JP4904006B2 - 残留トナー密度を判別する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、不均一な帯状の印刷品質欠陥を補正するためのフィードバック制御ループを実現する手法に関する。本発明は、また、アレイセンサや点状センサを用い帯状欠陥や印刷動作における転写効率を計測する手法に関する。

バンド或いはバンディングと称される帯状欠陥は、複写プロセスや印刷プロセスにて広く生じうる画像品質欠陥である。帯状欠陥とは、プロセス方向（スロースキャン方向）における一次元的な（トナー）密度変動により、画像上に現れる周期的な欠陥のことを言う。この種の画像品質欠陥、即ち周期的帯状欠陥の例を、図１に示す。こういった帯状欠陥は、電子写真サブシステムにおける様々な欠陥、例えば現像ロールやフォトレセプタドラムにおけるランアウト（消尽乃至滅損）、レーザＲＯＳ（raster optical scanner:ラスタ光学スキャナ）を構成するポリゴンミラーにおけるがたつきや動揺、フォトレセプタモーションにおける周期的変動等によって、生じうる。また、こういったパラメータに対する印刷品質の感度、感受性乃至敏感度は他の要因にも依存している。例えば、現像ロールのランアウトに対する画像品質の感度は、半導体的磁気ブラシ現像における現像剤の加齢に、大きく依存している。帯状欠陥という問題に対しては、通常、機械的設計乃至構造に着目した対策、例えば現像ロールのランアウトについて厳しい許容公差を設定・維持するといった対策が施される他、オープンループ動作による対策等も施される。

更に、帯状欠陥を軽減する手段として、フィードバック制御も導入されている。フィードバック制御という手法によって問題解決にアプローチすることにより、使用コンポーネントにおける許容公差を緩和すること或いは許容公差が緩いコンポーネントを使用することが可能になり、ひいてはＵＭＣ（unit machine cost:単位マシンコスト）が低減される。また、コントローラの構成を、製品毎に容易に調整できる。更に、フィードバック制御は、現像剤素材変質・変化等のサブシステム変動に対して、本質的にロバスト性である。反面、このアプローチにも決定的な短所乃至欠点がある。それは、帯状欠陥が図１に示すようにクロスプロセス方向において均一である、と仮定乃至前提していることである。

実際の帯状欠陥は、通常、クロスプロセス方向において不均一である。特に、現像ロールにランアウトが生じると、不均一帯状欠陥が生じやすい。ここで、ランアウト時における現像ロールの典型的外形を図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに、またこれらのランアウト時外形又はその組合せにより生じる不均一帯状欠陥を図３ａ、図３ｂ及び図３ｃに、それぞれ例示する。図３ａ、図３ｂ及び図３ｃ中、ｘはクロスプロセス方向（の位置）でありｙはプロセス方向（の位置）である。対比例として考えるに、先に述べた均一帯状欠陥における密度変動は、プロセス方向位置ｙについてのみ周期性を示す関数である。即ち、プロセス方向位置ｙを任意値にて固定しｘ方向即ちクロスプロセス方向に沿って調べると、均一帯状欠陥における密度は一定値である。しかしながら、かかる密度変動パターン（図３ａ参照）は、現像ロールが“ふくらみ”を帯びるのみにとどまっている場合、即ち図２ａに示すようにロール主軸に直交する断面における形状が真円からはずれてはいるけれどもそれ以外の変形乃至形状不正はない、という場合にしか、生じない。帯状欠陥が不均一である、ということは、密度変動が、プロセス方向位置ｙの周期的関数であるにとどまらず、クロスプロセス方向位置ｘの関数でもある、ということである。図３ｂ及び図３ｃに示したのは、かかる不均一帯状欠陥の例である。特に、図３ｂに示されているのは、図２ｂの如くロールが“弓なり”になっている場合に生じる帯状欠陥であり、図３ｃに示されているのは、図２ｃに示した“錐台化”が図２ａに示した“ふくらみ”と併存している場合に生じる帯状欠陥である。これらの帯状欠陥における密度変動を、プロセス方向位置ｙを固定しクロスプロセス方向位置ｘを変化させて調べると、定性的には、図４中の直線乃至曲線にて示されるような傾向があることがわかる。この図の横軸はクロスプロセス方向位置ｘであり、縦軸は各ｘ値におけるＤＭＡ（developed average mass:平均現像密度）値である。また、帯状欠陥における密度変動を、クロスプロセス方向位置ｘを固定しプロセス方向位置ｙを変化させて調べると、その帯状欠陥が均一であるか不均一であるかを問わず、図５に示すような傾向があることがわかる（横軸：プロセス方向位置ｙ、縦軸：各ｙ値におけるＤＭＡ乃至密度）。図中実線で示されている波状曲線は、ｙ方向に沿った密度変動の定性的傾向乃至主成分を表している。

印刷及び複写動作にて生じる問題としては、更に、高周波帯状欠陥という問題もある。高周波帯状欠陥とは、プロセス方向に沿い山と谷とが密に現れるという印刷結果変調のことを指している。山と谷とが非常に密に現れているため、その光輝スポットの直径が数ｍｍ程度にもなるＴＡＣ（toner area coverage:トナーエリアカバレージ）センサでは、山と谷とを弁別して検出乃至認識することができない。こういった高周波帯状欠陥の主要原因としては例えばレーザＲＯＳにおける欠陥を掲げることができ、また、レーザＲＯＳにおける欠陥としては、回転に伴うＲＯＳポリゴンミラーのがたつきや動揺、ファセット反射率における変動、マルチビームＲＯＳにおける配置乃至整列誤差等を、掲げることができる。他のサブシステムにおける欠陥乃至現象、例えばハイブリッドスカベンジレス現像におけるワイヤ振動等も、高周波帯状欠陥の素因となりうる。従って、高周波帯状欠陥又はそれに結びつく欠陥乃至現象を排除するには、システム及びサブシステムを高精度で製造しなければならず、これは高コスト化につながっていた。

印刷及び複写動作における印刷品質に関連した問題としては、フォトレセプタ又は中間ベルトから画像担持媒体例えば紙へのトナー像の転写が不完全である、という問題もある。即ち、トナーのうち幾分かがフォトレセプタに対し強く貼り付いていること、低荷電のトナーが存在していること、空気絶縁破壊が生じること等、様々な原因によって、フォトレセプタから中間転写ベルト或いは紙への転写や、中間転写ベルトから紙への転写が、不完全となりうる。トナー転写効率が１００％から大きくはずれてしまうと、最終的に得られる画像におけるトナー密度が変わってくる。その画像が多色画像であるならば、トナー密度における変化は色のシフトとなって現れるであろう。そこで、今日におけるプリンタは、こういった転写欠陥を招く外部ノイズ変動に対してある程度の許容度を持つよう、設計されている。しかしながら、かかる設計によって、コスト増も生じている。

仮に画像品質変化発生前に転写効率変化を検出できるのであれば、上述の許容幅確保設計とは別のアプローチとして、転写サブシステムにおける複数の設定点を調整して転写効率を高く保つ、というアプローチを採用できる。一般的に言えば、転写効率を恒常的に監視しながら当該転写効率を制御すること、しかもそれを、電子写真プロセス中で発生する各種ノイズの存否に依らず当該電子写真プロセスを通じて実行することは、可能である。しかしながら、これを実行に移すには、残留トナー密度について敏感な即ち感度のよい計測を行うことができなければならない。フォトレセプタ上に存するトナー密度を検知するためのセンサとしては、現在、一般にＴＡＣセンサと称される従来型のセンサが知られており、このセンサによれば、フォトレセプタ上に存するトナーからの反射光について、その変化を監視することができる。しかしながら、覆っているトナーが少ないエリア（軽被覆エリア）については、ＴＡＣセンサでは十分正確な監視を行えない。これは、例えばフォトレセプタ面構造や光輝源における変動やフォトレセプタ上の汚濁といった、様々なノイズ源からくるノイズによって、フォトレセプタにおける背景信号がドリフトしているためである。このドリフトは、残留トナーによる軽被覆エリアによって引き起こされる様々な小規模変化に比べて“支配的”な変化、即ちより大きな変化をもたらすものであるから、かかるドリフトが生じていると軽被覆エリアが検出されずに残ることとなってしまう。

通常、フォトレセプタの完全被覆時におけるトナー密度は０．５ｍｇ／ｃｍ²を下回る値である。この１／１００に当たる０．００５ｍｇ／ｃｍ²を下回る極軽被覆エリアについて、当該エリアに存するトナーを検知できるようにすることは、電子写真プロセス中における欠陥存否診断を実現実行する上で、重要なことである。他方、微量のトナーを検知する手法としては、粒子計数という手法が知られている。この手法においては、フォトレセプタ面中の小領域が、トナー粒子を見分けることができる倍率での顕微鏡的検査に、供される。即ち、まずその領域内に存するトナー粒子の個数が、マニュアルで、或いはディジタル処理ソフトウエアを用いて自動的に、計数される。次に、その面上に存するトナーの密度が、既知のトナー（素材）密度及びトナー粒子寸法、即ちトナー粒子質量を用いて、推定される。しかしながら、この手法はいかにも時間浪費的であり、プリンタを構成する制御システム内に組み込むことはできない。

上述した各種の問題点及び欠点に鑑み、本願においては、本発明の実施形態として、画像形成乃至印刷プロセスにて使用される受容部材上における帯状欠陥を制御するフィードバック制御方法及びシステムを開示する。この方法及びシステムにおいては、受容部材上におけるトナー密度を判別するステップと、トナー密度判別結果即ちトナー密度計測値を基準トナー密度値と比較することにより受容部材上における帯状欠陥の程度乃至量を自動判別するステップと、基準トナー密度値に対するトナー密度計測値の比較結果に基づきトナー密度を自動調整するステップと、を実行する。

本願においては、更に、本発明の実施形態として、電子写真マーキング装置上で実行される帯状欠陥判別方法及びシステムを開示する。この方法及びシステムにおいては、テストパターンを少なくとも１個発生させるステップと、この少なくとも１個のテストパターンから画像を形成するステップと、フォトレセプタ上の光学センサ群からこの画像形成中に得られた信号を判別するステップと、画像形成中に得られた信号を処理するステップと、この信号処理の結果に基づき帯状欠陥の程度乃至量を判別するステップと、を実行する。

また、本願においては、本発明の実施形態として、受容部材上における残留トナー密度を判別する方法及びシステムを開示する。この方法及びシステムにおいては、テストパターンを１個又は複数個発生させるステップと、この１個又は複数個のテストパターンを受容部材から転写媒体へと転写するステップと、受容部材上の光学センサ群からこの転写後に得られたセンサ信号を判別するステップと、このセンサ信号を処理するステップと、この信号処理の結果に基づき残留トナー密度を判別するステップと、を実行する。

そして、本願においては、本発明の実施形態として、電子写真マーキング装置を開示する。この装置は、アレイ型センサ及び点状センサ群のうち少なくとも一方と、少なくとも１個の電気機械アクチュエータ又は少なくとも１個の露光アクチュエータと、入力装置と、コントローラと、を備える。

以下、本発明の各種実施形態に係るシステム及び方法について詳細に説明する。この説明によって、本発明の構成要件及び利点が明白又は自明になるであろう。

本発明の各実施形態においては、これまで論議してきた不均一帯状欠陥問題への対策として、クローズドループ制御という戦略が採用される。各実施形態における不均一帯状欠陥軽減手法は、まず受容部材上に現像されている画像における不均一帯状欠陥を各種のセンサを用いて検知判別し、そして印刷パラメータを変化させてこの欠陥を排除する、というものである。ここでいう受容部材とは、フォトレセプタ、中間ベルト、紙シート等のことである。また、各実施形態にて帯状欠陥の判別に使用できるセンサとしては、ＴＡＣセンサや並列化ＥＴＡＣ（拡張ＴＡＣ）センサ等の点状センサの他、ＦＷＡ（full-width array:全幅アレイ）センサ等のアレイ型センサがある。

各実施形態におけるセンサは、フィードバック制御ループを用いて電気機械アクチュエータ及び露光アクチュエータを起動乃至作動させる。ここでいう電気機械アクチュエータとしては例えば現像ロール電圧Ｖ_dev（ｔ）を掲げることができ、露光アクチュエータとしては例えばＬＥＤ乃至ＲＯＳ強度ＲＯＳ（ｘ，ｔ）を掲げることができる（ｘ：クロスプロセス方向座標値、ｔ：時刻）。より詳細には、各実施形態においては、現像電圧を粗アクチュエータとして用いて帯状欠陥中の平均レベル分を除去し、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度を微細アクチュエータとして用いて帯状欠陥中の不均一部分を除去する。

典型的な現像ハウジングにおいては、現像ロール電圧Ｖ_devを時間の関数としてしか、即ちプロセス方向位置の関数としてしか調整できず、クロスプロセス方向位置において現像ロール電圧Ｖ_devを変化させることはできない。従って、均一帯状欠陥に対してであれば現像ロール電圧の調整が有効であり、それによってプロセス方向沿いの帯状欠陥をその幾分かでも除去することができる。例えば、現像ロール電圧Ｖ_devを調整することで、図１中の暗線部分をより明るくすることができる。このように、現像ロール電圧は、均一帯状欠陥に対する一次元アクチュエータとして機能しうる。

これに対して、各実施形態においては、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度について、クロスプロセス方向沿い調整（スキャンライン内調整）及びプロセス方向沿い調整（スキャンライン間調整）を共に行うことができる。即ち、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度を調整することにより、均一帯状欠陥のみならず、図３ｂや図３ｃに示したタイプの不均一帯状欠陥をも、除去することができる。

更に、現像ロール電圧とＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度とを併用すれば、クローズドループ制御時における制御レンジがより広くなる。これは、現像ロール電圧とＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度とが、現像動作に対して相互補完的に作用するためである。従って、まず現像ロール電圧Ｖ_devを用いて均一帯状欠陥分のうち幾分かを除去し、次いでＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度を用いて均一帯状欠陥分及び不均一帯状欠陥分を除去するようにすれば、例えば、ＲＯＳ強度（電圧）乃至ＬＥＤ強度に係るアクチュエータのみを作動させたときに生じうる他種の偽象を除去抑制すること、具体的には中間階調相互作用、ハイライト−シャドウ効果等を除去抑制することが、可能である。このように現像ロール電圧とＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度とをアクチュエータとして併用する“複数変数アプローチ”によれば、更に、印刷品質性能だけでなく外乱除去性能やコンポーネント設計上の許容幅乃至寛容度をも含む複数の指標に関し、最適化する機会を増やすことができる。

図６ａ及び図６ｂに、現像された画像における不均一帯状欠陥を検知するための（光学）ポテンシャルセンサについて、その配置及び構成の例を示す。なかでも図６ａに示されている実施形態においては、フォトレセプタベルト乃至ドラムや中間ベルト乃至ドラムといった構成要素乃至受容部材１３０に対し、そのクロスプロセス方向ｘに沿って、複数個の点状光学センサ１１０（図中の１、２、３に相当）が分散配置されている。なお、図中の英文は「画像に対する点状光学センサの位置」の意である。

これらの光学センサは例えば複数個のＥＴＡＣセンサによって或いはこれらを用いて実現することができる。複数個の点状光学センサを用いる実施形態においては、受容部材１３０上にクロスプロセス方向ｘに沿って離散的に配置された有限個の点状光学センサ１１０にてトナー密度の検知計測を行い、次いでその結果に補間処理を施すことによりクロスプロセス方向ｘ沿いの他の位置におけるトナー密度を推定する、という手順によって、不均一帯状欠陥の検知計測を行うことができる。更に、プロセス方向ｙに沿い規則的な間隔でこの手順による計測を繰り返せば、帯状欠陥の出現周期乃至頻度を評価するに足る情報を得ることができる。

先にも述べたように、帯状欠陥の種別が異なると、クロスプロセス方向に沿った密度変動振幅は図４に示されるように互いに異なる傾向となる。着目すべきことに、図４に示したグラフは、クロスプロセス方向密度変動振幅をｘの二次関数によりモデル化できることを、示唆している（ｘ：クロスプロセス方向位置乃至距離）。複数個の点状光学センサを使用する実施形態に関しこのようなモデル化条件に基づき考察を行うと、当該二次関数を画定する係数群を推定するためのデータを得るのに必要なセンサ個数例えばＥＴＡＣセンサの個数が、最低３個であることがわかる。この考察結果を反映して、図６ａ中には、ＥＴＡＣセンサ等の点状光学センサ１１０を３個配置する場合のその位置の例を、三角マークで示してある。

図６ｂに示されている実施形態においては、不均一帯状欠陥を検知するためのセンサとしてＦＷＡセンサ１２０等のアレイ型センサを用い、このセンサにおける画素位置がクロスプロセス方向ｘに沿うように、構成要素１４０に対し配置している。ここでいう構成要素１４０とは、例えばフォトレセプタや中間ベルトや印刷紙片である。点状光学センサを用いる実施形態に対してＦＷＡセンサ等のアレイ型センサを用いる実施形態が有している利点の一つは、クロスプロセス方向ｘにおけるトナー密度計測点をより多数にすることができること、ひいては補間誤差が生じない又は生じにくいこと、従って不均一帯状欠陥分が厳密には二次関数モデルからずれている場合でも当該ずれによる誤差を抑えられること、である。なお、図中の英文は「画像に対するＦＷＡセンサの位置」の意である。

図７に、各実施形態に係るフィードバック制御機構の原理的構成乃至トポロジを示す。この制御機構においては、コントローラ２１０が、帯状欠陥レベルを検出しその結果に基づき現像サブシステムに対しコマンド２４０及び２５０を発行している。コマンドのうち２４０は、ｔ及びｘの関数であるＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度ＲＯＳ（ｔ，ｘ）を制御するためのコマンドであり、２５０は、ｔの関数である現像ロール電圧Ｖ_dev（ｔ）或いはＴ_DCV（ｔ）を制御するためのコマンドである（ｔ：時刻乃至プロセス方向位置、ｘ：クロスプロセス方向位置）。センサ（群）２３０は、現像サブシステムが外乱を受けつつ現像した画像からＤＭＡ値２７０を検出し、帯状欠陥レベル検出のためコントローラ２１０にフィードバックしている。このフィードバック信号即ちＤＭＡ検出値は、ｔ及びｘ_iの関数ＤＭＡ（ｔ，ｘ_i）として表すことができる。ｔは時刻、ｘ_iは離散化されたクロスプロセス方向位置であり、添え字のｉは、ＥＴＡＣセンサ等の点状光学センサを複数個用いる実施形態では各点状光学センサ又はその位置を個別に特定する番号、またＦＷＡセンサ等のアレイ型センサを用いる実施形態ではそのセンサにおける画素位置を特定する番号である。また、コントローラ２１０には、更に、ＤＭＡ（ｔ，ｘ_i）の目標値Ｔ_DMAが供給されている（２６０）。

本発明の各実施形態においては、フィードバック制御型のシステム構成乃至制御手順によって、粗アクチュエータ及び微細アクチュエータによる帯状欠陥除去を実行している。即ち、現像ロール電圧Ｖ_dev（ｔ）に係るコマンド２５０を粗アクチュエータとして用い、プロセス方向における帯状欠陥レベル即ち均一帯状欠陥レベルを平均的に抑え、そしてＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度ＲＯＳ（ｔ，ｘ）に係るコマンド２４０を微細アクチュエータとして用い、均一帯状欠陥及び不均一帯状欠陥双方を除去している。各実施形態においては、かかる手法による帯状欠陥除去を実行するため、クロスプロセス方向ｘ沿いの１個の特定センサ位置乃至特定画素位置における帯状欠陥が打ち消されるよう、現像ロール電圧Ｖ_dev（ｔ）を選択してコマンド２５０を発行している。また、各実施形態におけるＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度ＲＯＳ（ｔ，ｘ）に係るコマンド２４０は、番号乃至位置ｉについて一般形で表すと、
(数１)
ＲＯＳ（ｔ，ｘ_i）＝Ｃ（Ｔ_DMA，ＤＭＡ（ｔ，ｘ_i），Ｖ_dev（ｔ））
となる。この式中、Ｃ（・）はコントローラ２１０により施される処理を表している。センサ間位置乃至画素間位置におけるＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度ＲＯＳ（ｔ，ｘ）は、次の式
(数２）
ＲＯＳ（ｔ，ｘ）＝θ^T（ｔ）ｆ（ｘ）
に示すように、補間処理により得ることができる。この式中、θはプロセス方向位置の関数として表されるであろう未知係数によるｐ次元ベクトル、ｆは補間用基礎関数を表すｐ次元ベクトル、Ｔは転置操作を表す記号である。

補間処理の典型例は、次の式
（数３）
ＲＯＳ（ｔ，ｘ）＝（θ₁＋θ₂ｘ＋θ₃ｘ²）＊α＊Ｖ_dev（ｔ）
により表すことができる。この式は、数２中のベクトルθ（ｔ）及び基礎関数ｆ（ｘ）を、
（数４）
θ（ｔ）＝［θ１ θ２ θ３］^T＊α＊Ｖ_dev（ｔ）
ｆ（ｘ）＝［１ ｘ ｘ²］^T
の如く定めたものに相当する。また、コマンド２５０に係る現像ロール電圧Ｖ_dev（ｔ）の単位とコマンド２４０に係るＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度ＲＯＳ（ｔ，ｘ）の単位とが違うものであることから、これらの式では、その違いを埋め合わせるべくスケーリング係数αが導入されている。更に、読み取れるように、この例では、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度ＲＯＳ（ｔ，ｘ）に係るコマンド２４０が、コマンド２５０に係る現像ロール電圧Ｖ_dev（ｔ）の変化に応じて変化する。即ち、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度ＲＯＳ（ｔ，ｘ）に係るコマンド２４０には、コマンド２５０に係る現像ロール電圧Ｖ_dev（ｔ）によって、周期的なスキャンライン間変動が現れることとなる。それだけでなく、数３として示した補間式は括弧でくくられたｘの二次式を含んでいるから、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度ＲＯＳ（ｔ，ｘ）に係るコマンド２４０にはスキャンライン内変動も現れ、その傾向は先に図４に示した何れかの密度変動パターンになる。即ち、本例にて基礎関数ｆ（ｘ）を上述のように選択しているのは、図４に示した密度変動パターンを捕捉できるようにするためである。もし、他の密度変動パターン、例えばより込み入った密度変動パターンを捕捉したいのであれば、基礎関数を変えればよい。

注記すべきことに、数４においては、θにおけるｔ依存性が、コマンド２５０に係るスケーリングされた現像ロール電圧Ｖ_dev（ｔ）に由来している。残りの未知数θ_s（ｓ＝１，２，３）は、そのマシン内にて確認実験を行って推定することができる。この確認実験においては、例えば、テストパターンを現像しその場にて上述の検出手法による計測を行い、その結果得られたデータに対して単純な最小自乗当てはめを行うことにより、θ_sの推定値を得ることができる。

数３に示した補間手法を実現する際には、フィードバック制御則として、例えば次の式
（数５）
ＲＯＳ（ｋＮ，ｘ_i）＝ＲＯＳ（（ｋ−１）Ｎ，ｘ_i）＋Ｋⁱ _ROS＊（Ｔ_DMA−ＤＭＡ（（ｋ−１）Ｎ，ｘ_i））
により表されるものを使用すればよい。この式中、Ｎはサンプリング周期、ｋは時刻を表す番号（離散化された時刻）、Ｋⁱ _ROSはコントローラ２１０におけるゲインである。このゲインは、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度に係るコマンド２４０の更新に当たってそのコマンド２４０の値がどの程度変化するかを、ＤＭＡ検出値とその目標値Ｔ_DMAとの差に応じて決定づけている。

図８は、各パラメータを決定更新しつつフィードバックループによる制御を実行する手法の一例を示すフローチャートである。各実施形態における制御は、帯状欠陥に対し感応的と見られるテストパターンについて実行される確認実験例えば現像ロール電圧Ｖ_devに係る均一中間階調値の決定実験の結果に基づきθ_sを生成乃至決定するステップと、数３を用いてＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度を初期決定するステップと、数５を用いてＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度及び現像ロール電圧Ｖ_devの値（又はその変化分）を更新するステップと、各センサ位置又は画素位置について計算済みの新たなＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度値を用いてその補間値を更新するステップとを、主としてコントローラ２１０により実行している。

図８に示す処理はステップＳ１００にて始まりステップＳ１１０へと進む。ステップＳ１１０においては、数２〜数４に示した上述のパラメータθ_sが、既知のパターンを用いて現像ロール電圧Ｖ_devやＦＷＡ信号（或いは一般にセンサ（群）２３０の出力）を取得すること（「テストパターン計測」）により、認識・画定される。テストパターン計測を行ったら、例えば、計測結果データに対し最小自乗当てはめを行いパラメータθ_sの推定値を得る。これにより数１〜数４が画定される。ステップＳ１１０にてパラメータθ_sが認識・画定されると、次いで、制御動作はステップＳ１２０へと続く。

ステップＳ１２０においては、現像ロール電圧Ｖ_devとＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度とが双方とも初期設定され、画像が形成される。しかる後、制御動作はステップＳ１３０へと移行する。ステップＳ１３０においては、相異なるセンサ位置乃至画素位置にてＤＭＡ値が計測される。次いで、制御動作はステップＳ１４０へと続く。

ステップＳ１４０においては、コントローラ２１０は、帯状欠陥の程度乃至量が多大であるか否かを判別する。ここで、製品ユーザは、通常、本来密度が均一であるはずのエリアに帯状欠陥が現れていることを見たとき、不快感を覚えるであろう。ステップＳ１４０で判別される“多大”な帯状欠陥とは、通常の製品ユーザが不快感を訴えるような帯状欠陥のことである。ステップＳ１４０にて帯状欠陥が多大であると判別された場合、制御動作はステップＳ１５０へと続く。ステップＳ１５０においては、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度と現像ロール電圧Ｖ_devとが、設定される。即ち、検知判別される帯状欠陥の程度乃至量が減少方向へと向かうよう、ＲＯＳ強度乃至ＬＥＤ強度と現像ロール電圧Ｖ_devが更新される。ステップＳ１５０実行後は、制御動作はステップＳ１３０へと戻り、相異なるセンサ位置乃至画素位置におけるＤＭＡ計測値取得が実行される。

ステップＳ１４０にて帯状欠陥が多大でないと判別された場合は、制御動作はステップＳ１３０へと戻る。ステップＳ１３０ではＤＭＡ値計測が行われる。ステップＳ１４０においては、コントローラ２１０は、再び、帯状欠陥の程度乃至量が多大であるか否かを判別する。

各実施形態における上述のフィードバックループ制御を利用すれば、フォトレセプタや中間ベルトや印刷紙片上におけるわずかな残留トナー密度を計測することができる。即ち、各実施形態は、トナー密度判別方法の実施形態でもあり得る。

本発明の実施形態のうちＥＴＡＣセンサ（他種の点状光学センサでも同様）を用いる実施形態においては、面上残留トナー密度計測が、トナーにより引き起こされる反射光変動をＥＴＡＣセンサからの信号即ちＥＴＡＣ信号に基づき監視することにより、実行される。ＥＴＡＣ信号には、計測ノイズと計測対象面の構造によるノイズとを併含するノイズが重畳しており、こうしたノイズは、通常、検知可能トナー密度に下限をもたらし、未転写トナー検知における用途を制限する。また、ＥＴＡＣセンサ等の光学センサは、単一波長光によってまたある角度を以てフォトレセプタ面を照らす。これに応答して生じる反射光には、通常、フォトレセプタ上の鏡面によって生じる反射信号の他、残留トナー等によって生じる拡散信号が含まれている。ＥＴＡＣセンサ等の光学センサは、これら反射信号及び拡散信号を共に検知する。通常のフォトレセプタ面は鏡面であるため、その面上にトナー層即ちでこぼこな層があれば、その分、反射信号の振幅が減って拡散信号の振幅が増すこととなる。

残留トナー密度計測における感度を向上させるため、本発明のある実施形態群においては、一連のパッチから構成されるテストパターンを用いている。この種のテストパターンの例３００を図９に示す。図示したテストパターン３００はそれぞれ所定長を有する一連のパッチから構成されており、これらのパッチはフォトレセプタ３５０上に所定間隔で現像され紙３１０上に転写される。図中、３２０は、フォトレセプタ３５０から紙３１０への転写により紙３１０上に形成されたパッチ即ち転写パッチであり、３３０は、転写後にフォトレセプタ３５０上に残留しているパッチ状部分即ち残留パッチである。ＥＴＡＣセンサ等の点状光学センサ３４０は、残留パッチ３３０から転写後残留トナーを計測する。即ち、転写が１００％達成されているのでない限り、フォトレセプタ３５０上に配置されている点状光学センサ３４０はこの残留パッチ３３０を検知でき、応答信号を発することができる。残留パッチ３３０に対する点状光学センサ３４０の応答信号は、例えばＥＴＡＣセンサであるところの当該点状光学センサ３４０の出力信号として、また各種ノイズが重畳した形で、出力される。

即ち、図９においては、受容部材（例えばフォトレセプタ）上に一連のパッチが現像され、これらのパッチが、転写部材乃至転写媒体（例えば中間ベルト）上に或いは直接的に画像担持媒体（例えば紙）上に、転写されている。転写が不完全である限り、受容部材上には残留パッチが現れる。残留パッチの経路上に配置されている点状光学センサは、この残留パッチを検知し、残留パッチの存在及び性状に応じて応答信号を発する。

図１０に、ＥＴＡＣ反射参照信号の一例を示す。ＥＴＡＣ反射参照信号とは、ＥＴＡＣ信号中に含まれる応答信号を展開し、プロセス方向位置の関数として表したものである。図１０に示す信号にはかなりのノイズ分が含まれているが、それと同時に周期的変動分も含まれている。即ち、転写が１００％達成されているのでない限り、テストパターンを構成するパッチの到来周期乃至頻度に相応した周期的変動が、ノイズに重畳して現れてくる。いわゆる当業者であれば、本発明におけるこの変動の振幅を、各種信号処理によって抽出することができるであろう。

周期的変動分の振幅を抽出する手法としては、第１に、上掲の信号をフーリエ変換し、既知の周波数（パッチ到来頻度）におけるピーク振幅を抽出する、という手法がある。第２の手法としては、上掲の信号をパッチエリアについて平均化する一方パッチ間エリアについても平均化する、という手法がある。パッチエリアについての平均化結果とパッチ間エリアについての平均化結果との間の相違分は、残留トナー密度に比例している。

本実施形態によれば、約０．５ｍｇ／ｃｍ³から約０．００５ｍｇ／ｃｍ³に亘る範囲について、残留トナー密度をＥＴＡＣ信号（又はこれに代わる他種の点状光学センサからの信号）を用い検知することができる。なお、０．５ｍｇ／ｃｍ³は通常のフォトレセプタにおける完全被覆時のトナー密度よりも大きい。０．００５ｍｇ／ｃｍ³はその１／１００に当たる。

図１１に、本発明の各実施形態におけるＥＴＡＣ信号（或いは他種の点状光学センサからの信号）について、そのフーリエ変換結果を示す（横軸：プロセス方向空間周波数、縦軸：振幅）。図中、ピークとなっている周波数はパッチ到来頻度を表す空間周波数である。例えば、プロセス方向におけるパッチの長さ及び配置間隔がそれぞれ約１．２８ｃｍである場合、当該空間周波数は約０．０３９サイクル／ｍｍとなる。

また、この空間周波数、即ちパッチによりもたらされた空間周波数におけるフーリエ変換結果の振幅は、残留トナー密度に比例している。他の信号処理技術を用いた場合にも、同様に、残留トナー密度を示す結果を得ることができる。

残留トナー密度計測における感度向上に利用されるテストパターンの他の例４００を、図１２に示す。図１２に示した例においては、一組の相平行な直線よりなるテストパターン４００を、フォトレセプタ等の受容部材４５０上に現像し、それらの平行線を、転写部材乃至転写媒体（中間ベルト等）或いは画像担持媒体（紙等）等の部材４１０上へと、転写している。受容部材４５０から紙等の部材４１０上への転写が不完全に行われると、紙等の部材４１０上に平行線画像４２０が形成される一方で受容部材４５０上にも平行線画像４３０が残留する。この残留平行線画像４３０の経路上に例えばＦＷＡセンサ等のアレイセンサ乃至アレイイメージャ（或いは他種のアレイ型光学センサ）４４０を配置しておけば、このセンサ４４０によってかすかな残留平行線画像４３０を捕捉することができる。

ＦＷＡセンサ等のアレイセンサ４４０から得られる信号（以下「ＦＷＡ信号」）は、周波数及び時間の双方に対し変動する信号である。周波数及び時間双方を縦横各軸にとって（即ち周波数及び時間を空間乃至位置に変換して）表すと、図１３ａに示すようなパターンが現れる。ＦＷＡ信号から得られるこのパターン即ちＦＷＡパターンをフーリエ変換すると、図１３ｂに示すような波形が得られる。この波形からは、図１３ａに示したＦＷＡパターン上における変動、特に既知の（空間）周波数における変動振幅を、判別することができる。

即ち、ＦＷＡ信号から得られるフーリエ変換演算結果（図１３ｂ参照）から既知の（空間）周波数における帯状欠陥型変動ピークの振幅を得ることができるため、ＦＷＡセンサ等のセンサ４４０における校正の結果に基づいて、残留トナー密度即ち部分被覆量を計算することができる。受容部材上の模擬残留トナー密度画像（残留トナー密度画像を模して形成した画像）をアレイセンサにより捕捉したものを図１４ａに、またそれを二次元フーリエ変換した結果を図１４ｂに、それぞれ示す。図１４ｂ中、○で括った点は、帯状欠陥に係る変動周波数及び振幅を表している。

図１５は、本発明の各実施形態における残留トナー密度判別方法、特にＥＴＡＣセンサ群を用いて例えばプリンタ内制御要素で実行される方法を示すフローチャートである。ここでは使用するセンサ群としてＥＴＡＣセンサ群を例示しているが、他種の点状光学センサ群等によって同様乃至類似の方法を実施することもできる。この図に示す方法はステップＳ２００にて始まり、ステップＳ２１０へと続いている。ステップＳ２１０においては、所定のＥＴＡＣ信号が所定の密度に対応するようＥＴＡＣ信号とトナー密度との対応関係を定めるべく、即ち後に使用する校正曲線を定めるべく、ＥＴＡＣセンサ群が校正される。

校正後においては、フーリエ逆変換結果から抽出されるＥＴＡＣ信号即ち（ＥＴＡＣ）信号の平均ピークトゥピーク振幅と、ＥＴＡＣ信号に関する校正情報例えば校正曲線とが、比較される。これにより、非常にわずかなトナー密度を精密に計測判別可能になる。

例えば、本発明の実施形態のうちＥＴＡＣセンサを使用するある実施形態において、ＥＴＡＣセンサ（群）を校正することにより、２．１Ｖという電圧スイング値（振幅のピークトゥピーク値）が達成されたとする。これは、フォトレセプタ上のトナー密度で言えば０．１３４ｍｇ／ｃｍ³に相当する。更に、この例において、ＥＴＡＣ計測結果における平均ピークトゥピーク振幅が０．０６２５Ｖであったとする。上掲の電圧スイング値からすると、この０．０６２５Ｖという信号値は、フォトレセプタ上の残留トナー密度（未転写トナー密度）でいえば、０．００３９９ｍｇ／ｃｍ³に相当している。従って、非常にわずかなトナー密度を計測できると言える。また、未転写トナー密度がわかることから、転写トナー密度に対する未転写トナー密度の比として与えられるべき転写効率を、計算することができる。この手法は、効率的なトナー転写効率計算手法である。

ステップＳ２１０における校正が終了すると、制御動作はステップＳ２２０へと進む。ステップＳ２２０においては、所定の長さを有する一連のパッチが所定間隔で現像される。パッチの長さは例えば約１．２５ｃｍ、間隔は約１．２５ｃｍである。続くステップＳ２３０においては、フォトレセプタから紙へとパッチが転写される。ステップＳ２３０における転写が終了すると、制御動作はステップＳ２４０へと進む。

ステップＳ２４０においては、転写パッチがＥＴＡＣセンサ（群）の下を通るのと並行してＥＴＡＣセンサ（群）によるフォトレセプタの計測が行われる。ステップＳ２４０におけるこの計測によって得られるＥＴＡＣ信号は、パッチから読み取った残留トナー密度即ち残留トナー密度計測値を表している。ステップＳ２４０におけるこの監視動作が終了すると、制御動作はステップＳ２５０へと進む。

ステップＳ２５０においては、計測によって得られたＥＴＡＣ信号を対象としてフーリエ変換が実行される。これによって、パッチからの信号をノイズから分離弁別することができる。ステップＳ２５０にてフーリエ変換を実行した後は、制御動作はステップＳ２６０へと進む。

ステップＳ２６０においては、ステップＳ２５０におけるフーリエ変換計算結果から、平均ピークトゥピーク振幅が判別される。平均ピークトゥピーク振幅判別後は、制御動作はステップＳ２７０へと進む。ステップＳ２７０においては、ＥＴＡＣ信号値と残留トナー密度との対応関係を示す校正曲線を用いて、残留トナー密度が計算される。ステップＳ２７０にて残留トナー密度が計算されると、制御動作はステップＳ２８０に進む。ステップＳ２８０においては、図示した手法による残留トナー密度計測乃至判別動作が終了される。

翻って、アレイセンサによれば、ＥＴＡＣセンサ（群）に比べて感度よく、受容部材上におけるトナー被覆エリア特にわずかなトナーによる被覆エリアを、判別及び計測できる。また、同一トナー密度の同一テストパターンを計測対象とする場合、アレイセンサは、ＥＴＡＣセンサ（群）に比べ、より微小な被覆エリアを検知計測できる。本発明には、こういったアレイセンサを用いてわずかな残留トナー密度を判別計測する実施形態が包含される。

また、アレイセンサは、反射モードでも拡散モードでも動作させることができる。反射モードにおいては、アレイセンサは、通常、フォトレセプタ本体に対しては高レベルの応答信号を、またフォトレセプタ上のトナーに対しては低レベルの応答信号を、発生させる。

図１６は、本発明の各実施形態における残留トナー密度判別方法、特にフォトレセプタ上等における残留トナー密度をアレイセンサ（アレイイメージャ）を用いて計測乃至判別する方法を示すフローチャートであり、この方法は例えばプリンタ内制御要素により実行される。この図に示す方法はステップＳ３００にて始まりステップＳ３１０へと続いており、ステップＳ３１０ではテストパターンが生成される。本実施形態におけるテストパターンは、プロセス方向に対してやや斜めに交わっている細かな斜線群から、構成されている。線の幅及び角度については最適な値があり得るが、これは画像形成条件に応じて変わるものであるから、高い精度が得られるよう選択されるべきである。次のステップＳ３２０においては、テストパターンが紙に転写される。ステップＳ３２０における転写が終了すると、ステップＳ３３０において、残留テストパターン画像、即ちフォトレセプタ上に残留している幾分かのトナーによる画像が、アレイイメージャ例えばＦＷＡ等のアレイセンサにより捕捉される。残留トナー密度が少ない場合、このアレイセンサにより得られる画像はセンサノイズに埋もれてしまうが、センサ信号に二次元フーリエ変換を施せば、テストパターンにおける波動ベクトルのピークを検知することができる（ステップＳ３４０）。また、この二次元フーリエ変換の結果には、通常、ｘ軸及びｙ軸双方に沿い、信号よりも高レベルのノイズが現れるが、幅の狭い斜線により構成されたテストパターンを用いること、特にプロセス方向に対してその斜線に角度を付けることによって、フーリエ変換空間におけるピークをｘ軸からはずし、計測感度を高めることができる。この手法即ちフーリエ変換による手法に代わる手法としては、既知周波数に係る正弦波及び余弦波についてコンボリューションを求め、それらの自乗和たる振幅を計算する、という手法がある。何れの手法にしろ、計算乃至検知した振幅は残留トナー密度に比例しており、残留トナー密度を求める処理はステップＳ３５０にて行われる。この残留トナー密度判別処理は、例えば、アレイセンサにより捕捉された残留トナー画像の処理結果を、校正により得られた測度に照らすことにより、行われる。最後に、本実施形態に係る残留トナー密度判別方法はステップＳ３６０にて終了する。

図１７に、模擬残留トナーによる部分被覆量に対するＦＷＡセンサ信号の展開例を示す。

上述した実施形態に係る方法によれば、転写後に残っているトナーがどのようなトナー密度であってもそれを精密に判別決定し更には制御することができ、ひいては印刷装置における転写効率を決定及び制御することができるのみならず、帯状欠陥を計測及び補正することができる。

上述した各実施形態によれば、残留トナー密度判別結果に基づき印刷パラメータを調整して転写後残留トナー密度を低減し又は当該残留トナーをなくす残留トナー密度制御が、可能になる。

本発明によれば、フィードバックループを用い転写効率を高レベルに維持する、という制御が可能である。これは、上述した手法によって非常に低レベルの残留トナー密度を検知可能になっているためである。更に、特定の周波数（群）を抽出するためにフーリエ変換を用いる例を示したが、より効率的なディジタル信号処理技術を用いて信号抽出を行うことも可能である。

転写効率はカラープリンタにおける色のシフト乃至ドリフトを左右するものであるから、本発明の好適な実施形態の如く、フィードループ制御の一部として転写効率の高精度計測を行うことにより、フォトレセプタ上の残留トナー密度を監視して色のシフト乃至ドリフトを制御することが可能になる。

均一帯状欠陥を例示する図である。 ランアウト時における現像ロールの典型的な外形例を示す図である。 ランアウト時における現像ロールの典型的な外形例を示す図である。 ランアウト時における現像ロールの典型的な外形例を示す図である。 図２ａに示したランアウト時現像ロール外形にて生じる帯状欠陥の態様を示す図である。 図２ｂに示したランアウト時現像ロール外形にて生じる帯状欠陥の態様を示す図である。 図２ｃに示したランアウト時現像ロール外形が図２ａに示したランアウト時現像ロール外形と併存している場合に生じる帯状欠陥の態様を示す図である。 図３ａ〜図３ｃに示した各種帯状欠陥におけるクロスプロセス方向密度変動振幅を示す図である。 均一帯状欠陥におけるプロセス方向密度変動例を示す図である（不均一帯状欠陥でも同様の傾向である）。 不均一帯状欠陥を計測するための（光学）ポテンシャルセンサの配置例を示す図である（図中の英文は「画像に対する点状光学センサの位置」の意である）。 不均一帯状欠陥を計測するための（光学）ポテンシャルセンサの配置例を示す図である（図中の英文は「画像に対するＦＷＡセンサの位置」の意である）。 画像内帯状欠陥を除去するためのフィードバックループ制御回路乃至原理を例示する図である。 帯状欠陥制御用フィードバックループによる制御をそのパラメータを決定更新しつつ実行する手法の一例を示すフローチャートである。 一連のパッチを受容部材上に現像しそのパッチを転写部材乃至転写媒体或いは画像担持媒体へと転写する動作を示す図である。 ＥＴＡＣ反射参照信号をプロセス方向位置の関数として示す展開図である。 ＥＴＡＣ信号のフーリエ変換結果をプロセス方向空間周波数の関数として示す図である。 一組の相平行な直線を受容部材上に現像しそれらの平行線を転写部材乃至転写媒体或いは画像担持媒体へと転写する動作を示す図である。 ＦＷＡセンサ出力中に現れる帯状欠陥パターンの例を示す図である。 図１３ａに示した帯状欠陥パターンのフーリエ変換結果を示す図である。 受容部材上に模擬的に形成した残留トナー密度画像をアレイセンサにより捕捉して得られる画像を示す図である。 図１４ａに示した画像の二次元フーリエ変換結果を示す図である。 ＥＴＡＣセンサ群を用いた残留トナー密度判別方法の一例を示すフローチャートである。 アレイセンサ（アレイイメージャ）を用いた残留トナー密度判別方法の一例を示すフローチャートである。 模擬残留トナーによる部分被覆量に対するＦＷＡセンサ信号の展開例を示す図である。

Claims (4)

1. 受容部材上における残留トナー密度を判別する方法であって、
   同一トナー濃度の複数個のテストパターンを、予め定めた周期性で、印刷のプロセス方向に沿って受容部材上に形成するステップと、
   当該複数個のテストパターンを受容部材から転写媒体へと転写するステップと、
   当該複数個のテストパターンの転写後に、当該複数個のテストパターンからの反射光を検出するセンサ信号を判別するステップと、
   転写後に取得したセンサ信号にノイズと共に含まれる周期的変動について、前記予め定めた周期性で形成される複数個のテストパターンの到来周期に相応した周期的変動の振幅を抽出する処理を行うセンサ信号処理ステップと、
   センサ信号処理によって抽出された周期的変動の振幅を残留トナー密度を示すものとして、転写後に受容部材に残留する残留トナー密度を判別するステップと、
   を有する方法。
2. 受容部材上における残留トナー密度を判別する装置であって、
   受容部材からの反射光を検出する光学センサと、
   同一トナー濃度の複数個のテストパターンを、予め定めた周期性で、印刷のプロセス方向に沿って受容部材上に形成する手段と、
   当該複数個のテストパターンを受容部材から転写媒体へと転写する手段と、
   当該複数個のテストパターンの転写後に、当該複数個のテストパターンからの反射光を光学センサで検出し、検出されたセンサ信号を取得する手段と、
   転写後に取得したセンサ信号にノイズと共に含まれる周期的変動について、前記予め定めた周期性で形成される複数個のテストパターンの到来周期に相応した周期的変動の振幅を抽出する処理を行う手段と、
   センサ信号処理によって抽出された周期的変動の振幅を残留トナー密度を示すものとして、転写後に受容部材に残留する残留トナー密度を判別する手段と、
   を有する装置。
3. 請求項２に記載の装置において、
   光学センサは、
   印刷のプロセス方向に直交するクロスプロセス方向に沿って配置される少なくとも３個の点状光学センサであることを特徴とする装置。
4. 請求項２に記載の装置において、
   光学センサは、
   印刷のプロセス方向に直交するクロスプロセス方向に沿って画素位置が配置されるアレイ型センサであることを特徴とする装置。