JPH0950176A - トナー濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、潜像担持体３上のトナー量を精度
良く読み取ることができると共に、小型で、しかも、ト
ナー濃度測定装置７の取付け位置の誤差幅が大きいトナ
ー濃度測定装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明は、潜像担持体３上に形成された
トナー濃度検知用トナー像４のトナー濃度を読み取るト
ナー濃度測定装置７であって、所定の光量の光線束を発
する発光部１と、光線束を構成する光線の進行方向を略
平行にし、その平行光線からなる平行光線束を潜像担持
体３上に照射すると共に、トナー濃度検知用トナー像４
が形成された潜像担持体３による平行光線束の反射光線
束を集光する光学系２と、反射光線束が集光される位置
に配設され、受光した光量に応じたトナー濃度検出信号
を出力する反射光受光部５とからなるトナー濃度測定装
置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機等の画像形
成装置において、例えば感光体等の潜像担持体上に形成
するトナー像のトナー濃度を安定化させるために利用さ
れるトナー濃度測定装置に係り、詳しくは、潜像担持体
上に形成されたトナー濃度検知用トナー像のトナー濃度
を検知するトナー濃度測定装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置においては、潜像担持体の
帯電特性、露光手段の出力光強度、現像剤の帯電特性等
が環境条件の変化や経時的な劣化の度合いに応じて変化
し、これらの特性が微妙に変化しただけでも潜像担持体
上に形成されるトナー像のトナー濃度は変化してしま
う。特に、カラー画像形成装置においては、各色のトナ
ー像のトナー濃度が微妙に変化しただけでも、カラー画
像の色調や中間調画像の画質、濃度が変化してしまうの
で、このトナー濃度の変化の問題は重要である。また、
カラー画像形成装置では、画像が中間調を有するため、
各中間調におけるトナー濃度を狭い範囲内に安定させる
必要があって、潜像担持体上のトナー量を精度良く検知
する必要がある。

【０００３】その為、上記トナー濃度を安定させるため
の様々な自動制御方法が提案されている。そして、これ
らの自動制御方法は、潜像担持体上にトナー濃度検知用
トナー像（いわゆるパッチ）を形成し、そのトナー濃度
をトナー濃度測定装置により検知し、その検知したトナ
ー濃度の値に応じて適当な濃度制御を行うものが一般的
である。また、上記トナー濃度測定装置としては、トナ
ー濃度検知用トナー像が形成された潜像担持体に対して
所定の光量の光線を照射する発光部と、該光線の反射光
線を受光する受光部とからなり、受光部が受光光量に応
じたトナー濃度検出信号を出力することで、トナー濃度
を検知するものが一般的である。

【０００４】ところで、上記トナー濃度測定装置では、
発光部により潜像担持体に照射された光線は、潜像担持
体等に吸収される以外は、主に、潜像担持体により正反
射されたり、トナーにより散乱反射されたりする。ま
た、上記正反射光線の光量は、潜像担持体上のトナー量
が増加するにつれて減少する一方で、上記散乱反射光線
の光量は、潜像担持体上のトナー量が増加すると共に増
加する。その為、上記トナー濃度測定装置により潜像担
持体上のトナー量を検知するためには、反射光線の正反
射光線成分と散乱反射光線成分とを分離して受光する必
要がある。

【０００５】その為、従来においては、潜像担持体に対
向してスリットを配設すると共に、そのスリットの奥
（潜像担持体と反対側）に受光部を配設している（実開
昭５５−１６２２５３号公報を参照）。また、発光部も
スリットの奥に配設する場合もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ト
ナー濃度測定装置では、潜像担持体上のトナー量を精度
良く検知するためには、正反射光線成分と散乱反射光線
成分とを高精度で分離する必要があり、スリットの深さ
を深くしなければならない。

【０００７】そして、スリットの深さが深くなればなる
程、トナー濃度測定装置はその長さが長くなって大型化
せざるを得なくなり、また、設計の自由度も少なくな
る。特に、正反射光線を受光する場合においては、発光
部と受光部とは一定の角度をなして配設される必要があ
るため、スリットが深くなればなる程、発光部と受光部
との間隔が広がり、単にトナー濃度測定装置の長さが長
くなるばかりでなくその幅も広がり、トナー濃度測定装
置は顕著に大型化せざるを得なくなる。

【０００８】また、スリットの深さが深くなればなる
程、正反射光線あるいは散乱反射光線をスリットの奥に
配設された受光部に適当に照射するようにするために
は、受光部、スリット、潜像担持体等を高い位置精度で
配設する必要があるため、トナー濃度測定装置の取付け
位置精度に高い精度が要求されるようになる。その為、
トナー濃度測定装置や潜像担持体の取付け作業や交換作
業に手間がかかると共に、該部品交換に伴う相対的な位
置変動や潜像担持体の偏心等による光量減少が問題とな
る。

【０００９】従って、本発明の目的は、潜像担持体上の
トナー量を精度良く検知することができると共に、小型
で、しかも、トナー濃度測定装置の取付け位置の許容誤
差が大きいトナー濃度測定装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本願の第一の
発明は、潜像担持体上に形成されたトナー濃度検知用ト
ナー像のトナー濃度を検知するトナー濃度測定装置であ
って、所定の光量の光線束を発する発光部と、光線束を
構成する光線の進行方向を略平行にし、その平行光線か
らなる平行光線束を潜像担持体上に照射すると共に、ト
ナー濃度検知用トナー像が形成された潜像担持体による
平行光線束の正反射光線束を集光する光学系と、正反射
光線束が集光される位置に配設され、受光した光量に応
じたトナー濃度検出信号を出力する正反射光受光部とか
らなるトナー濃度測定装置である。

【００１１】また、本願の第二の発明は、潜像担持体上
に形成されたトナー濃度検知用トナー像のトナー濃度を
検知するトナー濃度測定装置であって、所定の光量の光
線束を発する発光部と、光線束を構成する光線の進行方
向を略平行にし、その平行光線からなる平行光線束を潜
像担持体上に照射すると共に、トナー濃度検知用トナー
像が形成された潜像担持体による平行光線束の散乱反射
光線束を集光する光学系と、散乱反射光線束が集光され
る位置に配設され、受光した光量に応じたトナー濃度検
出信号を出力する散乱反射光受光部とからなるトナー濃
度測定装置である。

【００１２】本発明において、上記発光部は、所定の光
量の光線束を発するものであればよく、例えば、発光ダ
イオードがある。そして、上記発光部の発する光線束の
波長は、任意のものを使用することができるが、潜像担
持体に吸収され難い波長が好ましく、例えば潜像担持体
として感光体を使用する場合には８００〜２０００ｎｍ
付近の波長が好ましい。なお、上記発光部から発せられ
る光線束の広がり角度は制限しても、しなくてもよい。

【００１３】上記光学系は、上記発光部から発せられた
光線束を構成する光線の進行方向を略平行にし、その平
行光線からなる平行光線束を潜像担持体上に照射すると
共に、トナー濃度検知用トナー像が形成された潜像担持
体による平行光線束の正反射光線束及び／又は散乱反射
光線束を集光するものであればよく、例えば、一定曲率
の凸レンズを用いて、そのレンズの中心軸上から外れた
無限遠焦点面上の位置に上記発光部が来るように配設す
ればよい。なお、上記無限遠焦点面とは、無限遠焦点を
含み、レンズの中心軸に対して垂直な面を意味する。

【００１４】そして、上記凸レンズの曲率は、特に制限
されることは無いが、曲率が大きい程、無限遠焦点距離
が短くなって凸レンズと上記発光部との間隔を小さくす
ることができ、また、曲率が小さい程、凸レンズと潜像
担持体との間隔を大きくとることができる。また、上記
凸レンズの大きさは、特に制限されることは無いが、小
さい程小型化が可能であり、また、大きい程、反射光線
束を集光することができる範囲が広くなるので、凸レン
ズに対する潜像担持体の配設間隔の許容幅、つまりトナ
ー濃度測定装置の取付け位置の許容誤差を大きくとるこ
とができる。

【００１５】更に、上記凸レンズに対する潜像担持体の
配設間隔は、特に制限されることは無いが、散乱反射光
線束を集光する場合には、凸レンズの無限遠焦点距離に
等しいほうが散乱反射光線束を構成する光線の進行方向
を略平行にすることができ、散乱反射光受光部に入射さ
れる散乱反射光線束の光量を安定にすることができる。

【００１６】上記正反射光受光部は、正反射光線束が集
光される位置に配設されて受光した光量に応じたトナー
濃度検出信号を出力するものであればよく、例えばフォ
トダイオードを用いて、それを上記凸レンズの無限遠焦
点面内で、且つ、上記発光部に対して共役の位置に配設
すればよい。

【００１７】上記散乱反射光受光部は、散乱反射光束が
集光される位置に配設されて受光した光量に応じたトナ
ー濃度検出信号を出力するものであればよく、例えばフ
ォトダイオードを用いて、それを上記凸レンズの無限遠
焦点位置に配設すればよい。

【００１８】そして、これら受光部に使用されるフォト
ダイオードとしては、如何なるものでもよいが、その受
光面積が大きいほど受光光量を増加させることができ
る。また、受光光量を増加させるために、複数のフォト
ダイオードを使用し、その光量の和に応じてトナー濃度
検出信号を出力するようにしてもよい。この技術は、特
に、光量が不足しがちな散乱反射光線束を受光する際に
有効である。

【００１９】なお、上記正反射光受光部と上記散乱反射
光受光部とは、光学系の無限遠焦点面内の異なる位置に
配設することができるので、同時に使用することができ
る。また、上記発光部、上記正反射光受光部及び上記散
乱反射光受光部を同一基板上に配設して、その基板を上
記光学系の無限遠焦点面に配設することで、これら発光
部と受光部との相対位置を精度良く設定することができ
る。また、正反射光線束は、潜像担持体上に付着したト
ナーの量が少ない場合のトナー濃度の測定に適してお
り、また、散乱反射光線束は、潜像担持体上に付着した
トナーの量が多い場合のトナー濃度の測定に適してい
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】第一の発明では、発光部から発せ
られた所定の光量の光線束は、光学系により光線束を構
成する光線の進行方向を略平行にされて、トナー濃度検
知用トナー像が形成された潜像担持体に照射される一方
で、上記平行光線束の正反射光線束は光学系により集光
されて正反射光受光部に入射されて、正反射光受光部が
受光した光量に応じたトナー濃度検出信号を出力するこ
とで、上記トナー濃度検知用トナー像のトナー濃度を検
知する。

【００２１】そして、第一の発明では、光学系により正
反射光線束を集光してそれを受光部に入射するようにし
たので、正反射光線束と散乱反射光線束とを分離するこ
とができると共に、受光部に入射する正反射光線束の光
量を増加させることができる。

【００２２】また、第一の発明では、光学系により発光
部からの光線を潜像担持体上に照射するようにすると共
に、潜像担持体による光線の正反射光線を受光部に集光
するようにしたので、発光部と受光部とを近接して配置
することができる。また、光学系により正反射光線束を
集光してそれを受光部に入射するようにしたので、受光
部に入射する光の正反射光の光量を増加することができ
ると共に、潜像担持体と受光部との間隔を狭めることが
できる。

【００２３】更に、第一の発明では、潜像担持体に対し
て平行光線束を照射するようにしたので、正反射光線束
は、トナー濃度検出装置と潜像担持体との距離が変動し
ても所定の角度方向に反射し、光学系に対して所定の角
度で入射する。そして、光学系は同じ入射角度で入射す
る光を同じ位置に集光するので、受光部には同じ光量の
正反射光線束が入射する。

【００２４】第二の発明では、発光部から発せられた所
定の光量の光線束は、光学系により光線束を構成する光
線の進行方向を略平行にされて、トナー濃度検知用トナ
ー像が形成された潜像担持体に照射される一方で、上記
平行光線束の散乱反射光線束は光学系により集光されて
散乱反射光受光部に入射して、散乱反射光受光部が受光
した光量に応じたトナー濃度検出信号を出力すること
で、上記トナー濃度検知用トナー像のトナー濃度を検知
する。

【００２５】そして、第二の発明では、光学系により散
乱反射光線束を集光してそれを受光部に入射するように
したので、散乱反射光線束と正反射光線束とを分離する
ことができると共に、受光部に入射する散乱反射光線束
の光量を増加させることができる。

【００２６】また、第二の発明では、光学系により発光
部からの光線を屈折させて潜像担持体上に照射するよう
にすると共に、光学系により散乱反射光線束を集光して
それを受光部に入射するようにしたので、受光部に入射
する光の散乱反射光の光量を増加することができると共
に、潜像担持体と受光部との間隔を狭めることができ
る。

【００２７】更に、第二の発明では、トナー濃度検出装
置と潜像担持体との距離が変動しても、所定の広がり角
度における散乱反射光線束は、光学系により集光されて
散乱反射光受光部に入射するので、受光部には同じ光量
の散乱反射光線束が入射する。

【００２８】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
説明する。

【００２９】実施例１ 図１に本発明の実施例１に係るトナー濃度測定装置７を
示す。このトナー濃度測定装置７は、所定の光量の光線
束を発する１つの発光ダイオード１と、受光した光量に
応じたトナー濃度検出信号を出力する１つのフォトセン
サ５と、これらが配設された基板６と、上記発光ダイオ
ード１の発光面及びフォトセンサ５の受光面が無限遠焦
点面内の共役位置になるように配設された一定曲率の１
つの凸レンズ２とを有し、上記凸レンズ２の光軸に対し
て垂直になるように感光体３が対向配置されている。

【００３０】従って、上記発光ダイオード１と上記フォ
トセンサ５とは互いに共役の位置にあればいいので、そ
れらの配設間隔を狭くすることができ、また、凸レンズ
２と基板６との配設間隔も凸レンズ２の無限遠焦点距離
ｆに設定されて狭いので、トナー濃度測定装置７を小型
に形成することができる。

【００３１】そして、上記発光ダイオード１から発せら
れた所定の光量の光線束は、凸レンズ２によりそれを構
成する各光線の進行方向を略平行にされて、感光体３に
照射される。また、上記平行光線束の正反射光線束は凸
レンズ２により集光されてフォトセンサ５に入射され
る。従って、フォトセンサ５に入射される正反射光線束
の光量も多くなる。

【００３２】その為、感光体３上にトナー濃度検知用ト
ナー像４が形成されていない場合には、平行光線束のほ
とんどが感光体３表面で反射されて正反射光線束となっ
てフォトセンサ５に入射され、また、感光体３上にトナ
ー濃度検知用トナー像４が形成されている場合には、そ
のトナー像４により平行光線束が散乱され、その散乱反
射光線束の光量はトナー量（トナー濃度）に応じて増加
するので、トナー量の増加に伴って正反射光線束の光量
は減少する。従って、上記フォトセンサ５は受光した光
量に応じてトナー濃度検出信号を出力することができ、
上記トナー濃度検知用トナー像４のトナー濃度を検知す
ることができる。

【００３３】また、図２に示すように、感光体３の位置
を凸レンズ２の光軸方向に移動させても（破線）、平行
光線束は感光体３に対して同じ角度で入射するので、そ
の正反射光線束も凸レンズ２に対して同じ角度で入射す
る（一点鎖線）。また、凸レンズ２は同じ角度で入射す
る光線を同じ位置に集光するので、フォトセンサ５には
同じ光量の正反射光線束を入射することができる（一点
鎖線）。従って、凸レンズ２と感光体３との距離が変動
しても、フォトセンサ５に同じ光量の正反射光線束を入
射することができるので、トナー濃度測定装置７の取付
け位置の許容誤差が大きいと言える。

【００３４】実施例２ 図３に本発明の実施例２に係るトナー濃度測定装置７を
示す。このトナー濃度測定装置７は、所定の光量の光線
束を発する１つの発光ダイオード１と、複数のフォトセ
ンサからなり、全てのフォトセンサが受光した光量の和
に応じたトナー濃度検出信号を出力する散乱反射光受光
部８と、これらが配設された基板６と、上記散乱反射光
受光部８の中心が光軸上に位置し、且つ、上記発光ダイ
オード１の発光面が無限遠焦点面内に位置するように配
設された一定曲率の１つの凸レンズ２とを有し、上記凸
レンズ２のもう一つの無限遠焦点面の位置に感光体３が
対向配置されている。なお、上記散乱反射光受光部８の
各フォトセンサは、発光ダイオード１に対する凸レンズ
２の共役位置には無く、発光ダイオード１とその共役位
置との間に位置している。

【００３５】従って、上記散乱反射光受光部８と上記フ
ォトセンサ２とは隣接して配置されてそれらの配設間隔
が狭く、また、凸レンズ２と基板６との配設間隔も凸レ
ンズ２の無限遠焦点距離ｆに設定されて狭いので、トナ
ー濃度測定装置７を小型に形成することができる。

【００３６】そして、上記発光ダイオード１から発せら
れた所定の光量の光線束は、凸レンズ２によりそれを構
成する各光線の進行方向を略平行にされて、感光体３に
照射される。また、上記平行光線束の所定の広がり角度
Θにおける散乱反射光線束は凸レンズ２により集光され
て散乱反射光受光部８に入射される。従って、散乱反射
光受光部８に入射される散乱反射光線束の光量も多くな
る。

【００３７】その為、感光体３上にトナー濃度検知用ト
ナー像４が形成されていない場合には、平行光線束は正
反射するので、所定の広がり角度Θにおける散乱反射光
線束は無く、また、感光体３上にトナー濃度検知用トナ
ー像４が形成されている場合には、そのトナーにより平
行光線束が散乱され、その散乱反射光線束の所定の広が
り角度Θにおける光量はトナー量（トナー濃度）に応じ
て増加するので、トナー量の増加に伴って所定の広がり
角度Θにおける散乱反射光線束は増加する。従って、上
記散乱反射光受光部８は受光した光量に応じてトナー濃
度検出信号を出力することができ、上記トナー濃度検知
用トナー像のトナー濃度を検知することができる。

【００３８】また、図４に示すように、感光体３の位置
を凸レンズの光軸方向に移動させても（点線）、平行光
線束は感光体３に対して同じ角度で入射し、所定の広が
り角度Θにおける散乱反射光線束は凸レンズ２により同
じ位置に集光される（一点鎖線）。従って、凸レンズ２
と感光体３との距離が変動しても、散乱反射光受光部８
に同じ光量の散乱反射光線束を入射することができるの
で、トナー濃度測定装置７の取付け位置の許容誤差が大
きいと言える。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、第一の発明では、
発光部からの光線を光学系により屈折させて潜像担持体
上に照射すると共に、潜像担持体による光線の正反射光
線を屈折させて受光部に集光して、受光部に入射する総
光量に対する正反射光線の光量を大きくすると共に、受
光部を発光部や潜像担持体に近接して配設するようにし
たので、潜像担持体上のトナー量を精度良く検知するこ
とができると共に、小型化することができる。

【００４０】また、第一の発明では、潜像担持体に対し
て所定の角度から平行光線束を照射すると共に、光学系
により正反射光線束を集光して、光学系（トナー濃度検
出装置）と潜像担持体との距離が変動しても受光部に同
じ光量の正反射光線束が入射するようにしたので、潜像
担持体上のトナー量を精度良く検知することができると
共に、トナー濃度測定装置の取付け位置の許容誤差が大
きい。

【００４１】一方、第二の発明では、発光部からの光線
を光学系により屈折させて潜像担持体上に照射すると共
に、潜像担持体による光線の散乱反射光線を集光して受
光部に入射して、受光部に入射する総光量に対する散乱
反射光線束の光量を大きくすると共に、受光部を発光部
や潜像担持体に近接して配設するようにしたので、潜像
担持体上のトナー量を精度良く検知することができると
共に、小型化することができる。

【００４２】また、第二の発明では、潜像担持体に対し
て所定の角度から平行光線束を照射すると共に、光学系
により正反射光線束を集光して、光学系（トナー濃度検
出装置）と潜像担持体との距離が変動しても受光部に同
じ広がり角度の散乱反射光線束が入射するようにしたの
で、潜像担持体上のトナー量を精度良く検知することが
できると共に、トナー濃度測定装置の取付け位置の許容
誤差が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係るトナー濃度測定装置
の要部構成図。

【図２】 図１のトナー濃度測定装置において、感光体
との距離が変動した場合の光線束のふるまいの説明図。

【図３】 本発明の実施例２に係るトナー濃度測定装置
の要部構成図。

【図４】 図３のトナー濃度測定装置において、感光体
との距離が変動した場合の光線束のふるまいの説明図。

【符号の説明】

１：発光部、２：光学系、３：感光体（潜像担持体）、
４：トナー濃度検知用トナー像、５：正反射光受光部、
８：散乱反射光受光部、７：トナー濃度測定装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潜像担持体上に形成されたトナー濃度検
   知用トナー像のトナー濃度を検知するトナー濃度測定装
   置であって、所定の光量の光線束を発する発光部と、光
   線束を構成する光線の進行方向を略平行にし、その平行
   光線からなる平行光線束を潜像担持体上に照射すると共
   に、トナー濃度検知用トナー像が形成された潜像担持体
   による平行光線束の正反射光線束を集光する光学系と、
   正反射光線束が集光される位置に配設され、受光した光
   量に応じたトナー濃度検出信号を出力する正反射光受光
   部とからなることを特徴とするトナー濃度測定装置。
2. 【請求項２】 潜像担持体上に形成されたトナー濃度検
   知用トナー像のトナー濃度を検知するトナー濃度測定装
   置であって、所定の光量の光線束を発する発光部と、光
   線束を構成する光線の進行方向を略平行にし、その平行
   光線からなる平行光線束を潜像担持体上に照射すると共
   に、トナー濃度検知用トナー像が形成された潜像担持体
   による平行光線束の散乱反射光線束を集光する光学系
   と、散乱反射光線束が集光される位置に配設され、受光
   した光量に応じたトナー濃度検出信号を出力する散乱反
   射光受光部とからなることを特徴とするトナー濃度測定
   装置。