KR20020064188A

KR20020064188A - 토너 변위 검출센서, 이를 사용한 칼라 화상 형성 장치,및 토너 변위 검출방법

Info

Publication number: KR20020064188A
Application number: KR1020020005351A
Authority: KR
Inventors: 카와니시신야
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2002-08-07
Also published as: JP2002229280A; US20020102114A1; TW588227B; US6674988B2; KR100430857B1

Abstract

적외선 발광 다이오드로부터 조사된 적외선 광은 피검출물인 토너로 반사된 후, 그 반사광은 포토다이오드에 의해 수광된다. 신호검출회로는 출력전류를 전압으로 변환하는 앰플리파이어, 칼라 토너 농도 검출을 위해 회로 정수를 최적화한 앰플리파이어, 블랙 토너 농도 검출을 위해 회로 정수를 최적화한 앰플리파이어 및 토너 변위(misregistration) 검출을 위해 회로 정수를 최적화한 앰플리파이어를 포함한다. 상기 앰플리파이어들은 2단으로 서로 접속된다. 제1단 앰플리파이어의 출력은 제2단 앰플리파이어들에 의해 더욱 증폭되어 칼라 토너 검출 출력 전압 Vo1, 블랙 토너 검출 출력 전압 Vo2, 및 토너 변위 검출 출력 전압 Vo3으로서 출력된다.

Description

토너 변위 검출센서, 이를 사용한 칼라 화상 형성 장치, 및 토너 변위 검출방법{TONER MISREGISTRATION DETECTION SENSOR, COLOR IMAGE-FORMING APPARATUS USING THE SAME, AND METHOD FOR TONER MISREGISTRATION DETECTION}

본 발명은, 칼라복사기 및 칼라프린터 등의 칼라 화상 형성 장치에 있어서, 화상형성에 사용되는 토너 농도 및 토너 변위 검출센서 및 이를 사용한 칼라 화상 형성 장치, 및 토너 변위 검출방법에 관한 것이다.

종래, 칼라복사기 또는 칼라프린터 등의 칼라 화상 형성 장치에는, 토너 농도 검출 센서 및 토너 변위 검출 센서가 별도로 제공되어 있다. 토너 농도 검출 센서는, 예컨대, 일본 공개특허공보 제 97-89769호, 일본 공개특허공보 제 98-62340호, 일본 공개특허공보 제 98-186827호, 및 일본 공개특허공보 제 99-84768호 등에 개시되어 있다. 상기 공보에 개시되어 있는 토너 농도 검출은, 토너에 적외선광을 조사한 후, 그 반사율의 차이에 기초하여 행해지고 있다.

토너 변위 검출 센서는, 도7a에 도시된 바와 같이, 광원(21)으로서 레이저 또는 렌즈에 의해 광펜슬이 가늘어지는 LED를 사용한다. 콜리메이트 광을 감광체 드럼(30)에 조사함으로써, 일정한 회전속도로 감광체 드럼(30)을 회전시켜, 각 토너로부터의 반사광 검출 사이의 시간간격을 측정함으로써 토너의 변위를 검출하기 위해, 옐로우(Y) 토너, 마젠타(M) 토너, 시안(C) 토너, 및 블랙(K) 토너의 반사광을 수광소자(22)에 의해 검출한다.

도7a에 도시된 토너 변위 센서(20)는, 예컨대, 도7b에 도시된 바와 같이, Y 토너로부터의 반사광의 검출과 K 토너로부터의 반사광의 검출 사이의 시간 간격 t1, M 토너로부터의 반사광의 검출과 K 토너로부터의 반사광의 검출 사이의 시간 간격 t2, 및 C 토너로부터의 반사광의 검출과 K 토너로부터의 반사광의 검출 사이의 시간 간격 t3을 측정하여, K 토너 위치를 기준으로 하여 Y 토너, M 토너 및 C토너의 변위를 검출한다. Y 토너 반사광의 검출과 K 토너 반사광의 검출 사이의 시간 간격 t1이 소정치보다 길면, Y 토너가 K 토너로부터 어긋난다, M 토너와 K 토너 반사광의 검출 사이의 시간 간격 t2가 소정치보다 짧으면, M 토너가 K 토너로부터 어긋??다. 또한, 시간 간격 t1 및 시간 간격 t2 사이의 차이에 따라, Y 토너 및 M 토너 사이의 토너 변위를 검출할 수 있다. 이와 같이, Y, M 및 C 토너 각각으로부터의 반사광의 검출과 K 토너로부터의 반사광의 검출 사이의 시간 간격 사이의 차이에 따라 토너의 변위를 검출할 수 있다.

종래의 토너농도센서는 단지 토너의 농도만 검출한다. 또한, 종래의 토너 변위 검출센서는 단지 토너의 변위만을 검출한다. 따라서, 토너의 농도와 토너의 변위를 검출하기 위해서는, 토너농도 센서와 토너 변위 센서의 2개의 센서가 필요하다. 따라서, 칼라 화상 형성 장치의 비용이 증가하게 되고, 또한, 칼라 화상 형성 장치내에 이들 2개의 센서를 배치하기 위해서는 충분한 스페이스가 필요하다는 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은, 토너의 농도와 토너의 변위 모두를 하나의 발광소자 및 수광소자에 의해 검출된 신호를 사용하여 검출할 수 있는 토너 변위 검출센서, 상기 토너 변위 검출센서가 제공된 칼라 화상 형성 장치, 및 토너 변위 검출방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 피검출물 상의 소정 영역에 광을 조사하는 발광소자;

상기 발광소자로부터 조사되어 피검출물 표면에서 반사된 반사광을 수광하는수광 소자;

상기 수광 소자로부터의 신호에 따라 토너 농도를 검출하는 토너 농도 검출수단; 및

상기 수광 소자로부터 출력된 신호에 따라 토너의 변위를 검출하는 토너 변위 검출수단을 포함하는 칼라 화상 형성 장치에 이용되는 토너 변위 검출 센서에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 토너 농도 검출수단 및 토너 변위 검출수단은, 하나의 발광소자로부터 조사되어 피반사물의 표면에서 반사된 광을 수광하는 수광소자로부터의 신호에 따라 검출 기능을 행한다. 따라서, 토너 농도 검출 및 토너 변위 검출을 상이한 센서로 행하는 경우에 비해, 상기 센서가 차지하는 스페이스를 작게 할 수 있어, 비용의 절감을 실현할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 토너 변위 검출수단은 블랙 토너에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 변위를 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 상기 토너 변위 검출수단은, 옐로우, 마젠타 및 시안 등의 칼라 토너와 블랙 토너 사이의 광의 반사율의 차이를 이용하여, 블랙 토너에 대한 각 칼라 토너의 변위를 검출할 수 있다.

본 발명에서, 상기 토너 변위 검출수단은 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 상기 토너 변위 검출수단은, 상기 패턴으로부터 상기 블랙 토너에 대한 각 칼라 토너의 변위를 검출할 수 있다.

본 발명에서, 상기 토너 변위 검출수단은, 상기 패턴들 각각의 폭의 절반이 서로 어긋나도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 상기 토너 변위 검출수단은, 상기 패턴들 각각의 폭의 절반이 서로 변위되도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 토너 변위 검출수단은, 패턴들이 등간격으로 배열된 스트라이프들을 형성하도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 상기 토너 변위 검출수단은, 패턴들이 등간격으로 배열된 스트라이프들을 형성하도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너의 각 패턴의 변위를 검출하기 때문에, 상기 토너 변위 검출수단이 변위의 방향을 용이하게 검출할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 토너 변위 검출수단은, 상기 칼라 토너 각각의 패턴의 일부가 겹치도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 것이 바람직하다..

본 발명에 의하면, 상기 칼라 토너 각각의 패턴의 일부가 겹치도록 블랙 토너의 패턴이 배치되기 때문에, 토너 변위 검출수단은 블랙 토너의 패턴에 대한 칼라 토너 패턴의 변위를 검출할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 토너 변위 검출수단은, 칼라 토너 각각의 패턴에 의해부분적으로 겹치도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 칼라 토너 각각의 패턴에 의해 부분적으로 겹치도록 블랙 토너 패턴이 배치되기 때문에, 토너 변위 검출수단은 블랙 토너 패턴에 대한 칼라 토너 패턴의 변위를 검출할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 토너 농도 검출수단으로부터의 출력을 토너 변위 검출수단으로부터의 출력으로 피드백시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 토너 농도 검출수단에 의해 토너의 농도를 검출한 결과를 토너 변위 검출수단에 피드백하여, 토너 변위 검출용 패턴의 토너농도를 적절하게 함으로써, 그 결과 토너 변위 검출수단에 의한 검출을 고정밀도로 행할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 토너 농도 검출수단 및 토너 변위 검출수단을 구성하는 신호처리회로는, CMOS OP 앰플리파이어를 이용하는 제1단 앰플리파이어 및 바이폴라 OP 앰플리파이어를 이용하는 제2단 앰플리파이어의 2개의 앰플리파이어에 의해 구성되며, 상기 제1단 앰플리파이어에는 감도 조정용 볼륨이 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 토너 농도 검출수단 및 토너 변위 검출수단을 구성하는 신호처리회로는 2개의 앰플리파이어로 구성되며, 그 중 하나는 수광소자로부터 출력된 출력신호가 입력 바이어스 전류로서 소비되지 않는 CMOS를 사용하는 제1단 앰플리파이어이고, 다른 하나는 입력 오프셋 전압이 작은 바이폴라 OP 앰플리파이어를 사용하는 제2단 앰플리파이어이다. 상기 제2단 앰플리파이어를 사용함으로써,신호 검출 회로의 에러가 최소화될 수 있다. 또한, 상기 제1단 앰플리파이어에는 감도 조정용 볼륨이 제공됨으로써, 수광소자로부터 출력된 신호의 변동이 제어될 수 있다.

본 발명에서는, 상기 제1단 앰플리파이어 및 제2단 앰플리파이어에 기준전압을 공급하도록 정전압회로가 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 제1단 앰플리파이어 및 제2단 앰플리파이어의 기준전압은 정전압회로로부터 공급되기 때문에, 전원 전압의 변동에 의해 센서로부터의 출력에 미치는 영향이 제어될 수 있다.

본 발명에서는, 상기 발광소자는 발광다이오드로 구성되며, 그의 애노드는 구동전원에 접속되고, 그의 캐소드는 전류제어를 위해 제공된 커넥터에 접속되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 발광소자의 광량의 변화에 따라 외부로부터 전류를 변화시키고 제어할 수 있기 때문에, 발광소자의 광량의 변화의 영향을 받지 않은 특성을 얻을 수 있다.

본 발명에서, 상기 토너 변위 검출 센서는, 피검출물 상의 소정 영역에 광을 조사하는 하나의 발광소자; 및

상기 발광소자로부터 조사되어 피검출물 표면에서 반사된 반사광을 수광하는 하나의 수광 소자를 포함하며,

상기 소자들의 광축들이 피검출물 상의 일점에서 서로 교차하며,

상기 수광 소자는 발광소자로부터 조사되어 피검출물의 표면에서 반사되는광의 경면 반사 성분을 수광하지 않는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 수광소자가, 발광소자로부터 조사되어 피검출물의 표면에 의해 경면 반사되는 광을 수광하지 않고, 단지 피검출물에 부착된 토너에 의해 확산 반사되는 광을 수광하기 때문에, 예컨대 발광소자에 대해 적외선광을 채용한 경우에, 확산 반사광의 반사율이 낮은 블랙 토너 및 적외선광의 반사율이 높은 칼라 토너의 농도와, 위치 에러(변위)가 정확하게 검출될 수 있다.

본 발명에서는, 토너 변위 검출 센서는, 피검출물 상의 소정 영역에 광을 조사하는 하나의 발광소자; 및

상기 발광소자로부터 조사되어 피검출물 표면에서 반사된 반사광을 수광하는 두 개의 수광 소자를 포함하며,

상기 수광 소자들 중 하나는 발광소자로부터 조사되어 피검출물의 표면에서 반사되는 경면 반사 성분을 수광하지 않는 위치에 배치되고 상기 수광 소자들 중 다른 하나는 발광소자로부터 조사되어 피검출물의 표면에서 반사되는 경면 반사 성분을 수광하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 발광소자로부터 조사되어 피검출물 표면에 부착된 토너에 의해 확산 반사 또는 경면 반사되는 광이 수광소자에 의해 수광되기 때문에, 예컨대 블랙 벨트 형상의 전사매체(중간 전사체)에 부착된 토너를, 발광소자에 대해 적외선광을 사용하여 검출하는 경우에, 반사율이 높은 칼라 토너 및 블랙 벨트 형상의 전사매체에 부착된 블랙 토너의 농도와, 토너 변위를 정확하게 검출할 수 있다.

본 발명은 상기 토너 변위 검출 센서를 이용하는 칼라 화상 형성 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 칼라 화상 형성 장치는 상기 토너 변위 검출 센서로 구성되기 때문에, 칼라 재현이 양호한 화상을 토너의 변위없이 형성할 수 있다.

본 발명은 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴과 블랙 토너의 패턴을 서로 부분적으로 겹치도록 배치하는 단계;

상기 패턴들에 광을 조사하는 단계; 및

수광된 광량에 따라 다른 패턴들에 대한 하나의 패턴의 변위를 검출하는 단계를 포함하는, 칼라 화상 형성 장치에 이용되는 토너 변위 검출 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 블랙 토너 패턴과 각 칼라 토너 패턴이 서로 부분적으로 겹치도록 배치되고, 상기 패턴들에는, 예컨대 발광소자 등에 의해 광이 조사된다. 예컨대, 수광소자에 의해 수광된 광량에 기초하여, 다른 패턴에 대한 하나의 패턴의 변위를 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 상기 패턴에 조사되는 광으로서 레이저광 등의 콜리메이트 광을 사용하지 않고, 확산하는 광을 사용하여 변위를 검출할 수 있기 때문에, 그 결과비용의 절감을 실현할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예의 토너 변위 검출센서(1)의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.

도2는 토너 변위 검출센서(1)의 개략단면도이다.

도3은 칼라 화상 형성 장치의 감광체(9)(감광 드럼)에 형성되는 토너의 농도 및 토너의 변위 검출을 위한 패턴의 일례와, 토너 변위 검출센서(1)의 배치를 도시하는 도면이다.

도4는 토너 변위 검출용 패턴을 도시하는 사시도이다.

도5는 토너 변위 검출 결과인 출력 전압 Vo3을 나타낸 도면이다.

도6은 블랙 벨트 형상의 전사매체에 형성된 토너를 검출하는 경우에 토너 변위 검출센서의 발광소자와 수광소자 사이의 위치관계를 나타낸 도면이다.

도7a 및 도7b는, 종래의 토너의 변위의 검출방법을 나타낸 설명도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도1은, 본 발명의 일 실시예인 토너 변위 검출센서(1)의 전기적 구성을 나타낸 블록도이다. 상기 센서는, 발광소자로서 적외선 발광다이오드(LED)(2), 수광소자로서 포토다이오드(PD)(3), 및 상기 수광소자의 출력을 처리하는 신호처리회로(4)를 포함한다.

적외선 발광다이오드(2)로부터 조사된 적외선광은, 피검출물인 토너에서 반사된다. 그 후, 그 반사광은 포토다이오드(3)에 의해 수광된다. 포토다이오드(3)는, 수광된 광량에 따라 전류를 출력하고, 이 출력은 신호검출회로(4)를 통해 처리된다.

신호처리회로(4)는, 앰플리파이어가 다단접속되어 구성되는 회로이고, 전류전압변환부 및 전압증폭부를 갖는다. 제1단 앰플리파이어(5)는, 포토다이오드(3)의 출력전류를 전압으로 변환하기 위한 전류전압변환부로서 기능한다. 블랙 토너의 농도를 검출하는 경우에는, 블랙 토너로부터 반사되는 광의 반사율이 작게 되기 때문에, 포토다이오드(3)의 출력전류도 작게 된다. 따라서, 제1단 앰플리파이어(5)의 입력 바이어스 전류가 크게 되면, 포토다이오드(3)의 출력전류의 일부가 앰플리파이어의 입력 바이어스 전류로서 소비되어, 전류전압변환시 오차가 유발되기 때문에, 제1단 앰플리파이어(5)에는, 입력 바이어스 전류가 큰 바이폴라 OP 앰플리파이어가 아니라, 입력 바이어스 전류가 작은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)의 OP 앰플리파이어를 사용하고 있다. 최근에는, CMOS OP 앰플리파이어 이외에 FET(Field Effect Transistor)의 OP 앰플리파이어라도, CMOS의 OP 앰플리파이어와 같이 입력 바이어스 전류가 작으면, 제1단 앰플리파이어(5)에는 이러한 OP 앰플리파이어가 사용될 수 있다.

제1단 앰플리파이어(5)의 출력전압은, 전압증폭부인 제2단 앰플리파이어 (6,7,8)에 입력된다. 제2단 앰플리파이어(6)는, 칼라 토너의 농도검출를 위해 회로정수를 최적화한 앰플리파이어이고, 제2단 앰플리파이어(7)는, 블랙 토너의 농도검출를 위해 회로정수를 최적화한 앰플리파이어이며, 제2단 앰플리파이어(8)는, 토너변위의 검출을 위해 회로정수를 최적화한 앰플리파이어이다. 제1단 앰플리파이어 (5)의 출력전압은, 상기 제2단 앰플리파이어(6,7,8)에 의해 더욱 증폭되어, 출력전압 Vo1(칼라 토너 검출출력), Vo2(블랙 토너 검출출력), Vo3(토너 변위 검출출력)으로서 출력된다.

본 실시예에서는, 상기 제2단 앰플리파이어(6,7,8)에 바이폴라 OP 앰플리파이어를 사용하고 있다. 그 이유는, 제1단 앰플리파이어(5)에, 출력 임피던스가 낮은 CMOS의 OP 앰플리파이어를 사용하고 있기 때문에, 제2단 앰플리파이어(6,7,8)에의 입력 바이어스 전류는 출력전압 Vo1, Vo2, Vo3에 거의 영향이 없고, 또한 제2단 앰플리파이어로부터의 입력 옵셋전압이 증폭되어, 출력에서 오차가 발생하는 것을 고려하면, 출력전압의 오차를 감소시키기 위해, 제2단 앰플리파이어(6,7,8)에는, 입력 옵셋전압이 CM0S보다 작은 바이폴라 OP 앰플리파이어를 사용하는 것이 바람직하기 때문이다.

제1단 앰플리파이어(5)에는, 감도조정용 볼륨 VR이 제공된다. 적외선 발광다이오드(2)의 발광량은 개개의 샘플 및 제품마다 격차가 있다. 또한, 포토다이오드(3)의 감도도 개개의 샘플 및 제품마다 격차가 있다. 따라서, 이와 같은 격차들을 갖는 적외선 발광다이오드(2) 및 포토다이오드(3)를 본 발명의 토너 변위 검출센서(1)에 사용하면, 포토다이오드(3)의 출력전류의 최대출력전류와 최소출력전류 사이에 수차례의 격차가 있게 된다. 그 결과, 개개의 제품마다 광범위한격차가 발견된다. 이 경우, 감도조정용 볼륨 VR을 조정함으로써, 제품으로서의 토너 변위 검출센서(1)의 출력의 격차가 없게 할 수 있다.

전류전압변환부인 제1단 앰플리파이어(5) 및 증폭회로부인 제2단 앰플리파이어(6,7,8)에는, 기준전압이 각각 필요하지만, 전원전압의 변동에 의해 기준전압이 변동하면, 출력전압 Vo1, Vo2, Vo3에 영향을 미친다. 이 출력전압 Vo1, Vo2, Vo3에의 영향을 방지하기 위해, 레귤레이터 등을 사용하여 전원전압변동의 영향을 받지 않는 정전압회로를 제공하고, 이 회로출력전압을 이용하여 각각의 앰플리파이어의 기준전압을 정하는 것이 바람직하다.

다음, 토너 변위 검출센서(1)를 사용한 토너 변위의 검출방법에 관해 설명한다. 상기 센서(1)는, 칼라화상 형성장치에 적용된다. 도2는, 칼라화상 형성장치의 감광체(감광드럼)(9)에 형성되는, 토너농도의 검출을 위한 패턴 및 토너의 변위 검출을 위한 패턴의 일례와, 토너검출센서(1)의 배치를 나타낸 도면이다. 감광체(9)는 원통형이고, 회전축을 중심으로, 도2의 화살표 A의 방향으로 회전한다. 토너농도 검출용 패턴과 토너 변위 검출용 패턴은, 감광체(9)의 단부, 즉 화상형성영역 이외에 형성된다. 토너 변위 검출센서(1)는, 이 감광체(9)에 형성된 토너농도검출 및 토너 변위 검출용 패턴에 상기 적외선 발광다이오드(2)로부터 조사된 적외선광을 조사하여, 상기 패턴으로부터의 반사광을 포토다이오드(3)에 수광할 수 있는 위치에 배치된다.

도3은, 토너 변위 검출센서(1)의 개략적인 단면도이다. 적외선 발광다이오드(2) 및 포토다이오드(3)는, 각각의 광축이 감광체(9)의 표면상의 동일한 점에서 교차하도록 배치되어 있다. 또한, 포토다이오드(3)는, 적외선 발광다이오드(2)로부터 조사되고, 감광체(9)나 감광체(9)상에 형성되는 토너에서 경면 반사된 경면 반사광은 받지 않고, 확산반사광만을 받는 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 토너농도 및 토너 변위를 높은 정밀도로 검출할 수 있다.

토너농도의 검출용 패턴은, Y(옐로우), M(마젠타), C(시안), 및 K(블랙)의 4색의 토너의 패턴이 각각 독립하여 형성되어 있다. 토너 변위 검출센서(1)에 의하면, 적외선 발광다이오드(2)로부터 조사된 적외선광을 감광체(9)에 조사하고, 감광체(9)에 부착된 토너에 의한 반사광을 포토다이오드(3)로 수광한다. 감광체(9)에 부착된 칼라 토너의 양(칼라 토너 농도)이 증가하면, 감광체(9) 표면에 의한 경면반사광량은 감소한다. 그러나, 감광체(9)의 표면에 의해 반사되는 적외선광의 반사율보다도 각 칼라 토너에 반사되는 적외선광의 반사율이 크기 때문에, 감광체(9)에 부착된 각 칼라 토너의 양이 증가하면, 확산반사되는 적외선광의 광량이 증가한다. 칼라 토너와는 반대로, 감광체(9)에 부착된 블랙 토너량이 증가하면, 확산반사되는 적외선광의 광량이 감소한다. 이에 의해, 상기 4색의 토너농도검출용 패턴에 의해 반사되는 반사광으로부터 토너농도에 대응하는 출력전압을 얻을 수 있어, 토너농도를 검출할 수 있다.

토너 변위 검출용 패턴으로서, 3색의 칼라 토너 패턴 및 블랙 토너 패턴을 각각 중첩하여, Y 토너 패턴과 K 토너 패턴을 중첩함으로서 형성되는 패턴 (Y+K), M 토너 패턴과 K 토너 패턴을 중첩함으로써 형성되는 패턴 (M+K), 및 C 토너 패턴과 K 토너 패턴을 중첩함으로써 형성되는 패턴 (C+K)를 형성한다.

도4는, 토너 변위 검출용 패턴의 확대 사시도이다. 본 실시예의 토너 변위 검출용 패턴에 의하면, 블랙 토너 패턴으로서, 폭이 각각 1mm인 블랙 토너의 라인이 1 mm의 간격마다 스트라이프 형상으로 배치되어 있다. 이와 같이, 칼라 토너 패턴으로서, 폭이 각각 1mm인 칼라 토너의 라인이 1 mm의 간격마다 스트라이프 형상으로 배치되어 있다. 상기 블랙 토너 및 칼라 토너 패턴들은 감광체(9)의 회전축과 평행하게 형성되어 있고, 보다 상세하게는, 상기 칼라 토너 패턴의 패턴 폭의 반이 블랙 토너 패턴의 위에 겹쳐져 있다. 즉, 블랙 토너에 의해 형성되는 스트라이프의 1라인의 반에, 칼라 토너의 스트라이프의 1라인이 겹친 상태로 형성되어 있다.

도4에 도시된 토너 변위 검출용 패턴을, 감광체(9)와 대향하도록 배치된 토너 변위 검출센서(1) 측에서 보면, 1 mm 폭의 칼라 토너, O.5 mm 폭의 블랙 토너, 및 0.5 mm 폭의 감광체(9)가 보인다. 상기 상태를 기준으로 사용한다. 블랙 토너 패턴의 위치에 대해, 칼라 토너 패턴의 위치가 도4의 화살표 + A 방향(감광체(9)의 회전방향 A)으로 시프트되면, 블랙 토너의 폭은 0.5 mm 이상 증가하고, 또한, 감광체(9)의 폭은 0.5 mm 이하로 감소한다. 칼라 토너 패턴의 위치가 + A 방향으로 0.5 mm 시프트되면, 블랙 토너의 폭은 1 mm이고, 칼라 토너의 폭도 1 mm로 되어, 감광체의 폭은 O mm로 된다. 한편, 블랙 토너 패턴의 위치에 대해, 칼라 토너의 위치가 기준 위치로부터 -A 방향(감광체(9)의 회전방향 A와 반대방향)으로 시프트되면, 블랙 토너의 폭은 0.5 mm 이하로 감소하고, 감광체의 폭은 0.5 mm 이상으로 증가한다. 칼라 토너 패턴의 위치가 -A 방향으로 0.5 mm 시프트되면, 블랙 토너의 폭은 0 mm, 칼라 토너의 폭은 1 mm로 되고, 전사체의 폭은 1 mm로 된다. 상기한 바와 같이, 블랙 토너의 위치에 대해 칼라 토너의 위치가 시프트되는 것에 의해, 감광체(9)의 폭뿐만 아니라 블랙 토너의 폭도 증감한다.

도5는, 상기 패턴들의 토너 변위 검출출력인 출력전압 Vo3을 나타낸 그래프이다. 적외선 발광다이오드(2)의 발광파장인 λ= 950 nm의 파장부근에서는, 블랙 토너의 반사율이 최저치인 10% 이하이다. 또, 감광체(9)의 반사율은 약 50%이고, 칼라 토너의 반사율은 Y, M, C 모두 동일하고, 90% 이상이다.

블랙 토너 패턴에 대한 칼라 토너의 토너 변위가 0으로부터 + A 방향으로 0.5 mm까지의 범위 이내이면, 토너 변위에 따라 블랙 토너의 폭이 증가하고 감광체(9)의 폭이 감소한다. 따라서, 기준위치에서의 포토다이오드(3)의 수광량에 대해, 칼라 토너 패턴의 토너 변위가 증가할수록, 포토다이오드(3)의 수광량은 감소하고, 출력전압 Vo3은 하강한다. 그 후, 칼라 토너 패턴의 토너 변위는 + A 방향으로 0.5 mm에서 최소치를 나타낸다. + A 방향에서의 칼라 토너 패턴의 토너 변위량이 0.5 mm을 넘으면, 블랙 토너의 폭이 1 mm보다 감소하기 시작하고, 이에 의해 출력전압 Vo3은 다시 증가하기 시작한다.

이와 같이, 블랙 토너 패턴에 대한 칼라 토너의 변위가 0으로부터 -A 방향으로 0.5 mm까지의 범위 이내이면, 토너 변위에 따라 블랙 토너의 폭이 감소하여 감광체(9)의 폭이 증가한다. 따라서, 기준위치에서의 포토다이오드(3)의 수광량에 대해, 칼라 토너 패턴의 토너 변위가 증가할수록 포토다이오드(3)의 수광량이 증가하여, 출력전압 Vo3이 증가한다. 그 후, 칼라 토너 패턴의 토너 변위가 -A 방향으로 0.5 mm에서 최대치를 나타낸다. -A 방향에서의 칼라 토너 패턴의 토너 변위량이0.5 mm를 넘으면, 다시 블랙 토너폭이 0mm 이상 증가하기 시작하는 것에 의해, 출력전압 Vo3은 다시 감소하기 시작한다.

예컨대, 0.6 mm의 블랙 토너 패턴에 대한 칼라 토너 패턴의 토너 변위가 +A 방향에서 나타나면, 0.4 mm의 토너 변위가 -A 방향에서 나타난 경우에 출력 전압이 출력 전압 Vo3에 도달하여, + A 방향으로 0.6 mm의 변위와 -A 방향으로 0.4 mm 사이의 변위를 식별할 수 없다. 따라서, 블랙 토너 패턴에 대한 칼라 토너 패턴의 토너 패턴의 검출가능한 범위는, + A 방향 및 -A 방향으로 0.5 mm 이내의 범위이다.

본 발명의 실시예에 의하면, 블랙 토너의 라인폭과 그 라인의 간격, 및 칼라 토너의 라인폭과 그 라인폭의 간격을 각각 1 mm로 하고, 칼라 토너를 블랙 토너에 0.5 mm만큼 중첩하여 배치하였지만, 블랙 토너 및 칼라 토너의 라인폭, 및 그 라인폭의 간격은, 예상되는 토너 변위에 따라 적절히 설계될 수 있다.

이와 같이, 블랙 토너 패턴을 기준으로 Y, M, C의 각 칼라 토너 패턴의 토너 변위량을 사전에 검출하여, 예컨대 블랙 토너 패턴을 기준으로 하여 Y 토너 패턴이 + A 방향으로 0.2 mm 시프트되어 있다는 검출결과가 관측된 경우, 실제의 원고를 카피할 때는 - A 방향으로 0.2 mm의 위치보정을 행하여 Y 토너를 부착시킴으로써, Y 토너와 블랙 토너 사이의 토너 변위 없이 카피할 수 있다. 또한, 이상은 감광체(9)의 주방향(+ A 방향 및 -A 방향)의 토너 변위 검출에 관해 설명하였지만, 상기 토너 변위의 검출을 위해 스트라이프 형상의 패턴을 90°회전시키고, 상기 스트라이프의 방향을 감광체(9)의 외주 방향과 평행한, K 토너 패턴위에 Y 토너 패턴을 중첩하여 형성되는 패턴 (Y + K), K 토너 패턴위에 M 토너 패턴을 중첩하여 형성되는 패턴 (M + K), 및 K 토너 패턴위에 C 토너 패턴을 중첩하여 형성되는 패턴 (C + K)의 각 패턴을 형성함으로써, 감광체(9)의 길이방향의 토너 변위의 검출도 가능해진다.

또한, 본 실시예에 의하면, 블랙 토너 패턴 위에 칼라 토너 패턴을 중첩하여 토너 변위 검출 패턴을 형성하고 있지만, 반대로 칼라 토너 패턴위에 블랙 토너 패턴을 중첩하여 형성된 패턴에 의해 토너 변위 검출을 행할 수 있다.

적외선 발광다이오드(2)의 발광량이, 주위의 온도에 의해 변동하거나, 경년변화에 의해 변동하면, 칼라 및 블랙 토너농도 검출출력 Vo1, Vo2, 및 토너 변위 검출출력 Vo3에 영향을 미치게 한다. 적외선 발광다이오드(2)의 발광량의 변동에 의한 검출결과에의 영향을 피하기 위해, 토너가 부착되지 않은 감광체(9)에 적외선광을 조사하고, 감광체(9)로부터의 반사광량을 측정한다. 그 후, 그 때의 출력이 일정한 값으로 유지되도록 적외선 발광다이오드(2)의 전류를 조정하고, 조정된 적외선 발광다이오드(2)를 사용하여 토너농도 및 토너의 변위 검출을 행한다. 이 적외선 발광다이오드(2)에 흐르는 전류를 토너 변위 검출 센서(1)의 외부에서 조정할 수 있도록, 적외선 발광다이오드(2)의 애노드는 전원 전압에 접속되며, 캐소드는 커넥터에 의해 외부단자일 수 있다. 이밖에 외부단자에 전류제어장치를 접속함으로써 적외선 발광다이오드(2)의 출력을 용이하게 조정할 수 있다.

또한, 토너농도의 검출출력 Vo1, Vo2에 의해, Y 토너가 고농도이거나, M 토너가 저농도라는 판정이 있으면, 카피할 때 적절한 양의 토너를 피드백에 의해 부착할 수 있다. 즉, Y 토너의 화상을 감광체(9)상에 형성할 때는 감광체의 전위를감소시키고, M 토너의 화상을 형성할 때는 감광체의 전위를 증가시켜, M 토너 및 Y 토너를 감광체(9)에 부착한다. 그러나, 토너농도가 변동하여, 적정한 값으로 유지되지 않으면, 토너위치 검출결과에 영향을 미친다. 이를 방지하기 위해, 토너농도의 검출을 행한 후, 그 결과를 피드백하여 토너의 변위 검출용 패턴의 작성시 토너농도를 적정한 값으로 유지함으로써, 토너 변위 검출을 보다 고정밀도로 행할 수 있다.

칼라화상 형성장치의 감광체(9)상에 형성된 토너의 농도 및 토너의 변위의 검출은, 상기한 적외선 발광다이오드(2)로부터 조사된 적외선광이 감광체(9)나 토너에 의해 확산반사되어 광을 받는 광학계를 사용하여, Y, M, C, K에 대해 각각 검출가능하다. 블랙 벨트 형상의 전사매체(중간 전사체)를 사용한 칼라화상형성장치에 있어서, 블랙 벨트 형상의 전사매체에 부착된 토너의 농도 및 토너의 변위를 검출하는 경우, 상기 확산반사광을 받는 광학계를 사용하여, K 토너와, 블랙 벨트 형상의 전사매체 사이의 식별이 어렵다. 이 경우에는, 상기 확산반사광을 받는 광학계를 사용하여 Y, M, C의 칼라 토너를 검출한 후, 적외선 발광다이오드와 수광소자를 경면반사의 위치에 배치하는 광학계를 사용하여 K 토너농도를 검출함으로써, 고정밀도로 토너의 검출을 행할 수 있다.

도6은, 블랙 벨트 형상의 전사매체(13)에 형성된 토너를 검출하는 경우의 토너 변위 검출센서의 발광소자와 수광소자 사이의 위치관계를 나타낸다. 다음 방법에 의해 토너 농도 및 토너 변위를 검출할 수 있다. 적외선 발광다이오드(10)와 2개의 포토다이오드(11,12)의 광축은 블랙 벨트 형상의 전사매체(10) 위의 동일한점에서 교차하도록 배치되고, 또한, 포토다이오드(11)는 확산반사광만을 수광하는 위치에 배치되며, 포토다이오드(12)는 적외선 발광다이오드(10)의 경면반사의 위치에 배치됨으로써, 검출된 전류는 상기 신호검출회로와 동일한 회로를 사용함으로써 검출될 수 있다. 이 경우, 상기 패턴이 토너농도와 토너의 변위 검출에 이용될 수 있다.

또한, 본 발명의 토너 변위 검출센서는, 감광드럼에 부착된 토너의 농도 및 변위를 검출하고 있지만, 감광드럼이 아니라 전사드럼(중간전사체)에 부착된 토너를 검출함으로써, 토너의 농도 및 토너의 변위를 검출할 수 있다.

본 발명에 의하면, 토너의 농도와 토너의 변위 모두를 하나의 발광소자 및 수광소자에 의해 검출된 신호를 사용하여 검출할 수 있는 토너 변위 검출센서, 상기 토너 변위 검출센서가 제공된 칼라 화상 형성 장치, 및 토너 변위 검출방법을 제공할 수 있다.

본 발명은 그 정신 또는 주요 특징으로부터 벗어나지 않고, 다른 여러가지의 형태로 실시될 수 있다. 따라서 전술한 실시예는 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 나타낸 것으로, 명세서 본문에 한정되지 않는다. 또한, 특허청구범위의 균등범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위내의 것이다.

Claims

피검출물 상의 소정 영역에 광을 조사하는 발광소자;

상기 발광소자로부터 조사되어 피검출물 표면에서 반사된 반사광을 수광하는 수광 소자;

상기 수광 소자로부터의 신호에 따라 토너 농도를 검출하는 토너 농도 검출수단; 및

상기 수광 소자로부터 출력된 신호에 따라 토너의 변위를 검출하는 토너 변위 검출수단을 포함하는 칼라 화상 형성 장치에 이용되는 토너 변위 검출 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 토너 변위 검출수단은 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 블랙 토너에 대한 변위를 검출하는 토너 변위 검출 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 토너 변위 검출수단은 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 토너 변위 검출 센서.
제 3 항에 있어서, 상기 토너 변위 검출수단은, 상기 패턴들 각각의 폭의 절반만큼 서로 변위되도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 토너 변위 검출 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 토너 변위 검출수단은, 패턴들이 등간격으로 배열된 스트라이프들을 형성하도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 토너 변위 검출 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 토너 변위 검출수단은, 상기 칼라 토너 각각의 패턴의 일부가 겹치도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 토너 변위 검출 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 토너 변위 검출수단은, 칼라 토너 각각의 패턴에 의해 부분적으로 겹치도록 배치된 상태에서, 블랙 토너의 패턴에 대한 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴의 변위를 검출하는 토너 변위 검출 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 토너 농도 검출수단에서의 출력을 토너 변위 검출수단에서의 출력으로 피드백시키는 토너 변위 검출 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 토너 농도 검출수단 및 토너 변위 검출수단을 구성하는 신호처리회로는, CMOS OP 앰플리파이어를 이용하는 제1단 앰플리파이어 및 바이폴라 OP 앰플리파이어를 이용하는 제2단 앰플리파이어의 2개의 앰플리파이어에의해 구성되며, 상기 제1단 앰플리파이어에는 감도 조정용 볼륨이 제공되는 토너 변위 검출 센서.
제 9 항에 있어서, 상기 제1단 앰플리파이어 및 제2단 앰플리파이어에 기준전압을 공급하도록 정전압회로가 제공되는 토너 변위 검출 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 발광소자는 발광다이오드로 구성되며, 그의 애노드는 구동전원에 접속되고, 그의 캐소드는 전류제어를 위해 제공된 커넥터에 접속되는 토너 변위 검출 센서.
제 1 항에 있어서, 피검출물 상의 소정 영역에 광을 조사하는 하나의 발광소자; 및

상기 발광소자로부터 조사되어 피검출물 표면에서 반사된 반사광을 수광하는 하나의 수광 소자를 포함하며,

상기 소자들의 광축들이 피검출물 상의 일점에서 서로 교차하며,

상기 수광 소자는 발광소자로부터 조사되어 피검출물의 표면에서 반사되는 광의 경면 반사 성분을 수광하지 않는 위치에 배치되는 토너 변위 검출 센서.
제 1 항에 있어서, 피검출물 상의 소정 영역에 광을 조사하는 하나의 발광소자; 및

상기 발광소자로부터 조사되어 피검출물 표면에서 반사된 반사광을 수광하는 두 개의 수광 소자를 포함하며,

상기 소자들의 광축들이 피검출물 상의 일점에서 서로 교차하며,

상기 수광 소자들 중 하나는 발광소자로부터 조사되어 피검출물의 표면에서 반사되는 경면 반사 성분을 수광하지 않는 위치에 배치되고 상기 수광 소자들 중 다른 하나는 발광소자로부터 조사되어 피검출물의 표면에서 반사되는 경면 반사 성분을 수광하는 위치에 배치되는 토너 변위 검출 센서.
청구항 1의 토너 변위 검출 센서를 이용하는 칼라 화상 형성 장치.
옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너 각각의 패턴과 블랙 토너의 패턴을 서로 부분적으로 겹치도록 배치하는 단계;

상기 패턴들에 광을 조사하는 단계; 및

수광된 광량에 따라 다른 패턴들에 대한 하나의 패턴의 변위를 검출하는 단계를 포함하는, 칼라 화상 형성 장치에 이용되는 토너 변위 검출 방법.