JP5852365B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクス等の画像形成装置に関する。

画像形成装置が印刷する画像の濃度特性は、各部材の特性の経年変化や、製造時の特性のばらつき、使用環境等の影響により変動する。特許文献１は、濃度を検出するためのパッチ画像を形成して濃度を調整する構成を開示している。

特許文献１では、まず、赤外発光ダイオード等からなる発光素子により、中間転写体上に形成されたカラートナー像に光を照射し、そのときの正反射光を正反射光用の受光素子で受光し、拡散反射光を拡散反射光用の受光素子で受光する。ここで各受光素子は、例えばフォトトランジスタで構成することができる。そして、両受光素子の出力からカラートナー像の濃度が求められる。

このとき、これら赤外発光ダイオードやフォトトランジスタは、パッケージに封入され保持されている。これらパッケージには、発光素子から照射される光が、被光照射物に至るまでの光路や、被光照射物から正反射した正反射光が受光素子に至るまでの光路を確保する為の通路が形成されている。また、被光照射物から拡散反射した光が受光素子に至るまでの光路を確保するための通路が、パッケージに形成されている場合等もある。

特開２００８−２４９７１４号公報

従来から知られているパッチ画像の光量検出センサにおいては、正反射光と拡散反射光とを切り分けるべく、上記のように、パッケージ内に光通路を形成する必要等があり、それが光量検出センサの大型化に繋がってしまうという問題があった。

本発明は、パッチ画像の検出に関連して、正反射光と拡散反射光とを切り分けようとした場合に、光量検出のためのセンサが大型化してしまう課題を解決する画像形成装置を提供することにある。

画像形成装置は、像担持体と、パッチ画像を前記像担持体上に形成する画像形成手段と、発光手段と、前記像担持体の移動に伴い移動する前記パッチ画像に前記発光手段により光を照射したときの反射光を受光可能に隣接して配置される２つ以上の受光部であって、それぞれが１以上の受光素子を含む複数の受光部と、前記受光部の配置順が奇数番目の第１の受光部の受光量と、偶数番目の第２の受光部の受光量との差に応じた出力信号を出力する出力手段と、を備え、前記パッチ画像は１つ以上のラインを含み、前記発光手段が照射し、前記パッチ画像で反射する反射光の前記第１の受光部および前記第２の受光部での受光量は、前記像担持体の移動に伴い前記第１の受光部と前記第２の受光部とにおいて異なる変動となる様に、前記発光手段および前記複数の受光部が配置されていることを特徴とする。

第１の受光部と第２の受光部の受光量の差分から光量を出力するため、拡散反射光の影響をキャンセルすることができる。これにより、パッチ画像の検出に関連し、正反射光と乱反射光とを切り分けようとした場合に、光量検出のためのセンサが大型化してしまう課題を解決できる。

一実施形態における画像形成装置の構成図。 一実施形態におけるセンサの構成を示す斜視図。 一実施形態におけるセンサの回路構成図。 一実施形態におけるパッチ画像からの正反射光の受光を説明する図。 一実施形態におけるセンサの受光素子と、パッチ画像のラインのピッチの関係を示す図。 一実施形態におけるパッチ画像からの拡散反射光の受光を説明する図。 一実施形態におけるパッチ画像が形成されていない領域からの反射光の受光を説明する図。 一実施形態におけるセンサの出力波形の説明図。 一実施形態におけるセンサの出力波形を示す図。 一実施形態におけるパッチ画像を示す図。 一実施形態における各パッチ画像に対するセンサの出力波形を示す図。 一実施形態における制御部のブロック図と、各部の波形を示す図。 一実施形態におけるセンサの回路構成図。 一実施形態におけるパッチ画像からの正反射光の受光を説明する図。 一実施形態におけるパッチ画像からの正反射光の受光を説明する図。 一実施形態におけるパッチ画像からの正反射光の受光を説明する斜視図。 一実施形態におけるセンサの受光素子と、パッチ画像のラインのピッチの関係を示す図。 一実施形態におけるセンサの受光素子と、パッチ画像のラインピッチの関係を示す図。 一実施形態におけるセンサの出力波形を示す図。 一実施形態における各パッチ画像に対するセンサの出力波形を示す図。 一実施形態における制御部のブロック図と、各部の波形を示す図。

（第一実施形態）まず、本実施形態による画像形成装置の画像形成部について図１を用いて説明する。図１において、帯電部１６ａは、像担持体である感光体１８ａを一様に帯電し、露光部１１ａは、感光体１８ａにレーザビームを照射し静電潜像を形成する。現像部１７ａは、感光体１８ａの静電潜像を、ブラックのトナーで現像してトナー像を形成する。一次転写部１９ａは、感光体１８ａのトナー像を、像担持体である中間転写ベルト８に転写する。つまり、像担持体上に形成する。なお、露光部１１ｂ〜１１ｄ、帯電部１６ｂ〜１６ｄ、現像部１７ｂ〜１７ｄ、感光体１８ｂ〜１８ｄ、一次転写部１９ｂ〜１９ｄは、それぞれ、シアン、マゼンダ、イエローのトナー像を中間転写ベルト８に形成するためのものである。中間転写ベルト８には、各色のトナー像が重ね合わせて転写される。

二次転写部４２は、カセット２２から取り出される記録材に、中間転写ベルト８のトナー像を転写する。定着部２３は、熱及び圧力を加えて記録材に転写されたトナー像を記録材に定着させる。また、制御部２５は、ＣＰＵ２６を備えており、ＣＰＵ２６は、画像形成に関する制御や、故障検知に関する制御等、画像形成装置全体の制御を行う。

さらに、画像形成装置は、画像形成部が中間転写ベルト８に形成した濃度制御用等のパッチ画像の濃度を検出し、中間転写ベルト８上に形成した色ずれ補正用のパッチ画像を検出するセンサ２７を備えている。なお、形成する濃度制御用や色ずれ制御用のパッチ画像のデータは、図示しない画像形成装置の記憶部に予め設定されている。このパッチ画像のデータに従い画像形成部によりトナー像（パッチ画像）が形成される。

また、制御部２５は、センサ２７の出力信号を受信して最大濃度補正や中間調濃度補正を自動的に行う。なお、最大濃度補正は、現像バイアス値や帯電バイアス値等のプロセス条件（画像形成条件）を変更することにより行う。また、中間濃度補正は、画像信号と画像濃度が直線的関係となる様にする補正、いわゆるγ補正（画像形成条件）である。なお、濃度補正は、所定枚数の印刷を行ったとき、電源が投入されたとき、利用者が濃度補正を行う様に画像形成装置に入力を行ったとき等、所定の条件に合致した場合に制御部２５は実行する。

なお、画像形成装置として、中間転写ベルト８を使用したタンデムタイプを例に以下説明を行っていくが、方式としては、これに限定されない。例えば、複数の感光体で形成したトナー像を記録材に直接転写する装置であっても良い。この場合には、記録材を搬送する記録材搬送体（記録材担持体）が、パッチ画像の形成対象となり、像担持体として機能する。さらに、感光体が１つで構成されるロータリ方式の装置であっても良い。さらに、感光体上に形成されたパッチ画像のトナー濃度を検知する構成であって良い。

本実施形態のセンサ２７は、図２に示す様に、発光素子２７２と、受光素子２７３及び２７４と、制御回路が形成された制御ＩＣ２７５を基板２７１の同一面上に配置したものである。なお制御ＩＣ２７５は、直接的或いは、後述する整流回路２５１等の信号形成回路を介してＣＰＵ２６と電気的に接続されている。発光素子２７２は、例えば、ＬＥＤであり、受光素子２７３、２７４は、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタであり、発光素子２７２からの反射光を受光可能な様に配置されている。本実施形態においては、受光素子２７３及び２７４は等しいピッチで配置され、受光素子２７３及び２７４の数は同じである。つまり、偶数個（２以上の偶数個）の受光素子を使用する。なお、配列方向に沿った配置順で奇数番目に配置された受光素子２７３（第１の受光部）と、偶数番目に配置された受光素子２７４（第２の受光部）がそれぞれ１つのグループを形成する。以下の説明においては、受光素子２７３及び受光素子２７４をそれぞれ６個使用するものとする。なお、各図において、各受光素子２７３及び２７４に表示している＃１〜＃６は、受光素子２７３、２７４の番号である。

図３は、制御ＩＣ２７５の回路構成と、発光素子２７２と、受光素子２７３及び２７４の電気的接続を示す図である。オペアンプであるＩＶ変換アンプ２８１及び２８２の非反転入力端子には、ボルテージフォロア素子２８０から基準電圧が入力される。各受光素子２７３は、受光量に対応する電流を、それぞれ、ＩＶ変換アンプ２８２の反転入力端子に向けて出力する。理想的なオペアンプの反転入力端子と非反転入力端子のインピーダンスは無限大であるため、６つの受光素子２７３の総受光量に対応する電流は、ＩＶ変換アンプ２８２の反転入力端子と出力端子との間に接続されている抵抗３０６へと流れることになる。また、理想的なオペアンプ（ＩＶ変換アンプ）２８２の反転入力端子と非反転入力端子とは仮想的に短絡しており電位は略等しい。よって、６つの受光素子２７３のいずれも光を受光していない場合には、抵抗３０６には電流が流れず、抵抗３０６による電圧降下は発生しないため、ＩＶ変換アンプ２８２の出力は基準電圧に等しくなる。

これに対して、各受光素子２７３の総受光量が増大するに従い、抵抗３０６に流れる電流も増大し、よって抵抗３０６における電圧降下量も増大する。従って、図３の構成においては、ＩＶ変換アンプ２８２の出力電圧Ｓ１（以下、電圧Ｓ１と称する）は、６つの受光素子２７３の総受光量が増大するにつれて小さくなることになる。なお、ＩＶ変換アンプ２８２の反転入力端子と出力端子との間に接続されているコンデンサは、位相補償及びノイズ除去のためのものである。同様に、ＩＶ変換アンプ２８１の出力電圧Ｓ２（以下、電圧Ｓ２と称する）は、６つの受光素子２７４の総受光量が増大するにつれて小さくなることになる。なお、図３では、受光素子２７３をＩＶ変換アンプ２８２に、受光素子２７４をＩＶ変換アンプ２８１に夫々電気的に接続しているが、対応を逆にした場合でも、同様の効果が得られるよう動作することは明らかである。

電圧Ｓ１は、抵抗３０７〜３１０と共に減算回路を構成するオペアンプである差動アンプ２８３の反転入力端子に入力され、電圧Ｓ２は、差動アンプ２８３の非反転入力端子に入力される。差動アンプ２８３の非反転入力端子には、ボルテージフォロア素子２８４が出力するアナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆが入力される。ボルテージフォロア素子２８４の出力電圧をＶ_ｒｅｆとし、抵抗３０８、３０７、３０９、３１０の抵抗値を夫々、Ｒ_３０８、Ｒ_３０７、Ｒ_３０９、Ｒ_３１０とし、差動アンプ２８３の出力をＳ_ｏｕｔとする。そして、例えばＲ_３０８＝Ｒ_３０９、Ｒ_３０７＝Ｒ_３１０のとき、Ｓ_ｏｕｔは以下の式（１）で表される。
Ｓ_ｏｕｔ＝（Ｓ２−Ｓ１）×（Ｒ_３０７／Ｒ_３０８）＋Ｖ_ｒｅｆ ・・・式（１）

従って、差動アンプ２８３の出力は、電圧Ｓ１と電圧Ｓ２が等しい時には、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆに等しくなる。また、電圧Ｓ１が電圧Ｓ２より低い場合には、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆより高く、電圧Ｓ１が電圧Ｓ２より高い場合には、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆより低くなる。なお、受光素子２７３、２７４の受光量が増加すると、電圧Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ小さくなる。このように、差動アンプ２８３の出力は、受光素子２７３の受光量が受光素子２７４より大きい場合、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆより高く、受光素子２７３の受光量が受光素子２７４より小さい場合、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆより低くなる。差動アンプ２８３の出力とアナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆとの差は、受光素子２７３の受光量と受光素子２７４の受光量の差が大きくなる程大きくなる。差動アンプ２８３の出力は、端子３００から制御ＩＣ２７５の外部に出力される。この様に、制御ＩＣ２７５は、受光素子２７３の総受光量と受光素子２７４の総受光量との差分に応じた信号（＝Ｓ_ｏｕｔ）を出力する出力部を構成する。

なお、差動アンプ２８５の非反転入力端子には、電圧Ｓ１及び電圧Ｓ２を加算し、抵抗２９０と抵抗２９１とで分圧した電圧が入力される。ここで抵抗２９０と抵抗２９１との抵抗値は等しいものとする。そして、差動アンプ２８５の出力と接続する端子３０２と、差動アンプ２８５の反転入力端子に接続する端子３０３を短絡することで、受光素子２７３、２７４の総受光量に相当する出力（（Ｓ１＋Ｓ２）／２）を検出することができる。これは、発光素子２７２の光量測定及び調整に使用される。なお、端子３０１は、発光素子２７２の光量の調整に使用する端子である。例えば、長期間の使用による発光素子２７２の光量の低下に対しては、受光素子２７３及び２７４の中間転写ベルト８に光を照射したときの総受光量を検出し、これにより端子３０１に印加する電圧を調整して発光強度を調整することができる。発光素子２７２の光量の調整は、例えば、濃度制御処理において、パッチ画像８１からの反射光を検出する前の段階等において、例えば、制御部２５が実行する。つまり、制御部２５は、光量制御部としても機能する。

続いて、図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて、センサ２７が、中間転写ベルト８に形成したパッチ画像８１からの正反射光を受光する様子を説明する。なお、図４（ａ）においては、簡略化のため、制御ＩＣ２７５及び基板２７１を省略している。また、図４（ａ）において、符号８２で示す矢印は、中間転写ベルト８の移動方向を示している。図４（ａ）に示す様に、本実施形態では、パッチ画像８１は、中間転写ベルト８の移動方向に沿って等しいピッチで、移動方向に垂直なトナーによるラインを複数含む画像である。

図４（ａ）に示す様に、発光素子２７２からの、パッチ画像８１のトナーによるライン間に照射された拡散光は正反射する。本実施形態においては、図５に示す様に、パッチ画像８１の隣接するトナーによるライン（トナー部）間のピッチをＰｔとし、各受光素子２７３及び２７４の移動方向８２におけるピッチを、トナー部のピッチの２倍の２Ｐｔとする。なお、総ての実施形態において、トナー部のピッチとは、図５に示す様に、あるトナー部と、それに隣接するトナー部の対応する位置との距離を意味し、トナーが無い部分（トナー無し部）の幅を意味するものではない。なお、本実施形態においては、図５に示す様に、トナー部とトナー無し部のピッチを等しくＰｔ／２とする。同様に、総ての実施形態において、隣接する受光素子のピッチとは、図５に示す様に、受光素子２７３と２７４を区別し、ある受光素子の位置と、隣接する同じ符号の受光素子の対応する位置との距離を意味する。本実施形態においては、図５に示す様に、受光素子２７３及び２７４のピッチは等しく２Ｐｔであり、受光素子２７３及び２７４の幅は等しくＰｔである。

正反射光の反射面における入射角と反射角は等しいため、この構成により、パッチ画像８１のトナー部間で反射した光は、パッチ画像８１の位置によっては、受光素子２７３又は２７４のみに入射することになる。図４（ａ）は、正反射光が受光素子２７３のみに入射している様子を示している。なお、ここでの正反射光が受光素子２７３のみに入射しているとは、正反射光が略受光素子２７３や受光素子２７４のみに入射している場合も含むものとする。図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じく、正反射光が受光素子２７３のみに入射している様子を、中間転写ベルト８の移動方向と、基板２７１の法線方向を含む平面に対して垂直な方向から見た図である。

一方、発光素子２７２からの、パッチ画像８１のトナー部に照射された光は拡散反射する。従って、図６（ａ）に示す様に、トナー部で反射した光は、総ての受光素子２７３及び２７４に均等に入射する。なお、図６（ａ）においても、簡略化のため、制御ＩＣ２７５及び基板２７１を省略している。また、図６（ａ）は、パッチ画像８１の１つのライン部からの拡散反射光のみを示しているが、実際には、各ライン部からの拡散反射光が受光素子２７３及び２７４に入射する。図６（ｂ）は、図６（ａ）と同じく、拡散反射光が全受光素子２７３に入射している様子を、中間転写ベルト８の移動方向と、基板２７１の法線方向を含む平面に対して垂直な方向から見た図である。

また、パッチ画像８１が形成されていない領域においては、総ての受光素子２７３及び２７４に、中間転写ベルト８の表面で反射した正反射光が入射することになる。この様子を図７に示す。この様に、受光素子２７３及び２７４の両方はパッチ画像からの拡散反射光を受光する。また、パッチ画像からの正反射光は、パッチ画像の位置に応じて受光素子２７３及び２７４のいずれか一方が受光する。

従って、パッチ画像８１がセンサ２７の検出範囲外にあるときには、センサ２７の受光素子２７３及び２７４には、それぞれ、中間転写ベルト８の表面で反射した正反射光が入射する。この場合、図３の電圧Ｓ１及びＳ２は等しく、よって、センサ２７の出力は、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆとなる。

これに対して、パッチ画像８１がセンサ２７の検出範囲内に入ると、パッチ画像８１の位置によっては、トナー無し部で反射した光は、受光素子２７３又は２７４の一方のみに入射するため、電圧Ｓ１とＳ２は等しくなくなる。トナー無し部からの反射光の反射位置は、パッチ画像８１の移動により変化するため、受光素子２７３が正反射光を受光する状態と、受光素子２７４が正反射光を受光する状態は交互に変化する。つまり、電圧Ｓ１と電圧Ｓ２の大小関係は、パッチ画像８１がセンサ２７の検出範囲内にあるときに交互に変化することになる。よって、パッチ画像８１がセンサ２７の検出範囲内にあるとき、センサ２７の出力は、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆを中心に振動することになる。

上記内容を、図８及び図９を用いてより具体的に説明する。なお、図８において“＋”で示す受光素子は、受光素子２７３であり、“−”で示す受光素子は、受光素子２７４である。また、受光素子の下には、各受光素子の番号を示している。さらに、パッチ画像８１は、図において左側の方向へ移動するものとする。

＜状態０＞状態０は、各受光素子が、中間転写ベルト８のパッチ画像８１が形成されていない領域からの正反射光のみを受光している状態である。ここで、矢印の点線上にある丸印は、中間転写ベルト８での反射点である。このとき、受光素子２７３と受光素子２７４の総受光量はそれぞれ等しく、よって、センサ２７の出力は、図９の“状態０”で示すアナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆとなる。

＜状態１＞状態１は、パッチ画像８１の先頭のトナー部が、番号＃６の受光素子２７４への正反射光の反射点に来た状態である。状態１（Ａ）に示す様に、番号＃６の受光素子２７４以外の受光素子は、総て正反射光を受光している。また、状態１（Ｂ）に示す様に、パッチ画像８１の先頭のトナー部における拡散反射光は、各受光素子が受光する。よって、番号＃６の受光素子２７４は、正反射光を受光せず、拡散反射光のみを受光することになる。一方、その他の受光素子は、総て正反射光及び拡散反射光を受光しているため、受光素子２７３の総受光量は、受光素子２７４の総受光量より大きくなる。よって、センサ２７の出力は、図９の“状態１”で示すアナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆより高い電圧となる。

＜状態２＞状態２は、パッチ画像８１の先頭のトナー部が、番号＃６の受光素子２７３への正反射光の反射点に来た状態である。図に示す様に、状態２においては、総ての受光素子２７４と番号＃６以外の受光素子２７３は、正反射光を受光するが、番号＃６の受光素子２７３は、正反射光を受光しなくなる。また、拡散反射光は受光素子２７３及び２７４にほぼ均等に入射する。従って、受光素子２７３の総受光量は、受光素子２７４の総受光量より小さくなる。よって、センサ２７の出力は、図９の“状態２”で示すアナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆより低い電圧となる。

＜状態３＞状態３は、パッチ画像８１の各トナー無し部が、各受光素子２７３への正反射光の反射点にある状態である。つまり、パッチ画像８１の各トナー部が、各受光素子２７４への正反射光の反射点にある状態である。この場合、総ての受光素子２７４は、正反射光を受光せず、拡散反射光のみを受光することになる。これに対して、総ての受光素子２７３は、拡散反射光に加えて、図の点線の矢印で示す様に正反射光を受光することになる。よって、受光素子２７３の総受光量は、受光素子２７４の総受光量より大きく、かつ、その差は最大となる。よって、センサ２７の出力は、図９の“状態３”で示す最大電圧となる。

＜状態４＞状態４は、パッチ画像８１の各トナー無し部が、各受光素子２７４への正反射光の反射点にある状態である。つまり、パッチ画像８１の各トナー部が、各受光素子２７３への正反射光の反射点にある状態である。この場合、総ての受光素子２７３は、正反射光を受光せず、拡散反射光のみを受光することになる。これに対して、総ての受光素子２７４は、拡散反射光に加えて、図の点線の矢印で示す様に正反射光を受光することになる。よって、受光素子２７４の総受光量は、受光素子２７３の総受光量より大きく、かつ、その差は最大となる。よって、センサ２７の出力は、図９の“状態４”で示す最小電圧となる。

以後、パッチ画像８１が移動するに従い、受光素子２７３と受光素子２７４の総受光量の大小関係は逆転し、かつ、その差は小さくなって行く。よって、センサ２７の出力は、図９に示す様に、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆを基準として正負に振動しながら、その絶対値は小さくなって行く。ここで、センサ２７の振幅の最大値は、パッチ画像８１のトナー部のトナーの比率（トナー分布率）に応じて変化することになる。図３の回路を参照すれば、拡散反射光については光量に係わらず、差動アンプ２８３によりキャンセルされる。一方、正反射光については、パッチ画像部と中間転写ベルト部の反射光量差に応じてセンサ２７の出力が変化することとなる。

図１０は、トナー部のトナー分布率を、それぞれ、１００％、５０％及び３０％としたパッチ画像８１ａ、８１ｂ及び８１ｃを示している。なお、パッチ画像８１ａ、８１ｂ及び８１ｃは、いずれも、トナー部の幅が３ドットであり、トナー無し部の幅が３ドットである。図１１のＶｐｋ１００、Ｖｐｋ５０及びＶｐｋ３０は、そぞれ、パッチ画像８１ａ、８１ｂ及び８１ｃを使用したときのセンサ２７の出力の最大値である。図１１に示す様に、Ｖｐｋ５０及びＶｐｋ３０は、それぞれ、Ｖｐｋ１００の５０％及び３０％であり、パッチ画像８１のトナー部のトナー分布率に応じた値が、センサ２７から出力される。

センサ２７が出力する信号は、図１の制御部２５に入力される。制御部２５は、センサ２７の出力信号のピーク値からパッチ画像８１の濃度を判定する判定部でもある。また、ピーク値と濃度の関係に線型性が無いときは、制御部２５は、ピーク値と濃度とを対応付けるテーブルや演算式を保持し、適宜、ピーク値から濃度を求める。また、濃度を求めずとも、制御部２５が、ピーク値から直接各種画像形成条件を調整したり、γ補正（画像形成条件の１つ）を調整するようにしても良い。また制御部２５は、センサ２７の出力信号のピーク値の発生タイミングからパッチ画像８１の位置を判定する判定部でもある。各色のピーク値の発生タイミングを比較し、所望の関係に調整することで、色ずれ補正を行える。図１２（ａ）に示す様に、制御部２５においては、センサ２７からの出力信号を整流回路２５１で整流し、ローパスフィルタ２５２で波形整形する。ローパスフィルタ２５２の出力は、ＣＰＵ２６のアナログ検出端子に接続され、ＣＰＵ２６内部にてアナログ・デジタル変換され濃度データとして取り込まれる。図１２（ｂ）に整流回路２５１の出力信号ＶＳＲ_ｒｅｃと、ローパスフィルタ２５２の出力信号ＶＳＲ_ｌｐを示す。なお、センサ２７の出力信号のピーク値、（ｐ−ｐ又は０−ｐ）を単に測定するのみでも良い。また、制御部２５が、パッチ画像８１の位置を判定する方式として、出力信号ＶＳＲ_ｌｐが閾値を上回った場合、或いは下回った場合を判定するようにして良い。

なお、パッチ画像８１の移動方向に沿うパッチ画像８１のトナー部のピッチを変えず、その数を２倍にすれば、センサ２７からピーク値が継続的に出力される。この継続的に出力されるピーク値の例えば平均値をもってＣＰＵ２６がピーク値を判定するようにすれば、よりピーク値検出精度を向上させることができる。

以上説明した様に、本実施形態において、拡散反射光は、総ての受光素子２７３及び２７４に共通して入射し、両方の受光素子の組に入力した拡散反射光はセンサ２７内の差動回路にて処理される。従って、制御部２５にて、拡散反射光に対する補正処理等は必要なく、差動回路出力を正反射光の光量の変動とすることができる。つまり、受光素子２７３及び２７４がそれぞれ受光するトナー無し部からの正反射光の、パッチ画像８１の移動による変化が受光素子２７３及び２７４で異なれば、受光素子２７３と２７４の受光光量の差分からパッチ画像の濃度を判定できる。これにより、パッチ画像の検出に関連して、正反射光と拡散反射光とを切り分けようとした場合に、光量検出のためのセンサが大型化してしまう課題を解決することができる。

さらに、パッチ画像８１は、例えば、３ドット幅のトナー部と、３ドット幅のトナー無し部の計６ドットの繰り返しパターンであり、６回繰り返しても、合計３６ドットの幅で、１つのパッチ画像８１を形成できる。従来技術においては、濃度検出用のパッチ画像８１の大きさは、発光素子２７２のスポット径に依存し、例えば、６００ｄｐｉのプリンタでは、１５０ドットから２００ドット程度の大きさが必要であった。従って、トナー消費量についても従来技術と比較し少なくすることができる。よって、中間転写ベルト８上のトナーのクリーニングが容易となると共に、クリーニング後の廃トナーを収納する廃トナーボックスの小型化も期待できる。また、受光素子２７３及び２７４をアレイ状に配置することで、発光素子２７２の発光量を抑えることができる。また、発光素子２７２のスポット径を絞る必要もないため構成が簡易になる。

なお、図３の説明においては、ＩＶ変換アンプ２８１及び２８２の増幅率が同じで、受光素子２７３及び２７４の数が同じ場合を例に説明を行ったが、このような形態に限定されない。例えば、ＩＶ変換アンプ２８１の増幅率が、ＩＶ変換アンプ２８２の２倍である場合には、ＩＶ変換アンプ２８１に接続される、受光素子２７４の数を半分にしても良い。このように変形することでも、同様の効果が得られることは明らかである。

また、上述した実施形態においては、受光素子２７３及び２７４を６個ずつ用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、濃度制御に対し、十分な反射光量を得られる場合においては、受光素子２７３及び２７４の対を１対のみとすることができる等、任意の対を用いることができる。また、パッチ画像８１のトナー部の数も６本に限定されない。例えば、受光素子２７３及び２７４の対が１対の場合には、パッチ画像８１は、１本のトナー部とすることができる。この場合においても、パッチ画像８１の移動に伴い、受光素子２７３と２７４との出力には差が生じ、この差から濃度等を検出することができる。つまり、十分な反射光量を得られる場合、図９における状態３及び状態４を含む１周期の波形出力が得られることとなり、この波形の振幅がパッチ画像の濃度をあらわしている。また、この場合でも、拡散反射光の影響をキャンセルすることができる効果を得ることができ、正反射光と拡散反射光との切り分けに関連して光量検知センサが大型化してしまう課題を解決できている。

また、上の説明においては、複数の受光素子２７３及び２７４や、複数のパッチ画像８１を、夫々所定ピッチで配列するように説明をしたが、この形態に限定はされない。複数の受光素子により受光素子アレイを構成し、良好な受光特性（Ｓ／Ｎ比）を実現すると共に、拡散反射光の影響をキャンセルするという意味では、例えば、センサ２７の回路を図１３に示すように構成しても良い。また、これに対応して図１４に示されるように、パッチ画像を形成及び検出しても良い。

図１４の場合では、パッチ画像８１０ａ（パッチ画像の移動方向の幅が３Ｐｔ）が、隣接した複数の受光素子２７３の＃１〜＃６への正反射光の入射を減少／遮断させている。なお、受光素子同士又は受光部同士が互いに隣接しているとは、同様の拡散反射光を、各受光素子又は各受光部が受光できるようにするためである。従って、その範囲であれば、例えば１受光画素の幅（Ｐｔ）以内などの多少の隙間が受光素子間又は受光部間に設けられていても良い。図１３から、センサ出力を最大にしたい場合、例えば、パッチ画像８１０ａからの正反射光を６つの受光素子２７３（受光部）に入射させ、他方、中間転写ベルト８からの正反射光を受光素子２７４（受光部）に入射させれば良い。そしてこの場合に、１つのパッチ画像全体からの正反射光の受光部での受光幅（移動方向の幅）とパッチ画像の移動方向の受光部の幅とが同じとなるように、パッチ画像８１０ａの移動方向における幅を設定すれば、トナー消費量を節約することができる。また、図６で説明したパッチ画像においても、センサ出力を最大にする場合のトナー節約の効果を得られる。

また、図１４中には、図示されていないが、このときのパッチ画像８１０から反射される拡散反射光は♯１〜♯６の受光素子２７３及び２７４へ均等に入射している。即ち、図１３、１４で説明したセンサ２７においても、上に説明した如く、差動アンプ２８３の出力においては、拡散反射光の影響がキャンセルされている。なお、図１４におけるパッチ画像８１０のように、パッチ画像のピッチをゼロにした場合には、整流回路２５１、ローパスフィルタ２５２が不要になり、センサ出力を直接的にコンパレータ２５３へ入力しても良い。

また、図１４中のパッチ画像８１０ａは、図１０の濃度１００％のパッチ画像８１ａに対応する。中間転写ベルト８上で、その移動方向にある距離だけ離れた２点の夫々で正反射した光の、受光素子２７３の受光面における受光位置の条件が図５と同じとする。この場合には、パッチ画像８１０の前記移動方向における幅は、図１０の場合の６倍である１８ｄｏｔｓ（３Ｐｔに相当）である。また、図１０のパッチ画像８１０aに代わり、パッチ画像８１ｂ、８１ｃに対応した中間調パッチ画像を形成及び検出することも可能である。この場合には、図１０のパッチ画像８１ｂ、８１ｃの夫々においてトナー無し部の幅を０ドットにすればよい。もちろん、中間調の種類は、図１０に例示したものに限定されるわけではない。

このように、本実施形態では、アレイ状に隣接して配置される各受光素子に関して、１個の受光素子毎に信号の入力先である差動アンプ２８３の端子が変わる場合に限定されない。１以上の受光素子毎に信号の入力先である差動アンプ２８３の端子が変わるかようパッチ画像及びセンサ２７を構成しても良い。図１３、１４の例では、６個の隣接して配列された受光素子毎に信号の入力先である差動アンプ２８３の端子を変更していた。また、いくつの受光素子毎に、信号の入力先である差動アンプ２８３の端子が変わるかについて、その１以上の受光素子のことを受光部と称した場合、受光部の数は２以上の任意数とすることができる。すなわち、図１３、１４においては、受光部について２つの場合が示されているが、２以上の任意数の受光部を設けるようにしても良い。

さらに、図５に示すトナー部のピッチと、受光素子のピッチは、発光素子２７２と受光素子２７３、２７４が中間転写ベルト８と平行な同一平面内にあるときのものであり、本実施形態は図５に示すピッチに限定されない。つまり、例えば、基板２７１に段差が有る様な場合においては、発光素子２７２と受光素子２７３、２７４の設置面の差に応じて、トナー部のピッチ又は受光素子のピッチは変更され得るものである。さらに、トナー部の幅や、受光素子２７３及び２７４の幅も、図５に示すものに限定されない。例えば、図５において、トナー部のピッチをＰｔのまま、トナー部の幅を、例えば、３Ｐｔ／４等、Ｐｔ／２より大きくしても、図９に示す様な出力を得ることができるのは明らかである。

つまり、中間転写ベルと８上でその移動方向に距離がＤだけ離れた２点の夫々で正反射した光が、受光素子２７３／２７４で夫々受光されるときに、受光点の距離がＬとすると、以下のようになる。例えば、トナー部のピッチをＤ（第１のピッチ／第１の距離）とし、中間転写ベルト８の移動方向においてＤだけ離れた位置で夫々正反射した光が、受光素子２７３及び２７４の位置でＬだけ離れているとする。この場合、受光素子２７３及び２７４のピッチ（第２のピッチ／第２の距離）をそれぞれＬとすれば良い。 さらに言い換えれば距離Ｌは、距離Ｄの任意のｎ倍（ｎは１より上の正の数）にすることができる。

（第二実施形態）続いて、第二実施形態について、第一実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態と同様の構成要素については、同じ参照符号を使用してその説明は省略する。本実施形態においては、図１５に示す様に、センサ２７にレンズ４００を設け、発光素子２７２からの光を平行光とした後に中間転写ベルト８に照射する。

本実施形態においては、図１７に示す様に、パッチ画像８１のトナー部のピッチを２Ｐｔとする。つまり、隣接する受光素子２７３、２７４のピッチを、トナー部のピッチと等しくする。図１６に示す様に、発光素子２７２からの光は、レンズ４００によって補正され平行光となる。平行光のうち、パッチ画像８１のトナー無し部に入射した光は、正反射し、図１６に示す様に、パッチ画像８１の位置に応じて受光素子２７３又は２７４のみに入射する。これに対して、第一実施形態と同様に、パッチ画像８１のトナー部に入射した光は、拡散反射し、各受光素子２７３及び２７４に入射する。図１６の点線の矢印は、パッチ画像８１のトナー無し部で正反射して各受光素子２７３に入射する光を示している。

本実施形態において、パッチ画像８１が中間転写ベルト８と共に移動するときの、センサ２７の出力は第一実施形態と同様である。本実施形態においては、レンズ４００にて平行光とする。このため、センサ２７と中間転写ベルト８との距離が離れている場合においても、光の拡散よる光量低下を伴わないという利点がある。よって、センサ２７の配置位置の制約が低くなり、装置設計の自由度が大きくなる。また、これらのことは、図１３、１４で説明した回路構成及びパッチ画像を第２実施形態に適用したときも同様である。

（第三実施形態）続いて、第三実施形態について、第一実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態と同様の構成要素については、同じ参照符号を使用してその説明は省略する。本実施形態においては、センサ２７の受光素子２７３及び２７４を小さく（細く）し、コスト優位性を高めている。

図１８に本実施形態における受光素子２７３及び２７４と、パッチ画像８１のトナー部及びトナー無し部との関係を示す。第一実施形態との相違点は、受光素子のピッチを２Ｐｔのままとし、受光センサ２７３と２７４の幅をＰｔの１／３としたことである。尚、１／３は、単なる例示であり、それ以外のサイズを使用することもできる。

本実施形態においてもセンサ２７の出力波形は、図１９に示す様に、第一実施形態と同様に、アナログ基準電圧Ｖ_ｒｅｆを中心に振動する形状となる。しかしながら、本実施形態において、トナー部の幅だけ離れた位置で反射した光の、受光素子の位置における幅は、受光素子２７３及び２７４の幅の３倍である。受光素子２７３及び２７４の受光部は、受光素子２７３及び２７４の幅と同じ幅であるため、本実施形態においては、ピーク値が、第一実施形態よりも長い期間継続することになる。よって、その波形は、図１９に示す通り、台形形状となる。

図２０のＶｐｋ１００、Ｖｐｋ５０及びＶｐｋ３０は、それぞれ、図１０のパッチ画像８１ａ、８１ｂ及び８１ｃを使用したときのセンサ２７の出力の最大値である。なお、センサ２７の構成については第一実施形態と同様でありここでの説明を省略する。図１０に示すパターンは３ドット毎の縞状パターンである。一方、本実施形態の受光素子２７３及び２７４は、パッチ画像からの反射光か中間転写ベルトからの反射光かに係らず、１ドットのライン幅に対応する反射光を順次受光することになる。

パッチ画像８１ａの場合には、図２０に示す様に、Ｖｐｋ１００で示す振幅が、３ドットラインに相当する時間だけ継続する波形となる。パッチ画像８１ｂの場合には、１ドット分のトナー比率もパッチ画像８１ａの５０％であるため、Ｖｐｋ１００に対して５０％の電圧であるＶｐｋ５０が、３ドットラインに相当する時間だけ継続する波形となる。パッチ画像８１ｃの１〜３番目のドットララインのトナー比率は、それぞれ、６６％、３３％、０％である。従って、図２０に示す様に、Ｖｐｋ１００に対して、それぞれ、６６％、３３％、０％のそれぞれの電圧が１ドットラインに相当する時間だけ継続する波形となる。

本実施形態の場合には、図２０に示す様に、センサ２７のピーク値と、パッチ画像８１の濃度とは一致しない。しかしながら、センサ２７の出力を時間軸で積分した値は、パッチ画像８１の濃度と一致する。従って、図２１（ａ）に示す様に、本実施形態において、制御部２５は、整流回路２５３と、積分回路２５４を備えており、センサ２７の出力を半波整流後に積分する。

図２１（ｂ）に、各パッチ画像に対する半波整流回路２５３の出力ＶＳＲ＿ｒｅｃと、積分回路２５４の出力ＶＳＲ＿Ｉｎｔｇを示す。この出力ＶＳＲ＿Ｉｎｔｇが、実質的にパッチ画像の濃度を示す濃度値となる。そして、制御部２５は、この出力ＶＳＲ＿Ｉｎｔｇに基づき第一実施形態で説明した画像形成条件を制御する。Ｖｚｐ１００は、センサ２７がパッチ画像８１ａを測定したときの整流回路２５３の出力信号のピーク値である。また、ＶＳＲ＿Ｉｎｔｇ１００は、パッチ画像８１ａを測定したときの積分回路２５４の積分値である。なお、Ｖｚｐ５０及びＶＳＲ＿Ｉｎｔｇ５０は、パッチ画像８２ａを測定したときのものであり、Ｖｚｐ３０及びＶＳＲ＿Ｉｎｔｇ３０は、パッチ画像８２ｃを測定したときのものである。図２１（ｂ）に示す様に、積分値は、パッチ画像の濃度に比例した値となる。

以上、本実施形態においては、上述の実施形態で説明した効果に加え、受光素子２７３及び２７４の幅を、パッチ画像のトナーによるラインの幅よりも細くする。これにより、安価な受光素子を利用することができる。なお、第一実施形態及び第二実施形態におけるピーク値の検出に変えて、図２１（ａ）に示す回路、つまり、積分を利用することができる。この場合には、第一実施形態及び第二実施形態における端子３００からのセンサ出力を整流回路２５３に入力する。そして、制御部２５０が、積分回路２５４から出力される積分値ＶＳＲ＿Ｉｎｔｇを求めればよい。

Claims (11)

1. 像担持体と、
   パッチ画像を前記像担持体に形成する画像形成手段と、
   発光手段と、
   前記像担持体の移動に伴い移動する前記パッチ画像に前記発光手段により光を照射したときの、前記パッチ画像からの反射光を受光可能に隣接して配置される２つ以上の受光部であって、それぞれが１以上の受光素子を含む複数の受光部と、
   前記受光部の配置順が奇数番目の第１の受光部の受光量と、偶数番目の第２の受光部の受光量と、の差に応じた出力信号を出力する出力手段と、
   を備え、
   前記パッチ画像は１つ以上のラインを含み、
   前記発光手段が照射し、前記パッチ画像で反射する反射光の前記第１の受光部および前記第２の受光部での受光量は、前記像担持体の移動に伴い前記第１の受光部と前記第２の受光部とにおいて異なる変動となる様に、前記発光手段および前記複数の受光部が配置されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記変動には、正反射光の変動と拡散反射光の変動とが含まれており、前記拡散反射光の変動は、前記第１の受光部と前記第２の受光部とで共通していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 像担持体と、
   パッチ画像を前記像担持体に形成する画像形成手段と、
   発光手段と、
   前記像担持体の移動に伴い移動する前記パッチ画像に前記発光手段により光を照射したときの、前記パッチ画像からの反射光を受光可能に隣接して配置される２つ以上の受光部であって、それぞれが１以上の受光素子を含む複数の受光部と、
   前記受光部の配置順が奇数番目の第１の受光部の受光量と、偶数番目の第２の受光部の受光量と、の差に応じた出力信号を出力する出力手段と、
   を備え、
   前記パッチ画像からの拡散反射光を、前記隣接して配置される前記第１の受光部と前記第２の受光部との両方で受光し、前記パッチ画像からの正反射光を前記第１の受光部と前記第２の受光部との何れか一方で受光可能であることを特徴とする画像形成装置。
4. 前記パッチ画像は、前記パッチ画像の移動方向に沿って第１のピッチで配置される複数のラインを含み、
   前記発光手段が照射し、前記移動方向に前記第１のピッチだけ離れた前記像担持体の位置で正反射した光が、前記受光部が配置されているところで第２のピッチとなる場合、前記第１の受光部、及び、前記第２の受光部は、それぞれ、前記第２のピッチで配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記発光手段が照射した光を平行光にする手段を有し、
   前記第２のピッチは、前記第１のピッチに等しいことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記パッチ画像の全体からの正反射光が前記受光部で受光される際の前記像担持体の移動方向の幅と、前記受光部の前記移動方向の幅と、は同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記出力手段の出力信号から前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、前記出力手段からの出力信号のピーク値から前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記出力手段からの出力信号を整流する整流手段と、
   前記整流手段の出力を積分する積分手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記積分手段により出力された積分値に基づき前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
10. 前記第１の受光部及び前記第２の受光部のそれぞれの前記パッチ画像の移動方向の幅は、前記パッチ画像のラインの幅より狭く、
    前記制御手段は、
    前記出力手段からの出力信号を整流する整流手段と、
    前記整流手段の出力を積分する積分手段と、
    を有し、前記制御手段は、前記積分手段により出力された積分値に基づき前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
11. 前記第１および第２の受光部の受光量の差に基づき、前記発光手段の発光強度を制御する光量制御手段を備えていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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