JP6272051B2 - 光学検知装置及びそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセス等を利用したレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）、複写機等の画像形成装置に関するものである。

現在、コンピュータネットワーク技術の進展により、画像出力端末としてのプリンタが急速に普及しており、近年は、出力画像カラー化の進展に伴い、カラープリンタの画質の安定性向上やカラープリンタ相互間のカラー画質の均一化等の要求が高まっている。

特に、色の再現性や各色間の重ね合わせ精度に関しては、設置環境変化や経時変化、あるいは機差によらない高度な安定性が求められている。しかし、電子写真方式の画像形成装置は、装置の置かれた環境条件の変化や感光体、現像剤の経時劣化、装置内の温度変化により、画像濃度やカラーレジストレーションが変動するので、初期設定のままでは、そのような高い要求値を満たすことができない。

そこで、画像濃度やカラーレジストレーションを最適に保つフィードバック制御を行うトナー検知装置として光学センサを用いることが一般的である。このフィードバック制御は、以下のように行われる。試験用のトナー画像（以下、「テストパターン」と称する）を、例えば感光体、中間転写体、転写搬送ベルト等の循環移動体上に形成し、そのテストパターンの濃度及び各色間の相対位置をトナー検知装置としての光学センサで計測する。

その計測結果とテストパターンを形成した時の条件から、実際の印刷の際の画像濃度やカラーレジストレーションが適切になるように画像濃度及びカラーレジストレーションを制御する。その因子として、例えば、潜像形成時の露光パターン、露光書き出し位置、画像形成倍率、現像バイアス、帯電バイアス等を制御する。

このようなトナー検知装置（トナー検知センサ）としての光学センサとして、テストパターンに光を照射して反射される光から光学的にトナー量またはトナー像の位置を測定するセンサが多く用いられている。

特許文献１には、光学素子として、測定対象物の被照射面に光を照射する発光素子（ＬＥＤ）、及び、正反射光を受光するための受光素子、及び散乱反射光を受光するための受光素子をそれぞれ１つずつ有する光学センサが記載されている。各発光素子及び受光素子は所謂砲弾型の光学素子で、発光部または受光部を備える半導体チップと砲弾型のレンズ部と、回路基板に接続されるリードフレームとが設けられている。この砲弾型の光学素子はリードフレームを折り曲げる角度を変えることで素子の向きをある程度自由に変更できる。このため、各光学素子をハウジングに嵌合することで各光学素子の向きが所望の向きとなる。しかし、砲弾型の光学素子は、素子の向きを変えるために有る程度長いリードフレームやレンズ部を有する場合があるため、半導体チップから回路基板まで一定の体積が必要となり、センサの小型化という観点では不利である。

そこで、センサの小型化のために、特許文献２では回路基板表面に実装するタイプのチップ部品である光学素子を用いて、回路基板上に導光路を形成したハウジングを被せるタイプの光学センサが開示されている。回路基板の表面（実装面）上に直接実装するタイプの光学素子を用いた場合、リードフレームやレンズ部がないため、回路基板上に光学素子を直接実装する際に必要とされる体積は大幅に少なくなりセンサを小型化することができる。一般的にチップタイプの発光素子は、砲弾型の発光素子のように発光部と一体的なレンズ部が無い為、発光指向角が広い。このため、特許文献２に記載されている構成では、集光レンズを用いて発光素子からの光を集光して被照射面へ光を照射している。しかし、特許文献２のようなチップタイプの光学素子を回路基板の表面上に実装した光学センサでは、発光素子を回路基板表面上に実装する位置バラつきが生じやすい。このため、集光レンズの光軸に対して発光素子の位置がずれた場合、被照射面上での光照射位置がずれやすく、被照射面の所望の位置に所望の光量の光を照射できないことから受光素子で受光する光量が落ち、検知精度が悪化する虞がある。

そこで、特許文献３には、レンズを用いず、発光素子からの光を、発光素子を覆うハウジングに設けた絞りを介して被照射面へ光を照射する構成が開示されている。この構成によれば、発光素子が実装される位置がバラついても、被照射面上での光照射位置がずれにくい。

特開２００６‐２６７６４４ 特開２００６‐２０８２６６ 特開２０１３‐１９１８３５

しかしながら、絞りを介して発光素子からの光を照射する構成の場合、ハウジングの形状によっては、迷光が発生する虞がある。つまり、発光素子から発せられた光の一部が、絞りから出射される前にハウジング内で反射し、本来意図していた方向と異なる方向で絞りを通過して被照射面の所望の位置と異なる位置に照射され正反射し、迷光として散乱反射光を受光する受光素子に到達する。このような場合、迷光が散乱反射光を受光する受光素子の受光量を変化させてしまい、受光素子から正しい出力を得られず、その結果、光学検知装置を用いた被照射面の検知精度が劣化する可能性がある。

そこで本発明は、迷光の発生を抑制して良好な精度の出力を得られる光学検知装置を提供することを目的とする。

そこで本発明は、被照射面に光を照射し、基板に実装されることで位置が決まった発光素子と、受光素子と、前記発光素子から発せられ光が通過する第１の絞り及び前記受光素子で受光する光が通過する第２の絞りを備え、前記発光素子及び前記受光素子を内包したハウジングと、を有し、前記発光素子から発せられた光が前記第１の絞りを通過して被照射面で反射した後に前記第２の絞りを通過して前記受光素子へ到達する光学検知装置において、前記ハウジングは傾斜面を備えており、前記傾斜面は、前記被照射面の法線方向に見て前記発光素子と前記受光素子との配列方向に直交する方向に対して傾斜しており、前記発光素子からの光の照射方向に関して前記第１の絞りよりも上流側で、且つ前記配列方向に関して前記発光素子と対向し、且つ前記発光素子から出射された光が入射する部分に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、迷光の発生を抑制して光学検知装置から良好な精度の出力を得られる。

実施例１における画像形成装置の構成の概略を示す図。 画像形成装置の動作を制御するための制御ブロック図。 実施例１における回路構成を示す図。 レジストレーション補正用のテストパターンを示す図。 散乱反射光を受光素子でテストパターンを検知した時の検知波形を示す図。 濃度補正用のテストパターンを示す図。 トナー量を変化させた時の受光素子の検知出力を示す図。 実施例１における光学センサ６０の断面図。 発光素子６１の指向角特性を示す図。 受光素子６２、６４の指向角特性を示す図。 発光素子からみた実施例１の光学センサ６０の底面図。 実施例１の比較例となる光学センサの断面と内壁で反射した光の光跡を示す図。 実施例１と比較例の構成で検知波形を比較した図。 実施例１のその他の構成である光学センサ６０の底面図。 実施例２における光学センサ６０の断面図。 実施例２の光学センサの絞りで反射した光の光跡を示す図。 実施例２のより好適な光学センサ６０の断面図。 実施例２の光学センサ６０のその他構成の断面図とハウジング６５を型から抜く際の模式図。

以下に、本発明に係る光学センサを備える画像形成装置の実施例を具体的に説明する。

＜実施例１＞
［画像形成装置］
まず、画像形成装置１００について説明する。図１は、画像形成装置１００の概略構成図である。画像形成装置１００は、第１〜第４の画像形成ステーションより構成され、各画像形成ステーションで異なる色のトナー像を形成し、それらを合成することで、カラーの画像形成を行うことができる。第１ステーションａはイエロー、第２ステーションｂはマゼンタ、第３ステーションｃはシアン、第４ステーションｄはブラックのトナー像をそれぞれ形成する。各画像形成ステーションは、第１の像担持体として感光ドラム１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）を有し、それぞれ矢印方向に不図示のモータにより感光ドラム１の直径が中心値である場合に表面速度が１００ｍｍ／ｓｅｃとなるように回転駆動する。各画像形成ステーションの感光ドラム１から、順次第２の像担持体である中間転写ベルト１０にトナー像を一次転写する。このように画像形成装置１００は所謂インライン方式のプリンタである。

以下、画像形成装置１００による画像形成動作について説明する。なお、各画像形成ステーションでは同様の動作をする為、第１ステーションａにおける画像形成動作について説明し、他の画像形成ステーションの動作の説明は省略する。感光ドラム１ａは、帯電ローラ２ａにより所定の電位に一様に帯電される。次に、露光手段３ａによりレーザービームが照射される。以下では、レーザービームの感光ドラム１ａの表面上のスポットが移動する走査方向を主走査方向、照射方向と直交する方向を副走査方向と呼ぶ。なお、主走査方向とは感光ドラム１ａの回転軸方向と平行である。これにより、カラー画像のイエロー色に対応した静電潜像が形成される。次に、静電潜像は現像位置において第１の現像器（イエロー現像器）４ａにより現像され、イエロートナー像が可視化される。

尚、レーザービームの照射方向は、イエローとマゼンタについては、記録媒体上の画像を正面に見た時に、左から右方向、シアンとブラックについては、右から左方向に走査される。感光ドラム１ａ上に形成されたイエロートナー像は、感光ドラム１ａと中間転写ベルト１０との当接部である一次転写部を通過する時に、トナー像を担持可能な中間転写ベルト１０上に転写される（一次転写工程）。この一次転写工程は、一次転写高圧電源７ａにより一次転写ローラ６ａに一次転写電圧を印加することによって行われる。感光ドラム１ａに残留した一次転写残トナーは、クリーニング装置５ａにより清掃される。プリントを継続する場合は、再び帯電以降の画像形成プロセスに戻る。以下、同様にして、第２色のマゼンタトナー像、第３色のシアントナー像、第４色のブラックトナー像が形成され、中間転写ベルト１０上に順次重ねて転写されて、カラートナー像を得る。中間転写ベルト１０上の４色のカラートナー像は、中間転写ベルト１０と二次転写ローラ２０との当接部である二次転写部を通過する時に、給紙手段５０により給紙された記録材Ｐの表面に一括転写される（二次転写工程）。この二次転写工程は、二次転写高圧電源２１により二次転写ローラ２０に二次転写電圧を印加することによって行われる。その後、４色のトナー像を担持した記録材Ｐは定着器３０に搬送され、そこで加熱および加圧されることにより４色のトナーが溶融混色して記録材Ｐに定着される。以上の動作により、フルカラー画像が形成される。

一方、二次転写後の中間転写ベルト１０上には、正極性トナーと負極性トナーの二次転写残留トナーが混在している。二次転写残留トナーは、導電性ブラシ１６により均一に散らされ、且つ帯電される。導電性ブラシ１６には導電性ブラシ高圧電源６０より正極性電圧を印加することで、二次転写残トナーを正極性に帯電する。さらに導電性ローラ高圧電源７０により導電性ローラ１７に、正極性電圧を印加することで二次転写残トナーを更に正極性に帯電する。正極性に帯電された二次転写残留トナーは、一次転写部において、感光ドラム１に転写され、感光ドラム１に配置されたクリーニング装置５に回収される。また、駆動ローラ１１の対向面上には光学センサ６０がレーザービームの主走査方向に別れて２つ配置されている。光学センサ６０は赤外光を照射する発光素子と主に散乱反射光を受光する受光素子と主に正反射光を受光する受光素子とを有する。通常プリント時とは異なるタイミングで中間転写ベルト１０上に形成されたテストパターンを光学センサ６０で検知することで、異なる色間の相対位置ずれ量を補正するレジストレーション補正や濃度補正を行う。

［中間転写ベルト］
次に、中間転写ベルト１０について説明する。中間転写ベルト１０は周長が中心値で６５０ｍｍであり、駆動ローラ１１、テンションローラ１２、二次転写対向ローラ１３の３軸で張架され、感光ドラム１を回転駆動するモータと同一のモータで駆動ローラ１１を回転させることによって回転駆動される。駆動ローラ１１の直径が中心値である場合に表面速度が１００ｍｍ／ｓｅｃとなるように設定されており、駆動ローラ１１の製造上発生する外径バラつきによって表面速度は変動する。また、光学センサ６０から照射された赤外光が中間転写ベルト１０の表面上で正反射するよう、表面光沢度が３０以上のものを使用している（堀場製作所製：ハンディ光沢度計ＩＧ−３２０で測定）。

［制御ブロック図の説明］
次に、制御ブロックについて説明する。図２は画像形成装置１００の動作を制御するための制御ブロック図である。ホストコンピュータであるＰＣ２７１は、画像形成装置１００の内部にあるフォーマッタ２７３に対して印刷指令を出し、印刷画像の画像データをフォーマッタ２７３に送信する。フォーマッタ２７３はＰＣ２７１からの画像データを露光データに変換し、ＤＣコントローラ２７４内にある露光制御部２７７に転送する。露光制御部２７７はＣＰＵ２７６からの指示により、露光データのオンオフを制御することにより露光手段の制御を行なう。ＣＰＵ２７６はフォーマッタ２７３から印刷指令を受け取ると画像形成シーケンスをスタートさせる。ＤＣコントローラ２７４にはＣＰＵ２７６、メモリ２７５等が搭載されており、予めプログラムされた動作を行う。ＣＰＵ２７６は帯電高圧、現像高圧、転写高圧を制御して静電潜像の形成や、現像されたトナー像の転写等を制御することで画像形成を行う。

またＣＰＵ２７６はキャリブレーションにおける光学センサ６０からの信号を受ける処理も行う。キャリブレーションでは、中間転写ベルト１０表面や、中間転写ベルト１０上に形成したテストパッチからの反射光量を計測する。光学センサ６０の受光素子で受光したテストパッチからの光信号、光信号の立ち上がり、立ち下りエッジを検出し、検出した信号はメモリ２７５に蓄えられる。キャリブレーション終了後にＣＰＵ２７６を介して演算を実施し、各種画像形成条件の設定を行う。光学センサ６０は通常の印字シーケンスでは動作せず、レジストレーション補正制御や濃度制御等のキャリブレーション時に動作する。

［光学センサ］
画像形成装置１００はレジストレーション補正制御、濃度制御を行う為に光学センサ（光学検知装置）６０を備えている。光学センサ６０は、上述した第１〜第４画像形成ステーションを用いて中間転写ベルト１０の表面上に形成されるトナーパッチからなるテストパターンを検知する。

まず、光学センサ６０の構成について説明する。図８は、被照射面８０の表面に平行な方向から見た時の光学センサ６０の断面図である。Ｘ方向が主走査方向と平行な方向、Ｚ方向が主走査方向に直交する方向である。なお、被照射面８０は中間転写ベルト１０の表面である。光学センサ６０は、基板６４上に直接実装されたチップタイプの発光素子６１とチップタイプの受光素子６２、６３を備える。受光素子６２は、散乱反射光を受光する為の受光素子で、受光素子６３は正反射光を受光する為の受光素子である。基板６４上にハウジング６５を発光素子６１、受光素子６２、６３を覆うように被せることで、ハウジング６５と基板６４との間の空間（ハウジング６５の内側の空間）に発光素子６１、受光素子６２、６３をそれぞれ内包する。ハウジング６５には、各々の素子６１、６２、６３に対応する導光路（絞り）が形成されている。発光素子６１に対応する発光絞り７１の径はφ０．８ｍｍであり、受光素子６２に対応する受光絞り７２の径はφ２．５ｍｍであり、受光素子６３に対応する受光絞り７３の径はφ１．０ｍｍである。本実施例では、発光素子６１として、サンケン電気社製の赤外発光ダイオードＳＥＣ１Ｇ０１Ｃを用いているがその他の発光素子でも良い。また、受光素子６２、および６３として、ローム社製のフォトトランジスタＳＭＬ−８１０ＴＢを用いているがこれもその他の受光素子でも良い。本実施例では光学センサ６０を、発光素子６１、受光素子６２、６３がレーザーの主走査方向と平行な一直線上に並ぶように配置している。即ち、主走査方向に関しては、被照射面８０の表面と基板６４の表面とが平行となっている。

また、発光素子６１、受光素子６２、６３はそれぞれチップタイプであるため、基板６４に実装された時の位置は、基板６４の表面又は基板表面に設けられた回路部、半田部等によって決まる。本実施例では、各素子６１、６２、６３自体の光学的な中心軸６１ａ、６２ａ、６３ａがそれぞれ、基板６４の表面に対して垂直となるように位置が決まるようになっている。また、中心軸６１ａ、６２ａ、６３ａはそれぞれ被照射面８０の検知位置ＤＰにおける法線と平行である。

次に光軸について説明する。発光素子６１の中心（発光点）と被照射面８０の検知位置ＤＰとを結んだ軸Ｌ１を照射光の中心光軸と定義する。受光素子６２の中心（受光点）と検知位置ＤＰとを結んだ軸Ｌ２を散乱反射光の中心光軸と定義する。受光素子６３の中心（受光点）と検知位置ＤＰとを結んだ軸Ｌ３を正反射光の中心光軸と定義する。これら中心光軸Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の向きは各素子に対応する絞り（発光絞り７１、受光絞り７２、受光絞り７３）の形状により決まり、それぞれの中心光軸Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は被照射面８０上の検知位置ＤＰで交わるように設定されている。また、発光素子６１から出射された光は、レンズ等の集光部材を通過することなく、被照射面８０へ照射され、被照射面８０で反射した光はレンズ等の集光部材を通過することなく、受光素子６２、６３へ到達する。

中心光軸Ｌ１が被照射面８０表面の検知位置ＤＰにおける法線方向と成す角度θ１は１５°である。中心光軸Ｌ３が被照射面８０表面の検知位置ＤＰにおける法線方向と成す角度θ３も１５°とすることで受光素子６３には被照射面８０の検知位置ＤＰでの正反射した光が入光する。また、中心光軸Ｌ２が被照射面８０表面の検知位置ＤＰにおける法線方向と成す角度θ２を３５°とすることで、受光素子６２には主に被照射面８０の検知位置ＤＰでの散乱反射した光が入光する。尚、被照射面８０としての中間転写ベルト１０上の検知位置ＤＰに相当する位置にイエロー、マゼンタ、又は、シアンのトナーパッチがある場合、発光素子６１からの照射光は主に散乱反射し、その散乱反射光の一部が受光素子６２により受光される。また、中間転写ベルト１０上の検知位置ＤＰに相当する位置にトナーパッチが無い場合、発光素子６１からの照射光は主に正反射し、その正反射光が受光素子６３により受光される。

次に、発光素子６１の発光強度の指向特性について説明する。発光素子６１からは広がりを持った赤外光が照射されるが、照射光の強度は一様ではなく、発光素子６１から出射する角度が異なれば発光素子６１からの距離が同じであっても、照射強度が異なる。これを発光強度の指向特性と呼ぶ。

図９は発光素子６１の発光強度の指向特性を示している。中心軸６１ａが発光指向角０°と一致する。発光強度は０°から±４５°まではほぼ同等の強度であり、正負それぞれの方向で±４５°より大きな角度になると発光強度は急激に低下している。このように発光素子６１が比較的広い発光強度の指向特性を持つ。このため、発光素子６１を基板６４上へ実装した際の実装位置バラつき等により発光素子６１と発光絞り７１との位置関係が称呼の位置関係から多少ずれても、発光絞り７１からは十分な強度の赤外光が出射される。

次に、受光素子６２、６３の受光感度の指向特性について説明する。受光素子６２、６３の受光感度は、発光素子６１からの距離が同じであっても、入射する角度によって異なる。これを受光感度の指向特性と呼ぶ。図１０は受光素子６２、および６３の受光感度の指向特性を示した図である。中心軸６２ａ、６３ａが受光角０°と一致する。受光感度は０°から±５０°まではほぼ同等の感度となっており、正負それぞれの方向で±５０°より大きな角度になると受光感度は急激に低下している。このよう広い受光感度の指向角特性を持つため、受光素子６２のθ２が３５°であっても、良好な受光感度を得ることができる。つまり受光素子６２、６３が比較的広い角度で受光感度の指向特性を持つ。このため、受光素子６２、６３の基板６４上での実装位置バラつき等により受光素子６２、６３と受光絞り７２、７３との位置関係が称呼の位置関係から多少ずれても、十分な感度で入射光を受光できる。

［光学センサ６０の回路構成の説明］
次に光学センサ６０の回路構成について説明する。図３に光学センサ６０の回路構成の一例を示す。

発光素子６１から赤外光を被照射面（中間転写ベルト１０）に向けて照射し、被照射面からの反射光を受光素子６２、６３で受光する。受光素子６２、６３の検出電流はＩＶ（電流／電圧）変換回路によってＶ１に変換され、図２に示すＤＣコントローラ２７４に設けられたＣＰＵのＡＤ変換ポートに入力され、アナログの電圧値がデジタルデータに変換されて演算に用いられる。

また、発光素子６１のオン／オフ動作及び光量調整は、ＤＣコントローラ２７４に設けられたＣＰＵのＰＷＭ制御（パルス幅制御）によって、図３の入力端子に入力されるＬＥＤ駆動電流を可変することにより行う。

［レジストレーション補正制御の説明］
次にレジストレーション補正制御について説明する。

図４は、中間転写ベルト１０の表面上に形成されるレジストレーション補正用のテストパターンである。テストパターン３００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーでそれぞれ形成された平行四辺形のトナーパッチ（検知用のトナー像）の集合である。これらトナーパッチは、中間転写ベルト１０上で主走査方向中央を通り、主走査方向に直交する基準線に対して対称となるよう主走査方向に離れた位置に２つ配置されたものである。なお、主走査方向は、駆動ローラ１１の回転軸方向と平行である。光学センサ６０は中間転写ベルト１０の対向し、且つ主走査方向に別れて２つ形成されるテストパターン３００に対応して主走査方向に離れた２つの位置にそれぞれ光学センサ６０が配置されている。

レジストレーション補正は、上述した画像形成動作を行ってテストパターン３００を中間転写ベルト１０に形成し、光学センサ６０で中間転写ベルト１０上のテストパターンを検知した結果を基に行う。発光素子で照射された赤外光がトナー像の形成されていない中間転写ベルト１０の表面で反射する場合は、ほとんどが正反射であるため、散乱反射光を受光する受光素子６２では中間転写ベルト１０からの反射光は検知されない。一方で発光素子から照射された赤外光が、中間転写ベルト１０上に形成されテストパターン３００のイエロー、マセンタ、及びシアンのトナー像部分で反射する場合は、反射光は主に散乱反射光となる。このため、トナー像部分からは受光素子６２で反射光を検知できる。図５（ａ）は、中間転写ベルト１０の表面を移動させながらテストパターン３００のイエロー、マゼンタ、シアンのトナーパッチが光学センサ６０の対向位置（検知位置８０ａ）を通過する際の受光素子６２の出力波形（検知波形）を示す。トナーパッチが被検知位置を通過中、発光素子は赤外光を検知位置へ向けて照射している。出力波形は反射光を受光した光量に対応するものである。

テストパターンの検知結果が予め設定された閾値をまたいだタイミングをトナーパッチのエッジと見なす。具体的には、テストパターンのパッチ検知出力が立ち上がる際に閾値をまたぐタイミングをパッチの上流エッジと定義する。また、パッチ検知出力が立ち下がる際に閾値をまたぐタイミングをパッチの下流エッジと定義する。そして、上下流エッジタイミングの中点をパッチの位置と定義する。検知位置ＤＰのトナーパッチが有る時と無い時の検知出力との差であるダイナミックレンジが広いほど、外部ノイズ等に左右されずに安定してエッジの検知が可能となる。一方、ブラックトナーは主に赤外光を吸収するため、散乱反射光を検知することによる位置の特定が難しい。このため、図５（ｂ）に示すように、イエローパッチの副走査方向両端を覆うように、イエローパッチ上にブラックパッチを重ねて形成する。これにより、イエローパッチ部分での散乱反射光の検知の有無により検知出力が閾値を跨ぐタイミングをブラックパッチのエッジと見なすことができ、そのエッジからブラックパッチの位置を算出できる。

中間転写ベルト１０やテストパターンの検知結果は、ＤＣコントローラ２７４に出力される。ＤＣコントローラ２７４は光学センサ６０からの出力に基づいてテストパターンの通過タイミングを検出し、位置を算出する。そして、それを所定のタイミングと比較することにより、各色間の主走査方向と副走査方向の相対的な色ずれ量や、主走査方向の倍率、相対的な傾き等を計算する。その結果に応じて、各色の相対的な色ずれ量が小さくなるように画像形成条件を設定（変更）する。具体的な画像形成条件としては、露光手段３のレーザービームの発光開始タイミング等がある。

［濃度補正制御の説明］
図６は、濃度補正制御用のテストパターンを示している。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックそれぞれで複数の階調パターンを形成している。図７は、トナー量に対するイエロー、マゼンタ、シアンの検知出力を示している。

図７の（ａ）のグラフは、正反射光を受光する受光素子６３の検知結果である。最初はトナー量の増加に伴い検知出力は低下しているが、低下量は少しずつ減少し、さらにトナー量が増加すると検知出力は増加し始める。これは、トナー量が増加するに従って、中間転写ベルト１０からの正反射光量が減少した結果、検知出力が低下するが、トナーからの散乱反射光が増加し、あるトナー量を境界に散乱反射光量が正反射光量を上回り、検知出力が増加するためである。このため、正反射光の検知ではトナー量と検知出力とが１対１に対応しないため最適な濃度補正を行うことができない。

図７の（ｂ）のグラフは、散乱反射光を受光する受光素子６２の検知結果である。検知結果はトナー量の増加に伴い線形に増加している。これはトナー量の増加によって散乱反射光量が増加するためである。散乱反射光の検知では、トナー量と検知出力とが１対１に対応する。しかし、ブラックトナーは赤外光をほとんど吸収し、トナー量に対する検知出力はわずかであり、検知出力とトナー量を１対１に対応させた時の誤差が大きい。このため、散乱反射光の検知だけでは最適な濃度補正を行うことは難しい。

このため、本実施例では、散乱反射光の検知結果、及び、正反射光の検知結果を用いて濃度補正を行う。つまり光学センサ６０は、テストパターンのトナー像のトナー濃度に関する情報として、散乱反射光の検知結果に対応する受光素子６２の検知出力、及び、正反射光の検知結果に対応する受光素子６３の検知出力を出力する。

具体的には、ベタトナーのテストパッチにおける正反射の検知結果と散乱反射の検知出力が等しくなるように検知出力を規格化し、正反射出力と散乱反射出力との差分を求めることで正味の正反射光量を算出する。このような演算を行うことで、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック全てで、同一の計算方法でトナー量と検知結果とを１対１に対応させることができ、対応した結果を基に各色の濃度を行う。

テストパターンの検出結果はＤＣコントローラ２７４で処理する。光学センサ６０の受光光量信号はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換された後、ＤＣコントローラ４２内へ出力され、ＤＣコントローラ４２内のＣＰＵ２７６で正味の正反射光量を計算する。この結果をもとに、画像形成条件を設定（変更）する。具体的な画像形成条件とは帯電電圧、現像電圧、露光光量等の濃度因子である。これらの濃度因子の設定結果は、ＤＣコントローラ２７４内のメモリ２７５に格納され、通常作像時や次回の濃度制御時等に用いられる。

以上のようにして、光学センサ６０を用いてレジストレーション補正制御、濃度制御を行うことができる。

［迷光対策］
次に、光学センサ６における迷光対策のための構成について説明する。まず、本実施例の示す迷光対策を行っていない比較例の構成について説明する。

図１２は、比較例の光学センサ６０´の断面図である。比較例の光学センサ６０´において本実施例と異なる部分については番号の後に「´」を付す。「´」を付していない構成については本実施例と同等である。

迷光ＬＭ１は、発光素子６１から出射され、発光絞り７１から出る前にハウジング６５´の内壁６６´で正反射した光の光路の一例を示している。内壁６６´で反射した正反射した光ｌｍは発光絞り７１から出射され、被照射面８０の表面の検知位置ＤＰと異なる位置ＤＰ´で正反射して受光絞り７２内に入光し、受光素子６２に到達する。このように、受光素子６２には、本来検出した検知位置ＤＰでの散乱反射光だけでなく、迷光として位置ＤＰ´で正反射した光ｌｍが入射する。このため、受光素子６２からの出力に位置ＤＰ´での正反射光を成分とするノイズが混じることにより、受光素子６２から正確な出力（良好な精度の出力）を得られない虞がある。

そこで、本実施例では、発光素子６１から出射した光の一部（光ｌｍ）が、発光素子６１からの光の出射方向に関して発光絞り７１よりも上流側にある内壁６６で正反射し、被照射面８０の検知位置ＤＰと異なる位置で正反射して受光素子６２に入射しないようにしている。具体的には、迷光が発生しないようハウジング６５の内壁６６の形状を工夫している。

図１１は、ハウジング６５の内部をＺ方向（図８参照）で発光素子６１側から発光絞り側７１へ向かって見た時の部分断面図を表している。Ｘ方向が主走査方向と平行な方向、Ｙ方向が主走査方向に直交する方向である。Ｙ方向は便宜上、矢印の方向を＋、その反対方向を−とする。発光素子６１を基準として受光素子６２とは反対側のハウジング６５の内壁６６は断面が直角二等辺形状となる２つ（複数）の傾斜面６７を有する。つまり、２つの傾斜面６７は直角に交わる。２つの傾斜面６７は、それぞれ被照射面８０の法線方向で見て、発光素子６１と受光素子６２の配列方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に対して傾斜している。また、２つの傾斜面６７の発光素子６１と受光素子６２の配列方向に直交する方向（Ｙ方向）に対する角度が異なる。

発光素子６１から出射した光のうち、内壁６６に向かう光ｌｍは２つの傾斜面６７で正反射する。光ｌｍは２つの傾斜面６７で正反射し、図１１に示すように略＋Ｙ方向、もしくは略−Ｙ方向に反射されるため、絞り７１には入射しない。このため、比較例のように、内壁６６で正反射した光ｌｍがそのまま絞り７１を通って被照射面８０に照射され、迷光となることを抑制することができる。

図１３は、本実施例と比較例とにおいて、受光素子６２でイエロー、マゼンタ、又はシアンのテストパッチを検知した時の出力波形を比較している。（ａ）が本実施例、（ｂ）が比較例である。中間転写ベルト１０上にトナーパッチが有る時と無い時との出力差であるダイナミックレンジは、本実施例の方が比較例よりも大きい。これは、比較例の場合、内壁６６´での正反射光が、中間転写ベルト１０上にトナーパッチが無い時は中間転写ベルト１０で正反射して受光素子６２に到達して受光素子６２の出力が大きく上昇する。その一方で、中間転写ベルト１０上にトナーパッチが有る時は、内壁６６´での正反射光がトナーパッチで散乱反射され、そのうちの大部分は受光素子６２に到達せず受光素子６２の出力は少ししか上昇しないことによる。このように本実施例のように傾斜面６７を形成することにより、受光素子６２へ迷光の入射を低減でき、受光素子６２の出力において大きいダイナミックレンジを得ることができ、良好な精度の出力を得ることができる。このため、中間転写ベルト１０上のテストパッチの検知精度が安定する。

また、傾斜面６７は上述した構成に限定されない。つまり、傾斜面６７は、発光素子６１から出射して傾斜面６７に入射する光ｌｍが、傾斜面６７で正反射した後で受光素子６２に対応する絞り７２に入射しないようなで形状であれば、その数や向き（角度）は限定されない。

図１４は別構成を示す図１１と同様のＺ方向断面である。別の構成として、例えば、図１４（ａ）のＺ方向断面図に示すような２つの傾斜面６７が４５°で交わるような構成でも良い。また、図１４（ｂ）のＺ方向断面図に示すように１つの傾斜面６７のみを設けてもよい。また、図１４（ｃ）のように断面が円弧となるような円弧面を設けてもよい。この場合は円弧面が傾斜面６７に相当する。

なお、傾斜面６７は、内壁６６のうちＹ方向に関して発光素子６１の幅Ｗ（図１４（ｃ）参照）の部分と重なる位置に少なくとも存在していれば良い。換言すれば、傾斜面６７は、内壁６６のうちＸ方向で発光素子６１の幅Ｗの部分と対向する部分に少なくとも存在していればよい。

また、傾斜面６７は、発光素子６１から出射して傾斜面６７で正反射する光ｌｍが受光素子６２に対応する絞り７２に入射しないようなで形状であればよい。しかし、より好ましくは、光ｌｍが傾斜面６７で正反射した後で発光絞り７１に入射しないようなで形状である方がよい。このような構成であれば、より確実に受光素子６２へ光ｌｍが入射することが抑制できる。

また、図１１、図１４（ａ）、（ｃ）に示すように、内壁６６に発光素子６２に向かって断面が凸形状となる部分を設け、凸形状の部分の表面を傾斜面６７とすることで、より効果的に迷光の発生を抑制できる。

また、本実施例では光学センサ６０は受光素子として、散乱反射光を受光する受光素子６２と正反射光を受光する受光素子６３を有する構成について説明した。しかし、光学センサの構成はこれに限定されない。つまり、濃度制御に関して光学センサからの出力を使用しない場合等は、正反射光を受光する受光素子６３が存在せず、発光素子６１と散乱反射光を受光する受光素子６２となからなる構成でも良い。このような、光学センサの構成においても上述した傾斜面６７を設ける構成を適用可能である。

また、内壁６６には、傾斜面６７に加え、例えば反射を低減する為に微細な凹凸を設ける等の反射防止加工を施していても良い。

以上説明したように、本実施例によれば、発光素子６１を包含するハウジング６５の内壁に傾斜面６７を配置することで、内壁６６で正反射した光ｌｍが迷光として受光素子６２には到達することを抑制できる。その結果、受光素子６２から正確な出力（良好な精度の出力）を得ることができる。また、テストパッチを検知した時と中間転写ベルト１０の表面を検知した時との受光素子６２の出力差であるダイナミックレンジが大きくなり、テストパッチの検知精度を良好なもととすることができる。

＜実施例２＞
次に実施例２について説明する。実施例１と同様の構成に対しては同様の符号を付し、説明を省略する。本実施例では、実施例１とは異なる経路で発生する迷光を抑制するための構成について説明する。図１５（ａ）は被照射面８０の表面に平行な方向から見た時の光学センサ６０の断面図である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）発光絞り７１付近の部分拡大図である。本実施例では、発光絞り７１の内面のうちの受光素子６３側にある内面７６が、発光素子６１からの光の出射方向に関して上流から下流にかけて受光素子６２の反対側に向かって傾いている。次に、発光絞り内面７６に到達する光線の軌跡について説明する。図１６（ａ）は被照射面８０の表面に平行な方向から見た時の光学センサ６０の断面図であり、発光絞り内面７６で正反射した光の軌跡の一例を記した図である。図１６（ｂ）は図１６（ａ）発光絞り７１付近の部分拡大図である。発光素子６１の実装位置バラつきにより、発光素子６１から照射された赤外光の一部である光ｌａは発光絞り７１の内面７６で正反射して中間転写ベルト８０に到達する場合がある。このような場合でも、本実施例では、発光絞り内面７６で正反射した光ｌａが後に中間転写ベルト８０でさらに正反射しても、受光素子６２には到達しないように構成している。

具体的には、図１６（ｂ）に示すように、α１は光ｌａの内面７６への入射角であり、α２は内面７６の傾きと被照射面８０の法線Ｎとが成す角を表している。角度α１で発光絞り内面７６に入光した光ｌａは、内面７６に対して角度α１方向に正反射する。ここで、α１＜α２である場合、内面７６での正反射した光ｌａは内面７６への光ｌａへの入射点Ｉを通過する被照射面８０の法線Ｎを基準として受光素子６２側に正反射されることはない。このため、内面７６での正反射した光ｌａが被照射面８０で正反射しても受光素子６２に到達することがない。

ない、内面７６には、例えば反射を低減する為に微細な凹凸を設ける等の反射防止加工を施していても良い。

以上説明したように、内面７６を、発光素子６１からの光の出射方向に関して上流から下流にかけて受光素子６２の反対側に向かって傾けることにより、受光素子６２へ迷光が入射することを抑制し、受光素子６２から正確な出力（良好な精度の出力）を得ることができる。また、テストパッチを検知した時と中間転写ベルト１０の表面を検知した時との受光素子６２の出力差であるダイナミックレンジが大きくなり、テストパッチの検知精度を良好なもととすることができる。

また、実施例２の別構成として、より発光絞り７１の内面７６で正反射した光が迷光となることを良く抑制する構成について説明する。より発光絞り７１の内面７６で正反射した光が迷光となることを良く抑制するためには、発光素子６１から内面７６へ光が直接入射しないようにすることが有効である。光が内面７６へ直接入射するとは、発光素子６１から出射した光が、ハウジング６５の内面７６以外の部分や基板６４等で反射することなく内面７６へ入射することである。そのための条件について説明する。図１７は、被照射面８０の表面に平行な方向から見た時の別の形態の光学センサ６０を示す断面図である。受光素子６２から内面７６へ直接光が入射しない為には、発光素子６１の少なくとも発光点６１ｂが、内面７６を延長した補助線Ｅ１より基板６４側に配置されていればよい。このような構成では、受光素子６２から内面７６へ直接光が入射しない。このため、受光素子６２へ迷光が入射することを抑制し、受光素子６２から正確な出力（良好な精度の出力）を得ることができる。また、テストパッチを検知した時と中間転写ベルト１０の表面を検知した時との受光素子６２の出力差であるダイナミックレンジが大きくなり、テストパッチの検知精度を良好なもととすることができる。

また、ハウジング６５の量産性を考慮すると図１８に示す断面図のようにハウジング６５を第１ハウジング部材６５ａと第２ハウジング部材６５ｂからなる２体構成としても良い。図１８（ａ）は被照射面８０の表面に平行な方向から見た時の光学センサ６０の断面図である。図１８（ａ）に示すように、第１ハウジング部材６５ａは、発光素子６１を内側の空間（第１ハウジング部材６５ａと基板６４で囲まれた空間）に内包し、発光絞り７１と受光絞り７２、７３のうちの発光絞り６１側に対応する部分が形成されている。第２ハウジング部材６５ｂは、第１ハウジング部材６５ａの外側にある受光素子６２、６３を内側の空間（第２ハウジング部材６５ｂと第１ハウジング部材６５ａと基板６４で囲まれた空間）に内包する。第２ハウジング部材６５ｂには、受光絞り７２、７３のうちの発光絞り６１とは反対側に対応する部分が形成されている。第１ハウジング部材６５ａと第２ハウジング部材６５ｂは不図示の係合部で互いに係合して位置を決めることで、１つのハウジング６５となる。このようにハウジング６５を２つの部材に分割して構成とすることで、ハウジング６５の成型精度と生産効率を良好にすることができる。

図１８（ｂ）は、第１ハウジング部材６５ａを樹脂成形する様子を示す断面図である。図１８（ｃ）は、第２ハウジング部材６５ｂを樹脂成形する様子を示す断面図である。第１ハウジング部材６５ａと第２ハウジング部材６５ｂはそれぞれ樹脂成型された部材である。第１ハウジング部材６５ａは、図１８（ｂ）に示す型Ｍ１、Ｍ２によって成型される。成型方法は、まず型Ｍ１と型Ｍ２とを閉じた状態で、２つの型の間の空間に成形材料（樹脂）を流し込む。次に、成型材料を冷却し、型Ｍ１を＋Ｚ方向に、型Ｍ２を−Ｚ方向に抜いて、型Ｍ１、Ｍ２から第１ハウジング部材６５ａを離形する。また、第２ハウジング部材６５ｂは、図１８（ｃ）に示す型Ｍ３、型Ｍ４によって成型される。成型方法は、まず型Ｍ３と型Ｍ４とを閉じた状態で、２つの型の間の空間に成形材料（樹脂）を流し込む。次に、成型材料を冷却し、型Ｍ３を＋Ｚ方向に、型Ｍ４を−Ｚ方向に抜いて、型Ｍ３、Ｍ４から第２ハウジング部材６５ｂを離形する。

このように、ハウジング６５を２つの部材（第１ハウジング部材６５ａ、第２ハウジング部材６５ｂ）に分割して構成とすることで、それぞれを簡易なモールド成型によって製造できる。このため、複数の発光素子や受光素子をそれぞれ内包する複雑な形状のハウジング６５であっても、低コストで良好な成型精度でハウジング６５を製造することができる。

なお、実施例２で説明した光学センサ６０が、実施例１で説明した傾斜面６７を有していてもよい。

６０ 光学センサ
６１ 発光素子
６２ 受光素子
６３ 受光素子
６５ ハウジング
６５ａ 第１ハウジング部材
６５ｂ 第２ハウジング部材
６６ 内壁
６７ 傾斜面
７１ 発光絞り
７２ 受光絞り
７３ 受光絞り
７６ 内面
８０ 被照射面
１００ 画像形成装置

Claims (14)

1. 被照射面に光を照射し、基板に実装されることで位置が決まった発光素子と、受光素子と、前記発光素子から発せられ光が通過する第１の絞り及び前記受光素子で受光する光が通過する第２の絞りを備え、前記発光素子及び前記受光素子を内包したハウジングと、を有し、前記発光素子から発せられた光が前記第１の絞りを通過して被照射面で反射した後に前記第２の絞りを通過して前記受光素子へ到達する光学検知装置において、
   前記ハウジングは傾斜面を備えており、前記傾斜面は、前記被照射面の法線方向に見て前記発光素子と前記受光素子との配列方向に直交する方向に対して傾斜しており、前記発光素子からの光の照射方向に関して前記第１の絞りよりも上流側で、且つ前記配列方向に関して前記発光素子と対向し、且つ前記発光素子から出射された光が入射する部分に配置されていることを特徴とする光学検知装置。
2. 前記ハウジングは複数の前記傾斜面を備え、前記複数の前記傾斜面は、前記配列方向に直交する方向に対する角度が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の光学検知装置。
3. 前記ハウジングは、前記発光素子に向かって凸形状の部分を備え、前記傾斜面は前記凸形状の部分の表面に設けられていることを特徴とすることを特徴とする請求項２に記載の光学検知装置。
4. 前記凸形状の部分の表面は円弧面であることを特徴とする請求項３に記載の光学検知装置。
5. 前記傾斜面は、前記配列方向に関して前記ハウジングの前記発光素子に対向する部分に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学検知装置。
6. 前記受光素子は前記基板に実装されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学検知装置。
7. 前記発光素子から出射され前記傾斜面で正反射した光は、前記第１の絞りに入射しない、又は前記第２の絞りに入射しないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学検知装置。
8. 前記ハウジングの導光路を形成する面は、前記発光素子から光の出射方向で上流から下流に向うに連れて、前記受光素子の反対側に向かって傾斜することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学検知装置。
9. 前記発光素子から出射した光は前記ハウジングの導光路を形成する面へ直接入射しないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学検知装置。
10. 前記ハウジングは第１ハウジング部材と第２ハウジング部材を備え、前記発光素子は前記第１ハウジング部材の内側の空間に内包され、前記受光素子は前記第１ハウジング部材の外側で前記第２ハウジング部材の内側の空間に内包されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学検知装置。
11. 前記被照射面の所定の位置で正反射した光を受光する別の受光素子を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学検知装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の前記光学検知装置と、トナー像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段に設けられ、表面が前記被照射面であり、トナー像を担持可能な像担持体と、前記光学検知装置からの出力に基づき前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御部と、を有し、記録材にトナー像を転写することにより記録材に画像形成を行う画像形成装置。
13. 前記制御部は、前記光学検知装置からの出力のタイミングに基づき画像形成条件を制御することを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記光学検知装置は、前記像担持体の担持するトナー像のトナー濃度に関する情報を出力することを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。

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