JPH0823445A

JPH0823445A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH0823445A
Application number: JP6156030A
Authority: JP
Inventors: Kunihisa Yoshino; 邦久吉野; Mitsuo Motohashi; 光夫本橋; Satoshi Nishida; 聡西田; Akira Takahashi; 晃高橋
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】種々の原因によるセンサ出力のバラツキによ
る濃度ズレ等の画質変化を未然に防止し、安定して階調
を再現できる画像形成装置を提供することにある。【構成】ハイライトからシャドーまでのパターンを像
担持体10上に形成し、パターンの濃度を検出する濃度検
知センサＣを有し、その検出された濃度に応じて階調補
正を行う変換テーブル360を有し、当該変換テーブル360
内には補正用のカーブを複数本有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方法により再
生した画像の環境変動による濃度ズレを防止する画像形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方法を採用するプリンタ特性
（以下、単にプリンタ特性と略称する）は一般に主に現
像剤の帯電特性により決定される現像性と像担持体の表
層に形成した感光層の感度特性（以下、単に感度特性と
いう。）とから表され、例えば像担持体の表層に形成し
た感光層の感度特性の特性変動に影響されたことによ
り、中間調濃度における濃度ズレが起こると言われてい
る。

【０００３】静電写真プロセスの特性としては、例えば
感度特性、現像性等である。電子写真法を採用する電子
写真プロセス部を備えるプリンタにおける一般的な階調
制御を環境変動のないプリンタ特性との関係から説明す
る。

【０００４】図14はプリンタ特性とその階調制御との関
係を示すグラフチャートである。

【０００５】第１象限はＰＷＭレベルと濃度信号レベル
との関係を示したものである。ＰＷＭレベルは最大の１
画素径を得る半導体レーザの発光時間を255レベルに等
間隔に区切ったものである。濃度信号は、例えばスキャ
ナから読み込んだ原稿上の画像からの輝度信号を記録濃
度に変換した信号である。最高レベルも256レベルでし
かも０レベルと最高レベルを一致する所謂スルーである
ことを示している。

【０００６】第２象限は転写紙上に定着した画像から反
射する画像濃度レベル（画像濃度計で測定した値）とＰ
ＷＭレベルとの関係を示したグラフであり、最大画像濃
度Ａから最小画像濃度までの特性がγ状にカーブした曲
線となっている。当該γ曲線は例えばプリンタの操作プ
レートからユーザが設定する顕画像の濃度特性である。
一方、前記γ曲線は、第１象限に示すように濃度信号レ
ベルとＰＷＭレベルとの関係がスルーであることから、
濃度信号と再生する画像濃度との関係を示す。これは設
計者の側から見れば目標とする設計値となる。点Ａは最
大画像濃度1.4を示すものである。最大画像濃度を1.4近
傍とした理由を述べる。

【０００７】センサで検出できる画像濃度は一般に最大
1.5程度であり、この最大画像濃度付近は飽和してい
る。これは人間の視覚では識別できないからである。そ
こで一般に飽和する画像濃度レベルの低部に相当する画
像濃度1.4をＰＷＭデータの最大レベルに選定してい
る。これは最大濃度レベル付近においても階調を識別で
きるようにするためである。

【０００８】第３象限はプリンタ特性を示すグラフであ
り、転写紙上に定着した画像から反射する画像濃度レベ
ル（画像濃度計で測定した値）と256階調で正規化した
画像濃度レベルとの関係として表されている。プリンタ
特性とは、プリンタの静電写真プロセスを実行するエン
ジン部分に固有な特性である。上述したように現像性と
感度特性に依存するからである。

【０００９】第４象限はいわゆる階調補正処理を示すも
のであり、濃度信号レベルと256階調で正規化した濃度
信号レベルとの関係として表現してある。階調補正は第
３象限に示すプリンタ特性が例えば感度特性の変動や現
像性の変動に影響されずに第２象限に示すγ形状の曲線
に近似するように階調を正規化するように補正するもの
である。実際のプリンタにおいては、例えば濃度信号の
段階で行う。

【００１０】プリンタ特性は第３象限に示す曲線ａのよ
うに得られていたとするならば、画像濃度1.5〜０まで
を正規化した濃度信号レベルで表現することができる。
従って、曲線ａに示すプリンタ特性を第４象限に示す曲
線ｃによる階調を補正することにより、第２象限に示す
γ形状を示す曲線の近似させると、例えばスキャナから
入力する濃度信号の最大濃度レベルから最小濃度レベル
までを正規化した画像濃度で再現できることになる。こ
のようにして静電写真プロセスの特性変動に起因する濃
度ズレを補正する。

【００１１】つまり、プリンタ特性は例えば温湿度等の
環境変動に影響されて像担持体の表面電位や現像能力の
静電写真プロセスの特性が変動することにより図14に示
す第４象限に示す曲線ｂに変化したとする。曲線ｂの意
味するところは入力する濃度信号の最大濃度レベル付近
は正規化した濃度信号レベルから外れていることが分か
る。従って、曲線ｂに示すプリンタ特性を第４象限に示
す曲線ｄによる階調を補正することにより、第２象限に
示すγ形状を示す曲線の近似させることができたとして
も入力する濃度信号の最大濃度レベル付近を再現できな
い。更に中間調領域でも画像濃度と正規化した濃度信号
レベルとでずれを生じる。従って、プリンタ特性が環境
によって変動した場合の対策を施している。

【００１２】プリンタ特性自体は環境条件を調整しなけ
れば調整できないのであるから、斯かる環境変動による
プリンタ特性の変動に対処する手法として最大画像濃度
を必要十分な濃度に安定させることである。かかるプリ
ンタ特性自体を調整せずに最大画像濃度を上げる手法と
しては、現像性と密接に関係するトナー濃度を一定に制
御することにより、本来の現像性を固定とし、現像スリ
ーブの回転数を制御して像担持体表面の現像領域におい
て付着する現像剤の量を変化させて最大画像濃度を調整
し、更に画像濃度調整の応答性を改善した複写機の画質
調整装置を開示してある(特開昭59-176765号公報)。一
方、かかる方法においても、画像の生産性を考慮した画
像濃度を検出方法により得られるプリンタ特性からでは
環境変動による影響を抜きにしても目標とするプリンタ
特性を安定して得ることができない。即ち、画像濃度は
転写紙上に定着した画像に投射した光量に対する画像か
ら反射する光量との比を対数変換したものである。これ
は転写紙上の画像濃度を検出しているため転写効率を含
んだものであるからである。しかも、転写紙の濃度と像
担持体の濃度とは個々にベースが異なるため、実際の転
写紙上の画像濃度と像担持体上の画像濃度とは大きくず
れ込んだものを把握している。即ち、像担持体上に形成
した画像濃度とＰＷＭレベルとの関係としてプリンタ特
性Ａ(図13（ａ）に示す点線を参照)を把握することもあ
る。

【００１３】そこで、本発明者は、プリンタの画像生産
性の観点から、転写紙を出力することなく像担持体上に
顕像化したテストパターンから画像濃度から演算により
間接的に画像濃度を得る手法において、定着画像に投射
した光量は直接測定できないから、ここでは転写紙上に
定着した画像において必要十分となる際の像担持体上の
画像濃度に対応するセンサ出力に顕像化された画像のセ
ンサで検知したときの出力が一致若しくはそれ以下とな
った時に現像性が固定される。実際は図12に示すように
像担持体上にＰＷＭ255（最大露光量）で潜像を形成
し、当該潜像を回転数の現像スリーブで顕像化し、それ
をセンサで検知し、その出力が予め決めておいたセンサ
出力とは（決めておいたセンサ出力とは、例えば出力画
像の最大濃度を1.4とする場合、定着された転写紙上で
の画像濃度が1.4になる時の像担持体上での画像をセン
サで読み込んだときのセンサ出力）と一致又はそれ以下
となった時の現像スリーブの回転数が最高画像濃度を得
る条件となる。その後、その決定した現像スリーブ回転
数で図７に示すテストパターンを顕像化し、そのテスト
パターンから得られるプリンタ特性の調整を提案してい
る(特願平5-285172号)。プリンタ特性は固有の歪みを含
んでいるので、これを補正する処理を施すようにする。

【００１４】図13はプリンタ特性における固有の歪みを
補正するための処理を示したグラフである。

【００１５】図13（ａ）は図14の第２象限と同様に画像
濃度とＰＷＭレベルとの関係としてプリンタ特性を示す
グラフである。グラフにおいて、縦軸は画像濃度レベル
を示したものであり、画像濃度1.4を255レベルで目盛を
付してあり、横軸は初期状態において画像濃度1.4を得
るに必要な半導体レーザの発光強度を255レベルにした
ものである。

【００１６】プリンタ特性から環境変動による影響及び
歪みを除去するための処理として、プリンタ特性を後述
する図13（ｃ）に示すグラフのように45°の傾きを有す
る直線状態に補正するものである。以下に係る処理を説
明する。

【００１７】図13（ｂ）はＰＷＭレベルと画像濃度との
関係としてプリンタ特性を示すグラフである。グラフに
おいて横軸は画像濃度レベルを示したものであり、画像
濃度1.4を255レベルで目盛を付してあり、縦軸は初期状
態において画像濃度1.4を得るに必要な半導体レーザの
発光強度を255レベルにしたものである。つまり、図13
（ａ）は図13（ｂ）に示すデータを入れ替えたものであ
る。図13（ａ）に示すγ特性に図13（ｂ）に示すγ特性
を掛け合わせて図13（ｃ）に示すようにプリンタ特性か
ら歪みを除去したものである。

【００１８】図13（ｃ）はプリンタ特性を正規化したグ
ラフである。

【００１９】縦軸は画像濃度レベルを示したものであ
り、画像濃度1.4を255レベルで目盛を付してあり、横軸
は例えばスキャナから得られる濃度信号レベルを示した
ものである。

【００２０】プリンタ特性の正規化はテストパターン２
を顕像化したテストパターン２からセンサ出力によって
得られる画像濃度の特性曲線をその逆形状を有する曲線
（逆関数となる曲線）を用いて直線状の特性に補正する
ものであり、これにより、プリンタ特性を示す特性曲線
は直線に補正し、更に入出力信号の階調レベルまで一致
する45°の傾きを有するものとなる。階調レベルの面か
ら考察すれば、直前のプリンタ特性で得られる最高画像
濃度を基準にして一定の濃度勾配で段階的に変化するＰ
ＷＭレベルに変換すれば正規化することになる。これに
より、プリンタ特性の環境変動による影響及びプリンタ
特性の歪みを除去した画像の入出力特性を得たことにな
る。この後に例えばユーザ或いは設計者が所望するγ形
状に設定するための処理を施すことになる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、センサ
の出力は温度特性、ＬＥＤの電流ー光量特性、ホトトラ
ンジスタの光量-電圧特性等により変動するため画像濃
度センサから得られる濃度換算値が実際の画像濃度と等
しくなくならないことがある。

【００２２】図12はプリンタ特性から環境変動による影
響及び歪みを除去するための処理を示すグラフである。

【００２３】図12（ａ）において実際のプリンタ特性は
実線Ａ（これを単にプリンタ特性Ａと略称する。）で表
され、画像濃度センサから読み取られたプリンタ特性は
一点鎖線Ｂ（これをプリンタ特性Ｂと略称する。）で表
され、一点鎖線Ｂの逆変換したもの入出力特性は一点鎖
線Ｂ^-1（単に逆入出力特性Ｂ^-1と略称する。）で表して
いる。図12（ｂ）において逆入出力特性Ｂ^-1とプリンタ
特性Ａとを掛け合わせたものを表している。

【００２４】このようにセンサの出力が上記のようにば
らついた場合に、γ＜1.0の直線が得られ、しかも高濃
度部において濃度ジャンプがみられる。これはＢがＡよ
り多少でも濃く読み込まれると実際よりも淡く再現され
ることを示したものである。これに対して、ＢがＡより
も多少でも淡く読み込まれると実際よりも濃く再現され
ることを意味する。

【００２５】図11は濃度センサ間の出力特性を示すプリ
ンタ特性を示すグラフである。

【００２６】画像濃度センサ間で出力特性が相違するこ
とがあることを示したものである。画像濃度センサ１の
出力◇は定着画像濃度＋と略一致しているが、画像濃度
センサ２の出力□は画像定着濃度＋に一致していない。
これは画像濃度センサ間に出力特性にバラツキを有する
ことを示しており、当該センサの交換に際して調整しな
おさなければ、実際の転写紙上の画像濃度と像担持体上
の画像濃度とは大きくずれ込んだものを把握している。
即ち、像担持体上に形成した画像濃度とＰＷＭレベルと
の関係としてプリンタ特性Ａ（図13（ａ）に示す点線を
参照）を把握していることを示唆するものである。

【００２７】本発明の目的は、種々の原因によるセンサ
出力のバラツキによるセンサの検知濃度ズレ等の画質変
化を未然に防止し、安定して階調を再現できる画像形成
装置を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段としては、ハイライトからシャドーまでのパター
ンを像担持体上に形成し、前記パターンの濃度を検出す
る濃度検知手段を有し、その検出された濃度に応じて階
調補正を行う変換テーブルを有することを特徴とする。

【００２９】本発明は、画像生産性の観点から、像担持
体上に顕像化したテストパターン１から画像濃度を間接
的に定着画像濃度を得る手法を採用し、最高画像濃度を
得るための現像性に固定し、その後にテストパターン２
を顕像化したテストパターンから得られるプリンタ特性
を最高画像濃度を基準に正規化することによって、プリ
ンタ特性の調整方法するものに採用すると好ましい。例
えば、環境変動による電流-光量特性の変動に起因した
センサ出力の変動又はセンサ間の出力特性のバラツキに
対処する機能を備えるものである。これらに対処するべ
く、前記変換テーブルとは別にバラツキに対処するため
の階調制御用カーブを複数本有する変換テーブルを備え
ることを特徴とする。

【００３０】

【作用】上述した課題を解決するには、通常の歪みを除
去する処理(図13参照)に加えてγ＝1.0付近に補正する
ことである。

【００３１】図５はセンサ出力のバラツキを補正するた
めの処理を示すグラフである。

【００３２】図５（ａ）は図12（ｂ）に示したと同様の
プリンタ特性における中間調領域の歪みを除去した状態
を示したものである。γ＜1.0のカーブが得られる。前
述したように高濃度部において濃度ジャンプがみられ
る。これはＢがＡより多少でも濃く読み込まれると実際
よりも淡く再現されることを示したものである。これに
対して、ＢがＡよりも多少でも淡く読み込まれると実際
よりも濃く再現されて階調再現を忠実に行えないことに
なる。

【００３３】斯かる状態の補正する手法として、γ＞1.
0のカーブを掛け合わせてやることが考えられる。

【００３４】図６は本発明の画像形成装置に設けた階調
制御用変換テーブルに書き込んである補正カーブを示す
ものである。図６（ａ）は変換テーブルに書き込まれた
データのうちからγ＝0.5〜1.5までの直線状の補正カー
ブを示したものであり、図６（ｂ）は変換テーブルに書
き込まれた変曲点を有する補正カーブを示したものであ
る。

【００３５】図６（ａ）に示された直線状の補正カーブ
はγ＝0.5〜1.5まで0.05ステップ毎に複数種ある。通常
はγ＝1.0を用いるが、例えば、センサ交換等によるバ
ラツキにより任意の１本を操作パネルから選択すること
になる。なお、図６（ａ）に示された直線状の補正カー
ブで単純にγ＝1.0付近に補正した場合、高濃度部にお
いては濃度ジャンプを発生することがあるが、この領域
は濃度的に飽和しているので、モノクロ画像を再生する
場合は問題とならないと考えられる。

【００３６】これに対して、図６（ｂ）に示された変曲
点を有する補正カーブを用いて補正すれば高濃度部にお
ける濃度ジャンプをも補正することができる。

【００３７】階調制御用変換テーブルは図６（ａ）
（ｂ）の特性に限られるものではなく、使用するセンサ
の光学的要因、プリンタの画像濃度設計などにより他の
特性を使用することもある。

【００３８】

【実施例】図１は本発明の画像形成装置における一実施
例を示すブロック図である。

【００３９】本実施例の画像形成装置は、例えばスキャ
ナ100からの濃度信号に基づいて半導体レーザの発光時
間を変化させることにより階調記録をおこなうパルス幅
変調による露光プロセスを行う電子写真方法を採用した
ものであり、例えばコピー開始指令信号によりＲＡＭ33
0から読み出されるテストパターン信号Ｓ_Gに基づいて像
担持体10上にＰＷＭ255（最大露光量）で露光した同一
の潜像の複数のテストパターンを形成し、それを現像ス
リーブの回転数を変えて現像し、顕像化したものを画像
濃度センサＣから反射する光り強度に対応した輝度信号
から実際の最高画像濃度を検出し、現像特性を固定する
手段と、例えば256階調を現すテストパターンを作成
し、現像性を固定する手段によって決まった現像スリー
ブ回転数で顕像化し、画像濃度センサＣの輝度信号から
プリンタ特性を検出するプリンタ特性検出手段と記録信
号の階調を補正する階調制御手段とを構成するプログラ
ムを書き込んだＭＰＵ340を備えたものである。

【００４０】スキャナ100は、原稿上の画像から読み取
られる輝度信号を例えば256階調を有する濃度信号にＡ
／Ｄ変換回路130で変換して画像処理部200に送出するも
のであり、静電写真プロセスと直接関係しない。スキャ
ナ100から送出する濃度信号はスキャナ100を構成する走
査光学系110におけるレンズのＭＴＦ，ＣＣＤ120の取り
付け精度と光学走行系における光学ミラー等の振動、ス
キャン速度の変動による影響をＭＴＦ補正した後のもの
である。

【００４１】画像処理部200は、ＭＴＦ補正回路210、γ
補正回路220等から構成したものであり、ＭＴＦ補正と
γ補正及び階調補正を任意の順序で濃度信号に施した記
録信号を書き込みユニット300に送出するものである。
ここでいうＭＴＦ補正とは解像度の劣化に直接影響する
書き込みユニット300を構成する書き込み光学系330にお
けるレンズのＭＴＦ、プリズム面の精度及びスキャン速
度の変動を濃度信号に補正するものである。画像の最細
部における再現性を向上させるためにはＭＴＦ値として
30％以上必要であり、ＭＴＦ補正の強さは、エッジ強調
と平滑化及び対モアレにより決定してある。γ補正及び
階調補正はＭＰＵ340からのプリンタ特性を表す出力信
号に基づいて階調レベルを補正するものである。

【００４２】階調補正回路300は、最高画像濃度を所定
値に固定した後でＬＵＴ310，320，360，ＲＡＭ330，セ
レクタ350及びＭＰＵ340とから構成されたものであり、
グレースケールを顕像化したテストパターンから得られ
るプリンタ特性を最高画像濃度を基準に正規化して階調
を補正するものである。

【００４３】ルックアップテーブル310，320，360（以
下、これをＬＵＴ310，320，360と略称する。）は、Ｒ
ＡＭに特定のデータ対を書き込んだものであり、ＬＵＴ
310は濃度-濃度の対にしたテーブルデータを書き込んだ
ものであり、スキャナ100の濃度選択用ボタンから選択
するものである。ＬＵＴ320は画像濃度センサＣのバラ
ツキを補正するためのテーブルを書き込んだものであ
り、ＬＥＤの光量-出力電流を対にしたテーブルデータ
とホトトランジスタの出力電圧-光量を対にしたテーブ
ルデータとを書き込んである。このＬＵＴ340は請求項
に記載してある変換テーブルに相当するものであり、そ
の詳細は図５を参照して説明してあるので、省略する。
ＬＵＴ360は検出した濃度データを逆転したものを得る
ためのＰＷＭ−濃度を対にしたテーブルデータを書き込
んであることによりＰＷＭレベルを示す記録信号を書き
込みユニット４００に送出する。

【００４４】ＲＡＭ330は256階調を表現するテストパタ
ーンや常温常湿（例えば20℃、50％）下のプリンタ特性
による最高画像濃度を表す濃度片、更に中間調濃度を示
す濃度片のいずれかを示すテストパターンデータ(図
７、図８を参照)を書き込んである。

【００４５】ＭＰＵ340はプリンタ特性検知手段及び最
高画像濃度換算手段を構成するプログラムを書き込んだ
ＲＡＭを備えるものである。

【００４６】プリンタ特性検知手段は、画像濃度センサ
ＣとＭＰＵ340及びテストパターン信号Ｓ_Gを書き込んだ
ＲＡＭ330から構成したものであり、実際のプリンタ特
性Ａ及びそれから最高画像濃度を検出するものである。
当該プログラムは最高画像濃度換算手段に相当するプロ
グラムも含んでいる。

【００４７】画像濃度検出手段に相当するプログラム
は、輝度信号をＡ／Ｄ変換することにより256階調に正
規化した出力電圧に対する画像濃度センサＣの定格最大
出力（像担持体上に何も付着しない状態での出力）との
比を対数変換した値に像担持体10の濃度と転写紙の濃度
との相違を考慮して得られる信号を得るものであり、像
担持体10の回転中に生ずる振動に起因する検出誤差を除
去するために例えば像担持体10上に顕像化した複数のテ
ストパターンから得られる輝度信号に前述の処理を施し
て平均した値を算出する(特開平1-41375号公報参照)。
これにより、ＭＰＵ340は像担持体10の振動に起因する
検出誤差を除去したプリンタ特性及び最大画像濃度を検
知できることになる。

【００４８】セレクタ350はＣＰＵ500からのセレクト信
号に基づいてＲＡＭ330からのテストパターン信号Ｓ_G又
はＬＵＴ320からの濃度信号のいずれかを出力する。

【００４９】書き込みユニット400は、ＬＵＴ410、パル
ス幅変調回路420、ＬＤドライバ430、書き込み光学系44
0から構成され、１走査ライン分の記録信号をパルス幅
変調した変調信号で半導体レーザを発振させ、レーザ光
を所定速度で回転するポリゴンミラーで偏向させ、ｆθ
レンズ及び第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリ
ンドリカルレンズによって、例えばページメモリから読
み出される記録信号又はＲＡＭ250から読み出されるテ
ストパターン信号Ｓ_Gに基づいて半導体レーザを発光し
てドット毎に像担持体10上をライン走査して潜像を形成
するものであり、所謂露光プロセスを行うものである。

【００５０】ＬＵＴ410は逆入出力特性Ｂ^-1に相当する
ＰＷＭレベルを示す記録信号をパルス幅変調回路420に
送出する。パルス幅変調回路420は参照波と所定ビット
からなる記録信号をＤ／Ａ変換したアナログ記録信号と
を比較し多値化するものである。このようにして得られ
る変調信号は書き込みドライバ430の駆動信号となる。

【００５１】書き込みドライバ430は、ＬＤ駆動回路、
同期系としてインデックスセンサ及びインデックス検出
回路を設け、偏向光学系としてのポリゴンドライバを設
けてある。ＬＤ駆動回路は、変調信号で半導体レーザを
発振させるものであり、半導体レーザからのビーム光量
に相当する信号がフィードバックされ、その光量が一定
となるように駆動するものであり、半導体レーザに導通
する電流を変更することができるようになっている。こ
れにより、潜像電位を調整することができる。同期系
は、偏向光学系からのビームを反射するミラーを介して
インデックスセンサに入射する。インデックスセンサは
ビームに感応して電流を出力し、当該電流はインデック
ス検出回路で電流／電圧変換してインデックス信号とし
て出力する。このインデックス信号により所定速度で回
転するポリゴンミラーの面位置を検知し、主走査方向の
周期によって、ラスタ走査方式で変調信号による光走査
を行っている。

【００５２】書き込み光学系440は、レーザ光を所定速
度で回転するポリゴンミラーで偏向させ、ｆθレンズ及
び第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリカ
ルレンズによって像担持体上に微小なスポットに絞って
走査するものである。コリメータレンズは変調光学系で
あり、ポリゴンミラー及びｆθレンズは偏向光学系であ
り、第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリ
カルレンズはポリゴンミラーによる面倒れ補正光学系と
して機能するものである。

【００５３】ＣＰＵ500は静電写真プロセスを実行する
プログラムと現像性固定手段を構成するプログラムを書
き込んだＲＡＭ（図示せず）を備え、又、操作パネル60
0からの各種信号を処理する機能を備えるものである。

【００５４】ＣＰＵ500は、透磁率の変化により現像性
に関係なく、トナー濃度を一定に制御するトナー濃度制
御系であって、像担持体の現像料を光学的に検出する手
段のように感光層の感度特性の変化に影響されない為に
スリーブの回転数を可変することにより反転現像方法に
おける現像性を一定に担保する機能を有する。

【００５５】トナー濃度制御手段は、現像ユニット30内
に装填した現像剤の透磁率をトナー濃度センサＴＳで検
出し、これによりトナー補給ユニット（図示せず）を駆
動することによりトナー濃度を略一定に制御するもので
ある。

【００５６】現像性固定手段を構成するプログラムは、
像担持体10上に顕像化したテストパターン１に応じて現
像ローラの回転数を制御することにより、感光層の感光
特性を越えた現像性を得るようにするものであり、現像
性と密接に関係するトナー濃度を一定に制御することに
より、現像スリーブの回転数を制御して像担持体10表面
の現像領域において付着する現像剤の量を変化させて最
大画像濃度を調整する。なお、現像性固定手段を構成す
るプログラムは、二成分現像剤を採用する場合、現像槽
内のトナー濃度を一定に制御する機構及び制御プログラ
ムを備えるものである。

【００５７】操作パネル600は例えばタッチディスプレ
イからなり、複写倍率、複写枚数、コピー開始等を指令
するものであり、操作した内容を表示するようにしてあ
る。

【００５８】像担持体10は例えばアルミニュウム等から
構成した導電基材の表面に感光層を形成したものであ
る。感光層は膜厚15〜30μm、誘電率2.0〜5.0であり、
導電基材は接地してあり、像担持体10は280mm／secの線
速度で矢示方向に回転する(−)帯電の塗布型ＯＰＣから
成る直径80mmのドラム状の感光体であり、像担持体10の
回転軸に位相を検出するためのエンコーダ15を設けてあ
り、エンコーダ15は像担持体10の位相を示す位相信号を
ＣＰＵ500に送出している。

【００５９】像担持体10の周縁部には後述する帯電装置
20、現像装置30、分離装置44、転写装置43、クリーニン
グユニット50を設け、更に給紙トレイ、レジストローラ
42、搬送ベルト等からなる給紙系を備えている。

【００６０】帯電装置20は例えばスコロトロン帯電器で
あり、潜像形成プロセスに先立ち像担持体10を所定電圧
に均一帯電して階調再現性等を調整することによりカブ
リ防止等を行うものである。

【００６１】現像装置30は、平均粒径約8.5μmのポリエ
ステル系材料からなるトナーと平均粒径60μmのフェラ
イト系コーティングキャリアとをトナー濃度４〜６％に
制御した現像剤を撹拌スクリュウ33Ａ，33Ｂ，33Ｃを12
0(rpm)で回転することにより撹拌した後、マグネットロ
ーラ32の外側にあって約400(rpm)又は180(rpm)で回転す
るスリーブ31の外周に磁気ブラシを形成し、現像スリー
ブ31には所定のバイアス電圧が印加されて、像担持体10
に対向した現像領域の潜像をトナー像に顕像化するもの
である。

【００６２】現像装置30は、像担持体10と対向する筺体
300の開口付近に直径40(mm)のスリーブ31で覆ったマグ
ネットローラ32の回動軸を筺体300の側壁に嵌入してあ
り、その後方に直径16(mm)の撹拌スクリュウ33Ａ，33
Ｂ，33Ｃの駆動軸を筺体300の側壁に嵌入してあり、こ
れらスリーブ31，撹拌スクリュウ33Ａ，33Ｂ，33Ｃの駆
動軸は例えば歯車を介して駆動系（図示せず）に接続す
ることにより、回転数を変更することができるようにな
っている。この制御動作はＣＰＵ500によって行われ
る。この機能を利用して例えばスリーブ33の回転軸を例
えば200(rpm)，250(rpm)，300(rpm)に変更することによ
り最高画像濃度を固定するように制御するようにしてい
る。

【００６３】転写装置43は、周知のように像担持体10上
に静電的に担持したトナー像に転写紙Ｐを重ね、転写紙
Ｐの裏側から電荷を放電することにより、転写紙Ｐ上に
トナーを転写するものであり、スコロトロン放電器であ
ることが好ましいが、これに限定されるものでなく、コ
ロトロン帯電器或いは帯電ローラ等の転写紙Ｐ上にトナ
ー像を静電的に転写するものであればよい。

【００６４】分離装置44は、周知の如く像担持体10に静
電的に吸着した転写紙Ｐから除電することにより、転写
紙Ｐを分離するものであり、スコロトロン帯電器、コロ
トロン帯電器、帯電ローラ等を用いる。

【００６５】クリーニングユニット50は、ブレード等を
像担持体10の表面に接触させることにより、像担持体10
の表面に付着したトナー及び粉塵を掻き落として廃トナ
ーボックスに捕獲する。

【００６６】定着装置60は、周知の如く熱若しくは熱及
び圧力をトナー像を担持した転写紙Ｐに加えることによ
り、トナー像を転写紙Ｐ上に永久に固定するための装置
である。

【００６７】画像濃度センサＣの適正な配置及びその構
造について図２及び図３を参照して説明する。

【００６８】図２は濃度センサの配設状態を示す断面図
である。図３は本実施例における画像濃度センサを示す
図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図
３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【００６９】画像濃度センサＣは、図３（ｂ）に示すよ
うに赤外光を発光する発光ダイオードＬＥＤ（発光ダイ
オードＬＮ66、鹿児島松下電子株式会社製）とホトトラ
ンジスタＰＴ（ホトトランジスタＰＮ101、鹿児島松下
電子株式会社製）との受光面の中心が０°，40°の角度
をなすような溝をケーシングＣＫに形成し、当該溝に発
光ダイオードＰＤ及びホトトランジスタＰＴに嵌入した
ものである。前記溝の前面に図３（ａ）に示すように防
塵ガラスBGを設けてある。ケーシングＣＫを支持した固
着板にはソケットＳＫを設けてある。ケーシングＣＫは
固着板を介して像担持体10の表面に水平になるようにク
リーニングユニット50の近傍に像担持体10の中心に対抗
するように像担持体10表面から６mmの間隙で設けてあ
る。これにより、トナー像から反射する光を効率良く受
光できるようにしてある。画像濃度センサＣは、パッチ
トナー像の濃度を精度良く検知するという点では、40
°，０°の角度をなすもので拡散光を積極的に使用する
ものが良い。かかる構成のみでは、像担持体10の回転に
よる振動を防止できない。これによる誤差を除去する方
法は後述する。

【００７０】図４は本実施例に用いる画像濃度センサの
回路図である。

【００７１】画像濃度センサＣは、発光ダイオードＬＥ
ＤとホトトランジスタＰＴとでフォトカップリングを構
成している。発光ダイオードＬＥＤのアノード端子には
最大出力10(Ｖ)の可変直流電源Ｖ_refを接続してあり、
発光ダイオードＬＥＤのカソード端子には例えば１ｋ
(Ω)と２ｋ(Ω)とに切り換え可能な半固定抵抗素子VR1
と固定抵抗素子R8を接続してある。このような構成にす
ることにより、可変直流電源Ｖ_refの出力電圧を可変し
て発光ダイオードＬＥＤの発光強度を調整するようにし
てある。ホトトランジスタＰＴのアノード端子には10Ｖ
の直流電源Ｖ_DCを接続し、カソード端子にはオペアンプ
ＩＣと固定抵抗素子Ｒ５，Ｒ６とから構成される出力検
出回路を設けてある。このような構成により、ホトトタ
ンジスタＰＴで受光した光強度に応じた電圧を検出する
ものである。このような構成を用いて画像濃度を検出す
るようにしてある。

【００７２】本実施例の画像形成装置は階調補正動作に
先立って画像濃度センサＣを構成するフォトトランジス
タＦＴの発光量を決定する処理、電子写真プロセス条件
の固定処理、画像濃度の補正処理を行う必要があるの
で、これらから順次説明する。

【００７３】画像濃度センサＣを構成する発光ダイオー
ドＬＥＤの発光光量の決定方法を説明する。この決定方
法は発光ダイオードＬＥＤを発光して像担持体10から反
射する光を受光したホトトランジスタＰＴからの出力電
圧をＶ₀となるように決定する。これにより画像濃度セ
ンサＣを構成する防塵ガラスBG及び像形成体10表面の汚
れを補正することができる。

【００７４】以下に本実施例の画像形成装置の調整動作
を説明する。当該補正動作は、定着画像の濃度計の濃度
データが像担持体10上のテストパターンを現したトナー
像から得られる濃度データと等しくする補正処理を実行
する。続いて、像形成体10に形成したグレースケールを
表す図８に示すテストパターン２からの画像濃度検出方
法を実行するところに特徴がある。

【００７５】図７は像担持体上のグレースケールを表す
テストパターン１を示す模式図であり、図８は像担持体
上のグレースケールを表すテストパターン２を示す模式
図であり、図９は本実施例の画像形成装置の調整動作を
示すフローチャートである。

【００７６】オペレータは操作パネル600より所望する
γ形状を有するプリンタ特性を指定し、続いてコピー開
始指令をＣＰＵ500に送出する。ＣＰＵ500は、エンコー
ダ15から出力される位相信号により像担持体10の位相を
検出し、その位相から像担持体10を矢示方向(図１参照)
に回転させる。ＣＰＵ500は高圧電源（図示せず）から
所定の出力電圧を帯電装置20に印加し、これにより帯電
装置20は放電を開始して像担持体10の画像形成領域を一
様に帯電する（図９に示すステップＳ１）。

【００７７】ＣＰＵ500は階調補正回路300を構成するセ
レクタ350にセレクト信号を送出する。階調補正回路300
はＲＡＭ330からグレースケールを表すテストパターン
信号Ｓ_GをＬＵＴ360を介して書き込みユニット400に送
出する。書き込みユニット400はＬＵＴ410からＰＷＭレ
ベルを表す記録信号をパルス幅変調回路420に送出す
る。パルス幅変調回路420は１走査ライン分のテストパ
ターン信号Ｓ_Gをパルス幅変調した変調信号をＬＤ駆動
回路に送出する。ＬＤ駆動回路は変調信号で半導体レー
ザを発振さることによりレーザビームを照射する。この
レーザ光を所定速度で回転するポリゴンミラーで偏向さ
せ、ｆθレンズ及び第１のシリンドリカルレンズ及び第
２のシリンドリカルレンズによって像担持体10上に微小
なスポットに絞って走査する。

【００７８】ＣＰＵ500は潜像形成動作の終了を検知す
ると、エンコーダ15から送出される位相信号から像担持
体10の位相を検知した後に、静電潜像と同期した位置で
現像装置30を駆動する。これにより、像担持体10上に形
成してある潜像は例えば20×30mm角のトナー像を約２mm
間隔でテストパターンを複数回連続して顕像化すること
になる。

【００７９】ＣＰＵ500は、エンコーダ15からの位相信
号から像担持体10の位相を検知し、画像濃度センサＣを
構成する発光ダイオードＬＥＤ(図４参照)に可変直流電
源Ｖ_refの出力電圧を変化させてトナーパッチのない部
分でのセンサ出力が７(Ｖ)になるように直流可変電源Ｖ
_refの出力電圧を設定する。この印加電圧で発振させて
赤外光を像担持体10に照射する。これにより、ホトトラ
ンジスタPTは像担持体10上に顕像化したテストパターン
から反射する光の強度に応じたセンサ出力をＭＰＵ340
に送出する。

【００８０】次に図７に示すようなパターン１を像担持
体10上に形成する。このときパターンを作成する際の露
光レベルは最大露光量であるＰＷＭ255を使用する。こ
のようにして作成された潜像を異なる回転数のスリーブ
で現像する。現像スリーブの回転数は100rpmから25rpm
ごとに450rpmまで上昇させる。

【００８１】そして、そのとき作成される複数のグレー
スケール状のパターンを画像濃度センサＣで読み取る。
定着画像濃度（マクベス社画像濃度計使用）で1.4に相
当するセンサ出力1.5Ｖに読んだ出力値が一致又はそれ
以下の出力となったときに現像スリーブの回転数が固定
される（図９に示すステップＳ２）。これにより、プリ
ンタは最大画像濃度で1.4以上を確保したことになる。

【００８２】現像剤の特性（電荷量、トナー濃度、流動
性等）、観光層の表面電位特性にもよるが常温常湿（20
℃50％相当）では現像スリーブの回転数は約225rpm（現
像スリーブ線速／像担持体線速の比は1.60程度）に固定
される。

【００８３】当該現像スリーブの回転数を使用し図８に
示すパターン２を作成する。その顕像化されたパターン
を画像濃度センサＣで読み取る。

【００８４】図８に示すパターンはＰＷＭ０〜248を８
ステップ毎に区分しているが、ハイライト部（ＰＷＭ０
〜50）を２ステップごとそれより濃度の高いところは８
ステップごとにすることなどによりハイライト部で精度
の高い検知をする。このように検知レベルを高くしたと
ころのパターン数を増やすという方法を図８に採用して
もよい。

【００８５】ＭＰＵ340は顕像化したテストパターンか
ら得られるセンサ出力が5.8Ｖ（１パターンに対して複
数回読んでその値を平均することで検出精度を上げるこ
とができる）ならば、センサの最大出力は７Ｖであるか
ら画像濃度は−log5.8(Ｖ)／７(Ｖ)のような演算をＰＷ
Ｍ０〜248の32個のデータは補間することでデータの穴
埋めを行っている。

【００８６】補間の方法は直線スプライン、ラグランジ
ュ等周知の方式又は設計上独自の補間方式を採用する場
合がある。ここでは３次スプライン関数による補間を行
った（教育出版：スプライン関数とその応用参照）。

【００８７】最大画像濃度を現像スリーブの回転数によ
って1.4に固定したため、PWMレベル255のセンサ出力の
濃度演算値−log（ＰＷＭ255レベルのセンサ出力／７
(Ｖ)）も1.4である必要がある。ＰＷＭ248のセンサ出力
もＰＷＭ255のセンサ出力もほぼ同じであるため、−log
（ＰＷＭ248レベルのセンサ出力／７(Ｖ)）も1.4である
必要がある。そこで、得られた濃度の演算値を最大画像
濃度の1.4で正規化することでプリンタ特性が得られ
る。しかし、ＰＷＭ０の濃度は実際の転写紙上の画像濃
度は転写紙の濃度を有するため、得られた濃度演算値に
転写紙の濃度を加えることにより（濃度計によって得ら
れる定着画像濃度）＝（センサ出力から得られる像担持
体上のパターンの濃度）が得られる（図９に示すステッ
プＳ３）。

【００８８】続いてＭＰＵ340は、最高画像濃度1.4に固
定した状態で前述の画像濃度センサで得たγ特性から作
成した補正カーブを用いてその出力特性を評価すると
（図９に示すステップＳ４）、図13（ｃ）で点線で示し
たグラフであり、γ＝1.0である。しかし、本実施例に
おいて、得られた図13（ｃ）に対応する特性はγ＝1.0
ではなく、図12（ｂ）に示すような形状をしたγ＝0.8
の特性であった（図９に示すステップＳ５）。そこで、
画像形成装置に組み込まれている図５（ａ）に示す階調
制御用テーブルのなかからγ＝1.25の特性曲線を操作部
より再度、出力特性の評価を行った（図９に示したステ
ップＳ６）。これにより、今度は図13（ｃ）に示すγ＝
1.0の特性を得ることができた（ステップＳ７）。

【００８９】ＭＰＵ340は、当該248レベルの画像濃度信
号で現されるプリンタ特性にそれと逆形状の特性（逆関
数）の補正カーブを用いて直線状（ｙ＝ｘになるように
する）に整形する。これにより、ＭＰＵ340は、前述の
直線状に整形したプリンタ特性から所望のγ形状に補正
する。このようにして、環境変動による影響及びプリン
タ特性の歪みに関係なく所望の正規化されたγ＝1.0の
階調を得ることができる。ＣＰＵ500はこれらの処理動
作と並行してトナー濃度制御動作を実行している。最高
画像濃度及び階調の制御動作はトナー濃度制御が安定に
行われている際に動作させると良い。

【００９０】ＣＰＵ500は、エンコーダ15からの位相信
号から像担持体10の位相を検知し、画像濃度検知センサ
Ｃを構成する発光ダイオードＬＥＤに最大出力電圧10
(Ｖ)を印加して発振させて赤外光を像担持体10に照射す
る。これにより、ホトダイオードＰＴは像担持体10上に
顕像化したテストパターンから反射する光の強度に応じ
た信号をＣＰＵ500に出力する。

【００９１】なお、本実施例では転写紙の濃度を最高画
像濃度で正規化した後に加えているが（最大画像濃度-
転写紙の濃度）で正規化し、その後に転写材の濃度を加
える演算を実行してもよい。これにより、本実施例にお
いては、最低画像濃度も転写紙の画像濃度に固定したこ
とになる。

【００９２】上述した本実施例における画像形成装置に
よれば、最高画像濃度を一定に制御した後に階調制御を
行うと共に最低画像濃度を転写紙の画像濃度に固定する
ことにより、環境変動によりプリンタ特性が変動したに
も拘わらず、中間調濃度変動及び中間濃度のバラツキ変
動に起因する濃度ズレ及び画質変化を未然に防止するこ
とができるので、ＲＡＭに記憶してある複数種のγ形状
からいずれかを選択すれば、いかなるプリンタ特性でも
安定して階調を再現できる。

【００９３】図10は本実施例の階調補正処理後における
プリンタ特性を示したものである。

【００９４】図10の記述に際して用いた２つの濃度セン
サ１，２の両方について本実施例の画像形成装置によれ
ば定着画像濃度＋とセンサ１，２の出力◇，□が略一致
したことを示したものである。

【００９５】本実施例で使用している階調制御テーブル
は画像濃度センサの検出レベルの歪みを補正するもので
あるが、それ以外にスキャナなどの出力機器一般の出力
信号をプリンタで受ける際、出力機器のγ特性の歪み
（ＡというスキャナとＢというスキャナの輝度-濃度レ
ベル等の機種間差）を補正することもできる。

【００９６】

【発明の効果】本発明は、上記構成により、センサ出力
のバラツキに拘わらず、中間濃度変動及び中間濃度のば
らつき変動に起因する濃度ズレ及び画質変化を未然に防
止し、安定して階調を再現できる画像形成装置を提供す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置における一実施例を示す
ブロック図である。

【図２】濃度センサの配設状態を示す断面図である。

【図３】本実施例における画像濃度センサを示す図であ
る。

【図４】本実施例に用いる画像濃度センサの回路図であ
る。

【図５】センサ出力のバラツキを補正するための処理を
示すグラフである。

【図６】本発明の画像形成装置に設けた変換テーブルに
書き込んである補正カーブを示すものである。

【図７】像担持体上のグレースケールを表すパターン１
を示す模式図である。

【図８】像担持体上のグレースケールを表すパターン２
を示す模式図である。

【図９】本実施例の画像形成装置の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１０】本実施例の階調補正処理後におけるプリンタ
特性を示したものである。

【図１１】濃度センサ間の出力特性を示すプリンタ特性
を示すグラフである。

【図１２】プリンタ特性から環境変動による影響及び歪
みを除去するための処理を示すグラフである。

【図１３】プリンタ特性における固有の歪みを補正する
ための処理を示したグラフである。

【図１４】プリンタ特性とその階調制御との関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

10 像担持体 310，320，360，410 ＬＵＴＣ画像濃度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋晃東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハイライトからシャドーまでのパターン
を像担持体上に形成し、前記パターンの濃度を検出する
濃度検知手段を有し、その検出された濃度に応じて階調
補正を行う変換テーブルを有することを特徴とする画像
形成装置。
【請求項２】前記変換テーブル内には検出された濃度
から演算により作成される階調補正カーブを有するテー
ブル１とそれ以外に階調制御用変換テーブル２とを有す
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】前記階調制御用変換テーブル内には補正
用のカーブを複数本有することを特徴とする請求項２記
載の画像形成装置。