JP4110027B2 - 光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照射対象物に対して照射した入射光の正反射光を受光する光学センサ及びこの光学センサを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像形成装置においては、安定した画像濃度を得るために、感光体等の像担持体表面に濃度検知用トナーパッチ（基準パターン）を作成し、そのパッチの濃度を光学センサにより検出するものがある。この画像形成装置では、その光学センサによる検出結果に基づき、潜像形成用の書込光強度、帯電バイアス、現像バイアス等を変更して現像ポテンシャルを調節したり、２成分現像方式の場合には現像器内のトナー濃度の目標値を調節したりするような画像濃度制御を行う。この光学センサは、基準パターンを検出対象することからＰ（パターン）センサと呼ばれ、発光手段と受光手段とを備えた反射型光学センサが一般的に用いられる。
【０００３】
反射型光学センサには、照射対象物に照射した光が正反射したときの正反射光を検出するものがあり、このような反射型光学センサは、特許文献１等に開示されている。正反射光を検出する反射型光学センサをＰセンサとして用いたときの検出原理は、感光体ドラム上のトナー濃度（トナー付着量）を検出する場合を例に挙げて説明すれば、次のとおりである。
感光体ドラムの表面（照射対象物）にトナーが付着していない場合、入射光は、感光体ドラム表面で正反射し、その感光体ドラム表面の反射率に応じた正反射光が受光素子に受光される。これに対し、感光体ドラムの表面にトナーが付着している場合、入射光がトナーに吸収されたり、トナーによって乱反射したりする。そのため、入射光が感光体ドラム表面に到達する前にトナーに遮られたり、感光体ドラム表面からの正反射光が受光素子に到達する前にトナーに遮られたりすると、正反射光が受光素子で受光されない。よって、感光体ドラムの表面上のトナー付着量が多くなるにつれて、受光素子での受光量が減ることになる。したがって、受光素子での受光量に基づいて、感光体ドラム表面上のトナー付着量を検出することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−３５４５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、照射対象物である感光体ドラム５の表面に、トナーが付着している様子を示す模式図である。Ｐセンサの図示しない発光素子から入射光Ｌ1が照射されると、トナーＴに邪魔されなければ、その入射光Ｌ1が感光体ドラム表面で正反射し、その正反射光Ｌ2が図示しない受光素子で受光される。しかし、図中斜線で示す領域の入射光は、トナーＴに邪魔されて受光素子に到達することができない。正反射光を検出する場合には、入射光の光路が感光体ドラム表面の法線方向Ｚに対して傾斜している必要がある。そのため、受光素子により受光される正反射光に寄与しない感光体ドラム表面部分の面積Ｓ1は、感光体ドラム表面に対するトナーＴの正投影面積、すなわち、感光体ドラム表面を実際にトナーが占有している部分の面積Ｓ0よりも大きくなる。すなわち、感光体ドラム表面を実際にトナーが占有している部分の面積Ｓ0に対する、受光素子により受光される正反射光に寄与しない感光体ドラム表面部分の面積Ｓ1の比率（以下、「シャドーファクター」という。）が大きくなる。よって、図１２（ｂ）に示すように、１個のトナーＴ1に対して別のトナーＴ2が近接していると、これらの間のスペースＳ2については、トナーが存在していないにも関わらず、その正反射光が受光素子で受光されることはない。その結果、スペースＳ2程度の間隔をあけて感光体ドラム上にトナーが付着した段階で、それ以上トナーが付着しても、これをＰセンサによって検出することが困難となる。したがって、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下し、その付着量を検出することは困難となる。
【０００６】
図１３は、感光体ドラム表面に付着した黒トナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフである。また、図１４は、感光体ドラム表面に付着したカラートナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフである。これらのグラフからわかるように、黒トナー及びカラートナーのいずれの場合も、付着量がおよそ０．３ｍｇ／ｃｍ2程度になるまでは、トナー付着量の増加に対するＰセンサの出力電圧変化量が十分大きいので、トナー付着量を検出することが可能である。しかし、付着量がこれ以上多くなると、Ｐセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなり、トナー付着量を検出することができない。なお、図１４に示すように、カラートナーの場合には、Ｐセンサの出力電圧がおよそ０．４ｍｇ／ｃｍ2を境に単調減少から単調増加に転じている。これは、黒トナーの場合にはトナーが光を吸収するのに対し、カラートナーは光を乱反射させるという性質から生じた現象である。すなわち、カラートナーの場合、正反射光のほかトナーによる乱反射光も受光素子に受光されるが、その受光素子に受光される乱反射光の光量がトナー付着量の増加に伴って増加した結果の現象である。
【０００７】
特に、近年では、トナーの小粒径化が進み、また、トナーの円形度も向上していることから、正反射光を検出するＰセンサによるトナー付着量の検出限界が実質的に狭くなる状況となっている。すなわち、図１３や図１４に示したグラフで説明すれば、トナー付着量に対するＰセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなる地点が、トナー付着量の低い方にシフトする状況にある。
詳しく説明すると、トナーの重量平均粒径が８μｍ以下という小粒径トナーの場合、１個のトナーが定着時の熱と圧力によって引き延ばされて記録紙表面を覆う面積は小さい。よって、同じ画像濃度を得る場合には、トナーの粒径が小さいほど多くのトナーが必要となるので、所望の画像濃度を得るために像担持体表面上のトナー付着量を検出するときには、トナーの粒径が小さいほどトナー付着量が多い領域を感度よく検出する必要がある。すなわち、トナーの粒径が小さくなるにつれて、Ｐセンサによるトナー付着量の検出範囲が高付着量側にシフトするため、Ｐセンサによるトナー付着量の検出限界が実質的に狭くなる。しかも、トナー付着量は、図１３や図１４に示したグラフのように、通常、単位面積当たりのトナー重量で表され、このトナー重量はトナーの体積に比例する。この場合、トナーの径が小さくなると、トナー半径をＲとすれば、トナーの体積は１／Ｒ3に比例して小さくなるため、トナー重量も１／Ｒ3に比例して小さくなる。そのため、トナー付着量に対するＰセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなる地点は、トナー付着量の低い方にシフトする。したがって、Ｐセンサによるトナー付着量の検出限界が更に狭いものとなる。
また、平均円形度が０．９３以上という円形度の高いトナーの場合、一般に、上記シャドーファクターが大きくなる。そのため、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下し、その付着量を検出することは困難となる。
【０００８】
以上の説明では、感光体ドラム上のトナー付着量を検出するための光学センサについて説明したが、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の量を正反射光の受光により検出する光学センサであれば、検出可能範囲が狭いという上記と同様の問題を有する。
【０００９】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の付着量を、感度よく検出できる範囲を従来に比べて広げることが可能な光学センサ及び画像形成装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、少なくとも１つの発光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する受光手段とを備えた光学センサにおいて、上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路のうち該照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、該照射対象物からの正反射光が上記受光手段に至るまでの正反射光路のうち該照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が、２５°以下となるように構成し、上記正反射光路に、光放散部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の光学センサにおいて、上記入射光路に集光部材を設け、上記発光手段から該集光部材までの距離をａ1とし、該集光部材から上記照射対象物までの距離をｂ1とし、該集光部材の焦点距離をｆ1とし、かつ、上記光放散部材から上記受光手段までの距離をａ2とし、該照射対象物から該光放散部材までの距離をｂ2とし、該光放散部材の焦点距離をｆ2としたとき、次の２つの演算式のうちの少なくとも一方を満たすように、該集光部材及び該光放散部材を配置したことを特徴とするものである。
１／ａ1＋１／（ｂ1＋ｂ2）＝１／ｆ1
１／ａ2＋１／（ｂ1＋ｂ2）＝１／ｆ2
また、請求項３の発明は、請求項１の光学センサにおいて、上記光放散部材における上記照射対象物に対向する側の面が平面であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２の光学センサにおいて、上記集光部材における上記照射対象物に対向する側の面が平面であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、１、２、３又は４の光学センサにおいて、上記発光手段及び上記受光手段を、単一のパッケージに封入したことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の光学センサにおいて、上記発光手段及び上記受光手段の両方を、該発光手段の光学素子及び該受光手段の光学素子が基板上に表面実装された表面実装光学手段で構成し、該発光手段の光学素子と該受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の同一面に表面実装するとともに、これらの光学素子を結ぶ線分上に遮光手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の光学センサにおいて、上記遮光手段として、上記基板に実装された実装部品を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項６又は７の光学センサにおいて、上記表面実装光学手段を、実装部品が光路を遮らないように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項６、７又は８の光学センサにおいて、上記表面実装光学手段として、光路に対向する基板上に表面実装部品が表面実装されたものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、光を正反射させる表面を有する像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、上記光学センサとして、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の光学センサを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の画像形成装置において、上記トナー像を構成するトナーとして、重量平均粒径が８μｍ以下のものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１０又は１１の画像形成装置において、上記トナー像を構成するトナーとして、平均円形度が０．９３以上のものを用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において、光学センサは、入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する。この光学センサは、その照射対象物上に、光を吸収したり、光を乱反射させたりする物体が付着したときの付着量の検出や、そのような物体の付着位置の検出などに利用することができる。
そして、本発明の一態様に係る光学センサは、発光手段からの入射光が照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、その照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が２５°以下となるように構成されている。好ましくは、この角度が２５°以下とする。この角度が２５°以下であれば、受光手段により受光される正反射光に寄与しない照射対象物部分の面積を、照射対象物上に付着する物体が実際に占有している照射対象物の面積に十分に近づけることができる。すなわち、シャドーファクターを小さくすることができる。よって、その物体の付着量が多くても、これを十分な感度で検出することができるようになり、その付着量を感度よく検出できる範囲が広がる。
なお、上記角度を狭くする方法としては、通常、光学センサの発光手段を構成する発光素子と受光手段を構成する受光素子とを互いに近接させる方法が採られる。しかし、各素子が互いに接触するまでしか近接させることができないため、近接させるにも限界がある。また、通常、発光素子と受光手段との間には、発光手段からの光が直接受光手段に受光されないように遮光部材を設ける必要もあるため、この理由からも、発光素子と受光手段とを近接させることは困難である。また、各素子を互いに近接させた状態で照射対象物から離せば、上記角度を更に狭くすることは可能である。しかし、各素子を照射対象物から離すほど、光量が不足し、結果的に光学センサの感度を落とす結果となる。このような理由から、従来の光学センサでは、上記角度を２５°以下とすることは困難であった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、電子写真方式のカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。
図２は、本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す断面図である。このプリンタ１は、装置本体の下部に給紙部２が設けられ、その上方に作像部３を配置した構成となっている。装置上面には排紙トレイ６０が形成されている。図中破線は、記録材としての記録紙の搬送経路を示している。記録紙は、給紙部２から給紙され、作像部３にて形成した画像が表面に転写された後、定着装置５０で定着され、排紙トレイ６０に排紙される。なお、図中符号ｈで示すように、装置側面からは手差し給紙が可能となっている。また、装置本体の側面には両面装置９０が装着されている。記録紙の両面に画像を形成する場合、片方の面に画像を形成して定着した後、その記録紙を図中破線ｒで示すように搬送し、両面装置９０を介して記録紙の表裏を反転させた後、再搬送部４０を経て再給紙され、他方の面に画像が形成される。
【００１５】
上記作像部３には、給紙側を下に、排紙側を上となるように傾斜して配置された転写搬送ベルト装置２０が配設されている。この転写搬送ベルト装置２０の上部走行面に沿って、下から順にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｂｋ）用の４つの作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋが並んで配置されている。各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋの構成は同じであるので、以下、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍを例に挙げて説明する。
【００１６】
図３は、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍの詳細を示す拡大図である。作像ユニット４Ｍは、像担持体としての感光体ドラム５Ｍを備えており、感光体ドラム５Ｍは図示していない駆動手段によって図中時計方向へ回転駆動される。感光体ドラム５Ｍの周りには、帯電ロール６Ｍ、現像装置１０Ｍ、クリーニング装置９Ｍ、トナー付着量検出センサ（以下、「Ｐセンサ」という。）３０Ｍ等が設けられている。現像装置１０Ｍは、現像剤担持体としての現像スリーブ１１Ｍに担持したトナーを感光体ドラム５Ｍに付与する。潜像形成手段としての光書込装置８からのレーザ光は、図２に示すように、帯電ロール６Ｍと現像スリーブ１１Ｍとの間から感光体ドラム５Ｍに照射される。なお、Ｐセンサ３０Ｍの構成及び動作の詳細については、後述する。
【００１７】
転写搬送ベルト装置２０には、無端ベルト状の転写搬送ベルト２１が設けられている。この転写搬送ベルト２１は、駆動ローラ２２、従動ローラ２３及びテンションローラ２４，２５に張架されている。転写搬送ベルト２１の上部走行面の内側には、各色作像ユニット４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋの感光体ドラム５Ｍ，５Ｃ，５Ｙ，５Ｂｋにそれぞれ対向する位置に、転写手段を構成する転写ブラシ２８が接触している。この転写ブラシ２８には、トナーの帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）とは逆極性（プラス極性）の転写バイアスが印加される。また、従動ローラ２３の上部には、転写搬送ベルト２１を挟んで紙吸着ローラ２７が設けられている。記録紙は、従動ローラ２３と吸着ローラ２７の間から転写搬送ベルト２１上に送り出され、吸着ローラ２７に印加されたバイアス電圧によって静電的に転写搬送ベルト２１上に吸着された状態で搬送される。本実施形態では、プロセス線速が１２５ｍｍ／ｓｅｃに設定されており、この速度で記録紙が搬送される。
【００１８】
定着装置５０は、本実施形態ではベルト定着方式を採用しており、定着ローラ５２と加熱ローラ５３とに定着ベルト５４が巻き掛けられた構成となっている。定着ローラ５２と加圧ローラ５１は、互いに圧接しており、定着ニップを形成している。加熱ローラ５３及び加圧ローラ５１には図示しないヒータが内蔵されている。
【００１９】
次に、本プリンタ１におけるプリント動作について説明する。なお、以下の説明では、色分け符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋについては、適宜省略する。
各色の作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋにおいて、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋは、図示しないメインモータにより回転駆動される。そして、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面は、まず、帯電ロール６に印加されたＡＣバイアス（ＤＣ成分はゼロ）により除電され、その表面電位が本実施形態では約−５０Ｖとなる。次に、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋは、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳した電圧を帯電ロール６に印加することにより、そのＤＣ成分にほぼ等しい電位に均一に帯電され、その表面電位が本実施形態では約−５００Ｖ〜−７００Ｖに帯電される。なお、目標帯電電位は図示しないプロセス制御部により決定される。
【００２０】
このように帯電された各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面には、光書込装置８により各色に対応した静電潜像がそれぞれ形成される。光書込装置８は、パソコン等のホストマシンより送られた画像データに基づき、図示しないＬＤ（レーザダイオード）を駆動して、レーザ光をポリゴンミラー７に照射する。このレーザ光は、シリンダーレンズ等を介して、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面上に導かれる。レーザ光が照射された部分の感光体表面電位は、約−５０Ｖとなり、この部分がトナーで現像すべき静電潜像となる。
【００２１】
この静電潜像に現像装置１０からトナーが付与されると、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面には、それぞれの色のトナー像が形成される。本実施形態では、現像スリーブ１１に、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳した現像バイアス（−３００Ｖ〜−５００Ｖ）が印加される。よって、現像スリーブ１１に担持されたマイナス極性のトナーは、現像電界により、光書き込みにより電位が低下した感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面部分（静電潜像部分）にのみ付着し、光書き込みされずに電位が低下していない感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面部分（非静電潜像部分）には付着しない。これにより、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの静電潜像部分に、各色トナー像がそれぞれ形成される。
【００２２】
一方、給紙部２からは記録紙が給紙され、給紙された記録紙は転写搬送ベルト装置２０の搬送方向上流側に設けられたレジストローラ対４１に一旦突き当たる。そして、記録紙は、各色トナー像の転写タイミングに同期するようにして、転写搬送ベルト２１上により搬送され、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋに対向する転写位置に至る。この転写位置には、転写搬送ベルト２１の裏面側に配置された転写ブラシ２８に印加される転写バイアスの作用により転写電界が形成される。この転写電界により、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上の各色トナー像は、記録材上に互いに重ね合わさるように順次転写される。
なお、モノクロ画像をプリントする場合は、黒用の作像ユニット４Ｂｋの感光体ドラム５Ｂｋにのみ黒トナーによるトナー像を形成し、このトナー像の転写タイミングに同期するようにして転写搬送ベルト２１により記録紙を搬送して、黒トナー像のみ転写を行う。
【００２３】
このようにして、各色トナー像が転写された記録紙は、駆動ローラ２２の位置で転写搬送ベルト２１から曲率分離され定着装置５０に送られる。そして、定着装置５０の定着ニップを通過する際、熱と圧力により、各色トナー像が記録紙上に定着される。定着を終えた記録紙は、装置本体の上面に設けられた排紙トレイ６０に排紙されるか、図２中符号：ｒで示すように両面装置９０へ受け渡される。
【００２４】
以下、本発明の特徴部分である、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面上のトナー付着量の検出について説明する。
本実施形態のプリンタ１においては、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、各色の画像濃度を適正化するためのプロセスコントロール動作（以下、「プロコン動作」という。）を実行する。このプロコン動作では、濃度検知用パッチ（以下、「基準パターン」という。）を、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上にそれぞれ形成する。各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上にそれぞれ形成される基準パターンは、帯電バイアス及び現像バイアスを順次切り替えることにより、連続階調の基準パターンとする。すなわち、本実施形態では、トナー付着量が階調的に変化するライン状の基準パターンを、感光体ドラムの表面移動方向に沿って作成する。そして、この基準パターンを、図２に示すように、各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋに設けられたＰセンサ３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｂｋで検出する。
【００２５】
なお、本実施形態では、感光体ドラム上の基準パターンを検出する場合であるが、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上に形成した基準パターンを、転写搬送ベルト２１上に転写した後に検出する構成としてもよい。この場合、Ｐセンサ３０は、転写搬送ベルト２１に対向するように配置する。具体的には、例えば、図４に示すように、転写搬送ベルト装置２０のテンションローラ２４に対向する位置に配置する。記録紙を搬送する転写搬送ベルト２１の部分には作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋが対向しているためＰセンサ３０を配置するスペース的に余裕が少ないが、図４に示すように記録紙を搬送しない転写搬送ベルト２１の部分にはスペース的に余裕があり、Ｐセンサの配置よるスペース増大あるいは機器配置の複雑化を防ぐことができる。なお、転写搬送ベルト２１上に転写した後に基準パターンを検出する構成とする場合には、各色の基準パターンが互いに重ならないように転写搬送ベルト２１上に転写する。
【００２６】
なお、Ｐセンサ３０を、転写搬送ベルト２１の位置ズレ検知手段として兼用することが可能である。すなわち、転写搬送ベルト２１に所定のマークを設け、これをＰセンサ３０で検出することにより、転写搬送ベルト２１の主走査方向のズレを検知することができる。
【００２７】
次に、本実施形態におけるＰセンサ３０の構成について説明する。
各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋに設けられたＰセンサの構成は同じであるので、以下、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍに設けられたＰセンサ３０Ｍを例に挙げて説明する。なお、以下の説明では、色分け符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋについては、適宜省略する。
【００２８】
図１は、本実施形態におけるＰセンサ３０の概略構成を示す断面図である。本実施形態におけるＰセンサ３０は、主に、発光手段としての発光素子３１と、正反射光を受光するための受光手段としての第１受光素子３２と、乱反射光を受光するための第２受光素子３３とからなる構成されている。各素子３１，３２，３３は、プリント基板３４上に実装されており、単一のパッケージ３５に封入されている。パッケージ３５には、発光素子３１から照射される入射光が感光体ドラム５の表面に至るまでの入射光路を確保するための通路、及び、感光体ドラム５の表面で正反射した正反射光が第１受光素子３２に至るまでの正反射光路を確保するための通路がそれぞれ形成されている。本実施形態では、発光素子３１として、ピーク発光波長が９５０ｎｍのＧａＡｓ発光ダイオードを用い、第１受光素子３２及び第２受光素子３３として、ピーク分光感度波長が８００ｎｍのＳｉフォトトランジスタを用いている。なお、第１受光素子３２及び第２受光素子３３としては、Ｓｉフォトトランジスタのほか、ＰＤ（フォトダイオード）などの他の受光素子を用いることもできる。
【００２９】
本実施形態では、各感光体ドラム５上に連続階調の基準パターンを作成し、トナー濃度が階調的に変化する基準パターンのトナー付着量をＰセンサ３０で連続的に検出する。Ｐセンサ３０における第１受光素子３２及び第２受光素子３３の出力は、図示しない制御部に送られる。この制御部では、これらの出力から得られる正反射光量及び乱反射光量に基づき、基準パターンのトナー付着量を連続的に把握し、この把握したトナー付着量と予め決められた目標付着量とを比較する。そして、この比較結果に基づいて、制御部は、画像濃度制御手段として機能し、光書込装置８のレーザ光の強度、帯電ロール６へ印加する帯電バイアス、現像スリーブ１１に印加する現像バイアス、現像器内へのトナー補給量などを適宜変更し、画像濃度が所望の濃度になるように調節する。
【００３０】
ところで、本実施形態では、重量平均粒径が８μｍ以下という小粒径のトナーを使用している。そのため、上述したように、トナー付着量が多い領域についてＰセンサによる検出を行う必要があるため、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭くして、トナー付着量の多い領域でも十分な感度で検出できるようにする必要がある。
なお、トナーの重量平均粒径は、種々の方法によって測定でき、例えばコールターカウンターを使用して測定することができる。このコールターカウンターとしては、例えばコールターカウンターII型（コールター社製）を利用することができる。そして、このようなコールターカウンターにより得られた測定結果に基づいて、例えば個数分布、体積分布といった特性について解析することにより、トナーの重量平均粒径を求めることができる。コールターカウンターによる測定で使用する電解液としては、１級塩化ナトリウムを使用して調節した１［％］塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。
【００３１】
また、本実施形態で使用するトナーは、いわゆる重合法によって形成されたトナーであり、その形状は真球に近く、その平均円形度は０．９３以上である。そのため、上述したように、シャドーファクターが大きくなり、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下するため、トナー付着量の多い領域でも十分な感度で検出できるようにする必要がある。
なお、トナーの平均円形度は、各トナーの円形度の平均値であり、次の方法により測定したものである。各トナーの円形度の測定は、株式会社ＳＹＳＭＥＸ製フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を用いて行った。この測定では、まず、１級塩化ナトリウムを用いて、１［％］のＮａＣｌ水溶液を調整する。その後、このＮａＣｌ水溶液を０．４５のフィルターを通して５０〜１００［ｍｌ］の液を得て、これに分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を０．１〜５［ｍｌ］加え、更に試料を１〜１０［ｍｇ］加える。これを、超音波分散機で分散処理を１分間行い、粒子濃度を５０００〜１５０００［個／μｌ］に調整し、分散液を得る。この分散液をＣＣＤカメラで撮像し、トナーの２次元投影画像の面積と同じ面積をもつ円の円周長を、そのトナーの２次元投影画像の周囲長で割った値を、各トナーの円形度として用いた。なお、ＣＣＤの画素の精度から、トナーの２次元投影画像の面積と同じ面積をもつ円の直径（円相当径）が０．６［μｍ］以上であるトナーを有効なものとした。トナーの平均円形度は、各トナーの円形度を得た後、測定範囲内にある全トナーの円形度をすべて足し合わせ、それをトナー個数で割った値を用いたものである。
【００３２】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、感光体ドラム表面の法線方向における相対位置が互いにズレるように、発光素子３１及び第１受光素子３２を配置している。このように配置することで、発光素子３１と第１受光素子３２とを近接させても、互いが接触することがない。そして、図示のように、発光素子３１から照射される入射光の感光体ドラム５の表面に対する入射光路の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を入射角θ0とし、感光体ドラム表面で正反射した正反射光の正反射光路の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を正反射角θ1としたとき、本実施形態では、その入射角θ0と正反射角θ1とを加算した角度が、従来のＰセンサでは困難であった２５°以下、好ましくは２０°以下となるように設定することができる。
【００３３】
〔参考例１〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための参考例（以下、本参考例を「参考例１」という。）について説明する。
図１に示した構成であっても、発光素子３１が正反射光路を遮るように配置することはできないので、発光素子３１と第１受光素子３２とを近接させるにも限界がある。そこで、本参考例１では、発光素子３１と第１受光素子３２との間を互いに近接させずに、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を設けた構成を採用し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００３４】
図５は、本参考例１におけるＰセンサ１３０の概略構成を示す断面図である。
本参考例１のＰセンサ１３０の発光素子３１、第１受光素子３２及び第３受光素子３３は、図１に示したＰセンサ３０と同様である。しかし、本参考例１のＰセンサ１３０では、感光体ドラム表面法線方向における相対位置との発光素子３１及び第１受光素子３２がズレていない。そのため、このままでは、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができない。そこで、本参考例１では、入射光路及び正反射光路の途中に、進行方向変更手段としての光反射部材である反射ミラー１３６ａ，１３６ｂがそれぞれ設けている。
【００３５】
このような構成により、発光素子３１から照射された入射光は、反射ミラー１３６ａに反射することでその進行方向が変更される。したがって、入射光は、反射ミラー１３６ａに至るまでの入射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面に到達する直前の入射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、反射ミラー１３６ｂに反射することでその進行方向が変更される。したがって、入射光の場合と同様、反射ミラー１３６ｂから第１受光素子３２に至るまでの正反射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面で正反射した直後の正反射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。したがって、本参考例１における構成によれば、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置を任意に決定しても、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂの位置及び姿勢を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００３６】
なお、本参考例１では、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂにより、光を反射させて光の進行方向を変更する場合について説明したが、図６に示すように、光ファイバー等の光案内手段を光進行方向変更手段として用い、光の進行方向を変更するようにしてもよい。この場合、光案内手段の内部壁が光反射部材として機能する。また、回析格子等を光進行方向変更手段として用い、光の進行方向を変更するようにしてもよい。
【００３７】
〔参考例２〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための他の参考例（以下、本参考例を「参考例２」という。）について説明する。
本参考例２は、上記参考例１と同様、発光素子３１と第１受光素子３２との間を互いに近接させずに、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を設けた構成を採用し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００３８】
図７は、本参考例２におけるＰセンサ２３０の概略構成を示す断面図である。
本参考例２のＰセンサ２３０の基本構成は、上記参考例１と同様である。しかし、本参考例２のＰセンサ２３０は、入射光路及び正反射光路の途中に、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂの代わりに、進行方向変更手段としての光屈折部材である屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂがそれぞれ設けている。
このような構成により、発光素子３１から照射された入射光は、屈折レンズ２３６ａを透過することで屈折され、その進行方向が変更される。したがって、入射光は、屈折レンズ２３６ａに至るまでの入射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面に到達する直前の入射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、屈折レンズ２３６ｂを透過することで屈折され、その進行方向が変更される。したがって、入射光の場合と同様、屈折レンズ２３６ｂから第１受光素子３２に至るまでの正反射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面で正反射した直後の正反射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。したがって、本参考例２における構成によれば、上記参考例１と同様に、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置を任意に決定しても、屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂの位置及び姿勢を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００３９】
なお、上記屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂを配置した位置に、入射光路及び正反射光路のの中心線に対して光軸がズレるように、集光部材としての凸レンズや凹ミラー又は光放散部材としての凹ミラーや凸レンズを配置すれば、同様に光の進行方向を変更できるので、同様の効果を得ることができる。
また、上記屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂを配置した位置に、入射光路及び正反射光路のの中心線に対して光軸が傾斜するように、集光部材としての凸レンズや凹ミラー又は光放散部材としての凹ミラーや凸レンズを配置しても、同様に光の進行方向を変更できるので、同様である。
【００４０】
〔実施例〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための実施例について説明する。
発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム５の表面から離せば、図１に示したように感光体ドラム表面の法線方向における相対位置が互いにズレるように配置しなくても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することは可能である。しかし、この場合、第１受光素子３２で受光される光量が不足してしまうため、感度を落ちてしまう。そこで、本実施例では、発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム５の表面から離しても感度が落ちないよう、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、その光路の中心線に対して光軸が一致するように集光部材を配置し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００４１】
図８は、本実施例におけるＰセンサ３３０の概略構成を示す断面図である。
本実施例のＰセンサ３３０の発光素子３１、第１受光素子３２及び第３受光素子３３は、図１に示したＰセンサ３０と同様である。しかし、本実施例のＰセンサ３３０では、感光体ドラム表面法線方向における相対位置との発光素子３１及び第１受光素子３２がズレておらず、発光素子３１及び第１受光素子３２と感光体ドラム表面との距離が長い。そのため、このままでは、第１受光素子３２の受光量が不足し、感度が落ちてしまう。そこで、本実施例では、入射光路の途中に、集光部材としての片面凸レンズ３３６ａを設け、正反射光路の途中に光放散部材としての片面凹レンズ３３６ｂがそれぞれ設けている。
【００４２】
本実施例では、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂの平面側を感光体ドラム表面に対向するように、各レンズ３３６ａ，３３６ｂを配置している。これにより、各レンズ３３６ａ，３３６ｂが飛散トナーによって汚れても、そのクリーニングが容易となる。なお、ここでいう平面は、厳格なものではなく、クリーニングが容易となる程度に十分大きな曲率を有する面も含まれる。
また、本実施例では、発光素子３１から片面凸レンズ３３６ａまでの距離をａ1とし、その片面凸レンズ３３６ａから感光体ドラム表面までの距離をｂ1とし、その片面凸レンズ３３６ａの焦点距離をｆ1とし、かつ、片面凹レンズ３３６ｂから第１受光素子３２までの距離をａ2とし、感光体ドラム表面から片面凹レンズ３３６ｂまでの距離をｂ2とし、片面凹レンズ３３６ｂの焦点距離をｆ2としたとき、下記の数１に示す２つの演算式を満たすように、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂが配置されている。これにより、発光素子３１からの入射光の正反射光を片面凹レンズ３３６ｂに集光させることができる。そして、その集光した正反射光は、片面凹レンズ３３６ｂにより第１受光素子３２に向かうように集光することができる。よって、第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をより高めることができる。また、片面凸レンズ３３６ａや片面凹レンズ３３６ｂの取付角度等のバラツキに対する余裕度も広がるという効果も得られる。なお、これらの効果は、下記の数１に示す２つの演算式のうちのいずれか一方を満たせば、得ることが可能である。
【数１】
１／ａ1 ＋ １／（ｂ1＋ｂ2） ＝ １／ｆ1
１／ａ2 ＋ １／（ｂ1＋ｂ2） ＝ １／ｆ2
【００４３】
〔参考例３〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の参考例（以下、本参考例を「参考例３」という。）について説明する。
図９は、本参考例３におけるＰセンサ４３０の概略構成を示す断面図である。
本参考例３のＰセンサ４３０の光学素子である発光素子４３１、第１受光素子４３２及び第３受光素子４３３は、表面実装用部品（ＳＭＤ：Surface Mount Device）で構成されており、プリント基板３４上に表面実装されている。各素子４３１，４３２，４３３の素子面はプリント基板３４の面に対して法線方向に向いている。なお、各素子４３１，４３２，４３３は、その外形をＳＭＤとしただけで、中身は図１に示したＰセンサ３０と同様である。このように発光素子４３１と第１受光素子４３２をＳＭＤで構成することで、素子自体を小型化できるなどの効果が得られ、素子間の間隔を狭くすることができる。すなわち、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００４４】
また、本参考例３のように各素子をＳＭＤ構成とした場合でも、発光素子４３１と第１受光素子４３２が互いに接触するまでしか近接させることができないため、これらを近接させるにも限界がある。そこで、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより小さくすべく、本参考例３では、入射光路と正反射光路上に、進路変更手段としての光屈折部材である共通レンズ４３６を設けている。この共通レンズ４３６は、入射光路及び正反射光路の中心線に対して、その光軸がズレるように配置されているため、各光路を通る光の進行方向を変更できる。よって、本参考例３における構成では、発光素子４３１及び第１受光素子４３２を無理に近づけなくても、共通レンズ４３６の位置及び姿勢等を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより狭く設定することができる。
【００４５】
なお、本参考例３では、乱反射を受光するための第２受光素子４３３も表面実装されており、感光体ドラム表面から離れた位置に配置されている。そのため、第２受光素子４３３で受光される乱反射光量が不足するおそれがある。よって、本参考例３では、第２受光素子４３３で受光される乱反射光の乱反射光路上に、その光路の中心線に対して光軸をズラして配置した凸レンズ４３７を設けている。これにより、入射光がトナーにより乱反射したときの乱反射光を、凸レンズ４３７により第２受光素子４３３に向けて集光させることができる。したがって、第２受光素子４３３で受光される乱反射光量を十分に確保でき、適正な画像濃度制御が可能となる。
【００４６】
また、本参考例３では、発光素子４３１及び第１受光素子４３２を互いに同一のプリント基板３４の同一面に表面実装しているため、これらの光学素子を結ぶ線分上に遮蔽物がないと、発光素子４３１から照射される入射光が、直接、第１受光素子４３２に受光されてしまい、正確な検出ができなくなる。そこで、本参考例３では、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上に、遮光手段としての遮光壁４３５ａが設けられている。なお、遮光壁４３５ａに代えて、プリント基板３４上に実装されたコンデンサやコイル等の実装部品を用いることもできる。また、このような遮光手段を設ける代わりに、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上に存在するプリント基板面に貫通孔を設ける構成としても、発光素子４３１から照射される入射光が直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制できる。すなわち、このように構成すれば、発光素子４３１からの入射光がプリント基板面で反射したときの反射光が第１受光素子４３２に直接受光されることを抑制できる。よって、正確な検出が可能となる。
【００４７】
〔参考例４〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の参考例（以下、本ｓんこう例を「参考例４」という。）について説明する。
図１０は、本参考例４におけるＰセンサ５３０を示す概略構成図である。
本参考例４のＰセンサ５３０の光学素子である発光素子５３１、第１受光素子５３２及び第３受光素子５３３は、上記参考例３と同様にＳＭＤで構成されており、プリント基板３４上に表面実装されているが、各素子面はプリント基板３４の面方向に対して平行な方向に向いている。なお、各素子５３１，５３２，５３３は、その外形をＳＭＤとしただけで、中身は図１に示したＰセンサ３０と同様である。このように発光素子５３１と第１受光素子５３２をＳＭＤで構成することで、上記参考例３と同様に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００４８】
また、上記参考例３の場合と同様に、入射光路と正反射光路上に、進路変更手段としての光放散部材や集光部材を入射光路及び正反射光路の中心線に対してその光軸がズレるように配置してもよい。このような構成とすれば、発光素子５３１及び第１受光素子５３２を無理に近づけなくても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより狭く設定することが可能となる。
また、本参考例４では、発光素子５３１から照射される入射光が、直接、第１受光素子５３２に受光されないように、受光素子５３２を発光素子５３２の死角（入射光が直接届かない位置）に配置している。なお、上記参考例３と同様に、発光素子５３１と第１受光素子５３２とを結ぶ線分上に、遮光壁や実装部品等の遮光手段を設けたり、発光素子５３１と第１受光素子５３２とを結ぶ線分上に存在するプリント基板面に貫通孔を設けたりして、発光素子４３１から照射される入射光が直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制するようにしてもよい。
【００４９】
また、本参考例４では、光路がプリント基板の面方向に対して平行であるため、その光路上に実装部品が搭載されると、その実装部品によって光が遮られてしまい、第１受光素子５３２の受光量が不足してしまう。そのため、本参考例４では、プリント基板３４上の実装部品は、入射光路及び正反射光路を遮らない位置に実装されている。また、本参考例４では、プリント基板３４上に、入射光路となる部分に切り欠きを有する遮光板５４８が設けられている。この切り欠きは、いわゆる光を絞る効果を奏する。
【００５０】
〔参考例５〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の参考例（以下、本参考例を「参考例５」という。）について説明する。
図１１は、本参考例５におけるＰセンサ６３０の概略構成を示す断面図である。本参考例５のＰセンサ６３０の光学素子である発光素子５３１は、上記参考例４と同様にＳＭＤで構成されており、その素子面がプリント基板３４の面方向に対して平行な方向に向くように表面実装されている。また、本参考例５のＰセンサ６３０の光学素子である第１受光素子３２は、図１に示したＰセンサ３０の第１受光素子と同様である。なお、乱反射光を受光するための第２受光素子については図示を省略する。このような構成としても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することが可能である。
【００５１】
また、本参考例５では、入射光路上に、進路変更手段及び光屈折部材としての集光部材である集光レンズ６３６が配置されている。この構成においては、発光素子５３１からプリント基板３４の面に沿って進行した入射光は、集光レンズ６３６により屈折して、感光体ドラム表面の照射目標に集光される。また、正反射光路上にも、進路変更手段及び光屈折部材としての集光部材である集光レンズ６３７が配置されている。そして、本参考例５では、入射光路の始点すなわち発光素子５３１から集光レンズ６３６までの距離及び正反射光路の始点すなわち感光体ドラム表面から集光レンズ６３７までの距離をａとし、集光レンズ６３６から入射光路の終点すなわち感光体ドラム表面までの距離及び集光レンズ６３７から正反射光路の終点すなわち第１受光素子３２までの距離をｂとし、各集光レンズ６３６，６３７の焦点距離をｆとしたとき、下記の数２に示す演算式を満たすように、各集光レンズ６３６，６３７が配置されている。これにより、発光素子５３１から感光体ドラム表面の照射目標に対する入射光の伝達効率、感光体ドラム表面から第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
【数２】
１／ａ ＋ １／ｂ ＝ １／ｆ
【００５２】
このような構成により、発光素子５３１から照射された入射光は、集光レンズ６３６に至るまでに多少発散しても、集光レンズ６３６により感光体ドラム表面の照射目標に向けて集光される。したがって、発光素子５３１が感光体ドラム表面から離れていても、感光体ドラム表面の照射目標に十分な光量をもった入射光を照射することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、集光レンズ６３７に至るまでに多少発散しても、集光レンズ６３７により第１受光素子３２に向けて集光される。したがって、第１受光素子３２が感光体ドラム表面から離れていても、第１受光素子３２に十分な光量をもった反射光を受光させることができる。したがって、本参考例５における構成によれば、発光素子５３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム表面から離して配置しても、第１受光素子３２の受光量が不足することがない。その結果、感度を低下させることなく、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００５３】
また、集光レンズ６３７から第１受光素子３２までに至る正反射光路部分は、プリント基板３４の表面及びケース６３５の内壁面に囲まれており、これらの面は光を反射させる反射面となる。よって、集光レンズ６３７から出た正反射光のうち第１受光素子３２に向かわない光も、プリント基板３４の表面やケース６３５の内壁面での反射を繰り返して、第１受光素子３２に受光される。よって、第１受光素子３２での受光量を十分に確保することができる。
【００５４】
また、本参考例５では、発光素子５３１と第１受光素子３２とを結ぶ線分上には、プリント基板３４が存在するため、発光素子５３１から照射される入射光が直接第１受光素子３２に受光されることはない。
また、本参考例５では、入射光路及び正反射光路がプリント基板３４の面方向に対してほぼ平行であるため、その光路上の実装部品によって光が遮られると、第１受光素子５３２の受光量が不足してしまう。そのため、本参考例５では、光路に対向するプリント基板上には、実装部品を載せないか、又は、その実装部品を平坦なＳＭＤ６３８で構成することとしている。
また、本参考例５では、プリント基板３４との間で光の絞り効果を得るために、ケース６３５の内壁面に凸部６３５ａが形成されている。よって、この凸部６３５ａとプリント基板との間で入射光を絞る効果が得られる。ここで、プリント基板３４の表面に対する発光素子５３１の発光位置は、ある程度の高さを必要とするため、入射光はプリント基板３４の表面から多少離れた位置を通ることになる。そのため、凸部６３５ａとプリント基板表面との間では、その絞り効果が不十分となる場合がある。そこで、本参考例５では、ケース６３５内壁の凸部６３５ａに対向するプリント基板３４の表面にＳＭＤ６３８を表面実装している。これにより、凸部６３５ａとＳＭＤ６３８の表面との間で、入射光の絞り効果を高めることができる。なお、このように絞り効果を高める効果は、プリント基板３４に実装される部品で代用せずに、別途遮光部材等をプリント基板３４に設けるようにしても同様に得ることができる。しかし、本参考例５のように、プリント基板３４に実装される部品であるＳＭＤ６３８により代用すれば、その遮光部材等を設けるためのコストを削減できる。
【００５５】
以上、光学センサとしてのＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０は、少なくとも１つの発光手段である発光素子３１，４３１，５３１と、この発光素子から照射された入射光Ｌ1が照射対象物である感光体ドラム表面により正反射したときの正反射光Ｌ2を受光する受光手段としての第１受光素子３２，４３２，５３２を備えている。そして、発光素子３１，４３１，５３１からの入射光が感光体ドラム表面に至るまでの入射光路のうち感光体ドラム表面に至る直前における入射光路の中心線と、感光体ドラム表面からの正反射光が第１受光素子３２，４３２，５３２に至るまでの正反射光路のうち感光体ドラム表面での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が、２５°以下、好ましくは２０°以下となるように構成している。これにより、シャドーファクターが小さくなるため、感光体ドラム表面に付着するトナーの付着量が多くても、これを十分な感度で検出することができるようになり、その付着量を感度よく検出できる範囲が広がる。
また、上記変形例１、２、４及び６のＰセンサ１３０，２３０，４３０，６３０は、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を有している。例えば、上記変形例１では、その進行方向変更手段を、光を反射する光反射部材としての反射ミラー１３６ａ，１３６ｂで構成している。また、上記変形例２では、その進行方向変更手段を、光を屈折させる光屈折部材としての屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂで構成している。また、上記参考例３では、その進行方向変更手段を、光路の中心線に対して光軸がズレるように配置した集光部材又は光放散部材である共通レンズ４３６で構成している。また、上記参考例５では、その進行方向変更手段を、光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置した集光部材である集光レンズ６３６，６３７で構成している。このように、光の進行方向を変更すれば、上記変形例１で説明したように、発光素子及び第１受光素子の配置を任意に決定しても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。したがって、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増すという効果が得られる。
また、上記実施例のＰセンサ３３０は、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、その光路の中心線に対して光軸が一致するように集光部材である片面凸レンズ３３６が配置されている。このような構成とすることで、上記実施例で説明したように、発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム表面から離して配置しても、感度を低下させることなく、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。
また、上記実施例のＰセンサ３３０は、正反射光路に光放散部材である片面凹レンズ３３６ｂが設けられている。このような片面凹レンズ３３６ｂを正反射光路上に設けることで、レンズの取り付け角度のバラツキによる正反射光の「ケラレ」が発生するのを抑制できる。よって、レンズの取り付け角度の自由度が高まるという効果が得られる。
また、上記実施例のＰセンサ３３０では、入射光路に片面凸レンズ３３６ａを設け、発光素子３１から片面凸レンズ３３６ａまでの距離をａ1とし、その片面凸レンズ３３６ａから感光体ドラム表面までの距離をｂ1とし、その片面凸レンズ３３６ａの焦点距離をｆ1とし、かつ、片面凹レンズ３３６ｂから第１受光素子３２までの距離をａ2とし、感光体ドラム表面から片面凹レンズ３３６ｂまでの距離をｂ2とし、片面凹レンズ３３６ｂの焦点距離をｆ2としたとき、下記の数１に示す２つの演算式の少なくとも一方を満たすように、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂが配置されている。これにより、上記実施例で説明したように、第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
また、上記参考例３乃至６のＰセンサ４３０，５３０，６３０は、発光素子４３１，５３１及び第１受光素子４３２，５３２の少なくとも一方の素子が、プリント基板３４上に表面実装された表面実装光学手段で構成されている。このように発光素子と第１受光素子をＳＭＤで構成することで、素子間の間隔を狭くすることができる。すなわち、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。
また、上記実施例や６のＰセンサ３３０，６３０のように、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、集光部材である片面凸レンズ３３６ａや集光レンズ６３６，６３７を設ければ、感度を低下させることなく上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できるという上記実施例で説明した効果や、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増すという上記変形例１で説明した効果等を得ることが可能となる。
また、上記参考例５のＰセンサ６３０のように、入射光路及び正反射光路の両方に集光部材である集光レンズ６３６，６３７を設ければ、感度を落とすことなく、発光素子５３１及び第１受光素子３２の両方を感光体ドラム表面から遠ざけることができるので、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増す。
また、上記参考例５のＰセンサ６３０では、入射光路の始点すなわち発光素子５３１から集光レンズ６３６までの距離及び正反射光路の始点すなわち感光体ドラム表面から集光レンズ６３７までの距離をａとし、集光レンズ６３６から入射光路の終点すなわち感光体ドラム表面までの距離及び集光レンズ６３７から正反射光路の終点すなわち第１受光素子３２までの距離をｂとし、各集光レンズ６３６，６３７の焦点距離をｆとしたとき、上記数２に示す演算式を満たすように、各集光レンズが配置されている。これにより、発光素子から感光体ドラム表面の照射目標に対する入射光の伝達効率、感光体ドラム表面から第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
また、上記実施例や上記参考例５のＰセンサ３３０，６３０のように、集光部材である片面凸レンズ３３６ａ及び集光レンズ６３６，６３７や、光放散部材である片面凹レンズ３３６ｂにおける感光体ドラム表面に対向する側の面が平面とすれば、上記実施例で説明したように、レンズ面が飛散トナーによって汚れても、そのクリーニングが容易となる。
また、Ｐセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０は、発光素子３１，４３１及び第１受光素子３２，４３２を単一のパッケージに封入した構成となっているため、本Ｐセンサをプリント基板等の電気回路に接続する作業が容易となり、製造工程を簡略化できる。
また、上記参考例５のＰセンサ６３０のように、発光素子５３１及び第１受光素子３２が互いに同一基板３４の反対面に実装すれば、発光素子５３１から直接第１受光素子３２に向かう入射光を基板３４により遮ることができる。よって、発光素子５３１からの入射光が第１受光素子３２に直接受光されることがなくなるので、正確な検出が可能となる。
また、上記参考例３のＰセンサ４３０は、発光素子４３１及び第１受光素子４３２の両方が表面実装部品（ＳＭＤ）であって、基板３４の同一面に表面実装されている。そして、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上には、遮光手段としての遮光壁４３５ａが設けられている。よって、発光素子４３１から直接第１受光素子４３２に向かう入射光が遮光壁４３５ａにより遮られ、発光素子５３１からの入射光が第１受光素子３２に直接受光されることがなくなるので、正確な検出が可能となる。なお、上記参考例３で説明したように、この遮光手段として基板３４に実装された実装部品を利用すれば、電子部品ではない部材を基板上に設ける必要がなくなるため、回路スペースを広く取ることができる。また、上記参考例３で説明したように、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上の基板面に貫通孔を設けても、発光素子４３１から照射される入射光が基板面に反射して直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制できるため、正確な検出が可能となる。
また、上記参考例４及び６のＰセンサ５３０，６３０のように、実装部品が光路を遮らないように構成すれば、実装部品によって光が遮られて第１受光素子５３２の受光量が不足する事態を回避できる。
また、上記参考例５のＰセンサ６３０のように、光路に対向する基板上に表面実装部品を表面実装すれば、光の絞り効果を高めることができる。
また、本実施形態に係るプリンタは、光を正反射させる表面を有する像担持体としての感光体ドラム５と、感光体ドラム５上にトナー像を形成するトナー像形成手段としての帯電ロール６、光書込装置８及び現像装置１０と、このトナー像形成手段により感光体ドラム５上にトナーを付着させたときのトナー付着量を検出するための光学センサであるＰセンサと、このＰセンサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段としての制御部とを備えている。そして、このＰセンサとして、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０を用いるため、適正な画像濃度制御を行うことが可能となる。
また、本実施形態で使用するトナーは、重量平均粒径が８μｍ以下のものであるため、上述したように、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出できるようにする必要があるが、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０を用いることで、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出することができるようになる。
また、本実施形態で使用するトナーは、平均円形度が０．９３以上のものであるため、上述したように、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出できるようにする必要があるが、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０を用いることで、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出することができるようになる。
【００５６】
尚、本実施形態では、本発明を、感光体ドラム表面上のトナー付着量を検出するＰセンサを例に挙げて説明したが、他の光学センサに適用しても、同様の効果を得ることが可能である。例えば、トナー飛散の量を検出するために所定箇所に付着したトナーの付着量を検出するための光学センサなどにも適用することができる。また、画像形成装置に限らず、他の分野において、物体の付着量や物体の付着位置などを検出する光学センサにも同様に適用できる。
また、本実施形態では、４つの作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋを備えたタンデム型の画像形成装置であって、各感光体ドラムから記録紙上に直接トナー像を転写する直接転写方式を採用しているが、これに限らず、種々の型又は方式の画像形成装置でも同様である。すなわち、作像ユニットを１つしか持たない１ドラム型の画像形成装置や、感光体ドラム上のトナーを一旦中間転写体に転写した後に記録紙上に転写する間接転写方式の画像形成装置などにも、本発明は同様に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の付着量を感度よく検出できる範囲を従来に比べて広げることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係るプリンタの各作像ユニットに設けられたＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図２】 同プリンタの概略構成を示す断面図。
【図３】 同プリンタに設けられたマゼンタ用の作像ユニットの詳細を示す拡大図。
【図４】 Ｐセンサの他の配置例を説明するためのプリンタの概略構成を示す断面図。
【図５】 参考例１におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図６】 同Ｐセンサの他の構成例を示す断面図。
【図７】 参考例２におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図８】 実施例におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図９】 参考例３におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図１０】 参考例４におけるＰセンサを示す概略構成図。
【図１１】 参考例５におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図１２】 （ａ）及び（ｂ）は、感光体ドラムの表面にトナーが付着している様子を示す模式図。
【図１３】 感光体ドラム表面に付着した黒トナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフ。
【図１４】 感光体ドラム表面に付着したカラートナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１ プリンタ
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ 感光体ドラム
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ 現像装置
２１ 転写搬送ベルト
２８ 転写ブラシ
３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０ Ｐセンサ
３１，４３１，５３１ 発光素子
３２，４３２，５３２ 第１受光素子
３３，４３３，５３３ 第２受光素子
３４ プリント基板
３５ パッケージ
１３６ａ，１３６ｂ 反射ミラー
２３６ａ，２３６ｂ 屈折レンズ
３３６ａ 片面凸レンズ
３３６ｂ 片面凹レンズ
４３５ａ 遮光壁
４３６ 共通レンズ
４３７ 凸レンズ
５４８ 遮光板
６３５ ケース
６３５ａ 凸部
６３６，６３７ 集光レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、照射対象物に対して照射した入射光の正反射光を受光する光学センサ及びこの光学センサを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像形成装置においては、安定した画像濃度を得るために、感光体等の像担持体表面に濃度検知用トナーパッチ（基準パターン）を作成し、そのパッチの濃度を光学センサにより検出するものがある。この画像形成装置では、その光学センサによる検出結果に基づき、潜像形成用の書込光強度、帯電バイアス、現像バイアス等を変更して現像ポテンシャルを調節したり、２成分現像方式の場合には現像器内のトナー濃度の目標値を調節したりするような画像濃度制御を行う。この光学センサは、基準パターンを検出対象することからＰ（パターン）センサと呼ばれ、発光手段と受光手段とを備えた反射型光学センサが一般的に用いられる。
【０００３】
反射型光学センサには、照射対象物に照射した光が正反射したときの正反射光を検出するものがあり、このような反射型光学センサは、特許文献１等に開示されている。正反射光を検出する反射型光学センサをＰセンサとして用いたときの検出原理は、感光体ドラム上のトナー濃度（トナー付着量）を検出する場合を例に挙げて説明すれば、次のとおりである。
感光体ドラムの表面（照射対象物）にトナーが付着していない場合、入射光は、感光体ドラム表面で正反射し、その感光体ドラム表面の反射率に応じた正反射光が受光素子に受光される。これに対し、感光体ドラムの表面にトナーが付着している場合、入射光がトナーに吸収されたり、トナーによって乱反射したりする。そのため、入射光が感光体ドラム表面に到達する前にトナーに遮られたり、感光体ドラム表面からの正反射光が受光素子に到達する前にトナーに遮られたりすると、正反射光が受光素子で受光されない。よって、感光体ドラムの表面上のトナー付着量が多くなるにつれて、受光素子での受光量が減ることになる。したがって、受光素子での受光量に基づいて、感光体ドラム表面上のトナー付着量を検出することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−３５４５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、照射対象物である感光体ドラム５の表面に、トナーが付着している様子を示す模式図である。Ｐセンサの図示しない発光素子から入射光Ｌ1が照射されると、トナーＴに邪魔されなければ、その入射光Ｌ1が感光体ドラム表面で正反射し、その正反射光Ｌ2が図示しない受光素子で受光される。しかし、図中斜線で示す領域の入射光は、トナーＴに邪魔されて受光素子に到達することができない。正反射光を検出する場合には、入射光の光路が感光体ドラム表面の法線方向Ｚに対して傾斜している必要がある。そのため、受光素子により受光される正反射光に寄与しない感光体ドラム表面部分の面積Ｓ1は、感光体ドラム表面に対するトナーＴの正投影面積、すなわち、感光体ドラム表面を実際にトナーが占有している部分の面積Ｓ0よりも大きくなる。すなわち、感光体ドラム表面を実際にトナーが占有している部分の面積Ｓ0に対する、受光素子により受光される正反射光に寄与しない感光体ドラム表面部分の面積Ｓ1の比率（以下、「シャドーファクター」という。）が大きくなる。よって、図１２（ｂ）に示すように、１個のトナーＴ1に対して別のトナーＴ2が近接していると、これらの間のスペースＳ2については、トナーが存在していないにも関わらず、その正反射光が受光素子で受光されることはない。その結果、スペースＳ2程度の間隔をあけて感光体ドラム上にトナーが付着した段階で、それ以上トナーが付着しても、これをＰセンサによって検出することが困難となる。したがって、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下し、その付着量を検出することは困難となる。
【０００６】
図１３は、感光体ドラム表面に付着した黒トナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフである。また、図１４は、感光体ドラム表面に付着したカラートナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフである。これらのグラフからわかるように、黒トナー及びカラートナーのいずれの場合も、付着量がおよそ０．３ｍｇ／ｃｍ2程度になるまでは、トナー付着量の増加に対するＰセンサの出力電圧変化量が十分大きいので、トナー付着量を検出することが可能である。しかし、付着量がこれ以上多くなると、Ｐセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなり、トナー付着量を検出することができない。なお、図１４に示すように、カラートナーの場合には、Ｐセンサの出力電圧がおよそ０．４ｍｇ／ｃｍ2を境に単調減少から単調増加に転じている。これは、黒トナーの場合にはトナーが光を吸収するのに対し、カラートナーは光を乱反射させるという性質から生じた現象である。すなわち、カラートナーの場合、正反射光のほかトナーによる乱反射光も受光素子に受光されるが、その受光素子に受光される乱反射光の光量がトナー付着量の増加に伴って増加した結果の現象である。
【０００７】
特に、近年では、トナーの小粒径化が進み、また、トナーの円形度も向上していることから、正反射光を検出するＰセンサによるトナー付着量の検出限界が実質的に狭くなる状況となっている。すなわち、図１３や図１４に示したグラフで説明すれば、トナー付着量に対するＰセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなる地点が、トナー付着量の低い方にシフトする状況にある。
詳しく説明すると、トナーの重量平均粒径が８μｍ以下という小粒径トナーの場合、１個のトナーが定着時の熱と圧力によって引き延ばされて記録紙表面を覆う面積は小さい。よって、同じ画像濃度を得る場合には、トナーの粒径が小さいほど多くのトナーが必要となるので、所望の画像濃度を得るために像担持体表面上のトナー付着量を検出するときには、トナーの粒径が小さいほどトナー付着量が多い領域を感度よく検出する必要がある。すなわち、トナーの粒径が小さくなるにつれて、Ｐセンサによるトナー付着量の検出範囲が高付着量側にシフトするため、Ｐセンサによるトナー付着量の検出限界が実質的に狭くなる。しかも、トナー付着量は、図１３や図１４に示したグラフのように、通常、単位面積当たりのトナー重量で表され、このトナー重量はトナーの体積に比例する。この場合、トナーの径が小さくなると、トナー半径をＲとすれば、トナーの体積は１／Ｒ3に比例して小さくなるため、トナー重量も１／Ｒ3に比例して小さくなる。そのため、トナー付着量に対するＰセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなる地点は、トナー付着量の低い方にシフトする。したがって、Ｐセンサによるトナー付着量の検出限界が更に狭いものとなる。
また、平均円形度が０．９３以上という円形度の高いトナーの場合、一般に、上記シャドーファクターが大きくなる。そのため、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下し、その付着量を検出することは困難となる。
【０００８】
以上の説明では、感光体ドラム上のトナー付着量を検出するための光学センサについて説明したが、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の量を正反射光の受光により検出する光学センサであれば、検出可能範囲が狭いという上記と同様の問題を有する。
【０００９】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の付着量を、感度よく検出できる範囲を従来に比べて広げることが可能な光学センサ及び画像形成装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、少なくとも１つの発光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する受光手段とを備えた光学センサにおいて、上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路のうち該照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、該照射対象物からの正反射光が上記受光手段に至るまでの正反射光路のうち該照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が、２５°以下となるように構成し、上記正反射光路に、光放散部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の光学センサにおいて、上記入射光路に集光部材を設け、上記発光手段から該集光部材までの距離をａ1とし、該集光部材から上記照射対象物までの距離をｂ1とし、該集光部材の焦点距離をｆ1とし、かつ、上記光放散部材から上記受光手段までの距離をａ2とし、該照射対象物から該光放散部材までの距離をｂ2とし、該光放散部材の焦点距離をｆ2としたとき、次の２つの演算式のうちの少なくとも一方を満たすように、該集光部材及び該光放散部材を配置したことを特徴とするものである。
１／ａ1＋１／（ｂ1＋ｂ2）＝１／ｆ1
１／ａ2＋１／（ｂ1＋ｂ2）＝１／ｆ2
また、請求項３の発明は、請求項１の光学センサにおいて、上記光放散部材における上記照射対象物に対向する側の面が平面であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２の光学センサにおいて、上記集光部材における上記照射対象物に対向する側の面が平面であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、１、２、３又は４の光学センサにおいて、上記発光手段及び上記受光手段を、単一のパッケージに封入したことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の光学センサにおいて、上記発光手段及び上記受光手段の両方を、該発光手段の光学素子及び該受光手段の光学素子が基板上に表面実装された表面実装光学手段で構成し、該発光手段の光学素子と該受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の同一面に表面実装するとともに、これらの光学素子を結ぶ線分上に遮光手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の光学センサにおいて、上記遮光手段として、上記基板に実装された実装部品を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項６又は７の光学センサにおいて、上記表面実装光学手段を、実装部品が光路を遮らないように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項６、７又は８の光学センサにおいて、上記表面実装光学手段として、光路に対向する基板上に表面実装部品が表面実装されたものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、光を正反射させる表面を有する像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、上記光学センサとして、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の光学センサを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の画像形成装置において、上記トナー像を構成するトナーとして、重量平均粒径が８μｍ以下のものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１０又は１１の画像形成装置において、上記トナー像を構成するトナーとして、平均円形度が０．９３以上のものを用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において、光学センサは、入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する。この光学センサは、その照射対象物上に、光を吸収したり、光を乱反射させたりする物体が付着したときの付着量の検出や、そのような物体の付着位置の検出などに利用することができる。
そして、本発明の一態様に係る光学センサは、発光手段からの入射光が照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、その照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が２５°以下となるように構成されている。好ましくは、この角度が２５°以下とする。この角度が２５°以下であれば、受光手段により受光される正反射光に寄与しない照射対象物部分の面積を、照射対象物上に付着する物体が実際に占有している照射対象物の面積に十分に近づけることができる。すなわち、シャドーファクターを小さくすることができる。よって、その物体の付着量が多くても、これを十分な感度で検出することができるようになり、その付着量を感度よく検出できる範囲が広がる。
なお、上記角度を狭くする方法としては、通常、光学センサの発光手段を構成する発光素子と受光手段を構成する受光素子とを互いに近接させる方法が採られる。しかし、各素子が互いに接触するまでしか近接させることができないため、近接させるにも限界がある。また、通常、発光素子と受光手段との間には、発光手段からの光が直接受光手段に受光されないように遮光部材を設ける必要もあるため、この理由からも、発光素子と受光手段とを近接させることは困難である。また、各素子を互いに近接させた状態で照射対象物から離せば、上記角度を更に狭くすることは可能である。しかし、各素子を照射対象物から離すほど、光量が不足し、結果的に光学センサの感度を落とす結果となる。このような理由から、従来の光学センサでは、上記角度を２５°以下とすることは困難であった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、電子写真方式のカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。
図２は、本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す断面図である。このプリンタ１は、装置本体の下部に給紙部２が設けられ、その上方に作像部３を配置した構成となっている。装置上面には排紙トレイ６０が形成されている。図中破線は、記録材としての記録紙の搬送経路を示している。記録紙は、給紙部２から給紙され、作像部３にて形成した画像が表面に転写された後、定着装置５０で定着され、排紙トレイ６０に排紙される。なお、図中符号ｈで示すように、装置側面からは手差し給紙が可能となっている。また、装置本体の側面には両面装置９０が装着されている。記録紙の両面に画像を形成する場合、片方の面に画像を形成して定着した後、その記録紙を図中破線ｒで示すように搬送し、両面装置９０を介して記録紙の表裏を反転させた後、再搬送部４０を経て再給紙され、他方の面に画像が形成される。
【００１５】
上記作像部３には、給紙側を下に、排紙側を上となるように傾斜して配置された転写搬送ベルト装置２０が配設されている。この転写搬送ベルト装置２０の上部走行面に沿って、下から順にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｂｋ）用の４つの作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋが並んで配置されている。各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋの構成は同じであるので、以下、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍを例に挙げて説明する。
【００１６】
図３は、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍの詳細を示す拡大図である。作像ユニット４Ｍは、像担持体としての感光体ドラム５Ｍを備えており、感光体ドラム５Ｍは図示していない駆動手段によって図中時計方向へ回転駆動される。感光体ドラム５Ｍの周りには、帯電ロール６Ｍ、現像装置１０Ｍ、クリーニング装置９Ｍ、トナー付着量検出センサ（以下、「Ｐセンサ」という。）３０Ｍ等が設けられている。現像装置１０Ｍは、現像剤担持体としての現像スリーブ１１Ｍに担持したトナーを感光体ドラム５Ｍに付与する。潜像形成手段としての光書込装置８からのレーザ光は、図２に示すように、帯電ロール６Ｍと現像スリーブ１１Ｍとの間から感光体ドラム５Ｍに照射される。なお、Ｐセンサ３０Ｍの構成及び動作の詳細については、後述する。
【００１７】
転写搬送ベルト装置２０には、無端ベルト状の転写搬送ベルト２１が設けられている。この転写搬送ベルト２１は、駆動ローラ２２、従動ローラ２３及びテンションローラ２４，２５に張架されている。転写搬送ベルト２１の上部走行面の内側には、各色作像ユニット４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋの感光体ドラム５Ｍ，５Ｃ，５Ｙ，５Ｂｋにそれぞれ対向する位置に、転写手段を構成する転写ブラシ２８が接触している。この転写ブラシ２８には、トナーの帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）とは逆極性（プラス極性）の転写バイアスが印加される。また、従動ローラ２３の上部には、転写搬送ベルト２１を挟んで紙吸着ローラ２７が設けられている。記録紙は、従動ローラ２３と吸着ローラ２７の間から転写搬送ベルト２１上に送り出され、吸着ローラ２７に印加されたバイアス電圧によって静電的に転写搬送ベルト２１上に吸着された状態で搬送される。本実施形態では、プロセス線速が１２５ｍｍ／ｓｅｃに設定されており、この速度で記録紙が搬送される。
【００１８】
定着装置５０は、本実施形態ではベルト定着方式を採用しており、定着ローラ５２と加熱ローラ５３とに定着ベルト５４が巻き掛けられた構成となっている。定着ローラ５２と加圧ローラ５１は、互いに圧接しており、定着ニップを形成している。加熱ローラ５３及び加圧ローラ５１には図示しないヒータが内蔵されている。
【００１９】
次に、本プリンタ１におけるプリント動作について説明する。なお、以下の説明では、色分け符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋについては、適宜省略する。
各色の作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋにおいて、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋは、図示しないメインモータにより回転駆動される。そして、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面は、まず、帯電ロール６に印加されたＡＣバイアス（ＤＣ成分はゼロ）により除電され、その表面電位が本実施形態では約−５０Ｖとなる。次に、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋは、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳した電圧を帯電ロール６に印加することにより、そのＤＣ成分にほぼ等しい電位に均一に帯電され、その表面電位が本実施形態では約−５００Ｖ〜−７００Ｖに帯電される。なお、目標帯電電位は図示しないプロセス制御部により決定される。
【００２０】
このように帯電された各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面には、光書込装置８により各色に対応した静電潜像がそれぞれ形成される。光書込装置８は、パソコン等のホストマシンより送られた画像データに基づき、図示しないＬＤ（レーザダイオード）を駆動して、レーザ光をポリゴンミラー７に照射する。このレーザ光は、シリンダーレンズ等を介して、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面上に導かれる。レーザ光が照射された部分の感光体表面電位は、約−５０Ｖとなり、この部分がトナーで現像すべき静電潜像となる。
【００２１】
この静電潜像に現像装置１０からトナーが付与されると、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面には、それぞれの色のトナー像が形成される。本実施形態では、現像スリーブ１１に、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳した現像バイアス（−３００Ｖ〜−５００Ｖ）が印加される。よって、現像スリーブ１１に担持されたマイナス極性のトナーは、現像電界により、光書き込みにより電位が低下した感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面部分（静電潜像部分）にのみ付着し、光書き込みされずに電位が低下していない感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面部分（非静電潜像部分）には付着しない。これにより、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの静電潜像部分に、各色トナー像がそれぞれ形成される。
【００２２】
一方、給紙部２からは記録紙が給紙され、給紙された記録紙は転写搬送ベルト装置２０の搬送方向上流側に設けられたレジストローラ対４１に一旦突き当たる。そして、記録紙は、各色トナー像の転写タイミングに同期するようにして、転写搬送ベルト２１上により搬送され、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋに対向する転写位置に至る。この転写位置には、転写搬送ベルト２１の裏面側に配置された転写ブラシ２８に印加される転写バイアスの作用により転写電界が形成される。この転写電界により、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上の各色トナー像は、記録材上に互いに重ね合わさるように順次転写される。
なお、モノクロ画像をプリントする場合は、黒用の作像ユニット４Ｂｋの感光体ドラム５Ｂｋにのみ黒トナーによるトナー像を形成し、このトナー像の転写タイミングに同期するようにして転写搬送ベルト２１により記録紙を搬送して、黒トナー像のみ転写を行う。
【００２３】
このようにして、各色トナー像が転写された記録紙は、駆動ローラ２２の位置で転写搬送ベルト２１から曲率分離され定着装置５０に送られる。そして、定着装置５０の定着ニップを通過する際、熱と圧力により、各色トナー像が記録紙上に定着される。定着を終えた記録紙は、装置本体の上面に設けられた排紙トレイ６０に排紙されるか、図２中符号：ｒで示すように両面装置９０へ受け渡される。
【００２４】
以下、本発明の特徴部分である、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面上のトナー付着量の検出について説明する。
本実施形態のプリンタ１においては、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、各色の画像濃度を適正化するためのプロセスコントロール動作（以下、「プロコン動作」という。）を実行する。このプロコン動作では、濃度検知用パッチ（以下、「基準パターン」という。）を、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上にそれぞれ形成する。各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上にそれぞれ形成される基準パターンは、帯電バイアス及び現像バイアスを順次切り替えることにより、連続階調の基準パターンとする。すなわち、本実施形態では、トナー付着量が階調的に変化するライン状の基準パターンを、感光体ドラムの表面移動方向に沿って作成する。そして、この基準パターンを、図２に示すように、各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋに設けられたＰセンサ３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｂｋで検出する。
【００２５】
なお、本実施形態では、感光体ドラム上の基準パターンを検出する場合であるが、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上に形成した基準パターンを、転写搬送ベルト２１上に転写した後に検出する構成としてもよい。この場合、Ｐセンサ３０は、転写搬送ベルト２１に対向するように配置する。具体的には、例えば、図４に示すように、転写搬送ベルト装置２０のテンションローラ２４に対向する位置に配置する。記録紙を搬送する転写搬送ベルト２１の部分には作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋが対向しているためＰセンサ３０を配置するスペース的に余裕が少ないが、図４に示すように記録紙を搬送しない転写搬送ベルト２１の部分にはスペース的に余裕があり、Ｐセンサの配置よるスペース増大あるいは機器配置の複雑化を防ぐことができる。なお、転写搬送ベルト２１上に転写した後に基準パターンを検出する構成とする場合には、各色の基準パターンが互いに重ならないように転写搬送ベルト２１上に転写する。
【００２６】
なお、Ｐセンサ３０を、転写搬送ベルト２１の位置ズレ検知手段として兼用することが可能である。すなわち、転写搬送ベルト２１に所定のマークを設け、これをＰセンサ３０で検出することにより、転写搬送ベルト２１の主走査方向のズレを検知することができる。
【００２７】
次に、本実施形態におけるＰセンサ３０の構成について説明する。
各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋに設けられたＰセンサの構成は同じであるので、以下、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍに設けられたＰセンサ３０Ｍを例に挙げて説明する。なお、以下の説明では、色分け符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋについては、適宜省略する。
【００２８】
図１は、本実施形態におけるＰセンサ３０の概略構成を示す断面図である。本実施形態におけるＰセンサ３０は、主に、発光手段としての発光素子３１と、正反射光を受光するための受光手段としての第１受光素子３２と、乱反射光を受光するための第２受光素子３３とからなる構成されている。各素子３１，３２，３３は、プリント基板３４上に実装されており、単一のパッケージ３５に封入されている。パッケージ３５には、発光素子３１から照射される入射光が感光体ドラム５の表面に至るまでの入射光路を確保するための通路、及び、感光体ドラム５の表面で正反射した正反射光が第１受光素子３２に至るまでの正反射光路を確保するための通路がそれぞれ形成されている。本実施形態では、発光素子３１として、ピーク発光波長が９５０ｎｍのＧａＡｓ発光ダイオードを用い、第１受光素子３２及び第２受光素子３３として、ピーク分光感度波長が８００ｎｍのＳｉフォトトランジスタを用いている。なお、第１受光素子３２及び第２受光素子３３としては、Ｓｉフォトトランジスタのほか、ＰＤ（フォトダイオード）などの他の受光素子を用いることもできる。
【００２９】
本実施形態では、各感光体ドラム５上に連続階調の基準パターンを作成し、トナー濃度が階調的に変化する基準パターンのトナー付着量をＰセンサ３０で連続的に検出する。Ｐセンサ３０における第１受光素子３２及び第２受光素子３３の出力は、図示しない制御部に送られる。この制御部では、これらの出力から得られる正反射光量及び乱反射光量に基づき、基準パターンのトナー付着量を連続的に把握し、この把握したトナー付着量と予め決められた目標付着量とを比較する。そして、この比較結果に基づいて、制御部は、画像濃度制御手段として機能し、光書込装置８のレーザ光の強度、帯電ロール６へ印加する帯電バイアス、現像スリーブ１１に印加する現像バイアス、現像器内へのトナー補給量などを適宜変更し、画像濃度が所望の濃度になるように調節する。
【００３０】
ところで、本実施形態では、重量平均粒径が８μｍ以下という小粒径のトナーを使用している。そのため、上述したように、トナー付着量が多い領域についてＰセンサによる検出を行う必要があるため、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭くして、トナー付着量の多い領域でも十分な感度で検出できるようにする必要がある。
なお、トナーの重量平均粒径は、種々の方法によって測定でき、例えばコールターカウンターを使用して測定することができる。このコールターカウンターとしては、例えばコールターカウンターII型（コールター社製）を利用することができる。そして、このようなコールターカウンターにより得られた測定結果に基づいて、例えば個数分布、体積分布といった特性について解析することにより、トナーの重量平均粒径を求めることができる。コールターカウンターによる測定で使用する電解液としては、１級塩化ナトリウムを使用して調節した１［％］塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。
【００３１】
また、本実施形態で使用するトナーは、いわゆる重合法によって形成されたトナーであり、その形状は真球に近く、その平均円形度は０．９３以上である。そのため、上述したように、シャドーファクターが大きくなり、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下するため、トナー付着量の多い領域でも十分な感度で検出できるようにする必要がある。
なお、トナーの平均円形度は、各トナーの円形度の平均値であり、次の方法により測定したものである。各トナーの円形度の測定は、株式会社ＳＹＳＭＥＸ製フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を用いて行った。この測定では、まず、１級塩化ナトリウムを用いて、１［％］のＮａＣｌ水溶液を調整する。その後、このＮａＣｌ水溶液を０．４５のフィルターを通して５０〜１００［ｍｌ］の液を得て、これに分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を０．１〜５［ｍｌ］加え、更に試料を１〜１０［ｍｇ］加える。これを、超音波分散機で分散処理を１分間行い、粒子濃度を５０００〜１５０００［個／μｌ］に調整し、分散液を得る。この分散液をＣＣＤカメラで撮像し、トナーの２次元投影画像の面積と同じ面積をもつ円の円周長を、そのトナーの２次元投影画像の周囲長で割った値を、各トナーの円形度として用いた。なお、ＣＣＤの画素の精度から、トナーの２次元投影画像の面積と同じ面積をもつ円の直径（円相当径）が０．６［μｍ］以上であるトナーを有効なものとした。トナーの平均円形度は、各トナーの円形度を得た後、測定範囲内にある全トナーの円形度をすべて足し合わせ、それをトナー個数で割った値を用いたものである。
【００３２】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、感光体ドラム表面の法線方向における相対位置が互いにズレるように、発光素子３１及び第１受光素子３２を配置している。このように配置することで、発光素子３１と第１受光素子３２とを近接させても、互いが接触することがない。そして、図示のように、発光素子３１から照射される入射光の感光体ドラム５の表面に対する入射光路の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を入射角θ0とし、感光体ドラム表面で正反射した正反射光の正反射光路の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を正反射角θ1としたとき、本実施形態では、その入射角θ0と正反射角θ1とを加算した角度が、従来のＰセンサでは困難であった２５°以下、好ましくは２０°以下となるように設定することができる。
【００３３】
〔参考例１〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための参考例（以下、本参考例を「参考例１」という。）について説明する。
図１に示した構成であっても、発光素子３１が正反射光路を遮るように配置することはできないので、発光素子３１と第１受光素子３２とを近接させるにも限界がある。そこで、本参考例１では、発光素子３１と第１受光素子３２との間を互いに近接させずに、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を設けた構成を採用し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００３４】
図５は、本参考例１におけるＰセンサ１３０の概略構成を示す断面図である。
本参考例１のＰセンサ１３０の発光素子３１、第１受光素子３２及び第３受光素子３３は、図１に示したＰセンサ３０と同様である。しかし、本参考例１のＰセンサ１３０では、感光体ドラム表面法線方向における相対位置との発光素子３１及び第１受光素子３２がズレていない。そのため、このままでは、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができない。そこで、本参考例１では、入射光路及び正反射光路の途中に、進行方向変更手段としての光反射部材である反射ミラー１３６ａ，１３６ｂがそれぞれ設けている。
【００３５】
このような構成により、発光素子３１から照射された入射光は、反射ミラー１３６ａに反射することでその進行方向が変更される。したがって、入射光は、反射ミラー１３６ａに至るまでの入射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面に到達する直前の入射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、反射ミラー１３６ｂに反射することでその進行方向が変更される。したがって、入射光の場合と同様、反射ミラー１３６ｂから第１受光素子３２に至るまでの正反射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面で正反射した直後の正反射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。したがって、本参考例１における構成によれば、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置を任意に決定しても、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂの位置及び姿勢を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００３６】
なお、本参考例１では、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂにより、光を反射させて光の進行方向を変更する場合について説明したが、図６に示すように、光ファイバー等の光案内手段を光進行方向変更手段として用い、光の進行方向を変更するようにしてもよい。この場合、光案内手段の内部壁が光反射部材として機能する。また、回析格子等を光進行方向変更手段として用い、光の進行方向を変更するようにしてもよい。
【００３７】
〔参考例２〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための他の参考例（以下、本参考例を「参考例２」という。）について説明する。
本参考例２は、上記参考例１と同様、発光素子３１と第１受光素子３２との間を互いに近接させずに、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を設けた構成を採用し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００３８】
図７は、本参考例２におけるＰセンサ２３０の概略構成を示す断面図である。
本参考例２のＰセンサ２３０の基本構成は、上記参考例１と同様である。しかし、本参考例２のＰセンサ２３０は、入射光路及び正反射光路の途中に、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂの代わりに、進行方向変更手段としての光屈折部材である屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂがそれぞれ設けている。
このような構成により、発光素子３１から照射された入射光は、屈折レンズ２３６ａを透過することで屈折され、その進行方向が変更される。したがって、入射光は、屈折レンズ２３６ａに至るまでの入射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面に到達する直前の入射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、屈折レンズ２３６ｂを透過することで屈折され、その進行方向が変更される。したがって、入射光の場合と同様、屈折レンズ２３６ｂから第１受光素子３２に至るまでの正反射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面で正反射した直後の正反射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。したがって、本参考例２における構成によれば、上記参考例１と同様に、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置を任意に決定しても、屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂの位置及び姿勢を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００３９】
なお、上記屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂを配置した位置に、入射光路及び正反射光路のの中心線に対して光軸がズレるように、集光部材としての凸レンズや凹ミラー又は光放散部材としての凹ミラーや凸レンズを配置すれば、同様に光の進行方向を変更できるので、同様の効果を得ることができる。
また、上記屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂを配置した位置に、入射光路及び正反射光路のの中心線に対して光軸が傾斜するように、集光部材としての凸レンズや凹ミラー又は光放散部材としての凹ミラーや凸レンズを配置しても、同様に光の進行方向を変更できるので、同様である。
【００４０】
〔実施例〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための実施例について説明する。
発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム５の表面から離せば、図１に示したように感光体ドラム表面の法線方向における相対位置が互いにズレるように配置しなくても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することは可能である。しかし、この場合、第１受光素子３２で受光される光量が不足してしまうため、感度を落ちてしまう。そこで、本実施例では、発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム５の表面から離しても感度が落ちないよう、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、その光路の中心線に対して光軸が一致するように集光部材を配置し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００４１】
図８は、本実施例におけるＰセンサ３３０の概略構成を示す断面図である。
本実施例のＰセンサ３３０の発光素子３１、第１受光素子３２及び第３受光素子３３は、図１に示したＰセンサ３０と同様である。しかし、本実施例のＰセンサ３３０では、感光体ドラム表面法線方向における相対位置との発光素子３１及び第１受光素子３２がズレておらず、発光素子３１及び第１受光素子３２と感光体ドラム表面との距離が長い。そのため、このままでは、第１受光素子３２の受光量が不足し、感度が落ちてしまう。そこで、本実施例では、入射光路の途中に、集光部材としての片面凸レンズ３３６ａを設け、正反射光路の途中に光放散部材としての片面凹レンズ３３６ｂがそれぞれ設けている。
【００４２】
本実施例では、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂの平面側を感光体ドラム表面に対向するように、各レンズ３３６ａ，３３６ｂを配置している。これにより、各レンズ３３６ａ，３３６ｂが飛散トナーによって汚れても、そのクリーニングが容易となる。なお、ここでいう平面は、厳格なものではなく、クリーニングが容易となる程度に十分大きな曲率を有する面も含まれる。
また、本実施例では、発光素子３１から片面凸レンズ３３６ａまでの距離をａ1とし、その片面凸レンズ３３６ａから感光体ドラム表面までの距離をｂ1とし、その片面凸レンズ３３６ａの焦点距離をｆ1とし、かつ、片面凹レンズ３３６ｂから第１受光素子３２までの距離をａ2とし、感光体ドラム表面から片面凹レンズ３３６ｂまでの距離をｂ2とし、片面凹レンズ３３６ｂの焦点距離をｆ2としたとき、下記の数１に示す２つの演算式を満たすように、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂが配置されている。これにより、発光素子３１からの入射光の正反射光を片面凹レンズ３３６ｂに集光させることができる。そして、その集光した正反射光は、片面凹レンズ３３６ｂにより第１受光素子３２に向かうように集光することができる。よって、第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をより高めることができる。また、片面凸レンズ３３６ａや片面凹レンズ３３６ｂの取付角度等のバラツキに対する余裕度も広がるという効果も得られる。なお、これらの効果は、下記の数１に示す２つの演算式のうちのいずれか一方を満たせば、得ることが可能である。
【数１】
１／ａ1 ＋ １／（ｂ1＋ｂ2） ＝ １／ｆ1
１／ａ2 ＋ １／（ｂ1＋ｂ2） ＝ １／ｆ2
【００４３】
〔参考例３〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の参考例（以下、本参考例を「参考例３」という。）について説明する。
図９は、本参考例３におけるＰセンサ４３０の概略構成を示す断面図である。
本参考例３のＰセンサ４３０の光学素子である発光素子４３１、第１受光素子４３２及び第３受光素子４３３は、表面実装用部品（ＳＭＤ：Surface Mount Device）で構成されており、プリント基板３４上に表面実装されている。各素子４３１，４３２，４３３の素子面はプリント基板３４の面に対して法線方向に向いている。なお、各素子４３１，４３２，４３３は、その外形をＳＭＤとしただけで、中身は図１に示したＰセンサ３０と同様である。このように発光素子４３１と第１受光素子４３２をＳＭＤで構成することで、素子自体を小型化できるなどの効果が得られ、素子間の間隔を狭くすることができる。すなわち、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００４４】
また、本参考例３のように各素子をＳＭＤ構成とした場合でも、発光素子４３１と第１受光素子４３２が互いに接触するまでしか近接させることができないため、これらを近接させるにも限界がある。そこで、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより小さくすべく、本参考例３では、入射光路と正反射光路上に、進路変更手段としての光屈折部材である共通レンズ４３６を設けている。この共通レンズ４３６は、入射光路及び正反射光路の中心線に対して、その光軸がズレるように配置されているため、各光路を通る光の進行方向を変更できる。よって、本参考例３における構成では、発光素子４３１及び第１受光素子４３２を無理に近づけなくても、共通レンズ４３６の位置及び姿勢等を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより狭く設定することができる。
【００４５】
なお、本参考例３では、乱反射を受光するための第２受光素子４３３も表面実装されており、感光体ドラム表面から離れた位置に配置されている。そのため、第２受光素子４３３で受光される乱反射光量が不足するおそれがある。よって、本参考例３では、第２受光素子４３３で受光される乱反射光の乱反射光路上に、その光路の中心線に対して光軸をズラして配置した凸レンズ４３７を設けている。これにより、入射光がトナーにより乱反射したときの乱反射光を、凸レンズ４３７により第２受光素子４３３に向けて集光させることができる。したがって、第２受光素子４３３で受光される乱反射光量を十分に確保でき、適正な画像濃度制御が可能となる。
【００４６】
また、本参考例３では、発光素子４３１及び第１受光素子４３２を互いに同一のプリント基板３４の同一面に表面実装しているため、これらの光学素子を結ぶ線分上に遮蔽物がないと、発光素子４３１から照射される入射光が、直接、第１受光素子４３２に受光されてしまい、正確な検出ができなくなる。そこで、本参考例３では、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上に、遮光手段としての遮光壁４３５ａが設けられている。なお、遮光壁４３５ａに代えて、プリント基板３４上に実装されたコンデンサやコイル等の実装部品を用いることもできる。また、このような遮光手段を設ける代わりに、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上に存在するプリント基板面に貫通孔を設ける構成としても、発光素子４３１から照射される入射光が直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制できる。すなわち、このように構成すれば、発光素子４３１からの入射光がプリント基板面で反射したときの反射光が第１受光素子４３２に直接受光されることを抑制できる。よって、正確な検出が可能となる。
【００４７】
〔参考例４〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の参考例（以下、本ｓんこう例を「参考例４」という。）について説明する。
図１０は、本参考例４におけるＰセンサ５３０を示す概略構成図である。
本参考例４のＰセンサ５３０の光学素子である発光素子５３１、第１受光素子５３２及び第３受光素子５３３は、上記参考例３と同様にＳＭＤで構成されており、プリント基板３４上に表面実装されているが、各素子面はプリント基板３４の面方向に対して平行な方向に向いている。なお、各素子５３１，５３２，５３３は、その外形をＳＭＤとしただけで、中身は図１に示したＰセンサ３０と同様である。このように発光素子５３１と第１受光素子５３２をＳＭＤで構成することで、上記参考例３と同様に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００４８】
また、上記参考例３の場合と同様に、入射光路と正反射光路上に、進路変更手段としての光放散部材や集光部材を入射光路及び正反射光路の中心線に対してその光軸がズレるように配置してもよい。このような構成とすれば、発光素子５３１及び第１受光素子５３２を無理に近づけなくても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより狭く設定することが可能となる。
また、本参考例４では、発光素子５３１から照射される入射光が、直接、第１受光素子５３２に受光されないように、受光素子５３２を発光素子５３２の死角（入射光が直接届かない位置）に配置している。なお、上記参考例３と同様に、発光素子５３１と第１受光素子５３２とを結ぶ線分上に、遮光壁や実装部品等の遮光手段を設けたり、発光素子５３１と第１受光素子５３２とを結ぶ線分上に存在するプリント基板面に貫通孔を設けたりして、発光素子４３１から照射される入射光が直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制するようにしてもよい。
【００４９】
また、本参考例４では、光路がプリント基板の面方向に対して平行であるため、その光路上に実装部品が搭載されると、その実装部品によって光が遮られてしまい、第１受光素子５３２の受光量が不足してしまう。そのため、本参考例４では、プリント基板３４上の実装部品は、入射光路及び正反射光路を遮らない位置に実装されている。また、本参考例４では、プリント基板３４上に、入射光路となる部分に切り欠きを有する遮光板５４８が設けられている。この切り欠きは、いわゆる光を絞る効果を奏する。
【００５０】
〔参考例５〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の参考例（以下、本参考例を「参考例５」という。）について説明する。
図１１は、本参考例５におけるＰセンサ６３０の概略構成を示す断面図である。本参考例５のＰセンサ６３０の光学素子である発光素子５３１は、上記参考例４と同様にＳＭＤで構成されており、その素子面がプリント基板３４の面方向に対して平行な方向に向くように表面実装されている。また、本参考例５のＰセンサ６３０の光学素子である第１受光素子３２は、図１に示したＰセンサ３０の第１受光素子と同様である。なお、乱反射光を受光するための第２受光素子については図示を省略する。このような構成としても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することが可能である。
【００５１】
また、本参考例５では、入射光路上に、進路変更手段及び光屈折部材としての集光部材である集光レンズ６３６が配置されている。この構成においては、発光素子５３１からプリント基板３４の面に沿って進行した入射光は、集光レンズ６３６により屈折して、感光体ドラム表面の照射目標に集光される。また、正反射光路上にも、進路変更手段及び光屈折部材としての集光部材である集光レンズ６３７が配置されている。そして、本参考例５では、入射光路の始点すなわち発光素子５３１から集光レンズ６３６までの距離及び正反射光路の始点すなわち感光体ドラム表面から集光レンズ６３７までの距離をａとし、集光レンズ６３６から入射光路の終点すなわち感光体ドラム表面までの距離及び集光レンズ６３７から正反射光路の終点すなわち第１受光素子３２までの距離をｂとし、各集光レンズ６３６，６３７の焦点距離をｆとしたとき、下記の数２に示す演算式を満たすように、各集光レンズ６３６，６３７が配置されている。これにより、発光素子５３１から感光体ドラム表面の照射目標に対する入射光の伝達効率、感光体ドラム表面から第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
【数２】
１／ａ ＋ １／ｂ ＝ １／ｆ
【００５２】
このような構成により、発光素子５３１から照射された入射光は、集光レンズ６３６に至るまでに多少発散しても、集光レンズ６３６により感光体ドラム表面の照射目標に向けて集光される。したがって、発光素子５３１が感光体ドラム表面から離れていても、感光体ドラム表面の照射目標に十分な光量をもった入射光を照射することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、集光レンズ６３７に至るまでに多少発散しても、集光レンズ６３７により第１受光素子３２に向けて集光される。したがって、第１受光素子３２が感光体ドラム表面から離れていても、第１受光素子３２に十分な光量をもった反射光を受光させることができる。したがって、本参考例５における構成によれば、発光素子５３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム表面から離して配置しても、第１受光素子３２の受光量が不足することがない。その結果、感度を低下させることなく、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００５３】
また、集光レンズ６３７から第１受光素子３２までに至る正反射光路部分は、プリント基板３４の表面及びケース６３５の内壁面に囲まれており、これらの面は光を反射させる反射面となる。よって、集光レンズ６３７から出た正反射光のうち第１受光素子３２に向かわない光も、プリント基板３４の表面やケース６３５の内壁面での反射を繰り返して、第１受光素子３２に受光される。よって、第１受光素子３２での受光量を十分に確保することができる。
【００５４】
また、本参考例５では、発光素子５３１と第１受光素子３２とを結ぶ線分上には、プリント基板３４が存在するため、発光素子５３１から照射される入射光が直接第１受光素子３２に受光されることはない。
また、本参考例５では、入射光路及び正反射光路がプリント基板３４の面方向に対してほぼ平行であるため、その光路上の実装部品によって光が遮られると、第１受光素子５３２の受光量が不足してしまう。そのため、本参考例５では、光路に対向するプリント基板上には、実装部品を載せないか、又は、その実装部品を平坦なＳＭＤ６３８で構成することとしている。
また、本参考例５では、プリント基板３４との間で光の絞り効果を得るために、ケース６３５の内壁面に凸部６３５ａが形成されている。よって、この凸部６３５ａとプリント基板との間で入射光を絞る効果が得られる。ここで、プリント基板３４の表面に対する発光素子５３１の発光位置は、ある程度の高さを必要とするため、入射光はプリント基板３４の表面から多少離れた位置を通ることになる。そのため、凸部６３５ａとプリント基板表面との間では、その絞り効果が不十分となる場合がある。そこで、本参考例５では、ケース６３５内壁の凸部６３５ａに対向するプリント基板３４の表面にＳＭＤ６３８を表面実装している。これにより、凸部６３５ａとＳＭＤ６３８の表面との間で、入射光の絞り効果を高めることができる。なお、このように絞り効果を高める効果は、プリント基板３４に実装される部品で代用せずに、別途遮光部材等をプリント基板３４に設けるようにしても同様に得ることができる。しかし、本参考例５のように、プリント基板３４に実装される部品であるＳＭＤ６３８により代用すれば、その遮光部材等を設けるためのコストを削減できる。
【００５５】
以上、光学センサとしてのＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０は、少なくとも１つの発光手段である発光素子３１，４３１，５３１と、この発光素子から照射された入射光Ｌ1が照射対象物である感光体ドラム表面により正反射したときの正反射光Ｌ2を受光する受光手段としての第１受光素子３２，４３２，５３２を備えている。そして、発光素子３１，４３１，５３１からの入射光が感光体ドラム表面に至るまでの入射光路のうち感光体ドラム表面に至る直前における入射光路の中心線と、感光体ドラム表面からの正反射光が第１受光素子３２，４３２，５３２に至るまでの正反射光路のうち感光体ドラム表面での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が、２５°以下、好ましくは２０°以下となるように構成している。これにより、シャドーファクターが小さくなるため、感光体ドラム表面に付着するトナーの付着量が多くても、これを十分な感度で検出することができるようになり、その付着量を感度よく検出できる範囲が広がる。
また、上記変形例１、２、４及び６のＰセンサ１３０，２３０，４３０，６３０は、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を有している。例えば、上記変形例１では、その進行方向変更手段を、光を反射する光反射部材としての反射ミラー１３６ａ，１３６ｂで構成している。また、上記変形例２では、その進行方向変更手段を、光を屈折させる光屈折部材としての屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂで構成している。また、上記参考例３では、その進行方向変更手段を、光路の中心線に対して光軸がズレるように配置した集光部材又は光放散部材である共通レンズ４３６で構成している。また、上記参考例５では、その進行方向変更手段を、光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置した集光部材である集光レンズ６３６，６３７で構成している。このように、光の進行方向を変更すれば、上記変形例１で説明したように、発光素子及び第１受光素子の配置を任意に決定しても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。したがって、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増すという効果が得られる。
また、上記実施例のＰセンサ３３０は、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、その光路の中心線に対して光軸が一致するように集光部材である片面凸レンズ３３６が配置されている。このような構成とすることで、上記実施例で説明したように、発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム表面から離して配置しても、感度を低下させることなく、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。
また、上記実施例のＰセンサ３３０は、正反射光路に光放散部材である片面凹レンズ３３６ｂが設けられている。このような片面凹レンズ３３６ｂを正反射光路上に設けることで、レンズの取り付け角度のバラツキによる正反射光の「ケラレ」が発生するのを抑制できる。よって、レンズの取り付け角度の自由度が高まるという効果が得られる。
また、上記実施例のＰセンサ３３０では、入射光路に片面凸レンズ３３６ａを設け、発光素子３１から片面凸レンズ３３６ａまでの距離をａ1とし、その片面凸レンズ３３６ａから感光体ドラム表面までの距離をｂ1とし、その片面凸レンズ３３６ａの焦点距離をｆ1とし、かつ、片面凹レンズ３３６ｂから第１受光素子３２までの距離をａ2とし、感光体ドラム表面から片面凹レンズ３３６ｂまでの距離をｂ2とし、片面凹レンズ３３６ｂの焦点距離をｆ2としたとき、下記の数１に示す２つの演算式の少なくとも一方を満たすように、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂが配置されている。これにより、上記実施例で説明したように、第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
また、上記参考例３乃至６のＰセンサ４３０，５３０，６３０は、発光素子４３１，５３１及び第１受光素子４３２，５３２の少なくとも一方の素子が、プリント基板３４上に表面実装された表面実装光学手段で構成されている。このように発光素子と第１受光素子をＳＭＤで構成することで、素子間の間隔を狭くすることができる。すなわち、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。
また、上記実施例や６のＰセンサ３３０，６３０のように、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、集光部材である片面凸レンズ３３６ａや集光レンズ６３６，６３７を設ければ、感度を低下させることなく上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できるという上記実施例で説明した効果や、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増すという上記変形例１で説明した効果等を得ることが可能となる。
また、上記参考例５のＰセンサ６３０のように、入射光路及び正反射光路の両方に集光部材である集光レンズ６３６，６３７を設ければ、感度を落とすことなく、発光素子５３１及び第１受光素子３２の両方を感光体ドラム表面から遠ざけることができるので、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増す。
また、上記参考例５のＰセンサ６３０では、入射光路の始点すなわち発光素子５３１から集光レンズ６３６までの距離及び正反射光路の始点すなわち感光体ドラム表面から集光レンズ６３７までの距離をａとし、集光レンズ６３６から入射光路の終点すなわち感光体ドラム表面までの距離及び集光レンズ６３７から正反射光路の終点すなわち第１受光素子３２までの距離をｂとし、各集光レンズ６３６，６３７の焦点距離をｆとしたとき、上記数２に示す演算式を満たすように、各集光レンズが配置されている。これにより、発光素子から感光体ドラム表面の照射目標に対する入射光の伝達効率、感光体ドラム表面から第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
また、上記実施例や上記参考例５のＰセンサ３３０，６３０のように、集光部材である片面凸レンズ３３６ａ及び集光レンズ６３６，６３７や、光放散部材である片面凹レンズ３３６ｂにおける感光体ドラム表面に対向する側の面が平面とすれば、上記実施例で説明したように、レンズ面が飛散トナーによって汚れても、そのクリーニングが容易となる。
また、Ｐセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０は、発光素子３１，４３１及び第１受光素子３２，４３２を単一のパッケージに封入した構成となっているため、本Ｐセンサをプリント基板等の電気回路に接続する作業が容易となり、製造工程を簡略化できる。
また、上記参考例５のＰセンサ６３０のように、発光素子５３１及び第１受光素子３２が互いに同一基板３４の反対面に実装すれば、発光素子５３１から直接第１受光素子３２に向かう入射光を基板３４により遮ることができる。よって、発光素子５３１からの入射光が第１受光素子３２に直接受光されることがなくなるので、正確な検出が可能となる。
また、上記参考例３のＰセンサ４３０は、発光素子４３１及び第１受光素子４３２の両方が表面実装部品（ＳＭＤ）であって、基板３４の同一面に表面実装されている。そして、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上には、遮光手段としての遮光壁４３５ａが設けられている。よって、発光素子４３１から直接第１受光素子４３２に向かう入射光が遮光壁４３５ａにより遮られ、発光素子５３１からの入射光が第１受光素子３２に直接受光されることがなくなるので、正確な検出が可能となる。なお、上記参考例３で説明したように、この遮光手段として基板３４に実装された実装部品を利用すれば、電子部品ではない部材を基板上に設ける必要がなくなるため、回路スペースを広く取ることができる。また、上記参考例３で説明したように、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上の基板面に貫通孔を設けても、発光素子４３１から照射される入射光が基板面に反射して直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制できるため、正確な検出が可能となる。
また、上記参考例４及び６のＰセンサ５３０，６３０のように、実装部品が光路を遮らないように構成すれば、実装部品によって光が遮られて第１受光素子５３２の受光量が不足する事態を回避できる。
また、上記参考例５のＰセンサ６３０のように、光路に対向する基板上に表面実装部品を表面実装すれば、光の絞り効果を高めることができる。
また、本実施形態に係るプリンタは、光を正反射させる表面を有する像担持体としての感光体ドラム５と、感光体ドラム５上にトナー像を形成するトナー像形成手段としての帯電ロール６、光書込装置８及び現像装置１０と、このトナー像形成手段により感光体ドラム５上にトナーを付着させたときのトナー付着量を検出するための光学センサであるＰセンサと、このＰセンサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段としての制御部とを備えている。そして、このＰセンサとして、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０を用いるため、適正な画像濃度制御を行うことが可能となる。
また、本実施形態で使用するトナーは、重量平均粒径が８μｍ以下のものであるため、上述したように、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出できるようにする必要があるが、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０を用いることで、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出することができるようになる。
また、本実施形態で使用するトナーは、平均円形度が０．９３以上のものであるため、上述したように、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出できるようにする必要があるが、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０を用いることで、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出することができるようになる。
【００５６】
尚、本実施形態では、本発明を、感光体ドラム表面上のトナー付着量を検出するＰセンサを例に挙げて説明したが、他の光学センサに適用しても、同様の効果を得ることが可能である。例えば、トナー飛散の量を検出するために所定箇所に付着したトナーの付着量を検出するための光学センサなどにも適用することができる。また、画像形成装置に限らず、他の分野において、物体の付着量や物体の付着位置などを検出する光学センサにも同様に適用できる。
また、本実施形態では、４つの作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋを備えたタンデム型の画像形成装置であって、各感光体ドラムから記録紙上に直接トナー像を転写する直接転写方式を採用しているが、これに限らず、種々の型又は方式の画像形成装置でも同様である。すなわち、作像ユニットを１つしか持たない１ドラム型の画像形成装置や、感光体ドラム上のトナーを一旦中間転写体に転写した後に記録紙上に転写する間接転写方式の画像形成装置などにも、本発明は同様に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の付着量を感度よく検出できる範囲を従来に比べて広げることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係るプリンタの各作像ユニットに設けられたＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図２】 同プリンタの概略構成を示す断面図。
【図３】 同プリンタに設けられたマゼンタ用の作像ユニットの詳細を示す拡大図。
【図４】 Ｐセンサの他の配置例を説明するためのプリンタの概略構成を示す断面図。
【図５】 参考例１におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図６】 同Ｐセンサの他の構成例を示す断面図。
【図７】 参考例２におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図８】 実施例におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図９】 参考例３におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図１０】 参考例４におけるＰセンサを示す概略構成図。
【図１１】 参考例５におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図１２】 （ａ）及び（ｂ）は、感光体ドラムの表面にトナーが付着している様子を示す模式図。
【図１３】 感光体ドラム表面に付着した黒トナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフ。
【図１４】 感光体ドラム表面に付着したカラートナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１ プリンタ
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ 感光体ドラム
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ 現像装置
２１ 転写搬送ベルト
２８ 転写ブラシ
３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０ Ｐセンサ
３１，４３１，５３１ 発光素子
３２，４３２，５３２ 第１受光素子
３３，４３３，５３３ 第２受光素子
３４ プリント基板
３５ パッケージ
１３６ａ，１３６ｂ 反射ミラー
２３６ａ，２３６ｂ 屈折レンズ
３３６ａ 片面凸レンズ
３３６ｂ 片面凹レンズ
４３５ａ 遮光壁
４３６ 共通レンズ
４３７ 凸レンズ
５４８ 遮光板
６３５ ケース
６３５ａ 凸部
６３６，６３７ 集光レンズ
Claims (12)
- 少なくとも１つの発光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する受光手段とを備えた光学センサにおいて、
上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路のうち該照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、該照射対象物からの正反射光が上記受光手段に至るまでの正反射光路のうち該照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が、２５°以下となるように構成し、
上記正反射光路に、光放散部材を設けたことを特徴とする光学センサ。 - 請求項１の光学センサにおいて、
上記入射光路に集光部材を設け、
上記発光手段から該集光部材までの距離をａ1とし、該集光部材から上記照射対象物までの距離をｂ1とし、該集光部材の焦点距離をｆ1とし、かつ、上記光放散部材から上記受光手段までの距離をａ2とし、該照射対象物から該光放散部材までの距離をｂ2とし、該光放散部材の焦点距離をｆ2としたとき、次の２つの演算式のうちの少なくとも一方を満たすように、該集光部材及び該光放散部材を配置したことを特徴とする光学センサ。
１／ａ1 ＋ １／（ｂ1＋ｂ2） ＝ １／ｆ1
１／ａ2 ＋ １／（ｂ1＋ｂ2） ＝ １／ｆ2 - 請求項１の光学センサにおいて、
上記光放散部材における上記照射対象物に対向する側の面が平面であることを特徴とする光学センサ。 - 請求項２の光学センサにおいて、
上記集光部材における上記照射対象物に対向する側の面が平面であることを特徴とする光学センサ。 - 請求項１、２、３又は４の光学センサにおいて、
上記発光手段及び上記受光手段を、単一のパッケージに封入したことを特徴とする光学センサ。 - 請求項５の光学センサにおいて、
上記発光手段及び上記受光手段の両方を、該発光手段の光学素子及び該受光手段の光学素子が基板上に表面実装された表面実装光学手段で構成し、
該発光手段の光学素子と該受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の同一面に表面実装するとともに、これらの光学素子を結ぶ線分上に遮光手段を設けたことを特徴とする光学センサ。 - 請求項６の光学センサにおいて、
上記遮光手段として、上記基板に実装された実装部品を用いたことを特徴とする光学センサ。 - 請求項６又は７の光学センサにおいて、
上記表面実装光学手段を、実装部品が光路を遮らないように構成したことを特徴とする光学センサ。 - 請求項６、７又は８の光学センサにおいて、
上記表面実装光学手段として、光路に対向する基板上に表面実装部品が表面実装されたものを用いたことを特徴とする光学センサ。 - 光を正反射させる表面を有する像担持体と、
該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、
該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、
上記光学センサとして、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の光学センサを用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１０の画像形成装置において、
上記トナー像を構成するトナーとして、重量平均粒径が８μｍ以下のものを用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１０又は１１の画像形成装置において、
上記トナー像を構成するトナーとして、平均円形度が０．９３以上のものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
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