(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像濃度を検出するため、所定の設定値より小さい階調面積率と前記所定の設定値より大きい面積階調率とから成る少なくとも２つのトナーパッチを像担持体に生成するパッチ生成手段と、
前記像担持体の地肌からの反射光および前記像担持体に生成されたトナーパッチからの反射光を検出する光学センサと、
前記パッチ生成手段によって生成されたトナーパッチの階調面積率に応じて前記光学センサでの前記像担持体の地肌からの反射光の検出範囲を変えるよう検出方法を制御する制御手段と、
前記制御手段によって制御した検出方法によって得た検出結果をもとに画像形成における現像濃度を制御する画像形成制御手段とを備えており、
前記制御手段は、前記トナーパッチの階調面積率が前記所定の設定値より大きい面積階調率である場合には前記像担持体の地肌からの反射光をその像担持体の周方向における全周を検出し、その検出値に基づいた値を検出結果として出力し、前記トナーパッチの階調面積率が前記所定の設定値以下の場合には前記像担持体の地肌からの反射光をその像担持体の周方向における一部を検出し、その検出値に基づいた値を検出結果として出力する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
現像濃度を検出するため、所定の設定値より小さい階調面積率と前記所定の設定値より大きい面積階調率とから成る少なくとも２つのトナーパッチを像担持体に生成するパッチ生成手段と、
前記像担持体の地肌からの反射光および前記像担持体に生成されたトナーパッチからの反射光を検出する光学センサと、
前記トナーパッチの階調面積率が前記所定の設定値より小さい場合には前記光学センサによるそのトナーパッチからの反射光の検出位置と前記像担持体の地肌からの反射光の検出位置とを同じとし、前記トナーパッチの階調面積率が前記所定の設定値より大きい階調面積率である場合には前記光学センサによるそのトナーパッチからの反射光の検出位置と前記像担持体の地肌からの反射光の検出位置とを異にするよう検出方法を制御する制御手段と、
前記制御手段によって制御した検出方法によって得た検出結果をもとに画像形成における現像濃度を制御する画像形成制御手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
所定の設定値より大きい階調面積率と前記所定の設定値より小さい面積階調率とから成る少なくとも２つのトナーパッチを像担持体に生成し、その反射光に基づいて現像濃度を制御する画像形成装置の制御方法において、
前記トナーパッチの階調面積率に応じた検出方法により前記像担持体の地肌からの反射光を検出する工程と、
所定のタイミングで前記像担持体に所定の階調面積率から成るトナーパッチを生成する工程と、
前記トナーパッチからの反射光の検出を行う工程と、
前記像担持体の地肌からの反射光の検出値と前記トナーパッチからの反射光の検出値とによる演算結果に基づき現像濃度の制御を行う工程とを有しており、
前記像担持体の地肌からの反射光を検出する工程では、前記トナーパッチの階調面積率が前記所定の設定値より大きい場合には前記像担持体の地肌からの反射光をその像担持体の周方向における全周を検出し、その検出値に基づいた値を検出結果として出力し、前記トナーパッチの階調面積率が前記所定の設定値以下の場合には前記像担持体の地肌からの反射光をその像担持体の周方向における一部を検出し、その検出値に基づいた値を検出結果として出力する
ことを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【請求項４】
所定の値より大きい階調面積率と前記所定の値より小さい階調面積率とから成る少なくとも２つのトナーパッチを像担持体に生成し、その反射光に基づいて現像濃度を制御する画像形成装置の制御方法において、
前記トナーパッチの階調面積率に応じた検出方法により前記像担持体の地肌からの反射光を検出する工程と、
所定のタイミングで前記像担持体に所定の階調面積率から成るトナーパッチを生成する工程と、
前記トナーパッチからの反射光の検出を行う工程と、  前記像担持体の地肌からの反射光の検出値と前記トナーパッチからの反射光の検出値とによる演算結果に基づき現像濃度の制御を行う工程とを有しており、
前記像担持体の地肌からの反射光を検出する工程では、前記トナーパッチの階調面積率が前記所定の設定値より小さい場合には前記光学センサによるそのトナーパッチからの反射光の検出位置と前記像担持体の地肌からの反射光の検出位置とを同じとし、前記トナーパッチの階調面積率が前記所定の設定値より大きい場合には前記光学センサによるそのトナーパッチからの反射光の検出位置と前記像担持体の地肌からの反射光の検出位置とを異にするよう制御する
ことを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やレーザプリンタなど、トナー濃度の検出を行って安定した制御を行う画像形成装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置、例えばカラー複写機は、図３０に示すような構成をしており、記録紙に転写するトナー濃度を安定に制御するため、感光体１０上に作成したトナー像の階調面積率を検出するための光電センサ３０を備えている。
【０００３】
この光電センサ３０は図３１の断面図に示すような感光体１０表面の鏡面反射光を検出する光電センサあるいは拡散反射光を検出する光電センサ（図示せず）が使用される。
【０００４】
鏡面反射光を検出する光電センサを使用した際の、トナーパッチ画像（テスト用トナー像）の濃度とセンサ出力電圧との関係を図３２に示す。図３２に示すように、鏡面反射光を検出する光電センサの場合は、黒トナーもカラートナーもトナーパッチ濃度が濃いときにセンサ出力電圧が下がるようになっている。ただし、カラートナーの場合はトナーパッチが濃くなると逆に出力が上がってしまう。これは拡散反射光が増加し光電センサに入り込んでしまうからである。
【０００５】
また、感光体には通常その表面にレーザ光の干渉縞を避けるためのホーニング処理が施されている。図３３に示すように、光電センサで感光体表面の反射光を得た場合のセンサ出力電圧は、細かな反射むらを大きくうねらせた状態となっている。すなわち、センサ出力電圧は、ホーニング処理の表面状態による細かな反射むらを、感光体の回転駆動時の振動や感光体表面加工の影響による大きな反射むらでうねらせた状態となる。
【０００６】
そして、カラー複写機では、これら２種類の反射むらのうち、うねり状の大きな反射むらにより光電センサのセンサ出力電圧の変動が、記録紙に転写するトナー濃度を安定に制御するための問題となる。
【０００７】
特開平４−１４６４５９号公報においては、拡散反射光を検出する光電センサにより、感光体地肌のセンサ出力電圧、飽和レベルテストトナー像のセンサ出力電圧およびハーフトーンテストトナー像のセンサ出力電圧を測定し、これらの測定値から現像バイアス電圧を演算し、演算された現像バイアス電圧を現像バイアス電源ユニットへフィードバックする技術が開示されている。
【０００８】
この技術では、感光体製作上の真円度の誤差あるいは偏心誤差などによって生じる感光体の反射むらによる光電センサのセンサ出力変動の影響を避けるために、光電センサによる地肌反射光量測定タイミング、飽和レベルテストトナー像反射光量測定タイミングおよびハーフトーンテストトナー像反射光量測定タイミングを感光体の回転周期と一致させている。
【０００９】
ここで、鏡面反射光を検出する光電センサと拡散反射光を検出する光電センサの相違はトナー濃度に対するセンサ出力電圧の位相が逆転することで、拡散反射光を検出する光電センサでは黒トナーもカラートナーもトナー濃度が濃いときにセンサ出力電圧が上がるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トナー像からの反射光量は、トナー像の濃度により感光体の地肌の反射むらの影響を受ける。その影響の度合いは図３４に示すように、２０％トナーパッチ濃度ではセンサ出力電圧は感光体の地肌の反射むらの影響を如実に受けて、センサ出力電圧は地肌の反射むらによるうねりと同様なうねりを持っているが、６０％トナーパッチ濃度ではセンサ出力電圧は感光体の地肌の反射むらの影響を殆ど受けないので、センサ出力電圧は殆ど変化しない。
【００１１】
特開平４−１４６４５９号公報で開示される技術では、感光体製作上の真円度の誤差あるいは偏心誤差などによって生じる感光体の反射むらによる光電センサのセンサ出力変動の影響は避けているが、トナーパッチ濃度による感光体の地肌の反射むらの影響を受ける。したがって、トナーパッチ濃度が薄く、地肌の反射むらの影響を受けるときと、トナーパッチの濃度が濃く、地肌の反射むらの影響を受けないときでは、光電センサの測定値に誤差が生じることになる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成された画像形成装置である。すなわち、本発明の画像形成装置は、現像濃度を検出するため所定の階調面積率から成るトナーパッチを像担持体に生成するパッチ生成手段と、像担持体の地肌からの反射光および像担持体に生成されたトナーパッチからの反射光を検出する光学センサと、パッチ生成手段によって生成されたトナーパッチの階調面積率に応じて光学センサでの像担持体の地肌からの反射光の検出範囲を変えるよう検出方法を制御する制御手段とを備えている。
【００１３】
本発明では、所定の階調面積率から成るトナーパッチをパッチ生成手段によって生成し、その生成したトナーパッチの階調面積率に応じて、生成されたトナーパッチからの反射光および像担持体の地肌からの反射光の検出方法を制御手段で制御していることから、トナーパッチの濃さと像担持体の地肌からの反射むらの影響との関係に応じて光学センサでの反射光の検出誤差を抑制できるようになる。
【００１４】
また、本発明における画像形成装置の制御方法は、トナーパッチの階調面積率に応じた検出方法により像担持体の地肌からの反射光を検出する工程と、所定のタイミングで像担持体に所定の階調面積率から成るトナーパッチを生成する工程と、トナーパッチの階調面積率に応じた検出方法によりそのトナーパッチからの反射光の検出を行う工程と、像担持体の地肌からの反射光の検出値とトナーパッチからの反射光の検出値とによる演算結果に基づき現像濃度の制御を行う工程とを有しており、像担持体の地肌からの反射光を検出する工程では、トナーパッチの階調面積率に応じて像担持体の地肌からの反射光の検出範囲を変えるようにしたものである。
【００１５】
このような制御方法では、トナーパッチの階調面積率に応じた検出方法によって像担持体の地肌からの反射光および像担持体に生成したトナーパッチからの反射光を検出していることから、トナーパッチの濃さと像担持体の地肌からの反射むらの影響との関係に応じて反射光の検出誤差を抑制でき、精度良く現像濃度の制御を行うことができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の画像形成装置における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態における画像形成装置を説明するブロック図である。すなわち、この画像形成装置は、像担持体である感光体１に現像されるトナーパッチの階調面積率（以下、単に「Ｃin」と言う。）を決定するパッチ生成手段２と、感光体１の地肌からの反射光およびトナーパッチからの反射光を検出する光電センサから成る検出手段３と、パッチ生成手段２によって決定したＣinに応じて検出手段３での反射光の検出方法を制御する検出制御手段４と、パッチ生成手段２からの命令により感光体１上にトナー像を作成するための静電潜像を作成するＲＯＳ（Raster Output Scanner ）５と、階調補正制御やトナー濃度制御などの制御を行う画像形成制御手段６とを備えている。
【００１７】
本実施形態における画像形成装置は、感光体１上に予め作成されるトナーパッチのＣinにより、例えば２０％以下のＣinのときを低いＣinとし、それ以外のＣinのときを高いＣinとしており、各々のＣinに応じて検出手段３による感光体１の地肌の読み取り方法とトナーパッチの読み取り方法とを変えている点に特徴がある。
【００１８】
なお、画像形成装置で使用される検出手段３としては、正反射型の光電センサでも拡散反射型の光電センサでもよく、図２に示すような正反射型と拡散反射型とを組み合わせたものから成る光電センサ３１であってもよい。正反射型の光電センサは図３２に示すようにセンサ出力が飽和してしまう。特にカラートナーでは、飽和開始が早いので高濃度の検出ができない。一方、拡散反射型の光電センサでは図３に示すように、カラートナーでは飽和することなく高濃度まで検出できる。黒トナーでは拡散光がほとんどないので出力の変化はカラートナーに比べて少ない。
【００１９】
さらに図２に示すような正反射型と拡散反射型とを組み合わせたものから成る光電センサ３１では、図４に示すように、拡散反射成分から正反射成分の差を演算することで高濃度の検出ができる。すなわち、正反射を検出する時に拡散反射成分が入り込んでしまうので、これを演算によって取ることで高感度とすることができる。なお、図４（ａ）はカラートナーの場合、（ｂ）は黒トナーの場合を示し、各々右側の図が演算後のセンサ出力を示している。
【００２０】
いずれの光電センサにおいても、発光用のＬＥＤ（波長９７０ｎｍ）から感光体１に照射される光のサイズ（径（検出領域））は、図５の丸印に示すように、検出面において直径３ｍｍで、その中にトナーパッチを構成している多数の線が入る。例えば、２００線万線スクリーン時では２３．６本の線が入る。
【００２１】
また、トナーパッチは、所定領域内に形成されるトナーの線の数、線の太さ、ドットの数によって構成される。トナーパッチの種類により、光電センサで検出する際の感光体の地肌の影響を受けなくなるＣinが異なるため、本実施形態ではトナーパッチの種類によって感光体の地肌の反射光における検出寄与率を変化させ、検出誤差を抑制している（後述）。
【００２２】
ここで、線状トナーパッチについて説明する。図６は万線スクリーン２００線における画像信号（０％〜１００％まで１０％単位）と、これに対応した感光体上のトナー像との関係を示す図である。このように、画像信号が７０％となると感光体上のトナー像は線と線とがつながりつつある状態である。これは、図７に示すＲＯＳによる潜像形状の影響によるものである。
【００２３】
以下に、Ｃinに応じた検出手段３での反射光の検出方法すなわち検出制御手段４での検出方法の制御を説明する。図８は第１実施形態を説明する図である。第１実施形態では、検出手段３で検出したＣinが２０％以下の場合と、２０％を越える場合とで、感光体１の地肌の読み取り方法およびトナーパッチの読み取り方法とを変えており、検出値を平均して地肌検出平均値とトナーパッチ検出平均値との比により各Ｃinでのトナーパッチ濃度を精度良く検出することができ、この検出結果をもとに画像形成装置の階調補正制御、トナー濃度制御などをすることで、カラー複写機等の画像形成装置における濃度をコストの低い光電センサによる検出でも精度を上げて制御することができる。
【００２４】
第１実施形態では、Ｃinが２０％以下の場合、地肌の読み取り方法として、トナーパッチを作成する位置と同じ位置の地肌をＪｏｂ（画像形成要求）毎に３ｍｓｅｃおきに５回読み取り（時間ｔ1 ）、平均値Ｖc1を算出する。また、トナーパッチの読み取り方法としては、３ｍｓｅｃおきに５回読み取り（時間ｔ1 ）、平均値Ｖp を算出し、（ＶP ／Ｖc1）×２００をトナーパッチ濃度検出値としている。この際の読み取り位置は地肌の読み取り位置と同じ位置にしている。発光素子であるＬＥＤと受光素子であるＰ／Ｔとは共に温度依存性があるので比をとることで影響を無くすことができる。また、２００を乗じているのは８ｂｉｔデータ（０〜２５５）にすると共に計算でオーバーフローするのを防止するためである。
【００２５】
一方、Ｃinが２０％を越える場合、地肌の読み取り方法として、感光体１周分を３ｍｓｅｃおきに読み取り（時間ｔ2 ）、平均値Ｖc0を算出する。なお、このＶc0は画像形成装置の出荷時に１度だけ（または、画像形成装置の起動時毎に）読み取る。すなわち、Ｃinが２０％以下の場合と２０％を越える場合とで地肌の読み取り位置のみを変えている。また、トナーパッチの読み取り方法としては、３ｍｓｅｃおきに５回読み取り（時間ｔ1 ）、平均値Ｖp を算出し、（ＶP ／Ｖc0）×２００をトナーパッチ濃度検出値としている。この際の読み取り位置は２０％以下の場合のトナーパッチの読み取り位置と同じ位置にしている。
【００２６】
図９は読み取り位置を説明する感光体１の断面図で、（ａ）は図２に示すＣinが２０％以下の場合の地肌の読み取り位置、（ｂ）は図８に示すＣinが２０％を越える場合の地肌の読み取り位置を示している。
【００２７】
図９（ａ）に示すように、感光体１の地肌を３ｍｓｅｃおきに５回読み取ると、その読み取り位置は感光体１の一部分（Ａ）の範囲となる。また、図９（ｂ）に示すように、感光体１の地肌を３ｍｓｅｃおきに１周分読み取ると、その読み取り位置は感光体１の１周分（Ｂ）の範囲となる。
【００２８】
このように、比をとり且つトナーパッチのＣinによって読み取り位置を変えることにより、温度等によるセンサ出力変動の影響と感光体１の地肌の影響とを考慮したトナーパッチの検出を行うことができるようになる。
【００２９】
また、図１０はトナーパッチおよび地肌の読み取りにおけるセンサ出力を説明する図である。すなわち、第１実施形態において、Ｃinが２０％以下の場合（例えば、２０％）には、地肌からの反射光およびトナーパッチからの反射光を時間ｔ1 すなわち３ｍｓｅｃ×５の間で読み取り、Ｃinが２０％を越える場合（例えば、６０％）には、地肌からの反射光を時間ｔ2 すなわち３ｍｓｅｃおきに感光体１周分で読み取り、トナーパッチからの反射光を時間ｔ1 すなわち３ｍｓｅｃ×５の間で読み取る。また、各濃度でのトナーパッチからの反射光の読み取り位置は、感光体１周の周期Ｔに同期させて同じ位置で取り込んでいる。
【００３０】
上記のように、Ｃinに応じて検出方法を変えることで、画像形成時の各Ｃinで検出された濃度を精度を上げて検出することができる理由を以下に説明する。
▲１▼低いＣinのトナーパッチでは感光体１の地肌の影響が大きいが、高いＣinのトナーパッチでは感光体１の地肌の影響が小さい。
▲２▼地肌は反射率のむらの影響により読み取り場所によって検出値が異なる。
▲３▼トナーパッチの濃度検出値と感光体の地肌の検出値との比を使うことによって光電センサから成る検出手段の温度依存性をなくすことができる。
【００３１】
したがって、低いＣinのトナーパッチの検出位置を感光体１の地肌の検出位置と同期させることにより、画像形成時の各Ｃinでのトナーパッチ濃度検出精度を上げることができる。また、高いＣinのトナーパッチは地肌の影響を受けにくいので、感光体１全体の地肌の平均値をとることにより、地肌の影響がなくなり検出精度を上げることができるようになる。
【００３２】
また、図１１および図１３に示すように、この検出値は光電センサの汚れ、被検出体の地肌の傷、環境によっても変化する。また、光電センサの汚れや被検出体の地肌の傷は、コピー枚数の増加に伴い多くなっていく（図１１右図、図１３右図参照）。これらをコピー枚数の累積カウント値により検知し補正することによって検出精度を向上させることができる。
【００３３】
図１２は光電センサの汚れによる検出値変化を補正する機能を説明するブロック図である。すなわち、この機能としては、図１と対応した検出手段３、検出制御手段４、画像形成制御手段６に加え、コピー枚数検知手段７、汚れ検知補正手段８を備えた構成となっている。
【００３４】
この機能では、コピー枚数検知手段７によって所定のコピー枚数を検知した時点で汚れ検知補正手段８へ補正開始信号を送り、これを受けた汚れ検知補正手段８が検出手段３から得た検出値に対して補正を施すようになっている。これによって、光電センサの汚れによる検出値の変動の影響を取り除いて検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００３５】
また、図１４は被検出体の地肌の傷による検出値変化を補正する機能を示すブロック図である。この機能としては、図１と対応した検出手段３、検出制御手段４、画像形成制御手段６に加え、コピー枚数検知手段７、劣化傷補正手段９を備えた構成となっている。
【００３６】
この機能も図１２に示す機能と同様、コピー枚数検知手段７によって所定のコピー枚数を検知した時点で劣化傷補正手段９へ補正開始信号を送り、これを受けた劣化傷補正手段９が検出手段３から得た検出値に対して補正を施すようになっている。これによって、被検出体の地肌の傷による検出値の変動の影響を取り除いて検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００３７】
この他、温度や湿度を測定し、その測定値によって検出手段３で得た検出値に補正を加えるようにしてもよい。これによって、温度や湿度の影響で検出手段３の検出値が変動しても、その変動分を取り除いて精度の高い検出を行うことが可能となる。
【００３８】
次に、第１実施形態の画像形成装置における各Ｃinに対する濃度検出方法の処理を図１５のフローチャートに沿って説明する。なお、このフローチャートではＣinが低いときをＣin２０％とし、Ｃinが高いときをＣin６０％として説明する。
【００３９】
先ず、画像形成装置の出荷時あるいは起動時に感光体１の１周分の地肌の反射光量を検出し（ステップＳ１０１）、検出位置とともに検出値をメモリして（ステップＳ１０２）、検出値の平均値をＶc0としてメモリする（ステップＳ１０３）。この出荷時や起動時に感光体１の１周分の地肌の反射光量を検出することで、画像形成要求時（記録Ｊｏｂ開始時）にはこの検出を行う必要がなくなり、処理時間の短縮化を図ることができる。
【００４０】
次に、記録Ｊｏｂ開始時に感光体１のトナーパッチ作成位置の地肌を３ｍｓｅｃ毎に５回検出し、その平均値をＶc1とする（ステップＳ１０４）。次いで、２０％トナーパッチの読み取りタイミングであるかどうかを確認し（ステップＳ１０５）、２０％トナーパッチの読み取りタイミングであればステップＳ１０６へ移行し、２０％トナーパッチの読み取りタイミングでなければステップＳ１０８へ移行する。
【００４１】
２０％トナーパッチの読み取りタイミングの場合、２０％トナーパッチを３ｍｓｅｃ毎に５回検出し、平均値をＶP20 とする（ステップＳ１０６）。そして、このＶP20 とＶc1との比をとって、Ｒadc-20＝（ＶP20 ／Ｖc1）×２００をＣin２０％でのトナーパッチ濃度検出結果とする（ステップＳ１０７）。
【００４２】
このように、低いＣinのトナーパッチの場合には、トナーパッチの作成位置と同じ位置の地肌を検出することで、感光体の偏心等による光電センサの検出値の影響と地肌の影響とを除去できるようになる。
【００４３】
２０％トナーパッチの読み取りタイミングでない場合、６０％トナーパッチの読み取りタイミングであるかどかを確認し（ステップＳ１０８）、６０％トナーパッチの読み取りタイミングであればステップＳ１０９へ移行し、６０％トナーパッチの読み取りタイミングでなければステップＳ１０５へ戻る。
【００４４】
６０％トナーパッチの読み取りタイミングの場合、６０％トナーパッチを３ｍｓｅｃ毎に５回検出し、平均値をＶP60 とする（ステップＳ１０９）。そして、ＶP60 とＶc0との比をとって、Ｒadc-60＝（ＶP60 ／Ｖc0）×２００をＣin６０％でのトナーパッチ濃度検出結果とする（ステップＳ１１０）。
【００４５】
このように、高いＣinのトナーパッチの場合には、地肌の影響を受けにくいことから、予め（出荷時や起動時）に読み取った感光体１周分の地肌の検出時の平均を用いて演算を行うことにより、短時間でしかも感光体１の偏心等による光電センサの検出値の影響を除去できるようになる。
【００４６】
このような第１実施形態では、感光体の地肌の影響による読み取り誤差を低減することができるようになるとともに、Ｃinが高いときのトナーパッチの読み取りを画像形成装置の出荷時あるいは起動時に１回だけ読み取ればよく、ＦＣＯＴ（First Copy Out Time ）を短縮することができるようになる。
【００４７】
次に、第１実施形態における変形例を説明する。図１６は第１実施形態の変形例を説明する図、図１７はメモリへの格納状態を説明する図、図１８は検出処理フローチャートである。
【００４８】
すなわち、この変形例も第１実施形態と同様、例えば２０％以下の低いＣinのときとそれ以外の高いＣinのときとにおいて、感光体１の地肌からの反射光の読み取り方法およびトナーパッチからの反射光の読み取り方法を変えている点に特徴があるが、変形例では、低いＣinのときの感光体１の地肌の読み取りを３ｍｓｅｃおきに感光体１周分読み取っている点で第１実施形態と相違する。
【００４９】
また、第１実施形態の変形例では、検出値を平均してトナーパッチ検出平均値と地肌検出平均値との比によりトナーパッチ濃度検出結果を演算し、この検出結果をもとに画像形成装置を制御することで、カラー複写機等の画像形成装置における濃度を高精度に制御できるようになる。なお、低いＣinのときのトナーパッチ濃度検出値および検出位置は図１７に示すようにメモリ内の各アドレスと対応して記憶される。
【００５０】
この第１実施形態の変形例は、低いＣinのときの感光体１の地肌の検出を３ｍｓｅｃおきに感光体１の１周分読み取り、読み取った検出位置とその検出位置に対応した検出値にアドレスを付け、各アドレスに対応する検出位置、検出値をメモリに格納する。
【００５１】
そして、演算時にトナーパッチの検出位置に合わせた地肌の検出値をメモリから読み出してトナーパッチ濃度検出結果を得るものである。これにより、第１実施形態と比べてＪｏｂ毎に地肌の読み取りを行う必要がなくなり、時間の短縮を図ることができるというメリットがある。
【００５２】
図１８に示すフローチャートでは、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０５の各処理が図１５に示す第１実施形態の検出処理フローチャートのステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の各処理と同じであり、ステップＳ２０７〜ステップＳ２１０の各処理がステップＳ１０７〜ステップＳ１１０の各処理と同じである。すなわち、第１実施形態とその変形例とではステップＳ２０６の処理で相違している。
【００５３】
このステップＳ２０６では、２０％トナーパッチからの反射光を３ｍｓｅｃおきに感光体１の１周分読み取り、平均値をＶP20 としており、各検出位置と検出値とをアドレス（図１７参照）に対応させてメモリに格納している。これにより、トナーパッチ検出値の演算を行う際、メモリ内に格納された値を用いることで、頻繁に読み取る必要がなくなり、画像形成処理時間の短縮化を図ることが可能となる。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図１９は第２実施形態を説明する図、図２０はセンサ出力を説明する図である。
【００５５】
第２実施形態も第１実施形態と同様、例えば２０％以下の低いＣinのときとそれ以外の高いＣinのときとにおいて、感光体１の地肌からの反射光の読み取り方法およびトナーパッチからの反射光の読み取り方法を変えている点に特徴があるが、第２実施形態では、高いＣinのときのトナーパッチの検出位置を感光体１上の任意の位置にしている点で相違する。
【００５６】
すなわち、第２実施形態では、Ｃinが２０％以下の場合、地肌の読み取り方法として、トナーパッチを作成する位置と同じ位置の地肌をＪｏｂ（画像形成要求）毎に３ｍｓｅｃおきに５回読み取り（時間ｔ1 ）、平均値Ｖc1を算出する。また、トナーパッチの読み取り方法としては、３ｍｓｅｃおきに５回読み取り（時間ｔ1 ）、平均値Ｖp を算出し、（ＶP ／Ｖc1）×２００をトナーパッチ濃度検出値としている。この際の読み取り位置は地肌の読み取り位置と同じ位置にしている。
【００５７】
一方、Ｃinが２０％を越える場合、地肌の読み取り方法として、感光体１周分を３ｍｓｅｃおきに読み取り（時間ｔ2 ）、平均値Ｖc0を算出する。なお、このＶc0は画像形成装置の出荷時に１度だけ（または、画像形成装置の起動時毎に）読み取る。また、トナーパッチの読み取り方法としては、３ｍｓｅｃおきに１０回読み取り（時間ｔ3 ）、平均値Ｖp を算出し、（ＶP ／Ｖc0）×２００をトナーパッチ濃度検出値としている。なお、この際の読み取り位置は感光体１の任意の位置としている。
【００５８】
図２０に示すように、第２実施形態においては、Ｃinが２０％以下の場合（例えば、２０％）には、地肌からの反射光およびトナーパッチからの反射光を時間ｔ1 すなわち３ｍｓｅｃ×５の間で読み取り、Ｃinが２０％を越える場合（例えば、６０％）には、地肌からの反射光を時間ｔ2 すなわち３ｍｓｅｃおきに感光体１周分で読み取り、トナーパッチからの反射光を時間ｔ3 すなわち３ｍｓｅｃ×１０の間で読み取る。
【００５９】
また、Ｃinが２０％以下の場合におけるトナーパッチからの反射光の読み取り位置は感光体１周の周期Ｔに同期させているが、Ｃinが２０％を越える場合におけるトナーパッチからの反射光の読み取り位置は感光体１の任意の位置となっている。
【００６０】
このような第２実施形態では、高いＣinのときのトナーパッチを制約なくどこにでも作成することができるので、感光体１のトナーパッチの検出を３ｍｓｅｃおきに１０回、感光体１の任意の位置を読み取ることで、高いＣinのときのトナーパッチの作成頻度が向上し、ＣＰＭ（Copy Per Minute）を向上できるというメリットがある。
【００６１】
図２１に示す第２実施形態での検出処理フローチャートでは、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０８の各処理が図１５に示す第１実施形態の検出処理フローチャートのステップＳ１０１〜ステップＳ１０８の各処理と同じであり、ステップＳ３１０の処理がステップＳ１１０の各処理と同じである。すなわち、第１実施形態と第２実施形態とでは、ステップＳ３０９の処理で相違している。
【００６２】
このステップＳ３０９では、６０％トナーパッチを感光体１の任意の位置で３ｍｓｅｃ毎に１０回検出し、その平均値をＶP60 としている。
【００６３】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、第１実施形態および第２実施形態においてトナーパッチ濃度検出値を算出する際のトナーパッチ検出平均値と地肌検出平均値との比をとる際、そのトナーパッチの階調面積率に応じて地肌検出平均値の寄与率を変化させる点に特徴がある。
【００６４】
また、このトナーパッチの階調面積率によって地肌検出平均値の寄与率を変化させるとともに、感光体１の地肌の傷や、光電センサから成る検出手段の汚れ、温度、湿度等の環境など、各種条件に応じてその寄与率を補正するようにしてもよい。
【００６５】
寄与率に変化を持たせる具体的手段としては、所定の式を用いる方法と予め設定されたルックアップテーブルを用いる方法とがある。
【００６６】
所定の式を用いる方法としては、例えば以下に示す式を用いる。
【００６７】
パッチ濃度検出値＝
（Ｖp 〔Ｃin〕）／（Ｖcn×Ｋn ＋ＶcALL×ＫALL ）×２００
ここで、Ｋn ＝（１−（Ｃin／１００））、ＫALL ＝Ｃin／１００
また、Ｃinは所定トナーパッチでの面積階調率、Ｖcnは所定トナーパッチを検出する場合の感光体１の地肌の読み取りの平均値、ＶcALLは画像形成装置の出荷時等、感光体が汚れていない状態での全周にわたる地肌の読み取りの平均値である。
【００６８】
また、図２２はルックアップテーブルを示す図である。先に説明した式を用いる場合には、図２２の「式」の欄に示すように、地肌検出平均値の寄与率を決定する各係数Ｋn 、ＫALL が一定の割合で変化するが、「ルックアップテーブル」の欄に示すように、予め階調面積率Ｃinに応じて係数Ｋn 、ＫALL をテーブルデータに登録しておくことで、感光体１の地肌の傷や、光電センサから成る検出手段の汚れ、温度、湿度等の環境など、各種条件に応じてその寄与率を補正できることになる。また、実際の経験値を使って補正できるので、制御精度が向上することになる。
【００６９】
これによって、トナーパッチの検出位置などを変えることなく各Ｃinに対するトナーパッチ濃度検出精度を向上させることができる。また、トナーパッチの種類によって地肌の影響度合いが異なることから、式やルックアップテーブルの値の設定によって地肌検出平均値の寄与率を変えることで各種のトナーパッチを高精度に検出できるようになり、精度よく画像形成時の濃度を制御できるようになる。
【００７０】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態では、トナーパッチの階調面積率に応じてトナーパッチの作成頻度を変化させる点に特徴がある。すなわち、図２３に示すように、例えばＣinが２０％以下の場合には、連続コピー時において１０コピーに１回、Ｃinが２０％を越える場合には、連続コピー時において５コピーに１回の頻度で各々のＣinのトナーパッチを作成する。
【００７１】
図２４は具体的なトナーパッチの作成頻度を説明する図である。例えば、コピーＪｏｂが２０枚の連続コピーを行うものの場合、先ず１枚目のコピーを行う際に２０％以下（例えば、２０％）のトナーパッチおよび２０％を越える（例えば、６０％）のトナーパッチを各々作成し、その反射光を検出して１枚目のコピーを行う際のトナーパッチ濃度検出を行う。
【００７２】
その後、２０％以下のトナーパッチにおいては１０枚目、２０枚目というように１０コピーに１回の頻度でトナーパッチを作成する。一方、２０％を越えるトナーパッチにおいては５枚目、１０枚目、１５枚目、２０枚目というように５コピーに１回の頻度でトナーパッチを作成する。
【００７３】
同一のＪｏｂでは感光体１の地肌むらの変動が小さいことから、低いＣinのトナーパッチは地肌の影響が少なく、高いＣinのトナーパッチでは現像の影響を大きく受ける。したがって、このように高いＣinのトナーパッチにおける作成頻度に比べて低いＣinのトナーパッチにおける作成頻度を少なくすることで、トナーパッチ濃度検出制御の精度を確保しながらトナー消費量を低減できるようになる。また、ＣＰＭ（Copy Per Minute ）を向上できるというメリットもある。ここで、ＣＰＭとは１分間にコピーできる枚数のことである。通常トナーパッチを作成するには専用のパッチ作成モードを持つ必要がある。パッチ作成頻度が少なくなれば、専用のパッチ作成モードに入る回数が減るのでＣＰＭを向上できるようになる。
【００７４】
次に、本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態では、トナーパッチの階調面積率に応じて各検出におけるサンプリング間隔やサンプリング数を変更したり、移動平均数を変更する点に特徴がある。
【００７５】
例えば、トナーパッチの階調面積率が大きいトナーパッチほど、そのトナーパッチからの反射光のサンプリング数を少なくしたり、またサンプリング間隔を広くしたり、移動平均数を少なくしたりする。
【００７６】
これによって、トナーパッチの検出精度を確保しながらトナー消費量を低減できるようになる。さらに、ＣＰＭ（Copy Per Minute ）を向上できるというメリットもある。
【００７７】
なお、上記実施形態では、像担持体としていずれも感光体１を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されず、中間転写体から成るものであっても適用可能である。
【００７８】
図２５は、中間転写体である中間転写ベルトを備えた画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置では、感光体１に形成されたトナー像が中間転写ベルトＢに転写された後、用紙経路と接する位置でその中間転写ベルトＢのトナー像が用紙に転写される。
【００７９】
このような画像形成装置においては、トナーパッチを中間転写ベルトＢに形成することから、中間転写ベルトＢを支持するローラと対向する位置の付近に検出手段３が配置されており、この位置で中間転写ベルトＢの地肌からの反射光およびトナーパッチからの反射光を検出している。つまり、安定にしたいコピー用紙上の濃度により近い状態である転写後の濃度を検出することができ、感光体上にトナーパッチを作成した場合に比べて精度を向上できる。
【００８０】
図２６は中間転写ベルトを備えた画像形成装置におけるトナーパッチの検出手順を説明するフローチャートである。先ず、ステップＳ４０１に示すように、装置の起動時やセットアップ（Ｓｅｔｕｐ）実施時期または所定インターバル（例えば、４時間おき）のＪｏｂ開始時に、中間転写ベルト上の基準位置（ＴR0）から２４０ｍｓまで２．５ｍｓ間隔で中間転写ベルトの地肌からの反射光を検出し（Sampling1 ）、２５０ｍｓから２．５ｍｓ間隔で２５点地肌の反射光を検出し（Sampling2 ）、Sampling2 の終了から８００ｍｓまで２．５ｍｓ間隔で地肌の反射光を検出する（Sampling3 ）。
【００８１】
次に、ステップＳ４０２では、ステップＳ４０１で検出したSampling1,2,3 の全データを平均し、Ｖcln-highとして記憶し、Sampling2 の２５点中、最大最小を除く２３点のデータを平均してＶcln-low として記憶する。
【００８２】
図２７は、中間転写ベルトの基準位置（ＴR0）からの移動時間に対する地肌の検出値の関係を示す図である。すなわち、ステップＳ４０２では、図中Ｈに示す部分の全データを平均してＶcln-highとし、図中Ｌに示す部分のデータの最大最小を除く２３点のデータを平均してＶcln-low としている。特にこの図中Ｌに示す部分は、後述するトナーパッチを形成する部分に対応している。ここでＴR0は図２５中の基準マークを図示しない光センサ（検出手段３と横方向同位置に設けられている）によって検出することで検知する。なお、基準マークはアルミニウムテープ等を使用する。
【００８３】
次に、ステップＳ４０３に示すように、Ｃin２０％のトナーパッチを中間転写ベルトの基準位置（ＴR0）から２５０ｍｓ後に２．５ｍｓ間隔で２５点形成し、そのトナーパッチからの反射光を検出する。そして、その検出値の最大最小を除く２３点のデータを平均し、Ｖpatch-20として記憶する。
【００８４】
次いで、ステップＳ４０４に示すように、Ｃin６０％のトナーパッチを中間転写ベルトの基準位置（ＴR0）から４５０ｍｓ後に２．５ｍｓ間隔で２５点形成し、そのトナーパッチからの反射光を検出する。そして、その検出値の最大最小を除く２３点のデータを平均し、Ｖpatch-60として記憶する。
【００８５】
図２８は、中間転写ベルトの基準位置（ＴR0）からの移動時間に対する各Ｃinのトナーパッチ濃度検出値の関係を示す図である。このように、Ｃin２０％の場合は図２７に示すＬと同位置にトナーパッチが形成され、Ｃin６０％の場合は図２７に示すＨの範囲内にトナーパッチが形成され、各々の反射光の検出が行われる。
【００８６】
この２種類のトナーパッチの濃度検出を行った後は、ステップＳ４０５に示すように、Ｃin２０％のトナーパッチの濃度検出値をＲadc-20＝Ｖpatch-20／Ｖcln-low ×１０２３として算出し、Ｃin６０％のトナーパッチの濃度検出値をＲadc-60＝Ｖpatch-60／Ｖcln-high×１０２３として算出する。なお、１０２３を乗じているのは、１０ｂｉｔのデータとして処理をするためである。１０ｂｉｔのデータにすることで８ｂｉｔに比べて精度を向上できる。
【００８７】
つまり、Ｃin２０％のトナーパッチの場合、トナーパッチと同位置・同サイズの地肌からの反射光を読み取りＶcln-low としており、このＶcln-low とＶpatch-20との比をとって検出値としている。
【００８８】
また、Ｃin６０％のトナーパッチの場合、トナーパッチの作成位置を含む１／３周部分の地肌からの反射光を読み取りＶcln-highとしており、このＶcln-highとＶpatch-60との比をとって検出値としている。
【００８９】
各Ｃinにおいて、Ｖcln とＶpatch との比をとるのは、地肌の影響を補正するためと、光電センサの発光光量変動（汚れや温度特性）を補正するためである。すなわち、地肌の影響は高周波ノイズ、発光光量変動はセンサ出力のレベルシフトとして現れる。Ｖcln とＶpatch との比をとることでこれらの影響を補正できることになる。
【００９０】
また、低いＣinでは中間転写ベルトの地肌の影響が大きいことから、トナーパッチの作成位置と同じでトナーパッチのサイズと同じサイズの地肌部分を検出してＶpatch とし、Ｖcln との比をとることで地肌の影響およびセンサ出力のレベルシフトを補正できる。
【００９１】
さらに、高いＣinでは中間転写ベルトの地肌の影響は少なく、中間転写ベルトの１／３周以上の地肌を検出して平均しＶpatch とし、Ｖcln との比をとることで、地肌の影響による高周波ノイズやベルトの振動等によるセンサ出力変動を補正することができるようになる。
【００９２】
例えば、プロセススピード２００ｍｍ／ｓｅｃ以上かつベルト周長５００ｍｍ以上の画像形成装置ではベルト面内に多くのうねりが発生する。図２９はプロセススピード２００ｍｍ／ｓｅｃかつベルト周長５００ｍｍの画像形成装置における地肌の検出結果の例を示す図である。この例では３つの大きなうねりが発生している。ここで、１／３周程度検出すれば少なくとも１個のうねり全体を検出でき、全周にわたって検出した場合と比べても検出精度は低下しない。
【００９３】
また、このような１／３周程度の検出では、全周の検出に比べて検出時間を短くすることが可能となる。さらに、感光体上にトナーパッチを作成する場合に比較して転写変動も含んだトナーパッチであるから制御の精度が向上する。
【００９４】
また、トナーパッチの作成数が多い場合（例えば、Ｃin２０％、４０％、６０％、８０％）、各Ｃinに応じて中間転写ベルトの地肌を読み取ったＶcln の寄与率を変化させるようにする。すなわち、先に説明したように、所定の式を用いたり、予め設定されたルックアップテーブルを用いて寄与率を変化させる。
【００９５】
この場合、中間転写ベルトの全周にわたり読み取った地肌からの反射光の検出値を平均してＶcallとし、所定の式やルックアップテーブルを使って各Ｃinに応じたＶcallの寄与率を求め、各ＣinのＶpatch を補正する。これにより、トナーパッチの作成数が多い場合でも、各Ｃinに応じた地肌の影響度合いを考慮して精度良くトナーパッチの検出値を得ることができるようになる。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置およびその制御方法では、パッチ生成手段により低いＣinのときと高いＣinのときとで像担持体の地肌およびトナーパッチからの反射光量の検出方法を制御していることから、各Ｃinでのトナーパッチ濃度を精度良く検出することができ、この検出結果をもとに画像形成装置の階調補正制御、トナー濃度制御などをすることで、カラー複写機等の画像形成装置における濃度を精度を上げて制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態の画像形成装置を説明するブロック図である。
【図２】  組み合わせ型光電センサを説明する断面図である。
【図３】  拡散反射型センサ出力を示す図である。
【図４】  組み合わせセンサの出力を示す図である。
【図５】  センサの検知領域とトナーパッチの線数との関係を示す図である。
【図６】  画像信号とトナー像との関係を示す図である。
【図７】  感光体上の潜像形状を示す図である。
【図８】  第１実施形態を説明する図である。
【図９】  読み取り位置を説明する図である。
【図１０】  センサ出力を説明する図（その１）である。
【図１１】  センサ汚れによる出力値の変化を示す図である。
【図１２】  センサ汚れによる検出値変化の補正機能を示すブロック図である。
【図１３】  劣化傷による出力値の変化を示す図である。
【図１４】  劣化傷による検出値変化の補正機能を示すブロック図である。
【図１５】  検出処理フローチャート（その１）である。
【図１６】  第１実施形態の変形例を説明する図である。
【図１７】  メモリへの格納状態を説明する図である。
【図１８】  検出処理フローチャート（その２）である。
【図１９】  第２実施形態を説明する図である。
【図２０】  センサ出力を説明する図（その２）である。
【図２１】  検出処理フローチャート（その３）である。
【図２２】  ルックアップテーブルを説明する図である。
【図２３】  第４実施形態を説明する図である。
【図２４】  トナーパッチの作成頻度を説明する図である。
【図２５】  中間転写ベルトを備えた画像形成装置の概略構成図である。
【図２６】  トナーパッチの検出手順を説明するフローチャートである。
【図２７】  移動時間に対する地肌の検出値を示す図である。
【図２８】  移動時間に対するトナーパッチの検出値を示す図である。
【図２９】  ベルトの地肌の検出結果の例を示す図である。
【図３０】  カラー複写機の全体構成図である。
【図３１】  光電センサの断面図である。
【図３２】  鏡面反射時のセンサ出力を示す図である。
【図３３】  感光体表面の反射率のむらを説明する図である。
【図３４】  Ｃinによる地肌の影響を示す図である。
【符号の説明】
１…感光体、２…パッチ生成手段、３…検出手段、４…検出制御手段、５…ＲＯＳ、６…画像形成制御手段、Ｂ…中間転写ベルト
【図１】
0003991420.tif 000002
【図２】
0003991420.tif 000003
【図３】
0003991420.tif 000004
【図４】
0003991420.tif 000005
【図５】
0003991420.tif 000006
【図６】
0003991420.tif 000007
【図７】
0003991420.tif 000008
【図８】
0003991420.tif 000009
【図９】
0003991420.tif 000010
【図１０】
0003991420.tif 000011
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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