JP3711757B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上にトナーパッチを形成し、その濃度を検出して画像形成条件を制御する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー複写機、プリンタ等の画像形成装置は、温度や湿度等の各種使用条件の変化が生じても一定の濃度で画像形成を行えるように調整を行っている。
【０００３】
例えば、画像形成装置の電源投入時や所定期間処理が行われずその後に処理が開始された場合、像担持体上にトナーパッチを形成し、その濃度を検出して基準値とのずれ量に基づきトナー補給量および表面電位、画像データ等の制御を行っている。
【０００４】
トナーパッチの濃度を検出するには、トナーパッチからの正反射光と拡散反射光とを別々の受光素子で検出し、その差分をとることで濃度検出精度を向上させることが行われている。
【０００５】
また、特開平２−２５６０７６号公報では、感光体上のトナー画像からの全反射成分と拡散反射成分との差分算出結果により精度高く画像濃度情報を得る技術が開示されている。さらに、特許第２７２９９７６号公報においては、感光体ドラムに単一偏光光を照射し、この反射光を照射成分と同一の偏光光とこれと異なる偏光光とを分離検出し、双方の差分を演算することで濃度情報を得る技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トナーパッチからの正反射光と拡散反射光との差分をとったり、反射光のうち照射成分と同一の偏光光とこれと異なる偏光光との差分を演算して濃度情報を得る技術においては次のような問題がある。
【０００７】
すなわち、トナーパッチの階調に応じた正反射光や一の偏光光（例えば、Ｐ偏光波）の値は、トナーパッチの階調が増加するほと低下していくが、ある階調に達すると飽和し、その後は階調が増加するほど上昇していく傾向にある。
【０００８】
一方、拡散反射光や他の偏光光（例えば、Ｓ偏光波）の値は、トナーパッチの階調が増加するほど上昇していく傾向にある。
【０００９】
このため、正反射光または一の偏光光の検出値から拡散反射光または他の偏光光の検出値を差し引いた場合、その値はトナーパッチの階調の増加とともに低下するものの、先の飽和する階調を越えると上昇していくことになる。
【００１０】
これでは同じ検出値から２つの階調が求まることになり、検出精度の悪化を招くことになる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成された画像形成装置である。すなわち、本発明は、像担持体に形成されたトナーパッチの濃度を検出して画像形成条件を制御する画像形成装置であり、トナーパッチに向けて光を出射する光学手段と、光学手段からトナーパッチに向けて出射された光に対する反射光の光量がトナーパッチの階調の増加とともに低下し、ある階調を超えると飽和する第１の反射光を受光する第１の受光手段と、光学手段からトナーパッチに向けて出射された光に対する反射光の光量がトナーパッチの階調の増加とともに上昇する第２の反射光を受光する第２の受光手段と、第１の受光手段によって得た第１の反射光の受光量検出値から、その受光量検出値が飽和する条件を算出する飽和算出手段と、飽和算出手段によって算出された飽和する条件で、第１の受光手段によって得られる第１の反射光の受光量検出値と、第２の受光手段によって得られる第２の反射光の受光量検出値とが一致するよう第２の受光手段のゲインを調整するゲイン調整手段と、第１の受光手段による受光量検出値からゲイン調整手段によってゲインの調整された第２の受光手段による受光量検出値を差し引く演算手段とを備えており、この演算手段からの出力値を用いてトナーパッチの濃度を検出し、画像形成条件の制御を行うものである。
【００１２】
このような本発明では、飽和算出手段によって、第１の受光手段によって得たトナーパッチの受光量検出値における飽和する条件を求めており、この飽和する条件において第１の受光手段による受光量検出値と第２の受光手段による受光量検出値とが一致するようゲイン調整手段によって第２の受光手段のゲインを調整している。これにより、演算手段で第１の受光手段による受光量検出値からゲイン調整された第２の受光手段による受光量検出値を差し引くことで、演算手段からの出力値は、条件が増加するに伴い徐々に低下し、飽和する条件で０になる。つまり、この飽和する条件に至るまで、出力値と階調とが１対１の関係になり、正確な検出を行うことができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像形成装置における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態における画像形成装置の構成を説明するブロック図である。すなわち、本実施形態の画像形成装置は、主として感光体や転写ベルトから成る像担持体の上に形成されたトナーパッチの濃度を検出し、画像形成条件を制御するもので、その主要構成として、第１の受光手段１、第２の受光手段２、飽和算出手段３、ゲイン調整手段４、演算手段５および警告手段６を備えている。
【００１４】
第１の受光手段１は例えばフォトダイオードから成るもので、像担持体上のトナーパッチに向けて照射された光に対する第１の反射光を受光する。また、第２の受光手段２は第１の受光手段１と同様、例えばフォトダイオードから成るもので、像担持体上のトナーパッチに向けて照射された光に対する第２の反射光を受光する。
【００１５】
この第１の受光手段１が受光する第１の反射光としては、例えばトナーパッチ等からの正反射光であったり、トナーパッチに入射する光が偏光光（例えば、Ｐ偏光光）の場合には、トナーパッチ等で反射したＰ偏光光であったりする。
【００１６】
また、第２の受光手段２が受光する第２の反射光としては、例えばトナーパッチからの拡散反射光であったり、トナーパッチに入射する光が偏光光（例えば、Ｐ偏光光）の場合には、トナーパッチ等で反射して偏光方向が変わったＳ偏光光であったりする。
【００１７】
飽和算出手段３は、第１の受光手段１によって得たトナーパッチの階調に対する受光量検出値から、その受光量検出値が飽和する階調を算出する。この第１の受光手段１で受光する受光量検出値は、トナーパッチの階調が増加するに従い低下するが、ある階調を越えると飽和してそれ以上低下しないようになる。
【００１８】
飽和算出手段３は、この受光量検出値の飽和点（飽和階調）を見つける計算を行っている。
【００１９】
ゲイン調整手段４は、第２の受光手段２によるゲインを調整するもので、具体的には飽和算出手段３で算出した飽和階調において、第１の受光手段１での受光量検出値と第２の受光手段２での受光量検出値とが同じになるよう第２の受光手段２のゲイン調整を行っている。なお、この調整は飽和濃度での差分ゼロ調整に限らず他濃度での一定差分でもよい。
【００２０】
演算手段５は差動アンプから成るもので、第１の受光手段１での受光量検出値から、ゲイン調整された第２の受光手段２での受光量検出値を差し引く演算を行っている。
【００２１】
また、警告手段６は、飽和算出手段３によって算出された飽和階調が所定の閾値を越えている場合、トナーパッチ濃度検出のための光学系のメインテナンス（清掃、調整）や交換等を行う旨の警告を発生する。
【００２２】
さらに、本実施形態では、第１の受光手段１で得た受光量検出値を増幅するアンプＡＭＰ１と、第２の受光手段２で得た受光量検出値を増幅するアンプＡＭＰ２と、検出値のゲインをコントロールする自動利得調整手段ＡＧＣとを備えている。
【００２３】
次に、図２のフローチャートに基づいて本実施形態における画像形成装置のトナーパッチ濃度検出の動作を説明する。なお、以下の説明で図２に示されない符号は特に指示しない限り図１を参照するものとする。
【００２４】
先ず、ステップＳ１０１に示すように、発光手段（図示せず）から像担持体表面に向けて光を発光する。ここでは、Ｐ偏光光（Ｐ波）を発光する。そして、ステップＳ１０２に示すように、この光を像担持体のクリーンな面に照射する。
【００２５】
次いで、ステップＳ１０３に示すように、像担持体のクリーンな面に照射されたＰ波の反射光を第１の受光手段１によって受光し、ステップＳ１０４において、そのＰ波の受光量検出値を自動利得調整手段ＡＧＣによって調整する。
【００２６】
次に、ステップＳ１０５に示すように、連続階調パッチを像担持体上に形成し、そのパッチ面にＳ波を照射する。
【００２７】
図３は連続階調パッチを説明する図である。連続階調パッチＴＰは、図中矢印に示す方向に沿ってトナーパッチの階調が徐々に増加するものである。この連続階調パッチＴＰの各階調位置にＰ波を照射し、ステップＳ１０６では、第１の受光手段１によって順次その正反射光であるＰ波を受光する。
【００２８】
これにより、各階調に対するＰ波（正反射光）の受光特性が得られることになる。
【００２９】
図４は入射光に対する反射光を説明する模式図である。例えば、Ｐ波を所定の角度で入射した場合、像担持体の表面に形成されたトナーＴの表面で反射する反射光や像担持体の表面で反射するＰ波を第１の受光手段１によって受光する。
【００３０】
このＰ波は像担持体の表面で反射する成分が多いことから、トナーＴの濃度が増加すると（トナーパッチの階調が増加すると）Ｐ波の反射光量は低下しているく。ところが、ある階調を越えると、トナーＴの表面で反射するＰ波の成分が増加することから、Ｐ波の反射光光量の低下がなくなり、増加に転ずることもある。
【００３１】
ステップＳ１０７においては、飽和算出手段３によって第１の受光手段１で受光した各階調に対するＰ波の飽和階調を算出する。例えば、以下の式に基づき飽和階調を求める。
【００３２】
（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１ …（１）
（Ｖ３−Ｖ２）／Ｖ２ …（２）
ここで、Ｖ１は階調Ｘ％の時のＰ波受光量検出値、Ｖ２は階調Ｘ＋５％の時のＰ波受光量検出値、Ｖ３は階調Ｘ＋１０％の時のＰ波受光量検出値であり、（１）式および（２）式のいずれも０．０５以下の場合、Ｖ２の階調Ｘ％を飽和階調とする。
【００３３】
次に、ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で算出した飽和階調となるトナーパッチにＰ波を照射する。そして、ステップＳ１０９において、飽和階調となるトナーパッチに照射されたＰ波に対するＳ波を第２の受光手段２によって受光する。
【００３４】
図４に示すように、Ｓ波は拡散反射光であり、トナーＴの表面等で拡散反射した成分である。このＳ波はトナーＴの濃度が増加すると（トナーパッチの階調が増加すると）これに伴い増加するものである。
【００３５】
ステップＳ１０９でＳ波を受光した後は、ステップＳ１１０に示すように、ゲインの調整を行う。すなわち、第２の受光手段２におけるゲインをゲイン調整手段４によって調整する。この調整では、飽和階調において第１の受光手段１による受光量検出値と第２の受光手段２による受光量検出値とが一致するよう第２の受光手段２のゲインを調整する。
【００３６】
その後は演算手段５により、トナーパッチの階調に対する第１の受光手段１による受光量検出値から第２の受光手段２による受光量検出値（ゲイン調整済みのもの）を差し引く演算を行う。
【００３７】
これにより、演算手段５からの出力値は、トナーパッチの階調が増加するに伴い徐々に低下し、飽和階調で０になる。つまり、この飽和階調までの出力値と階調とが１対１の関係になり、正確な検出を行うことができるようになる。
【００３８】
次に具体例を説明する。図５および図６は、トナーパッチの階調に対する各受光手段の検出値および演算手段からの出力値を示すもので、図中実線は第１の受光手段１（図１参照）による受光量検出値、図中一点鎖線は第２の受光手段２（図１参照）による受光量検出値、図中破線は演算手段５（図１参照）の出力値（演算結果）である。
【００３９】
このうち、図５は最大階調となる１００％での検出値Ａ点で第１の受光手段１による受光量検出値と第２の受光手段２による受光量検出値とが一致するよう第２の受光手段２のゲインを調整している。
【００４０】
一方、図６は飽和階調となる７５％での検出値Ｂ点で第１の受光手段１による受光量検出値と第２の受光手段２による受光量検出値とが一致するよう第２の受光手段２のゲインを調整している。
【００４１】
この図５に示すように検出値Ａ点で第１の受光手段１による受光量検出値と第２の受光手段２による受光量検出値とが一致するよう第２の受光手段２のゲインを調整すると、演算手段５による演算結果としてＡ点に対応する階調で０となるものの、その手前の部分で負の値が出てしまう。
【００４２】
これに対し、図６に示すように、飽和階調に対応する検出値Ｂ点で第１の受光手段１による受光量検出値と第２の受光手段２による受光量検出値とが一致するよう第２の受光手段２のゲインを調整すると、演算手段５による演算結果として、階調０％からＢ点に対応する飽和階調まで減少し、飽和階調で０となり、それ以上の階調では増加するようになる。
【００４３】
本実施形態では、図６に示すような演算結果が得られるよう第２の受光手段２のゲインを調整している。また、実際にトナーパッチの濃度を検出するのに使用する階調範囲として、０％から飽和階調（図６の例では７５％）までを用いるようにしている。これにより、階調０％から飽和階調までは、検出値と階調とが１対１で対応することになる。
【００４４】
また、本実施形態では、図１に示す飽和算出手段３により飽和階調を算出した際、その算出された飽和階調と所定の閾値とを警告手段６で比較し、飽和階調が所定の閾値より小さくなった場合に警告を発生するようにしている。
【００４５】
すなわち、本実施形態においてはトナーパッチの濃度を検出するのに階調０％から飽和階調まで演算結果（図６参照）を使用することから、飽和階調があまり小さいと、トナーパッチの濃度検出範囲が狭くなってしまう。
【００４６】
そこで、警告手段６において、飽和階調と所定の閾値とを比較し、飽和階調が所定の閾値より小さくなった場合には、例えば第１の受光手段１や第２の受光手段２、発光手段等の光学系のメインテナンス（清掃や調整等）を行うよう警告を発生したり、光学系の交換を促す警告を発生するようにする。また、メインテナンスの警告発生と交換の警告発生とで各々対応する閾値を設定しておき、最初の閾値より小さくなった場合にはメインテナンスの警告発生を行い、次の閾値より小さくなった場合には交換の警告発生を行うようにしてもよい。
【００４７】
これによって、常に安定した範囲でトナーパッチ濃度の検出を行うことが可能となる。
【００４８】
また、上記のように、飽和算出手段３で算出された飽和階調と所定の閾値とを比較し、飽和階調が所定の閾値より小さくなった場合に警告を発生する以外にも、所定値以上の検出結果による濃度制御を禁止するようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば次のような効果がある。すなわち、トナーパッチに向けて照射した光の正反射光または一の偏光光の検出値から拡散反射光または他の偏光光の検出値を差し引いた演算結果を用いて濃度条件制御を行う場合、演算結果における階調０％から飽和階調まで出力値と階調とが１対１の関係になり、その範囲を用いることで正確なトナーパッチ濃度検出を行うことが可能となる。これにより、精度良く画像形成条件の制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態における画像形成装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】 トナーパッチ濃度検出動作を説明するフローチャートである。
【図３】 連続階調パッチを説明する図である。
【図４】 入射光に対する反射光を説明する模式図である。
【図５】 トナーパッチの階調に対する各受光手段の検出値および演算手段からの出力値を示す図（その１）である。
【図６】 トナーパッチの階調に対する各受光手段の検出値および演算手段からの出力値を示す図（その２）である。
【符号の説明】
１…第１の受光手段、２…第２の受光手段、３…飽和算出手段、４…ゲイン調整手段、５…演算手段、６…警告手段

Claims (7)

1. 像担持体に形成されたトナーパッチの濃度を検出して画像形成条件を制御する画像形成装置において、
   前記トナーパッチに向けて光を出射する光学手段と、
   前記光学手段から前記トナーパッチに向けて出射された光に対する反射光の光量が前記トナーパッチの階調の増加とともに低下し、ある階調を超えると飽和する第１の反射光を受光する第１の受光手段と、
   前記光学手段から前記トナーパッチに向けて出射された光に対する反射光の光量が前記トナーパッチの階調の増加とともに上昇する第２の反射光を受光する第２の受光手段と、
   前記第１の受光手段によって得た前記第１の反射光の受光量検出値から、その受光量検出値が飽和する条件を算出する飽和算出手段と、
   前記飽和算出手段によって算出された前記飽和する条件で、前記第１の受光手段によって得られる前記第１の反射光の受光量検出値と、前記第２の受光手段によって得られる前記第２の反射光の受光量検出値とが一致するよう前記第２の受光手段のゲインを調整するゲイン調整手段と、
   前記第１の受光手段による受光量検出値から前記ゲイン調整手段によってゲインの調整された前記第２の受光手段による受光量検出値を差し引く演算手段とを備えており、
   前記演算手段からの出力値を用いて前記トナーパッチの濃度を検出し、画像形成条件の制御を行う
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記飽和算出手段によって算出された飽和する条件と所定の閾値との比較を実施する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記飽和算出手段によって算出された飽和する条件が所定の閾値を越えている場合、警告を発生する警告手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記飽和算出手段によって算出された飽和する条件が所定の閾値を越えている場合、所定値以上の検出結果による濃度制御を禁止する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記第１の反射光は正反射光であり、前記第２の反射光は拡散反射光である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記第１の反射光はＰ偏光光であり、前記第２の反射光はＳ偏光光である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 前記飽和算出手段で算出する飽和する条件は、飽和する階調である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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