JP2002229280A - トナー位置ずれ検出センサおよびそれを用いたカラー画像形成装置ならびにトナー位置ずれ検出方法 - Google Patents

トナー位置ずれ検出センサおよびそれを用いたカラー画像形成装置ならびにトナー位置ずれ検出方法

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JP2002229280A JP2001024297A JP2001024297A JP2002229280A JP 2002229280 A JP2002229280 A JP 2002229280A JP 2001024297 A JP2001024297 A JP 2001024297A JP 2001024297 A JP2001024297 A JP 2001024297A JP 2002229280 A JP2002229280 A JP 2002229280A
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Shinya Kawanishi
信也 川西
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナー濃度とトナーの位置ずれの両者を検出
することができるトナー位置ずれ検出センサおよびそれ
を備えるカラー画像形成装置ならびにトナー位置ずれ検
出方法を提供する。 【解決手段】 赤外発光ダイオード２から照射された赤
外光は、被検出物であるトナーで反射され、その反射光
はフォトダイオード３によって受光される。信号検出回
路は、フォトダイオード３の出力電流を電圧に変換する
アンプ５、カラートナー濃度検出のために回路定数を最
適化したアンプ６、トナー位置ずれ検出のために回路定
数を最適化したアンプ７、トナー位置ずれ検出のために
回路定数を最適化したアンプ８が２段階に接続されて構
成される。１段目のアンプ５の出力電圧は、これらの２
段目のアンプ６，７，８によって更に増幅され、カラー
トナー検出出力Ｖｏ１，黒トナー検出出力Ｖｏ２，トナ
ー位置ずれ検出出力Ｖｏ３として出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラー複写機およ
びカラープリンタなどのカラー画像形成装置において、
画像形成に用いられるトナーの濃度および位置ずれを検
出するトナー位置ずれ検出センサおよびそれを用いたカ
ラー画像形成装置ならびにトナー位置ずれ検出方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、カラー複写機およびカラープリン
タなどのカラー画像形成装置では、トナーの濃度を検出
するためのセンサと、トナーの位置ずれを検出するため
のセンサが別々に取り付けられている。トナーの濃度を
検出するためのセンサは、たとえば、特開平９−８９７
６９号公報、特開平１０−６２３４０号公報、特開平１
０−１８６８２７号公報、および特開平１１−８４７６
８号公報などに開示されている。これらの公報に開示さ
れているトナーの濃度の検出では、トナーに赤外光を照
射し、その反射率の違いによって濃度を検出している。
【０００３】一方、トナーの位置ずれを検出するためセ
ンサは、図７（ａ）に示すように、光源２１にレーザあ
るいはレンズで光束を細く絞ったＬＥＤを用い、コリメ
ート光を感光体ドラム３０に照射し、一定の回転速度で
感光体ドラム３０を回転させたとき、イエロー（Ｙ）ト
ナー、マゼンタ（Ｍ）トナー、シアン（Ｃ）トナー、ブ
ラック（Ｋ）トナーの反射光を受光素子２２によって検
出し、各トナーを検出する時間間隔を測定することでト
ナーの位置ずれ検出している。
【０００４】図７（ａ）に示すトナー位置ずれセンサ２
０では、たとえば、図７（ｂ）に示すようにＹおよび
Ｋ、ＭおよびＫ、ＣおよびＫのトナーの検出時間の間隔
ｔ１、ｔ２、ｔ３を測定し、Ｋトナーを基準にしてＹト
ナー、Ｍトナー、Ｃトナーの位置ずれを検出するように
している。この検出結果に基づいて、たとえばＹトナー
とＫトナーとの検出時間の間隔ｔ１が所定の値より大き
くなっていれば、ＹトナーがＫトナーに対してずれてい
る、あるいは、ＭトナーとＫトナーとの検出時間の間隔
ｔ２が所定の値より小さくなっていれば、ＭトナーがＫ
トナーを基準にしてずれていることを検出することがで
きる。また、ｔ１およびｔ２のずれ量によってＹトナー
およびＭトナーのずれも検出することができる。このよ
うにしてＫトナーに対して、Ｙ、Ｍ、Ｃの各トナーの検
出時間の間隔がどれだけずれているかによってトナーの
位置ずれを検出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
トナー濃度センサでは、トナーの濃度のみしか検出でき
ず、従来のトナー位置ずれ検出センサでは、トナーの位
置ずれのみしか検出できない。したがって、トナーの濃
度とトナーの位置ずれを検出するためには、トナー濃度
検出のためのセンサとトナーの位置ずれ検出のためのセ
ンサとの２つのセンサが必要であるため、カラー画像形
成装置のコストが高くなり、また、カラー画像形成装置
内にこれら２つのセンサを配置するスペースが多く必要
であるといった問題があった。
【０００６】本発明の目的は、トナー濃度とトナーの位
置ずれの両者を、同じ発光素子および受光素子を用いて
検出した信号を用いて検出することができるトナー位置
ずれ検出センサおよびそれを備えるカラー画像形成装置
ならびにトナー位置ずれ検出方法を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、電子写真方式
のカラー画像形成装置に用いられるトナー位置ずれ検出
センサであって、被検出物上の所定の領域に光を照射す
る発光素子と、前記発光素子から照射され、被検出物表
面で反射した反射光を受光する受光素子と、前記受光素
子からの信号に基づいてトナー濃度を検出するトナー濃
度検出手段と、前記受光素子からの信号に基づいてトナ
ーの位置ずれを検出するトナー位置ずれ検出手段とを備
えることを特徴とするトナー位置ずれ検出センサであ
る。
【０００８】本発明に従えば、トナー濃度検出手段およ
びトナー位置ずれ検出手段は、同じ発光素子から照射さ
れ被反射物の表面で反射した反射光を受光した受光素子
からの信号に基づいて検出を行うので、トナー濃度検出
およびトナー位置ずれ検出を別々のセンサで行うよりも
センサを小さくすることができ、コストの低減を図るこ
とができる。
【０００９】また本発明は、前記トナー位置ずれ検出手
段は、同一エリア内に形成されるイエロー、マゼンタ、
シアンのいずれか１色のカラートナーと、黒トナーとの
ずれを検出することを特徴とする。
【００１０】本発明に従えば、前記トナー位置ずれ検出
手段は、イエロー、マゼンタ、シアンのカラートナーと
黒トナーとの、光の反射率の相違を利用することでカラ
ートナーと黒トナーとのずれを検出することができる。
【００１１】また本発明は、前記トナー位置ずれ検出手
段は、予め定める一定量ずらして配置される各カラート
ナーと黒トナーとの配列パターンのずれを検出すること
を特徴とする。
【００１２】本発明に従えば、前記トナー位置ずれ検出
手段は、予め定める一定量ずらして形成してあるカラー
トナーと、黒トナーとの配列パターンからカラートナー
と黒トナーとのずれを検出することができる。
【００１３】また本発明は、前記トナー位置ずれ検出手
段は、配列パターン幅の半分をずらして配置されるカラ
ートナーと黒トナーとの配列パターンのずれを検出する
ことを特徴とする。
【００１４】本発明に従えば、前記トナー位置ずれ検出
手段は、各カラートナーおよび黒トナーは配列パターン
が重なるように、配列パターン幅の半分ずらして配置さ
れるカラートナーと黒トナーとのずれを検出する。した
がって、各カラートナーおよび黒トナーとの重なりの程
度によって変化する反射率の相違から位置ずれの検出を
行うことができる。
【００１５】また本発明は、前記トナー位置ずれ検出手
段は、等間隔のストライプ形状のカラートナーおよび黒
トナーの位置ずれを検出することを特徴とする。
【００１６】本発明に従えば、前記トナー位置ずれ検出
手段は、等間隔のストライプ形状のカラートナーおよび
黒トナーの位置ずれを検出することによって、トナーの
位置ずれ方向を容易に検出することができる。
【００１７】また本発明は、前記トナー位置ずれ検出手
段は、カラートナーとこのカラートナーの上に一部が重
なるように形成された黒トナーとの位置ずれを検出する
ことを特徴とする。
【００１８】本発明に従えば、カラートナーは黒トナー
の上に一部が重なるように形成されるので、カラートナ
ーと黒トナーの位置ずれが生じると重なる領域が変化す
ることによって、トナー位置ずれ検出手段はカラートナ
ーと黒トナーとの位置ずれを検出することができる。
【００１９】また本発明は、前記トナー位置ずれ検出手
段は、黒トナーとこの黒トナーの上に一部が重なるよう
に形成されたカラートナーとの位置ずれを検出すること
を特徴とする。
【００２０】本発明に従えば、黒トナーはカラートナー
の上に一部が重なるように形成されるので、カラートナ
ーと黒トナーの位置ずれが生じると重なる領域が変化す
ることによってトナー位置ずれ検出手段はカラートナー
と黒トナーとの位置ずれを検出することができる。
【００２１】また本発明は、前記トナー濃度検出手段の
出力をトナー位置ずれ検出手段の出力にフィードバック
させることを特徴とする。
【００２２】本発明に従えば、トナー濃度検出手段でト
ナーの濃度を検出した後、この検出結果をトナー位置ず
れ検出手段にフィードバックしてトナー位置ずれ検出用
パターンのトナー濃度を適正なものとすることによっ
て、トナー位置ずれ検出手段による検出を精度よく行う
ことができる。
【００２３】また本発明は、前記トナー濃度検出手段お
よびトナー位置ずれ検出手段を構成する信号処理回路
は、２段階のアンプによって構成され、１段目のアンプ
には、ＣＭＯＳのオペアンプを用い、２段目のアンプに
は、バイポーラのオペアンプを用い、１段目のアンプに
感度調整用ボリュウムを備えることを特徴とする。
【００２４】本発明に従えば、トナー濃度検出手段およ
びトナー位置ずれ検出手段を構成する信号処理回路は、
２段階のアンプによって構成される。その１段目のアン
プには、受光素子からの出力信号が入力バイアス電流と
して消費されないＣＭＯＳを用い、２段目のアンプに
は、入力オフセット電圧が小さいバイポーラのオペアン
プを用いることで信号検出回路の誤差が小さくすること
ができる。また、１段目のアンプには、感度調整用ボリ
ュウムを設けることによって、受光素子からの信号のば
らつきを調整することができる。
【００２５】また本発明は、前記１段目のアンプおよび
２段目のアンプの基準電圧を供給する定電圧回路を含む
ことを特徴とする。
【００２６】本発明に従えば、１段目のアンプおよび２
段目のアンプの基準電圧は定電圧回路によって供給され
るので、電源電圧の変動によってセンサの出力への影響
を抑えることができる。
【００２７】また本発明は、前記発光素子は発光ダイオ
ードから成り、アノードは駆動電源に接続され、カソー
ドは電流制御を行うためのコネクタに接続されることを
特徴とする。
【００２８】本発明に従えば、発光素子の光量変化に対
して外部より電流を可変し制御することができるので、
発光素子の光量変化の影響を受けない特性を得ることが
できる。
【００２９】また本発明は、前記発光素子および受光素
子を各々１個備え、前記発光素子および受光素子の光軸
は被検出物上の１点で交わり、前記受光素子は、発光素
子から照射され、被検出物表面で反射する鏡面反射成分
を受光しない位置に配置されることを特徴とする。
【００３０】本発明に従えば、発光素子から照射され、
被検出物表面によって鏡面反射される光が受光素子によ
って受光されず、被検出物に付着したトナーの拡散反射
される光のみが受光素子によって受光されるので、たと
えば、発光素子に赤外光を用いた場合に拡散反射光の反
射率の低い黒トナーおよび赤外光の反射率の高いカラー
トナーの濃度と、位置ずれを正確に検出することができ
る。
【００３１】また本発明は、前記発光素子を１個および
前記受光素子を２個備え、前記発光素子および受光素子
の光軸は被検出物上の１点で交わり、一方の受光素子
は、発光素子から照射され、被検出物表面で反射する鏡
面反射成分を受光しない位置に配置され、他方の受光素
子は、発光素子から照射され、被検出物表面で反射する
鏡面反射成分を受光する位置に配置されることを特徴と
する。
【００３２】本発明に従えば、発光素子から照射され、
被検出物表面に付着したトナーの拡散反射される光およ
び鏡面反射される光が受光素子によって受光されるの
で、たとえば、黒いベルト状の転写媒体（中間転写体）
に付着したトナーを、発光素子に赤外光を用いて検出す
る場合に、赤外光の反射率の高いカラートナーおよび黒
いベルト状の転写媒体に付着した黒トナーの濃度と、位
置ずれを正確に検出することができる。
【００３３】また本発明は、前記トナー位置ずれ検出セ
ンサを用いることを特徴とするカラー画像形成装置であ
る。
【００３４】本発明に従えば、前記トナー位置ずれセン
サを用いてカラー画像形成装置を構成することによっ
て、色再現がよく、位置ずれのない画像を形成すること
ができる。
【００３５】また本発明は、電子写真方式のカラー画像
形成装置に用いられるトナー位置ずれ検出方法であっ
て、黒トナーとカラートナーとが所定量重なるパターン
に光を照射し、受光した光量に基づいてトナーの位置ず
れを検出することを特徴とするトナー位置ずれ検出方法
である。
【００３６】本発明に従えば、黒トナーとカラートナー
とが所定量重なるように形成し、このパターンに、たと
えば発光素子などによって光を照射し、反射した光を、
たとえば受光素子などによって受光した光量によってト
ナーの位置ずれを検出するので、トナーの位置ずれを容
易に検出することができる。また、パターンに照射する
光がレーザのようなコリメート光でなく、広がりを持っ
た光を用いて検出することができるので、コストの低減
を図ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
あるトナー位置ずれ検出センサ１を示すブロック図であ
る。トナー位置ずれ検出センサ１は、発光素子である赤
外発光ダイオード（ＬＥＤ）２、受光素子であるフォト
ダイオード（ＰＤ）３、および前記受光素子の出力を処
理する信号処理回路４を含み構成される。
【００３８】赤外発光ダイオード２から照射された赤外
光は、被検出物であるトナーで反射され、その反射光は
フォトダイオード３によって受光される。フォトダイオ
ード３は、受光した光量に応じて電流を出力し、この出
力は信号検出回路４で処理される。
【００３９】信号処理回路４は、アンプが多段接続され
て構成される回路であり、電流電圧変換部および電圧増
幅部から構成される。１段目のアンプ５は、フォトダイ
オード３の出力電流を電圧に変換するための電流電圧変
換部としての役割を担う。黒トナーの濃度を検出する場
合は、黒トナーからの反射率が小さくなるため、フォト
ダイオード３の出力電流が小さくなる。このため、１段
目のアンプ５の入力バイアス電流が大きいと、フォトダ
イオード３の出力電流の一部がアンプの入力バイアス電
流として消費されることになり、電流電圧変換での誤差
が大きくなってしまうため、１段目のアンプ５には、入
力バイアス電流の大きなバイポーラのオペアンプではな
く、入力バイアス電流の小さなＣＭＯＳ（Complementar
y MetalOxide Semiconductor）のオペアンプを使用して
いる。また最近では、ＣＭＯＳ以外のＦＥＴ（Field Ef
fect Transistor）のオペアンプでも、入力バイアス電
流がＣＭＯＳのオペアンプ並みに小さいものがあるの
で、１段目のアンプ５にはこのようなオペアンプを用い
てもよい。
【００４０】１段目のアンプ５の出力電圧は、電圧増幅
部である２段目のアンプ６． ７．８に入力される。２
段目のアンプ６は、カラートナーの濃度検出のために回
路定数を最適化したアンプであり、アンプ７は、黒トナ
ーの濃度検出のために回路定数を最適化したアンプであ
り、アンプ８は、トナー位置ずれの検出のために回路定
数を最適化したアンプである。１段目のアンプ５の出力
電圧は、これらの２段目のアンプ６，７，８によって更
に増幅され、出力電圧Ｖｏ１（カラートナー検出出
力），Ｖｏ２（黒トナー検出出力），Ｖｏ３（トナー位
置ずれ検出出力）として出力される。
【００４１】本実施形態では、上記２段目のアンプ６，
７，８にバイポーラのオペアンプを用いている。これ
は、１段目のアンプ５には、出力インピータンスの低い
ＣＭＯＳのオペアンプを用いているので、第２のアンプ
６，７，８への入力バイアス電流はほとんど出力電圧Ｖ
ｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３に影響がないこと、また２段目の
アンプでは、このアンプの入力オフセット電圧が増幅さ
れて、出力に誤差として現れるのことを考慮すると、２
段目のアンプ６，７，８には、入力オフセット電圧がＣ
ＭＯＳより小さいバイポーラのオペアンプを使用する方
が出力電圧の誤差は少なくなるためである。
【００４２】１段目のアンプ５には、感度調整用ボリュ
ウムＶＲが設けてある。赤外発光ダイオード２の発光光
量は個々のサンプルおよび製品毎に、ばらつきがある。
また、フォトダイオード３の感度も同様に個々のサンプ
ルおよび製品毎に、ばらついている。したがって、これ
らのばらつきを持った赤外発光ダイオード２およびフォ
トダイオード３を本発明のトナー位置ずれ検出センサ１
に用いたときに、フォトダイオード３の出力電流は、最
大出力電流と最小出力電流では何倍もばらついてしまう
ので、結果として個々の製品間でかなり大きくばらつい
たものとなる。このような場合に、感度調整用ボリュウ
ムＶＲを調整することによって、製品としてのトナー位
置ずれ検出センサ１の出力のばらつきがないようにする
ことができる。
【００４３】電流電圧変換部である１段目のアンプ５お
よび増幅回路部である２段目のアンプ６，７，８には、
基準電圧がそれぞれ必要であるが、電源電圧変動によっ
て基準電圧が変動すると出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ
３に影響が出る。この出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３
への影響を避けるため、レギュレータなどを用いて電源
電圧変動の影響を受けない定電圧回路を設け、この回路
出力電圧を利用して各々のアンプの基準電圧を作るのが
よい。
【００４４】次に、トナー位置ずれ検出センサ１を用い
たトナーの位置ずれの検出方法について述べる。トナー
位置ずれ検出センサ１は、カラー画像形成装置に用いら
れる。図２は、カラー画像形成装置の感光体（感光ドラ
ム）９に形成されるトナー濃度の検出のためのパターン
およびトナーの位置ずれ検出のためのパターンの一例
と、トナー検出センサ１の配置を示す図である。感光体
９は円筒形であり、回転軸を中心として図２の矢符Ａの
方向に回転する。トナー濃度検出用パターンとトナー位
置ずれ検出用パターンとは、感光体９の端部、つまり画
像形成領域外に形成される。トナー位置ずれ検出センサ
１は、この感光体９に形成されたトナー濃度検出および
トナー位置ずれ検出用パターンに前記赤外発光ダイオー
ド２からの赤外光を照射し、前記パターンからの反射光
をフォトダイオード３で受光できる位置に配置される。
【００４５】図３は、トナー位置ずれ検出センサ１の概
略断面図である。赤外発光ダイオード２およびフォトダ
イオード３は、それぞれの光軸が感光体９の表面上で一
点で交わるように配置されている。また、フォトダイオ
ード３は、赤外発光ダイオード２から照射され、感光体
９や感光体９上に形成されるトナーで鏡面反射された鏡
面反射光は受けず、拡散反射光のみを受ける位置に配置
されている。これによって、精度よくトナー濃度および
トナー位置ずれ検出を行うことができる。
【００４６】トナー濃度の検出用パターンは、Ｙ（イエ
ロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（ブ
ラック）の４色のトナーのパターンがそれぞれ独立して
形成されている。トナー位置ずれ検出センサ１は、赤外
発光ダイオード２が赤外光を感光体９に照射し、感光体
９に付着したトナーによる反射光をフォトダイオード３
で受光する。カラートナーは、感光体９に付着する量
（カラートナー濃度）が増加すると、感光体９表面によ
る鏡面反射光量は減少する。しかし、感光体９の表面に
よる赤外光の反射率よりも各カラートナーによる赤外光
の反射率が大きいために、感光体９に付着する各カラー
トナーの量が増加すると、拡散反射される赤外光の光量
が増加することとなる。カラートナーとは逆に、感光体
９に付着する黒トナー量が増加すると、拡散反射される
赤外光の光量が減少することとなる。これによって、こ
れら４色のトナー濃度検出用パターンからの反射光から
トナー濃度に対応した出力電圧を得ることができ、トナ
ー濃度を検出することができる。
【００４７】トナー位置ずれ検出用パターンは、３色の
カラートナーおよび黒トナーをそれぞれ重ねて、Ｙトナ
ーとＫトナーを重ねたパターン（Ｙ＋Ｋ）、Ｍトナーと
Ｋトナーを重ねたパターン（Ｍ＋Ｋ）、およびＣトナー
とＫトナーを重ねたパターン（Ｃ＋Ｋ）を形成してお
く。図４は、トナー位置ずれ検出用パターンの拡大斜視
図である。本実施形態のトナー位置ずれ検出用パターン
は、１ｍｍ幅の黒トナーのラインが１ｍｍの間隔をあけ
てストライプ状に配置され、これと同じく１ｍｍ幅のカ
ラートナーのラインが１ｍｍの間隔をあけてストライプ
状に配置される。これらのストライプは感光体９の長手
方向に平行に形成され、また、カラートナーが黒トナー
の上にパターン幅の半分、つまり黒トナーで形成される
ストライプの１ラインの幅の半分の上にカラートナーの
ストライプの１ラインが重なった状態で形成されてい
る。
【００４８】図４に示されるトナー位置ずれ検出用パタ
ーンを感光体９を臨む位置に配置されるトナー位置ずれ
検出センサ１側から見ると、１ｍｍ幅のカラートナー、
０．５ｍｍ幅の黒トナー、および０．５ｍｍ幅の感光体
９が見える。この状態を基準として黒トナーに対し、カ
ラートナーの位置が図４の矢符＋Ａ方向（感光体９の回
転方向Ａ）にずれていくと、黒トナーの幅は０．５ｍｍ
より大きくなっていき、また、感光体９の幅は０．５ｍ
ｍより小さくなっていく。カラートナーの位置が＋Ａ方
向に０．５ｍｍずれたときは、黒トナーの幅は１ｍｍで
あり、カラートナーの幅も１ｍｍとなり、感光体の幅は
０ｍｍとなり見えなくなる。逆に前記基準位置より黒ト
ナーに対し、カラートナーの位置が−Ａ方向（感光体９
の回転方向Ａとは反対方向）にずれると、黒トナーの幅
は０．５ｍｍより小さくなっていき、感光体の幅は０．
５ｍｍより大きくなっていく。カラートナーの位置が−
Ａ方向に０．５ｍｍずれたときは、黒トナーの幅は０ｍ
ｍ、カラートナーの幅は１ｍｍとなり、転写体の幅は１
ｍｍとなる。このように、黒トナーの位置に対してカラ
ートナーの位置がずれることによって、黒トナーの幅が
増減し、これと共に感光体９の幅も減増する。
【００４９】図５は、トナーの位置ずれを検出したトナ
ー位置ずれ検出出力である出力電圧Ｖｏ３の検出結果を
示すグラフである。赤外発光ダイオード２の発光波長で
あるλ＝９５０ｎｍの波長付近においては、黒トナーの
反射率がもっとも低く１０％以下である。また、感光体
９の反射率は５０％前後であり、カラートナーの反射率
はＹ，Ｍ，Ｃのいずれも同じで９０％以上である。
【００５０】基準位置に対するカラートナーのずれが０
から＋Ａ方向に０．５ｍｍまでは、位置ずれに応じて黒
トナーの幅が増加して感光体９の幅が減る。したがっ
て、基準位置でのフォトダイオード３の受光量に対し
て、カラートナーの位置ずれが大きくなるほどフォトダ
イオード３の受光量は下がっていき、これと共に出力電
圧Ｖｏ３は低下し、カラートナーの位置ずれが＋Ａ方向
に０．５ｍｍで最小値を示す。＋Ａ方向へのカラートナ
ーの位置ずれ量が０．５ｍｍを超えると黒トナー幅が１
ｍｍより再び減少し始めることによって、出力電圧Ｖｏ
３は再び増加し始める。
【００５１】同様に、基準位置に対するカラートナーの
位置ずれが０から−Ａ方向に０．５ｍｍまでの間は、位
置ずれに応じて黒トナーの幅が減少して感光体９の幅が
増加する。したがって、基準位置でのフォトダイオード
３の受光量に対して、カラートナーのずれが大きくなる
ほどフォトダイオード３の受光量は上がっていき、これ
と共に出力電圧Ｖｏ３は増加し、カラートナーの位置ず
れが−Ａ方向に０．５ｍｍで最大値を示す。−Ａ方向へ
のカラートナーの位置ずれ量が０．５ｍｍを黒トナー幅
が０より再び増加し始めることによって、出力電圧Ｖｏ
３は再び減少し始める。
【００５２】たとえば、＋Ａ方向に０．６ｍｍの位置ず
れが起こるとすると、−Ａ方向に０．４ｍｍの位置ずれ
が生じたときの出力電圧Ｖｏ３と同じになり＋Ａ方向に
０．６ｍｍの位置ずれと−Ａ方向に０．４ｍｍの位置ず
れとを識別できない。したがって、検出可能な位置ずれ
検出の範囲は、基準位置に対して＋Ａ方向および−Ａ方
向に０．５ｍｍ以内の範囲である。
【００５３】本実施形態では、黒トナーのライン幅とそ
のラインの間隔およびカラートナーのライン幅とそのラ
イン幅の間隔をそれぞれ１ｍｍとして、カラートナーを
黒トナーに０．５ｍｍずつ重ねて配置したが、黒トナー
およびカラートナーのライン幅とそのライン幅の間隔と
は、位置ずれ量の見込みに応じて最適に設計すればよ
い。
【００５４】このようにして、黒トナーを基準にして
Ｙ、Ｍ、Ｃの各カラートナーの位置ずれ量を事前に検出
しておき、たとえば黒トナーに対してＹトナーが＋Ａ方
向に０．２ｍｍずれているという検出結果になった場
合、実際の原稿をコピーする際にはＹトナーを付着させ
る際に−Ａ方向に０．２ｍｍ分の位置補正をしてＹトナ
ーを付着させることによって、Ｙトナーと黒トナーとを
位置ずれなくコピーすることができる。また、以上は感
光体９の周方向（＋Ａ方向および−Ａ方向）の位置ずれ
検出について述べたが、上述した位置ずれ検出量パター
ンのストライプ形状を９０°回転させて、ストライプの
方向を感光体９の感光体９の回転軸と平行に配置した
（Ｙ＋Ｋ）、（Ｍ＋Ｋ）、（Ｃ＋Ｋ）の各パターンを形
成することによって、感光体９の長手方向の位置ずれの
検出も可能となる。
【００５５】また、本実施形態では、黒トナーの上にカ
ラートナーを重ねてトナー位置ずれパターンを形成して
いるが、逆にカラートナーの上に黒トナーを重ねてトナ
ー位置ずれパターンを形成してもトナーの位置ずれの検
出が可能である。
【００５６】赤外発光ダイオード２の発光光量が、周囲
の温度によって変動したり、経年変化によって変動した
りすると、カラーおよび黒トナー濃度検出出力Ｖｏ１，
Ｖｏ２、トナー位置ずれ検出出力Ｖｏ３に影響を及ぼ
す。この赤外発光ダイオード２の発光光量の変動による
検出結果への影響を避けるため、トナーを付着させてい
ない時に感光体９に赤外光を照射して感光体９からの反
射光量を測定し、そのときの出力が一定の値になるよう
に赤外発光ダイオード２の電流を調整し、調整した赤外
発光ダイオード２によってトナー濃度およびトナーの位
置ずれ検出を行えばよい。この赤外発光ダイオード２に
流す電流をトナー位置ずれセンサ１の外部から調整でき
るように、赤外発光ダイオード２のアノードは電源電圧
に接続しておき、カソードはコネクタによって外部端子
とすればよい。この外部端子に電流制御装置を接続する
ことによって赤外発光ダイオード２の出力を容易に調整
することができる。
【００５７】また、トナー濃度の検出出力Ｖｏ１，Ｖｏ
２によって、たとえばＹトナーが濃い、あるいはＭトナ
ーが薄いといった判定を行い、実際のコピー時には、Ｙ
トナーの画像を感光体９上に描くときは感光体の電位を
下げて、Ｍトナーの画像を描く時は感光体の電位を上げ
てＭトナーおよびＹトナーを感光体９に付着させるとい
うフィードバックを行うことによって適正なトナーの付
着を行うことができる。しかしながら、トナー濃度が変
動し、適正な値になっていなければ、トナー位置検出結
果に影響が出てしまう。これを避けるため、トナー濃度
の検出を行った後、その結果をフィードバックしてトナ
ーの位置ずれ検出用パターンの作成時のトナー濃度を適
正なものにすることによって、トナー位置ずれ検出をよ
り高精度に行うことができる。
【００５８】カラー画像形成装置の感光体９上に形成し
たトナーの濃度およびトナーの位置ずれの検出は、上述
したような赤外発光ダイオード２から照射された赤外光
の感光体９やトナーによる拡散反射の光を受ける光学系
によってＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対してそれぞれ検出可能であ
るが、黒いベルト状の転写媒体（中間転写体）を用いた
カラー画像形成装置において、黒いベルト状の転写媒体
に付着させたトナーの濃度およびトナーの位置ずれを検
出する場合、前記拡散反射を受ける光学系ではＫトナー
と、黒いベルト状の転写媒体との識別が難しい。この場
合には、上述した拡散反射を受ける光学系によってＹ、
Ｍ、Ｃのカラートナーを検出し、赤外発光ダイオードと
受光素子とを鏡面反射の位置に配置する光学系によって
Ｋトナー濃度を検出することによって、高精度にトナー
の検出を行うことが可能である。
【００５９】図６は、黒いベルト状の転写媒体１３に形
成されたトナーを検出する場合のトナー位置ずれ検出セ
ンサの発光素子と受光素子との位置関係を示す図であ
る。赤外発光ダイオード１０と２つのフォトダイオード
１１，１２の光軸が黒いベルト状の転写媒体１０の上で
１点で交わるように配置し、また、フォトダイオード１
１は拡散反射光のみを受光する位置に配置し、フォトダ
イオード１２は赤外発光ダイオード１０の鏡面反射の位
置に配置して、検出した電流を前記信号検出回路と同様
な回路で検出することによって、トナー濃度とトナーの
位置ずれとを検出することができる。この場合のトナー
濃度検出およびトナー位置ずれ検出用パターンは、上述
のパターンを用いればよい。
【００６０】また、本発明のトナー位置ずれ検出センサ
は、感光ドラムに付着させたトナーの濃度および位置ず
れを検出しているが、感光ドラムではなく転写ドラム
（中間転写体）に付着させたトナーを検出することで、
トナーの濃度およびトナーの位置ずれを検出してもよ
い。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、トナー濃度検出手段お
よびトナー位置ずれ検出手段は、同じ発光素子から照射
され、被反射物表面で反射された反射光を受光した受光
素子からの信号に基づいて検出を行うので、トナー濃度
検出およびトナー位置ずれ検出を別々のセンサで行うよ
りもセンサを小さくすることができ、コストの低減を図
ることができる。
【００６２】また本発明によれば、前記トナー位置ずれ
検出手段は、イエロー、マゼンタ、シアンのカラートナ
ーと黒トナーとの、光の反射率の相違を利用することで
カラートナーと黒トナーとのずれを検出することができ
る。
【００６３】また本発明によれば、前記トナー位置ずれ
検出手段は、予め定める一定量ずらして形成してあるカ
ラートナーと、黒トナーとの配列パターンからカラート
ナーと黒トナーとのずれを検出することができる。
【００６４】また本発明によれば、前記トナー位置ずれ
検出手段は、各カラートナーおよび黒トナーは配列パタ
ーンが重なるように、配列パターン幅の半分ずらして配
置されるカラートナーと黒トナーとのずれを検出する。
したがって、各カラートナーおよび黒トナーとの重なり
の程度によって変化する反射率の相違から位置ずれの検
出を行うことができる。
【００６５】また本発明よれば、前記トナー位置ずれ検
出手段は、等間隔のストライプ形状のカラートナーおよ
び黒トナーの位置ずれを検出することによって、トナー
の位置ずれ方向を容易に検出することができる。
【００６６】また本発明によれば、カラートナーは黒ト
ナーの上に一部が重なるように形成されるので、カラー
トナーと黒トナーの位置ずれが生じると重なる領域が変
化することによって、トナー位置ずれ検出手段はカラー
トナーと黒トナーとの位置ずれを検出することができ
る。
【００６７】また本発明よれば、黒トナーはカラートナ
ーの上に一部が重なるように形成されるので、カラート
ナーと黒トナーの位置ずれが生じると重なる領域が変化
することによってトナー位置ずれ検出手段はカラートナ
ーと黒トナーとの位置ずれを検出することができる。
【００６８】また本発明によれば、トナー濃度検出手段
でトナーの濃度を検出した後、この検出結果をトナー位
置ずれ検出手段にフィードバックしてトナー位置ずれ検
出用パターンのトナー濃度を適正なものとすることによ
って、トナー位置ずれ検出手段による検出を精度よく行
うことができる。
【００６９】また本発明によれば、トナー濃度検出手段
およびトナー位置ずれ検出手段を構成する信号処理回路
は、２段階のアンプによって構成される。その１段目の
アンプには、受光素子からの出力信号が入力バイアス電
流として消費されないＣＭＯＳを用い、２段目のアンプ
には、入力オフセット電圧が小さいバイポーラのオペア
ンプを用いることで信号検出回路の誤差が小さくするこ
とができる。また、１段目のアンプには、感度調整用ボ
リュウムを設けることによって、受光素子からの信号の
ばらつきを調整することができる。
【００７０】また本発明よれば、１段目のアンプおよび
２段目のアンプの基準電圧は定電圧回路によって供給さ
れるので、電源電圧の変動によってセンサの出力への影
響を抑えることができる。
【００７１】また本発明よれば、発光素子の光量変化に
対して外部より電流を可変し制御することができるの
で、発光素子の光量変化の影響を受けない特性を得るこ
とができる。
【００７２】また本発明よれば、発光素子から照射さ
れ、被検出物表面によって鏡面反射される光が受光素子
によって受光されず、被検出物に付着したトナーの拡散
反射される光のみが受光素子によって受光されるので、
たとえば、発光素子に赤外光を用いた場合に拡散反射光
の反射率の低い黒トナーおよび赤外光の反射率の高いカ
ラートナーの濃度と、位置ずれを正確に検出することが
できる。
【００７３】また本発明よれば、発光素子から照射さ
れ、被検出物表面に付着したトナーの拡散反射される光
および鏡面反射される光が受光素子によって受光される
ので、たとえば、黒いベルト状の転写媒体（中間転写
体）に付着したトナーを、発光素子に赤外光を用いて検
出する場合に、赤外光の反射率の高いカラートナーおよ
び黒いベルト状の転写媒体に付着した黒トナーの濃度
と、位置ずれを正確に検出することができる。
【００７４】また本発明によれば、前記トナー位置ずれ
センサを用いてカラー画像形成装置を構成することによ
って、色再現がよく、位置ずれのない画像を形成するこ
とができる。
【００７５】また本発明によれば、黒トナーとカラート
ナーとが所定量重なるように形成し、このパターンに、
たとえば発光素子などによって光を照射し、反射した光
を、たとえば受光素子などによって受光した光量によっ
てトナーの位置ずれを検出するので、トナーの位置ずれ
を容易に検出することができる。また、パターンに照射
する光がレーザのようなコリメート光でなく、広がりを
持った光を用いて検出することができるので、コストの
低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるトナー位置ずれ検
出センサ１を示すブロック図である。
【図２】トナー位置ずれ検出センサ１の概略断面図であ
る。
【図３】カラー画像形成装置の感光体（感光ドラム）９
に形成されるトナー濃度の検出およびトナーの位置ずれ
検出のためのパターンの一例と、トナー位置ずれ検出セ
ンサ１の配置を示す図である。
【図４】トナー位置ずれ検出用パターンの斜視図であ
る。
【図５】トナー位置ずれ検出結果であるトナー位置ずれ
検出出力Ｖｏ３の検出結果を示す図である。
【図６】黒いベルト状の転写媒体に形成されたトナーを
検出する場合のトナー位置ずれ検出センサの発光素子と
受光素子との位置関係を示す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、従来のトナーの位置ず
れの検出方法示す説明図である。
【符号の説明】 １ トナー位置ずれ検出センサ ２，１０ 赤外発光ダイオード ３，１１，１２ フォトダイオード ４ 信号処理回路 ５，６，７，８ アンプ ９ 感光体 １３ 黒いベルト状の転写媒体

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子写真方式のカラー画像形成装置に用
    いられるトナー位置ずれ検出センサであって、 被検出物上の所定の領域に光を照射する発光素子と、 前記発光素子から照射され、被検出物表面で反射した反
    射光を受光する受光素子と、 前記受光素子からの信号に基づいてトナー濃度を検出す
    るトナー濃度検出手段と、 前記受光素子からの信号に基づいてトナーの位置ずれを
    検出するトナー位置ずれ検出手段とを備えることを特徴
    とするトナー位置ずれ検出センサ。
  2. 【請求項２】 前記トナー位置ずれ検出手段は、同一エ
    リア内に形成されるイエロー、マゼンタ、シアンのいず
    れか１色のカラートナーと、黒トナーとのずれを検出す
    ることを特徴とする請求項１記載のトナー位置ずれ検出
    センサ。
  3. 【請求項３】 前記トナー位置ずれ検出手段は、予め定
    める一定量ずらして配置される各カラートナーと黒トナ
    ーとの配列パターンのずれを検出することを特徴とする
    請求項２記載のトナー位置ずれ検出センサ。
  4. 【請求項４】 前記トナー位置ずれ検出手段は、配列パ
    ターン幅の半分をずらして配置されるカラートナーと黒
    トナーとの配列パターンのずれを検出することを特徴と
    する請求項３記載のトナー位置ずれ検出センサ。
  5. 【請求項５】 前記トナー位置ずれ検出手段は、等間隔
    のストライプ形状のカラートナーおよび黒トナーの位置
    ずれを検出することを特徴とする請求項２〜４のいずれ
    か１つに記載のトナー位置ずれ検出センサ。
  6. 【請求項６】 前記トナー位置ずれ検出手段は、カラー
    トナーとこのカラートナーの上に一部が重なるように形
    成された黒トナーとの位置ずれを検出することを特徴と
    する請求項２〜５のいずれか１つに記載のトナー位置ず
    れ検出センサ。
  7. 【請求項７】 前記トナー位置ずれ検出手段は、黒トナ
    ーとこの黒トナーの上に一部が重なるように形成された
    カラートナーとの位置ずれを検出することを特徴とする
    請求項２〜５のいずれか１つに記載のトナー位置ずれ検
    出センサ。
  8. 【請求項８】 前記トナー濃度検出手段の出力をトナー
    位置ずれ検出手段の出力にフィードバックさせることを
    特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のトナー
    位置ずれ検出センサ。
  9. 【請求項９】 前記トナー濃度検出手段およびトナー位
    置ずれ検出手段を構成する信号処理回路は、２段階のア
    ンプによって構成され、 １段目のアンプには、ＣＭＯＳのオペアンプを用い、 ２段目のアンプには、バイポーラのオペアンプを用い、 １段目のアンプに感度調整用ボリュウムを備えることを
    特徴とする請求項１記載のトナー位置ずれ検出センサ。
  10. 【請求項１０】 前記１段目のアンプおよび２段目のア
    ンプの基準電圧を供給する定電圧回路を含むことを特徴
    とする請求項１０記載のトナー位置ずれ検出センサ。
  11. 【請求項１１】 前記発光素子は発光ダイオードから成
    り、アノードは駆動電源に接続され、 カソードは電流制御を行うためのコネクタに接続される
    ことを特徴とする請求項１記載のトナー位置ずれ検出セ
    ンサ。
  12. 【請求項１２】 前記発光素子および受光素子を各々１
    個備え、 前記発光素子および受光素子の光軸は被検出物上の１点
    で交わり、 前記受光素子は、発光素子から照射され、被検出物表面
    で反射する鏡面反射成分を受光しない位置に配置される
    ことを特徴とする請求項１記載のトナー位置ずれ検出セ
    ンサ。
  13. 【請求項１３】 前記発光素子を１個および前記受光素
    子を２個備え、 前記発光素子および受光素子の光軸は被検出物上の１点
    で交わり、 一方の受光素子は、発光素子から照射され、被検出物表
    面で反射する鏡面反射成分を受光しない位置に配置さ
    れ、 他方の受光素子は、発光素子から照射され、被検出物表
    面で反射する鏡面反射成分を受光する位置に配置される
    ことを特徴とする請求項１記載のトナー位置ずれ検出セ
    ンサ。
  14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれか１つのトナ
    ー位置ずれ検出センサを用いることを特徴とするカラー
    画像形成装置。
  15. 【請求項１５】 電子写真方式のカラー画像形成装置に
    用いられるトナー位置ずれ検出方法であって、 黒トナーとカラートナーとが所定量重なるパターンに光
    を照射し、受光した光量に基づいてトナーの位置ずれを
    検出することを特徴とするトナー位置ずれ検出方法。
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