JP2020041935A - Toner deposition amount sensor - Google Patents

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彬史 多田
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Abstract

To provide a toner deposition amount sensor that dispenses with a polarizing filter, which can suppress an increase in size of the whole sensor and in complexity of a structure.SOLUTION: Provided is a toner deposition amount sensor 100 that dispenses with a polarizing filter, comprising: a substrate 110; a lens holder 120; a light emitting element 130 for radiating irradiation light; a first light receiving element 140 for receiving regular reflection light and diffuse reflection light; a second light receiving element 150 for receiving only the diffuse reflection light; and a lens 160 having a light emitting lens part 162 and a light receiving lens part 163 on the underside. The lens holder 120 includes a light shielding wall 126 projecting to the inside of the lens 160. When it is assumed that θ represents the irradiation angle of irradiation light relative to a measurement object 10 and T represents height from the top face of the substrate 110 to the top face of the light shielding wall 126, the second light receiving element 150 is arranged in a first region that includes a region within Ttanθ from a projection region where the top face of the light shielding wall 126 is vertically projected to the top face of the substrate 110, and a region inside of said region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、偏光フィルタを用いないトナー付着量センサに関する。   The present invention relates to a toner adhesion amount sensor that does not use a polarizing filter.

偏光フィルタを用いないトナー付着量センサとして、例えば、特許文献1または特許文献2に記載のものが知られている。図5に示すように、特許文献1に記載のトナー付着量センサ200は、基板210と、基板210上に配置されたハウジング220と、ハウジング220内の基板210上に配置された発光素子230、第1受光素子240および第2受光素子250と、を備える。   As a toner adhesion amount sensor that does not use a polarizing filter, for example, those described in Patent Literature 1 or Patent Literature 2 are known. As shown in FIG. 5, a toner adhesion amount sensor 200 described in Patent Document 1 includes a substrate 210, a housing 220 disposed on the substrate 210, a light emitting element 230 disposed on the substrate 210 in the housing 220, A first light receiving element 240 and a second light receiving element 250.

第1受光素子240と第2受光素子250は、発光素子230を挟んで互いに離れて配置されている。第1受光素子240は発光素子230の右側に配置されており、第2受光素子250は発光素子230の左側に配置されている。第1受光素子240は主に正反射光を受光し、第2受光素子250は主に拡散反射光を受光する。   The first light receiving element 240 and the second light receiving element 250 are arranged apart from each other with the light emitting element 230 interposed therebetween. The first light receiving element 240 is disposed on the right side of the light emitting element 230, and the second light receiving element 250 is disposed on the left side of the light emitting element 230. The first light receiving element 240 mainly receives specularly reflected light, and the second light receiving element 250 mainly receives diffusely reflected light.

ハウジング220は、発光素子230の照射光が通る経路に第1絞り221を有し、正反射光が通る経路に第2絞り222を有し、拡散反射光が通る経路に第3絞り223を有する。さらに、ハウジングは、第1絞り221の上流側に、迷光の発生を抑制するための傾斜面224を有する。   The housing 220 has a first stop 221 on a path through which the irradiation light of the light emitting element 230 passes, a second stop 222 on a path through which the regular reflection light passes, and a third stop 223 on a path through which the diffuse reflection light passes. . Further, the housing has an inclined surface 224 on the upstream side of the first stop 221 for suppressing generation of stray light.

図6に示すように、特許文献2に記載のトナー付着量センサ300は、基板310と、基板310上に配置されたハウジング320と、ハウジング320内の基板310上に配置された発光素子330、第1受光素子340および第2受光素子350と、を備える。   As shown in FIG. 6, the toner adhesion amount sensor 300 described in Patent Document 2 includes a substrate 310, a housing 320 disposed on the substrate 310, a light emitting element 330 disposed on the substrate 310 in the housing 320, A first light receiving element 340 and a second light receiving element 350.

第1受光素子340と第2受光素子350は、1つのパッケージ(モールド樹脂)内に並んで配置されている。第1受光素子340は発光素子330から遠い側に配置され、第2受光素子350は発光素子330に近い側に配置されている。第1受光素子340は正反射光および拡散反射光を受光し、第2受光素子350は拡散反射光のみを受光する。   The first light receiving element 340 and the second light receiving element 350 are arranged side by side in one package (mold resin). The first light receiving element 340 is arranged on a side far from the light emitting element 330, and the second light receiving element 350 is arranged on a side close to the light emitting element 330. The first light receiving element 340 receives specular reflection light and diffuse reflection light, and the second light reception element 350 receives only diffuse reflection light.

ハウジング320は、第1遮光壁321と第2遮光壁322とを有する。   The housing 320 has a first light shielding wall 321 and a second light shielding wall 322.

第1遮光壁321は、受光素子(第1受光素子340および第2受光素子350)と発光素子330との間に設けられている。第1遮光壁321は、発光素子330の照射光が第1受光素子340および第2受光素子350に直接入射してしまうのを防止する。   The first light shielding wall 321 is provided between the light receiving element (the first light receiving element 340 and the second light receiving element 350) and the light emitting element 330. The first light shielding wall 321 prevents the irradiation light of the light emitting element 330 from being directly incident on the first light receiving element 340 and the second light receiving element 350.

第2遮光壁322は、第2受光素子350の上方に設けられている。第2遮光壁332は、測定対象物の第1反射領域A1から得られる正反射光および拡散反射光を第1受光素子340に導き、第1反射領域A1とは異なる第2反射領域A2から得られる拡散反射光のみを第2受光素子350に導くよう構成されている。すなわち、第2遮光壁322は、第1反射領域A1で発生する拡散反射光が第2受光素子350に入射してしまうのを防止する。   The second light shielding wall 322 is provided above the second light receiving element 350. The second light-shielding wall 332 guides the regular reflection light and the diffuse reflection light obtained from the first reflection area A1 of the measurement object to the first light receiving element 340, and obtains the light from the second reflection area A2 different from the first reflection area A1. Only the diffused reflected light is guided to the second light receiving element 350. That is, the second light-shielding wall 322 prevents the diffuse reflection light generated in the first reflection area A1 from being incident on the second light receiving element 350.

特許第6272051号公報Japanese Patent No. 6272051 特開2017−103497号公報JP 2017-103497 A

特許文献1に記載のトナー付着量センサ200は、第1受光素子240と第2受光素子250とが発光素子230を挟んで互いに離れて配置されているため、センサ全体が大型化してしまうという問題がある。   In the toner adhesion amount sensor 200 described in Patent Literature 1, the first light receiving element 240 and the second light receiving element 250 are arranged apart from each other with the light emitting element 230 interposed therebetween, so that the entire sensor becomes large. There is.

特許文献2に記載のトナー付着量センサ300は、第1受光素子340と第2受光素子350とが1つのパッケージ内に並んで配置されているため、特許文献1に記載のトナー付着量センサ200と比べて、センサ全体を小型化することができる。しかしながら、特許文献2に記載のトナー付着量センサ300は、ハウジング320が第1遮光壁321と第2遮光壁322とを有するため、ハウジング320の構造が複雑になり、コストアップにつながるという問題がある。   In the toner adhesion amount sensor 300 described in Patent Document 2, the first light receiving element 340 and the second light receiving element 350 are arranged side by side in one package. As compared with, the whole sensor can be downsized. However, the toner adhesion amount sensor 300 described in Patent Literature 2 has a problem that the housing 320 has the first light shielding wall 321 and the second light shielding wall 322, so that the structure of the housing 320 is complicated, which leads to an increase in cost. is there.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、センサ全体の大型化および構造の複雑化を抑制可能な偏光フィルタを用いないトナー付着量センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a toner adhesion amount sensor that does not use a polarizing filter and that can suppress an increase in the size of the entire sensor and complexity of the structure. is there.

上記課題を解決するために、本発明に係るトナー付着量センサは、
トナーの付着した測定対象物に照射光を偏光せずに照射し、前記照射光に対する前記測定対象物からの反射光を偏光せずに受光する偏光フィルタを用いないトナー付着量センサであって、
基板と、
前記基板上に配置され、前記基板上に互いに分離された第1収容空間および第2収容空間を形成するレンズホルダと、
前記第1収容空間における前記基板上に配置され、前記照射光を照射する発光素子と、
前記第2収容空間における前記基板上に配置され、前記反射光に含まれる正反射光および拡散反射光を受光する第1受光素子と、
前記第2収容空間における前記基板上に配置され、前記拡散反射光を受光する第2受光素子と、
前記レンズホルダ上に配置され、前記発光素子の上方に位置する発光レンズ部と前記第1受光素子および前記第2受光素子の上方に位置する受光レンズ部とを下面側に有するレンズと、を備え、
前記レンズホルダは、前記第1収容空間と前記第2収容空間との間に、前記レンズ内に突出する遮光壁を有し、
前記測定対象物に対する前記照射光の照射角度をθとし、前記基板の上面から前記遮光壁の上面までの高さをTとしたときに、前記遮光壁の上面を前記基板の上面に垂直投影した投影領域からTtanθ以内の領域と当該領域の内部側の領域とを含む第1領域に前記第2受光素子を配置する一方、前記第1領域の外に前記第1受光素子を配置することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a toner adhesion amount sensor according to the present invention includes:
Irradiation of the irradiation light to the measurement object to which the toner is adhered without polarization, a toner adhesion amount sensor without using a polarizing filter to receive the reflection light from the measurement object with respect to the irradiation light without polarization,
Board and
A lens holder disposed on the substrate and forming a first housing space and a second housing space separated from each other on the substrate;
A light-emitting element that is arranged on the substrate in the first housing space and irradiates the irradiation light;
A first light receiving element that is disposed on the substrate in the second housing space and receives regular reflection light and diffuse reflection light included in the reflected light;
A second light receiving element disposed on the substrate in the second housing space and receiving the diffuse reflected light;
A lens disposed on the lens holder and having a light-emitting lens portion positioned above the light-emitting element and a light-receiving lens portion positioned above the first light-receiving element and the second light-receiving element on a lower surface side; ,
The lens holder has a light shielding wall projecting into the lens between the first housing space and the second housing space,
When the irradiation angle of the irradiation light to the object to be measured is θ, and the height from the upper surface of the substrate to the upper surface of the light shielding wall is T, the upper surface of the light shielding wall is vertically projected on the upper surface of the substrate. The second light receiving element is arranged in a first area including an area within Ttan θ from the projection area and an area inside the area, and the first light receiving element is arranged outside the first area. And

この構成では、第2収容空間における基板上に第1受光素子および第2受光素子が配置されるので、第1受光素子と第2受光素子とを互いに近づけて配置することが可能になり、センサ全体の小型化が容易になる。   In this configuration, since the first light receiving element and the second light receiving element are arranged on the substrate in the second housing space, the first light receiving element and the second light receiving element can be arranged close to each other, and the sensor The overall size can be easily reduced.

また、この構成では、測定対象物に対する照射光の照射角度をθとし、基板の上面から遮光壁の上面までの高さをTとしたときに、遮光壁の上面を基板の上面に垂直投影した投影領域からTtanθ以内の領域を含む第1領域に第2受光素子を配置している。したがって、この構成では、レンズホルダの構造を複雑化することなく(例えば、複数の遮光壁を設けることなく)、第2受光素子に正反射光が入射するのを防ぐことができる。   Further, in this configuration, when the irradiation angle of the irradiation light to the measurement object is θ and the height from the upper surface of the substrate to the upper surface of the light shielding wall is T, the upper surface of the light shielding wall is vertically projected on the upper surface of the substrate. The second light receiving element is arranged in a first area including an area within Ttan θ from the projection area. Therefore, with this configuration, it is possible to prevent specularly reflected light from entering the second light receiving element without complicating the structure of the lens holder (for example, without providing a plurality of light shielding walls).

上記トナー付着量センサにおいて、
前記レンズは、前記正反射光および前記拡散反射光を前記測定対象物の同一の反射領域から得るとともに、前記拡散反射光を前記第2受光素子に垂直入射または前記第1受光素子側から斜入射させることが好ましい。
In the above toner adhesion amount sensor,
The lens obtains the specularly reflected light and the diffusely reflected light from the same reflection area of the object to be measured, and makes the diffusely reflected light perpendicularly incident on the second light receiving element or obliquely incident from the first light receiving element side. Preferably.

上記トナー付着量センサにおいて、
前記遮光壁は、前記レンズの上面に達しているよう構成できる。
In the above toner adhesion amount sensor,
The light shielding wall may be configured to reach an upper surface of the lens.

上記トナー付着量センサにおいて、
前記レンズホルダは、前記第1収容空間の上方に絞り部を有し、
前記絞り部は、前記照射光の照射範囲を制限するよう構成できる。
In the above toner adhesion amount sensor,
The lens holder has a diaphragm portion above the first housing space,
The aperture section may be configured to limit an irradiation range of the irradiation light.

本発明によれば、センサ全体の大型化および構造の複雑化を抑制可能な偏光フィルタを用いないトナー付着量センサを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a toner adhesion amount sensor that does not use a polarizing filter and can suppress an increase in the size of the entire sensor and a complicated structure.

本発明の一実施形態に係るトナー付着量センサを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a toner adhesion amount sensor according to an embodiment of the present disclosure. 本発明の一実施形態に係るトナー付着量センサを示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a toner adhesion amount sensor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る第1受光素子および第2受光素子の配置を説明するための図であって、(A)は断面図、(B)は平面図である。It is a figure for explaining arrangement of the 1st light sensing element and the 2nd light sensing element concerning one embodiment of the present invention, and (A) is a sectional view and (B) is a top view. 本発明の他の実施形態に係るトナー付着量センサの要部を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a main part of a toner adhesion amount sensor according to another embodiment of the present invention. 従来のトナー付着量センサを示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a conventional toner adhesion amount sensor. 従来の別のトナー付着量センサを示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating another conventional toner adhesion amount sensor.

以下、添付図面を参照して、本発明に係るトナー付着量センサの実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a toner adhesion amount sensor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1および図2に、本発明の一実施形態に係るトナー付着量センサ100を示す。トナー付着量センサ100は、トナーの付着した測定対象物10に照射光を偏光せずに照射し、照射光に対する測定対象物10からの反射光を偏光せずに受光する偏光フィルタを用いないセンサである。測定対象物10は、例えば、転写ベルトまたは感光体である。   1 and 2 show a toner adhesion amount sensor 100 according to an embodiment of the present invention. The toner adhering amount sensor 100 is a sensor that does not use a polarization filter that irradiates the measurement target 10 with the toner adhered thereto without irradiating the irradiation light with the polarization, and receives the reflection light of the irradiation light from the measurement target 10 without the polarization. It is. The measurement object 10 is, for example, a transfer belt or a photoconductor.

トナー付着量センサ100は、基板110と、レンズホルダ120と、発光素子130と、第1受光素子140と、第2受光素子150と、レンズ160とを備える。トナー付着量センサ100は、偏光フィルタを備えていない分、偏光分離方式のセンサよりもコスト面で有利である。   The toner adhesion amount sensor 100 includes a substrate 110, a lens holder 120, a light emitting element 130, a first light receiving element 140, a second light receiving element 150, and a lens 160. Since the toner adhesion amount sensor 100 does not include a polarization filter, it is more advantageous in cost than a polarization separation type sensor.

基板110は、例えば、矩形状のプリント配線板である。基板110の上面(実装面)には、レンズホルダ120と、発光素子130と、第1受光素子140と、第2受光素子150とが配置される。図2に示すように、発光素子130、第1受光素子140および第2受光素子150は、基板110の中央部分において、基板110の長手方向に一列に並んで配置される。   The substrate 110 is, for example, a rectangular printed wiring board. On an upper surface (mounting surface) of the substrate 110, a lens holder 120, a light emitting element 130, a first light receiving element 140, and a second light receiving element 150 are arranged. As shown in FIG. 2, the light emitting element 130, the first light receiving element 140, and the second light receiving element 150 are arranged in a line in the longitudinal direction of the substrate 110 at the center of the substrate 110.

レンズホルダ120は、発光素子130の照射光に対して不透明な材料で構成される。レンズホルダ120は、中央部分の上面側にレンズ固定部121(凹部)を有し、中央部分の下面側に第1凹部122および第2凹部123を有する。   The lens holder 120 is made of a material that is opaque to light emitted from the light emitting element 130. The lens holder 120 has a lens fixing portion 121 (concave portion) on the upper surface side of the central portion, and has a first concave portion 122 and a second concave portion 123 on the lower surface side of the central portion.

レンズ固定部121は、レンズ160を固定できるような形状に構成されている。第1凹部122は、平面視において矩形状になるように構成され、基板110上に配置された発光素子130を囲む第1収容空間を形成する。第2凹部123は、平面視において矩形状になるように構成され、基板110上に配置された第1受光素子140および第2受光素子150を囲む第2収容空間を形成する。第1収容空間と第2収容空間とは、互いに分離している。   The lens fixing part 121 is formed in a shape that can fix the lens 160. The first recess 122 is configured to have a rectangular shape in plan view, and forms a first housing space surrounding the light emitting element 130 arranged on the substrate 110. The second concave portion 123 is configured to have a rectangular shape in a plan view, and forms a second housing space surrounding the first light receiving element 140 and the second light receiving element 150 arranged on the substrate 110. The first storage space and the second storage space are separated from each other.

また、レンズホルダ120は、第1凹部122の上方に第1開口部124を有し、第2凹部123の上方に第2開口部125を有し、第1開口部124と第2開口部125との間に遮光壁126を有する。   The lens holder 120 has a first opening 124 above the first recess 122, has a second opening 125 above the second recess 123, and has the first opening 124 and the second opening 125. And a light shielding wall 126 between them.

第1開口部124は、断面が楕円形状になり、かつ第1収容空間につながるよう構成されている。第1開口部124は、発光素子130の上方に位置し、発光素子130の照射光の照射範囲を制限する絞り部として機能する。これにより、第1開口部124は、測定対象物10への照射領域を狭くすることができる。   The first opening 124 has an elliptical cross section and is configured to be connected to the first housing space. The first opening 124 is located above the light emitting element 130 and functions as a diaphragm that limits the irradiation range of the light emitted from the light emitting element 130. Thus, the first opening 124 can narrow the irradiation area on the measurement target 10.

第2開口部125は、断面が第2凹部123とほぼ同じ大きさの矩形状になり、かつ第2収容空間につながるよう構成されている。第2開口部125は、絞り部として機能していない。第2開口部125と第2凹部123とは、1つの貫通孔で構成されていてもよい。   The second opening 125 has a rectangular cross section substantially the same size as the second recess 123 and is configured to be connected to the second housing space. The second opening 125 does not function as a stop. The second opening 125 and the second recess 123 may be constituted by one through hole.

遮光壁126は、第1収容空間と第2収容空間との間において、レンズ160内に突出するよう構成されている。遮光壁126は、第2受光素子150に正反射光が入射するのを防ぐために設けられている。   The light blocking wall 126 is configured to protrude into the lens 160 between the first housing space and the second housing space. The light shielding wall 126 is provided to prevent specularly reflected light from entering the second light receiving element 150.

遮光壁126は基板110の上面に対して垂直に延びており、遮光壁126の上面はレンズ160の上面に達している。これにより、遮光壁126は、レンズ160の上面で反射した発光素子130の照射光(迷光)が第1受光素子140および/または第2受光素子150に入射するのを防ぐことができる。   The light shielding wall 126 extends perpendicular to the upper surface of the substrate 110, and the upper surface of the light shielding wall 126 reaches the upper surface of the lens 160. Accordingly, the light shielding wall 126 can prevent the irradiation light (stray light) of the light emitting element 130 reflected on the upper surface of the lens 160 from being incident on the first light receiving element 140 and / or the second light receiving element 150.

遮光壁126の第2収容空間側の側面は、第2開口部125の側面と面一になっている。また、図2に示すように、遮光壁126は平面視において矩形状になるよう構成されており、遮光壁126の幅方向(基板110の短手方向)の長さは、第1凹部122および第2凹部123の幅方向の長さと同じになっている。   The side surface of the light shielding wall 126 on the side of the second housing space is flush with the side surface of the second opening 125. Further, as shown in FIG. 2, the light shielding wall 126 is configured to be rectangular in plan view, and the length of the light shielding wall 126 in the width direction (transverse direction of the substrate 110) is equal to that of the first recess 122 and The length is the same as the length of the second recess 123 in the width direction.

発光素子130は、第1収容空間における基板110上に配置され、照射光を照射する。発光素子130として、例えば、赤外線を照射する赤外発光ダイオード(赤外LED)または赤色光を照射する赤色発光ダイオード(赤色LED)を用いることができる。   The light emitting element 130 is arranged on the substrate 110 in the first accommodation space and emits irradiation light. As the light emitting element 130, for example, an infrared light emitting diode (infrared LED) that emits infrared light or a red light emitting diode (red LED) that emits red light can be used.

第1受光素子140は、第2収容空間における基板110上に配置され、反射光に含まれる正反射光および拡散反射光を受光する。正反射光は、発光素子130の照射光が主に測定対象物10のトナーの付着していない領域で鏡面反射した反射光である。拡散反射光は、発光素子130の照射光が主に測定対象物10に付着しているトナーで乱反射した反射光である。   The first light receiving element 140 is arranged on the substrate 110 in the second accommodation space, and receives the regular reflection light and the diffuse reflection light included in the reflection light. The specularly reflected light is light reflected by the light emitted from the light emitting element 130 which is mainly specularly reflected in a region of the measurement object 10 where the toner is not attached. The diffusely reflected light is light reflected by the light emitted from the light emitting element 130, which is irregularly reflected mainly by the toner attached to the measurement object 10.

第2受光素子150は、第2収容空間における基板110上であって、第1受光素子140よりも遮光壁126に近い側に配置される。第2受光素子150は、正反射光を受光することなく、拡散反射光のみを受光する。拡散反射光は、第2受光素子150に対して、垂直入射または第1受光素子140側から斜入射する。   The second light receiving element 150 is disposed on the substrate 110 in the second housing space and closer to the light shielding wall 126 than the first light receiving element 140. The second light receiving element 150 receives only diffuse reflection light without receiving regular reflection light. The diffusely reflected light enters the second light receiving element 150 vertically or obliquely from the first light receiving element 140 side.

第1受光素子140および第2受光素子150としては、フォトダイオードまたはフォトトランジスタを用いることができる。本実施形態では、第1受光素子140および第2受光素子150をパッケージ(樹脂封止)されていないベアチップのまま基板110に実装しているので、第1受光素子140−第2受光素子150間の距離を短くすることができる。これにより、センサ全体の小型化が容易になる。さらに、第1受光素子140と第2受光素子150とにほぼ同量の拡散反射光を受光させることができ、両者の出力誤差を小さくすることができる。   As the first light receiving element 140 and the second light receiving element 150, a photodiode or a phototransistor can be used. In the present embodiment, since the first light receiving element 140 and the second light receiving element 150 are mounted on the substrate 110 as bare chips that are not packaged (resin-sealed), the first light receiving element 140 and the second light receiving element 150 Can be shortened. This facilitates downsizing of the entire sensor. Further, the first light receiving element 140 and the second light receiving element 150 can receive substantially the same amount of diffuse reflected light, and output errors of both can be reduced.

第1受光素子140および第2受光素子150は、光電変換を行い、受光量に応じた電気信号を基板110に実装された演算回路(図示略)に出力する。演算回路は、第1受光素子140の出力と第2受光素子150の出力との差分を演算することで、正反射光の光量すなわちトナーの付着していない領域に比例した出力を得ることができる。トナーの付着量が少ない(トナーの付着していない領域が大きい)と出力値が大きくなる一方、トナーの付着量が多い(トナーの付着していない領域が小さい)と出力値が小さくなる。なお、演算回路は、トナー付着量センサ100の外部に設けられていてもよい。   The first light receiving element 140 and the second light receiving element 150 perform photoelectric conversion and output an electric signal corresponding to the amount of received light to an arithmetic circuit (not shown) mounted on the substrate 110. The arithmetic circuit calculates the difference between the output of the first light receiving element 140 and the output of the second light receiving element 150, thereby obtaining an output proportional to the amount of specularly reflected light, that is, an area where no toner is attached. . The output value increases when the toner adhesion amount is small (the area where no toner is attached), while the output value decreases when the toner adhesion amount is large (the area where the toner is not attached is small). The arithmetic circuit may be provided outside the toner adhesion amount sensor 100.

レンズ160は、発光素子130の照射光に対して透明な材料で構成され、レンズホルダ120の上面のレンズ固定部121に配置される。レンズ160は、上面側に凸レンズ部161を有し、下面側に発光レンズ部162および受光レンズ部163を有する。   The lens 160 is made of a material that is transparent to light emitted from the light emitting element 130, and is disposed on the lens fixing portion 121 on the upper surface of the lens holder 120. The lens 160 has a convex lens portion 161 on the upper surface side, and has a light emitting lens portion 162 and a light receiving lens portion 163 on the lower surface side.

凸レンズ部161は、下面側の発光レンズ部162および受光レンズ部163に対向している。凸レンズ部161の上面は平坦になっており、凸レンズ部161の幅方向の長さは遮光壁126の幅方向の長さよりも大きくなっている。   The convex lens portion 161 faces the light emitting lens portion 162 and the light receiving lens portion 163 on the lower surface side. The upper surface of the convex lens portion 161 is flat, and the length of the convex lens portion 161 in the width direction is larger than the length of the light shielding wall 126 in the width direction.

発光レンズ部162は、発光素子130の上方に位置して発光素子130の照射光を集光する一方、受光レンズ部163は、第1受光素子140および第2受光素子150の上方に位置して正反射光および拡散反射光を集光する。発光レンズ部162は、受光レンズ部163よりも高い位置に形成されている。   The light-emitting lens unit 162 is located above the light-emitting element 130 and condenses the irradiation light of the light-emitting element 130, while the light-receiving lens unit 163 is located above the first light-receiving element 140 and the second light-receiving element 150. Collects specularly reflected light and diffusely reflected light. The light emitting lens part 162 is formed at a position higher than the light receiving lens part 163.

発光レンズ部162および受光レンズ部163は、正反射光および拡散反射光を測定対象物10の同一の反射領域から得るとともに、第1受光素子140に対して正反射光および拡散反射光を入射させ、第2受光素子150に対して拡散反射光のみを垂直入射または第1受光素子140側から斜入射させるよう構成されている。   The light-emitting lens unit 162 and the light-receiving lens unit 163 obtain specularly reflected light and diffusely reflected light from the same reflection area of the measurement object 10 and make the specularly reflected light and diffusely reflected light incident on the first light receiving element 140. The second light receiving element 150 is configured such that only diffusely reflected light is vertically incident or obliquely incident from the first light receiving element 140 side.

この構成により、第1受光素子140および第2受光素子150は、同一の反射領域から拡散反射光を受光することが可能になるため、両者の出力誤差が小さくなる。その結果、トナー付着量の検出精度が向上する。   With this configuration, the first light receiving element 140 and the second light receiving element 150 can receive diffusely reflected light from the same reflection area, so that an output error between them becomes small. As a result, the detection accuracy of the toner adhesion amount is improved.

また、この構成によれば、拡散反射光を第2受光素子150に垂直入射または第1受光素子140側から斜入射させることで、第2受光素子150を遮光壁126の近傍に配置してセンサ全体の高さを低くする(後述の第1領域L1を小さくする)ことができるとともに、第2受光素子150に正反射光が入射するのを確実に防ぐことができる。   Further, according to this configuration, the diffuse reflection light is vertically incident on the second light receiving element 150 or obliquely incident from the first light receiving element 140 side, so that the second light receiving element 150 is disposed near the light shielding wall 126 and the sensor is disposed. The entire height can be reduced (a first region L1 described below is reduced), and specularly reflected light can be reliably prevented from entering the second light receiving element 150.

次に、図3を参照して、第1受光素子140および第2受光素子150の好ましい配置を説明する。   Next, a preferred arrangement of the first light receiving element 140 and the second light receiving element 150 will be described with reference to FIG.

発光素子130の照射光の照射角度をθとすると、正反射光の入射角度もθになる。ここで、基板110の上面から遮光壁126の上面までの高さをTとすると、遮光壁126の上面を基板110の上面に垂直投影した投影領域からTtanθ以内の第1領域L1は、正反射光が入射しない領域となる。   Assuming that the irradiation angle of the irradiation light of the light emitting element 130 is θ, the incident angle of the regular reflection light is also θ. Here, assuming that the height from the upper surface of the substrate 110 to the upper surface of the light-shielding wall 126 is T, the first region L1 within Ttanθ from the projection region in which the upper surface of the light-shielding wall 126 is vertically projected on the upper surface of the substrate 110 is specularly reflected. This is a region where light does not enter.

本実施形態では、第1領域L1(図3(B)のハッチング領域)に第2受光素子150を配置する一方、第1領域L1の外の第2領域L2に第1受光素子140を配置する。なお、第2受光素子150および第1受光素子140の高さは、高さTよりもはるかに小さいので無視できる。   In the present embodiment, the second light receiving element 150 is arranged in the first area L1 (hatched area in FIG. 3B), while the first light receiving element 140 is arranged in the second area L2 outside the first area L1. . Note that the heights of the second light receiving element 150 and the first light receiving element 140 are much smaller than the height T and can be ignored.

この構成により、本実施形態に係るトナー付着量センサ100は、レンズホルダ120の構造を複雑化することなく(例えば、複数の遮光壁を設けることなく)、第2受光素子150に正反射光が入射するのを防ぐことができる。   With this configuration, the toner adhesion amount sensor 100 according to the present embodiment allows specular reflection light to the second light receiving element 150 without complicating the structure of the lens holder 120 (for example, without providing a plurality of light shielding walls). It is possible to prevent incidence.

以上、本発明に係るトナー付着量センサの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The embodiment of the toner adhesion amount sensor according to the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、本発明のレンズホルダは、基板110上に互いに分離された第1収容空間および第2収容空間を形成するとともに、第1収容空間と第2収容空間との間に、レンズ160内に突出する遮光壁126を有するのであれば、適宜構成を変更できる。   For example, the lens holder of the present invention forms a first housing space and a second housing space separated from each other on the substrate 110, and projects into the lens 160 between the first housing space and the second housing space. If the light shielding wall 126 is provided, the configuration can be appropriately changed.

また、第2受光素子150に対して拡散反射光を第1受光素子140側から斜入射させる場合には、第2受光素子150を遮光壁126の頂部に対して遮光壁126の内部側(発光素子130側)に配置してもよい。すなわち、本発明における第1領域L1は、上記実施形態のTtanθ以内の領域と、当該領域の内部側の領域とを含む。   When the diffuse reflection light is obliquely incident on the second light receiving element 150 from the first light receiving element 140 side, the second light receiving element 150 is positioned on the inner side of the light shielding wall 126 with respect to the top of the light shielding wall 126 (light emission). (The element 130 side). That is, the first region L1 in the present invention includes the region within Ttan θ of the above embodiment and the region inside the region.

図4に本発明の他の実施形態に係るトナー付着量センサの要部断面図を示す。遮光壁126の側面下部を傾斜面とすることにより、第2受光素子150を遮光壁126の内部側に配置することができる。これにより、第1受光素子140側から斜入射する拡散反射光のみを当該拡散反射光の入射を妨げることなく、第2受光素子150に受光させることができる。また、このように第2受光素子150を遮光壁126の内部側に配置して第1受光素子140と第2受光素子150とを離間させることで、トナー付着量センサ100の小型化を図りながら、仮に測定対象物10が光軸に対して傾いた場合でも、第2受光素子150に正反射光が入射するのを確実に防止することができる。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a toner adhesion amount sensor according to another embodiment of the present invention. By making the lower part of the side surface of the light shielding wall 126 an inclined surface, the second light receiving element 150 can be arranged inside the light shielding wall 126. Thus, only the diffusely reflected light obliquely incident from the first light receiving element 140 side can be received by the second light receiving element 150 without preventing the diffused reflected light from being incident. Further, by disposing the second light receiving element 150 inside the light shielding wall 126 and separating the first light receiving element 140 and the second light receiving element 150 in this manner, the size of the toner adhesion sensor 100 can be reduced. Even if the measurement object 10 is inclined with respect to the optical axis, it is possible to reliably prevent specular reflection light from entering the second light receiving element 150.

本発明の遮光壁は、上面がレンズ160の上面に達していなくてもよいし、上面がレンズ160の上面よりも上にあってもよい。   The upper surface of the light shielding wall of the present invention does not have to reach the upper surface of the lens 160, and the upper surface may be higher than the upper surface of the lens 160.

10 測定対象物
100 トナー付着量センサ
110 基板
120 レンズホルダ
121 レンズ固定部
122 第1凹部
123 第2凹部
124 第1開口部
125 第2開口部
126 遮光壁
130 発光素子
140 第1受光素子
150 第2受光素子
160 レンズ
161 凸レンズ部
162 発光レンズ部
163 受光レンズ部
Reference Signs List 10 Measurement object 100 Toner adhesion amount sensor 110 Substrate 120 Lens holder 121 Lens fixing part 122 First concave part 123 Second concave part 124 First opening 125 Second opening 126 Light shielding wall 130 Light emitting element 140 First light receiving element 150 Second Light receiving element 160 Lens 161 Convex lens 162 Light emitting lens 163 Light receiving lens

Claims (4)

トナーの付着した測定対象物に照射光を偏光せずに照射し、前記照射光に対する前記測定対象物からの反射光を偏光せずに受光する偏光フィルタを用いないトナー付着量センサであって、
基板と、
前記基板上に配置され、前記基板上に互いに分離された第1収容空間および第2収容空間を形成するレンズホルダと、
前記第1収容空間における前記基板上に配置され、前記照射光を照射する発光素子と、
前記第2収容空間における前記基板上に配置され、前記反射光に含まれる正反射光および拡散反射光を受光する第1受光素子と、
前記第2収容空間における前記基板上に配置され、前記拡散反射光を受光する第2受光素子と、
前記レンズホルダ上に配置され、前記発光素子の上方に位置する発光レンズ部と前記第1受光素子および前記第2受光素子の上方に位置する受光レンズ部とを下面側に有するレンズと、を備え、
前記レンズホルダは、前記第1収容空間と前記第2収容空間との間に、前記レンズ内に突出する遮光壁を有し、
前記測定対象物に対する前記照射光の照射角度をθとし、前記基板の上面から前記遮光壁の上面までの高さをTとしたときに、前記遮光壁の上面を前記基板の上面に垂直投影した投影領域からTtanθ以内の領域と当該領域の内部側の領域とを含む第1領域に前記第2受光素子を配置する一方、前記第1領域の外に前記第1受光素子を配置する
ことを特徴とするトナー付着量センサ。
Irradiation of the irradiation light to the measurement object to which the toner is adhered without polarization, a toner adhesion amount sensor without using a polarizing filter to receive the reflection light from the measurement object with respect to the irradiation light without polarization,
Board and
A lens holder disposed on the substrate and forming a first housing space and a second housing space separated from each other on the substrate;
A light-emitting element that is arranged on the substrate in the first housing space and irradiates the irradiation light;
A first light receiving element that is disposed on the substrate in the second housing space and receives regular reflection light and diffuse reflection light included in the reflected light;
A second light receiving element disposed on the substrate in the second housing space and receiving the diffuse reflected light;
A lens disposed on the lens holder and having a light-emitting lens portion positioned above the light-emitting element and a light-receiving lens portion positioned above the first light-receiving element and the second light-receiving element on a lower surface side; ,
The lens holder has a light shielding wall projecting into the lens between the first housing space and the second housing space,
When the irradiation angle of the irradiation light to the object to be measured is θ, and the height from the upper surface of the substrate to the upper surface of the light shielding wall is T, the upper surface of the light shielding wall is vertically projected on the upper surface of the substrate. The second light receiving element is arranged in a first area including an area within Ttan θ from the projection area and an area inside the area, and the first light receiving element is arranged outside the first area. Toner amount sensor.
前記レンズは、前記正反射光および前記拡散反射光を前記測定対象物の同一の反射領域から得るとともに、前記拡散反射光を前記第2受光素子に垂直入射または前記第1受光素子側から斜入射させる
ことを特徴とする請求項1に記載のトナー付着量センサ。
The lens obtains the specularly reflected light and the diffusely reflected light from the same reflection area of the object to be measured, and makes the diffusely reflected light perpendicularly incident on the second light receiving element or obliquely incident from the first light receiving element side. The toner adhesion amount sensor according to claim 1, wherein
前記遮光壁は、前記レンズの上面に達している
ことを特徴とする請求項1または2に記載のトナー付着量センサ。
3. The toner adhesion amount sensor according to claim 1, wherein the light shielding wall reaches an upper surface of the lens.
前記レンズホルダは、前記第1収容空間の上方に絞り部を有し、
前記絞り部は、前記照射光の照射範囲を制限する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナー付着量センサ。
The lens holder has a diaphragm portion above the first housing space,
4. The toner adhesion amount sensor according to claim 1, wherein the aperture unit limits an irradiation range of the irradiation light. 5.
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