(57)【要約】【課題】  画像の表面形状を検知するセンサを用いて、画像の色と光沢度の両方を検出する。【解決手段】  記録媒体に形成されたトナー像に対して、光を照射する照射手段と、前記光が前記トナー像において反射した反射光を受光する受光手段と、前記受光した反射光の前記受光手段における受光位置に基づいて、前記トナー像の表面形状を算出する表面形状算出手段と、前記表面形状に応じた前記トナー像の濃度を算出する濃度算出手段と、前記表面形状に応じた前記トナー像の光沢度を算出する光沢度算出手段と、を有する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に形成されたトナー像に対して、光を照射する照射手段と、
前記光が前記トナー像において反射した反射光を受光する受光手段と、
前記受光した反射光の前記受光手段における受光位置に基づいて、前記トナー像の表面形状を算出する表面形状算出手段と、
前記表面形状に応じた前記トナー像の濃度を算出する濃度算出手段と、
前記表面形状に応じた前記トナー像の光沢度を算出する光沢度算出手段と、を有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記濃度算出手段は、前記表面形状に基づいて、前記トナー像における微小面の角度分布を算出し、予め定められた第一の傾きを持つ微小面の頻度を第一の特徴量として特定し、前記第一の特徴量に応じた濃度を、前記トナー像の濃度として決定することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記濃度算出手段は、予め第一の特徴量と濃度との対応を示す第一情報を保持し、
前記第一の情報を参照することにより、前記特定した第一の特徴量を濃度に変換することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記光沢度算出手段は、前記表面形状に基づいて、前記トナー像における微小面の角度分布を算出し、予め定められた第二の傾きを持つ微小面の頻度を第二の特徴量として特定し、前記第二の特徴量に応じた光沢度を、前記トナー像の光沢度として決定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記光沢度算出手段は、予め第二の特徴量と濃度との対応を示す第二の情報を保持し、
前記第二の情報を参照することにより、前記特定した第二の特徴量を光沢度に変換することを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記第一の傾きは２２．５度±２度であることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項７】
前記第二の傾きは、０度であることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項８】
前記請求項１乃至７の何れか一項に記載の測定装置と、
電子写真方式により記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
前記濃度および前記光沢度に基づいて、前記画像形成手段における画像形成プロセス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９】
記録媒体に形成されたトナー像に対して、光を照射し、
前記光が前記トナー像において反射した反射光を受光し、
前記受光した反射光の受光位置に基づいて、前記トナー像の表面形状を算出し、
前記表面形状に応じた前記トナー像の濃度を算出し、
前記表面形状に応じた前記トナー像の光沢度を算出することを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置および画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置が形成する画像の色を安定化させる方法として、特許文献１には、感光ドラムや中間転写ベルトに担持されるトナー像の高さを検知し、このトナー量高さに基づき画像形成条件を制御する方法が開示されている。ここでの画像形成条件とは、転写工程より前の画像形成プロセスにおける各種条件である。例えば、帯電したトナーを担持する感光ドラムの帯電電圧、この帯電された感光ドラムに担持されるトナーの濃度を制御する露光光量、感光ドラムや中間転写ベルトに担持されたトナー像を記録媒体に転写されるための転写電圧などである。この方法を用いれば、トナーの付着量が変化したことによる濃度の変化を検知し、制御できる。しかしながら、転写プロセスより下流のプロセスにおいて生じたプロセス変動による色の変化には対応できない。具体的には、定着プロセスで生じたプロセス変動により、記録媒体上に定着されたトナー像の表面形状が変化し、定着後の画像の色が変化することがある。
【０００３】
そこで特許文献２には、定着後の画像の表面反射光量を考慮した色補正を行うことにより、定着プロセスの画像形成条件も制御する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１５６４７９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７００５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、画像の表面反射光量を考慮した色補正を行う方法を用いて、さらに画像の光沢度も安定化させることを考える。そのためには、色用のセンサに加えて、光沢度を検出するためのセンサも搭載する必要があり、大型化してしまうという課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、画像の表面形状を検知するセンサを用いて、画像の色と光沢度の両方を検出できる測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明に係る測定装置は、記録媒体に形成されたトナー像に対して、光を照射する照射手段と、前記光が前記トナー像において反射した反射光を受光する受光手段と、前記受光した反射光の前記受光手段における受光位置に基づいて、前記トナー像の表面形状を算出する表面形状算出手段と、前記表面形状に応じた前記トナー像の濃度を算出する濃度算出手段と、前記表面形状に応じた前記トナー像の光沢度を算出する光沢度算出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、画像の表面形状を検知するセンサを用いて、画像の色と光沢度の両方を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】画像形成装置を示す概略構成図
【図２】画像形成装置の動作を示すフロー図
【図３】表面形状センサユニットの構成図
【図４】表面形状センサユニットのフロー図
【図５】表面形状を説明するための模式図
【図６】微小面の角度分布を説明するための模式図
【図７】色のメカニズムを説明するための模式図
【図８】色の特徴量と濃度の関係図
【図９】光沢度のメカニズムを説明するための模式図
【図１０】光沢度の特徴量と光沢度の関係図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例にすぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に適用可能な電子写真方式による画像形成装置の構成を示すブロック図である。図１に示す画像形成装置は、エンジン１０とコントローラ１１からなる。エンジン１０は、中間転写ベルト１０１に沿って、中間転写ベルト１０１回転方向Ｒ１の上流から、ＣＭＹＫ各色の画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、濃度センサ１２０、二次転写装置１０２、中間転写ベルトクリーニング装置１０４を有する。また、二次転写装置１０２の下流側には、定着装置１０３、測定装置として表面形状センサユニット１２が配置されている。
【００１２】
コントローラ１１は、制御回路であるＣＰＵ、画像形成装置で実行する各種処理を制御するための制御プログラムが格納されているＲＯＭ、ＣＰＵが処理のために使用するシステムワークメモリであるＲＡＭが格納されている。また、ＲＯＭには、画像形成プロセスに関わる画像形成条件が記録されている。本実施形態のいては、画像形成条件は、定着プロセスにおける定着温度である。さらに、ＲＯＭには、後述する、パッチ画像の色の特徴量Ｃ１と濃度の関係データ、パッチ画像の光沢度の特徴量Ｃ２と光沢度の関係データも記録されている。
【００１３】
シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）各色の画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは、同様の処理を行う。画像形成部１００ａは、感光体ドラム１００１ａ、帯電装置１００２ａ、露光装置１００３ａ、現像装置１００４ａ、一次転写装置１００５ａ、クリーニング装置１００６ａ、温度センサ１２１ａを有する。画像形成部１００ｂ、１００ｃ、１００ｄについても同様である。
【００１４】
まず、画像形成装置が行う画像形成処理について説明する。図２は画像形成装置の処理を説明するためのフロー図である。ステップＳ２０１において、画像形成装置の主電源がオンされると、ＣＰＵは、画像が形成される枚数を表すカウント値ｎを０に設定する。
【００１５】
次にステップＳ２０２おいて、ＣＰＵは、コピーを開始する信号が入力されたか否かを判定する。コピーを開始する信号が入力された場合はステップ２０３に進み、されない場合は待機する。ステップＳ２０３においてエンジン１０により、詳細は後述する、画像形成を行う。
【００１６】
画像形成が完了したら、ステップＳ２０４においてＣＰＵは、カウント数ｎを１増加させる。さらにステップＳ２０５においてＣＰＵは、カウント数が１０００よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ２０５において、カウント値ｎが１０００よりも小さい場合、ステップＳ２０６において画像形成ジョブが全て完了したか否かを判定する。全ての画像の形成が完了していれば、ステップＳ２０１へ移行する。一方、ステップＳ２０６において、画像形成ジョブの全ての画像の形成が完了していない場合、次の画像の形成を開始するため、ステップ２０３へ移行する。
【００１７】
説明をステップ２０５に戻し、カウント値ｎが１０００以上となった場合、以下に示す定着条件の制御を実行する。ステップＳ２０７においてまず、ＲＡＭに格納された画像形成条件を用いて、以下に説明するパッチ画像Ｔ（Ｙｘ）、Ｔ（Ｍｘ）、Ｔ（Ｃｘ）、Ｔ（Ｋｘ）を形成する。本実施形態の画像形成装置は、２５６階調（０〜２５５）によって画像の濃淡を再現した画像データに基づいて画像を出力する。ここでは色成分毎に１６個のパッチ画像が形成される。また、１６個のパッチ画像の濃度は、１５、３１、・・・、２３９、２５５というように１６レベル刻みになっている。以後、１６個のイエローのパッチ画像Ｔ（Ｙａ）、Ｔ（Ｙｂ）、・・・、Ｔ（Ｙｐ）をまとめてＴ（Ｙｘ）とする。ただし、ａ、ｂ、・・・、ｐは濃度レベルが１５、３１、・・・、２５５であることを意味する。同様に、マゼンタのパッチ画像Ｔ（Ｍａ）、Ｔ（Ｍｂ）、・・・、Ｔ（Ｍｐ）をＴ（Ｍｘ）とする。シアンのパッチ画像Ｔ（Ｃａ）、Ｔ（Ｃｂ）、・・・、Ｔ（Ｃｐ）をＴ（Ｃｘ）とする。ブラックのパッチ画像Ｔ（Ｋａ）、Ｔ（Ｋｂ）、・・・、Ｔ（Ｋｐ）をＴ（Ｋｘ）とする。
【００１８】
次いで、ステップＳ２０８において表面形状センサユニット１２を用いて、記録媒体Ｐ上に定着されたパッチ画像に光を照射し、パッチ画像上を反射した反射光を受光する。受光した反射光の受光面上の位置に基づいて、パッチ画像の表面形状を検知し、検知結果に基づき、パッチ画像の濃度と光沢度を算出する。ステップＳ２０８における詳細は後述するが、
ステップＳ２０９において、算出された濃度Ｄ（Ｙｘ）、Ｄ（Ｍｘ）、Ｄ（Ｃｘ）、Ｄ（Ｋｘ）および光沢度Ｇ（Ｙｘ）、Ｇ（Ｍｘ）、Ｇ（Ｃｘ）、Ｇ（Ｋｘ）が所定の値となっているか否かを判定する。なお、所定の値とは各色成分のパッチ画像Ｔ（Ｙｘ）、Ｔ（Ｍｘ）、Ｔ（Ｃｘ）、Ｔ（Ｋｘ）を形成する画像信号レベルに対応した濃度および光沢度である。ステップＳ２０９において、所定の値とならない場合、ステップＳ２１１に進み、ステップＳ２１１において画像形成条件を変更する。画像形成条件を変更すると、ステップＳ２０７へ移行する。画像形成条件の変更の方法については、例えば、定着温度を変更させる。標準値となる定着温度を設定しておき、その標準値から±１０度の範囲を１度刻みで変化させる。なお、ステップＳ２１１において、変更した画像形成条件をＲＡＭに格納する。ステップＳ２０７からＳ２１１を繰り返すことにより、濃度Ｄ（Ｙｘ）、Ｄ（Ｍｘ）、Ｄ（Ｃｘ）、Ｄ（Ｋｘ）および光沢度Ｇ（Ｙｘ）、Ｇ（Ｍｘ）、Ｇ（Ｃｘ）、Ｇ（Ｋｘ）が所定の値となるときの画像形成条件を特定する。
【００１９】
一方、Ｓステップ２０９において、濃度Ｄ（Ｙｘ）、Ｄ（Ｍｘ）、Ｄ（Ｃｘ）、Ｄ（Ｋｘ）および光沢度Ｇ（Ｙｘ）、Ｇ（Ｍｘ）、Ｇ（Ｃｘ）、Ｇ（Ｋｘ）が所定の値である場合、所定の濃度の画像を形成するための画像形成条件が特定されたと判定する。
【００２０】
ここでステップＳ２０３の電子写真方式による画像形成処理について詳細に説明する。画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは、各色トナーを使用してそれぞれの感光体上にトナー像を形成し、中間転写ベルト１０１に順次一次転写する。画像形成装置で用いられるトナーは一般に、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色である。本実施形態では、画像形成部１００ａはＣトナー、画像形成部１００ｂはＭトナー、画像形成部１００ｃはＹトナー、画像形成部１００ｄはＫトナーを使用する。なお、画像形成部及び使用する色は４種類に限らない。例えば、淡トナーやクリアトナーがあってもよい。また、各色の画像形成部の順番も本実施形態に限定されるものではなく、任意でよい。
【００２１】
トナー像形成は、画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄの順に一定時間ずつタイミングをずらし、並行して実施される。
【００２２】
まず、画像形成部１００ａが有する感光体ドラム１００１ａは、外周面に帯電極性が負極性である有機光導電体層を有し、矢印Ｒ３方向に回転する。帯電装置１００２ａは、負極性の電圧を印加され、感光体ドラム１００１ａの表面に帯電粒子を照射することにより、感光体ドラム１００１ａの表面を一様な負極性の電位に帯電する。帯電された感光体ドラム１００１ａは、矢印Ｒ３方向に回転する。
【００２３】
露光装置１００３ａは、発光素子である半導体レーザおよびレンズ、ポリゴンミラーなどから構成される走査光学系を有し、コントローラから取得する制御信号にもとづいてレーザ光を駆動する。レーザ光は感光体ドラム１００１ａ上を走査し、帯電した感光体ドラム１００１ａの表面に静電潜像を形成する。
【００２４】
現像装置１００４ａは、略等速度で回転する現像ローラーを用いて、負極性に帯電させたトナーを感光体ドラム１００１ａへ供給する。これにより、感光体ドラム１００１ａ上の静電潜像にトナーを付着させ、静電潜像を反転現像する。
【００２５】
一次転写装置１００５ａは、正極性の電荷を印加された転写ローラーを用いて、負極性に帯電している感光体ドラム１００１ａ上に担持されたトナー像を中間転写ベルト１０１へ一次転写する。クリーニング装置１００６ａは、一次転写装置１００５ａを通過した感光体ドラム１００１ａ上に残留した残トナー像を除去する。
【００２６】
ここまでは、シアン（Ｃ）の画像形成部１００ａをについて説明したが、画像形成部１００ｂ、１００ｃ、１００ｄについても同様である。カラー画像を形成する場合、これまでの帯電、露光、現像、一時転写、クリーニングの各工程は、各色の画像形成部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄにおいて順次進められる。その結果、中間手転写ベルト上には、４色のトナー像が重なった画像が形成される。
【００２７】
二次転写装置１０２は、中間転写ベルト１０１に担持されたトナー像を、矢印Ｒ２方向に移動する記録媒体Ｐへ二次転写する。定着装置１０３は、トナー像を二次転写された記録媒体Ｐに加圧加熱などの処理を施し、画像を定着させる。中間転写ベルトクリーニング装置１０４は、二次転写装置１０２を通過した中間転写ベルト１０１上に残留した残トナーを除去する。エンジン１０では以上説明したプロセスにより、画像形成処理が行われる。
【００２８】
図３は本実施形態の表面形状センサユニット１２の概略図である。表面形状センサユニット１２は、照射部としてレーザ発振器３０１、集光レンズ３０２、３０３、受光部としてラインセンサ３０４を備える。
【００２９】
レーザ発振器３０１は、光を、集光レンズ３０２を介して記録媒体Ｐ上に定着されたパッチ画像３１０に照射する。なお、以降の説明では、光が照射された位置を照射位置と称す。ラインセンサ３０４は、多数の受光素子を一列に並べた構成となっている。また、ラインセンサ３０４の各受光素子は、光を受光すると光強度に応じた電圧を出力する。ここで得られる光強度に応じた電圧は、反射光の反射波形を表すものである。
【００３０】
表面形状センサユニット１２は、ラインセンサ３０２から光強度に応じた電圧を検出すると、信号処理部（不図示）が、反射光の反射波形に基づいて、受光位置を算出する。本実施形態では、反射波形のピーク位置を受光位置として算出する。この受光位置は、図３に示す通り、照射位置（トナー像の高さ）に応じて変位する。そこで本実施形態では、受光位置に基づいて表面形状を算出する。信号処理部（不図示）は、表面形状算出部、濃度算出部、および光沢度算出部として各種の算出処理を実行する。
【００３１】
図４は、本実施形態の表面形状センサユニット１２の動作を説明するためのフロー図である。
【００３２】
まずステップＳ４０１において表面形状算出部は、パッチ画像の表面形状を計測する。パッチ画像からの反射光は、トナー高さが有限の場合は、ラインセンサ３０４上の受光位置Ｐ（１）で結像され、トナー高さが０の場合は、ラインセンサ２０４上の受光位置Ｐ（０）で結像される。すなわち、Ｐ（０）とＰ（１）との差ΔＰは、パッチ画像２１０のトナー高さが高くなるほど増加し、トナー高さが低くなる程減少する。ここで、予め高さが既知のパッチ画像でΔＰを検知することによって、任意のパッチ画像のトナー高さが得られる。さらに、照射位置は時刻によって変化するので、各時刻における受光位置を検知することにより、照射位置におけるトナー高さ、すなわち、表面形状Ｓ（ｘ）が算出される。ここでｘは位置を表す。
【００３３】
次にステップＳ４０２において濃度算出部は、表面形状Ｓ（ｘ）から、パッチ画像上の微小面の角度分布の算出を行う。図５は、パッチ画像におけるある断面図であり、パッチ画像の表面形状を図示した模式図である。位置ｘ（ｋ）におけるトナー高さをＳ（ｋ）、位置ｘ（ｋ＋１）におけるトナー高さをＳ（ｋ＋１）とする。これらのトナー高さにより一つの微小面が形成される。この微小面の角度を次式で算出する。
【００３４】
【数１】
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【００３５】
同様に全ての微小面の角度を算出することで、微小面の角度分布を算出する。図６は、微小面の角度分布の一例を示す模式図である。横軸は角度、縦軸は頻度を示す。なお、光沢度算出部は、別途上記角度分布を算出してもよいし、濃度算出部が算出した角度分布を取得してもよい。
【００３６】
ステップＳ４０３において濃度算出部、パッチ画像の色に影響度が高い特徴量Ｃ１を算出する。まず、パッチ画像の色のメカニズムについて、図７を用いて説明する。図７は、測色器を用いてパッチ画像の色を測定した際の、光の挙動を示す模式図である。この測色器の光学幾何条件は、４５度入射０度反射である。物体での反射モデルである、２色反射モデルを用いると、４５度の入射角度で光源７０１から照射した光は、記録媒体７０４上に定着されたトナー像７０３の表面で反射し、表面散乱光７０５と、トナー内部で吸収・散乱され、拡散光７０６にわかれる。表面散乱光７０５の方向は、微小面の角度で決まり、センサ７０２方向への反射に寄与する微小面の角度は２２．５度近傍となる。表面形状がパッチ画像の色に影響する要因はこの表面反射光である。すなわち、パッチ画像の色に影響度が高い特徴量Ｃ１として、２２．５度近傍の傾きを持つ微小面の頻度を用いる。具体的には２２．５度±２度の微小面の傾きを用いる。ここで、近傍の角度を±２度とした。ステップ４０２で算出した微小面の角度分布より、微小面の全数で規格化された、２２．５度±２度の傾きを持つ微小面の頻度を取得する。
【００３７】
次にステップＳ４０４において濃度算出部は、ステップ４０３で算出したパッチ画像の色の特徴量Ｃ１に応じて、パッチ画像の濃度を決定する。図８は、パッチ画像の色の特徴量Ｃ１とパッチ画像の濃度との対応関係を示す図である。濃度算出部は、図８に示すような色の特徴量と濃度との対応関係を示す情報を保持している。濃度算出部は、図８のパッチ画像の色の特徴量と濃度の対応関係を示す情報が参照し、パッチ画像の色の特徴量Ｃ１をパッチ画像の濃度に変換する。つまり、表面形状センサユニットの受光結果から、パッチ画像の濃度を求められる。
【００３８】
ステップＳ４０５において光沢度算出部は、パッチ画像の光沢度に影響度が高い特徴量Ｃ２を算出する。ステップ４０３と同様に、まず、パッチ画像の光沢度のメカニズムについて、図９を用いて説明する。図９は、光沢度測定器を用いて、パッチ画像の光沢度を測定した際の光の強度を示す図である。この光沢器の光学幾何条件は、先述した測色器の光学幾何条件と異なり、６０度入射６０度反射である。２色反射モデルを用いると、６０度の入射角度で光源９０１から照射した光は、記録媒体９０４上に定着されたトナー像９０３の表面で反射し、表面散乱光９０５と、トナー内部で吸収・散乱され、拡散光９０６にわかれる。表面散乱光９０５の方向は、微小面の角度で決まり、センサ９０２方向への反射に寄与する微小面の角度は０度近傍となる。表面形状がパッチ画像の光沢度に影響する要因はこの表面反射光である。すなわち、パッチ画像の光沢度に影響度が高い特徴量Ｃ２として、０度近傍の傾きを持つ微小面の頻度を用いる。具体的には２度未満の微小面の傾きを用いる。ここで、近傍の角度を２度とした。ステップ４０２で算出した微小面の角度分布より、微小面の全数で規格化された、２度未満の傾きを持つ微小面の頻度を取得する。
【００３９】
次にステップＳ４０６において光沢度算出部は、ステップＳ４０５で算出したパッチ画像の光沢度の特徴量Ｃ２に応じて、パッチ画像の光沢度を決定する。図１０は、パッチ画像の光沢度の特徴量Ｃ２とパッチ画像の光沢度との対応関係を示す図である。光沢度算出部は、図１０に示すような光沢度の特徴量と光沢度との対応を示す情報を保持している。光沢度算出部は、図１０のパッチ画像の光沢度の特徴量と光沢度の対応関係を示す情報が参照し、パッチ画像の色の特徴量Ｃ２をパッチ画像の光沢度に変換する。つまり、表面形状センサユニットの受光結果から、パッチ画像の光沢度を求められる。
【００４０】
本実施形態では、紙上に定着されたパッチ画像の表面形状を検知することによって、パッチ画像の色と光沢度の特徴量をそれぞれ算出し、パッチ画像の色と光沢度の特徴量から、パッチ画像の濃度と光沢度を算出し、画像形成条件を制御する。その結果、濃度と光沢度の両方を同時に安定化させることができる。
【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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