JP5023375B2 - 光センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、乾式電子写真方式の画像形成装置における画像情報を検知する光センサと、その光センサを搭載した複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。

従来、乾式電子写真方式の画像形成装置における画像情報を検知する光センサや、その光センサを搭載した画像形成装置に関する従来技術としては、種々のものが提案されている。
一例として、特許文献１（実開平０２−１１１１６２号公報「光学検知素子のシャッター装置」）には、「基準濃度部からの反射光を感光体上に可視化した可視像からの反射光量を、光学検知素子によって検知することにより現像装置のトナー濃度を制御するようにしたトナー濃度制御装置において、該光学検知素子と該感光体との間に該光学検知素子の表面を汚れから防護するシャッター部材を設け、このシャッター部材は打ち抜き窓を有するとともに所定方向に往復移動することによって該窓によって光学検知素子の発光部及び受光部を開閉し、更に該窓が閉止位置にあるときに該発光部及び受光部が対向するシャッター部材裏面に校正板を配置したことを特徴とする光学検知素子のシャッター装置」が記載されている。

また、特許文献２（特許第３６６１４４６号公報「画像形成装置」）には、「トナー像を像担持体上に形成する作像システムと、この作像システムで像担持体上に形成される制御用のトナー像の濃度を発光素子から発する光を照射したときの反射光を受光素子で受光して得られる出力値により検知する濃度検知センサと、この濃度検知センサにより得られる検知結果に応じて前記作像システムの作像条件を制御する制御手段とを有する画像形成装置において、前記濃度検知センサとして、前記発光素子と１つの前記受光素子とを内部に収容設置する箱状の支持体を有するとともに、その支持体の内部に発光素子から発する光の一部を反射させてその１つの受光素子に受光させる基準反射面を具備するセンサを使用し、かつ、前記支持体の内部には、発光素子から発する光を照射対象物にむけて支持体内から出光させるように導くための出光用光路と、その照射対象物から反射される反射光の一部を支持体内に入光させて当該受光素子に導くための入光用光路と、発光素子から発する光の一部を基準反射面に導くための第１光路と、その基準反射面で反射された光を当該受光素子に導くための第２光路とが形成されていることを特徴とする画像形成装置」が記載されている。

さらに特許文献３（特開２００２−２６８３１４号公報「トナー像濃度測定方法およびトナー像濃度測定」）には、「所定の測定点からの反射光を受光する受光素子と、前記受光素子に前記測定点での正反射光が入射する位置および姿勢に配置された第１の発光素子と、前記受光素子に、前記測定点での拡散反射光が入射する位置および姿勢に配置された第２の発光素子と、前記第２の発光素子から照射された光の一部を反射して前記受光素子に入射させる基準反射板と、前記測定点での反射光が前記受光素子に入射する第１の光路と前記基準反射板での反射光が前記受光素子に入射する第２の光路とのうちのいずれか一方を遮断して他方を開放するように切替え自在に光路を切替える光路遮断部材とを備えた投受光ユニットを用いて、黒トナーを含む複数色トナーそれぞれによる複数の濃度測定用トナー像を配列された状態に表面に担持し、前記測定点を経由する経路で移動してこれら複数の濃度測定用トナー像を順次前記測定点に搬送するトナー像搬送体により、前記測定点に搬送されてきた濃度測定用トナー像の濃度を測定するトナー像濃度測定方法において、前記光路遮断部材により前記第１の光路を開放して前記第２の光路を遮断した第１の光路切替状態かつ前記第１の発光素子が点灯され前記第２の発光素子が消灯された第１の点灯切替状態において実行される、何れの濃度測定用トナー像もが前記トナー像搬送体表面の前記測定点とは異なる位置にあるタイミングにおいて前記受光素子への入射光を測定する第１の測定過程と（補足：正反射光による地肌測定）、前記第１の光路切替状態、かつ前記第１の点灯切替状態において実行される、前記黒トナーによる濃度測定用トナー像が前記測定点に位置するタイミングにおいて前記受光素子への入射光を測定する第２の測定過程と（補足：正反射光による黒トナー像測定）、前記第１の光路切替状態、かつ前記第１の発光素子が消灯され前記第２の発光素子が点灯された第２の点灯切替状態において実行される、前記黒トナーによる濃度測定用トナー像が前記測定点に位置するタイミングにおいて前記受光素子への入射光を測定する第３の測定過程と（補足：拡散反射光による黒トナー像測定）、前記第１の光路切替状態、かつ前記第２の点灯切替状態において実行される、前記黒トナーを除く各色トナーによる濃度測定用トナー像が前記測定点に位置する各タイミングにおいて前記受光素子への入射光を測定する第４の測定過程と（補足：拡散反射光によるカラートナー像測定）、前記光路遮断部材により前記第１の光路を遮断して前記第２の光路を開放した第２の光路切替状態、かつ前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とのうちの少なくとも前記第２の発光素子が点灯された第３の点灯切替状態において実行される、前記受光素子への入射光を測定する第５の測定過程とを有するとともに（補足：拡散反射側の校正動作）、前記第２の測定過程で得られた黒トナーに対応する測定値を前記第１の測定過程で得られた測定値に基づき正規化する第１の演算過程と、前記第４の測定過程で得られた各色トナーに対応する各測定値を、前記第３の測定過程で得られた測定値に基づいて補正するとともに各色トナーに対応する補正された各測定値を前記第５の測定過程で得られた測定値に基づき正規化する第２の演算過程とを有することを特徴とするトナー濃度測定方法」が記載されている。

実開平０２−１１１１６２号公報 特許第３６６１４４６号公報 特開２００２−２６８３１４号公報 特開２００３−２６１３５６号公報 特開２００３−３３５５５３号公報 特開２００４−１３９１３４号公報 特開２００５−２７４６３０号公報

電子写真方式の画像形成装置内で使用される光センサのうち、感度校正を必要とするものにトナー付着量センサがある。感度校正を行う主な理由は、トナー付着量センサは電圧値が意味を持つアナログセンサであるが、発光素子（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ））の光量が劣化によって経時的に変化し、その為にアナログ出力値が変動してしまうからからである。トナー付着量センサは、トナー像担持体（感光体や中間転写ベルト等）上に形成されたトナー像に光を照射してその反射光量を検知することにより、トナー付着量を測定する。方式としては、正反射光を利用するものと拡散反射光を利用するものとがあるが、正反射光は主に黒トナーの付着量測定、拡散反射光は主にカラートナーの付着量測定に用いられている。

各々の検知原理は、
（１）正反射光型：トナー像担持体表面からの正反射光が、トナー像担持体上に形成されるトナー像によって遮られて弱くなる様子を検知、
（２）拡散反射光型：トナー像担持体上に形成されるトナー像自体から反射されてくる拡散反射光の強度を検知、
ということである。

つまりトナー像がない状態では、正反射光型は出力が最大値となり、拡散反射光型は出力がゼロとなる。この出力特性の違いによって実機内での感度校正動作の可否が決まっており、トナー像担持体表面が感光体に代表されるような正反射面に近い場合には、正反射型センサはトナー像担持体表面からの正反射光で感度校正ができる（例えば、トナー像担持体表面を検知した時は出力が４Ｖになるように発光素子の発光強度を調整する）が、拡散反射光型はトナー像担持体表面に対しては出力がほぼゼロなので感度校正ができない。感度校正を行うには、ある基準面を検知した時に、基準電圧が出力されるように発光素子の発光強度を調整する必要があるが、出力電圧がほぼゼロの場合には発光素子の発光強度を調整しようがない。

この様に、トナー像担持体表面が正反射面に近い場合（実機ではこの様な場合が多い）には、拡散反射型センサはトナー像担持体表面を用いた感度校正が不可能なため、校正用の反射板が必要となるのである。
なお、正反射型と拡散反射型が１つのセンサ内に共存している場合には、演算によって、正反射型センサの校正結果を拡散反射型センサに反映させる方法もあるが、演算処理に負荷がかかるので、本発明では校正用反射板を設置するものとしている。

校正用反射板は、検知距離や検知角度のことを考えると、検知対象面であるトナー像担持体（感光体や中間転写ベルト等）表面に設置されるのが理想的であるが、実機内においてトナー像担持体表面に設置することは作像動作の妨げとなるため不可能なので、旧来、センサユニット側に設置する方法が提案されている。

例えば本出願人による先願である特許文献１に記載の技術においては、光学検知素子（トナー付着量センサ）の検知面側にシャッターが設置されており、このシャッターの裏側に校正板を配置している。シャッターが閉じた時に校正板による感度校正を行うことができる。しかし、可動部品であるシャッターの裏側に校正板が設置されているため、シャッター開閉動作に伴う校正板の位置再現性に劣る。センサ出力は、検知対象物までの距離にかなり敏感に影響を受けるため、繰り返し位置精度の良くない可動部品の裏側は、校正板の設置位置としては好ましくない。

特許文献２に記載の技術においては、（シャッターではない）センサ本体内に基準反射面（校正用反射板と同義）を設け、基準反射面と発光素子及び受光素子それぞれの間に専用の固定光路を設ける構成としている。この様に専用の固定校正用光路を設ける発明は他にも多数あるが、固定校正用光路の場合には、通常の検知動作を行っている場合にも校正用光路を通って基準反射面からの反射光が受光素子に入ってしまう。この特許文献２に記載の技術では、通常検知動作においては固定校正用光路を通ってくる光の影響を減算することとしているが、校正用出力が検知用出力に重畳されてしまうことによって、検知用出力のダイナミックレンジが小さくなってしまうという欠点がある。また、通常検知動作を行う度に余分な演算を行わなければならないことも、データ処理にとっては余分な負荷となる。よって、通常検知動作の際には、基準反射面からの反射光による校正用出力が重畳しない構成が望ましい。

特許文献３に記載の技術においては、２発光１受光の構成の光センサユニットにおいて、拡散反射側の発光素子近くに基準反射板を設け、測定点からの反射光が受光素子に入光する第１の光路、基準反射板からの反射光が受光素子に入光する第２の光路、を備え、何れか一方の光路を遮断し、他方の光路を開放することができる光路遮断部材を備えている。光路遮断部材の駆動に関しては、センサ筐体内にソレノイドを設置してこれによって駆動している。この特許文献３には明記されていないが、センサ前面に設置されている汚れ防止用シャッターについても、このセンサ内に設置されているソレノイドから駆動力を分け、開閉動作させている。この様に１個のソレノイドの駆動力をセンサ内の光路遮断部材とセンサ外のシャッターに分けることはコスト的には効果的であるが、ソレノイドを設置するスペース及び、その駆動力を伝達する機構を備えることを考えると、どうしてもセンサユニット全体としては大型化してしまうというデメリットがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、上述のような従来技術の問題点を改良し、校正用出力値の安定性を確保し、校正動作の信頼性や安定性を向上することができる構成の光センサを提供することを目的とし、さらには、その光センサを搭載してカラートナー付着量の検知安定性を向上し、カラートナー付着量制御をより安定して行うことができる構成の画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明では、まず、校正用反射板の位置を（シャッター部材などではなく）センサ内部に設置とすることで、受光素子と発光素子に対する位置関係を不動とし、校正用出力値の安定性を高め、校正動作の信頼性を向上するものである。また、校正用光路を固定（常に光通過可能）とせずに光通過／遮断の切り替え方式とすることにより、通常検知動作時の出力値に校正用出力が重畳することをなくし、出力のダイナミックレンジを狭めることがなく、また余分な演算処理も必要としないようにするものである。また、校正用光路の光通過／遮断をメカ部品を駆動することによって行うのではなく、電気的に光透過／遮断を切り替える光学機能素子を使用することにより、力学的な駆動伝達機構を設置する必要がなく、センサユニットとしての大型化を回避することができ、スペースに余裕のない小型機等への搭載も可能とするものである。

より具体的に述べると、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１（ａ）の手段は、画像情報を検知する光センサであって、センサ内部に感度校正のための校正用反射板と、校正用光路が備えられている光センサにおいて、前記校正用光路中に、電圧の印加により光の透過・遮断を切り替えることができる光学機能素子を設置したことを特徴とする。

本発明の第１（ｂ）の手段は、第１（ａ）の手段の光センサにおいて、センサの検知面側に汚れ防止用のシャッター部材が設置されており、該シャッター部材が閉じている時に校正動作可能、該シャッター部材が開いている時に校正動作不可能、となる様に光学機能素子によって前記校正用光路を制御することを特徴とする。
また、本発明の第２の手段は、第１（ｂ）の手段の光センサにおいて、前記シャッター部材の光センサ対向面側に清掃部材が設置されており、該シャッター部材が閉じている時には、この清掃部材がセンサの光入出面に接することによってセンサ外部の光路が遮断されていることを特徴とする。
さらに本発明の第１（ｃ）の手段は、第１（ｂ）の手段の光センサにおいて、前記シャッター部材の光センサ対向面側は、正反射面であることを特徴とする。

本発明の第３の手段は、画像形成装置であって、第１〜第７の何れか１つの手段の光センサを搭載したことを特徴とする。

本発明の光センサでは、センサ内部に感度校正のための校正用反射板、及び校正用光路を備えることにより、発光素子や受光素子と校正用反射板の位置関係が固定となり、校正用出力値の安定性が確保できるため、感度校正動作の信頼性を向上することができる。

より具体的に述べると、本発明の第１（ａ）の手段では、センサ内部に感度校正のための校正用反射板と、校正用光路が備えられている光センサにおいて、前記校正用光路中に、電圧の印加により光の透過・遮断を切り替えることができる光学機能素子を設置したものであり、校正用光路中に設置した光学機能素子を、校正動作を行う時は光透過状態、校正動作を行わない場合（通常検知動作を行う場合も含む）は光遮断状態、に制御することにより、校正動作時以外は校正用光路を光が通過できなくなる。これにより、校正用光路を通った反射光が、通常検知動作時の拡散反射側受光素子に入射する様なことがないため、通常検知時出力値から校正用反射光の影響を除算する等の余分な演算作業が不必要となる。また、電圧印加によって光路の開放・遮断を制御できる光学機能素子を使用することにより、メカニカルに光路を開放・遮断する機構を設置する必要がないため、センサの大型化を回避することができ、スペースに余裕のない小型機等への光センサ搭載が可能となる。

なお、第１（ａ）の手段の光センサにおいて、校正用反射板は、校正動作時にのみ使用する為のものであるが、センサケースの構成によっては、通常検知動作時に漏れ光や迷光が校正用反射板で反射して拡散反射側受光素子に入射する可能性もある。

第１（ｂ）の手段の光センサでは、第１（ａ）の手段の構成に加え、センサの検知面側に汚れ防止用のシャッター部材が設置されており、該シャッター部材が閉じている時に校正動作可能、該シャッター部材が開いている時に校正動作不可能、となる様に光学機能素子によって前記校正用光路を制御する構成としたものであり、シャッター部材が設置されていることによって、光センサの防塵ガラス（若しくはレンズ）へのトナー汚れ（若しくは他の汚れ）付着が防止されるため、汚れによる検知能力劣化を防止することができる。

第１（ｂ）の手段の光センサにおいては、シャッター部材で通常検知用光路が遮断されている場合でも、センサの防塵ガラス（若しくはレンズ）面からシャッター部材の裏面迄へはある程度の距離があり、シャッター部材裏面からの反射光が通常検知用光路に飛び込んで、拡散反射側受光素子に入射してしまう可能性がある。
そこで第２の手段の光センサでは、第１（ｂ）の手段の構成に加え、前記シャッター部材の光センサ対向面側に清掃部材が設置されており、該シャッター部材が閉じている時には、この清掃部材がセンサの光入出面に接することによってセンサ外部の光路が遮断されている構成としたものであり、シャッター部材裏面に設置された清掃部材が、センサの防塵ガラス（又はレンズ）面に接して通常検知用光路を完全に遮断してしまうことにより、校正用光路のみからの光が拡散反射側受光素子に入射するため、拡散反射側センサの校正精度を良好に維持することができる。

第１（ｂ）の手段の光センサにおいて、校正用光路は、拡散反射側センサの感度校正のために設置されているものであるが、センサの防塵ガラス（若しくはレンズ）面からシャッター部材裏面迄ある程度の距離があると、シャッター部材裏面で反射した反射光が、拡散反射側の通常検知用光路に飛び込んでくる可能性がある。発光素子と拡散反射側受光素子の位置関係は、当然ながら拡散反射の位置（正反射の位置ではないという意味）にあるので、飛び込んでくる可能性のある反射光は拡散反射光である。
そこで第１（ｃ）の手段の光センサでは、第１（ｂ）の手段の構成に加え、前記シャッター部材の光センサ対向面側は、正反射面である構成としたものであり、シャッター部材裏面を正反射面として反射光を全て正反射成分とすることにより、拡散反射側の通常検知用光路に飛び込んで来る拡散反射光を撲滅できる。これにより、拡散反射側センサの校正精度を良好に維持することができる。

第３の手段の画像形成装置では、第１又は第２の手段の光センサを搭載したことにより、拡散反射側センサで検知するカラートナー付着量の検知安定性が向上するため、カラートナー付着量制御をより安定して行うことができ、カラー画質の向上につながる。また、カラー画質が安定することにより不良画像の発生頻度を低減できるため、紙資源及びトナー資源の無駄遣いを削減することができる。

以下、本発明の具体的な構成、動作および作用効果を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施例を示す光センサの概略断面図であり、校正用光路中に電圧の印加により光の透過・遮断を切り替えることができる光学機能素子を設置した場合の光センサの構成例（第１（ａ）の手段の構成例）を示した図である。
乾式電子写真方式の画像形成装置における画像情報を検知する光センサは、特にカラー画像形成装置においては、正反射光と拡散反射光の両方を検知できる様に構成されているものが多い。

例えば図１（Ａ）に示す光センサ１Ａにおいては、センサケース２の中に、発光素子（通常は発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる）が１個（図１（Ａ）中の符号１１）、受光素子（フォトダイオードやフォトトランジスタが用いられる）が２個（図１（Ａ）中の符号１２ａ，１２ｂ）配置された構成となっており、反射体面４（例えば像担持体面（感光体面または中間転写ベルト面））に対して一定角度傾けて設置した発光素子１１に対して、正反射光が入射する位置に正反射側受光素子１２ａを設置し、また、発光素子１１に対して正反射側受光素子１２ａと逆側の任意の位置に拡散反射側受光素子１２ｂを設置してある。なお、図１（Ａ）において、符号３は防塵ガラス（若しくはレンズ）である。

また、この図１（Ａ）の構成とは逆の構成例も考えられ、図１（Ｂ）に示す光センサ１Ｂのように、センサケース２の中に、受光素子が１個（図１（Ｂ）中の符号１２）、発光素子が２個（図１（Ｂ）中の符号１１ａ，１１ｂ）配置された構成の場合もある。この図１（Ｂ）の場合は、図１（Ａ）における“発光素子１１”の位置に“受光素子１２”が配置され、“正反射側受光素子１２ａ”の位置に“正反射側発光素子１１ａ”が、“拡散反射側受光素子１２ｂ”の位置に“拡散反射側発光素子１１ｂ”が配置される。また、通常検知用光路Ｌ１（正反射側光路），Ｌ２（拡散反射側光路）と校正用光路Ｌ３の矢印は逆向きとなる。どちらの構成でも機能的には同様であり、本発明においてはどちらの構成であっても構わない。

図１に示す様な構成の光センサ１Ａ（又は１Ｂ）において、校正用反射板１４は図中に示すように発光素子１１（又は受光素子１２）と拡散反射側受光素子１２ｂ（又は拡散反射側発光素子１１ｂ）の間を隔てる壁に付随して設置されている。また、この壁の一部は電圧の印加により光の透過・遮断を切り替えることができる光学機能素子１３で形成されており、電圧印加によって光学機能素子１３が光透過状態になった時には、校正用光路Ｌ３が形成された状態となる。この光学機能素子１３としては、例えば液晶素子が考えられる。

受光素子や発光素子に対する校正用反射板１４の最適な設置位置は、図１（Ａ）の発光素子１１及び拡散反射側受光素子１２ｂ（又は図１（Ｂ）の受光素子１２及び拡散反射側発光素子１１ｂ）それぞれの指向特性が関係するので一意には決められないが、両素子の指向特性範囲がオーバーラップしている位置に設置する必要がある。発光素子も受光素子も、指向特性の頂点は０deg（正面）となっているのが通常であり、角度が増えるに従って出力若しくは感度が減衰していく。よって、校正用反射板１４の設置位置は両素子に対してできるだけ角度が浅い方が良く、その様な位置に設置できる様にセンサ構成を決めるのが理想的である。仮に浅い角度に設置できない場合には、指向特性が比較的ブロード（角度が増した場合の減衰率が緩やか）な素子を採用する必要がある。

この様に設置された校正用反射板１４は、通常検知動作時には光学機能素子１３が光を遮断しており、校正用光路Ｌ３を光が通過できない状態になっているので、機能しない状態である。そして校正動作を行う場合にのみ、光学機能素子１３が光を透過する状態に切り替わることによって校正用光路Ｌ３が形成され、図１（Ａ）の発光素子１１（図１（Ｂ）では拡散反射側発光素子１１ｂ）から照射された光の一部が校正用反射板１４に入射するようになり、そこで反射した光の一部が図１（Ａ）の拡散反射側受光素子１２ｂ（図１（Ｂ）では受光素子１２）に入射する。このように、光学機能素子１３における光の透過・遮断を切り替えて校正用光路Ｌ３を形成することにより、校正用反射板１４を用いた拡散反射側センサ（図１（Ａ）では発光素子１１＋拡散反射側受光素子１２ｂ、図１（Ｂ）では拡散反射側発光素子１１ｂ＋受光素子１２）の感度校正が可能となる。

［実施例２］：参考例
図２は別の例を示す光センサの概略断面図であり、校正用反射板１４の前に電圧の印加により光の透過・遮断を切り替えることができる光学機能素子１５を設置した場合の光センサの構成例を示す図である。この光センサ１Ｃの基本的な構成は図１（Ａ）と略同様であるが、本例では、図１（Ａ）に示す光センサの校正用反射板１４の前に第２の光学機能素子１５を設置した構成としてあり、この光学機能素子１５としては図１（Ａ）の光学機能素子１３と同様に液晶素子が考えられる。

この様な構成の光センサ１Ｃにおいて校正動作を行う場合には、２箇所の光学機能素子１３，１５を両方とも光透過状態に制御することにより、校正用光路Ｌ３を形成し、かつ校正用反射板１４を有効に機能する状態とする。これにより、発光素子１１から照射された光の一部が校正用反射板１４で反射して拡散反射側受光素子１２ｂに入射する様になるため、拡散反射側受光素子１２ｂの校正動作を行える様になる。また、校正動作を行わない場合には、２箇所の光学機能素子１３，１５を両方とも光遮断状態に制御し、校正用光路Ｌ３を遮断すると同時に、校正用反射板１４が機能しない様にする。

校正用反射板１４は、拡散反射側の通常検知用光路Ｌ２から光が入ってくる通常検知動作の場合には、特に悪影響が出ない位置に設置されているのが前提であるが、例えば、意図しない光反射がセンサケース２の内部で生じている場合や、遮光壁の光学機能素子部から意図しない漏れ光（例えば光学機能素子１３の劣化による遮光性能の劣化、素子の位置ずれによる隙間）が生じている場合などは、校正用反射板１４で反射した反射光が拡散反射側受光素子１２ｂに入射してしまう可能性が考えられる。そうすると、通常検知動作時の出力に誤差が含まれてしまうことになるので、これを回避するために校正用反射板１４からの反射光が発生しない様に直前で光学機能素子１５により遮光するのである。

光学機能素子１５を液晶素子で構成した場合、液晶素子の表面は偏光フィルターで構成されており、このフィルター表面で反射する光も存在するので、厳密な意味では反射光をゼロにできる訳ではないが、校正用反射板１４からの反射と比較して考えると大幅に反射成分を削減できるので、少なくとも外乱による誤差は削減されることになる。

［例３］：参考例
図３は別の例を示す光センサの概略断面図であり、校正用反射板として電圧の印加により光の透過・反射を切り替えることができる光学機能素子１６を設置した場合の光センサの構成例を示す図である。この光センサ１Ｄの基本的な構成は図１（Ａ）と同様であるが、本例では、図１（Ａ）に示す光センサの校正用反射板として典型的な白色基準板ではなく、透過と反射を切り替えられる光学機能素子１６を設置する構成している。なお、この様な機能を持つ光学機能素子１６としては、例えば産総研が開発している調光ミラー素子（特許文献４〜７参照）がある。

図３に示す構成の光センサ１Ｄで校正動作を行う場合には、壁部の光学機能素子１３（典型的には液晶素子）を光透過状態とし、校正用反射板としての光学機能素子１６を光反射状態に制御する。こうすることによって校正用光路Ｌ３及び校正用反射板が形成され、発光素子１１から照射された光の一部が校正用反射板（光学機能素子）１６で反射して拡散反射側受光素子１２ｂに入射することにより、拡散反射側受光素子１２ｂの感度校正動作が可能となる。また、校正動作を行わない場合には、壁部の光学機能素子１３を光遮断状態、校正用反射板としての光学機能素子１６を光透過状態に制御する。これによって校正用光路Ｌ３は遮断され、かつ校正用反射板の反射率は低下する（表面反射が残るためゼロにはならないが、素子を透過した光はセンサケース２の内壁（通常、センサケース２の内壁は光の反射を防止するため黒色となっている）に当たって大部分が吸収される）ため、校正用光路Ｌ３からの入射光は大幅に削減される。

また、意図しない反射光（迷光）や、壁部の光学機能素子１３からの意図しない漏れ光等が生じている場合、校正用反射板が光反射状態となっていると、効率よく光を反射して拡散側受光素子１２ｂの出力に誤差が発生してしまう場合があるが、校正用反射板としての光学機能素子１６を光透過状態に制御し、校正用反射板の反射率を低下させることにより、この誤差を最小限に抑えることができる。

ここで、光学機能素子１６を調光ミラー素子で構成した場合、調光ミラー素子の表面はガラス系の素材なので、ミラー状態から透過状態へ切り替えても、多少は表面反射成分が残ってしまう。しかし、ミラー状態の反射と比較して考えると大幅に反射成分を削減できるので、外乱としての反射光は大幅に削減できることになる。

［例４］：参考例
図４は別の例を示す光センサの概略断面図であり、通常検知用光路中に電圧の印加により光の透過・遮断を切り替えることができる光学機能素子１７を設置し、校正動作中には通常検知用光路を遮断する場合の構成例である。この光センサ１Ｅの基本的な構成は図１（Ａ）と同様であるが、本例では、光学機能素子１７は発光素子１１からの投光経路上に設置してあり、これは光センサ１Ｅから光が射出される前の位置である。光学機能素子１７としては、光の遮断・透過を切り替えられる液晶素子が考えられる。

この様な構成において校正動作を行う場合、壁部の校正光路用の光学機能素子１３は光透過状態、通常検知光路用の光学機能素子１７は光遮断状態、に制御する。こうすることにより、センサ外の通常検知用光路へは光が出て行かないため、当然センサ外の通常検知用光路から拡散反射側受光素子１２ｂに入射する光もないことになる。つまり、校正用光路Ｌ３を通過する光のみ拡散反射側受光素子１２ｂに入射するため、外乱による誤差のない信頼性の高い校正動作が可能となる。

実機内において反射体面は正反射面に近いことが多いが、元々拡散反射成分を含む素材であったり、キズや摺動跡などが付くことにより拡散反射成分を持つようになる場合がある。この様な場合、校正動作を行う際に通常検知用光路Ｌ２を通って拡散反射側受光素子１２ｂに拡散反射光が入射することがあり、校正動作の誤差を招いてしまう。しかし、通常検知光路用光学機能素子１７により通常検知用光路の光通過を遮断することによって、この誤差要因を排除することができる。また、通常検知動作を行う場合には、校正光路用光学機能素子１３を光遮断状態、通常検知光路用光学機能素子１７を光透過状態、に制御する。これにより、通常検知用光路Ｌ１，Ｌ２のみ光の通過が可能となるため、通常検知動作を行うことができる。

また、図５は、センサの別の構成例を示す図である。図５に示す光センサ１Ｆの構成例においては、通常検知光路用光学機能素子１７が拡散反射側の通常検知用光路Ｌ２に設置されている。この構成では、発光素子１１からの光がセンサ外に照射され、反射体面４に当たることになる。この反射体面４から、前述の様な理由で拡散反射されてくる光を、拡散反射側の通常検知用光路Ｌ２に設置した通常検知光路用光学機能素子１７で遮断するのである。そして、校正動作時には、校正光路用光学機能素子１３を光透過状態、通常検知光路用光学機能素子１７を光遮断状態、に制御することにより、通常検知用光路Ｌ２からの光の入射がなくなるため、外乱による誤差のない校正動作が可能となる。また、校正動作中においても、正反射側受光素子１２ａへは通常通りに正反射光が入射するため、正反射側の検知機能は使える状態にあり、拡散反射側受光素子１２ｂの校正動作と並行して正反射側の検知作業を行える利点もある。また、通常検知動作時においては図４の場合と同様に、校正光路用光学機能素子１３を光遮断状態、通常検知光路用光学機能素子１７を光透過状態、に制御することにより、通常の検知動作が可能となる。

［例５］
図６は、例１〜４で説明した光センサ１を構成する電子部品が載っているセンサ基板１８の構成例を示す図である。電子部品としては例えば、発光素子１１、受光素子１２ａ，１２ｂ、光学機能素子１３，１７、コネクタ１９、その他の電源供給回路や増幅回路を構成する素子等が必要となる。図６は、一例として図４の構成の光センサ１Ｅの素子配置構成を元に描いており、このセンサ基板１８の下半分の領域にセンサケース２（図示せず）が被るイメージである。もちろん、センサケースはセンサ基板１８の全体を収納する様な形式でも良いが、図１〜５に示したセンサケース２の形状では、このセンサ基板１８の下半分を収納するイメージとなる。また、センサ基板側ではなく、センサケース側に設置されるものとしては校正用反射板１４があり、また、防塵ガラス（若しくはレンズ）３は、図１〜５に示すようにセンサケース２に嵌合する構成が考えられる。

センサ基板１８上に載っている光学素子は、発光素子１１、受光素子１２ａ，１２ｂ、光学機能素子１３，１７等であり、発光素子と受光素子は面実装若しくはディスクリート型で脚を９０度曲げたものをセンサ基盤１８に半田付けにより固定し、光学機能素子もセンサ基板１８の所望の位置に半田付けで固定する（半田付けで強度不足であれば他の固定方法を採用した上で、半田付けで電極への電力供給を行う）イメージである。この様に配置された電子部品に対して、図示しない位置決め部材によってセンサ基板１８との位置が決められるセンサケース２が被せられることにより光センサ１が構成される。なお、図１〜５は、センサケース２が被せられた光センサヘッド部の構成を図示したものである。
以上の様に光学素子をセンサ基板上に配置することによって、各素子を所望のタイミングで駆動することができ、前述の光センサとしての動作を実現することができる。

［例６］
図７は別の例を示す光センサの構成説明図であり、光センサ１の光センサヘッド１０の検知面側に汚れ防止用のシャッター部材２１が設置されている場合の構成例（第１（ｂ）の手段の構成例）を示す図（正面図と側面図）である。シャッター部材２１は、センサ基板１８を取り付けるセンサブラケット２０に固定される構成が通常であり、センサブラケット２０上の図示しない駆動部品（ソレノイド、若しくはモータ）によって与えられる駆動力により、光センサ１の通常検知光路を塞ぐ位置と塞がない位置を往復動できるようになっている。図中においては、矢印の方向に直線運動するイメージで描いているが、特に矢印の方向に限る訳でもなく、また円弧を描くような軌跡で往復動しても構わない。

この様にシャッター部材２１が設置された光センサ１において、例えば光センサヘッド１０の構成を図１（Ａ）の光センサ１Ａの構成とした場合、シャッター部材２１が閉じている時に図１（Ａ）に示す（校正光路用）光学機能素子１３を光透過状態に、シャッター部材２１が開いている時に光学機能素子１３を光遮断状態に制御することによって、シャッター部材２１の動作に連動して校正動作可否状態を遷移させることができる。シャッター部材２１が閉じていれば、そこで通常検知用光路Ｌ１，Ｌ２は遮断されている訳であり、光学機能素子１３で校正用光路Ｌ３を開放するだけで安定した校正動作が実現できる。また、シャッター部材２１が開いていれば通常検知動作が行われる可能性があるため、校正用光路Ｌ３は光学機能素子１３で遮断して通常検知動作時の出力に校正用出力が重畳しないようにする。この様にシャッター部材２１があることによって、実施例４に記載の様な、通常検知用光路を遮断するための光学機能素子１７を設置する必要がなくなる。

［例７］
図８は別の例を示す光センサの構成説明図であり、図７と同様の構成の光センサ１のシャッター部材２１の光センサヘッド対向面側に清掃部材２２が設置されており、シャッター部材２１が閉じている時には、この清掃部材２２が光センサヘッド１０の光入出面（防塵ガラス（若しくはレンズ）３）に接することによってセンサ外部の光路が遮断されている場合の構成例（第２の手段の構成例）を示す図（正面図と側面図）である。本例の光センサ１（光センサヘッド１０、センサ基板１８、コネクタ１９）及びセンサブラケット２０、シャッター部材２１の形状は、図７に示したものと同様であり、シャッター部材２１の裏側に清掃部材２２が設置されている点のみが異なっている。

清掃部材２２の素材としては、例えばフェルト等が考えられ、この清掃部材２２がシャッター部材２１の裏側に設置され、かつ光センサヘッド１０（例えば図１〜３の光センサの構成）の防塵ガラス（若しくはレンズ）３に当接している。当接しているからこそ、シャッター部材２１を開閉した場合に、清掃部材２２が光センサヘッド１０の防塵ガラス（若しくはレンズ）面を拭うように往復動することにより、清掃が実施されるようになっている。また、シャッター部材２１を閉じた状態で停止している場合においても、清掃部材２２は防塵ガラス（若しくはレンズ）３に当接しており、これにより通常検知用光路Ｌ１，Ｌ２を塞ぎ、拡散反射側通常検知用光路Ｌ２に反射光が入らない状態となっている。この様に清掃部材２２をシャッター部材２１の裏側に設置し、清掃部材２２が防塵ガラス面に接していることにより、例４に記載のような、通常検知用光路に光路を開放・遮断する光学機能素子１７を設置する必要がなくなる。

［例８］
図９は別の例を示す光センサの概略断面図であり、シャッター部材２１の光センサヘッド対向面側が正反射面である場合（第１（ｃ）の手段の構成）の、発光素子１１から照射される光の反射経路を示したものである。図７に示したシャッター部材２１は、図９で示すと防塵ガラス（若しくはレンズ）３と反射体面４の間にあることになる。例６の図７の説明では、シャッター部材２１によって通常検知用光路が遮断されているので、通常検知用光路から拡散反射側受光素子１２ｂへの入射光はないと説明してあるが、シャッター部材２１の裏面の状態によっては実は多少の入射光があり得る。例えば、シャッター部材裏面が拡散面だった場合、図９中に示す照射光がシャッター部材２１の裏面に当たって生じる拡散反射光の中には、拡散反射側受光素子１２ｂに向けて戻っていく成分も生じる筈である。そこで、本例においてはシャッター部材２１の裏面を正反射面とすることにより、図９に示す様に反射光が全て正反射光となるようにし、拡散反射側に戻って行かない様にしている。これにより、シャッター部材２１を閉じた状態においては、拡散側の通常検知用光路からの光の入射がなくなるため、信頼性の高い校正動作が可能となる。なお、校正動作を行う場合には図中の光学機能素子１３を光透過状態とし、点線の経路（校正用光路）Ｌ３を通って拡散反射側受光素子１２ｂに入射する光によって、拡散反射側受光素子１２ｂの校正動作を行うことになる。

［例９］
図１０は別の例を示す画像形成装置の概略構成図であり、例１〜８で説明した光センサを搭載する画像形成装置の構成例（第３の手段の構成例）を示す図である。この構成例は４連タンデム型中間転写方式のフルカラー画像形成装置（複写機、プリンタ、ファクシミリの機能を備えたカラー複合機）であるが、この方式に限定するものではなく、４連タンデム型直接転写方式や１ドラム型中間転写方式等のフルカラー画像形成装置でも良い。なお、モノクロの画像形成装置になると、本発明に示す光センサを搭載する理由がないため（モノクロトナー（通常は黒トナー）の付着量は、通常、正反射方式で検知し、拡散反射方式は用いない）、原則として、本発明の光センサが搭載されるのはフルカラー画像形成装置である。

図１０に示す構成例の画像形成装置１００では、本体中央部に４連タンデム型中間転写方式の画像形成部（プリンタ部）が設置されている。また、画像形成装置１００の上部には原稿画像を読み取る画像読取装置（スキャナ部）１１０が設置され、その上部には、スキャナ部１１０の図示しないコンタクトガラス上に原稿を自動給紙する自動原稿給紙装置（ＡＤＦ）１２０が設置されている。さらに画像形成装置１００の下部には、記録材（例えば定型サイズの記録紙）Ｐを収納する多段の給紙トレイ５０−１，５０−２を備えた給紙部５０が設置されている。

４連タンデム型中間転写方式の画像形成部（プリンタ部）では、転写手段４０の中間転写ベルト（中間転写体（一次転写後の像担持体））４１に沿って４つの画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋが並設されている。この４つの画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋの構成は同じであり、各画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋは、像担持体である感光体３１を備え、その感光体３１の周囲には帯電装置（帯電チャージャ、帯電ローラ、帯電ブラシ等）３２、書込ユニット（例えばレーザ走査方式の光書込装置、あるいはＬＥＤアレイと結像素子アレイを用いたライン状の光書込装置）３３、現像装置３４、一次転写装置（一次転写ローラ、一次転写チャージャ等）３５、感光体クリーニング装置（クリーニングブレード、クリーニングブラシ等）３６、除電装置（除電ランプ、除電チャージャ等）３７などが配設されている。

この４つの画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋでは、感光体３１を帯電装置３２で帯電し、書込ユニット３３で画像情報（スキャナ部で読取った原稿の画像情報、若しくは、装置外部のパーソナルコンピュータ等から入力された画像情報、あるいは、通信回線から受信した画像情報等）に応じた光を露光して感光体上に静電潜像を形成し、その静電潜像を現像装置３４の各色のトナーで現像して現像色（トナー色）の異なる画像（例えば図中の左側から順にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像）を形成した後、感光体上の各色の画像を一次転写装置３５で中間転写ベルト４１に順次重ね合わせて転写（一次転写）し、カラー画像を形成する。また、転写後の感光体３１は、感光体クリーニング装置３６で残留トナーを除去され、除電装置３７で残留電荷を除去される。

転写手段４０は、駆動ローラと従動ローラからなる複数のローラに張架された中間転写ベルト４１と、前述の一次転写装置３５と、中間転写ベルトクリーニング装置（クリーニングブレード、クリーニングブラシ等）４２と、二次転写装置（二次転写ローラ、二次転写チャージャ等）５５などで構成されており、前記画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋの各感光体３１から中間転写ベルト４１に重ね合わせて転写されたカラー画像を担持して二次転写装置５５が配設された二次転写部に搬送する。

給紙部５０では、上記の画像形成にタイミングに合せて給紙トレイ５０−１（若しくは５０−２）に収納されている記録紙Ｐを、ピックアップローラ５１と給紙ローラ５２で給紙し、搬送ローラ５３によりレジストローラ５４へ搬送する。そしてレジストローラ５４は、中間転写ベルト４１で搬送される画像が二次転写装置５５の位置に来るタイミングに合せて記録紙Ｐを二次転写部に送り出す。二次転写部では、二次転写装置５５により中間転写ベルト４１から記録紙Ｐに画像が転写（二次転写）され、画像転写後の記録紙Ｐは中間転写ベルト４１から分離されて定着装置６０に向けて搬送される。また、画像転写後の中間転写ベルト４１は、中間転写ベルトクリーニング装置４２により残留トナー等を除去される。

二次転写部で記録紙Ｐに転写された画像は、定着装置６０の加熱ローラ６１と加圧ローラ６２（ローラに限らずベルト状の部材を用いたものでもよい）により加熱・加圧されて記録紙Ｐに定着され、画像が定着された記録紙Ｐは、排紙トレイ７０に排紙される。

なお、この画像形成装置１００では、記録紙Ｐの両面に画像形成が可能であり、両面プリントを行う場合には、定着装置６０通過後の記録紙Ｐを用紙反転部に搬送し、スイッチバックローラ５６により用紙の表裏を反転して再給紙搬送経路に送り出し、搬送ローラ５３を経て再度レジストローラ５４へ搬送する。そして、二次転写部で記録紙Ｐの裏面側に画像を転写し、定着装置６０で定着して排紙トレイ７０へ排紙する。

以上、本発明に係る画像形成装置の構成、動作の一例を示したが、図１０に示す構成のフルカラー画像形成装置に本発明の光センサ１を搭載する場合、設置が可能な位置としては、図中に破線で示す“センサ設置可能領域Ｓ１”または“センサ設置可能領域Ｓ２”である。
ここで、“センサ設置可能領域Ｓ１”は各画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋの、現像装置３４と一次転写装置３５の間の領域で感光体３１に対向する位置であり、この場合には感光体面が前述の光センサ１（１Ａ〜１Ｆ）と対向する反射体面４となる。
また、“センサ設置可能領域Ｓ２”は、中間転写ベルト４１に転写された画像が二次転写装置５５に至る前の領域で中間転写ベルト４１に対向する位置であり、この場合には中間転写ベルト面が前述の光センサ１（１Ａ〜１Ｆ）と対向する反射体面４となる。

本発明の光センサ１（１Ａ〜１Ｆ）はトナー付着量を測定するのが目的のセンサであるので、中間転写ベルト４１上のトナー付着量を測定する場合には、４色のトナー像が重ね合わせて形成され、かつ記録紙Ｐへ転写する前の領域は、図１０中のＳ２で示す領域に限られる。
また、各画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋで単色のトナー像のみが形成されている領域として、図中のＳ１で示す領域に各色別々に光センサ１を設置する方法も考えられる。この場合の光センサの形態としては、基本的には、ブラック用には正反射のみ、カラー用には拡散反射のみ、という受・発光素子構成になるが、片方の反射成分のみでは検知若しくは校正動作に不具合が出る様な場合には、単色に対して正反射・拡散反射の両方を備える構成とする。

この様に、本発明による光センサを画像形成装置に搭載した場合、拡散反射側受光素子の校正を校正用反射板を用いて行うことができるため、カラートナー付着量検知の安定性、信頼性が向上する。これによってカラートナー付着量制御が安定し、画像形成装置全体としての画質向上につながる。

（Ａ），（Ｂ）は光センサの概略断面図である。 光センサの概略断面図である。 光センサの概略断面図である。 光センサの概略断面図である。 光センサの概略断面図である。 例１〜４で説明した光センサを構成する電子部品が載っているセンサ基板の構成例を示す図である。 光センサの構成説明図である。 光センサの構成説明図である。 光センサの概略断面図である。 画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ）：光センサ
２：センサケース
３：防塵ガラス（若しくはレンズ）
４：反射体面（例えば像担持体面（感光体面または中間転写ベルト面））
１０：光センサヘッド
１１：発光素子
１１ａ：正反射側発光素子
１１ｂ：拡散反射側発光素子
１２：受光素子
１２ａ：正反射側受光素子
１２ｂ：拡散反射側受光素子
１３：光学機能素子
１４：校正用反射板
１５：光学機能素子
１６：校正用反射板としての光学機能素子
１７：通常検知光路用の光学機能素子
１８：センサ基板
１９：コネクタ
２０：センサブラケット
２１：シャッター部材
２２：清掃部材
３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ：画像形成ユニット
３１：感光体（像担持体）
３２：帯電装置
３３：書込ユニット
３４：現像装置
３５：一次転写装置
３６：感光体クリーニング装置
３７：除電装置
４０：転写手段
４１：中間転写ベルト（中間転写体（一次転写後の像担持体））
４２：中間転写ベルトクリーニング装置
５０：給紙部
５０−１，５０−２：給紙トレイ
５１：ピックアップローラ
５２：給紙ローラ
５３：搬送ローラ
５４：レジストローラ
５５：二次転写装置
６０：定着装置
７０：排紙トレイ
１００：画像形成装置
１１０：画像読取装置（スキャナ部）
１２０：原稿自動給紙装置（ＡＤＦ）
Ｌ１：正反射側通常検知用光路
Ｌ２：拡散反射側通常検知用光路
Ｌ３：校正用光路
Ｐ：記録紙（記録材）

Claims (3)

1. 画像情報を検知する光センサであって、センサ内部に感度校正のための校正用反射板と、校正用光路が備えられ、前記校正用光路中に、電圧の印加により光の透過・遮断を切り替えることができる光学機能素子を設置し、
   前記センサの検知面側に汚れ防止用のシャッター部材が設置されており、該シャッター部材が閉じている時に校正動作可能、該シャッター部材が開いている時に校正動作不可能、となる様に光学機能素子によって前記校正用光路を制御する光センサにおいて、
   前記シャッター部材の光センサ対向面側は、正反射面であることを特徴とする光センサ。
2. 請求項１に記載の光センサにおいて、
   前記シャッター部材の光センサ対向面側に清掃部材が設置されており、該シャッター部材が閉じている時には、この清掃部材がセンサの光入出面に接することによってセンサ外部の光路が遮断されていることを特徴とする光センサ。
3. 請求項１又は２に記載の光センサを搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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