JP5532439B2 - 光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
また、請求項2の発明は、少なくとも1つの発光手段と、該発光手段からの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が、該照射対象物に対向配置され、上記発光手段から上記照射対象物までの光路上及び該照射対象物から上記受光手段までの光路上の少なくとも一方に、集光レンズ又は光放散レンズが配置されている光学センサにおいて、上記集光レンズ又は上記光放散レンズを、光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置して、上記発光手段からの入射光が照射される上記照射対象物上の地点の法線と該集光レンズ又は該光放散レンズに入射する前の光路の中心線とのなす角よりも、該法線と該集光レンズ又は該光放散レンズに入射した後の光路の中心線とのなす角が狭くなる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3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又は2の光学センサを用いたことを特徴とするものである。
ここで、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を狭くすれば、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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変形例(以下、本変形例を「変形例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、本変形例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。
本変形例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、本変形例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、本変形例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。
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変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
本変形例2は、上記変形例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。
本変形例2のPセンサ230の基本構成は、上記変形例1と同様である。しかし、本変形例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、本変形例2における構成によれば、上記変形例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。
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レンズや凸ミラーを配置しても、同様に光の進行方向を変更できるので、同様である(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更に他の変形例(以下、本変形例を「変形例3」という。)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、本変形例3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。
本変形例3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、本変形例3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、本変形例3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。
また、本変形例3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2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2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2)
1/a1 + 1/(b1+b2) = 1/f1
1/a2 + 1/(b1+b2) = 1/f2
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変形例(以下、本変形例を「変形例4」という。)について説明する。
図9は、本変形例4におけるPセンサ430の概略構成を示す断面図である。
本変形例4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。
(数3)
1/a + 1/b = 1/f
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変形例(以下、本変形例を「変形例5」という。)について説明する。
図10は、本変形例5におけるPセンサ530を示す概略構成図である。
本変形例5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、上記変形例4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、上記変形例4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。
また、本変形例5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、本変形例4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。
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変形例(以下、本変形例を「変形例6」という。)について説明する。
図11は、本変形例6におけるPセンサ630の概略構成を示す断面図である。本変形例6のPセンサ630の光学素子である発光素子531は、上記変形例5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、本変形例6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。
また、本変形例6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、本変形例6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、本変形例6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、本変形例6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、本変形例6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。
なお、図示はしていないが、本変形例6では、発光素子531からの入射光の絞り径を、第1受光素子532への正反射光の絞り径よりも大きくしている。これにより、感光体ドラム上に形成されるライン状の基準パターンの分解能が高まり、より詳細なトナー付着量の検出が可能となる。
次に、乱反射光の受光効率を高めるための変形例(以下、本変形例を「変形例7」という。)について説明する。
上述したように、乱反射光の受光効率を高めるには、感光体ドラム表面上の反射点から、乱反射光を受光するための第2受光素子の受光面までの距離(以下、「乱反射光受光距離」という。)を短くする必要がある。また、感光体ドラム表面上の反射点における表面法線方向と第2受光素子が受光する乱反射光の乱反射光路の中心線とのなす角(以下、「乱反射光受光角」という。)を狭くする必要もある。しかし、上述したいずれのPセンサ30,130,230,330,430,530,630も、第2受光素子33,433,533を入射光路と正反射光路とを含む仮想平面内に配置していたため、発光素子又は第1受光素子に邪魔されて、上記乱反射光受光距離を十分に短くし、また、上記乱反射光受光角を十分に狭くすることができなかった。そこで、本変形例7では、上記乱反射光受光距離を十分に短くし、また、上記乱反射光受光角を十分に狭くすることが可能な構成をもつPセンサについて説明する。
次に、乱反射光の受光効率を高めるための他の変形例(以下、本変形例を「変形例8」という。)について説明する。
本変形例8のPセンサも、上記変形例7と同様に、感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、反射点Oで第1仮想平面に対して直交する第2仮想平面上に、第2受光素子33が配置されている。よって、発光素子31及び第1受光素子32の配置に関わらず、上記乱反射光受光距離rを十分に短くし、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くすることができる。
本変形例8のPセンサ830の発光素子431、第1受光素子432及び第2受光素子433は、上記変形例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の面に対して法線方向に向くように表面実装されている。このPセンサ830は、第2受光素子433が受光する乱反射光が通る乱反射光路のうち、その第2受光素子433に隣接する領域を囲うケーシング835を有している。そして、そのケーシング835への乱反射光の入口開口には、その入口開口に対応する部分が光透過部材かつ集光部材としてのフレンネルレンズ837で構成された防塵カバー838が設けられている。この防塵カバー838により、ケーシング835の内部に飛散トナー等の異物が進入するのを防止できるので、第2受光素子433に異物が付着するのが抑制される。また、感光体ドラム表面からの乱反射光は、フレンネルレンズ837を通過してケーシング835の内部に入り込む。ケーシング835の内壁は乱反射光を反射させる反射面となっている。具体的には、ケーシング835の内壁を、白色塗装したり、反射ミラーで形成したりする。よって、フレンネルレンズ837を通過した乱反射光の少なくとも一部は、ケーシング835の内壁面で反射して、第2受光素子433に集光される。よって、第2受光素子433で受光される乱反射光の受光量を十分に確保することができる。なお、乱反射光は赤外光であるため、ケーシング835の内壁面を赤外光が吸収されにくい材質で形成すれば、本変形例8の構成に限られるものではない。
次に、乱反射光の受光効率を高めるための更に他の変形例(以下、本変形例を「変形例9」という。)について説明する。
本変形例9のPセンサも、上記変形例7や上記変形例8と同様に、感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、反射点Oで第1仮想平面に対して直交する第2仮想平面上に、第2受光素子33が配置されている。よって、発光素子31及び第1受光素子32の配置に関わらず、上記乱反射光受光距離rを十分に短くし、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くすることができる。
本変形例9のPセンサ930の光学素子である発光素子531及び第1受光素子532は、上記変形例5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。一方、本変形例9のPセンサ930の光学素子である第2受光素子33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。本変形例9では、発光素子531と第1受光素子532はプリント基板34の同一面に実装されているが、第2受光素子33は、そのプリント基板34の反対面に実装されている。このような構成においては、発光素子531と第2受光素子33とを結ぶ線分上にプリント基板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2受光素子33に受光されることはない。
また、本変形例9では、発光素子531と第1受光素子532がプリント基板34の同一面に実装されている安価な片面基板を利用することで、コストを削減している。なお、第2受光素子33のリード線は、その第2受光素子33が実装される基板面とは反対面ではんだ付けされるため、発光素子531と第1受光素子532が実装された基板面側ではんだ付けを行わなければならない。この場合、リード線を発光素子531と第1受光素子532の近くに引き出すと、はんだ付けの際にフラックスが飛んで発光素子531と第1受光素子532の素子面を汚すおそれがある。しかし、本変形例9では、第2受光素子33のリード線が発光素子531と第1受光素子532から離れた位置に引き出されるので、はんだ付けの際に素子面を汚す心配はない。
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、上記変形例4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、上記変形例6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,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、上記変形例3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、上記変形例3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、上記変形例3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、上記変形例3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、上記数2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、上記変形例3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、上記変形例4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、上記変形例3、6、8及び9のPセンサ330,630,830,930のように、入射光路、正反射光路及び乱反射光路のうちの少なくとも1つの光路に、集光部材である片面凸レンズ336a、集光レンズ636,637、フレンネルレンズ837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変形例3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、あるいは、第2受光素子433で受光される乱反射光の受光量を十分に確保することができるという上記変形例8で説明した効果等を得ることが可能となる。
また、上記変形例6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、上記変形例6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、各集光レンズの焦点距離をfとしたとき、上記数3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、上記変形例3や上記変形例6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、上記変形例3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、上記実施形態や上記変形例1、2、3及び4の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、上記変形例6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、上記変形例4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、上記変形例4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、上記変形例4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、上記変形例5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、上記変形例6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、上述した各変形例を含む本実施形態におけるPセンサ30,130,230,330,430,530,630,730,830,930において、発光素子31,431,531からの入射光L1の絞り径を、第1受光素子32,432,532への正反射光L2の絞り径よりも大きくすれば、上記変形例6で説明したように、感光体ドラム上に形成されるライン状の基準パターンの分解能が高まり、より詳細なトナー付着量の検出が可能となる。
また、上記変形例7乃至9におけるPセンサ730,830,930は、第2受光素子33,433が、入射光路と正反射光路とを含む第1仮想平面外に配置されている。このような配置構成により、発光素子31,431,531や第1受光素子32,432,532に邪魔されることなく、上記乱反射光受光距離rを十分に短くし、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くすることができるようになる。したがって、第2受光素子33,433での乱反射光の受光効率を高めることができ、乱反射光検出の感度を向上させることができる。また、上記乱反射光受光距離rを十分に短くなり、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くなるように、第2受光素子33,433を配置する際、発光素子31,431,531や第1受光素子32,432,532の配置に影響を与えない。よって、上述したように、発光素子と第1受光素子との間の距離を短くしてシャドーファクターが小さくして正反射光検出の感度を向上させつつ、乱反射光検出の感度も向上させることができる。
また、上記変形例9のPセンサ930のように、発光素子531及び第1受光素子532の両方を基板34の同一面に実装し、第2受光素子33をその同一面とは反対側の基板面に実装すれば、発光素子531から直接第2受光素子33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2受光素子33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、上記変形例7及び9のPセンサ730,930のように、第2受光素子33のリード線を基板34にはんだ付けした構成を採用すれば、上記変形例7で説明したように、基板34が感光体ドラム表面から離れて配置されても、リード線を延ばすことで、第2受光素子33だけは感光体ドラム表面に近接して配置することができる。よって、基板34の配置に関わらず、乱反射光検出の感度も向上させることができる。
また、上記変形例8及び9のPセンサ830,930は、第2受光素子33,433が受光する乱反射光が通る乱反射光路のうち、その第2受光素子に隣接する領域を囲うケーシング835を有している。そして、乱反射光L3を反射させる反射面がケーシング内壁に設けられている。この反射面としては、白色面や鏡面を採用することができる。このような構成により、上記変形例8で説明したように、ケーシング835の内部に入り込んだ乱反射光を第2受光素子33,433に集めることが可能となるため、乱反射光の受光量を十分に確保することが可能となる。
また、上記変形例8及び9のPセンサ830,930は、ケーシング835への乱反射光L3の入口開口に光透過部材が設けられている。この光透過部材としては、例えばフレンネルレンズを用いることができる。このようにケーシング835の入口開口に光透過部材を設けることで、上記変形例8で説明したように、ケーシング835の内部に飛散トナー等の異物が進入するのを防止できるので、第2受光素子433に異物が付着するのが抑制される。
また、上述した各変形例を含む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30,130,230,330,430,530,630,730,830,930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30,130,230,330,430,530,630,730,830,930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30,130,230,330,430,530,630,730,830,930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、本実施形態において、上記変形例1乃至6で説明したような正反射光の受光に関する構成を、適宜、乱反射光の受光に関する構成に適用することが可能であり、また、上記変形例7乃至9で説明したような乱反射光の受光に関する構成を、適宜、正反射光の受光に関する構成に適用することが可能である。
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。
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
30,130,230,330,430,530,630,730,830,930 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
33a リード線
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
835 ケーシング
837 フレンネルレンズ
838 防塵カバー
Claims (3)
- 少なくとも1つの発光手段と、該発光手段からの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が、該照射対象物に対向配置され、
上記発光手段から上記照射対象物までの光路上及び該照射対象物から上記受光手段までの光路上の少なくとも一方に、集光レンズ又は光放散レンズが配置されている光学センサにおいて、
上記集光レンズ又は上記光放散レンズを、光路の中心線に対して光軸がズレるように配置して、上記発光手段からの入射光が照射される上記照射対象物上の地点の法線と該集光レンズ又は該光放散レンズに入射する前の光路の中心線とのなす角よりも、該法線と該集光レンズ又は該光放散レンズに入射した後の光路の中心線とのなす角が狭くなるように構成したことを特徴とする光学センサ。 - 少なくとも1つの発光手段と、該発光手段からの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が、該照射対象物に対向配置され、
上記発光手段から上記照射対象物までの光路上及び該照射対象物から上記受光手段までの光路上の少なくとも一方に、集光レンズ又は光放散レンズが配置されている光学センサにおいて、
上記集光レンズ又は上記光放散レンズを、光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置して、上記発光手段からの入射光が照射される上記照射対象物上の地点の法線と該集光レンズ又は該光放散レンズに入射する前の光路の中心線とのなす角よりも、該法線と該集光レンズ又は該光放散レンズに入射した後の光路の中心線とのなす角が狭くなるように構成し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又は2の光学センサを用いたことを特徴とする画像形成装置。
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