JPH1063046A - 画像濃度検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像形成装置で、像担持体上のトナー濃度を
検出し、作像条件を制御することで画質の経時安定性を
向上させる上で必要な、広範の濃度域で精度の良い濃度
検出を行う。 【解決手段】 回転する感光体ドラム１０周縁部に発光
素子と受光素子とから成る光学センサ３１と電位センサ
３２とを配設し、ドラム上に形成した基準パッチのトナ
ー濃度測定に当たり、低濃度域の測定は光学センサ３１
により行い、高濃度域の測定は電位センサ３２に切り換
えて行い、電位センサ３２への切り換えに当たっては光
学センサ３１の検出値を基として電位センサ３２の検出
特性の補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やレーザビ
ームプリンタ等の画像形成装置に用いられ、像担持体上
に形成されるトナー像の濃度を検出する画像濃度検出方
法及び画像濃度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置の内部に設けられた
像担持体上のトナー像の濃度を検出するには、発光素子
と受光素子とから成る光学センサを用い、像担持体上の
トナー像の反射濃度を光学的に検出する画像濃度検出方
法が多く用いられている。一様に帯電した像担持体上
に、例えば一定輝度のレーザビームで露光を行ってテス
トパッチ潜像を形成し、これを現像してテストパッチ像
とし、この反射濃度を光学センサで検知し、そのデータ
を用いて現像剤のトナー濃度制御やその他の作像条件
（例えば最大像露光量やγ補正）を制御することがなさ
れる。このような画像濃度検出と検出に基づいた制御
を、コピー開始前、あるいは所定枚数のコピーを行った
時点において行うことにより、高画質のコピーが経時時
にも安定して得られることとなる。

【０００３】また、表面電位計を像担持体面に対向して
設け、像担持体上に付着したトナーの電荷によって形成
される電位を測定することにより濃度を検出する電位セ
ンサも用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】画像濃度検出と検出結
果に基づくトナー濃度や作像条件の制御は、画像形成装
置で、高画質のコピーが経時的に安定して得るためには
不可欠で、付着トナーの正確な検出がなされる画像濃度
検出方法及び装置が求められている。光学センサも電位
センサも、ともにトナー濃度の検出を可能とはしている
が、何れも欠点を有している。

【０００５】光学センサによる濃度検出は、像担持体表
面の反射率と、付着トナーのトナー部分の反射率の差異
を利用して濃度検出を行うもので、像担持体表面の受光
素子による検出値Ｖ_PGと、測定しようとするトナーが付
着状態にある像担持体表面の受光素子による検出値Ｖ_PS
とから光学センサ出力比Ｖ_Pが算出される。

【０００６】Ｖ_P＝（Ｖ_PS−Ｖ_PG）／Ｖ_PG 図６（ａ）はトナー付着量Ｍ／Ａと、光学センサ出力比
Ｖ_Pとの関係を示したもので、感度の設定（一般にはア
ンプゲイン）によって検出に適したトナー像の濃度領域
が存在し、トナーによって遮られない像担持体表面の露
出部分が僅かな状態となる所謂高濃度部の検出感度は良
くない。

【０００７】電位センサによる濃度検出は、像担持体状
の付着トナー量を、付着トナーが保持する電荷によって
形成される電位を検出することによって行う。像担持体
上の潜像を現像することによって得られた付着トナー
は、現像器内のキャリアとの摩擦による電荷を有してい
て、このトナーが保持している電荷にはバラツキがあっ
て、現像後の付着トナーに対して直ちに電位測定しても
精度の高い検出を行うことはできない。検出精度を高め
るために検出前の像担持体上の付着トナーに対してコロ
ナ放電による再帯電を行い、つづいて像担持体の保持す
る電荷を除去するための一様露光（光除電）を行ったの
ち電位センサによる電位Ｖ_Tの測定によってトナー付着
量の検出を行う。図６（ｂ）は付着量Ｍ／Ａと電位Ｖ_T
との関係を示している。像担持体は、再帯電や光除電の
影響を受けて残留電位が存在し、電位が０Ｖとなること
はないので、低濃度部の検出濃度は不安定である。

【０００８】本発明は、光学センサや電位センサの検出
精度について種々検討が重ねられたのち発明されたもの
で、像担持体上の付着トナーについて、低濃度域から高
濃度域に至るまで全域に亘って高精度の濃度検出が行わ
れる画像濃度検出方法及び装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的とする
画像濃度検出方法は、像担持体上に光を照射し、その反
射光を受光して反射濃度の測定を行う光学センサと、像
担持体の表面電位を測定する電位センサとを用い、像担
持体上に付着したトナーの低濃度域に対しては光学セン
サにより、高濃度域に対しては電位センサによりトナー
濃度の検出を行うことを特徴とする画像濃度検出方法を
提供するものである。そして、前記光学センサから電位
センサへの濃度測定の切り換えは、所定の光学センサに
よる濃度検出値において行い、光学センサの検出値を基
に電位センサの検出特性の補正を行うことが好ましい実
施態様である。

【００１０】また、本発明の目的とする画像濃度検出装
置は、回転する像担持体周縁部に、発光素子と受光素子
とから成る光学センサと、電位センサとを配設し、像担
持体上に形成したトナーのトナー濃度測定に当たり、低
濃度域の測定は光学センサにより行い、高濃度域の測定
は電位センサに切り換えて行う制御部を有することを特
徴とする画像濃度検出装置を提供するものである。そし
て本発明の好ましい実施態様は、像担持体上に形成した
現像後の基準パッチに対して、低濃度側の基準パッチか
ら順次濃度検出を行い、光学センサで測定した所定の濃
度位置での電位センサへの切り換えに当たっては、光学
センサの検出値を基として、予めメモリとして保持する
電位センサの検出特性の補正を行い、これに基づいて電
位センサによる測定を行う画像濃度検出装置である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の説明に先だって、本発明
が適用される画像形成装置について説明する。図１の断
面構成図に示すのは、像担持体上にトナー像を重ねて形
成し、転写・定着を行うカラー画像形成装置であるが、
本発明が適用される画像形成装置はこれに限定されるも
のではなく、例えばデジタル方式によるモノクロプリン
タ等にも極めて有効に適用される。

【００１２】図１において１０は像担持体である感光体
ドラムで、ＯＰＣ感光体をドラム上に塗布したもので接
地されて時計方向に駆動回転される。１２はスコロトロ
ン帯電器で、感光体ドラム１０周面に対しＶ_Hの一様な
帯電をＶ_Gに電位保持されたグリッドとコロナ放電ワイ
ヤによるコロナ放電によって与えられる。このスコロト
ロン帯電器１２による帯電に先だって、前プリントまで
の感光体の履歴をなくすために発光ダイオード等を用い
たＰＣＬ１１による露光を行って感光体周面の除電をし
ておく。

【００１３】感光体への一様帯電ののち像露光手段１３
により画像信号に基づいた像露光が行われる。像露光手
段１３は図示しないレーザダイオードを発光光源とし回
転するポリゴンミラー１３１、ｆθレンズ等を経て反射
ミラー１３２により光路を曲げられ走査（主走査）がな
されるもので、感光体ドラム１０の回転（副走査）によ
って潜像が形成される。本実施例では文字部に対して露
光を行ない、文字部の方が低電位Ｖ_Lとなるような反転
潜像を形成する。

【００１４】感光体ドラム１０周縁にはイエロー
（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒色（Ｋ）等
のトナーとキャリアとから成る現像剤をそれぞれ内蔵し
た現像器１４が設けられていて、先ず１色目の現像がマ
グネットを内蔵し現像剤を保持して回転する現像スリー
ブ１４１によって行われる。現像剤はフェライトをコア
としてそのまわりに絶縁性樹脂をコーティングしたキャ
リアと、ポリエステルを主材料として色に応じた顔料と
荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等を加えたトナーとか
らなるもので、現像剤は層形成手段によって現像スリー
ブ１４１上に１００〜６００μｍの層厚（現像剤）に規
制されて現像域へと搬送される。

【００１５】現像域における現像スリーブ１４１と感光
体ドラム１０との間隙は層厚（現像剤）よりも大きい
０．２〜１．０ｍｍとして、この間にＶ_ACのＡＣバアイ
スとＶ_DCのＤＣバイアスが重畳して印加される。Ｖ_DCと
Ｖ_H、トナーの帯電は同極性であるため、Ｖ_ACによって
キャリアから離脱するきっかけを与えられたトナーはＶ
_DCより電位の高いＶ_Hの部分には付着せず、Ｖ_DCより電
位の低いＶ_L部分に付着し顕像化（反転現像）が行われ
る。

【００１６】１色目の顕像化が終った後２色目の画像形
成行程にはいり、再びスコロトロン帯電器１２による一
様帯電が行われ、２色目の画像データによる潜像が像露
光手段１３によって形成される。このとき１色目の画像
形成行程で行われたＰＣＬ１１による除電は、１色目の
画像部に付着したトナーがまわりの電位の急激な低下に
より飛び散るため行わない。

【００１７】再び感光体ドラム１０周面の全面に亘って
Ｖ_Hの電位となった感光体のうち、１色目の画像のない
部分に対しては１色目と同様の潜像がつくられ現像が行
われるが、１色目の画像がある部分に対し再び現像を行
う部分では、１色目の付着したトナーにより遮光とトナ
ー自身のもつ電荷によってＶ_M′の潜像が形成され、Ｖ
_DCとＶ_M′の電位差に応じた現像が行われる。この１色
目と２色目の画像の重なりの部分では１色目の現像をＶ
_Lの潜像をつくって行うと、１色目と２色目とのバラン
スが崩れるため、１色目の露光量を減らしてＶ_H＞Ｖ_M＞
Ｖ_Lとなる中間電位とすることもある。

【００１８】３色目、４色目についても２色目と同様の
画像形成行程が行われ、感光体ドラム１０周面上には４
色の顕像が形成される。

【００１９】一方給紙カセット１５より半月ローラ１６
を介して搬出された記録紙Ｐは一旦停止し、転写のタイ
ミングの整った時点で給紙ローラ１７の回転作動により
転写域へと給紙される。

【００２０】転写域においては転写のタイミングに同期
して感光体ドラム１０の周面に転写ローラ１８が圧接さ
れ、給紙された記録紙Ｐを挟着して多色像が一括して転
写される。

【００２１】次いで記録紙Ｐは僅かの間隙をもって設け
られた尖頭電極１９によって除電され感光体ドラム１０
の周面により分離して定着装置２０に搬送され、熱ロー
ラ２０１と圧着ローラ２０２の加熱、加圧によってトナ
ーを溶着したのち排紙ローラ２１を介して装置外部に排
出される。なお前記の転写ローラ１８は記録紙Ｐの通過
後感光体ドラム１０の周面より退避離間して次なるトナ
ー像の形成に備える。

【００２２】一方記録紙Ｐを分離した感光体ドラム１０
は、クリーニング装置２２のブレード２２１の圧接によ
り残留トナーを除去・清掃し、再びＰＣＬ１１による除
電と帯電器１２による帯電を受けて次なる画像形成のプ
ロセスに入る。なお前記のブレード２２１は感光体面の
クリーニング後直ちに移動して感光体ドラム１０の周面
より退避する。

【００２３】本発明の画像濃度検出装置は、感光体ドラ
ム１０の周縁部で、回転方向現像器１４より下流側に光
学センサ３１と、電位センサ３２とが設けられる。図１
に示した実施例では、感光体ドラム１０の周縁部で尖頭
電極１９とクリーニング装置２２との間に光学センサ３
１を、またスコロトロン帯電器１２と現像器１４との間
に電位センサ３２を設けている。またこの実施例ではス
コロトロン帯電器１２と電位センサ３２との間には、感
光体面を照射して電位の消去を行う消去ランプ３３を設
けている。

【００２４】本実施例の画像濃度検出装置は、画像形成
装置で電源投入直後又は所定枚数の画像形成後に自動的
に画像濃度検出モードに切り換えられて、画像濃度検出
と、検出結果に基づく作像条件の制御がなされる。図２
は画像濃度検出に関連する部材間での回路を取り出して
示している。

【００２５】本実施例の画像形成装置では、電源スイッ
チ４１をＯＮした直後には画像形成モードから画像濃度
検出モードに切り換えられて、制御部３０の制御のもと
にＲＯＭ（Ａ）３５にメモリされた次のプロセスによっ
てトナー濃度検出が行われる。

【００２６】 電源スイッチ４１のＯＮによって、ま
ず感光体ドラム１０は一定の速度で回転を開始する。

【００２７】 ついで、発光素子と受光素子とから成
る光学センサ３１をＯＮとし、受光素子（ＬＥＤ）によ
る感光体ドラム１０表面の反射光を受光しての出力を検
出し、ドラム１回転中に複数回の検出を行い、ドラム１
周分の平均値を求める。求められた平均値が基準値（本
実施例では７±０．２Ｖ）からずれているときは、ＬＥ
Ｄへの印加電圧を加減し、ＬＥＤの出力（平均値）が基
準値となるよう調整を行う（光学センサ調整工程）。こ
のＬＥＤへの印加電圧値はＲＡＭ３７にメモリされて、
次の画像濃度検出モードに切り換えられるまで、光学セ
ンサ３１によるトナー濃度検出はこの印加電圧のもとに
行われる。

【００２８】 回転する感光体ドラム１０に対して、
スコロトロン帯電器１２による一様帯電を行い、電位セ
ンサ３２によってドラムの表面電位の検出を行う。電位
センサ３２による検出値が、基準値（本実施例では−８
５０±５Ｖ）からずれているときには、スコロトロン帯
電器１２の帯電条件（グリッド電圧）を加減し、電位セ
ンサ３２による出力が基準値となるよう調整を行う（帯
電調整工程）。この新たに調整されたスコロトロン帯電
器１２の帯電条件はＲＡＭ３７にメモリされて、次の画
像濃度検出モードに切り換えられるまで、スコロトロン
帯電器１２による帯電時には、ＲＡＭ３７からメモリさ
れた帯電条件が呼び出されて、帯電が行われる。

【００２９】 回転する感光体ドラム１０に対してス
コロトロン帯電器１２によって一様帯電を行い、ついで
像露光手段１３によって予め設定した露光量により基準
パッチ（１）の露光を行い、現像器１４による反転現像
を行い、光学センサ３１によって基準パッチ（１）の濃
度検出を行う。光学センサ３１の検出値が予め基準パッ
チ（１）に対して設定されている設定値からずれている
ときは、現像条件（現像バイアス電圧、現像スリーブ１
４１の回転数など）を調整する（最大濃度調整工程）。
本実施例のカラー画像形成装置では、イエロー（Ｙ）、
マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒色（Ｋ）の４色につ
いてこの最大濃度調整工程を行う。この４色についての
調整された現像条件はＲＡＭ３７にメモリされて、次の
画像濃度検出モードに切り換えされるまで、各色の現像
に当たってはそれぞれ対応した調整された現像条件がＲ
ＡＭ３７から呼び出されて、この現像条件によって現像
が行われる。

【００３０】 光学センサ３１をＯＮとし、感光体ド
ラム１０のドラム素面の出力Ｖ_PGを検出する。ついで光
学センサ３１をＯＦＦとし、感光体ドラム１０上にスコ
ロトロン帯電器１２による帯電と、像露光手段１３によ
る基準パッチ（２）の潜像形成を行う。この基準パッチ
（２）は例えば８ビットのディジタル信号の０〜２５５
の２５６レベルの場合、８レベル飛びのＰＷＭ信号が像
露光手段１３の半導体レーザに送出され、図３に示すよ
うな３２個のテストパッチの潜像が副走査方向に僅かの
間隔をもって低露光パッチから高露光パッチへと一列に
形成される。この潜像は先ので設定された現像条件で
現像器１４によって反転現像がなされ、濃度の異なる複
数の階調補正用のテストパッチ像ｐ₀〜ｐ₃₂となり退避
した転写ローラ１８の位置を通過し、ＯＮの状態となっ
た光学センサ３１によって現像後の出力を検出する。現
像後の検出では、最初のドラム素面の検出と現像後の検
出が、感光体ドラム１０上の同じ位置で開始するよう
に、検出開始タイミングを規制する。光学センサ３１に
よる現像後の検出値（Ｖ_PS）とドラム素面の検出値（Ｖ
_PG）とにより、制御部３０は光学センサ出力比（Ｖ_P）
を算出する（光学センサによる濃度検出の出力工程）。

【００３１】Ｖ_P＝（Ｖ_PS−Ｖ_PG）／Ｖ_PG 次に光学センサ３１をＯＦＦとし、回転する感光体
ドラム１０の現像後の基準パッチ（２）部分はブレード
２２１が退避したクリーニング装置２２を通過し、スコ
ロトロン帯電器１２によって再帯電がなされ、その後消
去ランプ３３をＯＮとして、感光体部分の光除電を行
う。次に電位センサ３２をＯＮとし、現像後の基準パッ
チ（２）の電位を検出する。この時も、最初の光学セン
サ３１によるドラム素面の検出とドラム上の同じ位置で
検出が開始されるように検出開始タイミングの規制を行
う。制御部３０は電位センサ３２によるテストパッチ部
での出力から同位置におけるドラム素地の出力を差し引
くことで電位センサ３２による濃度出力（Ｖ_T）を算出
する（電位センサによる濃度検出の出力工程）。図４は
トナー付着量（Ｍ／Ａ）とトナー層電位（濃度出力）Ｖ
_Tとの関係を示すグラフで、図４（ａ）はマゼンタ
（Ｍ）トナーを用いて現像した際の、また図４（ｂ）は
黒色（Ｋ）トナーを用いて現像した際の特性を示してい
る。図からも明らかなように、本実施例においては、４
色について基準パッチ（２）を形成し、それぞれについ
て濃度出力を求めることが必要である。なおグラフで、
再帯電電位を８５０Ｖ（実線で示す）と９５０Ｖ（点線
で示す）とに設定した場合の特性を示している。

【００３２】 光学センサ３１および電位センサ３２
による検出値を比較し、光学センサ３１の検出値を基と
して電位センサ３２の検出値を補正する。即ち、光学セ
ンサ３１による光学センサ出力比と電位センサ３２の検
出値とが光学センサ３１の出力比０．３〜０．７の間で
所定の関係となるよう補正係数を算出し、これに基づい
て電位センサ３２の検出値を補正する（補正係数の算
出）。

【００３３】 制御部３０では３２個のテストパッチ
ｐ₀〜ｐ₃₂のそれぞれについて２０点平均で光学センサ
３１の出力比Ｖ_Pと電位センサ３２の濃度出力Ｖ_Tを算出
する。次に、ＲＯＭ（Ｂ）３６にメモリされた予め設定
してある係数を使用し、センサ出力データをトナー付着
量に変換する、この時、光学センサ３１の出力比が例え
ば０．７未満のテストパッチに関しては光学センサ３１
の出力比Ｖ_Pから求めたトナー付着量を使用し、光学セ
ンサ３１の出力比が０．７以上のパッチに関しては電位
センサ３２の濃度出力Ｖ_Tから求めたトナー付着量を使
用し、３２階調の階調性データを求め、求められた階調
性データはＲＡＭ３７にメモリされる（階調性データの
作成工程）。

【００３４】図５は、本発明によって得られた階調性デ
ータが全ての濃度域に亘って精度高く検出されることを
示したもので、マゼンタ（Ｍ）トナーを用いて現像した
例である。図上で白丸マークで示したのがプリント紙上
での光学濃度を示し、黒角マークで示したのが上記の検
出値からの計算結果を示している。

【００３５】上記のの工程によって得られた階調性デ
ータに基づいて本実施例の画像形成装置においては４色
それぞれについてγ補正が行われる。

【００３６】

【発明の効果】本発明では、光学センサを感度の高いト
ナー濃度の低濃度部での検出に使用し、感度に問題のあ
る高濃度部は電位センサで検出を行うとともに、光学セ
ンサでの検出データを基に電位センサの検出データを較
正することで、低濃度から高濃度に亘る全ての濃度域で
精度良く濃度検出がなされる画像濃度検出方法及び画像
濃度検出装置が提供されることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される画像形成装置の断面構成図
である。

【図２】本発明の画像濃度検出に関連する部材間での回
路図である。

【図３】基準パッチ（２）の形状例を示す。

【図４】トナー付着量とトナー層電位との関係を示すグ
ラフである。

【図５】ＰＷＭと光学濃度との関係を示すグラフであ
る。

【図６】（ａ）はトナー付着量と光学センサ出力比との
関係を、（ｂ）はトナー付着量と電位センサ出力電位と
の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 感光体ドラム １２ スコロトロン帯電器 １３ 像露光手段 １４ 現像器 ３０ 制御部 ３１ 光学センサ ３２ 電位センサ ３３ 消去ランプ ３５ ＲＯＭ（Ａ） ３６ ＲＯＭ（Ｂ） ３７ ＲＡＭ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体上に光を照射し、その反射光を
   受光して反射濃度の測定を行う光学センサと、像担持体
   の表面電位を測定する電位センサとを用い、像担持体上
   に付着したトナーの低濃度域に対しては光学センサによ
   り、高濃度域に対しては電位センサによりトナー濃度の
   検出を行うことを特徴とする画像濃度検出方法。
2. 【請求項２】 前記光学センサから電位センサへの濃度
   測定の切り換えは、所定の光学センサによる濃度検出値
   において行い、光学センサの検出値を基に電位センサの
   検出特性の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の
   画像濃度検出方法。
3. 【請求項３】 回転する像担持体周縁部に、発光素子と
   受光素子とから成る光学センサと、電位センサとを配設
   し、像担持体上に形成したトナーのトナー濃度測定に当
   たり、低濃度域の測定は光学センサにより行い、高濃度
   域の測定は電位センサに切り換えて行う制御部を有する
   ことを特徴とする画像濃度検出装置。
4. 【請求項４】 像担持体上に形成した現像後の基準パッ
   チに対して、低濃度側の基準パッチから順次濃度検出を
   行い、光学センサで測定した所定の濃度位置での電位セ
   ンサへの切り換えに当たっては、光学センサの検出値を
   基として、予めメモリとして保持する電位センサの検出
   特性の補正を行い、これに基づいて電位センサによる測
   定を行うことを特徴とする請求項３記載の画像濃度検出
   装置。