CN105700308A - 光学设备和包括光学设备的图像形成设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学设备和包括光学设备的图像形成设备。为了防止检测精度由于杂散光而劣化，光学设备包括以下的配置。该光学设备包括：发光部件；光接收部件；以及上面安装了发光部件和光接收部件的基板。基板包含板状基板层和板状导电层。该光学设备还包括设置在光接收部件与发光部件之间且被插入到设置在光接收部件与发光部件之间的基板的通孔中的遮光部件。光接收部件从被从发光部件发射的光照射的部分接收反射光。导电层的遮光性能高于基板层的遮光性能。导电层暴露于通孔的内圆柱表面。

Description

光学设备和包括光学设备的图像形成设备
技术领域
本发明涉及接收在用光照射目标部分时从目标部分反射的光的光学设备，还涉及包括光学设备的图像形成设备，诸如复印机、打印机或传真机。
背景技术
一般地，由于各颜色的浓度是可变的并且所形成图像的色调(tint)也是可变的，因此，图像形成设备对操作环境和各种条件(例如，要打印的片材的数量)敏感。彩色图像形成设备被配置为重叠多个颜色图像来形成复合颜色图像。因此，倾向于在各颜色图像中出现位置偏离。例如，当彩色图像形成设备包括四色(例如，黄色、品红色、青色和黑色)感光鼓时，四色图像中的两个之间的相对位置是可变的。
存在用于校正各颜色浓度或各颜色的位置偏离的常规方法。更具体而言，常规方法包括：使得光学设备的光接收部件检测从形成在中间转印部件、感光部件或片材上的斑块(即，基准图案)反射的光的量。该方法包括：基于代表接收的光的量的检测结果，计算各颜色之间的位置偏离和各颜色的浓度变化。该方法包括：基于计算结果，以适当地调整各颜色之间的位置偏离和各颜色的浓度的方式控制各种图像形成条件。
如日本专利申请公开No.2013-191835中讨论的那样，存在能够提高在上述的斑块检测中使用的光学设备(例如，光学传感器)的检测精度的常规上已知的配置。
在日本专利申请公开No.2013-191835中讨论的光学设备包括安装于基板上并且被用作遮光部件的外壳所覆盖的发光部件和光接收部件。但是，根据这种常规的布置，检测精度会由于杂散光(straylight)而劣化。因此，本发明要防止检测精度因杂散光而劣化。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种光学设备包括：发光部件；光接收部件；包含板状基板层和板状导电层的基板，所述发光部件和所述光接收部件安装在该基板上；以及遮光部件，设置在所述光接收部件与所述发光部件之间，并且被插入在基板的设置在所述光接收部件与所述发光部件之间的通孔中。所述光接收部件被配置为接收来自被从所述发光部件发射的光照射的部分的反射光。所述导电层的遮光性能高于所述基板层的遮光性能。所述导电层暴露于所述通孔的内圆柱表面(innercylindricalsurface)。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出图像形成设备的示意性配置。
图2是示出光学传感器单元的示意性截面图。
图3是没有在基板中形成任何通孔的状态中的基板的截面图。
图4是基板的截面图(图中上部)和上表面示图(图中下部)，其示出了通孔的形成。
图5是光学传感器单元的截面图(图中上部)和上表面示图(图中下部)。
图6是没有在基板中形成任何通孔的状态中的基板的截面图。
图7示出基板的截面图(图中上部)和上表面示图(图中下部)，其示出了通孔的形成。
图8示出光学传感器单元的截面图(图中上部)和上表面示图(图中下部)。
图9是示出光学传感器单元的比较例的截面图。
具体实施方式
[图像形成设备]
以下将详细描述第一示例性实施例。图1是示出彩色激光打印机的配置的示意性截面图，该彩色激光打印机是根据本发明的图像形成设备。根据本发明的图像形成设备包括用于通过重叠四色图像来形成复合颜色图像的四色图像形成单元。例如，四种颜色的组合是有色显影剂(chromaticcolordeveloper)的黄色(Y)、品红色(M)和青色(C)以及无色显影剂(achromaticcolordeveloper)的黑色(Bk)。彩色激光打印机101是可从主机计算机102接收图像数据103的图像形成设备。彩色激光打印机101包含打印图像产生单元104，打印图像产生单元104可将图像数据变成希望的视频信号格式数据以产生图像形成视频信号105。图像形成控制单元106包含可作为控制单元操作的中央处理单元109(以下，简称为CPU109)。由打印图像产生单元104产生的视频信号可从打印图像产生单元104被传送到图像形成控制单元106。图像形成控制单元106根据视频信号驱动设置在扫描仪单元110中的多个激光二极管111。各激光二极管111用作激光发射元件。扫描仪单元110可作为曝光单元操作。用从各激光二极管发射并且经由多棱镜107、透镜113y、113m、113c和113k(以下，统称为“透镜113”)、镜子114y、114m、114c和114k(以下，统称为“镜子114”)而行进的激光束112y、112m、112c和112k(以下，统称为“激光束112”)照射各感光鼓115y、115m、115c和115k(以下，统称为“感光鼓115”)。各带电单元116y、116m、116c和116k(以下，统称为“带电单元116”)可使对应的感光鼓115带电到具有希望的电荷量。当用激光束112照射各感光鼓115的表面时，可在电势减小的被照射的部分处形成静电潜像。为了使在被激光束照射的感光鼓115上形成的静电潜像可视化，各显影单元117y、117m、117c和117k(以下，统称为“显影单元117”)可在感光鼓115上形成反映静电潜像的调色剂图像。各一次转印部件118y、118m、118c和118k(以下，统称为“一次转印部件118”)可将在各感光鼓上形成的调色剂图像一次转印到环形带(以下，称为“中间转印带”)119上。就此而言，各一次转印部件118用作转印电压施加于的转印单元。在一次转印操作中，黄色图像先被转印到中间转印带119上。然后，品红色、青色和黑色图像以形成复合颜色图像的方式被依次转印到中间转印带119上。在这种情况下，中间转印带119承载四色调色剂图像。中间转印带119与张力辊127和驱动辊126可旋转地接合。驱动辊126可控制中间转印带119的传输。纸馈送辊122的位置与盒子120相邻。纸馈送辊122以与在中间转印带119上一次转印图像同步的方式从盒子120向二次转印部分123传输各记录纸121。彩色激光打印机101在二次转印部分123处执行二次转印操作，使得图像可被转印到记录纸121上。在这种情况下，向二次转印辊施加适当的偏置电压，以增大转印效率。定影装置124通过向上面已被二次转印了图像的记录纸施加热和压力而执行热定影操作。可在记录纸上定影稳定的颜色图像。然后，可经由排出部分排出记录纸。光学传感器单元125可作为检测单元操作，并且，由张力辊127支撑。光学传感器单元125是能够检测位置偏离校正图案和浓度校正图案的光学传感器，位置偏离校正图案和浓度校正图案用于检测在中间转印带119上转印的各颜色图像的位置偏离量和浓度变化。在希望的定时处，光学传感器单元125检测在中间转印带119上形成的各颜色的校正图案的位置以及与目标浓度的差值。然后，光学传感器单元125向CPU109(即，控制单元)输出检测结果。CPU109在作为存储单元的随机存取存储器180(以下，简称为RAM180)中保存检测结果。保存的检测结果可被反馈回图像形成控制单元106。图像形成控制单元106可校正各颜色调色剂图像在主扫描方向和副扫描方向上的位置偏离。此外，图像形成控制单元106可校正各颜色的浓度。
[光学传感器单元]
下面，将详细描述可作为光学设备操作的光学传感器单元125。图2是示出光学传感器单元125的示意性截面图。发光部件202是LED红外光发射元件。以下，发光部件202被称为“发光元件202”。两个光接收部件204和205是光电晶体管红外光接收元件。光接收部件205可接收发光元件202的扩散反射光。光接收部件204可接收镜面反射光(规则的反射光)。以下，光接收部件204和205分别被称为光接收元件204和205。基板201具有上面安装了发光元件202、各光接收元件204和205、以及电子电路组件(未示出)的表面。发光元件202和各光接收元件204与205中的每一个是裸芯片元件，其以其中心轴沿与基板201的该表面基本上垂直的方向延伸的方式安装于基板201上。
一个通孔207被设置在发光元件202与光接收元件204之间。另一通孔207被设置在发光元件202与光接收元件205之间。各通孔207沿与基板201的表面垂直的方向从基板201的前表面延伸到其后表面。由树脂制成的外壳部件206(以下，称为“外壳”206)具有覆盖发光元件202的部分和从发光元件202发射的光可穿过的光阑孔径、覆盖光接收元件204的部分、光可通过其进入光接收元件204的光阑孔径、覆盖光接收元件205的部分、以及光可通过其进入光接收元件205的光阑孔径。当发光元件202发光时，光束行进通过在覆盖发光元件202的区域处形成的外壳206的光阑孔径。在这种情况下，可用相对于与中间转印带119的表面垂直的方向倾斜13°的角度的光束照射中间转印带119的表面。另一方面，光接收元件204可接收相对于与中间转印带119的表面垂直的方向以13°的角度从中间转印带119的表面反射并且穿过在覆盖光接收元件204的区域处形成的外壳206的光阑孔径的光。类似地，光接收元件205可接收相对于与中间转印带119的表面垂直的方向以60°的角度从中间转印带119的表面反射并且穿过在覆盖光接收元件205的区域处形成的外壳206的光阑孔径的光。外壳206包含插入在对应的通孔207中的两个壁部分206a和206b。一个壁部分206a被设置在发光元件202与光接收元件204之间。另一壁部分206b被设置在发光元件202与光接收元件205之间。
传感器支持件(支持部件)209是在可在光学传感器单元125和中间转印带119之间保有预定距离的位置处支撑光学传感器单元125至张力辊127的定位部件。传感器支持件209是板状金属部件。间隔物(spacer)部件(以下，简称为“间隔物”)208以防止对于设置在基板201上的电子组件(未示出)的任何干涉的方式被设置在基板201与传感器支持件209之间。间隔物208与基板201的后表面相对，而发光元件202以及各光接收元件204和205被安装于基板201的前表面上。间隔物208是具有面向基板201的后表面的黑色表面的由树脂制成的部件。黑色表面可吸收来自发光元件202的光。并且，间隔物208的表面是能够扩散和反射没有被吸收的杂散光的无光泽加工(mattfinished)表面。间隔物208包含凸出(boss)部分，通过凸出部分，基板201、外壳206和传感器支持件209以预定的关系相互定位。上述的部件通过螺钉(screw)(未示出)被紧密地结合成光学传感器单元125，并且，与张力辊127的轴承部分接触且附接于该轴承部分。由中间转印带119承载的调色剂图案203是要被光照射的部分。当从发光元件202发射红外光时，光接收元件204接收来自中间转印带119的表面和转印到中间转印带119上的位置偏离和浓度变化检测调色剂图案203的镜面反射光。光接收元件205接收扩散反射光。因此，检测位置偏离和浓度变化检测调色剂图案203的位置偏离量和相对于希望的浓度的浓度变化量是可行的。
图3是还没有形成通孔207的状态下的基板201的截面图。基板201由基板层301、两个铜箔层302和两个焊料抵抗层303构成。基板层301是由玻璃环氧树脂制成的部件。各铜箔层302是由薄铜制成的层。在基板层301的前表面上形成一个铜箔层302。在基板层301的后表面上形成另一铜箔层302。铜箔层302的遮光性能高于基板层301的遮光性能，具体地，对于相同的光量，铜箔层302比基板层301能够遮蔽更多的光。优选地，铜箔层302与基板层301相比具有优异的遮光性能。如图3所示，铜箔层302覆盖与通孔207对应的区域。基板层301、铜箔层302和焊料抵抗层303是协作地构成基板201的板状配置的层叠层。
图4是基板201的截面图(图中上部)和上表面示图(图中下部)的组，其示出了通孔207的形成。该截面图示出的是沿该上表面示图中所示的虚线X1切取的截面。钻(drill)401是使得用户能够执行切割工作以在基板201中开出各通孔207的旋转工具。在基板201中，可被钻401开出通孔207的地方是提供铜箔层302的部分。各通孔207垂直地从基板201的前表面到后表面跨着焊料抵抗层303、铜箔层302和基板层301延伸。通孔通路403从基板201的前表面延伸到后表面。通孔通路403包含在上面形成有铜箔层302的内圆柱表面。设置在基板201的前表面上的铜箔层302和设置在后表面上的铜箔层302是相互电连接并具有相同电势(地)的导电层。信号线(电路图案)405在基板201的表面上形成，并且，与发光元件202、光接收元件204和205、电子电路组件(未示出)、以及图1所示的CPU109电连接。
图5示出发光元件202和光接收元件204、205被安装于包含了在其中形成的通孔207的基板201上并且外壳206被附接于基板201上的状态下的、光学传感器单元125的截面图(图中上部)。图5还示出了还没有安装外壳206的状态下的光学传感器单元125的上表面示图(图中下部)。图5的上表面示图示出从与板状基板201的延伸方向垂直的方向(即，与表面垂直的通孔207的轴向)观看的光学传感器单元125的外观。图5的截面图示出沿上表面示图所示的虚线X1切取的截面图。发光元件202和光接收元件204、205通过回流(reflowing)安装于基板201上。外壳206经由通孔207被附接于基板201上。基板201和传感器支持件209通过间隔物208的凸出部分相互定位。然后，这些部件通过螺钉(未示出)被紧密地结合。铜箔层302所设置在的区域覆盖发光元件202和光接收元件204、205的安装位置以及包围通孔207的每个区域A。铜箔层302沿通孔207的内圆柱表面延伸。铜箔层302的截面暴露于通孔207的内圆柱表面。
如路径P所示，从发光元件202发射的光在区域A中被铜箔层302反射。换句话说，铜箔层302防止发射的光进入基板层301。由于防止不必要的光进入基板层301，因此，可防止从发光单元发射的光变为在基板中行进的干扰光并且到达光接收元件204和205。此外，如路径R所示，通过基板201与间隔物208之间的空隙(clearance)进入的干扰光在区域A中被铜箔层302反射。换句话说，铜箔层302防止干扰光进入光接收元件204和205。此外，如路径Q所示，从通孔207与遮光部件206之间的空隙泄漏到基板201的后表面的光被间隔物208的前表面吸收或扩散反射。换句话说，间隔物208可抑制泄漏的光到达光接收元件204和205。
[比较例]
图9是示出光学传感器的比较例的截面图。图9所示的基板500具有可在上面安装电子组件的前表面和后表面。基板500由基板层501、铜箔层502和焊料抵抗层503构成。基板层501是由玻璃环氧树脂制成的部件。发光单元202和两个光接收单元204、205通过表面安装而固定于基板500上。两个通孔507从基板500的前表面延伸到后表面。遮光部件206覆盖发光单元202和各光接收单元204、205。传感器支持件209保持基板500并且附接于检测目标对象。
比较例的光学传感器的基板500在与对应的通孔507相邻的各区域A中不包括铜箔层502。此外，如区域B所示，在通孔507与遮光部件206之间存在空隙。因此，如路径P所示，发光单元202的光经由通孔507和其中没有铜箔层502的通孔507的周围部分进入基板500。传感器支持件209对进入基板500的光进行反射。反射的光可到达光接收元件。这是光学传感器的输出不希望地变化的一个原因。此外，如路径R所示，进入了基板层501的干扰光行进并且到达传感器支持件209。如路径Q所示，来自通孔507与遮光部件206之间的空隙的泄漏光也到达传感器支持件209。传感器支持件209反射干扰光和泄漏光。反射光可到达光接收元件。这是光学传感器的输出不希望地变化的另一原因。如果传感器输出如上面提到的那样由于干扰光和泄漏光而变化，那么光学传感器的动态范围不希望地减小。动态范围是要被检测的对象物体的最大输出值与最小输出值的比。随着动态范围的减小，光学传感器的检测精度劣化。
本示例性实施例与上述比较例的不同在于以下特征。在不仅覆盖发光元件202和光接收元件204、205的安装部分而且覆盖与通孔507的外径基本上同样的位置的区域中，存在铜箔层502。因此，防止杂散光进入光接收元件204和205并且抑制光学传感器的检测精度劣化是可行的。
如上所述，根据本示例性实施例，防止在基板层301中行进的干扰光进入光接收元件204和205是可行的。此外，防止经由遮光部件206与通孔207之间的空隙而泄漏的光进入光接收元件204和205是可行的。因此，光学传感器单元125可在位置偏离和浓度变化检测调色剂斑块(即，基准图案)203的检测中确保足够的动态范围(即，最大输出值与最小输出值的比)。当在不导致不希望的减小的情况下充分地维持动态范围时，光学传感器单元125可精确地检测位置偏离和浓度变化检测调色剂斑块(即，基准图案)203。更具体而言，本示例性实施例带来抑制光学传感器单元125的检测精度由于杂散光而劣化的效果。
以下将详细描述第二示例性实施例。如上所述，根据第一示例性实施例的方法包括在具有前表面和后表面的由玻璃环氧树脂制成的基板301中形成通孔207，在该前表面和后表面上，可用钻401安装电子组件。第二示例性实施例与第一示例性实施例的不同在于，如图6所示，基板201包含由纸苯酚树脂制成的(paperphenolresin-made)基板层701，该基板层701具有上面可安装电子组件的仅一个表面。此外，如后面参照图7详细描述的那样，根据第二示例性实施例的方法包括执行冲压加工(presswork)，以按照跨着基板201延伸的方式用模子(die)801形成通孔207。其余的组件在其与在第一示例性实施例中描述的组件类似时被赋予已在第一示例性实施例中描述的附图标记。因此，将避免对其的重复描述。
图6是还没有形成通孔207的状态中的基板201的截面图。基板201由基板层701、铜箔层302和焊料抵抗层303构成。基板层701是由纸苯酚树脂制成的部件。铜箔层302被设置在基板层701的仅一个表面上。铜箔层302的遮光性能高于基板层701的遮光性能，具体地，对于相同的光量，铜箔层302比基板层701能够遮蔽更多的光。优选地，铜箔层302与基板层701相比具有优异的遮光性能。铜箔层302覆盖与通孔207对应的区域。
图7是基板201的截面图(图中上部)和上表面示图(图中下部)的组，其示出了通孔207的形成。该截面图示出沿虚线803切取的基板201的截面。模子801是可用于压力加工以在基板201中开出通孔207的加工工具。各通孔207跨着焊料抵抗层303、铜箔层302和基板层301垂直地从基板201的前表面到后表面垂直地延伸。通孔207所设置在的部分是存在铜箔层302的区域。因此，铜箔层302可以按照覆盖与通孔207的外径基本上同样的位置的方式被设置。信号线405在基板201的表面上形成，并且与发光元件202、光接收元件204和205、电子电路组件(未示出)、以及图1所示的CPU109电连接。
图8示出在发光元件202和光接收元件204、205被安装于包含在其中形成的通孔207的基板201上并且外壳206被附接于基板201上的状态下的、光学传感器单元125的截面图(图中上部)和上表面示图(图中下部)的组。图8所示的配置与图5所示的配置的不同在于：铜箔层302和焊料抵抗层303被设置在基板201的仅一个表面上，以及用于形成通孔207的方法。铜箔层302所设置在的区域覆盖发光元件202和光接收元件204、205的安装位置以及包围通孔207的各区域A。铜箔层302沿通孔207的内圆柱表面延伸。如路径P所示，从发光元件202发射的光在区域A中被铜箔层302反射。换句话说，铜箔层302防止发射的光进入基板层701。由于防止不必要的光进入基板层701，因此，可以防止从发光单元发射的光变为在基板中行进的干扰光并且到达光接收元件204和205。
此外，如路径Q所示，从通孔207与遮光部件206之间的空隙泄漏到基板201的后表面的光被间隔物208的前表面吸收。
如上所述，根据本示例性实施例，防止在基板层701中行进的干扰光进入光接收元件204和205是可行的。此外，防止经由遮光部件206与通孔207之间的空隙而泄漏的光进入光接收元件204和205是可行的。因此，光学传感器单元125可在位置偏离和浓度变化检测调色剂斑块(即，基准图案)203的检测中确保足够的动态范围(即，最大输出值与最小输出值的比)。当在不导致不希望的减小的情况下充分地维持动态范围时，光学传感器单元125可精确地检测在图像承载部件(诸如中间转印部件119或感光鼓115)的表面上形成的位置偏离和浓度变化检测调色剂斑块(即，基准图案)203。更具体而言，本示例性实施例带来抑制光学传感器单元125的检测精度由于杂散光而劣化的效果。
根据本发明，抑制检测精度由于杂散光而劣化是可行的。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (16)

1.一种光学设备，其特征在于，所述光学设备包括：
发光部件；
光接收部件；
基板，包含板状基板层和板状导电层，所述发光部件和所述光接收部件安装在该基板上；以及
遮光部件，被设置在所述光接收部件与所述发光部件之间，并且被插入在基板的设置在所述光接收部件与所述发光部件之间的通孔中，
其中，所述光接收部件被配置为接收来自被从所述发光部件发射的光照射的部分的反射光，以及
其中，所述导电层的遮光性能高于所述基板层的遮光性能，并且，所述导电层暴露于所述通孔的内圆柱表面。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中，当沿所述通孔的轴向观看时，所述导电层被设置在所述通孔的周围。
3.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述导电层是由铜制成的层。
4.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述基板是由玻璃环氧树脂制成的部件。
5.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述遮光部件包含覆盖所述发光部件的部分和覆盖所述光接收部件的部分。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的光学设备，还包括：
支持部件，该支持部件支撑所述基板；以及
间隔物部件，设置在所述支持部件与所述基板之间，
其中，所述间隔物部件具有面向所述基板的后表面的对向表面，所述基板具有上面安装有所述发光部件和所述光接收部件的前表面，所述对向表面是黑色表面和/或无光泽加工表面。
7.根据权利要求6所述的光学设备，其中，所述支持部件由金属制成。
8.根据权利要求1所述的光学设备，其中，调色剂图像在被从所述发光部件发射的光照射的所述部分处被形成。
9.一种光学设备，其特征在于，所述光学设备包括：
发光部件；
光接收部件；
基板，包含板状基板层和板状导电层，所述发光部件和所述光接收部件安装在该基板上；以及
遮光部件，被设置在所述光接收部件与所述发光部件之间，并且被插入在基板的设置在所述光接收部件与所述发光部件之间的通孔中，
其中，所述光接收部件被配置为接收来自被从所述发光部件发射的光照射的部分的反射光，以及
其中，所述导电层的遮光性能高于所述基板层的遮光性能，并且，所述通孔是通过在存在所述导电层的部分处执行冲压加工而在所述基板中形成的。
10.根据权利要求9所述的光学设备，其中，所述基板是由纸苯酚树脂制成的部件。
11.一种光学设备，其特征在于，所述光学设备包括：
发光部件；
光接收部件；
基板，包含板状基板层和板状导电层，所述发光部件和所述光接收部件安装在该基板上；以及
遮光部件，被设置在所述光接收部件与所述发光部件之间，并且被插入在基板的设置在所述光接收部件与所述发光部件之间的通孔中，
其中，所述光接收部件被配置为接收来自被从所述发光部件发射的光照射的部分的反射光，以及
其中，所述导电层的遮光性能高于所述基板层的遮光性能，并且，所述通孔是通过在存在所述导电层的部分处执行切割加工而在所述基板中形成的。
12.根据权利要求11所述的光学设备，其中，所述基板是玻璃环氧树脂部件。
13.根据权利要求9～12中的任一项所述的光学设备，其中，所述导电层是由铜制成的层。
14.一种图像形成设备，包括根据权利要求1所述的光学设备和承载调色剂图像并且用作被照射的所述部分的图像承载部件。
15.一种图像形成设备，包括根据权利要求9所述的光学设备和承载调色剂图像并且用作被照射的所述部分的图像承载部件。
16.一种图像形成设备，包括根据权利要求11所述的光学设备和承载调色剂图像并且用作被照射的所述部分的图像承载部件。
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