(57)【要約】【課題】記録材を消費することも、画像と画像の間隔を拡大することもなく、テスト画像測定モードを実行してトナー像形成条件を制御できる画像形成装置を提供する。【解決手段】制御部５０は、テスト画像測定モードが指令されると、画像形成部Ｐａ、Ｐｂによりスクリーン角度が９０度と４５度のイエローとマゼンタのパッチトナー像を形成して、中間転写ベルト５１に転写して重ね合わせる。トナー高さセンサ３０は、中間転写ベルト５１に重ねて転写されたパッチトナー像の高さを連続的に検出して回転方向の高さ分布信号を形成する。制御部５０は、回転方向の高さ分布信号を一次元フーリエ解析して、イエローとマゼンタのピークを分離し、それぞれのピーク下の積分値に応じたトナー載り量を出力する。【選択図】図１
2010237523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン角度とスクリーン線数のうち少なくとも一方が異なるように第１の色のトナー像と第２の色のトナー像を画像搬送体に重ねて形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像形成手段により前記画像搬送体に重ねて形成された前記第１の色のテスト画像と前記第２の色のテスト画像の移動方向における高さ分布を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記第１の色のテスト画像と前記第２の色のテスト画像の高さ分布に基づき、前記トナー像形成手段によるトナー像形成条件を制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記重ねて形成された前記テスト画像の高さ分布を周波数解析して個別の前記テスト画像のトナー載り量を演算することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記重ねて形成された前記テスト画像の高さ分布を一次元フーリエ解析して周波数分布曲線を求め、周波数分布曲線上のピークごとにピークの積分値に応じたトナー載り量を出力することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記高さ分布検出手段は、レーザ光を照射して照射面を三角測距するレーザ変位センサであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数色のトナー像を中間転写体等に転写して重ね合わせる画像形成装置、詳しくは、カラー調整に用いる複数色のトナー像を重なり状態で検出して個別のトナー載り量を求める演算処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体に形成した複数色のトナー像を画像搬送体（中間転写体又は記録材搬送体）に転写して重ね合わせることによりフルカラー画像を形成する画像形成装置が広く用いられている。フルカラー画像形成装置は、複数色の現像を行う１個の像担持体を用いる方式と、複数の像担持体から各色別のトナー像を転写して重ね合わせる方式とを含む。
【０００３】
フルカラー画像形成装置は、複数色のトナー像におけるトナー載り量の比率が変化すると中間色（二次色）の色調が変化して画像品質が低下する。そのため、各色別のテスト画像（パッチトナー像）を形成して濃度又は色調を測定するテスト画像測定モードが所定のタイミングで実行される。テスト画像測定モードでは、所定条件で各色のテスト画像（トナー像）が形成され、テスト画像の濃度測定結果を各色のトナー像形成条件にフィードバックして出力画像のカラーバランスを適正化する。
【０００４】
特許文献１に示されるテスト画像測定モードは、各色のテスト画像を中間転写体上で重ね合わせて記録材に転写して定着し、定着された記録材上のテスト画像をカラーセンサで測定する。このため、テスト画像測定モードを実行するごとに、記録材が消費されて不必要な画像が出力されてしまう。
【０００５】
そこで、中間転写体上で各色のテスト画像のトナー載り量を測定して、記録材を消費することなくテスト画像測定モードを実行することが提案されている。
【０００６】
特許文献２に示されるテスト画像測定モードは、各色のテスト画像（パッチトナー像）が、中間転写体の別々の位置に転写され、中間転写体上で各色のテスト画像が個別にトナー載り量を測定される。中間転写体に転写された各色のテスト画像に対して、光学センサが順番に赤外線の照明光を照射して、正反射光の光量を個別に測定している。
【０００７】
特許文献３には、レーザ光を照射して照射面を三角測距するレーザ変位センサを用いてトナー高さを測定する画像形成装置が示される。ここでも、各色のテスト画像は、別々に高さを測定されてトナー載り量に換算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１４３４４号公報
【特許文献２】特開２００７−６５６４１号公報
【特許文献３】特開２００８−３２７３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に示される制御では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのテスト画像を一列に並べて形成するため、通常の画像と画像の間隔（いわゆる紙間）には収まらない。
【００１０】
ここで、画像と画像の間隔を拡大すれば、４色のテスト画像を一列に並べて形成できるが、画像と画像の間隔を拡大すると画像形成装置の生産性が低下する。複数の間隔に分けて４色のテスト画像を形成した場合、テスト画像測定モードの実行頻度が低下する。光学センサを複数配置して、複数色のテスト画像を並列に検出する場合、光学センサの設置コストが増すとともに、光学センサ間の特性のばらつきがカラー調整の誤差となる。
【００１１】
本発明は、記録材を消費することも、画像と画像の間隔を拡大することもなく、テスト画像測定モードを実行してトナー像形成条件を制御できる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の画像形成装置は、スクリーン角度とスクリーン線数のうち少なくとも一方が異なるように第１の色のトナー像と第２の色のトナー像を画像搬送体に重ねて形成するトナー像形成手段と、前記トナー像形成手段により前記画像搬送体に重ねて形成された前記第１の色のテスト画像と前記第２の色のテスト画像の移動方向における高さ分布を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記第１の色のテスト画像と前記第２の色のテスト画像の高さ分布に基づき、前記トナー像形成手段によるトナー像形成条件を制御する制御手段とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の画像形成装置は、第１の色のテスト画像と第２の色のテスト画像とで高さ分布の周期性が異なることを利用することにより、重ねて形成された個別のテスト画像の検出上方を分離することができる。このため、第１の色のテスト画像と第２の色のテスト画像とを重ねたトナー像の状態で一体に検出しても、各色のトナー像形成条件を制御できる。
【００１４】
従って、記録材を消費することも、画像と画像の間隔を拡大することもなく、テスト画像測定モードを実行してトナー像形成条件を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】画像形成部の構成の説明図である。
【図３】パッチトナー像の配置の説明図である。
【図４】トナー高さセンサの説明図である。
【図５】トナー載り量検知制御のフローチャートである。
【図６】パッチトナー像の回転方向の高さ分布の周波数解析のフローチャートである。
【図７】実施例１におけるパッチトナー像の配置の説明図である。
【図８】個別のパッチトナー像の説明図である。
【図９】重なったパッチトナー像の説明図である。
【図１０】個別のパッチトナー像の検出信号である。
【図１１】重なったパッチトナー像の検出信号である。
【図１２】重なったパッチトナー像の検出信号の周波数分析結果である。
【図１３】積分処理の説明図である。
【図１４】積分値とトナー載り量との関係の説明図である。
【図１５】実施例２における重なったパッチトナー像の検出信号の周波数分析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、重なったテスト画像（パッチトナー像）の移動方向の高さ分布が測定される限りにおいて、実施形態の構成の一部又は全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１７】
従って、画像搬送体として中間転写体を用いる画像形成装置のみならず、画像搬送体として記録材搬送体を用いる画像形成装置でも実施できる。画像搬送体に沿って複数の感光ドラムを配置したタンデム型のみならず、画像搬送体に１個の感光ドラムを当接させた１ドラム型でも実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【００１８】
なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
【００１９】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図、図２は画像形成部の構成の説明図である。図３はパッチトナー像の配置の説明図である。
【００２０】
図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写体の一例である中間転写ベルト５１に沿ってトナー像形成手段の一例である画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、記録材Ｐ上のトナー量がそれぞれ０．５ｍｇ／ｃｍ２のとき、定着後の反射濃度が概ね１．６になるように設定されている。
【００２１】
画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５１に一次転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５１のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に中間転写ベルト５１に順次重ねて一次転写される。
【００２２】
中間転写ベルト５１に一次転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置７で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、画像形成装置１００の外部へ排出される。
【００２３】
中間転写ベルト５１は、テンションローラ５２、駆動ローラ５３、及び対向ローラ５６に掛け渡して支持され、駆動ローラ５３に駆動されて３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。中間転写ベルト５１は、ポリイミド（ＰＩ）にカーボン粒子を含有させて体積抵抗率を１０８．５Ω・ｃｍに調整した材料で厚み１００μｍ、幅４００ｍｍ、周長８００ｍｍに形成されている。体積抵抗率は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１法準拠プローブを使用して、印加電圧１００Ｖ、印加時間６０ｓｄｃ、２３℃５０％ＲＨにて測定した。ただし、ＰＣ、ＰＤＴ、ＰＶＤＦのような誘電体樹脂又は他の材料を用いて、異なる体積抵抗率及び厚みに形成してもよい。
【００２４】
記録材カセット８からピックアップローラ８１により引き出された記録材Ｐは、分離ローラ８２で１枚ずつに分離して、レジストローラ８３へ送り出される。レジストローラ８３は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト５１のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。
【００２５】
二次転写ローラ５７は、接地電位に接続された対向ローラ５６との間に中間転写ベルト５１を挟み込んで、中間転写ベルト５１と二次転写ローラ５７との間に二次転写部Ｔ２を形成する。電源Ｄ２から二次転写ローラ５７へ直流電圧が印加されることにより、負極性に帯電して中間転写ベルト５１に担持された４色のトナー像が、中間転写ベルト５１に重ねて二次転写部Ｔ２にニップされた記録材Ｐへ二次転写される。
【００２６】
定着装置７は、内部にハロゲンランプヒータ７３を設けた回転自在な定着ローラ７１に加圧ローラ７２を圧接しており、ハロゲンランプヒータ７３への電圧を制御して定着ローラ７１の表面温度を調節している。
【００２７】
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれの現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、他の画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、説明中の符号末尾のａを、ｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。
【００２８】
図２に示すように、画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、帯電ローラ２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ５ａ、クリーニング装置６ａを配置している。
【００２９】
感光ドラム１ａは、アルミニウムの導電性基体１１の外周に帯電極性が負極性の光導電層１２を形成した円筒状のＯＰＣ感光体である。感光ドラム１ａは、回転軸線上に配置された支軸１３を中心にして、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。帯電ローラ２は、導電性の芯金２１の外周に低抵抗導電層２２と中抵抗導電層２３とが形成され、芯金２１の両端部を回転自在に軸支して感光ドラム１ａの回転軸線に平行に配置されている。帯電ローラ２ａは、感光ドラム１ａに当接して従動回転し、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を電源Ｄ３から印加されることにより、感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の電位に帯電する。
【００３０】
露光装置３ａは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザビームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。
【００３１】
現像装置４ａは、現像容器４１に充填された二成分現像剤を攪拌スクリュー４５、４６で攪拌して、二成分現像剤中の磁性キャリアを正極性、非磁性トナーを負極性にそれぞれ帯電させる。現像スリーブ４２は、固定磁極４３の周囲で感光ドラム１ａに対してカウンタ方向に回転して、層厚規制ブレードで層厚規制された二成分現像剤を磁気的に担持して感光ドラム１ａへ摺擦させる。電源Ｄ４は、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４２へ印加する。これにより、負極性に帯電したトナーが、現像スリーブ４２よりも相対的に正極性となった感光ドラム１ａの静電像へ移転して、静電像が反転現像される。
【００３２】
一次転写ローラ５ａは、芯金の外周面に円筒状の導電層を配置して構成され、両端部がスプリング（図示略）によって感光ドラム１ａに向けて付勢される。これにより、一次転写ローラ５ａは、所定の押圧力で中間転写ベルト５１を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト５１との間に一次転写部Ｔ１を形成する。電源Ｄ１から正極性の直流電圧が一次転写ローラ５ａに印加されることにより、感光ドラム１ａに担持された負極性のトナー像が、一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト５１へ一次転写される。
【００３３】
クリーニング装置６ａは、クリーニングブレード６１を所定の角度と圧力でもって加圧手段（図示略）によって感光ドラム１ａに当接させる。クリーニング装置６ａは、クリーニングブレード６１を感光ドラム１ａに摺擦して、一次転写部Ｔ１を通過して感光ドラム１ａの表面に残留した転写残トナーを掻き落として回収容器６２に回収する。
【００３４】
図１に示すように、画像形成装置１００は、テスト画像測定モードにおいて、各色のトナー載り量（画像濃度）を試験的に検知するためのテスト画像（パッチトナー像）を中間転写ベルト５１上に形成する。それらのパッチトナー像のパッチ濃度を検知して目標濃度と比較することによって、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄにおける画像形成条件にフィードバックする、所謂トナー濃度制御が為される。調整される画像形成条件は、露光装置の露光量、現像スリーブに印加される直流電圧、階調補正カーブ、濃度補正テーブル等である。これにより、記録材上に形成されるフルカラー画像のトナー濃度を適切に制御して、色調が安定したカラー画像を得ることができる。
【００３５】
しかし、テスト画像測定モードでは画像形成装置１００が本来行うべき画像形成とは異なった動作を必要とする。このため、テスト画像測定モードが割り込まれると、出力される画像と画像との間隔に制御を割りこませてパッチトナー像を読み込む動作が行われる。
【００３６】
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像が形成される従来の画像形成装置では、図３の（ａ）に示すように、４色分のパッチトナー像を形成するために余分に画像間隔を空ける必要がある。このため、ダウンタイムが増大して好ましい状況ではなかった。
【００３７】
ダウンタイムを短縮するために、例えば、パッチトナー像の搬送方向に対する長さを短くして、制御時間を短縮することが可能である。しかし、パッチトナー像の濃度を検知する場合、パッチトナー像の長さを短くすることは、濃度バラツキや検知バラツキの影響を受け易くなるため、濃度検知の精度を落とす恐れがあり好ましくない。パッチトナー像内の濃度ばらつきや検知のばらつきを考慮して、パッチトナー像内で濃度検知を所定回数繰り返して平均値を用いているため、回数が減ると誤差が増えるからである。
【００３８】
従って、本実施形態の画像形成装置１００では、図３の（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数色のパッチトナー像を中間転写ベルト５１に転写して重ね合わせる。そして、中間転写ベルト上の重なったパッチトナー像の検出結果から、各色のパッチトナー像のトナー載り量（画像濃度又はトナー濃度）を演算する。重ねた多次色パッチトナー像を形成して、多次色パッチトナー像を読み込むことで、パッチトナー像の測定時間を減らして、大幅にダウンタイムを短縮することが可能になる。
【００３９】
しかし、パッチトナー像の濃度測定センサとしては、特許文献２に示されるように、赤外光を照射して照射部の反射光又は拡散光を検知してトナー濃度を検出する光学式センサが一般的である。そして、光学式センサを用いた場合、複数色が重なったパッチトナー像を検出して各色のパッチトナー像のトナー載り量を求めることは困難である。
【００４０】
すなわち、光学式センサは、トナーの色情報を直接検知しているわけではない。光学式センサが検知できる情報は、赤外光の照射に対するトナー像部と非トナー像部（中間転写ベルト表面）とにおける反射光（又は拡散光）の差分量である。つまり、中間転写ベルト表面をトナーが被覆している面積をトナー載り量として検知している。このため、二色のパッチトナー像が重なった二次色パッチトナー像を検知した場合、二色合計のトナー量（トナー被覆面積）を検知することは可能だが、各色のトナー載り量を区別して検知することはできない。
【００４１】
このため、従来の光学式センサを用いる限り、フルカラー画像形成装置において各色の濃度を管理するためには、図３の（ａ）に示すように、各色ごとにパッチトナー像を測定する必要がある。このため、ダウンタイムの増加もしくはランニングコストアップの弊害が発生して好ましい状況ではなかった。
【００４２】
そこで、画像形成装置１００では、各色のハーフトーントナー像がモアレを避けるために異なるスクリーンパターンで形成されていることを利用して、重なったパッチトナー像の検知結果を各色に分離する。これにより、最小限のダウンタイムでフルカラー画像形成装置における各色の濃度を、精度よく検知及び制御することを可能にしている。
【００４３】
すなわち、トナー像形成手段の一例である画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、スクリーン角度とスクリーン線数のうち少なくとも一方が異なるように第１の色のトナー像と第２の色のトナー像を画像搬送体の一例である中間転写ベルト５１に重ねて形成する。
【００４４】
高さ分布検出手段（３０）は、トナー像の回転方向の高さ分布を測定するように中間転写体（５１）の回転に伴って中間転写体上のパッチトナー像の高さを検出する。高さ分布検出手段（３０）は、レーザ光を照射して照射面を三角測距するレーザ変位センサである。トナー高さセンサ３０の検知対象は、複数色を同一領域で重ね合わせた多次色パッチトナー像である。トナー高さセンサ３０は、複数色のパッチトナー像が重なって通過する位置に配置される。
【００４５】
テスト画像測定モードでは、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄにより、複数色のパッチトナー像を画像と画像の間隔で形成して中間転写体（５１）に転写して重ね合わせる。パッチトナー像は、ハーフトーン画像のトナー像である。
【００４６】
制御部５０は、高さ分布検出手段（３０）を用いて検出された「重なったパッチトナー像」の回転方向の高さ分布を周波数解析して個別のパッチトナー像のトナー載り量を演算する。制御部５０は、重なったパッチトナー像の回転方向の高さ分布を一次元フーリエ解析して周波数分布曲線を求め、周波数分布曲線上のピークごとにピーク下の積分値に応じたトナー載り量を出力する。
【００４７】
＜テスト画像測定モード＞
図４はトナー高さセンサの説明図である。図５はトナー載り量検知制御のフローチャートである。図６はパッチトナー像の回転方向の高さ分布の周波数解析のフローチャートである。
【００４８】
図１に示すように、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、各色についてそれぞれ異なるスクリーン角度のスクリーンパターンを用いてハーフトーン処理を施した潜像パターンでトナー像を形成している。スクリーン角度は、中間転写ベルト５１上にトナー像が形成された際に、中間転写ベルト５１の回転方向を０°として、回転方向に対して時計回りの角度差で示される。イエローはスクリーン角度が９０°、マゼンタはスクリーン角度が４５°、シアンはスクリーン角度が５７°、ブラックはスクリーン角度が１３°であって、全て２００線／ｉｎｃｈのハーフトーン処理を行っている。
【００４９】
重なったパッチトナー像を検出して各色に分離するために、各色のパッチトナー像の高さ分布の空間周波数が重複しないように、同一線数における各色スクリーン角度は異なっている必要がある。そして、例えば１０°と１７０°のような搬送方向に対して線対称になるような角度も搬送方向の空間周波数が重複するので好ましくない。また、検出される空間周波数が低過ぎると周波数分析に支障があるので、各色スクリーン角度は少なくとも１０°以上の角度を中間転写ベルト５１の搬送方向に対して成すことが望ましい。
【００５０】
トナー高さセンサ３０は、中間転写ベルト５１の回転方向における画像形成部Ｐｄの下流側に配置されて、中間転写ベルト５１に転写して重ねた複数のパッチトナー像の高さ分布を測定する。
【００５１】
パッチトナー像の高さ分布を所定の精度で測定するためには、トナー高さセンサ３０と中間転写ベルト５１との距離を所定値に保つ必要がある。中間転写ベルト５１が駆動中のバタツキによってトナー高さセンサ３０と中間転写ベルト５１の表面との距離が振れると、パッチトナー像の高さの測定誤差になるからである。
【００５２】
そこで、中間転写ベルト５１の内側面が駆動ローラ５３に支持された位置にトナー高さセンサ３０を配置している。この位置であれば、駆動ローラ５３のバックアップによって中間転写ベルト５１には一定の張力が付与されて駆動ローラ５３と一体に回転しており、パッチトナー像が形成される中間転写ベルト５１の走行面が振動することなく所定高さに位置決められるからである。これにより、トナー高さセンサ３０は、中間転写ベルト５１との距離を固定されて、精度良くパッチトナー像の高さ情報を測定できる。
【００５３】
図４に示すように、トナー高さセンサ３０は、光源としての半導体レーザ３１から射出した光ビームの反射光を受光素子としてのＣＣＤ３２で検出して三角測距を行うレーザ変位センサである。
【００５４】
半導体レーザ３１は、駆動回路３６に駆動されて測定用の光ビームとしてレーザ光を出力する光源である。半導体レーザ３１から出力された光ビームは、コリメータレンズ３３によって平行光に整形され、被測定物であるパッチトナー像ＣＰに達して照射スポットを形成する。ＣＣＤ３２は、半導体レーザ３１の入射光軸に対して傾いた出射光軸上に配置され、パッチトナー像ＣＰからのレーザ光の反射光は、結像レンズ３４によってＣＣＤ３２上に結像する。
【００５５】
ＣＣＤ３２が入射光軸に対して傾いた出射光軸上に配置されているので、パッチトナー像ＣＰの表面の高さがｈ１の場合には、ＣＣＤ３２上の位置ｐ１に照射スポットの光像が形成される。そして、パッチトナー像ＣＰの表面の高さがｈ２の場合はＣＣＤ３２上の位置ｐ２に、パッチトナー像ＣＰの表面の高さがｈ３の場合はＣＣＤ３２上の位置ｐ３に照射スポットの光像が形成される。
【００５６】
このように、ＣＣＤ３２上の光像の結像位置は、パッチトナー像ＣＰの表面の高さに応じて変化し、ＣＣＤ３２からは、光像の結像位置に応じたレベルの信号が出力される。そして、パッチトナー像ＣＰは、中間転写ベルト５１と一体に３００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度で回転しているため、ＣＣＤ３２からは、中間転写ベルト５１の回転方向におけるパッチトナー像ＣＰの高さ分布に応じた時系列の信号が出力される。
【００５７】
ＣＣＤ３２の出力は、増幅回路３７で増幅して演算制御回路３５に読み取られる。演算制御回路３５は、駆動回路３６を制御して半導体レーザ３１の出力を制御するとともに、増幅回路３７の出力を所定の間隔でサンプリングして二値データに変換し、連続的に出力する。
【００５８】
トナー高さセンサ３０における半導体レーザ３１のレーザスポット径は３０μｍ、高さ方向の測定分解能は０．１μｍ、回転方向の分解能（サンプリング間隔）は１０μｍ程度である。
【００５９】
制御部５０は、演算制御回路３５から出力されるパッチトナー像ＣＰの高さ情報を演算することで、パッチトナー像ＣＰのトナー載り量（単位面積当たりのトナー量）を算出する。
【００６０】
制御部５０は、テスト画像測定モードが指令されると、複数色のパッチトナー像を形成して、中間転写ベルト５１に転写して重ね合わせる。重なったパッチトナー像をトナー高さセンサ３０により検出して各色のパッチトナー像のトナー載り量を演算する。ここでは、画像形成の開始に先立って実行されるテスト画像測定モードとしてのトナー載り量検知制御を説明する。
【００６１】
図１を参照して図５に示すように、制御部５０は、トナー載り量検知制御が指令されると、中間転写ベルト５１の駆動を開始して（Ｓ７００）、トナー高さセンサ３０の半導体レーザ（３１：図４）を点灯する（Ｓ７０１）。
【００６２】
制御部５０は、トナー高さセンサ３０を用いてトナー像の高さを正確に読み取るために、トナー高さセンサ３０を用いてトナー像が全く形成されていないブランク状態で、中間転写ベルト５１の高さを読み取る（Ｓ７０２）。読み取ったブランク状態のデータは、後述するトナー像の高さ情報値の補正データとして用いる。
【００６３】
制御手段（５０）は、検出手段（３０）により検出された第１の色のテスト画像と第２の色のテスト画像の高さ分布に基づき、トナー像形成手段（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ）によるトナー像形成条件を制御する。すなわち、制御部５０は、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに対して所定の帯電条件、露光条件、現像条件を設定して、所定のパッチトナー像の静電像を感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに書き込む。そして、現像スリーブ（４２：図２）に所定の振動電圧を印加することで、各色のパッチトナー像を形成し、中間転写体ベルト５１に各色のパッチトナー像を一次転写する（Ｓ７０３）。
【００６４】
ここで、各色のパッチトナー像は、上述したように各色で異なるハーフトーン処理を施しており、中間転写ベルト５１上で、パッチトナー像が重なるように静電像の書き出しタイミングを制御している。重ね合わせのタイミングについては、通常の画像形成と同様に行われる公知の制御のため、詳細な説明は省略する。
【００６５】
重なったパッチトナー像（多次色トナー像）は、中間転写ベルト５１の回転に伴って、トナー高さセンサ３０を３００ｍｍ／ｓｅｃの速度で通過する。制御部５０は、重なったパッチトナー像がトナー高さセンサ３０を通過する過程で、トナー高さセンサ３０を用いてトナー高さ情報を連続的に検出する（Ｓ７０４）。これにより、重なったパッチトナー像の回転方向の高さ分布が測定される。
【００６６】
制御部５０は、重なったパッチトナー像の回転方向の高さ分布の測定後、中間転写ベルト５１の駆動を停止して（Ｓ７０５）、半導体レーザを消灯させる（Ｓ７０６）。制御部５０は、重なったパッチトナー像の回転方向の高さ分布を、下地情報（Ｓ７０２）で補正した後に周波数解析して、各色の個別のパッチトナー像のトナー載り量を算出する（Ｓ７０７）。
【００６７】
なお、画像間隔（紙間）で実行されるテスト画像測定モードでは、図５のステップＳ７００で前の画像の書き込みを行った後にトナー載り量検知制御が同様に実行され、トナー載り量検知制御の終了後に次の画像の書き込みが実行される。
【００６８】
図４を参照して図６に示すように、制御部５０は、トナー高さセンサ３０を用いて検出したパッチトナー像ＣＰの回転方向の高さ分布データを処理する。
【００６９】
中間転写ベルト５１の矢印Ｒ２方向の回転に伴ってトナー高さセンサ３０がパッチトナー像ＣＰの回転方向の高さ分布を読み込む（Ｓ８００）。すなわち、パッチトナー像ＣＰが中間転写ベルト５１に搬送されてトナー高さセンサ３０を通過する過程で、パッチトナー像の高さ分布がトナー高さセンサ３０によって連続的に検出される。
【００７０】
演算処理部５０ｂは、下地（中間転写ベルト５１）の高さをゼロ点としてパッチトナー像の高さ分布を補正して高さ分布データ（図１２）を作成してメモリ５０ａに記憶する（Ｓ８０１）。
【００７１】
測定終了後、演算処理部５０ｂは、重なったパッチトナー像の高さ分布データ（図１２）をメモリ５０ａから呼び出して一次元フーリエ変換を行う（Ｓ８０２）。一次元フーリエ変換によって、回転方向の空間周波数ごとにピークが配置された周波数分析結果が得られる（図１３）。周波数分析されたパッチトナー像の高さ分布データは、回転方向の空間周波数の違いによって重なった数のピークに分割され、それぞれのピーク下の面積が各色のトナー載り量に対応している（図１４）。
【００７２】
ここで、ピークの信号強度は、トナー載り量に相当しているため、信号強度からトナー載り量に演算可能になっている。しかし、パッチトナー像は、静電像に対して現像及び転写を経てある程度のばらつきをもって形成されているので、フーリエ変換後の信号強度は所定の空間周波数ごとに分布を持つ。
【００７３】
演算処理部５０ｂは、続いて、各ピーク領域を分離しての積分値を演算して（Ｓ８０３）トナー載り量に換算する（Ｓ８０４）。このとき、所定レベル以下の周波数に依存が無い微弱な強度分布部分は、スクリーンパターンに依存しないかぶりトナー等の影響であり、そもそものトナー載り量に対して微小量であるために、積分領域から除いている（図１４の実線以下の領域）。その結果、トナー載り量として扱う積分領域は、ピークについて求める所定レベル以上の強度が高い領域である（Ｓ８０３）。
【００７４】
演算処理部５０ｂは、積分値に対するトナー載り量の関係（図１５）を用いて、個別のピークごとの積分値を各色のパッチトナー像のトナー載り量に換算する（Ｓ８０４）。
【００７５】
このように、各色のスクリーン角度を搬送方向のトナー載り量の周期性が変わるように設定しておき、トナー高さセンサ３０によってトナー載り量の高さを一体に測定した後にスクリーン角度から計算される特定周期数の出力値に分離する。このため、従来の光学センサ方式では困難であった重なったパッチトナー像を用いて各色別のトナー載り量を検知可能になる。これにより、フルカラー画像形成装置における４色分のパッチトナー像を形成するための余分なダウンタイムを大幅に短縮することが可能になる。
【００７６】
＜実施例１＞
図７は実施例１におけるパッチトナー像の配置の説明図である。図８は個別のパッチトナー像の説明図である。図９は重なったパッチトナー像の説明図である。図１０はイエローパッチトナー像の検出信号とマゼンタパッチトナー像の検出信号である。図１１は重なったパッチトナー像の検出信号である。図１２は重なったパッチトナー像の検出信号の周波数分析結果である。図１３は積分処理の説明図である。図１４は積分値とトナー載り量との関係の説明図である。
【００７７】
図７に示すように、実施例１では、画像と画像との間隔にイエローパッチトナー像とマゼンタパッチトナー像とを重ねて形成する。イエローパッチトナー像とマゼンタパッチトナー像は、トナー高さセンサ３０が通過する位置に、それぞれ搬送方向に２０ｍｍ、中間転写ベルト５１の幅方向に２０ｍｍの正方形に形成される。
【００７８】
図８の（ａ）に示すように、感光ドラム（１ａ：図１）には、イエローパッチトナー像ＣＰＹが、スクリーン角度を搬送方向に対して９０°とし、スクリーンの解像度を２００線／ｉｎｃｈ（１インチ当り２００本の線画像）として形成される。このため、搬送方向で見たイエローパッチトナー像ＣＰＹのスクリーンピッチ（線間距離）は、０．１２７（２５．４ｍｍ÷２００線）ｍｍである。
【００７９】
図８の（ｂ）に示すように、感光ドラム（１ｂ：図１）には、マゼンタパッチトナー像ＣＰＭが、スクリーン角度を搬送方向に対して４５°とし、スクリーンの解像度を２００線／ｉｎｃｈとして形成される。このため、搬送方向で見たマゼンタパッチトナー像ＣＰＭのスクリーンピッチ（線間距離）は、０．１７０（２５．４ｍｍ÷２００線÷Ｓｉｎ４５°）ｍｍである。
【００８０】
図９に示すように、中間転写ベルト（５１：図１）には、イエローパッチトナー像ＣＰＹにマゼンタパッチトナー像ＣＰＭが重ねて転写される。重なるように、それぞれの感光ドラム（１ａ、１ｂ：図１）で露光タイミングが制御されている。そして、中間転写ベルト５１は、プロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃで駆動しているため、トナー高さセンサ３０を用いて連続的に測定したパッチトナー像の高さ分布は、振動パターンを形成する。
【００８１】
図１０の（ａ）に示すように、イエローパッチトナー像ＣＰＹのみが中間転写ベルト５１に転写されている場合、イエローパッチトナー像のスクリーン線は、０．４２０ｍｓｅｃ（０．１２７ｍｍ÷３００ｍｍ／ｓｅｃ）の時間間隔で検知される。また、図１０の（ｂ）に示すように、マゼンタパッチトナー像ＣＰＭのみが中間転写ベルト５１に転写されている場合、マゼンタパッチトナー像のスクリーン線は、０．５９０ｍｓｅｃ（０．１７０ｍｍ÷３００ｍｍ／ｓｅｃ）の時間間隔で検知される。
【００８２】
図１１に示すように、イエローパッチトナー像ＣＰＹとマゼンタパッチトナー像ＣＰＭとが重なっている場合、図１０の（ａ）、（ｂ）に示す２つの空間周波数パターンが重畳した高さ情報の空間周波数パターンが測定される。図１０の（ａ）、（ｂ）のように単色カラーパッチ像の場合の周期性は明らかに判別可能だが、重なったカラーパッチ像である多次色パッチ像の場合は明確な周期が判別しにくくなる。
【００８３】
よって、イエローとマゼンタを重ねた多次色パッチ像の高さ情報を中間転写ベルト５１の搬送方向の一次元フーリエ変換によって周波数分析して、各色のスクリーン線パターンを分離している。なお、一次元フーリエ変換の演算に関しては、当業者には公知の数値計算法のため詳細な説明は省略する。
【００８４】
図１２に示すように、イエローとマゼンタの周期パターンが重畳した高さ情報信号を一次元フーリエ変換すると、周期０．４２０ｍｓｅｃ位置のイエローピークと、周期０．５９０ｍｓｅｃのマゼンタピークとが分離される。
【００８５】
分離された０．４２０ｍｓｅｃと０．５９０ｍｓｅｃのピーク高さは、中間転写ベルト５１上のトナー高さに相当している。そして、トナー像は、静電像に対して現像工程及び転写工程を経てある程度のばらつきをもって形成されているため、一次元フーリエ変換された高さ情報信号は、ピークごとの分布を持っている。このため、ピーク下の面積がトナー載り量に対応しており、積分演算によってトナー載り量を求められる。
【００８６】
図１３に示すように、実施形１では、黒（マゼンタ）及びグレー（イエロー）の各領域の積分値を求めてトナー載り量に換算している。ここで、トナー載り量として扱う積分領域は、実線ＬＬよりも信号強度が高い領域である。実線ＬＬより下部の周波数依存が希薄な微弱な強度領域はスクリーンパターンに依存しない例えばかぶりトナー等の影響であるため、積分領域から除かれる。ピークにおける実線ＬＬより下部の強度領域は、カラーパッチのトナー載り量に対して微小量であるために積分領域から除かれても大きな誤差は招かない。
【００８７】
図１４に示すように、演算された積分値がトナー載り量に換算される。図１４の関係からイエローカラーパッチＣＰＹのトナー載り量は０．１５ｍｇ／ｃｍ２、マゼンタカラーパッチＣＰＭのトナー載り量は０．１８ｍｇ／ｃｍ２と算出された。
【００８８】
このようにして重なったパッチトナー像から得られたイエロー／マゼンタのトナー載り量は、従来の光学式センサで個別に測定した単色トナー濃度（トナー載り量）と同様の値であった。このため、このようにして測定したトナー載り量をフィードバックする濃度制御等を従来通りの制御で実施できる。
【００８９】
例えば、予め所定の画像形成条件（帯電、露光、現像）によって得られた各色のパッチトナー像のトナー載り量を基準載り量に設定する。そして、基準トナー載り量と上記で算出されたトナー載り量とを比較して、所定量以上異なる場合は画像形成条件（帯電、露光、現像）を調整し、最適な現像コントラストを設定してトナー載り量を一定値に収束させる。
【００９０】
ところで、実施例１では、空間周波数の異なるパッチトナー像の高さ情報信号を一次元フーリエ変換によって周波数解析している。このため、スクリーン角度が搬送方向に対して平行、すなわち角度０°の場合、パッチトナー像の搬送時にスクリーン線とトナー高さセンサ３０とが交差しないので、空間周波数が形成されず、周波数解析もできない。
【００９１】
従って、搬送方向２０ｍｍの大きさでスクリーン線数が２００線のパッチトナー像の場合、少なくとも搬送方向に対して２５°以上のスクリーン角度が望ましい。この理由は、一次元フーリエ変換後の周波数解析の精度は、検知されるスクリーン線の本数に依存するためである。スクリーン角度を異ならせた比較実験の結果、スクリーン線の検知本数が６４以上のとき、算出したトナー載り量と実際のトナー載り量との差異が製品仕様上問題ないレベルになることが確認された。そのうえで、スクリーン角度は２５°以上であることが望ましい。
【００９２】
また、同一スクリーン線数（本／ｉｎｃｈ）の場合、角度３０°のスクリーン線と角度１５０°のスクリーン線とのように、中間転写ベルト５１の搬送方向に対して線対称なスクリーンパターンは、周波数解析で分離できない。搬送方向におけるトナー高さ分布の周期が同じになるため一次元フーリエ変換した際にピークが重なり合ってしまうからである。
【００９３】
このため、同一スクリーン線数における各色のスクリーン角度は、少なくともいずれも異なり、中間転写ベルト５１の搬送方向に対して非対称に配置されて１０°以上の角度を成している必要がある。
【００９４】
実施例１では、複数色を重ねたパッチ像をトナー高さセンサで読み込み、周波数解析によって各色のトナー高さに切り分けて検出することが可能である。このため、従来の単色毎の濃度検知に比べて、トナー載り量の管理精度を落とすことなく、複数色を一括して検出可能であるために、制御に要するダウンタイムを大幅に削減可能である。
【００９５】
なお、実施例１ではイエローとマゼンタの２色を重ねた多次色パッチを例に挙げて説明したが、３色又は４色を重ね合わせた状態で、同時に搬送方向のトナー高さ分布を測定することも可能である。例えば、実施例１では、上述したように、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックが同一のスクリーン線数でそれぞれスクリーン角度が異なり、搬送方向に対してスクリーン線が非対象である。このため、中間転写ベルト５１の搬送方向のトナー高さ分布における周期が各色で異なる。よって、実施例１と同様の一次元フーリエ変化による周波数解析を行うことで、４色のパッチ像から各色のトナー載り量を分離して算出可能である。
【００９６】
また、実施例１ではイエロー１階調とマゼンタ１階調とを重ねた１個の多次色パッチトナー像を画像間隔に形成したが、イエロー複数階調とマゼンタ複数階調とを重ねた複数個の多次色パッチトナー像を画像間隔に形成してもよい。露光装置３ａの露光条件を異ならせて複数階調の多次色パッチ像を形成し、それぞれ同様に一次元フーリエ変換による周波数分析を行って各階調におけるトナー載り量を制御することも勿論可能である。
【００９７】
＜実施例２＞
図１５は実施例２における重なったパッチトナー像の検出信号の周波数分析結果である。
【００９８】
実施例１では、重ねたイエローとマゼンタのパッチトナー像が同一の２００線／ｉｎｃｈスクリーン線数でスクリーン角度のみが異なる例を説明した。これに対して実施例２では、イエローがスクリーン線数１６０線／ｉｎｃｈ、マゼンタがスクリーン線数２００線／ｉｎｃｈの組み合わせで重ねている。スクリーン角度は、実施例１と同様に、イエローが９０°、マゼンタが４５°である。そして、スクリーン線数以外の構成及び制御は実施例１と同様であるため、重複する説明を省略する。
【００９９】
スクリーン線数１６０線／ｉｎｃｈのイエローパッチトナー像の空間周波数は０．１５９ｍｍ（２５．４ｍｍ÷１６０線）である。マゼンタパッチトナー像の空間周波数は実施例１と同様に０．１７０ｍｍ（２５．４ｍｍ÷２００線÷Ｓｉｎ４５°）である。そして、中間転写ベルト５１の搬送速度は３００ｍｍ／ｓｅｃである。
【０１００】
図１５に示すように、横軸時間に対する重なったパッチトナー像の高さ情報信号が周波数分析される。イエローのピークの周期は、０．５３０ｍｓｅｃ（０．１５９ｍｍ÷３００ｍｍ／ｓｅｃ）、マゼンタのピークの周期は、実施例１と同様に０．５９０ｍｓｅｃである。イエローパッチトナー像とマゼンタパッチトナー像とを重ねた多次色パッチトナー像が一次元フーリエ変換される。その結果、周期０．５３０ｍｓｅｃ位置のピークがイエローのトナー高さに相当しており、周期０．５９０ｍｓｅｃ位置のピークがマゼンタのトナー高さに相当している。
【０１０１】
実施例２の制御では、スクリーン角度もしくはスクリーン線数を変更したハーフトーン処理で画像処理された複数色のパッチトナー像を同一領域で重ねあわせた多次色パッチトナー像を形成する。そして、高さ検知手段によって多次色パッチトナー像の像面内の高さ分布情報を検知する。そして、検知データの周期性からイエロー、マゼンタ各色のトナー載り量を算出し、算出されたトナー載り量の情報に応じて各色の画像濃度を調整する。
【０１０２】
実施例２の制御では、多次色パッチトナー像を搬送方向に縦断する高さ分布情報をフーリエ変換することで各色のトナー高さデータを算出する。フーリエ変換は、中間転写ベルト搬送部材の搬送方向に対する一次元フーリエ変換であって、搬送方向に対するトナー高さの周波数特性が各色で異なるように、各色のスクリーン角度もしくはスクリーン線数が設定されている。パッチトナー像は、中間階調の濃度で形成されている。
【０１０３】
＜実施例３＞
実施例３では、記録材搬送体を用いた画像形成装置におけるパッチトナー像を用いた制御を説明する。記録材搬送体を用いる画像形成装置は、像担持体に形成した複数色のトナー像を記録材搬送体に担持された記録材に転写して重ね合わせることによりフルカラー画像を形成する。記録材搬送体を用いる画像形成装置も、複数色の現像を行う１個の像担持体を用いる方式と、複数の像担持体から各色別のトナー像を転写して重ね合わせる方式とを含む。
【０１０４】
実施例３の画像形成装置は、回転方向のスクリーン線ピッチが異なる複数色のトナー像を形成して記録材搬送体に担持された記録材に重ねて転写可能である。テスト画像測定モードが指令されると、画像形成部によって複数色のパッチトナー像を記録材搬送体に直接に転写して重ね合わせる。そして、高さ分布検出手段によって記録材搬送体上の複数色のパッチトナー像の回転方向の高さ分布を検出する。演算手段は、測定された複数色のパッチトナー像の回転方向の高さ分布を周波数解析して個別のパッチトナー像のトナー載り量を演算する。
【０１０５】
＜実施例４＞
実施例１では、多次色パッチトナー像から各色のトナー載り量を求めて、基準濃度との比較により潜像条件にフィードバックすることで画像濃度を管理していた。
【０１０６】
これに対して、実施例４では、多次色パッチトナー像から実施例１と同様な手順で各色のトナー載り量を求める。そして、求めた各色のトナー載り量を用いて、単色濃度パッチ検知では既に公知になっているような各色の現像装置におけるトナー補給制御にフィードバックする。
【０１０７】
＜実施例５＞
実施例１では、所定階調で各色のパッチトナー像を形成して重ね合わせ、このようにして形成した専用のトナー像について回転方向の高さ分布を測定した。しかし、各色のトナー載り量を求めるためのトナー像は、パッチトナー像には限られない。記録材Ｐに転写される通常の画像のトナー像について、実施例１と同様の手順でトナー高さセンサ３０により回転方向の高さ分布を測定して、周波数解析により各色のトナー載り量を求めてもよい。
【０１０８】
＜実施例６＞
実施例１では、スクリーンパターンが異なる各色のパッチトナー像を形成して重ね合わせた。しかし、周波数解析によって、重なったパッチトナー像を分離できる周期性のあるパターンはスクリーンパターンには限られない。実施例６では、各色のパッチトナー像を、回転方向のラインピッチがそれぞれ異なる主走査方向の１ドット幅ラインで形成する。このようにして形成した「重なったパッチトナー像」について実施例１と同様な手順で回転方向の高さ分布を測定し、測定結果を周波数解析して各色のトナー載り量を求める。
【０１０９】
実施例６の画像形成装置は、中間転写体と、回転方向のパターンの周期性がそれぞれ異なる複数色のトナー像を形成して中間転写体に重ねて転写可能な画像形成部と、中間転写体上のトナー像の回転方向の高さ分布を検出可能な高さ分布検出手段とを備えている。そして、画像形成部によって中間転写体に重ねて転写された複数色のトナー像を、高さ分布検出手段により検出して、複数色のトナー像の回転方向の高さ分布を測定する。その後、測定された複数色のトナー像の回転方向の高さ分布を周波数解析して個別のトナー像のトナー載り量を演算する。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
スクリーンパターンを用いてハーフトーン画像を形成するフルカラー画像形成装置。
【符号の説明】
【０１１１】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  感光ドラム
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  帯電ローラ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  現像装置
６ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  一次転写ローラ
３０  トナー高さセンサ
５０  制御部
５１  中間転写ベルト
Ｐ  記録材
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ  画像形成部
Ｔ１  一次転写部
Ｔ２  二次転写部
【図１】
2010237523.tif 000003
【図２】
2010237523.tif 000004
【図３】
2010237523.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010237523.tif 000007
【図６】
2010237523.tif 000008
【図７】
2010237523.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010237523.tif 000011
【図１０】
2010237523.tif 000012
【図１１】
2010237523.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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