JP4132361B2 - 画像形成装置のフォトセンサ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置において像担持体上に形成される作像条件制御用等のトナー像の濃度を光学的に検知するためのフォトセンサ装置に係り、特に、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして使用可能なフォトセンサ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式を利用した画像形成装置においては、通常の電子写真プロセスにより形成されるトナー像が予め設定した作像条件に沿って適正にかつ安定して形成されることを維持させる必要性から、例えば、感光体、中間転写体等の像担持体上に制御用のトナー像(パッチ)を形成してそのトナー像の濃度をフォトセンサ装置により光学的に検知し、かかる検知結果に基づいて画像濃度制御に必要な作像条件を補正するようになっている。
【0003】
この場合、フォトセンサ装置としては、発光ダイオード等の発光素子とフォトダイオード等の受光素子とを備え、その発光素子からの光を像担持体上の制御用トナー像に照射し、そのときの反射光(正反射光又は拡散反射光)を受光素子で受光して得られる出力値からそのトナー像の濃度について検出するものが多く使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような画像濃度の制御は、近年の複写機、プリンタ等におけるカラー化に伴い、より一層必要なものとなってきた。そして、そのカラー画像を形成し得るカラー画像形成装置においては、黒トナーからなる制御用トナー像とカラートナーからなる制御用トナー像の双方をフォトセンサ装置により検知する必要性も新たに生じてきた。
【0005】
ちなみに、このような制御用の黒トナー像及びカラートナー像の光学的な濃度検知は、当初、そのいずれも各トナー像からの正反射光を受光する正反射型のフォトセンサにより同様に行われていたが、かかる正反射型のフォトセンサでは、カラートナー像が高濃度になるとセンサ感度が飽和してしまい、その検知が困難となるため、黒トナー像の濃度検知には正反射型のフォトセンサを、カラートナー像の濃度検知にはトナー像からの拡散反射光を受光する拡散反射型のフォトセンサをそれぞれ用いて行う傾向になっている。
【0006】
そして、この際、正反射型のフォトセンサと拡散反射型のフォトセンサを個々に用意して濃度検知を行うことは、非常に不経済であることから、近年においては、この黒トナー像とカラートナー像の濃度検知をいずれも正確に簡易に検知することができるフォトセンサ装置の研究開発が試みられるようになってきた。しかしながら、そのような要請に十分に応え得るフォトセンサ装置の提案が特になく、その出現が強く衆望されている。
【0007】
従って、本発明は、このような実情に着目してなされたもので、その目的とするところは、画像濃度の制御時に像担持体上に形成される黒トナー像及びカラートナー像の双方の濃度を正確にしかも簡易に検知することができる画像形成装置のフォトセンサ装置を提供することにある。また、フォトセンサにおける感度が変動してもきわめて簡易にしかも的確に補正された検知結果を安定して得られるようなフォトセンサ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成し得る第1発明は、センサホルダ内に、画像形成装置の像担持体上に形成されるトナー像に光を照射する正反射用の発光素子及び拡散反射用の発光素子と、この各発光素子から発せられる照射光の少なくとも前記トナー像で反射される正反射光及び拡散反射光の双方を受光し得る共用の受光素子とを配設してなる、正反射型及び拡散反射型のフォトセンサであって、前記正反射用の発光素子から発する照射光の光軸と共用の受光素子に受光される正反射光の光軸とがなす交差角θ1を二等分する直線を含む平面で前記センサホルダ内を二分割したときに得られる2つの空間を想定した場合、前記拡散反射用の発光素子と共用の受光素子とがその同じ空間側に存在しかつ前記正反射用の発光素子がその残りの空間側に存在するように配置されている画像形成装置のフォトセンサ装置である。
【0009】
また、この第1発明のフォトセンサ装置は、拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸が像担持体の表面となす照射角をθ3、共用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸が像担持体の表面となす受光角をθ4としたとき、θ3<θ4という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されているものであることが好ましい。
【0010】
また、このような第1発明のフォトセンサ装置は、拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸と共用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸とがなす交差角をθ2としたとき、θ1<θ2という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されているものであることがより好ましい。この場合、センサの出力及び感度がより良好になることからθ1及びθ2のいずれも可能な限り小さい角度とすることが望ましく、特にθ2そのものが可能な限り小さな角度となるように設定することがより望ましい。
【0011】
さらに、以上のような第1発明のフォトセンサ装置は、センサホルダ内にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面を設け、その基準反射面に所定の光を照射したときに反射される基準反射光を共用の受光素子に受光させるように構成しているものであることが好ましい。基準反射面に照射する所定の光は、通常拡散反射用の発光素子からの光が使用されるが、正反射用の発光素子からの光を単独で使用してもあるいは拡散反射用の発光素子からの光を使用するようにしてもよい。また、必要であれば、基準反射面に光を照射する専用の発光素子をセンサホルダ内に設けてもよい。
【0012】
一方、上記の目的を達成し得る第2発明は、センサホルダ内に、画像形成装置の像担持体上に形成されるトナー像に光を照射する共用の発光素子と、この発光素子から発せられる照射光の少なくとも前記トナー像で反射される正反射光を受光する正反射用の受光子及び反射される拡散反射光を受光する拡散反射用の受光素子とを配設してなる、正反射型及び拡散反射型のフォトセンサであって、前記共用の発光素子から発する照射光の光軸と正反射用の受光素子に受光される正反射光の光軸とがなす交差角θ1を二等分する直線を含む平面で前記センサホルダ内を二分割したときに得られる2つの空間を想定した場合、前記拡散反射用の受光素子と共用の発光素子とがその同じ空間側に存在しかつ前記正反射用の受光素子がその残りの空間側に存在するように配置されている画像形成装置のフォトセンサ装置である。
【0013】
また、この第2発明のフォトセンサ装置は、拡散反射用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸が像担持体の表面となす受光角をθ5、共用の発光素子から発する照射光の光軸が像担持体の表面となす照射角をθ6としたとき、θ5>θ6という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されているものであることが好ましい。この場合には、結果的に、θ1>θ2いう関係が成立することになる。
【0014】
また、この第2発明のフォトセンサ装置は、共用の発光素子から発する照射光の光軸と拡散反射用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸とがなす交差角をθ2としたとき、θ1>θ2という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されているものであることがより好ましい。この第2発明のフォトセンサ装置の場合においても、θ1及びθ2のいずれも可能な限り小さい角度とすることが望ましい。
【0015】
さらに、以上のような第2発明のフォトセンサ装置は、センサホルダ内にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面を設け、その基準反射面に共用の発光素子から発する照射光を照射したときに反射される基準反射光を少なくとも一方の(正反射用又は拡散反射用の)受光素子に受光させるように構成しているものであることが好ましい。
【0016】
そして、以上のような第1発明及び第2発明のフォトセンサ装置においては、その検知対象となるトナー像が形成される像担持体は感光ドラム若しくはベルトであってもよいが、望ましくは、中間転写ベルト若しくはドラム又は用紙搬送ベルト若しくはドラムである。また、そのトナー像は、黒トナーで形成されるものと黒を除く他のカラートナーで形成されるものとが対象である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【0018】
[参考の実施形態1]
図1は、本発明の参考の実施形態1に係るフォトセンサ装置の概要図である。このフォトセンサ装置1は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等のカラー画像形成装置における像担持体(主に中間転写ベルト又はドラム、用紙搬送ベルト又はドラムなど)2に形成される作像条件制御用のトナー像(パッチ)Tpatch の濃度を光学的に検知するフォトセンサ4と、このフォトセンサ4の動作や出力信号を制御するセンサコントローラ5とを備えたものである。
【0019】
フォトセンサ4は、フォトダイオード等からなる正反射用の発光素子41及び拡散反射用の発光素子42と、これら2つの発光素子41、42からそれぞれ発せられる照射光が上記像担持体2上のトナー像Tpatch で反射される反射光を共に受光し得るフォトダイオード等からなる共用の受光素子43と、これら発光素子41、42及び受光素子43を収容設置して支持するプラスチック製の遮光性センサホルダ(支持体)44とでその主要部が構成されている。
【0020】
そして、このフォトセンサ4は、正反射用の発光素子41から発せられる照射光H1 (図中の一点鎖線等はその各光の光軸をも示す。以後も同様である)がトナー像Tpatch で反射されたときの正反射光H2 を共用の受光素子43により受光させることにより「正反射型のセンサ」として使用することができるとともに、拡散反射用の発光素子42から発せられる照射光H3 がトナー像Tpatch で反射されたときの所定の拡散反射光H4 を共用の受光素子43により受光させることにより「拡散反射型のセンサ」としても使用することができるようになっている。図中の45aは発光素子41の出光用光路、45bは発光素子42の出光用光路、45cは受光素子43の入光用光路、46はホルダ44に形成される各光路45a〜cの開口を覆って、その各光路内にトナー等の異物が侵入するのを防ぐための透明なプラスチック材料等からなる光透過性の防塵部材である。
【0021】
このような正反射型及び拡散反射型のいずれのセンサとしても使用可能な上記フォトセンサ4は、図1や図2に示すように、正反射用の発光素子41から発する照射光H1 の光軸と共用の受光素子43に受光される正反射光H2 の光軸とがなす交差角θ1を二等分する直線Lを含む平面Sでセンサホルダ44の内部を二分割したときに得られる2つの空間44a、44bを想定した場合、その拡散反射用の発光素子42と共用の受光素子43とがその同じ空間44a(又は44b)側に存在し、しかも、その正反射用の発光素子41がその残りの空間44b(又は44a)側に存在するように配置されている。
【0022】
また、このフォトセンサ4では、拡散反射用の発光素子42から発する照射光H3 の光軸が像担持体2の表面となす照射角をθ3、共用の受光素子43に受光される拡散反射光H4 の光軸が像担持体2の表面となす受光角をθ4としたとき、θ3<θ4という関係を満たすようにその発光素子42及び受光素子43が配置されている
【0023】
さらに、このフォトセンサ4では、拡散反射用の発光素子42から発する照射光H3 の光軸と共用の受光素子43に受光される拡散反射光H4 の光軸とがなす交差角をθ2としたとき、θ1<θ2という関係をも満たすようにその発光素子42及び受光素子43が配置されている。
【0024】
一方、センサコントローラ5は、各発光素子41、42の発光動作等を制御したり、受光素子43の受光による出力値を必要に応じて予め設定された制御プログラムにしたがって補正処理し、その補正後の出力値をセンサの検知結果として画像形成装置の画像形成プロセス条件を制御する処理を行うための中央制御部等に送信するようになっている。
【0025】
ちなみに、この実施の形態では、フォトセンサ4による濃度検知は、予め設定された時期(例えば画像形成装置本体の電源投入時や、規定時間が到来した時や、画像形成枚数の規定枚数に到達した時等)に行われるようになっている。また、その濃度検知時に形成される制御用のトナー像Tpatch は、画像形成装置の作像システムによって所定の濃度や寸法形状からなる各色の単色トナー像として像担持体2上に形成され、その後、像担持体2の移動にともなってフォトセンサ4の直下を通過する際に検知されるようになっている。
【0026】
次に、この実施の形態に係るフォトセンサ装置1の特性について図面を参照しながら説明する。
【0027】
図3は、各発光素子41、42や受光素子43の配置条件とそのときの受光出力の特性との関係について示したものである。まず、この図3では、正反射用の発光素子41の照射角(図1の「θ1+θ2」に相当する)を100°程度に設定した場合、共用の受光素子43の受光角θ4に対する受光出力の特性を示している。これにより、受光素子43の受光角θ4が80°程度において正反射光に対する受光出力がピーク領域となっている。また、この図3では、受光素子43をその受光角θ4が上記ピーク領域に相当する角度(80°程度)となるように設定した後に拡散反射用の発光素子42の受光角度θ3を種々変更した場合、その拡散反射光に対する受光出力の特性を示している。これにより、発光素子42の照射角θ3が60〜90°程度であるときに受光素子43の受光出力が大きな値にあることがわかる。
【0028】
図3から拡散反射用の発光素子42と共用の受光素子43の間の光軸の交差角θ2が小さい方がその受光素子42の受光量が大きくなることがわかるが、センサホルダ44内における各素子の設置スペースによる制約や、拡散反射用受光素子42が正反射光を受光しないような各素子の配置による制約や、受光出力値の大きさの確保要求による制約から、結局、この実施の形態ではθ1=20°、θ2=35°、θ3=45°、θ4=80°に設定している。これにより、このフォトセンサ4は、正反射型センサと拡散反射型センサのいずれでも正確な濃度検知を行うことが可能なものとなる。この結果、フォトセンサ装置1は、黒トナーからなるトナー像Tpatch の濃度検知時には正反射型センサとして使用してその検知を良好に行うことができ、一方、カラートナーからなるトナー像Tpatch の濃度検知時には拡散反射型センサとして使用してその検知を良好に行うことができるようになっている。
【0029】
図4は、拡散反射用の発光素子42の配置条件に対するカラートナー像のトナー量とセンサ出力特性との関係について示したものである。図4に示されるように、拡散反射用の発光素子42を共用の受光素子43と同じ空間側に配置した場合(▲1▼)には、カラートナー像Tpatch のトナー量に応じた十分な出力が得られる。これに対し、その拡散反射用の発光素子42を正反射用の発光素子41を配置した他の空間側に配置した場合(▲2▼)には、その出力特性が劣ることがわかる。特に、このような他の空間側に配置する場合には、発光素子42からの照射光による正反射光が受光素子43に受光されないようにする必要性から、その発光素子42の照射角をより小さくしなければならず、これが原因でそのトナー量に対するセンサ出力の特性が劣る傾向もある。
【0030】
図5及び図6は、受光素子43の配置条件とトナー像からの反射特性との関係を示すものである。まず、図5は、この実施の形態(図1)に係るフォトセンサ4の場合について示したもので、拡散反射用の発光素子42が一定の照射角θ3で配置されているときに受光素子43の受光角θ4を「θ3<θ4」という関係を満たすように配置した場合、その当該受光素子43の検知位置:P1からみたトナー像Tpatch を構成するトナー粒子の状態(同図a)と、そのトナー像を側面からみた状態(同図b)を示している。一方、図6は受光素子43の受光角θ4を「θ3>θ4」という関係を満たすように配置した場合(図8参照)におけるトナー像の図5の場合と同様の状態をそれぞれ示すものである。なお、図5及び図6における環状の点線は、センサ4(受光素子43)で実際に検出される領域を示す。
【0031】
この図5及び図6に示されるように、拡散反射用の発光素子42に対して受光素子43を高度側の検知位置(P1)に配置した場合(図5)には、その受光素子43と対向し合うトナー粒子個々の光照射領域面Taが比較的多くなるため、その各トナー粒子から拡散反射された受光素子43に受光される拡散反射光H4の割合も多くなる。これに対し、その受光素子43を低度側の検知位置(P2)に配置した場合(図6)には、その受光素子43と対向し合うトナー粒子個々の光照射領域が隣りのトナー粒子の陰に隠れるため検出される光照射領域面Taが比較的少なくなり、逆に光の当たらない非照射領域面Tbが増えるため、結果的に、その各トナー粒子から拡散反射された受光素子43に受光される拡散反射光H4 の割合が少なくなる傾向にある。これにより、受光素子43は、拡散反射用の発光素子42に対して高度側の検知位置(P1)に配置すること(換言すればθ3<θ4とすること)が有利である。
【0032】
図7は、正反射用の発光素子41と共用の受光素子43の各光軸の交差角θ1の設定条件に対するトナー像のトナー付着量とセンサ出力との関係を示すものである。この図7に示すように、正反射型センサにより黒トナーからなるトナー像Tpatch の濃度検知を行う場合、そのセンサ出力は交差角θ1が大きいと、トナー付着量が少ないうちからセンサ感度が飽和して正確な検知結果が得られにくくなるため、その交差角θ1はできるだけ小さくすることが望ましい。
【0033】
また、この実施の形態のように「θ3<θ4」という関係を満たして受光素子43を配置する場合には可能な限りθ2を小さな角度にする方が受光出力が大きくなるため望ましいが、センサホルダ44の内部の各素子の設置スペースによる制約や、共用の受光素子43が正反射光を受光しないように各素子を調整して配設するための制約がある。従って、センサ内部の各素子の設置スペースだけを考慮すればよい正反射用の発光素子41の方が拡散反射用の発光素子42によりも受光素子43との交差角を小さくできるので、「θ1<θ2」という関係を満たすように発光素子41、42や受光素子43を配置するとよく、受光素子43が正反射光を受光しないように配置し、しかもその受光素子43に対して拡散反射用の発光素子42の交差角θ2を可能な限り小さい角度に設定するとよい。このため、この実施の形態のように「θ3<θ4」という関係を満たすように受光素子43を配置している場合には、上記正反射型センサにおける十分なセンサ出力を得るようにする観点からは、「θ1<θ2」という関係を満たすように発光素子41、42や受光素子43を配置するとよい。
【0034】
[参考の実施形態1の変形例]
図8は、参考の実施形態1の一変形例を示すものであり、フォトセンサ4における発光素子41、42と受光素子43を「θ1>θ2」という関係を満たすように変更して配置した以外は前記参考の実施形態1に係るフォトセンサ装置1と同じ構成からなるものである。すなわち、この変形例におけるフォトセンサ4は、その拡散反射用の発光素子42と共用の受光素子43とが同じ空間44a側に共存するように配置されていることは勿論のこと、その発光素子42と受光素子43が「θ3<θ4」という関係を満たすように配置されていることに加えて、その発光素子42と正反射用の発光素子41と共用の受光素子43とが「θ1>θ2」という関係をも満たすように配置されている。
【0035】
このような発光素子及び受光素子の配置構成からなるフォトセンサ4においても、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして適宜切り換えて併用することができ、黒トナーからなるトナー像Tpatch とカラートナーからなるトナー像Tpatch のいずれの濃度検知も確実かつ良好に行うことができる。
【0036】
図9は、参考の実施形態1の他の変形例を示すものであり、フォトセンサ4における発光素子41、42と受光素子43を「θ3>θ4」かつ「θ1>θ2」という関係を満たすように変更して配置した以外は前記参考の実施形態1に係るフォトセンサ装置1と同じ構成からなるものである。すなわち、この変形例におけるフォトセンサ4は、その拡散反射用の発光素子42と共用の受光素子43とが同じ空間44a側に共存するように配置されているが、その発光素子42や受光素子43や正反射用の発光素子41が「θ3>θ4」という関係を満たすと同時に「θ1>θ2」という関係を満たすように配置されている。
【0037】
このような発光素子及び受光素子の配置構成からなるフォトセンサ4においても、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして適宜切り換えて併用することができ、黒トナーからなるトナー像Tpatch とカラートナーからなるトナー像Tpatch のいずれの濃度検知も確実かつ良好に行うことができる。
【0038】
[参考の実施形態2]
図10は、本発明の他の参考の実施形態2に係るフォトセンサ装置の概要図である。この実施の形態に係るフォトセンサ装置1は、フォトセンサとして、共用の発光素子47と、この発光素子47から発せられる照射光H5 が少なくともトナー像Tpatch で正反射される正反射光H6 を受光する正反射用の受光素子48と、発光素子47から発せられる照射光H5 が少なくともトナー像Tpatch で拡散反射される拡散反射光H7 を受光する拡散反射用の受光素子49とを所定の条件下で配置したフォトセンサ40を適用した以外は参考の実施形態1に係るフォトセンサ装置1と同じ構成からなるものである。
【0039】
すなわち、このフォトセンサ40は、実施の形態1の場合に準じて、共用の発光素子47から発する照射光H5 の光軸と正反射用の受光素子48に受光される正反射光H6 の光軸とがなす交差角θ1を二等分する直線Lを含む平面Sでセンサホルダ44の内部を二分割したときに得られる2つの空間44a、44bを想定した場合、その共用の発光素子47と拡散反射用の受光素子49とがその同じ空間44a(又は44b)側に存在し、しかも、その正反射用の発光素子48がその残りの空間44b(又は44a)側に存在するように配置されている。
【0040】
また、この実施の形態におけるフォトセンサ40では、拡散反射用の受光素子49に受光される拡散反射光H7 の光軸が像担持体2の表面となす照射角をθ5、共用の発光素子47から発する照射光H5 の光軸が像担持体2の表面となす受光角をθ6としたとき、θ5<θ6という関係を満たすようにその発光素子47及び受光素子49が配置されている。しかも、共用の発光素子47から発する照射光H5 の光軸と拡散反射用の受光素子49に受光される拡散反射光H7 の光軸とがなす交差角θ2としたとき、θ1<θ2という関係をも満たすようにその発光素子49及び受光素子47が配置されている。
【0041】
そして、このフォトセンサ40についても、共用の発光素子47から発せられる照射光H5 がトナー像Tpatch で反射されたときの正反射光H6 を正反射用の受光素子48により受光させることにより「正反射型のセンサ」として使用することができるとともに、共用の発光素子47から発せられる照射光H5 がトナー像Tpatch で反射されたときの所定の拡散反射光H7 を拡散反射用の受光素子49により受光させることにより「拡散反射型のセンサ」としても使用することができるようになっている。
【0042】
次に、この実施の形態に係るフォトセンサ装置1の特性について図面を参照しながら説明する。
【0043】
図11は、拡散反射用の受光素子49の配置条件に対するカラートナー像のトナー量とセンサ出力特性との関係について示したものである。図11に示されるように、拡散反射用の受光素子49を共用の発光素子47と同じ空間側に配置した場合(▲3▼)には、カラートナー像Tpatch のトナー量に応じた十分な出力が得られる。これに対し、その拡散反射用の受光素子49を正反射用の受光素子48を配置した他の空間側に配置した場合(▲4▼)には、その出力特性が劣ることがわかる。特に、このような他の空間側に配置する場合には、発光素子47からの照射光による正反射光が受光素子49に受光されないようにする必要性から、その受光素子49の受光角をより小さくしなければならず、これが原因でそのトナー量に対するセンサ出力の特性が劣る傾向もある。
【0044】
[参考の実施形態2の変形例]
図12は、参考の実施形態2の一変形例を示すものであり、フォトセンサ40における発光素子47と受光素子48、49を「θ5>θ6」かつ「θ1>θ2」という関係を満たすように変更して配置した以外は前記参考の実施形態2に係るフォトセンサ装置1と同じ構成からなるものである。すなわち、この変形例におけるフォトセンサ40は、その共用の発光素子47と拡散反射用の受光素子49とが同じ空間44a側に共存するように配置されていることは勿論のこと、その共用の発光素子47と各受光素子48、49が「θ5>θ6」という関係を満たすように配置されていると同時に「θ1>θ2」という関係をも満たすように配置されている。
【0045】
このような発光素子及び受光素子の配置構成からなるフォトセンサ40においても、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして併用することができ、黒トナーからなるトナー像Tpatch とカラートナーからなるトナー像Tpatch のいずれの濃度検知も確実かつ良好に行うことができる。また、このフォトセンサ40では、共用の発光素子47と各受光素子48、49が「θ5>θ6」という関係を満たすように配置されているので、「θ5<θ6」という関係になるように配置したセンサの場合に比べて受光出力が大きくなる。
【0046】
図13は、参考の実施形態2の他の変形例を示すものであり、フォトセンサ40における発光素子47と受光素子48、49を「θ5<θ6」かつ「θ1>θ2」という関係を満たすように変更して配置した以外は前記参考の実施形態2に係るフォトセンサ装置1と同じ構成からなるものである。すなわち、この変形例におけるフォトセンサ40は、その共用の発光素子47と拡散反射用の受光素子49とが同じ空間44a側に共存するように配置されているが、その発光素子47や受光素子48や正反射用の発光素子47が「θ5<θ6」という関係を満たすと同時に「θ1>θ2」という関係を満たすように配置されている。
【0047】
このような発光素子及び受光素子の配置構成からなるフォトセンサ40においても、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして併用することができ、黒トナーからなるトナー像Tpatch とカラートナーからなるトナー像Tpatch のいずれの濃度検知も確実かつ良好に行うことができる。
【0048】
[実施の形態1]
図14は、本発明の実施形態に係るフォトセンサ装置の概要図である。このフォトセンサ装置1は、フォトセンサ4にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面6に設けた以外は参考の実施形態1(その変形例を含む)に係るフォトセンサ装置と同じ構成からなるものである。
【0049】
すなわち、このフォトセンサ4は、出光用光路45bと入光用光路45cの間となるセンサホルダ44の内部に基準反射面6を設け、その基準反射面6に拡散反射用の発光素子42から発せられる照射光H3 の一部が照射され、その反射面6で反射された反射光H8 が共用の受光素子43に受光されるように基準反射用の光路45dが形成されている。また、このフォトセンサ4は、その基準反射面6と共用の受光素子43の間の光路45dと入光用光路45cとを切り換えて使用するための光路切り換え機構7を設けている。
【0050】
基準反射面6は、ホルダ44の一部をそのまま反射面として形成したものであり、この実施の形態ではホルダ44のプラスチック成形時に一体成形して形成している。この基準反射面6の反射特性は、平滑面であってもそれ以外(例えば微細凹凸面、鋸歯状の面)のものであってもよく特に制約されるものではないが、通常、基準受光量の設定条件に従って適宜設定される。この他、基準反射面6は、ホルダ44とは別体の基準反射板(部材)をホルダ44内の基準反射面6を形成すべき部位に取り付けてその反射板の表面を基準反射面6とするように構成してもよい。この場合、その基準反射板は、基準受光量の設定に必要な反射特性の得られる表面(片面)を有するものであれば、その材質や構造等については特に制約されるものではない。具体的には、例えば、合成樹脂等にて白色又は灰色の平板として形成され、その表面において拡散反射光(又は正反射光)が得られるように構成したものが使用可能である。
【0051】
光路切り換え機構7は、図16に示すように、各光路の断面形状とほぼ一致する1つ又は複数の開口孔71を設けた遮光性を有する円板70を、光路45c、45dの双方を完全に横切った状態で回転軸72を中心にして回転するように配置したものを使用している。そして、この機構7は、その円板70を電動で回転させて開口孔71がいずれかの光路と対向する位置で停止させることにより、開口孔71と対向する光路が開口(開放)して使用可能となり、開口孔71と対向していない光路が閉口(遮光)されて使用不能となるようになっている。これにより、光路45c側を開口させたり(同図a)あるいは光路45d側を開口させる(同図b)ことができる。なお、この光路切り換え機構7は、所定の光路を切り換えて使用することができるものであれば、その構成等については特に制約されない。
【0052】
そして、このような基準反射面6を設けたフォトセンサ4を備えたフォトセンサ装置1は、図14aに示すように光路切り換え機構7を作動させて入光用光路45cを開口させた状態において、カラートナー像Tpatch から拡散反射光H4 をその光路45cを通して共用の受光素子43に受光させ、そのときの出力値NC を得る。一方、図14bに示しように光路切り換え機構7を作動させて基準反射用の光路45dを開口させた状態において、基準反射面6からの反射光H8 をその光路45dを通して共用の受光素子43に受光させ、そのときの出力値Eを基準光量として得る。この基準反射面6からの反射光H6 を検知する時期は、トナー像の検知時であるほか、トナー像の検知時とは関係のない予め設定された時期であってもよい(この場合には、その出力値Eを記憶しておき、その後のトナー検知時に利用する)。
【0053】
次いで、この装置1では、そのセンサコントローラ5等において、カラートナー像の拡散反射光に対する出力値NC を基準光量としての出力値Eで除した(割った)値、即ち「NC /E」をセンサ4の検知結果とする処理を行うようになっている。このような基準光量を利用したセンサの検知結果に関する処理を行うことにより、温度変化や経時変化により各発光素子や受光素子の感度(フォトセンサ4の感度)が変動しても、その感度をきわめて簡易に補正することが可能となる。なお、このような基準光量の出力値Eを利用してセンサの検知結果を補正する方法は、黒トナー像からの正反射光H2 に対する出力値NBKについても「NBK/E」を検知結果とする処理を行うように構成してもよい。
【0054】
[参考の実施形態3]
図15は、本発明の他の参考の実施形態に係るフォトセンサ装置の概要図である。このフォトセンサ装置1は、フォトセンサ40にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面6を設けた以外は参考の実施形態2(その変形例を含む)に係るフォトセンサ装置と同じ構成からなるものである。
【0055】
すなわち、フォトセンサ40は、出光用光路45aと入光用光路45cの間となるセンサホルダ44の内部に実施の形態1と同様の基準反射面6を設け、その基準反射面6に共用の発光素子47から発せられる照射光H5 の一部が照射され、その反射面6で反射された反射光H9 が拡散反射用の受光素子49に受光されるように基準反射用の光路45eが形成されている。また、このフォトセンサ40は、その基準反射面6と共用の発光素子47の間の光路45eと出光用光路45aとを切り換えて使用するための実施の形態1と同様の光路切り換え機構7を設けている。
【0056】
そして、このような基準反射面6を設けたフォトセンサ40を備えたフォトセンサ装置1は、図15aに示すように光路切り換え機構7を作動させて出光用光路45aを開口させた状態において、カラートナー像Tpatch から拡散反射光H4 をその光路45aを通して拡散反射用の受光素子49に受光させ、そのときの出力値NC を得る。一方、図15bに示しように光路切り換え機構7を作動させて基準反射用の光路45eを開口させた状態において、基準反射面6からの反射光H9 をその光路45eを通して拡散反射用の受光素子49に受光させ、そのときの出力値Eを基準光量として得る。
【0057】
次いで、この装置1においても、実施の形態3の場合と同様に、トナー像に対する出力値NC を基準光量の出力値Eで除した値(NC /E)をセンサの検知結果とする補正を行うようになっている。また、このような基準光量を利用したセンサの検知結果に関する処理を行うことにより、温度変化や経時変化により各発光素子や受光素子の感度(フォトセンサ40の感度)が変動しても、その感度をきわめて簡易に補正することが可能となる。
【0058】
[他の実施の形態]
実施の形態1及び参考の実施形態1〜3(その変形例を含む。以後も同様である)に係るフォトセンサ装置1は、検知対象となる黒及びカラーのトナー像Tpatch が形成される像担持体2を備えたカラー画像形成装置であればその像担持体2の種類にかかわらず基本的には適用可能であるが、望ましくは、その像担持体2として中間転写体(中間転写ベルト若しくはドラム)又は用紙搬送体(用紙搬送ベルト若しくはドラム)を使用するカラー画像形成装置に適用するとよい。
【0059】
これは、図17に示すように、感光体上に形成されるカラートナー像Tpatch を上記各フォトセンサ装置1(の拡散反射型センサ)により検知する場合は、中間転写体又は用紙搬送体に形成されるカラートナー像Tpatch を上記各フォトセンサ装置1(の拡散反射型センサ)により検知する場合に比べ、その検出感度が特に低濃度のカラートナー像に対して劣るからである。このように感光体において検出感度が劣るのは、感光体の表面は通常その感光層により鏡面状態にあるがその下層は微細な凹凸面であるため、このような構造の感光体の表面にカラートナー像Tpatch を低濃度で形成してセンサから光を照射した際には、そのトナー像(粒子)からの拡散反射光に加えて、感光体の表面の感光層を透過してその下層の微細凹凸面で反射された拡散反射光もある程度発生して受光されることが原因であると推測される。この点、中間転写体や用紙搬送体の場合には、感光体のような表面状態に起因した拡散反射光の発生がないため低濃度トナー像に対するセンサ感度の劣化がないのである。
【0060】
また、実施の形態1及び参考の実施形態1〜3では、フォトセンサ4、40の拡散反射光に関する各発光素子や受光素子をその各光軸がいずれもトナー像Tpatch (又は像担持体2)上の1点:Fで互いに交わるような状態で配置した場合(図2など参照)について例示したが、本発明ではこのような配置の仕方に必ずしも限定されない。すなわち、トナー像Tpatch 等からの拡散反射光がその受光素子に確実に受光される限りにおいては、各発光素子や受光素子の配置の仕方(但し、各実施の形態で規定される設置条件は除く)については任意である。
【0061】
例えば、図18aに例示するように、発光素子D(41,42,47)の光軸と拡散反射光を受光する受光素子G(43,48,49)の光軸とが、トナー像Tpatch (又は像担持体2)上ではなく、それよりも下方側の位置Jで互いに交わるような状態で配置してもよい。また、同図b,cに例示するようにその各光軸が特に交わらない状態で配置してもよい。同図bに示す例は、発光素子Dの光軸と受光素子Gの光軸が互いに接することなくねじれた状態になるように配置したものである。同図cに示す例は、発光素子Dの光軸と受光素子Gの光軸が平行な状態になるように配置したものある。図18中において符号Qは正反射用の発光素子を示す。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、正反射用の発光素子、拡散反射用の発光素子及び共用の受光素子を特定の配置条件下で配置して正反射型及び拡散反射型のフォトセンサとしているため、画像濃度の制御時に像担持体上に形成される制御用の黒トナー像及びカラートナー像の双方の濃度を正確にしかも簡易に検知することができる。
【0063】
また、基準反射面を設けて構成した場合には、フォトセンサにおける感度が変動しても、その基準反射面からの反射光によって得られる基準光量を利用して検知結果の補正処理を行うことにより、きわめて簡易にしかも的確に補正された検知結果を安定して得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考の実施形態1に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図2】 発光素子及び受光素子の配置状態を示す要部斜視図である。
【図3】 フォトセンサの出力特性を示す図である。
【図4】(a)は拡散反射用の発光素子の配設位置を示す図、(b)はその各配置位置におけるトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図5】 (a)は高度側の受光位置(検知位置)からみた場合のトナー像の状態を示す平面図、(b)はそのときのトナー粒子の反射状態を示す側面図である。
【図6】 (a)は低度側の受光位置(検知位置)からみた場合のトナー像の状態を示す平面図、(b)はそのときのトナー粒子の反射状態を示す側面図である。
【図7】 (a)は正反射用の発光素子の光軸とその受光素子の光軸とがなす交差角を示す図、(b)はその各交差角におけるトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図8】 参考の実施形態1の一変形例に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図9】 参考の実施形態1の他の変形例に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図10】 参考の実施形態2に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図11】 (a)は拡散反射用の受光素子の配設位置を示す図、(b)はその各配置位置におけるトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図12】 参考の実施形態2の一変形例に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図13】 参考の実施形態2の他の変形例に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図14】 実施の形態1に係るフォトセンサ装置の概要図であり、(a)は入光用光路側が開口された状態を示し、(b)は基準反射用の光路側が開口された状態を示す。
【図15】 参考の実施形態3に係るフォトセンサ装置の概要図であり、(a)は入光用光路側が開口された状態を示し、(b)は基準反射用の光路側が開口された状態を示す。
【図16】 光路切り換え機構の一構成例を示す平面説明図である。
【図17】 感光体と中間転写体又は用紙搬送体とにカラートナー像を形成して濃度検知を行った場合におけるトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図18】 拡散反射型センサに関する発光素子とその受光素子の配設条件の他例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
1…フォトセンサ装置、2…像担持体、6…基準反射面、4,40…正反射型及び拡散反射型のフォトセンサ、41…正反射用の発光素子、42…拡散反射用の発光素子、43…共用の受光素子、44…センサホルダ、44a,44b…二分割された2つのホルダ内空間、47…共用の発光素子、48…正反射用の受光素子、49…拡散反射用の受光素子、Tpatch …トナー像。
Claims (1)
- センサホルダ内に、画像形成装置の像担持体上に形成されるトナー像に光を照射する正反射用の発光素子及び拡散反射用の発光素子と、この各発光素子から発せられる照射光の少なくとも前記トナー像で反射される正反射光及び拡散反射光の双方を受光し得る共用の受光素子とを配設してなる、正反射型及び拡散反射型のフォトセンサであって、
前記正反射用の発光素子から発する照射光の光軸と共用の受光素子に受光される正反射光の光軸とがなす交差角θ1を二等分する直線を含む平面で前記センサホルダ内を二分割したときに得られる2つの空間を想定した場合、前記拡散反射用の発光素子と共用の受光素子とがその同じ空間側に存在しかつ前記正反射用の発光素子がその残りの空間側に存在するように配置されており、
かつ、前記拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸と前記共用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸とがなす交差角をθ2、拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸が像担持体の表面となす照射角をθ3、共用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸が像担持体の表面となす受光角をθ4としたとき、θ1<θ2及びθ3<θ4という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されており、
かつ、前記センサホルダ内にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面を設け、その基準反射面に所定の光を照射したときに反射される基準反射光を共用の受光素子に受光させるように構成しているとともに、
前記センサホルダ内に、前記トナー像で反射される光が前記共用の受光素子に受光されるように通過する入光用光路と前記基準反射面で反射される反射光がその共用の受光素子に受光されるように通過する光路とを切り替えて使用する光路切り替え機構を設けたことを特徴とする画像形成装置のフォトセンサ装置。
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