JPH0756401A

JPH0756401A - 画像濃度制御装置

Info

Publication number: JPH0756401A
Application number: JP5199342A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Kawabe; 義和川邉; Sadahiro Matsuura; 貞裕松浦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】環境変化等により電子写真プロセスの特性変
動が生じた場合にも、少ない制御の繰り返し回数で出力
濃度を基準濃度信号と等しい高品質な画像を生成する画
像濃度制御装置を提供する。【構成】帯電スコロトロン１００の帯電電圧と現像サ
ブシステム１０４の現像バイアス電圧を制御入力とし、
ゲイン関数に基づき制御入力の操作量を操作量算出器２
０６で算出し、この算出値に基づいて制御入力を制御入
力更新部２０８で更新することで出力画像の濃度を制御
する。ここで、制御入力と出力濃度の関係を予め実験的
に求め、制御入力の操作量と出力濃度の変化量の関係を
記述するゲイン関数を１つ以上、実験的に求めてゲイン
関数記憶部３０２に記憶させておき、制御入力、出力濃
度あるいは制御履歴に基づいてゲイン関数を選択あるい
は修正することで、現在のプロセスの特性に最適なゲイ
ン関数を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真プロセスの画像
濃度を制御する画像濃度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＯＡ化の急速な進歩にともない、高品位
な画質を得る複写機、プリンター、ファクシミリが強く
要望されている。

【０００３】この様な要求があるなかで、これまで、複
写画像の濃度を測定し、あらかじめ設定しておいた基準
濃度信号と比較して、画像濃度制御を行い、常に一定の
濃度の画像を実現することが可能となった。

【０００４】例えば、特開平４−８５６０２号公報で
は、高濃度の基準濃度パッチと低濃度の基準濃度パッチ
を備えており、まず、これらの基準濃度パッチを、帯電
した感光体上に投影して基準濃度パッチの潜像を作成
し、これを現像手段により可視像にして、その濃度を検
出する。そして、あらかじめ設定しておいた基準濃度信
号と比較し、電子写真プロセスの定性モデルを用いて制
御入力の変化方向を決定し、検出された濃度が基準濃度
信号と等しくなるまで、繰り返し制御を行い、常に一定
の濃度の画像を得ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の画像濃度制御装
置では、定性的な制御入力の変化方向のみが決定され、
定量的な制御入力の変化量は、一定刻みで与える構成と
なっている。そのため、この方式を実施した場合には、
出力濃度が基準濃度信号と等しくなるまでの制御の繰り
返しに多くの回数を要するという問題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の画像濃度制御装置は、帯電電圧と現像バイ
アス電圧を制御入力とし、複数の条件下で実験により求
めた帯電電圧および現像バイアス電圧と出力濃度の関係
に基づき前記誤差算出手段の出力の関数であるゲイン関
数と、現在のテスト画像濃度と目標濃度の誤差とを乗じ
て帯電電圧および現像バイアス電圧の操作量を演算する
操作量演算手段と、更新後の帯電電圧および現像バイア
ス電圧に応じて複数あるゲイン関数の中から最適なゲイ
ン関数を選択更新する関数更新手段とを設けたものであ
る。

【０００７】あるいは、上記問題点を解決するために本
発明の画像濃度制御装置は、帯電電圧と現像バイアス電
圧を制御入力とし、誤差算出手段の出力の関数で少なく
とも１つの修正パラメータを持つゲイン関数と誤差算出
手段の出力とを乗じて帯電電圧および現像バイアス電圧
の操作量を演算する操作量演算手段と、帯電電圧、露光
手段の露光強度、現像バイアス電圧の設定値およびテス
ト画像の可視像の出力濃度の少なくとも１つに基づき修
正パラメータを算出設定する修正パラメータ設定手段と
を設けたものである。

【０００８】あるいは、上記問題点を解決するために本
発明の画像濃度制御装置は、帯電電圧と現像バイアス電
圧を制御入力とし、誤差算出手段の出力の関数で少なく
とも１つの修正パラメータを持つゲイン関数と誤差算出
手段の出力とを乗じて帯電電圧および現像バイアス電圧
の操作量を演算する操作量演算手段と、制御中の濃度誤
差の履歴を記憶する濃度誤差履歴記憶手段と、濃度誤差
履歴記憶手段に記憶された濃度誤差の履歴に基づいて修
正パラメータを算出設定する修正パラメータ設定手段と
を設けたものである。

【０００９】

【作用】本発明は、帯電電圧と現像バイアス電圧を制御
入力とし、操作量演算手段においてゲイン関数に濃度誤
差を乗じて制御入力の操作量を定量的に算出する。そし
て、複数のプロセス状態におけるゲイン関数を記憶して
おり、ゲイン関数更新手段において、更新後の帯電電圧
と現像バイアス電圧とに基づいて、制御時のプロセス状
態に適したゲイン関数を選択する。

【００１０】あるいは、帯電電圧と現像バイアス電圧を
制御入力とし、操作量演算手段においてゲイン関数に濃
度誤差を乗じて制御入力の操作量を定量的に算出する。
そして、修正パラメータ設定手段において、帯電電圧、
露光強度、現像バイアス電圧およびテスト画像濃度の少
なくとも１つに基づいてプロセスの特性変動を推定し、
特性変動に応じた修正パラメータを算出し、ゲイン関数
を修正演算する。

【００１１】あるいは、帯電電圧と現像バイアス電圧を
制御入力とし、操作量演算手段においてゲイン関数に濃
度誤差を乗じて制御入力の操作量を定量的に算出する。
そして、修正パラメータ設定手段において、制御中の濃
度誤差の履歴に基づいてプロセスの特性変動を推定し、
特性変動に応じた修正パラメータを算出し、ゲイン関数
を修正演算する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について、図面
を参照しながら説明する。

【００１３】図１は本発明の第１の実施例である画像濃
度制御装置の構成を示す全体図である。図１において、
１００は帯電スコロトロン、１０２はＬＥＤアレイを光
源とする露光サブシステム、１０４は現像サブシステ
ム、１０６は感光体、１０８は現像剤のトナー、１１２
は濃度検出器、１１８は高濃度の基準濃度画像に対する
トナー像、１２０は低濃度の基準濃度画像に対するトナ
ー像、２００は画像制御部、２０２は誤差検出器、２０
４は制御終了検査部、２０６は操作量算出器、２０８は
制御入力更新部、２１０は制御入力生成部、２１２はゲ
イン関数記憶部、２１４はゲイン関数選択部、２１６は
ゲイン関数更新部である。

【００１４】以上のように構成された画像濃度制御装置
について、以下、図１を用いてその動作を説明する。

【００１５】まず、このように構成された電子写真プロ
セスの動作について説明する。感光体１０６は、帯電ス
コロトロン１００によって流入電流Ｉｄを受けて初期表
面電位Ｖ0に帯電される。

【００１６】次に、露光サブシステム１０２において、
テスト画像イメージに応じて光が感光体１０６の表面に
照射され潜像が感光体１０６上に形成される。このと
き、１画素内に光を照射する時間txを変えることで濃度
階調が再現される。従って、感光体１０６が受ける露光
エネルギーは低濃度画像、高濃度画像では異なるエネル
ギー分布をとることになる。

【００１７】露光前に一様にＶ0 であった感光体１０６
の表面電位は、濃度階調に対応した露光エネルギーＥ_IM
を受けて減衰し、現像サブシステム１０４に至るときに
は、画像部分でＶIM、バックグランド部でＶBGとなって
いる。トナー１０８のトナー濃度ＴCなどと現像器の諸
設定パラメータ（スリーブ回転速度、スリーブと感光体
１０６間の距離、着磁パターン、バイアス電圧ＶBIASな
ど）から、感光体１０６の表面電位と現像バイアス電圧
の差に対応したトナー量が現像されて感光体１０６の表
面に付着する。この時、同時に、高濃度の基準濃度画像
に対しては、トナー像１１８が形成され、低濃度の基準
濃度画像に対しては、トナー像１２０が形成される。

【００１８】次に、濃度検出器１１２は、高濃度及び低
濃度の基準濃度画像のトナー像の濃度を検出し、誤差検
出器２０２は、これらの検出値をそれぞれ予め設定する
基準高濃度信号及び基準低濃度信号と比較し、それぞれ
高濃度誤差信号及び低濃度誤差信号を算出する。操作量
算出器２０６は、高濃度誤差信号及び低濃度誤差信号と
ゲイン関数更新部２１６のゲイン関数に基づき、誤差信
号が０になるような帯電電圧、現像バイアス電圧の操作
量を算出し、制御入力更新部２０８では、操作量算出器
２０６で算出された帯電電圧、現像バイアス電圧の操作
量を、それぞれ前回の制御入力である帯電電圧、現像バ
イアス電圧に加算し、加算値を今回値として帯電電圧、
現像バイアス電圧を更新する。制御入力生成部２１０
で、制御入力更新部２０８で更新した帯電電圧、現像バ
イアス電圧に基づき、帯電コロトロン、現像サブシステ
ムの入力を生成する。

【００１９】また、ゲイン関数記憶部２１２は、予め設
定する複数のゲイン関数とそれぞれに対応する帯電電圧
および現像バイアス電圧の基準値を記憶しており、ゲイ
ン関数選択部２１４で、ゲイン関数記憶部２１２の複数
のゲイン関数の中から制御入力更新部２０８で更新した
帯電電圧、現像バイアス電圧がどの帯電電圧および現像
バイアス電圧の基準値に最も近いかを評価し、最適ゲイ
ン関数を選択する。そして、ゲイン関数更新部２１６
で、ゲイン関数選択部２１４で選択されたゲイン関数に
よりゲイン関数を更新する。以上の動作により基準濃度
と等しい濃度の画像を実現する。

【００２０】なお、誤差検出手段２０２と操作量算出器
２０６の間に、制御終了検査部２０４が設置されてお
り、誤差検出手段２０２の出力である高濃度誤差信号及
び低濃度誤差信号が許容範囲に入った場合、望みの画像
が得られたと判断し制御動作を終了する。

【００２１】以下、電子写真プロセスの現像までの基本
動作について詳細に説明する。電子写真プロセスでは、
帯電サブプロセス、露光サブプロセス、現像サブプロセ
スの３つのサブプロセスを通して、感光体１０６上には
トナー像が形成される。入力濃度階調数に対応して１画
素内を露光する時間をｔx とし、それに対応する感光体
１０６上のトナー像の濃度ＤSを出力画像濃度とする
と、両者の関係は入力画像がソリッド画像の場合には次
の３式で表現できる。

【００２２】

【数１】

【００２３】

【数２】

【００２４】

【数３】

【００２５】ｘは露光光ビームが移動する方向、ｙは露
光光ビームが移動しない方向の感光体表面上の空間座標
を表し、Ｅ_IM（ｘ、ｙ）は露光によって与えられる光エ
ネルギで、πは円周率、Ｗ_X 、Ｗ_Y はｘ、ｙ方向の光ビ
ームスポット径、ＰはＬＥＤ発光強度、ｔは時間、ｖは
光ビームの移動速度である。ｓは感光体１０６の感度
で、γs は現像サブプロセス１０４の各パラメータおよ
びトナー１０８の物性や劣化度合い、感光体１０６の膜
厚および誘電率などで決まる定数である。

【００２６】上式中において、感光体表面電位Ｖ_DDP、
現像バイアス電圧Ｖ_BIASは、調整パラメータとし、これ
らを調節することにより出力画像濃度ＤS の値を調整す
る。感光体表面電位Ｖ_DDPは直接には操作できないが、
帯電スコロトロン１００からの流入電流Ｉd を操作する
ことで間接的に操作が可能である。

【００２７】露光強度Ｐも調整可能なパラメータではあ
るが、ＬＥＤアレイを露光光源に持つようなプリンタ等
においては、数多くの光源の出力をばらつき無くダイナ
ミックに調整するのは非常に困難である。従って、露光
強度Ｐは固定したまま、感光体表面電位Ｖ_DDPおよび現
像バイアス電圧Ｖ_BIASを調整パラメータとなして、ＬＥ
Ｄアレイ駆動回路の構成を容易となし、コストを安価に
することが通常は行われる。

【００２８】出力画像濃度ＤS に関して、（数１）〜
（数３）より、次の近似式が得られる。

【００２９】

【数４】

【００３０】式中、λ_IMは画素サイズや画素内の白黒の
比率に依存する定数、ｋ_IMは１画素内の露光時間txに依
存する定数であり、露光時間txと出力画像濃度ＤS の関
係はグラフにすると図２に示す実測濃度特性曲線のよう
になる。画像制御の目的はこの実測濃度特性曲線を望ま
しい目標濃度特性曲線に一致させることである。したが
って、電子写真プロセスの特性を表わす関数（数１）〜
（数３）を実験等で定量的に求めることができれば、目
的を満足させる調整可能パラメータＶ_DDP、Ｖ_BIASを求
めることができる。

【００３１】しかしながら、（数２）の感光体感度ｓは
環境温度、湿度、劣化度などで変化するパラメータであ
り、（数３）の現像定数γs も環境温度、湿度、トナー
の物性や劣化度合い、感光体の膜厚および誘電率などで
変化するパラメータである。そのため、製品開発時に特
定のプロセス状態において実験などにより求めた電子写
真プロセスの調整可能パラメータを入力とし、出力画像
濃度を出力とした入出力特性を表わす関数に基づき制御
を行う方法では、環境およびプロセス状態が関数設定時
からの変化が小さい場合は良好な制御性能が得られる
が、環境およびプロセス状態の変化が大きくなると制御
性能が劣化し、制御を行っても目標の出力画像濃度が得
られなくなる。

【００３２】そこで、予め複数の環境・プロセス状態に
おいて、制御入力と出力濃度の関係を実験により得、入
出力特性を表すゲイン関数を求めてそれぞれ記憶してお
き、制御入力値の情報に基づき記憶した複数のゲイン関
数の中から最適なものを選択し、選択したゲイン関数を
用いて制御を行うことで常に良好な制御性能を保つこと
ができる。

【００３３】以下、画像制御部２００の動作について詳
細に説明する。今、制御入力生成部２１０により、電子
写真プロセスへの入力である感光体表面電位Ｖ_DDP 、現
像バイアス電圧Ｖ_BIASで構成される制御入力、

【００３４】

【数５】

【００３５】に基づきｋ回目の試行を行ったとする。制
御入力Ｘ（ｋ）により、電子写真プロセスは、濃度検出
器１１２によって検出された高濃度部の濃度Ｄ_{s_h}と低
濃度部の濃度Ｄ_{s_l}で構成される出力、

【００３６】

【数６】

【００３７】を実現したとする。この時、制御入力更新
部２０８は、ｋ回目の試行で制御入力生成部２１０が電
子写真プロセスに入力した制御入力Ｘ（ｋ）を、基準制
御入力Ｘold として記憶する。なお、１回目の試行を行
なう以前の時（初期状態）は基準制御入力Ｘold には初
期制御入力Ｘini を与えて記憶しておく。

【００３８】ゲイン関数記憶部２１２は、複数の環境・
プロセス状態において実験等により求めたそれぞれの環
境・プロセス状態におけるゲイン関数と、それぞれの環
境・プロセス状態において基準画像濃度を実現する制御
入力を記憶している。ここで環境・プロセス状態は、基
準濃度を実現する制御入力がそれぞれ異なる様々な環境
・プロセス状態を選んで設定する。

【００３９】以下、詳細に説明する。複数の環境、プロ
セス状態を設定するそれぞれの環境・プロセス状態をｉ
（ｉ＝１、２、３・・・）で表すことにする。今、ある
１つの環境・プロセス状態ｉにおいて入力の操作量に対
する出力の変化量

【００４０】

【数７】

【００４１】を実験により求め、次にこの入力の操作量
に対する出力の変化量の逆関数を求めると、出力の変化
させたい量に対する入力の操作すべき量を与える関数、
つまりゲイン関数が以下のように得られる。

【００４２】

【数８】

【００４３】（数８）のａi 、ｂi 、ｃi 、ｄi は、例
えば出力濃度の関数となり、ａiおよびｃiは、実験式と
して、

【００４４】

【数９】

【００４５】

【数１０】

【００４６】の高濃度の関数となる。また、ｂi および
ｄi は、

【００４７】

【数１１】

【００４８】

【数１２】

【００４９】の低濃度の関数となる。またゲイン関数記
憶部２１２においては、環境・プロセス状態ｉで目標の
高濃度と低濃度を実現する基準制御入力

【００５０】

【数１３】

【００５１】も記憶している。環境・プロセス状態を様
々に変えて設定し、実験をすることにより複数の、目標
の濃度を出力する（数１３）同様の制御入力と、それに
対応する（数８）同様のゲイン関数がそれぞれ求められ
る。

【００５２】次に、ゲイン関数選択部２１４では、制御
入力生成部２１０が電子写真プロセスに入力した制御入
力Ｘ（ｋ）と、ゲイン関数記憶部２１２に記憶されてい
る複数のｉ環境、プロセス状態における（数１３）で表
される基準制御入力Ｘi と評価関数（数１４）を用い
て、（数１４）を最小にする基準制御入力Ｘi_minは、
制御入力Ｘ（ｋ）に距離が近いものであるので、基準制
御入力Ｘi_minに対応するゲイン関数を、ｋ回目の制御
入力変化量を演算する時のゲイン関数として選択する。

【００５３】

【数１４】

【００５４】（数１４）中で、Ｖ_BIASMIN、Ｖ_BIASMAX、
Ｖ_DDPMIN、Ｖ_DDPMAXは、それぞれ予め設定する現像バイ
アス電圧下限値、現像バイアス電圧上限値、帯電電圧下
限値、帯電電圧上限値である。

【００５５】ゲイン関数更新部２１６では、ゲイン関数
選択部２１４で選択されたゲイン関数を新しいゲイン関
数として設定する。

【００５６】次に、誤差検出器２０２は、出力ベクトル
Ｙと、この２つの濃度の望ましい値である基準高濃度信
号Ｄs_hdと、基準低濃度信号Ｄs_ldとでから構成される
基準出力Ｙdとを比較し、誤差信号

【００５７】

【数１５】

【００５８】を出力する。次に、操作量算出器２０６
で、誤差検出器２０２の出力ｅ（ｋ）とゲイン関数更新
部２１６の出力であるゲイン関数

【００５９】

【数１６】

【００６０】を乗ずることにより、（数１７）により制
御入力の操作量

【００６１】

【数１７】

【００６２】を出力する。そして、制御入力更新部２０
８は、基準入力ベクトルＸoldに入力変化△Ｘ（ｋ＋
１）を加えて、ｋ＋１回目の制御入力

【００６３】

【数１８】

【００６４】を作成し、制御入力生成部２１０により、
電子写真プロセスにこの入力が与えられ、同じ動作を繰
り返す。なお、誤差検出器２０２と変化量算出器２０６
の間に、制御終了検査器２０４が設置されており、誤差
検出器２０２の出力が許容範囲内に入った場合に望みの
画像が得られたと判断し制御動作を終了する。

【００６５】これにより、環境およびプロセス状態に変
化が生じ、入出力特性が変化した場合でも、様々な環境
およびプロセス状態を設定して実験により求めた帯電電
圧および現像バイアス電圧と出力濃度との関係に基づく
複数のゲイン関数の中から、制御入力と評価関数に基づ
き最適なゲイン関数を選択することで、常に良好な制御
性能を保つことができる。

【００６６】次に、本発明の第２の実施例として、環境
およびプロセス状態の変化に伴い（数１）〜（数３）感
光体感度ｓや現像定数γsの変化が生じた場合、電子写
真プロセスの特性を表わす関数（数１）〜（数３）に基
づき感光体感度ｓや現像定数γsの変化を推定すること
により、入出力特性を表す関数の変化を求め、初期に実
験等により求めた入出力特性を表す関数と入出力特性を
表す関数の変化とに基づき制御を行うことで常に良好な
制御性能を保つことができる画像濃度制御装置を提供す
る。

【００６７】以下、本発明の第２の実施例の画像濃度制
御装置について、図面を参照しながら説明する。図３は
本発明の第２の実施例における画像濃度制御装置の構成
を示す全体図である。図３において、１００は帯電スコ
ロトロン、１０２は露光サブシステム、１０４は現像サ
ブシステム、１０６は感光体、１０８はトナー、１１８
は高濃度の基準濃度画像に対するトナー像、１２０は低
濃度の基準濃度画像に対するトナー像、１１２は濃度検
出器、３００は画像制御部、２０２は誤差検出器、２０
４は制御終了検査器、２０６は操作量算出器、２０８は
制御入力更新部、２１０は制御入力生成部、３０２はゲ
イン関数記憶部、３０４は修正パラメータ設定部、３０
６はゲイン関数演算部、２１６はゲイン関数更新部であ
る。ここで、第１の実施例と同様の動作を行う構成には
第１の実施例と同じ番号をつけている。

【００６８】以上のように構成された画像濃度制御装置
について、以下図３を用いてその動作を説明する。

【００６９】まず、電子写真プロセスの動作については
第１の実施例と同じであるが、本実施例では、画像制御
部３００内の制御入力生成部２１０とゲイン関数更新部
２１６の間に修正パラメータ設定部３０４が設けられ、
製品開発時に実験により求めた制御入力と出力濃度の関
係に基づき、１つの基準となるゲイン関数を記憶するゲ
イン関数記憶部３０２が設けられ、ゲイン関数演算部３
０６が設けられている。

【００７０】以下、第１の実施例と異なる点のみについ
て説明する。ゲイン関数記憶部３０２が記憶しているゲ
イン関数は、まず制御入力と出力濃度の関係を実験によ
り求め、入力の操作量に対する出力の変化量

【００７１】

【数１９】

【００７２】を求め、次にこの入力の操作量に対する出
力の変化量の逆関数を求めることにより、以下のように
得られる。

【００７３】

【数２０】

【００７４】（数２０）のａ0、ｂ0、ｃ0、ｄ0は、出力
濃度により異なる。ａ0およびｃ0は、

【００７５】

【数２１】

【００７６】

【数２２】

【００７７】のように、高濃度の出力の関数となる。ま
た、ｂ0およびｄ0は、

【００７８】

【数２３】

【００７９】

【数２４】

【００８０】のように、低濃度の出力の関数となる。ま
たゲイン関数記憶部３０２は、基準となるゲイン関数を
求めた時の状態において高濃度と低濃度の出力を目標出
力に一致させる制御入力

【００８１】

【数２５】

【００８２】を記憶している。修正パラメータ設定部３
０４では、制御入力生成部２１０が電子写真プロセスに
入力した制御入力Ｘ（ｋ）と、濃度検出器１１２によっ
て検出された高濃度部の濃度Ｄs_h と低濃度部の濃度Ｄ
s_l から、制御時のゲイン関数が設定当初のゲイン関数
からどれだけ変化したかを算出する。以下、修正パラメ
ータ設定部３０４の動作について詳細に説明する。

【００８３】ゲイン関数記憶部３０２に記憶している設
定当初の状態で目標の高濃度と低濃度を実現する制御入
力ＶDDP0、ＶBIAS0 、および低濃度の基準濃度画像の濃
度ＤIM_lおよび高濃度の基準濃度画像の濃度ＤIM_hにそ
れぞれ対応する出力画像濃度の基準値Ｄs_ldおよびＤs_
hdの関係は（数１）〜（数３）より、

【００８４】

【数２６】

【００８５】

【数２７】

【００８６】となる。λl 、λh 、ｋl 、ｋh は低濃
度、高濃度それぞれに固有の定数であり、設定当初に求
めたゲイン関数からλl とλh の比、ｋl 、ｋh の比を
求めることができる。

【００８７】

【数２８】

【００８８】（数２６）、（数２７）から、設定当初の
感光体感度ｓ_{0_E}と定数ｋl の積ｓ_{0_E}・ｋl の推定値、

【００８９】

【数２９】

【００９０】が求められ、（数２６）、（数２７）と
（数２９）設定当初のλ_l・γ_{s0_E}の推定値

【００９１】

【数３０】

【００９２】が求められる。ところで、（数１９）で表
される入力の操作量に対する出力の変化量の行列の各要
素は（数２６）、（数２７）をＶ_BIASもしくはＶ_DDP で
偏微分することにより、以下のように表される。（数２
６）をＶ_BIASで偏微分することにより、

【００９３】

【数３１】

【００９４】（数２６）をＶ_DDP で偏微分することによ
り、

【００９５】

【数３２】

【００９６】同様に（数２７）をＶ_BIASで偏微分するこ
とにより、

【００９７】

【数３３】

【００９８】また、同様に（数２７）をＶ_DDPで偏微分
することにより、

【００９９】

【数３４】

【０１００】となる。ここで、（数２９）、（数３０）
で求められたゲイン関数設定当初の感光体感度ｓ_{0_E}と
ｋl の積の推定値ｓ_{0_E}・ｋl と現像定数推定値γ
_{s0_E}と、制御入力Ｖ_BIAS0およびＶ_DDP0を（数３０）、
（数３１）、（数３２）、（数３３）、（数３４）に代
入することにより、ゲイン関数設定当初での入力の操作
量に対する出力の変化量の推定値ＡO_E が求められ、逆
関数を求めることにより、ゲイン関数設定当初のゲイン
関数の推定値

【０１０１】

【数３５】

【０１０２】が求められる。一方、制御入力生成部２１
０が電子写真プロセスに入力した制御入力（数５）と、
濃度検出器１１２によって検出された出力（数６）の関
係は、（数１）〜（数３）より、

【０１０３】

【数３６】

【０１０４】

【数３７】

【０１０５】となる。（数３６）、（数３７）から、ｋ
回目制御時のｓ_{_E}・ｋ_lの推定値

【０１０６】

【数３８】

【０１０７】が求められ、（数３６）、（数３７）と
（数３８）により、ｋ回目制御時の現像に関するパラメ
ータλ_l・γ_{s_E} の推定値

【０１０８】

【数３９】

【０１０９】が求められる。（数３８）、（数３９）で
求められたｋ回目制御時のｓ_{_E}・ｋ_lの推定値とλ_l・γ
_{s_E} の推定値と（数３０）（数３１）（数３２）（数３
３）（数３４）により、ｋ回目制御時の入力の操作量に
対する出力の変化量の推定値Ａ_E（ｋ）が求められ、逆
関数を求めることにより、ｋ回目制御時のゲイン関数の
推定値

【０１１０】

【数４０】

【０１１１】が求められる。（数３５）、（数４０）よ
り、ｋ回目制御時のゲイン関数の設定当初からの変化
率、すなわち修正パラメータ

【０１１２】

【数４１】

【０１１３】が求められる。ゲイン関数演算部３０６で
は、修正パラメータ設定部３０４で算出されたｋ回目制
御時の修正パラメータ（数４１）と、設定当初のゲイン
関数（数２０）から、（数４２）に基づき、ｋ回目制御
時のゲイン関数

【０１１４】

【数４２】

【０１１５】が算出される。これにより、環境およびプ
ロセス状態の変化に伴い電子写真プロセスの特性を表わ
す関数（数１）〜（数３）の感光体感度ｓや現像定数γ
s が変化し、入出力特性が変化した場合でも、特性変化
に適応してゲイン関数を更新し、それに基づき制御を行
うことで常に良好な制御性能を保つことができる。ま
た、基準となるゲイン関数は、設定時において１つだけ
求めれば良いので、多くの実験を行う必要がない。

【０１１６】次に、第３の実施例について述べる。第３
の実施例は、ｋ回目以前の制御において、出力濃度が基
準濃度に一致しなかった場合の履歴情報を用いてｋ回目
制御時のゲイン関数を修正することで、少ない制御試行
回数で目標の出力濃度を実現できる画像濃度制御装置で
ある。

【０１１７】以下、本発明の第３の実施例の画像濃度制
御装置について、図面を参照しながら説明する。図４は
本発明の第３の実施例における画像濃度制御装置の構成
を示す全体図である。図４において、１００は帯電スコ
ロトロン、１０２は露光サブシステム、１０４は現像サ
ブシステム、１０６は感光体、１０８はトナー、１１８
は高濃度の基準濃度画像に対するトナー像、１２０は低
濃度の基準濃度画像に対するトナー像、１１２は濃度検
出器、４００は画像制御部、２０２は誤差検出器、２０
４は制御終了検査部、２０６は操作量算出器、２０８は
制御入力更新部、２１０は制御入力生成部、３０２はゲ
イン関数記憶部、４０２は誤差符号検出器、４０４は誤
差符号履歴記憶部、４０６は修正パラメータ設定部、４
０８はゲイン関数演算部、２１６はゲイン関数更新部で
ある。ここで、第１の実施例と同様の動作を行う構成に
は第１の実施例と同じ番号をつけている。

【０１１８】以上のように構成された画像濃度制御装置
について、以下図４を用いてその動作を説明する。

【０１１９】まず、電子写真プロセスの動作については
第１、第２の実施例と同じであるが、本実施例では、画
像制御部３００内の誤差検査部２０２とゲイン関数更新
部２１６の間に誤差符号検出器４０２と誤差符号履歴記
憶部４０４と修正パラメータ設定部４０６とゲイン関数
修正部４０８が設けられている。

【０１２０】以下、画像制御部４００の動作について説
明する。誤差符号検出器４０２は、誤差ｅ1（ｋ）、ｅ2
（ｋ）の値が負の場合は「−１」、０の場合は「０」、
正の場合は「＋１」の値を出力する。誤差符号履歴記憶
部４０４は誤差符号検出器４０２の誤差ｅ1（ｋ）、ｅ2
（ｋ）に応じた出力値をそれぞれ記憶する。修正パラメ
ータ設定部４０６では、制御回数ｋが２回目以上の場合
に、誤差符号履歴記憶部４０４に記憶している誤差符号
検出器４０２のｋ回目のｅ1（ｋ）、ｅ2（ｋ）とｋ−１
回目のｅ1（ｋ−１）、ｅ2（ｋ−１）に対する出力値の
履歴に応じて、（数２０）で表されるゲイン関数の帯電
電圧の変化量に関するパラメータａおよびｂを修正する
方向を表す符号と、ゲイン関数の現像バイアス電圧に関
するパラメータｃおよびｄを修正する方向を表す符号を
算出する。以下詳細に修正パラメータ設定部４０６の動
作について説明する。

【０１２１】帯電電圧および現像バイアスの操作量の算
出式（数１７）より、（数２０）で表されるゲイン関数
のパラメータのうち帯電電圧の操作量の算出に関するパ
ラメータはａ、ｂであり、現像バイアス電圧の操作量の
算出に関するパラメータはｃ、ｄである。実験等で求め
られる結果から、例えば帯電に関するパラメータの値の
間には、

【０１２２】

【数４３】

【０１２３】現像バイアス電圧に関するパラメータの値
の間には、

【０１２４】

【数４４】

【０１２５】のような大小関係がある。（数４３）、
（数４４）中で｜｜は、変数の絶対値を表す。（数４
３）、（数４４）の関係が成り立っている場合、（数１
７）より、帯電電圧の操作量を決定するｅ（ｋ）のうち
ｅ1（ｋ）が支配的であり、現像バイアス電圧の操作量
を決定するｅ（ｋ）のうちｅ2（ｋ）が支配的であるこ
とがわかる。しかし（数４３）、（数４４）の関係が常
に成り立つわけではなく、９つの組合わせが考えられ
る。それぞれの場合について、低・高どちらの濃度の履
歴に注目し、（ａ、ｂ）・（ｃ、ｄ）のどちらのパラメ
ータに修正を加えるべきかを（表１）に示した。

【０１２６】

【表１】

【０１２７】帯電電圧および現像バイアス電圧の操作量
とｅ1（ｋ）、ｅ2（ｋ）の履歴を関連させて修正パラメ
ータを設定する手順について説明していくことにする。

【０１２８】（数１７）により変化量△Ｘ（ｋ）を決定
し制御を行ったとき、ゲイン関数が最適に設定されてい
れば、制御後の出力濃度の誤差ｅ（ｋ）は０となる。と
ころが、ゲイン関数が最適でない場合は、０でない誤差
ｅ（ｋ）が生じる。

【０１２９】誤差符号履歴記憶部４０４に記憶されたｋ
回目のｅ1（ｋ）とｋ−１回目のｅ1（ｋ−１）の符号に
着目すると、例えばｅ1（ｋ）が負、ｅ1（ｋ−１）が負
で、（数４３）が成り立つような場合、与えられた帯電
電圧の操作量が過小であったことがわかり、帯電電圧の
操作量を増加させる方向に帯電電圧の操作量を決定する
ゲイン関数のパラメータａ、ｂを修正する。また例えば
ｅ1（ｋ）が負、ｅ1（ｋ−１）が正で、（数４３）が成
り立つ場合、与えられた帯電電圧の操作量が過大であっ
たことがわかり、帯電電圧の操作量を減少させる方向に
帯電電圧の変化量を決定するゲイン関数のパラメータ
ａ、ｂを修正する。

【０１３０】この考え方に基づき、パラメータの修正方
向をまとめると（表２）のようになる。ここで、変数の
符号のみに注目した値を表す記号［］を用いて、変数
の符号が正の場合は、

【０１３１】

【数４５】

【０１３２】０の場合は、

【０１３３】

【数４６】

【０１３４】負の場合は、

【０１３５】

【数４７】

【０１３６】の様に表すことにする。但し、変数が０と
いうのは、変数が近似的に０であることを意味する。

【０１３７】

【表２】

【０１３８】表中ｅｉ（ｋ）は、ｅ1（ｋ）（ｉ＝1）あ
るいはｅ2（ｋ）（ｉ＝2）を意味し、同様にｅｉ（ｋ−
１）はｅ1（ｋ−１）あるいはｅ2（ｋ−１）を意味す
る。

【０１３９】現像バイアス電圧の操作量に関するパラメ
ータｃ、ｄに関しても同様に、

【０１４０】

【表３】

【０１４１】（表２）（表３）中の［δａ］、［δ
ｂ］、［δｃ］、［δｄ］は、（数８）で表されるゲイ
ン関数のパラメータの変化の符号を表し、例えば［δ
ａ］＝＋は、ゲイン関数のパラメータａを増加させる方
向に修正することを意味し、［δａ］＝−は、ゲイン関
数のパラメータａを減少させる方向に修正することを意
味し、［δａ］＝０は、ゲイン関数のパラメータａを変
化させないことを意味している。

【０１４２】ゲイン関数演算部４０８では、修正パラメ
ータ設定部４０６で演算された［δａ］、［δｂ］、
［δｃ］、［δｄ］に基づき、それぞれに対応した修正
パラメータηa、ηb、ηc、ηdを（数４８）〜（数５
１）に基づいて演算する。

【０１４３】

【数４８】

【０１４４】

【数４９】

【０１４５】

【数５０】

【０１４６】

【数５１】

【０１４７】（数４８）〜（数５１）中で、δは正の微
小量で、δ＝０．０５程度を設定する。演算したηa、
ηb、ηc、ηdの値は記憶しておき、次回演算時に用い
ることとなる。なお、１回目の試行を行なう以前の時
（初期状態）はηa、ηb、ηc、ηdには１．０を与えて
記憶しておく。次に、ゲイン関数を、ゲイン関数記憶部
３０２に記憶されているゲイン関数（数２０）とηa、
ηb、ηc、ηdに基づき（数５２）により求める。

【０１４８】

【数５２】

【０１４９】ゲイン関数更新部２１６は、ゲイン関数演
算部４０８で選択されたゲイン関数によりゲイン関数を
更新する。

【０１５０】これにより、予め設定したゲイン関数が最
適でない場合でも、制御履歴を用いて修正することによ
り、最適なゲイン関数に近づけることができ、良好な制
御性能を得ることができる。

【０１５１】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように本発
明によれば、電子写真プロセスの特性変動が生じた場合
でも、適切なゲイン関数を選択することができ、制御試
行回数を削減することが可能となる。

【０１５２】あるいは、電子写真プロセスの特性変動が
生じた場合でも、帯電電圧、露光強度、現像バイアス電
圧およびテスト画像濃度の少なくとも１つに基づき、プ
ロセスの特性変動を推定し修正パラメータを設定するこ
とで、ゲイン関数を最適に修正することができ、制御試
行回数を削減することができる。

【０１５３】あるいは、電子写真プロセスの特性変動が
生じた場合でも、テスト画像濃度の履歴に基づいて修正
パラメータを設定することで、ゲイン関数を最適に修正
することができ、制御試行回数を削減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の画像濃度制御装置の構
成図

【図２】同実施例における露光時間ｔｘと出力画像濃度
ＤSの関係を表す濃度特性曲線図。

【図３】本発明の第２の実施例の画質制御装置の構成図

【図４】本発明の第３の実施例の画質制御装置の構成図

【符号の説明】

１００帯電スコロトロン１０２露光サブシステム１０４現像サブシステム１０６感光体１０８トナー１１２濃度検出器１１８高濃度の基準濃度パッチに対するトナー像１２０低濃度の基準濃度パッチに対するトナー像２００画像制御部２０２誤差検出器２０４制御終了検査部２０６操作量算出器２０８制御入力更新部２１０制御入力生成部２１２ゲイン関数記憶部２１４ゲイン関数選択部２１６ゲイン関数更新部３００画像制御部３０２ゲイン関数記憶部３０４修正パラメータ設定部３０６ゲイン関数演算部４００画像制御部４０２誤差符号検出器４０４誤差符号履歴記憶部４０６修正パラメータ設定部４０８ゲイン関数演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光体を所定の帯電電圧に帯電させる帯電
手段と、前記感光体に少なくとも１つの基準濃度パッチ
からなるテスト画像のイメージに従って露光を行い潜像
を作成する露光手段と、前記潜像を所定の現像バイアス
電圧を印加して現像剤により前記テスト画像の可視像を
作成する現像手段と、前記帯電、露光、現像手段により
前記感光体上に作成した前記テスト画像の可視像の出力
濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の出
力濃度とあらかじめ設定した目標濃度との誤差を算出す
る誤差算出手段と、前記誤差算出手段の出力の関数であ
るゲイン関数に前記誤差算出手段の出力を乗じて前記帯
電電圧および現像バイアス電圧の操作量を演算する操作
量演算手段と、前記操作量演算手段で演算された前記帯
電電圧の操作量および前記現像バイアス電圧の操作量を
前記帯電電圧および現像バイアス電圧に加算する設定値
更新手段と、前記設定値更新手段が前記帯電電圧および
現像バイアス電圧を更新した後に更新後の前記帯電電圧
および現像バイアス電圧に従って複数の前記ゲイン関数
の中から、前記操作量演算手段において用いる前記ゲイ
ン関数を選択更新するゲイン関数更新手段とを具備し、前記テスト画像の可視像の出力濃度検出を行い、前記操
作量演算手段を用いて前記帯電電圧および現像バイアス
電圧の操作量を算出し、前記帯電電圧および現像バイア
ス電圧を更新し、更新後の前記帯電電圧および現像バイ
アス電圧に従って前記ゲイン関数を更新する動作を繰り
返し、前記テスト画像の可視像の出力濃度を目標濃度に
制御することを特徴とした画像濃度制御装置。
【請求項２】複数の条件下で実験により求めた帯電電圧
および現像バイアス電圧と出力濃度との関係に基づくゲ
イン関数を複数記憶し、ゲイン関数更新手段が、更新後
の前記帯電電圧および現像バイアス電圧に応じて前記ゲ
イン関数を選択更新する請求項１記載の画像濃度制御装
置。
【請求項３】感光体を所定の帯電電圧に帯電させる帯電
手段と、前記感光体に少なくとも１つの基準濃度パッチ
からなるテスト画像のイメージに従って露光を行い潜像
を形成する露光手段と、前記潜像を所定の現像バイアス
電圧を印加して現像剤により前記テスト画像の可視像を
作成する現像手段と、前記帯電、露光、現像手段により
前記感光体上に作成した前記テスト画像の可視像の出力
濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の出
力濃度とあらかじめ設定した目標濃度との濃度誤差を算
出する誤差算出手段と、前記誤差算出手段の出力の関数
で少なくとも１つの修正パラメータを持つゲイン関数
に、前記誤差算出手段の出力を乗じて前記帯電電圧およ
び現像バイアス電圧の操作量を演算する操作量演算手段
と、前記帯電電圧、露光手段の露光強度、現像バイアス
電圧の設定値および前記テスト画像の可視像の出力濃度
の少なくとも１つに基づき前記修正パラメータを算出設
定する修正パラメータ設定手段と、前記操作量演算手段
で演算された前記帯電電圧および前記現像バイアス電圧
の操作量を前記帯電電圧および現像バイアス電圧に加算
する設定値更新手段とを具備し、前記テスト画像の可視像の出力濃度検出を行い、前記帯
電電圧、露光手段の露光強度、現像バイアス電圧の設定
値および前記テスト画像の可視像の出力濃度の少なくと
も１つに基づき前記修正パラメータを設定更新し、前記
操作量演算手段を用いて前記帯電電圧および現像バイア
ス電圧の操作量を算出し、前記帯電電圧および現像バイ
アス電圧を更新する制御試行を繰り返し、前記テスト画
像の可視像の出力濃度を目標濃度に制御することを特徴
とした画像濃度制御装置。
【請求項４】感光体を所定の帯電電圧に帯電させる帯電
手段と、前記感光体に少なくとも１つの基準濃度パッチ
からなるテスト画像のイメージに従って露光を行い潜像
を形成する露光手段と、前記潜像を所定の現像バイアス
電圧を印加して現像剤により前記テスト画像の可視像を
作成する現像手段と、前記帯電、露光、現像手段により
前記感光体上に作成した前記テスト画像の可視像の出力
濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の出
力濃度とあらかじめ設定した目標濃度との濃度誤差を算
出する誤差算出手段と、前記誤差算出手段の出力の関数
で少なくとも１つの修正パラメータを持つゲイン関数
に、前記誤差算出手段の出力を乗じて前記帯電電圧およ
び現像バイアス電圧の操作量を演算する操作量演算手段
と、制御中の前記濃度誤差の履歴を記憶する濃度誤差履
歴記憶手段と、前記濃度誤差履歴記憶手段に記憶された
前記濃度誤差の履歴に基づいて前記修正パラメータを算
出設定する修正パラメータ設定手段と、前記操作量演算
手段で演算された前記帯電電圧のおよび前記現像バイア
ス電圧の操作量を前記帯電電圧および現像バイアス電圧
に加算する設定値更新手段とを具備し、前記テスト画像の可視像の出力濃度検出を行い、前記濃
度誤差の履歴に基づいて前記修正パラメータを更新し、
前記操作量演算手段を用いて前記帯電電圧および現像バ
イアス電圧の操作量を算出し、前記帯電電圧および現像
バイアス電圧を更新する制御試行を繰り返し、前記テス
ト画像の可視像の出力濃度を目標濃度に制御することを
特徴とした画像濃度制御装置。
【請求項５】基準濃度画像が高濃度と低濃度の２つであ
って、前記基準濃度画像の出力濃度の高濃度と低濃度を
それぞれの目標濃度に制御し、修正パラメータ設定手段
が、ゲイン関数の状態に応じて低濃度あるいは高濃度の
少なくとも一方の誤差符号の履歴に基づいて、帯電電圧
あるいは現像バイアス電圧に関する修正パラメータを算
出することを特徴とした請求項４記載の画像濃度制御装
置。
【請求項６】修正パラメータ設定手段が、誤差符号検出
手段の出力である誤差符号の履歴に従って、前記履歴の前回値が正であり今回値が負であるときおよ
び前記履歴の前回値が負で今回値が正であるときは帯電
電圧あるいは現像バイアス電圧の操作量を減ずる方向に
ゲイン関数の修正パラメータを設定更新し、前記履歴の前回値が負であり今回値が負であるときおよ
び前記履歴の前回値が正であり今回値が正であるときは
帯電電圧あるいは現像バイアス電圧の操作量を増やす方
向にゲイン関数のパラメータを修正することを特徴とし
た請求項４または５記載の画像濃度制御装置。