JP4928148B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法に関し、特に、画像を像担持体上に形成する画像形成動作を行う画像形成装置及び画像形成方法に関する。
画像形成装置では、無端状の像担持体である中間転写ベルト上に各色の画像を順次形成することによりフルカラー画像を形成し、この中間転写ベルト上のフルカラー画像を記録紙に転写することにより印刷動作を行っている。
従来の画像形成装置では、中間転写ベルト上にトナーで位相マーク(レジストレーションマーク)を形成し、この位相マークを基準位置とすることで各色の画像を重畳させてフルカラー画像を中間転写ベルト上に形成している(例えば、特許文献1参照)。位相マークを使用することにより、フルカラー画像を構成する各色の画像のレジストレーションを合わせることができる。なお、レジストレーションマークを使用しないタイプの画像形成装置では、中間転写ベルト表面の1周分の位相情報を取得することにより、取得した位相情報から画像形成動作を開始する基準位置を決定している。
また、上記レジストレーションマークは、形成すべき画像の濃度や階調などの濃度特性情報を補正する際に、基準濃度パターンを有するパッチ画像の形成を開始するための基準位置としても使用することが可能である。なお、濃度特性情報の補正(カラーキャリブレーション)に関しては、例えば特許文献2,3に記載されている。
特開平11−295941号公報 特開2002−211083号公報 特開平07−036230号公報
しかしながら、上述したような画像形成装置では、中間転写ベルト上で上記基準位置を特定するまでに無端状の中間転写ベルトを空回転させる必要がある。その結果、画像形成動作開始の基準位置の特定に必要な時間の分だけダウンタイムが発生し、画像形成動作や上記カラーキャリブレーションを効率的に行うことができない。
また、中間転写ベルトには、回転や接触が原因でキズが付いたり、長期使用が原因で厚みの変動や伸縮が発生したりすることによりその物性に変化が生じる。これにより、画像形成動作開始の基準位置の特定が困難になるばかりか、フルカラー画像を構成する各色の画像のレジストレーションを合わせることも困難になる。この場合にもやはりダウンタイムが発生し、効率的に画像形成動作を行うことができない。
本発明の目的は、ダウンタイムの発生を抑制して画像形成動作などの処理を効率的に行うことができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、画像を像担持体上に形成する画像形成動作を行う画像形成装置において、前記像担持体の濃度を検知する像担持体濃度検知手段と、前記像担持体にレーザ光を照射する光照射手段と、前記像担持体の表面の少なくとも一部の領域によって反射した前記レーザ光の散乱光の光強度を検出する光強度検出手段と、前記一部の領域における前記検出した光強度の分布に関する光強度分布情報を取得する光強度分布情報取得手段と、前記光強度分布情報に基づいて前記像担持体の位相に関する位相情報を取得する位相情報取得手段と、前記取得した位相情報に含まれる所定の位相に同期して所定の処理を実行する処理手段とを備え、前記処理手段は、前記像担持体のブランク状態の色の濃さを示す下地濃度参照表を参照して前記像担持体に形成すべき画像の濃度及び階調の少なくとも一方から成る濃度特性情報を補正する濃度特性情報補正手段と、前記像担持体の同一位相アドレスにおける前記光分布情報の経時変化に基づいて前記下地濃度参照表を更新する下地濃度参照表更新手段とを含むことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の画像形成方法は、画像を像担持体上に形成する画像形成動作を行う画像形成方法において、前記像担持体の濃度を検知する像担持体濃度検知ステップと、前記像担持体にレーザ光を照射する光照射ステップと、前記像担持体の表面の少なくとも一部の領域によって反射した前記レーザ光の散乱光の光強度を検出する光強度検出ステップと、前記一部の領域における前記検出した光強度の分布に関する光強度分布情報を取得する光強度分布情報取得ステップと、前記光強度分布情報に基づいて前記像担持体の位相に関する位相情報を取得する位相情報取得ステップと、前記取得した位相情報に含まれる所定の位相に同期して所定の処理を実行する処理ステップとを有し、前記処理ステップは、前記像担持体のブランク状態の色の濃さを示す下地濃度参照表を参照して前記像担持体に形成すべき画像の濃度及び階調の少なくとも一方から成る濃度特性情報を補正する濃度特性情報補正ステップと、前記像担持体の同一位相アドレスにおける前記光分布情報の経時変化に基づいて前記下地濃度参照表を更新する下地濃度参照表更新ステップとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、像担持体に照射したレーザ光が反射した散乱光の光強度を検出し、検出した光強度に基づいてその光強度分布情報と像担持体の位相に関する位相情報とを取得し、取得した位相情報に含まれる所定の位相に同期して所定の処理を実行すると共に、像担持体のブランク状態の色の濃さを示す下地濃度参照表を参照して像担持体に形成すべき画像の濃度及び階調の少なくとも一方から成る濃度特性情報を補正し、且つ像担持体の同一位相アドレスにおける光分布情報の経時変化に基づいて下地濃度参照表を更新する。したがって、従来技術のようにレジストレーションマークを予め形成する必要がなくなるので、ダウンタイムの発生を抑制して画像形成動作などの処理を効率的に行うことができると共に、更新された下地濃度参照表に基づいて濃度特性情報を補正するので、補正所要時間を短縮して適正濃度の画像を安定に形成することができる
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る画像形成装置としての複写機の概略的な構成を示す断面図である。
図1に示すデジタルカラー複写機100は、6色までのフルカラーで画像形成を行うことが可能な画像形成装置である。複写機100は、原稿の画像をスキャンしてフルカラーの画像情報を取得するスキャナ部200と、スキャナ部200からの画像情報に対応する画像をシート材としての記録紙上に形成するプリンタ部300とを備える。また、スキャナ部200の上部には、複数の原稿から、スキャナ部200が読み取るべき原稿を自動的に交換する自動原稿送り装置(RDF:Recirculating Document Feeder)400が配設されている。
スキャナ部200には、表示画面を有する操作部4が配設されている。操作部4は、複写枚数の設定や、複写用紙としての記録紙の選択、排紙方法としてフェイスアップ排紙又はフェイスダウン排紙の選択をユーザが設定するためのものである。操作部4の表示画面には、複写機100内部でジャムなどのエラーが発生した場合にその旨が表示される。
プリンタ部300は、画像形成部20と、給紙部30と、中間転写部40と、定着部60と、図6で後述するCPU101(図1では不図示)とを備える。また、中間転写部40には、後述する図2の濃度センサ70と、後述する図6の位置センサ80とが配設されている。これらの各部は、CPU101により制御される。
以下、複写機100の各部について詳細に説明する。
画像形成部20は、像担持体としてのドラム型電子写真感光体(以下、「感光ドラム」という)感光ドラム21を備える。感光ドラム21は、回転自在にその中心で軸支されたアルミニウム製のドラム基体と、該ドラム基体を被覆する負帯電の有機感光体(organic photoreceptor:OPC)とから成り、光導電層を有する。感光ドラム21は、不図示の駆動モータによって図1の矢印Aの方向に回転駆動される。
また、感光ドラム21の外周面に対面するようにその回転方向に、コロナ帯電器22と、露光部23、ポリゴンミラー24a、及び折り返しミラー24bと、現像装置25と、クリーニング装置26とが配置されている。
コロナ帯電器22は、不図示の帯電バイアス電源から印加された帯電バイアスによって、感光ドラム21の表面が所定電位となるように感光ドラム21を負極性に帯電させる。次いで、露光部23は、スキャナ部200から受信した画像情報(画像信号)に応じて変調した波長のレーザ光を、折り返しミラー24bを介して照射することにより、感光ドラム21を露光してその表面に静電潜像を形成する。レーザ光のパワーは、露光部23の出力電流を切り替えることにより15段階に変更可能である。
現像装置25は、イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C),ブラック(Bk),第1及び第2のスポットカラーのトナー(現像剤)を収納したリボルバ式の回転現像装置から成る。現像装置25は、感光ドラム21の帯電極性(負極性)と同極性の現像バイアスが印加されており、この現像バイアスによって、各色のトナーを感光ドラム21に付着させて、上記静電潜像をフルカラーのトナー像として現像(可視像化)する。
以上示したプロセスにより、画像形成部20における画像形成動作が行われる。後述するように、フルカラーのトナー像は、図1に示す一次転写位置50において、中間転写部40の像担持体としての中間転写ベルト41上に一次転写される。
クリーニング装置26は、一次転写位置50とコロナ帯電器22の間において感光ドラム21に対面するように配置されており、フルカラーのトナー像の転写後に感光ドラム21上の残留トナーをクリーナブレードで回収して感光ドラム21の表面を清掃する。
中間転写部40の中間転写ベルト41は、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)、又はPVdF(ポリフッ化ビニリデン)から成る無端状のベルトである。中間転写ベルト41は、図1に示す一次転写位置50において感光ドラム21と対向し、二次転写位置55において給紙部30の給紙ガイド39上に設けられた二次転写ローラ42と対向する。この二次転写ローラ42は、トナーとは逆極性(正極性)の二次転写バイアスが印加されると共に、中間転写ベルト41を適度な圧力で押圧する。
一次転写位置50では、感光ドラム21上のフルカラーのトナー像が、トナーとは逆極性(正極性)の一次転写バイアスによる静電気力と中間転写ベルト41からの押圧力の作用により、中間転写ベルト41上に一次転写画像として一次転写される。一次転写された一次転写画像は、中間転写ベルト41により図1の矢印B方向(以下、「ベルト走行方向」という)に搬送される。一次転写画像は、後述するように、二次転写位置55において、給紙部30により搬送された記録紙上に二次転写される。
一次転写位置50と二次転写位置55の間において、一次転写位置50のベルト走行方向下流には、濃度センサ70と位置センサ80が中間転写ベルト41に対面するように設けられている(図3及び図4参照)。また、二次転写位置55と一次転写位置50の間において、二次転写位置55のベルト走行方向下流には、クリーニング装置43が中間転写ベルト41に対面するように配置されている。クリーニング装置43は、二次転写終了後に中間転写ベルト41上の残留トナーをクリーナブレードで回収して中間転写ベルト41の表面を清掃する。
給紙部30は、給紙段に収納されている記録紙Pを二次転写位置55へ向かって複数の引き抜きローラ対などを用いて1枚ずつ搬送するための搬送路を備える。搬送路は給紙ガイド35、及び,給紙ガイド35に接続された給紙ガイド39などによって画成されている。なお、給紙段としては、カセット31a,31b,31c,31dと、手差しトレイ32とがある。
また、給紙部30は、給紙ガイド39上に配設されたレジストレーションローラ対(以下、「レジストローラ」という)37及びレジスト前ローラ38を備える。レジストローラ37は、二次転写位置55の記録紙搬送方向上流において、画像形成部20の画像形成タイミング及び中間転写部40の一次転写画像の搬送タイミングに合わせて記録紙Pを二次転写位置55へ送り出すために必要な時間調整を行う。
レジストローラ37から二次転写位置55に送り出された記録紙P上には、中間転写部40の中間転写ベルト41により搬送された一次転写画像が二次転写される。
定着部60は、定着ローラ対61を用いて、記録紙Pの表面に転写済みのトナー像を永久像として熱定着させるための定着動作を行う。この際、定着ローラ対61は、ニップ部で、記録紙P及びトナー像に対して加熱及び加圧を行う。定着部60による定着動作が完了した記録紙Pは、複写機100の外部に排出される。
図2は、図1における濃度センサ70の構成を詳細に示すブロック図である。また、図3は、図2の斜視図であり、図4は、図2の上面図である。
図2において、濃度センサ70は、発光素子としてのLED74と、受光素子としてのフォトダイオード(PD)76,77とを備え、これらは、CPU101により制御される。LED74は、中間転写ベルト41の濃度センサ70が対面する表面の法線を基準にして照射角度45°で中間転写ベルト41に向かって光、例えば赤外光を照射する。PD76は、上記法線を基準にして受光角度−45°でLED74の赤外光の反射光を受光する。また、PD77は、上記法線上に配置されており、LED74の赤外光の反射光を受光する。
図2乃至図4に示すように、濃度センサ70を用いて各色のトナー濃度を試験的に検知するために、中間転写ベルト41上には、1群のトナー像(以下、「パッチ画像」という)71が形成される。パッチ画像71は、各色の階調補正カーブを補正可能な数の、例えば8つの互いに異なるトナー濃度(以下、「パッチ濃度」という)の画像が配列されたものである。なお、図3及び図4に示すパッチ画像71には、第1及び第2のスポットカラーのトナー像が含まれていないが、含まれていてもよい。
濃度センサ70のLED74がパッチ画像71に赤外光を照射すると、その反射光の正反射成分及び乱反射成分がPD76に入射する。また、PD77には反射光の乱反射成分のみが入射する。PD76,77は、それぞれ、受光した反射光の反射光量を測定し、これ2つの測定結果をCPU101に入力する。CPU101は、2つの測定結果から所定の演算を行うことにより、パッチ画像71を構成する各色のパッチ濃度を算出する。これにより、反射光の正反射成分の光量に影響を与える、パッチ画像71の下地である中間転写ベルト41表面の状態や、濃度センサ70及びパッチ画像71間の距離の変動の影響を除外して、パッチ濃度の検出精度を向上させることができる。また、これにより、反射光に乱反射成分をほとんど含まないブラックのトナー濃度の検出も可能となる。
続いて、上述したように検出されるパッチ濃度を用いた階調補正動作について説明する。この階調補正動作は、検出したパッチ濃度に基づいて各色のトナー濃度を補正することにより、一定のトナー濃度を維持すると共に、均一な階調性を維持するために実行される。
図5は、図1の複写機100によって実行される階調補正動作を示すフローチャートである。
なお、本処理は、記録紙Pに対する画像形成動作を実行する前に実行される。また、本処理を、複写機100の電源投入時、停止状態からの復帰時、所定枚数のプリント後、所定時間経過時、複写機100を使用する環境の変化を検出した時などの所定のタイミングで実行してもよい。
図5において、複写機100のCPU101は、階調補正動作を開始すると、まず、中間転写ベルト41の駆動を開始する(ステップS501)と共に、濃度センサ70のLED74を点灯する(ステップS502)。
続くステップS503では、後述する図10のパッチ画像形成動作を行うことにより、中間転写ベルト41上にパッチ画像71を形成する。続いて、濃度センサ70は、パッチ画像71のパッチ濃度を検知する(ステップS504)。
その後、中間転写ベルト41の駆動を停止する(ステップS505)と共に、濃度センサ70のLED74を消灯する(ステップS506)。
続くステップS507では、検知したパッチ濃度に基づいて各色の階調特性を算出し、この算出した階調特性に基づいて階調補正カーブを作成する(ステップS508)。このとき、現像装置25に収納されている各色のトナー濃度を補正するために予め作成されている濃度補正テーブルもパッチ濃度に基づいて補正される。その後、本階調補正動作を終了する。このようにして得られた階調補正カーブ及び濃度補正テーブルは、以降に実行される画像形成に使用される。
図5の階調補正動作によれば、パッチ濃度を検知して(ステップS504)、階調特性を算出し(ステップS507)、階調補正カーブ及び濃度補正テーブル(濃度特性情報)を得る(ステップS508)ので、色調の安定したカラー画像を提供することができる。
次に、図5の階調補正動作の際に実行される中間転写ベルト41の位相検知について説明する。
図6は、図1における位置センサ80及びその制御部の構成を詳細に示すブロック図である。
図6における位置センサ80は、図3及び図4に示したように、ベルト走行方向(矢印B方向)に直交する方向において濃度センサ70と隣接するように且つ中間転写ベルト41に対面するように配設されている。即ち、位置センサ80及び濃度センサ70は、ベルト走行方向に直交する方向において同一位置に配置されている。これにより、複写機100の断面空間の使用を最小限度にすることができる。
図6に示すように、位置センサ80は、発光素子としてのLED84と、受光素子としてのCCDセンサ86と、CCDセンサ86の受光面の前面に配置されたレンズ87とを備えると共に、これらを制御する制御部90に接続されている。制御部90は、CPU101に接続されており、位置センサ80はCPU101からの制御部90を介した制御信号に従って制御される。
LED84は、レーザドライバ(LD)83によって制御され、中間転写ベルト41の濃度センサ70が対面する表面の法線を基準にして照射角度45°で中間転写ベルト41に向かってコヒーレントなレーザ光を照射する。LED84から照射されるレーザ光は、中間転写ベルト41表面(照射面)におけるレーザ光のスポット(不図示)の直径(以下、「スポット径」という)が例えば10mmとなるように照射面の位置が調整されている。なお、スポット径を拡大するためにレンズなどを用いることが好ましい。また、スポットの形状は円形に限られることはなく、例えば略楕円形であってもよい。
CCDセンサ86は、CCDドライバ85によって制御され、上記法線を基準にして受光角度−45°でLED84のレーザ光の正反射光及び散乱光をその受光面で受光する。
ところで、中間転写ベルト41の表面には、微視的には多数の凹凸が形成されており、それら凹凸の状態(深さや間隔などの属性)はランダムである。このため、LED84からのレーザ光は、中間転写ベルト41表面で反射される際に凹凸状態に応じて散乱されて散乱光となる。散乱光は、レーザ光の照射面からCCDセンサ86の受光面まで自由空間伝達するが、その光路長が異なるので、光路長に応じて光強度Iに強め合いや弱め合い(光干渉)が生じている。CCDセンサ86は、このような光干渉が生じた光像、即ち受光面に形成された結像を中間転写ベルト41の照射面の画像(以下、「スポット画像」という)として撮像し、これを制御部90に入力する。
したがって、図6の位置センサ80は、中間転写ベルト41の照射面を被写体として撮影し、得られたスポット画像を光強度に応じた電気信号として取得する撮像装置として機能する。
図7は、図6の位置センサ80によって撮影された中間転写ベルト41のスポット画像の第1の例を示す図である。
図7に示す斑点模様状の画像(以下、「スペックル」という)700は、位置センサ80によって撮影された中間転写ベルト41のスポット画像であって、散乱光の明暗を示す光強度を所定の閾値で2値化した2次元データに対応する。なお、図7では、CCDセンサ86の画素が10×10のマトリックス状に示されている。
このスペックル700の斑点模様(スペックルパターン)は、上述したように、光干渉が生じたレーザ光の散乱光の光強度I、即ち、中間転写ベルト41の表面における凹凸状態を反映している。具体的には、中間転写ベルト41の凹凸が大きい(粗い)場合には、凸部に隣接する凹部(影になる部分)から受光した散乱光が閾値よりも暗くなる。なお、この散乱光が暗い位置は、図7のスペックル700においてスペックルパターンの色が薄い部分に対応する。一方、図7のスペックルパターンにおいて色が濃い部分は、散乱光が閾値よりも明るい位置に対応する。
以上のことから、図7のスペックル700は、中間転写ベルト41の表面に固有な凹凸状態を、散乱光の光強度の分布で反映したものと云える。なお、スペックル700は、散乱光の明暗を所定の閾値で2値化した2次元データであるとしたが、後述する図8(a),(b)に示すような散乱光の光強度Iを多値の2次元データとして扱ったものであってもよい。多値データを扱うことにより中間転写ベルト41のスポット画像の再現性を向上させることができる。
図6に戻り、制御部90は、AD変換部91と、AD変換部91に接続されたS/N解析部92と、S/N解析部92に接続された処理部93と、処理部93に接続されたメモリ部94と、処理部93に接続された入出力部(I/O)95とを備える。I/O95は、LD83、CCDドライバ85、及びCPU101に接続されている。
AD変換部91は、位置センサ80のCCDセンサ86に接続されており、CCDセンサ86から入力されたスポット画像に対応する電気信号をデジタル信号に変換する。S/N解析部92は、AD変換部91から入力されたデジタル信号を解析することにより、スポット画像の光強度の分布に関する光強度分布情報を取得する。メモリ部94は、S/N解析部92から入力された解析結果を示す解析データを格納する揮発性メモリと、制御プログラムを格納する不揮発性メモリとを内蔵する。処理部93は、メモリ部94の不揮発性メモリに格納されている制御プログラムの内容に従って、位置センサ80動作をI/O95を介して制御する。また、処理部93は、制御部90において取得した光強度分布情報はCPU101にも入力される。
以下、S/N解析部92が実行するデジタル信号の解析について説明する。
図8は、図6のCCDセンサ86によって検出された中間転写ベルト41の照射面からの散乱光の光強度Iを例示する図であり、図8(a)は、中間転写ベルト41の表面が比較的粗い第1の例を示し、図8(b)は、中間転写ベルト41の表面が比較的平滑である第2の例を示している。
図8(a),(b)において、横軸は、CCDセンサ86の全画素数Nの受光面に配置された画素の番号nを示しており、縦軸は、各画素において検出された光強度Iを示している。なお、光強度Iの値<I>は、CCDセンサ86の全画素で検出した光強度Iの平均値を示す平均光強度である。
図8(a)に示すように、中間転写ベルト41の照射面が比較的粗く、ざらついている場合には、CCDセンサ86によって検出される光強度Iの値は、画素番号nの値が変わると平均光強度<I>に対して大きく変動すると共に、ランダムなばらつきがあるように分布している。したがって、図8(a)に示すような光強度Iの分布(ばらつき)を示す光強度分布情報は、図7のスペックル700と同様に、中間転写ベルト41の表面に固有な凹凸状態を、散乱光の光強度の分布で反映したものと云える。
一方、図8(b)の光強度分布情報は、中間転写ベルト41の照射面が比較的平滑である場合を示しており、検出される光強度Iの値は、画素番号nの値が変わっても平均光強度<I>に対する変動が小さいが、ランダムなばらつきがあるように分布している。したがって、図8(b)の光強度分布情報も、中間転写ベルト41の表面に固有な凹凸状態を、散乱光の光強度の分布で反映したものと云える。
また、S/N解析部92は、図8(a)や図8(b)に示したような光強度分布情報に対応するデジタル信号を以下のように解析することによって中間転写ベルト41の照射面に固有の情報を数値として取得するように構成されている。
具体的には、S/N解析部92は、まず、例えばN個の画素のCCDセンサ86を構成する各画素の光強度Inの値から、全画素の光強度の平均値である平均光強度<I>(図8(a),(b)参照)の値を下記式1に基づいて算出する。
Figure 0004928148
次いで、平均光強度<I>の値を用いて、中間転写ベルト41のスポット画像におけるスペックルパターン全体における明暗差の大きさを示すコントラスト比(以下、「スペックルコントラスト」という)Scの値を下記式2に基づいて算出する。なお、式2におけるAは所定の定数である。
Figure 0004928148
このようにして算出されたスペックルコントラストScの値は、中間転写ベルト41の照射面における表面状態を反映しているため、中間転写ベルト41のスポット画像に固有の情報である。
なお、中間転写ベルト41のスポット画像に固有の情報は、スペックルコントラストScだけに限られることはなく、中間転写ベルト41の照射面の表面粗さの指標を表す数値、又は中間転写ベルト41の照射面の画像に対する画像解析によって取得可能な数値であればいかなる数値であってもよい。例えば、中間転写ベルト41のスポット画像のスペックルパターンの明暗差を周期として捉えるために、各画素の光強度をフーリエ変換することによって算出可能な画像周波数Fの値であってもよい。
また、図6の制御部90では、中間転写ベルト41の位置を示す位相情報を取得することも可能であり、以下、これについて説明する。
例えば、所定の初期処理(例えば、後述する下地濃度検知処理)の実行を開始したタイミングと同時に、中間転写ベルト41のスポット画像を取得し、そのスポット位置を示す位相情報として位相アドレスX1を設定する(図9参照)。無端状の中間転写ベルト41が1回転すると再度、位相アドレスX1でのスポット画像が取得されるので、位相アドレスX1を基準位置として中間転写ベルト41上の任意の位置の位相情報を取得することができる。なお、中間転写ベルト41が1回転する前後で位相アドレスX1でのスポット画像が同一であるか否かの判別は、スペックルのパターンマッチングを行うことで可能である。その結果、初期処理の後続処理(例えば、後述するパッチ画像形成処理)においても初期処理で設定した位相アドレスX1を基準位置とすることができる。換言すれば、各処理の実行開始を中間転写ベルト41の回転に応じた位相に同期させることができる。
これに対して、従来技術では、所定の初期処理を実行する前に中間転写ベルト上にレジストレーションマークを形成する必要があるだけでなく、この形成したレジストレーションマークを初期処理やその後続処理の基準位置を決定するために少なくとも1回検出する必要がある。
したがって、本発明では、所定の初期処理やその後続処理に用いることが可能な少なくとも1つの基準位置を中間転写ベルト41上に容易に設定することができるので、ダウンタイムの発生を抑制して初期処理を効率的に行うことができる。また、基準位置の設定にトナーを用いることがないので、コストを削減することができると共に、トナーによる中間転写ベルト41の汚れを回避することができる。さらには、任意のタイミングで基準位置を設定することができるので、従来のレジストレーションマークのように予め形成したものに比べて、中間転写ベルト41の厚みの変動や伸縮に伴う基準位置のズレの影響を実質的になくすことができる。
以上詳細に述べたように、図6の位置センサ80及びその制御部90によれば、中間転写ベルト41のスポット画像を取得しデジタル信号を解析するだけの簡単且つ安価な構成で、回転中の中間転写ベルト41の位相情報を取得することができる。
また、位置センサ80は小型のもので十分であるため、装置の大型化を招くことがなく、且つ従来の複写機などの画像形成装置に配置上の制約なく容易に組み込むことができる。
図9は、図1における中間転写ベルト41上の位相アドレスの配置を示す中間転写ベルトの斜視図である。
図9に示すように、複数の、例えば6つの位相アドレスX1〜X6を、中間転写ベルト41の照射面のスポット位置が中間転写ベルト41上において互いに等間隔であるように設定してもよい。この場合には、予め、位相アドレスX1〜X6に対応するスペックルやそのスペックルコントラストScの値を後述する図11(a)に示すように格納しておくことが好ましい。これにより、複数の位相アドレスを、上述した階調補正動作におけるパッチ画像71の形成動作やトナー像の画像形成動作、及び後述する下地濃度検知処理の基準位置として設定することができる。
以下、上記初期処理として画像形成動作を行った場合について詳述する。
図10は、図5のステップS503において実行される画像形成動作の詳細を示すフローチャートである。
図10において、まず、位置センサ80は、中間転写ベルト41の全周に亘ってその照射面を撮影可能であり、連続的に又は断続的に撮影した照射面の画像、即ちスペックルを取得して制御部90に入力する(ステップS601)。続くステップS602では、後述する図11(a),(b)に示すような参照表がメモリ部94の揮発性メモリ内にあるか否かを判別する。
ステップS602の判別の結果、参照表がないときは、濃度センサ70は、パッチ画像形成前の、即ちブランク状態の中間転写ベルト41の色の濃さを示す下地濃度を検知することを開始する(ステップS603)。このとき、後述する参照表の作成を開始する(ステップS604)と共に、下地濃度検知開始の基準位置として位相アドレスX1を設定する(ステップS605)。
図11は、図10のステップS604で作成される参照表を例示する図であり、図11(a)は、図9の位相アドレスX1〜X6とスペックルコントラストScとを関連付けた光強度分布参照表を示し、図11(b)は、図9の位相アドレスX1〜X6と下地である中間転写ベルト41の下地濃度とを関係付けた下地濃度参照表を示す。
本実施の形態では、図9に示すように、6つの位相アドレスX1,X2,X3,X4,X5,X6が設定される。上述したように、基準位置としての位相アドレスX1の設定はステップS605で行われる。一方、位相アドレスX2〜X6の設定は、中間転写ベルト41の全周の長さやベルト走行方向における走行速度に基づいた所定のタイミングで行われる。このとき、ステップS601のスペックル取得処理及びステップS603の下地濃度検知処理も並行して行われている。
ステップS601のスペックル取得処理で、制御部90に入力される複数のスペックルのうち、位相アドレスX1〜X6に対応するスペックルは、メモリ部94の揮発性メモリに格納される。また、S/N解析部92は、対応する電気信号を解析し、光強度分布情報として例えばスペックルコントラストSc1〜Sc6の値を取得する。このようにして取得したスペックルコントラストSc1〜Sc6の値を、位相アドレスX1〜X6及びそれに対応するスペックルに関連付けることにより、図11(a)に示す光強度分布参照表(テーブル)が作成される。作成された光強度分布参照表は、メモリ部94の揮発性メモリに格納される。
図11(a)の光強度分布参照表によれば、同一のスペックルコントラストScの値が取得されたときに、中間転写ベルト41上の位置を示す位相アドレスを特定することができる。
また、ステップS603の下地濃度検知処理で検知された下地濃度はCPU101に入力されている。この下地濃度は、図11(b)の参照表に示すように、位相アドレスX1〜X6をよりも細分化されている位相アドレスX101,X102,X103,…,X1FF,X201,X202,X203,…,X2FF,…,X6FFに関連付けられている。このようにして作成された下地濃度参照表(テーブル)は、メモリ部94の揮発性メモリに格納される。
ここで、図11(b)の位相アドレスX101,X201,X301,X401,X501,X601は、図11(a)の位相アドレスX1,X2,X3,X4,X5,X6に関連付けられている。具体的には、位相アドレスX101〜X601及び位相アドレスX1〜X6がそれぞれ中間転写ベルト41のベルト走行方向に直交する方向において同一位置を示すように関連付けられている。これは、濃度センサ70及び位置センサ80がベルト走行方向に直交する方向において同一位置に配置されていることに対応する。これにより、光強度参照表と下地濃度参照表とが位相アドレスで関連付けることができる。なお、位相アドレスX101〜X601と位相アドレスX1〜X6との関連付けは、濃度センサ70及び位置センサ80の配置に対応していればよい。
図11(b)の下地濃度参照表によれば、図11(a)の光強度分布参照表で特定された位相アドレスに対応する位相アドレスから、予め検知した中間転写ベルト41上の下地濃度を参照することができる。
図10に戻り、ステップS606では、図3及び図4に示したようなパッチ画像71の形成を行う。その後、図5の処理にリターンして、パッチ濃度の検出を行う(ステップS504)。なお、パッチ画像形成処理(ステップS606)及びパッチ濃度検知処理(ステップS504)は、ステップS605で設定した基準位置や位相アドレスに基づいて実行される。具体的には、パッチ画像71の中間転写ベルト41上での搬送方向における形成位置及びその長さが下地濃度参照表に登録された位相アドレスに関連付け可能に設定される。これにより、パッチ画像71の中間転写ベルト41上での位相アドレスからパッチ画像71の下地である中間転写ベルト41の下地濃度を参照することが容易となる。
また、ステップS602の判別の結果、光強度分布参照表及び下地濃度参照表が既に作成されているときは、基準位置を、例えば参照表の位相アドレスX1に設定し、ステップS606のパッチ画像形成処理を実行する。
図10の処理によれば、中間転写ベルト41の下地濃度参照表が作成される(ステップS604)ので、中間転写ベルト41の下地濃度に基づいて図5の階調補正動作を行うことができる。また、位相アドレスを設定する(ステップS605)ので、初期処理として行う下地濃度検知処理で設定した基準位置に基づいて、後続するパッチ画像形成処理やパッチ濃度検知処理を実行することができる。したがって、レジストレーションマークなどを中間転写ベルト41上に予め形成して、それを読み取る必要をなくすことができ、もって、図5の階調補正動作の実行に必要な時間を短縮化させることができる。その結果、複写機100の階調補正動作及びそれに後続する画像形成動作の効率化(生産性の向上)を図ることができる。
また、図10の処理では、複数の位相アドレスを基準位置として使用することにより、階調補正動作の実行に必要な時間のさらなる短縮化を実現している。
具体的には、図10の処理において、パッチ画像71の読み取りに必要な中間転写ベルト41の回転に伴う走行距離Lは、下記式3の通りとなる。
L=Litb/Nbase+Lpatch×Npatch …(3)
なお、式3において、Litbは中間転写ベルト41の全周の長さを、Npatchはパッチ画像71における各色のパッチ画像の長さを、Npatchは色の数即ちパッチ画像の数を、Nbaseは中間転写ベルト41(ベース)に設定された位相アドレスの数即ち基準位置の数を示す。
これに対して、単一の位相アドレスを基準位置として使用した場合、パッチ画像71の読み取りに必要な中間転写ベルト41の走行距離L’は、下記式4の通りとなる。
L=Litb+Lpatch×Npatch …(4)
式3と式4を比較すれば分かるように、基準位置の数に応じて中間転写ベルト41の全周の長さが分割されるので、パッチ画像71の読み取り動作などの制御処理に要する時間を短縮化させることができる。
上記実施の形態では、中間転写ベルト41に固有の表面状態を反映した2次元のスペックルパターンを有するスペックルを位相アドレスに関連付けて図11(a)の光強度分布参照表に登録している。光強度分布参照表に登録されたスペックルパターンと任意のタイミングで取得したスペックルのスペックルパターンとの間でパターンマッチングを行い、スペックルパターンが一致した場合に、中間転写ベルト41の周方向の位置、即ち位相アドレスを特定することができる。続いて、パターンマッチングの結果、スペックルパターンが部分的に一致しなかった場合について説明する。
図12は、図10のステップS604で作成された図11(a)の光強度分布参照表を更新する参照表更新処理のフローチャートである。
図12において、まず、ステップS701では、複写機100がアイドルタイムであるか否かを判別する。アイドルタイムとしては、複写機100の電源投入時、中間転写ベルト41交換直後などの画像形成動作を行っていない時間が選択される。
ステップS701の判別の結果、複写機100がアイドルタイムでないときはアイドルタイムになるまで待機し、アイドルタイムであるときは、光強度分布参照表を読み出す(ステップS702)。このとき、下地濃度参照表も読み出される。なお、ステップS702では、光強度分布参照表を読み出すことに代えて、所定時間前のスペックルを取得してもよい。
続いて、位置センサ80を用いてステップS702で読み出した光強度分布参照表に登録されている位相アドレスX1〜X6でスペックルを取得する(ステップS703)。例えば、位相アドレスX1では、図13(a)に示したようなスペックルパターンを有するスペックル700’が取得される。
続くステップS704では、ステップS702で読み出した光強度分布参照表に登録されているスペックルパターン(光強度Iの予測値)と、ステップS703で取得したスペックルのスペックルパターン(光強度Iの実測値)との間でパターンマッチングを行う。このパターンマッチングにより、2値化されているスペックルパターンの差分値の絶対値も各画素で検出される。
図13(b)は、図7のスペックル700と図13(a)のスペックル700’との間で行われたパターンマッチングの結果を示す図である。
図13(b)に示す差分スペックル710は、ステップS704のパターンマッチングの結果を示しており、1つの画素711において差分値の絶対値が「1」であることを示している。差分値の絶対値が「1」であるときは、光強度Iが閾値未満の値から閾値以上の値へと増加したか、又は光強度Iが閾値以上の値から閾値未満の値へと減少したことを示している。このような光強度Iの値の増加や減少といった変動は、下地である中間転写ベルト41の物性の変化やトナーなどによる汚れを示している。なお、物性の変化としては、例えば、中間転写ベルト41の長期使用によるキズの発生や、表面の磨耗による表面の微小な凹凸状態(形状)の変化がある。
図12に戻り、ステップS705では、ステップS704のパターンマッチングの結果、同一の位相アドレスにおいて、「0」以外の差分値、即ち上記予測値と実測値の間のズレ量が検出されたか否かを判別する。続くステップS706では、ステップS705の判別の結果、図13(b)に示したような差分スペックルにおいて1つの画素で差分値の絶対値「1」が検出されたときは、この位相アドレスに関連するズレ量として「1」をセットする。
このようなズレ量のセットは全ての位相アドレスX1〜X6で行われ、全ての位相アドレスでのズレ量の総量が、図11(b)に示した下地濃度参照表を書き換えるためのパラメータである更新トリガの値としてセットされる。なお、1つの差分スペックルにおいて、複数の画素で差分値の絶対値「1」が検出されたときは、対応する数がズレ量としてセットされる。
続いて、ステップS707では、更新トリガの値が所定値以上、例えば「6」以上であるか否かを判別する。該判別の結果、更新トリガの値が所定値以上であるときは、図10のステップS603〜S604の処理を実行することにより、下地濃度を検知して下地濃度参照表を更新する(ステップS708)。このとき、ステップS703で取得したスペックルに基づいて光強度分布参照表も更新される。そして、本処理を終了する。
なお、ステップS705の判別の結果、全ての位相アドレスに対応する差分スペックルにおいてズレ量が検出されなかった場合や、ステップS707の判別の結果、更新トリガの値が所定値未満である場合には、本処理を終了する。
図12の処理によれば、光強度分布参照表に登録されているスペックルパターンに対してパターンマッチングを行って差分スペックルを取得する(ステップS704)ことにより、スペックルパターンの経時変化を検出する。これにより、下地である中間転写ベルト41の物性変化やトナーなどによる汚れを検出することができる。
また、位置センサ80によるスペックル取得がパッチ画像71の形成動作などの画像形成動作に影響を及ぼさないことから、複写機100のアイドルタイムに(ステップS701でYES)、ステップS708の下地濃度参照表の更新処理を行うことができる。この結果、例えば、図10のステップS603〜S604の処理をスキップすることができ、もって、ダウンタイムの発生をさらに抑制して画像形成動作を効率的に行うことができる。
なお、図12のステップS706においてセットされる更新トリガは全ての位相アドレスに対応したものであるが、各位相アドレスに対応するように複数の更新トリガをセットしてもよい。この場合には、複数の更新トリガのうち、少なくとも1つの更新トリガの値が所定値以上になると、下地濃度参照表を更新することが好ましい。これにより、中間転写ベルト41の局所的な物性変化にも対応することができる。
図14は、本発明の第2の実施の形態に係る画像形成装置としての複写機の構成を概略的に示す図である。
本実施の形態におけるデジタルカラー複写機100’は、第1の実施の形態におけるデジタルカラー複写機100と実質的に同一機能の構成要素を備えるので、これらには同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
図14に示す複写機100’は、複写機100が単一の感光ドラム21を備える1D系の画像形成装置であるのに対して、画像形成部20において4つの感光ドラム21a,21b,21c,21dを備える4D系(インライン式)の画像形成装置である。感光ドラム21a,21b,21c,21dの外周面に対面するように、露光部23a,23b,23c,23dと、イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C),ブラック(Bk)のトナーを(現像剤)を収納した現像装置25a,25b,25c,25dとが配置されている。感光ドラム21a〜21dは、それぞれ、転写位置50a,50b,50c,50dにおいて中間転写ベルト41と当接する。転写位置50a〜50dは、各間が等間隔となるように一列に配置されている。
感光ドラム21a〜21d上には、露光部23a〜23dにより静電潜像が形成される。現像装置25a〜25dは、各色のトナーを用いて感光ドラム21a〜21d上に形成されている静電潜像を各色のトナー像として現像する。感光ドラム21d〜21a上の各色のトナー像は、転写位置50d〜50aにおいて中間転写ベルト41上に順次転写される。これらの転写を、中間転写ベルト41の回転に合わせて行うことにより、中間転写ベルト41上で各色のトナー像が重畳されて1つのフルカラーのトナー像が形成される。
したがって、複写機100’では、中間転写ベルト41上で4つのトナー像を高精度で重畳させる必要がある。ここで、上述した第1の実施の形態と同様に、転写位置50a〜50dの各間の距離に合わせて中間転写ベルト41上に位相アドレスを設定することにより、高精度で4つのトナー像を重畳させることができる。
なお、上述した第1及び第2の実施の形態では、位置センサ80の検知対象として、中間転写ベルト41を例示したが、中間転写ベルト41に限られることはない。例えば、図1の感光ドラム21や図14の感光ドラム21a〜21dや、これらに代えて使用される無端状ベルト型の電子写真感光体、いわゆる感光体ベルトであってもよい。また、位置センサ80は1つに限られることはなく複数であってもよい。
また、上記実施の形態における参照表では、複数の位相アドレスが所定間隔となるように設定されているが、中間転写ベルト41の全周に亘ってLED84の照射面が連続的になるように設定されていてもよい。
上記実施の形態において、CCDセンサ86の全画素数Nや図7及び図13(a),(b)のマトリックスのサイズは100に限られることはない。また、上述した閾値や所定値は設定変更可能に構成されている。
上記実施の形態では、濃度センサ70と位置センサ80とを別体の部材として中間転写ベルト41に対面するように配設したが、濃度センサ70と位置センサ80とを単一の部材としてもよい。これにより、設置容易性を向上させることができる。
さらには、上記実施の形態では、複写機100,100’は、パッチ画像71を用いて階調補正動作を行ったが、階調補正動作に加えて、露光量や現像バイアス等の画像形成条件を変更する制御を行ってもよい。
また、本発明をカラー複写機に適用したが、モノクロ複写機に適用してもよい。さらには、複写機に限られることはなく、プリンタなどの画像形成装置に本発明を適用することができる。
また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPUなど)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上記実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることができる。又は、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
本発明の第1の実施の形態に係る画像形成装置としての複写機の概略的な構成を示す断面図である。 図1における濃度センサの構成を詳細に示すブロック図である。 図2の斜視図である。 図2の上面図である。 図1の複写機によって実行される階調補正動作を示すフローチャートである。 図1における位置センサ及びその制御部の構成を詳細に示すブロック図である。 図6の位置センサによって撮影された中間転写ベルトのスポット画像(スペックル)の第1の例を示す図である。 図6のCCDセンサによって検出された中間転写ベルトの照射面からの散乱光の光強度を例示する図であり、(a)は、中間転写ベルトの表面が比較的粗い第1の例を示し、(b)は、中間転写ベルトの表面が比較的平滑である第2の例を示す。 図1における中間転写ベルト上の位相アドレスの配置を示す中間転写ベルトの斜視図である。 図5のステップS503において実行される画像形成動作の詳細を示すフローチャートである。 図10のステップS604で作成される参照表を例示する図であり、(a)は、図9の位相アドレスとスペックルコントラストとを関連付けた参照表を示し、(b)は、図9の位相アドレスと下地である中間転写ベルトの下地濃度とを関係付けた参照表を示す。 図10のステップS604で作成された参照表を更新する参照表更新処理のフローチャートである。 (a)は、図6の位置センサによって撮影された中間転写ベルトのスペックルの第2の例を示す図であり、(b)は、図7のスペックルと(a)のスペックルとの間で行われたパターンマッチングの結果を示す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る画像形成装置としての複写機の概略的な構成を示す断面図である。
符号の説明
20 画像形成部
21,21a,21b,21c,21d 感光ドラム
30 給紙部
50,50a,50b,50c,50d,55 転写位置
70 濃度センサ
71 パッチ画像
80 位置センサ
84 LED
86 CCDセンサ
90 制御部
92 S/N解析部
93 処理部
100,100’ デジタルカラー複写機
101 CPU
700,700’ スペックル
710 差分スペックル

Claims (12)

  1. 画像を像担持体上に形成する画像形成動作を行う画像形成装置において、
    前記像担持体の濃度を検知する像担持体濃度検知手段と、
    前記像担持体にレーザ光を照射する光照射手段と、
    前記像担持体の表面の少なくとも一部の領域によって反射した前記レーザ光の散乱光の光強度を検出する光強度検出手段と、
    前記一部の領域における前記検出した光強度の分布に関する光強度分布情報を取得する光強度分布情報取得手段と、
    前記光強度分布情報に基づいて前記像担持体の位相に関する位相情報を取得する位相情報取得手段と、
    前記取得した位相情報に含まれる所定の位相に同期して所定の処理を実行する処理手段とを備え
    前記処理手段は、前記像担持体のブランク状態の色の濃さを示す下地濃度参照表を参照して前記像担持体に形成すべき画像の濃度及び階調の少なくとも一方から成る濃度特性情報を補正する濃度特性情報補正手段と、前記像担持体の同一位相アドレスにおける前記光分布情報の経時変化に基づいて前記下地濃度参照表を更新する下地濃度参照表更新手段とを含むことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記処理手段は、前記画像形成動作を少なくとも1つの感光ドラムを用いて行う画像形成手段から成ることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記像担持体濃度検知手段は、前記位相情報取得手段による前記位相情報の取得と同時に、前記像担持体の濃度の検知を実行することを特徴とする請求項1又は2記載の画像形成装置。
  4. 前記処理手段は、前記取得した位相情報と前記濃度特性情報とを関連付けたテーブルを作成するテーブル作成手段を含むことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記作成したテーブルを更新する更新手段を備えることを特徴とする請求項記載の画像形成装置。
  6. 前記像担持体は中間転写体及び感光体の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 画像を像担持体上に形成する画像形成動作を行う画像形成方法において、
    前記像担持体の濃度を検知する像担持体濃度検知ステップと、
    前記像担持体にレーザ光を照射する光照射ステップと、
    前記像担持体の表面の少なくとも一部の領域によって反射した前記レーザ光の散乱光の光強度を検出する光強度検出ステップと、
    前記一部の領域における前記検出した光強度の分布に関する光強度分布情報を取得する光強度分布情報取得ステップと、
    前記光強度分布情報に基づいて前記像担持体の位相に関する位相情報を取得する位相情報取得ステップと、
    前記取得した位相情報に含まれる所定の位相に同期して所定の処理を実行する処理ステップとを有し、
    前記処理ステップは、前記像担持体のブランク状態の色の濃さを示す下地濃度参照表を参照して前記像担持体に形成すべき画像の濃度及び階調の少なくとも一方から成る濃度特性情報を補正する濃度特性情報補正ステップと、前記像担持体の同一位相アドレスにおける前記光分布情報の経時変化に基づいて前記下地濃度参照表を更新する下地濃度参照表更新ステップとを含むことを特徴とする画像形成方法。
  8. 前記処理ステップは、前記画像形成動作を少なくとも1つの感光ドラムを用いて行う画像形成ステップから成ることを特徴とする請求項記載の画像形成方法。
  9. 前記像担持体濃度検知ステップでは、前記位相情報取得ステップでの前記位相情報の取得と同時に、前記像担持体の濃度の検知を実行することを特徴とする請求項7又は8記載の画像形成方法。
  10. 前記処理ステップは、前記取得した位相情報と前記濃度特性情報とを関連付けたテーブルを作成するテーブル作成ステップを含むことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  11. 前記作成したテーブルを更新する更新ステップを有することを特徴とする請求項10記載の画像形成方法。
  12. 前記像担持体は中間転写体及び感光体の少なくとも一方であることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1項に記載の画像形成方法。
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