JP2006150627A

JP2006150627A - テストパターン測定方法および画像形成装置

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Publication number: JP2006150627A
Application number: JP2004340804A
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Inventors: Takeshi Nakagawa; 健中川
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Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-15
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Abstract

【課題】テストパターンの正確な濃度検知を行うためには、下地である無端状回動体のパターン形成位置における反射光量を正確に検知する必要がある。
【解決手段】一方向に回動する無端状回動体上にテストパターンAを形成し(S401)、該無端状回動体上に光を照射してその反射光を検知するセンサによってテストパターンAを検知し(S402)、無端状回動体上におけるテストパターンA以降の下地部分について、その複数箇所の反射光量を計測して下地サンプリング値を得(S403)、テストパターンA以降にテストパターンBを形成し(S404)、周回したテストパターンAを検知し(S405)、該検知結果に基づき、下地サンプリング値からテストパターンBに対応する値を選択し(S406)、テストパターンBの反射光量を計測し(S407)、該計測値を、選択された下地サンプリング値に基づいて補正する。
【選択図】図5

Description

本発明はテストパターン測定方法および画像形成装置に関し、特に、形成する画像濃度をフィードバック制御するためのテストパターン測定方法および該測定方法を実行する画像形成装置に関する。

現在、コンピュータネットワーク技術の進歩により、画像出力端末としてのプリンタが急速に普及しており、近年では、出力画像のカラー化の普及に伴い、カラープリンタの画質の安定性向上や、カラープリンタ相互間のカラー画質の均一化などの要求が高まっている。特に、出力画像における色の再現性に関しては、設置環境変化や経時変化、あるいは機差によらない高度な安定性が求められている。しかし、電子写真方式の画像形成装置は、装置の置かれた環境条件の変化や感光体・現像剤の経時劣化により画像再現性が変動するため、初期設定のままでは、そのような高い要求値をみたすことができない。そこで、画像濃度を最適に保つフィードバック制御を行うのが一般的である。

このフィードバック制御は、以下のように行われる。まず、テストパターンを例えば感光体、中間転写体、転写搬送ベルト等の無端状回動体上に形成し、そのテストパターンの濃度を計測する。そして、その計測結果に対して周辺環境、経時劣化、固体バラツキを加味し、テストパターンが目標濃度に近づくように、テストパターン濃度の制御因子を制御するものである。また、テストパターンを記録媒体上に形成し、この記録媒体上のテストパターン濃度を計測する方法も提案されている。

テストパターンの濃度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により所望の画像濃度を得る方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このテストパターンとしては、現像工程後における未定着な現像剤像テストパターン、あるいは定着工程後における画像テストパターンが用いられる。画像テストパターンを用いることによって、最終的にユーザが手にする画像と同じ状態の画像をモニタすることや、転写工程や定着工程における濃度変動を含んだ画像品質を評価することができる。

このようなテストパターンを用いたフィードバック制御としては、最大濃度、ライン幅、かぶり等の画像特性に影響を与える帯電バイアス、現像バイアス、露光強度等の作像パラメータを決定する作像パラメータ制御と、中間調再現の線型性（γ特性）を補正するための中間調補正制御とが知られている（例えば、特許文献２乃至４参照）。中間調の再現性を制御する中間調補正制御は、作像パラメータ制御の結果を利用するために、作像パラメータ制御の後に行われるのが一般的である。このように、作像パラメータを所定の値に制御した上で中間調のγ補正を行うことにより、かぶり、ライン幅等の基本性能と濃度の線形性が保たれる。
特開平1-169467号公報特開平7-209934号公報特開平10-039555号公報特開平11-119481号公報

上述したような画像濃度のフィードバック制御を行うためには、テストパターンの正確な濃度検知を行う必要がある。そのためには、テストパターンの位置を正確に掴み、テストパターン内の反射光量を検知する必要がある。

テストパターンの形成位置はプロセスステーションの取り付け位置、センサの取り付け位置のバラツキによって変化するため、作像開始位置と検知位置までの時間を計測して補正することによってテストパターンの位置を正確にとらえ、検知精度を向上させる方法が開示されている（例えば、特許文献５参照）。

ところが、特に下地となる無端状回動体の反射光量が場所による変動が大きい場合には、上記取り付け位置のバラツキのみでなく、テストパターンが形成される前の該当する正確な位置での下地の反射光量を検知することが望まれる。形成されるテストパターンの計測位置と下地計測位置を正確に合わせるためには、無端状回動体の周回時間を一定にすることが好ましいが、無端状回動体の周長や位相、その駆動速度のバラツキ、駆動手段の温度変化による速度変動等、各種公差や誤差によりずれが生じてしまい、実際には大きな検知誤差が生じてしまう。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、無端状回動体上における下地位置とテストパターン位置の相互関係を正確に検知することによって、テストパターンの濃度検知を高精度に行うテストパターン測定方法および画像形成装置を提供することを目的とする。
特開平10-288880号公報

上記目的を達成するための一手法として、本発明のテストパターン測定方法は以下の工程を備える。

すなわち、一方向に回動する無端状回動体と、該無端状回動体に光を照射してその反射光を検知するセンサと、を有する画像形成装置におけるテストパターン測定方法であって、前記無端状回動体上に第1のテストパターンを形成する第1のパターン形成工程と、前記センサにより、前記第1のテストパターンを検知する第1の位置検知工程と、前記センサにより、前記無端状回動体上における前記第1のテストパターン以降の下地部分について、その複数箇所の反射光量を計測して下地サンプリング値を得る下地計測工程と、前記無端状回動体上において、該無端状回動体の周回に伴って周回した前記第1のテストパターン以降に第2のテストパターンを形成する第2のパターン形成工程と、前記センサにより、前記周回した第1のテストパターンを検知する第2の位置検知工程と、前記第2の位置検知工程における検知結果に基づき、前記下地サンプリング値から前記第2のテストパターンに対応する値を選択する下地選択工程と、前記センサにより、前記第2のテストパターンの反射光量を計測するパターン計測工程と、前記パターン計測工程における計測値を、前記下地選択工程で選択された下地サンプリング値に基づいて補正する補正工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、無端状回動体上における下地位置とテストパターン位置の相互関係を正確に検知することによって、テストパターンの濃度検知を高精度に行うことができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。まず、各実施形態に共通する装置構成およびその処理概要を説明する。

図1に、本発明に係るカラー画像形成装置の概略断面図を示す。このカラー画像形成装置は画像形成部として電子写真方式を用いており、詳細は後述するが、感光体上に光書込みによって潜像を形成し、この潜像をトナー像化（現像）して、その現像したトナー像を用紙に転写して定着させる。カラー画像を用紙上で再現するために、減法混色の三原色であるY（イエロー：黄色）、M（マゼンタ：赤色染料）及びC（シアン：緑味のある青色）の各色トナーと、文字や画像黒色部分の印字（印刷、画像形成）に用いられるK（ブラック：黒）トナーの合計4色のトナーを重ねることによって、フルカラーが表現される。

装置本体の下部には、用紙カセット23が着脱自在に装着されている。不図示のコントローラがホストコンピュータより印刷命令を受けた後、所定のタイミングで給紙ローラ21を回転駆動することによって、用紙カセット23内の用紙29が一枚毎に取り出される。給紙された用紙Pはレジストローラ対22まで搬送され、用紙P先端がレジストローラ対22に噛んだところで停止する。作像準備が整い、作像が開始されると、用紙Pは所定のタイミングでレジストローラ対22によって画像形成部に給送される。レジストローラ対22は、用紙Pの給送タイミングを調整すると共に、用紙P先端が搬送方向に対して垂直になるように、用紙先端位置を合わせる機能を有する。

本発明のカラー画像形成装置は色毎の4つの画像形成部を有しており、図1においては第1の画像形成ステージであるイエローの画像形成部のみについて記号を付してあるが、用紙搬送方向下流側にイエローと同じ構成でマゼンタ（第2ステーション）、シアン（第3ステーション）、ブラック（第4ステーション）の4つの画像形成ステーションが上記の順序で並んでいる。各色のトナー像形成方法は特に限定されないが、例えば2成分現像または非磁性1成分現像等、周知の現像方法により行われる。以下、本発明では非磁性１成分接触現像方法を用いた画像形成を行うとして説明する。

まず、イエローの画像形成について説明する。感光ドラム1Yが不図示の高圧電源から給電を受ける帯電ローラ2Yによってその表面が帯電され、露光手段3からの露光光線14Yを受けて、感光ドラム1Y表面に静電潜像が形成される。静電潜像には現像ローラ5Yが当接し、静電潜像に対応する場所にトナーを現像してイエローのトナー像を得る。現像ローラ5Yには、その表面にトナーを供給または剥ぎ取るための供給／剥ぎ取りローラ6Yが周速差を持って当接しており、同時に現像ローラ5Y上のトナーを帯電させる役割も担っている。現像ローラ5Y上のトナーはトナー層厚規制ブレード13Yによって層厚が規制されるとともに、摺擦によって摩擦帯電され現像に適したトナーが感光ドラム1Yへ供給される。現像されたイエローのトナー像は、転写ローラ19Yによって記録材Pに転写される。

感光ドラム1Yと転写ローラ19Yの間には、無端状回動体としての静電吸着搬送ベルト20（以下、ETB）が介在しており、ETB20は駆動ローラ30によって回動され、記録材Pを吸着して各色ステージへ搬送する。テンションローラ24はETB20が弛まないよう、ETB20が張る方向に圧力をかけ、ETB20の移動に伴って従動回転する。このようにETB20による記録材搬送を行うことによって、転写位置精度を高めて各色間の像ずれを小さくすることができる。

感光体ドラム1Y上に転写されずに残った転写残トナーを回収、清掃するために、クリーナ10Yが感光ドラム1Yに当接され、回収されたトナーは廃トナー容器11Yに収納される。

トナー像が転写された記録材Pは感光体1Yより分離され、次の画像ステージに搬送される。すなわち、イエローと同じ像形成方法によって、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像がイエローのトナー像の上に順次転写され、記録材Pは加圧ローラ26と加熱装置25との対向部で構成される定着ニップ部に搬送される。そこで記録材P上のトナー像は加熱加圧を受けてトナーが溶融し、記録材Pと密着して永久像となる。カラー印字がなされた記録材Pは、排紙ローラ27によって装置外へ搬送され、最終的な印字出力28としてユーザが手に取れるように積載される。

このような電子写真方式による画像形成装置の課題として、装置を使用する温湿度条件や各色の画像形成ステーションの使用度合いにより、画像濃度が変動してしまうことが挙げられる。この変動を補正するために画像濃度の制御を行う必要があるが、本発明では画像濃度の検知のために、ETB20上に各色のテストパターン画像を形成し、これを濃度センサ31で読み取る。

濃度センサ31の受光光量信号は不図示の処理装置に入力され、濃度に対応した値が算出される。この結果に基づいて、高圧条件やレーザパワー等のプロセス形成条件を設定し直すこと、すなわち濃度検知結果をフィードバックする事によって、各色の最大濃度やハーフトーン階調特性等を最適化する処理が、以下に説明する画像制御である。

本発明の画像制御としては、最適な作像パラメータを選択してかぶり等の画像不良を防止すると共に、ライン幅やラインへのトナー乗り量等、作像パラメータに依存する特性を制御する作像パラメータ制御と、ハーフトーンの階調特性を画像信号に対してリニアに保つ中間調補正制御の、2種類の制御を行う。

作像パラメータ制御は、文字等のライン画像に対してトナーが載りすぎて発生する文字の飛び散りや、同様にトナーが載りすぎて発生する定着不良を防止する効果がある。具体的には、帯電DCバイアス、現像DCバイアス等、画像濃度に影響の大きい画像形成条件を変えて形成した複数のテストパターンを光学センサで検知し、その結果から所望の最大濃度を得られる上記画像形成条件を算出し、画像形成条件を変更する。

一方、中間調補正制御は、電子写真特有の非線形的な入出力特性（γ特性）によって、入力画像信号に対して出力濃度がずれて自然な画像が形成できない事を防止するため、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を行う。具体的には、入力画像信号が異なる複数のテストパターンを光学センサで検知して入力画像信号と濃度の関係を得、その関係に基づき、ホストコンピュータからの入力画像信号に対して所望の濃度が出るよう、画像形成装置に入力する画像信号そのものの値を、装置内のコントローラによって変換する。この中間調補正制御は、作像パラメータ制御により画像形成条件を決定した後に行われる。

本発明においてETB20上に形成されたテストパターンは、ETB20を周回し、クリーニングプロセスにおいて、例えばイエローのテストパターンであれば画像形成ステーション内に設けられたクリーナ10Yに回収される。クリーニングプロセスでは、転写ローラ19Yにトナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加し、転写部で周回テストパターンを感光体ドラム1Yにひきつけ、テストパターンが転写残トナーと同様にクリーニングブレードで掻き取られて廃トナー容器11Yに回収される。この構成によって、ETB20に当接するクリーナを別途設ける必要が無くなり、装置の小型化が達成でき、メンテナンスが容易となる。

上述した作像パラメータ制御および中間調補正制御ともに高精度の濃度検知を行うためには、下地であるETB20に不要なトナーや紙粉等のゴミが付着しないようにすることが好ましい。このため、作像パラメータ制御および中間調補正制御を行う前に、ETB20をクリーニングしておくことが好ましい。上記ゴミ、紙粉等の付着以外にも、ベルト傷等のノイズ要因やベルト内での反射率ムラ等、ベルトの下地要因によっても検知結果の誤差が大きくなる。

そこで本発明では、上記下地の変動要因による検知誤差を極力排除するために、テストパターン形成を行う直前のETB20を予め濃度センサ31で計測しておき、実際のテストパターンの測定結果を補正することを特徴とする。以下、より具体的な実施形態を挙げて説明するが、特に断りがない限り、図1で説明したカラー画像形成装置上での実施形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図2は、図1に示した濃度センサ31の構成例を示す図である。ハウジング49には、LED等の発光素子47と、フォトダイオードなどの受光素子48が設置されている。ハウジング49には、発行素子47より発光された光線を規制、誘導するトンネル状の光路と、受光素子48に入る光線を規制、誘導するトンネル状の光路が設けられることが一般的であり、それぞれの測定対象物までの距離Ls1，Ls2によって、測定対象物面上での発光側の照射領域、受光側の有感領域が所望の特性となるように調整されている。またハウジング49は、発光素子47から直接、受光素子48へ光が入らないように覆う役割を担い、発光素子47の中心発光波長に対して透過率が極めて低い材料を用いている。発光素子47による照射光は、測定対象物Bに対しθの角度で入射し、測定対象物Bによって反射される。受光素子48は角度ψで測定対象物Bに対向し、測定対象物Bからの正反射光および拡散反射光の双方を検知する。通常、角度θとψは等しく、本実施形態では30°とした。

この光学センサでのテストパターンの検知原理について説明する。発光素子47から出射された光線は、下地となるETB20の材質固有の屈折率と表面状態に応じて決まる反射率で反射され、受光素子48で検知される。ここにテストパターンが形成されると、トナーが載っている部分の下地が隠され、反射光量が減少する。したがって、テストパターンのトナー量増加と共に反射光量は減少し、この減少量を基に、テストパターンの濃度が求められる。

実際には、測定対象面であるETB20の使用度合いによって下地の表面状態が変動し、それに伴って反射光量も変動してしまうので、テストパターンの反射光量をテストパターンが形成される前の下地の反射光量で規格化した後、濃度情報に変換する方法をとることが好ましい。ここで、下地の反射光量は常に一定であることが好ましいが、ETB20の反射率を全周に渡って一定にすることは難しく、数％から数十％程度の反射率の周ムラが発生してしまう。また、濃度センサ31はETB20の駆動ローラ30に対向する位置にあり、ETB20は駆動ローラ30に巻きつけられているため、比較的ETB20と濃度センサ31間の距離は安定しているものの、ETB20に波打ち状の歪みが発生した場合には、ETB20の回転に伴い、場所によって上記θが変わるため、反射光量が大きく変わってしまうことがある。

このような下地の反射率のムラは、直接テストパターンの検知結果の誤差となってしまうため、テストパターンの反射光量と、テストパターンが形成された正確な位置での下地の反射光量とをテストパターン毎にそれぞれ計測し、それぞれの下地で規格化することによって、検知精度の大幅な向上がのぞめる。したがって、テストパターン形成に先立って下地計測を行おうとすると、下地の計測時にはテストパターンの形成位置が未定である場合がある。本実施形態は、このような場合でも下地の計測位置を正確に検出することを特徴とする。

図3は、本実施形態のテストパターン検知処理を行う構成を示すブロック図である。受光素子48の出力は正反射出力305であり、比較器304とデータ処理部300（図1では不図示）内のAD変換器302に接続されている。比較器304には閾値電圧306が入力されており、正反射出力305が閾値電圧306より大きい場合はHiを出力し、閾値電圧306より小さい場合にはLowを出力する。比較器304の出力は演算部303に接続され、比較器304の出力がHiからLow、もしくはLowからHiとなる相変化が生じるたびに、処理の割り込みが発生する。なお、AD変換器302の出力を閾値電圧306と比較することによって上記相変化を検知することも可能であるが、AD変換器302のサンプリング時間を早くしすぎると他の処理に影響を与えてしまうため、ここでは比較器304からの割り込みによる方が、高速に相変化を知るうえで好ましい。ETB20上に形成されたテストパターンのエッジ部が濃度センサ31の対向位置を通過するとセンサ出力が急激に変化するため、上記相変化を見ることで、テストパターンのエッジ位置を知ることができる。なお、記憶部301には、後述するサンプリングデータ等、テストパターン検知処理において必要となる各種データが格納される。

図4に、本実施形態において用いられるテストパターンの一例を示す。同図において、テストパターンAが先頭に形成され、テストパターンAからETB20の周長L以上離れた位置に、テストパターンBが配置される。テストパターンAの大きさや個数は特に限定されないが、テストパターンAは主に位置検知に使用されるため、その大きさは濃度センサ31の空間分解能（0.5〜5mm程度）の数倍程度以下に小さい方が、他のテストパッチを多数ならべることができるため好ましい。またテストパッチBは、上記作像パラメータ制御、中間調補正制御のいずれを目的としたものでもよい。

図5は、本実施形態におけるテストパターン検知処理を示すフローチャートである。まず、ETB20上へのテストパターンAを形成する(S401)。そして、比較器304からの割り込み時刻に基づいて、テストパターンAの先端エッジ時刻を記憶する(S402)。パターンAの先端エッジを検知した後、濃度センサ31の出力サンプリングを例えば10mS間隔で開始し(S403)、以降は全てのサンプリングデータを記憶部301に記憶する。テストパターンAはそのままクリーニングされずにETB20を周回するが、このとき、テストパターンAの後方にテストパターンBが形成される(S404)。すなわち、本実施形態のテストパターンBは、テストパターンAにETB20の1周以上遅れで形成される。周回したテストパターンAの先端エッジが再度検知されると(S405)、記憶部301に記憶されたサンプリングデータの中から、後のテストパターンBの計測値補正に使用すべき下地データが、後述する方法によって確定される(S406)。したがって、この時点で記憶部301内の不要な記憶データ領域を開放しても構わない。

周回したテストパターンAの検知後にテストパターンBが計測されると(S407)、その計測結果に対してステップS406で確定した下地データを加味した演算を行うことによって、テストパターンBの計測結果を補正し、最終的な検知結果を得る(S408)。なお、ステップS407におけるテストパターンBの計測処理、およびステップS408における補正処理は、形成された全てのテストパターンBに対して行われる。そして、全てのテストパターンを読み終わった後にETB20のクリーニングを行い(S409)、テストパターンA,Bをともに消去する。

図6に、ETB20上に形成されるテストパターンの模式図を示し、本実施形態における下地データの確定方法について説明する。

図6の(a)は、ETB20の1周目にテストパターンAのみが形成された様子を示す。なお、破線で描かれた外枠がETB20を示している。同図においてT0は、画像の書き出しを開始した時刻における、ETB20上での濃度センサ31の対向位置を表す。そしてT1は、画像書き出し開始から現像、転写、を経て、ETB20上のテストパターンA60が濃度センサ31の対向位置まで到達する時間を示している。T1は、画像ステーションや濃度センサ31の設置位置の誤差等によって、その値が変動する。テストパターンA60の先端エッジ検知時刻と、画像書き出し開始時刻T0との差によって、データ処理部300はT1を算出することができる。

データ処理部300はテストパターンA60の先端エッジを検知した後、濃度センサ31の出力サンプリングを一定間隔で開始する。図中P(2)，P(3)，P(4)がそれぞれ、2，3，4番目のサンプリング点を表している。

図6の(b)は、ETB20の2周目にテストパターンBが形成された様子を示す。同図において、61は周回したテストパターンAであり、62，63がテストパターンBである。周回したテストパターンA61の先端エッジ通過時刻と画像書き出し開始時刻の差によって、T2が得られる。なお、テストパターンA60がETB20の周回に要する時間T2-T1は、ETB20の1周の周長および駆動ローラ30の外径誤差等の要因によって変動する。T3は、画像書き出しから、テストパターンB62が濃度センサ31位置を通過するまでの時間を示す。T3-T1は、主に書き出す画像（パターン）によって予め決まってくるため、テストパターンA62のエッジ検知を行わなくとも、T3はT1が分かれば精度良く予測することができる。

よってT2を計測した時点で、T1は既知であるからT3が予測され、周回したテストパッチA61の先端位置と、テストパターンB62の先端位置の時刻差T4が、T3-T2として予測できる。これにより、図6の(a)において、テストパターンA60のエッジ検出から上記T4経過時の通過点近傍にあるサンプル点の上（図中、破線の矩形）に、テストパターンB62が形成されることが分かる。すなわちこの例では、図6の(b)に示すサンプル点P(n)には、既に記憶されているP(4)が対応することが分かり、その位置での下地データを確定させることができる。

なお、1周目におけるエッジ基準での一定間隔サンプリングを2周目でも継続し、最も近いサンプリング点で下地を確定することによっても十分な精度を得ることが可能であり、この場合、テストパターンB62を検知する際には、周回したテストパターンA61の先端エッジ時刻を基準としてサンプリングを再開してサンプリング位置を調整することで、下地データとサンプリング位置を更に精度良く合わせることができる。

本実施形態のテストパターン測定方法によれば、テストパターンB62をT2の値によらずT0を基準として形成することができるため、全体としての計測時間を短縮することができる。

ここで、例えばT2を計測した後に既にもしくはその後サンプリングする下地の位置に重なるように、テストパターンB62の形成を開始する方法も、精度を向上させる点においては有用である。しかしながらこの場合、T2を検知した後直ちに画像形成を開始しても、テストパターンが計測できるまでT1相当の時間が余分に必要となるため、ETB20上に無駄な空白スペースを作ってしまい、ETB20上でのテストパターン配置の効率が劣ってしまう。また、テストパターンB62の大きさによっては、ETB20の更にもう1周の周回を要し、時間が余分にかかってしまう。したがって、本実施形態によるテストパターン測定方法が、特に計測時間の短縮の点でより好ましいといえる。

このように本実施形態においては、ETB20の周長によってテストパターンB62の書き出し位置を調整するのでなく、使用する下地データをシフトさせることにより、周回したテストパターンA61の位置によらずテストパターンB62を書き出すことができる。したがって、ETB20の周長変動がある場合でも、ETB20の2周のみで下地検知とパターン検知を終えることができ、効率の良い計測が可能である。

図7に、本実施形態によるテストパターン測定データの一例を示す。同図において、横軸は時間、縦軸は濃度センサ31のセンサ出力（電圧）である。70は濃度センサ31の正反射出力305の推移を示す。76はテストパターンA60の開始位置（エッジ）に相当し、正反射光量はテストパターンがあるところで減少する。71は周回したテストパターンA61による出力変化を示し、72，73はそれぞれ、テストパターンB62，63が通過したことによる出力変化を示す。

上述した本実施形態の下地確定方法によって、テストパターンA60のエッジ76以降の下地データによって、周回したテストパターンA61のエッジ77以降のサンプリングデータを規格化することが可能となる。図8に、図7に示す測定データを規格化した結果を示し、横軸は時間、縦軸は規格化した値（無単位）である。同図において、79，80がそれぞれ、テストパターンB62，63の出力を示し、81が下地レベルを示す。

以上説明したように本実施形態によれば、例えばETB20上のうねりや傷に起因して反射率の周ムラが発生し、反射率が部分的に異なる場合等、下地測定時の反射光量が一定でなくとも、個々のテストパターンの検知出力をそれぞれが対応する下地データで規格化することによって、下地の反射率のムラによる検知誤差を軽減し、テストパターン濃度を高精度に検知することができる。

例えば、下地反射率の変動が20％程度である場合に、一部の下地計測値を代表値として全テストパターンを規格化すると、たとえ同じテストパターンを形成した場合であってもその形成位置によって20％程度の検知値の変動が生じるのに対し、本実施形態の測定方法によれば、検知値の変動は3％以内に収まる。

なお、本実施形態の濃度センサ31は正反射検知型であるため、テストパターンAを光を吸収する黒色にすることで、有彩色の場合と比べて、下地とテストパターンとの反射率差を大きくすることができ、テストパターンAを周回させた場合でも安定した相変化を検出することが可能となる。

ここで、濃度センサ31の発光光源としてLED等の半導体素子を用いた場合、連続点灯によって半導体チップの温度が上昇し、光量が変化する光量ドリフトが発生することが知られている。本実施形態の濃度検知方法では、ある1点の濃度検知値を決める際にETBの1周前の反射光量を測定する必要があるため、ETBが1周する間にこの光量ドリフトによって照射光量に変動があった場合には、検知誤差が生じてしまう。

そこで本実施形態においては、この光量ドリフトによる検知誤差を補正するために、ETB20の1周目の非画像部（画像形成が成されない部分）において2周目の同位置の非画像部を規格化した値が1とはならず、例えば0.98となった場合、他のパッチ計測時の規格化反射率を0.98で除して光量ドリフト分を補正することにより、検知精度を更に向上させることができる。そして、この補正後の規格化反射率を直接画像制御に用いるか、もしくは、該規格化反射率をデータ処理部300内に設けられた濃度変換テーブル（不図示）等によって濃度データに変換して、画像制御に用いることができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明に係る第2実施形態について説明する。

図9は、図1に示した濃度センサ31の第2実施形態における構成例を示す図である。同図において41は発光素子であり、図中Bで示されるETB20上に形成されたテストパターン像Tに対して光を照射している。40はETB20からの直接反射光（正反射光）が入射する位置に配置される受光素子である。42はETB20からの直接反射光が少ない位置に配置され、主にテストパターン像Tによって拡散反射される反射光を検知する受光素子である。

図10は、濃度センサ31の有感領域を説明するための模式図である。発光素子41のおおよその照射範囲は、図中50で示される領域である。この中で正反射光として受光素子41に入射するのは、51で示される範囲で反射された光であり、この大きさが正反射側の空間分解能となる。第2実施形態ではこの空間分解能として、約1mmの実測値が得られた。52は拡散反射側の受光素子42の有感領域を示し、この有感領域52内で、拡散反射された光を検知することができる。第2実施形態では拡散反射側の有感領域52よりも照射領域50の方が小さいため、拡散反射側の空間分解能は照射領域50によって決まり、実測値は約3mmであった。

このように図10に示すような濃度センサ31の構成では、ほぼ有感領域52よりも正反射領域51が小さく、かつ照射領域50よりも正反射領域51の方が小さい。なお、有感領域52と照射領域50の大小関係は、受光素子の光路の太さによって変化する。また、上述したように正反射側の空間分解能は正反射領域51で決まるのに対し、拡散反射側の空間分解能は、有感領域52と照射領域50の小さい方で決まるため、拡散反射側の空間分解能は正反射側の空間分解能よりも粗くなる。

ETB20上に形成されたテストパターンが移動して上記各領域内全域（この例では有感領域52全域）に入ると、出力が飽和して安定する。したがって上記空間分解能は、濃度センサ31の検知値が安定するまでに必要なテストパターンの移動距離、もしくは移動時間に対応し、濃度センサ31の応答速度を決定する大きな因子となる。

拡散反射側では主にテストパターンからの拡散反射光を検知するため、照射光の波長に対して分光反射率が高い有彩色のテストパターンを検知するのに適している。一方、正反射側では主にETB20からの直接反射光の減衰分を検知するため、照射光の波長に対して吸収されやすい黒色のテストパターンを検知するのに適している。従って第2実施形態においては、拡散反射と正反射の特徴を利用して、上述した第1実施形態よりもさらに高精度な下地位置確定を行うことを特徴とする。

図11は、第2実施形態のテストパターン検知処理を行う構成を示すブロック図である。同図において、上述した第1実施形態で図3に示した構成と同様の動作を行うブロックについては、説明を省略する。

第2実施形態においては、拡散反射側の受光素子42の出力106が、比較器104とデータ処理部100内のAD変換器102に接続されている。比較器104には閾値電圧107が入力されており、拡散反射出力106が閾値電圧107より大きい場合はHiを出力し、閾値電圧107より小さい場合にはLowを出力する。比較器104の出力は演算部103に接続され、比較器104の出力がHiからLow、もしくはLowからHiとなる相変化が生じるたびに、処理の割り込みが発生する。

第2実施形態においては、周回するテストパターンAを有彩色と無彩色の両方で形成することを特徴とする。図12に、第2実施形態の濃度センサ31による、テストパターンAを検出した場合の出力の推移を示す。同図において、横軸は時間、縦軸は濃度センサ31のセンサ出力（電圧）を示し、82が有彩色のパターンがある領域、83が無彩色のパターンがある領域にそれぞれ相当する。

有彩色が通過する際の正反射出力は、ETB20からの直接反射光とテストパターンからの拡散反射光の和となり、そのときの出力値84は、テストパターンの濃度が一定かつ下地の反射率が一定で、下地の反射率の出力を所定の値に合わせた場合、異なるセンサ間では発光光源の光量分布の違い（図10中の照射領域50内での光量分布が異なる）や、光軸のずれ度合の違い（図10中の照射領域50と正反射領域51の相対的な位置関係が異なる）等により、正反射に対して拡散反射光の取り込み比率が変化するため、値が変動する。

一方、拡散反射出力については、下地部での出力は極めて小さく、有彩色のテストパターンがあるときのみ、出力が増加する。第2実施形態では、拡散反射の比較電圧を図中85に設定し、拡散反射出力が立ち上がる点87で、有彩色パターン82の先端エッジを検知している。

下地部とテストパターン部の出力比は、拡散反射出力では有彩色で10〜1000倍、無彩色で1〜10倍程度あるのに対し、正反射出力では有彩色で0.5〜10倍、無彩色で5〜1000倍程度である。この値が大きいほど閾値の設定がしやすいため、エッジ検知が安定する。よって第2実施形態においては、テストパターンAとして有彩色のパターンを設け、拡散反射出力に基づいてエッジ検知を行なうことによって、無彩色のテストパターンの正反射出力のみを検出する第1実施形態と同様に、安定したエッジ検知および下地確定を行うことができる。

第2実施形態の濃度センサ31のように、正反射と拡散反射の両方が検知可能であるセンサを用いる場合、拡散テストパターンBの規格化反射率Rは、例えば以下のようにして求められる。

R = (P_正 - αP_拡散)/(P_正下 - αP_拡散下)
ここで、P_正はテストパターン計測時の正反射出力、P_拡散は同じ位置での拡散反射出力、P_正下は第2実施形態の方法で確定した下地位置での正反射出力の記憶値、P_拡散下は第2実施形態の方法で確定した下地位置での拡散反射出力の記憶値である。また、αはほぼ100％拡散反射する基準物（例えば2色以上の有彩色ベタ画像を重ね合わせたテストパターン）を計測した場合の、拡散反射出力と正反射出力の比である。

このように求められた規格化反射率Rを、更に濃度変換テーブルによって濃度データに変換して画像制御に用いても構わない。

また、一般に黒色の着色剤は導電性に富むカーボンブラックが用いられることが多く、有彩色のトナーとは帯電特性が異なり、外乱に弱い場合がある。したがって、黒色の画像形成は最後に行う、または、黒は最終の画像形成ステーションとされることが多い。一方、有彩色のトナーは比較的外乱に強く、テストパッチを周回させた場合に多数のステーションを通過することによって発生する濃度変化が少ないため、拡散反射光を検知する手段がある場合にはテストパターンとして好適に用いることができる。

以上説明したように第2実施形態によれば、濃度センサにて拡散反射光を検知可能とし、有彩色のテストパターンでのエッジ検知を行なうことによって、周回時の外乱による濃度低下の影響を低減し、下地位置の確定を常に安定して行うことができる。

ここで、画像形成装置では常にカラー印字が行われるわけではなく、有彩色トナーを使わないモノクロ印刷の比率が高いユーザも存在する。モノクロ印刷の比率が高い画像形成装置では、有彩色のトナーが無くなっても黒色による印字が継続できることが求められている。また、黒色のみであっても画像制御を行って印字品質を保つことも必要となる。

そこで第2実施形態のように、濃度センサで正反射出力と拡散反射出力の双方を検知可能とすることによって、テストパターンAを有彩色と無彩色の両方で形成し、有彩色パターンのエッジは拡散反射出力によって検知し、無彩色パターンのエッジは正反射出力によって検知することにより、有彩色トナーがある場合にはより外乱に強い安定した下地確定を行い、有彩色トナーが無くなっても、無彩色での画像制御を行うことができる。この場合、他のエッジとの混同をさけるため、無彩色テストパターンが最後に配置される場合は後端エッジ86を検知することが好ましく、無彩色テストパターンが最初に配置される場合は先端エッジを検知することが好ましい。なお、有彩色と無彩色の順序はこの例に限定されず、任意であることは言うまでもない。

また、上述したように正反射による検知は拡散反射による検知よりも空間分解能が細かく、出力が早く飽和する。このため第2実施形態において、周回するテストパターンAとして、有彩色のテストパターンよりも無彩色のテストパターンを小さくすることによって、テストパターンAの全長を小さくすることができ、ETB20上でテストパターンBを配置できるスペースを広げることが可能となる。

上述した第1および第2実施形態においては、記録紙を搬送するETB方式の画像形成装置を例示して説明したが、周知の中間転写方式の画像形成装置であっても、テストパターンが周回可能であれば好適に本発明の濃度検知方法を用いることができる。

［他の実施例］
以上、実施形態例を詳述したが、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体（記録媒体）等としての実施態様をとることが可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。

尚、本発明は、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（実施形態では図に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等の形態であっても良い。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、MO、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM、DVD(DVD-ROM，DVD-R)などがある。

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるWWWサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してCD-ROM等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOSなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、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込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、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または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。

本発明に係る一実施形態におけるカラー画像形成装置の概略断面図である。本実施形態における濃度センサの断面図である。本実施形態におけるテストパターン検知処理を行う構成を示すブロック図である。本実施形態で用いられるテストパターンの一例を示す図である。本実施形態におけるテストパターン検知処理を示すフローチャートである。本実施形態におけるテストパターンの下地データ確定方法を説明するための図である。本実施形態におけるテストパターン検知処理の特性を示す図である。本実施形態におけるテストパターン検知処理の特性を示す図である。第2実施形態における濃度センサの断面図である。第2実施形態における濃度センサの有感領域を説明するための模式図である。第2実施形態においてテストパターン検知処理を行う構成を示すブロック図である。第2実施形態におけるテストパターン検知処理の特性を示す図である。

符号の説明

1 感光ドラム
2 帯電ローラ
3 露光装置
5 現像ローラ
6 供給剥ぎ取りローラ
7 現像剤
8 現像容器
11 回収容器
13 規制ブレード
19 転写ローラ
20 転写搬送ベルト
24 テンションローラ
30 駆動ローラ
31 濃度センサ

Claims

一方向に回動する無端状回動体と、該無端状回動体に光を照射してその反射光を検知するセンサと、を有する画像形成装置におけるテストパターン測定方法であって、
前記無端状回動体上に第1のテストパターンを形成する第1のパターン形成工程と、
前記センサにより、前記第1のテストパターンを検知する第1の位置検知工程と、
前記センサにより、前記無端状回動体上における前記第1のテストパターン以降の下地部分について、その複数箇所の反射光量を計測して下地サンプリング値を得る下地計測工程と、
前記無端状回動体上において、該無端状回動体の周回に伴って周回した前記第1のテストパターン以降に第2のテストパターンを形成する第2のパターン形成工程と、
前記センサにより、前記周回した第1のテストパターンを検知する第2の位置検知工程と、
前記第2の位置検知工程における検知結果に基づき、前記下地サンプリング値から前記第2のテストパターンに対応する値を選択する下地選択工程と、
前記センサにより、前記第2のテストパターンの反射光量を計測するパターン計測工程と、
前記パターン計測工程における計測値を、前記下地選択工程で選択された下地サンプリング値に基づいて補正する補正工程と、
を有することを特徴とするテストパターン測定方法。
前記第1および第2の位置検知工程において、前記センサは、前記無端状回動体上における前記第1のテストパターンの位置を検知することを特徴とする請求項１記載のテストパターン測定方法。
前記補正工程においては、前記下地選択工程において選択されたサンプリング値に基づき、前記第2のテストパターンの反射光量を規格化することを特徴とする請求項１または２記載のテストパターン測定方法。
前記センサは直接反射光を計測することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のテストパターン測定方法。
前記第1のテストパターンは黒色であることを特徴とする請求項４記載のテストパターン測定方法。
前記センサは、拡散反射光を計測することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のテストパターン測定方法。
前記第1のテストパターンは有彩色であることを特徴とする請求項６記載のテストパターン測定方法。
前記センサは、直接反射光と拡散反射光を計測可能とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のテストパターン測定方法。
前記第1のテストパターンは、黒色部と有彩色部を有することを特徴とする請求項８記載のテストパターン測定方法。
前記第1のテストパターンは、前記無端状回動体の移動方向における前記黒色部の長さが、前記有彩色部よりも小さいことを特徴とする請求項９記載のテストパターン測定方法。
さらに、前記下地計測工程および前記パターン計測工程において、前記無端状回動体上で画像形成が成されない非画像部における同位置の反射光量を計測し、
前記補正工程においては、前記非画像部における反射光量の変動に基づいて、前記パターン計測工程における計測値をさらに補正する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のテストパターン測定方法。
請求項１乃至１１のいずれかに記載されたテストパターン測定方法が実行可能であることを特徴とする画像形成装置。
情報処理装置を制御することによって、該情報処理装置を請求項１乃至１１の何れかに記載されたテストパターン測定方法を実行する画像形成装置として動作させることを特徴とするプログラム。
請求項１３に記載されたプログラムが記録されたことを特徴とする記録媒体。