JP2000132013A

JP2000132013A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000132013A
Application number: JP10307227A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Sakai; 義彦酒井; Hiroyuki Hotta; 宏之堀田; Seigo Makita; 聖吾蒔田; Hisao Ito; 久夫伊藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度な画像の品質を維持したまま、小型化
および低コスト化が図られた画像形成装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ８１から発せられたビーム光の光
強度分布を透過型拡散フィルタ８３で均質化し、用紙５
０上に形成されたサンプル画像のカラーパッチ５１表面
からの反射光を集光レンズ８４を介してフォトダイオー
ド８２で受光する定着画像濃度センサ８を備えて、画像
形成条件を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御可能な画像形
成条件の下に用紙上に画像を形成する画像形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータを中心としたネットワーク
技術の進展により、画像出力装置としてのプリンタをネ
ットワークに接続するネットワークプリンタが急速に普
及している。特に、出力する画像のカラー化に伴い、近
年、カラープリンタの開発が盛んになっており、カラー
画質の安定性の向上、複数のカラープリンタ間における
カラー画質の均一化などの要求が高まってきている。と
りわけ、色再現性に関しては、設置環境や経時変化、あ
るいは機差によらず高い安定性が求められている。

【０００３】一般に、人間の色差に対する感度は極めて
高いことが知られている。時間的・距離的に隣接してい
ない画像であっても、比較すべき画像の色差がＬ＊ａ＊
ｂ＊表色系において、色差ΔＥ=５程度あれば観測者や
状況によらず識別可能であり、色差ΔＥ＝３程度になる
と色差が認識できなくなる（文献「Ｄ．Ｈ．Ａｌｍａ
ｎ，Ｒ．Ｓ．Ｂｅｒｎｓ，Ｇ．Ｄ．Ｓｎｙｄｅ
ｒａｎｄＷ．Ａ．Ｌａｒｓｅｎ，Ｐｅｒｆｏｒｍ
ａｎｃｅＴｅｓｔｉｎｇｏｆＣｏｌｏｒ−Ｄｉｆ
ｆｅｒｅｎｃｅＭｅｔｒｉｃｓＵｓｉｎｇａＣｏ
ｌｏｒＴｏｌｅｒａｎｃｅＤａｔａｓｅｔ，ＣＯ
ＬＯＲｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎ，ｖｏｌ．１４，Ｎｕｍｂｅｒ３，Ｊｕ
ｎｅ１９８９」参照）。

【０００４】このような事実から、画像再現性の目標レ
ベルを人間の色差認識限界以下に設定しようとすると、
画像形成装置に対する要求値は色差ΔＥ＝３以下といっ
たような非常に高いものになる。しかし、周知のように
従来の電子写真方式を用いた画像形成装置では、各プロ
セスが不安定であり、このような高い要求値をみたすこ
とは困難である。これは、そもそも電子写真方式が静電
現象を利用しているためであり、温度や湿度など装置の
置かれた環境条件や、あるいは感光体や現像剤の経時的
な劣化などにより、装置自体の画像出力状態が変わり、
画像再現性が変動してしまうためである。

【０００５】そのため、電子写真方式を用いた画像形成
装置では、画像濃度を最適に保つためのフィードバック
制御が一般に用いられている。従来のフィードバック制
御の方式は、濃度パッチにより濃度再現状況や装置内の
環境条件をモニタして目標濃度との誤差分を求め、これ
にフィードバックゲインを乗じることによって、制御用
アクチュエータの設定値や補正量を算出するものが一般
的である。例えば、特開平１-１６９４６７号公報には
濃度パッチを測定して露光条件や現像バイアス条件を制
御することで所望の画像濃度を得ることが示されてい
る。濃度パッチとしては、現像工程後における未定着な
トナー像濃度パッチ、あるいは用紙などの記録媒体上に
形成された定着工程後の画像濃度パッチが用いられる。
トナー像濃度パッチが用いられる理由としては、用紙上
に作成される転写像や定着像に比較して、現像像の方が
作成および消去が簡単であること等が考えられるが、こ
のトナー像濃度パッチは定着画像濃度との相関が高いと
はいえ、後工程である転写工程や定着工程における変動
に関しては、その影響を検知することは不可能である。

【０００６】一方、定着画像濃度パッチが用いられる理
由としては、定着画像濃度パッチは画像の形態として最
終的にユーザーが入手する定着画像そのものであり、転
写工程や定着工程における変動要因を含めて画像品質を
評価できるためである。定着画像濃度をモニタしている
例としては、特開昭６２-２９６６６９号公報や特開昭
６３-１８５２７９号公報、あるいは特開平５-１９９４
０７号公報に代表されるように、装置本体に組み込まれ
た画像読取部を利用するものが多い。しかしこの方式で
は、画像を検知するためには一旦出力された画像を画像
読取部に移して再度読取りを行なうという作業をユーザ
ー自身が行なう必要があり、日常の画質管理としては甚
だ煩わしいものである。また、プリンタなどのように画
像読取部を備えていない画像形成装置の場合、原理的に
画像を検知することが困難である。

【０００７】そこで、定着工程後に出力画像をオンライ
ンでモニタする手段として、特開平９−１７１２７９９
号公報に、本出願人らによるカラー画像モニタ用センサ
が提案されている。このセンサは、イエロー（Ｙ），マ
ゼンタ（Ｍ），サイアン（Ｃ）の各トナー単色と補色の
関係にあるブルー（Ｂ），グリーン（Ｇ），レッド
（Ｒ）の各色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とし
て、各色のＬＥＤの、出力画像からの各反射光を各フォ
トダイオードで受光する構成のセンサである。一般に、
ＬＥＤの発光スペクトルはＲＧＢフィルタなどによる分
光に比べて帯域が狭く、全色域を高精度で分光すること
は困難であると言われている。しかし、この公報では、
モニタ用出力画像をＹ，Ｍ，Ｃの各トナー単色からなる
カラーパッチとして形成し、本センサの使用条件とし
て、各単色トナーの付着量の検知すなわち各単色トナー
濃度を検知することに限定して、フルカラー画像の色を
評価するものであるため、全色域を分光してフルカラー
の各色を識別するカラーセンサに比べてコストおよびサ
イズの点で有利であり、性能的にも必要かつ十分なもの
である。

【０００８】しかし、画像形成装置の出力画像をオンラ
インでモニタする場合、対象物である画像形成媒体とし
ての出力用紙の被測定面の上下動、つまり、用紙の進行
方向に垂直な方向の変動により、正確な測定ができない
おそれがある。これは、用紙上に形成された検知対象で
ある濃度パッチを、画像モニタ用検知手段を用いてモニ
タする場合、接触による画像へのダメージを防ぎかつモ
ニタ用センサ周辺への付加的な機構を排除するために、
検知手段と検知対象とを非接触でモニタする必要がある
ためである。

【０００９】ちなみに、通常の光学的センサにおいて光
源、レンズ、受光素子（光電変換素子）を組み合せた光
学系を用いて、前述したように上下変動する被測定面で
の測定を行なった場合、例えば被測定面としての紙面が
上下にわずか１ｍｍ変動すると、受光素子の出力はおよ
そ１５％も変化してしまうことが知られている。このよ
うな出力変動があると、用紙上に形成された検知対象で
ある濃度パッチの微少な差異を検知することは困難であ
る。

【００１０】この問題を解決するために、紙面での反射
光をレンズの焦点位置に設置した光電変換素子で受光す
ることにより、特定の条件を満たす領域においては紙面
の光軸方向への変動に依存しない出力を得る技術が、本
出願人により提案されている。この技術と、前述のＬＥ
Ｄを用いたカラー画像モニタ用センサを組み合わせるこ
とにより、高精度に非接触で画像をオンラインでモニタ
することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、紙面での反射
光をレンズの焦点位置で受光するにあたり、紙面の光軸
方向への変動に依存しない出力が得られる領域は、用い
るレンズの径にほぼ比例する。このため、モニタ用セン
サ本体を小型化するには、用紙の進行方向に垂直な方向
の変動が許容される許容変動距離範囲を必要最小限に抑
える必要がある。しかし、光源であるＬＥＤ素子固有の
光強度分布のバラツキにより、照射光源から紙面上での
反射、および受光に至る光学的な位置関係を設計通りに
することは困難であるため、センサを構成するＬＥＤと
フォトダイオードとのペアからなる送受部毎に、紙面に
対する最適な距離が異なり、従って送受部毎に、ＬＥＤ
光軸とレンズ光軸の交点に位置すると思われる許容変動
距離範囲の中心位置がバラツキを持ったものとなる。

【００１２】これらのバラツキを許容し、さらに許容変
動距離範囲をある程度確保するためには、レンズ径を大
きくする必要がある。あるいは、許容変動距離範囲の中
心位置のバラツキを補正し、許容変動距離範囲の中心位
置を合わせるために、センサ自身に、各送受部と紙面間
距離を調整するための機構を設ける必要がある。これら
の対策は、センサの大型化や、部品コスト，部品数，組
立工数の増加につながるため、センサ本体に対するサイ
ズやコストの点で非常に大きな問題となる。また、セン
サ本体のみならず、画像形成装置全体としての小型化・
低コスト化を図る上で大きな障害になり問題である。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑み、高精度な画像
の品質を維持したまま、小型化および低コスト化が図ら
れた画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像形成装置は、制御可能な画像形成条件の下に最
終的に用紙上に画像を形成する画像形成手段と、用紙上
に形成された画像の濃度に対応した値を得る検知手段
と、その検知手段により検知された値に基づいて上記画
像形成条件を補正する条件制御手段とを備えた画像形成
装置において、上記検知手段が、用紙上に形成された画
像に向けてビーム光を発する発光ダイオードと、用紙上
の画像からの反射光または透過光を受光する受光素子
と、上記発光ダイオードから発せられたビーム光の空間
的な光強度分布を均質化してそのビーム光を上記用紙に
向かわせる光強度分布均質化手段とを備えたことを特徴
とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施形態の画像形成装
置の画像出力部を示す図である。

【００１７】本実施形態の画像形成装置は、電子写真方
式によって用紙上に画像を形成する画像形成装置であ
り、図１にはその画像形成装置の画像出力部（イメージ
アウトプットターミナル：ＩＯＴ）１００が示されてい
る。この画像出力部１００には、表面にトナー像が形成
される感光体１が備えられている。また、感光体１の周
囲には、スコロトロン帯電器２、露光器としてのレーザ
出力部（ＲＯＳ）３、現像器４、転写器５、および感光
体１表面をクリーニングするクリーナ６が備えられてい
る。さらに、図１に示す転写器５の左側には定着器７が
備えられている。本実施形態では、これら感光体１，ス
コロトロン帯電器２，レーザ出力部３，現像器４，転写
器５，クリーナ６，定着器７を総合したものが、本発明
にいう、制御可能な画像の形成条件の下に最終的に用紙
上に画像を形成する画像形成手段の一例に相当する。ま
た定着器７の左上には、詳細は後述するが、用紙上に形
成された画像の濃度を測定する定着画像濃度センサ（本
発明にいう検知手段の一例）８、および定着画像濃度セ
ンサ８により測定された濃度特性に基づいて画像測定条
件を補正する画像制御器（本発明にいう条件制御手段の
一例）１０が備えられている。

【００１８】次に、このように構成された画像出力部１
００を有する画像形成装置における画像形成手順につい
て説明する。

【００１９】先ず、図示しない画像読取部で原稿を読み
取ったり、あるいは外部のコンピュータ等で作成して得
られた原画像信号に、やはり図示しない画像処理部で適
切な処理を行ない入力画像信号を得る。得られた入力画
像信号はレーザ出力部３に入力される。レーザ出力部３
では、入力画像信号でレーザ光を変調する。変調された
レーザ光は、感光体１上にラスター照射される。

【００２０】感光体１は、あらかじめスコロトロン帯電
器２によって一様に帯電されており、レーザ光が照射さ
れると、その表面には入力画像信号に対応した静電潜像
が形成される。次いで、現像器４により静電潜像がトナ
ー像に現像され、転写器５によってそのトナー像が用紙
（図示せず）上に転写され、さらに定着器７によって定
着される。その後、感光体１はクリーナ６によりクリー
ニングされ、一回の画像形成過程が終了する。画像出力
部１００では、画像形成装置の電源投入時や、ユーザの
マニュアル操作によるセットアップ時に、画質制御パッ
チと呼ばれる基準パターンの定着画像（サンプル画像）
が形成された用紙が出力される。この用紙に形成された
定着画像の濃度が、定着器７より下流に配置された定着
画像濃度センサ８で測定される。以下、図２を参照して
説明する。

【００２１】図２は、画像形成装置の、図１に示す画像
出力部の一部を含むブロック図である。

【００２２】図２には、図１に示す画像出力部１００を
構成する帯電器２、レーザ出力部３、現像器４、定着画
像濃度センサ８、および画像制御器１０が示されてい
る。画像制御器１０には、入力部２０と、メモリ３０
と、出力部４０とが接続されている。画像制御器１０
は、画像濃度制御部１１と、基準画像信号発生部１２
と、色変換制御部１３と、色変換処理部１４と、光量コ
ントロール部１５と、現像コントロール部１６と、グリ
ッド電源１７と、ＣＰＵ１８とから構成されている。

【００２３】画像制御器１０では、先ず、画像濃度制御
部１１からの指示により基準画像信号発生部１２からの
基準パターン発生信号を出力部４０に送り、これにより
用紙上にサンプル画像としての各色のカラーパッチが形
成される。次に、詳細は後述する定着画像濃度センサ８
によってこのカラーパッチの定着画像濃度が測定され、
測定された値が画像濃度制御部１１に送られる。画像濃
度制御部１１では、測定された定着画像濃度と、入力部
２０を経由してあらかじめメモリ３０内に格納されてい
る基準パターンの定着画像濃度目標値とを入力し、これ
ら定着画像濃度と基準パターンの定着画像濃度目標値と
の差異に応じて、帯電量、露光量、現像バイアス、現像
ロール回転数、トナー供給係数のうち少なくともいずれ
かの操作量を用いて、帯電器２、レーザ出力部３、現像
器４を制御することにより、所望の画像品質を得る。

【００２４】また、色変換制御部１３に、測定された定
着画像濃度と、入力部２０を経由してあらかじめメモリ
３０内に格納されている基準パターンの定着画像濃度目
標値とを入力し、これら定着画像濃度と基準パターンの
定着画像濃度目標値との差異に応じて色変換処理部１４
を経由してフィードバックすることにより、色変換マト
リクスの変換係数を補正して所望の画像品質を得てもよ
い。

【００２５】図３は、定着画像濃度センサの構成を示す
図である。

【００２６】図３に示す定着画像濃度センサ８は、ＬＥ
Ｄ（発光ダイオード）８１と、透過型拡散フィルタ（本
発明にいう光強度分布均質化手段の一例）８３と、集光
レンズ８４と、フォトダイオード（受光素子）８２とか
ら構成されている。

【００２７】ＬＥＤ８１は、用紙５０上に形成されたサ
ンプル画像のカラーパッチ５１表面に向けて可視光を発
する。

【００２８】透過型拡散フィルタ８３は、ＬＥＤ８１か
らビーム光が発せられた後のそのビーム光が用紙５０に
到達するまでの光路上に配置されており、そのＬＥＤ８
１から発せられたビーム光の空間的な光強度分布を均質
化してそのビーム光を用紙５０に向わせる。

【００２９】集光レンズ８４は、サンプル画像のカラー
パッチ５１表面からの反射光を集光する。

【００３０】フォトダイオード８２は、集光レンズ８４
で集光された反射光を受光する。

【００３１】次に、図３に示す定着画像濃度センサ８の
光学系の原理について説明する。

【００３２】図４は、図３に示す定着画像濃度センサの
光学系の原理を説明するための図である。

【００３３】図４には、紙面方向に対して垂直な方向に
変動する用紙５０で反射した光が、集光レンズ８４を通
ってその集光レンズ８４の後側焦点面６０に入射する状
態が示されている。後側焦点面６０には、図３に示すフ
ォトダイオード８２が設置されている。この図４では、
便宜上、集光レンズ８４の収差は無く、かつ厚みがゼロ
で幅は無限大と仮定して説明する。図４において、点Ｏ
は集光レンズ８４の中心、点Ｆａは集光レンズ８４の前
側焦点（用紙５０側の焦点）、点Ｆｂは集光レンズ８４
の後側焦点（フォトダイオード８２側の焦点）、距離ｆ
ａは集光レンズ８４の前側焦点距離（用紙５０側の焦点
距離）、距離ｆｂは集光レンズ８４の後側焦点距離（フ
ォトダイオード８２側の焦点距離）、点Ｃはフォトダイ
オード８２の受光領域の端、距離ｒはその受光領域の端
Ｃと集光レンズ８４の後側焦点Ｆｂとの間の距離を示
す。また、軸６１は集光レンズ８４の光軸、面６２は集
光レンズ８４の位置を示す。さらに、紙面５０ａ，５０
ｂは、変動する用紙５０の各紙面位置を示し、結像面６
３ａ，６３ｂは、その紙面５０ａ，５０ｂに対応する結
像面位置を示す。

【００３４】ここで、集光レンズ８４の光軸６１の方向
に異なる紙面５０ａ，５０ｂ上の濃度パッチにおける反
射点Ａ１，Ａ２で反射して、集光レンズ８４を通して結
像面６３ａ，６３ｂ上の結像点Ｂ１，Ｂ２で結像する光
を考えるとき、この光がフォトダイオード８２の受光領
域の端Ｃを通るときの、反射点Ａ１，Ａ２での反射角度
（光軸６１の方向に対する角度）をｓ１，ｓ２とする。

【００３５】また、紙面５０ａ，５０ｂと集光レンズ８
４の距離をａ１，ａ２、後側焦点面６０と結像面６３
ａ，６３ｂとの間の距離をｂ１，ｂ２、反射点Ａ１，Ａ
２からの反射光のうちの光軸６１に平行な光がレンズ面
を通過する点をＬ１，Ｌ２とする。さらに、反射点Ａ
１，Ａ２で反射して、フォトダイオード８２の受光領域
の端Ｃを通って結像面６３ａ，６３ｂに結像する光がレ
ンズ面を通過する点をＭ１，Ｍ２とする。また、点Ｌ
１，Ｍ１間の距離をｄ１、点Ｌ２，Ｍ２間の距離をｄ２
とする。ここで、（ａ１−ｆａ）／ｆａ＝ｆｂ／ｂ１…（１）（ａ２−ｆａ）／ｆａ＝ｆｂ／ｂ２…（２）が成り立つ。また、三角形Ｂ１Ｌ１Ｍ１と三角形Ｂ１Ｆ
ｂＣの相似、および三角形Ｂ２Ｌ２Ｍ２と三角形Ｂ２Ｆ
ｂＣの相似から、ｒ／ｂ１＝ｄ１／（ｂ１＋ｆｂ）…（３）ｒ／ｂ２＝ｄ２／（ｂ２＋ｆｂ）…（４）が成り立つ。

【００３６】さらに、三角形Ａ１Ｌ１Ｍ１および三角形
Ａ２Ｌ２Ｍ２において、角度ｓ１，ｓ２を用いて、ｄ１＝ａ１・ｔａｎ（ｓ１）…（５）ｄ２＝ａ２・ｔａｎ（ｓ２）…（６）が成り立つ。

【００３７】これらの式（５），（６）を、それぞれ式
（３），（４）に代入すると、ａ１＝（ｂ１＋ｆｂ）ｒ／（ｂ１・ｔａｎ（ｓ１）…（７）ａ２＝（ｂ２＋ｆｂ）ｒ／（ｂ２・ｔａｎ（ｓ２）…（８）が得られ、さらに、これらの式（７），（８）を、それ
ぞれ式（１），（２）に代入すると、ｒ／・ｔａｎ（ｓ１）＝ｆａ…（９）ｒ／・ｔａｎ（ｓ２）＝ｆａ…（１０）が得られる。これらの式（９），（１０）からｓ１＝ｓ２…（１１）が導き出される。

【００３８】このことを一般化すると、光軸６１の方向
に変動する紙面５０ｉ上の反射点Ａｉで反射して、集光
レンズ８４を通って結像面６３ｉ上の結像点Ｂｉで結像
する光を考えるとき、この光がフォトダイオード８２の
受光領域の端Ｃを通るときの、反射点Ａｉでの反射角度
ｓｉは，他のパラメータに関係なく、常に一定となる。
即ち、紙面の変動に伴って、紙面における反射領域が移
動し、反射点Ａｉが移動しても、反射角度ｓｉは常に一
定である。反射が理想的に生じていれば、反射点Ａｉで
の状態が同一のとき、この反射角度ｓｉ内に含まれる光
線数は一定であると考えられるので、フォトダイオード
８２の受光領域中のＦｂ―Ｃ間に入射する光量は、紙面
―集光レンズ８４間の距離、および紙面―フォトダイオ
ード８２間の距離に依存せず、各反射角度ｓｉの状態に
応じた光量となる。従って、紙面の特定の領域から反射
してフォトダイオード８２に入射する光は、紙面―フォ
トダイオード８２間の距離に依存せず、その領域の状態
に応じたものとなる。

【００３９】図５は、図３に示す定着画像濃度センサの
特性を示す図である。

【００４０】図５の横軸は、用紙５０の進行方向に垂直
な方向に変動する紙面変動距離を示し、縦軸はフォトダ
イオード８２の出力を示す。本実施形態の定着画像濃度
センサ８では、図４を参照して説明した光学系の原理に
より、紙面変動量がある程度あっても、この図５に示す
ように、フォトダイオード８２の出力変化量ΔＶを０.
２％以下に抑えることができる。図６は、照射領域の
範囲を説明するための図である。

【００４１】図４での原理説明では、集光レンズ８４の
幅を無限大と仮定したが、実際には集光レンズ８４の幅
は有限であり、この幅を考慮しなければならない。もっ
とも制約を受けると考えられるのは、光軸６１に垂直な
方向に対してである。単純には、反射点が集光レンズ８
４の幅よりも外側にあると、反射光は集光レンズ８４の
エッジでけられてしまうため、フォトダイオード８２に
到達する光量が減少することは容易に推察できる。さら
に、光量が一定となる反射光は光軸６１に対して片側で
角度ｓだけ広がって集光レンズ８４に入射するため、こ
の広がりを見込む必要がある。以上から、出力が一定に
なる反射点の位置範囲ｔは、以下のように示すことがで
きる。

【００４２】ｔ≦ｕ−２ｄここで、ｕは集光レンズ８４の幅、ｄは角度ｓで広がっ
た反射光の，集光レンズ８４の位置における幅である。
ただし、ｄの値はフォトダイオード８２や集光レンズ８
４の仕様により決まる数字であり、一般的にはｕの１/
１０以下であるため、反射点の位置範囲は基本的に集光
レンズ８４の幅で決まるといえる。

【００４３】この条件を満たすためには、集光レンズ８
４の幅ｕに比べて十分小さい範囲内に反射点、すなわち
照射光のスポットエリアを設定すれば良い。しかし、光
源であるＬＥＤ８１（図３参照）からの照射光は、多少
の広がりをもって用紙５０上に形成された濃度パッチに
入射するため、現実には照射光スポットエリアはある程
度の大きさを持つこととなる。このスポットエリアは、
濃度パッチ自身の濃度ムラやその周期性、またパッチの
階調を形成するための万線や網点などの画像構造の周期
性（解像度）との関係によってある程度の大きさを必要
とする。スポットエリアを必要以上に小さくすると、光
量が低下するためセンサ性能としてのＳ／Ｎ比の低下を
招くという問題や、濃度パッチ側の制約というような問
題が生じるおそれがある。一般的に使用されているオフ
ラインの濃度計や測色計におけるスポットエリア（アパ
ーチャエリア）は、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の直径のもの
がほとんどである。このように照射光のスポットエリア
は、センササイズや検知精度、紙面変動などの観点か
ら、所定の範囲内にあることが要求される。

【００４４】ここで、スポットエリアを必要最小限な値
に設定できたとしても、本実施形態の特徴部分である透
過型拡散フィルタ８３が備えられていない場合、用紙の
進行方向に垂直な方向の変動が許容される許容変動距離
範囲を決めることは困難である。以下、詳細に説明す
る。

【００４５】透過型拡散フィルタ８３が備えられていな
い定着画像濃度センサを考えた場合、設計上では発光か
ら反射・受光に至る光学的位置関係は、ＬＥＤ素子や集
光レンズの中心に光軸が存在すると想定しているのに対
し、実際のＬＥＤ素子では必ずしも光軸が中心を通ると
は限らない。ＬＥＤ素子には、光強度分布が良好なもの
と光強度分布が良好でないものとがあるからである。こ
のようなＬＥＤ素子の光強度分布のばらつきの原因につ
いては後述する。光強度分布が比較的良好なＬＥＤ素子
を用いた場合は、光強度のピーク位置が中心にあるため
光軸はほぼ設計値通りになるが、光強度分布が良好でな
いＬＥＤ素子を用いた場合は、光強度のピーク位置は中
心からずれるため、設計された光軸に対して照射角度の
違いやオフセットを持つ。

【００４６】図７は、透過型拡散フィルタが備えられて
いない定着画像濃度センサにおいて、光強度分布が良好
でないＬＥＤ素子を用いた場合の光強度分布断面プロフ
ァイルを示す図である。

【００４７】透過型拡散フィルタが備えられていない定
着画像濃度センサにおいて、光強度分布が良好でないＬ
ＥＤ素子を用いた場合、図７に示すように、光強度のピ
ーク位置Ｙが中心からずれる場合があり、その場合、Ｌ
ＥＤ光軸と集光レンズ光軸の交点に位置すると思われ
る、用紙の進行方向に垂直な方向の、変動が許容される
許容変動距離範囲の中心位置は、当初の設計値とは異な
ってしまうため、定着画像濃度センサ-用紙間距離（セ
ンサ-紙面間距離と略記する）を再調整しなければなら
ない。光強度のピーク位置Ｙが中心からずれる現象は、
ＬＥＤ素子毎に異なるため、各定着画像濃度センサ毎に
最適なセンサ-紙面間距離が異なることとなり、従って
センサ-紙面間距離を最適な距離に調整するための機構
や工数を必要とし、小型化および低コスト化を図る上で
障害となる。

【００４８】図８は、図３に示す定着画像濃度センサに
おいて、光強度分布が良好でないＬＥＤ素子を用いた場
合の光強度分布断面プロファイルを示す図である。

【００４９】本実施形態の定着画像濃度センサ８では、
光強度分布が良好でないＬＥＤ素子を用いた場合であっ
ても、透過型拡散フィルタ８３により光強度分布が改善
され、図８に示すように、光強度のピーク位置Ｙは中心
付近になる。従って、センサ-紙面間距離を調整するた
めの機構や工数は不要であり、小型化および低コスト化
が図られる。

【００５０】図９は、図３に示す定着画像濃度センサと
同じ構成を採用した複数の定着画像濃度センサとカラー
パッチとの組み合わせを示す図である。尚、図９では、
図３に示した集光レンズ８４は省略されている。

【００５１】図９には、各トナー単色からなる各濃度パ
ッチ、即ちイエローの濃度パッチ５１Ｙ，マゼンタの濃
度パッチ５１Ｍ，サイアンの濃度パッチ５１Ｃ，黒の濃
度パッチ５１Ｂに対応して、青の色光を発光するＬＥＤ
８１Ｂを有する定着画像濃度センサ８０Ｂ，緑の色光を
発光するＬＥＤ８１Ｇを有する定着画像濃度センサ８０
Ｇ，赤の色光を発光するＬＥＤ８１Ｒを有する定着画像
濃度センサ８０Ｒ，赤の色光を発光するＬＥＤ８１Ｒを
有する定着画像濃度センサ８０Ｒが備えられている。黒
の濃度パッチ５１Ｂに対応するＬＥＤについては原理的
には青、緑、赤、あるいは白の色光のいずれの色光を発
光するＬＥＤを用いても良く、ここでは、フォトダイオ
ード８２に対して感度が高く、比較的安価である赤の色
光を発光するＬＥＤ８１Ｒを用いている。

【００５２】図１０は、各ＬＥＤの主波長のスペクトル
強度と、各濃度パッチの反射スペクトル強度との関係を
示す図である。

【００５３】濃度パッチ５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃの色で
あるイエロー，マゼンタ，サイアンの色と補色関係にあ
る青，緑，赤の色光を発光するＬＥＤ８１Ｂ，８１Ｇ，
８１Ｒからの主波長のスペクトル強度は、図１０に示す
ように、およそ４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５０ｎｍと
いうように、互いに異なる主波長にピークを持つ。この
ようなＬＥＤ８１Ｂ，８１Ｇ，８１Ｒで濃度パッチ５１
Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃを照射して、各濃度パッチ５１Ｙ，
５１Ｍ，５１Ｃで反射する各反射スペクトル強度を各フ
ォトダイオード８２で受光することにより、画像の各単
色の濃度を評価する。ここで、図９に示す定着画像濃度
センサ８０Ｂ，８０Ｇ，８０Ｒ，８０Ｒでは、図５を参
照して説明したように、紙面変動量がある程度あって
も、各濃度パッチ５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂでの
反射光を受光した各フォトダイオード８２の出力変化量
は小さく抑えられ、かつ図８を参照して説明したよう
に、光強度のピーク位置は中心付近にあるため、各定着
画像濃度センサ８０Ｂ，８０Ｇ，８０Ｒ，８０Ｒのいず
れについても、許容変動距離範囲（図５に示すΔＶ＜
０.２％の領域）の中心位置は一致することとなり、画
像の各単色の濃度を精度よく評価することができる。従
って、これら各定着画像濃度センサ８０Ｂ，８０Ｇ，８
０Ｒ，８０Ｒの高さ位置調整機構やその調整工数は不要
であり、高精度な画像の品質を維持したまま、小型化お
よび低コスト化が図られたカラーの画像形成装置を提供
することができる。

【００５４】次に、各ＬＥＤ素子の光強度分布のばらつ
きの原因について説明する。各ＬＥＤ毎に光強度分布が
ばらつく主な原因としては、発光に関わる半導体チップ
の開口形状によるものが挙げられる。即ち、ＬＥＤの発
光色（主波長）によって、半導体チップ上の発光領域の
形状が異なっており、その形状によってばらつきの度合
いに差が生じるためであると考えられる。

【００５５】一般的にＬＥＤでは、そのＬＥＤを構成す
る、発光に関わる半導体チップに、電流を流すために２
つの電極を設ける必要があるが、例えば、赤の色光を発
光するＬＥＤの場合には、半導体チップの表面と裏面と
の２個所に電極を設けているのに対し、青や緑の色光を
発光するＬＥＤの場合には、半導体基板として絶縁性の
材料が用いられているため、半導体チップの表面に電極
を２個所設けなければならない。通常、電極部分には金
属膜が用いられており、その電極部分にはワイヤボンデ
ィングのコンタクトパットが設けられているため、半導
体チップ表面の、電極が設けられた部分は発光が遮られ
る。即ち、半導体チップ表面の、電極が設けられていな
い領域が開口部となり、ここが発光領域となる。

【００５６】図１１は、赤の色光を発光するＬＥＤの構
造と、青もしくは緑の色光を発光するＬＥＤの構造を示
す図である。

【００５７】図１１（ａ）には、赤の色光を発光するＬ
ＥＤ８１Ｒの構造が示されており、図１１（ｂ）には、
青（もしくは緑）の色光を発光するＬＥＤ８１Ｂ（８１
Ｇ）の構造が示されている。図１１（ａ）に示すＬＥＤ
８１Ｒでは、反射板を兼ねた支持部材８１ｄ上にダイボ
ンディングされた半導体チップ８１ａが備えられてお
り、その半導体チップ８１ａの表面中央に、１つの電極
８１ｂが備えられている。このため半導体チップ８１ａ
表面の、電極８１ｂを除く発光領域の開口形状は、半導
体チップ８１ａの中心に対して軸対称である。これに対
し、図１１（ｂ）に示すＬＥＤ８１Ｂ（８１Ｇ）では、
半導体チップ８１ａの表面に、２つの電極８１ｂ，８１
ｃが備えられており、このため半導体チップ８１ａ表面
の、電極８１ｂ，８１ｃを除く発光領域の開口形状は、
２つの電極８１ｂ，８１ｃに挟まれた非対称な形状であ
る。従って、半導体チップ８１ａと一体にモールドされ
た砲弾型レンズ（図示せず）で集光されたとしても、照
射される光の強度分布は歪んだものとなり、また強度分
布再現性も得にくい。

【００５８】また、別の要因として、ＬＥＤを構成する
各部品間、即ち支持部材８１ｄと、半導体チップ８１ａ
と、半導体チップ８１ａおよび支持部材８１ｄと共に樹
脂モールドされて一体化された砲弾型レンズとの間の、
相対的な位置関係の精度が低い、即ちアセンブリ精度が
低いという点が挙げられる。このため、結果として光軸
がＬＥＤの中心を通らず、光強度分布がばらついてしま
う。このようなアセンブリ精度の低さは、低コストがメ
リットであるＬＥＤを用いている以上は、避けることの
できない問題である。

【００５９】本実施形態では、図３を参照して説明した
ように、モニタ用濃度センサとしての定着画像濃度セン
サ８に、ＬＥＤ８１から照射されたビーム光の空間的な
光強度分布を均質化してそのビーム光を用紙５０に向わ
せる透過型拡散フィルタ８３が備えられている。このた
め、低コストなＬＥＤを使用する上で避けることのでな
かった、歪んだ光強度分布および各ＬＥＤ間でのばらつ
きを補正することができる。この結果、発光から反射・
受光に至る光学的位置関係はほぼ設計値通りとなり、複
数の定着画像濃度センサ間での許容変動距離範囲の中心
位置ばらつきは収束し、センサ-紙面間距離の調整は不
要である。従って、距離調整のための付加的な機構や、
調整のための工数を削減することができる。また、集光
レンズ８４のレンズ径を小さくしても、出力が一定とな
る許容変動距離範囲を確保することができる。このた
め、オンラインモニタ用センサとしての性能を維持した
まま、定着画像濃度センサの小型化・低コスト化が図ら
れる。このように、小型化，低コスト化が図られた定着
画像濃度センサを用いて、上下変動する搬送中の用紙上
に形成された濃度パッチに対して非接触で高精度にオン
ラインでモニタを行なうことができるため、再現性良く
高精度なフルカラー画像の品質を維持したまま、小型
化，低コスト化が図られた画像形成装置を提供すること
ができる。

【００６０】図１２は、本実施形態の画像形成装置に、
図３に示す定着画像濃度センサを構成するＬＥＤに代え
て備えることのできるＬＥＤの構造を示す図である。

【００６１】図１２（ａ），（ｂ）には、それぞれ、Ｌ
ＥＤ８５の上面図，断面図が示されている。図１２
（ａ），（ｂ）に示すＬＥＤ８５には、支持部材８１ｄ
上にダイボンディングされた半導体チップ８１ａに接し
て、その半導体チップ８１ａ表面を覆う拡散透過性樹脂
８１ｅ（本発明にいう光学的拡散透過手段の一例）が備
えられている。このように、半導体チップ８１ａの表面
を拡散透過性樹脂８１ｅで覆い、この拡散透過性樹脂８
１ｅで、半導体チップ８１ａ表面から照射される光の強
度分布を均質化してもよい。この方法によると、発光領
域の開口形状が互いに異なるＬＥＤ間での光強度分布の
違いを補正することも可能である。さらに、拡散透過性
樹脂の形状を微小径の円形状とすることにより、発光領
域を擬似点光源と見なすことができるため、レンズ等の
集光光学系による集光効率を向上させることにより、光
量を維持したまま照射スポット光形状を従来以上に絞り
込むことが可能となる。また、半導体チップ上に拡散透
過性樹脂が備えられたＬＥＤと、そのＬＥＤからのビー
ム光が用紙に到達するまでの光路上に配置された透過型
拡散フィルタとを組み合わせた定着画像濃度センサとし
てもよい。

【００６２】尚、以上では、光強度分布均質化手段とし
て、ＬＥＤから発せられたビーム光が用紙に到達するま
での光路上に光学的拡散透過手段（透過型拡散フィルタ
８３あるいは拡散透過性樹脂８１ｅ）を備えた例を説明
したが、光強度分布均質化手段として光学的拡散反射手
段を備えてもよい。光学的拡散反射手段としては、例え
ば複数のミラーを用いることによって、正反射成分だけ
でなく様々な角度成分を持った拡散反射光を生成させ
て、ある方向から拡散された反射光を取り出すことによ
ってビーム光の光強度分布を均質化させるものでもよ
く、あるいは、積分球のように球面内部での反射を繰り
返すことによってビーム光の光強度分布を均質化するも
のでもよい。

【００６３】また、光路上に配置された光学的拡散透過
手段と光学的拡散反射手段、半導体チップの発光部を覆
う光学的拡散透過手段と光学的拡散反射手段、あるいは
光路上に配置された光学的拡散透過手段と光学的拡散反
射手段と半導体チップの発光部を覆う光学的拡散透過手
段を組み合わせて、ビーム光の光強度分布を均質化して
もよい。

【００６４】また、本実施形態では、サンプル画像を用
いて定着画像濃度の検知を行なう例で説明したが、わざ
わざ読取り用のサンプル画像を作らなくとも、画像信号
などから判断するなどして、通常の出力画像を用いて定
着画像の濃度を検知してもよい。また、定着画像濃度セ
ンサからの検知情報に基づいて、帯電量、露光量、現像
バイアス、現像ロール回転数、トナー供給係数のうち少
なくともいずれかの操作量により画像の濃度を制御する
例で説明したが、これ以外の操作量を用いてもよい。さ
らに、定着画像濃度センサからの検知情報を用いる制御
対象として、画像濃度制御以外の制御であってもよい。

【００６５】また、本実施形態では、定着画像濃度セン
サからの情報と目標値との差異に応じた単純なフィード
バック制御を行なう例で説明したが、これ以外の制御方
法、すなわちファジ-制御やニューロ制御、また学習推
論型制御などの制御方式であってもよい。さらに、色変
換マトリクスの変換係数を補正することにより色変換処
理を制御する例について説明したが、これ以外の、例え
ば各色の階調性制御により補正を行ってもよい。

【００６６】さらに、本実施形態では、用途として、定
着画像濃度センサからの情報を用いて何らかの制御を行
なったが、これ以外の用途、例えば判断や警告表示等で
あってもよい。また、画像形成の方式として静電転写方
式を用いた例で説明したが、他の画像形成方式、例えば
インクジェット方式、感熱フィルム方式などであっても
よい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発光ダイオードから発せられたビーム光の空間的な光強
度分布を均質化するための光強度均質化手段を備えたも
のであるため、低コストな発光ダイオードを使用する上
で避けることのでなかった、光強度分布の歪みおよび各
発光ダイオード間でのばらつきを補正することができ
る。これにより、紙面に垂直な方向の距離調整のための
付加的な機構や、調整のための工数を削減することがで
きるため、濃度に対応した値を得る検知手段であるオン
ラインモニタ用センサとしての性能を維持したままで、
そのセンサの小型化および低コスト化が図られる。この
結果、小型化および低コスト化が図られた画像モニタ用
センサを用いて、上下変動する搬送中の用紙上に形成さ
れた濃度パッチに対し、非接触で高精度にオンラインで
モニタを行なうことができるため、再現性良く高精度な
フルカラー画像品質を維持したまま、小型化および低コ
スト化が図られた画像形成装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の画像形成装置の画像出力
部を示す図である。

【図２】画像形成装置の、図１に示す画像出力部の一部
を含むブロック図である。

【図３】定着画像濃度センサの構成を示す図である。

【図４】図３に示す定着画像濃度センサの光学系の原理
を説明するための図である。

【図５】図３に示す定着画像濃度センサの特性を示す図
である。

【図６】照射領域の範囲を説明するための図である。

【図７】透過型拡散フィルタが備えられていない定着画
像濃度センサにおいて、光強度分布が良好でないＬＥＤ
素子を用いた場合の光強度分布断面プロファイルを示す
図である。

【図８】図３に示す定着画像濃度センサにおいて、光強
度分布が良好でないＬＥＤ素子を用いた場合の光強度分
布断面プロファイルを示す図である。

【図９】図３に示す定着画像濃度センサと同じ構成を採
用した複数の定着画像濃度センサとカラーパッチとの組
み合わせを示す図である。

【図１０】各ＬＥＤの主波長のスペクトル強度と、各濃
度パッチの反射スペクトル強度との関係を示す図であ
る。

【図１１】赤の色光を発光するＬＥＤの構造と、青もし
くは緑の色光を発光するＬＥＤの構造を示す図である。

【図１２】本実施形態の画像形成装置に、図３に示す定
着画像濃度センサを構成するＬＥＤに代えて備えること
のできるＬＥＤの構造を示す図である。

【符号の説明】

１感光体２スコロトロン帯電器３レーザ出力部４現像器５転写器６クリーナ７定着器８，８０，８０Ｂ，８０Ｇ，８０Ｒ定着画像濃度セン
サ１０画像制御器１１画像濃度制御部１２基準画像信号発生部１３色変換制御部１４色変換処理部１５光量コントロール部１６現像コントロール部１７グリッド電源１８ＣＰＵ２０入力部３０メモリ４０出力部５０用紙５０ａ，５０ｂ紙面５１カラーパッチ５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂ濃度パッチ６０後側焦点面６１光軸６２面６３ａ，６３ｂ結像面８１，８１Ｂ，８１Ｇ，８１Ｒ，８５ＬＥＤ８１ａ半導体チップ８１ｂ，８１ｃ電極８１ｄ支持部剤８１ｅ拡散透過性樹脂８２フォトダイオード８３透過型拡散フィルタ８４集光レンズ１００画像出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蒔田聖吾神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者伊藤久夫神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内Ｆターム(参考） 2G020 AA08 DA02 DA03 DA04 DA05 DA14 DA22 DA43 DA65 2H027 DA09 DE02 DE10 EB04 EC03 EC06 HA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御可能な画像形成条件の下に最終的に
用紙上に画像を形成する画像形成手段と、用紙上に形成
された画像の濃度に対応した値を得る検知手段と、該検
知手段により検知された値に基づいて前記画像形成条件
を補正する条件制御手段とを備えた画像形成装置におい
て、前記検知手段が、用紙上に形成された画像に向けてビーム光を発する発光
ダイオードと、用紙上の画像からの反射光または透過光
を受光する受光素子と、前記発光ダイオードから発せら
れたビーム光の空間的な光強度分布を均質化して該ビー
ム光を前記用紙に向かわせる光強度分布均質化手段とを
備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記光強度分布均質化手段は、前記発光
ダイオードからビーム光が発せられた後の該ビーム光が
用紙に到達するまでの光路上に配置された光学的拡散透
過手段であ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】前記光強度分布均質化手段は、前記発光
ダイオードからビーム光が発せられた後の該ビーム光が
用紙に到達するまでの光路上に配置された光学的拡散反
射手段であ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４】前記光強度分布均質化手段は、前記発光
ダイオードに接して該発光ダイオードの発光部を覆う光
学的拡散透過手段であ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５】前記検知手段は、用紙上に最終的に形成
された画像の濃度に対応した値を得るものであることを
特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】この画像形成装置が用紙上にカラー画像
を形成する画像形成装置であって、前記発光ダイオードが、赤、緑、青の各色の光を発する
発光ダイオードの集合からなるものであることを特徴と
する請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】前記画像形成手段が、少なくともサイア
ン、マゼンタ、およびイエローの色材を用いて画像を形
成するものであることを特徴とする請求項６記載の画像
形成装置。