(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光により感光体上に複数個のテストパターンの潜像を形成する露光光学系と、形成された前記テストパターンの潜像を顕画化する複数色の現像器と、顕画化された前記テストパターンのトナー像を保持する中間転写体と、各色トナー像を形成するため前記現像器に加える現像バイアス値を変化させる現像バイアス印加手段とを備え、各色で順に前記テストパターンの潜像を前記感光体上に形成して顕画化し、前記中間転写体上で前記テストパターンの各色トナー像を順に重ね合わせる画像形成装置であって、
前記中間転写体において保持されたテストパターンの単色、２色重ね合わせた二次色、３色重ね合わせた三次色の各色トナー像のトナー量をそれぞれ検出する濃度センサを備え、
この濃度センサで検出した単色、二次色、三次色のトナー量に対応する該濃度センサの出力レベルを基に、前記現像バイアス印加手段が各現像バイアス値を変化させて各色トナー量のカラーバランスを維持することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記テストパターンの潜像は、前記レーザ光のパワーを変化させて形成され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】
加法混色の原画データを減法混色の画像データに変換するためのマスキング係数を記憶する第１の変換テーブルと、前記減法混色の画像データをγ特性に応じて多色転写補正するための補正データを記憶する第２の変換テーブルと、前記減法混色の画像データに基づいて、レーザ光をパルス幅変調部によって単位画素周期毎にパルス幅変調し、もしくは単位マトリックス内を画素毎にスライスレベルを切り替えて階調表現し、前記感光体上に複数個のテストパターンの潜像を形成する露光光学系と、形成された前記テストパターンの潜像を顕画化する複数色の現像器と、顕画化された前記テストパターンのトナー像を保持する中間転写体と、保持された前記テストパターンの各色トナー像の単色、２色重ね合わせた二次色、３色重ね合わせた三次色のトナー量を検出する濃度センサとを有し、前記パルス幅変調部によるレーザ光のパルス幅変調により前記テストパターンの潜像を形成し、前記濃度センサにより検出した各色の単色、二次色、三次色のトナーレベルに応じて、多色転写補正するため前記第２の変換テーブルを更新して各色トナー量のカラーバランスを維持することを特徴とする画像形成装置。
【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出力する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カラーレーザビームプリンタやカラーコピー機など、記録媒体である用紙にカラー画像を印刷する画像形成装置が急速に普及している。特に電子写真プロセスとレーザ走査技術を用いたカラー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。そして市場では、フルカラーのカラー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１，６７０万色の出力が要求されている。
【０００３】
このため、カラーレーザビームプリンタにおいて、階調再現性は特に重要な要素となっている。
【０００４】
一般に、画像形成装置では、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等を応用した濃度センサで検出し、入出力の非線形性を補正（γ補正）したり、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】
ここで、従来の画像形成装置の構成について、以下に図１８を参照しながら説明する。
【０００６】
図１８は従来の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
【０００７】
図１８に示す画像形成装置は、感光体１上にレーザビーム等で形成された潜像を各色の現像器１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃで現像し、顕画化された単色画像を一旦中間転写体（像形成媒体）１８上に転写して合成し、中間転写体１８上の合成像を一括して用紙２８に転写する、いわゆる中間転写体方式のカラーレーザビームプリンタである。
【０００８】
図１８に示す画像形成装置において、シアン、マゼンタ、イエロー（ＣＭＹＫ）の各色ドットデータが、画像形成装置へデータ展開を行った装置より主走査ラインごとに送られる。
【０００９】
最初に、ブラックの画像データが、発光信号として半導体レーザ素子とモータによって回転するポリゴンミラーを内蔵した露光光学系（以下、「ＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）」という。）９に入力される。これによりＬＳＵ９は発光信号に応じてドットごとにレーザの発光と消灯を切り替え、帯電器８によって一様に負に帯電された感光体１に対してレーザを発射していき、感光体１上にレーザが照射されることによって生じた電位差による潜像を形成する。
【００１０】
次に、ブラック現像器１０Ｋの離接カム１７Ｋが回転してブラック現像器１０Ｋが感光体１へ当接する。すると、このブラック現像器１０Ｋに印加される所定の電圧値である現像バイアスで発生するクーロン力でトナーが感光体１上に形成された潜像に付着する。これにより、トナーによる現像が感光体１上で行われ、ブラックトナー画像が形成される。
【００１１】
現像が終了してブラック現像器１０Ｋが離接カム１７Ｋの回転により感光体１から離間して元の位置に戻った後、ブラックトナー画像は中間転写前除電器１１において光除電されて中間転写体１８に転写される。
【００１２】
中間転写体１８のブラックトナー画像は、次の色重ねされる画像が中間転写体１８に転写されるまでの間、中間転写体１８上で保持される。また、中間転写体１８上に転写されずに感光体１上に残った残トナーは、感光体クリーニング装置１３によって擦り取られて感光体１上からクリーニングされる。
【００１３】
なお、感光体１上から残トナーがクリーニングされても、感光体１上には残留電位がまだ帯電しているので、この残留電位を除去するために除電器１４によって電位調整される。
【００１４】
次に、シアンの画像データが送られて同様の工程で感光体１上に潜像が形成される。そして、シアン現像器１０Ｃが離接カム１７Ｃによって感光体１へ当接され、形成された潜像がシアン現像器１０Ｃによって現像されてシアントナー画像となる。その後、シアントナー画像もブラックトナー画像と同様な工程を進んでいき、中間転写体１８へブラックトナー画像に色重ねされて転写される。
【００１５】
さらにマゼンタとイエローの画像データも、同様の工程で感光体１上に潜像が形成され、マゼンダ現像器１０Ｍの離接カム１７Ｍおよびイエロー現像器１０Ｙの離接カム１７Ｙによってマゼンダ現像器１０Ｍおよびイエロー現像器１０Ｙが順次感光体１へ当接され、マゼンダトナー画像およびイエロートナー画像が形成される。そして、中間転写体１上に色重ねされて保持される。
【００１６】
４色が色重ねされたトナー画像は、トナー画像の先端と用紙カセット３０から給紙ローラ３１によってピックアップされた用紙２８の先端とが一致するように用紙２８の供給タイミングを合せるため、用紙２８はレジストセンサ（図示せず）の位置までスリップローラ３３によって搬送される。そして、用紙２８の先端がレジストセンサによって検知された後、トナー画像の先端と用紙２８の先端のタイミングを合せてレジストローラ３４ａとその従動ローラ３４ｂが回転を開始する。これにより、中間転写体１８上に保持されていたトナー画像は、用紙転写ローラ２６において用紙２８上に転写される。
【００１７】
なお、この用紙２８への転写において用紙２８上に転写されずに中間転写体１８上に残った残留トナーは、中間転写体クリーニング装置２７において擦りとられてクリーニングされる。
【００１８】
用紙２８上に転写された４色のトナー画像は、定着装置３５において熱と圧力によってトナーが溶解されることにより用紙２８に定着される。定着後、用紙２８は排紙搬送ローラ（図示せず）によって搬送され、カラー画像が出力される。
【００１９】
以上の工程を経て、画像形成装置はカラー画像を印刷出力する。
【００２０】
ここで、一般に、画像形成装置は、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、さらに印刷の三原色であるシアン、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。そして、図１８に示す画像形成装置においては、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。
【００２１】
まず、初期化動作について、図１８を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
画像形成装置は、電源が投入されると、メモリ等のハードウェアおよび画像形成に必要な、例えば各現像器１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ、定着装置３５や感光体１が装着されているかのチェック、さらに初期ジャム等の検出を行う。そして、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３６の表面温度が所定の温度に達するまで待機する。この所定の温度は、トナーの軟化が始まる温度であり、約１００℃程度である。そして、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。
【００２３】
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。そして、少なくともメインモータは駆動したまま、帯電器８および除電器１４を起動し、感光体１の表面電位の初期化を開始する。
【００２４】
次に、各構成要素のポジションを確認する。すなわち、各現像器１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ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を待機位置に復帰させる。そして、用紙転写ローラ２６の位置を確認し、用紙転写ローラ２６が用紙転写位置にあれば待機位置に復帰させる。さらに、中間転写体クリーニング装置２７の位置を確認し、中間転写体クリーニング装置２７が中間転写体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に当接して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。
【００２５】
次に、現像器１０Ｃの初期化を行う。すなわち、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たら、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、また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。
【００２６】
そして、現像位置において発光素子と受光素子を用いて現像器１０Ｃのトナーの残量検出を行う。すなわち、現像器１０Ｃが現像位置にあるときに、発光素子からの光が現像器１０Ｃの両側部に取付けられた透明なレンズを通って受光素子に入るように、発光素子と受光素子は一本の光軸上に配置されている。
【００２７】
そして、発光素子からの光が、レンズを通して受光素子で検出されたら、現像器１０Ｃ内部のトナーが不足していると判断する。現像器１０Ｃ内部ではトナー撹拌手段に取り付けたワイパにより、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。このワイパは、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では、現像器１０Ｃが待機位置、すなわち離接カム１７Ｃが待機位置にあるときは現像器１０Ｃの有無を検出できる。
【００２８】
このようにして、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。
【００２９】
以降、現像器１０Ｍ、１０Ｙ、１０Ｋの順に初期化を実行していく。この現像器１０Ｍ、１０Ｙ、１０Ｋの初期化順序には根拠がある。すなわち、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からである。
【００３０】
全ての現像器１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙ、１０Ｋ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。
【００３１】
次に、階調補正動作について、図１８および図１９を参照しながら詳細に説明する。ここで、図１９は従来の画像形成装置における濃度センサ周辺を示すブロック図である。
【００３２】
図１９において、濃度センサ２５は、中間転写体１８と対向して配置された反射型センサである。ＣＰＵ４０は、Ｄ／Ａ変換器４１への数値設定により、濃度センサ２５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。濃度センサ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。各オペアンプ５６ａ、５６ｂの出力は、ＣＰＵ４０の異なるＡ／Ｄ変換ポートに入力される。このように、ＣＰＵ４０は、元は同じ出力を２つのゲインで検出できる。なお、ＣＰＵ４０、Ｄ／Ａ変換器４１、ＲＡＭ４２、オペアンプ５６ａ，５６ｂは不図示の制御部内に配置されている。
【００３３】
画像形成装置は、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、このときは、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。
【００３４】
まず、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２５の発光側の光量を決定する。
【００３５】
以下に、濃度センサ２５の発光光量調整について、図２０を用いて詳細に説明する。ここで、図２０は従来の濃度センサにおける発光光量の調整を示す説明図であり、図２０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、すなわちＣＰＵ４０が認識する濃度データを示す。
【００３６】
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ＰＶを、例えばアナログレベルで１．２５Ｖ、すなわち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２０における彩色成分第一サイクル）、濃度センサ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。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ＡＶを算出する。この平均値ＡＶと地肌濃度の調整目標値ＰＶ（＝「６４」）を比較する。
【００３７】
図２０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１８が一周する間の地肌濃度の平均値ＡＶは、調整目標値ＰＶを越えているため、光量の再設定が必要と判断される。
【００３８】
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ＰＶ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ＰＶであるから、濃度センサの発光光量は増加せねばならないと判定する。
【００３９】
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ＰＶ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発光光量設定を終了する。ところが、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。
【００４０】
次に、無彩色成分に対する濃度センサ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ＰＶ０は、例えばアナログレベルでは３．０Ｖ、すなわち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。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２０における無彩色成分第一サイクル）、濃度センサ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。
【００４１】
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ＡＶ０を算出し、地肌濃度の平均値と地肌濃度の調整目標値ＰＶ（＝「１５３」）を比較する。図２０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１８が一周する間の地肌濃度の平均値ＡＶ０は、調整目標値ＰＶ０を下回るため、光量の再設定が必要と判断される。
【００４２】
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ＰＶ０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ＰＶ０であるから、濃度センサの発光光量は増加せねばならないと判定する。
【００４３】
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ＰＶ０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発光光量設定を終了する。ところが、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。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２５の発光光量が決定される。
【００４４】
以上のようにして、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。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。
【００４５】
一般に、用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２５の出力も飽和状態となる。
【００４６】
ここで、飽和濃度検出用のテストパターンについて、図２１を参照して説明する。図２１は従来における飽和濃度検出用のテストパターンを示す説明図である。
【００４７】
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。そして、以下のようにして、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。
【００４８】
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。そして、感光体１を駆動方向ｄ１に駆動し、中間転写体１８を駆動方向ｄ２に駆動する。さらに、各現像器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。
【００４９】
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わせ、さらに帯電器８内のグリッドに−６００Ｖを印加して、感光体１の表面を一様に−５００Ｖ程度に帯電させる。さらに除電器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。
【００５０】
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６は、感光体位置検出マーク５の検出を開始し、さらに中間転写体位置検出センサ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が選択される。
【００５１】
そして、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。
【００５２】
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２１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２１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。
【００５３】
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２１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。このように感光体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。
【００５４】
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行い、ブラックトナー像に対する濃度センサ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、ＣＰＵ４０は、図１９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。ここで、図２２は従来における最大濃度補正用のテストパターンを示す説明図である。濃度センサ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。
【００５５】
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行い、マゼンタトナー像に対する濃度センサ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１９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。
【００５６】
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ＣＰＵ４０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。
【００５７】
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およ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。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２５により濃度を計測し、ＲＡＭ４２に格納する。
【００５８】
そして、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。
【００５９】
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、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、直ちに電子写真装置を停止し、ディスプレイ装置にエラーメッセージを表示する。ここでは、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。
【００６０】
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。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。
【００６１】
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。
【００６２】
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２１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２１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２１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。
【００６３】
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行い、イエローおよびシアントナー像に対する濃度センサ２５の出力の読み取りを開始する。このときＣＰＵ４０は、図１９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。
【００６４】
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。
【００６５】
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およ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。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２５により濃度を計測し、ＲＡＭ４２に格納する。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
第三段階では、濃度センサ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、すなわ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。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行い、濃度センサ２５の出力の読み取りを開始する。
【００６９】
濃度センサ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。
【００７０】
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、結果をＲＡＭ４２に格納する。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。
【００７１】
次に、第四段階の最大濃度補正について述べる。
【００７２】
前述したように、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）に対応する濃度値は一定でない。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２２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１上に、補正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）まで変化させる。これにより、１０段階の濃度パターンが顕画化され、第一転写後に濃度センサ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。
【００７３】
第四段階が終了すると第五段階に入る。
【００７４】
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。
【００７５】
図２３は第五段階で使用される従来における階調補正用のテストパターンを示す説明図である。この階調補正用のテストパターンは、電源投入時や、適当な条件が整った場合に形成される。このため、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立ちにくいように、画像領域の端部に形成される。階調補正用テストパターンは、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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２５で検出したときの一般的な特性について、図２４を用いて説明する。ここで、図２４は従来における彩色成分および無彩色成分の階調補正用のテストパターンに対する濃度センサの出力を示す説明図である。簡単のため、トナーがない状態の中間転写体１８を濃度センサ２５で検出したときの出力は、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。
【００７８】
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２５の出力が単調増加するという点では差はない。
【００７９】
一方、同条件で無彩色成分のパターンを検出したときは、パターン濃度の上昇に応じて濃度センサ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、すなわち中間転写体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。
【００８０】
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、濃度センサの出力は単調減少する。
【００８１】
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。
【００８２】
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を基準にして進行されるため、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。所定時間経過後に、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２５まで搬送される。
【００８３】
さら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行い、濃度センサ２５の出力の読み取りを開始する。濃度センサ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。
【００８４】
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行い、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ようにＲＡＭ４２に格納する。
【００８５】
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２５は色毎に階調補正パターンを読み取ることができる。
【００８６】
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に格納される。このデータは、濃度センサ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。
【００８７】
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、１つのテストパターン対して、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およ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。
【００８８】
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を意味する）。さら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を意味する。なお、配列要素がないのは、ダーク基準がパターン位置に無関係であるためである）。
【００８９】
まず、ブラックに対するデータ処理を図２５を用いて説明する。図２５は従来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およびデータ処理を示す説明図である。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。
【００９０】
最初に、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。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。次に、ＤＩＦ［ｎ］を、ＤＬ［ｎ］に対して８ビットで正規化する。すなわ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。さらに、正規化されたデータを用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。
【００９１】
ブラックの濃度変換テーブルについて、図２６を用いて説明する。図２６は従来におけるブラックの濃度変換テーブルを示すグラフである。
【００９２】
図２６において、横軸は各パターン毎の濃度センサ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用紙に形成したときの濃度（マクベス濃度）である。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２５で検出し、正規化したデータと、同一パターンを用紙上に転写・定着したサンプルがあれば容易に得ることができる。
【００９３】
ブラックの濃度変換テーブルは、中濃度域〜高濃度域で正規化値に対する用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ｖｓ濃度変換特性そのものと考えてよい。フルカラー画像では、ブラックは補助的な使われ方がされ、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。
【００９４】
次に、シアンに対するデータ処理を図２７を用いて説明する。図２７は従来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およびデータ処理を示す説明図である。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。
【００９５】
最初に、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。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。次に、ＤＩＦ［ｎ］を、ＤＬ［ｎ］に対して８ビットで正規化する。すなわ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。さらに、正規化されたデータを用紙上の濃度に変換する。濃度変換には、予め実験的に取得した濃度変換テーブルを用いる。
【００９６】
濃度変換テーブルについて図２８を用いて説明する。図２８は従来におけるシアンの濃度変換テーブルを示すグラフである。図２８において、横軸は各パターン毎の濃度センサ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用紙に形成したときの濃度（マクベス濃度）である。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２５で検出し、正規化したデータと、同一パターンを用紙上に転写・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用紙上の濃度が正しく予測できる。
【００９７】
以上の説明で濃度センサ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、すなわち入力は、予め定められた値であり既知である。この入力データと、用紙上濃度との関係は電子写真装置のγ特性に他ならない。したがって、用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。
【００９８】
次に、図２９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。図２９は従来における画像データの処理手順を示すブロック図である。
【００９９】
ＣＰＵ４０は、作成された階調補正テーブルをＳＲＡＭ５１に転送している。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、電子写真装置の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、用紙上の画像濃度も均等ステップとなる。以上の動作により単色画像の階調性が確保される。
【０１００】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像形成装置には、次のような解決すべき課題がある。
【０１０１】
すなわち、上述したカラーレーザビームプリンタの使用環境は、ホストコンピュータによりカラー画像データの加工、蓄積、転送が行われ、通常はモニタ用のＣＲＴを見ながら、オペレータが作業を行っている。この場合、ＣＲＴの画面上の色とカラーレーザビームプリンタのハードコピーの色は、当然同じである必要があるが、両者の物理特性の違いから、そのγ特性、色再現範囲は通常異なっている。そのため、カラーレーザビームプリンタ内でＣＲＴ画面上の色と整合させるために一般的にマスキング補正が行われるのは周知の通りである。
【０１０２】
このマスキング補正は、カラーレーザビームプリンタの単色のγ特性が一定であり、なおかつ、これら各色のトナー像を中間転写体上で重ね合わせた場合の各色トナーの重なる量、比率（カラーバランス）が常に一定という前提条件の基に機械固有の係数が設定される。これに関し、前述したように、単色のγ特性については、従来の技術で解決できるが、中間転写特性は、機械間バラツキ、環境特性、経時特性により多色転写効率が変動し、カラーバランスが一定となり得ない。すなわち、各色トナーの重なる量、比率が変動し、一義的なマスキング係数が決定できないという問題がある。
【０１０３】
ここで、機械間バラツキは、中間転写体の抵抗値、感光体とのニップ幅、接触圧等の変動パラメータが機構精度によりバラツクことを意味する。環境特性も、中間転写体の抵抗値、トナー物性、エアギャップの放電特性等が温度、湿度に依存して変化するため、結果的に中間転写特性が変動することになる。経時特性についても、機械的摩耗、金属疲労、ばね圧の変化等でニップ幅、接触圧等のパラメータが変化する。
【０１０４】
そこで、本発明は、機械間バラツキ、環境変化等による中間転写特性の変化に対しても常に良好なカラーバランスが得られる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０１０５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、レーザ光により感光体上に複数個のテストパターンの潜像を形成する露光光学系と、形成されたテストパターンの潜像を顕画化する複数色の現像器と、顕画化された前記テストパターンのトナー像を保持する中間転写体と、各色トナー像を形成するため現像器に加える現像バイアス値を変化させる現像バイアス印加手段とを備え、各色で順にテストパターンの潜像を感光体上に形成して顕画化し、中間転写体上でテストパターンの各色トナー像を順に重ね合わせる画像形成装置であって、中間転写体において保持されたテストパターンの単色、２色重ね合わせた二次色、３色重ね合わせた三次色の各色トナー像のトナー量をそれぞれ検出する濃度センサを備え、この濃度センサで検出した単色、二次色、三次色のトナー量に対応する該濃度センサの出力レベルを基に、現像バイアス印加手段が各現像バイアス値を変化させて各色トナー量のカラーバランスを維持する構成としたものである。
【０１０６】
これにより、各色トナー量が同一となる画像形成条件の値を決定し実印字で使用する操作を、機械間、環境の変化、所定時間経過毎に起動することができるので、常に良好なカラーバランスを維持することができる。
【０１０７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、レーザ光により感光体上に複数個のテストパターンの潜像を形成する露光光学系と、形成されたテストパターンの潜像を顕画化する複数色の現像器と、顕画化されたテストパターンのトナー像を保持する中間転写体と、各色トナー像を形成するため現像器に加える現像バイアス値を変化させる現像バイアス印加手段とを備え、各色で順にテストパターンの潜像を感光体上に形成して顕画化し、中間転写体上でテストパターンの各色トナー像を順に重ね合わせる画像形成装置であって、中間転写体において保持されたテストパターンの単色、２色重ね合わせた二次色、３色重ね合わせた三次色の各色トナー像のトナー量をそれぞれ検出する濃度センサを備え、この濃度センサで検出した単色、二次色、三次色のトナー量に対応する該濃度センサの出力レベルを基に、現像バイアス印加手段が各現像バイアス値を変化させて各色トナー量のカラーバランスを維持する画像形成装置であり、各色トナー量が同一となる画像形成条件の値を決定し実印字で使用する操作を、機械間、環境の変化、所定時間経過毎に起動することができるので、常に良好なカラーバランスを維持することができ、現像バイアス値を変化させることで各色トナー像の形成状態を容易に制御することができるという作用を有する。
【０１０８】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、レーザ光のパワーを変化させてテストパターンの潜像を形成する画像形成装置であり、潜像の形成状態を容易に制御することができるという作用を有する。
【０１１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、加法混色の原画データを減法混色の画像データに変換するためのマスキング係数を記憶する第１の変換テーブルと、減法混色の画像データをγ特性に応じて多色転写補正するための補正データを記憶する第２の変換テーブルと、減法混色の画像データに基づいて、レーザ光をパルス幅変調部によって単位画素周期毎にパルス幅変調し、もしくは単位マトリックス内を画素毎にスライスレベルを切り替えて階調表現し、感光体上に複数個のテストパターンの潜像を形成する露光光学系と、形成されたテストパターンの潜像を顕画化する複数色の現像器と、顕画化されたテストパターンのトナー像を保持する中間転写体と、保持されたテストパターンの各色トナー像の単色、２色重ね合わせた二次色、３色重ね合わせた三次色のトナー量を検出する濃度センサとを有し、パルス幅変調部によるレーザ光のパルス幅変調によりテストパターンの潜像を形成し、濃度センサにより検出した各色の単色、二次色、三次色のトナーレベルに応じて、多色転写補正するため第２の変換テーブルを更新してこの第２の変換テーブルに基づいて各色トナー量のカラーバランスを維持する画像形成装置であり、機械間バラツキ、環境変化および経時変化に対するカラーバランスの変動を抑制することができるという作用を有する。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図１は本発明の一実施の形態による画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
【０１１５】
図１に示す画像形成装置は、感光体１上にレーザビーム等で形成された潜像を各色の現像器１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃで現像し、顕画化された単色画像を一旦中間転写体（像形成媒体）１８上に転写して合成し、中間転写体１８上の合成像を一括して用紙２８に転写する、いわゆる中間転写体方式のカラーレーザビームプリンタである。なお、この画像形成装置における初期化から定着までの一連の説明および中間転写体１８上のトナー濃度の認識アルゴリズムの説明は、従来の技術と同様のため省略する。
【０１１６】
まず、感光体１とその周辺の構成について説明する。
【０１１７】
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、端部に感光体位置検出用マーク５が１つ配置され、継目７によりループベルト状に形成されており、３本の感光体搬送ローラ２、３、４によって支持されている。感光体１は、駆動モータ（図示せず）によって方向ｄ１に周回動する。
【０１１８】
感光体１の周囲には、駆動方向ｄ１に沿って帯電器８、露光光学系９、感光体位置検出センサ６、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および除電器１４が設けられている。
【０１１９】
感光体位置検出センサ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６の検出信号は、画像を形成する際の継目７の回避のために参照される。
【０１２０】
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）によって構成されている。帯電器８は、帯電線へ負の高電圧を印加してコロナ放電を起こし、グリッド板に例えば−６００Ｖの電圧を印加し、感光体１の表面を一様に−５００Ｖ程度の負の電位に帯電させる。
【０１２１】
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）で構成されている。露光光学系９は、帯電された感光体１上に静電潜像を形成する。露光光学系９から照射される露光光線１５は、階調データをパルス幅変調部（図示せず）により変調し、もしくは前記階調データを単位マトリックス内で画素毎にスライスレベルを切り替えて（公知のデイザ法）レーザ変調信号となし、レーザ駆動装置（図示せず）でレーザを点滅させることで得られ、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。
【０１２２】
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おり、導電性ゴム等を用いたスリーブローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃを有している。
【０１２３】
各現像器１０Ｋ〜１０Ｃは、摩擦により負に帯電している薄層化されたトナーを感光体１の駆動方向ｄ１に対して順方向に回転している各スリーブローラ１６Ｋ〜１６Ｃの表面に供給する。現像は、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。すなわち、スリーブローラ１６Ｋ〜１６Ｃに負の電圧（現像バイアス）を印加し、スリーブローラ１６Ｋ〜１６Ｃを回転させながら、各離接カム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方向に移動させ、スリーブローラ１６Ｋを感光体１に接触させる。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１６Ｋ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１６Ｋの方向に電界が発生する。この結果、スリーブローラ１６Ｋ上の負に帯電したトナーには、電界の逆、すなわち感光体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、−５００Ｖ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１６Ｋ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にトナーを付着させるため、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。
【０１２４】
中間転写前除電器１１は、線上に配置した複数個の赤色ＬＥＤを有している。中間転写前除電器１１は、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、第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。
【０１２５】
ここで、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との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。
【０１２６】
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。したがって、転写前除電器の発光光量は十分管理する必要がある。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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いる。感光体クリーニング装置１３は、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。したがって、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。
【０１２９】
除電器１４は、線上に配置した複数個の赤色ＬＥＤを有している。除電器１４は、感光体１上の残留電位を除去する。
【０１３０】
次に、中間転写体１８とその周辺の構成について説明する。
【０１３１】
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、端部に中間転写体位置検出用マーク２２が８つ配置され、３本の搬送ローラ１９、２０、２１によって支持されている。中間転写体１８は、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。
【０１３２】
中間転写体１８の周面には、駆動方向ｄ２に沿って、濃度センサ２５、用紙転写手段としての用紙転写ローラ２６、中間転写体位置検出センサ２３、中間転写体クリーニング装置２７、プリチャージトランスファー２４が配置されている。
【０１３３】
中間転写体位置検出センサ２３は、中間転写体位置検出マーク２２を検出する。画像を形成する際に、複数個の中間転写体位置検出用マーク２２から選択した１つの中間転写体位置検出用マーク２２に対する中間転写体位置検出センサ２３の検出信号は、画像形成位置の基準として用いられる。
【０１３４】
ここで、画像形成基準の決定方法について説明する。
【０１３５】
図１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が異なる。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。したがって、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７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。
【０１３６】
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。さらに、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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
濃度センサ２５は、反射型センサを応用したものであり、発光側の出力は、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）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、受光側の出力は、オペアンプ（図示せず）等で増幅され、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ変換ポート（図示せず）に入力される構成となっている。濃度センサ２５は、中間転写体１８上のトナー濃度を検出する。
【０１３９】
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る。中間転写体クリーニング装置２７は、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、クリーニングに供するときのみ当接する。
【０１４０】
次に、給紙系３０等並びに定着装置３５の構成について説明する。
【０１４１】
給紙系は、用紙カセット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。
【０１４２】
用紙カセット３０は、用紙２８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。用紙カセット３０の周辺には、用紙カセット有無センサ、用紙サイズ判別センサ、用紙有無センサ、用紙残量センサ（全て図示せず）等が配置されている。
【０１４３】
給紙ローラ３１は、半月形のローラであり、用紙カセット３０から用紙２８を１枚づつ用紙搬送路３２へ送り出す。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用紙２８は、スリップローラ３３によりレジストローラ３４ａまで搬送される。用紙２８の先端がレジストローラ３４ａに到達した時点では、レジストローラ３４ａは回転しておらず、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。レジストローラ３４ａと従動ローラ３４ｂは、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用紙２８を停止待機させる。動作時は、共に回動して用紙２８を用紙転写ローラ２６の方向へ搬送する。
【０１４４】
定着装置３５は、ヒートローラ３６、加圧ローラ３７、温度センサ３８等で構成されている。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、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。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用紙２８上のトナー像は用紙２８に定着しカラー画像を形成する。温度センサ３８は、サーミスタ等のセンサであり、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。
【０１４５】
図２は図１の画像形成装置におけるファンクションブロックを示す説明図である。
【０１４６】
図２において、ＲＧＢ原画データ発生手段１００は、ホストコンピュータ等で構成されている。変換テーブル１０１は、ＲＡＭ等で構成されており、ＲＧＢ−ＣＭＹ変換を行うためのマスキング係数を記憶している。γテーブル１０２は、画像形成装置の階調特性に応じ、画像データを補正するためのデータを記憶している。パルス幅変調部もしくはデイザ処理部１０３は、画像データの一画素単位の濃度レベルをレーザ光の照射時間に変調し、もしくは単位マトリックス内で画素毎にスライスレベルを切り替える。露光光学系９は、レーザにより感光体１上に静電潜像を形成する。現像手段１０５は、潜像形成手段１０４で形成された潜像をトナー像にする。中間転写手段１０６は、該トナー像を各色保持し重ね合わせる。用紙転写手段１０７は、該中間転写されたトナー像を用紙２８に一括転写する。定着手段１０８は、該用紙２８上トナー像を定着する。濃度検出手段１０９は、中間転写体１８上のトナー付着量を検出する。ＣＰＵ１１０は、画像形成装置の画像形成動作の制御を行う。ＲＯＭ１１１は、画像形成動作に関するプログラムを記憶している。Ｉ／Ｏポート１１２は、アクチュエータ、センサ等の入出力を制御する。高圧電源１１３は、各プロセス要素に高圧を印加する。
【０１４７】
次に、このような構成を有する画像形成装置の動作について詳述する。
【０１４８】
電源投入、初期化終了後、まず、露光光学系９よりシアンの濃度データレベルＦＦＨのテストパターンデータを感光体１上に潜像形成する。その後、所定の現像タイミング動作により、テストパターンを現像器Ｃ１０で現像する。ここで、上記パターンの各々のパッチに対し、現像バイアスの異なる値が設定されるので、それらの値をＶｂ０からＶｂ７まで変化させる。そして、従来の技術と同様に、中間転写を行い、中間転写体１８上に前記パッチのトナー像を保持する（図３参照）。そして、濃度センサ２５によりテストパターンを検出し、ＣＰＵ１０９によりシアンの各々のパッチのトナー付着量を認識する。この単色における現像バイアスの変化に対する中間転写体１８上トナー付着量の変化特性は、ＣＰＵ１０９内部の記憶手段に格納される。
【０１４９】
次に、マジェンタのテストパターンデータを前述と同様のシーケンスで中間転写体１８上にトナー像として保持する。このとき、マジェンタのトナー像は、前に保持されているシアンのトナー像と重なり合う（図４参照）。そして、濃度センサ２５によりこれらの重なり合った２色（二次色）のトナー付着量を検出する。以下同様に、イエローのトナー像を中間転写体１８上に保持し、同様にシアン、マジェンタ、イエローが重なり合った３色（三次色）（図５参照）のトナー付着量を検出する。中間転写体１８上のトナー付着量とセンサレベルの関係は予め実験により数値化されており、トナー付着量の変化に対するセンサレベルの変化特性は、予め記憶手段により記憶されているため、中間転写体１８上のトナー付着量の検出が可能となる。
【０１５０】
なお、トナー付着量とセンサレベルの関係は、該濃度センサの発光源のスペクトルが赤外領域のため、色には依存せず、単色、二次色、三次色とも同様の特性となり、しかも略線形となる（図７参照）。また、認識のアルゴリズムは従来の技術と同様である。
【０１５１】
ここで、上記単色、二次色、三次色のトナー付着量から、シアン、マジェンタ、イエローの各色トナー付着量を導出する操作を図６および図７を基に説明する。
【０１５２】
図６において所定現像バイアス値（例えばＶｂ１）での中間転写体１８上での単色、二次色、三次色のトナー付着量に対するセンサレベルをレベル１、２、３とすれば各色トナー付着量は、
Ｃトナー付着量＝レベル１
Ｍトナー付着量＝レベル２−レベル１
Ｙトナー付着量＝レベル３−レベル２
となる。
【０１５３】
一方、図７においてトナー量検出動作時に取得された現像バイアスとトナー付着量の関係は、既に記憶手段に格納されており、所定現像バイアス値での各色トナー付着量は図６を基に説明したアルゴリズムで算出できる。
【０１５４】
ここで、マスキング係数は、規定の中間転写体１８上の各色トナー付着量もしくは最終出力画像濃度に対して、色データとのマッチングをとるために決定された定数である。そのため、マスキング係数が固定であるということは、中間転写体１８上のトナー付着量が常に一定である必要がある。そこで、予め、ある固有のマスキング係数に対し、中間転写体１８上のトナー付着量の目標値が一義的に決定される。そして、目標トナー付着量に対応した現像バイアス値は、容易に決定できる。
【０１５５】
仮に、各色目標トナー付着量を各色一律にＮｍｇ／ｃｍ2とする。なお、これは必ずしも各色一律である必要はない。これは、図７においてＤｃ、Ｄｍ、Ｄｙに相当する量であるため、各色のトナー付着量が目標値となる現像バイアス値は、それぞれ、Ｖｃ、Ｖｍ、Ｖｙである。該トナーパッチは画像データ、すなわち最大濃度レベルＦＦＨで潜像形成されており、前述した値の現像バイアスを印加すればこのデータ値に対応するトナー付着量は目標値となり得る。つまり、ＦＦＨデータに対する単色、二次色、三次色のカラーバランス、付着量は一定となる。
【０１５６】
そして、中間調データ（００Ｈ〜ＦＥＨ）に対しては、従来の技術と同様に階調補正用テストパターンを検出し、階調補正テーブルを更新することで、単色における中間調の線形性は確保される。
【０１５７】
これら各色補正された階調パターンを中間転写体１８上で重ね合せれば、図８に示す従来の技術の多色転写後のトナー付着状態に比べ、図９に示す本発明の多色転写後のトナー付着状態からも明らかなように、良好なカラーバランスが可能となる。すなわち、前述したこれら階調補正動作時に取得された最適の各色現像バイアス値が、ＣＰＵ内部の高圧設定手段のレジスタにセットされ、通常印字において各色現像時に当該バイアスが印加される。
【０１５８】
以上、説明した内容は多色転写時の中間転写体上トナー付着量の変動に対し、現像バイアスを可変させることで安定化を図った。なお、この様な制御方式を多色転写補正と称する。
【０１５９】
次に、本発明の他の実施の形態を図１０および図１１を参照して説明する。
【０１６０】
本発明の他の実施の形態としては、例えばレーザパワーを制御することでも所期の目的を達成できるというものである。レーザパワーで有利な点は、前述した様なテストパターンを形成する際にパッチのサイズが小径で済むという点である。レーザパワーを可変するための電子回路を現在のバイポーラ、ＣＭＯＳ半導体で構成すれば、レーザ駆動電流、すなわちレーザパワーの立上り、立ち下がり時間は数ｎｓｅｃのオーダとなる。
【０１６１】
一方、現像バイアスはＤＣ／ＤＣコンバータ方式の高圧電源より出力されるが、この出力の立ち上がり、立ち下がり時間は、レベルが確定するまでに２０〜５０ｍｓｅｃかかる。これは、プロセススピード１５０ｍｍ／ｓｅｃの画像形成装置では３ｍｍ〜７．５ｍｍに相当する距離であり、規定の現像開始位置に対し３ｍｍ〜７．５ｍｍの誤差を発生する。また、現像バイアスの起動制御はＣＰＵによる時間管理で行われるが、感光体上のパッチ形成位置と起動タイミングには必ず誤差を生じる。これは、感光体を駆動する駆動源（ＤＣモータ等）、ギア、カム、ローラ等で構成されるサーボ系の伝達特性が一般に一次遅れ、またはより高次の系となり、定速制御を行う場合、必ず速度ムラを生じる。すなわち、感光体の位置制御に誤差を生ずることとなり、現像バイアスの起動タイミングとパッチの位置の関係は誤差が発生する。これらの誤差要因を考慮すると、図１２に示す規定のトナーパッチサイズａ、すなわち副走査方向のパッチ長を確保するためには、潜像パッチの形成時点で潜像パッチサイズに余裕をもたせる必要がある。その結果、現像後の１つのパッチに対する全トナー付着量は規定サイズに比べ多くなる確率が高い。
【０１６２】
この点、レーザパワー可変の場合は現像バイアスは一定値を印加すれば良く、前述の立ち上がり、立ち下がり時間およびタイミングに関する誤差要因は原理的に発生せず規定サイズの潜像パッチを形成すれば良く、レーザパワーの立上り時間はサイズに対して問題とならないことは明らかである。つまり、レーザパワーを可変すれば、現像バイアス可変に比べ、トナー消費量が少なくて済むという利点がある。画像形成装置でのトナー消費量の増加はランニングコストのアップにつながるとともに、これらのトナーパッチは用紙に転写されずに、クリーニング機構を経て廃トナー回収ボックス（図示せず）に回収されるため、廃トナーボックスの交換頻度が高くなるという問題がある。故にレーザパワー可変、すなわち現像バイアス一定とすることは、さらに有効な手段となる。
【０１６３】
ここで、当該レーザパワー可変の方法は、手順としては前述の現像バイアス可変と同様である。まず、現像可変時と同様のシアンデータのテストパターンを潜像形成する。このとき、予め定めた７段階均等レベルのレーザパワーにより、各々のテストパッチを感光体上にレーザ走査する。このときの画像データレベルはＦＦＨとする。そして、一定の現像バイアスを印加し、シアンについての現像プロセスを実行する。上記７つのテストパッチはレーザパワーの高い順番に並んでいるが、レーザパワーが高い程、感光体の露光後電位は大きくなるため、現像時のトナー付着量も当然多くなる。このシアントナーパッチを中間転写し、図３と同様に中間転写体上にテストパターンを形成する。以下、現像バイアス可変時と同様に各色テストパターンを形成し、濃度センサによりトナー付着量を検出する。そして、ＣＰＵ内のＲＡＭ上に図７と同様に中間転写体上トナー付着量とレーザパワーの相関関係を格納する。すなわち、図７の現像バイアスの軸がレーザパワーと置き換わる。これらの操作により各色の最適レーザパワーが決定され、画像形成装置の画像出力に備えられる。
【０１６４】
ところで、本発明の画像形成装置に使用されている感光体は、周知の通り光半導体のため、温度に対して露光後電位（レーザ光が照射された領域）が変化する。すなわち、図１３に示すように、感光体周囲の温度が低くなるほど感度が低下し、電位は小となる（電位は−のため、絶対値は大となる）。図１３において、表面電位（Ｖ０）、露光後電位（ＶＬ）、現像電位（Ｖｂ）の関係から、低温になるほど、現像量、つまり、トナー付着量は減少していく傾向がある。結果的に濃度が低下し、色が変化してしまう。この様な問題に対しても本発明の実施の形態である現像バイアス、もしくはレーザパワーの最適値を更新していくことで濃度低下、色変動を解決することができる。
【０１６５】
この露光後電位の上昇に対し、現像バイアス可変で対処した場合、低下したトナー付着量を目標値に合せるためには、現像バイアスを高く設定する必要がある。この場合、表面電位と現像電位のギャップ（ΔＶ０）が小となるため一般的な画像形成装置の周知の現象としてカブリ（非露光領域にトナーが薄く付着する現象）が発生する可能性が高くなる。このカブリが発生すると、コントラストが低下し、きわめて大きな印字品質の低化を招く。この様な問題に対しては、レーザパワー可変による対処が非常に有効となる。すなわち、レーザパワーの設定値を大きくすることで露光後電位の低下は抑制されて現像量は増加する。
【０１６６】
本発明のさらに他の実施の形態としては、感光体の近傍に温度センサを設けることで所期の目的を達成できるというものである。中間転写体上のトナー付着量が変動する要因は、感光体の特性変化以外に現像特性の変化も考えられる。その場合は現像バイアス可変による多色転写補正で対処することになるからである。
【０１６７】
すなわち、ＣＰＵにより温度センサで逐次雰囲気温度を監視する。そして、前述した多色転写補正の動作時に、雰囲気温度が低温環境かそれ以外かを判断し、レーザパワーを可変させるか、現像バイアスを可変させるかを判断する。これにより、トナー付着量の変動原因に直接作用して、多色転写補正を行うことができる。
【０１６８】
本発明のさらに他の実施の形態としては、レーザ光の照射時間を可変することで所期の目的を達成できるというものである。前述したレーザパワーを可変する方式は、低いパワーから高いパワーまでを変化させるため、多色転写補正の結果において、低いパワーが最適値となった場合、ビームデイテクト信号（以下、「ＢＤ信号」という。）が発生できない可能性がある。ＢＤ信号は、フォトダイオードをレーザビームが通過したときに主走査開始のタイミング信号として発生するものであるが、センサ自体は光半導体であるため、レーザパワーが低下すると、ＢＤ信号のＳ／Ｎは当然悪くなる。これを回避するには、高感度のフォトセンサの使用、または光学系の効率をアップする等の改善策が考えられるが、いずれもコスト高を招く。
【０１６９】
そこで、レーザパワー、現像バイアスを一定として、レーザ光の単位画素周期の最大照射時間を可変させることで多色転写補正を行う。前述したように、階調性を表現する手法は、階調データをパルス幅変調部（図示せず）により変調し、レーザ変調信号となし、レーザ駆動装置（図示せず）でレーザを点滅させることで得られる。すなわち、単位画素周期内でレーザ光の発光時間を変化させ、単位ドットの濃度を変化させることで画像濃淡を表現するものである。該単位画素周期内の発光時間を変化させることは、前述のレーザパワーを変化させることと実質同様に露光後電位を変化させることであり、トナー付着量も変化する。この発光時間を可変させることで前述の実施の形態と同様のテストパターンを潜像形成し、現像、中間転写の過程を踏んで濃度センサによりトナー付着量を検出する。このときのテストパターンの画像データ濃度レベルは階調補正テーブル内の例えばＡ０ＨからＦＦＨを７段階に均等分割して得られ、各色の目標最大トナー付着量に対応するデータレベル、すなわち、単位画素内の最大発光時間が決定できる。
【０１７０】
階調補正テーブル内のデータ、最大発光時間と目標最大トナー付着量の関係は以下の様である。
【０１７１】
まず、図１４および図１５を基に階調補正テーブル１０２内のデータ、レーザ光の１画素周期内の照射時間および中転上トナー付着量の関係について述べる。階調補正テーブル１０２内の８ｂｉｔのデータは、Ｄ／Ａ変換器１０３−１、比較器１０３−２、画素クロック発生器１０３−３で構成される周知のパルス幅変調回路でパルス幅変調され、この関係は図１６に示すようになる。
【０１７２】
ここで、図１５および図１６においてＶＣＫは主走査を行うための画素クロック、ａは階調補正テーブル内の００Ｈ〜ＦＦＨまでの８ｂｉｔデータ、ｂは当該８ｂｉｔデータのＤ／Ａ変換後のアナログデータ、ｃはＶＣＫに同期した基準波、ＰＷＭはパルス幅変調出力である。そして、パルス幅変調出力ＰＷＭがレーザ光の１画素内の発光時間となる。すなわち、８ｂｉｔデータのＤ／Ａ変換後のアナログデータｂを大きくすれば、レーザ光の発光時間は長くなり、８ｂｉｔデータのＤ／Ａ変換後のアナログデータｂを小さくすれば、レーザ光の発光時間は短くなる。結果的に中間転写体上のトナー付着量も増減し、これらの関係は図１４に示すようになる。例えば、目標最大トナー付着量がＹであれば、最適のデータ値はＸと決定できる。
【０１７３】
以上の関係を基に前述と同様に、多色転写補正を実行することになるが、前述との違いはテストパターン形成時にレーザパワーや現像バイアスを可変する代りに、階調補正テーブル内のデータを可変させることと、目標トナー付着量決定のアルゴリズムが図７の現像バイアスの軸でなく、階調補正テーブルのデータ値に置き換わることである。そして、階調補正テーブルのデータ値可変で多色転写補正が実行され、例えば、単色Ｃの最適値がＡ０Ｈと決定されると、Ａ０Ｈを最大値として、従来の技術と同様の階調補正が実行され、図１７に示すようなテーブルが決定される。そして、このテーブルに基づいて、Ｃの中間調画像が表現されることになる。
【０１７４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、各色トナー量が同一となる画像形成条件の値を決定し実印字で使用する操作を、機械間、環境の変化、所定時間経過毎に起動することができるので、常に良好なカラーバランスを維持することができるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における画像形成装置の全体構成を示す概略図
【図２】図１の画像形成装置におけるファンクションブロックを示す説明図
【図３】図１の画像形成装置における単色のテストパターンを示す説明図
【図４】図１の画像形成装置における単色の二次色のテストパターンを示す説明図
【図５】図１の画像形成装置における単色の三次色のテストパターンを示す説明図
【図６】図１の画像形成装置におけるトナー付着量を示す説明図
【図７】図１の画像形成装置における現像バイアス、中転上トナー付着量、センサレベルの関係を示す説明図
【図８】従来における濃度データレベルと検出した中転上トナー付着量との関係を示す説明図
【図９】図１の画像形成装置における濃度データレベルと検出した中転上トナー付着量との関係を示す説明図
【図１０】本発明の他の実施の形態における濃度データレベルと補正後の中転上トナー付着量との関係を示す説明図
【図１１】本発明の他の実施の形態における現像バイアス可変、レーザパワー可変での各々のパッチサイズの比較を示す説明図
【図１２】本発明の他の実施の形態におけるパッチサイズを示す説明図
【図１３】本発明の他の実施の形態における表面電位と雰囲気温度との関係を示すグラフ
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態におけるテーブル内データ、レーザパルス幅、中転上トナー付着量の関係を示す説明図
【図１５】本発明のさらに他の実施の形態におけるパルス幅変調のための構成を示すブロック図
【図１６】本発明のさらに他の実施の形態におけるパルス幅変調動作を示す説明図
【図１７】本発明のさらに他の実施の形態における階調補正テーブルを示す説明図
【図１８】従来の画像形成装置の全体構成を示す概略図
【図１９】従来の画像形成装置における濃度センサ周辺を示すブロック図
【図２０】従来の濃度センサにおける発光光量の調整を示す説明図
【図２１】従来における飽和濃度検出用のテストパターンを示す説明図
【図２２】従来における最大濃度補正用のテストパターンを示す説明図
【図２３】従来における階調補正用のテストパターンを示す説明図
【図２４】従来における彩色成分および無彩色成分の階調補正用のテストパターンに対する濃度センサの出力を示す説明図
【図２５】従来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およびデータ処理を示す説明図
【図２６】従来におけるブラックの濃度変換テーブルを示すグラフ
【図２７】従来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およびデータ処理を示す説明図
【図２８】従来におけるシアンの濃度変換テーブルを示すグラフ
【図２９】従来における画像データの処理手順を示すブロック図
【符号の説明】
１  感光体
９  露光光学系
１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ  現像器
１２  中間転写ローラ
１８  中間転写体
２５  濃度センサ
【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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【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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