JP2006162963A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録媒体検知センサの発光分布ムラ、受光感度分布ムラに影響されること無く、記録媒体の判別を行う。その際、記録媒体検知を行う目的で搬送距離、搬送時間の無駄を作ることなく、かつ記録媒体検知センサ設置場所に自由度を持たせた上で、十分な精度で分布ムラを測定し補正を行うことにより、記録媒体判定の精度を向上させ高画質な画像形成装置を提供する。
【解決手段】 記録媒体の表面性を判別するために、エリアセンサもしくはラインセンサからなる撮像センサと発光源からなるセンサを用い、発光源の光量分布ムラを記録媒体の表面性に影響されること無く検出するために、記録媒体が移動中に撮像を行い、分布ムラの校正を行う構成において、最初に検出生画像を撮影し、その後の、通常速度の記録媒体搬送中に補正データを取得することで、記録媒体検知目的による搬送時間、搬送距離の無駄を無くすと同時に記録媒体検知センサ設置位置の自由度を増すことを可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像形成装置における記録媒体の平滑度測定手段で用いるラインセンサもしくはエリアセンサのシェーディング補正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、感光体上に現像された映像を記録媒体に転写し、映像を転写した記録媒体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映像を定着させる定着装置を備えている。

従来、斯かる画像形成装置においては、給紙・搬送された記録媒体の表面画像をＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のラインセンサやエリアセンサを有する映像読み取り手段によって読み取り、その結果からインクジェット用のＯＨＴかレーザビーム用のＯＨＴかを判定する手段を備え、インクジェット用ＯＨＴと判定した場合は、定着装置への記録媒体搬送を停止すると共に画像形成装置の画像形成動作を停止する手段、あるいは定着装置への記録媒体搬送を停止せずに、定着装置の温度制御を停止する。もしくは通常の温度よりも低い温度に設定する制御手段を備えることによって、万が一ユーザが誤って規定用紙外であるインクジェット用ＯＨＴを通紙した場合に生じる定着ローラへのＯＨＴ巻き付きや記録媒体上の画像劣化等の不都合な問題を解決する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、ＯＨＴに限らず、記録媒体の表面画像を読み取った結果から、記録媒体表面の凹凸の深さや凹凸間隔を演算してグロス紙，普通紙，ラフ紙，ＯＨＴといった記録媒体の種類を判別し、印字濃度、転写バイアスの設定、定着温度、プロセス速度などの画像形成条件を最適に設定する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。

これらの場合に用いるＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのラインセンサやエリアセンサの撮像素子とレンズを用いた構成において、撮影対象物より反射する光を、結像レンズ等を介してセンサ等の撮像素子に入射させ、撮像素子から出力される信号をＡ／Ｄ変換することで、撮影対象物の画像データを得る映像読み取り装置が知られている。このような映像読取装置においては、光源やレンズに起因する光量ばらつきによる撮影画像の劣化があることが殆どである。また、撮像素子の各光電変換セルにおける感度ばらつきも存在する。よって対象物を精度良く読み取り、正確な撮像結果を得るために、記録媒体を移動させた状態でシェーディング測定用の撮影を複数回行い、その撮影結果の平均化処理を行うことによりシェーディング補正用データとし、撮影結果を補正する方法が行われている。
特開２００３−２２８２５６号公報 特開２００３−３０２２０８号公報

しかしながら、上記従来例における記録媒体撮影手段では補正データ取得後、一度、記録媒体を停止させて記録媒体の検出生画像を撮影する。そのため前記従来例における記録媒体撮影手段では、通常印字プロセスと異なる搬送動作が必要となる。また補正データ取得後、記録媒体検出生画像を撮影する際の記録媒体停止位置が、第二の搬送部に記録媒体先端が入る前である必要があるため設置位置の制約が大きいという問題があった。

本出願に係る発明の目的は撮像素子を用いた構成において、光源やレンズ、または撮像素子に起因する検出分布ムラに影響されること無く、記録媒体の判定を行う。その際、画
像形成装置の大きさ、画像形成プロセスにかかる時間を最小限にし、かつ簡易な方法で校正データに必要な検出精度を保持することのできる画像形成装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る発明では。記録媒体表面の所定領域内を映像として読み取る読取手段と、所定領域内の映像をデジタル情報として出力する撮影手段と、前記読取手段により記録媒体移動中に複数回記録媒体表面を撮影する補正データ取得手段と、前記読取手段により記録媒体停止中に、記録媒体表面を撮影する検出生画像データ取得手段と、前記検出生画像データを補正データにより補正し記録媒体表面データを作成する手段を備えた画像読取装置において、検出生画像データ取得後、記録媒体搬送速度加速中に補正データを取得する。その後、記録媒体判別結果に応じて既に搬送している搬送速度から加速する事で画像形成プロセス速度まで加速に要する時間、搬送距離を、記録媒体が停止した状態から加速する時に比べ短縮することができる。

また記録媒体搬送開始後、補正データ取得を行った後に紙を停止させて検出生画像データを取得する動作を無くすことを目的とする。

また簡易な方法で補正データに必要な検出精度を保持することを目的とする。

本出願に係る発明によれば、通常の画像形成プロセスにおける記録媒体搬送中に記録媒体撮影を行うため補正データ取得における搬送時間、搬送距離の増加を無くすことが可能である。また、検出生画像データ取得を記録媒体搬送前、もしくは補正データ取得前に行うため、従来は画像形成部に記録媒体先端が入る前に補正データ取得と検出生画像データ取得の両方を完了させる必要があった。しかし本発明によれば補正データ取得後に記録媒体を停止させる必要がないので、画像形成部に記録媒体先端が入る前に取得する必要があるのは検出生画像データだけである。そこで搬送距離の制約、センサ設置位置の制約がなくなり自由度が増す効果がある。

以下に本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて説明する。

図１は、記録媒体の表面平滑性検出に際して、検出センサの校正を行う領域を示す模式図である。

図３は本実施形における撮像センサの構成を示している。撮像センサ３０は、図３に示すように、光照射手段たる反射用ＬＥＤ３２と、読取手段たるＣＭＯＳエリアセンサ３１と（センサ３１はＣＣＤセンサでもよい）結像レンズたるレンズ３３を有している。

反射用ＬＥＤ３２を光源とする光は、記録媒体１０１表面に対し照射される。記録媒体１０１からの反射光は、レンズ３３を介し集光されてＣＭＯＳエリアセンサ３１に結像される。これによって記録媒体１０１の表面映像を読み取る。

本実施形態では、ＬＥＤ３２は、ＬＥＤ光が記録媒体１０１表面に対し、図３に示すように所定の角度をもって斜めより光を照射させるよう配置されている。

図７は、画像形成装置の概略形状を示している。ここではタンデム型のカラー画像形成装置を例にあげている。１０２の給紙カセットから１０３のピックアップローラで給紙された記録媒体は撮像センサ３０で紙種の判別をし、記録媒体の表面性などの諸特性に応じ
て、画像処理や、現像バイアス、定着ユニットの温度制御値あるいは記録媒体搬送速度を可変制御することによって最適な画像を得ることができる。

図４は、撮像センサ３０のＣＭＯＳエリアセンサ３１によって読み取られる記録媒体１０１の表面とＣＭＯＳエリアセンサ３１からの出力を８×８ピクセルにデジタル処理した例との関係を示す図である。デジタル処理は、ＣＭＯＳエリアセンサ３１からのアナログ出力を変換手段たるＡ／Ｄ変換（図６、６０８）によって８ビットのピクセルデータに変換することによって行われる。

図４において、４０は、紙の表面性において比較的粗く紙の繊維による凹凸が判別しやすいいわゆるラフ紙の記録媒体Ａの表面拡大映像である。４１は、一般のオフィスで普通に使用されるいわゆる普通紙の記録媒体Ｂの表面拡大映像であり、４２は、紙の繊維の圧縮が十分になされている光沢紙（以下グロス紙と呼ぶ）の記録媒体Ｃの表面拡大映像である。

ＣＭＯＳセンサ３１に読み込まれたこれらの映像４０、４１、４２が、デジタル処理されそれぞれ図４に示す映像４３、４４、４５となる。

このように、記録媒体の種類によって、表面の映像は異なる。これは、主に紙の表面における繊維の状態が異なるために起こる現象である。

またこのとき、それぞれの画素に入力された光の合計もしくは平均値から記録媒体の反射光量を検出する。このとき１受光画素の結果のみを用いても良い。

上述のように、ＣＭＯＳエリアセンサ３１で読み込んだ記録媒体表面映像をデジタル処理することで、記録媒体表面状態と、反射光量が分かり記録媒体の判別が可能となる。デジタル処理を行った映像の映像比較演算においては、記録媒体表面データを複数のブロックに分割し、分割したデータごとに、最大濃度のピクセルＤｍａｘと最低濃度のピクセルＤｍｉｎを導く。これを分割ブロック毎に実行しＤｍａｘ−Ｄｍｉｎを算出し、記録媒体全体のＤｍａｘ−Ｄｍｉｎを導く。つまり、記録媒体Ａのように表面の紙繊維がガサついている場合には、繊維の影が多く発生する。その結果、明るい個所と暗い個所の差が大きく出るため、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは大きくなる。一方、記録媒体Ｃのような表面では、繊維の影が少なく、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは小さくなる。この比較によって、記録媒体の紙種を判定する。

また制御プロセッサは、ＣＭＯＳエリアセンサ３１からの映像サンプリング処理、ゲイン及びフィルタ演算処理をリアルタイムにて処理する必要がある。演算処理には例えばデジタルシグナルプロセッサまたはゲートアレイまたは高速なＣＰＵを用いることが望ましい。

次に、図５を用いて、ＣＭＯＳエリアセンサ３１の制御回路ブロック図について説明する。

図中、７０１は判断部であるＣＰＵ、７０２は制御回路、３１はＣＭＯＳエリアセンサ、７０４はインターフェース制御回路、７０５は演算回路、７０６は第一の演算手段である記録媒体表面の凹凸量演算結果がセットされるレジスタＡ、７０７は第二の演算手段である記録媒体表面の凹凸エッジ量演算結果がセットされるレジスタＢ、７０８は制御レジスタである。

次に図５を用いて動作について説明する。ＣＰＵ７０１は制御レジスタ７０８に対して
、ＣＭＯＳエリアセンサ３１の動作指示を与えると、ＣＭＯＳエリアセンサ３１によって記録媒体表面画像の撮像が開始される。つまり、ＣＭＯＳエリアセンサに電荷の蓄積が開始される。インターフェース回路７０４から、Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔによってＣＭＯＳエリアセンサ３１を選択し、所定のタイミングにてＳＹＳＣＬＫを生成すると、ＣＭＯＳエリアセンサ３１からＳｌ＿ｏｕｔ信号を経由して、撮像されたデジタル画像データが送信される。

インターフェース回路７０４を経由して受信した撮像データは、一度、ＲＡＭ（読み書き可能なメモリ）に送信され保存される。保存したデータより、制御回路７０２にて前述した演算方法に基づきＤｍａｘ−Ｄｍｉｎが演算され、その結果が記録媒体表面の凹凸量演算結果としてレジスタＡ７０６にセットされる。

次に図６を用いてセンサ回路ブロック図について説明する。図６は、ＣＭＯＳエリアセンサ３６の回路ブロック図を示した図である。図中、６０１はＣＭＯＳセンサ部分であり、例えば８×８画素分のセンサがエリア状に配置される。６０２および６０３は垂直方向シフトレジスタ、６０４は出力バッファ、６０５は水平方向シフトレジスタ、６０６はシステムクロック、６０７はタイミングジェネレータである。

次に動作について説明する。Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔ信号６１３をアクディブとすると、ＣＭＯＳセンサ部６０１は受光した光に基づく電荷の蓄積を開始する。次に、システムクロック６０６を与えると、タイミングジェネレータ６０７によって、垂直方向シフトレジスタ６０２および６０３は読みだす画素の列を順次選択し、出力バッファ６０４にデータを順次セットする。

出力バッファ６０４にセットされたデータは、水平方向シフトレジスタ６０５によって、Ａ／Ｄコンバータ６０８ヘと転送される。Ａ／Ｄコンバータ６０８でデジタル変換された画素データは、出力インターフェース回路６０９によって所定のタイミングで制御されて、Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔ信号６１３がアクティブの期間、６１０のＳｌ＿ｏｕｔ信号に出力される。

一方、６１１の制御回路によって、Ｓｌ＿ｉｎ信号６１２よりＡ／Ｄ変換ゲインが可変制御できる。

例えば、撮像した画像のコントラストが得られない場合は、ＣＰＵはゲインを変更して、常に最良なコントラストで撮像することができる。

図１と図２を用いて、シェーディング補正について説明する。図１中の１−１〜１−４にセンサ部の照明装置により照明されたシェーディング測定データの測定領域を模式的に示している。このときの測定データを図２の１−１〜１−４として示す。説明を簡略化するために、１ページ８×８の６４画素のＣＭＯＳエリアセンサで撮影した場合を想定し説明する。

図２にＣＭＯＳエリアセンサで撮影した画像イメージを示す。撮影した画像には、目的の撮影画像の「Ａ」という文字と、光学系や照明系などによるシェーディング成分とが一緒に含まれている。最初に、撮影対象が停止している時に検出生画像を撮影し保存する。その際の本撮影した画像を１−５に示す。次に通常画像形成プロセスにおける記録媒体搬送中に補正データ４枚を撮影する。撮影した画像を、１−１〜１−４に示す。補正データには検出対象についている、目的としていない情報であるノイズ成分（紙の凹凸等）が含まれるため、平均化を行う必要がある。よって次に、その４枚の撮影画像の平均化を行う。それにより、撮影対象が変化したのにもかかわらず、変化しない成分（シェーディング成分や画素感度ばらつきなど）を算出することができる。１−６に平均化後の画像データを示す。続いて、シェーディングの成分のみを算出した平均化画像１−６で補正を行うことにより、得たい撮影画像である「Ａ」という文字をより鮮明に撮影する事ができる。１−７に補正後の画像を示す。

次に図１０と図８を用いて、従来の記録媒体撮影手段における検出生画像データ、補正データの取得タイミング、本発明第一の実施例における検出生画像データ、補正データの取得タイミングについて説明する。

図１０は従来の検出生画像データと補正データ取得タイミングを示す。給紙開始直後、時間Ｔ７で紙搬送を開始する。レジセンサ１２３に記録媒体先端が到達する時間Ｔ８から搬送中（移動中）の記録媒体の撮影を開始し補正データを取得する。ただし記録媒体先端がセンサ３０正面に到達する時間はレジセンサに記録媒体先端が到達する時間Ｔ８と同じとする。次に補正データの取得が終了したあと、時間Ｔ９で、記録媒体搬送を停止し検出生画像データ取得を開始する。その後、検出生画像データを補正し生成した記録媒体表面データから記録媒体の判別を行う。記録媒体判別結果に応じて搬送速度を最適な速度である１／１速、１／２速、１／３速まで加速しながら時間Ｔ１０で再び紙搬送を開始する。

次に図８は本発明の第一の実施例における検出生画像データ取得タイミングと補正データ撮影取得タイミングを示す。給紙開始直後、時間Ｔ１で記録媒体搬送を開始する。レジセンサ１２３まで記録媒体先端が搬送されてきた時間Ｔ２で記録媒体搬送を停止し、検出生画像データ取得を行う。検出生画像データ取得が終了した後再び記録媒体搬送を開始する。この際記録媒体搬送速度を最初１／３速に設定する、そして１／３速まで紙搬送速度を加速する間（Ｔ３からＴ４の間）に補正データを取得し、記録媒体判別を行う。補正データ取得後、検出生画像データを補正し記録媒体表面データを生成し記録媒体の判別を行う。その後、記録媒体判別結果に応じて搬送速度を最適な速度である１／１速、１／２速、１／３速まで加速する。また記録媒体判別結果に応じて画像形成条件または定着装置の定着条件を最適化し、画像形成を開始する。二枚目以降も同様にして測定を行う。

図１１は実施例１における動作を表すフローチャートである。印刷コマンドが実施され、画像形成装置が印字動作可能（Ｓ１０１）となり、記録媒体がレジセンサに無い状態（Ｓ１０２）になると給紙が開始（Ｓ１０３）され記録媒体が搬送される（Ｓ１０４）。次にレジセンサ位置まで紙が搬送されてきた所（Ｓ１０５）で記録媒体搬送は一度停止する（Ｓ１０６）。記録媒体停止中に検出生画像データの取得が実施される（Ｓ１０７）。その後、再び記録媒体の搬送が行われる（Ｓ１０８）。記録媒体搬送が再開され１／３速まで加速する時間に、補正データ取得が行なわれる（Ｓ１０９）。検出生画像データと補正データより記録媒体表面データを生成し記録媒体の判別を行う（Ｓ１１０）。その後記録媒体判別結果に応じて搬送速度を最適な速度である１／１速、１／２速、１／３速まで加速する（Ｓ１１１）。また記録媒体判別結果に応じて定着装置の温度を最適条件にし画像形成を開始する（Ｓ１１２）。

通常撮像センサ３０の後には、図７に示すように搬送ベルト１０４が設置されており、記録媒体が給紙された段階で印字前動作を行っている。そのため、記録媒体が撮像センサ３０以降で停止、加速を行うためには撮像センサ３０と搬送ベルト１０４の間に十分な距離が必要となる。

従来の補正データを取得した後に記録媒体を停止させ検出生画像データ取得を行う方法では、撮像センサ３０を通過した後で補正データ取得のために記録媒体を搬送する必要があり上記に説明した撮像センサ３０と搬送ベルト１０４の間に十分な距離が必要となる。しかし実際に十分な距離を確保するためには、画像形成装置自体を大きくする必要があり
、困難である。そのため補正データ取得を行う際は、搬送速度を通常の印字プロセスよりも遅くすることで補正データ取得に要する搬送距離を短くする制御方法が用いられている。

しかし本発明に示す方法では補正データ取得より前に検出生画像データ取得を行うため、撮像センサ３０を通過した後、記録媒体を停止する必要がない。記録媒体を１／３速まで加速する間に補正データを取得し記録媒を判別する。判別後、記録媒体に応じた最適なプロセススピードまで加速する時、既に１／３速で搬送しているため加速に要する距離と時間が短縮できる。

以上、検出生画像データ取得後に補正データの取得を行う事で補正データ取得後、記録媒体搬送速度を一度停止する事なく変更可能とし、撮像センサ３０と搬送ベルト１０４の距離を短縮可能にすることで搬送経路を短く構成する事ができるので、小型の画像形成装置を提供することができる。

実施例２について説明を行う。基本的な構成は実施例１と同様であるため共通する構成に関しては詳細な説明は省略し、実施例１と異なる点のみを説明する。実施例１では記録媒体センサを図７、３０の様に設置した。実施例３では記録媒体センサを記録媒体が収納されているカセットに設置する。実際には図１３、３４の様に記録媒体センサを記録媒体が収納されているカセットの上部からバネなどで上から記録媒体に押し付けるようにして設置し、記録媒体−センサ間の距離が常に一定になるようにする。また図１０は実施例３における検出生画像データ取得タイミングと補正データ取得タイミングの関係を示す。給紙開始前に時間Ｔ５で検出生画像データ取得を行う。検出生画像データ取得終了後、給紙開始直後の時間Ｔ６に紙搬送を開始する。時間Ｔ６から搬送中の記録媒体を撮影し補正データ取得を行う。但し、紙搬送は通常の印字プロセスにおける速度と同じ速度で行う。二枚目以降も同様にして測定を行う。

実施例３では、検出生画像撮影のために途中で記録媒体を停止する動作を行わない。そのため記録媒体検知の目的で記録媒体を特殊な動作で搬送することがなく、搬送時間の無駄が完全に無視できる画像形成装置を提案することができる。

図１２は実施例３における動作を表すフローチャートである。給紙が開始される前に検出生画像データ取得が行なわれる（Ｓ２０１）。次に印刷コマンドが実行され画像形成装置が印字動作可能となり（Ｓ２０２）、記録媒体がレジセンサに無い状態（Ｓ２０３）になると給紙が開始（Ｓ２０４）され記録媒体が搬送される（Ｓ２０５）。記録媒体搬送中に補正データ取得（Ｓ２０６）が行なわれる。検出生画像データと補正データより記録媒体表面データを生成し記録媒体の判別を行う（Ｓ２０７）。その後記録媒体判別結果に応じて搬送速度を最適な速度である１／１速、１／２速、１／３速まで加速する（Ｓ２０８）。また記録媒体判別結果に応じて定着装置の温度を最適条件にし画像形成を開始する（Ｓ２０９）。

本発明に示す方法では記録媒体搬送開始前に検出生画像データ取得を行うため、記録媒体を搬送中に停止、加速する必要がない。また搬送開始直後、記録媒体先端がレジセンサに到達する以前に補正データを取得できる。また従来、記録媒体が撮像センサ３０以降で搬送、減速、停止を行うために必要としていた撮像センサ３０と搬送ベルト１０４間の距離が不必要となる。

以上、検出生画像データ取得を記録媒体搬送開始前に実施し、記録媒体搬送開始後、補
正データの取得を行う事で通常の画像形成プロセスにおける記録媒体搬送中に補正データを取得する事を可能とし、記録媒体搬送距離、及び時間の無駄がない記録媒体検知可能な記録媒体センサを備える画像形成装置を提供することができる。

撮像センサの校正を行う領域を示す模式図 撮像センサのシェーディング補正方法の説明図 撮像センサの概略構成を示す模式図断面図 撮像センサによる記録媒体検出結果 撮像センサの概略を示すブロック図 ＣＭＯＳエリアセンサ回路ブロック図 画像形成装置の概略を示す図 実施例１における撮像センサの撮影タイミングを示す模式図 実施例２における撮像センサの撮影タイミングを示す模式図 従来例における撮像センサの撮影タイミングを示す模式図 実施例１における動作を説明するフローチャート 実施例２における動作を説明するフローチャート 実施例３における撮像センサ設置位置を示す図

符号の説明

１ 撮像センサの検出位置、及び検出結果
３０ 撮像センサ
３１ 撮像センサ用受光素子
３２ 撮像センサ用発光素子
３３ 撮像センサ用レンズ
４０〜４５ 撮像センサの検出結果
７０ 制御回路
１０１ 記録媒体
７０１ 判断部（ＣＰＵ）
７０２ 制御回路
７０５ 演算回路

Claims (2)

1. 記録媒体表面の所定領域内を映像として読み取る読取手段と、
   所定領域内の映像をデジタル情報として出力する撮影手段と、
   前記撮影手段により記録媒体移動中に撮影した複数回のデータをもとに補正データを生成する手段と、
   前記撮影手段により記録媒体停止中に撮影したデータをもとに生画像データを取得する手段と、
   前記検出生画像データを補正データにより補正し記録媒体表面データを生成する手段を備えた画像形成装置において、
   画像形成プロセスにおける記録媒体搬送中に前記補正データ生成手段により補正データを生成することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記補正データ取得より前に検出生画像データを取得する手段と、
   前記検出生画像データを補正データ取得終了まで保存する手段と、
   前記保存した検出生画像データと補正用データから記録媒体表面データを作成する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。