JP2007322974A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
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】トナー階調パターン形成手段で形成したトナー階調パターンの濃度を光学的に検出する濃度検出手段２１などを備え、濃度検出手段により検出された、トナー階調パターンの濃度出力を濃度出力保持手段４１に保持させ、濃度出力保持手段に保持された濃度出力と、次に濃度検出手段により検出された、トナー階調パターンの濃度出力との差分を差動増幅手段４２により増幅させ、差動増幅手段の出力を演算手段４３で演算することを、トナー階調パターンが終了するまで繰り返し、入力階調に対するトナー濃度を検出し、このトナー濃度に応じて画像形成条件を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真方式のレーザプリンタや複写機等の画像形成装置に関し、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、電子写真方式のレーザプリンタや複写機等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器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、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、電子写真方式のレーザプリンタや複写機等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。

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１５ようになる。図示のように、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するトナー濃度検出部の増幅度を上げたり、濃度センサの照射光の光量を上げたりすると、低濃度域では増幅出力が飽和したり、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比が十分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トナー濃度検出部の増幅率の切り換えや、濃度センサの照射光量を切り換える必要がある。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信号出力の連続性が無くなってしまう。

そこで濃度信号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換えを行う手法が、特許文献１で提案されている。

この特許文献１の発明について図１６を用いて説明する。まる１（図示の丸文字は明細書で使えないので、まる１という表記をする、以下同様）〜まる６はトナー階調パターンでまる３とまる４は同じ濃度であり、右に行くほど濃度が高く、まる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まる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まる２ではまる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まる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、トナー濃度検出部の増幅回路の増幅率、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まる３と同じ濃度のトナー階調パターンまる４で再度濃度検出を行い、濃度信号出力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まる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。

このようにして、濃度信号出力の連続性を持ちながら、トナー濃度検出部の増幅率や濃度センサの照射光量の切り換えを行い、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、前述の従来例の画像形成装置では、次のような問題があった。
すなわち、濃度信号出力の連続性を持ち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良く検出するために、トナー濃度検出部の増幅率や濃度センサの照射光量の切り換えを行う毎に、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、トナー濃度検出部の増幅率や濃度センサセンサの照射光量を切り換える方式であるため、増幅率や照射光量を切り換える前後で精度が異なってしまう。つまり、濃度信号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ないという問題があった。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、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を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、画像形成装置を次の（１）のとおりに構成する。

（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で形成したトナー階調パターンの濃度を光学的に検出する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段により検出された、トナー階調パターンの濃度出力を保持する濃度出力保持手段と、
前記濃度検出手段により検出されたトナー階調パターンの濃度出力と前記濃度出力保持手段により保持された濃度出力との差分を増幅する差動増幅手段と、
前記差動増幅手段の出力を演算する演算手段と、
前記トナー諧調パターンの濃度検出の制御を行うとともに、前記演算手段の演算出力にもとづいて画像形成条件を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記濃度検出手段により検出された、トナー階調パターンの濃度出力を前記濃度出力保持手段に保持させ、該濃度出力保持手段に保持された濃度出力と、次に該濃度検出手段により検出された、トナー階調パターンの濃度出力との差分を前記差動増幅手段により増幅させ、該差動増幅手段の出力を前記演算手段で演算し、演算結果をメモリに格納された一つ前の演算結果に加算することを、トナー階調パターンが終了するまで繰り返し、入力階調に対するトナー濃度を検出するように制御する画像形成装置。

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。

以下本発明を実施するための最良の形態を、タンデム方式のカラー画像形成装置の実施例により詳しく説明する。

図１は、実施例１である“タンデム方式のカラー画像形成装置”の全体を示す構成図である。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。カートリッジは、感光体（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）と、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）、及び現像器（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ）から構成されている。感光体は図中矢印の方向に回転する。

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、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ている。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が搬送ベルト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。現像器（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ）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。これにより、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は本実施例１におけるトナー階調パタ−ンを説明する図である。図１、図２を用いてトナー濃度補正について説明する。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。その検出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は本実施例１における濃度センサ２１の構成を説明する図である。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は本実施例１におけるトナー濃度検出部の構成図である。濃度センサ２１と濃度出力保持器４１は差動増幅器４２と接続されている。濃度センサ２１と濃度出力保持器４１の接続は濃度出力保持器４１の構成により、接続される場合と接続されない場合がある。差動増幅器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／Ｏ４４、プロセッサ４６、メモリ４７等を有している。またＩ／Ｏは濃度出力保持器４１と接続されており、Ｉ／Ｏから出力される信号で動作する。

図５は本実施例１におけるトナー濃度検出部の、濃度出力保持器４１にサンプルホールド回路、差動増幅器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、濃度出力保持器４１としてのサンプルホールド回路と、差動増幅器４２としての差動増幅回路の構成について説明する。

濃度センサ２１の出力は、抵抗Ｒ１を介してオペアンプＯＰＡＭＰ１、及びアナログスイッチＡＳＷ１を介してオペアンプＯＰＡＭＰ２に接続されている。オペアンプＯＰＡＭＰ２の出力はアナログスイッチＡＳＷ２を介してオペアンプＯＰＡＭＰ３に接続されている。コンデンサＣ１、コンデンサＣ２は電圧をホールドするホールドコンデンサであり、それぞれオペアンプＯＰＡＭＰ２とオペアンプＯＰＡＭＰ３に接続されている。更にコンデンサＣ２はアナログスイッチＡＳＷ３を介して接地されており、アナログスイッチＡＳＷ３をＯＮにすることで、電圧を０Ｖに設定できるようになっている。オペアンプＯＰＡＭＰ３の出力は、抵抗Ｒ２を介して、オペアンプＯＰＡＭＰ１と接続されており、濃度センサ２１からの出力とＲ１／Ｒ２の増幅率で差動増幅され、ＡＤ変換器４５に入力される。

次に図５、図６を用いて本実施例１におけるトナー濃度検出動作について説明する。図６に示すトナー階調パターンは０％から１００％の順に濃度センサ２１により濃度検出される。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はアナログスイッチＡＳＷ３をＯＮ／ＯＦＦさせ、コンデンサＣ２の電圧を０Ｖにする。よってオペアンプＯＰＡＭＰ３の出力、つまり濃度出力保持器４１の電圧は０Ｖに設定される。

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０．２５８８Ｖとなり、濃度出力保持器４１の出力であるオペアンプＯＰＡＭＰ３の出力０Ｖと、差動増幅器４２であるオペアンプＯＰＡＭＰ１に入力される。ここで差動増幅器４２の増幅率Ｒ１／Ｒ２を５倍とすると、１．２９４１Ｖが差動増幅器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１００(Ｄｅｃ)を得る。そしてＡＤ値１００（Ｄｅｃ）をメモリ４７に格納する。一方、入力階調０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１に到達するのに合わせて、制御部４３はアナログスイッチＡＳＷ１をＯＮにし、入力階調０％の濃度センサ２１出力０．２５８８ＶをコンデンサＣ１に保持させる。そして入力階調０％のトナー階調パターンが濃度センサ２１を過ぎる直前に、制御部４３はアナログスイッチＡＳＷ１をＯＦＦ、アナログスイッチＡＳＷ２をＯＮにし、オペアンプＯＰＡＭＰ２の出力０．２５８８ＶをコンデンサＣ２に設定する。次に入力階調１０％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はアナログスイッチＡＳＷ２をＯＦＦにする。

入力階調１０％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０．３２６９Ｖとなる。ここで直前に検出した入力階調０％のトナー階調パターンにおける濃度センサ出力０．２５８８ＶはコンデンサＣ２に保持されており、オペアンプＯＰＡＭＰ１から出力されている。このため差動増幅器４２であるオペアンプＯＰＡＭＰ１には入力階調０％のトナー階調パターンにおける濃度センサ２１出力と、入力階調１０％のトナー階調パターンにおける濃度センサ２１出力が入力されていることになる。そしてこの２つの入力を増幅率５倍で差動増幅し、出力０．３４０４Ｖを得る。この出力をＡＤ変換するとＡＤ値２６(Ｄｅｃ)が得られ、この値を入力階調０％におけるメモリ４７に格納されたＡＤ値１００(Ｄｅｃ)にプロセッサ４６が加算することで、入力階調１０％におけるＡＤ値１２６(Ｄｅｃ)を得る。以後、一つ前に検出した入力階調のトナー階調パターンにおける濃度センサ２１の出力を濃度出力保持器４１に設定し、その出力と差動増幅した値をＡＤ変換した後、メモリ４７に格納された一つ前に検出した入力階調のトナー階調パターンのＡＤ値に加算する。この動作を、プロセッサ４６が繰り返す。

このようにして、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５倍の精度で検出することができる。

なお、本実施例１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に実施することができる。また、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に実施することができる。

以上説明したように、本実施例では、トナー濃度検出部に差動増幅器を用いているので、増幅出力が飽和することが少ない。また、濃度センサの出力に応じてトナー濃度検出部の増幅率や濃度センサの照射光量を切り換える方式でないので、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。

実施例２である“タンデム方式のカラー画像形成装置”について説明する。本実施例２のハードウエア構成は、トナー濃度検出部を除いて実施例１と同様なので、その説明を援用する。図９は本実施例２におけるトナー濃度検出部の構成図である。

本実施例２では、トナー濃度補正におけるトナー階調パターンの数が変わった場合、差動増幅器４８、４９（図９）の増幅率を変化させることで、入力階調に対するトナー濃度の特性全体を精度のムラ無く、高精度に検出する例について説明する。

入力階調に対するトナー濃度の階調特性を一定に保つためのトナー濃度補正は様々な契機で実施される。例えば、電源投入時、規定時間経過後の印刷開始時、規定印刷終了後の印刷開始時、環境変化検出後の印刷開始時、等である。そして、頻繁にトナー濃度補正が行われると、補正時間による画像形成装置のダウンタイムの増加や、補正動作に使用するトナー量の増加によるページコストの増加に繋がってしまう。しかし、画像形成装置のダウンタイムの増加や、ページコストの増加を抑制するために、トナー濃度補正の頻度を減らすことは、印刷品質とのトレードオフとなってしまう。

そこで、トナー濃度補正に使用するトナー階調パターンの数を場合によって変える手法が行われている。つまり電源投入時等、入力階調に対するトナー濃度の階調特性が、前回の印刷時より大きく変化していると考えられる場合は、多くのトナー階調パターンを用いてトナー濃度補正を行う。しかし、規定時間経過後の印刷開始時等、入力階調に対するトナー濃度の階調特性が、前回の印刷時より、あまり大きく変化していないと考えられる場合は、少ないトナー階調パターンを用いてトナー濃度補正を行う手法である。

図８は実施例１にて説明した構成で、図６における例よりもトナー階調パターンの数が少ない場合における動作説明図である。図８に示すトナー階調パターンは０％から１００％の順に濃度センサ２１により濃度検出される。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は濃度出力保持器４１の電圧を０Ｖに設定する。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０．２５８８Ｖとなり、濃度出力保持器４１の出力０Ｖと差動増幅器４２に入力される。ここで差動増幅器４２の増幅率を実施例１と同様の５倍とすると、１．２９４１Ｖが差動増幅器より出力され、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１００(Ｄｅｃ)を得る。

実施例１同様の動作にて２０％トナー階調パターンの検出を行い、次に入力階調４０％のトナー階調パターンが濃度センサに到達し、濃度センサ２１の出力１．２２０１Ｖを得る。ここで直前に検出した入力階調２０％のトナー階調パターンにおける濃度センサ出力０．５２４５Ｖを濃度出力保持器４１に設定する。差動増幅器４２には入力階調２０％のトナー階調パターンにおける濃度センサ２１出力と入力階調４０％のトナー階調パターンにおける濃度センサ２１出力が入力される。そしてこの２つの入力を増幅率５倍で差動増幅すると出力３．４７８０Ｖを得る。しかしＡＤ変換器４５は３．３Ｖを基準電圧とした８ｂｉｔの精度であるため、ＡＤ値２５５(Ｄｅｃ)以上を出力することはできない。つまり、差動増幅器４２の出力がＡＤ変換器４５の基準電圧を越えると、正しい濃度検出ができなくなってしまう。

図９は本実施例２における、差動増幅器４８（４９）の増幅率を変更可能なトナー濃度検出部の構成図である。基本構成は実施例１と同様であるため、構成については異なる部分のみの説明とする。図９における差動増幅器４８は、制御部４３のＩ／Ｏ４４から出力される信号により、増幅率が変更できるように構成されている。

具体的には図１０、図１１に示すような構成であり、図１０は基本的な差動増幅回路である。制御部４３のＩ／Ｏ４４からの信号で、アナログスイッチＡＳＷ１、ＡＳＷ２、ＡＳＷ３、ＡＳＷ４が動作し、抵抗Ｒ２、及び抵抗Ｒ３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ＡＳＷ１、ＡＳＷ２は同時に同極性で動作し、またアナログスイッチＡＳＷ３、ＡＳＷ４も同様に同時に同極性で動作する。アナログスイッチＡＳＷ１、ＡＳＷ２がＯＮ、アナログスイッチＡＳＷ３、ＡＳＷ４がＯＦＦの場合はＲｎ１＝Ｒ２となる。アナログスイッチＡＳＷ１、ＡＳＷ２がＯＦＦ、アナログスイッチＡＳＷ３、ＡＳＷ４がＯＮの場合はＲｎ１＝Ｒ３となる。アナログスイッチＡＳＷ１、ＡＳＷ２がＯＮ、アナログスイッチＡＳＷ３、ＡＳＷ４もＯＮの場合、Ｒｎ１はＲ２とＲ３の並列合成抵抗値となる。そして増幅率はＲ１／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１１においては、計装増幅回路であり、制御部４３のＩ／Ｏ４４からの信号で、アナログスイッチＡＳＷ５、ＡＳＷ６が動作し、抵抗Ｒ５、及び抵抗Ｒ６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がＯＮ、アナログスイッチＡＳＷ６がＯＦＦの場合はＲｎ２＝Ｒ５となる。アナログスイッチＡＳＷ５がＯＦＦ、アナログスイッチＡＳＷ６がＯＮの場合はＲｎ２＝Ｒ６。アナログスイッチＡＳＷ５がＯＮ、アナログスイッチＡＳＷ６もＯＮの場合、Ｒｎ２はＲ５とＲ６の並列合成抵抗となる。そして増幅率は（１＋２Ｒ／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。

図１２は前記差動増幅器４８、４９の増幅率を３倍に設定し、トナー階調パターンの数が少ない場合の、トナー濃度検出の動作を説明する図である。基本的な動作については図８と同じであるため説明を省略する。差動増幅器４８、４９の増幅率を３倍とすると、差動増幅器４８、４９の最大出力は２．５７９４Ｖとなり、ＡＤ変換器４５の基準電圧を越えない。

このようにして、トナー濃度補正におけるトナー階調パターンの数が変わった場合でも、差動増幅器４８、４９の増幅率を変化させることで、入力階調に対するトナー濃度の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。

実施例３である“タンデム方式のカラー画像形成装置”について説明する。本実施例３のハードウエア構成は、トナー濃度検出部を除いて実施例１と同様なので、その説明を援用する。

本実施例３は、図４、図９に示すトナー濃度検出部の構成において、ＡＤ変換器４５のから得られるＡＤ値を所定値と比較し、その大小をもってトナー濃度補正の異常を検知する例である。なおトナー濃度補正の異常の原因としては、トナー階調パターンの形成不良、濃度センサの破損、不適切な増幅率設定等が挙げられる。

図１３は、図４、図９の構成において、本実施例３におけるトナー濃度補正の異常検知動作を説明するフローチャートである。トナー濃度補正が開始されると、先ずトナー階調パターンの数が設定される（ステップ１）。ここでは図６で説明したように、トナー階調パターン数に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２）。濃度出力保持器４１に０Ｖを設定した後（ステップ３）、トナー濃度検出、濃度出力保持器４１の出力との差動増幅、及びＡＤ変換が行われ（ステップ４）、ＡＤ値を得る。次にＡＤ値と所定値Ａの比較を行う（ステップ５）。ＡＤ値が所定値Ａよりも大きい場合、つまり出力飽和状態の場合、差動増幅器４８、４９の増幅率や、濃度センサ２１、等の異常が考えられるため、上位処理部（メインルーチンなど）に異常を報告するＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇに１をセットする（ステップ７）。ＡＤ値が所定値Ａ以下である場合は、所定値Ｂと比較を行う（ステップ６）。ＡＤ値が所定値Ｂよりも小さい場合、つまり出力得られない場合、トナー階調パターンの形成不良や、濃度センサ２１、等の異常が考えられるため、上位処理部に異常を報告するＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇに１をセットする（ステップ７）。ＡＤ値が所定値Ｂ以上である場合は、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８）。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９）。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１０）、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３からトナー濃度検出が終了するまで繰り返す。また、本処理でＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇに１をセットされた場合、つまりトナー濃度の検出に異常があった場合、他の処理にてユーザにトナー濃度補正の異常を報告する。

以上説明したように、本実施例３によれば、トナー濃度補正の異常を検出した場合に、濃度補正処理を停止することができる。

実施例４である“タンデム方式のカラー画像形成装置”について説明する。本実施例４のハードウエア構成は、実施例４と同様なので、その説明を援用する。

本実施例は、トナー濃度補正の異常が検出された場合、増幅率を変更して再度トナー濃度補正をやり直す例である。図１４を用いて、動作について説明する。なお図中、ステップ１乃至ステップ４の動作については実施例３で先述しているので説明を省略する。

ＡＤ値と所定値Ａの比較を行い（ステップ５）、ＡＤ値が所定値Ａよりも大きい場合、差動増幅器４８、４９の増幅率を下げる（ステップ１２）。またＡＤ値と所定値Ｂの比較を行い（ステップ６）、ＡＤ値が所定値Ｂよりも小さい場合、差動増幅器４８、４９の増幅率を上げる（ステップ１１）。いずれの場合でもリトライカウンタＭをインクリメントし（ステップ１３）、所定値Ｃとの比較を行う（ステップ１４）。リトライカウンタＭが所定値Ｃに到達している場合は、上位処理部に異常を報告するＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇに１をセットし（ステップ７）トナー濃度補正を終了する。本処理でＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇに１をセットされた場合、つまりトナー濃度の検出に異常があった場合、他の処理にてユーザにトナー濃度補正の異常を報告する。

リトライカウンタＭが所定値Ｃに到達していない場合は、再度、トナー階調パターンの数を設定することから（ステップ１）、トナー濃度補正をやり直す。以後トナー濃度の検出が正常に終了するか、若しくはリトライカウンタＭが所定値Ｃに到達し、上位処理部に異常を報告するＥｒｒｏｒ Ｆｌａｇを１にセットするまで繰り返される。

以上説明したように、本実施例４によれば、トナー濃度補正の異常が発生した場合に、増幅度を変更してトナー濃度補正の処理を行う。これにより、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。

実施例１の全体構成を示す図 実施例１におけるトナー階調パタ−ンを示す図 実施例１における濃度センサの構成を示す図 実施例１におけるトナー濃度検出部の構成を示す図 実施例１におけるトナー濃度検出部の具体的構成を示す図 実施例１におけるトナー濃度検出部の動作を説明する図 実施例１におけるトナー濃度検出部の出力結果を示す図 実施例２の説明用の、トナー階調パターン数が少ない場合に、差動増幅器の増幅率を変更せずにトナー濃度検出を行ったときの動作を示す図 実施例２におけるトナー濃度検出部の構成を示す図 トナー濃度検出部の具体的な構成を示す図 トナー濃度検出部の具体的な構成を示す図 実施例２においてトナー階調パターン数が少ない場合に、差動増幅器の増幅率を変更してトナー濃度検出を行った場合の動作を説明する図 実施例３の処理を示すフローチャート 実施例４の処理を示すフローチャート 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図 従来例の動作説明図

符号の説明

２１ 濃度センサ
４１ 濃度出力保持器
４２、４８、４９ 差動増幅器
４３ 制御部
４６ プロセッサ

Claims (12)

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で形成したトナー階調パターンの濃度を光学的に検出する濃度検出手段と、
   前記濃度検出手段により検出された、トナー階調パターンの濃度出力を保持する濃度出力保持手段と、
   前記濃度検出手段により検出されたトナー階調パターンの濃度出力と前記濃度出力保持手段により保持された濃度出力との差分を増幅する差動増幅手段と、
   前記差動増幅手段の出力を演算する演算手段と、
   前記トナー諧調パターンの濃度検出の制御を行うとともに、前記演算手段の演算出力にもとづいて画像形成条件を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記濃度検出手段により検出された、トナー階調パターンの濃度出力を前記濃度出力保持手段に保持させ、該濃度出力保持手段に保持された濃度出力と、次に該濃度検出手段により検出された、トナー階調パターンの濃度出力との差分を前記差動増幅手段により増幅させ、該差動増幅手段の出力を前記演算手段で演算し、演算結果をメモリに格納された一つ前の演算結果に加算することを、トナー階調パターンが終了するまで繰り返し、入力階調に対するトナー濃度を検出するように制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記濃度出力保持手段は、オペアンプ、コンデンサ、アナログスイッチからなるサンプルホールド回路で構成されることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記差動増幅手段は、オペアンプと抵抗からなる差動増幅回路で構成されることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記演算手段は、プロセッサとメモリで構成されることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記差動増幅手段の増幅率が可変であることを特徴とする画像形成装置。
6. 前記制御手段は、トナー階調パターンの数が変わった場合、前記差動増幅手段の増幅率を変化させることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６に記載の画像形成装置において、
   前記差動増幅手段の増幅率の切り換え手段が、抵抗とアナログスイッチから構成されることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記差動増幅手段の出力が所定の値より大きい場合、濃度検出処理を停止することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記差動増幅手段の出力が所定の値より小さい場合、濃度検出処理を停止することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記制御手段は、前記差動増幅手段の出力が所定の値より大きい場合、該差動増幅手段の増幅率を下げて濃度検出処理を行い、この処理を所定回数行っても該差動増幅手段の出力が該所定の値より大きいときは濃度検出処理を停止することを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記制御手段は、前記差動増幅手段の出力が所定の値より小さい場合、該差動増幅手段の増幅率を上げて濃度検出処理を行い、この処理を所定回数行っても該差動増幅手段の出力が該所定の値より小さいときは濃度検出処理を停止することを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項８ないし１１のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記制御手段は、濃度検出処理を停止した場合、装置の異常をユーザに知らせることを特徴とする画像形成装置。