JPH0876529A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサの投光角、受光角に拘らずセンサ出力
のバラツキによるセンサの検知濃度ズレ等の画質変化を
未然に防止し、安定して階調を再現できる画像形成装置
を提供することにある。 【構成】 ハイライトからシャドーまでのパッチトナー
像を像担持体110上に形成し、パッチトナー像の濃度を
検出する濃度検知センサＣ₂を有し、当該濃度検知セン
サＣ₂を構成する発光ダイードＬＥＤ、ホトトランジス
タＰＴの少なくとも１つに被検知部との間に拡散板ｄｆ
ｐを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パッチトナー像を像担
持体上に形成し、パッチトナー像の濃度を検出する濃度
検知手段を備え、再生した画像の濃度ズレを防止する画
像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図15はプリンタ特性とその階調制御との
関係を示すグラフチャートである。

【０００３】第１象限はＰＷＭレベルと濃度信号レベル
との関係を示したものである。ＰＷＭレベルは最大の１
画素径を得る半導体レーザの発光時間を255レベルに等
間隔に区切ったものである。濃度信号は、例えばスキャ
ナから読み込んだ原稿上の画像からの輝度信号を記録濃
度に変換した信号である。最高レベルも256レベルでし
かも０レベルと最高レベルを一致する所謂スルーである
ことを示している。

【０００４】第２象限は転写紙上に定着した画像から反
射する画像濃度レベル（画像濃度計で測定した値）とＰ
ＷＭレベルとの関係を示したグラフであり、最大画像濃
度Ａから最小画像濃度までの特性がγ状にカーブした曲
線となっている。当該γ曲線は例えばプリンタの操作プ
レートからユーザが設定する顕画像の濃度特性である。
一方、前記γ曲線は、第１象限に示すように濃度信号レ
ベルとＰＷＭレベルとの関係がスルーであることから、
濃度信号と再生する画像濃度との関係を示す。これは設
計者の側から見れば目標とする設計値となる。点Ａは最
大画像濃度1.4を示すものである。最大画像濃度を1.4近
傍とした理由を述べる。

【０００５】センサで検出できる画像濃度は一般に最大
1.5程度であり、この最大画像濃度付近は飽和してい
る。これは人間の視覚では識別できないからである。そ
こで一般に飽和する画像濃度レベルの低部に相当する画
像濃度1.4をＰＷＭデータの最大レベルに選定してい
る。これは最大濃度レベル付近においても階調を識別で
きるようにするためである。

【０００６】第３象限はプリンタ特性を示すグラフであ
り、転写紙上に定着した画像から反射する画像濃度レベ
ル（画像濃度計で測定した値）と256階調で正規化した
画像濃度レベルとの関係として表されている。プリンタ
特性とは、プリンタの静電写真プロセスを実行するエン
ジン部分に固有な特性である。これは現像性と像担持体
の感度特性に依存するからである。

【０００７】第４象限はいわゆる階調補正処理を示すも
のであり、濃度信号レベルと256階調で正規化した濃度
信号レベルとの関係として表現してある。階調補正は第
３象限に示すプリンタ特性が例えば感度特性の変動や現
像性の変動に影響されずに第２象限に示すγ形状の曲線
に近似するように階調を補正するものである。

【０００８】プリンタ特性は第３象限に示す曲線ａのよ
うに得られていたとするならば、画像濃度1.5〜０まで
を濃度信号レベルで表現することができる。従って、曲
線ａに示すプリンタ特性を第４象限に示す曲線ｃによる
階調を補正することにより、第２象限に示すγ形状を示
す曲線の近似させると、例えばスキャナから入力する濃
度信号の最大濃度レベルから最小濃度レベルまでを再現
できることになる。このようにして静電写真プロセスの
特性変動に起因する濃度ズレを補正する。

【０００９】つまり、プリンタ特性は例えば温湿度等の
環境変動に影響されて像担持体の表面電位や現像能力の
静電写真プロセスの特性が変動することにより図15に示
す第４象限に示す曲線ｂに変化したとする。曲線ｂの意
味するところは入力する濃度信号の最大濃度レベル付近
は正規化した濃度信号レベルから外れていることが分か
る。従って、曲線ｂに示すプリンタ特性を第４象限に示
す曲線ｄによる階調を補正することにより、第２象限に
示すγ形状を示す曲線の近似させることができたとして
も入力する濃度信号の最大濃度レベル付近を再現できな
い。従って、プリンタ特性が環境によって変動した場合
の対策を施している。

【００１０】プリンタ特性自体は環境条件を調整しなけ
れば調整できないのであるから、斯かる環境変動による
プリンタ特性の変動に対処する手法として最大画像濃度
を必要十分な濃度に安定させることである。かかるプリ
ンタ特性自体を調整せずに最大画像濃度を上げる手法と
しては、現像性と密接に関係するトナー濃度を一定に制
御することにより、本来の現像性を固定とし、現像スリ
ーブの回転数を制御して像担持体表面の現像領域におい
て付着する現像剤の量を変化させて最大画像濃度を調整
し、更に画像濃度調整の応答性を改善した複写機の画質
調整装置を開示してある（特開昭59-176765号公報）。
一方、かかる方法においても、画像の生産性を考慮した
画像濃度を検出方法により得られるプリンタ特性からで
は環境変動による影響を抜きにしても目標とするプリン
タ特性を安定して得ることができない。即ち、画像濃度
は転写紙上に定着した画像に投射した光量に対する画像
から反射する光量との比を対数変換したものである。こ
れは転写紙上の画像濃度を検出しているため転写効率を
含んだものであるからである。しかも、転写紙の濃度と
像担持体の濃度とは個々にベースが異なるため、実際の
転写紙上の画像濃度と像担持体上の画像濃度とは大きく
ずれ込んだものを把握している。即ち、像担持体上に形
成した画像濃度とＰＷＭレベルとの関係としてプリンタ
特性Ａを把握することもある。

【００１１】そこで、本発明者は、プリンタの画像生産
性の観点から、転写紙を出力することなく像担持体上に
顕像化したパッチトナー像から反射濃度から演算により
間接的に画像濃度を得る手法において、定着画像に投射
した光量は直接測定できないから、ここでは転写紙上に
定着した画像において必要十分となる際の像担持体上の
画像濃度に対応するセンサ出力に顕像化された画像のセ
ンサで検知したときの出力が一致若しくはそれ以下とな
った時に現像性が固定される。実際は像担持体上にＰＷ
Ｍ255（最大露光量）で潜像を形成し、当該潜像を回転
数の現像スリーブで顕像化し、それをセンサで検知し、
その出力が予め決めておいたセンサ出力とは（決めてお
いたセンサ出力とは、例えば出力画像の最大濃度を1.4
とする場合、定着された転写紙上での画像濃度が1.4に
なる時の像担持体上での画像をセンサで読み込んだとき
のセンサ出力）と一致又はそれ以下となった時の現像ス
リーブの回転数が最高画像濃度を得る条件となる。その
後、その決定した現像スリーブ回転数でパッチトナー像
を顕像化し、そのパッチトナー像から得られるプリンタ
特性の調整を提案している（特願平5-285172号）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た階調制御は像担持体上に形成したパッチトナー像から
の反射濃度の検出精度が良好であることを前提としてい
る。

【００１３】本発明者は反射濃度を検出する方法を検出
精度を含めて検討している。

【００１４】先ず、像担持体に顕像化したパッチトナー
像からセンサまでの距離との関係から検出精度を検討し
てみる。パッチトナー像のない状態の像担持体表面から
の反射光を所定距離だけ隔てた基準位置にセンサを設置
し、当該センサからの出力電圧は7.0（Ｖ）とすれば、
当該基準位置から1.0mmだけ移動すれば出力電圧は3.0
（Ｖ）だけ変動することが分かる。そこで、実際のプリ
ンタで像担持体の振動状態を調べてみると、像担持体は
１回転する間に約0.1（mm）の振幅で振動していること
が分かった。この振動は機械的手段では解決できない。
これからセンサは像担持体上にパッチトナー像を顕像化
しない状態で0.3〜0.4（Ｖ）で変動する電圧を出力する
ことを意味する。従って、実際の画像形成装置におい
て、像担持体の振動のために反射濃度の検出にあたって
検出精度が落ちるという課題があった。

【００１５】又、像担持体上に形成したトナー像の反射
濃度を求める方法は、一般に直接光を用いる方法（直接
光方式という）と拡散光を用いる方法（拡散光方式とい
う）の２つに分類できる。

【００１６】図14は像担持体上の反射濃度を求める方法
を示す模式図である。具体的には、図14（ａ）は直接光
を利用する方法の模式図を示すものであり、図14（ｂ）
〜図14（ｄ）はいずれも拡散光を利用する方法の模式図
である。図14（ａ）のように直接光を利用する方法はあ
る決められた濃度に対しその前後濃度についての分解能
は優れているが、ハイライトからシャドーまですべての
濃度を検知することはできない。又、直接光の場合は、
発光素子と受光素子とは焦点を結ぶように構成してある
ため、センサから被測定物との距離に対するセンサ出力
の変動は大きい。図14（ｂ）〜図14（ｄ）に示すような
拡散光を利用する方法は直接光を利用する方法に比べて
濃度に対する分解能は低く、特にシャドー部の分解能は
低いが、ハイライトからシャドーまですべての濃度を検
知することができる。これを極論すればセンサの投光
角、受光角によって出力に差を生ずるので、プリンタ特
性を的確に把握できにくいことを示している。

【００１７】本発明の目的は、センサの投光角、受光角
に拘らずセンサ出力のバラツキによるセンサの検知濃度
ズレ等の画質変化を未然に防止し、安定して階調を再現
できる画像形成装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段としては、パッチトナー像を像担持体上に形成
し、前記パッチトナー像の濃度を検出する濃度検知手段
を備える画像形成装置であって、前記濃度検知手段を構
成する光学素子、受光素子の少なくとも１つに被検知部
との間に拡散板を設けたことにより、投光角、受光角に
よらずに拡散光の効果を持たすことができるので、発光
素子、受光素子の投光角、受光角に設定範囲の巾を広く
することができる。

【００１９】前記パッチトナー像はハイライトからシャ
ドーまで現すものであってよい。

【００２０】本発明は、画像生産性の観点から、像担持
体上に顕像化したパッチトナー像１から画像濃度を間接
的に定着画像濃度を得る手法を採用し、最高画像濃度を
得るための現像性に固定し、その後にパッチトナー像２
を顕像化したパッチトナー像から得られるプリンタ特性
を最高画像濃度を基準に正規化することによって、プリ
ンタ特性の調整するのも好ましい。

【００２１】

【作用】図７は拡散光方式の画像濃度センサを示す図で
あり、図７（ａ）は画像濃度センサＣ₂の一態様を示す
平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の画像濃度セン
サＣ₂のＡ−Ａ線断面図である。

【００２２】図７に示す画像濃度センサＣ₂は、赤外光
を発光する発光ダイオードＬＥＤ（発光ダイオードＬＮ
66、鹿児島松下電子株式会社製）とホトトランジスタＰ
Ｔ（ホトトランジスタＰＮ101、鹿児島松下電子株式会
社製）との受光面の中心が０°，40°の角度をなすよう
な溝をケーシングＣＫに形成し、当該溝に発光ダイオー
ドLED及びホトトランジスタＰＴに嵌入することにより
反射方式を採用することにより、目標とする濃度に対す
る分解能は低いが、ハイライトからシャドーまでの反射
濃度を検出するものである。

【００２３】図８は異なる光学特性の拡散板を備えた画
像濃度センサの出力特性を示すグラフである。

【００２４】ここで画像濃度センサは、図７に示したも
のに異なる光学特性の拡散板dfpを設けて出力特性を比
較したグラフである。

【００２５】□は拡散板Ｗ33（三菱レーヨン製）を備え
たものであり、全線透過率49％、光線反射率50％であ
り、＋は拡散板N609（三菱レーヨン製）を設けたもので
あり、全線透過率76％、光線反射率23％であり、◇は拡
散板N613（三菱レーヨン製）を設けたものであり、全線
透過率65％、光線反射率34％であり、△は拡散板N961
（三菱レーヨン製）全線透過率43％、光線反射率57％で
あり、拡散率59％であり、×は拡散板N432（三菱レーヨ
ン製）を設けたものであり、全線透過率58％であり、光
線反射率41％であり、拡散率50％であり、▽は拡散板N1
76（三菱レーヨン製）を設けたものであり、全線透過率
58％、光線反射率41％であり、拡散率81％である。これ
らの光学特性はJIS K7105プラスチックの光学的特性試
験方法によって測定したものである。

【００２６】像担持体110にトナー像を付着させない状
態で画像濃度センサの出力電圧が７Ｖになるように調整
した後で像形成体上に形成したパッチトナー像の階調を
変更して反射濃度を検出したものである。図８に示すグ
ラフは全線透過率を変化させることにより画像濃度セン
サＣ₂の出力特性が変化することを示している。これは
拡散板dfpの選択次第で演算して得られる濃度データと
定着画像濃度とを一致させ得ることを示すものである。
特にこの全線透過率を変えることで上記の２つの濃度の
中間濃度レベルを合わせることが容易となる。

【００２７】図９は拡散板を備える画像濃度センサの出
力特性を示すグラフである。

【００２８】グラフにおいて、□は定着画像濃度（マク
ベス社製画像濃度計使用）を示しており、像担持体面に
対し法線方向を０°とすると、＋は投光角０°，受光角
40°の反射方式の画像濃度センサからの出力を示してお
り、◇は投光角40°，受光角40°の直接光方式の画像濃
度センサからの出力を示している。いずれの画像濃度セ
ンサも発光素子及び受光素子の両方に拡散板（三菱レー
ヨン製：Ｎ613）を設けたものである。前述した調整動
作を経た後で発光素子の印加電圧を調整して得た出力特
性である。全光線透過率（％）は、１画素単位の露光方
式を採用するか或いは２画素単位の露光方式を採用する
かによって相違するが、前述した演算における中間調領
域の検出レベルを一致させることができている。

【００２９】

【実施例】図１は本発明の画像形成装置における一実施
例を示すブロック図である。

【００３０】本実施例の画像形成装置は、例えばスキャ
ナ若しくはパーソナルコンピュータ等の画像信号発生手
段200からの濃度信号に基づいて半導体レーザの発光時
間を変化させることにより階調記録をおこなうパルス幅
変調による露光プロセスを行う電子写真方法を採用した
ものであり、メイン電源スイッチ（以下、Ｍ／Ｓと略称
する）のオン動作により定着装置（図示せず）のウォー
ミングアップをする定着温度設定手段を構成するプログ
ラムと、ウォーミングアップ期間内で現像剤の帯電量を
所定値に設定するための撹拌スクリュウ133Ａ〜133Ｃを
回転させる帯電量安定化手段を構成するプログラムと、
更に像担持体110の帯電電位を安定化するために画像形
成前に像担持体110に電荷を付与する前帯電処理を実行
する帯電電位安定化手段を構成するプログラムと、これ
らのプログラムの実行と並行してＲＡＭ340から読み出
されるテストパッチ信号Ｓ_Gに基づいて像担持体110上に
ＰＷＭ255（最大露光量）で露光した同一の潜像の複数
のテストパッチを形成し、それを現像スリーブの回転数
を変えて現像し、顕像化したものを画像濃度センサＣ₁
から反射する光強度に対応した輝度信号から実際の最高
画像濃度を検出し、現像特性を固定する手段を構成する
プログラムと、例えば256階調を現すパッチトナー像を
作成し、現像性を固定する手段によって決まった現像ス
リーブ回転数で顕像化し、画像濃度センサＣ₂の輝度信
号からプリンタ特性を検出するプリンタ特性検出手段と
記録信号の階調を補正する階調制御手段とを構成するプ
ログラムを書き込んだＭＰＵ500を備えたものである。

【００３１】以下に本実施例の画像形成装置の主要構成
を説明する。

【００３２】画像処理部300は、最高画像濃度を所定値
に固定した後でＬＯＧ310，ＬＵＴ320、ＲＡＭ330，340
及びセレクタ350とから構成されたものであり、グレー
スケールを顕像化したパッチトナー像から得られるプリ
ンタ特性を最高画像濃度を基準に正規化して階調を補正
するものである。

【００３３】ＬＯＧ310は濃度−濃度の対にしたテーブ
ルデータを書き込んだものであり、操作パネル600に設
けた濃度選択用ボタンから選択するものである。ＬＵＴ
320は検出した濃度データを逆転したものを得るための
ＰＷＭ−濃度を対にしたテーブルデータを書き込んであ
ることによりＰＷＭレベルを示す記録信号を書き込みユ
ニット400若しくはＲＡＭ330に送出する。

【００３４】ＲＡＭ330は256階調を表すテストパターン
や常温常湿（例えば20℃、50％）下のプリンタ特性によ
る最高画像濃度を表す濃度片、更には中間調濃度を示す
濃度片のいずれかを示すテストパッチデータ（図５及び
図６を参照）を書き込んだものである。

【００３５】セレクタ350はＭＰＵ500からのセレクト信
号に基づいてＲＡＭ330からのテストパッチ信号Ｓ_G又は
ＬＵＴ320からの濃度信号のいずれかを出力する。

【００３６】書き込みユニット400は、パルス幅変調回
路410、ＬＤドライバ420、書き込み光学系430から構成
され、１走査ライン分の記録信号をパルス幅変調した変
調信号で半導体レーザを発振させ、レーザ光を所定速度
で回転するポリゴンミラーで偏向させ、fθレンズ及び
第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリカル
レンズによって、例えば記録信号又はＲＡＭ340から読
み出されるテストパッチ信号Ｓ_G若しくはＲＡＭ330の濃
度信号に基づいて半導体レーザを発光してドット毎に像
担持体110上をライン走査して潜像を形成するものであ
り、所謂露光プロセスを行うものである。

【００３７】半導体レーザはGaAlAs等が用いられ、最大
出力５mWであり、光効率25％であり、拡がり角として接
合面平行方向８〜16°、接合面垂直方向20〜36°であ
る。カラートナーを順次重ね合わせることを考慮して波
長は780nmである。

【００３８】パルス幅変調回路410は参照波と所定ビッ
トからなる記録信号をＤ／Ａ変換したアナログ記録信号
とを比較し多値化するものである。このようにして得ら
れる変調信号はＬＤドライバ420の駆動信号となる。

【００３９】ＬＤドライバ420は、同期系としてインデ
ックスセンサ及びインデックス検出回路を設け、変調信
号で半導体レーザを発振させるものであり、半導体レー
ザからのビーム光量に相当する信号がフィードバックさ
れ、その光量が一定となるように駆動するものであり、
半導体レーザに導通する電流を変更することができるよ
うになっている。これにより、潜像電位を調整すること
ができる。同期系は、偏向光学系からのビームを反射す
るミラーを介してインデックセンサに入射する。インデ
ックスセンサはビームに感応して電流を出力し、当該電
流はインデック検出回路で電流／電圧変換してインデッ
クス信号として出力する。このインデックス信号により
所定速度で回転するポリゴンミラーの面位置を検知し、
主走査方向の周期によって、ラスタ走査方式で変調信号
による光走査を行っている。

【００４０】書き込み光学系430は、レーザ光を所定速
度で回転するポリゴンミラーで偏向させ、fθレンズ及
び第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリカ
ルレンズによって像担持体上に微小なスポットに絞って
走査するものである。コリメータレンズは変調光学系で
あり、ポリゴンミラー及びfθレンズは偏向光学系であ
り、第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリ
カルレンズはポリゴンミラーによる面倒れ補正光学系と
して機能するものである。

【００４１】ＭＰＵ500は静電写真プロセスを実行する
プログラムと現像性固定手段を構成するプログラムを書
き込んだＲＡＭ（図示せず）を備え、又、操作パネル60
0からの各種信号を処理する機能を備えるものである。

【００４２】ＭＰＵ500は撹拌スクリュウ133Ａ〜133Ｃ
を駆動するためのソレノイドにドライバ（図示せず）を
介して接続してある。

【００４３】ＭＰＵ500はプリンタ特性検知手段及び最
高画像濃度換算手段を構成するプログラムを書き込んだ
ＲＡＭを備えるものである。

【００４４】プリンタ特性検知手段は、画像濃度センサ
Ｃ₁，Ｃ₂とＭＰＵ500及びテストパッチ信号Ｓ_Gを書き込
んだＲＡＭ340から構成したものであり、実際のプリン
タ特性及びそれから最高画像濃度を検出するものであ
る。当該プログラムは最高画像濃度換算手段に相当する
プログラムも含んでいる。

【００４５】画像濃度検出手段に相当するプログラム
は、輝度信号をＡ／Ｄ変換することにより256階調に正
規化した出力電圧に対する画像濃度センサＣ₂の定格最
大出力（像担持体上に何も付着しない状態での出力）と
の比を対数変換した値に像担持体110の濃度と転写紙の
濃度との相違を考慮して画像濃度信号を得るものであ
り、像担持体110の回転中に生ずる振動に起因する検出
誤差を除去するために例えば像担持体110上に顕像化し
た複数のテストパッチから得られる輝度信号に所定の処
理を施して平均した値を算出する（特開平1-41375号公
報参照）。これにより、ＭＰＵ500は像担持体110の振動
に起因する検出誤差を除去したプリンタ特性及び最大画
像濃度を検知できることになる。

【００４６】ＭＰＵ500は、透磁率の変化により現像性
に関係なく、トナー濃度を一定に制御するトナー濃度制
御系であって、像担持体の現像量を光学的に検出する手
段のように感光層の感度特性の変化に影響されない為に
現像スリーブ131の回転数を可変することにより反転現
像方法における現像性を一定に担保する。

【００４７】トナー濃度制御手段は、現像ユニット130
内に装填した現像剤の透磁率をトナー濃度センサＴＳで
検出し、これによりトナー補給ユニット（図示せず）を
駆動することによりトナー濃度を略一定に制御するもの
である。

【００４８】現像性固定手段を構成するプログラムは、
像担持体110上に顕像化したパッチトナー像１に応じて
現像スリーブ131の回転数を制御することにより、感光
層の感光特性を越えた現像性を得るようにするものであ
り、現像性と密接に関係するトナー濃度を一定に制御す
ることにより、現像スリーブ131の回転数を制御して像
担持体110表面の現像領域において付着する現像剤の量
を変化させて最大画像濃度を調整する。現像性固定手段
を構成するプログラムは、二成分現像剤を採用する場
合、現像槽内のトナー濃度を一定に制御する機構及び制
御プログラムを備えるものである。

【００４９】なお、本実施例においては、単一のＭＰＵ
500で上述した各種のプログラムを起動するように説明
してあるが、これに限定されるものでなく、２つ以上の
ＭＰＵを採用して並列処理するようにしても構わない。

【００５０】操作パネル600は例えばタッチディスプレ
ィからなり、複写倍率、複写枚数、コピー開始等を指令
するものであり、操作した内容を表示するようにしてあ
る。

【００５１】像担持体110は例えばアルミニュウム等か
ら構成した導電基材の表面に感光層を形成したものであ
る。感光層は膜厚15〜30μm、誘電率2.0〜5.0であり、
導電基材は接地してあり、像担持体110は280mm／secの
線速度で矢示方向に回転する（−）帯電の塗布型ＯＰＣ
から成る直径80mmのドラム状の感光体であり、像担持体
110の回転軸に位相を検出するためのエンコーダ115を設
けてあり、エンコーダ115は像担持体110の位相を示す位
相信号をＭＰＵ500に送出している。

【００５２】像担持体110の周縁部には後述する帯電装
置120、現像装置130、分離装置144、転写装置143、クリ
ーニングユニット150を設け、更に給紙トレイ、レジス
トローラ142、搬送ベルト等からなる給紙系を備えてい
る。

【００５３】帯電装置120は例えばスコロトロン帯電器
であり、潜像形成プロセスに先立ち像担持体110を所定
電圧に均一帯電して階調再現性等を調整することにより
カブリ防止等を行うものである。

【００５４】現像装置130は、平均粒径約8.5μmのポリ
エステル系材料からなるトナーと平均粒径60μmのフェ
ライト系コーティングキャリアとをトナー濃度６％に制
御した現像剤を撹拌スクリュウ133Ａ，133Ｂ，133Ｃを1
20（rpm）で回転することにより撹拌した後、マグネッ
トローラ132の外側にあって約150〜500（rpm）で回転す
る現像スリーブ131の外周に磁気ブラシを形成し、現像
スリーブ131には所定のバイアス電圧が印加されて、像
担持体110に対向した現像領域の潜像をトナー像に顕像
化するものである。

【００５５】現像装置130は、像担持体110と対向する筺
体300の開口付近に直径40(mm)の現像スリーブ131で覆っ
たマグネットローラ132の回動軸を筺体300の側壁に嵌入
してあり、その後方に直径16（mm）の撹拌スクリュウ13
3Ａ，133Ｂ，133Ｃの駆動軸を筺体300の側壁に嵌入して
あり、現像スリーブ131，撹拌スクリュウ133Ａ，133
Ｂ，133Ｃの駆動軸は例えば歯車を介して駆動系（図示
せず）に接続することにより、回転数を変更することが
できるようになっている。この制御動作はＭＰＵ500に
よって行われる。この機能を利用して例えば現像スリー
ブ133の回転軸を例えば200（rpm），250（rpm），300
（rpm）に変更することにより最高画像濃度を固定する
ように制御するようにしている。

【００５６】転写装置143は、周知のように像担持体110
上に静電的に担持したトナー像に転写紙Ｐを重ね、転写
紙Ｐの裏側から電荷を放電することにより、転写紙Ｐ上
にトナーを転写するものであり、スコロトロン放電器で
あることが好ましいが、これに限定されるものでなく、
コロトロン帯電器或いは帯電ローラ等の転写紙Ｐ上にト
ナー像を静電的に転写するものであればよい。

【００５７】分離装置144は、周知の如く像担持体110に
静電的に吸着した転写紙Ｐから除電することにより、転
写紙Ｐを分離するものであり、スコロトロン帯電器、コ
ロトロン帯電器、帯電ローラ等を用いる。

【００５８】クリーニングユニット150は、ブレード等
を像担持体110の表面に接触させることにより、像担持
体110の表面に付着したトナー及び粉塵を掻き落として
廃トナーボックスに捕獲する。

【００５９】定着装置（図示せず）は、周知の如く熱若
しくは熱及び圧力をトナー像を担持した転写紙に加える
ことにより、トナー像を転写紙上に永久に固定するため
の装置である。画像濃度センサＣ₁，Ｃ₂の適正な配置及
びその構造について図２〜図４を参照して説明する。

【００６０】図２は濃度センサＣ₁，Ｃ₂の配設状態を示
す側面図である。

【００６１】画像濃度センサＣ₁と画像濃度センサＣ
₂は、いずれもケーシングＣＫに装填し、当該ケーシン
グＣＫを単一の基板Ｐ上に配置してあり、当該基板Ｐの
長手方向の端部にソケットＣＫを設けてある（図３参
照）。これにより、画像濃度センサＣ₁，Ｃ₂からの電気
配線を短くしてノイズの混入を少なくし、更にはメンテ
ナンスや組み立て時の作業性を考慮している。基板Ｐを
固着してあるケーシングＣＫの全面は、像担持体110の
表面に水平になるようにクリーニングユニット50の近傍
に像担持体110の中心に対向するように像担持体110表面
から６mmの間隙で設けてある。これにより、トナー像か
ら反射する光を効率良く受光できるようにしてある。

【００６２】図３は画像濃度センサＣ₁，Ｃ₂の態様を示
す図であり、図３（ａ）は画像濃度センサＣ₁，Ｃ₂の一
態様を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の画
像濃度センサＣ₁，Ｃ₂のＡ−Ａ線断面図である。

【００６３】画像濃度センサＣ₂は、図３（ｂ）に示す
ように赤外光を発光する発光ダイオードＬＥＤ（発光ダ
イオードＬＮ66、鹿児島松下電子株式会社製）とホトト
ランジスタPT（ホトトランジスタＰＮ101、鹿児島松下
電子株式会社製）との受光面の中心が40°，40°の角度
をなすような溝をケーシングＣＫに形成し、当該溝に発
光ダイオードＰＤ及びホトトランジスタＰＴに嵌入した
ものである。前記溝の前面に図３（ａ）に示すように防
塵ガラスＢＧを設け、その上に拡散板ｄｆｐで覆ったも
のである。拡散板ｄｆｐの性能は全線透過率（％）と光
線反射率（％）で示され、光学的試験方法はJIS K7105
である。

【００６４】画像濃度センサＣ₁は、前述した画像濃度
センサＣ₂と略同様の構成であり、拡散板ｄｆｐを備え
ない点が異なる。画像濃度センサＣ₁は所望の最高画像
濃度に対応した現像スリーブ131の回転数を決定するの
に用いるものであるので、ハイライトからシャドーまで
のすべてについて検知する必要がないからである。

【００６５】図４は本実施例の画像形成装置に用いる画
像濃度センサの回路図である。

【００６６】画像濃度センサＣ₁は所望の最高画像濃度
（1.4）を得るための現像スリーブ131の回転数を決定す
るために用いるものであり、これに対して、画像濃度セ
ンサＣ₂はγを設定するために用いるものであるので、
画像濃度センサＣ₁，Ｃ₂は使用目的が異なる。画像濃度
センサＣ₁，Ｃ₂の回路的構成は同一であるので、画像濃
度センサＣと総称して説明する。

【００６７】画像濃度センサＣは、発光ダイオードＬＥ
ＤとホトトランジスタＰＴとでホトカップリングを構成
している。発光ダイオードＬＥＤのアノード端子には最
大出力10（Ｖ）の可変直流電源Ｖ_refを接続してあり、
発光ダイオードＬＥＤのカソード端子には例えば１ｋ
（Ω）と２ｋ（Ω）とに切り換え可能な半固定抵抗素子
ＶＲ１と固定抵抗素子Ｒ８を接続してある。このような
構成にすることにより、可変直流電源Ｖ_refの出力電圧
を可変して発光ダイオードＬＥＤの発光強度を調整する
ようにしてある。ホトトランジスタＰＴのアノード端子
には10Ｖの直流電源Ｖ_DCを接続し、カソード端子にはオ
ペアンプＩＣと固定抵抗素子Ｒ５，Ｒ６とから構成され
る出力検出回路を設けてある。このような構成により、
ホトトタンジスタＰＴで受光した光強度に応じた電圧を
検出するものである。このような構成を用いて画像濃度
を検出するようにしてある。

【００６８】本実施例の画像形成装置は、画像濃度セン
サＣを構成するホトトランジスタＰＴの発光量を決定す
る処理、電子写真プロセス条件の固定処理、画像濃度の
補正処理を実行した後に階調補正処理を行うので、これ
らの処理の継時的順序で説明する。

【００６９】画像濃度センサＣ₁，Ｃ₂を構成する発光ダ
イオードＬＥＤの発光光量の決定方法を説明する。この
決定方法は発光ダイオードＬＥＤを発光して像担持体11
0（トナーの付着していない状態）から反射する光を受
光したホトトランジスタＰＴからの出力電圧をＶ₀とな
るように決定する。これにより画像濃度センサＣ₁，Ｃ₂
を構成する防塵ガラスＢＧ及び像形成体110表面の汚れ
を補正することができる。

【００７０】上述した内容が本実施例の画像形成装置の
機械的及び電気的構成である。

【００７１】以下に本実施例の画像形成装置のウォーミ
ングアップからプリンタ特性を最高画像濃度を基準に正
規化する調整方法までを概説し、画像濃度センサＣ₂に
設けた拡散板ｄｆｐの拡散効果の有用性を説明する。

【００７２】以下に本実施例の画像形成装置における所
望の最高画像濃度（1.4）を得るための現像スリーブ131
の回転数の設定処理から最高画像濃度を基準に階調性を
正規化する処理を図１、図５及び図６を参照して説明す
る。

【００７３】図５は像担持体上のグレースケールを表す
パッチトナー像１を示す模式図である。図６は像担持体
上のグレースケールを表すパッチトナー像２を示す模式
図である。図６に示すパッチトナー像はＰＷＭ０〜248
を８ステップ毎に区分している。これに限定されるもの
でなく、ハイライト部（ＰＷＭ０〜50）を２ステップご
とそれより濃度の高いところは８ステップごとにするこ
となどによりハイライト部で精度の高い検知をする。こ
のように検知レベルを高くしたところのパッチトナー像
数を増やすという方法を採用してもよい。

【００７４】予め演算により得られる濃度データと定着
画像の濃度データ（マクベス社製の画像濃度計で測定し
た）が像担持体110上のパッチ潜像を現像したパッチト
ナー像から得られる濃度データと等しくなるような拡散
板ｄｆｐの選択動作を実行しておく。そして、上記条件
を満たす拡散板ｄｆｐを画像濃度センサＣ₂に採用す
る。

【００７５】オペレータは操作パネル600からコピー開
始指令をＭＰＵ500に送出する。ＭＰＵ500は、エンコー
ダ115から出力される位相信号により像担持体110の位相
を検出し、その位相から像担持体110を矢示方向（図１
参照）に回転させる。ＭＰＵ500は高圧電源（図示せ
ず）から所定の出力電圧を帯電装置20に印加し、これに
より帯電装置20は放電を開始して像担持体110の画像形
成領域を一様に帯電する。引き続き、画像濃度センサＣ
₁を構成する発光ダイオードＬＥＤ（図４参照）に可変
直流電源Ｖ_refの出力電圧を変化させてトナーパッチの
ない部分でのセンサ出力で７（Ｖ）になるように直流可
変電源Ｖ_refの出力電圧を設定する。この印加電圧で発
振させて赤外光を像担持体110に照射する。

【００７６】図５に示すようなパッチトナー像１を像担
持体110上に形成する。このときパッチトナー像を作成
する際の露光レベルは最大露光量であるＰＷＭ255を使
用する。このようにして作成された潜像を異なる回転数
の現像スリーブ131で現像する。現像スリーブ131の回転
数は図５に示すように100rpmから25rpmごとに450rpmま
で上昇させる。

【００７７】そして、そのとき作成される複数のグレー
スケール状のパッチトナー像を画像濃度センサＣ₁で読
み取る。定着画像濃度（マクベス社製画像濃度計使用）
で1.4に相当するセンサ出力1.5Ｖに読んだ出力値が一致
又はそれ以下の出力となったときに現像スリーブの回転
数が固定され、プリンタは最大画像濃度で1.4以上を確
保したことになる。なお、現像剤の特性（電荷量、トナ
ー濃度、流動性等）、感光層の表面電位特性にもよるが
常温常湿（20℃50％相当）では現像スリーブの回転数は
約225rpm（現像スリーブ線速／像担持体線速の比は1.60
程度）に固定される。

【００７８】ＭＰＵ500は、前述した現像スリーブ131の
回転数の決定動作に続いて、階調補正回路300を構成す
るセレクタ340にセレクト信号を送出する。階調補正回
路300はＲＡＭ330からグレースケールを表すパッチトナ
ー像信号Ｓ_Gをセレクタ340を介して書き込みユニット40
0を構成するパルス幅変調回路410に送出する。パルス幅
変調回路420は１走査ライン分のパッチトナー像信号Ｓ_G
をパルス幅変調した変調信号をＬＤ駆動回路420に送出
する。ＬＤ駆動回路420は変調信号で半導体レーザを発
振さることによりレーザビームを照射する。このレーザ
光を所定速度で回転するポリゴンミラーで偏向させ、f
θレンズ及び第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシ
リンドリカルレンズによって像担持体110上に微小なス
ポットに絞って走査する。

【００７９】ＭＰＵ500は潜像形成動作の終了を検知す
ると、エンコーダ115（図１及び図２参照）から送出さ
れる位相信号から像担持体110の位相を検知した後に、
静電潜像と同期した位置で現像装置130を駆動する。こ
れにより、像担持体110上に形成してある潜像は例えば2
0×30mm角のトナー像を約２mm間隔でパッチトナー像を
複数回連続して顕像化する。これにより、前述したよう
に固定した現像スリーブ131の回転数で図６に示すよう
なパッチトナー像２を作成する。

【００８０】ＭＰＵ500は、エンコーダ115からの位相信
号から像担持体110の位相を検知し、画像濃度センサＣ₂
を構成する発光ダイオードＬＥＤ（図４参照）に可変直
流電源Ｖ_refの出力電圧を変化させてトナーパッチのな
い部分でのセンサ出力が７（Ｖ）になるように直流可変
電源Ｖ_refの出力電圧を設定する。この印加電圧で発振
させて赤外光を像担持体110に照射する。これにより、
画像濃度センサＣ₂を構成するホトトランジスタＰＴは
像担持体110上に顕像化したパッチトナー像から反射す
る光強度に応じたセンサ出力をＭＰＵ500に送出する。
このようにしてＭＰＵ500はパッチトナー像２からの反
射濃度データをサンプリングする。なお、ＭＰＵ500は
１パッチトナー像に対して複数回読んでその値を平均す
ることで検出精度を上げることができる。

【００８１】ＭＰＵ500は顕像化したパッチトナー像か
ら得られるセンサ出力が5.8（Ｖ）ならば、センサの最
大出力は７Ｖであるから画像濃度は−log5.8（Ｖ）／７
（Ｖ）のような演算をＰＷＭ０〜248の32個のデータは
補間することでデータの穴埋めを行って補間している。
当該補間の方法は直線スプライン、ラグランジュ直線等
周知の方式又は設計上独自の補間方式を採用する場合が
ある。ここでは３次スプライン関数による補間を行った
（教育出版：スプライン関数とその応用参照）。

【００８２】最大画像濃度を現像スリーブ131の回転数
によって1.4に固定したため、ＰＷＭレベル255のセンサ
出力の濃度演算値−log（ＰＷＭ255レベルのセンサ出力
／７（Ｖ））も1.4である必要がある。画像形成装置の
特性上ＰＷＭ248のセンサ出力もＰＷＭ255のセンサ出力
もほぼ同じであるため、−log（ＰＷＭ248レベルのセン
サ出力／７（Ｖ））も1.4である必要がある。そこで、
得られた濃度の演算値を最大画像濃度の1.4で正規化す
ることでプリンタ特性が得られる。しかし、ＰＷＭ０の
濃度は実際の転写紙上の画像濃度は転写紙の濃度を有す
るため、得られた濃度演算値に転写紙の濃度を加えるこ
とにより（濃度計によって得られる定着画像濃度）＝
（センサ出力から得られる像担持体上のパッチトナー像
の濃度）が得られる（後述する図10（ａ）参照）。

【００８３】本実施例の画像形成装置は、上述したプリ
ンタ特性に固有の歪みを補正する処理を施すようにす
る。

【００８４】図10はプリンタ特性における固有の歪みを
補正するための処理を示したグラフである。

【００８５】図10（ａ）は画像濃度とＰＷＭレベルとの
関係としてプリンタ特性を示すグラフである。グラフに
おいて、縦軸は画像濃度レベルを示したものであり、画
像濃度1.4を255レベルで目盛を付してあり、横軸は初期
状態において画像濃度1.4を得るに必要な半導体レーザ
の発光強度を255レベルにしたものである。プリンタ特
性から環境変動による影響及び歪みを除去するための処
理として、プリンタ特性を後述する図10（ｃ）に示すグ
ラフのように45°の傾きを有する直線状態に補正するも
のである。以下に係る処理を説明する。

【００８６】図10（ｂ）はＰＷＭレベルと画像濃度との
関係としてプリンタ特性を示すグラフである。グラフに
おいて横軸は画像濃度レベルを示したものであり、画像
濃度1.4を255レベルで目盛を付してあり、縦軸は初期状
態において画像濃度1.4を得るに必要な半導体レーザの
発光強度を255レベルにしたものである。つまり、図10
（ａ）は図10（ｂ）に示すデータを入れ替えたものであ
る。図10（ａ）に示すγ特性に図10（ｂ）に示すγ特性
を掛け合わせて図10（ｃ）に示すようにプリンタ特性か
ら歪みを除去したものである。

【００８７】図10（ｃ）はプリンタ特性を正規化したグ
ラフである。

【００８８】縦軸は画像濃度レベルを示したものであ
り、画像濃度1.4を255レベルで目盛を付してあり、横軸
は例えばスキャナ等の画像データ入力装置から得られる
濃度信号レベルを示したものである。

【００８９】プリンタ特性の正規化はテストパターン潜
像２を顕像化したパッチトナー像２から反射濃度に応じ
たセンサ出力によって得られる画像濃度の特性曲線をそ
の逆形状を有する曲線（逆関数となる曲線）を用いて直
線状（ｙ＝ｘになるようにする）の特性に補正するもの
であり、これにより、プリンタ特性を示す特性曲線は直
線に補正し、更に入出力信号の階調レベルまで一致する
45°の傾きを有するものとなる。階調レベルの面から考
察すれば、直前のプリンタ特性で得られる最高画像濃度
を基準にして一定の濃度勾配で段階的に変化するＰＷＭ
レベルに変換すれば正規化することになる。これによ
り、プリンタ特性の環境変動による影響及びプリンタ特
性の歪みを除去した画像の入出力特性を得たことにな
る。このようにして、環境変動による影響に関係なく所
望の正規化されたγ＝1.0の階調を得ることができる。
ＭＰＵ500はこれらの処理動作と並行してトナー濃度制
御動作を実行している。最高画像濃度及び階調の制御動
作はトナー濃度制御が安定に行われている際に動作させ
ると良い。

【００９０】前述した補正処理に続いて例えばユーザ或
いは設計者が所望するγ形状に設定するための処理を施
すことになる。本実施においては詳述しない。

【００９１】図11は本実施例の画像濃度センサＣ₂の出
力から演算して得られるプリンタ特性を示すグラフであ
る。

【００９２】□は定着画像濃度を示したものであり、＋
は投光角40°、受光角40°を有する直接光方式の画像濃
度センサから出力を演算して得られたプリンタ特性であ
り、◇は投光角０°、受光角40°を形成する反射光方式
の画像濃度センサからの出力を演算して得られるプリン
タ特性である。上述したように拡散光を利用するタイプ
の画像濃度センサはシャドーからハイライトまで万遍な
く検出可能であり、一方、直接光を利用するタイプの画
像濃度センサは検出領域が狭いはずであるが、拡散板ｄ
ｆｐの選択によってはシャドーからハイライトまで検出
可能となり、しかも定着画像濃度に一致させることがで
きている。又、拡散光の効果により像担持体の振れによ
るセンサ出力の揺らぎも軽減されて安定して検出するこ
とができる。更に上述の手順を演算した濃度データと定
着画像濃度とが略同一になる拡散板ｄｆｐを選択的に設
けることにより画像濃度センサの投光角、受光角の影響
を除去できることを示している。

【００９３】図12はトナー濃度制御手段の制御動作を示
すグラフである。

【００９４】縦軸はトナー濃度（％）を示し、横軸は画
像形成回数を示してある。

【００９５】ＭＰＵ500は透磁率センサＴＳからの出力
に基づいて現像ユニット30内のトナー濃度は６％に制御
してあり、100,000コピーする間にトナー飛散による画
像汚れ、画像かぶりを発生していない。

【００９６】この条件下で本実施例の画像濃度センサＣ
を有する画像形成装置は現像性固定手段と露光制御手段
とをメイン電源投入時と5,000コピー毎に行った。

【００９７】図13は本実施例におけるプリンタ特性の経
時変化を示すグラフである。

【００９８】縦軸は補正後の画像濃度を示しており、横
軸は正規化したＰＷＭレベルを示してある。

【００９９】グラフにおいて、実線はスタート時点にお
けるプリンタ特性であり、点線は50,000コピー時点にお
けるプリンタ特性であり、一点鎖線は100,000コピー時
点におけるプリンタ特性である。これから分かるように
100,000コピーまではプリンタ特性を所定に維持できた
ことを示してある。

【０１００】

【発明の効果】本発明は、上記構成により、拡散板の全
線透過率を変えることで定着画像濃度とセンサ出力から
の演算値を容易に合わせることができる。また、本発明
は拡散板を使用することでセンサの投光角に対する設定
範囲の幅を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置における一実施例を示す
ブロック図である。

【図２】濃度センサＣ₁，Ｃ₂の配設状態を示す側面図で
ある。

【図３】画像濃度センサＣ₁，Ｃ₂の態様を示す図であ
る。

【図４】本実施例の画像形成装置に用いる画像濃度セン
サの回路図である。

【図５】像担持体上のグレースケールを表すパッチトナ
ー像１を示す模式図である。

【図６】像担持体上のグレースケールを表すパッチトナ
ー像２を示す模式図である。

【図７】拡散光方式の画像濃度センサを示す図である。

【図８】異なる光学特性の拡散板を備えた画像濃度セン
サの出力特性を示すグラフである。

【図９】拡散板を備える画像濃度センサの出力特性を示
すグラフである。

【図１０】プリンタ特性における固有の歪みを補正する
ための処理を示したグラフである。

【図１１】本実施例の画像濃度センサＣ₂の出力から演
算して得られるプリンタ特性を示すグラフである。

【図１２】トナー濃度制御手段の制御動作を示すグラフ
である。

【図１３】本実施例におけるプリンタ特性の経時変化を
示すグラフである。

【図１４】像担持体上の反射濃度を求める方法を示す模
式図である。

【図１５】プリンタ特性とその階調制御との関係を示す
グラフチャートである。

【符号の説明】

110 像担持体 320 ＬＵＴ Ｃ₁，Ｃ₂ 画像濃度センサ ｄｆｐ 拡散板 ＬＥＤ 発光ダイオード ＰＴ ホトトランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 晃 東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式 会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パッチトナー像を像担持体上に形成し、
   前記パッチトナー像の濃度を検出する濃度検知手段を備
   える画像形成装置において、前記濃度検知手段を構成す
   る光学素子、受光素子の少なくとも１つに被検知部との
   間に拡散板を設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記パッチトナー像はハイライトからシ
   ャドーまで現すことを特徴とする請求項１記載の画像形
   成装置。