JP2006044094A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置において、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することを目的とする。
【解決手段】予め用意されたテーブルから環境条件に応じたプロセス条件を選択することで、所望のべた濃度が得られるプロセス条件を決定するプロセス制御手段１と、中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段２と、形成された濃度パターンを検知するパターン検知手段３と、パターン検知手段３の検知結果に基づいて画像データを補正する画像データ補正手段４とを備えた画像形成装置とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式により画像形成を行うレーザプリンタ等の画像形成装置に関し、特に画像形成装置におけるトナー濃度の制御に適用して有効な技術に関するものである。

レーザプリンタ等の電子写真方式を用いたカラー画像形成装置では、現像色に応じて設けられた感光体の表面を帯電手段によって一様に帯電し、そこにコントローラで生成された画像データに応じた光照射を露光手段によって行い、各色に対応した静電潜像をしている。そして、静電潜像を現像手段によって顕像化することによって各色のトナー像がそれぞれの感光体上に形成される。現像されたトナー像は各感光体から中間転写体に重畳転写されてカラー画像が形成された後、搬送された用紙に転写ローラによって一括転写される。

このような画像形成装置では、中間転写体上に各色の濃度パッチ画像を形成し、各画像の反射光強度を濃度検知センサで読み取っている。読み取られたデータは、画像形成条件を制御するＣＰＵで処理されてプロセス形成条件にフィードバックされ、これにより画像濃度の安定化が図られている。

この濃度検知センサは、発光素子として近赤外光のＬＥＤが、受光素子としてフォトダイオードが用いられており、トナー像の載った中間転写体上の正反射光の反射光強度を検出するものである。そして、反射光強度の信号と、あらかじめ決められた検出レベルとの差異により画像濃度を制御している。

すなわち、画像濃度制御では、まず、べた画像のパッチ画像を形成し、その検知レベルに基づき現像バイアス等のプロセス形成条件を調整することで、各色の最大濃度を一定に保つようにしている。次に、ハーフトーン画像の複数のパッチ画像を形成し、その検知結果から画像信号に対して所望の濃度が出るように、コントローラにより画像データを変換する。

なお、このような画像濃度制御については、例えば（特許文献１）に記載がある。
特開２００１−１００４８１号公報

しかしながら、正反射光を検知するタイプの濃度検知センサでは、次のような問題がある。

つまり、正反射光を検知する濃度検知センサは、下地面（中間転写体）の法線に対して照射角αと対称となる方向に反射される光を検知する。この反射光量は、下地の屈折率と表面状態により決まる反射率に依存し、光沢と呼ばれる。そして、光沢は下地にトナーが存在しない場合に最大となる。

図１０は画像形成装置における正反射光量とトナー量との関係を示すグラフである。

すなわち、濃度パッチのトナー量と反射光量とは、図１０に示すようにトナー量の増加につれて反射光量が小さくなる関係にある。したがって、べた画像を検知した場合、トナ
ー量の変化に対するセンサ出力の変化の幅が小さくなってしまい、十分な検知精度が得られなくなる、というものである。

濃度検知センサの感度切替を行うことにより検出精度の改善を行うこともできるが、センサ回路のコストアップにつながるので望ましくない。

そこで、本発明は、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、予め用意されたテーブルから環境条件に応じたプロセス条件を選択することで、所望のべた濃度が得られるプロセス条件を決定するプロセス制御手段と、中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段と、形成された濃度パターンを検知するパターン検知手段と、パターン検知手段の検知結果に基づいて画像データを補正する画像データ補正手段とを有する構成としたものである。

本発明の好ましい形態において、画像データ補正手段は、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアにする。

本発明によれば、予め用意されたテーブルから環境条件に応じたプロセス条件を選択することで所望のべた濃度が得られるプロセス条件を決定しているので、センサ回路がコストアップすることなく、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することが可能になるという有効な効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、予め用意されたテーブルから環境条件に応じたプロセス条件を選択することで、所望のべた濃度が得られるプロセス条件を決定するプロセス制御手段と、中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段と、形成された濃度パターンを検知するパターン検知手段と、パターン検知手段の検知結果に基づいて画像データを補正する画像データ補正手段とを有する画像形成装置であり、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、画像データ補正手段は、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアにする画像形成装置であり、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することが可能になるという作用を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置を示す概略図、図２は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられた濃度検知センサを示す説明図であり、図１の画像形成装置に用いられた濃度検知センサを示す。図３は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられた画像濃度制御部の構成を示すブロック図であり、図１の画像形成装置における画像濃度制御部の構成を示す。図４は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられたプロセス制御手段を示すブロック図、図５は本発明の実施の形態１に係る画
像形成装置に用いられたＣＰＵに格納された濃度パッチデータを示す図、図６は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いるディザ法のマトリクスを示す図、図７は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いるディザ法のマトリクスの印刷濃度を順次変化させた状態を示す図、図８は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いるパターン検知手段を示すブロック図、図９は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いる画像データ補正手段を示すブロック図である。

図１において、本実施の形態の画像形成装置は、像担持体としての感光体ドラム（感光体）９〜１２が現像色に対応して設けられている。その周りには、感光体ドラム９〜１２の表面を一様に帯電させる帯電手段１３，１４，１５，１６、静電潜像を顕像化する現像手段１９，２０，２１，２２が配置されている。

また、このような画像形成装置は、画像情報に応じた光を各々の感光体ドラム９〜１２に照射する走査光学系の露光手段１８、露光手段１８が照射する画像データを生成するコントローラ１７、感光体ドラム９〜１２に形成されたトナー像が重畳転写されてカラーのトナー像が形成される無端ベルト状の中間転写体２３、中間転写体２３に形成されたカラートナー像を用紙に一括転写する転写ローラ２４、中間転写体２３上に形成された各色の濃度パッチ画像の濃度を検知する濃度検知センサ２５、濃度検知センサ２５で読み取られたデータに基づいて画像形成条件を制御するＣＰＵ２６を有している。

以上のような構成の画像形成装置では、まず帯電手段１６および露光手段１８等を用いた公知の電子写真プロセス手段により感光体ドラム１２上に画像情報であるブラック成分色の潜像が形成される。その後、現像手段２２でブラックトナーを有する現像材によりブラックトナー像として可視像化され、中間転写体２３にブラックトナー像が転写される。

一方、ブラックトナー像が中間転写体２３に転写されている間に、感光体ドラム１１上にシアン成分色の潜像が形成され、現像手段２１でシアントナーによるシアントナー像が可視像化されて、これが先に中間転写体２３上に転写されたブラックトナー像と重ね合わされる。

以下、マゼンタトナー像、イエロートナー像についても同様にして画像形成が行われ、中間転写体２３上に４色のトナー像の重ね合わせが終了すると、給紙カセット（図示せず）から給紙された用紙Ｐ上に転写ローラ２４によって４色のトナー像が一括転写される。その後、定着手段（図示せず）でトナー像が用紙Ｐに加熱定着され、用紙Ｐ上にフルカラー画像が得られる。

このような画像形成装置において、中間転写体２３上に各色の濃度パッチ画像を形成し、各画像の反射光強度が濃度検知センサ２５で読み取られる。読み取られたデータはＣＰＵ２６で処理されてプロセス形成条件にフィードバックされ、これにより画像濃度の安定化が図られる。

この濃度検知センサ２５は、図２に示すように、発光素子２７として近赤外光のＬＥＤが、受光素子２８としてフォトダイオードが用いられている。そして、ＣＰＵ２６では、トナー像の載った中間転写体２３上の正反射光の反射光強度と、あらかじめ決められた検出レベルとの差異により画像濃度を制御している。

ここで、画像形成装置に設けられた画像濃度制御部は、図３に示すように、所望のべた濃度が得られるプロセス条件を決定するプロセス制御手段１、中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段２、形成された濃度パターンを検知するパターン検知手段３、およびパターン検知手段３の検知結果に基づいて画像データを補正する画
像データ補正手段４により構成されている。

先ず、図４を用いてプロセス制御手段１について説明する。

プロセス制御手段１は、前述したＣＰＵ２６、このＣＰＵ２６との間でデータの授受を行うＲＯＭ５、および周囲環境の温湿度を測定する温湿度センサ６で構成されている。

ＲＯＭ５には、あらかじめＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）として用意された各温度／湿度条件（環境条件）ごとにアドレスが割り振られており、各アドレスには当該温度／湿度条件に対応した最適な現像バイアス値が書き込まれている。そして、電源オン時に画像形成装置の制御全般を行うＣＰＵ２６は、画像形成装置内の温湿度を測定する温湿度センサ６の情報に基づきアドレスを発生し、ＲＯＭ５から現在の環境に応じた現像バイアス値を読み出し、べた濃度が最適となる現像バイアス値を設定する。なお、温湿度センサ６の出力はアナログ値で、ＣＰＵ２６に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換するため、ＣＰＵ２６のＡ／Ｄ変換用の専用ポートに入力される。

ここで、ＣＰＵ２６による現像バイアス値の設定は電源オン時としたが、所定時間ごと、または所定の印字枚数ごとに行っても良い。また、プロセス条件は、現像バイアス値ではなく、例えば帯電バイアス値や露光量をデータとして用意することも可能である。

次に、図５、図６および図７を用いてパターン形成手段２について説明する。

ＣＰＵ２６の内蔵メモリには、多諧調の濃度パッチデータが格納されている。この濃度パッチデータは、図５に示すように、順次濃度が変化する多数の矩形のパッチデータとして設定されている。そして、これらのパッチデータは、図６および図７に示すように、所定のマトリクスのディザ法により濃度が変化するように設定されている。なお、本実施の形態では３×３のマトリクスのディザが示されている。そして、前述のプロセス制御手段１により現像バイアスが設定された後、ＣＰＵ２６は、このパッチデータを読み出して、中間転写体２３上に画像を形成する。

図８を用いてパターン検知手段３について説明する。

図示するように、パターン検知手段３は、濃度検知センサ２５とＣＰＵ２６とで構成されている。また、図２で既に説明したように、濃度検知センサ２５は、ＬＥＤなどの発光素子２７と、フォトダイオードなどの受光素子２８からなる。発光素子２７による照射光は、中間転写体２３に対して例えば２０度の角度で入射してその表面で反射される。

なお、この入射角は２０度以外の角度であっても良い。受光素子２８は反射光の照射光と同じ角度で反射された反射光を検知する位置に設けられている。中間転写体２３上に形成された濃度パターンが濃度検知センサ２５の位置に到達するとこのようにして濃度が検知される。そして、濃度検知センサ２５の出力信号はＣＰＵ２６のＡ／Ｄ変換用の専用ポートに入力され、ＣＰＵ２６に内蔵されたＡ／Ｄ変換回路でデジタル値に変換される。

最後に、図９を用いて画像データ補正手段４について説明する。

画像データ補正手段４は濃度補正テーブル作成部７および濃度データ変換部８からなる。そして、電子写真特有の非線形な入出力特性（γ特性）によって、入力画像信号に対して出力濃度がずれて自然な画像が形成できないことを防止するため、コントローラ１７によってγ特性を打ち消して入出力特性をリニアに保つような画像処理（γ補正）を行う。

具体的には、濃度補正テーブル作成部７は、ＣＰＵ２６より入力された濃度検知センサ２５のデータを濃度値に変換し、入力画像信号と濃度の関係をリニアにするための濃度補正テーブル（γテーブル）を作成する。そして、濃度データ変換部８では、入力画像データが濃度補正テーブル作成部７で作成されたγテーブルよりγ補正され、出力される。

このように、本実施の形態の画像形成装置によれば、予め用意されたテーブルから環境条件に応じたプロセス条件を選択することで所望のべた濃度が得られるプロセス条件を決定しているので、簡単な構成によりトナー濃度を高精度に制御することが可能になる。

本発明は、カラー画像形成装置のみではなく、モノクロ画像を形成する画像形成装置にも適用することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る画像形成装置を示す概略図 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられた濃度検知センサを示す説明図 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられた画像濃度制御部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられたプロセス制御手段を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられたＣＰＵに格納された濃度パッチデータを示す図 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いるディザ法のマトリクスを示す図 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いるディザ法のマトリクスの印刷濃度を順次変化させた状態を示す図 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いるパターン検知手段を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いる画像データ補正手段を示すブロック図 画像形成装置における正反射光量とトナー量との関係を示すグラフ

符号の説明

１ プロセス制御手段
２ パターン形成手段
３ パターン検知手段
４ 画像データ補正手段
９、１０、１１、１２ 感光体ドラム（感光体）
１３、１４、１５、１６ 帯電手段
１７ コントローラ
１８ 露光手段
１９、２０、２１、２２ 現像手段
２３ 中間転写体
２４ 転写ローラ
２５ 濃度検知センサ
２６ ＣＰＵ
２７ 発光素子
２８ 受光素子

Claims (2)

1. 予め用意されたテーブルから環境条件に応じたプロセス条件を選択することで、所望のべた濃度が得られるプロセス条件を決定するプロセス制御手段と、
   中間調の濃度レベルを含む濃度パターンを形成するパターン形成手段と、
   形成された前記濃度パターンを検知するパターン検知手段と、
   前記パターン検知手段の検知結果に基づいて画像データを補正する画像データ補正手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像データ補正手段は、γ特性を打ち消して入出力特性をリニアにすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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