JP2010190685A - 反射光量検知センサおよびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子の中心と反射光の光軸の中心とをずらすことにより像担持体の表面から反射光量を安定して検出可能とする反射光量検知センサおよびこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの発光素子１と１つの受光素子２が遮光性ケース５内に設けられて検知対象物４に対して一定の間隔Ｌに保持され、発光素子１から傾斜して検知対象物４に対して照射された光６の反射光７を受光素子２で受光する反射光量検知センサ２０において、反射光７の光軸７Ａと受光素子２の中心２Ａが重なる基準位置から、受光素子を素子同士が互いに遠ざかる方向へ検知対象物の反射面４Ａに対して平行移動させて配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、照射対象物に対して照射した入射光の反射光を受光する反射光量検知センサおよびこの反射光量検知センサを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置に関するものである。

画像形成装置の分野では、安定した画像濃度を得るために、感光体等の像担持体の表面に濃度検知用トナーパッチと称する基準パターンを形成し、その基準パターンの濃度を光学センサで検出している。このような光センサを用いて基準パターンの濃度を検知するものとしては特許文献１，２が挙げられる。このような基準パターンの濃度を検知する画像形成装置では、光学センサによる検出結果に基づき、潜像形成用の書込光強度、帯電バイアス、現像バイアス等を変更することで現像ポテンシャルを調整したりするような画像濃度制御を行っている。

一般に光学センサは、基準パターンを検出対象とすることからＰ（パターン）センサと呼ばれ、発光手段と受光手段とを備えた反射型光学センサが一般的に用いられている。反射型光学センサには、図１８に示すように、照射対象物に発光手段から照射した光が正反射したときの正反射光を受光手段で検出するものがあり、このような反射型光学センサは、特許文献１等に開示されている。

正反射光を検出する反射型光学センサをＰセンサとして用いたときの検出原理を、像担持体の表面上のトナー濃度（トナー付着量）を検出する場合を例に説明する。 照射対象物となる像担持体の表面にトナーが付着していない場合、発光手段から照射されて像担持体の表面に届く入射光は像担持体の表面で正反射し、その像担持体の表面（反射面）の反射率に応じた正反射光が受光素子で受光される。これに対し、像担持体の表面にトナーが付着している場合、発光手段から照射されて像担持体の表面に向かう入射光がトナーに吸収されたり、トナーによって乱反射したりする。そのため、入射光が発光手段から像担持体の表面に到達する前にトナーに遮られたり、像担持体の表面からの正反射光が受光素子に到達する前にトナーに遮られたりすることで、正反射光が受光素子で受光され難くなる。よって、像担持体の表面上のトナー付着量が多くなるにつれて、受光素子での受光量が低減することになるので、この受光素子での受光量に基づいて、像担持体の表面上のトナー付着量を検知することができる。

特許文献３には、センサから測定面までの距離を測定する安価で小型なセンサを提供するために、発光素子と複数の受光素子とを一体的に備え、複数の受光素子それぞれの光軸が交わらないように配置した光センサが記載されている。

特許文献４には、発光素子の中心軸を、発光側レンズの中心軸から受光素子側にずらして形成し、正反射光のもとになる発光素子から出る光の成分を遮断して正反射光が受光素子に入射しないようにした光センサが記載されている。

引用文献５には、センサの中心を、光学系の中心光軸から光源側へ一定距離だけ平行にずらせた位置に設置し、光源を読取り対象からの正反射光がセンサに入射されない領域内に設置し、光源を中心光軸に対して操作者の手元側に寄った位置に設け、センサをその中心が中心光軸から光源側に所要距離だけ平行にずらせた位置に設置した構成が記載されている。

特許文献１，２のような像担持体の表面におけるトナー付着量の検出方式では、必ずしも正確な付着量検出が行えるわけではない。なぜなら、トナー付着量を検出するためには像担持体自体を動作させる必要があるからである。例えば、検知対象部が中間転写ベルト（像担持体）だった場合、中間転写ベルト上にトナーを付着させた基準パターンを用意して、中間転写ベルトを回転させることで様々な基準パターンを光センサで検出することになる。このように検知対象物となる中間転写ベルトを動作させると、動作に伴う振動等により光学センサから中間転写ベルトまでの検知距離が変動したり、図１９に示すように光学センサが中間転写ベルトを検出する角度が変動すると、光学センサの出力も変化してしまう。そのため、検知距離変動や検知角度変動があっても安定した出力を示す光学センサが必要とされている。

特許文献３には発光素子と複数の受光素子とを一体的に備え、複数の受光素子それぞれの光軸が交わらないように配置した光センサが記載されているが、この光センサは、センサから測定面までの距離を測定するものである。

特許文献４には、発光素子の中心軸を、発光側レンズの中心軸から受光素子側にずらして形成したセンサ構成が記載されているが、このセンサは原稿の有無検出に用いるものである。

引用文献５には、イメージセンサの中心や光源を、光学系の中心光軸から平行にずらせた位置に設置した構成が記載されているが、この構成はイメージセンサの中心と結像手段の中心光軸からのずれに関するものである。

本発明は、受光素子の中心と反射光の光軸の中心とをずらすことにより検知対象物の表面から反射光量を安定して検出可能とする反射光量検知センサおよびこれを用いた画像形成装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、少なくとも１つの発光素子と１つの受光素子が遮光性ケース内に設けられて検知対象物に対して一定の間隔に保持され、発光素子から傾斜して検知対象物に対して照射された光の反射光を受光素子で受光する反射光量検知センサにおいて、反射光の光軸と受光素子の中心が重なる基準位置から、受光素子もしくは発光素子と受光素子の両方を素子同士が互いに遠ざかる方向へ検知対象物の反射面に対して平行移動させて配置したことを特徴としている。

遮光性ケースは、発光素子の位置決め部と発光素子から検知対象物への照射光の広がりを規制する発光用アパーチャを備えた第１の筒形状部と、受光素子の位置決め部と当該受光素子への反射光の量を規定する受光用アパーチャを備えた第２の筒形状部とを有することを特徴としている。

第１の筒形状部と第２の筒形状部は、遮光性ケースに一体的に形成され、発光用アパーチャは発光素子から照射される光の光軸方向に、受光用アパーチャは反射光の光軸方向にそれぞれ延設されている。

このため、第１の筒形状部により位置決めされた発光素子から発せられた光は、光軸方向に延びる発光用アパーチャを介して検知対象物に照射されるとともに、検知対象物にて反射した光は、反射光の光軸方向に延びる受光用のアパーチャを介して受光素子にて受光される。

本発明では、検知対象物への入射光の光軸は発光用アパーチャの中心軸上にあり、検知対象物からの反射光の光軸は受光用アパーチャの中心軸と平行な方向に位置している。

遮光性ケースには、検知対象物で正反射した光を受光する受光素子だけではなく、発光素子から照射されて検知対象物にて拡散反射される光を受光する拡散光用受光素子が設けられている。

本発明では、光を正反射させる表面を有する像担持体と、像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段により像担持体上にトナーを付着させたときのトナーの付着量を検出するための光学センサと、光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、光学センサとして、上記の反射光量検知センサを有する用いたことを特徴としている。

本発明によれば、反射光の光軸と受光素子の中心が重なる基準位置から、受光素子もしくは発光素子と受光素子の両方を素子同士が互いに遠ざかる方向へ検知対象物の反射面に対して平行移動させて配置すねことで、意図的に受光素子の中心と反射光の光軸が重ならないようにしたので、基準位置にある場合に対して、受光素子の受光量を変化させることができ、また検知対象物が動作した際に生じる検知距離変動に対する受光量の関係も変化させることができる。このため、基準位置にある場合よりも検知距離変動に対して受光量の変化の少なくなるように受光素子あるいは発光素子と受光素子の双方を配置することで、検知対象物の表面から反射光量を安定して検出可能とすることができる。

このような安定した反射光量検知センサを、トナー像形成手段により像担持体上にトナーを付着させたときのトナーの付着量を検出するための光学センサとすることで、光学センサの検出結果に基づいて行う画像濃度制御の安定が向上し、良好な画像を得ることができる。

本発明にかかる反射光量検知センサを備えた画像形成装置の概略構成図である。 トナー像形成手段により像担持体上にトナーを付着させたときのトナーの付着量を光学センサで検出する形態を示す拡大図である。 光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段の主要部の構成を示すブロック図である。 本発明にかかる反射光量検知センサの構成を示す拡大断面図である。 反射光量検知センサを構成する遮光性ケースの構成を示す拡大断面図である。 遮光性ケースを矢印Ａ方向から見た図である。 反射光の光軸に対して受光素子の中心が位置した従来の反射光量検知センサの光学シミュレーションモデルである。 図７の発光素子側の拡大図である。 図７の光学シミュレーションモデルにおいて発光素子側からの光線本数を10万本としたときの光線軌跡を示す拡大図である。 本発明にかかる反射光の光軸に対して受光素子の中心をずらした反射光量検知センサの光学シミュレーションモデルである。 図１０の光学シミュレーションモデルにおいて発光素子側からの光線本数を10万本としたときの光線軌跡を示す拡大図である。 反射光の光軸に対して受光素子の中心が位置した光学シミュレーションによる受光側に到達した光線の照度分布解析を実施するためモデルを示す図である。 図１２のモデルによる受光側での正反射光用の照度分布である。 図１２において受光器を受光素子側のアパーチャ入口に配置したモデルを示す図である。 反射光の光軸に対して受光素子の中心が一致している場合の検知距離変動に対する受光素子のアパーチャ入口の受光器の照度分布結果を示す図である。 反射光の光軸に対して受光素子の中心がずれている場合の検知距離変動に対する受光素子のアパーチャ入口の受光器の照度分布結果を示す図である。 光学シミュレーションモデルにおける検知距離と正反射光用の受光器での受光量との関係を示す特性図である。 反射光の光軸中心と受光素子の中心とが一致した従来の反射光量検知センサの構成の概略構成を示す拡大図でする。 図１８の反射光量検知センサによる問題点を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。最初に本発明が適用された反射光量検知センサ２０の構成と、その特性について説明し、その後、反射光量検知センサ２０が適用された画像形成装置の構成と動作について説明する。

図４に示すように、反射光量検知センサ２０は、少なくとも１つの発光素子と少なくとも１つの受光素子と遮光性ケース５を備えている。本形態では発光素子１と２つの受光素子２、３とを備えた構成として説明する。発光素子１と受光素子２、３は検知対象物４に対して一定の間隔（以下「検知距離Ｌ」と記す）を持って配置されている。この検知距離Ｌは、遮光性ケース５の検知対象物４との対向面５Ａと検知対象物４の反射面４Ａまでの間隔とする。つまり、遮光性ケース５は、発光素子１と受光素子２，３とが検知対象物５に対して一定の間隔となるように各素子を保持している。

発光素子１は、その照射光６が検知対象物４の反射面４Ａに対して傾斜して照射されるように遮光性ケース５に配置されている。照射光６は、反射面４Ａで同角度に反射されて反射光７となる。発光素子１と受光素子２は、反射面４Ａからの反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａが重なる位置を基準位置としている。本形態において、受光素子２は、いわゆる正反射光を検知するもので、基本位置から発光素子１と遠ざかる方向へ反射面４Ａに対して平行移動させた位置に配置されており、反射光７の光軸７Ａと受光素子２の中心２Ａとがずれた位置関係になるように配置されている。受光素子２は、反射面４Ａで反射された拡散反射光を検知するものである。

本形態では、発光素子１に対して受光素子２を移動して反射光７の光軸７Ａと受光素子２の中心２Ａとをずらしているが、発光素子１と受光素子２の両方を、基準位置から互いの素子が遠ざかる方向へ反射面４Ａに対して平行移動させた位置に移動して、反射光７の光軸７Ａと受光素子２の中心２Ａとがずれた位置関係になるように配置してもよい。

遮光性ケース５は、図５，図６に示すように、発光素子用の筒形状部８と受光素子用の筒形状部９，１０を備えている。筒形状部８は遮光性ケース５を貫通するように形成されている。

筒形状部材８は、発光素子１を装着固定するもので、３つの異なる径の孔８Ａ〜８Ｃを遮光性ケース５に穿孔することで形成されている。孔８Ａは発光素子１の孔８Ｂへの挿入量を規制するために用いられる位置決め部を構成している。孔８Ｂは発光素子１を固定する際に用いる装着部を構成している。孔８Ｃは所謂アパーチャであり、発光素子１から照射される照射光６の広がりを規制するものである。孔８Ｃ（発光用アパーチャ）は、発光素子１から照射される照射光６の光軸方向に延設されていて、その中心９Ｄが照射光６の光軸６Ａと重なるように構成されている。

筒形状部９は、反射面４Ａでの正反射光を受光する受光素子２を装着固定するもので、３つの異なる径の孔９Ａ〜９Ｃを遮光性ケース５に穿孔することで形成されている。孔９Ａは受光素子２の孔９Ｂへの挿入量を規制するために用いられる位置決め部を構成している。孔９Ｂは受光素子２を固定する際に用いる装着部を構成している。孔９Ｃは所謂アパーチャであり、受光素子２に対する反射光６の広がりを規制するものである。孔９Ｃ（受光用アパーチャ）は、反射光７の光軸方向に延設されていて、その中心１０Ｄが反射光７の光軸７Ａと重なるように構成されている。

筒形状部１０は、反射面４Ａでの拡散反射光を受光する受光素子３を装着固定するもので、２つの異なる孔１０Ａ，１０Ｃを遮光性ケース５に穿孔することで形成されている。孔１０Ａは受光素子３の孔１０Ｃへの挿入量を規制するために用いられる位置決め部を構成している。孔１０Ｃは受光素子３を固定する際に用いる装着部とアパーチャとして機能する。受光素子３は発光素子１からの正反射光が入らない位置に配置されているものとする。

このように、意図的に受光素子２の中心２Ａと反射光７の光軸７Ａが重ならないようにすると、受光素子２の受光量を変化させることができ、また検知対象物４が動作した際に生じる検知距離変動に対する受光量の関係も変化させることができる。

このような配置の受光素子２の受光量を変化と、検知対象物４が動作した際に生じる検知距離Ｌの変動に対する受光量の関係について、コンピュータを用いた光学シミュレーションにより確認を実施したので、以下に説明する。
（光学シミュレーションモデルの説明）
今回、光学シミュレーションで使用したモデルは以下の２種類である。１つは図７に示すように、従来のように反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがあるものであり、いま１つは図１０に示すように、本願発明の構成となる反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがないものである。図８は、図７の発光素子部の拡大図となる。
（光学シミュレーションモデルの構成）
発光素子１の構成は、図７，図１０に示すように発光素子レンズ１１Ａ、発光素子電極付の発光素子チップ１１Ｂとし、モデルの遮光性ケースには発光素子を固定する孔８Ｂと発光用アパーチャ８Ｃを有する筒形状部８を形成した。
受光素子２の構成は、図７，図１０に示すように、受光素子レンズ１２Ａ、受光器１２Ｂ（正反射光用）とし、モデルの遮光性ケース５には受光素子を固定する孔９Ｂと受光用アパーチャ９Ｃを有する筒形状部９を形成した。なお、モデルには拡散反射光用の受光素子部の構成を設けてもよいが、ここでは発光素子１と正反射光用の受光素子２の光学モデルを用いて説明する。

図７では、受光器１２Ｂ及び筒形状部９の中心は、反射光７の光軸７Ａ上に位置され、図１０では、図７に対して、受光器１２Ｂ及び受光素子２及び筒形状部９を素子同士が遠ざかる方向へ反射面４Ａに対して平行移動している。

光学シミュレーションでは、光源を用意して、そこから光線を出し、それを受光器１２Ｂで受光することによって、照度解析や照度分布解析を実施できる。本モデルにおける光源は発光素子チップ１１Ｂである。発光素子チップ１１Ｂから発せられる光線は一本一本が同じ強さであり、発光素子レンズ１１Ａ凸方向へ無作為に照射されるように設定している。発光素子チップ１１Ｂからの光線は発光用アパーチャ８Ｃを通過して検知対象物の反射面４Ａに到達する。発光用アパーチャ８Ｃは全て吸収面に設定しているため、発光用アパーチャ８Ｃに接触しなかった光線だけが反射面４Ａに到達して、入射角と同角度で反射する。反射光７も同様に受光用アパーチャ９Ｃに接触しなかった光線だけが受光素子レンズ１２Ａに侵入して、集光された光線が受光器１２Ｂへ入る。図９は発光素子チップ１１Ｂからの光線本数を１０万本としたときの光線軌跡を示している。図７の構成では、図９に示すように、反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがあるのが分かる。

一方、図１０においても、図７に示す反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがある場合と同様に、発光素子チップ１１Ｂより光線を出し、発光用アパーチャ８Ｃにより反射面４Ａに到達する光線本数を規制している。受光用アパーチャ９Ｃは全て吸収面に設定しているため、発光用アパーチャ８Ｃを通過した光線だけが反射面４Ａに到達し、入射角と同角度で反射する。反射光７は受光用アパーチャ９Ｃを通過して、受光素子レンズ１２Ａにより集光されて受光器１２Ｂに入る。図１１は発光素子チップ１１Ｂからの光線本数を１０万本としたときの光線軌跡を示している。本構成では、反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心がないのが分かる。
（照度分布の見方）
光学シミュレーションでは受光器１２Ｂに到達した光線の照度分布解析を実施することができる。受光器１２Ｂのサイズは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度の正方形をとした。ここで、受光器１２Ｂにおける照度分布の見方を説明する。図１１は図６に示した反射光７の光軸７Ａ上に受光素子２の中心２Ａがある場合のモデルであり、図１３は図１２の正反射光用の受光器１２Ｂにおける照度分布を示す。図１２におけるＸ，Ｙ方向が図１３におけるＸ，Ｙ方向に対応している。図１３の照度分布では、色の違いが光強度を表している。図１３の原図は９色カラー画像で表示されているが、ここではグレースケース表示として明暗だけで表現している。図１３において、原図の赤に相当する部分ほど強い光強度であり、原図の青い色ほど弱い光強度を示す。図中の十字線は受光器１２ＢのＸ，Ｙ方向の中心であり、受光素子２の中心としている。
（結果：照度分布解析）
この光学シミュレーションでは、反射面４Ａとの検知距離Ｌを一定値（基準値）に設定している。そして検知対象物の反射面４Ａの動作による検知距離Ｌに変動があった場合、検知対象物が中間転写ベルトだと検知距離Ｌは±１．０ｍｍ程度変動することが予想される。このため、光学シミュレーションにて検知距離Ｌを基準値から±１．０ｍｍ変動したときの受光器１２Ｂの照度分布解析を実施した。受光器１２Ｂは図１４に示すように受光側のアパーチャ９Ｃの入口９Ｃ１に配置した。図１５、図１６に検知距離Ｌの変動に対するアパーチャ９Ｃの入口９Ｃ１の受光器１２Ｂの照度分布結果を示す。図１５は、反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがある場合の照度分布を示し、図１６は反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがない場合の照度分布を示す。図１５，図１６の原図は、図１３と同様に９色カラー画像で表示されているが、ここではグレースケース表示として明暗だけで表現している。図中原図の赤い領域に対応する濃い領域ほど光量が強く、図中原図の青い領域に対応する救い領域ほど光量が弱くなっている。図１５，図１６の照度分布内の丸印は、受光素子２（正反射光用）のアパーチャ径である。このアパーチャ径の領域内にある光が受光器１２Ｂ（正反射光用）へ向かうことになる。ここで、注目すべきは各検知距離における照度分布の光量最大値がそれぞれ異なる点にある。つまり、図１５、図１６に示す照度分布において、原図の赤い領域に相当する部分が光量最大領域であるが、検知距離ごと受光器毎にその領域の光量は異なっている。

反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがある場合と、反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがない場合の両方において、検知距離Ｌが短い程、光量最大値が高いのがわかる。これは発光素子２から検知面（反射面４Ａ）までの検知距離Ｌが短いために、光線密度が高くなっていることを表している。

反射光７の光軸７Ａ上に受光素子２の中心２Ａがある場合は、検知距離Ｌが短いときに受光素子２へ強い光が入るように設定し、逆に検知距離Ｌが長いときは受光素子２へ弱い光が入るように設定している。

反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがない場合は、検知距離Ｌが短いときに正反射光用の受光素子２へ弱い光が入るように設定し、逆に検知距離Ｌが長いときは受光素子２へ強い光が入るように設定している。
（結果：検知距離に対する受光量の関係：照度解析）
図１５，図１６に示す照度分布の解析とは別に、検知距離：基準値±４．０ｍｍにおける受光器１２Ｂでの受光量を調査した。その結果を図１７に示す。図１７において、横軸は検知距離（ｍｍ）を、縦軸は受光量（Ｗ）をそれぞれ示す。受光器１２Ｂでの光量は、光線一本一本の強度は同じに設定しているため、受光器（０．５ｍｍ×０．５ｍｍサイズ）に到達した光線本数ということになる。なお、光量は検知距離：基準値における光量を１Ｗとなるように補正してある。図中、◆は反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがある場合の受光量変化の特性を示し、■は反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがない場合の受光量変化の特性を示す。

反射光７の光軸７Ａ上に受光素子２の中心２Ａがある場合は、検知距離が−１．０ｍｍの時が光量最大となった。それに対して、本願のように反射７光の光軸７Ａに対して受光素２の中心２Ａがない場合、検知距離が−１．０ｍｍの場合は光量最大値が低下し、検知距離が基準値において光量最大となった。検知対象物が中間転写ベルトだとすると、検知距離は基準値に対して±１．０ｍｍ程度変動することが予想される（点線の領域）。この変動領域において、反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心がない場合は、■で示すように、検知距離変動による受光量のバラツキが少ないことが分かる。反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがある場合よりも反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがない場合は検知距離変動に対して安定していると言える。
（結果の考察）
反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがない場合に、検知距離Ｌの変動に対して安定するのかを図１５，図１６を基に考察すると、以下のようになる。

まず、検知距離Ｌが短いときは光線密度が高まるため光強度が増す。反射光７の光軸７Ａに対して受光素子の中心がない場合は、図１６に示すように、検知距離Ｌが短いとき（−１．０ｍｍ）に受光素子２で弱い光を受け、逆に検知距離Ｌが長いとき（＋１．０ｍｍ）に受光素子２で強い光を受ける。このため、受光器１２Ｂへ到達する光量は均一的になる。このような特性は、発光素子１と受光素子２の位置を基準位置からずらし、その結果、反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがない場合（ずらす場合）でも同様である。

これに対し、反射光７の光軸７Ａに対して受光素子２の中心２Ａがある場合は、図１５に示すように、検知距離Ｌが短いとき（−１．０ｍｍ）に受光素子２で強い光を受け、逆に検知距離（＋１．０ｍｍ）が長いときは受光素子２で弱い光を受ける。このため、受光器２へ到達する光量にはバラツキが生じる。

以上のことから、少なくとも１つの発光素子１と少なくとも１つの受光素子２が遮光性ケース５内に一体的に設けられ、一定の間隔（検知距離Ｌ）を持った検知対象物４に対して発光素子１から傾斜して発光され、その反射光７の光軸７Ａと受光素子２の中心２Ａが重なる基準位置から、受光素子２、もしくは発光素子１と受光素子２の両方を互いに素子同士が遠ざかる方向へ反射面４Ａに対して平行移動させることで検知距離Ｌに対する受光量の関係を変化させることができ、平行移動させた発光素子１と受光素子２の位置関係によっては安定した出力を得ることができる。つまり、検知対象物４の振動などによる検知距離Ｌの変動幅を予測し、その変動幅内において受光素子２の受光量の変化を少なくすることで、検知対象物４が動作している場合でも、受光素子２において安定した受光量を確保でき、検知精度を向上できる。

次にこのような特性を有する反射光量検知センサ２０を用いた画像形成装置について説明する。図１に示す画像形成装置１００は、露光、帯電、現像、転写、定着を行う電子写真方式の画像形成装置である。画像形成装置１００は図１に示す構成部材の他に、図２に示すように、ＰＣ（パソコン）等から送られた画像データを処理し露光データに変換するプリントコントローラ４１０、転写バイアスや現像バイアスに用いる高圧を発生させる高圧発生装置４１６、画像形成動作を制御する本体制御部４０６、記録材としての転写材である転写紙１１５の供給を行う図示しない給紙装置、転写紙１１５を手差し給紙させるための図示しない手差しトレイ、及び、画像形成済みの転写紙１１５が排紙される図示しない排紙トレイが設けられている。

画像形成装置１００は、図１に示すように、画像形成ユニット３００を備えている。画像形成ユニット３００には、第１の転写装置として、像担持体であり中間転写体でもある無端ベルト状の中間転写ベルト１０５及び帯電装置（１次転写装置１０６）が設けられている。中間転写ベルト１０５は、４つの支持ローラ１１２、１１３、１１４、１１９に張架された状態で駆動ローラとしての機能を有する支持ローラ１１２によって図中反時計周りに回転駆動される。本形態において光を正反射させる表面を有する像担持体は中間転写ベルト１０５であり、検知対象物となる。

中間転写ベルトの張架部分には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色用の４つの画像形成ユニットがある。各色用の４つの画像形成ユニットは同じ構成で同じ構成部材からなり、図１では同じ構成部材は数字部分を同じ数字で表し、末尾に色識別符号Ｙ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｋ（ブラック）を付している。各画像形成ユニットにはそれぞれ感光体ユニット１０３Ｙ、１０３Ｃ、１０３Ｍ、１０３Ｋや現像ユニット１０２Ｙ、１０２Ｃ、１０２Ｍ、１０２Ｋが並んで配置されている。現像ユニット１０２Ｙ、１０２Ｃ、１０２Ｍ、１０２Ｋには、トナーボトル１０４Ｋ、１０４Ｙ、１０４Ｃ、１０４Ｍからトナーが補給されるようになっている。

これらの画像形成ユニット３００の下方には、露光装置２００が設けられており、画像情報に基づいて、露光装置２００の内部に設けられている図示しないレーザー露光ユニットから半導体レーザーを駆動して書込光Ｌｂを出射し、各感光体ユニットに設けられる第１の像担持体としての感光体ドラム１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋ上に静電潜像を形成するためのものである。ここで、書込光の出射は、レーザーに限るものではなく、例えばＬＥＤであってもよい。

各画像形成ユニット３００には、各感光体ドラムの周囲に、感光体ドラムを帯電する帯電装置、書込光Ｌｂによって感光体ドラムの表面に形成された静電潜像をトナーで現像する現像装置、中間転写ベルト１０５へのトナー像転写後のドラム表面を清掃するクリーニング装置が設けられている。また、各感光体ドラムに対して中間転写ベルト１０５を介して対向する位置には、帯電装置としての１次転写装置１０６Ｙ、１０６Ｃ、１０６Ｍ、１０６Ｋがそれぞれ設けられている。各現像装置には装置１０２内の現像剤のトナー濃度を検出するためのトナー濃度センサ１０４が取り付けられている。各現像装置には、トナー濃度が薄くなると、それをトナー濃度センサ１０４が検出し、その検出結果に基づいてトナーが補給される。

このような構成の画像形成ユニット３００では、各感光体ドラムの回転とともに、帯電装置１で感光体ドラムの表面を一様に帯電し、プリントコントローラ４１０からの画像情報に基づいて露光装置からレーザーによる書込光Ｌｂを照射し、感光体ドラム上に静電潜像を形成する。その後、各現像装置により静電潜像が可視像化されてトナー像が形成される。このトナー像は、各１次転写装置により中間転写ベルト１０５上に１次転写される。１次転写後に感光体ドラムの表面に残留した転写残トナーは、感光体クリーニング装置により除去され、次の画像形成に供される。このような画像形成ユニットは、中間転写ベルト１０５上にトナー像を形成するトナー像形成手段として機能する。

図１、図３において、中間転写ベルト１０５を間にして支持ローラ１１２と対向する位置には、第２の転写装置として２次転写ローラ１０８が設けられている。２次転写ローラ１０８は中間転写ベルト１０５上に形成されたトナー像を静電的な力で転写紙１１５に転写する。転写ベルト１０５上のトナー像を転写紙１１５上に２次転写する際には、２次転写ローラ１０８を支持ローラ１１２に巻回された中間転写ベルト１０５部分に押し当てて２次転写を行う。

中間転写ベルト１０５の軸方向幅は２次転写ローラ１０８の長手幅（軸方向幅）よりも大きく、転写紙１１５の最大幅（横送り時）が２次転写ローラ１０８の長手幅（軸方向幅）以下の大きさであり、中間転写ベルト１０５の軸方向の幅と２次転写ローラ１０８の長手幅（軸方向幅）との寸法差の領域にテストパターンの形成領域が設定されていて、該テストパターン形成領域にテストパターンが形成される。図３に示す例では、２次転写ローラ１０８の長手幅に相当する軸方向の範囲２０３は中間転写ベルト１０５の軸方向幅の中央に位置しており、テストパターン形成領域は中間転写ベルト１０５の軸方向幅の両端部に帯状に形成されている。

図１において、２次転写ローラ１０８の転写紙１１５搬送方向下流側には、転写紙１１５上に転写されたトナー像を定着させるための定着装置１１１が設けられている。この定着装置１１１は、加熱ローラ１１７に加圧ローラ１１８を押し当てた構成となっている。図１、３において、中間転写ベルト１０５を間にして支持ローラ１１２と対向する位置には、テストパターンの濃度や相対位置を推定するための光センサとなるフォトセンサー１０９Ｆ（手前側）、１０９Ｒ（奥側）（以後Ｐ／ＴＭセンサ１０９）が該支持ローラ１１２の軸方向手前側と奥側の２箇所に設けられている。また、中間転写ベルト１０５を間にして支持ローラ１１３に対向する位置には、ベルトクリーニング装置１１０が設けられている。Ｐ／ＴＭセンサ１０９は、トナー像形成手段により中間転写ベルト１０５にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサであり、本形態では、このＰ／ＴＭセンサ１０９に上述した反射光量検知センサ２０を用いる。

画像形成装置１００は、図２に示すように、コンピュータ構成の本体制御部４０６が備えられており、この本体制御部４０６が各部を駆動制御するとともに、Ｐ／ＴＭセンサ１０９の検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段としても機能する。本体制御部４０６は、各種演算や各部の駆動制御を実行するＣＰＵ４０２にバスライン４０９を介して、コンピュータプログラム等の固定的データを予め記憶するＲＯＭ４０５と各種データを書き換え自在に記憶するワークエリア等として機能するＲＡＭ４０３とが接続されて構成されている。ＲＯＭ４０５には、テストパターンを発生させるために必要なテストパターンの形成位置や濃度情報、テストパターンの階調を形成するためのバイアス条件、テストパターンの付着量を推定するためのＴＭ／Ｐセンサ１０９出力の付着量変換ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ ｕｐ ｔａｂｌｅ）が格納されている。

本体制御部４０６には、プリントコントローラ４１０が接続されており、プリントコントローラ４１０では、ＰＣ（パソコン）やＦＡＸ（ファクシミリ）、スキャナ等からの画像情報を本体制御部４０６に一元化した画像データとして送信する。また各種センサ情報をデジタルデータに変換するＡ/Ｄ変換回路４０１、各構成部のモータやクラッチを駆動する駆動回路、画像形成に必要な電圧を発生する高圧発生装置４１６等も接続されている。

このような構成の画像形成装置１００を用いてＰＣからの情報でプリントを行う場合、まず、ＰＣ上のプリンタドライバを用いて画像情報を送信する。プリントコントローラ４１０では、プリンタドライバからのプリント情報を受けて、露光装置２００に露光信号を送る。プリント指令を受けた本体制御部４０６は、図示しない駆動モータを駆動させ、支持ローラ１１２が回転駆動して中間転写ベルト１０５が回転駆動する。また、これと同時に、図１に示す各画像形成ユニット３００の感光体ドラム１０１Ｙ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｋも回転駆動する。

その後、プリントコントローラ４１０からの情報に基づいて、露光装置２００から、各画像形成ユニットの感光体ドラム１０１Ｙ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｋ上に書込光Ｌｂがそれぞれ照射される。これにより、各感光体ドラム１０１Ｙ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｋには、それぞれ静電潜像が形成され、現像装置１０２Ｙ，１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｋにより可視像化される。そして、各感光体ドラム１０１Ｙ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｋ上には、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像が形成される。

このようにして形成された各色トナー像は、各１次転写装置１０６Ｙ，１０６Ｃ，１０６Ｍ，１０６Ｋにより、順次中間転写ベルト１０５上に重なり合うようにそれぞれ１次転写される。これにより、中間転写ベルト１０５上には、各色トナー像が重なり合った合成トナー像が形成される。２次転写後の中間転写ベルト１０５上に残留した転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１１０により除去される。

画像情報を受けて、ユーザーが選択した転写紙１１５に応じた図示しない給紙装置の給紙ローラが回転し、図示しない給紙カセットの１つから転写紙１１５が送り出される。送り出された転写紙１１５は、図示しない分離ローラで１枚に分離して図示しない給紙路に入り込み、図示しない搬送ローラによりプリンタ本体内の搬送路まで搬送される。このようにして搬送された転写紙１０５は、レジストローラ１０７に突き当たったところで止められる。レジストローラ１０７は、上述のようにして中間転写ベルト１０５上に形成された合成トナー画像が２次転写ローラ１０８に対向する２次転写部に搬送されるタイミングに合わせて回転を開始する。

レジストローラ１０７により送り出された転写紙１１５は、中間転写ベルト１０５と２次転写ローラ１０８との間に送り込まれ、２次転写ローラ１０８により、中間転写ベルト１０５上の合成トナー像が転写紙１１５上に２次転写される。その後、転写紙１１５は、２次転写ローラ１０８に吸着した状態で定着装置１１１まで搬送され、定着装置１１１で熱と圧力が加えられてトナー像の定着処理が行われる。定着装置１１１を通過した転写紙１１５は、図示しない排出ローラにより図示しない排紙トレイに排出されスタックされる。

次に、本体制御部４０６のＣＰＵ４０２がコンピュータプログラムに基づいて行う画像濃度制御について説明する。画像濃度制御は本体の電源スイッチがパワーオンされた時や印刷が開始された時に必要かどうかを判断し、必要であれば実行される。パワーオン直後は、定着ヒーターの加温時間やプリントコントローラの準備時間が必要であり、かつそれまでに放置されることや、使用環境が変化している可能性があるために画像プロセス制御を実施することがある。

またプリント動作中はトナーの補給や消費、各感光体ドラムの感光体や中間転写ベルト１０５の特性の変化が生じる可能性があり、画像プロセス制御を実施することがある。パワーオン直後は、感光体ドラムの停止時間が予め６時間以上であるかまたは、機内の温度が１０°Ｃ以上変化したか、または機内の相対湿度が５０％以上変化した場合に、画像プロセス制御を実行する。

感光体ドラムの停止時間は次のように求める。感光体が停止したら、図２に示したプリントコントローラ４１０の保持しているリアルタイムクロックから時刻情報を取得しＲＡＭ４０３に保存する。パワーオン時に同様にリアルタイムクロックから時刻情報を取得し、その差分から感光体ドラムの停止時間を求める。印刷時は、プリント枚数が所定の間隔に達したらテストパターンの作成を行う。この場合の間隔は、予め実験等により求められるプロセス変動量によって決められる。またプリント枚数の他に中間転写ベルト１０５の走行距離等をしきい値にしてもよい。

次に、画像プロセス制御が必要と判断されたら、テストパターンを形成する。テストパターンは、図２に示す符号２０１で示すトナー付着量を検出するためのテストパターン（Ｐパターン）と、符号２０２で示す画像位置を検出するためのテストパターン（ＴＭパターン）を示す。またＰパターン、ＴＭパターンは中間転写ベルト１０５の軸方向の手前側と奥側に形成され、それぞれ手前側Ｐパターンを２０１Ｆ、奥側Ｐパターンを２０１Ｒ、手前側ＴＭパターンを２０２Ｆ、奥側ＴＭパターンを２０２Ｒで示す。

本体制御部４０６は、テストパターンを形成した後、ＴＭ／Ｐセンサ１０９の発光素子から照射されて中間転写ベルト１０５の表面で反射された反射光を受光素子で検知し、受光素子の出力変化からトナー濃度を検知し、検知結果に応じてトナー補給を実行する。

このようなＴＭ／Ｐセンサ１０９に「反射光量検知センサ２０」を用いることで、ＴＭ／Ｐセンサ１０９の検出結果に基づいて行う画像濃度制御の安定が向上し、良好な画像を得ることができる。

この発明は、正反射光が反射する物体の表面に付着する粉体や液体の付着量の測定に応用可能である。

１ 発光素子
２ 正反射用受光素子
３ 拡散光用受光素子
２Ａ 受光素子の中心
４ 検知対象物
４Ａ 反射面
５ 遮光性ケース
６ 入射光
６Ａ 入射光の光軸
７ 反射光
７Ａ 反射光の光軸
８ 第１の筒形状部
８Ａ 発光素子の位置決め部
８Ｃ 発光用アパーチャ
９ 第２の筒形状部
９Ａ 受光素子の位置決め部
９Ｃ 受光用アパーチャ
Ｌ 一定の間隔
２０ 反射光量検知センサ
１０５ 像担持体
１０９ 光学センサ
３００ トナー像形成手段
４０６ 画像濃度制御手段
１００ 画像形成装置

特開平０８−８２５９９号公報 特開平０９−８９７６９号公報 特開２００７−９３５８６号公報 特許第４０５７２９３号公報 特開１１−２８２９４９号公報

Claims (6)

1. 少なくとも１つの発光素子と１つの受光素子が遮光性ケース内に設けられて検知対象物に対して一定の間隔に保持され、前記発光素子から傾斜して前記検知対象物に対して照射された光の反射光を前記受光素子で受光する反射光量検知センサにおいて、
   前記反射光の光軸と前記受光素子の中心が重なる基準位置から、前記受光素子もしくは発光素子と受光素子の両方を素子同士が互いに遠ざかる方向へ前記検知対象物の反射面に対して平行移動させて配置したことを特徴とする反射光量検知センサ。
2. 前記遮光性ケースは、前記発光素子の位置決め部と前記発光素子から前記検知対象物への照射光の広がりを規制する発光用アパーチャを備えた第１の筒形状部と、前記受光素子の位置決め部と当該受光素子への反射光の量を規定する受光用アパーチャを備えた第２の筒形状部とを有することを特徴とする請求項１記載の反射光量検知センサ。
3. 前記第１の筒形状部と前記第２の筒形状部は、前記遮光性ケースに一体的に形成され、前記発光用アパーチャは前記発光素子から照射される光の光軸方向に、前記受光用アパーチャは前記反射光の光軸方向にそれぞれ延設されていることを特徴とする請求項２記載の反射光量検知センサ。
4. 前記検知対象物への入射光の光軸は、前記発光用アパーチャの中心軸上にあり、前記検知対象物からの反射光の光軸は前記受光用アパーチャの中心軸と平行な方向に位置することを特徴とする請求項２または３記載の反射光量検知センサ。
5. 前記遮光性ケースには、前記発光素子から照射されて前記検知対象物にて拡散反射される光を受光する拡散光用受光素子が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の反射光量検知センサ。
6. 光を正反射させる表面を有する像担持体と、前記像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、前記光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、
   前記光学センサとして、請求項１ないし５の何れかに記載の反射光量検知センサ有することを特徴とする画像形成装置。

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