JP2007079501A - 発光制御回路、同回路を利用した画像形成特徴量量検出回路及び同回路を設けた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 トナー画像における反射率によりトナー付着量を検出するための発光回路の調整幅を確保しながら確実な消灯を実現し得る構成を提供することを目的とする。
【解決手段】 発光手段は入力電圧信号を電流信号に変換する電圧―電流変換回路と、前記電圧―電流変換回路における前記電流信号を、発光素子を有する他の回路において実現するためのカレントミラー回路と前記発光素子とよりなる構成とした。
【選択図】 図4
【解決手段】 発光手段は入力電圧信号を電流信号に変換する電圧―電流変換回路と、前記電圧―電流変換回路における前記電流信号を、発光素子を有する他の回路において実現するためのカレントミラー回路と前記発光素子とよりなる構成とした。
【選択図】 図4
Description
本発明は発光制御回路、同回路を利用した画像形成特徴量検出回路及び同回路を設けた画像形成装置に係り、画像形成における所定の特徴量(画像形成特徴量と称する)を検出するために発光手段の発光量を制御する機能を有する発光制御回路、同回路を利用した画像形成特徴量検出回路及び同回路を設けた画像形成装置に関する。
電子写真方式のプリンター、FAX機,複写機等の画像形成装置において、印刷に係る特徴量を検出し、検出値を基に当該特徴量を制御する機能が知られている。
例えば特許文献1には、画像形成装置において、画像印刷におけるトナー濃度を制御するために図1に示す如くの回路を適用した構成が開示されている。
図1の回路では、D/A(ディジタル−アナログ)変換器(以下単にD/Aと称する)101と発光素子108との間に、オペアンプ(演算増幅器)104、抵抗105及びトランジスタ106からなる電流安定化回路(定電圧回路)103が設けられている。
このように発光素子の前段に電流安定化回路103を設けることにより、D/A101からオペアンプ104の非反転入力端子(+)に入力する電圧と同電圧が抵抗105に印加され、高精度に光量調整を行うことが可能となる。
また同回路において抵抗105に印加される電圧Vrは、電源電圧から発光素子のLED順方向電圧とトランジスタ106のコレクタエミッタ間電圧とを引いた値となる。すなわち、
Vr=(電源電圧)―(発光素子の順方向電圧)−(トランジスタのエミッタ−ベース電圧)
この回路では、D/A101に加えてオペアンプ104によるフィードバック回路を設けることにより、定電圧回路を実現している(図2参照)。
Vr=(電源電圧)―(発光素子の順方向電圧)−(トランジスタのエミッタ−ベース電圧)
この回路では、D/A101に加えてオペアンプ104によるフィードバック回路を設けることにより、定電圧回路を実現している(図2参照)。
この回路において発光素子108に流すことができる最大定格電流の値は当該発光素子により決められる一定値である。
ここで発光素子108に流れる電流値IFは以下の式(1)で求められる。
IF=Vr/R ...(1)
上式(1)においてVrは抵抗105とトランジスタ106との間の接続点の電位であり且つ上述するように実質的にD/A101からの入力値を示し、Rは抵抗105の抵抗値を示す。
IF=Vr/R ...(1)
上式(1)においてVrは抵抗105とトランジスタ106との間の接続点の電位であり且つ上述するように実質的にD/A101からの入力値を示し、Rは抵抗105の抵抗値を示す。
上式(1)においてVrの変化率を一定とした場合、発光素子108の電流値IFの最大値と抵抗値Rとが固定なため、D/A101からの入力値Vrの最大値が大きく且つRの値が大きいほど発光素子108の電流値IFをより細かく調整可能となり、その結果発光素子108による発光量をより細かく調整可能となる。
特開平04−060566号公報
特開2000−032798号公報
特開平11−221940号公報
図1、図2の回路において、例えばD/A101とオペアンプ104との間に何らかの要因でノイズが混入した場合、D/A101の出力をゼロとした場合であっても、図5中、曲線C1のP部に示す如く、オペアンプ104に微少な電圧が印加され、結果的に発光素子108が微発光してしまう。
発光素子108から発光された光による反射光を検知してトナー濃度等を求めるシステムにおいて、このようにノイズにより発光量が影響を受ける現象は好ましくない。
オペアンプ104のイマジナリショートを利用した定電圧回路103を適用しているため図2中、A点とB点とが同電位となる。したがってD/A101とオペアンプ104との間にノイズが混入した場合、B点においても電位が生じ、もって上記の如く発光素子108を有する直列回路に電流が流れ、結果的に発光素子108においても電流が流れ、発光素子108が微発光するのである。
この問題点の解決のために図2中、符号111の部分、すなわち抵抗105と接地との間にオフセット用のダイオードを挿入する方法が知られている。
この方法はダイオードにおいて印加電圧が順方向電圧Vd以下では微少な電流しか流れない特性を利用するものである。したがってD/A101からの入力、すなわちオペアンプ104の入力電圧がダイオードの順方向電圧以下の場合には発光素子108を有する直列回路には実質的に電流は流れない。
すなわち、図5の曲線C2の如く、D/A101からの入力がVd以下では上記直列回路に含まれる抵抗105に実質的な電流が流れず、もってVrは実質的にゼロのまま維持される。したがってD/A101からの入力にノイズが混入した場合でもその値がVd以下の場合、発光素子108を確実に消灯させることが可能となる。
しかしながらこのように完全に発光素子108を消灯させるために上記の如く抵抗105と接地との間にダイオードを挿入した場合、ダイオードを挿入しない場合に比して、D/A101を変化させた際に得られるVrの変化幅がダイオードの順方向電圧分狭くなる(図5中、曲線C2)。
その結果発光素子108の光量の調整可能な幅が狭まり、発光電流IFの調整に寄与可能な入力電圧幅が狭められてしまうという問題点があった。
又、上記の如く図2の符号111の部分にダイオードを挿入する方法の場合、発光素子の最大電流まで調整可能とするためには上記式(1)中のR、すなわち抵抗105の抵抗値を下げればよい。しかしながらこのように抵抗105の抵抗値Rを下げた場合、式(1)より、D/A101からの入力に対する発光電流の変化の傾きが増加する(図6中、曲線C12)。その結果同じD/A101からの入力信号の分解能に対し発光電流の分解能が低下することとなり、発光素子108の発光量の調整精度が低下してしまう。
本発明はこれらの問題点に鑑み、発光素子の確実な消灯を可能とすると共に発光電流の調整可能な入力電圧幅を広く維持して調整段階数を多くし、もって発光素子の発光量を高精度に調整し得る構成を提供することを目的とする。
本発明は上記課題を解決するため、入力電圧信号を電流信号に変換する電圧―電流変換回路と、前記電圧―電流変換回路で得られた前記電流信号を、発光素子を有する他の回路において実現するためのカレントミラー回路とを設けた。
本発明によれば、電圧―電流変換回路により得られた電流信号がカレントミラー回路により発光素子を有する回路において実現される。その結果、カレントミラー回路を構成するトランジスタ素子が前記オフセット用ダイオードとしても機能することにより前記の如く発光素子に流れる発光電流を実質的にゼロとすることで確実な消灯を可能とし得る(図5中、曲線C3)。
またオフセット用ダイオードの挿入を不要とすることにより、発光電流、すなわちカレントミラー回路を構成する各トランジスタに流れる電流の調整に寄与可能な電圧範囲を広いまま維持することが可能となる(図5中、曲線C3)。
又、本発明の回路構成によれば電圧―電流変換回路上にダイオードの追加が不要なため、発光素子の最大電流まで調整可能とするために上記抵抗105に対応する抵抗の抵抗値を減少させる必要が無くなる。その結果上式(1)におけるR値を減少させる必要がないためD/Aからの入力に対する発光電流の変化の傾きが増加することがない(図6中、曲線C13)。その結果同じD/Aからの入力信号の分解能に対し発光電流の分解能が低下することがなく、発光素子の発光量の調整精度が維持することができる。
このように本発明によれば高精度に発光量を制御可能な構成を提供できるため、これをトナー濃度、トナー付着量等の画像形成特徴量の検出に適用することにより、簡易な構成で画像形成の品質を高精度に制御可能な画像形成装置を提供することができる。
以下本発明の実施の形態につき図と共に説明する。
本発明の実施の形態は、図3,4において、トナー付着量調整あるいはトナー色合わせ調整時に転写ベルト3上に付着したトナー4を検出する目的で発光素子15と受光素子11とを用いた発光制御回路、同回路を利用したトナー付着量検出回路及び同回路を設けた画像形成装置である。
当該発光制御回路において、ディジタルデータをD/A変換して発光素子15の発光量を変化させる制御手段21にNPNトランジスタ14のベース端子を接続し、NPNトランジスタ14のコレクタ端子を駆動電源Vccに接続し、NPNトランジスタ14のエミッタ端子は抵抗16を介し、NPNトランジスタ17,18で構成されたカレントミラー回路19に接続する。また、カレントミラー回路19を構成する他方のNPNトランジスタ18には発光素子15を接続し、発光素子15にオフセットを持たせる構成としている。
このような構成の発光制御回路を設けた画像形成装置では、駆動電源Vccが低電圧とされた場合であっても制御手段21で発生される制御電圧で調整可能な電圧範囲を大きくすることが可能であり、その結果、高精度に発光素子15における出射光量を調整可能となる。
また本発明の実施の形態では上記構成において、周波数成分を持つPWM(パルス幅変調)信号等の制御信号を前記制御手段21から入力するような場合においては、別途抵抗とコンデンサとからなるローパスフィルタを制御手段21とNPNトランジスタ14との間に設けることが望ましい。
このような構成の発光制御回路を設けた画像形成装置においても、駆動電源Vccが低電圧とされた場合であっても制御手段21で発生される制御電圧で調整可能な電圧範囲を大きくすることが可能であり、その結果、高精度に発光素子15における出射光量を調整可能となる。
或いは上記いずれかの構成を有する発光制御回路の発光素子15から出射された光の転写ベルト3からの反射光を検出する受光素子11の出力からの転写ベルト3上のトナー付着量を検出する検出手段(図8中、制御手段200)を更に設けてなるトナー付着量検出回路として実施可能である。
このトナー付着量検出回路においては、駆動電源Vccが低電圧とされた場合であっても制御手段21から発生される制御電圧で調整可能な電圧範囲を大きくすることが可能であり、その結果トナー付着量を検出する際に高精度に光量を調整することが可能となる。
以下に本発明の一実施例の構成につき、図と共に説明する。
図3は本発明の一実施例による画像形成装置の転写ベルト3付近におけるトナー付着量検出回路の発光素子1及び受光素子2の配置を示す正面図である。
尚発光素子1は図4に示す発光素子15に対応し、受光素子2は同じく受光素子11に対応する。
本発明の一実施例による画像形成装置は電子写真方式を適用した構成とされ、この画像形成装置によれば、画像情報で変調されたレーザ光の照射によってYMCK(イェロウ、マジェンタ、シアン、ブラック)の各色要素に対応した4個の感光体(図示を省略)上にそれぞれ形成された静電潜像が、該当色のトナーによって現像され各色のトナー画像とされた後、それぞれが重畳して転写ベルト3上に転写される。そしてそのようにして転写ベルト3上に形成されたフルカラー画像が更に所定用紙に転写されることにより所望の印刷物が得られる。
尚このような電子写真方式による画像形成装置の画像形成に係る構成は公知であり(例えば特許文献1参照)、ここではその詳細に関する説明を省略する。
このような構成の画像形成装置において、転写ベルト3上に転写されるトナー画像が所定のトナー付着量を有するか否かにより最終的に得られるフルカラー画像の画質が左右される。このため上記トナー付着量を管理して常に所定値を維持するように調整することが重要である。
そのため本画像形成装置では、所定のタイミングにて、上記感光体から転写され、図3に示す如く転写ベルト3上に付着したトナー4の付着量を検出し、その値が常に一定範囲内に収まるように静電潜像を形成する際に感光体に印加する電圧等を調整する制御を行う。
図3中、上記の如く、1は発光素子、2は受光素子、3は転写ベルト、4は付着量を測定するトナーをそれぞれ示す。
本発明の実施例ではトナー付着量を検出する場合、転写ベルト3上にあるトナー4に発光素子1から光を照射し、その反射光を受光素子2で検知し、その検知結果によりトナーの付着量をする。
図4は本発明の実施例による画像形成装置に設けられた、発光制御回路を含んだトナー付着量検出回路の回路図である。
図4中11はフォトトランジスタ(受光素子)、12、13、16、20は調整用抵抗、14、17、18はNPNトランジスタ、15は発光素子、19はカレントミラー回路をそれぞれ示す。
図4に示す発光制御回路において、発光素子15の発光強度を所定の大きさに調整するため、D/A21から制御電圧を印加する。D/A21によってアナログ電圧値に変換された制御信号はNPNトランジスタ14に入力される。そして二つの直列抵抗12、16には電源電圧Vccから2つのNPNトランジスタ14,17のベースエミッタ電圧を差し引いた電圧Vrが印加される。
そしてD/A21から直接入力を受けるトランジスタ14を有する直列回路(以下「1次側回路」と称する)には、上記電圧Vrをこれら抵抗12,16の合計抵抗値R1で割った値(=Vr/R1)の電流値IFが流れる。
そしてこの電流IFがNPNトランジスタ17,18よりなる周知のカレントミラー回路19の機能により、同電流値IFが発光素子15を有する直列回路(以下「2次側回路」と称する)にも流れる。
そしてこのように2次側回路において実現された電流IFが発光素子15に流れることにより、発光素子15は同電流値IFに応じた発光強度で発光する(以下、発光素子15に流れる電流を「発光電流」と称する)。
図4の発光制御回路では、このように発光素子15に発光電流IFを流す際、NPNトランジスタ14においてD/A21からの入力に対し電圧−電流変換を行った後、カレントミラー回路19によりその電流値を二次側回路に実現する。すなわちカレントミラー回路19を介して間接的に発光素子15に発光電流を流す構成を有する。
同発光制御回路ではカレントミラー回路19を設けることで、駆動電源Vccが低電圧とされた場合においても、発光電流を制限している抵抗16に、より大きな電圧を印加することが可能となる。これは同抵抗16を有する1次側回路が発光素子15を含まないため、発光素子15による電圧降下分を考慮する必要がないためである。
その結果制御電圧の調整段階数(後述する2n)を増加させることが可能となり、高精度の光量調整を行うことができる。
また、発光素子15と接地との間にカレントミラー回路19を構成するNPNトランジスタ18が挿入されているため、このNPNトランジスタ18がオフセットの機能をも果たし、もってD/A21から制御電圧が入力されない場合(制御電圧=0)に発光素子15を完全に消灯することが可能となる。すなわちカレントミラー回路19のトランジスタ18が、図2と共に上述した従来例において符号111の部分に挿入するオフセット用ダイオードと同機能を果たす。
また上記発光制御回路において、D/A21により制御電圧を印加する代わりにPWM(パルス幅変調)信号を制御信号として印加するような構成も可能である。この場合、別途抵抗とコンデンサとよりなるローパスフィルタをトランジスタ14の前段に挿入し、PWM信号を定電圧信号に変換することが必要である。
このように本発明の実施例の発光制御回路によれば、入力電圧信号(D/A21からの入力)を電流信号に変換する電圧―電流変換回路(トランジスタ14を有する1次側回路)と、前記電圧―電流変換回路により得られた前記電流信号を、発光素子15を有する他の回路(2次側回路)において実現するためのカレントミラー回路19を設けた。その結果、電圧―電流変換回路(12,14,16,17)により得られた電流信号がカレントミラー回路19により発光素子15を有する回路(13,15,18)において実現されるため、カレントミラー回路19を構成するトランジスタ素子18が前記オフセット用ダイオードとしても機能する。その結果前記制御電圧がゼロの際に発光素子15に流れる発光電流を実質的にゼロとすることが可能となり、消灯状態を確実に実現し得る(図5中、C3)。
また前記従来技術の項において説明したオフセット用ダイオードの挿入を不要とすることにより、発光電流、すなわちカレントミラー回路19を構成する各トランジスタ17,18を流れる電流の調整に実施的に寄与可能な制御範囲を広く維持することが可能となる。
すなわち図5中、横軸のD/A21からの入力に対し、本発明の実施例に対応する曲線C3のリニアな範囲が前記発光電流の調整に実質的に寄与可能は制御範囲に該当する。図5から明らかなように、本発明の実施例(曲線C3)による発光電流の調整に実質的に寄与可能は制御範囲は、図1,2と共に上述した従来例(曲線C1)によるものと同等或いはそれ以上とされ、オフセット用ダイオードを挿入した場合の例(曲線C2)に比して明らかに広い範囲が得られる。
又、本発明の回路構成によれば上記の如く電圧―電流変換回路(1次側回路)中にダイオードの挿入が不要なため、発光素子15の最大電流まで調整可能とするために抵抗16の抵抗値を減少させる必要が無い。その結果上式(1)におけるR値に対応する値を減少させる必要がないためD/A21からの入力に対する発光電流の変化の傾きが増加することがない(図6中、曲線C13)。その結果D/A21からの入力信号の分解能に対し発光電流の分解能が低下することがなく、発光素子15の発光量の調整精度を高く維持できる。
図7はカレントミラー回路の原理を説明するための図である。
図7中、1次側回路を流れる電流をI1,1次側トランジスタのコレクタ電流及びベース電流をそれぞれIc1、Ib1とし、同様に2次側回路を流れる電流をI2,2次側トランジスタのコレクタ電流及びベース電流をそれぞれIc2、Ib2とした場合、
I1=Ic1+Ib1+Ib2 ...(2)
である。また両トランジスタのベース電位が等しいことから
Ib1=Ib2 ...(3)
となる。したがって
Ic1=Ic2 ...(4)
となる。ここで(Ib1+Ib2)はIc1に比して無視できる程微少なため、
I1=Ic1 ...(5)
と見ることができる。したがって式(2)、(4)、(5)より
I1=I2 ...(6)
となる。
I1=Ic1+Ib1+Ib2 ...(2)
である。また両トランジスタのベース電位が等しいことから
Ib1=Ib2 ...(3)
となる。したがって
Ic1=Ic2 ...(4)
となる。ここで(Ib1+Ib2)はIc1に比して無視できる程微少なため、
I1=Ic1 ...(5)
と見ることができる。したがって式(2)、(4)、(5)より
I1=I2 ...(6)
となる。
したがって図4中のカレントミラー回路19では、1次側回路のトランジスタ17に流れる電流と二次側回路のトランジスタ18に流れるとが等しくなる。
図8は上述の発光制御回路を含む、本発明の実施例によるトナー付着量検出回路の機能ブロック図である。
図8中、制御手段200は図4中のD/A21、A/D23を含み、発光素子202(図4中、発光素子15)からの照射に対し図3中の付着トナー4からの反射光が受光素子204(図4中、受光素子11)で受光されて反射光量が検出され、その検出値からトナー付着量を検出する機能を有する。この制御手段200は具体的には上記D/A21,A/D23と接続されてそれらとの間で信号の授受を行い論理演算を行う演算手段(上記トナー付着量検出手段)としてのCPUを含む構成とされる。
図8中、発光手段201は図4中のトランジスタ14を有する1次側回路及び発光素子15を有する2次側回路に該当し、受光手段205は受光素子11を含む直列回路に該当し、反射体203は図3に示す付着トナー4に該当する。
図9は図8中の制御手段200中のCPUが実行する光量調整動作(トナー付着量検出動作)の流れを示すフローチャートであり、図10はこの光量調整動作において発光電流値IFを調整する際に使用される電流値格納レジスタの構成を示す図である。
図10に示す電流値格納レジスタは0乃至n−1の計n桁のビットを有し、2n段階の調整段階を提供する。すなわち当該レジスタのnビットで表現可能な分解能は2nとなる。
図9中、ステップS1にて制御手段200のD/A21から電圧信号が発せられることにより図4の回路を介して発光素子15の発光が開始される。
ステップS2にて上記発光量の調整段階を示す変数xにnが代入され、ステップS3にてこの変数xから1が引かれる。
そしてステップS4にてxが0以上か否かが判定され、0未満であればステップS8に移行しこの動作が終了される。他方0以上の場合(ステップS4のYES)、ステップS5にて図10に示すレジスタ中の第xビットに1をセットする。尚、当該レジスタのn桁のビットは各々その初期値がゼロとされている。
そして当該レジスタのnビットのディジタル値に対応する値が制御手段200のCPUからD/A21に出力され、図4の回路により、その値に応じた光強度にて発光素子202(15)から発光がなされる。
その発光の結果付着トナー4で反射され受光素子204(11)にて得られた反射光の光量が所定の基準値と比較され(ステップS6)、その結果基準値以上(YES)であればステップS3に戻り、基準値未満であれば(NO)ステップS7にて第xビットに0をセットする。
このような動作が繰り返されることにより、図10に示すレジスタのn桁のビットの値がそれぞれ決定されることになる。
このようにして得られたレジスタの値は図3に示す転写ベルト3上のトナー付着量を示し、この値を基に上記静電潜像形成時の感光体の印加電圧等を調整することにより、感光体上のトナー付着量を調整し、もって転写ベルト3上のトナー付着量を調整する。その結果、当該画像形成装置におけるトナー付着量を常に所定の値に維持することが可能となる。
1,15、202 発光素子
2,11、204 受光素子
3 転写ベルト
4 付着トナー
14 電圧―電流変換用トランジスタ
17、18 カレントミラー回路を構成するトランジスタ
19 カレントミラー回路
200 制御手段
201 発光手段
202 受光手段
2,11、204 受光素子
3 転写ベルト
4 付着トナー
14 電圧―電流変換用トランジスタ
17、18 カレントミラー回路を構成するトランジスタ
19 カレントミラー回路
200 制御手段
201 発光手段
202 受光手段
Claims (6)
- 発光手段と、
該発光手段により照射され画像形成部分からの反射光を受光する受光手段とよりなり、
前記発光手段は入力電圧信号を電流信号に変換する電圧―電流変換回路と、前記電圧―電流変換回路で得られた前記電流信号を、発光素子を有する他の回路において実現するためのカレントミラー回路とを有してなる発光制御回路。 - 前記入力電圧信号が周波数成分を有する際には所定のローパスフィルタを介して前記電圧―電流変換回路に印加する構成とされてなる請求項1に記載の発光制御回路。
- 画像形成時の所定の画像形成特徴量を検出する画像形成特徴量検出回路であって、
請求項1又は2に記載の発光制御回路の出力値に基づいて前記所定の画像形成特徴量を検出する構成とされてなる画像形成特徴量検出回路。 - 請求項3に記載の画像形成特徴量検出回路の出力値に基づいて前記所定の画像形成特徴量を制御する構成とされた画像形成装置。
- 電子写真方式により感光体上に静電潜像を形成し、これを所定のトナーによって現像することによりトナー画像を生成し、転写部材上に転写する構成を有し、
前記画像形成特徴量検出回路は前記転写部材上に付着されたトナーの付着量を検出する構成とされてなる請求項4に記載の画像形成装置。 - 前記感光体はフルカラー画像を形成するための各色要素毎に設けられ、各感光体上に形成された各色の静電潜像が該当色のトナーにより現像され、それらのトナー画像が転写部材上に重畳して転写されることによりフルカラー画像が得られる構成とされてなる請求項5に記載の画像形成装置。
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2005
- 2005-09-16 JP JP2005271004A patent/JP2007079501A/ja active Pending
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