JP2009258601A - トナー濃度検出方法および反射型光学センサおよび反射型光学センサ装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持部材17の反射特性とトナーパターンDP1の反射特性の差に基づきトナー濃度を検出する方法であって、検出光を放射する検出光用の発光部E1〜E5を、支持部材に検出光のスポットを照射でき、且つ、副方向に直交する方向において隣接するスポットの間が、上記直交する方向におけるトナーパターンの大きさ以下となるように、副方向に交わる1方向に配置して照射手段とするとともに、受光部D1〜D5を支持部材17および/またはトナーパターンPD1による検出光の反射光を受光できるように、照射手段に対応させ、且つ、支持部材17に対向させて1方向に配列して受光手段とし、照射手段の発光部E1〜E5を発光させ、受光手段の受光部D1〜D5の出力に基づきトナー濃度を演算的に検出する。
【選択図】図3
Description
「トナーパターンとなるべき静電潜像」は、所定の濃度パターンの像を露光して形成することもできるし、光走査による書き込みにより形成することもできる。
即ち、検出光を放射する「検出光用の発光部」をM(≧3)個、支持部材に「検出光のスポットをM箇所で照射できる」ように、且つ、副方向に直交する方向において隣接するスポットの間が「上記直交する方向におけるトナーパターンの大きさ以下」となるように、副方向に交わる1方向に配置して「照射手段」とし、N(≧3)個の受光部を「支持部材および/またはトナーパターンによる検出光の反射光」を受光できるように、照射手段に対応させ、且つ、支持部材に対向させて1方向に配列して「受光手段」とする。
従って、検出光が支持部材表面に照射されるときと、トナーパターンに照射されるときとでは、反射特性に「正反射と拡散反射」の差があり、この差が「3個以上の受光部の検出する光に変化を齎す」ので、3個以上の受光部の出力によりトナーパターンを構成するトナーの濃淡(トナー濃度に対応する。)を検出できる。
発光部の配列における一端側からグループ順次に発光させてもよいし、全発光部を同時に発光(点滅)させてもよい。
「受光手段」は、N(≧3)個の受光部を照射手段に対応させて1方向に配列してなる受光手段とを有する。
照射手段は、M個の独立したLED素子を配列して構成することもできるし、M個のLED発光部をアレイ配列したLEDアレイを用いることもできる。受光手段はN個の独立したPDを配列して構成することもできるし、N個のPD受光部を配列一体化したPDアレイを用いることもできる。
この請求項12記載の画像形成装置は「形成される画像が、色の異なる複数種のトナーによる多色画像もしくはカラー画像であり、色ごとのトナー濃度が検出される」ものであることができる(請求項13)。
勿論、これらの画像形成装置では、上記反射型光学センサを用いて、請求項1〜4の何れかのトナー濃度検出方法が実施される。
受光手段のN個の受光部の出力を、各発光部に対応する受光部の出力は正反射寄与出力とし、各発光部に対応しない受光部の出力は拡散反射寄与出力として分類し、これらの出力に基づきトナー濃度を演算的に検出する。
請求項14記載のトナー濃度検出方法は「正反射寄与出力および/または拡散反射寄与出力の総和に基づき、トナー濃度を演算的に検出する」方法であることができる(請求項15)。請求項14記載のトナー濃度検出方法はまた「各発光部に対応しない受光部の、支持部材による出力がゼロである」ものであることができる(請求項16)。さらに、請求項14または15記載のトナー濃度検出方法においては「各発光部に対応しない受光部の数が(N−3)個もしくは(N−2)個である」ことができる(請求項17)。
「各発光部に対応しない受光部の数が(N−3)個もしくは(N−2)個である」場合は、発光部と受光部の数が等しく(M=N)、両者の配列が1:1に対応している場合であり、両端以外に位置する各発光部に対応しない受光部は(N−3)個、両端に位置する各発光部に対応しない受光部は(N−2)個である。このほかに、両端以外に位置する各発光部に対応しない受光部が{N−(2n+1)}個、両端に位置する各発光部に対応しない受光部は{N−(2n)}個である場合(nは自然数)が可能である。
請求項19の場合には、M=P・mであり、照射手段はm個の発光部ごとにグループ分けされて「P個のグループ」を構成している。そして、発光部の発光はP個のグループにおいて第1番目から第m番目まで順次に点滅するが、その場合「全てのPグループにおける第i(i=1〜m)番目の発光部の点滅が同時に行われる」のである。
反射型光学センサは、照射手段と、受光手段とを有する。
「受光手段」は、N(≧3)個の受光部を上記照射手段に対応させて1方向に配列してなる。
先ず、図1を参照して、画像形成装置の実施の形態を説明する。
図1に示す画像形成装置は「カラー画像」を形成するものである。カラー画像はイエロー:Y、マゼンタ:M、シアン:C、黒:Kの4色のトナーにより形成される。
図1において、符号20で示す部分は「光走査装置」である。光走査装置20は、従来から知られた公知の種々のものを用いることができる。
符号11Y〜11Kは「光導電性の潜像担持体」であるドラム状の感光体であり、感光11Yはイエロートナーによるトナー画像の形成に用いられ、感光体11M、11C、11Kはそれぞれ、マゼンタトナー、シアントナー、黒トナーによるトナー画像の形成に用いられる。
なお、転写ベルト17上に形成されたトナーパターンは、図1において反射型光学センサOS1〜OS4よりも右側、即ち、これらセンサの下流側で、図示されないクリーニング装置により転写ベルト17の表面から除去される。
また、図の左右方向の左向きが副方向であり、転写ベルト17の表面の移動方向(図中に矢印Aで示す。)である。
トナーパターンDP1はイエロートナーの濃度を検出するためのパターンであり、トナーパターンDP2、DP3、DP4はそれぞれマゼンタトナー、シアントナー、黒トナーの濃度を検出するためのパターンである。
即ち、反射型光学センサOS1〜OS4は、主走査方向における4箇所で、各色トナー画像の位置を検出するとともに、反射型光学センサOS1はイエロートナーの濃度を検出し、反射型光学センサOS2〜OS4はマゼンタトナー〜黒トナーの濃度を検出する。
図3(a)において、符号OS1は上に説明した反射型光学センサを示している。先に説明した4個の反射型光学センサOS1〜OS4は構造的には同一のものであるので、反射型光学センサOS1を例にとって説明する。
反射型光学センサOS1は、図3(a)に示すように、検出光を放射する検出光用の発光部E1〜E5(M=5個)、主方向に平行に所定ピッチで等間隔に配置して「照射手段」とする一方、反射光を受光する受光部D1〜D5(N=5個)、主走査方向に平行に所定ピッチで等間隔に配置して「受光手段」とし、照射手段と受光手段とを対応させて、適宜のハウジングに一体的に組み付けた構成である。
そしてハウジングは、図1に示した「転写ベルト17の下方の位置」に所定の位置関係で配置される。
従って、図3(b)において、受光部D1〜D5に入射している反射光は、転写ベルト17の表面による正反射光である。
発光部E1〜E5の配列ピッチは、各発光部から放射される検出光が転写ベルト17の表面に、主走査方向に配列する5箇所をスポットとして照射し、隣接するスポットの間がトナーパターンDP1の「主方向の幅」より小さくなるように定められている。
トナーパターンDP1は「形成される時点」が定まっており、形成されてから上記検出領域に到達する時間も略定まっている。そこで、トナーパターンDP1が検出領域に近づいた適当なタイミングで、発光部(LED)E1〜E5を点滅制御する。
実際には、トナーパターンDP1の検出に先立って、位置検出パターンPP1の検出が行われるが、これについては後述する。
そして、トナーパターンDP1における「個々の矩形のトナーパターン」は、主方向の大きさが発光部のピッチ(3mm)よりも小さく(例えば、2.5mmとする。)形成されている。
このとき主方向に隣接するスポットの間は1mmであるから、トナーパターンの主方向の大きさ:2.5mmよりも小さい。
これら発光部の点灯・消灯は高速で繰り返される。従って、転写ベルト17の表面は、検出光の5つのスポットで「主方向に繰り返して走査」される。これを以下「検出光によるスポット走査」と謂う。
正反射し、それぞれ受光部D1、D2、D4、D5で受光される。
これに対し、発光部E3が点灯して検出光がトナーパターンDP1を照射すると、検出光はトナーパターンDP1により正反射されると共に拡散反射される。
拡散反射の影響で、受光部D3が受光する正反射光成分が減少する一方で、拡散反射光は他の受光部D1、D2、D4、D5にも受光される。
この結果から、トナーパターンDP1(の1つの矩形状のトナーパターン)は、主方向に於いて発光部E3の位置にあることが分る。
また、トナーパターンが発光部E3とE4との間にある場合には、発光部E3が点灯するときに受光部D3の出力が低くなり、発光部E4が点灯するときには受光部D4の出力も低くなる。
これにより、トナーパターンが主方向に於いて、発光部E3とE4の間にあることが分る。このとき、受光部D3の出力の方が受光部D4の出力よりも小さければ、トナーパターンは「発光部E4に寄った側」にあることが分る。
同様に、N=100として100個の受光部D1〜DNを100μmピッチで主方向に配列し、発光部Ei(i=1〜100)からの検出光が支持部材で正反射されて受光部Di(i=1〜100)に受光されるものとし、トナーパターンの「主方向の大きさ」を発光部ピッチ:100μmと等しくするとき、発光部Eiをi=1から100まで順次に点滅しつつ、受光部Di(i=1〜100)の出力の変化を調べ、発光部EjとEj+1が点灯したとき、受光部DjとDj+1の出力が低いものであったとすれば、トナーパターンは主方向において「発光部EjとEj+1との間の位置」にあることが分る。
即ち、主方向の大きさ:100μmのトナーパターンの、主方向の位置を100μm以下の精度で検出することができる。
従って、その場合には「主方向の大きさ:1mm程度のトナーパターン」の主方向の位置を1mm精度で検出できる。
トナーパターンの反射における「正反射光」はトナー濃度の増加に対して単調に減少し、「拡散反射光」はトナー濃度の増加に対して単調に増大する。
上記「トナー濃度の値を導くための演算処理」のアルゴリズムは、具体的な画像形成装置の態様に応じて、実験的に定められる。
また、発光部・受光部の配列ピッチを細かくすることにより、主方向の幅が小さいトナーパターンの「主方向の位置」を発光部・受光部の配列ピッチと同程度の精度で検出できることを説明した。
示すようにトナーパターンDP1を5個の矩形状のトナーパターンで形成する場合、個々
の矩形状のトナーパターンの「副方向幅」は1mm程度以下で十分である。
そうすると、トナーパターンDP1の占める面積は5mm2となり、従来の25mm×25mmのトナーパターンの場合に比して、トナーパターンの面積は1/125ですむ。このような小面積のトナーパターンは短時間で形成できるから、本来の画像形成作業の作業効率を低下させることがない。また、トナーパターン用に消費される不寄与トナー量も面積比に応じて1/125と消費量を極めて大きく減少させることができる。
位置検出パターンPP1は、図示の如く、主方向に平行なライン状パターンLPY1、LPM1、LPC1、LPB1と、主方向に対して斜めに傾斜したライン状パターンLPY2、LPM2、LPC2、LPB2とにより構成されている。
ライン状パターンLPY1とLPY2はペアをなし、イエロートナーで形成される。
同様に、ライン状パターンLPM1とLPM2はペアをなし、マゼンタトナーで形成され、ライン状パターンLPC1とLPC2はペアをなし、シアントナーで形成され、ライン状パターンLPB1とLPB2はペアをなし、黒トナーで形成される。
即ち、これらのペアが副方向に一定間隔で配列形成されれば、イエロー〜黒の各トナー画像は「副方向に適正な位置関係」をなす。
位置検出パターンPP1が移動するのに従って、発光部E3からの検出光は、支持部材に対して副方向に変位し、検出光のスポットは、ライン状パターンLPY1〜LPB1を順次に照射する。
この時間間隔が等間隔であれば、トナー画像相互の副方向の位置関係は適正であり、等間隔でなければ相互の位置関係にずれがあり、そのずれ量を知ることもでき、このずれを補正するように光走査開始のタイミングを制御できる。
図3(f)は、イエロートナー画像が「主方向に於いてΔSだけずれた場合」を示している。ライン状パターンLPY2はLPY1に対して傾いているので、このとき発光部E3からの検出光のスポットがライン状パターンLPY1を照射してからライン状パターンLPY2を照射するまでの時間はT+ΔTとなり、適正な位置にあるときの時間:Tとの差:ΔTにより主方向におけるずれ量を知ることができる。
ΔS・tanθ=V・ΔT
であるから、主方向のずれ量:ΔSは、
ΔS=V・ΔT・cotθ
として知ることができる。
この時間を仮に「スキャン時間」と呼ぶことにする。
しかし、上述したように、トナーパターンの形成時間を小さくして画像形成作業の作業効率を低下させないようにし、且つ、不寄与トナーの消費量を有効に軽減するには、トナーパターンを小サイズ化する必要がある。
小サイズのトナーパターンに適正に検出光を照射してトナー濃度を検出できるためには、トナーパターンが主方向に小さくなるほど、発光部・受光部の配列ピッチを小さくしなければならない。
トナーパターンと反射型光学センサとの「主方向の相対的位置ずれ」に対する許容量として10mm程度以上を取ると、配列ピッチが小さくなれば、配列する発光部の数:Mも相当数に増大する。
そして、発光部の数:Mが大きくなると上記スキャン時間も長くなる。
スキャン時間を「st」とし、トナーパターンを形成されて副方向へ移動する支持部材の速度を「V」とすれば、スキャン時間内に支持部材は「V・st」だけ副方向に変位することになる。
図4(a)、(b)に示す実施の形態では、反射型光学センサは15個の発光部E1〜E15と、これに1:1で対応する15個の受光部D1〜D15を有している。発光部・受光部の数を15個としたのは図が複雑になるのを避けるためであり、15個という個数は単に説明の便宜上のものである。実際には発光部・受光部の個数として数10〜数100を想定している。
発光部E1〜E15は、E1からE15まで順次に点灯・消灯を行うが、このとき、トナーパターンは副方向へ速度:Vで移動している。
このとき、スキャン時間を「st」とすれば、発光部E1〜E5が順次の点灯・発光を完了するのに要する時間は「st/3」であり、発光部E6〜E10が順次の点灯・発光を完了するのに要する時間も、発光部E11〜E15が順次の点灯・発光を完了するのに要する時間も「st/3」である。
ΔL=V・st/3
のように設定すれば、発光部E1〜E15によるトナーパターンのスポット走査をスキャン時間内に適正に終了させることができる。
Z・tanα=V・st
を満足するように、角:αを設定すれば、発光部E1〜E15によるトナーパターンのスポット走査をスキャン時間内に適正に終了させることができる。
この図においても、反射型光学センサは15個の発光部5と、これに1:1で対応する15個の受光部を有している。発光部・受光部の数を15個としたのは図が複雑になるのを避けるためであり、15個という個数は単に説明の便宜上のものである。実際には発光部・受光部の個数として数10〜数100を想定している。
受光部・発光部対G1は、発光部E11〜E15の5個の発光部と、これに1:1で対応する5個の受光部D11〜D15により構成され、受光部・発光部対G2は、発光部E21〜E25の5個の発光部と、これに1:1で対応する5個の受光部D21〜D25により構成され、受光部・発光部対G3は、発光部E31〜E35の5個の発光部と、これに1:1で対応する5個の受光部D31〜D35により構成されている。
発光手段は発光部E11〜E1i〜E115が主方向(図面の上下方向)に1列等ピッチで配列され、発光部E21〜E2i〜E215が主方向に1列等ピッチで配列され、これら2列の発光部の配列は、主方向においては対応するもの同士が同じ位置にある。
i=1〜15について、主走査方向に同一位置にある発光部E1iとD2iとを各列において、同時且つ順次に点灯・消灯させることにより、支持部材およびトナーパターンを照射する検出光の出力を約2倍にできる。
発光部として一般に用いられるLEDの発光出力は発光部面積には依らず、注入電流密度に依存する。
発光出力を増大させるために注入電流密度を大きくすると、LEDの短寿命化が生じることから、注入電流密度をあるレベル以上に大きくすることはできない。この場合、発光部面積を大きくして(注入電流密度を大きくせずに)、注入電流量を増やすこともできるが、発光部面積の拡大は「支持部材・トナーパターンに照射するスポットの増大を招く。
15個の発光部E1〜Ei〜E15は主方向に1列等ピッチで配列し、30個の受光部は15個ずつの2グループにわけ、受光部D11〜D1i〜D115を主方向に1列等ピッチで配列し、受光部D21〜D2i〜D215を主方向に1列等ピッチで配列し、これら2列の受光部列で、発光部列を副方向に挟むようにしている。
i=1〜15として、対応する発光部Eiと受光部D1i、D2iとは、主走査方向において同一位置に位置する。
しかし、発光部の配列ピッチと受光部の配列ピッチとは、互いに異ならせることもできる。
この形態例では、7つの発光部E1〜Ei〜E7に対し、14個の受光部D1〜Di〜D14を対応させており、受光部の配列ピッチを発光部の配列ピッチの1/2にすることにより、各発光部Ei(i=1〜7)にそれぞれ2個の受光部が対応するようになっている。このように、LEDの配列ピッチに対して、PDの配列ピッチを小さくすることにより「主方向の空間分解能を高める」とが可能である。
即ち、主走査方向に対する反射型光学センサの傾き(発光部・受光部の配列方向の傾き)の角を「β」とすれば、反射型光学センサにおける受光部・発光部の配列ピッチ:ptは、主方向への射影が「tp・cosβ」に小さくなって空間分解能が高まる。
また、各々独立したLEDやPDを集積するよりも、半導体プロセスで製造されるLEDアレイやPDアレイの方が、発光部・受光部の位置精度を大きく向上させることができる。
図7(b)の形態例では、LEDアレイがPDアレイと共に同一基板上に一体的に形成されるので、照射手段・受光手段相互の位置精度も大きく向上させることができる。
従って、反射型光学センサにおける照射手段の発光部は上記波長領域の光を放射するものが好ましく、また、反射型光学センサにおいて照射手段を構成する複数のLEDが同一の発光波長で発光するのが好ましい。
照射手段としてLEDアレイを用いる場合は、加工プロセス上から同一波長となるので好都合である。
従って、受光手段の受光部を構成するPDのピーク感度波長が「受光手段内の受光部ごとにばらつかない」ことが好ましいが、これは受光手段として、ピーク感度波長が加工プロセス上から同一になる「PDアレイ」を用いることにより実現できる。
発光部の具体例である「独立したLED」には「放射光を集束させるレンズ機能を持つ部分」が一体化されており、上記レンズ機能によりスポットを形成することもできる。
「素子自体としてはこのような機能を持たないLEDアレイ」を照射手段に用いる場合には、反射型光学センサは、請求項11記載のように、発光部から放射される検出光を、支持部材表面に向けて集光的に導光する照明用光学系および/または支持部材表面からの反射光を受光手段に向けて集光的に導光する受光用光学系を有することで、検出光のスポット照射を実現できる。
図8に示す実施の形態について説明すると、図8(a)は実施形態の反射型光学センサOSを主方向から見た構造を説明図的に示している。
照射手段は、独立した5個の発光部E1〜E5を主方向に等ピッチで1列に配列してなり、照射手段は、独立した5個の受光部D1〜D5を、発光部の配列と同ピッチで配列してなる。
発光部E1〜E5の個々はLED、受光部D1〜D5の個々はPDである。発光部をなすLEDは「放射光を集束させるレンズ機能」を備えている。
符号17は支持部材、具体的には転写ベルトを示し、符号DPはトナー濃度検出用のトナーパターンを示す。
個々の発光部(LED)Ei(i=1〜5)が点灯・消灯を行うとき、放射される検出光は、照明用光学系LEにより副方向に「より集光性を高められ」て、支持部材17またはトナーパターンDPに照射される。そして反射光は、受光用光学素子LDにより副方向に集光性を高められて受光部Di(i=1〜5)に向かい受光される。
照明用光学系と受光用光学系を同一形状とすれば、これら光学系のコストダウンが図れる。図8において、受光部・発光部を5個としたのも、図の複雑化を避け、説明の便宜上の理由による。
図9に示す実施の形態では、反射型光学素子OSAは、(a)に示すように、5個の発光部(LED)E1〜E5を配列した発光部の各発光部Eiに1:1に対応させて、照明用集光レンズLEi(i=1〜5)を設け、発光部Eiから照射された発散光の集光度合いを変え、支持部材17への照明効率を高める機能を有する。
図8に示した照明用光学系であるシリンドリカルレンズの場合に対し、主走査方向の集光用のパワーを持たせることにより「さらなる照明効率の向上」が可能である。
また、照明用集光レンズLEi(i=1〜5)は「主方向と副方向のパワーが異なるアナモフィックレンズ」としてもよい。
図10(a)に示す例では、反射型光学センサOSBは、照射手段が6個の発光部(LEDである。)E1〜E6を有し、これら発光部の個々に対応して集光パワーを持つ凸レンズ面をアレイ配列して一体化した照明用光学系LEAを有する例である。
照明用光学系LEAではLED側のみに集光パワーを持たせ、射出側は平面としているが、勿論、射出側面にもパワーを持たせることも可能である。この例の照明用光学系LEAは一体構造であるので、発光部ごとに別個のレンズを反射型光学センサ本体に組付けるよりも、組みつけが容易であり、またレンズ面間の配置精度を高めることができる。
化した構成」とすることができる。
図10(b)は、照明用光学系をなす6個の集光レンズLE1〜LE6と、受光用光学
系をなす6個の集光レンズLD1〜LD6を、相互の位置関係を適切に定めて一体化した
照明受光用光学系LEDAを示している。
このような照明受光用光学系LDEAを用いることにより、照明用の各集光レンズと、受光用の各集光レンズの配置精度をさらに高めることが可能となる。図10に示すような集光レンズの配列は、フォトリソグラフィーやナノインプリントなどの加工法を用いてガラス基板や樹脂基板上に形成できる。
図10において受光部・発光部を6個としたのも、図の複雑化を避け、説明の便宜上の理由による。
先に、図3(a)〜(c)に即して説明した例では、互いに同数の発光部・受光部の対応関係において、1つの発光部から放射された検出光が「トナーパターンが存在しない支持部材表面」に照射されたとき、この発光部に対応する受光部のみが「正反射された検出光」を検出するとしている。
発光部E3から放射された検出光がトナーパターンを照射すると、検出光はトナーパターンにより拡散反射され、他の受光部D1、D2、D4、D5にも受光される。
図11(a)は、発光部E3から放射された検出光が、トナーパターンが存在しない支持部材表面を照射して正反射され、受光部D3のみに受光され、他の受光部D1、D2、D4、D5には受光されない場合における「受光部Di(i=1〜5)の出力」を示している。
前述の如く、図3において、転写ベルト17の表面は滑らかで、トナーパターンが形成されていない部分に検出光が照射されたときの反射光は正反射光であるとする。
ここで説明している場合においては、順次に発光する発光部Ei(i=1〜5)からの検出光が、トナーパターン以外の部分に照射されたとき、正反射光は、発光部Eiに対応する受光部Diとこれに隣接する受光部Dj(j=i±1)により受光されるものとする。
受光部D2、D3、D4は「転写ベルト17による正反射光」を受光しているが、受光部D1、D5ではその出力はゼロである。
この場合、発光部E1から放射された検出光は転写ベルト17の表面で正反射し、受光部D1とD2で受光され、発光部E2から放射された検出光は受光部D1とD2とD3で受光される。
そしてトナーパターンDP1による拡散反射の影響により「受光部D2とD3とD4が受光する正反射光成分」が減少する一方、拡散反射光は受光部D3以外の他の受光部D1、D2、D4、D5によっても受光される。
また、発光部E3に対応しない2つの受光部D1とD5の出力は「トナーパターンによる拡散反射」に起因する出力のみである。
演算に関連して、簡単に説明する。
反射特性として「正反射寄与出力のみ」に着目し、「支持部材による受光部D3の出力とトナーパターンによる受光部D3の出力との差」と「トナーパターンの画像濃度」との相関関係を算出したり、別の例として、反射特性として「拡散反射寄与出力のみ」に着目し、「支持部材による受光部D1とD5の出力の和(=0)とトナーパターンによる受光部D1とD5の出力の和との差」と「トナーパターンの画像濃度」との相関関係を算出したりすることによりトナー濃度を検出することができる。
前述したように、支持部材が中間転写ベルト等の場合には「支持体表面で検出光を拡散反射させる場合」もある。
しかし、支持体による拡散反射と「トナーパターンによる拡散反射」とに、反射特性の差があれば「複数受光部の出力の分布」が、支持体での拡散反射とトナーパターンによる拡散反射に応じて異なるので、上記出力の分布の差異から「トナー濃度の検出」が可能である。
図13に示す例では、反射型光学センサの発光部の数:M=受光部の数=N=7の場合を示している。
なお、図示の簡単のため「中間転写ベルトよりもトナーパターンの方が拡散反射による拡散の度合いが大きい」場合を想定している。逆の場合、即ち「中間転写ベルトの方がトナーパターンよりも拡散反射による拡散の度合いが大きい」場合には、以下の説明において「中間転写ベルトとトナーパターンを入れ替えて」考えればよい。
受光部D2〜D6では「中間転写ベルトによる正反射光および拡散反射光」を受光しているが、受光部D1、D7の出力はゼロである。
この例では「中間転写ベルトよりもトナーパターンの方が拡散反射光の拡散の度合いが大きいと」しているため、図13(a)よりも図13(b)の方が「受光部の出力分布の拡がり」が大きくなっている。
図13の(a)と(c)を比較することにより、図13(a)における受光部D4の出力は「中間転写ベルトによる正反射に起因する正反射寄与出力」、受光部D2とD6の出力は「中間転写ベルトによる拡散反射に起因する拡散反射寄与出力」である。
また、図13(a)において受光部D1とD7の出力はゼロであるが、これは「拡散反射に起因する出力」がゼロと捉えることもできる。受光部D3とD5の出力は「正反射と拡散反射に起因する出力」が混合している。
また、発光部E4に対応しない2つの受光部D3とD5の出力は「正反射成分と拡散反射成分」が混合しているのでトナー濃度の演算に取り入れない。
この場合、拡散反射の寄与する受光部の数は(N−3)個(両端部の発光部では(N−2)個)となる。すなわち、特に「発光部や受光部のピッチが小さく」なり、支持部材により反射された検出光のスポット径が受光部のピッチより大きくなった場合でも「支持部材による正反射光が入射するのは「発光部に対応する受光部とその両隣りのみ」であり、拡散反射寄与出力となる受光部の数を最大とすることができ「拡散反射寄与の検出効率」を向上させることができる。
図6(b)の例は、逆にM=15、N=30とした例である。この場合、発光部Eiに対応する受光部は、受光部D1i、D2iである。
図6(c)に示す例では、7つの発光部E1〜Ei〜E7の配列に対し、14個の受光部D1〜Di〜D14の配列を対応させている。この場合の、発光部Eiに対応する受光部はDjおよびDj+1(j=2i−1)である。
N=100として100個の受光部D1〜DNを100μmピッチで主方向に配列し、発光部Ei(i=1〜100)からの検出光が支持部材の表面に形成するスポットの大きさを80μm、トナーパターンの「主方向の大きさ」を発光部ピッチ:100μmと等しくする。
即ち、主方向の大きさ:100μmのトナーパターンの、主方向の位置を100μm以下の精度で検出することができる。
反射型光学センサ装置は、反射型光学センサ141と演算処理部142とを有する。
反射型光学センサ141は、先に図3、図4、図6、図7等に即して説明した物を用いることができる。
E1〜E5 発光部(LED)
D1〜D5 受光部(PD)
DP1 トナー濃度検出用のトナーパターン
17 支持部材(転写ベルト)
Claims (23)
- トナーによる画像を形成する画像形成方法において、所定の副方向へ移動する支持部材の表面に所定のトナーパターンを形成し、上記支持部材に照射手段により検出光を照射し、上記支持部材および/またはトナーパターンによる反射光を受光手段により受光し、上記検出光に対する上記支持部材の反射特性と上記トナーパターンの反射特性の差に基づきトナー濃度を検出する方法であって、
検出光を放射する検出光用の発光部をM(≧3)個、上記支持部材に検出光のスポットをM箇所で照射できるように、且つ、副方向に直交する方向において隣接するスポットの間が、上記直交する方向における上記トナーパターンの大きさ以下となるように、副方向に交わる1方向に配置して照射手段とするとともに、N(≧3)個の受光部を上記支持部材および/またはトナーパターンによる検出光の反射光を受光できるように、上記照射手段に対応させ、且つ、上記支持部材に対向させて1方向に配列して受光手段とし、
上記照射手段のM個の発光部を発光させ、上記受光手段のN個の受光部の出力に基づきトナー濃度を演算的に検出することを特徴とするトナー濃度検出方法。 - 請求項1記載のトナー濃度検出方法において、
トナーパターンが、副方向およびこれに直交する主方向に幅を有する矩形状のパターンであり、
この矩形状のパターンが、上記副方向において検出光の照射領域を通過する時間内に、照射手段のM個の発光部を順次に発光させることを特徴とするトナーパターン検出方法。 - 請求項1記載のトナー濃度検出方法において、
トナーパターンが、副方向およびこれに直交する主方向に幅を有する矩形状のパターンであり、
m(≧3)個の発光部と、n(≧3)個の受光部とにより発光部・受光部対を構成し、発光部・受光部対をP(≧2)対、上記主方向に平行もしくは交わる一方向に配置して照射手段とし、
上記矩形状のパターンが、上記副方向において検出光の照射領域を通過する時間内に、照射手段の各発光部・受光部対において、対応する発光部が同時に発光するようにして、各発光部を順次に発光させることを特徴とするトナーパターン検出方法。 - トナーによる画像を形成する画像形成装置において、所定の副方向へ移動する支持部材の表面に所定のトナーパターンを形成し、上記支持部材に照射手段により検出光を照射し、上記支持部材および/またはトナーパターンによる反射光を受光手段により受光し、上記検出光に対する上記支持部材の反射特性と上記トナーパターンの反射特性の差に基づきトナー濃度を検出するのに用いる反射型光学センサであって、
独立してもしくは同時に点滅可能なM(≧3)個の発光部を1方向に配列してなる照射手段と、
N(≧3)個の受光部を上記照射手段に対応させて1方向に配列してなる受光手段とを有することを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項4記載の反射型光学センサにおいて、
発光部の配列する1方向および受光部の配列する1方向が、トナー濃度検知を行う状態において、主方向に略平行となることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項4記載の反射型光学センサにおいて、
発光部の配列する1方向および受光部の配列する1方向が、トナー濃度検知を行う状態において、主方向に対し、支持部材の副方向への移動速度に応じた所定の角だけ傾いていることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項4記載の反射型光学センサにおいて、
発光部および受光部の配列が1方向に複数分割され、分割された各部分が、トナー濃度検知を行う状態において、支持部材の副方向への移動速度に応じた所定のずれ幅で副方向にずれていることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項4記載の反射型光学センサにおいて、
m(≧3)個の発光部と、n(≧3)個の受光部とにより発光部・受光部対が構成され、P(≧2)対の発光部・受光部対を1方向に同列的もしくは並列的に配列されており、
トナー濃度検知を行う状態において、P対の発光部・受光部対における互いに対応するP個の発光部が同時、且つ、順次に点滅されることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項4〜8の任意の1に記載の反射型光学センサにおいて、
1個の発光部に複数個の受光部が対応することを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項4〜8の任意の1に記載の反射型光学センサにおいて、
1個の受光部に複数個の発光部が対応することを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項4〜10の任意の1に記載の反射型光学センサにおいて、
照射手段の発光部から放射される検出光を、支持部材表面に向けて集光的に導光する照明用光学系および/または支持部材表面からの反射光を受光手段に向けて集光的に導光する受光用光学系を有することを特徴とする反射型光学センサ。 - トナーによる画像を形成する画像形成装置において、
トナー濃度を検出するための反射型光学センサとして、請求項4〜12の任意の1に記載の反射型光学センサを有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項12記載の画像形成装置において、
形成される画像が、色の異なる複数種のトナーによる多色画像もしくはカラー画像であり、色ごとのトナー濃度が検出されることを特徴とする画像形成装置。 - トナーによる画像を形成する画像形成方法において、所定の副方向へ移動する支持部材の表面に所定のトナーパターンを形成し、上記支持部材に照射手段により検出光を照射し、上記支持部材および/またはトナーパターンによる反射光を受光手段により受光し、上記検出光に対する上記支持部材の反射特性と上記トナーパターンの反射特性の差に基づきトナー濃度を検出する方法であって、
検出光を放射する検出光用の発光部をM(≧3)個、上記支持部材に検出光のスポットをM箇所で照射できるように、且つ、副方向に直交する方向において隣接するスポットの間が、上記直交する方向における上記トナーパターンの大きさ以下となるように、副方向に交わる1方向に配置して照射手段とするとともに、N(≧3)個の受光部を上記支持部材および/またはトナーパターンによる検出光の反射光を受光できるように、上記照射手段に対応させ、且つ、上記支持部材に対向させて1方向に配列して受光手段とし、
上記照射手段のM個の発光部を順次に発光させて、上記受光手段により受光させ、
上記受光手段のN個の受光部の出力を、各発光部に対応する受光部の出力は正反射寄与出力とし、各発光部に対応しない受光部の出力は拡散反射寄与出力として分類し、これらの出力に基づきトナー濃度を演算的に検出することを特徴とするトナー濃度検出方法。 - 請求項14記載のトナー濃度検出方法において、
正反射寄与出力および/または拡散反射寄与出力の総和に基づき、トナー濃度を演算的に検出することを特徴とするトナー濃度検出方法。 - 請求項14記載のトナー濃度検出方法において、
各発光部に対応しない受光部の、支持部材による出力がゼロであることを特徴とするトナー濃度検出方法。 - 請求項14または15または16記載のトナー濃度検出方法において、
各発光部に対応しない受光部の数が(N−3)個または(N−2)個であることを特徴とするトナー濃度検出方法。 - 請求項14〜17の任意の1に記載のトナー濃度検出方法において、
トナーパターンが、副方向およびこれに直交する主方向に幅を有する矩形状のパターンであり、
この矩形状のパターンが、上記副方向において検出光の照射領域を通過する時間内に、照射手段のM個の発光部を順次に発光させることを特徴とするトナー濃度検出方法。 - 請求項14〜17の記載のトナー濃度検出方法において、
トナーパターンが、副方向およびこれに直交する主方向に幅を有する矩形状のパターンであり、m(≧3)個の発光部と、n(≧3)個の受光部とにより発光部・受光部対を構成し、発光部・受光部対をP(≧2)対、上記主方向に平行もしくは交わる一方向に配置して照射手段とし、
上記矩形状のパターンが、上記副方向において検出光の照射領域を通過する時間内に、照射手段の各発光部・受光部対において、対応する発光部が同時に発光するようにして、各発光部を順次に発光させることを特徴とするトナー濃度検出方法。 - 請求項14〜19の任意の1に記載のトナー濃度検出方法の実施に用いられる反射型光学センサ装置であって、
トナーによる画像を形成する画像形成装置において、所定の副方向へ移動する支持部材の表面に所定のトナーパターンを形成し、上記支持部材に照射手段により検出光を照射し、上記支持部材および/またはトナーパターンによる反射光を受光手段により受光し、上記検出光に対する上記支持部材の反射特性と上記トナーパターンの反射特性の差に基づきトナー濃度を検出するのに用いられ、
独立してもしくは同時に点滅可能なM(≧3)個の発光部を1方向に配列してなる照射手段と、
N(≧3)個の受光部を上記照射手段に対応させて1方向に配列してなる受光手段とを有する反射型光学センサと、
この反射型光学センサの出力を、各発光部に対応する受光部の出力は正反射寄与出力とし、各発光部に対応しない受光部の出力は拡散反射寄与出力とするように分類する機能を有する演算処理部を有することを特徴とする反射型光学センサ装置。 - 請求項20記載の反射型光学センサ装置において、
反射型光学センサが、請求項4〜11の任意の1に記載のものであることを特徴とする反射型光学センサ装置。 - トナーによる画像を形成する画像形成装置において、
トナー濃度を検出するための反射型光学センサとして、請求項20または21記載の反射型光学センサ装置を有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項22記載の画像形成装置において、
形成される画像が、色の異なる複数種のトナーによる多色画像もしくはカラー画像であり、色ごとのトナー濃度が検出されることを特徴とする画像形成装置。
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