JP5222528B2 - 光濃度センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源から被検出体に向けて出射された検出用光の反射光を濃度検出する光濃度センサ、及びその光濃度センサを搭載した画像形成装置に関する。

従来から、プリンタ・複写機・ファクシミリ、或いはこれらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置では、環境によって現像特性が大きく変化し易い。

従って、この環境によって変化する現像特性を補正して常に一定の画像を得るために、像担持体上のトナー像の反射濃度を検出センサで測定し、その検出値に基づいて現像器のトナー補給や現像器に印加するバイアス電圧等の現像条件、帯電器の帯電条件やレーザー走査光学系のレーザーパワー等の露光条件を制御している。

一方、近年の画像形成装置は、カラー化に伴い、その色調整システムには、感光体や中間転写体等の像担持体の表面トナー量を検出して、帯電量・現像バイアス・露光（光量）・転写バイアス・ガンマ補正等にフィードバックを掛けてトナー量（トナー濃度補正）を安定させて所望の色再現（色調整）を行う方式を採用している。

このような場合、上述した像担持体の表面トナー量を検出する検出センサには、光反射型（又は透過型）の検出センサを用いている。

この検出センサは、正反射光（Ｐ波）用受光素子と拡散反射光（Ｓ波）用受光素子とを備え、像担持体の表面に形成した色ずれ検出用パターンの検出を正反射光（Ｐ波）の受光タイミングと拡散反射光（Ｓ波）の受光タイミングの検出によって行う場合、検出センサの光源をＰ波に偏光し、Ｐ波の検出値とＳ波の検出値との差分で転写ベルト上のパターンを検出する（例えば、特許文献１，２参照）。

これはＰ波のみ、Ｓ波のみを信号として処理した場合、像担持体の表面の反射率に影響を受け、十分光沢のある場合とない場合とで、表面の出力値を境として入れ替わる現象が存在するためである。
特許３０２７１６１号公報 特開２００４−３０９２９２号公報

ところが、上記の如く構成された光濃度センサにあっては、検出センサの各受光素子の取り付け時や、受光素子のチップ位置等のバラ付きが引き起こす光学的配置誤差、ビームスプリッタ等のＰ波／Ｓ波分離プリズムの取り付け精度等に起因して、図７に示すように、Ｐ波のピークとＳ波のピークとにずれが発生し、このずれがそのままＰ波・Ｓ波の検出タイミングずれとなってしまうという問題が生じていた。

このようなピークずれは、検出センサの使用環境が温度変化した場合に、検出センサを構成する樹脂系材料の構成部品（筐体等）に熱膨張が発生した場合にも発生する。

また、Ｐ波・Ｓ波の検出タイミングずれは、色ずれ検出用パターンのトナー量が増減した際のＰ波・Ｓ波の出力比率の変動によって、Ｐ波・Ｓ波の差分信号（図７の『Ｐ−Ｓ出力』参照）として影響を受け、色ずれ検出用パターンの検出タイミングの誤検知を引き起こす要因となってしまうという問題があった。

尚、上述した特許文献１及び特許文献２に開示の技術は、被検出体としての像担持体上に形成した色ずれ検出用のパターンを像担持体に転写して、像担持体で反射した正反射光と拡散反射光とを２つの受光素子で受光するため、被検出体の劣化に伴う僅かなトナー量の検出が困難で、しかも、正反射光を受光する受光素子に拡散反射光も受光してしまい、高精度なパターン検出が困難であるという問題が生じていた。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、正反射光と拡散反射光との分離検出性能を向上し得て、しかも、正反射光と拡散反射光との検出精度を向上することができる光濃度センサを提供することを目的とする。

本発明の光濃度センサは、被検出体に向けて検出用光を出射する光源と、被検出体で反射された検出用光を正反射成分と拡散反射成分とに分離する受光側偏光分離素子と、該受光側偏光分離素子を透過した正反射成分の検出用光を受光する第１の受光素子と、前記受光側偏光分離素子の検出用光入射表面で反射した拡散反射成分の検出用光を受光する第２の受光素子と、該第２の受光素子の前面に配置されて前記受光側偏光分離素子の検出用光出射内面で反射した正反射成分の検出用光の受光を阻止する絞りと、前記各受光素子で受光した検出用光の差分によって被検出体のパターン検出を行う演算回路と、を備えていることを特徴とする。

この際、前記第１の受光素子の前面に絞りを配置しても良く、光源と被検出体との間に出射側偏光分離素子を配置しても良い。

また、前記受光側偏光分離素子の偏光率は９８％以上とするのが好ましい。

尚、前記受光側偏光分離素子としては、光透過性プレートと、該光透過性プレートの検出用光入射面側に設けられた誘電体多層膜と、前記光透過性プレートの検出用光出射面側に設けられた反射防止膜と、で構成することが好ましい。

また、本発明は上記した何れかの構成からなる光濃度センサを採用した画像形成装置とすることができる。

本発明の光濃度センサは、正反射光と拡散反射光との分離検出性能を向上し得て、しかも、正反射光と拡散反射光との検出精度を向上することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る光濃度センサについて、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る光濃度センサを搭載した画像形成装置としてのタンデム方式のカラープリンタの説明図、図２は本発明の一実施形態に係る光濃度センサの説明図、図３は本発明の一実施形態に係る光濃度センサに用いられる出射側偏光分離素子の説明図、図４は本発明の一実施形態に係る光濃度センサに用いられる受光側偏光分離素子の説明図、図５は本発明の受光側偏光分離素子並びに絞りを配置していない場合（上段）と配置した場合（下段）のＰ波・Ｓ波の色ずれパターン検出時の波形のグラフ図、図６は本発明の受光側偏光分離素子並びに絞りを配置していない場合（上段）と配置した場合（下段）のセンサ出力の距離特性のグラフ図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るトナークリーニング装置を搭載した画像形成装置としてのタンデム方式のカラープリンタ１１は、プリンタ本体１２の内部に、転写紙（図示せず）を収納する給紙カセット１３と、給紙カセット１３から転写紙を取り出す給紙部１４と、給紙カセット１３又は図示を略する手差トレイから供給された転写紙に画像形成処理を行う画像形成処理部１５と、給紙カセット１３又は手差トレイから供給された転写紙を転写紙搬送経路１６で案内しつつ画像形成処理部１５で画像形成処理したトナー像を転写する転写部１７と、転写後のトナー像を定着する定着部１８とを備えている。

画像形成処理部１５は、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を用いて画像形成処理を行うタンデム方式が採用されている。尚、以下の説明では、特に色指定に関する場合にのみ、各算用数字の符号に括弧書きで（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の色を付し、共通の場合には算用数字のみの符号を付して説明する。

画像形成処理部１５は、各色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）毎に対応して、補給用トナーを収納した複数のトナーコンテナ１９と、各色トナーを図示を略するパーソナルコンピュータから送信された印刷データに含まれる画像データに基づいてトナー像を形成するアモルファスシリコン製の複数の感光体ドラム２０と、各感光体ドラム２０にトナーを供給する複数の現像器２１と、感光体ドラム２０に形成されたトナー像が転写される無端状の中間転写ベルト２２と、中間転写ベルト２２を被検出体としてその表面のトナー像濃度を検出する光濃度センサ２３と、備えている。
各感光体ドラム２０は、その表面に露光器ユニット２４から出射されたビーム光束に基づいて各色のトナー像を担持して中間転写ベルト２２にトナー像を転写するためのものであり、現像器２１と共に中間転写ベルト２２の下方に配置されている。また、感光体ドラム２０の周囲には、帯電器（帯電ローラ）２５、露光器ユニット２４、現像器２１、転写ローラ２６、クリーニング装置２７、除電器２８が転写プロセス順に配置されている。

各現像器２１は、基本的に同一構成のものが中間転写ベルト２２の下方に回動移動方向に沿って隣接配置されている。尚、現像器２１の詳細な構成の説明は省略する。

中間転写ベルト２２は、プリンタ本体１２内で水平方向に延びて配置された無端ベルトであり、画像形成動作に伴って循環駆動される。また、中間転写ベルト２２上に転写されたトナー像は、給紙カセット１３又は手差トレイから転写紙搬送経路１６を通って搬送されてきた転写紙に対し転写部１７で転写する。

尚、転写部１７でトナー像を転写した転写紙は転写紙搬送経路１６を通って定着部１８で定着された後、転写紙搬送経路１６の終端部へと案内されてプリンタ本体１２の上面として兼用する排紙トレイ１２ａに向けて排出される。

光濃度センサ２３は、中間転写ベルト２２のトナー像の反射濃度を測定し、その検出値に基づいて各現像器２１のトナー補給や現像器２１に印加するバイアス電圧等の現像条件、帯電器２５の帯電条件や露光器ユニット２４のレーザーパワー等の露光条件を制御するために用いている。また、光濃度センサ２３は、図２に示すように、筐体２９と、筐体２９の検出用光出入窓を閉成する保護カバー３０と、筐体２９の内部に配置されて中間転写ベルト２２に向けて検出用光を出射する発光ダイオード等の検出用光源３１と、検出用光源３１の前面に配置された出射側偏光分離素子３２と、フォトトランジスタ等の補正光受光素子３３と、中間転写ベルト２２で反射された検出用光を正反射成分（Ｐ波）と拡散反射成分（Ｓ波）とに分離する受光側偏光分離素子３４と、フォトダイオード等の第１，第２の受光素子３５，３６と、各受光素子３５，３６の前面に配置された絞り３７，３８と、を備えている。

出射側偏光分離素子３２には、偏光ビームスプリッタ、偏光プリズム、ハーフミラー等が用いられており、図３に示すように、検出用光源３１から出射された検出用光の一部を中間転写ベルト２２に向けて透過（偏光）し、検出用光源３１から出射された検出用光の他の一部を補正光受光素子３３に向けて反射（又は屈折）する。尚、出射側偏光分離素子３２に偏光ビームスプリッタを用いた場合、検出用光源３１から出射された検出用光の一部はＰ波に偏光が揃えられた状態で透過する。

補正光受光素子３３は、出射側偏光分離素子３２で反射（屈折）された検出用光の他の一部を受光し、その光量を検出することで検出用光源３１の光量補正を行う。

受光側偏光分離素子３４は、図４に示すように、光透過性プレート３９と、光透過性プレート３９の検出用光入射面側に設けられた誘電体多層膜４０と、光透過性プレート３９の検出用光出射面側に設けられた反射防止膜４１と、を備えている。また、受光側偏光分離素子３４は、中間転写ベルト２２で反射された検出用光を正反射成分（Ｐ波）と拡散反射成分（Ｓ波）とに分離する。この際、受光側偏光分離素子３４の偏光率は、正反射成分（Ｐ波）として透過した検出光（Ｐ１波）を、Ｐ波９８％以上、Ｓ波２％以下とする。

絞り３７，３８は、受光側偏光分離素子３４で分離されたＰ波・Ｓ波の検出光を、各受光素子３５，３６上での受光位置を規定（光軸一致）するように配置されている。尚、絞り３７，３８としては、アパーチャ、開口絞り、ピンホール等、特に限定されるものではない。

上記の構成において、検出用光源３１から出射された検出用光は、出射側偏光分離素子３２並びに保護カバー３０を透過して中間転写ベルト２２で反射される。

その反射光は、保護カバー３０を透過した後に、一部は受光側偏光分離素子３４を透過して第１の受光素子３５に受光され、他の一部は受光側偏光分離素子３４に反射されて第２の受光素子３６に受光される。

この際、受光側偏光分離素子３４は、中間転写ベルト２２で反射された検出用光を正反射成分（Ｐ波）と拡散反射成分（Ｓ波）とに分離するが、受光側偏光分離素子３４への入射光の一部は受光側偏光分離素子３４を透過した正反射成分（Ｐ１波）の検出用光として偏光が揃えられた状態で第１の受光素子３５で受光し、他の一部は受光側偏光分離素子３４の検出用光入射表面（誘電体多層膜４０）で反射した拡散反射成分の検出用光を第２の受光素子３６で受光する一方、第２の受光素子の前面に配置されて受光側偏光分離素子３４の検出用光出射内面（反射防止膜４１の裏面）で反射した正反射成分（Ｐ２波）の検出用光を絞り３８で阻止される。

従って、検出用光出射内面で反射された正反射光成分（Ｐ２波）が拡散反射光（Ｓ波）の一部として第２の受光素子３６で受光されてしまうことが防止される。

よって、拡散反射成分（Ｓ波）の受光性能の悪化を抑制し、拡散反射成分（Ｓ波）のずれ、並びに色ずれパターンの検出タイミングのずれの発生を抑制することができる。

図５の上段は本発明の受光側偏光分離素子３４並びに絞り３８を配置していない場合のＰ波・Ｓ波の色ずれパターン検出時の波形を示す。一般的にＳ波に比べＰ波の出力は大きく、受光素子３５，３６の位置が受光側偏光分離素子３４の内側から反射されるＰ２波の光軸に等しいときにこのような結果が現れる。

図５の下段は本発明の受光側偏光分離素子３４並びに絞り３８を配置した場合のＰ波・Ｓ波の色ずれパターン検出時の波形を示し、Ｐ波・Ｓ波の検出タイミングは略一致していることが判る。

また、Ｐ波・Ｓ波の光軸は中間転写ベルト２２と光濃度センサ２３との距離（図２の距離Ｌ）にも大きく依存する。

図６の上段は本発明の受光側偏光分離素子３４並びに絞り３８を配置していない場合のセンサ出力の距離特性を示し、対象物との距離Ｌの変動によってＰ波・Ｓ波の出力特性が異なってしまい、色ずれパターン検出時の位相ずれが発生し易く、トナー量の検出精度も下がってしまう。

図６の下段は本発明の受光側偏光分離素子３４並びに絞り３８を配置した場合のセンサ出力の距離特性を示し、対象物との距離Ｌが変動してもＰ波・Ｓ波の出力特性が異なり難く、色ずれパターン検出時の位相ずれが発生し難く、トナー量の検出精度も上がることが判る。

各受光素子３５，３６は、その受光した反射光の光量値を電圧値に変換する検出部４２に出力する。また、検出部４２は、その検出値（電圧値）を制御回路４３に出力する。

制御回路（ＣＰＵ）４３は、ＲＯＭ等のメモリ４４に格納された各種制御プログラムに基づいて画像形成処理全般に係わる制御を行う。また、メモリ４４には、本発明のカラープリンタ１１のトナー濃度補正制御に係わる制御プログラムも格納されており、この制御プログラムを実行する制御回路４３とでマイクロコンピュータを構成している。尚、画像形成処理を実行する際の画像データ等は、このメモリ４４とは別のＲＡＭ４５又はＨＤＤ等の記憶媒体（図示せず）に一時的に記憶される。

具体的には、制御回路４３は、検出部４２から出力された検出値から、メモリ４４に格納されたトナー濃度補正制御プログラムに従って上述した現像条件や露光条件等に基づくトナー濃度補正制御をトナー制御部４６に実行させる。

ところで、上記実施の形態では、本発明の光濃度センサをカラープリンタ１１に適用して説明したが、例えば、複写機や複合機等の画像形成装置全般に適用することができることは勿論である。

また、第１の受光素子３５の前面に配置された絞り３７は無くても良いが、配置した場合には検出精度をより一層向上することができる。

本発明の一実施形態に係る光濃度センサを搭載した画像形成装置としてのタンデム方式のカラープリンタの説明図である。 本発明の一実施形態に係る光濃度センサの説明図である。 本発明の一実施形態に係る光濃度センサに用いられる出射側偏光分離素子の説明図である。 本発明の一実施形態に係る光濃度センサに用いられる受光側偏光分離素子の説明図である。 本発明の受光側偏光分離素子並びに絞りを配置していない場合（上段）と配置した場合（下段）のＰ波・Ｓ波の色ずれパターン検出時の波形のグラフ図である。 本発明の受光側偏光分離素子並びに絞りを配置していない場合（上段）と配置した場合（下段）のセンサ出力の距離特性のグラフ図である。 Ｐ波・Ｓ波の検出タイミングずれの説明のためのグラフ図である。

符号の説明

２２…中間転写ベルト（被検出体）
２３…光濃度センサ
３１…光源
３４…受光側偏光分離素子
３５…第１の受光素子
３６…第２の受光素子
３８…絞り
３９…光透過性プレート
４０…誘電体多層膜
４１…反射防止膜
４２…検出部（演算回路）

Claims (6)

1. 被検出体に向けて検出用光を出射する光源と、被検出体で反射された検出用光を正反射成分と拡散反射成分とに分離する受光側偏光分離素子と、該受光側偏光分離素子を透過した正反射成分の検出用光を受光する第１の受光素子と、前記受光側偏光分離素子の検出用光入射表面で反射した拡散反射成分の検出用光を受光する第２の受光素子と、該第２の受光素子の前面に配置されて前記受光側偏光分離素子の検出用光出射内面で反射した正反射成分の検出用光の受光を阻止する絞りと、前記各受光素子で受光した検出用光の差分によって被検出体のパターン検出を行う演算回路と、を備えていることを特徴とする光濃度センサ。
2. 前記第１の受光素子の前面に絞りを配置したことを特徴とする請求項１に記載の光濃度センサ。
3. 前記光源と被検出体との間に出射側偏光分離素子を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光濃度センサ。
4. 前記受光側偏光分離素子は、偏光率９８％以上を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光濃度センサ。
5. 前記受光側偏光分離素子は、光透過性プレートと、該光透過性プレートの検出用光入射面側に設けられた誘電体多層膜と、前記光透過性プレートの検出用光出射面側に設けられた反射防止膜と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光濃度センサ。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の光濃度センサを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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