JP2011191657A - Reflective optical sensor and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射型光学センサ及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、像担持体上または媒体上のトナーパターンにおけるトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサに用いられる反射型光学センサ及び該反射型光学センサを備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a reflective optical sensor and an image forming apparatus. More specifically, the present invention relates to a reflective optical sensor used for a toner density detection sensor for detecting a toner density in a toner pattern on an image carrier or a medium, and the reflective optical sensor. The present invention relates to an image forming apparatus including an optical sensor.
トナーによる画像を形成する画像形成装置は、アナログ方式やデジタル方式のモノクロあるいはカラー複写機やプリンタ、プロッタ、ファクシミリ装置、近来はマルチファンクションプリンタ(MFP)等として広く実施されている。このような画像形成装置により形成される画像はトナー画像であるが、よく知られたように、良好な画像を得るためには、静電潜像の現像に供されるトナー量が適正でなければならない。現像方式にはトナーとキャリアを含む2成分系の現像剤を用いる方式や、トナーのみで構成された現像剤を用いるモノトナー現像方式等、種々の方式が知られているが、静電潜像が現像される現像部へ供給されるトナー量の多寡を「トナー濃度」と呼ぶことにする。 2. Description of the Related Art Image forming apparatuses that form images using toner are widely implemented as analog or digital monochrome or color copiers, printers, plotters, facsimile machines, and recently multifunction printers (MFPs). The image formed by such an image forming apparatus is a toner image. As is well known, in order to obtain a good image, the amount of toner used for developing an electrostatic latent image must be appropriate. I must. There are various known development methods, such as a method using a two-component developer including toner and carrier, and a mono-toner development method using a developer composed only of toner. The amount of toner supplied to the developing unit where the toner is developed is referred to as “toner density”.
トナー濃度が低すぎるときは、静電潜像に十分な量のトナーが供給されず、得られるトナー画像は濃度の不十分な画像となってしまう。また、トナー濃度が高すぎるときは、形成されるべき画像の濃度分布が高濃度側に偏り、やはり見づらいトナー画像となってしまう。このように、適正なトナー画像が形成されるためにはトナー濃度が適正な範囲になければならない。トナー濃度を適正な範囲に制御するため、従来から、トナー濃度検出用のトナーパターンを形成し、これに検出光を照射し、反射光の変化を検出する方法が広く行われている。トナーパターンに検出光を照射し、反射光を受光する光学装置は反射型光学センサと呼ばれる。 When the toner density is too low, a sufficient amount of toner is not supplied to the electrostatic latent image, and the resulting toner image is an image with insufficient density. On the other hand, when the toner density is too high, the density distribution of the image to be formed is biased toward the high density side, and the toner image is also difficult to see. Thus, in order to form a proper toner image, the toner density must be in an appropriate range. Conventionally, in order to control the toner density within an appropriate range, a method of forming a toner pattern for detecting toner density, irradiating it with detection light, and detecting a change in reflected light has been widely used. An optical device that irradiates a toner pattern with detection light and receives reflected light is called a reflective optical sensor.
反射型光学センサは古くから種々のものが提案され知られている(例えば特許文献1〜6参照。)。これら従来から知られた反射型光学センサは、1個または2個の発光部、あるいは波長特性の異なる3個の発光部(LED)と、反射光を受光するための1個または2個の受光部(フォトダイオードもしくはフォトトランジスタ)から構成されている。発光部としては上記の如くLEDが用いられるのが一般的であるが、LEDから放射される検出光は、トナー濃度検出用のトナーパターンにトナーパターンよりも小さいサイズのスポットとして照射される。トナーパターンは、例えば、転写ベルト上に形成され、転写ベルトの回転に伴い移動する。このときトナーパターンの移動する方向を「副方向」と呼ぶ。転写ベルト上で、副方向に直交する方向を「主方向」と呼ぶ。トナー画像として可視化される静電潜像を光走査により形成する場合であれば、上記主方向は光走査における主走査方向に対応し、副方向は副走査方向に対応する。
Various reflection type optical sensors have been proposed and known for a long time (see, for example,
トナーパターンは光走査等による静電潜像形成部において書き込まれ、現像により可視化されてトナーパターンとなり、上記の場合であれば転写ベルト上に転写され、副方向に移動して反射型光学センサによる検出部に移動して検出光のスポットにより照射される。検出光のスポットの大きさは、通常、直径:2〜3mm程度である。反射型光学センサによる検出光のスポットが照射される主方向の位置は、トナーパターンの主方向中央部であることが理想である。しかしながら、静電潜像形成部における光走査領域の変動や、転写ベルトの蛇行、さらには、反射型光学センサの取り付け位置の主方向の位置ずれや、主方向における取り付け位置の経時的変化等が原因し、トナーパターンと反射型光学センサの主方向における位置関係は、必ずしも理想状態とはならない。 The toner pattern is written in an electrostatic latent image forming unit by optical scanning or the like, and is visualized by development to become a toner pattern. In the above case, the toner pattern is transferred onto the transfer belt, moved in the sub direction, and reflected by the reflective optical sensor. It moves to a detection part and is irradiated with the spot of detection light. The spot size of the detection light is usually about 2 to 3 mm in diameter. Ideally, the position in the main direction where the spot of the detection light from the reflective optical sensor is irradiated is the central portion in the main direction of the toner pattern. However, there are fluctuations in the optical scanning area in the electrostatic latent image forming unit, meandering of the transfer belt, displacement of the attachment position of the reflective optical sensor in the main direction, and changes in the attachment position in the main direction over time. For this reason, the positional relationship between the toner pattern and the reflective optical sensor in the main direction is not necessarily an ideal state.
トナーパターンと反射型光学センサの主方向における位置関係のずれにより、検出光のスポットがトナーパターンからはみ出して照射されれば、受光手段により受光される反射光は適正なものではなく、トナー濃度の適正な検出はできない。 If the spot of detection light protrudes from the toner pattern due to the positional relationship between the toner pattern and the reflective optical sensor in the main direction, the reflected light received by the light receiving means is not appropriate, and the toner density Proper detection is not possible.
例えば、1個のスポットを照射して、反射光を1個の受光部で受光し、正反射光と拡散反射光の差によりトナー濃度を検出する方法において、スポットがトナーパターンの外側にはみ出して照射された場合について考える。このとき、スポットの一部はトナーパターンのない部分で正反射され、トナーパターンの部分では拡散反射されるから、受光部が正反射光を受光するように配置されているとすれば、受光部の受光する正反射光の強度は拡散反射により低減するが、このような正反射光強度の低下は、トナーパターンにおけるトナー量が少ない場合にも起こりうるものであり、正反射光強度の低下がトナー量の少なさに起因するものなのか、スポットがトナーパターンからはみ出していることに起因するものかを区別できないという問題がある。 For example, in a method of irradiating one spot, receiving reflected light by one light receiving unit, and detecting the toner density based on the difference between regular reflected light and diffuse reflected light, the spot protrudes outside the toner pattern. Consider the case of irradiation. At this time, a part of the spot is specularly reflected at the part without the toner pattern and diffusely reflected at the part of the toner pattern. Therefore, if the light receiving part is arranged to receive the specularly reflected light, the light receiving part The intensity of the specularly reflected light received by the light source is reduced by diffuse reflection, but such a decrease in the specularly reflected light intensity can occur even when the toner amount in the toner pattern is small. There is a problem in that it cannot be distinguished whether the toner is caused by a small amount of toner or if the spots are caused by protruding from the toner pattern.
このような問題を避けるため、従来は、トナーパターンと反射型光学センサの主方向における位置関係のずれの存在に拘わらず、検出光のスポットが主方向においてトナーパターン内に位置するように、トナーパターンの主方向幅・副方向幅を15mm程度〜25mm程度の大きさに設定し、上記位置関係のずれが生じても、検出光のスポットがトナーパターンの外側にはみ出さないようにしていた。 In order to avoid such a problem, conventionally, the toner is such that the spot of the detection light is located in the toner pattern in the main direction regardless of the presence of a positional deviation in the main direction of the toner pattern and the reflective optical sensor. The main direction width and the sub direction width of the pattern are set to about 15 mm to 25 mm so that the spot of the detection light does not protrude outside the toner pattern even if the positional relationship is shifted.
反射型光学センサとトナーパターンによる濃度検出は、画像形成装置、特にカラー画像形成装置においては高画質を確保・維持するために、画像形成プロセスが適正に行われるように画像形成装置を調整すべく、形成すべき画像の出力とは別個に行われることから、トナー濃度検出が行われている間は本来の画像形成を行うことができない。 Density detection using a reflective optical sensor and a toner pattern is to adjust the image forming apparatus so that the image forming process is properly performed in order to ensure and maintain high image quality in an image forming apparatus, particularly a color image forming apparatus. Since the process is performed separately from the output of the image to be formed, the original image cannot be formed while the toner density is being detected.
トナーパターンとなるべき静電潜像を光走査で書き込む場合であると、トナーパターンの大きさに比例して光走査の時間が大きくなり、本来の画像形成に対する作業効率を低下させる原因となる。 When the electrostatic latent image to be a toner pattern is written by optical scanning, the optical scanning time increases in proportion to the size of the toner pattern, which causes a reduction in work efficiency for original image formation.
また、トナーパターンを形成するトナーは、本来の画像形成に寄与しない不寄与トナーとして消費され、パターンの大きさ(面積)に比例して不寄与トナーの消費量も大きくなる。 Further, the toner forming the toner pattern is consumed as non-contributing toner that does not contribute to the original image formation, and the consumption amount of non-contributing toner increases in proportion to the size (area) of the pattern.
即ち、従来から知られたトナー濃度検出方式には、作業の向上を困難とするという問題と、不寄与トナーの消費量が大きいという問題とがある。 That is, the conventionally known toner concentration detection methods have a problem that it is difficult to improve work and a problem that the consumption of non-contributing toner is large.
上述した事情を鑑み、特許文献7にてアレイ方式の反射型光学センサが提案されている。
この反射型光学センサは、検出光を放射する検出光用の発光部をM(≧3)個、支持部材に検出光のスポットをM箇所で照射できるように、且つ、副方向に直交する方向において、隣接するスポットの間が上記直交する方向におけるトナーパターンの大きさ以下となるように、副方向に交わる1方向に配置して照射手段とし、N(≧3)個の受光部を支持部材および/またはトナーパターンによる検出光の反射光を受光できるように、照射手段に対応させ、且つ、支持部材に対向させて1方向に配列して受光手段としている。照射手段のM個の発光部を発光させ、受光手段のN個の受光部の出力に基づきトナー濃度を演算的に検出するものである。
In view of the above-described circumstances,
This reflective optical sensor has M (≧ 3) detection light emitting portions for emitting detection light, and a support member can be irradiated with detection light spots at M locations in a direction orthogonal to the sub-direction. , The irradiation means is arranged in one direction intersecting the sub-direction so that the space between adjacent spots is equal to or smaller than the size of the toner pattern in the orthogonal direction, and N (≧ 3) light-receiving portions are the support members. In order to receive the reflected light of the detection light by the toner pattern, the light receiving means is arranged in one direction so as to correspond to the irradiation means and face the support member. The M light emitting portions of the irradiating means are caused to emit light, and the toner density is arithmetically detected based on the outputs of the N light receiving portions of the light receiving means.
ところで、トナー濃度検出においては、トナーパターンは同じ主走査位置に出力されるので、同じ発光部が使われる。発光部にLEDを使用した場合、長時間使用すると素子劣化により発光光量が低下してしまい正確なトナー濃度検出ができなくなってしまうという問題が生じ、上記特許文献1〜7に記載の技術をもってしても充分ではなく、更なる改善が望まれている。 By the way, in the toner density detection, since the toner pattern is output to the same main scanning position, the same light emitting unit is used. When an LED is used for the light emitting part, there is a problem in that the amount of emitted light decreases due to element deterioration when it is used for a long time, so that accurate toner concentration detection cannot be performed. However, it is not sufficient, and further improvement is desired.
本発明では上記問題に鑑みなされたものであり、長寿命を図ることができるアレイ方式の反射型光学センサ、及び該反射型光学センサを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an array-type reflective optical sensor capable of achieving a long life and an image forming apparatus including the reflective optical sensor.
上記課題を解決するために本発明に係る反射型光学センサ、及び該反射型光学センサを備えた画像形成装置は、具体的には下記(1)〜(6)に記載の技術的特徴を有する。
(1):所定の方向に配列されてなり、トナーパターンに検出光を照射する複数の発光部と、該複数の発光部に対応して設けられ、前記トナーパターンにより反射された検出光を受光する複数の受光部と、を備え、前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出する反射型光学センサであって、前記複数の発光部のうちの少なくとも1個の発光部及び対応する受光部を用いて前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出し、所定の時間が経過した後は、当該1の発光部及び対応する受光部以外の発光部及び対応する受光部を用いて前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出することを特徴とする反射型光学センサである。
In order to solve the above problems, a reflective optical sensor according to the present invention and an image forming apparatus provided with the reflective optical sensor have the technical features described in the following (1) to (6). .
(1): A plurality of light emitting units that are arranged in a predetermined direction and irradiate the toner pattern with detection light, and the detection light that is provided corresponding to the plurality of light emitting units and reflected by the toner pattern is received. A reflection-type optical sensor that detects the density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern, and includes at least one light-emitting unit and a corresponding one of the plurality of light-emitting units. The density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern is detected by using the light receiving unit, and after a predetermined time has elapsed, the light emitting unit other than the one light emitting unit and the corresponding light receiving unit and the corresponding light receiving unit A reflection type optical sensor that detects the density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern using a section.
上記(1)に記載の構成によれば、トナー濃度またはトナーパターン位置検出に使用する発光部、及び受光部を所定の時間の経過後は別な発光部と受光部を使用するようにしたことで反射型光学センサの寿命を長くすることが可能となる。 According to the configuration described in (1) above, the light emitting unit used for detecting the toner density or the toner pattern position, and the light receiving unit are used after the predetermined time has elapsed. Thus, the life of the reflective optical sensor can be extended.
(2):前記所定の時間は、前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置の検出を行った回数であることを特徴とする上記(1)に記載の反射型光学センサである。 (2) The reflection type optical sensor according to (1), wherein the predetermined time is the number of times the density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern is detected.
上記(2)に記載の構成によれば、トナー濃度またはトナーパターン位置検出を行った回数で発光部、及び受光部を切り替えることにより反射型光学センサの寿命を長くすることを可能とした。 According to the configuration described in (2) above, it is possible to extend the life of the reflective optical sensor by switching between the light emitting unit and the light receiving unit according to the number of times the toner density or toner pattern position is detected.
(3):前記所定の時間は、当該1個の発光部の累積点灯時間であることを特徴とする上記(1)に記載の反射型光学センサである。 (3) The reflection type optical sensor according to (1), wherein the predetermined time is a cumulative lighting time of the one light emitting unit.
上記(3)に記載の構成によれば、発光部の累積点灯時間で発光部、及び受光部を切り替えることにより反射型光学センサの寿命を長くすることを可能とした。 According to the configuration described in (3) above, it is possible to extend the life of the reflective optical sensor by switching between the light emitting unit and the light receiving unit according to the cumulative lighting time of the light emitting unit.
(4):前記複数の発光部のうちの少なくとも1個の発光部及び対応する受光部を用いて前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出し、当該1個の発光部に対応する受光部で受光した光量が基準範囲より外れた場合に、当該1の発光部及び対応する受光部以外の発光部及び対応する受光部を用いて前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出することを特徴とする上記(1)に記載の反射型光学センサである。 (4): The density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern is detected by using at least one light emitting unit and the corresponding light receiving unit among the plurality of light emitting units, and the one light emitting unit When the amount of light received by the corresponding light receiving unit is out of the reference range, the density of the toner pattern and / or the toner pattern using the one light emitting unit, the light emitting unit other than the corresponding light receiving unit, and the corresponding light receiving unit. The reflection type optical sensor according to (1) above, wherein the position is detected.
上記(4)に記載の構成によれば、受光部で受光した光量が基準範囲より外れた場合に、発光部、及び受光部を切り替えることにより反射型光学センサの寿命を長くすることを可能とした。 According to the configuration described in (4) above, when the amount of light received by the light receiving unit is out of the reference range, it is possible to extend the life of the reflective optical sensor by switching between the light emitting unit and the light receiving unit. did.
(5):像担持体と、該像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を主走査方向に走査し、潜像を形成する光走査装置と、前記潜像にトナーを付着させトナー画像を生成する現像装置と、前記トナー画像を、支持部材上の媒体に直接転写する、または中間転写部材を介して媒体に転写する転写装置と、前記像担持体、前記支持部材、または前記中間転写部材上に形成されたトナーパターンの濃度及び/またはトナーパターンの位置を検出する上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の反射型光学センサと、を備えることを特徴とする画像形成装置である。 (5): an image carrier, an optical scanning device that scans the image carrier in the main scanning direction with a light beam modulated in accordance with image information, and attaches toner to the latent image. A developing device that generates a toner image, a transfer device that directly transfers the toner image to a medium on a support member, or transfers the toner image to a medium via an intermediate transfer member, the image carrier, the support member, or The reflective optical sensor according to any one of (1) to (4), wherein the reflective optical sensor detects the density and / or position of the toner pattern formed on the intermediate transfer member. An image forming apparatus.
上記(5)に記載の構成によれば、上記(1)〜(4)に記載の反射型光学センサを搭載した画像形成装置を実現できる。 According to the configuration described in (5) above, it is possible to realize an image forming apparatus equipped with the reflective optical sensor described in (1) to (4) above.
前記画像情報は多色の画像情報であることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
The image forming apparatus according to
上記(6)に記載の構成によれば、上記(1)〜(4)に記載の反射型光学センサを搭載したカラーの画像形成装置を実現できる。 According to the configuration described in (6) above, it is possible to realize a color image forming apparatus equipped with the reflective optical sensor described in (1) to (4) above.
本発明によれば、長寿命を図ることができるアレイ方式の反射型光学センサ、及び該反射型光学センサを備えた画像形成装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an array-type reflective optical sensor that can achieve a long life and an image forming apparatus including the reflective optical sensor.
本発明に係る反射型光学センサは、所定の方向に配列されてなり、トナーパターンに検出光を照射する複数(M個)の発光部と、該複数の発光部に対応して設けられ、前記トナーパターンにより反射された検出光を受光する複数(N個)の受光部と、を備え、前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出し、前記複数の発光部のうちの少なくとも1個の発光部及び対応する受光部を用いて前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出し、所定の時間が経過した後は、当該1の発光部及び対応する受光部以外の発光部及び対応する受光部を用いて前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出することを特徴とする。
また、本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、該像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を主走査方向に走査し、潜像を形成する光走査装置と、前記潜像にトナーを付着させトナー画像を生成する現像装置と、前記トナー画像を、支持部材上の媒体に直接転写する、または中間転写部材を介して媒体に転写する転写装置と、前記像担持体、前記支持部材、または前記中間転写部材上に形成されたトナーパターンの濃度及び/またはトナーパターンの位置を検出する前記本発明にかかる反射型光学センサと、を備えることを特徴とする。
次に、本発明に係る反射型光学センサ、及び該反射型光学センサを備えた画像形成装置についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
The reflective optical sensor according to the present invention is arranged in a predetermined direction, and is provided corresponding to a plurality of (M) light emitting units that irradiate the toner pattern with detection light, and the plurality of light emitting units, A plurality of (N) light receiving portions that receive detection light reflected by the toner pattern, and detects the density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern, and at least one of the plurality of light emitting portions After detecting a density of the toner pattern and / or a position of the toner pattern by using one light emitting unit and a corresponding light receiving unit, and after a predetermined time has passed, other than the one light emitting unit and the corresponding light receiving unit The density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern is detected using the light emitting unit and the corresponding light receiving unit.
An image forming apparatus according to the present invention includes an image carrier, an optical scanning device that forms a latent image by scanning the image carrier with a light beam modulated according to image information in a main scanning direction, and A developing device that attaches toner to the latent image to generate a toner image; a transfer device that directly transfers the toner image to a medium on a support member or an intermediate transfer member; And a reflective optical sensor according to the present invention for detecting the density and / or position of the toner pattern formed on the body, the support member, or the intermediate transfer member.
Next, the reflective optical sensor according to the present invention and the image forming apparatus including the reflective optical sensor will be described in more detail.
Although the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, various technically preferable limitations are attached thereto, but the scope of the present invention is intended to limit the present invention in the following description. Unless otherwise described, the present invention is not limited to these embodiments.
以下、発明の実施の形態を具体的に説明する。
先ず、図1を参照して、画像形成装置の実施の形態を説明する。図1に示す画像形成装置は「カラー画像」を形成するものである。カラー画像はイエロー:Y、マゼンタ:M、シアン:C、黒:Kの4色のトナーにより形成される。
Embodiments of the invention will be specifically described below.
First, an embodiment of an image forming apparatus will be described with reference to FIG. The image forming apparatus shown in FIG. 1 forms a “color image”. A color image is formed by toners of four colors of yellow: Y, magenta: M, cyan: C, and black: K.
図1において、符号20で示す部分は「光走査装置」である。光走査装置20は、従来から知られた公知の種々のものを用いることができる。
符号11Y〜11Kは「光導電性の潜像担持体」であるドラム状の感光体であり、感光体11Yはイエロートナーによるトナー画像の形成に用いられ、感光体11M,11C、11Kはそれぞれ、マゼンタトナー、シアントナー、黒トナーによるトナー画像の形成に用いられる。
即ち、光走査装置20は、4個の感光体11Y、11M、11C、11Kに対して「光走査による画像書き込み」を行う。
In FIG. 1, a portion indicated by
Reference numerals 11Y to 11K are drum-shaped photoconductors that are “photoconductive latent image carriers”, and the photoconductor 11Y is used for forming a toner image with yellow toner, and the
That is, the
感光体11Y〜11Kは何れも時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラTY,TM,TC,TKにより均一帯電され、光走査装置20により「それぞれ対応する光走査」を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像が書き込まれ対応する静電潜像(ネガ潜像)が形成される。
Each of the photoconductors 11Y to 11K is rotated at a constant speed in the clockwise direction, is uniformly charged by the charging rollers TY, TM, TC, and TK that form a charging unit, and receives “each corresponding optical scanning” by the
これら静電潜像はそれぞれ現像装置GY,GM、GC、GKにより反転現像され、感光体11Y、11M、11C、11K上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。
These electrostatic latent images are reversed and developed by developing devices GY, GM, GC, and GK, respectively, and a yellow toner image, a magenta toner image, a cyan toner image, and a black toner image are formed on the
これら各色トナー画像は、図示されない記録シート(転写紙やオーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート)に転写される。転写には転写ベルト17が用いられる。記録シートは図示されないシート載置部(転写ベルト17の下部に設けられている。)から給送され、図1において転写ベルト17の右側の上周面に供給され、転写ベルト17に静電吸着され、転写ベルト17が反時計回りに回転することにより図1の左方へ搬送される。このように搬送されつつ記録シートは、転写器15Yにより感光体11Y上からイエロートナー画像を転写され、転写器15M、15C、15Kによりそれぞれ、感光体11M、11C、11Kから、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像を順次に転写される。
These color toner images are transferred to a recording sheet (not shown) (transfer paper or a plastic sheet for an overhead projector). A
なお、感光体11Y、11M、11C、11Kそれぞれの表面において、転写器15Y、15M、15C、15Kによる転写の後に残留した各色トナー画像の一部は、クリーニングブレードBY、BM、BC、BKによりクリーニングされる。クリーニング後の感光体11Y、11M、11C、11Kは、再度帯電ローラTY,TM,TC,TKとの対向位置まで回転し、次の画像形成プロセスに供される。
A part of each color toner image remaining after transfer by the
このようにして、記録シート上においてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わせられてカラー画像を合成的に構成する。記録シートは、担持したカラー画像を定着装置19により定着されて装置外へ排出される。なお、上記のようにすることに代えて、中間転写ベルトを用い、上記4色のトナー画像を中間転写ベルト上に重ね合わせて転写してカラー画像を得、このカラー画像を記録シートに一括して転写し、定着してもよい。
In this way, a yellow toner image to a black toner image are superimposed on the recording sheet to compose a color image synthetically. On the recording sheet, the carried color image is fixed by the fixing
図1において、符号OS1〜OS4は、この発明の反射型光学センサを示す。図1に示す画像形成装置では、上記の如く画像の書き込みは光走査により行われ、光走査における主走査方向は図1の図面に直交する方向(感光体11の回転軸と同方向)であり、この方向を「主方向」という。トナー濃度検出は、反射型光学センサOS1〜OS4を用いて以下の如くに行われる。 In FIG. 1, reference numerals OS1 to OS4 denote reflection type optical sensors of the present invention. In the image forming apparatus shown in FIG. 1, image writing is performed by optical scanning as described above, and the main scanning direction in optical scanning is a direction orthogonal to the drawing of FIG. 1 (the same direction as the rotation axis of the photoconductor 11). This direction is called “main direction”. The toner density detection is performed as follows using the reflective optical sensors OS1 to OS4.
即ち、トナー濃度検出用のトナーパターンは、光走査装置20により感光体11Y〜11Kに個別に書き込まれて形成されたトナーパターンとなるべき静電潜像が、各現像装置GY、GM、GC、GKにより反転現像されてトナー画像となり、さらに転写ベルト17の表面に直接的に転写されてトナーパターンとなる。(即ち、記録シートには転写されない。)
That is, the toner pattern for detecting the toner density is an electrostatic latent image that is to be formed by individually writing on the photoconductors 11Y to 11K by the
この説明から明らかなように、説明中の実施の形態において転写ベルト17が支持部材である。したがって、以下、転写ベルト17を「支持部材17」とも言う。トナーパターンは支持部材たる転写ベルト17に形成され、転写ベルト17の回転により移動し、反射型光学センサOS1〜OS4によりトナー濃度検出及び位置検出が行われる。
As is apparent from this description, the
なお、転写ベルト17上に形成されたトナーパターンは、図1において反射型光学センサOS1〜OS4よりも右側、即ち、これらセンサの下流側で、図示されないクリーニング装置により転写ベルト17の表面から除去される。
The toner pattern formed on the
図2は、支持部材である転写ベルト17上に形成されたトナーパターンと、反射型光学センサOS1〜OS4との関係を説明図的に示している。図2に示すが如く、図2の上下方向が主方向であって、図1における図面に直交する方向に対応する。また、図2の左右方向が副方向であり、左方向は転写ベルト17の表面の移動方向(図2中に矢印Aで示す。)である。
FIG. 2 illustrates the relationship between the toner pattern formed on the
図2において、符号PP1〜PP4は転写ベルト17上におけるイエロートナー画像〜黒トナー画像の位置を検出するための位置検出パターンを示し、符号DP1〜DP4は、トナー濃度検出用のトナーパターンを示す。
In FIG. 2, reference numerals PP1 to PP4 indicate position detection patterns for detecting the positions of the yellow toner image to the black toner image on the
トナーパターンDP1はイエロートナーの濃度を検出するためのパターンであり、トナーパターンDP2、DP3、DP4はそれぞれマゼンタトナー、シアントナー、黒トナーの濃度を検出するためのパターンである。 The toner pattern DP1 is a pattern for detecting the density of yellow toner, and the toner patterns DP2, DP3, and DP4 are patterns for detecting the density of magenta toner, cyan toner, and black toner, respectively.
即ち、反射型光学センサOS1〜OS4は、主走査方向における4箇所で、各色トナー画像の位置を検出するとともに、反射型光学センサOS1はイエロートナーの濃度を検出し、反射型光学センサOS2〜OS4はマゼンタトナー〜黒トナーの濃度を検出する。 That is, the reflective optical sensors OS1 to OS4 detect the position of each color toner image at four locations in the main scanning direction, and the reflective optical sensor OS1 detects the density of yellow toner, and the reflective optical sensors OS2 to OS4. Detects the density of magenta toner to black toner.
なお、変形例として、トナーパターンDP1〜DP4を、例えば、図2のトナーパターンDP1に続けて、副方向の上流側に4パターン形成し、これらを反射型光学センサOS1により順次にトナー濃度検出に供することもできる。その場合には、例えば、反射型光学センサOS4を省略して、3個の反射型光学センサOS1〜OS3で、主走査方向の3箇所において位置検出パターンPP1〜PP3の検出を行っても良い。 As a modification, for example, four patterns of toner patterns DP1 to DP4 are formed on the upstream side in the sub-direction following the toner pattern DP1 in FIG. 2, and these are sequentially detected by the reflective optical sensor OS1. Can also be provided. In this case, for example, the reflection type optical sensor OS4 may be omitted, and the position detection patterns PP1 to PP3 may be detected at three locations in the main scanning direction by the three reflection type optical sensors OS1 to OS3.
位置検出パターンPP1〜PP4は、図2に示すように、転写ベルト17上における反射型光学センサOS1〜OS4に対応する位置に形成され、主方向に平行なライン状パターンと、主方向に対して斜めに傾斜したライン状パターンとにより構成されている。これらライン状パターンは、主方向に平行なものと主方向に対して傾いたものが1本ずつペアをなし、各ペアはイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各トナーで形成される。
As shown in FIG. 2, the position detection patterns PP1 to PP4 are formed at positions corresponding to the reflective optical sensors OS1 to OS4 on the
上には、記録シートを搬送して転写するための転写ベルト17上に形成されるトナーパターンを検出する例を説明したが、画像形成装置の形態によっては潜像担持体としての感光体や中間転写ベルト(または中間転写体)上に形成されるトナーパターンを反射型光学センサによって検出することもできる。
In the above, an example in which the toner pattern formed on the
以下、反射型光学センサとトナーパターンの検出を、実施の形態を通じて説明する。
図3(a)において、符号OS1は上に説明した反射型光学センサを示している。先に説明した4個の反射型光学センサOS1〜OS4は構造的には同一のものであるので、反射型光学センサOS1を例にとって説明する。
Hereinafter, the detection of the reflective optical sensor and the toner pattern will be described through embodiments.
In FIG. 3A, the symbol OS1 indicates the reflection type optical sensor described above. Since the four reflective optical sensors OS1 to OS4 described above are structurally identical, the reflective optical sensor OS1 will be described as an example.
図3(a)において上下方向が「主方向」、左右方向が「副方向」である。反射型光学センサOS1は、図3(a)に示すように、検出光を放射する検出光用の発光部E1〜E10(M=10個)を主方向に平行に所定ピッチで等間隔に配置して「照射手段」とする一方、反射光を受光する受光部D1〜D10(N=10個)を主方向に平行に所定ピッチで等間隔に配置して「受光手段」とし、照射手段と受光手段とを対応させて、適宜のハウジングに一体的に組み付けた構成である。そしてハウジングは、図1に示した「転写ベルト17の下方の位置」に所定の位置関係で配置される。
ここで、Mは6(=3×2)以上であることが好ましい。また、Nは6(=3×2)以上であることが好ましい。さらに、MとNとは、同数であることが好ましい。
In FIG. 3A, the vertical direction is the “main direction” and the horizontal direction is the “sub direction”. In the reflective optical sensor OS1, as shown in FIG. 3A, detection light emitting parts E1 to E10 (M = 10) for emitting detection light are arranged at regular intervals at a predetermined pitch in parallel to the main direction. On the other hand, the light receiving units D1 to D10 (N = 10) that receive the reflected light are arranged at equal intervals in parallel with the main direction to form “light receiving unit”. In this configuration, the light receiving means is associated with the appropriate housing. The housing is arranged in a predetermined positional relationship at “a position below the
Here, M is preferably 6 (= 3 × 2) or more. N is preferably 6 (= 3 × 2) or more. Furthermore, it is preferable that M and N are the same number.
照射手段をなす発光部E1〜E10と、受光手段をなす受光部D1〜D10とは、主方向において同じ位置に位置している。即ち、受光部D1〜D10の配列ピッチは、発光部E1〜E10の配列ピッチと等しい。 The light emitting units E1 to E10 forming the irradiation unit and the light receiving units D1 to D10 forming the light receiving unit are located at the same position in the main direction. That is, the arrangement pitch of the light receiving parts D1 to D10 is equal to the arrangement pitch of the light emitting parts E1 to E10.
転写ベルト17の表面は滑らかであって、個々の発光部から放射された検出光の転写ベルト表面での正反射光は、対応する受光部と、対応する受光部に隣接する2つの受光部の計3個の受光部で受光するようになっているものとする。従って、図3(b)において、発光部E3が点灯した場合、発光部E3から放射された検出光の転写ベルト表面での正反射光は、E3に対応する受光部D3とD3に隣接するD2とD4には受光されるが、D1とD5〜D10には受光されない。つまり、D2、D3、D4の3つの受光部における出力は0ではないが、D1とD5〜D10の残りの受光部における出力は0となる。
The surface of the
発光部E1〜E10は具体的にはLEDであり、受光部D1〜D10は具体的にはPD(フォトダイオード)である。 The light emitting units E1 to E10 are specifically LEDs, and the light receiving units D1 to D10 are specifically PDs (photodiodes).
発光部E1〜E10の配列ピッチは、各発光部から放射される検出光が転写ベルト17の表面に、主走査方向に配列する10箇所をスポットとして照射し、隣接するスポットの間(非照射領域の距離)がトナーパターンDP1の「主方向の幅」より小さくなるように定められている。
The arrangement pitch of the light emitting portions E1 to E10 is such that the detection light emitted from each light emitting portion irradiates the surface of the
前述の如く、トナー濃度検知用のトナーパターンDP1〜DP4は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色トナーごとに形成されるが、図3(a)に示すトナーパターンDP1はイエロートナーにより構成される。トナーパターンDP1は、濃度を複数階調(図3の例で5階調)に変化させて個々のパターンを矩形状に形成したものである。即ち、トナーパターンDP1は、濃度階調の異なる5個の「矩形状のトナーパターン」の集合である。これら濃度階調の異なる矩形状のトナーパターンは、光走査におけるレーザパワーまたは発光デューティの調整や現像バイアスの調整によって形成できる。 As described above, the toner patterns DP1 to DP4 for detecting the toner density are formed for each color toner of yellow, magenta, cyan, and black, but the toner pattern DP1 shown in FIG. 3A is composed of yellow toner. . The toner pattern DP1 is obtained by changing the density to a plurality of gradations (5 gradations in the example of FIG. 3) and forming individual patterns in a rectangular shape. That is, the toner pattern DP1 is a set of five “rectangular toner patterns” having different density gradations. These rectangular toner patterns with different density gradations can be formed by adjusting the laser power or light emission duty in optical scanning or adjusting the developing bias.
図3(a)、図3(b)に示すように、トナーパターンDP1は支持部材である転写ベルト17の表面に形成されて副方向に移動しつつ、反射型光学センサOS1の検出距離に近づいていく。トナーパターンDP1は形成される時点が定まっており、形成されてから上記検出領域に到達する時間も略定まっている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the toner pattern DP1 is formed on the surface of the
そこで、トナーパターンDP1が検出距離に近づいた適当なタイミングで、発光部(LED)を点滅制御させる。ここで点滅制御させる発光部は、発光部E1〜E10の全てを点滅制御させる必要はなく、トナーパターンDP1が通過する付近の発光部だけを点滅制御させるようにする。 Therefore, the light emitting unit (LED) is controlled to blink at an appropriate timing when the toner pattern DP1 approaches the detection distance. Here, the light emitting unit to be controlled to blink does not need to control all the light emitting units E1 to E10 to blink, and only controls the light emitting units near the toner pattern DP1 to blink.
ここではトナーパターンDP1は発光部E3付近を通過するものとし、発光部E1〜E5を順次点滅させるようにする。 Here, it is assumed that the toner pattern DP1 passes near the light emitting portion E3, and the light emitting portions E1 to E5 are sequentially blinked.
発光部E1〜E5から放射された検出光が転写ベルト17の表面に形成するスポットの大きさは、発光部E1〜E5のピッチ(例えば3mmとする。)よりも小さく(例えば2mmとする。)転写ベルト上で5つのスポットが主方向に隣接して配列するようになっている。
The size of the spot formed on the surface of the
そして、トナーパターンDP1における「個々の矩形のトナーパターン」は、主方向の大きさが発光部のピッチ(3mm)よりも小さく(例えば、2.5mmとする)形成されている。このとき主方向に隣接するスポットの間は1mmであるから、トナーパターンの主方向の大きさ:2.5mmよりも小さい。発光部の点灯は、発光部E1から発光部E5に向かって順次に行われる。即ち、先ず、発光部E1が点灯して消灯し、続いて発光部E2が点灯して消灯する。次いで発光部E3の点灯・消灯が続き、さらに発光部E4、発光部E5の順に点灯・消灯が行われる。これら発光部の点灯・消灯は高速で繰り返される。従って、転写ベルト17の表面は、検出光の5つのスポットで主方向に繰り返して走査される。これを以下「検出光によるスポット走査」という。
The “individual rectangular toner patterns” in the toner pattern DP1 are formed such that the size in the main direction is smaller than the pitch (3 mm) of the light emitting portions (for example, 2.5 mm). At this time, since the distance between adjacent spots in the main direction is 1 mm, the size of the toner pattern in the main direction is smaller than 2.5 mm. The lighting of the light emitting unit is sequentially performed from the light emitting unit E1 toward the light emitting unit E5. That is, first, the light emitting unit E1 is turned on and turned off, and then the light emitting unit E2 is turned on and turned off. Next, the light emitting unit E3 is turned on / off, and the light emitting unit E4 and the light emitting unit E5 are turned on / off in this order. These light emitting units are repeatedly turned on and off at high speed. Therefore, the surface of the
前述の如く、転写ベルト17の表面は滑らかで、トナーパターンが形成されていない部分に検出光が照射されたときは、反射光は正反射光である。
As described above, when the surface of the
そして、個々の発光部から放射された検出光の転写ベルト17表面での正反射光は、対応する受光部とそれに隣接する2つの受光部(発光部に対応しない残りの受光部)にのみ入射するようになっている。これを図4で説明する。図4は、発光部E3だけが点灯した時、発光部E3から放射した検出光の転写ベルト17による正反射光の各受光部における検知出力を示している。横軸は受光部、縦軸は検知出力の大きさを示している。ここで、受光部D1と受光部D5の検知出力は0である。
The specularly reflected light on the surface of the
このような条件下で、例えば、トナーパターンDP1の主方向の中心部が発光部E3からの検出光のスポットで照射される位置に搬送される場合(但し、未だ照射される位置には到達していない状態である。)を考えてみる。
発光部E1から放射された検出光は、転写ベルト17の表面で正反射し受光部D1と受光部D2で受光される。この時、発光部E1だけが点滅している場合、対応する受光部D1における検知出力は、発光部E3のみが発光しているときの受光部D3の検知出力と同程度となり、受光部D2における検知出力は、発光部E3のみが発光しているときの受光部D4の検知出力と同程度である。
同様に、発光部E2から放射された検出光は転写ベルト17の表面で正反射し受光部D1と受光部D2と受光部D3で受光され、発光部E4から放射された検出光は転写ベルト17の表面で正反射し受光部D3と受光部D4と受光部D5で受光され、発光部E5から放射された検出光は転写ベルト17の表面で正反射し受光部D4と受光部D5で受光される。
発光部E2だけが点灯している場合、対応する受光部D2における検知出力は、発光部E3のみが発光しているときの受光部D3の検知出力と同程度となり、受光部D1、D3における検知出力は、それぞれ、発光部E3のみが発光しているときの受光部D2、D4の検知出力と同程度となる。発光部E4だけが点滅している場合、対応する受光部D4における検知出力は、発光部E3のみが発光しているときの受光部D3の検知出力と同程度となり、受光部D3、D5における検知出力は、それぞれ、発光部E3のみが発光しているときの受光部D2、D4の検知出力と同程度となる。
発光部E5だけが点滅している場合、対応する受光部D5における検知出力は、発光部E3のみが発光しているときの受光部D3の検知出力と同程度となり、受光部D4における検知出力は、発光部E3のみが発光しているときの受光部D2の検知出力と同程度である。
Under such conditions, for example, when the central portion of the toner pattern DP1 in the main direction is transported to the position irradiated with the spot of the detection light from the light emitting unit E3 (however, the position still irradiated is reached). Is not in the state.)
The detection light emitted from the light emitting part E1 is regularly reflected on the surface of the
Similarly, the detection light emitted from the light emitting unit E2 is regularly reflected on the surface of the
When only the light emitting unit E2 is lit, the detection output in the corresponding light receiving unit D2 is almost the same as the detection output of the light receiving unit D3 when only the light emitting unit E3 emits light, and the detection in the light receiving units D1 and D3. The outputs are almost the same as the detection outputs of the light receiving parts D2 and D4 when only the light emitting part E3 emits light. When only the light emitting unit E4 is blinking, the detection output in the corresponding light receiving unit D4 is almost the same as the detection output of the light receiving unit D3 when only the light emitting unit E3 emits light, and the detection in the light receiving units D3 and D5. The outputs are almost the same as the detection outputs of the light receiving parts D2 and D4 when only the light emitting part E3 emits light.
When only the light emitting unit E5 is blinking, the detection output in the corresponding light receiving unit D5 is almost the same as the detection output of the light receiving unit D3 when only the light emitting unit E3 emits light, and the detection output in the light receiving unit D4 is This is almost the same as the detection output of the light receiving unit D2 when only the light emitting unit E3 emits light.
これに対し、トナーパターンDP1が反射型光学センサOS1の検出位置まで搬送された場合を考える。
発光部E3が点灯して検出光がトナーパターンDP1を照射すると、図3(c)に示すように、検出光はトナーパターンDP1により正反射されるとともに拡散反射される。
この時、各受光部における検知出力分布を図5に示す。D1とD5における検知出力は、トナーパターンによる拡散反射寄与分のみ、D3における検知出力はトナーパターンによる正反射寄与分のみであるが、D2とD4における検知出力は、トナーパターンによる拡散反射寄与分と正反射寄与分が混在している。
On the other hand, consider a case where the toner pattern DP1 is conveyed to the detection position of the reflective optical sensor OS1.
When the light emitting unit E3 is turned on and the detection light irradiates the toner pattern DP1, the detection light is specularly reflected and diffusely reflected by the toner pattern DP1, as shown in FIG.
At this time, the detection output distribution in each light receiving unit is shown in FIG. The detection outputs at D1 and D5 are only the diffuse reflection contribution due to the toner pattern, and the detection outputs at D3 are only the regular reflection contribution due to the toner pattern, but the detection outputs at D2 and D4 are the diffuse reflection contribution due to the toner pattern. Regular reflection contributions are mixed.
そこで、検出光の照射対象物が転写ベルト17上のトナーパターンDP1である場合の受光部D1〜D5の出力を見ると、受光部D3の受光量は照射対象物が転写ベルト17単体である場合に比べて低いものとなり、他の受光部での出力は0以外の値になる。この結果から、トナーパターンDP1(の1つの矩形状のトナーパターン)は、発光部E3の位置にあることがわかる。また、トナーパターンが発光部E3とE4との間にある場合には、発光部E3が点灯するときに受光部D3の出力が低くなり、発光部E4が点灯するときには受光部D4の出力も低くなる。これにより、トナーパターンが主方向において、発光部E3とE4の間にあることがわかる。また、発光部E4を点灯させた時、受光部D3の出力の方が受光部D4の出力よりも小さければ、トナーパターンは「発光部E3よりも発光部E4に寄った側」にあることがわかる。
Therefore, looking at the outputs of the light receiving portions D1 to D5 when the detection light irradiation object is the toner pattern DP1 on the
このようにして、トナーパターンDP1の主方向の位置を「発光部Ei(i=1〜5)の配列ピッチ」の精度で検出することができる。 In this way, the position in the main direction of the toner pattern DP1 can be detected with an accuracy of “the arrangement pitch of the light emitting portions Ei (i = 1 to 5)”.
これを敷衍すると、Mを例えば100として100個の発光部E1〜EMを例えば100μmピッチで主方向に配列すると、配列幅は10mmになる。同様に、N=100として100個の受光部D1〜DNを100μmピッチで主方向に配列し、発光部Ei(i=1〜100)からの検出光が支持部材の表面に形成するスポットの大きさが80μmであり、支持部材で正反射されて受光部Dj(j=i−1,i,i+1)に受光されるものとし、トナーパターンの主方向の大きさを発光部ピッチ:100μmと等しくする。このとき、発光部Eiをi=1から100まで順次に点滅しつつ、受光部Di(i=1〜100)の出力の変化を調べ、発光部EiとEi+1が点灯したとき、受光部DiとDi+1の出力が低いものであったとすれば、トナーパターンは主方向において「発光部EiとEi+1との間の位置」にあることがわかる。即ち、副方向の大きさ:100μmのトナーパターンの、主方向の位置を100μmの精度で検出することができる。 If this is spread, if M is set to 100, for example, and 100 light emitting parts E1 to EM are arranged in the main direction at a pitch of 100 μm, for example, the arrangement width is 10 mm. Similarly, when N = 100, 100 light receiving portions D1 to DN are arranged in a main direction at a pitch of 100 μm, and the size of the spot formed on the surface of the support member by the detection light from the light emitting portions Ei (i = 1 to 100). Is 80 μm, and is regularly reflected by the support member and received by the light receiving portion Dj (j = i−1, i, i + 1), and the size of the toner pattern in the main direction is equal to the light emitting portion pitch: 100 μm. To do. At this time, while the light emitting unit Ei is blinking sequentially from i = 1 to 100, the change in the output of the light receiving unit Di (i = 1 to 100) is examined, and when the light emitting units Ei and Ei + 1 are turned on, the light receiving unit Di and If the output of Di + 1 is low, it can be seen that the toner pattern is “position between the light emitting portions Ei and Ei + 1” in the main direction. That is, the position in the main direction of the toner pattern with the size in the sub direction: 100 μm can be detected with an accuracy of 100 μm.
上記のように、例えば100個の発光部を100μmピッチで主方向に配列することはLEDアレイを用いれば容易に実現できるし、100個の受光部を100μmピッチで主方向に配列することはPDアレイを用いれば容易に実現でき、LEDアレイやPDアレイによっては数10μm〜数100μmの配列ピッチを容易に実現できる。 As described above, for example, arranging 100 light emitting units in the main direction at a pitch of 100 μm can be easily realized by using an LED array, and arranging 100 light receiving units in the main direction at a pitch of 100 μm is a PD. This can be easily realized by using an array, and an arrangement pitch of several tens of μm to several hundreds of μm can be easily realized depending on the LED array or PD array.
図3に即して説明した例の反射型光学センサは、発光部E1〜E5として独立したLED,受光部D1〜D5として独立したPD、例えば、樹脂モールドタイプや表面実装タイプのものを高密度に集積して構成できる。超小型のLEDやPDを用いれば、各々の素子のサイズはmmオーダであり、配列ピッチとしては1mm程度の実装が可能となる。従って、その場合には「主方向の大きさ:1mm程度のトナーパターン」の主方向の位置を1mm精度で検出できる。 The reflective optical sensor in the example described with reference to FIG. 3 has a high density of independent LEDs as the light emitting parts E1 to E5 and PDs as the light receiving parts D1 to D5, for example, resin mold type or surface mount type. It can be integrated and configured. If ultra-compact LEDs or PDs are used, the size of each element is on the order of mm, and mounting with an arrangement pitch of about 1 mm is possible. Therefore, in that case, the position in the main direction of the “toner pattern of about 1 mm in the main direction” can be detected with 1 mm accuracy.
上述の如く、トナーパターンDP1はイエロートナーの濃度を検出するためのパターンで濃度が5段階に階調変化する矩形形状のトナーパターンが副方向に所定のピッチで配列形成されている。 As described above, the toner pattern DP1 is a pattern for detecting the density of yellow toner, and a rectangular toner pattern whose density changes in five levels is arranged and formed at a predetermined pitch in the sub direction.
上記の如く、発光部E1〜E5を順次に点滅し、例えば、発光部E3からの検出光の光スポットがトナーパターンを照射したとすると、受光部D3では正反射光の入射量が低くなって出力が小さく、他の受光部では拡散反射光の入射により出力が大きくなる。トナーパターンの反射における正反射光はトナー濃度の増加に単調に減少し、拡散反射光はトナー濃度の増加に単調に増大する。 As described above, when the light emitting units E1 to E5 are sequentially blinked and the light spot of the detection light from the light emitting unit E3 irradiates the toner pattern, for example, the incident amount of specularly reflected light is reduced in the light receiving unit D3. The output is small, and the output is increased in other light receiving units due to the incidence of diffusely reflected light. The regular reflection light in the reflection of the toner pattern monotonously decreases as the toner density increases, and the diffuse reflection light monotonously increases as the toner density increases.
トナー濃度検出方法は、転写ベルト17とトナーパターンDP1との反射特性の差に基づくものであるため、前述した正反射光や拡散反射光に着目する。仮に、拡散反射光に着目した時、トナーパターンの反射における拡散反射光はトナー濃度の増加に単調に増大する。また、転写ベルトの反射における反射光は全て正反射光であるため、反射光の拡散反射光による寄与分は0である。
The toner density detection method is based on the difference in reflection characteristics between the
したがって、トナー濃度が低いパターンと転写ベルト17との反射特性の差は小さく、トナー濃度が高いパターンと転写ベルト17との反射特性の差は大きくなる。
Therefore, the difference in reflection characteristics between the pattern having a low toner density and the
ここで、上で示したトナーパターンDP1によるトナー濃度検出方法において、トナー濃度検出効率を向上させるアルゴリズムを、図4と図5を用いて説明する。 Here, an algorithm for improving the toner density detection efficiency in the toner density detection method using the toner pattern DP1 shown above will be described with reference to FIGS.
転写ベルト17上にトナーパターンDP1が存在しない場合、発光部E3が点灯して検出光が転写ベルト17の表面を照射した時の転写ベルト17の表面からの反射光をD1〜D5の5個の受光部で検出すると、D2〜D4の3つの受光部における検知出力は0ではないが、D1とD5における検知出力は0となっている。ここで、D2における検知出力をa、D3における検知出力をb、D4における検知出力をcと置くと、転写ベルト17の反射特性は(a+b+c)と表すことができる。
When the toner pattern DP1 does not exist on the
また、点灯している発光部E3に対応する受光部D3における検知出力と、受光部D3を除く転写ベルトからの正反射光の到達範囲内に位置する各受光部(ここでは、受光部D2と受光部D4)の検知出力との比を導くことができる。D3とD2との比:VはV=a/b、D3とD4との比:V’はV’=c/bとなる。 In addition, the detection output in the light receiving unit D3 corresponding to the light emitting unit E3 that is lit, and each light receiving unit (here, the light receiving unit D2 and the light receiving unit D3 located within the reach of regular reflection light from the transfer belt excluding the light receiving unit D3) The ratio with the detection output of the light receiving part D4) can be derived. Ratio of D3 and D2: V is V = a / b, ratio of D3 and D4: V ′ is V ′ = c / b.
転写ベルト17上にトナーパターンが存在する場合、発光部E3が点灯して検出光が転写ベルト17上のトナーパターンDP1を照射すると、検出光はトナーパターンによって正反射されるとともに、拡散反射される。D3の受光部は照射対象物の正反射光しか検出しないため、正反射光寄与分しか含んでいないが、D3を除く4つの受光部における検知出力は全て、拡散反射光による寄与分を含んでいる。
When a toner pattern is present on the
但し、D1とD5の2つの受光部における検知出力は、拡散反射光による寄与分しか含んでいない。これは、照射対象物を転写ベルト17とした時に、転写ベルト17による正反射光が、D2〜D4の3個の受光部でしか受光されてない結果から容易にわかる。それに対し、受光部D2とD4の2つの受光部における検知出力は、トナーパターンによる正反射寄与分と拡散反射寄与分とが混合している。
However, the detection outputs in the two light receiving portions D1 and D5 include only the contribution due to the diffuse reflected light. This can be easily understood from the result that the regular reflection light from the
この混合の比率を計算するために、図6を用いて説明する。発光部E3からの検出光が転写ベルト上のトナーパターンによって反射された時の受光部D2における検知出力をd、受光部D3における検知出力をe、D4における検知出力をfとすると、D2における検知出力dのうち、V・eがトナーパターンによる正反射寄与分、残りの(d−V・e)がトナーパターンによる拡散反射寄与分となる。同様に、D4における検知出力fのうち、V’・eがトナーパターンによる正反射寄与分、残りの(f−V’・e)がトナーパターンによる拡散反射寄与分となる。このように、D2とD4における検知出力は、正反射寄与分と拡散反射寄与分に分割できる。 The calculation of the mixing ratio will be described with reference to FIG. When the detection output at the light receiving portion D2 when the detection light from the light emitting portion E3 is reflected by the toner pattern on the transfer belt is d, the detection output at the light receiving portion D3 is e, and the detection output at D4 is f, the detection at D2 In the output d, V · e is the regular reflection contribution due to the toner pattern, and the remaining (d−V · e) is the diffuse reflection contribution due to the toner pattern. Similarly, in the detection output f at D4, V ′ · e is the regular reflection contribution due to the toner pattern, and the remaining (f−V ′ · e) is the diffuse reflection contribution due to the toner pattern. Thus, the detection outputs at D2 and D4 can be divided into regular reflection contributions and diffuse reflection contributions.
そこで、発光部E3だけを点灯させた場合、照射される検出光の対象物がトナーパターンであるとすると、D1〜D5の全受光部のトナーパターンによる正反射光寄与分の和は、e・(1+V+V’)となり、D3における受光部のみしかトナー濃度検出のために用いない場合に比べて、出力値がe・(V+V’)増える。同様に、D1〜D5の全受光部のトナーパターンによる拡散反射寄与分の和は、D1における検知出力をg、D5における検知出力をhとすると、(g+h+(d−V・e)+(f−V’・e))となり、D1とD5における受光部のみしかトナー濃度検出のために用いない場合に比べて、出力値が(d−V・e)+(f−V’・e)増える。 Therefore, when only the light emitting unit E3 is turned on, if the object of the detection light to be irradiated is a toner pattern, the sum of the regular reflected light contributions by the toner patterns of all the light receiving units D1 to D5 is e · (1 + V + V ′), and the output value increases by e · (V + V ′) as compared with the case where only the light receiving portion at D3 is used for toner density detection. Similarly, the sum of the diffuse reflection contribution due to the toner patterns of all the light receiving portions D1 to D5 is expressed as (g + h + (d−V · e) + (f) where g is the detection output at D1 and h is the detection output at D5. −V ′ · e)), and the output value increases by (d−V · e) + (f−V ′ · e) compared to the case where only the light receiving portions at D1 and D5 are used for toner density detection. .
つまり、D2とD4における検知出力を正反射寄与分と拡散反射寄与分に分割し、図7で示すようにD1〜D5の全受光部でのトナーパターンによる正反射寄与分の和と拡散反射寄与分の和を求め、各受光部における検知出力の正反射寄与分を全受光部にわたって足し合わせた総和と、各受光部における検知出力の拡散反射寄与分を全受光部にわたって足し合わせた総和それぞれをトナーパターンによる反射特性とし、これら2つの反射特性と上述した転写ベルト17による反射特性との差に基づいてトナー濃度を演算的に検出する。
That is, the detection outputs at D2 and D4 are divided into regular reflection contributions and diffuse reflection contributions, and as shown in FIG. 7, the sum of the regular reflection contributions by the toner patterns at all the light receiving portions D1 to D5 and the diffuse reflection contributions. The sum of the specular reflection contributions of the detection output at each light receiving part is added to all the light receiving parts, and the sum of the diffuse reflection contributions of the detection output at each light receiving part is added to all the light receiving parts. The toner density is arithmetically detected based on the difference between the two reflection characteristics and the above-described reflection characteristic of the
トナーパターンの濃度が高いと各受光部における検知出力の正反射寄与分を全受光部にわたって足し合わせた総和は小さくなり、各受光部における検知出力の拡散反射寄与分を全受光部にわたって足し合わせた総和は大きくなる。
トナーパターンの濃度が低いと各受光部における検知出力の正反射寄与分を全受光部にわたって足し合わせた総和は大きくなり、各受光部における検知出力の拡散反射寄与分を全受光部にわたって足し合わせた総和は小さくなる。
When the density of the toner pattern is high, the sum of the regular reflection contributions of the detection output at each light receiving part over all the light receiving parts becomes small, and the diffuse reflection contribution of the detection output at each light receiving part is added over all the light receiving parts. The sum is larger.
When the density of the toner pattern is low, the sum of the regular reflection contributions of the detection output at each light receiving part over all the light receiving parts becomes large, and the diffuse reflection contribution of the detection output at each light receiving part is added over all the light receiving parts. The sum is smaller.
次に位置検出パターンPP1による位置検出について説明する。
図3(d)〜(f)は、「位置検出パターンPP1による位置検出」を説明図的に示している。
位置検出パターンPP1は、図3に示すように、主方向に平行なライン状パターンLPY1、LPM1、LPC1、LPB1と、主方向に対して斜めに傾斜したライン状パターンLPY2、LPM2、LPC2、LPB2とにより構成されている。ライン状パターンLPY1とLPY2はペアをなし、イエロートナーで形成される。同様に、ライン状パターンLPM1とLPM2はペアをなし、マゼンタトナーで形成され、ライン状パターンLPC1とLPC2はペアをなし、シアントナーで形成され、ライン状パターンLPB1とLPB2はペアをなし、黒トナーで形成される。
Next, position detection by the position detection pattern PP1 will be described.
FIGS. 3D to 3F schematically illustrate “position detection by the position detection pattern PP1”.
As shown in FIG. 3, the position detection pattern PP1 includes linear patterns LPY1, LPM1, LPC1, and LPB1 parallel to the main direction, and linear patterns LPY2, LPM2, LPC2, and LPB2 that are inclined with respect to the main direction. It is comprised by. The line patterns LPY1 and LPY2 form a pair and are formed of yellow toner. Similarly, the line patterns LPM1 and LPM2 are paired and formed with magenta toner, the line patterns LPC1 and LPC2 are paired and formed with cyan toner, and the line patterns LPB1 and LPB2 are paired with black toner. Formed with.
これらの各トナーによる平行なライン状パターンLPY1、LPM1、LPC1、LPB1は、副方向(図3(d)〜(f)において上下方向)に一定の間隔をなすように形成される。即ち、これらの平行なライン状パターンLPY1、LPM1、LPC1、LPB1が副方向に一定間隔(所望の間隔)で配列形成されれば、イエロー〜黒の各トナー画像は副方向に適正な位置関係をなす。 Parallel line patterns LPY1, LPM1, LPC1, and LPB1 of these toners are formed so as to form a constant interval in the sub direction (vertical direction in FIGS. 3D to 3F). That is, if these parallel line patterns LPY1, LPM1, LPC1, and LPB1 are arranged at a constant interval (desired interval) in the sub direction, the yellow to black toner images have an appropriate positional relationship in the sub direction. Eggplant.
副方向の位置関係が適正であるか否かを検出するには、図3(f)に示すように、位置検出パターンPP1が反射型光学センサに近づくタイミングを計って、適当なタイミングで例えば、発光部E3を連続点灯させる。位置検出パターンPP1が移動するのに従って、発光部E3からの検出光は、支持部材17に対して副方向に変位し、検出光のスポットは、ライン状パターンLPY1〜LPB1を順次に照射する。
In order to detect whether or not the positional relationship in the sub-direction is appropriate, as shown in FIG. 3 (f), the timing at which the position detection pattern PP1 approaches the reflective optical sensor is measured, for example, at an appropriate timing. The light emitting unit E3 is continuously turned on. As the position detection pattern PP1 moves, the detection light from the light emitting portion E3 is displaced in the sub direction with respect to the
そして検出光がライン状パターンを照射するとき、受光部D1〜D5の出力を時間的に追跡することにより、検出光が4本のライン状パターンを照射する時間の間隔を検出することができ、この時間間隔が等間隔であれば、トナー画像相互の副方向の位置関係は適正であり、等間隔でなければ相互の位置関係にずれがあり、そのずれ量を知ることもでき、このずれを補正するように光走査開始のタイミングを制御できる。 Then, when the detection light irradiates the line pattern, by tracking the output of the light receiving parts D1 to D5 in time, it is possible to detect the time interval at which the detection light irradiates the four line patterns, If this time interval is equal, the positional relationship between the toner images in the sub-direction is appropriate. If the time interval is not equal, there is a shift in the positional relationship between the toner images, and the amount of shift can be known. The timing of the optical scanning start can be controlled so as to correct.
またトナー画像相互の主方向のずれは、以下のようにして検出できる。この場合の検出をイエロートナー画像の場合につき、図3(e)、図3(f)に即して説明する。 Further, the deviation in the main direction between the toner images can be detected as follows. The detection in this case will be described with reference to FIGS. 3E and 3F for a yellow toner image.
図3(e)は、イエロートナー画像が主方向(図3(e)の左右方向)に適正な位置にある場合を示し、このとき発光部E3からの検出光のスポットライン状パターンLPY1を照射してからライン状パターンLPY2を照射するまでの時間をTとする。図3(f)は、イエロートナー画像が「主方向に於いてΔSだけずれた場合」を示している。ライン状パターンLPY2はLPY1に対して傾いているので、このとき発光部E3からの検出光のスポットがライン状パターンLPY1を照射してからライン状パターンLPY2を照射するまでの時間はT+ΔTとなり、適正な位置にあるときの時間:Tとの差:ΔTにより主方向におけるずれ量を知ることができる。 FIG. 3E shows a case where the yellow toner image is at an appropriate position in the main direction (left and right direction in FIG. 3E). At this time, the spot line pattern LPY1 of the detection light from the light emitting unit E3 is irradiated. Then, T is the time from when the line-shaped pattern LPY2 is irradiated. FIG. 3F shows a case where the yellow toner image is shifted by ΔS in the main direction. Since the line pattern LPY2 is inclined with respect to LPY1, the time from when the spot of the detection light from the light emitting unit E3 irradiates the line pattern LPY1 to the line pattern LPY2 is T + ΔT, which is appropriate. The amount of deviation in the main direction can be known from the time at a correct position: difference from T: ΔT.
即ち、ライン状パターンLPY2が主方向になす角をθとし、支持部材である転写ベルト17の副方向への移動速度をVとすれば、
ΔS・tanθ=V・ΔT
であるから、主方向のずれ量:ΔSは、
ΔS=V・ΔT・cotθ
として知ることができる
That is, if the angle formed by the line pattern LPY2 in the main direction is θ and the moving speed of the
ΔS · tanθ = V · ΔT
Therefore, the deviation amount ΔS in the main direction is
ΔS = V · ΔT · cotθ
Can know as
次に上記で説明した反射光学センサの寿命を長くするための方法について図8、図9を用いて詳細に説明する。 Next, a method for extending the lifetime of the reflective optical sensor described above will be described in detail with reference to FIGS.
上記では発光部E1〜E5を用いてトナーパターン濃度検出及びパターン位置検出を行ったが、トナーパターン濃度検出及びパターン位置検出をあらかじめ指定した回数行ったならば、図8及び図9に示すようにトナーパターン、位置検出パターンを形成する位置を変更し、発光部E6〜E10を用いてトナーパターン濃度検出及びパターン位置検出を行うようにする。指定する検出回数を発光部E1〜E5が劣化するであろうと予想される回数にしておけば、反射型光学センサをより長く使用することが可能となる。 In the above, the toner pattern density detection and the pattern position detection are performed using the light emitting units E1 to E5. However, if the toner pattern density detection and the pattern position detection are performed a predetermined number of times, as shown in FIGS. The positions where the toner pattern and the position detection pattern are formed are changed, and the toner pattern density detection and the pattern position detection are performed using the light emitting units E6 to E10. If the number of detections to be specified is set to be the number of times that the light emitting units E1 to E5 are expected to deteriorate, the reflective optical sensor can be used for a longer time.
また別の実施の形態としては、発光部E1〜E5の各発光部で点灯時間を累積していき、発光部E1〜E5のいずれかの累積時間があらかじめ指定した時間になったならば、トナーパターン、位置検出パターンを形成する位置を変更し、発光部E6〜E10を用いてトナーパターン濃度検出及びパターン位置検出を行うようにする。指定する累積時間を発光部が劣化するであろうと予想される時間にしておけば、反射型光学センサをより長く使用することが可能となる。また、点灯時間を累積しているのでより正確に劣化するであろう時期を把握することができる。 As another embodiment, the lighting time is accumulated in each of the light emitting units E1 to E5, and if the accumulated time of any of the light emitting units E1 to E5 reaches a predetermined time, the toner The position where the pattern and the position detection pattern are formed is changed, and the toner pattern density detection and the pattern position detection are performed using the light emitting units E6 to E10. If the specified accumulated time is set to a time when the light emitting unit is expected to deteriorate, the reflective optical sensor can be used for a longer time. Further, since the lighting time is accumulated, it is possible to grasp the time when it will deteriorate more accurately.
さらに別な実施の形態としては、発光部E1〜E5を用いてトナーパターン濃度検出及びパターン位置検出を行ったときの検出値が、あらかじめ設定された許容値から外れた場合に、トナーパターン、位置検出パターンを形成する位置を変更し、発光部E6〜E10を用いてトナーパターン濃度検出及びパターン位置検出を行うようにする。このようにすれば発光部が劣化したことを確認してから別の発光部を使用することになるので、反射型光学センサをより長く使用することが可能となる。 As another embodiment, when the detection value when the toner pattern density detection and the pattern position detection are performed using the light emitting units E1 to E5 deviates from a preset allowable value, the toner pattern, the position The position where the detection pattern is formed is changed, and the toner pattern density detection and the pattern position detection are performed using the light emitting units E6 to E10. In this way, it is possible to use the reflective optical sensor for a longer time since another light emitting unit is used after confirming that the light emitting unit has deteriorated.
またさらに別の実施の形態としては、トナーパターン濃度検出及びパターン位置検出を行うたびに、トナーパターン、位置検出パターンを形成する位置を変更し、発光部E1〜E5と発光部E6〜E10を交互に切り替えるようにしてもよい。 In yet another embodiment, each time toner pattern density detection and pattern position detection are performed, the positions where the toner pattern and the position detection pattern are formed are changed, and the light emitting units E1 to E5 and the light emitting units E6 to E10 are alternately arranged. You may make it switch to.
このように、例えばM=10、N=10の場合(発光部と受光部とをそれぞれ10個ずつ備える場合)において、1≦m,n≦5の発光部及び対応する受光部の組み合わせと、6≦m,n≦10の発光部及び対応する受光部の組み合わせと、を同時に(同一のトナーパターンの濃度及び/または位置の検出に)使用することなく、別時に(異なるトナーパターンの濃度及び/または位置の検出に)のみ使用するように使い分けることで、反射型光学センサの寿命を長くすることができる。 Thus, for example, in the case of M = 10 and N = 10 (when there are 10 light emitting units and 10 light receiving units, respectively), a combination of 1 ≦ m, n ≦ 5 light emitting units and corresponding light receiving units, 6 ≦ m, n ≦ 10 and the combination of the corresponding light receiving portions are not used at the same time (for detecting the density and / or position of the same toner pattern) but at different times (different toner pattern densities and By selectively using it only for (// detecting the position), the lifetime of the reflective optical sensor can be extended.
なお、本発明は上述の実施の形態に何ら限定されるものではなく、周知慣用の技術を適宜追加すること等を妨げるものではない。即ち、例えば特許文献7に記載されているような照明光学系(照明用集光レンズ)や受光系(受光用集光レンズ)をさらに備える構成としても良い。
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment at all, and does not prevent adding a well-known and usual technique suitably. In other words, for example, an illumination optical system (illuminating condensing lens) and a light receiving system (light receiving condensing lens) as described in
OS1〜OS4 反射型光学センサ
E1〜E10 発光部(LED)
D1〜D10 受光部(PD)
DP1〜DP4 トナー濃度検出用のトナーパターン
17 支持部材(転写ベルト)
OS1 to OS4 Reflective optical sensor E1 to E10 Light emitting part (LED)
D1 to D10 Light receiving part (PD)
DP1 to DP4 Toner pattern for
Claims (6)
該複数の発光部に対応して設けられ、前記トナーパターンにより反射された検出光を受光する複数の受光部と、を備え、
前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出する反射型光学センサであって、
前記複数の発光部のうちの少なくとも1個の発光部及び対応する受光部を用いて前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出し、所定の時間が経過した後は、当該1の発光部及び対応する受光部以外の発光部及び対応する受光部を用いて前記トナーパターンの濃度及び/または前記トナーパターンの位置を検出することを特徴とする反射型光学センサ。 A plurality of light emitting units arranged in a predetermined direction and irradiating the toner pattern with detection light;
A plurality of light receiving portions provided corresponding to the plurality of light emitting portions and receiving the detection light reflected by the toner pattern,
A reflective optical sensor for detecting the density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern,
The density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern is detected using at least one light emitting unit and a corresponding light receiving unit among the plurality of light emitting units, and after a predetermined time has passed, the 1 A reflection type optical sensor that detects the density of the toner pattern and / or the position of the toner pattern using a light emitting unit other than the light emitting unit and the corresponding light receiving unit and a corresponding light receiving unit.
該像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を主走査方向に走査し、潜像を形成する光走査装置と、
前記潜像にトナーを付着させトナー画像を生成する現像装置と、
前記トナー画像を、支持部材上の媒体に直接転写する、または中間転写部材を介して媒体に転写する転写装置と、
前記像担持体、前記支持部材、または前記中間転写部材上に形成されたトナーパターンの濃度及び/またはトナーパターンの位置を検出する請求項1〜4のいずれか一項に記載の反射型光学センサと、を備えることを特徴とする画像形成装置。 An image carrier;
An optical scanning device that scans the image carrier with a light beam modulated in accordance with image information in a main scanning direction to form a latent image;
A developing device that attaches toner to the latent image to generate a toner image;
A transfer device for transferring the toner image directly to a medium on a support member or transferring the toner image to a medium via an intermediate transfer member;
The reflective optical sensor according to any one of claims 1 to 4, which detects the density and / or position of a toner pattern formed on the image carrier, the support member, or the intermediate transfer member. And an image forming apparatus.
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