０に示すように、写真画像などのスクリーン処理されたハーフトーン画像と文字画像などのスクリーン処理を伴わないライン主体画像との間で顕著な違いがある。より詳しくは、ライン主体画像では、１００％階調レベル（レベル２５５）付近および０％階調レベル（レベル０）付近の階調レベルを有する印刷ドットの出現頻度が突出している。また、ハーフトーン画像では、中間的な階調レベルを有する印刷ドットがより多く現れる。この性質を利用して、形成すべき画像がハーフトーン画像、ライン主体画像のいずれに分類されるべきかを判定することができる。

例えば、全印刷ドットの数に占める１００％階調レベルの印刷ドットの比率が所定値以上であるときに、当該画像はライン主体画像であると判定することができる。ただし、全印刷ドット数に０％階調レベルのドットまで含めてしまうと無地の部分の多いライン主体画像が誤判定されるおそれがあるので、より好ましくは、全印刷ドット数から０％階調レベルの（あるいは所定レベル以下の）印刷ドットの数を差し引いた方がよい。

また、例えば、全印刷ドットの数に占める中間調ドット（例えば１０％ないし９０％階調レベルの印刷ドット）の比率が所定値以上であるときに、当該画像はハーフトーン画像であると判定することができる。さらに、中間調ドットに属する階調レベルのうち印刷ドットの出現頻度が所定値を超えたものがある場合にも、当該画像はハーフトーン画像であると判定することができる。

このように、メインコントローラ１１からの情報によらなくても、ビデオ信号の内容を解析することで、形成すべき画像の内容を判定することが可能である。このようにすれば、処理が複雑となるものの、画像の内容により即した態様でトナー消費量を求めることが可能となり、トナー消費量の算出精度のさらなる向上を図ることが可能となる。

以上説明したように、上記各実施形態においては、メインコントローラ１１およびエンジン部ＥＧが本発明の「信号処理手段」および「像形成手段」としてそれぞれ機能している。特に、感光体２２が本発明の「潜像担持体」として機能している。また、メインコントローラ１１から出力されるビデオ信号が、本発明の「印刷ドットデータ」に相当している。また、この実施形態では、トナーカウンタ２６０が本発明の「トナー消費量算出手段」として機能している。また、この実施形態では、１ドット、（２×２）ドット、（３×３）ドットあるいは（３×５）等のマトリクスで表される感光体２２上の領域が、本発明の「単位セグメント」に相当している。さらに、本実施形態においては、データバッファ１６０が本発明の「記憶手段」として機能している。

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、上記実施形態における高解像度モノクロ画像に対応するトナー消費量算出方法では、１つ１つの印刷ドットを１つの単位セグメントしてトナー消費量を求めるようにしているが、いくつかのドットをまとめて１つの単位セグメントとして、その中の印刷ドットの配置に応じて各単位セグメントのトナー消費量を求めるようにしてもよい。

また、上記実施形態の高解像度モノクロ画像に対応するトナー消費量を算出するときに、最小ドットを単位セグメントとするとともに、各ドットのトナー消費量を（３×３）ドットマトリクス内の近接ドット数に応じて求めている。しかしながら、単位セグメント内におけるトナー消費量の求め方についてはこれに限定されるものではない。本発明は、データの内容に応じて単位セグメントのサイズを設定し、その単位セグメントごとにトナー消費量を求める点に特徴を有するものであって、単位セグメント内におけるトナー消費量の求め方を限定するものではないからである。

また、上記実施形態ではモノクロ画像を形成する際にはスクリーン処理を行わないことを前提としているが、この種の画像形成装置ではモノクロ画像の形成にもスクリーン処理を行う場合がある。このような装置では、上記したカラー画像に対応するトナー消費量算出技術、つまりスクリーンに対応した単位セグメントでトナー消費量を求める技術をモノクロ画像に適用するようにしてもよい。このことはモノクロ画像専用の画像形成装置についても言える。

また、画像データがどのようなアプリケーションで作成されたかがわかれば、そのアプリケーションによって扱える画像の種類が特定できる場合がある。このような場合には、使用されたアプリケーションの種類に応じてトナー消費量の算出方法を切り換えるようにしてもよい。また、形成される画像の内容や画質レベルをユーザ設定により決められるように構成されている装置においては、その設定内容に応じてトナー消費量の算出方法を切り換えるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態の構成に限定されず、例えばブラック色トナーに対応した現像器のみを備えモノクロ画像を形成する装置や、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写シートなど）を備える装置、さらには複写機、ファクシミリ装置など他の画像形成装置に対しても、本発明を適用することが可能である。

この発明を好適に適用可能な画像形成装置の構成例を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 この装置における信号処理ブロックを示す図。 単位セグメント設定の例を示す図。 スクリーン処理後の印刷ドットの配列パターンの例を示す図。 トナーカウンタの構成を示す図。 近接ドット数とトナー付着量との関係を示す図。 近接ドット数からトナー消費量への換算テーブルの例を示す図。 ドットパターンからトナー付着量への換算テーブルを示す図。 画像内容と階調レベルごとの印刷ドットの出現頻度との関係を示す図。

符号の説明

１１…メインコントローラ（信号処理手段）、 ２２…感光体（潜像担持体）、 １６０…データバッファ（記憶手段）、 ２６０…トナーカウンタ（トナー消費量算出手段）、 ＥＧ…エンジン部（像形成手段）

Claims (12)

1. 画像信号に対し所定の信号処理を施して、印刷ドットの配列に関する印刷ドットデータを作成する信号処理手段と、
   潜像担持体上に前記印刷ドットに対応する静電潜像を形成するとともに、該静電潜像をトナーにより顕像化することで、前記画像信号に対応するトナー像を形成する像形成手段と、
   前記トナー像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出手段と
   を備え、
   前記トナー消費量算出手段は、前記トナー像を所定のサイズを有する複数の単位セグメントに区分して各単位セグメントごとのトナー消費量を前記印刷ドットデータに基づき求め、それらを合算することで前記トナー像全体のトナー消費量を算出し、しかも、前記印刷ドットデータの内容に応じて前記単位セグメントのサイズを変更設定する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー消費量算出手段は、前記印刷ドットデータに対応するトナー像の解像度に応じて前記単位セグメントのサイズを設定する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー消費量算出手段は、前記解像度が高いほど前記単位セグメントのサイズを小さく設定する請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー消費量算出手段は、前記信号処理手段において前記印刷ドットデータの作成に適用されたスクリーンの種類に応じて前記単位セグメントのサイズを設定する請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記トナー消費量算出手段は、前記印刷ドットデータが前記信号処理手段においてスクリーン処理を含む信号処理により作成されたものであるときには、前記印刷ドットデータがスクリーン処理を含まない信号処理により作成されたものであるときよりも、前記単位セグメントのサイズを小さくする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記像形成手段が、１色のトナーを用いたモノクロ画像と、互いに色の異なる複数のトナーを用いたカラー画像とを選択的に形成可能に構成され、
   前記トナー消費量算出手段は、前記印刷ドットデータがカラー画像に対応したものであるときには、前記印刷ドットデータがモノクロ画像に対応したものであるときよりも、前記単位セグメントのサイズを小さくする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記印刷ドットデータを一時的に記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記トナー消費量算出手段は、前記記憶手段に記憶された前記印刷ドットデータからその内容を判定する請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記信号処理手段が、多値表現された階調データからなる前記印刷ドットデータを作成する一方、
   前記トナー消費量算出手段は、特定の階調値を有する印刷ドットの出現頻度を前記印刷ドットデータに基づいて求め、その結果に基づいて前記印刷ドットデータの内容を判定する請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記信号処理手段が、前記印刷ドットデータの内容に関する情報を前記トナー消費量算出手段に与える請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記トナー消費量算出手段は、１つの単位セグメントにおけるトナー消費量を、当該単位セグメントに対応する前記印刷ドットデータと、当該単位セグメント近傍の単位セグメントに対応する前記印刷ドットデータとに基づき求める請求項１ないし９のいずれかに記載の画像形成装置。
11. 画像信号に対し所定の信号処理を施して印刷ドットの配列に関する印刷ドットデータを作成し、潜像担持体上に前記印刷ドットに対応する静電潜像を形成するとともに該静電潜像をトナーにより顕像化することで、前記画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置のトナー消費量を算出するトナーカウンタにおいて、
    前記トナー像を所定のサイズを有する複数の単位セグメントに区分して各単位セグメントごとのトナー消費量を前記印刷ドットデータに基づき求め、それらを合算することで前記トナー像全体のトナー消費量を算出し、しかも、前記印刷ドットデータの内容に応じて前記単位セグメントのサイズを変更設定することを特徴とするトナーカウンタ。
12. 画像信号に対し所定の信号処理を施して印刷ドットの配列に関する印刷ドットデータを作成し、潜像担持体上に前記印刷ドットに対応する静電潜像を形成するとともに該静電潜像をトナーにより顕像化することで、前記画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置のトナー消費量を算出するトナー消費量算出方法において、
    前記トナー像を、所定のサイズを有する複数の単位セグメントに区分し、
    各単位セグメントごとのトナー消費量を前記印刷ドットデータに基づき求め、
    各単位セグメントごとに求めたトナー消費量を合算することで前記トナー像全体のトナー消費量を算出し、しかも、前記印刷ドットデータの内容に応じて前記単位セグメントのサイズを変更設定する
    ことを特徴とするトナー消費量算出方法。

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