JP4367085B2 - フォトセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置において、出力画像の形成位置を検出し検出結果に基づいて画像形成位置を調整する技術、および、出力画像濃度や色、階調性などを検出し、検出結果に基づいて画像形成条件を制御する技術に関する。

特開２０００−０４７４４７号公報 特開２０００−２５０３０４号公報 特開２００２−２４４３７１号公報

画像形成装置の画質向上は目覚しく、これに伴って、ユーザのカラー画像の画質変動に対する要求は厳しくなってきており、我々の調査によれば色差３以下というような、人間の色識別能力の限界に近いところまで要求されるようになっている。また、ユーザの色ずれに対する要求は、１００〜２００μｍ以下と厳しくなっている。

しかし、特に、感光体上に静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーによって現像することによって感光体上にトナー像を形成し、そのトナー像を直接的、或いは一旦中間転写体を介在させて記録媒体上に転写及び定着する、電子写真プロセスを採用した電子写真方式のカラー画像形成装置などでは、画像濃度、各色トナー像の位置ずれ、色再現及び階調性やカブリといった画質変動が改善すべき課題となっている。これは、電子写真プロセスの画質再現性が温度・湿度などの環境条件や経時劣化などにより、影響を受けることが主な原因になっている。

このような問題に対し、像担持体上に形成される画質制御用の基準パターン像へ照射される光の反射光を光学式のフォトセンサを用いて検知し、画像濃度調整及び位置ずれ調整を行う方式は、従来より広く適用されている。像担持体上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン各色の基準パターン像の濃度変化及び位置ずれ量をフォトセンサで検出し、その検出結果に基づき画像形成濃度及び位置ずれを色成分毎にそれぞれ制御する画像形成装置がある(特開２０００−０４７４４７号公報)。その他に、フォトセンサとして、黒トナー像から反射される正反射光を検知し、濃度を感度良く検出する正反射方式と、各色の基準パターン像から反射される拡散反射光を検知し、高濃度まで検出する拡散反射方式を併用するタイプのフォトセンサを適用し、画像形成濃度及び位置ずれを制御により調整する画像形成装置のフォトセンサ装置がある(特開２０００−２５０３０４号公報)。

一方、フォトセンサを用いて濃度を検出する際には、光が拡散している拡散反射光は、正反射光を検出する時と比較し、その検出視野を広く確保しなければならないといった問題が生じる。そのため、従来のセンサ光学系では、拡散反射する、すなわちイエロー、マゼンタ、シアン用の基準パターン像については、正反射するブラック用のものに比べ、そのサイズを小さくすることができない。その結果、前記３色用の基準パターン像を形成するために、ブラック用のものを形成する時よりも多くのトナーを必要とするだけではなく、調整処理のために余分なトナーを消費することになるといった欠点があった。

更に、ひとつのフォトセンサを用いて位置検出（レジストレーション検出）も兼用する方法も提案されている。しかし、センサの取付角度誤差の影響が少ない拡散方式を用いた場合であっても拡散反射光の検出に要する視野が広くなるため、位置検出の精度が悪くなってしまうという問題があった。こうしたことから、拡散反射光の検出に要する視野を正反射光に要する視野と同様に構成出来る技術が求められていた。

この要求に対し、拡散反射及び正反射の各方式に対して、それぞれ視野を限定する方法が提案されている(特開２００２−２４４３７１号公報)。しかし、この方法を適用した場合、拡散反射用及び正反射用の２種類のセンサが必要となり、センサコストが２倍となってしまう。更に、これら２種類のセンサを単純に組合せた場合、拡散反射光及び正反射光に対応する２種類の受光光学系が必要となり、フォトセンサ装置の複雑化を招き、コスト低減効果は小さいものとなってしまう。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、拡散反射光及び正反射光を単一の受光素子により検知し、濃度センサ及び位置検知センサとして機能することが可能であると共に、各反射光を同サイズの小さい視野サイズに限定することにより、基準パターン像を作成するトナー量を節約することができ、装置の小型化及びコスト削減が可能なフォトセンサ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、像保持体と、該像保持体を露光する露光手段と、前記像保持体から像が転写される中間転写体と、前記中間転写体上にその搬送方向に形成される複数色の基準パターン像の濃度及び位置を検知するフォトセンサ手段とを有し、前記フォトセンサ手段は、前記中間転写体上に形成される基準パターン像に照射される光の反射光を受光する受光素子と、前記受光素子に正反射光を入射させる位置に設けられている第１照明手段と、前記受光素子に拡散反射光を入射させる位置に設けられている第２照明手段と、前記基準パターン像で生じた正反射光及び拡散反射光を前記受光素子に導く受光光学系と、前記第２照明手段の下方に格納される基準電圧を測定するための基準板を供えた前記主走査方向に移動可能なシャッターとからなり、前記受光光学系はレンズを有し、前記拡散反射光に対しては、前記受光素子の受光面上に前記基準パターン像を結像させる結像光学系として構成すると共に、前記正反射光に対しては、中間転写体上の基準パターン像のうち、前記拡散反射光が前記受光素子に受光されるのと略同一の領域で反射された正反射光のみを前記受光素子の受光面上に入射させるように構成し、前記中間転写体の面に垂直な法線と前記第１照明手段から発せられる照射光の光軸とがなす角度をθ１、前記法線と前記受光素子への入射光の光軸とがなす角度をθ２とすると、θ１とθ２とは略同一に構成され、前記露光手段の主走査方向と前記第２照明手段から発せられる照射光の光軸とがなす角度をθ３、前記露光手段の主走査方向と受光素子への入射光の光軸とがなす角度をθ４とすると、θ３＜θ４となるように構成されており、前記複数色の基準パターンは、前記主走査方向と異なる方向へ略４５度に傾斜した２辺でＶ字状に形成されて、かつ、太さが前記フォトセンサの視野領域と同等以下に形成されていることを特徴とするものである。

このような本発明のフォトセンサ手段において、前記受光素子は、前記正反射光及び拡散反射光の双方、つまりその受光面に入射する光を検知できるものであればよい。そして、該受光素子の受光面へ各反射光が受光される対象領域が十分収まる大きさの受光面を有するものが好ましい。

前記フォトセンサ装置は、濃度検知及び位置ずれ検知としての役割を担うため、前記受光素子へ正反射光及び拡散反射光を入射させる第１照明手段及び第２照明手段がそれぞれについて必要となる。この照明手段は、移動体上に形成される基準パターン像へ照射した際、該受光素子により検知可能な反射光を得ることができる光を発するＬＥＤ素子等の発光体であることが好ましい。

ここで、移動体上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン３色の濃度検知用、又は位置調整用の基準パターン像が前記第２照明手段により照射された場合、前記受光光学系へ拡散反射光が入射される。この時、該受光光学系は、結像光学系を構成していることが好ましい。この構成において、濃度検知用及び位置調整用の各基準パターン像は、前記受光面へ結像させる、つまり、焦点を合わせ映し出す必要があるため、前記移動体と前記受光素子との間にレンズを配置するとよい。そして、前記レンズの配置位置及び仕様については、移動体上の基準パターン像を前記受光面上にて結像させる構成を作り出せるものであれば差し支えない。この構成では、その焦点を合わせた状態にて各基準パターン像を該受光面へ映し出すので、精度の高い検出が可能となる。

拡散反射光が入射する前記結像光学系では、濃度検知又は位置調整に有効な前記基準パターン像からの前記拡散反射光の他に、該基準パターン像の周辺より前記濃度検知又は位置調整に不要な拡散反射光も反射されている。この際、この不要な拡散反射光までフォトセンサにより検知した場合、その検知信号にノイズも入り、検出精度が低下してしまう。そこで、前記不要な拡散反射光を遮り、前記受光面の検出領域を制限するマスクを設けるとよい。このマスクにより、小さい基準パターン像を狭い受光面の視野領域により検出することができ、該基準パターン像を形成するトナー量を節約することが可能となる。尚、前記マスクは、迷光防止のため、黒色の板材により形成することが望ましい。そして、該マスクに開孔する孔は、円形であることが好ましく、その直径は、前記受光面へ導くべき反射光の領域に応じ適宜設定することができる。

一方、黒トナーの濃度検知用の前記基準パターン像が前記第１照明手段により照射された場合、前記受光光学系へ正反射光が入射される。この際、該受光光学系は、受光対象領域から発せられる略平行な正反射光のみを受光するように構成していることが好ましい。この構成において、前記濃度検知用基準パターン像は、前記受光面上にて結像される必要はなく、受光対象領域のサイズ以上の大きさがあればよい。こうしたことから、本光学系のレンズは、光学倍率１倍のものを適用することが望ましい。また、本光学系においては、黒トナーの濃度検知に必要最低限の正反射光を前記受光面へ導くことができれば足りるため、前記マスクにより、濃度検知に有効な光度の正反射光成分だけが該受光面へ導くことができる構成にするとよい。この構成により、前記基準パターン像を小さく設定することができるだけではなく、該基準パターン像を前記結像光学系のそれと同サイズに合わせることも可能となる。更には、黒トナー濃度の検知に使用するトナー量を節約することができる。

ところで、前記受光素子は、その受光面に入射させた反射光による該受光素子の出力電圧値と基準電圧値との差により濃度及び位置ずれを検知している。そのため、検知時には、基準となる光(以下基準光という)を前記受光面へ入射させる必要がある。そこで、この基準光を反射することができる基準板を設けるとよい。その方法としては、検知動作前、或いは検知動作後、第１照明手段或いは第２照明手段をこの基準板へ照射すればよく、検知動作中は基準パターン像へ照射できるように、移動可能な機構とすることが好ましい。

前述の通り、イエロー、マゼンタ、シアン３色の濃度検知用基準パターン像については、結像光学系を構成することにより検知可能であるので、本発明のフォトセンサ装置は、カラー画像形成装置に適用することができる。

以上のように構成される本発明のフォトセンサ装置によれば、濃度センサ及び位置検知センサとしての機能を単一の受光素子にて実現することができるだけではなく、各光学系において受光素子の受光面における視野サイズを同一サイズに限定することができるので、基準パターン像を作成するトナー量を節約することができ、装置の小型化及びコスト削減が可能となる。

以下添付図面に基づいて本発明のフォトセンサ装置を画像形成装置に適用した場合の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される電子写真方式を用いたカラー画像形成装置の概略構成図である。本構成図は、接触帯電器で感光体表面を帯電した後、レーザ光線の照射により静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーにより現像するゼログラフィエンジンをイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色について備えたタンデム型のカラー電子写真方式の画像形成装置のＩＯＴ（イメージアウトプットターミナル：画像出力部）の概要が示されている。尚、図中では画像形成装置の画像読取部や画像処理部などは省略している。

この画像形成装置のＩＯＴは、図中矢印Ａの方向にて回転する４つの感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと、この各感光体の表面を帯電する接触帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋと、帯電された各感光体表面を各色の画像情報に基づいて変調された露光光により露光し、各感光体上に静電潜像を形成するＲＯＳ（レーザ出力部）３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋと、各感光体上の静電潜像を各色現像剤で現像して感光体上にトナー像を形成する現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋと、感光体上の各色トナー像を中間転写体ベルト６に転写する一次転写器５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋと、中間転写体ベルト６上のトナー像を用紙Ｐに転写する二次転写器７と、用紙Ｐに転写されたトナー像を定着する定着器９と、用紙Ｐを収納する用紙トレイＴと、各感光体の表面をクリーニングするクリーナ(図示せず)と、各感光体表面の残留電荷を除去する除電器(図示せず)と、中間転写体ベルト６表面に転写された画像濃度制御及び画像形成位置調整用基準パターン像を検出するフォトセンサ１０と、中間転写体ベルト表面をクリーニングするベルトクリーナ８とから構成されている。

本構成図に示されている画像形成装置における画像形成動作としては、先ず、画像読取部（図示せず）で原稿から読み取られた原画像信号、或いは外部のコンピュータ（図示せず）などで作成された原画像信号は画像処理部（図示せず）に入力される。この入力画像信号は、各色の画像情報に分解された後、ＲＯＳ（レーザ出力部）３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに入力され、レーザ光線Ｌが変調される。そして、この変調されたレーザ光線Ｌは、接触帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋにより一様帯電された感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの表面に照射される。この各感光体表面にレーザ光線Ｌがラスタ照射されると、各感光体上にはそれぞれ入力画像信号に対応した静電潜像が形成される。続いて、各色現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにより各感光体上の静電潜像がトナーにより現像され、各感光体上にトナー像が形成される。各感光体上に形成されたトナー像は、各一次転写器５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにより中間転写体ベルト６に転写される。この中間転写体ベルト６へトナー像の転写が終了した各感光体は、クリーナにより表面に付着した残留トナーなどの付着物がクリーニングされ、除電器により残留電荷が除去される。

次に、中間転写体ベルト６上のトナー像は、二次転写器７により、用紙トレイから送られてくる用紙Ｐ上に転写された後、定着器９により用紙Ｐ上に転写されたトナー像が定着され所望の画像が得られる。用紙Ｐ上へのトナー像の転写が終了した中間転写体ベルトは６、ベルトクリーナ８により表面に付着した残留トナーなどの付着物がクリーニングされ、一回の画像形成動作が終了する。

電子写真方式のカラー画像形成装置においては、温度・湿度などの環境条件や経時劣化などの影響により、画像濃度、各色トナー像の位置ずれ、色再現及び階調性やカブリといった画像変動が起こる。そのため、用紙Ｐへの画像出力前、或いは出力待機中に画像濃度調整や画像位置調整を行う必要がある。その方法としては、まず、中間転写体ベルト６上に、画像濃度調整用及び画像位置調整用の基準パターン像を形成する。そして、この基準パターン像をフォトセンサ１０により検出し、制御部へ出力信号を送る。更に、この出力信号から得られた濃度変動や位置ずれ量の結果より、必要に応じ、前記画像濃度調整及び画像位置調整を行っている。

図２は、図１に示されているカラー画像形成装置における、画像濃度調整及び画像位置調整の流れを示しているブロック図である。感光体１を接触帯電器２で帯電し、基準パターン像信号発生器１１から出力される基準パターン像信号に応じてＲＯＳ３で感光体１を露光することで静電潜像を形成し、現像器４により現像した後、中間転写体ベルト６に基準パターン像を転写する。そして、中間転写体ベルト６上に転写された基準パターン像をフォトセンサ１０で検出する。

制御部１００は、フォトセンサ１０から出力される出力信号に応じてＲＯＳ３のレーザパワーを制御して画像濃度を調整する。また、制御部１００は、フォトセンサ１０から出力される出力信号に応じて、ＲＯＳ３の書き込みタイミングを制御し、画像形成位置を調整する。

図３は、中間転写体ベルト６上に形成される基準パターン像の配置図である。本実施例では、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍ(図３(ａ))と、画像濃度制御基準パターン像Ｄ(図３(ｂ))との２種類の基準パターン像を用いる。画像形成位置調整用基準パターン像Ｍは、各単色で、網点カバレッジ：Ｃｉｎ＝１００％の３．５ｍｍ×７ｍｍの大きさのＶ字状のパターン像を、シアン、イエロー、シアン、マゼンタ、シアン、ブラック、シアンの順に配置したパターン像を採用している。画像濃度制御基準パターン像Ｄは、各単色で、網点カバレッジ：Ｃｉｎ＝６０％の１．８ｍｍ×１．３ｍｍの大きさの矩形状のパターン像を、ブラック、シアン、イエロー、マゼンタの順に、それぞれのパターン像の間隔を１５ｍｍ、１．３ｍｍ、１．３ｍｍで配置したパターン像を採用している。各基準パターン像は、位置調整、および濃度制御それぞれの動作時に作成される。

図４は、本実施例におけるフォトセンサ１０の概略構成図である。このフォトセンサ１０は、照明手段と、受光光学系と、受光素子とから構成されている。この照明手段は、正反射用ＬＥＤ１０aと、拡散反射用ＬＥＤ１０ｂとの２つの照明手段とから成る。そして、受光光学系は、レンズ１０ｃと、マスク１０ｅとから構成されている。本図において、左右方向が主走査方向である。また、図５は、フォトダイオード１０ｄからの出力信号の流れを示すブロック図であり、ＡＭＰと、ピーク検出回路と、アンダーピーク検出回路と、２つのサンプル＆ホールド回路とから構成され、図２における制御部１００に含まれている。

フォトセンサ１０で位置ずれ及び濃度変動を検知するためには、図３(ａ)で示されている画像形成位置調整用基準パターン像Ｍと、図３(ｂ)で示されている画像濃度制御基準パターン像Ｄを照明手段により照射する必要がある。例えば、濃度変動を検知する場合であれば、前述のように、ブラック、シアン、イエロー、マゼンタの順に並ぶ画像濃度制御基準パターン像Ｄを照明手段により照射する。しかし、ブラックの基準パターン像からの反射光は、正反射光の光量は多く、拡散反射光の光量は少ない、そして、シアン、イエロー、マゼンタの基準パターン像からの反射光は、正反射光の光量は少なく、拡散反射光の光量は多い。そのため、これら２種類の反射光をひとつの受光素子(フォトダイオード１０ｄ)で検知するには、この受光素子へ正反射光及び拡散反射光のそれぞれが入射し得る位置から前記基準パターン像を照射しなければならないため、２つの照明手段が必要となる。

正反射光をフォトダイオード１０ｄへ入射させるためには、基準パターン像へ照射される光による正反射光を受光し得る位置関係に、正反射用ＬＥＤ１０ａとフォトダイオード１０ｄとを配置すればよい。ここで、中間転写体ベルト６面に垂直な法線と、正反射用ＬＥＤ１０ａから発せられる照射光の光軸とが成す角度をθ₁とする。また、前記法線と、フォトダイオード１０ｄへの入射光の光軸とが成す角度をθ₂とする。この時、θ₁＝θ₂となる位置関係に正反射用ＬＥＤ１０ａとフォトダイオード１０ｄとを配置することが好ましい。フォトセンサ１０においては、θ₁＝θ₂＝１０°という位置関係にて正反射用ＬＥＤ１０ａとフォトダイオード１０ｄが配置されているので、正反射用ＬＥＤ１０ａにより基準パターン像が照射される際の正反射光をフォトダイオード１０ｄへ入射させることができる。

次に、拡散反射光をフォトダイオード１０ｄへ入射させるには、正反射光での場合と同様に、拡散反射用ＬＥＤ１０ｂとフォトダイオード１０ｄとを拡散反射光を受光し得る位置関係に配置することが好ましい。ここで、拡散反射用ＬＥＤ１０ｂと中間転写体ベルト６面とが成す角度をθ₃、フォトダイオード１０ｄへの入射光の光軸と中間転写体ベルト６面とが成す角度をθ₄とする。この時、θ₃＜θ₄という位置関係を満たすように拡散反射用ＬＥＤ１０ｂとフォトダイオード１０ｄとを配置するとよい。フォトセンサ１０においては、θ₃＝６０°、θ₄＝８０°という設定となっており、θ₃＜θ₄という位置関係を満たしている。従って、拡散反射用ＬＥＤ１０ｂによる基準パターン像の拡散反射光をフォトダイオード１０ｄへ入射させることが可能となる。

受光光学系のレンズ１０ｃはφ３ｍｍ、焦点距離６ｍｍのものを用いている。中間転写体ベルト６表面からレンズ１０ｃまでの距離と、レンズ１０ｃからフォトダイオード１０ｄまでの距離はそれぞれ１２ｍｍで等しく、光学倍率は１倍となっている。この配置により、拡散ＬＥＤ１０ｂを照射した際の拡散反射光に対しては、光学倍率１倍の結像光学系が構成されるものとなっている。

前記結像光学系においては、拡散反射光により投影される基準パターン像をフォトダイオード１０ｄ受光面に結像させているものの、濃度検知や位置調整に不要な拡散反射光も受光してしまうので、それら不要な拡散反射光を遮る必要がある。また、黒トナーの濃度検知には、有効な正反射光の成分だけをフォトダイオード１０ｄ受光面に導けばよい。そこで、この２つの条件を満たすため、フォトダイオード１０ｄの直前には、フォトダイオード１０ｄ受光面の視野領域を規制するマスク１０ｅが設けられている。このマスク１０ｅの孔は、φ１ｍｍの円形としており、マスク１０ｅの孔以外の部分は迷光防止のため黒色としている。これにより、正反射光および拡散反射光いずれの場合についてもフォトダイオード１０ｄ受光面の視野領域をマスク１０ｅの孔とほぼ同等のφ１ｍｍとすることができる。

基準パターン像からの反射光がフォトダイオード１０ｄの受光面上に投影されると、フォトダイオード１０ｄはこの反射光量、すなわち基準パターン像の濃淡に応じた電流を出力する。図５に示すように、フォトダイオード１０ｄから出力された電流は、ＡＭＰ２０で電流電圧変換／増幅された後、センサ出力信号として制御部(図示せず)、ピーク検出回路２１、アンダーピーク検出回路２３、及び、２つのサンプル＆ホールド回路２２、２４に供給される。

ピーク検出回路２１では、センサ出力信号の最大位置を検出し、ピーク検出信号としてサンプル＆ホールド回路２２に供給するとともに、制御部に出力される。このピーク検出回路２２を用い、センサ出力信号の最大位置を検出することで、画像形成位置調整用基準パターン像の太さ方向における中心位置の検出が可能となる。そして、制御部では、このピーク検出信号をもとに画像形成位置を計算し、画像形成位置を調整している。

サンプル＆ホールド回路２２では、ピーク検出回路２１から出力されるピーク検出信号をトリガとして、ＡＭＰ２０から出力されるセンサ出力信号をホールドする。これにより、センサ出力信号の最大値がホールドされ、ホールド信号として、制御部に出力される。制御部では、この最大値のホールド信号をもとに画像濃度を計算し、画像濃度が制御されている。

アンダーピーク検出回路２３では、センサ出力信号の最小位置を検出し、アンダーピーク検出信号としてサンプル＆ホールド回路２４に供給する。サンプル＆ホールド回路２４では、アンダーピーク検出回路２３から出力されるアンダーピーク検出信号をトリガとして、ＡＭＰ２０から出力されるセンサ出力信号をホールドする。これにより、センサ出力信号の最小値がホールドされ、アンダーピークホールド信号として、制御部に出力される。制御部では、この最小値のホールド信号をもとに画像濃度を計算し、画像濃度が制御されている。尚、ＡＭＰ２０、ピーク検出回路２１、アンダーピーク検出回路２３、サンプル＆ホールド回路２２、２４は、一般的な電気回路を適用すればよく、それらの説明は省略する。

フォトダイオード１０ｄからの出力信号により基準パターン像の濃度を検出するには、基準となる出力信号と基準パターン像より検出される出力信号とを比較しなければならない。そのため、基準光をフォトダイオード１０ｄへ入射させる場合と基準パターン像からの反射光を入射させる場合とで切換えが可能な手段が必要となる。そこで、フォトセンサ１０には、シャッター１０ｆが摺動可能に取り付けられている(図６)。本図は、シャッター１０ｆをＬＥＤ側から見た平面図である。このシャッター１０ｆには、測定用窓１０ｇと、センサの出力電圧の基準を得るための基準板１０ｈが設けられている。そして、フォトダイオード１０ｄへ入射させる反射光に応じ、図中の矢印方向に駆動装置(図示せず)により移動する機構を備えている。シャッター１０ｆは、通常閉じた状態において基準板１０ｈが受光系光軸上に配置されるような位置にあり、基準パターン像測定時のみシャッター１０ｆが開き測定用窓１０ｇが受光系光軸上に配置されるように移動する。

図７は、中間転写体ベルト６上に形成された画像形成位置調整用基準パターン像Ｍとフォトセンサ１０の中間転写体ベルト６上における視野領域Ｒとの位置関係を時経過に沿って示したものであり、下方のグラフ（ａ）はフォトセンサ１０の視野領域Ｒの位置に応じたセンサ出力信号の波形を示すものである。また、最下段のグラフ（ｂ）は前記ピーク検知回路から出力される画像形成位置調整用基準パターン像Ｍのピーク検知信号を時経過と対応させて示したものである。ここで、制御用マークはその各辺Ｍ１、Ｍ２の太さｔが視野領域Ｒの直径ｄ（１ｍｍ）と同一より僅かに小さく形成されている。

中間転写体ベルト６上に一次転写された画像形成位置調整用基準パターン像Ｍは、かかる中間転写体ベルト６の回転に伴ってフォトセンサ１０の前面を通過し、フォトセンサ１０の視野領域Ｒを横切ることになる。画像形成位置調整用基準パターン像Ｍが中間転写体ベルト６と共に移動し、フォトセンサ１０の視野領域Ｒが図７に示される中間転写ベルト上のＡ点に差し掛かると、かかる視野領域Ｒ内に画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの一辺Ｍ１が進入してくることになるので、センサ出力信号が変化を開始する。更に画像形成位置調整用基準パターン像Ｍが移動すると、視野領域Ｒに含まれる画像形成位置調整用基準パターンＭの面積、すなわち視野領域Ｒと画像形成位置調整用基準パターンＭの一辺Ｍ１との重複面積が拡大するので、センサ出力信号は徐々に上昇し、視野領域Ｒが画像形成位置調整用基準パターンＭによって略覆われるＢ点においてセンサ出力信号は最大となる。

前述の如く、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの各辺Ｍ１、Ｍ２の太さｔはフォトセンサ１０の視野領域Ｒの直径ｄよりも僅かに小さく形成されていることから、画像形成位置調整用基準パターン像ＭがＢ点を過ぎると、今度は視野領域Ｒに含まれる画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの面積、すなわち視野領域Ｒと画像形成位置調整用基準パターン像Ｍとの重複面積が減少していくので、センサ出力信号は徐々に下降し、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍがフォトセンサ１０の視野領域Ｒから完全に脱した時点でセンサ出力信号は最小となる（Ｃ点）。

このように図７に示した例では、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの一辺Ｍ１がフォトセンサ１０の視野領域Ｒを通過する際に（Ａ点からＢ点の間）、かかる視野領域Ｒと制御用マークＭとの重複面積が中間転写体ベルト６の進行に伴って連続的に変化しており、同じ強度のセンサ出力信号が継続してフォトセンサ１０から出力されることがないように構成されている。すなわち、センサ出力信号には瞬間的に最大値が発生することになる。このようなセンサ出力信号の波形は、フォトセンサ１０の視野領域Ｒを円形状に形成すると共に、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの太さを視野領域Ｒの直径と同一にするか、それよりも小さくすることで容易に得ることができる。

多色刷印刷機、カラー複写機、カラープリンタ等では、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍを中間転写ベルト等の移動体上に形成する際に、その時の温度湿度等の環境条件によって画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの太さが変化してしまうこともあり、フォトセンサ１０の視野領域Ｒの直径と完全に同一の太さの画像形成位置調整用基準パターン像Ｍを形成することは困難である。従って、前述の如く、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの太さが視野領域Ｒの直径よりも小さい場合であっても、センサ出力信号の波形に瞬間的な最大値が発生することは、実際にカラープリンタ等を構成する際に有利である。

図７に示すようにセンサ出力信号の波形に瞬間的な最大値が発生する場合、その最大値は画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの一辺Ｍ１の太さ方向の中心位置（重心位置）がフォトセンサ１０の視野領域Ｒの中心位置に合致した場合に発生する。従って、前記ピーク検知回路でセンサ出力信号の最大値（ピーク）を検知し、図７（ｂ）に示すように、この最大値に合わせてパルス状のピーク検知信号を出力するように構成すれば、かかるピーク検知信号の立ち上がりエッジ部分が画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの一辺Ｍ１の中心位置（重心位置）を示していることになり、かかるＭ１の位置を正確に検出することができる。

また、図３（ａ）及び図７に示した画像形成位置調整用基準パターン像Ｍは、中間転写体ベルト６の移動方向に対して異なる方向へ略４５度に傾斜した２辺Ｍ１、Ｍ２を有してＶ字状に形成されていることから、この画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの一つを本実施例のフォトセンサ１０で検出することにより、主走査方向と副走査方向の位置ずれ量を一度に把握することができるようになっている。すなわち、センサ出力信号は視野領域ＲがＣ点に達することで一旦は最小となるが、かかる視野領域ＲがＤ点を過ぎると、再び画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの辺Ｍ２と視野領域Ｒが重なり始めることから、再度立ち上がり始め、かかる辺Ｍ２の太さ方向の中心位置が視野領域Ｒの中心位置と重なったＥ点で最大値を示す。そして、Ｍ２と視野領域Ｒの重複面積が減少するにつれて、センサ出力信号も小さくなり、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍが視野領域Ｒから脱したＦ点で最小出力に戻るのである。

このため、図３（ａ）に示したＶ字状の画像形成位置調整用基準パターン像Ｍを本発明の制御情報検出手段で読み込むと、図７（ｂ）に示すように、画像形成位置調整用基準パターン像Ｍの各辺Ｍ１、Ｍ２太さ方向の中心位置（重心位置）が視野領域Ｒの中心位置と重なったＢ点及びＥ点に対応して、一対のパルス状ピーク検知信号がピーク検知回路から出力される結果となる。

本実施例における制御動作の出力画像位置調整、及び出力画像濃度制御動作は、図８に示されているようなフローチャートのように表すことができる。先ず、ステップＳ１において、出力画像位置調整動作を行い、次に、ステップＳ２において、出力画像濃度制御動作を実施するものとなっている。尚、位置調整と、濃度制御動作は、図示のように、常に両方を順番に行っても良いし、位置調整と、濃度制御を別のタイミングで行っても良い。

続いて、本実施例における出力画像位置調整動作は、図９に示されているようなフローチャートのように表すことができる。先ず、ステップＳ１１において、図３（ａ）に示した画像位置調整用基準パターン像Ｍを中間転写体ベルト上に形成し、次に、ステップＳ１２において、フォトセンサ１０により基準パターンを測定する。その後、ステップＳ１３において、制御部１００で、フォトセンサ１０から出力されるピーク検出信号から、基準色シアンの主走査方向の目標値に対する絶対値位置ずれ量、基準色シアンに対する、イエロー、マゼンタの相対位置ずれ量の測定および計算を行うものとなっている。

本実施例において、基準パターン像の位置ずれ量は、図１０に示されている基準パターン像測定時のタイミングチャートから計算して求められている。図１０において、上からフォトセンサ１０のシャッター１０ｆの動作信号、フォトセンサ１０の拡散ＬＥＤ１０ｂの点灯信号、センサ出力信号、ピーク検出信号の波形が示されている。

図１０中に示されているように、位置ずれ量の測定は、まず、シャッター１０ｆを閉じ、ＬＥＤを消灯した状態から開始される。基準パターンがセンサの測定位置を通過する前にシャッターを開いた後、拡散ＬＥＤ１０ｂを点灯させる。この時、センサ出力信号は、０Ｖとなっている。これは、本実施例で使用されている中間転写体ベルト６は、表面が黒色で鏡面または光沢を持ったものであり、中間転写体ベルト６表面の非画像部では、ＬＥＤ照明光をほとんど拡散しないため、センサ出力信号は０Ｖとなるのである。

シャッターが開いた状態のまま、シアンの基準パターン像の１辺が通過することにより、センサの出力信号は、シアンのトナー量に対応したパルス状の波形となる。この際、図５に示されているように、ピーク検出回路２１で、センサ出力信号の最大値を検出し、ピーク検出信号が出力される。ここで、位置ずれ測定開始からピーク検出信号が出力されるまでの時刻をｔＡ１とする。そして、基準パターン像の残り１辺の通過に伴い、ピーク検出回路２１で検出されるピーク検出信号が出力されるまでの時刻をｔＡ２とする。

以後、同様にして、イエロー、シアン、マゼンタ、シアン、ブラック、シアンの基準パターン像の通過に伴い、ピーク検出信号が出力されるまでの時刻ｔＴ１、ｔＴ２、ｔＢ１、ｔＢ２を順次測定する。尚、図１０においては、シアン、イエロー、シアンの基準パターン像までの通過の状態を示している。その後、すべての基準パターン像がセンサの測定位置を通過した後、シャッター１０ｆは閉じられ、ＬＥＤは消灯される。これにより、１回の基準パターン像測定動作が終了されるのである。

次に、画像形成位置の計算は、基準色シアンの主走査方向の目標値に対する絶対値位置ずれ量、基準色シアンに対する、イエロー、マゼンタの相対位置ずれ量を求めることにより行っている。先ず、基準色シアンの主走査方向絶対値位置ずれ量は、
主走査方向絶対値位置ずれ量 ＝｛(tA2-tA1)-目標値｝/2
で求められ、基準色シアンに対する、イエローの相対位置ずれは、
副走査方向位置ずれ = [(tT2+tT1)/2-((tA2+tA1)/2+(tB2+tB1)/2)/2]×PS
= [(tT2+tT1)/2-(tA2+tA1)/4-(tB2+tB1)/4]×PS
主走査方向位置ずれ = [((tB1+tA1)/2-tT1+副走査方向誤差
+tT2-(tB2+tA2)/2-副走査方向誤差)/2]×PS
= [((tB1+tA1)/2-tT1+tT2-(tB2+tA2)/2)/2]×PS
で求めることができる。ここで、tA1、tA2、tT1、tT2、tB1、tB2は、位置ずれ測定開始からピーク検出信号が出力されるまでの時刻(μs)、PSは、プロセス速度（mm/s)である。基準色シアンに対する、マゼンタ、ブラックの相対位置ずれも同様に計算する。

この計算は、図９のステップＳ１３に該当し、制御部１００で、位置ずれ量の測定および計算終了後、ステップＳ１４で出力画像形成時の画像形成位置、すなわちＲＯＳによる主走査方向、および副走査方向の露光タイミングを設定する。これら一連の動作により、１回の出力画像位置調整動作が終了する。

本実施例における画像濃度制御動作のフローチャートは、図１１に示されているようになる。先ず、ステップＳ２１において、図３（ｂ）に示した画像濃度制御用基準パターン像Ｄを中間転写体ベルト上に形成し、次に、ステップＳ２２において、フォトセンサ１０により基準パターンを測定する。その後、ステップＳ２３において、制御部１００で、検出手段から出力されるホールド信号から、基準パターン像の画像濃度を計算する。

基準パターンの濃度測定は、図１２に示されている濃度制御用基準パターン測定時のタイミングチャートから計算して求められている。図１２において、上からフォトセンサ１０のシャッター１０ｆの動作信号、フォトセンサ１０の正反射ＬＥＤ１０ａの点灯信号、拡散ＬＥＤ１０ｂの点灯信号、センサ出力信号、ピーク検出信号、ピークホールド信号、アンダーピーク検出信号、アンダーピークホールド信号の各波形が示されている。

図１２に示されているように、濃度測定は、まず、シャッター１０ｆを閉じ、正反射及び拡散反射ＬＥＤが消灯した状態から開始される。基準パターン像がセンサの測定位置を通過する前にシャッターを開いた後、正反射ＬＥＤ１０ａを点灯させる。この時、センサ出力信号は中間転写ベルト６からの正反射光に応じた電圧値にて出力される。その後、ブラックの基準パターン像の通過により、センサの出力電圧は、ブラックのトナー量に対応して減少するパルス状の波形となる。この際、図５に示されているように、アンダーピーク検出回路２３により、センサ出力信号の最小値が検出され、アンダーピーク検出信号が出力される。サンプル＆ホールド回路２４では、アンダーピーク検出回路２３から出力されるアンダーピーク検出信号の立上がりパルスをトリガとして、ブラックのトナー量に対応したセンサ出力信号の最小値をホールドすることにより、ブラックの濃度電圧（Ｖｋ）が測定される。次に、ブラックの基準パターン像通過後、センサ出力信号は、再び、中間転写ベルトからの正反射光に応じた電圧値を示すこととなり、この値をベルト面電圧（Ｖｂｅｌｔ）として測定する。そして、このベルト面電圧測定後、正反射ＬＥＤ１０ａを消灯すると共に、拡散ＬＥＤ１０ｂを点灯することにより、センサ出力信号は０Vとなる。

その後、シアンの基準パターン像の通過により、センサの出力信号は、シアンのトナー量に対応したパルス状の波形となる。この際、ピーク検出回路により、センサ出力信号の最大値が検出され、ピーク検出信号が出力される。サンプル＆ホールド回路２２では、ピーク検出回路から出力されるピーク検出信号の立上がりパルスをトリガとして、シアンのトナー量に対応したセンサ出力信号の最大値をホールドすることにより、シアンの濃度電圧（Ｖｃ）が測定される。以後、同様にして、イエロー、マゼンタパターンの通過により、イエローの濃度電圧（Ｖｙ）、マゼンタの濃度電圧（Ｖｍ）を測定する。

すべての基準パターン像がセンサの測定位置を通過した後、シャッター１０ｆは閉じられる。これにより、センサ出力信号は、シャッター１０ｆの基準板１０ｈからの反射光に対応した電圧値が出力され、これをセンサの基準板出力電圧（Ｖｒｅｆ）として測定する。 その後、拡散ＬＥＤ１０ｂは消灯され、１回の基準パターン像測定動作を終了する。

画像濃度の計算は、ブラックと、カラー(ＣＹＭ)でその計算方法が異なる。ブラックの画像濃度は、中間転写体ベルト６の非画像面に対する相対値を
画像濃度：Ｄｋ＝ Ｖｋ ／ Ｖｂｅｌｔ
と定義し、計算する。それに対し、カラー（ＣＹＭ）の画像濃度は、基準板１０ｈの出力に対する相対値を
画像濃度：Ｄｎ＝(( Ｖｎ平均値 ) / Vref )
ただし、ｎ＝トナー色（ｃ、ｙ、ｍ）
定義し、計算する。

このように、画像濃度として中間転写体ベルト６面、或いは基準板１０ｈの出力に対する相対値を用いる理由は、センサの汚れや、経時変化、温度変化によりＬＥＤ光量やＰＤ感度などの変動が生じても、基準パターンの濃度を高精度に測定するためである。このようにして、図１１のステップＳ２３で、基準パターン像の画像濃度が計算され、ステップＳ２４で予め決められている濃度目標値と、計算された画像濃度との誤差が計算される。

図１１のステップＳ２５における、ＲＯＳレーザーパワーの補正量：ΔＬＰは、
レーザーパワーの補正量：ΔＬＰ＝ΔＤｎ ／ Ａｎ
ただし、ｎ＝トナー色（ｋ、ｃ、ｙ、ｍ）
で求められる。ここで、ΔＤｎはステップＳ２４で求めた、基準パターンの濃度誤差、Ａｎはレーザーパワーと基準パターンの画像濃度との対応関係を示す係数である。この係数は、予め実験などにより求めておく。

次に、ステップＳ２６で、基準パターン像形成時のレーザーパワーから、ステップＳ２５で求めたレーザーパワーの補正量：ΔＬＰを減じることにより、レーザーパワーの設定値を補正する。この際得られたレーザーパワー設定値は、出力画像形時のレーザーパワーとしてＲＯＳ３に供給される。以上の動作により、１回の出力画像濃度制御動作が終了する。以上のように、出力画像位置調整動作及び出力画像濃度制御動作を定期的に繰り返すことにより、画像形成位置、および出力画像濃度が一定に保たれる。

以上説明してきたように、本実施例のフォトセンサ１０によれば、フォトダイオード１０ｄにて正反射光及び拡散反射光の受光対象領域を等しくすることができる。その結果、拡散反射光を反射するイエロー、マゼンタ、シアン用の基準パターン像を従来のように大きく設定する必要がなく、小さい基準パターン像であってもその反射光をフォトダイオード１０ｄにて受光できるので、前記基準パターン像を作成するトナー量を節約することができる。また、フォトダイオード１０ｄへ正反射光及び拡散反射光を入射させられる位置に、それぞれ正反射用ＬＥＤ１０ａ及び拡散反射用ＬＥＤ１０ｂを配置したことにより、単一の受光素子で濃度センサ及び位置検知センサとしての機能を持つフォトセンサ装置を構成することができ、装置の小型化及びコスト削減が可能となる。

上記実施例では、ＩＯＴが、感光体と、接触帯電器と、ＲＯＳと、現像器とからなるゼログラフィエンジンをイエロー、マゼンタ、シアン、黒各色毎に備え、感光体上トナー像を中間転写体ベルト上に一次転写した後、用紙に転写、定着する方式のカラー電子写真方式の例について説明した。しかし、本発明の適用範囲は、この実施例に限定されるものではない。例えば、中間転写体ベルトの代わりに用紙搬送ベルトを用い、感光体上のトナー像を用紙搬送ベルトで搬送される用紙上に直接転写する方式のものや、ベルト状、又はドラム状感光体に設けられた各色専用の帯電器、露光器現像器により、感光体上で各色トナー像を重ねあわせる方式の画像形成装置であっても、同様の効果を発揮することができる。或いは、露光装置もＲＯＳに限らずＬＥＤアレイを用いたものでも良い。

また、上記の実施例において、基準パターン像測定位置は中間転写体ベルト上としたが、画像形成装置の構成に応じて、感光体上でも、用紙搬送ベルト上でも、用紙上としてもよい。そして、測定場所に応じ、検出手段の構成を変更することもでき、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサなどを用いてもよい。

更に、フォトセンサに関しては、１個に限らず、主走査方向に複数個配置し、主走査方向の倍率ずれや、中間転写体ベルト上に形成された画像がある傾きをもってしまうスキューずれなどを補正する構成にしてもよい。

更にまた、出力画像濃度制御用の調整量としては、レーザーパワー設定値を用いることに限らず、出力画質の調整が行えるものであればどのような調整量であっても構わない。例えば、帯電器の帯電電圧設定値や現像バイアス設定値、トナー供給量、入力画像信号の変換テーブルの係数などを用いてもよく、これらの操作量を複数用いて制御しても良い。

濃度制御用基準パターン像については、網点カバレッジ：６０％の１種類に限らず、そのＣｉｎ値は、画像形成装置に合せ任意に選択可能であり、異なるＣｉｎ値の２種類以上のパターンを用いても構わない。また、基準パターン像のサイズも、この実施例にて示したものに限定されるものではなく、画像形成装置において想定されるレジずれ量に合わせ、そのサイズを変更しても構わない。

そして、基準パターン像の形状については、Ｖ字状のパターンに限定されるものではなく、例えば、主走査方向に伸びた帯状のパターンを用い、画像濃度と、副走査方向位置を検出する物としても良い。このようなパターンを用いることにより、基準パターン像の副走査方向の長さをより短くすることが可能となる。或いは、これ以外の既知のパターンを用いることも可能である。更に、粗調整と、微調整など、２種類以上の調整モードを設け、調整モードに応じて基準パターンのサイズを切替えることとしてもよい。

本発明のフォトセンサ装置を適用した画像形成装置の概略構成図である。 図１の画像形成装置の機能ブロック図である。 画像濃度制御および画像形成位置調整用基準パターンの平面図である。 フォトセンサの概略構成図である。 ＡＭＰと、ピーク検出回路と、アンダーピーク検出回路と、２つのサンプル＆ホールド回路とから構成されるフォトセンサにおけるフォトダイオードからの出力信号の流れを示すブロック図である。 シャッターの構成図である。 中間転写ベルト上におけるフォトセンサの視野と画像形成位置調整用基準パターンの位置関係、及びそのときのセンサ出力信号及びピーク検知信号の変化を示す図である 制御動作全体のフローチャートである。 画像位置調整動作のフローチャートである。 画像位置調整用基準パターン測定時のタイミングチャートである。 画像濃度制御動作のフローチャートである。 画像濃度制御用基準パターン測定時のタイミングチャートである。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ・・・感光体、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ・・・接触帯電器、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ・・・ＲＯＳ（レーザ出力部）、４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ・・・現像器、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ・・・一次転写器、６・・・中間転写体ベルト、７・・・二次転写器、８・・・ベルトクリーナ、９・・・定着器、１０・・・フォトセンサ、１０ａ・・・正反射用ＬＥＤ、１０ｂ・・・拡散用ＬＥＤ、１０ｃ・・・レンズ、１０ｄ・・・フォトダイオード、１０ｅ・・・スリット、１０ｆ・・・シャッター、１０ｇ・・・測定用窓、 １０ｈ・・・基準板、１１・・・基準パターン信号発生器、１００・・・制御部

Claims (2)

1. 像保持体と、
   該像保持体を露光する露光手段と、
   前記像保持体から像が転写される中間転写体と、
   前記中間転写体上にその搬送方向に形成される複数色の基準パターン像の濃度及び位置を検知するフォトセンサ手段と
   を有し、
   前記フォトセンサ手段は、
   前記中間転写体上に形成される基準パターン像に照射される光の反射光を受光する受光素子と、
   前記受光素子に正反射光を入射させる位置に設けられている第１照明手段と、
   前記受光素子に拡散反射光を入射させる位置に設けられている第２照明手段と、
   前記基準パターン像で生じた正反射光及び拡散反射光を前記受光素子に導く受光光学系と、
   前記第２照明手段の下方に格納される基準電圧を測定するための基準板を供えた前記主走査方向に移動可能なシャッターとからなり、
   前記受光光学系はレンズを有し、
   前記拡散反射光に対しては、前記受光素子の受光面上に前記基準パターン像を結像させる結像光学系として構成すると共に、前記正反射光に対しては、中間転写体上の基準パターン像のうち、前記拡散反射光が前記受光素子に受光されるのと略同一の領域で反射された正反射光のみを前記受光素子の受光面上に入射させるように構成し、
   前記中間転写体の面に垂直な法線と前記第１照明手段から発せられる照射光の光軸とがなす角度をθ１、前記法線と前記受光素子への入射光の光軸とがなす角度をθ２とすると、θ１とθ２とは略同一に構成され、
   前記露光手段の主走査方向と前記第２照明手段から発せられる照射光の光軸とがなす角度をθ３、前記露光手段の主走査方向と受光素子への入射光の光軸とがなす角度をθ４とすると、θ３＜θ４となるように構成されており、
   前記複数色の基準パターンは、前記中間転写体の移動方向に対して異なる方向へ略４５度に傾斜した２辺でＶ字状に形成されて、かつ、太さが前記フォトセンサの視野領域と同等以下に形成されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記結像光学系の結像倍率は、等倍(１：１)であ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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