JP2009036714A - 光学濃度センサー及び光学濃度センサーを搭載した画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置に搭載された蛍光トナーまたは蛍光インクによって形成される画像の、精度が良く安定した濃度制御を行う。
【解決手段】 発光素子８と前記発光素子８から照射する光を集光する集光用レンズ１１と、前記集光用レンズ１１にて集光された光を測定物に照射した際に測定物から反射または放射された光を受ける受光素子９と、それらを支えるホルダー１０からなる光学濃度センサーにおいて、前記発光素子８が近紫外光または紫外光の波長領域を含む光を発する構成とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子写真方式やインクジェット方式などにより画像形成を行う複写機、印刷機、プリンタ等の画像形成装置における、画像の濃度を検出する光学濃度センサーに関する。

一般に、電子写真方式を利用した画像形成装置では、環境変動等により画像濃度の変化が起きる。そこで、従来技術では、感光体又は中間転写体等の像担持体上に濃度検知用の画像（以下、検知用画像と称する）を形成し、その濃度を光学濃度センサーで計測し、その計測結果に基づいて露光量や現像バイアス等の画像形成条件を補正し、画像濃度制御を行っている。

特に、カラー画像形成装置では、各作像エンジンにて形成された各色成分（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）の検知用画像を前記像担持体上に形成し、その濃度を近赤外光を発する発光素子を有する光学濃度センサーで計測し、各色の計測結果に基づいて各色の画像濃度制御を行っている。

前記光学濃度センサーは、ＬＥＤ等の近赤外光を発する発光素子と前記発光素子から照射する光を集光する集光用レンズと、フォトダイオード、ＣＣＤ等の受光素子、およびこれらを支えるホルダーで構成され、前記発光素子から発せられた光を前記像担持体上に形成された前記検知用画像に照射し、前記像担持体からの反射光を前記受光素子で受けることによって、照射光量と反射光量の関係から前記検知用画像の濃度を測定するものである（例えば、特許文献１参照）。

ところで、近年、ブラックライト等の紫外光を照射すると蛍光を発してセキュリティの必要な情報を読み取れる蛍光トナーが有価証券の偽造防止対策等の技術に用いられている。前記蛍光トナーに用いられる蛍光着色剤の例としては、ジアミノスチルベンスルホン酸、ジスチルベンゼン等のスチルベン系着色剤、ベンジジン、ベンジンスルホン酸等のジアミノジフェニル系着色剤、イミダゾロン、トリアゾール等のイミダゾール系着色剤等が挙げられる。電子写真方式を利用したカラー画像形成装置において、前記カラー画像形成装置に通常用いられる常用色のトナー（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）以外に、前記蛍光トナーを特定色として作像エンジンに搭載し、常用色以外の特定色を含んだカラー画像を記録材に形成する蛍光印刷を行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、インクジェット方式の画像形成装置においても、環境変動等により画像濃度の変化が起きる。そこで、従来技術では、画像形成装置の排出部付近において記録材上にある濃度検知用の画像の濃度を光学濃度センサーで計測し、その計測結果に基づいて画像濃度制御を行っている。

このようなインクジェット方式の画像形成装置において、ブラックライト等の紫外光を照射すると蛍光を発してセキュリティの必要な情報を読み取れる蛍光インクが有価証券の偽造防止対策等の技術に用いられている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００５−６２２７３号公報 特開２００４−３２５９７２号公報 特開２０００−３０３００８号公報

ところが、一般に前記蛍光トナーや前記蛍光インクは近赤外光の照射に対して無色透明であり、前記発光素子が近赤外光を発する従来の光学濃度センサーでは、Ｓ／Ｎが悪い、バックグラウンドが狭い、等の問題があるため前記蛍光トナーや前記蛍光インクによって形成される画像の濃度制御ができない。

本発明は上記のような課題を解決するためのものであり、発光素子と前記発光素子から発せられた光を集光する集光用レンズと、前記集光用レンズにて集光された光を測定物に照射した際に測定物から反射または放射された光を受ける受光素子と、それらを支えるホルダーからなる光学濃度センサーにおいて、前記発光素子が紫外光または近紫外光の波長領域を含む光を発することを特徴とし、蛍光トナーや蛍光インクによって形成された画像の濃度制御を可能とすることにある。

また、前記発光素子からの光を集光するための集光用レンズに酸化チタンをコートすること、及び発光素子の前方に励起フィルタを、受光素子の前方にダイクロイックミラーを、前記受光素子と前記ダイクロイックミラーの間に吸収フィルタを設けることにより、精度が良く安定した濃度検知を可能とすることにある。

また、蛍光トナーに加えて常用色のトナーによって形成された画像の濃度検知も行うことができる光学濃度センサーを提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、発光素子と前記発光素子から発せられた光を集光する集光用レンズと、前記集光用レンズにて集光された光を測定物に照射した際に測定物から反射または放射された光を受ける受光素子と、それらを支えるホルダーからなる光学濃度センサーにおいて、前記発光素子が紫外光または近紫外光の波長領域を含む光を発することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の光学濃度センサーにおいて、前記発光素子の発光中心波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１〜２記載の光学濃度センサーにおいて、前記発光素子がＬＥＤであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の光学濃度センサーにおいて、前記集光用レンズに酸化チタンがコートされていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４記載の光学濃度センサーにおいて、前記発光素子と前記測定物の間に励起フィルタを設けたことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５記載の光学濃度センサーにおいて、前記測定物と前記受光素子の間にダイクロイックミラーを設けたことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６記載の光学濃度センサーにおいて、前記受光素子と前記ダイクロイックミラーの間に吸収フィルタを設けたことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７記載の光学濃度センサーにおいて、波長が７６０ｎｍ〜１０００ｎｍである近赤外光を発する第２の発光素子を設けたことを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８記載の光学濃度センサーを搭載した画像形成装置であることを特徴とする。

本発明は以上の構成及び作用を有するもので、発光素子と前記発光素子から照射する光を集光する集光用レンズと、前記集光用レンズにて集光された光を測定物に照射した際に測定物から反射または放射された光を受ける受光素子と、それらを支えるホルダーからなる光学濃度センサーにおいて、前記発光素子が近紫外光または紫外光の波長領域を含む光を発することを特徴とし、蛍光トナーまたは蛍光インクによって形成された画像の濃度制御を可能とすることにある。

また、発光素子から照射する光を集光するための集光用レンズに酸化チタンをコートすることにより、光源からの紫外光または近紫外光が前記集光用レンズに照射されるたびに前記集光用レンズの測定面側の表面に付着したトナー及びインクや埃等の汚れを分解することができ、水蒸気によって前記集光用レンズの測定面側の表面が曇ることを防止することができるため、精度が良く安定した濃度検知が可能となる。

さらに、前記発光素子と前記測定物の間に励起フィルタを設けることにより、蛍光トナーまたは蛍光インクの励起に必要な波長の光のみを前記測定物に照射することができるため、より精度が良くより安定した濃度検知が可能となる。

また、前記測定物と前記受光素子の間にダイクロイックミラーを、前記受光素子と前記ダイクロイックミラーの間に吸収フィルタを設けたことにより、前記受光素子に入射する前記発光素子からの反射光や散乱光等を取り除くことができるため、より精度が良くより安定した濃度検知が可能となる。

さらに、蛍光トナー及び蛍光インクの測定のための光源たる第１のＬＥＤとは別に、常用色のトナーを測定するための光源たる第２のＬＥＤを設けたことにより、蛍光トナーにより形成された画像の濃度検知だけではなく、常用色のトナーにより形成された画像の濃度検知も可能となる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態である。本実施の形態におけるカラー画像形成装置は電子写真方式を利用しており、中間転写体４の走行方向に沿って上流側から順に、イエロー（Ｙ）の作像エンジンＳＹ、シアン（Ｃ）の作像エンジンＳＣ、マゼンタ（Ｍ）の作像エンジンＳＭ、ブラック（Ｂｋ）の作像エンジンＳＢｋ、蛍光トナー（Ｋ）用の作像エンジンＳＫを配列したカラー画像形成装置である。帯電ローラ３Ｙは、感光ドラム１Ｙの表面に接触配置され、不図示の帯電バイアス印加電源によって帯電バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１Ｙの表面を均一に帯電するものである。感光ドラム１Ｙは表面が選択的に露光されることにより静電潜像が形成されるように構成されている。現像スリーブ３Ｙに現像バイアスを印加することで、現像スリーブ２Ｙ上のトナーを感光ドラム１Ｙ表面の静電潜像に付着させて現像し、静電潜像をトナー像として可視化する。中間転写体４は感光ドラム１Ｙに接しており、感光ドラム１Ｙの回転に伴って回転し、トナー像が転写される。中間転写体４上に形成されたトナー像はバイアス印加された二次転写ローラ５によって転写材へ転写され、定着装置６によって溶融固着される。シアン、マゼンタ、ブラック、蛍光トナーにおいてもイエローと同様にして転写材にトナー像が形成される。本実施の形態においては、蛍光トナー用の作像エンジンＳＫによって形成される画像の濃度検知を行うために、光学濃度センサー７によって中間転写体４上の蛍光トナーによって形成された検知用画像をモニターしている。

一般的に蛍光トナーは、光源の波長によって放射する蛍光の波長と強度が変化する特性があり、最も蛍光のピーク強度が大きくなる場合の蛍光の波長（以下、最大蛍光波長と称する）と光源の波長（以下、最大励起波長と称する）が存在する。本実施の形態では、図２に示すような蛍光強度と波長分布の特性を持つ蛍光トナーを用いており、最大蛍光波長は５００ｎｍ、最大励起波長は２５４ｎｍである。

以下、図３を用いて、蛍光トナーによって形成される画像の濃度制御方法について説明する。図３は、図１に示したカラー画像形成装置に搭載された光学濃度センサー７の詳細図である。前記光学濃度センサーにおいて、発光素子たるＬＥＤ８、前記発光素子から発せられる光を集光する集光用レンズ１１、検知用画像１２から反射または放射される光を測定する受光素子たるフォトダイオード９は、センサーホルダー１０に図３に示すように配置される。尚、ＬＥＤ８は近紫外光を発し、検知用画像８は近紫外光を照射すると蛍光を放射する蛍光トナーによって形成されている。蛍光強度を大きくして精度が良く安定した測定を行うために、ＬＥＤ８には発光中心波長が前記最大励起波長に近い２５５ｎｍとなるＬＥＤを用いた。また、集光用レンズ１１の材質には２５５ｎｍの光に対して透過率が高い合成石英を用いた。フォトダイオード９は、蛍光トナーの前記最大蛍光波長である５００ｎｍを検出波長の範囲に含んでおり、前記最大蛍光波長である５００ｎｍにおける検知用画像１２の濃度に応じた強度を測定するＬＥＤ８から発せられた近紫外光は、集光用レンズ１１を経て中間転写体４上の検知用画像１２を照射する。それにより検知用画像１２は可視光領域の波長を含む蛍光を放射する。前記蛍光は検知用画像１２の濃度に応じた強度であり、フォトダイオード９に入射しその強度が計測される。フォトダイオード９で計測された強度信号は増幅回路によって増幅され、不図示のＡ／Ｄコンバーターに送られてデジタル信号化され、ＣＰＵに送られる。その結果を基に、蛍光トナーを搭載した作像エンジン（ＳＫ）における現像バイアス及び帯電バイアスを最適化し、画像濃度が制御される。

また、本実施の形態では、集光用レンズ１１の測定面側の表面に酸化チタンのコートを施している。酸化チタンは紫外光または近紫外光が照射されると光触媒反応により活性酸素を発生させ、汚れを分解する性質がある。従って、トナーや埃等の汚れが集光用レンズ１１の測定面側の表面に付着した場合においても、ＬＥＤ８からの近紫外光が照射されるたびに分解されることとなり、精度が良く安定した濃度検知が可能である。

また、酸化チタンに紫外光または近紫外光があたると、その表面が親水性になることで集光用レンズ７が水蒸気によって曇ることを防止する。従って、本実施の形態では高湿度環境下においても精度が良く安定した濃度検知が可能である。以上の結果、蛍光トナーによって形成される画像の濃度検知が可能となる。

以上、ＬＥＤ８の波長として２５５nmの近紫外光を用いる場合を述べたが、これに限らず使用する蛍光トナーの最大励起波長に応じて、例えば２００〜４００ｎｍ等の他の波長の紫外光または近紫外光を発するＬＥＤを用いてもよい。またこの場合、蛍光強度を大きくして精度が良く安定した測定を行うために、ＬＥＤは蛍光トナーの種類に応じて発光中心波長が前記最大励起波長となる特性を有することが望ましい。

本実施の形態では光源としてＬＥＤを用いたが、水銀ランプ、キセノンランプ等の紫外光または近紫外光を発する光源であれば、ＬＥＤ以外の光源を用いても良い。また、受光素子としてはフォトダイオードに限らず、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサー、光電子増倍管等を用いても良い。

ここまでは電子写真方式を利用した画像形成装置を例に説明したが、インクジェット方式を利用した画像形成装置においても、同様に紫外光または近紫外光を発する光学素子を用いることにより、蛍光インクにより形成された画像に対して精度が良く安定した濃度検知が可能である。

（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態である。図４において、図３と同一の要素には同一の符号を記してある。前記第１の実施の形態では、ＬＥＤ８の照射光には検知用画像１２を形成している蛍光トナーに対する最大励起波長以外の波長を含んでいるため、前記蛍光トナーが放射する蛍光の強度と波長にばらつきが生じてフォトダイオード９の測定精度が低下する。本実施の形態の特徴は、図４に示すように蛍光トナーの励起に必要な波長の光をＬＥＤ８から抽出するための光学素子たる励起フィルタ１３を設けたことにある。励起フィルタ１３は特定の波長の光のみを透過し、それ以外の光を通さないバンドパスフィルタを用いるのが望ましい。

前記励起フィルタ１３を透過した光の一部は検知用画像１２で反射されフォトダイオード９に入射するために測定精度が低下する。従って図４に示すように、検知用画像１２とフォトダイオード９の間に励起光と蛍光を分離するための光学素子たるダイクロイックミラー１４を設けた。ダイクロイックミラー１４は特定の波長の光のみを反射しそれ以外の波長の光を透過する光学素子であって、透過帯域の立ち上がり波長が蛍光トナーの最大励起波長と最大蛍光波長の間にくる特性を持っている。また、ダイクロイックミラー１４は、効率良く励起光と蛍光を分離するために測定物に対して約１０度の傾きを持たせてある。これによって、強度の計測に不要な反射光がフォトダイオード９に入射することを防ぐことができ、精度が良く安定した濃度検知が可能となる。

また、図４に示すように、検知用画像１２から放射された光とその他の不要な散乱光などを分離する光学素子たる吸収フィルタ１５をフォトダイオード９とダイクロイックミラー１４の間に設けた。吸収フィルタ１５はダイクロイックミラー１４を透過した長波長の蛍光を透過し、検知用画像１２や光学系からの散乱光などは通さない特性を持っている。吸収フィルタ１５は、特定の波長の光のみを透過し、それ以外の光を通さないバンドパスフィルタを用いるのが望ましい。これにより、測定とは関係のない微弱な散乱光を取り除くことが可能となり、散乱光等の影響が相対的に小さくなるので、精度が良く安定した濃度検知ができる。

（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態である。図５において、図４と同一の要素には同一の符号を記してある。前記第１、２の実施の形態では、ＬＥＤ８は近紫外光を発するため、検知用画像が常用色のトナー（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）であった場合、濃度検知ができない。本実施の形態の特徴は図５に示すように、蛍光トナーの測定のための光源たる第１のＬＥＤ８と、常用色のトナーの測定のための光源たる第２のＬＥＤ１６を設けたことにある。また、蛍光トナーの濃度測定のための第１のフォトダイオード９と常用色のトナーの濃度検知のための第２のフォトダイオード１７を設けてある。

蛍光トナーによって形成される画像の濃度検知方法は第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。以下、図５を用いて常用色のトナーによって形成される画像の濃度検知方法について説明する。ＬＥＤ１６は近赤外光（９５０ｎｍ）を発し、検知用画像１８は近赤外光を照射すると反射光を発する常用色のトナーによって形成されている。尚、常用色のトナーの反射率は色によらず近赤外光においてほぼ同一になっており、この反射率は色に関わらずトナーの画像濃度の変化に応じて同一の変化を示すので、近赤外光を発する光学素子を用いれば常用色のトナーの色に関わらず濃度検知が可能である。ＬＥＤ１６から発せられた近赤外光は中間転写体４上の検知用画像１８を照射する。それにより検知用画像１８は可視光領域の波長を含む反射光を発する。前記反射光は検知用画像１８の濃度に応じた強度であり、フォトダイオード１７に入射しその強度が計測される。フォトダイオード１７で計測された強度信号は増幅回路によって増幅され、不図示のＡ／Ｄコンバーターに送られてデジタル信号化され、ＣＰＵに送られる。その結果を基に、各色の作像エンジン（ＳＹ、ＳＣ、ＳＭ、ＳＢｋ）における現像バイアス及び帯電バイアスを最適化し、画像濃度が制御される。その結果、常用色のトナーによって形成される画像の濃度検知が可能となる。これにより、蛍光トナーにより形成された画像の濃度検知だけではなく、常用色のトナーにより形成された画像の濃度検知も可能となる。

以上、ＬＥＤ１６の波長として９５０nmの近赤外光を用いる場合を述べたが、他の波長の光を発するＬＥＤを用いてもよい。

本発明の第１の実施の形態を示す図。 近紫外光を照射された蛍光トナーが発する蛍光強度と波長分布を示す図。図中のλは蛍光トナーに照射した近紫外光の波長を表す。 本発明の第１の実施の形態において用いた光学濃度センサーを示す図。 本発明の第２の実施の形態を示す図。 本発明の第３の実施の形態を示す図。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
２ 現像スリーブ
３ 帯電ローラ
４ 中間転写体（像担持体）
５ 二次転写ローラ
６ 定着装置
７ 光学濃度センサー
８ ＬＥＤ（発光素子）
９ フォトダイオード（受光素子）
１０ センサーホルダー
１１ 集光用レンズ（光学素子）
１２ 検知用画像（測定物）
１３ 励起フィルタ（光学素子）
１４ ダイクロイックミラー（光学素子）
１５ 吸収フィルタ（光学素子）
１６ 第２のＬＥＤ（発光素子）
１７ 第２のフォトダイオード（受光素子）
１８ 第２の検知用画像（測定物）

Claims (9)

1. 発光素子と前記発光素子から発せられた光を集光する集光用レンズと、前記集光用レンズにて集光された光を測定物に照射した際に測定物から反射または放射された光を受ける受光素子と、それらを支えるホルダーからなる光学濃度センサーにおいて、前記発光素子が紫外光または近紫外光の波長領域を含む光を発することを特徴とする光学濃度センサー。
2. 前記発光素子の発光中心波長が２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学濃度センサー。
3. 前記発光素子がＬＥＤであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学濃度センサー。
4. 前記集光用レンズに酸化チタンがコートされていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光学濃度センサー。
5. 前記発光素子と前記測定物の間に励起フィルタを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光学濃度センサー。
6. 前記測定物と前記受光素子の間にダイクロイックミラーを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光学濃度センサー。
7. 前記受光素子と前記ダイクロイックミラーの間に吸収フィルタを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光学濃度センサー。
8. 波長が７６０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である近赤外光を発する第２の発光素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学濃度センサー。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光学濃度センサーを搭載した画像形成装置。

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