以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、実施形態1における画像形成位置調整方法を備えたカラー画像形成装置(以下、単にプリンタという)の内部構成を説明する中央断面図である。
図1に示すプリンタ1は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部2、中間転写ベルトユニット3、給紙部4、及び両面印刷用搬送ユニット5で構成されている。
上記画像形成部2は、同図の右から左へ4個の画像形成ユニット6(6M、6C、6Y、6K)を多段式に並設した構成からなる。
上記4個の画像形成ユニット6のうち上流側(図の右側)の3個の画像形成ユニット6M、6C及び6Yは、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)の色トナーによるモノカラー画像を形成し、画像形成ユニット6Kは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック(K)トナーによるモノクロ画像を形成する。
上記の各画像形成ユニット6は、トナー容器(トナーカートリッジ)に収納されたトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック(K)用の画像形成ユニット6Kを例にしてその構成を説明する。
画像形成ユニット6は、最下部に感光体ドラム7を備えている。この感光体ドラム7は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム7の周面近傍を取り巻いて、クリーナ8、帯電ローラ9、光書込ヘッド11、及び現像器12の現像ローラ13が配置されている。
現像器12は、上部のトナー容器に同図にはM、C、Y、Kで示すようにマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、ブラック(K)のいずれかのトナーを収容し、中間部には下部へのトナー補給機構を備えている。
また、現像器12の下部には側面開口部に上述した現像ローラ13を備え、内部にトナー撹拌部材、現像ローラ13にトナーを供給するトナー供給ローラ、現像ローラ13上のトナー層を一定の層厚に規制するドクターブレード等を備えている。
中間転写ベルトユニット3は、本体装置のほぼ中央で図の前後両側のほぼ端から端まで扁平なループ状になって延在する無端状の転写ベルト14と、この転写ベルト14を掛け渡されて転写ベルト14を図の反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ15と従動ローラ16を備えている。
上記の転写ベルト14は、トナー像を直接ベルト面に転写(一次転写)されて、そのトナー像を更に用紙に転写(二次転写)すべく用紙への転写位置まで搬送するので、ここではユニット全体を中間転写ベルトユニットといっている。
この中間転写ベルトユニット3は、上記扁平なループ状の転写ベルト14のループ内にベルト位置制御機構17を備えている。ベルト位置制御機構17は、転写ベルト14を介して感光体ドラム7の下部周面に押圧する導電性発泡スポンジから成る一次転写ローラ18を備えている。
ベルト位置制御機構17は、マゼンタ(M)、シアン(C)及びイエロー(Y)の3個の画像形成ユニット6M、6C及び6Yに対応する3個の一次転写ローラ18を鉤型の支持軸を中心に同一周期で回転移動させる。
そして、ベルト位置制御機構17は、ブラック(K)の画像形成ユニット6Kに対応する1個の一次転写ローラ18を上記3個の一次転写ローラ18の周期と異なる回転移動周期で回転移動させて転写ベルト14を感光体ドラム7から離接させる。
すなわち、ベルト位置制御機構17は、中間転写ベルトユニット3の転写ベルト14の位置を、フルカラーモード(4個全部の一次転写ローラ18が転写ベルト14に当接)、モノクロモード(画像形成ユニット6Kに対応する一次転写ローラ18のみが転写ベルト14に当接)、及び全非転写モード(4個全部の一次転写ローラ18が転写ベルト14から離れる)に切換える。
上記の中間転写ベルトユニット3には、上面部のベルト移動方向最上流側の画像形成ユニット6Mの更に上流側に、ベルトクリーナユニットが配置され、下面部のほぼ全面に沿い付けるように平らで薄型の廃トナー回収容器19が着脱自在に配置されている。
また、この中間転写ベルトユニット3には、ベルト移動方向最下流側の端面に近接して濃度センサ20が配設されている。
給紙部4は、上下2段に配置された2個の給紙カセット21を備え、2個の給紙カセット21の給紙口(図の右方)近傍には、それぞれ用紙取出ローラ22、給送ローラ23、捌きローラ24、待機搬送ローラ対25が配置されている。
待機搬送ローラ対25の用紙搬送方向(図の鉛直上方向)には、転写ベルト14を介して従動ローラ16に圧接する二次転写ローラ26が配設されて、用紙への二次転写部を形成している。
この二次転写部の下流(図では上方)側にはベルト式熱定着装置27が配置されて、ベルト式熱定着装置27の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着装置27から搬出する搬出ローラ対28、及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー29に排紙する排紙ローラ対31が配設されている。
両面印刷用搬送ユニット5は、上記搬出ローラ対28と排紙ローラ対31との中間部の搬送路から図の右横方向に分岐した開始返送路32a、それから下方に曲がる中間返送路32b、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる終端返送路32c、及びこれらの返送路の途中に配置された4組の返送ローラ対33a、33b、33c、33dを備えている。
上記終端返送路32cの出口は、給紙部4の下方の給紙カセット21に対応する待機搬送ローラ対25への搬送路に連絡している。
また、本例において中間転写ベルトユニット3の上面部には、クリーニング部35及び取り込みローラ36が配置されている。
クリーニング部35は、転写ベルト14の上面に当接して廃トナーを擦り取って除去し、取り込みローラ36はクリーニング部35が除去した廃トナーを引き継いで、図示を省略したベルトクリーナユニットの一時貯留部に溜め込み、その溜め込まれた廃トナーを搬送スクリューにより落下筒内を上部まで搬送し、落下筒を介して廃トナー回収容器19に送り込んでいる。
また、上記のクリーニング部35を適度の圧力で転写ベルト14に圧接させるために、中間転写ベルトユニット3側には、下方から転写ベルト14をクリーニング部35に向けて押圧する押圧ローラ37が設けられている。
図1に示すように、このプリンタ1は、従来の用紙に直接トナー像を転写する方式ではなく、待機搬送ローラ対25により二次転写部まで鉛直方向に搬送される用紙に中間転写ベルト14を介してトナー像を転写する方式となっている。
したがって、用紙の搬送路に発生する用紙ジャム等の不具合を回復するメンテナンス処理時には、図1の右側を開放するのみで対処できるようになっている。
そして、用紙ジャム等の不具合はキット類の配設部では発生しないので、図1の左側に集中するキット類などの消耗品の着脱の操作は、長手方向に入れ替え操作するだけの小さなスペースで良いように構成されている。
これにより、キット間の寸法は、可及的に縮小されており、装置本体全体の小型化が図られている。また、光書込みヘッド自体も小型化され、感光体ドラムに、より近接している構成となっている。
図2は、上記のプリンタ1の制御装置を含む回路ブロック図である。図2に示すように回路ブロックは、CPU(central processing unit)40を中心にして、このCPU40に、それぞれデータバスを介してインターフェイスコントローラ(I/F_CONT)41及びプリンタコントローラ(PR_CONT)42が接続されている。PR_CONT42にはプリンタ印字部43が接続されている。
また、CPU40には、ROM(read only memory)44、EEPROM(electrically erasable programmable ROM)45、本体操作部の操作パネル46、及び各部に配置されたセンサからの出力が入力されるセンサ部47が接続されている。
ROM44には、システムプログラムが記憶され、CPU40は、このシステムプログラムに従って各部を制御して処理を行う。
すなわち、各部において、先ず、I/F_CONT41は、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト機器から供給される印字データをビットマップデータに変換し、フレームメモリ48に展開する。フレームメモリ48は、ブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)ごとに記憶エリアが設定されており、各色のデータが対応するエリアに展開される。
フレームメモリ48に展開されたデータはPR_CONT42に出力され、PR_CONT42からプリンタ印字部43に出力される。
プリンタ印字部43は、エンジン部であり、PR_CONT42からの制御の下で、図1に示した感光体ドラム7、一次転写ローラ18等を含む回転駆動系、帯電ローラ9、光書込ヘッド11等の被駆動部を有する画像形成部、中間転写ユニット3の上下移動や転写ベルト14の回転駆動を行うベルト駆動部15、用紙取出ローラ22〜排紙ローラ対31等の回転駆動される各部からなる搬送機構、発熱駆動及び回転駆動されるベルト式定着装置27などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。
そして、PR_CONT42から出力されたブラック(K)、マゼンダ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)の各色のデータは、プリンタ印字部43からそれぞれ対応する図1に示した光書込ヘッド11に供給される。
次に、上記の構成におけるプリンタ1の基本動作を説明する。なお、以下の基本動作の説明では、カラー印字の状態における動作について説明する。
先ず、電源が投入され、使用する用紙の枚数、印字モード、その他の指定がキー入力あるいは接続するホスト機器からの信号として入力されると印字(印刷)が開始される。
すなわち、駆動ローラ15が図1の反時計回り方向に回転して、転写ベルト14の循環移動を開始させる。各画像形成ユニット6が順次駆動され感光体ドラム7が図の時計回り方向に回転する。
帯電ローラ9が感光体ドラム7周面に一様な高マイナス電荷を付与して初期化し、光書込ヘッド11は、感光体ドラム7周面に画像信号に応じた露光を行って初期化による高マイナス電位部と上記露光による低マイナス電位部からなる静電潜像を形成する。
現像ローラ13は、静電潜像の低電位部に現像器12内のトナーを転移させて感光体ドラム7周面上にトナー像を形成(反転現像)する。
用紙搬送方向最上流の画像形成ユニット6Mの感光体ドラム7の周面上に形成されたマゼンタのトナー像が転写ベルト14との対向面へと回転搬送される。
一次転写ローラ18は、不図示の転写バイアス電源から出力される転写電流を転写ベルト14に印加する。これにより、感光体ドラム7上のマゼンタのトナー像が転写ベルト14に一次転写される。
転写ベルト14に一次転写されたトナー像に重ねて、この後、画像形成ユニット6Cの感光体ドラム7の周面上に形成されたシアンのトナー像が画像形成ユニット6C直下の一次転写ローラ18によって転写される。
更に、画像形成ユニット6Yの感光体ドラム7の周面上に形成されたイエローのトナー像が画像形成ユニット6Y直下の一次転写ローラ18によって重ね転写され、そして最後に、画像形成ユニット6Kの感光体ドラム7の周面上に形成されたブラックのトナー像が画像形成ユニット6K直下の一次転写ローラ18によって重ね転写される。
このように、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、及びブラック(K)の4色のトナー像が順次重ねて一次転写されてフルカラーの画像が転写ベルト14上に完成する。
4色のトナー像を重ねて一次転写された転写ベルト14は、そのまま循環移動を続けて4色のトナー像を、従動ローラ16と二次転写ローラ26とが対向する二次転写位置へと搬送する。
他方、用紙への印字タイミングよりやや早めに、用紙取出ローラ22が回転して給紙カセット21に収容されている用紙を取り出す。この給紙カセット21から取り出された用紙の最上部の一枚のみを送り出すべく下方の用紙の連れ送りを禁止するために捌きローラ24が逆方向に回転する。
給送ローラ23は、順方向に回転して最上部の用紙一枚を待機搬送ローラ対25へ給送する。
待機搬送ローラ対25は、回転を一時停止して用紙の進行を制止し、用紙の斜行等の搬送姿勢を補正して、搬送タイミングを待機し、用紙の印字開始位置が、転写ベルト14により二次転写位置へ搬送されてくる4色のトナー像の先端と一致するタイミングに合わせて、用紙の搬送を再開し、用紙を二次転写位置へ給送する。
二次転写位置において、二次転写ローラ26は、不図示のバイアス電源から供給されるバイアス電圧を用紙に印加する。これにより、転写ベルト14上の4色のトナー像が用紙に二次転写される。
4色のトナー像を転写された用紙は、そのままベルト式定着装置27に搬入される。ベルト式定着装置27は、発熱ローラと圧接ローラにより適宜の圧接力で用紙を押圧挟持し、用紙に熱と圧力を加えて4色のトナー像を紙面に定着させながら上方へ排出する。
ベルト式定着装置27から排出された用紙は、搬出ローラ対28により挟持されて搬送を引き継がれ、排紙ローラ対31によって排紙トレー29上に、4色のトナー像による画像形成面を下にして排出される。
上記はカラー印字について述べたが、モノクロ印字については、転写ベルト14が、画像形成ユニット6Kの感光体ドラム7のみに接触し、他の感光体ドラム7から離れる位置に移動する点と、画像形成ユニット6Kのみが稼動される点を除けば、他の動作は上述したカラー印字の場合とほぼ同一である。
このように動作する中間転写方式のタンデム型のプリンタ1において、モノクロ印字からカラー印字に切り替えたとき、又は休止位置からカラー印字を開始するときに、転写ベルト14が上下方向に移動することによって、転写ベルト14の表面に歪みが発生する。
転写ベルト14における色ごとの転写位置の整合性(以下、単にレジストという)のズレについては、大きな点では、特には図示しないベルト体の蛇行制御機構が行っている。蛇行制御機構はベルト体の蛇行を矯正するものであり、一般的にベルト類に付帯的に備えられていることが多い。
しかしながら、このベルト体の蛇行制御機構だけでは、連続印字の開始後におけるレジストずれをなかなか補正することができない。
ところが、本発明者は、擬似乱数、特にM系列の擬似乱数による周期的なドットラインパターンから成る位置ずれ測定パターンの濃度を測定することによって、画像形成位置の高速な自動調整が出来ることを発見した。
擬似乱数(pseudo-random number)は、フリー百科事典「ウィキペディア(Wikipedia)」によれば、乱数列(乱数)のように見えるが、実際には確定的な計算によって求めることができる数列に含まれる数であるという。
擬似乱数は確定的な計算によって求めることができる数列に含まれる数といったが、1つの数で表される数列ということは、その数列には周期があるということに他ならない。
つまり、1周期の中ではランダムな数列を発生するが、その数列には周期があるので、このような数列を擬似乱数と呼ぶようになったといっている。
そして、擬似乱数を生成する機器(又はアルゴリズム)を擬似乱数生成器(又は擬似乱数生成法)と呼び、擬似乱数の用途としては、シミュレーション実験や、暗号などに利用されているという。
本発明者は、上記の確定的な計算によって求めることができる数列のうち、M系列(M-sequence-random-numberというアルゴリズム)の擬似乱数列によって得られる数列を1パターンとして、この1パターンを形成する数列に従ったドットラインを、所定の規則に従って形成される一連の位置ずれ測定パターンとした。
そして、この一連の位置ずれ測定パターンを一度印字し、その平均濃度を測定するだけで、画像形成位置のズレ量を測定することができることを発見した。
つまり、画像形成位置のズレ量を自動的に測定することができれば、その測定結果に基づいて画像形成位置の自動調整を行うことができることになる。以下、これについて詳しく説明する。
コンピュータによる乱数の発生方法に関する研究には種々あるが、中でM系列はコンピュータで取り扱いが容易な1ビットの数列で且つどのように長い周期の数列でも専用の演算式で容易に発生し得るという特徴がある。
このM系列の1ビットの数列から成る擬似乱数を発生させる専用の演算式は、下記の線形漸化式である。
Xn =Xn-p +Xn-q (p>q)…(1)
この式で、各項の値は0か1で、「+」記号は排他的論理和(XOR:Exclusive OR)である。つまり、n番目の項は、n−p番目とn−q番目の項とをXOR演算することによって得られる。ここで、pとqの値は、式「X^p+X^q+1(p>q)」が既約多項式となるように選択される。
例えば、上記の式で、p=5、q=2としたとき、下に示すように、X8 は、X3 (=X8-5 )とX6 (=X8-2)とをXOR演算することにより生成される。
n:012345678
Xn :100001111
↓ ↓ ↑
→→→+→↑
実際にこのようにM系列の擬似乱数を発生させるには、p個(各1ビット)の値、すなわちxn-1 、xn-2 ・・・xn-p を初期値として与えておく必要がある。ここで、単純に、短い周期のM系列を発生させて、その特徴を見ることにする。
そこで、式1で、p=3、q=1として、n=0〜9までM系列を発生させてみることにする。初期値はX0 、X1 、X2 を「1、0、0」とすると、Xn =Xn-3 +Xn-1 から、
n:0123456789
Xn :1001110100
となって、n=7からn=9まで初期値のパターンが出現する。つまりn=6(最初から7番目)で数列が一巡する。このM系列の周期は「7」である。
上記の後は、n=10からn=13まで、n3からn=6までと同一のパターンが出現し、n=14から、更にn=0〜6までと同一のパターンが繰り返される。つまり周期「7」で8ビットの数列からなる同一パターンが繰り返される。
また、式1で、p=4、q=1として、n=0〜18までM系列を発生させてみると、初期値X0 、X1 、X2 、X4 を「1、0、0、0」として、Xn =Xn-3 +Xn-1 の式から、X0 〜X18 まで19ビットから成る「1000111101011001000」の数列が発生する。
この場合は、n=14(最初から15番目)から初期値のパターンが出現する。つまり最初から15番目で数列が一巡する。このM系列の周期は「15」である。
一般的に、M系列の周期Tは「T=2^p−1」で表すことができる。つまり周期Tはpの値で決まる値である。
図3は、本実施の形態において、M系列の擬似乱数を用いた位置ずれ測定パターンの一例を示す図である。同図は15個のビット列からなるM系列の擬似乱数に従った印字パターンを示している。
同図に示す15ビット長のM系列の数列は「000100110101111」となっている。同図は、左上にズレ量0ビットの基本形を示している。この基本形は、K印字(黒トナーによるパターン印字、以下同様)51とM印字(マゼンタトナーによるパターン印字、以下同様)52が共に、上記の数列53(000100110101111)に従って、「0」は印字無し、「1」は印字有りとして、印字されている。
尚、同図は、K印字51とM印字52を横に並べて示しているが、実際の印字では重ねてK+M印字54のように印字される。上記の数列を用いた印字パターンの基本形におけるK+M印字54では、図3の左上に縦長の実線楕円で囲んで示す数列55で示すように、印字無し「0」は合計6行であり、印字有り「1」は合計8行となっている。
この基本形におけるK+M印字54を1パターンとして、この1パターン15行の平均濃度値は0.533であった。
また、図3の左中央には、基本形のK印字51に対して、ズレ量が1ビットのM印字52と、その重ね印字の結果としてのK+M印字54を示している。このズレ量1ビットのK+M印字54の印字無し「0」は合計3行、印字有り「1」は合計12行となっている。その1パターン15行の平均濃度値は0.800であった。
また、図3の左下には、基本形のK印字51に対して、ズレ量が2ビットのM印字52と、その重ね印字の結果としてのK+M印字54を示している。このズレ量2ビットのK+M印字54も、印字無し「0」は合計3行、印字有り「1」は合計12行である。したがって、その1パターン15行の平均濃度値は0.800であった。
図3の右上には基本形のK印字51と、これに対してズレ量3ビットのM印字52と、これらの重ね印字の結果としてのK+M印字54を示している。
図3の右中央には基本形のK印字51と、これに対してズレ量4ビットのM印字52と、これらの重ね印字の結果としてのK+M印字54を示している。
また、図3の右下には基本形のK印字51と、これに対してズレ量5ビットのM印字52と、これらの重ね印字の結果としてのK+M印字54を示している。
上記の図3の右上のズレ量3ビットから右下のズレ量5ビットまで、いずれも重ね印字の結果としてのK+M印字54は、左に示すズレ量1ビット、及びズレ量2ビットの場合と同様に印字無し「0」は合計3行、印字有り「1」は合計12行であり、その1パターン15行の平均濃度値は0.800であった。
図4は、左上から右下まで、基本形のK印字51と、これに対して図3から続くズレ量6ビットからズレ量11ビットまでのM印字52と、その重ね印字結果のK+M印字54を示している。
いずれも、K+M印字54は、印字無し「0」は合計3行、印字有り「1」は合計12行であり、その1パターン15行の平均濃度値は0.800であった。
尚、図4において、M印字52のビット列のズレ量を仔細に見ると、ズレ量8ビットはズレ量マイナス7ビットと同一、ズレ量9ビットはズレ量マイナス6ビットと同一、ズレ量10ビットはズレ量マイナス5ビットと同一、ズレ量11ビットはズレ量マイナス4ビットと同一である。
図5は、上から下まで、基本形のK印字51と、これに対して図4から続くズレ量12ビットからズレ量14ビットまでのM印字52と、その重ね印字結果のK+M印字54を示している。
いずれも、K+M印字54は、印字無し「0」は合計3行、印字有り「1」は合計12行であり、その1パターン15行の平均濃度値は0.800であった。
尚、図5において、M印字52のズレ量において、ズレ量12ビットはズレ量マイナス3ビットと同一、ズレ量13ビットはズレ量マイナス2ビットと同一、ズレ量14ビットはズレ量マイナス1ビットと同一である。
図6(a) は、上述した図3〜図5に示す基本形のK印字51に対するM印字52のズレ量mビット(m=−7、−6、・・・、0、1、2、・・・7)と、そのときのK+M印字54のトナー濃度との関係を一覧にして示す図であり、図6(b) は、その関係をグラフにして示す図である。
図6(a),(b) に示すように、基本形のK印字51に対してM印字52にズレが有るときは、そのズレ量が何ビットであるかに拘わりなくK+M印字54のトナー濃度は0.800であり、ズレが無い、つまりズレ量が0ビットであるときのみ、K+M印字54のトナー濃度が0.533になることが分かる。
したがって、図3〜図5に示すK+M印字54を、図6(a) に示す順序に並べた15個のパターンを転写ベルト14の上に印字し、そのトナー濃度を濃度センサで測定すると、K印字51に対するM印字52の装置的(機構的)に発生している画像形成位置のズレが判明する。
すなわち、上記のように中間転写ベルト上でのK印字とM印字の画像形成位置合わせを例として説明すると、先ずK印字を基準とし、図3〜図5にK印字51として示した基本パターンを15個連続して中間転写ベルト14上に印字する。
次に、M印字52のパターンを、K印字51に重ねて且つK印字51に対して図3〜図5に示したように少しずつ位相をずらして中間転写ベルト14上に印字する。
但し、このように中間転写ベルト14上に印字する場合は、図3〜図5に示した順序とは異なり、例えば、図6(a) に示したようにK印字51に対して1パターン目はズレ量を「−7ドット」として印字する。
以下、同様にズレ量のドット数を、−6、−5、−4、−3、−2、−1、±0、+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7として重ね印字し、合計15個のK+M印字54のそれぞれ異なるパターンを形成する。
これら15個のK+M印字54のパターンを、濃度センサ20で順次濃度測定する。この濃度測定では、図3〜図5に示したように、トナーなしを0、トナー有りを1として、15ラインの平均濃度が測定される。
K印字51の基本パターンとM印字52のズレパターンが一致していないときは、それら一致していなもの全てについて、前述したように濃度センサ20が出力する平均トナー濃度は0.800である。
そして、M印字52のズレパターンのズレ量が±0ドットのときは、前述したように濃度センサ20が出力する平均トナー濃度は0.533である。すなわち、ズレ量が±0ドットのとき平均トナー濃度は0.533、その他の場合はすべて平均トナー濃度は0.800になる。
この性質は、M系列等の擬似乱数数列の性質からくるものである。そして、図6(a),(b) に示したように、K印字の基本パターンとM印字のズレパターンが完全に一致したときのみ、トナー濃度が激しく変化する。
もし、装置上で機械的誤差が含まれなければ、予定した場所、すなわち最初の印字パターンから7番目のズレ量が±0ドットの印字パターンのところで平均トナー濃度が最小になる。
しかし、装置上で機械的誤差が含まれていれば、平均トナー濃度が最小になる位置がずれることになる。例えば、M印字のズレパターンのズレ量が−3ドットとして印字したK+M印字パターンのところで、K印字とM印字の基本パターンの一致が起こり、平均トナー濃度が最小化したときは、+3ドット分、M印字の書き込みタイミングがずれていることになる。
したがって、その場合は、M印字の書き込みタイミングに対し、+3ドット分の値を補正値として画像形成ユニット6Mの光書込ヘッド11に与えればよい。尚、プラス・マイナスついては、補正値の定義によるので適宜の方向に適用するものとする。
また、この例においては、位置が一致するか否かをK+M印字の1パターン長のなかで1ドットずつ確認できるので、14ドットの補正が可能なこのK+M印字の1パターンによる14回分の全パターン長(これが位置合わせ用パターンとなる)で、位置が一致する補正値を1度で検出できるので、極めて高速に画像形成位置の自動調整が出来る。
尚、ここまでは、K印字を基準としてM印字の位置ズレの検出について説明したが、K印字を基準として行う他の色のY印字、C印字についても、上記と同様である。
図7(a) は、M系列の15ビットの他の数列に基づいて印字されたK+M印字の1パターン長を示す図であり、図7(b) は、そのK+M印字の或る位置の1パターンを測定している濃度センサの視野(読み取り範囲)と1パターンとの関係を示す図である。
図7(b) に示すように、K+M印字の1パターン長aは、濃度センサの視野20−1の縦方向の長さにほぼ一致する範囲で構成される。そして、K+M印字の1パターンの印字幅bは、濃度センサの視野20−1の横方向の幅にほぼ一致する範囲で構成される。濃度センサ20は、1パターンの領域内における全視野内の平均的なトナー濃度を検出するようになっている。
尚、同図に示す両方向矢印cで示す方向は、画像形成の位置合わせ方向を示しており、前述したように、上下どちらをプラス方向とするかマイナス方向とするかは、補正値の定義に応じて設定される。
図8(a) は、図7(a) 示した1パターン長aの同一のK+M印字パターンを、2個連続して印字した状態を示す図であり、図7(b) は、その2個連続パターンを測定している濃度センサの視野(読み取り範囲)と2個連続パターンとの関係を示す図である。
図8(b) に示すように、K+M印字の2個連続パターン長(a+a)は、濃度センサの視野20−1の縦方向の長さにほぼ一致する範囲で構成される。そして、K+M印字の2個連続パターンの印字幅(b×2)は、濃度センサの視野20−1の横方向の幅にほぼ一致する範囲で構成される。
この場合も、濃度センサ20は、2個連続パターンの領域内における全視野内の平均的なトナー濃度を検出するようになっている。
尚、調整範囲は1個のパターンの場合と同様に、1パターンの1周期に対応する15ドットから±0ドットの一致位置を除く、−7〜−1、+1〜+7まで14ドットの補正を行うことができる。2個連続パターンの平均濃度を測定するので、1パターンの場合よりも精度は高くなる。
尚、同図も、両方向矢印cで示す方向は、画像形成の位置合わせ方向を示しており、前述したように、上下どちらをプラス方向とするかマイナス方向とするかは、補正値の定義に応じて設定される。
(実施形態2)
図9〜図11は、実施形態2におけるM系列の実施形態1と同一の擬似乱数を用いた他の位置ずれ測定パターンの一例を示す図である。
図9の左上には、その左側に、図3の左上に示した15ビット長のM系列の数列53「000100110101111」に従って印字されたK印字51の基本パターを示している。
また、図9の左上には、その中央に、上記の数列53「000100110101111」の「1」と「0」を入替えた数列56「111011001010000」に従って、ズレ量±0ビットで印字されたM印字57を示している。
そして、図9の左上の右側には、左側のK印字51に中央のM印字57を重ねて印字した結果の印字状態であるK+M印字58を示している。
この印字パターンの基本形におけるK+M印字58では、縦長の実線楕円で囲んで示す数列59で示すように、印字無し「0」はなく、15行の印字有り「1」のみで占められている。このズレ量±0ドットの基本形の1パターンに対する濃度センサ20による濃度測定結果の出力値は「1.000」である。
そして、図9の左中央から右下までに示すM印字57のズレ量1ドット〜5ドットのズレパターン、図10の左上から右下までに示すM印字57のズレ量6ドット〜11ドットのズレパターン、そして、図11の上から下に示すM印字57のズレ量12ドット〜14ドットのズレパターンでは、いずれもK+M印字58は、印字無し「0」は4行、印字有り「1」は14行である。
そして、こられの各ズレパターンに対する濃度センサ20による濃度測定結果の出力値は「0.733」である。
図12(a) は、上述した図9〜図11に示す基本形のK印字51に対するM印字57のズレ量mビット(m=−7、−6、・・・、0、1、2、・・・7)と、そのときのK+M印字58のトナー濃度との関係を一覧にして示す図であり、図12(b) は、その関係をグラフにして示す図である。
図12(a),(b) に示すように、基本形のK印字51に対してM印字57にズレが有るときは、そのズレ量が何ビットであるかに拘わりなくK+M印字58のトナー濃度は0.733であり、ズレが無い、つまりズレ量が±0ビットであるときのみ、K+M印字58のトナー濃度が1.000になることが分かる。
したがって、この場合も、図9〜図11に示すK+M印字58を、図12(a) に示す順序に並べた15個のパターンを転写ベルト14の上に印字し、そのトナー濃度を濃度センサで測定すると、K印字51に対するM印字57の装置的(機構的)に発生している画像形成位置のズレが判明する。
すなわち、先ずK印字を基準とし、図9〜図11にK印字51として示した基本パターンを15個連続して中間転写ベルト14上に印字する。
次に、M印字57のパターンを、K印字51に重ねて且つK印字51に対して図9〜図11に示したように少しずつ位相をずらして中間転写ベルト14上に印字する。
但し、この場合も、中間転写ベルト14上に印字する場合は、図9〜図11に示した順序とは異なり、例えば、図12(a) に示したようにK印字51に対して1パターン目はズレ量を「−7ドット」として印字する。
以下、同様にズレ量のドット数を、−6、−5、−4、−3、−2、−1、±0、+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7として重ね印字し、合計15個のK+M印字58のそれぞれ異なるパターンを形成する。
これら15個のK+M印字58のパターンを、図7又は図8に示したように濃度センサ20で順次濃度測定する。この濃度測定では、図9〜図11に示したように、トナーなしを0、トナー有りを1として、15ラインの平均濃度が測定される。
K印字51の基本パターンとM印字57のズレパターンが一致していないときは、それら一致していなもの全てについて、前述したように濃度センサ20が出力する平均トナー濃度は0.733である。
そして、M印字57のズレパターンのズレ量が±0ドットのときは、前述したように濃度センサ20が出力する平均トナー濃度は1.000である。すなわち、ズレ量が±0ドットのとき平均トナー濃度は1.000、その他の場合はすべて平均トナー濃度は0.733になる。
この性質も、M系列等の擬似乱数数列の性質からくるものである。そして、図12(a),(b) に示したように、K印字の基本パターンとM印字のズレパターンが完全に一致したときのみ、トナー濃度が激しく変化する。
もし、装置上で機械的誤差が含まれなければ、予定した場所、すなわち最初の印字パターンから7番目のズレ量が±0ドットの印字パターンのところで平均トナー濃度が最大になる。
しかし、装置上で機械的誤差が含まれていれば、平均トナー濃度が最小になる位置がずれることになる。例えば、M印字のズレパターンのズレ量が−3ドットとして印字したK+M印字パターンのところで、K印字とM印字の基本パターンの一致が起こり、平均トナー濃度が最大化したときは、+3ドット分、M印字の書き込みタイミングがずれていることになる。
したがって、その場合は、M印字の書き込みタイミングに対し、+3ドット分の値を補正値として画像形成ユニット6Mの光書込ヘッド11に与えればよい。尚、プラス・マイナスついては、補正値の定義によるので適宜の方向に適用するものとする。
また、この例においても、位置が一致するか否かをK+M印字の1パターン長のなかで1ドットずつ確認できるので、14ドットの補正が可能なこのK+M印字の1パターンによる14回分の全パターン長(又は2個連続パターンが14回分の全パターン長)を位置合わせ用パターンとして、位置が一致する補正値を1度で検出できるので、極めて高速に画像形成位置の自動調整が出来る。
尚、この場合も、K印字を基準としたM印字の位置ズレ検出だけでなく、K印字を基準として行う他の色のY印字、C印字についても、上記と同様である。
(実施形態3)
図13〜図15は、実施形態3におけるM系列の実施形態1と同一の擬似乱数を用いた更なる他の位置ずれ測定パターンの一例を示す図である。
本例では、1/4ドットの位置ズレを検出する。図13(a) は、図3の左上に示したK印印字51の基本パターンを再掲した図である。図13(b) の左側は、その基本パターンを代表的に4本の矢印で示すように拡大して示し、各ビットを4つに分けて(0000又は1111)示している。そして、1パターンをaで示している。
このようなK印字51による1パターンaが、図13〜図15に示すように、17個(但し煩雑さを避けるため17個のうち一部図示を省略している)連続して、転写ベルト14上に印字される。
それに続いて、図13(b) の右側に示すように、M印字61が重ねて印字される。尚、M印字61の右にはパターン番号が1、2、3と連続して示されている。また、このM印字61の最初のパターン(パターン番号1)は、K印字51のパターンに対して上方向に2ドット分(本例では−2ドット分とする)ずらして印字される。
すなわち、パターン番号1では、−2ドット、つまり「−8/4ドット」のズレ量のM印字が行われる。これにより形成される図13(c) に示すK+M印字62のパターンに対する濃度センサ20により検出される平均トナー濃度は0.8である。
続くパターン番号2のM印字61では、下方向へ1/4ドット分ずらした(パターンの境界63に1/4ドット分の0が追加された)パターンが印字される。
すなわち、パターン番号2では「−7/4ドット」のズレ量のM印字が行われる。これにより形成される図13(c) に示すK+M印字62のパターンに対する濃度センサ20により検出される平均トナー濃度は、やはり0.8である。
更にパターン番号2のM印字61では、下方向へ1/4ドット分ずらした(パターンの境界64に1/4ドット分の0が追加された)パターンが印字される。
すなわち、パターン番号3では「−6/4ドット」のズレ量のM印字が行われる。この場合も、これにより形成される図13(c) に示すK+M印字62のパターンに対する濃度センサ20により検出される平均トナー濃度は、やはり0.8である。
同様に、図14(a),(b) 及び図15(a),(b) に示すように、順次下方に1/4ドットずつずらしたM印字61と基本形のK印字51との重ね印字パターンであるK+M印字62のパターンを連続して形成していく。
尚、図4(a),(b) では、パターン番号4とパターン番号5の上半分の図示が省略されており、図5(a),(b) では、パターン番号15から後の図示が省略されている。
このようにして、図14(b) に示すパターン番号9のズレ量±0ドットのパターンを中心にして、前方にはズレ量が「−8/4ドット」〜「−1/4ドット」までの8個のズレパターンが連続して印字され、後方にはズレ量が「+1/4ドット」〜「+8/4ドット」までの8個のズレパターンが連続して印字される。
すなわち合計17個のパターンが連続して印字されて、調整範囲が1/4ドットずつ2ドットまでの位置合わせ用パターンが形成される。
本例では、図14(a),(b) に示すように、ズレ量±0ドットのパターン番号9に先行するパターン番号6、7及び8のK+M印字62のパターンに対する濃度センサ20により検出される平均トナー濃度は、それぞれ、0.733、0.677、及び0.6となっている。
また、図15(a) に示すように、ズレ量±0ドットのパターン番号9に続くパターン番号10、11及び12のK+M印字62のパターンに対する濃度センサ20により検出される平均トナー濃度は、それぞれ、0.6、0.677、及び0.733となっている。
図16(a) は、上述した図13〜図15に示す基本形のK印字51に対するM印字61のズレ量mビット(m=−8/4、−7/4、−6/4、・・・、0、+1/4、+2/4、・・・+8/4)と、そのときのK+M印字62のトナー濃度との関係を一覧にして示す図であり、図16(b) は、その関係をグラフにして示す図である。
図16(a),(b) に示すように、基本形のK印字51に対してM印字61にズレが有るときは、K+M印字62のトナー濃度は0.8〜0.6の範囲で変化し、ズレ量が±0ビットであるとき、K+M印字62のトナー濃度が0.533の最小値をとることが分かる。
したがって、図13(b),(c) 〜図15(a),(b) に示すK+M印字62を転写ベルト14上に形成し、そのトナー濃度を濃度センサで測定すると、K印字51に対するM印字61の装置的(機構的)に発生している画像形成位置のズレが1/4ドット単位で判明する。
ズレ量が判明したときの画像形成ユニット6Mの光書込ヘッド11に与える補正値は、実施形態1又は2の場合と同様であり、本例の場合は補正値が1ドット単位でなく1/4ドット単位である点のみが異なる。
尚、上述した実施形態1〜3では、いずれも図1に示した電子写真方式のカラー画像形成装置の転写ベルトの位置ずれ補正として説明しているが、これに限ることなく、本発明の画像形成位置の補正方法は、モノクロの画像形成装置であっても例えば画像形成ユニットを2個有する画像形成装置に適用することができる。