JP6945998B2 - 画像形成装置、画像形成装置の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置等に関し、特に、形成する画像の濃度調整技術に関する。
電子写真プロセス方式の画像形成装置は、中間転写体等の像担持体に形成したトナー像の画像濃度を、発光素子及び受光素子を有する画像濃度センサにより検出し、検出結果に応じて画像濃度を適切に調整する機能を備える。画像濃度センサは、トナーによる汚れや発光素子の経年変化に対して、発光素子の駆動電流を定期的に調整することで、検出結果である検出値が所定の範囲内で一定に保たれるように制御される(特許文献1)。正反射光を受光して画像濃度を検出する画像濃度センサ(正反射型の画像濃度センサ)は、像担持体部分の検出値がトナー像部分の検出値よりも高くなる。つまり画像濃度センサは、トナー像の画像濃度によって変化する像担持体からの正反射光量の変化を検出する。正反射型の画像濃度センサは、像担持体部分の検出値が所定の範囲内になるように、発光素子の駆動電流が調整される。所定枚数のプリント動作後や起動時に発光素子の駆動電流が調整されることで、画像濃度センサは、トナーによる汚れや経年変化による発光素子の光量変化が検出結果へ影響することを抑制する。
画像濃度センサは、表面実装型の発光素子及び受光素子を使用することで、小型化や低コスト化が可能である。表面実装型の発光素子及び受光素子は、基板表面に直接実装されており、砲弾型の部品のように樹脂で周囲を覆う構造がとりにくい。そのために発光素子からの照射光は、基板表面を伝搬して基板内層に侵入し、受光素子に到達しやすくなる。発光素子から受光素子に直接到達する光を「漏れ光」という。漏れ光量は、部品公差や組み立て精度のばらつきにより、個々の画像濃度センサで異なる。また、トナーによる汚れに応じて駆動電流を多くすることで発光素子の発光量を増加すると、それに伴い漏れ光量が増加する。
特開2008−209821号公報
漏れ光が生じる画像濃度センサは、検出結果である検出値が所定の範囲内で一定に保たれるように制御される場合に、像担持体部分の検出値に画像濃度センサの個体差の影響が生じない。しかしながら、トナー像部分の画像濃度が高くなると、漏れ光の影響により画像濃度センサに個体差が生じ、検出値は、出力オフセットが高く且つばらつきが大きくなる。また、漏れ光量は、画像濃度センサの個体差の他に、トナー汚れによる影響を抑制するために発光素子の駆動電流を増加させたり、受光素子の出力ゲインを上げた場合にも増加する。そのために、同一の画像濃度センサであっても、画像濃度センサは、漏れ光量の増加とともに画像濃度の感度特性が変化する。このように画像濃度センサは、漏れ光量により感度特性の個体差が大きくなり、発光素子の駆動電流調整や受光素子の出力ゲインの切り替えを行うたびに感度特性が変化する。画像濃度センサの感度特性の変化は、画像濃度の正確な検出を困難にし、正確な濃度補正を妨害する。その結果、画像形成装置が形成する画像の画質が低下する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、漏れ光による画像濃度センサの感度特性の変化を抑制して画像濃度を検出する画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の画像形成装置は、像担持体に画像を形成する画像形成手段と、基板と、前記基板に設けられた発光素子と、前記基板に設けられた受光素子、前記発光素子と前記受光素子との間に設けられた遮光部材とを有し、前記発光素子を駆動電流に基づいて発光し、前記像担持体に形成された検出用画像からの反射光を前記受光素子によって受光し、前記受光素子の受光結果に対応する検出値を出力する検出手段と、前記画像形成手段に前記検出用画像を形成させ、前記検出手段に前記検出用画像を検出させ、前記検出用画像からの反射光受光結果に対応する前記検出値に基づいて前記画像形成手段により形成される画像の濃度を制御する制御手段と、駆動電流と前記受光素子に受光された漏れ光の受光結果に対応する検出値との対応関係を記憶した記憶手段と、前記発光素子を複数の駆動電流で発光させることで前記検出手段から出力される前記像担持体からの反射光の受光結果に対応する複数の検出値を取得し、前記複数の駆動電流、前記複数の検出値、前記記憶手段に記憶された前記対応関係及び前記発光素子を発光させずに前記検出手段から出力された検値に基づいて、前記駆動電流を決定する決定手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、漏れ光による画像濃度センサの感度特性の変化を抑制して、高精度に画像濃度を検出することができる。
画像形成装置の概略構成図。 (a)、(b)は、画像濃度センサの説明図。 画像濃度センサの特性例示図。 制御ユニットの構成図。 画像濃度センサの出力調整制御の説明図。 正反射出力の調整制御のフローチャート。 乱反射出力の調整制御のフローチャート。 制御ユニットの構成図。 画像濃度センサの出力調整制御の説明図。 正反射出力の調整制御のフローチャート。
(構成)
本実施形態の画像形成装置の概略構成例を図1を参照して説明する。この画像形成装置は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4色に対応する4つの画像形成部を並列に配し、且つ中間転写方式を採用したカラー電子写真装置である。
画像形成装置は、画像をシートに印字するプリンタ部100と、原稿を読み取り、プリンタ部100に原稿の画像を送出するリーダ部200とを有する。プリンタ部100は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に対応する画像形成部10(10a、10b、10c、10d)と、給紙ユニット20と、中間転写ユニット30と、定着ユニット40とを有する。これらのユニット等は、画像形成装置に内蔵される図示しない制御ユニットにより制御される。
画像形成部10a、10b、10c、10d(以下、「画像形成部10」とする)は、像担持体である感光体ドラム11a〜11dが回転自在に軸支され、矢印方向に回転駆動される。感光体ドラム11a〜11dの外周面の近傍には、一次帯電器12a〜12d、光学系13a〜13d、折り返しミラー16a〜16d、現像器14a〜14d及びドラムクリーナ15a〜15dが配置されている。
一次帯電器12a〜12dは、感光体ドラム11a〜11dの表面に、均一な帯電量の電荷を与える。その後、リーダ部200からの記録画像信号に応じて変調された信号に基づき、光学系13a〜13dは、レーザービームを、折り返しミラー16a〜16dを介して感光体ドラム11a〜11d上に露光する。これにより、感光体ドラム11a〜11d上に静電潜像が形成される。更に、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4色の現像剤(以下、「トナー」という。)をそれぞれ収納した現像器14a〜14dにより、上記静電潜像が可視画像となる。この可視画像は、画像転写領域Ta、Tb、Tc、Tdにて中間転写ユニット30の像担持体である無端ベルト状の中間転写ベルト31に転写される。画像転写領域Ta、Tb、Tc、Tdの下流側では、ドラムクリーナ15a、15b、15c、15dが、中間転写体に転写されずに感光体ドラム11a〜11d上に残されたトナーを掻き落とし、ドラム表面の清掃を行う。
以上に示したプロセスにより、各色のトナーによる画像形成が行われる。中間転写ベルト31の二次転写領域Teの下流には中間転写ベルト31の画像形成面をクリーニングするためのベルトクリーナ50が配置される。ベルトクリーナ50は、中間転写ベルト31上のトナーを除去するためのクリーニングブレード51と、回収したトナーを収納する回収トナーボックス52とを備えている。
給紙ユニット20は、カセット21a、21b、手差しトレイ27、シートPを一枚ずつ送り出すためのピックアップローラ22a、22b、26、シートPを更に搬送するための給紙ローラ対23、及び給紙ガイド24を有する。また、給紙ユニット20は、各画像形成部の画像形成タイミングに合わせてシートPを二次転写領域Teへ送り出すためのレジストローラ25a、25bを有する。
定着ユニット40は、内部にハロゲンヒーターなどの熱源を備えた定着ローラ41aと、そのローラに加圧される加圧ローラ41b(このローラにも熱源を備える場合もある)とを有する。また、上記ローラ対のニップ部へシートPを導くための搬送ガイド43、上記ローラ対から排出されてきたシートPをさらに装置外部に導き出すための内排紙ローラ44及び外排紙ローラ45が設けられる。
上記構成の画像形成装置の動作は、以下のようになる。例えば図示しない制御ユニットから画像形成動作の開始信号が発せられると、ピックアップローラ22aにより、カセット21aからシートPが一枚ずつ送り出される。そして、給紙ローラ対23によってシートPが給紙ガイド24の間を案内されてレジストローラ25a、25bまで搬送される。このとき、レジストローラ25a、25bは停止しており、シートPの先端はニップ部に突き当たる。その後、画像形成部10が画像の形成を開始するタイミングに合わせてレジストローラ25a、25bが回転を始める。この回転は、画像形成部10より中間転写ベルト31上に転写されたトナー像が二次転写領域TeにおいてシートPの所定の位置に転写されるように、そのタイミングが設定されている。
一方、画像形成部10では、中間転写ベルト31の回転方向において一番上流にある感光体ドラム11d上に形成されたトナー像が、一次転写用帯電器35dによって一次転写領域Tdにおいて中間転写ベルト31に転写される。中間転写ベルト31に転写されたトナー像は、次の一次転写領域Tcまで搬送される。そこでは各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われており、前画像の上にレジストを合わせて、その次のトナー像が転写される。以下も同様の工程が繰り返され、結局4色のトナー像が中間転写ベルト31上において転写される。
その後、シートPが二次転写領域Teに進入し、中間転写ベルト31に接触すると、シートPの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ36に高電圧が印加される。これにより、中間転写ベルト31上に形成された4色のトナー像がシートPの表面に転写される。その後、シートPは搬送ガイド43によって上記ニップ部まで正確に案内される。そして、定着ユニット40のローラ対41a、41bの熱及びニップ部の圧力によってトナー像がシートP表面に定着される。その後、内排紙ローラ44及び外排紙ローラ45により搬送され、シートPは機外に排出される。
(画像濃度センサ)
図2は、画像濃度センサの説明図である。画像濃度センサ60は、図1に示すように中間転写ベルト31に対向して配置されており、中間転写ベルト31に形成されたトナー像109の画像濃度を検出する。画像濃度センサ60の構成を図2(a)により説明する。図2(a)は、中間転写ベルト31の搬送方向の上流側から画像濃度センサ60を見た図である。
画像濃度センサ60は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の発光素子101と、フォトダイオード等の受光素子102、103と、レンズ104と、遮光部材105とを備える。発光素子101は、赤外線を中間転写ベルト31に対して入射角が約15度になるように照射する位置に配置される発光部である。受光素子102は、発光素子101から中間転写ベルト31に照射された赤外線の反射光を正反射角度の位置で受光する受光部である。受光素子103は、発光素子101から中間転写ベルト31に照射された赤外線の散乱光を乱反射角度の位置で受光する受光部である。発光素子101及び受光素子102、103は、基板107に実装される。基板107は、受光素子102、103に受光量に応じて流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換機能を有する受光回路を備える。受光回路は、電流電圧変換機能により変換した電圧をアナログ検出値として出力する。受光素子102、103は、出力が設定可能であり、出力ゲインに応じてアナログ検出値のダイナミックレンジを決めることができる。
レンズ104は、発光素子101から照射される光と、受光素子102、103が受光する光との導光路を形成する光学部品である。レンズ104は、例えばエポキシ樹脂により形成される。遮光部材105は、発光素子101と受光素子102との間、及び発光素子101と受光素子103との間に、それぞれ設けられる。遮光部材105は、発光素子101から照射される光が、直接、受光素子102、103に受光されることを防止する。遮光部材105は、例えば黒色の樹脂により形成される。
画像濃度センサ60と中間転写ベルト31との間には、シャッタ110が設けられる。シャッタ110は、中間転写ベルト31に形成されたトナー像109の画像濃度の検出の際に実線で示された状態(開状態)になる。トナー像109の画像濃度を検出しない場合、シャッタ110は点線で示された状態(閉状態)になる。シャッタ110は、閉状態になることでレンズ104と中間転写ベルト31との間に移動し、トナー等によるレンズ104の汚れを防止する。シャッタ110は、受光素子103の出力調整の際に用いられる乱反射基準板を備える。トナー像109は、例えば画像濃度を検出するための検出用画像である。
このような構成の画像濃度センサ60は、正反射光及び乱反射光の両方により画像濃度を検出可能である。正反射光を受光する受光素子102は、中間転写ベルト31部分の反射光を検出する。ブラックのトナー像109が中間転写ベルト31に形成された場合、トナー像の画像濃度に応じて反射光量が低下するために、受光素子102は、ブラックの画像の画像濃度を検出することができる。乱反射光を受光する受光素子103は、中間転写ベルト31部分からの散乱光の受光量が微小であり、中間転写ベルト31に形成された有彩色であるイエロー、マゼンダ、シアンのトナー像109からの散乱光の受光量が多い。受光素子103は、有彩色のトナーの面積密度が高くなるにつれて散乱光の受光量が増えるために、有彩色の画像の画像濃度を検出することができる。
発光素子101から受光素子102、103への漏れ光について説明する。漏れ光は、漏れ光経路106を通過する。遮光部材105は、レンズ104に当接する構造であるが、部品の組み付け公差の関係から、完全遮蔽が困難である。そのために発光素子101から照射される光は、遮光部材105とレンズ104との間隙を通過して、受光素子102、103に受光される。また、図2(b)に示すように画像濃度センサ60を中間転写ベルト31側から見た場合、漏れ光経路106は、発光素子101から基板107内部に侵入して受光素子102、103まで形成される。このように発光素子101から照射される光は、中間転写ベルト31やトナー像109に反射されて受光素子102、103に受光される他に、漏れ光として直接受光素子102、103に受光される。画像濃度センサ60から外部を介さずに受光素子102、103に直接受光される光が「漏れ光」である。
図3は、漏れ光量が異なる3つの画像濃度センサ60a、60b、60cの、アナログ検出値が所定の範囲内で一定に保たれるように制御される場合の特性例示図である。図3は、縦軸をアナログ検出値、横軸を中間転写ベルト31に形成されるトナー像の画像濃度として、画像濃度センサ60の濃度検出特性を表す。従来、アナログ検出値が一定に保たれるように制御されるため、3つの画像濃度センサ60a、60b、60cによる中間転写ベルト31部分(画像濃度0)の検出結果(アナログ検出値601〜603)は、同値(ここでは2.0[V])である。しかしながら、中間転写ベルト31に形成されたトナー像の画像濃度が高くなると、画像濃度センサ60の漏れ光の影響により、アナログ検出値601〜603は、出力オフセットが高く且つばらつきが生じる。つまり、3つの画像濃度センサ60a、60b、60cは、画像濃度に対する感度特性が異なり、個体差がある。図3の例では、中間転写ベルト31に「2.0」の画像濃度のトナー像が形成された場合、3つの画像濃度センサ60a、60b、60cのアナログ検出値601〜603に最大0.25[V]の差が生じる。
また、画像濃度センサ60は、個体差の他に、トナー汚れによる反射出力低下を補うために発光素子101の駆動電流を増加させる場合にも、発光量(発光強度)とともに漏れ光量が増加する。そのために、同一の画像濃度センサ60であっても、漏れ光量の増加に伴って、アナログ検出値603の特性からアナログ検出値601の特性へ変化することになる。つまり、画像濃度センサ60の濃度検出の感度特性が低下していくことになる。このように、従来、漏れ光量によって、画像濃度センサ60は、濃度検出の感度特性の個体差が大きくなったり、発光素子101の駆動電流調整を行うたびに感度特性が変化してしまう。濃度検出の感度特性が低下すると、画像濃度の変化を正しく検知できず、濃度補正等の画像形成条件の補正精度が低下する。
<第1実施例>
このような画像濃度センサ60の個体差や駆動電流の調整に伴う濃度検出の感度特性の変化を抑制するために、以下に説明するように、画像濃度センサ60の出力調整を行う。
(制御ユニット)
図4は、画像形成装置の動作を制御するための制御ユニットの構成図である。制御ユニット500は、画像形成装置内の各部の動作を制御して画像形成を行う。ここでは、濃度補正を行うための制御ユニット500の構成について説明する。制御ユニットは、CPU(Central Processing Unit)501、EEPROM502、発光駆動回路503、電流検出回路504、及びSL駆動回路505を備える。制御ユニット500は、ディスクリート品で構成する他に、例えばワンチップの半導体製品により実現される。ワンチップの半導体製品には、例えばMPU(Micro-Processing Unit)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、SOC(System-On-a-Chip)がある。
CPU501は、コンピュータプログラムを格納するメモリと、データを一時記憶するメモリとを有しており、コンピュータプログラムの実行により画像形成装置の動作を制御する。CPU501は、画像形成装置における各種センサやモータなどを電子写真プロセスに沿って動作させるために、各種命令信号を生成する機能を有している。EEPROM502は、不図示のバッテリーによって電源オフ時もデータ保持が可能なメモリである。
SL駆動回路505は、画像濃度センサ60に設けられているシャッタ110を開閉させるための開閉駆動機構であるシャッタSL61(ソレノイド)を駆動する。SL駆動回路505は、画像濃度センサ60がトナー像の画像濃度を検出する期間だけ、CPU501のタイミング信号に応じてシャッタSL61を駆動してシャッタ110を開状態にする。発光駆動回路503及び電流検出回路504は、画像濃度センサ60の発光素子101を一定の駆動電流で駆動するための機能を有しており、CPU501からの指示に応じて、発光素子101の駆動電流を可変することが可能である。発光駆動回路503及び電流検出回路504は、駆動電流を可変することで発光素子101の発光量を調整する。
CPU501は、画像濃度センサ60から、正反射受光出力である第1出力信号及び乱反射受光出力である第2出力信号を取得する。第1出力信号は受光素子102から出力されるアナログ検出信号である。第2出力信号は受光素子103から出力されるアナログ検出信号である。CPU501は、入力された第1出力信号及び第2出力信号をAD変換機能でデジタルデータに変換して所定の演算処理に用いる。CPU501は、例えば第1出力信号及び第2出力信号により、画像濃度センサ60の出力調整制御を行う。
(出力調整制御)
図5は、画像濃度センサ60の出力調整制御の説明図である。
まず、画像濃度センサ60の正反射出力の調整制御について説明する。正反射出力の調整制御では、中間転写ベルト31部分の検出結果から、発光素子101の駆動電流に応じて変化する漏れ光出力値と発光素子101のオフ時の暗電圧出力値とを差し引いた差分値が所定電圧となるように、発光素子101の駆動電流を決定する。所定電圧(ターゲット電圧)は、例えば2.0[V]である。「中間転写ベルト31部分の検出結果」は、中間転写ベルト31を検出した受光素子102が出力するアナログ検出値である。中間転写ベルト31部分の検出結果を「ベルト検出値」という。「漏れ光出力値」は、漏れ光量に応じて受光素子102が出力するアナログ検出値である。「暗電圧出力値」は、発光素子101が発光していないときに受光素子102が出力するアナログ検出値である。
具体的には、CPU501は、まず、発光駆動回路503へ駆動電流の電流値を指示する。発光駆動回路503は、指示に応じて発光素子101の駆動電流の電流値を1.25[mA]、2.5[mA]、5[mA]、10[mA]、20[mA]と段階的に変化させる。駆動電流の切り替えは、例えば100ミリ秒毎に実行される。画像濃度センサ60は、各電流値に応じて発光素子101が発光し、中間転写ベルト31の表面を検出し、第1出力信号としてベルト検出値を出力する。CPU501は、ベルト検出値をADサンプリングする。CPU501は、駆動電流の電流値の切り替えを指示してから25ミリ秒経過するとADサンプリングを開始し、5ミリ秒周期で10回サンプリングを行い、各電流値に対して10データのベルト検出値の平均値を算出する。各電流値に対してベルト検出値から直線近似式を導いたものが、BeltY=0.146・X+0.567として示した直線(実線)である。
暗電圧出力値は、出力調整制御が開始された直後で発光素子101がオフ状態のときの第1出力信号をCPU501でサンプリングしたものである。CPU501は、暗電圧出力値も、5ミリ秒周期で10回サンプリングした第1出力信号を平均して算出する。暗電圧出力値は、発光素子101が発光していない状態であるため、発光素子101の駆動電流によらず一定となる。
各電流値の漏れ光出力値は、画像形成装置内で検出することが困難であるために、予測値として算出される。発光素子101を2.5[mA]と20[mA]の駆動電流で駆動したときの漏れ光出力値は、電源オフでも保持が可能であるEEPROM502に格納される。2.5[mA]、20[mA]の駆動電流による漏れ光出力値は、画像濃度センサ60単品を製造する工程で予め検出されており、受光素子102、103に各々対応してEEPROM502に格納される。受光素子102に対応した2点のデータから、発光素子101の駆動電流と漏れ光出力値の関係式が算出される。漏れ光出力値に暗電圧出力値を加算したものがMoreP=0.052・X−0.027の式で表される、図7の点線である。
CPU501は、BeltY、MorePの差分計算を行う。BeltY、MorePの差分計算式は以下の式で表される。
(BeltY−MoreP)=(0.146X+0.567)−(0.052X−0.027)
= 0.094X+0.54 …(式1)
式(1)から差分値(BeltY−MoreP)がターゲット電圧2.0[V]となる駆動電流Xを算出すると、(2.0=0.094X+0.54)であり、(X=15.5[mA])となる。CPU501は、このような演算処理により算出した発光素子101の駆動電流15.5[mA]をEEPROM502に記憶する。CPU501は、次回のトナー像の画像濃度検出制御ではEEPROM502に記憶した駆動電流で発光素子101を駆動する。このように正反射出力の調整制御が行われる。
次いで、画像濃度センサ60の乱反射出力の調整制御について説明する。乱反射出力の調整制御は、正反射出力の調整制御と比較すると、主に以下の2点で異なる。1つ目は、乱反射出力の調整制御は、シャッタ110に設けられる乱反射基準板を用いて行われる点である。2つ目は、乱反射基準板の検出結果から漏れ光出力値と暗電圧出力値とを差し引いた差分値がターゲット電圧になるように調整する際、このターゲット電圧が画像濃度センサ60の個体毎に異なる値になる点である。ターゲット電圧は、画像形成装置に画像濃度センサ60が最初に取り付けられる際に決定される。例えばターゲット電圧は、取り付け時に画像濃度センサ60を2.5[mA]の駆動電流で駆動したときの第2出力信号のAD変換値から、EEPROM502に格納される2.5[mA]時の受光素子103の漏れ光出力値と暗電圧出力値とを差し引いた値である。
正反射出力の調整制御と異なる点を具体的に説明する。CPU501は、乱反射出力の調整制御を開始すると、シャッタ110を閉じた状態で発光素子101の駆動電流を5段階に変化させ、第2出力信号を取得してADサンプリングする。これによりCPU501は、乱反射基準板の検出結果(アナログ検出値)である基準板検出値を取得する。暗電圧出力値、漏れ光出力値、及び駆動電流は、正反射出力の調整制御と同様に算出される。このように乱反射出力の調整制御が行われる。
(処理手順)
以上のような画像濃度センサ60の出力調整制御の処理手順を、図6、図7のフローチャートにより説明する。図6が正反射出力の調整制御のフローチャートであり、図7が乱反射出力の調整制御のフローチャートである。ここでは、電源の投入後に正反射出力の調整制御を行い、次いで乱反射出力の調整制御を行う例を説明する。
制御ユニット500は、画像形成装置が起動すると、正反射出力調整モードで動作を開始する(S102)。制御ユニット500は、画像濃度センサ60の発光素子101を発光させない状態で、受光素子102、103のアナログ検出値(暗電圧出力値DarkP、DarkS)を取得してEEPROM502に記憶する(S103)。制御ユニット500は、SL駆動回路505でシャッタSL61を制御することでシャッタ110を開状態にし、画像濃度センサ60の発光素子101の点灯を開始する(S104)。制御ユニット500は、発光素子101の駆動電流を1.25[mA]〜20[mA]の間で5段階に可変しながら、各駆動電流において中間転写ベルト31を検出したときの受光素子102のアナログ検出値(ベルト検出値)を取得する(S105)。
制御ユニット500は、ベルト検出値と発光素子101の駆動電流との関係式である直線近似式BeltY(=a1・X1+b1)を算出する(S106)。a1、b1は、所定の定数であり、図5の例ではa1が0.146、b1が0.567である。制御ユニット500は、EEPROM502に格納される発光素子101の2点の駆動電流による漏れ光出力値に基づいて、正反射の漏れ光出力値と発光素子101の駆動電流との関係式である直線近似式MoreP(=c1・X1+d1)を算出する(S107)。EEPROM502には、予め2点の駆動電流に対応した受光素子102の漏れ光出力値が記憶されており、これに基づいて直線近似式MorePが算出される。c1、d1は、所定の定数であり、図5の例ではc1が0.052、d1が0.027である。2点の駆動電流は、例えば2.5[mA]と20[mA]である。
制御ユニット500は、正反射の暗電力出力値DarkP、ベルト検出値、及び正反射の漏れ光出力値に基づいて、差分値を算出する(S108)。差分値は、ベルト検出値(BeltY)から正反射の漏れ光出力値(MoreP)と正反射の暗電圧出力値DarkPとを差し引いた値(=(a1−c1)・X1+(b1−d1))である。制御ユニット500は、算出した差分値がターゲット電圧2.0[V]になるような発光素子101の駆動電流X1を算出する(S109)。駆動電流X1は、例えば{2.0・(b1−d1)}/(a1−c1)の式で算出される。制御ユニット500は、算出した発光素子101の駆動電流X1が1[mA]以上且つ30[mA]以下の範囲内に収まっているか否かを判定する(S110)。ここで、算出した駆動電流X1が1[mA]〜30[mA]範囲に収まっているか否かを判定しているのは、本実施例における発光素子101が駆動電流1[mA]〜30[mA]の範囲で安定的に点灯することが保証されているためである。従って駆動電流X1の判定範囲は、使用する発光素子101によって異なるのでこの限りではない。
駆動電流X1が1[mA]以上且つ30[mA]以下の範囲内に収まっている場合(S110:Y)、制御ユニット500は、駆動電流X1を正反射光用の発光素子101の駆動電流として、EEPROM502に記憶する(S111)。
駆動電流X1が1[mA]以上且つ30[mA]以下の範囲内に収まっていない場合(S110:N)、制御ユニット500は、正反射出力の調整制御が不調であったと判断し、ユーザに警告を行う(S113)。警告は、例えば画像形成装置に備えられるディスプレイ等への表示や、音の出力により行われる。制御ユニット500は、1[mA]と30[mA]とのうち、いずれか駆動電流X1に近い方の値をEEPROM502に記憶する(S114)。つまり制御ユニット500は、所定の範囲(1[mA]〜30[mA])の上限値及び下限値のうち、いずれか駆動電流X1に近い方の値を、駆動電流としてEEPROM502に記憶する。EEPROM502に駆動電流を記憶した制御ユニット500は、発光素子101を消灯し、シャッタ110を閉じて正反射出力の調整制御を終了する(S112)。
以上のような処理により正反射出力の調整制御が行われる。正反射出力の調整制御が終了すると、制御ユニット500は、引き続き乱反射出力の調整制御を開始する。そのために制御ユニット500は、正反射出力モードを終了して、乱反射出力調整モードで動作を開始する。
制御ユニット500は、シャッタ110を閉状態にしたままで発光素子101の点灯を開始する(S202)。制御ユニット500は、発光素子101の駆動電流を1.25[mA]〜20[mA]の間で5段階に可変しながら、各駆動電流において乱反射基準板を検出したときの受光素子102の検出結果(基準板検出値)を取得する(S203)。制御ユニット500は、発光素子101の駆動電流と基準板検出値との関係式である直線近似式StdY(=a2・X2+b2)を算出する(S204)。a2、b2は、所定の定数である。制御ユニット500は、EEPROM502に記憶される発光素子101の2点の駆動電流による漏れ光出力値に基づいて、発光素子101の駆動電流と乱反射の漏れ光出力値との関係式である直線近似式MoreS(=c2・X1+d2)を算出する(S107)。EEPROM502には、予め2点の駆動電流に対応した受光素子103の漏れ光出力値が記憶されており、これに基づいて直線近似式MoreSが算出される。c2、d2は、所定の定数である。2点の駆動電流は、例えば2.5[mA]及び20[mA]である。
制御ユニット500は、S103の処理で取得した乱反射の暗電力出力値DarkS、基準板検出値、及び乱反射の漏れ光出力値に基づいて、差分値を算出する(S206)。差分値は、基準板検出値(StdY)から乱反射の漏れ光出力値(MoreS)と乱反射の暗電圧出力値DarkSとを差し引いた値(=(a2−c2)・X2+(b2−d2))である。制御ユニット500は、算出した差分値が、画像濃度センサ60を画像形成装置に初めて取り付けたときの初期の差分値(初期差分値)になるような発光素子101の駆動電流X2を算出する(S207)。駆動電流X2は、例えば{初期差分値−(b2−d2)}/(a2−c2)の式で算出される。制御ユニット500は、算出した発光素子101の駆動電流X2が1[mA]以上且つ30[mA]以下の範囲内に収まっているか否かを判定する(S208)。算出した駆動電流X1が1[mA]〜30[mA]範囲に収まっているか否かを判定しているのは、本実施例における発光素子101が駆動電流1[mA]〜30[mA]の範囲で安定的に点灯することが保証されているためである。従って駆動電流X1の判定範囲は使用する発光素子によって異なるのでこの限りではない。
駆動電流X2が1[mA]以上且つ30[mA]以下の範囲内に収まっている場合(S208:Y)、制御ユニット500は、駆動電流X2を乱反射光用の発光素子101の駆動電流として、EEPROM502に記憶する(S209)。
駆動電流X2が1[mA]以上且つ30[mA]以下の範囲内に収まっていない場合(S208:N)、制御ユニット500は、正反射出力の調整制御が不調であったと判断し、ユーザに警告を行う(S211)。警告は、例えば画像形成装置に備えられるディスプレイ等への表示や、音の出力により行われる。制御ユニット500は、1[mA]と30[mA]とのうち、いずれか駆動電流X2に近い方の値をEEPROM502に記憶する(S212)。つまり制御ユニット500は、所定の範囲(1[mA]〜30[mA])の上限値及び下限値のうち、いずれか駆動電流X2に近い方の値を、駆動電流としてEEPROM502に記憶する。EEPROM502に駆動電流を記憶した制御ユニット500は、発光素子101を消灯して乱反射出力の調整制御を終了する(S210)。
以上のような処理により乱反射出力の調整制御が行われる。制御ユニット500は、画像濃度の濃度補正等の画像形成条件の補正の際に、EEPROM502に記憶した駆動電流に応じた光量で発光素子101を発光させる。つまり、制御ユニット500は、画像濃度センサ60の検出条件を変更可能である。画像濃度センサ60は、中間転写ベルト31に形成された濃度検出用の検出用画像(トナー像)を検出条件に応じて検出し、その検出結果(検出値)を制御ユニット500に入力する。制御ユニット500は、検出用画像の検出結果(検出結果)に応じて画像形成条件を補正して、補正した画像形成条件により画像形成装置に画像形成を行わせる。これにより画像濃度が適切に調整された画像がシートPに形成される。
<第2実施例>
第1実施例では、受光素子102、103の出力調整を、発光素子101の駆動電流の調整により行っている。第2実施例では、受光素子102、103の出力電圧の増幅率を可変することで、受光素子102、103の出力調整を行う。
(制御ユニット)
図8は、第2実施例の制御ユニットの構成図である。制御ユニット600は、第1実施例の制御ユニット500に、第1出力ゲイン回路507及び第2出力ゲイン回路508を追加した構成である。第1出力ゲイン回路507は、画像濃度センサ60の受光素子102から第1出力信号を取得し、取得した第1出力信号を増幅する。第2出力ゲイン回路508は、画像濃度センサ60の受光素子103から第2出力信号を取得し、取得した第2出力信号を増幅する。本実施形態では、第1、第2出力ゲイン回路507、508は、8段階で増幅率を切替制御できる構成である。第1、第2出力ゲイン回路507、508は、CPU501の指示により増幅率が切り替えられる。発光駆動回路503は、第1実施例では駆動電流を可変制御するが、第2実施例では駆動電流を5[mA]に固定する。
(出力調整制御)
図9は、画像濃度センサ60の出力調整制御の説明図である。ここでは、画像濃度センサ60の正反射出力の調整制御について説明する。
正反射出力の調整制御では、まず、駆動電流を発光素子101に印加せずに発光していない状態の第1、第2出力信号である暗電圧出力値が検出される。CPU501は、第1実施例と同様に、5ミリ秒周期で10回サンプリングした検出結果の平均値を暗電力出力として検出する。
次いで、発光駆動回路503は、CPU501から点灯開始命令が入力されると、発光素子101を5[mA]の駆動電流で駆動する。同時にSL駆動回路505は、CPU501からシャッタ110を開放するための制御信号を取得して、シャッタSL61を駆動し、シャッタ110を開状態にする。また、第1出力ゲイン回路507は、増幅率を1倍とする命令をCPU501から取得する。制御ユニット600は、この状態で画像濃度センサ60による中間転写ベルト31の検出結果(ベルト検出値)を取得する。図9では、ベルト検出値が1.3[V]の点として示される。また、発光素子101を5[mA]の駆動電流で駆動するときの漏れ光出力値は予めEEPROM502に記憶されている。EEPROM502は、実施例1では2.5[mA]及び20[mA]の2点の漏れ光出力値を記憶するが、実施例2では1点だけでよい。
発光素子101を5[mA]の駆動電流で駆動したときの漏れ光出力値と暗電圧出力値を合計した値が0.5[V]の点として図9に示されている。CPU501は、ベルト検出値から漏れ光出力値と暗電圧出力値を差し引いた差分値(1.3−0.5=0.8V)を算出する。CPU501は、この差分値を2.0[V]以上にするための増幅率を以下の式により演算する。
(増幅率) >= 2.0/0.8 = 2.5 …(式2)
本実施例では2.5倍以上の増幅率で2.0[V]の差分値が得られると算出される。この条件の中で最も低い増幅率となるように、CPU501は、第1出力ゲイン回路507の増幅率を切り替える制御信号を生成する。本実施例では図9に例示するように、1倍の上は、2倍、2.5倍、3倍…と複数の増幅率の選択肢があり、第1出力ゲイン回路507は、増幅率2.5倍となるよう制御される。このときのベルト検出値が3.25[V]、漏れ光出力値と暗電圧出力値を合計した値が1.25[V]となる。
(処理手順)
以上のような画像濃度センサ60の正反射出力の調整制御の処理手順を、図10のフローチャートにより説明する。画像形成装置は、電源の投入後に、正反射出力の調整制御を行う。なお、乱反射出力の調整制御も同様の処理により行われる。
制御ユニット600は、画像形成装置が起動すると、正反射出力調整モードで動作を開始する(S302)。制御ユニット600は、画像濃度センサ60の発光素子101を発光させない状態で、受光素子102、103のアナログ検出値(暗電圧出力値DarkP、DarkS)を取得してEEPROM502に記憶する(S303)。制御ユニット600は、SL駆動回路505でシャッタSL61を制御することでシャッタ110を開状態にし、画像濃度センサ60の発光素子101の点灯を開始し、同時に第1出力ゲイン回路507の増幅率を1倍に設定する(S304)。制御ユニット600は、5[mA]の駆動電流で発光素子101を発光させて、中間転写ベルト31を検出したときの受光素子102のアナログ検出値(ベルト検出値BeltP)を取得する(S305)。制御ユニット600は、EEPROM502に予め記憶される発光素子101を5[mA]の駆動電流で駆動したときの漏れ光出力値MorePを読み出す(S306)。
制御ユニット600は、ベルト検出値BeltPから漏れ光出力値MoreP及び暗電圧出力値DarkPを差し引いた差分値を算出する(S307)。制御ユニット600は、算出した差分値が2.0[V]以上となる増幅率(Gian=2.0/(BeltP−(MoreP+DarkP)))を算出する(S308)。上記の式2に示す通り、本実施例では、図9の状態で2.5倍以上の増幅率が必要であるという計算結果が得られる。
制御ユニット600は、算出した増幅率(Gain)が切替制御可能な0.5〜5倍の範囲内で収まっているか否かを判定する(S309)。ここで、算出した増幅率(Gain)が0.5倍〜5倍の範囲に収まっているか否かを判定しているのは、本実施例における第1出力ゲイン回路507の電気回路が0.5倍〜5倍の範囲で切替可能に構成されているためである。従って、電気回路を任意に設計することで切替範囲は変わるので、この限りではない。増幅率が範囲内に収まっている場合(S309:Y)、制御ユニット600は、計算結果を満たす最小増幅率を選択する(S310)。本実施例では、2.5倍の増幅率が選択可能であるために(図9参照)、制御ユニット600は、最小増幅率として2.5倍を選択する。もしS308の処理で算出した増幅率が2.7倍以上となった場合、図9に示すように、これを満たす最小の増幅率が3倍であるために、制御ユニット600は、最小増幅率として3倍を選択する。
制御ユニット600は、ベルト検出値(BeltP)が最小増幅率(Gain)で増幅されたときに値が5[V]を超える可能性があるか否かを判定する(S311)。ここで、ベルト検出値(BeltP)が最小増幅率(Gain)で増幅された値が5[V]以下であるか否かを判定しているのは、本実施例におけるCPU501のアナログ入力信号の許容電圧が5[V]以下という制限があるためである。従って、CPU501の種類によっては許容される入力電圧が異なるので、判定基準となる値はこの限りではない。超えない場合(S311:Y)、制御ユニット600は、S310の処理で選択した最小増幅率を、第1出力ゲイン回路507に設定する増幅率としてEEPROM502に記憶する(S312)。
超える場合(S311:N)、制御ユニット600は、正反射出力の調整制御が不調であったと判断し、ユーザに警告を行う(S314)。警告は、例えば画像形成装置に備えられるディスプレイ等への表示や、音の出力により行われる。制御ユニット600は、S310の処理で選択した最小増幅率よりも1段階小さい増幅率を選択してEEPROM502に記憶する(S315)。
なお、増幅率(Gain)が切替制御可能な0.5〜5倍の範囲内に収まらない場合(S309:N)、制御ユニット600は、正反射出力の調整制御が不調であったと判断し、ユーザに警告を行う(S316)。警告は、例えば画像形成装置に備えられるディスプレイ等への表示や、音の出力により行われる。制御ユニット600は、0.5倍と5倍とのうち、いずれか最小増幅率に近い方の値をEEPROM502に記憶する(S317)。つまり制御ユニット600は、所定の範囲(0.5〜5倍)の上限値及び下限値のうち、いずれかS308の処理で算出した増幅率(Gain)に近い方の値を、増幅率としてEEPROM502に記憶する。
EEPROM502に増幅率を記憶した制御ユニット600は、発光素子101を消灯し、シャッタ110を閉じて正反射出力の調整制御を終了する(S313)。
制御ユニット600は、画像濃度の濃度補正等の画像形成条件の補正の際に、EEPROM502に記憶した増幅率に応じた出力ゲインで受光素子102、103の出力を増幅する。つまり、制御ユニット600は、画像濃度センサ60の検出条件を変更可能である。画像濃度センサ60は、中間転写ベルト31に形成された濃度検出用の検出用画像(トナー像)を検出条件に応じて検出し、その検出結果(検出値)を制御ユニット600に入力する。制御ユニット600は、検出用画像の検出結果(検出結果)に応じて画像形成条件を補正して、補正した画像形成条件により画像形成装置に画像形成を行わせる。これにより画像濃度が適切に調整された画像がシートPに形成される。
以上の第1、第2実施例で説明したような画像濃度センサ60の出力調整制御により、画像濃度センサ60は、画像濃度を検出して補正を行うのに必要十分な感度特性が得られ、且つ出力が飽和することがないように適性な増幅率が決定される。このように、本実施形態の画像濃度センサ60の出力調整制御により、漏れ光量のバラツキによって生じる濃度検出の感度特性の個体差や、発光素子の光量増に伴う漏れ光量の増加によって生じる濃度検出の感度特性の低下を抑制することができる。そのために、画像形成装置毎の濃度補正精度のバラツキを低減し、耐久後も安定した濃度補正を実現することが可能となる。

Claims (8)

  1. 像担持体に画像を形成する画像形成手段と、
    基板と、前記基板に設けられた発光素子と、前記基板に設けられた受光素子と、前記発光素子と前記受光素子との間に設けられた遮光部材とを有し、前記発光素子を駆動電流に基づいて発光し、前記像担持体に形成された検出用画像からの反射光を前記受光素子によって受光し、前記受光素子の受光結果に対応する検出値を出力する検出手段と、
    前記画像形成手段に前記検出用画像を形成させ、前記検出手段に前記検出用画像を検出させ、前記検出用画像からの反射光の受光結果に対応する前記検出値に基づいて前記画像形成手段により形成される画像の濃度を制御する制御手段と、
    駆動電流と前記受光素子に受光された漏れ光の受光結果に対応する検出値との対応関係を記憶した記憶手段と、
    前記発光素子を複数の駆動電流で発光させることで前記検出手段から出力される前記像担持体からの反射光の受光結果に対応する複数の検出値を取得し、前記複数の駆動電流、前記複数の検出値、前記記憶手段に記憶された前記対応関係、及び前記発光素子を発光させずに前記検出手段から出力された検出値に基づいて、前記駆動電流を決定する決定手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記決定手段は、前記複数の駆動電流と前記複数の検出値に基づいて駆動電流と前記像担持体からの反射光の受光結果に対応する検出値との対応を示す検出特性を求め、前記検出特性から前記発光素子を発光させずに前記検出手段から出力された検出値を差分し結果と前記記憶手段に記憶された前記対応関係との差が目標値となるように、前記駆動電流を決定することを特徴とする、
    請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記受光素子は、前記発光素子が発光することで前記像担持体からの正反射光を受光する位置に設けられることを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 像担持体に画像を形成する画像形成手段と、
    基板と、前記基板に設けられた発光素子と、前記基板に設けられた受光素子と、前記発光素子と前記受光素子との間に設けられた遮光部材とを有し、前記発光素子を駆動電流に基づいて発光し、前記像担持体に形成された検出用画像からの反射光を前記受光素子によって受光し、前記受光素子の受光結果に対応する検出値を出力する検出手段と、
    基準部材と、
    前記画像形成手段に前記検出用画像を形成させ、前記検出手段に前記検出用画像を検出させ、前記検出用画像からの反射光の受光結果に対応する検出値に基づいて前記画像形成手段により形成される画像の濃度を制御する制御手段と、
    駆動電流と前記受光素子に受光された漏れ光に対応する検出値との対応関係を記憶した記憶手段と、
    前記発光素子を複数の駆動電流で発光させることで前記検出手段から出力される前記基準部材からの反射光の受光結果に対応する複数の検出値を取得し、前記複数の駆動電流、前記複数の検出値、前記記憶手段に記憶された前記対応関係、及び前記発光素子を発光させずに前記検出手段から出力された検出値に基づいて、前記駆動電流を決定する決定手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
  5. 前記決定手段は、前記複数の駆動電流と前記複数の検出値に基づいて駆動電流と前記基準部材からの反射光の受光結果に対応する検出値との対応を示す検出特性を求め、前記検出特性から前記発光素子を発光させずに前記検出手段から出力された検出値を差分し結果と前記記憶手段に記憶された前記対応関係との差が目標値となるように、前記駆動電流を決定することを特徴とする、
    請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 前記受光素子は、前記発光素子が発光した場合に前記像担持体から乱反射光を受光する位置に設けられることを特徴とする、
    請求項4又は5に記載の画像形成装置。
  7. 像担持体に画像を形成する画像形成手段と、
    基板と、前記基板に設けられた発光素子と、前記基板に設けられた受光素子と、前記発光素子と前記受光素子との間に設けられた遮光部材とを有し、前記発光素子を駆動電流に基づいて発光し、前記像担持体からの反射光を前記受光素子によって受光し、前記受光素子の受光結果に対応する検出値を出力するセンサと、
    駆動電流と前記受光素子に受光された漏れ光の受光結果に対応する検出値との対応関係を記憶した記憶手段と、を備える画像形成装置の制御方法であって、
    前記発光素子を複数の駆動電流で発光させることで前記センサから出力される前記像担持体からの反射光の受光結果に対応する複数の検出値を取得し、
    前記複数の駆動電流、前記複数の検出値、前記記憶手段に記憶された前記対応関係、及び前記発光素子を発光させずに前記センサから出力された検出値に基づいて、検出用駆動電流を決定し、
    前記画像形成手段に検出用画像を形成させ、前記発光素子を前記検出用駆動電流に基づいて発光させ、前記受光素子に前記検出用画像からの反射光を受光させ、前記センサから出力された前記検出用画像からの反射光の受光結果に対応する検出値に基づいて前記画像形成手段により形成される画像の濃度を制御することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
  8. 像担持体に画像を形成する画像形成手段と、
    基板と、前記基板に設けられた発光素子と、前記基板に設けられた受光素子と、前記発光素子と前記受光素子との間に設けられた遮光部材とを有し、前記発光素子を駆動電流に基づいて発光し、前記像担持体からの反射光を前記受光素子によって受光し、前記受光素子の受光結果に対応する検出値を出力するセンサと、
    基準部材と、
    駆動電流と前記受光素子に受光された漏れ光の受光結果に対応する検出値との対応関係を記憶した記憶手段と、を備える画像形成装置の制御方法であって、
    前記発光素子を複数の駆動電流で発光させることで前記センサから出力される前記基準部材からの反射光の受光結果に対応する複数の検出値を取得し、
    前記複数の駆動電流、前記複数の検出値、前記記憶手段に記憶された前記対応関係、及び前記発光素子を発光させずに前記センサから出力された検出値に基づいて、検出用駆動電流を決定し、
    前記画像形成手段に検出用画像を形成させ、前記発光素子を前記検出用駆動電流に基づいて発光させ、前記受光素子に前記検出用画像からの反射光を受光させ、前記センサから出力された前記検出用画像からの反射光の受光結果に対応する検出値に基づいて前記画像形成手段により形成される画像の濃度を制御することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
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