JP2002310901A - トナー付着量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像担持体に付着したトナー量の測定精度を向
上させる。 【解決手段】 トナーが付着した像担持体に無偏光性の
光を照射する発光素子と、該像担持体からを反射する光
のうち、像担持体に平行な方向成分であるＰ波成分が第
１の偏光フィルタを透過する第１の受光装置と、該像担
持体からの反射光のうちＰ波に垂直な方向成分であるＳ
波成分が第２の偏光フィルタを透過する第２の受光装置
と、第１、第２の受光装置出力をそれぞれ増幅して、そ
の差をトナー付着量の情報として出力する信号処理装置
とから構成されることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式複写
機、電子写真式プリンタなどで用いられるトナーの付着
量測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のトナー付着量測定装置としては、
図１３に示す発光素子１からの光をトナー３の付着した
感光体２に照射し、その反射光を受光素子４に入射させ
て増幅したものをトナー付着量の情報とする反射型光セ
ンサがよく知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電子写真式複写機、電
子写真式プリンタなどでトナーを付着させる像担持体と
して使用されている感光体や転写ベルトの表面は、凹凸
が非常に小さく光沢のあるものが用いられている。以下
の説明では、トナーを付着させる像担持体として感光体
を用いた場合について説明する。

【０００４】一般に光沢度の高い物体に光を照射したと
きの反射光は、物体表面に平行な方向に偏りやすいとい
うことが知られており、発光素子から感光体への照射角
度θを感光体の法線方向に対する傾き角として定義した
ときに、感光体からの反射光に含まれる成分は、照射角
度θが大きいほど感光体に平行な方向成分（Ｐ波）が支
配的となり、Ｐ波に垂直な方向成分（Ｓ波）は非常に小
さくなる。一方、感光体に付着するトナーは不均一な形
状で凹凸が大きいため、トナーからの反射光はＳ波とＰ
波の振動成分が約半分ずつ混ざり合って拡散反射する乱
反射となる。

【０００５】このようにトナーの付着する感光体からの
反射光は、感光体表面で反射する成分とトナー表面で反
射する成分とからなり、前者はトナー付着量に反比例し
て減少し、後者はトナー付着量に比例して増加する成分
となる。したがって、図１３に示す従来のトナー付着量
測定装置では、上記の感光体とトナーからの反射光すべ
てを受光素子で受光してしまうため、図１４のグラフに
見られるとおり、トナー付着量がα（測定装置出力が極
小値となるトナー付着量）を超える領域では、トナーか
らの乱反射により測定装置出力が増加してしまい、測定
装置出力からトナー付着量を一意的に求めることができ
なくなる。したがって、測定装置出力から、トナー付着
量を正確に測定できる範囲がα以下に限定されてしま
い、トナー付着量をαより多くして、濃い色濃度で印刷
したい場合に意図する画質で印刷を行うことが困難にな
るという問題があった。上記のαを超える領域でのトナ
ー付着量を一意的に求めるため、光源と感光体との間に
偏光フィルタを配置した例が特開平６−２５０４８０号
公報に開示されている。しかし、これは入射光側の光を
偏光させるものであって、感光体からの反射光を分析
し、トナー付着量を精度良く検出できるものではなかっ
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するもので、トナーが付着した像担持体に無偏光性の光
を照射する発光素子１と、該像担持体から反射する光の
うち、像担持体に平行な方向成分であるＰ波成分が第１
の偏光フィルタ５を透過する第１の受光装置と、該像担
持体からの反射光のうちＰ波に垂直な方向成分であるＳ
波成分が第２の偏光フィルタ６を透過する第２の受光装
置と、第１、第２の受光装置出力をそれぞれ増幅して、
その差をトナー付着量の情報として出力する信号処理装
置とから構成されることを特徴としたトナー付着量測定
装置であり、反射光に含まれる成分のうちトナーからの
乱反射による影響を除去し、トナー付着量の測定可能範
囲を広く取ることができ、かつ精度の高いトナー付着量
測定装置の供給を可能とするものである。

【０００７】また、発光素子から照射される光の一部を
受光し、その受光出力をもとに発光素子から照射される
光量を一定に制御するフィードバック機能を備えたこと
を特徴とするトナー付着量測定装置であり、周囲温度変
化や経時変化による発光素子の光量変化分を除去し、安
定した性能をもつトナー付着量測定装置の供給を可能と
するものである。

【０００８】また、トナーが付着する像担持体とトナー
付着量測定装置との間の距離ずれ、角度ずれを補正する
ためのレンズを備えたことを特徴とするトナー付着量測
定装置であり、常に受光素子中心方向に光を集光する機
能をもつレンズを備えることで、トナー付着量測定装置
の取り付け誤差の影響を受けずに安定した出力値が得ら
れるトナー付着量測定装置の供給を可能とするものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明によるトナー付着量測定装
置は、トナーが付着した像担持体に無偏光性の光を照射
し、該像担持体からの反射光のうち、像担持体に平行な
方向成分であるＰ波成分が第１の偏光フィルタを透過す
る第１の受光装置と、該像担持体からの反射光のうちＰ
波に垂直な方向成分であるＳ波成分が第２の偏光フィル
タを透過する第２の受光装置とを備え、第１、２の受光
装置出力を信号処理装置によりそれぞれ増幅して、その
差をトナー付着量の情報とする。また、発光素子から照
射される光の一部を受光し、この受光出力をもとに発光
素子から照射される光量を一定に制御するフィードバッ
ク機能を備えている。さらに、トナーが付着する像担持
体とトナー付着量測定装置との間の距離ずれ、角度ずれ
を補正するためのレンズを備えている。

【００１０】

【実施例】以下、本発明による実施例について、図面を
参照して説明する。 〔実施例１〕本発明を利用したトナー付着量測定装置を
図１に示す。図１において、発光素子１からトナー３が
付着する感光体２に対して入射角θで無偏光性の光を照
射し、入射角と同じ角度とした反射角θの方向に２分割
フォトダイオード７を配置して反射光を受光する。発光
素子１としては、ＬＥＤの他にハロゲンランプ、半導体
レーザ等の単波長成分の多い光源を用いることが可能で
ある。また、２分割フォトダイオード７は、互いに近接
したフォトダイオード８、９が１つのパッケージに収め
られたものであり、フォトダイオード８、９の受光面境
界付近に反射光中心が受光されるように配置されてい
る。

【００１１】図２は、図１の受光側を詳しく記述したも
のである。トナー３の付着する感光体２からの反射光ｂ
について、感光体２に対して平行な振動成分ｄをｐ波、
ｐ波と直角方向の振動成分ｅをｓ波と定義する。また、
トナー３の付着する感光体２からの反射光ｂには、図３
に示すとおり、感光体２に当たって反射する成分ｈとト
ナー３に当たって反射する成分ｉの大きく２つが考えら
れる。図３に示す反射光ｂについて感光体２に当たって
反射する成分ｈのうちｐ波方向の振動成分をＰ１、ｓ波
方向の振動成分をＳ１とする。また、トナー３に当たっ
て反射する成分ｉのうち、ｐ波方向の振動成分をＰ２、
ｓ波方向の振動成分をＳ２とする。このとき、感光体２
の表面は光沢度が高く、その反射光はｐ波が支配的とな
るため、感光体２からの反射光に含まれる振動成分に
は、Ｐ１＞Ｓ１の関係が成り立つ。一方、トナー３に当
たって反射される光については、トナーが不均一な形状
で凹凸が大きいため、反射光はｓ波とｐ波が約半分ずつ
混ざり合った乱反射となり、Ｐ２≒Ｓ２の関係が成り立
つ。

【００１２】図２の偏光フィルタ５の透過方向は縦方向
であり、これはトナー３の付着した感光体２からの反射
光ｂの水平方向の振動成分ｄと平行な方向である。ま
た、偏光フィルタ６の透過方向は横方向であり、これは
反射光ｂの水平方向の振動成分ｄと垂直な方向である。
図２に示すように、トナー３の付着した感光体２からの
反射光ｂについて、半分が偏光フィルタ５を、また、残
りの半分が偏光フィルタ６を通過するようにし、偏光フ
ィルタ５、６を通過した後の反射光ｃの中心が、２分割
フォトダイオード７のパッケージに収められているフォ
トダイオード８、９の受光面境界付近に入射するように
配置する。

【００１３】図４は、図２の反射光ｂについて偏光フィ
ルタ５を通過する成分を表している。偏光フィルタ５を
通過する前の反射光ｂは、感光体２に当たって反射する
成分ｈとトナー３に当たって反射する成分ｉで構成され
ている。反射光ｂに含まれる成分ｈ、ｉのうち偏光フィ
ルタ５の透過方向に対して垂直の振動方向をもつＳ１、
Ｓ２は通過が抑制され、平行の振動方向をもつＰ１、Ｐ
２は偏光フィルタ５を通過することになる。

【００１４】図５は、図２の反射光ｂについて偏光フィ
ルタ６を通過する成分を表している。反射光ｂに含まれ
る成分ｈ、ｉのうち偏光フィルタ６の透過方向に対して
垂直の振動方向をもつＰ１、Ｐ２は通過が抑制され、平
行の振動方向をもつＳ１、Ｓ２は偏光フィルタ６を通過
することになる。

【００１５】このため、図２に示す２分割フォトダイオ
ード７に入射する光のうち、フォトダイオード８の受光
領域には偏光フィルタ５を通過してきたＰ１、Ｐ２から
なる反射光ｆ、フォトダイオード９の受光領域には偏光
フィルタ６を通過してきたＳ１、Ｓ２からなる反射光ｇ
が照射され、これら受光領域における受光光量に応じた
出力を、フォトダイオード８、９から取り出すことがで
きる。

【００１６】図６は、図２におけるフォトダイオード
８、９の受光出力を信号処理し、トナー付着量に応じた
出力電圧を得るための信号処理回路の例である。フォト
ダイオード８の受光出力（Ｐ１＋Ｐ２）とフォトダイオ
ード９の受光出力（Ｓ１＋Ｓ２）は、増幅器１０、１１
でそれぞれＫ倍に増幅されて、Ｋ（Ｐ１＋Ｐ２）、Ｋ
（Ｓ１＋Ｓ２）となり、差分器１２で２つの入力差、Ｋ
｛（Ｐ１＋Ｐ２）−（Ｓ１＋Ｓ２）｝が取り出される。
このとき、トナー３からの反射光は、トナーが不均一な
形状で凹凸が大きいため乱反射となり、Ｐ２≒Ｓ２の関
係が成り立ち、差分器１２の信号処理出力は、Ｋ（Ｐ１
−Ｓ１）と近似する。ここで、感光体２の表面は光沢度
が高くその反射成分は、ｐ波が支配的となるため、Ｐ１
＞Ｓ１の関係にある。

【００１７】図７は、感光体上のトナー付着量とその測
定値をグラフに示したものである。図１に示す従来のト
ナー付着量測定装置では、図７のグラフに示すＫ（Ｐ１
＋Ｐ２＋Ｓ１＋Ｓ２）の特性曲線が得られ、トナー付着
量αを越える領域で測定値が上がるという問題点があっ
た。これは、トナーが付着した感光体からの反射光すべ
てを受光素子で受光するため、トナー付着量がαを超え
る領域で、トナーに当たって反射する成分Ｋ（Ｐ２＋Ｓ
２）の影響が大きくなるためである。しかし、図１に示
すトナー付着量測定装置では、トナーに当たって反射す
る成分Ｋ（Ｐ２＋Ｓ２）の影響を除去し、感光体からの
反射光にどれだけのＰ波成分の偏りが有るかを示すＫ
（Ｐ１−Ｓ１）を出力として得ることで、トナーの付着
していない感光体からの反射光量に応じた出力を得るこ
とができ、トナー付着量がαを越える領域においても精
度の高い特性曲線を得ることが可能となった。

【００１８】〔実施例２〕実施例１におけるトナー付着
量測定装置において、発光素子から照射される光の一部
を受光し、この受光出力をもとに発光素子から照射され
る光量を一定に制御するフィードバック機能を備えたト
ナー付着量測定装置を図８、９に示す。トナー付着量の
測定原理は、実施例１と同様であるため、その説明は省
略し、ここでは発光素子１からの照射光を一定にするフ
ィードバック制御について説明を行う。

【００１９】図９において、発光素子１からトナー３が
付着する感光体２へ照射される光の一部を、発光素子１
の斜め前方に配置された受光素子１３で受光する。発光
素子１の側面光と正面光では、発光光量によってその発
光比率が異なるため、受光素子１３は、発光素子１の側
面に置かず、斜め前方に配置して正面光を受光する。発
光素子１の照射光量に応じた受光素子１３の出力は、比
較器１４において基準値Ｖrefと比較され、Ｖrefより小
さい場合は発光素子１の光量を増加させ、Ｖrefより大
きい場合は発光素子１の光量を減少して、受光素子１３
の出力が常にＶrefに保たれるようにフィードバック制
御される。従って、周囲温度変化や経時変化によって発
光素子１の照射光量が変化した場合においても、受光素
子１３出力をＶref一定に保つフィードバック制御が行
われ、発光素子１の照射光量を常に一定に保つことがで
きる。

【００２０】〔実施例３〕実施例１、２におけるトナー
付着量測定装置において、トナーが付着する感光体とト
ナー付着量測定装置との間の距離ずれ、角度ずれを補正
するためのレンズを備えたトナー付着量測定装置を図１
０に示す。トナー付着量の測定原理、および発光素子か
らの照射光量をフィードバック制御する方法について
は、実施例１、２と同様のためその説明は省略し、ここ
ではトナーが付着する感光体とトナー付着量測定装置と
の間の距離ずれ、角度ずれをレンズで補正する方法につ
いて図１０〜１２をもとに説明を行う。

【００２１】図１１は、トナー付着量測定装置とトナー
３が付着する感光体２の距離ずれによって生じる反射光
ｂの入射位置ずれを、シリンダーレンズ１５で補正する
効果を示したものである。図１１において、感光体２か
らの反射光ｂが、シリンダーレンズ１５がない状態にお
いても２分割フォトダイオード７の中心に入射されるよ
うなトナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体
２との距離間隔を、基準間隔と定義する。トナー付着量
測定装置とトナー３が付着する感光体２が基準間隔より
近づき、２−１の位置に配置された場合、反射光ｂ−１
は、シリンダーレンズ１５の中央から右側にずれた位置
に入射される。また、トナー付着量測定装置とトナー３
が付着する感光体２が基準間隔より離れ、２−２の位置
に配置された場合、反射光ｂ−２はシリンダーレンズ１
５の中央から左側にずれた位置に入射されることにな
る。反射光ｂ−１、又は反射光ｂ−２は、シリンダーレ
ンズ１５がない状態では２分割フォトダイオード７の中
心からずれた位置に照射され、センサ出力値に誤差を生
じるが、シリンダーレンズ１５が挿入された状態では、
シリンダーレンズ１５で屈折されて２分割フォトダイオ
ード７の中心方向に収束されるため、トナー付着量測定
装置とトナー３が付着する感光体２の距離ずれにかかわ
らず安定した出力値を得ることができる。

【００２２】図１２は、トナー付着量測定装置とトナー
３が付着する感光体２の角度ずれによって生じる反射光
ｂの入射位置ずれを、シリンダーレンズ１５で補正する
効果を示したものである。図１２において、感光体２か
らの反射光ｂが、シリンダーレンズ１５がない状態にお
いて２分割フォトダイオード７の中心に入射されるよう
なトナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２
との角度を、基準角度と定義する。トナー付着量測定装
置とトナー３が付着する感光体２が基準角度より＋β振
れ、２−１の位置に配置された場合、反射光ｂ−１は、
シリンダーレンズ１５の中央から左側にずれた位置に入
射される。また、トナー付着量測定装置とトナー３が付
着する感光体２が基準角度より−β振れ、２−２の位置
に配置された場合、反射光ｂ−２はシリンダーレンズ１
５の中央から右側にずれた位置に入射されることにな
る。反射光ｂ−１、又は反射光ｂ−２は、シリンダーレ
ンズ１５がない状態では２分割フォトダイオード７の中
心からずれた位置に光が照射され、センサ出力値に誤差
を生じるが、シリンダーレンズ１５が挿入された状態で
は、シリンダーレンズ１５で屈折されて２分割フォトダ
イオード７の中心方向に収束されるため、トナー付着量
測定装置とトナー３が付着する感光体２の角度ずれに大
きく影響されることがなく安定した出力値を得ることが
できる。

【００２３】実施例１、２、３で挙げた２分割フォトダ
イオード７は、１つの半導体チップ上に２つのフォトダ
イオードを同時に形成したものを使用しているが、別々
の半導体チップ上に形成された２つのフォトダイオード
を１つのパッケージに収めたものを使用することも可能
である。また、２分割フォトダイオード７の代わりに、
１素子入りフォトダイオード２個を互いに近接して使用
することも可能である。また、２分割フォトダイオード
７の代わりに、非分割ＰＳＤ(Position Sensitive De
tector)を用いることも可能である。

【００２４】また、実施例３で挙げた、距離ずれ、角度
ずれの補正に用いたシリンダーレンズ１５は横方向に曲
率を持つものであったが、縦方向、横方向の両方に曲率
をもつ楕円型レンズを使用することも可能である。

【００２５】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、トナ
ーの付着する像担持体に無偏光性の光を照射したときの
反射光について、感光体のＳ波成分に対してＰ波成分が
どれだけ多く含まれるかを精度良く測定することによ
り、トナーからの乱反射の影響を除去して正確なトナー
付着量を測定することができる。また、トナーの付着す
る像担持体へ照射される光の一部を受光し、この受光出
力をもとに発光素子から照射される光量を一定にするフ
ィードバック制御を行うことで、周囲温度変化や経時変
化による発光素子の光量変化分を除去することができ
る。さらに、トナーが付着する像担持体とトナー付着量
測定装置との距離ずれ、角度ずれを補正するレンズを備
えることで、トナー付着量測定装置の取り付け誤差によ
る影響を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるトナー付着量測定装置の一実施例
である。

【図２】図１のトナー付着量測定装置の受光側の詳細を
示したものである。

【図３】図１のトナー付着量測定装置で、トナーの付着
する像担持体からの反射光に含まれる成分を示したもの
である。

【図４】図１のトナー付着量測定装置で、第１の偏光フ
ィルタ５を通過する反射光成分を示したものである。

【図５】図１のトナー付着量測定装置で、第２の偏光フ
ィルタ６を通過する反射光成分を示したものである。

【図６】図１のトナー付着量測定装置で、トナー付着量
に応じた信号出力を得るための信号処理回路を示したも
のである。

【図７】本発明によるトナー付着量測定装置の測定結果
である。

【図８】図１のトナー付着量測定装置で、発光素子から
照射される光量を測定する受光素子を備えたトナー付着
量測定装置の一実施例である。

【図９】図１のトナー付着量測定装置で、発光素子から
照射される光量を一定にするフィードバック制御を備え
たトナー付着量測定装置の一実施例である。

【図１０】図８のトナー付着量測定装置で、トナーが付
着する感光体とトナー付着量測定装置との間の距離ず
れ、角度ずれを補正するためのレンズを備えたトナー付
着量測定装置の一実施例である。

【図１１】図１０のトナー付着量測定装置で、トナーが
付着する感光体とトナー付着量測定装置との間の距離ず
れを、シリンダーレンズで補正する効果を示したもので
ある。

【図１２】図１０のトナー付着量測定装置で、トナーが
付着する感光体とトナー付着量測定装置との間の角度ず
れを、シリンダーレンズで補正する効果を示したもので
ある。

【図１３】従来例によるトナー付着量測定装置である。

【図１４】図１３のトナー付着量測定装置におけるトナ
ー付着量の測定結果である。

【符号の説明】

１ 発光素子 ２ 感光体 ３ トナー ４ 受光素子 ５ 第１の偏光フィルタ ６ 第２の偏光フィルタ ７ ２分割フォトダイオード ８ 第１のフォトダイオード ９ 第２のフォトダイオード １０ 第１の増幅器 １１ 第２の増幅器 １２ 差分器 １３ 受光素子 １４ 比較器 １５ シリンダーレンズ ａ トナー３の付着した感光体２への入射光 ｂ トナー３の付着した感光体２からの反射光 ｃ 偏光フィルタ５、６を通過した反射光 ｄ 感光体２に対して平行方向の振動成分 ｅ ｐ波と垂直方向の振動成分 ｆ フォトダイオード８への入射光 ｇ フォトダイオード９への入射光 ｈ 感光体２からの反射光 ｉ トナー３からの反射光 ｊ 偏光フィルタ５を通過した後の感光体２からの反射
光 ｋ 偏光フィルタ５を通過した後のトナー３からの反射
光 ｌ 偏光フィルタ６を通過した後の感光体２からの反射
光 ｍ 偏光フィルタ６を通過した後のトナー３からの反射
光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB09 EE02 GG01 GG02 GG10 JJ11 JJ19 KK03 KK10 MM01 MM14 NN02 NN05 2H027 DA10 DE02 DE07 DE10 EC06 EC07 2H077 DA02 DA47 DA63 DA66 DA80

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーが付着した像担持体に無偏光性の
   光を照射する発光素子と、該像担持体から反射する光の
   うち、像担持体に平行な方向成分であるＰ波成分が第１
   の偏光フィルタを透過する第１の受光装置と、該像担持
   体からの反射光のうちＰ波に垂直な方向成分であるＳ波
   成分が第２の偏光フィルタを透過する第２の受光装置
   と、第１、第２の受光装置出力をそれぞれ増幅して、そ
   の差をトナー付着量の情報として出力する信号処理装置
   とから構成されることを特徴とするトナー付着量測定装
   置。
2. 【請求項２】 上記トナー付着量測定装置において、発
   光素子から照射される光の一部を受光し、この受光出力
   をもとに発光素子から照射される光量を一定に制御する
   フィードバック機能を備えたことを特徴とする請求項１
   記載のトナー付着量測定装置。
3. 【請求項３】 前記トナー付着量測定装置において、ト
   ナーが付着する像担持体とトナー付着量測定装置との間
   の距離ずれ、角度ずれを補正するためのレンズを備えた
   ことを特徴とする請求項１、または請求項２記載のトナ
   ー付着量測定装置。