JP4564770B2 - 画像形成装置及びそのカラーバランス調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラープリンタ等の画像形成装置及びそのカラーバランス調整方法に関するものである。

カラーレーザビームプリンタ等の画像形成装置により形成されるカラー画像の色味を安定させるために、転写材である用紙に定着する前のトナー像の濃度や、用紙に定着した後のトナー像の色味を検出して、その検出結果を画像形成条件にフィードバックして画像形成処理を制御することが知られている。

しかし、このような画像形成装置を使用する際、装置の設置環境の変化や長時間の使用により装置の各部の特性に変動が生じると、形成される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プリンタの場合には、わずかな濃度変動でもカラーバランスが崩れてしまう恐れがあるため、各色の画像を記録する記録部では常に一定の濃度、階調性を保つ必要がある。そこで、各色のトナーに対して絶対湿度に対応した数種類の露光量や現像バイアスなどのプロセス条件を設定し、カラー画像形成装置に固有の濃度−階調特性を補正するキャリブレーションテーブルなどの階調補正手段を備え、温湿度センサによって測定された絶対湿度に基づいて、それに応じたプロセス条件や階調補正値を選択している。また、使用中の装置各部に変動が発生してもほぼ一定の濃度、階調性、色味が得られるように、各色のトナーを用いて濃度検知用のトナー像（以下、トナーパッチ又は単にパッチ）を中間転写体上に作成し、これを記録紙などの転写材に転写し、その転写されたトナーパッチの濃度を光学センサで検知し、その結果を露光量や現像バイアス等のプロセス条件にフィードバックして、形成される画像の濃度制御を行っている。特許文献１には、転写材に転写されたトナーパッチの濃度を光学センサで検知し、その結果を画像形成条件にフィードバックして、形成される画像の濃度制御を行うことが記載されている。また特許文献２には、そのような光学センサによる検知タイミングの制御が記載されている。
特開２００３−０８４５３２号公報 特開２００３−０７６０７７号公報

こうして検出されたパッチ濃度を画像形成の制御にフィードバックして、広範な濃度の範囲に亘って色味を安定させるためには、トナーの単色のパッチから混色のパッチまで、それぞれ階調の異なる多数のパッチを形成し、それらの濃度を測定する必要がある。しかしながら、転写材である記録紙に定着されたトナーパッチの色味や濃度を検出するためには次のような問題があった。

記録紙を搬送しながらでなく記録紙の搬送を停止させてパッチの濃度を測定すれば記録紙のばたつきによる影響が避けられるが、パッチの濃度検出に要する時間が長くなってしまう。また記録紙に定着されたパッチを測定する度に記録紙の搬送を停止させるためには、記録紙が定着器を完全に通過して定着器の温度が記録紙上のトナー像に影響を与える位置を過ぎてから停止させる必要がある。このため、その記録紙のトナー像の濃度を検出するためのセンサを配置できる場所が制約され、このセンサから定着器までの距離を長くすると装置の小型化に不利となる。

一方、記録紙を搬送しながらトナー像の濃度を検出すれば迅速にパッチの濃度を検出でき、センサを配置する位置の制約が少ないという利点がある反面、記録紙のばたつきが発生して測定精度が低下してしまう。また、パッチからの反射光強度を測定する間に、記録紙の地の部分からの反射光強度を検出し、その反射光強度に基づいて記録紙のばたつきによる影響を軽減することが可能である。しかし、この場合、通常の濃度センサを用いると、測定するパッチの長さとパッチ間の記録紙の長さが１：１の比率になってしまい、記録紙の所定長さ当たりに形成できるパッチの数が減ってしまう。このため反射率の異なる多くの種類のパッチが形成できなくなり、色味を広範囲に、かつ精度良く安定させることができなくなってしまう。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の特徴は、カラーフィルタを設けない第２検出素子からにより転写材からの反射光強度を検出して転写材のばたつきによる光量変動を求め、第１検出素子によるカラーパッチからの反射光強度を補正することにより、検出時間を短縮して、各カラーパッチの色味を正確に検知し、その検知結果に基づいて、画像形成装置の各色の画像形成部における画像形成特性を調整できる画像形成装置及びそのカラーバランス調整方法を提供することにある。また、本発明の更なる特徴は、転写材の所定長に形成するパッチの数を増大できる画像形成装置及びそのカラーバランス調整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、
トナー像を転写材に転写して画像を形成する画像形成装置であって、
前記転写材にそれぞれ異なる色のカラーパッチを形成する手段と、
特定の波長成分の光を抽出するためのフィルタを有する第１検出素子と、前記フィルタを設けない第２検出素子とを有し、前記転写材に形成されたカラーパッチに照射された光の反射光強度を検出する光検出手段と、
前記第２検出素子により検出された前記カラーパッチが形成された領域以外の前記転写材からの反射光強度に基づいて、前記第１検出素子により検出された前記カラーパッチからの反射光強度を補正する補正手段と、
前記第１検出素子と前記第２検出素子とは、前記転写材の搬送方向に対して略直交する方向に配設されており、前記第２検出素子は前記第１検出素子による反射光強度の検出と並行して前記カラーパッチの近傍の前記転写材からの反射光強度を検出し、
前記補正手段は、前記第１検出素子により検出されたカラーパッチからの反射光強度を、前記並行して前記第２検出素子により検出された前記転写材からの反射光強度で前記第２検出素子により検出された基準となる前記転写材からの反射光強度を割った係数を乗じることで補正し、
前記補正手段で補正した前記カラーパッチからの反射光強度に基づいて、前記画像形成装置の各色の画像形成部における画像形成特性を調整する手段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におけるカラーバランス調整方法は以下のような構成を備える。即ち、
特定の波長成分の光を抽出するためのフィルタを有する第１検出素子と、前記フィルタを設けない第２検出素子とを有し、転写材に形成されたカラーパッチに照射された光の反射光強度を検出する光検出手段を具備し、トナー像を転写材に転写してカラー画像を形成する画像形成装置におけるカラーバランス調整方法であって、
前記転写材にそれぞれ異なる色のカラーパッチを形成する工程と、
前記転写材に形成されたカラーパッチに照射された光の反射光強度を前記光検出手段により検出する光検出工程と、
前記第２検出素子により検出された前記カラーパッチが形成された領域以外の前記転写材からの反射光強度に基づいて、前記第１検出素子により検出された前記カラーパッチからの反射光強度を補正する補正工程と、
前記第１検出素子と前記第２検出素子とは、前記転写材の搬送方向に対して略直交する方向に配設されており、前記第２検出素子は前記第１検出素子による反射光強度の検出と並行して前記カラーパッチの近傍の前記転写材からの反射光強度を検出し、
前記補正工程は、前記第１検出素子により検出されたカラーパッチからの反射光強度を、前記並行して前記第２検出素子により検出された前記転写材からの反射光強度で前記第２検出素子により検出された基準となる前記転写材からの反射光強度を割った係数を乗じることで補正し、
更に前記補正工程で補正した前記カラーパッチからの反射光強度に基づいて、前記画像形成装置の各色の画像形成部における画像形成特性を調整する工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、転写材を移動しながらカラーパッチからの反射光強度を検出し、この反射光強度を転写材のばたつきによる濃度変動に基づいて補正できるため、転写材を搬送させながらでも正確なパッチの色味の検出が可能となる。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例であるカラーレーザビームプリンタの画像形成部（記録部）主要部の構成を説明する図である。

このカラーレーザビームプリンタは、画像形成部において画像信号に基づいて生成されるレーザ光により感光ドラム上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーにより現像して可視画像を形成する。更に、この可視画像を記録媒体である転写材（以下、記録紙と呼ぶが、この転写材は紙に限定されるものでない）へ転写し、次いで、この記録紙に転写された可視画像を定着部１３により定着している。画像形成部は、現像色の数だけ並置したステーション（画像形成ユニット）毎の感光ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ，一次帯電部としての注入帯電部７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ，現像部８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ，トナーカートリッジ１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ，中間転写体１２、給紙部、転写部及び定着部１３によって構成されている。尚，ここでＹはイエロー画像形成用、Ｍはマゼンタ画像形成用、Ｃはシアン画像形成用、そしてＫは黒色画像形成用の部材を示している。

感光ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋはそれぞれアルミシリンダの外周に有機光導伝層を塗布して構成され、図示しない駆動モータの駆動力が伝達されて回転している。この駆動モータは感光ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋのそれぞれを画像形成動作に応じて反時計周り方向に回転させる。感光ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋのそれぞれへのレーザ光は、スキャナ部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋのそれぞれから送られ、各感光ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面を選択的に露光することにより、順次各ドラム上に静電潜像が形成される。

一次帯電部として、各ステーション毎にイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各感光ドラムを帯電させるために、合計４個の注入帯電器７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋを備え、各注入帯電器にはスリーブ７ＹＳ，７ＭＳ，７ＣＳ，７ＫＳがそれぞれ具備されている。また現像部として、上記静電潜像を可視化するために、各ステーション毎にイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の現像を行う４個の現像器８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋを備え、各現像器にはスリーブ８ＹＳ，８ＭＳ，８ＣＳ，８ＣＫが設けられている。尚、各々の現像器は装置本体に対して脱着可能に取り付けられている。

中間転写体１２は、駆動ローラ１８ａ及び従動ローラ１８ｂ，１８ｃに張設された無端ベルトであって、感光ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに接触しており、カラー画像形成時に時計周り方向に回転し、各色用の一次転写ローラ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの作用によって順次カラー画像が転写される。

給紙手段（給紙口）としての給紙カセット２又は給紙トレー３には記録紙１が収容されており、この記録紙１は給紙ローラ４及び搬送ローラ２４等により構成される搬送路２５に沿って搬送されレジストローラ２３に到達する。これはレジ前センサ１９によって検知される。画像形成時には、レジ前センサ１９によって中間転写体１２上のカラー可視画像が転写領域に到達するタイミングに合わせて、所定時間、記録紙１の搬送を停止させる。記録紙１がレジストローラ２３から転写領域に給紙され、中間転写体１２に２次転写ローラ９が接触して記録紙１を狭持搬送する。こうして記録紙１に中間転写体１２上のカラー可視画像を重畳転写する。２次転写ローラ９は、中間転写体１２上のカラー可視画像を記録紙１に転写している間は図１の実線で示すように中間転写体１２に当接させるが、転写終了後は、点線で示す位置に離間される。

定着部１３は、記録紙１を搬送しながら、その記録紙１に転写されたカラー可視画像を記録紙１に定着させる。この定着部１３は、記録紙１を加熱する定着ローラ１４と、記録紙１を定着ローラ１４に圧接させるための加圧ローラ１５とを備えている。定着ローラ１４と加圧ローラ１５はそれぞれ中空状に形成され、各内部にそれぞれヒータ１６，１７が内蔵されている。即ち、カラー可視画像を保持した記録紙１は、定着ローラ１４と加圧ローラ１５により搬送され、熱及び圧力が加えられることにより、トナー像が表面に定着される。こうして画像が定着された後の記録紙１は、図示しない排出ローラによって排紙部（不図示）に排出されて画像形成動作を終了する。尚、記録紙１の定着部１３からの排紙は定着排紙センサ２０によって検知される。クリーニング部２１は、中間転写体１２上に形成された４色のカラー可視画像を記録紙１に転写した後の廃トナーを蓄える。色ずれ検出部２２は、中間記録紙１２上に形成された色ずれ検出パターンを検出するもので、これにより各色間の主走査、副走査方向のずれ量を検出し、画像データを微調整することにより色ずれ低減させるようにフィードバックをかけるために使用される。

また画像が定着された記録紙１上の画像濃度を検出するためのセンサ２６が、定着部１３と排紙部（図示せず）の間に配置されている。

本実施の形態では、記録紙１の搬送を停止させることなくパッチの検出を行っても、記録紙１のばたつきを補正して正確なパッチの色味を検出できる。更に、記録紙１の搬送を停止させる必要がないため、トナーの色味を検出するセンサ２６の配置場所に制限がなくなり、小型の画像形成装置でも記録紙１を搬送しながらパッチの検出が可能となる。

更に、このセンサ２６により、記録紙１に定着されたトナーパッチからの反射光を読み取ったＲＧＢの各センサの出力を基に、各色のトナーに対応した絶対湿度に応じた数種類の露光量や、現像バイアスなどのプロセス条件、カラー画像形成装置に固有の濃度−階調特性を補正するキャリブレーションテーブルなどの階調補正手段を制御し、記録紙１上に所望の色味の画像を形成することが可能となる。

図２は、本実施の形態に係るセンサ２６の構成を説明する図である。

受光センサ１０１は、例えば図４に示す蓄積型のＣＣＤセンサである。尚、この受光センサ１０１は、例えばフォトダイオードのようなリアルタイムに入射光に対応した信号が得られるセンサでも良い。発光素子１００は記録紙１に光を照射する。この発光素子１００から発せられた光は約４５°の入射角度で、記録紙１上或はそこに形成されたトナーパッチ１０２を照射している。この光は、トナー表面で乱反射してその上面に広がり、受光センサ１０１はこの反射光強度を検出している。ここで記録紙１上には、ＣＭＹＫ各トナーの単色又は混色の色味検出用のパッチが形成されており、反射光のカラーフィルタを通過した波長成分や、分光反射率の波長依存性を測定し、画像の色味の所望値からのずれを検出する。

図３は、発光素子１００の駆動回路を説明する回路図である。

発光素子１００として、この実施の形態では可視光全域に発光スペクトルをもつ白色ＬＥＤを用い、オペアンプ１０５、抵抗１０４、ＮＰＮトランジスタ１１０を有するＬＥＤの駆動制御回路を具備している。発光素子１００に流す電流を制御するための電圧信号１０９は、図６の制御部６０１のＤ／Ａコンバータ（不図示）より供給される。オペアアンプ１０５の非反転入力端子に入力された電圧信号１０９の電圧が、抵抗１０４とトランジスタ１１０のエミッタ側に発生するようにオペアンプ１０５により帰還がかけられている。従って、電圧信号１０９の電圧と抵抗１０４の抵抗値で決まる電流がＮＰＮトランジスタ１１０のエミッタに流れる。この結果、この電流とほぼ同じコレクタ電流がＬＥＤ１００の駆動電流となる。こうして制御部６０１は、電圧信号１０９により発光素子１００の駆動電流を調整することができる。

図４は、本実施の形態に係るセンサ２６に含まれる蓄積型センサ１０１の一つであるＣＭＯＳセンサ（４チャンネル分）の回路図である。

ここでは、１画素分の回路１２１について説明する。１３３は光を検出するフォトダイオードである。ＮＭＯＳＦＥＴ１２５は、センサリセット信号φrに基づいてフォトダイオード１３３をリセット電位Ｖrにリセットする。ＰＭＯＳＦＥＴ１２６は、フォトダイオード１３３のアノード電位Ｖpd1をソースフォロアで出力する。ＰＭＯＳＦＥＴ１２７は、そのゲートに定電圧Ｖbが印加され、ソースフォロアに定電流を供給している。ＮＭＯＳＦＥＴ１２８は、転送信号φtに基づいてフォトダイオード１３３の出力をコンデンサ１２９に転送する。ＮＭＯＳＦＥＴ１３０は、コンデンサ１２９に転送された電荷をシフトレジスタ１３２からの出力φsr1に応じて出力ラインＶoutに出力する。ＮＭＯＳＦＥＴ１３１は、出力ラインリセット信号φhrに基づいて出力ラインＶoutを電圧Ｖhrにリセットする。

尚、この図４では、このセンサ１０１を、フィルタ無し（１２１）と、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）各色のフィルタ（不図示）を載せた画素（１２２〜１２４）からなる合計４画素分で構成している。フィルタを設けない画素１２１では、記録紙１からの反射光の全体を検出している。またＲ，Ｇ，Ｂのオンチップカラーフィルタを設けた画素１２２〜１２４では、反射光のうちＲ，Ｇ，Ｂ３色の各信号を検出する。出力ラインＶoutの電圧をオペアンプ等でバッファした後Ａ／Ｄ変換することにより、記録紙１から反射された反射光全体と、ＲＧＢの各波長に対応した光を所定時間蓄積した信号とを得ることができる。尚、上述した各駆動信号は、画像形成装置の動作を制御する制御部６０１（図６）から供給される。

図５は、本実施の形態に係るセンサ２６の動作を説明するタイミング図である。

この実施の形態では、白色ＬＥＤ１００を色味検出の際に点灯駆動し、暗出力検出の際には消灯させる。いま時間ｔ１でφrをハイレベルにすると、ＮＭＯＳＦＥＴ１２５がオンして、フォトダイオード１３３のアノードは電圧Ｖrにリセットされる。次に時間ｔ２でφｒをロウレベルにすると、フォトダイオード１３３のリセットが解除されオフ状態になり、フォトダイオード１３３における電荷の蓄積が開始される。尚、このタイミングｔ２は、隣のトナーパッチとの測色時の混色を避けるため、記録紙１上のトナーパッチ１０２がフォトダイオード１３３による検出範囲に入りきった状態に設定されている。この電荷蓄積中、フォトダイオード１３３のアノードの電位Ｖpd1は、入射光の影響で発生した光電流により上昇する。同様に、画素１２２，１２３，１２４のフォトダイオード１３４，１３５，１３６のそれぞれのアノード電位Ｖpd2，Ｖpd3，Ｖpd4もそれぞれ、入射光のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のそれぞれの強度に応じて上昇する。

こうして所定時間が経過した後、時間ｔ３においてφtをハイレベルにするとＮＭＯＳ１２８がオンし、フォトダイオード１３３に蓄積されたＶpd1をソースフォロア回路でコンデンサ１２９に転送する。この動作は他の画素１２２〜１２４においても同時に実行される。次に時間ｔ４においてφtをロウレベルにしてＮＭＯＳ１２８をオフし、コンデンサ１２９への電荷の転送を終了させる。ここで時間ｔ２から時間ｔ４までの時間間隔ｔs1がコンデンサ１２９の蓄積時間となる。画素１２２，１２３，１２４も同様に動作する。その後、シフトレジスタ１３２を動作させてφsr1をハイレベルにしてＮＭＯＳ１３０をオンし、フィルタを設けないフォトダイオード１３３の出力をＶoutに読み出す。こうして読み出された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器６１３（図６）でＡ／Ｄ変換され、この画像形成装置の動作を制御する制御部６０１のメモリ（ＲＡＭ６１２：図６）に格納される。

こうしてフィルタを設けないフォトダイオード１３３の出力を読み出した後、出力ラインはφhrをハイレベルとすることにより、ＮＭＯＳＦＥＴ１３１によって、ＶoutはＶhrにリセットされる。以下同様にして、順次，シフトレジスタ１３２によりφsr2，φsr3，φsr4をオンして、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタ対応したフォトダイオード１３４〜１３６の出力（１２２，１２３，１２４）が順次読み出される。

図６は、本実施の形態に係るレーザビームプリンタの概略構成を示すブロック図である。

制御部６０１は、この画像形成装置全体の動作を制御している。プリンタエンジン６０２は、前述の図１に示すように、複数の画像形成ステーションを有し、記録紙１にカラー画像を記録して定着させる。センサ２６は、図２に示すように発光素子１００と受光センサ１０１とを有し、制御信号線６０３は複数の信号線を含み、これら信号線を介して図４及び図５に示す駆動信号、制御信号及び電圧信号等がやり取りされる。

制御部６０１は、マイクロプロセッサなどのＣＰＵ６１０、このＣＰＵ６１０により実行されるプログラムやデータ等を記憶しているＲＯＭ６１１、ＣＰＵ６１０による制御動作時に各種データを記憶するためのワークエリアとしても使用されるＲＡＭ６１２を有している。またＬＥＤ１００を制御するためのＤ／Ａ変換器（不図示）、フォトダイオードなどの受光センサ１０１の電圧出力を入力してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６１３も設けられている。

図７は、本発明の実施の形態１において記録紙１上に形成されるパッチ１０２を説明する図である。

ここでは複数のパッチ２０１，２０２，２０３，...が記録紙１上に形成されており、それぞれ形成された色味（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を検出するための異なるパッチであり、各パッチは記録紙１の搬送方向（図の左方向）に間隔を開けて形成されている。

図８は、本実施の形態１に係るパッチ１０２を読み取って、その濃度を検出する処理を説明するフローチャートである。この処理を実行するプログラムはＲＯＭ６１１に記憶されており、ＣＰＵ６１０の制御の下に実行される。

まずステップＳ１で、ＲＡＭ６１２にも受けられた変数ｎを「１」に初期化する。次にステップＳ２で、図７に示すようなパッチ１０２を記録紙１上に形成する。これは、例えばＲＯＭ６１１に記憶されているパッチパターンを読み出し、それをプリンタエンジン６０２に出力して画像を形成することにより形成される。

こうしてステップＳ３で発光素子１００を点灯し、パッチが転写された記録紙１が定着部１３を通過し、その先端がセンサ２６の検出範囲に到達するのを待ち、到達するとセンサリセット信号φrを出力し蓄積時間Ｔs＝ｔs1経過後、転送信号φtをロウレベルにする。そしてシフトレジスタ１３２の出力φsr1をハイレベルにして、記録紙１そのものからの反射光強度Ｖw1（カラーフィルタが無い画素１２１の出力）を入力してＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換した値をＲＡＭ６１２に記憶する。この場合の動作は、前述の図５で説明したタイミングで実行される。

次にステップＳ４で、最初のパッチ２０１がセンサ２６の検出範囲に到達すると、前述のステップＳ３と同様に、今度はＲフィルタが装着された画素１２２に対して蓄積時間をＴs＝ｔs2として、パッチ１０２からの反射光強度Ｖj1（ｊ＝Ｒカラーフィルタのついた画素の出力）を入力してＡ／Ｄ変換し、この値をＲＡＭ６１２に記憶する。

次にステップＳ５で、これをＲＧＢの数であるｍ（＝３）回繰り返したかどうかを判定し、ｍ回実行していないときはステップＳ６で変数ｎの値を＋１してステップＳ３に進む。こうして次は、Ｒのパッチ２０１と次のＧのパッチ２０２との間の空白部の記録紙１からの反射光強度を検出し（ステップＳ３）、そしてステップＳ４で、Ｇのパッチ２０２からの反射光強度を検出し、その結果がＲＡＭ６１２に記憶される。

こうしてＲＧＢの各パッチ２０１〜２０３の各濃度が検出されるとステップＳ７に進み、今度は、そのパッチ２０３の後方でパッチが記録されていない記録紙１からの反射光強度Ｖw（ｍ＋１）を検出してＲＡＭ６１２に記憶する。そして発光素子１００を消灯する。そしてステップＳ８で、ステップＳ４で検出されてＲＡＭ６１２に記憶されたＲＧＢそれぞれのパッチの濃度を、ステップＳ３及びステップＳ７で検出された記録紙１そのものからの反射光強度に基づいて補正して、この検出処理を終了する。

記録紙１のトナーが載っていない部分は白色で元々反射率が高く、そこからの反射光強度が大きい。そしてこの反射光強度は、カラーフィルタが設けられていない受光素子で検出されるため、入射光量が減衰されない状態で記録紙１からの反射光強度が検出されることになる。これにより記録紙１の地色を検出する際の蓄積時間ｔs1は、ＲＧＢカラーフィルタを通して検出する画素の場合の蓄積時間ｔs2より大幅に短くすることができる。

ここでは、記録紙１の搬送方向におけるパッチ２０１〜２０３のそれぞれの最低長さは、受光センサ１０１の検出範囲Ｔu（受光センサ１０１による記録紙１の検出範囲を、その搬送速度で割って時間に換算したもの）と、記録紙１の地色との混色を避けるためのマージンＴmと、受光センサ１０１の蓄積時間Ｔsと、受光センサ１０１の読み出し時間Ｔｒを加えた時間に相当する長さとなる。記録紙１そのものからの反射光強度を検出する場合、前述のように、記録紙１の地色に対する蓄積時間Ｔsを大幅に短縮できる。このため、各パッチ２０１，２０２，２０３の長さに比べて、これらパッチ間の間隔を短くできる。こうして記録紙１のばたつき補正を行うことによる、記録紙１の所定長さに対するパッチ数を増やすことができる。

次に図８のステップＳ８で実施する、記録紙１のばたつきの補正方法について説明する。

記録紙１そのものからの反射光強度は、搬送される記録紙１によるばたつきが無ければ本来は同一の信号となる。しかし実際には、搬送中に記録紙１がばたつくため、その検出した反射光強度が変動する。受光センサ１０１は、各パッチ及び記録紙１からの乱反射光を検出しており、記録紙１がセンサ２６の方向に近づくにつれて、受光センサ１０１に入力される光量が増え、対応する受光センサ１０１からの出力も増加する。逆に、センサ２６から遠ざかるにつれて受光センサ１０１に入射する光量が減少して受光センサ１０１の出力が減少する。従って、記録紙１からの反射光強度をモニタすることにより、記録紙１のばたつきの度合いを知ることができる。更に、記録紙１からの反射光強度信号が一定となるような補正係数を、測定したタイミングごとに求め、その間を補間することにより、動作中の任意の時間における補正係数を計算することができる。

図９は、記録紙のばたつき量を線形近似で推定し、それを基にパッチの反射光強度を補正する例を説明する図である。

ここでは最初に検出した記録紙１からの信号（ばたつきの基準位置に対応する）を基準として補正している。最初に記録紙１からの反射光強度を検出した時の蓄積時間の中心時間をＴw1とし、２回目（パッチ２０１と２０２の間）に記録紙１からの反射光強度を検出した時の蓄積時間の中心時間をＴw2とする。

図７に示すパッチの場合、１番目のパッチ２０１からの反射光強度を検出した時の蓄積時間の中心時間をＴp1とすると、この時間Ｔp1とＴw1，時間Ｔp1とＴw2との時間間隔は、いずれも｛Ｔu＋Ｔm＋（ｔs1＋ｔs2）／２＋Ｔr｝となる。

ここで前述したように、Ｔuは受光センサ１０１の検出範囲、Ｔmは記録紙１のパッチとの混色を避けるためのマージン、Ｔsは受光センサ１０１の蓄積時間、Ｔｒは受光センサ１０１の読み出し時間である。

そしてパッチ２０１からの反射光強度の検出は、記録紙１からの反射光の検出の中間になる。これを利用して線形近似で、時間Ｔp1における推定光量に対応した出力｛（Ｖw1＋Ｖw2）／２｝を用いて、記録紙１のばたつきによる反射光強度のばらつきを補正することができる。具体的には、最初に記録紙１の反射光強度を検出した値Ｖw1を光量の基準とする場合、次の式で補正する（Ｖj1は補正後の検出値）。

Ｖj1'＝Ｖj1×Ｖw1×２／（Ｖw1＋Ｖw2）
但し、ｊは、ＲＧＢ各フィルタが設けられた画素から出力される検出電圧を表す。

同様にして、各パッチからの反射光強度を検出する際、その前後にあるパッチが形成されていない記録紙１そのものからの反射光強度の中心を、パッチ検出時の反射光強度と近似して補正することにより、記録紙１のばたつきによる光量変動を補正して正確なパッチ濃度の検出が可能となる。

次に、この検出結果を画像形成条件へフィードバックする一例を説明する。

図１０は、この実施の形態に係るカラー画像形成装置の画像処理部における処理の一例を示すフローチャートである。

まずステップＳ１１で、予め用意されているカラーマッチングテーブルにより、パーソナルコンピュータ等から送られてくる画像の色を表すＲＧＢ信号を、このカラー画像形成装置の色再現域に合わせたデバイスＲＧＢ信号（以下、ＤevＲＧＢという）に変換する。次にステップＳ１２で、予め用意されている色分解テーブルにより、ＤevＲＧＢ信号をカラー画像形成装置のトナー色材の色であるＣＭＹＫ信号に変換する。次にステップＳ１３で、Ｃ、Ｍ，Ｙ，Ｋのそれぞれカラー画像形成部に固有の濃度−階調特性を補正するキャリブレーションテーブルにより、ＣＭＹＫ信号を濃度−階調特性の補正を加えたＣ'Ｍ'Ｙ'Ｋ'信号へ変換する。そしてステップＳ１４で、ＰＷＭ（パルス幅変調）テーブルにより、Ｃ'Ｍ'Ｙ'Ｋ'信号に対応するスキャナ部１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｙ，１０Ｋの露光時間Ｔc，Ｔm，Ｔy，Ｔkへ変換する。このデータを基に、ステップＳ１５で、プリンタエンジン６０２は露光及び現像を行い、ステップＳ１６で転写、ステップＳ１７で定着を行って、記録紙１上にパッチを形成する。こうして形成された記録紙１の複数のパッチ２０１〜２０３は、前述した光検出方法を用いてその色味が測定され、得られた情報に基づき、全体として色味が所望の値になるように、例えばキャリブレーションテーブルを変更し、濃度及び階調特性の最適化を行う（ステップＳ１８）ことができる。

尚、この実施の形態１では、フィルタ無しの画素１２１と、ＲＧＢの３つのフィルタを載せた画素１２２〜１２４からなる計４つの画素からなる受光センサ１０１の例を示した。しかし、これら画素の数は４つに限定されず、対称性を良くするために両側に複数のダミー画素を設けたり、ＲＧＢの各フィルタに対応した画素を複数設け、それらの出力の和や平均をとってトナーパッチの位置のむらを平均化して精度を向上させるような制御を行っても良い。

またここでは、受光センサ１０１を蓄積型センサを例にして説明したが、必ずしも蓄積型に限らず、光電流をカラーフィルタを付けたフォトダイオードやフォトトランジスタで検出しても良い。また抵抗等でリアルタイムにＩＶ変換するタイプのセンサでも、ランダムノイズ低減のため繰り返し検出を行うのであれば有効である。これは、カラーフィルタ無しのセンサでは、フィルタ有りのセンサに比べて、記録紙１からの入射光量が増加するため、光ショットノイズに起因するＳ／Ｎ比が改善されている。このため、繰り返し読み出しの回数を減らすことができ、その結果、各パッチの間隔を狭めることができる。

更に、上述の例では、記録紙のばたつきの補正を線形近似を一例として説明したが、本発明はこれに限定されないことはもちろんである。例えば、多項式で時間と出力の関係を表現し、記録紙１からの反射光を検出した時間と受光センサ１０１の出力との関係から最小自乗法で係数を求め、任意の時間における記録紙１からの反射光強度、更には、補正係数を求めることにより、パッチの検出タイミングで補正係数を用いて補正を行っても良い。

［実施の形態２］
前述の実施の形態１では、各パッチの前後の空白部分で記録紙１そのものからの反射光強度を検出していた。このため記録紙１からの反射光強度を検出する際には、その蓄積時間が短縮できても、記録紙１のばたつき補正をしない場合に比べて、記録紙１の所定エリア内に形成できるパッチの数が制限される。これに対して本実施の形態２では、この課題を改善したばたつき補正法を説明する。尚、この実施の形態２に係るカラープリンタの構成は前述の実施の形態１と同じであるため、その説明を省略する。

図１１は、本発明の実施の形態２に係るパッチ１０２ａの構成を説明する図である。

ここでは、それぞれが３個のパッチ２０１，２０２，２０３で形成されるパッチ群が、合計ｋ組形成されている。２０４〜２０６は、二番目のパッチ群のパッチを示し、それぞれが色味を検出するための異なるパッチで、記録紙１の搬送方向に複数パッチ（この例では３パッチ）毎に間隔を空けて形成されている。

図１２は、本実施の形態２に係るパッチの濃度検出と記録紙１のばたつき補正の手順を説明するフローチャートで、この手順を実行するプログラムはＲＯＭ６１１に記憶されており、ＣＰＵ６１０の制御の下に実行される。

まずステップＳ２１で、ＲＡＭ６１２の変数ｎを「１」に初期化する。次にステップＳ２２で、図１１に示すようなパッチ１０２ａを記録紙１上に形成する。次にステップＳ２３で、記録紙１の先端がセンサ２６の受光センサ１０１の検出範囲に到達するとステップＳ２３に進み、蓄積時間をＴs＝ｔs1とし、記録紙１からの反射光強度Ｖw1（カラーフィルタの無い画素の出力）を検出する。次にステップＳ２４で、最初のパッチ２０１が受光センサ１０１の検出範囲に到達すると蓄積時間をＴs＝ｔs2として、パッチ２０１からの反射光強度Ｖj1（ｊ＝ＲＧＢカラーフィルタのついた各画素の出力）を検出する。同様にステップＳ２５，Ｓ２６で、２番目、３番目のパッチ２０２，２０３からの反射光強度Ｖj2，Ｖj3を連続して検出する。

前述の実施の形態１では、各パッチ２０１，２０２，２０３の間に空きがあったので、図８のフローチャートでは、１つのパッチからの反射光強度を検出するとステップＳ３に戻って記録紙１の地の部分を検出していたのに対し、この実施の形態２では、図１１のように、３色のパッチ２０１〜２０３の間に空き部分がないので３色のパッチからの反射光強度を連続して検出している。

こうしてステップＳ２７で、変数ｎの値に基づいて、ｋ回繰り返したか、即ち、ｋ組のパッチ群の濃度を検出したかを判定し、そうでないときはステップＳ２８で変数ｎの値を＋１してステップＳ２３に戻る。そして次にステップＳ２３で、パッチ群間の空白部分の記録紙１の反射光強度を検出した後、ステップＳ２４〜Ｓ２６で、次のパッチ群からの反射光強度を検出する。こうして全てのパッチ（ｋ組のパッチ群）からの反射光強度を検出するとステップＳ２７からステップＳ２９に進み、蓄積時間をＴs＝ｔs1とし、記録紙１そのものからの反射光強度Ｖw（ｋ＋１）を検出する。その後ステップＳ３０で、検出された各パッチから得られたセンサ出力を記録紙１からの反射光強度に基づき補正して、この処理を終了する。

記録紙１の地の部分はトナーが載っていない白色部分であるため、元々反射率が高く反射光強度が大きいことに加え、カラーフィルタによる入射光量の減衰のない画素で反射光強度を検出している。このため蓄積時間ｔs1を蓄積時間ｔs2より大幅に短くできる。更に、パッチ群間の空白部分の記録紙１からの反射光強度を検出する回数を減らしているので、記録紙１の所定長さに対して、より多くのパッチを形成できる。

尚、ステップＳ３０で実施する記録紙１のばたつきの補正方法は、前述の実施の形態１と同様に、パッチ群を検出した前後の記録紙１そのものからの反射光強度値から、各パッチからの反射光強度を検出するタイミングでの記録紙１からの反射光量（ばたつき量）を線形近似により推定し、その推定した反射光量を基に、対応する補正係数を求めて補正してもよい。

またこれに限らず、例えば多項式を用いて、計測時間と反射光強度との関係を表現し、記録紙１からの反射光強度を検出した時間と、センサ１０１の出力との関係から最小自乗法で係数を求め、任意の時間における記録紙１からの反射光強度、更には補正係数を求める。そして、各パッチを検出するタイミングでの補正係数を用いて補正を行っても良いことはいうまでもない。

また、この実施の形態２では、３つのパッチ毎に記録紙１の地部分からの反射光強度を検出しているが、この実施の形態２に係る画像形成装置における記録紙１のばたつきの周期や要求精度に応じて、まとめて形成するパッチの数を変更したパッチ群を用いて測定しても同様の効果が得られる。

［実施の形態３］
前述の実施の形態１，２では、記録紙１そのものからの反射光強度の検出とパッチからの反射光強度の検出とを順番に行っている。このため、どうしても記録紙１そのものからの反射光強度を検出する分だけ、ばたつき補正を行わない場合に比べて、記録紙１の所定長さに形成できるパッチの数が減少する。そこで本実施の形態３では、パッチの数を減らすことなく、記録紙１のばたつきを補正する方法を提案する。

図１３は、本発明の実施の形態３に係るセンサ２２１の構成とパッチ１０２ｂの配置を説明する図である。ここでは、記録紙１そのものからの反射光強度を検出するセンサ２２３と、パッチ１０２ｂからの反射光強度を検出するセンサ２２２とをそれぞれ別々に設け、これらセンサにより並行して記録紙１及びパッチ１０２ｂからの反射光強度を検出している。このため、パッチ１０２ｂは前述の実施の形態１，２のように、各パッチ間に余白部分を形成する必要がない。

センサ２２１は、カラーフィルタを用いてパッチからの反射光強度を検出するセンサ部２２２と、パッチ１０２ｂが記録されていない記録紙１そのものからの反射光強度を検出するセンサ部２２３の２つで構成されている。これらのセンサ２２２，２２３は、同一半導体基板上の異なる位置に配置しても良いし、別の種類の個別のセンサを異なる位置に配置しても良い。但し、補正精度を上げるため、できるだけパッチ１０２ｂと近い位置の記録紙１からの反射光量に基づいて補正を行えるよう、記録紙１の搬送方向に対して略垂直な位置で、かつ記録紙１とパッチ１０２ｂとの境界の近くで、それぞれの検出範囲が検出対象外のパッチ１０２ｂ又は記録紙１と重ならない範囲で、できるだけ近くに置くことが望ましい。また本実施の形態３では、パッチ１０２ｂと同時に記録紙１からの反射光強度を検出するため、記録紙１からの反射光強度を検出するセンサ２２３のカラーフィルタの有無は問題とならない。しかし、カラーフィルタがない方が大きな光量に基づいた検出が可能であるため望ましい。

パッチ１０２ｂは、センサ２２２の検出範囲に合わせて、他方のセンサ２２３の検出範囲に入らないように形成されている。ここで記録紙１は矢印の方向に搬送されるため、パッチ１０２ｂは、センサ２２２の検出範囲を順々に通過する。このときセンサ２２２にはパッチ１０２からの反射光が次々に入射されるのに対し、センサ２２３は常に記録紙１からの反射光だけが入射される。

図１４は、本実施の形態３に係るパッチ濃度の検出と記録紙１のばたつき補正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ＲＯＭ６１１に記憶されており、ＣＰＵ６１０の制御の基に実行される。

まずステップＳ４１で、ＲＡＭ６１２の変数ｎを「１」に初期化する。次にステップＳ４２で、図１２に示すパッチ１０２ｂを記録紙１上に形成する。こうしてステップＳ４３で、発光素子１００を点灯し、最初のパッチ２０１がセンサ２２２の検出範囲に到達すると、センサ２２３により記録紙１からの反射光強度Ｖw1（カラーフィルタの無い画素の出力）を検出し、ほほ同じタイミングでセンサ２２２から出力されるパッチ２０１からの反射光強度Ｖj1（ｊ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）を検出する。次にステップＳ４４で、この回数がｍ回（図１２の例ではｍ＝５）以上になったかを調べ、そうでないときはステップＳ４５で、変数ｎの値を＋１してステップＳ４３に進む。こうしてｍ回繰り返し全てのパッチを検出するとステップＳ４４からステップＳ４６に進み、センサ２２２により検出された各パッチからの反射光強度を、センサ２２３により検出された記録紙１からの反射光強度に基づいて補正して検出を終了する。ここでは記録紙１からの反射光強度とパッチ１０２ｂからの反射光強度とを同時に検出しているので、記録紙１のばたつきによる補正を容易にできる。

いま、ｐ番目のパッチ検出時の反射光強度を１番目のパッチ検出時の反射光強度で規格化すると、Ｖwp／Ｖw1となる。このとき、逆数Ｖw1／Ｖwpが補正係数となり、これをセンサ２２２のｐ番目の出力に対して乗算することにより、記録紙１のばたつき補正ができる。

本実施の形態３では、パッチ１０２ｂからの反射光強度の検出と、センサ２２３による記録紙１からの反射光強度の検出とを並行して同時に行っているので、パッチ１０２ｂにおける各パッチ間の間隔を空ける必要が無い。このため、所定の記録紙１に形成できるパッチの数を増やして、かつ記録紙１のばたつきを補正できる。これにより、より正確にパッチの色味補正用のデータが収集できる。

更に、このセンサ２２１で得られた正確なＲＧＢの各センサの出力を画像形成装置の制御にフィードバックし、各色のトナーに対応した絶対湿度に応じた数種類の露光量や、現像バイアスなどのプロセス条件、キャリブレーションテーブルなどの階調補正手段を制御し記録紙上に所望の色味を出すことが可能となる。その他の画像形成装置の動作は従来例と同じため省略する。

以上説明したように本実施の形態によれば、トナーパッチの検出の間にカラーフィルタの無いセンサで記録紙１そのものからの反射光強度を検出し、その記録紙１からの反射光強度に基づいて記録紙のばたつき量を推定し、この推定したばたつき量に基づいて各パッチからの反射光強度を補正できる。これにより、正確に記録紙上のパッチの色味を検出できる。更に、この検出方法を用いて取得したトナーパッチの色情報を画像形成装置の画像形成処理にフィードバックすることにより、色味の安定したカラー画像形成装置を得ることが出来る。

また本実施の形態によれば、複数のトナーパッチ毎に記録紙からの反射光強度を検出するため、所定長の記録紙１に形成できるパッチ数を増やして記録紙１のばたつきによる反射光強度を推定できる。これにより、より正確な記録紙１上のパッチの色味検出と、より多くのパッチに基づく色味の検出が可能となる。更に、こうして取得したトナーパッチの色情報を画像形成装置にフィードバックすることにより、色味の安定したカラー画像形成装置を得ることができる。

また本実施の形態によれば、一方がパッチからの反射光強度、他方が記録紙１そのものからの反射光強度を検出できるように光検出素子を配置することにより、所定長さの記録紙１に形成できるパッチの数を増やして記録紙１のばたつき量を求めることができる。

これにより記録紙の搬送中でも正確なパッチの色味の検出が可能となる。こうしてセンサで取得したトナーパッチの色情報を画像形成装置にフィードバックすることにより、色味の安定したカラー画像形成装置を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例であるカラーレーザビームプリンタの画像形成部（記録部）主要部の構成を説明する図である。 本実施の形態に係るセンサの構成を説明する図である。 本実施の形態に係るセンサの発光素子の駆動回路を説明する回路図である。 本実施の形態に係るセンサに含まれる蓄積型センサの一つであるＣＭＯＳセンサ（４チャンネル分）の回路図である。 本実施の形態に係る図４に示すセンサの動作を説明するタイミング図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るパッチを説明する図である。 本実施の形態１に係るパッチを読み取って、その濃度を検出する処理を説明するフローチャートである。 記録紙のばたつき量を線形近似で推定し、それを基にパッチの反射光強度を補正する例を説明する図である。 実施の形態１に係るカラー画像形成装置の画像処理部における処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るパッチの構成を説明する図である。 本実施の形態２に係るパッチの濃度検出と記録紙のばたつき補正の手順を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るセンサの構成とパッチの配置を説明する図である。 本実施の形態３に係るパッチの濃度検出と記録紙のばたつき補正の手順を説明するフローチャートである。

Claims (8)

1. トナー像を転写材に転写して画像を形成する画像形成装置であって、
   前記転写材にそれぞれ異なる色のカラーパッチを形成する手段と、
   特定の波長成分の光を抽出するためのフィルタを有する第１検出素子と、前記フィルタを設けない第２検出素子とを有し、前記転写材に形成されたカラーパッチに照射された光の反射光強度を検出する光検出手段と、
   前記第２検出素子により検出された前記カラーパッチが形成された領域以外の前記転写材からの反射光強度に基づいて、前記第１検出素子により検出された前記カラーパッチからの反射光強度を補正する補正手段と、
   前記第１検出素子と前記第２検出素子とは、前記転写材の搬送方向に対して略直交する方向に配設されており、前記第２検出素子は前記第１検出素子による反射光強度の検出と並行して前記カラーパッチの近傍の前記転写材からの反射光強度を検出し、
   前記補正手段は、前記第１検出素子により検出されたカラーパッチからの反射光強度を、前記並行して前記第２検出素子により検出された前記転写材からの反射光強度で前記第２検出素子により検出された基準となる前記転写材からの反射光強度を割った係数を乗じることで補正し、
   前記補正手段で補正した前記カラーパッチからの反射光強度に基づいて、前記画像形成装置の各色の画像形成部における画像形成特性を調整する手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記それぞれ異なる色のカラーパッチは、各パッチごとに前記転写材の搬送方向に間隔を空けることなく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記補正手段は、前記第２検出素子により検出した前記転写材からの反射光強度に基づいて、前記第１検出素子で検出された当該パッチからの反射光強度に含まれる前記転写材からの反射光強度を推測して当該パッチからの反射光強度を補正す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. 前記第１及び第２検出素子は、蓄積型の撮像素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 特定の波長成分の光を抽出するためのフィルタを有する第１検出素子と、前記フィルタを設けない第２検出素子とを有し、転写材に形成されたカラーパッチに照射された光の反射光強度を検出する光検出手段を具備し、トナー像を転写材に転写してカラー画像を形成する画像形成装置におけるカラーバランス調整方法であって、
   前記転写材にそれぞれ異なる色のカラーパッチを形成する工程と、
   前記転写材に形成されたカラーパッチに照射された光の反射光強度を前記光検出手段により検出する光検出工程と、
   前記第２検出素子により検出された前記カラーパッチが形成された領域以外の前記転写材からの反射光強度に基づいて、前記第１検出素子により検出された前記カラーパッチからの反射光強度を補正する補正工程と、
   前記第１検出素子と前記第２検出素子とは、前記転写材の搬送方向に対して略直交する方向に配設されており、前記第２検出素子は前記第１検出素子による反射光強度の検出と並行して前記カラーパッチの近傍の前記転写材からの反射光強度を検出し、
   前記補正工程は、前記第１検出素子により検出されたカラーパッチからの反射光強度を、前記並行して前記第２検出素子により検出された前記転写材からの反射光強度で前記第２検出素子により検出された基準となる前記転写材からの反射光強度を割った係数を乗じることで補正し、
   更に前記補正工程で補正した前記カラーパッチからの反射光強度に基づいて、前記画像形成装置の各色の画像形成部における画像形成特性を調整する工程を有することを特徴とする画像形成装置におけるカラーバランス調整方法。
6. 前記それぞれ異なる色のカラーパッチは、各パッチごとに前記転写材の搬送方向に間隔を空けることなく形成されていることを特徴とする請求項５に記載のカラーバランス調整方法。
7. 前記補正工程は、前記第２検出素子により検出した前記転写材からの反射光強度に基づいて、前記第１検出素子で検出された当該パッチからの反射光強度に含まれる前記転写材からの反射光強度を推測して当該パッチからの反射光強度を補正することを特徴とする請求項５又は６に記載のカラーバランス調整方法。
8. 前記第１及び第２検出素子は、蓄積型の撮像素子であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のカラーバランス調整方法。

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