JP4280725B2 - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録材上に画像を形成する画像形成装置及びその制御方法に関するものである。

近年、カラープリンタやカラー複写機等のカラー画像形成装置において、その形成される画像の高画質化が求められている。特に、形成される画像の濃度の階調とその安定性は、その画像の品質を決める重要な要素となっている。ところがこのような画像形成装置においては、環境の変化や長時間の使用による装置各部の変動要因により、画像データに対する形成画像の濃度や色度が変動してしまう。特に電子写真方式のカラー画像形成装置の場合、僅かな環境変動でも画像濃度や色度の変動が生じ、カラーバランスを崩す恐れがあるので、常に一定の濃度を保つための手段を持つ必要がある。

そのような手段の一つとして、各色のトナーを用いて濃度検知用トナー画像（以下、パッチ）を像担持体である中間転写体や感光体等に形成し、その未定着トナーパッチの濃度をトナー用濃度検知センサ（以下、濃度センサ）で検知し、その検知結果に基づいてレーザ光の露光量、現像バイアスなどのプロセス条件を変更する濃度制御を行うことで、常に安定した画像を得るようにしている。

しかし、このような濃度センサを用いた濃度制御は、パッチを中間転写体や感光ドラム等の上に形成して検知するもので、その後に行われる転写材への画像転写及び定着後の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。即ち、これらの変化には濃度センサを用いた濃度制御では対応できない。そこで転写材上に形成されたパッチの濃度或は色度を検知するセンサ（以下、カラーセンサ）を設け、そのカラーセンサによる測定結果に基づき、トナー画像の濃度や色度を補正して色再現性の優れた画像を形成するカラー画像形成装置が提案されている（特許文献１）。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。

図１４は、従来のカラー画像形成装置において、カラーバランスの補正時に使用する転写材上のパッチ列の一例を示した図である。この例では、各カラーパッチは間隔を空けて形成されており、カラーセンサにより先頭のパッチを検出した後は、所定のタイミング毎に順次パッチの色、濃度を検出することで各パッチによる検出データを得ている。
特開２００３−１０７８３３号公報

しかしながら上記従来のカラー画像形成装置では、カラーバランスを補正するための各パッチの長さを決めるにあたって、搬送用ローラの外径ばらつきや環境変動などに起因する転写材の搬送速度のばらつきや、転写材が定着器を通過した際の転写材の縮み、更には、転写材上に画像を形成するまでの画像の伸縮の影響などといった様々なばらつきを考慮する必要がある。つまり、これらのばらつきが存在しても、確実に各パッチを検出できるように、各パッチに余裕を持たせて各パッチ長さを設定する必要がある。しかも、カラーバランスの補正に使用するパッチ数が多かったり、転写材の搬送方向長が長い、或は転写材の搬送速度が大きいほど、各パッチの先端部と後端部には余裕を見込んでパッチを形成する必要があるため、より長い転写材が必要となりトナーや転写材の浪費につながっていた。

また上記カラーセンサを用いた画像補正を行う場合、画像の高画質化を実現するためには、カラーバランス補正の精度を向上するためにはパッチ数を増やすことが必要になる。しかし、カラーセンサが１つのパッチを検出するためにはある一定の時間を要するため、パッチの数を増やして、より高精度にカラーバランスの補正を行おうとすると、１枚の転写材上に全てのパッチを形成することができなくなる場合があった。更に、画像形成装置のスループットが向上するに従って、１つのパッチの搬送方向長さを長くする必要がある。これにより転写材１枚あたりに形成できるパッチ数が減少し、カラーバランスの補正のために、より多くの転写材やトナーを消費することになる。このようなカラーバランス補正のためのパッチが形成された転写材はユーザにとっては不要なものであり、カラーバランスの補正には、必要最小限の転写材やトナーが使用されることが望ましい。

本発明は、上記従来技術の欠点を解決することにある。

また本願発明の特徴は、画像補正用パッチを構成する各パッチの大きさ（長さ）を小さくして記録材やトナーの消費量を必要最小限に抑えながらも確実にパッチの濃度や色度を測定して、その測定したパッチに基づいた補正を行うことにより色再現性に優れた画像を形成できる画像形成装置及びその制御方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、
感光ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルト上に一次転写する一次転写部と、記録材を搬送するとともに前記中間転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録材上に二次転写する二次転写ローラと、前記記録材上に二次転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、前記記録材に画像を形成する画像形成手段と、
各パッチが間隔を空けずに配置された複数個のパッチで構成される少なくとも１つのパッチ列を前記画像形成手段により記録材上に形成させるパッチ形成手段と、
前記パッチ形成手段により形成された前記記録材上のパッチ列の各パッチ位置を判別し、当該各パッチの濃度或は色度を検出するパッチ検出手段と、
前記パッチ検出手段により検出された検出結果に基づいて前記画像形成手段における画像形成特性を補正する補正手段と、
前記パッチ検出手段による前記パッチ列を構成する各パッチ位置の判別タイミング及び前記パッチ列が形成された前記記録材の搬送速度に基づいて求めた前記パッチ列の長さと、前記パッチ列の設計上の長さとの差分値を算出する算出手段と、
前記パッチ列の長さを前記設計上の長さとするように、前記差分値に応じて前記二次転写ローラの回転速度を制御することで前記二次転写時の前記記録材の搬送速度を制御する手段と、を有することを特徴とする。

本発明の一態様に係る画像形成装置の制御方法は以下のような工程を備える。即ち、
感光ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルト上に一次転写する一次転写部と、記録材を搬送するとともに前記中間転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録材上に二次転写する二次転写ローラと、前記記録材上に二次転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、前記記録材に画像を形成する画像形成手段を有する画像形成装置の制御方法であって、
各パッチが間隔を空けずに配置された複数個のパッチで構成される少なくとも１つのパッチ列を記録材上に形成するパッチ形成工程と、
前記パッチ形成工程で形成された前記記録材上のパッチ列の各パッチ位置を判別し、当該各パッチの濃度或は色度を検出するパッチ検出工程と、
前記パッチ検出工程で検出された検出結果に基づいて前記画像形成手段における画像形成特性を補正する補正工程と、
前記パッチ検出工程での前記パッチ列を構成する各パッチ位置の判別タイミング及び前記パッチ列が形成された前記記録材の搬送速度に基づいて求めた前記パッチ列の長さと、前記パッチ列の設計上の長さとの差分値を算出する算出工程と、
前記パッチ列の長さを前記設計上の長さとするように、前記差分値に応じて前記二次転写ローラの回転速度を制御することで前記二次転写時の前記記録材の搬送速度を制御する工程と、を有することを特徴とする。

尚、この発明の概要は、必要な特徴を全て列挙しているものでなく、よって、これら特徴群のサブコンビネーションも発明になり得る。

本発明によれば、カラーバランスの補正に関わる記録材やトナーの消費量を抑えながら、適切なカラーバランス補正を行うことができる。

また本発明によれば、各パッチを隙間無く形成しても、その境界（先頭）を検出する際の検出精度を向上できる。これによりパッチの数を増やすこともでき、カラーバランスの補正に関わる記録材やトナーの消費量を抑えながら、適切なカラーバランス補正を実現できる。また記録材の搬送速度による画像形成動作の補正もできるという効果がある。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例として、電子写真方式を採用した画像形成装置であって、中間転写ベルトを用いた４ドラム式のフルカラー画像形成装置１の概略構成を示す図である。

図において、この４ドラム式のフルカラー画像形成装置１の本体（以下、「装置本体」という）２の構成が示されている。ＰＹ，ＰＭ，ＰＣ，ＰＢｋのそれぞれは、装置本体２に着脱自在に設けられたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色のプロセスカートリッジである。中間転写ベルトユニット３１は、中間転写体である中間転写ベルト３０を有している。２５は定着器である。ここで、各プロセスカートリッジは、それぞれ像担持体である感光体ドラム２６（２６Ｙ，２６Ｍ，２６Ｃ，２６Ｂｋ）と、感光体ドラム２６の外周表面上に配置され、それぞれ感光体ドラム２６の表面を一様に帯電する一次帯電器５０と、レーザ露光器２８（２８Ｙ，２８Ｍ，２８Ｃ，２８Ｂｋ）による露光により形成された感光体ドラム２６の表面上の各色の静電潜像を、対応する色のイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを用いて現像する現像器５１と、転写されずに感光体ドラム２６上に残ったトナーを回収するクリーナ５３とを備えると共に、中間転写ベルト３０に沿って順番に配置されている。更に、感光体ドラム２６と共に中間転写ベルト３０を挟持する位置には、感光体ドラム２６と共に一次転写部を形成する一次転写ローラ５２が対向設置されている。

一方、中間転写ベルトユニット３１は、中間転写ベルト３０と、中間転写ベルト３０を張架する駆動ローラ１００、テンションローラ１０５、二次転写対向ローラ１０８の３本のローラを備えている。また、二次転写ローラ２７は、二次転写対向ローラ１０８の中間転写ベルト３０を挟んだ位置に配置されており、転写搬送ユニット３３は、この二次転写ローラ２７を保持している。また給送部３は、二次転写ローラ２７と、中間転写ベルト３０を挟んだ二次転写対向ローラ１０８との当接部により構成される二次転写部へ転写材Ｐを給送する。この給送部３は複数枚の転写材Ｐを収納したカセット２０、給送ローラ２１、重送防止のリタードローラ対２２、搬送ローラ対２３ａ，２３ｂ，レジストローラ対２４等を備えている。

尚、カセット２０には、積載された転写材Ｐの後端を規制するための後端規制板１９が設けられている。この後端規制板１９は、カセット２０に収容されている転写材Ｐのサイズに応じて移動できる構成となっており、図示しない後端規制板の位置検出手段により転写材Ｐの搬送方向の長さを検知（以下、サイズ検知）することが可能になっている。

また定着器２５の下流側搬送路には、排出ローラ対６１，６２，６３が設けられており、排出ローラ対６１，６２間の排出搬送路６０には、図示するようにカラーセンサ９０が設置されている。

更に、このカラー画像形成装置１は、両面印刷に対応しており、１面目の画像形成を終えた転写材が定着器２５から排出された後、ディバータ６９を切り替えることで、反転ローラ対７０，７１側に転写材Ｐを搬送し、転写材の後端がディバータ７２を越えたところで、ディバータ７２を切り替えると同時に、反転ローラ７１を逆回転させて転写材Ｐを両面搬送路７３に導く。そして両面搬送路ローラ対７４〜７６を回転駆動して転写材Ｐを再給紙することで、２面目への印刷を可能にしている。

図２は、本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。

装置本体２は、装置本体に対して通信可能に接続されたパーソナルコンピュータなどの外部ホスト機器１０、或は、装置本体が別途備える原稿読み取り部（不図示）からの画像信号（ＲＧＢ信号）を受信する。画像処理制御部１１は、その受信したＲＧＢ信号を、ＣＭＹＫ信号に変換し、階調、濃度補正を加えた後に、レーザ露光器２８用の露光信号を生成する。画像形成制御部１２は、以下に説明する画像形成動作を統括して制御すると共に、カラーセンサ９０を用いたカラーバランス補正時の装置本体の制御を行っている。

この画像形成制御部１２は、この画像形成制御部１２による処理を制御するＣＰＵ１２１、このＣＰＵ１２１により実行されるプログラムを記憶しているＲＯＭ１２２、ＣＰＵ１２２１による制御処理時に各種データを記憶するＲＡＭ１２３を有している。
尚、画像形成部１３は前述の図１に示すような構成を備えており、転写材Ｐ上に画像を形成するための要素を一括して示している。サイズ検知部１４は、前述の後端規制板１９の位置検出手段を有し、用紙カセット２０に収容されている転写材Ｐのサイズを検知する。このサイズ検知部１４における検知結果を基に、カラーセンサ９０を用いた画像補正を行うにあたって、何枚の転写材Ｐを使って補正用のパッチパターンを形成するかを判断する。搬送モータ１５は、画像形成制御部１２からの指示により、転写材Ｐを所定のタイミングで装置本体内にて搬送させる駆動手段であり、本実施の形態では図示しない複数の駆動手段により転写材Ｐの搬送を行っている。カラーセンサ部１６は、カラーセンサ９０を用いて転写材Ｐ上のパッチの検出を行うブロックである。

以上のように構成された４ドラム式のフルカラー画像形成装置１における画像形成動作について図１を参照して説明する。

画像形成動作が開始されると、まずカセット２０内の転写材Ｐは、給送ローラ２１により給送された後、リタードローラ対２２により一枚ずつに分離され、ついで搬送ローラ対２３ａ，２３ｂ等を経てレジストローラ対２４に搬送される。ここで、このときレジストローラ対２４は回転を停止しており、このレジストローラ対２４のニップに転写材Ｐが突き当てられることにより転写材Ｐの斜行が矯正される。

一方、この転写材Ｐの搬送動作と並行して、例えばイエローのプロセスカートリッジＰＹにおいて、まず感光体ドラム２６Ｙの表面が一次帯電器５０によって一様にマイナス帯電され、次にレーザ露光器２８Ｙにより、画像のイエロー成分の画像信号に基づいて画像露光が行われることにより、感光体ドラム２６Ｙの表面には原稿のイエロー画像成分に対応した静電潜像が形成される。

次に、この静電潜像は、現像器５１によりマイナス帯電したイエロートナーを用いて現像され、イエローのトナー画像として可視化される。そして、このようにして得られたイエローのトナー画像は、一次転写ローラ５２により中間転写ベルト３０上に一次転写される。尚、このトナー画像が転写された後、感光体ドラム２６Ｙは、その表面に付着している転写残りトナーがクリーナ５３によって除去され、次の画像形成に供される。

このようなトナー画像の形成動作が、他のプロセスカートリッジＰＭ，ＰＣ,ＰＢｋにおいても所定のタイミングをもって順次実行され、各感光体ドラム２６上に形成された各色トナー画像をそれぞれの一次転写部で中間転写ベルト３０上に順次重ねて一次転写する。こうして中間転写ベルト３０に重畳して転写された４色のトナー画像は、中間転写ベルト３０の矢印方向の回転に伴って二次転写部に移動される。またレジストローラ対２４で斜行を矯正された転写材Ｐは、中間転写ベルト３０上の画像とタイミングをとって二次転写部に送り出される。この後、転写材Ｐを挟んで中間転写ベルト３０に当接した二次転写ローラ２７により、中間転写ベルト３０上の４色のトナー画像が転写材Ｐ上へ二次転写される。このようにしてトナー画像が転写された転写材Ｐは定着器２５に搬送され、加熱、加圧されることによりトナー画像が定着された後、排出ローラ対６１〜６３により、装置本体２の上面のトレイ６４に排出されて積載される。なお、二次転写を終了した中間転写ベルト３０は、不図示のベルトクリーナによって表面に残留した転写残りトナーが除去される。

図３は、本実施の形態に係る排出搬送路６０の拡大図である。

図から分かるように、カラーセンサ９０は、定着器２５によって転写材Ｐ上に定着されたトナー画像の濃度を検出できるように、転写材Ｐの画像形成面へ向けて配置されている。そして転写材Ｐ上に形成された定着後の混色パッチ列８２のＲＧＢ出力値を、転写材Ｐが装置本体２の外部に排出される前に、転写材Ｐを搬送させながら検知できるように構成されている。

図４は、本実施の形態に係るカラーセンサ９０の構成の一例を示す図である。

カラーセンサ９０は、白色ＬＥＤ９１とＲＧＢオンチップフィルタ付き電荷蓄積型センサ９２ａにより構成される。白色ＬＥＤ９１を、定着後のパッチが形成された転写材Ｐに対して斜め４５度より入射させ、０度方向への乱反射光強度をＲＧＢオンチップフィルタ付き電荷蓄積型センサ９２ａにより検知する。このＲＧＢオンチップフィルタ付き電荷蓄積型センサ９２ａの受光部は、９２ｂで示すように、ＲＧＢがそれぞれ独立した画素となっている。このセンサ９２ａの電荷蓄積型センサは、フォトダイオードでも良く、或はＲＧＢの３画素のセットが数セット並んでいるものでも良い。また入射角が０度、反射角が４５度の構成でも良い。更には、ＲＧＢ３色が発光するＬＥＤとフィルタ無しセンサにより構成しても良い。

図５は、本発明の実施の形態１に係る、転写材Ｐ上に形成する定着後の階調−濃度特性制御用（カラーバランス補正用）パッチパターンの一例を示す図である。

この階調−濃度特性制御用パッチパターン８２は、色再現域の中心でありカラーバランスを取る上で非常に重要な色であるグレーの階調パッチパターンであるブラック（Ｂｋ）によるグレー階調パッチ８０と、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）を混色したプロセスグレー階調パッチ８１とで構成されている。ここでは８０ａと８１ａ，８０ｂと８１ｂ，８０ｃと８１ｃといったように、標準のカラー画像形成装置において色度が近いＢｋによるグレー階調パッチ８０とＣＭＹプロセスグレー階調パッチ８１が対をなして配列されている。このパッチのＲＧＢ値がカラーセンサ９０で検知される。この検知結果を、画像処理制御部１１へフィードバックし、Ｂｋによるグレー階調パッチ８０とＣＭＹプロセスグレー階調パッチ８１のＲＧＢ値を相対比較する。これにより、ある階調のＢｋによるグレーパッチと色度がほぼ同じになるＣＭＹの３色を混合したプロセスグレーパッチのＣＭＹ３色の混合比率を算出し、カラーバランス用の補正データを生成する。これにより、トナー画像の濃度又は色度制御を行ない、最適なカラーバランスのトナー画像を形成することが可能となる。

このカラーバランス補正制御は、通常のプリント動作の合間に実施される。この実施のタイミングは、環境変動やプリント枚数などを検知し、予め設定された所定のタイミングでユーザに実行を指示するか、又はユーザが実施を所望した場合に、ユーザの手動操作により実施される。

次に、本実施の形態に係るパッチパターン８２の構成とその検出方法について説明する。

図５に示す本実施の形態に係るパッチパターン８２は、図１０に示した従来の画像形成装置で採用したパッチパターンと比較すると、各パッチ間の隙間がなくなっているのと同時に、各パッチの搬送方向の長さを短く設定されている。また、パッチパターン８２では濃度の濃いパッチが先頭にくるように構成されている。

従来の画像形成装置におけるパッチ検出は、カラーセンサ９０へ転写材Ｐが到達するタイミングから検出を開始（白色ＬＥＤの発光開始）して、検出値が変動することで先頭のパッチの到達を判断し、それ以後、所定のタイミング毎にパッチの検出を順次行うことで各パッチの検出値を得ていた。この従来のパッチ検出方法では、カラーバランス補正用の各パッチの長さを決めるにあたって、転写材搬送ローラの外径ばらつきや環境変動などに起因する転写材Ｐの搬送速度のばらつきや、転写材Ｐが定着器を通過した際の転写材の縮み、更には、転写材上に画像を形成するまでの画像の伸縮の影響などといった様々なばらつきを考慮する必要があり、これらのばらつきが存在しても確実に各パッチの検出が行えるように余裕を持ったパッチ長さを設定する必要がある。

そこで本実施の形態では、パッチパターンを構成する各パッチの先頭（境界）を各パッチ毎に検出することにより、上述のばらつきによる影響を取り除き、従来、パッチ長さに見込んでいた余裕を最小限にして、パッチの搬送方向の長さを短縮している。これにより１枚の転写材Ｐに形成可能なパッチの数を増大させることもできる。

図６は、本実施の形態に係るカラー画像形成装置におけるカラーバランスの補正処理シーケンスを説明するフローチャートで、この処理を実行するプログラムはＲＯＭ１２２に記憶されており、ＣＰＵ１２１の制御の下に実行される。

まずステップＳ１０１で、転写材Ｐ上に図５に示したパッチパターン８２を形成する。このパッチパターンの形成は、使用される転写材Ｐの搬送方向の長さによって、転写材Ｐの１枚に全て形成するか、或は複数枚の転写材Ｐに分けて形成する。この転写材Ｐの搬送方向長さは、上述したカセット２０に設けられたサイズ検知部１４からの情報から得られても良く、或は装置本体２の図示されていない手差し給紙部などにユーザがセットした転写材Ｐに対して、外部ホスト機器１０などからユーザが入力指示したものであっても良い。

次にステップＳ１０２で、カラーセンサ９０部に転写材の先端余白が到達したことを判断するために、使用する転写材Ｐが無い状態でのカラーセンサ出力Ｖ0を検出する。排出搬送路６０のカラーセンサ９０から見た対向面には黒色の対向板（不図示）が設けられており、この対向板をカラーセンサ９０で検出した際の出力をＶ0としている。次にステップＳ１０３で、カラーセンサ９０で転写材Ｐの先端を検出した後に、パッチパターンの検出を開始して全てのパッチ濃度を算出している。このステップ１０３のパッチ検出処理に関しては、図７のフローチャートを参照して後述する。

次にステップＳ１０４で、その検出したパッチ濃度を用いて、使用している画像形成装置のカラーバランス特性を算出する。そしてステップＳ１０５で、カラーバランス補正のための補正用変換テーブル８０４の各エントリーを算出する。そして、この補正テーブル８０４を基に、レーザ光の露光量、現像バイアスなどのプロセス条件にフィードバックをかけて画像形成条件を補正する。こうして安定したカラーバランスの画像形成を確保している。

図７は、前述のステップＳ１０３におけるパッチ濃度の検出処理を説明するフローチャートである。また図８は、ＲＡＭ１２３のメモリマップを示す図である。

この処理は、カラーセンサ９０にパッチパターンが形成された転写材Ｐが到達すると予想されるタイミングから少し前に起動され、カラーセンサ９０で転写材Ｐの先端を検出した後に、パッチパターンを構成する全てのパッチの濃度検出を行っている。

まずステップＳ１１１で、パッチ番号を示すパッチカウンタｎ８００を「０」にリセットする。このパッチカウンタｎ８００は、「０」からｎmax（パッチの階調数）までの値をとり、ｎ＝０は転写材が無いとき、ｎ＝１は転写材の先端余白部、ｎ＝２〜ｎmaxは各パッチ部をそれぞれ検出する場合に対応している。またこのステップＳ１１１では、各パッチの濃度検出値を格納するエリアＶ0〜Ｖn８０１までを「０」でクリアする。

次にステップＳ１１２で、このパッチカウンタｎ８００をインクリメント（＋１）している。次にステップＳ１１３で、カラーセンサ９０の出力の保持回数を示す出力保持カウンタｍ８０２を「０」にリセットする。この出力保持カウンタｍ８０２は「０」からｋ（１つのパッチ内の検出回数）の値をとる。次にステップＳ１１４で、出力保持カウンタｍ８０２の値をインクリメント（＋１）する。次にステップ１１５で、変数Ａmにカラーセンサ９０の検出値をセットする。そしてステップＳ１１６で、パッチの先頭（境界）がカラーセンサ９０に到達したかどうかを判断している。ここでは、カラーセンサ９０の最新の検出値Ａmと、現在検知しているパッチの一つ前のパッチの検出値Ｖn-1との差分の絶対値をΔＶとし、この絶対差分値ΔＶが所定の閾値Ｖbを越えているかどうかにより、パッチの先頭（境界）が到達しているかどうかを判断している。ここで絶対差分値ΔＶが所定の閾値Ｖbを越えていない場合には、パッチの先頭（境界）が到達していないと判断してステップＳ１１３へと戻る。この場合には、ステップＳ１１３で出力保持カウンタｍ８０２を「０」にリセットした後、再度ステップＳ１１４で、カウンタｍ８０２をインクリメントして再度パッチの検出を行う。

一方、ステップＳ１１６で、差分値ΔＶが所定の閾値Ｖbを越えた場合は、パッチの先頭（境界）が到達した可能性があるとしてステップＳ１１７へ進む。但し、ノイズの影響などによって、たまたま閾値Ｖbを越えた場合を除去するために、本実施の形態では、カウンタｍ８０２により３回続けて閾値Ｖbを越えたと確認できた場合にのみ、パッチの先頭（境界）が到達したと判断するようにしている。よって、ステップＳ１１７では出力保持カウンタｍ８０２の値が「３」になるまではステップＳ１１４へ戻ってパッチの検出を続けている。

こうしてパッチの先端（境界）を検出するとステップＳ１１８へ進み、１つのパッチのパッチ濃度算出に必要なｋ個の検出値が得られるまで、所定のサンプリング周期でカラーセンサ９０によるパッチ濃度の検出が行われ、その検出値がＡ0〜Ａm８０３に格納される（ステップＳ１１８〜Ｓ１２０）。こうして、カラーセンサ９０により検出された所定数ｋ個の検出値が得られるとステップＳ１２１に進み、それらの算術平均を求めてパッチの濃度Ｖnを算出する。

本実施の形態では、ステップＳ１１２では、単純な算術平均を求めてパッチ濃度としているが、この他にも最大及び最小値を除いた検出値の平均を取るなどの処理をしても構わない。尚、ｎ＝１の場合のパッチ濃度Ｖ1は、転写材Ｐの先端余白部での検出値となる。

次にステップＳ１２２で、全てのパッチの濃度の検出が終了したかを判断しており、終了していなければ前述のステップＳ１１２に戻って、次のパッチ先頭（境界）の検出を再開している。こうして全てのパッチの濃度の検出が終了すると、この処理を終了して図６のステップＳ１０４へ戻って前述した処理が行われる。

図９は、本実施の形態１に係るカラーバランスの補正制御を説明するための概念図である。

図において、第一象限（右上）は、パッチパターンを形成するための単色階調データの時間変化を表している。ここでは、等間隔の階調幅で連続的に階調を変化させたパッチパターンを形成する例を示している。また、第四象限（右下）は、上記階調データを基に画像処理制御部１１で生成されたレーザ露光信号に応じて画像形成制御部１２が転写材上にパッチパターンを形成し、このパッチパターンをカラーセンサ９０で検出した際の検出値の時間変化を示したものである。この例では、各パッチ間の階調変化が等しくなるような単色階調データに基づいてパッチパターンを形成したにも拘わらず、各パッチを検出したセンサの出力値の差が一定にはなっていない。これは、画像形成装置に固有の特性や、装置本体が置かれた環境などの影響によるものである。

ここで、各パッチ間でのセンサ検出値の差の最小値をΔＶminとすると、ΔＶmin＞Ｖbという関係が成り立つようにパッチ先端（境界）検出の閾値Ｖbを設定しておく必要がある。

図６、７のフローチャートで説明したように、各パッチの濃度を順次検出した後、これらの各パッチの検出値から、図９の第三象限（左下）に示すセンサ出力と濃度の変換式を用いて、各パッチの濃度を算出する。そして、各データ間をスプライン補間することにより図９の第二象限（左上）に示すような階調−濃度特性が得られる。こうして得られた特性から、階調−濃度特性がリニアな関係になるような補正テーブル８０４を作成する。こうして作成された補正テーブル８０４に基づいて画像形成条件を補正することにより、この画像形成装置におけるカラーバランスの補正が実現される。

図１０は、本実施の形態に係る各種条件と従来例との比較例を示す図である。

本実施の形態と従来例でのパッチパターンの構成を図１０の項目１〜３に示す。パッチ１つの搬送方向長さは、従来比２／３となり、各パッチ間の隙間も無くしてある。また、パッチパターンの階調数（余白部は除く）はどちらも１２階調となっている。更に、パッチ１つ当たりの検出回数（図７のｋ）は、本実施の形態では６回に設定してある。

以上より、全てのパッチを形成するのに必要な長さ（項目５）を算出し、転写材の先端、後端余白（項目６，７）を考慮すると、全パッチパターンを形成するのに必要な最小転写材長さが項目８のように与えられる。

この項目９に示すように、カラーバランスの補正に使用する転写材の最小サイズは、従来はＡ３サイズが必要であったのに対して、本実施の形態ではＡ４サイズで済ませることができる。これは、ユーザがＡ４サイズの転写材を用いて画像形成を行おうとしている場合に、従来はカラーバランス補正のためにＡ４サイズの転写材を２枚以上使用するか、或はＡ３サイズの転写材をわざわざセットする必要があったのに対して、本実施の形態では、既に画像形成用に装置本体にセットしてあるＡ４サイズの転写材を１枚だけ使用してカラーバランス補正を実現させている。これにより当然、トナー消費量、補正制御に要する時間も削減できる。

次に、各パッチの先端（境界）を検出することにより、パッチ１つの搬送方向の長さを短くできることについて、本実施の形態に則して以下に説明する。

本実施の形態に係る画像形成装置の転写材上における画像の伸び縮み誤差は、図１０の項目１０に示すように±１％となっている。これは、転写材Ｐの搬送ローラの外径ばらつきや環境変動などに起因する転写材の搬送速度のばらつきや、転写材Ｐが定着器２５を通過した際の転写材Ｐの縮み、更には、転写材Ｐ上に画像を形成するまでの画像の伸縮の影響などに起因するものである。

この転写材Ｐ上における画像の伸び縮み誤差によって、各パッチに見込まなければならないマージンを算出すると図１０の項目１１，１２のようになる。従来例では、誤差の累積によって、最終パッチではかなりのマージンを見込む必要があるのに対して、本実施の形態では、各パッチの先頭を検出しているため、各パッチにおける誤差が累積しない。このため、ごく僅かなマージンを見込むだけで確実にパッチを検出することができる。

更に、このマージンに、カラーセンサ９０の検出スポット径（転写材上でφ１.８ｍｍ）、転写材Ｐの搬送速度（２００mm/s）を考慮すると、１つのパッチ内で検出に使える時間が図１０の項目１７のように求まる。この時間と、項目１８に示すカラーセンサ９０による１回の検出に必要な時間（０．０１ｓ）から、従来例及び本実施の形態のいずれにおいても、１つのパッチ内で７回の検出を行えることがわかる。従って、１つのパッチ内の検出回数として設定した６回（図１０の項目４）が妥当なものであるといえる。

以上説明したように本実施の形態１によれば、パッチ間の隙間をなくして転写材上にパッチを形成し、各パッチの検出時、各パッチの先頭（境界）を検出してパッチの濃度を求めることにより、各パッチの長さに不要なマージンを持たせる必要がなくなった。これにより従来のパッチと比較してパッチ全体の搬送方向の長さを短くできた。これにより、カラーバランス補正に関わるトナー及び転写材の消費量を最低限に抑えながらも、適切にカラーバランス補正を短時間で実行できるカラー画像形成装置を提供できる。

［実施の形態２］
前述の実施の形態１に示したカラーバランス補正を採用したカラー画像形成装置において、更なる高画質化を図るために、カラーバランス補正の精度を向上させる必要がある。そのためには、図９の第二象限（左上）に示した画像形成装置に固有の階調−濃度特性の算出にあたって、データ数を増やすことが必要になる。つまり、パッチパターンを構成するパッチの数を増やさなければならない。

前述の実施の形態１では、パッチ間の隙間をなくして各パッチの先頭（境界）を検出するパッチ検出方法を採用することにより、各パッチの搬送方向長さを短くできた。これにより、例えばパッチパターンを形成するのに、従来はＡ３サイズの転写材が１枚必要だったのに対して、本実施の形態１ではＡ４サイズの転写材Ｐの１枚に収めることができる場合を示した。

つまり、従来例と同じＡ３サイズの転写材に倍の数のパッチを形成し、カラーバランス補正精度を向上させることができる。

しかし、パッチ数を増やすと図９の第四象限（右下）に示したΔＶmin（隣り合うパッチ間のセンサ出力差の最小値）が減少するため、パッチ先端（境界）検出の閾値Ｖbを小さくする必要がある。このためカラーセンサ９０の出力が不安定な場合には、パッチ先端（境界）の誤検知を誘発する恐れがある。

また、画像形成装置のカラーバランス補正制御前の階調−濃度特性が、図９の第二象限（左上）に示した状態よりも更に理想（リニアな特性）から外れているような場合の例として、例えば図１１第二象限（左上）に示すような特性であった場合には、隣り合うパッチ間のセンサ検出値の差分の最小値ΔＶminが更に小さくなってしまう．このような場合には、更にパッチ先端（境界）を正確に検知することが困難になる。

図１１は、本実施の形態２に係るカラーバランスの補正制御を説明するための概念図である。尚、この実施の形態２に係るカラー画像形成装置の構成は前述の実施の形態１の場合と同様であるため、その説明を省略する。

以上のような場合においても確実にパッチの先端（境界）を検出できるようにするため、本実施の形態２では、パッチパターン８２の配列を前述の図５から図１２のように変更した。

図１２は、本発明の実施の形態２に係る、転写材Ｐ上に形成する定着後の階調−濃度特性制御用（カラーバランス補正用）パッチパターンの一例を示す図である。

図１２において、パッチ配列でのＢｋによるグレー階調パッチ８０を形成するための階調データの推移を図１１の第一象限（右上）に示す。図からも分かるように階調変化が連続的に変化するのではなく、増加と減少を繰り返すように構成されている。また、図１１の第四象限（右下）に、このパッチをカラーセンサ９０で検出したときのセンサ出力の変動を示す。なお、このときの画像形成装置の階調−濃度特性は、図１１の第二象限（左上）に示す特性である。

これらの図から明らかなように、実施の形態１のパッチ配列で検出を行うとパッチ先端（境界）の検出を正確に行えない恐れがあるような画像形成装置の階調−濃度特性であっても、本実施の形態２では、図１１の第四象限（右下）をみて分かるように、隣り合うパッチ間のセンサ出力差の最小値ΔＶminを実施の形態１に比較して十分に大きくとることができる。これにより、確実にパッチ先端（境界）の検出を行える。

更に、隣り合うパッチ間のセンサ出力値の差分の最小値ΔＶminを大きくとれるため、パッチの数を増やすことができ、カラーバランス補正精度の向上による高画質化が図れる。

次に、本実施の形態２でのパッチの配列規則について説明する。

パッチの総数をｎ個（ｎ階調）とし、ｎ番目のパッチをＰ(n)で表し、パッチの濃度が低いものから高いものへと並べた場合に以下のようになる場合を考える。

Ｐ(1)，Ｐ(2)，Ｐ(3)，Ｐ(4)，...，Ｐ(n-2)，Ｐ(n-2)，Ｐ(n)
本実施の形態２では、以下の規則でパッチの配列を決定している。
（１）ｎが偶数の場合（ｎ＝２ｄ：ｄは０を除く正の整数）
Ｐ(2d)，Ｐ(d)，Ｐ(2d-1)，Ｐ(d-1)，Ｐ(2d-2)，Ｐ(d-2)，...，Ｐ(1)
（２）ｎが奇数の場合（ｎ＝２ｄ−１：ｄは０を除く正の整数）
Ｐ(d)，Ｐ(2d-1)，Ｐ(d-1)，Ｐ(2d-2)，Ｐ(d-2)，Ｐ(2d-3)，...，Ｐ(1)
このように配列したパッチをカラーセンサ９０で検出すると、図１１の第四象限（右下）に示すように、センサの出力値が上昇、下降を繰り返すため、前述の実施の形態１と比較して、隣り合うパッチ間のセンサ検出値の差分の最小値ΔＶminを、より大きくすることができる。

これにより、パッチパターンを構成するパッチ数を増やせるのみならず、理想特性から大きく外れた階調−濃度特性の画像形成装置においても、確実に各パッチの先頭（境界）を検出することができ、カラーバランスの補正精度を向上でき高画質化が実現される。

尚、本実施の形態２に係るカラーバランス補正制御の処理は、前述の図６及び図７に示したフローチャートと同じであるため、その説明を割愛する。

［実施の形態３］
前述の実施の形態１及び２に示した画像形成装置において、例えば二次転写ローラ２７の外径が、耐久や環境の変化によって設計中心値から外れたり、使用される転写材Ｐの種類によって、転写材Ｐの搬送速度が変化してしまうことが起こる。その結果、２次転写時に転写材Ｐ上の画像が本来の長さよりも伸びたり縮んだりすることが起こりえる。

同様に、レジストローラ対２４の外径が、耐久や環境の変化によって設計中心値から外れたり、使用される転写材Ｐの種類によって、転写材Ｐの先端が二次転写部に到達するタイミングが変化し、転写材Ｐに対する画像の書き出し位置がずれることも発生する。

これに対して本実施の形態３では、このような画像の位置精度の悪化をカラーバランス補正と同時に補正する手段について説明する。尚、この実施の形態３に係るカラー画像形成装置のハードウェア構成は前述の実施の形態１，２と同様であるため、その説明を省略する。

本実施の形態３に係る画像形成装置では、画像形成に供されている転写材Ｐの搬送方向長さが、前述の実施の形態１で説明したサイズ検知手段により得られているため、カラーセンサ９０を用いて転写材Ｐの先端、後端の到達タイミングを検出することで、カラーセンサ９０での転写材Ｐの平均搬送速度ｖｐを算出することができる。

また前述の実施の形態１及び２で説明したように、パッチパターンの検出にあたって、各パッチの先頭（境界）を検出しており、このパッチ先頭（境界）が検出されたタイミングｔを保持しておくことが可能である。

尚、本実施の形態３では、先頭パッチ８０ａの検出タイミングｔｓと共に、最終パッチ８１ｆの後端エッジ（図１２参照）の検出も行っており、この検出タイミングｔｅも保持している。

よって、カラーセンサ９０の検出結果により求められた転写材Ｐの平均搬送速度ｖｐから、図１２に示すパッチパターンの全長Ｌが次のように求められる。

Ｌ＝（ｔｅ−ｔｓ）×ｖｐ
ここで、設計上のパッチパターンの全長Ｌｒ＝１９２（図１０の項目５参照）である。このＬｒとＬとの差分から画像の伸び縮みデータを算出し、画像形成制御部１２に、その伸び縮みデータをフィードバックする。これにより二次転写ローラ２７の回転駆動速度を変えるなどして、転写材Ｐの搬送速度を修正して画像の伸び縮みを補正できる。もちろん、画像データそのものを補正したり、レーザの書き込み速度を変更することで画像形成精度の補正を行っても構わない。

図１３は、この実施の形態３に係る画像形成制御部１２の処理を説明するフローチャートで、この処理を実行するプログラムはＲＯＭ１２２に記憶されている。

ここではまずステップＳ２０１で、転写材Ｐを移動速度ｖｐで搬送し、ステップＳ２０２で先頭パッチ８０ａを検出すると、そのタイミングをｔｓとしてＲＡＭ１２３に記憶する（ステップＳ２０３）。尚、このタイミング（ｔｓ，ｔｅ）の測定は不図示のタイマを用いる。次にステップＳ２０４で、最終パッチ８１ｆの後端エッジを検出するとステップＳ２０５で、そのタイミングをｔｅとしてＲＡＭ１２３に記憶する。次にステップＳ２０６で、（ｔｅ−ｔｓ）×ｖｐによりカラーパッチ８２の全長Ｌを求める。そしてステップＳ２０７で、設計上のパッチパターンの全長Ｌｒ＝１９２（例えば図１０の項目５参照）との差分を求める。そしてステップＳ２０８で、その差分値に応じて、二次転写ローラ２７の回転駆動速度を変えて、転写材Ｐの搬送速度を修正して画像の伸び縮みを補正したり、画像データそのものを補正したり、レーザの書き込み速度を変更することで画像形成精度の補正を行う。

また本実施の形態３では、転写材Ｐの到達タイミングも検出していることから、先頭パッチ８０ａの検出タイミングｔｓと合わせて、転写材Ｐに対する画像の書き出し位置を把握することができる。この画像の書き出し位置を示すデータも同様に画像形成制御部１２にフィードバックすることで、レーザの書き出しタイミングの調整、或は、レジストローラ対２４からの転写材Ｐの給紙タイミングを変更することで、転写材Ｐに対する画像の書き出し位置の補正をすることも実現している。

更に、前述の画像形成装置１は、前述したように両面印刷にも対応している。従って、この両面印刷機能を利用することで、本実施の形態に係るカラーバランスの補正、印刷精度の補正を２面目の画像に対しても実施できる。これにより１面目、２面目共に、高品質な画像を安定して形成できる画像形成装置を提供することができる。

以上説明したように本実施の形態に係る画像形成装置によれば、カラーバランス補正などのキャリブレーション用のパッチパターンに関して、パッチパターンを構成する各パッチを隙間なく配列すると共に、配列順序を工夫することで、各パッチのエッジを正確に検出するパッチ検出方法を提供できる。

これにより、各パッチの搬送方向の長さを短くでき、キャリブレーションに関わるトナー及び転写材の消費量を最低限に抑えつつ、適切なキャリブレーションを短時間で実行できるカラー画像形成装置を提供できる。

また、各パッチの搬送方向の長さを短くできるため、１つの転写材に形成できるパッチ数を増やしてキャリブレーション精度を向上させることも可能である。

更に、各パッチのエッジが検出されたタイミングに基づいて、転写材Ｐ上の画像の書き出し位置や画像の伸び縮みを補正することができるため、優れた画像形成精度を有する画像形成装置を提供することも出来る。

最後に、転写材Ｐ上に形成される、定着後の階調−濃度特性制御用パッチパターンは、グレーのパッチパターンに限らず、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｂｋ単色の階調パッチパターンであっても良い。

また、カラーセンサ９０を用いた転写材Ｐ上のパッチ検出に限らず、中間転写体３０上の濃度階調制御用パッチの検出などにおいても、本実施の形態の技術を用いることができる。

更に、上記実施の形態では、画像形成装置の一例として電子写真方式のカラー画像形成装置を取り上げたが、この他にも、モノクロ画像形成装置の濃度制御や、インクジェット方式の画像形成装置における濃度、色度補正など種々の画像形成装置においても用いることができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例である中間転写ベルトを用いた４ドラム式のフルカラー画像形成装置１の概略構成を示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係る排出搬送路の拡大図である。 本実施の形態に係るカラーセンサの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る、転写材Ｐ上に形成する定着後の階調−濃度特性制御用（カラーバランス補正用）パッチパターンの一例を示す図である。 本実施の形態に係るカラー画像形成装置におけるカラーバランスの補正処理シーケンスを説明するフローチャートである。 図６のステップＳ１０３におけるパッチ濃度の検出処理を説明するフローチャートである。 本実施の形態に係るＲＡＭのメモリマップを示す図である。 本実施の形態１に係るカラーバランスの補正制御を説明するための概念図である。 本実施の形態に係る各種条件と従来例との比較例を示す図である。 本実施の形態２に係るカラーバランスの補正制御を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態２に係る、転写材Ｐ上に形成する定着後の階調−濃度特性制御用（カラーバランス補正用）パッチパターンの一例を示す図である。 実施の形態３に係る画像形成制御部の処理を説明するフローチャートである。 従来のカラー画像形成装置において、カラーバランスの補正時に使用する転写材上のパッチ列の一例を示した図である。

Claims (10)

1. 感光ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルト上に一次転写する一次転写部と、記録材を搬送するとともに前記中間転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録材上に二次転写する二次転写ローラと、前記記録材上に二次転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、前記記録材に画像を形成する画像形成手段と、
   各パッチが間隔を空けずに配置された複数個のパッチで構成される少なくとも１つのパッチ列を前記画像形成手段により記録材上に形成させるパッチ形成手段と、
   前記パッチ形成手段により形成された前記記録材上のパッチ列の各パッチ位置を判別し、当該各パッチの濃度或は色度を検出するパッチ検出手段と、
   前記パッチ検出手段により検出された検出結果に基づいて前記画像形成手段における画像形成特性を補正する補正手段と、
   前記パッチ検出手段による前記パッチ列を構成する各パッチ位置の判別タイミング及び前記パッチ列が形成された前記記録材の搬送速度に基づいて求めた前記パッチ列の長さと、前記パッチ列の設計上の長さとの差分値を算出する算出手段と、
   前記パッチ列の長さを前記設計上の長さとするように、前記差分値に応じて前記二次転写ローラの回転速度を制御することで前記二次転写時の前記記録材の搬送速度を制御する手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記パッチ検出手段は、隣接するパッチの濃度或は色度の検出値の差分が所定値以上であるかどうかにより各パッチ位置を判別することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記パッチ検出手段により前記パッチ列を構成する複数個のパッチを連続的に検知した際に、前記パッチの濃度或は色度の検出値が、上昇あるいは下降し続けないように前記パッチ列が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記パッチの濃度或は色度の検出値が、上昇と下降を交互に繰り返すように前記パッチ列が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記パッチ検出手段はカラーセンサを有し、各パッチ位置で複数回前記カラーセンサにより検出した各検出値の平均値を基に、前記パッチの濃度或は色度の検出値を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成手段は電子写真方式により画像を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 感光ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルト上に一次転写する一次転写部と、記録材を搬送するとともに前記中間転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録材上に二次転写する二次転写ローラと、前記記録材上に二次転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、前記記録材に画像を形成する画像形成手段を有する画像形成装置の制御方法であって、
   各パッチが間隔を空けずに配置された複数個のパッチで構成される少なくとも１つのパッチ列を記録材上に形成するパッチ形成工程と、
   前記パッチ形成工程で形成された前記記録材上のパッチ列の各パッチ位置を判別し、当該各パッチの濃度或は色度を検出するパッチ検出工程と、
   前記パッチ検出工程で検出された検出結果に基づいて前記画像形成手段における画像形成特性を補正する補正工程と、
   前記パッチ検出工程での前記パッチ列を構成する各パッチ位置の判別タイミング及び前記パッチ列が形成された前記記録材の搬送速度に基づいて求めた前記パッチ列の長さと、前記パッチ列の設計上の長さとの差分値を算出する算出工程と、
   前記パッチ列の長さを前記設計上の長さとするように、前記差分値に応じて前記二次転写ローラの回転速度を制御することで前記二次転写時の前記記録材の搬送速度を制御する工程と、
   を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
8. 前記パッチ列を構成する各パッチの隣接するパッチの濃度或は色度が所定値以上であり、前記パッチ検出工程では、パッチの濃度或は色度の差分が前記所定値以上であるかどうかにより各パッチ位置を判別することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置の制御方法。
9. 前記パッチ検出工程ではカラーセンサを使用し、各パッチ位置で複数回前記カラーセンサにより検出した検出値の平均値を基に、前記パッチの濃度或は色度を検出することを特徴とする請求項７又は８に記載の画像形成装置の制御方法。
10. 前記画像形成手段は電子写真方式により画像を形成することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の画像形成装置の制御方法。

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