JP5463959B2 - 反射型光学センサおよび画像形成装置 - Google Patents
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Description
このような画像形成装置では、一般に、潜像担持体である「感光性を有するドラム」の表面に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナーにより可視化する現像を行って「トナー画像」を得ている。
静電潜像の現像に供されるトナー量の適否を見るために、静電潜像を形成する潜像担持体や「潜像担持体上のトナー画像を転写紙等のシート状記録媒体に転写する転写ベルト」に、トナー濃度検出用のパターン(トナーパターン)を形成し、このトナーパターンに検出用光を照射し、反射光の光量変化により、トナー濃度の適否を判定することが広く行なわれている(特許文献1〜5等)。
トナーパターンは、潜像担持体の帯電電位や、露光量、現像バイアス等の作像条件を基準化した「基準作像条件」で形成され、検出光により照射されたときの反射光の強度はトナー濃度に対応的に変化するので、反射光の光量を検出することにより、基準作像条件下でのトナー濃度の高低を知ることができる。
トナー濃度が高い(低い)ことは、静電潜像に供給されるトナー量が多い(少ない)ことを意味するので、検出されるトナー濃度に応じて「現像部へのトナー補給を制御」したり、作像条件を調整したりして適正なトナー画像を得ることが可能である。
「支持部材」は、トナーパターンを形成される部材であり、具体的には潜像担持体、あるいは転写ベルトである。
「潜像担持体」は光導電性の感光体(ドラム状あるいはベルト状である。)であって、その表面の帯電と露光とにより静電潜像を形成される。
「転写ベルト」は、潜像担持体に形成された静電潜像をトナーにより可視像化したトナー画像を、転写紙等の「シート状記録媒体」に転写するベルトであり、シート状記録媒体を搬送しつつ潜像担持体上のトナー画像を直接にシート状記録媒体に転写させる「直接転写ベルト」であることもできるし、潜像担持体上のトナー画像を転写され、転写されたトナー画像をシート状記録媒体に再転写する「中間転写ベルト」であることもできる。
「受光用マイクロレンズアレイ」は、同一形状で「同一の正のパワー」を持つN個の受光用マイクロレンズを、N個の受光部と同一ピッチで1方向にアレイ配列し一体化してなる。
発光部・受光部、照射用マイクロレンズ・受光用マイクロレンズの配列ピッチは、0.1mm〜1.0mm程度の範囲が好適である。
各受光用マイクロレンズの光軸は、対応する受光部の中心を通り、該受光部(の表面)に垂直な受光部軸に対して平行で、上記受光部軸に対して、上記照明系に「近づく側もしくは遠ざかる側」にずらされている。
以上の構成を反射型光学センサの基本構成とする。
請求項3記載の反射型光学センサは、受光用マイクロレンズのレンズ面曲率半径が、照射用マイクロレンズのレンズ面曲率半径よりも小さく、受光用マイクロレンズのレンズ肉厚が、照射用マイクロレンズのレンズ肉厚よりも大きく、各受光用マイクロレンズの光軸が、受光部軸に対して、照明系に近づく側へずれていることができる(請求項4)。
請求項3記載の反射型光学センサはまた、受光用マイクロレンズのレンズ面曲率半径およびレンズ肉厚が何れも、照射用マイクロレンズのレンズ面曲率半径、レンズ肉厚よりも大きく、各受光用マイクロレンズの光軸が、受光部軸に対して、照明系から遠ざかる側へずれていることができる(請求項5)。
請求項1〜5の何れか1項に記載の反射型光学センサは、照射用マイクロレンズアレイと受光用マイクロレンズアレイの少なくとも一方は、表面側と裏面側の少なくとも一方の所定の領域に、遮光膜が形成されていることが好ましい(請求項6)。
この場合、照射用マイクロレンズアレイにおける所定の側からi(1≦i≦N)番目の照射用マイクロレンズと、受光用マイクロレンズアレイにおける上記所定の側からi(1≦i≦N)番目の受光用マイクロレンズとが「副方向において相互に接して長円状もしくは長方形形状の複合レンズ面」をなし、この複合レンズ面が、複合レンズ面の幅方向に、「発光部の配列ピッチと同一ピッチ」で接触しあっている構造であることができる(請求項8)。
この場合複合レンズ面の「長円状もしくは長方形形状の」の長手方向は、照射用マイクロレンズとこれに対応する受光用マイクロレンズの配列方向、即ち「副方向」である。
7≦N≦31
の範囲内の奇数であることが好ましい(請求項10)。
Nの値を「奇数」とするのは、配列数:Nに「中央」があるので、この中央の位置を占める発光部等を、トナーパターンの「主方向の中央」に対応させ得るからである。
「転写装置」は、トナー画像を転写ベルトによりシート状記録媒体に転写する。転写ベルトは、前述の直接転写ベルトであることも、中間転写ベルトであることもできる。
「反射型光学センサ」は、潜像担持体または転写ベルトを支持部材として形成されたトナーパターンの「トナー濃度もしくは位置」、または、トナーパターンの「トナー濃度および位置」を検出するために用いられる。
これにより、各感光体ドラム表面の、光照射された部分で電位が減衰し、画像情報に対応した静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの側に移動する。
光走査装置2010の構成については後述する。
トナーカートリッジ2034cにはマゼンタトナーが格納され、マゼンタトナーは現像ローラ2033cに供給される。トナーカートリッジ2034dにはイエロートナーが格納され、イエロートナーは現像ローラ2033dに供給される。
各現像ローラの表面の塗布されたトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、表面の「電位減衰した部分」に付着して静電潜像をトナー画像として可視化する。
感光体ドラムごとに形成された「互いに色の異なるトナー画像」は、感光体ドラムの回転に伴って移動する。
この実施の形態においては、中間転写ベルトである転写ベルト2040が「トナーパターンを形成される支持部材」であり、転写ベルト2040上でトナー画像の移動する方向が「副方向」であり、副方向に直交する方向(Y軸方向)を「主方向」と呼ぶ。
レジストローラ対2056は、給紙トレイ2060から給紙された記録紙を挟持し、所定のタイミングで「転写ベルト2040と転写ローラ2042の間」に向けて送りこむ。転写ローラ2042は、記録紙表面にカラー画像を転写する。
カラー画像を転写された記録紙は、定着ローラ2050から加えられる熱と圧力によりカラー画像を定着される。カラー画像を定着された記録紙は、排紙ローラ2058を介して排紙トレイ2070上に排紙されて順次スタックされる。
これらは、図5に示すように、光学ハウジング2300(図2〜図4では図示していない。)の所定位置に組み付けられている。
このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030aでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030aの回転方向が、感光体ドラム2030aでの「副走査方向」である。
このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030bでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030bの回転方向が、感光体ドラム2030bでの「副走査方向」である。
このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030cでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030cの回転方向が、感光体ドラム2030cでの「副走査方向」である。
このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030dでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030dの回転方向が、感光体ドラム2030dでの「副走査方向」である。
説明中の実施の形態では、fθレンズ2105aとトロイダルレンズ2107aと折り返しミラー(2106a、2108a)とにより「Kステーションの走査光学系」が、fθレンズ2105bとトロイダルレンズ2107bと折り返しミラー(2106b、2108b)とにより「Cステーションの走査光学系」がそれぞれ構成されている。
同様に、fθレンズ2105cとトロイダルレンズ2107cと折り返しミラー(2106c、2108c)とにより「Mステーションの走査光学系」が、fθレンズ2105dとトロイダルレンズ2107dと折り返しミラー(2106d、2108d)とにより「Yステーションの走査光学系」がそれぞれ構成されている。
反射型光学センサ2245bは、反射型光学センサ2245aの「−Y側」に、反射型光学センサ2245cは、反射型光学センサ2245dの「+Y側」に配置されている。
反射型光学センサ2245aに、X方向において対向するトナーパターンを、トナーパターンPP1、TP1、反射型光学センサ2245bに対向するトナーパターンを、トナーパターンPP2とTP2とする。
位置検出用パターンPPは、図8に示されるように、主方向(Y方向)に平行な4本のライン状パターン(LPY1、LPM1、LPC1、LPK1)と、主方向に対して傾斜した4本のライン状パターン(LPY2、LPM2、LPC2、LPK2)とにより構成されている。
以下では、濃度検出用パターン相互を区別する必要がない場合には、濃度検出用パターンTP1、TP2、TP3、TP4を総称して「濃度検出用パターンTP」ともいう。
図9の例では、矩形パターンp1、p2、p3、p4、p5の順にトナー濃度が高くなって行く。すなわち、矩形パターンp1のトナー濃度が最も低く、矩形パターンp5のトナー濃度が最も高い。
反射型光学センサ2245aは、1例として図15に示すように、9個の発光部E1〜E9、9個の照射用マイクロレンズLE1〜LE9、9個の受光部D1〜D9、9個の受光用マイクロレンズLD1〜LD9と、図示されない「処理装置」を有している。
図15(c)は、発光部E1〜E9から射出して、照射用マイクロレンズLE1〜LE9を介した検出用光S1〜S9が、転写ベルト2040を照射している様子を示し、同図(d)は、転写ベルト2040によって反射された検出用光S1〜S9が、受光用マイクロレンズLD1〜LD9を介して、受光部D1〜D9により受光される様子を示す。
図15(e)は、発光部E1〜E9からの検出用光S1〜S9が、トナーパターンを照射している様子を示し、図15(f)は、トナーパターンによって反射された検出用光S1〜S9が、受光部D1〜D9で受光される様子をそれぞれ示す。
照射用マイクロレンズLE1〜LE9は、発光部E1〜E9と1対1に対応し、図15(a)に示すように、各照射用レンズは、対応する発光部よりも受光部側へずれて配置され、発光部から射出された光束を転写ベルト2040の表面に向けて集光的に導く。
以下の説明において、発光部E1〜E9から射出し、照射用マイクロレンズLE1〜LE9で集光された光束は、図15(c)に示すように、各発光部に対応する照射用マイクロレンズのみを通過し、検出用光S1〜S9として転写ベルト2040を照射するものとする。
受光部D1〜D9の個々は、発光部E1〜E9に個別に対応している。
各受光部は、図15(a)に示すように「対応する発光部から射出され、転写ベルト2040の表面で正反射された光束」の光路上に配置されている。すなわち、9個の受光部D1〜D9の配列ピッチは、9個の発光部E1〜E9の配列ピッチと等しい。
各マイクロレンズのレンズ面は、フォトリソグラフィやナノインプリントなどの公知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。
従来の検出用光による光スポットは、通常「直径で2〜3mm程度」であった。
発光部E1〜E9を個別に特定する必要がない場合には、任意の発光部を発光部Eiと表示し、発光部Eiに対応する照射用マイクロレンズを照射用マイクロレンズLEi、発光部Eiから射出して照明用集光レンズLEiを通過した検出用光を検出用光Siと表示する。
同様に、受光用マイクロレンズアレイを構成する9個の受光用マイクロレンズLDi(i=1〜9)も、レンズ径、レンズ面曲率半径、レンズ厚が全て「同一値」をとる。
照射用マイクロレンズLEiの配列ピッチ(光軸間の距離)は0.4mm、受光用マイクロレンズLDiの配列ピッチ(光軸間の距離)も0.4mmである。
発光部から照射用マイクロレンズまでの距離は0.800mm、照射用マイクロレンズアレイの裏面(平面)から支持部材である転写ベルト表面までの距離は5mmである。これらの距離は以下に示す全ての例(モデル)において当てはまる。
また、照射用マイクロレンズアレイ、受光用マイクロレンズアレイを構成する材質の屈折率は、以下の全ての例において「1.53」である。
また、受光用マイクロレンズLDiのレンズ面曲率半径を「照射用マイクロレンズLEiに比べて小さく」することにより、受光用マイクロレンズ内部における全反射が増えるため、正反射光の受光量の低減が可能である。
説明の簡単のため、i=1〜9のうちの任意の発光部Eiが点灯し、点灯した発光部Eiからの検出用光Siが、転写ベルト2040によって正反射されたときの、9個の受光部Di(i=1〜9)の受光量の最大値を1に規格化する。
図16(a)は、発光部E1〜E9を個別に発光させたときの受光部D1〜D9の受光量を上記の如く規格化して示している。
なお、以下の説明における受光量は、図21に即して説明するものを除き、全てこの発明の反射型光学センサを用いた計算シミュレーション結果である。
説明中の例では、9個の発光部E1〜E9の「配列中央」にある発光部E5の「主方向の中心位置」とトナーパターンの「主方向の中心位置」とが一致するように、転写ベルト2040上にトナーパターンが転写形成される。図16(b)はこの状態を示している。
発光部E4〜E6を個別に点灯させたときの各受光部D1〜D9の受光量が、他の6個の発光部E1〜E3、E7〜E8を個別に点灯させたときに比べて低い(最大受光量:1に達しない。)ことから、検出用光S4〜S6が照射される位置に、トナーパターンが確かに存在していることがわかる。
従って、トナー濃度検出には検出用光S4〜S6を用いればよいが、説明の簡単のために「発光部E5を点灯させたときの受光量分布」をトナー濃度検出に用いることとする。これは、これから示す全ての例に当てはまる。
計算シミュレーションの条件として「転写ベルトによる反射率」を100%とした。トナーパターンに照射された検出用光は、50%がトナーパターンを透過し、50%が反射されるものとした。
50%の反射のうち、拡散反射成分はその中の50%とし、残りを正反射成分とした。
以下、正反射した光を「正反射光」、拡散反射した光を「拡散反射光」ともいう。
図16(a)に示したように、検出用光の照射部分が「検出用光に対して正反射体である転写ベルト」の場合、発光部E5を点灯すると、転写ベルトによる正反射光は発光部E5に対応する受光部D5とそれに隣接する受光部D4、受光部D6でのみ受光される(受光部D3と受光部D7においても正反射光は僅かながら受光されているが、受光部D4〜D6の受光量に比べて無視できる程度であるので、受光部D3とD7における受光量は0とした)。
発光部E5が発光しているとき、受光部D1〜D3とD7〜D9における受光量が「拡散反射光によるもの」であることは容易にわかる。正反射光は、受光部D4〜D6でのみ受光されるからである。
受光部D4〜D6における受光量は、トナーパターンからの正反射光と拡散反射光の両方による受光量である。この3つの受光部D4〜D6における受光量を「正反射光による受光量と拡散反射光による受光量」とに正確に分けることは困難であるので、以下の2つの仮定を用いて、受光部D4〜D6における受光量を取り扱う。
受光部D4と受光部D6における受光量は、トナーパターンによる、正反射光の受光量と、拡散反射光の受光量の両方が混在している。
第1の仮定による取り扱い(以下「第1の取り扱い」という。)では「2つの受光部D4、D6の受光量」はトナー濃度検出に用いない。即ち、この取り扱いでは、発光部E5からの検出用光がトナーパターンを照射する場合、受光部D1〜D3とD7〜D9における受光量が全て「拡散反射光による受光量」となる。
表中の「D_ALL」は、受光部D1〜D9の「受光量の和」を表し、表中の「正」は受光部D5の受光量、表中の「拡散」は、受光部D1〜D3と受光部D6〜D9の計6個の受光部の「受光量の和」を表している。なお、数値に付せられた「E−03」等は、当該数値に「10−3」を掛けることを意味する。以下においても同様である。
「基準モデルII」は、受光用マイクロレンズのレンズ径とレンズ厚が、照射用マイクロレンズのレンズ径とレンズ厚よりも大きいが、レンズ面曲率半径は照射用マイクロレンズと受光用マイクロレンズとで同一値をとるマイクロレンズアレイのモデルである。
各照射用マイクロレンズの光軸は、発光部の検出用光を受光部に有効に導くために、対応する各発光部の中心を通り該発光部に垂直な発光部軸に対して平行に、受光系側に0.035mmずれ、各受光用マイクロレンズの光軸は、より多くの反射光を受光できるように、対応する各受光部の中心を通り該受光部に垂直な受光部軸に対して平行に照射系側に0.020mmずれている。
副方向におけるマイクロレンズの配列ピッチ(照射用マイクロレンズLEiと受光用マイクロレンズLDiの光軸間の距離)は0.445mmである。発光部と、それに対応する受光部の「副方向における間隔」は0.500mmで、モデルIと同じである。
図17(e)は、発光部E1〜E9からの検出用光S1〜S9がトナーパターンを照射している様子を示し、図17(f)は、トナーパターンによって反射された検出用光S1〜S9が各受光部D1〜D9で受光される様子を示している。
図17(h)は、上記第1の取り扱いをモデルIと基準モデルIに適用して、転写ベルトとトナーパターンに検出用光を照射したときの受光量を示す。また、マイクロレンズアレイの裏面から転写ベルト表面までの距離は、両モデルとも5mmである。
モデルIでは「拡散反射光の受光量」は増加するが、受光用マイクロレンズのレンズ面曲率半径が小さいことにより「受光用マイクロレンズのレンズ厚さ」が増加している。
各照射用マイクロレンズのレンズ径は0.455mm、レンズ面曲率半径は0.430mm、レンズ厚は1.228mmとした。レンズ径は「基準モデルIに比べて一回り」小さい。
各照射用マイクロレンズの光軸は、発光部からの光を反射により受光部に導くために、対応する各発光部の中心を通り該発光部に垂直な発光部軸に対して平行に、受光系側に0.035mmずれ、各受光用マイクロレンズの光軸は、より多くの反射光を受光するために対応する各受光部の中心を通り該受光部に垂直な受光部軸に対して平行に、照射系側に0.020mmずれている。
図18(d)は、転写ベルトによって反射された検出用光S1〜S9が各受光部D1〜D9で受光される様子、図18(e)は、発光部E1〜E9からの検出用光S1〜S9がトナーパターンを照射している様子、図18(f)は、トナーパターンによって反射された検出用光S1〜S9が各受光部D1〜D9で受光される様子をそれぞれ示している。
図18(h)は、上記第1の取り扱いをモデルIと基準モデルIIとに適用して、検出用光を転写ベルトとトナーパターンに照射したときの受光部D1〜D9の受光量を示す。
また、拡散反射光の受光量だけでなく、マイクロレンズアレイ取り付け時の公差に相当する「副方向におけるレンズの「副方向シフトずれ(理想位置から±0.020mmのずれを仮定)」についても検証する。
「副方向シフトずれ」は、マイクロレンズアレイ全体が、主方向と副方向で形成される2次元平面内で、副方向にずれる量を指す。
マイクロレンズアレイ取り付け時に「副走査シフトずれ」が生じた場合、理想状態から副方向の「正または負の方向」に絶対値で同じ量だけマイクロレンズがずれたときの「受光部出力の低下分」が等しくなるように、照射用マイクロレンズと受光用マイクロレンズの副方向における間隔も適正化した。
このようにして、モデルIIにおいて、受光用マイクロレンズのレンズ面曲率半径は0.750mm、照射用マイクロレンズと受光用マイクロレンズの副方向における間隔は0.480mmとなった。また、照射用マイクロレンズのレンズ厚は1.189mm、受光用マイクロレンズのレンズ厚は1.216mmである。
図19(d)は、転写ベルトによって反射された検出用光S1〜S9が各受光部D1〜D9で受光される様子、図19(e)は、発光部E1〜E9からの検出用光S1〜S9がトナーパターンを照射している様子を示している。
図19(f)は、転写ベルトとトナーパターンによって反射された検出用光S1〜S9が各受光部D1〜D9で受光される様子を示している。
モデルIIを用いた場合、拡散反射光の受光量は、モデルIを用いた場合に比べて10%程度少なくなっている。
「D_ALL」は、受光部D1〜D9の「受光量の和」を表し、表中の「正」は受光部D5の受光量、表中の「拡散」は、受光部D1〜D3と受光部D6〜D9の計6個の受光部の「受光量の和」を表している。
この結果から、モデルI、基準モデルI、基準もデルIIでは、照明系・受光系・マイクロレンズアレイの全体が、副方向の負方向に「Y=−0.02mm」ずれた場合と、正方向に「Y=0.02mm」ずれた場合とで、相対受光量は、正方向にずれたときのほうが「より大きく」減少するが、モデルIIの場合においては、減少の程度が「副方向のずれ」の正・負の方向に対して略対称的であり、このことから、モデルIIを用いることにより、副方向シフトの影響を、他のモデルのマイクロレンズアレイを用いる場合よりも有効に軽減できることが分かる。
受光部D4と受光部D6における受光量を、正確にトナーパターンによる「正反射光による受光量」と「拡散反射光による受光量」とに分けることは困難であるため、第2の取り扱いの適用の場合は、第1の取り扱いの場合と同様、点灯する発光部E5に対応する受光部D5は、検出用光が転写パターンを照射するかトナーパターンを照射するかに拘わらず「正反射光」であるとする。
転写ベルトからの反射光の場合、受光部D4の受光量をA0、受光部D5の受光量をB0、受光部D6の受光量をC0とし、トナーパターンからの反射光の場合には、受光部D4の受光量をA1、受光部D5の受光量をB1、受光部D6の受光量をC1とする。
検出用光の照射対象が転写ベルトからトナーパターンに変わっても「正反射光の各受光部における配分比率」は変化しないので、トナーパターンからの反射光の場合、受光部D4の受光量のうち、A0をB0で除した値にB1を乗じた「B1・A0/B0」が正反射光の受光量となり、「A1−(B1・A0/B0)」が拡散反射光の受光量となる。
同様に、受光部D6の受光量:C0をB0で除した値にB1を乗じた「B1・C0/B0」が正反射光の受光量となり「C1−(B1・C0/B0)」が拡散反射光の受光量となる。
モデルII、基準モデルI、基準モデルIIについても、上記と同様にして「正反射光の受光量と拡散反射光の受光量との分離」を行なうことができるが、ここでは、分離の結果とモデルIとの比較を示す。
図20(b)には、第2の取り扱いをモデルIIに適用して「トナー濃度を検知」したときのトナーパターンによる反射光の受光量を、トナーパターンの「正反射光による受光量と拡散反射光による受光量」とに分離した結果を示す。
図20(f)には、これら4モデルを用いる各場合について「副走査シフトずれ」が生じていない理想状態と、副走査シフトずれ(図20(f)において「Yシフトずれ」と表示している。)が、「Y=±0.02mm」生じた場合につき、図19図(i)に倣って示す。
図20から明らかなように、モデルIIでは「トナーパターンによる拡散反射光の受光量」に関してはモデルIと同程度であり、且つ、モデルI、基準モデルI、基準モデルIIに比べて、「副走査シフトずれ」に対して強い構成となっている。
第2の取り扱いによりトナーパターンp1、p2、p3、p4、p5による反射光の受光量を、正反射光の受光量と拡散反射光の受光量に分けた結果を、図21(b)、(c)、(d)、(e)、(f)に順次示す。
図21(g−1)に、トナーパターンp1〜p5を検知したときのD(正)の変化を示す。図示のように、トナー濃度が高くなるにつれてD(正)は減少する。これは、トナー濃度が高いほどトナーが多く付着しているため、正反射する光が減少するためであり、トナー濃度とD(正)は1対1対応している。換言すれば、D(正)の計測により、計測されたD(正)に対応するトナー濃度が求められる。
直感的に考えると、D(拡)は「矩形状トナーパターンを構成するトナーの濃度が高くなるに従い、付着トナーが多くなるのであり、拡散反射光の増加により増大する」ように思われるが、図21(g−2)ではそのようになっていない。
これは、検知出力結果を差し引き演算していることに起因している。
図21(g−3)に示された縦軸:D(拡)/D(正)の値は、矩形状トナーパターンをなすトナーの濃度が、矩形状トナーパターンp1〜p5の順に高くなるにつれて増加する「単調な関数」になっている。従って、この「D(拡)/D(正)」を計測すれば、各矩形状トナーパターン(図21(g−3)の横軸)に対応したトナー濃度が求められる。
で除した値:D(拡)/D(正)を用いて新たな値を求め、これからトナー濃度を求めて
も良い。
即ち、互いに対応する「照射用マイクロレンズと受光用マイクロレンズと」は、副方向において相互に接して、副方向に長い「長円状の複合レンズ面」をなし、この複合レンズ面が、複合レンズ面の幅方向(主方向)に、発光部の配列ピッチ(説明中の例で0.4mm)と同一ピッチで接触しあっている(請求項8)。
このような光は、検出用光に対して「フレア光(迷光)」となり、トナーパターンを照射すると、各受光部の受光量に変化を生じさせる。フレア光に起因する受光量の変化が、無視できる程度を超えるとトナーパターンの位置・トナー濃度の誤検知を生じる。
照射用マイクロレンズアレイと受光用マイクロレンズアレイの少なくとも一方の、表面もしくは裏面、または表面と裏面の所定の領域に遮光膜を設けることにより、フレア光の影響を軽減もしくは除去することができる。
図21(h)は、マイクロレンズアレイの「裏面にのみ遮光膜を設けた」場合を示しているが、マイクロレンズアレイの表面側の所定の位置に遮光膜を設けることで、上述したような効果が得られるのであれば、マイクロレンズアレイの表面のみに遮光膜を設けてもよく、マイクロレンズアレイの表面と裏面の両面に遮光膜を設けても良いことは言うまでも無い。
図21(h)に示した例では、互いに対応する「照射用マイクロレンズと受光用マイクロレンズと」は、副方向において相互に接して、副方向に長い「長円状の複合レンズ面」をなし、この複合レンズ面が、複合レンズ面の幅方向(主方向)に、発光部の配列ピッチ(説明中の例で0.4mm)と同一ピッチで接触しあっているが、複合レンズ面はこのような「副方向に長い長円状」に限らず、図21(i)に示すように、「副方向を長手方向とする長方形形状(短冊形状)」としてもよい。遮光膜を設けても良いことは、図21(h)の場合と同様であり、遮光膜の設け方も、図21(h)の場合と同様である。
このような場合、請求項9記載の発明のように、N個の発光部を「配列方向にm組に分割して、各組が略等数の発光部を有するようにし、各組の発光部を「配列順に同期して点滅」させる照射制御装置を有するようにすることができる。
即ち、発光部E1〜E3を第1組、発光部E4〜E6を第2組、発光部E7〜E9を第3組とする。
即ち「第1組の発光部E1と第2組の発光部E4と第3組の発光部E7」を同時に点滅させ、次に「第1組の発光部E2と第2組の発光部E5と第3組の発光部E8」を同時に点滅させ、続いて「第1組の発光部E3と第2組の発光部E6と第3組の発光部E9」を同時に点滅させる。
反射型光学センサとして前述のモデルIのマイクロレンズアレイを用いるものを例にとる。なお、説明の簡単のため、図22(a)に示すように、発光部Ei(i=1〜9)を点灯させ、検出用光Si(i=1〜9)が転写ベルト2040によって正反射されたときの受光部Di(i=1〜9)の受光量の最大値を1とする。
図22(b)に示すように、位置検出用パターンは、主方向に関して、発光部E5の中心位置とトナーパターンの中心位置とが一致するように転写ベルト2040上に転写されているものとする。
発光部E5からの検出用光は、転写ベルト2040の回転につれて、ライン状パターンLPY1〜LPK2を順次照射する(図22(c)(A)参照)。
プリンタ制御装置2090は、上記位置関係にずれがあると判断した場合には、時間;Tym、Tmc、Tck相互の時間差から上記位置関係のずれ量を求め、該ずれ量を走査制御装置に送る。走査制御装置は、入力された「ずれ量」を0とするように、対応するステーションにおける光走査開始のタイミングを調整する。
ΔS=V・ΔT・cotθ ……(1)
式(1)における「V」は転写ベルト2040の副方向への移動速度、「ΔT」は時間:Tyとその基準時間との差、「θ」はライン状パターンLPY2の主方向に対する傾斜角である。算出された位置ずれ量:ΔSは走査制御装置に入力される。
すなわち、適宜の手段を用いて「正反射体による検知出力分布」を測定できれば、それ
を用いて「正反射寄与分と拡散反射寄与分に分割する」ことが可能である。
例えば、予め正反射体を用いて検知出力分布を測定しておき、測定された分布をメモリ
等に記憶しておくこともできるし、転写ベルトの一部に「表面が滑らかな部分」を形成し、この部分での正反射を検出することもできるし、可動式の正反射体を画像形成装置中に
備えて、必要なときにその正反射体を可動して検出することもできる。
Claims (12)
- 所定の副方向へ移動する支持部材の表面に形成されたトナーパターンのトナー濃度もしくは位置、または上記トナーパターンのトナー濃度および位置を検出するために用いられる反射型光学センサであって、
N(≧3)個の発光部を1方向に等間隔に配列一体化してなり、上記各発光部から検出光を放射する照明系と、
N個の受光部を上記発光部の配列ピッチと同ピッチで1方向に配列一体化してなる受光系と、
同一形状で同一の正のパワーを持つN個の照射用マイクロレンズを、上記N個の発光部と同一ピッチで1方向にアレイ配列し一体化してなる照射用マイクロレンズアレイと、
同一形状で同一の正のパワーを持つN個の受光用マイクロレンズを、上記N個の受光部と同一ピッチで1方向にアレイ配列し一体化してなる受光用マイクロレンズアレイと、を有し、
上記照明系の発光部の配列方向、上記受光系の受光部の配列方向、照射用マイクロレンズアレイのマイクロレンズ配列方向、受光用マイクロレンズアレイのマイクロレンズ配列方向が互いに平行で、上記副方向に対して直交もしくは所定の角をなし、
上記発光部から放射された光束が、照射用マイクロレンズを介して支持部材に検出用光として照射され、上記支持部材による反射光が受光用マイクロレンズを介して受光部に入射するように、上記照明系、受光系、照射用マイクロレンズアレイ、受光用マイクロレンズアレイの位置関係が定められ、
上記照射用マイクロレンズアレイと受光用マイクロレンズアレイは同一の光学材料により形成され、照射用マイクロレンズ、受光用マイクロレンズ共に平凸形状であり、
上記各照射用マイクロレンズの光軸は、対応する発光部の中心を通り該発光部に垂直な発光部軸に平行で、この発光部軸に対して上記受光系側へ所定距離ずれ、
上記各受光用マイクロレンズの光軸は、対応する受光部の中心を通り該受光部に垂直な受光部軸に対して平行で、上記受光部軸に対して、上記照明系に近づく側にずれており、
上記照射用マイクロレンズと受光用マイクロレンズとは、レンズ面積、レンズ面曲率半径、レンズ肉厚が、何れも互いに異なり、受光用マイクロレンズのレンズ面積が照射用マイクロレンズのレンズ面積より大きく、
上記受光用マイクロレンズのレンズ面曲率半径が、照射用マイクロレンズのレンズ面曲率半径よりも小さく、受光用マイクロレンズのレンズ肉厚が、照射用マイクロレンズのレンズ肉厚よりも大きいことを特徴とする反射型光学センサ。 - 所定の副方向へ移動する支持部材の表面に形成されたトナーパターンのトナー濃度もしくは位置、または上記トナーパターンのトナー濃度および位置を検出するために用いられる反射型光学センサであって、
N(≧3)個の発光部を1方向に等間隔に配列一体化してなり、上記各発光部から検出光を放射する照明系と、
N個の受光部を上記発光部の配列ピッチと同ピッチで1方向に配列一体化してなる受光系と、
同一形状で同一の正のパワーを持つN個の照射用マイクロレンズを、上記N個の発光部と同一ピッチで1方向にアレイ配列し一体化してなる照射用マイクロレンズアレイと、
同一形状で同一の正のパワーを持つN個の受光用マイクロレンズを、上記N個の受光部と同一ピッチで1方向にアレイ配列し一体化してなる受光用マイクロレンズアレイと、を有し、
上記照明系の発光部の配列方向、上記受光系の受光部の配列方向、照射用マイクロレンズアレイのマイクロレンズ配列方向、受光用マイクロレンズアレイのマイクロレンズ配列方向が互いに平行で、上記副方向に対して直交もしくは所定の角をなし、
上記発光部から放射された光束が、照射用マイクロレンズを介して支持部材に検出用光として照射され、上記支持部材による反射光が受光用マイクロレンズを介して受光部に入射するように、上記照明系、受光系、照射用マイクロレンズアレイ、受光用マイクロレンズアレイの位置関係が定められ、
上記照射用マイクロレンズアレイと受光用マイクロレンズアレイは同一の光学材料により形成され、照射用マイクロレンズ、受光用マイクロレンズ共に平凸形状であり、
上記各照射用マイクロレンズの光軸は、対応する発光部の中心を通り該発光部に垂直な発光部軸に平行で、この発光部軸に対して上記受光系側へ所定距離ずれ、
上記各受光用マイクロレンズの光軸は、対応する受光部の中心を通り該受光部に垂直な受光部軸に対して平行で、上記受光部軸に対して、上記照明系から遠ざかる側にずれており、
上記照射用マイクロレンズと受光用マイクロレンズとは、レンズ面積、レンズ面曲率半径、レンズ肉厚が、何れも互いに異なり、受光用マイクロレンズのレンズ面積が照射用マイクロレンズのレンズ面積より大きく、
上記受光用マイクロレンズのレンズ面曲率半径およびレンズ肉厚が何れも、照射用マイクロレンズのレンズ面曲率半径、レンズ肉厚よりも大きいことを特徴とする反射型光学センサ。 - 所定の副方向へ移動する支持部材の表面に形成されたトナーパターンのトナー濃度もしくは位置、または上記トナーパターンのトナー濃度および位置を検出するために用いられる反射型光学センサであって、
N(≧3)個の発光部を1方向に等間隔に配列一体化してなり、上記各発光部から検出光を放射する照明系と、
N個の受光部を上記発光部の配列ピッチと同ピッチで1方向に配列一体化してなる受光系と、
同一形状で同一の正のパワーを持つN個の照射用マイクロレンズを、上記N個の発光部と同一ピッチで1方向にアレイ配列し一体化してなる照射用マイクロレンズアレイと、
同一形状で同一の正のパワーを持つN個の受光用マイクロレンズを、上記N個の受光部と同一ピッチで1方向にアレイ配列し一体化してなる受光用マイクロレンズアレイと、を有し、
上記照明系の発光部の配列方向、上記受光系の受光部の配列方向、照射用マイクロレンズアレイのマイクロレンズ配列方向、受光用マイクロレンズアレイのマイクロレンズ配列方向が互いに平行で、上記副方向に対して直交もしくは所定の角をなし、
上記発光部から放射された光束が、照射用マイクロレンズを介して支持部材に検出用光として照射され、上記支持部材による反射光が受光用マイクロレンズを介して受光部に入射するように、上記照明系、受光系、照射用マイクロレンズアレイ、受光用マイクロレンズアレイの位置関係が定められ、
上記照射用マイクロレンズアレイと受光用マイクロレンズアレイは同一の光学材料により形成され、照射用マイクロレンズ、受光用マイクロレンズ共に平凸形状であり、
上記各照射用マイクロレンズの光軸は、対応する発光部の中心を通り該発光部に垂直な発光部軸に平行で、この発光部軸に対して上記受光系側へ所定距離ずれ、
上記各受光用マイクロレンズの光軸は、対応する受光部の中心を通り該受光部に垂直な受光部軸に対して平行で、上記受光部軸に対して、上記照明系に近づく側もしくは遠ざかる側にずれており、
上記照射用マイクロレンズと受光用マイクロレンズとは、レンズ面積、レンズ面曲率半径、レンズ肉厚が、何れも互いに異なり、受光用マイクロレンズのレンズ面積が照射用マイクロレンズのレンズ面積より大きく、
上記支持部材表面が検出用光で照射されたときの各受光部の受光量である第1の基準受光量と、上記支持部材上のトナーパターンが上記検出用光で照射されたときの各受光部の受光量である第2の基準受光量とを参照し、上記第2の基準受光量を、拡散反射光による受光量と正反射光による受光量とに分離する処理手段を備え、
該処理手段により、上記拡散反射光による受光量:D(拡)を正反射光による受光量:D(正)で除した値:D(拡)/D(正)を求める演算を行うことを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項3記載の反射型光学センサにおいて、
受光用マイクロレンズのレンズ面曲率半径が、照射用マイクロレンズのレンズ面曲率半径よりも小さく、受光用マイクロレンズのレンズ肉厚が、照射用マイクロレンズのレンズ肉厚よりも大きく、各受光用マイクロレンズの光軸が、受光部軸に対して、照明系に近づく側へずれていることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項3記載の反射型光学センサにおいて、
受光用マイクロレンズのレンズ面曲率半径およびレンズ肉厚が何れも、照射用マイクロレンズのレンズ面曲率半径、レンズ肉厚よりも大きく、
各受光用マイクロレンズの光軸が、受光部軸に対して、照明系から遠ざかる側へずれていることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項1〜5の何れか1項に記載の反射型光学センサにおいて、
照射用マイクロレンズアレイと受光用マイクロレンズアレイの少なくとも一方は、表面側と裏面側の少なくとも一方の所定の領域に、遮光膜が形成されていることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項1〜6の何れか1項に記載の反射型光学センサにおいて、
照射用マイクロレンズアレイと受光用マイクロレンズアレイが、一体として形成されていることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項7記載の反射型光学センサにおいて、
照射用マイクロレンズアレイにおける所定の側からi(1≦i≦N)番目の照射用マイクロレンズと、受光用マイクロレンズアレイにおける上記所定の側からi(1≦i≦N)番目の受光用マイクロレンズとが、副方向において相互に接して長円状もしくは長方形形状の複合レンズ面をなし、
この複合レンズ面が、複合レンズ面の幅方向に、発光部の配列ピッチと同一ピッチで接触しあっていることを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載の反射型光学センサにおいて、
N個の発光部が、配列方向にm組に分割され、各組は略等数の発光部を有し、各組の発光部を、配列順に同期して点滅させる照射制御装置を有することを特徴とする反射型光学センサ。 - 請求項1〜9の何れか1項に記載の反射型光学センサにおいて、
発光部、受光部、照射用マイクロレンズ、受光用マイクロレンズの個数:Nが、
7≦N≦31
の範囲内の奇数であることを特徴とする反射型光学センサ。 - 潜像担持体と、
この静電潜像に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
上記静電潜像を現像してトナー画像として可視化する現像装置と、
上記トナー画像を転写ベルトによりシート状記録媒体に転写する転写装置と、
上記潜像担持体または転写ベルトを支持部材として形成されたトナーパターンのトナー濃度もしくは位置、または上記トナーパターンのトナー濃度および位置を検出するために用いられる反射型光学センサと、を有し、
上記静電潜像形成手段は、潜像担持体を均一帯電させる帯電手段と、均一帯電された潜像担持体に光走査を行ない、画像情報に応じた静電潜像を形成する光走査装置とを有し、
上記反射型光学センサとして、請求項1〜10の何れか1項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11記載の画像形成装置において、
複数の潜像担持体に異なる色のトナー画像を形成し、これら複数のトナー画像を重ね合わせて多色画像を形成するタンデム方式の画像形成装置。
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