JP6083498B2 - 反射型光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射型光学センサ及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、トナーを用いて移動体上に画像を形成する画像形成装置に好適な反射型光学センサ、及び該反射型光学センサを備える画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びプロッタ等の画像形成装置が広く知られている。これらの画像形成装置では、一般的に、感光性を有するドラム（以下では、便宜上、「感光体ドラム」ともいう）の表面に光走査装置（露光装置）によって静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させることによっていわゆる現像を行い、「トナー画像」を得ている。

画像形成装置では、常に安定した画像濃度が得られるように、次のような画像濃度制御が行われている。

（１）感光体ドラム上に、トナー濃度がそれぞれ異なるように、それぞれ異なる作像条件（露光パワー、帯電バイアス、現像バイアスなど）で作像されたトナー濃度検出用の複数のトナーパッチが含まれるテストパターンを形成する。

（２）上記テストパターンにおける各トナーパッチからの反射光を、光学的検知手段である反射型光学センサで受光し、該反射型光学センサの出力と、所定の算出アルゴリズムとを用いて、各トナーパッチのトナー濃度をそれぞれ算出する。

（３）各トナーパッチのトナー濃度と、その作像条件から得られる現像ポテンシャルとの関係から、現像γ（現像ポテンシャルを横軸、トナー濃度を縦軸としたときの傾き）、及び現像開始電圧Ｖｋ（現像ポテンシャルを横軸（ｘ軸）、トナー濃度を縦軸としたときのｘ切片）を求める。

（４）得られた上記現像γに基づいて、適切なトナー濃度が得られる現像ポテンシャルとなるように、露光パワー、帯電バイアス、現像バイアスなどの作像条件を調整する。

また、多色のカラー画像形成装置における画像形成プロセスでは、例えば、ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー等の各色に対応した複数のトナー画像を、中間転写ベルト上に重ね合わせて１次転写した後、記録紙に一括して２次転写し、該２次転写された複数のトナー画像を記録紙上に定着することにより、多色のカラー画像を形成している。

この画像形成プロセスでは、光走査装置（露光装置）や各色に対応した複数の感光体ドラムの調整ずれや、感光体ドラム及び中間転写ベルトを駆動する各駆動機構の変動が、そのままカラー画像での色ずれとなって現れるため、色ずれ制御も不可欠となる。

色ずれ制御の具体的な方法としては、一般的に、中間転写ベルト上にブラック、マゼンタ、シアン、イエロー等の各色の位置ずれ検出用のテストパターンを形成し、該各色のテストパターンの位置を反射型光学センサで読取り、その結果から位置ずれ量を算出し、画像情報の書込みタイミングなどにフィードバックして、記録紙上の色ずれを補正している。なお、中間転写ベルト上で、トナー画像の移動する方向は「副方向」と呼ばれ、該副方向に直交する方向は「主方向」と呼ばれている。

上記反射型光学センサは、種々のものが提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献５参照）。例えば、従来の反射型光学センサとして、１個の発光部と２個の受光部からなる１ＬＥＤ−２ＰＤタイプの反射型光学センサや、２個の発光部と１個の受光部からなる２ＬＥＤ−１ＰＤタイプの反射型光学センサ、などがある。

画像形成装置における画像品質に対する要求は、年々高くなってきている。しかしながら、特許文献１〜５に開示されている反射型光学センサを備える画像形成装置では、要求されるレベルの画像品質を得るのは困難であった。

本発明は、トナーを用いて移動体上に画像を形成する画像形成装置に用いられる反射型光学センサであって、発光部と、前記発光部から射出された光を前記移動体上のトナーパターンに導く照明用レンズと、前記照明用レンズを介して照射され、前記移動体上のトナーパターンで正反射された光の光路上に配置された受光用レンズと、前記受光用レンズを介した光を受光する第１受光部と、前記移動体の移動方向とは異なる一の軸方向に関して前記第１受光部の一側に配置され、前記照明用レンズを介して照射され、前記移動体上のトナーパターンで拡散反射された光を受光する第２受光部とを備え、前記受光用レンズは、前記発光部に対して前記移動体の移動方向に直交する方向に平行な方向に関してずれた位置に配置され、前記移動体の移動方向に関する寸法が、前記一の軸方向に関する寸法よりも大きく、かつ前記照明用レンズの前記移動体の移動方向に関する寸法よりも大きい反射型光学センサである。

本発明の反射型光学センサによれば、トナーパターンのトナー濃度及び位置ずれ量をいずれも精度良く検出することができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。 プリンタ制御装置を説明するための図である。 画像形成ユニットを説明するための図である。 光走査装置の概略構成を説明するための図（その１）である。 光走査装置の概略構成を説明するための図（その２）である。 光走査装置の概略構成を説明するための図（その３）である。 光走査装置の概略構成を説明するための図（その４）である。 反射型光学センサの配置位置を説明するための図（その１）である。 反射型光学センサの配置位置を説明するための図（その２）である。 反射型光学センサを説明するための図である。 発光部から射出された光の光路を説明するための図である。 受光用レンズ１２及び受光部１４の配置位置を説明するための図である。 受光用レンズ１３及び受光部１５の配置位置を説明するための図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ「あおり角」を説明するための図である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ受光用レンズ１２の形状を説明するための図である。 図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ比較例としての受光用レンズ１２Ａを説明するための図である。 受光用レンズ１２と受光用レンズ１２Ａの違いを説明するための図である。 受光用レンズ１２及び受光用レンズ１２Ａにおける、あおり角θａと受光部１４の受光量との関係を説明するための図である。 図１８をグラフ化した図である。 あおり角θａが０°のときの受光部１４の受光量を１．０００にして図１８を書き換えた図である。 図２０をグラフ化した図である。 中間転写ベルト上に形成されるトナーパターンを説明するための図である。 各濃度検出用パターンにおける４つの矩形パターンを説明するための図である。 位置ずれ検出用パターンを説明するための図である。 プリンタ制御装置によって行われる画像プロセス制御を説明するためのフローチャートである。 トナーパターンの形成タイミングを説明するための図である。 検出用光スポットと各矩形パターンとの位置関係を説明するための図である。 濃度検出用パターンが照射対象物のときの受光部１４の出力波形を説明するための図である。 図２８における受光部１４の出力波形と照射対象物との関係を説明するための図である。 濃度検出用パターンが照射対象物のときの受光部１５の出力波形を説明するための図である。 図３０における受光部１５の出力波形と照射対象物との関係を説明するための図である。 検出用光スポットと各ライン状パターンとの位置関係を説明するための図である。 位置ずれ検出用パターンが照射対象物のときの受光部１４の出力波形を説明するための図である。 図３３における受光部１４の出力波形と照射対象物との関係を説明するための図である。 濃度変換ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）を説明するための図（その１）である。 濃度変換ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）を説明するための図（その２）である。 位置ずれ検出用パターンが照射対象物のときの各ライン状パターンの検出時間を説明するための図である。 位置ずれ量の算出を説明するための図である。 図３９（Ａ）及び図３９（Ｂ）は、それぞれマゼンタのライン状パターンの位置ずれ量を説明するための図である。 中間転写ベルトの「波うち」があるときに、従来の反射型光学センサを用いた場合の正反射光用の受光部の出力波形を説明するための図である。 図４１（Ａ）及び図４１（Ｂ）は、それぞれ中間転写ベルトの「ばたつき」を説明するための図である。 図４２（Ａ）及び図４２（Ｂ）は、それぞれ「スキュー角」を説明するための図である。 図４３（Ａ）及び図４３（Ｂ）は、それぞれ受光用レンズ１２における傾斜角αと傾斜角βを説明するための図である。 種々の傾斜角αと傾斜角βにおけるスキュー角と受光部１４の受光量との関係を説明するための図である。 図４４をグラフ化した図である。 スキュー角が０°のときの受光部１４の受光量を１．０００にして図４４を書き換えた図である。 図４６をグラフ化した図である。 傾斜角αを固定し、種々の傾斜角βにおけるスキュー角と受光部１４の受光量との関係を説明するための図である。 図４８をグラフ化した図である。 スキュー角が０°のときの受光部１４の受光量を１．０００にして図４８を書き換えた図である。 図５０をグラフ化した図である。 図５２（Ａ）及び図５２（Ｂ）は、それぞれ傾斜角αを３０°、傾斜角βを４５°とした受光用レンズ１２を説明するための図である。 傾斜角βを固定し、種々の傾斜角αにおけるスキュー角と受光部１４の受光量との関係を説明するための図である。 図５３をグラフ化した図である。 スキュー角が０°のときの受光部１４の受光量を１．０００にして図５３を書き換えた図である。 図５５をグラフ化した図である。 図５７（Ａ）及び図５７（Ｂ）は、それぞれ傾斜角αを４５°、傾斜角βを３０°とした受光用レンズ１２を説明するための図である。 反射型光学センサの配置位置の変形例を説明するための図である。 有効画像領域外に配置された２つの反射型光学センサを説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４０に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つの画像形成ユニット（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、中間転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着ローラ２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、反射型光学センサ２２４５、温湿度センサ（図示省略）及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えば、パソコン（ＰＣ））及び公衆回線を介した情報機器（例えば、ファクシミリ装置（ＦＡＸ））との双方向の通信を制御する。そして、通信制御装置２０８０は、受信した情報をプリンタ制御装置２０９０に通知する。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路などを有している（図２参照）。そして、プリンタ制御装置２０９０は、上位装置及び情報機器からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置及び情報機器からの画像情報を光走査装置２０１０に送る。

温湿度センサは、カラープリンタ２０００内の温度と湿度を検出し、プリンタ制御装置２０９０に通知する。

感光体ドラム２０３０ａと画像形成ユニット２０３４ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂと画像形成ユニット２０３４ｂは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃと画像形成ユニット２０３４ｃは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄと画像形成ユニット２０３４ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転する。

各画像形成ユニットは、一例として図３に示されるように、対応する感光体ドラムの周囲に設けられた、帯電ユニット、現像ユニット、１次転写ユニット、及び感光体クリーニングユニットを有している。

ここでは、帯電ユニットとして、接触帯電方式の帯電ローラが用いられている。該帯電ローラは、感光体ドラムに接触して電圧を印加することにより感光体ドラムの表面を一様に帯電する。なお、帯電ユニットには、非接触のスコロトロンチャージャなどの非接触帯電方式のものも用いることができる。

現像ユニットでは、磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤が使用されている。この現像ユニットは、現像ケース内に設けられた攪拌部と現像部とに大別できる。

攪拌部では、２成分現像剤が攪拌されながら搬送されて現像剤担持体としての現像スリーブ上に供給される。この攪拌部は平行な２本のスクリューを有しており、該２本のスクリューの間には、両端部で互いが連通するように仕切るために仕切り板が設けられている。また、現像ケースには現像ユニット内の現像剤のトナー濃度を検出するためのＴＣセンサが取り付けられている。２成分現像剤のキャリアは磁性体、トナーは非磁性体であるため、ＴＣセンサとしては透磁率方式のものが用いられており、現像ユニット内のトナー濃度は、現像剤の透磁率、つまり単位体積あたりの現像剤の磁気抵抗に現れる。なお、現像剤として、１成分現像剤を使用することもできる。

現像部では、現像スリーブに付着した現像剤のうちのトナーが感光体ドラムに転移される。この現像部は、現像ケースの開口を通して感光体ドラムと対向する現像スリーブ、及び該現像スリーブに先端が接近するように配置されたドクターブレードを有している。また、現像スリーブ内には不図示のマグネットが固定配置されている。

そこで、現像ユニットでは、現像剤が２本のスクリューで攪拌されながら搬送循環され、現像スリーブに供給される。現像スリーブに供給された現像剤は、マグネットにより汲み上げられて保持される。現像スリーブで汲み上げられた現像剤は、現像スリーブの回転に伴って搬送され、ドクターブレードにより適正な量に規制される。なお、余分な現像剤は攪拌部に戻される。

このようにして感光体ドラムと対向する現像領域まで搬送された現像剤は、マグネットにより穂立ち状態となり、磁気ブラシを形成する。現像領域では、現像スリーブに印加されている現像バイアスにより、現像剤中のトナーを感光体ドラム上の静電潜像部分に移動させる現像電界が形成される。これにより、現像剤中のトナーは、感光体ドラム上の静電潜像部分に転移し、感光体ドラム上の静電潜像を顕像化する。

現像領域を通過した現像剤は、マグネットの磁力が弱い部分まで搬送されることで現像スリーブから離れ、攪拌部に戻される。このような動作の繰り返しにより、攪拌部内のトナー濃度が薄くなると、それをＴＣセンサが検出し、その検出結果に基づいて攪拌部にトナーカートリッジ（図示省略）からトナーが補給される。

また、１次転写ユニットは、対応する感光体ドラムにおける中間転写ベルト２０４０を介して対向する位置に設けられている。

ここでは、１次転写ユニットとして、１次転写ローラが用いられている。該１次転写ローラは、中間転写ベルト２０４０を挟んで感光体ドラムに押し当てるようにして設置されている。なお、１次転写ユニットとして、ローラ状のもの以外に、導電性のブラシ形状のものや、非接触のコロナチャージャなどが用いられても良い。

感光体クリーニングユニットは、先端が感光体ドラムに押し当てられるように配置されているクリーニングブレード（例えばポリウレタンゴム製）、及び感光体ドラムに接触して配置されている導電性のファーブラシを有している。このファーブラシには不図示の金属製の電界ローラからバイアス電圧が印加されており、その電界ローラには不図示のスクレーバの先端が押し当てられている。そして、クリーニングブレードやファーブラシによって感光体ドラムから除去されたトナーは、感光体クリーニングユニットの内部に収容され、不図示の廃トナー回収ユニットにて回収される。

図１に戻り、光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて色毎に変調された光で、対応する帯電された感光体ドラムの表面をそれぞれ走査する。これにより、画像情報に対応した静電潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された静電潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ユニットの方向に移動し、該現像ユニットによって顕像化される。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って中間転写ベルト２０４０の方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の構成については後述する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで中間転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされて多色のカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで中間転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出される。これにより、中間転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。ここでカラー画像が転写された記録紙は、定着ローラ２０５０に送られる。

定着ローラ２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここでトナーが定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次積み重ねられる。

反射型光学センサ２２４５は、中間転写ベルト２０４０の近傍に配置されている。この反射型光学センサ２２４５については後述する。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。
光走査装置２０１０は、一例として図４〜図７に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、光偏向器２１０４、４つの走査レンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、６枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｂ、２１０８ｃ）、及び不図示の走査制御装置などを備えている。

ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をＸ軸方向、光偏向器２１０４の回転軸方向をＺ軸方向として説明する。

また、以下では、便宜上、各光学部材において、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源２２００ａとカップリングレンズ２２０１ａと開口板２２０２ａとシリンドリカルレンズ２２０４ａと走査レンズ２１０５ａと折り返しミラー２１０６ａは、感光体ドラム２０３０ａに静電潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｂとカップリングレンズ２２０１ｂと開口板２２０２ｂとシリンドリカルレンズ２２０４ｂと走査レンズ２１０５ｂと折り返しミラー２１０６ｂと折り返しミラー２１０８ｂは、感光体ドラム２０３０ｂに静電潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｃとカップリングレンズ２２０１ｃと開口板２２０２ｃとシリンドリカルレンズ２２０４ｃと走査レンズ２１０５ｃと折り返しミラー２１０６ｃと折り返しミラー２１０８ｃは、感光体ドラム２０３０ｃに静電潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｄとカップリングレンズ２２０１ｄと開口板２２０２ｄとシリンドリカルレンズ２２０４ｄと走査レンズ２１０５ｄと折り返しミラー２１０６ｄは、感光体ドラム２０３０ｄに静電潜像を形成するための光学部材である。

各カップリングレンズは、対応する光源から射出された光の光路上に配置され、該光を略平行光とする。
各開口板は、開口部を有し、対応するカップリングレンズを介した光を整形する。
各シリンドリカルレンズは、対応する開口板の開口部を通過した光を、光偏向器２１０４の偏向反射面近傍に副走査対応方向に関して結像する。

各光源と光偏向器２１０４との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。

光偏向器２１０４は、２段構造のポリゴンミラーを有している。各ポリゴンミラーは、４面の偏向反射面を有している。そして、１段目（下段）のポリゴンミラーではシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光がそれぞれ偏向され、２段目（上段）のポリゴンミラーではシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光及びシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光がそれぞれ偏向されるように配置されている。なお、１段目のポリゴンミラー及び２段目のポリゴンミラーは、互いに位相が略４５°ずれて回転し、書き込み走査は１段目と２段目とで交互に行われる。

光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光は、走査レンズ２１０５ａ、及び折り返しミラー２１０６ａを介して、感光体ドラム２０３０ａに照射され、光スポットが形成される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光は、走査レンズ２１０５ｂ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｂ、２１０８ｂ）を介して、感光体ドラム２０３０ｂに照射され、光スポットが形成される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光は、走査レンズ２１０５ｃ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０８ｃ）を介して、感光体ドラム２０３０ｃに照射され、光スポットが形成される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光は、走査レンズ２１０５ｄ、及び折り返しミラー２１０６ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄに照射され、光スポットが形成される。

各感光体ドラム上の光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って感光体ドラムの長手方向に移動する。各感光体ドラムにおける光スポットの移動方向が、「主走査方向」であり、感光体ドラムの回転方向が、「副走査方向」である。各感光体ドラムにおける画像情報が書き込まれる領域は「有効走査領域」、「画像形成領域」、あるいは「有効画像領域」などと呼ばれている。

また、光偏向器２１０４と各感光体ドラムとの間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。

次に、前記反射型光学センサ２２４５について説明する。ここでは、一例として図８に示されるように、ｘｙｚ３次元直交座標系において、中間転写ベルト２０４０のベルト面に直交する方向をｚ軸方向とし、主方向をｙ軸方向とする。また、中間転写ベルト２０４０の移動方向、すなわち、副方向を＋ｘ方向とする。そして、反射型光学センサ２２４５は、中間転写ベルト２０４０の＋ｚ側に配置されているものとする。また、反射型光学センサ２２４５は、ｙ軸方向に関して、中間転写ベルト２０４０の中央位置ｙ０に対向する位置に配置されているものとする（図９参照）。すなわち、反射型光学センサ２２４５は、有効画像領域内に対応する位置に配置されている。

反射型光学センサ２２４５は、一例として図１０に示されるように、発光部１０、照明用レンズ１１、２つの受光用レンズ（１２、１３）、及び２つの受光部（１４、１５）などを備えている。

発光部１０には、ＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）を用いることができる。ここでは、一例として図１１に示されるように、発光部１０からの光は、ｙｚ平面に正射影したときに、ｚ軸に対して傾斜した方向に射出される。

照明用レンズ１１は、発光部１０から射出された光を中間転写ベルト２０４０の表面に向けて集光的に導く。

以下では、便宜上、照明用レンズ１１を通過した光を「検出用光」ともいう。また、検出用光によって中間転写ベルト２０４０の表面位置に形成される光スポットを「検出用光スポット」ともいう。

反射型光学センサ２２４５から中間転写ベルト２０４０の表面までの距離は５ｍｍである。また、検出用光スポットの大きさ（直径）は、約１．５ｍｍである。

また、ここでは、中間転写ベルト２０４０の表面は滑らかであり、中間転写ベルト２０４０の表面に照射された検出用光のほとんどは正反射される。

受光用レンズ１２は、一例として図１２及び図１３に示されるように、発光部１０から射出され、中間転写ベルト２０４０の表面、あるいは中間転写ベルト２０４０上のトナーパターンで正反射された光の光路上に配置されている。なお、以下では、正反射された光を「正反射光」と略述する。
すなわち、受光用レンズ１２は、正反射光を集光する。
受光部１４は、受光用レンズ１２で集光された正反射光を受光する。

受光用レンズ１３は、一例として図１３に示されるように、発光部１０から射出され、中間転写ベルト２０４０上のトナーパターンで拡散反射された光の光路上に配置されている。なお、以下では、拡散反射された光を「拡散反射光」と略述する。
すなわち、受光用レンズ１３は、拡散反射光を集光する。
受光部１５は、受光用レンズ１３で集光された拡散反射光を受光する。
ここでは、照明用レンズ１１と２つの受光用レンズ（１２、１３）は、一体成型品である。

各受光部には、ＰＴｒ（フォトトランジスタ）、あるいはＰＤ（フォトダイオード）を用いることができる。そして、各受光部は、受光量に応じた信号を出力する。

各レンズには、主方向及び副方向に関して集光機能を有する球面レンズや、副方向に関して正のパワーを持つシリンドリカルレンズ、主方向に関するパワーと副方向に関するパワーとが互いに異なるアナモフィックレンズなどを用いることができる。

ここでは、一例として、各レンズは球面レンズである。なお、各レンズの素材として、光学ガラスや樹脂等を用いることができる。

そして、照明用レンズ１１は、入射側の光学面は集光パワーを有し、射出側の光学面は集光パワーを有していない。

本実施形態では、照明用レンズ１１は、レンズ径（直径）が１．４９０ｍｍ、入射側の光学面の曲率半径が２．８００ｍｍ、レンズ厚が０．８０１ｍｍである。

また、各受光用レンズは、射出側の光学面は集光パワーを有し、入射側の光学面は集光パワーを有していない。

ところで、中間転写ベルト２０４０は、ｘｙ面に平行な表面が、反射型光学センサ２２４５に対して、ｚ軸方向に関して距離ｄｚ（ここでは、５ｍｍ）だけ離れた位置をｘ軸方向に移動するように設定されているが、実際には、反射型光学センサ２２４５と中間転写ベルト２０４０の表面との関係は、常に一定であるとは限らない。以下では、中間転写ベルト２０４０の表面を「被検面」ともいう。

例えば、中間転写ベルト２０４０に、いわゆる「波うち」が発生すると、ｘｙ面内において、中間転写ベルト２０４０の移動方向がｘ軸方向に対して傾斜する場合がある。

ここで、ｚ軸に平行な軸まわりの、中間転写ベルト２０４０の移動方向のｘ軸方向に対する傾斜角を「あおり角」（図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）参照）といい、該あおり角をθａと表記する。

図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）には、受光用レンズ１２の形状が示されている。なお、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。この受光用レンズ１２は、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）が、ｙ軸方向に関する寸法（長さ）よりも大きく、かつ照明用レンズ１１のレンズ径（直径）よりも大きくなるように設定されている。

また、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）には、比較例としての受光用レンズ１２Ａの形状が示されている。なお、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。この受光用レンズ１２Ａでは、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）が、照明用レンズ１１のレンズ径（直径）と等しい。

そして、図１７には、受光用レンズ１２の形状と受光用レンズ１２Ａの形状とを比較したものが示されている。

具体的には、受光用レンズ１２は、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）が２．０００ｍｍ、ｙ軸方向に関する寸法（長さ）が１．１７０ｍｍ、光学的パワーを有する光学面の曲率半径が２．３００ｍｍ、レンズ厚が１．１００ｍｍである。

受光用レンズ１２Ａは、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）が１．４９０ｍｍ、ｙ軸方向に関する寸法（長さ）が１．１７０ｍｍ、光学的パワーを有する光学面の曲率半径が２．３００ｍｍ、レンズ厚が１．１００ｍｍである。

図１８には、受光用レンズ１２を用いたときの、受光部１４の受光量とあおり角θａとの関係、及び受光用レンズ１２に代えて受光用レンズ１２Ａを用いたときの受光部１４の受光量とあおり角θａとの関係が示されている。なお、各受光量は、受光用レンズ１２Ａが用いられ、あおり角θａが０．０°のときの受光部１４の受光量を１．０００として規格化されている。図１９は、図１８をグラフ化したものである。

図２０は、あおり角θａが０．０°での各受光量を１．０００として図１８を書き換えたものである。また、図２０には、受光部１４の受光量の最大値と最小値の差（以下では、便宜上、「最大幅」ともいう）が付加されている。受光用レンズ１２を用いたときは、受光用レンズ１２Ａを用いたときよりも上記最大幅が小さい。すなわち、あおり角θａの影響が小さい。なお、図２１は、図２０をグラフ化したものである。

また、受光用レンズ１３は、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）が２．７００ｍｍ、ｙ軸方向に関する寸法（長さ）が２．０００ｍｍ、光学的パワーを有する光学面の曲率半径が２．５００ｍｍ、レンズ厚が１．２００ｍｍである。

次に、反射型光学センサ２２４５の検出対象物であるテストパターンとしてのトナーパターンについて説明する。

このトナーパターンは、一例として図２２に示されるように、５つのパターン（ＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３、ＤＰ４、ＰＰ）を有している。

ＤＰ１〜ＤＰ４は、いずれも濃度検出用パターンであり、ＰＰは、位置ずれ検出用パターンである。

濃度検出用パターンＤＰ１はブラックトナーで形成され、濃度検出用パターンＤＰ２はマゼンタトナーで形成される。また、濃度検出用パターンＤＰ３はシアントナーで形成され、濃度検出用パターンＤＰ４はイエロートナーで形成される。なお、濃度検出用パターンＤＰ１〜ＤＰ４を区別する必要がない場合には、総称して「濃度検出用パターンＤＰ」ともいう。

濃度検出用パターンＤＰは、一例として図２３に示されるように、４個の四角形状のパターン（ｐ１〜ｐ４、以下では、便宜上「矩形パターン」という）を有している。４個の矩形パターンは、ｘ軸方向に沿って等間隔で一列に並んでおり、それぞれ全体としてみたときにトナー濃度の階調が互いに異なっている。ここでは、トナー濃度の低い矩形パターンから、ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４とする。すなわち、矩形パターンｐ１のトナー濃度が最も低く、矩形パターンｐ４のトナー濃度が最も高い。そして、矩形パターンｐ４は、最大のトナー付着量で作成されたいわゆるベタパターンである。

そして、一例として、各矩形パターンのｙ軸方向に関する長さｗ１を約１５ｍｍ、ｘ軸方向の長さｗ２を約２５ｍｍとしている。また、ｘ軸方向に関して、隣接する２つの矩形パターンの中心間距離ｗ３は約３０ｍｍである。

４つの濃度検出用パターンＤＰ１〜ＤＰ４は、ｘ軸方向に沿って一列に並んでおり、検出用光によって照明される位置に形成されるように設定されている。なお、以下では、便宜上、４つの濃度検出用パターンＤＰ１〜ＤＰ４の列を「ＤＰパターン列」ともいう。

位置ずれ検出用パターンＰＰは、一例として図２４に示されるように、ｘ軸方向に沿って一列に並ぶ８個のライン状パターン（ＬＰＫ１、ＬＰＫ２、ＬＰＭ１、ＬＰＭ２、ＬＰＣ１、ＬＰＣ２、ＬＰＹ１、ＬＰＹ２）を有している。

ライン状パターンＬＰＫ１及びＬＰＫ２は、ブラックトナーで形成され、ライン状パターンＬＰＭ１及びＬＰＭ２は、マゼンタトナーで形成される。また、ライン状パターンＬＰＣ１及びＬＰＣ２は、シアントナーで形成され、ライン状パターンＬＰＹ１及びＬＰＹ２は、イエロートナーで形成される。ここでは、各ライン状パターンは、トナー濃度としていわゆるベタ濃度で形成される。

ライン状パターンＬＰＫ１、ＬＰＭ１、ＬＰＣ１及びＬＰＹ１は、長手方向がｙ軸方向に平行であり、ライン状パターンＬＰＫ２、ＬＰＭ２、ＬＰＣ２及びＬＰＹ２は、長手方向がｙ軸方向に対して傾斜している。ここでは、傾斜角を４５°としている。

なお、以下では、長手方向がｙ軸方向に平行なライン状パターンを「平行ライン状パターン」ともいい、長手方向がｙ軸方向に対して傾斜しているライン状パターンを「傾斜ライン状パターン」ともいう。

各平行ライン状パターンは、長手方向の長さｗ４を８．０ｍｍ、短手方向の長さｗ５を１．０ｍｍとしている。また、ｘ軸方向に関して隣接する２つの平行ライン状パターンの中心間距離ｗ６を３．５ｍｍとしている。

また、各傾斜ライン状パターンは、各平行ライン状パターンを４５°傾斜させたものである。

本実施形態では、位置ずれ検出用パターンＰＰは、ＤＰパターン列の−ｘ側に形成されるように設定されている（図２２参照）。

次に、画像プロセス制御のために、反射型光学センサ２２４５を用いて行われる濃度検出処理及び位置ずれ検出処理について図２５を用いて説明する。本実施形態では、濃度検出処理及び位置ずれ検出処理は、プリンタ制御装置２０９０によって行われる。図２５のフローチャートは、濃度検出処理及び位置ずれ検出処理の際に、プリンタ制御装置２０９０によって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。なお、以下では、濃度検出処理と位置ずれ検出処理とを合わせて「検出処理」ともいう。

（１）最初のステップＳ３０１では、画像プロセス制御の要求があるか否かを判断する。ここでは、画像プロセス制御フラグがセットされていれば、ここでの判断は肯定され、画像プロセス制御フラグがセットされていなければ、ここでの判断は否定される。

画像プロセス制御フラグは、電源投入直後では、（ａ）感光体ドラムの停止時間が６時間以上のとき、（ｂ）装置内の温度が１０℃以上変化しているとき、（ｃ）装置内の相対湿度が５０％以上変化しているときなどにセットされ、印刷時では、（ｄ）プリント枚数が所定の枚数に達したとき、（ｅ）現像スリーブの回転回数が所定の回数に達したとき、（ｆ）中間転写ベルト２０４０の走行距離が所定の距離に達したときなどにセットされる。

ステップＳ３０１での判断が否定されると、濃度検出処理及び位置ずれ検出処理はいずれも行われない。一方、ステップＳ３０１での判断が肯定されると、画像プロセス制御フラグをリセットし、ステップＳ３２１に移行する。ここでは、ユーザから連続する複数枚の画像の形成が要求され、該複数枚の画像におけるｍ番目の画像が形成された後で、（ｍ＋１）番目の画像が形成される前のタイミングで画像プロセス制御フラグがセットされたものとする。

（２）このステップＳ３２１では、中間転写ベルト２０４０を検出用光で照明し、各受光部の出力を取得する。

ここでは、中間転写ベルト２０４０における反射ムラの影響を避けるため、所定のサンプリング時間（例えば２ｍｓ）で、所定の回数（例えば１０回）だけサンプリングし、各受光部の出力を取得する。

（３）次のステップＳ３２３では、トナーパターンの作成を走査制御装置に指示する。
これにより、走査制御装置は、感光体ドラム２０３０ａに濃度検出用パターンＤＰ１の静電潜像、感光体ドラム２０３０ｂに濃度検出用パターンＤＰ２の静電潜像、感光体ドラム２０３０ｃに濃度検出用パターンＤＰ３の静電潜像、感光体ドラム２０３０ｄに濃度検出用パターンＤＰ４の静電潜像を形成する。

さらに、走査制御装置は、感光体ドラム２０３０ａに位置ずれ検出用パターンＰＰのライン状パターンＬＰＫ１、ＬＰＫ２の各静電潜像、感光体ドラム２０３０ｂに位置ずれ検出用パターンＰＰのライン状パターンＬＰＭ１、ＬＰＭ２の各静電潜像、感光体ドラム２０３０ｃに位置ずれ検出用パターンＰＰのライン状パターンＬＰＣ１、ＬＰＣ２の各静電潜像、感光体ドラム２０３０ｄに位置ずれ検出用パターンＰＰのライン状パターンＬＰＹ１、ＬＰＹ２の各静電潜像を形成する。

そして、各静電潜像は対応する現像ユニットで顕像化され、それぞれ所定のタイミングで中間転写ベルト２０４０に転写される。これによって、中間転写ベルト２０４０上におけるｍ番目の画像に続いて、トナーパターンが形成される（図２６参照）。

なお、トナーパターンを形成するために必要な作像条件などはプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに予め格納されている。また、該ＲＯＭには、反射型光学センサの出力をトナー濃度に変換するための濃度変換ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）も予め格納されている。

（４）次のステップＳ３２５では、トナーパターンを検出用光で照明し、受光部１４及び受光部１５の出力を取得する。

ここでは、プリンタ制御装置２０９０は、トナーパターンが反射型光学センサ２２４５に対向する位置に到達する少し前のタイミングで、発光部１０を点灯させる。検出用光スポットは、中間転写ベルト２０４０が副方向に移動するにつれて、すなわち、時間が経過するとともに、各色の各階調の矩形パターンを順次照明する（図２７参照）。そして、プリンタ制御装置２０９０は、受光部１４の出力信号と受光部１５の出力信号を時間的に追跡する。

このとき、矩形パターンにおける濃度ムラの影響を避けるため、矩形パターンをｘ軸方向に関して互いに長さが等しい所定の個数（例えば４０個）の領域に分割し、該分割された各領域でデータのサンプリングができるサンプリング時間（例えば２ｍｓ）を設定し、矩形パターン毎に上記所定の個数（例えば４０個）のデータを取得する。

図２８には、受光部１４の出力信号の時間変化が示されている。図２９は、図２８に照射対象物を記載したものである。なお、矩形パターン以外のタイミングでの照射対象物は、中間転写ベルト２０４０である。図２９に示されるように、受光部１４の出力信号は、照射対象物が中間転写ベルト２０４０のときは出力レベルが高く、照射対象物が矩形パターンのときは出力レベルが低い。

図３０には、受光部１５の出力信号の時間変化が示されている。図３１は、図３０に照射対象物を記載したものである。なお、矩形パターン以外のタイミングでの照射対象物は、中間転写ベルト２０４０である。図３１に示されるように、受光部１５の出力信号は、照射対象物が中間転写ベルト２０４０のときは出力レベルが低く、ブラックトナー以外のカラートナーで形成された矩形パターンが照射対象物のときは出力レベルが高い。

検出用光スポットは、ＤＰパターン列における全ての矩形パターンの照明が終了すると、続いて、位置ずれ検出用パターンＰＰを照明する（図３２参照）。

図３３には、受光部１４の出力信号の時間変化が示されている。図３４は、図３３に照射対象物を記載したものである。なお、ラインパターン以外のタイミングでの照射対象物は、中間転写ベルト２０４０である。図３４に示されるように、受光部１４の出力信号は、照射対象物が中間転写ベルト２０４０のときは出力レベルが高く、照射対象物がラインパターンのときは出力レベルが低い。

なお、各受光部の出力は、各受光部での受光量にそれぞれ対応しているため、以下では、便宜上、受光部の出力を「受光量」ともいう。また、各受光部の出力の時間変化を「出力波形」ともいう。

（５）次のステップＳ３２７では、ＤＰパターン列における各矩形パターンのトナー濃度を算出する。

（５−１）上記ステップＳ３２１で取得された各受光部の出力の平均値を求める。以下では、ここで得られた受光部１４の出力の平均値を「Ｖｓｇ＿ｓｐｅ」と表記し、受光部１５の出力の平均値を「Ｖｓｇ＿ｄｉｆ」と表記する。

（５−２）矩形パターン毎に、上記ステップＳ３２５で取得された各受光部の出力の平均値を求める。なお、サンプリングされたデータのばらつきが大きいときは、例えば、値の大きいものから１０個、及び値の小さいものから１０個を取り除き、残りのデータの平均値を求めても良い。

以下では、便宜上、照射対象物が濃度検出用パターンＤＰｎ（ｎ＝１、２、３、４）の矩形パターンｐｍ（ｍ＝１、２、３、４）のときの受光部１４の出力の平均値を、「Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｓｐｅ」と表記する。

同様に、照射対象物が濃度検出用パターンＤＰｎ（ｎ＝１、２、３、４）の矩形パターンｐｍ（ｍ＝１、２、３、４）のときの受光部１５の出力の平均値を、「Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ」と表記する。

（５−３）照射対象物が濃度検出用パターンＤＰ２、ＤＰ３、ＤＰ４のときの受光部１４の感度補正係数Ｋ２を求める。

ここでは、先ず、矩形パターン毎に、次の（１）式を用いて、係数Ｂ［ＤＰｎ＿ｐｍ］を算出する。
Ｂ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＝Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｓｐｅ／Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ ……（１）

そして、算出された係数Ｂ［ＤＰｎ＿ｐｍ］のなかで最も小さい値を、受光部１４の感度補正係数Ｋ２とする。

（５−４）照射対象物が濃度検出用パターンＤＰ２、ＤＰ３、ＤＰ４のときの正反射光の受光量を求める。

ここでは、矩形パターン毎に、次の（２）式を用いて、正反射光の受光量Ｋ［ＤＰｎ＿ｐｍ］を算出する。
Ｋ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＝（Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｓｐｅ − Ｋ２×Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ）／（Ｋ２×Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ） ……（２）

（５−５）照射対象物が濃度検出用パターンＤＰ２、ＤＰ３、ＤＰ４のときの拡散反射光の受光量を求める。

ここでは、矩形パターン毎に、次の（３）式を用いて、拡散反射光の受光量Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ’を算出する。
Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ’＝Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ − Ｖｓｇ＿ｄｉｆ×Ｋ［ＤＰｎ＿ｐｍ］ ……（３）

（５−６）受光部１５のゲイン調整係数Ｋ５を求める。
ここでは、先ず、横軸をＫ［ＤＰｎ＿ｐｍ］、縦軸（Ｙ軸）をＶｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ’としたときの、Ｋ［ＤＰｎ＿ｐｍ］とＶｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ’との関係を表す２次近似式を最小二乗法を用いて求める。

そして、上記２次近似式における２乗の項の係数をα、１乗の項の係数をβ、Ｙ切片をγとする。

次に、次の（４）式を用いて、ゲイン調整係数Ｋ５を算出する。
Ｋ５＝１．６３／（α×０．１５^２＋β×０．１５＋γ） ……（４）

なお、上記（４）式における定数（ここでは、１．６３及び０．１５）は、装置固有の値であり、予め実験などにより決定されている。

（５−７）正規化を行う。
ここでは、次の（５）式を用いて、正規化値Ｒ［ＤＰｎ＿ｐｍ］を算出する。
Ｒ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＝Ｋ５×Ｖｓｐ［ＤＰｎ＿ｐｍ］＿ｄｉｆ’ ……（５）

この時点で、反射型光学センサ２２４５の特性誤差や取り付け位置の誤差、及び中間転写ベルト１０５における反射特性のばらつきはほぼキャンセルされる。

（５−８）プリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに予め格納されている濃度変換ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）を用いて、矩形パターン毎に、正規化値Ｒ［ＤＰｎ＿ｐｍ］からトナー付着量ＭＡ［ＤＰｎ＿ｐｍ］を求める。図３５には、マゼンタトナーの濃度変換ＬＵＴが示されている。

（５−９）照射対象物が濃度検出用パターンＤＰ１のときの正規化値を求める。
ブラックトナーの場合の正規化値は、下地の中間転写ベルト２０４０からの正反射光の受光量とブラックトナーの光吸収特性のみで決定されるので、ここでは、次の（６）式を用いて、正規化値Ｒ［ＤＰ１＿ｐｍ］を算出する。
Ｒ［ＤＰ１＿ｐｍ］＝Ｖｓｐ［ＤＰ１＿ｐｍ］＿ｓｐｅ／Ｖｓｇ＿ｓｐｅ ……（６）

（５−１０）プリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに予め格納されている濃度変換ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）（図３６参照）を用いて、矩形パターン毎に、正規化値Ｒ［ＤＰ１＿ｐｍ］からトナー付着量ＭＡ［ＤＰ１＿ｐｍ］を求める。

（６）次のステップＳ３２９では、位置ずれ検出用パターンＰＰにおけるライン状パターンの位置ずれ量を算出する。

（６−１）閾値電圧を求める。
ここでは、次の（７）式を用いて、トナーの色毎に閾値電圧Ｖｔｈを算出する。ここでの単位はボルトである。また、照射対象物がライン状パターンのときの受光部１４の出力をＶｐとし、照射対象物が中間転写ベルト２０４０のみのときの受光部１４の出力をＶｂとする。
Ｖｔｈ＝Ｖｐ＋（Ｖｂ−Ｖｐ）×０．５ ……（７）

（６−２）各ライン状パターンの計算上の検出時間を求める。
ここでは、図３７に示されるように、ライン状パターン毎に、受光部１４の出力波形における立ち下がり時、及び立ち上がり時に、受光部１４の出力が閾値電圧Ｖｔｈと一致するタイミング（図３７では×印で示されている）を求め、該２つのタイミングの中間を検出時間とする。なお、検出時間を求める方法はこれに限定されるものではない。

（６−３）一例として図３８に模式図的に示されるように、受光部１４の出力波形における、ライン状パターンＬＰＫ１の検出時間からライン状パターンＬＰＭ１の検出時間までの時間Ｔｋｍ１、ライン状パターンＬＰＫ１の検出時間からライン状パターンＬＰＣ１の検出時間までの時間Ｔｋｃ１、ライン状パターンＬＰＫ１の検出時間からライン状パターンＬＰＹ１の検出時間までの時間Ｔｋｙ１を求める。

また、受光部１４の出力波形における、ライン状パターンＬＰＫ２の検出時間からライン状パターンＬＰＭ２の検出時間までの時間Ｔｋｍ２、ライン状パターンＬＰＫ２の検出時間からライン状パターンＬＰＣ２の検出時間までの時間Ｔｋｃ２、ライン状パターンＬＰＫ２の検出時間からライン状パターンＬＰＹ２の検出時間までの時間Ｔｋｙ２を求める。

（６−４）時間Ｔｋｍ１、時間Ｔｋｃ１、及び時間Ｔｋｙ１と、あらかじめ得られているそれらの基準時間との差（時間差ΔＴｍ１、ΔＴｃ１、ΔＴｙ１とする）をそれぞれ求める。該時間差が許容範囲内であれば、該色のトナー画像のブラックのトナー画像に対するｘ軸方向に関する位置関係は適正であると判断する。一方、該時間差が許容範囲内でなければ、該色のトナー画像のブラックのトナー画像に対するｘ軸方向に関する位置関係にずれがあると判断する。この場合には、プリンタ制御装置２０９０は、該時間差から上記位置関係のずれ量（ずれ量ΔＳ１とする）を求め、該ずれ量ΔＳ１を走査制御装置に通知する。

（６−５）時間Ｔｋｍ２、時間Ｔｋｃ２、及び時間Ｔｋｙ２と、あらかじめ得られているそれらの基準時間との差（時間差ΔＴｍ２、ΔＴｃ２、ΔＴｙ２とする）をそれぞれ求める。該時間差が許容範囲内であれば、該色のトナー画像のブラックのトナー画像に対するｙ軸方向に関する位置関係は適正であると判断する。一方、該時間差が許容範囲内でなければ、該色のトナー画像のブラックのトナー画像に対するｙ軸方向に関する位置関係にずれがあると判断する。この場合には、プリンタ制御装置２０９０は、該時間差から上記位置関係のずれ量（ずれ量ΔＳ２とする）を求め、該ずれ量ΔＳ２を走査制御装置に通知する。

一例として、時間差ΔＴｍ１が許容範囲内でない場合が模式図的に図３９（Ａ）に示されている。また、時間差ΔＴｍ２が許容範囲内でない場合が模式図的に図３９（Ｂ）に示されている。この場合には、プリンタ制御装置２０９０は、次の（８）式を用いて、ブラックのトナー画像に対するマゼンタのトナー画像のｙ軸方向に関する位置ずれ量ΔＳ２を求める。ここで、Ｖは中間転写ベルト２０４０の副方向への移動速度である。
ΔＳ２＝Ｖ・ΔＴｍ２・ｃｏｔ４５° ……（８）

（７）次のステップＳ３３１では、画像プロセス制御を実施する。
ここでは、上記トナー濃度の算出工程において得られたトナー濃度から、トナーの色毎に、トナー濃度のずれ量を求める。そして、トナー濃度のずれ量が許容限を超えている場合には、トナー濃度が狙いのトナー濃度となるように、或いは、トナー濃度のずれ量が許容限内となるように制御する。

例えば、トナー濃度のずれ量に応じて、対応する画像形成ステーションにおいて、現像ポテンシャル制御、及び階調制御などを行う。

現像ポテンシャル制御では、所望の画像濃度（例えばベタ濃度）を確保するために、現像ポテンシャル（現像バイアス−ベタ露光電位）の制御を行う。すなわち、濃度検出用パターンから得られたトナー濃度と現像ポテンシャルとの関係より、現像γ（現像ポテンシャルを横軸、トナー濃度を縦軸としたときの傾き）と現像開始電圧Ｖｋ（現像ポテンシャルを横軸（ｘ軸）、トナー濃度を縦軸としたときのｘ切片）を求める。そして、次の（９）式を用いて、所望の画像濃度を確保するために必要な現像ポテンシャルを決定し、これに基づいて、作像条件（露光パワー、帯電バイアス、現像バイアス）を決定している。

必要な現像ポテンシャル［−ｋＶ］＝所望の画像濃度（トナー濃度）［ｍｇ／ｃｍ^２］／現像γ［（ｍｇ／ｃｍ^２）／（−ｋＶ）］＋現像開始電圧Ｖｋ［−ｋＶ］ ……（９）

トナーの帯電量と現像ポテンシャルとが一定であれば、現像γはほぼ維持されるが、温度や湿度の変化がある環境ではトナーの帯電量の変化が避けられず、中間調領域の階調性が変化してしまう。それを補正するために階調制御が行われる。階調制御も現像ポテンシャル制御と同等の濃度検出用パターンを用いることができる。

また、階調制御では、得られた階調性と目標とする階調性との偏差がなくなるように階調補正用ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）が適宜変更される。具体的には、その都度、新しい階調補正用ＬＵＴに書き換える方法や、予め用意した複数の階調補正用ＬＵＴから最適なものを選択する方法などがある。

また、上記位置ずれ量の算出工程において、ブラックのトナー画像に対するｘ軸方向に関する位置関係にずれがあると、該ずれ量がほぼ０となるように、例えば、対応する感光体ドラムに対する画像の書き込みタイミングを変更する。

また、上記位置ずれ量の算出工程において、ブラックのトナー画像に対するｙ軸方向に関する位置関係にずれがあると、該ずれ量がほぼ０となるように、例えば、対応する感光体ドラムに画像を書き込む際の画素クロックの位相を調整する。

ところで、中間転写ベルト２０４０に「波うち」があるときに、従来の反射型光学センサを用いた場合の、正反射光用の受光部の出力波形の一例が、図４０に示されている。このときは、上記Ｖｓｇを精度良く求めることができないため、正規化値に誤差が生じる。また、このとき、拡散光用の受光部に正反射光が入射するおそれがあった。その結果、トナー濃度の検出精度が劣化するおそれがあった。

また、この場合、照射対象物が位置ずれ検出用パターンのときには、各検出時間が変動し、検出された位置ずれ量に誤差が生じるという不都合があった。

しかしながら、本実施形態における反射型光学センサ２２４５は、中間転写ベルト２０４０に「波うち」があっても、上記Ｖｓｇを精度良く求めることができるとともに、受光部１５に正反射光が入射するおそれがないため、トナー濃度の検出精度が劣化するおそれはない。

また、本実施形態における反射型光学センサ２２４５は、中間転写ベルト２０４０に「波うち」があっても、各検出時間の変動が小さいため、位置ずれ量に誤差が生じるおそれはない。

以上説明したように、本実施形態に係る反射型光学センサ２２４５は、発光部１０、照明用レンズ１１、２つの受光用レンズ（１２、１３）、及び２つの受光部（１４、１５）などを備えている。

受光用レンズ１２は、発光部１０から射出され、中間転写ベルト２０４０の表面、あるいは中間転写ベルト２０４０上のトナーパターンで正反射された光の光路上に配置されている。受光部１４は、受光用レンズ１２で集光された光を受光する。

受光用レンズ１３は、発光部１０から射出され、中間転写ベルト２０４０上のトナーパターンで拡散反射された光の光路上に配置されている。受光部１５は、受光用レンズ１３で集光された光を受光する。

受光用レンズ１２は、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）が、ｙ軸方向に関する寸法（長さ）よりも大きく、かつ照明用レンズ１１のレンズ径（直径）よりも大きくなるように設定されている。

この場合は、検出処理の際に、中間転写ベルト２０４０に「波うち」があっても、トナー濃度及び位置ずれ量をいずれも精度良く求めることができる。

その結果、プリンタ制御装置２０９０は、高品質の画像を安定して形成することができる。

なお、受光用レンズ１２における、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）及びｙ軸方向に関する寸法（長さ）は、上記実施形態の値に限定されるものではない。要するに、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）が、ｙ軸方向に関する寸法（長さ）よりも大きく、かつ照明用レンズ１１のレンズ径（直径）よりも大きければ良い。

ところで、一例として図４１（Ａ）及び図４１（Ｂ）に示されるように、中間転写ベルト２０４０に、いわゆる「ばたつき」が生じると、図４２（Ａ）及び図４２（Ｂ）に示されるように、被検面は、ｘｙ面に対して傾斜することとなる。

この場合、一例として図４３（Ａ）及び図４３（Ｂ）に示されるように、受光用レンズ１２のｙ軸方向の両端面がｘｚ面に対して光軸側に傾斜していても良い。ここでは、＋ｙ側端面における傾斜角をαとし、−ｙ側端面における傾斜角をβとする。なお、図４３（Ｂ）は、図４３（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図４４には、受光用レンズ１２において、傾斜角αと傾斜角βを等しくし、傾斜角α及び傾斜角βが０°、１５°、３０°、４５°、６０°のときの、受光部１４の受光量とスキュー角θｂとの関係が示されている。なお、受光部１４の受光量は、各傾斜角が０°で、スキュー角θｂが０．０°のときの受光部１４の受光量を１．０００として規格化されている。図４５は、図４４をグラフ化したものである。

図４６は、各傾斜角について、スキュー角θｂが０．０°のときの受光部１４の受光量をいずれも１．０００として図４４を書き換えたものである。また、図４６には、受光部１４の受光量の最大値と最小値の差（以下では、便宜上、「最大幅」ともいう）が付加されている。受光用レンズ１２において、傾斜角α及び傾斜角βが１５°、３０°、４５°のときは、各傾斜角が０°のときよりも上記最大幅が小さい。すなわち、スキュー角の影響が小さい。なお、図４７は、図４６をグラフ化したものである。

そこで、例えば、受光用レンズ１２の傾斜角α及び傾斜角βを３０°とすることにより、スキュー角θｂが変動しても、受光部１４での受光量の変動を抑制することができる。

図４８には、受光用レンズ１２において、傾斜角αを３０°に固定し、傾斜角βを０°、１５°、３０°、４５°、６０°としたときの、受光部１４の受光量とスキュー角θｂとの関係が示されている。なお、受光部１４の受光量は、各傾斜角が０°で、スキュー角θｂが０．０°のときの受光部１４の受光量を１．０００として規格化されている。図４９は、図４８をグラフ化したものである。

図５０は、各傾斜角について、スキュー角θｂが０．０°のときの受光部１４の受光量をいずれも１．０００として図４８を書き換えたものである。また、図５０には、受光部１４の受光量の最大値と最小値の差（最大幅）が付加されている。傾斜角αが３０°で、傾斜角βが４５°のときに、上記最大幅が最も小さい。すなわち、スキュー角の影響が最も小さい。なお、図５１は、図５０をグラフ化したものである。

そこで、例えば、受光用レンズ１２の傾斜角αを３０°、傾斜角βを４５°とすることにより（図５２（Ａ）及び図５２（Ｂ）参照）、スキュー角θｂが変動しても、受光部１４での受光量の変動を更に抑制することができる。なお、図５２（Ｂ）は、図５２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図５３には、受光用レンズ１２において、傾斜角βを３０°に固定し、傾斜角αを０°、１５°、３０°、４５°、６０°としたときの、受光部１４の受光量とスキュー角θｂとの関係が示されている。なお、受光部１４の受光量は、各傾斜角が０°で、スキュー角θｂが０．０°のときの受光部１４の受光量を１．０００として規格化されている。図５４は、図５３をグラフ化したものである。

図５５は、各傾斜角について、スキュー角θｂが０．０°のときの受光部１４の受光量をいずれも１．０００として図５３を書き換えたものである。また、図５５には、受光部１４の受光量の最大値と最小値の差（最大幅）が付加されている。傾斜角βが３０°傾斜角αが４５°でのときに、上記最大幅が最も小さい。すなわち、スキュー角の影響が最も小さい。なお、図５６は、図５５をグラフ化したものである。

そこで、例えば、受光用レンズ１２の傾斜角αを４５°、傾斜角βを３０°とすることにより（図５７（Ａ）及び図５７（Ｂ）参照）、スキュー角θｂが変動しても、受光部１４での受光量の変動を更に抑制することができる。なお、図５７（Ｂ）は、図５７（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

この場合は、α＝３０°、β＝４５°の受光用レンズ１２を用いたときよりも、最大幅を小さくすることができる。すなわち、更にスキュー角に強くすることが可能である。

なお、受光用レンズ１２の傾斜角α及び傾斜角βの値は、上記のものに限定されるものではなく、要するに、両端面がｘｚ面に対して光軸側に傾斜していれば良い。

また、上記実施形態において、受光用レンズ１２は、ｘ軸方向に関する寸法（長さ）が、ｙ軸方向に関する寸法（長さ）よりも大きく、かつ照明用レンズ１１のレンズ径（直径）よりも大きければ、受光用レンズ１２の外形が、光軸方向からみたとき、楕円形状であっても良い。

また、上記実施形態において、反射型光学センサ２２４５に処理装置を設け、濃度検出処理及び位置ずれ検出処理におけるプリンタ制御装置２０９０での処理の少なくとも一部を、該処理装置が行っても良い。

また、上記実施形態において、濃度検出処理及び位置ずれ検出処理におけるプリンタ制御装置２０９０での処理の少なくとも一部を、走査制御装置が行っても良い。

また、上記実施形態におけるトナーパターンは一例であり、大きさ（寸法）、形状、個数などがこれに限定されるものではない。

例えば、各濃度検出用パターン（ＤＰ１〜ＤＰ４）がそれぞれ５個の矩形パターン（ｐ１〜ｐ５）から構成されていても良い。この場合は、矩形パターンｐ５をベタパターンとしても良い。

また、上記実施形態において、一例として図５８に示されるように、反射型光学センサ２２４５がローラ上の中間転写ベルト２０４０を被検面とする位置に配置されていても良い。

また、上記実施形態では、反射型光学センサ２２４５がｙ軸方向に関して有効画像領域の中央に対応する位置に設けられる場合について説明したがこれに限定されるものではない。例えば、反射型光学センサ２２４５がｙ軸方向に関して有効画像領域外に対応する位置に設けられても良い。

また、上記実施形態では、反射型光学センサ２２４５が１つ設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、反射型光学センサ２２４５が複数設けられても良い。この場合は、濃度検出処理及び位置ずれ検出処理での検出精度を更に高めることができる。

一例として図５９には、前記反射型光学センサ２２４５と同等の２つの反射型光学センサ（２２４５ａ、２２４５ｂ）がｙ軸方向に関して有効画像領域外に対応する位置に設けられている場合が示されている。

また、上記実施形態において、１つの紙間となる部分に４つの濃度検出用パターンＤＰ１〜ＤＰ４の全てが形成されなくても良い。

例えば、中間転写ベルト２０４０上におけるｍ番目の画像と（ｍ＋１）番目の画像との間の紙間となる部分に濃度検出用パターンＤＰ１が形成され、中間転写ベルト２０４０上における（ｍ＋１）番目の画像と（ｍ＋２）番目の画像との間の紙間となる部分に濃度検出用パターンＤＰ２が形成され、中間転写ベルト２０４０上における（ｍ＋２）番目の画像と（ｍ＋３）番目の画像との間の紙間となる部分に濃度検出用パターンＤＰ３が形成され、中間転写ベルト２０４０上における（ｍ＋３）番目の画像と（ｍ＋４）番目の画像との間の紙間となる部分に濃度検出用パターンＤＰ４と位置ずれ検出用パターンＰＰが形成されても良い。

また、例えば、中間転写ベルト２０４０上におけるｍ番目の画像と（ｍ＋１）番目の画像との間の紙間となる部分に濃度検出用パターンＤＰ１の一部が形成され、中間転写ベルト２０４０上における（ｍ＋１）番目の画像と（ｍ＋２）番目の画像との間の紙間となる部分に濃度検出用パターンＤＰ１の残りが形成されても良い。

また、上記実施形態では、４色のトナーが用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、５色あるいは６色のトナーが用いられる場合であっても良い。

また、上記実施形態では、反射型光学センサ２２４５が、中間転写ベルト２０４０上のトナーパターンを検出対象とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、感光体ドラム表面のトナーパターンを検出対象としても良い。なお、感光体ドラムの表面は、中間転写ベルト２０４０と同様に正反射体に近い。

また、上記実施形態において、トナーパターンを記録紙に転写し、該記録紙上のトナーパターンを、反射型光学センサ２２４５の検出対象としても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置として、カラープリンタ２０００の場合について説明したが、これに限らず、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機であっても良い。

１０…発光部、１１…照明用レンズ、１２…受光用レンズ、１３…受光用レンズ、１４…受光部（第１受光部）、１５…受光部（第２受光部）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置（パターン作成装置）、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム、２０４０…中間転写ベルト（移動体）、２０９０…プリンタ制御装置（処理装置）、２２４５…反射型光学センサ、ＤＰ１〜ＤＰ４…濃度検出用パターン（トナーパターン）、ＰＰ…位置ずれ検出用パターン（トナーパターン）。

特開平１−３５４６６号公報 特開２００４−２１１６４号公報 特開２００２−７２６１２号公報 特許第４１５４２７２号公報 特許第４１１００２７号公報

Claims (10)

1. トナーを用いて移動体上に画像を形成する画像形成装置に用いられる反射型光学センサであって、
   発光部と、
   前記発光部から射出された光を前記移動体上のトナーパターンに導く照明用レンズと、
   前記照明用レンズを介して照射され、前記移動体上のトナーパターンで正反射された光の光路上に配置された受光用レンズと、
   前記受光用レンズを介した光を受光する第１受光部と、
   前記移動体の移動方向とは異なる一の軸方向に関して前記第１受光部の一側に配置され、前記照明用レンズを介して照射され、前記移動体上のトナーパターンで拡散反射された光を受光する第２受光部とを備え、
   前記受光用レンズは、前記発光部に対して前記移動体の移動方向に直交する方向に平行な方向に関してずれた位置に配置され、前記移動体の移動方向に関する寸法が、前記一の軸方向に関する寸法よりも大きく、かつ前記照明用レンズの前記移動体の移動方向に関する寸法よりも大きい反射型光学センサ。
2. 前記受光用レンズは、光軸方向からみたときの外形が楕円形状であることを特徴とする請求項１に記載の反射型光学センサ。
3. 前記受光用レンズは、前記一の軸方向の一側及び他側のそれぞれに端面を有することを特徴とする請求項１に記載の反射型光学センサ。
4. 前記受光用レンズは、前記一側の端面及び前記他側の端面が、前記一の軸方向に直交する面に対して光軸側に傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の反射型光学センサ。
5. 前記受光用レンズにおける前記一側の端面の傾斜角と前記他側の端面の傾斜角は互いに異なることを特徴とする請求項４に記載の反射型光学センサ。
6. 前記一側の端面の傾斜角は、前記他側の端面の傾斜角よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の反射型光学センサ。
7. トナーを用いて移動体上に画像を形成する画像形成装置において、
   前記移動体上にトナーパターンを作成するパターン作成装置と、
   前記移動体上に作成された前記トナーパターンを検出対象とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の反射型光学センサと、
   前記反射型光学センサの出力信号に基づいて、前記トナーパターンのトナー濃度及び位置ずれ量の少なくとも一方を求める処理装置と、を備える画像形成装置。
8. 前記パターン作成装置は、前記移動体上に形成される２つの画像に挟まれる領域に、前記トナーパターンを作成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. 前記パターン作成装置は、前記移動体上おける画像が形成される領域外に、前記トナーパターンを作成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. 前記移動体は、中間転写ベルト及び感光性を有する像担持体のいずれかであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の画像形成装置。