JP2006030355A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置において、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御できるようにすることを目的とする。
【解決手段】中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段１と、形成された濃度パターンを検知するパターン検知手段２と、パターン検知手段２の検知結果より最適なべた濃度が得られるプロセス条件を推定するプロセス条件推定手段３と、推定されたプロセス条件にて再度濃度パターン形成手段１により形成した濃度パターンをパターン検知手段２により検出し、検出した濃度情報より画像データを補正する画像データ補正手段４と、を有する構成とを有する構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式により画像形成を行うレーザプリンタ等の画像形成装置に関し、特に画像形成装置におけるトナー濃度の制御に適用して有効な技術に関するものである。

レーザプリンタ等の電子写真方式を用いたカラー画像形成装置では、現像色に応じて設けられた感光体の表面を帯電手段によって一様に帯電し、そこにコントローラで生成された画像データに応じた光照射を露光手段によって行い、各色に対応した静電潜像している。そして、静電潜像を現像手段によって顕像化することによって各色のトナー像がそれぞれの感光体上に形成される。現像されたトナー像は各感光体から中間転写体に重畳転写されてカラー画像が形成された後、搬送された用紙に転写ローラによって一括転写される。

このような画像形成装置では、中間転写体上に各色の濃度パッチ画像を形成し、各画像の反射光強度を濃度検知センサで読み取っている。読み取られたデータは、画像形成条件を制御するＣＰＵで処理されてプロセス形成条件にフィードバックされ、これにより画像濃度の安定化が図られている。

この濃度検知センサは、発光素子として近赤外光のＬＥＤが、受光素子としてフォトダイオードが用いられており、トナー像の載った中間転写体上の正反射光の反射光強度を検出するものである。そして、反射光強度の信号と、あらかじめ決められた検出レベルとの差異により画像濃度を制御している。

すなわち、画像濃度制御では、まず、べた画像のパッチ画像を形成し、その検知レベルに基づき現像バイアス等のプロセス形成条件を調整することで、各色の最大濃度を一定に保つようにしている。次に、ハーフトーン画像の複数のパッチ画像を形成し、その検知結果から画像信号に対して所望の濃度が出るように、コントローラにより画像データを変換する。

なお、このような画像濃度制御については、例えば（特許文献１）に記載がある。
特開２００１−１００４８１号公報

しかしながら、正反射光を検知するタイプの濃度検知センサでは、次のような問題がある。

つまり、正反射光を検知する濃度検知センサは、下地面（中間転写体）の法線に対して照射角αと対称となる方向に反射される光を検知する。この反射光量は、下地の屈折率と表面状態により決まる反射率に依存し、光沢と呼ばれる。そして、光沢は下地にトナーが存在しない場合に最大となる。すなわち、濃度パッチのトナー量と反射光量とは、図７に示すようにトナー量の増加につれて反射光量が小さくなる関係にある。したがって、べた画像を検知した場合、トナー量の変化に対するセンサ出力の変化の幅が小さくなってしまい、十分な検知精度が得られなくなる、というものである。

濃度検知センサの感度切替を行うことにより検出精度の改善を行うこともできるが、センサ回路のコストアップにつながるので望ましくない。

そこで、本発明は、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段と、形成された前記濃度パターンを検知するパターン検知手段と、前記パターン検知手段の検知結果より最適なべた濃度が得られるプロセス条件を推定するプロセス条件推定手段と、推定されたプロセス条件にて再度前記濃度パターン形成手段により形成した濃度パターンを前記パターン検知手段により検出し、検出した濃度情報より画像データを補正する画像データ補正手段と、を有する構成としたものである。

本発明の好ましい形態において、前記画像データ補正手段は、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアにする。

本発明によれば、中間調の濃度レベルを含む検出値をもとにべた濃度が得られるプロセス条件を推定しているので、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することが可能になるという有効な効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段と、形成された濃度パターンを検知するパターン検知手段と、パターン検知手段の検知結果より最適なべた濃度が得られるプロセス条件を推定するプロセス条件推定手段と、推定されたプロセス条件にて再度濃度パターン形成手段により形成した濃度パターンをパターン検知手段により検出し、検出した濃度情報より画像データを補正する画像データ補正手段と、を有することを特徴とする画像形成装置であり、中間調の濃度レベルを含む検出値をもとにべた濃度が得られるプロセス条件を推定しているので、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、画像データ補正手段は、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアにする画像形成装置であり、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することが可能になるという作用を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における画像形成装置を示す概略図、図２は図１の画像形成装置に用いられた濃度検知センサを示す説明図、図３は図１の画像形成装置における画像濃度制御部の構成を示すブロック図、図４は図３の画像濃度制御部におけるパターン検知手段の構成を示すブロック図、図５は図４のパターン検知手段におけるＣＰＵのＬＵＴのデータ構成を示す図、図６は本発明の実施の形態１における画像データ補正の処理を示すフローチャートである。

図１において、本実施の形態の画像形成装置は、像担持体としての感光体ドラム（感光体）５，６，７，８が現像色に対応して設けられている。その回りには、感光体ドラム５
〜８の表面を一様に帯電させる帯電手段９，１０，１１，１２、静電潜像を顕像化する現像手段１５，１６，１７，１８が配置されている。また、このような画像形成装置は、画像情報に応じた光を各々の感光体ドラム５〜８に照射する走査光学系の露光手段１４、露光手段が照射する画像データを生成するコントローラ１３、感光体ドラム５〜８に形成されたトナー像が重畳転写されてカラーのトナー像が形成される無端ベルト状の中間転写体１９、中間転写体１９に形成されたカラートナー像を用紙に一括転写する転写ローラ２０、中間転写体１９上に形成された各色の濃度パッチ画像の濃度を検知する濃度検知センサ２１、濃度検知センサ２１で読み取られたデータに基づいて画像形成条件を制御するＣＰＵ２２を有している。

以上のような構成の画像形成装置では、まず帯電手段１２および露光手段１４等を用いた公知の電子写真プロセス手段により感光体ドラム８上に画像情報であるブラック成分色の潜像が形成される。その後、現像手段１８でブラックトナーを有する現像材によりブラックトナー像として可視像化され、中間転写体１９にブラックトナー像が転写される。

一方、ブラックトナー像が中間転写体１９に転写されている間に、感光体ドラム７上にシアン成分色の潜像が形成され、現像手段１７でシアントナーによるシアントナー像が可視像化されて、これが先に中間転写体１９上に転写されたブラックトナー像と重ね合わされる。

以下、マゼンタトナー像、イエロートナー像についても同様にして画像形成が行われ、中間転写体１９上に４色のトナー像の重ね合わせが終了すると、給紙カセット（図示せず）から給紙された用紙Ｐ上に転写ローラ２０によって４色のトナー像が一括転写される。その後、定着手段（図示せず）でトナー像が用紙Ｐに加熱定着され、用紙Ｐ上にフルカラー画像が得られる。

このような画像形成装置において、中間転写体１９上に各色の濃度パッチ画像を形成し、各画像の反射光強度が濃度検知センサ２１で読み取られる。読み取られたデータはＣＰＵ２２で処理されてプロセス形成条件にフィードバックされ、これにより画像濃度の安定化が図られる。

この濃度検知センサ２１は、図２に示すように、発光素子２３として近赤外光のＬＥＤが、受光素子２４としてフォトダイオードが用いられている。そして、ＣＰＵ２２では、トナー像の載った中間転写体１９上の正反射光の反射光強度と、あらかじめ決められた検出レベルとの差異により画像濃度を制御している。

ここで、画像形成装置に設けられた画像濃度制御部は、図３に示すように、中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段１と、形成された濃度パターンを検知するパターン検知手段２と、パターン検知手段２の検知結果より最適なべた濃度が得られるプロセス条件を推定するプロセス条件推定手段３と、推定されたプロセス条件にて再度濃度パターン形成手段１により形成した濃度パターンをパターン検知手段２により検出し、検出した濃度情報より画像データを補正する画像データ補正手段４により構成されている。

パターン形成手段１は、本実施の形態では、画像信号は８ビットであるので００（ｈ）〜ＦＦ（ｈ）（ｈは１６進数を示す）の２５６レベルの画像信号が発生可能であり、ＦＦ（ｈ）が１００％のべた画像となる。そして、高濃度部での濃度検知センサ２１の検出精度が低いため、中間のレベルとして、６０％となる９９（ｈ）の濃度パターンを出力する。この濃度パターンをプロセス条件（本実施の形態では現像バイアス）を変えて中間転写体１９上に印字する。具体的には、範囲内で濃度の最適値が得られる現像バイアスＡと現
像バイアスＢ（Ａ＜Ｂ）で、それぞれ濃度パターンを印字する。なお、現像バイアス値Ａおよび現像バイアス値Ｂは、環境および経時変化に対応して決められたＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）として、ＣＰＵ２２に内蔵されたＲＯＭにあらかじめ書き込まれている。

次に、パターン検知手段２は、図４に示すように、前述した濃度検知センサ２１とＣＰＵ２２とで構成されている。濃度検知センサ２１は、ＬＥＤなどの発光素子２３と、フォトダイオードなどの受光素子２４からなる。そして、発光素子２３による照射光は、中間転写体１９に対して例えば２０度の角度で入射してその表面で反射される。なお、この入射角は２０度以外の角度であっても良い。受光素子２４は反射光の照射光と同じ角度で反射された反射光を検知する位置に設けられている。中間転写体１９上に形成された濃度パターンが濃度検知センサ２１の位置に到達するとこのようにして濃度が検知される。そして、濃度検知センサ２１の出力信号はＣＰＵ２２のＡ／Ｄ変換用の専用ポートに入力され、ＣＰＵ２２に内蔵されたＡ／Ｄ変換回路でデジタル値に変換される。

プロセス条件推定手段３は、ＣＰＵ２２のＬＵＴで構成される。すなわち、ＣＰＵ２２に内蔵されたＲＯＭには、あらかじめ環境および経時変化に対応して決められた現像バイアスＡと現像バイアスＢで印字された濃度パターンのセンサ出力値と、現像バイアスＡと現像バイアスＢとの間で１００％のべた画像における最適な濃度が得られるバイアス値が書き込まれている。そして、ＣＰＵ２２は現像バイアスＡ、現像バイアスＢで検知した濃度パターンの検出値によってＬＵＴを参照し、最適なべた濃度を印字する現像バイアスを求める。

図５にＬＵＴのデータ例を示す。本実施の形態では、現像バイアスＡを５００Ｖ、現像バイアスＢを８００Ｖとして設定している。

図６に画像データ補正手段４での処理フローを示す。画像データ補正手段４では、電子写真特有の非線形な入出力特性（γ特性）によって、出力濃度がずれて自然な画像が形成できないことを防止するため、コントローラ１３によってγ特性を打ち消して入出力特性をリニアに保つような画像処理（γ補正）を行う。

すなわち、プロセス条件推定手段４によって求められた現像バイアスで、パターン形成手段１によって１０％、２０％、４０％、６０％、８０％の濃度パッチが形成される（ステップＳ１）。中間転写体１９上に形成されたこれらの濃度パッチが濃度検知センサ２１の位置に到達すると濃度検知センサ２１により濃度が検知され、このセンサ出力値がＣＰＵ２２のＡ／Ｄ変換用の専用ポートに取り込まれる（ステップＳ２）。そして、ＣＰＵ２２に内蔵されたＡ／Ｄ変換回路でデジタル値に変換される。

次に、ＣＰＵ２２よりコントローラ１３に濃度検知センサ２１のデータが入力され、ここで入力されたデータが濃度値に変換され（ステップＳ３）、入力画像信号と濃度の関係をリニアにするための濃度補正テーブル（γテーブル）が作成される（ステップＳ４）。

そして、入力画像データが作成されたγテーブルよりγ補正され出力される（ステップＳ５）。

このように、本実施の形態の画像形成装置によれば、中間調の濃度レベルを含む検出値をもとにべた濃度が得られるプロセス条件を推定しているので、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することが可能になる。

本発明は、カラー画像形成装置のみではなく、モノクロ画像を形成する画像形成装置にも適用することが可能である。

本発明の実施の形態１における画像形成装置を示す概略図 図１の画像形成装置に用いられた濃度検知センサを示す説明図 図１の画像形成装置における画像濃度制御部の構成を示すブロック図 図３の画像濃度制御部におけるパターン検知手段の構成を示すブロック図 図４のパターン検知手段におけるＣＰＵのＬＵＴのデータ構成を示す図 本実施の形態における画像データ補正の処理を示すフローチャート 画像形成装置における正反射光量とトナー量との関係を示すグラフ

符号の説明

１ パターン形成手段
２ パターン検知手段
３ プロセス条件推定手段
４ 画像データ補正手段
５、６、７、８ 感光体（感光体ドラム）
９、１０、１１、１２ 帯電手段
１３ コントローラ
１４ 露光手段
１５、１６、１７、１８ 現像手段
１９ 中間転写体
２０ 転写ローラ
２１ 濃度検知センサ
２２ ＣＰＵ
２３ 発光素子
２４ 受光素子

Claims (2)

1. 中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段と、
   形成された前記濃度パターンを検知するパターン検知手段と、
   前記パターン検知手段の検知結果より最適なべた濃度が得られるプロセス条件を推定するプロセス条件推定手段と、
   推定されたプロセス条件にて再度前記濃度パターン形成手段により形成した濃度パターンを前記パターン検知手段により検出し、検出した濃度情報より画像データを補正する画像データ補正手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像データ補正手段は、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアにすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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