JPH07160075A

JPH07160075A - 像形成制御装置

Info

Publication number: JPH07160075A
Application number: JP5307664A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mano; 宏真野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】環境変動を受けず、エッジ効果に影響されな
い像形成装置の濃度制御を実現する。【構成】転写ドラム３上に形成した濃度読取用パッチ
のトナー付着領域と下地領域とからの反射光量を、濃度
センサ９，検出回路１０，基準電圧回路１１で構成され
る濃度検出部で検出する。制御部１２は、検出結果を一
次以上の次数で時間積分し、積分結果の最大値を検出し
て、検出されたトナー付着領域の最大値と下地領域の最
大値との比に応じて、現像ユニット５〜８へ供給する基
準バイアスを変化させて、形成する像の濃度を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は像形成制御装置に関し、
例えば、電子写真プロセスによって像形成する像形成装
置の濃度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真プロセスを用いた単色プ
リンタなどでは、各々のコンポーネント、例えば高圧ユ
ニット，カートリッジ，ユーザ用濃度調整部などの精度
維持によって、温度，湿度，気圧などの環境変動が生じ
ても、その設計余裕度から許容される範囲になるように
設定して、出力画像を保証する構成をとっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
おいては、次のような問題点があった。すなわち、カラ
ープリンタにおいては、環境変動によって原色トナーの
適正な合成が行なわれず、所望する色が再現されない問
題があった。さらに、トナー粒子の帯電現象によって、
パッチパターンの端部などのように潜像電位が急激に変
化する部分が高濃度になるエッジ効果が発生する問題が
あった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決することを目的としたもので、前記の課題を解決す
る一手段として、以下の構成を備える。すなわち、電子
写真プロセスによる像形成を制御する像形成制御装置で
あって、記録担体におけるトナーの付着部分と非付着部
分とからの反射光量を検出する光検出手段と、前記光検
出手段の検出結果を一次以上の次数で時間積分する積分
手段と、前記積分手段による積分結果の最大値を検出す
る最大値検出手段と、前記最大値検出手段によって検出
された前記付着部分の最大置と前記非付着部分の最大値
との比に応じて形成する像の濃度を制御する制御手段と
を有することを特徴とする。

【０００５】

【作用】以上の構成によって、記録担体におけるトナー
の付着部分と非付着部分とからの反射光量を検出し、検
出結果を一次以上の次数で時間積分し、積分結果の最大
値を検出して、検出された付着部分の最大値と非付着部
分の最大値との比に応じて、形成する像の濃度を制御す
る像形成制御装置を提供でき、例えば、環境変動を受け
ず、エッジ効果に影響されない濃度制御を実現できる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明にかかる一実施例の像形成制御
装置を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に
かかる一実施例の像形成制御装置の構成例を示すブロッ
ク図である。

【０００７】同図において、１は電子写真方式の像形成
部で、感光ドラム２，転写ドラム３，レーザ走査ユニッ
ト４，イエロトナー現像ユニット（以下「Ｙ現像ユニッ
ト」という）５，シアントナー現像ユニット（以下「Ｃ
現像ユニット」という）６，マゼンタトナー現像ユニッ
ト（以下「Ｍ現像ユニット」という）７，ブラックトナ
ー現像ユニット（以下「Ｂｋ現像ユニット」という）
８，感光ドラム２を帯電させる帯電器１８，感光ドラム
２をクリーニングするクリーナ１９などを備える。

【０００８】また、９は濃度センサ、１０は濃度センサ
９の信号を検出する検出回路、１１は基準電圧を検出回
路１０へ供給する基準電圧回路で、これらによって濃度
検出部を構成する。さらに、１３から１６はそれぞれ対
応する現像ユニットへ現像バイアスを供給するバイアス
電源である。１７は画像処理回路で、入力された画像デ
ータに基づいてレーザ走査ユニット４へ画像信号を送
る。１２は制御部で、内蔵するROMなどに格納されたプ
ログラムに従い、検出回路１０から入力された信号に応
じて、上記の画像処理回路１７，バイアス電源１３〜１
６，基準電圧回路１１などを制御する。

【０００９】次に、図１に示した像形成制御装置の動作
を説明する。まず、像形成部１について説明する。感光
ドラム２は帯電器１８によって帯電された後、レーザ走
査ユニット４によって潜像が形成される。この際、レー
ザ走査ユニット４へイエロの画像信号が送られてくる
と、Ｙ現像ユニット５へは現像バイアスが印加され、潜
像がＹトナーによって現像される。現像されたトナー像
は、高圧電源（不図示）から転写ドラム３に印加された
転写電圧に引き付けられて、転写ドラム３に転写する。
上記一連の動作を各色（Ｙ,Ｍ,Ｃ,Ｂｋ）の順に行うこ
とにより、転写ドラム３上にはカラー像が形成され、そ
の後記録紙などへ転写され定着されて出力される。

【００１０】このように、各色のプリントシーケンスは
独立しているので、各色のトナー像の濃度を感光ドラム
２上か転写ドラム３上で検出して、各色のトナー像形成
毎に例えば現像バイアスを制御すれば、各色のトナー像
の最適な濃度を得ることができる。詳細は後述するが、
本実施例では、転写ドラム３上のトナー像の濃度を、濃
度センサ９による反射光量測定系で計測して、その検出
結果に応じて現像バイアスを制御することによって、各
色のトナー像の濃度を安定化させて所望するカラー像を
得るものである。

【００１１】次に、濃度検出部の詳細を説明する。図２
は濃度センサ９の動作を説明する図であり、光源５０か
ら射出された光は、転写ドラム３表面に形成されたトナ
ー像の濃度に反比例して反射され、受光素子５２に受光
される。さらに、光源５０の近傍には受光素子５１が配
置されていて、光源５０から射出された光の一部を受光
する。例えば、受光素子にはPINフォトダイオードなど
を使用する。

【００１２】このような構成によって濃度測定が可能で
あるが、例えば、1:8の濃度測定を行う場合、反射され
る光量はおおよそ1:1/64になるので、例えば濃度1にお
ける濃度センサ９の出力電圧を5Vとすると、濃度8にお
ける出力電圧は約78mVであり、低レベルであるためノイ
ズの影響を受け易い。さらに、濃度センサ９を配置する
位置は、転写ドラム３表面の近傍かつ感光ドラム２から
トナーが転写された直後になるため、制御部１２からは
比較的遠い場所になる。このような濃度検出部に要求さ
れる機能として次のようなものがある。

【００１３】1) PINフォトダイオードの暗電流の影響を
軽減するために、検出電流は大きいほどよい 2) 検出濃度に左右されることなく一定の精度が得られ
ること 3) その機構的な配置から汚れ易いので、汚れに対する
補正ができること図３は上記の要求を満足する濃度検出部の構成例を示す
回路図である。

【００１４】同図において、１００は光源５０を接続す
るための端子、１０１は受光素子５１を接続するための
端子、１０２は受光素子５２を接続するための端子であ
る。また、１０３,１０６,１０９および１１３はオペア
ンプで、それぞれ次の動作を行う。オペアンプ１０３
は、抵抗器１０４との組合せによって、受光素子５１の
出力（つまり光源５０のモニタ出力）を電流-電圧変換
する。オペアンプ１０６は、抵抗器１０６,１０７とキ
ャパシタ１０８との組合せによって比較増幅器を構成
し、オペアンプ１０３の出力を増幅する。オペアンプ１
０９は、トランジスタ１１１と抵抗器１１０との組合せ
によって、オペアンプ１０６の出力を電圧-電流変換す
る。オペアンプ１１３は、抵抗器１１２との組合せによ
って、受光素子５０の出力（つまり反射光量出力）を電
流-電圧変換して、濃度センサ９の出力端子である端子
１１４へ出力する。

【００１５】また、基準電圧回路１１は、複数の抵抗器
とスイッチング素子からなるD-Aコンバータで、制御部
１２から端子１１６へ入力された例えば6ビットの信号
に応じた電圧をオペアンプ１０６の非反転入力端子（以
下「＋端子」という）へ供給する。濃度制御部に要求さ
れる三つの機能を上述したが、図３に示した回路はこれ
を次の方法で実現するものである。

【００１６】1) 受光素子５１の検出結果を光源５０に
フィードバックして、光源５０の光量を制御する 2) フィードバック部を一体に構成し、かつ回路利得を
固定するために外部から基準電圧を設定するさらに、フィードバック動作によって入出力関係が定め
られるので、計測時だけ光源５０を点灯すればよく、光
源５０の長寿命化を図ることもできる。

【００１７】次に、濃度制御部の動作について説明す
る。まず、受光素子５１が受光した光量に比例する光電
流は、端子１０１を介してオペアンプ１０３の反転入力
端子（以下「−端子」という）へ入力されて電流−電圧
変換される。そして、電圧に変換されたモニタ光量は、
抵抗器１０５を介してオペアンプ１０６の−端子へ入力
されて増幅されるが、オペアンプ１０６の＋端子には制
御部１２から設定された基準電圧が入力されているの
で、基準電圧との比較結果が増幅される。そして、オペ
アンプ１０６に出力は、オペアンプ１０９の−端子へ入
力され電圧−電流変換されて、光源５０を駆動する。従
って、制御部１２から端子１１６へ入力される信号に応
じて、光源５０の光量を制御して、受光素子５１の光電
流を一定に保つことができる。

【００１８】次に、受光素子５２が受光した反射光量に
比例する光電流は、端子１０２を介してオペアンプ１１
３の−端子へ入力されて電流−電圧変換されて、端子１
１４から出力される。このように、光源５０の光量を、
制御部１２によって制御することが可能であるため、良
好なS/N比で反射光量を検出することができる。

【００１９】図４および図５は転写ドラム３上に形成す
る濃度読取用パッチの一例である。例えば光源５０に発
光波長領域が約800〜1000nmのLEDを用いた場合、黒トナ
ーは吸収特性を、カラートナーは反射特性を示すので、
図４に示すように、黒トナー用のパッチの下地には反射
率の高い白シートなどを貼り、図５に示すように、カラ
ートナー用のパッチの下地には反射率の転写体をそのま
ま用いるなどによって、検出コントラストを向上するこ
とができる。

【００２０】次に、濃度制御について説明する。図６〜
図９は濃度制御の一例を示すフローチャートで、制御部
１２が実行するものである。同図において、ステップＳ
１でカラー処理か否かを判定して、カラー処理であれば
ステップＳ２でカラーの計測パラメータを、黒処理であ
ればステップＳ３で黒の計測パラメータを、制御部１２
内のレジスタに設定する。

【００２１】続いて、ステップＳ４で、サンプリング用
として、現像バイアスの初期値Vbsを設定して印刷シー
ケンスを開始させ、ステップＳ５で詳細を後述する下地
計測、ステップＳ６で詳細を後述するパッチ計測、ステ
ップＳ７で詳細を後述する現像バイアスの補正を行い、
ステップＳ８でバイアス値を制御部１２内のメモリに格
納した後、処理を終了する。

【００２２】例えば黒トナーの場合は図４に示したよう
に、転写ドラム３の回転方向にまず地肌が出た下地領域
があり、続いて黒トナーを付着させたベタ黒領域がある
ので、図７に示す下地計測においては、ステップＳ５１
で下地基準電圧Vref1を設定し、ステップＳ５３で例え
ば下地領域を抜けるまで、ステップＳ５２で下地の反射
光量Irbを読取り、親ルーチンへ復帰する。また、図８
に示すパッチ計測においては、ステップＳ６１でベタ基
準電圧Vref2を設定し、ステップＳ６３で例えばベタ領
域を抜けるまで、ステップＳ６２でベタの反射光量Isb
を読取り、親ルーチンへ復帰する。

【００２３】図９に示す現像バイアス補正においては、
ステップＳ７１で下地とベタのコントラストCを次式で
算出する。 C=Irb/Isb×Vref2/Vref1 続いて、ステップＳ７２で制御部内のROMなどに格納さ
れたテーブルによって、コントラストCに対応するバイ
アス値（補正バイアス値）を得た後、親ルーチンへ復帰
する。

【００２４】このように、転写ドラム３上のトナーパッ
チを読取ると、パッチ中央部に比べてエッジ部が高濃度
になるエッジ効果が現れる。従って、エッジ部の反射光
量を測定した結果で濃度制御を行うと不都合があり、そ
こで、エッジ部の所定幅のデータを無効とし、かつそれ
以外のデータを平均化することによって、エッジ効果の
影響を取り除く。さらに、本実施例では、エッジ部のよ
うに入力データが大きく変化する部分では、入力データ
に差分法による二次積分処理を施して最大値検出を行う
ことで、その部分のデータ確度を向上させている。

【００２５】図１０は濃度検出部の出力読取処理を示す
フローチャートであり、図１１はこの処理に関する信号
の一例を示す図である。濃度検出部が図１１（ａ）に示
すパッチを読取ると、パッチのエッジ部で高濃度を検出
するので、パッチのエッジ部に対応する濃度検出部の出
力は、オーバシュート状になり同図（ｂ）に示すような
波形になる。ステップＳ１１で、図１１（ｃ）に示すサ
ンプリングクロックに同期して、濃度検出部の出力を読
取り（図１１（ｄ））、ステップＳ１２で読取ったデー
タを順次格納する。

【００２６】ここで例えばデータの平均化処理、つまり
N個のデータをサンプリングした後データの総和をNで割
る処理を行った場合、Nが小さい場合には大きな誤差を
含むことになる。そこで、本実施例では、ステップＳ１
３でN個のデータに例えばバタワーズの二次積分処理を
施して、時間的高次積分処理手法を用いて電子写真プロ
セスのスピードに応じて、その積分定数をフィットさせ
る処理を介在させることによって、エッジ部に対応する
オーバシュート状の高レベルデータを削除する。バタワ
ーズ二次積分フィルタの伝達関数は次式で表される。

【００２７】T(s)=ω_o ²/{S²+S(ω_o/Q)+ω_o ²} 上式を変換すると次式が得られる。 U_n=(ω_oT)²e_n-2{(T/Q)-2}U_n-1-{1-(T/Q)+(ω_oT)}²U_n-2 ただし、T:時定数 Q:ω_oCR U_n-1:前回出力 U_n-2:前々回出力 e_n-1:前回入力 e_n-2:前々回入力本実施例は上式に基づいて、サンプリングされたデータ
を処理して時系列的積分処理を行う。データのサンプリ
ング順に上式に代入し、ステップＳ１４でその結果をメ
モリ上に格納することにより、リアルタイムにサンプリ
ングデータから二次積分結果を得ることが可能になる。
このような構成にすることによって、入力されたデータ
に順次時間積分処理を施すことができるので、N個のデ
ータをメモリに格納した後平均化する処理に比べて、メ
モリ容量の節約，処理速度の向上を実現できる上、エッ
ジ効果の影響を削除することができる。すなわち、この
処理方法によれば、メモリの節約，処理速度の向上，エ
ッジ効果の除去などが可能である。

【００２８】続いて、ステップＳ１５でフィルタ処理結
果の最大値を検出してメモリに格納した後、処理を終了
する。このような手順によって、本実施例は、パッチの
濃度を正確に計測することができる。次に、具体的な濃
度制御について説明する。

【００２９】まず、基準電圧Vref1とモニタ結果Irb、基
準電圧Vref2と検出結果Isb、および下地濃度Duとベタ黒
濃度Dtとの関係を説明する。下地領域 :Irb=Vref1/10^-Du ベタ黒領域:Isb=Vref2/10^-(Dt+Du) この二式からベタ黒領域のコントラストCを求めると、 C=10^(Dt+Du)-10^Du =(Irb/Vref1)/(Isb/Vref2) =Irb/Isb×Vref2/Vref1 また、濃度差表示では、 ΔD=log(Irb/Isb)-log(Vref1/Vref2) として関係付けられる。図１２はコントラストCと現像
バイアスVbsとの関係を示し、その横軸は現像バイアスV
bsを、縦軸は濃度または濃度検出部の出力を表してい
る。さらに、三つのカーブのうち、高濃度側つまり上側
に位置するものは高温高湿度（以下「HH」という）にお
ける、低濃度側つまり下側に位置するものは低温低湿度
（以下「LL」という）における、ほぼ中央に位置するも
のは常温常湿度（以下「NN」という）における現像特性
例を示している。

【００３０】図１３は現像バイアス，環境変動による濃
度変化の一例を示す図で、濃度は環境変動によって現像
バイアスを変化させたのと等価な影響を受けるので、現
像バイアスによって濃度の補正を行えることがわかる。
なお、同図（ａ）は理想的な濃度データまたは現像バイ
アスと濃度との関係を、同図（ｂ）は低現像バイアス，
環境および転写電圧一定における濃度データと濃度との
関係を、同図（ｃ）は高現像バイアス，環境および転写
電圧一定における濃度データと濃度との関係を、同図
（ｄ）は低転写電圧，環境および現像バイアス一定にお
ける濃度データと濃度との関係を、同図（ｅ）は環境L
L，現像バイアス一定における濃度データと濃度との関
係を、同図（ｆ）は環境HH，現像バイアス一定における
濃度データと濃度との関係を、それぞれ表している。

【００３１】前述したように、制御部１２内のROMに
は、下地とベタのコントラストに対応した現像バイアス
補正値ΔVbsが記録されたテーブル（あるいは計算式で
もよい）が格納されている。該テーブルは、例えばLL
用，NN用，HH用に分かれている。図１２に示すように、
現像バイアスVbsにおいて得られたコントラストがC(H
H),C(NN)またはC(LL)で、例えば所望する濃度1.5の場
合、それぞれ現像補正バイアス値ΔV(HH),ΔV(NN)また
はΔV(LL)が得られる。得られたΔVで初期値Vbsを補正
することによって、環境変動を受けない安定した濃度制
御ができる。

【００３２】次に、カラートナーの場合を説明する。カ
ラートナーの場合波長約800〜1000nmでは反射特性を示
すので、下地領域 :Irb=Vref1/(1-10^-Du) ベタ黒領域:Isb=Vref2/(1-10^-(Dt+Du)) この二式からベタ領域のコントラストCを求めると、 C=Irb/Isb×(Isb-Vref2)/(Irb-Vref1) 従って、図１２とは逆の勾配を備えた図１４に示すよう
な、コントラストCと現像バイアスVbsとの関係になる。

【００３３】次に、センサおよびパッチ下地の汚れに体
する補正について説明する。濃度検出部にとって、セン
サの汚れは反射率の低下と同等であるので、光源５０の
光量を低下した反射率の分高めて測定した結果を得れば
よい。センサの汚れ（反射率の低下分）をDdにすると、下地領域 :Irb=Vref1/10^-(Du+Dd) ベタ黒領域:Isb=Vref2/10^-(Dt+Du+Dd) この二式からベタ黒領域のコントラストCを求めると、 C=Irb/Isb×Vref2/Vref1 また、濃度差表示は、 ΔD=log(Irb/Isb)-log(Vref1/Vref2) となるように、指数の減算の結果、センサ汚れDdは相殺
される。

【００３４】図１５は本実施例の変形例である。すなわ
ち、同図に示す構成は、CRで構成する二次低域通過型の
フィルタ２０と、フィルタ２０の出力をサンプリングク
ロックに同期してホールドするピークホールド回路２１
とを備えている。従って、検出回路１０の出力はフィル
タ２０で積分されて平均値になり、フィルタ２０を通過
した信号はピークホールド回路２１でホールドされた
後、制御部１２へ供給されるので、図１に示した構成と
同様の機能を実現できる。

【００３５】このように、本実施例によれば、濃度測定
用パッチの下地領域とベタ領域の測定結果を積分した値
の比、つまりコントラストを用いて現像バイアスを環境
に応じて制御することによって、環境変動を受けず、濃
度センサの汚れに影響されず、エッジ効果に影響されな
い濃度制御を実現できる。なお、本発明は、複数の機器
から構成されるシステムに適用しても、一つの機器から
なる装置に適用してもよい。

【００３６】また、本発明は、システムあるいは装置に
プログラムを供給することによって達成される場合にも
適用できることはいうまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上、本発明によれば、記録担体におけ
るトナーの付着部分と非付着部分とからの反射光量を検
出し、検出結果を一次以上の次数で時間積分し、積分結
果の最大値を検出して、検出された付着部分の最大値と
非付着部分の最大値との比に応じて、形成する像の濃度
を制御する像形成制御装置を提供でき、例えば、環境変
動を受けず、エッジ効果に影響されない濃度制御を実現
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施例の像形成制御装置の構
成例を示すブロック図である。

【図２】図１の濃度センサの動作を説明する図である。

【図３】本実施例の濃度検出部の構成例を示す回路図で
ある。

【図４】本実施例の濃度読取用パッチの一例を示す図で
ある。

【図５】本実施例の濃度読取用パッチの一例を示す図で
ある。

【図６】本実施例の濃度制御の一例を示すフローチャー
トである。

【図７】図６の「下地計測」の手順例を示すフローチャ
ートである。

【図８】図６の「パッチ計測」の手順例を示すフローチ
ャートである。

【図９】図６の「現像バイアス補正」の手順例を示すフ
ローチャートである。

【図１０】本実施例の濃度検出部の出力読取処理を示す
フローチャートである。

【図１１】図１０の処理に関する信号の一例を示す図で
ある。

【図１２】本実施例のコントラストCと現像バイアスVbs
との関係例を示す図である。

【図１３】現像バイアス，環境変動による濃度変化の一
例を示す図である。

【図１４】本実施例のコントラストCと現像バイアスVbs
との関係例を示す図である。

【図１５】本実施例の変形例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１像形成部２感光ドラム３転写ドラム４レーザ走査ユニット５〜８現像ユニット９濃度センサ１０検出回路１１基準電圧回路１２制御部１３〜１６バイアス電源１７画像処理回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子写真プロセスによる像形成を制御す
る像形成制御装置であって、記録担体におけるトナーの付着部分と非付着部分とから
の反射光量を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果を一次以上の次数で時間積分
する積分手段と、前記積分手段による積分結果の最大値を検出する最大値
検出手段と、前記最大値検出手段によって検出された前記付着部分の
最大値と前記非付着部分の最大値との比に応じて形成す
る像の濃度を制御する制御手段とを有することを特徴と
する像形成制御装置。