JP6158055B2 - トナー付着量測定装置 - Google Patents

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Description

本発明はカラープリンタ、カラー複写機、カラー複合機等の多色画像形成装置、特に、そのトナーパッチのトナー付着量を測定するトナー付着量測定装置に関する。
多色画像形成装置においては、フルカラーモード、単色カラーモードあるいは白黒プリントモードに応じてより鮮明な画像を再現する。このため、トナー担持体たとえば転写ベルトの所定位置に低付着量から高付着量までの所定量のマゼンタトナー、シアントナー、イエロトナー、ブラックトナーが付着されたトナーパッチを形成し、これらのトナーパッチのトナー付着量をトナー付着量測定装置を用いて測定して帯電処理、感光処理、現象処理、転写処理、定着処理等を微調整する。
従来のトナー付着量測定装置は、光が照射されたトナーパッチからの反射光をラインセンサによって検出し、トナーパッチのエッジ部分のトナー担持体の高さとトナーパッチの表面の高さとの差分からトナーパッチのトナー付着層厚を測定する。これにより、トナー担持体のうねり、凹凸、ばたつき等があっても、トナーパッチのトナー付着層厚を測定することによりトナー付着量を測定できる(参照:特許文献1)。
特開2010−152138号公報
しかしながら、上述の従来のトナー付着量測定装置においては、トナー付着量Wがトナー付着層厚tに依存する濃度(厚さ)階調領域の高付着量のトナー付着量Wしか測定できない。すなわち、図23に示すように、トナー付着量が大きいたとえば0.6mg/cm2以上の濃度(厚さ)階調領域では、トナー粒子はトナー担持体をすべて覆い尽くしているので、短冊状のトナーパッチTP1のトナー付着層厚tはトナー付着量Wに比例して大きくなる。尚、図23においては、トナーパッチTP1のエッジ部から内側の1〜1.5mmの範囲でトナー付着層厚tが上昇するので、エッジ部のトナー付着層厚tの測定値も大きくなる。これに対し、図24に示すように、トナー付着量Wが小さいたとえば0.6mg/cm2未満の面積階調領域では、トナー粒子はトナー担持体上を面積階調で覆うので、短冊状のトナーパッチTP2のトナー付着層厚tはほぼ一定である。従って、上述の従来のトナー付着量測定装置は図25に示すようなトナー付着層厚tに依存しない面積階調領域(<0.6mg/cm2)のトナー付着量Wを測定できず、この結果、面積階調領域用の別のトナー付着量測定装置を付加する必要があるという課題がある。
また、上述の従来のトナー付着量測定装置においては、ラインセンサ及び専用の光学系を必要とするので、製造コストが高いという課題もある。
上述の課題を解決するために、本発明に係るトナー付着量測定装置は、トナー担持体上に形成されたトナーパッチのトナー付着量を測定するトナー付着量測定装置において、第1の発光部及び第1の受光部を有する光学的センサと、第1の発光部を駆動して第1の受光部から第1のセンサ電圧を受ける制御回路とを具備し、光学的センサの第1の発光部の光軸及び第1の発光部の光軸を含む光入出射面と、トナー担持体表面との交線はトナー担持体進行方向に直交し、この光入出射面は該交線を含みトナー担持体表面に直交する面に対して進行方向側に第1の傾斜角で傾斜し、制御回路は、トナー付着量が濃度(厚さ)階調領域の場合には第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方に基づいてトナー付着量を演算し、トナー付着量が面積階調領域の場合には第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の他方に基づいてトナー付着量を演算するものである。
また、本発明に係るトナー付着量測定装置は、さらに、第2の発光部及び第2の受光部を有する補償用光学的センサを具備し、制御回路は第2の発光部を駆動して第2の受光部から第2のセンサ電圧を受け、補償用光学的センサの第2の発光部の光軸及び第2の発光部の光軸を含む光入出射面はトナー担持体の進行方向に垂直交差し、進行方向側に第1の傾斜角より小さい第2の傾斜角で傾斜し、制御回路はトナー付着量が濃度(厚さ)階調領域の場合には第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方と第2のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方との差分に基づいてトナー付着量を演算するようにしたものである。
本発明によれば、別のトナー付着量測定装置を付加することなく、1つのトナー付着量測定装置で面積階調領域の低トナー付着量及び濃度(厚さ)階調領域の高トナー付着量の両方においてトナー付着量を測定できる。
また、ラインセンサ及び専用の光学系を不要とするので、製造コストも低減できる。
本発明に係るトナー付着量測定装置の第1の実施の形態を含む多色画像形成装置を示す図である。 図1の光学的センサの詳細を示し、(A)は正面図、(B)は下面図、(C)は側面図である。 図2の光学的センサの傾斜角を説明するための光学的センサのセンサ電圧を示すタイミング図である。 濃度(厚さ)階調領域における図3のマゼンタトナーパッチのトナー付着層厚、トナー付着量と光学的センサのセンサ電圧との関係を説明する図である。 濃度(厚さ)階調領域における図3の光学的センサのセンサ電圧のピーク値(相対値)とトナー付着層厚、トナー付着量との関係を示すグラフである。 面積階調領域における図3のマゼンタトナーパッチのトナー付着量と光学的センサのセンサ電圧のボトム値の関係を説明するための図である。 図3の光学的センサのセンサ電圧のボトム値(相対値)とトナー付着量との関係を示すグラフである。 図1のトナー付着量測定装置である光学的センサ及び制御回路の詳細を示す回路図である。 図8の制御回路の動作を説明するためのフローチャートである。 図9のフローチャートを補足説明するためのタイミング図であって、(A)は濃度(厚さ)階調モードの場合、(B)は面積階調モードの場合を示す。 本発明に係るトナー付着量測定装置の第2の実施の形態を含む多色画像形式装置を示す図である。 濃度(厚さ)階調モードにおけるマゼンタトナーパッチに対する図11の光学的センサのセンサ電圧及び補償用光学的センサのセンサ電圧のタイミング図であって、(A)は転写ベルトにばたつきがない場合、(B)は転写ベルトにばたつきがある場合を示す。 濃度(厚さ)階調領域における図11の光学的センサのセンサ電圧のピーク値及び補償用光学的センサのセンサ電圧のピーク値の差分とトナー付着量との関係を示すグラフである。 図11の光学的センサ及び補償用光学的センサの第1の例を示す正面断面図である。 図11の光学的センサ及び補償用光学的センサの第1の例を示し、(A)は図14の下面図、(B)は(A)のB-B線断面図である。 図14、図15の光学的センサ及び補償用光学的センサの変更例を示し、(A)は正面断面図、(B)は下面図である。 図11の光学的センサ及び補償用光学的センサの第2の例を示す正面断面図である。 図17の下面図である。 図11のトナー付着量測定装置U2である光学的センサ、補償用光学的センサ及び制御回路の詳細を示す回路図である。 図19の制御回路9’の動作を説明するためのフローチャートである。 図20のフローチャートを補足説明するためのタイミング図であって、(A)は濃度(厚さ)階調モードの場合、(B)は面積階調モードの場合を示す。 図8、図19の増幅回路の変更例を示す回路図である。 濃度(厚さ)階調領域のトナーパッチを説明するための図であって、(A)はトナーパッチの平面図、(B)はトナーパッチのトナー付着層厚を示すグラフである。 面積階調領域のトナーパッチを説明するための図であって、(A)はトナーパッチの平面図、(B)はトナーパッチのトナー付着層厚を示すグラフである。 トナーパッチのトナー付着量とトナー付着層厚との関係を示すグラフである。
図1は本発明に係るトナー付着量測定装置の第1の実施の形態を含む多色画像形成装置を示す図である。図1においては、4連ドラム式カラーレーザビームプリンタが示されている。
図1においては、4つの色画像形成部、つまり、マゼンタ画像形成部1、シアン画像形成部2、イエロ画像形成部3及びブラック画像形成部4が設けられている。
各色画像形成部1、2、3、4は、レーザ発振器、ポリゴンミラー、反射ミラー等を有するオン/オフ光信号発生部11、21、31、41、感光ドラム12、22、32、42、帯電器13、23、33、43、現像器14、24、34、44、転写器15、25、35、45、クリーナ16、26、36、46によって構成される。
他方、感光ドラム12、22、32、42と転写器15、25、35、45との間には、転写部材たとえば紙を搬送すると共にトナーを担持する転写ベルト5が設けられている。転写ベルト5は駆動ローラ6によって矢印方向に進行する。尚、感光ドラム12、22、32、42は転写ベルト5上に等間隔に設けられている。
たとえば、マゼンタ画像転写は、次のごとく、マゼンタ画像形成部1によって行われる。まず、感光ドラム12の表面が帯電器13によって均一に帯電される。次に、オン/オフ光信号発生部11のオン/オフ光信号で感光ドラム12の表面上をその回転軸方向に沿って走査し、この結果、感光ドラム12の表面にマゼンタ画像の静電潜像が形成される。次に、現像器14によってマゼンタトナーが感光ドラム12の表面上の静電潜像に付着し、マゼンタトナーパターンが形成される。同様に、シアントナーパターン、イエロトナーパターン及びブラックトナーパターンも、シアン画像形成部2、イエロ画像形成部3及びブラック画像形成部4によって形成される。
上述のマゼンタトナーパターン、シアントナーパターン、イエロトナーパターン及びブラックトナーパターンは、順次、転写器15、25、35及び45によって転写ベルト5上に各トナーパターンが重ね合わされた後に転写部材たとえば紙に転写される。最後に、図示しない定着器によってマゼンタトナーパターン、シアントナーパターン、イエロトナーパターン及びブラックトナーパターンは熱圧着される。
図1の多色画像形成装置においては、色画像形成部1、2、3、4の微調整のために、マゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73及びブラックトナーパッチ74の高精度のトナー付着量の測定が要求される。
すなわち、マゼンタ画像形成部1によって転写ベルト5上にマゼンタトナーパッチ71を形成し、シアン画像形成部2によって転写ベルト5上にシアントナーパッチ72を形成し、イエロ画像形成部3によって転写ベルト5上にイエロトナーパッチ73を形成し、ブラック画像形成部4によって転写ベルト5上にブラックトナーパッチ74を形成する。これらのトナーパッチ71、72、73、74は同一形状をなしており、光学的センサ8によって検出される。この場合、制御回路9は駆動電圧Vdを出力し、これにより、得られる光学的センサ8のセンサ電圧VSに応じて色画像形成部1、2、3、4を微調整する。尚、形成されるマゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73及びブラックトナーパッチ74は合計4としているが、トナーパッチの数は低トナー付着量から高トナー付着量に応じた数とすることもできる。たとえば、濃度(厚さ)階調領域の高トナー付着量に対応するマゼンタトナーパッチ、シアントナーパッチ、イエロトナーパッチ、及び面積階調領域の低トナー付着量に応じたマゼンタトナーパッチ、シアントナーパッチ、イエロトナーパッチ、ブラックトナーパッチの合計7とすることができる。
色画像形成部1、2、3、4の微調整後、不要となったトナーパッチ71、72、73、74は転写ベルトクリーナブレード10によって除去される。
図1の光学的センサ8及び制御回路9はトナー付着量測定装置U1をなす。
図2は図1の光学的センサ8の詳細を示し、(A)は正面図、(B)は下面図、(C)は側面図である。
図2に示すように、光学的センサ8は、基板80上に設けられた発光部としての発光ダイオード(LED)素子81及び受光部としてのフォトダイオード(PD)素子(あるいはフォトトランジスタ素子)82よりなる。LED素子81の光軸及びPD素子82の光軸を含む光入出射面と、転写ベルト5との交線は転写ベルト5つまりトナーパッチ71、72、73、74の進行方向に直交し、この光入出射面は該交線を含み転写ベルト5に直交する面に対して進行方向側へ傾斜角θで傾いている。これにより、トナーパッチ71、72、73、74の先端エッジ部からの反射光を強く受けると共に、転写ベルト5からの反射光の影響を軽減することができる。
図3は図2の光学的センサ8の傾斜角θを説明するための光学的センサ8のセンサ電圧VSを示すタイミング図である。
図3においては、転写ベルト5上のマゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73及びブラックトナーパッチ74は転写ベルト5の進行方向の幅3mm以上の短冊状をなしており、その厚さは濃度(厚さ)階調領域の値たとえば25μmとする。また、この場合、光学的センサ8の検出範囲Dは直径1.5〜4mm好ましくは2.5mmとし、これにより、光学的センサ8のセンサ電圧VSにおける重畳する微小のリップルノイズを抑制できる。
マゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73が検出範囲Dに進入し始めると、光学的センサ8のセンサ電圧VSは転写ベルト5の反射基準レベルLRから上昇して傾斜角θ=0°、3°、5°、7°に応じたピーク値PM、PC、PYを示す。さらに、マゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73、ブラックトナーパッチ74が検出範囲D内に完全に収まると、光学的センサ8のセンサ電圧VSは、マゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73、ブラックトナーパッチ74のトナー粒子による拡散反射により転写ベルト5の反射基準レベルLRから下降してボトム値BM、BC、BY、BBを示す。このように、マゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73により、光学的センサ8のセンサ電圧VSはピーク値PM、PC、PY及びボトム値BM、BC、BYにより構成されるリップル波形を呈する。他方、ブラックトナーパッチ74により、光学的センサ8のセンサ電圧VSはピーク値を示さずボトム値BBのみを示し、従って、リップル波形を呈しない。
マゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73の濃度(厚さ)階調領域のトナー付着量Wを検出するためには、光学的センサ8の傾斜角θは5°〜7°たとえば5°としてトナーパッチの先端エッジ部からの強い反射光を受けるようにすればよい。他方、マゼンタトナーパッチ71、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73、ブラックトナーパッチ74の面積階調領域のトナー付着量Wを検出するためには、光学的センサ8の傾斜角θは好ましくは0°がよいが、光学的センサ8が正反射センサとして作用できる範囲たとえば0°〜7°であればよい。従って、光学的センサ8の傾斜角θをたとえば5°とすることにより濃度(厚さ)階調領域及び面積階調領域の両方のトナー付着量Wの測定を可能となる。
図4は濃度(厚さ)階調領域における図3のマゼンタトナーパッチ71のトナー付着層厚t、トナー付着量Wと光学的センサ8のセンサ電圧VSのピーク値PMの関係を説明するための図である。図4においては、光学的センサ8の傾斜角θは5°とする。
図4の(B)、(C)、(D)、(E)に示すように、トナー付着量Wが0.6mg/cm2以上である濃度(厚さ)階調領域では、トナー付着量Wが0.6mg/cm2、0.7mg/cm2、0.9mg/cm2、1.2mg/cm2のときに、トナー付着層厚tは13μm、19μm、25μm、35μmとなり、センサ電圧VSのピーク値PM(反射基準レベルLRに対する正の相対値、以下、同じ)は0.05、0.4、1.0、1.6と増大する一方、センサ電圧VSのボトム値BM(相対値)はほぼ一定である。尚、図4の(A)に示すように、トナー付着量Wが0.3mg/cm2となり、濃度(厚さ)階調領域から面積階調領域に移ると、トナー付着層厚tが11μmに小さくなるも、センサ電圧VSのピーク値PM(相対値)は低下せず、センサ電圧VSのボトム値BM(相対値)が低下する。
従って、濃度(厚さ)階調領域では、センサ電圧VSのピーク値PM(相対値)とトナー付着層厚tとの関係は図5の(A)に示すようになる。尚、図5の(A)において、A、B、C、D、Eは図4の(A)、(B)、(C)、(D)、(E)に対応する。また、濃度(厚さ)階調領域では、図25に示すように、トナー付着層厚tとトナー付着量Wとは線形関係にあるので、センサ電圧VSのピーク値PM(相対値)とトナー付着量Wとの関係も、図5の(B)に示すように、線形関係となる。
尚、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73のピーク値PC、PYのトナー付着量Wに対する関係についても、図5の(B)に示す線形関係と同様の線形関係を有する。これらの線形関係は制御回路9のROM(図8参照)に記憶される。
図6は面積階調領域における図3のマゼンタトナーパッチ71のトナー付着量tと光学的センサ8のセンサ電圧VSのボトム値BMの関係を説明するための図である。図6においても、光学的センサ8の傾斜角θは5°とする。
図6の(B)、(C)、(D)に示すように、トナー付着量Wが0.6mg/cm2未満である面積階調領域では、トナー付着量Wが0.1mg/cm2、0.3mg/cm2、0.6mg/cm2のときに、トナー付着層厚tは11μmほぼ一定となり、センサ電圧VSのピーク値PM(相対値)は0.05とほぼ一定となる一方、センサ電圧VSのボトム値BM(相対値)は0.3、0.8、1.6と変化する。尚、図6の(A)に示すように、トナー付着量Wが0mg/cm2のときには、トナー付着層厚tも0となり、従って、センサ電圧VSのボトム値BM(相対値)も0となる。
従って、面積階調領域では、センサ電圧VSのボトム値BM(相対値)とトナー付着量Wとの関係は、図7に示すように、線形関係となる。尚、図7のA、B、C、Dは図6の(A)、(B)、(C)、(D)に対応する。
また、シアントナーパッチ72、イエロトナーパッチ73、ブラックトナーパッチ74のボトム値BC、BY、BBのトナー付着量Wに対する関係についても、図7に示す線形関係と同様の線形関係を有する。これらの線形関係は制御回路9のROM(図8参照)に予め記憶される。
図8は図1のトナー付着量測定装置U1である光学的センサ8及び制御回路9の詳細を示す回路図である。
図8において、LED素子81は制御回路9の駆動電圧Vdによって制御される駆動トランジスタ83によって駆動する。また、PD素子82に流れる光電流Ipdはオペアンプにより構成される増幅回路84によってセンサ電圧VS(=Rf・Ipd、但し、Rfはオペアンプの負帰還抵抗値)に変換される。
制御回路9はマイクロコンピュータによって構成され、中央処理ユニット(CPU)91、プログラム、定数等を記憶するリードオンリメモリ(ROM、たとえばフラッシュメモリ)92、一時的なデータを記載するランダムアクセスメモリ(RAM)93、画像形成部1、2、3、4に接続された入出力インターフェイス94、駆動トランジスタ83の駆動電圧Vdを発生するディジタル/アナログ(D/A)変換器95、センサ電圧VSのピーク値PM、PC、PYをホールドするピークホールド回路96、センサ電圧VSのボトム値BM、BC、BY、BBをホールドするボトムホールド回路97、ピークホールド回路96のピーク値PM、PC、PYをアナログ/ディジタル(A/D)変換するA/D変換器98、及びボトムホールド回路97のボトム値BM、BC、BY、BBをアナログ/ディジタル(A/D)変換するA/D変換器99よりなる。
図9は図8の制御回路9の動作を説明するためのフローチャートであり、所定の割込みタイミングでスタートする。尚、このフローチャートはプログラムとして図8のROM92に格納される。所定の割込みタイミングは図1の転写ベルト5上に形成された7つのトナーパッチ及び転写ベルト5の速度によって予め決定されるものとする。たとえば、図10に示すように、目標値W≧0.6mg/cm2の濃度(厚さ)階調モードであれば、マゼンタピーク値測定期間、シアンピーク値測定期間、イエロピーク値測定期間の最終タイミングt1、t2、t3であり、目標値W<0.6mg/cm 2 の面積階調モードであれば、マゼンタボトム値測定期間、シアンボトム値測定期間、イエロボトム値測定期間、ブラックボトム値測定期間の最終タイミングt1’、t2’、t3’、t4’である。
上述のごとく、図10の7つのタイミングt1、t2、t3、t1’、t2’、t3’、t4’のいずれか1つで図9の割込みルーチンはスタートする。この場合、図示しないルーチンにて所定の駆動電圧V d を発生して駆動トランジスタ83をオンにしておく。次いで、ステップ901〜906において、このタイミングがt1、t2、t3、t1’、t2’、t3’、t4’のいずれかを判別する。
図10のタイミングt1であれば、タイミングt1は濃度(厚さ)階調モードかつマゼンタタイミングであるので、フローはステップ901からステップ902を介してステップ907に進む。ステップ907では、ピークホールド回路96のマゼンタトナーパッチのピーク値PMをA/D変換して取込み、ステップ908にてピーク値PMの正の相対値(PM←PM-LR)を用いてROM92に格納された図5の(B)の線形関係を参照してマゼンタトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ921において、ピークホールド回路96、ボトムホールド回路97を反射基準レベルLRにリセットしてステップ922に進み、このルーチンを終了する。
図10のタイミングt2であれば、タイミングt2は濃度(厚さ)階調モードかつシアンタイミングであるので、フローはステップ901からステップ902、903を介してステップ909に進む。ステップ909では、ピークホールド回路96のシアントナーパッチのピーク値PCをA/D変換して取込み、ステップ910にてピーク値PCの正の相対値(PC←PC-LR)を用いてROM92に格納された図5の(B)の線形関係に類似する線形関係を参照してシアントナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ921において、ピークホールド回路96、ボトムホールド回路97を反射基準レベルLRにリセットしてステップ922に進み、このルーチンを終了する。
図10のタイミングt3であれば、タイミングt3は濃度(厚さ)階調モードかつイエロタイミングであるので、フローはステップ901からステップ902、903を介してステップ911に進む。ステップ911では、ピークホールド回路96のイエロトナーパッチのピーク値PYをA/D変換して取込み、ステップ912にてピーク値PYの正の相対値(PY←PY-LR)を用いてROM92に格納された図5の(B)の線形関係に類似する線形関係を参照してイエロトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ921において、ピークホールド回路96、ボトムホールド回路97を反射基準レベルLRにリセットしてステップ922に進み、このルーチンを終了する。
図10のタイミングt1’であれば、タイミングt1’は面積階調モードかつマゼンタタイミングであるので、フローはステップ901からステップ904を介してステップ913に進む。ステップ913では、ボトムホールド回路97のマゼンタトナーパッチのボトム値BMをA/D変換して取込み、ステップ914にてボトム値BMの正の相対値(BM←LR-BM)を用いてROM92に格納された図7の線形関係を参照してマゼンタトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ921において、ピークホールド回路96、ボトムホールド回路97を反射基準レベルLRにリセットしてステップ922に進み、このルーチンを終了する。
図10のタイミングt2’であれば、タイミングt2’は面積階調モードかつシアンタイミングであるので、フローはステップ901からステップ904、905を介してステップ915に進む。ステップ915では、ボトムホールド回路97のシアントナーパッチのボトム値BCをA/D変換して取込み、ステップ916にてボトム値BCの正の相対値(BC←LR-BC)を用いてROM92に格納された図7の線形関係に類似する線形関係を参照してシアントナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ921において、ピークホールド回路96、ボトムホールド回路97を反射基準レベルLRにリセットしてステップ922に進み、このルーチンを終了する。
図10のタイミングt3’であれば、タイミングt3’は面積階調モードかつイエロタイミングであるので、フローはステップ901からステップ904、905、906を介してステップ917に進む。ステップ917では、ボトムホールド回路97のイエロトナーパッチのボトム値BYをA/D変換して取込み、ステップ918にてボトム値BYの正の相対値(BY←LR-BY)を用いてROM92に格納された図7の線形関係に類似する線形関係を参照してイエロトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ921において、ピークホールド回路96、ボトムホールド回路97を反射基準レベルLRにリセットしてステップ922に進み、このルーチンを終了する。
図10のタイミングt4’であれば、タイミングt4’は面積階調モードかつブラックタイミングであるので、フローはステップ901からステップ904、905、906を介してステップ919に進む。ステップ919では、ボトムホールド回路97のブラックトナーパッチのボトム値BBをA/D変換して取込み、ステップ920にてボトム値BBの正の相対値(BB←LR-BB)を用いてROM92に格納された図7の線形関係に類似する線形関係を参照してブラックトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ921において、ピークホールド回路96、ボトムホールド回路97を反射基準レベルLRにリセットしてステップ922に進み、このルーチンを終了する。
制御回路9は、マゼンタトナーパッチの測定されたマゼンタトナー付着量に基づいてマゼンタ画像形成部1の微調整を行い、シアントナーパッチの測定されたシアントナー付着量に基づいてシアン画像形成部2の微調整を行い、イエロトナーパッチの測定されたイエロトナー付着量に基づいてイエロ画像形成部3の微調整を行い、ブラックトナーパッチの測定されたブラックトナー付着量に基づいてブラック画像形成部3の微調整を行う。
図11は本発明に係るトナー付着量測定装置の第2の実施の形態を含む多色画像形成装置を示す斜視図である。図11においては、図1の光学的センサ8に補償用光学的センサ8’を付加し、これに伴い、図1の制御回路9の代りに制御回路9’を設けてある。
補償用光学的センサ8’も光学的センサ8と同様の構成をなしており、その光入出射面と、転写ベルト5との交線は転写ベルト5つまりトナーパッチ71、72、73、74の進行方向に直交し、この光入出射面は該交線を含み転写ベルト5に直交する面に対して進行方向側へ傾斜角θ’で傾いている。これにより、トナーパッチ71、72、73、74の先端部からの反射光を強く受けると共に、転写ベルト5からの反射光の影響を軽減することができる。この場合、補償用光学的センサ8’の傾斜角θ’は光学的センサ8の傾斜角θより小さい。つまり、
θ’<θ
である。この場合、θは第1の実施の形態と同様に、5°〜7°たとえば5°とし、θ’は1°〜2°たとえば1°とする。
図12は濃度(厚さ)階調モードにおけるマゼンタトナーパッチ71に対する図11の光学的センサ8のセンサ電圧VS、補償用光学的センサ8’のセンサ電圧VS’のタイミング図であって、(A)は転写ベルト5にばたつきがない場合、(B)は転写ベルト5にばたつきがある場合を示す。
図12に示すように、転写ベルト5にばたつきがあると、光学的センサ8のセンサ電圧VS及び補償用光学的センサ8’のセンサ電圧VS’は、転写ベルト5のばたつきの影響を受けて変動する。これに対し、センサ電圧VSとセンサ電圧VS’との差電圧ΔVS(=VS- VS’)は転写ベルト5のばたつきの影響を受けない。従って、センサ電圧VSのピーク値PMとセンサ電圧VS’のピーク値PM’との差分ΔPM(=PM-PM’)は転写ベルト5のばたつきの影響を受けず、ほぼ同一である。転写ベルト5のうねり、凹凸等の影響についても同様である。そこで、図11に示す第2の実施の形態においては、図1に示す第1の実施の形態におけるピーク値PMの代りに、ΔPM(=PM-PM’)を用いる。この場合、図13に示すように、トナー付着量Wに対する線形関係を示すために、マゼンタトナー付着量W演算には、ピーク値PMの代りに、
ΔPM0=(PM-PM’)/(PM+PM’)
但し、PM’はセンサ電圧VS’のマゼンタトナーパッチのピーク値
を用いる。同様に、シアントナーパッチに対しては、シアントナー付着量W演算には、ピーク値PCの代りに、
ΔPC0=(PC-PC’)/(PC+PC’)
但し、PC’はセンサ電圧VS’のシアントナーパッチのピーク値
を用い、イエロトナーパッチに対しては、イエロトナー付着量W演算には、ピーク値PYの代りに、
ΔPY0=(PY-PY’)/(PY+PY’)
但し、PY’はセンサ電圧VS’のイエロトナーパッチのピーク値
を用いる。尚、ΔPM0、ΔPC0、ΔPY0とトナー付着量Wとの線形関係は制御回路9’のROM(図19参照)に予め記憶される。
図14、図15は図11の光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’の第1の例を示し、図14は正面断面図、図15の(A)は図14の下面図、図15の(B)は(A)のB-B線断面図である。尚、図14は図15の(A)のA-A線断面図である。
図14、図15に示すように、光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’は三次元成形部品で構成される共通の基台80’を有する。光学的センサ8のLED素子81及びPD素子(あるいはフォトトランジスタ素子)82は基台80’の傾斜角θの勾配面上に設けられ、透光性樹脂(図示せず)によってコーティングされ、PD素子82の側面感度による迷光を防止する遮蔽部85によって囲まれている。同様に、補償用光学的センサ8’のLED素子81’及びPD素子(あるいはフォトトランジスタ素子)82’は基台80’の傾斜角θ’の勾配面上に設けられ、透光性樹脂(図示せず)によってコーティングされ、PD素子82’の側面感度による迷光を防止する遮蔽部85’によって囲まれている。また、遮蔽部85、85’の中間には、集光レンズ86、86’、87、87’(87’は図示せず)が接着固定され、入出射のためのアパーチャ81a、82a、81’a、82’aが設けられている。さらに、基台80’の裏面には凹部が設けられており、LED素子81、81’用の駆動トランジスタ83、83’(図19参照)、PD素子82、82’用の増幅回路84、84’ (図19参照)が設けられている。
“a”は光学的センサ8の中心軸と補償用光学的センサ8’の中心軸との距離を示す。図14では、光学的センサ8のLED素子81の光軸及びPD素子82の光軸を含む光入出射面の転写ベルト5の進行方向に対する垂直交差面からの傾斜角θは5°となっている。他方、補償用光学的センサ8’のLED素子81’の光軸及びPD素子82’の光軸を含む光入出射面の転写ベルト5の進行方向に対する垂直交差面からの傾斜角θ’は1°となっている。従って、この場合、“a”は転写ベルト5と光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’との距離Lを用いて、
a=L*tan4°
となる。
図16は図14、図15の光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’の変更例を示し、(A)は正面断面図で図14に対応し、(B)は下面図で図15の(A)に対応する。尚、(A)は(B)のA-A線断面図である。
図16においては、図14、図15の遮蔽部85、85’の上面を半掛かり状にし、その迷光の防止作用を悪化させずに、アパーチャ81a、82a、81’a、82’aを半月状にしたものである。これにより、トナー粒等が付着して光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’の特性が悪化した場合には、容易にクリーニングできるようにしたものである。
図17、図18は図11の光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’の第2の例を示し、図17は正面断面図、図18は図17の下面図である。尚、図17は図18のA-A線断面図である。
図17、図18に示すように、光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’は共通の有機もしくはセラミック基板80”を有する。光学的センサ8のLED素子81及びPD素子(あるいはフォトトランジスタ素子)82は基板80”上に設けられ、透光性樹脂(図示せず)によってコーティングされ、PD素子82の側面感度による迷光を防止する遮蔽部85a、85bによって囲まれている。同様に、補償用光学的センサ8’のLED素子81’及びPD素子(あるいはフォトトランジスタ素子)82’は基台80”上に設けられ、透光性樹脂(図示せず)によってコーティングされ、PD素子82’の側面感度による迷光を防止する遮蔽部85’a、85’bによって囲まれている。また、遮蔽部85a、85bの上面には、集光レンズ86、86’、87、87’(87、87’は図示せず)が接着固定されている。さらに、遮蔽部85a、85’aの上面に集光レンズ86、86’、87、87’を介して入出射のためのスタック状の2段構成のアパーチャ81a、81b、82a、82b、81’a、81’b、82’a、82’b(82b、82’bは図示せず)が設けられている。ここで、アパーチャ81a、81b、82a、82bによって定まる光学的センサ8の入出射光の光軸は基板80”の搭載面の垂線に対して傾斜角θで傾いており、アパーチャ81’a、81’b、82’a、82’bによって定まる光学的センサ8’の入出射光の光軸は基板80”の搭載面の垂線に対して傾斜角θ’で傾いている。さらにまた、基板80”の表面には、LED素子81、81’用の駆動トランジスタ83、83’(図19参照)、PD素子82、82’用の増幅回路84、84’(図19参照)が設けられている。
図17、図18においては、光学的センサ8の傾斜角θ及び補償用光学的センサ8’の傾斜角θ’の調整は遮蔽部85a、85b、85’a、85’bあるいはアパーチャ81a、81b、82a、82b及びアパーチャ81’a、81’b、82’a、82’bによって定まる光軸によって行う。従って、基板80”の同一平面上に光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’を設けることができ、図17の"a"で示す光学的センサ8の中心軸と補償用光学的センサ8’の中心軸との距離を小さくすることが可能となる。これにより、転写ベルト5と光学的センサ8及び補償用光学的センサ8’との距離Lは短くなり、図14の場合と同等の検出範囲を設定した場合に各LED素子81、81’の出射光の広がり角度及びPD素子82、82’の受光角度の広がりを大きくすることができる。この結果、アパーチャ81a、81b、82a、82b、81’a、81’b、82’a、82’b、遮蔽部85a、85b、85’a、85’b、集光レンズ86、86’、87、87’の組付け公差を大きくできる。
図19は図11のトナー付着量測定装置U2である光学的センサ8、補償用光学的センサ8’及び制御回路9’の詳細を示す回路図である。尚、図19の光学的センサ8の回路は図8の場合と同一である。
光学的センサ8と同様に、補償用光学的センサ8’においては、LED素子81’は制御回路9’の駆動電圧Vd’によって制御される駆動トランジスタ83’によって駆動する。また、PD素子82’に流れる光電流Ipd’はオペアンプにより構成される増幅回路84’によってセンサ電圧VS’(=Rf’・Ipd’、但し、Rf’はオペアンプの負帰還抵抗値)に変換される。
制御回路9’においては、センサ電圧VSのボトム値のホールドは不要であるので、ボトムホールド回路97及びA/D変換器98は設けられていない。尚、補償用光学的センサ8’に比較して光学的センサ8の方が正反射センサとしての作用は劣るが、センサ電圧VS’のボトム値の代りに、センサ電圧VSのボトム値を用いてもよい。
また、制御回路9’においては、補償用光学的センサ8’のために、駆動トランジスタ83’の駆動電圧Vd’を発生するD/A変換器95’、センサ電圧VS’のピーク値PM’、PC’、PY’をホールドするピークホールド回路96’、センサ電圧VS’のボトム値BM’、BC’、BY’、BB’をホールドするボトムホールド回路97’、ピークホールド回路96’のピーク値PM’、PC’、PY’をA/D変換するA/D変換器98’、及びボトムホールド回路97のボトム値BM’、BC’、BY’、BB’をA/D変換するA/D変換器99’が付加されている。
図20は図19の制御回路9’の動作を説明するためのフローチャートであり、所定の割込みタイミングでスタートする。尚、このフローチャートはプログラムとして図19のROM92に格納される。所定の割込みタイミングは図11の転写ベルト5上に形成された7つのトナーパッチ及び転写ベルト5の速度によって予め決定されるものとする。たとえば、図21に示すように、目標値W≧0.6mg/cm2の濃度(厚さ)階調モードであれば、マゼンタピーク値測定期間、シアンピーク値測定期間、イエロピーク値測定期間の最終タイミングt1、t2、t3であり、目標値W<0.6mg/cm 2 の面積階調モードであれば、マゼンタボトム値測定期間、シアンボトム値測定期間、イエロボトム値測定期間、ブラックボトム値測定期間の最終タイミングt1’、t2’、t3’、t4’である。
上述のごとく、図21の7つのタイミングt1、t2、t3、t1’、t2’、t3’、t4’のいずれか1つで図20の割込みルーチンはスタートする。尚、この場合、図示しないルーチンにて所定の駆動電圧Vd、Vd’を発生して駆動トランジスタ83、83’をオンにしておく。次いで、ステップ2001〜2006において、このタイミングがt1、t2、t3、t1’、t2’、t3’、t4’のいずれかを判別する。
21のタイミングt1であれば、タイミングt1は濃度(厚さ)階調モードかつマゼンタタイミングであるので、フローはステップ2001からステップ2002を介してステップ2007に進む。ステップ2007では、ピークホールド回路96、96’のマゼンタトナーパッチのピーク値PM、PM’をA/D変換して取込み、ステップ2008にて、
ΔPM0←(PM-PM’)/(PM+PM’)
を演算する。次いで、ステップ2009にて、ΔPM0を用いてROM92に格納された図13の線形関係を参照してマゼンタトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ2024において、ピークホールド回路96、96’及びボトムホールド回路97’を反射基準レベルLRにリセットしてステップ2025に進み、このルーチンを終了する。
図21のタイミングt2であれば、タイミングt2は濃度(厚さ)階調モードかつシアンタイミングであるので、フローはステップ2001からステップ2002、2003を介してステップ2010に進む。ステップ2010では、ピークホールド回路96、96’のシアントナーパッチのピーク値PC、PC’をA/D変換して取込み、ステップ2011にて、
ΔPC0←(PC-PC’)/(PC+PC’)
を演算する。次いで、ステップ2012にて、ΔPC0を用いてROM92に格納された図13の線形関係に類似する線形関係を参照してシアントナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ2024において、ピークホールド回路96、96’及びボトムホールド回路97’を反射基準レベルLRにリセットしてステップ9025に進み、このルーチンを終了する。
図21のタイミングt3であれば、タイミングt3は濃度(厚さ)階調モードかつイエロタイミングであるので、フローはステップ2001からステップ2002、2003を介してステップ2013に進む。ステップ2013では、ピークホールド回路96、96’のイエロトナーパッチのピーク値PY、PY’をA/D変換して取込み、ステップ2014にて、
ΔPY0←(PY-PY’)/(PY+PY’)
を演算する。次いで、ステップ2015にて、ΔPY0を用いてROM92に格納された図13の線形関係に類似する線形関係を参照してイエロトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ2024において、ピークホールド回路96、96’及びボトムホールド回路97’を反射基準レベルLRにリセットしてステップ2025に進み、このルーチンを終了する。
図21のタイミングt1’であれば、タイミングt1’は面積階調モードかつマゼンタタイミングであるので、フローはステップ2001からステップ2004を介してステップ2016に進む。ステップ2016では、ボトムホールド回路97’のマゼンタトナーパッチのボトム値BM’をA/D変換して取込み、ステップ2017にてボトム値BM’の正の相対値(BM’←LR-BM’)を用いてROM92に格納された図7の線形関係を参照してマゼンタトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ2024において、ピークホールド回路96、96’及びボトムホールド回路97’を反射基準レベルLRにリセットしてステップ2025に進み、このルーチンを終了する。
図21のタイミングt2’であれば、タイミングt2’は面積階調モードかつシアンタイミングであるので、フローはステップ2001からステップ2004、2005を介してステップ2018に進む。ステップ2018では、ボトムホールド回路97’のシアントナーパッチのボトム値BC’をA/D変換して取込み、ステップ2019にてボトム値BC’の正の相対値(BC’←LR-BC’)を用いてROM92に格納された図7の線形関係に類似する線形関係を参照してシアントナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ2024において、ピークホールド回路96、96’及びボトムホールド回路97’を反射基準レベルLRにリセットしてステップ2025に進み、このルーチンを終了する。
図21のタイミングt3’であれば、タイミングt3’は面積階調モードかつイエロタイミングであるので、フローはステップ2001からステップ2004、2005、2006を介してステップ2020に進む。ステップ2020では、ボトムホールド回路97’のイエロトナーパッチのボトム値BY’をA/D変換して取込み、ステップ2021にてボトム値BY’の正の相対値(BY’←LR-BY’)を用いてROM92に格納された図7の線形関係に類似する線形関係を参照してイエロトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ2024において、ピークホールド回路96、96’及びボトムホールド回路97’を反射基準レベルLRにリセットしてステップ2025に進み、このルーチンを終了する。
図21のタイミングt4’であれば、タイミングt4’は面積階調モードかつブラックタイミングであるので、フローはステップ2001からステップ2004、2005、2006を介してステップ2022に進む。ステップ2022では、ボトムホールド回路97’のブラックトナーパッチのボトム値BB’をA/D変換して取込み、ステップ2023にてボトム値BB’の正の相対値(BB’←LR-BB’)を用いてROM92に格納された図7の線形関係に類似する線形関係を参照してブラックトナー付着量Wを補間計算する。次いで、ステップ2024において、ピークホールド回路96、96’及びボトムホールド回路97’を反射基準レベルLRにリセットしてステップ2025に進み、このルーチンを終了する。
制御回路9’は、マゼンタトナーパッチの測定されたマゼンタトナー付着量に基づいてマゼンタ画像形成部1の微調整を行い、シアントナーパッチの測定されたシアントナー付着量に基づいてシアン画像形成部2の微調整を行い、イエロトナーパッチの測定されたイエロトナー付着量に基づいてイエロ画像形成部3の微調整を行い、ブラックトナーパッチの測定されたブラックトナー付着量に基づいてブラック画像形成部3の微調整を行う。
尚、上述の実施の形態における増幅回路84(84’)は、PD素子82(82’)に光電流Ipd 、I pd が流れると、センサ電圧VS(VS’)は上昇するように構成されているが、図22に示すごとく、PD素子82(82’)に光電流Ipdが流れると、センサ電圧VS(VS’)=VCC-Rf・Ipdが下降するように構成することもできる。この場合には、上述の実施の形態におけるピーク値及びボトム値は、それぞれ、ボトム値及びピーク値となり、上述の実施の形態におけるピークホールド回路及びボトムホールド回路は、それぞれ、ボトムホールド回路及びピークホールド回路となる。
また、上述の実施の形態においては、LED素子81、81’の発光波長を異ならせ、PD素子82、82’の受光面にこれら発光波長に応じた帯域フィルタを設けて波長分割を行うことにより、光学的センサ8と補償用光学的センサ8’との分離を行ってもよい。さらに、光学的センサ8の動作及び補償用光学的センサ8’の動作を時分割的に行うことにより、光学的センサ8と補償用光学的センサ8’との分離を行ってもよい。
さらにまた、本発明は、上述の実施の形態の自明の範囲内でいかなる変更にも適用し得る。
本発明はトナー付着量が濃度(厚さ)階調モード及び面積階調モードの併用型であればいずれにも利用できる。
U1、U2... トナー付着量測定装置
8... 光学的センサ
8’... 補償用光学的センサ
81、81’... LED素子
81a、81b、82a、82b、81’a、81’b、82’a、82’b...アパーチャ
82、82’... PD素子
83、83’...駆動トランジスタ
84、84’... 増幅回路
85a、85b、85’a、85’b...遮蔽部
96、96’... ピークホールド回路
97、97’... ボトムホールド回路
Rf、Rf’...負帰還抵抗値
VS、VS’...センサ電圧
PM、PC、PY、PM’、PC’、PY’...ピーク値
BM、BC、BY、BB、BM’、BC’、BY’、BB’...ボトム値

Claims (8)

  1. トナー担持体上に形成されたトナーパッチのトナー付着量を測定するトナー付着量測定装置において、
    第1の発光部及び第1の受光部を有する光学的センサと、
    前記第1の発光部を駆動して前記第1の受光部から第1のセンサ電圧を受ける制御回路と
    を具備し、
    前記光学的センサの前記第1の発光部の光軸及び前記第1の発光部の光軸を含む光入出射面と、トナー担持体表面との交線はトナー担持体進行方向に直交し、該光入出射面は該交線を含みトナー担持体表面に直交する面に対して進行方向側に第1の傾斜角で傾斜し、
    前記制御回路は、前記トナー付着量が濃度(厚さ)階調領域の場合には前記第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方に基づいて前記トナー付着量を演算し、前記トナー付着量が面積階調領域の場合には前記第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の他方に基づいて前記トナー付着量を演算することを特徴とするトナー付着量測定装置。
  2. さらに、第2の発光部及び第2の受光部を有する補償用光学的センサを具備し、
    前記制御回路は前記第2の発光部を駆動して前記第2の受光部から第2のセンサ電圧を受け、
    前記補償用光学的センサの前記第2の発光部の光軸及び前記第2の発光部の光軸を含む光入出射面と、トナー担持体表面との交線はトナー担持体進行方向に直交し、該光入出射面は該交線を含みトナー担持体表面に直交する面に対して進行方向側に前記第1の傾斜角より小さい第2の傾斜角で傾斜し、
    前記制御回路は、前記トナー付着量が濃度(厚さ)階調領域の場合には前記第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方と前記第2のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方との差分に基づいて前記トナー付着量を演算する請求項1に記載のトナー付着量測定装置。
  3. 前記第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方と前記第2のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方との差分は、
    ΔP0←(P-P’)/(P+P’)
    但し、Pは前記第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方、
    P’は前記第2のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の一方
    である請求項2に記載のトナー付着量測定装置。
  4. 前記トナー付着量が面積階調領域の場合には、前記制御回路は、前記第1のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の他方に代えて、前記第2のセンサ電圧のピーク値及びボトム値の他方に基づいて前記トナー付着量を演算する請求項2に記載のトナー付着量測定装置。
  5. 前記第1の傾斜角は5°〜7°である請求項1に記載のトナー付着量測定装置。
  6. 前記第2の傾斜角は1°〜2°である請求項2に記載のトナー付着量測定装置。
  7. さらに、前記第1の傾斜角の第1の勾配面及び前記第2の傾斜角の第2の勾配面を有する基台を具備し、
    前記光学的センサは前記基台の前記第1の勾配面に設けられ、
    前記補償用光学的センサは前記基台の前記第2の勾配面に設けられた請求項2に記載のトナー付着量測定装置。
  8. さらに、有機もしくはセラミックの基板を具備し、
    前記光学的センサ及び前記補償用光学的センサは前記基板の搭載面上に設けられ、
    前記光学的センサの前記第1の発光部及び前記第1の受光部は前記基板の搭載面の垂線に対して前記第1の傾斜角で傾いた第1のアパーチャ付の第1の遮蔽部で囲まれ、
    前記補償用光学的センサの前記第2の発光部及び前記第2の受光部は前記基板の搭載面の垂線に対して前記第2の傾斜角で傾いた第2の遮蔽部で囲まれた請求項2に記載のトナー付着量測定装置。



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