KR101019828B1 - 측정 장치, 측정 방법 및 화상 형성 장치 - Google Patents

Abstract

토너량 측정부는 상 담지체(image carrying member) 상에 형성된 토너상(toner image)에 광을 조사하고, 촬상부는 토너상에 의해 반사된 반사광에 따른 반사파형을 촬상한다. 그 후에, 형성되는 토너상의 농도에 관련된 정보에 따라서, 반사파형의 피크 위치 또는 피크 높이에 기초하여 토너 부착량을 산출한다.

토너량 측정부, 상 담지체, 토너 패치, 촬상부, 반사광량 검출부

Description

측정 장치, 측정 방법 및 화상 형성 장치{MEASURING APPARATUS, MEASURING METHOD AND IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은 측정 장치 및 측정 방법과, 화상 형성 장치에 관한 것으로, 특히 화상 형성 장치의 상 담지체(image carrying member) 상에 부착한 토너의 부착량의 측정에 관한 것이다.

전자 사진 방식의 화상 형성 장치에 있어서는, 동일 조건에서 화상 형성을 행해도, 형성되는 화상의 농도는 일정하지 않다. 이는, 토너의 대전량, 감광체의 감도, 토너의 전사 효율의 변동 등의 각종 화상 형성 파라미터의 변동, 및 온도, 습도 등의 환경 조건의 변동 등의 영향으로 인한 것이다.

따라서, 감광체나 중간 전사체 상에 현상된 토너상(toner image)의 농도 또는 높이를 검출하고, 검출 결과에 기초하여 토너의 보급이나 대전 전위, 노광 광량, 현상 바이어스 등의 각종 화상 형성 파라미터를 피드백 제어한다.

예를 들어, 미국 특허 제2,956,487호의 발명은, 감광체의 노광에 의해 형성된 정전 잠상(electrostatic latent image)이 형성하는 전위, 또는 정전 잠상을 현상하여 취득한 토너상의 화상 농도를 검출하고, 검출치와 기준치를 비교하여, 비교 결과에 따라서 화상 농도를 제어한다. 또한, 미국 특허 제4,082,445호의 발명은, 감광체 상의 비화상 영역의 반사광량과 기준 토너상의 반사광량의 차를 기준치와 비교하여, 비교 결과에 따라서 토너 보급을 행한다.

도 1은 일반적인 반사광량의 측정 방법을 나타내는 도면이다. 패치 센서(25)는, 발광 소자로서 근적외광을 방사하는 발광 다이오드(LED)(25a)를, 수광 소자로서 포토다이오드(PD)(25b)를 구비하여, 기준 토너상(26)의 반사광량을 측정한다. 즉, 센서(25)는 주로 정반사광(specular reflected light)량을 사용하여 토너 부착량을 측정한다.

도 2는 X-Rite사로부터 입수가능한 530 분광 농도계(spectrodensitometer)의 센서 출력을 나타내는 그래프이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 농도 0.6 내지 0.8까지는 센서 출력에 기초하여 토너 부착량의 측정이 가능하다. 그러나, 고농도 영역에 있어서의 토너 농도의 변화에 대한 반사광량의 변화는 근소하다. 즉, 전체 농도 영역에 걸쳐서, 반사광량의 차로부터 토너 부착량을 정확하게 측정하는 것은 곤란하다.

일본 특허 출원 공개 제2003-076129 공보는, 편광광을 받아들여 고농도 영역의 토너 부착량을 측정하는 발명을 개시한다. 도 3은 일본 특허 출원 공개 제2003-076129 공보의 패치 센서(25')의 구성을 도시하는 도면이다. 패치 센서(25')는, 근적외광을 방사하는 LED(25a)와 PD(25b) 외에, PD(25c, 25d) 및 프리즘(25e, 25f)을 구비한다.

LED(25a)로부터의 방사광은, 프리즘(25e)에 의해 입사면에 대해 수직 방향으 로 진동하는 성분(S파)과, 입사면에 대해 평행 방향으로 진동하는 성분(P파)으로 분리된다. 분리된 S파는 PD(25c)에 입사하고, 분리된 P파는 기준 토너상(26)에 조사된다. 기준 토너상(26)에 조사된 P파는, 난반사되어 일부가 S파로 변환된다. 기준 토너상(26)으로부터의 반사광은, 프리즘(25f)에 의해 S파와 P파로 분리된다. 분리된 S파는 PD(25d)에 입사하고, 분리된 P파는 PD(25b)에 입사한다.

도 4는 PD(25b)의 출력(커브 B)과 PD(25d)의 출력(커브 D)을 나타내는 그래프이다. 커브 B가 나타내는 정반사광(P파)량을 난반사광(S파)량으로 보정하여, 난반사의 영향을 제거한 반사광량(커브 H)을 얻게 된다. 이 방법에 따르면, 농도 1.0 정도까지는 토너 부착량을 측정하는 것이 가능하지만, 더욱 고농도의 측정은 불가능하다.

한편, 레이저에 의한 변위 센서를 사용하는 방법도 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평4-156479호 공보 및 일본 특허 출원 공개 평8-327331호 공보). 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 레이저 변위 센서(24)를 도시하는 도면이고, 도 6은 레이저 변위 센서(24)에 의해 토너 부착량을 측정한 결과를 나타내는 도면이다.

레이저 변위 센서(24)는 적층한 토너층의 높이(두께)의 변화를 측정할 수 있다(도 5의 (a) 참조). 그러나, 도 5의 (b)에 나타내는 하이라이트 영역의 도트 패턴이나 라인 패턴에서는 토너층이 불연속으로 된다. 즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 토너층이 연속되는 농도 영역의 토너 부착량을 정확하게 측정할 수 있다. 그러나, 토너층이 불연속으로 되는 저농도 영역의 토너 부착량을 정확하게 측정할 수 는 없다.

이와 같이, 패치 센서(patch sensor)를 사용하는 경우에는 고농도 영역의 토너 부착량을 측정하기 어렵고, 레이저 변위 센서를 사용하는 경우에는 저농도 영역의 토너 부착량을 측정하기 어렵다. 따라서, 농도 영역 전체에서 토너 부착량을 고정밀도로 측정하기 위해서는, 패치 센서와 레이저 변위 센서를 모두 사용하여, 고농도 영역 이외에는 패치 센서를, 고농도 영역에는 레이저 변위 센서를 사용한다. 그러나, 이것은 화상 형성 장치의 비용 상승 및 대형화를 초래한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 화상 형성 장치의 상 담지체(image carrying member)에 형성된 토너상의 토너량을 측정하는 측정 방법이며, 상기 방법은, 토너상에 대해 광을 조사하는 단계와, 서로 인접하여 설치된 복수의 수광 소자를 이용하여 상기 토너상을 촬상하는 단계와, 상기 토너상으로부터 반사된 광을 상기 복수의 수광 소자로 수광하여 얻어지는 데이터로부터 반사파형의 피크 위치에 관한 정보와, 상기 반사파형의 광량에 관한 정보를 취득하는 단계와, 상기 피크 위치 및 상기 광량 중 적어도 하나와, 형성되는 토너상의 농도에 관한 정보에 기초하여 토너량을 산출하는 단계를 포함한다.

상기 양태에 따르면, 저농도 영역에서 고농도 영역까지의 넓은 영역에 대한 만족할만한 토너 부착량 측정 결과가 얻어진다.

본 발명은 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 예시적 인 실시예들의 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명에 따르면, 각 토너 패치 또는 패치 패턴이 저농도 영역에 있는지 여부에 따라서, 하나의 센서로 검출한 반사광량과 토너 높이를 절환하여 토너 부착량을 산출한다. 따라서, 화상 형성 장치의 대형화, 비용 상승을 초래하지 않고, 색 재현성과 최대 농도를 보증할 수 있다. 또한, 측정 광원으로서 반도체 레이저를 사용하기 때문에, 토너 패치의 사이즈를 작게 할 수 있다. 따라서, 화상 형성 장치의 생산성을 떨어뜨리지 않고, 계조 보정을 실현하여, 토너 소비량을 저감시킬 수 있다. 또한, 토너 패치의 수를 늘려, 계조 재현성의 정밀도화를 더 향상할 수도 있다.

이하, 본 발명에 관한 실시예의 토너 부착량의 측정 장치 및 화상 형성 장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

<제1 실시예>

[장치의 구성]

도 7은 실시예의 화상 형성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

노광용 레이저(502)는 펄스폭 변조된 입력 신호(Sig)에 따라서 레이저광을 발광한다. 상 담지체(image carrying member)로서의 감광 드럼(photosensitive drum, 501)의 표면은, 1차 대전기(primary charger, 504)에 의해 균일하게 대전된다. 본 실시예에서는, 1차 대전기로서 코로나 대전기(corona charger)를 설치하고 있다. 이 1차 대전기(504)에는, 직류 전류 -900μA의 방전 바이어스와, 직류 전압 -780V의 그리드 바이어스가 인가되어, 감광 드럼(501)의 외주면이 대략 -700V로 균일하게 대전된다.

노광용 레이저(502)로부터 출력된 레이저광은, 폴리곤 미러(polygonal mirror, 503)에 의해 주 주사 방향으로 주사되어, 감광 드럼(501)의 표면에 정전 잠상(electrostatic latent image)을 형성한다. 정전 잠상은 현상기(505)에 의해 토너상(toner image)으로 현상된다. 따라서, 노광용 레이저(502) 및 현상기(505)는, 토너상을 형성하는 화상 형성 수단(22)으로 구성될 수 있다. 토너상은, 중간 전사체로서 전사 벨트(506)에 전사되고, 그 후에, 도면에는 도시되지 않지만, 기록지에 전사, 정착된다. 주 주사 방향은, 감광 드럼(501)의 이동 방향에 직교하고, 감광 드럼(501)의 면에 수평한 방향을 가리킨다. 부 주사 방향은, 감광 드럼(501)의 이동 방향과 평행한 방향을 가리킨다.

토너량 측정부(507)는 현상기(505)의 근방에 배치되고, 현상기(505)에 의해 현상된 감광 드럼(501) 상의 토너상의 토너 부착량을 측정한다.

토너 부착량은, 토너상이 감광 드럼(501)으로부터 전사 벨트(506)에 전사된 후에 전사 벨트(506) 상에서 측정될 수 있을 것이다. 전사 벨트(506)를 사용하지 않고 감광 드럼(501)으로부터 기록지에 토너상을 직접 전사하는 화상 형성 장치도 있다. 또한, 토너 부착량의 측정은, 감광 드럼(501) 또는 전사 벨트(506)를 대신하여, 기록지 상에서 행할 수도 있을 것이다. 따라서, 이하에서는, 전사 전 혹은 정착 전의 토너상을 지지하는 감광 드럼(501), 전사 벨트(506), 혹은 기록지를 지 지체라 부르기로 한다.

● 제어부

도 8은 화상 형성 장치의 제어부(500)의 구성을 나타내는 블록도이다. 제어부(500)의 토너량 측정부(507)는, 감광 드럼(501)(또는 전사 벨트(506)) 상에 형성한 각 토너 패치의 토너 부착량을 측정한다. 농도 계산부(606)는 측정된 토너 부착량으로부터 농도 데이터를 계산한다. 컨트롤러(607)는, 계산된 농도 데이터(실측치)와 각 토너 패치의 신호치 Sig에 대한 농도 데이터(이론치)를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 화상 농도의 비선형성을 보정하는 데에 이용되는 감마 테이블(γLUT)(609)을 보정한다.

컨트롤러(607)는 계산된 농도 데이터에 기초하여, 화상 형성 장치의 각 프로세스로서의 대전 프로세스(601), 노광 프로세스(602), 현상 프로세스(603) 및 전사 프로세스(604)를 제어한다.

전사 벨트(506) 상의 토너 부착량을 측정하고, 트리보 계산부(tribo calculating unit, 608)를 사용하여 측정한 토너 부착량으로부터 트리보량(tribo amount)을 계산하고, 현상 프로세스(603)의 피드백 제어에 계산된 트리보량을 사용할 수 있을 것이다. "트리보(tribe)"는, 현상제를 교반(stirring)할 때에 토너와 캐리어의 마찰에 의해 발생하는 토너가 갖는 전하 Q와, 그 토너의 질량 M의 비 Q/M으로 정의된다.

토너량 측정부(507)에 의해 측정된 토너 부착량(토너 패치의 높이) d_t로부 터, 수학식 1을 사용하여 단위 면적당 질량 M/S를 산출한다.

다음에, 표면 전위계(도시되지 않음)에 의해 측정된 현상 전후의 잠상 전위차(ΔV)로부터, 수학식 2를 사용하여 단위 면적당 전하 Q/S를 산출한다.

그 후에, 수학식 3을 사용하여 트리보량 Q/M을 산출한다.

이 Q/M을 현상 프로세스에 피드백한다.

● 토너량 측정부

도 9는 토너량 측정부(507)의 구성을 나타내는 블록도이다.

레이저광원(701)으로부터 방사된 레이저광(측정광)은, 레이저광을 스폿(spot)에 집광하는 집광 렌즈(702)를 통해, 토너 패치(105) 및 지지체(106)를 조사한다. 토너 패치(105) 또는 지지체(106)로부터의 반사광은, 수광 렌즈(703)에 의해 라인 센서(704)에 결상한다. 따라서, 라인 센서(704)는 토너 패치(105)의 두께에 따른 반사광을 촬상한다. 본 발명은 일차원의 라인 센서에 한정되지 않고, 이차원(2D) 이미지 센서가 이용될 수도 있을 것이다. 레이저광원(701) 또는 레이저광원(701)과 집광 렌즈(702)를 결합한 구성이 광 조사부에 대응한다. 또한, 라 인 센서(704), 또는 라인 센서(704)와 수광 렌즈(703)(집광 렌즈)를 결합한 구성이 촬상부에 대응한다.

라인 센서(704)로부터 출력되는 반사파형을 나타내는 신호는, 아날로그-디지털(A/D) 컨버터(707)에 의해 디지털 신호로 변환되어, 디지털 신호가 기억부(705)에 저장된다. 신호 처리부(706)는, 기억부(705)에 저장된 반사파형 데이터로부터 토너 부착량을 계산한다.

토너 패치(105)가 형성되어 있지 않은 지지체(106) 표면에 측정광을 조사하여, 그 반사파형(지지체 반사파형)의 데이터를 기억부(705)에 저장한다. 그 후에, 지지체(106)를 화살표 방향으로 이동하여, 각 토너 패치(105)의 표면에 측정광을 조사하여, 그 반사파형(토너 반사파형)의 데이터를 기억부(705)에 저장한다.

지지체 반사파형과 토너 반사파형 데이터에 대해, (후술하는) 신호 처리부(706)의 처리를 실시하여, 지지체 반사파형과 토너 반사파형의 피크 위치의 차(특징점, 이하, '위치차'라고 함) 및 반사광량의 차(이하, '광량차'라고 함)를 계산한다. 그 후에, 위치차와 광량차로부터 토너 부착량을 계산한다. 광량차는 반사파형의 피크의 높이의 차로부터 계산한다. 이에 부가하여, 또는 이외에도, 반사파형의 면적의 차를 광량차로 이용할 수도 있을 것이다.

도 28의 (a)와 도 28의 (b)에 도시한 바와 같이, 반사파형은 서로 인접하여 배치된 복수의 수광 소자로 수광하지만, 반사파형의 출력 신호는 각 수광 소자로부터의 수광량에 따른 전기 신호로서 출력된다. 위치차는 복수의 수광 소자 중에서 어느 수광 소자가 가장 높은 신호를 출력하는지(수광 위치)에 의해 검출한다. 수 광 위치는 대상물의 높이에 따라서 변화되므로, 위치차는 토너층이 연속되는 고농도 영역의 토너 부착량을 정확하게 측정할 수 있지만, 토너층이 불연속으로 되는 저농도 영역의 토너 부착량을 정확하게 측정할 수는 없다. 반대로, 광량차는 대상물로부터의 반사광량에 영향을 받아 변화된다. 그로 인해, 지지체(106) 상의 토너의 면적이 서서히 늘어나는 저농도 영역에서는, 광량차가 토너 부착량의 정확한 측정을 가능하게 한다. 한편, 토너층이 연속되는 고농도 영역에서는 대상물로부터의 반사광량이 거의 변화되지 않으므로, 광량차에 기초하여 토너 부착량을 정확하게 측정하는 것은 곤란하다.

도 27a 내지 도 27f는 저농도로부터 고농도로 토너 농도가 변화된 경우의 반사파형의 그래프이다.

저농도 영역에서는, 도 27a에 나타내는 지지체(106)로부터의 반사파형(801)과 토너층으로부터의 반사파형(802)이, 도 27d에 실선으로 나타내는 합성파형으로서 출력된다. 토너층이 증가됨에 따라, 도 27a의 파선 화살표로 나타낸 방향으로 출력 파형의 피크가 이동한다. 도 27d의 파선으로 나타내는 것은, 후술하는 커브 피팅(curve fitting) 후의 파형이다.

중간 농도 영역에서는, 도 27b의 지지체(106)로부터의 반사파형(801')과, 토너층으로부터의 반사파형(802')으로부터 도 27e에 실선으로 나타내는 합성파형과, 도 27e에 파선으로 나타내는 커브 피팅 후의 파형이 각각 출력된다. 중간 농도 영역에서는, 지지체(106)로부터의 반사광량의 감소와는 대조적으로 토너층으로부터의 반사광량이 증가하지만, 토너층으로부터의 반사파형의 피크 위치는 거의 변화하지 않고, 도 27b의 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 광량이 증대하게 된다.

마찬가지로, 고농도 영역에서는 도 27c의 지지체(106)로부터의 반사파형(801")과, 토너층으로부터의 반사파형(802")으로부터 도 27f에 실선으로 나타내는 합성파형 및 도 27f에 파선으로 나타내는 커브 피팅 후의 파형이 각각 출력된다.

도 29a 내지 도 29c는 기준치로서의 지지체(106)로부터의 반사파형과 도 27d 내지 도 27f에서 설명한 커브 피팅 후의 파형으로부터 피크 위치를 산출하는 그래프이다.

지지체(106)로부터의 반사파형(801)과, 저농도에서의 피팅 커브(803), 중간 농도에서의 피팅 커브(803'), 고농도에서의 피팅 커브(803")을 각각 도 29a, 도 29b, 도 29c에 나타내고 있다. 지지체(106)로부터의 반사파형(801)에 있어서의 피크 위치의 출력치를 기준치(제로점)로 하고, 대상으로 하는 토너상으로부터 얻어진 피팅 커브의 피크 위치의 이동량을 검출함으로써 토너상의 높이를 산출한다.

도 10은 면적 계조법(area coverage modulation)에 의해 형성된 토너 패치(107)의 토너 부착량의 계측 방법을 설명하는 도면이다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 면적 계조법에 의해 형성되는 토너 패치(107)의 부착 토너는, 높이 h가 일정하고, 농도에 따라서 폭 w가 변화된다. 도 10은, 좌측 단부일수록 농도가 높고, 우측 단부일수록 농도가 낮은 토너 패치(107)를 나타내고 있다.

● 신호 처리부

도 11은 신호 처리부(706)의 구성을 나타내는 블록도이다.

피크 위치 검출부(901)는 기억부(705)에 기억된 지지체 반사파형 데이터로부터 피크 위치를 검출한다. 또한, 기억부(705)에 기억된 각 토너 패치(105)에 대응하는 토너 반사파형 데이터로부터 피크 위치를 검출한다. 그 후에, 지지체(106)의 피크 위치와 토너 패치(105)의 피크 위치의 차(라인 센서(704)의 화소 단위의 차)를 위치차로서 위치차 기억부(902)에 저장한다. 토너 패치(105)의 전후에 있어서의 지지체(106)의 2점의 피크 위치로부터 지지체(106)의 편심 성분(eccentricity component)을 산출하고, 토너 패치의 피크 위치에 대해 편심 성분을 제거하는 보정을 행하여, 토너 패치의 피크 위치의 산출 정밀도가 향상된다.

위치차의 산출과 저장은, 모든 토너 패치(105)에 대해 행해진다. 또한, 각 위치차는, 토너량 측정부(507)의 기하학적 구성으로부터 결정되는 계수를 위치차에 곱하여 토너 높이(μm)로 변환된다. 본 실시예의 지지체(106)가 측정광인 레이저광(파장 780nm, 스폿 직경 50μm)을 투과하는 경우, 지지체(106)의 막 두께분의 두께를 배제할 필요가 있다. 이 경우에, 대기와 지지체(106)의 재료의 굴절률의 차이에 의해 발생하는 외관상의 막 두께를 배제한다.

반사광량 검출부(광량 산출부)(903)는 피크 위치 검출부(901)가 추출한 지지체 반사파형과, 각 토너 반사파형의 피크의 높이를 계산한다. 그 후에, 지지체(106)의 피크 높이와 각 토너 패치(105)의 피크 높이의 차를 광량차로서 광량차 기억부(904)에 저장한다. 토너 패치(105)의 전후에 있어서의 지지체(106)의 2점의 피크 위치로부터 지지체(106)의 편심 성분을 산출하고, 토너 패치의 피크 높이에 대해 편심 성분을 제거하는 보정을 행하여, 토너 패치의 피크 높이의 산출 정밀도가 향상된다. 광량차의 산출과 저장은 모든 토너 패치(105)에 대해 행해진다.

반사파형으로부터 피크의 위치와 높이를 검출하는 방법으로서, 다음의 방법이 있다. 가우스 함수를 사용한 최소 제곱법에 의해, 반사파형에 대해 커브 피팅을 행한다. 커브 피팅 후의 가우스 함수의 파라미터로부터, 피크의 위치와 높이를 구한다. 가우스 함수는 수학식 4에 나타내는 바와 같이, x=μ를 중심으로 하는 종형의 함수이다.

여기서, μ는 피크 위치, σ는 피크의 폭에 관한 파라미터, A는 진폭이다.

도 12는 가우스 함수에 의한 커브 피팅을 설명하는 도면이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 기억부(705)에 기억된 반사파형 데이터에 가우스 함수에 기초하여 커브 피팅함으로써, 반사파형의 형상을 나타내는 특징량(가우스 함수의 파라미터)을 얻게 된다. 즉, 파라미터 μ는 피크 위치로 특정하고, 파라미터 A는 피크의 높이를 특정한다.

가우스 함수를 대신하여, 수학식 5에 나타내는 로렌츠 함수나, 수학식 6에 나타내는 2차 함수를 이용하여 커브 피팅을 행할 수도 있을 것이다.

또는, 커브 피팅을 행하지 않고, 반사파형 데이터가 최대치를 나타내는 화소 위치를 피크 위치로 특정하고, 그 최대치를 피크의 높이로 특정할 수도 있을 것이다.

부착량 연산부(산출부)(905)는 위치차 기억부(902)에 저장된 위치차의 평균치, 및/또는, 광량차 기억부(904)에 저장된 피크 높이의 차의 평균치, 그리고 형성되는 토너상의 농도 정보(908)로부터 토너량을 산출한다. 이때, 형성되는 토너상의 농도 정보(908)는, 형성되는 토너상이 고농도 화상인지 저농도 화상인지에 관한 정보이다. 부착량 연산부(905)는, (도시하지 않은) 메모리가 유지하는 토너량 환산 테이블에 기초하여, 위치차 기억부(902)에 저장된 위치차의 평균치, 및/또는, 광량차 기억부(904)에 저장된 피크 높이의 차의 평균치로부터 토너량 산출을 행한다. 그 후에, 부착량 연산부(905)는 토너 부착량을 연산한다. 상세한 것은 후술한다.

[토너 패치]

도 13은 지지체(106) 상에 형성되는 패치 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.

지지체(106)의 화상 영역에는 기록지에 전사해야 할 화상에 대응하는 토너상이 형성된다. 또한, (도시하지 않은) 패턴 제너레이터(pattern generator)의 신호에 따라서, 지지체(106)의 비화상 영역에는 부 주사 방향으로 단속(斷續)적인(intermittently) 패치 패턴(710)이 형성된다. 도 13에 도시되는 바와 같이, 화 상 영역 외측의 비화상 영역에 주 주사 방향으로 패치 패턴(710)이 형성된다.

패치 패턴(710)은 각각 10×10㎜의 크기를 가지는, 16계조의 토너 패치(105)를 포함한다. 토너 패치(105)의 수는, 256계조를 균등 분할한 16계조분(계조치 = 16, 32,…, 240, 255)에 대응한다. 이하에서는, 토너 패치(105)를 p1, p2,…, p16으로 표현할 수 있을 것이다. 토너 패치(105)의 수는, 임의수로 설정할 수 있다.

지지체(106)의 비화상 영역에 형성된 각 토너 패치(105)의 토너 부착량은, 지지체(106)의 회전이나 이동과 함께, 토너량 측정부(507)에 의해 순차 측정된다.

토너량 측정부(507)의 라인 센서(704)에 있어서의 수광 소자의 피치는, 토너의 적층 상태를 고려하여 수광 렌즈(703)의 광학 배율과 토너의 평균 입경의 곱 이하로 한다.

도 14a 내지 도 14d는 토너의 적층 상태를 도시하는 도면이다. 도 14a는 토너가 부착되어 있지 않은 상태를 도시하며, 이러한 상태에서 지지체(106)의 표면이 검출된다. 도 14b는 토너가 1층이 부착된 상태, 도 14c는 토너가 2층으로 겹쳐진 상태이다. 또한, 도 14d에 도시하는 바와 같이, 토너 입자간에 토너 입자가 겹쳐지는 상태가 있어, 수광 소자의 피치는 도 14d에 도시된 상태 또한 검출 가능하게 구성할 필요가 있다.

본 발명에 있어서의 광학계는 이하의 관계에 있다.

여기서, h는 대상물의 높이(μm), L은 라인 센서 상에서의 기준 위치로부터의 이동량(μm), p는 인접하는 라인 센서 화소 간의 피치간 거리(μm/화소), M은 렌즈의 광학 배율, N은 라인 센서 상에서의 기준 위치로부터의 이동 화소수이다.

토너 입자 1개를 확실하게 판별하기 위해서는 N≥1이 바람직하다. 따라서, p≤Mㆍh의 관계를 충족시킬 것이 필요하다. 또한, 토너의 평균 입경은, 측정 대상이 토너의 물리적인 외형 사이즈이므로, 갯수 평균 직경으로 한다.

또한, 도 14a 내지 도 14c에 있어서는 광이 접촉하고 있는 화소를 하나 검출하는 것만으로 좋다. 그러나, 도 14d의 경우에는 "이웃에 걸쳐져 광이 접촉하고 있는 2개 화소가 발생하는 전압(∝광 강도)을 비교하는" 위치 검출 알고리즘(전술한 피팅)에 의해 피크 위치를 검출한다.

도 15의 (a) 내지 도 15의 (f)는 패치 패턴(710)의 단면 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다.

도 15의 (a)는 패턴 제너레이터가 출력하는 마젠타(magenta)의 화상 정보에 대응한다. 도 15의 (b)는 지지체(106)의 이동 방향에 대해, 예를 들어 -45도에서 212 lpi(라인/인치)의 스크린 처리가 실시되고, 지지체(106)에 형성되는 패치 패턴(710)에 대응한다. 토너량 측정부(507)는, 도 15의 (b)에 나타내는 화살표 V를 따라 각 토너 패치(105)의 토너 부착량을 측정한다.

도 15의 (c)는 각 토너 패치(105)의 단면을 도시하는 도면이다. 예를 들어, 계조치 0 내지 48에 의해서 규정되는 하이라이트 영역(저농도 영역)에 있어서는, 주 주사 방향으로의 펄스폭 변조(PWM)에 의해, 각 토너 패치(105)를 구성하는 도트의 단면은 높이가 증가하고 폭도 넓어진다(도 15의 (d) 참조).

다음에, 계조치 48 내지 192에 의해서 규정되는 중간 농도 영역에 있어서, 각 토너 패치(105)를 구성하는 도트는 인접하는 도트와 겹쳐지고, 도트의 단면이 확대된다(도 15의 (e) 참조). 중간 농도 영역까지는, 각 토너 패치(105)의 단면은, 도트와 지지체(106) 표면의 노출 부분에 의해 구성된다.

또한, 농도가 높은, 예를 들어 계조치 192 내지 255에 의해서 규정되는 고농도 영역에 있어서는, 지지체(106) 표면의 노출 부분이 없어지고, 토너 패치(105)의 단면은 서로 겹치는 도트로 구성된다(도 15의 (f) 참조).

다른 색 성분에 있어서의 토너 패치(105)의 단면도 계조치에 따라서 마젠타와 마찬가지로 확대된다. 스크린 처리는, 예를 들어 옐로우(yellow)가 168 lpi, 63도, 시안(cyan)이 212 lpi, 45도, 블랙(black)이 200 lpi, 0도와 같이 상이하다.

도 16a와 도 16b는 패치 패턴(710)의 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 16a는 위치차를, 도 16b는 광량차를 나타내고 있다.

도 15의 (c)에 도시하는 바와 같이, 하이라이트 영역 내에서 각 토너 패치(105)를 구성하는 도트의 면적은 지지체(106) 표면의 노출 부분의 면적(이하, '노출 면적')보다도 작다. 그로 인해, 하이라이트 영역의 토너 패치(105)의 측정에 의해 얻게 되는 위치차의 변화는 작다. 그 결과, 도 16a에 나타내는 바와 같이, 위치차의 선형성은 하이라이트 영역에서 저하된다.

한편, 고농도 영역에 있어서는, 토너 패치(105)의 측정에 의해 위치차의 변화가 고정밀도로 얻어질 수 있지만, 토너 패치(105)로부터의 반사광량의 변화가 저하된다. 그로 인해, 고농도 영역의 토너 패치(105)의 측정에 의해 얻게 되는 광량차의 변화는 작다. 그 결과, 도 16b에 나타내는 바와 같이, 광량차의 선형성은 고농도 영역에서 저하된다.

도 17a와 도 17b는 토너량 측정부(507)의 A/D 컨버터(707)가 출력하는 반사파형을 설명하는 그래프이다.

토너량 측정부(507)는, 도 17a에 나타내는 바와 같이, 토너 패치(105)를 구성하는 도트로부터의 토너 반사파형(201)과, 도트간의 지지체(106) 표면의 노출부로부터의 지지체 반사파형(202)을 측정한다. 따라서, A/D 컨버터(707)가 출력하는 반사파형은, 도 17b에 나타내는 바와 같이, 토너 반사파형(201)과 지지체 반사파형(202)의 합성파형(203)이다.

즉, 토너 도트가 형성되는 밀도(기록 밀도)가 높아질수록 농도가 높아지므로, 지지체 반사파형(202)이 차지하는 비율이 줄어든다. 결과적으로, 하이라이트 영역에서의 광량차의 측정 정밀도가 향상되는 한편, 중간 농도 영역으로부터 고농도 영역에 있어서의 광량차의 측정 정밀도가 저하된다. 따라서, 기록 밀도가 낮은 경우에는 광량차를 주로 검출하고, 기록 밀도가 높은 경우에는 위치차를 주로 검출하는 검출 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

[부착량 연산부]

도 18은 부착량 연산부(905)에 의한 토너 부착량의 연산을 설명하는 흐름도 이다.

부착량 연산부(905)는 화상 영역의 토너상과 동일한 화상 형성 처리가 실시된 토너 패치(105)의 스크린 선수(screen ruling value)와 각도(angle)로부터, 측정 대상의 토너 패치(105)를 구성하는 도트간의 최대 거리(또는 주파수)를 각 색 성분마다 설정한다(S101).

도 19는 해상도(스크린 선수 및 각도)로 결정되는 도트간의 최대 거리에 대한 화상 신호의 검출 방법의 절환 레벨을 나타내는 그래프이다. 도 19에 있어서 실선(906)이나 파선(907)보다도 절환 레벨이 높은 영역에서는 위치차를 검출한다. 또한, 실선(906)이나 파선(907)보다도 절환 레벨이 낮은 영역에서는 광량차를 검출한다. 이 도트간의 최대 거리는, 부 주사 방향의 스크린 선간의 도트간 거리에 상당한다.

부착량 연산부(905)는, 도 19에 나타내는 절환 테이블에 따라서, 스텝 S101에서 설정한 최대 거리에 대한 절환 레벨(Dth)을 각 색마다 설정한다(S102). 절환 레벨은, 예를 들어 0.3＜X≤0.5㎜에 대해 Dth=128과 같이 단계적으로 변화되도록 설정해도 좋지만(실선(906) 참조), 연속적으로 변화되도록 설정해도 된다(파선(907) 참조). -45도, 212 lpi의 스크린 처리를 실시하는 마젠타의 경우, X=0.17㎜이고 Dth=128이다.

이와 같이, 도트간의 최대 거리와 농도 신호치 Sig는, 형성되는 토너 패치에 의해 주어진다. 따라서, 도 19에 나타내는 절환 테이블을 사용하여, 위치차를 사용할지, 광량차를 사용할지를 절환하는 것이 가능하다.

도 20은 농도 신호치 Sig와 위치차의 관계예를 나타내는 위치차-토너량 환산 테이블이다. 제1 사분면은 농도 신호치 Sig와 위치차의 관계를 나타내고, 제2 사분면은 위치차와 토너량의 관계를 나타낸다. 도 21은 농도 신호치 Sig와 광량차의 관계예를 나타내는 광량차-토너량 환산 테이블이다. 제1 사분면은 농도 신호치 Sig와 광량차의 관계를 나타내고, 제2 사분면은 광량차와 토너량의 관계를 나타낸다.

다음으로, 부착량 연산부(905)는 측정 대상의 토너 패치(105)의 농도 신호치 Sig와 절환 레벨(Dth)을 비교한다(S103). Sig≥Dth의 경우에는, 도 20의 제2 사분면에 나타내어지는 위치차와 토너량의 관계를 이용하여, 단위 면적당 토너량 M/S를 산출한다(S104). 반면에, Sig＜Dth의 경우, 부착량 연산부(905)는, 도 21의 제2 사분면에 나타내어지는 광량차와 토너량의 관계를 이용하여, 단위 면적당 토너량 M/S를 산출한다(S105).

그 후에, 부착량 연산부(905)는, 도 20에 나타내는 위치차-토너량 환산 테이블의 제3 사분면에 나타내는 토너량과 화상 농도의 관계를 이용하여 토너 농도를 산출한다(S106). 도 20과 도 21의 제3 사분면에 나타내어지는 토너량과 화상 농도의 관계는 동일하다.

부착량 연산부(905)는, 스텝 S107의 판정에 기초하여, 패치 패턴(710)에 포함되는 모든 토너 패치(105)의 측정 결과에 대해 스텝 S103 내지 스텝 S106의 처리를 반복하여 행한다. 그 결과, 도 20의 제4 사분면에 나타내어지는 농도 신호치와 화상 농도의 관계와 마찬가지인, 화상 형성 장치의 프린터부의 기록 특성을 취득할 수 있다.

[제어부]

도 22a와 도 22b는 프린터부의 기록 특성과 계조 보정 테이블의 일례를 나타내는 그래프이다.

상술한 바와 같이, 제어부(500)의 농도 계산부(606)는, 측정된 토너 부착량으로부터 도 22a에 나타내는 농도 데이터(프린터부의 기록 특성)를 계산한다. 따라서, 제어부(500)의 컨트롤러(607)는, 도 22a에 나타내어지는 프린터부의 기록 특성(화상 형성 장치의 출력 특성)을 선형으로 보정하는 도 22b에 나타내는 계조 보정 테이블(γLUT(609))을 작성한다. 컨트롤러(607)는 γLUT(609)에 스무딩(smoothing) 처리 등을 실시하여, 화상 신호치의 증가에 대해 레이저 출력이 감소하는 역회전이 일어나지 않도록 한다. 제어부(500)는 작성된 γLUT(609)가 설정된 후, 화상 형성 처리를 실행한다.

이와 같이, 해상도에 따라서 토너량의 검출을 토너층의 두께(위치차)로 행할지나, 반사광량(광량차)으로 행할지를 절환함으로써, 토너량을 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 실시간으로 프린터부의 변동을 실시간으로 검출할 수 있고, 검출한 변동을 다음 화상 형성에 피드백함으로써, 안정된 계조 화상을 항상 형성할 수 있다.

상기의 설명에 있어서, 스크린 처리(screen processing)한 화상을 예로 설명하였다. 또한, 도트 패턴 처리(dot-pattern processing)한 화상에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

γLUT(609) 전체를 수정할 필요는 없으며, 초기치로서 등록된 γLUT 또는 캘리브레이션(calibration) 제어 등에 의해 등록된 γLUT에, 토너량의 검출시에 획득되는 차분을 수정할 수도 있을 것이다.

<제2 실시예>

이하, 본 발명에 관한 제2 실시예의 계조 보정을 설명한다. 제2 실시예에 있어서, 제1 실시예와 마찬가지의 구성에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 그 상세 설명을 생략한다.

제1 실시예에 있어서는, 토너 부착량을 위치차로부터 구할지 광량차로부터 구할지를, 미리 설정 가능한 도 19에 나타내는 절환 레벨에 기초하여 절환하였다. 제2 실시예에서는, 지지체(106)와 토너 패치(105)의 반사광량의 차이(광량차)에 따른 동적인 절환 레벨을 사용하는 예를 설명한다.

각 토너 패치(105)로부터의 반사광량이 작은 경우, 커브 피팅의 정밀도가 저하되어, 토너 패치로부터의 반사파형의 피크 위치를 정확하게 검출하는 것이 어렵다. 바꿔 말하면, 광량차 Id가 큰 토너 패치(105)의 위치차의 정밀도는 낮다고 할 수 있다. 따라서, 토너 부착량의 연산에 사용하는 절환 레벨은, 광량차를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

도 23은 제2 실시예의 부착량 연산부(905)에 의한 절환 레벨의 결정 처리를 설명하는 흐름도이다.

부착량 연산부(905)는 광량차 기억부(904)의 데이터를 조사하여 광량차 Id의 최대치 Idmax를 취득한다(S150). 최대 광량 변화 ΔImax는, 도 26에 나타낸 바와 같이, 다른 농도로 형성된 복수의 토너상으로부터 얻어지는, 복수의 반사파형 데이터의 광량의 최대차를 나타내고 있다. 도 26에서는, 농도 신호치가 0 내지 255까지의 농도가 다른 토너상으로부터 얻어진 복수의 반사파형 데이터의 광량차(피크 높이)로부터 ΔImax를 구하고 있다. 수학식 9에 의해 임계치의 변화량 ΔDth를 계산한다(S151).

여기서, B는 계수(소정치), Idth는 광량차의 임계치(소정치)이다.

수학식 9는, 광량차의 최대치 Idmax와 미리 정해진 광량차의 임계치 Idth를 비교한다. Idmax＜Idth의 경우에는 토너 패치(105)로부터의 반사광량이 적어 위치차의 정밀도가 낮다고 판단하여, 임계치 Dth를 감소 방향으로 변화시키는데에 이용되는 임계치의 변화량 ΔDth＜0을 산출한다. Idmax≥Idth의 경우에는 토너 패치(105)로부터의 반사광량이 충분하여 위치차의 정밀도는 높다고 판단하여, 임계치 Dth를 증가 방향으로 변화시키는데에 이용되는 임계치의 변화량 ΔDth≥0을 산출한다.

부착량 연산부(905)는 임계치의 변화량 ΔDth를 사용하여, 임계치 Dth를 갱신한다(S152).

이후에, 부착량 연산부(905)는, 수학식 10을 이용하여 계산한 임계치 Dth를 사용하여, 도 18에 나타내는 토너 부착량의 연산을 실행한다.

이와 같이, 광량차 Id를 고려하여, 토너 부착량의 연산에 있어서의 절환 레벨을 동적으로 설정함으로써, 보다 정밀도가 좋은 토너 부착량의 측정 결과를 얻을 수 있다. 피크차를 측정하여 Dth를 절환하는 제어가 광량차를 측정하는 경우와 마찬가지로 행해질 수 있다.

<제3 실시예>

이하, 본 발명에 관한 제3 실시예의 계조 보정을 설명한다. 제3 실시예에 있어서, 제1 실시예, 제2 실시예와 같은 구성에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 그 상세 설명을 생략한다.

제1 실시예, 제2 실시예에 있어서는, 절환 레벨을 사용하여, 토너 부착량의 연산에 사용하는 데이터로서 위치차와 광량차를 절환하는 예를 설명하였다. 제3 실시예에 있어서는, 데이터를 절환하지 않고, 모든 위치차와 광량차의 데이터를 사용하여 토너 부착량을 연산하는 예를 설명한다.

도 24는 제3 실시예의 부착량 연산부(905)에 의한 토너 부착량의 연산을 설명하는 흐름도이다.

부착량 연산부(905)는, 농도 신호치 Sig에 따른 가중치 Wp(Sig), Wi(Sig)를 사용하여, 토너 부착량의 연산에 대한 위치차 Pd와 광량차 Id의 기여율을 변화시킨다. 그 후에, 각 토너 패치(105)에 대응하는 가중치 부여 후의 위치차와 광량차의 평균치를 토너 부착량의 연산에 사용한다.

그러나, 위치차 Pd의 단위와 광량차 Id의 단위는 다르기 때문에, 단순히 위 치차 Pd와 광량차 Id를 나열한 것만으로는, 토너 부착량을 나타내는 데이터가 획득되지 않는다. 위치차 Pd와 광량차 Id의 단위를 맞추기 위해, 부착량 연산부(905)는 위치차 기억부(902)에 기억된 위치차 Pd의 최대치와 최소치로부터 최대 위치 변화 ΔPmax를 계산한다(S170). 최대 위치차 ΔPmax는, 도 26에 나타내는 바와 같이, 다른 농도로 형성된 복수의 토너상으로부터 얻어지는, 복수의 반사파형 데이터의 피크 위치의 최대차를 나타내고 있다. 도 26에서는 농도 신호치가 0 내지 255까지의 농도가 다른 토너상으로부터 얻어진 복수의 반사파형의 피크 위치로부터 ΔPmax를 구하고 있다.

부착량 연산부(905)는 광량차 기억부(904)에 기억된 광량차 Id의 최대치와 최소치로부터 최대 광량 변화 ΔImax를 계산한다(S171). 최대 광량 변화 ΔImax는, 도 26에 나타낸 바와 같이, 다른 농도로 형성된 복수의 토너상으로부터 얻어지는, 복수의 반사파형 데이터의 광량의 최대차를 나타내고 있다. 도 26에서는 농도 신호치가 0 내지 255까지의 농도의 다른 토너상으로부터 얻어진 복수의 반사파형 데이터의 광량차(피크 높이)로부터 ΔImax를 구하고 있다.

그 후에, 부착량 연산부(905)는 단위를 맞추는 데에 이용되는 계수 k'로서 ΔPmax/ΔImax를 계산하고(S172), 광량차 기억부(904)가 기억하는 각 광량차 Id에 계수 k'를 곱하여, 광량차 Id를 위치차 Pd로 변환한다(S173).

부착량 연산부(905)는 광량차 기억부(904)에 기억된 위치차 Pd'(변환 후의 광량차)에 수학식 11에 나타내는 농도 신호치 Sig에 따른 가중치 Wi(Sig)를 곱한다.

부착량 연산부(905)는 위치차 기억부(902)에 기억된 위치차 Pd에 수학식 12에 나타내는 농도 신호치 Sig에 따른 가중치 Wp(Sig)를 곱한다.

이러한 방식으로, 부착량 연산부(905)는 각 토너 패치에 대응하는 데이터에 가중치 부여를 행한다(S174).

수학식 12에 나타내는 바와 같이, 가중치 Wp(Sig)는 농도 신호치 Sig가 "255"(최대)인 경우에는 "1", "0"(최소)인 경우에는 "0"이 되는 가중치, 즉, 0≤Wp(Sig)≤1이다. 수학식 11에 나타낸 바와 같이, 가중치 Wi(Sig)는, 농도 신호치 Sig가 "255"(최대)인 경우에는 "0", "0"(최소)인 경우는 "1"이 되는 가중치, 즉, 0≤Wi(Sig)≤1이다. 따라서, 토너 부착량의 연산에 대해서, 위치차 Pd의 기여율은 고농도 영역에서 높아지고, 광량차 Id의 기여율은 저농도 영역에서 높아진다.

앞선 설명에서는, 위치차 Pd와 광량차 Id에 균등하게 가중치 부여하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 토너 패치(105)의 패턴에 따라 적절히 가중치 부여를 행할 수 있을 것이다.

다음으로, 부착량 연산부(905)는, 각 토너 패치마다 가중치를 곱한 위치차와, 위치차로 변환하여 가중치를 곱한 광량차의 평균치를 계산하고, 평균치를 농도 신호치 Sig에 관련시킨다(S175). 그 후에, 부착량 연산부(905)는 각 평균치에 토 너량 측정부(507)의 기하학적 구성으로부터 결정되는 계수 j를 곱하여, 이들을 토너 부착량(단위는 μm)으로 변환한다(S176).

<변형예>

도 25는 특정 환경에 있어서의 토너 혼합률과 토너 대전량의 관계를 나타내는 그래프이다.

토너 혼합률과 토너 대전량의 관계는 화상 형성 장치가 설치되어 있는 환경(온도, 습도 등)에 의해 변화되므로, 화상 형성 장치 내에는 환경 변화를 검출하는 환경 센서가 설치되어 있다. 따라서, 환경 센서가 검출한 온도나 습도에 따라서 토너 패치를 형성하고, 토너량 측정부(507)에 의한 토너 패치의 측정 결과로부터 토너 대전량을 산출할 수 있다. 그리고, 도 25를 참조하여, 화상 형성 장치의 환경 조건에 따른 토너 혼합률(토너량과, 토너량+캐리어량의 비율)을 산출하여, 토너 보급량을 제어한다. 즉, 토너 대전량으로부터 그 시점에서의 적정한 토너 혼합비를 산출할 수 있다.

토너 혼합률이 적정한 토너 혼합률(예를 들어, 10%)보다 높으면 토너 보급을 정지하고, 토너 혼합률이 적정한 토너 혼합률보다 낮으면 적정한 토너 혼합률로 맞추기 위해 토너 보급을 개시한다.

상술한 실시예에 따르면, 하나의 센서로 패치 센서와 레이저 변위 센서의 기능을 실현한다. 농도 영역, 도트 패턴, 스크린 패턴에 따라서, 토너 부착량의 측정에, 패치 센서 기능에 의한 적산 광량 변화(integrated light amount change)를 주로 사용할지, 레이저 변위 센서 기능에 의한 토너층 두께 변화를 주로 사용할지 를 절환한다. 따라서, 고정밀도로 토너 부착량을 측정하는 것이 가능해진다. 또한, 패치 사이즈를 종래보다도 대폭으로 작게 하여, 토너 소비량을 저감할 수 있다. 또한, 종래 방법에서는 인접하는 화상 영역 사이에 토너 패치를 형성하였다. 그러나, 화상 영역에 인접한 비화상 영역에 토너 패치를 형성하기 때문에, 화상 형성 장치에 있어서의 생산성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 토너 패치의 수를 늘림으로써, 농도 보정의 정밀도가 더 향상될 수 있다.

전술한 바와 같이, 각 토너 패치 또는 패치 패턴이 저농도 영역에 있는지 여부에 따라서, 하나의 센서로 검출한 반사광량과 토너 높이를 절환하여 토너 부착량을 산출한다. 따라서, 화상 처리 장치의 대형화, 비용 상승을 초래하지 않고, 색 재현성과 최대 농도를 보증할 수 있다. 또한, 측정 광원으로서 반도체 레이저를 사용하기 때문에, 토너 패치의 사이즈를 작게 할 수 있다. 따라서, 화상 형성 장치의 생산성을 떨어뜨리지 않고, 계조 보정을 실현하여, 토너 소비량을 저감시킬 수 있다. 또한, 토너 패치의 수를 늘려, 계조 재현성의 정밀도화를 더 향상할 수도 있다.

<예시적인 실시예>

본 발명은 복수의 장치(예를 들면, 호스트 컴퓨터, 인터페이스, 리더, 프린터)에 의해서 구성되는 시스템, 또는 단일 장치를 포함하는 장치(예를 들면, 복사기, 팩시밀리기)에 이용될 수 있다.

또한, 본 발명은 컴퓨터 시스템 또는 장치(예를 들면, 퍼스널 컴퓨터)로 하여금 전술한 프로세스를 수행하기 위한 프로그램 코드를 저장하는 저장 매체를 제 공할 수 있으며, 컴퓨터 시스템 또는 장치의 CPU 또는 MPU에 의해서 저장 장치로부터 그 프로그램 코드를 판독하고, 그 후에 그 프로그램을 실행할 수 있다.

이 경우에, 저장 매체로부터 판독된 프로그램 코드는 실시예에 따른 기능을 구현한다.

또한, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광 디스크, 자기 광 디스크, CD-ROM, CD-R, 자기 테이프, 비휘발성 메모리 카드 및 ROM과 같은 저장 매체가 프로그램 코드를 제공하는 데에 이용될 수 있다.

또한, 전술한 실시예들에 따른 전술한 기능이 컴퓨터에 의해서 판독되는 프로그램 코드를 실행함으로써 구현될 수 있으며, 또한, 본 발명은 컴퓨터상에서 동작하는 OS(operating system) 등이 프로그램 코드의 지정에 따라 일부 또는 전체 프로세스를 수행하고, 전술한 실시예들에 따른 기능을 구현하는 경우를 포함한다.

또한, 본 발명은, 저장 매체로부터 판독된 프로그램 코드가 컴퓨터에 삽입되는 기능 확장 카드 또는 컴퓨터에 접속된 기능 확장부에 제공되는 메모리 내에 기록된 후에, 프로그램 코드의 지정에 따라 일부 또는 전체 프로세스를 수행하고, 전술한 실시예들의 기능을 구현하는 경우 또한 포함한다.

본 발명이 전술한 기억 매체에 이용되는 경우에, 기억 매체는 실시예에서 기술된 흐름도에 대응하는 프로그램 코드를 저장한다.

본 발명의 실시예는 화상 형성 장치의 상 담지체(image carrying member)에 형성된 토너상(toner image)의 토너량을 측정하는 측정 장치를 제공할 수 있으며, 이러한 장치는, 토너상에 대해 광을 조사하는 광 조사 수단과, 서로 인접하여 설치 된 복수의 수광 소자를 구비하고, 토너상을 촬상하는 촬상 수단과, 토너상으로부터 반사된 광을 복수의 수광 소자로 수광하여 얻어지는 데이터로부터 반사파형의 피크 위치에 관한 정보와 반사파형의 피크 높이에 관한 정보를 취득하고, 피크 위치 및 피크 높이 중 적어도 하나와, 형성되는 토너상의 농도에 관한 정보에 기초하여 토너량을 산출하는 산출 수단을 구비한다.

이러한 측정 장치에 있어서, 산출 수단은, 형성되는 토너상의 농도가 높은 경우에는 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하고, 형성되는 토너상의 농도가 낮은 경우에는 피크 높이에 기초하여 토너량을 산출한다.

바람직하게, 산출 수단은, 다른 농도의 복수의 토너상의 토너량을 측정할 때에, 고농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 높이와 저농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 높이의 차에 따라서, 다른 농도의 복수의 토너상 중에서 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상과, 피크 높이에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상을 결정한다.

바람직하게, 산출 수단은, 다른 농도의 복수의 토너상의 토너량을 측정할 때에, 고농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 위치와 저농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 위치의 차에 따라서, 다른 농도의 복수의 토너상 중에서 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상과, 피크 높이에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상을 결정한다.

바람직하게, 산출 수단은, 형성되는 토너상의 농도가 낮은 경우에는, 피크 위치보다도 피크 높이에 가중치를 부여하여 피크 위치와 피크 높이로부터 토너량을 산출하고, 형성되는 토너상의 농도가 높은 경우에는, 피크 높이보다도 피크 위치에 가중치를 부여하여 피크 위치와 피크 높이로부터 토너량을 산출한다.

본 발명의 다른 실시예는 화상 형성 장치의 상 담지체(image carrying member)에 형성된 토너상의 토너량을 측정하는 측정 장치를 제공할 수 있으며, 이러한 측정 장치는, 토너상에 대해 광을 조사하는 광 조사 수단과, 서로 인접하여 설치된 복수의 수광 소자를 구비하고, 토너상을 촬상하는 촬상 수단과, 토너상으로부터 반사된 광을 복수의 수광 소자로 수광하여 얻어지는 데이터로부터 반사파형의 피크 위치에 관한 정보와 반사파형의 면적에 관한 정보를 취득하고, 피크 위치와 면적 중 적어도 하나와, 형성되는 토너상의 농도에 관한 정보에 기초하여 토너량을 산출하는 산출 수단을 포함한다.

이러한 장치에서, 산출 수단은, 형성되는 토너상 농도가 높은 경우에는 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하고, 형성되는 토너상의 농도가 낮은 경우에는 면적에 기초하여 토너량을 산출한다.

바람직하게, 산출 수단은, 다른 농도의 복수의 토너상의 토너량을 측정할 때에, 고농도의 토너상의 반사파형 데이터의 면적과 저농도의 토너상의 반사파형 데이터의 면적의 차에 따라서, 다른 농도의 복수의 토너상 중에서 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상과, 면적에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상을 결정한다.

바람직하게, 산출 수단은, 다른 농도의 복수의 토너상의 토너량을 측정할 때에, 고농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 위치와 저농도의 토너상의 반사파 형 데이터의 피크 위치의 차에 따라서, 다른 농도의 복수의 토너상 중에서 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상과, 면적에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상을 결정한다.

바람직하게, 산출 수단은, 형성되는 토너상의 농도가 낮은 경우에는, 피크 위치보다도 면적에 가중치를 부여하여 피크 위치와 면적으로부터 토너량을 산출하고, 형성되는 토너상의 농도가 높은 경우에는, 면적보다도 피크 위치에 가중치를 부여하여 피크 위치와 면적으로부터 토너량을 산출한다.

바람직하게, 서로 인접하여 설치된 수광 소자의 피치(pitch)는 촬상 수단의 집광 렌즈의 광학 배율과 토너의 평균 입경(particle diameter)의 곱 이하이다.

본 발명의 또 다른 실시예는, 상 담지체에 토너상을 형성하는 화상 형성 수단과, 전술한 측정 장치를 포함하는 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.

<기타 실시예>

본 발명의 양태는, 메모리 장치에 기록된 프로그램을 판독하고 실행하여 전술한 실시예(들)의 기능을 수행하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터(또는 CPU 또는 MPU와 같은 장치)에 의해서, 그리고, 예를 들면, 메모리 장치에 기록된 프로그램을 판독하고 실행함으로써 전술한 실시예(들)의 기능을 수행하여, 단계들이 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해서 수행되는 방법에 의해서 구현될 수도 있다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들면, 네트워크를 통해서, 또는 메모리 장치의 역할을 하는 다양한 형태의 기록 매체(예를 들면, 컴퓨터 판독가능 매체)로부터 프로그램이 컴퓨터에 제공된다.

본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명이 전술한 예시적인 실시예들에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 아래의 특허청구범위의 범위는, 모든 변형 및 등가 구조 및 기능을 포함하도록 최광의적으로 해석되어야 한다.

도 1은 일반적인 반사광량의 측정 방법을 나타내는 도면.

도 2는 X-Rite사로부터 입수가능한 530 분광 농도계의 센서 출력을 나타내는 그래프.

도 3은 일반적인 패치 센서의 구성을 도시하는 도면.

도 4는 포토다이오드의 출력을 나타내는 그래프.

도 5의 (a)와 도 5의 (b)는 레이저 변위 센서를 도시하는 도면.

도 6은 레이저 변위 센서에 의해 토너 부착량을 측정한 결과를 나타내는 그래프.

도 7은 일 실시예의 화상 형성 장치의 구성을 나타내는 블록도.

도 8은 화상 형성 장치의 제어부의 구성을 나타내는 블록도.

도 9는 토너량 측정부의 구성을 나타내는 블록도.

도 10은 면적 계조법에 의해 형성된 토너 패치의 토너 부착량의 계측 방법을 설명하는 도면.

도 11은 신호 처리부의 구성을 나타내는 블록도.

도 12는 가우스 함수에 의한 커브 피팅을 설명하는 도면.

도 13은 지지체 상에 형성되는 패치 패턴의 일례를 나타내는 도면.

도 14a 내지 도 14d는 토너의 적층 상태를 모식적으로 도시하는 도면.

도 15의 (a) 내지 도 15의 (f)는 패치 패턴의 단면 프로파일의 일례를 나타내는 도면.

도 16a와 도 16b는 패치 패턴의 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프.

도 17a와 도 17b는 토너량 측정부의 A/D 컨버터가 출력하는 반사파형을 설명하는 그래프.

도 18은 부착량 연산부에 의한 토너 부착량의 연산을 설명하는 흐름도.

도 19는 해상도(스크린 선수 및 각도)로 결정되는 도트간의 최대 거리에 대한 검출 방법의 절환 레벨을 나타내는 그래프.

도 20은 농도 신호치와 위치차의 관계예를 나타내는 위치차-토너량 환산 테이블.

도 21은 농도 신호치와 광량차의 관계예를 나타내는 광량차-토너량 환산 테이블.

도 22a와 도 22b는 프린터부의 기록 특성과 계조 보정 테이블의 일례를 나타내는 도면.

도 23은 제2 실시예의 부착량 연산부에 의한 절환 레벨의 결정 처리를 설명하는 흐름도.

도 24는 제3 실시예의 부착량 연산부에 의한 토너 부착량의 연산을 설명하는 흐름도.

도 25는 특정 환경에 있어서의 토너 혼합률과 토너 대전량의 관계를 나타내는 그래프.

도 26은 최대 위치차 ΔPmax와 최대 광량 변화 ΔImax를 설명하는 도면.

도 27a 내지 도 27f는 저농도에서 고농도로 토너 농도가 변화된 경우의 반사 파형의 그래프.

도 28의 (a)와 도 28의 (b)는 반사파형의 출력 신호를 설명하는 도면.

도 29a 내지 도 29c는 피크 위치를 산출하는 방법을 설명하는 그래프.

Claims (16)

1. 화상 형성 장치의 상 담지체(image carrying member)에 형성된 토너상(toner image)의 토너량을 측정하는 측정 장치이며,

   상기 토너상에 대해 광을 조사하는 광 조사부와,

   서로 인접하여 설치된 복수의 수광 소자를 구비하고, 상기 토너상을 촬상하는 촬상부와,

   상기 토너상으로부터 반사된 광을 상기 복수의 수광 소자로 수광하여 얻어지는 데이터로부터 반사파형의 피크 위치에 관한 정보 및 상기 반사파형의 피크 높이에 관한 정보를 취득하고, 상기 피크 위치 및 상기 피크 높이 중 적어도 하나와, 형성되는 토너상의 농도에 관한 정보에 기초하여 토너량을 산출하는 산출부

   를 포함하는 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 산출부는, 상기 형성되는 토너상의 농도가 높은 경우에는 상기 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하고, 상기 형성되는 토너상의 농도가 낮은 경우에는 상기 피크 높이에 기초하여 토너량을 산출하는 측정 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 산출부는, 다른 농도의 복수의 토너상의 토너량을 측정할 때에, 고농도 의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 높이와 저농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 높이의 차에 따라서, 상기 다른 농도의 복수의 토너상 중에서 상기 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상과, 상기 피크 높이에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상을 결정하는 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 산출부는, 다른 농도의 복수의 토너상의 토너량을 측정할 때에, 고농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 위치와 저농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 위치의 차에 따라서, 상기 다른 농도의 복수의 토너상 중에서 상기 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상과, 상기 피크 높이에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상을 결정하는 측정 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 산출부는, 상기 형성되는 토너상의 농도가 낮은 경우에는, 상기 피크 위치보다도 상기 피크 높이에 가중치를 부여하여 상기 피크 위치와 상기 피크 높이로부터 토너량을 산출하고, 상기 형성되는 토너상의 농도가 높은 경우에는, 상기 피크 높이보다도 상기 피크 위치에 가중치를 부여하여 상기 피크 위치와 상기 피크 높이로부터 토너량을 산출하는 측정 장치.
6. 화상 형성 장치의 상 담지체에 형성된 토너상의 토너량을 측정하는 측정 장 치이며,

   상기 토너상에 대해 광을 조사하는 광 조사부와,

   서로 인접하여 설치된 복수의 수광 소자를 구비하고, 상기 토너상을 촬상하는 촬상부와,

   상기 토너상으로부터 반사된 광을 상기 복수의 수광 소자로 수광하여 얻어지는 데이터로부터 반사파형의 피크 위치에 관한 정보 및 상기 반사파형의 면적에 관한 정보를 취득하고, 상기 피크 위치 및 상기 면적 중 적어도 하나와, 형성되는 토너상의 농도에 관한 정보에 기초하여 토너량을 산출하는 산출부

   를 포함하는 측정 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 산출부는, 상기 형성되는 토너상 농도가 높은 경우에는 상기 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하고, 상기 형성되는 토너상의 농도가 낮은 경우에는 상기 면적에 기초하여 토너량을 산출하는 측정 장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 산출부는, 다른 농도의 복수의 토너상의 토너량을 측정할 때에, 고농도의 토너상의 반사파형 데이터의 면적과 저농도의 토너상의 반사파형 데이터의 면적의 차에 따라서, 상기 다른 농도의 복수의 토너상 중에서 상기 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상과, 상기 면적에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상 을 결정하는 측정 장치.
9. 제6항에 있어서,

   상기 산출부는, 다른 농도의 복수의 토너상의 토너량을 측정할 때에, 고농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 위치와 저농도의 토너상의 반사파형 데이터의 피크 위치의 차에 따라서, 상기 다른 농도의 복수의 토너상 중에서 상기 피크 위치에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상과, 상기 면적에 기초하여 토너량을 산출하는 토너상을 결정하는 측정 장치.
10. 제6항에 있어서,

    상기 산출부는, 상기 형성되는 토너상의 농도가 낮은 경우에는, 상기 피크 위치보다도 상기 면적에 가중치를 부여하여 상기 피크 위치와 상기 면적으로부터 토너량을 산출하고, 상기 형성되는 토너상의 농도가 높은 경우에는, 상기 면적보다도 상기 피크 위치에 가중치를 부여하여 상기 피크 위치와 상기 면적으로부터 토너량을 산출하는 측정 장치.
11. 제6항에 있어서,

    서로 인접하여 설치된 상기 수광 소자의 피치는 상기 촬상부의 집광 렌즈의 광학 배율과 토너의 평균 입경의 곱(product) 이하인 측정 장치.
12. 상 담지체에 토너상을 형성하는 화상 형성부와,

    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 측정 장치

    를 포함하는 화상 형성 장치.
13. 상 담지체에 토너상을 형성하는 화상 형성부와,

    제6항 내지 제11항 중 어느 한 항의 측정 장치

    를 포함하는 화상 형성 장치.
14. 화상 형성 장치의 상 담지체에 형성된 토너상의 토너량을 측정하는 방법이며,

    상기 토너상에 대해 광을 조사하는 단계와,

    서로 인접하여 설치된 복수의 수광 소자를 이용하여 상기 토너상을 촬상하는 단계와,

    상기 토너상으로부터 반사된 광을 상기 복수의 수광 소자로 수광하여 얻어지는 데이터로부터 반사파형의 피크 위치에 관한 정보 및 상기 반사파형의 광량에 관한 정보를 취득하는 단계와,

    상기 피크 위치 및 상기 광량 중 적어도 하나와, 형성되는 토너상의 농도에 관한 정보에 기초하여 토너량을 산출하는 단계

    를 포함하는 측정 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 광량에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 반사파형의 피크 높이와 상기 반사파형의 면적 중 적어도 하나에 관한 정보를 획득하는 단계를 포함하는 측정 방법.
16. 컴퓨터에서 실행될 때에, 상기 컴퓨터로 하여금 화상 형성 장치의 상 담지체에 형성되는 토너상의 토너량을 측정하도록 하는 컴퓨터 실행가능 인스트럭션(instruction)을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체이며,

    상기 인스트럭션은,

    상기 토너상에 대해 광을 조사하는 인스트럭션과,

    서로 인접하여 설치된 복수의 수광 소자를 이용하여 상기 토너상을 촬상하는 인스트럭션과,

    상기 토너상으로부터 반사된 광을 상기 복수의 수광 소자로 수광하여 얻어지는 데이터로부터 반사파형의 피크 위치에 관한 정보 및 상기 반사파형의 광량에 관한 정보를 취득하는 인스트럭션과,

    상기 피크 위치 및 상기 광량 중 적어도 하나와, 형성되는 토너상의 농도에 관한 정보에 기초하여 토너량을 산출하는 인스트럭션

    을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.

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