JP2017103497A - 光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<画像形成装置の概要>
図1は、第1実施形態に係る画像形成装置100のハードウェア構成例を示す断面図である。本実施形態の画像形成装置100は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の現像剤(トナー)によってマルチカラー画像を形成するカラーレーザプリンタである。画像形成装置100は、例えば、印刷装置、プリンタ、複写機、複合機(MFP)及びファクシミリ装置のいずれであってもよい。なお、参照符号の末尾のY,M,C,Kは、それぞれ、対応する部材が対象とする現像剤(トナー)の色が、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックであることを示している。以下の説明では、色を区別する必要がない場合には、末尾のY,M,C,Kを省いた参照符号を使用する。
図2は、本実施形態に係る画像形成装置100の制御系の構成例を示すブロック図である。なお、図2には、本実施形態の説明に必要なデバイスのみを示している。画像形成装置100は、マイクロコンピュータを搭載した制御ユニット41を、エンジン制御部として備えている。画像形成装置100は、更に、制御ユニット41と通信可能に接続されたデバイスとして、インタフェース(I/F)ボード42、低圧電源43、高圧電源44、各種駆動モータ45、各種センサ46、露光ユニット3、給紙ユニット13、定着ユニット14、及びトナー検出ユニット31を備えている。
次に、図3を参照して、画像形成装置100のキャリブレーション(自動補正制御)について説明する。図3は、中間転写ベルト12aに対するトナー検出ユニット31の配置例を示す斜視図であり、キャリブレーションの実行時における中間転写ベルト12aの状態の例を示している。画像形成装置100のキャリブレーションは、大きく分けて「色ずれ補正制御」と「画像濃度制御」という2種類の制御を含む。これら2種類の制御は、いずれも、画像形成装置100がシートSへの画像形成を行っていない間に、中間転写ベルト12a上にテストパターン30を形成し、形成したテストパターン30をトナー検出ユニット31によって光学的に検出することによって行われる。
色ずれ補正制御は、各画像形成ステーションによって形成されるトナー像の、画像形成ステーション間の相対的な位置ずれ(色ずれ)の量を測定し、測定結果に基づいて色ずれの補正を行う色ずれ補正制御に相当する。制御ユニット41は、感光ドラム1上のレーザビームの走査速度及び露光光量がそれぞれ所定の速度及び所定の光量となるよう、露光ユニット3を制御するとともに、各ラインの書き出しタイミングを調整することで、色ずれ補正制御を行う。
画像濃度制御は、画像形成装置100によって形成される画像の濃度特性が所望の濃度特性となるように、画像形成条件を補正するための制御である。画像形成装置100では、温度及び湿度条件、並びに各色の画像形成ステーションの使用の度合いに起因して、形成される画像(トナー像)の濃度特性が変化する。画像濃度制御は、このような変化を補正するために行われる。具体的には、中間転写ベルト12a上にテストパターン30を形成し、トナー検出ユニット31によるテストパターン30の検出結果に基づいて、所望の濃度特性が得られるように画像形成条件を調整する。なお、テストパターン30は、制御ユニット41によって生成されてもよいし、外部装置(例えばホストコンピュータ40)によって生成されてもよい。
次に、テストパターン30を検出するためのトナー検出ユニット31の構成について説明する。図4及び図5はそれぞれ、トナー検出ユニット31の構成例を示す斜視図及び概略的な断面図である。トナー検出ユニット31は、図4に示すように、回路基板36に設けられた穴にハウジング37の突出部が挿入されることで、回路基板36に対してハウジング37が固定された構成を有している。図5は、回路基板36に対してハウジング37が固定された状態を示している。
ここで、図5(a)に示す、LED33による光の照射領域54は、中間転写ベルト12aの外周面上(被照射体上)でLED33から光が照射される領域に相当する。照射領域54は、導光路60の左角60LとLED33の一方の端部とを結ぶ直線と、導光路60の右角60RとLED33の他方の端部とを結ぶ直線と、によって規定される。
図5(a)に示す、受光素子34の受光可能領域55(第1領域)は、照射領域54のうちで、受光素子34が受光可能な光がLED33によって照射される領域(範囲)に相当し、照射領域54の一部の領域である。受光可能領域55は、導光路61の左角61Lと第1受光素子34の一方の端部を結ぶ直線と、導光路61の右角61Rと第1受光素子34の他方の端部とを結ぶ直線と、によって規定される。
図5(a)に示す、受光素子35の受光可能領域56(第2領域)は、照射領域54のうちで、受光素子35が受光可能な光がLED33によって照射される領域(範囲)に相当し、照射領域54の一部の領域である。受光可能領域56は、導光路62の左角62Lと受光素子35の一方の端部とを結ぶ直線と、導光路62の右角62Rと受光素子35の他方の端部とを結ぶ直線と、によって規定される。
以下では、本実施形態のトナー検出ユニット31によるトナーの検出特性について説明する。まず、トナー検出特性についての説明に必要となる、受光素子34,35の受光光量及び光路長、中間転写ベルト12aの反射特性、並びに比較例について説明する。
受光素子34,35が受光する光の強度(光量)である受光光量は、一般に、受光面積に比例し、かつ、光が通過する光路の長さ(光路長)の二乗に反比例する。このため、本実施形態では、受光素子34,35の受光光量は、それぞれの受光素子の受光可能領域55,56の面積に比例し、かつ、光路長の二乗に反比例することになる。
受光素子34が受光する光の光路長=LS1+LS2
受光素子35が受光する光の光路長=LD1+LD2
である。
図7は、中間転写ベルト12aの反射指向特性の一例を示す図である。図7(a)は、反射指向特性の測定結果を示し、図7(b)は、反射指向特性を測定方法の概念を示している。本測定では、図7(b)に示すように、中間転写ベルト12aの外周面に対する垂直方向を0°として、当該垂直方向から−15°回転した位置に点光源として配置したLED33(発光素子)から中間転写ベルト12aに光を照射する。更に、LED33から出射された光が照射される照射点(被照射面上の点)32から受光素子34までの距離を略等距離に維持しながら、受光素子34を−90°の位置から90°の位置まで回転移動させた場合の、受光素子34の出力値を測定する。
図7(a)は、このような測定によって得られた反射指向特性を示している。図7(a)に示すように、中間転写ベルト12aの反射特性は、正反射成分が支配的であるものの、正反射方向を中心とした角度幅72の乱反射成分も有している。即ち、中間転写ベルト12aは、正反射方向に高い強度の乱反射成分が存在する乱反射特性を有している。
図8及び図9はそれぞれ、本実施形態に対する比較例(第2比較例)として示すトナー検知ユニット231の構成を示す斜視図及び概略的な断面図である。図8及び図9に示すトナー検知ユニット231では、LED33(発光素子)及び2個の受光素子34,35は、同一の回路基板236の表面に直接実装され、回路基板236上で一列に配列されている。トナー検知ユニット231の受光素子34,35は、本実施形態のトナー検知ユニット31の受光素子34,35と同様、LED33が中間転写ベルト12aに向けて照射した光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ受光するよう構成されている。
次に、図8及び図9に示すトナー検出ユニット231のトナー検出特性を比較対象として、本実施形態のトナー検出ユニット31のトナー検出特性について説明する。図10は、濃度の異なるトナー像を順にテストパターン30として中間転写ベルト12a上に形成し、形成したテストパターン30をトナー検出ユニット31によって検出した場合の、受光素子34,35の出力の例を示す図である。図10(a)及び(b)は、本実施形態のトナー検出ユニット31の受光素子34,35の出力をそれぞれ示している。図10(c)及び(d)は、本実施形態のトナー検出ユニット31についての測定と同様の測定を行った場合に得られる、比較例のトナー検出ユニット231の受光素子34,35の出力をそれぞれ示している。
本実施形態のトナー検出ユニット31は、図5に示すように、正反射光を受光する受光素子34の受光可能領域55よりも、乱反射光を受光する受光素子35の受光可能領域56の方が広くなるように構成されている。図10を用いて上述したように、LED33から出射された光の正反射光は、比較的高い指向性を有する強い光である。これに対して、LED33から出射された光の乱反射光は、様々な方向に拡散しており、低い指向性を有する弱い光である。このため、本実施形態では、受光素子35による乱反射光の受光光量が多くなるよう、正反射光を受光するための受光可能領域55よりも乱反射光を受光するための受光可能領域56を広くしている。即ち、図5に示すように、受光可能領域56は、受光可能領域55よりも、受光素子34と受光素子35とが配列された方向におけるサイズが大きくなっている。
第2乃至第5実施形態では、第1実施形態で説明したトナー検知ユニット31の使用例として、トナー検出ユニット31による検出に有利なテストパターンを用いて色ずれ補正制御を行う例について説明する。
本実施形態では、トナー検出ユニット31(光学センサ)の光源波長における中間転写ベルト12aの反射率が、正反射光についてはいずれの色のトナー像よりも高く、乱反射光についてはいずれの色のトナー像よりも低い場合について説明する。この場合、中間転写ベルト12aからの正反射光及び乱反射光のいずれもトナー検出ユニット31によって良好に検出できる。
次に図12(a)を参照して、基準色に対する対象色の副走査方向の色ずれ量を、図11に示すテストパターン30vを用いて検出(測定)する方法について説明する。ここでは、基準色をブラック(K)、対象色をイエロー(Y)とした場合の、基準色に対する対象色の色ずれ量の検出を例に説明する。
次に図12(b)を参照して、基準色に対する対象色の主走査方向の色ずれ量を、図11に示すテストパターン30mを用いて検出(測定)する方法について説明する。ここでは、図12(a)と同様、基準色をブラック(K)、対象色をイエロー(Y)とした場合の、基準色に対する対象色の色ずれ量の検出を例に説明する。
第3実施形態では、上述の実施形態で説明したトナー検出ユニット31において同一の回路基板36上に実装された受光素子34,35の、副走査方向及び主走査方向の相対的な位置ずれを補正する例について説明する。以下では、第1及び第2実施形態との相違点を中心として本実施形態について説明する。
図13(a)は、図11に示すテストパターン30vの一部として、基準色のパッチ画像Pstd4aと、基準色と同一色の対象色のパッチ画像Ptgt4aとを拡大して示している。第2実施形態で説明したように、基準色のパッチ画像Pstd4aは正反射受光領域155に、対象色のパッチ画像Ptgt4aは乱反射受光領域156に、それぞれ形成される。
図13(b)は、図11に示すテストパターン30mの一部として、基準色のパッチ画像Pstd4bと、基準色と同一色の対象色のパッチ画像Ptgt4bとを拡大して示している。第2実施形態で説明したように、基準色のパッチ画像Pstd4bは正反射受光領域155に、対象色のパッチ画像Ptgt4bは乱反射受光領域156に、それぞれ形成される。第2実施形態と同様、各パッチ画像は、受光素子34,35の主走査方向の位置ずれ量の検出を可能にするために、中間転写ベルト12aの表面の移動方向(副走査方向)に対して傾斜角度45°を有している。
第4実施形態では、トナー検出ユニット31(光学センサ)の光源波長における中間転写ベルト12aの反射率が、第2及び第3実施形態における反射率と異なる場合の、色ずれ量の検出について説明する。具体的には、中間転写ベルト12aの反射率が、正反射光については、いずれの色のトナー像よりも高く、乱反射光については、ブラック(K)以外の色(Y,M,C)のトナー像よりも低く、Kのトナー像とは略同等である場合について説明する。この場合、ブラック(K)以外の色(Y,M,C)のトナー像については、トナー検出ユニット31によって、正反射光及び乱反射光のいずれを用いても精度良く検出可能である。しかし、Kのトナー像については、中間転写ベルト12a上でトナー像が形成されている領域からの乱反射光と、トナー像が形成されていない領域からの乱反射光とで、受光素子35による受光光量が同等の光量となり、トナー像の検出が難しくなる。
第5実施形態では、第4実施形態の変形例について説明する。一般に、トナー検出ユニット31の受光素子34,35として用いられるような光学素子は、受光光量が少ないほど応答速度が低下する特性を有している。本実施形態では、このような受光光量に依存した光学素子の応答速度の差を考慮して、トナー検出ユニット31を用いてより精度良く色ずれ量の検出及び色ずれ補正制御を実現する方法について説明する。なお、以下では、第1乃至第4実施形態との相違点を中心として本実施形態について説明する。
Claims (22)
- 被照射体に向けて光を照射する発光素子と、
前記発光素子から前記被照射体に向けて照射された光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ受光するための第1受光素子及び第2受光素子と、
前記発光素子、前記第1受光素子及び前記第2受光素子が一列に実装された回路基板と、
前記被照射体上で前記発光素子から光が照射される照射領域のうちで、第1領域からの前記正反射光を前記第1受光素子に導き、前記第1領域と異なる第2領域からの前記乱反射光を前記第2受光素子に導くように構成された、前記回路基板に対して固定されたハウジングと、
を備えることを特徴とする光学センサ。 - 前記回路基板には、前記第1受光素子と前記第2受光素子とが隣り合って配置され、前記第2受光素子が前記第1受光素子よりも前記発光素子に近い位置に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光学センサ。 - 前記ハウジングには、前記発光素子から出射された光と、前記第1受光素子及び前記第2受光素子にそれぞれ入射する光とを絞るための共通の開口部が形成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光学センサ。 - 前記ハウジングには、前記第1領域からの前記乱反射光が前記第2受光素子によって受光されないようにするための第1遮光壁が形成されている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第1遮光壁は、前記回路基板の実装面における前記第2受光素子の位置の、前記実装面に対して垂直方向の上方に設けられている
ことを特徴とする請求項4に記載の光学センサ。 - 前記ハウジングには、前記第1領域からの前記正反射光を前記第1受光素子に導く第1導光路と、前記第1遮光壁によって前記第1導光路と隔てられ、前記第2領域からの前記乱反射光を第2受光素子に導く第2導光路とが設けられている
ことを特徴とする請求項4または5に記載の光学センサ。 - 前記第2導光路は、前記ハウジングの内部において、前記発光素子から出射された光を前記被照射体に向けて導く導光路と一部が重なっている
ことを特徴とする請求項6に記載の光学センサ。 - 前記発光素子と前記第2受光素子との間に設けられ、前記発光素子から出射された光が前記第1受光素子及び前記第2受光素子によって直接受光されないようにするための第2遮光壁を更に備える
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第2領域は、前記第1領域よりも、前記第1受光素子と前記第2受光素子とが配列された方向におけるサイズが大きい
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第1領域及び前記第2領域は、前記照射領域の一部の領域であって、かつ、互いに重なり合わない領域である
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第1受光素子と前記第2受光素子とが、1つの集積回路として前記回路基板に実装されている
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 被照射体に向けて光を照射する発光素子と、
前記発光素子から前記被照射体に向けて照射された光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ受光するための第1受光素子及び第2受光素子と、
前記発光素子、前記第1受光素子及び前記第2受光素子が一列に実装された回路基板と、
前記回路基板に対して固定されたハウジングであって、前記被照射体上で前記発光素子から光が照射される照射領域のうちで、第1領域からの前記正反射光を前記第1受光素子に導く第1導光路と、第2領域からの前記乱反射光を前記第2受光素子に導く第2導光路とが設けられ、前記第2導光路は、前記ハウジングの内部において、前記発光素子から出射された光を前記被照射体に向けて導く導光路と一部が重なっている、前記ハウジングと、
を備えることを特徴とする光学センサ。 - 回転駆動される像担持体と、
請求項1から12のいずれか1項に記載の光学センサであって、前記像担持体の表面と対向する位置に設けられ、前記発光素子から前記像担持体に向けて光を照射する、前記光学センサと、
前記像担持体に形成された画像が前記第1領域または前記第2領域を通過する際の、前記第1受光素子または前記第2受光素子から出力される信号に基づいて、前記画像の位置または濃度を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記検出手段によって検出された前記画像の位置に基づいて色ずれ補正制御を実行するか、または前記検出手段によって検出された前記画像の濃度に基づいて画像濃度制御を実行する制御手段を更に備える
ことを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。 - 回転駆動される像担持体と、
請求項1から12のいずれか1項に記載の光学センサであって、前記像担持体の表面と対向する位置に、前記像担持体の表面の移動方向と直交する方向に沿って前記第1領域及び前記第2領域が配置されるように設けられ、前記発光素子から前記像担持体に向けて光を照射する、前記光学センサと、
前記像担持体の表面において、前記第1領域を通過する位置に第1パッチ画像を形成し、前記第2領域を通過する位置であって、かつ、前記移動方向における前記第1パッチ画像と同じ位置に、前記第1パッチ画像とは異なる色の第2パッチ画像を形成する画像形成手段と、
前記第1パッチ画像が前記第1領域を通過する際に前記第1受光素子から出力される信号と、前記第2パッチ画像が前記第2領域を通過する際に前記第2受光素子から出力される信号とに基づいて、色ずれ量を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記検出手段は、前記第1パッチ画像が前記第1領域を通過する際に前記第1受光素子から出力される信号に基づいて、前記第1パッチ画像の位置を検出し、前記第2パッチ画像が前記第2領域を通過する際に前記第2受光素子から出力される信号に基づいて、前記第2パッチ画像の位置を検出することで、前記色ずれ量を検出する
を備えることを特徴とする請求項15に記載の画像形成装置。 - 前記検出手段によって検出された前記色ずれ量に基づいて、色ずれ補正制御を行う制御手段を更に備える
ことを備えることを特徴とする請求項15または16に記載の画像形成装置。 - 前記画像形成手段は、更に、前記像担持体の表面において、前記第1領域を通過する位置に第3パッチ画像を形成し、前記第2領域を通過する位置であって、かつ、前記移動方向における前記第3パッチ画像と同じ位置に、前記第3パッチ画像と同じ色の第4パッチ画像を形成し、
前記検出手段は、更に、前記第3パッチ画像及び前記第4パッチ画像がそれぞれ前記第1領域及び前記第2領域を通過する際に前記第1受光素子及び前記第2受光素子からそれぞれ出力される信号に基づいて、前記第3パッチ画像の位置と前記第4パッチ画像の位置との差分を、前記第1受光素子と前記第2受光素子との間の位置ずれ量として検出する
ことを特徴とする請求項15または16に記載の画像形成装置。 - 前記検出手段によって検出された前記色ずれ量と前記位置ずれ量とに基づいて、色ずれ補正制御を行う制御手段を更に備える
ことを備えることを特徴とする請求項18に記載の画像形成装置。 - 前記画像形成手段は、前記第2パッチ画像を形成する際に、前記第2パッチ画像の下地として、前記第2パッチ画像よりもサイズが大きく、前記第2パッチ画像と反射率が異なる下地画像を形成する
ことを特徴とする請求項15から19のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記乱反射光について、前記下地画像と前記第2パッチ画像との間の反射率の差が、前記像担持体の表面と前記第2パッチ画像との間の反射率の差よりも大きい
ことを特徴とする請求項20に記載の画像形成装置。 - 前記第1受光素子及び前記第2受光素子の受光光量に応じた応答速度の変化によって前記色ずれ量の検出値に生じる誤差を補正するための補正値が格納された記憶手段を更に備え、
前記検出手段は、前記記憶手段に格納されている補正値で前記色ずれ量の検出値を補正する
ことを特徴とする請求項15から21のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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JP2017044224A JP6675344B2 (ja) | 2017-03-08 | 2017-03-08 | 光学センサ及び画像形成装置 |
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