JP2006110952A - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラー画像形成装置の高画質化、低価格化、小型化を図ること。
【解決手段】 記録材または記録材上に形成された画像に関する種々の情報を、１種類の検出ユニットで検出し、検出した情報に基づいて、画像形成条件を制御することが可能な画像形成装置は、記録材または記録材上に形成された画像に対して光を投光する投光部と、光の反射光を異なる光の波長で受光することが可能な複数の受光部とを有する検出ユニットと、受光に基づく情報から記録材または画像の情報を求め、画像形成条件を制御する制御ユニットと、制御された画像形成条件に従い、画像形成を行う画像形成ユニットとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式やインクジェット方式のような画像形成装置及びその制御方法に関し、特に記録材の種類や厚さ、さらに搬送中の先端位置や後端位置、画像の色ずれ量、画像の濃度、画像の色味を検出し、画像形成条件に対してフィードバック制御を行う画像形成装置及びその制御方法に関するものである。

複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置は、潜像を担持する潜像担持体と、その潜像担持体に現像剤を付与することにより潜像を現像剤像として可視化する現像装置と、所定方向に搬送される記録材に現像装置による現像剤像を転写する転写部と、その転写部によって現像剤像の転写を受けた記録材を所定の定着処理条件にて加熱及び加圧することにより現像剤像を記録材に定着させる定着装置を備えている。
インクジェットプリンタでは所定方向に記録材を搬送する搬送手段と、主査走査方向に往復移動するキャリッジに設けた複数のノズルから搬送中の記録材上にインクを出射し、記録材上に画像を形成する印字手段を備えている。

従来、画像形成装置、特に、カラー画像形成装置においては高画質の画像を得るため次のようなセンサが搭載されていた。

例えば、現像剤の色ずれ量を検出し、色レジストレーションをあわせるためのレジ検センサ（特許文献１）、ドラムや中間転写ベルト上の現像剤の載り量を検出し現像剤濃度を一定に制御するための濃検センサ（特許文献２）、記録材の種類を検知し転写・定着条件を最適化するメディアセンサ（特許文献３）、そして定着された記録材上の現像剤の色味を検知し、色味を一定に保つようにためのカラーセンサ（特許文献４、５）等が挙げられる。
特開２００１−２８１９５６号公報 特開２００１−１３４０４３号公報 特開２００３−３０２２０８号公報 特開２００３−８４５３２号公報 特開２００３−１０７８３３号公報

しかしながら、上記の従来例では、画像の高画質化のためには検出するパラメータ毎にセンサを設けなければならないため、センサ毎に信号処理部や配線を設ける必要があり、部品費、実装費、検査費、管理費等のコストがセンサの数だけかかってくるため、画像形成装置の低価格化の妨げとなっていた。さらに、センサを設置する領域をセンサ毎に確保する必要があり画像形成装置の小型化の妨げとなっていた。

本発明は、上記の従来例の問題を鑑みて、１つのセンサで複数のパラメータを検出することが可能な多機能センサを用いることにより、カラー画像形成装置の低価格化、小型化を図ると共に、かかるセンサの検出情報に基づいて、記録材または記録材上の画像の情報を求め、画像形成条件を制御することで、形成する画像の高画質化を図ることが可能な画像形成技術の提供を目的とする。

上記課題を解決するべく、本発明にかかる記録材または記録材上に形成された画像に関する種々の情報を、１種類の検出手段で検出し、当該検出した情報に基づいて、画像形成条件を制御することが可能な画像形成装置は、
前記記録材または記録材上に形成された画像に対して光を投光する投光部と、当該光の反射光を異なる光の波長で受光することが可能な複数の受光部とを有する検出手段と、
前記受光に基づく情報から前記記録材または画像の情報を求め、前記画像形成条件を制御する制御手段と、
前記制御された画像形成条件に従い、画像形成を行う画像形成手段とを備えることを特徴とする。

あるいは、本発明にかかる記録材または記録材上に形成された画像に関する種々の情報を、１種類の検出手段で検出し、当該検出した情報に基づいて、画像形成条件を制御することが可能な画像形成装置の制御方法は、
前記検出手段を駆動させて、前記記録材または記録材上に形成された画像に対して光を投光し、当該光の反射光を異なる光の波長で受光する工程と、
前記受光に基づく情報から前記記録材または画像の情報を求め、前記画像形成条件を制御する制御工程と、
前記制御された画像形成条件に従い、画像形成を行う画像形成工程とを備えることを特徴とする。

本発明に拠れば、１つのセンサで複数のパラメータを検出することが可能な多機能センサを用いることにより、カラー画像形成装置の低価格化、小型化を図ると共に、かかるセンサの検出情報に基づいて、記録材または記録材上の画像の情報を求め、画像形成条件を制御することで、形成する画像の高画質化を図ることが可能になる。

[第１実施形態]
図１は本発明の第１実施形態を最もよく表す、記録材や現像剤からの情報を読み取る多機能センサユニットを含むカラー画像形成装置の構成を示すブロック図である。

図１を用いて、第１実施形態にかかる電子写真方式のカラー画像形成装置４０１の構成を説明する。外部のパソコン等からのプリント指令と画像データはインターフェース部（Ｉ/Ｆ）４０２を介して入力する。プリント指令は画像処理部４０３を経てＣＰＵやメモリ、モータドライブ回路、センサ制御回路、レーザ制御回路、高圧制御回路等からなるエンジン制御部４０４に入力される。この際、画像データは画像処理部４０３で各色トナーに対応した露光時間に変換されエンジン制御部に入力される。

エンジン制御部４０４は、画像データに応じた露光時間に基づいて帯電／露光ユニット４０５を駆動し、静電潜像を感光体上に形成する。さらにエンジン制御部４０４は、現像ユニット４０６を制御してトナー像を形成し、転写ユニット４０７により記録材上にトナーを転写する。中間転写体を用いた画像形成装置の場合は、転写は現像装置から中間転写体へ、さらに記録材へと２回の転写が行われる。

次に、エンジン制御部は定着ユニット４０８を制御して、適正な定着温度で記録材上のトナーを定着させる。これら一連の動きは、エンジン制御部４０４が搬送ユニット４０９を制御することにより実行される。キャリブレーションを行う場合は、エンジン制御部４０４が発光部と受光部から成るセンサ４１０を駆動し、記録材や記録材上のトナーの情報を検知する。この際、エンジン制御部４０４が複数の発光素子の点灯状態制御、及び、受光部からの信号の読み出しを制御する。

図２に本実施形態で使用するラインセンサ２００の構成の一例を示す。５１は白色ＬＥＤやハロゲンランプのような可視光全域にわたる発光スペクトルを持った発光素子であり、発光素子５１から出た光は、記録材１を斜めから照射する。記録材１ないしは記録材上のトナーで反射した光はレンズ１２９を介してセンサ１２０の表面に結像する。異なる分光感度の受光素子（フォトダイオードやフォトトランジスタ）を一列に並べることにより構成されたラインセンサ１２０に入射した光は、受光素子に光電流を発生させる。この電流値ないしは電流をＩＶ変換した電圧を検出することにより入射光量の大小が判別できる。なお、受光素子に異なる分光感度を持たせるためには、例えば、ＲＧＢ（Ｒ：赤、Ｇ：緑、Ｂ：青）といった異なる分光透過率のカラーフィルターを受光素子の表面に形成すればよい。

図３にラインセンサ２００の駆動を制御するための回路構成の一例を示す。１２１−１、２、３・・・はそれぞれ受光素子（ここではフォトダイオードの例を示している）である。１２２−１、２、３・・・はそれぞれ受光素子で発生した光電流をＩＶ変換する抵抗である。１２３−１、２、３・・・は複数のセンサの出力から読み出す画素を選択するスイッチである。１２４はシフトレジスタでクロック（Ｖｃｌｋ）とスタートパルス（Ｖｓａｔｒｔ）に基づきシフトパルスＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３・・・を出力し、スイッチ１２３−１、２、３・・・を次々にオンして水平出力ライン１２８に１画素ずつセンサ出力を読み出す。読み出された電圧はアンプ１２５でバッファされ出力信号１２６となる。１２７は水平出力ラインをリセットパルス（Ｖｒｅset）に基づきリセットするリセットスイッチである。

１０３は、発光素子として機能するＬＥＤ群を示し、複数の発光素子の例として、ＬＥＤ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを備えている。バッファ１０５ａ、ｂ、ｃの（−）入力側は、抵抗１０４ａ、ｂ、ｃを介して接地されており、（＋）入力側は、各ＬＥＤの制御電圧１０７ａ、ｂ、ｃが入力される。バッファ１０５ａ、ｂ、ｃの出力は、トランジスタ１１０ａ、ｂ、ｃに入力され、所定のバッファ出力に基づいて、各ＬＥＤ１０３ａ、ｂ、ｃの点灯が制御される。

各ＬＥＤ１０３ａ、ｂ、ｃの点灯により照射された光は、各受光素子１２１-１、２、３に集光され処理される。

次に、図４のタイミングチャートを用いて図３の回路の動作を説明する。スタートパルス（Ｖｓｔａｒｔ）が入るとシフトレジスタ１２４はクロック（Ｖｃｌｋ）に同期してシフトパルスＳＲ１、ＳＲ２・・・を次々に出力し、対応する画素の出力を水平出力ライン１２８に読み出す。また、リセットパルス（Ｖｒｅｓｅｔ）が入ると出力はＧＮＤにリセットされる。図５は青色ＬＥＤと黄色の蛍光体を用いた白色ＬＥＤの発光素子のスペクトルの例を示す図である。

図６は、本発明の第１実施形態に係る電子写真方式のカラー画像形成装置を説明する図であり、４色すなわち、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の画像形成部を備えている。同図において５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは静電潜像を形成する感光ドラムであり、７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは帯電ユニット、８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋは現像ユニット、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋはトナー容器、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは画像信号に応じて露光を行い感光ドラム５上に静電潜像を形成するレーザスキャナ、１２は感光ドラム５に形成されたトナー像を順次転写し搬送する中間転写ベルト、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは現像器８で感光ドラム５上に形成された静電潜像に従って顕像化されたトナー像を中間転写ベルト１２に転写する１次転写ローラである。

１８aは図示しないモータとギア等からなる駆動ユニットと接続され、中間転写ベルト１２を駆動するベルト駆動ローラ、１８ｂは中間転写ベルト１２の移動に従って回転し、且つ、中間転写ベルト１２に一定の張力を付与するベルト従動ローラである。９は中間転写ベルトによって搬送されたトナー像を記録材（用紙）に転写する２次転写ローラであり、３２，３４，３６は給紙カセット、１３は用紙上に転写されたトナー像を熱で溶かし定着する定着器である。

３８は多機能センサを示す。主走査方向（紙面に対して垂直方向）の色ずれ量を検知するため、通常は主走査方向の離れた位置に２つのセンサを設置する。また、図中の矢印は記録材（用紙）の搬送の流れを示す（記録材が搬送される方向を副走査方向とする）。記録材の種類や先端、後端を検知する場合は、記録材の表面をセンサ３８で検知し、色ずれ、濃度、色味のキャリブレーションを行う場合は、次に説明するそれぞれのキャリブレーションを行うためのテストパターンを記録材上に形成しセンサ３８でそのテストパターンを検知する。色ずれ、濃度、色味を検知する場合は、トナーが記録材上に定着されている必要があるため、テストパターンが形成された記録材を、例えば、３２の給紙カセットから再給紙して、テストパターンを検知して、その検知結果に基づいて色ずれ、濃度、色味を評価することができる。記録材の種類はレジローラ２３の手前に多機能センサ３８を設けることにより、記録材毎に転写前に記録材の種類を検知することができ、この検知結果を定着条件にフィードバックすることができる。

以下、多機能センサ３８を用いて複数のキャリブレーション用のパラメータを検出する方法を具体的に説明する。

＜色ずれ量検知＞
図７は、多機能センサ３８を用いて色レジストレーション補正（以下、「レジ検」と記載する）を行うための、色ずれ量検知テストパターンの例を示す図である。主走査方向に２つ配置された左右のセンサに対応したパターンは、それぞれパターン搬送方向に対して４５度傾いた"く"の字型をしており、検出色を基準色で挟む構成をとっている。

図８（ａ）はレジ検を行う際、Ｋ（ブラック）パッチを基準色とし、複数の分光感度を持つ受光素子のうち、検出色と略補色の受光素子を選択した場合の、一方のセンサの出力波形の例を示す図である。例えばＣのトナーを検出する場合は、Ｒのフィルターを表面に形成したセンサ（１２１−１）の出力を用いる。即ち、シフトレジスタ１２４を駆動するクロック（Ｖｃｌｋ）をＳＲ１が選択されたところで途中で停止し、出力信号１２６に受光素子１２１−１の出力が出るようにする。

基準色のＫトナーはもともと全波長領域に渡って反射率が極めて低いのに加え、検出パッチ毎に検出色の略補色になるフィルターを持った受光素子の出力を選択するので、いずれもトナー領域からの反射光をほぼ０とすることができる。従って、Ｋ（ブラック）を基準色として検出色の略補色の分光感度を持った受光素子の出力を検出することによって、検出色と基準色の振幅をほぼ同じにすることができる。更に、記録材を検知した際のセンサ出力をセンサの飽和出力の直前になるように、光源毎（検出色毎）に光量を調整することにより、記録材とのコントラストを十分大きくとることができる。これにより検出色と基準色間の振幅の差による検出時の誤差と、低コントラストによりランダムノイズの影響を低減でき高精度な色ずれ量の検知が可能となる。

なお、トナーの色毎の振幅差が精度に影響することは図８（ｂ）により説明することができる。すなわち、パッチを検出する際、記録材上のパッチは有限の速度でセンサの検知領域に入り、センサは有限な速度で応答する。従って、センサ出力は図８（ｂ）のような過渡状態を示す（８０１、８０２）。一方、トナーの補色以外の分光感度を持つ受光素子の出力からパッチの中心（８０１の中心をＭ１、８０２の中心をＭ２とする）を求める際、振幅が異なると図示したように検出位置にずれが生じてしまうため色ずれ量の誤検知が発生してしまうことになる。

また、記録材とトナーのコントラストが低いと検知精度が悪化するのは次の理由による。レジ検ではパッチの位置を検出するため、パッチのエッジ部をセンサが検出する。具体的にはパッチのエッジがセンサの検知範囲に入る（出る）タイミング、即ち記録材からパッチに対応したセンサ出力が変動するタイミング（または其の逆）をセンサが検知する。トナーと記録材のコントラストが小さいとセンサ出力の単位時間あたりの変化量が小さくなり、センサのランダムノイズによりセンサ出力のエッジ検出時のジッタが大きくなり検出誤差が増大することになる。

このように、Ｋパッチを基準色として検出色のトナーの略補色の分光感度をもつ受光素子の出力を用いることにより、基準色と検出色の振幅をほぼ同じにすることができ、振幅差による誤差と低コントラストを回避でき高精度なパッチの位置検出が可能となる。

＜書き出し位置ずれ、主走査方向の倍率ずれの検出＞
図９は、図８のセンサ出力を、図示しないコンパレータにより２値化した信号の例を示す図である。図９を用いて、副走査方向の書き出し位置ずれ、主走査方向の書き出し位置ずれ、主走査方向の倍率ずれを検出する方法を説明する。

まず、図９（ａ）の左側センサの３つの出力（４０１から４０３）に注目して説明する。基準色に対して検出色が副走査方向に進んでいる場合、４０２の中心ｐ２は４０１と４０３の中心ｐ１より４０１側に近づく。また、基準色に対して検出色の主走査方向の書き出し位置が進んでいる場合も、４０２の中心ｐ２は４０１と４０３の中心ｐ１より４０１側に近づく。

一方、左側センサの後半の出力（４０４から４０６）に注目すると、基準色に対して検出色が副走査方向に進んでいる場合、４０５の中心ｐ２'は４０４と４０６の中心ｐ１'より４０４側に近づくが、基準色に対して検出色の主走査方向の書き出し位置が進んでいる場合は４０５の中心ｐ２'は４０４と４０６の中心ｐ１'より４０６側に近づく。

従って、｛（ｐ１−ｐ２）＋（ｐ１'−ｐ２'）｝／２が副走査方向の色ずれを示し、
｛（ｐ１−ｐ２）―（ｐ１'−ｐ２'）｝／２が主走査方向の書き出し位置ずれ（主走査倍率のずれ量）を示している。

同様にして右側センサ（図９（ｂ））でも同じ計算を行い、左右のセンサの主走査方向色ずれ量の差を求めると、基準色に対する検出色の主走査倍率のずれ量が得られる。このようにして得られた色ずれ量に基づき画像処理部は、色ずれをなくすよう色毎の主走査方向や、副走査方向のデータ出力タイミング（書き出しタイミング）を調整したり、画像クロックの周波数を色毎に微調したりして主走査倍率を調整し、色ずれをなくすような制御が可能になる。

＜濃度検知＞
図１０は、多機能センサ３８を用いて単色の濃度補正を行うための濃度検知（以下、「濃検」と記載する）用の階調パッチを示す図であり、図１１は、パッチ検出時のセンサ出力の例を示す図である。

濃検では純粋にパッチ部からの反射光量を検知し、薄い濃度（ハイライト側）からベタ濃度（シャドウ側）までの階調性を求める必要があるため、Ｓ／Ｎ上できるだけコントラストを大きく取った方が有利である。従って、濃検実施時に検出するトナーの色の略補色となる分光感度を持った受光素子を選択することにより、シャドウ側の反射率をほぼ「０」にすることができ、ダイナミックレンジを最大に取ることができる。即ち、シアン（Ｃ）のトナーを検知する場合は、レッド（Ｒ）のフィルターを載せた受光素子の出力を用い、マゼンタ（Ｍ）のトナーを検知する場合は、グリーン（Ｇ）のフィルターを載せた受光素子の出力を用い、イエロー（Ｙ）のトナーを検知する場合は、ブルー（Ｂ）のフィルターを載せた受光素子の出力を用いる。なお、ブラック（Ｋ）に関してはラインセンサ（図３）中に不図示のフィルターを載せない受光素子を設けておいて、この出力を用いることにより信号レベルを大きく取ることができる。また、隣接するパッチや記録材からの反射光の影響を受けないように、センサの検出範囲が全てパッチで覆われるようなタイミング（これを以下パッチの平坦部と表現する）で読み出すことが好ましい。

補正は、次のように行う。受光素子１２１−１、１２１−２、１２１−３のうち検出するパッチの略補色となるフィルターを持った素子を選択した状態で、図１０に示す単色の階調パッチをセンサで検知し、図１１に示すような階調パッチの検出結果をＡＤ変換して階調パッチ毎の反射光量に対応したデータを取得し、予め光源を消灯させた状態で取得しておいた各受光素子の暗時出力を補正する。得られたトナー反射光量と、トナーの階調（即ち載り量）の関係が、図１２（濃検時のセンサ出力とトナーの階調の関係を示す図）に示す目標値になるように画像処理部は画像データのγ補正を行う。またエンジン制御部４０４は最大濃度が所定の値になるように、転写バイアスや定着温度などの条件を適正化する。このようなフィードバック制御をトナーごとに実施することにより、トナー濃度の安定した画像が得られる。

＜色味補正＞
図１３は、多機能センサ３８を用いて色味補正を行うための混色または単色のパッチの例を示す図である。パッチは各トナーの比率を少しずつ変えた混色ないしは単色パッチである（図１３の中のａ、ｂ、ｃ、ｄ、はそれぞれＣ，Ｍ、Ｙ、Ｋのトナーの階調度を示す）。色味補正を行うためには、各パッチの色味を求め所定の色味とどの程度ずれているか検知する必要がある。このため、１つのパッチを検出する際、光源を点灯させ、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルターの載った複数の受光素子からの出力を検知することにより、各パッチからの反射光のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の比率と大きさ、即ち色味を検出することができる。色味検知の場合も、濃検と同じように隣接するパッチや記録材からの反射光の影響を受けないように、センサの検出範囲が全てパッチで覆われるようなパッチの平坦部で読み出すことが好ましい。

色味検知に関する具体的な例を図１４に示す。光源を消灯状態にしてセンサの暗時出力ｓｄａ、ｓｄｂ、ｓｄｃをまず求める。次に記録材を白色の色基準とし、光源を点灯させ、記録材を検知したときの受光素子１２１−１、１２１−２、１２１−３からの出力ｓ０ａ、ｓ０ｂ、ｓ０ｃを求める。そして搬送される記録材上に形成された図１３に示した混色パッチのうち、１番目のパッチを検知したときの受光素子１２１−１、１２１−２、１２１−３からの出力ｓ１ａ、ｓ１ｂ、ｓ１ｃを得る。

白色の基準との比（ｓ１ａ−ｓｄａ）／（ｓ０ａ―ｓｄａ）、（ｓ１ｂ−ｓｄｂ）／（ｓ０ｂ―ｓｄｂ）、（ｓ１ｃ―ｓｄｃ）／（ｓ０ｃ―ｓｄｃ）を求めることにより１番目パッチの色味（Ｒ，Ｇ，Ｂ成分）を求めることができる。これを全てのパッチに対して測定し、その検知結果が所定の色味に合うように画像処理部はカラーテーブルやγ補正テーブルを補正する。

＜記録材の種類の検知＞
記録材の種類を検知する場合、パッチは必要ない。記録材からの反射光の変動をみて、表面の微妙な凹凸を検知する。このため反射光量はできるだけ多い方がＳ／Ｎ上良いためカラーフィルターを載せない受光素子の出力を用いる。なお、図３では、ＲＧＢのカラーフィルターを載せた受光素子の例を示したが、図示しない受光素子として、例えば、１２１−４以降にフィルター無しの受光素子やＲＧＢ以外色のフィルターを設けてもよいことは言うまでもない。

図１５は、搬送中の記録材を多機能センサ３８で検知した結果を例示する図である。図１５（ａ）〜（ｄ）の実線部は記録材を搬送している状態でのセンサ出力の時間変動を示し、点線はセンサ出力を図示しないＡＤコンバータが取り込むサンプリングタイミングを示している。

ラフ紙（図１５（ｄ））は表面の凹凸が大きいため出力変動が大きく、普通紙（図１５（ｃ））、グロス紙（図１５（ｂ））、グロスフィルム（図１５（ａ））と次第に表面の凹凸が小さくなるため、複数回取り込んだ記録材からの反射光の最大値と最小値の差Ｖｃｏｎｔｒａｓｔを求め、その大きさからメディアの種類を検出することができる。画像形成装置は検出された記録材の種類によって、定着温度や定着速度を変えて最適な画像形成条件で動作させることができる。

＜記録材の先端、後端位置検出＞
次に記録材の先端、後端位置検出を行う方法を説明する。センサの対抗面に、使用する記録材より反射率の低い素材を使うか、センサの対向面の素材の略補色のフィルターを載せた受光素子を準備しておく。従って、記録材がセンサの検出位置にある場合は、該当する受光素子には記録材からの反射光が入射しセンサ出力は大きくなる。一方、記録材がセンサの検出位置に無い場合は、該当する受光素子には受光素子の感じる波長の略補色の反射光しか入射せずセンサ出力は小さくなる。このため、記録材の搬送中、図３のセンサ出力１２６を図示しないコンパレータの非反転端子に入力し、反転入力端子に入力した所定のレベルと比較し、出力がＬｏｗ→Ｈｉｇｈに反転したタイミングをエンジン制御部が検知することにより記録材の先端を検知することができる。

記録材の先端を検知することにより、エンジン制御部は記録材の搬送状態を検知したり記録材上に形成する画像の書き出しタイミングを知ることができる。同様にして、コンパレータの出力がＨ→Ｌに反転するタイミングを検知することにより、記録材の後端を検知することもできることは言うまでも無い。

これまでに説明した複数の異なるスペクトルを持つ光源の発光状態、判定に使用するデータと検知するパラメータの関係をまとめると次のようになる。

レジ検は検出色と基準色のパッチに対して、記録材に対する信号振幅がほぼ同じとなりコントラストが十分取れるように、Ｋを基準色とし複数の透過スペクトルを持つフィルターのうち、検出色の略補色のフィルターを持つ画素の出力を用いてパッチの位置を検出する。

濃検ではパッチと記録材のコントラストが取れるように検出する単色パッチの略補色となるフィルターを載せた受光素子の出力を用い、パッチ平坦部からの反射光量の大きさを検出する。なお、ブラック（Ｋ）に関してはカラーフィルターを載せない受光素子の出力を用いる。

色味検知ではパッチの色味を検出するため、１つのパッチ対してＲＧＢのように異なるフィルターが載った複数の画素の出力を用いて、１つのパッチの平坦部からそれぞれの光源に対応した反射光量の大きさを検出する。

記録材の種類検出ではフィルターを載せない画素の出力を用い、記録材の表面からの反射光を複数回読み取りそのコントラストの大小を検出する。

記録材の先端、後端検出ではセンサ対抗面に使用する記録材より反射率の低い素材を使うか、センサ対向面の色の略補色となるフィルターを載せた受光素子を設けておいて、前者はフィルター無しの受光素子、後者は該当するフィルターの載った受光素子の出力がローレベルからハイレベル、または、ハイレベルからローレベルに変化するタイミングを検出する。

以上説明したように、複数の透過スペクトルの異なるカラーフィルターを載せた受光素子の出力の中で、検出に使用する信号を検知パラメータ毎に変えることにより、１つのセンサユニットで複数のパラメータを検知することが可能となり、カラー画像形成装置のコストダウンや小型化が図れる。

なお、ここでは電子写真方式の画像形成装置の例を説明したが、インクジェット方式の場合でも同様にして、色ずれ、インクの濃度、色味、記録材の種類を検知できることはいうまでも無い。また、色トナーとしてＣＭＹの３色の例をあげて説明したものの、ＣＭＹに限らず他の色のトナーを用いても良いことや、３色に限らずそれ以上の種類のトナーを用いる系にも適用できることは言うまでもない。さらに、カラーフィルターの例としてＲＧＢやセンサ対応面の略補色、カラーフィルター無しの場合を説明したが、使用するトナーやインクの略補色の関係であればＲＧＢに限らないことはいうまでも無い。

また、光源は１つである必要は無く、また、記録材に対する光の照射方向は受光素子が乱反射光を検知できればよいので、全ての光源が同一方向から照射する必要も無い。また、ここではＣＭＹＫ４つ感光体を並べたインライン方式の画像形成装置の例を示したものの、1ドラム方式の画像形成装置の場合にも応用できることは言うまでもない。さらに、本実施形態では、ラインセンサを用いた場合を説明しているが、受光素子を２次元的に配置したエリアセンサを用いてもよいことは言うまでもない。

実施形態によれば、１つのセンサで複数のパラメータを検出することが可能な多機能センサを用いることにより、カラー画像形成装置の低価格化、小型化を図ると共に、かかるセンサの検出情報に基づいて、記録材または記録材上の画像の情報を求め、画像形成条件を制御することで、形成する画像の高画質化を図ることが可能になる。

[第２実施形態]
第１実施形態では受光部にカラーフィルターを載せた複数の受光素子を用いて、検出対象からの反射光の検出をおこなった。通常ビデオカメラやデジタルカメラ用の受光素子用のカラーフィルターとして使われるのは、ＲＧＢないしはＣＭＹであり、それ以外のフィルターは広範に使用されてないため量産性に劣りコストアップとなる場合がある。さらに、異なる分光透過率のカラーフィルターは、それぞれ別の工程で作成されるため、多数のカラーフィルターを搭載することは、受光素子の更なるコストアップにつながることも考えられる。

一方、検出対象のトナーないしはセンサ対抗面の色は、厳密にはカラーフィルターの補色にはならない場合がある。このため、本来補色のフィルターを搭載した画素の出力を用いて、コントラストの高い信号を得ようとしても、真の補色とのずれにより有限の出力が得られ、コントラストが十分取れない場合が生じる。

そこで、本実施形態では、検出物からの反射光を分光し、分光後の光をラインセンサないしはエリアセンサを用いて検出することにより、より精度の良い検知を行えるようにした多機能センサと、このセンサを搭載した画像形成装置を提案する。

図１６は、第２実施形態において使用するセンサユニットの構成を示す図である。白色ＬＥＤやハロゲンランプのような可視光全域にわたる発光スペクトルを持った発光素子５１から出た光は、記録材１を斜めから照射する。記録材１ないしは記録材上のトナーで反射した光は回折格子やプリズムのような分光部２０２により分光される。その後、分光された光は波長ごとにラインセンサ２０１の異なる画素の位置に入射する。ラインセンサ２１０の一例としては第１実施形態で説明した図３の構成があげられる（但し、ここではカラーフィルターは不要である）。ラインセンサ２０１の各画素に入射した波長の異なる光は、その強度に比例して対応する受光素子に光電流を発生させる。この電流値ないしは電流をＩＶ変換した電圧を検出することにより入射光量の大小を判別することができる。従って、各画素の出力は対応する波長の光強度、即ち、記録材１ないしは記録材上のトナーで反射した光の分光感度を示している。このため、トナーやセンサの対抗面の補色となる波長の光が入射する画素を選択して検知に使用することにより、コントラストの高いセンサ出力が得られ、検出精度を向上させることができる。

次に、本センサを多機能センサとして使用する際の動作を説明する。センサユニットの画像形成装置への配置は第１実施形態と同じため説明を省略する。

本センサを用いてレジ検を行う場合、第１実施形態と同様に図７の色ずれ検知パターンを検出する。この際、基準パッチとなる基準色を、例えば、ブラック（Ｋ）とし、検出色の補色に相当する光が入射する画素の出力を用いる。これにより検出色と基準色のパッチに対して、記録材に対する信号振幅がほぼ同じ（「０」）となり、記録材からの反射光に対してコントラストを十分取れるような状態になる。そして、第１実施形態と同様の計算式でパッチの位置を検出することができる。

これにより検出色と基準色間の振幅の差による検出時の誤差と、低コントラストによりランダムノイズの影響を低減でき高精度な色ずれ量の検知が可能となる。具体的な検知方法は第１実施形態と同じため説明を省略する。

濃検を行う場合、図１０のような単色の階調パッチを形成し、検出するトナーの色に対して補色となる分光感度を持った画素を選択することにより、階調パッチのシャドウ側の反射率を０にすることができ、ダイナミックレンジを最大に取ることが可能になる。なおブラック（Ｋ）に関しては、光源のスペクトルの範囲内でどの画素の出力でも用いることができるものの、記録材を検知する際、最も出力が大きく取れる画素（光源の分光スペクトル強度と受光素子の分光感度を対応する周波数ごとに掛け算をして最も大きくなる波長に対応）を用いることがＳ／Ｎの観点から有利である。

色味補正を行う場合は、図１３のような混色パッチを形成し、パッチからの反射光を分光手段により分光し、分光された可視光が入射する受光素子の複数、できれば全画素のデータを利用する。これにより、数種類の異なる透過スペクトルのカラーフィルターを載せたセンサ出力を用いる場合に比べて、パッチの分光反射率の情報をより細かく求めることができるため高精度にパッチの色味を求めることができる。

記録材の種類を検知する場合は、記録材を検知する際、光源のスペクトル、記録材の分光反射率、受光素子の分光感度から最も出力が大きくなる波長に対応した画素の出力を用いる。これにより、記録材の表面の凹凸を検知する際のＳ／Ｎを向上させることができる。具体的な記録材の識別方法は第１実施形態と同様に記録材からの反射光の最大値と最小値の差Ｖｃｏｎｔｒａｓｔを求め、その大きさからメディアの種類を検出する。従って、画像形成装置は検出された記録材の種類によって、定着温度や定着速度を変えて最適な画像形成条件で動作させることができる。

次に、記録材の先端、後端の位置検出を行う方法を説明する。先端検知ではセンサに対向する面に用いられている素材の色に対して補色に当たる波長が入射する画素の出力を用いる。これにより、センサの対抗面の素材の色を特別にカラーフィルターの補色に合わせるといった手間とコストを省いて先端検知ができる。

具体的な検知方法は、第１実施形態と同様に記録材がセンサの検出位置にある場合は、該当する受光素子には記録材からの反射光が入射しセンサ出力は大きくなり、記録材がセンサの検出位置に無い場合は、該当する受光素子には反射光が入射せず、センサ出力はほぼ０となるため、センサ出力１２６を図示しないコンパレータの非反転端子に入力し、反転入力端子に入力した所定のレベルと比較し、出力がＬｏｗ→Ｈｉｇｈに反転したタイミングをエンジン制御部４０４が検知することにより記録材の先端を検知する。同様にして、コンパレータの出力がＨｉｇｈ→Ｌｏｗに反転するタイミングを検知することにより、記録材の後端を検知することもできることは言うまでも無い。

以上説明したように記録材やトナーからの反射光の分光部と、分光された光を受光するラインセンサを設け、使用するデータ（画素）とデータの処理方法を検知パラメータ毎に変えることにより、１つのセンサユニットで複数のパラメータの検知がより正確に可能となり、カラー画像形成装置の高画質化、コストダウン、小型化を図ることが可能になる。

すなわち、実施形態によれば、１つのセンサで複数のパラメータを検出することが可能な多機能センサを用いることにより、カラー画像形成装置の低価格化、小型化を図ると共に、かかるセンサの検出情報に基づいて、記録材または記録材上の画像の情報を求め、画像形成条件を制御することで、形成する画像の高画質化を図ることが可能になる。

[第３実施形態]
第１、第２実施形態では色ずれ、濃度、色味、記録材の表面性、記録材の先端、後端の検知はできたものの、記録材の厚さ／坪量については検知できなかった。電子写真方式の画像形成装置では、記録材の厚さ／坪量によっては定着条件を変える必要があるため、記録材の厚さを検知することは重要である。

本実施形態では光源を１つ増やすことによって更なる多機能の検知機能を持ったセンサ及びを提供する。

図１７は、第３実施形態において使用するセンサユニットの構成を示す図である。第１、第２実施形態で使用したセンサとの違いは、センサ１５１（第１、第２実施形態で説明したセンサ）の対向位置にもうひとつの光源１５２を配置したことにある。この場合の光源１５２の発光スペクトルは可視光領域に分布をもてば機能的にはよいものの、受光素子の分光感度のピークに近い波長でピークを持つようにするのが望ましい。

色ずれ、濃度、色味、記録材の表面性、記録材の先端、後端に関しては、第１、第２実施形態と同じ方法で検出するため、ここでは記録材の厚さ／坪量の検知方法を説明する。センサ１５１は記録材１を透過した光を直接受光するか、記録材１を透過後、分光部２２９で分光された光を受光する。

前者はできるだけ記録材のない場合の信号レベルを大きく取れるように、カラーフィルターを載せない画素の出力の大きさから記録材の厚さ／坪量を検知する。後者でもできるだけ記録材のない場合の信号レベルを大きく取れるように、光源１５２の分光スペクトル強度と受光素子１５１の分光感度を対応する周波数ごとに掛け算をして最も大きくなる波長に対応する画素の出力の大きさから記録材の厚さ／坪量を検知する。

具体的には全ての光源を消灯した状態で暗時のセンサ出力Ｖｄを測定しておき、次に光源１５２を点灯させ記録材の無い状態でセンサ出力が飽和直前になるように光源１５２の光量を調整しておき、その状態でのセンサ出力Ｖｓを求める。次に転写材が搬送されてきた状態でセンサ出力Ｖｍを求め、（Ｖｍ−Ｖｄ）／（Ｖｓ−Ｖｄ）から記録材の透過率を計算することができる。

厚い記録材は光の透過率が小さく、薄い記録材は光の透過率が大きいため、透過率から記録材の厚さ／坪量を検出することができる。従って画像形成装置は検知された記録材の厚みによって、定着温度や定着速度を変えるなどして最適な画像形成条件で動作させることができる。なお、記録材によっては透過率が極端に小さい場合もあるため、記録材からの透過光検出時に、例えば、光源となるＬＥＤに流す電流を５倍とか１０倍といったように増加させ、光量を増やした状態で透過光を検知した後、検知結果を１／５や１／１０に補正して透過率を求めてもよい。

以上説明したように可視光全域にスペクトルをもつ少なくとも１つの光源と、センサに対して対向する方向から記録材を照射する少なくとも１の光源と、異なる波長を検知する複数の受光素子ないしは記録材からの反射光を分光する分光器２２９と、複数の受光素子でセンサユニットを構成し、検知パラメータ毎に使用する受光素子とそのデータ処理方法を変えることにより、１つのセンサユニットで複数のパラメータの検知を可能とし、画像形成装置のさらなる高画質化、コストダウン、小型化を図ることが可能になる。

すなわち、実施形態によれば、１つのセンサで複数のパラメータを検出することが可能な多機能センサを用いることにより、カラー画像形成装置の低価格化、小型化を図ると共に、かかるセンサの検出情報に基づいて、記録材または記録材上の画像の情報を求め、画像形成条件を制御することで、形成する画像の高画質化を図ることが可能になる。

［他の実施の形態］
本発明の目的は前述したように、本実施の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記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み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。このような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、フロッピィディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、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、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれている。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含む。

以上説明したように実施形態によれば、複数の透過スペクトルの異なるカラーフィルターを載せた受光素子の出力の中で、検出に使用する信号を検知パラメータ毎に変えることにより、１つのセンサユニットで複数のパラメータの検知処理をすることが可能となり、かかるセンサユニットを備えるカラー画像形成装置を制御することが可能になる。

多機能センサユニットを含むカラー画像形成装置の構成を示すブロック図である。 ラインセンサ２００の構成の一例を示す図である。 ラインセンサ２００の駆動を制御するための回路構成を示す図である。 ラインセンサ動作時のタイミングチャートである。 青色ＬＥＤと黄色の蛍光体を用いた白色ＬＥＤの発光素子のスペクトルの例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電子写真方式のカラー画像形成装置を説明する図である。 多機能センサ３８を用いて色レジストレーション補正を行うための、色ずれ量検知テストパターンの例を示す図である。 （ａ）はレジ検を行う際のセンサの出力波形を示す図であり、（ｂ）はトナーにより信号レベルに差がある場合を説明する図である。 図８のセンサ出力を、コンパレータにより２値化した信号の例を示す図である。 多機能センサ３８を用いて単色の濃度補正を行うための濃度検知用の階調パッチを示す図である。 パッチ検出時のセンサ出力の例を示す図である。 濃検時のセンサ出力とトナーの階調の関係を示す図である。 色味補正を行うための混色または単色のパッチ 色味検知に関する具体的な例を示す図である。 搬送中の記録材を多機能センサ３８で検知した結果を例示する図である。 第２実施形態において使用するセンサユニットの構成を示す図である。 第３実施形態において使用するセンサユニットの構成を示す図である。

Claims (15)

1. 記録材または記録材上に形成された画像に関する種々の情報を、１種類の検出手段で検出し、当該検出した情報に基づいて、画像形成条件を制御することが可能な画像形成装置であって、
   前記記録材または記録材上に形成された画像に対して光を投光する投光部と、当該光の反射光を異なる光の波長で受光することが可能な複数の受光部とを有する検出手段と、
   前記受光に基づく情報から前記記録材または画像の情報を求め、前記画像形成条件を制御する制御手段と、
   前記制御された画像形成条件に従い、画像形成を行う画像形成手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記検出手段における前記投光部及び前記受光部は、前記記録材に対して、同じ側に配置され、
   前記投光部は、可視光全域にスペクトルを有する光を投光し、
   前記受光部は、前記記録材または記録材上に形成された画像からの反射光を受光することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記検出手段における異なる光の波長で検知することが可能な複数の受光部は、異なる分光透過率を有する、少なくとも赤、緑、青に対応する３つのカラーフィルターを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記検出手段は、反射光量を増やすために、カラーフィルターを介さず、前記反射光を受光する受光部を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 前記検出手段は、同一の分光感度を有する複数の受光部と、当該受光部に入射する光を分光する分光手段と
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
6. 前記検出手段は、前記記録材を挟み、前記投光部と反対側の位置に配置された他の投光部を備え、
   前記受光部は、前記他の投光部から照射され、前記記録材または記録材上に形成された画像を透過した光を受光することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記検出手段は、画像の色ずれ量、画像の濃度、画像の色味、記録材の種類、記録材の厚さまたは坪量、記録材の先端または後端のうち少なくとも２つのパラメータを検出することが可能であり、
   前記制御手段は、前記少なくとも２つのパラメータに応じて、前記画像形成条件をそれぞれ所定の目標値になるように制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、黒を基準色とし、前記受光部のうち、当該基準色の略補色を受光する受光部の信号を用いて前記反射光の強度を求め、当該強度に基づいて前記色ずれ量を検知することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、黒以外の色の濃度検知においては、前記３つのカラーフィルターを介して受光する当該黒以外の色に対する略補色を受光する受光部の信号を用いて前記反射光の強度を求め、
   黒の濃度検知においては、前記カラーフィルターを介さないで受光する前記反射光の強度を求め、当該強度に基づいて画像の濃度を検出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、前記受光部が前記３つのカラーフィルターを介して受光する前記反射光の強度を求め、当該強度に基づいて前記画像の色味を検知することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
11. 前記制御手段は、前記受光部がカラーフィルターを介さないで受光する前記反射光の強度の最大値と最小値の差を求め、当該差に基づいて前記記録材の種類を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
12. 前記制御手段は、前記他の光源を点灯させ、前記受光部が受光する前記記録材または記録材上に形成された画像を透過する光の透過率を求め、前記記録材の厚さまたは坪量を検出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
13. 前記制御手段は、前記記録材に対するセンサ出力と、当該記録材の無い場合のセンサ出力の変化に基づいて、当該記録材の先端または後端を検知することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
14. 前記画像形成手段は、
    感光体と、前記感光体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を現像して現像剤像を生成する現像手段と、前記現像剤像を記録材に転写する転写手段と、前記転写された像を定着させる定着手段を有する電子写真方式の画像形成手段、
    または、現像剤を記録材に向けて吐出する複数のノズルを備えた記録ヘッドを有するインクジェット方式の画像形成手段
    であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の画像形成装置。
15. 記録材または記録材上に形成された画像に関する種々の情報を、１種類の検出手段で検出し、当該検出した情報に基づいて、画像形成条件を制御することが可能な画像形成装置の制御方法であって、
    前記検出手段を駆動させて、前記記録材または記録材上に形成された画像に対して光を投光し、当該光の反射光を異なる光の波長で受光する工程と、
    前記受光に基づく情報から前記記録材または画像の情報を求め、前記画像形成条件を制御する制御工程と、
    前記制御された画像形成条件に従い、画像形成を行う画像形成工程と
    を備えることを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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