JP2010039126A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナーパッチＰの下地の反射光出力を特定するために、中間転写ベルトを１周させてバックグラウンドデータを取得し、さらにトナーパッチＰを形成した状態でもう１周させて濃度補正用データを取得する方法がある。しかしながら、この方法では濃度補正用データを取得するために中間転写ベルトを余分に回転させるため、制御時間を要する。
【解決手段】 センサ４１で中間転写ベルト２７の１周プロファイルを取得した後、紙間を検知して基準プロファイルを取得する。１周プロファイルのうち基準プロファイルに相当する反射光出力をデータ間のパターンマッチングにより特定し、特定された反射光出力とトナーパッチＰとの中間転写ベルト２７上での位置関係によりトナーパッチＰの下地の反射光出力を特定する。トナーパッチＰを検知した時の検知結果と下地の反射光出力とに基づいて、トナーパッチＰの濃度を算出する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、記録材に形成されるべきページ画像を担持する像担持体の反射光量を特定する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を採用した複写機、プリンタの画像の濃度補正は、感光ドラムや中間転写体などの像担持体に濃度補正用トナー像（トナーパッチ）を形成し、光学式センサによりトナーパッチを検知して、補正データを作成することによって行われていた。

トナーパッチの濃度を求める場合、トナーパッチが形成される位置における像担持体、所謂下地からの反射光分を予め把握しておく必要がある。なぜなら、トナーパッチを検知した時のセンサ出力には、下地からの反射光分も含まれているからである。感光ドラムや中間転写体は光沢を有しているため、照射された光のかなりの光量が反射し、光学式センサに読み取られる。特に、低濃度の画像はトナーの量を少なくすることによって画像表現をするため、低濃度のトナーパッチは高濃度のトナーパッチに比べて下地の露出度が高い。そのため、低濃度トナーパッチの濃度を正確に算出するためには、下地からの反射光分を考慮してトナーパッチの濃度を検出する必要がある。

そこで従来は、像担持体にホームポジションマークを設け、それを光学式センサで検知し、ホームポジションマークとトナーパッチとの像担持体１周における位置関係から、下地の反射光分を特定する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。この方法では、予め像担持体１周の表面状態をプロファイルしておき、ホームポジションマークとトナーパッチとの位置関係及び予め検知されていた像担持体１周の表面状態のプロファイルに基づいて、トナーパッチの下地の反射光出力を特定する。そして、トナーパッチの検知結果と下地の反射光分とに基づいて、トナーパッチの濃度を検出する。

また、上記のようなホームポジションマークを設けない装置についても提案されている（例えば、特許文献２）。この装置では、中間転写体１周分のバックグラウンドデータ（下地データ）及びトナーパッチを形成した状態で中間転写体１周分の画像濃度検知データを測定する。バックグラウンドデータと画像濃度検知データとの相関関数から、両データの位置合わせを行い、位置合わせの結果に基づいてトナーパッチが形成された位置におけるバックグラウンドデータを特定する。
特開２００５−３４５７４０号公報 特開２００５−１４８２９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された画像形成装置では、ホームポジションマークが脱落あるいは磨耗により失われると、下地の反射光を考慮した濃度補正が行えなくなるという課題がある。また、ホームポジションマークの取り付けるためのコストがかかるという課題もある。

一方、特許文献２に記載の画像形成装置には、バックグラウンドデータを取得した後、トナーパッチを形成した状態でさらに中間転写体をもう１周させて濃度補正用データを取得しなければならず、濃度補正に時間を要するという課題がある。

そこで、本発明は、簡易な構成で像担持体上の任意の位置における像担持体の反射光量を短時間で特定することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、記録材に形成されるべき画像を担持する像担持体と、画像データに基づいて前記記録材に形成されるべき前記画像を前記像担持体上に形成する像形成手段と、前記像担持体に対して光を照射し、その反射光を検知する検知手段と、前記像形成手段により画像形成されていない状態での前記像担持体の複数の位置における反射光の検知結果を記憶する記憶手段と、前記像形成手段により画像を形成する際に、前記像担持体上に前記画像が形成されない画像間における前記像担持体からの反射光を前記検知手段に検知させ、この検知結果と前記記憶手段に記憶された検知結果に基づいて、前記像担持体の任意の位置における反射光の検知結果を特定する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で像担持体上の任意の位置における像担持体の反射光量を短時間で特定することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る実施形態を図面に即して更に詳しく説明する。

（画像形成部の説明）
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の断面図である。同図の画像形成装置は、電子写真方式のカラー画像形成装置の一例であり、中間転写ベルト２７（像担持体）を使用したイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色タンデム方式のカラー画像形成装置である。

レーザ光源２４は図示しない原稿読取部からのデジタル信号に基づいて発光し、一次帯電器２３で均一に帯電された感光ドラム２２に静電潜像を形成する。本実施形態のタンデム方式の画像形成装置は、各色に対応するレーザ光源２４Ｙ（イエロー用）、２４Ｍ（マゼンタ用）、２４Ｃ（シアン用）、２４Ｋ（ブラック用）と、感光ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋが備えられている。これらの感光ドラム２２はアルミシリンダの外周に有機光導伝層を塗布して構成される。また、図示しない駆動モータの駆動力が伝達されて回転されるもので、駆動モータは感光ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋを画像形成動作に応じて反時計周り方向に回転させる。

感光ドラム２２に形成された静電潜像は現像器２６によってトナー像で可視化される。ステーション毎にイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の現像を行う４個の現像器２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋを備える構成で、各現像器には、スリーブ２６ＹＳ、２６ＭＳ、２６ＣＳ、２６ＫＳが設けられている。

各感光ドラム上のトナー像は中間転写ベルト２７に転写される。中間転写ベルト２７は感光ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋの回転と同期して時計周り方向回転する。中間転写ベルト２７は感光ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋに接触しており、この接触部で感光ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋに形成されたトナー像が中間転写ベルト２７に１次転写される。本実施形態における画像形成装置の中間転写ベルト２７には周長８９５ｍｍのポリイミド製の単層樹脂ベルトが用いられている。また、ベルトの抵抗調整のために適量のカーボン微粒子が樹脂内に分散されており、表面は黒色で平滑性が高く光沢性を有している。さらに、中間転写ベルト２７の回転速度はプロセススピードと同じ２４６ｍｍ／ｓｅｃに設定されている。

中間転写ベルト２７上のトナー像は転写手段２８によって給紙部１１から搬送されてきた記録材２１に転写される。中間転写ベルト２７と転写手段２８のローラとで記録材２１を狭持搬送し、記録材２１に中間転写ベルト２７上の多色トナー像が転写される。

記録材２１に転写されたトナー像は定着部３０で熱定着処理が施される。

続いて、濃度補正用に形成される濃度画像（以下、トナーパッチＰとする）と、中間転写ベルト２７の表面状態及びトナーパッチＰを検知するための光学式センサ４１（以下、センサ４１とする）について説明する。

図２及び図３は、中間転写ベルト２７に形成されるトナーパッチＰを示す。トナーパッチＰは、感光ドラム２２や中間転写ベルト２７などの像担持体上に形成される。本実施形態では、中間転写ベルト２７にトナーパッチＰを形成する場合について説明する。

図２の矢印は、中間転写ベルト２７の回転方向である。トナーパッチＰは２５ｍｍ角で、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ毎に画像印字率（濃度階調度）を８段階に変化させて（各色８パッチずつ）、中間転写ベルト回転方向に合計３２個形成される。各パッチと印字率（階調度）との対応は、Ｙ１、Ｍ１、Ｃ１、Ｋ１＝１２．５％、Ｙ２、Ｍ２、Ｃ２、Ｋ２＝２５％、Ｙ３、Ｍ３、Ｃ３、Ｋ３＝３７．５％、Ｙ４、Ｍ４、Ｃ４、Ｋ４＝５０％である。また、Ｙ５、Ｍ５、Ｃ５、Ｋ５＝６２．５％、Ｙ６、Ｍ６、Ｃ６、Ｋ６＝７５％、Ｙ７、Ｍ７、Ｃ７、Ｋ７＝８７．５％、Ｙ８、Ｍ８、Ｃ８、Ｋ８＝１００％、に設定されている。

本実施形態では、図３に示すように１００枚目のページ画像Ｊ１００の後に形成されるトナーパッチＰをセンサ４１により検知する。

センサ４１は、一次転写部の下流に設けられ（図１参照）、中間転写ベルト２７の表面状態及び中間転写ベルト２７に形成されるトナーパッチＰを検知する。

図４はセンサ４１の構成を示す図である。センサ４１は、ＬＥＤなどの発光部４１１とフォトダイオード等の受光部４１２とで構成される。発光部４１１は、中間転写ベルト２７の法線に対して４５度の角度で設置されており、中間転写ベルト２７上に光を照射する構成となっている。受光部４１２は、中間転写ベルト２７の法線に関して発光部４１１の対称位置に設置されており、トナーパッチからの正反射光を受光する。図４は、トナーパッチＰがセンサ４１の検知領域を通過する場合の図を示している。

次に、図５は、本実施形態における画像形成装置の画像処理部を示すブロック図である。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に保持された制御プログラムに基づき、ＲＡＭ５３（記憶手段）をワークメモリに使用して、画像形成装置の各構成を統括的に制御している。

ＲＡＭ５３は、トナーパッチＰの下地（実施形態１においては中間転写ベルト２７）１周分の表面をセンサ４１で読み取った反射光について、図６に示すような下地１周プロファイルを記憶する。実施形態１においては、プリンタ電源ＯＮ直後、中間転写ベルト２７はトナーが乗っていない状態で回転される。このとき、センサ４１は回転する中間転写ベルト２７の表面を一周分読み取り、この際得られた正反射光出力を下地１周プロファイル（以下、１周プロファイル）として記憶させる。

タイマ５５（計時手段）は、図８に示すように下地一部プロファイル読み取り開始時から、トナーパッチＰ読み取り開始時までの時間Ｔｍｓｅｃを測定するものである。詳しくは後述する。

ＣＰＵ５１は、トナーパッチＰからの正反射光出力Ｒｉと、トナーパッチＰ直下の中間転写ベルト２７の表面状態検知時の正反射光出力Ｒｉ（トナーパッチＰ直下下地）とを用いて、トナーパッチＰの濃度ＤＥＮＳｉ（トナーパッチＰ）を算出する。さらに、トナーパッチＰ形成前、連続的に形成されるページ画像の間において露出する中間転写ベルト２７の表面の一部をセンサ４１により読み取り、これを下地一部プロファイル（以下、基準プロファイル）とする。得られた基準プロファイルと１周プロファイルとのパターンマッチングを行い、１周プロファイルの中で、基準プロファイルに一致する位置、あるいは近似する出力部分を特定する。その特定された部分とトナーパッチＰの形成される位置との中間転写ベルト２７上における位置関係及び１周プロファイルとに基づいて、トナーパッチＰ形成時トナーパッチＰの下地の反射光出力を求める。

ＣＰＵ５１は、トナーパッチＰの濃度を検出し、検出結果に基づいて補正データを生成する（補正データ生成手段）。トナーパッチＰの反射光出力（反射光量）とトナーパッチＰの下地の反射光出力（反射光量）に基づいてトナーパッチＰの濃度が演算され、演算結果に基づいて補正データが生成される。この過程についての詳細は後述する。

生成された補正データは、ＣＰＵ５１に内蔵されたトナーパッチＰ濃度送信部により後述の画像処理部へ送信される。

以下は、原稿読取部により読み取られた画像の処理を行う画像処理部についての説明である。

ＣＣＤセンサ５０１は、画像読取装置のスキャナ等の原稿読取部に備えられ、読み込まれた原稿の画像を電気信号に変換する。このＣＣＤセンサ５０１は、ＲＧＢ３ラインのカラーセンサであり、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）それぞれの画像データとしてＡ／Ｄ変換部５０２に入力される。

Ａ／Ｄ変換部５０２では、ゲイン調整、オフセット調整がされた後、色信号毎に８ビットのデジタル画像データに変換される。シェーディング補正部５０３で基準白色板の読み取り信号を用いて、ＣＣＤセンサ５０１の各画素の感度ばらつきや原稿照明ランプの光量のばらつきなどを色毎に補正する。

入力ガンマ補正部５０４は、ＲＧＢの各入力に対し、露光量と輝度が線形関係になるように補正を行う一次元のルックアップテーブル（ＬＵＴ：ＬｏｏｋＵｐ Ｔａｂｌｅ）である。

入力ダイレクトマッピング部５０５は、色空間を統一するため、入力されたＲＧＢ信号からデバイス内のＲＧＢ信号に変換する三次元のＬＵＴである。この三次元ＬＵＴは、ＣＣＤセンサ５０１のＲＧＢフィルタの分光特性で決まる読取色空間を、ｓＲＧＢなどの標準色空間に変換する部分であり、ＣＣＤセンサ５０１の感度特性や照明ランプのスペクトル特性等の諸特性なども吸収することができる。

ＢＥサンプリング部５０６（下地除去：Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｅｒａｓｅ）では、原稿の下地を検出するため、指定された矩形領域の画素を離散的にサンプリングし、輝度のヒストグラムを作成し、これをプリント時の下地除去に利用する。

下地除去部５０７では、スキャナで読み取ったＲＧＢ画像データに対してＢＥサンプリング部５０６の結果に基づき、下地部を除去する為の非線形変換を行う。次に出力ダイレクトマッピング部５０８において、ＲＧＢ画像データからＣＭＹＫ画像データに変換される。変換においては、ＲＧＢそれぞれの値をルックアップテーブルに入力し、その出力値の総和からＣ（Ｃｙａｎ）成分を作る。同様に、Ｍ（Ｍａｇｅｎｔａ）、Ｙ（Ｙｅｌｌｏｗ）、Ｋ（ｂｌａｃＫ）それぞれの成分もルックアップテーブルとその加算演算で形成している。

出力ガンマ補正部５０９は、プリンタに対応した出力画像の濃度補正を行っている。出力ガンマ補正部５０９は、あらかじめ記憶してあるＣＭＹＫの一次元ルックアップテーブルに基づき、画像形成ごとに異なる出力画像データのリニアリティを保つ役割をもつ。前述の濃度センサ、記憶部及び演算部は、このＣＭＹＫの１次元ＬＵＴを作成するために備えられている。

上記ＣＭＹＫの一次元ＬＵＴは、トナーパッチＰ濃度送信部が新たに作成した一次元ＬＵＴを出力ガンマ補正部へ送信したタイミングで更新される。ＣＰＵ５１が行う処理詳細については、後述フローチャートの中で説明する。

ハーフトーン処理部５１０は、機能に応じて異なる種類のスクリーニングを択一的に適用することができる。一般に、複写動作などでは、モアレの起きにくい誤差拡散系のスクリーニングを利用し、プリント動作では、文字や細線の再現性を考えてディザマトリクスなどを利用した多値スクリーン系のスクリーニングを用いることが多い。前者は注目画素とその周辺画素に対して誤差フィルタで重み付けし、階調数を保ちながら多値化の誤差を配分して補正していく方法である。一方後者は、ディザマトリクスの閾値を多値に設定し擬似的に中間調を表現する方法で、本実施形態ではＣＭＹＫ独立に変換し、低線数と高線数の切り替えが可能となっている。

ここで、本実施形態に係る画像形成装置におけるトナーパッチＰの濃度補正方法について説明する。本実施形態に係る画像形成装置では、以下の手順で行われる。［１］ＣＰＵ５１は、中間転写ベルト２７の１周を電源投入後に検知させる。さらに、所定枚数の印刷が完了するより前に、連続的に印刷されているページ画像間の中間転写ベルト２７の一部を検知させる。そして、所定枚数印刷後、ＣＰＵ５１はトナーパッチＰを形成させ、トナーパッチをセンサ４１に検知させる。［２］検知結果に基づいて、中間転写ベルト２７の任意の位置における反射光出力を特定する。本実施形態では、任意の位置をトナーパッチＰが形成される位置とし、トナーパッチＰの下地の反射光出力を特定する。［３］トナーパッチＰの反射光出力と下地の反射光出力とに基づいて、トナーパッチＰの濃度を算出する。［４］算出されたトナーパッチＰの濃度に基づいて補正条件を作成し、補正条件に基づいて入力画像データを補正する。

まず、上記の［１］について詳しく説明する。

ＣＰＵ５１は、中間転写ベルト２７の１周プロファイルを得るために、トナーパッチＰを形成しない状態で中間転写ベルト２７を１回転させて、センサ４１に中間転写ベルト２７の１周の表面状態を読み取らせる。そのときのセンサ４１からのデータを中間転写ベルト２７の１周プロファイルとしてＲＡＭ５３（記憶手段）に記憶する。本実施形態の画像形成装置では、中間転写ベルト２７の回転速度が２４６ｍｍ／ｓｅｃ、周長が８９５ｍｍ、センサ４１の検知間隔が４ｍｓｅｃ（単位時間あたりの検知回数は２５０回／ｓｅｃ）であるため、以下の式から、

９１０個のデータが得られる。つまり、図６に示すように、１周プロファイルは９１０個の連続する複数のデータにより構成される。図６の横軸は、これらの複数のデータそれぞれのデータナンバーｎを示している。

続いて、中間転写ベルト２７の一部の基準プロファイルについて説明する。基準プロファイルを得るために、センサ４１に中間転写ベルト２７の一部の表面状態を読み取らせ、センサ４１からの反射光出力をＲＡＭ５３に記憶させる。

この基準プロファイルを得るために、ＣＰＵ５１は、センサ４１に第１の記録紙に形成される画像と第２の記録紙に形成される画像との間のトナー像が形成されない領域、あるいは紙間などの非画像形成領域を検知させる。連続プリントを行う場合、第１の記録紙と第１の記録紙に後続する第２の記録紙の間にはスペースが存在する。このスペースには画像が形成されず、中間転写ベルト２７の表面が露出している。センサ４１は、このページ画像間のスペースからの反射光出力を読み取る。

本実施形態では、センサ４１は、９９枚目のページ画像Ｊ９９と１００枚目のページ画像Ｊ１００との間の中間転写ベルト２７に光を照射して、その反射光を検知する。図７は、中間転写ベルト２７からの反射光に応じてセンサ４１から出力される反射光出力を示している。

本実施形態における画像形成装置において、最も狭い紙間の長さは７９ｍｍを想定している。中間転写ベルト２７の回転速度が２４６ｍｍ／ｓｅｃ、センサ４１の検知間隔が４ｍｓｅｃであるため、以下の式から、

８０個のデータが得られる。つまり、基準プロファイルは少なくとも８０個の連続するデータにより構成される。

１周プロファイル及び基準プロファイルの検知は、同一のセンサ４１で行われるため、１周プロファイル及び基準プロファイルは、中間転写ベルト２７の回転方向において同一のラインを検知した結果である。そのため、１周プロファイルを検知してから基準プロファイルを検知するまでの間に、中間転写ベルト２７に傷がつくなどの変化がなければ、１周プロファイルの中に基準プロファイルと一致する、あるいは近似するデータ群が存在する。このような２つのデータ群同士の対応関係を特定するために、本実施形態の画像形成装置では、１周プロファイルと基準プロファイルとのパターンマッチング処理を行う。

続いて、［２］検知結果に基づいて、トナーパッチＰの下地の反射光出力を特定する方法について説明する。本実施形態の画像形成装置は、上述の１周プロファイルと基準プロファイルとのパターンマッチングを行い、１周プロファイルの中に基準プロファイルと一致するデータ群を特定する。特定されたデータ群とトナーパッチＰが形成される位置との中間転写ベルト２７上における位置関係及び１周プロファイルに基づいて、トナーパッチＰの下地の反射光出力を特定する。以下、その方法について詳しく説明する。

パターンマッチングは、１周プロファイルと基準プロファイルとの相関関数を求めることによって行う。ＸｉとＹｉの離散的なデータの相関性を考える場合、両データ間の相関係数Ｓ（ｉ）の値が１に近いものほどＸｉとＹｊとの相関性が高く、かつ近似性が高いことを意味する。それぞれがＮ個のデータからなる２つの離散データ群Ｘｉ、Ｙｉ（ｉ＝０〜Ｎ−１）の相関係数Ｓ（ｉ）は以下のようにして求められる。

本実施形態の場合、Ｘｉは、９１０個のデータから構成される１周プロファイルから抽出された８０個の連続するデータ、Ｘａｖｅは抽出される８０個の検出結果の平均値に相当する。また、Ｙｉは、基準プロファイルを形成する８０個の連続するデータ、Ｙａｖｅは８０個の検出結果の平均値に相当する。つまり、１周プロファイルを構成するデータ群をＸ（ｉ）（ｉ＝０〜９０９）としたときに、９１０個のＸ（ｉ）の中から８０個（例えば、Ｘ（０）〜Ｘ（７９））の連続するデータ群を抽出する。

相関係数Ｓ（０）は、基準プロファイルを構成するデータ群Ｙ（ｊ）（ｊ＝０〜７９）と１周プロファイルから抽出されたデータ群Ｘ（ｉ）（ｉ＝０〜７９）とから以下の式から算出される。

同様に、以下の（数５）から（数７）に示すように、１周プロファイルを構成する連続する各データ群と基準プロファイルとの相関係数Ｓ（ｉ）（ｉ＝０〜９１０）を算出する。

中間転写ベルト２７は無端状のベルトであるため、Ｓ（８３２）からＳ（９１０）におけるＸ（ｉ）の中から抽出される８０個のデータは一部のデータが先頭に戻る。つまり、Ｓ（８３２）を求めるときに抽出されるデータ群は、Ｘ（８３２）からＸ（９１０）までの７９個のデータとＸ（０）との合計８０個である。また、Ｓ（９１０）を求めるときに抽出されるデータ群は、Ｘ（９１０）とＸ（０）からＸ（７８）までの７９個のデータ群との合計８０個のデータ群である。上述のＳ（９１０）の式では、「９１０＋７９」と表記したが、Ｘ（９１１）はＸ（０）、Ｘ（９１２）はＸ（１）に、Ｘ（９８９）はＸ（７９）に相当する。

前述したように、相関係数Ｓ（ｉ）の値１に近いものほどＸｉとＹｊとの相関性が高く、かつ近似性が高いことを意味する。この場合の近似性とは１周プロファイルから抽出されたデータ群と基準プロファイルとのパターンが実質的に一致することを意味する。本実施形態に係る画像形成装置は、これらＳ（ｉ）（ｉ＝０〜９０９）の中で値が最も１に近い１周プロファイルから抽出されたデータ群を基準プロファイルに対する近似性が最も高いと判断する。つまり、相関係数の値が最も１に近い１周プロファイルから抽出されたデータ群と基準プロファイルとが同一の位置であると判断する。

上述のように基準プロファイルとパターンが一致する１周プロファイルの一部分を基準位置として設定する。この基準位置とトナーパッチＰが形成される位置関係及び１周プロファイルに基づいて、下地のデータを特定する。基準位置のデータの先頭に相当するデータを抽出する。このデータをＸ（ｎ）（０≦ｎ≦９１０）とする。このＸ（ｎ）は、基準プロファイルの先頭のデータＸ´（ｎ）に相当する。トナーパッチＰは、Ｘ´（ｎ）の検知が開始されてからＴ秒後に形成される。つまり、Ｘ´（ｎ）の検知が開始される位置から所定距離離れた位置にトナーパッチＰが形成される（トナーパッチＰは、Ｘ´（ｎ）の検知が開始される位置に対して所定位置に形成される）。

図８は、トナーパッチＰの下地の反射光出力を特定する方法を示す概念図である。横軸はデータナンバーを示し、データＸ（ｎ）のｎに相当する。上述したように、ｎは０≦ｎ≦９１０の範囲を取るため、横軸の最大値は９０９としている。タイマ５５は、基準反射光データの検知開始とともにオンされ、トナーパッチＰの読み取りが開始されるまでの時間を計測する（図８参照）。ＣＰＵ５１は、タイマ５５の計測結果、センサ４１の単位時間あたりの検知回数、及び１周プロファイルに基づいて、トナーパッチＰの下地の反射光出力を特定する。

例えば、基準プロファイルの先頭の反射光出力がＸ（ｎ）、タイマが計測を開始してからＴ秒後にトナーパッチＰの読み取りが行われた場合を例に説明する。トナーパッチＰの下地の先頭の反射光出力をＸ（ｍ）としたとき、センサの検知間隔が４ｍｓｅｃであるので、ｍ＝ｎ＋１０００Ｔ／４と表すことができる。したがって、トナーパッチＰの下地の先頭の反射光出力Ｘ（ｍ）は以下のように求められる。

（数８）の「Ａ ｍｏｄ Ｂ」は、整数ＡのＢを法とする剰余を表す。これは、中間転写ベルト２７が無端状のベルトであることから、トナーパッチＰの形成位置が、Ｘ（９１０）とＸ（０）とに跨って形成される可能性があり、これを考慮するためである。

１つのトナーパッチＰは４ｍｓｅｃの時間間隔で１０回検知するので、トナーパッチＰの下地の反射光出力は、Ｘ（（ｎ＋１０００Ｔ／４） ｍｏｄ ９１０）からＸ（（（ｎ＋１０００Ｔ／４） ｍｏｄ ９１０）＋９）までの１０個のデータとなる。これらのデータとトナーパッチＰからの反射光出力とに基づいてトナーパッチＰの濃度を算出する。

続いて、［３］トナーパッチＰの反射光出力と下地の反射光出力とに基づいて、トナーパッチＰの濃度を算出する。本実施形態では、トナーパッチＰの反射光出力を下地の反射光出力で除算することによって、トナーパッチＰの濃度を算出する。具体的には、センサ４１によるトナーパッチＰの反射光出力をＰ（ｉ）と、下地の反射光出力をＲ（ｉ）としたときに、トナーパッチＰの濃度ＤＥＮＳ（ｉ）（トナーパッチＰの濃度）は以下の式に基づいて算出される。

なお、トナーパッチＰに対して、中間転写ベルト２７の表面状態が影響する度合いは、トナー濃度に応じて異なる。つまり、濃度が低いトナーパッチは、単位面積当たりにおけるトナーが中間転写ベルト２７を覆う面積が小さいため、下地が露出するため反射光を反射し易くなる。一方、濃度が高いトナーパッチは、単位面積当たりにおけるトナーが中間転写ベルト２７を覆う面積が大きいため、下地が露出するため反射光を反射し難くなる。

図９は中間転写ベルト２７にパッチを形成し、中間転写ベルト２７を一周させたときの反射光量分布を示す図である。図９よりわかるように、低濃度トナーパッチにおいて、中間転写ベルト２７の表面光沢ムラがトナーパッチの反射光量にあらわれている様子が確認できる。中間転写ベルト２７の表面光沢のムラは、トナーが下地（中間転写ベルト２７）を覆ってしまう程の高濃度トナーパッチにおいては反射光量にあらわれない。しかしながら、低濃度トナーパッチにおいては中間転写ベルト２７表面の一部がトナーの隙間から露出するため、センサ４１によって検知される低濃度トナーパッチからの反射光には中間転写ベルト２７からの反射光が含まれる。

この為、低濃度パッチから高濃度トナーパッチまで複数のトナーパッチを読み取る際は、Ｐ（ｉ）について、閾値（Ｐ_ＴＨ）を設け、Ｐ（ｉ）＜Ｐ_ＴＨならば、以下の式でトナーパッチの濃度を算出する。

なお、Ｐ（ｉ）＞Ｐ_ＴＨならば（数９）にて算出する。また、Ｐ_ＴＨに関しては用いるスクリーンによって異なる（中間転写体表面の一部がパッチ内から露出する画像信号レベルはスクリーンによって異なる）。本実施形態においてはＰ_ＴＨ＝０．５に設定する。

上記のように、低濃度トナーパッチと高濃度トナーパッチとでは濃度の算出方法が異なる。以下の説明において、低濃度トナーパッチ（Ｐ（ｉ）＜Ｐ_ＴＨ（＝０．５））を例に実施形態を説明するが、Ｐ（ｉ）＞Ｐ_ＴＨ＝０．５の場合、（数１０）に基づいてパッチ濃度ＤＥＮＳ（ｉ）を算出する。

Ｒ（ｉ）はトナーパッチＰ直下の中間転写ベルト２７の表面状態であるので、Ｒ（ｉ）＝Ｘ（（Ｘ＋１０００Ｔ／４） ｍｏｄ ９１０）である。したがって、トナーパッチＰの濃度ＤＥＮＳ（ｉ）は以下のように求められる。

本実施形態ではセンサ４１は同一濃度のトナーパッチＰを１０回検知するため、得られる１０個のデータの平均値をトナーパッチＰの検知結果とする。最終的なトナーパッチＰの濃度ＤＥＮＳ＿ａｖｅはＤＥＮＳ（ｉ）からＤＥＮＳ（ｉ＋９）の平均値が採用される。

以上のようにしてトナー濃度を算出する。（数１１）で得られるトナーパッチＰの濃度は中間転写ベルト２７の表面状態のムラを考慮して得られた濃度であり、このような補正方式により高精度にトナー濃度を算出することができる。

続いて、［４］算出されたトナーパッチＰの濃度に基づいて補正データを作成し、画像データを補正する方法について説明する。出力ガンマ補正部５０９は、この補正データに基づいて画像データを補正する。

まず、トナーパッチＰの濃度の検出結果に基づいて更新される補正データとしての１次元ＬＵＴについて説明をする。なお、ここでは、シアン色の階調補正についてのみ説明するが、マゼンタ、イエロー、ブラックに関しても同様の方法で補正が行われる。

図１０は、ＲＡＭ５３に記憶される１次元ＬＵＴである。１次元ＬＵＴは入力画像データと出力画像データの濃度と出力画像の濃度とを直線関係にするための入力画像データを補正するための補正データである。図１０中の横軸は入力画像データ、縦軸はセンサ４１でトナーパッチＰを検知した時の濃度検出値を表している。同図の直線ＴＡＲＧＥＴは、本実施形態における画像濃度制御の目標階調特性である。

また、図１０中のＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８はシアンのトナーパッチＰを示しており、曲線γは各トナーパッチＰの検出濃度値を表している。本実施形態では、曲線γは、画像濃度制御を実施前の状態における階調特性をあらわしている。なお、パッチを形成していない階調の濃度については、原点及びＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８を通るようにスプライン補間を行い算出される。

曲線Ｄは、本制御で算出される１次元ＬＵＴを表しており、補正前の曲線γの目標階調特性ＴＡＲＧＥＴに対する対称ポイントを求めることにより算出される。検出濃度値を曲線Ｄに基づいて補正をすることで、入力画像の濃度に対する出力画像の濃度の階調性をＴＡＲＧＥＴに近づけることができる。算出される１次元ＬＵＴ（曲線Ｄ）は、ＲＡＭ５３に記憶されている、以前に作成された１次元ＬＵＴと置き換えられ、更新が完了する。

以後、入力画像データを更新された１次元ＬＵＴで補正し、補正された画像データに基づいて画像形成することによって、目標濃度の画像を得ることができる。

次に、本実施形態における画像形成装置の濃度制御について図１１のフローチャートを用いて説明する。

プリンタ電源がオンされた後、ＣＰＵ５１は中間転写ベルト２７をトナーが乗っていない状態で回転動作を１周以上させる（Ｓ１）。このとき、センサ４１は中間転写ベルト２７表面１周の正反射光を読み取る。読み取られた結果はＲＡＭ５３に送信され、１周プロファイルとして記憶される（Ｓ２）。

ステップＳ２後、ユーザーからプリンタへの電子データ投入に応じてジョブスタートとなる。ジョブがスタートすると、ＣＰＵ５１はプリント枚数のカウントを開始する。（Ｓ３）、プリント枚数に応じて枚数カウンタのパラメータＣを増加させる（Ｓ４）。

続いて、ＣＰＵ５１はパラメータＣが所定値であるか否か判定する（Ｓ５）。実施形態１においては、プリント枚数が１００枚に達したタイミングでトナーパッチＰを形成する設定となっており、上記所定値は９９に設定されている。本ステップでは、画像形成中のジョブが９９枚目のジョブであるか否かを判定する。

ステップＳ５での判定結果、画像形成中のジョブが９９枚目でない場合、ＣＰＵ５１はプリンタに次ジョブの画像形成を行わせる（Ｓ６）。

ステップＳ５での判定結果、画像形成中のジョブが９９枚目である場合、ＣＰＵ５１は９９枚目のジョブ終了直後よりセンサ４１にページ画像間の像担持体表面を検知させる（Ｓ７）。また、検知の開始と同時にタイマ５５をオンにし、時間の測定を開始する。

ステップＳ７でのセンサ４１の検知結果はＲＡＭ５３に送信され、ＲＡＭ５３では基準プロファイルとして記憶される（Ｓ８）。そして、ＣＰＵ５１は、１周プロファイルと基準プロファイルとの相関性を導くために、前述の（数５）により複数の相関係数（本実施形態では９１０個）を算出し、１周プロファイルと基準プロファイルとのパターンマッチングを行う（Ｓ９）。パターンマッチングの結果から、トナーパッチＰの下地の反射光出力を特定する（Ｓ１０）。

続いて、ＣＰＵ５１は、１００枚目の画像が形成された後、その後にトナー像形成部に中間転写ベルト上にトナーパッチＰを形成させる（Ｓ１１）。トナーパッチＰは、Ｓ７おいてタイマ５５がオンされてからＴ秒後にセンサ４１の検知位置に到達する位置に形成される。ＣＰＵ５１は、１周プロファイルの中の基準プロファイルに相当するデータの位置とトナーパッチＰの形成位置及び１周プロファイルに基づいて、トナーパッチＰの下地データを特定する（Ｓ１２）。

ステップＳ１０で特定されたトナーパッチＰの下地データとセンサ４１で測定されたトナーパッチＰの検知データとに基づいて、ＣＰＵ５１はトナーパッチＰの濃度（ＤＥＮＳａｖｅ）を算出する（Ｓ１３）。濃度算出方法は前述したとおりである。

算出された濃度に基づいて、ＣＰＵ５１は、画像処理を行うために設けられた１次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を作成し、ＲＡＭ５３に記憶されていた１次元ＬＵＴを更新する（Ｓ１４）。その後、ジョブが終了しているか否かを判断し（Ｓ１５）、ジョブが終了せず継続して画像形成される場合、ＣＰＵは枚数カウンタをリセット（Ｓ１６）し、ステップＳ３に戻る。ジョブが終了している場合、プリンタを待機状態にする（Ｓ１７）。

なお、本実施形態における１周プロファイルは、画像形成装置の電源投入直後に検知され、記憶手段に記憶される。また、所定枚数画像形成後（例えば、１０００枚画像形成後）に中間転写ベルト２７を１周させて、１周プロファイルを再検出し、ＲＯＭ５２に記憶されている１周プロファイルを更新する。図１２に示すように、中間転写ベルト２７は、残留するトナーを回収するクリーニング機構を始めとするベルトに接触する部材によりその表面が磨耗されるため、繰り返し画像が形成されると、中間転写ベルト２７の表面状態は光沢が増す。この中間転写ベルト２７の表面状態の経時変化に対応するために、本実施形態の画像形成装置では記録枚数に応じて１周プロファイルを検出し直す処理を行う。

なお、本実施形態では９９枚目直後に基準プロファイルを検知する構成とした。しかしながら、９９枚目直後に基準プロファイルを検知するとともに９９枚目以前に基準プロファイルを検知する構成とし、複数の基準プロファイルと１周プロファイルとのパターンマッチングを行う構成としても良い。一つの基準プロファイルと１周プロファイルとのパターンマッチングを行う場合、パターンが一致する領域が複数特定される場合がある（１に近い相関係数が複数特定される）。しかしながら、複数の基準プロファイルを用いてパターンマッチングを行えば、相関係数を求めるためのデータ群を多く取ることができるため、より正確な相関係数を求めることができ、パターンマッチングの精度が向上する。

（実施形態２）
本実施形態では実施形態１とは異なる方法でのパターンマッチングを行う。実施形態２におけるパターンマッチングは、まず１周プロファイルから抽出した８０個のデータ群と基準プロファイルとの差分の絶対値を算出する。その絶対値の総和が最小になるデータ群が基準プロファイルとパターンが一致するデータ群であると判断する。

以下、詳細を説明する。なお、パターンマッチング以外の濃度算出フロー、制御フローなどは実施形態１と同様であるので説明は省略する。

まず、９１０個の１周プロファイルから８０個の連続するデータを抽出する。抽出された８０個の連続データとその８０個のデータに対応する基準プロファイル８０個との差分をとる。つまり、抽出されたデータがＤ（０）〜Ｄ（７９）であるとき、Ｄ（０）とＤ（０）に対応するｄ（０）との差分の絶対値を求める。同様に、Ｄ（１）に対応するｄ（１）とＤ（１）との差分の絶対値を求める。絶対値は８０個算出され、これらの総和を求める。総和が最も小さい抽出データ群が基準プロファイルとパターンが一致すると判断する。

実施形態１と実施形態２におけるパターンマッチングはどちらか一方を採用することもできるし、２つの方法を採用して両者のパターンマッチングの結果が一致しない場合、再度パターンマッチングをやり直すようにしてもよい。複数のパターンマッチングの方法を採用することにより、より正確なパターンマッチングを行うことができる。

本実施形態に係る画像形成装置の断面図である。 中間転写ベルト２７に形成されるトナーパッチＰを示す図である。 中間転写ベルトに形成されるトナーパッチＰをセンサ４１で検知する。 センサ４１の概略図を示す図である。 本実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 像担持体１周のプロファイルを示す図である。 像担持体一部のプロファイルを示す図である。 １周プロファイルのうち基準プロファイルに相当する反射光出力とトナーパッチＰ形成位置との位置関係を示す図である。 中間転写ベルト２７にトナーパッチを形成し、中間転写ベルト２７を一周させたときの反射光量分布を示す図である。 ＲＡＭ５３に記憶される、濃度補正に用いる１次元ＬＵＴである。 ＣＰＵ５１が実行する制御フローを示す図である。 経時変化による中間転写ベルト２７の表面光沢の変化の様子を表した概略図である。

符号の説明

２２ 感光ドラム
２３ 現像器
２４ レーザ光源
２７ 中間転写ベルト
４１ 濃度センサ
５１ ＣＰＵ
５２ ＲＯＭ
５３ ＲＡＭ
５５ タイマ
Ｐ トナーパッチ

Claims (7)

1. 記録材に形成されるべき画像を担持する像担持体と、
   画像データに基づいて前記記録材に形成されるべき前記画像を前記像担持体上に形成する像形成手段と、
   前記像担持体に対して光を照射し、その反射光を検知する検知手段と、
   前記像形成手段により画像形成されていない状態での前記像担持体の複数の位置における反射光の検知結果を記憶する記憶手段と、
   前記像形成手段により画像を形成する際に、前記像担持体上に前記画像が形成されない画像間における前記像担持体からの反射光を前記検知手段に検知させ、この検知結果と前記記憶手段に記憶された検知結果に基づいて、前記像担持体の任意の位置における反射光の検知結果を特定する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記像形成手段に予め決められた濃度の濃度画像を形成させ、前記濃度画像からの反射光を前記検知手段により検知させ、前記画像間における前記像担持体からの反射光の検知結果と前記記憶手段に記憶された検知結果とに基づいて、前記濃度画像が検知される位置における像担持体からの反射光の検知結果を特定し、前記濃度画像の検知結果と前記濃度画像が形成される位置における前記像担持体からの反射光の検知結果とに基づいて、前記像形成手段により形成される前記画像の濃度を補正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. 前記制御手段は、画像形成されていない状態での前記像担持体の複数の位置における反射光の検知結果と前記像担持体上に形成された前記画像間における前記像担持体からの反射光の検知結果とのパターンマッチングを行い、前記パターンマッチングの結果に基づいて、画像形成されていない状態での前記像担持体の複数の位置における反射光の検知結果と前記像担持体上に形成された前記画像間における前記像担持体からの反射光の検知結果との対応関係を求め、前記対応関係に基づいて前記像担持体上の任意の位置における前記像担持体からの反射光の検知結果を特定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、画像形成されていない状態での前記像担持体の複数の位置における反射光の検知結果と前記画像間における前記像担持体からの反射光の検知結果との相関係数を求め、前記相関係数に基づいて前記パターンマッチングを行うことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記画像形成装置の電源がオンされてから前記画像が形成されるまでに、前記検知手段に画像形成されていない状態での前記像担持体の複数の位置における反射光を検知させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記検知手段が前記画像間における前記像担持体からの反射光の検知を開始してから前記濃度画像を検知するまでの時間を計測する計時手段を有し、
   前記制御手段は、前記計時手段の計測結果と前記検知手段の単位時間あたりの検知回数とに基づいて、前記濃度画像が形成される位置における前記像担持体からの反射光の検知結果を特定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、画像形成されていない状態での前記像担持体の複数の位置における反射光の検知結果と前記像担持体上に形成された画像間における前記像担持体からの反射光の検知結果との差分を算出し、算出された差分の絶対値の和に基づいてパターンマッチングを行うことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。

Images