JP2009069266A

JP2009069266A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2009069266A
Application number: JP2007235234A
Authority: JP
Inventors: So Hirota; 創廣田; Tetsuya Sakai; 哲也酒井; Takashi Harashima; 隆原島; Kazutomi Sakatani; 一臣坂谷; Masahiro Mitsusaki; 雅弘光崎
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: US20090067857A1; US8090281B2; JP4420090B2

Abstract

【課題】搬送ベルトや中間転写ベルト等の速度ムラが生じても階調補正を正確に行う画像形成装置を提供する。
【解決手段】タンデム型のカラー画像形成装置でにおいて、副走査方向に沿って階調レベルが変化するトナーパターン５０１Ｋ、５０１Ｃを中間転写体上に形成し、トナーパターン５０１Ｋ、５０１Ｃと同色のトナーパターンであって、トナーパターン５０１Ｋ、５０１Ｃの相異なる複数の階調レベル部分とそれぞれ主走査方向に並ぶ複数の部分トナーパターンからなるトナーパターン５０２Ｋ、５０２Ｃを中間転写体上に形成する。トナーパターン５０２Ｋ、５０２Ｃの部分トナーパターン毎に、副走査方向における位置を特定し、当該位置毎に、トナーパターン５０１Ｋ、５０１Ｃの階調レベル部分の濃度を検出する。そして検出された濃度と当該階調レベル部分との関係に基づいて、画像形成時に画像データの階調を補正する。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、精度良く階調補正を行う技術に関する。

タンデム型のカラー画像形成装置においては、優れた画質を実現するために、画像安定化処理として、レジスト補正処理や階調補正処理などが実行される。画像安定化処理によって画像形成が遅延するとユーザの利便性が損なわれるので、画像安定化処理に要する時間はできる限り短いのが望ましい。
このような要請に対して、例えば、搬送ベルト上に色ずれ検出パターンと濃度検出パターンとを形成し、色ずれ補正制御処理とハーフトーン濃度制御処理とを並行して同時に実行する技術が開発されている（特許文献１を参照）。また、階調補正に際して階調が連続的に変化する階調パッチを中間転写ベルト上に形成する技術も開発されている（特許文献２を参照）。
特開２００２−０１４５０５号公報特開２００４−０７７８７３号公報

しかしながら、色ずれ検出パターンを搬送ベルト上に形成したり、濃度パッチを中間転写ベルト上に形成したりする場合、搬送ベルトや中間転写ベルトの速度ムラ等が発生して、色ずれ検出パターンや濃度パッチの形成位置が変動することがある。このような形成位置の変動が発生すると所期の濃度を検出することができなくなって、正確な階調補正が行えないので、優れた画質を実現することができない。

本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、搬送ベルトや中間転写ベルト等の速度ムラが生じても階調補正を正確に行う画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、搬送体にてトナー像または記録シートを搬送するタンデム型のカラー画像形成装置であって、副走査方向に階調レベルが変化するトナーパターンを搬送体上に形成するトナーパターン形成手段と、前記トナーパターンと同色のトナーマーカーであって、前記トナーパターンの複数の階調レベル部分と主走査方向に対向する位置それぞれに、その位置を示すトナーマーカーを搬送体上に形成するトナーマーカー形成手段と、前記トナーマーカーを読み取って、副走査方向における位置を特定する位置特定手段と、特定された副走査方向における位置毎に、トナーパターンの濃度を検出する濃度検出手段と、濃度検出手段にて検出された濃度と当該位置の階調レベルとの関係に基づいて、画像形成時に画像データの階調を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

このようにすれば、搬送ベルトや中間転写ベルト、感光体ドラム等に速度ムラが生じても、第２トナーパターンを参照することによって副走査方向における位置を特定するので、第１トナーパターンの所望の階調レベル部分の濃度を検出して、精度良く階調補正することができる。
この場合において、前記トナーマーカーは、何れも主走査方向を長手方向とする短冊状になっており、主走査方向に対向する前記トナーパターンの階調レベル部分よりも、副走査方向における幅が小さいとすれば好適である。

また、前記トナーパターンは、副走査方向に沿って階調レベルが１ずつ変化するとすれば、第１トナーパターンの階調レベル部分の濃度をより高い精度で検出することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について、タンデム型のカラー画像形成装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］画像形成装置の構成
先ず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋ、中間転写ベルト１０２、給紙装置１２０、制御部１２１、定着器１２２、排紙部１２３及び原稿読取装置１２４を備えている。また、作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋはそれぞれ感光体１０３Ｙ〜１０３Ｋを備えている。

原稿読取装置１２４は原稿を読み取って、画像データを生成する。制御部１２１は画像読取装置１２４や外部のパソコン等から画像データを受け付けて画像処理を施す。また、制御部１２１は作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋを制御する。
作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋは、作像すべき画像データに応じて、それぞれイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びブラック（Ｋ）の各色のトナー像を感光体１０３Ｙ〜１０３Ｋ上に作像し、中間転写ベルト１０２上に転写する。

中間転写ベルト１０２上のトナー像は、給紙装置１２０が供給した記録紙に転写され、定着器１２２にて熱定着された後、排紙部１２３に排出される。
図２は、画像形成装置１の作像ユニット及び中間転写ベルト付近を拡大した正面図である。図２に示されるように、画像形成装置１は第１転写装置１０８Ｙ〜１０８Ｋ、光学センサ１０９、第２転写ローラ１１０、駆動ローラ１１１、巻き掛けローラ１１２、圧接ローラ１１３及びクリーナ１１４を更に備えている。

また、作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋは帯電器１０４Ｙ〜１０４Ｋ、露光器１０５Ｙ〜１０５Ｋ、現像器１０６Ｙ〜１０６Ｋ及びクリーナ１０７Ｙ〜１０７Ｋを更に備えている。
さて、画像形成装置１の画像形成動作について更に詳述する。作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋは画像データを受け付けると、それぞれ露光器１０５Ｙ〜１０５Ｋにて感光体１０３Ｙ〜１０３Ｋ上に静電潜像が形成される。静電潜像は現像器１０６Ｙ〜１０６Ｋにて現像され、各色のトナー像となる。トナー像は第１転写装置１０８Ｙ〜１０８Ｋにて中間転写ベルト１０２上に重畳して転写される。

中間転写ベルト１０２は第２転写ローラ１１０、駆動ローラ１１１及び巻き掛けローラ１１２の間に架設されており、駆動ローラ１１０の回転によって矢印ａ方向に一定速度で移動する。また、中間転写ベルト１０２を挟んで第２転写ローラ１１０に対向するように圧接ローラ１１３が配置されている。
中間転写ベルト１０２と圧接ローラ１１３との間に形成されるニップ部Ｎに向けて記録紙Ｐが搬送される。中間転写ベルト１０２上のトナー像は、第２転写ローラ１１０の作用によりニップ部Ｎにおいて記録紙Ｐ上に転写される。その後、記録紙Ｐは定着器１２２にてトナー像を定着され、排紙部１２３へと排出される。

画像安定化処理を行う場合には、作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋにて後述のようなトナーパターンを形成し、中間転写ベルト１０２上に転写する。中間転写ベルト１０２上に転写されたトナーパターンは光学センサ１０９によって検出される。光学センサ１０９は中間転写ベルトに光を照射し、その反射光量を検出することによってトナー付着量などを検出する。

画像安定化処理に用いるトナーパターンは記録紙Ｐには転写されずに、中間転写ベルト１０２の移動に伴って移動し、クリーナ１１４にて掻き取られて、廃棄される。クリーナ１１４は、通常の画像形成において記録紙Ｐに転写され残った残トナーも掻き取って廃棄する。
［２］画像処理
次に、制御部１２１が実行する画像処理について説明する。

図３は、制御部１２１が実行する主要な画像処理を示すフローチャートである。図３に示されるように、制御部１２１は画像データを受け付けると（Ｓ３０１）、色変換処理を実行して、８ビットのＣＭＹＫ信号に変換する（Ｓ３０２）。
次に、制御部１２１は階調補正テーブルを参照して階調を補正する（Ｓ３０２）。階調補正は、画像形成装置１の製造時のばらつきや環境条件、経年変化などに起因する感光体の感度特性や現像特性の変動を補償して、常に安定した階調特性を維持するために行なわれる。階調補正時に参照される階調補正テーブルは画像安定化処理の際に更新される。

その後、制御部１２１はハーフトーン処理としてディザ、誤差拡散などの処理を施したビデオ信号を生成する。当該ビデオ信号に従って露光器１０５Ｙ〜１０５Ｋは半導体レーザをＯＮ／ＯＦＦ制御して感光体を露光する。
［３］画像安定化処理
次に、画像安定化処理に関し、特に階調補正テーブルの更新に関する処理について説明する。画像安定化処理は電源ＯＮ後など、あらかじめ決められたタイミングで行なわれる。

図４は、画像安定化処理を示すフローチャートである。図４に示されるように、画像安定化処理において、画像形成装置１は先ずテストパターンを中間転写ベルト１０２上に形成する。
テストパターンは、図５に示されるように、中間転写ベルトの両端部にそれぞれ配置される連続階調パターンと位置検出パターンからなる。連続階調パターンと位置検出パターンとはＣＭＹＫの色毎に対をなしており、例えば、Ｋの連続階調パターン５０１Ｋと位置検出パターン５０２Ｋとは副走査方向（中間転写ベルト移動方向）において同じ位置であって、それぞれ中間転写ベルトの両端に形成される。

連続階調パターンは副走査方向を長手方向とする短冊状のトナーパターンであって、主走査方向の幅は２５６ドットである、また、連続階調パターンは長手方向に沿って１６ドット毎に階調レベルがひとつずつ変化する（シリーズグラデーション）。このため、副走査方向における階調変化が小さいので、光学センサ１０９によって階調を精度良く検出することができる。

位置検出パターンは、主走査方向（副走査方向に直交する方向）を長手方向とする長さ２００ドット、幅２４ドットの線分が副走査方向に１７本だけ配置されてなる。
図６は、連続階調パターンと位置検出パターンとの位置関係を示す図である。図６に示されるように、位置検出パターンの各線分はそれぞれ連続階調パターンの相異なる階調部分に対応する位置に形成される。本実施の形態においては、連続階調パターンの階調０、１５、・・・、１１１、１２７、１４３、・・・、２３９、２５５の各部分にそれぞれ副走査方向において重心を同じくする位置に各線分Ｉ−０、Ｉ−１５、Ｉ−３１、・・・、Ｉ−２３９、Ｉ−２５５が形成される。

さて、感光体ドラムや中間転写ベルトの移動速度にムラが生じて、連続階調パターンや位置検出パターンの副走査方向における位置が変動しても、連続階調パターンと位置検出パターンの副走査方向における相対的な位置関係は変動しない。
従って、位置検出パターンの各線分の位置から連続階調パターンの所定の階調値をもつ部分を特定することができる。

例えば、位置検出パターンの線分ごとに副走査方向における重心位置を求め、その位置における連続階調パターンの階調値を測定すれば、どのように階調補正すれば良いかを知ることができる。
なお、重心位置は、例えば、光学センサ１０９の出力信号を適当な閾値を超過する（１）か否（０）かで量子化し、連続して超過する部分について時間座標における座標値の加算平均を求めれば良い。

図７は、時間座標における重心の座標値と対応する連続階調パターンの濃度検出値との関係を例示するグラフである。図７では、連続階調パターンの高濃度部分から低濃度部分へと濃度を検出する場合が示されており、最高濃度部分を検出した時刻ｔ２５５よりも最低濃度部分を検出した時刻ｔ０の方が後になっている。
時刻ｔ０は連続階調パターンの階調値０の部分を検出した時刻であり、時刻ｔ２５５は階調値２５５を検出した時刻である。このことから、画像形成装置１にて印刷しようとした階調値と光学センサ１０９にて検出された濃度値との関係が分かる。

図８は、画像形成装置１にて印刷しようとした階調値と光学センサ１０９にて検出された濃度値との関係（階調特性曲線）を例示する図である。上述のように、この階調特性曲線は、中間転写ベルトの速度ムラ等により発生する副走査方向の位置変動の影響と排除した階調特性を示している。
さて、図４に戻る。上述のようにして、階調特性を求めたら（Ｓ４０４）、階調補正テーブルを求める（Ｓ４０５）。図９は、階調特性曲線と階調補正曲線との関係を例示するグラフである。階調特性曲線が関数ｆ（ｘ）で表わされるとすると、例えば、階調補正曲線は１／ｆ（ｘ）とすれば良い。なお、ｘは階調補正前の階調値である。

このようにして新たな階調補正テーブルを求め（Ｓ４０５）、階調補正テーブルを更新する（Ｓ４０６）。以後、階調補正は新たな階調補正テーブルを参照して行われる。
［４］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。

（１）上記実施の形態においては、連続階調パターンのうち１７点の濃度値を検出することによって階調特性曲線を求めているが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
例えば、位置検出パターンの線分数は１７本のままとして、隣り合う線分間を等分することによって連続階調パターンのすべての階調について光学センサにて濃度値を検出しても良い。また、位置検出パターンの線分数は１７本以外であっても良い。

（２）上記実施の形態においては、連続階調パターンの検出濃度値のうちどのタイミングの値を参照するかを決めるために位置検出パターンを用いたが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
例えば、階調補正のための位置検出と各色の位置補正とを同時に行っても良い。図１０は、位置検出と位置補正とを同時に行う場合に用いるテストパターンを示す図である。図１０に示されるようなテストパターンを用いれば、位置検出パターンにおけるブラックの線分検出時刻と他色（シアン、マゼンタ、イエロー）の線分検出時刻との差分を求めることによって、ブラックと他色との位置ズレを検出することができる。

この検出結果を各色の印字タイミング制御にフィードバックすることでカラー画像を形成する際の色ずれを解消することができる。
（３）上記実施の形態においては連続階調パターンにおいて階調レベルを１つずつ変化させる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて階調レベルを２以上ずつ変化させても良い。このようにすれば、連続階調パターンの副走査方向における長さを短くすることができるので、画像安定化処理に要する時間を短縮することができる。

また、上記実施の形態においては、連続階調パターンにおいては階調レベルが副走査方向に沿って順に低下する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、副走査方向に沿って上昇しても良い。また、上昇と低下の両方をしても良い。
何れの場合においても、位置検出パターンを用いることによって中間転写ベルトの速度ムラ等による精度の低下を防止するという本発明の効果は同じである。

なお、光学センサが濃度値を検出する精度は検出対象とするパターンの周囲の状態の影響を受けるところ、階調レベルを１つずつ変化させれば周囲との濃度さが小さいので、濃度値の検出精度を向上させることができる。また、階調レベルを同じくする領域の副走査方向における長さを小さくすることもできる。
（４）上記実施の形態においては、中間転写ベルトにテストパターンを転写する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。

例えば、記録紙を搬送する搬送ベルト上にテストパターンを転写し、これを検出することによって階調特性曲線を求めても良い。図１１は、本変形例に係る画像形成装置の構成を示す図である。図１１に示されるように、画像形成装置１１はタンデム方式のフルカラー複写機であって、自動原稿搬送（ADF: Automatic Document Feeder）部１１００、画像読取部１２００及び画像形成部１３００を備えている。

また、画像形成部１３００は露光器１３０１、現像器１３０２Ｋ〜１３０２Ｃ、転写チャージャ１３０３Ｋ〜１３０３Ｙ、搬送ベルト１３０４、感光体１３０５Ｋ〜１３０５Ｙ、定着器１３０６、給紙カセット１３０７ａ〜１３０７ｃ、排紙部１３０８及び光学センサ１３０９を備える。
画像形成部１３００は、露光器１３０１にて感光体１３０５Ｋ〜１３０５Ｙにテストパターンの静電潜像を形成する。感光体１３０５Ｋ〜１３０５Ｙに形成されたテストパターンの静電潜像は、現像器１３０２Ｋ〜１３０２Ｃにて現像され、トナーパターンとなる。

現像されたテストパターンは、転写チャージャ１３０３Ｋ〜１３０３Ｙにて搬送ベルト１３０４上に転写される。光学センサ１３０９は搬送ベルト１３０４上のテストパターンを検出する。その後、テストパターンはクリーナ（図示省略）にて掻き取られる。
なお、通常の画像形成を行う際には、給紙カセット１３０７ａ〜１３０７ｃの何れかから給紙された記録紙が搬送ベルト１３０４上に静電吸着された状態で感光体１３０５Ｋ〜１３０５Ｙからトナーパターンを転写され、定着器１３０６にてトナーパターンを定着された後、排紙部１３０８に排出される。

このように搬送ベルト１３０４上にテストパターンを形成しても、上記実施の形態と同様にして、搬送ベルトの速度ムラ等の影響を排除しながら、階調特性曲線を求めて、階調補正テーブルを更新することができる。
（５）上記実施の形態においては特に言及しなかったが、位置検出パターンを階調特性の検出に併せて、レジスト補正に用いても良い。すなわち、Ｋのテストパターン形成位置とＣＭＹのテストパターン形成位置とを検出して、Ｋとの間の位置ズレを補正しても良い。

（６）上記実施の形態においては、位置検出パターンの各線分の重心位置を求めることによって、連続階調パターンの所望の階調レベルの位置を特定したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、重心に代えて、各線分のエッジ位置など重心以外の特徴点を用いて連続階調パターンの所望の階調レベルの位置を特定しても良い。

本発明に係る画像形成装置は、精度良く階調補正を行う技術として有用である。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。画像形成装置１の作像ユニット及び中間転写ベルト付近を拡大した正面図である。画像形成装置１の制御部１２１が実行する主要な画像処理を示すフローチャートである。画像形成装置１が実行する画像安定化処理を示すフローチャートである。画像形成装置１が画像安定化処理に用いるテストパターンを示す図である。画像形成装置１が用いるテストパターンに含まれる連続階調パターンと位置検出パターンとの位置関係を示す図である。位置検出パターンの重心位置にて特定される時刻と連続階調パターンの濃度検出値との関係を例示するグラフである。階調特性曲線を例示するグラフである。階調特性曲線と階調補正曲線との関係を例示するグラフである。本発明の変形例（２）に係るテストパターンを示す図である。本発明の変形例（４）に係る画像形成装置の構成を示す図である。

符号の説明

１、１１………………………………………………画像形成装置
１０１Ｙ〜１０１Ｋ…………………………………作像ユニット
１０２…………………………………………………中間転写ベルト
１０３Ｙ〜１０３Ｋ、１３０５Ｋ〜１３０５Ｃ…感光体
１０４Ｙ〜１０４Ｋ…………………………………帯電器
１０５Ｙ〜１０５Ｋ、１３０１……………………露光器
１０６Ｙ〜１０６Ｋ、１３０２Ｋ〜１３０２Ｃ…現像器
１０７Ｙ〜１０７Ｋ…………………………………クリーナ
１０８Ｙ〜１０８Ｋ…………………………………第１転写装置
１０９、１３０９……………………………………光学センサ
１１０…………………………………………………第２転写ローラ
１１１…………………………………………………駆動ローラ
１１２…………………………………………………巻き掛けローラ
１１３…………………………………………………圧接ローラ
１１４…………………………………………………クリーナ
１２０…………………………………………………給紙装置
１２１…………………………………………………制御部
１２２、１３０６……………………………………定着器
１２３、１３０８……………………………………排紙部
１２４…………………………………………………原稿読取装置
５０１…………………………………………………連続階調パターン
５０２…………………………………………………位置検出パターン
１１００………………………………………………自動原稿搬送部
１２００………………………………………………画像読取部
１３００………………………………………………画像形成部
１３０３Ｋ〜１３０３Ｃ……………………………転写チャージャ
１３０４………………………………………………搬送ベルト
１３０７ａ〜１３０７ｃ……………………………給紙カセット

Claims

搬送体にてトナー像または記録シートを搬送するタンデム型のカラー画像形成装置であって、
副走査方向に階調レベルが変化するトナーパターンを搬送体上に形成するトナーパターン形成手段と、
前記トナーパターンと同色のトナーマーカーであって、前記トナーパターンの複数の階調レベル部分と主走査方向に対向する位置それぞれに、その位置を示すトナーマーカーを搬送体上に形成するトナーマーカー形成手段と、
前記トナーマーカーを読み取って、副走査方向における位置を特定する位置特定手段と、
特定された副走査方向における位置毎に、トナーパターンの濃度を検出する濃度検出手段と、
濃度検出手段にて検出された濃度と当該位置の階調レベルとの関係に基づいて、画像形成時に画像データの階調を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
前記トナーマーカーは、何れも主走査方向を長手方向とする短冊状になっており、
主走査方向に対向する前記トナーパターンの階調レベル部分よりも、副走査方向における幅が小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記トナーパターンは、副走査方向に沿って階調レベルが１ずつ変化する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。