JP2015068833A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準パッチを用いる作像条件調整制御を実行せず、かつトナー消費量や装置のダウンタイムを増加させることなく画像濃度を一定に制御することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体１を帯電する帯電手段２と、像担持体１上に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像を現像する現像手段４とを有し、静電潜像の電位を検知する第１の検知手段２００と、静電潜像の現像により形成されるトナー像を検知する第２の検知手段１０とを、検知手段１０，２００の検知結果により適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変化させる調整モードとを有する画像形成装置２１において、出力画像を解析して所定の書き込み条件に合致する特定領域を抽出し、特定領域における静電潜像とトナー像とを各検知手段１０，２００により検知して作像条件を変化させる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いた複写機においては、温度や湿度等の使用環境の変化や経時変化に対して画像濃度が変化するという問題点があった。そのため、常に安定した画像濃度を得るために感光体等の像担持体上に濃度検知用階調パターンを作成し、そのパッチ濃度を光学的検知手段（光学センサともいう）により検知し、その検出値から階調パターンのトナー付着量を求め、現像ポテンシャルに対するトナー付着量の関係式（傾き：現像γ、ｘ切片：現像開始電圧Ｖｋ）を求めることにより、各作像条件を適正化するという手法が広く用いられている。これ等の手法は、求めた現像ポテンシャルとトナー付着量との関係式から目標付着量となるように作像条件を変更することで（具体的にはＬＤパワー、帯電バイアス、現像バイアスの変更）、常に安定した画像濃度を得るものである。この調整動作をプロセスコントロールという。

上述のプロセスコントロールは、電源投入時やある所定枚数通紙後に実行される。しかし、前回プロセスコントロールを実施してから次回実施するまでの間に現像能力が変化し、画像濃度が変化する場合があった。このような場合には画像濃度の制御が非常に困難であるため、プロセスコントロールの実行頻度を高くすることが考えられるが、それを実施するにはトナーパッチを作成する必要があるため、トナー消費量が増加することとなる。また、プロセスコントロールを実施するには時間を要するため、プロセスコントロールの実行頻度を高くすると装置のダウンタイムが長くなるという問題点がある。

上述の問題点を解決すべく、画像形成中の紙間にトナーパッチを形成し、画像濃度を一定に制御する方法が知られている。例えば「特許文献１」、「特許文献２」では、非画像部にトナーパターンを形成し、トナーパターンの濃度に応じて現像装置内のトナー濃度制御目標値を変更して画像濃度を維持する方法が開示されている。しかし最近では、紙間にトナーパターンを作成することによるトナーの過剰消費を極力低減したいとの要望があり、紙間の基準トナーパターン作成による補正はトナーパターン間隔を広げるかまたは行わない方向となってきている。

さらに、中間転写ベルト上にトナーパターンを作成する際に、２次転写ローラを１回の作像毎に離間しない場合には、２次転写ローラに付着する紙間パッチのトナーをクリーニングするためのクリーニング装置を設ける必要がある。また２次転写ローラを１回の作像または数回の作像毎に離間する場合にはクリーニング装置を設ける必要はないが、頻繁に発生する２次転写接離に耐え得る機械構成が必要となる。これ等の理由により、コスト削減の観点からも紙間のトナーパターン作成を極力抑える必要性が生じてくる。

そこで例えば「特許文献３」には、画像面積率の移動平均により、出力画像の画像面積率の推移（一定期間内における現像剤中のトナー入れ替え量）を把握することにより、画像濃度制御基準値を変化させ、高品位の画像を安定的に維持する方法が開示されている。この技術によれば、トナー濃度制御基準値をある一定期間内のトナー入れ替え量に応じて最適補正することが可能となるため、どのような画像出力パターンにも対応することが可能である。また、画像形成中にトナーパターンを作成する必要がないためにトナー消費量を低減することが可能であり、さらに２次転写ローラにクリーニング装置を設ける必要がないためにコストの観点からも非常に有効な手法である。

しかし上述の技術では、トナー入れ替え量に応じて画像濃度の変化を予測してトナー濃度制御基準値を変更しているため、実際の画像濃度（トナー付着量）を検知してフィードバック制御を行っているわけではないため、温度や湿度等の使用環境や経時変化によっては予め設定されている補正量にずれが生じ、適正に補正を実施することができない虞があるという問題点がある。

本発明は上述の問題点を解決し、基準パッチを用いる作像条件調整制御を実行せず、かつトナー消費量や装置のダウンタイムを増加させることなく画像濃度を一定に制御することが可能な画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像する現像手段とを有し、前記静電潜像の電位を検知する第１の検知手段と、前記静電潜像の現像により形成されるトナー像を検知する第２の検知手段と、前記各検知手段の検知結果により適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変化させる作像条件調整手段とを有する画像形成装置において、前記作像条件調整手段は、前記画像情報において所定の書き込み条件に合致する特定領域を抽出し、前記特定領域における前記静電潜像と前記トナー像とを前記各検知手段により検知して作像条件を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、出力画像を解析して所定の書き込み条件に合致する特定領域を抽出し、この特定領域における静電潜像とトナー像とを検知手段により検知して作像条件を変化させている。これにより、現像ポテンシャルとトナー付着量とを算出し、その結果より作像条件の調整を行うことができ、狙いの付着量を得るための作像条件を算出して調整することができ、調整のためのトナーパターンを作成する必要がなくなりトナー消費量を低減できる。また、画像形成中の画像を検知するため装置のダウンタイムを増加させることなく安定した画像濃度制御を行うことができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略正面図である。 本発明の一実施形態を適用可能な現像装置の要部概略平面図である。 本発明の一実施形態で行われるプロセスコントロール動作を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態に用いられる階調パターンの一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示す線図である。 本発明の一実施形態における画像分割方法を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における画像情報保存方法を説明する概略図である。 本発明の一実施形態におけるセンサ検知結果を示す概略図である。 本発明の一実施形態における現像γ算出結果を示す線図である。 本発明の一実施形態における画像濃度制御方法を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態における現像ポテンシャルとトナー付着量とをセットでメモリに保存する場合を説明する図である。 本発明の一実施形態における現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示す線図である。

図１は、本発明の一実施形態に用いられる画像形成装置としてのフルカラープリンタの要部を示している。同図においてフルカラー複写機２１の装置本体中央部には、像担持体である４個の感光体ドラム１Ｙ（イエロ），１Ｍ（マゼンタ），１Ｃ（シアン），１Ｋ（ブラック）がそれぞれ等間隔で並設されている。以下、イエロ画像用の感光体ドラム１Ｙについて説明を行うが、他の色の感光体ドラム１Ｍ，１Ｃ，１Ｋについてもトナーの色が異なる点を除いて同様である。

感光体ドラム１Ｙは、図示しない駆動モータによって図において時計回り方向に回転駆動される。感光体ドラム１Ｙの周囲には、静電写真プロセスに従い帯電手段である帯電ローラ２、現像ローラ３を有する現像手段としての現像装置４、クリーニング装置７等の作像手段が配設されている。感光体ドラム１Ｙは、帯電装置２によって表面を一様に帯電された後に図示しない書込装置からの光によって露光され、その表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。現像装置４内の現像剤は現像ローラ３によって感光体ドラム１Ｙと対向する現像ニップ領域に搬送され、感光体ドラム１Ｙ上の静電潜像にトナーを付着させてこれを顕像化させる。

感光体ドラム１Ｙ上のトナー像は各感光体ドラム１の上部に配設された被転写体としての中間転写ベルト８に転写され、中間転写ベルト８上にはその移動に伴い各色のトナー像が順次転写されることによって色重ねが行われる。色重ねされたトナー像は２次転写装置１２の位置に移動し、この位置において転写紙に転写されて転写紙上に画像が形成される。クリーニング装置７は感光体ドラム１上に残留した不要なトナーを除去し、図示しない廃トナーボトルに不要なトナーを貯容する。上述の手順を繰り返すことにより、連続して画像形成が行われる。

図２は、現像装置４の平面図である。現像装置４は、上述したように現像ローラ３を備えており、現像ローラ３は感光体ドラム１に対向配置されている。現像装置４には、第１スクリュ１３及び第２スクリュ１９からなる２軸の搬送スクリュが設けられており、各スクリュ１３，１９の回転によって現像装置４内を現像剤が循環搬送される。第１スクリュ１３が設けられた部分では現像剤が現像ローラ３の表面に汲み上げられ、現像領域を通過した現像剤が戻される。第２スクリュ１９側の現像剤室の下部には、トナー濃度センサ５が配置されている。トナー濃度センサ５としては、例えば現像装置４内のトナー透磁率を測定するものが用いられる。ここでトナー濃度制御は、トナー濃度センサ５の出力値（Ｖｔ）をトナー濃度の制御基準値（Ｖｔｒｅｆ）と比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出してトナー補給装置を駆動する。これにより、トナー補給口２０を通じて現像装置４内にトナーが補給される。

本実施形態に示す画像形成装置２１では、上述した画像形成モードとは別に電源投入時あるいは所定枚数通紙後に各色の画像濃度を適正化させるためのプロセスコントロール動作が実施される。このプロセスコントロール動作では、濃度検知を行うために各色複数の階調パターンを、帯電バイアスと現像バイアスとを適当なタイミングで順次切り替えることにより中間転写ベルト８上に作像する。そして、これ等の階調パターンを図１に示すように中間転写ベルト８の駆動ローラ１５近傍に配置された第２の検知手段としての光学センサ１０によって検知し、その出力電圧をトナー付着量に変換する。また、露光位置下流において現像ローラ３の上流位置に静電潜像電位の検出手段である第１の検知手段としての電位センサ２００が配置されている。電位センサ２００によって感光体１の表面電位を測定し、現像バイアスと露光後の感光体電位（Ｖ１）との差分値から現像ポテンシャルを算出する。そして、光学センサ１０で検知した付着量と現像ポテンシャルとの関係より、現像能力を表す現像γ、現像開始電圧Ｖｋの算出を行い、この算出値に基づいて現像バイアス及びトナー濃度制御値を変更する制御を行っている。

次に、本実施形態で行われるプロセスコントロール動作を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。先ず、装置立ち上げを行う（ＳＴ０１）。これは、電源投入時や所定枚数通紙時に各種モータや各種デバイスのバイアスがオンされ、プロセスコントロールを実行するための準備が行われる。次に、必要に応じて光学センサ１０のＬＥＤ電流を調整する（ＳＴ０２）。これは、中間転写ベルト８の地肌部にＬＥＤ光を照射してその正反射光を検出し、検出した正反射光出力が４ＶとなるようにＬＥＤ電流を調整する。この調整動作をＶｓｇ調整と呼び、Ｖｓｇ調整は全てのセンサに対して実施する。ただし、Ｖｓｇ調整には時間を要するため、前回調整時のＬＥＤ電流値を用いて中間転写ベルト８の地肌部に所定時間ＬＥＤ光を照射し、その正反射光を検出して検出した正反射光出力の平均値を求める。これをＶｓｇａｖｅ検知という。求めた平均値が所定の範囲内である場合には、ＬＥＤ電流の調整を行う必要がないと判断してＶｓｇ調整は実行しない。次に、トナー濃度センサ５の出力（Ｖｔ）を取得する（ＳＴ０３）。これは、現在のトナー濃度を知るために測定するものであり、後述するトナー濃度補正（Ｖｔｒｅｆ）に必要なものである。

次に、階調パターンを作成する（ＳＴ０４）。これは、現像γを検出するために必要であり、本実施形態では具体的に、光学センサ１０が設けられた位置に対応するよう、図４に示すように主走査方向の幅が１０ｍｍ、副走査方向の幅が１４．４ｍｍ、パターン間隔５．６ｍｍで階調パターンを作成する。ここで、作成する各色の階調パターンの数は、感光体ドラム間ピッチに収まる数とすることが望ましい。これは、作成する各色の階調パターンの全長が感光体ドラム間ピッチよりも長くなると、他の色と重なってしまうこととなるため、書き込みの遅延を行って他色の階調パターンの作成を待ってから次の色の階調パターンの書き込みを開始しなくてはならなくなる。このような動作となった場合には、全色の階調パターンを作成する時間が長くなってしまうこととなり、調整動作に要する時間が長くなってしまう。

次に、階調パターンの静電潜像電位を電位センサ２００で検出する（ＳＴ０５）。これは、ステップＳＴ０４で作成した階調パターンの静電潜像電位を電位センサ２００によって検出し、静電潜像電位を取得して取得した静電潜像電位より現像ポテンシャルを算出する。ここで、現像ポテンシャルは以下の式で算出する。
現像ポテンシャル［−Ｖ］＝現像バイアスＶｂ［−Ｖ］−パターン部潜像電位［−Ｖ］
電位センサ２００は光学センサ１０と同一の主走査位置に配置されているため、作成した同一の階調パターンを電位センサ２００と光学センサ１０との双方で検知することができる。

次に、階調パターンを光学センサ１０で検出する（ＳＴ０６）。これは、上述したように作成して中間転写ベルト８に転写させた階調パターンにおける各色パターンのトナー付着量を光学センサ１０によってそれぞれ検知する。本実施形態では、ブラックパターンは正反射光のみ検知し、シアン、マゼンタ、イエロパターンは正反射光と拡散反射光との両方を検知する。また、濃度検知用の光学センサ１０は図４に示すように複数配置しており、画像中心に設けられたセンタセンサによって全色の階調パターンの検知を行う。

次に、光学センサ１０の検出値をトナー付着量に変換する（ＳＴ０７）。これは、光学センサ１０の出力値からトナー付着量を算出する。本実施形態では、正反射光を受光する受光素子と拡散反射光を受光する受光素子とを備えた光学センサ１０を使用し、高付着量のトナーパッチを検出可能に構成している。光学センサ１０では、温度変化や経時劣化等により発光素子の出力が変化したり受光素子の出力が変化したりし、さらに像担持体の経時劣化によっても受光素子の出力が変化する。このため、受光素子の出力値を何等補正（校正）することなく受光素子の出力値からトナー付着量を一義的に求めると、正確なトナー付着量の検知を行うことができないといった問題点がある。そこで、光学センサ１０の補正制御を行い、拡散反射光を受光する受光素子（拡散反射受光素子）の出力値からトナーパッチの付着量を求めている。本実施形態では、特開２００６−１３９１８０号公報に記載された方法を用いてトナーパッチ付着量の算出を行う。

次に、現像γと現像開始電圧Ｖｋとを求める（ＳＴ０８）。これは、ステップＳＴ０５で求めた現像ポテンシャルとステップＳＴ０７で求められたトナー付着量との関係から、現像γ及び現像開始電圧Ｖｋを求める。具体的には図５に示すように、横軸を現像ポテンシャル、縦軸をトナー付着量とし、最小二乗法により１次直線式を求める。この１次直線式の傾きを現像γと呼び、ｘ切片を現像開始電圧Ｖｋと呼ぶ。

次に、目標トナー付着量を得るために必要な現像バイアスを求める（ＳＴ０９）。これは、上述の１次直線式に基づいて目標付着量（縦軸）から現像ポテンシャル（横軸）を求める。目標付着量は予めトップ濃度を得るために必要な値が決められている（トナー顔料の着色度合いとトナー粒径とで決まるが、一般的には０．４〜０．６ｍｇ／ｃｍ^２程度である）。そして、求めた現像ポテンシャルを現像バイアスに変換する。これは、現像バイアスＶｂ［−Ｖ］＝現像ポテンシャル［−Ｖ］＋露光部電位Ｖｌ［−Ｖ］として求める。ここで求めた現像バイアス値を画像部の現像バイアスＶｂとする。帯電バイアスＶｃはキャリアが感光体に飛翔しない程度の値で予め決定されている（Ｖｂ＝４００〜７５０［−Ｖ］、Ｖｃ＝Ｖｂ＋１００〜２００［−Ｖ］程度が一般的である）。このようにして、求めたＶｂ及びＶｃを作像時のバイアスとして設定する。

次に、レーザダイオード光量を設定する（ＳＴ１０）。ステップＳＴ０９で算出した目標付着量を得るための現像ポテンシャルを用いて、目標の中間調濃度となるための狙いの中間調部電位Ｖｐｌは以下の式を用いて算出する。
Ｖｐｌ＝係数α×現像ポテンシャル＋Ｖｌ
ここで、係数αは作像システムに対して設計される値であり、狙いの中間調濃度やライン幅等から決定する。中間調部電位Ｖｐｌ算出後にＬＤパワー調整用のパターンを作成する。このとき作成するパターンはディザパターンを用いる。現像バイアス、帯電バイアスは固定の状態で、ＬＤパワーを複数の段階で変化させてディザパターンを作成する。これ等のパターンの静電潜像電位を電位センサで検知する。横軸をＬＤパワー、縦軸を静電潜像電位として、最小二乗法により一次直線式を求める。そして、狙いのＶｐｌとなるＬＤパワーを算出し、作像時のＬＤパワーとして設定する。そして最後にトナー濃度制御基準値（Ｖｔｒｅｆ）の補正を行う（ＳＴ１１）。これは、現像γとトナー濃度センサ出力（Ｖｔ）とからトナー濃度制御基準値（Ｖｔｒｅｆ）を補正する。

すなわち、Δγ＝現像γ検出値−現像γ目標値を求める。ここで、現像γ目標値は予め装置毎に決められ、例えば１．０ｍｇ／ｃｍ^２／−ｋＶ（現像ポテンシャルが１０００［−Ｖ］（１［−ｋＶ］））で１．０ｍｇ／ｃｍ^２のトナーが感光体に付着することを意味する。現像開始電圧Ｖｋ＝０［−Ｖ］、目標トナー付着量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２であれば、５００［−Ｖ］の現像ポテンシャルが必要となる。現像ポテンシャル［−Ｖ］＝Ｖｂ−Ｖｌであるので、Ｖｌ＝５０［−Ｖ］とするとＶｂ＝５５０［−Ｖ］となる。Ｖｌは露光後電位を表す。Δγが所定の値を超えるとＶｂが設定可能な範囲を超えたり異常画像が発生したりするので、Δγが目標範囲となるようにトナー濃度制御基準値（Ｖｔｒｅｆ）を補正する。ただし、このときのＶｔがＶｔｒｅｆと大きく異なっているときには補正を行わない。以上がプロセスコントロールの動作フローである。

ここで、本発明における出力画像情報の取得方法について説明する。書き込み制御部はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が用いられており、主に画像処理部、発光データ生成部、書き込みデータメモリ部より構成されている。画像処理部において、入力画像データをドットマトリクスに変換し、そのドット配列に従い発光データを生成する。さらに書き込みデータメモリ部において、単位分割エリアごとの画素配列状態を保存する。なお、この書き込みデータメモリ部は、データ保存容量に応じて外部に構成させてもよい。メモリに保存した画像情報を制御情報として作像部のＣＰＵに転送することにより作像条件を変更する。

電子写真プロセスにおいては、単位エリアあたりの書き込みドット数により階調を表現することが一般的である。いわゆる面積階調であるが、この面積階調の方法としてはディザマトリクスが代表的である。出力画像の階調レベルを表す入力データ値を画像処理部の内部閾値と比較することによりドット配列に置き換え、階調レベルに合わせて中間調を表現する。その後、この階調データを発光データ生成部からレーザ駆動部に入力し、所定のタイミングでレーザを発光させることにより、感光体上に階調データを生成させる。

本実施形態では、印刷画像の画像情報を、用紙１枚の画像形成中に数分割してメモリ領域に保存している。作像条件調整手段として機能するメモリ領域において、画像情報は図６に示すように主走査方向及び副走査方向に分割して保存する。単位分割エリアであるが、電位センサ及び光学センサの検知スポット径以上であることが望ましい。本実施形態では、電位センサのスポット径のほうが光学センサのそれよりも広く、スポット径が２０ｍｍのセンサを用いたため単位分割エリアとして主走査方向及び副走査方向に２０ｍｍ以上である必要がある。

例として、主走査方向に５分割、副走査方向に１０分割して出力画像の配列状態を取得する場合について説明する。図７に示すように、Ａ４サイズの記録紙に対して一部が画像エリアである場合について説明する。エリアｃ３Ｃ，ｃ４Ｃ，ｃ８Ｃ付近に互いに異なる濃度の中間調画像が作像されており、ｃ７Ｃ付近にはベタ画像が作像されている。作像と同時に各エリアには画像情報が保存される。

はじめに、単位分割エリアごとに中間調画像、またはベタ画像が一様に存在するか否かを判定する。単位分割エリアのドットマトリクスが全て同一の場合には「Ｅ」と保存し、それ以外の場合（具体的には画像がない、エリアの途中でドットマトリクスが変化している場合等）には「Ｎ」と保存する。これは、後述する中間調画像を電位センサ及び光学センサで検知する際に、センサのスポット範囲に画像がなく、正しく静電潜像電位及びトナー付着量を検知できない可能性があるためである。また、センサ出力値のサンプリング点数の所定の点数で平均化処理を行うため、同一の分割エリア内でドットマトリクスが変化すると電位センサ出力値と光学センサ出力値とが変化する。このため、平均値もずれてしまい正確なセンサ出力値を得ることができないためである。

次に、図７を用いて具体的に説明する。中間調画像は、ｃ３Ｂからｃ５Ｄに作像されているが、基準エリア全体が中間調画像で覆われているのはｃ４Ｃのみである。このため、ｃ４Ｃには「Ｅ」と保存する。一方、中間調画像及びベタ画像が分割エリア内に一様にない場合には、その分割エリアには「Ｎ」と保存する（ｃ３Ｂ，ｃ３Ｄ）。また、分割エリアｃ３Ｃに示すように、分割エリアの途中でドットマトリクスが変化している画像の場合にも「Ｎ」と保存する。上述したように画像情報を解析し保存することで、どの分割エリアが補正に使用できるかを特定することができる。

以上説明したように、出力画像の画像情報を分割して取得すれば、その情報を用いて単位分割エリアごとに画像が一様に存在するか否かを特定することができる。そのため、光学センサと同じ主走査位置に所定の中間調画像あるいはベタ画像が形成されれば、その静電潜像部が電位センサ位置に到達するタイミングで検知を行うことにより、静電潜像電位を検知することができる。また、光学センサ位置に到達するタイミングで検知を行うことにより、その画像部のトナー付着量を算出することができる。

図８は、図７の画像を電位センサと光学センサとで検知し、静電潜像電位とトナー付着量とを求めた結果を示している。横軸は時間を表しており、分割エリアごとの検知結果がわかるように示している。このように、中間調及びベタ画像を検知することで、静電潜像電位とそれに対するトナー付着量とを算出することができる。

図８の結果より、画像形成時の現像デバイスは図３で説明したプロセスコントロールの結果により設定されている。そのため、電位センサの検知結果である静電潜像電位と現像バイアスより現像ポテンシャルは、現像ポテンシャル［−Ｖ］＝現像バイアス［−Ｖ］−静電潜像電位［−Ｖ］の式より算出できる。

図９は、図８で求めた現像ポテンシャルとそれに対応するトナー付着量より現像γを算出した結果を示している。２点以上の中間調濃度（ベタ濃度）の現像ポテンシャルとトナー付着量とを求めることができれば、その関係より現像γと現像開始電圧Ｖｋとを算出することができる。現像γと現像開始電圧Ｖｋとが求まれば、目標付着量を得るための作像条件を算出することができる。そして、その結果を用いて付着量が一定となるように作像条件を調整すれば紙間等にトナーパターンを作成し、無駄にトナー消費を行うことなく画像中間調濃度を一定に制御することが可能となる。

次に、特定した単位分割エリア情報を光学センサで検知する方法について説明する。所定のドット配列を有する単位分割エリアが特定できれば、記録紙先端からそこまでの距離を特定することができる。本実施形態では、副走査方向に１０分割しているため、ｃ４Ｃ位置までの副走査長さは、（記録紙副走査長さ）／１０×３となる。従ってＡ４普通紙の場合、記録紙先端からの副走査長さは２９．７ｃｍ／１０×３＝８．９１ｃｍとなる。そして実際に書き込みが行われ、印刷画像がセンサ位置に到達するタイミングで検知を行うように遅延を行う。画像出力は１枚ごとに書き込み開始信号が出力されるため、この信号をトリガとして検知タイミングを設定することができる。具体的には、書き込み開始信号がオンしてから下式（１）で算出される時間分遅延して検知を開始すれば所定エリアの画像を検知することができる。
{（記録紙先端から基準エリアまでの副走査長さ）＋露光からセンサまでの距離（色）}／線速・・・式（１）
露光からセンサまでの距離（色）は露光位置からセンサ検知位置までのレイアウト距離によって決定する。この距離は色ごとに異なるため、下式（２）によって各色の距離を算出することができる。
露光からセンサまでの距離（色）＝露光（Ｋ）からセンサまでの距離＋作像間ピッチ×ｎ・・・式（２） （ただしｎ＝０，１，２，３ Ｋ：０，Ｃ：１，Ｍ：２，Ｙ：３）
式（２）で示すタイミングで検知を開始し、所定の単位分割エリアの副走査長さを線速で割った時間分検知を行えば、出力画像で中間調補正に必要な分だけ検知することができる。書き込み開始信号がオンしてから式（１）で算出される時間分遅延して検知を開始すれば、所定エリアの画像を光学センサで検知することができる。

同様に、特定した単位分割エリア情報を電位センサを用いて検知する。露光から電位センサまでの距離は露光位置からセンサ検知位置までのレイアウト距離によって決まる。
電位センサ検知遅延時間＝{（記録紙先端から基準エリアまでの副走査長さ）＋露光から電位センサまでの距離}／線速・・・式（３）
書き込み開始信号がオンしてから式（３）で算出される時間分遅延して検知を開始すれば、所定エリアの画像を電位センサで検知することができる。以上が、出力画像から所定の中間調画像、ベタ画像を特定し、その領域を検知する方法である。

上述したように、出力画像においてセンサと同一の主走査位置に所定のドット配列状態があることさえ特定できれば、センサを用いて検知することができる。換言すると、センサ検知位置に対象画像がない場合には検知を行うことができないため、センサと同一主走査位置のみの画像情報をＲＡＭに保存するようにしてもよい。これによりセンサ検知できない領域の情報は保存しなくてもよいため、ＲＡＭの保存領域を低減することができる。

次に、本実施形態の特徴部である画像形成中の画像を用いて画像濃度制御を行う方法について、図１０に示すフローチャートに基づき説明する。
先ず、センサを検知可能な状態にする（ＳＴ２１）。これは、印刷動作を開始するための装置の立ち上げ準備を行うと同時に光学センサのシャッタを開け、ＬＥＤを点灯して検知が行える状態にする。そして、画像形成動作実行中には常に検知を実施する。同様に電位センサの電源に電圧を印加し、電位センサを画像形成動作中常に検知可能な状態にする。次に、印刷条件を取得する（ＳＴ２２）。ここで取得する条件は、線速、書き込みの解像度、用紙サイズ等である。

次に、印刷画像の画像情報を取得する（ＳＴ２３）。これは、出力画像の画素数を分割したエリアごとに取得していく。本実施形態では主走査方向に５分割、副走査方向に１０分割しているため、１枚の記録紙に対して５０分割して画像面積情報を取得している。ただし、画像の分割数はこれに限られるものではない。

次に、分割エリアごとの一様な中間調及びベタ画像の有無を保存する（ＳＴ２４）。図７で説明したように、ここでは中間調及びベタ画像が一様にある分割エリアを特定する。ＲＡＭへの保存は図７で示したように、ｃ１Ｃ＝Ｎ、ｃ２Ｃ＝Ｎ、・・・ｃ４Ｃ＝Ｅ・・・ｃ１０Ｃ＝Ｅというように分割エリアの位置情報と中間調及びベタ画像の有無の情報とを保存する。上述したように、センサと同一主走査方向の情報のみ保存するように構成してもよい。

次に、中間調及びベタ画像がセンサ検知位置にあるか否かを判定する（ＳＴ２５）。先ず、中間調及びベタ画像が存在するか否かを判断し、その後、該当したデータの位置がセンサと同一の主走査位置であるか否かの判定を行う。判定の結果、センサ位置に対象画像が存在する場合にはステップＳＴ２６に進む。一方、対象画像が存在しない場合にはステップＳＴ３４に進む。

次に、対象画像を検知する（ＳＴ２６）。ステップＳＴ２５の結果より対象部がセンサ検知位置と同一の主走査位置にあると判定された場合には、常時検知を行っているセンサ出力値より対象画像部分を抽出する。対象画像を抽出する方法は、上述したように分割して画像情報を取得するため、記録紙のどの位置に画像があるかを特定することができる。そのため、記録紙の先端からの副走査長さを把握することができる。ＲＡＭより読み出した単位分割エリア位置情報より、記録紙先端から対象画像位置までの副走査長さを求める。そして、上述した式（１）より書き込みの開始信号をトリガとして遅延時間を求める。遅延時間経過後から分割エリア分の検知時間におけるセンサ出力値を抽出し、その値を平均化して画像部のセンサ出力値とする。

次に、現像ポテンシャルを求める（ＳＴ２７）。ここでは、ステップＳＴ２６で得られたセンサ出力値より現像ポテンシャルを算出する。上述したように、画像形成時の現像バイアスはプロセスコントロールの結果により設定されている。そのため、電位センサの検知結果である静電潜像電位と現像バイアスより、
現像ポテンシャル［−Ｖ］＝現像バイアス［−Ｖ］−静電潜像電位［−Ｖ］
の式を用いて現像ポテンシャルを算出することができる。

次に、ステップＳＴ２６で得られたセンサ出力値をトナー付着量に変換する（ＳＴ２８）。ここで、トナー付着量を算出する方法は、図３に示したフローチャートのステップＳＴ０７と同様である。

次に、現像ポテンシャルとトナー付着量とを保存する（ＳＴ２９）。ここでは、ステップＳＴ２７，ＳＴ２８で算出した現像ポテンシャルとトナー付着量とをセットでメモリに保存する。メモリへの保存は、図１１に示すように現像ポテンシャルの区分ごとに分けて保存してもよい。後述する現像γ算出時において、現像ポテンシャルの差分が小さく、２点で現像γを算出するような場合、トナー付着量を誤検知すると現像γが大きく変動する可能性がある。そのため、現像γを算出する際のプロット点として、区分ごとに分けて保存を行う。すでに保存されている区分に新たに保存する場合には、値を更新するようにするとよい。このように現像ポテンシャルが近い場合に毎回更新を行えば、最新の現像剤の状態を常に把握することが可能となるためである。ただし、同一の現像ポテンシャルの場合には、トナー付着量をすでに保存してある値との平均値を算出して保存するようにしてもよい。このようにすれば、付着量の検知誤差が生じた場合に誤差が少なくなる。なお、図１２は図１１の結果より求めた現像γを示す線図である。

ここで、現像γ算出のためのプロット点数の保存期間は、所定の画像形成枚数以下とするとよい。例えば、所定の画像形成枚数を１０枚に設定し、１０枚以上前に保存したプロット点はクリアする構成とする。これは、１０枚画像形成する間に現像能力が変化して、現像γが変化する可能性があるためである。この枚数は現像剤の容量等により現像γが変化し易いシステムについてはもっと短く設定するようにしてもよく、現像剤容量が多く変動が小さいシステムについてはもっと長い値を設定するようにしてもよい。

また、１ジョブの枚数が１０枚未満でジョブ間の間隔が長い場合を考慮して、プロット点を保存してから所定の時間以上経過した場合にはクリアする構成としてもよい。これは、放置時間により帯電量が低下し、現像γが変化する可能性があるためである。また保存は揮発メモリに行い、電源のオンオフが行われた場合にはクリアしてもよい。

次に、現像γが算出可能であるか否かを判定する（ＳＴ３０）。現像γを算出するには、最低でも２点のプロットが必要となる。そのため、ステップＳＴ２９で区分ごとに保存したプロット点が２点以上となったら現像γの算出を行う。現像γを算出するための最低点数は２点に限られず、現像γの算出精度を考慮して決定してもよい。点数を多く設定すれば、誤検知等が発生した場合でも正確に現像γを算出することができる。一方で、点数を増やしすぎると現像γを算出するためのプロット点数がたまらず、補正を行う機会が減少することとなるため、システムに応じて最適な値を設定する。

次に、ステップＳＴ３０で現像γが算出可能であると判断されると、ステップＳＴ２７，ＳＴ２８で得られた現像ポテンシャル及びトナー付着量を用いて現像γを算出する（ＳＴ３１）。これは、図３のステップＳＴ０８を実施して現像γ及び現像開始電圧Ｖｋを算出する。ステップＳＴ３０で現像γが算出不可であると判断されると、後述するステップＳＴ３４に進む。

次に、作像条件を算出する（ＳＴ３２）。ここでは、ステップＳＴ３１で得られた現像γ及び現像開始電圧Ｖｋより、その結果に応じて作像条件を決定する。算出した現像γより、目標付着量を得るための作像条件（現像バイアス、帯電バイアス、ＬＤパワー）を算出する。

ここで、トナー濃度制御基準値（Ｖｔｒｅｆ）を変更する場合を説明する。算出した現像γが目標γよりも高い場合には、Ｖｔｒｅｆをより大きな値に補正する（トナー濃度の目標値をより低くする）。これにより、トナー補給量を一時的に少なくして、目標電圧Ｖｔｒｅｆよりも小さな出力電圧Ｖｔをいち早く目標電圧Ｖｔｒｅｆまで上昇させる。このように、現像装置内のトナー濃度を低下させることで帯電量を高くする。その結果、現像γを低くすることができる。

一方、算出した現像γが目標値よりも低い場合には、Ｖｔｒｅｆをより小さな値に補正する（トナー濃度の目標値をより高くする）。これにより、トナー補給量を一時的に増加させて、目標電圧Ｖｔｒｅｆよりも大きな出力電圧Ｖｔをいち早く目標電圧Ｖｔｒｅｆまで下降させる。その結果、現像装置内のトナー濃度が上昇して帯電量が低下する。その結果、現像γを高くすることができる。このように、形成画像を検知して算出した現像γに応じて現像装置内のトナー濃度を変更することで、現像γを目標γに誘導することが可能となる。

次に、ステップＳＴ３２で算出された作像条件を保存（ＳＴ３３）した後、作像条件の変更が可能であるか否かを判定する（ＳＴ３４）。本実施形態では、作像条件を変更するタイミングは記録紙の切り替わりに対応したＬＤ書き込みのインターバルごとに変更を行うようにしている。これは、記録紙１枚の途中で作像条件を変更した場合、同じ記録紙の中で画像濃度が変わることとなるため、記録紙が切り替わるタイミングで作像条件の変更を実施しているのである。以上より、記録紙の書き込み動作が終了し、記録紙が切り替わるタイミングであるか否かの判定を行う。作像条件が変更できるタイミングである場合には後述するステップＳＴ３５に進み、作像条件が変更できないタイミングである（書き込み動作を実施している）場合は後述するステップＳＴ３６に進む。

ただし、長尺紙等に画像形成する場合、上述のタイミングで作像条件を変更するとなかなか作像条件を変更できないこととなる。そのため長尺紙の場合には、例えばＡ４サイズごとのタイミングで作像条件を変更する等、その途中で作像条件を変更するようにしてもよい。この場合、上述したように記録紙中で画像濃度が変化してしまう可能性があるため、作像条件の補正量を通常よりも小さくする等、設定を変更することが望ましい。また、画像情報を取得した結果、対象画像を抽出したエリア以降に画像がない場合については、作像条件を切り替えてもよい。本実施形態では、書き込み動作のインターバルで作像条件を変更する構成としたが、対象画像を検知して作像条件の補正量を求めたらすぐに変更を実施する構成としてもよい。

次に、作像条件の変更を実施する（ＳＴ３５）。ここでは、ステップＳＴ３４の判定の結果、ＬＤ書き込みを実施していないタイミングであると判定された場合には、ステップＳＴ３３で保存しておいた作像条件への変更を実施する。作像条件の変更を実施した後、現像γを算出するために保存してあるプロット点はクリアする。これは、次の現像γを算出する際に影響を与えないようにするためである。

次に、画像形成終了か否かの判定を行う（ＳＴ３６）。画像形成が継続して行われる場合にはステップＳＴ２２に戻り、再度ステップＳＴ２２〜ＳＴ３５を繰り返し実施する。ステップＳＴ３４の判定が「ＮＯ」でステップＳＴ３６に来た場合には、ステップＳＴ３６は必ず「ＮＯ」となるためにステップＳＴ２２に戻る。画像形成動作が終了の場合には後述するステップＳＴ３７に進む。

次に、センサのＬＥＤを消灯する（ＳＴ３７）。ここでは、ステップＳＴ３６で画像形成動作が終了と判断された場合に、光学センサのＬＥＤを消灯しシャッタを閉じて終了する。また、電位センサは電源電圧をオフして終了する。以上が本発明における、出力画像を検知して作像条件を調整し、画像濃度制御を行う方法である。

図１０に示すフローチャートにおいては、画像形成開始時にセンサのＬＥＤを点灯し、画像形成動作中は常時検知を行っていたが、対象画像が検知位置に到達するタイミングでのみＬＥＤを点灯し、対象部の検知が終了したらＬＥＤを消灯するように構成してもよい。このように、対象画像を検知する場合のみセンサを点灯すれば、常時検知を行っている場合と比較して消費電力を低減することができる。また、検知を行う場合のみシャッタを開けて検知を行うため、トナー飛散やトナー落ち等の影響によりセンサ検知面が汚れることを防止することができる。

上述した構成によれば、出力画像を解析して所定の書き込み条件に合致する特定領域を抽出し、この特定領域における静電潜像とトナー像とを検知手段により検知して作像条件を変化させている。これにより、現像ポテンシャルとトナー付着量とを算出し、その結果より作像条件の調整を行うことができ、狙いの付着量を得るための作像条件を算出して調整することができ、調整のためのトナーパターンを作成する必要がなくなりトナー消費量を低減できる。また、画像形成中の画像を検知するため装置のダウンタイムを増加させることなく安定した画像濃度制御を行うことができる。

また、特定領域のトナー像は中間調画像及びベタ画像であり、特定領域は１枚の出力画像を分割して取得した画素の配列状態を参照して抽出している。これにより、現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を求めることができ、付着量を最適に調整することができる。また、主走査方向及び副走査方向に分割して画素の配列状態の取得を行うことにより特定領域を抽出するので、記録紙のどの位置に対象画像領域があるか抽出することができる。また、分割して情報を取得するため、１枚ごとに画像情報を取得する場合と比較して早く情報を取得することができる。その結果、作像条件へのフィードバックも早く行うことができ、より適正なタイミングで画像濃度の調整を行うことができる。

また、検知手段と対応した主走査位置の画素の配列状態のみを保存することにより特定領域を抽出するので、制御に不要な領域の情報は保存しないため、ＲＡＭの保存領域を低減することができる。また、抽出した特定領域を電位センサ及び光学センサで検知し、この検知結果より現像γ及び現像開始電圧Ｖｋを算出し、この算出結果よりトナー付着量が目標値となるように作像条件を調整している。これにより現像ポテンシャルとトナー付着量の関係より現像γを算出でき、目標付着量を得るための作像条件を算出でき、さらに現像γが把握できるため精度が高い調整動作を行うことができる。

また、作像条件の変更は現像バイアスを変更することにより行われるので、算出した現像γより狙いの付着量を得るための現像バイアスを算出でき、安定した画像濃度制御を実施することができる。また、作像条件の変更はトナー濃度制御基準値を変更することにより行われるので、算出した現像γよりトナー濃度制御基準値を変更してトナー濃度を変化させ、現像装置内の帯電量を制御することより目標値のトナー付着量に近づけることができる。また、現像γを目標γに誘導することができるので、安定した画像濃度制御を行うことができる。

上記実施形態では、被転写体として中間転写方式の中間転写ベルトを示したが、被転写体として直接転写方式の転写シート（用紙、封筒、ハガキ、ＯＨＰシート、樹脂フィルム等の画像転写が可能なものであればよい）を採用してもよい。上記実施形態では画像形成装置として複写機を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限られず、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、これ等の複合機等の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

１ 像担持体（感光体ドラム）
２ 帯電手段（帯電ローラ）
４ 現像手段（現像装置）
１０ 第２の検知手段（光学センサ）
２１ 画像形成装置（カラー複写機）
２００ 第１の検知手段（電位センサ）

特開２００３−１４０４５９号公報 特開平２−３４８７７号公報 特開２００７−１４８２６０号公報

Claims (8)

1. 像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像する現像手段とを有し、前記静電潜像の電位を検知する第１の検知手段と、前記静電潜像の現像により形成されるトナー像を検知する第２の検知手段と、前記各検知手段の検知結果により適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変化させる作像条件調整手段とを有する画像形成装置において、
   前記作像条件調整手段は、前記画像情報において所定の書き込み条件に合致する特定領域を抽出し、前記特定領域における前記静電潜像と前記トナー像とを前記各検知手段により検知して作像条件を変化させることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記特定領域の前記トナー像は中間調画像及びベタ画像であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２記載の画像形成装置において、
   前記特定領域は１枚の出力画像を分割して取得した画素の配列状態を参照して抽出することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   主走査方向及び／または副走査方向に分割して画素の配列状態の取得を行うことにより前記特定領域を抽出することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   前記検知手段と対応した主走査位置の画素の配列状態のみを保存することにより前記特定領域を抽出することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   抽出した特定領域を電位センサ及び光学センサで検知し、この検知結果より現像γ及び現像開始電圧Ｖｋを算出し、この算出結果よりトナー付着量が目標値となるように作像条件を調整することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   前記作像条件の変更は現像バイアスを変更することにより行われることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１ないし６の何れか１つに記載の画像形成装置において、
   前記作像条件の変更はトナー濃度制御基準値を変更することにより行われることを特徴とする画像形成装置。

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