JP2016218245A - 光量制御装置、及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光量調整用パターン（第１パッチ）の濃度のばらつきを低減し、像担持体の残留電位を正確に求め、画像出力に用いる露光量をより正確に設定できる光量制御装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置に用いる光量制御装置であって、光量制御装置が、露光ユニットにより第１パッチの副走査方向の長さを、現像ユニットのスリーブ長、像担持体の周長、中間転写体の周長又は一次転写部材の周長よりも長く生成し、画像濃度検知ユニットにより第１パッチの濃度を副走査方向に亘って検知し、検知したデータを正規化する。
現像ユニットと像担持体のギャップなどで生じる現像能力の変動や、一次転写部材などの径の振れなどで生じる転写能力の変動に起因する露光量調整用パターンの濃度のばらつきを低減し、像担持体の残留電位がより正確に求められるので、画像出力に用いる露光量をより正確に設定できる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、光量制御装置、及びこれを用いた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置では、画像情報に基づいて像担持体上にトナー像を形成し、このトナー像を用紙やＯＨＰシートなどの記録材上に転写する。そして、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力により記録材上にトナー像を定着する。トナー像は画像処理により階調性を滑らかにすることにより、階調とびのない画像が形成される。

この画像処理は、理想的な画像情報を元にテーブルが組まれており、機差や環境によって画像処理を行っていない状態での画質が変化するとその影響を受ける。そのため、センサなどによって画像濃度を読み取り、その結果に応じて現像ポテンシャルを変更して狙いの画像濃度を実現する方法が既に知られている。

しかし、露光条件によって小ドットや小ラインの大きさなどが変わり、ハーフトーンの濃度が変わってしまうことが既に知られている。

本発明は、露光量調整用パターン（第１パッチ）の濃度のばらつきを低減し、像担持体の残留電位を正確に求め、画像出力に用いる露光量をより正確に設定できる光量制御装置の提供を目的とする。

上記課題は、画像形成装置に用いる光量制御装置であって、前記画像形成装置が、像担持体と、前記像担持体上のトナー像が転写される中間転写体と、前記像担持体とで一次転写ニップを形成する一次転写部材と、前記像担持体を帯電する帯電ユニットと、前記帯電ユニットにより帯電された前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光ユニットと、前記静電潜像へトナーを供給してトナー画像を形成する現像ユニットと、前記像担持体上に現像された前記トナー画像の画像濃度を検知する画像濃度検知ユニットと、前記帯電ユニット、前記露光ユニット、前記現像ユニット及び前記画像濃度検知ユニットを制御する光量制御装置と、を備え、前記光量制御装置が、前記帯電ユニットにより前記像担持体を帯電した後、露光後電位が飽和する露光量で、前記露光ユニットにより前記像担持体上に複数の現像バイアス調整用パターンを生成して、前記現像ユニットにおける現像電界を変更しつつ現像し、現像された前記複数の現像バイアス調整用パターンの濃度を前記画像濃度検知ユニットで検知し、検知した前記濃度と前記現像電界のデータから前記現像ユニットの現像バイアスと帯電バイアスを決定し、決定した前記現像バイアス及び前記帯電バイアスで露光量調整用パターンを生成する際に、前記像担持体の表面電位が残留電位となる露光量で第１パッチを生成し、露光量を減らしながら残りのパッチを生成し、前記第１パッチの濃度から求めた飽和電位と、前記残りのパッチの濃度から求めた露光電位の差が所定の電位差となるように、前記露光ユニットの露光量を設定するにあたり、前記露光ユニットにより前記第１パッチの副走査方向の長さを、前記現像ユニットのスリーブ長、前記像担持体の周長、前記中間転写体の周長又は前記一次転写部材の周長よりも長く生成し、前記画像濃度検知ユニットにより前記第１パッチの濃度を副走査方向の長さに亘って検知し、検知した濃度データを正規化することを特徴とする光量制御装置にて解決される。

本発明の光量制御装置は、露光量調整用パターン（第１パッチ）の濃度のばらつきを低減し、像担持体の残留電位をより正確に求められるので、画像出力に用いる露光量をより正確に設定できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。 光量制御装置とそれに接続するユニットの構成を示すブロック図である。 画像濃度検知ユニットの設置位置を示す模式図である。 光学センサの概略断面図である。 実施形態に係る光量制御装置による画像濃度調整手順を説明するフローチャートである。 現像バイアス調整用パターン生成時の感光体電位と現像バイアスを示す図である。 現像バイアス調整用パターンのイメージ図である。 現像バイアス決定のための、現像ポテンシャルとベタ濃度との関係を示す図である。 露光量変更時のデジタルγ特性を示す図である。 露光量と露光後表面電位との関係と、狙いの露光後表面電位を示す図である。 露光エネルギーとベタ濃度との関係を示す図である。 帯電電位の異なる、露光エネルギーとベタ濃度との関係を示す図である。 第１の実施形態に係る露光量調整用パターンの一例を示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ異なる露光調整用パターンを示す。 第２の実施形態に係る露光量調整用パターンの一例を示す図である。 露光量調整用パターンの各パッチの副走査方向長さと濃度との関係を示す図である。 感光体膜厚と小ドットのばらつき程度との関係を示す図である。 感光体膜厚とデジタルγの良さとの関係を示す図である。 感光体膜厚と最適ＬＤパワーの目標値との関係の一例を示す図である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

従来の画像濃度制御は、初期と経時での変動が小さいことを想定しており、経時での露光条件を変更していない。そのような想定では、像担持体の帯電性や光減衰率が一定の範囲でしか安定した画像を出力できない。

電位センサを使用して、像担持体の露光後の帯電電位を測定することで、常に最適な露光量を設定することはできる。しかし、その方法はコストアップにつながるため、安易に採用できない。

電位センサを用いない技術として、例えば特許文献１には次のような技術が開示されている。すなわち、現像バイアス、帯電バイアスを変更しつつ、高濃度のパッチ画像を描き、その濃度を検知することで最適な現像バイアス、帯電バイアスを設定する。その後に、露光量を変化させつつ低濃度のパッチ画像を描き、その濃度を検知することで最適な露光量を設定する。

特許文献１では、高画像（ベタ画像）の濃度調整後に露光条件を変更しても濃度変化は小さいとされている。しかし、露光条件を変更すると、高画像の濃度の変化はさけられない。また、低画像の画像濃度を検知する際に、デジタルハーフトーンで画像パターンを生成しており、露光後の電位を推測することが難しいため、現像バイアス、帯電バイアスを変更することでベタ画像濃度を補正することも困難である。

そこで、発明者らは、像担持体の露光後表面電位を狙いの値とし、あらゆる画像濃度における画質を安定させる技術を検討している。それは、次のように行う。

まず、現像バイアス、帯電バイアスを変更しつつ、高濃度のパッチ画像を描き、その濃度を光センサで検知することで最適な現像バイアス、帯電バイアスを決める。このとき、露光量は像担持体の露光後電位が残留電位（帯電後、露光量を増やしても減衰せずに残る電位）となる強さを使用する。

次いで、決定した帯電バイアス、現像バイアスにおいて、複数のパッチ画像（以下、露光量調整用パターンという）を生成する。このとき、露光量調整用パターンは、露光後の電位が飽和する露光量で生成した第１パッチと、露光量を減らして生成した残りのパッチとで構成されている。

露光量調整用パターンの濃度は、像担持体の露光後電位と相関がある。したがって、第１パッチの濃度から求めた飽和電位と、残りのパッチの濃度から求めた露光電位の差が所定の電位差となるように、画像出力に用いる露光量を設定する。

このようにすると、電位センサを使用せずに、像担持体の露光後表面電位を狙いの値にできる。その結果、狙いのベタ濃度を保ちつつ、ハーフトーン濃度や小ドットを安定させることができる。

しかしながら、発明者らの更なる検討により、露光量調整用パターンの濃度は、現像能力又は転写能力の変動によりばらつくことが分かった。特に、露光後の電位が飽和する露光量で生成した第１パッチの濃度がばらつくと、像担持体の残留電位が正確に求められないので、画像出力に用いる露光量を正確に設定できない。

以下の実施形態では、露光量調整用パターン（第１パッチ）の濃度のばらつきを低減し、像担持体の残留電位を正確に求め、画像出力に用いる露光量をより正確に設定できる光量制御装置について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す：表示の簡略化のため、以下ではこれら略号を省略することもある）のトナー像を生成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを備える。これら画像形成ユニット１は、画像を形成するための画像形成物質として互いに異なる色のＹトナー、Ｃトナー、Ｍトナー、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同じ構成である。

Ｙトナー像を生成する画像形成ユニット１Ｙを例に説明する。画像形成ユニット１Ｙは、感光体ユニット２Ｙと、現像ユニット７Ｙとを有する。画像形成ユニット１Ｙは、画像形成装置１００本体に対して一体的に着脱可能であり、装置本体から取り外した状態では、現像ユニット７Ｙを感光体ユニット２Ｙに対して着脱できる。すなわち、画像形成ユニット１Ｙは、プロセスカートリッジとして構成されている。

感光体ユニット２Ｙ内には、像担持体の一例である感光体３Ｙと、その感光体３Ｙを所定の帯電電位に帯電する帯電ユニット４Ｙとが設けられている。

現像ユニット７Ｙは、感光体３Ｙに形成された静電潜像にトナーを供給し、Ｙ用のトナー画像を形成する。現像されるトナー量は、現像ユニット７Ｙの現像バイアスと感光体３Ｙの静電潜像の電位差である現像ポテンシャルで決まる。

画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの図中下方には、静電潜像を形成する露光ユニット２０が配設されている。露光ユニット２０は、画像情報に基づいてレーザ光Ｌを、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋに照射する。これにより、感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上にＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋ用の静電潜像が形成される。

なお、露光ユニット２０は、光源から発したレーザ光Ｌを、モータによって回転駆動されるポリゴンミラー２１によって偏向させながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋに照射する。この構成に代えて、ＬＥＤアレイで光走査を行うものも採用できる。

露光ユニット２０の下方には、第１給紙カセット３１、第２給紙カセット３２が鉛直方向に重なるように配設されている。これら給紙カセット内には、それぞれ、記録媒体である記録紙Ｐが複数枚重ねられた記録紙束の状態で収容されている。第１給紙カセット３１内の記録紙Ｐには、第１給紙ローラ３１ａが当接し、第２給紙カセット３２内の記録紙Ｐには、第２給紙ローラ３２ａが当接している。

また、第１及び第２給紙カセット３１、３２の図中右側方には、鉛直方向に延在する給紙路３３が配設されている。給紙路３３内には、複数の搬送ローラ対３４が配設されており、給紙路３３の末端には、レジストローラ対３５が配設されている。

画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの図中上方には、中間転写ベルト４１を張架しながら図中反時計回りに無端移動させる中間転写ユニット４０が配設されている。中間転写ユニット４０は、中間転写体の一例である中間転写ベルト４１と、ベルトクリーニングユニット４２と、第１ブラケット４３と、第２ブラケット４４などを備える。また、中間転写ユニット４０は、４つの一次転写ローラ４５Ｙ、４５Ｃ、４５Ｍ、４５Ｋと、二次転写バックアップローラ４６と、駆動ローラ４７と、補助ローラ４８と、テンションローラ４９なども備える。中間転写ベルト４１は、これら８つのローラに張架されながら、駆動ローラ４７の回転駆動によって図中反時計回りに無端移動される。

４つの一次転写ローラ４５Ｙ、４５Ｃ、４５Ｍ、４５Ｋは、無端移動される中間転写ベルト４１を感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋとの間に挟み込んで、それぞれ一次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト４１の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する。中間転写ベルト４１は、その無端移動に伴ってＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋ各色用の一次転写ニップを順次通過していく過程で、その表面に感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上のＹトナー像、Ｃトナー像、Ｍトナー像、Ｋトナー像が重ね合わせられるように一次転写される。これにより、中間転写ベルト４１上に四色重ね合わせトナー像（以下、四色トナー像という）が形成される。

また、中間転写ベルト４１のループ外側には、二次転写ローラ５０が配設されている。二次転写ローラ５０は、二次転写バックアップローラ４６との間に中間転写ベルト４１を挟み込んで二次転写ニップを形成している。

なお、中間転写ユニット４０の上方には、Ｙトナー、Ｃトナー、Ｍトナー、Ｋトナーを各々収容する４つのトナーカートリッジ１９Ｙ、１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｋが設けられている。トナーカートリッジ１９内の各色トナーは補給経路を経て、トナー補給口から各現像ユニット７に補給される。これらのトナーカートリッジ１９は画像形成ユニット１とは独立して画像形成装置１００に対して着脱可能である。

二次転写ニップの図中上方には、定着装置６０が配設されている。この定着装置６０は、ハロゲンランプなどの発熱源を内包する加圧加熱ローラ６１と、定着ベルトユニット６２とを備える。定着ベルトユニット６２は、定着部材である定着ベルト６４と、ハロゲンランプなどの発熱源６３ａを内包する加熱ローラ６３と、テンションローラ６５と、駆動ローラ６６などを有している。そして、無端状の定着ベルト６４を加熱ローラ６３、テンションローラ６５及び駆動ローラ６６によって張架しながら、図中反時計回り方向に無端移動する。この無端移動の過程で、定着ベルト６４は加熱ローラ６３によって裏面側から加熱される。

このようにして加熱された定着ベルト６４の加熱ローラ６３への掛け回し箇所には、図中時計回り方向に回転駆動される加圧加熱ローラ６１がおもて面側から当接している。これにより、加圧加熱ローラ６１と定着ベルト６４とが当接する定着ニップが形成されている。

このような画像形成装置１００において、画像形成方法について説明する。

まず、第１給紙ローラ３１ａが駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動すると、第１給紙カセット３１内の一番上の記録紙Ｐが、給紙路３３に向けて排出される。また、第２給紙ローラ３２ａが駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動すると、第２給紙カセット３２内の一番上の記録紙Ｐが、給紙路３３に向けて排出される。給紙路３３に送り込まれた記録紙Ｐは、これら搬送ローラ対３４のローラに挟まれながら、給紙路３３内を図中下側から上側に向けて搬送される。

レジストローラ対３５は、搬送ローラ対３４から送られてくる記録紙Ｐをローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止する。そして、記録紙Ｐを中間転写ベルト４１上の四色トナー像に同期するタイミングで、二次転写ニップに向けて送り出す。中間転写ベルト４１上の四色トナー像は、二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ５０と二次転写バックアップローラ４６との間に形成される二次転写電界や、ニップ圧の影響により、二次転写ニップ内で記録紙Ｐに一括して二次転写される。そして、記録紙Ｐの白色と相まって、フルカラートナー像となる。

なお、二次転写ニップを通過しても記録紙Ｐに転写されずに中間転写ベルト４１に残った転写残トナーは、ベルトクリーニングユニット４２によってクリーニングされる。ベルトクリーニングユニット４２は、クリーニングブレード４２ａを中間転写ベルト４１の表面に当接させ、ベルト上の転写残トナーを掻き取って除去する。

二次転写ニップを通過した記録紙Ｐは、中間転写ベルト４１から分離した後、定着装置６０内に送られる。そして、定着装置６０内の定着ニップに挟まれながら図中下側から上側に向けて搬送される過程で、定着ベルト６４及び加圧加熱ローラ６１によって加熱され、押圧されて、フルカラートナー像が定着される。

このようにして定着処理が施された記録紙Ｐは、排紙ローラ対６７のローラ間を経た後、機外へと排出される。画像形成装置１００本体の筺体の上面には、スタック部６８が形成されており、排紙ローラ対６７によって機外に排出された記録紙Ｐは、このスタック部６８に順次スタックされる。

以下より、画像形成装置１００における、画像濃度の調整について説明する。

図２は、光量制御装置とそれに接続するユニットの構成を示すブロック図である。図２に示すように、光量制御装置３００は、画像形成装置１００全体を制御する制御装置２００内に含まれている。光量制御装置３００（及び制御装置２００）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを包含するコンピュータで構成されている。また、光量制御装置３００（及び制御装置２００）は、画像濃度検知ユニット１０２と、環境変動検出ユニット２０１と、装置使用量検出ユニット２０２と、帯電ユニット４Ｙ〜４Ｋと、露光ユニット２０と、現像ユニット７Ｙ〜７Ｋと接続している。なお、光量制御装置３００は画像形成装置１００の外に設置してもよい。

画像濃度検知ユニット１０２は、中間転写ベルト４１に形成される画像（トナーパッチ）の濃度を検知する光学センサであり、環境変動検出ユニット２０１は、画像形成装置の内部の温湿度を検出する温湿度センサである。装置使用量検出ユニット２０２は、感光体３の作像動作時間をカウントするクロックである。帯電ユニット４、露光ユニット２０、現像ユニット７については上記した。

図３は、画像濃度検知ユニットの設置位置を示す模式図である。図３に示すように、中間転写ベルト４１に対向して、画像濃度検知ユニットである光学センサ１０２が設置されている。

図４は、光学センサの概略断面図である。図４に示すように、光学センサ１０２は、発光手段である発光素子３１１と、第１の受光手段である正反射受光素子３１２と、第２の受光手段である拡散反射受光素子３１３などを有する。

発光素子３１１は中間転写ベルト４１の表面に向けて光を出射する。正反射受光素子３１２は、中間転写ベルト４１の表面や、その表面に転写されたトナーパッチで正反射した正反射光を受光して、受光量に応じた電圧を出力する。一方、拡散反射受光素子３１３は、中間転写ベルト４１の表面や、その表面に転写されたトナーパッチで拡散反射した拡散反射光を受光して、受光量に応じた電圧を出力する。

光学センサ１０２の発光素子３１１には、ピーク発光波長が９４０［ｎｍ］のＧａＡｓ発光ダイオードが用いられている。また、正反射受光素子３１２及び拡散反射受光素子３１３には、ピーク分光感度波長が８５０［ｎｍ］のＳｉフォトトランジスタが用いられている。これにより、光学センサ１０２は、色による反射率に顕著な差のない８３０［ｎｍ］以上の赤外光を検出できるため、一つのセンサで、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ全色のトナーパッチを検知できる。

以下、本実施形態に係る光量制御装置３００による画像濃度調整について、図５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１において、まず光量制御装置３００は、帯電ユニット４を指示して、所定のタイミングで感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋを帯電する。その際、帯電ユニット４は、帯電電位が図６に示すようなステップ状となるように帯電する。次に、光量制御装置３００は、露光ユニット２０を指示して、感光体３にベタパターンを露光する。この時の露光量は、露光後の感光体電位がこれ以上下がらない飽和露光後電位（残留電位）になるのに十分な量とする。このように、現像電界を変更しつつ現像することによって、図７に示すように、感光体３上には濃度の異なる複数のベタパッチが生成される。これらベタパッチを現像バイアス調整用パターンという。

次に、ステップＳ２において、これら現像バイアス調整用パターンは、一次転写ニップで、中間転写ベルト４１上に転写される。光量制御装置３００は、画像濃度検知ユニット１０２を指示して、転写された現像バイアス調整用パターンの濃度を検知し、保存する。

次に、ステップＳ３に移行し、光量制御装置３００は、事前に実験で得てある残留電位とパターン現像時の現像バイアスから、各現像バイアス調整用パターンの現像ポテンシャルを算出する。算出した現像ポテンシャルと、ステップＳ２において検知した濃度より、図８に示すような現像ポテンシャルとベタ濃度との関係が得られる。

図８において、横軸は現像ポテンシャル（Ｖ）であり、縦軸はベタ濃度である。複数の現像ポテンシャルとベタ濃度との関係から、点線で示すような近似曲線が得られる。この近似曲線から、狙いのベタ濃度を得るために必要な現像ポテンシャルが定まり、したがって現像バイアスを決定できる。本実施形態では、狙いのベタ濃度は、後述する露光量の設定を考慮して、実際の出力画像よりも濃い値に設定する。

次に、ステップＳ４に移行し、光量制御装置３００は帯電バイアスを決める。帯電バイアスは、現像バイアスと感光体地肌部の差である地肌ポテンシャルが所定の値となるように決定する。通常は、地肌ポテンシャルを１００（Ｖ）から３００（Ｖ）程度として、帯電バイアスの直流成分に加算する。

次に、露光量の決定フローに入るが、その前に本実施形態において、どのような露光量を設定するか説明する。本実施形態では、例えば、デジタルγが画像形成装置１００の性能の許す範囲でなるべく直線に近くなるような最大露光量を設定する。

図９は、露光量変更時のデジタルγ特性を示す図である。図９は、横軸に書き込み信号により表される画像面積率をとり、縦軸に光減衰率（＝（露光後電位−残留電位）／帯電電位）をとって、両者の関係を表している。図中の矢印は、露光量を減らしていったときのデジタルγの変化を示す。図９より露光量を減らすにつれて、デジタルγは直線に近づいていくのが分かる。このデジタルγが直線で露光量が最大のとき、階調特性が直線に最も近くなり、高画質となる。

図１０は、露光量と露光後表面電位との関係と、狙いの露光後表面電位を示す図である。図１０は、横軸にＬＤＰ（露光量）（％）をとり、縦軸にＶＬ（露光後電位）（Ｖ）をとっている。そして、帯電電位と露光量（ＬＤＰ）を変化して露光後電位をプロットしている。残留電位が一定であるときのデジタルγがほぼ直線になる露光後電位を「狙いの露光後表面電位」として、図中に表記してある。図１０に示すように、３つの帯電電位において、狙いの露光後表面電位は、ほぼ同じ値（６５Ｖ程度）となっている。

図１０の露光量ＬＤＰは、感光体が単位時間当たりに受ける光エネルギーを意味し、ある固定値を１００％として、露光量の違いを％で表現したものである。また、デジタルγがどこまで直線に近づくかは画像形成装置のシステムにより異なる。本実施形態では、画像面積率のデータに対する光減衰率のデータを一次近似したとき、相関係数Ｒ^２が０．９７以上、望ましくは０．９８以上となるとき、デジタルγは直線に近づいた状態と定義する。その相関係数が得られる最大露光量を狙いの露光量とし、そのときの所定の電位差、すわなわち（露光後電位−残留電位）を狙い値とする。

なお、システムにより相関関数０．９７以上となる光量を採用した時に細線がでないなどの副作用が発生する場合、副作用が発生しない中での最も弱い光量を使用する。

さて、画像形成装置のシステムが決まれば、（露光後電位−残留電位）の理想値も決まることが発明者らの検討により判明した。（露光後電位−残留電位）の狙い値となるように露光量を決定することは、現像バイアス決定時のデータから次のように行なう。

例えば、現像ポテンシャルとベタ濃度との関係が図８に示す関係の場合、現像ポテンシャルが５００Ｖ変化するとベタパターンの濃度が１．０変化する。すなわち、現像ポテンシャル５０ｖあたり０．１の濃度変化である。（露光後電位−残留電位）の狙い値が５０Ｖとすると、残留電位におけるパターンの濃度から濃度が０．１薄くなったパターン生成時の電位が（露光後電位−残留電位）が５０Ｖとなったポイントであるとわかる。

図１１は、露光エネルギーとベタ濃度との関係を示す図である。図１１は、横軸に露光エネルギー（％）をとり、縦軸にベタ濃度をとって、残留電位となる状態から減らした露光量とベタ濃度の関係を表す図である。図１１に示すように、濃度が０．１薄くなる露光量を求めることができ、ひいては、狙いの小ドットなどが安定する露光条件を設定することができる。

図５のフローチャートに戻り、画像濃度調整についての説明を続ける。

ステップＳ５において、光量制御装置３００は帯電バイアスに基づいて、露光量を変えて、パッチを生成する。あるいは、帯電バイアスによらず、露光量を一定量ずつ減らしてパッチを作ってもよい。しかし、図１２のように高帯電電位（図中：高Ｖｃ）と低帯電電位（図中：低Ｖｃ）では、設定すべき露光量が大きく異なるので、帯電バイアスに基づいて露光量の水準を変えることがパッチ数を少なくする上で望ましい。以下、このパッチを露光量調整用パターンという。

表１は、設定された帯電バイアスの大きさに対し、露光量の大きさを変えてつくるパターンの露光量の水準例を示す。表１に示すように、露光量調整用パターンの先頭から順に１、２、３…と番号付けされており、帯電バイアスのＤＣ成分の大きさにしたがって、露光量が割り振られている。

第１水準目の露光量は、残留電位を得るため高い光量とし、帯電バイアスによらず皆同じである。第２水準目の露光量は、帯電バイアスに応じて小さい値としている。また、帯電バイアスに比例して、水準間の露光量差を小さくしている。これらの水準は、事前に、基準の感光体を用意し、帯電バイアスと露光後電位の相関を実験的に求めて決定する。なお、表１はルックアップテーブルとして、光量制御装置３００に保存しておく。

このように、光量制御装置３００は帯電バイアスに基づいて、ルックアップテーブル（表１）を用いて複数の露光量調整用パターンを生成するので、各帯電電位に応じて適正な水準で露光量調整用パターンを形成することができる。

次いで、ステップＳ６において、光量制御装置３００は、画像濃度検知ユニットを指示して、露光量調整用パターンの濃度を検知し、保存する。これにより、図１１あるいは図１２に示すように、露光量とベタ濃度との関係が得られる。

次いで、ステップＳ７において、光量制御装置３００は、ステップＳ３で得た、図８に示す現像ポテンシャルとベタ濃度との関係（現像特性）から、狙いの（露光後電位−残留電位）を得るのに必要なベタ濃度の低下量を求める。

そして、ステップＳ８において、光量制御装置３００は、図１１あるいは図１２に示す露光量とベタ濃度との関係から、必要なベタ濃度低下量に対する露光量を算出し、画像出力に用いる露光量を決定する。

このようにして、光量制御装置３００は、露光量調整用パターンで現像バイアス、帯電バイアス及び露光量を調整する。あらかじめ調整後のベタ濃度を把握した上で調整を行うので、ベタ濃度が狙いとずれることはない。上記したように、現像バイアスを決定する際の狙いのベタ濃度を、露光量調整時の濃度低下分を織り込んで高めに設定しておくので、画像出力時のベタ濃度を安定して狙い値に調整できる。また、露光量がデジタルγに基づいて調整されるので、小ドット、小ラインも安定した濃度とすることができる。

続いて、本発明の特徴部分について説明する。

図１３は、第１の実施形態に係る露光量調整用パターンの一例を示す図である。図１３（ａ）に示すように、画像濃度検知ユニット１０２に対して６つのパッチを生成する。先頭の１番目のパッチをパッチＮｏ．１とし、それ以降をパッチＮｏ．２、パッチＮｏ．３・・・パッチＮｏ．６とする。

ここで、パッチＮｏ．１は、露光後電位が飽和する露光量で生成されたパッチとして、第１パッチといい、パッチＮｏ．２以降は、パッチＮｏ．１よりも少ない露光量で生成したパッチとして、残りのパッチという。

発明者らは、画像濃度検知ユニット１０２により検知された露光量調整用パターンの濃度は、現像能力や転写能力の変動により、ばらつくことを明らかにしている。特に、残留電位の基準となる第１パッチの濃度のばらつきは、設定すべき露光量の精度に大きく影響する。

現像能力の変動は、現像ユニット７のスリーブと感光体３のギャップなどによって生じる。このギャップは、現像ユニット７のスリーブ又は感光体３の回転で変動するため、現像能力もそれらの周期ごとに変動する。

また、転写能力の変動は、感光体３、中間転写ベルト４１や一次転写ローラ４５の接触の仕方（転写圧や転写ニップ幅の大きさ）などによって生じる。転写圧、転写ニップ幅ともに、例えば感光体３や一次転写ローラならば径の振れや軸のずれなどに影響を受け、中間転写ベルト４１ならばベルトの厚さのばらつきなどに影響を受ける。ただし、いずれの影響も、感光体３、中間転写ベルト４１や一次転写ローラ４５の回転で変動するため、転写能力もそれらの周期ごとに変動する。

そこで、本実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、パッチＮｏ．１（第１パッチ）の副走査方向の長さを、現像ユニット７のスリーブ長、像担持体（感光体３）、中間転写体（中間転写ベルト４１）の周長又は一次転写部材（一次転写ローラ４５）の周長よりも長く生成する。そして、画像濃度検知ユニット１０２により、このパッチＮｏ．１の濃度を副走査方向の長さに亘って検知し、検知した濃度データを正規化する。

すなわち、現像能力及び転写能力の変動は、現像ユニット７のスリーブ長などの周期ごとに繰り返し生じるため、それらの１周期の長さ分に亘り、第１パッチの濃度を検知すれば、周期的に繰り返される濃度データを得ることができる。

また、ここで「正規化する」とは検知した濃度データを一定のルール（規則）に基づいて変形することであり、例えば濃度データの平均値を求めたり、最もサンプル数Ｎの多い濃度データを求めたりすることである。検知した濃度データを正規化することにより、代表的（支配的）な濃度を求めることができる。

このように、本実施形態では、現像能力や転写能力の変動に起因する、第１パッチの濃度のばらつきを低減し、像担持体の残留電位をより正確に求めることができる。したがって、画像出力に用いる露光量をより正確に設定できる。

（変形例）
パッチＮｏ．１は、図１３（ｃ）に示すように、離散的なパッチを複数整列する構成としてもよい。

この離散的なパッチの大きさは、トナー消費量を抑えるため、画像濃度検知ユニット１０２が検知を正確に行うのに必要最小限の大きさとしてよい。その際、パッチのエッジ付近は、エッジ効果で付着量が変動するので検知せず、中央付近を複数点検知する。また、パッチ同士の間隔は、現像ユニット７のスリーブ長、像担持体の周長、中間転写体の周長又は一次転写部材の周長のうち、最も短い周長の周期ごとの長さとする。このように生成すると、複数の周期が組み合わさった周期変動を効果的に除去できる。さらに、最も短い周長の周期の１／ｎ（ｎは整数）の間隔でパッチを作成すると、周期変動の影響をより効果的に除去できる。

（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態に係る露光量調整用パターンの一例を示す図である。図１４に示すように、本実施形態では、パッチＮｏ．１〜６の副走査方向の長さを、現像ユニット７のスリーブ長、像担持体の周長、中間転写体の周長又は一次転写部材の周長よりも長く生成する。そして、画像濃度検知ユニット１０２により、これらパッチＮｏ．１〜６の濃度を副走査方向の長さに亘って検知し、検知した濃度データを正規化する。

これにより、現像能力や転写能力の変動に起因するパッチＮｏ．１〜６の濃度のばらつきを低減し、パッチＮｏ．１〜６の濃度から露光電位の差が正確に算出できるので、画像出力に用いる露光量をより正確に設定できる。図１４に示したパターンで設定した露光量で作像した画像は、図１３（ｂ）、（ｃ）に示したパターンでの画像と比較して、狙いのベタ濃度を保ちつつ、ハーフトーン濃度や小ドットを更に安定させることができる。

（第３の実施形態）
露光量調整用パターンの各パッチの長さが、現像ユニット７のスリーブ長、像担持体の周長、中間転写体の周長又は一次転写部材の周長より長くあっても、現像能力や転写能力の変動に起因する各パッチ濃度のばらつきを正しく低減できない場合がある。

図１５は、露光量調整用パターンの各パッチの副走査方向長さと濃度との関係を示す図である。図１５には、感光体３の副走査方向の位置におけるパターン濃度（グラフ１）と、現像スリーブの副走査方向の位置におけるパターン濃度（グラフ２）とがプロットされている。さらに、画像濃度検知ユニット１０２の検知する、副走査方向の位置における濃度の積分値（グラフ３）がプロットされている。グラフ１、２はそれぞれ感光体３又は現像スリーブの周長周期の変動（１周期分積分すると変動が０になる）を有している。また、感光体３の周長は、現像スリーブの周長の１．５倍である。

この場合、画像濃度検知ユニット１０２の検知する濃度の積分値は、各パッチの副走査方向の長さ（どれだけの長さを検知したか）によって大きく変動する。

図１５の比較例、すなわち感光体３の１周期の位置までの長さを検知する場合、感光体３の周期的に繰り返される濃度データを得ることができる。しかし、同時に現像スリーブの１．５周期分の濃度データを得ることになり、結果として、濃度データに変動（偏り）が残ることになる。

そこで、本実施形態では、露光量調整用パターンの各パッチの副走査方向長さを感光体周長と現像スリーブ周長の最小公倍数の長さとすることで、両者の周期変動を取り除く。例えば、図１５の実施形態、すなわち各パッチの副走査方向長さを感光体３の２周期（現像スリーブの３周期）の位置までの長さとする場合、感光体３、現像スリーブともに周期的に繰り返される濃度データを得ることができる。したがって、変動（偏り）の無い濃度データを得ることができる。

これより、現像能力や転写能力の変動に起因する、露光量調整用パターンの各パッチ濃度のばらつきを低減できるので、画像出力に用いる露光量をより正確に設定できる。

本実施形態では、露光量調整用パターンの副走査方向の長さを、感光体の周長と現像スリーブ周長の最小公倍数の長さとしたが、これに限定しない。各パッチの副走査方向長さを、現像ユニットのスリーブ長、前記像担持体の周長、中間転写体の周長及び一次転写部材の周長の少なくともいずれか二つの最小公倍数とし、対象の画像形成装置に応じて組み合わせを変更すればよい。

（第４の実施形態）
一般に、感光体の静電容量は、感光体膜厚によって変化する。そして、露光量が同じであっても、感光体膜厚によってドット品質（小ドットのばらつき程度）やデジタルγは変化する。本実施形態では、感光体膜厚と、ドット品質及びデジタルγとの関係を説明し、感光体膜厚に応じた露光量の補正について説明する。

図１６は、感光体膜厚と小ドットのばらつき程度との関係を示す図である。横軸に感光体膜厚をとり、縦軸に小ドットのばらつき程度（％）をとっている。ここで、小ドットのばらつき程度（％）は、出力した孤立ドットパターンをスキャナで読み取り、ドット解析プログラムによりドット径ばらつきとして求める。

図１６に示すように、小ドットのばらつき程度は、感光体膜厚が薄くなるほど低下する（良くなる）ことが分かる。

図１７は、感光体膜厚とデジタルγの良さとの関係を示す図である。横軸に感光体膜厚をとり、縦軸にデジタルγの良さをとっている。ここで、デジタルγの良さとは、プリンターテストチャートの濃度スケールの階調出力画像（２５６階調）において、濃度スケール部の測定明度Ｌ＊と階調段数との相関を求めた時の決定係数のことをいう。この決定係数は、縦軸を測定明度Ｌ＊、横軸を階調で表したグラフから、最小二乗法により回帰直線を求めた時の値Ｒ^２のことである。１に近いほど、階調のγリニアリティがよいことを表わす。なお、γリニアリティは濃度スケール部の１６段と、黒ベタのパッチ部をあわせた計１７ヶ所の測定結果から求める。

図１７に示すように、デジタルγの良さは、感光体膜厚が厚くなるほど大きくなる（良くなる）ことが分かる。

最適ＬＤパワーの目標値は、図１６の「小ドットのバラツキ程度％」と、図１７の「デジタルγの良さ」が共に目標（許容レベル）となるように決める。一般に、小ドットのばらつき程度はＬＤパワーを上げるとよくなり、デジタルγの良さはＬＤパワーを下げるとよくなる。そのため、感光体膜厚毎に、ＬＤパワーと小ドットのバラツキ程度％の関係と、ＬＤパワーとデジタルγの良さの関係を求め、両者が目標（許容レベル）となるような最適ＬＤパワーの目標値を決める。

本実施形態では、最適ＬＤパワーの目標値を、感光体膜厚に応じて小さくする場合について説明する。

図１８は、感光体膜厚と最適ＬＤパワーの目標値との関係の一例を示す図である。横軸に感光体膜厚をとり、縦軸に最適ＬＤパワーの目標値をとっている。図１８に示すように、最適ＬＤパワーの目標値は、感光体膜厚に応じて小さくしている。

一般に感光体膜厚は、感光体走行距離に応じて減少するので、感光体走行距離に応じてＬＤパワーの目標値を低めに設定するのが好ましい。

表２は、感光体走行距離に対するＬＤパワー補正値の一例を示す。ＬＤパワー補正値とは、第１〜３の実施形態で設定した露光量を基準としたＬＤパワーの補正値である。

例えば、第１〜３の実施形態で設定した露光量が７０％であるとする。感光体走行距離が１０〜２０ｋｍの範囲であれば、ＬＤパワー補正値を＋１５％加算し、画像出力に用いる露光量を８５％に設定する。ここで、感光体走行距離は、装置使用量検出ユニット２０２（図２参照）がカウントした作像動作時間と単位時間当たりの感光体回転速度との積により求められる。

また、ＬＤパワー補正値が全てプラスなのは、第１〜３の実施形態で設定した露光量では、小ドットのばらつき程度％が目標（許容レベル）を達成できていないことを意味している。感光体が新品に近いときにはプラスの補正量を大きくし、寿命に近づくほどプラスの補正量を小さくすることで、ベタ濃度とハーフトーン濃度を目標濃度にするとともに、小ドットばらつき程度とデジタルγの良さの両方も目標（許容レベル）を達成できる。

露光量の補正の方法は、表２のように走行距離区分で行う方法のほかに、感光体走行距離に対して反比例させた露光量補正値を加算してもよい。前者の方法は区分をまたいだ時に画像変化が急激になるのに対して、後者の方法では区分が無く連続的に補正値が変化するため、画像変化が少なく好ましい。

本実施形態では、感光体膜厚に応じた適正な露光量が設定されるため、経時使用に伴い感光体膜厚が薄くなっても、デジタルγの直線性（γリニアリティ）の悪化を防ぐことができる。また、感光体走行距離に応じてＬＤパワーを補正するので、小ドットばらつき程度を目標（許容レベル）に収めることができる。

以上、実施形態を挙げて本発明について説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更してもよい。例えば、第１〜４の実施形態において、露光量調整用パターンは、パッチの数が６つとなっているが、これに限定されない。また、１番目のパッチを露光後電位が飽和する露光量で生成されたパッチとしているが、任意の位置のパッチを露光後電位が飽和する露光量で生成されたパッチとしてよい。

１Ｃ、Ｋ、Ｍ、Ｙ 画像形成ユニット
２Ｙ 感光体ユニット
３Ｃ、Ｋ、Ｍ、Ｙ 感光体
４Ｃ、Ｋ、Ｍ、Ｙ 帯電ユニット
７Ｃ、Ｋ、Ｍ、Ｙ 現像ユニット
１９Ｃ、Ｋ、Ｍ、Ｙ トナーカートリッジ
２０ 露光ユニット
２１ ポリゴンミラー
３１ 第１給紙カセット
３１ａ 第１給紙ローラ
３２ 第２給紙カセット
３２ａ 第２給紙ローラ
３３ 給紙路
３４ 搬送ローラ対
３５ レジストローラ対
４０ 中間転写ユニット
４１ 中間転写ベルト
４２ ベルトクリーニングユニット
４２ａ クリーニングブレード
４３ 第１ブラケット
４４ 第２ブラケット
４５ 一次転写ローラ
４５Ｃ、Ｋ、Ｍ、Ｙ 一次転写ローラ
４６ 二次転写バックアップローラ
４７ 駆動ローラ
４８ 補助ローラ
４９ テンションローラ
５０ 二次転写ローラ
６０ 定着装置
６１ 加圧加熱ローラ
６２ 定着ベルトユニット
６３ 加熱ローラ
６３ａ 発熱源
６４ 定着ベルト
６５ テンションローラ
６６ 駆動ローラ
６７ 排紙ローラ対
６８ スタック部
１００ 画像形成装置
１０２ 画像濃度検知ユニット（光学センサ）
２００ 制御装置
２０１ 環境変動検出ユニット
２０２ 装置使用量検出ユニット
３００ 光量制御装置
３１１ 発光素子
３１２ 正反射受光素子
３１３ 拡散反射受光素子

特開２００７−１４０５４５号公報

Claims (5)

1. 画像形成装置に用いる光量制御装置であって、
   前記画像形成装置が、像担持体と、前記像担持体上のトナー像が転写される中間転写体と、前記像担持体とで一次転写ニップを形成する一次転写部材と、前記像担持体を帯電する帯電ユニットと、前記帯電ユニットにより帯電された前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光ユニットと、前記静電潜像へトナーを供給してトナー画像を形成する現像ユニットと、前記像担持体上に現像された前記トナー画像の画像濃度を検知する画像濃度検知ユニットと、前記帯電ユニット、前記露光ユニット、前記現像ユニット及び前記画像濃度検知ユニットを制御する光量制御装置と、を備え、
   前記光量制御装置が、前記帯電ユニットにより前記像担持体を帯電した後、露光後電位が飽和する露光量で、前記露光ユニットにより前記像担持体上に複数の現像バイアス調整用パターンを生成して、前記現像ユニットにおける現像電界を変更しつつ現像し、現像された前記複数の現像バイアス調整用パターンの濃度を前記画像濃度検知ユニットで検知し、検知した前記濃度と前記現像電界のデータから前記現像ユニットの現像バイアスと帯電バイアスを決定し、
   決定した前記現像バイアス及び前記帯電バイアスで露光量調整用パターンを生成する際に、前記像担持体の表面電位が残留電位となる露光量で第１パッチを生成し、
   露光量を減らしながら残りのパッチを生成し、
   前記第１パッチの濃度から求めた飽和電位と、前記残りのパッチの濃度から求めた露光電位の差が所定の電位差となるように、前記露光ユニットの露光量を設定するにあたり、
   前記露光ユニットにより前記第１パッチの副走査方向の長さを、前記現像ユニットのスリーブ長、前記像担持体の周長、前記中間転写体の周長又は前記一次転写部材の周長よりも長く生成し、前記画像濃度検知ユニットにより前記第１パッチの濃度を副走査方向の長さに亘って検知し、検知した濃度データを正規化することを特徴とする光量制御装置。
2. 前記残りのパッチの副走査方向における長さを、前記現像ユニットのスリーブ長、前記像担持体の周長、前記中間転写体の周長又は前記一次転写部材の周長よりも長く生成し、前記画像濃度検知ユニットにより前記残りのパッチの濃度を副走査方向の長さに亘って検知し、検知した濃度データを正規化することを特徴とする請求項１に記載の光量制御装置。
3. 前記露光量調整用パターンの各パッチの副走査方向長さが、前記現像ユニットのスリーブ長、前記像担持体の周長、前記中間転写体の周長及び一次転写部材の周長の少なくともいずれか二つの最小公倍数と等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光量制御装置。
4. 前記光量制御装置が、前記第１パッチの濃度から求めた飽和電位と、前記残りのパッチの濃度から求めた露光電位の差が所定の電位差となるように、前記露光ユニットの露光量を設定した後、感光体膜厚に応じて露光量を補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光量制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光量制御装置を備える画像形成装置。