(57)【要約】【課題】ノイズの影響を受けず、像担持体上のトナー付着量を高精度に求めることのできる測定技術を提供する。【解決手段】パッチ画像Ｉｐ内の各表面領域Ｐ１，Ｐ２，…について、照射光に対応した当該領域からの出射光量に応じたセンサ出力信号をサンプリングする。１つの測定対象表面領域Ｐ６のトナー付着量は、当該サンプリングデータにノイズが含まれる可能性のあることを考慮して、当該サンプリング値Ａ６と、隣接する表面領域Ｐ５およびＰ７それぞれについてのサンプリング値Ａ５およびＡ７との３つの値に基づき算出する。これら３つの値の中央値を測定対象表面領域Ｐ６についての補正後のデータＢ６とし、この値Ｂ６からトナー付着量を求める。【選択図】        図５
2004361871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体の表面領域に向けて光を照射するとともに、前記表面領域から出射される光を受光し、その受光光量に応じた信号を出力するセンサと、
前記センサからの出力信号をサンプリングし、そのサンプリング結果に基づいて前記表面領域のトナー付着量を求める制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記像担持体上の一の測定対象表面領域および該測定対象表面領域近傍の複数の前記表面領域について前記サンプリングを行い、それらのサンプリング結果に基づいて、前記測定対象表面領域のトナー付着量を求め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、前記測定対象表面領域と、所定方向に沿って前記測定対象表面領域の上流側のＮ箇所（ただし、Ｎは自然数）の前記表面領域および前記所定方向に沿って前記測定対象表面領域の下流側のＮ箇所の前記表面領域とからなる（２Ｎ＋１）箇所の表面領域についてのサンプリング結果に基づいて、前記測定対象表面領域のトナー付着量を求める請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記（２Ｎ＋１）箇所の表面領域についてのサンプリング結果のうちの中央値に基づいて前記測定対象表面領域のトナー付着量を求める請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
パッチ画像として所定パターンのトナー像を前記像担持体上に形成するとともに、前記パッチ画像内の測定対象表面領域のトナー付着量を、該測定対象表面領域および前記パッチ画像内の複数の表面領域についての前記サンプリング結果に基づいて算出し、その算出結果に基づいて、画像品質に影響を与える制御因子を調整する請求項２または３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
パッチ画像として、前記所定方向に沿ってその階調レベルが変化するトナー像を前記像担持体上に形成するとともに、前記パッチ画像内において前記所定方向に沿って互いに位置の異なる複数の前記測定対象表面領域それぞれにおけるトナー付着量を、当該測定対象表面領域および前記パッチ画像内の複数の表面領域についての前記サンプリング結果に基づいて算出し、その算出結果に基づいて装置の階調補正を行う請求項２または３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記パッチ画像内の前記測定対象表面領域のトナー付着量を、
前記パッチ画像内の当該測定対象表面領域を含む前記（２Ｎ＋１）箇所の表面領域についての前記サンプリング結果と、
前記パッチ画像を担持していない状態の当該測定対象表面領域、前記所定方向に沿って当該測定対象表面領域の上流側のＮ１箇所（ただし、Ｎ１は自然数）の前記表面領域および前記所定方向に沿って前記測定対象表面領域の下流側のＮ１箇所の前記表面領域からなる（２Ｎ１＋１）箇所の表面領域についての前記サンプリング結果と
に基づいて求める請求項４または５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記数値ＮおよびＮ１の間に、Ｎ≦Ｎ１なる関係が成立する請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記（２Ｎ＋１）箇所の表面領域が前記所定方向に沿って等間隔に並ぶように構成された請求項２ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記像担持体を前記所定方向に一定速度で移動させながら一定時間間隔で前記サンプリングを行うことによって、前記（２Ｎ＋１）箇所の表面領域についてのサンプリング結果を取得する請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
像担持体の表面領域に向けて光を照射するとともに、前記表面領域から出射される光を受光し、その受光光量に応じた信号をサンプリングして、そのサンプリング結果に基づいて前記表面領域のトナー付着量を求めるトナー付着量算出方法において、
前記像担持体上の一の測定対象表面領域および該測定対象表面領域近傍の複数の前記表面領域について前記サンプリングを行い、それらのサンプリング結果に基づいて、前記測定対象表面領域のトナー付着量を求めることを特徴とするトナー付着量算出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、像担持体表面に光を照射するとともに、該表面から出射される光を検出し、その検出結果に基づき像担持体上のトナー付着量を求める画像形成装置およびそのトナー付着量算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置では、必要に応じて、所定の画像パターンを有するテスト用の小画像（パッチ画像）を形成するとともにそのトナー量を測定し、その測定結果に基づいて各種の画像形成条件を調整することで、所定の画像濃度を安定して得られるようにしている。
【０００３】
例えば、本願出願人が先に提案した画像形成装置では、次のようにしてパッチ画像のトナー付着量を求めている（特許文献１参照）。すなわち、回転するベルト状の像担持体に光を照射してその反射光量を受光する受光素子からの出力信号をサンプリングし、そのサンプリング結果に基づいて該像担持体の表面状態を示すプロファイルを予め求めておく。そして、像担持体上に形成したパッチ画像についてのサンプリング結果と、上記プロファイルとに基づいて、パッチ画像濃度を求めている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１４８５５号公報（図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の濃度測定技術においては、サンプリング結果にノイズが混入することがある。このノイズは、電気的な原因により生じるもののほか、像担持体の傷や汚れなどに起因して生じる。このようなノイズの混入は、パッチ画像濃度の測定結果に影響を及ぼすこととなる。そのため、このようなノイズに影響されることなく、画像濃度もしくは当該画像を構成するトナー量を高精度に求めることのできる濃度測定技術の確立が望まれている。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ノイズの影響を受けず、像担持体上のトナー付着量を高精度に求めることのできる測定技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、像担持体の表面領域に向けて光を照射するとともに、前記表面領域から出射される光を受光し、その受光光量に応じた信号を出力するセンサと、前記センサからの出力信号をサンプリングし、そのサンプリング結果に基づいて前記表面領域のトナー付着量を求める制御手段とを備え、前記制御手段は、前記像担持体上の一の測定対象表面領域および該測定対象表面領域近傍の複数の前記表面領域について前記サンプリングを行い、それらのサンプリング結果に基づいて、前記測定対象表面領域のトナー付着量を求めることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかるトナー付着量算出方法は、像担持体の表面領域に向けて光を照射するとともに、前記表面領域から出射される光を受光し、その受光光量に応じた信号をサンプリングして、そのサンプリング結果に基づいて前記表面領域のトナー付着量を求めるトナー付着量算出方法において、上記目的を達成するため、前記像担持体上の一の測定対象表面領域および該測定対象表面領域近傍の複数の前記表面領域について前記サンプリングを行い、それらのサンプリング結果に基づいて、前記測定対象表面領域のトナー付着量を求めることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、測定対象表面領域におけるサンプリング結果のみならず、その近傍の複数の表面領域におけるサンプリング結果をも含めて当該測定対象表面領域のトナー付着量を求める。そのため、サンプリング結果に含まれるノイズの影響を軽減して、測定対象表面領域におけるトナー付着量を精度よく求めることができる。
【００１０】
なお、測定対象表面領域を含むこれら複数の表面領域は、互いに離隔するものであってよいが、互いに近接していることが望ましい。また、隣接する表面領域間でその一部が互いに重なっていてもよい。
【００１１】
本発明にいう「表面領域」は、像担持体表面のうち所定の面積を有する一部領域であって、センサからの照射光に応じてその領域から出射される光がセンサにより同時に受光される領域を指している。つまり、センサ側から見れば、像担持体表面のうち、本発明にいう「表面領域」内の各位置からの出射光を同時に受光することができる。また、本発明にいう「測定対象表面領域」は、上記表面領域のうち、その領域におけるトナー付着量を求めることが必要とされる領域を指している。
【００１２】
また、「ある表面領域についてサンプリングを行う」という語は、当該表面領域から出射される光を受光した状態にあるセンサからの出力信号をサンプリングすることを意味している。
【００１３】
上記のように構成された画像形成装置では、例えば、前記測定対象表面領域と、所定方向に沿って前記測定対象表面領域の上流側のＮ箇所（ただし、Ｎは自然数）の前記表面領域および前記所定方向に沿って前記測定対象表面領域の下流側のＮ箇所の前記表面領域とからなる（２Ｎ＋１）箇所の表面領域についてのサンプリング結果に基づいて、前記測定対象表面領域のトナー付着量を求めることができる。
【００１４】
つまり、一の測定対象表面領域のトナー付着量を、当該領域についてのサンプリング結果と、前記所定方向に沿って当該領域を挟む前後各Ｎ箇所ずつの表面領域それぞれについてのサンプリング結果とに基づいて求めることができる。このように、サンプリングを実行する複数の表面領域（測定対象表面領域を含む）が一列に並ぶようにすることで、これらの各領域についてのサンプリングを比較的簡単に行うことができる。
【００１５】
なお、この値Ｎを大きくすると、１つの測定対象表面領域のトナー付着量を求めるために用いるサンプリングデータの個数が大きくなり、ノイズの影響を排除するという点では効果的である一方、像担持体上の位置によるトナー付着量の違いが現れにくくなる。したがって、像担持体上の比較的広い範囲でトナー付着量の変化が小さいと予想される場合にはこの値Ｎを大きくする一方、トナー付着量が小刻みに変化する場合や、前記所定方向に沿ったトナー付着量のプロファイルを求める場合には、この値Ｎを小さくすることが望ましい。
【００１６】
例えば、前記（２Ｎ＋１）箇所の表面領域についてのサンプリング結果のうちの中央値に基づいて前記測定対象表面領域のトナー付着量を求めることができる。特に、これら（２Ｎ＋１）箇所の表面領域間でトナー付着量の変化があまりない、あるいは単調に変化すると予測できる場合に有効である。その理由は次の通りである。
【００１７】
すなわち、（２Ｎ＋１）箇所の表面領域間でトナー付着量の変化があまりない、または単調に変化する場合、これら（２Ｎ＋１）箇所の表面領域それぞれについてのサンプリング結果も、あまり差がないか、前記所定方向に沿って次第に増加もしくは減少する傾向を示すと予想される。したがって、これら（２Ｎ＋１）箇所の中央に位置する測定対象表面領域についてのサンプリング結果は、これらのサンプリング結果の中央値またはそれに近い値となるはずである。これに反して、測定対象表面領域についてのサンプリング結果がこの中央値から大きく外れている場合には、そのサンプリング結果にノイズの影響が現れているとみることができる。そこで、当該測定対象表面領域についてのサンプリング結果に代え、これら（２Ｎ＋１）箇所でのサンプリング結果のうちの中央値を用いることで、このようなノイズの影響によりトナー付着量の算出結果が本来の値から大きく外れることを未然に防止することができる。
【００１８】
この発明の効果は、パッチ画像として所定パターンのトナー像を前記像担持体上に形成するとともに、前記パッチ画像内の測定対象表面領域のトナー付着量を、該測定対象表面領域および前記パッチ画像内の複数の表面領域についての前記サンプリング結果に基づいて算出し、その算出結果に基づいて、画像品質に影響を与える制御因子を調整する画像形成装置において特に顕著である。というのは、パッチ画像として形成されたトナー像内の測定対象表面領域について、上記のようにしてトナー付着量を求めることにより、そのトナー付着量を精度よく求めることができ、こうして求めたトナー付着量に基づき制御因子の調整を行うことで、画像品質の良好なトナー像を安定して形成することが可能となるからである。
【００１９】
また、この発明の効果は、パッチ画像として、前記所定方向に沿ってその階調レベルが変化するトナー像を前記像担持体上に形成するとともに、前記パッチ画像内において前記所定方向に沿って互いに位置の異なる複数の前記測定対象表面領域それぞれにおけるトナー付着量を、当該測定対象表面領域および前記パッチ画像内の複数の表面領域についての前記サンプリング結果に基づいて算出し、その算出結果に基づいて装置の階調補正を行う画像形成装置においても有効である。中でも、パッチ画像として前記所定方向に沿ってその階調レベルが漸増または漸減するトナー像を形成する場合に特に有効である。
【００２０】
このような装置においても、パッチ画像内の各測定対象表面領域のトナー付着量を精度よく求めることで、装置の階調特性を適切に補正することができるので、画像品質の良好なトナー像を安定して形成することができる。
【００２１】
また、このような装置では、前記パッチ画像内の前記測定対象表面領域のトナー付着量を、前記パッチ画像内の当該測定対象表面領域を含む前記（２Ｎ＋１）箇所の表面領域についての前記サンプリング結果と、前記パッチ画像を担持していない状態の当該測定対象表面領域、前記所定方向に沿って当該測定対象表面領域の上流側のＮ１箇所（ただし、Ｎ１は自然数）の前記表面領域および前記所定方向に沿って前記測定対象表面領域の下流側のＮ１箇所の前記表面領域からなる（２Ｎ１＋１）箇所の表面領域についての前記サンプリング結果とに基づいて求めるようにしてもよい。
【００２２】
パッチ画像内の測定対象表面領域から出射される光の光量は、パッチ画像としてのトナー付着量によるのみならず、そのパッチ画像を形成された像担持体の表面状態によっても左右される。この表面状態については、パッチ画像を担持しない、つまりパッチ画像が形成される前または除去された後の当該測定対象表面領域についてのサンプリング結果を用いて評価することができる。そこで、パッチ画像を形成された像担持体上の測定対象表面領域についてのサンプリング結果と、パッチ画像を担持しない当該測定対象表面領域についてのサンプリング結果との双方に基づいてパッチ画像としてのトナー付着量を求めることで、像担持体の表面状態の影響を排除して、より精度よくトナー付着量を算出することが可能となる。
【００２３】
しかも、これらのサンプリング結果に及ぼすノイズの影響を排除するために、当該測定対象表面領域のみでなくその近傍の表面領域についてのサンプリング結果に基づいているので、さらに精度よくトナー付着量を求めることが可能である。
【００２４】
特に、前記数値ＮおよびＮ１の間に、Ｎ≦Ｎ１なる関係が成立するようにするのが好ましい。というのは、トナー像を担持しない状態での像担持体の表面状態は本来均一であるはずなので、１つの測定対象表面領域の表面状態を求めるために、パッチ画像を担持する場合より多くのサンプリングデータを用いてよいからである。
【００２５】
また、これらの画像形成装置においては、例えば、前記（２Ｎ＋１）箇所の表面領域が前記所定方向に沿って等間隔に並ぶように構成することができる。特に、前記像担持体を前記所定方向に一定速度で移動させながら一定時間間隔で前記サンプリングを行うことによって、前記（２Ｎ＋１）箇所の表面領域についてのサンプリング結果を取得するようにすれば、結果的に各表面領域が等間隔となる。また、このような構成では、単に像担持体を一方向に移動させるのみでよいので、装置の制御も容易である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１はこの発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置１は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置１では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０に設けられて本発明の「制御手段」として機能するＣＰＵ１０１がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００２７】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ１に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ１に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置１本体に対し着脱自在となっている。
【００２８】
そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
【００２９】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００３０】
上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ１で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ２に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ２まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。
【００３１】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ２にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ２の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ２に送り込まれる。
【００３２】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ３方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ２において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。
【００３３】
また、この装置１では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【００３４】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００３５】
また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６が配置されている。このクリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。
【００３６】
さらに、ローラ７５の近傍には、本発明の「センサ」として機能する濃度センサ６０が配置されている。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の濃度に対応するトナー付着量を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置１では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、露光ビームＬの強度などの調整を行っている。このように、この実施形態では、中間転写ベルト７１が本発明の「像担持体」として機能している。
【００３７】
図３は濃度センサの構成を示す図である。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面のうちローラ７５に巻き掛けられた巻き掛け領域７１ａに光を照射するＬＥＤなどの発光素子６０１を有している。また、この濃度センサ６０には、後述するようにＣＰＵ１０１から与えられる光量制御信号Ｓｌｃに応じて照射光の照射光量を調整するために、偏光ビームスプリッター６０３、照射光量モニタ用受光ユニット６０４および照射光量調整ユニット６０５が設けられている。
【００３８】
この偏光ビームスプリッター６０３は、図３に示すように、発光素子６０１と中間転写ベルト７１との間に配置されており、発光素子６０１から出射される光を中間転写ベルト７１上における照射光の入射面に平行な偏光方向を有するｐ偏光と、垂直な偏光方向を有するｓ偏光とに分割している。そして、ｐ偏光についてはそのまま中間転写ベルト７１に入射する一方、ｓ偏光については偏光ビームスプリッター６０３から取り出された後、照射光量モニタ用の受光ユニット６０４に入射され、この受光ユニット６０４の受光素子６４２から照射光量に比例した信号が照射光量調整ユニット６０５に出力される。
【００３９】
この照射光量調整ユニット６０５は、受光ユニット６０４からの信号と、ＣＰＵ１０１からの光量制御信号Ｓｌｃとに基づき発光素子６０１をフィードバック制御して発光素子６０１から中間転写ベルト７１に照射される照射光量を光量制御信号Ｓｌｃに対応する値に調整する。このように、この実施形態では、ＣＰＵ１０１からの出力信号によって、照射光量を広範囲に、かつ適切に変更調整することができる。
【００４０】
また、この実施形態では、照射光量モニタ用受光ユニット６０４に設けられた受光素子６４２の出力側に入力オフセット電圧６４１が印加されており、光量制御信号Ｓｌｃがある信号レベルを超えない限り、発光素子６０１が消灯状態に維持されるように構成されている。
【００４１】
そして、所定レベルの光量制御信号Ｓｌｃが照射光量調整ユニット６０５に与えられると、発光素子６０１は点灯し、中間転写ベルト７１にｐ偏光が照射光として照射される。すると、このｐ偏光は中間転写ベルト７１で反射され、反射光量検出ユニット６０７で反射光の光成分のうちｐ偏光の光量とｓ偏光の光量とが検出され、各光量に対応する信号がＣＰＵ１０１に出力される。
【００４２】
この反射光量検出ユニット６０７は、図２に示すように、反射光の光路上に配置された偏光ビームスプリッター６７１と、偏光ビームスプリッター６７１を通過するｐ偏光を受光し、そのｐ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット６７０ｐと、偏光ビームスプリッター６７１で分割されたｓ偏光を受光し、そのｓ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット６７０ｓとを備えている。
【００４３】
この受光ユニット６７０ｐでは、受光素子６７２ｐが偏光ビームスプリッター６７１からのｐ偏光を受光し、その受光素子６７２ｐからの出力をアンプ回路６７３ｐで増幅した後、その増幅信号をｐ偏光の光量に相当する信号として受光ユニット６７０ｐから出力している。また、受光ユニット６７０ｓは受光ユニット６７０ｐと同様に受光素子６７２ｓおよびアンプ回路６７３ｓを有している。このため、反射光の光成分のうち互いに異なる２つの成分光（ｐ偏光とｓ偏光）の光量を独立して求めることができる。
【００４４】
また、この実施形態では、受光素子６７２ｐ，６７２ｓの出力側に出力オフセット電圧６７４ｐ，６７４ｓがそれぞれ印加されており、アンプ回路６７３ｐ，６７３ｓからＣＰＵ１０１に与えられる信号の出力電圧Ｖｐ，Ｖｓはプラス側にオフセットされている。
【００４５】
なお、照射光と同一の偏光成分であるｐ偏光成分と比較して、反射光に含まれるｓ偏光成分のレベルは低く、トナー量に対する変化も少ない。そこで、この実施形態では、アンプ回路６７３ｐに対するアンプ回路６７３ｓのゲイン比Ｓｇを、Ｓｇ＝３に設定している。つまり、ｓ偏光成分に対するゲインをｐ偏光成分に対するゲインの３倍として、ダイナミックレンジの改善を図っている。
【００４６】
このように構成された受光ユニット６７０ｐ，６７０ｓにおいては、受光ユニット６０４と同様に、反射光量がゼロであるときであっても、各出力電圧Ｖｐ，Ｖｓはゼロ以上の値を有し、しかも反射光量の増大に比例して出力電圧Ｖｐ，Ｖｓも増大する。このように出力オフセット電圧６７４ｐ，６７４ｓを印加することで、片電源で動作するアンプ回路６７３ｐ，６７３ｓの不感帯（入力電圧がゼロ付近で、入力電圧と出力電圧とが比例しない領域）の影響を確実に排除することができ、反射光量に応じた出力電圧を出力することができる。
【００４７】
この画像形成装置１では、上記のように構成された濃度センサ６０を用いて、ＣＰＵ１０１が、中間転写ベルト７１表面に形成されたパッチ画像としてのトナー像の濃度を評価する。ただし、パッチ画像の光学濃度を直接求めるのではなく、パッチ画像として中間転写ベルト７１に付着したトナー量を測定する。そして、その結果に基づいて、画像品質に影響を与える制御因子、例えば各現像器に与える現像バイアスの大きさや露光ビームＬの強度などを調整して画像形成条件を最適化し、所定の画像品質を安定して得られるようにしている。
【００４８】
以下では、一例として、制御因子としての現像バイアスの最適値を求める方法について図４ないし図８を参照しながら説明するが、他の制御因子、例えば露光ビームＬの強度、帯電バイアス等についても同様の方法により最適値を求めることが可能である。
【００４９】
図４は第１実施形態における現像バイアス最適化処理を示すフローチャートである。また、図５はこの処理において形成されるパッチ画像を示す図である。この処理では、まず下地サンプリングを行う（ステップＳ１１）。すなわち、パッチ画像を形成する前の中間転写ベルト７１を一定速度で所定方向（図１に示す矢印方向Ｄ２）に回転させながら、その表面に濃度センサ６０から所定光量の光を照射し、そのときの中間転写ベルト７１からの反射光量として濃度センサ６０からの出力電圧Ｖｐ，Ｖｓを一定時間間隔（ここでは８ｍｓｅｃ毎）にサンプリングする。これにより、中間転写ベルト７１の表面状態を表すサンプリングデータ列が取得される。
【００５０】
次に、制御因子である現像バイアスを多段階（ここでは６段階として説明する）に変更設定しながら、各バイアス値で所定パターンのパッチ画像を順次形成し、中間転写ベルト７１上に転写する（ステップＳ１２）。このパッチ画像Ｉｐは、図５（ａ）に示すベタ画像のほか、ハーフトーン画像、孤立ドットライン画像または孤立ドット画像など、所定の画像パターンＩｅを中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ２に沿って繰り返し配列することで得られる画像である。
【００５１】
これにより、中間転写ベルト７１上には、その移動方向Ｄ２に沿って、現像バイアスの設定値を互いに異ならせて形成した６個のパッチ画像が並ぶこととなる。そして、こうして形成された各パッチ画像Ｉｐに対し、濃度センサ６０から所定光量の光を照射するとともにその反射光量に対応して濃度センサ６０から出力される出力電圧Ｖｐ，Ｖｓを一定時間間隔にサンプリングする（ステップＳ１３）。
【００５２】
各パッチ画像Ｉｐには、現像ローラ４４や感光体２２の回転ムラ、偏心などに起因する濃度ムラが現れることがある。そこで、図５（ｂ）に示すように、中間転写ベルト７１を移動させながら１つのパッチ画像Ｉｐ内で等間隔に並ぶ複数のサンプリング点Ｐ１，Ｐ２，…についてサンプリングを行い、それらのサンプリング結果の平均値を求めることでその影響を排除するようにしている。また、この目的のためには、矢印方向Ｄ２に沿ったパッチ画像Ｉｐの長さを現像ローラ４４の周長、あるいは感光体２２の周長に対応した長さとするのが好ましい。
【００５３】
なお、これらのサンプリング点Ｐ１等は、中間転写ベルト７１上に予め設けられているものではなく、上記サンプリングを行った結果、それぞれのサンプリングを行った時に濃度センサ６０により出射光を受光されていた表面領域として定義される仮想的なものである。また、図５（ｂ）の例では、互いに隣接するサンプリング点間でその一部領域が互いに重複しているが、これに限定されるものではなく、例えば各サンプリング点が互いに離隔配置されるようにしてもよい。
【００５４】
次に、こうして求めたサンプリング結果から、当該パッチ画像Ｉｐとしてのトナー付着量を算出する（ステップＳ１４）。この実施形態では、パッチ画像内のトナー付着量を求めたい各サンプリング点、すなわち本発明にいう各「測定対象表面領域」のトナー付着量を、次の２つの考え方に基づいて算出する。ここでは、図５（ｂ）においてハッチングを付したサンプリング点Ｐ６を「測定対象表面領域」とする場合を例として説明する。
【００５５】
第１に、当該サンプリング点Ｐ６について、パッチ画像を形成する前後でのサンプリング結果をともに用いて当該サンプリング点Ｐ６におけるトナー付着量を求める。このようにするのは、パッチ画像についてのサンプリング結果に下地である中間転写ベルト７１の表面状態が影響を及ぼすことを考慮し、その影響をキャンセルするためである。
【００５６】
第２に、パッチ画像形成の前後それぞれにおける、当該サンプリング点Ｐ６についてのサンプリング結果をそのまま用いるのでなく、当該サンプリング点Ｐ６近傍の数箇所の表面領域（当該サンプリング点Ｐ６を挟むサンプリング点Ｐ５、Ｐ７等）についてサンプリングした結果を加味して後述するノイズ補正処理を施した結果を用いてトナー付着量を求める。このようにするのは、サンプリング結果に重畳するノイズ等の影響をキャンセルするためである。
【００５７】
下地サンプリングデータおよびパッチ画像についてのサンプリングデータに対して施すノイズ補正処理の原理について説明する。濃度センサ６０の出力をサンプリングして得たサンプリングデータ列には、中間転写ベルト７１の傷、汚れや濃度センサ６０に混入する電気的ノイズに起因して、図５（ｃ）の×印に示すように、本来の値から大きく外れた値を取るデータが含まれることがある。つまり、各サンプリングデータには種々の原因による誤差が含まれており、特に、周囲のデータと大きく異なる値となっているサンプリングデータについてはその信頼性は低いと考えるべきである。というのは、一定条件で形成されるパッチ画像Ｉｐおよびそのパッチ画像Ｉｐが形成される前の中間転写ベルト７１の表面状態から考えて、特定の位置でのみその周辺位置と大きく異なるサンプリング結果が得られることは考えにくいからである。
【００５８】
そこで、このように、各サンプリング点についてのサンプリング結果のうちその周辺からのサンプリング結果とは大きく異なる値を取るものについては、ノイズ等の影響が現れているものとして排除し、以後の計算には使用しないようにする必要がある。
【００５９】
この実施形態では、各サンプリング点毎に、当該サンプリング点およびその前後のサンプリング点についてのサンプリングデータを抽出し、そのうちの中央値を、当該サンプリング点におけるトナー付着量を表すデータとして用いることにより、このようなノイズや誤差の影響を抑えている。具体的には、各サンプリング点についてのサンプリングデータに対し、図６に示すノイズ補正処理を実行する。
【００６０】
図６はノイズ補正処理を示すフローチャートである。この処理では、まず処理対象となる１つのサンプリングデータを選択し（ステップＳ２１）、当該サンプリングデータと、当該サンプリング点の近傍でサンプリングされたデータ、より詳しくは、中間転写ベルト７１を移動させながらサンプリングした各サンプリングデータのうち当該対象サンプリング点の前後（すなわち方向Ｄ２に沿った上流側および下流側）各Ｎ個のサンプリング点についてのサンプリングデータとを抽出する（ステップＳ２２）。これにより、合計（２Ｎ＋１）個のサンプリングデータが抽出される。
【００６１】
次に、これら（２Ｎ＋１）個のサンプリングデータの中から中央値、つまりその値の大きい方または小さい方から（Ｎ＋１）番目に相当する値を求める（ステップＳ２３）。そして、当該対象サンプリング点についてのサンプリング結果をこうして求めた中央値に置き換える（ステップＳ２４）。つまり、この中央値を当該サンプリング点におけるトナー付着量を表すデータとみなす。
【００６２】
サンプリング位置が互いに近接したこれら（２Ｎ＋１）個のサンプリングデータでは、その値もさほど大きく相違することはないはずである。したがって、当該対象サンプリング点における本来の（つまりノイズ等のない）検出値は、上記した中央値に近い値となるはずである。したがって、当該サンプリング点についてのサンプリング結果にノイズ等の影響がなかったとしても、この置き換えが結果に及ぼす影響は小さく、特にその中央値が当該サンプリング点についてのサンプリング結果であればその影響は全くない。
【００６３】
一方、当該サンプリング点についてのサンプリングデータがノイズ等により本来の値と大きく異なっていた場合には、この置き換えによって、ノイズ等を含む当該サンプリングデータが排除されるので、後の計算にこのノイズ等の影響が及ぶことはない。
【００６４】
このように、このノイズ補正処理では、各サンプリング点についてのサンプリングデータを、当該サンプリング点を中心とする（２Ｎ＋１）箇所のサンプリング点それぞれについてのサンプリングデータの中央値に置き換えることで、後に求めるトナー付着量の算出結果にノイズの影響が現れるのを抑制している。
【００６５】
このような中央値による置き換えの他にも、前後のサンプリングデータに基づいて行う補正としては、例えば、平均値によるものが考えられる。これは、対象サンプリングデータの前後各Ｎ個、計２Ｎ個のデータ、あるいはこれに対象サンプリングデータを加えた（２Ｎ＋１）個のデータの平均値を求め、該平均値を当該対象サンプリング位置におけるトナー付着量を表す数値とする方法である。しかし、この場合、計算に加えた各サンプリングデータのいずれかにノイズが含まれていた場合、却って誤差が大きくなってしまうおそれがあり、しかも、その誤差は前後のサンプリング位置にも伝播するという問題がある。
【００６６】
これに対し、上記した中央値に基づく補正によれば、ノイズを含むサンプリングデータは以後の計算から完全に排除され、上記したような問題は生じない。
【００６７】
こうして１つのサンプリング点についてのデータの置き換えが終了すれば、対象サンプリングデータを順次変更しながら上記処理を必要な回数だけ繰り返すことで、他のサンプリング点についても同様にしてデータの置き換えを行う（ステップＳ２５）。
【００６８】
なお、このようにして順次ノイズ補正処理を実行してゆくと、１つのサンプリング点について上記ノイズ補正処理を実行するに際して用いる複数のサンプリングデータの中に、既にノイズ補正処理が実行されたものが含まれる場合がある。この場合、補正前のサンプリングデータを用いるのか、補正後のデータを用いるのかという問題があるが、ノイズ除去効果を高めるという観点からは、後者が望ましい。
【００６９】
このようなノイズ補正処理を行うことで、図５（ｃ）の丸印に示すように、ノイズの影響が除かれたサンプリングデータ列を得ることができる。なお、図５（ｃ）の例は、図６の処理においてＮ＝１としたときのものである。すなわち、この場合のノイズ補正処理では、当該対象サンプリングデータを、その前後各１個のデータを含む計３個のデータの中央値で置き換えている。例えば、図５（ｂ）に示すサンプリング点Ｐ６については、当該サンプリング点Ｐ６、その前後のサンプリング点Ｐ５およびＰ７の各サンプリング点についてのサンプリング結果Ａ６、Ａ５およびＡ７のうちの中央値Ａ５を、当該サンプリング点Ｐ６に対応する補正後のデータＢ６としている。他のサンプリング点についても同様にすることができる。
【００７０】
なお、一連のサンプリングデータ列の中には、当該サンプリング点のサンプリングデータを補正するために用いる周辺からのサンプリングデータが存在しないものがある。例えば、サンプリングデータ列の最初のデータＡ１については、それより前のデータが存在しないため、上記ノイズ補正処理を実行することができない。このようなデータについては、ノイズを含む可能性があるため、以後の処理には使用しないことが好ましい。
【００７１】
より一般的には、ノイズ補正処理に用いるサンプリングデータ個数を（２Ｎ＋１）個としたとき、サンプリングデータ列の先頭および末尾各Ｎ個のデータは使用しないのが好ましい。逆に言えば、形成すべきパッチ画像の寸法やそのサンプリング点の個数は、このように後の計算に使用することのできないデータが生じることを考慮したうえで決定する必要がある。
【００７２】
あるいは、これらのサンプリングデータに別途何らかの補正処理を行ったうえで使用してもよい。一例としては、当該サンプリングデータに代えて、隣接するサンプリング点におけるノイズ補正後のデータを用いることができる。また、別の例としては、当該サンプリングデータと、隣接するサンプリング点におけるノイズ補正後のデータとの平均値を当該サンプリング点における補正後のデータとすることができる。
【００７３】
また、特にパッチ画像についてのサンプリング結果に対し上記したノイズ補正処理を行うためには、補正処理に用いる各サンプリングデータは、いずれも該パッチ画像内のサンプリング点でサンプリングされたものであることが必要である。例えば、パッチ画像Ｉｐ内のサンプリング点Ｐ１に対するノイズ補正処理に、パッチ画像Ｉｐ外のサンプリング点Ｐ０についてのサンプリングデータを用いたのでは、却って大きな誤差を招くこととなる。
【００７４】
こうして下地サンプリングデータ、およびパッチ画像についてのサンプリングデータそれぞれに対するノイズ補正処理を行いながら、その補正後のデータに基づき、パッチ画像内の各サンプリング点におけるトナー付着量を算出する。
【００７５】
図７はトナー付着量算出処理を示すフローチャートである。このうち、ステップＳ３１〜Ｓ３３は下地サンプリングデータに対する処理であり、ステップＳ３４〜Ｓ３６はパッチ画像についてのサンプリングデータに対する処理である。
【００７６】
まず、下地サンプリングデータについては、Ｎ＝２として、前述したノイズ補正処理を実行する（ステップＳ３１、Ｓ３２）。つまり、下地サンプリングデータについては、対象サンプリングデータを含めた計５個のデータの中央値による補正を行う。
【００７７】
そして、こうして求めた補正後の各データ（以下、「下地データ」という）の平均値を求める（ステップＳ３３）。この平均値は、トナー像を担持しない状態での中間転写ベルト７１の表面状態、特にその色目を表す値である。ここでは、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分それぞれに対応する出力電圧ＶｐおよびＶｓのサンプリング結果についての上記補正後の平均値をそれぞれＶｔｐ＿ａｖｅおよびＶｔｓ＿ａｖｅと称することとする。
【００７８】
次に、Ｎ＝１として、パッチ画像についてのサンプリングデータに対して前述のノイズ補正処理を行う（ステップＳ３４、Ｓ３５）。このときの補正は、対象サンプリングデータを含めた計３個のデータの中央値によるものである。そして、こうして求めた補正後の各データ（以下、「パッチ画像データ」という）の平均値を求める（ステップＳ３６）。この平均値は、中間転写ベルト７１上のパッチ画像の平均的な色目を表す値である。ここでは、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分それぞれに対応する出力電圧ＶｐおよびＶｓのサンプリング結果についての上記補正後の平均値をそれぞれＶｄｐ＿ａｖｅおよびＶｄｓ＿ａｖｅと称することとする。
【００７９】
ここで、ノイズ補正に使用するデータ個数を決める数値Ｎを、下地データとパッチ画像データとで異ならせているのは次の理由による。すなわち、上記数値Ｎを大きくすると、サンプリングデータのばらつきはより平坦化されるが、その反面、色目の細かい変化に関する情報が失われてしまう。トナーの付着していない中間転写ベルト７１の表面の色目は本来位置によらず一様であり細かい変化はないから、この色目を表す値である下地データについては比較的大きな数値を設定してよい。この数値は本発明にいう値Ｎ１に相当する。
【００８０】
一方、中間転写ベルト７１表面の一部領域に形成されるパッチ画像Ｉｐについてみると、上記補正の原理上、パッチ画像Ｉｐ上における各サンプリング位置のうち、先頭および末尾のＮ箇所については補正データを求めることができない。そのため、数値Ｎを大きくすると有効なデータ数が減ってしまうこととなる。また、この実施形態では平均化しているので直接の影響はないが、装置の動作特性に起因して現れる濃度ムラ等を見落としてしまうことがある。
【００８１】
このように、補正に使用するデータの数、または本発明にいう数値Ｎ、Ｎ１については、測定対象の態様に応じて適宜変更設定することが望ましい。そして、パッチ画像よりもその下地の方が基本的により均一であるという性質上、Ｎ≦Ｎ１とすることが好ましい。本実施形態では、下地データについては前後５個のデータに基づき補正を行う一方（Ｎ１＝２）、パッチ画像データについては前後３個のデータに基づく補正を行っている（Ｎ＝１）。
【００８２】
こうして下地データおよびパッチ画像データについての補正を行った後、それらの値を用いてパッチ画像Ｉｐの濃度に対応する評価値を求める（ステップＳ３７）。この評価値とは、パッチ画像の画像濃度を直接表す物理量ではないが、その尺度となる数値である。具体的には次式：
Ｇｔ＝１−｛Ｓｇ・（Ｖｄｐ＿ａｖｅ−Ｖｐ０）−（Ｖｄｓ＿ａｖｅ−Ｖｓ０）｝／｛Ｓｇ・（Ｖｔｐ＿ａｖｅ−Ｖｐ０）−（Ｖｔｓ＿ａｖｅ−Ｖｓ０）｝  …  （式１）
により、評価値Ｇｔを求める。
【００８３】
上式において、Ｖｐ０およびＶｓ０はそれぞれ、濃度センサ６０の発光素子６０１を消灯した状態でサンプリングした電圧ＶｐおよびＶｓである。図３に示すように、受光素子６７２ｐ，６７２ｓの出力側にはオフセット電圧６７４ｐ，６７４ｓが印加されているので、この濃度センサ６０では、発光素子６０１の消灯状態においても所定の正電圧が出力電圧Ｖｐ，Ｖｓとして出力されている。上記値Ｖｐ０およびＶｓ０はこのときの出力電圧であり、各サンプリングデータ（あるいはそれらの平均値）からこれらの値Ｖｐ０およびＶｓ０を差し引くことで、検出された反射光量に対応した電圧の変化分のみを取り出すことができる。
【００８４】
また、ｐ偏光成分に対応する項にのみ値Ｓｇを乗じることで、濃度センサ６０を構成するアンプ回路６７３ｐ，６７３ｓのゲインの違いを補償している。
【００８５】
このようにして求めた評価値Ｇｔは、トナーが中間転写ベルト７１上に付着していないとき０を示す一方、トナーが最大量付着して十分な画像濃度が得られているときには１を示す。このように、評価値Ｇｔを用いることで、パッチ画像を構成するトナーの量を０から１の数値で規格化して表すことが可能となる。
【００８６】
こうして６個のパッチ画像のそれぞれについて評価値Ｇｔが求まれば、図４の現像バイアス最適化処理に戻り、これらの値を用いて現像バイアスの最適値を算出する（ステップＳ１４）。その原理について、図８を参照して説明する。
【００８７】
図８は現像バイアス最適化処理の原理を示す図である。所定パターンの画像を所定濃度に制御するためには、その画像の目標濃度に応じて評価値Ｇｔの目標値Ｇｔ＿ｔｇｔを予め定めておき、当該パターンの画像についての評価値Ｇｔがこの目標値Ｇｔ＿ｔｇｔと一致するような現像バイアスＶｂを求めればよい。
【００８８】
現像バイアスＶｂをＶｂ（１）からＶｂ（６）まで６段階に変化させてパッチ画像を形成し、各パッチ画像についての評価値Ｇｔを現像バイアスＶｂに対してプロットすると、現像バイアスＶｂと評価値Ｇｔとの関係が求まる。この関係に基づき、現像バイアスＶｂの最適値Ｖｂｏｐｔを求めることができる。すなわち、図８の例では、最適現像バイアスＶｂｏｐｔはバイアス値Ｖｂ（４）およびＶｂ（５）の間にあるので、これら２つのプロット間での内挿計算により、最適現像バイアスＶｂｏｐｔを求めることができる。
【００８９】
そして、こうして求めた最適現像バイアスＶｂｏｐｔについては例えばＲＡＭ１０７に記憶しておき、以後の画像形成動作においてはこの値を呼び出して現像バイアスＶｂの設定値とすることで、所望の画像濃度を安定して得ることができる。
【００９０】
なお、先にも述べたとおり、同様の方法により、露光ビームＬの強度、帯電バイアスなど、他の制御因子についても同様にしてその最適化を行うことが可能である。また、上記した処理は１つのトナー色についてのものであるが、必要に応じ上記処理を繰り返すことによって、複数のトナー色にも対応することができる。この場合、下地サンプリングおよびそのノイズ補正、平均値算出については、その結果を共用することができるので、各トナー色毎に行わなくてもよい。
【００９１】
また、上記したトナー付着量算出処理においては、パッチ画像Ｉｐ内においてそのトナー付着量がほぼ均一であるという前提の下に、パッチ画像Ｉｐ内の各サンプリング点Ｐ１，Ｐ２，…についてのサンプリングデータを平均し（図７のステップＳ３６）、これによりパッチ画像Ｉｐの平均的なトナー付着量を求めている。しかしながら、場合によっては、パッチ画像Ｉｐ内でのトナー付着量の変化の様子（以下、「パッチ画像プロファイル」という）を知りたい場合がある。例えば、前記したように、パッチ画像Ｉｐには、現像ローラ４４や感光体２の回転ムラ、偏心などに起因する濃度ムラが現れることがある。そこで、パッチ画像プロファイルを求めてその濃度ムラの程度を評価し、必要に応じて、その濃度ムラを打ち消すような補正をしながら画像形成を行えば、濃度ムラのないより画像品質の優れた画像を形成することが可能となる。
【００９２】
図９は周期的な変動を有するサンプリングデータの一例を示す図である。例えば現像ローラ４４に偏心がある場合、パッチ画像には現像ローラ４４の周長に応じた周期的な濃度ムラが現れる。その結果、パッチ画像についてのサンプリング結果も、図９に示すように、周期的な変動を示すこととなる。また、このサンプリング結果（×印で示す）に対しても、ノイズの影響により突出したデータが現れうる。
【００９３】
このようなサンプリングデータ列に対し、上記と同じノイズ補正処理（図６）を実施すると、図９の○印に示すように、現像ローラ４４の偏心に伴う周期的な変動分を打ち消すことなく、ノイズによる突出したデータが取り除かれる。そして、こうしてノイズ成分が除去されたデータ列から、パッチ画像内でのトナー付着量の分布の様子、つまりパッチ画像プロファイルを求めることができる。すなわち、上記ノイズ補正処理は、このようにトナー付着量が周期的に変動するパッチ画像に対しても有効である。この他にも、そのトナー付着量（または画像濃度）の変化の態様が予めわかっており、かつ、その変化の程度がサンプリング間隔（隣り合うサンプリング点間の距離）に比して緩やかである場合には、上記したノイズ補正処理を有効に適用することが可能である。
【００９４】
なお、上記の例では、本来均一となるべきパッチ画像のトナー付着量が種々の変動要因により変動している場合にも本発明のトナー付着量算出処理が有効であることを示した。これと同様に、意図的にトナー付着量を周期的に変化させたパッチ画像に対しても、本発明の処理は有効である。さらに、この場合にはパッチ画像内におけるトナー付着量の変動幅やその周期などの傾向が予測可能であるので、その傾向を考慮して、ノイズ補正に使用するデータ個数を決める数値ＮおよびＮ１を定めることによって、ノイズ除去を効果的に行うことができる。
【００９５】
このような周期的な変化を有するパッチ画像を形成するのが好ましい場合としては、例えば次のような場合がある。前述したように、エンジン部ＥＧにより形成される画像（例えばパッチ画像）には、装置各部の構造・性能上のばらつきに伴う濃度ムラが現れる。また、例えば濃度センサ６０に対向するローラ７５の偏心により、中間転写ベルト７１と濃度センサ６０との距離が変動し、これに起因して、濃度センサ６０により受光される光量が変動することもある。
【００９６】
この場合、中間転写ベルト７１上の複数箇所に同一画像形成条件でのパッチ画像を形成し、それらについてのサンプリング結果を平均することで、このような変動の影響をキャンセルすることができる。しかしながら、画像形成条件を変更する度毎にこのように中間転写ベルト７１上にパッチ画像を離散的に形成したのでは、処理に要する時間が長大となってしまう。
【００９７】
これを解決するためには、同一画像形成条件での複数のパッチ画像の間の領域に、他の画像形成条件でのパッチ画像を配するようにすればよい。例えば、上記実施形態のように、現像バイアスを６段階に変更設定してパッチ画像を形成する装置では、第１の現像バイアスで形成したパッチ画像に隣接して第２の現像バイアスでのパッチ画像を形成する。同様にして各現像バイアスでのパッチ画像を形成した後に、再び第１の現像バイアス、第２の現像バイアス、…でのパッチ画像を繰り返し形成する。そして、同一現像バイアスでのパッチ画像それぞれにおけるサンプリング結果を平均し、その結果から当該現像バイアスに対応したトナー付着量を求めれば、処理に要する時間を短縮しながら、上記のような濃度変動の影響をキャンセルすることが可能となる。
【００９８】
このようにして形成したパッチ画像群を巨視的に見ると、結果的にトナー付着量が周期的な変化を示すこととなる。特に、隣接するパッチ画像間の間隔をゼロとすれば、パッチ画像群全体を、周期的にトナー付着量が変化するようなパターンを有する１つの画像と見ることができる。このような画像のトナー付着量を算出する際にも、本発明のトナー付着量算出処理を好適に適用することが可能である。
【００９９】
（第２実施形態）
上記した第１実施形態の装置では、同じパターンの繰り返しからなるパッチ画像を形成し、そのトナー付着量検出結果に基づいて、画像品質に影響を与える制御因子の最適化を行っている。これに対し、この発明にかかる第２実施形態の装置では、以下に説明するように、グラデーションを有するパッチ画像（以下、「階調パッチ画像」という）を形成し、そのトナー付着量検出結果に基づいて、装置１の階調特性の調整を行っている。そして、その階調パッチ画像についてトナー付着量を求める際に、第１実施形態と同じようにノイズ補正処理を行う。
【０１００】
第２実施形態における装置の構成および動作は、第１実施形態と基本的に同一である。ただし、第２実施形態の装置は、より優れた階調再現性を得るための構成および調整動作モード（階調補正モード）を有している点で第１実施形態の装置とは異なっている。
【０１０１】
なお、より良好な階調補正特性を得るためには、第１実施形態による各制御因子の最適化処理を実行した後で、第２実施形態にかかる階調補正処理を実行することが望ましい。
【０１０２】
図１０はこの発明にかかる画像形成装置の第２実施形態における階調処理ブロックを示す図である。メインコントローラ１１は、色変換部１１４、階調補正部１１５、ハーフトーニング部１１６、パルス変調部１１７、階調補正テーブル１１８および補正テーブル演算部１１９などの機能ブロックを備えている。
【０１０３】
また、エンジンコントローラ１０は、図２に示すＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０６、ＲＯＭ１０７以外に、露光ユニット６に設けられたレーザ光源を駆動するためのレーザドライバ１２１と、濃度センサ６０の検出結果に基づきエンジン部ＥＧのガンマ特性を示す階調特性を検出する階調特性検出部１２３を備えている。
【０１０４】
ホストコンピュータ１００から画像信号が与えられたメインコントローラ１１では、色変換部１１４がその画像信号に対応する画像内の各画素のＲＧＢ成分の階調レベルを示したＲＧＢ階調データを、対応するＣＭＹＫ成分の階調レベルを示したＣＭＹＫ階調データへ変換する。この色変換部１１４では、入力ＲＧＢ階調データは例えば１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）であり、出力ＣＭＹＫ階調データも同様に１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）である。色変換部１１４から出力されるＣＭＹＫ階調データは階調補正部１１５に入力される。
【０１０５】
この階調補正部１１５は、色変換部１１４から入力された各画素のＣＭＹＫ階調データに対し階調補正を行う。すなわち、階調補正部１１５は、不揮発性メモリに予め登録されている階調補正テーブル１１８を参照し、その階調補正テーブル１１８にしたがい、色変換部１１４からの各画素の入力ＣＭＹＫ階調データを、補正された階調レベルを示す補正ＣＭＹＫ階調データに変換する。この階調補正の目的は、上記のように構成されたエンジン部ＥＧのガンマ特性変化を補償して、この画像形成装置の全体的ガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。
【０１０６】
こうして補正された補正ＣＭＹＫ階調データは、ハーフトーニング部１１６に入力される。このハーフトーニング部１１６は誤差拡散法、ディザ法、スクリーン法などのハーフトーニング処理を行い、１画素１色当たり８ビットのハーフトーンＣＭＹＫ階調データをパルス変調部１１７に入力する。
【０１０７】
このパルス変調部１１７に入力されたハーフトーニング後のＣＭＹＫ階調データは、各画素に付着させるべきＣＭＹＫ各色のトナーのサイズを示しており、かかるデータを受け取ったパルス変調部１１７は、そのハーフトーンＣＭＹＫ階調データを用いて、エンジン部ＥＧのＣＭＹＫ各色画像の露光レーザパルスをパルス幅変調するためのビデオ信号を作成し、図示を省略するビデオＩＦを介してエンジンコントローラ１２に出力する。そして、このビデオ信号を受けたレーザドライバ１２１が露光ユニット６の半導体レーザをＯＮ／ＯＦＦ制御して各色成分の静電潜像を感光体２１上に形成する。このようにして通常の印刷を行う。
【０１０８】
また、この画像形成装置では、例えば電源投入直後などの適当なタイミングで実行され、階調補正用のパッチ画像を形成して階調補正テーブルを変更設定する階調補正モードを有している。この階調補正モードでは、各トナー色毎に、ガンマ特性を測定するために予め用意された階調補正用の階調パッチ画像がエンジン部ＥＧによって中間転写ベルト７１上に形成され、各階調パッチ画像のトナー付着量を濃度センサ６０が読取り、その濃度センサ６０からの信号に基づき階調特性検出部１２３が各階調パッチ画像の階調レベルと、検出した画像濃度とを対応させた階調特性（エンジン部ＥＧのガンマ特性）を作成し、メインコントローラ１１の補正テーブル演算部１１９に出力する。
【０１０９】
なお、この実施形態では、階調パッチ画像のデータはメインコントローラ１１の例えばＲＯＭなどにプログラムされており、この画像データに基づいて上記した画像形成動作を実行することで、中間転写ベルト７１の表面に所定パターンの階調パッチ画像を形成する。
【０１１０】
図１１は階調パッチ画像を示す図である。図１１（ａ）に示すように、この実施形態における階調パッチ画像Ｉｇは、中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ２に沿って延びる短冊形状で、しかも、その階調レベルは一様ではなく、移動方向Ｄ２に沿って最大レベル（レベル２５５）から最小レベル（レベル０）まで連続的に変化するように形成される。
【０１１１】
図１２は階調補正モードを示すフローチャートである。また、図１３は階調補正モードにおけるトナー付着量算出処理を示すフローチャートである。その基本的な動作は、多くの部分で図４に示す現像バイアス最適化処理と共通である。したがって、共通部分についての説明は省略することとする。
【０１１２】
この階調補正モードでは、まず階調パッチ画像を形成する前の中間転写ベルト７１について下地サンプリングを行い（ステップＳ６１）、次にパッチ画像として図１１（ａ）に示す階調パッチ画像Ｉｇを形成する（ステップＳ６２）。次いで、その階調パッチ画像Ｉｇについてサンプリングを行い（ステップＳ６３）、それらのサンプリング結果に基づきトナー付着量を算出する（ステップＳ６４）。
【０１１３】
第２実施形態のトナー付着量算出処理においては、パッチ画像全体での平均的なトナー付着量を求める第１実施形態とは大きく相違して、各サンプリング点毎にトナー付着量（評価値）を求めている。これは、パッチ画像Ｉｇが一様でなく、位置によって異なる階調レベルを有するものであり、また階調補正のための情報として各階調レベル毎のトナー付着量（評価値）を求める必要があるからである。
【０１１４】
したがって、この実施形態におけるトナー付着量算出処理（図１３、ステップＳ７１〜Ｓ７７）では、ノイズ補正後の下地データおよびパッチ画像データの平均値を求めることはせず、各サンプリング点における補正後の下地データおよび補正後のパッチ画像データを用いて、当該位置における評価値を求めている（ステップＳ７５、Ｓ７６）。そして、これを必要回数繰り返すことで、各サンプリング点における評価値を個別に求める（ステップＳ７７）。
【０１１５】
この場合の評価値Ｇｒは、例えば次式：
Ｇｒ（ｘ）＝１−｛Ｓｇ・（Ｖｄｐ（ｘ）−Ｖｐ０）−（Ｖｄｓ（ｘ）−Ｖｓ０）｝／｛Ｓｇ・（Ｖｔｐ（ｘ）−Ｖｐ０）−（Ｖｔｓ（ｘ）−Ｖｓ０）｝  …  （式２）
のように、中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ２における位置ｘの関数として求めることができる。
【０１１６】
なお、ノイズ補正処理の内容は図６に示すものと同一であり、下地データに対してはＮ＝２として計５個のデータに基づく補正を行う一方、パッチ画像データに対してはＮ＝１として計３個のデータに基づく補正を行う。こうすることにより、図１１（ｂ）の×印に示す補正前のノイズを含むサンプリングデータ列が、同図の丸印に示すデータ列に補正され、ノイズの影響が低減される。階調パッチ画像Ｉｇでは画像パターン自体が位置により変化しており、これに伴うトナー付着量の変化が情報として必要なので、ノイズ補正に用いるデータ数を多くするとその変化がマスキングされてしまうこととなり好ましくない。
【０１１７】
ここで、図１１（ｂ）では、パッチ画像Ｉｇの階調レベルが低下しその画像濃度が低くなるにしたがってサンプリング値が上昇する傾向を示しているが、これは濃度センサ６０の特性によるものである。すなわち、この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面で反射される光量を検出するものであり、トナー付着量が多くなりトナーによる照射光の散乱・吸収が増えればその出力が低下するという特性を有している。
【０１１８】
図１４はエンジン部の階調特性およびその補正特性を例示する図である。上記のようにして階調パッチ画像Ｉｇの各点に対応して算出された評価値Ｇｒをその階調レベルに対応させてプロットすると、例えば図１４の曲線ａに示すように、この装置における階調特性を示す曲線が得られる。この実測による階調特性は、装置の個体差、経時変化や周囲環境の変化などに起因して、本来望まれる理想階調特性（例えば図１４に示す曲線ｂ）とは一致していない場合がある。そこで、例えば図１４の曲線ｃに示すように、実測された上記階調特性の逆特性に基づく階調補正を予め画像信号に施すことによって、入力された画像信号の階調性を忠実に再現した画像を形成することが可能となる。
【０１１９】
具体的には、補正テーブル演算部１１９が、階調特性検出部１２３から与えられた階調特性に基づき、実測されたエンジン部ＥＧの階調特性を補償して理想的な階調特性を得るための階調補正テーブルデータを計算し、階調補正テーブル１１８の内容をその計算結果に更新する。こうして階調補正テーブル１１８を変更設定する（階調補正モード）。
【０１２０】
そして、以後の画像形成動作では、こうして更新された階調補正テーブル１１８を参照しながら色変換部１１４からの各画素の入力ＣＭＹＫ階調データを補正し、その補正ＣＭＹＫ階調データに基づいて画像形成を行うことで階調性の優れた高画質の画像を形成することができる。また、このように階調補正テーブル１１８を随時更新することによって、経時的に変化するエンジン部ＥＧのガンマ特性に対応して常に理想的な階調補正を行うことができ、画質の安定した画像形成を行うことができる。
【０１２１】
（まとめ）
以上のように、上記した各実施形態では、パッチ画像の複数位置について反射光量のサンプリングを行い、各位置におけるトナー付着量を、当該位置およびその前後のサンプリング点における複数のサンプリングデータの中央値で補正したデータに基づいて求めている。そのため、パッチ画像濃度に対応するトナー付着量を、ノイズの影響を受けることなく高精度に求めることが可能となっている。
【０１２２】
また、パッチ画像からの反射光量のサンプリング結果と、パッチ画像を形成する前の中間転写ベルト７１表面からの反射光量のサンプリング結果とに基づいてトナー付着量を求めているので、中間転写ベルト７１の表面状態の影響を受け難く、精度よくパッチ画像のトナー付着量を求めることができる。
【０１２３】
また、中間転写ベルト７１にパッチ画像が形成されているときと、画像が形成されていないときとで、ノイズ補正に使用するデータ個数を変えているので、評価すべき対象（ここでは中間転写ベルト７１）の状態に応じた適切な補正を行うことができる。
【０１２４】
このようなトナー付着量算出方法は、第１実施形態のような一定パターンの画像、および第２実施形態のようなグラデーションを有する画像のいずれに対しても適用することが可能である。また、第２実施形態のように階調レベルが連続的に変化する画像以外にも、例えば、階調レベルが階段状に変化する画像に対しても適用可能である。
【０１２５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【０１２６】
例えば、上記した各実施形態では、一連のサンプリングデータ列の両端部のデータは、他のデータのノイズ補正処理に用いられるのみであって、当該サンプリング点のトナー付着量を示す有効なデータとしては用いられない。しかしながら、これら端部でのデータを有効なものとするため、次のような処理を行ってもよい。第１の例では、端部のサンプリングデータについてはノイズ補正処理をせず、サンプリング値をそのまま当該サンプリング点の有効なデータとする。第２の例では、当該サンプリング点についてのサンプリングデータと、当該サンプリング点に隣接するサンプリング点についてのノイズ補正処理後のデータとの平均値を求め、その値を当該サンプリング点についての補正後のデータとする。
【０１２７】
また、上記各実施形態では、１つのサンプリング点のトナー付着量を求めるために、当該サンプリング点の上流側および下流側それぞれ同数のサンプリング点のサンプリングデータを用いて計算を行っている。しかしながら、これらは必ずしも同数とする必要はなく、計算に用いるサンプリングデータの個数およびその上流側、下流側への配分は任意である。
【０１２８】
また、上記各実施形態では、中間転写ベルト７１表面に対向配置した濃度センサ６０によりパッチ画像のトナー付着量を求めているが、濃度センサを感光体２２の表面に対向配置し、感光体２２上のトナー付着量を求めるようにしてもよい。
【０１２９】
また、上記各実施形態は、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色のトナーを用いて画像を形成する装置に本発明を適用したものであるが、トナー色の種類および数については上記に限定されるものでなく任意である。また、本発明のようなロータリー現像方式の装置のみでなく、各トナー色に対応した現像器がシート搬送方向に沿って一列に並ぶように配置された、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に対しても本発明を適用可能である。さらに、本発明は、上記実施形態のような電子写真方式の装置に限らず、画像形成装置全般に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】濃度センサの構成を示す図である。
【図４】第１実施形態における現像バイアス最適化処理を示すフローチャートである。
【図５】この処理において形成されるパッチ画像を示す図である。
【図６】ノイズ補正処理を示すフローチャートである。
【図７】トナー付着量算出処理を示すフローチャートである。
【図８】現像バイアス最適化処理の原理を示す図である。
【図９】周期的な変動を有するサンプリングデータの一例を示す図である。
【図１０】この発明にかかる画像形成装置の第２実施形態における階調処理ブロックを示す図である。
【図１１】階調パッチ画像を示す図である。
【図１２】階調補正モードを示すフローチャートである。
【図１３】階調補正モードにおけるトナー付着量算出処理を示すフローチャートである。
【図１４】エンジン部の階調特性およびその補正特性を例示する図である。
【符号の説明】
６０…濃度センサ（センサ）、  ７１…中間転写ベルト（像担持体）、  １０１…ＣＰＵ（制御手段）、  Ｉｇ…階調パッチ画像、  Ｉｐ…パッチ画像、  Ｐｎ（ｎ＝１，２，…）…サンプリング点（表面領域）、  Ｐ６…（トナー付着量を求めるべき）サンプリング点（測定対象表面領域）
【図１】
2004361871.tif 000003
【図２】
2004361871.tif 000004
【図３】
2004361871.tif 000005
【図４】
2004361871.tif 000006
【図５】
2004361871.tif 000007
【図６】
2004361871.tif 000008
【図７】
2004361871.tif 000009
【図８】
2004361871.tif 000010
【図９】
2004361871.tif 000011
【図１０】
2004361871.tif 000012
【図１１】
2004361871.tif 000013
【図１２】
2004361871.tif 000014
【図１３】
2004361871.tif 000015
【図１４】
2004361871.tif 000016