JP2010134160A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体、帯電部材、現像剤担持体の周方向における特性のばらつきや偏心により像担持体の周方向に発生する濃度むらの影響が小さくなるような濃度補正を実行できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】濃度パターンＫ１は、感光体ドラム１ｄの軸方向（主走査方向）における濃度むらを補正するために現像領域の幅方向全域に亘って形成されている。また、各濃度パターンＫ１は感光体ドラム１ｄの回転周期の２／３倍の周期となる位置に形成されている。これにより、感光体ドラムの回転周期で発生する濃度むらの影響を小さくすることができ、軸方向及び周方向（副走査方向）の両方において濃度補正を精度良く行うことができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、スキャナ等の画像読取手段を備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式を用いる画像形成装置においては、帯電装置により感光体ドラム等の像担持体表面を一様に帯電させ、露光装置からの露光（光照射）により像担持体上に形成された静電潜像を現像装置によって可視化し、そのトナー像を記録媒体上に転写した後、定着処理を行うプロセスが一般的である。

ここで、静電潜像が形成される感光体ドラムは、製造上の諸要因によりドラム表面の軸方向において帯電特性や感度特性のむらが存在する。また、静電潜像を現像したトナー像を形成する場合、感光体ドラムにトナーを供給する現像剤担持体とのギャップのばらつきや、露光手段の主走査方向における光量のばらつき等の影響を受けて、軸方向に濃度むらが発生する。そこで、感光体ドラムの軸方向の表面電位状態や濃度状態を、露光装置の露光量を軸方向（主走査方向）に変化させて制御する方法が行われている。

濃度制御は、装置起動時或いは画像濃度（階調）を適正に設定するためのモード（キャリブレーションモード）が設定されたとき、トナー担持体上或いは記録媒体上にトナーを転写してテストパターン（基準画像）を形成し、その濃度を検出して階調補正を行う。例えばカラー画像形成装置の場合、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各画像形成部によりトナー担持体上或いは記録媒体上に各色のテストパターンが形成され、テストパターンを構成する各濃度パターンの濃度を検知して階調補正を行う。

ここで、テストパターンを記録媒体上に形成する場合、転写工程及び定着工程を経た実際の画像濃度を検知できるため、テストパターンを中間転写ベルト等のトナー担持体上に形成する場合に比べて高精度な補正が可能となる。例えば特許文献１には、記録媒体上に出力された階調パターンをスキャナ等の画像読取装置で読み取り、読み取られた濃度と目標濃度との濃度差から光量補正量を算出して画像形成条件にフィードバックさせることにより画像品質の安定性を向上させる画像形成装置が開示されている。

しかし、感光体ドラムは、製法上の問題から軸方向のみでなく周方向にも帯電特性や感度特性のむらが存在する。また、帯電装置としてドラム表面に接触して帯電させる帯電ローラ（帯電部材）を用いた場合、帯電ローラの偏心によっても周方向の帯電むらが発生する。さらに、中間転写体や転写ローラの回転周期の変動によってドラム周方向の転写むらが発生する。

一方、静電潜像を現像する際にも、ドラム表面にトナーを供給する現像剤担持体の偏心や、現像剤担持体上のトナー帯電量の影響を受けて軸方向のみでなく周方向の現像むらが発生する。特に、現像剤担持体上にトナー層のみを形成する現像装置では、１回転前にトナーが現像された領域と現像されなかった領域とで現像剤担持体上のトナー帯電量が異なるため、それぞれの領域で現像性能に差が生じ、濃度むらが発生し易くなる。

上述したような理由によりドラム周方向に濃度むらが発生している場合、テストパターンを用いて軸方向の濃度制御を行う特許文献１の方法では、感光体ドラムや帯電ローラ、或いは現像剤担持体の回転位置によってテストパターンの濃度が変化し、濃度検出結果にばらつきが生じてしまう。その結果、光量補正の精度が低下して補正後の画像均一性の確保が困難となる。

そこで、感光体ドラムの周方向におけるテストパターンの濃度むらを低減して精度良く濃度補正を行う方法が提案されており、特許文献２には、像担持体、帯電器、或いは現像剤担持体のいずれかの回転位相差の３６０／Ｎ度（周長の１／Ｎ）だけずれた位置に濃度パターンをＮ回繰り返して形成されたテストパターンを用いて濃度補正を行う方法が開示されている。
特開平１０−１７１２２０号公報 特開２００６−３４３６７９号公報

しかしながら、特許文献２の方法では、同一のテストパターンを複数回形成する場合、各テストパターン中の濃度パターンが像担持体、帯電器、或いは現像剤担持体の同位相の位置に形成されることになるため、像担持体、帯電器、現像剤担持体の周方向の特性差に起因する周方向の濃度むらを除去できなかった。

また、テストパターンを一枚のみ形成する場合であっても、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体では製造上１／２周期の成膜むらが発生する場合があり、特許文献２の方法でＮ＝２とすると周期的な濃度変動を除去しきれなかった。また、Ｎ＝３以上では小径化が進んだ感光体や現像剤担持体、帯電ローラ、転写ローラ等では各濃度パターンのピッチが狭くなりすぎるため、一枚のテストパターン上に配置する濃度パターンの数が限られてしまうという問題点があった。

さらに、現像装置においては現像剤担持体上の１回転前にトナーが現像された領域とされなかった領域とでトナー帯電量が異なることから、複数色のテストパターンを同時に形成する場合、同一色の濃度パターンの現像には現像剤担持体上の１回転前にトナーが現像されなかった領域を用いるのが好ましい。

一方、濃度入力値（階調）の異なる複数の濃度パターンや複数色の濃度パターンから成る同一のテストパターンを複数枚出力して画像濃度むらを読み取り、感光体軸方向の濃度補正を行う場合、各濃度パターンが感光体の周方向に対し異なる位置に形成されていると、感光体の周方向の帯電むらがテストパターンの濃度に影響を及ぼし、光量補正の精度を低下させて濃度補正後の画像の均一性を悪化させることとなる。また、テストパターンが形成される際、帯電部材や現像剤担持体の周方向に異なる位置が感光体ドラムに対向していると、帯電器や現像剤担持体と感光体ドラムとのギャップが変化し、同様に画像の均一性を悪化させることとなる。

本発明は、上記問題点に鑑み、像担持体、帯電部材、現像剤担持体の周方向における特性のばらつきや偏心により像担持体の周方向に発生する濃度むらの影響が小さくなるような濃度補正を実行できる画像形成装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、濃度入力値或いは色の異なる複数の濃度パターンから成るテストパターンを複数枚出力する際の、各テストパターン間における濃度変動の小さい画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電部材と、該帯電部材により帯電された前記像担持体表面を露光することにより静電潜像を形成する露光装置と、前記像担持体に対向配置される現像剤担持体を有し、前記露光装置により形成された静電潜像を現像する現像装置と、を有する画像形成部と、該画像形成部において記録媒体上に形成されたテストパターンの濃度を読み取り可能な画像読取手段と、該画像読取手段によるテストパターンの読み取り結果に基づいて前記像担持体の軸方向のブロック毎に画像濃度を補正する濃度補正手段と、を備えた画像形成装置において、前記テストパターンは、同じ画素構成で形成された複数の濃度パターンを含み、同じ画素構成で形成された各濃度パターンは、前記像担持体、前記帯電部材、前記現像剤担持体のうち少なくとも一つの回転周期の略Ｍ／Ｎ倍（Ｍ，Ｎは互いに素な整数であり、Ｍ≧２、Ｎ≧３）の位置に配置されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記テストパターンは、同じ画素構成で形成された濃度パターンをＮの倍数含むことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、画素構成の異なる複数種類の濃度パターンを含む前記テストパターンを複数枚出力する場合、異なるテストパターン上に同じ画素構成で形成された各濃度パターンの静電潜像の形成位置は、前記像担持体、前記帯電部材、前記現像剤担持体のうち少なくとも一つの周方向に対して略同一領域であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記像担持体、前記帯電部材、前記現像剤担持体のうち少なくとも一つの回転位置を検知する位置検知機構を備え、該位置検知機構の検知結果に基づいて前記テストパターンの形成位置を制御することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記像担持体はアモルファスシリコン感光体であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記テストパターンが複数色の濃度パターンで構成され、同一色の濃度パターンが前記現像剤担持体の回転周期の略Ｍ／Ｎ倍の位置に形成されており、前記テストパターン中の各色の濃度パターンは、前記現像剤担持体の１回転前に形成された同一色の濃度パターンと現像剤担持体上の周方向に重ならない領域の現像剤で形成されることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、複数の濃度パターンから成るテストパターンを形成する際に、同じ画素構成で形成された各濃度パターンを、像担持体、帯電部材、現像剤担持体のうち少なくとも一つの回転周期の略Ｍ／Ｎ倍（Ｍ，Ｎは互いに素な整数であり、Ｍ≧２、Ｎ≧３）の位置に配置することにより、各濃度パターンの平均濃度を算出する場合の像担持体、帯電部材、或いは現像剤担持体の回転周期で発生する周方向（副走査方向）の濃度むらの影響を小さくすることができ、軸方向及び周方向の両方において濃度補正を精度良く行うことができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、同じ画素構成で形成された濃度パターンをＮの倍数含むテストパターンを形成することにより、同じ画素構成の濃度パターンが感光体ドラムの周方向全域を用いて形成されるため、各濃度パターンの平均濃度をより理論値に近づけることができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の画像形成装置において、画素構成の異なる複数種類の濃度パターンを含むテストパターンを複数枚出力する場合、異なるテストパターン上に同じ画素構成で形成された各濃度パターンの静電潜像の形成位置を、像担持体、帯電部材、現像剤担持体のうち少なくとも一つの周方向に対して略同一領域とすることにより、複数のテストパターン間で発生する像担持体、帯電部材、或いは現像剤担持体の周方向の特性差に起因する濃度むらを極力小さくすることができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の画像形成装置において、像担持体、帯電部材、現像剤担持体のうち少なくとも一つの回転位置を検知する位置検知機構の検知結果に基づいてテストパターンの形成位置を制御することにより、像担持体、帯電部材、或いは現像剤担持体の回転周期に応じた精確な位置にテストパターンを形成することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成の画像形成装置において、製造時に周方向の成膜むらが発生し易いアモルファスシリコン感光体を用いた場合の、周方向の感度特性差に起因するテストパターンの周期的な濃度変動を除去することができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの構成の画像形成装置において、テストパターンが複数色の濃度パターンで構成され、同一色の濃度パターンが現像剤担持体の回転周期の略Ｍ／Ｎ倍の位置に形成されるとき、テストパターン中の各色の濃度パターンを、現像剤担持体の１回転前に形成された同一色の濃度パターンと現像剤担持体上の周方向に重ならない領域の現像剤で形成することにより、濃度パターンの形成に用いるトナーの帯電量が安定し、濃度パターンの形成に悪影響を与えるトナー帯電量のばらつきを排除することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明のカラー画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（イエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転しながら各画像形成部に近接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写（一次転写）された後、二次転写ローラ９において用紙Ｐ上に一度に転写（二次転写）され、さらに、定着部７において用紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのクリーニングブレード１９が配置されている。

画像読取部４０は、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤセンサ等（いずれも図示せず）から構成されており、原稿画像を読み取って画像情報に変換する。また、後述するように画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて用紙Ｐ上に形成されたテストパターンのＲＧＢ値を読み取り、濃度を検知する機能も有している。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置４によって光ビームを照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像読取部４０からの画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置された現像ローラ（現像剤担持体）を備え、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、従動ローラ１０、駆動ローラ１１及びテンションローラ２０に掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、用紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に近接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、中間転写ベルト８とのニップ部（二次転写ニップ部）において用紙Ｐ上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された用紙Ｐは、定着ローラ対１３のニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。用紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、用紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した用紙Ｐの一部を一旦排出ローラ１５から装置外部にまで突出させる。その後、用紙Ｐは排出ローラ１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により用紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、図１における画像形成部Ｐａ付近の拡大図である。なお、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図２の反時計回り）に沿って帯電器２ａ、現像装置３ａ、クリーニング部５ａが配設され、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラ６ａが感光体ドラム１ａに対向配置されている。

帯電器２ａは、感光体ドラム１ａに接触してドラム表面に帯電バイアスを印加する帯電ローラ２１と、帯電ローラ２１をクリーニングするための帯電クリーニングローラ２２とを有している。現像装置４ａは、２本の攪拌搬送スクリュー２３と、磁気ローラ２４と、現像ローラ２５とを有し、正帯電トナーを用いる場合は現像ローラ２５にトナーと同極性（正）の現像バイアスを印加してドラム表面にトナーを飛翔させる。

クリーニング部５ａは、摺擦ローラ２６、クリーニングブレード２７、及び回収スクリュー２８を有している。摺擦ローラ２６及びクリーニングブレード２７によって感光体ドラム１ａ表面から除去された残留トナーは、回収スクリュー２８の回転に伴ってクリーニング部５ａの外部に排出される。

図３は、露光装置４の構成を示す側面断面図であり、説明の便宜上、各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄも併せて図示している。露光装置４は、画像信号に基づいて変調した光ビーム３０を射出する光源（図示せず）、ポリゴンミラー３１、走査レンズ３２、補正レンズ３３及び各光ビーム３０の光路に設置された折り返しミラー３４、３５、３６及び３７を筐体４ａ内に備えている。

露光装置４には光源（図示せず）が４つ備えられており、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの画像信号に基づいて変調した光ビーム３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍ及び３０Ｋを射出するものである。ポリゴンミラー３１は光ビームの偏向手段であり、回転軸３１ａを中心に回転することによって、反射面に入射された光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋを等角速度偏向させることができる。

走査レンズ３２は、光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋが各感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を主走査方向に等速度で走査するように、ポリゴンミラー３１によって等角速度偏向された光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋを等速度偏向させるものである。補正レンズ３３は光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋの補正手段であり、ポリゴンミラー２２の反射面が回転軸３１ａに対して倒れる面倒れによって生じる光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋの誤差を補正する面倒れ補正機能を備えている。

折り返しミラー３４〜３７は、各光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋの光路に設置される反射手段であって、薄板状のミラーから構成され、その両端部を保持されて露光装置４内に配置されている。なお、各光路に配置される折り返しミラー３４〜３７の枚数及び反射面の設置角度は適宜変更される。

上記のように構成された露光装置４による光ビーム走査動作について説明する。まず、図示しない４つの光源から光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋがポリゴンミラー３１の反射面へ入射される。この時、ポリゴンミラー３１によって偏向された４つの光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋの光路分離を容易にするために、これらの光ビーム３０Ｋ〜３０Ｙはポリゴンミラー３１に対して副走査方向にそれぞれ異なる角度で入射するように構成されている。

ポリゴンミラー３１に入射された光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋは、ポリゴンミラー３１によって等角速度偏向された後、走査レンズ３２によって等速度偏向される。そして、等速度偏向された光ビーム３０Ｙ〜３０Ｋは、それぞれの光路に配置された折り返しミラー３４〜３７によって所定回数折り返され、補正レンズ３３を通過することよって面倒れ補正がされた後、光路の最後に設けられた最終の折り返しミラー３４ａ〜３７ａによって折り返され、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面へと配光されることとなる。

また、各光ビームの主走査方向の走査開始タイミングを設定するために、ポリゴンミラー３１で偏向した各ビームを検出するＢＤセンサ（図示せず）が被走査面の有効露光領域外に設けられている。このＢＤセンサに時刻をずらして複数の光源から光ビームを入射させることにより、各光ビームの同期検出信号を個別に発生させ、それに基づいて各光ビームの走査開始タイミングを高精度に一致させる。ＢＤセンサが走査終了側に設けられている場合、走査開始側の光ビームは走査開始側に配置されたＢＤミラー（図示せず）により反射されてＢＤセンサに入射する。

図４は、本発明のカラー画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。画像形成装置１００は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、画像読取部４０、ＡＤ変換部４１、制御部４２、記憶部４３、操作パネル４４、定着部７、中間転写ベルト８等を含む構成である。

画像読取部４０で読み取られた画像信号はＡＤ変換部４１においてデジタル信号に変換された後、記憶部４３内の画像メモリ５０に送出される。記憶部４３は、画像メモリ５０、ＲＡＭ５１、及びＲＯＭ５２を備えており、画像メモリ５０は、画像読取部４０で読み取られ、ＡＤ変換部４１においてデジタル変換された画像信号を記憶し、制御部４２に送出する。ＲＡＭ５１及びＲＯＭ５２は、制御部４２の処理プログラムや処理内容等を記憶する。

また、ＲＡＭ５１には、画像読取部４０で読み取られた画像光のＲＧＢ値と、ＲＧＢ値に対応する出力濃度とを関連づけて記憶したルックアップテーブル（ＲＧＢ−濃度ＬＵＴ）、階調入力値（露光量設定値）とそれに対する出力濃度の目標値とを関連づけて記憶したルックアップテーブル（階調−濃度ＬＵＴ）や、階調入力値と実際の階調出力値とを関連づけて記憶したγテーブルが格納されている。また、画像読取部４０で読み取られ濃度補正に用いられるテストパターンの画素構成（濃度）や各画素構成に対応する階調入力値、及びテストパターンを構成する各濃度パターンの周期（ピッチ）等も記憶されている。

操作パネル４４は、複数の操作キーから成る操作部と、設定条件や装置の状態等を表示する表示部（いずれも図示せず）とから構成されており、ユーザが印刷条件等の設定を行う他、例えば画像形成装置１００がファクシミリ機能を有する場合は、記憶部４３にファクシミリ送信先を登録し、さらに登録された送信先の読み出しや書き換えを行う等の種々の設定にも使用される。

制御部４２は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）であり、設定されたプログラムに従って画像読取部４０、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、定着部７、及び用紙カセット１６（図１参照）からの用紙Ｐの搬送等を全般的に制御するとともに、画像読取部４０から入力された画像信号を、必要に応じて変倍処理或いは階調処理して画像データに変換する。露光装置４は、処理後の画像データに基づいて光ビームを照射し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に潜像を形成する。

さらに制御部４２は、操作パネル４４のキー操作等によりキャリブレーションモードが設定されると、画像読取部４０で読み取られたテストパターン中の各濃度パターンの出力濃度を目標値と比較してγテーブルを作成する機能、作成されたγテーブルを用いて画像メモリ５０内に記憶された画像信号の階調データ（露光量）を調整することにより、各色について階調（濃度）補正を行う機能を有している。

回転位置検知センサ４５は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転位置（回転角）を検知するものであり、検知結果は制御部４２に送信されて後述するテストパターンの形成位置の制御に用いられる。回転位置検知センサ４５としては、ドラム外周面に光を照射し、反射光を読み取ることで外周面の目印を検知する反射型光センサや、ドラム外周面に形成されたフラグの通過により検知部の受光信号レベルがＬＯＷ又はＨＩＧＨに切り換わることで回転位置を検知するＰＩ（フォトインタラプタ）センサ等が用いられる。

次に、本発明のカラー画像形成装置における濃度補正について説明する。図５及び図６は、本発明の画像形成装置の濃度補正に用いるテストパターンの一例である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐｄで形成されるブラックのテストパターンを例に挙げて説明するが、イエロー、マゼンタ、シアンのテストパターンも同様に構成される。

図５は、所定濃度のブラックの濃度パターンＫ１が３箇所に配置されたテストパターンＴを示しており、図６は、３段階の濃度でブラックの濃度パターンＫ１〜Ｋ３が３箇所に配置されたテストパターンＴを示している。各濃度パターンＫ１〜Ｋ３は、感光体ドラム１ｄの軸方向（主走査方向）における濃度むらを補正するために現像領域の幅方向全域に亘って形成されている。また、各濃度パターンＫ１〜Ｋ３は感光体ドラム１ｄの回転周期の２／３倍の周期となる位置に形成されている。即ち、感光体ドラム１ｄの１回転ピッチ（周長）をＬとすると、濃度パターンＫ１〜Ｋ３のピッチは２／３Ｌとなっている。

そして、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックのテストパターンＴを用紙Ｐ上に形成して各色の濃度補正を実行する。具体的には、テストパターンＴを形成した用紙Ｐを画像読取部４０にセットして各パターンのＲＧＢ値を読み取り、出力信号を制御部４２に送信する。制御部４２は、数式またはＲＧＢ−濃度ＬＵＴを用いてＲＧＢ値（通常はＲＧＢのうち最も感度の良い値）から各濃度パターンの出力濃度を算出する。

このとき、図７に示すように、出力濃度は３箇所の濃度パターンで測定された出力濃度（図の黒丸）の３点平均濃度（図の白丸）として算出される。なお、ドラム周期に対する濃度パターンの形成位置（形成タイミング）の変動により、３点平均濃度に周期的なばらつき（破線で示す濃度むらの振幅）が発生するが、３点平均濃度のばらつきは出力濃度を平均しない場合の最大ばらつき（実線で示す濃度むらの振幅）の約１／８に抑えられる。そして、算出された出力濃度を目標値と比較し、階調入力値と出力濃度とを対応づけるγテーブルを各色について作成して濃度補正を実行する。なお、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのいずれか１色ないし３色のみについて濃度補正を行うこともできる。

これにより、複数の濃度パターンから成るテストパターンを形成する際に、感光体ドラムの回転周期で発生する濃度むらの影響を小さくすることができ、軸方向（主走査方向）及び周方向（副走査方向）の両方において濃度補正を精度良く行うことができる。また、テストパターンの形成位置の制御は回転位置検知センサ４５の検知結果に基づいて行われるため、感光体ドラムの回転周期に応じた精確な位置にテストパターンを形成することができる。

なお、図５及び図６では各濃度パターンのピッチを感光体ドラムの回転周期の２／３倍としたが、例えば４／３倍でも良いし、３／４倍でも良い。即ち、各濃度パターンのピッチは同一の濃度パターンが感光体ドラムの同一箇所で形成されないように、感光体ドラムの回転周期の略Ｍ／Ｎ倍（Ｍ，Ｎは互いに素な整数であり、Ｍ≧２、Ｎ≧３）の位置に形成すれば良い。

そして、Ｍ／Ｎ倍の位置に形成された濃度パターンをＮの倍数だけ形成することが好ましい。例えば、図５及び図６の例ではＮ＝３であるから、各濃度パターンＫ１〜Ｋ３は３回ずつ繰り返し形成されている。これにより、同一の濃度パターンが感光体ドラムの周方向全域を用いて形成されることになり、各濃度パターンの平均濃度をより理論値に近づけることができる。

図８は、異なる画像形成条件で複数枚（ここでは２枚）形成された同一のテストパターンを示す図である。ここで、２枚目のテストパターンＴ２は１枚目のテストパターンＴ１と異なる露光量設定で出力されており、テストパターンＴ１及びＴ２を画像読取部４０で読み取り、同一の濃度パターン同士で出力濃度を比較することにより主走査方向に分割されたブロック毎の露光量を調整して濃度むらを補正する。

このとき、図８に示すように、テストパターンＴ１とテストパターンＴ２との間の紙間Ｓを調整することで、テストパターンＴ１の最後の濃度パターンＫ３からテストパターンＴ１の最初の濃度パターンＫ１までを感光体ドラム１ｄの１回転ピッチＬと同期させている。これにより、テストパターンＴ１及びＴ２において同一の画素構成（濃度）で形成された濃度パターンＫ１（或いはＫ２、Ｋ３）の静電潜像の形成位置は、感光体ドラム１ｄの周方向に対して略同一の位置となる。従って、複数のテストパターン間で発生する感光体ドラムの周方向の感度特性差に起因する濃度むらを極力小さくすることができる。

図９は、テストパターンＴ１及びＴ２の他の形成例を示す図である。図９のテストパターンＴ２は、図８のテストパターンＴ２よりも感光体ドラムの回転周期に対して１２０°（１／３周期）遅れた位置に形成されている。即ち、テストパターンＴ１及びＴ２の各濃度パターンＫ１〜Ｋ３の静電潜像は、順番は異なるが感光体ドラム１ｄの周方向に対して略同一の位置に形成されており、３点平均濃度を算出することで周期的な濃度むらを解消することができる。

また、図９ではテストパターンＴ２の形成タイミングを感光体ドラム１／３周期分遅らせたため、図８に比べて紙間Ｓが長くなっているが、逆にテストパターンＴ２の形成タイミングを早めて紙間Ｓを狭めることもできる。つまり、感光体ドラムの径や回転周期に応じて２枚目以降のテストパターンの形成タイミングを調整することで、複数のテストパターンを出力する際の紙間を任意に設定可能となる。

図１０は、４色の濃度パターンを配置したテストパターンを２枚出力した例を示す図であり、図１１は各色について２水準の濃度パターンを配置したテストパターンを２枚出力した例を示す図である。これらの例においても、図８と同様に感光体ドラム１ａ〜１ｄの１回転ピッチ（周長）をＬとすると、ブラックの濃度パターンＫ１及びＫ２、シアンの濃度パターンＣ１及びＣ２、マゼンタの濃度パターンＭ１及びＭ２、イエローの濃度パターンＹ１及びＹ２のピッチは２／３Ｌとなっている。これにより、一枚のテストパターン内に感光体ドラムの回転周期で発生する濃度むらの影響を小さくすることができる。

また、テストパターンＴ１の最後の濃度パターンＹからテストパターンＴ２の最初の濃度パターンＫまでを感光体ドラム１ａ〜１ｄの１回転ピッチＬと同期させている。これにより、単色の濃度パターンで構成される図８のテストパターンと同様に、複数のテストパターン間において同一色の濃度パターンを感光体ドラム上の同一の位置に形成して感光体ドラムの周方向の濃度むらを解消することができる。

なお、図１０及び図１１に示したテストパターンＴ２においても、テストパターンＴ２の形成タイミングを遅らせたり早めたりすることにより、テストパターンを出力する際の紙間Ｓを任意に設定可能となる。

以上、テストパターンを構成する濃度パターンの形成位置を感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転周期の略Ｍ／Ｎ倍（Ｍ，Ｎは互いに素な整数であり、Ｍ≧２、Ｎ≧３）とし、濃度パターンの平均濃度を算出することでドラム周方向（副走査方向）の感度特性差に起因する濃度むらを除去する方法について説明したが、帯電器２ａ〜２ｄ内の帯電ローラ２１（図２参照）の帯電特性や、現像装置３ａ〜３ｄ内の現像ローラ２５（図２参照）の現像性能も周方向の濃度むらの原因となる。

そこで、各濃度パターンを帯電ローラ２１や現像ローラ２５の回転周期の略Ｍ／Ｎ倍（Ｍ，Ｎは互いに素な整数であり、Ｍ≧２、Ｎ≧３）の位置に形成すれば、感光体ドラム１ａ〜１ｄの場合と同様に帯電ローラ２１や現像ローラ２５の１回転周期で発生する濃度むらの影響を極力抑えることができる。このとき、帯電ローラ２１や現像ローラ２５の回転位置を検知する回転位置検知センサ４５を設けておけば、帯電ローラ２１或いは現像ローラ２５の回転周期に応じた精確な位置にテストパターンを形成可能となる。

図１２は、ブラックのテストパターンＴを構成する３段階の濃度パターンＫ１〜Ｋ３のピッチを帯電ローラ２１の回転周期Ｑの３／４倍とした例である。また、図１３は、４色のテストパターンＴを構成するブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各濃度パターンＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙのピッチを帯電ローラ２１の回転周期Ｑの４／３倍とした例である。いずれも同じ画素構成の濃度パターンが感光体ドラム上において帯電器の同一箇所に対向する位置で形成されないため、濃度パターンの平均濃度を算出することで帯電特性差に起因する濃度むらを排除することができる。

図１４は、ブラックのテストパターンＴを構成する３段階の濃度パターンＫ１〜Ｋ３のピッチを現像ローラ２９の回転周期Ｒの３／４倍とした例である。また、図１５は、４色のテストパターンＴを構成するブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各濃度パターンＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙのピッチを現像ローラ２５の回転周期Ｒの４／３倍とした例である。いずれも同じ画素構成の濃度パターンが現像ローラ２５上の周方向に異なる領域で現像されるため、濃度パターンの平均濃度を算出することで現像特性差に起因する濃度むらを排除することができる。

なお、４色の濃度パターンＫ、Ｃ、Ｍ、ＹでテストパターンＴを構成する図１５では、テストパターンＴ中の各濃度パターンと、現像ローラ２５の１回転前に形成された同一色の濃度パターンとは、現像ローラ２５上の周方向に重ならない領域のトナーで形成されている。例えばブラックの濃度パターンＫは、現像ローラ１回転目においては現像開始から１／３の領域、２回転目においては１／３〜２／３の領域、３回転目においては２／３以降の領域のトナーで形成されている。

これにより、各色の濃度パターンＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙは常に現像ローラ２５の１回転前にトナーが消費されなかった領域を用いて形成されるため、濃度パターンの形成に用いるトナーの帯電量が安定化し、濃度パターンの形成に悪影響を与えるトナー帯電量のばらつきを排除することができる。

なお、上記各実施形態では、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、帯電ローラ２１、現像ローラ２５のそれぞれの回転周期に応じてテストパターンの形成位置を制御する場合について説明したが、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、帯電ローラ２１、現像ローラ２５の回転周期やテストパターンのピッチを調整することにより、これらを組み合わせてテストパターンの形成位置を制御することもできる。

例えば、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転周期Ｌと帯電ローラ２１の回転周期Ｑの両方に対して略Ｍ／Ｎ倍（Ｍ，Ｎは互いに素な整数であり、Ｍ≧２、Ｎ≧３）となる位置に各濃度パターンを形成すれば、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周方向における感度特性のばらつきと帯電ローラ２１の周方向における帯電特性のばらつきに起因する濃度むらを同時に解消することができる。さらに、現像ローラ２５の回転周期Ｒに対しても略Ｍ／Ｎ倍となる位置に形成すれば、現像ローラ２５の周方向における現像特性のばらつきに起因する濃度むらも同時に解消できる。

その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態においては、ポリゴンミラーを用いて光ビームを走査する露光装置を用いる構成について説明したが、主走査方向に多数のＬＥＤが配置されたＬＥＤヘッドを用いて感光体の露光を行う構成においても全く同様に適用できる。また、画像形成装置としてはタンデム式のカラー複写機についてのみ説明したが、本発明は、デジタル複写機やアナログ方式のモノクロ複写機等、他のタイプの複写機にも適用できるのはもちろんである。

本発明は、記録媒体上に出力されたテストパターンの濃度を画像読取手段により検知して濃度補正を行う画像形成装置に利用可能であり、テストパターンを構成する同じ画素構成で形成された複数の濃度パターンを、像担持体、帯電部材、現像剤担持体のうち少なくとも一つの回転周期の略Ｍ／Ｎ倍（Ｍ，Ｎは互いに素な整数であり、Ｍ≧２、Ｎ≧３）の位置に配置したものである。

これにより、各濃度パターンの平均濃度を算出する場合の像担持体、帯電部材、或いは現像剤担持体の回転周期で発生する周方向（副走査方向）の濃度むらの影響を小さくすることができ、軸方向及び周方向の両方において濃度補正を精度良く実行可能な画像形成装置を提供することができる。このとき、１つのテストパターン中に同じ画素構成で形成された濃度パターンをＮの倍数含むようにすれば、平均濃度をより理論値に近づけることができる。

また、画像形成条件を変化させて同一のテストパターンを複数枚出力する場合、異なるテストパターン上に同じ画素構成で形成された各濃度パターンの静電潜像の形成位置を、像担持体、帯電部材、現像剤担持体のうち少なくとも一つの周方向に対して略同一領域とすることで、複数のテストパターン間で発生する像担持体、帯電部材、或いは現像剤担持体の周方向の特性差に起因する濃度むらを排除し、画像形成条件の変化に基づく濃度変化を精度良く検知できる画像形成装置となる。

また、像担持体、帯電部材、現像剤担持体の回転位置を検知する位置検知機構を設けることにより、像担持体、帯電部材、或いは現像剤担持体の回転周期に応じた精確な位置にテストパターンを形成できる画像形成装置となる。

また、複数色の濃度パターンで構成されるテストパターンの場合、各色の濃度パターンを現像剤担持体の１回転前に形成された同一色の濃度パターンと現像剤担持体上の周方向に重ならない領域の現像剤で形成すれば、濃度パターンの形成に悪影響を与えるトナー帯電量のばらつきを排除できる画像形成装置となる。

は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、図１における画像形成部Ｐａ周辺の部分拡大図である。 は、本発明の画像形成装置に搭載される露光装置の構成を示す側面断面図である。 は、本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。 は、所定濃度のブラックの濃度パターンＫ１が３箇所に配置されたテストパターンＴを示す図である。 は、３段階の濃度でブラックの濃度パターンＫ１〜Ｋ３が３箇所に配置されたテストパターンＴを示す図である。 は、感光体の回転周期と濃度むらとの関係を示すグラフである。 は、濃度パターンＫ１〜Ｋ３を配置した同一のテストパターンＴ１、Ｔ２を２枚出力した例を示す図である。 は、テストパターンＴ１及びＴ２の他の形成例を示す図である。 は、４色の濃度パターンＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙを配置した同一のテストパターンを２枚出力した例を示す図である。 は、各色について２水準の濃度パターンを配置した同一のテストパターンを２枚出力した例を示す図である。 は、ブラックのテストパターンＴを構成する３段階の濃度パターンＫ１〜Ｋ３のピッチを帯電ローラの回転周期の３／４倍とした例を示す図である。 は、４色のテストパターンＴを構成する各濃度パターンＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙのピッチを帯電ローラの回転周期の４／３倍とした例を示す図である。 は、ブラックのテストパターンＴを構成する３段階の濃度パターンＫ１〜Ｋ３のピッチを現像ローラの回転周期の３／４倍とした例を示す図である。 は、４色のテストパターンＴを構成する各濃度パターンＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙのピッチを現像ローラの回転周期の４／３倍とした例を示す図である。

符号の説明

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電器
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光装置
５ａ〜５ｄ クリーニング部
８ 中間転写ベルト
２１ 帯電ローラ（帯電部材）
２５ 現像ローラ（現像剤担持体）
４０ 画像読取部（画像読取手段）
４２ 制御部（濃度補正手段）
４５ 回転位置検知センサ（位置検知機構）
１００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電部材と、該帯電部材により帯電された前記像担持体表面を露光することにより静電潜像を形成する露光装置と、前記像担持体に対向配置される現像剤担持体を有し、前記露光装置により形成された静電潜像を現像する現像装置と、を有する画像形成部と、
   該画像形成部において記録媒体上に形成されたテストパターンの濃度を読み取り可能な画像読取手段と、
   該画像読取手段によるテストパターンの読み取り結果に基づいて前記像担持体の軸方向のブロック毎に画像濃度を補正する濃度補正手段と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記テストパターンは、同じ画素構成で形成された複数の濃度パターンを含み、同じ画素構成で形成された各濃度パターンは、前記像担持体、前記帯電部材、前記現像剤担持体のうち少なくとも一つの回転周期の略Ｍ／Ｎ倍（Ｍ，Ｎは互いに素な整数であり、Ｍ≧２、Ｎ≧３）の位置に配置されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記テストパターンは、同じ画素構成で形成された濃度パターンをＮの倍数含むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 画素構成の異なる複数種類の濃度パターンを含む前記テストパターンを複数枚出力する場合、異なるテストパターン上に同じ画素構成で形成された各濃度パターンの静電潜像の形成位置は、前記像担持体、前記帯電部材、前記現像剤担持体のうち少なくとも一つの周方向に対して略同一領域であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体、前記帯電部材、前記現像剤担持体のうち少なくとも一つの回転位置を検知する位置検知機構を備え、該位置検知機構の検知結果に基づいて前記テストパターンの形成位置を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体はアモルファスシリコン感光体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記テストパターンが複数色の濃度パターンで構成され、同一色の濃度パターンが前記現像剤担持体の回転周期の略Ｍ／Ｎ倍の位置に形成されており、前記テストパターン中の各色の濃度パターンは、前記現像剤担持体の１回転前に形成された同一色の濃度パターンと現像剤担持体上の周方向に重ならない領域の現像剤で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

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