JP4873265B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置に関する。
画像形成装置には、例えば、用紙上における画像形成位置のずれ等を補正する機能を有するものがある。具体的には、レジストレーションパターンなど、複数のマークからなるパターンをベルト上に形成し、当該ベルト上を検出領域とする光学センサからの受光信号に含まれる信号波に基づき、当該信号波に対応するマークの位置を検出し、その検出結果に基づき画像形成位置のずれ等を補正する。
ところが、マークが検出領域を通過するタイミングに対する、光学センサの応答遅れ等などの原因により、信号波に基づくマークの検出位置と現実位置とに誤差が生じることがあり、この誤差によって画像形成位置の補正等の精度が低下してしまうことがある。そこで、従来より、一マークのトナー付着量を段階的に増減されることにより、マークの検出位置と現実位置との誤差を抑制しようとするものがある(特許文献1)。
特開2007−163732公報
しかしながら、上記従来の構成では、1つのマークについてトナー付着量を増減するといった面倒な処理が必要となるため、別の手段が要望されていた。また、仮に、上記従来の構成を採用したとしても、マークの検出位置と現実位置との誤差を抑制できないことがあり、更なる改善が要望されていた。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、マークの検出位置と現実位置との誤差を抑制するために、従来の構成とは別の手段、及び、従来の構成の改善した手段のうち少なくとも一方を提供するところにある。
上記の目的を達成するための手段として、本発明の適用例1に係る画像形成装置は、担持体上にマークを形成する形成部と、前記担持体上に光を照射する投光部と、前記担持体表面及び前記マークからの反射光を受光し、その受光量に応じた受光信号を出力する受光部と、前記担持体上における前記マークの位置を、前記受光信号に含まれ前記マークに対応する1つの信号波に基づき検出する検出部と、前記検出部により検出されたマークの検出位置と現実位置との誤差を抑制するように、前記検出位置を、当該マークに対応する前記信号波の波幅の相違に対応する修正量により修正する修正部と、を備える。
マークに対応する信号波の波幅が異なれば、それに応じてマークの検出位置と現実位置との間の誤差量も異なる。そこで、本適用例は、受光部からの受光信号に基づくマークの検出位置を、当該マークに対応する信号波の波幅の相違に応じた修正量により修正することで、検出位置とマークの現実位置との誤差を抑制するようにした。
これにより、従来の構成とは別の手段により、マークの検出位置と現実位置との誤差を抑制することが可能である。また、従来の構成に更に本適用例を適用することにより、当該従来の構成よりも、検出位置とマークの現実位置との誤差を効果的に抑制することが可能である。
また、例えば受光信号をA/D変換することにより信号波の波形そのものを取得し、この取得結果に基づき波形の相違を判断するようにしてもよい。しかし、本適用例によれば、波形そのものを取得する必要がない分だけ、簡単な処理により波形の相違を判断することが可能である。
適用例2は、前記形成部は複数備えられ、各々の形成部が、形状、大きさ、色のいずれか1つが互いに異なる種類のマークを形成可能な構成とされ、前記形成部による前記マークの形成処理に関する情報に基づき、前記受光信号に含まれる信号波が、どの種類のマークに対応するかを認識する認識部を備え、前記修正部は、前記波幅の相違を、当該信号波に対応するマークについて前記認識部で認識された種類に基づき判断する。
マークの検出位置と現実位置との誤差を生じさせる波形の相違は、マークの色、形状や大きさの相違による影響が特に大きいと考えられる。そこで、本適用例によれば、マークの形成処理に関する情報に基づき、受光信号に含まれる信号波がどの種類のマークに対応するかを認識する構成を採用することにより、比較的簡単な方法で波幅の相違を判断するようにした。
適用例は、適用例の画像形成装置であって、前記複数の形成部には、有彩色のマークを形成するものと、無彩色のマークを形成するものとが含まれ、前記受光信号の信号波の勾配、波幅、波高値の少なくともいずれか1つに基づき、当該信号波が前記有彩色のマークに対応するのか、前記無彩色のマークに対応するのかを判別する判別部を備え、前記認識部は、前記形成処理に関する情報に加えて、前記判別部の判定結果に基づき前記信号波がどの種類のマークに対応するかを認識する構成である。
例えば担持体上にゴミや埃等が付着することにより、受光信号に、マークに対応しない信号波であるノイズ波が含まれることがある。そうすると、マークの形成処理に関する情報だけでは、信号波がどの種類のマークに対応するかの認識精度が低下するおそれがある。そこで、本適用例のように、実際の信号波に関する情報(勾配、波幅や波高値)に基づく有彩色マークと無彩色マークとの判別結果を考慮に入れて、信号波がどの種類のマークに対応するかを認識することが好ましい。
適用例は、適用例またはの画像形成装置であって、前記修正部は、前記認識部にて同じ種類のマークに対応すると認識された信号波同士であっても、当該各信号波の波幅の相違に応じて前記修正量を変更する構成である。
複数の信号波について、信号波に対応するマークの色、形状及び大きさの少なくともいずれか1つに基づき波形が同じであると判断されたとしても、その時々の環境の相違などによって濃度が異なることがあり、また、同時期に形成したマーク同士であっても、転写不良などにより濃度が異なることがある。この場合も、各マークに対応する信号波同士の波形が異なり、マークの検出位置と現実位置との誤差量が相違することがある。そして、この誤差量の相違は、信号波の波幅の相違として現れる。
そこで、本適用例では、信号波の波幅の相違に応じて修正量を変更する構成とした。これにより、濃度等による影響を抑えて、マークの検出位置と現実位置との誤差を効果的に抑制することが可能である。
適用例は、適用例からのいずれか一つの画像形成装置であって、互いに異なる形成部により形成された複数のマークの検出位置に基づき、両形成部の画像形成位置の間における相対位置を補正する色ずれ補正処理を行う第1補正部を備え、前記修正部は、前記色ずれ補正処理の実行時には、前記認識部にて同じ種類のマークに対応すると認識された信号波同士であっても、波幅における平均値に応じた修正量により前記検出位置を修正する構成である。
一般的に、色ずれ補正では、同一種類(例えば色、形状、大きさが同じ)のマークを複数形成し、これらのマークの平均的な位置を利用して各形成部における画像形成位置を補正する。そこで、本適用例では、マークの検出位置に対する修正量についても、同一種類のマークに対応する信号波同士における波幅における平均値に応じて変更する構成とした。これにより、マークごとに個別に修正量を変更する構成に比べて、簡単な処理で色ずれ補正を行うことが可能である。
適用例は、適用例からのいずれか一つの画像形成装置であって、同一の形成部により形成された複数のマークの検出位置に基づき、当該形成部における画像形成位置同士の相対位置を補正する形成間隔補正処理を行う第2補正部を備え、前記修正部は、前記形成間隔補正処理の実行時には、前記認識部にて同じ種類のマークに対応すると認識された信号波同士であっても、波幅の相違に応じて個別に修正量を変更する構成である。
一般的に、形成間隔補正では、同一種類のマークを複数形成し、各マークの個別の位置を利用して一の形成部における画像の形成間隔を補正する。そこで、本適用例では、マークの検出位置に対する修正量についても、同一種類のマークに対応する信号波について、波幅の相違に応じて個別に変更する構成とした。
適用例は、適用例1〜のいずれか一つの画像形成装置であって、前記マークセンサは、ローパスフィルタを有し、前記受光信号を、前記ローパスフィルタを介して出力する構成であり、前記画像形成装置内の温度を検出する温度センサを備え、前記修正部は、前記修正量を、前記ローパスフィルタの時定数と、前記温度センサによる検出温度とに基づき変更する。
ローパスフィルタを介して受光信号を出力する構成では、マークの検出位置と現実位置との誤差量変化は、特にローパスフィルタの時定数に大きく影響を受ける。そして、この時定数は環境温度によって変動する。そこで、本適用例のように、修正量を、温度センサによる検出温度に基づき変更することが好ましい。
本発明によれば、マークの検出位置と現実位置との誤差を抑制するために、従来の構成とは別の手段、及び、従来の構成の改善した手段のうち少なくとも一方を提供することができる。
次に本発明の一実施形態について図を参照して説明する。
(プリンタの全体構成)
図1は、本実施形態のプリンタ1(本発明の「画像形成装置」の一例)の概略構成を示す側断面図である。プリンタ1は例えば4色(ブラックK、イエローY、マゼンタM、シアンC)のトナーを用いてカラー画像を形成する直接転写方式のカラープリンタである。図1の紙面左方向がプリンタ1の前方向(副走査方向 各図では符号Fで図示)であり、紙面奥行き方向がプリンタ1の左右方向(主走査方向)である。なお、以下の説明では、プリンタ1の各構成部品や用語を色ごとに区別する場合には、その構成部品等の符号末尾に各色を意味するK(ブラック)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)を付すものとする。また、ブラックが「無彩色」の一例であり、イエロー、マゼンタ、シアンが「有彩色」の一例である。
プリンタ1は、ケーシング2を備えており、そのケーシング2内の底部には、複数のシート材3(具体的には用紙)を積載可能な給紙トレイ4が設けられている。給紙トレイ4の前端上方には給紙ローラ5が設けられており、この給紙ローラ5の回転に伴って給紙トレイ4内の最上位に積載されたシート材3がレジストレーションローラ6へ送り出される。レジストレーションローラ6は、シート材3の斜行補正を行った後、そのシート材3をベルトユニット11上へ搬送する。
ベルトユニット11は、一対の支持ローラ12A、12B間に環状のベルト13(本発明の「担持体」の一例)を張架した構成となっている。ベルト13は、ポリカーボネート等の樹脂材からなり、その表面は鏡面加工されている。このベルト13は、後側の支持ローラ12Bが回転駆動されることにより循環移動して、その上面に載せたシート材3を後方へ搬送する。ベルト13の内側には、後述する各プロセス部19K〜19Cの感光体28に対してベルト13を挟んで対向する位置に4つの転写ローラ14が設けられている。
さらに、ベルト13の下側には、ベルト13表面のマークを検出するためのパターンセンサ15が設けられている。また、ベルトユニット11の下側には、ベルト13表面に付着したトナーや紙粉等を回収するクリーニング装置16が設けられている。
ベルトユニット11の上方には、4つの露光部17K,17Y,17M,17Cと、4つのプロセス部19K,19Y,19M,19Cとが前後方向に並んで設けられている。露光部17K〜17C、プロセス部19K〜19C及び既述の転写ローラ14を、それぞれ一つずつ含んで一組の画像形成部20(本発明の「形成部」一例)が構成されており、プリンタ1全体では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色に対応した4組の画像形成部20K,20Y,20M,20Cが設けられている。
各露光部17K〜17Cは、複数のLEDが一列に並んで設けられたLEDヘッド18を備えている。各露光部17K〜17Cは、形成すべき画像データに基づいて発光制御され、LEDヘッド18から、対向する感光体28の表面に一ラインごとに光を照射することで露光を行う。
各プロセス部19K〜19Cは、現像剤である各色のトナーを収容するトナー収容室23を備え、その下側に供給ローラ24、現像ローラ25、層厚規制ブレード26等を備えている。トナー収容室23から放出されたトナーは、供給ローラ24の回転により現像ローラ25に供給され、供給ローラ24と現像ローラ25との間で正に摩擦帯電される。さらに、現像ローラ25上に供給されたトナーは、現像ローラ25の回転に伴って、層厚規制ブレード26と現像ローラ25との間に進入し、ここでさらに十分に摩擦帯電されて、一定厚さの薄層として現像ローラ25上に担持される。
また、各プロセス部19K〜19Cは、表面が正帯電性の感光層によって覆われた感光体28と、スコロトロン型の帯電器29とが設けられている。画像形成時には、感光体28が回転駆動され、それに伴って感光体28の表面が帯電器29により一様に正帯電される。そして、その正帯電された部分が露光部17K〜17Cにより露光されて、感光体28の表面に静電潜像が形成される。
次いで、現像ローラ25上に担持され正帯電されているトナーが感光体28表面の静電潜像に供給され、これにより感光体28の静電潜像が可視像化される。その後、各感光体28の表面上に担持されたトナー像は、シート材3が感光体28と転写ローラ14との間の各転写位置を通過する間に、転写ローラ14に印加される負極性の転写電圧によってシート材3上に順次転写される。トナー像が転写されたシート材3は、次に定着器31に搬送され、そこでトナー像が熱定着され、その後、そのシート材3は上方へ搬送され、ケーシング2の上面に排出される。
(プリンタの電気的構成)
図2は、プリンタ1の電気的構成を概略的に示すブロック図である。プリンタ1は、同図に示すように、CPU40、ROM41、RAM42、NVRAM43(不揮発性メモリ)、ネットワークインターフェイス44を備え、これらに既述の画像形成部20K〜20C、パターンセンサ15や、表示部45、操作部46などが接続されている。
ROM41には、後述する位置ずれ補正処理など、このプリンタ1の各種の動作を実行するためのプログラムが記憶されており、CPU40は、ROM41から読み出したプログラムに従って、その処理結果をRAM42またはNVRAM43に記憶させながら各部の制御を行う。ネットワークインターフェイス44は、通信回線を介して外部のコンピュータ(図示せず)等に接続され、これにより相互のデータ通信が可能となっている。
表示部45は、液晶ディスプレイやランプ等を備え、各種の設定画面や装置の動作状態等を表示することが可能である。操作部46は、複数のボタンを備え、ユーザにより各種の入力操作が可能である。
(パターン検出センサ)
図3は、パターンセンサ15の回路構成を示す図である。パターンセンサ15は、同図に示すように、ベルト13に向けて光を照射する投光素子51を有した投光回路15A(本発明の「投光部」の一例)と、ベルト13からの反射光を受光する受光素子52を有した受光回路15B(本発明の「受光部」の一例)と、受光回路15Bからの出力をマーク検出用閾値VMと比較する比較回路15Cとを備えている。
投光回路15Aは、LEDからなる投光素子51のカソード側を接地し、アノード側を抵抗53を介して電源ラインVccに接続した構成となっている。後述する各種の補正処理の際には、CPU40の指示により、投光回路15Aに一定の電圧が加えられ、投光素子51が一定の光量で発光する。
受光回路15Bは、フォトトランジスタからなる受光素子52のエミッタ側を接地し、コレクタ側を、抵抗54を介して電源ラインVccに接続した構成となっている。また、受光素子52のコレクタからは、ベルト13からの反射光の受光量に応じたレベル(電圧値)の受光信号S1が、ローパスフィルタ60を介して比較回路15Cに与えられる。本実施形態では、受光素子52は、受光量が多いほど、低いレベルの受光信号S1を出力する。また、ローパスフィルタ60は、例えばCRタイプやLCタイプであり、受光信号S1に含まれるスパイクノイズ等を低減する。
比較回路15Cは、オペアンプ55、抵抗56,57,58を備えて構成されている。オペアンプ55の負入力端子には、ローパスフィルタ60の出力が接続されている。オペアンプ55の出力端子は、プルアップ抵抗56を介して電源ラインVccに接続されると共に、CPU40に接続されている。オペアンプ55の正入力端子には、抵抗57,58からなる分圧回路の分圧電圧が、マーク検出用閾値VMとして与えられている。このような構成により、オペアンプ55は、負入力端子に入力される受光信号S1のレベルと、上記マーク検出用閾値VMとを比較し、その比較結果に応じた二値化信号S2をCPU40に出力する。
(画像形成位置のずれ補正処理、及び、検出用パターン)
プリンタ1は、異なる色画像間におけるシート材3上の形成位置のずれを補正するための「色ずれ補正処理」と、同一色画像を構成する画像ライン間の形成位置間隔のずれを補正するための「ライン間隔補正処理」とを実行可能とされている。
(1)色ずれ補正処理
色ずれ補正処理には、副走査方向におけるずれを補正する「第1色ずれ補正処理」と、主走査方向におけるずれを補正する「第2色ずれ補正処理」とがある。なお、本実施形態では、ブラックが基準色とされ、イエロー、マゼンタ、シアンが調整色とされ、基準色の画像形成位置を基準に、各調整色の画像形成位置を調整する。
A.第1色ずれ補正処理
第1色ずれ補正処理では、図4に示す第1検出用パターンP1を利用する。第1検出用パターンP1は、主走査方向に細長い各色のマーク50を有し、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順に並んだ4つのマーク50K〜50Cを一組として、複数組のマーク50を副走査方向に間隔を開けてベルト13上に配置したものである。なお、いずれのマーク50も、形状及び大きさが同じである。
調整色の画像形成位置が、基準色の画像形成位置に対して副走査方向にずれると、調整色のマーク50Y〜50Cの位置と基準色のマーク50Kの位置との相対距離が変わる。そこで、各組ごとに、各調整色マーク50Y〜50Cの位置と基準色マーク50Kの位置との相対距離をそれぞれ算出し、全ての組における算出結果に基づき、各調整色ごとに、上記相対距離の平均値を算出する。そして、この平均値と所定の理想値との差を基準色に対する画像形成位置の副走査ずれ量とし、その副走査ずれ量を例えばNVRAM43に記憶する。そして、例えば外部のコンピュータからの画像形成指令に基づく通常の画像形成処理時には、この副走査ずれ量を相殺するように各調整色に対応する露光部17Y〜17Cが感光体28を露光するタイミングを調整する。
B.第2色ずれ補正処理
第2色ずれ補正処理では、図5に示す第2検出用パターンP2を利用する。第2検出用パターンP2は、主走査方向に対して互いに異なる角度をなす2つのマーク61,61からなる各色のマーク対62を有し、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順に並んだ4つのマーク対62K〜62Cを一組として、複数組のマーク対62を副走査方向に間隔を開けてベルト13上に配置したものである。なお、本実施形態では、いずれのマーク対62も形状及び大きさが同じであり、且つ、マーク対62を構成する2つのマーク61,61は、主走査方向に沿った直線に対して線対称の形状をなすものとする。以下、マーク対62を構成する2つのマーク61,61の位置間の距離を「マーク間距離」という。
調整色の画像形成位置が、基準色の画像形成位置に対して主走査方向にずれると、副走査方向に沿った一直線(ベルト13上において上記投光回路15Aから光が照射される領域(検出領域)を通過する直線であり、図5では点線で図示)上において、基準色のマーク対62Kと調整色のマーク対62Y〜62Cとでマーク間距離が相違する。そこで、各組ごとに、基準色のマーク対62Kに対する各調整色のマーク対62Y〜62Cのマーク間距離の差をそれぞれ算出し、全ての組における算出結果に基づき、各調整色ごとに、上記マーク間距離の差の平均値を算出する。そして、この平均値を基準色に対する画像形成位置の主走査ずれ量とし、その主走査ずれ量を例えばNVRAM43に記憶する。そして、上記通常の画像形成処理時には、この主走査ずれ量を相殺するように各調整色に対応する露光部17Y〜17Cが感光体28を露光するタイミングを調整する。
(2)ライン間隔補正処理
ライン間隔補正処理では、図6に示す第3検出用パターンP3を利用する。第3検出用パターンP3は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色ごとに用意され、主走査方向に細長い同一色の複数のマーク63を副走査方向に間隔を開けてベルト13上に配置したものである。例えばブラック画像について形成ライン間隔補正を行う場合には、ブラックのマーク63Kのみからなる第3検出用パターンP3をベルト13上に形成し、パターンセンサ15からの受光信号S1の信号波に基づき、各マーク63Kの位置関係を検出する。この検出されたマーク63Kの位置関係から、例えば感光体28やベルト13の回転速度が周期的に変動することに起因する、形成ライン間隔のばらつきを把握できる。そこで、各マーク63Kの位置ごとに、形成ライン間隔が理想間隔に一致したときの理想位置とのずれ量(形成ラインずれ量)を算出し、その形成ラインずれ量を例えばNVRAM43に記憶する。そして、通常の画像形成処理時には、この形成ラインずれ量を相殺するように各色に対応する露光部17K〜17Cが感光体28を露光するタイミングを調整する。
(マークの検出位置と現実位置との誤差)
上述したように、画像形成位置の各補正処理では、各マーク50,61,63の位置を検出する必要がある。ここで、マークの位置は、受光信号S1に含まれ各マークに対応する信号波と、上記マーク検出用閾値VMとが交差するタイミングに基づき定められる。その一例として、本実施形態では、各信号波と、上記マーク検出用閾値VMとが交差する2つのタイミングの中心時点に対応するベルト13上の位置を、マークの位置として検出する。
ところが、種々の原因により、パターンセンサ15からの受光信号S1に基づくマークの検出位置と、ベルト13上におけるマークの現実位置との間に誤差が生じることがあり、しかも、この誤差量は、各マークの信号波の波形(特に勾配)の相違によって異なることがある。このため、上記各補正処理におけるずれ量を正確に算出することができず、補正の精度が低下してしまうおそれがある。
その主な原因の1つとして、ローパスフィルタ60による出力遅延が考えられる。即ち、上述したように、受光素子52からの受光信号S1はローパスフィルタ60を介して比較回路15Cに与えられるため、ノイズ低減後の受光信号S1は、ノイズ低減前の受光信号S1に対してローパスフィルタの時定数(RC)に応じて遅延する。そして、この遅延量(遅延時間)は、ノイズ低減前の受光信号S1に含まれる信号波の勾配や波高値によって相違し、その相違は、ノイズ低減後の受光信号S1の信号波の波形(特に勾配)の相違として現れる。
ここで、ノイズ低減後の受光信号S1の信号波の勾配は、特に、次の(1)(2)の要素によって相違し得る。
(1)マークの形状、大きさ、色
ノイズ低減後の受光信号S1の信号波の勾配は、マーク50,61,63の形状、大きさ、色のいずれか1つが異なれば、相違し得る。
まず、マークの形状・大きさが同じで色のみが異なる場合について図7の例によって説明する。図7は、検出用パターンP1のブラックのマーク50K及びイエローのマーク50Yのベルト13上の位置と、ノイズ低減後の受光信号S1の信号波との関係を示す図である。なお、前述したように信号波(受光信号S1)は、受光回路15Bでの受光量が大きいほど低いレベルを示す。つまり、同図において紙面下方に向かうほど受光量レベルは高い。また、光反射率は、ベルト13が最も高く、次に調整色のマークであり、基準色のマークが最も低い。
ブラックマーク50Kとイエローマーク50Yとでは光反射率が比較的に大きく異なるため、信号波の波形、特に立上り及び立下りの勾配が異なる。従って、ブラックマーク50Kに対応する信号波とイエローマークに対応する信号波とでは、ローパスフィルタ60による遅延量(勾配)が異なり、これに伴って、マークの検出位置と現実位置との誤差量が相違する。
具体的には、ブラックマーク50Kについてみると、信号波(図7の実線波形)の立上り始期T1と立下り始期T5との中心時点T3が、ブラックマーク50Kの副走査方向における中心位置(ブラックマークの現実位置)OKに対応する。しかし、信号波の立ち上り時にマーク検出用閾値VMと交差するタイミングT2は、立上り始期T1から遅れる一方で、立下り時にマーク検出用閾値VMと交差するタイミングT6は、立下がり始期T5から若干遅れるだけである。このため、両タイミングT2、T6の中心時点T4は、上記中心時点T3から遅れ、その分だけ当該中心時点T4に対応するブラックマーク50Kの検出位置OK'と、ブラックマーク50Kの現実位置OKとの間に誤差が生じる。このときの誤差量をZ1とする。
一方、イエローマーク50Yについてみると、信号波の立上り始期T7と立下り始期T11との中心時点T9が、イエローマーク50Yの副走査方向における中心位置(イエローマークの現実位置)OYに対応する。しかし、信号波の立ち上り時にマーク検出用閾値VMと交差するタイミングT8は、立上り始期T7から遅れる一方で、立下り時にマーク検出用閾値VMと交差するタイミングT12は、立下がり始期T11から若干遅れるだけである。このため、両タイミングT8、T12の中心時点T10は、上記中心時点T9から遅れ、その分だけ当該中心時点T10に対応するイエローマーク50Yの検出位置OY'と、イエローマーク50Yの現実位置OYとの間に誤差が生じる。このときの誤差量をZ2とする。
そして、図4からも分かるように、ブラックマーク50Kに対応する信号波と、イエローマーク50Yに対応する信号波とでは、マーク検出用閾値VMと交差するときの立ち上り勾配(立上り始期T1、T7からの遅延量)が大きく異なるのに対し、マーク検出用閾値VMと交差するときの立ち下がり勾配(立下り始期T5、T11からの遅延量)はほとんど同じである。このため、本来、ブラックマーク50Kの位置とイエローマーク50Yの位置との距離を、L1として算出すべきにも関わらず、遅延量差(=Z2−Z1)を含んだL2(>L1)として算出してしまう。なお、マーク検出用閾値VMが更に低いレベルに設定されている場合には、図7とは逆に、ブラックマーク50Kに対応する信号波と、イエローマーク50Yに対応する信号波とでは、マーク検出用閾値VMと交差するときの立上り勾配はほとんど同じであるのに対し、マーク検出用閾値VMと交差するときの立ち下がり勾配が大きく異なることになる。
また、例えば検出用パターンP1、P3のマーク50K,63Kと、検出用パターンP2のマーク対62Kのマーク61とでは、マークの色が同じだが、少なくとも形状が異なる。具体的には、ベルト13の移動方向に対して傾き方向が互いに異なる形状である。このため、やはり、マーク50K,63Kと、マーク61とでは、それぞれに対応する信号波の勾配が異なる。
以上のように、ノイズ低減後の受光信号S1の信号波は、マーク50,61,63の形状、大きさ、色のいずれか1つが異なれば、相違し得る。以下、マーク50,61,63を、形状、大きさ、色のいずれか1つの相違によって分類したものを「マーク種類」という。例えば、形状、大きさ、色が全て同じマーク同士はマーク種類が同じであるとされ、形状、大きさ、色のうち1つでも異なるマーク同士はマーク種類が異なるとされる。
(2)マークの濃度等
マーク種類が同じであっても、ノイズ低減後の受光信号S1の信号波の勾配が相違することがある。マークの濃度のばらつき、投光回路15Aの投光量のばらつき、受光回路15Bの受光感度のばらつきなどが主な原因と考えられる。例えば、各画像形成部20が同一色のマークを常に同じ濃度で形成することは、各種の補正処理の精度維持の点から好ましく、理想的であるが、実際には困難である。例えば形成時期ごとの環境の相違により濃度が異なることがあり、また、形成時期が同じでも、転写不良等によって濃度が異なることがある。そして、濃度等が異なれば、図7の二点鎖線で示すように、やはり、信号波の勾配が異なるため、マーク位置の検出精度、ひいては各種の補正処理の精度が低下し得る。
(マーク種類と修正量)
上述したように、マーク種類が異なれば、受光信号S1に含まれる信号波の勾配が相違し、この相違に対応してマークの検出位置と現実位置との誤差量(以下、単に「誤差量」ということがある)が異なるから、この誤差量を相殺するための修正量は、マーク種類別に設定するのが好ましい。
また、同じマーク種類であっても、濃度等によって信号波の勾配が異なるから、各マーク種類の修正量を、信号波の勾配に応じて変更することが好ましい。但し、本実施形態では、修正量を、信号波の勾配ではなく、波幅(信号波とマーク検出用閾値Tとの2つの交差タイミングの時間差)に応じて変更する。図7の実線及び二点鎖線からも分かるように、信号波の勾配が大きいほど波幅は広く、勾配が小さいほど波幅は狭くなるから、波幅の相違によって、濃度等による勾配の相違を判断することが可能である。即ち、誤差量、勾配、波幅の間には相関関係が成立すると言える。このため、波幅の相違によって修正量を変更することができる。
具体的には、同一種類のマークごとに、例えばマークの濃度を変化させつつ、マークの現実位置と検出位置との誤差量と、信号波の波幅との対応関係を例えば実験から求めておく。そして、受光信号S1の信号波の波幅の相違を判断し、その判断結果に対応する誤差量を上記対応関係から抽出し、当該誤差量を相殺するように修正量を変更するのである。
更に、本実施形態では、信号波の波幅と修正量との間には比例関係が成立するものとみなし、メモリの一例としてのNVRAM43には、図8に示すように、各マーク種類別に比例係数α(例えばマーク種類と比例係数との対応関係テーブル)が記憶されている。例えば、第1検出用パターンP1のブラックマーク50Kについての修正量は、「比例係数αK1」×「ブラックマーク50Kに対応する信号波の波幅」として求められる。
なお、本実施形態では、第1検出用パターンP1のマーク50と、第3検出用パターンP3のマーク63とは形状及び大きさが同じなので、同じマーク種類に属するものとし、比例係数も同じものとしている。また、第2検出用パターンP2のマーク対62を構成する2つのマーク61,61同士は、形状が異なるが、主走査方向に沿った直線に対して線対称であるから、それぞれに対応する信号波の勾配、波幅は同じであると考えられる。このため、両マーク61,61同士は同じマーク種類に属するものとし、比例係数も同じものとしている。
なお、本実施形態では、上述したように、CPU40は、アナログ信号としての受光信号S1ではなく、二値化信号S2を受ける構成なので、CPU40は、信号波の勾配を把握することはできないが、二値化信号S2のパルス幅から、信号波の波幅を把握することはできる。従って、波幅に基づき修正量を変更する上記方法は、本実施形態の構成において特に有意義である。
(補正処理)
上記各種の補正処理は、例えば、プリンタ1の電源投入直後や、前回の補正処理の実行時から所定時間経過するか、または所定枚数のシート材3に対して画像形成を行った場合など、所定の条件が満たされた場合に、CPU40の制御により実行される。
(1)色ずれ補正処理
図9は、第1色ずれ補正処理及び第2色ずれ補正処理を示すフローチャートである。以下、第1色ずれ補正処理を例に挙げて説明する。CPU40は、まずS10で、例えばNVRAM43に記憶されている第1検出用パターンP1を形成するためのデータ(本発明の「マークの形成処理に関する情報」の一例)を、画像形成部20に与えて、当該画像形成部20にベルト13上への第1検出用パターンP1の形成動作を開始させる。そして、S20で所定の取得開始時点を基準に、パターンセンサ15からの二値化信号S2を取得し始める。また、二値化信号S2のパルス波の立上りエッジ及び立下りエッジに基づき各マーク50の位置を検出する。このとき、CPU40は本発明の「検出部」として機能する。
S30では、二値化信号S2に基づき、各パルス波(受光信号S1の信号波)に対応するマーク50が、どのマーク種類に属するかを認識する。具体的には、CPU40は、第1検出用パターンP1を形成するための上記データから、当該第1検出用パターンP1の先頭からの各順位のマーク50がどの色であるか(どのマーク種類に属するか)を把握し、また、上記取得開始時点から、二値化信号S2に含まれるパルス波に順位付けをする。そして、各パルス波は、同一順位のマーク50に対応するものとし、そのマーク50の色によってマーク種類を識別する。このとき、CPU40は本発明の「認識部」として機能する。
更に、CPU40は、上記認識処理の中で次の判別処理も実行する。判別処理では、各パルス波のパルス幅に基づき、当該各パルス幅が有彩色のマーク50に対応するものか、無彩色のマーク50に対応するものかを判別する。上述したように、パルス幅は、受光信号S1の信号波の波幅に相当し、その波幅は、特にマーク50の色が有彩色か無彩色かで大きく異なる。前述したように両色間では光反射率が特に大きく異なるからである。このため、パルス幅に基づき上記判別処理が可能になる。このとき本発明の「判別部」として機能する。
そして、CPU40は、各パルス波について、第1検出用パターンP1を形成するためのデータに基づく認識結果と、上記判別処理による判別結果とを照合する。例えば、ベルト13上にゴミや埃等が付着することにより、受光信号S1に、マークに対応しないノイズ波が混入することがある。そうすると、例えば、あるパルス波について、認識結果が無彩色である一方で、判別結果が有彩色であるなど、両結果が矛盾することになるため、このことをもって、例えばエラー処理を実行する。このエラー処理では、例えば表示部45にエラーメッセージ等を表示させたり、所定パターンで点灯させたり、エラー信号を外部機器に出力したりする。
S40では、上記認識処理にて認識した各マーク種類ごとに、当該マーク種類に属するパルス波群について、波幅の平均値を算出する。次に、S50で、各マーク種類ごとに、上記S20で検出したマーク50の検出位置と現実位置との誤差を修正するための修正量を求める。具体的には、各マーク種類ごとに、当該マーク種類に対応する比例係数αを、マーク種類と比例係数との上記対応関係テーブルから抽出し、その抽出した比例係数αに波幅の平均値を乗算して修正量を求める。要するに、同一マーク種類に属するマーク50の検出位置は、それらの波幅の平均値に基づく共通の修正量により修正される。これにより、マークごとに個別に修正量を変更する構成に比べて、簡単な処理で色ずれ補正を行うことが可能である。このとき、CPU40は本発明の「修正部」として機能する。
図7の例であれば、ブラックマーク50Kの検出位置が、修正量(=「αK1」×「ブラックマーク50K群の波幅の平均値」)に基づき位置OK'からほぼ現実位置OKに修正され、イエローマーク50Yの検出位置が、修正量(=「αY1」×「イエローマーク50Y群の波幅の平均値」)に基づき位置OY'からほぼ現実位置OYに修正される。
S60では、修正後のマーク検出位置に基づき、各組ごとに、基準色マーク50Kと調整色マーク50Y〜50Cとの相対距離を求める。この相対距離は、上記マーク検出位置の修正により、マーク50同士の現実位置間における正規の相対距離に修正される。例えば図7の例では、両マーク50K、50Yの相対距離は距離L2から正規の距離L1に修正される。全ての組における相対距離の平均値を算出し、その平均値に応じた副走査ずれ量に、NVRAM43内の記憶内容を書き換え更新し、本補正処理を終了する。これにより、マーク50の検出位置と現実位置との誤差を抑制し、色ずれ補正を精度よく行うことができる。このとき、CPU40は本発明の「第1補正部」として機能する。
(2)ライン間隔補正処理
図10は、ライン間隔補正処理を示すフローチャートである。CPU40は、まずS70で、例えばNVRAM43に記憶されている第3検出用パターンP3を形成するためのデータを、画像形成部20に与えて、当該画像形成部20にベルト13上への第3検出用パターンP3の形成動作を開始させる。そして、S80で所定の取得開始時点を基準に、パターンセンサ15からの二値化信号S2を取得し始める。また、二値化信号S2のパルス波の立上りエッジ及び立下りエッジに基づき各マーク63の位置を検出する。
S90では、図9のS30と同様、二値化信号S2に基づき、各パルス波(受光信号S1の信号波)に対応するマーク63が、どのマーク種類に属するかを認識する。但し、本ライン間隔補正処理では、各マーク種類ごとに、全マーク63における波幅の平均値の算出(図9のS40)を行わずにS100に進む。ライン間隔補正処理では、各マークの位置を個別に把握することが必須であり、各マークごとに、検出位置と現実位置との誤差を個別に把握することが好ましいからである。なお、例えば各マークの位置について、それと隣り合うマークを含む所定数ずつのマークについて波幅の平均値を算出し、その平均値に応じて修正量を変更する構成であれば適用可能である。
S100では、各マーク種類の各マーク63ごとに、上記S80で検出されたマーク63の検出位置と現実位置との誤差を修正するための修正量を求める。具体的には、各マーク種類ごとに、当該マーク種類に対応する比例係数αを、マーク種類と比例係数との上記対応関係テーブルから抽出する。そして、同じマーク種類に属する各マーク63ごとに、上記比例係数αに当該マークの波幅を乗算して修正量を求める。そして、各マーク63の検出位置が、個別の修正量によってほぼ現実位置に修正される。
S110では、各マーク63の修正後の検出位置ごとに形成ラインずれ量を算出し、NVRAM43内の記憶内容を書き換え更新し、本補正処理を終了する。これにより、マーク63の検出位置と現実位置との誤差を抑制し、形成ライン間隔の補正を精度よく行うことができる。このとき、CPU40は本発明の「第2補正部」として機能する。
(本実施形態の効果)
(1)本実施形態によれば、マークに対応する信号波の波形が異なれば、それに応じてマークの検出位置と現実位置との間の誤差量も異なることに鑑み、マークの検出位置を、当該マークに対応する信号波の波形の相違に応じた修正量により修正することで、検出位置とマークの現実位置との誤差を抑制するようにした。
ここで、従来より、マークごとの信号波の波形の相違を相殺するように、各マーク上のトナーの付着量(トナーの濃度)を、副走査方向において両端から中間方向にかけて段階的に増加させて形成する構成(特許文献1参照)がある。しかし、この構成では、マークごとに濃度を調整する必要があり、制御負担を考慮すると好ましいとは言えない。これに対して、本実施形態では、濃度調整を要することなく、上記従来の構成とは別の手段により、マークの検出位置と現実位置との誤差を抑制することが可能である。
更に、上記従来の構成では、各マークの濃度を、設計値通りに調整する必要があるが、上述したように、そのような濃度調整は実際には困難であり、結局、マークの検出位置と現実位置との誤差を効果的に抑制できないおそれがある。そこで、従来の構成に加えて、本実施形態を適用することにより、濃度誤差による影響を抑えて、マークの検出位置と現実位置との誤差を効果的に抑制することが可能になる。
(2)マークの検出位置と現実位置との誤差を生じさせる波形の相違は、マークの色、形状や大きさの相違による影響が特に大きいと考えられる。そこで、本実施形態では、マークの形成処理に関する情報に基づき、受光信号S1に含まれる信号波がどのマークに対応するかを認識する構成を採用することにより、比較的簡単な方法で波形の相違を判断するようにした。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。特に、各実施形態の構成要素のうち、最上位の発明の構成要素以外の構成要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。
(1)上記実施形態では、マークの位置を、マーク検出用閾値VMを横切る2つのタイミングの中心時点に対応する位置として検出したが、本発明の「検出部」はこれに限られない。中心時点以外の他の中間時点に対応する位置であってもよい。
)上記実施形態では、マーク種類ごとの修正量を、更に、各マークの信号波の波形に応じて変更する構成としたが、本発明の「修正部」はこれに限られない。マーク種類ごとに修正量を固定値としてもよい。このような構成であっても、間接的ではあるが、マークの形成処理に関する情報に基づき波形の相違を判断しており、本発明に含まれる。但し、上記実施形態の構成であれば、マークの濃度ばらつき等による影響をも抑制できる。
)上記実施形態では、マーク種類ごとに、修正量と信号波の波幅との比例係数を固定値としたが、本発明はこれに限られない。例えば、信号波の波幅(または、勾配、波高値)を、その大きさに応じて複数に区分し、各区分によって異なる比例係数としてもよい。図7からも分かるように、信号波の勾配は変化している。従って、より厳密に修正量を変更するには、例えば、信号波の波幅を複数に区分し、波幅が小さい区分ほど、小さい比例係数α(傾きが緩やかな比例関係)を利用することが好ましい。
また、上記実施形態とは異なり、比例係数を利用しない構成であってもよい。例えば、信号波の波幅と、マークの検出位置と現実位置との実測値に対応する修正量との対応関係テーブルをNVRAM43に記憶し、当該対応関係テーブルから、各マークの検出位置に対する修正量を抽出する構成であってもよい。
)上記実施形態において、修正量(比例係数α)を、ケーシング2内の温度に応じて変更するようにしてもよい。特に上記実施形態のように、ローパスフィルタ60を介して受光信号S1を出力する構成では、マークの検出位置と現実位置との誤差量変化は、特にローパスフィルタ60の時定数に大きく影響を受ける。そして、この時定数は環境温度によって変動する。そこで、図2の点線で示すように、ケーシング2内の温度に応じた測定信号をCPU40に送る温度センサ47(例えばサーミスタから構成)を設けて、比例係数αを、ローパスフィルタ60の時定数と、温度センサ47による検出温度とに基づき変更することが好ましい。上記実施形態であれば、検出温度の上昇に応じて、比例係数αを小さくする。
)上記実施形態では、マークの色が異なればマーク種類は別としたが、本発明の「認識部」はこれに限られない。例えば無彩色のブラックに比べて、有彩色のイエロー、マゼンタ、シアンの信号波同士の波形は近似する。従って、形状や大きさが同じで、色が有彩色のマークは同じマーク種類に属するものとし、比例係数を共通化する構成であってもよい。
)上記実施形態では、カラープリンタを例に挙げて説明したが、本発明の「画像形成装置」はこれに限られない。単色の画像のみを形成するプリンタ(例えばモノクロプリンタ)であってもよい。また、LED露光に限らず、他の発光素子やレーザ光源等を利用する他の電子写真方式や、インクジェット方式の画像形成装置であってもよい。
)上記実施形態では、いわゆる直接転写方式の画像形成装置において、シート材3を搬送するベルト13上にマークを形成することにより、マークの位置検出を行う構成としたが、本発明の「担持体」はこれに限られない。たとえば中間転写方式の画像形成装置において、形成部により中間転写ベルト上にマークを形成するものであってもよい。
本発明の一実施形態に係るプリンタの概略構成を示す側断面図 プリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図 パターン検出センサの回路構成を示す図 第1検出用パターンを示す図 第2検出用パターンを示す図 第3検出用パターンを示す図 ブラックのマーク及びイエローのマークのベルト上の位置と、ノイズ低減後の受光信号の信号波との関係を示す図 マーク種類と比例係数との対応関係を示す図 色ずれ補正処理を示すフローチャート ライン間隔補正処理を示すフローチャート
1・・・プリンタ(画像形成装置)
13・・・ベルト(担持体)
20・・・画像形成部(形成部)
15A・・・投光回路(投光部)
15B・・・受光回路(受光部)
47・・・温度センサ
60・・・ローパスフィルタ
50,61,63・・・マーク
40・・・CPU(検出部、認識部、判別部、修正部、第1補正部、第2補正部)
S1・・・受光信号

Claims (8)

  1. 担持体上にマークを形成する形成部と、
    前記担持体上に光を照射する投光部と、
    前記担持体表面及び前記マークからの反射光を受光し、その受光量に応じた受光信号を出力する受光部と、
    前記担持体上における前記マークの位置を、前記受光信号に含まれ前記マークに対応する1つの信号波に基づき検出する検出部と、
    前記検出部により検出されたマークの検出位置と現実位置との誤差を抑制するように、前記検出位置を、当該マークに対応する前記信号波と閾値との2つの交差タイミングの時間差である波幅の相違に対応する修正量により修正する修正部と、を備える画像形成装置。
  2. 請求項1に記載の画像形成装置であって、
    前記形成部は複数備えられ、各々の形成部が、形状、大きさ、色のいずれか1つが互いに異なる種類のマークを形成可能な構成とされ、
    前記形成部による前記マークの形成処理に関する情報に基づき、前記受光信号に含まれる信号波が、どの種類のマークに対応するかを認識する認識部を備え、
    前記修正部は、前記波幅の相違を、当該信号波に対応するマークについて前記認識部で認識された種類に基づき判断する、画像形成装置。
  3. 請求項2に記載の画像形成装置であって、
    前記複数の形成部には、有彩色のマークを形成するものと、無彩色のマークを形成するものとが含まれ、
    前記受光信号の信号波の勾配、波幅、波高値の少なくともいずれか1つに基づき、当該信号波が前記有彩色のマークに対応するのか、前記無彩色のマークに対応するのかを判別する判別部を備え、
    前記認識部は、前記形成処理に関する情報に加えて、前記判別部の判定結果に基づき前記信号波がどの種類のマークに対応するかを認識する構成である、画像形成装置。
  4. 有彩色のマークを形成するものと、無彩色のマークを形成するものとが含まれる複数の形成部であって、各々の前記形成部が、形状、大きさ、色のいずれか1つが互いに異なる種類のマークを担持体上に形成する複数の形成部と、
    前記担持体上に光を照射する投光部と、
    前記担持体表面及び前記マークからの反射光を受光し、その受光量に応じた受光信号を出力する受光部と、
    前記担持体上における前記マークの位置を、前記受光信号に含まれ前記マークに対応する1つの信号波に基づき検出する検出部と、
    前記受光信号の信号波の勾配、波幅、波高値の少なくともいずれか1つに基づき、当該信号波が前記有彩色のマークに対応するのか、前記無彩色のマークに対応するのかを判別する判別部と、
    前記形成部による前記マークの形成処理に関する情報、及び、前記判別部の判定結果に基づき、前記受光信号に含まれる信号波が、どの種類のマークに対応するかを認識する認識部と、
    前記マークに対応する前記信号波の波幅の相違を、当該信号波に対応するマークについて前記認識部で認識された種類に基づき判断し、前記検出部により検出されたマークの検出位置と現実位置との誤差を抑制するように、前記検出位置を、前記波幅の相違に対応する修正量により修正する修正部と、を備える画像形成装置。
  5. 請求項2から4のいずれか一項に記載の画像形成装置であって、
    前記修正部は、前記認識部にて同じ種類のマークに対応すると認識された信号波同士であっても、当該各信号波の波幅の相違に応じて前記修正量を変更する構成である、画像形成装置。
  6. 請求項2からのいずれか一項に記載の画像形成装置であって、
    互いに異なる形成部により形成された複数のマークの検出位置に基づき、両形成部の画像形成位置の間における相対位置を補正する色ずれ補正処理を行う第1補正部を備え、
    前記修正部は、前記色ずれ補正処理の実行時には、前記認識部にて同じ種類のマークに対応すると認識された信号波同士であっても、波幅における平均値に応じた修正量により前記検出位置を修正する構成である、画像形成装置。
  7. 請求項2からのいずれか一項に記載の画像形成装置であって、
    同一の形成部により形成された複数のマークの検出位置に基づき、当該形成部における画像形成位置同士の相対位置を補正する形成間隔補正処理を行う第2補正部を備え、
    前記修正部は、前記形成間隔補正処理の実行時には、前記認識部にて同じ種類のマークに対応すると認識された信号波同士であっても、同じ種類の複数のマークを検出したときの複数の信号波の波幅の相違に応じて個別に修正量を変更する構成である、画像形成装置。
  8. 請求項1〜のいずれか一項に記載の画像形成装置であって、
    前記マークセンサは、ローパスフィルタを有し、前記受光信号を、前記ローパスフィルタを介して出力する構成であり、
    前記画像形成装置内の温度を検出する温度センサを備え、
    前記修正部は、前記修正量を、前記温度センサによる検出温度に基づき変更する、画像形成装置。
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