JP2019056831A - 画像形成装置及び光学センサ - Google Patents

Abstract

【課題】反射光の検出精度を高くできる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、光学センサを備え、光学センサは、発光手段に対して第１方向に沿って配置され、発光手段から射出され、像担持体で反射した第１反射光及び第２反射光を受光する第１受光手段及び第２受光手段と、第１反射光が通過する第１開口部と、第２反射光が通過する第２開口部と、が設けられたハウジングと、を備え、第１受光手段は、第１方向とは直交する第２方向に沿って配置された複数の受光素子を含み、第１開口部の第２方向の長さは、第１方向の長さより短く、前記複数の受光素子は、第１反射光を検出するための第１受光素子と、第１反射光とは異なる第３反射光を検出するための第２受光素子と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、射出した光の反射光を受光して検出対象を検出する光学センサと、当該光学センサを備えたカラーレーザプリンタ、カラー複写機等の画像形成装置に関する。

画像形成装置は、形成する画像の品質を保つため、色ずれ補正制御や濃度補正制御を行う。これら補正制御のため、画像形成装置は、像担持体に検出画像を形成し、例えば、１つの発光部と２つの受光部を備えた反射型の光学センサにより検出画像を検出する。特許文献１は、光学センサのハウジング内部で生じる反射光が、受光部での受光量の検出結果に与える影響を低減する構成を開示している。

特開２０１７−９０５９９号公報

特許文献１は、受光部に入射する反射光が小さくなる条件において発光部を発光させて基準電圧を調整することによって、ハウジング内部で生じる不要な反射光、つまり、迷光の影響を取り除くことを開示している。特許文献１によると、受光部に入射する反射光が小さくなる条件は、ブラックのトナー像が光学センサの対向位置にあるとの条件である。しかしながら、ブラックのトナー像においても、微少な反射光が存在し、よって、迷光の影響は存在する。迷光の影響は、光学センサが出力する信号のアナログレベルを測定する濃度制御において特に大きくなる。

本発明は、反射光の検出精度を高くできる画像形成装置及び光学センサを提供するものである。

本発明の一態様によると、画像形成装置は、画像が形成される像担持体と、前記像担持体に向けて光を射出し、その反射光を検出する光学センサと、を備え、前記光学センサは、前記光を射出する発光手段と、前記発光手段に対して第１方向に沿って配置され、前記発光手段から射出され、前記像担持体で反射された第１反射光を受光する第１受光手段と、前記発光手段に対して前記第１方向に沿って配置され、前記発光手段から射出され、前記像担持体で反射された第２反射光を受光する第２受光手段と、前記第１受光手段に入射する前記第１反射光が通過する第１開口部と、前記第２受光手段に入射する前記第２反射光が通過する第２開口部と、が設けられたハウジングと、を備えており、前記第１受光手段は、前記第１方向とは直交する第２方向に沿って配置された複数の受光素子を含み、前記第１開口部の前記第２方向の長さは、前記第１開口部の前記第１方向の長さより短く、前記複数の受光素子は、前記第１反射光を検出するための第１受光素子と、前記第１反射光とは異なる第３反射光を検出するための第２受光素子と、を含むことを特徴とする。

本発明によると、反射光の検出精度を高くすることができる。

一実施形態による光学センサの構成図。 一実施形態による光学センサのブロック図。 一実施形態による光学センサの受光素子アレイ及び切替スイッチ部の構成図。 一実施形態による光学センサの受光量の説明図。 一実施形態による光学センサの構成図。 一実施形態による光学センサのブロック図。 一実施形態による光学センサの受光素子アレイ及び切替スイッチ部の構成図。 一実施形態による光学センサの受光量の説明図。 一実施形態による画像形成装置の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図９は、本実施形態による画像形成装置７００の構成図である。なお、参照符号末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれの部材が形成に係るトナー像の色が、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。以下の説明において、色を区別する必要がない場合には、末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを除いた参照符号を使用する。画像形成部７０５の感光体７０１は、像担持体であり、画像形成時、矢印の方向に回転駆動される。帯電部７０２は、感光体７０１の表面を一様な電位に帯電させる。露光部７０７は、形成する画像に応じた光により各感光体７０１の表面を走査・露光して各感光体７０１に静電潜像を形成する。現像部７０３は、感光体７０１の静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する。一次転写ローラ７０６は、一次転写バイアスを出力し、感光体７０１のトナー像を、像担持体である中間転写ベルト２０に転写する。なお、各感光体７０１のトナー像を重ねて中間転写ベルト２０に転写することで、中間転写ベルト２０にはフルカラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト２０は、画像形成時、図中の矢印の方向に回転駆動される。これにより、中間転写ベルト２０に形成されたトナー像は、二次転写ローラ７１１の対向位置へと搬送される。

一方、カセット７１３内の記録材は、搬送ローラ７１４、７１５及び７１６により、搬送路７０９に沿って二次転写ローラ７１１の対向位置に搬送される。二次転写ローラ７１１は、二次転写バイアスを出力し、中間転写ベルト２０のトナー像を記録材に転写する。トナー像が転写された記録材は、定着部７１７において加熱及び加圧され、これにより記録材へのトナー像の定着が行われる。トナー像の定着後、記録材は、搬送ローラ７２０により装置外へと排出される。制御部３００は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼ぶ。）３０１を備えており、画像形成装置７００の図示しない各種の駆動源の制御や、センサを用いた各種制御等を行う。

中間転写ベルト２０に対向する位置には、光学センサ８が設けられている。本実施形態において、光学センサ８は、色ずれ量を検出するための検出画像や濃度を検出するための検出画像を検出し、マイコン３０１に検出結果を出力する。マイコン３０１は、この検出結果に基づき色ずれ補正制御や濃度補正制御を行う。なお、中間転写ベルト２０の表面が移動する方向を、以下では、副走査方向と呼び、副走査方向と直交する方向を主走査方向と呼ぶ。

色ずれは、画像形成装置７００の組み付け誤差、部品公差、部品の熱膨張等により機械寸法が設計値からずれ、これにより、各画像形成部７０５が形成するトナー像の相対的な位置がずれることにより生じる。色ずれ補正制御においては、光学センサ８による検出画像の検出結果に基づき、各色のトナー像の相対的な位置ずれが小さくなる様に、主走査方向及び副走査方向における静電潜像の書き出し位置や画像クロックを調整する。

また、画像形成装置７００においては、経時変化又は連続印刷により、出力される画像の色味や濃度等が変化し得る。この変動を補正するために、濃度補正制御が行われる。濃度補正制御においては、中間転写ベルト２０に各色の濃度を検出するための検出画像を形成し、形成した検出画像からの反射光の強度を光学センサ８で検出する。そして、検出結果に基づき濃度に関する画像形成条件を設定する。

なお、濃度補正制御は、最大濃度制御と階調制御に分けられる。最大濃度制御は、各色のカラーバランスを一定に保つことと、トナーの載り過ぎにより、各色のトナー像を重ねる際にトナーの飛び散りが生じたり、定着不良が生じたりすることの防止を目的とする。一方、階調制御は、非線形的な入出力特性によって、入力画像信号に対して出力濃度がずれて自然な画像が形成できないことを防止するために行う。

図１（Ａ）は、本実施形態による光学センサ８の斜視図であり、図１（Ｂ）は、光学センサ８の主走査方向における断面図である。光学センサ８は、プリント基板１上に実装された発光部であるＬＥＤ２と、受光部である受光素子５及び光学センサＩＣ１０ｓと、ＬＥＤ２、受光素子５及び光学センサＩＣ１０ｓを覆うハウジング７と、を備えている。本実施形態において、ＬＥＤ２と、光学センサＩＣ１０ｓと、受光素子５は、主走査方向に沿って配置されている。光学センサＩＣ１０ｓは、受光部である受光素子アレイ１００Ａを備えている。受光素子アレイ１００Ａは、副走査方向に沿って配列された複数の受光素子を有する。さらに、ハウジング７には、ＬＥＤ２が射出した光及び中間転写ベルト２０で反射した光を絞るための開口部７１、７５、及び７６が形成されている。本実施形態のＬＥＤ２は、基本的にレンズや反射枠のない拡散放射タイプである。ＬＥＤ２が射出する光は、ハウジング７に設けられた分離部材４５により往路光線パス８０と往路光線パス８４に分離される。往路光線パス８４に沿って伝搬する光は、開口部７１を通過後、被照射体である中間転写ベルト２０を照射し、その中間転写ベルト２０での正反射光は、開口部７５を通過する復路光線パス８５に沿って伝搬し、受光素子５を照射する。一方、往路光線パス８０に沿って伝搬する光は、開口部７６を通過して中間転写ベルト２０を照射し、その中間転写ベルト２０での散乱反射光は、開口部７１を通過する復路光線パス８１に沿って伝搬し、光学センサＩＣ１０ｓの受光素子アレイ１００Ａを照射する。

この様に、開口部７５は、中間転写ベルト２０での正反射光を受光素子５が受光する様に設けられる。一方、開口部７１は、中間転写ベルト２０での散乱反射光を受光素子アレイ１００Ａが受光する様に設けられる。受光素子５及び受光素子アレイ１００Ａは受光量に応じた信号をマイコン３０１に出力する。本実施形態では、往路光線パス８０と復路光線パス８１を分離し、２つの経路を異ならせることで、ハウジング７の内部で反射して光学センサＩＣ１０ｓを照射する不要反射光（以降、迷光と称す）を抑制する。

また、図１（Ｂ）に示す様に、ＬＥＤ２から中間転写ベルト２０への往路光線パス８４と、中間転写ベルト２０から受光素子アレイ１００Ａへの復路光線パス８１がハウジング７の内部で交差している。ここで、往路光線パス８４に沿って伝搬する光の、ハウジング７内部の部材面での反射光が受光素子アレイ１００Ａへ入射すると迷光が生じる。したがって、本実施形態では、往路光線パス８４に沿って伝搬する光のハウジング７内部での反射光が受光素子アレイ１００Ａに入射しないように、復路光線パス８１上に、遮光部４１及び遮光部４２で開口部７７を形成する。ここで、開口部７７を形成する遮光部４１及び遮光部４２の内壁の角度を、光学センサＩＣ１０ｓに対し水平及び垂直とする。より詳しくは、遮光部４１及び遮光部４２の内壁を、主走査方向及び副走査方向を含む平面と平行な第１平面と、第１平面に直交し、かつ、副走査方向を含む平面と平行な第２平面により構成する。これにより、往路光線パス８４に沿って伝搬する光がハウジング７の内部で反射し、迷光として受光素子アレイ１００Ａに入射することを抑制している。さらに、遮光部４２には、内壁での正反射の多重反射光が受光素子アレイ１００Ａに入射することを防ぐように、開口部７７から光学センサＩＣ１０ｓに至る方向に対して９０度以内の角度の斜めの面を形成している。

また、ハウジング７の内部における多重反射の散乱光が、開口部７７を介して受光素子アレイ１００Ａに入射し得る。本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、この開口部７７の主走査方向の幅を、開口部７７の副走査方向の幅より短くしている。この構成により、ハウジング７の内壁での散乱光の多重反射により生じ、受光素子アレイ１００Ａの各受光素子が受光する迷光量を略等しくしている。

図２は、光学センサＩＣ１０ｓ及びＬＥＤ２の電気回路構成を示す図である。光学センサ８のＬＥＤ駆動制御部５５は、接点６６を介してトランジスタ５２１に駆動信号を出力する。駆動信号によりトランジスタ５２１がオンになると、ＬＥＤ２及び抵抗Ｒ５０１には電流が流れ、これによりＬＥＤ２が発光する。また、ＬＥＤ駆動制御部５５は、接点６５を介してＬＥＤ２及び抵抗Ｒ５０１に流れる電流を監視する。そして、この電流が目標値となる様に駆動信号を制御してＬＥＤ２の発光強度を制御する。

ＬＥＤ２が射出した光の中間転写ベルト２０での散乱反射光は、受光素子アレイ１００Ａを照射する。受光素子アレイ１００Ａの各受光素子は、受光量に応じた電流を切替スイッチ部２００ａに出力する。切替スイッチ部２００ａは、レジスタ４００の設定情報で示される受光素子が出力する電流の合計を電流信号としてＩＶ変換部３９ａに出力する。ＩＶ変換部３９ａは、入力される電流信号を電圧信号に変換する。増幅部３０ａは、この電圧信号を増幅して第１検出信号としてマイコン３０１に出力する。なお、以下では、受光素子アレイ１００Ａの複数の受光素子の内、切替スイッチ部２００ａがＩＶ変換部３９ａに接続した１つ以上の受光素子を有効受光素子と呼ぶものとする。本実施形態の構成では、一般的なラインセンサとは異なり、有効受光素子を選択し、選択された受光素子の受光量のみがＩＶ変換部３９ａに出力されるため、簡易なシステム構成で必要な受光量を得ることができる。

光学センサ８が出力する第１検出信号は、抵抗器Ｒ３０２ａ及びコンデンサＣ３０２ａからなるローパスフィルタを介してマイコン３０１の（アナログデジタル変換）Ａ／Ｄポートに入力される。濃度補正制御において、マイコン３０１は、このＡ／Ｄポートに入力される第１検出信号の振幅を検出画像の濃度の検出に使用する。また、光学センサ８が出力する第１検出信号は、抵抗器Ｒ３０３ａ及びコンデンサＣ３０３ａからなるローパスフィルタを介してコンパレータ３０６ａにも入力される。コンパレータ３０６ａは、抵抗器Ｒ３０４ａと抵抗器Ｒ３０５ａにより設定された閾値電圧と第１検出信号を比較して２値化信号を生成し、この２値化信号をマイコン３０１に入力する。マイコン３０１は、この２値化信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのタイミングにより、色ずれ補正制御における検出画像の位置を検出することができる。また、制御部３００は、マイコン３０１の通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）から制御信号を出力する。この制御信号は、光学センサ８のシリアル通信Ｉ／Ｆ回路４０により受信され、制御信号に応じた設定値がレジスタ４００に格納される。

また、図２では記載を省略したが、受光素子５が出力する受光量に応じた電流も、不図示のＩＶ変換部で電圧に変換され、さらに不図示の増幅回路部で増幅された後に、第２検出信号としてマイコン３０１に出力される。受光素子５の出力に基づく第２検出信号も、受光素子アレイ１００Ａに基づく第１検出信号と同様の構成によりマイコン３０１に入力される。

マイコン３０１は、濃度補正制御を行う際、各色について複数の濃度の検出画像を中間転写ベルト２０に形成する。そして、受光素子５に基づく、主に正反射光量を示す第２検出信号を、受光素子アレイ１００Ａに基づく散乱反射光量を示す第１検出信号で補正、より詳しくは、２つの検出信号の差分に基づき、検出画像の濃度を検出する。この様に、濃度補正制御において、マイコン３０１は、濃度検出部として機能する。受光素子５が受光する反射光の主な成分は正反射光であるものの、散乱反射光成分も存在する。したがって、第２検出信号から第１検出信号の差分を取って補正することで、第２検出信号に含まれる散乱反射光成分を抑え、差分補正により抽出した正反射光成分により精度良く検出画像の濃度を検出することができる。

なお、色ずれ補正制御での検出対象は、各色の画像間での相対的な位置ずれであるため、例えば、第２検出信号のみにより行うことができる。つまり、第２検出信号を閾値で２値化して検出画像の位置を判定して、色間の色ずれ量を判定することができる。但し、後述する方法により受光素子アレイ１００Ａで検出した散乱反射光量に含まれる不要反射光（迷光）のレベルが高い場合において精度よく色ずれ量を検出するには、色ずれ補正制御においても第２検出信号の補正を行うことができる。例えば、受光素子アレイ１００Ａで検出した迷光のレベルが高い場合、第２検出信号を検出した迷光のレベルに応じて補正し、補正後の第２検出信号に基づき色ずれ補正制御を精度よく行うことができる。

図３は、受光素子アレイ１００Ａ及び切替スイッチ部２００ａのより詳細な構成図である。図３において、受光素子アレイ１００Ａは、受光素子１０１Ａ〜受光素子１１６Ａの１６個の受光素子を含んでいる。また、切替スイッチ部２００ａは、各受光素子１０１Ａ〜１１６Ａに対応する１６個のスイッチ２０１ａ〜２１６ａを備えている。レジスタ４００は各スイッチ２０１ａ〜２１６ａの選択情報を格納している。選択情報は、切替スイッチ部２００ａの各スイッチが、対応する受光素子の出力をＩＶ変換部３９ａに出力するか否かを示す情報である。図３に示す様に、切替スイッチ部２００ａは、ＩＶ変換部３９ａに出力する各受光素子からの電流の合計を電流ＩａとしてＩＶ変換部３９ａに出力する。なお、ＩＶ変換部３９ａに出力しない受光素子の出力は、例えば、グラウンドに接続される。尚、ＩＶ変換部３９ａに出力しない受光素子の出力を、他の検出信号を生成するために使用する構成とすることもできる。

次に、受光素子アレイ１００Ａの複数の受光素子１０１Ａ〜１１６Ａの受光量と有効受光素子の選択ついて説明する。図４（Ａ）は、光学センサ８の副走査方向の断面図である。光学センサ８の対向面には、中間転写ベルト２０の曲面となる部分が位置しており、中間転写ベルト２０からの法線上にハウジング７の開口部７１、開口部７７、光学センサＩＣ１０ｓが配置される。尚、中間転写ベルト２０からの反射光を上流で絞る開口部７１は、図１（Ａ）に示すように、主走査方向には広く、副走査方向には狭い形状とし、副走査方向における検知分解能を高くしている。より詳しくは、開口部７１が設けられるハウジング７の副走査方向の範囲は、複数の受光素子１０１Ａ〜１１６Ａが配置される副走査方向の範囲より短くしている。さらに、開口部７１が設けられるハウジング７の副走査方向の範囲は、複数の受光素子１０１Ａ〜１１６Ａが配置される副走査方向の範囲内に含まれるようにしている。

図４（Ａ）において、参照符号８１、８２、８３及び８４は、受光素子アレイ１００Ａに入射する散乱反射光の光線パスを示している。上述した開口部７１の構成により、図４（Ａ）に示す様に、受光素子アレイ１００Ａの中央部に近いほど、光線密度が高くなるとともに、より短い光路長で光が入射するため、受光量が多くなる。図４（Ｂ）は、受光素子アレイ１００Ａの受光素子１０１Ａ〜１１６Ａの内、受光量の多い、受光素子１０７Ａ〜１１０Ａを有効受光素子として選択した状態を示し、有効受光素子を網掛Ａで示している。

続いて、受光素子１０１Ａ〜１１６Ａそれぞれの受光量の測定について説明する。マイコン３０１は、例えば、受光素子アレイ１００Ａの１６個の受光素子１０１Ａ〜１１６Ａの内の１つを有効受光素子として順に選択する様にレジスタ４００に選択情報を設定し、選択した有効受光素子の受光量を順に測定する。そして、その測定結果全体をマイコン３０１内でデータ化することで受光素子アレイ１００Ａの各受光素子へ入射する光量を測定する。図４（Ｃ）は、この様にして測定した受光素子１０１Ａ〜１１６Ａそれぞれの受光量の例を示している。なお、図４（Ｃ）において、グラフ９１は、カラーのトナー像での散乱反射光の受光量を示し、グラフ９２は、ブラックのトナー像での散乱反射光の受光量を示している。上述した様に、受光素子アレイ１００Ａの中央付近の受光素子での受光量が、端部の受光素子での受光量より大きくなる。また、ブラックのトナー像での散乱反射光は、カラーのトナー像での散乱反射光よりも大変弱くなる。マイコン３０１は、上述した様にして測定した受光素子１０１Ａ〜１１６Ａそれぞれの受光量に基づき、受光量の高い所定個数の受光素子を有効受光素子として選択する。

図４（Ｃ）のグラフ９３は、光学センサ８の対向部で反射が起きない様にした状態で測定した、受光素子１０１Ａ〜１１６Ａの受光量、つまり、受光素子１０１Ａ〜１１６Ａが受光する迷光の量を示している。開口部７１及び開口部７７を設けたハウジング７の構成により、迷光のレベルは小さく、かつ、各受光素子１０１Ａ〜１１６Ａの受光量はほぼ等しくなっている。

図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）の縦軸レンジを拡大した図である。図４（Ｄ）に示す様に、迷光の受光量Ｖｄａｒｋは、受光素子１０１Ａ〜１１６Ａでほぼ同じである。一方、ブラックのトナー像からの受光量は、上述した様に、中央の受光素子では大きく、端部の受光素子では小さくなる。つまり、受光素子１０１Ａ〜１１６Ａの受光量のうちの、迷光量の割合は、端部の受光素子程、大きくなる。本実施形態では、開口部７１の副走査方向の範囲とは重ならない位置に配置された所定数の受光素子、例えば、受光素子１０１Ａ、１０３Ａ、１１４Ａ及び１１６Ａの受光量に基づき迷光量を推定する。具体的には、ブラックの検出画像が光学センサ８の検出領域に存在するときの受光素子１０１Ａ、１０３Ａ、１１４Ａ及び１１６Ａの受光量をそれぞれ、Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ３、Ｖｐｄ１４、Ｖｐｄ１６とする。このとき、マイコン３０１は、以下の演算により、Ｖｄａｒｋ１及びＶｄａｒｋ２をそれぞれ求める。
Ｖｄａｒｋ１＝Ｖｐｄ１−（Ｖｐｄ３ −Ｖｐｄ１） （１）
Ｖｄａｒｋ２＝Ｖｐｄ１６−（Ｖｐｄ１４−Ｖｐｄ１６） （２）
式（１）は、受光素子１０１Ａに対して受光素子１０３Ａとは対称となる位置に受光素子が存在するとしたときの当該受光素子のブラックの受光量を近似した値である。同様に、式（２）は、受光素子１１６Ａに対して受光素子１１４Ａとは対称となる位置に受光素子が存在するとしたときの当該受光素子の受光量を近似した値である。本実施形態では、例えば、Ｖｄａｒｋ１とＶｄａｒｋ２との小さい方を迷光の受光量とする。

光学センサ８では、ハウジング７、光学センサＩＣ１０ｓそれぞれについて、中間転写ベルト２０に対する配置公差等が発生するため、受光量の光軸中心（受光分布の中心）にばらつきがある。図４（Ｄ）に示すように、光軸中心が受光素子１１６Ａ側に寄った場合、受光素子１１６Ａに入射するブラックのトナー像からの散乱反射光は、受光素子１０１Ａ側に入射するブラックのトナー像からの散乱反射光よりも強くなる。したがって、ブラックのトナー像からの散乱反射光成分がより少ない受光素子１０１Ａ側の受光量に基づき迷光量を推定する方が、推定精度が高くなる。なお、本例では、受光素子アレイ１００Ａの端部の受光素子と、当該受光素子とは１つの受光素子を間に挟む他の受光素子との受光量に基づき迷光量を演算・推定した。しかしながら、端部側から所定数の受光素子の受光量に基づき迷光量を演算・推定する構成とすることもできる。

なお、開口部７１の副走査方向の幅を小さくする程、受光素子アレイ１００Ａの端部の受光素子への中間転写ベルト２０からの散乱反射光の入射が抑止される。したがって、この場合、受光素子アレイ１００Ａの端部の受光素子は迷光のみを検知することになる。しかし、開口部７１の副走査方向の幅を小さくし過ぎると、各受光素子の受光量が低下し、よって、散乱反射光量の検出精度が低下する。同様に、開口部７７の副走査方向の幅を小さくすることで、受光素子アレイ１００Ａの端部の受光素子への中間転写ベルト２０からの散乱反射光の入射が抑止される。したがって、この場合も、受光素子アレイ１００Ａの端部の受光素子は迷光のみを検知することになる。しかし、開口部７１の場合はハウジングの内壁で生じる迷光についても副走査方向において制限することになり、受光素子アレイ１００Ａの各受光素子が受光する迷光の量が略一定ではなくなってしまう。したがって、この場合、受光素子アレイ１００Ａの端部側の受光素子の受光量に基づき上述した様に推定した迷光量が、有効受光素子に含まれる迷光量とは乖離することになる。

以上、中間転写ベルト２０からの復路光線パス８１に沿って伝搬する散乱反射光を絞る開口部７１をハウジング７に設ける。開口部７１は、主走査方向に広く副走査方向に狭い形状とすることで、受光素子アレイ１００Ａの端部の受光素子への中間転写ベルト２０からの散乱反射光の入射を抑止する。また、復路光線パス８１と往路光線パス８４がハウジング７の内部で交差するため、開口部７７をハウジング７に設ける。開口部７７は、往路光線パス８４に沿って伝搬する光のハウジング内部での散乱反射光が受光素子アレイ１００Ａに入射することを抑える様に、基板１に対して垂直及び水平な平面で主に構成する。さらに、開口部７７を設ける場合、開口部７７を、主走査方向に狭く副走査方向に広い形状とすることで、受光素子アレイ１００Ａの各受光素子が受光する迷光の量を略一定とする。そして、受光素子アレイ１００Ａの端部側の所定数の受光素子の受光量に基づき有効受光素子に含まれる迷光を検出する。濃度補正制御においては、第１検出信号から迷光量に対応する信号量を減じることで、散乱反射光成分をより精度よく示す補正後の第１検出信号を生成する。そして、正反射成分及び散乱反射成分を含む第２検出信号を補正後の第１検出信号で補正することで、精度よく検出画像の濃度を求めることができる。したがって、濃度補正性制御の精度を高くすることができる。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。図５は、本実施形態による光学センサ８の構成図である。本実施形態による光学センサ８は、第一実施形態の受光素子５及び光学センサＩＣ１０ｓの代わりに、２つの受光素子アレイ１００Ａ及び受光素子アレイ１００Ｂを有する光学センサＩＣ１０ｔを設けたものである。受光素子アレイ１００Ａ及び受光素子アレイ１００Ｂは、それぞれ、副走査方向に沿って配列された複数の受光素子を有する。受光素子アレイ１００Ａは、第一実施形態と同様に、ＬＥＤ２が照射した光の散乱反射光を受光する様に配置される。一方、受光素子アレイ１００Ｂは、第一実施形態の受光素子５と同様に、ＬＥＤ２が照射した光の正反射光を受光する様に配置される。本実施形態において、受光素子アレイ１００Ａに入射する迷光を抑えるためのハウジング７の構成や、その制御構成については第一実施形態と同様であり、その説明については省略する。また、以下の各図において、第一実施形態と同様の構成要素については、同じ参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。

図６は、光学センサＩＣ１０ｔ及びＬＥＤ２の構成図である。本実施形態において受光素子アレイ１００Ａ及び１００Ｂの各受光素子が出力する、受光量に応じた電流は切替スイッチ部２００に入力される。切替スイッチ部２００は、レジスタ４００の設定情報で示される受光素子が出力する電流の合計を電流信号としてＩＶ変換部３９ａ及びＩＶ変換部３９ｂに出力する。ＩＶ変換部３９ａ及びＩＶ変換部３９ｂは、入力される電流信号を電圧信号に変換する。増幅部３０ａ及び増幅部３０ｂは、この電圧信号を増幅して第１検出信号及び第２検出信号としてそれぞれ出力する。なお、マイコン３０１における各検出信号の受信構成は第一実施形態と同様であり、説明は省略する。

マイコン３０１は、第一実施形態と同様に、濃度補正制御を行う際、各色について複数の濃度の検出画像を中間転写ベルト２０に形成する。そして、受光素子アレイ１００Ｂに基づく第２検出信号と、受光素子アレイ１００Ａに基づく第１検出信号の差分により検出画像の濃度を検出する。

図７は、受光素子アレイ１００Ａ、受光素子アレイ１００Ｂ及び切替スイッチ部２００のより詳細な構成図である。図７において、受光素子アレイ１００Ｂは、受光素子１０１Ｂ〜受光素子１１６Ｂの１６個の受光素子を含み、受光素子アレイ１００Ａは、受光素子１０１Ａ〜受光素子１１６Ａの１６個の受光素子を含んでいる。また、切替スイッチ部２００は、各受光素子に対応する３２個のスイッチ２０１Ａ〜２１６Ａ及び２０１Ｂ〜２１６Ｂを備えている。レジスタ４００は、各スイッチの選択情報を格納している。選択情報は、切替スイッチ部２００のスイッチが、対応する受光素子の出力をＩＶ変換部３９ａ及びＩＶ変換部３９ｂに出力するか否かを示す情報である。図７に示す様に、切替スイッチ部２００は、ＩＶ変換部３９ａに出力する各受光素子からの電流の合計を電流ＩａとしてＩＶ変換部３９ａに出力し、ＩＶ変換部３９ｂに出力する各受光素子からの電流の合計を電流ＩｂとしてＩＶ変換部３９ｂに出力する。なお、ＩＶ変換部３９ａにもＩＶ変換部３９ｂにも出力しない電流についてはグラウンドに接続する。或いは、ＩＶ変換部３９ａにもＩＶ変換部３９ｂにも出力しない電流の一部の合計に基づき他の検出信号を生成する構成であっても良い。

続いて、受光素子アレイ１００Ｂの受光素子１０１Ｂ〜受光素子１１６Ｂの受光量について説明する。図８（Ａ）は、光学センサ８の副走査方向の断面図である。光学センサ８の対向面には、中間転写ベルト２０の曲面となる部分が位置しており、中間転写ベルト２０からの法線上に開口部７５、部材４３で構成される開口部７８、光学センサＩＣ１０ｔが配置される。尚、中間転写ベルト２０からの反射光を上流で絞る開口部７５については、図５（Ａ）に示すように、主走査方向に広く、副走査方向には狭い形状としており、副走査方向における検知分解能を高くしている。より詳しくは、開口部７５が設けられるハウジング７の副走査方向の範囲は、複数の受光素子１０１Ｂ〜１１６Ｂが配置される副走査方向の範囲より短くしている。さらに、開口部７５が設けられるハウジング７の副走査方向の範囲は、複数の受光素子１０１Ｂ〜１１６Ｂが配置される副走査方向の範囲内に含まれるようにしている。

図８（Ａ）の参照符号８５は、受光素子アレイ１００Ｂに入射する正反射光の光線パスを示し、参照符号８６及び８７は、受光素子アレイ１００Ｂに入射する散乱反射光の光線パスを示している。受光素子アレイ１００Ｂの中央部では光線密度が高くなり、且つ、より短い光路長で光が入射するため、受光量が多くなる。なお、受光素子アレイ１００Ｂの中央部程、正反射成分が多くなる。図８（Ｂ）は、受光素子アレイ１００Ｂの受光素子１０１Ｂ〜１１６Ｂの内、中央に位置する受光素子１０７Ｂ〜１１０Ｂを有効受光素子として選択した場合を示し、有効受光素子を網掛Ｂで示している。図８（Ａ）に示す様に、開口部７８は、少なくとも、複数の受光素子１０１Ｂ〜１１６Ｂの端部の受光素子１０１Ｂ及び１１６Ｂに、開口部７５を通過した中間転写ベルト２０での散乱反射光が入射することを抑える。図８（Ａ）では開口部７５は、光線パス８７を阻止し、これにより、開口部７５を通過した中間転写ベルト２０での散乱反射光が端部の受光素子１０１Ｂ及び１１６Ｂに入射することを抑えている。なお、開口部７５の副走査方向の開口幅をより小さくすることで、端部の受光素子１０１Ｂ及び１１６Ｂに中間転写ベルト２０での反射光が入射することを抑止することもできる。しかしながら、開口部７５と受光素子アレイ１００Ｂは配置距離が離れているため、寸法公差による影響を受け易い。したがって、開口部７８をハウジング７の内部に設けることで、端部の受光素子１０１Ｂ及び１１６Ｂに中間転写ベルト２０での反射光が入射されることを抑える構成が優れている。

図８（Ｃ）は、受光素子アレイ１００Ｂの受光素子１０１Ｂ〜１１６Ｂの各受光素子の受光量を示している。なお、各受光素子の受光量の測定方法は、第一実施形態と同様である。図８（Ｃ）において、グラフ９５は、カラーのトナー像からの反射光量を示し、グラフ９６は、ブラックのトナー像からの反射光量を示している。マイコン３０１は、光量の高い箇所の受光素子を所定個数選択して有効受光素子とする。図８（Ｃ）に示す様に、開口部７８により、端部の受光素子１０１Ｂ及び１１６Ｂの受光量は大変小さく、ほぼ、迷光量に対応する。図８（Ｃ）のグラフ９７として、光学センサ８の対向部での反射が無い状態で測定した迷光の受光量を示す。本実施形態でも、濃度の検出制御をより高くするため、迷光量を推定し、第２検出信号に含まれる迷光成分を取り除く。なお、第１検出信号に含まれる迷光成分を検出して取り除く構成は第一実施形態と同様である。

まず、以下では、受光素子アレイ１００Ｂへの迷光経路について説明する。受光素子アレイ１００Ｂへの迷光経路は主に２つ存在する。１つ目の経路は、光学センサＩＣ１０ｔのパッケージのクリアモールド部を介する経路である。具体的には、受光素子アレイ１００Ａに入射した迷光は、ＩＣパッケージの中で拡散反射されて、微小量であるが、クリアモールド部を介して受光素子アレイ１００Ｂにも入射される。２つ目の経路は、プリント基板１を介する経路である。ＬＥＤ２から照射された光は、ハウジング７の内部で拡散反射されて、プリント基板１に入射する。例えば、プリント基板１がガラスエポキシ基板であると、プリント基板の内部での拡散反射及び伝搬が生じ、微小量であるが、プリント基板１が発光体のようなものとなる。そして、このプリント基板１から光学センサＩＣ１０ｔがある空間にも漏れ光が照射され、受光素子アレイ１００Ｂに入射される。但し、上記どちらの経路からの迷光も散乱反射光の多重反射によるものであり、受光素子アレイ１００ｔの副走査方向に平坦なレベルの受光特性となる。つまり、受光素子アレイ１００Ｂの各受光素子１０１Ｂ〜１１６Ｂが受光する迷光のレベルは略等しくなる。

本実施形態では、中間転写ベルト２０から受光素子アレイ１００Ｂへの復路光線パス８５に対し、開口部７５及び開口部７８の２つの開口部を通過させている。開口部７８は、光線パス８７を遮断する形状であるため、受光素子アレイ１００Ｂの両端の受光素子には中間転写ベルト２０から開口部７５を介した経路での光は入射されない。一方、前述した光学センサＩＣ１０ｔのパッケージおよびプリント基板１経由での迷光は、図８（Ｃ）の参照符号９７に示す様に、開口部７８の形状に拘らず、受光素子アレイ１００ｔの各受光素子において略同じレベルで受光される。

図８（Ｄ）は図８（Ｃ）の縦軸レンジを拡大したグラフである。ブラックのトナー像からの反射光を示すグラフ９６は、両端部を除いて、傾きの小さい山なり特性となる。上述した開口部７８の作用により、受光素子アレイ１００Ｂの両端の受光素子の受光量は迷光量を示すものとなる。したがって、ブラックの検出画像が光学センサの検出領域にあるときの、受光素子１０１Ｂの受光量をＶｐｄ１ｂと受光素子１１６Ｂの受光量をＶｐｄ１６ｂとすると、その小さい方を迷光量と推定することができる。なお、小さい方を選択する理由は第一実施形態と同様である。

以上、中間転写ベルト２０から受光素子アレイ１００Ｂへの復路光線パス８５に対し、２つの開口部７５及び開口部７８を設ける。このうち、受光素子アレイ１００Ｂに近い開口部７８は、受光素子アレイ１００Ｂの両端の受光素子に入射する中間転写ベルト２０での反射光を遮断する形状とする。光学センサＩＣ１０ｔのパッケージ及びプリント基板１経由での迷光は、開口部７８の形状に拘らず、受光素子アレイ１００Ｂの各受光素子において略同じレベルで受光される。したがって、受光素子アレイ１００Ｂの端部の受光素子の受光量から有効受光素子に含まれる迷光量を検出することが可能となる。そして、第２検出信号から迷光分を減算補正することで、迷光の影響を排した検知結果を得ることができ、濃度補正制御の精度を高くすることができる。

尚、本実施形態では、受光素子アレイ１００Ｂの端部の受光素子を迷光検知用とした。しかしながら、受光素子アレイ１００Ｂの複数の受光素子とは別に、迷光検知用の受光素子を使用する構成であっても良い。これら迷光検知用の受光素子は、受光素子アレイ１００Ｂの複数の受光素子が配列される方向と同じライン上において、中間転写ベルト２０からの反射光が届かない位置に配置される。但し、受光素子アレイ１００Ｂとは別に迷光検知用の受光素子を設ける構成では、感度特性のばらつきや、プリント基板１への実装の配置公差等を管理・調整する必要が生じる。この点、本実施形態の様に光学センサ８の端部の受光素子を迷光検知用として使用するのであれば、各受光素子間の感度差は低く、実装の配置公差も小さいため管理・調整が不要になるとの利点がある。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

２０：中間転写ベルト、８：光学センサ、３０１：マイコン、２：ＬＥＤ、５：受光素子、１００Ａ：受光素子アレイ、７：ハウジング、７１、７５：開口部

Claims (29)

1. 画像が形成される像担持体と、
   前記像担持体に向けて光を射出し、その反射光を検出する光学センサと、
   を備えている画像形成装置であって、
   前記光学センサは、
   前記光を射出する発光手段と、
   前記発光手段に対して第１方向に沿って配置され、前記発光手段から射出され、前記像担持体で反射された第１反射光を受光する第１受光手段と、
   前記発光手段に対して前記第１方向に沿って配置され、前記発光手段から射出され、前記像担持体で反射された第２反射光を受光する第２受光手段と、
   前記第１受光手段に入射する前記第１反射光が通過する第１開口部と、前記第２受光手段に入射する前記第２反射光が通過する第２開口部と、が設けられたハウジングと、
   を備えており、
   前記第１受光手段は、前記第１方向とは直交する第２方向に沿って配置された複数の受光素子を含み、
   前記第１開口部の前記第２方向の長さは、前記第１開口部の前記第１方向の長さより短く、
   前記複数の受光素子は、前記第１反射光を検出するための第１受光素子と、前記第１反射光とは異なる第３反射光を検出するための第２受光素子と、を含むことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１受光素子及び前記第２受光素子は、前記第１反射光及び前記第３反射光を受光し、
   前記第２受光素子の受光量のうちの前記第３反射光の割合は、前記第１受光素子の受光量のうちの前記第３反射光の割合より多いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ハウジングの前記第１開口部が設けられる前記第２方向の範囲と、前記第２受光素子が配置される前記第２方向の範囲は重ならないことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記第２反射光は、前記第１開口部を通過して前記像担持体を照射した光の反射光であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記ハウジングには、前記第１開口部を通過した前記第１反射光が通過する第３開口部がさらに設けられ、
   前記第３開口部を通過した前記第１反射光が前記第１受光手段に入射し、
   前記第３開口部の前記第２方向の長さは、前記第３開口部の前記第１方向の長さより長いことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記第３開口部を形成する前記ハウジングの面は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面に平行な第１平面と、前記第１平面と直交し、かつ、前記第２方向を含む面に平行な第２平面と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記ハウジングには、第４開口部がさらに設けられ、
   前記第１反射光は、前記第４開口部を通過して前記像担持体を照射した光の反射光であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記第１開口部は、前記像担持体での散乱反射光を前記第１受光手段に入射させる位置に設けられ、
   前記第２開口部は、前記像担持体での正反射光を前記第２受光手段に入射させる位置に設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記光学センサの検出結果に基づき前記画像の濃度を検出する濃度検出手段をさらに備えており、
   前記濃度検出手段は、前記画像の濃度を検出する際、前記第２受光素子の検出結果に基づき前記第１受光素子に入射する前記第３反射光の第１光量を判定することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記濃度検出手段は、前記画像の濃度を検出する際、ブラックの画像が前記光学センサの検出領域にある間の前記第２受光素子の検出結果に基づき前記第１光量を判定することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記第２受光素子は、前記第１受光手段の前記複数の受光素子の第１端部から所定数の受光素子と、前記第１端部とは異なる第２端部から前記所定数の受光素子であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の画像形成装置。
12. 前記濃度検出手段は、前記第１端部の側の前記所定数の前記第２受光素子の受光量から所定の演算により求めた光量と、前記第２端部の側の前記所定数の前記第２受光素子の受光量から前記所定の演算により求めた光量との小さい方を、前記第１光量とすることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記濃度検出手段は、前記画像の濃度を検出する際、前記第１受光素子の検出結果を前記判定した第１光量に基づき補正して散乱反射光量を求めることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
14. 前記濃度検出手段は、前記画像の濃度を検出する際、前記第２受光手段の検出結果を前記散乱反射光量で補正することで、前記画像の濃度を検出することを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置。
15. 前記第２受光手段は、前記第２方向に沿って配置された複数の第３受光素子を含み、
    前記第２開口部の前記第２方向の長さは、前記第２開口部の前記第１方向の長さより短く、
    前記ハウジングには、前記第２反射光を絞ることで、前記第２反射光が前記複数の第３受光素子のうちの第４受光素子に入射することを抑える絞り部が設けられることを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置。
16. 前記濃度検出手段は、前記画像の濃度を検出する際、前記第４受光素子の検出結果に基づき前記複数の第３受光素子それぞれに入射する前記第２反射光とは異なる反射光の第２光量を判定することを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
17. 前記第４受光素子は、前記複数の第３受光素子の第１端部の受光素子と、前記第１端部とは異なる第２端部の受光素子であり、
    前記濃度検出手段は、前記第１端部の前記第４受光素子の受光量と、前記第２端部の前記第４受光素子の受光量とのうちの小さい方の受光量に基づき前記第２光量を判定することを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
18. 前記濃度検出手段は、前記画像の濃度を検出する際、前記複数の第３受光素子のうちの前記第４受光素子とは異なる第５受光素子の検出結果を前記判定した第２光量及び前記散乱反射光量で補正することで、前記画像の濃度を検出することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の画像形成装置。
19. 前記第１方向は、前記像担持体の表面が移動する方向とは直交する方向であることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
20. 光を射出する発光手段と、
    前記発光手段に対して第１方向に沿って配置され、前記発光手段から射出され、被照射体で反射された第１反射光を受光する第１受光手段と、
    前記発光手段に対して前記第１方向に沿って配置され、前記発光手段から射出され、前記被照射体で反射された第２反射光を受光する第２受光手段と、
    前記第１受光手段に入射する前記第１反射光が通過する第１開口部と、前記第２受光手段に入射する前記第２反射光が通過する第２開口部と、が設けられたハウジングと、
    を備えており、
    前記第１受光手段は、前記第１方向とは直交する第２方向に沿って配置された複数の受光素子を含み、
    前記第１開口部の前記第２方向の長さは、前記第１開口部の前記第１方向の長さより短いことを特徴とする光学センサ。
21. 前記第２反射光は、前記第１開口部を通過して前記被照射体を照射した光の反射光であることを特徴とする請求項２０に記載の光学センサ。
22. 前記ハウジングには、前記第１反射光が通過する第３開口部がさらに設けられ、
    前記第３開口部を通過した前記第１反射光が前記第１受光手段に入射し、
    前記第３開口部の前記第２方向の長さは、前記第３開口部の前記第１方向の長さより長いことを特徴とする請求項２１に記載の光学センサ。
23. 前記第３開口部を形成する前記ハウジングの面は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面に平行な第１平面と、前記第１平面と直交し、かつ、前記第２方向を含む面に平行な第２平面と、を含むことを特徴とする請求項２２に記載の光学センサ。
24. 前記ハウジングには、第４開口部がさらに設けられ、
    前記第１反射光は、前記第４開口部を通過して前記被照射体を照射した光の反射光であることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１項に記載の光学センサ。
25. 前記第１開口部は、前記被照射体での散乱反射光を前記第１受光手段に入射させる位置に設けられ、
    前記第２開口部は、前記被照射体での正反射光を前記第２受光手段に入射させる位置に設けられることを特徴とする請求項２０から２４のいずれか１項に記載の光学センサ。
26. 前記第２受光手段は、前記第２方向に沿って配置された複数の第１受光素子を含み、
    前記第２開口部の前記第２方向の長さは、前記第２開口部の前記第１方向の長さより短く、
    前記ハウジングには、前記第２開口部を通過した前記第２反射光を絞ることで、前記第２反射光が前記複数の第１受光素子のうちの第２受光素子に入射することを抑える絞り部が設けられることを特徴とする請求項２０から２５のいずれか１項に記載の光学センサ。
27. 前記第２受光素子は、前記複数の第１受光素子の第１端部の受光素子と、前記第１端部とは異なる第２端部の受光素子であることを特徴とする請求項２６に記載の光学センサ。
28. 前記第１受光手段の前記複数の受光素子が配置される前記第２方向の第１範囲より、前記第１開口部が設けられる前記第２方向の第２範囲は小さく、かつ、前記第２範囲は、前記第１範囲の中に含まれることを特徴とする請求項２０から２７のいずれか１項に記載の光学センサ。
29. 前記第１受光手段の前記複数の受光素子が出力する受光量に応じた複数の信号から前記光学センサの出力として取り出す１つ以上の信号を選択する選択手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２０から２８のいずれか１項に記載の光学センサ。

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