JP3347542B2 - 濃度センサー - Google Patents

濃度センサー

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JP3347542B2
JP3347542B2 JP21107095A JP21107095A JP3347542B2 JP 3347542 B2 JP3347542 B2 JP 3347542B2 JP 21107095 A JP21107095 A JP 21107095A JP 21107095 A JP21107095 A JP 21107095A JP 3347542 B2 JP3347542 B2 JP 3347542B2
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明彦 内山
洋一郎 前橋
鶴谷  貴明
裕志 笹目
益朗 斎藤
哲也 小林
直樹 榎本
春夫 藤井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
印刷機、プリンタ等の形成装置における濃度センサーに
関する。
【0002】
【従来の技術】図15は、感光ドラム、転写紙等の像担
持体上のトナー像の濃度を測定する濃度検知センサーの
従来例である。濃度検知センサーは、ホルダー4内に発
光素子としてのLED1、受光素子としてのフォトダイ
オード3を有する。像担持体8上の検知用画像9に一定
の光量を照射するためにLED1は、電源61及び抵抗
62により一定の電流が流れる。LED1から像担持体
8上の検知用画像9に照射された光は、検知用画像9の
濃度に応じた反射光が反射し、フォトダイオード3に入
射する。フォトダイオード3は入射光量に比例して電流
が流れ、この電流を増幅器7により増幅し濃度信号とす
る。このようにして得られた信号は不図示のDAコンバ
ーターでデジタル信号化され、その後の処理が行われ
る。
【0003】以上述べた濃度センサーは、構成が簡略で
ありコストが安いという長所はあるが、半面LED1の
電流−光量特性が熱特性等により変動しやすいため、そ
の照射光量が不安定であり、濃度検知の精度は十分では
ないこれを改善したものを図16に示す。これは発光
素子としてのLED1を双発光とし、その一方を検知用
画像9の照射用に、他方を受光素子2により受光し、L
ED1の光量をモニターし、制御回路6により、LED
1の光量を一定に制御するものである。この方法は、受
光素子2によりLED1の光量をモニターするため、前
述した濃度センサーよりも光量が安定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例は、LEDの光量を照射側と、モニター側に2分し
て用いるために、照射光量が低くなり、S/Nが悪くな
ってしまう問題があった。これを解決するためには出力
の大きなLEDを用いなければならず、コストの上昇を
招いてしまう。
【0005】本発明は上記のような従来技術の課題を解
決するためになされたもので、発光素子と発光素子の光
量を計測する第1の受光素子と、測定物からの反射光を
受光する第2の受光素子と、第1の受光素子及び第2の
受光素子を支持するホルダーからなる濃度センサーにお
いて、発光素子の照射開口部に光束規制部材を設けるこ
とにより安定した、精度の良い濃度検知を可能とするこ
とにある。
【0006】また、発光素子と第1の受光素子との間に
光路を形成する開口部を有する遮蔽物を設け、発光素子
から第2の受光素子への入射光の光軸を含む断面と開口
部の内周側面との2本の交線のなす角度が45度以上で
あるようにすれば、遮蔽物により光路を設けた場合にお
いても精度良く発光素子の光量を制御することにある。
【0007】さらに、ホルダの、第1の受光素子に対向
する面に、発光素子からの光を第1の受光素子に反射す
る反射体を設けることにより、発光素子の光量をより安
定させ、より精度の良い濃度検知を可能にすることにあ
る。
【0008】また、ホルダーの照射開口部及び測定物か
らの反射光が第2の受光素子に入射する入射開口部に、
2つのレンズと支持部材を一体に形成したレンズを設け
ることにより、第2の受光素子の検知スポットを小さく
でき、濃度検知に消費されるトナー量を軽減するととも
にコストダウンを図ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、受光素子と、前記発光素子の光量
を計測する第1の受光素子と、測定物からの反射光を受
光する第2の受光素子と、前記第1の受光素子及び前記
第2の受光素子を支持するホルダーと、を有する濃度セ
ンサーにおいて、前記発光素子の照射開口部に設けられ
た光束規制部材と、前記第1の受光素子に対向して設け
られた反射体と、を有し、前記第1の受光素子は前記発
光素子から直接くる光と前記反射体から反射されてくる
光の両方を受光することを特徴とする。
【0010】
【0011】前記発光素子と前記第1の受光素子との間
に光路を形成する開口部を有する遮蔽物を設け、前記発
光素子から前記第1の受光素子への入射光の光軸を含む
断面と前記開口部の内周側面との2本の交線のなす角度
が45度以上であることを特徴とする。
【0012】
【0013】
【0014】前記ホルダーの前記照射開口部及び測定物
からの反射光が前記第2の受光素子に入射する入射開口
部に、2つのレンズと支持部材とを一体に形成したレン
ズを設けることを特徴とする。
【0015】前記ホルダーの前記照射開口部及び測定物
からの反射光が前記第2の受光素子入射する入射開口部
に、2つのレンズと支持部材とを一体に形成したレンズ
を光けることにより、発光素子からの照射光と測定物か
らの反射光を集光することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)図1は本発明の第1の実施の形態
である。以下図に沿って説明する。発光素子たるLED
1、第1の受光素子たるフォトダイオード2、第2の受
光素子たるフォトダイオード3はセンサーホルダー4に
図に示すように配置される。尚LED1、フォトダイオ
ード2,3はそれぞれスタンレー社製AN304(PT
506−1)、を使用した。ここでLED1は、一方向
発光であり、LED1の側面に設けられたフォトダイオ
ード2によりその光量がモニターされ、制御される。L
ED1より照射された光は、後述する光路規制部材たる
アパーチャー5を経て、像担持体8上の測定物たる検知
用画像9に照射される。次いで、検知用画像9の濃度に
応じた光が、フォトダイオード3に入射し、その濃度が
計測される。LED1周囲は、図で示したように、セン
サーホルダー4で光路を形成せず、フォトダイオード2
との間に遮蔽物がないように十分なスペースを設けてあ
る。ここを図3に示すようにLED1からフォトダイオ
ード2へ遮蔽物41により光路を形成するとフォトダイ
オード2が受光する光量が少なくなり、精度よくLED
1の光量を制御できない。そこで図4に示すように、発
光素子LED1から第1の受光素子フォトダイオード2
への入射光の光軸を含む断面と開口部の内周側面との2
本の交線のなす角度、即ち、図中θ1で示した角度を変
えた遮蔽物41を設け、フォトダイオード2からLED
1までの遮蔽の程度を変えたところ、遮蔽物41の角度
が45°以上好ましくは60°以上で良好な結果が得ら
れた。以上のLED1とフォトダイオード2の位置関係
を図5を用いてさらに説明する。使用するLED1、フ
ォトダイオード2にもよるが、LED1の発光部中心と
フォトダイオード2の受光部中心との距離Lは、3mm
〜10mm、またLEDの照射方向との角度θ2は、小
さければそれだけ強い光をフォトダイオード2が受ける
が、検知用画像10に照射する光を遮蔽してしまい、大
きいと遮蔽することはないがフォトダイオード2が受け
る光は弱くなるため30°〜90°が好ましい。
【0017】次に、アパーチャー5について述べる。図
2に図1の矢印Aの方から見たアパーチャー5を示す。
このアパーチャー5は、センサーホルダー4の照射開口
部たるLED開口部12に設けてある。LED1とフォ
トダイオード2間遮蔽しないことにより、フォトダイ
オード2がLED1の光を十分受けることは既に述べた
が、このまま、図6に示すようにLED開口部12を設
けると次のような不具合が生ずる。すなわち、LED1
より照射された光は、像担持体8上の検知用画像9に当
たり、ここで乱反射し、その一部がフォトダイオード3
に入射されて濃度が測定されるが、一部はフォトダイオ
ード2に戻り、LED1の光量が正しくモニターできな
くなってしまう。この現象は検知用画像9の反射率が高
く濃度が低い場合に顕著に表れてしまう。そこで本発明
によれば、センサーホルダー4のLED開口部12にア
パーチャー5を設け、LED1の光量をモニターしてい
るフォトダイオード2への戻り光を防止するものであ
る。すなわち図7に示すように、検知用画像9からの戻
り光はアパーチャーにより遮断されてフォトダイオー
ド2に入ることを防止する。
【0018】なお本実施の形態では、アパーチャーを別
部材として設けたが、センサーホルダーと一体に形成し
てもよい。
【0019】(第2の実施の形態)図8は本発明の第2
の実施の形態である。本発明の特徴は、一方向発光の発
光素子を用い、発光素子側面に設けた受光素子により発
光素子の光量をモニターしその光量を安定化する濃度セ
ンサーにおいて、センサーホルダー4内に反射部分を設
け、発光素子の光量安定度をより向上させたことにあ
る。以下図に沿って説明するが、前実施形態と同様な構
成、作用をするものは同一の番号を付し、説明は略す。
10は、反射体たる反射板であり、発光素子としてのL
ED1の光を反射し、受光素子であるフォトダイオード
2にその光を導く。本発明によれば、フォトダイオード
2は、LED1からの直接くる光と反射板10から反射
されてくる光の両者を受光するため、より大きい光量で
LED1の光量をモニターでき、光量制御の精度、安定
度が向上する。さらに、前実施の形態で述べた、検知用
画像9からの戻り光の影響が、相対的に小さくなりこの
点でも光量制御の精度、安定度が向上する。反射板10
としては、使用する発光素子1の波長を反射するもので
あればなんでもよく、例えばAl等の金属板やこれらを
蒸着した部材が良い。また、センサーホルダーの内壁に
直接蒸着すれば、別途新たな部材が不要となりよりコス
トの安い装置を提供することができる。
【0020】また、図9に示すように、LED開口部1
2にアパーチャー5を設けるとさらに安定度が増し、よ
いことは言うまでもない。
【0021】(第3の実施の形態)図10は、本発明の
第3の実施の形態である。本発明の特徴は、照射開口部
12及び入射開口部13に、ガラス、PMMA等の透明
な材料からなる2つのレンズ部とレンズ支持部材を一体
に設けたレンズを設けたことにある。
【0022】以下図に沿って説明するが、前実施の形態
と同様な構成、作用をするものは同一の番号を付し、説
明は略す。11は、2つのレンズ部111,112とレ
ンズ支持部材113a,b,cを一体に設けたレンズで
あり、発光素子としてのLED1の光と、検知用画像9
から反射された光を集光することによって、光の使用効
率を向上させ、濃度検知の精度、安定度を向上させると
ともに、後述するアパーチャー5を設けることにより、
センサーの検知スポットを小さくでき、これによってよ
り小さな検知用画像で濃度検知が可能となり、その結果
濃度検知に消費されるトナー量の低減が可能となる。
【0023】図11はレンズの拡大図である。レンズ部
111へ入射された光はそのほとんどが、所定の光路に
屈折されるが、図で示したように、レンズ部111と支
持部113b,cを一体に設けてあるため、支持部を通
る光(図中Aで示す)や、レンズ111の周辺部に入射
され、レンズ内部で反射して支持部113より洩れる光
(図中Bで示す)が若干存在する。これらの光があると
図12(2)に示すように、LED1の検知用画像への
照射形状が、レンズが無い場合(図12(1))に比べ
大きくなり、必要とする検知用画像9の大きさがそれだ
け大きくなる。すなわち、図13に検知用画像9と濃度
センサーの検知スポットの関係を、図14に濃度センサ
ー出力を示すが、図13(1)で示す検知用画像9より
も検知スポットが小さい場合は、スポットが完全に検知
用画像9に入っている間が図14(1)Aに示すように
一定の出力が安定して得られ、この値を用いることによ
り正確な濃度検知ができる。これに対し、図13(2)
で示す検知用画像9よりも検知スポットが大きい場合
は、どの状態でも検知用画像9と検知用画像を担持して
いる像担持体の下地の濃度の合成された出力を検知する
ことになり、その出力も図14(2)に示すように一定
の値が得られず、濃度検知の精度の悪いものになる。従
って使用する検知用画像9を大きくしなければならず、
消費するトナー量もそれだけ多くなってしまう。これ
は、レンズ部111,112と支持部材113を別部材
とし、支持部材113は不透明な構成にすることより解
決できるが、2つのレンズと支持部がそれぞれ必要とな
りコストがかかってしまう。そこで本発明では、図10
に示すようにアパーチャー5を設けることにより、支持
部材やレンズの周辺部に行く光を遮蔽し、レンズ部と支
持部を一体に設けたレンズを用いても、スポットを小さ
くでき、検知に費やすトナーの消費を軽減することがで
きた。
【0024】
【発明の効果】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、前記発光素子の光量を計測する第
1の受光素子と、測定物からの反射光を受光する第2の
受光素子と、前記第1の受光素子及び前記第2の受光素
子を支持するホルダーと、を有する濃度センサーにおい
て、前記発光素子の照射開口部に設けられた光束規制部
材と、前記第1の受光素子に対向して設けられた反射体
と、を有し、前記第1の受光素子は前記発光素子から直
接くる光と前記反射体から反射されてくる光の両方を受
光するので、より大きい光量で第1の受光素子の光量を
モニターすることができ、光量制御の精度、安定度を向
上することができる。
【0025】また、発光素子と第1の受光素子との間に
光路を形成する開口部を有する遮蔽物を設け、発光素子
から第2の受光素子への入射光の光軸を含む断面と開口
部の内周側面との2本の交線のなす角度が45度以上で
あるようし、遮蔽物により光路を設けた場合においても
精度良く発光素子の光量を制御することができる。
【0026】
【0027】また、ホルダーの照射開口部及び測定物か
らの反射光が第2の受光素子に入射する入射開口部に、
2つのレンズと支持部材とを一体に形成したレンズを設
けたことにより、第2の受光素子の検知スポットを小さ
くでき、濃度検知に消費されるトナー量を軽減するとと
もにコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す図。
【図2】アパーチャー5を図1のA方向から見た図。
【図3】本発明の第1の実施の形態におけるLED1と
フォトダイオードの位置関係の説明図。
【図4】本発明の第1の実施の形態におけるLED1と
フォトダイオードの位置関係の説明図。
【図5】本発明の第1の実施の形態におけるLED1と
フォトダイオードの位置関係の説明図。
【図6】本発明の第1の実施の形態におけるアパーチャ
ー5の説明図。
【図7】本発明の第1の実施の形態におけるアパーチャ
ー5の説明図。
【図8】本発明の第2実施の形態を示す図。
【図9】本発明の第2実施の形態を示す図。
【図10】本発明の第3実施の形態を示す図。
【図11】レンズを通過する光を説明する図。
【図12】濃度センサーの検知スポットを表した図。
【図13】濃度センサーの検知スポットと検知画像の関
係を表した図。
【図14】濃度センサー出力を表した図。
【図15】従来例を示す図。
【図16】従来例を示す図。
【符号の説明】
1 LED(発光素子) 2 フォトダイオード(第1の受光素子) 3 フォトダイオード(第2の受光素子) 4 センサーホルダー 5 アパーチャー(光束規制部材) 6 発光素子の光量制御回路 7 出力増幅器 8 像担持体 9 検知用画像(測定物) 10 反射物 12 照射開口部 13 入射開口部 41 遮蔽物 111、112 レンズ 113a、113b、113c レンズ支持部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴谷 貴明 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社 内 (72)発明者 笹目 裕志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社 内 (72)発明者 斎藤 益朗 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社 内 (72)発明者 小林 哲也 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社 内 (72)発明者 榎本 直樹 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社 内 (72)発明者 藤井 春夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社 内 (56)参考文献 特開 平3−110450(JP,A) 特開 昭60−64232(JP,A) 特開 昭62−44220(JP,A) 実開 平5−66537(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G03G 15/00 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子と、前記発光素子の光量を計測
    する第1の受光素子と、測定物からの反射光を受光する
    第2の受光素子と、前記第1の受光素子及び前記第2の
    受光素子を支持するホルダーと、を有する濃度センサー
    において、前記 発光素子の照射開口部に設けられた光束規制部材
    と、前記第1の受光素子に対向して設けられた反射体
    と、を有し、前記第1の受光素子は前記発光素子から直
    接くる光と前記反射体から反射されてくる光の両方を受
    光することを特徴とする濃度センサー。
  2. 【請求項2】 前記発光素子と前記第1の受光素子との
    間に光路を形成する開口部を有する遮蔽物を設け、前記
    発光素子から前記第1の受光素子への入射光の光軸を含
    む断面と前記開口部の内周側面との2本の交線のなす角
    度が45度以上であることを特徴とする請求項1に記載
    の濃度センサー。
  3. 【請求項3】 前記ホルダーの前記照射開口部及び測定
    物からの反射光が前記第2の受光素子に入射する入射開
    口部に、2つのレンズと支持部材とを一体に形成したレ
    ンズを設けることを特徴とする請求項1又は2に記載の
    濃度センサー。
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