JP2010079215A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラープリンタにおいて、メカ的な大きな部品、例えばローラといった部品の追加は無く、かつ高価なレンズを使用することなく、カラーセンサと検知対象間の距離の変動を補正すること。
【解決手段】 用紙上に安定して形成された画像、例えば各々濃度の異なる単色階調パッチの色情報を読み取る測定手段を有するカラー画像形成装置に関して、用紙上のパッチを読み取る第一の測定手段、第一の測定手段とパッチが形成された用紙間の距離を測定する第二の測定手段、前記第二の測定手段の測定値に応じて、前記第一の測定手段の読み取り値を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は，読み取り出力画像の濃度を補正する機能を有したカラープリンタに関し、特に電子写真方式の定着後の画像を読み取り階調補正するカラープリンタに関する。

近年、カラー複写機等の電子写真方式のカラー画像形成装置には、印刷や写真といった技術と同等な高画質化、高安定化の要望が強くもとめられてきている。その要望の中でも特に重要となってきている項目は、色及び色の階調性を安定して再現することである。なぜなら人間が下す画質の良し悪しの判断に大きな影響を与えるからである。

そこで、電子写真方式のカラー画像形成装置は、今まで数々の高画質化、高安定化の手法が提案されている。例えば、各色のトナーに対して、温度、湿度から求めた絶対水分量に応じた数種類の露光量や現像バイアスなどのプロセス条件、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）などの階調補正手段をもち、プリント時の絶対水分量に応じたプロセス条件や階調補正の最適値を選択している。また、装置各部の変動が起こっても一定の色及び色の階調性が得られるように、各色のトナー単色で濃度検知用トナーパッチを中間転写体やドラム等の上に作成し、その未定着単色トナーパッチの濃度を反射型のセンサで検知し、その検知結果より露光量、現像バイアスなどのプロセス条件やＬＵＴなどの階調補正手段にフィードバックをかけて濃度制御を行うことで、安定した色及び色の階調性を得るように構成している。

ただし、前記センサを用いた濃度制御はパッチを中間転写体やドラム等の上に形成し検知するもので、その後に行われる転写材への転写及び定着による画像のカラーバランスの変化については制御していない。転写材へのトナー像の転写における転写効率や、定着による加熱及び加圧によってもカラーバランスが変化する。この変化には、前記センサを用いた濃度制御では対応できない。

そこでトナー画像を印刷する用紙上にブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の単色階調パッチを形成し、定着後に用紙上のパッチの色を検知するカラーセンサを設置したカラー画像形成装置もある。このカラー画像形成装置では、検知した結果を画像形成部の露光量やプロセス条件、画像処理部のＲＧＢ信号をカラー画像形成装置の色再現域へ変換するカラーマッチングテーブルやＲＧＢ信号をＣＭＹＫ信号へ変換する色分解テーブル、濃度−階調特性を補正するためのキャリブレーションテーブルなどへフィードバックすることで、転写材上に形成した最終出力画像の濃度又は色度制御を行うことができる。カラー画像形成装置の出力画像を外部の画像読取装置又は色度計・濃度計で検知し、同様の制御を行うことも可能であるものの、本方式はプリンタ内で制御が完結する点で優れている。このカラーセンサは、例えば発光素子として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の発光スペクトルが異なる３種以上の光源を用いるか、又は発光素子は白色（Ｗ）を発光する光源を用いて、受光素子上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の分光透過率が異なる３種以上のフィルタを形成したもので構成する。このことによりＲＧＢ出力等の異なる３種以上の出力が得られる。
特開２００３−１０７８３５号公報

この状況の中で、カラープリンタ初期の単色パッチをカラーセンサで読み取り、その後の環境変動や耐久変動での色変動を初期の色に補正する目的としては、現状のカラーセンサの精度で補正可能である。しかしながら、カラーセンサが正確な色情報を読み取るためには、カラーセンサと定着後のパッチ画像が形成された用紙間の距離の変動の低減が必要となる。その距離変動を補正する方法としては、高精度なメカ的な搬送ユニットを使用して、カラーセンサと検知対象間の変動をなくす手法が提案されているが、変動低減のため検知対象をローラで押さえつけるといった部品が追加となる。このため、余分なスペースが必要となり、機器の小型化に障害となっている。また、光学的に補正する手法が提案されているが、高価なレンズを用い、さらに発光源の波長差によるレンズ光学的特性の補正等を行う必要がある。本発明は、上記の課題であるメカ的な大きな部品、例えばローラといった部品の追加は無く、かつ高価なレンズを使用することなくカラーセンサと検知対象間の距離の変動を補正することを目的としている。

用紙上に安定して形成された画像、例えば各々濃度の異なる単色階調パッチの色情報を読み取る測定手段を有するカラー画像形成装置に関して、用紙上のパッチを読み取る第一の測定手段、第一の測定手段とパッチが形成された用紙間の距離を測定する第二の測定手段、前記第二の測定手段の測定値に応じて、前記第一の測定手段の読み取り値を補正することを特徴とする。

以上の構成により、カラーセンサと検知対象間の距離を距離センサで測定された距離に応じた値によりカラーセンサの読み取り値の補正を行うことで、正確な検知対象の色情報を得ることができる。その結果、メカ的な大きな部品、例えばローラといった部品の追加は無く、かつ高価なレンズを使用することなくなるため、機器の小型化、低コスト化を可能とする。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図２は本発明に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタ201の要部構成図である。

画像形成部内に像担持体としての感光体ドラム（以下、単に「感光体」という）1は図示しないモータで矢印Ａの方向に回転できるように設けられている。感光体1の周囲には、一次帯電器7，露光装置8，回転現像体13，転写装置10，クリーナ装置12が配置されている。

前記回転現像体13はフルカラー現像のための4色分の現像装置13Ｙ，13Ｍ，13Ｃ，13Ｋを内蔵する。42は回転現像体の回転を行う駆動モータであり、ステッピングモータとして説明を行う。43は回転現像体の位置固定のロック機構を動作させるソレノイド、72はロック機構の動作を検出するフォトインタラプタのロック検センサである。73は回転現像体に取り付けられた位置検出フラグであり、60は位置検出フラグ73の検知を行うことで回転現像体13の位置検知を行う回転現像体HPセンサである。

現像装置13Ｙ，13Ｍ，13Ｃ，13Ｋは、感光体1上の潜像をそれぞれＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナーで現像する。各色のトナーを現像する際には、モータ42の駆動によって回転現像体13を矢印Ｒ方向に回転させ、回転現像体13に敷設された位置検出フラグ73を回転現像体HPセンサで検出することで回転現像体の基準位置を検出した上で、所定の回転位置まで回転させることで当該色の現像装置が感光体1に当接するように位置合わせされる。

感光体1上に現像された各色のトナー像は、転写装置10によって中間転写体としてのベルト2に順次転写されて、4色のトナー像が重ね合わされる。ベルト2はローラ17，18，19に張架されている。これらのうち、ローラ17は図示しない駆動源に結合されてベルト2を駆動する駆動ローラとして機能し、ローラ18はベルト2の張力を調節するテンションローラとして機能し、ローラ19は2次転写装置としての転写ローラ21のバックアップローラとして機能する。

ベルト2を挟んでローラ17と対向する位置にはベルトクリーナ22が当接/離間可能に設けられていて、2次転写後のベルト2上の残留トナーがクリーナブレードで掻き落とされる。

記録紙カセット23内に配置された記録紙はリフタモータ40の動作により、ピックアップローラ24に当接する位置まで引き上げられる。記録紙カセット23からピックアップローラ24で搬送路に引き出された記録紙はローラ対25，26によってニップ部、つまり2次転写装置21とベルト2との当接部に給送される。ベルト2上に形成されたトナー像はこのニップ部で記録紙上に転写され、定着装置5で熱定着されて装置外へ排出される。両面形成動作の場合、フラッパ32を動作させ、搬送ローラ27の方向へ記録紙を搬送する。搬送ローラ28でフラッパ33を越えるまで搬送を行った後、搬送ローラ28を逆回転するとともにフラッパ33を動作させることで、記録紙を搬送ローラ29方向へ搬送し、搬送ローラ30，31で搬送することで、記録紙カセットからの搬送路に合流させることで、１面目とは反対の面に画像形成を可能とする。

上記構成によるカラープリンタでは、次のようにして画像が形成される。まず、帯電装置7に電圧を印加して感光体1の表面を予定の帯電部電位で一様にマイナス帯電させる。続いて、帯電された感光体1上の画像部分が予定の露光部電位になるようにレーザースキャナからなる露光装置8で露光を行い潜像が形成される。露光装置8は画像制御部で生成される画像信号に基づいて露光をオン・オフすることにより、画像に対応した潜像を形成する。

上記カラープリンタの画像形成タイミングは、ベルト2上の所定位置を基準とする信号ITOPを基準に制御されている。ベルト2は駆動ローラ17、テンションローラ18、バックアップローラ19からなるローラ類に掛け渡されていて、テンションローラ18によって所定の張力が与えられている。駆動ローラ17およびローラ19の間には、基準位置を検知する反射型位置センサ36が配置されている。

現像装置13Ｙ等の現像ローラには各色毎に予め設定された現像バイアスが印加されており、前記潜像は該現像ローラの位置を通過時にトナーで現像され、トナー像として可視化される。トナー像は転写装置10でベルト2に転写され、さらに2次転写装置21で記録紙に転写された後、定着装置5に送給される。フルカラープリント時はベルト上で4色のトナーが重ね合わされた後、記録紙に転写される。感光体1上に残留したトナーはクリーナ装置12で除去・回収され、最後に、感光体1は除電装置（不図示）で一様に0ボルト付近まで除電されて、次の画像形成サイクルに備える。

50は記録紙カセット23内での紙面高さを検知する紙面高さセンサ、51〜58は搬送路上に配置される搬送センサであり各ポイントでの記録紙の有無または記録紙の搬送タイミングを検知する。60は回転現像体13の位置検知を行う回転現像体HPセンサであり、70は記録紙カセット23の着脱を検知するカセット着脱センサであり、71は本体内部へのアクセスを可能とするドア41の開閉に応じて動作するドア開閉スイッチであり、このドア開閉スイッチで駆動負荷への電力供給を遮断/接続することで、装置内部への操作者の接触の際に不意の誤動作などによる操作者への障害発生を防ぐことができる。

80,81,82,83は現像装置13Ｙ，13Ｍ，13Ｃ，13Ｋのトナーが減少した際に補給するトナーを保存している容器であり、それぞれ図示しないモータで、それぞれの色に対応したトナー補給経路84，85，86，87，88を介して、トナー補給経路88の位置に達している現像器の色のトナーが補給される。

100はカラーセンサであり、プリンタで形成された単色の階調パッチを読み取る。中間転写体としてのベルト2上に形成された階調パッチトナー画像は、記録紙カセット23から搬送された用紙上に転写され定着器５にてトナーが用紙に定着され永久画像として出力される。ここで、カラーセンサ１００で階調パッチを読む場合は、両面パスに用紙が搬送され、ローラ３０に到達した時点で用紙の斜傾を補正するために用紙はいったんローラに突き当てて停止される。そして、ローラ３０の回転開始され、カラーセンサ１００部に用紙が搬送され、用紙上の階調パッチがカラーセンサ１００に読み取る。

図１にカラーセンサ１００での読み取りシーケンス図を示す。901は用紙上の階調パッチのイメージである。９１０はセンサの階調パッチ読み取り制御の基準信号を発生するためのトリガーパッチである。カラーセンサ１００内には、色情報読み取りのためのセンサと基準パッチ読み取りのための受光素子が内蔵されており、この基準信号がカラーセンサ１００に到達するとカラーセンサ１００からＲＥＡＤ＿ＴＲＧ信号９０４が出力される。

用紙が前述の図２のローラ３０に到達した後、ローラ３０を回転駆動するモータのＯＮ信号ＤＵＰ＿ＲＯＬＬＥＲ＿ＯＮが出力される（９０２）。そして、階調パッチが印刷された用紙９２０の基準トリガーパッチ９１０がカラーセンサによって読み込まれると、カラーセンサからトリガー信号ＲＥＡＤ＿ＴＲＧ（９０４）が発生され、この立ち上がりエッジ信号から、ｔ１時間（９０６）後にパッチ１のカラー情報を読み込む。カラーセンサでは、白色光をパッチに照射して、パッチからの反射光をカラーフィルターで色分解しＲ（レッド）、Ｂ（ブルー）、Ｇ（グリーン）の各色成分の輝度データに応じた電圧を出力する。この電圧をＡＤコンバータでサンプル（９０５）を行い。パッチ１のデジタル色データ、ＢＫ＿Ｒ１、ＢＫ＿Ｂ１、ＢＫ＿Ｇ１を得る。その後は順次時間ｔ２間隔でカラーセンサでの色情報読み取り、読み取った輝度に応じた電圧をＡＤ変換することで、各パッチの色情報を読み取ることになる。

図４は本発明のカラーセンサの構成図である。４０７はカラーセンサ、４０１は白色ＬＥＤで４２０〜７８０といった広いスペクトル成分を有した光を出力する。４０２はＲ，Ｇ，ＢカラーフィルターつきのＣＭＯＳセンサである。４０５は用紙で、用紙上に定着されたトナーパッチ４０４が形成されている。センサと用紙は距離Δｄ（４０６）離れて配置されている。４０３はＬＥＤからの光が定着トナー画像４０４に照射され、反射された光がフィルターが取り付けられたＣＭＯＳセンサ４０２に入射する様子を示している。

４１０はＲ，Ｇ，Ｂフィルターの取り付けらたＣＭＯＳセンサであり、図中のＷ部分はフィルター無しの部分であり、パッチからの反射光が直接ＣＭＯＳセンサに入射される構成となっている。４１３はＣＭＯＳセンサのサンプルクロックであり、サンプルクロックの立ち上がりから立下り区間の時間Δｔ（４２５）分だけＣＭＯＳセンサにパッチ反射光に応じた電荷が蓄積される。４１２はリードクロックであり、蓄積量に応じた各Ｗ，Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の電圧がリードクロックの立ち上がり、立下りエッジに応じて出力される。４１１はリードクロックのエッジに応じた出力信号で、各画素の蓄積電荷に応じた電圧が出力される。この電荷の出力をＡＤ変換することで、各画素の蓄積電荷つまり輝度レベルをデジタ値に変換可能である。４２２はＡＤサンプル信号であり、ＡＤサンプル信号の立下りエッジに応じて各画素の輝度レベルに応じた電圧がサンプリングされデジタル値に変換される。４２３は各画素の輝度レベルに応じたデジタルデータであり、パッチを読み取った輝度データとして、Ｗ，Ｒ，Ｇ，Ｂの各デジタルデータを得ることができる。

図３は、カラーセンサを用いた階調補正の概略図である。まずグラフであるが、カラーセンサを用いて、プリンタが段階的に階調パッチを出力し定着後の単色色パッチをカラーセンサが読み込んだ時の関係を示す図の説明をする。横軸はプリンタが出力する階調パッチの濃度を示している。縦軸は、プリンタが出力した階調パッチをカラーセンサが読み取り濃度に変換した時のカラーセンサ読み取り濃度を示している。

理想的には３１９の様に、プリンタ出力濃度とカラーセンサ読み取り濃度の関係がリニアになる。プリンタで出力したパッチの濃度が高い場合は、例えば３１７の様にプリンタ出力濃度に対して、カラーセンサ読み取り濃度の方が高くなる。プリンタで出力したパッチの濃度が低い場合は、例えば３１８の様にプリンタ出力濃度に対して、カラーセンサ読み取り濃度の方が低くなる。プリンタの階調出力の誤差を補正するには、カラーセンサで読み取った濃度と、プリンタの出力濃度がリニアになるようにプリンタのγルックアップテーブルを補正する必要がある。マゼンダの単色パッチのプリンタ階調性誤差は、マゼンダγルックアップテーブル３０６を補正する。シアンのプリンタ階調性誤差は、シアンγルックアップテーブル３０７を補正する。イエローのプリンタ階調性誤差は、イエローγルックアップテーブル３０８を補正する。ブラックのプリンタ階調性誤差は、ブラックγルックアップテーブル３０９を補正する。以上によりプリンタの単色パッチの階調を補正でき、補正後のプリンタ階調パッチ濃度と、カラーセンサで読み取ったパッチ濃度はリニアの関係とすることができる。ここで重要なのは、カラーセンサが絶対的なパッチ色の読み取りを行う能力があることである。カラーセンサの単色パッチの読み取り結果に応じて、プリンタのパッチ階調出力特性を補正しているため、カラーセンサの読み取り値が絶対色から誤差があれば、プリンタの階調特性も絶対色の階調とは誤差をもってしまう。例えば、カラーセンサの精度が悪いと、プリンタの使用者がカラーセンサを使用し階調補正を行い濃度１のシアンを出力したとしても、濃度が０．９になったり１．１になったりしてしまう。

図５に本発明のカラーセンサの制御ブロック図を示す。図中５０１は本発明のカラーセンサであり、距離センサ５０２を内蔵している。その距離センサ５０２は距離に応じたデジタル情報をＣＰＵに受け渡す。５０３は白色ＬＥＤ、５０４はカラーフィルターが取り付けられたＣＭＯＳセンサである。白色ＬＥＤ５０３で定着後のパッチ画像に白色光を照射して、その反射光をＣＭＯＳセンサ５０４で受光する。ＣＭＯＳセンサにはカラーフィルターが取り付けられているために、反射光のレッド成分、グリーン成分、ブルー成分の輝度レベルに応じたＲ、Ｇ、Ｂ電圧を出力する構成となっている。

５０９はカラーセンサ５０１を制御するための制御部である。ＣＰＵ５０８の代表的な動作としては、次のような動作を行う。距離データの読み取り、そして定着後パッチの色読み取り読み取った値を、距離データを元に補正を行ったり、ＬＥＤ５０３の光量の調整を行う。５０５はＡＤコンバータであり、ＣＭＯＳセンサからのＲ、Ｇ、Ｂの読み取り輝度に応じた電圧をデジタル値に変換しＣＰＵ５０８に入力される。５０６はＤＡコンバータであり、ＣＰＵ５０８から設定されるデジタル値に応じたアナログ電圧を出力する。５０７は定電流回路であり、ＤＡコンバータ５０６の出力電圧に応じて白色ＬＥＤ５０３を駆動する電流を可変可能とする。

図６は、距離変動の補正フローである。プリンタのパッチ形成後に、所定の位置でカラーセンサがパッチ読み込みを開始するために、パッチ読み取り動作であるかが判別される（ステップ８０１）。パッチ読み取り動作であると判別されると、用紙上のパッチ数の回数カラーセンサはパッチのR(レッド)、G（グリーン）、B(ブルー)の各色成分を読み込む。かつ色成分読み込み時のカラーセンサとパッチが形成された用紙間の距離データを読み込む。読み取ったデータはRAMに保存される。この例では、シアンのパッチを読み込んだ時のR画素のデータがＰａｔｃｈ＿Ｄａｔａ＿Ｃである。そのときの距離データが、ＤＣ＿Ｄｉｓである（ステップ８０２）。この色情報、距離データは所定の用紙サイズ例えばＡ３上に同一濃度のパッチが形成した場合の値である。この同一濃度での用紙上のパッチ数分の読み込みが終了するまで繰り返される（ステップ８０３）。用紙上のパッチ数分の色情報、距離データの読み込みが終了したら次のステップに進む。まず、用紙上の色情報Ｒ，Ｇ，Ｂの各平均値を算出する。算出された、例えばシアンの同一パッチ濃度の平均値はＰａｔｃｈ＿Ｃ＿ＡｖｅとしてＲＡＭに保存される（ステップ８０４）。次にカラーセンサと用紙間の距離データの平均値を算出する。算出された、例えばシアンの同一パッチ濃度読み取り時の距離の平均値はＤＣ＿Ｄｉｓ＿ＡｖｅとしてＲＡＭに保存される（ステップ８０５）。次に読み込んだパッチ濃度での、カラーセンサとパッチが形成された用紙間の距離と、パッチ濃度の相関関係の傾きを求める。

パッチの階調ｍ時の相関関係の傾き（Patch_C[m]）は、次式で表すことができる。

Patch_C[m]=(Patch_Data_C-Patch_C_Ave)/(DC_Dis-DC_Dis_Ave) ‥ （１）
この傾き値を、用紙に形成されたパッチ数分繰り返し算出する（ステップ８０６〜８０８）。その後、パッチ数分だけ算出された相関関係の傾きの平均値Ｐａｔｃｈ＿Ｃ＿Ａｖｅを求めてＲＡＭに保存する（ステップ８０９）。この一連のカラーセンサ読み取り値と、カラーセンサと用紙距離の相関関係の傾き算出を、階調補正を行う階調数（ｍ）だけ繰り返す。例えば、階調補正を行う階調が１０階調であった場合は１０回繰り返す。（ステップ８１０から８１２）。

以上により算出された、相関関係の傾きを用いてカラーセンサ読み値と、そのときの距離から距離変動によるカラーセンサの読み値の変動を補正することができる。その補正式は、カラーセンサの階調ｍパッチ読み取りデータをC、そのときのカラーセンサ間と用紙上の距離をC_Dis、階調ｍ時の相関関係の傾きをPatch_C[m]とすると、次式の様になる。

C'=C-(C_Dis×Patch_C[m]) ‥（２）
この様にカラーセンサの色情報読み取り時に、カラーセンサとパッチが形成された用紙間の距離の変動に応じて、カラーセンサ読み取り値を補正することで、距離変動によらず正確な色情報の読み取りが可能となる。

カラーセンサでの読み取りシーケンス図 フルカラープリンタの要部構成図 カラーセンサを用いた階調補正の概略図 本発明のカラーセンサの構成図 本発明のカラーセンサの制御ブロック図 距離変動の補正フロー

符号の説明

５０１ カラーセンサ
５０２ 距離センサ
５０３ 白色ＬＥＤ
５０４ ＣＭＯＳセンサ
５０８ ＣＰＵ
５０５ ＡＤコンバータ
５０６ ＤＡコンバータ
５０７ 定電流回路

Claims (4)

1. 用紙上に安定して形成された画像（各々濃度の異なる単色階調パッチ）の色情報を読み取る測定手段を有するカラー画像形成装置において、
   用紙上のパッチを読み取る第一の測定手段と、
   第一の測定手段とパッチが形成された用紙間の距離を測定する第二の測定手段と、
   前記第二の測定手段の測定値に応じて前記第一の測定手段の読み取り値を補正する手段とを有することを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 請求項１に記載のカラー画像形成装置において、
   用紙上の階調パッチを読み取る第一の測定手段と、
   カラー画像形成装置に取り付けられた用紙の厚みを検知する第二の測定手段と、
   第二の測定手段の測定値に応じて、第一の読み取り手段の読み取り値の補正、もしくは読み取り制御条件の補正を行うことを特徴とするカラー画像形成装置。
3. 請求項１、又は請求項２に記載のカラー画像形成装置において、
   前記階調パッチは、電子写真方式により用紙上に階調トナー画像を形成したものを定着した画像であることを特徴とするカラー画像形成装置。
4. 請求項１に記載のカラー画像形成装置において、前記第一の測定手段と第二の測定手段は、同一ユニットに配置されることを特徴とするカラー画像形成装置。

Images