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JP4016949B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
技術分野
この発明は、プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置において画像濃度を安定化させる技術に関するものである。
【０００２】
背景技術
電子写真技術を応用した複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置では、装置の個体差、経時変化や、温湿度など装置の周囲環境の変化に起因してトナー像の画像濃度が異なることがある。そこで、従来より、画像濃度の安定化を図るための種々の技術が提案されている。このような技術としては、例えば像担持体上にテスト用の小画像（パッチ画像）を形成し、そのパッチ画像の濃度に基づいて、画像の濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化する技術がある。この技術は、濃度制御因子を種々に変更設定しながら像担持体上に所定のトナー像を形成するとともに、像担持体上のトナー像、もしくは該トナー像を中間転写媒体などの他の転写媒体に転写してなるトナー像をパッチ画像としてその画像濃度を検出し、そのパッチ画像濃度が予め設定された目標濃度と一致するように濃度制御因子を調節することで、所望の画像濃度を得ようとするものである。
【０００３】
パッチ画像濃度を測定する技術（以下、「パッチセンシング技術」という）としては種々のものが従来より提案されているが、光学的手段によるものが最も一般的である。すなわち、パッチ画像を形成された像担持体もしくは転写媒体の表面領域に光を照射するとともに、該表面領域から反射または透過する光を光センサにより受光し、その光量に基づいてパッチ画像濃度を求めている。
【０００４】
パッチ画像濃度に基づいて濃度制御因子を調節する画像形成装置では、濃度制御因子を適正に設定して良好な画質のトナー像を得るためには、形成したパッチ画像の濃度を如何に精度よく検出するかが重要な問題となる。しかしながら、上記した従来のパッチセンシング技術では、形成された画像の濃度が直接的に測定されるのではなく、パッチ画像として像担持体もしくは転写媒体の表面に一時的に担持されているトナー像から出射される光量を検出し、その検出結果から間接的に画像濃度を見積もっているに過ぎないため、センサ出力が必ずしも最終的な画像濃度を正しく反映しているとは言えない場合がある。また、センサの特性ばらつきや検出誤差によってセンサ出力と最終的な画像濃度との間に齟齬を生じることもある。
【０００５】
また、上記のように感光体や転写媒体などの像担持体上に形成されるトナー画像の画像濃度を濃度センサによって測定する場合、その測定結果は単に像担持体に付着されるトナー量のみで決定されるのではなく、像担持体の表面状態、例えば反射率や表面粗さ等に応じて測定結果が変動することがある。例えば、画像形成装置の累積印字枚数の増大に伴って像担持体の表面色が変化すると、トナー付着量が同一であったとしても表面色の変化に応じて濃度センサからの出力が変動してしまい、正確な濃度測定が困難となる。また、像担持体の表面状態が不均一となっている場合には表面状態による影響を無視することができなくなる。
【０００６】
このようにセンサ出力が最終的な画像濃度を正しく反映していないと、このセンサ出力から誤って見積もられた画像濃度に基づいて濃度制御因子が調節されることとなる。その結果、濃度制御因子はその最適値から外れた状態に設定されてしまう。特に、例えばベタ画像を形成したときのように比較的高密度にトナーが付着した状態では、トナー付着量の増減に対して最終的な画像濃度の変化は小さいため、センサ出力のわずかなズレであってもそれにより設定される濃度制御因子の値は大きく変化してしまい、その結果、濃度制御因子がその最適値とは大きく異なる状態に設定されて、画像品質が損なわれるほか、下記のような不具合を生じることがあった。
【０００７】
例えば、ベタ画像などの高濃度画像において、センサ出力から求まる画像濃度が実際の画像濃度より低く見積もられた場合、装置はさらに画像濃度を上昇させるべく濃度制御因子を調節することとなる。その結果、トナー付着量が過剰となって転写・定着不良を起こしたり、トナーの消費量が異常に多くなってしまうことがある。また、必要以上にトナー付着量が高くなる条件の下で画像形成を繰り返すことにより、先の画像形成の履歴が後に形成する画像に影響を及ぼしたり、さらには装置の寿命を著しく縮めてしまうことがある。
【０００８】
さらに、形成されるパッチ画像の画像濃度は様々な要因の組み合わせによって決まるものであるから、その画像濃度に基づいて、画像濃度に影響を与える複数の濃度制御因子を個別に最適化するためには複雑な処理が必要となる。そのため、従来の濃度制御技術では、このような複雑な行わせることによって装置コストの上昇を招いたり、処理に長時間がかかって画像形成のスループットが低下するなどの問題があった。そこで、より簡易な方法で、しかも確実に濃度制御因子を最適化することのできる技術の確立が望まれている。
【０００９】
この発明の目的は、センサの特性ばらつき等によるパッチ画像濃度の検出誤差に影響されることなく濃度制御因子を適切な状態に設定することのできる画像形成装置および画像形成方法を提供することである。
【００１０】
発明の開示
上記目的を達成するために、この発明は、画像濃度に影響を与える濃度制御因子であって該濃度制御因子に対してパッチ画像の画像濃度が単調増加するとともに画像濃度の変化率が濃度制御因子に対して単調減少となる濃度制御因子を多段階に変更設定することにより画像形成条件を多段階に変化させながら各画像形成条件でパッチ画像を形成するとともに、濃度検出手段による各パッチ画像のトナー濃度の検出結果と、濃度制御因子に対する検出結果の変化率とに基づき濃度制御因子を最適化する。
【００１１】
このように構成された発明では、濃度検出手段により検出された各パッチ画像の絶対的なトナー濃度だけではなく、その濃度制御因子に対する変化率も加味して濃度制御因子を最適化するようにしている。そのため、各パッチ画像について検出されたトナー濃度が検出誤差により実際とは異なっていたとしても、濃度制御因子をその最適値から大きく異なる状態に設定してしまうことは未然に防止されている。その理由は以下の通りである。
【００１２】
濃度検出手段により検出された各パッチ画像のトナー濃度には、前述したように、センサの特性ばらつき等に起因する検出誤差が含まれている可能性がある。そのため、検出されたパッチ画像のトナー濃度のみに基づいて濃度制御因子を調節すると、この検出誤差のために最適値から外れた状態に設定されてしまうことがある。このような検出誤差は一般には各パッチ画像について同様の傾向で現れる。つまり、各パッチ画像についての検出結果が実際の濃度に比べ全体として高めとなるか、低めとなるかのいずれかであって、一連の検出結果にその両方が現れることはあまりない。そのため、各パッチ画像について求められた絶対的なトナー濃度が検出誤差により変動しても、各パッチ画像間の相対的な濃度差にはあまり変化がない。すなわち、検出された各パッチ画像のトナー濃度から求めた濃度制御因子に対するトナー濃度の変化率は、検出誤差の影響を受けにくい。そして、濃度制御因子とトナー濃度との理想的な、すなわち検出誤差を含まない対応関係は事前に実験的にもしくは理論的に把握することが可能である。
【００１３】
そこで、このように検出誤差の影響が現れにくいトナー濃度の変化率を求め、その結果と絶対的なトナー濃度との双方の結果に基づき濃度制御因子を最適化するようにすれば、検出誤差の影響を抑えてより最適値に近く濃度制御因子を設定することが可能となり、こうして設定された画像形成条件の下で画像形成を行うことにより、画質の良好なトナー像を安定して形成することが可能となる。なお、ここでいうパッチ画像の「トナー濃度」とは、濃度検出手段による検出結果から求められる推定値であって、形成されたパッチ画像の「真の」トナー濃度とは必ずしも一致しない。
【００１４】
この発明において、トナー濃度が濃度目標値と一致する条件が見つかれば、そのときの濃度制御因子の値をその最適値として設定してよいことは言うまでもない。ただし、求められたトナー濃度は誤差を含んでいるから、こうして設定された値が本当にその最適値となっているとは限らない。特に、例えば高濃度のパッチ画像を形成したときのように、濃度制御因子の変化に対するトナー濃度の変化率が比較的小さくなっている場合には、わずかな検出誤差でも設定される濃度制御因子の値が大きく異なってしまうこととなる。このような場合には、むしろトナー濃度の変化率に基づいて、変化率が所定の有効変化率とほぼ一致するときを濃度制御因子の最適値とする方が好ましいこともある。
【００１５】
発明を実施するための最良の形態
＜第１実施形態＞
（１）装置の構成
第１図は、この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図である。また、第２図は第１図の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置である。この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じて本発明の「像形成手段」として機能するエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御してシートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００１６】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２が第１図の矢印方向ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２の周りにその回転方向ｄ1に沿って、帯電ユニット３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３は帯電制御部１０３から帯電バイアスが印加されており、感光体２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。
【００１７】
そして、この帯電ユニット３によって帯電された感光体２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、露光制御部１０２から与えられる制御指令に応じて光ビームＬを感光体２上に露光して感光体２上に画像信号に対応する静電潜像を形成する。例えば、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介してメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１に画像信号が与えられると、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１が露光制御部１０２に対し所定のタイミングで画像信号に対応した制御信号を出力し、これに応じて露光ユニット６から光ビームＬが感光体２上に照射されて、画像信号に対応する静電潜像が感光体２上に形成される。また、必要に応じて後述するパッチ画像を形成する場合には、予め設定された所定パターンのパッチ画像信号に対応した制御信号がＣＰＵ１０１から露光制御部１０２に与えられ、該パターンに対応する静電潜像が感光体２上に形成される。このように、この実施形態では、感光体２が本発明の「潜像担持体」として機能する。
【００１８】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、図示を省略する回転駆動部、支持フレーム４０に対して着脱自在に構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、第２図に示すように、現像器制御部１０４により制御されている。そして、この現像器制御部１０４からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２と対向する所定の現像位置に位置決めされて、選択された色のトナーを感光体２の表面に付与する。これによって、感光体２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。なお、第１図は、イエロー用の現像器４Ｙが現像位置に位置決めされた状態を示している。
【００１９】
これらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋはいずれも同一構造を有している。したがって、ここでは、現像器４Ｋの構成について第３図を参照しながらさらに詳しく説明するが、その他の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍについてもその構造および機能は同じである。第３図は、この画像形成装置の現像器を示す断面図である。この現像器４Ｋでは、その内部にトナーＴＮを収容するハウジング４１に供給ローラ４３および現像ローラ４４が軸着されており、当該現像器４Ｋが上記した現像位置に位置決めされると、本発明の「トナー担持体」として機能する現像ローラ４４が感光体２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ４３、４４が本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。この現像ローラ４４は、後述する現像バイアスを印加されるべく銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属または合金により円筒状に形成されている。これらの材料は適宜表面処理（例えば酸化処理、窒化処理、ブラスト処理など）を施される。そして、２つのローラ４３、４４が接触しながら回転することでブラックトナーが現像ローラ４４の表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ４４表面に形成される。
【００２０】
また、この現像器４Ｋでは、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード４５が配置されている。この規制ブレード４５は、ステンレスやリン青銅などの板状部材４５１と、板状部材４５１の先端部に取り付けられたゴムや樹脂部材などの弾性部材４５２とで構成されている。この板状部材４５１の後端部はハウジング４１に固着されており、現像ローラ４４の回転方向ｄ3において、板状部材４５１の先端部に取り付けられた弾性部材４５２が板状部材４５１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材４５２が現像ローラ４４表面に弾性的に当接して現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。
【００２１】
なお、現像ローラ４４表面のトナー層を構成する各トナー粒子は、供給ローラ４３、規制ブレード４５と摩擦されたことによって帯電しており、ここではトナーが負に帯電するものとして以下説明するが、装置各部の電位を適宜変更することで正に帯電するトナーも使用可能である。
【００２２】
このようにして現像ローラ４４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラ４４の回転によって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２との対向位置に搬送される。そして、現像器制御部１０４からの現像バイアスが現像ローラ４４に印加されると、現像ローラ４４上に担持されたトナーは、感光体２の表面各部にその表面電位に応じて部分的に付着し、こうして感光体２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。
【００２３】
現像ローラ４４に与える現像バイアスとしては、直流電圧、もしくは直流電圧に交流電圧を重畳したものを用いることができるが、特に感光体２と現像ローラ４４とを離間配置し、両者の間でトナーを飛翔させることでトナー現像を行う非接触現像方式の画像形成装置では、効率よくトナーを飛翔させるために直流電圧に対して正弦波、三角波、矩形波等の交流電圧を重畳した電圧波形とすることが好ましい。このような直流電圧の大きさおよび交流電圧の振幅、周波数、デューティ比等については任意であるが、以下、本明細書においては、現像バイアスが交流成分を有すると否とにかかわらず、その直流成分（平均値）を直流現像バイアスＶavgと称することとする。
【００２４】
ここで、非接触現像方式の画像形成装置における上記現像バイアスとして好ましいものの一例を示す。例えば、現像バイアスの波形は直流電圧に矩形波交流電圧を重畳したものであり、その矩形波の周波数は３ｋＨｚ、振幅Ｖppは１４００Ｖである。また、後述するように、本実施形態では現像バイアスＶavgを濃度制御因子の１つとして変更可能としているが、その可変範囲としては、画像濃度への影響や感光体２の特性ばらつき等を考慮して、例えば（−１１０）Ｖ〜（−３３０）Ｖとすることができる。なお、これらの数値等は上記に限定されず、装置構成に応じて適宜変更されるべきものである。
【００２５】
また、第２図に示すように、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの特性などに関するデータを記憶するメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにはコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられたコネクタ１０８と接続され、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では本体側コネクタ１０８と各現像器側のコネクタ４９Ｙ等とが機械的に嵌合することで相互にデータ送受を行っているが、例えば無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行うようにしてもよい。また、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋに固有のデータを記憶するメモリ９１〜９４は、電源オフ状態や該現像器が本体から取り外された状態でもそのデータを保存できる不揮発性メモリであることが望ましく、このような不揮発性メモリとしては例えばフラッシュメモリや強誘電体メモリ、ＥＥＰＲＯＭなどを用いることができる。
【００２６】
第１図に戻って、装置構成の説明を続ける。上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。さらに、中間転写ベルト７１を挟んでローラ７３と対向する位置には、該ベルト７１表面に対して不図示の電磁クラッチにより当接・離間移動可能に構成された二次転写ローラ７８が設けられている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から取り出されて中間転写ベルト７１と二次転写ローラ７８との間の二次転写領域ＴＲ2に搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部に搬送される。このように、この実施形態では、中間転写ベルト７１が本発明の「中間体」として機能している。
【００２７】
なお、中間転写ベルト７１へトナー像を一次転写した後の感光体２は、不図示の除電手段によりその表面電位がリセットされ、さらに、その表面に残留したトナーがクリーニング部５により除去された後、帯電ユニット３により次の帯電を受ける。
【００２８】
そして、引き続いてさらに画像を形成する必要がある場合には上記動作を繰り返して必要枚数の画像を形成して一連の画像形成動作を終了し、新たな画像信号が与えられるまで装置は待機状態となるが、この装置では、待機状態での電力消費を抑制するためその動作を停止状態に移行させる。すなわち、感光体２、現像ローラ４４および中間転写ベルト７１等の回転駆動を停止するとともに、現像ローラ４４への現像バイアスおよび帯電ユニット３への帯電バイアスの印加を停止することにより、装置は動作停止状態となる。
【００２９】
また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６、濃度センサ６０および垂直同期センサ７７が配置されている。これらのうち、クリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。また、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖsyncを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色で形成されるトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖsyncに基づいて制御される。さらに、本発明の「濃度検出手段」として機能する濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、後述するようにして構成されて中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。
【００３０】
なお、第２図において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像信号を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００３１】
第４図は濃度センサの構成を示す図である。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面領域のうちローラ７５に巻き掛けられた巻き掛け領域７１ａに光を照射するＬＥＤなどの発光素子６０１を有している。また、この濃度センサ６０には、後述するようにＣＰＵ１０１から与えられる光量制御信号Ｓlcに応じて照射光の照射光量を調整するために、偏光ビームスプリッター６０３、照射光量モニタ用受光ユニット６０４および照射光量調整ユニット６０５が設けられている。
【００３２】
この偏光ビームスプリッター６０３は、第４図に示すように、発光素子６０１と中間転写ベルト７１との間に配置されており、発光素子６０１から出射される光を中間転写ベルト７１上における照射光の入射面に平行な偏光方向を有するｐ偏光と、垂直な偏光方向を有するｓ偏光とに分割している。そして、ｐ偏光についてはそのまま中間転写ベルト７１に入射する一方、ｓ偏光については偏光ビームスプリッター６０３から取り出された後、照射光量モニタ用の受光ユニット６０４に入射され、この受光ユニット６０４の受光素子６４２から照射光量に比例した信号が照射光量調整ユニット６０５に出力される。
【００３３】
この照射光量調整ユニット６０５は、受光ユニット６０４からの信号と、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１からの光量制御信号Ｓlcとに基づき発光素子６０１をフィードバック制御して発光素子６０１から中間転写ベルト７１に照射される照射光量を光量制御信号Ｓlcに対応する値に調整する。このように、この実施形態では、照射光量を広範囲に、かつ適切に変更調整することができる。
【００３４】
また、この実施形態では、照射光量モニタ用受光ユニット６０４に設けられた受光素子６４２の出力側に入力オフセット電圧６４１が印加されており、光量制御信号Ｓlcがある信号レベルを超えない限り、発光素子６０１が消灯状態に維持されるように構成されている。その具体的な電気的構成は第５図に示す通りである。第５図は第４図の濃度センサ６０において採用された受光ユニット６０４の電気的構成を示す図である。この受光ユニット６０４では、フォトダイオードなどの受光素子ＰＳのアノード端子は電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路を構成するオペアンプＯＰの非反転入力端子に接続されるとともに、オフセット電圧６４１を介して接地電位に接続されている。また、受光素子ＰＳのカソード端子は、オペアンプＯＰの反転入力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒを介してオペアンプＯＰの出力端子に接続されている。このため、受光素子ＰＳに光が入射されて光電流ｉが流れると、オペアンプＯＰの出力端子からの出力電圧ＶOは、
ＶO＝ｉ・Ｒ＋Ｖoff … (1-1)
（ただし、Ｖoffはオフセット電圧値である）
となり、反射光量に対応した信号が受光ユニット６０４から出力される。このように構成した理由について以下説明する。
【００３５】
第６図は第４図の濃度センサにおける光量制御特性を示す図である。入力オフセット電圧６４１を印加しない場合には、第６図の破線で示すような光量特性を示す。つまり、光量制御信号Ｓlc(0)をＣＰＵ１０１から照射光量調整ユニット６０５に与えると、発光素子６０１は消灯状態となり、光量制御信号Ｓlcの信号レベルを高めると、発光素子６０１は点灯し、中間転写ベルト７１上への照射光量も信号レベルにほぼ比例して増大する。しかしながら、光量特性は周辺温度の影響や照射光量調整ユニット６０５の構成などによって第６図に示す一点鎖線や二点鎖線のように平行シフトすることがあり、仮に同図の一点鎖線のようにシフトしてしまうと、ＣＰＵ１０１から消灯指令、つまり光量制御信号Ｓlc(0)を与えているにもかかわらず、発光素子６０１が点灯していることがある。
【００３６】
これに対し、本実施形態の如く、入力オフセット電圧６４１を印加して予め同図の右手側にシフトさせて不感帯（信号レベルＳlc(0)〜Ｓlc(1)）を設けている場合（同図の実線）には、ＣＰＵ１０１から消灯指令、つまり光量制御信号Ｓlc(0)を与えることで確実に発光素子６０１を消灯することができ、装置の誤作動を未然に防止することができる。
【００３７】
一方、信号レベルＳlc(1)を超える光量制御信号ＳlcがＣＰＵ１０１から照射光量調整ユニット６０５に与えられると、発光素子６０１は点灯し、中間転写ベルト７１にｐ偏光が照射光として照射される。すると、このｐ偏光は中間転写ベルト７１で反射され、反射光量検出ユニット６０７で反射光の光成分のうちｐ偏光の光量とｓ偏光の光量とが検出され、各光量に対応する信号がＣＰＵ１０１に出力される。
【００３８】
この反射光量検出ユニット６０７は、第４図に示すように、反射光の光路上に配置された偏光ビームスプリッター６７１と、偏光ビームスプリッター６７１を通過するｐ偏光を受光し、そのｐ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット６７０ｐと、偏光ビームスプリッター６７１で分割されたｓ偏光を受光し、そのｓ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット６７０ｓとを備えている。この受光ユニット６７０ｐでは、受光素子６７２ｐが偏光ビームスプリッター６７１からのｐ偏光を受光し、その受光素子６７２ｐからの出力をアンプ回路６７３ｐで増幅した後、その増幅信号をｐ偏光の光量に相当する信号として受光ユニット６７０ｐから出力している。また、受光ユニット６７０ｓは受光ユニット６７０ｐと同様に受光素子６７２ｓおよびアンプ回路６７３ｓを有している。このため、反射光の光成分のうち互いに異なる２つの成分光（ｐ偏光とｓ偏光）の光量を独立して求めることができる。
【００３９】
また、この実施形態では、受光素子６７２ｐ，６７２ｓの出力側に出力オフセット電圧６７４ｐ，６７４ｓがそれぞれ印加されており、アンプ回路６７３ｐ，６７３ｓからＣＰＵ１０１に与えられる信号の出力電圧Ｖp，Ｖsは第７図に示すようにプラス側にオフセットされている。第７図は第４図の濃度センサにおける反射光量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフである。各受光ユニット６７０ｐ，６７０ｓの具体的な電気的構成については、受光ユニット６０４と同一であるため、ここでは図示説明を省略する。このように構成された受光ユニット６７０ｐ，６７０ｓにおいても、受光ユニット６０４と同様に、反射光量がゼロであるときであっても、各出力電圧Ｖp，Ｖsはゼロ以上の値を有し、しかも反射光量の増大に比例して出力電圧Ｖp，Ｖsも増大する。このように出力オフセット電圧６７４ｐ，６７４ｓを印加することで第６図の不感帯の影響を確実に排除することができ、反射光量に応じた出力電圧を出力することができる。
【００４０】
これら出力電圧Ｖp、Ｖsの信号は図示を省略するＡ／Ｄ変換回路を介してＣＰＵ１０１に入力されるとともに、ＣＰＵ１０１が必要に応じてこれらの出力電圧Ｖp、Ｖsを所定の時間間隔（この実施形態では８ｍｓｅｃ毎）でサンプリングするように構成されている。そして、適当なタイミング、例えば装置電源が投入された時点、いずれかのユニットが交換された直後などのタイミングで、ＣＰＵ１０１が、現像バイアスや露光エネルギーなどの画像濃度に影響を与える濃度制御因子の最適化処理を行って画像濃度の安定化を図っている。より具体的には、所定のパッチ画像パターンに対応してＲＯＭ１０６に予め記憶された画像データを画像信号として、各トナー色毎に上記した濃度制御因子を多段階に変更しながら画像形成動作を実行し、該画像信号に対応したテスト用の小画像（パッチ画像）を形成するとともに濃度センサ６０によりその画像濃度を検出し、その結果に基づいて所望の画像濃度を得られる条件を見出している。以下ではこの濃度制御因子の最適化処理について説明する。
【００４１】
（２）最適化処理
第８図は、この実施形態における濃度制御因子の最適化処理の概要を示すフローチャートである。この最適化処理は、その処理順に次の６つのシーケンス：初期化動作（ステップＳ１）；プレ動作（ステップＳ２）；制御目標値の導出（ステップＳ３）；現像バイアス設定（ステップＳ４）；露光エネルギー設定（ステップＳ５）および後処理（ステップＳ６）から構成されており、以下、その動作の詳細について上記各シーケンス毎に分説する。
【００４２】
（Ａ）初期化動作
第９図は、この実施形態における初期化動作を示すフローチャートである。この初期化動作では、まず準備動作として（ステップＳ１０１）、現像ユニット４を回転駆動していわゆるホームポジションに位置決めするとともに、電磁クラッチによりクリーナ７６および二次転写ローラ７８を中間転写ベルト７１から離間位置に移動させる。そして、この状態で中間転写ベルト７１の駆動を開始し（ステップＳ１０２）、次いで感光体２の回転駆動および除電動作を開始することにより感光体２を起動する（ステップＳ１０３）。
【００４３】
そして、中間転写ベルト７１の基準位置を示す垂直同期信号Ｖsyncを検出しその回転が確認されると（ステップＳ１０４）、装置各部に対し所定のバイアス印加を開始する（ステップＳ１０５）。すなわち、帯電制御部１０３から帯電ユニット３に帯電バイアスを印加して感光体２を所定の表面電位に帯電させ、引き続いて中間転写ベルト７１に対して図示を省略するバイアス発生部から所定の一次転写バイアスを印加する。
【００４４】
この状態から、中間転写ベルト７１のクリーニング動作を行う（ステップＳ１０６）。すなわち、クリーナ７６を中間転写ベルト７１の表面に当接させ、この状態で中間転写ベルト７１をほぼ１周回転させて、その表面に残留付着したトナーや汚れを除去する。そして、クリーニングバイアスを印加した二次転写ローラ７８を中間転写ベルト７１に当接させる。このクリーニングバイアスは、通常の画像形成動作を実行中に二次転写ローラ７８に与えられる二次転写バイアスとは逆の極性であり、そのため二次転写ローラ７８に残留付着したトナーは中間転写ベルト７１表面に移行し、さらにクリーナ７６によって中間転写ベルト７１の表面から除去される。こうして中間転写ベルト７１および二次転写ローラ７８のクリーニング動作が終了すると、二次転写ローラ７８を中間転写ベルト７１から離間させるとともに、クリーニングバイアスをオフする。そして、次の垂直同期信号Ｖsyncを待って（ステップＳ１０７）、帯電バイアスおよび一次転写バイアスをオフにする（ステップＳ１０８）。
【００４５】
また、この実施形態では、濃度制御因子の最適化処理を実行するときに限らず、必要に応じて、ＣＰＵ１０１がこの初期化動作を他の処理とは独立して実行できるようにしている。すなわち、次の動作を引き続いて実行するときには（ステップＳ１０９）、上記したステップＳ１０８までを実行した状態で初期化動作を終了し次の動作に移行する。一方、次の動作が予定されていない場合には、停止処理として（ステップＳ１１０）、クリーナ７６を中間転写ベルト７１から離間させるとともに、除電動作および中間転写ベルト７１の回転駆動を停止する。この場合、中間転写ベルト７１は、その基準位置が垂直同期センサ７７との対向位置の直前に位置した状態で停止されることが望ましい。というのは、以後の動作で中間転写ベルト７１が回転駆動されるとき、その回転状態は垂直同期信号Ｖsyncにより確認されるが、上記のようにすれば、駆動開始後直ちに垂直同期信号Ｖsyncが検出されるか否かで短時間にて異常の有無を判断することができるからである。
【００４６】
（Ｂ）プレ動作
第１０図は、この実施形態におけるプレ動作を示すフローチャートである。このプレ動作では、後述するパッチ画像の形成に先立つ前処理として、２つの処理を同時に行っている。すなわち、濃度制御因子の最適化処理を精度よく行うために装置各部の動作条件の調整を行う（プレ動作１）のと並行して、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋのそれぞれに設けられた現像ローラ４４の空回し処理（プレ動作２）を行っている。
【００４７】
（Ｂ−１）動作条件の設定（プレ動作１）
第１０図に示す左側のフロー（プレ動作１）では、まず濃度センサ６０の校正を行う（ステップＳ２１ａ、Ｓ２１ｂ）。ステップＳ２１ａの校正（１）では、濃度センサ６０の発光素子６０１が消灯状態にあるときの受光ユニット６７０ｐ、６７０ｓの各出力電圧Ｖp、Ｖsを検出し、暗出力Ｖp0、Ｖs0として記憶しておく。次に、ステップＳ２１ｂの校正（２）では、低光量・高光量の２種の点灯状態となるように発光素子６０１に与える光量制御信号Ｓlcを変化させ、その各々の光量で受光ユニット６７０ｐの出力電圧Ｖpを検出する。そして、これら３点の値から、トナーが付着していない状態での出力電圧Ｖpが所定の基準レベル（本実施形態では、３Ｖに上記した暗出力Ｖp0を加えた値）となる発光素子６０１の基準光量を求める。こうして発光素子６０１の光量がこの基準光量となるような光量制御信号Ｓlcのレベルを算出し、その値を基準光量制御信号として設定する（ステップＳ２２）。これ以後、発光素子６０１を点灯させる必要があるときには、ＣＰＵ１０１から照射光量調整ユニット６０５に対してこの基準光量制御信号が出力され、これにより発光素子６０１は常にその基準光量で発光するようフィードバック制御される。
【００４８】
また、発光素子６０１が消灯状態にあるときの出力電圧Ｖp0、Ｖs0を本センサ系の「暗出力」として記憶しておき、後述するようにトナー像の濃度を検出する際に各出力電圧Ｖp、Ｖsからこの値を差し引くことによって、暗出力の影響を排除してより高精度にトナー像の濃度を検出することが可能となっている。
【００４９】
なお、発光素子６０１の点灯状態での受光素子６７２ｐからの出力信号は中間転写ベルト７１からの反射光量に依存するが、後述するように中間転写ベルト７１の表面状態は光学的に必ずしも均一ではないから、この状態での出力を求める際には中間転写ベルト７１の１周分にわたる出力の平均値をとることが望ましい。一方、発光素子６０１の消灯状態ではこのように中間転写ベルト７１の１周分の出力信号を検出する必要はないが、検出誤差を小さくするためには数点での出力信号を平均するのが好ましい。
【００５０】
この実施形態においては、中間転写ベルト７１表面は白色であるため光の反射率が高く、該ベルト７１上にいずれかの色のトナーが付着するとその反射率は低下する。したがって、この実施形態では、中間転写ベルト７１表面へのトナー付着量が増えるにつれて受光ユニットからの出力電圧Ｖp、Ｖsが基準レベルから低下してゆくこととなり、これらの出力電圧Ｖp、Ｖsの大きさからトナーの付着量、ひいてはトナー像の画像濃度を見積もることが可能となっている。
【００５１】
また、この実施形態では、カラー（Ｙ、Ｃ、Ｍ）トナーとブラック（Ｋ）トナーとの間で反射特性が異なっていることに基づき、後述するブラックトナーによるパッチ画像の濃度は該パッチ画像からの反射光のうちｐ偏光の光量に基づいて求める一方、カラートナーによるパッチ画像の濃度はｐ偏光、ｓ偏光の光量比に基づいて求めるようにしているので、広いダイナミックレンジにわたって精度よく画像濃度を求めることが可能となっている。
【００５２】
さて、第１０図に戻って、プレ動作の説明を続ける。中間転写ベルト７１の表面状態は必ずしも光学的に一様であるとはいえず、また使用につれてトナーが融着するなどして次第に変色や汚れが生じることもある。このような中間転写ベルト７１の表面状態の変化によりトナー像の濃度検出に誤差を生じるのを防止するため、この実施形態では、中間転写ベルト７１の１周分についての下地プロファイル、つまりトナー像を担持しない状態での中間転写ベルト７１表面の濃淡に関する情報を取得している。具体的には、発光素子６０１を先に求めた基準光量で発光させ、受光ユニット６７０ｐ、６７０ｓからの出力電圧Ｖp、Ｖsをサンプリングしながら中間転写ベルト７１を１周回転させ（ステップＳ２３）、各サンプルデータ（本実施形態におけるサンプル数：３１２）を下地プロファイルとしてＲＡＭ１０７に記憶しておく。このように中間転写ベルト７１の表面各部の濃淡を予め把握しておくことで、その上に形成されるトナー像の濃度をより正確に見積もることが可能になる。この点については、後の実施形態で詳述する。
【００５３】
ところで、上記した濃度センサ６０からの出力電圧Ｖp、Ｖsには、ローラ７５および中間転写ベルト７１の微小な汚れや傷による反射率の変化、さらにはセンサ回路に混入する電気的なノイズ等に起因するスパイク状のノイズが重畳していることがある。第１１図は、中間転写ベルトの下地プロファイルの例を示す図である。中間転写ベルト７１の１周分以上にわたりその表面からの反射光量を濃度センサ６０によりサンプリングしてプロットすると、第１１図（ａ）に示すように、センサ６０からの出力電圧Ｖpは中間転写ベルト７１の周長もしくはその回転周期に対応して周期的に変化するだけでなく、その波形には幅の狭いスパイク状のノイズが重畳することがある。このノイズは上記回転周期に同期した成分およびこれに同期しない不規則成分のいずれをも含んでいる可能性がある。第１１図（ｂ）はこのようなサンプルデータ列の一部を拡大したものである。この図では、ノイズの重畳により各サンプルデータのうち符号Ｖp(８)、Ｖp(１９)を付した２つのデータが他のデータより突出して大きくなっている一方、符号Ｖp(４)、Ｖp(１６)を付した２つのデータが他より突出して小さくなっている。なお、ここでは２つのセンサ出力のうちｐ偏光成分について述べたが、ｓ偏光成分についても同様に考えることができる。
【００５４】
濃度センサ６０の検知スポット径は例えば２〜３ｍｍ程度であり、また中間転写ベルト７１の変色や汚れは一般により大きな範囲で生じると考えられるから、このような局所的に突出したデータは上記ノイズの影響を受けているものとみることができる。このようにノイズが重畳したままのサンプルデータに基づき下地プロファイルやパッチ画像の濃度を求め、その結果から濃度制御因子を設定すると、各濃度制御因子を必ずしも最適な状態に設定することができなくなり、却って画像品質が劣化してしまう場合がある。
【００５５】
そこで、この実施形態では、第１０図に示すように、ステップＳ２３において中間転写ベルト７１の１周分についてセンサ出力のサンプリングを行った後、スパイクノイズの除去処理を実行している（ステップＳ２４）。
【００５６】
第１２図はこの実施形態におけるスパイクノイズ除去処理を示すフローチャートである。このスパイクノイズ除去処理では、取得した「生の」すなわち加工を加えていないサンプルデータ列のうち連続する一部の区間（ここでは２１サンプル分に相当する長さ）を抽出し（ステップＳ２４１）、その区間に含まれる２１個のサンプルデータのうちそのレベルが上位３つおよび下位３つに該当するデータを除去した後（ステップＳ２４２、Ｓ２４３）、残る１５個のデータの算術平均を求める（ステップＳ２４４）。そして、その平均値をこの区間における平均レベルとみなし、ステップＳ２４２およびＳ２４３で除去した６つのデータをこの平均値に置き換えることでノイズが除去された「補正後」のサンプルデータ列を得る（ステップＳ２４５）。さらに、必要に応じて次の区間についても上記ステップＳ２４１〜Ｓ２４５を繰り返し、同様にしてスパイクノイズを除去する（ステップＳ２４６）。
【００５７】
上記処理によるスパイクノイズ除去について、第１１図（ｂ）に示すデータ列を例にとり、第１３図を参照しながらさらに詳しく説明する。第１３図は、この実施形態におけるスパイクノイズ除去の様子を示す図である。第１１図（ｂ）のデータ列においては、他のデータから突出して大きい２つのデータＶp(８)およびＶp(１９)、突出して小さいデータＶp(４)およびＶp(１６)にノイズの影響が現れているとみられる。このスパイクノイズ除去処理では、各サンプルデータのうち上位３つを除去しているため（第１２図のステップＳ２４２）、これらのデータのうちノイズを含むとみられるデータ２つを含む３つのデータＶp(８)、Ｖp(１４)およびＶp(１９)が除去される。同様にして、ノイズを含むとみられるデータ２つを含む３つのデータＶp(４)、Ｖp(１１)およびＶp(１６)も除去されている（第１２図のステップＳ２４３）。そして、第１３図に示すように、これら６つのデータが、他の１５データの平均値Ｖpavg（斜線を付した丸印で示す）に置き換えられることで、元のデータ列に含まれていたスパイクノイズが除去されるのである。
【００５８】
なお、このスパイクノイズ除去を実施するに際し、抽出するサンプル数、除去するデータの数は上記に限定されるものではなく、任意の個数としてよいが、その選び方によっては十分なノイズ除去効果が得られないばかりか、却って誤差を増大させてしまうおそれもあるため、以下の観点に基づき慎重に決定されることが望ましい。
【００５９】
すなわち、ノイズの発生頻度に対しあまり短い区間のデータ列を抽出したのでは、ノイズ除去処理を実行する区間内にノイズが含まれていない確率が高くなり、また演算処理の回数も増大するため効率的でない。一方、あまり広い区間のデータ列を抽出したのでは、センサ出力における有意な変動、すなわち検出対象の濃度変化を反映した変動分まで含めて平均化されてしまうこととなり、本来の目的である濃度プロファイルを正しく求めることができなくなってしまう。
【００６０】
また、ノイズ発生の頻度は一定ではないから、抽出したデータ列からこのように上位または下位それぞれ所定個数のデータを一律に除去するだけでは、上記した例におけるデータＶp(１１)、Ｖp(１４)のようにノイズを含まないデータまで除去されてしまったり、また逆にノイズが十分に除去されない可能性がある。このうち、ノイズを含まないデータがいくつか除去されてしまったとしても、第１３図に示すように、これらのデータＶp(１１)、Ｖp(１４)と平均値Ｖpavgとの差は比較的小さいため、これらのデータが平均値Ｖpavgに置き換えられたことによる誤差は小さい。一方、ノイズを含むデータが除去されずに残された場合には、このデータを含めて求めた平均値で他のデータを置換することによって却って誤差が大きくなってしまうおそれがある。したがって、抽出したデータのサンプル数に対して除去するデータ数の比率は、実際の装置において発生するノイズの頻度と同等もしくはそれより若干大きくなるように決められるのが望ましい。
【００６１】
この実施形態においては、第１１図（ａ）に示すように、ノイズの影響により本来のプロファイルより大きい側にずれるデータと小さい側にずれるデータの頻度が同程度であり、かつノイズそのものの発生頻度が２５％以下（２１サンプル中５サンプル以下）程度であったという実験的事実に基づき、スパイクノイズ除去処理を上記のように構成しているのである。
【００６２】
なお、スパイクノイズ除去の処理方法については、上記以外にも種々の方法が考えられる。例えば、サンプリングにより得られた「生の」サンプルデータに従来より周知の低域通過フィルタ処理を施すことによっても、スパイク状のノイズを取り除くことは可能である。ただし、従来のフィルタ処理においては、ノイズ波形の鋭さを緩和することはできるものの、その結果として、ノイズを含むデータのみならずその周辺のデータも元の値から変化することとなるため、発生するノイズの態様によっては大きな誤差を招く可能性がある。
【００６３】
これに対して、本実施形態では、各サンプルデータのうちノイズの発生する頻度に応じた個数の上位／下位データを平均値に置き換える一方、それ以外のデータは元のままとしているのでこのような誤差が生じる可能性は低くなっている。
【００６４】
また、このスパイクノイズ除去処理は、上記した下地プロファイルを求めるときのみでなく、後述するようにトナー像の画像濃度を求める際にその反射光量として取得したサンプルデータに対しても施される。
【００６５】
（Ｂ−２）現像器の空回し（プレ動作２）
電源オフ状態、または電源がオンであっても画像形成動作を行わず動作停止状態にある期間が長時間継続した後に画像形成を行うと、画像に周期的な濃度ムラが現れる場合があることが従来より知られている。本明細書ではこの現象を放置バンディング現象と称するが、本願発明者は、この放置バンディング現象が、トナーが各現像器の現像ローラ４４に担持されたまま長時間放置されたことにより現像ローラ４４から離れ難くなり、しかもその程度が現像ローラ４４表面上において一様でないことから現像ローラ４４上のトナー層が次第に不均一となることに起因するものであることを見出した。例えば、第３図に示す本実施形態の現像器４Ｋでは、現像ローラ４４の回転が停止した状態において、その表面のうちの一部に供給ローラ４３または規制ブレード４５が当接した状態となっており、さらにその表面のうちハウジング４１の内側に位置する部分は大量のトナーに覆われた状態となっているのに対し、ハウジング４１の外部に露出する部分は薄いトナー層を担持したまま大気中に曝されているなど、現像ローラ４４の表面状態はその周方向において不均一となっている。
【００６６】
このように現像ローラ４４表面が不均一な状態で長時間にわたり装置が動作停止状態におかれた後、次の画像形成を行うのに先立って濃度制御因子を新たに最適化する場合、放置バンディング現象によって生じるパッチ画像の濃度ムラがこの最適化処理に影響を与えるおそれがある。
【００６７】
そこで、この実施形態の画像形成装置では、パッチ画像を形成するのに先立って放置バンディング現象を解消するため、各現像ローラ４４の空回しを行っている。具体的には、第１０図の右側のフロー（プレ動作２）に示すように、まずイエロー現像器４Ｙを感光体２と対向する現像位置に配置し（ステップＳ２５）、直流現像バイアスＶavgをその可変範囲においてその絶対値が最小となる値に設定した後に（ステップＳ２６）、本体側の回転駆動部により現像ローラ４４を少なくとも１周回転させる（ステップＳ２７）。そして、現像ユニット４を回転させて現像器を切り換えながら（ステップＳ２８）、他の現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｋを順番に現像位置に位置させて、それぞれに設けられた現像ローラ４４を同様に１周以上回転させる。こうして各現像ローラ４４をそれぞれ１周以上空回しすることによって現像ローラ４４表面のトナー層が供給ローラ４３および規制ブレード４５によりいったん剥ぎ取られて再形成されることとなり、引き続いて形成するパッチ画像ではこのように再形成されてより均一な状態のトナー層が像形成に供されるため、放置バンディング現象による濃度ムラは発生し難くなる。
【００６８】
なお、上記したプレ動作２においては、そのステップＳ２６において直流現像バイアスＶavgをその絶対値が最小となるようにしている。その理由は以下のとおりである。
【００６９】
後述するように、画像濃度に影響を与える濃度制御因子としての直流現像バイアスＶavgは、その絶対値|Ｖavg|が大きいほど形成されるトナー像の濃度が高くなる。これは、直流現像バイアスの絶対値|Ｖavg|が大きくなるほど、感光体２上の静電潜像のうち光ビームＬにより露光された領域、つまりトナーを付着させるべき表面領域と現像ローラ４４との電位差が大きくなって現像ローラ４４からのトナー移動がより促進されるからであるが、中間転写ベルト７１の下地プロファイルを取得する際にはこのようなトナー移動が起こることは好ましくない。というのは、現像ローラ４４から感光体２に移動したトナーが一次転写領域ＴＲ1において中間転写ベルト７１上に転写されると中間転写ベルト７１からの反射光量を変化させてしまうため、下地プロファイルを正しく求めることができなくなるからである。
【００７０】
この実施形態では、後述するように、直流現像バイアスＶavgを濃度制御因子の１つとして所定の可変範囲で多段階に変更設定可能としている。そこで、直流現像バイアスＶavgをその可変範囲においてその絶対値が最小となる値に設定し、現像ローラ４４から感光体２へのトナー移動が最も起こりにくい状態を実現することで、中間転写ベルト７１へのトナー付着を最少限に抑えるようにしている。同様の理由により、現像バイアスに交流成分を有する装置においてはその振幅を通常の画像形成時より小さく設定することが好ましい。例えば、前述したように、現像バイアスの振幅Ｖppを１４００Ｖとしている装置では、この振幅Ｖppを１０００Ｖ程度とするとよい。なお、直流現像バイアスＶavg以外のパラメータ、例えば現像バイアスのデューティ比や帯電バイアス等を濃度制御因子として用いる装置においても、上記したトナー移動がより起こりにくい条件を実現するように適宜その濃度制御因子を設定するのが好ましい。
【００７１】
また、この実施形態では、上記したプレ動作１およびプレ動作２を並行して同時に実行することで処理時間の短縮を図っている。すなわち、プレ動作１では下地プロファイルを取得するため中間転写ベルト７１の少なくとも１周、さらに望ましくはセンサ校正を行うための２周を含めた３周の周回が必要である一方、プレ動作２においては各現像ローラ４４をできるだけ多く周回させるのが好ましく、しかも、これらの動作は互いに独立して行うことが可能であることから、これらを並行して行うことでそれぞれの処理に要する時間を確保しつつ、最適化処理全体に要する時間を短縮することが可能となる。
【００７２】
（Ｃ）制御目標値の導出
この実施形態の画像形成装置では、後述するように、パッチ画像として２種類のトナー像を形成し、その濃度が予め定められた濃度目標値となるように各濃度制御因子の調節を行っているが、この目標値を一定とはせず、装置の稼動状況に応じて変更するようにしている。その理由は以下の通りである。
【００７３】
前述したように、この実施形態の画像形成装置では、感光体２上で顕像化されて中間転写ベルト７１の表面に一次転写されたトナー像からの反射光量を検出することでその画像濃度を見積もっている。このようにトナー像の反射光量から画像濃度を求める技術は従来より広く用いられているが、以下に詳述するように、このような中間転写ベルト７１上に担持されたトナー像からの反射光量（またはそれに対応する濃度センサ６０からのセンサ出力Ｖp、Ｖs）と、最終的な転写材であるシートＳ上に形成されたトナー像の光学濃度（ＯＤ値）との対応関係は一意的に定まるわけではなく、装置やトナーの状態により微妙に変化している。そのため、従来技術のように、たとえ各濃度制御因子をトナー像からの反射光量が一定となるように制御したとしても、シートＳ上に最終的に形成される画像の濃度はトナーの状態により変動してしまうこととなる。
【００７４】
このようにセンサ出力とシートＳ上のＯＤ値とが一致しない原因の一つは、定着プロセスを経てシートＳ上に融着されたトナーと、定着されず単に中間転写ベルト７１表面に付着しているだけのトナーとでその反射の状態が異なることである。第１４図はトナーの粒径と反射光量との関係を示す模式図である。第１４図（ａ）に示すように、最終的にシートＳ上に得られた画像Ｉsでは、定着プロセスでの加熱・加圧によって溶融されたトナーＴmがシートＳに融着した状態となっている。したがって、その光学濃度（ＯＤ値）はトナーが融着した状態での反射光量を反映したものとなるが、その大小は主としてシートＳ上のトナー密度（例えば、単位面積あたりのトナー質量で表すことができる）によって決まることとなる。
【００７５】
これに対して、定着プロセスを経ない中間転写ベルト７１上のトナー像では各トナー粒子が個別に中間転写ベルト７１表面に付着しているに過ぎない。したがって、たとえトナー密度が同じ（つまり定着後のＯＤ値は等しい）であったとしても、例えば第１４図（ｂ）に示す粒径の小さなトナーＴ1が高密度に付着している状態と、第１４図（ｃ）に示す粒径の大きなトナーＴ2がより低密度に付着して中間転写ベルト７１の表面が部分的に露出した状態とでは、その反射光量は必ずしも同じにはならない。言い換えれば、定着前のトナー像からの反射光量が同じであっても定着後の画像濃度（ＯＤ値）が同じになるとは限らない。一般には、反射光量が等しい場合、トナー像を構成するトナー粒子中に占める大粒径トナーの比率が高いと定着後の画像濃度が高くなる傾向にあることが本願発明者の実験によりわかっている。
【００７６】
このように、シートＳ上でのＯＤ値と中間転写ベルト７１上でのトナー像からの反射光量との対応はトナーの状態、特にその粒径分布によって変化する。第１５図はトナーの粒径分布とＯＤ値の変化との対応を示す図である。トナー像を形成すべく各現像器に収容されているトナー粒子はその粒径が全て設計中心値に揃っているのが理想である。しかしながら、第１５図（ａ）に示すように、実際にはその粒径は様々な態様の分布を有しており、その態様はトナーの種類や製法によって異なるのはもちろんのこと、同一の仕様で製造したトナーであってもその製造ロット毎、製品毎に微妙に異なっている。
【００７７】
これら様々な粒径のトナーはその質量や帯電量が異なるため、このような粒径分布を有するトナーを用いて画像形成を行うと、これらのトナーが一様に消費されるわけではなく、その装置により適合した粒径のトナーが選択的に消費される一方、それ以外のトナーはあまり消費されず現像器内に残ることとなる。したがって、トナー消費が進むにつれて現像器内に残るトナーの粒径分布も変化してゆくこととなる。
【００７８】
前述したように、定着前のトナー像からの反射光量は像を構成するトナーの粒径によって変化するから、この反射光量が常に一定となるように各濃度制御因子を調節したとしても、シートＳ上に定着された後の画像濃度は必ずしも一定とはならない。第１５図（ｂ）は、トナー像からの反射光量が一定となるように、つまり濃度センサ６０からの出力電圧が一定となるように各濃度制御因子を制御しながら画像形成を行った場合のシートＳ上における画像の光学濃度（ＯＤ値）の変化を示している。例えば、第１５図（ａ）に示す曲線ａのように、トナーの粒径が設計上の中心値付近によく揃っている場合には、第１５図（ｂ）の曲線ａのように、現像器内のトナー消費が進んでもＯＤ値はほぼ目標値に保たれる。これに対し、例えば第１５図（ａ）の曲線ｂに示すように、より幅広い粒径分布を有するトナーを用いた場合には、第１５図（ｂ）の曲線ｂに示すように、当初は設計中心値付近の粒径のトナーが主に消費されてほぼ目標値どおりのＯＤ値が得られるものの、トナー消費が進むにつれてこのようなトナーの割合が減少し、代わってより粒径の大きなトナーが画像形成に使われるようになるためＯＤ値が次第に上昇する。さらに、第１５図（ａ）の各点線で示すように、トナーまたは現像器の製造ロットによっては分布の中央値が当初より設計値からずれている場合もあり、これに対応してシートＳ上のＯＤ値も、第１５図（ｂ）の各点線に示すように、トナー消費量の増加とともに様々な変化を示すこととなる。
【００７９】
このようにトナーの特性を左右する要因としては、上記したトナーの粒径分布以外にも、例えばトナー母粒子内の顔料の分散の状態や、トナー母粒子と外添剤との混合の状態によるトナーの帯電性の変化などがある。このようにトナー特性が製品毎に微妙に異なっているため、シートＳ上での画像濃度は必ずしも一定とはならず、使用するトナーにより濃度変化の程度はまちまちである。したがって、濃度センサからの出力電圧が一定となるように各濃度制御因子を制御する従来の画像形成装置においては、トナー特性のばらつきによる画像濃度の変動が避けられず、必ずしも満足できる画像品質が得られないことがあった。
【００８０】
そこで、この実施形態では、装置の稼動状況に応じ、後述する２種のパッチ画像それぞれについて、濃度センサ６０からの出力に基づいて算出されて画像濃度を表す尺度となる画像濃度の評価値（後述）の制御目標値を設定し、各パッチ画像について得られる評価値がこの制御目標値となるように各濃度制御因子を調節することで、シートＳ上での画像濃度が一定に保たれるようにしている。第１６図はこの実施形態における制御目標値の導出プロセスを示すフローチャートである。このプロセスでは、各トナー色毎に、そのトナーの使用状況、具体的には、現像器に充填されたトナーの粒径分布等の初期特性と、該現像器に残存しているトナーの量とに見合った制御目標値を求めている。まずトナー色の１つを選択し（ステップＳ３１）、ＣＰＵ１０１が該トナーの使用状況を推定するための情報として、選択トナー色に関するトナー個性情報、露光ユニット６により形成されたドットの数を示すドットカウント値および現像ローラ回転時間に関する情報を取得する（ステップＳ３２）。ここでは、ブラック色に対応した制御目標値を求める場合を例として説明するが、他のトナー色についても同様である。
【００８１】
「トナー個性情報」とは、現像器４Ｋに充填されたトナーの特性を表す情報である。この装置では、上記したトナーの粒径分布等の諸特性が製造ロット等により異なることに鑑みてトナーの特性を８種のタイプに分類している。そして、現像器内のトナーがどのタイプに属するかによって、後述する複数のルックアップテーブルのうち制御目標値を決定する際に参照すべき１つのテーブルを選択する。
【００８２】
また、「ドットカウント値」は、現像器４Ｋ内に残存しているトナーの量を推定するための情報である。トナーの残量を推定する方法としては画像形成枚数の積算値から求めるのが最も簡便であるが、１枚の画像を形成することで消費されるトナーの量は一定ではないからこの方法では正確な残量を知ることは難しい。一方、露光ユニット６が感光体２上に形成したドット数は、感光体２上でトナーにより顕像化されるドットの数を表しているから、トナーの消費量をより正確に反映したものとなる。そこで、この実施形態では、当該現像器４Ｋで現像されるべき感光体２上の静電潜像を露光ユニット６が形成したときのドット数をカウントしてＲＡＭ１０７に記憶しておき、このドットカウント値を、該現像器４Ｋのトナー残量を示すパラメータとしている。
【００８３】
さらに、「現像ローラ回転時間」は、現像器４Ｋ内に残存しているトナーの特性をより詳しく推定するための情報である。前述したように、現像ローラ４４表面にはトナー層が形成されており、そのうちの一部のトナーが感光体２上に移動することで現像が行われる。このとき、現像ローラ４４表面では、現像に寄与しなかったトナーは供給ローラ４３との当接位置まで搬送され、該ローラ４３により剥ぎ取られて新たなトナー層が形成されるのであるが、こうして現像ローラ４４への付着、剥離が繰り返されることでトナーが疲労し、その特性は次第に変化してゆく。このようなトナーの特性変化は、現像ローラ４４が回転を重ねるにつれて進行する。したがって、例えば、現像器４Ｋ内のトナー残量は同じであっても、未使用のフレッシュなトナーと何度も付着、剥離を繰り返した古いトナーとではその特性が異なっていることがあり、これらを用いて形成した画像の濃度は必ずしも同じにはならない。
【００８４】
そこで、この実施形態では、トナー残量を示すドットカウント値と、トナーの特性変化の程度を示す現像ローラ回転時間との２つのパラメータの組み合わせに基づいて現像器４Ｋに内蔵されたトナーの状態を推定し、その状態に合わせてきめ細かく制御目標値を設定することで画質の安定化を図っている。
【００８５】
なお、これらの情報は装置各部の損耗状況を管理してメンテナンス性を高めるためにも用いられる。すなわち、１ドットカウントは０．０１５ｍｇのトナー量に相当しており、１２００００００ドットカウントでその消費量はほぼ１８０ｇとなって各現像器内に貯留されたトナーのほとんどを使い切った状態となる。また現像ローラの回転時間については、その積算値１０６００ｓｅｃがＡ４サイズでの連続印字で８０００枚に相当しており、画像形成をこれ以上続けるのは画像品質の点で好ましくない。そこで、この実施形態では、これらの情報のいずれかが上記の値に達したときには、図示を省略する表示部にトナーエンドを報知する旨のメッセージを表示し、ユーザに対し現像器の交換を促すようにしている。
【００８６】
さて、こうして取得した装置の稼動状況に関する各情報から、その状況に応じた制御目標値を定める。この実施形態では、トナーのタイプを表すトナー個性情報と、ドットカウント値および現像ローラ回転時間の組み合わせから推定される残存トナーの特性とに応じた最適な制御目標値が予め実験的に求められており、この値はトナーのタイプ毎のルックアップテーブルとしてエンジンコントローラ１０のＲＯＭ１０６に記憶されている。ＣＰＵ１０１は、トナー個性情報に基づいてこれらのルックアップテーブルのうちトナーのタイプに対応して参照すべき１つのテーブルを選択し（ステップＳ３３）、その時点でのドットカウント値と現像ローラ回転時間との組み合わせに対応する値をそのテーブルから読み出す（ステップＳ３４）。
【００８７】
また、この実施形態の画像形成装置では、図示しない操作部によりユーザが所定の操作入力を行うことによって、形成する画像の濃度を好みに応じて、または必要に応じて所定の範囲で増減できるように構成されている。すなわち、上記ルックアップテーブルから読み出された値に対して、ユーザが画像濃度を１段階増加または減少する毎に所定のオフセット値、例えば１段階あたり０．００５が加算または減算され、その結果がそのときのブラック色に対する制御目標値Ａktとして設定されてＲＡＭ１０７に記憶される（ステップＳ３５）。こうしてブラック色における制御目標値Ａktが求まる。
【００８８】
第１７図は制御目標値を求めるルックアップテーブルの例を示す図である。このテーブルは、ブラック色でその特性が「タイプ０」に属するトナーを使用する場合に参照されるテーブルである。この実施形態では、後述する高濃度用、低濃度用の２種類のパッチ画像のそれぞれに対応して、各トナー色毎に、８タイプのトナー特性に対応する８種のテーブルが用意されて、エンジンコントローラ１０に設けられたＲＯＭ１０６に記憶されている。ここで、第１７図（ａ）は、高濃度用パッチ画像に対応したテーブルの一例であり、また第１７図（ｂ）は、低濃度用パッチ画像に対応したテーブルの一例である。
【００８９】
トナー個性情報が、例えば「タイプ０」を示すものであったとすると、ステップＳ３３では、８種のテーブルの中からトナー個性情報「０」に対応する第１７図のテーブルが選択される。そして、取得したドットカウント値と現像ローラ回転時間とに基づき制御目標値Ａktが求められる。例えば、高濃度用パッチ画像については、ドットカウント値が１５０００００カウント、現像ローラ回転時間が２０００ｓｅｃであれば、第１７図（ａ）を参照して、これらの組み合わせに相当する値０．９８４がこの場合の制御目標値Ａktである。さらに、例えばユーザが画像濃度をその標準状態より１段階高く設定している場合には、この値に０．００５を加算した値０．９８９が制御目標値Ａktとなる。同様にして、低濃度用パッチ画像についての制御目標値も求めることができる。
【００９０】
このようにして求めた制御目標値Ａktについてはエンジンコントローラ１０のＲＡＭ１０７に記憶しておき、以後の各濃度制御因子の設定においてはパッチ画像の反射光量に基づき求められる評価値がこの制御目標値に一致するようにする。
【００９１】
このように、上記ステップＳ３１〜Ｓ３５を実行することにより一のトナー色についての制御目標値が求まるが、各トナー色について上記処理を繰り返すことで（ステップＳ３６）、全てのトナー色についてその制御目標値Ａyt、Ａct、ＡmtおよびＡktが求まる。ここで、添字ｙ、ｃ、ｍおよびｋは各トナー色すなわちイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックをそれぞれ表し、また添字ｔは制御目標値であることを表すものである。
【００９２】
（Ｄ）現像バイアス設定
この画像形成装置では、現像ローラ４４に与える直流現像バイアスＶavgと、感光体２を露光する露光ビームＬの単位面積当たりのエネルギー（以下、単に「露光エネルギー」という）Ｅとを可変としており、これらを調節することで画像濃度の制御を行っている。ここでは、直流現像バイアスＶavgの可変範囲を低レベル側からＶ0ないしＶ5の６段階、また露光エネルギーＥの可変範囲を低レベル側からレベル０ないし３の４段階に変更設定してそれぞれの最適値を求める場合について説明するが、これらの可変範囲およびその分割数についてはその装置の仕様に応じて適宜改変することができる。なお、先に述べた直流現像バイアスＶavgの可変範囲を（−１１０）Ｖ〜（−３３０）Ｖとしている装置では、最も低レベルのＶ0は電圧の絶対値が最も小さい（−１１０）Ｖに、また最も高レベルのＶ5は電圧の絶対値が最も大きい（−３３０）Ｖにそれぞれ相当する。
【００９３】
第１８図はこの実施形態における現像バイアス設定処理を示すフローチャートである。また、第１９図は高濃度用パッチ画像を示す図である。この処理では、まず露光エネルギーＥをレベル２に設定し（ステップＳ４１）、次いで直流現像バイアスＶavgを最小レベルのＶ0から１レベルずつ増加させながら、各バイアス値で高濃度用パッチ画像としてのベタ画像を形成する（ステップＳ４２、Ｓ４３）。
【００９４】
６段階に変更設定される直流現像バイアスＶavgに対応して、第１９図に示すように、中間転写ベルト７１の表面には６個のパッチ画像Ｉv0〜Ｉv5が順次形成されるが、このうち先頭から５個のパッチ画像Ｉv0〜Ｉv4は長さＬ1に形成される。この長さＬ1は、円筒形の感光体２の周長よりも長くなるように構成されている。一方、最後のパッチ画像Ｉv5は感光体２の周長より短い長さＬ3に形成される。このようにする理由は後に詳述する。また、直流現像バイアスＶavgを変更設定したとき、現像ローラ４４の電位が均一になるまでには若干の時間遅れがあるので、この時間遅れを見込んで各パッチ画像は間隔Ｌ2を隔てて形成される。中間転写ベルト７１表面のうち、実際にトナー像を担持可能な領域は同図に示す像形成領域７１０であるが、パッチ画像の形状および配置を上記のように構成しているため、像形成領域７１０に形成することのできるパッチ画像は３個程度となり、６個のパッチ画像は、第１９図のように中間転写ベルト７１の２周分にわたって形成される。
【００９５】
ここで、パッチ画像の長さを上記のように設定している理由について、第１図および第２０図を参照しつつ説明する。第２０図は感光体周期で生じる画像濃度の変動を示す図である。第１図に示すように、感光体２は円筒形に形成されている（その周長をＬ0とする）が、製造上のばらつきや熱変形等に起因して、その形状が完全な円筒でなかったり偏心を有する場合があり、このような場合、形成されるトナー像の画像濃度に感光体２の周長Ｌ0に対応した周期的な変動を生じることがある。というのは、感光体２と現像ローラ４４とが当接した状態でトナー現像が行われる接触現像方式の装置では両者間の当接圧が変動し、また両者が離間配置されてトナー現像が行われる非接触現像方式の装置では両者間にトナーを飛翔させる電界の強度が変化し、いずれの装置においても現像ローラ４４から感光体２へトナーが移動する確率が感光体２の回転周期で周期的に変動することとなるからである。
【００９６】
この濃度変動の幅は、第２０図（ａ）に示すように、特に直流現像バイアスＶavgの絶対値|Ｖavg|が比較的低い場合に大きく、この値|Ｖavg|が大きくなるにつれて小さくなる。例えば、直流現像バイアスの絶対値|Ｖavg|を比較的小さい値Ｖaに設定してパッチ画像を形成すると、第２０図（ｂ）に示すように、その画像濃度ＯＤは感光体２上での位置によって幅Δ1の範囲で変化することとなる。同様に、他の直流現像バイアスでパッチ画像を形成した場合でも、その画像濃度は第２０図（ｂ）の斜線部に示すようにある範囲で変動する。このように、パッチ画像の濃度ＯＤは直流現像バイアスＶavgの大きさだけでなく、その感光体２上への形成位置によっても変動する。したがって、その画像濃度から直流現像バイアスＶavgの最適値を求めるためには、パッチ画像に及ぼす上記感光体２の回転周期に対応した濃度変動の影響を排除する必要がある。
【００９７】
そこで、この実施形態では、感光体２の周長Ｌ0を超える長さＬ1のパッチ画像を形成し、後述するようにそのうちの長さＬ0分について求めた濃度の平均値を該パッチ画像の画像濃度としている。こうすることによって、各パッチ画像の濃度に及ぼす感光体２の回転周期に対応する濃度変動の影響を効果的に抑制しており、その結果、その濃度に基づいて直流現像バイアスＶavgの最適値を適正に求めることが可能となっている。
【００９８】
なお、この実施形態では、第１９図に示すように、各パッチ画像Ｉv0〜Ｉv5のうち、直流現像バイアスＶavgを最大として形成する最後のパッチ画像Ｉv5については、その長さＬ3を感光体２の周長Ｌ0より小さくしている。これは、第２０図（ｂ）に示すように、直流現像バイアスの絶対値|Ｖavg|が大きい条件で形成したパッチ画像では感光体２の回転周期に対応した濃度変動が小さいため上記のように感光体周期にわたる平均値を求める必要がないからであるが、こうすることでパッチ画像の形成およびその処理に要する時間を短縮するとともに、パッチ画像形成におけるトナー消費量を低減することが可能である。
【００９９】
このように、感光体周期に対応して生じる濃度変動が濃度制御因子の最適化処理に及ぼす影響を排除するためにはパッチ画像の長さを感光体２の周長Ｌ0より長く形成することが望ましいが、必ずしも全てのパッチ画像をこのような長さとする必要はなく、何個のパッチ画像をこのような長さとするかは各装置において現れる濃度変動の程度や求められる画像品質のレベルに応じて適宜決定されるべきものである。例えば、感光体周期での濃度変動の影響が比較的小さい場合には、直流現像バイアスＶavgが最小の条件で形成されるパッチ画像Ｉv0のみを長さＬ1として、他のパッチ画像Ｉv1〜Ｉv5についてはこれより短い長さＬ3に形成するようにしてもよい。
【０１００】
逆に、全てのパッチ画像を長さＬ1に形成してもよいが、この場合には処理時間およびトナー消費量が増大するという問題がある。また直流現像バイアスＶavgを最大とした状態でも感光体周期に対応した濃度変動が現れるのは画像品質の観点から好ましくなく、少なくともその最大値に設定したときにはこのような濃度変動が現れないように、直流現像バイアスＶavgの可変範囲を定めるのが本来的である。そして、そのように直流現像バイアスＶavgの可変範囲を設定した場合には、少なくともその最大値においてこのような濃度変動は現れないから、この場合のパッチ画像の長さをＬ1とする必要はない。
【０１０１】
第１８図に戻って、現像バイアス設定処理の説明を続ける。こうして各直流現像バイアスで形成したパッチ画像Ｉv0〜Ｉv5については、その表面からの反射光量に対応して濃度センサ６０から出力される電圧Ｖp、Ｖsをサンプリングする（ステップＳ４４）。この実施形態では、長さＬ1のパッチ画像Ｉv0〜Ｉv4では７４点（感光体２の周長Ｌ0に相当する）、また長さＬ3のパッチ画像Ｉv5では２１点（現像ローラ４４の周長に相当する）について、サンプリング周期８ｍｓｅｃで濃度センサ６０からの出力電圧Ｖp、Ｖsのサンプルデータを得ている。そして、前述した下地プロファイルの導出時（第１０図）と同様にして、サンプルデータからスパイクノイズを除去した後（ステップＳ４５）、そのデータからセンサ系の暗出力や下地プロファイルの影響を除いた各パッチ画像の「評価値」を算出する（ステップＳ４６）。ただし、上述した長さＬ1のパッチ画像Ｉv0〜Ｉv4については、７４サンプルのうち値の大きいものおよび小さいものから順にそれぞれ１０サンプルずつを除去してスパイクノイズ除去を行う。
【０１０２】
前述したように、この装置における濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１にトナーが付着していない状態での出力レベルが最も大きく、トナー量が多くなるにつれてその出力が小さくなるという特性を示す。さらに、この出力には暗出力によるオフセットも加わっているから、このセンサからの出力電圧データのままではトナー付着量を評価する情報として扱い難い。そこで、この実施形態では、得られたデータを加工してよりトナー付着量の大小を反映したデータ、すなわち評価値に変換し、以後の処理を容易に行えるようにしている。
【０１０３】
この評価値の算出方法について、ブラックトナー色によるパッチ画像を例としてより具体的に説明する。ブラックトナーにより現像された６個のパッチ画像のうち、第ｎ番目のパッチ画像Ｉvn（ただし、ｎ＝０、１、…、５）の評価値Ａk(ｎ)については、以下の式：
Ａk(ｎ)＝１−｛Ｄp_avek(ｎ)−Ｖp0｝／｛Ｔp_ave−Ｖp0｝ … (1-2)
に基づき、算出する。ここで、上式の各項の意味はそれぞれ以下のとおりである。
【０１０４】
まず、Ｄp_avek(ｎ)は、第ｎ番目のパッチ画像Ｉvnからの反射光のうちｐ偏光成分に対応する出力電圧Ｖpとして濃度センサ６０から出力され、サンプリングされた各サンプルデータのノイズ除去後の平均値である。すなわち、例えば最初のパッチ画像Ｉv0に対応する値Ｄp_avek(０)は、該パッチ画像のうちの長さＬ0分において濃度センサ６０からの出力電圧Ｖpとして検出された後スパイクノイズ除去処理を施されてＲＡＭ１０７に記憶された７４個のサンプルデータの算術平均である。なお、上式における各項の添字ｋは、ブラック色についての値であることを表すものである。
【０１０５】
また、Ｖp0は、先のプレ動作１において発光素子６０１を消灯した状態で取得した受光ユニット６７０ｐからの暗出力電圧である。このように、サンプリングされた出力電圧から暗出力電圧Ｖp0を差し引くことにより、暗出力の影響を排除してより高精度にトナー像の濃度を求めることが可能である。
【０１０６】
さらに、Ｔp_aveは、先に求められＲＡＭ１０７に記憶されている下地プロファイルデータのうち、中間転写ベルト７１上において上記Ｄp_avek(ｎ)の算出に用いた７４個の各サンプルデータが検出されたのと同じ位置で検出された各サンプルデータの平均値である。
【０１０７】
つまり、ブラック色における第ｎ番目のパッチ画像Ｉvnに対する評価値Ａk(ｎ)とは、トナーが付着する前の中間転写ベルト７１の表面から得られたセンサ出力Ｖpの平均値と、トナーの付着したパッチ画像Ｉvnから得られたセンサ出力Ｖpの平均値とのそれぞれからセンサの暗出力を差し引いた後に両者の比を取り、その値を１から減じたものである。したがって、パッチ画像としてのトナーが中間転写ベルト７１に全く付着しない状態ではＤp_avek(ｎ)＝Ｔp_aveとなって評価値Ａk(ｎ)がゼロとなる一方、中間転写ベルト７１の表面がブラックトナーにより完全に覆われて反射率がゼロとなった状態ではＤp_avek(ｎ)＝Ｖp0となって評価値Ａk(ｎ)＝１となる。
【０１０８】
このように、センサ出力電圧Ｖpの値をそのまま用いるのでなく評価値Ａk(ｎ)を用いると、中間転写ベルト７１の表面状態による影響をキャンセルしてパッチ画像の画像濃度を高精度に測定することができる。また、中間転写ベルト７１上のパッチ画像の濃淡に応じて補正されているため、画像濃度の測定精度をさらに向上させることができる。さらに、トナーが付着しない状態を表す最小値０から中間転写ベルト７１の表面が高密度のトナーに覆われた状態を表す最大値１までの値でパッチ画像Ｉvnの濃度を正規化して表すことができるので、以後の処理においてトナー像の濃度を見積もるのに好都合である。
【０１０９】
なお、ブラック以外のトナー色、すなわちイエロー色（Ｙ）、シアン色（Ｃ）およびマゼンタ色（Ｍ）については、ブラック色より反射率が高くトナーが中間転写ベルト７１の表面を覆った状態でもその反射光量はゼロではないから、上記により求めた評価値ではその濃度を精度よく表すことができない場合がある。そこで、この実施形態では、これらのトナー色に対する評価値Ａy(ｎ)、Ａc(ｎ)、Ａm(ｎ)を求めるに際して用いるサンプルデータとしてｐ偏光成分に対応した出力電圧Ｖpではなく、これから暗出力Ｖp0を差し引いた値を、ｓ偏光成分に対応した出力電圧Ｖsからその暗出力Ｖs0を差し引いた値で除した値Ｄps、すなわち、
Ｄps＝（Ｖp−Ｖp0）／（Ｖs−Ｖs0） … (1-3)
を各位置におけるサンプルデータとして用いることにより、これらのトナー色についても精度よくその画像濃度を見積もることを可能としている。また、ブラック色の場合と同様に、トナーが付着する前の中間転写ベルト７１の表面から得られたセンサ出力を考慮することで、中間転写ベルト７１の表面状態による影響をキャンセルし、また中間転写ベルト７１上のパッチ画像の濃淡に応じて補正されているため、画像濃度の測定精度を向上させることができる。
【０１１０】
例えばシアン色（Ｃ）に対しては、その評価値Ａc(ｎ)は、次式：
Ａc(ｎ)＝１−｛Ｄps_avec(ｎ)−Ｄps(color)｝／｛Ｔps_ave−Ｄps(color)｝ … (1-4)
により求めることができる。ここで、Ｄps_avec(ｎ)は、シアン色における第ｎ番目のパッチ画像Ｉvnの各位置におけるセンサ出力Ｖp、Ｖsに基づいて求めた上式(1-3)に示す値Ｄpsのノイズ除去後の平均値である。また、Ｄps(color)は、中間転写ベルト７１の表面がカラートナーにより完全に覆われた状態でのセンサ出力Ｖp、Ｖsに対応する上記値Ｄpsであり、この値Ｄpsが取りうる最小値である。さらに、Ｔps_aveは、中間転写ベルト７１上の各位置において下地プロファイルとしてサンプリングしたセンサ出力Ｖp、Ｖsに基づき求めた上記値Ｄpsの平均値である。
【０１１１】
カラートナーに対応する評価値を上記のように定義することによって、先に述べたブラック色の場合と同様に、中間転写ベルト７１にトナーが全く付着しない状態（このとき、Ｄps_avec(ｎ)＝Ｔps_ave）を表す最小値０から該ベルト７１が完全にトナーに覆われた状態（このとき、Ｄps_avec(ｎ)＝Ｄps(color)）を表す最大値１までの値でパッチ画像Ｉvnの濃度を正規化して表すことができる。
【０１１２】
こうして各パッチ画像の濃度（より正確にはその評価値）が求まると、その値に基づいて直流現像バイアスＶavgの最適値Ｖopを算出する（ステップＳ４７）。第２１図は、この実施形態における直流現像バイアスの最適値算出処理を示すフローチャートである。なお、この処理の内容はトナー色によらず同一であるため、第２１図および下記においてはトナー色に対応する評価値の添字（ｙ、ｃ、ｍ、ｋ）を省略しているが、評価値およびその目標値については各トナー色毎に異なる値であることはいうまでもない。
【０１１３】
まず、変数ｎを０に設定し（ステップＳ４７１）、評価値Ａ(ｎ)、すなわちＡ(０)と、先に求めた制御目標値Ａt（例えばブラック色においてはＡkt）とを比較する（ステップＳ４７２）。このとき、評価値Ａ(０)が制御目標値Ａt以上であれば、直流現像バイアスＶavgの最小値Ｖ0において目標濃度を超える画像濃度が得られていることを意味しているから、これより高い現像バイアスについては検討するまでもなく、このときの直流現像バイアスＶ0を最適値Ｖopとして処理を終了する（ステップＳ４７７）。
【０１１４】
これに対して、評価値Ａ(０)が目標値Ａtに達していないときには、１レベル高い直流現像バイアスＶ1において形成したパッチ画像Ｉv1についての評価値Ａ(１)を読み出し、評価値Ａ(０)との差を求めるとともに、その差が所定の値Δa以下であるか否かを判断する（ステップＳ４７３）。ここで、両者の差が所定の値Δa以下である場合には、上記と同様に直流現像バイアスＶ0をその最適値Ｖopとする。このようにする理由は後に詳述する。
【０１１５】
一方、両者の差が所定の値Δaより大きい場合にはステップＳ４７４に進み、評価値Ａ(１)と制御目標値Ａtとを比較する。このとき、評価値Ａ(１)が目標値Ａt以上であれば、目標値Ａtは評価値Ａ(０)より大きくかつＡ(１)以下、すなわちＡ(０)＜Ａt≦Ａ(１)であるから、直流現像バイアスＶ0とＶ1との間に目標の画像濃度を得るための直流現像バイアスの最適値Ｖopが存在することになる。すなわち、Ｖ0＜Ｖop≦Ｖ1である。
【０１１６】
そこで、このような場合にはステップＳ４７８に進み、計算により最適値Ｖopを求める。この計算方法としては種々の方法が考えられるが、例えば直流現像バイアスＶavgに対する評価値の変化をＶ0ないしＶ1の区間で適当な関数に近似し、その関数の値が目標値Ａtとなるような直流現像バイアスＶavgをその最適値Ｖopとしてもよい。このうち評価値の変化を直線で近似する方法が最も簡単であるが、直流現像バイアスＶavgの可変範囲を適当に選ぶことによって十分な精度で最適値Ｖopを求めることが可能である。もちろんこれ以外の方法、例えばより精確な近似関数を導入して最適値Ｖopを算出するようにしてもよいが、装置の検出誤差やばらつき等を考慮すると必ずしも現実的でない。
【０１１７】
一方、ステップＳ４７４において評価値Ａ(１)より目標値Ａtの方が大きい場合には、ｎを１だけインクリメントし（ステップＳ４７５）、ｎが最大値となるまで（ステップＳ４７６）上記したステップＳ４７３〜Ｓ４７５を繰り返して直流現像バイアスの最適値Ｖopを求めるが、ステップＳ４７６においてｎが最大値（ｎ＝５）となっても最適値Ｖopが求まらなかった、つまり６つのパッチ画像に対応する評価値のいずれもが目標値に達していなかったときには、濃度が最大となる直流現像バイアスＶ5を最適値Ｖopとする（ステップＳ４７７）。
【０１１８】
このように、この実施形態では、各パッチ画像Ｉv0〜Ｉv5に対応する評価値Ａ(０)〜Ａ(５)のそれぞれと目標値Ａtとを比較し、その大小関係に基づいて、目標濃度を得るための直流現像バイアスの最適値Ｖopを求めているが、上記したように、ステップＳ４７３においては、連続する２つのパッチ画像に対応する評価値Ａ(ｎ)とＡ(ｎ＋１)との差が所定値Δa以下であるときには直流現像バイアスＶnを最適値Ｖopとするようにしている。その理由について以下に説明する。
【０１１９】
第２２図は、直流現像バイアスとベタ画像についての評価値との関係を示すグラフである。第２２図（ａ）の曲線ａは、検出誤差のない本来の関係を示している。このように、直流現像バイアスの絶対値|Ｖavg|が大きくなるにつれてベタ画像についての評価値は増加するが、直流現像バイアスＶavgが比較的大きい領域ではその変化率は小さくなり、次第に飽和するという特性を示す。これは、ある程度高密度にトナーが付着すると、それ以上にトナー付着量を多くしても画像濃度はあまり増加しないからである。このように画像濃度の変化が小さくなると評価値の変化も小さくなるから、曲線ａの傾きも直流現像バイアス|Ｖavg|が大きくなるにつれ小さくなる。なお、以下では、第２２図（ａ）に示す直流現像バイアスＶavgと評価値との対応を表す曲線ａ、ｂ等を単に「評価値曲線」と称することとする。
【０１２０】
このような関係の下、センサ出力Ｖp、Ｖsに基づいて上記したようにパッチ画像についての評価値を求める場合、もしセンサ出力に検出誤差が含まれていなければ、直流現像バイアスＶavgの各値Ｖ0、Ｖ1、…で形成された各パッチ画像についての評価値は第２２図（ａ）の白丸印で示す値をそれぞれ取るはずである。一方、濃度センサ６０の特性ばらつき等に起因して、センサ出力Ｖp、Ｖsに検出誤差が含まれる場合がある。例えば、センサ出力Ｖpが本来の値よりわずかに高電位側にずれて出力される傾向があるとき、この出力Ｖpに基づき求めた評価値は、第２２図（ａ）の曲線ｂおよび斜線を付した丸印に示すように、本来の値よりわずかに小さな値となる。また、先に述べたトナー特性のばらつきにより、センサ出力に基づき求めた評価値が本来の画像濃度と一致しない場合もある。このように、センサ出力に基づいてパッチ画像の画像濃度を間接的に求める場合、その結果と実際の画像濃度との間に齟齬を生じることがある。
【０１２１】
さて、こうして求めたパッチ画像の評価値に基づき直流現像バイアスＶavgの最適値Ｖopを求める場合について検討する。第２２図（ｂ）は、第２２図（ａ）に示すグラフの部分拡大図である。直流現像バイアスＶavgとしては、ベタ画像についての評価値がその制御目標値Ａtと一致するときの値をその最適値とすればよいから、検出誤差がなければ、第２２図（ｂ）に示すように、評価値曲線ａと、制御目標値Ａtを表す直線ｃとの交点に対応する直流現像バイアスＶtをその最適値とすればよい。この例では、直流現像バイアスの最適値は直流現像バイアスＶ3、Ｖ4の中間の値となるはずである。
【０１２２】
しかし、実際には、センサ出力から求めた評価値には検出誤差が不可避的に含まれており、例えば上記したようにセンサの特性ばらつきにより評価値が本来の値より低く出る傾向にある場合、評価値曲線は第２２図（ｂ）の曲線ｂのようになる。したがって、この場合、この曲線ｂと直線ｃとの交点に対応する直流現像バイアスＶfをその最適値とすると、この値Ｖfは本来の最適値Ｖtとは大きく異なったものとなってしまう。
【０１２３】
このように、直流現像バイアスＶavgに対する画像濃度の変化が小さい、すなわち評価値曲線の傾きが小さい領域では、最適値として求められた直流現像バイアスＶavgはわずかな検出誤差によっても大きく変動することとなる。このような変動によって画像濃度が大きく変化することはないものの、直流現像バイアスの絶対値|Ｖavg|が必要以上に大きく設定された場合には、以下のような問題を生じることがある。すなわち、画像濃度の変化は少なくてもトナーの付着量は増加しているため、各現像器内のトナーの消耗が激しくなって、現像器交換の手間が繁雑になるとともに、装置のランニングコストが上昇する。また、トナー像を構成するトナーの量が増加するため、感光体２から中間転写ベルト７１へまたは中間転写ベルト７１からシートＳへの転写プロセスにおいて転写不良が発生したり、定着プロセスにおいてトナーが十分に溶融されず定着不良が発生するなど、画質劣化の原因となる。さらには、現像ローラ４４に必要以上に高い電圧が印加された状態で現像が行われることにより現像ローラ４４の表面に電荷が残留して均一なトナー層の形成に支障を来し、その結果、先に形成された画像の影響が後の画像に現れるなどの画質劣化を引き起こすことがある。このように、評価値曲線の傾きが小さい領域では、必要以上に高い直流現像バイアスＶavgを現像ローラ４４に印加することは好ましくない。
【０１２４】
この実施形態では、センサ出力から求められた各パッチ画像についての評価値をそのトナー濃度を表す指標として用いているが、直流現像バイアスＶavgの最適値を求める際には評価値の値そのものだけでなく、その現像バイアスＶavgに対する変化率をも加味することで、直流現像バイアスＶavgの最適化処理における検出誤差等の影響を抑えている。
【０１２５】
第２３図は、直流現像バイアスに対する評価値およびその変化率を示すグラフである。第２３図（ａ）の曲線ａに示すように、直流現像バイアス|Ｖavg|の増加に対して評価値は次第に飽和するから、その変化率は、第２３図（ｂ）に示すように、直流現像バイアス|Ｖavg|の増加に対して単調に減少する。ここで、検出誤差を含む曲線ｂに基づき評価値曲線から直流現像バイアスＶavgの最適値を求めると、上記したように、本来その最適値はＶtであるにもかかわらず、検出誤差のためこれと大きく異なる値Ｖfとして求められる。一方、第２３図（ｂ）に示すように、直流現像バイアスＶavgに対する評価値の変化率を表す曲線（以下、「変化率曲線」という）は、検出誤差によって評価値曲線が若干変化したとしてもその変化は小さい。というのは、検出誤差等に起因して生じる評価値曲線の変動は、第２３図（ａ）に示すように、本来の曲線がいずれかの方向にシフトした形で現れ、曲線の形状そのものが大きく変化することは考えにくい一方、変化率曲線はこの評価値曲線を微分して得られるものであるため、その形状はこのような評価値曲線のシフトによってもほとんど変わらないからである。
【０１２６】
そこで、第２３図（ｂ）に示すように、評価値の変化率に対しても所定の目標値、すなわち本発明にいう「有効変化率」に相当する値Δtを定めるとともに、直流現像バイアスＶavgに対して単調減少する評価値の変化率がこの目標値Δtとほぼ一致するときの直流現像バイアスＶdを求め、この値Ｖdと、先に評価値曲線から求められた最適値とに基づき直流現像バイアスＶavgの最適値を求めればよい。そして、例えば、評価値曲線から求めた値と、変化率曲線から求めた値Ｖdとの差があまり大きくなければ、これらのうちいずれか一方の値、もしくはこれらの値に基づき求めた値（例えば両者の平均値）を直流現像バイアスＶavgの最適値としてよい。しかし、両者の差が大きい場合には、上記した諸問題を解消するため、よりトナー付着量の少ない、すなわち直流現像バイアス|Ｖavg|がより小さくなる方の値を直流現像バイアスＶavgの最適値とするのが好ましい。こうすることで、例えば第２３図（ａ）に示す値Ｖfのように、評価値曲線から求めた値が検出誤差により本来の値Ｖtとは大きく異なっている場合でも、直流現像バイアスＶavgの最適値は変化率曲線から求めた値Ｖdとなるから、本来の値Ｖtにほぼ近い値を導出することが可能となる。
【０１２７】
なお、前述したように、実際の装置では、上記のように直流現像バイアスＶavgを連続的に変化させているわけではなく、直流現像バイアスＶavgをＶ0〜Ｖ5の６段階で離散的に変化させている。したがって、第２４図（ａ）に示すように、各パッチ画像の画像濃度に対応して６個の評価値が導出され、これらの間を直線補間することで評価値曲線が求められる。第２４図は、この実施形態における評価値曲線およびその変化率を示す図である。また、このように評価値が離散的に求められるのに伴って、その変化率は、直流現像バイアスＶavgが１段階だけ異なる２つのパッチ画像に対応する評価値の差分Δとして求められる。すなわち、先に述べた通り、Δ＝Ａ(ｎ＋１)−Ａ(ｎ)である。
【０１２８】
そして、第２４図（ａ）の評価値曲線に基づき評価値が制御目標値Ａtとほぼ一致するときの直流現像バイアスＶcをその最適値とすることを原則としつつも、この値Ｖc以下の直流現像バイアスＶavgにおいて上記した差分Δが所定の有効変化率Δa以下となる場合には、評価値が制御目標値Ａtに達していなくても、そのときの直流現像バイアスをその最適値Ｖopとするようにしている。すなわち、第２４図（ｂ）の例では、Ｖop＝Ｖ3である。このように、この実施形態では、この値Δaが本発明の「有効変化率」に相当する。この値Δaは、それぞれの評価値がΔaだけ異なる２つの画像があるとき、両者の濃度の差が肉眼では容易に判別できない程度、もしくはその装置において両者の濃度の差が許容しうる程度となるように選ぶことが望ましい。
【０１２９】
こうすることによって、濃度センサ６０の検出誤差等に起因して画像濃度の増加がほとんどないにもかかわらず直流現像バイアスＶavgを必要以上に高い値に設定してしまうことは防止されており、上記した諸問題の発生を効果的に抑制しながら、ほぼ所定値に近い画像濃度が得られるようになっている。
【０１３０】
一方、差分Δが有効変化率Δaより大きい領域では、評価値曲線の傾きが大きいから、検出誤差による評価値曲線のシフトに伴う直流現像バイアスＶavgの変動は小さく、したがって、この場合、評価値曲線のみから直流現像バイアスＶavgの最適値Ｖopを求めてよい。なお、ここでは画像濃度を表す指標として、センサ出力値から求めた「評価値」を用いて説明したが、画像濃度の値そのもの、または画像濃度を示す他の指標を用いても同様にすることができる。
【０１３１】
以上のようにして、所定のベタ画像濃度が得られる直流現像バイアスＶavgの最適値Ｖopが、その最小値Ｖ0から最大値Ｖ5までの範囲のいずれかの値に設定される。なお、この画像形成装置においては、画質向上の観点から、感光体２上の静電潜像のうち画像信号に対応してトナーを付着させない部分（非画線部）の表面電位と直流現像バイアスＶavgとの電位差が常に一定（例えば、３２５Ｖ）となるようにしており、上記のように直流現像バイアスＶavgの最適値Ｖopが求まると、それに応じて帯電制御部１０３から帯電ユニット３に与えられる帯電バイアスの大きさも変更されて、上記電位差が一定に保たれている。
【０１３２】
（Ｅ）露光エネルギー設定
引き続いて、露光エネルギーＥをその最適値に設定する。第２５図はこの実施形態における露光エネルギーの設定処理を示すフローチャートである。第２５図に示すように、その処理内容は先に述べた現像バイアスの設定処理（第１８図）と基本的に同じである。すなわち、まず直流現像バイアスＶavgを先に求めた最適値Ｖopに設定し（ステップＳ５１）、次いで露光エネルギーＥを最小レベルのレベル０から１レベルずつ増加させながら、各レベルでパッチ画像を形成する（ステップＳ５２、Ｓ５３）。そして、各パッチ画像からの反射光量に対応するセンサ出力Ｖp、Ｖsをサンプリングし（ステップＳ５４）、そのサンプルデータからスパイクノイズを除去するとともに（ステップＳ５５）、各パッチ画像の濃度を表す評価値を求め（ステップＳ５６）、その結果に基づいて露光エネルギーの最適値Ｅopを求める（ステップＳ５７）。
【０１３３】
この処理（第２５図）において、その処理内容が前記した現像バイアス設定処理（第１８図）と相違しているのは、形成するパッチ画像のパターンおよび個数と、評価値から露光エネルギーの最適値Ｅopを求める演算処理とであり、その他の点については両者はほぼ共通の処理を行っている。そこで、ここでは主にその相違点について説明する。
【０１３４】
この画像形成装置では、感光体２表面が光ビームＬにより露光されることで画像信号に対応した静電潜像が形成されるが、例えばベタ画像のように露光される面積が比較的広い高濃度画像では露光エネルギーＥを変化させても静電潜像の電位プロファイルはあまり変化しない。これに対して、例えば細線画像やハーフトーン画像のように露光される領域が感光体２表面にスポット的に散在している低濃度画像では、露光エネルギーＥによりその電位プロファイルが大きく変化する。このような電位プロファイルの変化はトナー像の濃度変化をもたらす。つまり、露光エネルギーＥの変化は、高濃度画像にはあまり影響を及ぼさないのに対し、低濃度画像ではその濃度に大きく影響する。
【０１３５】
そこで、この実施形態では、まず画像濃度に対する露光エネルギーＥの影響が少ないベタ画像を高濃度用パッチ画像として形成し、その濃度に基づいて直流現像バイアスＶavgの最適値を求める一方、露光エネルギーＥの最適値を求める際には低濃度用パッチ画像を形成するようにしている。そのため、この露光エネルギー設定処理においては、直流現像バイアス設定処理において形成したパッチ画像（第１９図）とは異なるパターンのパッチ画像を用いている。
【０１３６】
なお、露光エネルギーＥの高濃度画像に対する影響は小さいものの、その可変範囲を広くしすぎると高濃度画像の濃度変化も大きくなってしまう。これを防止するため、露光エネルギーＥの可変範囲としては、露光エネルギーを最小（レベル０）から最大（レベル３）に変化させたときの高濃度画像（例えばベタ画像）に対応する静電潜像の表面電位の変化が２０Ｖ以内、より望ましくは１０Ｖ以内となるようにするのがよい。
【０１３７】
第２６図は、低濃度用パッチ画像を示す図である。先に述べたように、この実施形態では露光エネルギーＥを４段階に変更設定するようにしており、ここではその各レベルで各１個ずつ、計４個のパッチ画像Ｉe0〜Ｉe3を形成している。また、ここで用いるパッチ画像のパターンは、第２６図に示すように、互いに離隔配置された複数の細線により構成されており、より詳しくは、１オン１０オフの１ドットラインパターンである。低濃度用パッチ画像のパターンはこれに限定されるものではないが、このようにラインまたはドットが互いに孤立したパターンを用いると、より露光エネルギーＥの変化を画像濃度の変化に反映させることができ、より精度よくその最適値を求めることが可能となるのである。
【０１３８】
また、各パッチ画像の長さＬ4は、高濃度用パッチ画像の長さＬ1（第１９図）より小さく設定されている。これは、この露光エネルギー設定処理では直流現像バイアスＶavgが既にその最適値Ｖopに設定されており、この最適条件の下では感光体２周期での濃度ムラが発生しないからである（逆に、この状態でこのような濃度ムラが発生するようならＶopは直流現像バイアスＶavgとして最適な値ではない）。しかし、一方で現像ローラ４４の変形に伴う濃度ムラが発生している可能性もあるので、パッチ画像の濃度としては現像ローラ４４の周長に相当する長さについて平均した値を用いるのが好ましく、そこでパッチ画像の周長Ｌ4は現像ローラ４４の周長よりは大きくなるように設定している。なお、非接触現像方式の装置において現像ローラ４４および感光体２それぞれの表面の移動速度（周速）が同一でない場合には、その周速比を考慮して現像ローラ４４の１周分に対応する長さのパッチ画像を感光体２に形成するようにすればよい。
【０１３９】
また、各パッチ画像の間隔Ｌ5については、第１９図に示す間隔Ｌ2より小さくしてよい。というのは、露光ユニット６からの光ビームＬのエネルギー密度は比較的短時間で変更することが可能であり、特にその光源が半導体レーザーで構成されている場合にはきわめて短い時間でそのエネルギー密度を変更することができるからである。このように各パッチ画像の形状およびその配置を構成したことにより、第２６図に示すように、中間転写ベルト７１の１周分に全てのパッチ画像Ｉe0〜Ｉe3を形成することが可能となっており、それに伴って処理時間も短縮されている。
【０１４０】
このようにして形成された低濃度用パッチ画像Ｉe0〜Ｉe3については、先に述べた高濃度パッチ画像の場合と同様にしてその画像濃度を表す評価値が求められる。そして、その評価値と、先に述べた高濃度パッチ画像用とは別に用意された低濃度パッチ画像用のルックアップテーブル（第１７図（ｂ））から導き出される制御目標値とに基づいて露光エネルギーの最適値Ｅopが算出される。第２７図は、この実施形態における露光エネルギーの最適値算出処理を示すフローチャートである。この処理においても、第２１図に示す現像バイアスの最適値算出処理と同様に、低エネルギーレベルで形成したパッチ画像から順にその評価値を目標値Ａtと比較し、評価値が目標値と一致するような露光エネルギーＥの値を求めることでその最適値Ｅopが決定される（ステップＳ５７１〜Ｓ５７７）。
【０１４１】
ただし、通常用いる露光エネルギーＥの範囲では、細線画像濃度と露光エネルギーＥとの間にはベタ画像濃度と直流現像バイアスとの関係においてみられる飽和特性（第２０図（ｂ））は現れないため、第２１図のステップＳ４７３に相当する処理は省かれている。このようにして、所望の画像濃度を得られる露光エネルギーＥの最適値Ｅopが求められる。
【０１４２】
（Ｆ）後処理
以上のように直流現像バイアスＶavg、露光エネルギーＥについてそれぞれの最適値が求められたことにより、これ以降は所定の画像品質での画像形成が可能な状態となる。したがって、この時点で濃度制御因子の最適化処理を終了し、中間転写ベルト７１等の回転駆動を停止して装置を待機状態に移行させるようにしてもよいし、さらに他の濃度制御因子を制御すべく何らかの調節動作を行うようにしてもよく、このように後処理の内容は任意であるのでここでは説明を省略する。
【０１４３】
（３）効果
以上のように、この実施形態では、直流現像バイアスＶavgを６段階に変化させながら形成したパッチ画像について、その画像濃度に対応した評価値を求めるとともにその変化率を求め、該評価値が制御目標値Ａtとほぼ一致するときの直流現像バイアスおよび変化率が有効変化率Δa以下となるときの直流現像バイアスのうち、その絶対値|Ｖavg|がより小さい、すなわち感光体２へのトナー付着量がより少なくなる方の値を直流現像バイアスの最適値Ｖopとしている。そのため、求められた評価値が濃度センサ６０の特性ばらつきやトナーの特性ばらつきに起因する誤差を含んでいたとしても、本来の最適値とは大きく異なる値となってしまうことは未然に防止されている。
【０１４４】
こうして検出誤差の影響を抑制しつつ、直流現像バイアスＶavgをほぼその最適値に設定することができるので、この画像形成装置では、トナー消費量が過大となったり、転写・定着不良を起こすなどの問題の発生も抑制されており、その結果、画質の良好なトナー像を安定して形成することが可能となっている。
【０１４５】
（４）その他
上記した実施形態では、濃度センサ６０を中間転写ベルト７１の表面に対向配置し、中間転写ベルト７１に一次転写されたパッチ画像としてのトナー像の濃度を検出するように構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば濃度センサを感光体２の表面に向けて配置し、感光体２上に現像されたトナー像の濃度を検出するようにしてもよい。
【０１４６】
上記した実施形態は、第２４図（ａ）に示す評価値が制御目標値Ａtとなる直流現像バイアスＶcを見出すより先に第２４図（ｂ）に示す差分Δが有効変化率Δa以下となる直流現像バイアスＶ3を見出したときには、この値Ｖ3を直流現像バイアスの最適値Ｖopとするように構成されている（第２１図）。しかし、例えば第２４図に示すように、評価値曲線から求めた最適値Ｖcとその変化率から求めた最適値Ｖ3との差が比較的小さい場合には、両者のいずれを最適値Ｖopとしても差し支えない。したがって、第２１図におけるステップＳ４７３とＳ４７４との順序を入れ換えてもよい。このようにした場合には、ＶcとＶ3とが第２４図に例示する関係にあったときの直流現像バイアスの最適値ＶopはＶcとなる。
【０１４７】
上記した実施形態では、評価値曲線およびその変化率の双方に基づいて直流現像バイアスＶavgの最適値Ｖopを求めているが、変化率曲線のみに基づいて最適値Ｖopを求めることができる場合もある。すなわち、トナー濃度の変化率が所定の有効変化率とほぼ一致する画像形成条件を求めるだけで濃度制御因子の最適値を求めることができる場合がある。例えば第２３図に示すように、評価値と変化率、より一般的には検出されたパッチ画像のトナー濃度とその変化率との対応関係が予めわかっている場合には、いずれか一方が求まれば他方を求めることが可能であるから、このうち一方のみから濃度制御因子の最適化を行うことが可能である。
【０１４８】
従来の画像形成装置では、このうち検出されたトナー濃度のみに基づいて濃度制御因子の最適化を行っているが、前述したように、検出結果には誤差が含まれる可能性があるから、むしろ本発明のようにトナー濃度の変化率に着目する方が、検出誤差の影響を排除してより高い精度で濃度制御因子の最適化を行うことができる。特に、トナー濃度と濃度制御因子との対応関係が予め明らかになっており、しかも濃度制御因子に対するトナー濃度の変化率がその濃度目標値付近で大きくなっている装置では、必要十分な精度で濃度制御因子の最適化を行うことが可能である。
【０１４９】
上記した実施形態における濃度制御因子の最適化処理の手順はその一例を示したものであって、これ以外の手順であってもよい。例えば、本実施形態ではプレ動作１およびプレ動作２を同時に開始するようにしているが、これらは必ずしも同時に実行しなくてもよい。また、画像濃度の制御目標値は少なくとも直流現像バイアスの最適値Ｖopを求める時点で求められていればよく、本実施形態とは異なるタイミング、例えばプレ動作より前に制御目標値を求めるようにしてもよい。
【０１５０】
上記した実施形態では、中間転写ベルト７１の下地プロファイルとして濃度センサ６０の出力を中間転写ベルト７１の１周分についてサンプリングした各サンプルデータを記憶するようにしているが、後にパッチ画像が形成される位置に相当する位置からのサンプルデータのみを記憶するようにしてもよく、こうすることで記憶すべきデータ量を削減することが可能である。この場合には、中間転写ベルト７１への各パッチ画像の形成位置をできるだけ一致させるようにすれば、各パッチ画像について共通の下地プロファイルを使用して演算を行うことができてさらに効果的である。
【０１５１】
上記した実施形態では、画像濃度を制御する濃度制御因子としての直流現像バイアスおよび露光エネルギーを可変としているが、これらのうち一方のみを可変として画像濃度を制御するようにしてもよく、また他の濃度制御因子を用いるようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、帯電バイアスが直流現像バイアスに追従して変化するように構成されているが、これに限定されるものでなく、帯電バイアスを固定としたり、直流現像バイアスとは独立に変更できるようにしてもよい。
【０１５２】
＜第２実施形態＞
第２８図は第２実施形態における光量制御信号変換部を示す図である。第１実施形態の装置（第４図）ではＣＰＵ１０１から光量制御信号Ｓlcが出力され、濃度センサ６０の照射光量調整ユニット６０５に直接入力されているのに対し、この第２実施形態の装置は、ＣＰＵ１０１と照射光量調整ユニット６０５との間に光量制御信号変換部２００が設けられている点で第１実施形態とは相違している。
【０１５３】
この光量制御信号変換部２００は、ＣＰＵ１０１から光量制御のために出力される２種類のデジタル信号ＤＡ１およびＤＡ２に応じた電圧値の光量制御信号Ｓlcを濃度センサ６０の照射光量調整ユニット６０５に供給するものである。この光量制御信号変換部２００では、ＣＰＵ１０１からの２つのデジタル信号ＤＡ１、ＤＡ２をそれぞれアナログ信号電圧ＶDA1、ＶDA2に変換する２つのＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器２０１、２０２が設けられている。そして、これらのアナログ信号ＶDA1、ＶDA2はそれぞれバッファ２０３、２０４を介して演算部２１０に入力される。
【０１５４】
この実施形態では、Ｄ／Ａ変換器２０１および２０２は、いずれも８ビットの分解能を備え、＋５Ｖの単一電源にて動作する。つまり、これらの出力電圧ＶDA1およびＶDA2は、ＣＰＵ１０１からの８ビットデジタル信号ＤＡ１またはＤＡ２の値（０ないし２５５）に応じて、０Ｖから＋５Ｖまで２５６段階の離散的な値を取る。例えば、ＣＰＵ１０１からのデジタル信号ＤＡ１が０であるとき、Ｄ／Ａ変換器２０１の出力電圧ＶDA1は０Ｖとなる。そして、デジタル信号ＤＡ１の値が１増加する毎に出力電圧ＶDA1は最小電圧ステップΔＶDA＝（５／２５５）Ｖずつ増加し、デジタル信号ＤＡ１が２５５のとき、Ｄ／Ａ変換器２０１の出力電圧ＶDA1は＋５Ｖとなる。Ｄ／Ａ変換器２０２の出力電圧ＶDA2についても同様である。このように、Ｄ／Ａ変換器２０１の出力電圧ＶDA1およびＤ／Ａ変換器２０１の出力電圧ＶDA2は、いずれも８ビットデジタル信号に対応する２５６段階の離散的な値を取りうる。
【０１５５】
ここで、発光素子６０１による照射光量を細かく制御するためには、光量制御信号Ｓlcをより細かい刻みで多段階に設定できることが望ましい。デジタル信号ＤＡ１、ＤＡ２のビット数を多くすればより細かい設定が可能となるが、装置コストの面では現実的でない。すなわち、Ｄ／Ａ変換器２０１、２０２として入力ビット数がより多く分解能の高いものを使う必要があるが、このようなデバイスは高価である。とりわけＣＰＵについては、８ビットを超えるデータを扱うためにはデータビット長が１６ビットの製品を使用する必要があり、このような製品はデータビット長が８ビットのものに比べて非常に高価となってしまう。
【０１５６】
そこで、この実施形態では、これら２つのＤ／Ａ変換器２０１、２０２の出力電圧に対して演算部２１０が所定の演算を行い、その演算結果を光量制御信号Ｓlcとすることで、データビット長を８ビットに留めて装置コストを抑えながら、高い分解能で光量制御を行えるようにしている。
【０１５７】
演算部２１０は、４つの抵抗器２１１〜２１４とオペアンプ２１５とで構成される減算回路である。４つの抵抗器２１１〜２１４のうち、２つの抵抗器２１１と２１４とは同じ抵抗値Ｒ１を有し、また他の２つの抵抗器２１２と２１３とは同じ抵抗値Ｒ２（ただし、Ｒ２＞Ｒ１）を有している。このような構成では、演算部２１０から出力される出力電圧Ｖoutは下式：
Ｖout＝ＶDA1−（Ｒ１／Ｒ２）ＶDA2 … (2-1)
で表される。この出力電圧Ｖoutが光量制御信号Ｓlcとして濃度センサ６０の照射光量調整ユニット６０５に入力されている。
【０１５８】
上式(2-1)において、値ＶDA1がΔＶDAだけ増加すると、出力電圧ＶoutもΔＶDAだけ増加する。これに対して、値ＶDA2がΔＶDAだけ増加すると、出力電圧Ｖoutは（Ｒ１／Ｒ２）ΔＶDAだけ減少することとなる。つまり、ＣＰＵ１０１からＤ／Ａ変換器２０１に与えるデジタル信号ＤＡ１の値を１だけ変化させると出力電圧ＶoutはΔＶDAだけ変化するのに対して、Ｄ／Ａ変換器２０２に与える信号ＤＡ２の値を１だけ変化させると、出力電圧Ｖoutは（Ｒ１／Ｒ２）ΔＶDAだけ変化する。したがって、信号ＤＡ１およびＤＡ２の値の組み合わせを適宜設定することによって、最小電圧ステップ（Ｒ１／Ｒ２）ΔＶDAで光量制御信号Ｓlcを調節することができる。例えば、（Ｒ１／Ｒ２）＝１／４となるように抵抗値Ｒ１およびＲ２を定めれば、信号ＤＡ１およびＤＡ２の値の組み合わせにより、光量制御信号Ｓlcを０から＋５Ｖの範囲で、しかも最小電圧ステップ（ΔＶDA／４）で任意の値に設定することが可能となる。これは、８ビットデジタル信号ＤＡ１の値のみで設定を行う場合と比較して、２ビット分に相当する分解能の向上となる。
【０１５９】
第２９図は光量制御信号の設定方法を説明する原理図である。ここでは、一例として（Ｒ１／Ｒ２）＝１／４の場合について説明する。まず、ＣＰＵ１０１からの８ビットデジタル信号ＤＡ１のみでは、第２９図の白丸印に示すように、出力信号Ｖoutは最小電圧ステップΔＶDA刻みでしか設定することができない。例えば、信号ＤＡ１の値が（Ｘ−１）のとき、第２９図に示すように、出力信号ＶoutはＶout(x-1)であるのに対し、信号ＤＡ１の値が１増加してＸとなれば出力信号ＶoutはこれよりΔＶDAだけ大きいＶoutxとなり、出力信号Ｖoutをこれらの中間の値に設定することはできない。
【０１６０】
ここで、信号ＤＡ１の値をＸとして、信号ＤＡ２の値を０から１つずつ増加させると、出力信号ＶoutはＶoutxから（ΔＶDA／４）ずつ低下する。すなわち、第２９図の黒丸印に示すように、信号ＤＡ２の値を０から３までの範囲で設定することにより、Ｖout(x-1)からＶoutまでの中間の出力信号Ｖoutの値を取ることができるようになる。すなわち、信号ＤＡ１のみによる場合に比べ、より高い（この例では４倍の）分解能で光量制御信号Ｓlcを設定することができる。
【０１６１】
なお、信号ＤＡ１の値を固定して、信号ＤＡ２のみで出力電圧Ｖoutを調節すると、細かい刻みで出力電圧を設定することはできるが、その反面、出力電圧の可変範囲自体が狭くなってしまう。上記のように、比較的粗い刻みで出力電圧Ｖoutをおよその値に設定するための信号ＤＡ１と、その電圧ステップをより細かい刻みで補間するための信号ＤＡ２とを組み合わせて用いることによって、可変範囲の広さと高分解能との両立が可能となるのである。
【０１６２】
このように、抵抗値Ｒ１とＲ２との比（Ｒ１／Ｒ２）の値によって、出力電圧Ｖoutの刻みを任意に設定することができる。したがって、分解能向上の観点からは、値（Ｒ１／Ｒ２）をできるだけ小さくするのが好ましい。ただし、信号ＤＡ２による出力電圧Ｖoutの可変範囲もこの比の値に応じて小さくなってしまう。信号ＤＡ１の最小ステップ１に相当する電圧ステップΔＶDAを信号ＤＡ２の調節によって補間するためには、信号ＤＡ２によって調節可能な出力電圧Ｖoutの範囲がΔＶDAより小さくすることは好ましくない。より具体的には、信号ＤＡ１のデータビット長が８ビットであるので、値（Ｒ１／Ｒ２）を（１／２５６）より小さくしてしまうと、出力電圧ＶoutとしてＶout(x-1)とＶoutxとの間を均等に補間することができなくなる。
【０１６３】
実際の装置においては、装置で扱うデータのビット長と、光量を設定するのに必要な分解能とに応じて抵抗値Ｒ１、Ｒ２を定めればよい。この実施形態では、Ｒ１＝１ｋΩ、Ｒ２＝６４．９ｋΩとしており、これによりデータビット長は８ビットでありながら、ほぼ１４ビット相当の分解能を実現している。
【０１６４】
第３０図は第２実施形態における基準光量設定処理を示すフローチャートである。また第３１図は基準光量設定処理の原理を説明する図である。この基準光量設定処理は、第１０図に示した第１実施形態におけるプレ動作１の各動作ステップのうち、「センサの校正（１）、（２）」（ステップＳ２１ａ、Ｓ２１ｂ）および「基準光量制御信号の設定」（ステップＳ２２）の各ステップに代えて、第２実施形態の装置において実行するものである。具体的には、発光素子６０１を所定の基準光量で発光させるための光量制御信号Ｓlcが照射光量調整ユニット６０５に与えられるように、信号ＤＡ１およびＤＡ２の値を設定する処理である。これ以外の第２実施形態の装置構成および動作は第１実施形態と同一である。
【０１６５】
第３０図に示すように、この基準光量設定処理では、第１実施形態と同様にまず暗出力の検出を行う（ステップＳ２１１）。ここでは、発光素子６０１を消灯した状態で、受光素子６７０ｐ、６７０ｓの出力電圧Ｖp、Ｖsを検出する。なお、以下では、２つの受光素子の出力電圧ＶpおよびＶsのアナログ値に代えて、これらの電圧値をそれぞれ図示を省略するＡ／Ｄ変換回路により１０ビットデジタル値に変換した検出値ＤpおよびＤsを用いることとする。
【０１６６】
こうして発光素子６０１の消灯状態で検出された値Ｄp、Ｄsをそれぞれ暗出力値Ｄp0、Ｄs0として記憶しておく。これらの値は、第１実施形態で暗出力Ｖp0、Ｖs0として説明したアナログ値に対応するデジタル値である。なお、検出誤差を小さくするため、電圧検出は８ｍｓｅｃ間隔で２２サンプル行い、それらの平均を上記暗出力値Ｄp0、Ｄs0としている。
【０１６７】
次に、発光素子６０１を低光量で発光させ、そのときのｐ偏光成分に対応する検出値Ｄpを検出する（ステップＳ２１２）。このとき、発光素子６０１を低光量で発光させるため、ＣＰＵ１０１がＤ／Ａ変換器２０１に出力する信号ＤＡ１の値ＤＡTEST1を５６とする一方、Ｄ／Ａ変換器２０２に出力する信号ＤＡ２の値を０とした。そして、この状態で３１２サンプルの検出値Ｄpを取得し、その平均値をＰave1とする。
【０１６８】
次に、発光素子６０１を高光量で発光させ、そのときのｐ偏光成分に対応する検出値Ｄpを検出する（ステップＳ２１３）。このときの信号ＤＡ１の値ＤＡTEST2は、先のステップより高光量となるように６７とした。信号ＤＡ２の値はここでも０である。そして、この状態で同様に３１２サンプルの検出値Ｄpを取得し、その平均値をＰave2とする。
【０１６９】
なお、低光量および高光量で発光素子６０１を発光させるための信号ＤＡ１の値ＤＡTEST1、ＤＡTEST2は上記数値に限定されるものではないが、発光素子６０１の発光光量と信号ＤＡ１との関係において、発光素子６０１の発光光量が信号ＤＡ１の値に比例する領域に属する数値にこれらの値を設定することが好ましい。こうすることで直線補間により計算を行うことができる。
【０１７０】
そして、後述する計算に用いるためのデータとして、信号ＤＡ１の値に対する検出値Ｄpの変化率：
ΔＤp＝（Ｐave2−Ｐave1）／（ＤＡTEST2−ＤＡTEST1） … (2-2)
を求める（ステップＳ２１４）。
【０１７１】
ここで、発光素子６０１が基準光量で発光しているときの検出値Ｄpに相当する目標値Ｄptと、上記で求めた値Ｐave2との大小関係によって、以下の計算方法を異ならせている（ステップＳ２１５）。ここでの目標値Ｄptは、第１実施形態の場合と同様に、３Ｖに暗出力Ｖp0を加えたアナログ値に相当する値である。なお、検出値Ｄpと信号ＤＡ１の値との間には直線関係が成立し、この直線の傾きに相当するのが、先に求めた値ΔＤpである。
【０１７２】
（１）Ｐave2≧Ｄpt：ステップＳ２１６（第３１図（ａ））
この場合、第３１図（ａ）に示すように、目標値Ｄptは実測による値Ｐave1およびＰave2の中間にあるから、目標の光量を得るための信号ＤＡ１、ＤＡ２の設定値ＤＡ10、ＤＡ20を内挿によって求めることができる。まず、検出値Ｄpが目標値Ｄpt以上で、かつ、目標値Ｄptに最も近くなるときのＤＡ１の値を、ＤＡ１の設定値ＤＡ10とする。そして、設定値ＤＡ10との組み合わせで検出値Ｄpが目標値Ｄptに最も近くなるように、信号ＤＡ２の値ＤＡ20を求める。
【０１７３】
具体的には、以下の計算式：
ＤＡ10＝ＤＡTEST2−ＩＮＴ［（Ｐave2−Ｄpt）／ΔＤp］ … (2-3)
ＤＡ20＝［（Ｐave2−Ｄpt） mod ΔＤp］／（ΔＤp／６４．９） … (2-4)
により設定値ＤＡ10、ＤＡ20を求める。ここに、ＩＮＴ［ｘ］は、ｘを超えない最大の整数を求める演算子を表し、［ｘ
mod ｙ］は、ｘをｙで除したときの剰余を求める演算子を表す。
【０１７４】
（２）Ｐave2＜Ｄpt：ステップＳ２１７（第３１図（ｂ））
この場合、第３１図（ｂ）に示すように、目標値Ｄptは実測による値Ｐave1およびＰave2の中間にはないから、目標の光量を得るための信号ＤＡ１、ＤＡ２の設定値ＤＡ10、ＤＡ20を外挿によって求める。基本的な求め方は上記と同様であるが、計算式が若干異なっており、以下の式：
ＤＡ10＝ＤＡTEST2＋ＩＮＴ［（Ｄpt−Ｐave2）／ΔＤp］＋１ … (2-5)
ＤＡ20＝｛ΔＤp−［（Ｄpt−Ｐave2） mod ΔＤp］｝／（ΔＤp／６４．９） … (2-6)
により設定値ＤＡ10、ＤＡ20を求める。
【０１７５】
以後の動作において、発光素子６０１を基準光量で発光させるためには、ＣＰＵ１０１がＤ／Ａ変換器２０１および２０２に対し出力する信号ＤＡ１およびＤＡ２を、それぞれ上記設定値ＤＡ10およびＤＡ20とすればよい。こうすることで、基準光量に対応した光量制御信号Ｓlcが照射光量調整ユニット６０５に与えられ、これにより発光素子６０５が基準光量で発光する。なお、光量制御信号Ｓlcの変更を行った直後は発光素子６０１の光量が安定しないので、変更後は所定時間の経過を待ってから光量の検出を行うことが好ましい。この実施形態では、信号ＤＡ１またはＤＡ２の値を変更したときは、変更後１００ｍｓｅｃ以上経過した検出値のみを有効とするようにしている。
【０１７６】
なお、上記した抵抗値や設定値等の数値は単に例として示したものにすぎず、これらの数値に限定されるものでないことはいうまでもない。
【０１７７】
＜第３実施形態＞
次に、本発明にかかる画像形成装置の第３実施形態について説明する。この実施形態の画像形成装置の構成は、先に説明した第１実施形態の画像形成装置に、第２実施形態の光量制御信号変換部２００をさらに備えたものである。ただし、後述するように、装置構成が一部異なっている。これに伴って、濃度制御因子の最適化処理における処理の内容も一部異なっている。ここでは、本実施形態における装置構成および濃度制御因子の最適化処理のうち、先に述べた第１または第２実施形態とは相違している点について以下に分説し、これらの実施形態と共通する部分についてはその説明を省略する。
【０１７８】
（１）装置構成上の差異
上述した第１実施形態では、濃度センサ６０（第４図）は、中間転写ベルト７１からの反射光のうちｐ偏光成分を受光する受光ユニット６７０ｐと、ｓ偏光成分を受光する受光ユニット６７０ｓとは同一の構成を有しているものとして説明した。一方、この第３実施形態では、両受光ユニットのアンプ回路６７３ｐ、６７３ｓのゲインを互いに異なる値に設定している。これは、ｓ偏光成分として受光ユニット６７０ｓにより受光される反射光は散乱光であるため、ｐ偏光成分に対応する出力電圧Ｖpと比較してｓ偏光成分に対応する出力電圧Ｖsはレベルが低く、信号としてのダイナミックレンジが狭くなるのを補うためである。つまり、ｓ偏光成分に対応するアンプ回路６７３ｓのゲインを高めることによって、出力電圧Ｖsのダイナミックレンジが広くなり、より高精度に濃度検出を行うことが可能となる。
【０１７９】
具体的には、アンプ回路６７３ｓのゲインを、アンプ回路６７３ｐのゲインのＳｇ倍（ただし、Ｓｇ＞１）とする。このゲイン倍率Ｓｇは、中間転写ベルト７１の光学特性や各受光素子６７２ｐ、６７２の感度等に応じ適宜定めればよいが、後の実施形態で述べるように、カラートナーの最大濃度時の両センサの出力電圧Ｖp、Ｖsが同一値になるようにすると、後の計算に好都合である。また、これに伴って、濃度センサ６０からの出力電圧ＶpおよびＶs双方の検出値を用いて各種計算を行う際には、両検出値のレンジを揃えるために、まず出力電圧Ｖpに対応する検出値をＳｇ倍する必要がある。
【０１８０】
（２）最適化処理の実行タイミングおよび実行する処理内容
第１実施形態の装置においては、装置電源の投入後やいずれかのユニットが交換された直後等のタイミングで、第８図に示す一連の最適化処理を実行するように構成されていた。一方、この第３実施形態の装置では、電源投入直後、新しい感光体２が装着されたとき、およびいずれかの現像カートリッジが交換されたときには、上記と同様の最適化処理を実行する。ただし、一度取り外された現像器が再び装着された場合には最適化処理は不要であるため、取り出された現像器と装着された現像器とが同一であったときは、最適化処理を行わない。このような現像器の同一判定のためには、各現像器４Ｙ等に設けられたメモリ９１等に、現像器固有の情報、例えば製造番号を予め記憶させておくとよい。
【０１８１】
さらに、現像器の稼動状態を示す情報として各現像器毎にカウントされている現像ローラ回転数およびドットカウント値を参照し、その結果、濃度制御に用いる制御目標値の変更が必要となったときには、第８図に示す最適化処理を実行する。このようにする理由は以下の通りである。すなわち、この画像形成装置においても、上記した第１実施形態と同様に、濃度制御因子の最適化を行うときのパッチ画像濃度の制御目標値を、現像器の使用状況によって異ならせている。
【０１８２】
したがって、ある時点で最適化処理を実行することで、そのときの制御目標値に基づいて画像濃度を調整することができる。しかし、その時点から画像形成を繰り返すうちに現像器内のトナーの状態が変化し、画像濃度も次第に変動してゆく。このような画像濃度の変動を抑制するためには、上記した電源投入時やユニット交換時だけでなく、例えば多数枚の画像を連続的に形成している途中であっても、適当なタイミングで画像濃度の再調整を行うことが望ましい。
【０１８３】
この再調整をどのタイミングで行うかについては様々に考えられるが、例えば上記した制御目標値の変更が必要となるタイミングで実行するのが合理的な方法の１つである。というのは、こうすることで、トナー特性の変化に応じて制御目標値変更の必要性が生じたときに、その変更を直ちに画像形成条件に反映させて画像濃度の安定化を図ることができるからである。そして、この制御目標値は、各現像器毎にカウントされている現像ローラ回転数およびドットカウント値に基づいて設定される。
【０１８４】
そこで、この実施形態では、４個の現像器のうちいずれかの現像器について当該現像器に対応する現像ローラ回転数またはドットカウント値が所定の閾値に達したときに、画像濃度の再調整を行うようにしている。なお、装置は動作状態にあるから、第８図に示す最適化処理のうちステップＳ１の初期化動作を省くことも可能である。このように初期化動作を省略して画像濃度の調整のみを行うようにすることで、処理時間を短縮し、ユーザの待ち時間を短くすることができる。
【０１８５】
なお、装置の構成上、装着された現像器が取り出されたものと同一であるか否かや、制御目標値を変更すべきタイミング等の情報については、メインコントローラ１１よりも、エンジンコントローラ１０側で把握する方が容易である。そこで、現像器の個体情報および稼動状況に関する情報はエンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１で処理しておき、これらの情報に基づいて画像濃度の調整が必要であると判定したときには、ＣＰＵ１０１がその旨をメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１に報知し、これを受けたＣＰＵ１１１が装置各部を濃度調整のために適切な動作状態に移行させるようにしている。
【０１８６】
（３）中間転写ベルト７１の下地プロファイルのサンプリング位置
第１実施形態では、トナー像の濃度の検出結果に与える中間転写ベルト７１の表面状態の影響を排除するため、中間転写ベルト７１の１周分について下地プロファイルを求めた。一方、この実施形態では、中間転写ベルト７１表面のうち、後にパッチ画像を形成する領域についてのみ下地プロファイルを求めるようにしている。こうすることで、記憶すべきデータ量を削減し、メモリ資源の節約を図っている。
【０１８７】
第１９図に示すパッチ画像Ｉv0を例として説明する。先に説明したように、パッチ画像Ｉv0の長さＬ1は、感光体２の周長Ｌ0に対応した長さである。そして、こうして形成したパッチ画像Ｉv0の互いに異なる７４点について濃度センサ６０によりサンプリングを行い、その結果に基づきパッチ画像Ｉv0の濃度を求めている。したがって、少なくともパッチ画像Ｉv0においてその濃度をサンプリングする７４点と同一の位置についての下地プロファイルを求めておけば、中間転写ベルト７１の表面状態の影響を受けずに当該パッチ画像の濃度を求めることが可能である。具体的には、次のようにしている。
【０１８８】
第３２図はこの実施形態における下地プロファイル検出位置とパッチ画像との関係を示す図である。まず、濃度センサ６０による中間転写ベルト７１表面の下地プロファイルを求めるためのサンプリングは、第３２図（ｂ）に示すように、中間転写ベルト７１の回転駆動に関連して垂直同期センサ７７から出力される垂直同期信号Ｖsync（第３２図（ａ））の変化から一定時間ｔs後に開始される。同図において、＃を付した数字は何番目のサンプリング位置であるかを表している。そして、３番目のサンプリング位置＃３から７６番目のサンプリング位置＃７６までにおいて検出された７４個のサンプルデータを有効データとして記憶する。
【０１８９】
次に、中間転写ベルト７１上にパッチ画像Ｉv0を形成するが、このパッチ画像Ｉv0については、第３２図（ｃ）に示すように、少なくともサンプリング位置＃３ないし＃７６を覆うように形成する。より具体的には、サンプリング位置＃１ないし＃７８の間に形成する。そして、パッチ画像Ｉv0の濃度を検出するときには、下地プロファイルを検出したと同じサンプリング位置、すなわちサンプリング位置＃３ないし＃７６についてサンプリングを行う。こうして得た下地プロファイルおよびパッチ画像Ｉv0について各７４個のサンプルデータに基づき、中間転写ベルト７１の表面状態の影響を排除したパッチ画像濃度を求めることができる。
【０１９０】
このようにすることで、パッチ画像Ｉv0の濃度検出を行う範囲外のサンプリング位置（＃２以前および＃７７以降）についての下地プロファイルのサンプリングデータを記憶しておく必要はなくなり、メモリ資源を節約することができる。
【０１９１】
他のパッチ画像Ｉv1等についても同様にすることができる。この実施形態では、各パッチ画像に対して、中間転写ベルト７１の周上の３１２点のサンプリング位置＃１〜＃３１２のうち、以下のサンプリング位置を各パッチ画像に対応するブロックとして割り当てている。
【０１９２】
Ｉv0，Ｉv3：＃３〜＃７６（７４点）
Ｉv1，Ｉv4：＃１１９〜＃１９２（７４点）
Ｉv2：＃２３５〜＃３０８（７４点）
Ｉv5：＃２３５〜＃２５５（２１点）
Ｉe0：＃５６〜＃７６（２１点）
Ｉe1：＃１１９〜＃１３９（２１点）
Ｉe2：＃１８２〜＃２０２（２１点）
Ｉe3：＃２４５〜＃２６５（２１点）
このように、サンプリング位置をできるだけ共通化するように各パッチ画像の形成位置を設定すると、下地プロファイルとして記憶しておくべきサンプルデータは２３２個で済む。さらに、各パッチ画像に対応した代表値として、各ブロック内のサンプルデータの総和または平均値のみを記憶しておくようにすれば、さらに記憶すべきデータ数を少なくできる。この場合の評価値の計算は、各パッチ画像に対応したブロックにおける上記代表値に基づき行う。
【０１９３】
（４）現像バイアス設定
これは、第1実施形態における「（Ｄ）現像バイアス設定」に置き換わる処理である。この実施形態では、０ないし２５５の整数値を取り得る現像バイアス設定パラメータＰvを設定することで、直流現像バイアスＶavgを（−５０）Ｖから（−４００）Ｖの範囲で２５６段階に設定可能となっている。すなわち、
Ｖavg＝−（５０＋Ｐv×３５０／２５５） ［Ｖ］ … (3-1)
と表される。例えば、Ｐv＝０とすれば、Ｖavg＝（−５０）Ｖとなり、Ｐv＝１００とすれば、Ｖavg＝（−１８７．３）Ｖとなる。以下では、現像バイアス設定パラメータＰvに対応する現像バイアスＶavgの値をＶavg(Ｐv)と記す。上記の例では、Ｖavg(０)＝（−５０）Ｖ、Ｖavg(100)＝（−１８７．３）Ｖである。画像濃度は、現像バイアス設定パラメータＰvが大きいほど高濃度となる。
【０１９４】
また、この実施形態では、露光エネルギーを最低レベルのＥ(０)から最高レベルのＥ(７)まで８段階に設定することが可能である。画像濃度は、露光エネルギーＥ(０)のとき最も低く、エネルギーＥ(７)で最高濃度となる。
【０１９５】
第３３図はこの実施形態における現像バイアス設定処理を示すフローチャートである。この現像バイアス設定処理では、まず露光エネルギーをＥ(４)に設定し（ステップＳ４０１）、次に、現像バイアス設定パラメータＰvを順次変更設定することで直流現像バイアスＶavgを変化させながら、各バイアス値でパッチ画像を形成する（ステップＳ４０２）。形成するパッチ画像のパターンおよび形状は、第１９図に示す第１実施形態の場合と同じである。また、パッチ画像Ｉvnに対応する現像バイアス設定パラメータＰv(ｎ)の値はそれぞれ次のとおりとした：Ｐv(０)＝４４（Ｖavg＝−１１０Ｖに相当）；Ｐv(１)＝７６；Ｐv(２)＝１０８；Ｐv(３)＝１４０；Ｐv(４)＝１７２；Ｐv(５)＝２０４（Ｖavg＝−３３０Ｖに相当）。
【０１９６】
こうして形成した各パッチ画像については、濃度センサ６０によりその反射光量を所定のサンプル数検出し（ステップＳ４０３）、それらのサンプルデータからスパイクノイズの除去を行った後（ステップＳ４０４）、当該パッチ画像Ｉvnに対する評価値Ａ(ｎ)を算出する（ステップＳ４０５）。これらの演算処理は第１実施形態と同一である。そして、求めた評価値に基づき、最適現像バイアスＶopを与える現像バイアス設定パラメータＰvの最適値Ｐvopを算出する（ステップＳ４０６）。この最適値Ｐvopと最適直流現像バイアスＶopの間には、
Ｖop＝Ｖavg(Ｐvop) … (3-2)
なる関係がある。したがって、現像バイアス設定パラメータＰvの最適値Ｐvopを求めることで、最適直流現像バイアスＶopを得ることができる。また、この実施形態では、以下に詳述するように、カラートナーおよびブラックトナーで異なる算出方法を用いている。
【０１９７】
第３４図はこの実施形態におけるカラートナーについての現像バイアス設定パラメータの最適値算出処理を示すフローチャートである。この最適値算出処理では、まず、変数ｎを０に設定し（ステップＳ４８１）、パッチ画像Ｉv0の評価値Ａ(０)とその目標値Ａtとを比較する（ステップＳ４８２）。その結果、評価値Ａ(０)が目標値Ａt以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ４８７にジャンプして、パッチ画像Ｉv0を形成したときの現像バイアス設定パラメータの値Ｐv(０)を最適値Ｐvopとして計算を終える。これは、現像バイアスパラメータＰvをこのように低い値に設定しているにもかかわらず十分な画像濃度が得られた場合に相当する。
【０１９８】
一方、ステップＳ４８２においてＮＯの場合は、ステップＳ４８３〜Ｓ４８６からなる処理ループに移行し、次のようにして現像バイアスパラメータＰvの最適値を求める。すなわち、変数ｎに対し、パッチ画像Ｉvnについての評価値Ａ(ｎ)が目標値Ａtと等しい場合には（ステップＳ４８３）、ステップＳ４８７にジャンプして、そのときの現像バイアスパラメータＰv(ｎ)を最適値Ｐvopとする。そうでない場合には、当該パッチ画像Ｉvnについての評価値Ａ(ｎ)と、これより１段階高濃度となる条件で形成したパッチ画像Ｉv(n+1)についての評価値Ａ(ｎ＋１)との間に目標値Ａtがあるか否かを判断する（ステップＳ４８４）。ここで、２つの評価値の間に目標値Ａtがあった場合には、ステップＳ４８８にジャンプし、以下の計算式に基づく内挿により最適値Ｐvopを求める：
Ｐvop＝｛Ａt−Ａ(ｎ)｝／｛Ａ(ｎ＋１)−Ａ(ｎ)｝×｛Ｐv(ｎ＋１)−Ｐv(ｎ)｝＋Ｐv（ｎ） … (3-3)
ただし、計算の結果については、四捨五入により整数に丸めるものとする。
【０１９９】
また、２つの評価値の間に目標値Ａtがない場合には、変数ｎをインクリメントし（ステップＳ４８５）、上記処理を繰り返して最適値Ｐvopを求める。ただし、最適値が見つからないまま変数ｎが最大値５になったときは（ステップＳ４８６）、そのときの現像バイアスパラメータＰv(ｎ)、すなわちＰv(５)を最適値Ｐvopとする。この処理をイエロー、シアン、マゼンタの各色について行うと、各色毎に、現像バイアス設定パラメータの最適値Ｐvopが、Ｐv(０)からＰv(５)までの間のいずれかの値に設定される。そして、ＣＰＵ１０１が現像器制御部１０４（第２図）にこの値Ｐvopを出力すると、その値に対応した最適現像バイアスＶopが現像器制御部１０４から現像ローラ４４に印加される。
【０２００】
第３５図はこの実施形態におけるブラックトナーについての現像バイアス設定パラメータの最適値算出処理を示すフローチャートである。ブラックトナーでのパッチ画像においては、第１実施形態において説明したトナー付着量に対する評価値の飽和がカラートナーの場合よりも起こりやすい。そこで、この実施形態では、ブラックトナーについては第１実施形態と同様に評価値の変化率を考慮しながら現像バイアス設定パラメータの最適値を求めるようにしている。すなわち、ステップＳ４９３において、パッチ画像Ｉv(n+1)についての評価値Ａ(ｎ＋１)と、パッチ画像Ｉvnについての評価値Ａ(ｎ)との差がΔa以下であるときには、ステップＳ４９７にジャンプし、パッチ画像Ｉvnを形成したときの現像バイアスパラメータＰv(ｎ)を最適値Ｐvopとするようにしている。
【０２０１】
その他の処理内容はカラートナーの場合とほぼ同じである。また、ステップＳ４９８における計算式も、カラートナーの場合と同じ式(3-3)を適用することができる。こうして４つのトナー色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）について、最適現像バイアスＶopを与える現像バイアス設定パラメータＰvが求められる。
【０２０２】
（５）露光エネルギー設定
これは、第１実施形態における「（Ｅ）露光エネルギー設定」に置き換わる処理である。本実施形態の「（４）現像バイアス設定」の項で述べた通り、第３実施形態の装置では、露光エネルギーをＥ(０)ないしＥ(７)の８段階に設定することができる。具体的には、露光エネルギー設定パラメータＰeを０ないし７のいずれかに設定することで、露光ユニット６から照射される光ビームＬの露光エネルギーがＥ(Ｐe)に設定される。この実施形態の露光エネルギー設定処理では、このうち４つの露光エネルギー：Ｅ(０)；Ｅ(２)；Ｅ(４)；Ｅ(７)の４通りについて、最適現像バイアスＶopの下でパッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて露光エネルギーの最適値を与えるパラメータＰeを各トナー色毎に求めている。その処理内容は基本的に第１実施形態の露光エネルギー設定処理（第２５図）と共通であるため説明を省略するが、ステップＳ５７において最適露光エネルギーＥopを直接的に算出するのに代えて、最適露光エネルギーＥopを与える露光エネルギー設定パラメータＰeの最適値を求めるようにしている。
【０２０３】
以上のように、この第３実施形態の画像形成装置では、第１実施形態の装置とは部分的に異なる構成および動作を有している。しかし、上記のような構成によっても、第１実施形態の装置と同様に、直流現像バイアスＶavgおよび露光エネルギーＥを最適値に設定して画像形成を行うことができ、画質の良好なトナー像を安定して形成することが可能である。
【０２０４】
なお、第１および第２の実施形態において互いに異なる処理内容については、その目的を同一とするものについて相互に入れ換えて実施してもよい。例えば、第１実施形態の装置において、現像バイアス設定処理（第１８図、第２１図）に代えて第３実施形態における現像バイアス設定処理（第３３図〜第３５図）を適用したり、その逆としてもよい。
【０２０５】
＜第４実施形態＞
次に、感光体２や中間転写ベルト７１などの像担持体上に形成されたパッチ画像の画像濃度を正確に求めるために、像担持体の表面状態を考慮することが重要となる理由を説明する。また、像担持体の表面状態にかかわらず、トナー像の画像濃度を高精度に測定する具体的な実施形態について説明する。第３６図はその表面状態が均一である像担持体へのパッチ画像（トナー像）の形成前後において、各サンプリング位置で得られるセンサ出力値を示す図である。また、第３７図はその表面状態が不均一である像担持体へのパッチ画像（トナー像）の形成前後において、各サンプリング位置で得られるセンサ出力値を示す図である。
【０２０６】
画像形成装置において用いられる濃度センサの多くは、発光素子から像担持体に向けて光を照射するとともに、像担持体からの反射光を受光素子で受光し、その受光量に応じたアナログ信号を出力するように構成されている。そして、画像形成装置では、そのアナログ信号をデジタル信号に変換して得られるセンサ出力値に基づき画像濃度の測定を行っている。ここで、像担持体の表面全体にわたって反射率や表面粗さ等が一定であり、像担持体の表面状態が均一であると仮定すると、像担持体上にパッチ画像などのトナー像を形成する前のセンサ出力値は例えば第３６図（ａ）に示すようにサンプリング位置にかかわらず一定値Ｔとなる。また、例えば像担持体上に互いに異なる濃度ＯＤ1〜ＯＤ3のパッチ画像を形成した場合、第１ないし第３パッチ位置で画像濃度に対応する量だけセンサ出力値がそれぞれ変化してセンサ出力値Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3となる（同図（ｂ））。なお、ここでは像担持体の表面状態が均一であるため、各パッチ位置においてセンサ出力値Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3はそれぞれ一定値となっている。
【０２０７】
しかしながら、実際の画像形成装置では像担持体の表面状態は均一ではなく、像担持体上にパッチ画像などのトナー像を形成する前においても、センサ出力値は例えば第３７図（ａ）に示すようにサンプリング位置に応じて変動している。また、像担持体上に互いに異なる濃度ＯＤ1〜ＯＤ3の複数のパッチ画像を形成した場合、第１ないし第３パッチ位置で画像濃度に対応する量だけセンサ出力値がそれぞれ変化しているが（同図（ｂ））、各パッチ位置を詳細に検討すると、同一のパッチ領域においてもセンサ出力値はサンプリング位置に応じて変動している。これは像担持体の表面状態の影響を受けたものと考えられる。
【０２０８】
しかも、同図（ａ）と同図（ｂ）とを対比することでわかるように、各パッチ位置における変動量は、パッチ画像が濃くなるにしたがって小さくなっている。換言すれば、各パッチ位置における表面状態の影響力は、パッチ画像が濃くなるにしたがって弱まっている。このことをより明確にするために、互いに異なる濃度ＯＤ1〜ＯＤ3で像担持体全面に均一濃度画像を形成した場合のセンサ出力値をプロットすると、例えば第３８図に示す結果が得られる。
【０２０９】
第３８図は、像担持体に画像を形成する前のセンサ出力値、ならびに像担持体に３種類の濃度の均一濃度画像を形成した時のセンサ出力値を示すグラフである。同図および第３７図中の「Ｔave」、「Ｄave_1」、「Ｄave_2」、「Ｄave_3」は、
「Ｔave」…像担持体に画像を形成する前の平均センサ出力値、
「Ｄave_1」…濃度（ＯＤ1）の画像を形成した時の平均センサ出力値、
「Ｄave_2」…濃度（ＯＤ2）の画像を形成した時の平均センサ出力値、
「Ｄave_3」…濃度（ＯＤ3）の画像を形成した時の平均センサ出力値、
を示している。ここで、これら「Ｔave」、「Ｄave_1」、「Ｄave_2」、「Ｄave_3」はそれぞれ第３６図中の「Ｔ」、「Ｄ1」、「Ｄ2」、「Ｄ3」にほぼ一致しており、「Ｄave_1」、「Ｄave_2」、「Ｄave_3」を求めることで像担持体の表面状態の影響をキャンセルした値が得られ、各画像濃度を正確に検出することができる。
【０２１０】
また、同図からわかるように、センサ出力値に対して像担持体の表面状態が与える影響は、像担持体に形成されるトナー像の濃淡に応じて異なる。つまり、比較的濃度の低いトナー像が像担持体上に形成されている場合には、発光素子からの光の一部がトナー像を通過して像担持体で反射された後、再度像担持体を通過して受光素子で受光されるため、像担持体の表面状態に応じて濃度センサからの出力が比較的大きく異なる。一方、トナー像が濃くなるにしたがってトナー像を通過して像担持体に入射する光はもちろんのこと、像担持体で反射された後に再度像担持体を通過して受光素子に入射する光も少なくなり、像担持体の表面状態が濃度センサからの出力に及ぼす影響は少なくなる。したがって、像担持体に画像を形成する前のセンサ出力値（像担持体の表面状態を示すもの）を補正情報として予め求めておき、像担持体上のある表面領域、例えばサンプリング位置ｘ1に形成されたトナー像の画像濃度を実際に検出する際に、トナー像の濃淡を全く考慮せず、一律に補正情報によりサンプリング位置ｘ1でのセンサ出力値を補正し、その補正値に基づきトナー像の画像濃度を求めたのではその精度に一定の限界がある。
【０２１１】
これに対し、サンプリング位置ｘ1に形成されたトナー像の画像濃度を実際に検出する際に、その検出値を補正情報に基づき補正するのみならず、トナー像の濃淡に応じて補正情報を補正しておくことで画像濃度の測定精度をさらに向上させることができる。
【０２１２】
さらに、本願発明者は、像担持体上の画像の濃度が濃くなるにしたがってセンサ出力値の変動量は比例的に小さくなっていることを突き止めた。そして、これに基づき以下のように計算することで像担持体の表面状態の影響をキャンセルした値「Ｄave_1」、「Ｄave_2」、「Ｄave_3」を求めることができることを見い出した。以下、第３９図を参照しつつ詳述する。
【０２１３】
第３９図は第１パッチ画像（トナー像）の形成前後でのセンサ出力値の関係を示す図である。同図において、符号ｘ1は像担持体上の表面領域の位置を示すサンプリング位置であり、第１パッチ画像の形成前後におけるサンプリング位置ｘ1でのセンサ出力値はそれぞれＴ(x1)、Ｄ(x1)となっている。また同図中の符号Ｄ0は濃度センサの発光素子を消灯した状態で受光素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換した、いわゆる暗出力値を示している。このように暗出力値Ｄ0を求める理由は、センサ出力値から暗出力値Ｄ0を差し引くことで暗出力成分の影響を取り除いて濃度測定精度を高めるためである。すなわち、Ｄ0はセンサでの受光量に関連する基準値である。
【０２１４】
ここで、上記したように像担持体上の第１パッチ画像の濃度が濃くなるにしたがってセンサ出力値の変動量は比例的に小さくなることから、次式
（Ｔave−Ｄ0）／（Ｔ(x1)−Ｄ0）
＝（Ｄave_1−Ｄ0）／（Ｄ(x1)−Ｄ0） … (4-1)
に示す関係が成立すると考えられる。同式(4-1)の左辺はトナー像の形成前における関係を示しており、暗出力値Ｄ0を取り除いた後の、像担持体にトナー像を形成する前の平均センサ出力値Ｔaveとセンサ出力値Ｔ(x1)との比とを示している。一方、右辺は第１パッチ画像と同一濃度のトナー像を均一に形成した時の関係を示しており、該トナー像を像担持体に均一に形成した時のセンサ出力値の平均値Ｄave_1（つまり像担持体の表面状態の影響をキャンセルした値）とセンサ出力値Ｄ(x1)との比を示している。そして、これらの比がともに等しいと考えられる。
【０２１５】
さらに、式(4-1)を変形すると、
（Ｄave_1−Ｄ0）＝（Ｄ(x1)−Ｄ0）×｛（Ｔave−Ｄ0）／（Ｔ(x1)−Ｄ0）｝ … (4-2)
が得られる。したがって、暗出力値Ｄ0、像担持体にトナー像を形成する前の平均センサ出力値Ｔaveおよび表面領域ｘ1でのセンサ出力値Ｔ(x1)を、パッチ画像の形成前に求めておき、実際にパッチ画像を形成した時に第１パッチ画像を形成した表面領域ｘ1でのセンサ出力値Ｄ(x1)を検出し、上記式(4-2)にそれぞれの値を代入することで、像担持体の表面状態の影響および暗出力成分の影響をともに取り除いたセンサ出力値が補正値Ｃ(x1)として得られ、この補正値Ｃ(x1)（＝Ｄave_1−Ｄ0）に基づき第１パッチ画像の画像濃度を正確に求めることが可能となる。
【０２１６】
なお、第３９図には第１パッチ画像を形成した場合についてのみ図示しているが、第２および第３パッチ画像についても全く同様である。
【０２１７】
また、上記においては、濃度センサの受光素子からの信号をＡ／Ｄ変換してセンサ出力値を求め、この単一のセンサ出力値に基づきパッチ画像の画像濃度を求める場合について説明しているが、第１実施形態や第３実施形態と同様に像担持体からの反射光を２つの光成分に分割し、それらの光成分の光量に基づきセンサ出力値を求め、これら２つのセンサ出力値に基づきパッチ画像の画像濃度を求めるようにしてもよい。特に、パッチ画像がブラックトナーで形成されている場合には前者による濃度測定が適しており、パッチ画像がカラートナーで形成されている場合には後者による濃度測定が適している。
【０２１８】
次に、この第４実施形態にかかる画像形成装置の動作について説明する。なお、以下に説明する実施形態にかかる画像形成装置の機械的および電気的構成については、第１実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【０２１９】
第４０図は第４実施形態において実行される濃度制御因子の最適化処理を示すフローチャートである。この画像形成装置では、上記したタイミングでＣＰＵ１０１は予めＲＯＭ１０６に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を制御して濃度制御因子の最適値を決定している。
【０２２０】
まずパッチ画像を中間転写ベルト７１に転写するのに先立って、ステップＳ７１〜Ｓ７３を実行して中間転写ベルト７１に関する情報を補正情報として求める。すなわち、最初のステップＳ７１では、暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0を検出するとともに、それらをＡ／Ｄ変換して得られた値をそれぞれ暗出力値Ｄp0，Ｄs0としてＲＡＭ１０７に記憶する。ここで、「暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0」とは、消灯指令に相当する光量制御信号Ｓlc(0)を照射光量調整ユニット６０５に出力して発光素子６０１を消灯し、この消灯状態でのｐおよびｓ偏光の光量を示す出力電圧であり、ｐおよびｓ偏光の暗出力成分を意味している。そして、後述するように実際に検出されたセンサ出力値から暗出力値Ｄp0，Ｄs0をそれぞれ差し引くことで暗出力成分の悪影響を排除し、より高精度な測定が可能となる。このように本実施形態では、センサでの受光量に関連する基準値として暗出力値Ｄp0，Ｄs0を求めている。
【０２２１】
次に、光量制御信号Ｓlcとして不感帯を超える信号レベルの信号Ｓlc(2)を設定し、この光量制御信号Ｓlc(2)を照射光量調整ユニット６０５に与えて発光素子６０１を点灯させる（ステップＳ７２）。すると、発光素子６０１からの光が中間転写ベルト７１に照射されるとともに、中間転写ベルト７１で反射された光のｐ偏光およびｓ偏光の光量が反射光量検出ユニット６０７によって検出され、各受光光量に対応する出力電圧Ｖp，ＶsがＡ／Ｄ変換されてセンサ出力値としてＣＰＵ１０１に入力される。そして、ＣＰＵ１０１がセンサ出力値に基づき補正情報をそれぞれ算出し、ＲＡＭ１０７に記憶する（ステップＳ７３；補正情報検出工程）。
【０２２２】
第４１図は補正情報の算出処理を示すフローチャートである。この補正情報の算出処理（ステップＳ７３）では、垂直同期信号Ｖsyncが出力されてから所定時間だけ経過する（ステップＳ７３１）と、ｐ偏光およびｓ偏光のセンサ出力値Ｔp(x)，Ｔs(x)のサンプリングを開始し、パッチ画像を形成する前の中間転写ベルト７１の１周期分のセンサ出力値を検出して以下の３種類のプロファイルを補正情報として求め、ＲＡＭ１０７に記憶する（ステップＳ７３２）。
【０２２３】
ｐ偏光のプロファイル：Ｔp(x)−Ｄp0
ｓ偏光のプロファイル：Ｔs(x)−Ｄs0
ｐｓ比のプロファイル：Ｔps(x)
なお、Ｔps(x)とは、各サンプリング位置ｘでのｐ偏光とｓ偏光との比、つまり、
Ｔps(x)＝Ｓg×｛（Ｔp(x)−Ｄp0）／（Ｔs(x)−Ｄs0）｝
である。ここで、符号Ｓgはｓ偏光に関するゲイン倍率を示しており、この実施形態ではカラートナーの最大濃度時の各センサ出力値がともに同一値となるように各アンプ回路６７３ｐ、６７３ｓのゲインを設定している（第４２図）。このため、画像濃度の変化に応じてセンサ出力値も大きく変化し、特にカラートナーについてはｐｓ比Ｔps(x)は画像濃度の増大にしたがって減少し、最大濃度で「１」となる。
【０２２４】
また、ｐ偏光およびｐｓ比の平均センサ出力値、つまり、
ｐ偏光の平均センサ出力値：Ｔp_ave−Ｄp0
ｐｓ比の平均センサ出力値：Ｔps_ave−Ｄps(color)
をそれぞれ求め、ＲＡＭ１０７に記憶する（ステップＳ７３３）。ここで、符号Ｄps(color)は以下の内容を意味している。上述したように、カラートナー最大濃度検出時にｐｓ比が「１」となることを基本に設定しているが、実際にはセンサを構成する部品のばらつき、さらに設定時の出力検出器精度、調整方法などによる調整精度により、厳密に「１」に設定できない場合がある。また、使用されるトナーの仕様、色、ロットなどにより、各トナーの最大濃度を検出した場合の出力は「１」に対して変動する。この際、最大濃度検出時は「１」であると固定して計算してしまうと、カラートナーの検出精度および補正精度を低下させる要因となってしまう。そこで、センサによる各カラートナーの最大濃度検出値を単純に「１」と固定するのではなく、Ｄps(color)として設定可能とし、これによりｐｓ比によるカラートナー検出精度を向上させている。つまり、Ｄps(color)とはカラートナー検出時のセンサ受光量に関連する基準値であり、式(4-2)におけるＤ0に相当する。
【０２２５】
こうして補正情報が得られると、第４０図のステップＳ７４に進んでパッチセンシング処理を行う。第４３図はパッチセンシング処理を示すフローチャートである。このパッチセンシング処理（ステップＳ７４）では、濃度制御因子を多段階に変化させながらＲＯＭ１０６に予め記憶されたパッチ画像信号に対応するパッチ画像を感光体２上に形成するとともに、該パッチ画像を中間転写ベルト７１に転写する（ステップＳ７４１）。
【０２２６】
そして、補正情報の算出処理（ステップＳ７３）の場合と同様に、垂直同期信号Ｖsyncが出力されてから所定時間だけ経過した（ステップＳ７４２）後、濃度センサ６０のセンシング位置にパッチ画像が移動してくるごとにステップＳ７４３〜Ｓ７４８を実行して全パッチ画像に対して補正値を求める。すなわち、ステップＳ７４３でパッチ画像がブラックトナー（Ｋ）により形成されたものか、カラートナー（Ｙ，Ｍ，Ｃ）により形成されたものかを判定し、ブラックトナーの場合には、そのパッチ画像が形成された表面領域に対応するサンプリング位置ｘでのセンサ出力値Ｄp(x)を検出する（ステップＳ７４４；出力検出工程）。そして、式(4-2)に相当する式、
Ｃp(x)＝（Ｄp_ave−Ｄp0） ＝（Ｄp(x)−Ｄp0）×｛（Ｔp_ave−Ｄp0）／（Ｔp(x)−Ｄp0）｝ … (4-2A)
に基づき補正値Ｃp(x)を算出する（ステップＳ７４５、第４４図参照）。すなわち、ＲＡＭ１０７に記憶されているｐ偏光の平均センサ出力値（Ｔp_ave−Ｄp0）、サンプリング位置ｘでのセンサ出力値（Ｔp(x)−Ｄp0）、および暗出力値Ｄp0を読み出し、上記のようにして検出したセンサ出力値Ｄp(x)と併せて上記式(4-2A)に代入してセンサ出力値Ｄp(x)を補正して補正値Ｃp(x)を算出する（補正値算出工程）。
【０２２７】
一方、ステップＳ７４３でカラートナーであると判定した場合には、そのパッチ画像が形成された表面領域に対応するサンプリング位置ｘでのセンサ出力値Ｄp(x)，Ｄs(x)を検出する（ステップＳ７４６）。そして、式(4-2)に相当する式、
Ｃps(x)＝Ｄps_ave＝（Ｄps(x)−Ｄps(color)）×｛（Ｔps_ave−Ｄps(color)）／（Ｔps(x)−Ｄps(color)）｝＋Ｄps(color) … (4-2B)
に基づき補正値Ｃps(x)を算出する（ステップＳ７４７、第４５図参照）。すなわち、ＲＡＭ１０７に記憶されているｐｓ比の平均センサ出力値｛Ｔps_ave−Ｄps(color)｝、サンプリング位置ｘでのｐｓ比の値｛Ｔps(x)−Ｄps(color)｝、および基準値Ｄps(color)を読み出し、上記のようにして検出したセンサ出力値Ｄp(x)およびＤs(x)のｐｓ比Ｄps(x)と併せて上記式(4-2B)に代入してｐｓ比を補正して補正値Ｃps(x)を算出する（補正値算出工程）。
【０２２８】
このような検出動作（ステップＳ７４４，Ｓ７４６）および算出処理（ステップＳ７４５，Ｓ７４７）が全てのパッチ画像に対して実行される、つまりステップＳ７４８で「ＹＥＳ」と判定すると、第４０図のステップＳ７５に進み、各パッチ画像の画像濃度を補正値Ｃp(x)，Ｃps(x)に基づき算出する。そして、これらの画像濃度に基づき濃度制御因子の最適値を決定する（ステップＳ７６；濃度導出工程）。
【０２２９】
以上のように、この実施形態によれば、中間転写ベルト７１に形成されるパッチ画像（トナー像）の画像濃度を求めるのに先立って、中間転写ベルト７１の表面状態を示す３種類のプロファイルを補正情報として予め記憶しておき、パッチ画像の画像濃度を求める際には、濃度センサ６０によって検出されるセンサ出力値をそのまま用いて画像濃度を求めるのではなく、そのセンサ出力値を補正情報によって補正しているので、中間転写ベルト７１の表面状態による影響をキャンセルしてパッチ画像の画像濃度を高精度に測定することができ、その測定結果に基づき安定した濃度で画像を形成することが可能となる。
【０２３０】
また、上記実施形態では、パッチ画像の濃淡を考慮した上でパッチ画像の画像濃度を求めている。すなわち、中間転写ベルト７１上のパッチ画像の濃淡に応じて補正情報を補正しているので、画像濃度の測定精度をさらに向上させることができる。しかも、補正値を求める方法として２種類の処理、つまりステップＳ７４４、Ｓ７４５を実行して補正値Ｃp(x)を求める処理と、ステップＳ７４６、Ｓ７４７を実行して補正値Ｃps(x)を求める処理とを用意し、パッチ画像を形成するトナー色に応じて選択的に実行しているため、各トナー色に対応した最適な処理でパッチ画像の画像濃度を求めることができ、画像濃度の測定精度を向上させる上で有利なものとなっている。
【０２３１】
ところで、上記した濃度センサ６０からの出力電圧Ｖp、Ｖsには、ローラ７５および中間転写ベルト７１の微小な汚れや傷による反射率の変化、さらにはセンサ回路に混入する電気的なノイズ等に起因するスパイク状のノイズが重畳していることがある。そこで、第１実施形態や第３実施形態と同様に、スパイクノイズ除去を実行するのが望ましい。
【０２３２】
なお、第４０図のステップＳ７５で補正値Ｃp(x)、Ｃps(x)に基づきパッチ画像の濃度そのものを求めているが、濃度値に代わりに濃度を指標する値に変換するようにしてもよい。例えばブラックトナーで形成されたパッチ画像の画像濃度を指標する評価値Ａを、次式
評価値Ａ＝１−Ｃp(x)／Ｔp_ave
に基づき求める一方、カラートナーで形成されたパッチ画像の画像濃度を指標する評価値Ａを、次式
評価値Ａ＝１−｛Ｃps(x)−Ｄps(color)｝／｛Ｔps_ave−Ｄps(color)｝
に基づき求めるようにしてもよい。これらの評価値は、各色毎のトナー付着量を表す尺度として、中間転写ベルト７１の表面状態を示す補正情報を用いてパッチ画像についての検出値を正規化したものである。評価値は画像濃度と同様にトナー個性情報と装置の稼動状況（例えばトナーの使用状況）に応じて変動するが、各状況における評価値と画像濃度との関係は予め実験により求めテーブル化して記憶しておくことが可能である。したがって、評価値は、検出誤差を補正した画像濃度を表す尺度として好適なものである。
【０２３３】
また、上記第４実施形態ではｐ偏光とｓ偏光との比に基づきカラートナーで形成されたパッチ画像の濃度を求めているが、ｐ偏光とｓ偏光との差に基づきパッチ画像の濃度を求めるようにしてもよい。以下、第４６図〜第４８図を参照しつつ説明する。
【０２３４】
まずパッチ画像を中間転写ベルト７１に転写するのに先立って、第４実施形態と同様に、ステップＳ７１〜Ｓ７３を実行して中間転写ベルト７１に関する情報を補正情報として求める。ただし、後述するようにカラーパッチ画像の濃度については、ｐ偏光とｓ偏光との差に基づき求めるため、第４６図に示す動作フローにしたがって補正情報を算出している。
【０２３５】
第４６図は補正情報の算出処理を示すフローチャートである。この補正情報の算出処理では、垂直同期信号Ｖsyncが出力されてから所定時間だけ経過する（ステップＳ７３１）と、ｐ偏光およびｓ偏光のセンサ出力値Ｔp(x)，Ｔs(x)のサンプリングを開始し、パッチ画像を形成する前の中間転写ベルト７１の１周期分のセンサ出力値を検出して以下の３種類のプロファイルを補正情報として求め、ＲＡＭ１０７に記憶する（ステップＳ７３４）。
【０２３６】
ｐ偏光のプロファイル：Ｔp(x)−Ｄp0
ｓ偏光のプロファイル：Ｔs(x)−Ｄs0
ｐｓ差のプロファイル：Ｔp_s(x)
なお、Ｔp_s(x)とは、各サンプリング位置ｘでのｐ偏光とｓ偏光との差、つまり、
Ｔp_s(x)＝Ｓg×｛Ｔp(x)−Ｄp0｝−｛Ｔs(x)−Ｄs0｝
である。そして、この実施形態においても、カラートナーの最大濃度時の各センサ出力値がともに同一値となるように各アンプ回路６７３ｐ、６７３ｓのゲインを設定している（第４２図）。このため、画像濃度の変化に応じてセンサ出力値も大きく変化し、特にカラートナーについてはｐｓ差Ｔp_s(x)は画像濃度の増大にしたがって減少していく。
【０２３７】
また、ｐ偏光およびｐｓ差の平均センサ出力値、つまり、
ｐ偏光の平均センサ出力値：Ｔp_ave−Ｄp0
ｐｓ差の平均センサ出力値：Ｔp_s_ave＝｛Ｓg×Σ[Ｔp(x)−Ｄp0]−Σ[Ｔs(x)−Ｄs0]｝／（サンプリング数）
をそれぞれ求め、ＲＡＭ１０７に記憶する（ステップＳ７３５）。
【０２３８】
こうして補正情報が得られると、第４７図に示すパッチセンシング処理を行う。第４７図はパッチセンシング処理を示すフローチャートである。このパッチセンシング処理では、カラーに関する補正値の算出方法を除いて、第４実施形態におけるパッチセンシング処理（第４３図）と同一のステップを実行する。すなわち、ステップＳ７４１で濃度制御因子を多段階に変化させながらパッチ画像を感光体２上に形成するとともに、該パッチ画像を中間転写ベルト７１に転写する。また、垂直同期信号Ｖsyncが出力されてから所定時間だけ経過した（ステップＳ７４２）後、濃度センサ６０のセンシング位置にブラックトナー（Ｋ）で形成されたパッチ画像が移動してくると、そのパッチ画像が形成された表面領域に対応するサンプリング位置ｘでのセンサ出力値Ｄp(x)を検出する（ステップＳ７４４；出力検出工程）。そして、式(4-2)に相当する式、
Ｃp(x)＝（Ｄp_ave−Ｄp0） ＝（Ｄp(x)−Ｄp0）×｛（Ｔp_ave−Ｄp0）／[Ｔp(x)−Ｄp0]} … (4-2A)
に基づき補正値Ｃp(x)を算出する（ステップＳ７４５、第４４図参照）。すなわち、ＲＡＭ１０７に記憶されているｐ偏光の平均センサ出力値（Ｔp_ave−Ｄp0）、サンプリング位置ｘでのセンサ出力値（Ｔp(x)−Ｄp0）、および暗出力値Ｄp0を読み出し、上記のようにして検出したセンサ出力値Ｄp(x)と併せて上記式(4-2A)に代入してセンサ出力値Ｄp(x)を補正して補正値Ｃp(x)を算出する（補正値算出工程）。
【０２３９】
一方、濃度センサ６０のセンシング位置にブラックトナー（Ｋ）で形成されたパッチ画像が移動してくると、そのパッチ画像が形成された表面領域に対応するサンプリング位置ｘでのセンサ出力値Ｄp(x)，Ｄs(x)を検出する（ステップＳ７４６）。そして、式(4-2)に相当する式、
Ｃp_s(x)＝Ｄp_s_ave＝Ｄp_s(x)×（Ｔp_s_ave／Ｔp_s(x)) … (4-2C)
に基づき補正値Ｃp_s(x)を算出する（ステップＳ７４９、第４８図参照）。すなわち、ＲＡＭ１０７に記憶されているｐｓ差の平均センサ出力値（Ｔp_s_ave)、サンプリング位置ｘでのｐｓ差の値（Ｔps(x)）を読み出し、上記のようにして検出したセンサ出力値Ｄp(x)およびＤs(x)のｐｓ差Ｄp_s(x)と併せて上記式(4-2C)に代入してｐｓ差を補正して補正値Ｃp_s(x)を算出する（補正値算出工程）。
【０２４０】
このような検出動作（ステップＳ７４４，Ｓ７４６）および算出処理（ステップＳ７４５，Ｓ７４９）が全てのパッチ画像に対して実行される、つまりステップＳ７４８で「ＹＥＳ」と判定すると、各パッチ画像の画像濃度を補正値Ｃp(x)，Ｃp_s(x)に基づき算出する。そして、これらの画像濃度に基づき濃度制御因子の最適値を決定する。
【０２４１】
なお、スパイクノイズ除去を実行するのが望ましい点、また濃度値の代わりに濃度を指標する値に変換するようにしてもよい点については、上記第４実施形態と同様である。
【０２４２】
＜第５実施形態＞
ところで、非接触現像方式の画像形成装置では、現像ローラ４４と感光体２とがギャップを隔てて対向配置されているが、このギャップの大きさは、装置の製造上のばらつきや熱膨張による変形等に起因して、装置毎に、また１台の装置においても位置によって、あるいは経時的に微妙に変動することとなる。このようなギャップ変動があるとトナーを飛翔させる交番電界の強度も変動してしまう。その結果、トナー像の画像濃度が大きく変動することがあった。そこで、非接触現像方式の画像形成装置に好適なパッチ処理技術について検討した。
【０２４３】
第４９図は、非接触現像方式の画像形成装置における現像位置を示す図である。また、第５０図は、現像バイアスの波形の例を示す図である。この装置では、感光体２との対向位置に配置された一の現像器（例えば第１図ではイエロー現像器４Ｙ）に設けられた現像ローラ４４と感光体２とがギャップＧを隔てて対向配置されている。そして、現像ローラ４４に対して、現像制御部１０４から現像バイアスが印加される。この現像バイアスは、第５０図（ａ）に示すように、直流成分Ｖavgに対して振幅Ｖppなる矩形波電圧が重畳された波形を有する交番電圧である。後述するように、このような波形の現像バイアスを印加することにより、その振幅Ｖppによりトナーの飛翔量を制御することができる一方、その直流成分Ｖavgにより画像濃度を制御することが可能である。
【０２４４】
なお、現像バイアスとしての交番電圧の波形はこれに限定されるものではなく、例えば直流成分に正弦波や三角波を重畳したものであってもよい。また例えば第５０図（ｂ）に示すように、そのデューティ比が５０％でない波形を用いてもよい。この場合には、その直流成分Ｖavgとしては、加重平均電圧、すなわち、時間とともに振幅の変化する電圧波形の瞬時値をある時間範囲について平均化して直流電圧値に換算した値を用いることができる。
【０２４５】
この現像バイアスのデューティ比については、感光体２へのトナー付着を促進する方向、すなわち第５０図（ｂ）の波形ではその１周期（符号ｔ0）に対する負（同図における上側）の電圧が加わる期間（符号ｔ1）のデューティ、すなわち（ｔ1／ｔ0）を５０％より小さくしてゆくと細線画像の濃度が上昇することが発明者の実験によりわかっている。さらに詳細に説明すると、現像バイアスの振幅Ｖppを一定に保った状態でデューティ比を変え、そのときのベタ画像の濃度が一定となるように直流成分Ｖavgを調整した場合、細線画像の濃度にはデューティ依存性があり、デューティ比が小さいほど細線画像の濃度はより高くなる、という知見を発明者は得ている。また、装置の経時変化やトナーの劣化によりトナーの飛翔性が低下すると特に細線画像の品質が劣化しやすい。そこで、より安定した画質で細線画像を継続的に形成するためには負電圧が加わる期間を５０％より小さくすることが好ましく、現像バイアスのデューティ比（ｔ1／ｔ0）としては３０〜４８％、さらに望ましくは３５〜４５％程度とするのがよい。
【０２４６】
第４９図に戻って、現像ローラ４４に現像バイアスとしての交番電圧が印加されると、現像ローラ４４と感光体２とに挟まれた現像位置ＤＰには交番電界が発生する。この電界の作用により、現像ローラ４４に担持されたトナーＴＮの一部が現像ローラ４４から遊離して現像位置ＤＰに飛翔し往復運動する（符号Ｔ3）。こうして飛翔したトナーが感光体２各部にその表面電位に応じて付着することによって、感光体２上の静電潜像がトナーにより現像される。
【０２４７】
ここで、上記のようにして行う現像プロセスでは、現像位置ＤＰに飛翔させるトナーの量には適当な範囲がある。第５１図は、感光体２上のトナー密度とトナー像の光学濃度との関係を示す図である。第５１図に示すように、トナー像を構成するトナーの密度を高くすればその光学濃度は高くなる。しかし、トナーが密に付着した状態になれば、それ以上に付着トナー量を増加させても光学濃度はあまり変化しなくなり、第５１図に示すようにトナー密度の高い領域で飽和特性を示す。言い換えれば、このような高密度にトナーが付着する状態では、感光体２に付着するトナー量に多少の変動があったとしてもその画像濃度はほとんど変化しない。トナー像として感光体２に付着するトナーの密度は現像位置ＤＰに飛翔するトナー量に依存するから、この特性は、トナーの飛翔量をある程度多くしておけば、その量に多少の変動があっても得られるトナー像の濃度変化を少なくできるということを示している。
【０２４８】
非接触現像方式の画像形成装置において、濃度ムラが少なく、かつ画像コントラストの高いトナー像を形成するためには、このように画像濃度変化の少ないトナー飛翔量が得られる条件で画像形成を行うことが好ましい。というのは、非接触現像方式の装置では製造上の理由からギャップＧにある程度の変動が生ずるのは避けられないが、こうすることでギャップ変動に起因する画像濃度の変動を抑制することができるからである。但し、付着させるトナー量を多くしすぎると、トナーの消耗が激しくなり、また後述する転写・定着プロセスに支障を来すおそれもあるため、これらの要請によりトナー量の上限が規制される。
【０２４９】
この実施形態では、以下の（１）、（２）に示す構成とすることで必要十分なトナー飛翔量を確保するとともに、後述するように、直流現像バイアスと露光エネルギーとを制御することで画像濃度の調整を行っている。
【０２５０】
（１）規制ブレード４５により、現像ローラ４４上のトナー層の厚みをトナー２層程度に規制している。トナー層を構成するトナーＴＮのうち、現像ローラ４４と直接接触しているトナー（第４９図に示す符号Ｔ4）には現像ローラ４４との間に強い鏡像力が作用しているので飛翔し難い。そこで、トナー層の厚みをトナー２層程度として、直接現像ローラ４４に接触せずより飛翔しやすいトナーの量を増やしている。このように飛翔しやすいトナーが存在すると、そのトナーは比較的小さな力によって現像ローラ４４から飛翔することができ、かつ、そのトナーが交番電界に応じ往復運動を行う中で現像ローラ４４上のトナーＴ4に衝突することでトナーＴ4を飛翔させる効果もある。そのため、十分な量のトナーを現像位置ＤＰに供給することができる。
【０２５１】
（２）現像バイアスの振幅Ｖppを、現像位置ＤＰで放電が発生しない程度でできるだけ大きくしている。この実施形態のような非接触現像方式の画像形成装置では、現像位置ＤＰに発生させる電界強度を変化させることによりトナー飛翔量を制御することが可能であるが、ギャップＧ（第４９図）の変動によっても交番電界の強度は変化する。そこで、交番電圧の振幅Ｖppをできるだけ高く設定することで、ギャップＧが大きく電界が弱い場合でも十分な量のトナーを飛翔させることができるようにしている。但し、電圧を高くしすぎると現像ローラ４４と感光体２との間で放電が発生し著しく画質を損ねることとなるので、このような放電が起きない程度の電圧とする必要がある。この第３実施形態では、ギャップＧの設計中心値は１５０μｍであるが、現像ローラ４４と感光体２が最も近接するときのギャップを８０μｍとして、現像バイアスの振幅Ｖppを１５００Ｖに設定しており、またその周波数を３ｋＨｚとしている。また、現像バイアスのデューティ比を４０％としている。
【０２５２】
そして、画質の良好なトナー像を安定して形成するため、この第５実施形態にかかる画像形成装置では、電源投入時などの適当なタイミングで所定のパッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて画像形成条件を最適化するパッチ処理を行っている。具体的には、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１が予め記憶されたプログラムを実行して、各トナー色毎に第５２図に示す処理を行っている。第５２図は、この画像形成装置のパッチ処理を示すフローチャートである。このパッチ処理の概要は次の通りである。
【０２５３】
第５２図の左側に示した処理では、露光ビームＬの単位面積当たりのエネルギー（以下、単に「露光エネルギー」という）Ｅを一定の値、例えばその可変範囲における中央値に仮設定した状態で（ステップＳ８１）、現像バイアスの直流成分（以下、「直流現像バイアス」という）Ｖavgを変更設定しながら各バイアス条件の下で高濃度用パッチ画像として例えばベタ画像を形成する（ステップＳ８２〜Ｓ８５）。そして、こうして形成した各パッチ画像の画像濃度を濃度センサ６０により検出し（ステップＳ８６）、その濃度が予め設定された目標値、この実施形態では光学濃度ＯＤ＝１．３にほぼ一致するときのバイアス値を求めてその値を最適現像バイアスとする。
【０２５４】
それに続いて、第５２図の右側の処理を実行する。すなわち、直流現像バイアスＶavgを先に求めた最適現像バイアスに設定し（ステップＳ９１）、露光エネルギーＥを変更設定しながら各エネルギー条件の下で低濃度用パッチ画像として例えば１オン１０オフのパターンのように互いに離隔配置された複数の１ドットラインからなる細線画像を形成する（ステップＳ９２〜Ｓ９５）。そして、こうして形成した各パッチ画像の画像濃度を濃度センサ６０により検出し（ステップＳ９６）、その濃度が予め設定された目標値、この実施形態では光学濃度ＯＤ＝０．２２にほぼ一致するときの露光エネルギーを求めてその値を最適露光エネルギーとしている。
【０２５５】
このようにする理由について、第５３図を参照しつつ説明する。第５３図は、ベタ画像および細線画像に対応する静電潜像を形成した場合の感光体２の表面電位プロファイルの例を示す図である。均一の表面電位Ｖuに帯電した感光体２を部分的に光ビームＬにより露光すると、その部分の電荷が中和されて感光体２の表面に静電潜像が形成されるが、ベタ画像のような高濃度用の画像では感光体２表面の比較的広い範囲が露光されているため、その表面電位プロファイルは、感光体２の特性で決まる残留電位Ｖr程度まで低下した井戸型となる。一方、細線画像のような低濃度用画像では露光される領域が狭いため、その表面電位Ｖsurは鋭いディップ状のプロファイルを有することとなる。なお、同図では低濃度用画像として１ラインのみの例を示しているが、互いに離隔配置されている複数のラインの場合も同様である。
【０２５６】
そして、このような電位プロファイルを有する静電潜像がトナーを担持する現像ローラ４４と対向する現像位置ＤＰに搬送されてくると、この現像位置ＤＰで往復飛翔しているトナーは、現像ローラ４４、感光体２各部の直流電位に応じてそのいずれかに付着する。このとき、直流現像バイアスＶavgと感光体２の表面電位Ｖsurとの電位差が大きいほど現像ローラ４４から感光体２へのトナー移行が促進されるため、この電位差すなわちコントラスト電位Ｖcontが大きいほど感光体２に付着するトナーの密度は高くなり、それに伴って画像濃度も高くなる。
【０２５７】
ここで、露光エネルギーを変化させた場合を考えてみると、第５３図の点線で示すように、ベタ画像では表面電位プロファイルの変化は小さいのに対し、細線画像ではディップの深さまたは幅、あるいはその両方が大きく変化することとなる。このように、静電潜像の電位プロファイルに対する露光エネルギーの影響は、ベタ画像では小さく、細線画像で大きくなる。したがって、現像されるトナー像の濃度も、ベタ画像では変化が小さいのに対し細線画像では露光エネルギーＥにより大きく変化することとなる。
【０２５８】
一方、直流現像バイアスＶavgを変化させた場合には、コントラスト電位Ｖcontが変化することとなるため、ベタ画像、細線画像いずれの場合においてもその画像濃度が大きく変化する。
【０２５９】
このように、２つのパラメータ、すなわち直流現像バイアスＶavgと露光エネルギーＥとでは、ベタ画像、細線画像それぞれの画像濃度に及ぼす影響が異なっている。すなわち、細線画像の画像濃度は直流現像バイアスＶavg、露光エネルギーＥの双方に大きく影響されるのに対し、ベタ画像の画像濃度は直流現像バイアスＶavgによって大きく変化するものの、露光エネルギーＥによってはあまり変化しない。
【０２６０】
このことについて、第５４図を参照してさらに詳しく説明する。第５４図は、ベタ画像および細線画像に対する等濃度曲線を示す図であるが、より具体的には、直流現像バイアスＶavgと露光エネルギーＥとの組み合わせ（Ｖavg，Ｅ）を変えながらベタ画像および細線画像を形成したときに、それぞれの画像濃度が目標濃度（ＯＤ＝１．３およびＯＤ＝０．２２）に一致するような組み合わせを示すものである。
【０２６１】
上記したように、ベタ画像の濃度に対する露光エネルギーＥの影響は小さいので、ベタ画像において光学濃度ＯＤ＝１．３を示す等濃度曲線は、第５４図の実線に示すように垂直に近い傾きを有している。その意味するところは次の通りである。すなわち、直流現像バイアスＶavgと露光エネルギーＥとの組み合わせ（Ｖavg，Ｅ）がこの曲線上にあるとき、この条件でベタ画像を形成すれば常に目標値ＯＤ＝１．３の画像濃度が得られる。ここで、第５４図に示す符号ＥA以上の露光エネルギー領域では曲線の傾きがほぼ垂直であることから、直流現像バイアスＶavgを同図に示す電位ＶAに定めれば、この領域では露光エネルギーＥの値によらず目標濃度のベタ画像が得られることとなる。なお、露光エネルギーＥA以下で等濃度曲線が湾曲しているのは、このような弱いエネルギーでの露光では感光体２の表面電位Ｖsurが残留電位Ｖr程度まで十分に低下せず、そのエネルギーの大小によって潜像の深さが変化することに起因する。
【０２６２】
このことから、ＥA以上の露光エネルギーＥ（この実施形態では、その可変範囲における中央値がＥAより大きくなるように設定されている）の下で、種々の直流現像バイアスＶavgで高濃度用パッチ画像としてのベタ画像を形成し、その濃度が目標値（ＯＤ＝１．３）となるようなバイアス電位ＶAを求めることにより、ベタ画像で所望の画像濃度を得るための直流現像バイアスＶavgの最適値を求めることができる。なお、上記したように、ベタ画像においては露光エネルギーＥはＥA以上の任意の値としてよい。
【０２６３】
一方、細線画像においては、その画像濃度は露光エネルギーＥ、直流現像バイアスＶavgのいずれによっても変化し、その等濃度曲線は、第５４図の破線に示すように右下がりの曲線となる。
【０２６４】
さて、ベタ画像および細線画像のいずれにおいても目標どおりの画像濃度を得るためには、直流現像バイアスＶavg、露光エネルギーＥを第５４図の２つの曲線の交点に相当する組み合わせとなるように設定すればよい。ここで、この交点に対応する直流現像バイアスＶavgの値は、ベタ画像に対応する等濃度曲線がほぼ垂直な傾きを有していることから明らかなように、目標濃度のベタ画像を得られるバイアス電位ＶAとして既に求められている値とほぼ同じとなる。つまり、先に求めたベタ画像での最適直流現像バイアスＶAは、細線画像でも目標濃度を得ることのできるこの装置における最適現像バイアスＶopであったことがわかる。したがって、直流現像バイアスＶavgとしてこの最適値Ｖopを与えながら、種々の露光エネルギーＥで低濃度用パッチ画像としての細線画像を形成し、その濃度が目標値（ＯＤ＝０．２２）となるような露光エネルギーＥopを求めることにより、ベタ画像、細線画像で共に目標濃度を満足する画像形成条件（Ｖop，Ｅop）を求めることができるのである。
【０２６５】
なお、直流現像バイアスＶavgおよび露光エネルギーＥの可変範囲を定めるにあたっては、その実現可能な組み合わせの範囲の中でベタ画像、細線画像ともに所望の画像濃度が得られることはもちろんであるが、次のような事柄も考慮される。
【０２６６】
すなわち、所望の画像濃度を得るべくコントラスト電位（第５３図に示すＶcont）を極端に大きくまたは小さくすると、画像のにじみ（コントラスト電位Ｖcontが高すぎる場合、例えば１ｃｍ角程度のベタ画像を形成するとその画像の周辺にトナーの飛び散りが発生する）や歪み（コントラスト電位Ｖcontが低い場合、例えば１ｃｍ角程度のベタ画像を形成するとその画像は正方形でなく菱形状に歪む）など他の要因による画質劣化を引き起こすことがあり、また感光体２の残留電位Ｖrはその温度や製造ばらつきによるばらつきを有しているため、直流現像バイアスＶavgの可変範囲は感光体２のばらつきをカバーしつつ、コントラスト電位Ｖcontを所定の範囲内に収めることができるような範囲に決める必要がある。この実施形態では、直流現像バイアスＶavgの可変範囲を（−１１０Ｖ）〜（−３３０Ｖ）に設定している。
【０２６７】
さらに、発明者らの知見によれば、感光体２表面のうち露光されていない領域（非画像部）の表面電位Ｖuと直流現像バイアスＶavgとの電位差も画質に影響を与えることがわかっている。例えば、この電位差が大きくなると、非画像部へのトナーのカブリの増加や孤立ドットラインの再現性低下を招く。一方、この電位差が小さくなると地汚れが発生しやすくなる。そこで、この実施形態では、直流現像バイアスＶavgを変更するのに連動させて帯電制御部（第２図）からの帯電バイアスを変更しており、これにより両者の電位差（|Ｖu|−|Ｖavg|）を一定値（３５０Ｖ）に保持している。
【０２６８】
また、ベタ画像における静電潜像の深さは露光エネルギーＥによる変化は少ないものの、全く変化しないわけではないから、露光エネルギーＥの可変範囲を大きくしすぎると露光エネルギーＥの変化によってベタ画像の濃度も変動することとなり、最適な画像形成条件を見出すのが困難となる。そこで、露光エネルギーＥが変化してもベタ画像の濃度変化が無視できる程度とするために、露光エネルギーＥをその可変範囲における最小値から最大値まで変化させたとき、静電潜像のうちベタ画像に対応する領域の表面電位の変化が２０Ｖ以内、より望ましくは１０Ｖ以内となるように、露光エネルギーＥの可変範囲を定めるのがよい。
【０２６９】
なお、これらの値は本実施形態の構成に即して決められたものであって、装置構成に応じて適宜改変されるべきものであることはいうまでもない。
【０２７０】
以上のように、この実施形態では、トナーを飛翔させやすくするために現像ローラ４４に担持されるトナー層の厚みをトナー１層より多くし、かつ現像バイアスの振幅Ｖppをできるだけ高く設定することで、予め現像位置ＤＰにおけるトナー飛翔量を十分多くしておき、画像形成条件を構成する２つのパラメータ（直流現像バイアスＶavg、露光エネルギーＥ）を制御することによって画像濃度を調節するようにしている。
【０２７１】
また、これらのパラメータを最適化するのに際して、まず露光エネルギーＥを一定値に仮設定した状態で、直流現像バイアスＶavgを種々の値に変更しながら高濃度用パッチ画像としてのベタ画像を形成し、その画像濃度に基づいて直流現像バイアスの最適値Ｖopを求めている。そして、こうして求めた最適直流現像バイアスＶopの下で、露光エネルギーＥを種々の値に変更しながら低濃度用パッチ画像としての細線画像を形成し、その画像濃度に基づいて露光エネルギーの最適値Ｅopを求めている。
【０２７２】
このように、この実施形態の画像形成装置では、比較的簡単な処理によって、各パラメータについて１つずつ個別に、しかも確実にそれぞれの最適値を求めることができ、こうして最適化された画像形成条件の下で画像形成を行うことによって、画質の良好なトナー像を安定して形成することが可能となっている。
【０２７３】
＜第６実施形態＞
次に、本発明にかかる画像形成装置の第６実施形態について説明する。この実施形態の装置は、第５実施形態と比較してその現像器の構成が一部異なっているが、その他の構成および動作については同一であるのでここでは説明を省略する。第５５図は、この発明にかかる画像形成装置の第６実施形態を示す図である。この実施形態においては、現像ローラ４４は、金属ローラ４４１と、その表面に形成された抵抗層４４２とで構成されている。この抵抗層４４２は本発明の「表面層」に相当するものであって、例えば導電粉を分散させた樹脂層で形成されている。ここで、導電粉としてはアルミニウムなどの金属粉、カーボンブラック等を、また樹脂層としてはフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂等を用いることができる。さらに、この抵抗層４４２の比抵抗は１０４Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【０２７４】
このように、抵抗層４４２を設けたことによってトナーＴＮと金属ローラ４４１とが直接接触することは防止されており、これによりトナーＴＮに作用する鏡像力は低減されて、現像ローラ４４からのトナー飛翔性が向上している。これに伴って、この実施形態では、第５５図に示すように、規制ブレード４５が現像ローラ４４上のトナー層の厚みを略トナー１層に規制している。というのは、抵抗層４４２を設けたことで、第５５図に示すように現像ローラ４４と直接接触しているトナーＴ5も飛翔しやすくなっており、その結果、搬送されるトナー量は少なくても現像位置ＤＰに十分な量のトナーを飛翔させることができるようになっているからである。
【０２７５】
このように構成された装置においても、第１実施形態の装置と同様の処理（第５２図）を行うことにより、直流現像バイアスＶavgおよび露光エネルギーＥの最適値を、簡単な処理によって個別に求めることが可能であり、こうして最適化された画像形成条件の下で画像形成を行うことによって、画質の良好なトナー像を安定して形成することができるのである。
【０２７６】
以上のように、上記した第５および第６の実施形態の装置は、それぞれその手法は異なるものの、いずれも現像位置ＤＰにおけるトナー飛翔量を大きくした構成となっており、上記したパッチ処理技術を好適に適用できるものである。この技術は、他の手法によりトナー飛翔量を大きくした装置においても有効である。このようにトナー飛翔量を高める手法としては、上記以外にも種々のものが考えられる。
【０２７７】
例えば、トナーの外添剤として酸化チタンを用いると、トナー粒子と現像ローラ４４表面との間で作用するいわゆる分子間力を効果的に低減することが可能となり、その結果として、トナーの飛翔性が向上する。また、トナーと現像ローラ４４との分子間力の大きさを評価する指標としてトナーの流動性がある。トナーの流動性が高いトナーほど分子間力を小さくでき、本発明に用いるトナーとして好適な流動性の目安はその安息角で２５°以下である。さらに、トナーの流動性はトナー母粒子に対する外添剤の被覆率に依存し、その被覆率を１以上とすることで分子間力を低減してその流動性を高めることができる。ここで、外添剤の被覆率は下式にて定義する：
（被覆率）＝（Ｄ・ρ１・ｗ）／（ｄ・ρ２・Ｗ・π） … (6-1)
上式において、Ｄおよびｄはトナー母粒子および外添剤それぞれの体積平均粒径、ρ１およびρ２はトナー母粒子および外添剤それぞれの真比重、Ｗおよびｗはトナー母粒子および外添剤それぞれの質量、πは円周率である。
【０２７８】
また、同じ帯電量であればその粒径が小さいほど鏡像力が大きくなるので、鏡像力を低くするために、比較的粒径の大きなトナーを用いることも有効である。発明者らの実験によれば、その体積平均粒径が８μｍ以上のトナーを使用することにより、十分なトナー飛翔量を確保することができることがわかった。
【０２７９】
なお、上記した第５および第６実施形態では、直流現像バイアスＶavgの最適値を求めるためのパッチ画像を形成する際に露光エネルギーＥの値をその可変範囲における中央値に仮設定しているが、このときの露光エネルギーの値はこれに限定されるものではなく任意である。但し、露光エネルギーが大きすぎると潜像に付着するトナー量が多くなりトナーの消費量が増大してしまう。また、露光エネルギーが小さすぎると細線画像のみならずベタ画像の濃度も露光エネルギーにより変化してしまうこととなり、最適な画像形成条件を精度よく求めることが難しくなるので、このときの露光エネルギーは第５４図に示す符号ＥA以上であまり大きすぎない値とすることが好ましい。
【０２８０】
＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、以下のように構成することができる。
【０２８１】
上記した各実施形態では、高濃度用パッチ画像としてベタ画像を、また低濃度用パッチ画像として互いに離隔配置された複数の１ドットラインからなる細線画像を用いているが、パッチ画像として用いることのできる画像はこれらに限定されるものではなく、他のパターンを有する画像であってもよい。これらは使用されるトナーの特性や濃度センサの感度等に応じて適宜変更されるべきものである。また、各パッチ画像の目標濃度も上記の数値に限定されるものではなく、適宜変更してよい。
【０２８２】
上記実施形態では、中間転写ベルト７１を像担持体とする画像形成装置に本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば像担持体として転写ドラムを用いた画像形成装置、感光体上に形成されるパッチ画像の画像濃度を測定するように構成した画像形成装置などにも適用可能であり、感光体や転写媒体などの像担持体上に形成されたトナー像の画像濃度を求める画像形成装置および方法全般に本発明を適用することができる。
【０２８３】
上記実施形態では、４色のトナーを用いたカラー画像を形成することができる画像形成装置であったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、モノクロ画像のみを形成する画像形成装置にも当然に適用することができる。また、上記実施形態にかかる画像形成装置は、ホストコンピュータなどの外部装置より与えられた画像を複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートＳに形成するプリンタであるが、本発明は複写機やファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置全般に適用することができる。
【０２８４】
産業上の利用可能性
以上のように、この発明は、プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置に対して適用可能であり、画像濃度に影響を与える濃度制御因子を調節することで画像濃度を安定化させ、画像品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２８５】
第１図は、この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図である。
第２図は、第１図の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
第３図は、この画像形成装置の現像器を示す断面図である。
第４図は、濃度センサの構成を示す図である。
第５図は、第４図の濃度センサにおいて採用された受光ユニットの電気的構成を示す図である。
第６図は、第４図の濃度センサにおける光量制御特性を示す図である。
第７図は、第４図の濃度センサにおける反射光量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフである。
第８図は、第１実施形態における濃度制御因子の最適化処理の概要を示すフローチャートである。
第９図は、第１実施形態における初期化動作を示すフローチャートである。
第１０図は、第１実施形態におけるプレ動作を示すフローチャートである。
第１１図は、中間転写ベルトの下地プロファイルの例を示す図である。
第１２図は、第１実施形態におけるスパイクノイズ除去処理を示すフローチャートである。
第１３図は、第１実施形態におけるスパイクノイズ除去の様子を示す図である。
第１４図は、トナーの粒径と反射光量との関係を示す模式図である。
第１５図は、トナーの粒径分布とＯＤ値の変化との対応を示す図である。
第１６図は、第１実施形態における制御目標値の導出プロセスを示すフローチャートである。
第１７図は、制御目標値を求めるルックアップテーブルの例を示す図である。
第１８図は、第１実施形態における現像バイアス設定処理を示すフローチャートである。
第１９図は、高濃度用パッチ画像を示す図である。
第２０図は、感光体周期で生じる画像濃度の変動を示す図である。
第２１図は、第１実施形態における直流現像バイアスの最適値算出処理を示すフローチャートである。
第２２図は、直流現像バイアスとベタ画像についての評価値との関係を示すグラフである。
第２３図は、直流現像バイアスに対する評価値およびその変化率を示すグラフである。
第２４図は、第１実施形態における評価値曲線およびその変化率を示す図である。
第２５図は、第１実施形態における露光エネルギーの設定処理を示すフローチャートである。
第２６図は、低濃度用パッチ画像を示す図である。
第２７図は、第１実施形態における露光エネルギーの最適値算出処理を示すフローチャートである。
第２８図は、第２実施形態における光量制御信号変換部を示す図である。
第２９図は、光量制御信号の設定方法を説明する原理図である。
第３０図は、第２実施形態における基準光量設定処理を示すフローチャートである。
第３１図は、基準光量設定処理の原理を説明する図である。
第３２図は、第３実施形態における下地プロファイル検出位置とパッチ画像との関係を示す図である。
第３３図は、第３実施形態における現像バイアス設定処理を示すフローチャートである。
第３４図は、第３実施形態におけるカラートナーについての現像バイアス設定パラメータの最適値算出処理を示すフローチャートである。
第３５図は、第３実施形態におけるブラックトナーについての現像バイアス設定パラメータの最適値算出処理を示すフローチャートである。
第３６図は、その表面状態が均一である像担持体へのパッチ画像（トナー像）の形成前後において、各サンプリング位置で得られるセンサ出力値を示す図である。
第３７図は、その表面状態が不均一である像担持体へのパッチ画像（トナー像）の形成前後において、各サンプリング位置で得られるセンサ出力値を示す図である。
第３８図は、その表面状態が不均一である像担持体への濃度均一画像（トナー像）の形成前後において、各サンプリング位置で得られるセンサ出力値を示す図である。
第３９図は、第１パッチ画像（トナー像）の形成前後でのセンサ出力値の関係を示す図である。
第４０図は、この発明にかかる画像形成装置の第４実施形態において実行される濃度制御因子の最適化処理を示すフローチャートである。
第４１図は、補正情報の算出処理を示すフローチャートである。
第４２図は、カラートナーの画像濃度に対するセンサ出力値の変化の様子を示すグラフである。
第４３図は、パッチセンシング処理を示すフローチャートである。
第４４図は、ブラックトナーにより形成されるパッチ画像（トナー像）の形成前後でのセンサ出力値の関係を示す図である。
第４５図は、カラートナーにより形成されるパッチ画像（トナー像）の形成前後でのセンサ出力値の関係を示す図である。
第４６図は、補正情報の算出処理を示すフローチャートである。
第４７図は、パッチセンシング処理を示すフローチャートである。
第４８図は、カラートナーにより形成されるパッチ画像（トナー像）の形成前後でのセンサ出力値の関係を示す図である。
第４９図は、非接触現像方式の画像形成装置における現像位置を示す図である。
第５０図は、現像バイアスの波形の例を示す図である。
第５１図は、感光体上のトナー密度とトナー像の光学濃度との関係を示す図である。
第５２図は、この発明にかかる画像形成装置の第５実施形態におけるパッチ処理を示すフローチャートである。
第５３図は、ベタ画像および細線画像に対応する静電潜像を形成した場合の感光体の表面電位プロファイルの例を示す図である。
第５４図は、ベタ画像および細線画像に対する等濃度曲線を示す図である。
第５５図は、この発明にかかる画像形成装置の第６実施形態を示す図である。

Claims (9)

  1. 潜像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付与することで該静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する像形成手段と、
    パッチ画像として形成されたトナー像のトナー濃度を検出する濃度検出手段と
    を備え、
    画像濃度に影響を与える濃度制御因子に対してパッチ画像の画像濃度が単調増加するとともに、画像濃度の変化率が前記濃度制御因子に対して単調減少となっており、
    前記濃度制御因子を多段階に変更設定することにより画像形成条件を多段階に変化させながら各画像形成条件でパッチ画像を形成するとともに、前記濃度検出手段による各パッチ画像のトナー濃度の検出結果に基づき、前記パッチ画像のトナー濃度が所定の濃度目標値とほぼ一致する画像形成条件と、前記変化率が予め定められた所定の有効変化率以下となる画像形成条件とのうち、最も画像濃度が低くなる画像形成条件をなす前記濃度制御因子の値を前記濃度制御因子の最適値とすることにより、前記濃度制御因子を最適化するコントローラをさらに備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 潜像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付与することで該静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する像形成手段と、
    パッチ画像として形成されたトナー像のトナー濃度を検出する濃度検出手段と
    を備え、
    互いに異なる高濃度および低濃度のそれぞれについて、画像濃度に影響を与える濃度制御因子を多段階に変更設定することにより画像形成条件を多段階に変化させながら各画像形成条件でパッチ画像を形成するとともに前記濃度検出手段による各パッチ画像のトナー濃度の検出結果に基づき前記濃度制御因子を最適化する画像形成装置において、
    画像濃度に影響を与える濃度制御因子に対してパッチ画像の画像濃度が単調増加するとともに、画像濃度の変化率が前記濃度制御因子に対して単調減少となっており、
    低濃度側について、前記パッチ画像として形成された低濃度トナー像のトナー濃度の検出結果に基づき前記濃度制御因子を最適化するときには、前記パッチ画像のトナー濃度が所定の濃度目標値とほぼ一致するときの前記濃度制御因子の値を前記濃度制御因子の最適値とする一方、
    高濃度側について、前記パッチ画像として形成された高濃度トナー像のトナー濃度の検出結果に基づき前記濃度制御因子を最適化するときには、前記パッチ画像のトナー濃度が所定の濃度目標値とほぼ一致する画像形成条件と、前記濃度制御因子に対する前記検出結果の変化率が予め定められた所定の有効変化率以下となる画像形成条件とのうち、最も画像濃度が低くなる画像形成条件をなす前記濃度制御因子の値を前記濃度制御因子の最適値とするコントローラをさらに備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
  3. 潜像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付与することで該静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する像形成手段と、
    パッチ画像として形成されたトナー像のトナー濃度を検出する濃度検出手段と
    を備え、
    画像濃度に影響を与える濃度制御因子に対してパッチ画像の画像濃度が単調増加するとともに、画像濃度の変化率が前記濃度制御因子に対して単調減少となっており、
    前記濃度制御因子を多段階に変更設定することにより画像形成条件を多段階に変化させながら各画像形成条件でパッチ画像を形成するとともに、前記濃度検出手段により検出された各パッチ画像のトナー濃度の前記濃度制御因子に対する変化率が予め定められた所定の有効変化率にほぼ一致するときの前記濃度制御因子の値を前記濃度制御因子の最適値とすることにより、前記濃度制御因子を最適化するコントローラをさらに備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
  4. 前記多段階の画像形成条件のうち、前記濃度制御因子が互いに１段階だけ異なる２つの画像形成条件で形成された２つのパッチ画像において検出されたトナー濃度の差に基づき前記変化率を求める請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記濃度検出手段は、前記潜像担持体表面に形成された前記パッチ画像のトナー濃度を検出するように構成された請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記潜像担持体上において顕像化されたトナー像を一時的に担持可能に構成された中間体をさらに備え、前記濃度検出手段は、前記中間体表面に担持された前記パッチ画像のトナー濃度を検出するように構成された請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
  7. 前記像形成手段は、その表面にトナーを担持するトナー担持体に所定の現像バイアスを印加することで前記トナー像を形成するように構成されており、しかも、該現像バイアスが前記濃度制御因子に含まれている請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
  8. 潜像担持体の表面に形成した静電潜像にトナーを付与することで該静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する画像形成方法において、
    画像濃度に影響を与える濃度制御因子に対してパッチ画像の画像濃度が単調増加するとともに、画像濃度の変化率が前記濃度制御因子に対して単調減少となる前記濃度制御因子を多段階に変更設定することで画像形成条件を多段階に変化させながら各画像形成条件でパッチ画像を形成し、濃度検出手段により各パッチ画像のトナー濃度を検出するとともに前記濃度制御因子に対する前記トナー濃度の変化率を求め、
    前記パッチ画像のトナー濃度が所定の濃度目標値とほぼ一致するときの前記濃度制御因子の値と、前記変化率が予め定めた所定の有効変化率とほぼ一致するときの前記濃度制御因子の値とのうち、画像濃度がより低くなる方の値を前記濃度制御因子の最適値とすることにより、前記濃度制御因子を最適化する
    ことを特徴とする画像形成方法。
  9. 潜像担持体の表面に形成した静電潜像にトナーを付与することで該静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する画像形成方法において、
    互いに異なる低濃度および高濃度について、画像濃度に影響を与える濃度制御因子に対してパッチ画像の画像濃度が単調増加するとともに、画像濃度の変化率が前記濃度制御因子に対して単調減少となる前記濃度制御因子を最適化する第１および第２の最適化処理をそれぞれ実行し、
    前記第１の最適化処理では、前記濃度制御因子を多段階に変更設定することで画像形成条件を多段階に変化させながら各画像形成条件でパッチ画像としての低濃度トナー像を形成し、濃度検出手段により各パッチ画像のトナー濃度を検出してそのトナー濃度が所定の濃度目標値とほぼ一致するときの前記濃度制御因子の値を前記濃度制御因子の最適値とする一方、
    前記第２の最適化処理では、前記濃度制御因子を多段階に変更設定することで画像形成条件を多段階に変化させながら各画像形成条件でパッチ画像としての高濃度トナー像を形成し、濃度検出手段により各パッチ画像のトナー濃度を検出するとともに前記濃度制御因子に対する前記トナー濃度の変化率を求め、前記トナー濃度が所定の濃度目標値とほぼ一致するときの前記濃度制御因子の値と、前記変化率が予め定めた所定の有効変化率とほぼ一致するときの前記濃度制御因子の値とのうち、画像濃度がより低くなる方の値を前記濃度制御因子の最適値とすることを特徴とする画像形成方法。
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