CN104516240A

CN104516240A - 光学传感器、图像形成装置以及调色剂浓度补正方法

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Publication number: CN104516240A
Application number: CN201410429714.4A
Authority: CN
Inventors: 太子芳爵; 河合肇; 吉田惇一
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2034-08-28
Also published as: CN104516240B; JP2015069159A; US9405220B2; US20150093131A1; EP2853947A1; KR20150037513A; JP6149659B2

Abstract

本发明提供一种光学传感器、图像形成装置以及调色剂浓度补正方法。在不增加部件数量、不缩窄动态量程的情况下，提高检测精度。本实施方式的调色剂浓度传感器是对调色剂附着区域照射光并接收反射光、通过OP-AMP对与该反射光对应的电压进行放大输出的传感器，其具有表示根据OP-AMP的输入电压和输出电压的特性计算出的噪声成分的信息。

Description

光学传感器、图像形成装置以及调色剂浓度补正方法

技术领域

本发明涉及光学传感器、图像形成装置以及调色剂(toner)浓度补正方法。

背景技术

以往，图像形成装置在定影装置的前端具备由例如具有发光元件和受光元件的反射型光学传感器构成的颜色浓度传感器，来检测形成在中间转印带上的调色剂的浓度。具体而言，发光元件向中间转印带上的附有调色剂的区域照射光，受光元件接收其照射的光的反射光，输出与受光量对应的检测电压。

但是，就颜色浓度传感器的输出电压而言，除了会受到基于光的光电转换的影响之外，还会由于基于热产生的电子、空穴的暗电流、放大电路的偏置电压、针对放大电路的输入端子流入或流出的微小的偏置电流等原因，而导致所述颜色浓度传感器的输出电压产生噪声，所以会有颜色浓度传感器无法正确检测调色剂浓度的问题。因此，为了检测到正确的调色剂浓度，有必要对噪声成分进行补正。当噪声成分是正(+)电压时，即使以单电源驱动颜色浓度传感器，也能检测到噪声成分，所以能够进行补正，但是当噪声成分是负(-)电压时，当以单电源驱动颜色浓度传感器时，由于输出大致0V导致而无法检测到噪声成分，所以不能进行补正。例如专利文献1中公开了用于解决该问题的技术。在专利文献1中公开了如下方法：通过用两个电源驱动颜色浓度传感器，就能够检测到正电压以及负电压这两者的噪声成分，由此就能减小偏置电压的影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-003283号公报(2009年1月8日公开)

专利文献2：日本特开平10-186827号公报(1998年7月14日公开)

但是，在专利文献1中所记载的技术中，必须在图像形成装置中设置用于调整偏置电压(offset voltage)的部件(用于通过两个电源驱动运算放大器的结构)，这样就会导致部件数量的增加。作为用于解决该问题的技术，如果通过应用例如在专利文献2中公开的颜色浓度传感器的输出值上施加一定的偏压的技术，将偏置电压设为正电压的结构，则即使不是以双电源而是以单电源来驱动放大电路，也能够减小偏置电压的影响，但是会有减小动态量程(dynamic range)的问题。

发明内容

本发明为解决上述课题，其目的之一在于，提供在一种不增加部件数目、不缩小动态量程的情况下，能够提高检测精度的光学传感器以及调色剂浓度补正方法。

本发明的另一目的是提供一种不使性能变差、不增加成本的调色剂浓度检测精度高的图像形成装置。

为了解决上述课题，本发明的光学传感器，对对象区域照射光并接收反射光，通过放大电路对与该反射光对应的电压进行放大输出，其特征在于，具有表示噪声成分的信息，该噪声成分是根据所述放大电路的输入电压和输出电压的特性而计算出的

根据上述结构，如果使用表示根据所述放大电路的输入电压和输出电压的特性计算出的噪声成分的信息，则即使以单电源驱动传感器，也能对传感器输出值进行正确地补正，因此没有必要在图像形成装置中设置用于调整噪声成分的部件。

此外，即使不以双电源驱动传感器，也能正确地对传感器输出值进行补正，所以能够在不缩窄动态量程的情况下进行补正。因此，能够提供一种不增加部件数量、不缩窄动态量程的能提高检测精度的光学传感器。

此外，在本发明的光学传感器中，所述信息表示根据通过将多次不同的输入电压施加到所述放大电路而获得的所述放大电路的输入电压和输出电压的特性而计算出的噪声成分。

根据上述结构，能够提高噪声成分的计算精度。

此外，优选例如光学传感器打印有表示所述信息的条形码或QR码(注册商标)。

此外，在本发明的光学传感器中，所述信息表示负的噪声成分。

根据上述结构，通过将负的噪声成分加到传感器的输出值上，就能够正确地对传感器输出值进行补正。

此外，为了解决上述课题，本发明的图像形成装置具备光学传感器以及根据光学传感器的输出电压来检测所述对象区域中的调色剂浓度的调色剂浓度检测部，所述图像形成装置的特征在于，所述调色剂浓度检测部根据所述光学传感器具有的所述信息所示的噪声成分来对调色剂浓度进行补正。

根据上述结构，能够提供一种不使性能变差且不增加成本的调色剂浓度检测精度高的图形形成装置。

此外，为了解决上述课题，本发明的调色剂浓度补正方法使用光学传感器，所述光学传感器对对象区域照射光并接收反射光，通过放大电路对与该反射光对应的电压进行放大输出，所述调色剂浓度补正方法包含以下步骤：根据所述放大电路的输入电压和输出电压的特性计算噪声成分的步骤；以及根据计算出的所述噪声成分对调色剂浓度进行补正的步骤。

根据上述结构，能够提供一种在不增加部件数量、不缩窄动态量程的情况下能够提高检测精度的调色剂浓度补正方法。

本发明起到如下效果：在不增加部件数量、不缩窄动态量程的情况下提高检测精度。

附图说明

图1A、1B是表示作为光学传感器的一例的调色剂浓度传感器的基本原理的图。

图2A、2B是表示调色剂浓度的调整方法的一例的第1图。

图3A、3B是表示调色剂浓度的调整方法的一例的第2图。

图4A、4B是表示第1、2受光元件的输出结果的一例的第1图。

图5A、5B是表示第1、2受光元件的输出结果的一例的第2图。

图6A、6B是表示在图5A、5B的情况下、对噪声成分进行除去补正前后的图。

图7是表示本实施方式中的调色剂浓度传感器的一例的框图。

图8是表示在图7的OP-AMP(运算放大器)的输入端子施加电压时的输入电压-输出电压的特性的图。

图9是表示非反转放大电路的结构的图。

图10是表示在图7的OP-AMP的输入端子上以1mV为单位施加1～10mV的电压时的传感器输出的测定结果的图。

图11是表示具有本实施方式中的调色剂浓度传感器的图像形成装置的结构的一例的框图。

附图标记的说明

1 发光元件

3 第1受光元件

5 第2受光元件

10 调色剂浓度传感器(光学传感器)

11 OP-AMP

20 条形码/QR码

30 调色剂浓度检测部

具体实施方式

参考附图来说明本发明的实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的附图标记。它们的名称以及功能也相同。因此，关于它们的详细说明不再重复。

图1A、1B是表示作为光学传感器的一例的调色剂浓度传感器的基本原理的图。图1A表示黑色(BK)调色剂的检测时，图1B表示青色、品红色、黄色(CMY)调色剂的检测时。如图1A、图1B所示，发光元件1以及第1、2受光元件3、5配置在定影装置的前段，位于与中间转印带7相对置的位置。具体而言，发光元件1配置成朝向中间转印带7的附着有调色剂的附着区域，以规定的倾斜角度照射光。此外，第1、2受光元件3、5被配置成接收在中间转印带7反射的光，输出与该光对应的电压。

第1受光元件3是用于检测正反射光的受光部，第2受光元件5是用于检测扩散反射光的受光部。BK调色剂由于具有光的反射率低的特征，随着调色剂附着区域上的附着量变多，正反射光的光量减少，扩散反射光的光量有缓慢上升的倾向。此外，当BK调色剂的附着量达到某个值以上时，两者都几乎不再产生光量的变化。因此，随着BK调色剂的附着量的增加，第1受光元件3的输出降低，第2受光元件5的输出缓慢变高，进而变得大致固定。

另一方面，CMY调色剂由于具有光的反射率高的特征，所以随着调色剂附着区域的附着量变多，正反射光的光量减少，当到达某固定量时就会有增加的倾向，扩散反射光的光亮有增加的倾向。此外，当CMY调色剂的附着量成为某个值以上时，两者几乎都不再产生光亮的变化。因此，随着CMY调色剂的附着量的增加，第2受光元件5的输出变高后变为大致固定，第1受光元件3的输出减少后变为增加的倾向，之后变成大致固定。

按照这样的原理，调色剂浓度传感器10为了检测出正确的调色剂浓度，需要按照下面所示的补正方法来进行补正。图2A、2B是表示调色剂浓度传感器的补正方法的一例的图。图2A表示BK调色剂的检测时的情况，图2B表示CMY调色剂的检测时的情况。如图2A所示，使用中间转印带7(未附着调色剂的状态)来调整发光元件1的正向电流。此外，如图2B所示，取代中间转印带7而使用疑似调色剂基准板9(未附着调色剂的状态)来调整第2受光元件5的电压。

具体而言，首先，调整发光元件1的正向电流，以使检测到成为基准的反射物体(中间转印带7)时的第1受光元件3的输出电压成为规定范围内。然后，在调整过的电流值已被固定的状态下，变更电路常数，以使第2受光元件5的输出电压成为规定范围内。例如，进行来自第2受光元件5的电流-电压转换电路或放大电路(OP-AMP)的增益调整等。

此外，结合发光元件1的光量恶化、发光元件1以及第1、2受光元件3、5的安装偏差、检测物体(中间转印带7)等的恶化，适当的调整发光元件1的电流值(参考图3A、图3B)，以使第1、2受光元件3、5的输出电压进入规定范围。

进而，在上述的调整之外，为了提高检测精度，还进行对因电路而引起的噪声成分进行去除补正。图4A、4B是表示第1、2受光元件的输出结果的一例的第1图。

图4A、4B中的圆形记号表示发光元件1在不亮(熄灭)时的第1、2受光元件3、5的输出。此时，第1、2受光元件3、5输出成为噪声成分的正电压的输出值，就该噪声成分而言，除了基于光的光电转换之外，还会受到基于热产生的电子、空穴而产生的暗电流、放大电路的偏置电压、针对放大电路的输入端子流入或流出的微小的偏置电流等的影响。因此，为了去除噪声成分，需要根据调色剂浓度检测时的输出值来进行减去发光元件1不亮时的噪声成分的补正。这样，当发光元件1不亮时的第1、2受光元件3、5的输出是正电压时，就能够使用该输出值作为噪声成分来进行补正。

另一方面，为了以单电源来驱动调色剂浓度传感器10，当发光元件1不亮时的第1、3受光元件3、5的输出为大致0V时，由于无法根据该输出值得知噪声成分，所以无法进行补正。因此，按照后述的运算方法，计算出负电压的噪声成分，并将其记录在记录介质中，使用记录介质中记录的噪声成分来进行补正。另外，在记录介质中不限于记录负电压的噪声成分，也可以记录正电压的噪声成分。

这里，参照图5A、5B来说明在发光元件1不亮时第1、3受光元件3、5输出大致0V时的补正方法。图5A、5B是表示第1、2受光元件的输出结果的一例的第2图。

图5A、5B中的实线部分是第1、2受光元件3、5的实际输出结果。此外，图5A、5B的虚线部分是第1、2受光元件3、5的推测输出结果，是以单电源驱动的第1、2受光元件3、5无法输出的值。因此，实际上在发光元件1不亮时，第1、2受光元件3、5的输出值大致为0V。即，由于暗电流以及放大电流的偏置电压/偏置电流等的影响，噪声成分成为负电压。因此，为了去除噪声成分，如图6A、6B所示，需要根据调色剂浓度检测时的输出值，来进行加上发光元件1不亮时的噪声成分的补正。

通过后述的运算方法计算出如上所述的发光元件1不亮时的负电压的噪声成分，并将其预先存储在记录介质中，因此，通过使用记录在记录介质中的噪声成分的值，就能进行去除噪声成分的补正。

此外，记录介质例如是条形码或者QR码，通过将其打印在调色剂浓度传感器10上，就能成为读取装置等能够识别的状态。

然后说明噪声成分的运算方法。图7是本实施方式的调色剂浓度传感器的一例的电路图。另外，图7所示的电路是以往公知的结构，所以不重复详细的说明。此外，在本实施方式中，通过切换第1受光元件3和第2受光元件5，根据第1受光元件3以及第2受光元件5各自的输出值来检测BK以及CMY各自的调色剂浓度，但是为了方便说明，这里表示包含发光元件1和第1受光元件3的一个系统的情况，对该情况进行说明。

如图7所示，由发光元件1输出的电压被输入到第1受光元件3中，通过OP-AMP(运算放大器)11进行放大、输出。在噪声成分的运算方法中，首先，在点P，电压未施加到发光元件1上的状态下，电压被施加到OP-AMP11的输入侧的点P上，根据输入电压和输出电压的关系计算出输出线性。具体而言，在点P上施加各不相同的输入电压x1～x6就能获得输出电压y1～y6，就能获得图8那样的输入电压-输出电压的特性。另外，在本实施方式中，虽然在点P上施加了各不相同的6个输入电压x1～x6，但是也可以施加各不相同的两个以上的输入电压，优选施加各不相同的3个以上的输入电压，就可以获得输入电压-输出电压的特性。

然后，在能够充分确保线性的输入电压范围内计算出近似线。具体而言，根据图8中得到的特性，假定y＝ax+b的近似式，计算出a、b。这里，a表示增益值(以下仅称为“Gain值”或“Gain”)，b表示噪声成分。下面，数学式1、2是a、b的计算式。

数学式1

a = \frac{n Σ_{k = 1}^{n} x_{k} y_{k} - Σ_{k = 1}^{n} x_{k} Σ_{k = 1}^{n} y_{k}}{n Σ_{k = 1}^{n} x_{k}^{2} - {(Σ_{k = 1}^{n} x_{k})}^{2}}

数学式2

b = \frac{Σ_{k = 1}^{n} x_{k}^{2} Σ_{k = 1}^{n} y_{k} - Σ_{k = 1}^{n} x_{k} y_{k} Σ_{k = 1}^{n} x_{k}}{n Σ_{k = 1}^{n} x_{k}^{2} - {(Σ_{k = 1}^{n} x_{k})}^{2}}

然后，将通过数学式2计算出的b的值作为噪声成分表示的条形码或者QR码等，以读取装置等能够识别的方式打印到调色剂浓度传感器10上。由此，在使用图像形成装置时，就能够正确地进行用于补正调色剂浓度的运算。

另外，根据OP-AMP11的输入电压的范围，不能充分获得OP-AMP11的直线性，因此，希望在能够充分获得直线性的区域来实施采样。是否是能获得直线性的区域，需要计算出下述的数学式3～6这样的两点之间的Gain值，判断该值是否包含在根据安装在电路上的电阻值的公差计算出的Gain设计值下限和Gain设计值上限之间(参考数学式7)。如果2点间的Gain值是在Gain设计值下限和Gain设计值上限之间，则判断为是能够获得直线性的区域，如果2点间的Gain值不是在Gain设计值下限和Gain设计值上限之间，则判断为是不能够获得直线性的区域。

数学式3

Gain(a1)＝(y2-y1)/(x2-x1)

数学式4

Gain(a2)＝(y3-y2)/(x3-x2)

数学式5

Gain(a3)＝(y4-y3)/(x4-x3)

数学式6

Gain(a4)＝(y5-y4)/(x5-x4)

数学式7

α＜Gain(an)＜β(n＝1～4)

α：Gain设计值下限

β：Gain设计值上限

例如，Gain设计值下限以及Gain设计值上限在图9所示的电路结构中，电阻的公差作为1％，能够使用放大率的计算式数学式8计算出来。即，能够通过数学式9计算出Gain设计值下限，能够通过数学式10计算出Gain设计值上限。

数学式8

A_{v} = \frac{R_{s} + R_{f}}{R_{s}} = 1 + \frac{R_{f}}{R_{s}}

数学式9

α = 1 + \frac{R 5 \times 0.99}{R 4 \times 1.01}

数学式10

β = 1 + \frac{R 5 \times 1.01}{R 4 \times 0.99}

然后，说明通过上述数学式1、2计算出的噪声成分的值的妥当性的检验结果。表1表示在图7的电路的点P上以1mV为单位施加1～10mV的电压时传感器输出的测量结果。这里，使用NO1～NO4的4台样机(下面仅称为“Sample”)进行了检验。将表1的测量结果图形化的是图10。此外，根据表1的结果使用数学式1、2计算出的Sample1～4各自的线形近似式为数学式11～14。

表1

施加电压-传感器输出测定结果

数学式11

Sample1：y＝14.458x+5.5133

数学式12

Sample2：y＝8.9042x-3.5333

数学式13

Sample3：y＝8.8085x-4.1067

数学式14

Sample4：y＝10.027x-5.32

因此，Sample1～4各自的增益和噪声成分(mV)可以根据数学式11推导成表2这样。

表2

增益/噪音成分

	增益	噪音成分[mV]
			Sample1	14.46	5.51
Sample2	8.90	-3.53
			Sample3	8.09	-4.11
Sample4	10.03	-5.32

然后，直接测量传感器的电阻值，根据数学式15确认了表2的推测值的妥当性。表3是对Sample1～4的测量值和表2中表示的推测值进行了汇总的表。

数学式15

GAIN＝1+(R5)/R4

表3

电路增益妥当性确认

	测量值	推测值	实际/推测
				Sample1	14.56	14.46	100.7％
Sample2	8.99	8.90	101.0％
				Sample3	8.89	8.80	101.0％
Sample4	10.08	10.03	100.5％

此外，在设有对OP-AMP11的反转输入端子和输出端子进行了连接后的电压输出器电路之后，测量在点P上施加了10mV时的输出值，根据数学式16确认噪声成分的推测值的妥当性。表4是对根据数学式16计算出的噪声成分的测量值和表2中表示的推测值进行汇总的表。

数学式16

偏移测量值＝(输出值-10mV)*增益

表4

噪音成分妥当性确认

	测量值[mV]	推测值[mV]	实际/推测	输出值[mV]	差异[mV]
						Sample1	5.68	5.51	103.1％	10.39	0.39
Sample2	-3.33	-3.53	94.2％	9.63	-0.37
						Sample3	-4.09	-4.11	99.5％	9.54	-0.46
Sample4	-5.04	-5.32	94.7％	9.5	-0.5

以上，如表3、4所示，噪声成分的推测值相对于测量值存在5％左右的误差率，能够确认推测值是妥当的值。

然后，说明本实施方式的调色剂浓度传感器10安装到图像形成装置上的情况。图11是表示具有本实施方式的调色剂浓度传感器的图像形成装置的结构的一例的框图。

如图11所示，图像形成装置100除了包含具有条形码/QR码20的调色剂浓度传感器10以外，还包含调色剂浓度检测部30以及读取部40。读取部40读取表示包含在条形码/QR码20中的噪声成分的补正信息，并将其输出到调色剂浓度检测部30。

调色剂浓度检测部30，当从读取部40接收到补正信息时，根据使用补正信息对调色剂浓度传感器10的输出电压进行过补正的输出值，检测调色剂附着区域中的调色剂浓度。具体而言，当补正信息表示正的噪声成分时，通过从调色剂浓度传感器10的输出值减去补正信息所表示的噪声成分来对调色剂浓度进行补正，当补正信息表示负的噪声成分时，通过在调色剂浓度传感器10的输出值上加上补正信息表示的噪声成分来对调色剂浓度进行补正。

本发明并不限于上述各实施方式，其能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，对分别在不同的实施方式中公开的技术方案进行适当组合所得到的实施方式也包含在本发明的技术范围中。

Claims

1.一种光学传感器，其对对象区域照射光并接收反射光，通过放大电路对与该反射光对应的电压进行放大输出，其特征在于，

具有表示噪声成分的信息，该噪声成分是根据所述放大电路的输入电压和输出电压的特性而计算出的。

2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，

所述信息所表示的噪声成分，是根据通过将两个以上的各不相同输入电压施加到所述放大电路上来获得的所述放大电路的输入电压和输出电压的特性而计算出的。

3.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于，

打印有表示所述信息的条形码或QR码。

4.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于，

所述信息表示负的噪声成分。

5.根据权利要求3所述的光学传感器，其特征在于，

所述信息表示负的噪声成分。

6.一种图像形成装置，具备权利要求1～5中任意一项所述的光学传感器以及根据所述光学传感器的输出电压来检测所述对象区域中的调色剂浓度的调色剂浓度检测部，所述图像形成装置的特征在于，

所述调色剂浓度检测部，根据由所述光学传感器所具有的所述信息所示的噪声成分，来对调色剂浓度进行补正。

7.一种调色剂浓度补正方法，使用光学传感器，所述光学传感器对对象区域照射光并接收反射光，通过放大电路对与该反射光对应的电压进行放大输出，

所述调色剂浓度补正方法的特征在于，包含以下步骤：

根据所述放大电路的输入电压和输出电压的特性计算噪声成分的步骤；以及

根据计算出的所述噪声成分对调色剂浓度进行补正的步骤。