JP2001194851A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー画像形成装置のトナー濃度検出手段に
おいて、像担持体地肌の拡散反射率が低い場合でもトナ
ー濃度を常に安定して精度良く検出する。 【解決手段】 感光体ドラム２に光を照射して潜像を形
成する複数の露光手段６と、各色のトナー画像を中間転
写ベルト１２に順次重ね合わせて転写し、中間転写ベル
ト１２上に合成像を形成する転写手段７と、複数の露光
手段６にテストパターンを発生させ、現像手段４および
感光体ドラム２を介して中間転写ベルト１２上に各色毎
に相互に濃度の異なるテストパターンを形成するテスト
パターン発生手段１３と、テストパターンの濃度を検出
するトナー濃度検出手段１４と、トナー濃度検出手段１
４により検出された結果に基づき画像形成条件を補正す
る画像形成条件補正手段１５とを有するカラー画像形成
装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真技術によ
るカラー画像形成装置に関し、特に像担持体上のカラー
トナー濃度（カラートナー付着量）検出に適用して有効
な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４は従来のカラー画像形成装置にお
けるトナー濃度検出手段の構成を示す説明図、図１５は
従来におけるカラートナー濃度とトナー濃度検出手段と
の出力の関係を示すグラフである。

【０００３】電子写真技術を採用したカラー画像形成装
置では、環境変化や経時変化等により画質劣化が発生す
る。そこで、像担持体上にテストパターンを形成してそ
のパターンのトナー濃度（トナー付着量）を読み取り、
これを現像バイアスなどの画像形成条件にフィードバッ
クさせて画像の安定性を向上させていた。

【０００４】このようなカラートナーのトナー濃度検出
手段４０として、従来では、図１４に示すように、像担
持体４１上に形成されたテストパターン４２に赤外ＬＥ
Ｄ等の発光素子４３から光を照射し、テストパターン４
２のカラートナーからトナー濃度に応じた拡散反射光量
を受光素子４４にて受光するものが知られている。

【０００５】そして、図１４に示すように受光素子４４
が像担持体４１からの正反射光を受光しないように配置
することにより、図１５に示すように、カラートナー濃
度とトナー濃度検出手段４０の出力とを線形関係として
いる。

【０００６】さらに、トナー濃度検出手段４０の取り付
けのバラツキや受光素子４４の感度のバラツキ等により
トナー濃度の検出精度が悪化するのを防止するため、い
わゆるキャリブレーションを行うことにより検出精度を
向上させていた。つまり、基準となる２点（例えば、発
光素子消灯時と像担時体地肌検出時）のトナー濃度検出
手段４０の出力が規定の電圧値となるように発光素子４
３の発光量を調整することで検出精度を向上させてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術では、カーボン系樹脂からなる中間転写
ベルトのような像担持体地肌の拡散反射率が低い場合、
像担持体地肌の検出レベルが小さいために像担持体地肌
検出時と発光素子消灯時のレベルとに差がなくキャリブ
レーションを精度良く行うことができず、結果的にトナ
ー濃度検出精度が悪くなるという問題があった。

【０００８】また、拡散反射率が高い基準板等をキャリ
ブレーションの基準とすることが考えられるが、基準板
の劣化によるキャリブレーション精度の悪化や基準板自
体および基準板もしくはトナー検出手段を移動させるた
め部品点数が増大してコスト上昇を引き起こすという問
題があった。

【０００９】そこで、本発明は、像担持体地肌の拡散反
射率が低い場合においてもトナー濃度を常に安定して精
度良く検出することのできるトナー濃度検出手段を有す
るカラー画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明のカラー画像形成装置は、潜像が形成される
感光体および感光体に形成された潜像をトナー画像とし
て顕画化する現像手段が現像色に対応して設けられた複
数の画像ステーションと、それぞれの感光体に光を照射
して潜像を形成する複数の露光手段と、複数の画像ステ
ーションで形成された各色のトナー画像を像担持体に順
次重ね合わせて転写し、像担持体上に合成像を形成する
転写手段と、複数の露光手段にテストパターンを発生さ
せ、現像手段および感光体を介して像担持体上に各色毎
に相互に濃度の異なるテストパターンを形成するテスト
パターン発生手段と、テストパターンの形成された像担
持体上にレーザ光を照射する半導体レーザおよびそのレ
ーザの正反射光を含む反射光を検出するフォトセンサで
構成され、テストパターンの濃度を検出するトナー濃度
検出手段と、トナー濃度検出手段により検出された結果
に基づき画像形成条件を補正する画像形成条件補正手段
とを有する構成としたものである。

【００１１】これにより、像担持体上に形成された各色
毎に相互に濃度の異なるテストパターンにレーザ光を照
射し、その正反射光を検出することでトナー濃度を検出
しているので、像担持体地肌の拡散反射率が低い場合に
おいても、トナー濃度を常に安定して精度よく検出する
ことが可能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、潜像が形成される感光体および感光体に形成された
潜像をトナー画像として顕画化する現像手段が現像色に
対応して設けられた複数の画像ステーションと、それぞ
れの感光体に光を照射して潜像を形成する複数の露光手
段と、複数の画像ステーションで形成された各色のトナ
ー画像を像担持体に順次重ね合わせて転写し、像担持体
上に合成像を形成する転写手段と、複数の露光手段にテ
ストパターンを発生させ、現像手段および感光体を介し
て像担持体上に各色毎に相互に濃度の異なるテストパタ
ーンを形成するテストパターン発生手段と、テストパタ
ーンの形成された像担持体上にレーザ光を照射する半導
体レーザおよびそのレーザの正反射光を含む反射光を検
出するフォトセンサで構成され、テストパターンの濃度
を検出するトナー濃度検出手段と、トナー濃度検出手段
により検出された結果に基づき画像形成条件を補正する
画像形成条件補正手段とを有するカラー画像形成装置で
あり、像担持体上に形成された各色毎に相互に濃度の異
なるテストパターンにレーザ光を照射し、その正反射光
を検出することでトナー濃度を検出しているので、像担
持体地肌の拡散反射率が低い場合においても、トナー濃
度を常に安定して精度よく検出することが可能になると
いう作用を有する。

【００１３】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、トナー濃度検出手段は、半導体
レーザから照射されたレーザ光を光学的に絞るレンズお
よびフォトセンサへの入射光を光学的に絞るレンズの少
なくとも何れかを備えているカラー画像形成装置であ
り、半導体レーザから照射されたレーザ光を絞ることで
直進性のよい正反射光を得ることができるので、トナー
像からの拡散反射光の影響を受けない場所にフォトセン
サを配置することができ、トナー濃度を高精度にて検出
することが可能になるという作用を有する。また、フォ
トセンサへの入射光を絞ることで全ての正反射光をフォ
トセンサで受光することができるので、同様にトナー濃
度を高精度にて検出することが可能になるという作用を
有する。

【００１４】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、フォトセンサへの入射光を光学
的に絞るレンズの直径が当該レンズ位置での正反射光の
光束直径よりも大きくなるように設定されているカラー
画像形成装置であり、トナー濃度検出手段の取り付け精
度が悪い状態や像担持体表面が水平でない状態において
も正反射光束がレンズ内に全て入射するので、濃度検出
精度の劣化を防止することが可能になるという作用を有
する。

【００１５】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１または２記載の発明において、フォトセンサの受光直
径がフォトセンサの受光部位置での正反射光の光束直径
よりも大きくなるように設定されているカラー画像形成
装置であり、トナー濃度検出手段の取り付け精度が悪い
状態や像担持体表面が水平でない状態においても正反射
光束がレンズ内に全て入射するので、濃度検出精度の劣
化を防止することが可能になるという作用を有する。

【００１６】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１〜４の何れか一項に記載の発明において、トナー濃度
検出手段には半導体レーザの出力を所定の範囲内で可変
とする半導体レーザ出力可変手段を備え、半導体レーザ
が消灯したときにおけるフォトセンサの出力値と半導体
レーザが点灯して像担持体地肌を検出したときのフォト
センサの出力値の差が所定の値になるように半導体レー
ザの出力を調整するカラー画像形成装置であり、フォト
センサの感度がばらついたりトナー濃度検出手段の取り
付け精度が悪い場合でも、トナー濃度を高精度にて検出
することが可能になるという作用を有する。

【００１７】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１〜５の何れか一項に記載の発明において、半導体レー
ザ出力可変手段による半導体レーザの出力の調整を、像
担持体の所定箇所の検出値もしくは所定範囲を検出して
演算処理した値により行うカラー画像形成装置であり、
レーザ出力を調整する際の基準を安定させることができ
るので、レーザ出力を正常に調整できて常に安定してト
ナー濃度を高精度にて検出することが可能になるという
作用を有する。

【００１８】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
１〜６の何れか一項に記載の発明において、像担持体の
地肌の全範囲あるいは所定範囲を検出したときのフォト
センサ出力値を記憶する記憶手段を備え、トナー濃度検
出に先立って記憶手段内の情報をもとにトナー濃度検出
結果を補正するカラー画像形成装置であり、像担持体の
正反射率のバラツキが補正されるので、常に安定してト
ナー濃度を高精度にて検出することが可能になるという
作用を有する。

【００１９】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１〜７の何れか一項に記載の発明において、トナー濃度
検出手段によりレジスト調整用のレジストパターンを検
出するカラー画像形成装置であり、レジストセンサを別
に設ける必要がなくなり、コストダウンを図ることが可
能になるという作用を有する。

【００２０】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１３を用いて説明する。なお、これらの図面にお
いて同一の部材には同一の符号を付しており、また、重
複した説明は省略されている。

【００２１】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１におけるカラー画像形成装置の構成を示す概略図、
図２は図１のカラー画像形成装置におけるトナー濃度検
出手段の構成を示す説明図、図３は中間転写ベルト上に
描画されたテストパターンとトナー濃度検出手段の出力
信号との関係を示す説明図、図４は中間転写ベルト上に
描画されたテストパターンのトナー濃度とトナー濃度検
出手段の出力との関係を示すグラフ、図５はトナー濃度
の検出手順を示すフローチャート、図６はトナー濃度検
出動作におけるキャリブレーションの原理を示す説明
図、図７は半導体レーザの出力と中間転写ベルト地肌検
出時におけるトナー濃度検出手段の出力との関係を示す
グラフ、図８は中間転写ベルト上のテストパターンとト
ナー濃度検出手段との配置を示す平面図、図９は図８の
テストパターンをトナー濃度検出手段で検出したときの
出力をテストパターンと対比して示す説明図である。

【００２２】まず、カラー画像を得る過程について図１
を用いて説明する。

【００２３】図１において、カラー画像形成装置には４
つの画像ステーション１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが配置さ
れ、各画像ステーション１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは像担
持体としての感光体ドラム（感光体）２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄをそれぞれに有し、その回りには、感光体ドラ
ム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面を一様に帯電させる帯
電手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、静電潜像を顕像化する
現像手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、残留トナーを除去す
るクリーニング手段５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、画像情報
に応じた光を各々の感光体ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄに照射する走査光学系の露光手段６ａ，６ｂ，６ｃ，
６ｄ、転写手段７を構成する中間転写ベルト（像担持
体）１２にトナー像を転写する転写器８ａ，８ｂ，８
ｃ，８ｄがそれぞれ配置されている。

【００２４】ここで、画像ステーション１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄではそれぞれイエロー画像，マゼンタ画像，シ
アン画像，ブラック画像が形成され、露光手段６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄからは、イエロー画像、マゼンタ画像、
シアン画像、ブラック画像に対応した走査光である露光
光９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが出力される。

【００２５】各画像ステーション１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄを通過する態様で、感光体ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄの下方にはローラ１０，１１により支持された無端
ベルト状の中間転写ベルト１２が配置されており、矢印
Ａ方向へ周回動する。

【００２６】また、中間転写ベルト１２に対面して、テ
ストパターン発生手段１３からのテストパターンを検出
するトナー濃度検出手段１４が配置されており、さら
に、トナー濃度検出手段１４からの検出結果に基づいて
現像手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの現像バイアス等の画
像形成条件を補正する画像形成条件補正手段１５が設け
られている。トナー濃度検出手段１４は、中間転写ベル
ト１２の移動方向Ａに対して中央に配置されている。

【００２７】なお、給紙カセット１６に収納されている
シート材１７は、給紙ローラ１８により給紙され、シー
ト材転写ローラ１９、定着手段２０を経て排紙トレー
（図示せず）に排出される。

【００２８】以上のような構成のカラー画像形成装置で
は、まず画像ステーション１ｄにおいて、帯電手段３ｄ
および露光手段６ｄ等を用いた公知の電子写真プロセス
手段により感光体ドラム２ｄ上に画像情報であるブラッ
ク成分色の潜像が形成される。その後、現像手段４ｄで
ブラックトナーを有する現像材によりブラックトナー像
として可視像化され、転写器８ｄで中間転写ベルト１２
にブラックトナー像が転写される。

【００２９】一方、ブラックトナー像が中間転写ベルト
１２に転写されている間に、画像ステーション１ｃでシ
アン成分色の潜像が形成され、現像手段４ｃでシアント
ナーによるシアントナー像が可視像化されてこれが転写
器８ｃにて転写され、先に中間転写ベルト１２上に転写
されたブラックトナー像と重ね合わされる。

【００３０】以下、マゼンタトナー像、イエロートナー
像についても同様にして画像形成が行われ、中間転写ベ
ルト１２上に４色のトナー像の重ね合わせが終了する
と、給紙ローラ１８により給紙カセット１６から給紙さ
れた紙等のシート材１７上にシート材転写ローラ１９に
よって４色のトナー像が一括転写搬送され、定着手段２
０で加熱定着され、シート材１７上にフルカラー画像が
得られる。

【００３１】なお、転写が終了したそれぞれの感光体ド
ラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはクリーニング手段５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄで残留トナーが除去され、引き続き行
われる次の像形成に備えられ、印字動作は完了する。

【００３２】以上のようにしてカラー画像を得ることが
できるが、カラー画像形成装置では機内の温度／湿度変
化や経時変化により各色の画質劣化が生じる。そこで、
電源オン時や各々の画像ステーション１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄの交換時、さらには機内の温度／湿度の規定値
よりの変化時や規定枚数印字時にトナー濃度の検出動作
を行い、その結果に基づき画像形成条件の調整が行われ
る。

【００３３】次に、本発明の実施の形態１におけるトナ
ー濃度検出手段１４でのトナー濃度検出動作について図
２を用いて説明する。

【００３４】図２に示すように、トナー濃度検出手段１
４は、たとえば波長７８０ｎｍのレーザ光を照射する半
導体レーザ２１、外部からの信号（図示せず）によりこ
の半導体レーザ２１の出力をたとえば２〜４ｍＷの範囲
で可変として当該半導体レーザ２１を駆動するレーザ駆
動回路（半導体レーザ出力可変手段）２２を備えてい
る。半導体レーザ２１から照射されたレーザ光の光路上
には、レーザ光を光学的に絞るレンズ２３、中間転写ベ
ルト１２からの正反射光を光学的に絞るレンズ２４、中
間転写ベルト１２からの正反射光を光電流に変換するフ
ォトダイオード（フォトセンサ）２５、フォトダイオー
ド２５からの光電流を電圧に変換するＩＶ変換器２６、
ＩＶ変換器２６の出力を増幅する増幅器２７が順次配置
されている。

【００３５】半導体レーザ２１の光軸およびフォトダイ
オード２５の光軸と中間転写ベルト１２表面の法線とで
なす角度はともに２０°とされており、フォトダイオー
ド２５には半導体レーザ２１から中間転写ベルト１２に
照射されたレーザ光のうち正反射光成分のみが入射する
ように配置されている。

【００３６】なお、中間転写ベルト１２上にはテストパ
ターン２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが描画されてお
り、これらのテストパターン２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，
２８ｄは中間転写ベルト１２の回転方向後方に向かうに
従ってトナー濃度が濃くなっている。

【００３７】次に、このようなテストパターン２８ａ，
２８ｂ，２８ｃ，２８ｄとトナー濃度検出手段１４の出
力信号との関係について図３および図４を用いて説明す
る。

【００３８】先ず、レーザ駆動回路２２により駆動され
て半導体レーザ２１から照射されたレーザ光が中間転写
ベルト１２の地肌部分（トナーが付着していない部分）
に当たると、中間転写ベルト１２の地肌は黒色ではある
が光沢性を持っているために約５％程度正反射し、フォ
トダイオード２４にこの正反射光が入射する。

【００３９】フォトダイオード２４に入射した正反射光
は光量に比例した光電流に変換され、ＩＶ変換器２５に
おいて光電流に比例した電圧に変換された後、増幅器２
６にて増幅されて、出力Ｖ_Sとしては約４Ｖの電圧が得
られる。

【００４０】次に、中間転写ベルト１２上に形成された
テストパターン２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄがトナ
ー濃度検出手段１４の位置まで搬送されると、テストパ
ターン２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄに照射されたレ
ーザ光のうちトナー像に照射された光は一部がトナーに
吸収され、残りはトナー表面で拡散反射（散乱）される
ために正反射成分はほとんど発生しない。また、テスト
パターン２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄに照射された
レーザ光のうちトナー像に照射されずに中間転写ベルト
１２に照射された光のみが正反射光としてフォトダイオ
ード２５に入射する。

【００４１】したがって、トナー濃度が濃くなれば、つ
まりトナー付着量が増せばトナー像による吸収および拡
散される光が増加して中間転写ベルト１２に照射される
光が減少するため正反射光量も減少し、図３および図４
に示すような特性となる。なお、この現象はトナーの色
（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）を問わず同
じである。但し、ブラックトナーについてはトナー像に
照射された光は拡散反射されずにほとんどが吸収される
点のみが異なる。

【００４２】なお、実際には、図４に示す中間転写ベル
ト地肌レベルＶ_HLと出力Ｖ_Sとの差Ｖ_IDをトナー濃度と
して、画像形成条件調整のためのデータとしている。

【００４３】次に、トナー濃度の検出動作について説明
する。

【００４４】トナー濃度検出動作は、図５に示すよう
に、キャリブレーション、テストパターン生成およびテ
ストパターン濃度検出の３工程から構成されている。以
下、それぞれについて説明する。

【００４５】（キャリブレーション）先ず、キャリブレ
ーションの原理について、図６を用いて簡単に説明す
る。

【００４６】発光素子である半導体レーザ２１の出力が
２ｍＷのとき、図６に示すように、トナー濃度とトナー
濃度検出手段１４の出力の関係が装置間でαおよびβの
ように特性差が生じたとする。ここでは、αが基準特性
であり、βの特性をαの特性と同様にする。そこで、２
つの基準である中間転写ベルト地肌レベルとレーザ消灯
レベルの差を規定値であるΔＶになるように半導体レー
ザ２１の出力を調整する。βの特性の場合、半導体レー
ザ２１の出力を上げてβ’にし、αと同等の特性とする
ことができる。

【００４７】このように、最大のダイナミックレンジが
得られる条件でキャリブレーションを行うので、高精度
なキャリブレーションを実現でき、フォトダイオード２
５の感度がばらついたりトナー濃度検出手段１４の取り
付け精度が悪い場合でもトナー濃度を常に正確に検出す
ることができる。

【００４８】次に、キャリブレーションにおける半導体
レーザ２１の出力値の決定手順について図７を用いて説
明する。なお、図７は半導体レーザ出力と中間転写ベル
ト地肌検出時（ベルト一周の平均値）のトナー濃度検出
手段１４の出力との関係を示している。

【００４９】図７に示すように、半導体レーザ２１の出
力と中間転写ベルト地肌検出時のトナー濃度検出手段１
４の出力は線形関係にあることがわかっている。

【００５０】そこで、半導体レーザ２１の出力を１．５
ｍＷにして中間転写ベルト一周の地肌レベルを検出し、
その結果の平均値を得る。同様に、半導体レーザ２１の
出力を２．５ｍＷにして中間転写ベルト一周の地肌レベ
ルを検出し、その結果の平均値を得る。そして、この２
点を通る直線において、ΔＶ＋Ｖ₀（ΔＶ：規定値、
Ｖ₀：レーザ消灯時のトナー濃度検出手段出力）となる
レーザ出力ＬＰを求める。このレーザ出力ＬＰがキャリ
ブレーションされたレーザ出力で、以降のテストパター
ン濃度検出でのレーザ出力値となる。

【００５１】（テストパターンの生成）図８は、中間転
写ベルト１２上のテストパターンとトナー濃度検出手段
の配置関係を、中間転写ベルト１２の上面から示してい
る。

【００５２】図８に示すように、テストパターン発生手
段１３で発生するテストパターンは各画像ステーション
毎の４つのパターン群から成り、画像ステーション１ｄ
（ブラック）にはテストパターン２９ａ，２９ｂ，２９
ｃ，２９ｄが、画像ステーション１ｃ（シアン）にはテ
ストパターン３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが、画像
ステーション１ｂ（マゼンタ）にはテストパターン３１
ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが、画像ステーション１ａ
（イエロー）にはテストパターン３２ａ，３２ｂ，３２
ｃ，３２ｄが、それぞれ対応している。なお、１パター
ン群は濃度が異なる４つのパターンで構成されており、
矢印Ａで示す中間転写ベルト１２の回転方向にプロセス
速度であるたとえば２００ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動す
る。

【００５３】以上のような構成において、テストパター
ン生成過程ついて説明する。

【００５４】図１に示すテストパターン発生手段１３か
ら、先ず露光手段６ｄを介して、ブラック画像が形成さ
れる画像ステーション１ｄに対して図８に示す４つのパ
ターン群２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄの潜像が画像
ステーション１ｄ内の感光体ドラム２ｄに形成され、現
像手段４ｄにて可視像化されて転写手段７内の中間転写
ベルト１２にブラックトナー像が転写される。

【００５５】一方、ブラックトナー像が中間転写ベルト
１２に転写されている間に画像ステーション１ｃではブ
ラックパターン群との間隔が所定間隔Ｙになるようなタ
イミングにて、図１に示すテストパターン発生手段１３
から、露光手段６ｃを介して、シアン画像が形成される
画像ステーション１ｃに対して図８に示す４つのパター
ン群３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの潜像が画像ステ
ーション１ｃ内の感光体ドラム２ｃに形成され、現像手
段４ｃにて可視像化されて中間転写ベルト１２にシアン
トナー像が転写される。

【００５６】以下、マゼンタトナー像、イエロートナー
像についても同様な方法で画像形成が行われ、中間転写
ベルト１２に図８に示すテストパターンが形成される。

【００５７】（テストパターンの濃度検出）図８のテス
トパターンをトナー濃度検出手段１４で検出したときの
出力をテストパターンと対比して示す図９において、Ｖ
_HLaveはキャリブレーション後のレーザ出力での中間転
写ベルト地肌レベル（ベルト一周の平均値）である。Ｖ
_S#K1、Ｖ_S#K2、Ｖ_S#K3、Ｖ_S#K4はそれぞれテストパター
ン２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄにおける規定範囲内
の平均値であり、これらの結果からそれぞれのテストパ
ターンのトナー濃度Ｖ_ID#K1、Ｖ_ID#K2、Ｖ_ID#K3、Ｖ
_ID#K4は次式で表される。

【００５８】 Ｖ_ID#K1＝Ｖ_HLave−Ｖ_S#K1 ・・・（１） Ｖ_ID#K2＝Ｖ_HLave−Ｖ_S#K2 ・・・（２） Ｖ_ID#K3＝Ｖ_HLave−Ｖ_S#K3 ・・・（３） Ｖ_ID#K4＝Ｖ_HLave−Ｖ_S#K4 ・・・（４） なお、Ｖ_ID#C1、Ｖ_ID#M3、Ｖ_ID#M4、Ｖ_ID#Y1、
Ｖ_ID#Y2、Ｖ_ID#Y3、Ｖ_ID#Y4についても同様である。

【００５９】これらの検出結果はトナー濃度検出手段１
４の出力をＣＰＵ（図示せず）、メモリ（図示せず）、
Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりＡ／Ｄ変換および演算
処理することにより得られる。

【００６０】以上のように、本実施の形態によれば、ト
ナー濃度の検出を中間転写ベルト１２上に形成された相
互に濃度の異なるテストパターンにレーザ光を照射し、
その正反射光を検出することにより行っているので、像
担持体地肌の拡散反射率が低い場合においても、トナー
濃度を常に安定して精度よく検出することが可能にな
る。

【００６１】なお、このようなトナー濃度検出手段１４
によりレジスト調整用のレジストパターンを検出するよ
うにすれば、レジストセンサを別に設ける必要がなくな
ってコストダウンを図ることが可能になる。

【００６２】（実施の形態２）図１０は本発明の実施の
形態２におけるトナー濃度検出手段の構成を示す説明図
である。

【００６３】図１０に示すように、トナー濃度検出手段
１４は、レーザ光を照射する半導体レーザ２１を備えて
いる。この半導体レーザ２１から照射されたレーザ光の
光路上には、レーザ光を光学的に絞るレンズ２３、中間
転写ベルト１２からの正反射光を光学的に絞るレンズ２
４、中間転写ベルト１２からの正反射光を光電流に変換
するフォトダイオード２５が順次配置されている。ここ
で、レンズ２３とレンズ２４は何れか一方が備えられて
いればよい。

【００６４】なお、符号３３は半導体レーザ２１からの
照射光束、符号３４は中間転写ベルト１２からの反射光
束を示している。

【００６５】このように、レンズ２３を設けて半導体レ
ーザ２１から照射されたレーザ光を絞れば、直進性のよ
い正反射光を得ることができるので、トナー像からの拡
散反射光の影響を受けない場所にフォトセンサ２５を配
置することができ、トナー濃度を高精度にて検出するこ
とが可能になる。

【００６６】また、レンズ２４を設けてフォトセンサ２
５への入射光を絞れば、全ての正反射光をフォトセンサ
２５で受光することができるので、同様にトナー濃度を
高精度にて検出することが可能になる。

【００６７】ここで、図１０に示すように、中間転写ベ
ルト１２からの正反射光束３４のレンズ２４の位置での
直径ｒとレンズ２４の直径Ｒの関係は次式のように表さ
れる。

【００６８】ｒ＜Ｒ ・・・（５） 上式のように、レンズ２４の直径Ｒをレンズ２４の位置
での正反射光束３４の直径ｒより大きくすることで、ト
ナー濃度検出手段１４の取り付け精度が悪い状態や中間
転写ベルト１２の表面が水平でない状態においても正反
射光束３４がレンズ２４内に全て入射するので、濃度検
出精度の劣化を防止することができる。

【００６９】なお、フォトセンサ２５の受光直径がこの
フォトセンサ２５の受光部位置での中間転写ベルト１２
からの正反射光の光束直径よりも大きくなるようにして
も、同様に、濃度検出精度の劣化を防止することができ
る。

【００７０】（実施の形態３）図１１は本発明の実施の
形態３におけるトナー濃度の検出手順を示すフローチャ
ート、図１２は本発明の実施の形態３における中間転写
ベルト一周の反射率の検出結果を示す説明図、図１３は
本発明の実施の形態３におけるトナー濃度検出手段の出
力をテストパターンおよび予め取得した中間転写ベルト
地肌レベルに対比して示す説明図である。

【００７１】実施の形態３におけるトナー濃度検出動作
は、図１１に示すように、キャリブレーション、中間転
写ベルト一周地肌レベル検出、テストパターン生成およ
びテストパターンの濃度検出の４工程から成る。キャリ
ブレーションおよびテストパターン生成については実施
の形態１と同様であるのでここでの説明は省略し、以
下、中間転写ベルト一周地肌レベル検出、テストパター
ンの濃度検出の順に図を用いて説明する。

【００７２】先ず、中間転写ベルト一周の地肌レベルの
検出について図１２を用いて説明する。

【００７３】図１２は中間転写ベルト一周の反射率の検
出結果で、図中Ｖ_HLaveは中間転写ベルト一周の地肌レ
ベルの平均値である。

【００７４】センサのキャリブレーション動作が終了す
ると、キャリブレーションされたレーザ出力値で中間転
写ベルト一周の地肌レベルの検出を行い、その結果を記
憶手段（図示せず）に記憶しておく。このとき、中間転
写ベルトの位置基準マーク（図示せず）より得られる中
間転写ベルト位置信号を基準に一周の地肌レベルの検出
を行う。これによれば、図１２に示すように、中間転写
ベルト地肌の反射率はベルト一周内であるバラツキ量が
存在する場合がある。

【００７５】本実施の形態におけるトナー濃度の検出は
中間転写ベルトからの正反射光量をもとに行っているの
で、中間転写ベルト地肌レベル（＝正反射率）が中間転
写ベルトの位置により異なった値を持つ場合、濃度検出
結果に悪い影響を及ぼす可能性がある。そこで、予め中
間転写ベルトの地肌レベルをベルト一周にわたって検出
して記憶することで、地肌レベルのバラツキに影響を受
けない濃度検出が可能になる。

【００７６】図１２において、区間Ａにおける中間転写
ベルト地肌レベルの平均値がＶ_S#Aの場合、Ｖ_S#A＜Ｖ_HL
aveなので、この区間でのトナー濃度を式１〜式４のま
まで算出すると実際より大きな値となってしまう。そこ
で、式１〜式４で求められる値に係数（Ｖ_HLave／
Ｖ_S#A）を掛け合わせると地肌レベルのバラツキを補正
したトナー濃度が得られる。

【００７７】具体的なテストパターンの濃度検出につい
て、図１３を用いて説明する。ここでは、濃度検出は図
１２に示すような中間転写ベルト地肌レベルのバラツキ
量を考慮した濃度検出について説明する。ここで、図１
３は、図８のテストパターンをトナー濃度検出手段１４
で検出したときの出力をテストパターンおよび前もって
取得した中間転写ベルト地肌レベルに対比させて示して
いる。

【００７８】図１３において、Ｖ_HLaveはキャリブレー
ション後のレーザ出力での中間転写ベルト地肌レベル
（ベルト一周の平均値）である。Ｖ_S#K1、Ｖ_S#K2、Ｖ
_S#K3、Ｖ _S#K4はそれぞれテストパターン２９ａ，２９
ｂ，２９ｃ，２９ｄにおける規定範囲内の平均値であ
り、Ｖ_HL#1、Ｖ_HL#2、Ｖ_HL#3、Ｖ_HL#4はそれぞれ
Ｖ_S#K1、Ｖ_{S# K2}、Ｖ_S#K3、Ｖ_S#K4と同様の範囲内におけ
る中間転写ベルト地肌の平均値である。

【００７９】ここでは、テストパターン検出および中間
転写ベルト一周地肌レベル検出をどちらも中間転写ベル
ト位置基準マークを基準に検出しているので、同一位置
範囲に対応した値として取り扱える。

【００８０】以上の結果をもとにテストパターンのトナ
ー濃度は次式で表される。

【００８１】 Ｖ_ID#K1＝Ｖ_HLave−Ｖ_S#K1×Ｖ_HLave／Ｖ_HL#1 ・・・（７） Ｖ_ID#K2＝Ｖ_HLave−Ｖ_S#K2×Ｖ_HLave／Ｖ_HL#2 ・・・（８） Ｖ_ID#K3＝Ｖ_HLave−Ｖ_S#K3×Ｖ_HLave／Ｖ_HL#3 ・・・（９） Ｖ_ID#K4＝Ｖ_HLave−Ｖ_S#K4×Ｖ_HLave／Ｖ_HL#4 ・・・（１０） 以上のように、中間転写ベルトのベルト位置によって地
肌レベルのバラツキが存在した場合、そのバラツキ量を
検出・記憶し、その結果をもとにトナー濃度検出結果を
補正することで、中間転写ベルト地肌レベルのバラツキ
の影響を受けることなくトナー濃度を正確に検出するこ
とができる。

【００８２】なお、中間転写ベルトの地肌レベルのバラ
ツキを中間転写ベルト上に均一に形成したトナー像から
検出しても同様の結果を得ることができる。また、キャ
リブレーションおよび中間転写ベルトの地肌レベル検出
はトナー濃度の検出を行う前に必ず実施するのが望まし
いが、所定の環境変化や所定の経時変化が生じたときに
のみ実施するようにしてもよい。

【００８３】以上、実施の形態１、実施の形態２および
実施の形態３では、トナー像の転写・搬送を中間転写ベ
ルトで行うカラー画像形成装置について説明したが、感
光体ドラムのトナー像を直接用紙に転写する用紙搬送ベ
ルト方式のカラー画像形成装置に適用することもでき
る。

【００８４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、像担持
体上に形成された各色毎に相互に濃度の異なるテストパ
ターンにレーザ光を照射し、その正反射光を検出するこ
とでトナー濃度を検出しているので、像担持体地肌の拡
散反射率が低い場合においても、トナー濃度を常に安定
して精度よく検出することが可能になる。

【００８５】これにより、高精度な濃度補正を行うこと
ができるので、印字品質の高いカラー画像形成装置を得
ることが可能になるという有効な効果が得られる。

【００８６】トナー濃度検出手段に、半導体レーザから
照射されたレーザ光を光学的に絞るレンズを備えれば、
半導体レーザから照射されたレーザ光を絞ることで直進
性のよい正反射光を得ることができるので、トナー像か
らの拡散反射光の影響を受けない場所にフォトセンサを
配置することができ、トナー濃度を高精度にて検出する
ことが可能になるという有効な効果が得られる。

【００８７】トナー濃度検出手段に、フォトセンサへの
入射光を光学的に絞るレンズを備えれば、フォトセンサ
への入射光を絞ることで全ての正反射光をフォトセンサ
で受光することができるので、同様にトナー濃度を高精
度にて検出することが可能になるという有効な効果が得
られる。

【００８８】フォトセンサへの入射光を光学的に絞るレ
ンズの直径が当該レンズ位置での正反射光の光束直径よ
りも大きくなるように設定すれば、トナー濃度検出手段
の取り付け精度が悪い状態や像担持体表面が水平でない
状態においても正反射光束がレンズ内に全て入射するの
で、濃度検出精度の劣化を防止することが可能になると
いう有効な効果が得られる。

【００８９】フォトセンサの受光直径がフォトセンサの
受光部位置での正反射光の光束直径よりも大きくなるよ
うに設定すれば、トナー濃度検出手段の取り付け精度が
悪い状態や像担持体表面が水平でない状態においても正
反射光束がレンズ内に全て入射するので、濃度検出精度
の劣化を防止することが可能になるという有効な効果が
得られる。

【００９０】トナー濃度検出手段に半導体レーザ出力可
変手段を備えれば、フォトセンサの感度がばらついたり
トナー濃度検出手段の取り付け精度が悪い場合でも、ト
ナー濃度を高精度にて検出することが可能になるという
有効な効果が得られる。

【００９１】半導体レーザ出力可変手段による半導体レ
ーザの出力の調整を、像担持体の所定箇所の検出値もし
くは所定範囲を検出して演算処理した値により行うよう
にすれば、レーザ出力を調整する際の基準を安定させる
ことができるので、レーザ出力を正常に調整できて常に
安定してトナー濃度を高精度にて検出することが可能に
なるという有効な効果が得られる。

【００９２】像担持体の地肌の全範囲あるいは所定範囲
を検出したときのフォトセンサ出力値を記憶する記憶手
段を備えれば、像担持体の正反射率のバラツキが補正さ
れるので、常に安定してトナー濃度を高精度にて検出す
ることが可能になるという有効な効果が得られる。

【００９３】トナー濃度検出手段によりレジスト調整用
のレジストパターンを検出するようにすれば、レジスト
センサを別に設ける必要がなくなり、コストダウンを図
ることが可能になるという有効な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるカラー画像形成
装置の構成を示す概略図

【図２】図１のカラー画像形成装置におけるトナー濃度
検出手段の構成を示す説明図

【図３】中間転写ベルト上に描画されたテストパターン
とトナー濃度検出手段の出力信号との関係を示す説明図

【図４】中間転写ベルト上に描画されたテストパターン
のトナー濃度とトナー濃度検出手段の出力との関係を示
すグラフ

【図５】トナー濃度の検出手順を示すフローチャート

【図６】トナー濃度検出動作におけるキャリブレーショ
ンの原理を示す説明図

【図７】半導体レーザの出力と中間転写ベルト地肌検出
時におけるトナー濃度検出手段の出力との関係を示すグ
ラフ

【図８】中間転写ベルト上のテストパターンとトナー濃
度検出手段との配置を示す平面図

【図９】図８のテストパターンをトナー濃度検出手段で
検出したときの出力をテストパターンと対比して示す説
明図

【図１０】本発明の実施の形態２におけるトナー濃度検
出手段の構成を示す説明図

【図１１】本発明の実施の形態３におけるトナー濃度の
検出手順を示すフローチャート

【図１２】本発明の実施の形態３における中間転写ベル
ト一周の反射率の検出結果を示す説明図

【図１３】本発明の実施の形態３におけるトナー濃度検
出手段の出力をテストパターンおよび予め取得した中間
転写ベルト地肌レベルに対比して示す説明図

【図１４】従来のカラー画像形成装置におけるトナー濃
度検出手段の構成を示す説明図

【図１５】従来におけるカラートナー濃度とトナー濃度
検出手段との出力の関係を示すグラフ

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 画像ステーション ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 感光体ドラム（感光体） ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 帯電手段 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 現像手段 ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 露光手段 ７ 転写手段 １２ 中間転写ベルト（像担持体） １３ テストパターン発生手段 １４ トナー濃度検出手段 １５ 画像条件補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 麻生 俊洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB09 EE02 GG01 JJ11 KK01 NN01 2H027 DA10 DE02 DE07 DE10 EA02 EA05 EB04 EC04 EC06 EC07 EC09 ED04 ED09 2H030 AB02 AD16 AD17 BB02 BB13 BB23 BB34 BB42 BB44

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潜像が形成される感光体および前記感光体
   に形成された前記潜像をトナー画像として顕画化する現
   像手段が現像色に対応して設けられた複数の画像ステー
   ションと、 それぞれの前記感光体に光を照射して潜像を形成する複
   数の露光手段と、 複数の前記画像ステーションで形成された各色のトナー
   画像を像担持体に順次重ね合わせて転写し、前記像担持
   体上に合成像を形成する転写手段と、 複数の前記露光手段にテストパターンを発生させ、前記
   現像手段および前記感光体を介して前記像担持体上に各
   色毎に相互に濃度の異なるテストパターンを形成するテ
   ストパターン発生手段と、 前記テストパターンの形成された前記像担持体上にレー
   ザ光を照射する半導体レーザおよびそのレーザの正反射
   光を含む反射光を検出するフォトセンサで構成され、前
   記テストパターンの濃度を検出するトナー濃度検出手段
   と、 前記トナー濃度検出手段により検出された結果に基づき
   画像形成条件を補正する画像形成条件補正手段とを有す
   ることを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 【請求項２】前記トナー濃度検出手段は、前記半導体レ
   ーザから照射されたレーザ光を光学的に絞るレンズおよ
   び前記フォトセンサへの入射光を光学的に絞るレンズの
   少なくとも何れかを備えていることを特徴とする請求項
   １記載のカラー画像形成装置。
3. 【請求項３】前記フォトセンサへの入射光を光学的に絞
   る前記レンズの直径が当該レンズ位置での正反射光の光
   束直径よりも大きくなるように設定されていることを特
   徴とする請求項２記載のカラー画像形成装置。
4. 【請求項４】前記フォトセンサの受光直径が前記フォト
   センサの受光部位置での正反射光の光束直径よりも大き
   くなるように設定されていることを特徴とする請求項１
   または２記載のカラー画像形成装置。
5. 【請求項５】前記トナー濃度検出手段には前記半導体レ
   ーザの出力を所定の範囲内で可変とする半導体レーザ出
   力可変手段を備え、前記半導体レーザが消灯したときに
   おける前記フォトセンサの出力値と前記半導体レーザが
   点灯して前記像担持体地肌を検出したときの前記フォト
   センサの出力値の差が所定の値になるように前記半導体
   レーザの出力を調整することを特徴とする請求項１〜４
   の何れか一項に記載のカラー画像形成装置。
6. 【請求項６】前記半導体レーザ出力可変手段による前記
   半導体レーザの出力の調整を、前記像担持体の所定箇所
   の検出値もしくは所定範囲を検出して演算処理した値に
   より行うことを特徴とする請求項５記載のカラー画像形
   成装置。
7. 【請求項７】前記像担持体の地肌の全範囲あるいは所定
   範囲を検出したときの前記フォトセンサ出力値を記憶す
   る記憶手段を備え、トナー濃度検出に先立って前記記憶
   手段内の情報をもとにトナー濃度検出結果を補正するこ
   とを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のカラ
   ー画像形成装置。
8. 【請求項８】前記トナー濃度検出手段によりレジスト調
   整用のレジストパターンを検出することを特徴とする請
   求項１〜７の何れか一項に記載のカラー画像形成装置。