JP2018066781A - 画像形成装置および色ずれ量演算プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】小型の光センサを用いて主走査方向での色ずれ検出を行う。【解決手段】画像形成装置は、互いに異なる第１の色および第２の色の現像剤により形成された第１のパターン４０３，４０４および第２のパターン４０６，４０７を第１の方向に搬送する像担持体６と、像担持体に向けて光を照射し、該像担持体上の検出領域２０５からの反射光を受光する光センサ１８と、光センサを通じて検出領域を通過する第１および第２のパターンの位置を検出し、該位置に基づいて第１および第２の色の色ずれ量を算出する算出手段１７とを有する。第１および第２のパターンはそれぞれ、第１の方向に直交する第２の方向での位置が互いに異なる第１のパッチと第２のパッチを含む。算出手段は、光センサを通じて検出した第１および第２のパターンの第２の方向での位置を用いて該第２の方向での色ずれ量を算出する。【選択図】図４

Description

本発明は、カラーレーザープリンタ、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関する。

カラー画像形成装置のうちタンデム型のものでは、中間転写ベルト（像担持体）に複数色のトナー（現像剤）により形成した複数の色ずれ検査画像（パッチ）と、中間転写ベルトの所定領域に照射した光の反射光を検出する光センサとを用いて色ずれを検出する。特許文献１には、中間転写ベルトによるトナーの搬送方向に直交する方向（主走査方向）の色ずれ検出を、トナー色ごとに形成した周期パターンの位置を光センサにより検出することで行う方法が開示されている。

特開２００２−１３９８８０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された色ずれ検出方法では、光センサは周期パターンの１周期分を一度に読み取る必要がある。このため、光センサの主走査方向での幅が周期パターンの１周期分以上必要であり、光センサが大型化する。

本発明は、小型の光センサを用いて主走査方向での色ずれ検出を行えるようにした画像形成装置を提供する。

本発明の一側面としての画像形成装置は、互いに異なる第１の色および第２の色の現像剤により第１のパターンおよび第２のパターンをそれぞれ形成する第１のパターン形成手段および第２のパターン形成手段と、第１および第２のパターン形成手段から第１の方向における互いに異なる位置に転写された第１および第２のパターンを第１の方向に搬送する像担持体と、像担持体に向けて光を照射し、該像担持体上の検出領域からの反射光を受光する光センサと、光センサを通じて検出領域を通過する第１および第２のパターンの位置を検出し、該位置に基づいて第１および第２の色の色ずれ量を算出する算出手段とを有する。第１および第２のパターンはそれぞれ、第１の方向に直交する第２の方向での位置が互いに異なる第１のパッチと第２のパッチを含む。算出手段は、光センサを通じて検出した第１および第２のパターンの第２の方向での位置を用いて該第２の方向での色ずれ量を算出することを特徴とする。

なお、画像形成装置のコンピュータに色ずれ量を算出する処理を実行させるコンピュータプログラムとしての色ずれ量演算プログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、上記のような第１および第２のパターンを設けることで、小型の光センサを用いて第２の方向での色ずれ量の算出（色ずれ検出）を行うことができる。

本発明の実施例である画像形成装置の構成を示す図。 実施例における光センサの構成例を示す図。 実施例における色ずれ検出処理に関わる構成を示すブロック図。 本発明の実施例１における色ずれ検査パターンを示す図。 実施例１における色ずれ検査パターンを読み取ることで得られる検出信号を示す図。 実施例１において得られる周期パッチ信号を示す図。 実施例１において得られる周期パッチ信号の逆正接演算信号を示す図。 本発明の実施例２である色ずれ検査パターンを示す図。 実施例２における色ずれ検査パターンを読み取ることで得られる検出信号を示す図。 実施例１，２で示した検出信号に含まれる高調波成分と色ずれ量算出誤差を説明する図。 実施例３における色ずれ検査パターンを示す図。 本発明の実施例４における色ずれ検査パターンを示す図。 実施例４における色ずれ検査パターンを読み取ることで得られる検出信号を示す図。 本発明の実施例５における色ずれ検出センサの構成を示す図。 実施例５における色ずれ検査パターンを示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず、後述する実施例１〜５に共通する画像形成装置の実施例について図１を用いて説明する。図１において一部の参照符号の末尾に付加されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋは、その構成要素が現像剤としてのトナーの色であるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応することを示す。ただし、本実施例の説明文においては、各色に対応する構成要素の説明を参照符号にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋを付加することなくまとめて行う。

各色の帯電部１は、図中の細矢印方向に回転駆動する各色の感光ドラム２を一様に帯電する。各色の露光部３は、対応する感光ドラム２にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。現像部４は、現像バイアスを印加することで静電潜像にトナーを供給して感光ドラム２上に可視像としてのトナー像を形成する。現像部４および感光ドラム２により現像手段が構成される。

各色の一次転写ローラー５は、一次転写バイアスの印加により各色の感光ドラム２上のトナー像を像担持体である中間転写ベルト６に転写する。中間転写ベルト６は、駆動ローラー７によって太矢印方向に回転駆動されており、各色の感光体ドラム２から１つの中間転写ベルト６上にトナー像を重ねて転写することでカラー画像が形成される。

搬送ローラー８，９，１０は、カセット２０内の記録材を搬送路１１に沿って二次転写ローラー１２まで搬送する。二次転写ローラー１２は、二次転写バイアスの印加により中間転写ベルト６上のトナー像（カラー画像）を記録材に転写する。記録材に転写されずに中間転写ベルト６に残ったトナーは、クリーニングブレード１３により除去され、廃トナー回収容器１４へと回収される。

トナー像が転写された記録材に対して定着部１５において加熱および加圧が行われることで記録材に対してトナー像が定着し、該記録材は搬送ローラー１６により装置外に排出される。

エンジン制御部（算出手段）１７は、マイクロコンピュータを含み、画像形成装置の各種駆動制御やセンサを用いた制御等を行う。中間転写ベルト６のうち駆動ローラー７に巻き掛けられた部分に対向する位置（Ｚ方向に離間した位置）には、光センサとしての色ずれ検出センサ１８が設けられている。

次に、色ずれ検出センサ（以下、単にセンサという）１８の構成例と該センサ１８による読み取り領域である中間転写ベルト６上（像担持体上）の検出領域について、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。色ずれ検出に用いられるセンサ１８には、鏡面反射光を検出するタイプと拡散反射光を検出するタイプとがある。

図２（ａ）は、中間転写ベルト（以下、単に転写ベルトという）６からの鏡面反射光を受光するセンサ１８の構成例を、転写ベルト６の回転方向、すなわち転写ベルト６によるトナー像の搬送方向（第１の方向：Ｘ方向）から見て示している。光源２０１から発せられた発散光２０２のうち一部は転写ベルト６の表面で鏡面反射され、鏡面反射光２０３として受光部（受光素子）２０４に入射する。転写ベルト６上におけるセンサ１８の検出領域２０５は、転写ベルト６上の鏡面反射領域である。

図２（ｂ）および図２（ｃ）は、転写ベルト６からの拡散反射光を受光するセンサ１８の構成例を搬送方向から見て示している。センサ１８からの検出信号のＳ／Ｎの低下を抑制するため、受光部２０４で受光する拡散反射光を制限するための遮光部材２０６を設けている。遮光部材２０６は光通過用の開口部２０６ａを有する。

図２（ｂ）は、光源側に開口部２０６ａを設けた場合の構成例を示す。光源２０１から発せられた発散光２０２のうち開口部２０６ａを通過した一部の制限光２０７は転写ベルト６の表面で拡散反射されて受光部２０４に入射する。このとき転写ベルト６上の検出領域２０５は、光源２０１からの制限光２０７が転写ベルト６に照射される領域である。

図２（ｃ）は、受光部側に開口部２０８を設けた場合の構成例を示す。光源２０１から発せられた発散光２０２のうち一部が転写ベルト６の表面にて拡散反射されて拡散反射光となり、さらにその拡散反射光のうち開口部２０６ａを通過した制限光束２０８が受光部２０４に入射する。転写ベルト６上における検出領域２０５は、開口部２０６ａを通過する制限光２０８が転写ベルト６で拡散反射する領域である。

色ずれ検出時には、転写ベルト６上に色ずれ検査パターン２０９が形成される。センサ１８は、転写ベルト６上の検出領域２０５を通過する色ずれ検査パターン２０６の反射特性に応じて変化（減少または増加）する受光部２０４での受光量に対応する検出信号を出力する。

なお、図２（ａ）〜（ｃ）に示したセンサ１８の構成は例であり、色ずれ検査パターン２０９の検出が可能であれば、他の構成を有していてもよい。

次に、図３を用いて、色ずれ検出処理に関わる構成について説明する。エンジン制御部１７は、画像形成装置による印刷枚数や装置温度等の条件に基づいて各色の露光部３に色ずれ検査パターン（以下、単に検査パターンという）を感光ドラム２上に形成させる指示信号を出力する。なお、露光部３、現像部４および感光ドラム２によりパターン形成手段が構成される。

露光部３は感光ドラム２上に検査パターンの静電潜像を形成し、現像部４は静電潜像にトナーを供給して感光ドラム２上にトナー像である検査パターンを形成する。感光ドラム２は、検査パターンを転写ベルト６に転写する。これにより、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの検査パターン２０９が、転写ベルト６上における搬送方向にて互いに異なる位置に転写（形成）される。

図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した構成のうちいずれかを有するセンサ１８は、検査パターン２０９の検出領域２０５の通過に伴って変動するアナログ電圧信号としての検出信号をエンジン制御部１７および２値化処理部３３に出力する。２値化処理部３３は、検出信号を２値化して２値化信号を生成し、これをタイミング生成部３４に入力する。タイミング生成部３４は、上述した指示信号の出力後に入力される２値化信号の入力時刻（以下、２値化時刻という）を基準として、内部クロック発生部３５からパルス信号として入力される内部クロック信号のパルスカウントを行う。そして、パルスカウント数が所定パルス数に達することに応じて色ずれ検出タイミング信号をエンジン制御部１７に出力する。エンジン制御部１７は、色ずれ検出タイミング信号に基づいて検出信号（アナログ電圧信号）の電圧値をサンプリングすることで色ずれを検出する。

以下、実施例１，２では、色ずれ検出方法について具体的に説明する。また、実施例３では、センサ１８からの検出信号の波形の歪みに起因する色ずれ量算出誤差を低減する方法について説明する。実施例４，５では、色ずれの検出可能範囲を拡大する検査パターン２０９とセンサ１８の構成例について説明する。また、実施例１〜４では、鏡面反射光を検出するセンサ１８を用いる場合について説明する。

本実施例では、図４から図６を用いて、搬送方向（以下、副走査方向という）に直交する方向（Ｙ方向：以下、主走査方向という）において互いに９０度位相がシフトした２つの周期パターンとしての検査パターンを用いる色ずれ検出方法について説明する。

図４は本実施例における検査パターンを示している。検査パターンとしては、実際には１色の基準色、例えばブラックの検査パターン（以下、基準色パターンという）と３色の比較色、例えばイエロー、マゼンタおよびシアンの検査パターン（以下、比較色パターンという）とが転写ベルト６に転写される。ただし、図４には、基準色パターンと１色の比較色パターンのみを示している。３色の比較色パターンに対する説明は共通である。

基準色パターン（第１のパターン）は、主走査方向に延びる同期パッチ４０２と、副走査方向に互いに隣接して（異なる位置に）形成されて主走査方向に互いに位相が９０度シフトした第１のパッチ列４０３および第２のパッチ列４０４とにより構成されている。比較色パターン（第２のパターン）も同様に、主走査方向に延びる同期パッチ４０５と、副走査方向に互いに隣接して形成されて主走査方向に互いに位相が９０度シフトした第１のパッチ列４０６および第２のパッチ列４０７とにより構成されている。各色パターンにおいて、同期パッチは、副走査方向（搬送方向）における第１および第２のパッチ列よりも先に検出領域２０５を通過する位置に設けられている。

第１のパッチ列４０３，４０６および第２のパッチ列４０４，４０７はそれぞれ、主走査方向に周期的に配列された複数のパッチ（第１のパッチおよび第２のパッチ）を含む。本実施例では、第１のパッチ列４０３，４０６および第２のパッチ列４０４，４０７におけるパッチの配列周期（以下、パッチ周期という）は互いに同じである。また、第１および第２のパッチのそれぞれの主走査方向の長さであるパッチ幅は互いに同じである。さらに、主走査方向において、第２のパッチは、第１のパッチに対してパッチ幅の半分に相当する量だけ位置が異なる。

図４に示すように、基準色パターンと比較色パターンとは、色ずれ量に応じて転写ベルト６上での主走査方向での転写位置がずれる。このとき、基準色パターンと比較色パターンが転写ベルト６上でのセンサ１８の検出領域２０５を通過する際の通過位置（位相）が異なり、これによりセンサ１８からの検出信号の電圧値（以下、検出電圧値という）に差が生じる。エンジン制御部１７は、この検出電圧値の差、つまりは基準色パターンと比較色パターンとの位置差から色ずれ量を算出する。エンジン制御部１７に含まれるマイクロコンピュータは、コンピュータプログラムとしての色ずれ量演算プログラムに従って色ずれ量を算出する。このことは、後述する他の実施例でも同じである。

本実施例における検出領域２０５の主走査方向での幅は、上述したパッチ幅の２倍以下、言い換えればパッチ周期以下である。検出領域２０５の主走査方向での最小幅としては、パッチ幅と同じ、つまりはパッチ周期の半分であればよい。

図５中の（ａ）には、各色パターンが検出領域２０５を通過することに応じてセンサ１８から出力されるアナログ電圧信号としての検出信号を示す。検出信号は、同期パッチが検出領域２０５を通過することに応じてセンサ１８から出力される同期信号と、２つのパッチ列が検出領域２０５を通過することに応じてセンサ１８から出力される周期パッチ信号とを含む。周期パッチ信号の電圧値である検出電圧値は、検出領域２０５を通過するパッチ列の位相に応じて変化する。図では、基準色パターンの第１のパッチ列４０３に対応する検出電圧値がＶ１で、第２のパッチ列４０４に対応する検出電圧値がＶ２である場合を示している。また、比較色パターンの第１のパッチ列４０６に対応する検出電圧値がＶ３で、第２のパッチ列４０７に対応する検出電圧値がＶ４である場合を示している。エンジン制御部１７による各検出電圧値の検出タイミングは、以下に説明する同期信号の２値化時刻を基準とした内部クロック信号のパルスカウントにより設定される。

図５中の（ｂ）は、（ａ）に示した検出信号を２値化した２値化処理部３３から出力される２値化信号を示す。該２値化信号はタイミング生成部３４に入力される。（ａ）において同期信号および周期パッチ信号の電圧値が一点鎖線で示す閾値を通過するように減少すると２値化信号が立ち上がり、該電圧値が閾値を通過するように増加すると２値化信号が立ち下がる。各２値化信号の立ち上がり時刻と立ち下り時刻には、環境温度の変化により生じるトナー像の濃度の変化等によって検出信号の振幅が変化すると誤差が生じる。しかし、立ち上がり時刻と立ち下り時刻の平均化によって該誤差が相殺されるため、タイミング生成部３４は立ち上がり時刻と立ち下り時刻の平均時刻を２値化時刻として算出する。

図５中の（ｃ）は、内部クロック発生部３５から出力される内部クロック信号を示している。タイミング生成部３４は、上記のように算出した同期信号の２値化時刻を基準として内部クロック信号のパルスカウントを行い、前述したようにパルスカウント数が所定パルス数に到達すると色ずれ検出タイミング信号を出力する。

所定パルス数は、転写ベルト６上の検出領域２０５を同期パッチが通過した後に各パッチ列が該検出領域２０５に到達するタイミングに対応する値に設定される。例えば、転写ベルト６の副走査方向への搬送速度が２５０ｍｍ／ｓで内部クロック信号のパルス周期が１ｍｓであり、同期パッチの中心から第１および第２のパッチ列の中心位置までの副走査方向での距離がそれぞれ４ｍｍと６ｍｍであるとする。このとき、所定パルス数はそれぞれ、Ｎ＝１６とＭ＝２４と設定される。基準色パターンおよび比較色パターンに対する所定パルス数は共通である。こうして第１および第２のパッチ列の位置の情報を含む検出電圧値（Ｖ１，Ｖ２またはＶ３，Ｖ４）がエンジン制御部１７によりサンプリングされる。

次に、図６（ａ），（ｂ）および図７を用いて、エンジン制御部１７がサンプリングした検出電圧値から各色パターンの主走査方向での位置を算出する方法について説明する。先に説明した図４において、４０８は基準色パターンの第１のパッチ列４０３の検査軸を、４０９は第２のパッチ列４０４の検査軸を示す。また、４１０は比較色パターンの第１のパッチ列４０６の検査軸を、４１１は第２のパッチ列４０７の検査軸をそれぞれ示す。各検査軸は、主走査方向に延びている。

図６（ａ）は、センサ１８が検出領域２０５において基準色パターンの第１のパッチ列４０３および第２のパッチ列４０４をそれぞれ検査軸４０８，４０９の方向に読み取ることで得られる第１の周期パッチ信号および第２の周期パッチ信号を示す。図６（ｂ）は、センサ１８が検出領域２０５において比較色パターンの第１のパッチ列４０６および第２のパッチ列４０７それぞれ検査軸４１０，４１１の方向に読み取ることで得られる第１の周期パッチ信号および第２の周期パッチ信号を示す。第１および第２の周期パッチ信号は検出電圧値が正弦波状に変化する信号となり、第１および第２の周期パッチ信号間の位相差は基準色パターンおよび比較色パターンともに９０度である。ただし、主走査方向での基準色パターンおよび比較色パターンの位相ずれ、すなわち色ずれに応じて、検出領域２０５内でのＹ方向位置における位相が互いに異なる。

図７は、基準色および比較色パターンのそれぞれに対して得られた第１および第２の周期パッチ信号（位相差信号）の逆正接演算の結果を示す。逆正接演算に際して各位相差信号の平均電圧値は減算処理している。図７中の実線は基準色パターンに対する第１および第２の周期パッチ信号の逆正接演算結果（以下、基準色逆正接演算値という）を示し、破線は比較色パターンに対する第１および第２の周期パッチ信号の逆正接演算結果（以下、比較色逆正接演算値という）を示す。任意のＹ方向位置における基準色逆正接演算値および比較色逆正接演算値の差分値を用いて、以下の式（１）により主走査方向に対する基準色と比較色との間の色ずれ量を算出することができる。

図６（ａ）に示すように基準色パターンに対する第１および第２の周期パッチ信号の検出電圧値をＶ１，Ｖ２とし、図６（ｂ）に示すように比較色パターンに対する第３および第４の周期パッチ信号の検出電圧値をＶ３，Ｖ４とする。このとき、図７中の太矢印で示す色ずれ量Δは、式（１）における基準色逆正接演算値をａｔａｎ２（Ｖ１，Ｖ２）とし、比較色逆正接演算値をａｔａｎ２（Ｖ３，Ｖ４）とし、パッチ周期をＰ［ｍｍ］とすると、以下の式（２）により算出できる。

この演算を、基準色と３つの比較色に対して行うことで、主走査方向における基準色に対する比較色の色ずれ量を算出することができる。

このように本実施例では、転写ベルト６上に基準色と比較色のそれぞれに互いに位相が９０度シフトした第１および第２のパッチ列を設け、これらをセンサ１８で検出することで生成した第１および第２の周期パッチ信号の逆正接演算結果から色ずれ量を算出する。これにより、転写ベルト上でのセンサ１８の検出領域をパッチ周期以下とすることができ、センサ１８（受光部２０４）の小型化が図れる。また、各色パターン内に同期パッチを含めることで、センサ１８によるサンプリングのタイミングを、各パッチ列の副走査方向での中心位置に合わせる等の適切なタイミングとすることができる。

なお、基準色および比較色パターン（第１および第２のパッチ列）に対する検出電圧値を複数回取得するよう色ずれ検出タイミング信号を生成し、複数回取得した検出電圧値の平均値を色ずれ量の演算に用いることで、色ずれ量の算出精度を向上させることができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、転写ベルト６の光の反射率が転写ベルト６上の領域（場所）に依存し、実施例１において位相差信号に対して減算処理する平均電圧値が一意に決定できない場合でも色ずれ量の算出が可能な色ずれ検出方法について、図８および図９を用いて説明する。

本実施例における検査パターンとしての基準色パターンおよび比較色パターンの構成は互いに同じであるため、ここでは基準色パターンの構成についてのみ説明する。また、色ずれ検出方法は実施例１と同じである。

図８は、本実施における検査パターンの構成を示している。検査パターンは、主走査方向に延びる同期パッチ８０２を含む。また、検査パターンは、主走査方向に周期的に配列された複数のパッチを含む第１のパッチ列８０３と、それぞれ主走査方向に周期的に配列された複数のパッチを含む複数（３つ）のパッチ列８０４，８０５，８０６からなる第２のパッチ列とを含む。第２のパッチ列８０３に含まれる３つのパッチ列８０４〜８０６はそれぞれ、主走査方向において、第１のパッチ列８０３に対して、９０度、１８０度および２７０度だけ位相がシフトしている。

各パッチ列を読み取るセンサ１８から出力される周期パッチ信号の電圧値（検出電圧値）のサンプリングは、実施例１と同様の方法で行う。ただし、本実施例では、４つのパッチ列から生成される検出電圧値をサンプリングする必要があり、タイミング生成部３４は同期パッチ８０２の検出時刻（同期信号の２値化時刻）に基づいて色ずれ検出タイミング信号を４回、エンジン制御部１７に出力する。

図９（ａ），（ｂ）を用いて、エンジン制御部１７がサンプリングした検出電圧値から検査パターンの主走査方向での位置を算出する方法について説明する。先に説明した図８において、８０７は検査パターンの第１のパッチ列８０３の検査軸を示す。８０８は第２のパッチ列のうちパッチ列８０８の検査軸を示す。また、８０９は第２のパッチ列のうちパッチ列８０５の検査軸を、８１０は第２のパッチ列のうちパッチ列８０６の検査軸をそれぞれ示す。各検査軸は、主走査方向に延びている。

図９（ａ）は、センサ１８が検出領域８０１において第１のパッチ列８０３および第２のパッチ列のうちパッチ列８０５をそれぞれ検査軸８０７，８０９の方向に読み取ることで得られる第１の周期パッチ信号および第２の周期パッチ信号を示す。第１および第２の周期パッチ信号のいずれも検出電圧値Ｖ２１，Ｖ２２が正弦波状に変化する信号となり、該第１および第２の周期パッチ信号の位相差は１８０度となる。

図９（ｂ）は、センサ１８が検出領域８０１において第２のパッチ列のうち他の２つのパッチ列８０４，８０６をそれぞれ検査軸８０８，８１０の方向に読み取ることで得られる２つの周期パッチ信号（以下、第３および第４の周期パッチ信号という）を示す。第３および第４の周期パッチ信号のいずれも検出電圧値Ｖ２３，Ｖ２４が正弦波状に変化する信号となり、該第３および第４の周期パッチ信号の位相差は１８０度となる。

このとき、転写ベルト６上の反射率が領域に依存して変化しても、互いに近接したパッチ列が形成された領域では概ね同じ反射率である。このため、ほぼ同じ平均電圧値を有して１８０度の位相差を有する２つの周期パッチ信号間の差分をとる演算を行うことで、平均電圧値を減算した正弦波状の波形が得られる。

図９（ｃ）中の実線波形は第１の周期パッチ信号と第２の周期パッチ信号との差分をとる第１の演算（Ｖ２５＝Ｖ２１−Ｖ２２）の結果を示す波形（以下、第１の演算結果波形という）である。また、破線波形は第３の周期パッチ信号と第４の周期パッチ信号との差分をとる第２の演算（Ｖ２６＝Ｖ２３−Ｖ２４）の結果を示す波形（以下、第２の演算結果波形という）である。第１の演算結果波形と第２の演算結果波形は、平均電圧値が０Ｖであり、主走査方向に互いに９０度の位相差を有する。これら第１および第２の演算結果波形の逆正接演算によって、各色の転写ベルト６上での位置を検出することができる。そして、上記演算を各色検査パターンに対して行って各色検査パターン間の位置差を算出することで、色ずれ量を算出することができる。

このように、本実施例によれば、転写ベルト６の反射率が領域に依存して変化する場合でも、１８０度位相差を有する周期パッチ信号間の差分に対する逆正接演算を行うことにより、反射光量の変動の影響を抑制した色ずれ量の算出が可能となる。

次に、本発明の実施例３について説明する。センサ１８により前述した検査軸の方向にパッチ列を読み取ることで得られる正弦波状の周期パッチ信号には高次数周期成分（高調波成分）が含まれる。この高調波成分は色ずれ検出の誤差要因となる。本実施例では、高調波成分を低減することが可能な検査パターンについて説明する。

まず図１０（ａ），（ｂ）を用いて、実施例１，２で示した検査パターンに含まれる高調波成分と色ずれ検出誤差を説明する。図１０（ａ）は、センサ１８により検査軸の方向にパッチ列を読み取ることで得られる正弦波状の周期パッチ信号に対してフーリエ変換を行った結果を示すグラフである。横軸は波形次数を示し、縦軸はスペクトル強度を示す。このグラフから、周期パッチ信号には、基本波となる１次成分だけでなく、３次の高調波成分も含まれていることが分かる。高調波成分は、正弦波状信号を歪ませ、９０度位相差を有する周期パッチ信号に対する逆正接演算値の波形に歪みを生じる。逆正接演算値の理想波形は、９０度位相差を有する２つの信号がそれぞれ純粋な正弦波である場合に得られる。図１０（ｂ）は、逆正接演算値の理想波形との差である内挿誤差を示すグラフであり、最大で２０μｍの色ずれ検出誤差が発生することを示している。

次に、図１１（ａ）〜（ｃ）を用いて、正弦波状信号に含まれる高調波成分を低減して内挿誤差を抑制する検査パターンについて説明する。本実施例でも、基準色パターンと比較色パターンとは互いに同じ構成を有するため、１色の検査パターン（基準色パターン）についてのみ説明する。

図１１（ａ）は、３次高調波成分を低減する検査パターンにおいて第１のパッチ列および第２のパッチ列のそれぞれを構成するパッチ列１１０２を示す。パッチ列１１０２は、互いに同じパッチ周期を有して主走査方向（検査軸１１０３の方向）に互いに６０度位相差を有する２つの微小パッチ列１１０２ａ，１１０２ｂが検出領域１１０１に同数（多数）含まれるように副走査方向に交互に形成されて構成されている。

図１１（ｂ）は、主走査方向に配列された微小パッチ列１１０２ａ，１１０２ｂを拡大して示している。前述したように、微小パッチ列１１０２ａ，１１０２ｂは主走査方向でのパッチ周期は互いに同じであり、位相が互いに６０度シフトしている。これら微小パッチ列１１０２ａ，１１０２ｂは、基本波に対して３倍周期となる３次の高調波成分の位相関係が反転するように形成されている。複数の微小パッチ列１１０２ａ，１１０２ｂをセンサ１８により検出領域１１０１で同時に検出することで、周期パッチ信号における３次高調波成分の影響を低減（相殺）することができる。

図１１（ｄ）は、パッチ列１１０２をセンサ１８により読み取って得られる正弦波状の周期パッチ信号をフーリエ変換した結果を示している。この図から、３次高調波成分が低減されていることが分かる。また、図１１（ｅ）は、それぞれパッチ列１１０２を用い、互いに９０度位相差を有する第１および第２のパッチ列から生成された周期パッチ信号間の逆正接演算の結果と理想波形との差である内挿誤差を示す。この図から、色ずれ検出誤差が１０μｍ程度以下に低減されていることが確認できる。

図１１（ｃ）は、微小パッチ列の変形例を示す。周期パッチ信号は受光部２０４上の平均的な強度分布に応じて生成される。このため、図１１（ｂ）の微小パッチ列１１０２ａ，１１０２ｂに対してパッチ領域と非パッチ領域の比率を変えずに、主走査方向に延びる対称軸に対して副走査方向に対称形状を有する微小パッチ列１１０５ａ，１１０５ｂを用いても同様の誤差低減作用が得られる。この微小パッチ列１１０５ａ，１１０５ｂは、主走査方向でのパッチ周期は互いに同じであり、主走査方向でのパッチ幅（デューティ）が互いに異なる。

このように本実施例によれば、第１および第２のパッチ列をそれぞれ、周期パッチ信号に含まれる高調波成分を低減可能な位相量だけシフトした微小パッチ列で構成することにより、色ずれ検出精度を高めることができる。

なお、高調波成分による波形の歪みが再現性を持つ場合には、該波形を標本として用いることで、誤差を含んだ周期パッチ信号と色ずれ量とを対応付けてテーブル化してもよい。

色ずれには、通常の使用環境の温度変化等に起因する小さな色ずれと、カートリッジ交換のような部品交換等により発生する大きな色ずれとがあり、いずれの色ずれについても検出できるようにする必要がある。一般的には、小さな色ずれに対する検出精度を重視する検出構成と、大きな色ずれに対する検出可能範囲（検出レンジ）を重視する検出構成とが個別に設けられる。実施例１〜３においては、パッチ周期を超える色ずれ量の色ずれが発生した場合に、その色ずれを判別することができない。そこで、本実施例では、複数のパッチ列を用いたバーニア信号処理によって、パッチ列の周期より大きい色ずれを検出する方法について説明する。

図１２を用いて本実施例の検査パターンについて説明する。本実施例においても、基準色パターンと比較色パターンとは同じ構成を有するため、１色の検査パターン（基準色パターン）についてのみ説明する。

検査パターンは、主走査方向に延びる同期パッチ１２０２と、それぞれ複数（２つ）のパッチ列を含む第１のパッチ列および第２のパッチ列とにより構成されている。第１のパッチ列は、互いにパッチ周期が異なるパッチ列１２０３，１２０４により構成されている。一方、第２のパッチ列は、パッチ列１２０３，１２０４のそれぞれに対して主走査方向に位相を９０度シフトし、かつパッチ列１２０３，１２０４とは副走査方向における異なる位置に形成されたパッチ列１２０５，１２０６により構成されている。１２０７，１２０８，１２９０，１２１０はそれぞれ、パッチ列１２０３，１０２４，１２０５，１２０６の検査軸であり、主走査方向に延びている。本実施例において各パッチ列を読み取るセンサ１８から出力される周期パッチ信号の電圧値（検出電圧値）のサンプリングは、実施例２と同様の方法で行う。

次に、図１３（ａ），（ｂ）を用いて、検出電圧値から色ずれ量を算出する方法について説明する。図１３（ａ）は、センサ１８が図１２に示す検出領域１２０１で第１のパッチ列におけるパッチ列１２０３と第２のパッチ列におけるパッチ列１２０５を主走査方向において読み取ることでそれぞれ得られる第１の周期パッチ信号および第２の周期パッチ信号を示す。図１３（ｂ）は、センサ１８が検出領域１２０１で第１のパッチ列におけるパッチ列１２０４と第２のパッチ列におけるパッチ列１２０６を主走査方向において読み取ることでそれぞれ得られる第３の周期パッチ信号および第４の周期パッチ信号を示す。第１および第２の周期パッチ信号は検出電圧値Ｖ４１，Ｖ４２が正弦波状に変化する信号となり、それらの位相差は９０度である。また、第３および第４の周期パッチ信号は検出電圧値Ｖ４３，Ｖ４４が正弦波状に変化する信号となり、それらの位相差は９０度である。ただし、第１および第２の周期パッチ信号と第３および第４の周期パッチ信号は、互いに周期が異なる。

図１３（ｃ）において、実線波形は第１の周期パッチ信号と第２の周期パッチ信号に対する第１の逆正接演算（Atan(V41,V42)）の結果を示す波形（以下、第１の逆正接演算波形という）である。また、破線波形は第３の周期パッチ信号と第４の周期パッチ信号に対する第２の逆正接逆正接演算（Atan(V43,V44)）の結果を示す波形（以下、第２の逆正接演算波形という）である。第１の逆正接演算波形と第２の逆正接演算波形とは互いに周期が異なるため、これらの間の位相差が主走査方向（Ｙ方向）での位置に応じて変化する。

図１３（ｄ）は、第１の逆正接演算波形と第２の逆正接演算波形との差分をとるバーニア演算により得られるバーニア信号を示す。バーニア信号は複数のパッチ周期に相当する１周期を有するため、パッチ周期を超える大きな色ずれを該バーニア信号の値から算出することができる。例えば、第１および第２のパッチ列１２０３，１２０４のパッチ周期を０．５５ｍｍとし、第３および第４のパッチ列１２０５，１２０６のパッチ周期を０．５０ｍｍとする。この場合、小さな色ずれの検出レンジは０．５５ｍｍまたは０．５０ｍｍとなり、大きな色ずれの検出レンジはバーニア信号の１周期（バーニア周期）に相当する±２．７５ｍｍとなる。

このように本実施例では、９０度位相差を有する第１および第２の周期パッチ信号に対する逆正接演算結果と９０度位相差を有する第３および第４の周期パッチ信号に対する逆正接演算結果との差分からバーニア信号を生成する。これにより、パッチ周期より大きい色ずれの検出が可能となる。さらに、バーニア信号が各色パターンの主走査方向での位置を特定できる精度を有する場合は、パッチ周期に対応する精度で色ずれを検出することが可能となる。例えば、±２．７５ｍｍのバーニア周期での検出精度が０．５５ｍｍ内または０．５０ｍｍ内にある場合は、０．５５ｍｍ周期または０．５０ｍｍ周期での位置検出精度での色ずれを検出することができる。

画像形成装置に搭載される色ずれ検出センサは、トナーの濃度を検出する濃度検出センサも兼ねていることが多い。この場合、実施例１〜４で説明した鏡面反射光を検出する構成に加えて、拡散反射光を検出する構成も備えている。本実施例では、拡散反射光を検出する構成を大きな色ずれの検出に用いる方法について説明する。

図１４は、本実施例における色ずれ検出センサ（光センサ）１８′の構成を副走査方向（搬送方向）から見て示している。光源１４０１から発せられた発散光１４０２のうち転写ベルト６の表面における第１の検出領域１４０５にて鏡面反射された光１４０３は、第１の受光部１４０４により受光される。第１の検出領域１４０５は、光源１４０１と第１の受光部１４０４の構成により決まる。一方、光源１４０１からの発散光１４０２のうち転写ベルト６上の第２の検出領域１４０８にて拡散反射され、遮光部材１４０７に設けられた開口部１４０７ａを通過した光１４０９は、第２の受光部１４０６により受光される。本実施例では、鏡面反射光を検出する構成によって小さい色ずれを検出し、拡散反射光を検出する構成によって大きい色ずれを検出する。

図１５は、本実施例における検査パターンを示している。本実施例においても、基準色パターンと比較色パターンとは同じ構成を有するため、１色の検査パターン（基準色パターン）についてのみ説明する。

検査パターンは、主走査方向に延びる同期パッチ１５０３と、主走査方向に互いに位相を９０度シフトさせた第１のパッチ列１５０４，１５０５と、主走査方向に互いに位相を９０度シフトさせた第２のパッチ列１５０６，１５０７とを含む。第２のパッチ列１５０６，１５０７は、第１のパッチ列１５０４，１５０５に対して数倍のパッチ周期、つまりはより大きな色ずれを検出するために必要なパッチ周期を有する。

第１の受光部１４０４は、第１の検出領域１５０１からの鏡面反射光を受光することで同期パッチ１５０３と第１のパッチ列１５０４，１５０５を検出する。第１の受光部１４０４の出力を用いて、同期信号を生成するとともに、高い検出精度が必要となる小さな色ずれの検出を行う。一方、第２の受光部１４０６は、第２の検出領域１５０２からの拡散反射光を受光することで第２のパッチ列１５０６，１５０７を検出する。第２の受光部１４０６の出力を用いて、より広い検出レンジが必要となる大きな色ずれの検出を行う。

図３に示したタイミング生成部３４は、同期パッチ１５０３の検出により各パッチ列を検出するための色ずれ検出タイミング信号を生成してエンジン制御部１７に出力する。これにより、エンジン制御部１７は、第１のパッチ列１５０４，１５０５が第１の検出領域１４０５を通過することに伴って、第１の受光部１４０４の出力から生成される第１の周期パッチ信号をサンプリングする。また、第２のパッチ列１５０６，１５０７が第２の検出領域１４０８を通過することに伴って、第２の受光部１４０６の出力から生成される第１の周期パッチ信号をサンプリングする。色ずれ量の算出方法は、実施例１等と同様である。

また、拡散反射光を検出する構成では、拡散反射特性を殆ど持たないブラックトナーの検出には特別な処理が必要となる。このため、第２の検出領域１４０８でのブラックトナーにより形成された第２のパッチ列１５０６，１５０７の検出においては、例えば図１５に破線で示す領域１５０８に彩色トナーを下地として設けて拡散反射光の増減を生じさせればよい。この場合、第２のパッチ列１５０６，１５０７の検出極性が反転するため、第２の周期パッチ信号の位相を１８０°反転して比較色との色ずれ量を算出すればよい。

本実施例によれば、大小２種類のパッチ列を検出することで、より高い検出精度が要求される小さい色ずれの検出とより広い検出レンジが要求される大きな色ずれの検出とを同時に行うことができる。

また、大きなパッチ周期での位置の検出精度が小さなパッチ周期に対応する精度である場合は、これらのパッチ周期を対応付けることで、より広い検出レンジにおいてより高い検出精度で色ずれを検出することが可能となる。

さらに、本実施例では、大きいパッチ周期のパッチ列を拡散反射光を用いて検出する場合について説明したが、鏡面反射光を用いて検出してもよい。この場合、図１５中の第１および第２の検出領域１５０１，１５０２の大小関係が示すように、鏡面反射光を用いる構成では主走査方向での空間分解能が高くなる。このため、大きいパッチ周期のパッチ列に対応する周期パッチ信号により大きな高調波成分が含まれるおそれがある。したがって、実施例３で説明したように高調波成分を低減するパッチ列を形成することで、高調波成分を低減したより精度の高い色ずれ検出が可能となる。

なお、実施例１〜５において、同期パッチを副走査方向での色ずれ検査パターンとして用いてもよい。これにより、主走査方向と副走査方向の色ずれ検出を行うことができる。また、各実施例にて説明した検査パターンを適宜組み合わせてもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

２ 感光ドラム
４ 現像部
６ 中間転写ベルト
１７ エンジン制御部
１８，１８′ 色ずれ検出センサ（光センサ）
４０３，４０４，４０６，４０７，８０３〜８０６，１１０２，１２０３〜１２０６１５０４〜１５０７ パッチ列

Claims (12)

1. 互いに異なる第１の色および第２の色の現像剤により第１のパターンおよび第２のパターンをそれぞれ形成する第１のパターン形成手段および第２のパターン形成手段と、
   前記第１および第２のパターン形成手段から第１の方向における互いに異なる位置に転写された前記第１および第２のパターンを前記第１の方向に搬送する像担持体と、
   前記像担持体に向けて光を照射し、該像担持体上の検出領域からの反射光を受光する光センサと、
   前記光センサを通じて前記検出領域を通過する前記第１および第２のパターンの位置を検出し、該位置に基づいて前記第１および第２の色の色ずれ量を算出する算出手段とを有し、
   前記第１および第２のパターンはそれぞれ、前記第１の方向に直交する第２の方向での位置が互いに異なる第１のパッチと第２のパッチを含み、
   前記算出手段は、前記光センサを通じて検出した前記第１および第２のパターンの前記第２の方向での位置を用いて該第２の方向での前記色ずれ量を算出することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２の方向での前記第１および第２のパッチのパッチ幅が互いに同じであり、
   前記検出領域の前記第２の方向での幅が、前記パッチ幅の２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第２の方向において、前記第２のパッチは、前記第１のパッチに対して前記パッチ幅の半分に相当する量だけ位置が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記第１のパッチおよび前記第２のパッチが、それぞれ前記第２の方向に周期的に設けられた複数のパッチを含む第１のパッチ列および第２のパッチ列として構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記第２の方向での前記第１および第２のパッチ列のパッチ周期が互いに同じであり、
   前記検出領域の前記第２の方向での幅が、前記パッチ周期以下であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記第２のパッチ列として、前記第２の方向でのパッチ周期が互いに同じで位相が互いに異なる３つの第２のパッチ列を含み、
   前記算出手段は、前記第１および第２のパターンの前記第２の方向での位置を、前記光センサを通じて前記第１のパッチ列と１つの前記第２のパッチ列を検出することで得られた信号と他の２つの前記第２のパッチ列を検出することを得られた信号とを用いて算出することを特徴とする請求項４または５に記載の画像形成装置。
7. 前記第１および第２のパッチ列がそれぞれ、前記第２の方向でのパッチ周期が互いに同じで、該第２の方向での位相およびパッチ幅のうち少なくとも一方が互いに異なる複数のパッチ列により構成されており、
   該複数のパッチ列が、同時に前記検出領域にて検出されるように形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の画像形成装置。
8. 前記第１のパッチ列が前記第２の方向でのパッチ周期が互いに異なる複数の第１のパッチ列により構成され、前記第２のパッチ列が前記第２の方向でのパッチ周期が互いに異なる複数の第２のパッチ列により構成されており、
   前記算出手段は、前記第１および第２のパターンの位置を、前記光センサを通じて前記複数の第１のパッチ列のうち１つを検出して得られる信号および前記複数の第２のパッチ列のうち１つを検出して得られる信号に対する第１の逆正接演算の結果と、前記複数の第１のパッチ列のうち他の１つを検出して得られる信号および前記複数の第２のパッチ列のうち他の１つを検出して得られる信号に対する第２の逆正接演算の結果とを少なくとも用いたバーニア演算により算出することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
9. 前記光センサは、前記像担持体上の第１の検出領域および第２の検出領域からの反射光をそれぞれ受光する第１の受光部と第２の受光部を有し、
   前記第１の受光部は前記第１のパターンを検出し、前記第２の受光部は前記第２のパターンを検出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
10. 前記第１および第２のパターンはそれぞれ、前記第１の方向における前記第１および第２のパッチよりも先に前記検出領域を通過する位置に設けられた同期パッチを含み、
    前記算出手段は、前記第１および第２のパッチの位置検出を前記同期パッチの検出に応じて行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の載の画像形成装置。
11. 前記算出手段は、前記第１および第２のパターンにおける前記同期パッチが前記検出領域を通過するタイミングを用いて前記第１および第２の色の前記第１の方向での色ずれ量を算出することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 互いに異なる第１の色および第２の色の現像剤により第１のパターンおよび第２のパターンをそれぞれ形成する第１のパターン形成手段および第２のパターン形成手段と、前記第１および第２のパターン形成手段から第１の方向における互いに異なる位置に転写された前記第１および第２のパターンを前記第１の方向に搬送する像担持体と、前記像担持体に向けて光を照射し、該像担持体上の検出領域からの反射光を受光する光センサとを有する画像形成装置であり、前記第１および第２のパターンはそれぞれ、前記第１の方向に直交する第２の方向での位置が互いに異なる第１のパッチと第２のパッチを含む画像形成装置のコンピュータに、
    前記光センサを通じて前記検出領域を通過する前記第１および第２のパターンの位置を検出させ、
    検出した前記第１および第２のパターンの前記第２の方向での位置を用いて該第２の方向での前記第１および第２の色の色ずれ量を算出させることを特徴とする色ずれ量演算プログラム。