JP5477556B2 - 反射型光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射型光学センサ及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、トナーパターンの位置及びトナー濃度の少なくとも一方を検出する反射型光学センサ、該反射型光学センサを備える画像形成装置に関する。

トナーによって画像を形成する画像形成装置としては、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ装置、マルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）等が広く知られている。このような画像形成装置では、一般的には、感光性を有するドラム（以下では、便宜上、「感光体ドラム」ともいう）の表面に静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させることによっていわゆる現像を行い、「トナー画像」を得ている。

ところで、良好なトナー画像を得るためには、静電潜像の現像に供されるトナー量が適正でなければならない。現像方式には「トナーとキャリアを含む２成分系の現像剤」を用いる方式や、トナーのみで構成された現像剤を用いるモノトナー現像方式等、種々の方式が知られている。なお、静電潜像が現像される現像部へ供給されるトナー量は、「トナー濃度」とも呼ばれている。

トナー濃度が低すぎると、静電潜像に十分な量のトナーが供給されず、画像形成装置から出力される画像（出力画像）は濃度の不十分な画像となってしまう。一方、トナー濃度が高すぎると、出力画像における濃度分布が「高濃度側」に偏り、見づらい画像となってしまう。このように、良好な出力画像を得るためには、トナー濃度が適正な範囲内になければならない。

そこで、トナー濃度を適正な範囲内に制御するため、トナー濃度検出用のパターンを形成し、該パターンに光（検出用光）を照射し、反射光の光量変化からトナー濃度を検出する方法が広く行われている（例えば、特許文献１〜５参照）。

ところで、トナー濃度を検出するための従来のセンサは、１個又は２個の発光部、あるいは波長特性の異なる３個の発光部と、反射光を受光するための１個または２個の受光部とから構成されていた。そして、該センサに対するトナーパターンの位置ずれが生じても、検出用光による光スポット全体がトナーパターンを照明できるように、トナーパターンにおける主方向の長さを１５ｍｍ〜２５ｍｍに設定していた。

また、画像形成装置において、カラー化、高速化が進み、感光体ドラムを複数（通常は４つ）有するタンデム方式の画像形成装置が普及してきている。

この場合に、各感光体ドラムにおけるトナー画像相互の位置関係が適切でないと、出力画像における色ずれを生じる。そこで、トナー画像相互の位置関係を適切なものに制御するため、位置検出用パターンを形成し、該パターンに光（検出用光）を照射し、反射光の光量の時間変化からパターン位置を検出する方法が広く行われている（例えば、特許文献６及び特許文献７参照）。

ところで、トナー濃度検出処理及びパターン位置検出処理が行われている間は本来の画像形成を行うことができない。従来の反射型光学センサを用いてトナー濃度検出処理及びパターン位置検出処理を行うには、それぞれの検出用パターンを形成するのに時間がかかるため、本来の画像形成に対する作業効率を低下させていた。

また、検出用パターンのトナーは、本来の画像形成に寄与しない、いわゆる「不寄与トナー」であり、トナーカートリッジの交換時期を早めてしまうという不都合があった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、トナーパターンが小さくてもトナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度の少なくとも一方を精度良く検出することが可能な反射型光学センサを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、作業性を低下させることなく、高い画像品質を維持することが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、少なくとも３つの発光部を有する照射系と、少なくとも３つの受光部を有し前記照射系から射出されトナーパターンで反射された光を受光する受光系とを備え、前記トナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度の少なくとも一方を検出する反射型光学センサにおいて、前記少なくとも３つの発光部と前記少なくとも３つの受光部とは、同一の半導体基板上にいずれも１方向に関して等間隔に形成され、前記少なくとも３つの発光部に個別に対応する少なくとも３つの照明用集光レンズを含み、前記照射系から射出された光を前記トナーパターンに導く照射光学系を更に備え、前記少なくとも３つの照明用集光レンズは、その光軸が、対応する発光部の中心を通り該発光部に垂直な軸に対して、平行にずれていることを特徴とする反射型光学センサである。

これによれば、トナーパターンが小さくてもトナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度の少なくとも一方を精度良く検出することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、少なくとも３つの発光部を有する照射系と、少なくとも３つの受光部を有し前記照射系から射出されトナーパターンで反射された光を受光する受光系とを備え、前記トナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度の少なくとも一方を検出する反射型光学センサにおいて、前記少なくとも３つの発光部と前記少なくとも３つの受光部とは、同一の半導体基板上にいずれも１方向に関して等間隔に形成され、前記少なくとも３つの発光部に個別に対応する少なくとも３つの受光用集光レンズを含み、前記トナーパターンで反射された光束を前記受光系に集光的に導く受光光学系を更に備え、前記少なくとも３つの受光用集光レンズは、その光軸が、対応する受光部の中心を通り該受光部に垂直な軸に対して、平行にずれていることを特徴とする反射型光学センサである。

これによれば、トナーパターンが小さくてもトナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度の少なくとも一方を精度良く検出することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、像担持体と；前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を主走査方向に走査し、潜像を形成する光走査装置と；前記潜像にトナーを付着させトナー画像を生成する現像装置と；前記トナー画像を媒体に転写する転写装置と；前記像担持体又は前記媒体上のトナーパターンの位置及びトナー濃度の少なくとも一方を検出するための本発明の反射型光学センサと；を備える画像形成装置である。

これによれば、作業性を低下させることなく、高い画像品質を維持することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。 光走査装置の概略構成を説明するための図（その１）である。 光走査装置の概略構成を説明するための図（その２）である。 光走査装置の概略構成を説明するための図（その３）である。 光走査装置の概略構成を説明するための図（その４）である。 図１におけるトナー検出器を説明するための図である。 反射型光学センサの配置を説明するための図である。 位置検出用パターンを説明するための図である。 濃度検出用パターンを説明するための図である。 Ｙステーションにおけるトナーパターンの形成を説明するための図である。 Ｍステーションにおけるトナーパターンの形成を説明するための図である。 Ｃステーションにおけるトナーパターンの形成を説明するための図である。 Ｋステーションにおけるトナーパターンの形成を説明するための図である。 転写ベルトに転写されたトナーパターンを説明するための図である。 反射型光学センサを説明するための図（その１）である。 反射型光学センサを説明するための図（その２）である。 検出用光を説明するための図である。 照明用集光レンズを説明するための図（その１）である。 照明用集光レンズを説明するための図（その２）である。 受光用集光レンズを説明するための図（その１）である。 受光用集光レンズを説明するための図（その２）である。 照明用集光レンズの変形例を説明するための図である。 照明用集光レンズのシフトを説明するための図である。 受光用集光レンズのシフトを説明するための図である。 反射型光学センサの変形例を説明するための図である。 受光用集光レンズのシフトを説明するための図である。 集光レンズのシフトを説明するための図である。 集光レンズの変形例を説明するための図（その１）である。 集光レンズの変形例を説明するための図（その２）である。 集光レンズの変形例を説明するための図（その３）である。 集光レンズの別の変形例を説明するための図（その１）である。 集光レンズの別の変形例を説明するための図（その２）である。 集光レンズの別の変形例を説明するための図（その３）である。 照明用集光レンズと受光用集光レンズの一体化を説明するための図（その１）である。 照明用集光レンズと受光用集光レンズの一体化を説明するための図（その２）である。 照明用集光レンズと受光用集光レンズの一体化を説明するための図（その３）である。 図３７（Ａ）〜図３７（Ｆ）は、それぞれ検出用光（Ｓ７〜Ｓ１２）が転写ベルトの表面で反射されたときの受光部（Ｄ７〜Ｄ１２）での受光量を説明するための図である。 位置検出処理を説明するための図（その１）である。 図３９（Ａ）及び図３９（Ｂ）は、それぞれ位置検出処理を説明するための図（その２）である。 図４０（Ａ）及び図４０（Ｂ）は、それぞれ位置検出処理を説明するための図（その３）である。 濃度検出処理を説明するための図（その１）である。 濃度検出処理を説明するための図（その２）である。 濃度検出処理を説明するための図（その３）である。 図４４（Ａ）は、濃度検出処理において検出用光Ｓ９が濃度検出用パターンで反射されたときの受光部（Ｄ７〜Ｄ１２）での受光量を説明するための図であり、図４４（Ｂ）は、濃度検出処理において検出用光Ｓ１０が濃度検出用パターンで反射されたときの受光部（Ｄ７〜Ｄ１２）での受光量を説明するための図である。 図４５（Ａ）〜図４５（Ｅ）は、それぞれ濃度検出処理において検出用光Ｓ１０が各矩形パターンで反射されたときの受光部（Ｄ７〜Ｄ１２）での受光量を説明するための図である。 トナーパターンの変形例を説明するための図である。 発光部と受光部が一体化されている反射型光学センサの変形例を説明するための図（その１）である。 発光部と受光部が一体化されている反射型光学センサの変形例を説明するための図（その２）である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４５（Ｅ）に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４つのトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着ローラ２０５０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、トナーパターン検出器２２４５及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をＹ軸方向、４つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をＸ軸方向として説明する。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転するものとする。

感光体ドラム２０３０ａの表面近傍には、感光体ドラム２０３０ａの回転方向に沿って、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、クリーニングユニット２０３１ａが配置されている。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂの表面近傍には、感光体ドラム２０３０ｂの回転方向に沿って、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、クリーニングユニット２０３１ｂが配置されている。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、トナーカートリッジ２０３４ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃの表面近傍には、感光体ドラム２０３０ｃの回転方向に沿って、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、クリーニングユニット２０３１ｃが配置されている。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、トナーカートリッジ２０３４ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄの表面近傍には、感光体ドラム２０３０ｄの回転方向に沿って、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、クリーニングユニット２０３１ｄが配置されている。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、トナーカートリッジ２０３４ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、上位装置からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の構成については後述する。

トナーカートリッジ２０３４ａにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ａに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｂにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｂに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｃにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｃに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｄにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｄに供給される。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。ところで、転写ベルト２０４０上でトナー画像の移動する方向は「副方向」と呼ばれ、該副方向に直交する方向（ここでは、Ｙ軸方向）は「主方向」と呼ばれている。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚づつ取り出し、レジストローラ対２０５６に搬送する。該レジストローラ対２０５６は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着ローラ２０５０に送られる。

定着ローラ２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次スタックされる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

トナー検出器２２４５は、転写ベルト２０４０の−Ｘ側に配置され、転写ベルト２０４０上の検出用のパターンの位置及びトナー濃度に関する情報が含まれる信号を出力する。このトナー検出器２２４５については後述する。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

光走査装置２０１０は、一例として図２〜図５に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、ポリゴンミラー２１０４、４つのｆθレンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、８つの折返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０８ｃ、２１０８ｄ）、４つのトロイダルレンズ（２１０７ａ、２１０７ｂ、２１０７ｃ、２１０７ｄ）、４つの光検知センサ（２２０５ａ、２２０５ｂ、２２０５ｃ、２２０５ｄ）、４つの光検知用ミラー（２２０７ａ、２２０７ｂ、２２０７ｃ、２２０７ｄ）、及び不図示の走査制御装置などを備えている。そして、これらは、光学ハウジング２３００（図２〜図４では図示省略、図５参照）の所定位置に組み付けられている。

なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

また、便宜上、カップリングレンズ２２０１ａ及びカップリングレンズ２２０１ｂの光軸に沿った方向を「ｗ１方向」、光源２２００ａ及び光源２２００ｂにおける主走査対応方向を「ｍ１方向」とする。さらに、カップリングレンズ２２０１ｃ及びカップリングレンズ２２０１ｄの光軸に沿った方向を「ｗ２方向」、光源２２００ｃ及び光源２２００ｄにおける主走査対応方向を「ｍ２方向」とする。なお、光源２２００ａ及び光源２２００ｂにおける副走査対応方向、光源２２００ｃ及び光源２２００ｄにおける副走査対応方向は、いずれもＺ軸方向と同じ方向である。

光源２２００ｂと光源２２００ｃは、Ｘ軸方向に関して離れた位置に配置されている。そして、光源２２００ａは光源２２００ｂの−Ｚ側に配置されている。また、光源２２００ｄは光源２２００ｃの−Ｚ側に配置されている。

カップリングレンズ２２０１ａは、光源２２００ａから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｂは、光源２２００ｂから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｃは、光源２２００ｃから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｄは、光源２２００ｄから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

開口板２２０２ａは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ａを介した光束を整形する。

開口板２２０２ｂは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｂを介した光束を整形する。

開口板２２０２ｃは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｃを介した光束を整形する。

開口板２２０２ｄは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｄを介した光束を整形する。

シリンドリカルレンズ２２０４ａは、開口板２２０２ａの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｂは、開口板２２０２ｂの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｃは、開口板２２０２ｃの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｄは、開口板２２０２ｄの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

ポリゴンミラー２１０４は、２段構造の４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。そして、１段目（下段）の４面鏡ではシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束がそれぞれ偏向され、２段目（上段）の４面鏡ではシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束がそれぞれ偏向されるように配置されている。なお、１段目の４面鏡及び２段目の４面鏡は、互いに位相が４５°ずれて回転し、書き込み走査は１段目と２段目とで交互に行われる。

ここでは、シリンドリカルレンズ２２０４ａ及びシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束はポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に偏向され、シリンドリカルレンズ２２０４ｃ及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束はポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に偏向される。

各ｆθレンズはそれぞれ、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って、対応する感光体ドラム面上で光スポットが主走査方向に等速で移動するようなパワーを有する非円弧面形状を有している。

ｆθレンズ２１０５ａ及びｆθレンズ２１０５ｂは、ポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に配置され、ｆθレンズ２１０５ｃ及びｆθレンズ２１０５ｄは、ポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に配置されている。

そして、ｆθレンズ２１０５ａとｆθレンズ２１０５ｂはＺ軸方向に積層され、ｆθレンズ２１０５ａは１段目の４面鏡に対向し、ｆθレンズ２１０５ｂは２段目の４面鏡に対向している。また、ｆθレンズ２１０５ｃとｆθレンズ２１０５ｄはＺ軸方向に積層され、ｆθレンズ２１０５ｃは２段目の４面鏡に対向し、ｆθレンズ２１０５ｄは１段目の４面鏡に対向している。

そこで、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束は、ｆθレンズ２１０５ａ、折返しミラー２１０６ａ、トロイダルレンズ２１０７ａ、及び折返しミラー２１０８ａを介して、感光体ドラム２０３０ａに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ａの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ａ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ａでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ａの回転方向が、感光体ドラム２０３０ａでの「副走査方向」である。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｂ、折り返しミラー２１０６ｂ、トロイダルレンズ２１０７ｂ、及び折返しミラー２１０８ｂを介して、感光体ドラム２０３０ｂに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｂの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｂ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｂでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｂの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｂでの「副走査方向」である。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｃ、折り返しミラー２１０６ｃ、トロイダルレンズ２１０７ｃ、及び折返しミラー２１０８ｃを介して、感光体ドラム２０３０ｃに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｃの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｃ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｃでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｃの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｃでの「副走査方向」である。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｄ、折り返しミラー２１０６ｄ、トロイダルレンズ２１０７ｄ、及び折り返しミラー２１０８ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｄの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｄ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｄでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｄの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｄでの「副走査方向」である。

ところで、各感光体ドラムにおける画像情報が書き込まれる主走査方向の走査領域は「有効走査領域」あるいは「画像形成領域」と呼ばれている。

なお、各折り返しミラーは、ポリゴンミラー２１０４から各感光体ドラムに至る各光路長が互いに一致するとともに、各感光体ドラムにおける光束の入射位置及び入射角がいずれも互いに等しくなるように、それぞれ配置されている。

また、シリンドリカルレンズとそれに対応するトロイダルレンズとにより、偏向点とそれに対応する感光体ドラム表面とを副走査方向に共役関係とする面倒れ補正光学系が構成されている。

ポリゴンミラー２１０４と各感光体ドラムとの間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、ｆθレンズ２１０５ａとトロイダルレンズ２１０７ａと折り返しミラー（２１０６ａ、２１０８ａ）とからＫステーションの走査光学系が構成されている。また、ｆθレンズ２１０５ｂとトロイダルレンズ２１０７ｂと折り返しミラー（２１０６ｂ、２１０８ｂ）とからＣステーションの走査光学系が構成されている。そして、ｆθレンズ２１０５ｃとトロイダルレンズ２１０７ｃと折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０８ｃ）とからＭステーションの走査光学系が構成されている。さらに、ｆθレンズ２１０５ｄとトロイダルレンズ２１０７ｄと折り返しミラー（２１０６ｄ、２１０８ｄ）とからＹステーションの走査光学系が構成されている。

光検知センサ２２０５ａには、ポリゴンミラー２１０４で偏向され、Ｋステーションの走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー２２０７ａを介して入射する。

光検知センサ２２０５ｂには、ポリゴンミラー２１０４で偏向され、Ｃステーションの走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー２２０７ｂを介して入射する。

光検知センサ２２０５ｃには、ポリゴンミラー２１０４で偏向され、Ｍステーションの走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー２２０７ｃを介して入射する。

光検知センサ２２０５ｄには、ポリゴンミラー２１０４で偏向され、Ｙステーションの走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー２２０７ｄを介して入射する。

各光検知センサはいずれも、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。

走査制御装置は、各光検知センサの出力信号に基づいて対応する感光体ドラムでの走査開始タイミングを検出する

次に、前記トナー検出器２２４５について説明する。

このトナー検出器２２４５は、一例として図６に示されるように、４つの反射型光学センサ（２２４５ａ、２２４５ｂ、２２４５ｃ、２２４５ｄ）を有している。

反射型光学センサ２２４５ａは、転写ベルト２０４０の＋Ｙ側端部近傍に対向する位置に配置され、反射型光学センサ２２４５ｄは、転写ベルト２０４０の−Ｙ側端部近傍に対向する位置に配置されている。反射型光学センサ２２４５ｂは、反射型光学センサ２２４５ａの−Ｙ側に配置され、反射型光学センサ２２４５ｃは、反射型光学センサ２２４５ｄの＋Ｙ側に配置されている。なお、反射型光学センサ２２４５ｂ及び反射型光学センサ２２４５ｃは、Ｙ軸方向に関して、各反射型光学センサの間隔がほぼ等間隔となるように配置されている。

ここでは、一例として図７に示されるように、Ｙ軸方向に関して、反射型光学センサ２２４５ａの中心位置をＹ１、反射型光学センサ２２４５ｂの中心位置をＹ２、反射型光学センサ２２４５ｃの中心位置をＹ３、反射型光学センサ２２４５ｄの中心位置をＹ４とする。

そして、反射型光学センサ２２４５ａに対向するトナーパターンをＰＰ１とＴＰ１、反射型光学センサ２２４５ｂに対向するトナーパターンをＰＰ２とＴＰ２、反射型光学センサ２２４５ｃに対向するトナーパターンをＰＰ３とＴＰ３、反射型光学センサ２２４５ｄに対向するトナーパターンをＰＰ４とＴＰ４とする。

ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３及びＰＰ４は、位置検出用パターンであり、ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３及びＴＰ４は、濃度検出用パターンである。

位置検出用パターンＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３及びＰＰ４は、同じ構成である。そこで、以下では、位置検出用パターンを区別する必要がない場合には、総称して「位置検出用パターンＰＰ」ともいう。

位置検出用パターンＰＰは、図８に示されるように、主方向（Ｙ軸方向）に平行な４本のライン状パターン（ＬＰＹ１、ＬＰＭ１、ＬＰＣ１、ＬＰＫ１）と、主方向に対して傾斜した４本のライン状パターン（ＬＰＹ２、ＬＰＭ２、ＬＰＣ２、ＬＰＫ２）とにより構成されている。

ライン状パターンＬＰＹ１とＬＰＹ２はペアをなし、イエロートナーで形成され、ライン状パターンＬＰＭ１とＬＰＭ２はペアをなし、マゼンタトナーで形成される。また、ライン状パターンＬＰＣ１とＬＰＣ２はペアをなし、シアントナーで形成され、ライン状パターンＬＰＫ１とＬＰＫ２はペアをなし、ブラックトナーで形成される。

各ライン状パターンのペアは、転写ベルト２０４０の進行方向に関して、２本のライン状パターンの間隔が、所定の間隔をなすように設定されている。

濃度検出用パターンＴＰ１は、イエロートナーで形成され、濃度検出用パターンＴＰ２は、マゼンタトナーで形成される。また、濃度検出用パターンＴＰ３は、シアントナーで形成され、濃度検出用パターンＴＰ４は、ブラックトナーで形成される。なお、以下では、濃度検出用パターンを区別する必要がない場合には、総称して「濃度検出用パターンＴＰ」ともいう。

濃度検出用パターンＴＰは、一例として図９に示されるように、５つの四角形状のパターン（ｐ１〜ｐ５、以下では、便宜上「矩形パターン」という）を有している。各矩形パターンは、転写ベルト２０４０の進行方向に沿って一列に並んでおり、それぞれ全体としてみたときにトナー濃度の階調が異なっている。ここでは、トナー濃度の低い矩形パターンから、ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５とする。すなわち、矩形パターンｐ１のトナー濃度が最も低く、矩形パターンｐ５のトナー濃度が最も高い。

なお、各矩形パターンのＹ軸方向の長さをＬｐ、転写ベルト２０４０の進行方向の長さをＷｐとする。ここでは、Ｌｐ＝１．０ｍｍとしている。

トナー濃度の階調は、光源から射出される光束のパワーの調整、光源に供給される駆動パルスにおけるデューティの調整、及び現像バイアスの調整によって変えることができる。

また、以下では、位置検出用パターンと濃度検出用パターンを区別する必要がない場合には、総称して「トナーパターン」という。

そして、トナー検出器２２４５を用いた位置検出処理及び濃度検出処理が行われる際には、プリンタ制御装置２０９０から走査制御装置に位置検出用パターン及び濃度検出用パターンの形成が指示される。

そして、走査制御装置は、感光体ドラム２０３０ｄにおける位置Ｙ１、位置Ｙ２、位置Ｙ３及び位置Ｙ４に、ライン状パターンＬＰＹ１とＬＰＹ２が形成され、位置Ｙ１に濃度検出用パターンＴＰ１が形成されるようにＹステーションを制御する（図１０参照）。

また、走査制御装置は、感光体ドラム２０３０ｃにおける位置Ｙ１、位置Ｙ２、位置Ｙ３及び位置Ｙ４に、ライン状パターンＬＰＭ１とＬＰＭ２が形成され、位置Ｙ２に濃度検出用パターンＴＰ２が形成されるようにＭステーションを制御する（図１１参照）。

また、走査制御装置は、感光体ドラム２０３０ｂにおける位置Ｙ１、位置Ｙ２、位置Ｙ３及び位置Ｙ４に、ライン状パターンＬＰＣ１とＬＰＣ２が形成され、位置Ｙ３に濃度検出用パターンＴＰ３が形成されるようにＣステーションを制御する（図１２参照）。

さらに、走査制御装置は、感光体ドラム２０３０ａにおける位置Ｙ１、位置Ｙ２、位置Ｙ３及び位置Ｙ４に、ライン状パターンＬＰＫ１とＬＰＫ２が形成され、位置Ｙ４に濃度検出用パターンＴＰ４が形成されるようにＫステーションを制御する（図１３参照）。

そして、Ｙステーションによって形成されたライン状パターンＬＰＹ１、ＬＰＹ２及び濃度検出用パターンＴＰ１は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０に転写される。

また、Ｍステーションによって形成されたライン状パターンＬＰＭ１、ＬＰＭ２及び濃度検出用パターンＴＰ２は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０に転写される。

また、Ｃステーションによって形成されたライン状パターンＬＰＣ１、ＬＰＣ２及び濃度検出用パターンＴＰ３は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０に転写される。

さらに、Ｋステーションによって形成されたライン状パターンＬＰＫ１、ＬＰＫ２及び濃度検出用パターンＴＰ４は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０に転写される。

これによって、転写ベルト２０４０における位置Ｙ１、位置Ｙ２、位置Ｙ３及び位置Ｙ４に、それぞれ位置検出用パターンと濃度検出用パターンが形成されることとなる（図１４参照）。

４つの反射型光学センサ（２２４５ａ、２２４５ｂ、２２４５ｃ、２２４５ｄ）は、いずれも同じ構成、同じ構造を有している。そこで、以下では、反射型光学センサ２２４５ａを代表として、反射型光学センサの構成及び構造について説明する。

反射型光学センサ２２４５ａは、一例として図１５及び図１６に示されるように、１９個の発光部（Ｅ１〜Ｅ１９）を含む照射系、１９個の照明用集光レンズ（ＬＥ１〜ＬＥ１９）を含む照明光学系、１９個の受光部（Ｄ１〜Ｄ１９）を含む受光系、及び不図示の処理装置などを備えている。

１９個の発光部（Ｅ１〜Ｅ１９）は、Ｙ軸方向に沿って等間隔Ｌｅで配置されている。各発光部には、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。ここでは、一例として、Ｌｅ＝０．４ｍｍとしている。また、各発光部の発光面は、ＹＺ平面に平行である。

１９個の照明用集光レンズ（ＬＥ１〜ＬＥ１９）は、それぞれ１９個の発光部（Ｅ１〜Ｅ１９）に個別に対応している。ここでは、一例として、各照明用集光レンズの大きさは、直径で０．４ｍｍである。

各照射用集光レンズは、対応する発光部の＋Ｘ側に配置され、該発光部から射出された光束を転写ベルト２０４０の表面に導く。

ここでは、説明をわかりやすくするため、各発光部から射出され対応する照明用集光レンズを通過した光束のみが、検出用光（Ｓ１〜Ｓ１９）として転写ベルト２０４０を照射するものとする（図１７参照）。

また、各照明用集光レンズの光軸は、対応する発光部の発光面に直交する方向（ここでは、Ｘ軸方向）に平行である。

なお、転写ベルト２０４０の表面は滑らかであり、転写ベルト２０４０の表面に照射された検出用光のほとんどは正反射する。

また、一例として、各検出用光が転写ベルト２０４０の表面に形成する光スポットの大きさは、直径で０．２ｍｍである。なお、従来の検出用光による光スポットの大きさは、通常、直径で２〜３ｍｍ程度であった。

各照明用集光レンズには、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に関して集光機能を有する球面レンズや、Ｚ軸方向に関して正のパワーを持つシリンドリカルレンズ、Ｙ軸方向に関するパワーとＺ軸方向に関するパワーとが互いに異なるアナモフィックレンズなどを用いることができる。

図１５に戻り、受光部（Ｄ１〜Ｄ１９）は、それぞれ発光部（Ｅ１〜Ｅ１９）に個別に対応している。

各受光部は、対応する発光部の−Ｚ側であって、該発光部から射出され、転写ベルト２０４０の表面で正反射された光束の光路上に配置されている。すなわち、１９個の受光部の配列ピッチは、１９個の発光部の配列ピッチと等しい。

そして、各受光部は、対応する発光部からの検出用光が転写ベルト２０４０の表面に照射されたとき、該検出用光の正反射光のみを受光するように設定されている。

各受光部には、ＰＤ（フォトダイオード）を用いることができる。そして、各受光部は、受光量に応じた信号を出力する。

なお、以下では、発光部を特定する必要がない場合には、発光部Ｅｉと表示する。そして、発光部Ｅｉに対応する照明用集光レンズを照明用集光レンズＬＥｉと表示する。また、発光部Ｅｉから射出され照明用集光レンズＬＥｉを通過した光束を、検出用光Ｓｉと表示する。また、発光部Ｅｉに対応する受光部を受光部Ｄｉと表示する。

ところで、仮に、照明用集光レンズＬＥｉの光軸と、発光部Ｅｉの発光面の中心を通り該発光面に直交する軸とが一致すると、図１８に示されるように、発光部Ｅｉから射出され、照明用集光レンズＬＥｉを通過した光束が、照明用集光レンズＬＥｉの光軸に略平行となる場合がある。この場合、転写ベルト２０４０によって反射された光束の大半は、受光部Ｄｉに到達しない。その結果、転写ベルト２０４０とトナーパターンとの反射特性の差が小さくなり、パターン位置及びトナー濃度の検出精度が低下する。

そこで、本実施形態では、一例として図１９に示されるように、照明用集光レンズＬＥｉの光軸を−Ｚ方向にΔｄだけシフトさせることにより、照明用集光レンズＬＥｉを通過した光束を、照明用集光レンズＬＥｉの光軸に対して傾斜させている。このように照明用集光レンズＬＥｉを配置すると、転写ベルト２０４０によって反射された光束は受光部Ｄｉに向けて導光される。ここでは、一例として、照明用集光レンズＬＥｉのシフト量Δｄは、照明用集光レンズＬＥｉの直径の約１０％、すなわち０．０４ｍｍ程度としている。

また、Ｚ軸方向に関しては、転写ベルト２０４０上及びトナーパターン上における検出用光のスポットの中心は、発光部と受光部の中間付近にあることが望ましい。

また、一例として図２０に示されるように、１９個の受光部（Ｄ１〜Ｄ１９）に個別に対応し、転写ベルト２０４０あるいはトナーパターンによって反射された検出用光を集光する１９個の受光用集光レンズ（ＬＤ１〜ＬＤ１９）を含む受光光学系を更に備えていても良い。この場合には、各受光部の受光量を増加させることが可能となる。すなわち、検出感度を向上させることができる。また、ここでは、各受光部の受光面は、ＹＺ平面に平行である。

なお、以下では、受光部Ｄｉに対応する受光用集光レンズを受光用集光レンズＬＤｉと表示する（図２１参照）。

ここでは、受光用集光レンズＬＤｉの光軸は、Ｘ軸方向に平行である。また、図２０及び図２１では、受光用集光レンズＬＤｉの光軸と、受光部Ｄｉの受光面の中心を通り該受光面に直交する軸とが一致している。

ところで、照明用集光レンズＬＥｉの厚さ、形状、屈折率などを変えることによって、照明用集光レンズＬＥｉ通過後の光束の集光度合いを変化させることができる。

図２２には、仮に、照明用集光レンズＬＥｉの光軸と、発光部Ｅｉの発光面の中心を通り該発光面に直交する軸とが一致し、発光部Ｅｉから射出された光束が、照明用集光レンズＬＥｉを通過後に収束光となり、転写ベルト２０４０を照射する前に発散光になる場合が示されている。この場合は、照明用集光レンズＬＥｉを通過した光束が、照明用集光レンズＬＥｉの光軸に略平行となる場合（図１８参照）に比べると、受光部Ｄｉに到達する光線は増えているが、それでも、転写ベルト２０４０によって反射された光束の大半は、受光部Ｄｉに到達しない。

そこで、一例として図２３に示されるように、受光光学系を更に設け、照明用集光レンズＬＥｉの光軸を−Ｚ方向にΔｄだけシフトさせることにより、転写ベルト２０４０あるいはトナーパターンによって反射された検出用光Ｓｉの一部を、受光部Ｄｉに到達させることが可能となる。なお、この場合であっても、受光部Ｄｉに到達しない光線がまだ残っている。

この場合に、さらに、一例として図２４に示されるように、受光用集光レンズＬＤｉを＋Ｚ方向にΔｄ’だけシフトさせると、より多くの光線を受光用集光レンズＬＤｉで集光させ、受光部Ｄｉに導光することができる。

なお、反射型光学センサ２２４５ａの変形例として、図２５に示されるように、受光光学系は備えているが、照射光学系は備えていない反射型光学センサが考えられる。

この場合であっても、受光用集光レンズＬＤｉの光軸と、受光部Ｄｉの受光面の中心を通り該受光面に直交する軸とが一致していると、転写ベルト２０４０あるいはトナーパターンによって反射された検出用光Ｓｉの一部は、受光用集光レンズＬＤｉによって集光され、受光部Ｄｉに導光されるが、導光される光線は少ない。

一般的に、発光部Ｅｉとして用いられるＬＥＤやレーザダイオード（以後ＬＤと略記する）は指向性を持っている。すなわち、ＬＥＤやＬＤから射出される光線では、ＬＥＤやＬＤの発光面に垂直な方向に対する傾斜角が小さければ小さいほど、光強度が大きくなる。そのため、受光用集光レンズＬＤｉで光線を集光するにしても、発光部Ｅｉの発光面に垂直な方向に対する傾斜角が小さい光線をより多く集光し、受光部Ｄｉに導光させる方が効率が良い。

この場合に、一例として図２６に示されるように、受光用集光レンズＬＤｉを＋Ｚ方向にΔｄ’’だけシフトさせることにより、より光強度が高い光線を受光用集光レンズＬＤｉで集光させ、受光部Ｄｉに導光することができる。

この場合に、一例として図２７に示されるように、照射光学系を更に設け、該照射光学系と受光光学系とを一体化しても良い。一体化することで、取り付け精度を向上させることができる。

ところで、照明用集光レンズＬＥｉ及び受光用集光レンズＬＤｉの少なくとも一方は、Ｙ軸方向とＺ軸方向とパワーを持つ球面レンズであっても良いし、Ｚ軸方向のみに正のパワーを持つシリンドリカルレンズ（図２８〜図３０参照）であっても良いし、Ｙ軸方向とＺ軸方向とでパワーが異なるアナモフィックレンズであっても良い。

また、一例として図３１〜図３３に示されるように、上記球面レンズが、入射面は集光パワーを有しているが、射出面は集光パワーを有していないレンズであっても良い。

さらに、一例として図３４〜図３６に示されるように、照射光学系と受光光学系を一体にして、照射受光光学系ＬＥＤＡとしてもよい。この場合は、反射型光学センサを製造する際の作業性を向上させることができる。また、レンズ面間の配置精度を高めることができる。各レンズ面は、フォトリソグラフィやナノインプリントなどの加工法を用いてガラス基板や樹脂基板上に形成することができる。なお、射出面に集光パワーを有していても良い。

次に、トナー検出器２２４５を用いて行われる位置検出処理及び濃度検出処理について説明する。ここでは、図３４〜図３６に示される反射型光学センサが用いられている。また、便宜上、発光部Ｅｉを点灯させ、検出用光Ｓｉが転写ベルト２０４０によって正反射されたときの受光部Ｄｉの受光量を１とする（図３７（Ａ）〜図３７（Ｆ）参照）。

ここでは、位置検出用パターンのほうが濃度検出用パターンよりも先に反射型光学センサからの検出用光の照射位置に搬送されるため（図７参照）、位置検出処理が、濃度検出処理に先立って行われる。なお、設計上では、主方向に関して、発光部Ｅ９と発光部Ｅ１０の中心位置とトナーパターンの中心位置とが一致するように、トナーパターンが形成され、転写ベルト２０４０に転写されるものとする（図３８参照）。

《位置検出処理》
プリンタ制御装置２０９０は、位置検出用パターンＰＰが反射型光学センサに近づくタイミングを計って、発光部Ｅ１０を連続点灯させる。発光部Ｅ１０からの検出用光は、転写ベルト２０４０が回転するにつれて、すなわち、時間が経過するととに、ライン状パターンＬＰＹ１〜ＬＰＫ２を順次照射する（図３９（Ａ）参照）。

そして、プリンタ制御装置２０９０は、各受光部の出力信号を時間的に追跡し、検出用光がライン状パターンＬＰＹ１を照射してからライン状パターンＬＰＭ１を照射するまでの時間Ｔｙｍ、検出用光がライン状パターンＬＰＭ１を照射してからライン状パターンＬＰＣ１を照射するまでの時間Ｔｍｃ、検出用光がライン状パターンＬＰＣ１を照射してからライン状パターンＬＰＫ１を照射するまでの時間Ｔｃｋを検出する（図３９（Ｂ）参照）。なお、ここでは、わかりやすくするため、各受光部の出力信号は、増幅及び反転され、所定の基準値と比較する比較回路を介しているものとする。

そして、プリンタ制御装置２０９０は、時間Ｔｙｍ、時間Ｔｍｃ、及び時間Ｔｃｋがほぼ同じであれば、トナー画像相互の副方向に関する位置関係は適正であると判断する。一方、時間Ｔｙｍ、時間Ｔｍｃ、及び時間Ｔｃｋがほぼ同じでなければ、トナー画像相互の副方向に関する位置関係にずれがあると判断する。この場合には、プリンタ制御装置２０９０は、時間Ｔｙｍ、時間Ｔｍｃ、及び時間Ｔｃｋにおける時間差から上記位置関係のずれ量を求め、該ずれ量を走査制御装置に通知する。そして、走査制御装置は、ずれ量が０となるように、対応するステーションにおける光走査開始のタイミングを調整する。

さらに、プリンタ制御装置２０９０は、検出用光がライン状パターンＬＰＹ１を照射してからライン状パターンＬＰＹ２を照射するまでの時間Ｔｙ、検出用光がライン状パターンＬＰＭ１を照射してからライン状パターンＬＰＭ２を照射するまでの時間Ｔｍ、検出用光がライン状パターンＬＰＣ１を照射してからライン状パターンＬＰＣ２を照射するまでの時間Ｔｃ、検出用光がライン状パターンＬＰＫ１を照射してからライン状パターンＬＰＫ２を照射するまでの時間Ｔｋを検出する（図３９（Ｂ）参照）。

そして、プリンタ制御装置２０９０は、時間Ｔｙ、時間Ｔｍ、時間Ｔｃ、及び時間Ｔｋを、あらかじめ得られているそれらの基準時間と比較する。ここで、プリンタ制御装置２０９０は、時間Ｔｙ、時間Ｔｍ、時間Ｔｃ、及び時間Ｔｋが、いずれもそれらの基準時間と同じであれば、トナー画像相互の主方向に関する位置関係は適正であると判断する。

一方、プリンタ制御装置２０９０は、例えば、時間Ｔｙがその基準時間と異なっていれば、次の（１）式を用いて、イエロートナー画像の主方向に関する位置ずれ量ΔＳを求める（図４０（Ａ）及び図４０（Ｂ）参照）。ここで、Ｖは転写ベルト２０４０の副方向への移動速度、ΔＴは時間Ｔｙと基準時間の差、θはライン状パターンＬＰＹ２の主方向に対する傾斜角である。この位置ずれ量ΔＳは、走査制御装置に通知される。

ΔＳ＝Ｖ・ΔＴ・ｃｏｔθ ……（１）

そして、走査制御装置は、位置ずれ量ΔＳが０となるようにＹステーションを調整する。

また、プリンタ制御装置２０９０は、位置ずれ量ΔＳから、主方向に関するトナーパターンの中心位置を求める。

《濃度検出処理》
ここでは、一例として、上記位置検出処理で得られた主方向に関するトナーパターンの中心位置が、発光部Ｅ９と発光部Ｅ１０の間の位置であるものとする。そして、トナーパターンのＬｐが１．０ｍｍであるため、矩形パターンは２つの検出用光（Ｓ９、Ｓ１０）で照射されることとなる。

なお、Ｅ１〜Ｅ１９を順次点灯させ、そのときの各受光部の受光量に基づいて、トナーパターンの位置を確認することができる。ここでは、Ｅ９とＥ１０を点灯させた際の各受光部の受光量が、他の１７個の発光部を点灯させたときに比べて低いため、Ｓ９及びＳ１０が照射される位置に、トナーパターンが確かに存在していることがわかる。そこで、トナー濃度検出にはＥ９とＥ１０が用いられる。

一例として図４１に示されるように、反射型光学センサの前方に矩形パターンが搬送されると、プリンタ制御装置２０９０は、発光部Ｅ９と発光部Ｅ１０を順次、繰り返し点灯させる。

そして、検出用光Ｓ９及び検出用光Ｓ１０は、一例として図４２及び図４３に示されるように、矩形パターンの表面で正反射及び拡散反射する。以下では、便宜上、正反射した光を「正反射光」、拡散反射した光を「拡散反射光」ともいう。

各反射型光学センサの処理装置は、検出用光Ｓ９が矩形パターンを照射したときの各受光部の出力信号に基づいて、各受光部の受光量を個別に求め、それぞれ検出受光量として不図示のメモリに格納する。また、各反射型光学センサの処理装置は、検出用光Ｓ１０が矩形パターンを照射したときの各受光部の出力信号に基づいて、各受光部の受光量を個別に求め、それぞれ検出受光量として不図示のメモリに格納する。

検出用光Ｓ９が矩形パターンを照射したときの、各受光部の受光量が図４４（Ａ）に示されている。このときは、検出用光Ｓ９が転写ベルト２０４０を照射したときに比べて、受光部Ｄ９が受光する正反射光が減少する一方で、拡散反射光が受光部Ｄ９以外の受光部で受光される。

また、検出用光Ｓ１０が矩形パターンを照射したときの、各受光部の受光量が図４４（Ｂ）に示されている。このときは、検出用光Ｓ１０が転写ベルト２０４０を照射したときに比べて、受光部Ｄ１０が受光する正反射成分が減少する一方で、拡散反射光が受光部Ｄ１０以外の受光部で受光される。

一般的に、矩形パターンにおけるトナー濃度が増加するにつれて、矩形パターンからの正反射光は比例的に減少し、矩形パターンからの拡散反射光は比例的に増大する。

検出用光Ｓ１０が矩形パターンｐ１を照射したときの、受光部Ｄ７〜Ｄ１２における受光量が、一例として図４５（Ａ）に示されている。また、検出用光Ｓ１０が矩形パターンｐ２を照射したときの、受光部Ｄ７〜Ｄ１２における受光量が、一例として図４５（Ｂ）に示されている。また、検出用光Ｓ１０が矩形パターンｐ３を照射したときの、受光部Ｄ７〜Ｄ１２における受光量が、一例として図４５（Ｃ）に示されている。また、検出用光Ｓ１０が矩形パターンｐ４を照射したときの、受光部Ｄ７〜Ｄ１２における受光量が、一例として図４５（Ｄ）に示されている。また、検出用光Ｓ１０が矩形パターンｐ５を照射したときの、受光部Ｄ７〜Ｄ１２における受光量が、一例として図４５（Ｅ）に示されている。トナー濃度が高くなるにつれて、各受光部の受光量が低くなっていることがわかる。

プリンタ制御装置２０９０は、反射型光学センサ２２４５ａの処理装置からの検出受光量に基づいて、イエローのトナー濃度が適切であるか否かを判断し、反射型光学センサ２２４５ｂの処理装置からの検出受光量に基づいて、マゼンタのトナー濃度が適切であるか否かを判断し、反射型光学センサ２２４５ｃの処理装置からの検出受光量に基づいて、シアンのトナー濃度が適切であるか否かを判断し、反射型光学センサ２２４５ｄの処理装置からの検出受光量に基づいて、ブラックのトナー濃度が適切であるか否かを判断する。そして、プリンタ制御装置２０９０は、トナー濃度が適切でないと判断すると、適切となるように対応するステーションの現像処理系を制御する。

以上説明したように、本実施形態に係るカラープリンタ２０００によると、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）と、各感光体ドラムに対して画像情報に応じて変調された光束を主走査方向に走査し、各感光体ドラムの表面に潜像を形成する光走査装置と、潜像にトナーを付着させトナー画像を生成する４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）と、トナー画像を転写ベルト２０４０に転写する転写ローラ２０４２と、転写ベルト２０４０に転写されたトナーパターンの主方向に関する位置、副方向に関する位置、及びトナー濃度を検出するためのトナー検出器２２４５と、全体を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

そして、トナー検出器２２４５は、４つの反射型光学センサ（２２４５ａ、２２４５ｂ、２２４５ｃ、２２４５ｄ）を有している。

各反射型光学センサは、Ｙ軸方向に沿って一列に配置され、転写ベルト２０４０に向けて光束を射出する１９個の発光部（Ｅ１〜Ｅ１９）、各発光部から射出された光束を転写ベルト２０４０の表面に導く１９個の照明用集光レンズ（ＬＥ１〜ＬＥ１９）、転写ベルト２０４０又はトナーパターンで反射された光束を集光的に各受光部に導く１９個の受光用集光レンズ（ＬＤ１〜ＬＤ１９）、転写ベルト２０４０あるいはトナーパターンで反射された光束を受光する１９個の受光部（Ｄ１〜Ｄ１９）、及び処理装置を有している。

照明用集光レンズＬＥｉの光軸は、発光部Ｅｉの発光面の中心を通り該発光面に垂直な軸に対して、平行であり、かつ受光部Ｄｉ側にずれている。この場合は、トナーパターンが従来よりも小さくても、トナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度を精度良く検出することができる。

また、受光用集光レンズＬＤｉの光軸は、受光部Ｄｉの受光面の中心を通り該受光面に垂直な軸に対して、平行であり、かつ照明用集光レンズＬＥｉ側にずれている。この場合は、トナーパターンが従来よりも小さくても、トナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度を更に精度良く検出することができる。

そして、プリンタ制御装置２０９０は、位置検出用パターンに検出用光を照射したときの受光部の出力信号に基づいて、トナー画像相互の副方向に関する位置関係が適切であるか否か、及び主方向に関する位置関係が適切であるか否かをそれぞれ判断し、適切でないと判断すると、適切となるように走査制御装置に指示する。

また、プリンタ制御装置２０９０は、濃度検出用パターンに検出用光を照射したときの各受光部の出力信号に基づいて、トナー濃度が適切であるか否かを判断し、トナー濃度が適切でないと判断すると、適切となるように対応するステーションの現像処理系を制御している。

そこで、カラープリンタ２０００は、作業性を低下させることなく、高い画像品質を維持することが可能である。

ところで、本実施形態では、トナーパターンの大きさ（面積）を従来の１００分の１以下にすることができるため、不寄与トナーの量を従来よりも大幅に減少させることが可能である。そこで、トナーカートリッジの交換時期を遅らせることができる。

また、本実施形態では、トナーパターンの副方向の大きさを従来の５分の１以下にすることができるため、トナーパターンを形成するのに要する時間を従来よりも短縮することができる。例えば、濃度検出用パターンについては、従来は１５ｍｍを必要としていたが、本実施形態では３ｍｍ程度であっても、高い検出精度を維持することができる。

なお、上記実施形態では、位置検出用パターンのほうが濃度検出用パターンよりも先に反射型光学センサからの検出用光の照射位置に搬送される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、濃度検出用パターンのほうが位置検出用パターンよりも先に反射型光学センサからの検出用光の照射位置に搬送されても良い。この場合は、濃度検出処理が、位置検出処理に先立って行われることとなる。

このような場合に、プリンタ制御装置２０９０は、濃度検出用パターンを用いて、濃度検出用パターンの主方向に関する中心位置を求めることができる。この方法について簡単に説明する。

（１）プリンタ制御装置２０９０は、位置検出処理が終了すると、各反射型光学センサの発光部Ｅ１〜Ｅ１９を順次点灯する。

（２）プリンタ制御装置２０９０は、発光部Ｅｉを点灯したときの受光部Ｄｉの出力信号に基づいて、受光部Ｄｉの受光量を求める。

（３）プリンタ制御装置２０９０は、受光量が１よりも小さい受光部を求める。上記実施形態では、発光部Ｅ９を点灯したときの受光部Ｄ９の受光量、及び受光部Ｄ１０の受光量が１よりも小さい。

（４）プリンタ制御装置２０９０は、受光部Ｄ９の受光量と受光部Ｄ１０の受光量とを比較する。そして、例えば、発光部Ｅ９を点灯したときの受光部Ｄ９の受光量の方が、発光部Ｅ１０を点灯したときの受光部Ｄ１０の受光量よりも小さければ、矩形パターンの中心は、主方向に関して「発光部Ｅ９に寄った側」にあると判断する。

この場合は、位置検出用パターンを用いた位置検出よりも精度は劣るが、濃度検出用パターンの主方向に関する位置を、「発光部の配列ピッチ」の精度で検出することができる。

また、濃度検出に先だって濃度検出用パターンの位置を知るための予備検出用パターンを、濃度検出用パターンに付加しても良い。

また、上記実施形態では、反射型光学センサが、トナーパターンの位置とトナー濃度の両方を検出する場合について説明したが、これに限らず、反射型光学センサが、トナーパターンの位置及びトナー濃度の一方のみを検出しても良い。

また、上記実施形態において、一例として図４６に示されるように、ＴＰ１〜ＴＰ４を転写ベルト２０４０の進行方向に沿って一列に配置しても良い。この場合には、１つの反射型光学センサで、４色のトナー濃度を検出することができる。

また、上記実施形態において、各反射型光学センサの処理装置での処理の少なくとも一部を、プリンタ制御装置２０９０が行っても良い。

また、上記実施形態では、主方向に関する濃度検出用パターンの中心位置が、発光部Ｅ９と発光部Ｅ１０の間の位置である場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、各反射型光学センサが１９個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに３つ以上の発光部を有していれば良い。

また、上記実施形態では、１９個の発光部（Ｅ１〜Ｅ１９）が、Ｙ軸方向に沿って一列に配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。また、Ｙ軸方向に対して傾斜した方向に沿って配置されていても良い。また、Ｙ軸方向に沿った複数列のいわゆる千鳥配置されていても良い。要するにＹ軸方向に関して等間隔に配置されていれば良い。

また、上記実施形態では、発光部の数と受光部の数とが同じ場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態において、各反射型光学センサは、検出感度に不都合がなければ、一例として図１９に示されるように、前記受光光学系はなくても良い。

また、上記実施形態において、各反射型光学センサは、検出感度に不都合がなければ、一例として図２６に示されるように、前記照明光学系はなくても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置として、複数の感光体ドラムを備えたカラープリンタ２０００の場合について説明したが、これに限らず、例えば１つの感光体ドラムを備え、単色の画像を形成するプリンタにも適用することができる。

また、上記実施形態では、転写ベルト２０４０上のトナーパターンを検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、画像形成装置の形態によっては、感光体や中間転写ベルト上のトナーパターンを検出しても良い。

また、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機であっても良い。

また、感光体ドラム上のトナー画像におけるトナー濃度及び位置を検出する場合に、本実施形態の反射型光学センサを適用することができる。

また、上記実施形態において、一例として図４７に示されるように、複数の発光部と複数の受光部が、半導体製造プロセスを用いて同一の基板（半導体基板）上に形成されていても良い。このときには、各発光部（Ｅ１〜Ｅ５）を４０μｍ×４０μｍの正方形、各受光部（Ｄ１〜Ｄ５）を直径３００μｍの円形とすることができる。そして、図４７における符号Ｌ１は４００μｍ程度、符号Ｌ２は５００μｍ程度とするのが望ましい。このような配置であれば、一例として図４８に示されるように、基板と転写ベルト２０４０との間隔（Ｌ３＋Ｌ４）を約６ｍｍとして、検出用光を入射角２．６度で転写ベルト２０４０を照射することが可能になる。なお、一例として、図４８における符号Ｌ３は１．０５ｍｍ、符号Ｌ４は５ｍｍとすることができる。

この反射型光学センサでは、複数の発光部はむき出しの状態であり、複数の発光部から射出された光は、他の部材を介することなく照射系から射出される。

この場合には、基板と転写ベルト２０４０との間隔が、転写ベルト２０４０のばたつき等で変化しても、転写ベルト２０４０あるいはトナーパターンによって反射された検出用光の光路が、受光部に向かう光路からずれるのを抑制することができ、安定して高い検出精度を維持することが可能である。なお、従来の反射型光センサでは、検出用光の入射角は１０度前後であり、基板と転写ベルト２０４０との間隔が変化すると、検出精度が変化していた。

以上説明したように、本発明の反射型光学センサによれば、トナーパターンが小さくてもトナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度の少なくとも一方を精度良く検出するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、作業性を低下させることなく、高い画像品質を維持するのに適している。

２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２０３３ａ〜２０３３ｄ…現像ローラ（現像装置の一部）、２０３４ａ〜２０３４ｄ…トナーカートリッジ（現像装置の一部）、２０４０…転写ベルト（媒体）、２０４２…転写ローラ（転写装置の一部）、２２４５ａ…反射型光学センサ、２２４５ｂ…反射型光学センサ、２２４５ｃ…反射型光学センサ、２２４５ｄ…反射型光学センサ、Ｄ１〜Ｄ１９…受光部、Ｅ１〜Ｅ１９…発光部、ＬＤ１〜ＬＤ１９…受光用集光レンズ、ＬＥ１〜ＬＥ１９…照明用集光レンズ、ＰＰ１〜ＰＰ４…位置検出用パターン（トナーパターンの一部）、ＴＰ１〜ＴＰ４…濃度検出用パターン（トナーパターンの一部）。

特開平１−３５４６６号公報 特開２００４−２１１６４号公報 特開２００２−７２６１２号公報 特許第４１５４２７２号公報 特許第４１１００２７号公報 特開２００８−２７６０１０号公報 特開２００５−２３８５８４号公報

Claims (11)

1. 少なくとも３つの発光部を有する照射系と、少なくとも３つの受光部を有し前記照射系から射出されトナーパターンで反射された光を受光する受光系とを備え、前記トナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度の少なくとも一方を検出する反射型光学センサにおいて、
   前記少なくとも３つの発光部と前記少なくとも３つの受光部とは、同一の半導体基板上にいずれも１方向に関して等間隔に形成され、
   前記少なくとも３つの発光部に個別に対応する少なくとも３つの照明用集光レンズを含み、前記照射系から射出された光を前記トナーパターンに導く照射光学系を更に備え、
   前記少なくとも３つの照明用集光レンズは、その光軸が、対応する発光部の中心を通り該発光部に垂直な軸に対して、平行にずれていることを特徴とする反射型光学センサ。
2. 前記少なくとも３つの照明用集光レンズの光軸は、対応する発光部の中心を通り該発光部に垂直な軸に対して、前記受光系側にずれていることを特徴とする請求項１に記載の反射型光学センサ。
3. 前記少なくとも３つの受光部に個別に対応する少なくとも３つの受光用集光レンズを含み、前記トナーパターンで反射された光束を前記受光系に集光的に導く受光光学系を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型光学センサ。
4. 前記少なくとも３つの受光用集光レンズは、その光軸が、対応する受光部の中心を通り該受光部に垂直な軸に対して、平行にずれていることを特徴とする請求項３に記載の反射型光学センサ。
5. 前記少なくとも３つの受光用集光レンズの光軸は、対応する発光部の中心を通り該発光部に垂直な軸に対して、前記照射光学系側にずれていることを特徴とする請求項４に記載の反射型光学センサ。
6. 少なくとも３つの発光部を有する照射系と、少なくとも３つの受光部を有し前記照射系から射出されトナーパターンで反射された光を受光する受光系とを備え、前記トナーパターンの位置及び該トナーパターンのトナー濃度の少なくとも一方を検出する反射型光学センサにおいて、
   前記少なくとも３つの発光部と前記少なくとも３つの受光部とは、同一の半導体基板上にいずれも１方向に関して等間隔に形成され、
   前記少なくとも３つの発光部に個別に対応する少なくとも３つの受光用集光レンズを含み、前記トナーパターンで反射された光束を前記受光系に集光的に導く受光光学系を更に備え、
   前記少なくとも３つの受光用集光レンズは、その光軸が、対応する受光部の中心を通り該受光部に垂直な軸に対して、平行にずれていることを特徴とする反射型光学センサ。
7. 前記少なくとも３つの受光用集光レンズの光軸は、対応する発光部の中心を通り該発光部に垂直な軸に対して、前記照射系側にずれていることを特徴とする請求項６に記載の反射型光学センサ。
8. 前記少なくとも３つの発光部から射出された光は、他の部材を介することなく前記照射系から射出されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の反射型光学センサ。
9. 前記照射系から射出された光束は、５度以下の入射角で前記トナーパターンを照射することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の反射型光学センサ。
10. 像担持体と；
    前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を主走査方向に走査し、潜像を形成する光走査装置と；
    前記潜像にトナーを付着させトナー画像を生成する現像装置と；
    前記トナー画像を媒体に転写する転写装置と；
    前記像担持体又は前記媒体上のトナーパターンの位置及びトナー濃度の少なくとも一方を検出するための請求項１〜９のいずれか一項に記載の反射型光学センサと；を備える画像形成装置。
11. 前記画像情報は多色の画像情報であることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。