JP2008287185A - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学センサからの出力電圧の飽和を回避することで、トナーパターンの位置を精度良く検出できるようにする。
【解決手段】発光光量決定手段は、発光手段に流される駆動電流の値を変化させながら、受光手段から出力される出力電圧を監視することで、受光手段からの出力電圧を飽和させない発光光量を決定する。電流値決定手段は、第１駆動電流、第１出力電圧、第２駆動電流及び第２出力電圧に基づいて、出力電圧を飽和させない目標出力電圧が得られる電流値を決定する。なお、第１出力電圧は、第１駆動電流を発光手段に流したときに受光手段から出力された電圧である。第２駆動電流は、第１駆動電流よりも小さい。第２出力電圧は、第２駆動電流を発光手段に流したときに受光手段から出力される電圧である。目標出力電圧決定手段は、受光手段から出力される出力電圧の目標となる目標出力電圧を第１関数から決定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、画像形成位置の調整機能を備えた画像形成装置及びその制御方法に関する。

一般に、画像形成装置では、記録紙に対して所望の位置に画像が形成されることが望まれる。また、複数色の画像を形成可能な多色画像形成装置では、色ずれを低減するために、色間の画像形成位置が一致することが望まれる。

従来の画像形成装置では、転写ベルト上にトナーを用いて形成されたトナーパターンを検出することで、画像形成位置や色ずれを補正していた。特許文献１によれば、トナーパターンをＣＣＤラインセンサで検出する方法が提案されている。また、特許文献２によれば、２色以上のトナーパターンを光センサで検出して各色の色ずれを検出する方法が提案されている。

上述した従来技術では、正反射型の光学センサを使用して、転写ベルトなどの中間転写体の下地からの反射光量と、トナーパターンからの反射光量とを検出し、これらの光量の差によりパターンの位置を検出している。よって、下地からの反射光量とトナーパターンからの反射光量との差は、十分大きくなければならない。

ところで、正反射型の光学センサに用いられている発光素子や、中間転写体のグロス（反射率）に経年変化などが生じるため、発光素子に通電される駆動電流と、光学センサから出力される出力電圧との関係が変化してしまう。よって、中間転写体の下地による反射光を受光したときに光学センサから出力される出力電圧が所定値となるよう、発光素子の発光光量を調整する必要がある。

特許文献３によれば、それぞれ異なる固定抵抗を切り換えることで段階的に光量を変化させ、光学センサからの出力がある一定範囲に収まるような固定抵抗を決定し、さらに、当該固定抵抗に直列に接続された可変抵抗で光量を調整する方法が提案されている。
特開平６−１８７９６号公報 特開平６−１１８７３５号公報 特開平６−１２７０３９号公報

しかし、特許文献３に記載の方法は、固定抵抗の切り替えによる光量調整と可変抵抗による光量調整といった２回の調整が必要となるため、光量調整に必要な時間が長くなりやすい。

そこで、駆動電流と反射光量とがある程度線形となるような光学センサを採用し、最小発光光量と最大発光光量のときの各出力電圧から、駆動電流と出力電圧との線形特性を求め、この線形特性から目標の出力電圧が得られる駆動電流を求める方法が考えられる。

ところが、中間転写体が新品に近く、それゆえグロスが高い場合、最大駆動電流を発光素子に通電すると光学センサからの出力電圧に飽和が生じてしまう。すなわち、出力電圧が飽和してしまい、駆動電流に対する線形性が失われてしまうのである。よって、駆動電流と出力電圧との線形特性を求める際には、出力電圧を飽和させないような駆動電流を用いなければならい。

そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。例えば、光学センサからの出力電圧の飽和を回避することで、トナーパターンの位置を精度良く検出できるようにすることを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。

本発明は、例えば、像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光の光量から記録媒体に対する現像剤像の形成位置を調整する画像形成装置に適用できる。形成位置の調整は、記録媒体に対する特定色の現像剤像の形成位置の調整や、ある色の現像剤像の形成位置と他の色の現像剤像の形成位置とのずれ（いわゆる色ずれ）の調整がある。画像形成装置は、例えば、像担持体に照射される光を発光する発光手段、像担持体の下地により反射された反射光を受光する受光手段に加え、複数の決定手段を含む。発光光量決定手段は、発光手段に流される駆動電流の値を変化させながら、受光手段から出力される出力電圧を監視することで、受光手段からの出力電圧を飽和させない発光光量を決定する。電流値決定手段は、第１駆動電流、第１出力電圧、第２駆動電流及び第２出力電圧に基づいて、前記受光手段から出力される出力電圧の目標となる目標出力電圧が得られる電流値を決定する。第１駆動電流は、例えば、出力電圧を飽和させない発光光量が得られたときの駆動電流である。第１出力電圧は、第１駆動電流を発光手段に流したときに受光手段から出力された電圧である。第２駆動電流は、第１駆動電流よりも小さい。第２出力電圧は、第２駆動電流を発光手段に流したときに受光手段から出力される電圧である。

本発明によれば、光学センサからの出力電圧の飽和を回避することで、トナーパターンの位置を精度良く検出できるようになる。

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

［実施形態１］
図１は、実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す断面図である。ここでは、画像形成装置の一例として、電子写真方式のカラープリンタを採用して説明するが、本発明は、プリンタにのみ限定されるわけではない。すなわち、画像形成装置は、印刷装置、複写機、複合機、ファクシミリなどとして実現されてもよい。

プリンタ本体１には、画像形成部を構成する各種のユニットやデバイスが搭載されている。感光ドラム２ａ〜２ｄは、それぞれ異なる色の現像剤（以下、トナーと称す。）を担持する像担持体の一例である。帯電器３ａ〜３ｄは、それぞれ対応する感光ドラムの表面を一様に帯電させる。ドラムクリーナ４ａ〜４ｄは、それぞれ対応する感光ドラムの表面に残ったトナーを除去する。レーザー走査ユニット５ａ〜５ｄは、それぞれ一様に帯電した感光ドラム上をレーザー光により走査し、静電潜像を形成する。転写ブレード６ａ〜６ｄは、それぞれ対応する感光ドラム上に形成されたトナー像を転写ベルト８へ転写する（一次転写）ためのブレードである。現像ユニット７ａ〜７ｄは、トナーにより静電潜像を現像する。転写ベルト８は、中間転写体及び像担持体の一例である。転写ベルト８には、各感光ドラムからそれぞれ色の異なるトナー像が重畳するように転写される。ローラ１０、１１は、転写ベルト８を支持するとおもに回転させるローラである。ベルトクリーナ１２は、転写ベルト８に残存したトナーを除去する。

手差しトレイ１３は記録紙Ｓを収納する収納装置である。記録紙は、記録材、記録媒体、用紙、シート、転写材、転写紙と呼ばれることもある。また、記録紙の素材としては、紙だけでなく、繊維、樹脂など、他の素材が採用されてもよい。ピックアップローラ１４、１５は、手差しトレイ１３から記録紙Ｓをピックアップして搬送するローラである。レジストレーションローラ（レジローラとも言う）１６は、搬送されてきた記録紙Ｓの転写位置への搬送タイミングを調整するためのローラである。給紙カセット１７は、記録紙Ｓを収納する収納装置である。ピックアップローラ１８、１９は、給紙カセット１７から記録紙Ｓをピックアップして搬送するローラである。縦パスローラ２０は、給紙カセット１７から記録紙Ｓを搬送するローラの１つである。回転ローラ２１は、転写ベルト８を回転させるためのローラである。二次転写ローラ２２は、転写ベルト８上のトナー像を記録紙Ｓに対して転写する（二次転写）ためのローラである。定着器２３は、トナー像を加熱及び加圧して記録紙Ｓに対して定着させる装置である。排紙ローラ２４は、記録紙Ｓを排紙トレイ２５へ排出するローラである。

両面印刷時に、記録紙Ｓは両面反転パス２７に導かれ、さらに両面パス２８へ搬送される。両面パス２８を通った記録紙Ｓは再び縦パスローラ２０を通り、１面目と同様に２面目の画像を作像、転写、定着されて排出される。

図２は、画像形成時における画像と画像先端検出用パターンとの位置関係及び光学センサの配置位置を示す図である。パターン検知センサ４０、４４は、転写ベルト８上に形成されたトナーパターンを検出するための反射型の光学センサである。パターン検知センサ４０は、例えば、色ずれ補正用のトナーパターンを検出する。パターン検知センサ４４は、例えば、記録紙に対する画像形成位置（先端位置）のずれを補正するためのトナーパターンを検出する。なお、パターン検知センサ４０、４４の各役割は反対であってもよい。

トナーパターン４２は、画像形成位置や色ずれを補正するために利用される現像剤像の一例である。トナーパターン４２は、トナーパッチ、レジマーク、パッチパターン、パッチ画像などと呼ばれることもある。トナーパターン４２は、本来、記録紙に転写される画像４３から一定距離だけ手前に形成される。このトナーパターン４２は、転写ベルト８における画像領域外（いわゆる非画像領域）に形成される。よって、非画像領域に形成されたトナーパターン４２が記録紙Ｓに転写されることはない。

トナーパターン４２がパターン検知センサ４４により検出されたタイミングと、用紙先端検知センサ４５により記録紙の先端が検知されたタイミングに応じて、レジローラ１６が記録紙の搬送速度を調整する。これにより、ちょうど画像先端と用紙先端の位置が二次転写位置において一致すようになる。このように、本実施形態に係る画像形成装置は、像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光の光量から記録媒体に対する現像剤像の形成位置を調整する。

図３は、実施形態に係るパターン検知センサの一例を示す図である。パターン検知センサ４０は、発光部５２と受光部５３を有し、発光部から発光される光が転写ベルト８やトナーパターン４２により反射され、その反射光が受光部５３に入射する。受光部５３は、反射光を光電変換し、反射光量に応じた電圧を出力する。発光部５２は、像担持体に照射される光を発光する発光手段の一例である。また、受光部５３は、像担持体の下地により反射された反射光の光量である下地光量と、像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光の光量である像光量とを検出する検出手段の一例である。なお、受光部５３と転写ベルト８などの被検出物との間にはレンズ５４が設けられる。なお、発光部５２と被検出物との間にもレンズが設けられてもよい。これらのレンズは光を収束させ、反射光を効率よく受光するために設置される。

図３によれば、パターンを読み取ったアナログの出力波形、それに対応するデジタルの出力波形、及びしきい値（破線）が示されている。出力波形は、センサから出力された電圧の波形である。アナログの出力波形のうち、しきい値を超える部分がデジタルの出力波形では１となり、しきい値を以下の部分がデジタルの出力波形では０となる。なお、デジタル波形の論理は逆でもよくしきい値より上に超えた時に０、超えない場合を１としてもよい。以後は前述の論理（しきい値を超える部分がデジタルの出力波形では１となり、しきい値以下の部分がデジタルの出力波形では０）の場合において説明する。

図４は、実施形態に係る画像位置補正制御ユニットの概略ブロック図である。ＣＰＵ４００は、画像位置補正制御ユニットの中心的な役割を果たす制御装置である。パターン検知センサ４０、４４から出力された信号は、コンパレータ１０２やＡ／Ｄコンバータ１０３に入力される。出力された信号は、転写ベルト８の下地又はトナーパターンからの反射光の光量を光電変換することで得られた信号である。

コンパレータ１０２では、パターン検知センサからの出力信号と、ＣＰＵ４００から出力されたしきい値とを比較し、出力信号がしきい値を超えているか否かを判定する。超えていれば、コンパレータ１０２は１を出力し、超えていなければ、０を出力する。Ａ／Ｄコンバータ１０３は、パターン検知センサらの出力信号（アナログ出力電圧）をデジタル信号に変換して、ＣＰＵ４００に出力する。

特定用途向け集積回路であるＡＳＩＣ１０４は、例えば、パターン生成部１０５、パターン読み取り制御部１０６、レジストずれ算出部１０７、レジタイミング調整部１０８などを備える。これらの各部の機能は、ＣＰＵ４００と、ＲＯＭ１１１に格納されたコンピュータプログラムにより一部又はすべてが実現されてもよい。パターン生成部１０５は、トナーパターン４２の画像データを生成する。画像データがＲＯＭ１１１などに記憶されている場合は、パターン生成部１０５が省略されてもよい。パターン読み取り制御部１０６は、パターン検知センサからの出力信号を読み取り、読み取ったデータを一時的に格納する。レジストずれ算出部１０７は、読み取ったパターンデータに基づいて記録紙と画像のタイミングずれ量を算出する。レジタイミング調整部１０８は、算出されたタイミングずれに基づいて記録紙搬送のタイミングを制御する。

ＣＰＵ４００は、ＲＯＭ１１１に格納されているコンピュータプログラム（例：光量調整プログラム）を読み出して実行することで、本発明に係る各種の処理を実行する。ＳＲＡＭ１１２は、光量調整プログラムに応じてＣＰＵ４００が決定した発光部５２の駆動電流の値やしきい値など、各種のデータを記憶する記憶装置である。発光部５２から発光される光の光量がこの駆動電流によって制御されることはいうまでもない。

とりわけ、ＣＰＵ４００は、起動時などに、転写ベルト８の下地からの反射光の光量（下地光量）が適切な反射光量となるように、発光部５２の駆動電流の値を調整する。反射光量は、受光部５３から出力される出力信号の電圧に対応している。このような光量調整を行うのは、下地のグロス又は反射率が経年変化によって低下するからである。ただし、発光部５２の駆動電流の値を調整する際には、受光部５３からの出力電圧が飽和しないように注意しなければならない。

図５は、発光部に通電される駆動電流と受光部からの出力電圧との関係の一例を示す図である。Ｌ１は、理想的な駆動電流−出力電圧特性を示す線である。Ｌ２は、実際の駆動電流−出力電圧特性を示す線である。受光部５３に備えられる受光素子の出力特性が理想的であれば、出力電圧に飽和は生じない。しかし、実際には、Ｌ２が示すように駆動電流がある値を超えると、出力電圧が飽和してしまう。すなわち、駆動電流−出力電圧特性が線形性を失ってしまう。なお、飽和が生じているときの出力電圧を、便宜上、上限値又は飽和出力電圧と呼ぶことにする。よって、線形性が維持されている範囲内で、駆動電流の値を変化させながら出力電圧を測定し、測定された出力電圧から、Ｌ２に相当する直線の方程式（関数）を決定し、最終的に、Ｌ２から出力電圧の目標値（目標出力電圧）を設定することが望ましい。なお、目標出力電圧を達成するための駆動電流を目標駆動電流と呼ぶことにする。

図３が示すように、この光量調整後における下地光量に対応するアナログの出力波形の電圧（出力電圧）は規定値（例：５Ｖ）となる。また、図３が示すように、トナーパターンが検出されときのアナログの出力電圧がしきい値以下となるよう、しきい値を設定する。もちろん、下地が検出されときのアナログの出力電圧がしきい値を超えるよう、しきい値が設定される。このように、ＣＰＵ４００は、下地とトナーパターンとを明確に区別できるよう、しきい値を設定する。

図６は、実施形態に係る画像形成装置の制御方法（光量調整シーケンス）の一例を示すフローチャートである。この光量調整シーケンスは、例えば、画像形成装置が起動したときなどに実行される。

ステップＳ６０１で、ＣＰＵ４００は、転写ベルト８の回転を開始するための命令信号を不図示の駆動回路に送出する。これにより、回転ローラ２１に接続した駆動モータが回転し、転写ベルト８が回転し始める。ステップＳ６０２で、ＣＰＵ４００は、発光部５２に初期の駆動電流Ｘmaxを設定することで発光部５２を発光させ、転写ベルト８の下地からの反射光を受光した受光部５３から出力される出力電圧Ａｍを測定する。初期の駆動電流Ｘmaxは、出力電圧を飽和させうる駆動電流であって、例えば、発光部５２へ通電可能な最大電流（定格電流）である。

ステップＳ６０３で、ＣＰＵ４００は、測定された出力電圧Ａｍが所定値Ｙ未満であるか否かを判定する。所定値Ｙは、上述した上限値より小さい値に設定されることが望ましい。例えば、上限値が５［Ｖ］であれば、所定値Ｙは、４．５［Ｖ］に設定される。この理由は、所定値Ｙが上限値に等しい場合、そのときの駆動電流が出力電圧を飽和させる最小の値（例：図５の駆動電流１００％）か否か不明となるからである。

測定された出力電圧Ａｍが所定値Ｙ未満でなければ、ステップＳ６０４に進む。ステップＳ６０４で、ＣＰＵ４００は、駆動電流を所定量Ｘdownだけ減少させる。ステップＳ６０５で、ＣＰＵ４００は、転写ベルト８の下地からの反射光を受光した受光部５３から出力される出力電圧Ａｍを測定する。その後、ステップＳ６０３に戻る。測定された出力電圧Ａｍが所定値Ｙ未満となれば、ステップＳ６０６へ進む。なお、出力電圧Ａｍが初めて所定値Ｙ未満となったときの駆動電流をＸｍとする。

このように、ＣＰＵ４００は、発光手段に流される駆動電流の値を変化させながら、受光手段から出力される出力電圧を監視することで、受光手段からの出力電圧を飽和させない発光光量を決定する発光光量決定手段の一例である。所定値Ｙ未満となった最初の出力電圧Ａｍが得られたときの駆動電流Ｘｍに対応する発光光量が、光手段からの出力電圧を飽和させない発光光量の一例である。なお、駆動電流を決定することは、発光光量を決定することに他ならない。駆動電流Ｘｍは、出力電圧を飽和させない発光光量が得られたときに発光手段に流された第１駆動電流の一例である。出力電圧Ａｍは、第１駆動電流を発光手段に流したときに受光手段から出力された第１出力電圧の一例である。

なお、受光手段からの出力電圧を飽和させない発光光量を決定する発光光量決定手段の他の例として、発光部５２に流される駆動電流の増加に対する受光部５３からの出力電圧の変化率が所定値以下になったときの発光光量を特定する手段が採用されてもよい。

また、発光量決定手段の他の例として、次のような手段が採用されてもよい。すなわち、発光部５２に流される駆動電流の値を、受光部５３からの出力電圧を飽和させうる値から段階的に減少させ、駆動電流の減少に対する受光部５３からの出力電圧の変化率が所定値以上になったときの発光光量を特定する手段である。

ステップＳ６０６で、ＣＰＵ４００は、所定の駆動電流Ｘ０を発光部５２に通電し、そのときの出力電圧Ａ０を測定する。なお、Ａ０の値は、例えば、ゼロである。図５において、駆動電流の値をゼロとしても出力電圧がゼロとならないのは、暗電流が存在するからである。なお、駆動電流Ｘ０は、第１駆動電流よりも小さい第２駆動電流の一例である。また、出力電圧Ａ０は、第２駆動電流を発光手段に流したときに受光手段から出力される第２出力電圧の一例である。

ステップＳ６０７で、ＣＰＵ４００は、駆動電流Ｘｍ、出力電圧Ａｍ、駆動電流Ｘ０及び出力電圧Ａ０から、下地に関する駆動電流と出力電圧との関係を表す第１関数Ａref（ｘ）を決定する。なお、ＣＰＵ４００は、第１関数を決定する第１関数決定手段の一例である。第１関数Ａref（ｘ）は、例えば、次式により表現できる。

Ａref（ｘ）＝（Ａｍ − Ａ０）／（Ｘｍ − Ｘ０）×ｘ ＋ Ａ０
ステップＳ６０８で、ＣＰＵ４００は、第１関数Ａref（ｘ）から目標出力電圧Ａｔを決定する。このように、ＣＰＵ４００は、受光手段から出力される目標出力電圧を第１関数から決定する目標出力電圧決定手段の一例である。もちろん、ＣＰＵ４００は、関数を求めずに、駆動電流Ｘｍ、出力電圧Ａｍ、駆動電流Ｘ０及び出力電圧Ａ０に基づいて、目標出力電圧Ａｔが得られる駆動電流の電流値を決定してもよい。よって、ＣＰＵ４００は、目標出力電圧Ａｔが得られる電流値を決定する電流値決定手段の一例でもある。

図７は、実施形態に係る目標出力電圧としきい値との調整方法の概念を説明するための図である。図７において第２関数Ｂref（ｘ）は、トナーパターン（現像剤像）に関する駆動電流と出力電圧との関係を表す関数である。目標出力電圧Ａｔは、少なくとも、測定された出力電圧Ａｍ以下であって、かつ、出力電圧Ａ０以上でなければならない。ここでは、目標出力電圧Ａｔが、駆動電流Ｘ０以上であって、かつ、駆動電流Ｘｍ以下の駆動電流Ｘｔを第１関数Ａref（ｘ）に代入して得られるものとする（Ａｔ＝Ａref（Ｘｔ））。なお、駆動電流Ｘｔは、下地とトナーパターンとの違いを十分に識別できるよう、Ａref（Ｘｔ）−Ｂref（Ｘｔ）が十分な大きさとならなければならない。Ａref（Ｘｔ）−Ｂref（Ｘｔ）の値は、画像形成装置ごとに異なる可能性があるため、画像形成装置ごとに経験的に決定されることが望ましい。また、下地とトナーパターンとを区別するためのしきい値Ｔｈは、Ａref（Ｘｔ）未満かつＢref（Ｘｔ）を超える値でなければならない。例えば、しきい値Ｔｈは、Ａref（Ｘｔ）とＢref（Ｘｔ）との中間値に設定される。もちろん、下地とトナーパターンとを区別できるのであれば、しきい値Ｔｈは、他の値でもよい。

本実施形態によれば、光学センサからの出力電圧の飽和を回避するよう発光光量を調整することで、トナーパターンの位置を精度良く検出できるようになる。例えば、発光部５２の発光素子の発光光率が高かったり、転写ベルト８のグロスが高ったりしても、出力電圧が飽和することがなくなるため、駆動電流と出力電圧との関係を精度良く決定できる。駆動電流と出力電圧との関係が正確であれば、それから求められる目標出力電圧やしきい値も正確となるため、トナーパターンの位置を精度良く検出できるようになる。

本実施形態によれば、ＣＰＵ４００は、Ｓ６０３乃至Ｓ６０５で、発光手段に流される駆動電流の値を、出力電圧を飽和させうる初期の駆動電流Ｘmaxから段階的に減少させて行く。そして、ＣＰＵ４００は、受光手段から出力された出力電圧が飽和した出力電圧未満となったときの発光光量（出力電圧や駆動電流）を特定する。よって、転写ベルトのグロスが低下したり、発光部の発光光量が低下したりしても、出力電圧が飽和させることのない最大の駆動電流Ｘｍを特定しやすくなる。

なお、第２駆動電流の一例である駆動電流Ｘ０の値は、例えば、ゼロとしてもよい。動電流Ｘ０の値をゼロとすれば、そのときに得られる出力電圧Ｘ０は、第１関数の切片を表すため、第１関数を求めるための演算量を削減できる。

［実施形態２］
本実施形態では、駆動電流Ｘｔやしきい値Ｔｈの決定処理（ステップＳ６０８）の具体例について説明する。なお、実施形態１と共通する部分については、同一の参照符号を付すことで、説明の簡潔化を図る。

図８は、駆動電流Ｘｔやしきい値Ｔｈの決定処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、駆動電流Ｘｔやしきい値Ｔｈの決定処理をサブルーチンとして説明する。

ステップＳ８０１で、ＣＰＵ４００は、光量調整用のトナーパターン（光量調整パターン）を形成するようパターン生成部１０５に命令を送出する。パターン生成部１０５は、光量調整パターンの画像データを生成し、レーザー走査ユニット５ａ〜５ｄに送出する。これにより、転写ベルト８上に光量調整パターン画形成される。なお、光量調整用パターンはどの色のトナーを用いてもよい。ただし、色によって反射率に差がある場合、最も反射率が低い色を光量調整用パターンとして採用することが望ましい。このように、第２関数を決定するために使用される現像剤は、例えば、画像形成装置が備えるそれぞれ色の異なる現像剤のうち、反射率が最大（センサ出力最大）の現像剤である。

ステップＳ８０２で、ＣＰＵ４００は、駆動電流をＸ０に設定し、像光量に関する出力電圧Ｂ０を測定するとともに、駆動電流をＸｍに設定し、出力電圧Ｂｍを測定する。このように、出力電圧Ｂｍは、第１駆動電流を発光手段に流し、かつ、像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光を受光したときに受光手段から出力される第３出力電圧の一例である。また、出力電圧Ｂ０は、第２駆動電流を発光手段に流し、かつ、像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光を受光したときに受光手段から出力される第４出力電圧の一例である。

ステップＳ８０３で、ＣＰＵ４００は、駆動電流をＸ０、Ｘｍ及び出力電圧Ｂ０、Ｂｍとから、像光量に関する表す第２関数Ｂref（ｘ）を決定する。第２関数Ｂref（ｘ）は、例えば、次式により表現できる。

Ｂref（ｘ）＝（Ｂｍ − Ｂ０）／（Ｘｍ − Ｘ０）×ｘ ＋ Ｂ０
なお、Ｘ０＝０であれば、Ｂ０＝Ａ０となるため、出力電圧Ｂ０の測定を省略できる利点がある。このように、ＣＰＵ４００は、第３出力電圧、第４出力電圧、第１駆動電流及び第２駆動電流とから、現像剤像に関する駆動電流と出力電圧との関係を表す第２関数を決定する第２関数決定手段の一例である。

ステップＳ８０４で、ＣＰＵ４００は、第１関数Ａref（ｘ）、第２関数Ｂref（ｘ）との差分が所定値Ｃとなるような駆動電流Ｘｔを決定する。すなわち、Ｃ＝Ａref（Ｘｔ） − ＝Ｂref（Ｘｔ）となる。また、駆動電流Ｘｔに対応する出力電圧Ａref（Ｘｔ）が上述した目標出力電圧Ａｔとなる。上述したように、所定値Ｃは、下地とトナーパターンとの違いを十分に識別できるような値に設定されなければならない。このように、ＣＰＵ４００は、任意の駆動電流の値を、第１関数に代入したときに得られる出力電圧と、第２関数に代入したときに得られる出力電圧との差が予め定められた値となるときに、第１関数から得られた出力電圧の値を目標出力電圧として決定する。

ステップＳ８０５で、ＣＰＵ４００は、下地とトナーパターンとを識別するためのしきい値Ｔｈを駆動電流Ｘｔから決定する。例えば、ＣＰＵ４００は、駆動電流Ｘｔを発光部５２設定したときに測定された出力電圧Ｂｔに所定のマージンＥを加算して得られた和をしきい値Ｔｈとして算出する。すなわち、Ｔｈ＝Ｂｔ ＋ Ｅとなる。マージンＥに関しても、上述したように、下地とトナーパターンとの違いを十分に識別できるような値に設定されなければならない。例えば、Ｅ＝Ｃ／２である。なお、ＣＰＵ４００は、駆動電流Ｘｔを第２関数Ｂref（ｘ）に代入して得られた出力電圧Ｂref（Ｘｔ）を出力電圧Ｂｔとしてもよい。

このように、ＣＰＵ４００は、第１関数の値が目標出力電圧となるときの駆動電流を第２関数に代入して得られる出力電圧と目標出力電圧との間に位置する電圧値を、下地と現像剤像とを区別するためのしきい値として決定するしきい値決定手段の一例である。

図９は、実施形態に係る目標出力電圧としきい値との調整方法の概念を説明するための図である。図７に関して説明した処理の説明については省略する。第１関数Ａref（ｘ）を決定する際に得られた駆動電流Ｘｍ、Ｘ０から、出力電圧Ｂｍ、Ｂ０が測定される。さらに、測定された出力電圧Ｂｍ、Ｂ０から第２関数Ｂref（ｘ）が決定される。さらに、Ｃ＝Ａref（Ｘｔ）−Ｂref（Ｘｔ）を満たすような駆動電流Ｘｔが決定される。なお、目標出力電圧Ａｔ＝Ａref（Ｘｔ）である。なお、Ｂref（Ｘｔ）が出力電圧Ｂｔとなる。この出力電圧ＢｔにマージンＥを加算してなる値がしきい値Ｔｈとなる。

本実施形態によれば、実際にトナーパターンを形成して測定された出力電圧に基づいて、目標出力電圧を得るための駆動電流や、しきい値等が決定される。すなわち、転写ベルトや現像剤の劣化が考慮されて、下地と現像剤像とを区別するための各種パラメータが採取される。よって、これらのパラメータを使用すれば、精度良く、現像剤像の位置を検出できるようになる。

第２関数を決定するために使用される現像剤として、画像形成装置が備えるそれぞれ色の異なる現像剤のうち、反射率が最大の現像剤を用いれば、光学センサが検出しにくい色に関しても、像剤像の位置を適切に検出できるようになる。

また、上述したしきい値決定手段をＣＰＵ４００により実現することで、下地と現像剤像とを十分に識別できるようなしきい値を決定できる。

［実施形態３］
実施形態３は、実施形態１及び２よりも精度を高める装置及び方法に関する。具体的には、出力電圧を測定する際の測定精度を高めることで、上述した関数や各種パラメータの決定精度を向上させる。

図１０は、実施形態に係る画像形成装置の制御方法（光量調整シーケンス）の一例を示すフローチャートである。なお、すでに説明した個所には同一の参照符号を付すことで説明を簡潔にする。上述したステップＳ６０３で飽和出力電圧未満となる最初の出力電圧が発見されるとステップＳ１００１に進む。

ステップＳ１００１で、ＣＰＵ４００は、発見された出力電圧Ａｍに対応した駆動電流Ｘｍを発光部５２に通電させながら、回転する転写ベルト上の複数箇所について出力電圧をサンプリングする。このサンプリングは、転写ベルト８が１周する間にわたって実行される。ここでは、サンプリング値をＡｎとする。

ステップＳ１００２で、ＣＰＵ４００は、複数のサンプリング値Ａｎから最小値Ａm_minを決定する。最小値Ａm_minは、必ずしも実際の最小値でなくてもよい。例えば、得られたすべてのサンプリング値のうち、最も値の小さい１つ以上のサンプリング値を除外し、残ったサンプリング値のなかから以降の処理で使用される最小値Ａm_minをＣＰＵ４００が特定してもよい。最も値の小さい１つ以上のサンプリング値を除外することで、転写ベルト８に存在するキズやグロスのムラ、ノイズの影響を緩和することができる。このように、ＣＰＵ４００やＡ／Ｄコンバータは、像担持体を回転させながら、下地からの反射光を受光したときに受光手段から出力される出力電圧をサンプリングする第２サンプリング手段の一例である。また、ＣＰＵ４００は、サンプリングされた複数の出力電圧のうちの最小値又は最小値の次に最小となる出力電圧を受光手段から出力された出力電圧として選択する選択手段の一例でもある。

ステップＳ１００３で、ＣＰＵ４００は、所定の駆動電流Ｘ０を発光部５２に通電し、そのときの出力電圧Ａ０を測定する。なお、Ａ０の値は、例えば、ゼロである。ステップＳ１００４で、ＣＰＵ４００は、駆動電流Ｘｍ、出力電圧Ａm_min、駆動電流Ｘ０及び出力電圧Ａ０から、下地に関する駆動電流と出力電圧との関係を表す第１関数Ａref（ｘ）を決定する。その後、ステップＳ６０８に進む。なお、ＣＰＵ４００は、第１関数を決定する第１関数決定手段の一例である。第１関数Ａref（ｘ）は、例えば、次式により表現できる。
Ａref（ｘ）＝（Ａm_min − Ａ０）／（Ｘｍ − Ｘ０）×ｘ ＋ Ａ０
図１１は、駆動電流Ｘｔやしきい値Ｔｈの決定処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、駆動電流Ｘｔやしきい値Ｔｈの決定処理（Ｓ６０８）をサブルーチンとして説明する。なお、すでに説明した個所には同一の参照符号を付すことで説明を簡潔にする。ステップＳ８０１でトナーパターンが形成されると、ステップＳ１１０１へ進む。ステップＳ１１０１で、ＣＰＵ４００は、出力電圧Ｘｍを基準として複数の駆動電流Ｘｎを決定する。例えば、ＣＰＵ４００は、ＲＯＭ１１１に記憶されている光量テーブルから、出力電圧Ｘｍに対応して登録されている複数の駆動電流Ｘｎを読み出す。

図１２は、実施形態に係る光量テーブルの一例を示す図である。ここでは、初期の駆動電流Ｘmaxが１００ｍＡであり、１回の減少幅である所定量Ｘdownが２０ｍＡであることを想定している。それゆえ、基準となる駆動電流が４種類存在する。また、光量テーブルには、１つの基準出力電圧に対して、５種類の駆動電流が関連付けて登録されている。なお、光量テーブルに登録されている数値の内容や数は、単なる例示に過ぎない。

ステップＳ１１０２で、ＣＰＵ４００は、決定された複数の駆動電流Ｘｎを切り換えながら発光部５２へ通電し、対応する出力電圧Ｂｎを測定する。ステップＳ１１０３で、ＣＰＵ４００は、測定された複数の出力電圧Ｂｎと、対応する駆動電流Ｘｎとを用いて、上述した第２関数Ｂrefを決定する。必要であれば、駆動電流Ｘｍ、Ｘ０、対応する出力電圧Ｂｍ、Ｂ０がさらに採用されてもよい。もちろん、駆動電流Ｘｎには駆動電流Ｘｍ、Ｘ０が含まれ、出力電圧Ｂｎには出力電圧Ｂｍ、Ｂ０が含まれうることは、光量テーブルからも明らかであろう。ステップＳ１１０３を実行した後は、上述したステップＳ８０４、Ｓ８０５を実行する。

このように、ＣＰＵ４００は、第１駆動電流と前２駆動電流とに加え、第１駆動電流を基準として選定された１以上の他の駆動電流を用いて対応する出力電圧を測定することで、線形の第２関数を決定する第２関数決定手段の一例である。

図１３は、実施形態に係る駆動電流の変化とサンプリングとの関係を例示した図である。この例では、時刻ｔ０から現像剤に関する出力電圧のサンプリングが開始され、時刻ｔ７に終了するものとする。時刻ｔ０乃至ｔ２まで、駆動電流Ｘ１が適用される。ただし、時刻ｔ０ないしｔ１までは、発光部５２に備えられる発光素子の発光光量が安定しないので、サンプリングを見合わせることが望ましい。時刻ｔ０ないしｔ１までの時間を光量安定時間Ｔｗ１と呼ぶことにする。

時刻ｔ１乃至ｔ２において、ＣＰＵ４００は、サンプリング間隔Ｔｓでもってｎ個のサンプリング値を取得する。以降、時刻ｔ２乃至ｔ３まで、駆動電流Ｘ２が適用される。時刻ｔ３乃至ｔ４まで、駆動電流Ｘ３が適用される。時刻ｔ４乃至ｔ５まで、駆動電流Ｘ４が適用される。時刻ｔ５乃至ｔ６まで、駆動電流Ｘ５が適用される。なお、時刻ｔ６乃至ｔ７までは、読み取り余裕時間Ｔｗ２として、サンプリングが実行されない。このようなウエイトは、実施形態１や２における下地やトナーパターンに関する出力電圧の測定に適用されてもよいことはいうまでもない。なお、光量調整用パターンの長さは、時刻ｔ０乃至ｔ７までの時間に転写ベルト８の周速度を乗算したものとなる。

なお、取得されたサンプリング値は、すべて採用されなくてもよい。例えば、ＣＰＵ４００は、各区間において得られたｎ個のサンプリング値のうち、最小値と最大値を除いた残りのｎ−２個のサンプリング値から平均値を求めてもよい。このように、ＣＰＵ４００やＡ／Ｄコンバータは、像担持体を回転させながら、現像剤像からの反射光を受光したときに受光手段から出力される出力電圧をサンプリングする第１サンプリング手段の一例である。また、ＣＰＵ４００は、サンプリングされた複数の出力電圧のうち、最小値と最大値とを除いた残りの出力電圧の平均値を受光手段から出力された出力電圧として算出する算出手段の一例である。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数の駆動電流を切り換えながら出力電圧を測定することで、転写ベルトのグロスムラやトナーパターンのムラの影響を抑制できる。よって、第２関数の決定精度を向上させることができる。

さらに、複数回のサンプリングを適用し、最小値と最大値とを除いた残りの出力電圧の平均値を採用することで、出力電圧の測定精度が向上する。また、これによって、第２関数の決定精度も向上しよう。

実施形態３では、像光量に関してサンプリングを適用する事例について説明したが、もちろん、下地光量に関してもサンプリングが採用されてもよい。

また、実施形態３では、第２関数Ｂrefを決定するために光量テーブルを使用したが、第１関数を決定する際にも光量テーブルが使用されてもよい。すなわち、ＣＰＵ４００は、駆動電流Ｘｍを基準として選定された１以上の他の駆動電流Ｘｎを決定し、駆動電流Ｘｎに対応する出力電圧Ａｎを決定する。そして、ＣＰＵ４００は、駆動電流Ｘｎ及び出力電圧Ａｎから第１関数Ａrefを決定する。なお、駆動電流Ｘｎには駆動電流Ｘｍ、Ｘ０が含まれ、出力電圧Ａｎには出力電圧Ａｍ、Ａ０が含まれうることは明らかであろう。このように、ＣＰＵ４００は、第１駆動電流と第２駆動電流とに加え、第１駆動電流を基準として選定された１以上の他の駆動電流を用いて対応する出力電圧を測定することで線形の第１関数を決定する第１関数決定手段の一例である。これにより、第１関数や各種パラメータの決定精度が向上することになる。

上述した実施形態では、画像形成装置及びその制御方法に本発明を適用したが、本発明に係る技術思想は、画像形成装置とは無関係の発光装置、光量調整装置又は光量調整方法にも適用できる。

実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す断面図である。 画像形成時における画像と画像先端検出用パターンとの位置関係及び光学センサの配置位置を示す図である。 実施形態に係るパターン検知センサの一例を示す図である。 実施形態に係る画像位置補正制御ユニットの概略ブロック図である。 発光部に通電される駆動電流と受光部からの出力電圧との関係の一例を示す図である。 実施形態に係る画像形成装置の制御方法（光量調整シーケンス）の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係る目標出力電圧としきい値との調整方法の概念を説明するための図である。 駆動電流Ｘｔやしきい値Ｔｈの決定処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係る目標出力電圧としきい値との調整方法の概念を説明するための図である。 実施形態に係る画像形成装置の制御方法（光量調整シーケンス）の一例を示すフローチャートである。 駆動電流Ｘｔやしきい値Ｔｈの決定処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係る光量テーブルの一例を示す図である。 実施形態に係る駆動電流の変化とサンプリングとの関係を例示した図である。

Claims (14)

1. 像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光の光量から記録媒体に対する現像剤像の形成位置を調整する画像形成装置であって、
   前記像担持体に照射する光を発光する発光手段と、
   前記像担持体の下地により反射された反射光を受光する受光手段と、
   前記発光手段に流される駆動電流の値を変化させながら、前記受光手段から出力される出力電圧を監視することで、前記受光手段からの出力電圧を飽和させない発光光量を決定する発光光量決定手段と、
   前記出力電圧を飽和させない発光光量が得られたときに前記発光手段に流された第１駆動電流と、前記第１駆動電流を前記発光手段に流したときに前記受光手段から出力された第１出力電圧と、前記第１駆動電流よりも小さい第２駆動電流と、前記第２駆動電流を前記発光手段に流したときに前記受光手段から出力された第２出力電圧とに基づいて、前記受光手段から出力される出力電圧の目標となる目標出力電圧が得られる電流値を決定する電流値決定手段と、
   を含むことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記発光光量決定手段は、前記発光手段に流される駆動電流の値を、前記受光手段からの出力電圧を飽和させうる値から段階的に減少させ、前記受光手段からの出力電圧が、飽和した出力電圧未満となったときの発光光量を特定することを特徴と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. 前記発光光量決定手段は、前記発光手段に流される駆動電流の値を、前記受光手段からの出力電圧を飽和させうる値から段階的に減少させ、前記発光手段に流される駆動電流の減少に対する前記受光手段からの出力電圧の変化率が所定値以上になったときの発光光量を特定することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記発光光量決定手段は、前記発光手段に流される駆動電流の増加に対する前記受光手段からの出力電圧の変化率が所定値以下になったときの発光光量を特定することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記電流値決定手段は、前記第１駆動電流、前記第１出力電圧、前記第２駆動電流、前記第２出力電圧とに基づいて、駆動電流と出力電圧との関係を表わす第１関数を決定する第１関数決定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記第１関数決定手段は、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流とに加え、前記第１駆動電流を基準として選定された１以上の他の駆動電流を用いて対応する出力電圧を測定することで、線形の前記第１関数を決定することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記電流値決定手段は、前記第１駆動電流を前記発光手段に流し、かつ、前記像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光を受光したときに前記受光手段から出力される第３出力電圧と、前記第２駆動電流を前記発光手段に流し、かつ、前記像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光を受光したときに前記受光手段から出力される第４出力電圧と、前記第１駆動電流と、前記第２駆動電流とから、前記現像剤像に関する駆動電流と出力電圧との関係を表す第２関数を決定する第２関数決定手段をさらに備え、
   任意の駆動電流の値を前記第１関数に代入したときに得られる出力電圧と、前記任意の駆動電流の値を前記第２関数に代入したときに得られる出力電圧との差が予め定められた値となるときに、前記第１関数から得られた前記出力電圧の値を前記目標出力電圧として決定することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
8. 前記第２関数決定手段は、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流とに加え、前記第１駆動電流を基準として選定された１以上の他の駆動電流を用いて対応する出力電圧を測定することで、線形の前記第２関数を決定することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記第２関数を決定するために使用される現像剤は、前記画像形成装置が備えるそれぞれ色の異なる現像剤のうち、反射率が最大の現像剤であることを特徴とする請求項７又は８に記載の画像形成装置。
10. 前記像担持体を回転させながら、現像剤像からの反射光を受光したときに前記受光手段から出力される出力電圧をサンプリングする第１サンプリング手段と、
    サンプリングされた複数の前記出力電圧のうち、最小値と最大値とを除いた残りの出力電圧の平均値を前記受光手段から出力された出力電圧として算出する算出手段と
    をさらに含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記第１関数の値が前記目標出力電圧となるときの駆動電流を前記第２関数に代入して得られた出力電圧と、前記目標出力電圧との間に位置する電圧値を、前記下地と前記現像剤像とを区別するためのしきい値として決定するしきい値決定手段をさらに含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記像担持体を回転させながら、前記下地からの反射光を受光したときに前記受光手段から出力された出力電圧をサンプリングする第２サンプリング手段と、
    サンプリングされた複数の前記出力電圧のうちの最小値又は該最小値の次に最小となる出力電圧を前記受光手段から出力された出力電圧として選択する選択手段と
    をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
13. 前記第２駆動電流の値はゼロであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
14. 像担持体に照射する光を発光する発光手段と、前記像担持体の下地により反射された反射光を受光する受光手段とを備え、前記像担持体上に形成された現像剤像により反射された反射光の光量から記録媒体に対する現像剤像の形成位置を調整する画像形成装置の制御方法であって、
    前記発光手段に流される駆動電流の値を変化させながら、前記受光手段から出力される出力電圧を監視することで、前記受光手段からの出力電圧を飽和させない発光光量を決定する発光光量決定工程と、
    前記出力電圧を飽和させない発光光量が得られたときに前記発光手段に流された第１駆動電流と、前記第１駆動電流を前記発光手段に流したときに前記受光手段から出力される第１出力電圧と、前記第１駆動電流よりも小さい第２駆動電流と、前記第２駆動電流を前記発光手段に流したときに前記受光手段から出力される第２出力電圧とに基づいて、前記受光手段から出力される出力電圧の目標となる目標出力電圧が得られる電流値を決定する電流値決定工程と
    を含むことを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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