JP4289125B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

この発明は、電子写真方式の画像形成装置及び画像形成方法に関し、特に、その像担持体上へのトナー付着量及び色重ねずれ量を知ることができる画像形成装置及び画像形成方法に関する。

従来の電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置では、帯電装置を使用して被帯電部材（感光体）の表面を均一に帯電させ、その上に画像を露光して画像潜像を形成する。そして形成された画像潜像をトナーで現像してトナー像を形成し、これを記録媒体に転写し、或いは中間転写体、例えば中間転写ベルトに転写した上でさらに記録媒体に転写し、転写されたトナー像を定着装置により加熱定着処理して画像形成が行われる。

このような画像形成装置の１つとしてタンデム方式のフルカラーの画像形成装置がある。図３は、タンデム方式のフルカラーの画像形成装置の構成を説明する正面図、図４は、その作像ユニット及び中間転写ベルト付近を拡大した正面図である。

この画像形成装置は、原稿画像を色分解して得られた赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３原色に対応して、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４色の作像ユニット１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋが中間転写ベルト１０２に沿って直列に配置されており、各作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋには、それぞれ感光体１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋと、その周辺に帯電装置１０４Ｙ〜１０４Ｋ、露光装置１０５Ｙ〜１０５Ｋ、現像装置１０６Ｙ〜１０６Ｋ、クリーナ１０７Ｙ〜１０７Ｋが配置されている。

感光体１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋに対向する位置には、中間転写ベルト１０２を隔てて第１転写装置１０８Ｙ、１０８Ｍ、１０８Ｃ、１０８Ｋが配置されている。中間転写ベルト１０２は、第２転写ローラ１１２と駆動ローラ１１３、巻き掛けローラ１１４との間に架設され、図示しない駆動装置で駆動される駆動ローラ１１３の回転により、中間転写ベルト１０２は矢印ａ方向に一定速度で移動するように構成されている。

さらに、第２転写ローラ１１２と対向する位置には、中間転写ベルト１０２を隔てて圧接ローラ１１５が配置され、中間転写ベルト１０２と圧接ローラ１１５との間に形成されるニップ部Ｎに向けて、給紙装置１２０から記録紙Ｐが搬送されるように構成されている。また、ニップ部Ｎの記録紙Ｐの搬送方向下流側には定着装置１２２が配置され、その下流側には排紙部１２４が配置されている。

以上の構成の動作を簡単に説明すると、原稿読取装置１２６或いは図示しないパソコン等から出力された赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３原色に色分解された画像信号は、対応する作像ユニット１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋに出力される。

まず、作像ユニット１０１Ｙに出力された画像信号により露光装置１０５Ｙが作動して感光体１０３Ｙの上に画像潜像が形成され、現像装置１０６Ｙにより現像されてイエローのトナー像が形成される。感光体１０３Ｙの上のイエローのトナー像は、第１転写装置１０８Ｙの作用により中間転写ベルト１０２の上に転写される。

中間転写ベルト１０２の上に転写されたイエローのトナー像が第１転写装置１０８Ｍの下に移動するタイミングに合わせて、作像ユニット１０１Ｍの感光体１０３Ｍの上に画像潜像が形成され、現像装置１０６Ｍによりマゼンタのトナー像が形成される。感光体１０３Ｍの上のマゼンタのトナー像は第１転写装置１０８Ｍに作用により、中間転写ベルト１０２の上のイエローのトナー像に重畳して転写される。

同様にして、作像ユニット１０１Ｃの感光体１０３Ｃの上に形成されたシアンのトナー像が、中間転写ベルト１０２の上に重畳して転写されたイエロー及びマゼンタのトナー像の上に重畳して転写され、さらに、作像ユニット１０１Ｋの感光体１０３Ｋの上に形成された黒のトナー像が、中間転写ベルト１０２の上に重畳して転写されたイエロー、マゼンタ、シアンのトナー像の上に重畳して転写され、中間転写ベルト１０２の上には、イエロー、マゼンタ、シアン及び黒の４色のトナー像が重畳したフルカラーのトナー像が形成される。

中間転写ベルト１０２の上に形成されたフルカラーのトナー像が、第２転写ローラ１１２の位置に移動するタイミングに合わせて、中間転写ベルト１０２と圧接ローラ１１５との間に形成されるニップ部Ｎに向けて給紙装置１２０から記録紙Ｐが搬送される。第２転写ローラ１１２の作用によりフルカラーのトナー像は記録紙Ｐに転写され、さらに定着装置１２２で定着処理され、排紙部１２４に排出される。

以上、フルカラー画像形成装置の構成と動作の概略を説明したが、高品質の画像を形成するため各色の作像ユニット１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋに備えられている感光体のトナーの付着量を適切に制御するためには、帯電電圧、現像バイアス、露光量などの作像条件を最適値に設定する必要がある。

このため、従来は、不透明な中間転写ベルトの上に、帯電電圧、現像バイアス、露光量などの作像条件が異なる各色のトナーパターンを形成し、形成されたトナーパターンを中間転写ベルトに接近して配置されたトナー付着量（トナー濃度）検出センサ（ＡＩＤＣセンサと呼ばれている）によりトナー付着量を検出し、作像条件を決定していた。

図５は、従来のトナー付着量を検出するＡＩＤＣセンサ２００の構成とトナー付着量の検出原理を説明する図で、ＡＩＤＣセンサ２００は、偏光フイルタＰを備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）２１１からなる照射部２１０と、偏光フイルタＰを備えたフォトダイオード（Ｐ波用フォトダイオード）２２１から構成される第１受光部２２０、及び偏光フイルタＰとは光の偏光方向が９０°異なる偏光フイルタＳを備えたフォトダイオード（Ｓ波用フォトダイオード）２３１からなる第２受光部２３０から構成されている。また、中間転写ベルト２４０の上にはイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ及び黒Ｋの４色のトナーパターンＴが形成されているものとする。

発光ダイオード２１１から赤外光の照射光を偏光フイルタＰを透過させて中間転写ベルト２４０上に照射する。その反射光には、中間転写ベルト２４０で反射した反射光と、トナーパターンＴで反射した反射光とがある。

中間転写ベルト２４０で反射した反射光は、中間転写ベルト２４０の表面が滑らかであるからその振動方向が変わることがなく、偏光フイルタＰを透過してＰ波用フォトダイオードＰ２２１に入射する。その光量をＢｎとする。

また、トナーパターンＴで反射した反射光は、トナー粒子が不規則な形状で凹凸が大きいため、反射光の振動方向がランダムに変わる。このため、トナーパターンＴで反射した反射光には、偏光フイルタＰを透過してＰ波用フォトダイオード２２１に入射するものと、偏光フイルタＳを透過してＳ波用フォトダイオード２３１に入射するものとがあるが、トナーパターンＴで反射した光の振動方向がランダムであるため、Ｐ波用フォトダイオード２２１に入射する光量ＴP と、Ｓ波用フォトダイオード２３１に入射する光量ＴS とは等しい（ＴP ＝ＴS ）。

一方、Ｐ波用フォトダイオード２２１には、中間転写ベルト２４０で反射した光とトナーパターンＴで反射した反射光とが入射するから、Ｐ波用フォトダイオード２２１の検出値は（Ｂｎ＋ＴP ）となる。また、中間転写ベルト２４０で反射した光は光の振動方向が異なるため偏光フイルタＳを透過できないから、Ｓ波用フォトダイオード２３１の検出値はＴS （ＴS ＝ＴP ）となる。

したがって、Ｐ波用フォトダイオード２２１の検出値（Ｂｎ＋ＴP ）とＳ波用フォトダイオード２３１の検出値ＴS （ＴS ＝ＴP ）との差（Ｂｎ）を演算することで、中間転写ベルト２４０で反射した光量を検出することができる。

中間転写ベルトからの反射光量が大きいときは中間転写ベルト上のトナー付着量が少なく、反射光量が小さいときは中間転写ベルト上のトナー付着量が多いことを示すから、中間転写ベルトで反射した光量からトナー付着量を検出することができる。

図６は、各色トナーの分光反射率特性を示す図で、カラートナーであるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各トナーでは赤外光を殆ど全て反射するから、上記したＡＩＤＣセンサによりカラートナーの付着量を感度良く検出することができる。一方、黒色トナー（Ｋ）は赤外光を殆ど全て吸収し、反射光は非常に少ないから、カラートナーの場合と同様に、上記したＡＩＤＣセンサにより黒色トナーの付着量を感度良く検出することができる。

図７は、トナーの付着量をＡＩＤＣセンサで検出したときのカラートナー及び黒色トナー付着量（ｇ／ｍ2 ）と、ＡＩＤＣセンサの出力電圧（Ｖ）の関係を示す図で、図７の（ａ）はカラートナーの場合、図７の（ｂ）は黒色トナーの場合を示している。

このように、ＡＩＤＣセンサで感光体のトナーの付着量を検出し、その検出結果に基づいて帯電電圧、現像バイアス、露光量などの作像条件を最適値に制御することで、品質の高い画像を形成することができる。

また、カラー画像はイエロー、マゼンタ、シアン及び黒の４色のトナー像を重畳して形成するが、このとき、各色のトナー像がずれる色ずれが発生すると画像が見苦しくなるので、色ずれを検出して補正する必要がある。この色ずれを検出する色ずれ量検出センサ（以下、レジストセンサという）として、タンデム方式のフルカラーの画像形成装置では、各色のトナー像の位置を検出するために、各色の検出パターン（以下、レジストパターンという）を中間転写ベルトの上に形成し、上記したＡＩＤＣセンサを使用して各色の検出パターンのずれを検出している。

図８は、ＡＩＤＣセンサによる色ずれの検出を説明する概念図で、ＡＩＤＣセンサは、偏光フイルタＰを備えた発光ダイオードＬＥＤからなる照射部と、偏光フイルタＰを備えたＰ波用フォトダイオードＰＤ１、及び偏光フイルタＰとは光の偏光方向が９０°異なる偏光フイルタＳを備えたＳ波用フォトダイオードＰＤ２からなる受光部から構成されている。照射部の発光ダイオードＬＥＤから偏光フイルタＰを透過した赤外光を、中間転写ベルトの上に形成されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の４色の各色のレジストパターンＲＰに照射し、その反射光を偏光フイルタＰを備えたＰ波用フォトダイオードＰＤ１、及び偏光フイルタＳを備えたフＳ波用フォトダイオードＰＤ２で検出し、色ずれ量を算出する。

色ずれ量の算出方法には種々の算出方法があるが、一般的には次の方法がある。即ち、ＡＩＤＣセンサの出力電圧は、ある幅と高さを持った波形の電圧であるから、その波形の重心位置は、検出された各色のレジストパターンの位置を代表する値でもある。従ってその出力電圧波形（実際には、所定のしきい値電圧で切り出した波形）の重心位置を算出することで、各色の間の色ずれ量を求めることができる。検出された色ずれ量に基づいて、主走査方向及び副走査方向の位置の補正、スキュー補正、ボー補正、中間転写ベルトの速度むら補正などを補正すれば、色ずれを無くすことができる（特許文献１参照）。
特開２００２−３１０９０１号公報。

しかしながら、複数色のトナーを使用するカラー画像形成装置では、像担持体へのトナーの付着量を検出するためのＡＩＤＣセンサを色ずれ量の検出を行うレジストセンサとして使用するときは、以下のような不都合がある。即ち、受光部を構成する２個のフォトダイオードは接近して配置されているが、その取付位置は厳密には一致していないため、レジストパターンからの反射光がＰ波用のフォトダイオードに入射して検出されるタイミングと、Ｓ波用のフォトダイオードに入射して検出されるタイミングとの間に時間のずれが生じる。

図９は、各色のレジストパターンＲＰと、レジストセンサを構成するＰ波用フォトダイオードＰＤ１の出力信号を所定のしきい値レベルでカットした信号ＤＣ１、及びＰ波用フォトダイオードＰＤ１の出力信号とＳ波用フォトダイオードＰＤ２の出力信号との差を所定のしきい値レベルでカットした信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形を示す図であって、図９の（ａ）は各色のレジストパターンＲＰを示し、図９の（ｂ）は信号ＤＣ１の波形、図９の（ｃ）は信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形を示している。

図１０は、レジストパターンＲＰの重心位置Ｇ0 、信号ＤＣ１の波形とその重心位置Ｇ1 、及び差の信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形とその重心位置Ｇ2 を説明する図で、図１０の（ａ）はレジストパターン１２の重心位置Ｇ0 を示し、図４の（ｂ）は信号ＤＣ１の波形とその重心位置Ｇ1 を示し、図１０の（ｃ）は信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形と重心位置Ｇ2 を示しており、信号ＤＣ１の波形、及び信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形を所定のしきい値（閾値）電圧ＳＨＶで切り出して、その切り出し部分の重心位置を求めることで色ずれ量を算出する。

差の信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形が乱れているのは、Ｐ波用フォトダイオードＰＤ１と、Ｓ波用フォトダイオードＰＤ２とを完全に同一位置に配置できず「ずれ」があるため、反射光が２つのフォトダイオードに入射するタイミングに時間差が生じるためである。また、中間転写ベルト上に形成されたトナーパターンは、中間転写ベルトの移動（画像形成装置のシステム速度で移動）するから、同一のトナーパターンに対するＰ波用フォトダイオードＰＤ１の検出出力と、Ｓ波用フォトダイオードＰＤ２の検出出力との間に時間差があるためである。

このような理由から、レジストパターン重心位置Ｇ0 に対し、信号ＤＣ１の波形の重心位置Ｇ1 はずれていないが、信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形の重心位置Ｇ2 は寸法ｄだけずれてしまい、色ずれ量を正確に検出することができないという不都合があった。

この発明は、上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、所定のシステム速度により移動する像担持体上のトナーパターン及び像担持体で反射する反射光の反射光量に基づいて、像担持体上のトナー反射光量情報を演算し、像担持体上のトナー付着量及び各色の色重ねずれ量の推定ができる画像形成装置において、像担持体上のトナーパターンに光を照射する発光部と、前記発光部から照射された光がトナーパターン及び像担持体で反射する光のうち、像担持体に平行な方向であるＰ波成分を第１の偏光フイルタを透過させて受光する第１の受光装置と、前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を第２の偏光フイルタを透過させて受光する第２の受光装置とから構成される光検出センサと、前記第１及び第２の受光装置のうち、先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させる遅延部と、前記光検出センサにより検出された検出出力に基づいて像担持体上のトナー反射光量情報を演算する演算部とを備え、前記第１及び第２の受光装置は、互いの受光方向を平行に、且つ前記移動する像担持体の移動方向に沿って所定間隔を隔てて配置され、前記遅延部は、前記第１及び第２の受光装置の前記所定の配置間隔を示す情報及び前記像担持体の移動速度を示すシステム速度情報とに基づいて、先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させて出力させ、前記演算部は、前記第１又は第２の受光装置の検出出力（Ｄ２）と、前記遅延部により遅延された第１又は第２の受光装置の検出出力（Ｄ１）との差（Ｄ１−Ｄ２）を像担持体上のトナー反射光量情報として演算することを特徴とする画像形成装置である。

そして、前記画像形成装置は、前記像担持体上のトナー反射光量情報（Ｄ１−Ｄ２）から像担持体上のトナー付着量を演算し、演算されたトナー付着量に基づいて作像条件を制御する。

また、前記画像形成装置は複数色のトナーを使用するカラー画像形成装置であって、前記像担持体上のトナー反射光量情報（Ｄ１−Ｄ２）から各色のトナーパターンの重心位置を算出して色ずれ量を表す情報を出力し、出力された色ずれ量を表す情報に基づいて色ずれ量を補正するように作像条件を制御する。

そして、前記遅延部は、画像形成装置のシステム速度の変更に応じて遅延時間を変更することが可能である。

請求項５の発明は、所定のシステム速度により移動する像担持体上のトナーパターン及び像担持体で反射する反射光の反射光量に基づいて像担持体上のトナー反射光量情報を生成する画像形成装置の画像形成方法であって、
像担持体上のトナーパターンに光を照射する発光部と、前記発光部から照射された光がトナーパターン及び像担持体で反射する光のうち、像担持体に平行な方向であるＰ波成分を第１の偏光フイルタを透過させて受光する第１の受光装置と、前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を第２の偏光フイルタを透過させて受光する第２の受光装置とから構成される光検出センサとを備え、前記第１及び第２の受光装置は、互いの受光方向を平行に、且つ前記移動する像担持体の移動方向に沿って所定間隔を隔てて配置され、前記第１及び第２の受光装置のうち、先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させる遅延部と、前記光検出センサにより検出された検出出力に基づいて像担持体上のトナー反射光量情報を演算する演算部とを使用してトナー反射光量情報を生成する画像形成装置の画像形成方法は、以下のステップを含む：
発光部から像担持体上のトナーパターンに光を照射するステップ；
前記発光部から照射された光がトナーパターン及び像担持体で反射する光のうち、像担持体に平行な方向であるＰ波成分を第１の偏光フイルタを透過させて第１の受光装置で受光し、前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を第２の偏光フイルタを透過させて第２の受光装置で受光するステップ；
前記第１及び第２の受光装置の検出出力のうち、先に入射した受光装置の検出出力を所定時間だけ遅延させて出力するステップ；
前記遅延させた受光装置の検出出力と遅延されていない受光装置の検出出力との差を演算してトナー反射光量情報を生成するステップ。

そして、前記画像形成装置の画像形成方法では、前記トナー反射光量情報から像担持体上のトナー付着量を推定することができる。

また、前記画像形成装置の画像形成方法では、画像形成装置が複数色のトナーを使用するカラー画像形成装置においては、前記像担持体上のトナー反射光量情報から各色のトナーパターンの重心位置を算出して各色の色重ねずれ量を推定することができる。

さらに、前記画像形成装置の画像形成方法では、前記第１の受光装置及び第２の受光装置の配設位置情報、及び画像形成装置のシステム速度情報とに基づいて、先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させるようにする。また、前記画像形成装置の画像形成方法では、前記画像形成装置のシステム速度の変更に応じて遅延時間を変更するようにするとよい。

この発明によれば、Ｐ波成分を第１の偏光フイルタを透過させて受光する第１の受光装置と、前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を第２の偏光フイルタを透過させて受光する第２の受光装置との配設位置情報及び画像形成装置のシステム速度情報とに基づき、第１及び第２の受光装置のうち先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させ、第１又は第２の受光装置の検出出力と前記遅延部により遅延された検出出力との差を像担持体上のトナー反射光量情報として演算するようにしたから、レジストパターン重心位置Ｇ0 に対し、信号ＤＣ１の波形の重心位置Ｇ1 と、信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形の重心位置Ｇ2 を一致させることができ、色ずれ量を正確に検出することが可能となった。

また、この発明によれば、第１及び第２の受光装置の検出出力に基づいて像担持体へのトナーの付着量を求めることができる。

以下、この発明の実施の形態を説明する。この発明を実施する電子写真方式の画像形成装置は、先に従来技術の説明において示したフルカラーの画像形成装置と同じであるから、ここでは説明を省略し、この発明の実施の形態のＡＩＤＣセンサの構成から説明する。 図１は、トナー付着量を検出するＡＩＤＣセンサ５０の構成を説明する図で、ＡＩＤＣセンサ５０は、Ｐ波偏光フイルタ１２を備えた発光ダイオード１１からなる照射部１０と、第１の偏光フイルタであるＰ波偏光フイルタ２２を備えたＰ波用フォトダイオード２１から構成される第１の受光装置である第１受光部２０と、Ｐ波偏光フイルタとは光の偏光方向が９０°異なる第２の偏光フイルタＳ波偏光フイルタ３２を備えたＳ波用フォトダイオード３１から構成される第２の受光装置である第２受光部３０とから構成される。

第１受光部２０と第２受光部３０とは接近して配置されるが、その受光部間隔は受光部の構成から受ける制約により間隔ａ（ｍｍ）だけ離れている。また、中間転写ベルトＴＢの上にはレジストパターンＲＰと兼用されるトナーパターンＴ（以下、単にトナーパターンＴという場合がある）が形成されており、中間転写ベルトＴＢは矢印方向にｂ（ｍｍ／ｓ）で移動するものとする。

発光ダイオード１１から投射された赤外光は、Ｐ波偏光フイルタ１２を透過して中間転写ベルトＴＢを照射する。その反射光には中間転写ベルトＴＢで反射した反射光と、トナーパターンＴで反射した反射光とがあり、中間転写ベルトＴＢで反射した反射光は、中間転写ベルトＴＢの表面が滑らかであるからその振動方向が変わることがなく、第１受光部２０のＰ波偏光フイルタ２２を透過してＰ波用フォトダイオード２１に入射する。その光量をＢｎとする。

また、トナーパターンＴで反射した反射光は、トナー粒子が不規則な形状で凹凸が大きいため、反射光の振動方向がランダムに変わる。このため、トナーパターンＴで反射した反射光には、第１受光部２０のＰ波偏光フイルタ２２を透過してＰ波用フォトダイオード２１に入射するものと、第２受光部３０のＳ波偏光フイルタ３２を透過してＳ波用フォトダイオード３１に入射するものとがあるが、トナーパターンＴで反射した光の振動方向がランダムであるため、Ｐ波用フォトダイオード２１に入射する光量ＴP と、Ｓ波用フォトダイオード３１に入射する光量ＴS とは等しい（ＴP ＝ＴS ）。

一方、Ｐ波用フォトダイオード２１には、中間転写ベルトＴＢで反射した光とトナーパターンＴで反射した反射光とが入射するから、Ｐ波用フォトダイオード２１の検出値Ｄ01は（Ｄ01＝Ｂｎ＋ＴP ）となる。また、中間転写ベルトＴＢで反射した光は光の振動方向が異なるためＳ波偏光フイルタ３２を透過できないから、Ｓ波用フォトダイオード３１の検出値Ｄ２は（Ｄ２＝ＴS ＝ＴP ）となる。

したがって、Ｐ波用フォトダイオード２１の検出値Ｄ01（＝Ｂｎ＋ＴP ）とＳ波用フォトダイオード３１の検出値Ｄ２（＝ＴS ＝ＴP ）との差（Ｄ01−Ｄ２）（＝Ｂｎ）を演算することで、中間転写ベルトで反射した光量を検出することができる。

中間転写ベルトＴＢに付着したトナー付着量が多い時は中間転写ベルトで反射する光量が少なくなり、中間転写ベルトＴＢに付着したトナー付着量が少ない時は中間転写ベルトで反射する光量が多くなるから、中間転写ベルトＴＢで反射した光量に基づいて像担持体のトナー付着量を検出することができる。

次に、ＡＩＤＣセンサ５０をレジストセンサとして使用した色ずれの検出について説明する。先にこの発明の背景技術において説明が、色ずれ検出用のレジストパターンＲＰ（トナーパターンＴと同じ）についてＡＩＤＣセンサ５０で検出される出力信号は、ある幅と高さを持った波形の電圧であるから、その波形の重心位置は検出された各色のレジストパターンＲＰの位置を代表する値でもある。従って、その出力電圧波形の重心位置を算出することで各色の間の色ずれ量を求めることができる。

しかしながら、図１に示すＡＩＤＣセンサ５０では、第１受光部２０を構成するＰ波用フォトダイオード２１と第２受光部３０を構成するＳ波用フォトダイオード３１とは、受光部の構成上の制約により間隔ａ（ｍｍ）だけ離れており、また、中間転写ベルトＴＢも矢印方向にｂ（ｍｍ／ｓ）で移動しているので、第１受光部２０のＰ波用フォトダイオード２１から出力される信号Ｄ01と第２受光部３０のＳ波用フォトダイオード３１から出力される信号Ｄ２との間には検出時間のずれが生じ、出力信号から算出された重心位置は各色のレジストパターンＲＰの重心位置からずれてしまい、各色の間の色ずれ量を正確に表すものとならない。

そこで、この実施の形態では、Ｐ波用フォトダイオード２１から出力される信号Ｄ01を遅延回路４１で遅延させて信号Ｄ１とし、Ｓ波用フォトダイオード３１から出力される信号Ｄ２との間に位相のずれをなくすようにして、上記した不都合を解決した。

図２は、ＡＩＤＣセンサ５０の検出回路５５の構成を説明するブロック図で、検出回路５５は、定電圧電源Ｖｃｃに接続された発光ダイオード１１と発光ダイオード１１の出力調整用可変抵抗器ＶＲ、第１受光部２０のＰ波用フォトダイオード２１、遅延部である遅延回路４１、増幅器４２、第２受光部３０のＳ波用フォトダイオード３１、増幅器４３、演算部である演算回路４５などから構成され、画像形成装置の制御装置のＣＰＵに接続されている。

次にその動作を説明する。照射部１０の発光ダイオード１１から放射され、Ｐ波偏光フイルタ１２を透過した赤外光は、レジストパターンＲＰ（トナーパターンＴと同じ）で反射し、Ｐ波偏光フイルタ２２を経て第１受光部２０のＰ波用フォトダイオード２１に入射し、また、Ｓ波偏光フイルタ３２を経て第２受光部３０のＳ波用フォトダイオード３１に入射する。

Ｐ波用フォトダイオード２１で検出された信号Ｄ01は遅延回路４１で所定時間だけ遅延させて信号Ｄ１となり、増幅器４２に入力されて増幅され、演算回路４５に入力される。また、Ｓ波用フォトダイオード３１で検出された信号Ｄ２は増幅器４３に入力されて増幅され、演算回路４５に入力される。演算回路４５では各色のレジストパターンＲＰ（トナーパターンＴ）について、信号Ｄ１とＤ２との差の信号（Ｄ１−Ｄ２）が演算されＣＰＵ４６に出力される。また、演算回路４５では発光ダイオード１１の出力調整用の信号が演算され、出力調整用可変抵抗器ＶＲに出力される。

ＣＰＵ４６は、画像形成装置の制御装置のＣＰＵを示したもので、ＣＰＵ４６からは、ＡＩＤＣセンサ５０の第１及び第２受光部の間隔情報ａ、及び画像形成装置のシステム速度情報ｂに基づいて、検出された信号Ｄ01を所定時間だけ遅延させるための遅延情報が演算され、遅延回路４１に入力される。

ＣＰＵ４６では、演算回路４５から出力された信号Ｄ１、Ｄ２、及び差の信号（Ｄ１−Ｄ２）に基づいて中間転写ベルトＴＢのトナー付着量が演算され、その演算結果に基づいて作像ユニットの帯電電圧、現像バイアス、露光量などの作像条件を最適値に制御する。さらにＣＰＵ４６では、演算回路４５から出力された信号Ｄ１、Ｄ２、及び差の信号（Ｄ１−Ｄ２）に基づいて、各色のレジストパターンの重心位置を算出して各色の間の色ずれ量を正確に表す情報を出力し、色ずれを正確に補正するように作像ユニットの作像条件を制御する。

ここで、遅延回路４１の作用を説明する。先に説明したとおり、第１受光部２０と第２受光部３０とは受光部の構成から受ける制約により間隔ａ（ｍｍ）だけ離れており、中間転写ベルトＴＢは、画像形成装置固有のシステム速度によりｂ（ｍｍ／秒）の速度で移動している。このため、発光ダイオード１１から放射された赤外光がトナーパターンＴやレジストパターンＧで反射して、第２受光部３０のＳ波用フォトダイオード３１により検出される時刻は、第１受光部２０のＰ波用フォトダイオード２１により検出された時刻よりもａ／ｂ（秒）だけ遅れることになる。

そこで、ＡＩＤＣセンサ５０の検出回路では、遅延回路４１を設けてＰ波用フォトダイオード２１で検出された信号Ｄ01を所定時間、即ちａ／ｂ（秒）だけ遅延させて信号Ｄ１を出力する。これにより演算回路４５では、トナーパターンＴで反射してＰ波用フォトダイオード２１で検出された信号と、Ｓ波用フォトダイオード３１で検出された信号との位相のずれ（時間のずれ）を補正する。これにより、正確な中間転写ベルトＴＢへのトナー付着量が検出され、また、色ずれを検出するレジストパターンＲＰの重心位置を正確に検出され、色ずれを正確に補正することができる。

以上説明した実施の形態においては、像担持体へのトナー付着量を演算するときは、像担持体上に形成されたトナーパターンとして、ハーフトーンパターン、ドットパターン（網点パターン）、スクリーンパターン、ベタパターンのいずれかを使用することができる。しかし、トナーパターンはこれ等のものに限られるものではない。

そして、色ずれ量を演算するときはラインパターンを使用してトナー付着量を演算するとよい。しかし、色ずれ量の演算においてもラインパターンに限られるものではなく、ある幅を持った帯状のパターンなど、色ずれ量を演算できるものであればよい。

また、像担持体としては、実施の形態で示した中間転写ベルトに限定されるものではない。複数のトナー像を重畳できるものであれば、ベルト状、ドラム状、ローラ状などの像担持体に適用することができる。

さらに、上記実施の形態では、この発明を中間転写ベルトを使用したフルカラー画像形成装置に適用した例で説明したが、２色以上のトナーを使用するカラー画像形成装置にも適用することができることは言うまでもない。

この発明は、複数色トナーを使用する画像形成装置において、トナー付着量を検出するＡＩＤＣセンサを使用して像担持体へのトナー付着量を正確に検出できるほか、複数色のトナー像の色ずれを検出するレジストセンサとしても使用して色ずれを正確に検出するもので、構成が簡単で製造コストを上昇させることがない画像形成装置及び画像形成方法を提供する。

トナー付着量を検出するＡＩＤＣセンサの構成を説明する図。 ＡＩＤＣセンサの検出回路の構成を説明するブロック図。 タンデム方式のフルカラーの画像形成装置の構成を説明する正面図。 図３に示す画像形成装置の作像ユニット及び中間転写ベルト付近を拡大した正面図。 従来のトナー付着量を検出するＡＩＤＣセンサ２００の構成とトナー付着量の検出原理を説明する図。 各色トナーの分光反射率特性を示す図。 トナーの付着量をＡＩＤＣセンサで検出したときのカラートナー及び黒色トナー付着量と、ＡＩＤＣセンサの出力電圧の関係を示す図。 ＡＩＤＣセンサによる色ずれの検出を説明する概念図。 各色のレジストパターンと、レジストセンサの出力信号を所定のしきい値レベルでカットした信号の波形を説明する図。 レジストパターンＲＰの重心位置、信号ＤＣ１の波形と重心位置Ｇ1 、及び信号（ＤＣ１−ＤＣ２）の波形とその重心位置Ｇ2 を説明する図。

符号の説明

１０ 照射部
１１ 発光ダイオード
１２ Ｐ波偏光フイルタ
２０ 第１受光部
２１ Ｐ波用フォトダイオード
２２ Ｐ波偏光フイルタ
３０ 第２受光部
３１ Ｓ波用フォトダイオード
３２ Ｓ波偏光フイルタ
５０ ＡＩＤＣセンサ
５５ 検出回路
４１ 遅延回路
４２、４３ 増幅器
４５ 演算回路
４６ ＣＰＵ（画像形成装置の制御装置）
Ｔ トナーパターン
ＲＰ レジストパターン
ＴＢ 中間転写ベルト
ＶＲ 出力調整用可変抵抗器

Claims (9)

1. 所定のシステム速度により移動する像担持体上のトナーパターン及び像担持体で反射する反射光の反射光量に基づいて、像担持体上のトナー反射光量情報を演算し、像担持体上のトナー付着量及び各色の色重ねずれ量の推定ができる画像形成装置において、
   像担持体上のトナーパターンに光を照射する発光部と、
   前記発光部から照射された光がトナーパターン及び像担持体で反射する光のうち、像担持体に平行な方向であるＰ波成分を第１の偏光フイルタを透過させて受光する第１の受光装置と、前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を第２の偏光フイルタを透過させて受光する第２の受光装置とから構成される光検出センサと、
   前記第１及び第２の受光装置のうち、先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させる遅延部と、
   前記光検出センサにより検出された検出出力に基づいて像担持体上のトナー反射光量情報を演算する演算部とを備え、
   前記第１及び第２の受光装置は、互いの受光方向を平行に、且つ前記移動する像担持体の移動方向に沿って所定間隔を隔てて配置され、
   前記遅延部は、前記第１及び第２の受光装置の前記所定の配置間隔を示す情報及び前記像担持体の移動速度を示すシステム速度情報とに基づいて、先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させて出力させ、
   前記演算部は、前記第１又は第２の受光装置の検出出力（Ｄ２）と、前記遅延部により遅延された第１又は第２の受光装置の検出出力（Ｄ１）との差（Ｄ１−Ｄ２）を像担持体上のトナー反射光量情報として演算すること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像形成装置は、前記像担持体上のトナー反射光量情報（Ｄ１−Ｄ２）から像担持体上のトナー付着量を演算し、演算されたトナー付着量に基づいて作像条件を制御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. 前記画像形成装置は複数色のトナーを使用するカラー画像形成装置であって、前記像担持体上のトナー反射光量情報（Ｄ１−Ｄ２）から各色のトナーパターンの重心位置を算出して色ずれ量を表す情報を出力し、出力された色ずれ量を表す情報に基づいて色ずれ量を補正するように作像条件を制御すること
   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. 前記遅延部は、前記画像形成装置のシステム速度の変更に応じて遅延時間を変更することが可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 所定のシステム速度により移動する像担持体上のトナーパターン及び像担持体で反射する反射光の反射光量に基づいて像担持体上のトナー反射光量情報を生成する画像形成装置の画像形成方法であって、
   像担持体上のトナーパターンに光を照射する発光部と、前記発光部から照射された光がトナーパターン及び像担持体で反射する光のうち、像担持体に平行な方向であるＰ波成分を第１の偏光フイルタを透過させて受光する第１の受光装置と、前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を第２の偏光フイルタを透過させて受光する第２の受光装置とから構成される光検出センサとを備え、前記第１及び第２の受光装置は、互いの受光方向を平行に、且つ前記移動する像担持体の移動方向に沿って所定間隔を隔てて配置され、前記第１及び第２の受光装置のうち、先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させる遅延部と、前記光検出センサにより検出された検出出力に基づいて像担持体上のトナー反射光量情報を演算する演算部とを使用してトナー反射光量情報を生成する画像形成装置の画像形成方法は、以下のステップを含む：
   発光部から像担持体上のトナーパターンに光を照射するステップ；
   前記発光部から照射された光がトナーパターン及び像担持体で反射する光のうち、像担持体に平行な方向であるＰ波成分を第１の偏光フイルタを透過させて第１の受光装置で受光し、前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を第２の偏光フイルタを透過させて第２の受光装置で受光するステップ；
   前記第１及び第２の受光装置の検出出力のうち、先に入射した受光装置の検出出力を所定時間だけ遅延させて出力するステップ；
   前記遅延させた受光装置の検出出力と遅延されていない受光装置の検出出力との差を演算してトナー反射光量情報を生成するステップ。
6. 請求項５に記載の画像形成装置の画像形成方法は、前記像担持体上のトナー反射光量情報から像担持体上のトナー付着量を推定することを特徴とする画像形成方法。
7. 請求項５または６に記載の画像形成装置の画像形成方法は、画像形成装置が複数色のトナーを使用するカラー画像形成装置においては、前記像担持体上のトナー反射光量情報から各色のトナーパターンの重心位置を算出して各色の色重ねずれ量を推定することを特徴とする画像形成方法。
8. 請求項５乃至７のいずれかに記載の画像形成装置の画像形成方法は、前記第１及び第２の受光装置の配設位置情報、及び画像形成装置のシステム速度情報とに基づいて先に入射した受光装置の検出出力を時間的に遅延させるようにする。
9. 請求項５乃至８のいずれかに記載の画像形成装置の画像形成方法は、前記画像形成装置のシステム速度の変更に応じて遅延時間を変更することを特徴とする画像形成方法。

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