JP2005077685A - Powder sticking amount conversion method, powder sticking amount detector, and image forming device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to detect the sticking amount of powder such as toner always stably and correctly over the whole range. <P>SOLUTION: In the powder sticking amount conversion method, the sensitivity correction of diffused light output is performed on the basis of arithmetic processing result of an arithmetic processing means by using a plurality of gradation patterns of powder having different sticking amount which are continuously formed on the surface to be detected, an optical detection means which is arranged on a position opposite to the surface to be detected and is capable of detecting regular reflection light and diffused reflection light concurrently and the arithmetic processing means which arithmetically processes a regular reflection light output voltage and a diffused light output voltage obtained by detecting the surface to be detected and the gradation patterns by means of the optical detection means. Thereby, the diffused light output correction value is converted into a value determined unequivocally with respect to the powder sticking amount. Therein, the sticking amount range of powder patterns used in the calculation of sensitivity correction coefficient of the diffused light output is determined so as to satisfy a prescribed conditional relation among particle size, density and roundness of the powder to be detected. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、トナー等の粉体の付着量検知における粉体付着量変換方法、上記方法を実施して粉体付着量を検出する粉体付着量検出装置、および上記方法または装置を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置に関する。   The present invention relates to a powder adhesion amount conversion method in powder adhesion amount detection of toner or the like, a powder adhesion amount detection apparatus for detecting the powder adhesion amount by performing the above method, and a copy using the above method or apparatus. The present invention relates to an image forming apparatus such as a printer, a printer, a facsimile, or a plotter.

従来より、電子写真方式を用いた複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置では、常に安定した画像濃度が得られるようにするために、感光体等の像担持体上に濃度検知用トナーパッチ(以下、濃度パターン又は濃度検知用パターンともいう)を作成し、そのパッチ濃度を光学的検知手段により検知し、その検知結果に基づいて現像ポテンシャルを変更(具体的には、LDパワー、帯電バイアス、現像バイアスの変更)するようになっている。
また、2成分現像方式の場合には、現像器内のトナー濃度制御目標値を変更することにより最大目標付着量(目標IDを得るための付着量)が狙いの値となるような画像濃度制御を行っている。
Conventionally, in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a laser beam printer, a density detection toner patch is provided on an image carrier such as a photoconductor in order to always obtain a stable image density. (Hereinafter also referred to as a density pattern or density detection pattern), the patch density is detected by an optical detection means, and the development potential is changed based on the detection result (specifically, LD power, charging bias) , Change of development bias).
In the case of the two-component development method, image density control is performed such that the maximum target adhesion amount (adhesion amount for obtaining a target ID) becomes a target value by changing the toner density control target value in the developing device. It is carried out.

このような濃度検知用パッチ検出手段としては、発光素子(発光手段)としてLEDを、受光素子(受光手段)としてPD(フォトダイオード)又はPTr(フォトトランジスタ)を組み合わせた反射型センサが一般的に知られている。
そのセンサ構成としては、(1) 図2に示すように、正反射光のみを検出するタイプ(特許文献1(特開2001-324840号公報)等参照)、(2) 図3に示すように、拡散反射光のみを検出するタイプ(特許文献2(特開平5-249787号公報)、特許文献3(特許第3155555号公報)等参照)、(3) 図4に示すように、両者を検出するタイプ(特許文献4(特開2001-194843号公報)等参照)の3つのタイプがある。図2、図3、図4において、符号50A、50B、50Cは素子ホルダを、51はLEDを、52は正反射受光素子を、53は検知対象面を、54は検知対象面上のトナーパッチを、55は拡散反射受光素子をそれぞれ示している。
近年においては、(4) 図5に示すように、発光側、受光側の光路にビームスプリッタを設けたタイプ(特許文献5(特許第2729976号公報)、特許文献6(特開平10-221902号公報)、特許文献7(特開2002-72612号公報)等参照)も多く用いられるようになってきた。図5において、符号56はLEDを、57、58はビームスプリッタを、59はP波光(正反射光)に対する受光手段としてのフォトダイオードを、60はS波光(拡散反射光)に対する受光手段としてのフォトダイオードをそれぞれ示している。
As such a density detection patch detection means, a reflection type sensor in which an LED as a light emitting element (light emitting means) and a PD (photodiode) or PTr (phototransistor) as a light receiving element (light receiving means) is generally combined. Are known.
As the sensor configuration, (1) as shown in FIG. 2, a type that detects only specularly reflected light (see Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-324840) etc.), (2) as shown in FIG. , A type that detects only diffuse reflected light (refer to Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-249787), Patent Document 3 (Japanese Patent No. 3155555), etc.), (3) As shown in FIG. There are three types (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-194843). 2, 3, and 4, reference numerals 50 </ b> A, 50 </ b> B, and 50 </ b> C denote element holders, 51 denotes an LED, 52 denotes a regular reflection light receiving element, 53 denotes a detection target surface, and 54 denotes a toner patch on the detection target surface. , 55 denotes a diffuse reflection light receiving element.
In recent years, (4) as shown in FIG. 5, a type in which a beam splitter is provided on the light path on the light emitting side and the light receiving side (Patent Document 5 (Patent No. 2729976)), Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-221902). Gazette), and patent document 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-72612) etc. have also been widely used. In FIG. 5, 56 is an LED, 57 and 58 are beam splitters, 59 is a photodiode as a light receiving means for P wave light (regular reflection light), and 60 is a light receiving means for S wave light (diffuse reflected light). Each photodiode is shown.

特開2001−324840号公報JP 2001-324840 A 特開平5−249787号公報JP-A-5-249787 特許第3155555号公報Japanese Patent No. 3155555 特開2001−194843号公報JP 2001-194443 A 特許第2729976号公報Japanese Patent No. 2729976 特開平10−221902号公報JP-A-10-221902 特開2002−72612号公報JP 2002-72612 A 特開2001−215850号公報JP 2001-215850 A

上述の公開公報及び特許公報の多くがカラー画像形成装置に関するものであることが示す通り、カラー画像形成装置では画像濃度の変動が色味変動につながるために、画像濃度を安定させるべく、濃度検知用パターンの付着量を正確に検知し、濃度制御することが重要となる。
ここで安定させるべき画像濃度とは「出力画像の画像濃度」であるため、従来のモノクロ画像形成装置が感光体上で濃度検知を行っていたのに対し、カラー画像形成装置では、用紙に転写される直前の転写ベルト上で行うことが望ましく、また、画像濃度制御の狙いは最大目標付着量が狙いの値となるように制御することであるため、高付着量域まで正確に検知できることが望ましい。
しかしながら、従来の検知手法では付着量全域に亘って常に安定した正確な付着量検知を行うことは困難であった。
As many of the above-mentioned publications and patent publications relate to a color image forming apparatus, since color density fluctuations in the color image forming apparatus lead to color fluctuations, density detection is required to stabilize the image density. It is important to accurately detect the amount of the applied pattern and control the density.
Since the image density to be stabilized here is the “image density of the output image”, the conventional monochrome image forming apparatus detects the density on the photoconductor, whereas the color image forming apparatus transfers it to the paper. It is desirable to carry out on the transfer belt immediately before being applied, and the aim of the image density control is to control so that the maximum target adhesion amount becomes a target value, so that even a high adhesion amount region can be accurately detected. desirable.
However, with the conventional detection method, it is difficult to always perform stable and accurate adhesion amount detection over the entire adhesion amount.

本発明は、トナー等の粉体の付着量検知において、付着量全域に亘って常に安定した正確な付着量検知を行うことができる粉体付着量変換方法および上記方法を用いた粉体付着量検出装置を提供することを目的とし、さらには上記粉体付着量変換方法あるいは上記粉体付着量検出装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention relates to a powder adhesion amount conversion method capable of always detecting stable and accurate adhesion amount detection over the entire adhesion amount in powder adhesion amount detection such as toner, and a powder adhesion amount using the above method. An object of the present invention is to provide a detection apparatus, and further to provide an image forming apparatus using the powder adhesion amount conversion method or the powder adhesion amount detection apparatus.

上記目的を達成するため、本発明は以下のような手段を採用したものである。
本発明の第1の手段は、検知対象面上に連続的に複数個形成された付着量の異なる粉体の階調パターンと、検知対象面に対向する位置に配置され発光手段と受光手段を有して正反射光と拡散反射光を同時に検出可能な光学的検知手段と、検知対象面及び階調パターンを光学的検知手段により検知して得られる正反射光出力電圧と拡散光出力電圧を演算処理する演算処理手段を用い、上記演算処理手段の演算処理結果に基づき拡散光出力の感度補正を行うことにより拡散光出力補正値を粉体の付着量に対し一義に決まる値に変換処理を行う粉体付着量変換方法において、拡散光出力の感度補正係数算出に用いる粉体のパターンの付着量範囲が、検知対象である粉体の粒径、密度及び粉体の円形度との関係において下記の条件式を満たすように定めることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
The first means of the present invention comprises: a plurality of powder gradation patterns having different adhesion amounts formed continuously on the detection target surface; and a light emitting means and a light receiving means arranged at positions facing the detection target surface. Optical detection means capable of simultaneously detecting specular reflection light and diffuse reflection light, and a specular reflection light output voltage and a diffuse light output voltage obtained by detecting the detection target surface and the gradation pattern by the optical detection means. Using an arithmetic processing means for performing arithmetic processing, the diffused light output correction value is converted to a value uniquely determined with respect to the amount of powder adhering by performing sensitivity correction of the diffused light output based on the arithmetic processing result of the arithmetic processing means. In the powder adhesion amount conversion method to be performed, the powder pattern adhesion amount range used for calculating the sensitivity correction coefficient of the diffused light output depends on the particle size and density of the powder to be detected and the circularity of the powder. Set to satisfy the following conditional expression And wherein the Rukoto.

Figure 2005077685
Figure 2005077685

本発明の第2の手段は、第1の手段の粉体付着量変換方法において、上記粉体がトナーであることを特徴とする。   According to a second means of the present invention, in the powder adhesion amount conversion method of the first means, the powder is a toner.

本発明の第3の手段は、検知対象面上に付着量の異なる粉体の階調パターンを連続的に複数個形成する手段と、検知対象面に対向する位置に配置され発光手段と受光手段を有して正反射光と拡散反射光を同時に検出可能な光学的検知手段と、検知対象面及び階調パターンを光学的検知手段により検知して得られる正反射光出力電圧と拡散光出力電圧を演算処理する演算処理手段とを有し、第1または第2の手段の粉体付着量変換方法を用いて、上記検知対象面上に形成した複数個の階調パターンを付着量に変換して粉体付着量を検出することを特徴とする。   The third means of the present invention comprises means for continuously forming a plurality of powder gradation patterns having different adhesion amounts on the surface to be detected, light emitting means and light receiving means arranged at positions facing the surface to be detected. Optical detection means capable of simultaneously detecting specular reflection light and diffuse reflection light, and specular reflection output voltage and diffuse light output voltage obtained by detecting the detection target surface and the gradation pattern by the optical detection means And a plurality of gradation patterns formed on the detection target surface using the powder adhesion amount conversion method of the first or second means. And detecting the amount of adhered powder.

本発明の第4の手段は、複数の像担持体上に形成された画像を転写体上に担持されたシート状記録媒体に順次重ねて転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、第1または第2の手段の粉体付着量変換方法、あるいは第3の手段の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記転写体であることを特徴とする。
また、本発明の第5の手段は、複数の像担持体上に形成された画像を転写体上に担持されたシート状記録媒体に順次重ねて転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、第1または第2の手段の粉体付着量変換方法、あるいは第3の手段の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記像担持体であることを特徴とする。
The fourth means of the present invention is an image forming method capable of obtaining a color image by sequentially superimposing and transferring images formed on a plurality of image carriers onto a sheet-like recording medium carried on a transfer member. In the apparatus, the powder adhesion amount conversion method of the first or second means or the powder adhesion amount detection apparatus of the third means is used, and the detection target surface is the transfer body.
Further, the fifth means of the present invention can obtain a color image by sequentially superimposing and transferring images formed on a plurality of image carriers onto a sheet-like recording medium carried on the transfer member. In the image forming apparatus, the powder adhesion amount conversion method of the first or second means or the powder adhesion amount detection apparatus of the third means is used, and the detection target surface is the image carrier. To do.

本発明の第6の手段は、複数の像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ねて転写した後、シート状記録媒体に一括転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、第1または第2の手段の粉体付着量変換方法、あるいは第3の手段の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記中間転写体であることを特徴とする。
また、本発明の第7の手段は、複数の像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ねて転写した後、シート状記録媒体に一括転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、第1または第2の手段の粉体付着量変換方法、あるいは第3の手段の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記像担持体であることを特徴とする。
According to the sixth means of the present invention, a toner image formed on a plurality of image carriers can be sequentially transferred onto an intermediate transfer member and then transferred onto a sheet-like recording medium to obtain a color image. In another image forming apparatus, the powder adhesion amount conversion method of the first or second means or the powder adhesion amount detection apparatus of the third means is used, and the detection target surface is the intermediate transfer member. And
The seventh means of the present invention obtains a color image by transferring the toner images formed on a plurality of image carriers in succession to the intermediate transfer member and then transferring them onto a sheet-like recording medium. In the image forming apparatus capable of performing the above, the detection target surface is the image carrier using the powder adhesion amount conversion method of the first or second means or the powder adhesion amount detection apparatus of the third means. It is characterized by.

本発明の第8の手段は、1つの像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ねて転写した後、シート状記録媒体に一括転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、第1または第2の手段の粉体付着量変換方法、あるいは第3の手段の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記中間転写体であることを特徴とする。
また、本発明の第9の手段は、1つの像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ねて転写した後、シート状記録媒体に一括転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、第1または第2の手段の粉体付着量変換方法、あるいは第3の手段の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記像担持体であることを特徴とする。
The eighth means of the present invention can obtain a color image by transferring the toner images formed on one image carrier in succession to the intermediate transfer member and then transferring them all at once to a sheet-like recording medium. In another image forming apparatus, the powder adhesion amount conversion method of the first or second means or the powder adhesion amount detection apparatus of the third means is used, and the detection target surface is the intermediate transfer member. And
The ninth means of the present invention obtains a color image by transferring a toner image formed on one image carrier in succession to an intermediate transfer member and then transferring it onto a sheet-like recording medium. In the image forming apparatus capable of performing the above, the detection target surface is the image carrier using the powder adhesion amount conversion method of the first or second means or the powder adhesion amount detection apparatus of the third means. It is characterized by.

本発明の第10の手段は、第4乃至第9の手段うちの何れか1つの画像形成装置において、上記検知対象面上に形成した複数個の階調パターンを付着量に変換し、その付着量変換値に基づき、画像濃度制御を行うことを特徴とする。
また、本発明の第11の手段は、第4乃至第9の手段うちの何れか1つの画像形成装置において、上記粉体をトナーとし、上記条件式の粉体の粒径rを、トナー粒径公差の下限値としたことを特徴とする。
According to a tenth means of the present invention, in any one of the fourth to ninth means, the plurality of gradation patterns formed on the detection target surface are converted into an adhesion amount, and the adhesion is performed. Image density control is performed based on the amount conversion value.
The eleventh means of the present invention is the image forming apparatus according to any one of the fourth to ninth means, wherein the powder is a toner, and the particle size r of the powder of the conditional expression is a toner particle It is characterized by a lower limit value of the diameter tolerance.

本発明の粉体付着量変換方法においては、拡散光出力の感度補正係数の算出に用いる階調パターン(トナーパッチ)の付着量範囲の上限値を、トナー等の粉体の粒径、密度、及び円形度より合理的に求めることにより、より広い範囲で感度計算を行うことができるため、より精度の高い感度補正が行えるようになる。これにより、光学的検知手段のセンサの感度ばらつきをより高精度に補正することが可能となる。そして、この粉体付着量変換方法を用いた粉体付着量検出装置においては、正確な付着量検知を行なうことができる。
さらに、本発明の粉体付着量変換方法または粉体付着量検出装置を実機制御に搭載することにより、正確な付着量検知ができるので、経時に渡り、常に安定した画像濃度が得られるカラー画像形成装置を提供することができるようになる。
In the powder adhesion amount conversion method of the present invention, the upper limit value of the adhesion amount range of the gradation pattern (toner patch) used for calculating the sensitivity correction coefficient of the diffused light output is determined based on the particle diameter, density, Further, since the sensitivity calculation can be performed in a wider range by obtaining it more rationally from the circularity, more accurate sensitivity correction can be performed. Thereby, it becomes possible to correct the sensitivity variation of the sensor of the optical detection means with higher accuracy. In the powder adhesion amount detection apparatus using this powder adhesion amount conversion method, accurate adhesion amount detection can be performed.
In addition, by mounting the powder adhesion amount conversion method or powder adhesion amount detection device of the present invention in actual machine control, accurate adhesion amount detection can be performed, so that a color image that can always obtain a stable image density over time. A forming apparatus can be provided.

以下、本発明の構成、動作および作用を図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明における構成及び機能を説明する前に、本発明を具現化するに到った考察の経緯を説明する。
〔光学的検知手段の選定及びその機能についての考察〕
検知対象面としての転写ベルト上の濃度パターン検知にどのタイプのセンサを用いるかを考えた場合、前述したセンサタイプのうち、(1) の正反射光のみのタイプでは高付着量域まで検知できないという欠点がある。(2) の拡散反射光のみのタイプでは、もし仮に転写ベルトが黒であった場合(多くの場合、転写ベルトには抵抗調整剤としてカーボンを用いるために黒である場合が多い)、黒トナーを検知できないといった致命的な欠点、及び転写ベルト地肌部での拡散反射光出力はほぼゼロであるためにセンサ感度校正ができないという欠点がある。
このような問題に対処するために、(3)、(4)の両者併用タイプを用いて2つの受光センサの出力の差分を取ったり(特許文献3(特許第3155555号公報)、特許文献4(特開2001-194843号公報)等参照)、または比を取る(特許文献6(特開平10-221902号公報)等参照)ことにより付着量を検知する手法が多く提案されるようになってきたものと思われる。
Hereinafter, the configuration, operation and action of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, before describing the configuration and function of the present invention, the background of the study that has led to the realization of the present invention will be described.
[Selection of optical detection means and consideration of its function]
When considering which type of sensor is used to detect the density pattern on the transfer belt as the detection target surface, among the sensor types mentioned above, the type with only specular reflection (1) cannot detect even the high adhesion amount range. There is a drawback. In the case of only the diffusely reflected light type (2), if the transfer belt is black (in many cases, the transfer belt is often black because carbon is used as a resistance adjusting agent), black toner is used. Have a fatal defect that the sensor cannot be detected, and the diffuse reflected light output at the transfer belt background is almost zero, so that the sensor sensitivity cannot be calibrated.
In order to deal with such a problem, the difference between the outputs of the two light receiving sensors is obtained by using both types (3) and (4) (Patent Document 3 (Patent No. 3155555) or Patent Document 4). (Refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2001-194843) or a ratio (see Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-221902), etc.), and many methods for detecting the amount of adhesion have been proposed. It seems to have been.

しかしながら、(3)、(4)の両者併用タイプを用いた従来の検知手法では、下記に述べる理由により、常に安定し且つ正確な付着量検知を行うことは難しいものと思われる。
[1]発光素子出力、受光素子出力のロットばらつきが考慮されていない(センサばらつき)。
[2]発光素子出力、受光素子出力の温度特性、及び経時劣化が考慮されていない(センサの変動)。
[3]検知対象面である転写ベルトの経時劣化による影響が考慮されていない(ベルトの変動)。
この点について以下に詳述する。
However, with the conventional detection method using the combination type of (3) and (4), it is considered difficult to always stably and accurately detect the adhesion amount for the reasons described below.
[1] Lot variation of light emitting element output and light receiving element output is not considered (sensor variation).
[2] Temperature characteristics of light emitting element output, light receiving element output, and deterioration with time are not taken into consideration (sensor fluctuation).
[3] The influence of deterioration over time of the transfer belt, which is the detection target surface, is not considered (belt fluctuation).
This point will be described in detail below.

[1]についての説明
センサの素子ばらつきがどのくらいあるのかを調べるために、LED(発光素子)、PTr(フォトトランジスタ)をそれぞれ数ロット(1ロット=197個)ずつ、以下の方法による出力測定により、ばらつき幅の評価を行った。
[発光素子側]
図2に示すセンサヘッドを用い、Vcc=5V、LED電流:If=14.2mA、受光素子固定とした条件で、発光素子を順次入れ替えていき、ある基準板に光を照射した時の受光素子の光電流:ILの測定を行い、発光出力の大小を判定した。
[受光素子側]
図2に示すセンサヘッドを用い、Vcc=5V、LED電流:If=14.2mA、発光素子固定とした条件で、受光素子を順次入れ替えていき、ある基準板に光を照射した時の受光素子の光電流:ILの測定を行い、受光感度の大小を判定した。測定結果を下記の表1に示す。
Explanation of [1] In order to investigate how much the sensor element varies, several lots (1 lot = 197 pieces) of LEDs (light emitting elements) and PTr (phototransistors) are measured by the following method. The variation width was evaluated.
[Light emitting element side]
The light receiving element when the light emitting element is sequentially switched and light is irradiated to a certain reference plate under the condition that the sensor head shown in FIG. 2 is used, Vcc = 5 V, LED current: If = 14.2 mA, and the light receiving element is fixed. The photocurrent: IL was measured, and the magnitude of the light emission output was determined.
[Light receiving element side]
The light receiving element when the light receiving element is sequentially replaced and light is irradiated to a certain reference plate under the condition that the sensor head shown in FIG. 2 is used, Vcc = 5 V, LED current: If = 14.2 mA, and light emitting element fixed. The photocurrent: IL was measured, and the magnitude of the light receiving sensitivity was determined. The measurement results are shown in Table 1 below.

Figure 2005077685
Figure 2005077685

表1から、発光素子側では2倍弱、受光素子側では4倍弱の出力ばらつきがあることが判った。
素子ばらつきの大きさは、素子の種別(トップビュータイプ、サイドビュータイプ)、及び製造メーカにより異なると思われるが、少なくとも調整が必要となるレベルでのばらつきはどの素子を用いた場合でもあるはずである。
この点について、上記各従来技術においては何ら言及されていない。これは当然のことだという認識からであると思われるが、従来技術に記載されているような手法で正確な付着量検知を行うためには、センサ(素子)の出荷検査段階で厳密な出力調整が必要である。
From Table 1, it was found that the output variation was slightly less than twice on the light emitting element side and slightly less than four times on the light receiving element side.
The size of the element variation seems to vary depending on the type of element (top view type, side view type) and manufacturer, but at least the variation at the level that requires adjustment should be no matter which element is used. It is.
This point is not mentioned at all in each of the above prior arts. It seems that this is a matter of course, but in order to accurately detect the amount of adhesion using the method described in the prior art, strict output is required at the inspection stage of the sensor (element). Adjustment is required.

そこでもし仮に調整がなかった場合にどうなるかについて、実験データを基にして予測した結果を以下に説明する。
図6は、図4に示すセンサを用いて、転写ベルト上のカラートナー付着量を測定した結果であり、横軸:付着量に対し、縦軸に正反射光出力電圧、及び拡散反射光出力電圧をプロットしたものである。
ここで、発光素子、正反射光受光素子、拡散反射光素子それぞれに素子ばらつきがあった場合でも、少なくとも正反射光出力については、ベルト地肌部にて出力が最大となる特性を持つことから、ベルト地肌部での出力がある値(この場合は3.0V)となるようにLED電流を調整すれば、発光素子、正反射光受光素子ばらつきによる出力ばらつきを吸収することができるために、付着量に対するセンサ出力としてほぼ一義的な出力特性が得られる。
図6の大きな□印はLED調整後の拡散光出力をプロットした点であるが、もし仮に受光素子ばらつきが2倍あったとして、拡散反射光出力の受光素子を受光感度が1/2のものに変えたとすると、そのときの拡散光出力は小さな□印で表す出力(Vd/2)となるため、それぞれの場合について正反射光(Vr)との差分をとると、図7に示す通り、付着量に対する出力関係が一義的には決まらない。これは、比をとった場合でも同様である。
また、図7に示すように、付着量ゼロの点では2条件の値が一致していて、高付着量域ではこれがずれている場合には、従来より知られている正反射光出力の正規化処理のような演算を行ったとしても決して一義的に決めることはできない。
Therefore, what happens when there is no adjustment will be described below based on the prediction result based on experimental data.
FIG. 6 shows the result of measuring the amount of color toner adhering to the transfer belt using the sensor shown in FIG. 4. The horizontal axis: the amount of adhesion, the vertical axis represents the specular reflection light output voltage, and the diffuse reflection light output. The voltage is plotted.
Here, even when there is element variation in each of the light emitting element, the specular reflection light receiving element, and the diffuse reflection light element, at least for the specular reflection light output, since it has the characteristic that the output is maximum at the belt background, If the LED current is adjusted so that the output at the belt background becomes a certain value (3.0 V in this case), output variations due to variations in light emitting elements and regular reflection light receiving elements can be absorbed. An almost unique output characteristic can be obtained as the sensor output with respect to the quantity.
The large squares in FIG. 6 are the points where the diffused light output after LED adjustment is plotted. If the variation in the light receiving element is doubled, the light receiving element with the diffuse reflected light output has a light receiving sensitivity of 1/2. , The diffused light output at that time is an output (Vd / 2) represented by a small □ mark, and taking the difference from the specularly reflected light (Vr) in each case, as shown in FIG. The output relationship with the amount of adhesion is not uniquely determined. This is the same even when the ratio is taken.
In addition, as shown in FIG. 7, when the values of the two conditions coincide with each other at the point where the amount of adhesion is zero, and when these values are deviated in the high amount of adhesion region, the regular output of the specular reflection light output conventionally known is normal. Even if an operation such as a conversion process is performed, it cannot be determined uniquely.

以上より、「正反射光出力」と「拡散反射光出力」との差分、あるいは比データを元に付着量変換を行う場合には、「正反射光出力」と「拡散反射光出力」の関係が常にある関係を満足する必要があり、そのためには例えばセンサの出荷検査段階で、ある基準板に対する正反射光出力と拡散反射光出力との関係を厳密に調整する等のばらつき補正が必要となる。
仮に上記従来技術に記載された手法が上に述べた通りの調整がなされた上での話であったとしても、やはり単に差分を取る、あるいは比を取るというだけでは、[2]、[3]に挙げた変動要因(センサの変動、ベルトの変動)により、正確な付着量検知ができない。ここでは、先に[3]に挙げた変動要因について説明する。
Based on the above, the relationship between “regular reflection light output” and “diffuse reflection light output” when the amount of adhesion is converted based on the difference between “regular reflection light output” and “diffuse reflection light output” or ratio data. It is necessary to always satisfy a certain relationship, and for this purpose, for example, at the sensor shipping inspection stage, it is necessary to correct variations such as strictly adjusting the relationship between the specular reflection light output and the diffuse reflection light output with respect to a certain reference plate. Become.
Even if the technique described in the above-mentioned prior art is a story after the adjustment as described above, it is still [2], [3] that simply taking the difference or taking the ratio. ] Cannot be detected accurately due to the fluctuation factors (sensor fluctuation, belt fluctuation) listed above. Here, the variation factors listed in [3] will be described.

[3]についての説明
画像出力時、転写ベルトは常にシート状記録媒体としての転写紙と接触しているために、摩耗により経時的にベルト表面が荒れてきてしまう。また、白色剤が多く含まれる転写紙を連続的に通紙した場合には、経時的にベルト表面が白色化してきてしまう。
これについての実験結果を示す前に、正反射光出力、及び拡散反射光出力の状態変化要因について説明する。
正反射光出力とは、検知対象面で鏡面反射する光(入射角と反射角とが等しい)のことであり、検知対象面がつるつる(=鏡面光沢度が高い)の場合、図8に示すように、照射された光61は検知対象面53で僅かに拡散されるのみで、殆どが正反射光62として鏡面反射される。図8において、符号63は正反射光感度を、64は拡散反射光感度をそれぞれ分布領域的に示している。
また、図9に示すように、検知対象面53に粉体としてのトナー65が付着した場合、入射光61はトナー65で拡散されるために、正反射光62が減少し、逆に拡散反射光66が増加する。但し、拡散反射光66が増加するというのは、トナー65がカラートナーの場合であり、黒トナーである場合には、照射された光61はほとんど吸収されてしまうために、拡散反射光66はほとんど増加しない。
つまり、正反射光は検知対象物体の「表面性状特性(光沢度、表面粗さ等)の状態変化」により出力が変化し、拡散反射光出力は検知対象物体の「色特性(明度等)の状態変化」により出力が変化するという具合に、互いに全く独立した要因によって出力が変化するものなのである。
Explanation for [3] Since the transfer belt is always in contact with the transfer paper as the sheet-like recording medium during image output, the surface of the belt becomes rough over time due to wear. In addition, when the transfer paper containing a large amount of white agent is continuously fed, the belt surface becomes white over time.
Before showing the experimental result about this, the state change factor of regular reflection light output and diffuse reflection light output is demonstrated.
The specularly reflected light output is light that is specularly reflected by the detection target surface (incident angle and reflection angle are equal), and when the detection target surface is smooth (= high specular gloss), it is shown in FIG. As described above, the irradiated light 61 is only slightly diffused on the detection target surface 53, and most of the light is specularly reflected as the regular reflection light 62. In FIG. 8, reference numeral 63 indicates the specular reflection light sensitivity, and 64 indicates the diffuse reflection light sensitivity in a distributed area.
As shown in FIG. 9, when the toner 65 as powder adheres to the detection target surface 53, the incident light 61 is diffused by the toner 65, so that the regular reflection light 62 is reduced and conversely diffuse reflection. Light 66 increases. However, the diffuse reflected light 66 increases when the toner 65 is a color toner. When the toner 65 is a black toner, the irradiated light 61 is almost absorbed. Little increase.
That is, the output of specularly reflected light changes due to the “change in state of surface property (glossiness, surface roughness, etc.) of the object to be detected, and the diffuse reflected light output is the“ color characteristic (lightness, etc.) of the object to be detected. The output changes due to factors completely independent of each other, such as the output changing due to the “state change”.

次に実験結果について説明する。図1に示す4連タンデム直接転写方式のカラー画像形成装置において、経時で転写ベルト表面が荒れた場合、及び白色化した場合を想定して、「鏡面光沢度(Gs)」と「明度(L)」が異なる3種類の転写ベルト上に16階調パターンを作像し、これらパターンのセンサ検知出力の比較により経時変動した場合の結果の予測を行った。以下に実験の諸条件を示す。
<転写ベルト(検知対象面)>
黒色ベルト・・・鏡面光沢度:Gs(60)=57、 明度:L=10
茶色ベルト・・・鏡面光沢度:Gs(60)=27、 明度:L=25
灰色ベルト・・・鏡面光沢度:Gs(60)=5、 明度:L=18
<検知センサ(光学的検知手段)> 図4に示したセンサの詳細仕様
[発光側]
素子:GaAs赤外発光ダイオード(ピーク発光波長:λp=950nm)、トップビュータイプ
スポット径:φ1.0mm
[受光側]
素子:Siフォトトランジスタ(ピーク分光感度:λp=800nm)、トップビュータイプ
スポット径:正反射光受光側:φ1.0mm
拡散反射光受光側:φ3.0mm
検出距離:5mm(センサ上部〜検知対象面までの距離)
LED電流:25mA固定
<線速>
125mm/sec
<サンプリング周波数>
500Sampling/sec(=2msec毎)
注1:鏡面光沢度測定値は、日本電色製の光沢度計PG−1を使い、測定角度60°で測定した値である。
注2:明度は、X−Rite社製の分光測色計:X−Rite938を使い、光源:D50、視野角:2°で測定した値である。
Next, experimental results will be described. In the quadruple tandem direct transfer type color image forming apparatus shown in FIG. 1, assuming that the surface of the transfer belt is rough and whitened over time, “specular gloss (Gs)” and “lightness (L * ) A 16-tone pattern was formed on three types of transfer belts with different "", and the results were predicted when they varied over time by comparing the sensor detection output of these patterns. The conditions of the experiment are shown below.
<Transfer belt (detection target surface)>
Black belt: Specular gloss: Gs (60) = 57, Brightness: L * = 10
Brown belt: Specular gloss: Gs (60) = 27, Brightness: L * = 25
Gray belt: Specular gloss: Gs (60) = 5, Brightness: L * = 18
<Detection sensor (optical detection means)> Detailed specification of the sensor shown in FIG. 4 [light emission side]
Element: GaAs infrared light emitting diode (peak emission wavelength: λp = 950 nm), top view type Spot diameter: φ1.0 mm
[Light receiving side]
Element: Si phototransistor (peak spectral sensitivity: λp = 800 nm), top view type Spot diameter: specular reflection light receiving side: φ1.0 mm
Diffuse reflected light receiving side: φ3.0mm
Detection distance: 5 mm (distance from the top of the sensor to the detection target surface)
LED current: 25 mA fixed
<Line speed>
125mm / sec
<Sampling frequency>
500 Sampling / sec (= 2 msec)
Note 1: The specular gloss value is a value measured at a measurement angle of 60 ° using a gloss meter PG-1 made by Nippon Denshoku.
Note 2: Brightness is a value measured using a spectrocolorimeter: X-Rite 938 manufactured by X-Rite, with a light source of D50 and a viewing angle of 2 °.

図10に黒トナー付着量に対する正反射光出力特性を、図11にカラートナー付着量に対する正反射光出力特性を示す。
この実験ではセンサ側入力条件を固定(LED電流:If=25mA固定)として行っているので、ベルト地肌部の影響が及ばない高付着量域(M/A=0.4mg/cm以上)では3種類のベルトで正反射光出力(電圧)が略一致するが、ベルト地肌部の影響を受ける低付着量域(M/A=0.4mg/cm以下)では一致しない。
この結果から判る通り、経時的に転写ベルトの鏡面光沢度が低下、すなわち表面粗さが悪化した場合、付着量がゼロのベルト地肌部が露出している低付着量域では矢印で示すように正反射光出力(電圧)が低下してしまうことが判る。
FIG. 10 shows the regular reflection light output characteristic with respect to the black toner adhesion amount, and FIG. 11 shows the regular reflection light output characteristic with respect to the color toner adhesion amount.
In this experiment, the sensor side input condition is fixed (LED current: If = 25 mA fixed), so in the high adhesion amount region (M / A = 0.4 mg / cm 2 or more) where the influence of the belt background is not exerted. Although the specularly reflected light output (voltage) is substantially the same for the three types of belts, it is not the same in the low adhesion amount region (M / A = 0.4 mg / cm 2 or less) affected by the belt background.
As can be seen from this result, when the mirror glossiness of the transfer belt decreases with time, that is, when the surface roughness deteriorates, as indicated by the arrow in the low adhesion amount region where the belt background portion where the adhesion amount is zero is exposed. It can be seen that the specular reflection light output (voltage) decreases.

〔従来技術(タイプ(1) のセンサを用いた場合)の不具合についての考察〕
上記実験事実により、もし正反射出力のみしかもたないタイプ(1) のセンサにて付着量検知を行った場合の最大の難点は、カラー付着量検知において、付着量検知可能範囲が転写ベルトの光沢度低下に伴い経時的に狭くなってしまうということである。
その理由は、従来技術ではカラー付着量の付着量検知を以下のような付着量検知アルゴリズムで行うため、付着量に対するセンサ出力特性が図11に示される変曲点(極小値)以上の付着量は検知できないからである。
[Consideration of defects in conventional technology (when using type (1) sensor)]
Based on the above experimental facts, if the amount of adhesion is detected with a sensor of type (1) that has only specular reflection output, the biggest difficulty is that the amount of adhesion that can be detected is the gloss of the transfer belt. That is, it becomes narrower with time as the temperature decreases.
The reason for this is that, in the prior art, the adhesion amount detection of the color adhesion amount is performed by the following adhesion amount detection algorithm, so that the sensor output characteristic with respect to the adhesion amount is an adhesion amount greater than the inflection point (minimum value) shown in FIG. This is because cannot be detected.

<従来の正反射光出力タイプの付着量変換式>
正規化値=(パターン部出力電圧−Vmin)/(地肌部出力電圧−Vmin)
Vmin:複数のパターン部出力の最小値
<Conventional specular light output type adhesion amount conversion formula>
Normalized value = (pattern part output voltage−Vmin) / (background part output voltage−Vmin)
Vmin: Minimum value of multiple pattern output

図11で、各ベルトの出力最小値を近似曲線の変曲点計算により求めると、経時的にベルトが劣化するに従い、検知可能な最大付着量が0.36(57)、0.30(27)、0.17(5)という具合に狭くなっていることが判る(括弧( )内は光沢度値を示す)。付着量検知可能範囲は出力値と最小値となる付着量までである。
なお、黒トナー付着量検知については、単に出力SN比が低下するだけで、多少の検知精度の低下が生じるものの検知可能な最大付着量はほとんど変わることなく検知することができる。
In FIG. 11, when the output minimum value of each belt is obtained by calculating the inflection point of the approximate curve, the maximum detectable amount of adhesion is 0.36 (57), 0.30 (27) as the belt deteriorates over time. ), 0.17 (5), and the like (see the gloss value in parentheses ()). The adhesion amount detectable range is the output value and the adhesion amount that is the minimum value.
As for the black toner adhesion amount detection, the maximum detectable adhesion amount can be detected with little change, although the output SN ratio is simply lowered, and the detection accuracy is slightly reduced.

次に、横軸:黒トナー付着量に対する拡散光出力特性を図12に、横軸:カラートナー付着量に対する拡散反射光出力特性を図13に示す。
拡散反射光出力もベルト地肌部の影響を受けない高付着量域では3種類のベルトでは出力がほぼ一致するが、ベルト地肌部の明度変化の影響を受ける低付着量域では、明度変化の影響により出力が一致しない。
つまり、経時的に転写ベルトが白色化してきた場合、転写ベルト地肌部の拡散反射光出力が上昇することが判る。
Next, the horizontal axis: the diffused light output characteristic with respect to the black toner adhesion amount is shown in FIG. 12, and the horizontal axis: the diffuse reflected light output characteristic with respect to the color toner adhesion amount is shown in FIG.
Diffuse reflected light output is almost unaffected by the belt background, but the output is almost the same for the three types of belts. However, in the low adhesion amount area, which is affected by the change in brightness of the belt background, the effect of the change in brightness is low. Output does not match.
That is, it can be seen that when the transfer belt becomes white over time, the diffuse reflected light output of the transfer belt background portion increases.

〔従来技術(タイプ(2) のセンサを用いた場合)の不具合についての考察〕
上記実験事実により、拡散反射光出力のみしかもたないタイプ(2) のセンサにて付着量検知を行った場合の最大の難点は、まず第1に、検知対象面の経時的な特性変化を補正する手段を持たないこと、第2に、特には検知対象面が明度:L<20のような黒色であった場合において、センサ感度の校正を検知対象面で行えないこと、が挙げられる。
明度:L<20で感度校正ができなくなる理由は、地肌部からの拡散反射光出力がほぼゼロとなってしまうからである。
参考までに、本出願人が従来機に対して行っていたセンサの感度校正方法について述べると、工場にて画像形成装置に対しセンサを取り付けた後、ある白色基準板に対するセンサ出力がある値となるようにセンサ発光側LED電流調整を行っていた。ただ、このようにすれば初期的には調整できたとしても、センサの温度特性、経時のLED劣化等による感度変化に対する補正手段を持たないために、経時品質に対する確かなる保証が得られない。
[Consideration of defects in conventional technology (when using type (2) sensor)]
Based on the above experimental facts, the biggest difficulty when the amount of adhesion is detected with the sensor of type (2) that has only diffuse reflected light output. Secondly, the sensor sensitivity calibration cannot be performed on the detection target surface, particularly when the detection target surface is black, such as lightness: L * <20.
The reason why the sensitivity cannot be calibrated when the lightness is L * <20 is that the diffuse reflected light output from the background becomes almost zero.
For reference, the sensor sensitivity calibration method that the applicant has done for the conventional machine will be described. After the sensor is attached to the image forming apparatus at the factory, the sensor output for a certain white reference plate is a certain value. The LED light emission side adjustment of the sensor light emission side was performed so that it might become. However, even if it can be adjusted initially in this way, since there is no means for correcting the change in sensitivity due to the temperature characteristics of the sensor, LED degradation over time, etc., a reliable guarantee for quality over time cannot be obtained.

図14に鏡面光沢度と正反射光出力との相関について調べた結果を、図15に明度と拡散反射光出力との相関について調べた結果を示す。
図14は、「光沢度」と「明度」とがそれぞれ異なる42種類の転写ベルトを、図4に示した反射型フォトセンサを用いて、LED電流:20mA固定としたときの正反射光出力を横軸:60°光沢度に対してプロットしたものである。
横軸の光沢度測定値は、日本電色製の光沢度計PG−1を使い、測定角度60°で測定した値である。
図9に示すように、正反射光出力には拡散反射光成分が含まれるため、結果を明度の範囲毎にソートすれば、正反射光出力電圧は光沢度にほぼ直線的に比例する関係が得られることが判る。
このように直線的な比例関係が得られるのは、鏡面光沢度に対しては正に正反射光そのものを測定している関係にあるからである。(JISZ8741 鏡面光沢度−測定方法を参照)
FIG. 14 shows the result of examining the correlation between the specular gloss and the specular reflection light output, and FIG. 15 shows the result of examining the correlation between the brightness and the diffuse reflection light output.
FIG. 14 shows the specular reflection light output when 42 types of transfer belts having different “glossiness” and “lightness” are fixed to LED current: 20 mA using the reflection type photosensor shown in FIG. Horizontal axis: plotted against 60 ° gloss.
The gloss value measured on the horizontal axis is a value measured at a measurement angle of 60 ° using a Nippon Denshoku gloss meter PG-1.
As shown in FIG. 9, since the regular reflection light output includes a diffuse reflection light component, if the results are sorted for each brightness range, the regular reflection light output voltage has a relationship that is approximately linearly proportional to the glossiness. It turns out that it is obtained.
The reason why the linear proportional relationship is obtained in this way is that the specular reflection itself is measured with respect to the specular glossiness. (Refer to JISZ8741 Specular Gloss-Measurement Method)

図15は、これと同時に測定した拡散反射光出力を、横軸:ベルトの明度に対してプロットしたグラフである。図15において[−]は単位が無いことを意味する。
横軸の明度は、X−Rite社製の分光測色計:X−Rite938を使い、光源:D50、視野角:2°で測定した値である。
両者の関係は光源、測定角度等の違いがあるために直線的な関係とはならないが、光沢度の影響を受けることなく、ほぼ同一カーブ上にプロットされることから、拡散反射光出力は正反射光出力に対し独立であることが判る。
FIG. 15 is a graph in which the diffuse reflected light output measured at the same time is plotted with respect to the horizontal axis: the brightness of the belt. In FIG. 15, [-] means that there is no unit.
The brightness on the horizontal axis is a value measured using a spectrocolorimeter: X-Rite 938 manufactured by X-Rite Co., Ltd., with a light source: D50 and a viewing angle: 2 °.
The relationship between the two is not a linear relationship because of differences in the light source, measurement angle, etc., but since it is plotted on the same curve without being affected by the glossiness, the diffuse reflected light output is positive. It can be seen that it is independent of the reflected light output.

経時で転写ベルト表面が荒れてきてベルト地肌部の正反射光出力が低下した場合、または白色化して地肌部の拡散反射光出力が増加した場合、もしくはこれら2つが同時に進行した場合、これらのいずれにおいても「正反射光出力」と「拡散反射光出力」との関係は崩れてしまうために、単に2出力の差分を取る、もしくは比を取るだけでは出力を初期状態と同じにはできない。
故に、これに基づいて付着量変換を行っても、決して初期と同じ結果を得ることはできない。また、付着量変換までせず、この結果を直接濃度制御にフィードバックしても、初期とずれた結果となるだけである。
When the surface of the transfer belt becomes rough with time and the specular reflection light output of the belt background portion decreases, or when the diffuse reflection light output of the background portion increases due to whitening, or when these two progress simultaneously, either of these Since the relationship between “regular reflection light output” and “diffuse reflection light output” is broken, the output cannot be made the same as the initial state simply by taking the difference between the two outputs or taking the ratio.
Therefore, even if the adhesion amount conversion is performed based on this, the same result as the initial stage can never be obtained. Even if the amount of adhesion is not converted and this result is directly fed back to the density control, the result only deviates from the initial value.

そこで、ベルト光沢度低下により正反射光出力が低下した場合、その分LED電流を上げて補正することが考えられるが、例えば、ベルト地肌部の正反射光出力が初期値となるような調整を行えば、少なくともベルト地肌部だけは初期値と同じとなるが、図16に示す通り、カラートナーの場合、付着量全域に亘って出力が上がってしまう。
それのみならず、拡散反射光出力電圧も受光光量の増加に伴い出力が上昇するため、その結果として得られる差分出力は、図17に示されるように、低着量域ではなんとか初期と合わせられても、高付着量域ではずれが生じるため、やはり初期と同じ結果を得ることはできない。これは、差分出力ではなく、比を取った場合でも同じことである。
Therefore, when the specular reflection light output decreases due to the belt glossiness decrease, it is conceivable to correct the LED current by increasing that amount.For example, adjustment is made so that the regular reflection light output of the belt background becomes the initial value. If this is done, at least the belt background portion is the same as the initial value, but as shown in FIG. 16, in the case of color toner, the output increases over the entire amount of adhesion.
In addition, since the output of the diffuse reflected light output voltage increases as the amount of received light increases, the resulting differential output is managed together with the initial value in the low coverage area as shown in FIG. However, since the deviation occurs in the high adhesion amount region, the same result as the initial stage cannot be obtained. This is the same even when the ratio is taken instead of the differential output.

[2]についての説明
上記のような経時変動が全くなかったとしても、周囲温度の上昇により半導体である発光素子、受光素子の出力特性に変化が生じた場合には、やはり同様にして初期に定めた状態とは出力結果が異なってしまう。
Explanation for [2] Even if there is no change over time as described above, if the output characteristics of the light emitting element and the light receiving element, which are semiconductors, change due to an increase in the ambient temperature, the initial stage is similarly performed. The output result differs from the determined state.

以上説明したように、これまで挙げてきた高付着量域における付着量検知、特にはカラー画像形成装置で多く用いられている黒ベルト上での高付着量域までのトナー付着量検知に対する解決手段として提案された従来技術に示される手法では、(a)階調パターン検知技術を使いこなすためには、これに用いる濃度検知センサの2出力が予め厳密に調整されていること、すなわち出荷検査段階で非常に厳密な調整を必要としていることを大前提としていると思われ、(b)濃度検知センサの経時、環境変動に対する対処がなく、(c)検知対象面(転写ベルト)の経時変動に対する対処がないことを考慮すれば、階調パターンの検知において未だ技術的には課題が山積しているといえる。
つまり、如何にして拡散反射光出力の感度調整ができない黒ベルト上で、(a)センサロットばらつきによる出力ばらつき、(b)濃度検知センサの経時、環境変動、(c)検知対象面(転写ベルト)の経時変動の何れの要因にも左右されず、常に安定した高付着量域のトナー付着量検知を如何に行うかが解決すべき技術課題として浮かび上がってくる。
As described above, the means for detecting the adhesion amount in the high adhesion amount region, and particularly the means for detecting the toner adhesion amount up to the high adhesion amount region on the black belt often used in the color image forming apparatus. In the method shown in the related art proposed as: (a) In order to make full use of the gradation pattern detection technique, the two outputs of the density detection sensor used for this are strictly adjusted in advance, that is, at the shipping inspection stage. It seems to be a major premise that a very strict adjustment is required. (B) There is no countermeasure against the environmental variation with time of the density detection sensor, and (c) the countermeasure with respect to the temporal variation of the detection target surface (transfer belt). Considering that there is no problem, it can be said that there are still many technical problems in the detection of gradation patterns.
In other words, on the black belt where the diffused reflected light output sensitivity cannot be adjusted, (a) output variations due to sensor lot variations, (b) aging and environmental variations of the density detection sensor, (c) detection target surface (transfer belt) (2) It is not influenced by any factor of the time-dependent fluctuations)), and a technical problem to be solved is how to always detect the toner adhesion amount in a stable high adhesion amount region.

本発明は、従来技術において潜んでいた上記課題を解決すべくなされたものであって、
(1)センサ側(ハードウエア側)での「正反射光出力」と「拡散反射光力」との出力関係の厳密な調整を不要とし、すなわち、出荷段階での自由度を大きくして製造コストの低減に寄与し、
(2)上記3つの要因の存在に拘わらずソフトウエア側の特徴によって自動補正可能とし、階調パターンの検知の高精度化を実現しようとするものである。
本発明の上記狙いは、以下に説明する本発明の粉体付着量変換方法及びそれを用いた粉体付着量検出装置、さらにはそれらを用いた画像形成装置にて達成される。
具体的には、階調パターンを(3)、(4)のタイプである「正反射光出力」、「拡散反射光出力」の2出力を持つ反射型光センサ(光学的検知手段)にて読み取り、正反射光による付着量検知が可能な付着量域で、この2つの出力を付着量に対して線形関係を持つ値に変換し、さらに各出力(正反射光出力、拡散光出力)が付着量に対し線形な付着量範囲、すなわち、前記第1の手段に示す通りの、検知対象であるトナーの粒径r、密度ρ、及び円形度によって求められる付着量範囲において、拡散光出力の感度補正係数を算出し、感度補正を行うことにより、センサの感度ばらつきを補正し、常に安定した付着量検知が行えるようにするものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems hidden in the prior art,
(1) Strict adjustment of the output relationship between “regular reflected light output” and “diffuse reflected light power” on the sensor side (hardware side) is not required, that is, it is manufactured with a greater degree of freedom at the shipping stage. Contributes to cost reduction,
(2) In spite of the presence of the above three factors, it is possible to automatically correct by the feature on the software side, and to achieve high accuracy of gradation pattern detection.
The above-described aim of the present invention is achieved by a powder adhesion amount conversion method of the present invention described below, a powder adhesion amount detection apparatus using the same, and an image forming apparatus using them.
Specifically, the reflection pattern optical sensor (optical detection means) with two outputs of “regular reflection light output” and “diffuse reflection light output” which are the types of (3) and (4). In the adhesion amount region where the amount of adhesion can be detected by reading and specular reflection light, these two outputs are converted into values having a linear relationship with the adhesion amount, and each output (regular reflection light output, diffuse light output) In the adhesion amount range linear with respect to the adhesion amount, that is, the adhesion amount range determined by the particle size r, density ρ, and circularity of the toner to be detected as shown in the first means, the diffused light output By calculating the sensitivity correction coefficient and performing the sensitivity correction, the sensitivity variation of the sensor is corrected so that the stable adhesion amount detection can be performed at all times.

以下、本発明の第1の実施例を具体的構成に基づいて説明する。
まず、図1に基づいて本実施例における粉体付着量検出装置を用いる画像形成装置としての4連タンデム直接転写方式のカラーレーザプリンタの概略構成を説明する。
このカラーレーザープリンタは、1つの手差しトレイ36、2つの給紙カセット34(第1給紙トレイ)、34(第2給紙トレイ)の3つの給紙トレイを有しており、手差しトレイ36より給紙されたシート状記録媒体としての図示しない転写紙は給紙コロ37により最上のものから順に1枚ずつ分離され、レジストローラ対23へ向けて搬送される。第1給紙トレイ34又は第2給紙トレイ34から給紙された転写紙は、給紙コロ35により最上のものから順に1枚ずつ分離され、搬送ローラ対39を介してレジストローラ対23へ向けて搬送される。
給紙された転写紙は、レジストローラ対23で一旦停止され、スキューを修正された後、後述する最上流に位置する感光体ドラム14Y上に形成された画像の先端と転写紙の搬送方向の所定位置とが一致するタイミングで、図示しないレジストクラッチのオン制御によるレジストローラ対23の回転動作により転写ベルト18へ向けて搬送される。
転写紙は、転写ベルト18とこれに当接した紙吸着ローラ41とで構成される紙吸着ニップを通過する際、紙吸着ローラ41に印加されるバイアスにより転写ベルト18に静電力で吸着され、例えばプロセス線速125mm/secにて搬送される。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on a specific configuration.
First, a schematic configuration of a color laser printer of a quadruple tandem direct transfer system as an image forming apparatus using the powder adhesion amount detection apparatus in this embodiment will be described with reference to FIG.
This color laser printer has three paper feed trays, one manual feed tray 36, two paper feed cassettes 34 (first paper feed tray), and 34 (second paper feed tray). Transfer sheets (not shown) as the fed sheet-like recording medium are separated one by one from the uppermost one by the paper feeding roller 37 and conveyed toward the registration roller pair 23. The transfer sheets fed from the first sheet feed tray 34 or the second sheet feed tray 34 are separated one by one from the uppermost one by the sheet feed roller 35 and are transferred to the registration roller pair 23 via the transport roller pair 39. It is conveyed toward.
The fed transfer paper is temporarily stopped by the pair of registration rollers 23, the skew is corrected, and then the leading edge of the image formed on the photosensitive drum 14Y positioned at the uppermost stream described later and the transfer paper in the transport direction. At a timing coincident with the predetermined position, the sheet is conveyed toward the transfer belt 18 by the rotation operation of the registration roller pair 23 by ON control of a registration clutch (not shown).
When the transfer paper passes through a paper suction nip composed of the transfer belt 18 and a paper suction roller 41 in contact with the transfer belt 18, the transfer paper is attracted to the transfer belt 18 by an electrostatic force by a bias applied to the paper suction roller 41. For example, it is conveyed at a process linear velocity of 125 mm / sec.

転写ベルト18に吸着された転写紙には、転写ベルト18を挟んで各色の感光体ドラム14B、14C、14M、14Yと対向した位置に配置された転写ブラシ21B、21C、21M、21Yにトナーの帯電極性(マイナス)と逆極性の転写バイアス(プラス)が印加されることにより、各感光体ドラム14B、14C、14M、14Yに作像された各色のトナー像がイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(Bk)の順で転写される。
各色の転写工程を経た転写紙は、下流側の駆動ローラ19部位で転写ベルト18から曲率分離され、定着装置24へ搬送される。定着装置24における定着ベルト25と加圧ローラ26により構成される定着ニップを通過することにより、トナー像が熱と圧力により転写紙に定着される。定着がなされた転写紙は、片面印刷モードの場合には、装置本体上面に形成されたFD(フェイスダウン)トレイ30へと排出される。
予め両面印刷モードが選択されている場合には、定着装置24を出た転写紙は、図示しない反転ユニットへ送られ、該ユニットにて表裏を反転されてから転写ユニット下部に位置する両面搬送ユニット33に搬送される。転写紙は該両面搬送ユニット33から再給紙され、搬送ローラ対39を経てレジストローラ対23へ搬送される。以降は、片面印刷モード時と同様の動作を経て定着装置24を通過し、FDトレイ30へと排出される。
The transfer paper adsorbed by the transfer belt 18 has toner transferred to the transfer brushes 21B, 21C, 21M, and 21Y disposed at positions facing the photosensitive drums 14B, 14C, 14M, and 14Y of the respective colors with the transfer belt 18 interposed therebetween. By applying a transfer bias (plus) opposite to the charging polarity (minus), the toner images of the respective colors formed on the photoconductor drums 14B, 14C, 14M, and 14Y are converted into yellow (Y) and magenta (M ), Cyan (C), and black (Bk).
The transfer paper that has undergone the transfer process of each color is separated from the transfer belt 18 by the downstream drive roller 19 and is conveyed to the fixing device 24. By passing through a fixing nip formed by the fixing belt 25 and the pressure roller 26 in the fixing device 24, the toner image is fixed on the transfer paper by heat and pressure. In the single-sided printing mode, the fixed transfer paper is discharged to an FD (face-down) tray 30 formed on the upper surface of the apparatus main body.
When the double-sided printing mode is selected in advance, the transfer paper that has exited the fixing device 24 is sent to a reversing unit (not shown), and the front and back sides are reversed by the unit, and then the double-sided transport unit positioned below the transfer unit. It is conveyed to 33. The transfer paper is fed again from the double-sided conveyance unit 33 and conveyed to the registration roller pair 23 through the conveyance roller pair 39. Thereafter, it passes through the fixing device 24 through the same operation as in the single-sided printing mode, and is discharged to the FD tray 30.

次に、上記カラーレーザプリンタの画像形成部における構成及び作像動作を詳細に説明する。
画像形成部は、各色共に同様の構成及び動作を有しているのでイエロー画像を形成する構成及び動作を代表して説明し、その他については各色に対応する符号を付して説明を省略する。
転写紙搬送方向の最上流側に位置する感光体ドラム14Yの周囲には、帯電ローラ42Y、クリーニング手段43Yを有する作像ユニット12Yと、現像ユニット13Y、光書き込みユニット16等が設けられている。
画像形成時、感光体ドラム14Yは図示しないメインモータにより時計回り方向に回転駆動され、帯電ローラ42Yに印加されたACバイアス(DC成分はゼロ)により除電され、その表面電位が略−50Vの基準電位となる。
Next, the configuration and image forming operation in the image forming unit of the color laser printer will be described in detail.
Since the image forming unit has the same configuration and operation for each color, the configuration and operation for forming a yellow image will be described as a representative, and the other components are denoted by reference numerals corresponding to the respective colors and description thereof is omitted.
An image forming unit 12Y having a charging roller 42Y and a cleaning unit 43Y, a developing unit 13Y, an optical writing unit 16, and the like are provided around the photosensitive drum 14Y positioned on the most upstream side in the transfer paper conveyance direction.
At the time of image formation, the photosensitive drum 14Y is rotated in the clockwise direction by a main motor (not shown), is neutralized by an AC bias (DC component is zero) applied to the charging roller 42Y, and the surface potential is a reference of approximately −50V. It becomes a potential.

次に、感光体ドラム14Yは、帯電ローラ42YにACバイアスを重畳したDCバイアスを印加することによりほぼDC成分に等しい電位に均一に帯電され、その表面電位がほぼ−500V〜−700V(目標帯電電位はプロセス制御部により決定される)に帯電される。
プリント画像として図示しないコントローラ部より送られてきたデジタル画像情報は、各色毎の2値化されたLD発光信号に変換され、シリンダレンズ、ポリゴンモータ、fθレンズ、第1〜第3ミラー、及びWTLレンズ等を有する光書き込みユニット16により感光体ドラム14Y上に露光光16Yが照射される。
照射された部分のドラム表面電位が略−50vとなり、画像情報に対応した静電潜像が形成される。
Next, the photosensitive drum 14Y is uniformly charged to a potential approximately equal to the DC component by applying a DC bias with an AC bias superimposed on the charging roller 42Y, and the surface potential thereof is approximately −500 V to −700 V (target charging). The potential is determined by the process control unit).
Digital image information sent from a controller unit (not shown) as a print image is converted into a binarized LD light emission signal for each color, and a cylinder lens, a polygon motor, an fθ lens, first to third mirrors, and a WTL. Exposure light 16Y is irradiated onto the photosensitive drum 14Y by an optical writing unit 16 having a lens or the like.
The drum surface potential of the irradiated portion becomes approximately −50 v, and an electrostatic latent image corresponding to the image information is formed.

感光体ドラム14Y上のイエロー画像情報に対応した静電潜像は、現像ユニット13Yにより可視像化される。現像ユニット13Yの現像スリーブ44YにACバイアスを重畳したDC(−300〜−500V)が印加されることにより、書き込みにより電位が低下した画像部分にのみトナー(Q/M:−20〜−30μC/g)が現像され、トナー像が形成される。
作像された各色の感光体ドラム14B、14C、14M、14Y上のトナー画像は、転写ベルト18上に吸着された転写紙上に上記転写バイアスにより転写される。
The electrostatic latent image corresponding to the yellow image information on the photosensitive drum 14Y is visualized by the developing unit 13Y. By applying DC (−300 to −500 V) with an AC bias superimposed on the developing sleeve 44Y of the developing unit 13Y, toner (Q / M: −20 to −30 μC / g) is developed to form a toner image.
The formed toner images on the photosensitive drums 14B, 14C, 14M, and 14Y of the respective colors are transferred onto the transfer paper adsorbed on the transfer belt 18 by the transfer bias.

なお、本実施例におけるカラーレーザプリンタでは、上記のような画像形成モードとは別に、電源投入時、またはある所定枚数通紙後に各色の画像濃度を適正化するためにプロセスコントロール動作(以下、プロコン動作と略す)が実行される。
このプロコン動作では、各色複数の濃度検知用パッチ(以下、Pパターンと略す)を、帯電バイアス、現像バイアスとを適当なタイミングで順次切り替えることにより転写ベルト上に作像し、これらPパターンの出力電圧を、駆動ローラ19の近傍における転写ベルト18の外部に配置された濃度検知センサ(以下Pセンサと略す)40により検知し、その出力電圧を本発明の付着量変換アルゴリズム(粉体付着量変換方法)により付着量変換して、現在の現像能力を表す(現像γ、Vk)の算出を行い、この算出値に基づき、現像バイアス値及びトナー濃度制御目標値の変更をする制御を行っている。
In the color laser printer according to the present embodiment, in addition to the image forming mode as described above, a process control operation (hereinafter referred to as a process controller) is performed in order to optimize the image density of each color when the power is turned on or after a predetermined number of sheets have passed. (Abbreviated as operation).
In this process control operation, a plurality of density detection patches (hereinafter abbreviated as “P patterns”) for each color are formed on the transfer belt by sequentially switching the charging bias and the developing bias at appropriate timing, and the output of these P patterns is performed. The voltage is detected by a density detection sensor (hereinafter abbreviated as P sensor) 40 disposed outside the transfer belt 18 in the vicinity of the drive roller 19, and the output voltage is detected as an adhesion amount conversion algorithm (powder adhesion amount conversion) of the present invention. The amount of adhesion is converted by (Method) to calculate (development γ, Vk) representing the current developing ability, and based on this calculated value, control is performed to change the developing bias value and the toner density control target value. .

Pセンサの構成は、図4に示す通りのものであり、また、その諸元については既述した通りである。
ここでは受光素子としてPTr(フォトトランジスタ)を用いたが、PD(フォトダイオード)などの受光素子を用いても良い。
The configuration of the P sensor is as shown in FIG. 4, and the specifications are as described above.
Here, PTr (phototransistor) is used as the light receiving element, but a light receiving element such as PD (photodiode) may be used.

以下に、先に示した図10〜図13の実験結果を基に、本実施例における付着量変換方法のアルゴリズムを説明をする。このアルゴリズムでは、以下の手順に従い、拡散光出力を付着量値に変換している。
(1)階調パターンの正反射光出力、拡散反射光出力をサンプリング(図11、図13参照)し、
(2)正反射光出力を[正反射光成分]と[拡散反射光成分]とに成分分解することにより、[正反射光成分]のみを抽出し、
(3)拡散反射光出力から[ベルト地肌部からの拡散反射光成分]を除去することにより、[トナーからの拡散光成分]を抽出し、
(4)(2)、(3)により求めた互いに独立する(交差する)2つの出力変換値の付着量に対する1次線形関係を利用し、各出力が付着量に対し線形となる付着量範囲(すなわち、前述の解決手段で示したトナーの粒径、密度及び円形度により求められる付着量範囲)において、ある正反射光出力変換値(または付着量)の拡散反射光出力変換値がある値となるように、拡散反射光出力変換値を感度補正することにより、付着量に対する拡散反射光出力(補正値)を一義的に定め、
(5)予め求めた「付着量」と「拡散反射光出力補正値」の関係から、付着量変換処理を行っている。
Below, the algorithm of the adhesion amount conversion method in the present embodiment will be described based on the experimental results shown in FIGS. In this algorithm, the diffused light output is converted into an adhesion amount value according to the following procedure.
(1) Sampling the regular reflection light output and diffuse reflection light output of the gradation pattern (see FIGS. 11 and 13);
(2) Extracting specularly reflected light output into [specularly reflected light component] and [diffuse reflected light component] to extract only [specularly reflected light component]
(3) Extracting [diffuse light component from toner] by removing [diffuse reflection light component from belt background] from the diffuse reflection output,
(4) A deposition amount range in which each output is linear with respect to the deposition amount by using a linear relationship with the deposition amount of two output conversion values that are independent (intersect) obtained from (2) and (3). (That is, the adhesion amount range determined by the particle diameter, density, and circularity of the toner shown in the above solution), a value of a diffuse reflection light output conversion value of a certain regular reflection light output conversion value (or adhesion amount). The diffuse reflected light output conversion value is corrected for sensitivity so that the diffuse reflected light output (correction value) for the amount of adhesion is uniquely determined.
(5) The adhesion amount conversion process is performed from the relationship between the “adhesion amount” and the “diffuse reflected light output correction value” obtained in advance.

(1)〜(5)について、以下に順を追って説明する。
(1)についての説明
図11、図13は、転写ベルト18に作像した図18に示す濃度検知用のPパターン70を、図4に示すPセンサ40により検出した「正反射光出力電圧」及び「拡散反射光出力電圧」を電子天秤により精密に測定したカラートナー付着量[mg/cm]に対しプロットしたものである。階調パターン70はベルト移動方向上流側がトナーの付着量が多くなる。
転写ベルト18としては、上述のように、「鏡面光沢度」、「明度」がそれぞれ異なる3種類のものを用いている。
(1) to (5) will be described below in order.
Description of (1) FIGS. 11 and 13 show “regular reflection output voltage” obtained by detecting the density detection P pattern 70 shown in FIG. 18 formed on the transfer belt 18 by the P sensor 40 shown in FIG. The “diffuse reflected light output voltage” is plotted against the color toner adhesion amount [mg / cm 2 ] precisely measured by the electronic balance. In the gradation pattern 70, the toner adhesion amount increases on the upstream side in the belt moving direction.
As described above, three types of transfer belt 18 having different “specular gloss” and “brightness” are used.

(2)についての説明
ここで、図10に示した黒トナー付着量に対する正反射光出力特性と、図11に示したカラートナー付着量に対する正反射光出力特性とを比較すると、図11では正反射光出力がある付着量(この場合には0.2〜0.4mg/cm)以上で単調減少から単調増加に転じているのが判るが、これは図19、図20に示す通り、正反射光として正反射光受光素子52で受光される光には、純粋な[正反射光成分]に加え、[ベルト面からの拡散反射光成分]、[トナー層からの拡散反射光成分]が含まれているからである。図19(b)において、符号54はシアンのベタ部を示す。
LED51からの照射光が、図19に示す通り、検知対象面で均等拡散していることを考えると、正反射光受光素子52に受光される拡散反射光成分と拡散光受光素子55に入る拡散反射光との間にはn倍の関係が成り立つはずである。
ここで用いたn倍の値は、各受光素子52、55の受光径及び配置等の光学的レイアウトによって決まる値である。
Explanation of (2) Here, when the regular reflection light output characteristic with respect to the black toner adhesion amount shown in FIG. 10 is compared with the regular reflection light output characteristic with respect to the color toner adhesion amount shown in FIG. It can be seen that the reflected light output shifts from monotonic decrease to monotonic increase at a certain adhesion amount (in this case 0.2 to 0.4 mg / cm 2 ) or more, as shown in FIGS. 19 and 20. The light received by the regular reflection light receiving element 52 as regular reflection light includes, in addition to pure [regular reflection light component], [diffuse reflection light component from belt surface] and [diffuse reflection light component from toner layer]. It is because it is included. In FIG. 19B, reference numeral 54 denotes a cyan solid portion.
Considering that the irradiation light from the LED 51 is evenly diffused on the detection target surface as shown in FIG. 19, the diffuse reflected light component received by the regular reflection light receiving element 52 and the diffusion entering the diffuse light receiving element 55. There should be an n-fold relationship with the reflected light.
The value of n times used here is a value determined by the optical layout such as the light receiving diameter and arrangement of the light receiving elements 52 and 55.

実際の出力は各受光素子52、55に入った反射光が回路内でOPアンプでI−V変換された後、電圧として出力されるので、両者の出力関係には各出力のOPアンプのゲインの違いも積算され、α倍の関係が成り立つはずである。
この様な係数αを求めることができれば、正反射光出力を「正反射成分」と「拡散反射成分」とに成分分解できるものと考える。
ここで、係数αをどう求めるかについて考えてみると、Bkトナーについては拡散反射成分がほぼゼロに等しいほど小さいので、図10に示されるBkの正反射光出力特性がカラートナーの拡散反射光成分を除去した正反射成分出力特性とほぼ等しいと考えられる。
図10に示されるように、Bkトナーの正反射光出力特性は付着量の増加に従い、出力値ほぼゼロ、あるいは僅かにプラスの値となり、決してマイナスとはならないことから、カラートナーの各Pパターン毎に正反射光出力と拡散反射光出力の比の最小値を求め、この比の最小値を拡散反射光出力に乗じて、正反射光出力から引いてやれば、狙い通りの正反射成分のみ出力特性を取り出すことができるはずである。
The actual output is output as a voltage after the reflected light entering each of the light receiving elements 52 and 55 is IV-converted in the circuit by the OP amplifier. The difference between these is also accumulated, and the α-fold relationship should be established.
If such a coefficient α can be obtained, it is considered that the specular reflection light output can be decomposed into “regular reflection component” and “diffuse reflection component”.
Here, considering how to obtain the coefficient α, the diffuse reflection component of Bk toner is so small that it is almost equal to zero. Therefore, the regular reflection light output characteristic of Bk shown in FIG. This is considered to be almost equal to the regular reflection component output characteristic from which the component is removed.
As shown in FIG. 10, the specular reflection light output characteristic of Bk toner becomes almost zero or slightly positive as the adhesion amount increases, and never becomes negative. Find the minimum value of the ratio between the specular reflection light output and the diffuse reflection light output every time, multiply the diffuse reflection light output by the minimum value of this ratio, and subtract it from the specular reflection light output. It should be possible to extract the output characteristics.

以下に、図11に示した茶色ベルト(Gs=27、L=25)の出力結果を元にした処理フローについて説明する。なお、以下の説明中の記号(略号)の意味は以下の通りである。
Vsg・・・転写ベルト18の地肌部の出力電圧
Vsp・・・各パターン部の出力電圧
Voffset・・・オフセット電圧(LED51のオフ時の出力電圧)
_reg.・・・正反射光出力(Regular Reflectionの略)
_dif.・・・拡散反射光出力(Diffuse Reflectionの略、JISZ8105 色に関する用語参照)
[n]・・・要素数:nの配列変数
A processing flow based on the output result of the brown belt (Gs = 27, L * = 25) shown in FIG. 11 will be described below. In addition, the meaning of the symbol (abbreviation) in the following description is as follows.
Vsg: Output voltage of the background portion of the transfer belt 18 Vsp: Output voltage of each pattern portion Voffset: Offset voltage (output voltage when the LED 51 is off)
_reg. ・ ・ ・ Specular reflection output (Regular Reflection)
_dif .... Diffuse reflected light output (Diffuse Reflection, see JISZ8105 color terminology)
[n] ... Number of elements: n array variables

(STEP1):データサンプリング:ΔVsp、ΔVsgの算出(図21、図22参照)
まず、はじめに、正反射光出力、拡散反射光出力ともに、全ポイント[n]についてオフセット電圧との差分を計算する。
これは、最終的には「センサ出力の増分をカラートナーの付着量の変化による増分」のみで表したいためである。
<処理式>
正反射光出力増分 :ΔVsp_reg.[n]=Vsp_reg.[n]−Voffset_reg.
拡散反射光出力増分:ΔVsp_dif.[n]=Vsp_dif.[n]−Voffset_dif.
ただし、LED51がオフ時の各オフセット出力電圧値(Voffset_reg:0.0621V,Voffset_dif:0.0635V)が、本実施例のように無視できるレベルに十分に小さい値となる様なOPアンプを用いた場合、この様な差分処理は不要となる。
(STEP 1): Data sampling: calculation of ΔVsp and ΔVsg (see FIGS. 21 and 22)
First, the difference from the offset voltage is calculated for all points [n] for both regular reflection light output and diffuse reflection light output.
This is because, in the end, it is desired to express only “the increment of the sensor output by the change of the amount of color toner attached”.
<Processing formula>
Regular reflection light output increment: ΔVsp_reg. [N] = Vsp_reg. [N] −Voffset_reg.
Diffuse reflected light output increment: ΔVsp_dif. [N] = Vsp_dif. [N] −Voffset_dif.
However, an OP amplifier in which each offset output voltage value (Voffset_reg: 0.0621V, Voffset_dif: 0.0635V) when the LED 51 is OFF is sufficiently small to a negligible level as in this embodiment is used. In such a case, such difference processing is not necessary.

(STEP2):感度補正係数αの算出(図22参照)
STEP1にて求めたΔVsp_reg.[n]、ΔVsp_dif.[n]から、各ポイント毎にΔVsp_reg.[n]/ΔVsp_dif.[n]を算出し、STEP3で正反射光出力の成分分解を行う際に、拡散反射光出力(ΔVsp_dif.[n])に乗ずる係数αの算出を行う。
<処理式>
α=min{ΔVsp_reg.[n]/ΔVsp_dif.[n]}
このようにαを比の最小値により求めたのは、正反射光出力の正反射成分の最小値はほぼゼロであり、かつ正の値となることが予め判っているからである。ここで、階調パターンは、正反射光出力と拡散反射光出力との比の最小値が得られる付着量近傍において、少なくとも1つ以上、望ましくは3つ以上の付着量パターンを持つようにする。発光手段オフ時の各出力値との差分より得られる正反射光出力増分と拡散反射光出力増分との比の最小値が得られる付着量近傍において、少なくとも1つ以上、望ましくは3つ以上の付着量パターンを持つようにしてもよい。また、正反射光出力変換値が付着量に対し一次線形関係にある付着量範囲内において、少なくとも1つ以上、望ましくは3つ以上の付着量パターンを持つようにしてもよい。
(STEP2): Calculation of sensitivity correction coefficient α (see FIG. 22)
[Delta] Vsp_reg. [N] / [Delta] Vsp_dif. [N] is calculated for each point from [Delta] Vsp_reg. [N] and [Delta] Vsp_dif. [N] obtained in STEP1, and the component of the specular reflection light output is decomposed in STEP3. Then, the coefficient α multiplied by the diffuse reflected light output (ΔVsp_dif. [N]) is calculated.
<Processing formula>
α = min {ΔVsp_reg. [n] / ΔVsp_dif. [n]}
The reason why α is obtained from the minimum value of the ratio is that it is known in advance that the minimum value of the regular reflection component of the regular reflection light output is almost zero and is a positive value. Here, the gradation pattern has at least one, preferably three or more adhesion amount patterns in the vicinity of the adhesion amount that provides the minimum value of the ratio between the specular reflection light output and the diffuse reflection light output. . At least one or more, preferably three or more, in the vicinity of the amount of adhesion at which the minimum value of the ratio between the specular reflection light output increment and the diffuse reflection light output increment obtained from the difference from each output value when the light emitting means is off is obtained. You may make it have an adhesion amount pattern. In addition, the regular reflection light output conversion value may have at least one, preferably three or more adhesion amount patterns within an adhesion amount range in which the linear reflection relationship with the adhesion amount is linear.

(STEP3):正反射光の成分分解(図23参照)
以下の式により、正反射光出力の成分分解を行う。
<処理式>
正反射光出力の拡散光成分:ΔVsp_reg._dif.[n]=ΔVsp_dif.[n]×α
正反射光出力の正反射成分:ΔVsp_reg._reg.[n]=ΔVsp_reg.[n]-ΔVsp_reg._dif.[n]
このように成分分解すると、感度補正係数αが求まるパターン部にて、正反射光出力の正反射成分はゼロとなる。
この処理により、図23に示す通り、正反射光出力が[正反射光成分]と[拡散反射光成分]に成分分解される。
(STEP3): Component decomposition of specularly reflected light (see FIG. 23)
The component decomposition of the regular reflection light output is performed by the following equation.
<Processing formula>
Diffuse light component of regular reflection light output: ΔVsp_reg._dif. [N] = ΔVsp_dif. [N] × α
Regular reflection component of regular reflection light output: ΔVsp_reg._reg. [N] = ΔVsp_reg. [N] -ΔVsp_reg._dif. [N]
When the components are decomposed in this way, the regular reflection component of the regular reflection light output becomes zero in the pattern portion where the sensitivity correction coefficient α is obtained.
By this processing, as shown in FIG. 23, the regular reflection light output is decomposed into [regular reflection light component] and [diffuse reflection light component].

(STEP4):正反射光出力_正反射成分の正規化(図24参照)
次に、3種類のベルトの地肌部の正反射光出力の違いを補正するために、各パターン部出力のベルト地肌部出力との比を取り、0〜1までの正規化値へ変換する。
<処理式>
正規化値:β[n]=ΔVsp_reg._reg./ΔVsg_reg._reg.(=転写ベルト地肌部の露出率)
(STEP 4): specular reflection light output_regular reflection component normalization (see FIG. 24)
Next, in order to correct the difference in the specular reflection light output of the three types of belt background portions, the ratio of each pattern portion output to the belt background portion output is taken and converted to a normalized value from 0 to 1.
<Processing formula>
Normalized value: β [n] = ΔVsp_reg._reg. / ΔVsg_reg._reg. (= Exposure rate of transfer belt background)

図24には、図11に示した3種類のベルト全てについて同様の処理を行った正規化値への変換結果を示した。
このように、正反射光を成分分解することにより、正反射光成分のみを抽出し、これを正規化値に変換することにより、正反射光成分と付着量との関係を一義的に求めることができる。なお、この値はベルト地肌部の露出率を表しており、付着量ゼロ〜1層形成までの付着量範囲においては、この正規化値(=ベルト地肌部の露出率)は付着量に対して1次線形の関係にある。但し、付着量ゼロ〜1層形成までの付着量範囲の上限値は、前述の解決手段で示したトナー粒径、密度及び円形度により決まる値である。これについては後述する。
もし仮に、単位面積当たりの付着量:M/A}=0〜0.4mg/cmまでの低付着量域のトナー付着量を求めたいのであれば、図23に示すような付着量と正規化値との関係を、予め数式あるいはテーブルデータとして実験的に求めておけば、これを逆変換、あるいはテーブル参照することにより付着量変換が可能となる。
FIG. 24 shows the results of conversion into normalized values obtained by performing the same processing for all three types of belts shown in FIG.
In this way, by analyzing the components of the specularly reflected light, only the specularly reflected light component is extracted and converted into a normalized value, thereby uniquely determining the relationship between the specularly reflected light component and the amount of adhesion. Can do. This value represents the exposure rate of the belt background portion, and in the adhesion amount range from zero to one layer formation, this normalized value (= belt background exposure rate) is relative to the adhesion amount. There is a linear relationship. However, the upper limit value of the adhesion amount range from zero adhesion amount to one layer formation is a value determined by the toner particle size, density, and circularity shown in the above-mentioned solving means. This will be described later.
If the adhesion amount per unit area: M / A} = 0 to 0.4 mg / cm 2 is desired to obtain the toner adhesion amount in the low adhesion amount region, the adhesion amount as shown in FIG. If the relationship with the conversion value is experimentally obtained in advance as a mathematical expression or table data, the adhesion amount can be converted by inversely converting this or referring to the table.

ここで従来技術との比較してみる。特許文献8(特開2001-215850号公報)の請求項4では、正反射光+(乱反射光−乱反射光出力min)×所定係数が示されており、明細書中の実施例には、補正後出力が1次相関関係となるように所定係数を「−6」とするとの記載があるが、このような形である所定係数を乗ずるのは、前述の通り、光学的検知手段の特性ばらつきを考慮されていない点で実際上意味がないと言える。
これに対し、本実施例においては、所定係数として正反射光及び拡散反射光のセンサ出力を基に計算される係数を乗じているため、光学的検知手段の特性ばらつきが考慮された高精度の検知を行うことができる。
Here, a comparison with the prior art will be made. In claim 4 of Patent Document 8 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-215850), specular reflection light + (diffuse reflection light−diffuse reflection light output min) × predetermined coefficient is shown. There is a description that the predetermined coefficient is “−6” so that the post-output becomes a first order correlation. However, as described above, the characteristic coefficient of the optical detection means is multiplied by such a predetermined coefficient. It can be said that it is practically meaningless in that it is not considered.
On the other hand, in this embodiment, since the coefficient calculated based on the sensor output of the specular reflection light and the diffuse reflection light is multiplied as the predetermined coefficient, a high accuracy considering the characteristic variation of the optical detection means is taken into consideration. Detection can be performed.

(3)についての説明
次に、[拡散反射光出力電圧]から[ベルト地肌部からの拡散反射光出力成分]を除去する処理について説明する。
本実施例における付着量変換アルゴリズムで最終的に求めたいのは、トナー付着量に対する拡散反射光出力との一義的な関係である。
しかしながら、図20に示す通り、拡散反射光受光素子55に入る光にはトナー層からの拡散反射光に加え、ベルト地肌部からの拡散反射光(ノイズ成分)が含まれているために、元出力からこの成分を除去する必要がある。
図20において、正反射成分の「地肌部出力」と「パターン部出力」との比は、付着量に対し一義的に決まる(付着量検出可能範囲:0〜0.4mg/cm)。
また、トナー層からの拡散反射成分において、検知対象面への照射光が一定であれば、付着量に対する関係は一義的に決まる(付着量検出可能範囲:0〜1・0mg/cm)。
STEP4の続きとして、図13に示した茶色ベルト(Gs=27、L=25)の出力結果を基に処理フローについて説明する。
図13の結果が示す通り、ベルト地肌部からの拡散反射光出力は、トナーが付着していないベルト地肌部で最大となり、トナーが付着するに従い、徐々にその成分は減少する。
ベルト地肌部からダイレクトに拡散反射光受光素子55に入る光による拡散反射光出力電圧増分の付着量との関係は、転写ベルト18の露出比率、すなわち先に求めた正反射光出力の正反射成分の正規化値(図24参照)に比例するために、[拡散反射光出力電圧]から[ベルト地肌部からの拡散反射光出力成分]を除去する処理は以下の通りとなる。
Explanation for (3) Next, processing for removing [diffuse reflected light output component from the belt background portion] from [diffuse reflected light output voltage] will be described.
What is finally determined by the adhesion amount conversion algorithm in this embodiment is a unique relationship between the diffuse reflection light output and the toner adhesion amount.
However, as shown in FIG. 20, the light that enters the diffuse reflection light receiving element 55 includes diffuse reflection light (noise component) from the belt background in addition to the diffuse reflection light from the toner layer. This component needs to be removed from the output.
In FIG. 20, the ratio between the “background part output” and the “pattern part output” of the regular reflection component is uniquely determined with respect to the adhesion amount (adhesion amount detectable range: 0 to 0.4 mg / cm 2 ).
In addition, in the diffuse reflection component from the toner layer, if the irradiation light to the detection target surface is constant, the relationship with the adhesion amount is uniquely determined (attachment amount detectable range: 0 to 1.0 mg / cm 2 ).
As a continuation of STEP 4, the processing flow will be described based on the output result of the brown belt (Gs = 27, L * = 25) shown in FIG.
As shown in the results of FIG. 13, the diffuse reflected light output from the belt background portion becomes maximum at the belt background portion where the toner is not attached, and the component gradually decreases as the toner adheres.
The relationship with the amount of adhesion of the diffuse reflection light output voltage increment due to the light that directly enters the diffuse reflection light receiving element 55 from the belt background is the exposure ratio of the transfer belt 18, that is, the specular reflection component of the specular reflection light output obtained previously. In order to be proportional to the normalized value (see FIG. 24), processing for removing [diffuse reflected light output component from the belt background portion] from [diffuse reflected light output voltage] is as follows.

(STEP5):拡散光出力の地肌部変動補正(図25参照)
<処理式>
補正後の拡散光出力:ΔVsp_dif'
ΔVsp_dif'=[拡散光出力電圧]−[ベルト地肌部出力]×[正反射成分の正規化値]
=ΔVsp_dif(n)−ΔVsg_dif×β(n)
(STEP 5): Correction of background variation of diffused light output (see FIG. 25)
<Processing formula>
Diffuse light output after correction: ΔVsp_dif '
ΔVsp_dif ′ = [diffuse light output voltage] − [belt background output] × [normalized value of specular reflection component]
= ΔVsp_dif (n) −ΔVsg_dif × β (n)

結果を図26に示す。このような補正処理を行うことにより、転写ベルト18の地肌部の影響を除くことができる。従って、正反射光出力が感度を持つ低付着量域の[拡散反射光出力]から、[ベルト地肌部から直接反射される拡散反射光成分]を除去することができる。
このような処理を行うことにより、付着量ゼロ〜1層形成までの付着量範囲における補正後の拡散反射光出力は、原点を通り付着量に対し1次線形関係のある値へと変換される。但し、付着量ゼロ〜1層形成までの付着量範囲の上限値は、前述の解決手段で示したトナー粒径、密度及び円形度により決まる値である。これについては後述する。
The results are shown in FIG. By performing such correction processing, the influence of the background portion of the transfer belt 18 can be eliminated. Accordingly, the [diffuse reflected light component directly reflected from the belt background portion] can be removed from the [diffuse reflected light output] in the low adhesion amount region where the regular reflected light output has sensitivity.
By performing such processing, the corrected diffuse reflection light output in the adhesion amount range from zero adhesion to one layer formation is converted to a value having a linear relationship with the adhesion amount through the origin. . However, the upper limit value of the adhesion amount range from zero adhesion amount to one layer formation is a value determined by the toner particle size, density, and circularity shown in the above-mentioned solving means. This will be described later.

ここで、拡散反射光についての補足説明をする。正反射光は検知対象面の表面で反射される光であるために、図24に示す通り、検知対象面がトナーに100%覆われてしまうとそれ以上の付着量領域では出力がほぼ変化しなくなり、正規化変換値がほぼゼロになる。これに対し、拡散反射光は、LED51より照射されてトナー層内部まで入り込んだ光が多重反射される光であるため、図13に示す通り、トナー層が100%以上覆われた高付着量領域でもセンサ出力は単調増加する特性を持つ。よって、ベルト地肌部から反射されてくる光も、図26に示す通り、ベルト地肌部から直接反射される1次成分と、トナー層を透過して反射されてくる2次、3次成分とがある。
本実施例では、STEP5において1次成分のみの補正しかしていないが、この補正のみでも少なくとも感度補正を行う低付着量域に限ってはほぼ正確にベルト地肌部の影響を除去できており、2次、3次成分は1次成分に比して十分に小さいものであるから、1次成分のみの補正でも実用上十分な精度を得ることができる。
Here, a supplementary explanation of the diffuse reflected light will be given. Since the specularly reflected light is light reflected from the surface of the detection target surface, as shown in FIG. 24, when the detection target surface is 100% covered with toner, the output changes substantially in the adhesion amount region beyond that. The normalized conversion value becomes almost zero. On the other hand, the diffuse reflected light is light that is reflected from the LED 51 and enters the toner layer, and thus is reflected multiple times. Therefore, as shown in FIG. 13, a high adhesion amount region in which the toner layer is covered 100% or more. However, the sensor output has a monotonically increasing characteristic. Therefore, as shown in FIG. 26, the light reflected from the belt background portion also includes a primary component directly reflected from the belt background portion and secondary and tertiary components reflected through the toner layer. is there.
In this embodiment, only the primary component is corrected in STEP 5, but this correction alone can remove the influence of the belt background portion almost accurately only in the low adhesion amount region where sensitivity correction is performed. Since the second-order and third-order components are sufficiently smaller than the first-order components, practically sufficient accuracy can be obtained even by correcting only the first-order components.

(4)についての説明
以上の処理により、正反射光出力が感度を持つ低付着量域において、(2)で、正反射光よりトナー付着量との関係が一義的に表せる[正反射光成分]のみを抽出し、(3)で、拡散反射光から、[ベルト地肌部から直接反射されてくる拡散反射光成分]を除去することができたので、これらを基に拡散反射光出力の感度補正を行う。
ここで、感度補正を行う理由は先に述べた通り、以下に対する補正を行うためである。
(1)発光素子出力及び受光素子出力のロットばらつきに対する補正。
(2)発光素子出力及び受光素子出力の温度特性及び経時劣化特性に対する補正。
この処理における最大のポイントは、トナー層が1層までしか形成されていない低付着量域においては、
[1] 正反射光出力(正反射成分)の正規化値、すなわち、転写ベルト地肌部の露出率はトナー付着量に対し、1次線形関係にある。
[2] [トナー層からの拡散反射成分]はトナー付着量に対し原点を通る1次線形関係にある。
という正反射光、拡散反射光の2つの補正後出力がともにトナー付着量に対し1次の関係にあることを利用して、拡散反射光出力の感度補正を行う点である。
以下、この感度補正を行う方法の一例について説明する。
Explanation for (4) By the above processing, in the low adhesion amount region where the specular reflection light output has sensitivity, the relationship between the toner adhesion amount and the specular reflection light can be uniquely expressed in (2) [regular reflection light component ], And in (3), it was possible to remove [diffuse reflected light component directly reflected from the belt background] from the diffuse reflected light, and based on these, the sensitivity of the diffuse reflected light output Make corrections.
Here, the reason for performing the sensitivity correction is to perform the following correction as described above.
(1) Correction for lot variation in light emitting element output and light receiving element output.
(2) Correction for temperature characteristics and temporal deterioration characteristics of light emitting element output and light receiving element output.
The biggest point in this processing is that in the low adhesion amount region where only one toner layer is formed,
[1] The normalized value of the regular reflection light output (regular reflection component), that is, the exposure rate of the transfer belt background portion, has a linear relationship with the toner adhesion amount.
[2] [Diffusion reflection component from toner layer] has a linear relationship that passes through the origin with respect to the toner adhesion amount.
That is, the sensitivity of the diffuse reflected light output is corrected by utilizing the fact that the two corrected outputs of the specular reflected light and the diffuse reflected light are both in a linear relationship with the toner adhesion amount.
Hereinafter, an example of a method for performing the sensitivity correction will be described.

(STEP6):拡散反射光出力の感度補正(図25参照)
図24で求められた付着量(測定値)と正反射光(正反射成分)の正規化値との関係から求められた逆変換式、または変換テーブル参照により、「正反射光(正反射成分)の正規化値」を付着量(変換値)に変換し、この付着量(変換値)に対して地肌部変動補正後の拡散反射光出力をプロットし、低付着量域における直線関係から拡散反射光出力の感度を求め、この感度が予め定めた狙いの感度となるように補正を行う。
ここで、拡散反射光出力の感度と述べているのは図28に示す直線の傾きであり、ある付着量(変換値)の地肌部変動補正後の拡散反射光出力がある値(ここでは0.175のとき1.2)となるように、現状の傾きに対して乗じる補正係数を算出して補正する。なお、この点は必ず原点を通るはずであるので、以下のゼロ点近似式により計算する。
(STEP 6): Sensitivity correction of diffuse reflected light output (see FIG. 25)
According to the inverse conversion formula obtained from the relationship between the adhesion amount (measured value) obtained in FIG. 24 and the normalized value of the specular reflection light (specular reflection component), or by referring to the conversion table, “specular reflection light (regular reflection component) ) Normalized value ”is converted into adhesion amount (conversion value), and the diffuse reflected light output after correction of background fluctuation is plotted against this adhesion amount (conversion value), and diffused from the linear relationship in the low adhesion amount region. The sensitivity of the reflected light output is obtained, and correction is performed so that this sensitivity becomes a predetermined target sensitivity.
Here, the sensitivity of the diffuse reflected light output is the slope of the straight line shown in FIG. 28, and the diffuse reflected light output after the background portion fluctuation correction of a certain adhesion amount (conversion value) is a certain value (here, 0). The correction coefficient by which the current inclination is multiplied is calculated and corrected so as to be 1.2) when .175. Since this point must pass through the origin, it is calculated by the following zero point approximation formula.

(1).直線の傾きを最小二乗法により求める。
直線の傾き=(Σx[i]×y[i])/Σ(x[i])2
x[i]:付着量(変換値)
y[i]:地肌部変動補正後の拡散光出力
但し、計算に用いるxの範囲は、0≦x≦0.3[mg/cm2]である。
本実施例においては、計算に用いるxの範囲の上限値を0.3としたが、この上限値は、前述の解決手段で示したトナー粒径、密度及び円形度により決まる値である。これについては後述する。
(1). The slope of the straight line is obtained by the method of least squares.
Straight line slope = (Σx [i] × y [i]) / Σ (x [i]) 2
x [i]: Adhering amount (conversion value)
y [i]: Diffuse light output after correction of background variation However, the range of x used for the calculation is 0 ≦ x ≦ 0.3 [mg / cm 2 ].
In this embodiment, the upper limit value of the range of x used for the calculation is 0.3, but this upper limit value is a value determined by the toner particle size, density, and circularity shown in the solution means described above. This will be described later.

(2).こうして求められた感度から計算されるある付着量:aが、ある値:bとなるような感度補正係数γを求める。
感度補正係数:γ=b/(直線の傾き×a)
(2) A sensitivity correction coefficient γ is calculated so that a certain adhesion amount: a calculated from the sensitivity thus obtained becomes a certain value: b.
Sensitivity correction coefficient: γ = b / (Slope of straight line × a)

(3).STEP5で求めた地肌部変動補正後の拡散反射光出力に対し、この感度補正係数γを乗じて補正する。
感度補正後の拡散光出力:ΔVsp_dif''
ΔVsp_dif''=[地肌部変動補正後拡散光出力電圧]×[感度補正係数γ]
=ΔVsp_dif[n]'×γ
(3) The diffused reflected light output after the background portion fluctuation correction obtained in STEP 5 is corrected by multiplying by this sensitivity correction coefficient γ.
Diffuse light output after sensitivity correction: ΔVsp_dif ''
ΔVsp_dif '' = [diffuse light output voltage after background fluctuation correction] × [sensitivity correction coefficient γ]
= ΔVsp_dif [n] '× γ

図29には、3種類のベルト全てについて同様の処理を行った正規化値への変換結果を示した。
ここで、補正前の拡散反射光出力電圧は図13に示される通りであるため、以上の処理により、本発明の目的である、
(1)発光素子出力、及び受光素子出力のロットばらつきに対する補正、
(2)発光素子出力、及び受光素子出力の温度特性、及び経時劣化特性に対する補正、
が十分にできていることが確認できた。
このような処理により、トナー付着量に対して感度補正後の拡散反射光出力を一義的に表すことができるため、予め数式あるいはテーブルデータとして実験的に求めておけば、これを逆変換、あるいは変換テーブルを参照することにより高付着量域まで正確な付着量変換が可能となる。
FIG. 29 shows the results of conversion into normalized values obtained by performing the same processing for all three types of belts.
Here, since the diffuse reflected light output voltage before correction is as shown in FIG. 13, the above processing is the object of the present invention.
(1) Correction for lot variation in light emitting element output and light receiving element output,
(2) Correction for temperature characteristics and temporal deterioration characteristics of light emitting element output and light receiving element output,
I was able to confirm that it was done enough.
By such processing, the diffuse reflected light output after the sensitivity correction can be uniquely expressed with respect to the toner adhesion amount. Therefore, if it is experimentally obtained in advance as an equation or table data, By referring to the conversion table, it is possible to accurately convert the adhesion amount up to the high adhesion amount region.

実際に、この正規化値を逆変換する事により得られた付着量(変換値)を、電子天秤による付着量測定値に対しプロットした結果を図30に示す。
図30に示す通り、高付着量域までほぼ正確に付着量変換できることが確認できる。高付着量域まで正確な付着量検知が可能となることにより、画像濃度制御における最大目標付着量を精度よく制御することができるようになるため、経時、環境、及びセンサのロットばらつきに拘わらず、常に安定した画質を得ることができる。
FIG. 30 shows the result of plotting the adhesion amount (conversion value) obtained by actually inversely transforming the normalized value against the adhesion amount measurement value by an electronic balance.
As shown in FIG. 30, it can be confirmed that the adhesion amount can be converted almost accurately up to the high adhesion amount region. Since accurate adhesion amount detection up to a high adhesion amount region becomes possible, it becomes possible to accurately control the maximum target adhesion amount in image density control, so regardless of time, environment, and sensor lot variation. , You can always get a stable image quality.

図31は、濃度検知センサ200個の試作品のうちばらつきの上限・下限品、及び中央品として抽出した3個のセンサを図1に示したレーザーカラープリンタAの転写ベルト18上に作成したカラートナー各色10個ずつ計30個のPパターン(階調パターン)を検知した拡散反射光出力電圧を示している。図32は、STEP1〜STEP6の変換アルゴリズムによる拡散反射光変換値を示している。このときのLED電流は、転写ベルト18の地肌部の正反射光出力電圧が4.0Vとなるように調整されたときの値である。
この結果により、本実施例(本発明)のアルゴリズムを用いることにより、上述したような光学的検知手段における種々の要因による受光素子の出力ばらつきを、ハードウエア側の厳密な調整を要することなく、アルゴリズム側、すなわちソフトウエア側で自動的に且つ高精度に補正することが可能となる。
FIG. 31 shows a color produced on the transfer belt 18 of the laser color printer A shown in FIG. 1 with three sensors extracted as the upper and lower limit products and the center product of the variation among 200 prototypes of density detection sensors. A diffuse reflected light output voltage obtained by detecting a total of 30 P patterns (gradation patterns) of 10 toner colors is shown. FIG. 32 shows the diffuse reflected light conversion values according to the conversion algorithms of STEP1 to STEP6. The LED current at this time is a value when the regular reflected light output voltage of the background portion of the transfer belt 18 is adjusted to 4.0V.
As a result, by using the algorithm of the present embodiment (the present invention), the output variation of the light receiving element due to various factors in the optical detection means as described above can be achieved without requiring strict adjustment on the hardware side. It is possible to automatically and accurately correct the algorithm side, that is, the software side.

次に、本発明における拡散光出力の感度補正を行う付着量範囲の上限値と、トナー粒径、密度、及び円形度との関係について説明する。
図32に示すように、センサの感度ばらつきがきれいに補正されるためには、STEP6で求めている拡散光出力の感度補正係数γを非常に正確に求めることが重要である。繰り返しになるが、前述したように、この感度計算に用いる付着量範囲とは、付着量に対する各センサ出力補正値に線形関係が成り立つ付着量範囲、つまりは付着量ゼロ〜1層形成までのトナー付着量範囲にあるデータ点(パターン出力)のみを用いて感度計算することが重要である。
以下、この付着量範囲がどのようにして求められるのかについて実験結果を元に説明する。
Next, the relationship between the upper limit value of the adhesion amount range for performing sensitivity correction of the diffused light output in the present invention and the toner particle size, density, and circularity will be described.
As shown in FIG. 32, in order to accurately correct the sensitivity variation of the sensor, it is important to obtain the diffuse light output sensitivity correction coefficient γ obtained in STEP 6 very accurately. As described above, as described above, the adhesion amount range used for the sensitivity calculation is an adhesion amount range in which a linear relationship is established for each sensor output correction value with respect to the adhesion amount, that is, toner from the adhesion amount zero to one layer formation. It is important to calculate the sensitivity using only data points (pattern output) in the adhesion amount range.
Hereinafter, how this adhesion amount range is obtained will be described based on experimental results.

図33は、図1に示す画像形成装置を用いて、転写ベルト18を黒ベルト(60°光沢度:120,明度:1.8)とした時の付着量:M/Aに対する拡散光出力特性(測定値)を示すグラフである。
この実験において転写ベルト18を黒ベルトとした理由は、図15に示す通り、転写ベルト18の地肌部からの拡散光出力を限りなくゼロにし、Pセンサの拡散光出力がトナーの付着量変化によってのみ増加するようにしたかったからである。
また、トナーは、体積平均粒径:Dv=5.5[μm],密度:ρ=0.43[g/cm],円形度:0.98のものを用いた。
FIG. 33 shows the diffused light output characteristics with respect to the adhesion amount: M / A when the transfer belt 18 is a black belt (60 ° glossiness: 120, brightness: 1.8) using the image forming apparatus shown in FIG. It is a graph which shows (measured value).
The reason why the transfer belt 18 is a black belt in this experiment is that, as shown in FIG. 15, the diffused light output from the background portion of the transfer belt 18 is made zero as much as possible, and the diffused light output of the P sensor is changed by the change in the amount of toner attached Because I wanted to increase only.
As the toner, a toner having a volume average particle diameter: Dv = 5.5 [μm], a density: ρ = 0.43 [g / cm 3 ], and a circularity of 0.98 was used.

このようにに転写ベルト18の地肌部からの拡散光出力をほぼゼロとなるようにすることにより、付着量に対する拡散光出力は、ある付着量区間毎にほぼ直線近似できることが判る。
すなわち、この例では付着量:0〜0.284[mg/cm]までの範囲、また付着量:0.284〜0.535[mg/cm]の範囲において、R=0.99以上と非常に高い直線性が得られることが判る。ちなみに、この2つの直線の交点を求めると、0.284[mg/cm]と求められる。
In this way, it is understood that the diffused light output from the background portion of the transfer belt 18 becomes substantially zero, so that the diffused light output with respect to the adhesion amount can be approximated substantially linearly for each adhesion amount section.
In other words, the adhesion amount is in this example: 0~0.284 [mg / cm 2] to a range of, also adhesion amount: from 0.284 to 0.535 in the range of [mg / cm 2], R 2 = 0.99 It can be seen that the above and very high linearity can be obtained. Incidentally, when the intersection of these two straight lines is obtained, it is obtained as 0.284 [mg / cm 2 ].

次に、何故このように付着量に対する拡散光がある付着量区間毎に直線となるのかについて説明する。
図34は、図26における拡散光出力の「トナー層からの成分」のみを抜き出して示す図である。
このように、トナー層が第1層のみで構成される場合のトナーからの拡散光量、すなわち拡散光出力はまことに簡単で、ベクトルの数、すなわちトナー付着量に比例する。
Next, why the diffusion light with respect to the adhesion amount becomes a straight line for each adhesion amount section will be described.
FIG. 34 is a diagram showing only the “component from the toner layer” of the diffused light output in FIG.
As described above, when the toner layer is composed of only the first layer, the amount of diffused light from the toner, that is, the output of the diffused light is very simple and is proportional to the number of vectors, that is, the amount of adhered toner.

次に図35は、トナー層に第2層目が形成された場合について、トナーから放射される拡散光を各トナー層毎に成分分解した様子を示す図である。ここでは、トナー層(最上層)を第1層としている。
最上層のトナー層から放射される拡散光出力は、図34に示した場合と同じ強さの光を放射すると考えられるが、最上層のトナーにより覆われた第2層目のトナーから放射される光について考えると、第2層目のトナーへの入射光は最上層のトナー層の通過により減衰され、次に放射される時にも、最上層のトナー層通過により減衰してしまうために、その光出力は最上層のトナー層からの放射光量から何割か減衰された出力となる。
よって、第1層〜第2層の付着量範囲における出力は、トナー層(第1層)から拡散光成分と、トナー層(第2層)からの拡散光成分との総和として表せることとなるため、図33に示したような各区間毎に直線の出力特性となる。
これより、先に求めた2直線の交点:0.284[mg/cm]がトナー層(第1層)の最大付着量であることが判る。
よって、この2直線の交点を与える付着量が拡散光出力の感度補正係数の算出における付着量範囲の上限値となり、この実施例の場合の感度計算に用いる付着量範囲は、
0≦付着量≦0.284[mg/cm]
となる。
Next, FIG. 35 is a diagram illustrating a state where the diffused light emitted from the toner is component-decomposed for each toner layer when the second layer is formed in the toner layer. Here, the toner layer (uppermost layer) is the first layer.
The diffuse light output emitted from the uppermost toner layer is considered to emit light having the same intensity as that shown in FIG. 34, but is emitted from the second layer toner covered with the uppermost toner. The incident light to the second layer toner is attenuated by the passage of the uppermost toner layer and is attenuated by the passage of the uppermost toner layer when it is radiated next time. The light output is an output attenuated by some percent from the amount of radiation from the uppermost toner layer.
Therefore, the output in the adhesion amount range of the first layer to the second layer can be expressed as the sum of the diffused light component from the toner layer (first layer) and the diffused light component from the toner layer (second layer). Therefore, a linear output characteristic is obtained for each section as shown in FIG.
From this, it can be seen that the intersection point of the two straight lines obtained previously: 0.284 [mg / cm 2 ] is the maximum adhesion amount of the toner layer (first layer).
Therefore, the amount of adhesion that gives the intersection of these two straight lines is the upper limit value of the amount of adhesion in the calculation of the sensitivity correction coefficient for the diffused light output, and the amount of adhesion used in the sensitivity calculation in this embodiment is:
0 ≦ Adhesion amount ≦ 0.284 [mg / cm 2 ]
It becomes.

次に、この実験により求められたトナー層(第1層)の最大付着量である0.284[mg/cm]を計算により求めることにする。
図36は、転写ベルト上に半径:r[μm]のトナーが1層、最密充填された様子を示す図である。ここでは簡単のため、トナーが真球である場合について考えることとする。
なお、図36中の各部の寸法は、
a={(2/√3)−1}×r、
b=(1/√3)×r、
c=(2−√3)×r
d=2×{1−(1/√3)}×r
e=(2/√3)×r
f=2×(2+√3)×r
である。
Next, 0.284 [mg / cm 2 ], which is the maximum adhesion amount of the toner layer (first layer) obtained by this experiment, is obtained by calculation.
FIG. 36 is a diagram illustrating a state in which one layer of toner having a radius of r [μm] is closely packed on the transfer belt. Here, for the sake of simplicity, the case where the toner is a true sphere will be considered.
The dimensions of each part in FIG.
a = {(2 / √3) −1} × r,
b = (1 / √3) × r,
c = (2-√3) × r
d = 2 × {1− (1 / √3)} × r
e = (2 / √3) × r
f = 2 × (2 + √3) × r
It is.

まずはじめに、図36中の大きな三角形の面積、及びその内側にあるトナーの面積を求め、これらよりトナー粒の面積率を算出する。
三角形の面積:S
S=(底辺)×(高さ)÷2
=(底辺)×(底辺÷2×√3)÷2
=(2×(2+√3)×r)×((2+√3)×√3×r)÷2
=√3×(2+√3)×r ・・・式(A)
First, the area of the large triangle in FIG. 36 and the area of the toner inside thereof are obtained, and the area ratio of the toner particles is calculated from these areas.
Triangular area: S
S = (base) x (height) ÷ 2
= (Base) x (base ÷ 2 x √3) ÷ 2
= (2 × (2 + √3) × r) × ((2 + √3) × √3 × r) / 2
= √3 × (2 + √3) 2 × r 2 Formula (A)

三角形内のトナーの面積:Tは、「6個の円の面積」と「(図37に示す斜線部Hの面積)12個分の面積」の総和として表せるので、まず、図37に示す斜線部Hの面積から求める。
斜線部Hの面積=(扇の面積)−(三角形の面積)
=(r×θ)−((r−h)×tanθ)
(但し、θ=acos((r−h)/r),h=(2−√3)×r)
=12×r×(θ−(√3−1)×tanθ)
(∵ h=(2−√3)×r)
The area of the toner in the triangle: T can be expressed as the sum of “the area of 6 circles” and “the area of 12 (the area of the hatched portion H shown in FIG. 37)”. Obtained from the area of the part H.
Area of hatched portion H = (Area of fan) − (Area of triangle)
= (R 2 × θ) − ((r−h) 2 × tan θ)
(However, θ = acos ((r−h) / r), h = (2−√3) × r)
= 12 × r 2 × (θ− (√3-1) 2 × tan θ)
(∵ h = (2-√3) × r)

したがって、三角形内のトナーの面積:Tは、
T=(6個の円の面積)+((図37に示す斜線部Hの面積)×12)
=(6×π×r)+12×r×(θ−(√3−1)×tanθ)
=6×r×(π+2×(θ−(√3−1)×tanθ) ・・・式(B)
となる。
式(A)と式(B)により、三角形の内側にあるトナー、すなわちトナー層(第1層)の面積率は以下の通りとなる。
Therefore, the area of the toner in the triangle: T is
T = (area of 6 circles) + ((area of hatched portion H shown in FIG. 37) × 12)
= (6 × π × r 2 ) + 12 × r 2 × (θ− (√3−1) 2 × tan θ)
= 6 × r 2 × (π + 2 × (θ− (√3−1) 2 × tan θ)) Formula (B)
It becomes.
From the expressions (A) and (B), the area ratio of the toner inside the triangle, that is, the toner layer (first layer) is as follows.

Figure 2005077685
Figure 2005077685

この様に、トナーが真球であって、かつ最密充填されていると仮定した時のトナー層(第1層)面積率の式からは、トナー粒径:r[μm]の項が消えて、上式を計算すると90.608[%] と求める事ができる。
これを体積変換し、トナーの密度より、付着量変換すると、以下の通りとなる。
トナー層(第1層)の最大付着量
=(トナー(第1層)の面積率)×(4/3×トナー粒径)×(トナー密度) ・・・式(D)
よって、式(C)と式(D)より、以下の通りとなる。
As described above, the toner particle (first layer) area ratio when the toner is assumed to be a true sphere and is packed most closely disappears from the term of toner particle size: r [μm]. Thus, when the above equation is calculated, 90.608 [%] can be obtained.
When this is converted into a volume and the amount of adhesion is converted from the density of the toner, the result is as follows.
Maximum adhesion amount of toner layer (first layer) = (area ratio of toner (first layer)) × (4/3 × toner particle size) × (toner density) Formula (D)
Therefore, it becomes as follows from Formula (C) and Formula (D).

Figure 2005077685
Figure 2005077685

以上が、トナーが真球(円形度=1)であった場合の計算であるが、トナーが真球でない場合には、式(E)に円形度をかければよいので、以下の通りとなる。   The above is the calculation when the toner is a true sphere (circularity = 1). However, when the toner is not a true sphere, the degree of circularity can be applied to the equation (E), and is as follows. .

Figure 2005077685
Figure 2005077685

先に示した実験結果で用いたトナー物性は、粒径:r=5.5[μm]、密度:ρ=0.43[g/cm]であったので、これらを上式に代入し、計算すると、0.280[mg/cm]となり、実験により求められた値0.284と非常に近い値が得られることが確認できた。
以上より、拡散光出力の感度補正係数算出に用いる付着量範囲は下式の様に表せる。
The toner physical properties used in the above experimental results were particle size: r = 5.5 [μm] and density: ρ = 0.43 [g / cm 3 ], and these were substituted into the above equation. When calculated, it was 0.280 [mg / cm 3 ], and it was confirmed that a value very close to the value 0.284 obtained by experiment was obtained.
From the above, the adhesion amount range used for calculating the sensitivity correction coefficient of the diffused light output can be expressed by the following equation.

Figure 2005077685
Figure 2005077685

最後に、上記のような検証をトナー粒径を振って行った結果を示す。実験には下記の表2に示すトナー粒径の異なる4水準のトナーを用いた。   Finally, the result of the above verification performed by changing the toner particle diameter is shown. In the experiment, four levels of toner having different toner particle diameters shown in Table 2 below were used.

Figure 2005077685
Figure 2005077685

図33に示す要領で実験的に求めたトナー層(第1層)の最大付着量、及び計算値を図38に示す。
図38に示すように、粒径を振った場合についても、実験値と計算値とがほぼ一致する結果が得られることが確認できた。
FIG. 38 shows the maximum adhesion amount of the toner layer (first layer) and the calculated value obtained experimentally in the manner shown in FIG.
As shown in FIG. 38, it was confirmed that even when the particle diameter was varied, a result in which the experimental value almost coincided with the calculated value was obtained.

なお、上記の式(F)に示される通り、感度補正の計算に用いる付着量範囲は、トナー粒径:rに比例するために、実機搭載する場合には、トナーの粒径公差を考慮し、粒径公差の下限値を代入して求まる付着量以下の付着量範囲内で感度計算をすることが重要である。   As shown in the above formula (F), the adhesion amount range used for the calculation of sensitivity correction is proportional to the toner particle size: r. Therefore, when mounted on an actual machine, the toner particle size tolerance is taken into consideration. It is important to calculate the sensitivity within the adhesion amount range equal to or less than the adhesion amount obtained by substituting the lower limit of the particle size tolerance.

さて、以上に説明した実施例では、光学的検知手段として、図4に示した発光手段と正反射光受光素子及び拡散反射光受光素子を有するものを用いたが、図5に示したビームスプリッタを有する光学的検知手段を用いても同様の検知機能を得ることができる(第2の実施例)。
また、上記実施例では、検知対象面を転写体としての転写ベルト18としたが、各感光体ドラムを検知対象面としてもよい(第3の実施例)。この場合、Pセンサ40は各感光体ドラムに対向して設けられる。
In the embodiment described above, the optical detecting means having the light emitting means, the specular reflection light receiving element and the diffuse reflection light receiving element shown in FIG. 4 is used. However, the beam splitter shown in FIG. A similar detection function can be obtained even if an optical detection means having the above is used (second embodiment).
In the above embodiment, the detection target surface is the transfer belt 18 as a transfer body, but each photosensitive drum may be a detection target surface (third embodiment). In this case, the P sensor 40 is provided to face each photosensitive drum.

また、上記実施例では、4連タンデム直接転写方式のカラー画像形成装置での例を示したが、図39に示すように、4連タンデム構成で中間転写体へ重ね転写した後、転写紙へ一括転写する方式のカラー画像形成装置においても同様に実施できる(第4の実施例)。
この図39に示す実施例では、図18に示す濃度検知用のPパターンが中間転写体としての中間転写ベルト2上に形成され、これを支持ローラ2Bの近傍に配置されたPセンサ40により検出する。すなわち、中間転写ベルト2を検知対象面としている。検知方式、動作(検知データの等取り扱い等)は第1の実施例と同様である。
In the above embodiment, an example of a color image forming apparatus of a four-tandem direct transfer method is shown. However, as shown in FIG. 39, after being transferred onto an intermediate transfer body in a four-tandem tandem configuration, it is transferred to a transfer sheet. The same can be applied to a batch image transfer type color image forming apparatus (fourth embodiment).
In the embodiment shown in FIG. 39, the P pattern for density detection shown in FIG. 18 is formed on the intermediate transfer belt 2 as an intermediate transfer member, and this is detected by the P sensor 40 arranged in the vicinity of the support roller 2B. To do. That is, the intermediate transfer belt 2 is a detection target surface. The detection method and operation (equivalent handling of detection data, etc.) are the same as in the first embodiment.

以下に、本実施例における画像形成装置としてのタンデム型のカラー複写機の構成及び動作の概要を説明する。カラー複写機1は、装置本体中央部に位置する画像形成部1Aと、該画像形成部1Aの下方に位置する給紙部1Bと、画像形成部1Aの上方に位置する画像読取部1Cを有している。
画像形成部1Aには、水平方向に延びる転写面を有する転写体としての中間転写ベルト2が配置されており、該中間転写ベルト2の上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)による像を担持可能な像担持体としての感光体ドラム3Y、3M、3C、3Bが中間転写ベルト2の転写面に沿って並置されている。
The outline of the configuration and operation of a tandem type color copier as an image forming apparatus in this embodiment will be described below. The color copying machine 1 has an image forming unit 1A located at the center of the apparatus main body, a paper feeding unit 1B located below the image forming unit 1A, and an image reading unit 1C located above the image forming unit 1A. doing.
An intermediate transfer belt 2 as a transfer body having a transfer surface extending in the horizontal direction is disposed in the image forming unit 1A, and an image of a color complementary to the color separation color is disposed on the upper surface of the intermediate transfer belt 2. The structure for forming is provided. That is, the photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3B as image carriers capable of carrying an image of complementary color toners (yellow, magenta, cyan, and black) are arranged along the transfer surface of the intermediate transfer belt 2. It is juxtaposed.

各感光体ドラム3Y、3M、3C、3Bはそれぞれ同じ反時計回り方向に回転可能なドラムで構成されており、その周りには、回転過程において画像形成処理を実行する帯電手段としての帯電装置4、各感光体ドラム3Y、3M、3C、3B上に画像情報に基づいて電位Vの静電潜像を形成するための露光手段としての光書込装置5、各感光体ドラム3上の静電潜像を該静電潜像と同極性のトナーで現像する現像手段としての現像装置6、一次転写手段としての転写バイアスローラ7、印加電圧部材15、クリーニング装置8が配置されている。各符号に付記しているアルファベットは、感光体ドラム3と同様、トナーの色別に対応している。各現像装置6にはそれぞれのカラートナーが収容されている。
中間転写ベルト2は、複数のローラ2A〜2Cに掛け回されて感光体ドラム3Y、3M、3C、3Bとの対峙位置において同方向に移動可能な構成を備えている。転写面を支持するローラ2A、2Bとは別のローラ2Cは、中間転写ベルト2を挟んで2次転写装置9に対向している。図39中、符号10は中間転写ベルト2を対象としたクリーニング装置を示している。
Each of the photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3B is composed of a drum that can rotate in the same counterclockwise direction, and around the charging device 4 is a charging unit that performs image forming processing in the rotation process. The optical writing device 5 as an exposure unit for forming an electrostatic latent image having a potential VL based on the image information on each of the photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3B. A developing device 6 as a developing unit that develops the electrostatic latent image with toner having the same polarity as the electrostatic latent image, a transfer bias roller 7 as a primary transfer unit, an applied voltage member 15, and a cleaning device 8 are arranged. The alphabets attached to the respective symbols correspond to the colors of the toner as in the photosensitive drum 3. Each developing device 6 accommodates each color toner.
The intermediate transfer belt 2 is configured to be wound around a plurality of rollers 2A to 2C and to move in the same direction at a position facing the photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3B. A roller 2C, which is different from the rollers 2A and 2B that support the transfer surface, faces the secondary transfer device 9 with the intermediate transfer belt 2 interposed therebetween. In FIG. 39, reference numeral 10 indicates a cleaning device for the intermediate transfer belt 2.

感光体ドラム3Yの表面が帯電装置4Yにより一様に帯電され、画像読取部1Cからの画像情報に基づいて感光体3ドラムY上に静電潜像が形成される。該静電潜像はイエローのトナーを収容した2成分(キャリアとトナー)現像装置6Yによりトナー像として可視像化され、該トナー像は第1の転写工程として、中間転写ベルト2上に、転写バイアスローラ7Yに印加された電圧による電界で引き付けられて転写される。
印加電圧部材15Yは感光体ドラム3Yの回転方向における転写バイアスローラ7Yの上流側に設けられている。印加電圧部材15Yにより、中間転写ベルト2に感光体ドラム3Yの帯電極性と同極性で且つ絶対値がベタ時Vより大きい電圧を印加し、転写領域にトナー像が入る以前に感光体ドラム3Yから中間転写ベルト2へトナーが転写することを防止して、感光体ドラム3Yから中間転写ベルト2へのトナーの転写時のチリによる乱れを防止する。
The surface of the photosensitive drum 3Y is uniformly charged by the charging device 4Y, and an electrostatic latent image is formed on the photosensitive drum 3Y based on the image information from the image reading unit 1C. The electrostatic latent image is visualized as a toner image by a two-component (carrier and toner) developing device 6Y containing yellow toner, and the toner image is formed on the intermediate transfer belt 2 as a first transfer step. The image is attracted and transferred by the electric field generated by the voltage applied to the transfer bias roller 7Y.
The applied voltage member 15Y is provided on the upstream side of the transfer bias roller 7Y in the rotation direction of the photosensitive drum 3Y. The applied voltage member 15Y applies a voltage to the intermediate transfer belt 2 that has the same polarity as the charging polarity of the photosensitive drum 3Y and has an absolute value that is larger than the solid VL , and before the toner image enters the transfer area, the photosensitive drum 3Y. From the toner to the intermediate transfer belt 2 is prevented, and the disturbance due to dust during the transfer of the toner from the photosensitive drum 3Y to the intermediate transfer belt 2 is prevented.

他の感光体ドラム3M、3C、3Bでもトナーの色が異なるだけで同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像が中間転写ベルト2上に順に転写されて重ね合わせられる。
転写後、感光体ドラム3上に残留したトナーはクリーニング装置8により除去され、また、転写後、図示しない除電ランプにより感光体ドラム3の電位が初期化され、次の作像工程に備えられる。
2次転写装置9は、帯電駆動ローラ9A及び従動ローラ9Bに掛け回されて中間転写ベルト2と同方向に移動する転写ベルト9Cを有している。転写ベルト9Cを帯電駆動ローラ9Aにより帯電させることで、中間転写ベルト2に重畳された多色画像あるいは担持されている単一色の画像をシート状記録媒体としての用紙28に転写することができる。
The other photoconductor drums 3M, 3C, and 3B also form similar images only with different toner colors, and the toner images of the respective colors are sequentially transferred onto the intermediate transfer belt 2 and superimposed.
After the transfer, the toner remaining on the photosensitive drum 3 is removed by the cleaning device 8, and after the transfer, the electric potential of the photosensitive drum 3 is initialized by a neutralizing lamp (not shown), and is prepared for the next image forming process.
The secondary transfer device 9 includes a transfer belt 9 </ b> C that is wound around the charging drive roller 9 </ b> A and the driven roller 9 </ b> B and moves in the same direction as the intermediate transfer belt 2. By charging the transfer belt 9C with the charging drive roller 9A, it is possible to transfer a multicolor image superimposed on the intermediate transfer belt 2 or a supported single color image onto a paper 28 as a sheet-like recording medium.

2次転写位置には給紙部1Bから用紙28が給送されるようになっている。給紙部1Bには用紙28が積載収容される複数の給紙カセット1B1と、給紙カセット1B1に収容された用紙28を最上のものから順に1枚ずつ分離して給紙する給紙コロ1B2と、搬送ローラ対1B3と、2次転写位置の上流に位置するレジストローラ対1B4等が設けられている。
給紙カセット1B1から給紙された用紙28は、レジストローラ対1B4で一旦停止され、斜めずれ等を修正された後、中間転写ベルト2上のトナー像の先端と搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイイングでレジストローラ対1B4により2次転写位置に送られる。装置本体の右側には起倒可能に手差しトレイ29が設けられており、該手差しトレイ29に収容された用紙28は給紙コロ31により給送された給紙カセット1B1からの用紙搬送路と合流する搬送路によりレジストローラ対1B4に向けて送られる。
The paper 28 is fed from the paper feed unit 1B to the secondary transfer position. The paper feed unit 1B has a plurality of paper feed cassettes 1B1 in which papers 28 are stacked and housed, and a paper feed roller 1B2 that separates and feeds the papers 28 contained in the paper feed cassette 1B1 one by one in order from the top. A pair of conveying rollers 1B3, a pair of registration rollers 1B4 positioned upstream of the secondary transfer position, and the like.
The paper 28 fed from the paper feed cassette 1B1 is temporarily stopped by the registration roller pair 1B4, and after correcting the oblique displacement and the like, the front end of the toner image on the intermediate transfer belt 2 and a predetermined position at the front end in the transport direction are set. Are sent to the secondary transfer position by the registration roller pair 1B4. A manual feed tray 29 is provided on the right side of the apparatus main body so that it can be turned up and down, and the paper 28 accommodated in the manual feed tray 29 joins the paper feed path from the paper feed cassette 1B1 fed by the paper feed roller 31. The paper is sent toward the registration roller pair 1B4 by the conveying path.

光書込装置5では、画像読取部1Cからの画像情報あるいは図示しないコンピュータから出力される画像情報により書き込み光が制御されて感光体ドラム3Y、3M、3C、3Bに対して画像情報に応じた書き込み光を出射して静電潜像を形成するようになっている。
画像読取部1Cは、自動原稿給送装置1C1と、原稿載置台としてのコンタクトガラス80を有するスキャナ1C2等を有している。自動原稿給送装置1C1は、コンタクトガラス80上に繰り出される原稿を反転可能な構成を有し、原稿の表裏各面での走査が行えるようになっている。
光書込装置5により形成された感光体ドラム3上の静電潜像は現像装置6によって可視像処理され、中間転写ベルト2に1次転写される。中間転写ベルト2に対して各色毎のトナー像が重畳転写されると、2次転写装置9により用紙28上に一括して2次転写される。2次転写された用紙28は定着装置11へ送られ、ここで熱と圧力により未定着画像を定着される。2次転写後の中間転写ベルト2上の残留トナーは、クリーニング装置10により除去される。
In the optical writing device 5, writing light is controlled by image information from the image reading unit 1C or image information output from a computer (not shown), and the photosensitive drums 3Y, 3M, 3C, and 3B correspond to the image information. Writing light is emitted to form an electrostatic latent image.
The image reading unit 1C includes an automatic document feeder 1C1, a scanner 1C2 having a contact glass 80 as a document table, and the like. The automatic document feeder 1C1 has a configuration capable of reversing the document fed on the contact glass 80, and can perform scanning on each surface of the document.
The electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 3 formed by the optical writing device 5 is subjected to visible image processing by the developing device 6 and is primarily transferred to the intermediate transfer belt 2. When the toner images for each color are superimposed and transferred onto the intermediate transfer belt 2, they are secondarily transferred onto the paper 28 by the secondary transfer device 9. The second-transferred paper 28 is sent to the fixing device 11 where the unfixed image is fixed by heat and pressure. Residual toner on the intermediate transfer belt 2 after the secondary transfer is removed by the cleaning device 10.

定着装置11を通過した用紙28は、定着装置11の下流側に設けられた搬送路切り換え爪12により、排紙トレイ27に向けた搬送路と反転搬送路RPとに選択的に案内される。排紙トレイ27に向けて搬送された場合には、排紙ローラ対32により排紙トレイ27上に排出され、スタックされる。反転搬送路RPへ案内された場合には反転装置38により反転され、再度レジストローラ対1B4に向けて送られる。   The paper 28 that has passed through the fixing device 11 is selectively guided to the conveyance path toward the paper discharge tray 27 and the reverse conveyance path RP by the conveyance path switching claw 12 provided on the downstream side of the fixing apparatus 11. When the paper is conveyed toward the paper discharge tray 27, it is discharged onto the paper discharge tray 27 by the paper discharge roller pair 32 and stacked. When guided to the reversal conveyance path RP, it is reversed by the reversing device 38 and sent again toward the registration roller pair 1B4.

以上の構成により、カラー複写機1では、コンタクトガラス80上に載置された原稿を露光走査することにより、あるいはコンピュータからの画像情報により、一様に帯電された感光体ドラム3に対して静電潜像が形成され、該静電潜像が現像装置6によって可視像処理された後、トナー像が中間転写ベルト2に1次転写される。
中間転写ベルト2に転写されたトナー像は、単一画像の場合にはそのまま給紙部1Bから繰り出された用紙28に転写される。多色画像の場合には1次転写が繰り返されることにより重畳された後、用紙28に一括して2次転写される。
2次転写後の用紙28は定着装置11により未定着画像を定着された後、排紙トレイ27に排出され、あるいは反転されて両面画像形成のために再度レジストローラ対1B4に向けて送られる。
本実施例では、検知対象面を転写体としての中間転写ベルト2としたが、各感光体ドラムを検知対象面としてもよい(第5の実施例)。この場合、Pセンサ40は各感光体ドラムに対向して設けられる。
With the above configuration, in the color copying machine 1, the photosensitive drum 3 that is uniformly charged is statically exposed by scanning the document placed on the contact glass 80 or by image information from the computer. An electrostatic latent image is formed, and the electrostatic latent image is subjected to visible image processing by the developing device 6, and then the toner image is primarily transferred to the intermediate transfer belt 2.
In the case of a single image, the toner image transferred to the intermediate transfer belt 2 is transferred as it is to the paper 28 fed out from the paper supply unit 1B. In the case of a multi-color image, the images are superimposed by repeating primary transfer, and then secondary transferred onto the paper 28 at once.
After the secondary transfer, the paper 28 is fixed with an unfixed image by the fixing device 11 and then discharged to the paper discharge tray 27 or reversed and sent again toward the registration roller pair 1B4 for double-sided image formation.
In this embodiment, the detection target surface is the intermediate transfer belt 2 as a transfer member, but each photosensitive drum may be a detection target surface (fifth embodiment). In this case, the P sensor 40 is provided to face each photosensitive drum.

また、1つ感光体ドラムとリボルバー方式の現像装置を用いて各色のトナー像を形成し、各トナー像を中間転写体に重ね合わせ転写した後、シート状記録媒体としての転写紙上に一括転写する方式のカラー画像形成装置においても同様に実施することができる(第6の実施例)。その一例を図40に示す。
図40に示す実施例では、図18に示す濃度検知用のPパターンが中間転写体としての中間転写ベルト426上に形成され、これを駆動ローラ444の近傍に配置されたPセンサ40により検出する。すなわち、中間転写ベルト426を検知対象面としている。検知方式、動作(検知データの取り扱い等)は第1の実施例と同様である。
Further, each color toner image is formed by using one photosensitive drum and a revolver type developing device, and each toner image is transferred onto an intermediate transfer member, and then transferred onto a transfer sheet as a sheet-like recording medium. The same can be applied to the type of color image forming apparatus (sixth embodiment). An example is shown in FIG.
In the embodiment shown in FIG. 40, the P pattern for density detection shown in FIG. 18 is formed on an intermediate transfer belt 426 as an intermediate transfer member, and this is detected by a P sensor 40 disposed in the vicinity of the drive roller 444. . That is, the intermediate transfer belt 426 is a detection target surface. The detection method and operation (handling of detection data, etc.) are the same as in the first embodiment.

以下に、本実施例における画像形成装置としてのカラー複写機の構成の概要を説明する。
カラー複写機において、露光手段としての書き込み光学ユニット400は、カラースキャナ200からのカラー画像データを光信号に変換して原稿画像に対応した光書き込みを行い、像担持体である感光体ドラム402上に静電潜像を形成する。該書き込み光学ユニット400は、レーザーダイオード404、ポリゴンミラー406とその回転用モータ408、fθレンズ410や反射ミラー412等により構成されている。
感光体ドラム402は、矢印で示すように反時計回りの向きに回転され、その周囲には、感光体クリーニングユニット414、除電ランプ416、電位センサ420、回転式現像装置422のうちの選択された現像器、現像濃度パターン検知器424、中間転写体としての中間転写ベルト426等が配置されている。
The outline of the configuration of a color copying machine as an image forming apparatus in this embodiment will be described below.
In a color copying machine, a writing optical unit 400 serving as an exposure unit converts color image data from the color scanner 200 into an optical signal and performs optical writing corresponding to a document image, on a photosensitive drum 402 serving as an image carrier. An electrostatic latent image is formed on the surface. The writing optical unit 400 includes a laser diode 404, a polygon mirror 406, a rotation motor 408 thereof, an fθ lens 410, a reflection mirror 412, and the like.
The photosensitive drum 402 is rotated in the counterclockwise direction as indicated by an arrow, and a photosensitive member cleaning unit 414, a static elimination lamp 416, a potential sensor 420, and a rotary developing device 422 are selected around the photosensitive drum 402. A developing device, a development density pattern detector 424, an intermediate transfer belt 426 as an intermediate transfer member, and the like are arranged.

回転式現像装置422は、ブラック用現像器428、シアン用現像器430、マゼンタ用現像器432、イエロー用現像器434と、各現像器を回転させる図示しない回転駆動部を有している。各現像器は、キャリアとトナーとの混合現像剤が入った、いわゆる2成分現像方式の現像器であり、上記実施例で示した現像装置4と同様の構成を有している。磁性キャリアの条件や仕様等も同様である。
待機状態では、回転式現像装置422は、ブラック現像の位置にセットされており、コピー動作が開始されると、カラースキャナ200で所定のタイミングからブラック画像のデータの読み取りがスタートし、この画像データに基づいてレーザ光による光書き込み・静電潜像(ブラック潜像)の形成が始まる。
The rotary developing device 422 includes a black developing unit 428, a cyan developing unit 430, a magenta developing unit 432, a yellow developing unit 434, and a rotation driving unit (not shown) that rotates each developing unit. Each developing device is a so-called two-component developing type developer containing a mixed developer of carrier and toner, and has the same configuration as the developing device 4 shown in the above embodiment. The conditions and specifications of the magnetic carrier are the same.
In the standby state, the rotary developing device 422 is set at the black development position. When the copying operation is started, the color scanner 200 starts reading the black image data from a predetermined timing. Based on the above, optical writing with a laser beam and formation of an electrostatic latent image (black latent image) are started.

このブラック潜像の先端部から現像するために、ブラック用現像器428の現像位置に潜像先端部が到達する前に、現像スリーブを回転開始してブラック潜像をブラックトナーで現像する。感光体ドラム402にはマイナス極性のトナーが作像される。
そして、以後、ブラック潜像領域の現像動作を続けるが、潜像後端部がブラック現像位置を通過した時点で、速やかにブラックのための現像位置から次の色の現像位置まで、回転式現像装置422が回転する。当該動作は、少なくとも、次の画像データによる潜像先端部が到達する前に完了させる。
像形成サイクルが開始されると、まず、感光体ドラム402は矢印で示すように反時計回りの向きに、中間転写ベルト426は時計回りの向きに、図示しない駆動モータによって回転させられる。中間転写ベルト426の回転に伴って、ブラックトナー像形成、シアントナー像形成、マゼンタトナー像形成、イエロートナー像形成が行われ、最終的にブラック(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に、中間転写ベルト426上に重ねられ(1次転写)、トナー像が形成される。
In order to develop from the leading edge of the black latent image, before the leading edge of the latent image reaches the developing position of the black developing device 428, the developing sleeve is started to rotate and the black latent image is developed with black toner. A negative polarity toner is formed on the photosensitive drum 402.
Thereafter, the development operation of the black latent image area is continued, but when the trailing edge of the latent image passes the black development position, the rotary development is quickly performed from the development position for black to the development position for the next color. The device 422 rotates. This operation is completed at least before the leading edge of the latent image by the next image data arrives.
When the image forming cycle is started, first, the photosensitive drum 402 is rotated counterclockwise as indicated by an arrow, and the intermediate transfer belt 426 is rotated clockwise by a drive motor (not shown). As the intermediate transfer belt 426 rotates, black toner image formation, cyan toner image formation, magenta toner image formation, and yellow toner image formation are performed. Finally, black (Bk), cyan (C), and magenta (M) are formed. , Yellow (Y) in this order (primary transfer) on the intermediate transfer belt 426 to form a toner image.

中間転写ベルト426は、感光体ドラム402に対向する1次転写電極ローラ450、駆動ローラ444、2次転写ローラ454に対向する2次転写対向ローラ446、中間転写ベルト426の表面を清掃するクリーニング手段452に対向するクリーニング対向ローラ448Aの各支持部材間に張架されており、図示しない駆動モータにより駆動制御されるようになっている。
感光体ドラム402に順次形成されるブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像が中間転写ベルト426上で正確に順次位置合わせされ、これによって4色重ねのベルト転写画像が形成される。このベルト転写画像は2次転写対向ローラ446により用紙に一括転写される。
The intermediate transfer belt 426 includes a primary transfer electrode roller 450 that faces the photosensitive drum 402, a drive roller 444, a secondary transfer counter roller 446 that faces the secondary transfer roller 454, and a cleaning unit that cleans the surface of the intermediate transfer belt 426. It is stretched between the supporting members of the cleaning facing roller 448A facing the surface 452, and is driven and controlled by a driving motor (not shown).
The black, cyan, magenta, and yellow toner images sequentially formed on the photosensitive drum 402 are accurately and sequentially aligned on the intermediate transfer belt 426, thereby forming a four-color superimposed belt transfer image. This belt transfer image is collectively transferred onto a sheet by a secondary transfer counter roller 446.

給紙バンク456内の各記録紙カセット458、460、462には装置本体内のカセット464に収容された用紙のサイズとは異なる各種サイズの用紙が収容されており、これらのうち、指定されたサイズ紙の収容カセットから、該指定された用紙が給紙コロ466によってレジストローラ対470方向に給紙・搬送される。図34において、符号468はOHP用紙や厚紙等のための手差し給紙トレイを示す。
像形成が開始される時期に、用紙は上記いずれかのカセットの給紙口から給送され、レジストローラ対470のニップ部で待機する。そして、2次転写対向ローラ446に中間転写ベルト426上のトナー像の先端がさしかかるときに、丁度用紙先端がこの像先端に一致するようにレジストローラ対470が駆動され、用紙と像のレジスト合わせが行われる。
Each of the recording paper cassettes 458, 460, and 462 in the paper supply bank 456 contains various sizes of paper different from the size of the paper stored in the cassette 464 in the apparatus body. The designated paper is fed and conveyed in the direction of the registration roller pair 470 by the paper feed roller 466 from the size paper storage cassette. In FIG. 34, reference numeral 468 denotes a manual paper feed tray for OHP paper, thick paper, and the like.
At the time when image formation is started, the paper is fed from the paper feed port of one of the above cassettes and waits at the nip portion of the registration roller pair 470. Then, when the leading edge of the toner image on the intermediate transfer belt 426 approaches the secondary transfer counter roller 446, the registration roller pair 470 is driven so that the leading edge of the sheet exactly coincides with the leading edge of the image. Is done.

このようにして、用紙が中間転写ベルト426と重ねられて、トナーと同極性の電圧が印加される2次転写対向ローラ446の下を通過する。このとき、トナー画像が用紙に転写される。続いて、用紙は除電され、中間転写ベルト426から剥離して紙搬送ベルト472に移る。
中間転写ベルト426から4色重ねトナー像を一括転写された用紙は、紙搬送ベルト472によりベルト定着方式の定着装置470へ搬送され、この定着装置470で熱と圧力によりトナー像を定着される。定着を終えた用紙は排出ローラ対480で機外へ排出され、図示しないトレイにスタックされる。これにより、フルカラーコピーが得られる。
本実施例では、検知対象面を転写体としての中間転写ベルト426としたが、感光体ドラム402を検知対象面としてもよい(第6の実施例)。この場合、Pセンサ40は感光体ドラム402に対向して設けられる。
In this manner, the sheet is overlapped with the intermediate transfer belt 426 and passes under the secondary transfer counter roller 446 to which a voltage having the same polarity as the toner is applied. At this time, the toner image is transferred to the paper. Subsequently, the sheet is neutralized, peeled off from the intermediate transfer belt 426, and moved to the sheet conveying belt 472.
The sheet onto which the four-color superimposed toner images have been collectively transferred from the intermediate transfer belt 426 is conveyed to the belt fixing type fixing device 470 by the paper conveying belt 472, and the toner image is fixed by the fixing device 470 by heat and pressure. The sheet that has been fixed is discharged out of the apparatus by the discharge roller pair 480 and stacked on a tray (not shown). Thereby, a full color copy is obtained.
In this embodiment, the detection target surface is the intermediate transfer belt 426 as a transfer body, but the photosensitive drum 402 may be the detection target surface (sixth embodiment). In this case, the P sensor 40 is provided to face the photosensitive drum 402.

上記各実施例では、正反射光出力と拡散反射光出力との比の最小値に基づいて処理する方式としたが、発光手段オフ時の各出力値との差分より得られる正反射光出力増分及び拡散反射光出力増分との比の最小値に基づいて処理する方式としても同様の検知機能を得ることができる。
また、上記各実施例では、粉体付着量検出装置を有する画像形成装置を例示したが、トナー以外の粉体を扱う付着量検出分野においても同様の処理方式により同様の検知機能を得ることができる。
In each of the above embodiments, the processing is based on the minimum value of the ratio between the specular reflection light output and the diffuse reflection light output, but the regular reflection light output increment obtained from the difference from each output value when the light emitting means is off. A similar detection function can be obtained as a method of processing based on the minimum value of the ratio to the diffuse reflection light output increment.
In each of the above embodiments, the image forming apparatus having the powder adhesion amount detection device is illustrated. However, in the adhesion amount detection field in which powder other than the toner is handled, the same detection function can be obtained by the same processing method. it can.

上記各実施例において得られる効果を以下に述べる。
従来技術では、前述した通り、検知対象面の経時的な光沢度低下によりカラー付着量検知可能範囲が徐々に狭まっていくために、経時での検知対象面の摩耗劣化が寿命の律速要因となっていたが、上記のような変換処理を行うことにより、従来の正反射光検知に比べ、付着量検知可能範囲が広がり、光沢度に依存することなく、正確な付着量検知を行うことができる。また、上記実施例では検知対象面の摩耗劣化に依存しないために、検知対象面の寿命を伸ばすことができる。
そして、本発明の粉体付着量変換方法のアルゴリズムを、カラー画像形成装置における像担持体又は転写体あるいは中間転写体を検知対象面とした付着量検出に適用することにより、従来技術では濃度検知困難と言われている光沢度の低いベルトであっても、また検知対象面が黒のベルトであっても何ら問題なく高付着量域まで付着量検知を高精度に行うことができる。これにより、最大付着量目標値であるベタ付着量を検知でき、経時、環境の変動に拘わらず、常に安定した画像濃度制御を行うことができる。
また、本発明の粉体付着量変換方法においては、拡散光出力の感度補正係数の算出に用いる階調パターン(トナーパッチ)の付着量範囲の上限値を、粉体の粒径、密度、及び円形度より合理的に求めることにより、より広い範囲で感度計算を行うことができるため、より精度の高い感度補正が行えるようになる。これにより、光学的検知手段のセンサの感度ばらつきをより高精度に補正することが可能となる。
The effects obtained in the above embodiments will be described below.
In the prior art, as described above, the detectable range of the color adhesion amount gradually narrows due to the decrease in the glossiness of the detection target surface over time, so wear deterioration of the detection target surface over time becomes the rate-determining factor of the life. However, by performing the conversion process as described above, compared to the conventional specular reflection light detection, the adhesion amount detection range is expanded, and accurate adhesion amount detection can be performed without depending on the glossiness. . Moreover, in the said Example, since it does not depend on the wear deterioration of a detection target surface, the lifetime of a detection target surface can be extended.
Then, by applying the algorithm of the powder adhesion amount conversion method of the present invention to the adhesion amount detection using the image carrier, the transfer body, or the intermediate transfer body as the detection target surface in the color image forming apparatus, the conventional technique detects density. Even if it is a belt having a low glossiness, which is said to be difficult, and even if the detection target surface is a black belt, the amount of adhesion can be detected with high accuracy up to a high adhesion amount region. As a result, the solid adhesion amount that is the maximum adhesion amount target value can be detected, and stable image density control can always be performed regardless of environmental changes over time.
Further, in the powder adhesion amount conversion method of the present invention, the upper limit value of the adhesion amount range of the gradation pattern (toner patch) used for calculating the sensitivity correction coefficient of the diffused light output is determined by the particle size, density, and Since the sensitivity calculation can be performed in a wider range by reasonably obtaining from the circularity, sensitivity correction with higher accuracy can be performed. Thereby, it becomes possible to correct the sensitivity variation of the sensor of the optical detection means with higher accuracy.

さらに、本発明の粉体付着量変換処理を行うことにより、付着量ゼロ〜粉体1層形成までの低付着量範囲において、拡散反射光出力を付着量に対して線形関係が得られる値へ変換することができる。
また、上記変換処理(拡散光出力感度の自動補正機能)を行うことにより、濃度検知センサの発光素子、受光素子の出力ばらつきに起因する拡散光出力ばらつき(ハードウエア側)を、付着量変換アルゴリズム側(ソフトウエア側)により補正できるようになるため、従来行われてきたようなセンサ出荷検査時におけるセンサ側(ハードウエア側)での調整作業は不要、もしくは調整幅を大幅に広げることが可能となる。
これにより、センサ製造における生産性を飛躍的に改善でき、センサのコストダウン、ひいては画像形成装置のコストダウンを実現できる。
Furthermore, by performing the powder adhesion amount conversion processing of the present invention, the diffuse reflected light output is set to a value that can obtain a linear relationship with the adhesion amount in the low adhesion amount range from zero adhesion amount to one powder layer formation. Can be converted.
In addition, by performing the above conversion process (automatic correction function of diffused light output sensitivity), the diffused light output variation (hardware side) due to the output variation of the light emitting element and the light receiving element of the density detection sensor is converted into an adhesion amount conversion algorithm. Adjustment is possible on the sensor side (software side), so adjustment work on the sensor side (hardware side) at the time of sensor shipment inspection as previously done is unnecessary, or the adjustment range can be greatly expanded. It becomes.
Thereby, the productivity in sensor manufacturing can be dramatically improved, and the cost of the sensor can be reduced, and hence the cost of the image forming apparatus can be reduced.

また、濃度検知センサの経時的なLED光量の低下及び発光素子、受光素子の温度特性による出力変動に対しても、拡散反射光出力感度の自動補正機能により、常に安定した付着量変換を行うことができる。
従来技術では、拡散反射光出力のみのセンサ(タイプ(2))では感度校正が困難であった、検知対象面が黒色である場合においても、正確な感度校正及び付着量検知を行うことができる。
また、従来では、正反射光出力と拡散反射光出力併用タイプのセンサ(タイプ(3)、(4))では、検知対象面の経時劣化による特性変化により、経時的に付着量検出精度が低下してしまっていたが、拡散反射光出力感度の自動補正機能により、検知対象面の経時的な特性変化をアルゴリズム側(ソフトウエア側)で吸収することができるため、検知対象面の光沢度が非常に低い場合であっても光沢度に関係無く、また黒色であっても高付着量域に亘って、拡散反射光出力を正確に付着量に変換することができる。これにより、検知対象面の長寿命化、ひいてはランニングコストの低下を実現できる。
In addition, even with the decrease in the amount of LED light over time of the density detection sensor and the output fluctuation due to the temperature characteristics of the light emitting element and the light receiving element, an automatic correction function of the diffuse reflected light output sensitivity always performs stable adhesion amount conversion. Can do.
In the conventional technology, it was difficult to calibrate the sensitivity with a sensor with only diffuse reflected light output (type (2)). Even when the detection target surface is black, accurate sensitivity calibration and adhesion amount detection can be performed. .
In addition, with conventional specular reflection light output and diffuse reflection light output type sensors (types (3) and (4)), the amount of adhesion detection accuracy decreases over time due to changes in characteristics of the detection target surface over time. However, the automatic correction function of the diffuse reflected light output sensitivity allows the algorithm side (software side) to absorb changes in the characteristics of the detection target surface over time. Even if it is very low, the diffuse reflected light output can be accurately converted into an adhesion amount regardless of the glossiness, and even in the case of black, over a high adhesion amount region. As a result, the life of the detection target surface can be extended, and the running cost can be reduced.

また、検知対象面である像担持体、転写ベルト又は中間転写ベルトなどの寿命を伸ばすことができる。特に像担持体等の検知対象面は、一般に帯電装置、現像装置、クリーニング装置等と一体にユニット化され、一括交換する方式が採られているが、検知対象面のみの経時劣化による検知精度の低下を理由とした早期一括交換をしなくて済むので、寿命がきていない他のユニット部品との関係上、ランニングコストを大幅に低減できる。   In addition, the life of the image carrier, the transfer belt, or the intermediate transfer belt, which is the detection target surface, can be extended. In particular, the detection target surface such as an image carrier is generally united with a charging device, a developing device, a cleaning device, and the like, and a method of batch replacement is adopted. Since it is not necessary to perform early collective replacement due to a decrease, the running cost can be greatly reduced in relation to other unit parts that have not reached the end of their service life.

本発明の粉体付着量変換方法及びそれを用いた粉体付着量検出装置は、画像形成装置の像担持体、転写体又は中間転写体等に付着するトナーの付着量の検出に有効に利用することができる。また、この粉体付着量変換方法及びそれを用いた粉体付着量検出装置は、画像形成装置の他に、トナー以外の粉体を扱う付着量検出分野においても同様の処理方式により同様の検知機能を得ることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The powder adhesion amount conversion method and the powder adhesion amount detection apparatus using the same of the present invention are effectively used for detecting the adhesion amount of toner adhering to an image carrier, transfer body or intermediate transfer body of an image forming apparatus. can do. In addition to the image forming apparatus, this powder adhesion amount conversion method and powder adhesion amount detection apparatus using the same can be detected in the same manner in the adhesion amount detection field that handles powder other than toner. Function can be obtained.

本発明の第1の実施例における画像形成装置としてのカラーレーザプリンタの概要正面図である。1 is a schematic front view of a color laser printer as an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. 正反射光のみを検出するタイプの光学的検知手段の構成図である。It is a block diagram of the optical detection means of the type which detects only regular reflection light. 拡散反射光のみを検出するタイプの光学的検知手段の構成図である。It is a block diagram of the optical detection means of the type which detects only diffuse reflection light. 正反射光と拡散反射光を同時に検出するタイプの光学的検知手段の構成図である。It is a block diagram of the optical detection means of the type which detects a regular reflection light and diffuse reflection light simultaneously. 正反射光と拡散反射光を同時に検出するタイプで、ビームスプリッタを用いた光学的検知手段の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of an optical detection means using a beam splitter, which is a type that detects specular reflection light and diffuse reflection light simultaneously. カラートナー付着量に対する正反射光出力と拡散反射光出力の検知結果を示すグラフである。It is a graph which shows the detection result of the regular reflection light output with respect to color toner adhesion amount, and a diffuse reflection light output. カラートナー付着量と正反射光との差分との関係を示すグラフある。6 is a graph showing a relationship between a color toner adhesion amount and a difference between specular reflection light. 検知対象面の鏡面光沢度が高いの場合の照射光の反射状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reflection state of irradiation light in case the mirror surface glossiness of a detection target surface is high. トナーが付着して検知対象面の鏡面光沢度が低下した場合の照射光の反射状態を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a reflection state of irradiation light when toner is attached and the specular glossiness of a detection target surface is decreased. 黒トナー付着量に対する正反射光出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the regular reflection light output characteristic with respect to the black toner adhesion amount. カラートナー付着量に対する正反射光出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the regular reflection light output characteristic with respect to the color toner adhesion amount. 黒トナー付着量に対する拡散反射光出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the diffuse reflected light output characteristic with respect to black toner adhesion amount. カラートナー付着量に対する拡散反射光出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the diffuse reflected light output characteristic with respect to the color toner adhesion amount. 検知対象面の鏡面光沢度に対する正反射光出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the regular reflection light output characteristic with respect to the mirror surface glossiness of a detection target surface. 検知対象面の明度に対する拡散反射光出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the diffuse reflected light output characteristic with respect to the brightness of a detection target surface. 検知対象面の経時的光沢度の低下と正反射光出力の補正との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the fall of the glossiness of a detection target surface with time, and correction | amendment of a regular reflection light output. 検知対象面の経時的光沢度の低下におけるカラートナー付着量と正反射光との差分との関係を示すグラフある。It is a graph which shows the relationship between the color toner adhesion amount and the difference of regular reflection light in the fall of the glossiness with time of a detection object surface. 階調パターンを示す平面図である。It is a top view which shows a gradation pattern. 正反射光として正反射光受光素子で受光される光に、純粋な正反射光成分に加え、検知対象面からの拡散反射光成分と、トナー層からの拡散反射光成分が含まれることを示す模式図である。Indicates that the light received by the specular reflection light receiving element as specular reflection light includes a diffuse reflection light component from the detection target surface and a diffuse reflection light component from the toner layer in addition to a pure specular reflection light component. It is a schematic diagram. 光学的検知手段により実際に検知すべき反射光成分と除去すべき反射光成分の関係を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the relationship between the reflected light component which should be actually detected by the optical detection means, and the reflected light component which should be removed. データサンプリング時の付着量と検知出力の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the adhesion amount at the time of data sampling, and a detection output. 拡散反射光出力に乗ずる感度補正係数と付着量及び検知出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sensitivity correction coefficient multiplied by a diffuse reflection light output, the adhesion amount, and a detection output. 正反射光の成分分解を示すグラフである。It is a graph which shows component decomposition | disassembly of regular reflection light. 正反射光出力の正反射成分の正規化を示すグラフである。It is a graph which shows normalization of the regular reflection component of a regular reflection light output. 拡散反射光出力の地肌部変動補正量と付着量及び検知出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the surface part fluctuation | variation correction amount of a diffuse reflected light output, the adhesion amount, and a detection output. ベルト地肌部から反射される成分にも複数の成分が存在することを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows that a some component exists also in the component reflected from a belt background part. 正反射成分の正規化値と地肌部変動補正後の拡散反射光出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the normalization value of a regular reflection component, and the diffuse reflected light output after background part fluctuation | variation correction | amendment. 拡散反射光出力の感度を示すグラフである。It is a graph which shows the sensitivity of a diffuse reflected light output. 正規化値への変換結果を示すグラフである。It is a graph which shows the conversion result to a normalized value. 正規化値を逆変換することにより得られた付着量を、電子天秤による付着量測定値に対してプロットした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having plotted the adhesion amount obtained by carrying out reverse conversion of the normalization value with respect to the adhesion amount measurement value by an electronic balance. 多数の試作品から抽出された光学的検知手段のロットばらつきと階調パターン検知における拡散反射光出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the lot dispersion | variation in the optical detection means extracted from many prototypes, and the diffuse reflected light output in a gradation pattern detection. 多数の試作品から抽出された光学的検知手段のロットばらつきと階調パターン検知における感度補正後の拡散反射光出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the lot dispersion | variation of the optical detection means extracted from many prototypes, and the diffuse reflected light output after the sensitivity correction | amendment in gradation pattern detection. 図1に示す画像形成装置を用いて、転写ベルトを黒ベルトとした時の付着量(測定値)に対する拡散光出力特性を示すグラフである。2 is a graph showing diffused light output characteristics with respect to an adhesion amount (measured value) when the transfer belt is a black belt using the image forming apparatus shown in FIG. 1. 図26における拡散光出力のトナー層からの成分のみを抜き出して示す図である。FIG. 27 is a diagram showing only components from the toner layer of diffused light output in FIG. 26 extracted. トナー層に第2層目が形成された場合について、トナーから放射される拡散光を各トナー層毎に成分分解した様子を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which diffused light emitted from a toner is component-decomposed for each toner layer when a second layer is formed in the toner layer. 転写ベルト上に半径rのトナーが1層、最密充填された様子を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a toner having a radius r is closest packed on a transfer belt. 図36に示すトナーを真円とした場合に、図36に示す三角形に接するトナーの一部分の面積の算出方法の説明図である。FIG. 37 is an explanatory diagram of a method for calculating the area of a part of toner in contact with a triangle shown in FIG. 36 when the toner shown in FIG. 36 is a perfect circle. 図33に示す要領で実験的に求めたトナー層(第1層)の最大付着量、及び計算値を示す図である。It is a figure which shows the maximum adhesion amount of the toner layer (1st layer) calculated | required experimentally in the way shown in FIG. 33, and a calculated value. 4連タンデム構成で中間転写体へ重ね転写した後、転写紙へ一括転写する方式のカラー画像形成装置の概要正面図である。FIG. 2 is a schematic front view of a color image forming apparatus of a system in which transfer is performed onto a transfer sheet after being transferred onto an intermediate transfer body in a four-tandem configuration. 1つの感光体ドラムにより各トナー像を中間転写体に重ね合わせ転写した後、転写紙上に一括転写する方式のカラー画像形成装置の概要正面図である。FIG. 2 is a schematic front view of a color image forming apparatus of a type in which toner images are transferred onto an intermediate transfer body by superimposing and transferring them onto a transfer sheet by a single photosensitive drum.

符号の説明Explanation of symbols

2、426:中間転写ベルト(中間転写体)
14Y、14M、14C、14B:感光体ドラム(像担持体)
18:転写ベルト(転写体)
51:発光手段としてのLED
52:受光手段としての正反射光受光素子
53:検知対象面
54:階調パターン(トナーパッチ)
55:受光手段としての拡散反射光受光素子
70:階調パターン(トナーパターン)
402:感光体ドラム(像担持体)
2, 426: Intermediate transfer belt (intermediate transfer member)
14Y, 14M, 14C, 14B: photosensitive drum (image carrier)
18: Transfer belt (transfer body)
51: LED as light emitting means
52: Regular reflection light receiving element as light receiving means 53: Detection target surface 54: Tone pattern (toner patch)
55: Diffuse reflected light receiving element as light receiving means 70: Tone pattern (toner pattern)
402: Photosensitive drum (image carrier)

Claims (11)

検知対象面上に連続的に複数個形成された付着量の異なる粉体の階調パターンと、検知対象面に対向する位置に配置され発光手段と受光手段を有して正反射光と拡散反射光を同時に検出可能な光学的検知手段と、検知対象面及び階調パターンを光学的検知手段により検知して得られる正反射光出力電圧と拡散光出力電圧を演算処理する演算処理手段を用い、上記演算処理手段の演算処理結果に基づき拡散光出力の感度補正を行うことにより拡散光出力補正値を粉体の付着量に対し一義に決まる値に変換処理を行う粉体付着量変換方法において、
拡散光出力の感度補正係数算出に用いる粉体のパターンの付着量範囲が、検知対象である粉体の粒径、密度及び粉体の円形度との関係において下記の条件式を満たすように定めることを特徴とする粉体付着量変換方法。
Figure 2005077685
A plurality of powder gradation patterns with different adhesion amounts formed continuously on the surface to be detected, and a specular reflection light and a diffuse reflection having a light emitting means and a light receiving means arranged at a position facing the surface to be detected Using optical detection means capable of simultaneously detecting light, and arithmetic processing means for calculating the specular reflection light output voltage and diffused light output voltage obtained by detecting the detection target surface and the gradation pattern by the optical detection means, In the powder adhesion amount conversion method for performing the conversion process of the diffused light output correction value to a value uniquely determined with respect to the powder adhesion amount by performing sensitivity correction of the diffused light output based on the arithmetic processing result of the arithmetic processing unit,
The powder pattern adhesion amount range used to calculate the sensitivity correction coefficient for diffused light output is determined so as to satisfy the following conditional expression in relation to the particle size and density of the powder to be detected and the circularity of the powder. A powder adhesion amount conversion method characterized by the above.
Figure 2005077685
請求項1記載の粉体付着量変換方法において、
上記粉体がトナーであることを特徴とする粉体付着量変換方法。
In the powder adhesion amount conversion method according to claim 1,
A powder adhesion amount conversion method, wherein the powder is toner.
検知対象面上に付着量の異なる粉体の階調パターンを連続的に複数個形成する手段と、検知対象面に対向する位置に配置され発光手段と受光手段を有して正反射光と拡散反射光を同時に検出可能な光学的検知手段と、検知対象面及び階調パターンを光学的検知手段により検知して得られる正反射光出力電圧と拡散光出力電圧を演算処理する演算処理手段とを有し、請求項1または2記載の粉体付着量変換方法を用いて、上記検知対象面上に形成した複数個の階調パターンを付着量に変換して粉体付着量を検出することを特徴とする粉体付着量検出装置。   Means for continuously forming a plurality of gradation patterns of powders with different amounts of adhesion on the surface to be detected, and light emitting means and light receiving means arranged at positions facing the surface to be detected and diffused with specularly reflected light Optical detection means capable of simultaneously detecting reflected light, and arithmetic processing means for calculating a regular reflection light output voltage and a diffused light output voltage obtained by detecting the detection target surface and the gradation pattern by the optical detection means. And detecting a powder adhesion amount by converting a plurality of gradation patterns formed on the detection target surface into an adhesion amount using the powder adhesion amount conversion method according to claim 1 or 2. A powder adhesion amount detection device. 複数の像担持体上に形成された画像を転写体上に担持されたシート状記録媒体に順次重ねて転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、
請求項1または2記載の粉体付着量変換方法、あるいは請求項3記載の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記転写体であることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus capable of obtaining a color image by sequentially superimposing and transferring images formed on a plurality of image carriers onto a sheet-like recording medium carried on a transfer member,
An image forming apparatus using the powder adhesion amount conversion method according to claim 1 or 2, or the powder adhesion amount detection apparatus according to claim 3, wherein the detection target surface is the transfer body.
複数の像担持体上に形成された画像を転写体上に担持されたシート状記録媒体に順次重ねて転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、
請求項1または2記載の粉体付着量変換方法、あるいは請求項3記載の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記像担持体であることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus capable of obtaining a color image by sequentially superimposing and transferring images formed on a plurality of image carriers onto a sheet-like recording medium carried on a transfer member,
An image forming apparatus using the powder adhesion amount conversion method according to claim 1 or 2, or the powder adhesion amount detection device according to claim 3, wherein the detection target surface is the image carrier.
複数の像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ねて転写した後、シート状記録媒体に一括転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、
請求項1または2記載の粉体付着量変換方法、あるいは請求項3記載の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記中間転写体であることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus capable of obtaining a color image by transferring toner images formed on a plurality of image carriers in succession to an intermediate transfer member, and then transferring them collectively to a sheet-like recording medium.
An image forming apparatus using the powder adhesion amount conversion method according to claim 1 or 2, or the powder adhesion amount detection device according to claim 3, wherein the detection target surface is the intermediate transfer member.
複数の像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ねて転写した後、シート状記録媒体に一括転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、
請求項1または2記載の粉体付着量変換方法、あるいは請求項3記載の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記像担持体であることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus capable of obtaining a color image by transferring toner images formed on a plurality of image carriers in succession to an intermediate transfer member, and then transferring them collectively to a sheet-like recording medium.
An image forming apparatus using the powder adhesion amount conversion method according to claim 1 or 2, or the powder adhesion amount detection device according to claim 3, wherein the detection target surface is the image carrier.
1つの像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ねて転写した後、シート状記録媒体に一括転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、
請求項1または2記載の粉体付着量変換方法、あるいは請求項3記載の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記中間転写体であることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus capable of obtaining a color image by transferring a toner image formed on one image carrier in succession on an intermediate transfer member and then transferring the toner image to a sheet-like recording medium at once.
An image forming apparatus using the powder adhesion amount conversion method according to claim 1 or 2, or the powder adhesion amount detection device according to claim 3, wherein the detection target surface is the intermediate transfer member.
1つの像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ねて転写した後、シート状記録媒体に一括転写することによりカラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、
請求項1または2記載の粉体付着量変換方法、あるいは請求項3記載の粉体付着量検出装置を用い、上記検知対象面が上記像担持体であることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus capable of obtaining a color image by transferring a toner image formed on one image carrier in succession on an intermediate transfer member and then transferring the toner image to a sheet-like recording medium at once.
An image forming apparatus using the powder adhesion amount conversion method according to claim 1 or 2, or the powder adhesion amount detection device according to claim 3, wherein the detection target surface is the image carrier.
請求項4乃至9のうちの何れか1つに記載の画像形成装置において、
上記検知対象面上に形成した複数個の階調パターンを付着量に変換し、その付着量変換値に基づき、画像濃度制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
The image forming apparatus according to any one of claims 4 to 9,
An image forming apparatus that converts a plurality of gradation patterns formed on the detection target surface into an adhesion amount and performs image density control based on the adhesion amount conversion value.
請求項4乃至9のうちの何れか1つに記載の画像形成装置において、
上記粉体をトナーとし、上記条件式の粉体の粒径rを、トナー粒径公差の下限値としたことを特徴とする画像形成装置。
The image forming apparatus according to any one of claims 4 to 9,
An image forming apparatus, wherein the powder is toner, and the particle diameter r of the powder of the conditional expression is a lower limit value of the toner particle diameter tolerance.
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