JP2015203607A - 測定装置、画像形成装置、及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー像の厚さを高い精度で検出する。【解決手段】トナー像を搬送する担持体に向けて光を照射し、照射された光を観測することにより、担持体の表面に垂直な方向の光の入射位置を測定する。トナー像の表面に入射した第１の光を観測することにより測定された第１の光の入射位置と、担持体の表面に入射した第２の光を第１の光と同時に観測することにより測定された第２の光の入射位置と、に基づいてトナー像の厚さを算出する。トナー像の搬送方向と垂直な方向に離れた位置に第１の光及び第２の光を照射し、トナー像の搬送方向と垂直な方向に対して、第１の光及び第２の光の照射方向は略直交している。【選択図】図３

Description

本発明は、測定装置、画像形成装置、及び測定方法に関する。

複写機、レーザプリンタ、又はファクシミリ等の電子写真方式・静電記録方式等を採用した画像形成装置が形成する画像の色は、様々な物理的パラメータの変化によって変動する。例えば、温度又は湿度等の変動により、潜像電位、トナー補給量、又は転写効率等が変化するため、感光ドラムや転写ベルトに付着するトナーの付着量は一定しない。

特許文献１には、レーザ変位計を用いてトナーパッチの厚さ（層厚）を測定する方法が開示されている。具体的には、トナーパッチを担持する担持体上にスポット光が照射される。すると反射光は、担持体上のトナーパッチの厚さに応じた位置に結像する。スポット光の照射位置をトナーパッチが通過する際の光の結像位置の変化をＰＳＤ(Position Sensing Device)等で検出することにより、トナーパッチの厚さが測定される。このトナーパッチの厚さに基づいて、画像形成プロセスに対するフィードバック制御が行われる。

特開平８−３２７３３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法には、担持体の振動及びうねりのために測定値に誤差が生じるという課題があった。すなわち、特許文献１に記載の方法では、担持体の基準面からの距離として、トナーパッチ表面の高さが検出される。したがって、振動及びうねりのような機械的要因によって担持体表面と基準面との間の距離、言い換えれば担持体表面と測定装置間の距離が変化した場合には、測定値に誤差が生じる。

本発明は、トナー像の厚さを高い精度で検出することを目的とする。

本発明の目的を達成するために、例えば、本発明に係る測定装置は以下の構成を備える。すなわち、
トナー像を搬送する担持体に向けて光を照射し、当該照射された光を観測することにより、前記担持体の表面に垂直な方向の当該光の入射位置を測定する測定手段と、
前記トナー像の表面に入射した第１の光を観測することにより測定された第１の光の入射位置と、前記担持体の表面に入射した第２の光を前記第１の光と同時に観測することにより測定された第２の光の入射位置と、に基づいて前記トナー像の厚さを算出する算出手段と、
を備える測定装置であって、
前記測定手段は、前記第１の光及び前記第２の光を照射する照射手段と、前記第１の光及び前記第２の光を観測する観測手段と、を備え、
前記照射手段は、前記トナー像の搬送方向と垂直な方向に離れた位置に前記第１の光及び前記第２の光を照射し、当該トナー像の搬送方向と垂直な方向に対して、当該第１の光及び第２の光の照射方向は略直交していることを特徴とする。

トナー像の厚さを高い精度で検出することができる。

一実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図。 フィードバック制御の一例を示す図。 実施形態１に係る測定装置の構成の一例を示す図。 トナーパッチの厚さの測定方法を説明する図。 トナーパッチの厚さを差動演算により測定する方法を説明する図。 実施形態１に係る信号処理部の機能構成を示すブロック図。 実施形態１で撮像される反射画像の例を示す図。 実施形態１で行う処理フローチャート。 実施形態２に係る測定装置の構成の一例を示す図。 実施形態２で用いられる照射光学系の一例を示す図。 実施形態３で用いられる照射光学系の一例を示す図。 実施形態３で撮像される反射画像の例を示す図。 トナーパッチの厚さの測定方法を示す図。 実施形態４におけるエリアセンサの撮像範囲を示す図。 実施形態４で撮像される反射画像の例を示す図。 実施形態５に係る信号処理部の機能構成を示すブロック図。 実施形態５で用いられる位置検出用パッチの一例を示す図。 実施形態５におけるトナーパッチの形成位置を示す図。 実施形態５で行う処理フローチャート。 実施形態６で用いられる位置検出用パッチの一例を示す図。 実施形態７で用いられる位置検出用パッチの一例を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。

［実施形態１］
実施形態１においては、２つのスポット光が担持体とトナー像とにそれぞれ照射される。そして、得られた画像は２分割され、それぞれの分割画像を用いてトナー量（トナー付着量）が算出される。

（画像形成装置の構成）
図１は、実施形態１に係る画像形成装置の構成の一例を示す図である。後述する実施形態２〜実施形態７に係る画像形成装置も、同様の構成を有している。図１（Ａ）に示す画像形成装置１００は、像担持体である感光ドラム１０１、露光用レーザ１０２、ポリゴンミラー１０３、帯電ローラ１０４、現像器１０５、転写ベルト１０６、測定装置１０７、及び定着器１１０を備える。

画像形成装置１００は、電子写真方式の画像形成装置である。電子写真方式の画像形成装置の動作原理は周知であるが、以下に画像形成装置１００の動作について簡単に説明する。まず、帯電ローラ１０４により感光ドラム１０１の表面が帯電する。次に、ポリゴンミラー１０３を介して、露光用レーザ１０２により感光ドラム１０１の表面に静電潜像が作成される。次に、現像器１０５により感光ドラム１０１の上に、厚さ測定用のトナー像であるトナーパッチ１０８が形成される。測定装置１０７は、現像後のトナーパッチ１０８のトナー量を測定する。

図１（Ｂ）に示すように、測定装置１０７は、感光ドラム１０１から転写ベルト１０６へと転写された後のトナーパッチ１０８のトナー量を測定してもよい。感光ドラム１０１上のトナーパッチ１０８についてのトナー量の測定手順と、転写ベルト１０６上のトナーパッチ１０８についてのトナー量の測定手順とは同一である。以下では、図１（Ｂ）を参照しながら、転写ベルト１０６上のトナーパッチ１０８についてトナー量を測定する場合について説明する。

（トナー量測定に基づくフィードバック制御）
図２は、トナー量測定に基づくフィードバック制御についての制御ブロック図である。図２に示すように、トナー量測定２０７の結果に従って、画像形成プロセス２０１が制御される。すなわち、測定装置１０７により測定されたトナーパッチの厚さに基づいて、露光用レーザ１０２又は現像器１０５等の、トナー像を担持体上に形成する形成手段が制御される。具体的には、現像工程２０４の後、又は転写工程２０５の後に、上述のようにトナー量測定２０７が行われる。そして、測定したトナー量に基づいて、転写制御２０８、現像制御２０９、及び露光制御２１０が行われ、転写工程２０５、現像工程２０４、及び露光工程２０３が制御される。具体的には、トナー量が規定量より多い場合には、トナー量を減らすように、各工程が制御される。このようなフィードバック制御により、画像形成装置１００からの出力画像における色の変動を抑えることができる。

電子写真方式の画像形成装置において、このようなフィードバック制御方法は既知であり、具体的な制御方法は特に限定されない。例えば、測定装置１０７により測定されたトナーパッチの厚さに基づいて、最大濃度の画像を出力する際のトナーの膜厚を制御することができる。また、トナーパッチの厚さを濃度に変換し、得られた濃度に基づいて出力される画像の濃度を制御してもよい。さらに、別の手段で測定したトナーの電荷量に従って、トナーパッチの厚さからトリボ量（単位重量あたりの電荷量）を算出し、トリボ量の制御を行ってもよい。具体的な制御の一例としては、露光制御においてレーザ出力特性を変化させることにより、濃度出力の階調（γ特性）を調整し、画像濃度を変化させることができる。また、現像制御によって現像バイアス電圧若しくはトナー補給量を調整する、又は転写制御において転写電流を調整することにより、最大濃度出力時のトナーの膜厚又はトリボ量等を変化させることができる。

このようなトナー量測定及びフィードバック制御は、トナーカートリッジ交換後、所定枚数の印刷後、プリンタ本体の電源投入後等といった、プリンタ環境の変動が発生する時に行うことができる。フィードバック制御を行う際には、感光ドラム１０１又は転写ベルト１０６上に、様々な濃度のトナーパッチが形成され、それぞれのトナーパッチについてトナー量が測定される。その後、測定結果に基づいて画像形成条件が制御される。

トナーパッチ１０８の厚さ（又は平均的な厚さ）は、トナー量に比例する。したがって、こうして算出されたトナーパッチ１０８の厚さからトナー量を算出することができるし、こうして算出されたトナーパッチ１０８の厚さをトナー量として扱ってもよい。以下では、算出されたトナーパッチ１０８の厚さのことをトナー量と呼ぶ。

（測定装置１０７の構成）
本実施形態に係る測定装置１０７は、トナー像を搬送する担持体に向けて光を照射する照射部と、照射された光を観測する観測部とを備え、担持体の表面に垂直な方向の光の入射位置を測定する。図３は、測定装置１０７の構成の一例を示す。測定装置１０７は、レーザ光源３０１、集光レンズ３０２、回折格子３０３、受光レンズ３０４、及びエリアセンサ３０５、及び信号処理部３０６を有している。レーザ光源３０１、集光レンズ３０２、及び回折格子３０３は照射部を構成し、受光レンズ３０４及びエリアセンサ３０５は観測部を構成する。

レーザ光源３０１は、例えばレーザダイオードであり、感光ドラム１０１又は転写ベルト１０６（以後、担持体と呼ぶ）上に光を照射する。集光レンズ３０２は、レーザ光源３０１からのレーザ光を小さいスポット状に集光する。本実施形態において、レーザ光源３０１及び集光レンズ３０２からのレーザ光の光軸は、主走査軸３０８となす角度が約９０度となり、かつ担持体平面からの仰角が約４５度となるように設定されている。ここで、副走査軸３０７とは、担持体の副走査方向（担持体が移動する方向、すなわちトナー像が搬送される方向）と平行な軸を表す。

回折格子３０３は、レーザ光源３０１及び集光レンズ３０２からのスポット光を２つに分割する。本実施形態においては、分割された２つのスポット光が主走査軸３０８に沿って並ぶように、分割は行われる。ここで、主走査軸３０８とは、担持体の主走査方向（露光用レーザ１０２からのレーザの走査方向であり、通常は担持体が移動する方向に対して直交しかつ担持体表面と平行な方向）と平行な軸を表す。光を分割するために回折格子３０３を用いる必要はなく、例えばビームスプリッタ又はハーフミラー等を用いることもできる。

分割された２つのスポット光は、担持体上に入射し、被測定対象であるトナーパッチ１０８又は担持体により反射される。反射光は、受光レンズ３０４を通してエリアセンサ３０５上に結像する。本実施形態において、エリアセンサ３０５はエリア型イメージセンサ、すなわち画素が二次元に配列した撮像素子であり、照射されたスポット光の像を撮像する。こうして、担持体上に付着したトナー厚さの違いに応じて異なる画像（反射画像）が得られる。

本実施形態において、エリアセンサ３０５は、トナーパッチ１０８の表面又は担持体の表面に照射された２つのスポット光の像を撮像する。もっとも、エリアセンサ３０５の代わりに、２つのスポット光のセンサへの１次元方向の入射位置を同時に検出可能な他のセンサを用いることもできる。例えば、スポット光についての副走査軸３０７に平行な方向の位置を検出するラインセンサを２つ用い、このラインセンサを同期して駆動させることもできる。

本実施形態においては、担持体の表面に対して傾いた方向、すなわち担持体の表面に対して垂直ではない方向から、スポット光が入射される。このため、トナーパッチ１０８上へのスポット光の入射位置は、トナーパッチ１０８の高さに応じて副走査軸３０７に平行な方向に変化する。このように、エリアセンサ３０５上における乱反射光の位置は、被測定対象の高さの変化に従って、副走査軸３０７に平行な方向に変化する。本実施形態においては、エリアセンサ３０５を用いた、担持体又はトナーパッチ１０８の表面へのスポット光の入射位置の観測が連続して行われる。このようにして、担持体又はトナーパッチ１０８の表面へのスポット光の入射位置の経時変化が検出される。

本実施形態においては、主走査軸３０８に沿った方向に離れた位置にある２つのスポット光について、副走査軸３０７に沿った方向の位置変化が検出される。このため、本実施形態においては、エリアセンサ３０５として、２次元的な光の分布を検出するエリア型イメージセンサが用いられる。エリアセンサ３０５により撮像された反射画像は、信号処理部３０６によって記憶され、その後トナー量の計算のために用いられる。このような測定装置１０７によれば、互いに離れた複数の位置における光の反射位置を同時に測定することができる。

本実施形態においては、後述するように、照射部は、スポット光の１つ（ビームＡ）をトナーパッチ１０８の表面へと照射する。また、照射部は、スポット光の１つ（ビームＢ）を担持体の表面へと照射する。より具体的には、トナーパッチ１０８が担持体によりビームＡ，Ｂの照射位置へと搬送されると、ビームＡはトナーパッチ１０８の表面に照射される。一方で、ビームＡがトナーパッチ１０８の表面に照射されている間、ビームＢは常に担持体の表面に照射される。そして、観測部は、照射部によりトナーパッチ１０８の表面又は担持体の表面へと照射されたビームＡ及びビームＢを同時に観測する。このように得られた２つの観測結果に基づいて差動測定が行われる。

図４（Ａ）を参照しながら、測定装置１０７によるトナーパッチ形状の測定方法を説明する。エリアセンサ３０５は、光を反射する担持体像又はトナーパッチ像を連続して撮像する。具体的には、エリアセンサ３０５は、設定されたサンプリング周波数に基づいて一定時間反射光を蓄積する動作と、その間に得られた反射光の波形を１フレームの反射画像として出力する動作と、を繰り返す。担持体は、駆動ローラ４０１により駆動されることにより、トナーパッチ１０８を載せた状態である一定のプロセススピードで副走査軸３０７の方向へと移動する。すなわち、測定装置１０７は、担持体又はトナーパッチからの反射波形をあるサンプリング間隔でもって連続的に撮像し、記憶する。

測定装置１０７は、トナーパッチがレーザ光（ビームＡ，Ｂ）の照射点に到達する前に、レーザ光の照射と反射波形の記憶とを開始する。回折格子３０３によって分割された２つのビームＡ，Ｂは、担持体又はトナーパッチで反射し、同時にエリアセンサ３０５に入射する。測定装置１０７は、エリアセンサ３０５により撮像された反射画像を、反射したビームＡが写る領域と、反射したビームＢが写る領域とに分割する。そして、測定装置１０７は、ビームＡが写る画像と、ビームＢが写る画像とを、独立した画像データとして記憶する。

測定装置１０７は、こうして得られた画像データに対して後に述べる信号処理を施すことにより、レーザ光の反射位置（又は反射したレーザ光のエリアセンサ３０５への入射方向）を検出する。連続的に撮像されたそれぞれの画像データに対して信号処理を行うことにより、測定装置１０７は、時間にわたるレーザ光の反射位置の変化を示す時系列データを生成することができる。

本実施形態においては、トナーパッチ１０８がビームＡにより照射されるように、かつトナーパッチ１０８はビームＢにより照射されないように、担持体上にトナーパッチ１０８が配置される。

（トナー量の算出方法）
本実施形態における、レーザ光の反射を用いたトナー量の計算方法について、図１３を参照して簡単に説明する。前述したように、本実施形態においては、担持体の表面に対して傾いた方向からスポット光が入射される。

図１３（Ａ）においては、レーザ光１３０１が担持体上の光照射点１３０２に入射している。この場合に、エリアセンサ３０５が光照射点１３０２周辺の画像（反射画像）を撮像すると、担持体上で反射したレーザ光は、光照射点１３０２における輝点として観察される。

一方で図１３（Ｂ）においては、担持体が移動することにより、担持体上のトナーパッチ１０８が光照射点１３０２上に移動している。エリアセンサ３０５が光照射点１３０２周辺の画像（反射画像）を撮像すると、担持体上で反射したレーザ光は、入射点１３０３における輝点として観察される。トナーパッチ１０８の厚みのために、担持体の表面に沿った方向の光照射点１３０２の位置と入射点１３０３の位置とは異なる。

より具体的には、担持体の表面に沿った方向の入射点１３０３の位置は、担持体の表面に垂直な方向の入射点１３０３の位置に依存する。言い換えれば、担持体の表面に沿った方向の表面上における入射点１３０３の位置は、担持体の表面と平行な基準面と入射点１３０３の位置との間の距離に依存する。このように、担持体の表面に沿った方向の表面上における入射点１３０３の位置を測定することにより、担持体の表面に垂直な方向の入射点１３０３の位置を決定することができる。言い換えれば、担持体の表面に沿った方向の表面上における入射点１３０３の位置は、担持体の表面に垂直な方向の入射点１３０３の位置を示している。

このように、エリアセンサ３０５を用いて撮像された光照射点１３０２周辺の画像（反射画像）における、レーザ光が担持体表面に入射している時の輝点の位置と、レーザ光がトナーパッチ１０８上に入射している時の輝点の位置とのずれが検出される。例えば、担持体の振動又はうねり等が存在せず、担持体の位置が常に一定であると仮定すれば、トナーパッチ１０８の厚さｔと、担持体の表面に沿った方向における光照射点１３０２と入射点１３０３との距離ｄとは比例する。こうして検出されたずれに基づいて、トナーパッチ１０８の厚さを算出することができる。

具体的なトナーパッチ１０８の厚さの算出方法は、特に限定されるわけではない。本実施形態においては、トナーパッチ１０８がビームＡの入射位置を通過する際に測定されたトナーパッチ１０８の表面へのビームＡの入射位置が測定される。また、トナーパッチ１０８がビームＡの入射位置を通過する前又は後に測定された担持体の表面へのビームＡの入射位置が測定される。そして、これらの入射位置の差分に基づいて、トナーパッチ１０８の厚さが算出される。ここで、入射位置とは、担持体の表面に垂直な方向のビームＡの入射位置であってもよいし、担持体の表面に沿った方向のビームＡの入射位置であってもよい。

もっとも、別の実施形態においては、トナーパッチ１０８の表面へのビームＡの入射位置の測定値と、担持体の表面へのビームＡの入射位置を示す予め定められた値と、の差分によりトナーパッチ１０８の厚さを算出することもできる。担持体の表面へのビームＡの入射位置を示す予め定められた値は、画像形成装置１００の製造時に予め定められた値であってもよいし、定期的に担持体の表面へのビームＡの入射位置を測定することにより測定された値であってもよい。

もっとも、レーザ光源３０１を含む照射部と、エリアセンサ３０５を含む観測部とが、図３に示す位置関係で配置されていることは必須ではない。照射部による光の照射方向と、観測部による観察方向とが傾いていれば、すなわち照射部の光学軸と測定部の光学軸とが傾いていれば、担持体の表面に垂直な方向の光の入射位置を測定することは可能である。

一方で、図３に示すように、照射部からの光の照射方向と、主走査軸３０８の方向、すなわちトナー像の搬送方向と垂直な方向と、がなす角度が約９０度である、すなわち略直交していることにより、以下の利点が得られる。すなわち、電子写真方式を用いる画像形成装置の担持体表面には、クリーニングブレードの摩擦によって副走査軸３０７に沿った方向に細長い筋状の傷が生じることがある。照射部からの光の照射方向と、副走査軸３０７と、がなす角度が約９０度であると、このような傷に対して照射された光は正反射する傾向にあるため、正常な乱反射が得られないことがある。すなわち、スポット光を照射しても、エリアセンサ３０５によって得られた撮像画像に写る光スポットの形が歪んでしまい、光スポットの検出精度が低下する可能性がある。一方で、照射部からの光の照射方向と、主走査軸３０８と、がなす角度が約９０度であることにより、このような検出精度の低下を防ぐことができる。一実施形態において、測定精度を向上させるために、照射部からの光はさらに担持体表面に対して傾いて入射する。例えば、照射部からの光と担持体表面とがなす角度は６０度以下でありうる。

トナーパッチ１０８がハーフトーン画像である場合等、トナーパッチ１０８が凹凸を有しており、エリアセンサ３０５のサンプリング周波数が十分に大きくない場合、反射画像上には、凹凸に応じた複数の位置に輝点が現れる。このような場合であっても、画像上の輝点の中心位置等を検出し、検出された中心位置と、レーザ光が担持体表面に入射している時の輝点の位置とのずれを検出することにより、トナーパッチ１０８の平均的な厚さを算出することができる。

測定装置１０７及び担持体が振動していない理想的な状態では、トナーパッチ１０８の厚さ（又は平均的な厚さ）は、以下のように求めることができる。以下の例においては、トナーパッチ１０８上にレーザ光が入射している際の輝点の位置と、トナーパッチの前後の担持体表面にレーザ光が入射している際の輝点の位置と、に基づいてトナーパッチの厚さが計算される。

すなわち、図４（Ｂ）に示すトナーパッチ１０８Ａの厚さは、式（１）に従って得られたｐａｔｃｈ（１０８Ａ）に所定の係数を乗じることにより求めることができる。
ｐａｔｃｈ（１０８Ａ）＝Ｂ−（Ａ＋Ｃ）／２ ・・・式（１）

また、図４（Ｂ）に示すトナーパッチ１０８Ｂの厚さは、式（１）に従って得られたｐａｔｃｈ（１０８Ｂ）に所定の係数を乗じることにより求めることができる。
ｐａｔｃｈ（１０８Ｂ）＝Ｄ−（Ｃ＋Ｅ）／２ ・・・式（２）

式（１）及び（２）において、Ａ〜Ｅはそれぞれ、レーザ光が位置Ａ〜Ｅに入射している際にエリアセンサ３０５によって撮像された反射画像における、副走査軸３０７に沿った輝点の位置を示している。なお、トナーパッチ１０８Ｂはハーフトーン画像である。Ｄは、レーザ光が位置Ｄに入射している際にエリアセンサ３０５によって撮像された複数の反射画像における、副走査軸３０７に沿った輝点の位置の重心を示している。

以上、測定装置１０７及び担持体が振動していない理想的な状態におけるトナー量の算出方法について説明した。しかしながら、感光ドラム及び転写ベルトは、これらを支える駆動ローラ４０１の偏心等による回転ムラ、又はその他のモータ等から伝わる細かい振動等のために、振動している。図１３（Ｂ）から理解できるように、担持体の表面に垂直な方向の担持体の表面の位置が変動すると、担持体の表面に垂直な方向のトナーパッチ１０８の表面の位置も変動する。すると、レーザ光１３０１とトナーパッチ１０８の表面との交点も変動するから、結果として入射点１３０３の位置も変動する。このように、担持体の振動のために、照射されたビームの担持体又はトナーパッチ１０８への入射位置、すなわち反射したビームのエリアセンサ３０５への入射位置は、図５の実線で示すように細かく振動する。

一方で、ビームＡとビームＢとは担持体の表面又はトナーパッチ１０８の表面の互いに近接した位置へと照射される。このため、反射したビームＡのエリアセンサ３０５への入射位置と、反射したビームＢのエリアセンサ３０５への入射位置とは、同様に振動する。したがって、エリアセンサ３０５によって測定された、照射されたビームＡ，Ｂの担持体又はトナーパッチ１０８への入射位置を示すデータは、同様のノイズ成分を含んでいる。ビームＡのトナーパッチ１０８への入射位置を示すデータは、これらのノイズ成分に加えて、本来の計測対象であるトナーパッチ１０８の形状を反映している。このため、ビームＡのトナーパッチ１０８への入射位置と、ビームＢの担持体への入射位置との差分を計算することにより、データからうねり及び振動成分を除去し、トナーパッチ１０８の形状をより正確に判定することができる。

本実施形態においては、ビームＡ及びビームＢは、主走査軸３０８に平行な方向に離れた位置に照射される。すなわち、ビームＡ及びビームＢの、副走査軸３０７に沿った方向の照射位置は一致している。本実施形態において、駆動ローラ４０１の軸は主走査軸３０８と平行であり、担持体は主走査方向における平面性が維持されたまま駆動される。したがって、担持体が振動したとしても、担持体上又はトナーパッチ１０８上におけるビームＡ，Ｂの入射位置には、同じ振動又はうねりが生じる（コモンモードノイズ）。このような実施形態によれば、差分を算出することにより、より高い精度で測定データからうねり及び振動成分を除去することができる。

（信号処理部３０６の構成及びその処理）
次に、信号処理部３０６の機能構成を示すブロック図である図６（Ａ）を参照して、信号処理部３０６の構成及び信号処理部３０６によるトナー量の計算処理について説明する。信号処理部３０６は、記憶部６０１と、分割部６０２と、積算部６０３及び位置検出部６０４によって構成される検出部と、を備える。この検出部は、観測部による観測結果に基づいて、上述した算出方法に従って、担持体の表面に垂直な方向の光の入射位置を測定する。具体的には、この検出部は、トナーパッチ１０８の表面に入射したビームＡを観測することにより測定されたビームＡの入射位置と、担持体の表面に入射したビームＢをビームＡと同時に観測することにより測定されたビームＢの入射位置と、を検出する。また、信号処理部は、差分演算部６０５、高さ演算部６０６、及びトナー量演算部６０７によって構成される算出部を備える。この算出部は、検出部によって検出されたビームＡの入射位置とビームＢの入射位置とに基づいて、トナーパッチ１０８の厚さを算出する。

記憶部６０１は、エリアセンサ３０５によって撮像された反射画像を記憶する。エリアセンサ３０５はサンプリング周波数に従って反射画像を連続して撮像し、記憶部６０１はこれらの画像を時間順に保存する。

分割部６０２は、記憶部６０１に記憶された反射画像のそれぞれを、レーザ光の位置及び数に応じて複数の画像領域へと分割する。本実施形態においては、ビームＡとビームＢの２つのレーザ光が使用される。そこで、分割部６０２は、ビームＡ及びビームＢの位置を参照して、反射画像を、ビームＡが写る領域と、ビームＢが写る領域とに分割する。図６（Ｂ）において反射画像は、分割線を境界として、ビームＡが入射する領域とビームＢが入射する領域とに分割されている。

積算部６０３及び位置検出部６０４で構成される検出部は、ビームＡが写る領域におけるビームＡの位置を検出することにより、担持体の表面に垂直な方向のビームＡの入射位置を検出する。また、検出部は、ビームＢが写る領域におけるビームＢの位置を検出することにより、担持体の表面に垂直な方向のビームＢの入射位置を検出する。

具体的には、積算部６０３は、それぞれの領域について、主走査方向の画素列のそれぞれの画素値を積算する。こうして、それぞれの領域について、副走査方向の位置と光量との関係を示す光量分布が得られる。図６（Ｃ）は、各領域についての光量分布を示している。本実施形態において、ビームＡ及びビームＢはスポット状のレーザ光であるから、積算部６０３によって得られる光量分布は、釣鐘型となる。積算部６０３は、光量分布を生成する処理を、連続して撮像された反射画像のそれぞれについて行う。

図６（Ｂ）（Ｃ）は、ビームＡとビームＢとが共に担持体を照射している場合を示す。したがって、反射したビームＡの入射位置と、反射したビームＢの入射位置とは、ほぼ同じである。一方で、図７（Ａ）は、ビームＡがトナーパッチ１０８を照射し、ビームＢが担持体を照射している時に得られる反射画像を示す。反射したビームＡは、担持体を照射している場合と比べて、エリアセンサ３０５上の、トナーパッチ１０８の厚さに応じた距離だけずれた位置に結像する。このため、反射画像における光スポットの位置は副走査方向に移動する。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の反射画像から得られる、各領域についての光量分布を示している。図７（Ｂ）に示すように、トナーパッチ１０８の厚さに応じた距離だけ、光量分布も副走査方向にシフトする。このため、光量分布の位置、例えば光量分布のピーク位置に基づいて、トナーパッチ１０８の厚さを測定することができる。

光量分布データからピーク位置を検出する方法は特に限定されない。例えば、最小二乗法により関数とのフィッティングを行うことによりピーク位置を検出することができる。一例としては、ガウス関数を用いたカーブフィッティングを行うことで、ピーク位置を予測演算する方法が挙げられる。ガウス関数は式（３）で示すように、ｘ＝μを中心とする釣鐘型のピークを持つ関数である。フィッティングによって得られたパラメータμが波形のピーク位置を示すことになる。ガウス関数の代わりに、式（４）に示すローレンツ関数（式４）又は式（５）に示す二次関数（式５）等の関数とのフィッティングを行ってもよい。別の実施形態においては、フィッティングの代わりに、光量が最大となる位置をピーク位置として検出してもよいし、光量分布の重心をピーク位置として算出してもよい。

位置検出部６０４は、上述の方法を用いて、積算部６０３が生成したそれぞれの領域についての、光量分布のピーク位置を検出する。位置検出部６０４は、ピーク位置を検出する処理を、連続して撮像された反射画像のそれぞれについて行う。こうして、反射画像のそれぞれについて、反射したビームＡと反射したビームＢとの副走査方向におけるエリアセンサ３０５上での入射位置が検出される。時間（又は担持体の移動距離）と、反射したビームＡ又はＢの副走査方向におけるエリアセンサ３０５上での入射位置とをプロットすることにより、図５に示す波形Ａ及びＢが得られる。以下では、こうして得られた波形のことを、ビームＡ又はＢのプロファイル（断面形状）データと呼ぶ。このプロファイルデータは、ビームＡ又はビームＢについての、担持体又はトナーパッチ１０８の表面における入射位置の経時変化を示している。別の実施形態において、プロファイルデータは、時間（又は担持体の移動距離）と、担持体又はトナーパッチ１０８の表面における、担持体の表面に垂直な方向のビームＡ又はＢの入射位置であってもよい。上述のように、レーザ光のエリアセンサ３０５上での入射位置からは、担持体又はトナーパッチ１０８の表面における担持体の表面に垂直な方向のレーザ光の入射位置を算出することができる。

差分演算部６０５は、プロファイルデータ同士の差分を算出する。具体的には、差分算出部６０５は、ビームＡのプロファイルデータと、ビームＢのプロファイルデータとの差分（波形Ａ−Ｂ）を算出する。こうして得られた波形Ａ−Ｂには、トナーパッチ１０８の形状が反映されているが、振動又はうねりに起因するノイズは除去されている。高さ演算部６０６は、差分演算部６０５が算出した波形Ａ−Ｂを用いて、式（１）又は式（２）に従ってトナーパッチ１０８の厚さを算出する。ノイズが除去されている波形Ａ−Ｂを用いることにより、トナーパッチ１０８の形状を高精度に算出することができる。トナー量演算部６０７は、必要に応じて、得られたトナーパッチ１０８の厚さを、トナー濃度又はトナー体積等に変換する。こうして算出されたトナーパッチの厚さ（トナー量）、トナー濃度又はトナー体積等は、各プロセスの制御のために用いられる。

もっとも、入射位置の経時変化を示すプロファイルを算出することは必須ではない。例えば、トナーパッチ１０８の表面へのビームＡの入射位置を示す測定値と同時に測定された担持体表面へのビームＢの入射位置を示す測定値との差分を算出することができる。この差分と、担持体の表面へのビームＡ，Ｂの入射位置の差分を示す予め定められた値と、の差分に基づいて、トナーパッチ１０８の厚さを算出することもできる。

以下に、信号処理部３０６が行う処理について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。ステップＳ８０１において、エリアセンサ３０５は撮像を開始する。エリアセンサは、指定されたサンプリング周波数に従って、連続的に撮像を行う。ステップＳ８０２において記憶部６０１は、トナーパッチ１０８が担持体上に形成された後、ビームＡがトナーパッチ１０８に入射する前に、エリアセンサ３０５により撮像された反射画像の記憶を開始する。エリアセンサ３０５による撮像及び記憶部６０１による記憶は、測定対象のトナーパッチ１０８がビームＡの入射位置を通過するまで行われる。

ステップＳ８０３以降では、得られた反射画像に対する処理が行われる。ステップＳ８０３以降の処理は、エリアセンサ３０５による撮像及び記憶部６０１による記憶が完了した後に行われてもよい。また、ステップＳ８０３以降の処理は、エリアセンサ３０５による撮像及び記憶部６０１による記憶が継続している間に、既に記憶部６０１により記憶されている反射画像に対して行われてもよい。

ステップＳ８０３において分割部６０２は、上述のように反射画像を複数の領域に分割する。ステップＳ８０４において積算部６０３は、上述のようにそれぞれの領域について光量分布を生成する。ステップＳ８０５において位置検出部６０４は、上述のようにそれぞれの光量分布についてピーク位置を検出する。ステップＳ８０３〜Ｓ８０５の処理は、記憶部６０１により記憶された反射画像の全てについて行われる。すなわち、ステップＳ８０５の後に、全ての反射画像が処理されたか否かが判定される。全ての反射画像が処理されていない場合、処理はステップＳ８０３に戻り、次の反射画像に対する処理が行われる。一方で、全ての反射画像が処理されている場合、処理はステップＳ８０６に進む。

ステップＳ８０６において、差分演算部６０５は、上述のようにプロファイルデータの差分を算出することにより、プロファイルデータから振動成分及びうねり成分を除去する。ステップＳ８０７において、高さ演算部６０６は、上述のように差分演算部６０５が算出した差分を用いてトナーパッチ１０８の厚さを算出する。ステップＳ８０８において、トナー量演算部６０７は、算出されたトナー高さに基づきトナー量演算部６０７でトナー量演算が実行される。

［実施形態２］
実施形態１では、１つの発光点を有するレーザ光源３０１からのレーザ光を回折格子３０３で分割することにより、複数のレーザ光が得られた。実施形態２では、複数のレーザ光が、複数の発光点を有するレーザ光源を用いて得られる。

以下に、実施形態２について、本実施形態に係る測定装置１０７の構成の一例を示す図９及び図１０を参照して説明する。本実施形態に係る画像形成装置の構成は、実施形態１に係る画像形成装置と類似しており、同様の構成については同じ符番が付されている。以下では、実施形態１と同様の構成については説明を省略する。

実施形態１では、レーザ光源３０１、集光レンズ３０２、及び回折格子３０３という３つのデバイスが用いられた。一方で、図９に示すように、実施形態２ではレーザ光源９０１と集光レンズ９０２という２つのデバイスを用いる。このように、回折格子を省略できるとともに、回折格子の取り付け位置を調整する必要がなくなるため、画像形成装置の製造コストを低減することができる。また、光学系を構成する部品を減らすことにより、レーザ光源９０１及び集光レンズ９０２のような部品の取り付け位置を調整することでレーザ光の照射位置の精度を向上することが容易となる。

図１０（Ａ）（Ｂ）は、レーザ光源９０１と集光レンズ９０２との詳細な構成及び配置を示す。本実施形態において、レーザ光源９０１は多発光点光源、すなわち複数の発光点を有し、複数のレーザ光を照射可能なレーザ光源である。例えば、レーザ光源９０１は多発光点レーザダイオードでありうる。図１０（Ａ）に示す通り、レーザ光源９０１は２つの発光点１００１を持つ。ここで、２つの発光点１００１を通る発光点軸１００２が定義される。図１０（Ｂ）に示す通り、この発光点軸１００２が主走査軸３０８に平行になるように、レーザ光源９０１の筺体が設置される。すると、集光レンズ９０２を通って担持体上に結像される２つのスポット光を通る被照射軸１００３も、主走査軸３０８に平行となる。このような配置により、実施形態１と同様に、２つのスポット光が主走査軸３０８に沿って並ぶように、２つのレーザ光を照射することができる。

［実施形態３］
実施形態１，２では、担持体及びトナーパッチ１０８に対して１つずつのレーザ光が照射された。実施形態３では、担持体及びトナーパッチ１０８に対してそれぞれ２以上のレーザ光を照射することにより、トナーパッチ１０８の厚さがより高精度に検出される。

以下に、実施形態３について、本実施形態に係る測定装置１０７の構成の一例を示す図１１及び図１２を参照して説明する。本実施形態に係る画像形成装置の構成は、実施形態１に係る画像形成装置と類似しており、同様の構成については同じ符番が付されている。以下では、実施形態１と同様の構成については説明を省略する。

図１１（Ａ）に示すように、本実施形態で用いられるレーザ光源１１０１は、４つの発光点１１０２を有する多発光点レーザダイオードである。ここで、４つの発光点１１０２を通る発光点軸１１０３が定義される。図１１（Ｂ）に示す通り、実施形態２と同様に、この発光点軸１１０３が主走査軸３０８に平行になるように、レーザ光源１１０１の筺体が設置される。４つのレーザ光は、集光レンズ１１０４を通して担持体上に入射する。このとき、担持体上に結像される４つのスポット光を通る被照射軸１１０５は、主走査軸３０８と平行になる。

本実施形態において、担持体上に形成されるトナーパッチ１０８の位置は、レーザ光のうち２つ（ビームＡ，Ｂ）はトナーパッチ１０８に入射することができ、レーザ光のうち残りの２つ（ビームＣ，Ｄ）は常に担持体上に入射するように、調整される。エリアセンサ３０５は、このように照射された４つのレーザ光の反射光を測定する。言い換えれば、エリアセンサ３０５は、４つのレーザ光により得られる光スポットを含む反射画像を撮像する。その後、信号処理部３０６は、図８に示すフローチャートに従って反射画像に対する画像処理を行う。

以下では、信号処理部３０６が行う処理のうち、実施形態１とは異なる部分について、図１２（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。図１２（Ａ）（Ｂ）は、ビームＡ，Ｂがトナーパッチ１０８上に照射されている時の反射画像及び光量分布を示す。本実施形態において、分割部６０２は、エリアセンサ３０５により得られた反射画像を、分割線１２０１に沿って４分割する。図１２（Ａ）に示すように、それぞれの分割領域には、ビームＡ〜Ｄのそれぞれによるスポット光の像が含まれる。

それぞれの分割領域について、積算部６０３が実施形態１と同様の処理を行うことにより、図１２（Ｂ）に示す光量分布が得られる。図１２（Ｂ）に示されるように、ビームＣ，Ｄに対して、ビームＡ，Ｂのピーク位置はシフトしている。位置検出部６０４が、時間順に撮像されたそれぞれの反射画像からピーク位置を検出することにより、ビームＡ〜Ｄのそれぞれについてのプロファイルデータが得られる。

差分演算部６０５は、担持体の振動又はうねりに起因するノイズ成分を含むビームＣ，Ｄについてのプロファイルデータ（波形Ｃ，Ｄ）を平均する。また、差分演算部６０５は、トナーパッチ１０８の形状を反映しかつノイズ成分を含んでいるビームＡ，Ｄについてのプロファイルデータ（波形Ａ，Ｄ）も平均する。そして、差分演算部６０５は、平均により得られた２つのプロファイルデータの差分（（Ａ＋Ｂ）／２−（Ｃ＋Ｄ）／２）を算出する。その後、高さ演算部６０６は、差分演算部６０５が算出した差分を用いて、トナーパッチの厚さを算出する。

本実施形態によれば、エリアセンサ３０５のサンプリング周波数が同じであると仮定しても、トナーパッチの厚さを算出するために用いられる差分データが、実施形態１と比べて２倍の量のデータを用いて算出される。このため、データに混入する高周波ノイズの量をより低減することができる。

本実施形態では、４つのレーザ光を照射する場合について説明した。しかしながら、レーザ光の数は３つでもよいし、５つ以上でもよい。また、本実施形態では、トナーパッチに入射するレーザ光の数と、トナーパッチに入射しないレーザ光の数は、同数であった。しかしながら、担持体の表面状態又はトナーパッチ表面の反射特性等に応じて、トナーパッチに入射するレーザ光の数と、トナーパッチに入射しないレーザ光の数は異なっていてもよい。例えば、それぞれのレーザ光の数が例えば１対３又は３対１等の比率であってもよい。

また、さらなる実施形態においては、主走査軸３０８に沿った方向に配列したビームＡ〜Ｆが照射される。ここで、ビームＣ，Ｄはトナーパッチ１０８へと照射されている間に、ビームＡ，Ｂ，Ｅ，Ｆは担持体へと照射されるように、トナーパッチ１０８は配置される。この場合、ビームＡ〜Ｂについて得られた波形Ａ〜Ｂを用いて、ビームＣについて得られた波形Ｃを補正することができる。また、ビームＥ〜Ｆについて得られた波形Ｅ〜Ｆを用いて、ビームＤについて得られた波形Ｄを補正することができる。具体的には、差分演算部６０５は、波形Ｃと波形Ａ，Ｂとの差分（Ｃ−（Ａ＋Ｂ）／２）と、波形Ｄと波形Ｅ，Ｆとの差分（Ｄ−（Ｅ＋Ｆ）／２）と、を算出することができる。このような実施形態は、トナーパッチ１０８が互いに高さの異なる部位を有している場合に有効である。すなわち、それぞれの光スポットにおけるトナーパッチ１０８の測定結果を、隣接する光スポットにおける担持体の測定結果を用いて補正することができるため、測定精度を向上させることができる。

［実施形態４］
実施形態１〜３では、エリアセンサ３０５の画素の配列方向が主走査軸３０８及び副走査軸３０７と一致するように、エリアセンサ３０５は配置された。実施形態４においては、エリアセンサ３０５の画素の配列方向が、主走査軸３０８及び副走査軸３０７に対して傾くように、エリアセンサ３０５が配置される。すなわち、エリアセンサ３０５による担持体上の矩形撮像範囲の各辺が、主走査軸３０８及び副走査軸３０７に対して傾いている。特に、以下では、エリアセンサ３０５の画素の配列方向が、主走査軸３０８と副走査軸３０７とのそれぞれに対して約４５度の角度をなすように、エリアセンサ３０５を設置する場合について説明する。

実施形態４に係る画像形成装置の構成は、実施形態１〜３に係る画像形成装置と類似しており、同様の構成については同じ符番が付されている。以下では、実施形態１〜３と同様の構成については説明を省略する。以下では、実施形態３と同様に４つのレーザ光を照射する場合について説明するが、レーザ光の数は２つでもよいし、その他の数でもよい。

図１４は、担持体上におけるレーザ光の入射位置とエリアセンサ３０５による撮像範囲との関係を示す。被照射軸１４０１は、レーザ光が担持体上に形成する光スポットを通る軸である。本実施形態においては、エリアセンサ３０５による撮像範囲１４０３の対角軸１４０２が、被照射軸１４０１と平行になるように、エリアセンサ３０５が設置される。すなわち、正方形のエリアセンサ３０５の撮像素子の対角線方向が、被照射軸１４０１と平行になるように、エリアセンサ３０５が設置される。このように配置されたエリアセンサ３０５により撮像された反射画像に対して、信号処理部３０６は、実施形態３と同様の画像処理を行う。

以下では、信号処理部３０６が行う処理のうち、実施形態３とは異なる部分について、図１５（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。本実施形態において、分割部６０２は、エリアセンサ３０５により得られた反射画像を、分割線１５０１に沿って４分割する。そして、積算部６０３は、各領域について、主走査軸３０８と平行な向きに画素値を積算することにより、副走査方向の位置と光量との関係を示す光量分布を生成する。ここで、画素の配列方向は主走査軸３０８に対して約４５度傾いているため、画素の配列方向に対して約４５度傾いた軸上にある画素についての画素値を積算することにより、主走査軸３０８と平行な向きに画素値を積算することができる。

得られた光量分布を用いて、位置検出部６０４、差分演算部６０５、及び高さ演算部６０６が実施形態３と同様の処理を行うことにより、トナーパッチ１０８の厚さが算出される。

本実施形態によれば、各レーザ光により照射される範囲が、エリアセンサ３０５による撮像範囲の一辺の長さよりも大きい場合であっても、各レーザ光による反射光を観測することができる。このように、実施形態３と比較してより小さい受光面を持つエリアセンサ３０５を用いることが可能となるため、画像形成装置１００の製造コストを低減することができる。

［実施形態５］
実施形態１，２においては、ビームＡがトナーパッチ１０８に入射し、同時にビームＢが担持体に入射するように、担持体上にトナーパッチ１０８が形成された。しかしながら、測定装置１０７の取り付け誤差等の影響により、レーザ光源３０１から照射されるレーザ光の担持体への入射位置（光スポットの位置）は、画像形成装置１００ごとに異なる。一般に、２つのレーザ光の入射位置が近いほど、２つのレーザ光に対する振動又はうねりの影響が類似するため、プロファイルデータの差分を算出することにより振動成分又はうねり成分をプロファイルデータからより精度良く除去することができる。しかしながら、レーザ光の入射位置の誤差のために、２つの光スポットの位置が近いほど、一方の光スポットを通過し、他方の光スポットは通過しないように、トナーパッチ１０８を形成することは困難になる。

実施形態５では、特定の位置検出用パッチを担持体上に形成し、この位置検出用パッチの大きさを測定装置１０７を用いて測定することにより、担持体上へのレーザ光の照射位置を検出する。この結果を用いることで、一方の光スポットを通過し、他方の光スポットは通過しないように、トナーパッチ１０８を形成することが容易となる。具体的には、トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置に応じてトナー像の搬送方向の長さが異なる測定用トナー像、位置検出用パッチとして用いられる。

実施形態５に係る画像形成装置の構成は、実施形態１，２に係る画像形成装置と類似しており、同様の構成については同じ符番が付されている。以下では、実施形態１，２と同様の構成については説明を省略する。図１６は、本実施形態に係る信号処理部３０６の構成を示す。測定装置１０７は、実施形態１と同様に、記憶部６０１、分割部６０２、積算部６０３、及び位置検出部６０４を有する。測定装置１０７はさらに、位置判定部１６０１を有している。本実施形態における光スポットの検出には、差分演算部６０５、高さ演算部６０６、及びトナー量演算部６０７は不要であり、これらは図１６からは省略されている。

本実施形態における、光スポットの検出原理について、図１７（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。本実施形態においては、位置検出用パッチに対する測定を行うことにより、２つの光スポットの位置が検出される。位置検出用パッチは、主走査軸３０８に対して平行な（副走査軸３０７に対して垂直な）第１エッジ１７０１と、主走査軸３０８及び副走査軸３０７に対して傾いている第２エッジ１７０２と、を有する。図１７（Ａ）に示すように、第１エッジ１７０１と第２エッジ１７０２で構成される図形の、トナー像の搬送方向の長さは、トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置に応じて異なる。したがって、光スポットの位置における、この図形のトナー像の搬送方向の長さを測定することにより、この光スポットのトナー像の搬送方向に垂直な方向の位置を検出することができる。

本実施形態においては、第１エッジ１７０１と第２エッジ１７０２とは連続している。位置検出用パッチの大きさは、測定装置１０７の取り付け位置に誤差が生じている場合であっても、第１エッジ１７０１と第２エッジ１７０２との双方が２つの光スポットの双方を通過するように、十分大きく設定される。以下では、第１エッジ１７０１と第２エッジ１７０２とが交差する点Ｏの、主走査軸３０８に沿った位置をＹ_０とする。また、担持体の搬送速度Ｖは一定とする。

測定装置１０７は、位置検出用パッチが２つの光スポットを通過する際における、２つのビームについてのプロファイルデータを取得する。具体的には、エリアセンサ３０５が連続して撮像を行い、得られた反射画像について記憶部６０１、分割部６０２、積算部６０３、及び位置検出部６０４が処理を行うことにより、プロファイルデータが得られる。図１７（Ｂ）は、ビームＡ，Ｂについてのプロファイルデータの例を示す。

本実施形態において、プロファイルデータは、実施形態１と同様、時間（又は担持体の移動距離）と、反射したビームＡ，Ｂの副走査方向におけるエリアセンサ３０５上での入射位置と、の関係を示す。しかしながら、別の実施形態において、プロファイルデータは、時間（又は担持体の移動距離）と、反射したビームＡ，Ｂの光量と、の関係を示すものであってもよい。反射したビームＡ，Ｂの光量分布からの光量の算出は、ガウス関数等の関数を用いたフィッティング等の公知の方法により行うことができる。レーザ光がトナーパッチに入射する場合と担持体に入射する場合とで反射光量は異なる。したがって、このようなプロファイルデータを用いても、所定の時刻にレーザ光がトナーパッチに入射しているか担持体に入射しているかを判定することが可能である。すなわち、第１エッジ１７０１が光スポットを通過してから、第２エッジ１７０２が光スポットに到達するまでの時間を算出することも可能である。

位置判定部１６０１は、２つのレーザ光それぞれについてのプロファイルデータを参照して、それぞれの光スポットについて、第１エッジ１７０１が光スポットを通過してから、第２エッジ１７０２が光スポットに到達するまでの時間を算出する。具体的には、位置判定部１６０１は、ビームＡにより生じた光スポットＡを第１エッジ１７０１が通過してから、第２エッジ１７０２が光スポットＡに到達するまでの時間ｔ１を算出する。この時間ｔ１は、図１７（Ｂ）に示されている。

例えば、位置判定部１６０１は、反射したビームＡのエリアセンサ３０５への入射位置が所定範囲に戻った時刻から、所定範囲から外れた時刻までの時間を、時間ｔ１として算出することができる。この所定範囲は、レーザ光が担持体に入射している際に、反射したレーザ光が入射するエリアセンサ３０５上の範囲として、予め設定されている。位置判定部１６０１は、ビームＢにより生じた光スポットＢを第１エッジ１７０１が通過してから、第２エッジ１７０２が光スポットＢに到達するまでの時間ｔ２も、同様に算出する。なお、本実施形態においては、反射したレーザ光は１つのエリアセンサ３０５により観測される。すなわち、光スポットＡ，Ｂのエリアセンサ３０５への入射位置の変化は同じエリアセンサ３０５により観測されるため、時間ｔ１，ｔ２を高い精度で測定することが可能となる。こうして得られたｔ１，ｔ２は、光スポットＡ，Ｂの、トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置を表している。

以下では、光スポットＡ，Ｂの中間点の、トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置を算出する具体的な方法について説明する。位置判定部１６０１は、さらに、光スポットＡを第１エッジ１７０１が通過してから、第２エッジ１７０２が光スポットＡに到達するまでの、位置検出用パッチの移動距離Ｌ１を、式Ｌ１＝ｖ・ｔ１に従って算出する。同様に、位置判定部１６０１は、光スポットＢを第１エッジ１７０１が通過してから、第２エッジ１７０２が光スポットＢに到達するまでの、位置検出用パッチの移動距離Ｌ２を、式Ｌ２＝ｖ・ｔ２に従って算出する。すると、光スポットＡと光スポットＢとの中間点を第１エッジ１７０１が通過してから、第２エッジ１７０２がこの中間点に到達するまでの、位置検出用パッチの移動距離Ｌｃは、式Ｌｃ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２に従って算出できる。第２エッジ１７０２は主走査軸３０８及び副走査軸３０７に対して約４５度傾いているから、第１エッジ１７０１と第２エッジ１７０２とが交差する点Ｏと、光スポットＡと光スポットＢとの中間点との、主走査軸３０８に沿った方向の距離は、Ｌｃで表される。したがって、光スポットＡと光スポットＢとの中間点の主走査軸３０８に沿った位置Ｙｃは、式Ｙｃ＝Ｙ_０＋Ｌｃに従って算出できる。

測定装置１０７の取り付け位置がずれることにより、光スポットＡ，Ｂが副走査軸３０７にそってΔｐだけずれている場合、第１エッジ１７０１が光スポットＡ，Ｂを通過するタイミングはΔｔ＝Δｐ／ｖだけずれる。しかしながら、時間ｔ１，ｔ２はΔｔ及びΔｐに応じて変化しないため、算出される位置ＹｃにはΔｐ，Δｔに起因する誤差は含まれない。したがって、本実施形態によれば、副走査軸３０７に沿った方向の光スポットＡ，Ｂの位置がずれていても、高い精度で位置Ｙｃを算出することができる。また、主走査軸３０８に沿った方向の光スポットＡ，Ｂの位置がずれていることにより、光スポットＡ，Ｂの間隔Δｗが設計値とは異なる場合においても、本実施形態によれば、高い精度で位置Ｙｃを算出することができる。

露光用レーザ１０２は、上記の方法で検出された光スポットＡ，Ｂの中間点の位置Ｙｃにトナーパッチ１０８のエッジが位置するように、トナーパッチ１０８を形成するように制御される。こうして、図１８に示すように、トナーパッチ１０８が光スポットＡを通過するが光スポットＢは通過しないように、トナーパッチ１０８を形成することができる。

もっとも、光スポットＡ，Ｂの中間点位置の算出方法は、上記の方法に限られない。例えば、ｔ１，ｔ２に基づいて光スポットＡ，Ｂの、トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置を算出してから、その平均値を算出してもよい。また、トナーパッチ１０８の形成位置の制御方法は、上述の方法に限られない。トナーパッチ１０８の形状も、上記のものには限られない。すなわち、光スポットＡ，Ｂの、トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置を示す値ｔ１，ｔ２に基づいて決定された任意の位置に、トナーパッチ１０８を形成することができる。例えば、光スポットＡ，Ｂの間の任意の内分点にトナーパッチ１０８のエッジが位置するように、トナーパッチ１０８を形成することができる。

本実施形態に係るトナー量の測定方法について、図１９のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１９０１において、露光用レーザ１０２及び現像器１０５等を用いた画像形成プロセス２０１により、上述の位置検出用パッチが担持体上に形成される。

ステップＳ１９０２において、測定装置１０７は、形成された位置検出用パッチを測定する。この測定は、図８のステップＳ８０１〜Ｓ８０５に従って行うことができる。ステップＳ１９０３において、位置判定部１６０１は、上述のように、第１エッジ１７０１が光スポットＡ，Ｂを通過してから、第２エッジ１７０２が光スポットＡ，Ｂに到達するまでの時間ｔ１，ｔ２を算出する。ステップＳ１９０４において、位置判定部１６０１は、上述のように、時間ｔ１，ｔ２を用いて、２つの光スポットＡ，Ｂの中間点の、副走査軸３０７に沿った方向の座標値Ｙｃを算出する。

ステップＳ１９０５において、露光用レーザ１０２及び現像器１０５等を用いた画像形成プロセス２０１により、光スポットＡ，Ｂの中間点の位置Ｙｃにトナーパッチ１０８のエッジが位置するように、トナーパッチ１０８が形成される。最後に、ステップＳ１９０６において、測定装置１０７は、形成されたトナーパッチ１０８を測定する。この測定は、図８のステップＳ８０１〜Ｓ８０８に従って行うことができる。

［実施形態６］
実施形態５では、測定装置１０７が担持体に２つのレーザ光を照射する場合において、光スポットの位置が測定された。実施形態６では、実施形態３のように、測定装置１０７が担持体に３つ以上のレーザ光を照射する場合において、光スポットの位置が測定される。以下ではＮ本のレーザ光を照射する場合について説明する。

実施形態６においても、実施形態５と同様の位置検出用パッチが用いられる。ただし、位置検出用パッチの第１エッジ１７０２及び第２エッジ１７０２が、ビーム１〜ＮによるＮ個の光スポット１〜Ｎを通過するように、位置検出用パッチは構成されている。言い換えれば、レーザ光の照射エリアよりも大きくなるように、位置検出用パッチは構成されている。具体的には、第１エッジ１７０２及び第２エッジ１７０２の主走査軸３０８に沿った方向の長さは、光スポット１〜Ｎの主走査軸３０８に沿った方向の広がりよりも大きい。

図２０（Ａ）は、光スポット１〜Ｎの位置と、位置検出用パッチとを示す。本実施形態においても、実施形態５と同様に、測定装置１０７は、ビーム１〜Ｎについてのプロファイルデータを測定する。図２０（Ｂ）は、測定装置１０７により得られるプロファイルデータの例を示す。

その後、位置判定部１６０１は、実施形態５と同様に、それぞれの光スポット１〜Ｎについて、第１エッジ１７０１が光スポットを通過してから、第２エッジ１７０２が光スポットに到達するまでの時間ｔ_１〜ｔ_Ｎを算出する。さらに、位置判定部１６０１は、実施形態５と同様に、光スポット１〜Ｎを第１エッジ１７０１が通過してから、第２エッジ１７０２が光スポット１〜Ｎに到達するまでの、位置検出用パッチの移動距離Ｌ_１〜Ｌ_Ｎを算出する。

位置判定部１６０１は、こうして算出されたＬ_１〜Ｌ_Ｎを用いて、それぞれの光スポットの中間点の、主走査軸３０８に沿った方向の位置を計算する。具体的には、実施形態５と同様、以下の式に従って計算を行うことができる。
Ｌｃ_１，２＝（Ｌ_１＋Ｌ_２）／２
Ｌｃ_２，３＝（Ｌ_２＋Ｌ_３）／２
…
Ｌｃ_{Ｎ−１，Ｎ}＝（Ｌ_Ｎ−１＋Ｌ_Ｎ）／２
Ｙｃ_１，２＝Ｌｃ_１，２＋Ｙ_０
Ｙｃ_２，３＝Ｌｃ_２，３＋Ｙ_０
…
Ｙｃ_{Ｎ−１，Ｎ}＝Ｌｃ_{Ｎ−１，Ｎ}＋Ｙ_０
ここで、Ｌｃ_{ａ，ａ＋１}は、光スポットａと光スポットａ＋１との中間点を第１エッジ１７０１が通過してから、第２エッジ１７０２がこの中間点に到達するまでの、位置検出用パッチの移動距離を表す。また、Ｙ_{ａ，ａ＋１}は、光スポットａと光スポットａ＋１との中間点との、主走査軸３０８に沿った方向の距離を表す。

露光用レーザ１０２は、上記の方法で検出された光スポットの中間点のいずれかの位置Ｙｃにトナーパッチ１０８のエッジが位置するように、トナーパッチ１０８を形成するように制御される。例として、７つのレーザ光が照射され、ビーム１〜３が担持体の測定用であり、ビーム４〜７がトナーパッチ１０８の測定用である場合について説明する。この場合、光スポット３，４の中間点を示す位置Ｙｃ_３，４に矩形のトナーパッチ１０８のエッジが位置し、トナーパッチ１０８が光スポット４〜７を通過するように、トナーパッチ１０８が形成される。

別の例として、ビーム１，２，５，６が担持体の測定用であり、ビーム３，４がトナーパッチ１０８の測定用である場合について説明する。この場合、光スポット２，３の中間点を示す位置Ｙｃ_２，３と、光スポット４，５の中間点を示す位置Ｙｃ_４，５と、にエッジを有する矩形のトナーパッチ１０８が形成される。

［実施形態７］
図２１は、実施形態７に係る位置検出用パッチを示す。図２１に示す位置検出用パッチは、第１エッジ２１０１と第２エッジ２１０２とを有する三角形のパッチである。このような位置検出用パッチを用いても、光スポットが第１エッジ２１０１を通過してから第２エッジ２１０２に通達するまでの時間を算出することができるから、実施形態６，７と同様に光スポットの位置を検出することが可能である。本実施形態によれば、第１エッジ２１０１と第２エッジ２１０２との間にトナー像が形成されるため、第１エッジ２１０１と第２エッジ２１０２との間の担持体の劣化又は傷等による反射特性の変化により、測定誤差が生じることを防ぐことができる。

１０１：感光ドラム，１０６：転写ベルト，１０７：測定装置，１０８：トナー像

Claims (13)

1. トナー像を搬送する担持体に向けて光を照射し、当該照射された光を観測することにより、前記担持体の表面に垂直な方向の当該光の入射位置を測定する測定手段と、
   前記トナー像の表面に入射した第１の光を観測することにより測定された第１の光の入射位置と、前記担持体の表面に入射した第２の光を前記第１の光と同時に観測することにより測定された第２の光の入射位置と、に基づいて前記トナー像の厚さを算出する算出手段と、
   を備える測定装置であって、
   前記測定手段は、前記第１の光及び前記第２の光を照射する照射手段と、前記第１の光及び前記第２の光を観測する観測手段と、を備え、
   前記照射手段は、前記トナー像の搬送方向と垂直な方向に離れた位置に前記第１の光及び第２の光を照射し、当該トナー像の搬送方向と垂直な方向に対して、当該第１の光及び第２の光の照射方向は略直交していることを特徴とする、測定装置。
2. 前記観測手段は、前記照射された第１の光及び第２の光の像を撮像するエリア型イメージセンサを備えることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記測定手段は、
   前記観測手段により得られた撮像画像を、前記第１の光が写る第１の領域と前記第２の光が写る第２の領域とに分割する分割手段と、
   前記第１の領域における前記第１の光の位置を検出することにより、前記担持体の表面に垂直な方向の前記第１の光の入射位置を検出し、前記第２の領域における前記第２の光の位置を検出することにより、前記担持体の表面に垂直な方向の前記第２の光の入射位置を検出する検出手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の測定装置。
4. 前記測定手段は、前記第１の光及び前記第２の光を照射する照射手段と、前記第１の光及び前記第２の光を観測する観測手段と、を備え、
   前記観測手段は、前記観測を連続して行うことにより、前記第１の光と前記第２の光とのそれぞれについて、入射位置の経時変化を検出することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の測定装置。
5. 前記算出手段は、前記第１の光についての入射位置の経時変化を示す第１のプロファイルと、前記第２の光についての入射位置の経時変化を示す第２のプロファイルと、の差分に基づいて前記トナー像の厚さを算出することを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
6. 前記第１の光が前記トナー像の表面に入射している間、前記第２の光は常に前記担持体の表面に入射することを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の測定装置。
7. 前記トナー像を前記担持体上に形成する形成手段と、
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の測定装置と、
   前記測定装置により得られたトナー像の厚さに従って、前記形成手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 前記形成手段は、前記トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置に応じて前記トナー像の搬送方向の長さが異なる測定用トナー像を前記担持体上に形成し、
   前記測定手段は、前記測定手段により照射される光を通過する前記測定用トナー像の、前記トナー像の搬送方向の長さを測定することにより、前記トナー像の搬送方向に垂直な方向の当該光の入射位置を検出する
   ことを特徴とする、請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記測定用トナー像は、前記トナー像の搬送方向に対して垂直な第１エッジと、前記トナー像の搬送方向及び前記第１エッジに対して傾いた第２エッジと、を有することを特徴とする、請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記形成手段は、前記測定手段によって検出された前記第１の光の入射位置及び前記第２の光の入射位置に基づいて決定された位置に、前記トナー像を形成することを特徴とする、請求項８又は９に記載の画像形成装置。
11. 測定装置が行う測定方法であって、
    トナー像を搬送する担持体に向けて光を照射し、当該照射された光を観測することにより、前記担持体の表面に垂直な方向の当該光の入射位置を測定する測定工程と、
    前記トナー像の表面に入射した第１の光を観測することにより測定された第１の光の入射位置と、前記担持体の表面に入射した第２の光を前記第１の光と同時に観測することにより測定された第２の光の入射位置と、に基づいて前記トナー像の厚さを算出する算出工程と、
    を備え、
    前記第１の光及び第２の光は、前記トナー像の搬送方向と垂直な方向に離れた位置に照射され、当該トナー像の搬送方向と垂直な方向に対して、当該第１の光及び第２の光の照射方向は略直交していることを特徴とする、測定方法。
12. トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置に応じて前記トナー像の搬送方向の長さが異なる測定用トナー像を、前記トナー像を搬送する担持体上に形成する形成手段と、
    トナー像を搬送する担持体に向けて光を照射する照射手段と、
    前記照射された光を観測することにより、前記照射された光の入射位置を通過した前記測定用トナー像の、前記トナー像の搬送方向の長さを測定する測定手段と、
    前記測定の結果に従って、前記トナー像の搬送方向に垂直な方向の前記照射された光の入射位置を判定する判定手段と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
13. 画像形成装置が行う測定方法であって、
    トナー像の搬送方向に垂直な方向の位置に応じて前記トナー像の搬送方向の長さが異なる測定用トナー像を、前記トナー像を搬送する担持体上に形成する形成工程と、
    トナー像を搬送する担持体に向けて光を照射する照射工程と、
    前記照射された光を観測することにより、前記照射された光の入射位置を通過した前記測定用トナー像の、前記トナー像の搬送方向の長さを測定する測定工程と、
    前記測定の結果に従って、前記トナー像の搬送方向に垂直な方向の前記照射された光の入射位置を判定する判定工程と、
    を備えることを特徴とする測定方法。

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