JPH11194663A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JPH11194663A
JPH11194663A JP9368875A JP36887597A JPH11194663A JP H11194663 A JPH11194663 A JP H11194663A JP 9368875 A JP9368875 A JP 9368875A JP 36887597 A JP36887597 A JP 36887597A JP H11194663 A JPH11194663 A JP H11194663A
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light
emitting element
light emitting
image forming
receiving element
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JP9368875A
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Minoru Hayashizaki
実 林崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光素子の電流量を変化する手段を付加する
か、或いは、発光素子をパルス点灯することにより、外
乱光の影響を受けることなく、高精度の測定が可能で、
又、雰囲気温度などの影響を受けることがなく、更に
は、発光素子の温度特性や経時変化により充分な光量が
得られない場合或いは発光素子や受光素子の個々のばら
つきがあっても、高精度の測定を可能とし、常に良好な
画像形成を行うことのできる画像像形成装置を提供す
る。 【解決手段】 発光素子101と受光素子201を備
え、測定対象が散乱や吸収等を持つ媒質である被測定物
に発光素子101から光を照射し、被測定物からの反射
光或いは透過光を受光素子201にて検知し、測定対象
である媒質の存在や媒質の量による反射率や透過率の変
化を検出する光学検出装置を有し、光学検出装置は、更
に、発光素子101から被測定物に入射する光線を断続
的に遮断する手段110、150を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子写真プ
ロセスを利用した複写機、プリンタ、ファックスなどの
画像形成装置に関するものであり、特に、反射型、透過
型の光学センサーにより、紙、トナーの濃度や量など、
測定対象が散乱や吸収などを持つ媒質であり、媒質の存
在や量を検出する光学検出装置を備えた画像形成装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば電子写真プロセスを用いた
複写機においては、転写紙搬送通路における転写紙の有
無の検出、現像装置内のトナー量の検出、感光体ドラム
上の画像濃度の測定など様々な用途にて、フォトインタ
ラプタ等のような発光素子と受光素子を組み合わせたセ
ンサー、即ち、光学検出装置が広く用いられている。
【0003】つまり、光学検出装置は、発光部と受光部
との組み合わせで構成されており、発光部からの光が測
定対象物により遮られるかどうかにより検出を行った
り、測定対象物の反射率や透過率による光量の変化によ
り測定対象物の量を検出したり、又、光量変化の時間幅
により測定対象物の量を検出したりしていた。
【0004】光学検出装置の一例を図7に示す。光学検
出装置としての構成は非常に単純で、図7に示すよう
に、発光素子101を備えた発光部と、受光素子201
を備えた受光部とを備え、発光素子101から受光素子
201までの光路に被測定物Sが来るように配置し、発
光素子101から被測定物201に発射された光線の反
射光(或いは透過光)の変化を検出する構成とされてい
る。
【0005】発光素子101に赤外発光ダイオード(L
ED)を、又、受光素子201にフォトトランジスタを
用いる場合の検出回路の一例を図8に示す。検出回路
は、受光部と発光部のそれぞれのドライブ回路100及
び200を有する。ここでは、発光素子101の例とし
てLEDを、受光素子201の例としてフォトトランジ
スタを用いたが、波長、光量等必要なスペックを満たせ
ば他のものを用いても良い。
【0006】図8の検出回路において、装置本体に設け
た制御手段(CPU)50からのLEDON信号がHi
になると、トランジスタQ1がターンオンし、抵抗R1
により定められた電流I1がLED101に流れ発光状
態となる。この光がフォトトランジスタ201に入射す
るとフォトトランジスタ201に光電流が現れ、フォト
トランジスタ201とダーリントン接続されたトランジ
スタQ2が飽和するまでは光量に比例した電流I2が流
れる。この出力電流I2によりPTSNS信号端子に電
圧が現れる。この出力信号は制御手段(CPU)50の
A/D入力ポートに入力される。
【0007】この信号により被測定物が存在するかどう
か、その量はどれくらいかを判定する。この判定方法は
様々であるが、その一例を以下に示す。
【0008】先ず、予めある電圧閾値を設定する。この
電圧は理論上は勿論、実験によっても最適な値である必
要があり、実際には環境の変化、素子寿命など様々な変
化要因を与えて最適値を決定する。このようにして実験
的に決めた閾値に対して測定値がどうであるかにより被
測定物の状態を判定する。つまり、測定された入力電圧
をA/Dコンバータでデジタル値に変換し、CPUでの
演算により閾値レベル以上かどうかの判定を行う。アナ
ログの比較回路により閾値判定を行い、結果をCPUの
デジタル入力ポートに入力しても良い。この場合には、
遮光するものがあるか、無いか、の2値判断になるが、
時間的な変化により、量の変化を行うこともできる。
【0009】実際には、1度だけのサンプリングデータ
で判定するのは危険であるため、1回以上のサンプリン
グを行い判定を行っている。アナログ回路による判定の
場合には積分回路を設けるなど、周波数ゲインを下げた
状態にして判定を行っている。
【0010】例えば、現像容器、カートリッジなどにお
けるトナー残量検出の場合には、トナー攪拌により、時
間軸に対する検出電圧の変化が、図9のように現れる。
この変化の仕方はトナーの量により変わってくる。この
検出には、やはり実験によって得られる適当な閾値電圧
を設定し、閾値電圧以下となる時間を計測する形で行っ
ている。数十msの間隔でサンプリングを行い、閾値以
上となったときにカウンタをインクリメントする。ある
一定時間経過後にあるカウント数以上であれば、カート
リッジ内のトナー量が少なくなったと判断するようにな
っている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例による方法では、外乱光が入らない測定系によって
は正確な測定ができるものの、光路の、特に受光素子2
01の受光面に外乱光が入射した場合、それがそのまま
出力電圧に影響を及ぼし、測定誤差となってしまう場合
があった。又、雰囲気温度の上昇などにより受光素子2
01の感度が上昇したり受光部のゲインが上昇した場合
に、受光素子に光が当たっていない状態の時に流れる暗
電流の影響が現れてしまうことがあった。
【0012】更に、発光素子101の温度特性や経時変
化により充分な光量が得られない場合には測定が行えな
いこと、発光素子101や受光素子201の個々のばら
つきにより組み合わせ次第では測定が行えないものが出
てくる、等の問題があった。
【0013】従って、本発明の目的は、以上の問題を解
決することであり、発光素子の電流量を変化する手段を
付加するか、或いは、発光素子をパルス点灯することに
より、外乱光の影響を受けることなく、高精度の測定が
可能で、又、雰囲気温度などの影響を受けることがな
く、更には、発光素子の温度特性や経時変化により充分
な光量が得られない場合或いは発光素子や受光素子の個
々のばらつきがあっても、高精度の測定を可能とし、常
に良好な画像形成を行うことのできる画像像形成装置を
提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
像担持体上にトナー像を形成し、トナー像を記録材に転
写して画像を得る画像形成装置において、発光素子と受
光素子を備え、測定対象が散乱や吸収等を持つ媒質であ
る被測定物に前記発光素子から光を照射し、被測定物か
らの反射光或いは透過光を受光素子にて検知し、測定対
象である媒質の存在や媒質の量による反射率や透過率の
変化を検出する光学検出装置を有しており、前記光学検
出装置は、更に、前記発光素子から被測定物に入射する
光線を断続的に遮断する手段を有することを特徴とする
画像形成装置である。
【0015】本発明の一実施態様によると、前記光線遮
断手段は、発光素子からの入射光強度を周期的に変化さ
せる手段であり、発光素子に流す電流値を決定する電流
制御回路と、パルスの時間幅の制御を行う制御回路とを
有し、前記電流制御回路は定電流源のシンク電流値を決
定し、前記時間幅制御回路は、前記電流制御回路にて発
光素子の電流制御に用いた入力電圧でパルスの時間幅を
制御する。又、他の実施態様によると、前記光線遮断手
段は、発光素子に隣接して配置されたメカニカルチョッ
パである。
【0016】本発明の他の実施態様によると、発光素子
への供給電力を変化させる手段を有する。このとき、好
ましくは、前記発光素子の発光時及び非発光時の前記受
光素子の電圧データを少なくとも1回は比較する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置
を図面に則して更に詳しく説明する。
【0018】図1に、本発明に係る画像形成装置の一実
施例である電子写真複写機の概略構成を示す。本実施例
にて電子写真複写機は、装置本体1のほぼ中央に、像担
持体としての円筒状の電子写真感光体、即ち、感光体ド
ラム2を備えている。感光体ドラム2は、装置本体1に
よって矢印R1方向に回転自在に支持されており、感光
体ドラム2の周囲には、その回転方向に沿って順に、感
光体ドラム2上の電位を消去する除電器3、感光体ドラ
ム2表面を一様に帯電する一次帯電器(帯電手段)4、
感光体ドラム2表面を露光して静電潜像を形成する露光
装置(露光手段)5、露光後の感光体ドラム2上の電位
を測定する電位センサ6、感光体ドラム2上に形成され
た静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現
像装置(現像手段)7、転写材P上にトナー像を転写す
る転写帯電器(転写手段)8、記録材、例えば転写紙P
を感光体ドラム2から分離する分離帯電器(分離手段)
9、感光体ドラム2上の残留トナーを除去するクリーニ
ング装置10が配置されている。
【0019】トナー像の転写先となる転写紙Pは、給紙
デッキ11から給紙される。感光体ドラム2の下方、つ
まり装置本体1内側の下部には、転写紙Pを収納する給
紙デッキ11が配置されている。給紙デッキ11内の転
写紙Pは、給紙ローラ12によって給紙され、搬送ロー
ラ13、レジストローラ15を介して、感光体ドラム2
と転写帯電器8との間に供給される。転写紙Pは、ここ
で感光体ドラム2からトナー像を転写され、搬送ベルト
16によって、定着器17に搬送される。定着器17に
よってトナー像が転写された転写紙Pは、最終的なコピ
ーとして、排紙ローラ19によって排紙トレイ20上に
排紙される。
【0020】本実施例にて、露光装置5は、プラテンガ
ラス21上に載置された原稿を原稿照明ランプ22と反
射板23とにより照明し、原稿画像からの反射光を、ミ
ラー25a、25b、25cでさらに反射させ、拡大縮
小レンズ26を通過させた後、投影ミラー27を介して
感光体ドラム2表面に導く。これにより、一様に帯電さ
れている感光体ドラム2表面を露光し、原稿画像に対応
した静電潜像を形成する。
【0021】光学検出装置は、上記構成の複写機におい
て、転写紙搬送通路における転写紙Pの有無の検出、現
像装置7内のトナー量の検出、感光体ドラム2上の画像
濃度の測定など様々な用途にて使用することができる。
以下に、本発明の特徴をなす光学検出装置を実施例につ
いて説明する。
【0022】実施例1 図2に本発明の特徴をなす光学検出装置の一実施例を示
す。本実施例において、光学検出装置の全体構成は、先
に図7を参照して説明した従来の光学検出装置と同様の
構成を有している。
【0023】つまり、図7にて、本実施例の光学検出装
置は、発光部を構成する発光素子101と、受光部を構
成する受光素子201とを有し、発光素子101から発
射される光線は、スリット102及びビームスプリッタ
104を通って被測定物Sに照射され、被測定物Sにて
反射された光線は受光素子201へと入射される。
【0024】本実施例では、発光素子101から発射さ
れる光線は、その一部が、上述のビームスプリッタ10
4により反射され、補正用受光素子103にも入射され
る。補正用受光素子の作用については後述する。
【0025】図2に光学検出装置の一実施例に係る検出
回路を示す。本実施例によると、検出回路は、発光部回
路100と受光部回路200とを有し、発光部回路10
0は、発光素子101に流す電流値iを決定する電流制
御回路110と、パルスの時間幅の制御を行う制御回路
150とを有する。受光部回路200は、図8に示した
従来の受光部回路と何ら変わるところはない。
【0026】更に説明すると、電流制御回路110は、
オペアンプ111、FET112、トランジスタ11
3、抵抗114、115、116、を有し、電圧制御電
流源を構成する。オペアンプ111の+入力端子は、C
PUのD/Aポートに接続され、−入力端子は、トラン
ジスタ113のエミッタ端子及び抵抗116の一端に接
続される。オペアンプ111の出力端は、FET112
ゲート端子に接続され、又、FET112のドレイン端
子はトランジスタ113のコレクタ端子に、FET11
2のソース端子はトランジスタ113のベース端子に接
続される。
【0027】トランジスタ113のコレクタ端子には発
光素子101のための電源Vddが接続される。又、上
述のように、制御電圧としてCPUのD/Aポート出力
電圧が電圧制御電流源、即ち、オペアンプ111の+入
力端に接続されており、従って、オペアンプ111の−
入力端子電圧はオペアンプ+入力側に入力された電圧と
等しくなり、この電圧と抵抗116により定電流源のシ
ンク電流値iが決定される。
【0028】これにより発光素子101の個体間のばら
つきや温度による発光効率の変化、測定後のゲイン変
化、素子の劣化に伴う経時変化を補正することができ
る。
【0029】一方、時間幅制御回路150は、電圧制御
電流源110にて発光素子101の電流制御に用いた入
力電圧でパルスの時間幅を制御する。
【0030】つまり、制御回路150は、コンパレータ
151、トランジスタ152、153、154、コンデ
ンサ155、抵抗156、157、158を備えてい
る。コンパレータ151の一方の入力端には、CPUの
D/Aポート出力電圧が入力され、他端は抵抗158、
156を介してトランジスタ152のコレクタ端子に接
続されている。コンパレータ151の出力端は、トラン
ジスタ153のベース端子に接続されている。又、トラ
ンジスタ152のベース端子は、CPUのトリガ入力端
子に接続されており、CPUの時間幅信号が入力され
る。このトリガ入力端子よりの信号は、トランジスタ1
54のベース端子にも入力される。トランジスタ154
のコレクタ端子は、トランジスタ153のエミッタ端子
と接続され、トランジスタのエミッタ端子は発光素子1
01に接続されている。
【0031】上記構成にて、コンデンサ155には、始
め5Vの電圧が現れている。CPUの時間幅信号がトリ
ガ入力端子よりトランジスタ152に入力されると、ト
ランジスタ152、153、154がONし、定電流i
が流れ始める。同時にコンデンサ155は放電を始め、
電圧が下がり始める。このコンデンサ155の電圧と入
力電圧をコンパレータ151により比較し、入力電圧よ
り小さくなったらトランジスタ153をOFFする。こ
れにより回路に流れていたシンク電流iが流れなくな
る。このようにして、発光素子101は所定の時間幅に
て、パルス点灯される。
【0032】発光素子101の最大出力強度は、発光素
子101に流す電流による素子の温度上昇と素子の耐熱
温度により決まる。即ち、電流が大き過ぎると素子の温
度が高くなり、発光素子101に不可逆的なダメージを
与えてしまうことになる。一般に、パルス発光にしてパ
ルス幅を短くすることにより最大許容電流は大きくな
り、それと共に出力強度が大きくできる。
【0033】本実施例のように、にパルス幅を短くする
と共にその出力電流を大きくする構成とすることによっ
て、発光素子(LED)101で発生する熱量の平均値
(消費電力の時間平均値)は通常の連続発光の場合と変
わらない値を保ちながら、熱的ダメージを発光素子10
1に与えることなく測定に必要な光量を増加させること
が出来る。
【0034】実施例2 図3に光学検出装置の他の実施例に係る検出回路を示
す。本実施例によると、検出回路は、図8に示した従来
の検出回路と同様の構成とされる。
【0035】つまり、図3において、受光部ドライブ回
路100は、発光素子101、トランジスタ121、抵
抗122、123を有する。又、発光部ドライブ回路2
00は、受光素子201、増幅用トランジスタ202、
抵抗203、コンデンサ204を有する。
【0036】トランジスタ121のベース端子に接続さ
れたLEDON端子はCPUの出力ポートに、PTSN
S端子はCPUのA/D入力端子に接続されており、測
定時、CPUよりの信号を、Hi、Loにすることを繰
り返すことにより発光素子、即ち、LED101は発
光、非発光を繰り返し行う。LED発光時、非発光時共
に少なくとも1回はA/Dコンバータで受光素子の電圧
データを取り込み、比較を行うことで、LEDON時の
データから、LEDOFF時の外乱を除去する。
【0037】図4は、本実施例の作動の一実施例を説明
するフローチャートである。つまり、LEDONをLo
とすることにより、LED101は発光する(ステップ
1)。所定時間、例えば数十ms待って(ステップ
2)、受光素子電圧を測定し(A/Dサンプリング)、
そのデータをメモりd1に格納する(ステップ3)。次
いで、LEDONをHighとすることにより、LED
101は非発光となる(ステップ4)。所定時間、例え
ば数十ms待って、受光素子電圧を測定し(A/Dサン
プリング)、そのデータをメモりd2に格納する。次
に、上記データを比較し、例えばd0=d1/d2を
得、制御量を決定する。
【0038】本実施例では、CPUを用いて、A/D変
換した後のデータに演算を施しているが、パルス発光回
路より同期信号を得て、(本実施例の方法ではCPUか
らのLEDON信号を得て)発光時と非発光時の出力電
圧を比較増幅することでアナログ的に演算を行っても良
い。
【0039】以上の手法により、外乱光による外部から
のノイズ要因や暗電流によるセンサ自体の持つノイズを
除去し、測定ダイナミックレンジを大きくする。
【0040】実施例3 実施例1及び2では発光素子101をパルス点灯するこ
とで光有り、なしの2つの状態を実現したが発光回路の
パルス点灯によらず、光学系にメカニカルチョッパを配
置しても良い。
【0041】図5及び図6に本発明の特徴をなす光学検
出装置の他の実施例を示す。本実施例において、光学検
出装置は、先に説明した従来の光学検出装置と同様の構
成を有しているが、補正用受光素子103が設けられる
点及び発光素子101から発射される光線がメカニカル
チョッパ105にてオン、オフされる点、において異な
る。
【0042】つまり、本実施例にて光学検出装置は、発
光部を構成する発光素子101と、受光部を構成する受
光素子201とを有する。発光素子101から発射され
る光線は、スリット102及びビームスプリッタ103
を通って被測定物Sに照射され、被測定物Sにて反射さ
れた光線は受光素子201へと入射される。
【0043】本実施例では、発光素子101から発射さ
れる光線は、その一部が前記ビームスプリッタ104に
より反射され、補正用受光素子103に入射される。
【0044】図6に光学検出装置の回路図を示すが、こ
の回路図からも理解されるように、発光素子101には
電流制御回路から一定の電流が供給され、発光素子10
1は所定の強度の光を発射するように構成されている。
【0045】ところが、発光素子201は、温度などの
影響を受けその強度が変動し、受光素子201による測
定に誤差を生じることとなる。そこで、補正用受光素子
103を設け、この補正用受光素子103からの信号を
基準として測定用の受光素子201による測定信号を補
正することにより、発光素子101からの光の強度変動
に起因した測定誤差をなくすことができる。
【0046】又、上述したように、発光素子101の最
大出力強度は、発光素子201に流す電流による素子の
温度上昇と素子の耐熱温度により決まる。即ち、電流が
大きすぎると素子の温度が高くなり、発光素子に不可逆
的なダメージを与えてしまうことになる。一般に、パル
ス発光にしてパルス幅を短くすることにより最大許容電
流は大きくなり、それと共に出力強度を大きくできるこ
と、は上述の通りである。
【0047】そこで、本実施例によれば、発光素子10
1に近接して、メカニカルチョッパ105を設け、発光
素子101から発射される光を分割し、パルス状とす
る。メカニカルチョッパは、モーターと、それに直結さ
れたフィン、モータードライブ回路よりなり、モーター
の回転により、フィンが光路を横切ることにより周期的
に光を通したり、遮ったりする。発光素子は一定の光量
で発光し続ける。チョッパの周期は、外乱光の影響を少
なくするため、出来るだけ短くすると共に、外乱の周波
数の挺倍にならないようにする。実際には、受光素子の
応答速度にもよるが、オン、オフのデューティ50%、
オン時間は0.1〜5ms程度に選ばれることが多い。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る画像
形成装置は、発光素子と受光素子を備え、測定対象が散
乱や吸収等を持つ媒質である被測定物に前記発光素子か
ら光を照射し、被測定物からの反射光或いは透過光を受
光素子にて検知し、測定対象である媒質の存在や媒質の
量による反射率や透過率の変化を検出する光学検出装置
を有し、光学検出装置は、更に、発光素子から被測定物
に入射する光線を断続的に遮断する手段を有する構成と
されるので、高精度の測定が可能で、又、雰囲気温度な
どの影響を受けることがなく、更には、発光素子の温度
特性や経時変化により充分な光量が得られない場合或い
は発光素子や受光素子の個々のばらつきがあっても、高
精度の測定を可能とし、常に良好な画像形成を行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具現化し得る画像形成装置の一実施例
である電子写真複写機の構成図である。
【図2】本発明の特徴部をなす光学検出装置の第1の実
施例に係る回路図である。
【図3】本発明の特徴部をなす光学検出装置の第2の実
施例に係る回路図である。
【図4】本発明の第2の実施例の動作説明のフロー図で
ある。
【図5】本発明の特徴部をなす光学検出装置の第3の実
施例に係る全体構成図である。
【図6】本発明の第3の実施例の回路図である。
【図7】従来の光学検出装置の全体構成図である。
【図8】従来の光学検出装置の回路図である。
【図9】従来の光学検出装置の検出波形図である。
【符号の説明】
2 像担持体(感光体ドラ
ム) 4 帯電手段 7 現像手段 8 転写手段 50 制御手段(CPU) 101 受光素子 103 補正用受光素子 104 ビームスプリッタ 105 メカニカルチョッパ 110 電流制御回路 120 時間幅制御回路 201 受光素子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像担持体上にトナー像を形成し、トナー
    像を記録材に転写して画像を得る画像形成装置におい
    て、 発光素子と受光素子を備え、測定対象が散乱や吸収等を
    持つ媒質である被測定物に前記発光素子から光を照射
    し、被測定物からの反射光或いは透過光を受光素子にて
    検知し、測定対象である媒質の存在や媒質の量による反
    射率や透過率の変化を検出する光学検出装置を有してお
    り、 前記光学検出装置は、更に、前記発光素子から被測定物
    に入射する光線を断続的に遮断する手段を有することを
    特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】 前記光線遮断手段は、発光素子からの入
    射光強度を周期的に変化させる手段であり、発光素子に
    流す電流値を決定する電流制御回路と、パルスの時間幅
    の制御を行う制御回路とを有し、前記電流制御回路は定
    電流源のシンク電流値を決定し、前記時間幅制御回路
    は、前記電流制御回路にて発光素子の電流制御に用いた
    入力電圧でパルスの時間幅を制御することを特徴とする
    請求項1の画像形成装置。
  3. 【請求項3】 前記光線遮断手段は、発光素子に隣接し
    て配置されたメカニカルチョッパであることを特徴とす
    る請求項1の画像形成装置。
  4. 【請求項4】 発光素子への供給電力を変化させる手段
    を有することを特徴とする請求項1の画像形成装置。
  5. 【請求項5】 前記発光素子の発光時及び非発光時にお
    ける前記受光素子の電圧データを少なくとも1回は比較
    することを特徴とする請求項4の画像形成装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006051795A (ja) * 2004-08-13 2006-02-23 Hewlett-Packard Development Co Lp 媒体位置決めセンサアセンブリ、媒体位置決めセンサアセンブリを有する画像形成装置および方法
JP2009097807A (ja) * 2007-10-17 2009-05-07 Mitsubishi Electric Corp 着霜検出装置
US7773899B2 (en) 2003-03-14 2010-08-10 Ricoh Company, Ltd. Image forming apparatus and method of calculating an amount of toner transfer by converting diffuse reflection output into a conversion value

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