JP2007322973A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度補正時間とトナー消費量を抑制しながら、入力階調に対するトナー濃度の階調特性全体を精度のムラ無く、高精度に検出することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】濃度センサ２１の出力と基準電圧出力手段４１の出力を差動増幅手段４２に入力し、差動増幅手段４２により得られるそれらの差分を増幅した出力をＡＤ変換器４５に入力し、ＡＤ変換器４５により得られた値をプロセッサ４６で演算することで得られるトナー濃度値に基づき、制御部４３がトナー濃度補正を行う構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特にレーザプリンタや複写機等のトナー階調補正機構に関し、特に像担持体上に形成されたトナー階調パターンの濃度を高精度に検出するトナー濃度検出技術に関するものである。

従来、レーザプリンタや複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、像担持体表面を帯電器により均一に帯電した後、この帯電された像担持体表面に、画像情報に応じて変調されたレーザ光を照射することで、静電潜像を形成している。そしてこの静電潜像へ現像機により現像剤を供給し、トナーを静電潜像に付着させることで、トナー像を形成し、最後に、このトナー像を記録媒体上に転写することで、記録媒体上に画像形成を行っている。一方、近年、レーザプリンタや複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、高画質化が求められている。中でもトナー濃度の階調特性は高画質化の重要な要素であり、特にカラーレーザプリンタやカラー複写機では、色合いに大きな影響を与える。

しかし、電子写真方式の画像形成装置においては、常に同じ画像信号で画像を形成しても、温度や湿度等の環境変化や、画像を形成するための帯電器、像担持体等の劣化により、実際に形成される画像の濃度や色合いが変わってしまうことがある。このため、像担持体上に形成されるトナー像の入力階調に対するトナー濃度を一定に保つように、帯電電圧、現像バイアス、レーザパワー、レーザ駆動信号のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の補正を行う必要がある。

そこで、以上のような補正を行うためには、先ず補正前の入力階調に対するトナー濃度の階調特性を知る必要がある。この階調特性を得るために、一般的には、像担持体上に複数段階のトナー階調パターンを形成し、光学式の濃度センサで順次読み取り、電気信号に変換し制御部に送信している。しかし、例えばブラックトナーの濃度を正反射方式の濃度センサで検出した場合、一般的な一成分現像におけるトナー濃度と入力階調の特性は図２９のようになる。低濃度域と高濃度域での入力階調に対するトナー濃度の変化量が小さく、入力階調に対するトナー濃度の階調特性全体を精度良く検出することが難しい。高濃度域を精度良く検出するために、濃度センサからの電気信号を増幅したり、濃度センサの照射光の光量を上げたりすると、低濃度域での濃度センサの出力が飽和してしまう。また低濃度域を精度良く検出するために、濃度センサの照射光の光量を下げると、高濃度域でのＳ／Ｎ比がとれなくなってしまう。このため、入力階調に対するトナー濃度の階調特性全体を精度良く検出するには、各濃度域に応じて濃度センサの出力を増幅する増幅率の切り替えや、濃度センサの照射光量を切り替える必要がある。しかし、増幅率や照射光量を変えることで、各入力階調に対する濃度センサ出力の連続性が無くなってしまう。

そこで濃度センサ出力の連続性を持ちながら、濃度センサ出力の増幅率や照射光量の切り替えを行う方法が、特許文献１で提案されている。特許文献１の発明について図３０を用いて説明する。〔１〕〜〔６〕はトナー階調パターンで〔３〕と〔４〕は同じ濃度であり、右に行くほど濃度が高く、〔１〕から順に濃度センサにより濃度の検出を行う。トナー階調パターン〔１〕では濃度が低いため、正反射方式の濃度センサで検出した場合、出力が高く９Ｖとなっている。トナー階調パターン〔２〕では〔１〕と比較し濃度が高いので、反射率が低下し濃度センサの出力も低くなっている。トナー階調パターン〔３〕では更に濃度センサの出力が低くなり１Ｖとなっている。濃度センサの出力が低くなると、増幅回路の増幅率、もしくは濃度センサの照射光量を上げ、トナー階調パターン〔３〕と同じ濃度のトナー階調パターン〔４〕で再度濃度検出を行い、濃度センサの出力８Ｖを得る。この結果、増幅率は８となり、トナー階調パターン〔５〕で濃度センサの出力が５Ｖと得られるが、増幅率は８であるため、演算後の電圧は５／８Ｖとなる。

以上のことにより、濃度センサ出力の連続性を持ちながら、濃度センサ出力の増幅率や照射光量の切り替えを行い、入力階調に対するトナー濃度の階調特性全体を検出している。
特開平７−１６００７０号公報

しかしながら、前記従来例の画像形成装置では、次のような課題がある。

前記従来例では、濃度センサ出力の連続性を持ちながら、濃度センサ出力の増幅率や照射光量の切り替えを行う。そして、入力階調に対するトナー濃度の階調特性全体を精度良く検出するために、センサ出力の増幅率や照射光量の切り替えを行う毎に、同じ濃度のトナー階調パターンを二度形成する必要がある。このため、多くの時間を要するほか、印刷以外により多くのトナーを消費してしまい、ページコストが増加するという問題があった。

また、濃度センサ出力の低下を検出し、センサ出力の増幅率や照射光量の切り替える方式であるため、増幅率を切り替える前後で精度が異なってしまう。つまり、濃度センサ出力は連続するものの、トナー濃度と入力階調の特性全体を同一の精度で検出できていないという問題があった。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、トナー濃度補正時間とトナー消費量を抑制しながら、入力階調に対するトナー濃度の階調特性全体を精度のムラ無く、高精度に検出することができる画像形成装置の提供を目的とする。これは、同じ濃度のトナー階調パターンを複数回形成しないことによる。

前記目的を達成するために、本発明は以下の特徴を備える。

（１）像担持体上に複数段階の濃度のトナー階調パターンを形成するトナー階調パターン形成手段と、前記トナー階調パターン形成手段により形成された前記トナー階調パターンの濃度を光学的に検出し電圧として出力する濃度検出手段とを備える画像形成装置であって、基準となる電圧を出力する基準電圧出力手段と、前記基準電圧出力手段に前記基準となる電圧を設定する制御手段と、前記濃度検出手段により検出された前記トナー階調パターンの濃度出力と、前記基準電圧出力手段による出力との差分を増幅し出力する差動増幅手段と、前記差動増幅手段の出力からトナー濃度値を演算する演算手段とを備え、前記制御手段は、前記複数段階の濃度のトナー階調パターンに対する各トナー濃度値に基づき、トナー濃度補正を行うことを特徴とする画像形成装置。

（２）前記濃度検出手段により検出された前記トナー階調パターンの濃度出力と、前記基準電圧出力手段による出力とを比較する比較手段を備え、前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動増幅手段による正常な差分の増幅が行われているかを判断することを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（３）前記濃度検出手段により検出された前記トナー階調パターンの濃度出力と、前記基準電圧出力手段による出力との前記差動増幅手段への差動入力極性を切り替える切り替え手段を備え、前記切り替え手段または前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動入力極性を切り替えることを特徴とする前記（２）記載の画像形成装置。

（４）前記制御手段は、前記複数段階の濃度のトナー階調パターンに対する理想的な各トナー濃度値を、前記基準電圧出力手段の出力として設定することを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（５）前記制御手段は、前記トナー濃度補正を１回以上行ったことがあるとき、前回の該トナー濃度補正により得られた各トナー濃度値を、前記基準電圧出力手段の出力として設定することを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（６）前記制御手段は、前記差動増幅手段による差分の結果が０以上の値となるように、複数段階の濃度のトナー階調パターンに対する理想的な各トナー濃度値、もしくは前記トナー濃度補正を１回以上行ったことがあるときの前回の該トナー濃度補正により得られた各トナー濃度値のいずれかに対し、調整値により加減した値を前記基準電圧出力手段の出力として設定することを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（７）前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動増幅手段による正常な差分の増幅が行われていないと判断したとき、トナー濃度補正の異常をユーザに報知することを特徴とする前記（２）記載の画像形成装置。

（８）前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動増幅手段による正常な差分の増幅が行われていないと判断したとき、トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする前記（２）記載の画像形成装置。

（９）前記濃度検出手段により検出された前記トナー階調パターンの濃度出力と、前記基準電圧出力手段による出力とを比較する比較手段を備え、前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動増幅手段による正常な差分の増幅が行われていないと判断したとき、前記基準電圧出力手段への前記基準となる電圧を変更し、トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（１０）前記差動増幅手段の増幅率が可変であるとき、前記制御手段は、前記トナー濃度値が判定値よりも小さいときに、前記増幅率を変更し、トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（１１）前記制御手段は、前記トナー濃度値が状態判定値より大きいとき、前記トナー濃度補正が異常終了したことをユーザに報知することを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（１２）前記制御手段は、前記トナー濃度値が状態判定値より大きいとき、前記トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（１３）前記制御手段は、前記トナー濃度値が状態判定値より大きいとき、前記基準電圧出力手段への前記基準となる電圧を変更し、前記トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（１４）前記差動増幅手段の増幅率が可変であるとき、前記制御手段は、前記トナー濃度値が状態判定値より大きいときに、前記増幅率を変更し、前記トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（１５）前記制御手段は、前記トナー濃度補正を再度行う回数が設定回数を越えたとき、該トナー濃度補正が異常終了したことをユーザに報知することを特徴とする前記（９）、（１０）、（１２）、（１３）、（１４）のいずれか記載の画像形成装置。

本発明によれば、入力階調に対するトナー濃度の階調特性全体を精度のムラ無く、高精度に検出することができる。

また、トナー濃度補正の異常をユーザに知らせることができる。

また、一時的なトナー濃度補正の異常が発生しても、所定回数、トナー濃度補正を繰り返すことで、正常にトナー濃度補正を行うことができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

図１は本発明の実施例１に係るタンデム方式のカラー画像形成装置の全体構成断面図である。先ず同図を用い、画像形成装置の構成について説明する。タンデム方式のカラー画像形成装置はイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ねあわせることでフルカラー画像を出力できるように構成されている。そして各色の画像形成のために、レーザスキャナ（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）とカートリッジ（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）が備えられている。カートリッジ（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）は、まず図中矢印の方向に回転する感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）から構成される。また、感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）に接するように設けられた帯電ローラ（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ）、及び現像機（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ）から構成されている。また転写材１６を格納するカセット１７、転写材１６を搬送する搬送ベルト２０（像担持体に相当）、転写材１６にトナーを定着させる定着器１８が図の如く配置される。そして、感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）と搬送ベルト２０を挟み、対向するように転写ローラ（１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ）が設置されている。更には搬送ベルト２０上に形成される各色のトナー階調パターンを読み取るための濃度センサ２１（濃度検出手段に相当）が搬送ベルト２０と近接するように設けられている。

次に電子写真プロセスについて説明する。カートリッジ（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）内の暗所にて、感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）表面を帯電ローラ（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ）で均一に帯電させる。次にレーザスキャナ（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）により画像データに応じて変調したレーザ光を感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）表面に照射する。レーザ光が照射された部分の帯電電荷が除去されることで、感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）表面に静電潜像を形成する。現像機（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ）（トナー階調パターン形成手段に相当）では帯電したトナーを静電潜像に付着させることで、各色のトナー画像を感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）表面に形成する。一方カセット１７より転写材１６が搬送用のローラ及び搬送ベルト２０により搬送されてくる。そしてそれぞれ感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）表面上に形成されたトナー画像を転写ローラ（１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ）により搬送ベルト２０上の転写材１６に順次重ね合わせるように転写することで、フルカラーのトナー画像が形成される。形成された転写材１６上のフルカラーのトナー画像は定着器１８により定着され、画像形成装置外に排出される。

図２は本発明の実施例１に係るトナー階調パターンを説明する斜視図である。図１、図２を用いてトナー濃度補正を説明する。トナー濃度補正を行うタイミングになると、前記転写材１６へのトナー画像形成と同じプロセスで複数段階の濃度のトナー階調パターンが感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）表面上に形成される。そして、転写ローラ（１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ）により搬送ベルト２０上に転写される。このとき各色のトナー階調パターンが重ならないようなタイミングで各色のトナー階調パターンは形成される。搬送ベルト２０上のトナー階調パターンは順次濃度センサ２１の検出面を通過し、その際に濃度センサ２１によりトナー階調パターンの濃度が検出される。そして、結果に応じて帯電電圧、現像バイアス、レーザパワー、レーザ駆動信号のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の画像形成条件を最適化する。

図３は本発明の実施例１に係る濃度センサ２１の構成を説明する断面図である。濃度センサ２１は発光部３１、正反射光受光部３２と拡散反射光受光部３３から構成される。一般的には発光部３１にはＬＥＤが用いられ、正反射光受光部３２と拡散反射光受光部３３はフォトダイオードが用いられている。搬送ベルト２０の表面は鏡面状態であるため正反射率が高く、ブラックトナーは反射率が低い。一方イエロー、マゼンダ、シアン等のカラートナーは反射率の高い微粒子であるため拡散反射率が高い。これらの特性を利用してトナー階調パターンの濃度検出を行っている。

図４は本発明の実施例１に係るトナー濃度検出部の構成ブロック図である。濃度センサ２１と基準電圧出力手段４１は差動増幅手段４２と接続されている。差動増幅手段４２の出力は制御部４３のＡＤ変換器４５と接続されており、制御部４３はＡＤ変換器４５の他にＩ／Ｏ ４４、プロセッサ４６（演算手段に相当）、メモリ４７等を有している。またＩ／Ｏ ４４は基準電圧出力手段４１と接続されており、Ｉ／Ｏ ４４から出力される信号で動作する。

図５は本発明の実施例１に係るトナー濃度検出部の、差動増幅手段４２に差動増幅回路を用いた場合の構成である。全体の構成については、先述しているので、差動増幅手段４２としての差動増幅回路の構成について説明する。なお、基準電圧出力手段４１には一般的なＤＡ変換器を用いるため、説明は省略する。濃度センサ２１の出力は抵抗Ｒ２を介してオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の＋側、基準電圧出力手段４１の出力は抵抗Ｒ２を介して、オペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の−側と接続されている。そして、濃度センサ２１の出力から基準電圧出力手段４１の出力を引いた値がＲ１／Ｒ２の増幅率で増幅され、ＡＤ変換器４５に入力される。

次に図５、図６、図７を用いて本発明の実施例１に係る画像形成装置のトナー濃度検出方法の動作について説明する。図６はトナー階調パターンと各濃度における各部位での電圧値及びＡＤ変換値を１０進数（以下、Ｄｅｃとする）で示したものである。入力階調０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達する前に、制御部４３はＩ／Ｏ ４４から信号を出力し、基準電圧出力手段４１より入力階調０％用の基準電圧を設定する。ここで基準電圧出力手段４１が３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔのＤＡ変換器であるとすると、ＤＡ値５（Ｄｅｃ）を入力することで０．０６４７Ｖを出力する。

入力階調０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達すると、濃度センサ２１の出力は０．５０００Ｖとなり、基準電圧出力手段４１の出力０．０６４７Ｖと共に、差動増幅手段４２であるオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）に入力される。ここで差動増幅手段４２の増幅率Ｒ１／Ｒ２を５倍とすると、２．１７６５Ｖが差動増幅手段４２であるオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）より出力され、制御部４３のＡＤ変換器４５に入力される。ここで３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔのＡＤ変換器４５とすると、ＡＤ値１６８（Ｄｅｃ）を得る。そしてプロセッサ４６とメモリ４７により、基準電圧出力手段４１に設定したＤＡ値５（Ｄｅｃ）に増幅率５倍（Ｒ１／Ｒ２）を乗じた値２５（Ｄｅｃ）に、差動増幅手段４２から得られたＡＤ値１６８（Ｄｅｃ）を加える。そして、入力階調０％における演算後のトナー濃度の値として１９３（Ｄｅｃ）を得る。

以後上記動作を各入力階調のトナー階調パターンで繰り返すことで、図７に示すように、入力階調に対するトナー濃度階調特性全体が８ｂｉｔのＲ１／Ｒ２倍である５倍の精度で検出することができる。ここで図７は、入力階調に対する濃度センサ出力の値と演算後の値を１０進数で示すグラフである。

なお、図５における差動増幅手段４２では濃度センサ２１の出力から基準電圧出力手段４１の出力を減算し増幅する構成となっており、正しく動作させるためには、濃度センサ２１の出力≧基準電圧出力手段４２の出力の関係である必要がある。つまり図８に示すように濃度センサ２１の出力を越えないように、予測されるトナー濃度階調カーブから、所定値α（調整値に相当）を減算し、基準電圧出力手段４１から出力させる。なお、トナー濃度階調カーブとは、図８のように入力階調（％）に対するトナー濃度値（ＤｅｃまたはＶ）を表わす曲線のことを示す。ここで、予測されるトナー濃度階調カーブの代わりに理想的なトナー濃度階調カーブや前回のトナー濃度検出によるトナー濃度階調カーブを用いることもできる。

また、図９における差動増幅手段４２では、基準電圧出力手段４１の出力から濃度センサ２１の出力を減算し増幅する構成となっており、正しく動作させるためには、基準電圧出力手段４２の出力≧濃度センサ２１の出力の関係である必要がある。つまり濃度センサ２１の出力を越えないように、予測されるトナー濃度階調カーブに、所定値αを加算し、基準電圧出力手段４１から出力させる。ここでも、予測されるトナー濃度階調カーブの代わりに理想的なトナー濃度階調カーブや前回のトナー濃度検出によるトナー濃度階調カーブを用いることもできる。

更に、図８における上記所定値αはトナー濃度階調カーブに対して一つの値としているものの、各入力階調に対して固有の値をとることもできる。

また、上記では転写材１６を搬送する搬送ベルト２０を用いたタンデム方式の画像形成装置について説明した。しかし、ベルト上に各色トナーを一次転写することで各色のトナーを重ね合せ、その重ね合わせたトナー画像を転写材１６に二次転写する、中間転写体を用いたタンデム方式の画像形成装置についても同様である。さらに、感光体上にトナー階調パターンを形成し、トナー濃度補正を行う画像形成装置についても同様である。

実施例２では、図１０、図１１、図１２、図１３を用いて、濃度センサ２１の出力よりも、基準電圧出力手段４１の出力の方が大きくなってしまったことを検出する構成と方法について説明する。ここでは、差動増幅手段４２における演算が、濃度センサ２１の出力から基準電圧出力手段４１の出力を引いた値を増幅している場合を考えている。また、基準電圧出力手段４１からの出力が、全ての各トナー階調パターンで、濃度センサ２１の出力を越えないように、基準電圧出力手段４１の出力を設定しているにもかかわらず、濃度センサ２１の出力より大きくなってしまった場合である。

図１０は本発明の実施例２に係るトナー濃度検出部の構成ブロック図である。濃度センサ２１と基準電圧出力手段４１は差動増幅手段４２、及び比較手段４８とそれぞれ接続されている。差動増幅手段４２の出力は制御部４３のＡＤ変換器４５と接続されており、比較手段４８は制御部４３のＩ／Ｏ ４４と接続されている。制御部４３はＡＤ変換器４５、Ｉ／Ｏ ４４の他にプロセッサ４６、メモリ４７等を有している。またＩ／Ｏ ４４は基準電圧出力手段４１と接続されており、Ｉ／Ｏ ４４から出力される信号で動作する。

図１１は本発明の実施例２に係るトナー濃度検出部の、差動増幅手段４２に差動増幅回路を、比較手段４８にコンパレータ（ＣＯＭＰ１）を用いた場合の構成ブロック図である。全体の構成については、実施例１にて先述しているので、比較手段４８としてのコンパレータの構成についてのみ説明する。濃度センサ２１の出力はコンパレータ（ＣＯＭＰ１）の＋側、基準電圧出力手段４１の出力はコンパレータ（ＣＯＭＰ１）の−側と接続されている。＋側の電圧が−側の電圧を上回った状態、つまり濃度センサ２１の出力が基準電圧出力手段４１の出力を上回った状態の時、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）はＨを出力する。

次に図１１、図１２、図１３を用いて本発明の実施例２に係る画像形成装置のトナー濃度検出方法の動作について説明する。図１２はトナー階調パターンと各濃度における各部位での電圧値及びＡＤ変換値を１０進数（Ｄｅｃ）で示したものである。図１３は実施例２における濃度センサ２１の出力と基準電圧出力手段４１の出力の関係を示すグラフである。入力階調０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達する前に、制御部４３はＩ／Ｏ ４４から信号を出力し、基準電圧出力手段４１より入力階調０％用の基準電圧を設定する。

ここで基準電圧出力手段４１が３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔのＤＡ変換器であるとすると、ＤＡ値５（Ｄｅｃ）を入力することで０．０６４７Ｖを出力する。入力階調０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達すると、濃度センサ２１の出力は０．３０００Ｖとなり、基準電圧出力手段４１の出力０．０６４７Ｖと共に、差動増幅手段４２であるオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）に入力される。ここで差動増幅手段４２の増幅率Ｒ１／Ｒ２を５倍とすると、１．１７６５Ｖが差動増幅手段４２であるオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）より出力され、制御部４３のＡＤ変換器４５に入力される。ここで３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔのＡＤ変換器４５とすると、ＡＤ値９１（Ｄｅｃ）を得る。そしてプロセッサ４６とメモリ４７により、基準電圧出力手段４１に設定したＤＡ値５（Ｄｅｃ）に増幅率５倍（Ｒ１／Ｒ２）を乗じた値２５（Ｄｅｃ）に、差動増幅手段から得られたＡＤ値９１（Ｄｅｃ）を加える。そして、入力階調０％における演算後のトナー濃度の値として１１６（Ｄｅｃ）を得る。

またこの時、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の＋側に入力される濃度センサ２１の出力が、−側に入力される基準電圧出力手段４１の出力よりも大きい。このため、比較手段４８の出力はＨとなり、制御部４３は正しく基準電圧出力手段４１の出力と濃度センサ２１の出力が差動増幅されたことを検出できる。以後入力階調１０％のトナー階調パターン、２０％のトナー階調パターンと順に同様の動作を繰り返す。

しかしながら入力階調６０％のトナー階調パターンの時、基準電圧出力手段４１による出力が１．９６７１Ｖであるのに対し、濃度センサ２１の出力は１．９３６３Ｖであり、基準電圧出力手段４１の出力を下回ってしまっている。この時の差動増幅手段４２が片電源であるとすると、出力は０Ｖとなり、正しい値が得られなくなってしまう。また差動増幅手段４２が両電源であるとしても、正確に差動増幅されるものの、ＡＤ変換器４５に入力される電圧は負の値となる。このため、通常のＡＤ変換器４５では正しくＡＤ変換することはできず、これらの結果を用いて演算を行うと誤ったトナー濃度検出をしてしまうことになる。しかしながら、この時、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の＋側に入力される濃度センサ２１の出力が、−側に入力される基準電圧出力手段４１の出力よりも小さい。このため、比較手段４８の出力はＬとなることで、制御部４３は正しく基準電圧出力手段４１の出力と濃度センサ２１の出力が差動増幅されなかったことを検出できる。入力階調７０％以降のトナー階調パターンについても同様である。

また、上記では差動増幅手段４２における演算が、濃度センサ２１の出力から基準電圧出力手段４１の出力を引いた値を増幅しており、かつコンパレータ（ＣＯＭＰ１）の＋側に濃度センサ２１、−側に基準電圧出力手段４１が接続された場合について説明した。しかし、基準電圧出力手段４１の出力から濃度センサ２１の出力を引いた値を増幅している場合も容易に、濃度センサ２１と基準電圧出力手段４１の出力が正しく差動増幅されたかを検出することができる。さらに、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）への濃度センサ２１と基準電圧出力手段４１の入力極性を入れ替える等、組み合わせを変更した場合も容易に、濃度センサ２１と基準電圧出力手段４１の出力が正しく差動増幅されたかを検出することができる。

実施例３では、図１３、図１４、図１５、図１６を用いて、入力階調に対するトナー濃度を検出する構成と方法について説明する。すなわち、濃度センサ２１の出力と基準電圧出力手段４１の出力を比較手段４８にて比較する。そして、その比較結果に応じ、切り替え手段４９にて、差動増幅手段４２への濃度センサ２１の出力と基準電圧出力手段４１の出力の差動入力極性を切り替える。そして、比較手段４８の比較結果と差動増幅手段４１の出力を演算し、入力階調に対するトナー濃度を検出する構成と方法である。

図１４は本発明の実施例３に係るトナー濃度検出部の構成ブロック図である。濃度センサ２１と基準電圧出力手段４１は切り替え手段４９、及び比較手段４８とそれぞれ接続されている。また比較手段４８は切り替え手段４９と制御部４３のＩ／Ｏ ４４にも接続されている。切り替え手段４９は差動増幅手段４２と接続され、また差動増幅手段４２の出力は制御部４３のＡＤ変換器４５と接続されている。制御部４３はＡＤ変換器４５、Ｉ／Ｏ ４４の他にプロセッサ４６、メモリ４７等を有している。またＩ／Ｏ ４４は基準電圧出力手段４１と接続されており、Ｉ／Ｏ ４４から出力される信号で動作する。

図１５は本発明の実施例３に係るトナー濃度検出部の切り替え手段４９にインバータとアナログスイッチを用いた具体的回路を示す構成ブロック図である。差動増幅手段４２に差動増幅回路、比較手段４８にコンパレータ（ＣＯＭＰ１）を用いる。また、切り替え手段４９にインバータ（ＩＮＶ１）と４個のアナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２、ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）を用いた場合である。全体の構成については、実施例１及び実施例２にて先述しているので、インバータ（ＩＮＶ１）と４個のアナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２、ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）を用いた切り替え手段４９の構成を中心的に説明する。

コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力はＩ／Ｏ ４４、２つのアナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２）、及びインバータ（ＩＮＶ１）を介して他方２つのアナログスイッチ（ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）と接続されている。また濃度センサ２１の出力はアナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ３）と抵抗（Ｒ２）を介して、オペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）のそれぞれ＋側及び−側に接続されている。そして基準電圧出力手段４１の出力はアナログスイッチ（ＡＳＷ２、ＡＳＷ４）と抵抗（Ｒ２）を介して、オペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）のそれぞれ＋側及び−側に接続されている。

濃度センサ２１の出力が基準電圧出力手段４１の出力よりも大きい時は、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）はＨを出力するので、アナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２）がＯＮされる。これにより、濃度センサ２１の出力がオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の＋側、基準電圧出力手段４１の出力はオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の−側に入力され、Ｒ１／Ｒ２の増幅率で差動増幅される。一方、濃度センサ２１の出力が基準電圧出力手段４１の出力よりも小さい時は、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）はＬを出力するので、アナログスイッチ（ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）がＯＮされる。これにより、濃度センサ２１の出力がオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の−側、基準電圧出力手段４１の出力はオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の＋側に入力され、Ｒ１／Ｒ２の増幅率で差動増幅される。

次に図１３、図１５、図１６を用いて本発明の実施例３に係る画像形成装置のトナー濃度検出方法の動作について説明する。図１３は実施例３における濃度センサ２１の出力と基準電圧出力手段４１の出力の関係を示した図である。図１６はトナー階調パターンと各濃度における各部位での電圧値及びＡＤ変換値を１０進数（Ｄｅｃ）で示したものである。

入力階調０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達する前に、制御部４３はＩ／Ｏ ４４から信号を出力し、基準電圧出力手段４１より入力階調０％用の基準電圧を設定する。ここで基準電圧出力手段４１が３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔのＤＡ変換器であるとすると、ＤＡ値５（Ｄｅｃ）を入力することで０．０６４７Ｖを出力する。入力階調０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達すると、濃度センサ２１の出力は０．３０００Ｖとなる。コンパレータ（ＣＯＭＰ１）は基準電圧出力手段４１の出力０．０６４７Ｖと濃度センサ２１の出力０．３０００Ｖを比較し、濃度センサ２１の出力の方が大きいのでＨを出力する。コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の比較結果Ｈは、アナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２）、インバータ（ＩＮＶ１）を介したアナログスイッチ（ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）、及び制御部４３のＩ／Ｏ ４４に出力される。コンパレータ（ＣＯＭＰ１）のＨ出力を受けて、アナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２）がＯＮされる。これにより、濃度センサ２１の出力がオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の＋側、基準電圧出力手段４１の出力はオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の−側に入力され、Ｒ１／Ｒ２の増幅率で差動増幅される。

ここで差動増幅手段４２の増幅率Ｒ１／Ｒ２を５倍とすると、１．１７６５Ｖが差動増幅手段４２であるオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）より出力され、制御部４３のＡＤ変換器４５に入力される。ここで３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔのＡＤ変換器４５とすると、ＡＤ値９１（Ｄｅｃ）を得る。そして制御部４３はコンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力がＨであることをＩ／Ｏ ４４で受け、濃度センサ２１の出力が基準電圧出力手段４１の出力よりも大きいことを認識する。このため、プロセッサ４６とメモリ４７により、基準電圧出力手段４１に設定したＤＡ値５（Ｄｅｃ）に増幅率５倍（Ｒ１／Ｒ２）を乗じた値２５（Ｄｅｃ）に、差動増幅手段から得られたＡＤ値９１（Ｄｅｃ）を加える。そして、入力階調０％における演算後のトナー濃度の値として１１６（Ｄｅｃ）を得る。以後入力階調１０％のトナー階調パターン、２０％のトナー階調パターンと順に同様の動作を繰り返す。

次に、基準電圧出力手段４１の出力が濃度センサ２１の出力よりも大きくなる入力階調６０％のトナー階調パターンにおける動作について説明する。入力階調６０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達する前に、制御部４３はＩ／Ｏ ４４から信号を出力し、基準電圧出力手段４１より入力階調６０％用の基準電圧を設定する。ここで基準電圧出力手段４１が３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔのＤＡ変換器であるとすると、ＤＡ値１５２（Ｄｅｃ）を入力することで１．９６７１Ｖを出力する。入力階調６０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達すると、濃度センサ２１の出力は１．９３６３Ｖとなる。コンパレータ（ＣＯＭＰ１）は基準電圧出力手段４１の出力１．９６７１Ｖと濃度センサ２１の出力１．９３６３Ｖを比較し、基準電圧出力手段４１の出力の方が大きいのでＬを出力する。コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の比較結果Ｌは、アナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２）、インバータ（ＩＮＶ１）を介したアナログスイッチ（ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）、及び制御部４３のＩ／Ｏ ４４に出力される。コンパレータ（ＣＯＭＰ１）のＬ出力を受けて、インバータ（ＩＮＶ１）を介して接続されたアナログスイッチ（ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）がＯＮされる。そして、基準電圧出力手段４１の出力がオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の＋側、濃度センサ２１の出力はオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）の−側に入力され、Ｒ１／Ｒ２の増幅率で差動増幅される。

ここで差動増幅手段４２の増幅率Ｒ１／Ｒ２を５倍とすると、０．１５３９Ｖが差動増幅手段４２であるオペアンプ（ＯＰＡＭＰ１）より出力され、制御部４３のＡＤ変換器４５に入力される。ここで３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔのＡＤ変換器４５とすると、ＡＤ値１２（Ｄｅｃ）を得る。そして制御部４３はコンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力がＬであることをＩ／Ｏ ４４で受け、基準電圧出力手段４１の出力が濃度センサ２１の出力よりも大きいことを認識する。このため、プロセッサ４６とメモリ４７により、基準電圧出力手段４１に設定したＤＡ値１５２（Ｄｅｃ）に増幅率５倍（Ｒ１／Ｒ２）を乗じた値７６０（Ｄｅｃ）から、差動増幅手段から得られたＡＤ値１２（Ｄｅｃ）を引く。そして、入力階調６０％における演算後のトナー濃度の値として７４８（Ｄｅｃ）を得る。以後入力階調１００％のトナー階調パターンまで同様の動作を繰り返すことで、図１７に示すように、入力階調に対するトナー濃度階調特性全体が８ｂｉｔのＲ１／Ｒ２倍である５倍の精度で検出することができる。ここで図１７は、入力階調に対する濃度センサ出力の値と演算後の値を１０進数で示すグラフである。

ここではコンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力をアナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２）、インバータ（ＩＮＶ１）を介したアナログスイッチ（ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）に直接接続し、動作をする方式を説明した。一方では図１８のような構成とすることもできる。すなわち、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力を制御部４３のＩ／Ｏ ４４のみが受け、その結果を元に制御部４３のＩ／Ｏ ４４からアナログスイッチ（ＡＳＷ１、ＡＳＷ２、ＡＳＷ３、ＡＳＷ４）をコントロールする方式でも同様の効果が得られる。

実施例４では、図１９、図２０、図２１、図２２を用いて更に高精度でトナー濃度を検出する方法について説明する。すなわち、増幅率が可変である差動増幅手段５１の構成と、差動増幅手段５１の出力が所定値Ａ（判定値に相当）よりも小さかった場合に、差動増幅手段５１の増幅率を上げることで、更に高精度でトナー濃度を検出する方法について説明する。

図１９は実施例４に係るトナー濃度検出部の構成ブロック図である。差動増幅器５１は制御部４３のＩ／Ｏ ４４と接続されており、Ｉ／Ｏ ４４からの信号で増幅率を変更することができる。

具体的には図２０、図２１に示すような構成である。図２０は基本的な差動増幅回路５１であり、制御部４３のＩ／Ｏ ４４からの信号で、アナログスイッチ（ＡＳＷ５、ＡＳＷ６、ＡＳＷ７、ＡＳＷ８）が動作し、抵抗Ｒ４、及び抵抗Ｒ５が切り換わることで増幅率の変更を可能としている。アナログスイッチ（ＡＳＷ５、ＡＳＷ６）は同時に同極性で動作し、またアナログスイッチ（ＡＳＷ７、ＡＳＷ８）も同様に同時に同極性で動作する。アナログスイッチ（ＡＳＷ５、ＡＳＷ７）がＯＮ、アナログスイッチ（ＡＳＷ６、ＡＳＷ８）がＯＦＦの場合はＲｎ１＝Ｒ４となる。アナログスイッチ（ＡＳＷ５、ＡＳＷ７）がＯＦＦ、アナログスイッチ（ＡＳＷ６、ＡＳＷ８）がＯＮの場合はＲｎ１＝Ｒ５となる。アナログスイッチ（ＡＳＷ５、ＡＳＷ７）がＯＮ、アナログスイッチ（ＡＳＷ６、ＡＳＷ８）もＯＮの場合、Ｒｎ１はＲ４とＲ５の並列合成抵抗値となる。そして増幅率はＲ３／Ｒｎ１で示され、Ｒｎ１を変更することで、増幅率の変更が可能となる。

図２１においては、計装増幅回路５２であり、制御部４３のＩ／Ｏ ４４からの信号で、アナログスイッチ（ＡＳＷ９、ＡＳＷ１０）が動作し、抵抗Ｒ７、及び抵抗Ｒ８が切り換わることで増幅率の変更を可能としている。アナログスイッチ（ＡＳＷ９）がＯＮ、アナログスイッチ（ＡＳＷ１０）がＯＦＦの場合はＲｎ２＝Ｒ７となる。アナログスイッチ（ＡＳＷ９）がＯＦＦ、アナログスイッチ（ＡＳＷ１０）がＯＮの場合はＲｎ２＝Ｒ８となる。アナログスイッチ（ＡＳＷ９）がＯＮ、アナログスイッチ（ＡＳＷ１０）もＯＮの場合、Ｒｎ２はＲ７とＲ８の並列合成抵抗となる。そして増幅率は（１＋２Ｒ６／Ｒｎ２）で示され、Ｒｎ２を変更することで、増幅率の変更が可能となる。

次に図２２を用いて、差動増幅手段５１の出力が所定値Ａよりも小さかった場合に、差動増幅手段５１の増幅率を上げることで、更に高精度でトナー濃度を検出する方法について説明する。先ずトナー階調パターンの数が設定される（ステップＳ１０１）。ここではトナー階調パターン数ｎに１１を設定する。次に設定した数のトナー階調パターンの形成が行われる（ステップＳ１０２）。基準電圧出力手段４１に入力階調０％の基準電圧を設定した後（ステップＳ１０３）、トナー濃度検出、基準電圧出力手段４１の出力との差動増幅、及びＡＤ変換が行われ（ステップＳ１０４）、ＡＤ値を得る。次にＡＤ値と所定値Ａの比較を行い（ステップＳ１０５）、ＡＤ値が所定値Ａよりも小さい場合、トナー濃度検出を中止し（ステップＳ１０６）、差動増幅手段５１の増幅率を上げる（ステップＳ１０７）。そして、再度トナー階調パターン数ｎの設定から（ステップＳ１０１）、実施することで更に精度を向上させることができる。

またＡＤ値が所定値Ａよりも大きい場合は、トナー階調パターン数ｎをディクリメントする（ステップＳ１０８）。次にトナー濃度検出が終了しているかの判定を行う（ステップＳ１０９）。トナー階調パターン数ｎが０の場合、つまりトナー濃度検出が終了している場合は、トナー濃度の検出結果を演算し、トナー濃度が最適化されるよう、各種パラメータの設定変更を行い（ステップＳ１１０）、トナー濃度補正を終了する。トナー階調パターン数ｎが０でない場合、つまりトナー濃度検出が終了していない場合は、ステップＳ１０３からトナー濃度検出が終了するまで繰り返す。

なお、差動増幅手段５１の出力のＡＤ値が所定値Ａ以下である判別を、全てのトナー階調パターンの検出を行った後に実施し、所定値Ａ以下であった場合、再度トナー階調パターン数ｎの設定から行っても同様の効果を得ることができる。

実施例５では実施例２で説明した構成におけるコンパレータ（ＣＯＭＰ１）出力がＬとなった場合のユーザ通知、リトライ動作について図２３、図２４、図２５を用いて説明する。

先ず図２３を用いてコンパレータ（ＣＯＭＰ１）出力がＬとなった場合のユーザへのエラー通知について説明する。先ずトナー階調パターンの数が設定される（ステップＳ２０１）。ここではトナー階調パターン数ｎに１１を設定する。次に設定した数のトナー階調パターンの形成が行われる（ステップＳ２０２）。基準電圧出力手段４１に入力階調０％の基準電圧を設定した後（ステップＳ２０３）、トナー濃度検出とコンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力がＨであるかの判別を同時に行う（ステップＳ２０４）。コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力がＨで無い場合、制御部４３はＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇを１にして（ステップＳ２０５）、トナー濃度の検出を終了する。なお、これは、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の＋側に入力される濃度センサ２１の出力が、−側に入力される基準電圧出力手段４１の出力よりも小さく、正しく基準電圧出力手段４１の出力と濃度センサ２１の出力が差動増幅されない場合である。そして図示しないエラー処理制御シーケンス内で前記Ｅｒｒｏｒ Ｆｌａｇが１であることを検出し、エラー表示を行い、ユーザに知らせる。

コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力がＨの場合、トナー階調パターン数ｎをディクリメントする（ステップＳ２０６）。次にトナー濃度検出が終了しているかの判定を行う（ステップＳ２０７）。トナー階調パターン数ｎが０の場合、つまりトナー濃度検出が終了している場合は、トナー濃度の検出結果を演算し、トナー濃度が最適化されるよう、各種パラメータの設定変更を行い（ステップＳ２０８）、トナー濃度補正を終了する。トナー階調パターン数ｎが０でない場合、つまりトナー濃度検出が終了していない場合は、ステップＳ２０３からトナー濃度検出が終了するまで繰り返す。

次に図２４を用いてコンパレータ（ＣＯＭＰ１）出力がＬとなった場合のリトライ動作について説明する。なお基本動作は先述しているため（ステップＳ３０１〜Ｓ３０３）、リトライ動作についてのみ説明する。ステップＳ３０４にて、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力がＨで無い場合、制御部４３はトナー濃度検出を中止し（ステップＳ３０５）、ステップＳ３０３にて設定する基準電圧のデータを変更する（ステップＳ３０６）。その後、再度トナー階調パターン数ｎの設定から実施する（ステップＳ３０１）。なお、これは、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の＋側に入力される濃度センサ２１の出力が、−側に入力される基準電圧出力手段４１の出力よりも小さく、正しく基準電圧出力手段４１の出力と濃度センサ２１の出力が差動増幅されない場合である。ノイズ等によるコンパレータ出力の誤動作が疑われる場合は、基準電圧のデータの変更は実施せずに、トナー階調パターン数ｎの設定へ移行しても良い（ステップＳ３０１）。

図２５を用いてコンパレータ（ＣＯＭＰ１）出力がＬとなった場合にリトライ動作を行い、そのリトライ回数が所定値Ｂ（設定回数に相当）に達した場合のユーザへのエラー通知について説明する。なお基本動作は先述しているため（ステップＳ４０１〜Ｓ４０３）、リトライ回数が所定値Ｂに達した場合のユーザへのエラー通知についてのみ説明を行う。ステップＳ４０４にて、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の出力がＨで無い場合、制御部４３はトナー濃度検出を中止し（ステップＳ４０５）、ステップＳ４０３にて設定する基準電圧のデータを変更する（ステップＳ４０６）。その後、リトライカウンタｍをインクリメントする（ステップＳ４０７）。なお、これは、コンパレータ（ＣＯＭＰ１）の＋側に入力される濃度センサ２１の出力が、−側に入力される基準電圧出力手段４１の出力よりも小さく、正しく基準電圧出力手段４１の出力と濃度センサ２１の出力が差動増幅されない場合である。

ステップＳ４０８ではリトライカウンタｍの値が所定値Ｂに達しているか判別する。リトライカウンタｍの値が所定値Ｂに達していない場合は、再度トナー階調パターン数ｎの設定から実施する（ステップＳ４０１）。リトライカウンタｍの値が所定値Ｂに達している場合はＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇを１にして（ステップＳ４０９）、トナー濃度の検出を終了する。そして図示しないエラー処理制御シーケンス内で前記Ｅｒｒｏｒ Ｆｌａｇが１であることを検出し、エラー表示を行い、ユーザに知らせる。

以上のことにより、差動増幅手段４２における演算が、濃度センサ２１の出力よりも、基準電圧出力手段４１の出力の方が大きくなってしまった場合でも、リトライを行うことで正常にトナー濃度補正を実行できる。もしくはユーザにトナー濃度補正の異常を知らせることができる。なお、これは濃度センサ２１の出力から基準電圧出力手段４１の出力を引いた値を増幅している構成においてである。また差動増幅手段４２における演算が、基準電圧出力手段４１の出力から濃度センサ２１の出力を引いた値を増幅している構成にて、基準電圧出力手段４１の出力よりも、濃度センサ２１の出力の方が大きくなってしまった場合でも、同様である。

実施例６では実施例１から実施例５で説明した構成における差動増幅手段４２、５１、５２の出力が所定値Ｃ（状態判定値に相当）を越えた場合を説明する。つまり差動増幅手段４２、５１、５２の出力飽和を検出した場合のユーザ通知、リトライ動作について図２６、図２７、図２８を用いて説明する。なお出力飽和の原因には、不適切な基準電圧設定、不適切な増幅率設定、トナー階調パターンの形成不良、濃度センサ２１の不良などが考えられる。

先ず図２６を用いて差動増幅手段４２、５１、５２の出力が所定値Ｃを越えた場合のユーザへのエラー通知について説明する。先ずトナー階調パターンの数が設定される（ステップＳ５０１）。ここではトナー階調パターン数ｎに１１を設定する。次に設定した数のトナー階調パターンの形成が行われる（ステップＳ５０２）。基準電圧出力手段４１に入力階調０％の基準電圧を設定した後（ステップＳ５０３）、トナー濃度検出、基準電圧出力手段４１の出力との差動増幅、及びＡＤ変換が行われ（ステップＳ５０４）、ＡＤ値を得る。次にＡＤ値と所定値Ｃの比較を行う（ステップＳ５０５）。ＡＤ値が所定値Ｃよりも大きい場合、つまり出力飽和の場合、差動増幅手段４２、５１、５２の基準電圧、増幅率、濃度センサ２１、等の異常が考えられるため、Ｅｒｒｏｒ Ｆｌａｇを１にして（ステップＳ５０６）、トナー濃度の検出を終了する。そして図示しないエラー処理制御シーケンス内で前記Ｅｒｒｏｒ Ｆｌａｇが１であることを検出し、エラー表示を行い、ユーザに知らせる。

ＡＤ値が所定値Ｃよりも小さい場合、トナー階調パターン数ｎをディクリメントする（ステップＳ５０７）。次にトナー濃度検出が終了しているかの判定を行う（ステップＳ５０８）。トナー階調パターン数ｎが０の場合、つまりトナー濃度検出が終了している場合は、トナー濃度の検出結果を演算し、トナー濃度が最適化されるよう、各種パラメータの設定変更を行い（ステップＳ５０９）、トナー濃度補正を終了する。トナー階調パターン数ｎが０でない場合、つまりトナー濃度検出が終了していない場合は、ステップＳ５０３からトナー濃度検出が終了するまで繰り返す。

次に図２７を用いて差動増幅手段４２、５１、５２の出力が所定値Ｃを越えた場合のリトライ動作について説明する。なお基本動作は先述しているため（ステップＳ６０１〜Ｓ６０４）、リトライ動作についてのみ説明する。ステップＳ６０５にて、ＡＤ値が所定値Ｃよりも大きい場合、つまり出力飽和の場合、差動増幅手段４２、５１、５２の基準電圧、増幅率、濃度センサ２１等の異常が考えられるため、トナー濃度検出を中止する（ステップＳ６０６）。そして、ステップＳ６０３にて設定する基準電圧のデータを変更した後（ステップＳ６０７）、再度トナー階調パターン数ｎの設定から実施する（ステップＳ６０１）。トナー階調パターンの形成不良が疑われる場合は、基準電圧のデータの変更は実施せずに、トナー階調パターン数ｎの設定へ移行しても良い（ステップＳ６０１）。

ステップＳ６０５にて、ＡＤ値が所定値Ｃよりも小さい場合は、図２６のステップＳ５０７〜Ｓ５０９と同様である（ステップＳ６０８〜Ｓ６１０）。

図２８を用いて差動増幅手段４２、５１、５２の出力が所定値Ｃを越えた場合にリトライ動作を行い、そのリトライ回数が所定値Ｄ（設定回数に相当）に達した場合のユーザへのエラー通知について説明する。なお基本動作は先述しているため（ステップＳ７０１〜Ｓ７０４）、リトライ回数が所定値Ｄに達した場合のユーザへのエラー通知についてのみ説明を行う。ステップＳ７０５にて、ＡＤ値が所定値Ｃよりも大きい場合、つまり出力飽和の場合、差動増幅手段４２、５１、５２の基準電圧、増幅率、濃度センサ２１等の異常が考えられる。このため、トナー濃度検出を中止し（ステップＳ７０６）、ステップＳ７０３にて設定する基準電圧のデータを変更した後（ステップＳ７０７）、リトライカウンタｌをインクリメントする（ステップＳ７０８）。次にステップＳ７０９ではリトライカウンタｌの値が所定値Ｄに達しているか判別する。リトライカウンタｌの値が所定値Ｄに達していない場合は、再度トナー階調パターン数ｎの設定から実施する（ステップＳ７０１）。リトライカウンタｌの値が所定値Ｄ達している場合はＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇを１にして（ステップＳ７１０）、トナー濃度の検出を終了する。そして図示しないエラー処理制御シーケンス内で前記Ｅｒｒｏｒ Ｆｌａｇが１であることを検出し、エラー表示を行い、ユーザに知らせる。

以上のことにより、不適切な基準電圧設定、不適切な増幅率設定、トナー階調パターンの形成不良、濃度センサ２１の不良などにより、差動増幅手段４２、５１、５２の出力が所定値Ｃを越えた場合でも、リトライを行うことで正常にトナー濃度補正を実行できる。
つまり差動増幅手段４２、５１、５２の出力飽和を検出した場合でも、リトライを行うことで正常にトナー濃度補正を実行できる。もしくはユーザにトナー濃度補正の異常を知らせることができる。

また差動増幅手段５１、５２の増幅率が可変である構成においては、基準電圧設定データの変更の代わりに、増幅率を変更することでも、同様の効果を得ることができる。

本発明の実施例に係るタンデム方式のカラー画像形成装置の全体構成断面図である。 本発明の実施例に係るトナー階調パターンを説明する斜視図である。 本発明の実施例に係る濃度センサの構成を説明する断面図である。 本発明の実施例１に係るトナー濃度検出部の構成ブロック図である。 本発明の実施例１に係る差動増幅手段の具体的回路を示す構成ブロック図である。 本発明の実施例１に係るトナー階調パターンと各濃度における各部位での電圧値及びＡＤ変換値を１０進数で示した図である。 本発明の実施例１に係る入力階調に対する濃度センサ出力の値と演算後の値を１０進数で示すグラフである。 本発明の実施例１に係る入力階調に対する濃度センサの出力および基準電圧出力手段の出力と予測されるトナー濃度階調カーブを示すグラフである。 本発明の実施例１に係る差動増幅手段への入力極性を入れ替えた場合の構成ブロック図である。 本発明の実施例２に係るトナー濃度検出部の構成ブロック図である。 本発明の実施例２に係る差動増幅手段と比較手段の具体的回路を示す構成ブロック図である。 本発明の実施例２に係るトナー階調パターンと各濃度における各部位での電圧値及びＡＤ変換値を１０進数で示した図である。 本発明の実施例２に係る濃度センサと基準電圧出力手段の出力の関係を示すグラフである。 本発明の実施例３に係るトナー濃度検出部の構成ブロック図である。 本発明の実施例３に係るトナー濃度検出部の切り替え手段にインバータとアナログスイッチを用いた具体的回路を示す構成ブロック図である。 本発明の実施例３に係るトナー階調パターンと各濃度における各部位での電圧値及びＡＤ変換値を１０進数で示した図である。 本発明の実施例３に係る入力階調に対する濃度センサ出力の値と演算後の値を１０進数で示すグラフである。 本発明の実施例３に係るトナー濃度検出部の切り替え手段にアナログスイッチのみを用いた具体的回路を示す構成ブロック図である。 本発明の実施例４に係るトナー濃度検出部の構成ブロック図である。 本発明の実施例４に係る差動増幅回路を用いたトナー濃度検出部の構成ブロック図である。 本発明の実施例４に係る計装増幅回路を用いたトナー濃度検出部の構成ブロック図である。 本発明の実施例４に係る差動増幅手段の出力が所定値よりも小さかった場合に、高精度でトナー濃度を検出する方法について説明するフローチャートである。 本発明の実施例５に係る実施例２のトナー濃度検出部が差動入力異常を検知した場合の、ユーザへの異常報知の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例５に係る実施例２のトナー濃度検出部が差動入力異常を検知した場合の、リトライ動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例５に係る実施例２のトナー濃度検出部が差動入力異常を検知した場合の、リトライ動作とユーザへの異常報知の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例６に係る差動増幅手段の出力が飽和した場合の、ユーザへの異常報知の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例６に係る差動増幅手段の出力が飽和した場合の、リトライ動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例６に係る差動増幅手段の出力が飽和した場合の、リトライ動作とユーザへの異常報知の動作を説明するフローチャートである。 一般的な一成分現像における入力階調に対するトナー濃度の階調特性を示すグラフである。 従来例に係る入力階調に対するセンサ出力電圧と演算後の電圧を示す図である。

符号の説明

１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ レーザスキャナ
１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ カートリッジ
１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ 感光体
１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ 帯電ローラ
１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ 現像機（トナー階調パターン形成手段に相当）
１６ 転写材
１７ カセット
１８ 定着器
１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ 転写ローラ
２０ 搬送ベルト（像担持体に相当）
２１ 濃度センサ（濃度検出手段に相当）
３１ 発光部
３２ 正反射光受光部
３３ 拡散反射光受光部
４１ 基準電圧出力手段
４２、５０、５１ 差動増幅手段
４３ 制御部（制御手段に相当）
４４ Ｉ／Ｏ
４５ ＡＤ変換器
４６ プロセッサ（演算手段に相当）
４７ メモリ
４８ 比較手段
４９ 切り替え手段

Claims (15)

1. 像担持体上に複数段階の濃度のトナー階調パターンを形成するトナー階調パターン形成手段と、前記トナー階調パターン形成手段により形成された前記トナー階調パターンの濃度を光学的に検出し電圧として出力する濃度検出手段とを備える画像形成装置であって、
   基準となる電圧を出力する基準電圧出力手段と、
   前記基準電圧出力手段に前記基準となる電圧を設定する制御手段と、
   前記濃度検出手段により検出された前記トナー階調パターンの濃度出力と、前記基準電圧出力手段による出力との差分を増幅し出力する差動増幅手段と、
   前記差動増幅手段の出力からトナー濃度値を演算する演算手段とを備え、
   前記制御手段は、前記複数段階の濃度のトナー階調パターンに対する各トナー濃度値に基づき、トナー濃度補正を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記濃度検出手段により検出された前記トナー階調パターンの濃度出力と、前記基準電圧出力手段による出力とを比較する比較手段を備え、前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動増幅手段による正常な差分の増幅が行われているかを判断することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記濃度検出手段により検出された前記トナー階調パターンの濃度出力と、前記基準電圧出力手段による出力との前記差動増幅手段への差動入力極性を切り替える切り替え手段を備え、前記切り替え手段または前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動入力極性を切り替えることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記複数段階の濃度のトナー階調パターンに対する理想的な各トナー濃度値を、前記基準電圧出力手段の出力として設定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記トナー濃度補正を１回以上行ったことがあるとき、前回の該トナー濃度補正により得られた各トナー濃度値を、前記基準電圧出力手段の出力として設定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記差動増幅手段による差分の結果が０以上の値となるように、複数段階の濃度のトナー階調パターンに対する理想的な各トナー濃度値、もしくは前記トナー濃度補正を１回以上行ったことがあるときの前回の該トナー濃度補正により得られた各トナー濃度値のいずれかに対し、調整値により加減した値を前記基準電圧出力手段の出力として設定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動増幅手段による正常な差分の増幅が行われていないと判断したとき、トナー濃度補正の異常をユーザに報知することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動増幅手段による正常な差分の増幅が行われていないと判断したとき、トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
9. 前記濃度検出手段により検出された前記トナー階調パターンの濃度出力と、前記基準電圧出力手段による出力とを比較する比較手段を備え、前記制御手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記差動増幅手段による正常な差分の増幅が行われていないと判断したとき、前記基準電圧出力手段への前記基準となる電圧を変更し、トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
10. 前記差動増幅手段の増幅率が可変であるとき、前記制御手段は、前記トナー濃度値が判定値よりも小さいときに、前記増幅率を変更し、トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
11. 前記制御手段は、前記トナー濃度値が状態判定値より大きいとき、前記トナー濃度補正が異常終了したことをユーザに報知することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
12. 前記制御手段は、前記トナー濃度値が状態判定値より大きいとき、前記トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
13. 前記制御手段は、前記トナー濃度値が状態判定値より大きいとき、前記基準電圧出力手段への前記基準となる電圧を変更し、前記トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
14. 前記差動増幅手段の増幅率が可変であるとき、前記制御手段は、前記トナー濃度値が状態判定値より大きいときに、前記増幅率を変更し、前記トナー濃度補正を再度行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
15. 前記制御手段は、前記トナー濃度補正を再度行う回数が設定回数を越えたとき、該トナー濃度補正が異常終了したことをユーザに報知することを特徴とする請求項９、１０、１２、１３、１４のいずれかに記載の画像形成装置。

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