JP3337851B2

JP3337851B2 - 画像記録装置

Info

Publication number: JP3337851B2
Application number: JP06263095A
Authority: JP
Inventors: 宏真野; 史大植野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 2002-10-28
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: JPH08262817A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真プロセスで画
像形成する画像記録装置において形成される現像材（ト
ナー）像の濃度計測および濃度制御を実行する画像記録
装置の濃度制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真プロセスを用いた、単色
プリンタ等では、対環境特性を各々のコンポーネント
（例えば、高圧ユニット出力安定度、感光体ドラムの定
期交換、または、カートリッジ化、ユーザ用濃度調整ボ
リューム等）の精度維持によって、環境変動（例えば、
温度、湿度、気圧等）が生じても、その設計余裕度から
許容される範囲になるように設定され、出力画質を保証
する構成をとっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述従
来例では、単色プリンタ等では、その出力画質は、保証
可能であったが、近年カラープリンタのニーズが高ま
り、また、カラーも合成７色から、自然色（フルカラ
ー）へと移行しており、従来、単色プリンタで行ってい
る様な、各々のコンポーネント精度によって濃度（画
質）保証を行っても指示色を正確に設定する必要があっ
た。また、一度設定したパラメータも、環境変動（例え
ば、気温、湿度、気圧、センサ汚れ、等）の影響を強く
受ける為、複雑に都度切替える必要が生じるといった欠
点があった。

【０００４】そこで、本発明は、上述の点に鑑みて、出
力画質の改善に寄与することが可能な画像記録装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、記録媒体にトナー画像を
記録する画像記録手段と、前記トナー画像が形成される
前記記録媒体に光を照射する照射手段と、前記記録媒体
からの反射光を検出する検出手段と、前記トナー画像が
形成されていない状態での前記検出手段の出力が第１の
所定値となるときの前記照射手段の光量及び、前記トナ
ー画像が形成されている状態での前記検出手段の出力が
第２の所定値となるときの前記照射手段の光量とに基づ
いて、前記画像記録手段の記録条件を制御する記録条件
制御手段と、前記トナー画像のエッジ部における前記検
出手段の出力の急激な変化を無効にするべく、該出力を
フィルタ処理するフィルタ手段を備えたことを特徴とす
る。

【０００６】請求項２の発明は、前記照射手段の照射光
を直接的に受光する受光手段を備え、前記記録条件制御
手段は、前記受光手段の出力に基づいて前記照射手段の
光量を判断することを特徴とする。

【０００７】請求項３の発明は、前記検出手段の出力を
サンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリン
グ手段のサンプリング値を記憶する記憶手段とを備えた
ことを特徴とする。

【０００８】請求項４の発明は、前記フィルタ手段は、
前記検出手段の出力を２次積分することを特徴とする。

【０００９】

【００１０】

【作用】本発明によれば、検出手段の検出レンジのうち
好適なレンジのみを用いるようにして測定精度を高める
とともに、トナー画像のエッジ部における制御系の過渡
現象を抑制することが可能となる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１６】（第１の実施例）図１に本発明を適用した
画像記録装置およびその中に設置される濃度制御装置の
構成を示す。

【００１７】図１において、１は電子写真方式のカラー
像形成部を示す。２はレーザビームを受光して潜像を形
成する感光体ドラムである。３は上記潜像から現像され
た画像を記録紙に転写する転写体ドラムである。４は画
像信号をレーザ光で発射するレーザー走査ユニットであ
る。５はイエローの潜像を現像するイエロートナー用の
現像ユニット、６はシアントナー用の現像ユニット、７
はマゼンタトナー用の現像ユニット、８はブラックトナ
ー用の現像ユニットである。９は転写体ドラムに形成さ
れた画像の濃度を検出する濃度センサ部である。１０は
濃度センサ信号の検出回路、１１は信号検出回路１０に
基準電圧を供給する基準電圧回路である。１２は装置全
体の制御を司どるＣＰＵである。１３はイエロー現像ユ
ニットの現像バイアス電源、１４はシアン現像ユニット
の現像バイアス電源、１５はマゼンタ現像ユニットの現
像バイアス電源、１６はブラック現像ユニットの現像バ
イアス電源である。

【００１８】次に、上記の様な画像記録装置の動作を以
下に説明する。

【００１９】カラー像形成部１の感光体ドラム２で不図
示の帯電器によって帯電後、レーザー走査ユニット４が
発射するレーザー光によって感光体ドラム２上の表面に
潜像を形成する。たとえば、イエローの潜像が形成され
ると、イエローの現像ユニット５の現像バイアスが印加
され、イエローの潜像がトナーによって可視化される、
可視化されたトナー像は、転写体ドラム３に印加されて
いる転写高圧電源によって引き付けられ、感光体ドラム
２から転写体ドラム３に転写される。上記一連の動作を
各色（イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢ
ｋ）同様に行う事により、転写体ドラム３上にはカラー
像が形成され、その後、転写用紙（不図示）に転写後、
定着されて、プリント出力される。

【００２０】上記一連のプリントシーケンスでも明らか
なように、画像記録装置では各色のプリントシーケンス
が独立しており、従って、感光体ドラム２上か、または
転写体ドラム３上の画像を濃度センサ９で測定すること
により各色のトナー濃度を検出することができる。この
検出結果を用いて記録プロセス毎に記録条件（ここで
は、現像バイアス）を制御することにより、最適な画質
が得られるトナー調合を実現することが可能である。

【００２１】そのため、本実施例では、転写体ドラム３
に転写されたトナー像を濃度センサ９を含む反射光量測
定系によって計測し、その検出光量のレベルに応じて、
各色の現像バイアス電圧をコントロールし、常に各色ト
ナーの濃度を安定して合成する。

【００２２】次に濃度センサ部９の詳細を図２を用いて
説明する、図２は濃度センサ部９の反射光検出部の構成
を示すものである。図２において５０は光源、５１は光
源５０に近接し、且つ光源５０の光の一部を受光可能な
位置に配置された受光素子、５２は転写体ドラム３から
の反射光を受光する受光素子である。

【００２３】光源５０より出力された光線は転写体ドラ
ム３上に照射されると共に、受光素子５１にその一部の
光線が入光する。一方、転写体ドラム３上のトナー像に
光線が照射された場合は、そのトナー像の濃度にレベル
が比例した反射（吸収）光が生じて受光素子５２に反射
光が到達する。受光素子５２が出力する検出信号のレベ
ルを増幅して調べることによって、基本的な濃度測定を
行う。光源より照射した光量は例えば、濃度“１”のと
きの検出光量は濃度“８”の検出光量の約１／６４とな
ってしまう。即ち、検出光量を光電変換、増幅した場合
に、５Ｖの信号電圧を最大値として考えると濃度“１”
は約７８ｍＶというレベルとなり通常の電子回路として
は低レベルであるのでノイズの影響を受け易い。また、
図１で示した様に濃度センサ９を搭載する基板は、転写
体ドラム３の表面に近接し、且つ、感光体ドラムからの
現像材転写の直後が計測ポイントとなるため、殆どのケ
ースとして考えられるのはＣＰＵ１２等を搭載したシー
ケンス制御基板からは遠い所に配置される事となってし
まう、従って、濃度センサ９の基板に要求される機能と
して本実施例では以下の点を配慮している。

【００２４】１）ピンフォトダイオードのような受光素
子５２において生じる暗電流の影響を軽減するために受
光素子５１の検出電流は大きくする。

【００２５】２）記録濃度は検出電流の値の関数（対
数）で表わされるので回路利得（検出値／Δ濃度）を固
定した方式とすることによって、濃度の大きさに左右さ
れることなく一定の精度（誤差）で記録濃度を検出す
る。

【００２６】３）濃度センサ９はその機構的な配置関係
から、汚れの影響を強く受ける。従って、汚れても検出
値を補正可能な濃度センサ９の構成とする。

【００２７】以上の要素を有する濃度センサ９の構成を
図３に示す。図３において１００は光源５０のダイオー
ドの端子、１０１は光源５０のモニター用ピンフォトダ
イオード（受光素子５１）端子、１０２は反射光測定ダ
イオード（受光素子５２）端子、１０３は電圧電流変換
アンプであり、モニター用ピンフォトダイオード端子１
０１から入力される電流を抵抗１０４との組み合わせに
よって、電圧電流変換する、１０５〜１０８は比較増幅
器である。１０９〜１１１は比較増幅器１０６の出力を
受けて、光源電流を制御する電圧電流変換回路である。
１１２，１１３は反射光測定ダイオード端子からの電流
を電圧変換する電圧電流変換回路である。１１４は本セ
ンサ基板の出力、１１５は複数のラダー抵抗と、スイッ
チング素子によるＤＡ（デジタル／アナログ）コンバー
タである。１１６はＣＰＵからのコード信号入力端子で
ある。

【００２８】以上の構成での動作説明を行う。

【００２９】上記濃度センサについて配慮した機能を３
項目挙げたが、このために、１．検出電流を常にフィードバックして、光源光量を制
御し、光源の光量を検出する。

【００３０】２．上記フィードバック部をセンサ基板上
で構成し、且つ、回路利得（検出値／Δ濃度）を固定す
るために外部より基準電圧を供給する。

【００３１】３．上記フィードバック部の動作によって
常時入−出力関係が定められるので光源計測時のみ点灯
すればよくＬＥＤの長寿命化を可能とする。

【００３２】上記３つの項目を達成すべく図３の回路は
構成している。すなわち、反射光電流は、端子１０１よ
り流れ込み、電圧電流変換アンプ１０３のマイナスピン
に入力されると電圧電流変換アンプ１０３は、その入力
電流と抵抗１０４との積に等しい電圧を出力する。この
反射光電圧は比較増幅器１０６に与えられ、位相補正及
び増幅が行われる、この際に、アンプの基準電圧側には
不図示のシーケンス制御基板より信号を受けたコード信
号に基づいてＤＡ変換されたアナログ値が入力されてお
り、このアナログ値を基準電圧値として比較増幅した結
果を出力する。

【００３３】基準電圧と比較した結果の出力は、１０９
〜１１１で構成する電圧電流変換回路によって、電流変
換され、光源電流をドライブする。

【００３４】以上の一連の動作によって、常に反射光電
流の大きさはシーケンス制御基板より送られたコード信
号の示す値になる様に回路動作する、次に光源電流は、
端子１０２から流入し、１１２と１１３で構成する電流
電圧変換回路によって電圧レベルの形態で出力する。

【００３５】即ち、予め反射光電圧の大きさをシーケン
ス制御基板よりコードで指示（デジタル信号）しまたそ
の光源の光量をモニターするのでその検出レベルは基準
値（コード指示値）の反射率の逆数倍された出力とな
る。このため、Ｓ／Ｎ比の良い信号としてセンシングす
る事が可能である。

【００３６】本センサを用いて、濃度計測を行うシーケ
ンスについて説明する。

【００３７】全体印字に先立って、記録濃度補正のため
に転写体ドラム３上に生成する読み取り用パッチ（画
像）形状の一例を図４および図５に模式的に示す。ＬＥ
Ｄの発光波長領域である約８００〜１０００ｎｍ域では
図４に示すパッチの黒トナー部分は光吸収、図５に示す
パッチのカラートナー部分は反射を示す、従って、黒ト
ナーとカラートナーの計測時の下地は異なる、黒トナー
では反射率の高い白地、カラートナーでは反射率の低い
黒色系を用いる事によって、検出コントラストを向上さ
せることができる。

【００３８】そこで、白黒印字およびカラー印字に対応
させた濃度制御処理のフローを図６に示す。制御を実行
するＣＰＵは濃度処理に入ると記録がカラー処理であれ
ばカラーの計測パラメータを、（白／）黒処理であれば
黒の計測パラメータを各々レジスターに設定する（ステ
ップＳ２０，Ｓ２５）。画像記録装置は現像バイアスを
サンプリング用の値Ｖｂｓに設定し、印字シーケンスを
開始する（ステップＳ３０）。黒トナーのパッチで回転
すると転写体の回転方向にまず地肌、即ち、トナーを付
着させない領域があり、次にベタ黒が配列される（図４
参照）。濃度センサ９は最初に地肌の計測処理を行な
う。まず地肌基準電圧として反射率が高い、即ち、Ｖｒ
ｅｆ１₁ の値を設定する。すると上記説明したフィード
バック機能によって光源５０は反射率の逆数倍レベルま
で高められ出力されるのでその値Ｉ_rbを読み取る（ステ
ップＳ３０，ステップＳ１００〜Ｓ１２０）。

【００３９】次にベタ黒パッチタイミングになると濃度
センサ９は、基準電圧として反射率が低い即ち、Ｖｒｅ
ｆ２を設定し、同様に光源のレベルＩ_sbを読み取る（ス
テップＳ５０，ステップＳ２００〜Ｓ２２０）。このよ
うにして得られたＶｒｅｆ１，Ｉ_rb，Ｖｒｅｆ２，Ｉ_sb
の値と下地濃度、及び、ベタ黒検出時の濃度の関係は下
記の式のようになる。いま下地濃度をＤｕ、ベタ黒処理
濃度をＤｔとし、前記光量光源制御方式で、下地検出さ
れた信号は

【００４０】

【数１】Ｉ_rb＝Vref1 ／10^-(Du) ベタ黒部で検出された信号は

【００４１】

【数２】Ｉ_sb＝Vref2 ／10^-(Du+Dt) 反射率の逆数が基準電圧倍された信号が各々出力され
る、そこで地肌に対するベタ黒処理部のコントラストを
上記２つの式より求めると、

【００４２】

【数３】コントラスト＝１０^{（Ｄｔ＋Ｄｕ）}／１０^（Ｄｕ）＝（Ｉ_ｒｂ／Ｖｒｅｆ１）／（Ｉ_ｓｂ／Ｖｒｅｆ２）＝Ｉ_ｒｂ／Ｉ_ｓｂ×Ｖｒｅｆ２／Ｖｒｅｆ１または、濃度差表示では

【００４３】

【数４】ΔＤ＝log(I_rb/I_sb)−log(Vref1/Vref2) として関係付けられる、本実施例ではこの式を用いて、
コントラスト値を求めることができる。上記コントラス
ト値と制御パラメータである現像バイアスとの関係を図
７に示す。図７において、横軸は現像バイアスの値、縦
軸は濃度、又はセンサ出力を表しておりカーブＡは常温
時の現像特性を抽象的なモデルとして表している。

【００４４】一方、上側（高濃度側）のカーブＢは高温
高湿の特性を示す。また下側（低濃度側）のカーブＣは
低温低湿の特性を各々抽象的なモデルとして示した。

【００４５】さらに、現像バイアスによって、受ける画
像濃度の影響のカーブのモデル及び、環境による変動の
複数パターンを抽象的なモデルとして図８に示した。図
８の符号（Ａ）〜（Ｆ）に示すごとく環境変動は丁度現
像バイアスを変化させたのと等価な影響を受ける、従っ
て、濃度の補正を現像バイアスによって行うことが可能
（可制御）である。なお、図８のグラフでは予め設定し
た、現像バイアス初期値Ｖｂｓによって検出されたレベ
ルを、各々、低温低湿ではＣ（ＬＬ）、常温常湿ではＣ
（ＮＮ）、高温高湿ではＣ（ＨＨ）として表現してい
る、上記式で求めた地肌のベタ黒とのコントラスト値に
対する、理想現像バイアス値（例えば、濃度１、６を得
る現像バイアス）に相当する現像バイアス初期値Ｖｂｓ
の増量分として、例えば、低温低湿ではΔＶ（ＬＬ）、
常温常湿ではΔＶ（ＮＮ）、高温高湿ではΔＶ（ＨＨ）
を予めテーブル又は計算式としてＣＰＵ内に格納してお
き、現像バイアス初期値Ｖｂｓで求めたコントラスト値
を入力として、バイアス値（又は、補正増量ΔＶｂｓ）
を求めその結果をメモリーへ格納する（図６のステップ
Ｓ６０，ステップＳ３００〜Ｓ３１０）。通常の印字シ
ーケンスでは上記で求めた補正増量ΔＶｂｓを用いて現
像バイアスを増量補正することにより、環境変動を受け
ない常に安定した濃度制御を可能としたものである。

【００４６】以上の説明は、黒濃度の処理で説明した
が、カラーの場合、前節でも触れたように、波長約８０
０〜１０００ｎｍ域において、反射の特性を示す。

【００４７】下地で検出された信号は

【００４８】

【数５】Ｉ_rb＝Vref1 ／（1-10^-(Du)) ベタ処理パッチでは

【００４９】

【数６】Ｉ_sb＝Vref2 ／（1-10^-(Dt+Du)）反射率の逆数が基準電圧倍された信号が各々出力され
る、そこで地肌に対するパッチ処理部のコントラストを
上記２式より求めると、

【００５０】

【数７】コントラスト＝（I_rb/I_sb)×(I_sb-Vref2)/(I_rb-Vref1) と表せる。従って、カラーの場合は、特性は図７とは逆
な勾配を示す図９に示すカーブとなる。図９においても
動作原理は黒処理と同様の動作であるが、基準濃度の線
が図のごとく反射率の低い即ち、検出電圧として高いレ
ベルとなる。従って、コントラスト値は図中の地肌濃度
Ｄｕを基準とした相対値で表せる。その他の処理内容に
ついては黒の処理方式と同様なのでここでは説明を省
く。

【００５１】尚、上記説明ではセンサ汚れについて言及
しなかったので次に、センサ汚れに対する補正について
説明する。センサの汚れは反射率と同等な影響を系に与
える、即ち、光源の光量をその透過率程低下した比率分
高めた結果をセンス出力として出力する。従って、上記
式をセンサ汚れをＤｄとして表現すると、下地で検出さ
れた信号は

【００５２】

【数８】Ｉ_rb＝Vref1/10^-(Du+Dd) ベタ黒部では

【００５３】

【数９】Ｉ_sb＝Vref2/10^-(Dt+Du+Dd) コントラストを求めると上記２式より

【００５４】

【数１０】コントラスト＝１０^{（Ｄｔ＋Ｄｕ＋Ｄｄ）}／１０^{（Ｄｕ＋Ｄｄ）} ＝（Ｉ_ｒｂ／Ｖｒｅｆ１）／（Ｉ_ｓｂ／Ｖｒｅｆ２）＝Ｉ_ｒｂ／Ｉ_ｓｂ×Ｖｒｅｆ２／Ｖｒｅｆ１または、濃度差表示では

【００５５】

【数１１】ΔＤ＝log(I_rb/I_sb)-log(Vref1/Vref2) 上記２式の指数の減算の結果センサ汚れＤｄは相殺され
検出電圧はＶｒｅｆ２／Ｖｒｅｆ１を適切な値とするこ
とにより前記した、センサ光源の出力をＣＰＵに取り込
んだときオーバーレンジすることなく、また小レベルで
ｓ／ｎ比を低下させることなくまた受光素子の暗電流の
影響を最小限に止めて検出することを可能とした。

【００５６】（第２の実施例）図１０に第２の実施例の
システム構成を示す。図１の第１の実施例と同様の箇所
には同一の符号を付しており、詳細な説明を省略し、相
違点を説明する。

【００５７】図１０において、１８は転写体ドラムの転
写高圧ユニットである。環境のトナー濃度に与える影響
についてはその内、高温高湿環境において、温湿度によ
る高圧の伝導体抵抗の変動、トナーの現像時における摩
擦帯電電圧の変動、その他諸々の影響によって、Ｌ、Ｌ
環境において転写効率が低下する現象が確認されてい
る。また、通常時から常に転写高圧を上昇させたら良い
のではないかと言うことが考えられるが、その装置の置
かれている環境条件に対して、必要以上の高電圧を印加
した場合、トナー電荷の突き抜け現象により転写効率が
著しく低下するという現象が確認されている。

【００５８】そこで、図１１に示すように常温時得られ
る、コントラスト入力値Ｃ（ＮＮ）までは現像バイアス
値のみのパラメータ変更で画質保証を行ない、Ｃ（Ｎ
Ｎ）の値以上の入力があった場合は、現像バイアスと同
時に転写電圧を図のごとくＶ１〜Ｖ３の様に現像バイア
ス値又は、コントラスト値に関連付けて可変することに
より、高精度の濃度制御を可能とした。

【００５９】そこで、転写効率の低下に対する保証方法
として、第２の実施例では、図６の処理手順に加えて、
図１２のステップＳ６５に示すように、コントラストの
値がある固定値以上の場合に対して、現像バイアスと同
時に転写高圧を上昇して感光体ドラムから高効率に転写
体のトナーを引きつけるよう処理手順を構成した。

【００６０】（第３の実施例）第３の実施例のシステム
構成は第１の実施例と同様とすることができる。

【００６１】図１３に第３の実施例における濃度制御処
理フローを示す。

【００６２】濃度処理に入るとカラー処理であればカラ
ーの計測パラメータを、黒処理であれば黒の計測パラメ
ータを各々レジスターに設定する（ステップＳ２０，Ｓ
２５）。画像記録装置は、現像バイアスをサンプリング
用のＶｂｓに設定し、印字シーケンスを開始する（ステ
ップＳ３０）。黒トナーで説明すると、パッチ領域は回
転方向にまず地肌、即ち、トナーを付着させてない領域
があり、次にベタ黒を配列している。濃度センサ９は地
肌の計測処理を行なう。まず地肌基準電圧として反射率
が高い、即ち、Ｖｒｅｆ１を設定する（ステップＳ１０
０）。すると上記説明したフィードバック機能によって
光源は反射率の逆数倍レベルまで高められ出力されるの
でその値を読み取る（Ｉ_rbとする、ステップＳ１１
０）。

【００６３】次にベタ黒パッチタイミングになると濃度
センサ９は、基準電圧として反射率が低い即ち、Ｖｒｅ
ｆ２を設定（ステップＳ２００）し、同様に光源のレベ
ルを読み取る（Ｉ_sbとする、ステップＳ２１０）。ここ
で、上記構成により、実際に転写体ドラム３上に乗った
トナー像を読み取ると、センサへの入力は白地から急峻
なレベル変化によって目標反射光量に追従すべく過渡現
象を生じる。周知の如く過渡現象はその目標値との差が
大きければ大きい程その収束時間は多く要す。従って本
実施例では計測パッチの下地からベタパッチへの切り替
わり点、または、逆にベタパッチから下地への切り替わ
り点で、反射光量目標値をフィードバック出力が大幅な
変化が生じないような値となるよう設定することにより
高速に目標値に追従させる。

【００６４】この点を図１４を用いて説明する。図１４
は図３の回路の一巡伝達特性を示す。図１４において、
Ｇａ〜Ｇｃは濃度の異なるパッチ検出を行った時の特性
を示しており、Ｇａは低濃度の被計測パッチを計測して
いる時の回路伝達特性を示している。また、Ｇｃは高濃
度の被計測パッチを計測している時の回路伝達特性を示
している。

【００６５】即ち、高濃度計測時と低濃度計測時では図
３で示した回路図からも明確なように、反射率が異なる
ため回路のオープンループゲインが大きく異なりその結
果リニアー回路定数である帯域利得積の関係から周波数
特性、即ち、カットオフ周波数が変化してしまう。

【００６６】ここで、カットオフ周波数が変化する事は
トナーパッチの様なインパルス状に入力されてくる光量
情報に対して回路の持つカットオフ周波数が低ければ遅
く収束し、高ければ高速に収束する事は周知である（図
１５参照）が、濃度データに含まれるエッジ効果（電子
写真プロセスの特徴でもあるトナーの粒子が持つ帯電現
象によってパッチパターンの端部である潜像電位の急峻
に変化する部分が高濃度になる現象）等によって回路の
オーバーシュートや著しい場合であればレンジオーバー
を生じることもある、この様な現象が生じると回路は通
常直線性を損ない、出力データの目標収束特性が意図し
ない時間を要してしまう危険性が有る。

【００６７】そこで本実施例では、反射光量目標値の設
定を次の判定に基づいて決定する。黒トナーを例に述べ
ると１）構成回路の利得帯域積（本説明で用いた回路構成で
はカットオフ周波数で１ｋＨｚで利得が１００即ち、Ｇ
Ｂ積＝１０００００である）を求める。

【００６８】２）利得帯域積よりトナーによる吸収率か
ら、一巡ループ利得を与える増幅器に必要とされる利得
を算出（吸収率の逆数）例えば濃度１．０であれば１０
倍以上の増幅率から目標値に収束を開始する。

【００６９】ここで、ＧＢ積／Ｇ＝１０００←約１０ｋ
Ｈｚ即ち、Ｖｓｐａｎ／１００μｓに相当するスリュー
レートで目標値に収束する事を示している。同様に、濃
度２．０であれば１００倍以上の増幅率から目標値に収
束する、従い、ＧＢ積／Ｇ＝１０００←約１ｋＨｚ即
ち、Ｖｓｐａｎ／１ｍｓに相当するスリューレートで目
標値に収束することを示している。

【００７０】各々のパッチ濃度にほぼ対応した演算処
理、すなわち、利得バンド積をカットオフ周波数で除し
た後、前のパッチ画像のときに用いたしきい値を上記除
算結果以下の変更幅で変更する演算処理を図１３のステ
ップＳ４５で適宜行う事により、その計算結果を反射光
量目標値として設定することで、スリューレートによる
系の追従スピードを一定の値として検出する構成が自在
にコントロールすることが可能である。

【００７１】図１５を用いて説明すると、コントロール
とはスリューレートの変化に応じて、目標反射光量設定
値を変更することであり、図１５で必要な回路応答スピ
ード、ここではパッチサイズ及び、後述詳細説明するフ
ィルター等の特性から決定される立ち上がり時間の（図
中ｔｒ）値に相当する検出電圧を目標とした目標反射光
量設定値を決定することである。

【００７２】実際に転写体ドラム３上に乗ったトナー像
を読みとると、電子写真プロセスの特徴でもあるトナー
の粒子が持つ帯電現象によってパッチパターンの端部
（潜像電位の急峻に変化する部分）が高濃度になる現象
（エッジ効果）が現れる。このエッジ部の濃度はパッチ
中央部の濃度に比較し、高濃度となってしまう。従っ
て、トナーのエッジ部の反射光量を測定しても、そのデ
ータによって系を制御することは、本質的ではない。そ
こで、このエッジ部を所定の幅、データとして無効にす
る処理を行なう。そこでそれ以外のパッチ中央部のデー
タをサンプリング後、平均化処理することによって、よ
り正確な濃度データとして取り扱えることは明確であ
る。

【００７３】本実施例では、濃度検出する際にパッチの
エッジ部、更に正確には、入力のデータの変化が生じる
部分では一定時間データがオーバーシュートしない様に
するために、濃度センサからの濃度データを差分法によ
る２次積分処理を行ない、前記２次積分処理に従属させ
て最大値検出処理を行なうことで、そのデータ確度を向
上させる。

【００７４】以下にその処理方法について詳細を説明す
る。図１７に実際にパッチデータを読みとった時のデー
タをエッジ効果も含め示す。図１６は、図１７で示す入
力信号を受けてエッジ効果を無効にするための演算処理
部（ＣＰＵ）の処理フローの一例を示した。

【００７５】図１７において、濃度パッチを読みとると
濃度センサ９の検出信号（アナログ信号）はパッチのエ
ッジ部で高濃度を検出し、レベルのオーバーシュートを
生じる。このオーバーシュートはそのままサンプリング
クロックで取り込まれる（ステップＳ１０００）。ここ
で例えば、データの平均化処理、即ち、Ｎ個のＡ_N サン
プリングを行なった場合、ΣＡ_N ／Ｎをその時のデータ
として取り扱った場合、パッチ中央部のデータを真の値
として考えるとサンプル数Ｎが小さい時であれば結果と
して大きな誤差要因（反射光量として真値よりも高いレ
ベル検出、即ち、結果として低濃度の結果として出力し
てしまう。）を与えてしまう。そこで、本実施例では上
記不都合が生じない様に、取り込んだＮ個のデータを、
例えば、バタワースの２次積分処理（ソフト処理）する
（ステップＳ１０２０）。この処理によって、時間的高
次積分処理手法を用いて電子写真プロセススピードに応
じて、その積分定数をフィットさせる処理を介在させる
ことによって、その波形エッジ部に含まれる高レベルデ
ータ領域を無効にする。これにより、データ角度が向上
する。

【００７６】以上の処理を具体的に説明する。取り込ん
だ反射光量は、上述したセンサー回路によって、適正な
レベル（Ｓ／Ｎの向上を行なった後）に増幅した後にＣ
ＰＵのＡ／Ｄコンバータによって、デジタルコード情報
に変換される、変換されたコード情報に基づいて、公知
の、例えば、バタワースの２次積分フィルターである

【００７７】

【数１２】Ｔ_(g) ＝（ω₀)²/(S²+S(ω₀/Q)+(ω₀)²) 上式を変換し、結果として次式を得る。

【００７８】

【数１３】Ｕ_N ＝（ω₀T)² e_n-2/((T/Q)-2)U_n-1-(1-(T/Q)+(ω₀T))² U_n-2 ここに、Ｔ：時定数Ｑ：ω₀ ×Ｃ×ＲＵ_n-1 ：前回出力Ｕ_N-2 ：前々回出力ｅ_N-1 ：前回入力ｅ_n-2 ：前々回入力である。上式は、サンプリングされたデータを基に、プ
ログラム処理（ソフト処理）によって、取り込まれたデ
ータを時系列的積分処理を行なう。

【００７９】濃度計測により取得したサンプリングデー
タを例えば、データのサンプリング順に上記式に適用
（代入）し、常に、結果データをメモリー上に格納する
構成とすることにより、リアルタイムにサンプリングデ
ータから、結論である、２次積分結果を得る。このよう
に随時入力されたデータを直接に時間積分処理している
ため、Ｎ個平均処理の様に、Ｎ個のデータ（Ａ_n ）がメ
モリー上に全部格納されて初めて計算により、Ａ_N ／Ｎ
によって初めて求められる回路構成に比較し、結果に対
するアクセススピード、また、この様に求めた結果であ
ってもパッチ中央部のデータを真の値として考えるとサ
ンプル数Ｎが小さい時であれば上記した様にプラス誤差
が大きい等について明らかに有利である。

【００８０】従って、本実施例の処理方法を用いること
でメモリーの節約効果が得られると共に、計算定数をプ
ログラム可変処理することによって、最適なエッジ効果
を除去したフィルタを構成することが可能である。

【００８１】上記フィルタ処理の結果、データは波形平
均値を忠実に出力する。そこで、波形平均値の最大値を
メモリーに格納する処理（図１６のステップＳ１０４
０）をカスケードにより行なうことにより、パッチ濃度
を正確に計測することが可能となる。

【００８２】以上説明したように、地肌の計測によって
得られた検出電圧と、トナーのパッチから得られた検出
信号を除算した結果、即ち、コントラスト値を用いて、
プリンタの像形成条件を制御したこと、及び、センサの
構成を、反射検出光量の設定方式による、光源光量検出
方式としたことで、１）環境変動が生じても、最適なトナー濃度の調合がな
され、安定したカラー画像を出力することが可能となっ
た。

【００８３】２）地肌とのコントラスト値で処理してい
るので、センサ汚れ、光源汚れ等の影響を最小限とする
ことが可能となった。

【００８４】３）センサにフィードバック処理回路を有
し、常に反射光量の強度をシーケンスコントローラから
の指示値に制御した時の光源光量として検出する為、高
濃度でもＳ／Ｎ比の良いセンサ信号を得ることが可能で
ある。

【００８５】４）センサにフィードバック処理回路を有
し、常に反射光量の強度をシーケンスコントローラから
の指示値に制御した時の光源光量として検出する為、一
巡の発光光源、被測定トナー、受光センサで構成される
系を閉ループ、即ち、利得１で構成している為、発光光
源の効率等が経年変化によって低下しても検出精度に影
響を与えない。

【００８６】５）センサの系を閉ループ、即ち、利得１
で構成している為、スタンバイ点灯が不用となり、必要
なタイミングにのみ点灯することが可能（光源の長寿命
化が可能）となった。

【００８７】６）計測パッチの下地（地肌）からベタパ
ッチ（トナー画像）への切り替わり点、または、逆にベ
タパッチから下地への切り替わり点で、反射光量目標値
をフィードバック出力が大幅な変化が生じないような値
となるよう設定する構成とする事により高速に目標値に
追従でき、計測精度の向上を達成した。

【００８８】７）電子写真プロセスで生じるエッジ効果
（潜像の電位が急峻に変化する部分で生じる高濃度部
分）に対し、最適な（プロセススピード及び、エッジ効
果の現れ方に対応して積分定数可変可能な）パッチ濃度
検出装置を提供することを可能とした。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、検出手段の検出レンジ
のうち好適なレンジのみを用いるようにして測定精度を
高めるとともに、トナー画像のエッジ部における制御系
の過渡現象を抑制することが可能となる。

【００９０】

【００９１】

【００９２】

【００９３】

【００９４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１の実施例のシステム構成を示す構成
図である。

【図２】濃度センサ部の構成を示す構成図である。

【図３】センサ信号処理部の構成を示す回路図である。

【図４】パッチの内容を示す説明図である。

【図５】パッチの内容を示す説明図である。

【図６】第１実施例の処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図７】黒トナーの濃度処理を説明するための説明図で
ある。

【図８】黒トナーの濃度処理を説明するための説明図で
ある。

【図９】カラートナーの濃度処理を説明するための説明
図である。

【図１０】第２の実施例のシステム構成を示す構成図で
ある。

【図１１】濃度補正を説明するための説明図である。

【図１２】第２の実施例の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１３】第３の実施例の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１４】図３の回路の伝達特性を示す説明図である。

【図１５】カットオフ周波数の変化を示す説明図であ
る。

【図１６】フィルタ処理内容を示すフローチャートであ
る。

【図１７】フィルタ処理内容を示す説明図である。

【符号の説明】

１電子写真方式のカラー像形成部２感光体ドラム３転写体ドラム４レーザー走査ユニット５イエロートナー現像ユニット６シアントナー現像ユニット７マゼンタトナー現像ユニット８ブラックトナー現像ユニット９濃度センサ部１０濃度センサ信号の検出回路１１基準電圧回路１２ＣＰＵ１３イエロー現像ユニットの現像バイアス電源１４シアン現像ユニットの現像バイアス電源１５マゼンタ現像ユニットの現像バイアス電源１６ブラック現像ユニットの現像バイアス電源１７画像信号制御部１８転写高圧電源５０光源５１受光素子５２反射光の受光素子１００光源のダイオード端子１０１光源のモニター用ピンフォトダイオード端子１０２反射光測定ダイオード端子１０３電圧電流変換アンプ１０５〜１０８比較増幅器１０９〜１１１電圧電流変換回路１１２，１１３反射光測定ダイオードの電流を電圧変
換する電流電圧変換回路１１４センサ出力１１５ＤＡコンバータ１１６ＣＰＵからのコード信号入力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−302892（ＪＰ，Ａ) 特開平５−296928（ＪＰ，Ａ) 特開平７−199862（ＪＰ，Ａ) 特開平６−11935（ＪＰ，Ａ) 特公昭58−53731（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 G03G 15/01 G03G 15/08 G03G 21/00 G01J 1/00 - 1/60 G01N 21/00 - 21/61

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体にトナー画像を記録する画像記
録手段と、前記トナー画像が形成される前記記録媒体に光を照射す
る照射手段と、前記記録媒体からの反射光を検出する検出手段と、前記トナー画像が形成されていない状態での前記検出手
段の出力が第１の所定値となるときの前記照射手段の光
量及び、前記トナー画像が形成されている状態での前記
検出手段の出力が第２の所定値となるときの前記照射手
段の光量とに基づいて、前記画像記録手段の記録条件を
制御する記録条件制御手段と、前記トナー画像のエッジ部における前記検出手段の出力
の急激な変化を無効にするべく、該出力をフィルタ処理
するフィルタ手段を備えたことを特徴とする画像記録装
置。
【請求項２】前記照射手段の照射光を直接的に受光す
る受光手段を備え、前記記録条件制御手段は、前記受光
手段の出力に基づいて前記照射手段の光量を判断するこ
とを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
【請求項３】前記検出手段の出力をサンプリングする
サンプリング手段と、前記サンプリング手段のサンプリング値を記憶する記憶
手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像記
録装置。
【請求項４】前記フィルタ手段は、前記検出手段の出
力を２次積分することを特徴とする請求項１記載の画像
記録装置。