JP6630309B2 - 光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
<画像形成装置の概要>
図1は、第1実施形態に係る画像形成装置100のハードウェア構成例を示す断面図である。本実施形態の画像形成装置100は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の現像剤(トナー)によってマルチカラー画像を形成するカラーレーザプリンタである。画像形成装置100は、例えば、印刷装置、プリンタ、複写機、複合機(MFP)及びファクシミリ装置のいずれであってもよい。なお、参照符号の末尾のY,M,C,Kは、それぞれ、対応する部材が対象とする現像剤(トナー)の色が、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックであることを示している。以下の説明では、色を区別する必要がない場合には、末尾のY,M,C,Kを省いた参照符号を使用する。
図2は、本実施形態に係る画像形成装置100の制御系の構成例を示すブロック図である。なお、図2には、本実施形態の説明に必要なデバイスのみを示している。画像形成装置100は、マイクロコンピュータを搭載した制御ユニット41を、エンジン制御部として備えている。画像形成装置100は、更に、制御ユニット41と通信可能に接続されたデバイスとして、インタフェース(I/F)ボード42、低圧電源43、高圧電源44、各種駆動モータ45、各種センサ46、露光ユニット3、給紙ユニット13、定着ユニット14、及びトナー検出ユニット31を備えている。
次に、図3を参照して、画像形成装置100のキャリブレーション(自動補正制御)について説明する。図3は、中間転写ベルト12aに対するトナー検出ユニット31の配置例を示す斜視図であり、キャリブレーションの実行時における中間転写ベルト12aの状態の例を示している。画像形成装置100のキャリブレーションは、大きく分けて「色ずれ補正制御」と「画像濃度制御」という2種類の制御を含む。これら2種類の制御は、いずれも、画像形成装置100がシートSへの画像形成を行っていない間に、中間転写ベルト12a上にテストパターン30を形成し、形成したテストパターン30をトナー検出ユニット31によって光学的に検出することによって行われる。
色ずれ補正制御は、各画像形成ステーションによって形成されるトナー像の、画像形成ステーション間の相対的な位置ずれ(色ずれ)の量を測定し、測定結果に基づいて色ずれの補正を行う色ずれ補正制御に相当する。制御ユニット41は、感光ドラム1上のレーザビームの走査速度及び露光光量がそれぞれ所定の速度及び所定の光量となるよう、露光ユニット3を制御するとともに、各ラインの書き出しタイミングを調整することで、色ずれ補正制御を行う。
画像濃度制御は、画像形成装置100によって形成される画像の濃度特性が所望の濃度特性となるように、画像形成条件を補正するための制御である。画像形成装置100では、温度及び湿度条件、並びに各色の画像形成ステーションの使用の度合いに起因して、形成される画像(トナー像)の濃度特性が変化する。画像濃度制御は、このような変化を補正するために行われる。具体的には、中間転写ベルト12a上にテストパターン30を形成し、トナー検出ユニット31によるテストパターン30の検出結果に基づいて、所望の濃度特性が得られるように画像形成条件を調整する。なお、テストパターン30は、制御ユニット41によって生成されてもよいし、外部装置(例えばホストコンピュータ40)によって生成されてもよい。
次に、テストパターン30を検出するためのトナー検出ユニット31の構成について説明する。図4及び図5はそれぞれ、トナー検出ユニット31の構成例を示す斜視図及び概略的な断面図である。トナー検出ユニット31は、光学素子として、LED33(発光素子)及び2個の受光素子34,35を有する。図4に示すように、トナー検出ユニット31は、回路基板36に設けられた穴にハウジング37の突出部が挿入されることで、回路基板36に対してハウジング37が固定された構成を有する。ハウジング37は、遮光性を有する材料で形成され、LED33及び2個の受光素子34,35を覆っている。トナー検出ユニット31は、更に、保護カバー49(カバー部材)がハウジング37上に装着された構成を有する。保護カバー49は、透過性(光透過性)を有する材料で形成された部材であり、LED33及び2個の受光素子34,35の防塵のために、ハウジング37が形成している開口を覆っている。なお、図5は、回路基板36に対してハウジング37が固定され、かつ、ハウジング37上に保護カバー49が装着された状態を示している。
ここで、図5(A)に示す、LED33による光の照射領域54は、中間転写ベルト12aの外周面上(被照射体上)で、導光路60を通してLED33から光(第1照射光)が照射される領域(第1領域)に相当する。照射領域54は、導光路60の左角60LとLED33の一方の端部とを結ぶ光路と、導光路60の右角60RとLED33の他方の端部とを結ぶ光路と、によって規定される。
図5(A)に示す、受光素子34の受光可能領域55は、中間転写ベルト12aの外周面上(被照射体上)の領域(範囲)であって、当該領域への光の照射によって反射光が生じた場合に当該反射光を受光素子34が受光可能な領域に相当する。受光可能領域55は、導光路61の左角61Lと受光素子34の一方の端部を結ぶ直線と、導光路61の右角61Rと受光素子34の他方の端部とを結ぶ直線と、によって規定される。なお、図5の例では、受光可能領域55の一部の領域55'にのみLED33から光(第1照射光)が照射されるため、この領域55'からの反射光を受光素子34によって受光可能である。このように、本実施形態の受光素子34は、第1照射光が照射されて被照射体で正反射した正反射光を受光する第1受光素子の一例である。
本実施形態では、図5(B)に示すように、受光素子34は、LED33から出射され、導光路60内を光軸線50に沿って進み、中間転写ベルト12a上の領域55'で正反射した光を受光するために用いられる。領域55(領域55')で反射した正反射光のうち、領域57で反射して光軸線51に沿って進む正反射光が、受光素子34に到達して受光される。なお、領域55'内の、領域57以外の領域に照射された光の乱反射光も受光素子34によって受光される。
ここで、図6(A)は、本実施形態に対する比較例として示すトナー検出ユニット131の構成を示す断面図である。トナー検出ユニット131では、LED33(発光素子)から出射された光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ受光する2個の受光素子34,35は、独立した回路素子として回路基板136上に実装されている。また、このような実装に合わせて、ハウジング137には、LED33及び2個の受光素子34,35に対応する個別の開口部が設けられている。
本実施形態のトナー検出ユニット31は、受光素子34,35が、それぞれ異なる受光可能領域55,56(領域55',56')からの反射光を受光するように構成されている。このため、本実施形態のトナー検出ユニット31を用いると、中間転写ベルト12a上の2つの異なる領域(領域55',56')において同時にトナー(トナー像)を検出することが可能である。例えば、2個の受光素子34,35が、中間転写ベルト12aの表面の移動方向と直交する方向に沿って配置されるように、トナー検出ユニット31を配置する。この場合、受光素子34,35に対応する領域55',56'も、中間転写ベルト12aの表面の移動方向と直交する方向に沿って配置される。その結果、トナー検出ユニット31を用いると、領域55'及び領域56'をそれぞれ通過するトナー像(例えば、テストパターン30)を、中間転写ベルト12aの回転位相が同位相となるタイミングに検出することが可能である。
本実施形態のトナー検出ユニット31において、ハウジング37に対して装着された保護カバー49は、図5に示すように、ハウジング37への入口部分に形成された、導光路60,62,63側の第1開口と、導光路61側の第2開口とを覆っている。この保護カバー49によって、画像形成装置100内で生じる紙粉等の塵埃及び装置外部から侵入する塵埃がハウジング37内部に侵入することを防ぎ、そのような塵埃からLED33及び2個の受光素子34,35を保護している。
次に、図9乃至図14を参照して、本実施形態のトナー検出ユニット31の他の特徴について説明する。トナー検出ユニット31は、トナー検出精度をより高めるために、以下で説明するような遮光機能の少なくともいずれかを有していてもよい。
図9は、LED33から光が照射されて分離部材59で生じた反射光の遮光例を示す図である。分離部材59には、LED33に対向する面64に、LED33から光が照射される。本例では、分離部材59の面64からの反射光が、迷光として受光素子34,35によって受光されることを防止する。これを実現するために、遮光壁39は、図9に示すように、突起39aを有することによって、LED33から出射され、かつ、分離部材59の表面で反射して、受光素子34,35に向かう光を遮る高さを有するように形成されうる。突起39aによって、面64で反射した反射光が受光素子34,35に入射することを防止できる。
図10は、保護カバー49の、ハウジング37と対向している境界面49aで生じた反射光の遮光例を示す図である。図11は、保護カバー49の、ハウジング37と対向している境界面49bで生じた反射光の遮光例を示す図である。なお、保護カバー49は、境界面49aと、境界面49aとは反対側の境界面49bとを有する。保護カバー49は、ガラス、アクリル等の透過性を有する材質で構成されており、材質によって固有の屈折率を有している。境界面49a,49bは、大気中の屈折率と保護カバー49内の屈折率との間に差が生じる部分に相当する。このため、図12に示すように、境界面49a,49bでは、LED33からの照射光の一部は透過し、一部は反射する。
図13は、中間転写ベルト12a上の照射領域58からの反射光の遮光例を示す図である。トナー検出ユニット31では、受光可能領域55(領域55')からの正反射光を受光するための受光素子34によって、照射領域58からの反射光が受光されることは防止する必要がある。これを実現するために、遮光壁38は、突起38bを有することによって、照射領域58で乱反射して受光素子34に向かう光65を遮るように形成されうる。
第2実施形態では、受光素子35による受光光量を増加させるために、第1実施形態の保護カバー49に対して、第1照射光及び受光素子35によって受光される乱反射光の少なくともいずれかを集光する集光部材を設ける例について説明する。なお、以下では、第1実施形態と相違する点について説明する。
30:テストパターン、31:トナー検出ユニット、
33:LED、34,35:受光素子、36:回路基板
37:ハウジング、38,39:遮光壁、49:保護カバー、59:分離部材
Claims (27)
- 被照射体に照射される照射光を出射する発光素子と、
前記照射光を、前記被照射体の第1領域に照射される第1照射光と前記被照射体の第2領域に照射される第2照射光とに分離する分離部材であって、前記発光素子に対向する位置に設けられ、前記第1照射光が通過する第1導光路と前記第2照射光が通過する第2導光路に隔てる分離部材と、
前記第1照射光が照射されて前記被照射体の前記第1領域で正反射した正反射光を受光する第1受光素子と、
前記第2照射光が照射されて前記被照射体の前記第2領域で乱反射した乱反射光を受光する第2受光素子であって、前記第1受光素子と隣り合って配置される第2受光素子と、
前記発光素子、前記分離部材、前記第1受光素子、及び前記第2受光素子を内包するハウジングであって、前記被照射体と対向する面に第1開口と第2開口とを形成したハウジングと、を備え、
前記第1開口は、前記第1照射光及び前記第2照射光が通過し、かつ、前記第2受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する開口であり、前記第2開口は、前記第1受光素子によって受光される前記正反射光が通過する開口である
ことを特徴とする光学センサ。 - 前記第1開口及び前記第2開口を覆う、光透過性を有するカバー部材を更に備え、
前記分離部材は、前記発光素子と前記カバー部材との間の位置に設けられ、前記第1照射光と前記第2照射光と前記第2受光素子によって受光される前記乱反射光とを、前記カバー部材におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制する
ことを特徴とする請求項1に記載の光学センサ。 - 前記第1開口及び前記第2開口は、前記第1照射光と、前記被照射体で反射して前記第1受光素子によって受光される反射光とを、前記カバー部材におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制する
ことを特徴とする請求項2に記載の光学センサ。 - 前記発光素子と前記第1開口との間の領域において、前記第1照射光が通過する前記第1導光路の一部と前記第2受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第3導光路の一部とが重なっている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記ハウジングは、前記第2受光素子と前記第1開口との間の領域において、前記第1開口を通過した前記乱反射光を規制する第3開口であって、前記第2受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第3開口を形成している
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記ハウジングは、前記第1受光素子と前記第2受光素子とが実装された回路基板の実装面における前記第1受光素子の位置の、前記実装面に対して垂直方向の上方に設けられ、前記乱反射光以外の光が前記第2受光素子によって受光されないように遮光するための第1遮光壁を有する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の光学センサ。 - 前記カバー部材は、前記ハウジングと対向している第1境界面と、前記第1境界面とは反対側の第2境界面とを有し、
前記第1遮光壁は、前記発光素子の側へ突き出した突起であって、前記発光素子から出射され、かつ、前記第1境界面で反射して、前記第1受光素子及び前記第2受光素子に向かう光を遮るように形成された突起を有する
ことを特徴とする請求項6に記載の光学センサ。 - 前記突起は、更に、前記発光素子から出射され、前記第1境界面を透過し、かつ、前記第2境界面で反射して、前記第2受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項7に記載の光学センサ。 - 前記突起は、更に、前記被照射体上で前記第1照射光が照射される第1領域で乱反射して前記第2受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の光学センサ。 - 前記カバー部材は、前記ハウジングと対向している第1境界面と、前記第1境界面とは反対側の第2境界面とを有し、
前記第1遮光壁は、前記発光素子から出射され、前記第1境界面を透過し、かつ、前記第2境界面で反射して、前記第1受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項6から9のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第1遮光壁は、前記被照射体上で前記第2照射光が照射される第2領域で乱反射して前記第1受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項6から10のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第1遮光壁は、前記被照射体上で前記第1照射光が照射される第1領域で乱反射して前記第2受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項6から11のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記ハウジングは、前記発光素子と前記第2受光素子との間に設けられ、前記発光素子から出射された光が前記第1受光素子及び前記第2受光素子によって直接受光されないように遮光するための第2遮光壁を有する
ことを特徴とする請求項2、3、6から12のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第2遮光壁は、前記発光素子から出射され、かつ、前記分離部材の表面で反射して、前記第1受光素子及び前記第2受光素子に向かう光を遮る高さを有するように形成されている
ことを特徴とする請求項13に記載の光学センサ。 - 前記カバー部材は、前記ハウジングと対向している第1境界面と、前記第1境界面とは反対側の第2境界面とを有し、
前記第2遮光壁は、前記第1受光素子及び前記第2受光素子の側へ突き出した突起であって、前記発光素子から出射され、かつ、前記第1境界面で反射して、前記第1受光素子及び前記第2受光素子に向かう光を遮るように形成された突起を有する
ことを特徴とする請求項13又は14に記載の光学センサ。 - 前記第2遮光壁の前記突起の表面は、前記発光素子から出射され、かつ、前記第1境界面で反射した光を、前記第1受光素子及び前記第2受光素子に向けて反射させない角度を有するように形成されている
ことを特徴とする請求項15に記載の光学センサ。 - 前記分離部材の表面は、前記発光素子から出射された光を前記第1受光素子及び前記第2受光素子に向けて反射させない角度を有するように形成されている
ことを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記ハウジングは、
前記第1受光素子と前記第2受光素子とが実装された回路基板の実装面における前記第1受光素子の位置の、前記実装面に対して垂直方向の上方に設けられ、前記乱反射光以外の光が前記第2受光素子によって受光されないように遮光するための第1遮光壁と、
前記発光素子と前記第2受光素子との間に設けられ、前記発光素子から出射された光が前記第1受光素子及び前記第2受光素子によって直接受光されないように遮光するための第2遮光壁と、を有し、
前記第1遮光壁及び前記第2遮光壁は、前記第1開口と前記第2受光素子との間の領域において、前記第1開口を通過した前記乱反射光を規制する第3開口であって、前記第2受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第3開口を形成している
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記カバー部材は、前記カバー部材を透過する、前記第1照射光及び前記乱反射光との少なくともいずれかを集光する集光部材を有する
ことを特徴とする請求項2、3、6から15のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記集光部材は、円筒形状、球形状、楕円形状、又はフレネルレンズ形状のいずれかの形状を有する
ことを特徴とする請求項19に記載の光学センサ。 - 前記発光素子、前記第1受光素子及び前記第2受光素子は、一列に配置されており、
前記第2受光素子と前記発光素子との直線距離は、前記第1受光素子と前記発光素子との直線距離より短い
ことを特徴とする請求項1から20のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第1受光素子及び前記第2受光素子は、回路基板上で隣り合って配置されている
ことを特徴とする請求項1から21のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記分離部材は、前記ハウジングと一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項1から22のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 前記第1受光素子と前記第2受光素子とが、1つの集積回路として回路基板に実装されている
ことを特徴とする請求項1から23のいずれか1項に記載の光学センサ。 - 像担持体と、
前記像担持体に画像を形成する画像形成手段と、
請求項1から24のいずれか1項に記載の光学センサであって、前記像担持体の表面と対向する位置に設けられ、前記発光素子から、前記被照射体である前記像担持体に向けて光を照射する、前記光学センサと、
前記光学センサからの信号に基づいて、前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記像担持体に形成された画像が、前記第1照射光が照射される第1領域を通過する際に前記第1受光素子から出力される信号、及び前記像担持体に形成された画像が、前記第2照射光が照射される第2領域を通過する際に前記第2受光素子から出力される信号の少なくともいずれかに基づいて、前記画像の位置を検出し、検出した前記画像の位置に基づいて色ずれ補正制御を実行する
ことを特徴とする請求項25に記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記像担持体に形成された画像が、前記第1照射光が照射される第1領域を通過する際に前記第1受光素子から出力される信号、及び前記像担持体に形成された画像が、前記第2照射光が照射される第2領域を通過する際に前記第2受光素子から出力される信号の少なくともいずれかに基づいて、前記画像の濃度を検出し、検出した前記画像の濃度に基づいて、画像濃度制御を実行する
ことを特徴とする請求項25又は26に記載の画像形成装置。
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