JP2009068842A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子と乱反射を受光する受光素子を備えた光検出装置において、発光素子からの散乱する光の二次反射による影響を受けずに乱反射成分のみを取り込める光検出装置を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ５３とセンサ５４ａとからなる光検出装置において、ＬＥＤ５３の発光点Ｅと記録紙上のＣ点を結ぶ光線ａとＣ点を通る記録紙の垂線ＣＤとのなす角度αと同じ角度で反射した光線ｂがセンサ５４ａの導光路の内壁面と交わる点を点Ｂとしたときに、記録紙と点Ｂとの距離Ｋから記録紙と光検出装置の距離Ｌを引いた値で定められる長さＮをセンサ５４ａの導光路の長さとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子と乱反射光を受光する受光素子を備えた光検出装置に関するものである。特にカラー画像形成装置に用いられる出力画像の色度や濃度を検出するための光検出装置に関する。

近年、発光素子と乱反射を受光する受光素子を備えた光検出装置は、カラープリンタやカラー複写機などのカラー画像形成装置に種々の用途で使用されている。例えば、出力画像の色安定性を制御するために記録紙上に形成された画像（パッチとも言う）の色度を検知するセンサ（以下カラーセンサ）や中間転写体上に形成されたのトナー像（トナーパッチとも言う）を検出し濃度や色ずれを検出するセンサ（以下、色ずれ・濃度検知センサ）がある。なお濃度検知センサについては例えば特許文献１に記載されている。また、記録紙の種類を判別するセンサ（以下、メディアセンサ）にも光検出装置が用いられている。

以下に、光検出装置としてのカラーセンサを例に挙げて説明する。

カラープリンタ、カラー複写機等の装置において、例えば、電子写真方式やインクジェット方式等を採用したカラー画像形成装置では、出力画像の色安定性が求められている。

そこで、出力画像の色（色度）を安定させるために、カラーセンサが使用されている。具体的には、記録紙上にシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色毎の階調パッチや、Ｃ，Ｍ，Ｙを混色したパッチを形成し、記録紙に定着された後のパッチの色度を検知するカラーセンサである。このカラーセンサを搭載したカラー画像形成装置が例えば特許文献２に開示されている。

このカラー画像形成装置では、カラーセンサの検知結果を例えば露光量、作像プロセス条件、色の階調特性を補正するためのデータ（例えば、キャリブレーションテーブルなど）へフィードバックする。このようなフィードバック制御を行うことで記録紙上に形成した出力画像の色を安定化することができる。また、カラー画像形成装置の出力画像を外部の画像読取装置又は色度計で検知し、同様の制御を行うことも可能である。

このカラーセンサの具体的な構成としては、例えば発光素子として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の発光スペクトルが異なる３つ以上の光源と可視領域に感度を持つ受光素子を用いで構成する。又は発光素子は白色（Ｗ）を発光する光源を用いて、受光素子上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の分光透過率が異なる３種以上のフィルタを形成したもので構成する。これらの構成によってＲＧＢ出力等の異なる３つ以上の出力が得られる。

そしてこのカラーセンサは、図７に示すように水平な記録紙に対して４５度の位置から白色ＬＥＤを照射し、紙に対して垂直方向（９０度）の位置に受光素子を備えている。受光部側は、受光部の入射口は、受光素子の形状に合わせた大きさ（径口）になっているものの、受光素子に近づくにつれてその径が大きくなっていることが特徴である。
特開２００５−３３７７４９号公報 特開２００３−８４５３２号公報

しかしながら、上記従来例では以下のような課題があった。

上記従来例では、記録材上に反射した光（乱反射光）を受光素子で取り込んで色度を検知する構成にも関わらず、発光素子から放射状に散乱した光の中の正反射成分が受光素子に入射してしまう構成になっている。

具体的には図８に示すように、例えば発光素子５３の発光点Ｅから照射された光ａ（点線）は記録紙のＣ点で反射される。そしてＣ点で反射された正反射光ｂ（点線）がカラーセンサ４２のＢ点に達して、Ｂ点で反射された光（点線）が受光素子５４ａに入射してしまう。つまり、受光素子部に入射した光が内側の壁に２次反射（正反射と拡散反射）することで、受光素子５４ａが光を取り込んでしまうことになる。この現象のため、実際に記録紙上のパッチを検出すると、乱反射成分と正反射成分が混在した出力が得られるため、色度検出に誤差を生じさせてしまう可能性がある。なお図８において、記録紙とカラーセンサ４２との距離はＬとされ、受光素子部の入射口の大きさ（経口）はＭとしている。

本発明は、このような課題に鑑みて為されたものであり、発光素子と乱反射を受光する受光素子を備えた光検出装置において、２次反射による反射光の影響を受けずに乱反射成分のみを取り込むことが可能な光検出装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するための、本発明の光検出装置は、記録材に光を照射する発光手段と、該記録材から反射された乱反射光を受光する受光手段とを有する光検出装置であって、前記乱反射光を前記受光手段へ導くための導光路を有し、前記導光路の長さは、前記発光手段の発光点をＥ、前記記録材に前記発光手段からの光が照射される点をＣとし、点Ｅと点Ｃとを結ぶ光線ａと点Ｃから前記検出装置側への垂線とがなす角度αと同じ角度αで前記記録材から反射される正反射光の光線ｂが、前記導光路の前記発光手段から遠い側の内面と交わる点をＢとして、
前記記録材と点Ｂとの距離Ｋから前記記録材と前記検出装置との距離Ｌを引いた長さＮとして定められることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、発光素子と乱反射を受光する受光素子を備えた光検出装置において、放射状に散乱する光の正反射成分の２次反射による受光素子への入射を回避するようにして、受光素子に乱反射成分のみを取り込むことが可能となる。

（実施形態１）
本実施形態では、カラーセンサの構成及びそれを用いた画像形成装置について説明する。

図３は電子写真方式のカラー画像形成装置の全体構成を示す図である。また、図２はカラー画像形成装置は画像処理部と画像形成部の構成を示している。

最初に図２の画像処理部１００における処理について説明する。画像処理部にはカラーマッチングテーブル１１１、色分解テーブル１１２、キャリブレーションテーブル１１３、ＰＷＭテーブル１１４が設けられている。

カラーマッチングテーブル１１１は、パーソナルコンピュータ等から送られてくる画像の色を表すＲＧＢ信号をカラー画像形成装置の色再現域に合わせたデバイスＲＧＢ信号（以下ＤｅｖＲＧＢという）へ変換する。次に、変換したＤｅｖＲＧＢ信号を、色分解テーブル１１２で、カラー画像形成装置のトナーの色に対応するＣＭＹＫ信号（Ｃ：シアン、Ｍ：マゼンタ、Ｙ：イエロー、Ｋ：ブラック）へ変換する。キャリブレーションテーブル１１３は各々のカラー画像形成装置に固有の濃度に対応する階調特性を補正するテーブルであり、前記ＣＭＹＫ信号に対して補正を加えたＣ’Ｍ’Ｙ’Ｋ’信号へ変換する。さらに、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）テーブル１１４で、前記Ｃ’Ｍ’Ｙ’Ｋ’信号を対応するスキャナ部（本実施形態ではレーザビームを照射する方式のスキャナ部）２４Ｃ、２４Ｍ、２４Ｙ、２４Ｋの露光時間Ｔｃ、Ｔｍ、Ｔｙ、Ｔｋへ変換する。

次に画像形成部について説明する。画像形成に関わる主な手段は、帯電手段１２２、露光手段１２３、現像手段１２４、転写手段１２５、定着手段１２６である。

これら帯電手段１２２、露光手段１２３、現像手段１２４、転写手段１２５、定着手段１２６については図３において夫々について説明する。

そして、上記手段をＣＰＵ１２１により制御している。更に、カラーセンサ４２もＣＰＵ１２１に接続されて、カラーセンサの動作（検知や発光の動作）をＣＰＵ１２１が制御している。

図３はカラー画像形成装置の断面図である。この装置は、電子写真方式のカラー画像形成装置の一例であり、中間転写体２８を採用し、複数の画像形成部を並列して構成した（タンデム方式とも言う）カラー画像形成装置である。図４を用いて、電子写真方式のカラー画像形成装置における画像形成部の動作の概要を説明する。

画像形成部は、画像処理部１００が変換した画像情報に対応する露光時間に基づいて前記露光手段１２３によって発光させる光（例えばレーザビーム）により静電潜像を形成する。そして、この形成された静電潜像を現像手段１２４で現像してイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）各職のトナー像を形成する。この各色のトナー像を中間転写体２８に重ね合わせて複数色（多色）のトナー像を形成し、この多色トナー像を転写手段１２５によって記録紙１１へ転写し、その記録紙上の多色トナー像を定着手段１２６で定着させる。

帯電手段１２２として、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のステーション毎に、像担持体としての感光体２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋを備える。そして、感光体を帯電させるための４個の帯電器２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋを備える構成である。各帯電器にはスリーブ２３ＹＳ、２３ＭＳ、２３ＣＳ、２３ＫＳを備えている。

感光体２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋは、アルミシリンダの外周に有機光導伝層を塗布して構成され、図示しない駆動モータの駆動力が伝達されて回転する。駆動モータは感光体２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋを画像形成動作に応じて図３において反時計周りの方向に回転させる。

露光手段１２３は、感光体２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋへ光（レーザビーム）を照射するスキャナ部２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋであり、感光体２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋの表面を画像情報に応じて選択的に露光することにより、静電潜像を形成するように構成している。

現像手段１２４は、前記静電潜像を可視化するために、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の現像を行う４個の現像器２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋを備える構成で、各現像器には、スリーブ２６ＹＳ、２６ＭＳ、２６ＣＳ、２６ＫＳが設けられている。なお、各々の現像器２６は脱着が可能である。

転写手段１２５は、感光体２２から中間転写体２８へ各色トナー像を転写するために、中間転写体２８を図３において時計周り方向に回転させ、各感光体２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋとその対向に位置する一次転写ローラ２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋである。一次転写ローラの回転に伴って、単色トナー像を転写する。一次転写ローラ２７に適当なバイアス電圧を印加すると共に感光体２２の回転速度と中間転写体２８の回転速度に差をつけることにより、効率良く各色トナー像を中間転写体２８上に転写することができる。これを転写手段１２５における一次転写動作という。

更に転写手段１２５は、各色のトナー像を中間転写体２８上に重ね合わせ、重ね合わせた多色トナー像を中間転写体２８の回転に伴い二次転写ローラ２９の位置まで搬送する。そして、さらに記録紙１１を給紙トレイ２１から二次転写ローラ２９へ狭持搬送し、記録媒体１１に中間転写体２８上の多色トナー像を転写する。このとき二次転写ローラ２９に適当な電圧を印加して、静電的にトナー像を転写する。これを二次転写という。二次転写ローラ２９は、記録媒体１１上に多色トナー像を転写している間、２９ａの位置で記録紙１１に当接し、印字処理後は２９ｂの位置に離間する。

定着手段１２６は、記録紙１１に転写された多色トナー像を記録紙１１に溶融定着させるために、記録紙１１を加熱する定着ローラ３２と記録紙１１を定着ローラ３２に圧接させるための加圧ローラ３３を備えている。定着ローラ３２と加圧ローラ３３は中空状に形成され、内部にそれぞれヒータ３４、３５が内蔵されている。定着装置３１は、多色トナー像を保持した記録媒体１１を定着ローラ３２と加圧ローラ３３により搬送するとともに、熱および圧力を加え、多色トナー像を記録紙１１に定着させる。

トナー像が定着後の記録紙１１は、その後図示しない排出ローラによって図示しない排紙トレイに排出して画像形成動作を終了する。

なお、図３のクリーニング手段３０は、中間転写体２８上に残ったトナーをクリーニングするものである。中間転写体２８上に形成された４色の多色トナー像を記録紙１１に転写した後に残留したトナーは、クリーニング手段のクリーナ容器に蓄えられる。

カラーセンサ４２は記録紙の搬送路において定着装置３１よりも記録紙の搬送方向の下流側に記録紙１１の画像形成面へ向けて配置されている。そしてカラーセンサ４２は、記録紙１１に形成されたパッチの色度を検知し、ＲＧＢ値を出力する。出力した値を前述の画像処理部にフィードバックして、例えばカラーマッチングテーブル１１１の値を補正するなどして画像の色度の補正を行う。このカラーセンサ４２をカラー画像形成装置内部に配置することにより、定着後の画像を排紙部に排紙する前に、自動的に検知することが可能となる。

図１に本実施形態に係るカラーセンサ４２の模式的断面図を示す。カラーセンサ４２を以下に説明するように構成すれば、前述したＬＥＤから散乱する正反射光の影響を回避することが可能となる。

カラーセンサ４２において、発光素子は、白色光を発光するＬＥＤ５３が用いられ、ＬＥＤ５３と同等の幅Ｍ１を有した導光路が設けられている。受光素子は、例えばＲＧＢ３色のフィルタ（オンチップフィルタとも言う）付きの電荷蓄積型センサ５４ａ（以下、センサ５４ａとする）を使用し、センサ５４ａと同等の幅Ｍ２を持つ導光路が設けられている。そして、センサ５４ａは、５４ｂ示すようにＲＧＢが夫々独立した画素で構成されている。

また、発光素子、受光素子の導光路は、記録紙１１から距離Ｌ離れたカラーセンサ４２の記録紙側の面（位置）より夫々発光素子側、受光素子側に設けられている。

更に、ＬＥＤ５３は、記録紙１１に対して斜め４５度より光を入射させ、センサ５４ａによって記録紙の面に対して垂直（９０度）方向に乱反射を検出する構成である。なお、センサ５４ａは、ＬＥＤ５３の発光点である点Ｅよりも記録紙１１から遠い位置に配置される。

次に、受光素子側の導光路の長さＮについて説明する。

ここでは前述したようにＬＥＤ５３から散乱する正反射光が図１におけるＣ点で反射する状況を前提としている。

ＬＥＤ５３の発光点Ｅから記録紙１１上の点Ｃを結ぶ光線ａと点Ｃを通る記録紙１１からの垂線ＣＤとする。この垂線は点Ｃから検出装置側（カラーセンサ４２側）へ延びる垂線である。そして、点Ｅから記録紙１１と平行に引いた直線との交点Ｄとの成す角を∠ＥＣＤ＝α度とする。Ｃ点でα度と同じ角度で反射し、反射した正反射光の光線ｂと受光側の導光路の内壁４３との交点Ｂの位置と点Ｂと記録紙１１までの距離Ｋから距離Ｌを引いた距離を導光路の長さＮとする。

そして拡散される正反射光が受光側の導光路に入り込む場合のうちＮが最大になる位置まで導光路の長さを設ける。また、センサ５４ａの導光路の径Ｍ２は、距離Ｎの区間はセンサ５４ａと同等の幅Ｍ２となっており、それより先、距離Ｎ以降のセンサ５４ａ側の導光路の径は、徐々に広がる構成になっている。その広がりは、点Ｃと点Ｂを結ぶ延長線と点Ｃと点Ｄの成す角度∠ＢＣＤ＝βとして定める。なお角度βは角度α以上の角度（β≧α）である。また、内壁４３は導光路の内面のうちＬＥＤ５３の発光点Ｅから遠い側の内面である。

図４は、図１の発光点Ｅが図１よりも受光素子側にある例である。この構成の場合も図１で説明したものと同様に考えられ、センサ５４ａの導光路の長さが設定される。図４の場合は距離Ｎ’となり、図１のＮと比べると短い導光路となる。つまり、図４の場合は、交点Ｂの位置と点Ｂと記録紙１１までの距離Ｋ’−距離Ｌとなる。つまり、Ｎ’＝Ｋ’−Ｌとなる。
図１、図４で説明したように、ＬＥＤ５３からの散乱して照射される光の正反射光がセンサ５４の導光路に入射する際の状態に基づいて距離Ｎ（Ｎ’）や導光路の広がり度合いを設定することができる。具体的には、上述した距離Ｌ、角度α、距離Ｋ、角度βから距離Ｎ、導光路の広がり度合いが設定される。

上述したように本実施形態によれば、カラーセンサの導光路の長さを、乱反射受光部に乱反射成分のみを取り込むような長さに設定することができるので、正確な色度検出を行うことが可能になる。

なお、例えば、トナー像の色ずれを検知する色検知検知センサ、トナー像の濃度を検知する濃度検知センサ、記録紙の種類を判別するメディアセンサにおいても同様の方法で導光路の長さを定めることが可能である。更に、発光する角度が４５度以外の場合でも同様の設定方法で導光路の長さを定めることが可能である。

（実施形態２）
図５は、本実施例に係るセンサの模式的断面図である。なお実施形態１と同様の構成に関しては同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、正反射光と乱反射光を受光して物理量を検出するセンサの構成に関して説明する。このようなセンサは、例えば、トナー像の色ずれを検知する色ずれ検知センサ、トナー像の濃度を検知する濃度検知センサ、記録紙の種類を判別するメディアセンサに適用できる。

乱反射光の受光部としてのセンサ５４ａへの導光路の長さＮは、実施形態１で説明したのと同様に決定される。正反射部としてのセンサ５４ｃへの導光路の長さは、図５に示すように正反射光の光線上において乱反射受光部の導光路と同じ長さＮを有するようにした。そしてセンサ５４ｃへの導光路の形状としては、センサ５４ｃ側の開口部の角部Ｆと角部Ｇとを結ぶ線がセンサ５４ｃの受光面と平行になるような形状である。また導光路の記録紙側からの長さは、図に示したようにセンサ５４ａへの導光路の長さＮと同じにした。そして、広がり度合いについてもセンサ５４ａへの導光路と同様角度βの広がり度合いになっている。また、センサ５４ｃの導光路の記録紙側の径は発光素子のそれと同等の幅を有する。

このように、正反射光の受光部としてのセンサ５４ｃにも乱反射光の受光部としてのセンサ５４ａで決定した長さの導光路を設ける。これにより、反射光の正反射光成分と乱反射光成分と正しく取り込むことができるので、正確な物理量の検出が行える。

（実施形態３）
図６は、本実施形態に係るセンサの模式的断面図である。なお実施形態１と同様の構成に関しては同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、発光素子側の導光路がなくＬＥＤ５３がカラーセンサ４２の記録紙側に剥き出しの状態で設置された場合について説明する。

本実施例の場合も同様に、乱反射光の受光部としてのセンサ５４ａへの導光路の長さＮは、実施形態１で説明したように決定される。

簡単に説明すると、ＬＥＤ５３側の導光路がないため、実施形態１に比べるとＬＥＤ５３の発光点Ｅがより記録紙側に近い状態である。そのため、図６における角度αは実施形態１の図４における角度αよりも小さくなり、導光路の長さＮは、図６におけるＮのほうが図４におけるＮよりも長くなっている。

このように構成することで、ＬＥＤ５３が剥き出しの状態にした場合でも、センサ５４ａには反射光の乱反射成分のみを検出できるので、正確に物理量の検知を行うことが可能となる。

実施形態１におけるカラーセンサの断面を示す図である。 実施形態１におけるカラー画像形成装置の全体構成を示す図である。 実施形態１における電子写真方式カラー画像形成装置の断面を示す図である。 実施形態１における発光点が受光素子寄りになっている場合のカラーセンサの断面を示す図である。 実施形態２における正反射、乱反射受光部を備えたセンサの断面を示す図である。 実施形態３における発光素子の導光路がない場合のセンサの断面を示す図である。 光検出装置の従来例の構成を説明する図である。 光検出装置の従来例の課題を説明する図である。

符号の説明

１１ 記録媒体
２２ 感光体、感光体
２３ 一次帯電手段
２４ スキャナ部
２５ トナーカートリッジ
２６ 現像手段
２７ 一次転写ローラ
２８ 中間転写体
２９ 二次転写ローラ
３０ クリーニング手段
３１ 定着装置
４１ 濃度センサ
４２ カラーセンサ

Claims (6)

1. 記録材に光を照射する発光手段と、該記録材から反射された乱反射光を受光する受光手段とを有する光検出装置であって、
   前記乱反射光を前記受光手段へ導くための導光路を有し、
   前記導光路の長さは、
   前記発光手段の発光点をＥ、
   前記記録材に前記発光手段からの光が照射される点をＣとし、
   点Ｅと点Ｃとを結ぶ光線ａと点Ｃから前記検出装置側への垂線とがなす角度αと同じ角度αで前記記録材から反射される正反射光の光線ｂが、前記導光路の前記発光手段から遠い側の内面と交わる点をＢとして、
   前記記録材と点Ｂとの距離Ｋから前記記録材と前記検出装置との距離Ｌを引いた長さＮとして定められることを特徴とする光検出装置。
2. 前記導光路の形状が、該導光路の記録紙側の開口部から長さＮ以降の径が、前記導光路の開口部の径より広がるような形状であることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記導光路の径の広がりは、前記角度α以上の角度βに基づいて定められることを特徴とする請求項２記載の光検出装置。
4. 更に、前記発光手段から前記記録紙へ光を導くための導光路を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の光検出装置。
5. 前記発光手段の導光路の記録紙側の開口部の径は、前記受光手段の導光路の記録紙側の径より大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の光検出装置。
6. 前記光検出装置は、前記記録材上に形成された画像の色度を検知するカラーセンサ、もしくは、前記記録材の種類を判別するためのメディアセンサ、もしくは、画像形成装置に用いられる像担持体に形成されたトナー像の濃度を検知する濃度検知センサ、もしくは、画像形成装置に用いられる像担持体に形成される複数色のトナー像の色ずれを検知する色ずれ検知センサであることを特徴とする請求項を特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の光検出装置。

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