JPH112932A - 濃度検出装置およびこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光センサからの出力信号からノイズ成分を除
去し、高精度な濃度検出を行うこと。 【解決手段】 本発明は、感光体１０上に形成されたト
ナーパッチの濃度を光センサＳで検出し、この光センサ
Ｓから出力される信号にデジタルフィルタ処理手段６で
所定の信号処理を施してノイズ成分を除去し、この処理
後の信号を用いて演算手段７で濃度検出値を算出する濃
度検出装置１である。また、この濃度検出装置１を備え
た画像形成装置でもある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、濃度検出用のトナ
ー像を形成し、この濃度を検出することで画像濃度制御
を行う濃度検出装置およびこれを用いた画像形成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機等の画像形成装置では、画
像形成における濃度制御のため、感光体などの像担持体
上に濃度検出用のトナー像（以下、「トナーパッチ」と
言う。）を形成して光センサでその濃度を読み取り、こ
の濃度検出結果に基づき濃度制御が行う濃度検出装置を
備えている。

【０００３】濃度検出装置では、光センサにより感光体
表面（地肌）からの反射光出力（地肌部出力）とトナー
パッチからの反射光出力（トナーパッチ出力）とを得
て、これらの比をとることで、地肌部出力によるトナー
パッチ出力の影響や光センサの光量変動の影響を取り除
くことが行われている。

【０００４】特開平４−１４６４５９号公報では、感光
体ドラムの偏心やドラム表面傷、汚れによって発生する
周期的なセンサ出力の変動を取り除くため、感光体地肌
部の測定位置とトナーパッチ測定位置とを同期させるこ
とで、より精度よく反射光を読み取る技術が開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−１４６４５９号公報に記載される技術のように、感
光体地肌部の測定位置とトナーパッチ測定位置とを同期
させようとすると、画像形成における処理時間の遅延を
招くことになる。

【０００６】例えば、複写機の場合にはスタートボタン
を押してから最初のコピーが出力されるまでの時間が長
くなったり、ＣＭＰ（Copy Per Minuite）を低下させ、
生産性の低下を招くことになる。

【０００７】また、装置の制約上、自由にトナーパッチ
を作成したり読み取ったりすることができず、同期をと
るのは困難である。さらに像担持体が劣化してくると、
トナーや汚れなどの細かい傷が徐々に増え、センサ出力
のノイズが増加してトナーパッチ出力のばらつきを増加
させてしまう。このような状態で地肌部の測定位置とト
ナーパッチ測定位置との同期をとってトナーパッチ出力
のばらつきを抑えようとすると、非常に高精度な同期制
御が必要となり、外乱に対して正確な濃度検出を行うの
が困難となる。

【０００８】よって、本発明は同期をとる必要なく短時
間で高精度なトナーパッチ濃度の検出を行うことができ
る濃度検出装置およびこれによって安定した濃度制御を
行うことができる画像形成装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された濃度検出装置およびこれを用
いた画像形成装置である。すなわち、本発明の濃度検出
装置は、像担持体上に濃度検出用のトナー像を形成する
トナー像形成手段と、像担持体上に形成された濃度検出
用のトナー像の濃度を検出する検出手段と、検出手段か
ら出力される信号に所定の処理を施す出力信号処理手段
とを備えている。また、上記構成から成る濃度検出装置
を備えた画像形成装置でもある。

【００１０】本発明の濃度検出装置では、濃度検出用の
トナー像の濃度を検出手段で検出し、その検出手段から
出力される信号に対して出力信号処理手段で所定の処理
を施していることから、検知手段からの信号にノイズが
含まれていても、このノイズを除去することができるよ
うになる。

【００１１】また、この濃度検出装置を備えた画像形成
装置では、検知手段からの信号のノイズを除去できるこ
とから、正確な濃度検出値に基づく濃度制御を行うこと
ができるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の濃度検出装置およ
びこれを用いた画像形成装置における実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本実施形態における濃度検出
装置を説明するブロック図、図２は光センサの構成を説
明する図、図３はカラー複写機の構成図である。

【００１３】先ず、本実施形態における濃度検出装置を
適用する画像形成装置の一つであるカラー複写機の構成
について説明する。図３に示すように、カラー複写機１
００は、大きく分けて、原稿台に載置された原稿の画像
を読み取るスキャナー部１１０と、読み取った画像デー
タを処理する画像処理部１２０と、処理された画像デー
タに従ってレーザを駆動し感光体１０に光ビームを照射
するＲＯＳ（Raster Output Scanner ）光学部１３０
と、画像を形成する画像形成部１４０とから構成され
る。

【００１４】また、画像形成部１４０は、感光体１０、
ロータリー現像装置２０、トナーディスペンス装置２
１、用紙トレイ５０、用紙搬送装置５１、転写装置３
０、定着装置４０および光センサＳを主要構成としてい
る。

【００１５】この他、感光体１０の周囲には、その回転
方向に沿って帯電装置１１、感光体表面の電位を測定す
る電位計１２、クリーナー装置１３および除電ランプ１
４、が順に配置されている。また、転写装置３０は転写
ドラム３１を備えており、この転写ドラム３１が感光体
１０と隣接して配置されている。

【００１６】画像形成の際、この感光体１０の表面は帯
電装置１１によって一様にマイナス帯電される。また、
感光体１０の表面には、スキャナー部１１０で読み取っ
た画像に基づくレーザ光がＲＯＳ光学部品部１３０から
照射され、静電潜像が形成される。

【００１７】感光体１０の表面に静電潜像が形成される
と、ロータリー現像装置２０は、トナーディスペンス装
置２１から第１色目（Ｂｋ：黒）のトナーを受け取り、
そのトナーにより感光体１０表面の静電潜像を現像す
る。

【００１８】現像された画像は、用紙トレイ５０から用
紙搬送装置５１によって搬送され転写ドラム３１に巻き
付けられた用紙に転写される。第１色目の画像転写が終
わると、同様に第２色目（Ｙ：黄）の画像が用紙に転写
される。そして、第３色目（Ｍ：マゼンタ）、第４色目
（Ｃ：シアン）の画像についても同様に用紙に転写され
る。

【００１９】全色のトナーの画像転写が完了すると用紙
は転写ドラム３１から剥離され、定着装置４０へ送られ
る。定着装置４０では、送られてきた用紙に転写されて
いる画像を所定の定着処理で定着させ、カラー複写機１
００の外部へ排出する。

【００２０】このようなカラー複写機１００において
は、設定した濃度のトナー像を正確に感光体１０へ形成
するため、所定のタイミングでトナーパッチを感光体１
０表面に形成し、光センサＳを用いてその濃度を検出し
ている。例えば、トナーパッチは、長さ１６ｍｍ、幅１
４ｍｍの四角形トナー像から成り、光センサＳによって
このトナーパッチの濃度を０．２ｍｓｅｃ毎（０．０３
２ｍｍ毎）センシングしてその平均値を検出するように
している。

【００２１】次に、この光センサＳを用いた本実施形態
における濃度検出装置を説明する。図１に示すように、
本実施形態における濃度検出装置１は、感光体１０の表
面（地肌）からの反射光およびトナーパッチからの反射
光を得る光センサＳと、光センサＳからの出力信号を増
幅するアンプ２と、増幅された出力信号をデジタル信号
に変換するＡ／Ｄコンバータ３と、感光体１０の劣化状
態を検出する劣化検出手段４と、複数のデジタルフィル
タの切り換えを行うデジタルフィルタ切り換え手段５
と、選択されたデジタルフィルタを用いて信号処理を行
うデジタルフィルタ処理手段６と、デジタルフィルタ処
理後の信号を用いて濃度検出値を演算する演算手段７と
を備えている。

【００２２】このような濃度検出装置１は、所定の回路
素子および処理プログラムによって構成されており、図
３に示すカラー複写機１００においては、図示しないＣ
ＰＵによって制御される。

【００２３】図２に示すように、感光体１０の表面（地
肌）からの反射光およびトナーパッチからの反射光を得
る光センサＳは、例えば反射型センサから成り、筐体構
造をなすセンサ本体の内部に発光ダイオードＬＥＤとフ
ォトトランジスタＰ／Ｔとが組み込まれた構成となって
いる。

【００２４】すなわち、この発光ダイオードＬＥＤから
の出射光が所定の角度αで感光体１０の表面もしくはそ
こに形成されたトナーパッチに照射されると、同じ角度
αで反射した正反射光がフォトトランジスタＰ／Ｔに入
射するようになっている。

【００２５】フォトトランジスタＰ／Ｔは、受光した反
射光を光電変換し、反射光の光量に応じた電気信号を出
力する。本実施形態ではこの光センサＳからの出力信号
に対して所定の処理を施し、高精度な読み取りを行う。

【００２６】図１に示すように、本実施形態の濃度検出
装置１は、光センサＳからの出力信号をアンプ２で増幅
し、Ａ／Ｄコンバータ３でこの増幅された出力信号をデ
ジタル信号に変換する。

【００２７】ここで、感光体１０の表面（地肌）からの
反射光による出力信号をＡ／Ｄコンバータ３によりデジ
タル信号へ変換したのもを地肌デジタル信号（Ｖｃ）、
トナーパッチからの反射光による出力信号をＡ／Ｄコン
バータ３によりデジタル信号へ変換したものをトナーパ
ッチデジタル検出値（Ｖｐ）と言う。

【００２８】また、地肌デジタル信号（Ｖｃ）およびト
ナーパッチデジタル検出値（Ｖｐ）から濃度制御のため
に必要な濃度検出値は以下の（１）式によって求める。 濃度検出値＝（Ｖｐ／Ｖｃ）×２００ …（１） なお、上記（１）式で乗じている２００はＣＰＵによる
演算のオーバーフローを防ぐための係数である。

【００２９】このように、トナーパッチデジタル検出値
（Ｖｐ）と地肌デジタル信号（Ｖｃ）との比をとること
で、光センサＳの汚れ、あるいは温度による検出値のば
らつきを除去することができる。

【００３０】ここで、感光体１０の表面状態による光セ
ンサＳの出力信号変化について説明する。図４は感光体
の劣化によるセンサ出力の変化を示す図であり、（ａ）
はカラー複写機によるコピー枚数が５０枚のとき、
（ｂ）は同コピー枚数が３００００枚のときを示してい
る。

【００３１】感光体の表面にはレーザ光の干渉縞を避け
るためのホーニング処理が施されており、図４（ａ）に
示すようにコピー枚数が少ない状態でも光センサによる
センサ出力としては感光体の表面状態による細かな反射
むらを受けたり、感光体ドラムの偏心などの影響により
わずかなうねりを生じる。

【００３２】この感光体が劣化してくると、クリーナー
で除去し損ねたトナーや細かな塵などで感光体表面に傷
がつき、感光体周方向に無数の細線のような削り跡が発
生する。このため、図４（ｂ）に示すようにコピー枚数
が多くなると感光体の劣化が進み、光センサによるセン
サ出力は、この傷の影響を受けて高周波が乗った状態と
なる。

【００３３】図５はコピー枚数に対する劣化（傷レベ
ル、ピーク周波数）を説明する図である。すなわち、感
光体の表面の傷レベルとしては、コピー枚数が増加する
ほど大きくなっていき、これに伴いセンサ出力の波形に
おけるピーク周波数も高くなっていくことが分かる。な
お、図５においてｋ＝１０００である。また、ピーク周
波数とは、感光体の地肌部分を０．１５ｍｍ間隔で合計
４０９６点サンプリングしＦＦＴ（Fast Fourier Trans
form）解析して求めた周波数のことである。

【００３４】このような劣化は感光体に限らず中間転写
ベルト上でも同様であり、この表面からの反射光を検出
する場合であっても同じことが言える。

【００３５】本実施形態では、このように感光体の劣化
によって周波数成分の異なるセンサ出力を用い正確な濃
度検出値を算出するため、図１に示すデジタルフィルタ
処理手段６によって濃度検出値を演算する前のセンサ出
力に対して信号処理を施している。

【００３６】また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、
感光体の劣化によって変化するセンサ出力に応じてデジ
タルフィルタでの処理特性をデジタルフィルタ切り換え
手段５によって切り換え、種々のセンサ出力に対しても
最適な信号処理を行い、安定した濃度検出値を算出でき
るようにしている。

【００３７】この切り換えを行うデジタルフィルタ切り
換え手段５は、劣化検出手段４により検出した感光体１
０の劣化の状態に基づき所定の係数を選択し、この係数
によって処理特性の異なるデジタルフィルタを設定して
光センサＳからのセンサ出力に対して最適な処理を施す
ようにしている。

【００３８】次に、本実施形態の濃度検出装置１による
デジタルフィルタの係数選択の手順を図６のフローチャ
ートに基づいて説明する。なお、図６に示されない符号
は図１を参照するものとする。

【００３９】先ず、ステップＳ１０１に示すように、ト
ナーパッチの作成タイミング時にコピー枚数（ＣＶ：Co
py Volume ）を検知する。ＣＶの検知は劣化検出手段４
が例えば処理カウンタ（コピー枚数を計数するカウン
タ）の値を読み取ることで得る。

【００４０】次に、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４では、
このＣＶの値がどの範囲に入っているかを判断する。こ
の例では、ＣＶの値が１０ｋ（ｋ＝１０００）以下の場
合、ステップＳ１０２の判断でＹｅｓとなり、ステップ
Ｓ１０５に示す係数を選択する。

【００４１】また、ＣＶの値が１０ｋから３０ｋの間と
なる場合、ステップＳ１０２の判断でＮｏ、ステップＳ
１０３の判断でＹｅｓとなり、ステップＳ１０６に示す
係数を選択する。さらに、ＣＶの値が３０ｋから５０
ｋの間となる場合、ステップＳ１０２の判断でＮｏ、ス
テップＳ１０３の判断でＮｏ、ステップＳ１０４の判断
でＹｅｓとなり、ステップＳ１０７に示す係数を選択
する。

【００４２】また、ＣＶの値が５０ｋを越える場合に
は、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の全てＮｏとなり、ス
テップＳ１０８に示す係数を選択する。

【００４３】デジタルフィルタ切り換え手段５は、この
ようにＣＶの値に基づき係数を選択する。ここで、デジ
タルフィルタ切り換え手段５で選択する係数〜とデ
ジタルフィルタにおけるフィルタ係数および除去する周
波数領域との関係を説明する。

【００４４】使用するデジタルフィルタとしては、以下
の（２）式に示すバンドパスフィルタＨ_BPを用いる。ま
た、このバンドパスフィルタにおけるフィルタ係数ｈ_BP
は以下の（３）式のようになる。

【００４５】

【数１】

【００４６】

【数２】

【００４７】（２）式に示すバンドパスフィルタでは、
（３）式に示すフィルタ係数の値を変えることで、除去
する周波数領域を変えることができる。

【００４８】デジタルフィルタ切り換え手段５は、除去
する周波数領域の異なる複数のフィルタ係数と先のステ
ップＳ１０５〜Ｓ１０８で選択した係数〜とを対応
させて、テーブルデータとして記憶している。このテー
ブルデータの例を図７に示す。

【００４９】すなわち、係数の場合は（３）式に対応
するフィルタ係数ｈ_BPとして２cos(0.35πn)ｈ_L (n) を
用い、これによって３〜４ｋＨｚの周波数領域を除去す
る。また、係数の場合は（３）式に対応するフィルタ
係数ｈ_BPとして２cos(0.45πn)ｈ_L (n) を用い、これに
よって３〜６ｋＨｚの周波数領域を除去する。さらに、
係数の場合は（３）式に対応するフィルタ係数ｈ_BPと
して２cos(0.6 πn)ｈ _L (n) を用い、これによって３〜
９ｋＨｚの周波数領域を除去する。また、係数の場合
は（３）式に対応するフィルタ係数ｈ_BPとして２cos(0.
75πn)ｈ_L (n)を用い、これによって３〜１２ｋＨｚの
周波数領域を除去する。

【００５０】つまり、デジタルフィルタ切り換え手段５
によって係数〜を選択することにより、センサ出力
の信号のうち除去できる周波数領域を各々設定できるよ
うになる。

【００５１】次に、図６に示すステップＳ１０９では、
先に選択された係数〜に対応するフィルタ係数（図
７参照）で設定されたバンドパスフィルタを用い、セン
サ出力に対する信号処理を行う。この信号処理はデジタ
ルフィルタ処理手段６で行う。

【００５２】デジタルフィルタ処理手段６では、（２）
式に示すバンドパスフィルタを備えており、デジタルフ
ィルタ切り換え手段５で選択した係数〜に応じたフ
ィルタ係数によりバンドパスフィルタを構成し、センサ
出力から所定の周波数領域を除去して出力する。

【００５３】なお、図７に示すテーブルデータをデジタ
ルフィルタ処理手段６に備えておき、デジタルフィルタ
切り換え手段５からはＣＶに応じた係数〜のみを送
り、デジタルフィルタ処理手段６でこの係数〜に応
じたフィルタ係数をテーブルデータから求めるようにし
てもよい。

【００５４】このように係数を選択してセンサ出力に対
する信号処理を施すことで、感光体の劣化に応じて発生
する高周波領域のノイズ成分を除去することができ、演
算手段７で（１）式を用いて濃度検出値を演算するにあ
たり、ノイズに影響を受けない正確な値を算出できるよ
うになる。

【００５５】高周波成分を多く含む信号出力と低周波成
分を多く含む信号出力とにおいて同じサンプリング周期
でサンプリングを行った場合、各々の出力波形における
１周期内でのサンプリング数は低周波成分を多く含む信
号の方が多くとれることになる。

【００５６】例えば、図７で除去したい周波数範囲は、
係数で４ｋＨｚ−３ｋＨｚ＝１ｋＨｚ、係数で１２
ｋＨｚ−３ｋＨｚ＝９ｋＨｚとなる。これを同じサンプ
リング周期でサンプリングしたとき、係数の方が検出
精度が上がる。予め、劣化を予測しておいて係数の周
波数範囲を除去するフィルタを使用すると、前記の理由
で低周波ノイズにとって精度の悪いフィルタを使用して
いることになり、結果的に濃度検出精度が落ちる。本実
施形態のようにフィルタ係数を切り換えることで、初期
状態より精度の良いフィルタを使用することができ、検
出精度を向上させることができるようになる。

【００５７】本実施形態では、このようにセンサ出力に
対して所定の信号処理を施してノイズ成分を除去できる
ことから、感光体地肌の測定位置とトナーパッチの測定
位置との同期がとれていなくても、これによるばらつき
を吸収することができ、同期をとらなくても高精度な濃
度検出を行うことが可能となる。

【００５８】また、トナーパッチの作成タイミングとし
ては、例えば５コピーに１回の割合程度で作成して、コ
ピー処理の生産性低下を抑制している。

【００５９】なお、本実施形態では、劣化検出手段４に
よってコピー枚数を検知することにより感光体１０の劣
化を判断し、デジタルフィルタ切り換え手段５による係
数選択を行うようにしたが、劣化の判断はこれに限定さ
れることはない。

【００６０】例えば、感光体１０の傷周期によって判断
することもできる。傷周期による劣化の判断では、所定
間隔で感光体１０表面を一周分読み取り、その際の反射
むら（センサ出力のむら）の周期を得て劣化を判断す
る。そして、この周期を取り除くようなデジタルフィル
タを選択するようにしてもよい。

【００６１】また、上記実施形態では係数として〜
を用いたが、本発明はこれに限定されずさらに細かいス
テップで係数を設定したり、反対に粗いステップ係数を
設定してもよい。さらに、係数に対応して設定したフィ
ルタ係数の値すなわち除去する周波数領域も上記例に限
定されることはない。

【００６２】また、本実施形態における濃度検出装置１
は、図３で示すカラー複写機１００に適用する以外に
も、プリンタやファクシミリ、およびこれらの機能を備
えたいわゆる複合機であっても適用可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の濃度検出
装置およびこれを用いた画像形成装置によれば次のよう
な効果がある。すなわち、検出手段から出力される信号
に対して所定の処理を施していることから、検出手段か
らの信号にノイズが含まれていてもこのノイズを除去す
ることができ、像担持体の地肌部測定位置と濃度検出用
のトナー像の測定位置とを同期させなくても正確な濃度
検出値を得ることが可能となる。また、外乱に強い濃度
検出を行うことが可能となる。

【００６４】これによって、画像形成装置における濃度
制御において装置上の制約を受けずに濃度検出用のトナ
ー像を形成することができ、生産性を向上させることが
可能となる。また、濃度検出用のトナー像を形成するタ
イミングすなわち濃度制御タイミングの選択範囲が広が
り、制御精度を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態を説明するブロック図である。

【図２】 光センサの構成を説明する図である。

【図３】 カラー複写機の構成図である。

【図４】 劣化によるセンサ出力の変化を示す図であ
る。

【図５】 コピー枚数に対する劣化を説明する図であ
る。

【図６】 係数選択のフローチャートである。

【図７】 テーブルデータの例を示す図である。

【符号の説明】

１…濃度検出装置、２…アンプ、３…Ａ／Ｄコンバー
タ、４…劣化検出手段、５…デジタルフィルタ切り換え
手段、６…デジタルフィルタ処理手段、７…演算手段、
１０…感光体、Ｓ…光センサ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体上に濃度検出用のトナー像を形
   成するトナー像形成手段と、 前記像担持体上に形成された前記濃度検出用のトナー像
   の濃度を検出する検出手段と、 前記検出手段から出力される信号に所定の処理を施す出
   力信号処理手段とを備えていることを特徴とする濃度検
   出装置。
2. 【請求項２】 前記出力信号処理手段は、 複数のデジタルフィルタと、 前記複数のデジタルフィルタの中から一つを選択するフ
   ィルタ選択手段とを備えていることを特徴とする請求項
   １記載の濃度検出装置。
3. 【請求項３】 前記出力信号処理手段は、 各々処理特性の異なる複数のデジタルフィルタに対応し
   た複数の係数を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された複数の係数の中から処理特性
   に応じた一つを選択する係数選択手段と、 前記係数選択手段で選択された係数を用いて所定の処理
   特性を演算する特性演算手段とを備えていることを特徴
   とする請求項１記載の濃度検出装置。
4. 【請求項４】 前記複数のデジタルフィルタは、前記検
   出手段から出力される信号に対して各々異なる周波数成
   分を除去するものから成ることを特徴とする請求項２ま
   たは３記載の濃度検出装置。
5. 【請求項５】 前記複数のデジタルフィルタは、前記像
   担持体の表面における劣化状態に応じて異なる処理特性
   を備えていることを特徴とする請求項２または３記載の
   濃度検出装置。
6. 【請求項６】 前記劣化状態は、前記像担持体による画
   像形成回数に応じて求めることを特徴とする請求項５記
   載の濃度検出装置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のうちいずれか１項に記
   載の濃度検出装置を備えていることを特徴とする画像形
   成装置。