(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を単位画素周期毎にパルス幅変調を行い階調表現する画像形成装置において、感光体上にテストパターンの潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を顕画化する現像手段と、顕画化されたトナー像を合成し、保持する中間転写体と、前記テストパターンの濃度を検出する濃度センサーを有し、前記濃度センサーの出力値に基づいて階調補正を行うもので、前記潜像形成手段は、電源投入直後もしくは初期化中は一種類の色に対して互いに濃度の異なる複数個の、及び印字開始直前には一種類の色に対して一個のテストパターンを感光体上に形成する事を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
電源投入直後もしくは初期化中における複数個のテストパターンに基づいて生成される階調補正テーブルを、印刷開始直前におけるテストパターンに基づき更新する、ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高画質の記録画像を得るための画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の出力端末として、様々な原理のプリンタが提案されており、特に電子写真プロセスとレーザ走査技術を用いたレーザビームプリンタは記録速度と印字品質の点で優位性が高くプリンタの主流となっている。
【０００３】
そして市場ではフルカラーのレーザビームプリンタが成長期に入っているが、フルカラーでは、例えば画像データが８ビットであれば各色単位に２５６階調、シアン・マゼンタ・イエローの組合せで約１６７０万色の出力が要求されるため、階調再現性は特に重要な要素である。
【０００４】
一般にこの種の機器では、画像を形成あるいは保持する像担持体上に規定の画像データを用いてテストパターンを形成し、これを反射型センサー等を応用した濃度センサーで検出し、機器の入出力の非線形性を補正したり（γ補正）、読み取り値が予め定められた値となるよう電子写真プロセスのパラメータを変更する。
【０００５】
以下に従来例の画像形成装置について述べていくが、感光体上にレーザビーム等で形成された潜像を各色の現像器で現像し、顕画化された単色画像を一旦中間転写体と呼称する像形成媒体上に転写して合成し、中間転写体上の合成像を一括して用紙に転写する、いわゆる中間転写体方式の画像形成装置について主に説明する。
【０００６】
図１１は従来例の画像形成装置の全体構成を示す図である。
まず感光体周辺の構成を説明する。
【０００７】
図１１において、１はループベルト状の感光体である。感光体１はＰＥＴ基材、アルミ蒸着層、電荷発生層（ＣＧＬ）、電荷輸送層（ＣＴＬ）で構成されている。感光体１は３本の感光体搬送ローラ２、３、４によって支持され、駆動モータ（図示せず）によって駆動方向ｄ１に周回動する。５は感光体位置検出用マークであり、感光体１の端部に１つ配置されている。６は感光体位置検出マーク５を検出する感光体位置検出センサーである。感光体１は継目７を有しており、画像を形成する際は継目７を回避せねばならない。この際に感光体位置検出センサー６の出力を参照する。
【０００８】
感光体１の周面にはｄ１で示す回転方向に帯電器８、露光光学系９、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色の現像器１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、中間転写前除電器１１、中間転写ローラ１２、感光体クリーニング装置１３、及び除電器１４が設けられている。
【０００９】
帯電器８はタングステンワイヤ等からなる帯電線と金属板からなるシールド板、グリッド板等（図示せず）によって構成され、帯電線へ負の高電圧を印加すると帯電線がコロナ放電を起こし、グリッド板に例えば−７００Ｖの電圧を印加すると感光体１の表面は一様に−７００Ｖ程度の負の電位に帯電する。
【００１０】
露光光学系９はレーザ駆動装置、ポリゴンミラー、レンズ系、ポリゴンミラー回転用のモータ（スキャナモータ）等（図示せず）で構成され、帯電された感光体１上に静電潜像を形成する。１５は露光光学系９から照射される露光光線１５である。露光光線１５は階調変換装置（図示せず）からの画像信号をレーザ駆動回路（図示せず）によりパルス幅変調して得られ、感光体１上に特定色の画像データに対応する静電潜像を形成する。
【００１１】
各現像器１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃはそれぞれブラック、イエロー、マゼンタ、シアンのトナーを収納している。各色現像器は導電性ゴム等を用いたスリーブローラ１６Ｋ、１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｙを有しており、スリーブローラを感光体１の駆動方向ｄ１に対して順方向に回転させると、現像器内部から薄層化されたトナーがスリーブローラの表面に供給される。トナーは薄層化される時点で摩擦により負に帯電している。各色の現像はスリーブローラに負の電圧（現像バイアス）を印加し、スリーブローラを回転させながら、各色離接カム１７Ｋ、１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃに対応した専用モータ（図示せず）を駆動し、選択された現像器、例えばブラック現像器１０Ｋをｄ３方向に移動し、スリーブローラ１６Ｋを感光体１に接触させて行う。即ち本例では非磁性一成分トナーを用いた接触現像が採用されている。
【００１２】
潜像が形成された部分の感光体１の表面電位（明電位）は−５０〜−１００Ｖ近くに上昇しており、スリーブローラに−３００Ｖ程度の負の電位を与えることで、感光体１からスリーブローラの方向に電界が発生する。この結果スリーブローラ上の負に帯電したトナーには電界の逆、即ち感光体１の方向にクーロン力が作用し、トナーは感光体１に形成された潜像部分に付着する。一方潜像が形成されていない部分の感光体１の表面電位（暗電位）は−７００Ｖであるから、現像バイアスを印加しても電界はスリーブローラから感光体１の方向に生じるためトナーは感光体１に付着しない。以上のような現像プロセスは、光が照射された部分（即ち白）にトナーを付着させる（即ち黒）ため一般にネガポジプロセスあるいは反転現像と呼称されている。
【００１３】
中間転写前除電器１１は赤色ＬＥＤを複数個線上に配置したものであり、感光体１に形成されたトナー像を各色画像の合成媒体である中間転写体１８に転写する直前に感光体１の表面を除電する。中間転写前除電器１１は原則的に第一色目の転写時には動作せず、二色目以降の転写の際に動作する。転写前除電は中間転写体１８にトナー像が転写され、かつ感光体１上にトナーが存在しない場合に、中間転写体１８のトナー像が感光体１に逆転写するのを防止する効果がある。
【００１４】
逆転写発生のメカニズムを以下に説明する。中間転写体１８にトナー像が存在し、かつ感光体１上にトナーが存在しない場合には、中間転写体１８上のトナーは後述する中間転写ローラ１２による転写バイアスと感光体１の表面電位による過剰な電界中にさらされる。このためトナーの真の電荷が剥奪される、いわゆる電荷注入が発生しトナーと感光体１間でファンデルワールス力が支配的になりトナーが感光体１に逆転写したり、逆帯電トナー（正に帯電したトナー）が発生して、クーロン力により感光体１に逆転写すると考えられている。
【００１５】
一方転写前除電を行った場合は、感光体１のトナーが存在しない部分が明電位となるため、トナーに過剰な電界が作用しなくなり、効率よく逆転写を防止することができる。しかしながら除電作用が大きすぎると、ドット周辺のトナーがない部分の電位のバリアが消失し、トナーを感光体１の面方向に束縛する力が減少するため、転写の際にドットが飛散してしまう。従って転写前除電器の発光光量は十分管理する必要がある。
【００１６】
中間転写ローラ１２は感光体支持ローラ３の近傍にあって、中間転写体１８の内側に接触する金属ローラであり、中間転写体１８を挟んで感光体１と対向して配置されている。感光体１のアルミ蒸着層は接地されているため、中間転写ローラ１２に正電圧を印加すると中間転写ローラ１２から感光体１の方向に電界が発生する。このため感光体１上の負電荷トナーには中間転写体１８の方向にクーロン力が作用しトナーは中間転写体１８に転写される。
【００１７】
感光体クリーニング装置１３は感光体１を挟んで感光体支持ローラ４と対向して配置されており、感光体１から中間転写体１８の転写後に感光体１に残っている残留トナーを除去する。感光体１の継目７は露光光線１５の走査方向に対して３゜〜５゜程度傾斜して設けられており、継目７が感光体クリーニング装置１３を通過する際の衝撃により、画像が乱れないよう配慮されている。従って感光体クリーニング装置１３は感光体１に対して離接する機構を有していない。
【００１８】
除電器１４は赤色ＬＥＤを複数個線上に配置したものであり、感光体１上の残留電位を除去する。
【００１９】
次に中間転写体周辺の構成について説明する。
中間転写体１８は導電性の樹脂等からなる継ぎ目のないループ状のベルトであり単色画像を合成してフルカラー画像を形成するための媒体である。中間転写体１８は３本の搬送ローラ１９、２０、２１によって支持され、感光体１と同一の駆動モータ（図示せず）により方向ｄ２に周回動する。２２は中間転写体位置検出用マークであり、中間転写体１８の端部に８つ配置されている。２３は中間転写体位置検出マーク２２を検出する中間転写体位置検出センサーである。画像を形成する際には、複数個の中間転写体位置検出用マーク２２から１つを選択して画像形成位置の基準として用いる。
【００２０】
以降画像形成基準の決定方法について説明する。図９の構成の画像形成装置では、感光体１と中間転写体１８の周長は等しくなるよう設計されているが、完全に同一ではないため各々の回転周期は異なる。もし感光体位置検出マーク５を画像形成基準にした場合は、感光体１上では常に同じ位置にトナー像が形成されるが、中間転写体１８上で画像を重ねると各色のトナー像が位置ずれを起こす。一方、中間転写体１８から画像形成基準を得た場合は、周長差に応じて感光体１上の画像形成位置は徐々に変わって行くが、中間転写体１８上では同じ位置に合成像が形成される。従って画像形成基準は中間転写体１８から得ねばならない。ところで感光体１には継目７があり、継目上にトナー像は形成できないため、中間転写体１８の適当な位置で画像形成位置を見つけても、画像形成動作に移行できない場合がある。
【００２１】
そこで中間転写体１８の端部に中間転写体位置検出マーク２２を複数個配置しておき、感光体位置検出マーク５を検出する直前の中間転写体位置検出マーク２２を、画像形成基準として選択する。更に感光体位置検出マーク５を検出する直前の中間転写体位置検出マーク２２を検出してから、感光体位置検出マーク５を検出するまでの時間を位相差時間として計測し、選択された中間転写体位置検出マーク２２を検出後、全ての作像プロセスを位相差時間だけ遅延させる処理を行っている。
【００２２】
原理上は中間転写体位置検出マーク２２は一つであっても構わないが、感光体１と中間転写体１８の位置関係によってはファースト印字が遅くなったり、中間転写体位置検出マーク２２を検出してから画像形成開始までに時間がかかり、中間転写体１８上の画像位置合わせ精度の劣化が考えられるため、中間転写体１８には複数の中間転写体位置検出マーク２２を配置し、マーク検出後速やかに画像形成が開始されるよう配慮されている。
【００２３】
中間転写体１８の周面にはｄ２で示す回転方向に、転写前帯電器２４、濃度センサー２５、用紙転写ローラ２６、中間転写体クリーニング装置２７が配置されている。
【００２４】
転写前帯電器２４はタングステンワイヤ等からなる帯電線と金属板からなるシールド板（図示せず）で構成されるコロトロンチャージャであり、帯電線へ負の高電圧を印加すると帯電線がコロナ放電を起こし、中間転写体１８上に合成されたトナー像を、強制的に再帯電する。転写前帯電器２４の起動は記録用紙２８に転写する直前に、中間転写体１８上の画像領域に対してのみ行われ、その他の期間は停止している。転写前帯電により、用紙転写の際の機構的なマージン及び対環境特性が改善される。
【００２５】
濃度センサー２５は反射型センサーを応用したものであり、中間転写体１８上のトナー濃度を検出する。濃度センサー２５の発光側はＤ／Ａ変換器（図示せず）に接続されており、Ｄ／Ａ変換器にデータを設定して電流を制御することで発光光量を変化させることができる構成となっている。受光側の出力はオペアンプ（図示せず）等で増幅されＣＰＵのＡ／Ｄ変換ポート（図示せず）に入力される。
【００２６】
用紙転写ローラ２６は金属の中心軸と発泡シリコンや導電性ウレタンゴムで構成されている。中間転写体１８上で合成されたトナー像を記録用紙に転写する際に中間転写体１と接触回動する。用紙転写ローラ２６がトナー等で汚染されると画像が劣化するため、近傍にクリーニング機構（図示せず）が配置されている。
【００２７】
中間転写体クリーニング装置２７は用紙転写後の中間転写体１８上の残留トナーを除去する装置であり、中間転写体１８上にトナー像が合成されている間は中間転写体１８から離間しており、クリーニングに共する時のみ当接する。
【００２８】
次に給紙系並びに定着装置の構成を説明する。
給紙系は記録紙カセット３０、給紙ローラ３１、用紙搬送路３２、スリップローラ３３、レジストローラ３４ａとその従動ローラ３４ｂから構成されている。
【００２９】
記録紙カセット３０は記録紙を収納するためのカセットであり、最大１００枚の用紙を装着することができる。カセット周辺には記録紙カセット有無センサー、記録紙サイズ判別センサー、記録紙有無センサー、記録紙残量センサー（全て図示せず）等が配置されている。
【００３０】
給紙ローラ３１は半月形のローラであり、記録紙カセット３０から記録用紙２８を１枚づつ用紙搬送路３２へ送り出す。
【００３１】
用紙搬送路３２の途中には、スリップローラ３３が配置され、給紙ローラ３１によってピックアップされた記録用紙２８はスリップローラ３３によりレジストローラ３４まで搬送される。記録用紙２８の先端がレジストローラ３４に到達した時点では、レジストローラ３４は回転しておらず、記録用紙２８は先に進むことができずにスリップローラ３３位置でスリップしている。
【００３２】
レジストローラ３４ａと従動ローラ３４ｂは記録用紙２８と中間転写体１８上の合成像の位置を一致させるため一時的に記録用紙２８を停止待機させる。動作時は共に回動して記録用紙２８を用紙転写ローラ２６の方向へ搬送する。
【００３３】
次に定着装置３５の構成を説明する。
定着装置３５はヒートローラ３６、加圧ローラ３７、温度センサー３８等で構成されている。
【００３４】
ヒートローラ３６はヒータと、アルミ製の芯金、厚み０．５ｍｍ程度のシリコンゴムによって構成されており、記録用紙２８上に転写されたトナー像の表面を加熱しトナーを軟化、溶融させる。
【００３５】
加圧ローラ３７は鉄製の軸と厚み３ｍｍ程度のシリコンゴムとからなり、ヒートローラ３６との間に記録用紙２８を挟持して圧力を加える。ヒートローラ３６と加圧ローラ３７の挟持回転に伴い熱と圧力で記録用紙２８上のトナー像は記録用紙２８に定着されカラー画像を形成する。
【００３６】
温度センサ３８はサーミスタ等の温度センサであり、ヒートローラ３６の表面温度を検出する。温度センサ３８からの出力は適当なサンプリング周期で検出され、検出結果に基づいて、単位時間当りのヒータの点灯時間が制御され、常に規定の温度を保持している。
【００３７】
上述してきた構成によるものを含め、電子写真は一般に環境変動等に対して敏感であり、例えば機内温度の上昇に伴って、階調特性は経時的に変化する。フルカラー出力を行う画像形成装置にとって階調性の確保、更に印刷の３原色であるシアン、マゼンタ、イエローを合成したときのグレーバランスの確保は重要な技術課題の一つであり、これまでにも様々なアプローチがなされてきている。
【００３８】
従来例の画像形成装置は例えば電源投入時の初期化の段階で階調補正を実行する。まず初期化動作について詳細に説明する。
【００３９】
電源が投入されると画像形成装置はメモリ等のハードウェア、及び画像形成に必要な、例えば現像器、定着装置３５や感光体１が装着されているかのチェック、更に初期ジャム等の検出を行い、異常がなければ定着装置３５のヒートローラ３６のヒータをオンにして、ヒートローラ温度が所定の温度に達するまで待機する。所定の温度は、トナーの軟化が始まる温度であり、約１００゜Ｃ程度である。ヒートローラ３６の表面温度が所定温度に達すると初期化動作に入る。
【００４０】
初期化動作では、まず感光体１と中間転写体１８の駆動用モータ（メインモータ）、スリーブローラ１６の駆動用モータ、露光光学系９内のポリゴンミラーを回転させるスキャナモータ、用紙搬送モータの駆動を開始し、サーボ系が正常に機能することを確認する。次に少なくともメインモータは駆動したまま、帯電器８及び除電器１４を起動し感光体１の表面電位の初期化を開始する。
【００４１】
次に各構成要素のポジションを確認する。まず各現像器の位置を確認し、例えば現像器１０Ｋが現像位置に出ていれば、離接カム１７Ｋを専用モータを駆動し待機位置に復帰させる。次に用紙転写ローラ２６の位置を確認し、用紙転写位置にあれば待機位置に復帰させる。更に中間転写体クリーニング装置２７の位置を確認し、中間転写体１８に対して離間していればこれを当接させる。中間転写体クリーニング装置２７は通常は中間転写体１８に当接しクリーニング状態を保っており、単色画像を合成する場合にのみ中間転写体１８から離間する。もちろんこれらの過程において、上記の構成要素を待機位置に復帰させるべく指令を出したにもかかわらず復帰がなされない場合は、画像形成装置は初期化を中止し表示パネル等にエラーメッセージを出力する。
【００４２】
次に現像器の初期化を行う。まず離接カム１７Ｃを１８０゜回転させ現像器１０Ｃを方向ｄ３に移動させる。現像器１０Ｃが現像位置に固定されたことを確認し、スリーブローラ１６Ｃを回転させる。このとき現像バイアスは印加しないため（仮に印加しても潜像は形成されておらず）トナーは感光体１に付着しない。
【００４３】
各現像器は現像位置においてトナーの残量検出を行う。まず両側部に透明なレンズを取付けた現像器にレンズを通して外部から発光素子による光を入れる。発光素子と反対側に配置された受光素子で光を検出すると、現像器内部のトナーが不足していると判断する。発光素子と受光素子は一本の光軸上にあり、現像器１０Ｃが現像位置にあるときにレンズ部分を光軸が通るように配置されている。現像器内部ではトナー攪拌手段に取り付けたワイパーにより、レンズを一定周期でクリーニングしており、トナーによる汚れの影響を防止している。レンズのクリーニング部材はスリーブローラ１６Ｃの回転用動力に連結されているため、トナー残量検出にはスリーブローラ１６Ｃを回転させる必要がある。また本トナー残量検出手法は現像器１０Ｃが待機位置にある（即ち離接カム１７Ｃが待機位置にある）時は現像器１０Ｃの有無を検出できる。さて一定時間スリーブローラ１６Ｃを回転させた後にトナー残量検出結果に異常がなければ、離接カム１７Ｃを再度１８０゜回転させ、現像器１０Ｃを待機位置に復帰する。以上で現像器１０Ｃに対する初期化を終了する。
【００４４】
以降現像器１０Ｍ、現像器１０Ｙ、現像器１０Ｋの順に初期化を実行していく。現像器の初期化順序には根拠がある。初期化中は感光体１は方向ｄ１に駆動されているため、駆動方向と逆の方向に現像器を初期化しないと、例えば高圧電源が誤動作した場合等に、各現像器間でトナーが混色するおそれがある。
【００４５】
全ての現像器の初期化が終了すると、ヒートローラ３６の駆動源である用紙搬送用のモータ以外の駆動源の回転を停止し、帯電器８や除電器１４を停止し、定着装置内部のヒートローラ３６が規定の温度に達して定着可能になるまでウォームアップを行う。階調補正はこのウォームアップ期間に実行される。
【００４６】
以降、階調補正動作について詳細に説明する。
ウォームアップ期間に入ると再度メインモータの駆動を開始する。ただしこの時は、帯電器８等の高圧電源は印加しない。メインモータ起動により中間転写体１８と感光体１が定速に達したのち、中間転写体１８を少なくとも一周させ、中間転写体１８をクリーニングする。まず濃度センサー２５とその周辺部について説明する。
【００４７】
全構成に関係する部分の説明には図１１を用い、濃度センサー２５周辺の詳細な説明には図１２を用いる。図１２は従来例における濃度センサー周辺のブロック構成図である。図１２において１８は中間転写体、２５は濃度センサー、４０はＣＰＵ、４１はＤ／Ａ変換器、４２はＲＡＭ、５６ａと５６ｂはオペアンプである。
【００４８】
濃度センサー２５は中間転写体１８と対向して配置されて反射型センサーであり、ＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１へのに数値設定により、反射型センサーの発光側電流を変化させて光量制御が可能な構成となっている。Ｄ／Ａ変換器４１に設定可能な値は６ビットであり、０〜６３の値を設定することができる。
【００４９】
濃度センサー２５の出力はオペアンプ５６ａとオペアンプ５６ｂに各々入力されている。オペアンプ５６ａとオペアンプ５６ｂのゲインの比は
１／２  ：  １
に設定されている。
【００５０】
各オペアンプの出力はＣＰＵ４０の異なるＡ／Ｄ変換ポートに入力され、ＣＰＵ４０は元は同じ出力を２つのゲインで検出できる。
【００５１】
画像形成装置が、ウォームアップ期間に入るとメインモータ（図示せず）を起動し、感光体１と中間転写体１８を駆動する。ただしこの時は、帯電器８等の高圧電源は印加しない。メインモータ起動により感光体１と中間転写体１８が定速に達したのち、中間転写体１８を少なくとも一周させ、中間転写体１８をクリーニングする。
【００５２】
階調補正の第一段階として彩色成分（シアン・マゼンタ・イエロー）と無彩色成分（ブラック）毎に濃度センサー２５の発光側の光量を決定する。以下に濃度センサーの発光光量調整について図１３を用いて詳細に説明する。図１３の横軸は中間転写体１８の回転サイクル数であり、縦軸は濃度センサ出力をＡ／Ｄ変換したもの、即ちＣＰＵ４０が認識する濃度データを示す。
【００５３】
中間転写体１８が完全にクリーニングされた状態で、まず彩色成分の地肌濃度の調整目標値５７を、例えばアナログレベルで１．２５ｖ、即ちＡ／Ｄ変換後のデータとしては「６４」（＝１．２５ｖ／５．００ｖ×２５５）とする。ＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１に６ビット量の中央値（＝「３２」）をセットし（図１１における彩色成分第一サイクル）、濃度センサー２５の発光光量を設定する。中間転写体１８を一周回転させ、規定のサンプリング周期（例えば２０ｍｓ周期）で中間転写体１８の地肌濃度を検出しながら、その検出値を累計する。
【００５４】
中間転写体１８の一周回転が終了すると、累計されている値をサンプリング回数で除算し、地肌濃度の平均値５８を算出する。この平均値と地肌濃度の調整目標値５７（＝「６４」）を比較する。
【００５５】
図１３ではＤ／Ａ変換器４１に「３２」を設定した彩色成分第一サイクルの場合、中間転写体が一周する間の地肌濃度の平均値５８は、調整目標値５７を越えているため、光量の再設定が必要と判断される。
【００５６】
次の彩色成分第二サイクルでは、「１６」（＝３２−１６）をＤ／Ａ変換器４１に設定する。このときの変更幅は「１６」となる。彩色成分第二サイクルでは、地肌濃度の平均値は調整目標値５７を下回るため、やはり光量の再設定が必要となる。前回の変更幅「１６」を１／２し、今回の変更幅は「８」とする。また地肌濃度の平均値＜調整目標値５７であるから、濃度センサーの発光光量は増加せねばならないと判定する。
【００５７】
彩色成分第三サイクルでは「２４」（＝１６＋８）をＤ／Ａ変換器４１に設定し、上述してきた動作を繰り返す。実際は地肌濃度の平均値と調整目標値５７との差が規定値以下であれば、現在のＤ／Ａ変換器４１の設定値をメモリに保持し、彩色成分計測時の濃度センサー発光光量設定を終了するが、変更幅はサイクル単位に１／２されており、変更幅が０となった時点で発光量調整動作を打ち切るため、上述の動作が無限ループとなることはない。計測サイクルが進むにつれて、Ｄ／Ａ変換器４１の設定に対する変更幅は小さくなり、設定値は収束する。
【００５８】
次に無彩色成分に対する濃度センサーの発光光量を決定する。この過程は彩色成分における場合とほぼ同様だが、地肌濃度の調整目標値５９は例えばアナログレベルでは３．０ｖ、即ちＡ／Ｄ変換後のデータとしては「１５３」（＝３．００ｖ／５．００ｖ×２５５）であり、彩色成分の目標値より高い値が設定される。
【００５９】
ＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１に６ビット量の中央値（＝「３２」）をセットし（図１３における無彩色成分第一サイクル）、濃度センサー２５の発光光量を設定する。中間転写体１８を一周回転させ、規定のサンプリング周期（例えば２０ｍｓ周期）で中間転写体１８の地肌濃度を検出しながら、その検出値を累計する。
【００６０】
中間転写体１８の一周回転が終了すると、累計されている値をサンプリング回数で除算し、地肌濃度の平均値６０を算出し、地肌濃度の平均値と地肌濃度の調整目標値５９（＝「１５３」）を比較する。図３ではＤ／Ａ変換器４１に「３２」を設定した無彩色成分第一サイクルの場合、中間転写体が一周する間の地肌濃度の平均値６０は、調整目標値５９を下回るため、光量の再設定が必要と判断される。
【００６１】
次の無彩色成分第二サイクルでは、「４８」（＝３２＋１６）をＤ／Ａ変換器４１に設定する。このときの変更幅は「１６」となる。無彩色成分第二サイクルでは、地肌濃度の平均値は調整目標値５９を下回るため、やはり光量の再設定が必要となる。前回の変更幅「１６」を１／２し、今回の変更幅は「８」とする。今回も地肌濃度の平均値＜調整目標値５９であるから、濃度センサーの発光光量は増加せねばならないと判定する。
【００６２】
無彩色成分第三サイクルでは「５６」（＝４８＋８）をＤ／Ａ変換器４１に設定し、上述してきた動作を繰り返す。実際は地肌濃度の平均値と調整目標値５９との差が規定値以下であれば、現在のＤ／Ａ変換器４１の設定値をメモリに保持し、無彩色成分計測時の濃度センサー発光光量設定を終了するが、変更幅はサイクル単位に１／２されており、変更幅が０となった時点で発光量調整動作を打ち切るため、上述の動作が無限ループとなることはない。計測サイクルが進につれて、Ｄ／Ａ変換器４１の設定に対する変更幅は小さくなり、設定値は収束する。
【００６３】
上述した動作により、彩色成分と無彩色成分に対する濃度センサー２５の発光光量が決定される。
【００６４】
彩色成分と無彩色成分で異なる発光量が決定されると、階調補正の第二段階に入る。
【００６５】
第二段階では、各色トナーの飽和濃度を検出する。
飽和濃度とは、それ以上トナーを重畳しても濃度が上昇しなくなる限界濃度のことを指す。一般に記録紙上に単色トナーの層を次々と重ねると、トナー濃度の上昇カーブは徐々に緩やかになり、最後はそれ以上トナー層を重ねても、トナー濃度が上昇しなくなり飽和状態となる。これと同様に中間転写体１８上に同一の単色トナーを重畳したときの濃度センサー２５の出力も飽和状態となる。
【００６６】
まず飽和濃度検出用のテストパターンについて説明する。図１４は飽和濃度検出用のテストパターンを示したものである。飽和濃度を検出するため画像データは最大値（ＦＦＨ）とする。テストパターンは合計２つであり、飽和濃度検出用パターン６１の位置でブラックとマゼンタの飽和濃度を検出し、飽和濃度検出用パターン６２の位置でイエローとシアンの飽和濃度を検出する。また６３は中間転写体１８の駆動方向を示している。
【００６７】
次に中間転写体１８上に同一色の単色トナーを複数回合成して、飽和濃度を得る過程を説明する。
【００６８】
まず露光光学系９内のポリゴンミラーの回転を開始する。また感光体１は駆動方向ｄ１に、中間転写体１８は駆動方向ｄ２に、それぞれ駆動される。更に現像器１０Ｋ〜１０Ｃ内部のスリーブローラ１６Ｋ〜１６Ｃの駆動源の回転を開始する。また中間転写体クリーニング装置２７は、この時点で中間転写体１８から離間し、中間転写体１８上に複数回数トナー像を重畳できるようにする。
【００６９】
各駆動源の起動直後に高圧電源に接続された帯電器８内の帯電線に−４０００ｖから−５０００Ｖ程度の高電圧を印加しコロナ放電を行なわせ、更に帯電器８内のグリッドに−７００Ｖを印加して、感光体１の表面を一様に−７００Ｖ程度に帯電させる。更に除電器１４を動作させ、中間転写ローラ１２に＋１０００Ｖ程度の高電圧を印加する。
【００７０】
中間転写体１８と感光体１の搬送速度が定速に達すると、感光体位置検出センサー６は感光体位置検出マーク５の検出を開始し、更に中間転写体位置検出センサー２３は中間転写体位置検出マーク２２の検出を開始する。感光体位置検出マーク５と中間転写体位置検出マーク２２の検出時間差に基づいて、感光体１の継目７を回避し、かつ最も最短時間で画像形成が可能な中間転写体位置検出マーク２２が選択され、選択された中間転写体位置検出マーク２２が検出されてから実際に画像形成プロセスを起動するまでの遅延時間が計算される。以降の画像形成においては、全色の画像形成開始基準としてこの時点で選択された中間転写体位置検出マーク２２が用いられる。
【００７１】
さて上述の手順で選択された中間転写体位置検出マーク２２が中間転写体位置検出センサー２３によって検出されると、所定時間経過後に画像形成装置に内蔵された飽和濃度検出用パターンデータに基づき、感光体１上に図１４に示したテストパターンの静電潜像が形成される。所定時間経過後にブラック現像器１０Ｋが感光体１に当接し、図１４における飽和濃度検出用パターン６１の位置の潜像を顕画化する。飽和濃度検出用パターン６１の位置の現像が終了すると、現像器１０Ｋは待機位置に復帰し、次にマゼンタ現像器１０Ｍが感光体１に当接し、図１４における飽和濃度検出用パターン６２の位置の潜像を顕画化する。こうして感光体１が一周する間に異なる色の現像器を当接・離間することで２色のテストパターンを同時に形成することができる。
【００７２】
顕画化されたテストパターンは中間転写体１８に転写され濃度センサー２５の位置に搬送される。飽和濃度検出用パターン６１が濃度センサー２５の位置に到達する直前に、ＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１に無彩色成分を読み取る際の発光光量設定をおこない、ブラックトナー像に対する濃度センサー２５の出力の読み取りを開始する。ブラックトナー濃度を読み取る場合は、ＣＰＵ４０は図１０におけるオペアンプ５６ｂ（ゲイン＝１の方）のＡ／Ｄ変換ポートを選択する。濃度センサー２５の出力は、予め定められたサンプリング周期でＣＰＵ４０に読み込まれＲＡＭ４２に格納される。
【００７３】
所定回数読み取るとＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１に彩色成分を読み取る際の発光光量設定をおこない、マゼンタトナー像に対する濃度センサー２５の出力の読み取りを開始する。マゼンタトナー像を読み取る場合は、ＣＰＵ４０は図１２におけるオペアンプ５６ａ（ゲイン＝１／２の方）のＡ／Ｄ変換ポートを選択する。濃度センサー２５の出力は、予め定められたサンプリング周期でＣＰＵ４０に読み込まれＲＡＭ４２に格納される。
【００７４】
こうしてブラックとマゼンタの飽和濃度検出パターンが形成された中間転写体１８の読み取り結果が時間順にＲＡＭ４２に格納される。ブラックとマゼンタでＣＰＵ４０のＡ／Ｄ変換ポートを変えるのは、彩色成分濃度が飽和状態に近付くと、通常ゲイン（＝１）ではＣＰＵのＡ／Ｄ変換ポートのリファレンス電位（５Ｖ）を越えるためである。つまりゲイン＝１／２でＣＰＵ４０に取り込み、ソフトウェアにより２倍して使用する。この手法では読み取り精度が低下するが、飽和濃度のような高濃度域は視覚特性上の精度も低いため、この程度の誤差は問題にならない。
【００７５】
一層目の読み取りが終了すると、ＣＰＵ４０は飽和濃度検出用パターン６１及び飽和濃度検出用パターン６２の位置に対応したＲＡＭ４２のアドレスから読み取り結果を集計し、各色毎に一層目の濃度データを求めＲＡＭ４２に格納する。
【００７６】
二層目以降も同様にして画像を形成する。二層目以降の飽和濃度検出用パターンは中間転写体１８上で一層目と全く同じ位置に合成され、濃度センサー２５により濃度を計測し、ＲＡＭ４２に格納する。
【００７７】
さて二層目の濃度計測が終了した時点で、一層目の濃度データと二層目の濃度データを比較する。これらの濃度データの比が予め定められた範囲を満たさない場合は、ＣＰＵ４０は感光体１から中間転写体１８への転写が異常であると判定する。層が増えるに従って濃度データの絶対値は収束するが、転写不良が発生した場合は、特に一層目から二層目の濃度上昇率が非常に小さくなる。予め現像器内部のトナー量は、従来例で示した残量検出手段によって判定されているから、転写不良を正しく検出できる。転写不良が発生した場合は、階調補正はもとより、通常の印字も不良となるため、ＣＰＵ４０は直ちに画像形成装置を停止し、ディスプレイ装置にエラーメッセージを表示する。本実施の形態では、一層目と二層目の濃度上昇率に基づいて転写不良を検出しているが、地肌濃度はある程度チューニングされるので、一層目の濃度データそのものでもある程度の判定は可能である。また各層の濃度データと濃度上昇率を組み合わせても転写不良は判定可能である。
【００７８】
以上のようにして単層画像を合成して行くと、四層程度の合成で中間転写体１８上のトナー濃度は飽和する。このときの濃度センサー２５の出力をブラック、マゼンタ毎に求めてダーク基準としてＲＡＭ４２に格納する。
【００７９】
飽和濃度が検出されると中間転写体クリーニング装置２７は当接位置に移動し、中間転写体１８はクリーニングされる。
【００８０】
以上のようにブラックとマゼンタのダーク基準を検出すると、次はイエローとシアンのダーク基準を検出する。
【００８１】
選択された中間転写体位置検出マーク２２が中間転写体位置検出センサー２３によって検出されると、所定時間経過後に画像形成装置に内蔵された飽和濃度検出用パターンデータに基づき、感光体１上に図１１に示したテストパターンの静電潜像が形成される。所定時間経過後にイエロー現像器１０Ｙが感光体１に当接し、図１１における飽和濃度検出用パターン６１の位置の潜像を顕画化する。飽和濃度検出用パターン６１の位置の現像が終了すると、現像器１０Ｙは待機位置に復帰し、次にシアン現像器１０Ｃが感光体１に当接し、図１１における飽和濃度検出用パターン６２の位置の潜像を顕画化する。
【００８２】
顕画化されたテストパターンは中間転写体１８に転写され濃度センサー２５の位置に搬送される。飽和濃度検出用パターン６１が濃度センサー２５の位置に到達する直前に、ＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１に彩色成分を読み取る際の発光光量設定をおこない、イエロー及びシアントナー像に対する濃度センサー２５の出力の読み取りを開始する。このときＣＰＵ４０は図１０におけるオペアンプ５６ａ（ゲイン＝１／２の方）のＡ／Ｄ変換ポートを選択する。濃度センサー２５の出力は、予め定められたサンプリング周期でＣＰＵ４０に読み込まれＲＡＭ４２に格納される。
【００８３】
こうしてイエローとシアンの飽和濃度検出パターンが形成された中間転写体１８の読み取り結果が時間順にＲＡＭ４２に格納される。
【００８４】
一層目の読み取りが終了すると、ＣＰＵ４０は飽和濃度検出用パターン６１及び飽和濃度検出用パターン６２の位置に対応したＲＡＭ４２のアドレスから読み取り結果を集計し、各色毎に一層目の濃度データを求めＲＡＭ４２に格納する。
【００８５】
二層目以降も同様にして画像を形成し、中間転写体１８上で合成し、濃度センサー２５により濃度を計測し、ＲＡＭ４２に格納する。
【００８６】
以降の動作はブラックとマゼンタトナーの飽和濃度を検出した場合と同じであり、こうしてイエローとシアンのダーク基準が検出される。
【００８７】
以上のようにして各色のダーク基準が検出されると、階調補正は第三段階にはいる。第三段階以降では、中間転写体クリーニング装置２７は当接し、中間転写体１８は常にクリーニングされている。
【００８８】
第三段階では、濃度センサー２５の光量を彩色成分計測時、無彩色成分計測時の２つの設定に切り換えて、中間転写体１８の地肌濃度、即ちハイライト基準を計測する。既に画像形成が可能な状態であるので、選択された中間転写体位置検出マーク２２を中間転写体位置検出センサー２３が検出するのを待って、画像形成装置は階調補正の第三段階に移行する。
【００８９】
選択された中間転写体位置検出マーク２２が中間転写体位置検出センサー２３によって検出されると、所定時間経過後にＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１に彩色成分を読み取る際の発光量設定をおこない、濃度センサー２５の出力の読取りを開始する。濃度センサー２５の出力は予め定められたサンプリング周期でＣＰＵ４０に読み込まれる。ＣＰＵ４０は読み込み結果を直ちにＲＡＭ４２に格納する。例えば中間転写体１８の画像領域を３７０ｍｍ、搬送速度を１００ｍｍ／ｓ、サンプリング周期を１０ｍｓとすると中間転写体１８が一周する間に３７０個のデータがＲＡＭ４２に格納される。
【００９０】
彩色成分用の発光量設定のもとで中間転写体１８の地肌濃度計測が終了すると、ＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１にデータをセットして、濃度センサー２５の発光量を無彩色成分計測時の設定にし、選択された中間転写体位置検出マーク２２の検出を待つ。再度中間転写体位置検出マーク２２が中間転写体位置検出センサー２３によって検出されると、彩色成分のときと全く同様に、無彩色成分用の発光量設定のもとで中間転写体１８の地肌濃度を計測し、結果はＲＡＭ４２に格納される。無彩色成分の発光量設定のもとで中間転写体１８の地肌濃度計測が終了すると階調補正の第三段階は終了する。
【００９１】
次に第四段階の最大濃度補正について述べる。前述した様に画像形成装置の用紙上濃度は環境変動、経時的に変化し画像データの最大値（ＦＦＨ）に対応する濃度値が一定で無い。そのため現像バイアスを制御して目標最大濃度を確保するもので補正パターンとして図２１に示すものが各色毎に用意される（各パターンの描画データは一定でＦＦＨ）。そして感光体上に前記パターンを形成しながら、各パターン位置で現像バイアスを最低（−１２５Ｖ）から最大（−３５０Ｖ）まで変化させ１０段階の濃度パターンが顕画化され、第一転写後、濃度センサー２５により検出され後述する濃度検出アルゴリズムに従って濃度値がＣＰＵ４０により認識されＲＡＭ４２に格納される。そして各パターンの濃度チェックを行い目標最大濃度（例えば反射濃度１．５）に対応する現像バイアス値を選択する。
【００９２】
第四段階が終了すると第五段階に入る。第五段階では中間転写体１８上に形成された階調を有するテストパターンの濃度を各色毎に検出し、第三段階までで求められたダーク基準とハイライト基準を用いて、画像形成装置のγ特性を補正するテーブルを作成する。
【００９３】
第五段階で使用されるテストパターンを図２０に示す。テストパターンは電源投入時や、適当な条件が整った場合に形成されるため、多数回の同一パターン形成によりパターン領域が物理的に劣化しても、画質劣化が視覚的に目だちにくいように、画像領域の端部に形成される。テストパターンは合計１０個であり、各々異なる濃度パターンを形成するように予め画像データが設定されている。例えば先頭のパターンは１６進表現で１０Ｈ、次のパターンは２０Ｈのように、画像の先頭から順に濃度が高くなる設定となっている。
【００９４】
また中間転写体１８においてテストパターンの形成位置は各色共通であり、画像データも共通であるが、各色画像は色によって異なるスクリーン角を用いて形成され、例えばホストコンピュータ等から転送された画像データを印字する際のスクリーン角と階調補正実行時のスクリーン角は色毎に共通である。
【００９５】
次に中間転写体１８に形成された彩色成分並びに無彩色成分のトナーを、濃度センサー２５で検出した時の一般的な特性について図１２を用いて説明する。図１５は彩色成分（シアン・マゼンタ・イエロー）及び無彩色成分（ブラック）の階調補正用テストパターンに対する濃度センサー２５の出力例を示すものである。
【００９６】
簡単のため、トナーが無い状態の中間転写体１８を濃度センサー２５で検出した時の出力は、グラフの中央を示すものとする。また彩色成分と無彩色成分のパターンは、先頭から順に濃度が上昇するよう予め定められているとする。
【００９７】
彩色成分の場合階調補正用テストパターンの濃度上昇とともに、濃度センサー２５の出力も上昇する。厳密には各色で特性は異なるが、パターン濃度の上昇に応じて濃度センサー２５の出力が単調増加するという点では差はない。
【００９８】
一方同条件で無彩色成分のパターンを検出した時は、パターン濃度の上昇に応じて濃度センサー２５の出力は単調減少する。パターン濃度上昇と共に彩色成分と無彩色成分でグラフの中央、即ち中間転写体１８の地肌レベルを挟んで異なる方向に値が変化するのが大きな特徴である。
【００９９】
誘電体である中間転写体１８はカーボンが分散されているため黒色であるが、表面は滑らかであり、ある程度の反射率を有する。彩色成分を検出する場合は、トナーの反射率と光の散乱が共に増加し濃度センサー出力は単調増加する。一方無彩色成分に対する特性は、パターン濃度に応じて濃度センサーからの照射光はトナー表面で吸収されるため、濃度センサーの出力は単調減少する。
【０１００】
さて階調補正の第二段階終了後に、選択された中間転写体位置検出マーク２２が検出されると、所定時間経過後に画像形成装置に内蔵された濃度データに基づき、感光体１上にテストパターンの静電潜像が形成される。既に各高電圧等の画像形成に必要な構成要素は起動され、この時点では画像形成の準備は整っている。
【０１０１】
画像形成プロセスは選択された中間転写体位置検出マーク２２を基準にして進行するため、以降の動作は選択された１つの中間転写体位置検出マーク２２の検出に基づくものである。
【０１０２】
所定時間経過後にブラック現像器１０Ｋが感光体１に当接し階調補正用テストパターンを顕画化する。顕画化されたブラックのテストパターンは中間転写体１８に転写され、濃度センサー２５まで搬送される。
【０１０３】
更に所定時間経過後に、ＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１に無彩色成分を読み取る際の発光量設定をおこない、濃度センサー２５の出力の読取りを開始する。濃度センサー２５の出力は予め定められたサンプリング周期でＣＰＵ４０に読み込まれる。読み込みは全画像領域に対して行い、ＣＰＵ４０は読込み結果を直ちにＲＡＭ４２に格納する。
【０１０４】
以上のようにして無彩色成分のテストパターンの濃度測定が終了すると、ＣＰＵ４０はＤ／Ａ変換器４１に彩色成分を読み取る際の発光量設定をおこない、選択された中間転写体位置検出マーク２２が再度検出されるのを待つ。以降はブラックと同じ画像データを用いてシアン、マゼンタ、イエローのテストパターンを中間転写体位置検出マーク２２が検出される毎に形成し、ブラックの場合と同様にＲＡＭ４２に格納する。
【０１０５】
前述したように、この時点で中間転写体クリーニング装置２７は当接状態であり、中間転写体１８は常にクリーニングされているので、濃度センサー２５は色毎に階調補正パターンを読み取ることができる。
【０１０６】
こうして無彩色成分の光量設定における中間転写体１８の地肌濃度、無彩色成分のテストパターンの濃度検出結果、並びに彩色成分の光量設定における中間転写体１８の地肌濃度、シアン・マゼンタ・イエローの各テストパターンの濃度検出結果がそれぞれＲＡＭ４２に格納されている。このデータは、濃度センサー２５の出力を単に時間順に取得したものに過ぎないため、テストパターン形成・読み取り動作が終了すると、画像形成装置は各モータや帯電器８等の動作をすべて停止し、データ処理を行う。
【０１０７】
ＲＡＭ４２内のデータはすべて同じ中間転写体位置検出マーク２２の検出に基づき得られたものなので、地肌濃度とテストパターン読み取り開始点は中間転写体１８の同一地点のものである。また中間転写体位置検出マーク２２を検出してから、ＣＰＵ４０が濃度センサー２５の出力の取り込みを開始するまでの時間は定まっているので、１つ１つのテストパターン位置に対応した読み取り結果は容易に得られる。まずテストパターン１つに対して８個のポイントの値を合計し、この平均値を１つのパターンの濃度値とする。こうして無彩色成分の光量設定における各パターン位置の地肌濃度とトナー濃度及び彩色成分の光量設定における各パターン位置の地肌濃度とシアン、マゼンタ、イエローのトナー濃度を求めることができる。
【０１０８】
各色の階調補正用テストパターンの濃度計測が終了すると、第二段階で求めたダーク基準と第三段階で求めたハイライト基準を用いて階調補正テーブルを作成する。以降簡単のために、ブラック（無彩色成分）とシアン（彩色成分）のデータ処理について説明する。マゼンタとイエローに対するデータ処理はシアンの場合と同様である（ただしダーク基準は独立した値を使用する）。また各パターン位置をｎ（ｎ＝０〜９）とし、ｎの位置の中間転写体１８の地肌濃度（ハイライト基準）を、ブラックの場合はＨＬ＿Ｋ［ｎ］、シアンの場合はＨＬ＿ＣＭＹ［ｎ］とし、階調パターンのトナー濃度をシアンの場合はＤ＿Ｃ［ｎ］、ブラックの場合はＤ＿Ｋ［ｎ］とする（ＤはＤｅｎｓｉｔｙの意味）。更にブラックのダーク基準をＤＫ＿Ｋ、シアンのダーク基準をＤＫ＿Ｃとする（ＤＫはｄａｒｋの意味。配列要素が無いのはダーク基準がパターン位置に無関係であるため）。
【０１０９】
まずブラックに対するデータ処理を図１３を用いて説明する。図１３はブラックの各パターンの濃度計測結果とハイライト基準、ダーク基準の関係及びデータ処理を示す図である。
【０１１０】
ブラックのデータ処理はダーク基準ＤＫ＿Ｋと、各パターン毎の濃度データＤ＿Ｋ［ｎ］と、ハイライト基準ＨＬ＿Ｋ［ｎ］を用いて行う。
まず全てのｎに対して
ＤＩＦ［ｎ］＝ＨＬ＿Ｋ［ｎ］−Ｄ＿Ｋ［ｎ］
を計算し、ＤＩＦ［ｎ］を真の濃度レベルと規定する。
【０１１１】
次に全てのｎに対して
ＤＬ［ｎ］＝ＨＬ＿Ｋ［ｎ］−ＤＫ＿Ｋ
を計算し、ＤＬ［ｎ］を各パターン毎のダイナミックレンジと規定する。
【０１１２】
次にＤＩＦ［ｎ］を、ＤＬ［ｎ］に対して８ビットで正規化する。即ち各パターン毎に正規化値ＮＭ［ｎ］を
ＮＭ［ｎ］＝ＤＩＦ［ｎ］＊２５５／ＤＬ［ｎ］
に基づき計算する。
【０１１３】
更に正規化されたデータを記録紙上の濃度に変換する。濃度変換は予め実験的に取得した濃度変換テーブルを用いる。
【０１１４】
ブラックの濃度変換テーブルについて図１７を用いて説明する。図１７はブラックの濃度変換テーブルの内容をグラフ化した図である。１８において横軸は、各パターン毎の濃度センサー２５の出力を上述した手法に基づいて正規化した値であり、縦軸は同じパターンを記録紙に形成した時の濃度（マクベス濃度）である。
【０１１５】
これらのテーブルは、中間転写体１８に形成された階調補正用パターンや飽和濃度検出用パターンを、濃度センサー２５で検出し、正規化したデータと、同一パターンを記録紙上に転写・定着したサンプルがあれば容易に得ることができる。
【０１１６】
ブラックの濃度変換テーブルは、中〜高濃度域で正規化値に対する記録紙上濃度が急激に変化するため、テストパターンの濃度が上昇するほど検出の精度が低くなる。この特性は一般に言われる反射率→濃度変換特性そのものと考えてよい。
【０１１７】
フルカラー画像ではブラックは補助的な使われ方され、また人間の視覚特性が高濃度域ほど濃度差に鈍感になるため、高濃度域における精度の劣化はさほど問題にならない。
【０１１８】
次にシアンに対するデータ処理を図１５を用いて説明する。図１５はシアンの各パターンの濃度計測結果とハイライト基準、ダーク基準の関係及びデータ処理を示す図である。
【０１１９】
シアンのデータ処理は各パターン毎の濃度データＤ＿Ｃ［ｎ］と、ハイライト基準ＨＬ＿ＣＭＹ［ｎ］と、ダーク基準ＤＫ＿Ｃを用いる。
まず全てのｎに対して
ＤＩＦ［ｎ］＝Ｄ＿Ｃ［ｎ］−ＨＬ＿ＣＭＹ［ｎ］
を計算し、ＤＩＦ［ｎ］を真の濃度レベルと規定する。
【０１２０】
次に全てのｎに対して
ＤＬ［ｎ］＝ＤＫ＿Ｃ−ＨＬ＿Ｃ［ｎ］
を計算し、ＤＬ［ｎ］を各パターン毎のダイナミックレンジと規定する。
【０１２１】
次にＤＩＦ［ｎ］を、ＤＬ［ｎ］に対して８ビットで正規化する。即ち各パターン毎に正規化値ＮＭ［ｎ］を
ＮＭ［ｎ］＝ＤＩＦ［ｎ］＊２５５／ＤＬ［ｎ］
に基づき計算する。
【０１２２】
更に正規化されたデータを記録紙上の濃度に変換する。濃度変換は予め実験的に取得した濃度変換テーブルを用いる。
【０１２３】
濃度変換テーブルについて図１９を用いて説明する。図１９はシアンの濃度変換テーブルをグラフ化した図である。図において横軸は、各パターン毎の濃度センサー２５の出力を上述した手法に基づいて正規化した値であり、縦軸は同じパターンを記録紙に形成した時の濃度（マクベス濃度）である。
【０１２４】
これらのテーブルは、中間転写体１８に形成された階調補正用パターンや飽和濃度検出用パターンを、濃度センサー２５で検出し、正規化したデータと、同一パターンを記録紙上に転写・定着したサンプルがあれば容易に得ることができる。またハイライト基準とダーク基準が測定系で一意に定まれば、これらのグラフの形はほとんど変わらないため、正規化後のデータから記録紙上の濃度が正しく予測できる。
【０１２５】
さて濃度変換テーブルは、濃度センサー２５の出力を記録紙上の画像濃度に変換するテーブルだから、用紙にトナー像を転写する際の用紙転写特性と、定着特性を含んでいる。従って用紙転写特性が環境等により変動して階調性を劣化させる場合は、濃度変換テーブルの変換特性を環境パラメータ等に応じて変更すれば、影響を吸収することができる。
【０１２６】
以上の説明で濃度センサー２５の出力から画像濃度を検出する手法を示した。一方階調補正用テストパターンのデータ、即ち入力は予め定められた値であり既知である。この入力データと、記録紙上濃度との関係は画像形成装置のγ特性に他ならない。
【０１２７】
従って記録紙上の濃度に対する入力データの関係を求めれば、γ特性の逆関数（階調補正テーブル）を求めることができる。
【０１２８】
次に図２２を用いて画像データと階調補正テーブルの関係を説明する。
ＣＰＵ４０は作成された階調補正テーブルを、ＳＲＡＭ５１に転送している。
【０１２９】
コントローラ５２から出力された画像データ５３が、ＳＲＡＭ５１のアドレスをアクセスすると、階調を補正された画像データがＳＲＡＭ５１からレーザドライバ５４に出力される。レーザドライバ５４は画像データに応じたパルス幅変調を行いレーザダイオード５５を発光させる。階調補正テーブルをアクセスすることで、例えばコントローラ５２から均等ステップの画像データ５３が出力されると、画像形成装置のγ特性は逆関数である階調補正テーブルによって打ち消され、記録用紙上の画像濃度も均等ステップとなる。以上の動作により画像の階調性が確保される。
【０１３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来例として述べてきた画像形成装置には次のような解決すべき課題がある。
【０１３１】
すなわち階調補正の動作シーケンスが電源スイッチ投入後一回だけ、もしくは印字枚数の数百枚、もしくは数千枚に一回というように階調補正のインターバルが長く、電子写真プロセスの単時間での物理的変化、すなわち階調性の変化に追従出来ないという問題が有った。周知の通り、電子写真プロセスは長期的なスパンでの環境変動、構成部品（感光体、中間転写体等））、材料（トナー等）の経時的な特性の劣化等でプロセス条件の設定値との適合性が擦れ、これによる階調特性への影響と同時に短期的な観点からの特性変化、すなわち電子部品等の自己発熱、叉、機械内部温度が印字中と非印字中ど大きく異なることでの各構成要素の温度特性により、階調性に変化を生じる。
【０１３２】
前者に対しては従来技術による階調補正を実施すれば解決できるが後者の問題に対して従来技術を使用すると補正データの取得に非常に長い時間を要する。なぜなら、各色の基準濃度データ取得、階調補正用テストパターンのデータ取得を行う為には感光体、中間転写体の回転動作を必要とし各色毎にこの動作を行うと例えばプロセススピード９６mm/secの機械の場合、約３分程度もかかると言う実験値が有る。この動作を短周期内で行う事は、たとえば一枚の印字に対しても、それ以前に階調補正動作を行う可能性が生じ、実用性、コンピュータ端末の即応性という観点から全く現実性が無い。叉、階調補正用テストパターンのパッチの個数が１０個程度必要となる為トナー消費量の増大（ランニングコストのアップ）や機内飛散の増大を招く事になる。
【０１３３】
一方の問題として従来例では目標最大濃度を確保するための手段として、現像バイアスを制御している。一般に現像プロセスの種々のパラメータの定数（現像バイアス、トナー層厚、帯電量、周速比等）は互いにトレードオフの関係にあり、これらが最適化設計されることで目標の現像特性が得られる様になっている。即ち、現像バイアスを変化させる事は感光体の表面電位に対する現像開始条件が常に変化し、最適化の均衡が崩壊することを意味する。例えばベタ濃度は見かけ上画質的に問題がなくても細線の再現性に問題がでてくる。更に、感光体の表面電位と現像バイアスの関係が常に変化する事で、過度のバイアス値が設定された場合、カブリ等の問題がしょうじる。
【０１３４】
【課題を解決するための手段】
前述した問題点を解決するために本発明は、レーザ光を単位画素周期毎にパルス幅変調を行い階調表現する画像形成装置において、感光体上にテストパターンの潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を顕画化する現像手段と、顕画化されたトナー像を合成し、保持する中間転写体と、前記テストパターンの濃度を検出する濃度センサーを有し、前記濃度センサーの出力値に基づいて階調補正を行うもので、前記潜像形成手段は、電源投入直後もしくは初期化中は一種類の色に対して互いに濃度の異なる複数個の、及び印字開始直前には一種類の色に対して一個のテストパターンを感光体上に形成する構成とした。
【０１３５】
上記手段により例えば一枚印字での補正動作要求に対しても即応性を損なうこと無く階調補正が可能となり、電子写真プロセスの短周期の特性変化に対しても十分追従できるようになる。
【０１３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１３７】
図１は本発明の一実施の形態における画像形成装置の構成を示す。これは従来例と同様の印字動作となるため初期化から定着までの一連の説明は省略する。又、中間転写体上のトナー濃度の認識アルゴリズムも従来例と同様のためこれも省略する。
【０１３８】
先ず第一段階として、機械の電源投入後、定着器のアイドリングが開始され、並行して階調補正のためのデータ取得動作が行われる。この段階で行われる補正動作は発光光量値設定、基準濃度取得、最大濃度補正、階調特性データ取得及び濃度変換テーブル作成に分かれるが本発明では最大濃度補正動作が従来例と異なるためこれを詳述する。ここで従来例では現像バイアスはプロセスの特性の変化によりその設定値が大きく動いていたが、本発明においては、あらかじめ定められた固定値である。これは前述した様に現像プロセスの種々のパラメータの定数は最適化されて、その値が決定され目標の現像特性が得られる様になっている。即ち、前述の様に、現像バイアスを変化させる事は感光体の表面電位に対する現像開始条件が常に変化することを意味し例えばベタ濃度は見かけ上画質的に問題がなくても細線の再現性に問題がでてくる。更に、感光体の表面電位と現像バイアスの関係が常に変化する事で、過度のバイアス値が設定された場合、カブリ等の問題が生じる。すなわち本発明の第一の実施の形態の目的は、プロセス特性の変化による濃度変動に対してレーザ光のＯＮ／）ＦＦ  ｄｕｔｙ比の最大値を制御する事で一定濃度を確保する事にある。
【０１３９】
該最大濃度補正は上流ホストからの画像情報の濃度レベルの最大値に対する画像形成装置の用紙反射濃度が常に一定と鳴るように制御されるもので、この補正の為に使用されるテストパターンを図２に示す。該テストパターンは電源投入時や、適当な条件が整った場合に形成されるため、多数回の同一パターン形成によりパターン領域が物理的に劣化しても、画質劣化が視覚的に目だちにくいように、画像領域の端部に形成される。テストパターンは合計１０個であり、各々異なる濃度パターンを形成するように予め画像データが設定されている。
【０１４０】
例えば先頭のパターンは１６進表現でＡ０Ｈ、次のパターンはＢ０Ｈのように、画像の先頭から順に濃度が高くなる設定となっており最大値はＦＦＨとなる。該テストパターンは各色毎に感光体上で顕画化され更に中間転写体上に転写され濃度センサー２５により反射光量値として検出される。この反射光量値は前述した様に用紙上画像濃度と変換できるためＣＰＵ４０は正確に濃度値を認識できる。本発明においても従来例と同様、画像の濃淡を表現する方式としてはレーザ光の単位画素周期内を時間制御する周知のパルス幅変調を使用する（図３に構成例を示す）。
【０１４１】
すなわち画像データ値、レーザ光のＯＮ／）ＦＦ  ｄｕｔｙ比、および用紙上濃度は相関関係にある。それ故、前記テストパターンの濃度値、レーザＯＮ／ＯＦＦ  ｄｕｔｙ比、画像データ値は、図４の様に表され、例えば目標最大濃度値が１．５の場合これに対応する画像データ値、レーザ光のＯＮ／）ＦＦ  ｄｕｔｙ比（これを最大  ｄｕｔｙ比と呼ぶ）が一義的に決定される（図４ではＣＣＨ、８０％が設定値となる。）。言い換えると、レーザＯＮ／ＯＦＦ  ｄｕｔｙ比８０％でレーザ走査を行えばプロセスの特性が変化しないかぎり、常に用紙上濃度１．５を維持できることになる。そして次の階調特性取得動作において使用される階調補正テストパターンの最大値はＣＣＨが設定され順次濃度の低い１０個のパッチが形成され、該画像形成装置の階調特性データが取得される事になる。以下従来例と同様の手法で階調補正テーブルが作成される事になるがコントロ＝ラ５２からの展開データ（００ＨからＦＦＨ）は、００ＨからＣＣＨに対応する事に注意を要する（図５参照）。
【０１４２】
さて、定着器のウオームアップ終了後、本画像形成装置は印字可能状態となる。一般的な画像形成装置の使われ方としてウオームアップ終了後、即印字が行われる事もあるし、長時間の印字待ち状態となる事も有る。この期間では前述した通り環境温度の推移、その他、種々の変動パラメータの状態遷移は一義的に定まらず、該装置構成部材の温度特性による微妙な変位、さらに電気的なノイズ等で画像形成装置の階調特性は変動してしまう。
【０１４３】
次に、第二段階で印字動作に移行し、本発明の別の実施の形態の階調補正が起動される事になる。ここで、前述した様な電源投入直後に起動する階調補正をフルモード階調補正、そして装置のウオームアップ終了後、印字の合間、または、印字開始直前に起動されるものを短縮階調補正と呼ぶことにする。以下短縮階調補正の一実施の形態として画像形成装置の一日の使用時間のなかで所定の時間毎に補正動作を行う場合について詳述する。
【０１４４】
ここで補正パターンとしては図６に示す様な各色のパッチが用意され、感光体の一回転の周期内で顕画化され、従来例と同様の転写工程を踏襲し中間転写体上に転写される。該転写トナー像は該濃度センサーでその反射光量が検出されその時点での濃度値がＣＰＵ４０により認識される。
【０１４５】
ここで各色のパッチの画像データ値はあらかじめ決まっており前回の補正結果のレーザ光のＯＮ／ＯＦＦ最大ｄｕｔｙ比、例えば８０％（画像データ値でＣＣＨ）が設定される。前回の階調補正では、この値に相当する濃度値は、目標最大濃度値に対応していたのであるが、電子写真プロセスの特性が変化すると当然この濃度値にずれを生じる。仮に濃度値が１．５から１．２に低下したとすると図７のような相関表がＣＰＵ４０の演算処理によって作成できる。
【０１４６】
この図において、画像データ値ＣＣＨに対応する現時点での用紙上濃度が１．２であることは、ＣＰＵ４０によって認識される。特に中、高濃度域では画像データ値（すなわちレーザ光のＯＮ／ＯＦＦ  ｄｕｔｙ比）と用紙上濃度は比例関係が成り立つため目標最大濃度に対応する画像データ値はＦＦＨ（すなわちレーザ光のＯＮ／）ＦＦ  ｄｕｔｙ比１００％）である事が予測できることになる。そして前回作成された階調補正テーブルのデータをＦＦＨ／ＣＣＨの値で重み付けする事で新規の階調補正テーブルが作成できる。本実施の形態は各色とも微小なトナーパッチを一個印字するだけで、現状の階調特性を予測でき、トナー消費もほとんど問題にならず、頻繁な補正動作が可能となり、短時間に変化する階調特性に対してリアルタイムに追従できる。
【０１４７】
本発明の３番目の実施の形態として、通常の印字動作では感光体の一周期毎に各色のトナー像が形成されるが、階調補正動作では感光体の回転一周期内で各色現像器が当接動作を行い、転写工程も中間転写体１８の回転一周期で各色分が終了する事に注意を要する。この一連の補正動作時間は装置の構成、プロセススピードによって異なるが、例えばプロセススピード２１０mm/sの装置では５秒程度で終了すると言うデータもあるため何回も補正動作をおこなっても実使用での繁雑な印字要求の邪魔にならない。この補正動作が完了すると該画像形成装置はプリント要求信号待ちの状態になる（図８にシーケンスを示す）。
【０１４８】
第４番目の実施の形態としてこの種の画像形成装置は、ホストコンピュータの端末として使用される場合、図９の様に構成され、図１０の様なシーケンス動作が行われる。すなわちホストコンピュータ上で作成された画像情報（コードデータ）はコントローラ５２上で復号化され時系列の画像データに展開される。この展開に要する時間は、コントローラ上のＣＰＵのパフォーマンスによっても異なるが、自然画等の情報量の多いもので数１０分、文字数の少ないテキストデータで１０秒程度である。この為、該補正動作は前述したコントローラの画像データ展開中に実施されると画像形成装置のファーストプリント時間に影響する事無しに通常印字が開始できる。すなわち画像データの展開開始と同時にコントローラ５２からの補正開始信号により短縮階調補正を起動すれば画像データ展開終了以前（すなわちプリント要求信号がアクテブ状態になるまでに）かならず補正動作は完了しているためである。ここのことは一枚印字毎にも補正動作を実施できることを意味し、短時間内での微妙な階調変化に対しても迅速な補正ができる。
【０１４９】
５番目の実施の形態として、フルモード階調補正と短縮階調補正の併用について述べる。前述の様にフルモード階調補正は電源投入直後に起動され、装置の電子写真プロセスの特性を正確に把握する役割分担を持つ。そのため、センサーチューニング、最大濃度補正、階調データ取得等の工程を実施するため、動作時間が長くなるという側面があり頻繁には動作できない。一方、短縮階調補正は短時間に変化する比較的少ない階調変化に対応すると言う役割分担であり、最小限の情報量（すなわち一個のトナーパッチ）から階調変化を予測するため、長時間での大きな変化、完全な階調特性の把握は期待できない。すなわち片方だけの補正では十分な効果は得られず、両者は相補完の関係にある。つまりフルモード階調補正で、その時点での正確な階調補正テーブルを作成し、短縮階調補正でテーブルのデータを更新していくことで、初めて完璧な階調補正が可能となる。
【０１５０】
【発明の効果】
本発明によれば、一枚印字での補正動作要求に対しても即応性を損なうこと無く階調補正が可能となり、電子写真プロセスの長周期、短周期の特性変化に対しても十分追従できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の画像形成装置の構成を示す図
【図２】最大濃度補正のパターンを示す図
【図３】ＰＷＭ変調の構成を示す図
【図４】画像データと用紙上濃度の関係を示す図
【図５】階調補正テーブルの特性例を示す図
【図６】第２の実施の形態における短縮階調補正のパターンを示す図
【図７】第２の実施の形態における濃度予測のアルゴリズムを示す図
【図８】第３の実施の形態における動作タイミングを示す図
【図９】第４の実施の形態におけるファンクションブロックを示す図
【図１０】第４の実施の形態における動作タイミングを示す図
【図１１】従来例における画像形成装置の構成を示す図
【図１２】従来例における濃度センサー周辺のブロック構成図
【図１３】従来例における濃度センサーの発光光量調整を示す図
【図１４】従来例で用いられる飽和濃度検出用のパターンを示す図
【図１５】彩色成分及び無彩色成分の階調補正用テストパターンに対する濃度センサーの出力例を示す図
【図１６】従来例におけるブラックの各パターンの濃度計測結果、ハイライト基準とダーク基準の関係及びデータ処理を示す図
【図１７】従来例におけるブラックの濃度変換テーブルをグラフ化した図
【図１８】従来例におけるシアンの各パターンの濃度計測結果、ハイライト基準とダーク基準の関係及びデータ処理を示す図
【図１９】従来例におけるシアンの濃度変換テーブルをグラフ化した図
【図２０】飽和濃度検出用のパターンを示す図
【図２１】最大濃度補正のパターンを示す図
【図２２】画像データと階調補正テーブルの関係を示す図
【符号の説明】
１  感光体
２  感光体搬送ローラ
３  感光体支持ローラ
４  感光体支持ローラ
５  感光体支持ローラ
６  感光体位置検出センサー
７  継目
８  帯電器
９  露光光学系
１０Ｋ  現像器（ブラック）
１０Ｃ  現像器（シアン）
１０Ｍ  現像器（マゼンタ）
１０Ｙ  現像器（イエロー）
１１  中間転写前除電器
１２  中間転写ローラ
１３  感光体クリーニング装置
１４  除電器
１５  露光光線
１６Ｋ  スリーブローラ（ブラック）
１６Ｃ  スリーブローラ（シアン）
１６Ｍ  スリーブローラ（マゼンタ）
１６Ｙ  スリーブローラ（イエロー）
１７Ｋ  離接カム（ブラック）
１７Ｃ  離接カム（シアン）
１７Ｍ  離接カム（マゼンタ）
１７Ｙ  離接カム（イエロー）
１８  中間転写体
１９  中間転写体支持ローラ
２０  中間転写体支持ローラ
２１  中間転写体支持ローラ
２２  中間転写体位置検出マーク
２３  中間転写体位置検出センサー
２４  転写前帯電器
２５  濃度センサー
２６  用紙転写ローラ
２７  中間転写体クリーニング装置
２８  記録用紙
３０  記録紙カセット
３１  給紙ローラ
３２  用紙搬送路
３３  スリップローラ
３４ａ  レジストローラ
３４ｂ  従動ローラ３４ｂ
３５  定着装置
３６  ヒートローラ
３７  加圧ローラ
３８  温度センサ
３９  基準濃度校正板
４０  ＣＰＵ
４１  Ｄ／Ａ変換器
４２  ＲＡＭ
４３  地肌濃度の調整目標値（彩色成分）
４４  地肌濃度の最小値
４５  地肌濃度の調整目標値（無彩色成分）
４６  地肌濃度の最大値
４７  地肌濃度の最大値
４８  ブラックのダーク基準
４９  シアンのダーク基準
５０  地肌濃度の最小値
５１  ＳＲＡＭ
５２  コントローラ
５３  画像データ
５４  レーザドライバ
５５  レーザダイオード
５６ａ  オペアンプ
５６ｂ  オペアンプ
５７  地肌濃度の調整目標値（彩色成分）
５８  地肌濃度の平均値
５９  地肌濃度の調整目標値（無彩色成分）
６０  地肌濃度の平均値
６１  飽和濃度検出用パターン
６２  飽和濃度検出用パターン
６３  中間転写体駆動方向
６４  Ｄ／Ａ変換器
６５  比較器
６６  基準波発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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