JP3218208B2 - トナー濃度センサ装置 - Google Patents
トナー濃度センサ装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラー複写機、カ
ラープリンタ等のカラー画像形成装置において、カラー
画像の形成に使用されるカラートナーおよびブラックト
ナーの濃度を検出するために使用されるトナー濃度セン
サ装置に関する。
ラープリンタ等のカラー画像形成装置において、カラー
画像の形成に使用されるカラートナーおよびブラックト
ナーの濃度を検出するために使用されるトナー濃度セン
サ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】カラー複写機では、通常、感光体ドラム
上に形成された静電潜像に、イエロー（Ｙｅ）、マゼン
タ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）の３色のカラートナーを選
択的に付着させてカラー画像を形成し、そのカラー画像
を転写紙等に転写することにより、複写画像が形成され
る。このようなカラー複写機では、これら３色のカラー
トナーによって、ブラックを含む全てのカラーを再現す
ることができるが、ブラックをより鮮明に表現するため
に、これら３色のカラートナーとともに、ブラックトナ
ーを使用することも実施されている。
上に形成された静電潜像に、イエロー（Ｙｅ）、マゼン
タ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）の３色のカラートナーを選
択的に付着させてカラー画像を形成し、そのカラー画像
を転写紙等に転写することにより、複写画像が形成され
る。このようなカラー複写機では、これら３色のカラー
トナーによって、ブラックを含む全てのカラーを再現す
ることができるが、ブラックをより鮮明に表現するため
に、これら３色のカラートナーとともに、ブラックトナ
ーを使用することも実施されている。
【０００３】カラートナーとともにブラックトナーを使
用するカラー複写機では、良好な色再現性を得るため
に、感光体ドラムに付着したカラートナーおよびブラッ
クトナーの濃度を検出するトナー濃度センサが使用され
ている。カラートナーおよびブラックトナーの濃度を検
出するトナー濃度センサは、通常、モノクロ複写機にお
いてブラックトナーの濃度を検出するために使用される
トナー濃度センサ装置と同様の構造になっている。
用するカラー複写機では、良好な色再現性を得るため
に、感光体ドラムに付着したカラートナーおよびブラッ
クトナーの濃度を検出するトナー濃度センサが使用され
ている。カラートナーおよびブラックトナーの濃度を検
出するトナー濃度センサは、通常、モノクロ複写機にお
いてブラックトナーの濃度を検出するために使用される
トナー濃度センサ装置と同様の構造になっている。
【０００４】図６（ａ）はカラートナーおよびブラック
トナーの濃度検出に使用される従来のトナー濃度センサ
装置の検出部の正面図、図６（ｂ）はその側面図であ
る。このトナー濃度センサ５０は、感光体ドラム２０の
所定領域２１に付着したトナーに対して赤外光を照射す
る赤外発光ダイオード５１と、その所定領域２１に付着
したトナー２３によって反射された赤外光を受光する赤
外受光素子５２とがケース５３内に配置された反射型に
なっている。赤外発光ダイオード５１は、感光体ドラム
２０におけるトナー２３が付着される所定領域２１に対
して、所定の傾斜角度で赤外光を照射するように配置さ
れており、また、赤外受光素子５２は、感光体ドラム２
０の所定領域２１にて鏡面反射（正反射）される赤外光
を受光するように配置されている。
トナーの濃度検出に使用される従来のトナー濃度センサ
装置の検出部の正面図、図６（ｂ）はその側面図であ
る。このトナー濃度センサ５０は、感光体ドラム２０の
所定領域２１に付着したトナーに対して赤外光を照射す
る赤外発光ダイオード５１と、その所定領域２１に付着
したトナー２３によって反射された赤外光を受光する赤
外受光素子５２とがケース５３内に配置された反射型に
なっている。赤外発光ダイオード５１は、感光体ドラム
２０におけるトナー２３が付着される所定領域２１に対
して、所定の傾斜角度で赤外光を照射するように配置さ
れており、また、赤外受光素子５２は、感光体ドラム２
０の所定領域２１にて鏡面反射（正反射）される赤外光
を受光するように配置されている。
【０００５】このようなトナー濃度センサ５０では、赤
外発光ダイオード５１から照射されて感光体ドラム２０
の所定領域２１に付着したトナー２３にて反射された赤
外光が赤外受光素子５２にて受光されるようになってお
り、赤外受光素子５２は、受光した赤外光の光量に対応
した電圧を出力する。そして、赤外受光素子５２の出力
電圧に基づいて、感光体ドラム２０の所定領域２１に付
着したトナー２３の濃度が検出される。
外発光ダイオード５１から照射されて感光体ドラム２０
の所定領域２１に付着したトナー２３にて反射された赤
外光が赤外受光素子５２にて受光されるようになってお
り、赤外受光素子５２は、受光した赤外光の光量に対応
した電圧を出力する。そして、赤外受光素子５２の出力
電圧に基づいて、感光体ドラム２０の所定領域２１に付
着したトナー２３の濃度が検出される。
【０００６】図７は、このようなトナー濃度センサ装置
の電気的構成を示している。すなわち、赤外受光素子５
２のカソード端子は、電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路を
構成するオペアンプＯＰ１のプラス入力端子と基準電圧
Ｖref1とに接続されており、赤外受光素子５２のアノー
ド端子は、オペアンプＯＰ１のマイナス入力端子に接続
されているとともに、抵抗Ｒ１を介してオペアンプＯＰ
１の出力側に接続されている。また、オペアンプＯＰ１
の出力は、抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰ２のマイナ
ス端子に接続されているとともに、出力端子とマイナス
端子とが抵抗Ｒ３によって接続されており、オペアンプ
ＯＰ１のプラス端子には、基準電圧Ｖref1が与えられて
いる。また、アノード端子に駆動電圧ＶCC（５Ｖ）が与
えられた赤外発光ダイオード５１のカソード端子は、固
定抵抗を介してアース電位に接続されている。なお、図
７中の符号２０は感光体ドラム、符号２２はトナーであ
る。
の電気的構成を示している。すなわち、赤外受光素子５
２のカソード端子は、電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路を
構成するオペアンプＯＰ１のプラス入力端子と基準電圧
Ｖref1とに接続されており、赤外受光素子５２のアノー
ド端子は、オペアンプＯＰ１のマイナス入力端子に接続
されているとともに、抵抗Ｒ１を介してオペアンプＯＰ
１の出力側に接続されている。また、オペアンプＯＰ１
の出力は、抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰ２のマイナ
ス端子に接続されているとともに、出力端子とマイナス
端子とが抵抗Ｒ３によって接続されており、オペアンプ
ＯＰ１のプラス端子には、基準電圧Ｖref1が与えられて
いる。また、アノード端子に駆動電圧ＶCC（５Ｖ）が与
えられた赤外発光ダイオード５１のカソード端子は、固
定抵抗を介してアース電位に接続されている。なお、図
７中の符号２０は感光体ドラム、符号２２はトナーであ
る。
【０００７】図８は、ブラックトナーの分光反射率を示
すグラフ、図９は、感光体ドラム２０表面の分光反射率
を示すグラフである。ブラックトナーは、図８に示すよ
うに、400 〜900nm の波長の光に対して低い反射率にな
っているが、感光体ドラム２０の表面は、図９に示すよ
うに、光の波長が大きくなるにつれて反射率が順次大き
くなり、赤外領域の光に対しては、５０％以上の反射率
になっている。
すグラフ、図９は、感光体ドラム２０表面の分光反射率
を示すグラフである。ブラックトナーは、図８に示すよ
うに、400 〜900nm の波長の光に対して低い反射率にな
っているが、感光体ドラム２０の表面は、図９に示すよ
うに、光の波長が大きくなるにつれて反射率が順次大き
くなり、赤外領域の光に対しては、５０％以上の反射率
になっている。
【０００８】感光体ドラム２０の所定領域２１にトナー
が付着していない場合には、赤外発光ダイオード５１か
ら照射された赤外光は、感光体ドラム２０の表面によっ
て鏡面反射されるとともに、感光体ドラム２０の表面に
て拡散反射される。トナー濃度センサ５０の赤外受光素
子５２には、感光体ドラム２０の表面にて鏡面反射した
光と、感光体ドラム２０の表面の反射率によって決まる
拡散反射光とが受光される。
が付着していない場合には、赤外発光ダイオード５１か
ら照射された赤外光は、感光体ドラム２０の表面によっ
て鏡面反射されるとともに、感光体ドラム２０の表面に
て拡散反射される。トナー濃度センサ５０の赤外受光素
子５２には、感光体ドラム２０の表面にて鏡面反射した
光と、感光体ドラム２０の表面の反射率によって決まる
拡散反射光とが受光される。
【０００９】これに対して、感光体ドラム２０の所定領
域２１にブラックトナーが付着すると、ブラックトナー
の付着量に応じて、感光体ドラム２０の表面によって鏡
面反射する赤外光の量が減少するとともに、感光体ドラ
ム２０の表面およびブラックトナーの双方にて拡散反射
する赤外光の量も減少する。そして、ブラックトナーの
付着量（ブラックトナーの濃度）が増加すると、最終的
には、ブラックトナーによる拡散反射光のみが赤外受光
素子５２によって受光されることになり、赤外受光素子
５２の出力は一定となる。
域２１にブラックトナーが付着すると、ブラックトナー
の付着量に応じて、感光体ドラム２０の表面によって鏡
面反射する赤外光の量が減少するとともに、感光体ドラ
ム２０の表面およびブラックトナーの双方にて拡散反射
する赤外光の量も減少する。そして、ブラックトナーの
付着量（ブラックトナーの濃度）が増加すると、最終的
には、ブラックトナーによる拡散反射光のみが赤外受光
素子５２によって受光されることになり、赤外受光素子
５２の出力は一定となる。
【００１０】図１０（ａ）はイエロートナーの分光反射
率を示すグラフ、図１０（ｂ）はマゼンタトナーの分光
反射率を示すグラフ、図１０（ｃ）はシアントナーの分
光反射率を示すグラフである。イエロートナーは、500n
m 程度以下の波長の光に対しては反射率が低く、マゼン
タトナーは500 〜600nm 程度の波長の光に対しては反射
率が低く、シアントナーは600 〜800nm 程度の波長の光
に対して反射率が低くなっている。従って、全てのカラ
ートナーは、赤外領域の光に対しては反射率が大きく、
また、図９に示した感光体ドラム２０の表面の赤外領域
の光に対する反射率よりも大きくなっている。
率を示すグラフ、図１０（ｂ）はマゼンタトナーの分光
反射率を示すグラフ、図１０（ｃ）はシアントナーの分
光反射率を示すグラフである。イエロートナーは、500n
m 程度以下の波長の光に対しては反射率が低く、マゼン
タトナーは500 〜600nm 程度の波長の光に対しては反射
率が低く、シアントナーは600 〜800nm 程度の波長の光
に対して反射率が低くなっている。従って、全てのカラ
ートナーは、赤外領域の光に対しては反射率が大きく、
また、図９に示した感光体ドラム２０の表面の赤外領域
の光に対する反射率よりも大きくなっている。
【００１１】このようなカラートナーでは、感光体ドラ
ム２０の表面に対する付着量（カラートナー濃度）が増
加する（大きくなる）と、感光体ドラム２０表面による
鏡面反射光量は減少する。しかし、感光体ドラム２０の
表面による赤外光の反射率よりも各カラートナーによる
赤外光の反射率が大きいために、感光体ドラム２０に付
着する各カラートナー量が増加すると、拡散反射される
赤外光の光量が増加することになる。そして、感光体ド
ラム２０表面に付着するカラートナー量が一定値以上に
なると、赤外受光素子５２には、感光体ドラム２０表面
からの鏡面反射光は受光されず、カラートナーによる拡
散反射光のみが受光される状態になり、赤外受光素子５
２の出力は一定になる。
ム２０の表面に対する付着量（カラートナー濃度）が増
加する（大きくなる）と、感光体ドラム２０表面による
鏡面反射光量は減少する。しかし、感光体ドラム２０の
表面による赤外光の反射率よりも各カラートナーによる
赤外光の反射率が大きいために、感光体ドラム２０に付
着する各カラートナー量が増加すると、拡散反射される
赤外光の光量が増加することになる。そして、感光体ド
ラム２０表面に付着するカラートナー量が一定値以上に
なると、赤外受光素子５２には、感光体ドラム２０表面
からの鏡面反射光は受光されず、カラートナーによる拡
散反射光のみが受光される状態になり、赤外受光素子５
２の出力は一定になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ブラックト
ナーについてみると、トナー濃度が大きくなるにつれ
て、赤外受光素子５２の出力電圧Ｖ02が低下することに
なるが、この赤外受光素子５２の出力電圧Ｖ02が低下す
ればするほど、図７中のオペアンプＯＰ１の入力バイア
ス電流Ｉ0 が出力に影響を及ぼす（すなわち、Ｉ0 によ
り出力に誤差が生じる）といった問題があった。
ナーについてみると、トナー濃度が大きくなるにつれ
て、赤外受光素子５２の出力電圧Ｖ02が低下することに
なるが、この赤外受光素子５２の出力電圧Ｖ02が低下す
ればするほど、図７中のオペアンプＯＰ１の入力バイア
ス電流Ｉ0 が出力に影響を及ぼす（すなわち、Ｉ0 によ
り出力に誤差が生じる）といった問題があった。
【００１３】また、図７中の基準電圧Ｖref1が、電源電
圧の変動に伴って変化すれば、出力電圧Ｖ0 （Ｖ01，Ｖ
02）も電源電圧の変動に伴って変化してしまうといった
問題があった。
圧の変動に伴って変化すれば、出力電圧Ｖ0 （Ｖ01，Ｖ
02）も電源電圧の変動に伴って変化してしまうといった
問題があった。
【００１４】また、赤外発光ダイオード５１の光量が低
下すると、赤外受光素子５２の出力およびトナー濃度変
化に対する出力変化量が小さくなる。そのため、この赤
外受光素子５２の出力をそのままマイコンのＡ／Ｄポー
トに入力すると、Ａ／Ｄの分解能といった観点からみる
と悪い方向になってしまい、検出精度の低下につなが
る。逆に、周囲温度の変動等により赤外発光ダイオード
５１の光量が増加すると、特にカラートナー濃度が高い
濃度の場合には、出力電圧が飽和してしまうといった問
題があった。
下すると、赤外受光素子５２の出力およびトナー濃度変
化に対する出力変化量が小さくなる。そのため、この赤
外受光素子５２の出力をそのままマイコンのＡ／Ｄポー
トに入力すると、Ａ／Ｄの分解能といった観点からみる
と悪い方向になってしまい、検出精度の低下につなが
る。逆に、周囲温度の変動等により赤外発光ダイオード
５１の光量が増加すると、特にカラートナー濃度が高い
濃度の場合には、出力電圧が飽和してしまうといった問
題があった。
【００１５】本発明は係る問題点を解決すべく創案され
たもので、その目的は、トナー濃度センサの出力特性に
影響を及ぼす上記した回路上の問題点を解決したトナー
濃度センサ装置を提供することにある。
たもので、その目的は、トナー濃度センサの出力特性に
影響を及ぼす上記した回路上の問題点を解決したトナー
濃度センサ装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のトナー濃度センサ装置は、赤外発光素子か
ら感光体上の所定領域に赤外光を照射し、赤外受光素子
にて受光される赤外光量に基づいて感光体に付着したト
ナー濃度を検出するトナー濃度センサ装置であって、前
記赤外受光素子の信号を処理するアンプが第１のアンプ
と第２のアンプとで構成され、前記第１のアンプは、プ
ラス入力端子に基準電圧の入力端子と前記赤外受光素子
であるフォトダイオードのカソード端子とが接続され、
マイナス端子に前記フォトダイオードのアノード端子が
接続されるとともに、第１の抵抗である感度調整用ボリ
ュームを介してその出力側に接続され、前記第２のアン
プは、プラス入力端子に基準電圧の入力端子が接続さ
れ、マイナス端子に前記第１のアンプの出力が第２の抵
抗を介して接続されるとともに、第３の抵抗を介してそ
の出力側に接続され、かつ前記第１のアンプがＣＭＯＳ
のオペアンプによって形成されるとともに、前記第２の
アンプがバイポーラのオペアンプによって形成されてい
るものである。これにより、赤外受光素子の出力電流を
正確に増幅し、出力することが可能となる。
め、本発明のトナー濃度センサ装置は、赤外発光素子か
ら感光体上の所定領域に赤外光を照射し、赤外受光素子
にて受光される赤外光量に基づいて感光体に付着したト
ナー濃度を検出するトナー濃度センサ装置であって、前
記赤外受光素子の信号を処理するアンプが第１のアンプ
と第２のアンプとで構成され、前記第１のアンプは、プ
ラス入力端子に基準電圧の入力端子と前記赤外受光素子
であるフォトダイオードのカソード端子とが接続され、
マイナス端子に前記フォトダイオードのアノード端子が
接続されるとともに、第１の抵抗である感度調整用ボリ
ュームを介してその出力側に接続され、前記第２のアン
プは、プラス入力端子に基準電圧の入力端子が接続さ
れ、マイナス端子に前記第１のアンプの出力が第２の抵
抗を介して接続されるとともに、第３の抵抗を介してそ
の出力側に接続され、かつ前記第１のアンプがＣＭＯＳ
のオペアンプによって形成されるとともに、前記第２の
アンプがバイポーラのオペアンプによって形成されてい
るものである。これにより、赤外受光素子の出力電流を
正確に増幅し、出力することが可能となる。
【００１７】また、本発明のトナー濃度センサ装置は、
前記第１のアンプの基準電圧及び前記第２のアンプの基
準電圧を安定化する定電圧回路を備え、該定電圧回路
は、レギュレータと、該レギュレータの出力を抵抗で分
圧した電圧がプラス入力端子に導かれるとともに、出力
端子をマイナス入力端子に帰還させたオペアンプとから
なるものである。これにより、電源電圧が変動しても、
センサの出力特性に影響を及ぼさない出力を得ることが
できる。
前記第１のアンプの基準電圧及び前記第２のアンプの基
準電圧を安定化する定電圧回路を備え、該定電圧回路
は、レギュレータと、該レギュレータの出力を抵抗で分
圧した電圧がプラス入力端子に導かれるとともに、出力
端子をマイナス入力端子に帰還させたオペアンプとから
なるものである。これにより、電源電圧が変動しても、
センサの出力特性に影響を及ぼさない出力を得ることが
できる。
【００１８】また、本発明のトナー濃度センサ装置は、
前記赤外発光素子をＬＥＤによって形成するとともに、
このＬＥＤのカソードを電流制御部のコネクタに接続し
たものである。すなわち、赤外発光素子の光量変化に対
して、外部より電流を可変し制御できるので、光量変化
の影響を受けない特性を得ることができる。
前記赤外発光素子をＬＥＤによって形成するとともに、
このＬＥＤのカソードを電流制御部のコネクタに接続し
たものである。すなわち、赤外発光素子の光量変化に対
して、外部より電流を可変し制御できるので、光量変化
の影響を受けない特性を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【００２０】図１は、本発明のトナー濃度センサ装置の
電気的構成を示すブロック図である。
電気的構成を示すブロック図である。
【００２１】すなわち、赤外受光素子（以下、フォトダ
イオードという）２のカソード端子は、オペアンプ（第
１のアンプ）ＯＰ１のプラス入力端子に接続されている
とともに、このプラス入力端子には、定電圧回路８によ
って安定化された基準電圧Ｖref1が与えられている。ま
た、赤外受光素子２のアノード端子は、オペアンプＯＰ
１のマイナス入力端子に接続されているとともに、感度
調整用ボリュームＶＲ１を介してオペアンプＯＰ１の出
力側に接続されている。また、オペアンプＯＰ１の出力
は、抵抗（第２の抵抗）Ｒ２を介してオペアンプ（第２
のアンプ）ＯＰ２のマイナス端子に接続されているとと
もに、出力端子とマイナス端子とが抵抗（第３の抵抗）
Ｒ３によって接続されており、オペアンプＯＰ２のプラ
ス端子には、定電圧回路８によって安定化された基準電
圧Ｖref1が与えられている。また、オペアンプＯＰ２の
出力は、マイクロコンピュータを搭載した制御部６のア
ナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換入力端子に接続されて
いる。
イオードという）２のカソード端子は、オペアンプ（第
１のアンプ）ＯＰ１のプラス入力端子に接続されている
とともに、このプラス入力端子には、定電圧回路８によ
って安定化された基準電圧Ｖref1が与えられている。ま
た、赤外受光素子２のアノード端子は、オペアンプＯＰ
１のマイナス入力端子に接続されているとともに、感度
調整用ボリュームＶＲ１を介してオペアンプＯＰ１の出
力側に接続されている。また、オペアンプＯＰ１の出力
は、抵抗（第２の抵抗）Ｒ２を介してオペアンプ（第２
のアンプ）ＯＰ２のマイナス端子に接続されているとと
もに、出力端子とマイナス端子とが抵抗（第３の抵抗）
Ｒ３によって接続されており、オペアンプＯＰ２のプラ
ス端子には、定電圧回路８によって安定化された基準電
圧Ｖref1が与えられている。また、オペアンプＯＰ２の
出力は、マイクロコンピュータを搭載した制御部６のア
ナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換入力端子に接続されて
いる。
【００２２】また、アノード端子に駆動電圧ＶCC（５
Ｖ）が与えられた赤外発光ダイオード（以下、ＬＥＤと
いう）１のカソード端子は、制御部６によって制御され
る電流制御部７のコネクタ７ａに、制御端子１ａを介し
て接続されている。ＬＥＤ１は、制御部６による電流制
御部７の制御によって駆動電流が制御されるようになっ
ている。なお、図中の符号９は感光体ドラム、符号１０
はトナーである。
Ｖ）が与えられた赤外発光ダイオード（以下、ＬＥＤと
いう）１のカソード端子は、制御部６によって制御され
る電流制御部７のコネクタ７ａに、制御端子１ａを介し
て接続されている。ＬＥＤ１は、制御部６による電流制
御部７の制御によって駆動電流が制御されるようになっ
ている。なお、図中の符号９は感光体ドラム、符号１０
はトナーである。
【００２３】上記構成において、本発明のトナー濃度セ
ンサ装置は、オペアンプＯＰ１をＣＭＯＳのオペアンプ
によって形成し、オペアンプＯＰ２をバイポーラのオペ
アンプによって形成している。
ンサ装置は、オペアンプＯＰ１をＣＭＯＳのオペアンプ
によって形成し、オペアンプＯＰ２をバイポーラのオペ
アンプによって形成している。
【００２４】図２は、図１に示す定電圧回路８の構成例
を示している。本例では、レギュレータ８１によって定
電圧回路８を構成している。すなわち、レギュレータ８
１の出力を抵抗Ｒ４とＲ５とで分圧した電圧を、オペア
ンプＯＰ３のプラス入力端子に導くとともに、基準電圧
Ｖref1の出力端子をマイナス入力端子に帰還させた構成
となっている。
を示している。本例では、レギュレータ８１によって定
電圧回路８を構成している。すなわち、レギュレータ８
１の出力を抵抗Ｒ４とＲ５とで分圧した電圧を、オペア
ンプＯＰ３のプラス入力端子に導くとともに、基準電圧
Ｖref1の出力端子をマイナス入力端子に帰還させた構成
となっている。
【００２５】ここで、図１において、フォトダイオード
２の出力電流ＩPD、感度調整用ボリュームＶＲ１の抵抗
値Ｒ１、基準電圧Ｖref1より、
２の出力電流ＩPD、感度調整用ボリュームＶＲ１の抵抗
値Ｒ１、基準電圧Ｖref1より、
【００２６】
【数１】 ＶX ＝Ｖref1−Ｒ１×ＩPD ・・・（１） が成立する。
【００２７】また、上記（１）式のＶX 、基準電圧Ｖre
f1、抵抗Ｒ２、Ｒ３より、図１の出力電圧Ｖ0 は、
f1、抵抗Ｒ２、Ｒ３より、図１の出力電圧Ｖ0 は、
【００２８】
【数２】 Ｖ0 ＝Ｖref1＋（Ｒ３／Ｒ２）×（Ｖref1−ＶX ） ・・・（２） となり、（２）式に（１）式を代入すると、
【００２９】
【数３】 Ｖ0 ＝Ｖref1＋（Ｒ３／Ｒ２）×Ｒ１×ＩPD ・・・（３） となる。この（３）式は、トナー濃度により変化するＩ
PDを増幅した値がＶ0 となることを示している。
PDを増幅した値がＶ0 となることを示している。
【００３０】この（３）式により得られるＶ0 のトナー
濃度の特性例を図３に示す。以上の式は、理想的なＶ0
の式を示したが、実際には、オペアンプＯＰ１の入力バ
イアス電流Ｉ0 、オペアンプＯＰ２の入力オフセット電
圧Ｖ0Sが出力に影響を及ぼし、出力の誤差となって表れ
る。そこで、上記（１）式においてＩ0 を考慮すると、
濃度の特性例を図３に示す。以上の式は、理想的なＶ0
の式を示したが、実際には、オペアンプＯＰ１の入力バ
イアス電流Ｉ0 、オペアンプＯＰ２の入力オフセット電
圧Ｖ0Sが出力に影響を及ぼし、出力の誤差となって表れ
る。そこで、上記（１）式においてＩ0 を考慮すると、
【００３１】
【数４】 ＶX ＝Ｖref1−Ｒ１×（ＩPD−Ｉ0 ） ・・・（１′） となる。また、上記（２）式においてＶ0Sを考慮する
と、
と、
【００３２】
【数５】 Ｖ0 ＝（Ｖref1＋Ｖ0S）＋（Ｒ３／Ｒ２）×［（Ｖref1＋Ｖ0S）−ＶX ］ ・・・（２′） となり、（２′）式に（１′）式を代入すると、
【００３３】
【数６】 Ｖ0 ＝（Ｖref1＋Ｖ0S）＋（Ｒ３／Ｒ２）×［（Ｖref1＋Ｖ0S）−Ｖx ］ ＝Ｖref1＋［（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２］×Ｖ0S ＋（Ｒ３／Ｒ２）×Ｒ１×（Ｉ PD −Ｉ0 ）・・・（３′） となる。
【００３４】（３）式と（３′）式とを見比べると、
［（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２］×Ｖ0S、および（Ｒ３／Ｒ
２）×Ｒ１×（−Ｉ0 ）の違いがある。これは、オペア
ンプＯＰ２のＶ0Sが（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２倍されて出力
誤差として表れること、およびオペアンプＯＰ１のＩ0
が（Ｒ３／Ｒ２）×Ｒ１倍されて出力誤差として表れる
ことを示している。
［（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２］×Ｖ0S、および（Ｒ３／Ｒ
２）×Ｒ１×（−Ｉ0 ）の違いがある。これは、オペア
ンプＯＰ２のＶ0Sが（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２倍されて出力
誤差として表れること、およびオペアンプＯＰ１のＩ0
が（Ｒ３／Ｒ２）×Ｒ１倍されて出力誤差として表れる
ことを示している。
【００３５】従って、これらオペアンプＯＰ１，ＯＰ２
の特性に起因して生じる出力誤差を低減するためには、
第１のアンプであるオペアンプＯＰ１に、Ｉ0 がバイポ
ーラのオペアンプより小さいＣＭＯＳのオペアンプを使
用し、第２のオペアンプであるオペアンプＯＰ２に、Ｖ
0SがＣＭＯＳのオペアンプより小さいバイポーラのオペ
アンプを使用すればよいことがわかる。
の特性に起因して生じる出力誤差を低減するためには、
第１のアンプであるオペアンプＯＰ１に、Ｉ0 がバイポ
ーラのオペアンプより小さいＣＭＯＳのオペアンプを使
用し、第２のオペアンプであるオペアンプＯＰ２に、Ｖ
0SがＣＭＯＳのオペアンプより小さいバイポーラのオペ
アンプを使用すればよいことがわかる。
【００３６】図１に示す回路において、出力電圧Ｖ0 は
（３）式で表されるので、基準電圧Ｖref1が変動する
と、Ｖ0 が変動してしまう。例えば、図５に示す回路に
より基準電圧Ｖref1を構成したとすると、
（３）式で表されるので、基準電圧Ｖref1が変動する
と、Ｖ0 が変動してしまう。例えば、図５に示す回路に
より基準電圧Ｖref1を構成したとすると、
【００３７】
【数７】 Ｖref1＝ＶCC×Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５） ・・・（４） としてＶref1を表すことができる。これは、ＶCCの変動
によりＶref1が変動してしまうことを示している。
によりＶref1が変動してしまうことを示している。
【００３８】そこで、本発明では、図２に示すように、
定電圧回路（本例ではレギュレータ８１としている）よ
り基準電圧を構成することにより、レギュレータ８１の
出力Ｖr （例えば、３Ｖ）は、ＶCC（例えば、５Ｖ）が
変動しても変化しない。従って、
定電圧回路（本例ではレギュレータ８１としている）よ
り基準電圧を構成することにより、レギュレータ８１の
出力Ｖr （例えば、３Ｖ）は、ＶCC（例えば、５Ｖ）が
変動しても変化しない。従って、
【００３９】
【数８】 Ｖref1＝Ｖr ×Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５） ・・・（５） で表せるＶref1は、電源電圧ＶCCが変動しても、Ｖr が
一定の値であるため、一定の値が得られることになる。
つまり、（３）式で表されるＶ0 は、ＶCCの変動の影響
を受けない特性が得られるようになる。
一定の値であるため、一定の値が得られることになる。
つまり、（３）式で表されるＶ0 は、ＶCCの変動の影響
を受けない特性が得られるようになる。
【００４０】次に、ＬＥＤ１の光量が変化したときの出
力電圧の変動特性を図４に示す。ＬＥＤ１の初期の良好
な出力特性を図４中に実線で示す特性（符号１１により
示す）とすると、例えば周囲温度の変動等によってＬＥ
Ｄ１の光量が増加したとき、図４中に一点鎖線で示す特
性（符号１２により示す）となり、出力が飽和してしま
う領域（符号１２ａにより示す）がある。逆に、周囲温
度の変動等によってＬＥＤ１の光量が減少したとき、図
４中に二点鎖線で示す特性（符号１３により示す）とな
る。
力電圧の変動特性を図４に示す。ＬＥＤ１の初期の良好
な出力特性を図４中に実線で示す特性（符号１１により
示す）とすると、例えば周囲温度の変動等によってＬＥ
Ｄ１の光量が増加したとき、図４中に一点鎖線で示す特
性（符号１２により示す）となり、出力が飽和してしま
う領域（符号１２ａにより示す）がある。逆に、周囲温
度の変動等によってＬＥＤ１の光量が減少したとき、図
４中に二点鎖線で示す特性（符号１３により示す）とな
る。
【００４１】この場合、ＬＥＤ１が初期の良好な出力特
性が得られる状態において、感光体８にトナーが付着し
ていないとき（トナー濃度０mg／cm2 ）の出力電圧値
（図４中の符号１１で示す特性のトナー濃度０mg／cm2
時の出力）を初期の出力電圧値として記憶部に記憶して
おき、以後の使用中において感光体８にトナーが付着し
ていないときの出力電圧値と、記憶部に記憶されている
初期の出力電圧値とを定期的に比較し、実際の出力電圧
値が初期の初期の出力電圧値に一致するように、ＬＥＤ
１の駆動電流を制御することが可能である。しかしなが
ら、出力の変化量が初期の出力電圧特性（符号１１によ
り示す）と比較して小さくなる方向のため、検出精度的
には悪くなる方向となる。
性が得られる状態において、感光体８にトナーが付着し
ていないとき（トナー濃度０mg／cm2 ）の出力電圧値
（図４中の符号１１で示す特性のトナー濃度０mg／cm2
時の出力）を初期の出力電圧値として記憶部に記憶して
おき、以後の使用中において感光体８にトナーが付着し
ていないときの出力電圧値と、記憶部に記憶されている
初期の出力電圧値とを定期的に比較し、実際の出力電圧
値が初期の初期の出力電圧値に一致するように、ＬＥＤ
１の駆動電流を制御することが可能である。しかしなが
ら、出力の変化量が初期の出力電圧特性（符号１１によ
り示す）と比較して小さくなる方向のため、検出精度的
には悪くなる方向となる。
【００４２】そこで、本発明では、ＬＥＤ１の電流をセ
ンサ装置の外部に設けられた電流制御部７によって可変
できるようにしている。これにより、トナー濃度０mg／
cm2時の出力電圧Ｖ0 が初期値より変化した場合（すな
わち、図４において符号１２，１３に示す特性となった
場合）、符号１１により示す初期の出力特性となるよう
に電流制御部７によりＬＥＤ１の電流値を可変する。こ
れにより、ＬＥＤ１の発光光量が、周囲温度の変動や経
時変化等により変化しても、ＬＥＤ１の電流を可変する
ことにより、初期の特性と同じ特性を得ることができる
ものである。
ンサ装置の外部に設けられた電流制御部７によって可変
できるようにしている。これにより、トナー濃度０mg／
cm2時の出力電圧Ｖ0 が初期値より変化した場合（すな
わち、図４において符号１２，１３に示す特性となった
場合）、符号１１により示す初期の出力特性となるよう
に電流制御部７によりＬＥＤ１の電流値を可変する。こ
れにより、ＬＥＤ１の発光光量が、周囲温度の変動や経
時変化等により変化しても、ＬＥＤ１の電流を可変する
ことにより、初期の特性と同じ特性を得ることができる
ものである。
【００４３】
【発明の効果】本発明のトナー濃度センサ装置は、赤外
受光素子の信号を処理するアンプが第１のアンプと第２
のアンプとで構成し、第１のアンプは、プラス入力端子
に基準電圧の入力端子と赤外受光素子であるフォトダイ
オードのカソード端子とを接続し、マイナス端子にフォ
トダイオードのアノード端子を接続するとともに、第１
の抵抗である感度調整用ボリュームを介してその出力側
に帰還し、第２のアンプは、プラス入力端子に基準電圧
の入力端子を接続し、マイナス端子に第１のアンプの出
力を第２の抵抗を介して接続するとともに、第３の抵抗
を介してその出力側に帰還し、かつ第１のアンプをＣＭ
ＯＳのオペアンプによって形成するとともに、第２のア
ンプをバイポーラのオペアンプによって形成している。
つまり、出力誤差の少ないオペアンプを使用した増幅回
路の構成としたので、カラートナー濃度をより高精度に
測定することができる。
受光素子の信号を処理するアンプが第１のアンプと第２
のアンプとで構成し、第１のアンプは、プラス入力端子
に基準電圧の入力端子と赤外受光素子であるフォトダイ
オードのカソード端子とを接続し、マイナス端子にフォ
トダイオードのアノード端子を接続するとともに、第１
の抵抗である感度調整用ボリュームを介してその出力側
に帰還し、第２のアンプは、プラス入力端子に基準電圧
の入力端子を接続し、マイナス端子に第１のアンプの出
力を第２の抵抗を介して接続するとともに、第３の抵抗
を介してその出力側に帰還し、かつ第１のアンプをＣＭ
ＯＳのオペアンプによって形成するとともに、第２のア
ンプをバイポーラのオペアンプによって形成している。
つまり、出力誤差の少ないオペアンプを使用した増幅回
路の構成としたので、カラートナー濃度をより高精度に
測定することができる。
【００４４】また、本発明のトナー濃度センサ装置は、
第１のアンプの基準電圧及び第２のアンプの基準電圧を
定電圧回路によって安定化しているので、電源電圧が変
動しても、センサの出力特性に影響を及ぼさないため、
カラートナー濃度をより高精度に測定することができ
る。
第１のアンプの基準電圧及び第２のアンプの基準電圧を
定電圧回路によって安定化しているので、電源電圧が変
動しても、センサの出力特性に影響を及ぼさないため、
カラートナー濃度をより高精度に測定することができ
る。
【００４５】また、本発明のトナー濃度センサ装置は、
赤外発光素子をＬＥＤによって形成するとともに、この
ＬＥＤのカソードを電流制御部のコネクタに接続した構
成としている。すなわち、赤外発光素子の光量変化に対
して、外部より電流を可変し制御できるので、光量変化
の影響を受けない特性を得ることができるため、カラー
トナー濃度をより高精度に測定することができる。
赤外発光素子をＬＥＤによって形成するとともに、この
ＬＥＤのカソードを電流制御部のコネクタに接続した構
成としている。すなわち、赤外発光素子の光量変化に対
して、外部より電流を可変し制御できるので、光量変化
の影響を受けない特性を得ることができるため、カラー
トナー濃度をより高精度に測定することができる。
【図１】本発明のトナー濃度センサ装置の電気的構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】図１に示す定電圧回路の回路構成図である。
【図３】出力トナー濃度の特性例を示すグラフである。
【図４】赤外発光ダイオードの光量が変化したときの出
力電圧の変動特性を示すグラフである。
力電圧の変動特性を示すグラフである。
【図５】基準電圧を得るための回路構成図である。
【図６】（ａ）は従来のトナー濃度センサの実施形態の
一例を示す正面図、（ｂ）はその側面図である。
一例を示す正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図７】従来のトナー濃度センサ装置の電気的構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図８】ブラックトナーの分光反射率の概略を示すグラ
フである。
フである。
【図９】感光体ドラムの分光反射率の概略を示すグラフ
である。
である。
【図１０】（ａ）はイエロートナーの分光反射率の概略
を示すグラフ、（ｂ）はマゼンタトナーの分光反射率の
概略を示すグラフ、（ｃ）はシアントナーの分光反射率
の概略を示すグラフである。
を示すグラフ、（ｂ）はマゼンタトナーの分光反射率の
概略を示すグラフ、（ｃ）はシアントナーの分光反射率
の概略を示すグラフである。
１赤外発光ダイオード（ＬＥＤ） ２赤外受光素子（フォトダイオード） ＯＰ１オペアンプ（ＣＭＯＳのオペアンプ） ＯＰ２オペアンプ（バイポーラのオペアンプ） ＶＲ１感度調整用ボリュームＲ１ 第１の抵抗 Ｒ２ 第２の抵抗 Ｒ３ 第３の抵抗
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03G 15/00 G03G 15/01 G03G 15/08 G03G 21/00 - 21/04 G03G 21/14 G01N 21/00 - 21/61 H03F 1/00 - 3/52
Claims (4)
- 【請求項１】 赤外発光素子から感光体上の所定領域に
赤外光を照射し、赤外受光素子にて受光される赤外光量
に基づいて感光体に付着したトナー濃度を検出するトナ
ー濃度センサ装置において、 前記赤外受光素子の信号を処理するアンプが第１のアン
プと第２のアンプとで構成され、前記第１のアンプは、
プラス入力端子に基準電圧の入力端子と前記赤外受光素
子であるフォトダイオードのカソード端子とが接続さ
れ、マイナス端子に前記フォトダイオードのアノード端
子が接続されるとともに、第１の抵抗を介してその出力
側に接続され、前記第２のアンプは、プラス入力端子に
基準電圧の入力端子が接続され、マイナス端子に前記第
１のアンプの出力が第２の抵抗を介して接続されるとと
もに、第３の抵抗を介してその出力側に接続され、かつ
前記第１のアンプがＣＭＯＳのオペアンプによって形成
されるとともに、前記第２のアンプがバイポーラのオペ
アンプによって形成されていることを特徴とするトナー
濃度センサ装置。 - 【請求項２】 前記第１の抵抗が感度調整用ボリューム
であることを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度セ
ンサ装置。 - 【請求項３】 前記第１のアンプの基準電圧及び前記第
２のアンプの基準電圧を安定化する定電圧回路を備え、
該定電圧回路は、レギュレータと、該レギュレータの出
力を抵抗で分圧した電圧がプラス入力端子に導かれると
ともに、出力端子をマイナス入力端子に帰還させたオペ
アンプとからなることを特徴とする請求項１又は２のい
ずれかに記載のトナー濃度センサ装置。 - 【請求項４】 前記赤外発光素子をＬＥＤによって形成
するとともに、このＬＥＤのカソードを電流制御部のコ
ネクタに接続したことを特徴とする請求項１、２又は３
のいずれかに記載のトナー濃度センサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24856997A JP3218208B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | トナー濃度センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24856997A JP3218208B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | トナー濃度センサ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1184768A JPH1184768A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3218208B2 true JP3218208B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=17180099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24856997A Expired - Fee Related JP3218208B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | トナー濃度センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218208B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002229280A (ja) | 2001-01-31 | 2002-08-14 | Sharp Corp | トナー位置ずれ検出センサおよびそれを用いたカラー画像形成装置ならびにトナー位置ずれ検出方法 |
-
1997
- 1997-09-12 JP JP24856997A patent/JP3218208B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1184768A (ja) | 1999-03-30 |
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