JP4834252B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、画像形成装置としては、電子写真方式、熱転写方式、インクジェット方式など、様々な方式が用いられている。そのうち電子写真方式を用いたものは高速、高画質、静粛性の点で他の方式より優れており、近年普及してきている。この電子写真方式においてもさまざまな方式に分かれており、例えば従来良く知られている多重転写方式、中間転写体方式のほかに、感光体表面にカラー像を重ねた後一括転写して像形成を行う多重現像方式、また、複数の異なる色のプロセス手段（プロセスステーション）を直列に配置し、転写ベルトにより搬送された転写材に現像像を転写するインライン方式等がある。このうちインライン方式は高速化が可能であり、像転写の回数が少なく画質に有利といった理由で優れた方式である。
【０００３】
図13にインライン方式の画像形成装置の構成を示す。図13において静電吸着搬送ベルト（以下ＥＴＢ１という）は駆動ローラ７、吸着対向ローラ６、テンションローラ８、９の各ローラにより張架され、図中矢印で示す方向に回転する。従来ＥＴＢ１としては、厚さ50〜200μm、体積抵抗率10^9〜10^16Ωcm程度のPVdF、ETFE、ポリイミド、PET、ポリカーボネート等の樹脂フィルムや、あるいは、厚さ0.5〜2mm程度の、例えばEPDM等のゴムの基層の上に、例えばウレタンゴムにPTFEなどフッ素樹脂を分散したものを表層として設けたものを用いる。
【０００４】
ＥＴＢ１の周面には異なる色のプロセスステーション201(black)、202(magenta)、203(yellow)、204(cyan)が一列に配置されており、各プロセスステーション内の感光体がＥＴＢ１を介して転写ローラ３に当接されている。また、プロセスステーション201〜204の上流には吸着ローラ５が配置され、吸着対向ローラ６に当接している。ここで、転写材Ｐは吸着ローラ５と吸着対向ローラ６とで形成するニップ部を通過する際にバイアス電源16によってバイアスを印加され、ＥＴＢ１に静電的に吸着され、矢印で示した方向に搬送される。
【０００５】
ここで、画像形成プロセスについて説明する。まず、プロセスステーション201〜204内の画像形成プロセスについて説明する。説明はyellowのプロセスステーション201を用いて行うが、他の色のステーションも同様である。図14にプロセスステーションの構成を示す。感光体211は帯電器212によって一様に帯電され、露光光学系213により走査光214で潜像を形成される。この潜像はトナー容器216内のトナーを用いて現像ローラ215によって現像され、感光体211上にトナー像が形成される。後に述べる転写プロセスで転写されなかった転写残トナーはクリーニングブレード217により掻き落とされ、廃トナー容器218に収容される。
【０００６】
次に、転写プロセスについて説明する。一般的に用いられる反転現像方式において、感光体が例えば負極性のOPC感光体の場合、露光部を現像する際には負極性トナーが用いられる。したがって、転写ローラ３にはバイアス電源４より正極性の転写バイアスが印加される。ここで、転写ローラ３としては低抵抗ローラを用いるのが一般的である。
【０００７】
実際のプリントプロセスにおいては、ＥＴＢ１の移動速度と各プロセスステーション201〜204の転写位置間の距離を考慮して、転写材Ｐ上に形成される各色のトナー像の位置が一致するタイミングでプロセスステーションでの画像形成、転写プロセス、転写材Ｐの搬送を行い、転写材Ｐがプロセスステーション201〜204を一度通過する間に転写材Ｐ上にトナー像が完成される。転写材Ｐ上にトナー像が完成された後、転写材Ｐは従来公知の定着装置（不図示）に通される際にトナー像が定着される。以上のプロセスが終了すると、ＥＴＢ１は不図示の除電帯電器によって除電され、次のプリントプロセスに備える。
【０００８】
ところで、画像形成装置を使用する温湿度条件やプロセスステーションの使用度合いにより、画像濃度が変動する。この変動を補正するために、画像濃度の制御が行われる。ここで、この画像濃度制御について説明する。
【０００９】
従来は、画像濃度制御に関しては、検知パターン担持体としての感光体上もしくは中間転写体（以下ＩＴＢと称す）やＥＴＢ上に、各色の濃度パッチ画像（検知パターン）を形成し、これを濃度検知センサで読み取って、高圧条件やレーザーパワーといったプロセス形成条件にフィードバックする事によって各色の最大濃度、ハーフトーン階調特性を合わせる手段が用いられている。濃度検知センサは、一般的には濃度パッチを光源で照射し、反射光強度を受光センサで検知する。その反射光強度の信号はA/D変換された後、CPUで処理され、プロセス形成条件にフィードバックされる。
【００１０】
画像濃度制御は、各色の最大濃度を一定に保つ事（以下Dmax制御と称す）と、ハーフトーンの階調特性を画像信号に対してリニアに保つこと（以下Dhal制御と称す）を目的とする。
【００１１】
Dmax制御は、各色のカラーバランスを一定に保つことと同時に、トナーの載りすぎによる色重ねした文字の飛び散りや、定着不良を防止する意味も大きい。具体的にDmax制御は、画像形成条件を変えて形成した複数の濃度パッチを光学センサ13（図13参照）で検知し、その結果から所望の最大濃度を得られる条件を計算し、画像形成条件を変更する。ここで、濃度パッチはハーフトーンで形成するのが好ましい場合が多い。その理由は、いわゆるべた画像を検知した場合、トナー量の変化に対するセンサ出力の変化の幅が小さくなってしまい、十分な検知精度が得られないからである。
【００１２】
一方、Dhalf制御は、電子写真特有の非線形的な入出力特性（γ特性）によって、入力画像信号に対して出力濃度がずれて自然な画像が形成できない事を防止するため、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアに保つような画像処理を行う。具体的には、入力画像信号が異なる複数の濃度パッチを光学センサで検知して、入力画像信号と濃度の関係を得て、その関係からホストコンピュータからの入力画像信号に対して所望の濃度が出るよう、画像形成装置に入力する画像信号を、画像形成装置のコントローラにより変換する。このDhalf制御はDmax制御により画像形成条件を決定した後行うのが一般的である。
【００１３】
ＥＴＢ上に形成された濃度パッチは、クリーニングプロセスによってプロセス手段に静電的に回収される。クリーニングプロセス時には、感光体にトナーの帯電極性と逆極性のバイアスを印加し、転写部でトナーを感光体にひきつけ、転写残トナーと同様クリーニングブレード217で掻き取られる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した如く、濃度検知センサは濃度パッチを光源で照射し、反射光強度を受光センサで検知するのが一般的であるが、その方式は、反射光の乱反射成分を検知する方式と、反射光の正反射成分を検知する方式に大別することができる。
【００１５】
まず、乱反射成分を検知する方式について詳述する。乱反射成分とは色として感じる反射の成分であり、図15に示すようにその反射光量は濃度パッチの色材の量、すなわちトナー量の増加に応じて増大する特徴がある。また図16に示すように、有彩色のトナーＴ２の反射光は濃度パッチから全方向にまんべんなく拡散することもその特徴である。従って図17(a)に示すように、乱反射成分を検知するタイプの光学センサ300は、後述する正反射成分の影響を除くために、照射角αと受光角βが異なるよう発光素子301と受光素子302が配置される。
【００１６】
ところで、上記従来の技術にて説明した如く複数の感光体を持つインライン方式の画像形成方式を用いる場合、光学センサの数の低減を図るため感光体上での濃度パッチの形成、検知を行わず、ＥＴＢ上やＩＴＢ上に濃度パッチを形成し、１つの光学センサで全色の濃度を検知することが考えられる。ところが、ＥＴＢやＩＴＢは、紙搬送力やＩＴＢ上での画像安定性を確保するために抵抗値の調整を行う必要があり、そのためカーボンブラックが分散され、ＥＴＢやＩＴＢは黒色や濃い灰色となることが多い。したがって、ＥＴＢやＩＴＢ上の黒トナーの濃度を検知する場合、濃度パッチからも下地からも光が反射されず、乱反射を検知するタイプの光学センサでは黒トナーの検知ができない。この問題を解決するために、USP5103260に開示されているような、有彩色画像の上に黒トナーの濃度パッチを形成し、乱反射成分の減少量を検知することで黒トナーの濃度を検知する方法も考案されている。しかしながら、人間の視覚特性に対して敏感なハイライト領域の検知能力、及び、最大の反射光強度の差による検知精度の観点から、次に述べる正反射光を検知するタイプの光学センサを用いる方が望ましい。
【００１７】
次に、反射光の正反射成分を検知する方式について詳述する。正反射光を検知するタイプの光学センサ304では、図17(b)に示すように下地面（ＥＴＢ１面）の法線に対して照射角αと対象となる方向に反射される光を検知するように発光素子301と受光素子302が配置される。この反射光量は、下地（ＥＴＢ）の材質固有の屈折率と表面状態により決まる反射率に依存し、光沢として感じる。この光は、下地上にトナーが存在しない場合に最大となる。下地の上に濃度パッチが形成された場合、トナーのある部分では下地が隠され反射光が無くなる。したがって、濃度パッチのトナー量の増加につれて反射光量は小さくなる。
【００１８】
正反射光を検知するタイプの光学センサは、トナーからの反射光ではなく、下地からの反射光を主として検知するため、トナー、下地の色によらず濃度検知を行うことができるので、乱反射光を検知するタイプの光学センサよりも有利である。また、一般的に正反射成分の反射光量は乱反射成分の反射光量よりも大きく、光学センサの検知精度に関しても正反射光を検知するタイプの光学センサの方が有利であるので、感光体上で濃度検知を行う場合にも正反射光を検知するタイプの光学センサを用いるのが望ましい。
【００１９】
ところで、正反射光を検知するタイプの光学センサでは、使用度合いによって下地の表面状態が変動した場合、反射光量も変動してしまう。そこで、濃度パッチの反射光量を下地の反射光量で規格化した後、濃度情報に変換するなどの補正を行うのが有効である。
【００２０】
しかしながら、正反射光を検知するタイプの光学センサで有彩色のトナーを検知した場合には問題が生じる。有彩色トナーの濃度パッチに光を照射した場合、トナー量の増加に応じて乱反射光が増加し、その反射光は上述した如く全方向にまんべんなく拡散されるため、光学センサで検知される光は正反射成分と乱反射成分の和になる。このため、濃度検知に必要なリニアリティが得られず、濃度検知精度が十分ではなかった。
【００２１】
この問題を解決するために、特開平5-249787に開示されているような、乱反射を検知する光学センサもしくは受光素子と正反射を検知する光学センサもしくは受光素子を併設し、有彩色トナーは乱反射成分、黒トナーは正反射成分で検知する方式、または、特開平6-250480に開示されているような発光素子と受光素子の前に偏光板を設け、乱反射成分と正反射成分の偏光特性の違いを利用して正反射成分のみを取り出す方式が考案されている。しかしながら、いずれの方式においても光学センサのコストアップにつながっていた。
【００２２】
そこで本発明は、より簡素な構成の正反射検知タイプの光学センサで精度よく有彩色トナーの濃度検知を行うことのできる画像形成装置を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、少なくとも像担持体と、該像担持体を所定の極性に帯電する帯電手段と、該像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置を含むプロセス手段と、前記プロセス手段を制御して形成した所定の検知パターンを担持する検知パターン担持体と、前記検知パターンを検知する正反射光を検知する位置に配置された光学センサとを有し、前記光学センサの出力に基づいて画像形成条件を制御する画像形成装置において、前記プロセス手段は、少なくとも有彩色トナーのみによる第１の検知パターンと、黒トナーの画像上に形成された有彩色トナーによる第２の検知パターンとを、前記検知パターン担持体上に形成可能であり、前記光学センサが前記第１の検知パターンから検知した正反射光及び乱反射光の光量から、前記光学センサが前記第２の検知パターンから検知した乱反射光の光量を差し引いて導出される正反射光の光量に基づいて、少なくとも有彩色トナーに関する画像形成条件を決定することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［第一実施形態］
本発明に係る画像形成装置について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する図、図２は正反射光を検知する光学センサの構成を説明する図、図３は照射光と正反射光の様子を説明する図、図４はＥＴＢ上にトナーが存在する場合の照射光と正反射光の様子を説明する図、図５はトナー量と正反射光の関係を説明する図、図６は有彩色トナーを検知した場合の照射光と反射光の関係を説明する図、図７は有彩色トナーを正反射光検知型の光学センサで検知した場合のトナー量と反射光の関係を示す図、図８は黒ベタ上の濃度パッチと反射光の関係を示す図、図９は画像濃度制御に用いる濃度パッチを説明する図、図10は最適現像バイアスの算出方法を説明する図である。なお、画像形成装置の全体構成については従来と同様であるため、従来例と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本願発明の特徴部分について説明する。
【００２５】
本実施形態においては、検知パターン担持体としてのＥＴＢ１（静電吸着搬送ベルト）として周長800mm、厚さ100μmのPVdFの樹脂フィルムを用いている。本実施形態において光学センサ13（図13参照）は、図２に示したように、LEDなどの発光素子301と、フォトダイオードなどの受光素子302からなり、正反射光を検知するように発光素子301と受光素子302が配置される。具体的には、発光素子301による照射光は、ＥＴＢ１に対し角度α（例えばα=30°）で入射し、検知位置303で反射される。受光素子302は反射光の照射光と同じ角度αで反射された反射光を検知する位置に設けられている。本実施形態で使用している光学センサ13は、その特性として反射光強度が強くなるほど電圧が高くなる。
【００２６】
光学センサ13は、上述した如く、各色の最大濃度を一定に保つ画像濃度制御において、画像形成条件を変えて形成した複数の濃度パッチ（検知パターン）を検知し、その結果から所望の最大濃度を得られる条件を計算し、画像形成条件を変更するために用いられる。
【００２７】
光学センサ13で濃度パッチを検知したときに検出される反射光の特性について詳述する。図３に示すように、発光素子301から下地となるＥＴＢ１上に照射された光は下地面（ＥＴＢ１面）の材質固有の屈折率と表面状態で決まる屈折率に応じて反射され、受光素子302で検知される。ここに濃度パッチが形成されると図４に示すように黒トナーＴ１がある部分の下地が隠され、反射光量が減少する。したがって、図５に示すように濃度パッチのトナー量増加と共に正反射光量は減少し、この減少量を基に濃度パッチの濃度を求めることができる。実際には、ＥＴＢ１の使用度合いによって下地の表面状態が変動することで反射光量も変動してしまうため、濃度パッチの反射光量を下地の反射光量で規格化した後、濃度情報に変換するのが一般的である。
【００２８】
ところが、有彩色のトナーを検知した場合には問題が生じる。有彩色のトナーに光が照射された場合、色として感じる光が反射される。この反射光は、乱反射光もしくは拡散反射光と呼ばれる。この乱反射光には、色材（=トナー）量の増加に応じて反射光量も増加する、全方向にまんべんなく拡散される、といった特性がある。
【００２９】
したがって、本実施形態で用いる光学センサで有彩色のトナーＴ２による濃度パッチを検知した場合に検知される光は、図６に示すようにトナー量の増加と共に減少する下地で正反射された光と、トナー量の増加と共に増加するトナーにより乱反射された光の和になる。従ってトナー量と反射光量の関係は、図７に示すように正反射の特性である細実線と乱反射の特性である破線の和になり、太実線のような負性特性(トナー量がある程度以上増加すると再び反射光量が増加し始める特性)をもち、濃度検知に必要なリニアリティを得ることができなかった。そこで、濃度パッチを検知したときの反射光量中の乱反射成分を取り除き、正反射成分のみを取り出す必要がある。
【００３０】
そこで本実施形態では、ＥＴＢ１上に直接形成した濃度パッチと同一のパッチを、ＥＴＢ１上に黒べた画像を形成した上に形成し、組み合わせて検知することで正反射光成分のみを取り出している。ＥＴＢ１上に黒べた画像を形成した後、その上に形成した濃度パッチを検知したときの反射光の特性は、図８に示すように黒べた画像により下地からの正反射光成分が隠され、乱反射光成分のみとなる。ここで検知された乱反射光成分を、ＥＴＢ上に直接形成した濃度パッチの反射光、即ち正反射光成分と乱反射光成分の和から差し引くことで、正反射光成分のみを取り出し、濃度検知に用いている。その結果、濃度パッチの濃度と反射光量の関係は図４に示したような１対１の関係になる。
【００３１】
このようにして、正反射光のみを取り出して濃度検知を行うことで、有彩色トナーの検知時でも、濃度パッチのトナー量と光学センサの出力の関係にリニアリティが得られ、精度良く濃度検知を行うことができた。
【００３２】
（画像濃度制御の動作）
本実施形態におけるDmax制御の動作について説明する。本実施形態では、プロセス手段であるプロセスステーション201〜204の色順は、黒−マゼンタ−イエロー−シアンの順である。図９に本実施形態で用いている濃度パッチ21の構成を示す。図に示すように、濃度パッチ21は、４×４ドットマトリクス中の２×３ドットを塗りつぶしたパターンの繰り返しで形成されている。
【００３３】
まず、黒トナーのプロセスステーション201を制御して、黒べた画像20を図1(b)に示したような飛び石状にＥＴＢ１上に形成する。この画像が光学センサの位置に到達すると、黒べた部分の反射出力Vz0と黒べたの間の下地部分の反射出力V0が取り込まれる。この信号はA/D変換された後、図示しないCPUに取り込まれる。
【００３４】
次に図1(a)に示すように、プロセスステーション202〜204を制御して、図９に示した濃度パッチを黒べた画像20上およびその間に形成する。この濃度パッチが光学センサの位置に到達したときに、黒べた画像20上の濃度パッチの出力電圧Vzpと、黒べたの間に形成された濃度パッチの出力電圧Vpが取り込まれ、A/D変換された後CPUに取り込まれる。
【００３５】
また、この動作に先んじて、発光素子をOFF(光量最小)にしたときのセンサ出力電圧(cal)を測定している。それぞれの濃度パッチ、下地等を測定したときの反射光強度はこのcalの電圧から測定時の出力電圧を差し引いたものと等価になる。このとき、正反射光成分のみの出力Vi(規格化後)は、
Vi = [(cal-Vp)-{(cal-Vzp)-(cal-Vz0)}] / (cal-V0)
となる。このViが濃度換算表により濃度情報Diに変換される。本実施形態では以上の動作を画像形成条件（本実施形態では現像バイアス）を変えながら５回繰り返し、濃度情報D1〜D5を得る。このとき、D1〜D5の順で濃度が高くなるよう現像バイアスを変えていく。これらの濃度情報から、ハーフトーン濃度パッチの濃度が最適値（ここではDtと呼ぶ）となる現像バイアスを計算する。
【００３６】
すべてのパッチを検知すると、図10のように現像バイアスと濃度パッチの濃度の関係が得られる。この中から、濃度の最適値Dtを挟む２点の濃度パッチを取り出し、その２点で直線補間を行うことにより、濃度パッチの濃度が最適値Dtとなる現像バイアスを算出する。以上の操作をすべての色について行い、それぞれの色について画像濃度が最適となる現像バイアスを算出する。以上の計算が終了した後、ＥＴＢ１上の濃度パッチは、プロセスステーションに静電回収され、次の制御もしくは印字工程に備える。
【００３７】
次にDhalf制御について説明する。Dhalf制御とは、電子写真特有の非線形な入出力特性（γ特性）によって、入力画像信号に対して出力濃度がずれて不自然な画像が形成されないよう、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアに保つような画像処理を行うことである。この非線形性は、高精細な画像を得るために、3×3ドットマトリクスなどのより細かいマトリクスを単位として中間調を構成した場合により顕著になる。具体的にDhalf制御では、入力画像信号が異なる複数の濃度パッチを光学センサで検知して、入力画像信号と濃度の関係を得て、その関係からホストコンピュータからの入力画像信号に対して所望の濃度が出るよう、画像形成装置に入力する画像信号を画像形成装置のコントローラによって変換する（以下γ補正と称す）。
【００３８】
Dhalf制御においても、本実施形態で述べたものと同様の濃度検知が行われ、濃度情報Djを得る。この濃度情報Djはコントローラへ送られ、コントローラはこの濃度情報を基にγ補正を行う。以上の計算が終了した後、ＥＴＢ上の濃度パッチは、プロセスステーションに静電回収され、次の制御もしくは印字工程に備える。
【００３９】
以上示したように、濃度検知用のハーフトーン濃度パッチの出力を、黒べた画像上に形成した濃度パッチの検知出力を用いて補正し、画像濃度制御を行うことで、正反射光を検知するタイプの光学センサで有彩色トナーの濃度を検知した場合にも、精度よく濃度制御を行うことができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＥＴＢ(搬送ベルト)を用いて説明を行ったが、中間転写ベルト（ＩＴＢ）、中間転写ドラムなどを用いた構成でも同様の効果を得ることができる。
【００４１】
［第二実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第二実施形態について、図を用いて説明する。図11は本実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する図、図12は本実施形態の画像濃度制御に用いる検知パターンを説明する図であって、上記第一実施形態及び従来例に係る画像形成装置の構成と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
上記第一実施形態においては単一の光学センサ13でＥＴＢ１上及び黒べた画像上の濃度パッチを検知する濃度制御について説明した。しかしながら、特にDhalf制御のように多数の濃度パッチを形成する場合、濃度パッチの長さの総計が長くなってしまい、ＥＴＢ１の周長内に収まらないため、複数回に分けて制御を行わざるを得ず、制御に要する時間の増加につながるおそれがある。そこで、本実施形態の目的は制御に要する時間の短縮にある。
【００４３】
本実施形態では、２つの光学センサを用いた方式について説明する。本実施形態でも、第一実施形態同様簡素な構成の光学センサで濃度検知を行えるため、光学センサとして、ＥＴＢ１の幅方向に左右振り分けで配された、色ずれ防止のためのレジスト検知センサを兼用して用いることができる。そのため、特別に光学センサを追加することなく、コストダウンを図っている。また、本実施形態でも、プロセスステーション201〜204の色順は、黒−マゼンタ−イエロー−シアンの順である。
【００４４】
図11に示すように、２つの光学センサ131及び132のうち一方の光学センサ131でＥＴＢ１上に直接形成した濃度パッチ22を検知し、もう一方の光学センサ132で黒べた画像20上に形成した濃度パッチ22を検知する。その後、第一実施形態同様、ＥＴＢ１上に直接形成した濃度パッチ22の反射光強度(正反射光成分と乱反射光成分の和)から、黒べた画像20上に形成した濃度パッチ22の反射光強度(乱反射光成分)を差し引くことで、正反射光成分のみを取り出し、濃度検知を行う。
【００４５】
ところで、２つの光学センサを用いた場合、その２つの発光素子の光量が同じとは限らない。そのため、同じトナー量に対する乱反射光の強度が異なってしまい、そのままＥＴＢ１上に直接形成した濃度パッチの反射光強度(正反射光成分と乱反射光成分の和)から、黒べた画像上に形成した濃度パッチの反射光強度(乱反射光成分)を差し引くことができない。したがって、２つの光学センサの発光量をそろえる必要があるが、発光量制御用の受光素子及び光量制御機構を搭載すると、光学センサのコストアップにつながり望ましくない。
【００４６】
そこで、本実施形態では図12(a)(Dmax制御)および図12(b)(Dhalf制御)に示すように、第一実施形態と同様の濃度パッチ22ａにべたパッチ22ｂを追加し、その反射光強度を比較することで、光学センサ間の発光量の違いを補正している。
【００４７】
黒べた画像上に形成した濃度パッチの反射光が乱反射光成分のみとなることはすでに説明した。次に、ＥＴＢ１上に直接形成したべたパッチ22ｂの出力について考えてみる。このときは、十分トナーが敷き詰められ下地が見えない状態になっているため、検知される反射光量中に下地による反射である正反射光成分が含まれない状態になっている。したがって、このとき検知される反射光量は乱反射成分のみとなる。つまり、ＥＴＢ上のべたパッチ22ｂと黒べた画像20上のべたパッチ22ｂの反射特性は同じであり、その反射光強度の差は光学センサ間の発光量の差となる。
【００４８】
このことを利用して、黒べた画像20上の濃度パッチ22の反射光強度(乱反射光成分)を、もう一方のセンサの発光量にあわせた反射光強度に換算し、その後、ＥＴＢ１に直接形成した濃度パッチ22の反射光強度から差し引くことで、第一実施形態同様の濃度検知を行うことが可能となる。
【００４９】
具体的には、一方の光学センサの発光量をL1、もう一方の光学センサの発光量をL2、正反射光成分の反射率をN、乱反射光成分の反射率をnとすると、それぞれの反射光強度は、
ＥＴＢ上： Pe = L1 x N + L1 x n
黒べた画像上： Pz = L2 x n
と書ける。べたパッチ検知時は、N→0(正反射光成分が存在しない)となるので、それぞれの出力は、
ＥＴＢ上： Pef = L1 x n
黒べた画像上： Pzf = L2 x n
となる。したがって、２つの光学センサの発光量の比は
L1 / L2 = Pef / Pzf
となり、黒べた画像上の乱反射光強度を、もう一方のセンサの発光量にあわせて換算した反射光強度は、
L1 x n = (L2 x n) x (L1 / L2)
= Pz x (Pef / Pzf)
となり、正反射光成分Piは、
Pi = Pe-Pz x (Pef / Pzf)
となる。実際の検知では、発光素子をOFF(光量最小)にしたときのセンサ出力電圧をcal、黒べた画像上の濃度パッチの出力電圧をVzp、ＥＴＢ１上に形成された濃度パッチの出力電圧をVp、黒べた部分の反射出力電圧をVz0、下地部分の反射出力電圧をV0、黒べた画像上のべたパッチの出力電圧をVfz、ＥＴＢ１上のべたパッチの出力電圧をVfとしたとき、正反射光成分のみの出力Vi(規格化後)は、
Vi = [(cal-Vp)-(cal-Vf) x {(Vz0-Vpz) / (Vz0-Vfz)}] / (cal-V0)
となる。このViは濃度換算表により濃度情報Diに変換され、第一実施形態同様、現像バイアス算出及びγ補正に用いられる。
【００５０】
以上説明したように、２つの光学センサを用いることで、制御に要する時間を短縮すると同時に、第一実施形態と同様に簡素な構成の光学センサが使用できるためレジスト検知センサでの濃度検知が可能となり、コストダウンを図ることができる。
【００５１】
［第三実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第三実施形態について説明する。なお、上記第一実施形態及び従来例に係る画像形成装置の構成と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
上記第一及び第二実施形態においては、プロセス手段であるプロセスステーション201〜204の色順を、黒−マゼンタ−イエロー−シアンの順として説明した。これに対し本実施形態では、プロセスステーション201〜204の色順をシアン−イエロー−マゼンタ−黒の順にした場合に考えてみる。
【００５３】
インライン方式の画像形成装置においては、転写材Ｐ上に形成された画像が、他の色のプロセスステーションを通過する際に剥ぎ取られることで濃度が低下する、再転写と呼ばれる現象が起きる場合がある。黒トナーに関しては、テキスト画像に多く用いられるため、他の色に比べると、濃度低下がより望ましくない。したがって、黒トナーのプロセスステーションを最下流に配置し、濃度低下を防ぐ構成をとる画像形成装置は多い。
【００５４】
黒を転写材Ｐ搬送方向の最下流に配置した場合、有彩色の濃度パッチの形成に先立って黒べた画像を形成し、次の周回で有彩色の濃度パッチを形成することになる。しかしながら、第１の実施形態の構成そのままで実行した場合、有彩色の濃度パッチを形成する前に黒べた画像が吸着ローラ５を通過することで乱され、下地を隠す効果が薄れてしまい、第１の実施形態で説明した効果が望めなくなってしまう。
【００５５】
そこで、本実施形態では、画像濃度制御の実行中に吸着ローラ５にトナーと同極性のバイアスを印加し、吸着ローラ５に黒べた画像が乱されないようにしている。本実施形態では、吸着ローラ５に印加するバイアスとして、-300Vを印加している。
【００５６】
このような構成をとることで、黒トナーのプロセスステーションを最下流に配置した場合にも、黒べた画像が吸着ローラ５により乱されることなく、第一実施形態同様の効果を得ることができ、安定して画像濃度制御を行うことができる。
【００５７】
［第四実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第四実施形態について、図を用いて説明する。なお、上記第一実施形態及び従来例に係る画像形成装置の構成と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
本実施形態では、有彩色のトナー濃度を乱反射光、黒トナーの濃度を正反射光で検知する構成を説明する。光学センサは、これまでの実施形態と同様に、正反射光を検知するタイプの使用する。
【００５９】
前述したように、視覚特性に敏感なハイライト領域を精度良く検知するには、有彩色トナー、黒トナー共に正反射光を検知するのが望ましい。しかしながら有彩色トナーに関しては、２次色(色重ね)を使用するため、定着不良や画像飛び散りを防止する観点から、トナーの最大載り量を制御する必要がある。そのため、できるだけ高濃度の濃度パッチを検知する必要がある。そこで、高濃度領域で敏感な乱反射光を検知するのが望ましい。
【００６０】
そこで本実施形態では、これまでの実施形態と同様に黒べた画像の上に有彩色トナーの濃度パッチを形成するが、ＥＴＢ１に直接形成した濃度パッチとの比較を行わず、乱反射光のみを検知することで、濃度検知を行う。すなわち、図７に示した破線の特性を用いて濃度検知を行う。
【００６１】
このとき、光学センサ13の発光素子301の出力は、不図示の制御装置により、発光量が一定になるよう制御されている。また、黒トナーに関しては、これまでの実施形態と同様に正反射光を検知することで濃度検知を行っている。
【００６２】
このような構成をとることで、有彩色トナーの最大載り量を精度良く制御することができ、２次色を使用した場合にも、定着不良や画像飛び散りの発生を抑えることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、有彩色のトナーのみによる第１の検知パターンの検知結果、即ち正反射光成分と乱反射光成分の和から、黒トナーの画像上に形成された有彩色のトナーによる第２の検知パターンの検知結果、即ち乱反射光成分を差し引くことによって、より簡素な光学センサを用いて、視覚特性に対して敏感かつ反射光強度が強く検知精度の高い正反射光成分のみを取り出すことが可能となった。これにより、乱反射光成分による負性特性を補正して、より高い精度で濃度検知を行うことができる。
【００６４】
また、一般的に濃度検知のためのセンサよりも簡素な構成のセンサが用いられるレジスト検知センサを、濃度検知のセンサとして兼用することも可能となり、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する図である。
【図２】正反射光を検知する光学センサの構成を説明する図である。
【図３】照射光と正反射光の様子を説明する図である。
【図４】ＥＴＢ上にトナーが存在する場合の照射光と正反射光の様子を説明する図である。
【図５】トナー量と正反射光の関係を説明する図である。
【図６】有彩色トナーを検知した場合の照射光と反射光の関係を説明する図である。
【図７】有彩色トナーを正反射光検知型の光学センサで検知した場合のトナー量と反射光の関係を示す図である。
【図８】黒ベタ上の濃度パッチと反射光の関係を示す図である。
【図９】画像濃度制御に用いる濃度パッチを説明する図である。
【図１０】最適現像バイアスの算出方法を説明する図である。
【図１１】第二実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する図である。
【図１２】第二実施形態の画像濃度制御に用いる検知パターンを説明する図である。
【図１３】インライン方式の画像形成装置の構成を示す図である。
【図１４】プロセスステーションの構成を示す図である。
【図１５】トナー量と乱反射光量の関係を示す図である。
【図１６】有彩色トナーに照射した光の反射を説明する図である。
【図１７】光学センサの構成を説明する図である。
【符号の説明】
Ｐ …転写材
Ｔ１ …黒トナー
Ｔ２ …有彩色のトナー
１ …ＥＴＢ
３ …転写ローラ
４ …バイアス電源
５ …吸着ローラ
６ …吸着対向ローラ
７ …駆動ローラ
８ …テンションローラ
９ …テンションローラ
11 …除電帯電器
13 …光学センサ
16 …バイアス電源
131 …光学センサ
132 …光学センサ
201〜204 …プロセスステーション
211 …感光体
212 …帯電器
213 …露光光学系
214 …走査光
215 …現像ローラ
216 …トナー容器
217 …クリーニングブレード
218 …廃トナー容器
300 …光学センサ
301 …発光素子
302 …受光素子
303 …検知位置
304 …光学センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、画像形成装置としては、電子写真方式、熱転写方式、インクジェット方式など、様々な方式が用いられている。そのうち電子写真方式を用いたものは高速、高画質、静粛性の点で他の方式より優れており、近年普及してきている。この電子写真方式においてもさまざまな方式に分かれており、例えば従来良く知られている多重転写方式、中間転写体方式のほかに、感光体表面にカラー像を重ねた後一括転写して像形成を行う多重現像方式、また、複数の異なる色のプロセス手段（プロセスステーション）を直列に配置し、転写ベルトにより搬送された転写材に現像像を転写するインライン方式等がある。このうちインライン方式は高速化が可能であり、像転写の回数が少なく画質に有利といった理由で優れた方式である。
【０００３】
図13にインライン方式の画像形成装置の構成を示す。図13において静電吸着搬送ベルト（以下ＥＴＢ１という）は駆動ローラ７、吸着対向ローラ６、テンションローラ８、９の各ローラにより張架され、図中矢印で示す方向に回転する。従来ＥＴＢ１としては、厚さ50〜200μm、体積抵抗率10^9〜10^16Ωcm程度のPVdF、ETFE、ポリイミド、PET、ポリカーボネート等の樹脂フィルムや、あるいは、厚さ0.5〜2mm程度の、例えばEPDM等のゴムの基層の上に、例えばウレタンゴムにPTFEなどフッ素樹脂を分散したものを表層として設けたものを用いる。
【０００４】
ＥＴＢ１の周面には異なる色のプロセスステーション201(black)、202(magenta)、203(yellow)、204(cyan)が一列に配置されており、各プロセスステーション内の感光体がＥＴＢ１を介して転写ローラ３に当接されている。また、プロセスステーション201〜204の上流には吸着ローラ５が配置され、吸着対向ローラ６に当接している。ここで、転写材Ｐは吸着ローラ５と吸着対向ローラ６とで形成するニップ部を通過する際にバイアス電源16によってバイアスを印加され、ＥＴＢ１に静電的に吸着され、矢印で示した方向に搬送される。
【０００５】
ここで、画像形成プロセスについて説明する。まず、プロセスステーション201〜204内の画像形成プロセスについて説明する。説明はyellowのプロセスステーション201を用いて行うが、他の色のステーションも同様である。図14にプロセスステーションの構成を示す。感光体211は帯電器212によって一様に帯電され、露光光学系213により走査光214で潜像を形成される。この潜像はトナー容器216内のトナーを用いて現像ローラ215によって現像され、感光体211上にトナー像が形成される。後に述べる転写プロセスで転写されなかった転写残トナーはクリーニングブレード217により掻き落とされ、廃トナー容器218に収容される。
【０００６】
次に、転写プロセスについて説明する。一般的に用いられる反転現像方式において、感光体が例えば負極性のOPC感光体の場合、露光部を現像する際には負極性トナーが用いられる。したがって、転写ローラ３にはバイアス電源４より正極性の転写バイアスが印加される。ここで、転写ローラ３としては低抵抗ローラを用いるのが一般的である。
【０００７】
実際のプリントプロセスにおいては、ＥＴＢ１の移動速度と各プロセスステーション201〜204の転写位置間の距離を考慮して、転写材Ｐ上に形成される各色のトナー像の位置が一致するタイミングでプロセスステーションでの画像形成、転写プロセス、転写材Ｐの搬送を行い、転写材Ｐがプロセスステーション201〜204を一度通過する間に転写材Ｐ上にトナー像が完成される。転写材Ｐ上にトナー像が完成された後、転写材Ｐは従来公知の定着装置（不図示）に通される際にトナー像が定着される。以上のプロセスが終了すると、ＥＴＢ１は不図示の除電帯電器によって除電され、次のプリントプロセスに備える。
【０００８】
ところで、画像形成装置を使用する温湿度条件やプロセスステーションの使用度合いにより、画像濃度が変動する。この変動を補正するために、画像濃度の制御が行われる。ここで、この画像濃度制御について説明する。
【０００９】
従来は、画像濃度制御に関しては、検知パターン担持体としての感光体上もしくは中間転写体（以下ＩＴＢと称す）やＥＴＢ上に、各色の濃度パッチ画像（検知パターン）を形成し、これを濃度検知センサで読み取って、高圧条件やレーザーパワーといったプロセス形成条件にフィードバックする事によって各色の最大濃度、ハーフトーン階調特性を合わせる手段が用いられている。濃度検知センサは、一般的には濃度パッチを光源で照射し、反射光強度を受光センサで検知する。その反射光強度の信号はA/D変換された後、CPUで処理され、プロセス形成条件にフィードバックされる。
【００１０】
画像濃度制御は、各色の最大濃度を一定に保つ事（以下Dmax制御と称す）と、ハーフトーンの階調特性を画像信号に対してリニアに保つこと（以下Dhal制御と称す）を目的とする。
【００１１】
Dmax制御は、各色のカラーバランスを一定に保つことと同時に、トナーの載りすぎによる色重ねした文字の飛び散りや、定着不良を防止する意味も大きい。具体的にDmax制御は、画像形成条件を変えて形成した複数の濃度パッチを光学センサ13（図13参照）で検知し、その結果から所望の最大濃度を得られる条件を計算し、画像形成条件を変更する。ここで、濃度パッチはハーフトーンで形成するのが好ましい場合が多い。その理由は、いわゆるべた画像を検知した場合、トナー量の変化に対するセンサ出力の変化の幅が小さくなってしまい、十分な検知精度が得られないからである。
【００１２】
一方、Dhalf制御は、電子写真特有の非線形的な入出力特性（γ特性）によって、入力画像信号に対して出力濃度がずれて自然な画像が形成できない事を防止するため、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアに保つような画像処理を行う。具体的には、入力画像信号が異なる複数の濃度パッチを光学センサで検知して、入力画像信号と濃度の関係を得て、その関係からホストコンピュータからの入力画像信号に対して所望の濃度が出るよう、画像形成装置に入力する画像信号を、画像形成装置のコントローラにより変換する。このDhalf制御はDmax制御により画像形成条件を決定した後行うのが一般的である。
【００１３】
ＥＴＢ上に形成された濃度パッチは、クリーニングプロセスによってプロセス手段に静電的に回収される。クリーニングプロセス時には、感光体にトナーの帯電極性と逆極性のバイアスを印加し、転写部でトナーを感光体にひきつけ、転写残トナーと同様クリーニングブレード217で掻き取られる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した如く、濃度検知センサは濃度パッチを光源で照射し、反射光強度を受光センサで検知するのが一般的であるが、その方式は、反射光の乱反射成分を検知する方式と、反射光の正反射成分を検知する方式に大別することができる。
【００１５】
まず、乱反射成分を検知する方式について詳述する。乱反射成分とは色として感じる反射の成分であり、図15に示すようにその反射光量は濃度パッチの色材の量、すなわちトナー量の増加に応じて増大する特徴がある。また図16に示すように、有彩色のトナーＴ２の反射光は濃度パッチから全方向にまんべんなく拡散することもその特徴である。従って図17(a)に示すように、乱反射成分を検知するタイプの光学センサ300は、後述する正反射成分の影響を除くために、照射角αと受光角βが異なるよう発光素子301と受光素子302が配置される。
【００１６】
ところで、上記従来の技術にて説明した如く複数の感光体を持つインライン方式の画像形成方式を用いる場合、光学センサの数の低減を図るため感光体上での濃度パッチの形成、検知を行わず、ＥＴＢ上やＩＴＢ上に濃度パッチを形成し、１つの光学センサで全色の濃度を検知することが考えられる。ところが、ＥＴＢやＩＴＢは、紙搬送力やＩＴＢ上での画像安定性を確保するために抵抗値の調整を行う必要があり、そのためカーボンブラックが分散され、ＥＴＢやＩＴＢは黒色や濃い灰色となることが多い。したがって、ＥＴＢやＩＴＢ上の黒トナーの濃度を検知する場合、濃度パッチからも下地からも光が反射されず、乱反射を検知するタイプの光学センサでは黒トナーの検知ができない。この問題を解決するために、USP5103260に開示されているような、有彩色画像の上に黒トナーの濃度パッチを形成し、乱反射成分の減少量を検知することで黒トナーの濃度を検知する方法も考案されている。しかしながら、人間の視覚特性に対して敏感なハイライト領域の検知能力、及び、最大の反射光強度の差による検知精度の観点から、次に述べる正反射光を検知するタイプの光学センサを用いる方が望ましい。
【００１７】
次に、反射光の正反射成分を検知する方式について詳述する。正反射光を検知するタイプの光学センサ304では、図17(b)に示すように下地面（ＥＴＢ１面）の法線に対して照射角αと対象となる方向に反射される光を検知するように発光素子301と受光素子302が配置される。この反射光量は、下地（ＥＴＢ）の材質固有の屈折率と表面状態により決まる反射率に依存し、光沢として感じる。この光は、下地上にトナーが存在しない場合に最大となる。下地の上に濃度パッチが形成された場合、トナーのある部分では下地が隠され反射光が無くなる。したがって、濃度パッチのトナー量の増加につれて反射光量は小さくなる。
【００１８】
正反射光を検知するタイプの光学センサは、トナーからの反射光ではなく、下地からの反射光を主として検知するため、トナー、下地の色によらず濃度検知を行うことができるので、乱反射光を検知するタイプの光学センサよりも有利である。また、一般的に正反射成分の反射光量は乱反射成分の反射光量よりも大きく、光学センサの検知精度に関しても正反射光を検知するタイプの光学センサの方が有利であるので、感光体上で濃度検知を行う場合にも正反射光を検知するタイプの光学センサを用いるのが望ましい。
【００１９】
ところで、正反射光を検知するタイプの光学センサでは、使用度合いによって下地の表面状態が変動した場合、反射光量も変動してしまう。そこで、濃度パッチの反射光量を下地の反射光量で規格化した後、濃度情報に変換するなどの補正を行うのが有効である。
【００２０】
しかしながら、正反射光を検知するタイプの光学センサで有彩色のトナーを検知した場合には問題が生じる。有彩色トナーの濃度パッチに光を照射した場合、トナー量の増加に応じて乱反射光が増加し、その反射光は上述した如く全方向にまんべんなく拡散されるため、光学センサで検知される光は正反射成分と乱反射成分の和になる。このため、濃度検知に必要なリニアリティが得られず、濃度検知精度が十分ではなかった。
【００２１】
この問題を解決するために、特開平5-249787に開示されているような、乱反射を検知する光学センサもしくは受光素子と正反射を検知する光学センサもしくは受光素子を併設し、有彩色トナーは乱反射成分、黒トナーは正反射成分で検知する方式、または、特開平6-250480に開示されているような発光素子と受光素子の前に偏光板を設け、乱反射成分と正反射成分の偏光特性の違いを利用して正反射成分のみを取り出す方式が考案されている。しかしながら、いずれの方式においても光学センサのコストアップにつながっていた。
【００２２】
そこで本発明は、より簡素な構成の正反射検知タイプの光学センサで精度よく有彩色トナーの濃度検知を行うことのできる画像形成装置を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、少なくとも像担持体と、該像担持体を所定の極性に帯電する帯電手段と、該像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置を含むプロセス手段と、前記プロセス手段を制御して形成した所定の検知パターンを担持する検知パターン担持体と、前記検知パターンを検知する正反射光を検知する位置に配置された光学センサとを有し、前記光学センサの出力に基づいて画像形成条件を制御する画像形成装置において、前記プロセス手段は、少なくとも有彩色トナーのみによる第１の検知パターンと、黒トナーの画像上に形成された有彩色トナーによる第２の検知パターンとを、前記検知パターン担持体上に形成可能であり、前記光学センサが前記第１の検知パターンから検知した正反射光及び乱反射光の光量から、前記光学センサが前記第２の検知パターンから検知した乱反射光の光量を差し引いて導出される正反射光の光量に基づいて、少なくとも有彩色トナーに関する画像形成条件を決定することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［第一実施形態］
本発明に係る画像形成装置について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する図、図２は正反射光を検知する光学センサの構成を説明する図、図３は照射光と正反射光の様子を説明する図、図４はＥＴＢ上にトナーが存在する場合の照射光と正反射光の様子を説明する図、図５はトナー量と正反射光の関係を説明する図、図６は有彩色トナーを検知した場合の照射光と反射光の関係を説明する図、図７は有彩色トナーを正反射光検知型の光学センサで検知した場合のトナー量と反射光の関係を示す図、図８は黒ベタ上の濃度パッチと反射光の関係を示す図、図９は画像濃度制御に用いる濃度パッチを説明する図、図10は最適現像バイアスの算出方法を説明する図である。なお、画像形成装置の全体構成については従来と同様であるため、従来例と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本願発明の特徴部分について説明する。
【００２５】
本実施形態においては、検知パターン担持体としてのＥＴＢ１（静電吸着搬送ベルト）として周長800mm、厚さ100μmのPVdFの樹脂フィルムを用いている。本実施形態において光学センサ13（図13参照）は、図２に示したように、LEDなどの発光素子301と、フォトダイオードなどの受光素子302からなり、正反射光を検知するように発光素子301と受光素子302が配置される。具体的には、発光素子301による照射光は、ＥＴＢ１に対し角度α（例えばα=30°）で入射し、検知位置303で反射される。受光素子302は反射光の照射光と同じ角度αで反射された反射光を検知する位置に設けられている。本実施形態で使用している光学センサ13は、その特性として反射光強度が強くなるほど電圧が高くなる。
【００２６】
光学センサ13は、上述した如く、各色の最大濃度を一定に保つ画像濃度制御において、画像形成条件を変えて形成した複数の濃度パッチ（検知パターン）を検知し、その結果から所望の最大濃度を得られる条件を計算し、画像形成条件を変更するために用いられる。
【００２７】
光学センサ13で濃度パッチを検知したときに検出される反射光の特性について詳述する。図３に示すように、発光素子301から下地となるＥＴＢ１上に照射された光は下地面（ＥＴＢ１面）の材質固有の屈折率と表面状態で決まる屈折率に応じて反射され、受光素子302で検知される。ここに濃度パッチが形成されると図４に示すように黒トナーＴ１がある部分の下地が隠され、反射光量が減少する。したがって、図５に示すように濃度パッチのトナー量増加と共に正反射光量は減少し、この減少量を基に濃度パッチの濃度を求めることができる。実際には、ＥＴＢ１の使用度合いによって下地の表面状態が変動することで反射光量も変動してしまうため、濃度パッチの反射光量を下地の反射光量で規格化した後、濃度情報に変換するのが一般的である。
【００２８】
ところが、有彩色のトナーを検知した場合には問題が生じる。有彩色のトナーに光が照射された場合、色として感じる光が反射される。この反射光は、乱反射光もしくは拡散反射光と呼ばれる。この乱反射光には、色材（=トナー）量の増加に応じて反射光量も増加する、全方向にまんべんなく拡散される、といった特性がある。
【００２９】
したがって、本実施形態で用いる光学センサで有彩色のトナーＴ２による濃度パッチを検知した場合に検知される光は、図６に示すようにトナー量の増加と共に減少する下地で正反射された光と、トナー量の増加と共に増加するトナーにより乱反射された光の和になる。従ってトナー量と反射光量の関係は、図７に示すように正反射の特性である細実線と乱反射の特性である破線の和になり、太実線のような負性特性(トナー量がある程度以上増加すると再び反射光量が増加し始める特性)をもち、濃度検知に必要なリニアリティを得ることができなかった。そこで、濃度パッチを検知したときの反射光量中の乱反射成分を取り除き、正反射成分のみを取り出す必要がある。
【００３０】
そこで本実施形態では、ＥＴＢ１上に直接形成した濃度パッチと同一のパッチを、ＥＴＢ１上に黒べた画像を形成した上に形成し、組み合わせて検知することで正反射光成分のみを取り出している。ＥＴＢ１上に黒べた画像を形成した後、その上に形成した濃度パッチを検知したときの反射光の特性は、図８に示すように黒べた画像により下地からの正反射光成分が隠され、乱反射光成分のみとなる。ここで検知された乱反射光成分を、ＥＴＢ上に直接形成した濃度パッチの反射光、即ち正反射光成分と乱反射光成分の和から差し引くことで、正反射光成分のみを取り出し、濃度検知に用いている。その結果、濃度パッチの濃度と反射光量の関係は図４に示したような１対１の関係になる。
【００３１】
このようにして、正反射光のみを取り出して濃度検知を行うことで、有彩色トナーの検知時でも、濃度パッチのトナー量と光学センサの出力の関係にリニアリティが得られ、精度良く濃度検知を行うことができた。
【００３２】
（画像濃度制御の動作）
本実施形態におけるDmax制御の動作について説明する。本実施形態では、プロセス手段であるプロセスステーション201〜204の色順は、黒−マゼンタ−イエロー−シアンの順である。図９に本実施形態で用いている濃度パッチ21の構成を示す。図に示すように、濃度パッチ21は、４×４ドットマトリクス中の２×３ドットを塗りつぶしたパターンの繰り返しで形成されている。
【００３３】
まず、黒トナーのプロセスステーション201を制御して、黒べた画像20を図1(b)に示したような飛び石状にＥＴＢ１上に形成する。この画像が光学センサの位置に到達すると、黒べた部分の反射出力Vz0と黒べたの間の下地部分の反射出力V0が取り込まれる。この信号はA/D変換された後、図示しないCPUに取り込まれる。
【００３４】
次に図1(a)に示すように、プロセスステーション202〜204を制御して、図９に示した濃度パッチを黒べた画像20上およびその間に形成する。この濃度パッチが光学センサの位置に到達したときに、黒べた画像20上の濃度パッチの出力電圧Vzpと、黒べたの間に形成された濃度パッチの出力電圧Vpが取り込まれ、A/D変換された後CPUに取り込まれる。
【００３５】
また、この動作に先んじて、発光素子をOFF(光量最小)にしたときのセンサ出力電圧(cal)を測定している。それぞれの濃度パッチ、下地等を測定したときの反射光強度はこのcalの電圧から測定時の出力電圧を差し引いたものと等価になる。このとき、正反射光成分のみの出力Vi(規格化後)は、
Vi = [(cal-Vp)-{(cal-Vzp)-(cal-Vz0)}] / (cal-V0)
となる。このViが濃度換算表により濃度情報Diに変換される。本実施形態では以上の動作を画像形成条件（本実施形態では現像バイアス）を変えながら５回繰り返し、濃度情報D1〜D5を得る。このとき、D1〜D5の順で濃度が高くなるよう現像バイアスを変えていく。これらの濃度情報から、ハーフトーン濃度パッチの濃度が最適値（ここではDtと呼ぶ）となる現像バイアスを計算する。
【００３６】
すべてのパッチを検知すると、図10のように現像バイアスと濃度パッチの濃度の関係が得られる。この中から、濃度の最適値Dtを挟む２点の濃度パッチを取り出し、その２点で直線補間を行うことにより、濃度パッチの濃度が最適値Dtとなる現像バイアスを算出する。以上の操作をすべての色について行い、それぞれの色について画像濃度が最適となる現像バイアスを算出する。以上の計算が終了した後、ＥＴＢ１上の濃度パッチは、プロセスステーションに静電回収され、次の制御もしくは印字工程に備える。
【００３７】
次にDhalf制御について説明する。Dhalf制御とは、電子写真特有の非線形な入出力特性（γ特性）によって、入力画像信号に対して出力濃度がずれて不自然な画像が形成されないよう、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアに保つような画像処理を行うことである。この非線形性は、高精細な画像を得るために、3×3ドットマトリクスなどのより細かいマトリクスを単位として中間調を構成した場合により顕著になる。具体的にDhalf制御では、入力画像信号が異なる複数の濃度パッチを光学センサで検知して、入力画像信号と濃度の関係を得て、その関係からホストコンピュータからの入力画像信号に対して所望の濃度が出るよう、画像形成装置に入力する画像信号を画像形成装置のコントローラによって変換する（以下γ補正と称す）。
【００３８】
Dhalf制御においても、本実施形態で述べたものと同様の濃度検知が行われ、濃度情報Djを得る。この濃度情報Djはコントローラへ送られ、コントローラはこの濃度情報を基にγ補正を行う。以上の計算が終了した後、ＥＴＢ上の濃度パッチは、プロセスステーションに静電回収され、次の制御もしくは印字工程に備える。
【００３９】
以上示したように、濃度検知用のハーフトーン濃度パッチの出力を、黒べた画像上に形成した濃度パッチの検知出力を用いて補正し、画像濃度制御を行うことで、正反射光を検知するタイプの光学センサで有彩色トナーの濃度を検知した場合にも、精度よく濃度制御を行うことができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＥＴＢ(搬送ベルト)を用いて説明を行ったが、中間転写ベルト（ＩＴＢ）、中間転写ドラムなどを用いた構成でも同様の効果を得ることができる。
【００４１】
［第二実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第二実施形態について、図を用いて説明する。図11は本実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する図、図12は本実施形態の画像濃度制御に用いる検知パターンを説明する図であって、上記第一実施形態及び従来例に係る画像形成装置の構成と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
上記第一実施形態においては単一の光学センサ13でＥＴＢ１上及び黒べた画像上の濃度パッチを検知する濃度制御について説明した。しかしながら、特にDhalf制御のように多数の濃度パッチを形成する場合、濃度パッチの長さの総計が長くなってしまい、ＥＴＢ１の周長内に収まらないため、複数回に分けて制御を行わざるを得ず、制御に要する時間の増加につながるおそれがある。そこで、本実施形態の目的は制御に要する時間の短縮にある。
【００４３】
本実施形態では、２つの光学センサを用いた方式について説明する。本実施形態でも、第一実施形態同様簡素な構成の光学センサで濃度検知を行えるため、光学センサとして、ＥＴＢ１の幅方向に左右振り分けで配された、色ずれ防止のためのレジスト検知センサを兼用して用いることができる。そのため、特別に光学センサを追加することなく、コストダウンを図っている。また、本実施形態でも、プロセスステーション201〜204の色順は、黒−マゼンタ−イエロー−シアンの順である。
【００４４】
図11に示すように、２つの光学センサ131及び132のうち一方の光学センサ131でＥＴＢ１上に直接形成した濃度パッチ22を検知し、もう一方の光学センサ132で黒べた画像20上に形成した濃度パッチ22を検知する。その後、第一実施形態同様、ＥＴＢ１上に直接形成した濃度パッチ22の反射光強度(正反射光成分と乱反射光成分の和)から、黒べた画像20上に形成した濃度パッチ22の反射光強度(乱反射光成分)を差し引くことで、正反射光成分のみを取り出し、濃度検知を行う。
【００４５】
ところで、２つの光学センサを用いた場合、その２つの発光素子の光量が同じとは限らない。そのため、同じトナー量に対する乱反射光の強度が異なってしまい、そのままＥＴＢ１上に直接形成した濃度パッチの反射光強度(正反射光成分と乱反射光成分の和)から、黒べた画像上に形成した濃度パッチの反射光強度(乱反射光成分)を差し引くことができない。したがって、２つの光学センサの発光量をそろえる必要があるが、発光量制御用の受光素子及び光量制御機構を搭載すると、光学センサのコストアップにつながり望ましくない。
【００４６】
そこで、本実施形態では図12(a)(Dmax制御)および図12(b)(Dhalf制御)に示すように、第一実施形態と同様の濃度パッチ22ａにべたパッチ22ｂを追加し、その反射光強度を比較することで、光学センサ間の発光量の違いを補正している。
【００４７】
黒べた画像上に形成した濃度パッチの反射光が乱反射光成分のみとなることはすでに説明した。次に、ＥＴＢ１上に直接形成したべたパッチ22ｂの出力について考えてみる。このときは、十分トナーが敷き詰められ下地が見えない状態になっているため、検知される反射光量中に下地による反射である正反射光成分が含まれない状態になっている。したがって、このとき検知される反射光量は乱反射成分のみとなる。つまり、ＥＴＢ上のべたパッチ22ｂと黒べた画像20上のべたパッチ22ｂの反射特性は同じであり、その反射光強度の差は光学センサ間の発光量の差となる。
【００４８】
このことを利用して、黒べた画像20上の濃度パッチ22の反射光強度(乱反射光成分)を、もう一方のセンサの発光量にあわせた反射光強度に換算し、その後、ＥＴＢ１に直接形成した濃度パッチ22の反射光強度から差し引くことで、第一実施形態同様の濃度検知を行うことが可能となる。
【００４９】
具体的には、一方の光学センサの発光量をL1、もう一方の光学センサの発光量をL2、正反射光成分の反射率をN、乱反射光成分の反射率をnとすると、それぞれの反射光強度は、
ＥＴＢ上： Pe = L1 x N + L1 x n
黒べた画像上： Pz = L2 x n
と書ける。べたパッチ検知時は、N→0(正反射光成分が存在しない)となるので、それぞれの出力は、
ＥＴＢ上： Pef = L1 x n
黒べた画像上： Pzf = L2 x n
となる。したがって、２つの光学センサの発光量の比は
L1 / L2 = Pef / Pzf
となり、黒べた画像上の乱反射光強度を、もう一方のセンサの発光量にあわせて換算した反射光強度は、
L1 x n = (L2 x n) x (L1 / L2)
= Pz x (Pef / Pzf)
となり、正反射光成分Piは、
Pi = Pe-Pz x (Pef / Pzf)
となる。実際の検知では、発光素子をOFF(光量最小)にしたときのセンサ出力電圧をcal、黒べた画像上の濃度パッチの出力電圧をVzp、ＥＴＢ１上に形成された濃度パッチの出力電圧をVp、黒べた部分の反射出力電圧をVz0、下地部分の反射出力電圧をV0、黒べた画像上のべたパッチの出力電圧をVfz、ＥＴＢ１上のべたパッチの出力電圧をVfとしたとき、正反射光成分のみの出力Vi(規格化後)は、
Vi = [(cal-Vp)-(cal-Vf) x {(Vz0-Vpz) / (Vz0-Vfz)}] / (cal-V0)
となる。このViは濃度換算表により濃度情報Diに変換され、第一実施形態同様、現像バイアス算出及びγ補正に用いられる。
【００５０】
以上説明したように、２つの光学センサを用いることで、制御に要する時間を短縮すると同時に、第一実施形態と同様に簡素な構成の光学センサが使用できるためレジスト検知センサでの濃度検知が可能となり、コストダウンを図ることができる。
【００５１】
［第三実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第三実施形態について説明する。なお、上記第一実施形態及び従来例に係る画像形成装置の構成と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
上記第一及び第二実施形態においては、プロセス手段であるプロセスステーション201〜204の色順を、黒−マゼンタ−イエロー−シアンの順として説明した。これに対し本実施形態では、プロセスステーション201〜204の色順をシアン−イエロー−マゼンタ−黒の順にした場合に考えてみる。
【００５３】
インライン方式の画像形成装置においては、転写材Ｐ上に形成された画像が、他の色のプロセスステーションを通過する際に剥ぎ取られることで濃度が低下する、再転写と呼ばれる現象が起きる場合がある。黒トナーに関しては、テキスト画像に多く用いられるため、他の色に比べると、濃度低下がより望ましくない。したがって、黒トナーのプロセスステーションを最下流に配置し、濃度低下を防ぐ構成をとる画像形成装置は多い。
【００５４】
黒を転写材Ｐ搬送方向の最下流に配置した場合、有彩色の濃度パッチの形成に先立って黒べた画像を形成し、次の周回で有彩色の濃度パッチを形成することになる。しかしながら、第１の実施形態の構成そのままで実行した場合、有彩色の濃度パッチを形成する前に黒べた画像が吸着ローラ５を通過することで乱され、下地を隠す効果が薄れてしまい、第１の実施形態で説明した効果が望めなくなってしまう。
【００５５】
そこで、本実施形態では、画像濃度制御の実行中に吸着ローラ５にトナーと同極性のバイアスを印加し、吸着ローラ５に黒べた画像が乱されないようにしている。本実施形態では、吸着ローラ５に印加するバイアスとして、-300Vを印加している。
【００５６】
このような構成をとることで、黒トナーのプロセスステーションを最下流に配置した場合にも、黒べた画像が吸着ローラ５により乱されることなく、第一実施形態同様の効果を得ることができ、安定して画像濃度制御を行うことができる。
【００５７】
［第四実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第四実施形態について、図を用いて説明する。なお、上記第一実施形態及び従来例に係る画像形成装置の構成と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
本実施形態では、有彩色のトナー濃度を乱反射光、黒トナーの濃度を正反射光で検知する構成を説明する。光学センサは、これまでの実施形態と同様に、正反射光を検知するタイプの使用する。
【００５９】
前述したように、視覚特性に敏感なハイライト領域を精度良く検知するには、有彩色トナー、黒トナー共に正反射光を検知するのが望ましい。しかしながら有彩色トナーに関しては、２次色(色重ね)を使用するため、定着不良や画像飛び散りを防止する観点から、トナーの最大載り量を制御する必要がある。そのため、できるだけ高濃度の濃度パッチを検知する必要がある。そこで、高濃度領域で敏感な乱反射光を検知するのが望ましい。
【００６０】
そこで本実施形態では、これまでの実施形態と同様に黒べた画像の上に有彩色トナーの濃度パッチを形成するが、ＥＴＢ１に直接形成した濃度パッチとの比較を行わず、乱反射光のみを検知することで、濃度検知を行う。すなわち、図７に示した破線の特性を用いて濃度検知を行う。
【００６１】
このとき、光学センサ13の発光素子301の出力は、不図示の制御装置により、発光量が一定になるよう制御されている。また、黒トナーに関しては、これまでの実施形態と同様に正反射光を検知することで濃度検知を行っている。
【００６２】
このような構成をとることで、有彩色トナーの最大載り量を精度良く制御することができ、２次色を使用した場合にも、定着不良や画像飛び散りの発生を抑えることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、有彩色のトナーのみによる第１の検知パターンの検知結果、即ち正反射光成分と乱反射光成分の和から、黒トナーの画像上に形成された有彩色のトナーによる第２の検知パターンの検知結果、即ち乱反射光成分を差し引くことによって、より簡素な光学センサを用いて、視覚特性に対して敏感かつ反射光強度が強く検知精度の高い正反射光成分のみを取り出すことが可能となった。これにより、乱反射光成分による負性特性を補正して、より高い精度で濃度検知を行うことができる。
【００６４】
また、一般的に濃度検知のためのセンサよりも簡素な構成のセンサが用いられるレジスト検知センサを、濃度検知のセンサとして兼用することも可能となり、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する図である。
【図２】正反射光を検知する光学センサの構成を説明する図である。
【図３】照射光と正反射光の様子を説明する図である。
【図４】ＥＴＢ上にトナーが存在する場合の照射光と正反射光の様子を説明する図である。
【図５】トナー量と正反射光の関係を説明する図である。
【図６】有彩色トナーを検知した場合の照射光と反射光の関係を説明する図である。
【図７】有彩色トナーを正反射光検知型の光学センサで検知した場合のトナー量と反射光の関係を示す図である。
【図８】黒ベタ上の濃度パッチと反射光の関係を示す図である。
【図９】画像濃度制御に用いる濃度パッチを説明する図である。
【図１０】最適現像バイアスの算出方法を説明する図である。
【図１１】第二実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する図である。
【図１２】第二実施形態の画像濃度制御に用いる検知パターンを説明する図である。
【図１３】インライン方式の画像形成装置の構成を示す図である。
【図１４】プロセスステーションの構成を示す図である。
【図１５】トナー量と乱反射光量の関係を示す図である。
【図１６】有彩色トナーに照射した光の反射を説明する図である。
【図１７】光学センサの構成を説明する図である。
【符号の説明】
Ｐ …転写材
Ｔ１ …黒トナー
Ｔ２ …有彩色のトナー
１ …ＥＴＢ
３ …転写ローラ
４ …バイアス電源
５ …吸着ローラ
６ …吸着対向ローラ
７ …駆動ローラ
８ …テンションローラ
９ …テンションローラ
11 …除電帯電器
13 …光学センサ
16 …バイアス電源
131 …光学センサ
132 …光学センサ
201〜204 …プロセスステーション
211 …感光体
212 …帯電器
213 …露光光学系
214 …走査光
215 …現像ローラ
216 …トナー容器
217 …クリーニングブレード
218 …廃トナー容器
300 …光学センサ
301 …発光素子
302 …受光素子
303 …検知位置
304 …光学センサ
Claims (12)
- 少なくとも像担持体と、該像担持体を所定の極性に帯電する帯電手段と、該像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置を含むプロセス手段と、
前記プロセス手段を制御して形成した所定の検知パターンを担持する検知パターン担持体と、
前記検知パターンを検知する正反射光を検知する位置に配置された光学センサとを有し、
前記光学センサの出力に基づいて画像形成条件を制御する画像形成装置において、
前記プロセス手段は、少なくとも有彩色トナーのみによる第１の検知パターンと、黒トナーの画像上に形成された有彩色トナーによる第２の検知パターンとを、前記検知パターン担持体上に形成可能であり、前記光学センサが前記第１の検知パターンから検知した正反射光及び乱反射光の光量から、前記光学センサが前記第２の検知パターンから検知した乱反射光の光量を差し引いて導出される正反射光の光量に基づいて、少なくとも有彩色トナーに関する画像形成条件を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 前記光学センサが、前記検知パターンに光を照射した際の反射光強度を測定する手段であり、かつ、前記光の照射方向と前記検知パターン担持体面の法線について対称な方向に反射される光を検知することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記第１の検知パターンと、前記第２の検知パターンをそれぞれ個別の光学センサで検知することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記第１の検知パターンが、濃度検知対象のパターンと出力補正用のパターンを組み合わせたパターンであることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
- 前記出力補正用のパターンが、所定の面積内を全面露光したべたパターンであることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
- 前記検知パターン担持体が、転写材搬送部材であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の画像形成装置。
- 前記転写材搬送部材が、ベルト形状であることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
- 前記検知パターン担持体が、中間転写体であることを特徴とする請求項１から５記載の画像形成装置。
- 前記中間転写体が、ベルト形状であることを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
- 前記画像形成装置が、複数のプロセス手段を有するインライン形式であり、かつ、黒トナーのプロセス手段が最上流に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の画像形成装置。
- 前記画像形成装置が、複数のプロセス手段を有するインライン形式であり、かつ、黒トナーのプロセス手段が最上流以外の位置に配置され、黒トナーよりも上流に配置されている有彩色トナーの濃度パッチを黒トナーの画像の上に形成する場合、検知パターン担持体上に形成した黒トナーの画像を、光学センサ対向部を含む周回経路を一旦経由させた後、黒トナーよりも上流に配置された有彩色トナーのプロセス手段に対向させ、黒トナーの画像上に濃度パッチを形成することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の画像形成装置。
- 前記検知パターン担持体上に形成された前記黒トナーの画像が、該検知パターン担持体表面に接する部材を通過する際に、該検知パターン担持体表面に接する部材に黒トナーと同極性の電圧を印加することを特徴とする請求項１１記載の画像形成装置。
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